JP2011089095A

JP2011089095A - フェノール樹脂成形材料及びフェノール樹脂成形品

Info

Publication number: JP2011089095A
Application number: JP2009245927A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Hirabayashi; 辰雄平林; Masanori Miyoshi; 正法三好; Tatsuya Suda; 達也須田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP5551915B2

Abstract

【課題】フェノール樹脂成形材料の有する耐熱性や成形性を損なうことなく、成形収縮率や異方性を低減することにより、反りや歪みの発生を抑えるとともに、摺動部分での相手材に対する摩耗性や樹脂成形品自体の摩耗性を低減できるフェノール樹脂成形材料及びこの成形材料により成形されたフェノール樹脂成形品を提供することを課題としている。
【解決手段】フェノール樹脂、充填材、潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料であって、フェノール樹脂を成形材料全体に対して３〜２９質量％、充填材として溶融シリカを成形材料全量に対して７０〜９０質量％、潤滑性物質としてポリテトラフルオロエチレンを成形材料全量に対して１〜７質量％含有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は高寸法精度が要求される成形品に用いるフェノール樹脂成形材料及びこの成形材料により成形されたフェノール樹脂成形品に関するものである。

電気・電子部品や自動車部品に用いられている金属やセラミックの代替材料として、エンジニアリングプラスチック、エポキシ樹脂材料が用いられている。

これらの代替材料は、金属やセラミックに比較して、耐熱性、寸法安定性の点で未だその領域に近づけないというのが現状である。

近年、特にエレックトロニクス分野では、ますます小型化、高精密化が追求されており、成形品の耐熱性、寸法安定性の要求が一層厳しくなっている。

フェノール樹脂成形材料は耐熱性が優れるため、金属やセラミックの代替材料として期待されるが、成形過程において硬化反応や冷却等の化学変化及び物理変化を伴い、体積変化を生じて成形後に収縮するため、金属やセラミックに比べると成形収縮率が大きい。

これら耐熱性、寸法安定性を改善するため、補強用充填材として、通常、ガラス繊維等の補強用繊維が多用されている（例えば特許文献１参照）。

しかし、ガラス繊維のような繊維状の異方性無機充填材の場合、材料流動時に配向するために異方性が大きくなり、歪方向が不均一であり、成形収縮や吸湿、熱処理後の寸法変化に差が生じて、反りや歪を発生する。

また、充填量を増加させると混練性及び成形性が著しく損なわれるため充填量に制限があり、金属やセラミックと比べると成形収縮率や線膨張係数が大きく、安定した寸法精度の製品を得ることが難しい。

また、金属をインサート成形する場合、樹脂材料と金属との線膨張係数が異なると成形品にクラックが発生したり、界面剥離が生じたりする。

このような問題を解決するために、フェノール樹脂に溶融シリカを高充填することにより、製造時の混練安定性や成形性、フェノール樹脂成形材料が有する耐熱性を損なうことなく成形収縮率とその異方性を低減することができ、線膨張係数を低く抑えることができるものが提案されている（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、金属部品や樹脂部品と摺動するところに上記のような溶融シリカを高充填した表面硬度が高い部品を用いると、相手材を摩耗させてしまうという問題があった。

特開２００４−２７０６９特開２００９−１０２５９６

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来の問題点を解消して、フェノール樹脂成形材料の有する耐熱性や成形性を損なうことなく、成形収縮率や異方性を低減することにより、反りや歪みの発生を抑えるとともに、摺動部分での相手材に対する摩耗性や樹脂成形品自体の摩耗性を低減できるフェノール樹脂成形材料及びこの成形材料により成形されたフェノール樹脂成形品を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、フェノール樹脂、充填材、潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料であって、フェノール樹脂が成形材料全体に対して３〜２９質量％、充填材として溶融シリカを成形材料全量に対して７０〜９０質量％、潤滑性物質としてポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）を成形材料全量に対して１〜７質量％含有する。

第２に、上記第１のフェノール樹脂成形材料において、エラストマーを成形材料全量に対して０．５〜５質量％含有する。

第３に、上記第１または第２のいずれかのフェノール樹脂成形材料を用いて加熱加圧成形されたフェノール樹脂成形品である。

上記第１の発明によれば、フェノール樹脂を特定の配合割合とし、充填材として溶融シリカを特定の配合割合とし、また、潤滑性物質としてＰＴＦＥを特定の配合割合として含有させたので、フェノール樹脂成形材料が有する耐熱性や成形性を損なうことなく、溶融シリカの効果により、成形収縮率や異方性を低減し、反りや歪みの発生を抑えることができる。また、線膨張係数を低減することでクラックの発生や金属と樹脂材料の界面の剥離を抑えることができる。また、潤滑性物質としてのＰＴＦＥの効果により摺動部分での相手材に対する摩耗性や樹脂成形品の摩耗性を低減することができる。

第２の発明によれば、フェノール樹脂成形材料に、エラストマーを特定の配合割合で含有させたので、上記第１の発明の効果をさらに確実に顕著なものとすることができる。即ち、上記第１の発明の成形収縮率や、異方性の低減を目的とした溶融シリカの配合と、潤滑性物質としてのＰＴＦＥの配合により、強固かつ摩擦係数の少ない成形品の物性に加えて、エラストマーの配合により低弾性化することができ、溶融シリカを高充填することにより、硬く、脆くなることを原因とする割れや欠けを解決することができる。また、摺動部材としての相手材、樹脂成形品自体の摩耗性をさらに低減することができる。

第３の発明によれば、上記第１または第２のいずれかの発明のフェノール樹脂成形材料を加熱加圧成形により成形した成形品であるので、フェノール樹脂成形材料の特徴である耐熱性を損なうことなく、成形収縮率や異方性を低減することにより、反りや歪みの発生を抑え、線膨張係数を低減することで、金属をインサート成形した場合でもクラックの発生や金属と樹脂材料の界面の剥離を抑えるとともに、摺動部分での相手材に対する摩耗性や樹脂成形品自体の摩耗性を低減した成形品を得ることができる。

また、加熱加圧成形によって加工することにより、従来、金属やセラミックを切削して行う精密部品の加工に比べて加工工数を大幅に削減することが可能となり、また設計自由度が向上する。

また、すでに樹脂化されている部品についても本発明による成形品を代替使用することで、さらに高い寸法精度を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明で用いられる必須成分としてのフェノール樹脂については、ノボラック型フェノール樹脂あるいはレゾール型フェノール樹脂を単独使用、または併用することができる。

また、レゾール型フェノール樹脂としてはメチロール型とジメチレンエーテル型があるが、本発明ではいずれかを単独使用、または両方を併用することができる。

フェノール樹脂は、通常、成形材料全量に対して３〜２９質量％、好ましくは１０〜１８質量％、さらに好ましくは１２〜１６質量％の範囲で配合することができる。フェノール樹脂の含有率が３質量％未満であると混練性が著しく悪化し、また成形性が低下する。一方、フェノール樹脂の含有量が２９質量％を超えると成形収縮率や線膨張係数が大きくなるとともに、耐湿処理後の寸法経時変化が大きくなるため、良好な寸法精度を得ることができなくなる。

本発明で用いられる必須成分である充填材としての溶融シリカは、成形材料の流動性の点から、また金型等の設備の摩耗の点から球状であることが好ましく、その配合量は、通常、脂成形材料全量に対して７０〜９０質量％、好ましくは７５〜８５質量％の割合で含有される。溶融シリカの含有量が７０質量％未満であると成形収縮率や線膨張係数が大きくなり、９０質量％を超えると混練性が著しく悪化し、また成形性が低下するおそれがある。

溶融シリカの平均粒径は０．５〜２５０μｍ、好ましくは３〜１００μｍの範囲である。平均粒径が、０．５μｍ未満であると、流動性が著しく低下し、２５０μｍを超えると、表面平滑性が低下するため、特にμｍオーダーの寸法精度が要求される精密部品に用いる場合には好ましくない。

上記溶融シリカは単独使用しても、平均粒径が異なる２種類以上のものを併用してもよい。

溶融シリカを併用する場合、平均粒径１０〜３０μｍの範囲のものが８０〜９５質量％、平均粒径０．５〜５μｍの範囲のものを５〜１５質量％の割合で含有するのが好ましい。

平均粒径及び含有量がこの範囲であれば、良好な成形性を確保しつつ高充填することが可能となり、成形収縮率や線膨張係数を小さくすることができるとともに、熱や吸湿による寸法経時変化を小さくすることができる。

本発明で用いられる必須成分である潤滑性物質としてのＰＴＦＥは、平均粒径が１〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍの範囲である。平均粒径が１００μｍを超えると表面平滑性を低下させるおそれがあり、１μｍ未満であると分散不良を起こし、潤滑性向上効果が得られない。

ＰＴＦＥの配合量は、通常、成形材料全量に対して１〜７質量％、好ましくは２〜５質量％の割合で含有される。含有量が１質量％未満であると潤滑性の効果が十分ではなく、７質量％を超えると機械特性が低下するおそれがある。

本発明で用いられるエラストマーとしては、一般に樹脂改質材として用いられるものであれば特に限定されることなく用いることができる。例えば、ＳＢＲ、アクリルゴム、シリコーン樹脂、ポリブタジエン、ＮＢＲ等を用いることができる。

エラストマーの配合量は、通常、成形材料全量に対して０．５〜５質量％含有するのが好ましく、１〜３質量％含有するのがより好ましい。０．５質量％未満であると低弾性化効果が見られず、５質量％を超えると機械特性が低下するおそれがある。

ノボラック型フェノール樹脂の硬化剤としては、ヘキサメチレンテトラミン等の窒素系化合物を好適に用いることができ、その硬化助剤としては、消石灰等を好適に用いることができる。

本発明のフェノール樹脂成形材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに他の添加剤を配合することができる。このような添加剤の具体例としては、例えば、離型剤、顔料等を挙げることができる。

本発明のフェノール樹脂成形材料は、上記のフェノール樹脂、溶融シリカ、ＰＴＦＥ、及びその他の添加剤を、２軸混練機等を用いて混練して調整することができる。混練後は、冷却粉砕し造粒するようにしてもよい。

このようにして調整されたフェノール樹脂成形材料は、射出成形、プレス成形、トランスファー成形等の加熱加圧成形によりフェノール樹脂成形品を得ることができる。

射出成形の場合、例えば、温度１５０〜１９０℃、圧力８８〜１３７ＭＰａ（９００〜１４００ｋｇｆ／ｃｍ^２）、時間２０秒間以上とすることができる。他の成形方法の場合もこの成形条件に準じて成形することができる。

上記の成形方法により成形された本発明のフェノール樹脂成形品は、例えば、携帯電話のカメラレンズ保持部、ガスメータ部品、光ファイバ接続用コネクタ部品、ＯＡ機器の部品、自動車の燃料ポンプ等のポンプ部品等、非常に高寸法精度、高寸法安定性が要求される部品に用いることが可能である。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

表１に示す各成分を所定量配合し、１分間混合した。次にこの混合物を２軸混練機で３分間、１００〜１１０℃で混練した。この後、混練物を冷却粉砕し、造粒して実施例１〜５及び比較例１〜４のフェノール樹脂成形材料を得た。

配合成分として以下のものを用いた。
＜樹脂＞
ノボラック型フェノール樹脂：パナソニック電工(株)製重量平均分子量２０００〜４０００
＜潤滑性物質＞
ＰＴＦＥ：(株)喜多村製ＫＴ−３００Ｍ
＜充填材＞
溶融シリカ（平均粒径２４μｍ）：(株)マイクロン製ＨＳ−２０１
＜エラストマー＞
ＮＢＲ
＜硬化剤＞
ヘキサメチレンテトラミン：三井東圧(株)製品番Ｓ−４
＜離型剤＞
カルナバワックス
＜顔料＞
カーボンブラック
実施例１〜５及び比較例１〜４のフェノール樹脂成形材料を用いて以下のテストピースを作成し各試験を行った。
（１）曲げ強さ、曲げ弾性率
トランスファー成形（成形温度１６５℃、硬化時間９０秒）により、ＪＩＳＫ６９１１に準じて成形収縮率測定用のテストピースを作成した。このテストピースを用いて、ＪＩＳＫ６９１１に準拠して曲げ強さ及び曲げ弾性率を測定した。
（２）成形収縮率
上記（１）で作成したテストピースを用いて、ＪＩＳＫ６９１１に準拠して成形収縮率を測定した。
（３）線膨張係数、ガラス転移温度
上記（１）で作成したテストピースを用いて、ディラトメータ法にて線膨張係数及びガラス転移温度を測定した。
（４）耐湿寸法変化
上記（１）で作成したテストピース（φ９０ｍｍ）を４０℃×９０％の恒温恒湿槽に２５０時間入れて、初期寸法に対する寸法変化率を測定した。
（５）摺動摩耗試験
以下の条件にて円柱状樹脂試験片を作成した。
＜１＞金型：目的の形状の試験片金型（プレス成形）
＜２＞成形条件：金型温度＝１６５℃、圧力１０ＭＰａ、硬化時間＝１８０秒
＜３＞形状： φ１００ｍｍ×３ｍｍ
＜４＞１８０℃×８ｈアニール処理有り
上記条件で作成した円柱状樹脂試験片（ロータ、φ１００ｍｍ、×３ｍｍ）が、試験片上部で角板状試験片（ステータ、アルミニウムＡ５０５２、４２ｍｍ×１８ｍｍ×４ｍｍ）に接触し、荷重１．２Ｋｇが接触部に均一にかかるようにし、ロータを常温、６０ｒｐｍで５ｈ回転させた後のロータ（樹脂成形品）とステータ（アルミニウムＡ５０５２）の摩耗量を測定した。

試験結果を表１に示す。

表１より、充填材として溶融シリカを配合したもの（実施例１〜５及び比較例１〜３）とガラス繊維を配合したもの（比較例４）を比較すると、溶融シリカを含有したものはガラス繊維を配合したものに比べて、曲げ弾性率、成形収縮率、線膨張係数、耐湿寸法変化の値が大幅に低減していた。

また、ＰＴＦＥ配合に関して摺動摩耗試験の結果を比較すると、ＰＴＦＥの配合量が０または少ない比較例１、２に比べて、実施例１〜５のＡｌ摩耗量が低減していることが確認された。

また、ＮＢＲを配合した実施例５と、これに対してＮＢＲ以外の配合量がほぼ同量の実施例２を比較すると、曲げ弾性率が低減されていること、線膨張係数が低減していること、また摺動摩耗試験のＡｌ摩耗量と樹脂摩耗量が低減しバランスが改善されていることが確認された。

以上の結果から、本発明のフェノール樹脂成形材料を用いて得た実施例１〜５の成形品は、上記各測定項目においてバランスのとれた物性を示すことが確認された。

Claims

フェノール樹脂、充填材、潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料であって、フェノール樹脂を成形材料全体に対して３〜２９質量％、充填材として溶融シリカを成形材料全量に対して７０〜９０質量％、潤滑性物質としてポリテトラフルオロエチレンを成形材料全量に対して１〜７質量％含有することを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
エラストマーを成形材料全量に対して０．５〜５質量％含有することを特徴とする請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料。
請求項１または２に記載のフェノール樹脂成形材料を加熱加圧成形により成形したことを特徴とするフェノール樹脂成形品。