JP2007204552A - エポキシ樹脂組成物及び切削加工用成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱寸法安定性や耐熱強度特性に優れたマイカを含有するエポキシ樹脂組成物からなる成形品において、切削工具の磨耗を少なくし、切削加工コストを低下させることができるエポキシ樹脂組成物からなる成形品を提供することを課題とする。
【解決手段】充填材として金雲母を含有するエポキシ樹脂組成物であり、前記金雲母中に含有される長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物及びその成形品、詳しくは、金雲母を充填材とするエポキシ樹脂組成物及びそれから得られる切削加工性に優れた成形品に関する。

シリカ，タルク，マイカ（雲母），クレー，ウォラストナイト等の無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物は、耐熱寸法安定性・電気絶縁性に優れており、その特徴を活かして、半導体や各種コイルの封止、あるいは各種構造部品の成形材料として多用されている（例えば、特許文献１〜４）。これらの中でも、とくに、マイカは、耐熱寸法安定性や耐熱強度特性の点において優れている。

前記無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物から得られる成形品は、従来、成形加工された後、そのまま用いられることが多かった。しかしながら、近年、複雑な形状の構造部品が求められているために、成形加工の後に、更に、刃物やドリル等の切削工具を用いて切削加工を施すことが多くなっている。

従来の無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物から得られる成形品に切削加工を施す場合には、同じ切削工具で切削加工を繰り返すと、切削工具が磨耗するために、切削工具を頻繁に交換する必要があった。とくに、無機充填材の含有割合が多い場合であって、高精度の切削加工を必要とする場合には、切削工具の交換頻度は高くなり、交換作業が煩雑であるとともに、消耗する切削工具が多くなり、切削加工工程のコストが高くなるという問題があった。

前記各種無機充填材のうち、モース硬度の比較的低いタルクを含有するエポキシ樹脂組成物から得られる成形品は、前記切削加工工程における問題を解決する点においては好ましいが、耐熱寸法安定性や耐熱強度特性の点においては、マイカに比べると不充分であった。

従って、無機充填材として耐熱寸法安定性や耐熱強度特性に優れたマイカを含有するエポキシ樹脂組成物からなる成形品において、前記切削加工性の問題を解決するエポキシ樹脂組成物からなる成形品が求められていた。
特開平６−８０８６１号公報 特開平５−２１４０７３号公報 特開平６−１８４４０７号公報 特開２０００−５３８４３号公報

本発明は、前記問題に鑑みて、耐熱寸法安定性や耐熱強度特性に優れたマイカを含有するエポキシ樹脂組成物からなる成形品において、切削工具の磨耗を少なくし、切削加工コストを低下させることができるエポキシ樹脂組成物からなる成形品を提供することを課題とする。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、充填材として金雲母を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記金雲母中に含有される長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下であることを特徴とするものである。このような無機充填材としてマイカを含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記マイカとして金雲母を用い、更に、長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下の金雲母を用いたエポキシ樹脂組成物からなる成形品は、耐熱寸法安定性や耐熱強度特性を有し、さらに、切削加工時における切削工具の磨耗を少なくし、切削加工コストを低下させることができる（以下、この特性を単に切削加工性ともいう）。

また、前記エポキシ樹脂組成物としては、前記金雲母の含有割合が４０〜７０質量％であるものが、得られる成形品の耐熱寸法安定性や耐熱強度特性と切削加工性とのバランスに優れている点から好ましい。

そして、前記エポキシ樹脂組成物を成形してなる切削加工用成形品は、優れた耐熱寸法安定性や耐熱強度特性を有し、更に、切削加工性にも優れた成形品である。

本発明のエポキシ樹脂組成物からなる成形品は、耐熱寸法安定性及び耐熱強度特性に優れ、且つ、切削加工性に優れたものである。

以下に本発明を具体的に説明する。

本発明におけるエポキシ樹脂組成物は、充填材として金雲母を含有するエポキシ樹脂組成物であり、前記金雲母中に含有される長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下であることを特徴とするものである。

本発明において用いられるエポキシ樹脂としては、１分子中に平均２個以上のエポキシ基を有するものであればとくにその種類は限定されず、具体的には、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂及びこれらのハロゲン誘導体等が用いられる。これらは単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、通常、硬化剤及び硬化促進剤が含有される。

前記硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂や酸無水物、イミダゾール系化合物等が挙げられる。

また、前記硬化促進剤としては、イミダゾール系化合物や、３級アミン類、４級アンモニウム塩、ホスフィン類、ホスホニウム塩等の化合物が挙げられる。

前記硬化剤の使用量としては、硬化剤の種類により異なるが、具体的には、例えば、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、０．７〜１．２当量、さらには、０．８〜１．０当量程度になるように使用することが好ましい。

本発明において用いられるエポキシ樹脂としては、とくに、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂に硬化剤としてフェノールノボラック樹脂を用いたものが耐熱性（Ｔｇ）が高い成形体が得られる点から好ましい。

そして、本発明において用いられる金雲母としては、金雲母中に含有される長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下であることを特徴とするものである。

金雲母は天然鉱物であるために、通常、主成分であるモース硬度が２〜２．５のマイカのほかに、不純物としてモース硬度２．５のカオリナイト、モース硬度２〜２．５のセピオライト、モース硬度４．５〜５のウォラストナイト、モース硬度６〜６．５の長石や輝石が含有されている。

本発明においては、風力分級等の比重差によって不純物を取り除く手法により、主成分であるマイカの割合を高め、モース硬度の高い長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下になるように精製したものを用いる。詳しくは、前記風力分級により金雲母中の長石及び輝石の含有率を低下させる方法としては、金雲母を風力によって一定方向に飛散させ、比重差により風上側の高比重の輝石を多く含む金雲母及び風下側の低比重の長石を多く含む金雲母を分離除去して精製することができる。

前記長石及び輝石の合計含有率が高い金雲母を用いたエポキシ樹脂組成物からなる成形品を、刃物やドリル等の切削工具で切削加工した場合には、切削工具の磨耗により、寿命が短くなるために、交換頻度が高くなり、また、切削加工時の摩擦熱によりエポキシ樹脂が熱膨張して寸法安定性に影響を与えることがある。本発明で用いられる、エポキシ樹脂組成物からなる成形品においては、長石及び輝石の合計含有率が低い金雲母を用いているために、切削工具の磨耗を低減し、また、摩擦熱の発生を抑制することができる。

前記金雲母に含有される長石及び輝石の合計含有率は、０．５質量％以下であり、好ましくは、０．１０％以下であり、下限は、製造工程上可能な限り、０％に近い方がより好ましい。前記含有率が０．５質量％を超える場合には、切削加工性を充分に維持することができなくなる傾向がある。

このような、金雲母中の長石及び輝石の合計含有率は、以下のような方法により測定することができる。

すなわち、金雲母のサンプルを秤量（例えば、２ｇ程度）したのち、５０ｍＬの容器に入れる。そして、前記容器に、１，１，２，２−テトラブロモエタン４０ｍＬを入れて撹拌し、２時間以上静置する。このとき、１，１，２，２−テトラブロモエタン中で、金雲母中に含有される成分が比重に応じて沈降するが、マイカ及び長石の存在する層の比重（２．５５〜２．８５）に比べて、輝石の比重（３．２〜３．９）は高いために輝石は容器の底に沈殿する。

このとき沈殿した輝石を取り出して、アセトンで洗浄したのち、輝石の質量を測定する。

次に、輝石を取り除いた残りの液に、更にトルエンを２．３ｍＬ添加したのち、撹拌し、２時間以上静置する。なお、このときの１，１，２，２−テトラブロモエタンとトルエンとからなる混合溶液の比重は２．７５〜２．８０程度である。このとき、１，１，２，２−テトラブロモエタンとトルエンとからなる混合溶液中で、マイカの比重（２．８５）に比べて、長石の比重（２．５５〜２．７６）は低いために、長石を含有する層は混合溶液の表層に存在することになる。

そして、長石を含有する層を回収し、アセトン洗浄した後、乾燥し、長石の質量を測定する。

このようにして、長石及び輝石の質量を測定し、（輝石の質量＋長石の質量）／（金雲母の質量）×１００（％）の式により、金雲母中に含有される長石及び輝石の含有率を計算することができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物中に含有される前記金雲母の含有割合としては、３０〜８０質量％、更には、４０〜７０質量％であることが好ましい。前記含有割合が多すぎる場合には切削加工性がわるくなる傾向があり、また、少なすぎる場合には耐熱寸法安定性が低下する傾向がある。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、前記各成分のほか、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに、必要に応じて、その他の無機充填材や有機充填材、離型剤、着色剤、流動調整剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を含有しても良い。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記のような各種原材料を、ヘンシェルミキサー等のブレンダーで予備混合した後、熱ロールや押出機等の溶融混練機により混練し、冷却粉砕することにより、得ることができる。

そして、前記得られたエポキシ樹脂組成物は、圧縮成形やトランスファー成形等の公知の成形法を用いることにより、成形・硬化させて成形することができる。

そして、前記成形により得られた成形品は、耐熱寸法安定性や耐熱強度特性に優れるとともに、切削加工性にも優れた成形品であり、例えば、切削加工される各種エポキシ樹脂成形体の製造、さらに具体的には、車載用オルタネータ（発電機）のスリップ・リング絶縁用材料等の用途に好ましく用いられる。

本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明は、実施例に何ら限定されるものではない。

はじめに、金雲母中に含有される長石及び輝石の含有率の算出方法について説明する。

５０ｍＬの容器に予め秤量された金雲母のサンプル約２ｇを入れ、更に、１，１，２，２−テトラブロモエタン４０ｍＬを入れた後、撹拌し、金雲母のサンプルを１，１，２，２−テトラブロモエタン中に分散させたのち、２時間以上静置した。このとき、１，１，２，２−テトラブロモエタン中で、金雲母中に含有される成分が比重に応じて沈降するが、マイカ及び長石の比重（２．５５〜２．８５）に比べて、輝石の比重（３．２〜３．９）は高いために輝石は容器の底に沈殿した。

そして、前記沈殿した輝石のみを容器中に残し、１，１，２，２−テトラブロモエタン及びその他の成分は別の容器に移し、容器中に沈殿した輝石をアセトンで洗浄したのち乾燥して取り出し、輝石の質量を測定した。

次に、別の容器に移された１，１，２，２−テトラブロモエタン及びその他の成分にトルエン２．３ｍＬ添加し、撹拌分散させて２時間以上静置した。このとき、トルエン／１，１，２，２−テトラブロモエタン中で、金雲母中に含有される成分が比重に応じて沈降するが、マイカの比重（２．８５）に比べて、長石の比重（２．５５〜２．７６）は低いために長石は上層に浮遊していた。

そして、上層の長石を回収し、アセトンで洗浄したのち、乾燥して取り出し、長石の重量を測定した。

そして、元の金雲母のサンプルの質量に対する前記輝石の質量と前記長石の質量の和の割合を、（輝石の質量＋長石の質量）／（金雲母のサンプルの質量）×１００（％）により求めた。

（実施例１）
O−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ株式会社製N695、軟化点９４〜９８℃、エポキシ当量 ２１０〜２３０ｇ／eq）１９部（質量部、以下同様）、ノボラック型フェノール樹脂（松下電工株式会社製、軟化点９０〜１１０℃、重量平均分子量約３０００）９部、風力分級により長石及び輝石の含有率を０．５質量％に調製した金雲母（クラレトレーディング（株）製のスゾライトマイカ６０Ｓを風力分級したもの）６９部、ステアリン酸カルシウム（淡南化学工業株式会社製、融点１４９〜１５５℃、３００メッシュ９６％通過）２部、イミダゾール（四国化成株式会社製、スミキュアＣ１１−Ｚ、融点６９〜７４℃、純度９６％以上、水分率０．５％以下）１部をブレンダーで１分間予備混合したのち、樹脂温度１００〜１１０℃で混練時間３分間で２軸混練機により混練したのち、冷却粉砕し、造粒し、エポキシ樹脂組成物を得た。

次に、得られたエポキシ樹脂組成物を金型温度１７０℃、型圧３０ＭＰａ、硬化時間９０秒間の条件で圧縮成形により、ＪＩＳ６９１１に準じた引張試験片、曲げ試験片、比重測定用試験片を成形した。

得られた各種試験片を用いて、以下の評価方法によりドリル磨耗試験、線膨張係数、成形品強度を測定した。

（ドリル磨耗試験）
引張試験片をバイスに固定し、引張試験片の厚み６．５ｍｍのチャック保持部分に新品のドリル刃（φ２．５ｍｍ、ＳＫＤ）を装着したエアー式ドリルを用いて、０．２ＭＰａで穴あけ加工を行った。
穴あけ加工は、同じドリル刃で繰り返し行い、穴が貫通するまでに要する所要時間を測定し、前記所要時間が５秒を超えるときに到達した穴あけ回数で評価した。

（耐熱寸法安定性）
比重測定用試験片を用いて、横型熱膨張計（アルバック理工株式会社製のディライトメーターＤＬＹ９４００）により、昇温させ、８０〜１２０℃での傾きから算出した。

（曲げ強度）
ＪＩＳ６９１１に準じて、曲げ強度を測定した。
また、得られたエポキシ樹脂組成物の成形性をＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じた、押出式流れ性試験により、サンプル量４５ｇ、樹脂温度１６０℃、シリンダ圧１８．４ＭＰａの条件で評価した。
更に、金雲母中に含有される不純物の量を目視により観察するために、圧縮成形により厚み０．２ｍｍの平板試験片を成形したのち、可視光を透過させて平板試験片の直径３５ｍｍの円内の範囲に存在する長石及び輝石と思われる異物の数を目視により数えた。

結果を表１に示す。

（実施例２〜６及び比較例１〜３）
表１の組成のエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物及び成形品を得、評価した。結果を表１に示す。

表１の結果から、金雲母中の長石及び輝石の合計含有率が０．５０質量％以下である実施例１〜６のエポキシ樹脂組成物から得られる成形品のドリル磨耗試験の評価においては、いずれも、穴が貫通するまでに要する所要時間が５秒を超えるときに到達した穴あけ回数は４２回以上であり、ドリルの磨耗が抑制されているが、金雲母中の長石及び輝石の合計含有率が０．５０質量％を超える比較例１〜３のエポキシ樹脂組成物から得られる成形品の評価においては、２８回以下であり、ドリルの磨耗が進行しやすいことがわかる。

Claims (3)

1. 充填材として金雲母を含有するエポキシ樹脂組成物であって、
   前記金雲母中に含有される長石及び輝石の合計含有率が０．５質量％以下であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 前記金雲母の含有割合が４０〜７０質量％である請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 請求項１又は請求項２の何れか１項に記載のエポキシ樹脂組成物を成形してなる切削加工用成形品。