JP2017171778A

JP2017171778A - Ｓｍｃおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2017171778A
Application number: JP2016059134A
Authority: JP
Inventors: 拓正山田; Takumasa Yamada
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2017-09-28

Abstract

【課題】材料温度の上昇速度を増加させて、樹脂コンパウンドの硬化時間ひいては成形体の成形時間を短縮することができるＳＭＣおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】無機フィラーを含む樹脂コンパウンドとガラス繊維とからなるＳＭＣであって、無機フィラーは、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものであり、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの合計量に対し、アルミナの割合が８質量％以上７０質量％以下であるものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＭＣおよびその製造方法に関する。

従来より、熱硬化型の樹脂コンパウンドとガラス繊維を混合してシート状に成形したＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド、Sheet Molding Compounds）を用いて樹脂成形体を製造することが知られている。そして、ＳＭＣからの成形体は、意匠性と強度を兼ね備えていることから浴槽、洗面台やキッチンカウンター等に広く使用されている。

このようなＳＭＣの組成やその製造方法については、従来より様々な提案がなされている。例えば、成形体を高強度かつ均質とし、また、ミミ部と呼ばれるガラス繊維の含まれていない部分の発生を抑制するためのＳＭＣ組成とその製造方法が提案されている（特許文献１）。また、樹脂コンパウンドを構成する樹脂やポリマー素材の選択により、成形体の表面平滑性や光沢性を良好なものとするためのＳＭＣ組成とその製造方法も提案されている（特許文献２）。

特開２０１３−２１６８２３号公報特開平９−２４１４９６号公報

しかしながら、これまでの様々な提案にもかかわらず、従来では、樹脂コンパウンドの温度上昇が遅く、ＳＭＣ製造に要する時間が長くなり、ＳＭＣの製造工程を短縮することが難しいという問題があった。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、材料温度の上昇速度を増加させて、樹脂コンパウンドの硬化時間ひいては成形体の成形時間を短縮することができるＳＭＣとその製造方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明のＳＭＣは、無機フィラーを含む樹脂コンパウンドとガラス繊維とからなるＳＭＣであって、前記無機フィラーは、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものであり、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの合計量に対し、アルミナの割合が８質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする。

また、本発明のＳＭＣの製造方法は、無機フィラーを含む樹脂コンパウンドとガラス繊維を混合してシート状に成形してなるＳＭＣの製造方法であって、前記無機フィラーは、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものであり、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの合計量に対し、アルミナを８質量％以上７０質量％以下の割合で添加することを特徴とする。

本発明のＳＭＣによれば、前記のとおりのアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの併用によって、成形体の重量増加を抑えつつ、材料温度の上昇速度を増加させて、樹脂コンパウンドの硬化時間ひいては成形体の成形時間を短縮することができる。

無機フィラーの比重と熱伝導率の関係を示したグラフである。本発明のＳＭＣ中に含有される無機フィラー中のアルミナの添加率と熱伝導率の関係を示したグラフである。図中縦軸の熱伝導率の値は、無機フィラーのみの熱伝導率を測定した値を示している。図中白丸は、本発明の実施例１の結果を示している。本発明のＳＭＣ中に含有される無機フィラー中のアルミナの添加率と比重の関係を示したグラフである。図中縦軸の比重の値は、無機フィラーのみの比重を測定した値を示している。

以下に、本発明のＳＭＣおよびその製造方法について、詳細に説明する。

本発明のＳＭＣは、無機フィラーを含む樹脂コンパウンドとガラス繊維とからなるＳＭＣであって、前記無機フィラーは、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものである。また、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの合計量に対し、アルミナの割合が８質量％以上７０質量％以下である。

なお、「樹脂コンパウンド」の用語には、主剤となる樹脂に加え、必要に応じて配合される低収縮剤、硬化剤等の各種添加剤を含有するものが含まれる。

また、前記「無機フィラー」は、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものである。本発明は、このような併用を前記のとおりの特定の割合とすることを必須としている。

図１は、従来より知られている各種の無機フィラーの比重と熱伝導率の関係を示したグラフである。

例えば、この図１に例示したように、従来よりＳＭＣに主に使用されている無機フィラーとしては、比較的比重の小さい炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等が例示される。しかしながら、これらの無機フィラーでは、図１の破線で丸囲みされた部分に示すように、低比重であるものの熱伝導率が低いため、樹脂コンパウンドの温度上昇が遅く、ＳＭＣの成形に要する時間が長くなる。このため、ＳＭＣを用いた成形体の製造工程を時間短縮することが難しい。

一方、図１の実線で丸囲みされた部分に示すように、炭化ケイ素ＳｉＣ、アルミナ、酸化亜鉛ＺｎＯ等の無機フィラーについては、熱伝導率は高いものの、比重が３．０以上と比較的大きいため、添加量が増大するに連れて、得られるＳＭＣの重量が増大する。このように比重の高い無機フィラーを用いることによりＳＭＣの重量が増大すると、ＳＭＣやその成形体のとり回しが悪くなり、輸送コストの上昇等の問題も生じかねない。また、樹脂コンパウンド中で、これらの無機フィラーが沈降してしまい、比重の偏りが生じるのみならず、加熱成形時に温度ムラが生じることにより、ＳＭＣおよびそれを用いた成形体の均一な硬化成形が妨げられるおそれもあった。

このような背景から、本発明者は、ＳＭＣに配合される無機フィラーの熱伝導率と比重のバランスに着目し、前記のとおりの本発明の構成として特定している。

アルミナは、図１の実線で丸囲みされた部分に示すように、通常、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋであり、比重が３．９５ｇ／ｃｍ^３と熱伝導率が高く、比重も高い。

一方、アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとしては、例えば、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウム等が例示される。炭酸カルシウムは、図１の破線で丸囲みされた部分に示すように、通常、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋであり、比重が２．７１ｇ／ｃｍ^３と熱伝導率が低く、比重もアルミナより低い。水酸化アルミニウムは、通常、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、比重が２．４２ｇ／ｃｍ^３と熱伝導率が低く、比重もアルミナより低い。

これらアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが、本発明においてＳＭＣに併用配合されている。そして、この併用では、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの含有量に対し、アルミナの割合が８質量％以上７０質量％以下になるようにする。

本発明のＳＭＣ中に含有される無機フィラー全体の熱伝導率の値としては、例えば、５．０Ｗ／ｍ・Ｋを上回ることが好ましく考慮される。

図２は、本発明のＳＭＣ中に含有される無機フィラー中のアルミナの添加率と熱伝導率の関係を示したグラフである。図中縦軸の熱伝導率の値は、樹脂コンパウンドを含まない無機フィラーのみの熱伝導率を測定した値を示している。アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとしては、水酸化アルミニウムを用いたものであり、アルミナを添加しない場合は、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・Ｋである。一方、水酸化アルミニウムにアルミナを８質量％添加した場合、無機フィラーの熱伝導率は６．０Ｗ／ｍ・Ｋと４倍程度上昇する。また、図２には、アルミナの添加率が増加するに連れて、熱伝導率の値が比例的に上昇することも示されている。

本発明のＳＭＣ中に含有される無機フィラーの比重の値としては、例えば、３．５ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく考慮される。また、本発明のＳＭＣの成形体の比重としては、２．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく考慮される。

図３は、本発明のＳＭＣ中に含有される無機フィラー中のアルミナの添加率と比重の関係を示したグラフである。図中縦軸の比重の値は、無機フィラーのみの比重を測定した値を示している。図中に破線で示したように、アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとしての水酸化アルミニウムとアルミナの合計量に対するアルミナの添加率が７０質量％を超えると、無機フィラーの比重が３．５ｇ／ｃｍ^３を上回り、ＳＭＣの成形体の重量が増大し、とり回ししにくくなる。しかしながら、低熱伝導・低比重無機フィラーへのアルミナの添加率を７０質量％以下に抑えると、無機フィラーの比重を３．５ｇ／ｃｍ^３以下に抑制することができる、このような無機フィラーを含有するＳＭＣの成形体を製造した場合、成形体の比重を２．０ｇ／ｃｍ^３以下にすることが可能となる。

これら図２、３に示すように、アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーにアルミナを添加して、混合、併用することにより、無機フィラー全体としての熱伝導率の値を５．０Ｗ／ｍ・Ｋ超と高く保ったまま、その比重を３．５ｇ／ｃｍ^３以下に低下させることができる。そのためには、例えば、無機フィラーの全量に対し、アルミナの添加量が８質量％以上７０質量％以下、特に、１５質量％以上４０質量％以下の範囲であることが好ましく考慮される。前記アルミナの添加量が上記の範囲内であれば、成形体の重量を抑えつつ、材料温度の上昇速度を増加させて、樹脂コンパウンドの硬化時間ひいては成形体の成形時間を短縮することができる。

なお、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラー、無機フィラー全体の熱伝導率としては、例えば、熱線法により測定された値を用いることが例示される。無機フィラーを含有するＳＭＣや、このＳＭＣの成形体についても同様の方法により測定された熱伝導率の値を用いることができる。

また、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラー、無機フィラー全体の比重としては、例えば、ＪＩＳＺ２５１２（２０１２）の金属粉−タップ密度測定方法によって測定された値を用いることが例示される。無機フィラーを含有するＳＭＣや、このＳＭＣの成形体の比重については、例えば、ＪＩＳＫ７１１２（１９９９）によって測定された値を用いることが例示される。

そしてまた、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの合計量が樹脂コンパウンドの全量に占める割合としては、無機フィラー全体の熱伝導率、比重について上記のとおりの観点を考慮して、例えば、４０質量％以上８０質量％以下の範囲が好ましく考慮される。無機フィラーの占める割合が、上記の範囲内であれば、硬化成形前における樹脂コンパウンドの流動性が保たれ、しかも得られるＳＭＣの成形体の耐衝撃性も十分なものとなる。

本発明では、ＳＭＣの硬化時間、樹脂コンパウンドを含まない無機フィラーのみの比重および無機フィラーを含有するＳＭＣの成形体の比重を評価指標として、好ましい無機フィラーの配合を決定することができる。具体的には、無機フィラーのみの比重が３．５ｇ／ｃｍ^３以下、さらに無機フィラーを含有するＳＭＣを用いて製造したＦＲＰの比重が２．０ｇ／ｃｍ^３以下であることを好適な目安とすることができる。

なお、本発明のＳＭＣにおいては、本発明の目的、効果を阻害しない範囲において、必要に応じてアルミナ以外の高熱伝導・高比重の、例えば、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の他種の無機フィラーを配合してもよい。

前記樹脂コンパウンドの主剤としては、通常、前記ＳＭＣに用いられている樹脂であれば、特に限定されない。例えば、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を単独または２種類以上併用したものが例示される。このような樹脂コンパウンドには、必要に応じて、サイズ剤等を添加することができる。

前記ＳＭＣの色は、製造する浴槽、洗面台やキッチンカウンター等の色および模様に応じて着色することが可能であり、特に限定されない。例えば、前記樹脂コンパウンドに染料、顔料、着色用のトナー等を添加することにより着色することができる。

また、前記樹脂コンパウンドには、前記無機フィラーの熱伝導率に影響を及ぼさない限りにおいて、低収縮剤、硬化剤、重合防止剤、離型剤、増粘剤、低収縮剤、紫外線吸収剤、光安定剤等を必要に応じて添加することができる。

硬化剤としては、例えば、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ２−エチルヘキサノエートやｔ−ヘキシルパーオキシ２−エチルヘキサノエート等の有機過酸化物等が例示される。硬化剤の選択は、ＳＭＣの製造温度によって半減期温度の値に基づいて行うことができる。また、硬化剤の配合量は、熱硬化性樹脂の種類によって設定することができる。例えば、熱硬化性樹脂としてビニルエステル樹脂を使用する場合、硬化剤の配合量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して０．５質量部〜５質量部の範囲が好ましく例示される。

増粘剤としては、通常、ＳＭＣの製造に用いられる増粘剤であれば、特に限定されることはなく、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、イソシアネート等が例示される。酸化マグネシウムは、例えば、直径７５μｍ以下の＃４０番手（ＢＥＴ表面積４６ｃｍ^３／ｇ）のものや、活性度の高い＃１００番手（ＢＥＴ表面積８５ｃｍ^３／ｇ）のもの等が好適に例示される。増粘剤は、単独または２種類以上の併用が可能である。

前記増粘剤の添加量は、例えば、前記樹脂コンパウンドの全量に対して０．２質量部以上５質量部以下、好ましくは０．５質量部以上１．５質量部以下の範囲が例示される。

架橋剤としては、例えば、熱硬化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂を用いる場合、不飽和の疎水性ビニルモノマーが例示される。具体的には、例えば、スチレンやメタクリル酸メチル、モノクロロスチレン、ジアリルフタレート、トリアリルフタレート等が例示される。

前記ガラス繊維としては、通常、ＳＭＣに用いられているものであれば特に制限されず、例えば、長さが１ｃｍ〜５ｃｍのものが例示される。前記ガラス繊維としては、単繊維状に解繊されたものであっても良いし、複数本の短繊維が編み込まれたガラスロービング状のものであってもよい。さらには、上記のガラス繊維を織布や不織布等あらかじめマット状に成形しておき、これを前記樹脂コンパウンドに含浸させることにより、ＳＭＣの原料とすることも好ましく考慮される。

そして、前記無機フィラーを含有する前記樹脂コンパウンドと、前記ガラス繊維をマット状に形成し、必要に応じて養生した後、金型内に供給し、例えば、プレス機等を用いて加熱加圧成形することが可能である。加熱成形条件は、前記樹脂コンパウンドの主剤が硬化する条件であれば特に限定されないが、例えば、成形温度として常温〜１６０℃の範囲が例示される。この範囲内にあると、アルミナの熱伝導率が高いため、従来よりも短時間で前記樹脂コンパウンドを硬化させることができ、ＳＭＣの製造速度を向上させることが可能となる。

また、成形時の圧力としては、例えば、０．３ＭＰａ〜３．０ＭＰａの範囲が例示される。

得られるＳＭＣの大きさとしては、例えば、厚みが１ｍｍ〜５ｍｍであり、幅が０．７５ｍ〜１．５ｍであり、長さが４００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内が例示される。上記の範囲内にあれば、最終製品の成形体の製造工程における取り扱いが良好となる。

また、得られるＳＭＣは、単層で用いてもよいし、２層以上の層状に重ね合わせたものを複合化して用いることも可能である。前記ＳＭＣを２層以上の層状に重ね合わせて用いる場合、使用時における表面側に配置されるＳＭＣと、内部面、および使用時における裏面側に配置されるＳＭＣは、相互に異なる色調のものを用いることが好ましく考慮される。このように相互に色調の異なるＳＭＣを積層したものを、金型により加熱加圧成形することにより、金型内で溶融したＳＭＣが流動して、大理石等の自然石に良く似た外観の流れ柄を形成することも可能となる。

以上の製造方法によって得られたＳＭＣは、浴槽、洗面台やキッチンカウンター等の成形に幅広く適用することができる。

以下に実施例を示すが、ＳＭＣは、実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
熱硬化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂（昭和電工株式会社製、Ｍ−５４０）８９質量部に、低収縮剤としてポリスチレン（ＰＳジャパン製、ＧＰＰＳ）のスチレン４０％溶液を３質量部、スチレン（三菱化学株式会社製、ＣＡＳ（１００−４２−５）準拠スチレンモノマー）を４質量部、硬化剤としてｔ−ブチルパーオキシベンゾエート（日本油脂株式会社製、パーブチルＺ）１質量部、重合防止剤としてｐ−ベンゾキノン（和光純薬製）０．０５質量部、離型剤としてステアリン酸亜鉛（川村化学工業製）５質量部、無機フィラーとして、アルミナ（東京化成製）１６質量部、アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとして水酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製）１８４質量部を添加した。これらの混合物をミキサーを用いて攪拌し、樹脂コンパウンドの主剤を調製した。この主剤に対し、増粘剤として酸化マグネシウム（協和化学株式会社製、キョーワマグ＃４０）１質量部、低収縮剤としてポリスチレン（ＧＰＰＳ、ＰＳジャパン製）を６質量部と、顔料としてトナー１０質量部を添加した。これらの混合物をミキサーを用いて攪拌し、樹脂コンパウンドを調製した。

この樹脂コンパウンドに、長さ約２５ｍｍに裁断したガラス繊維（日東紡製）をＳＭＣの総重量の２２質量％となるように混合し、これらの混合物をミキサーを用いて攪拌し、シート状に成形した後、１ＭＰａ、１６０℃で加熱加圧成形し、ＳＭＣの成形体を作製した。
（実施例２）
無機フィラーとして、アルミナ８０質量部、アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとして、水酸化アルミニウム１２０質量部に変更したこと以外は、実施例１と同様にしてＳＭＣの成形体を作製した。
（実施例３）
無機フィラーとして、アルミナ１２０質量部、アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとして、水酸化アルミニウム８０質量部に変更したこと以外は、実施例１と同様にしてＳＭＣの成形体を作製した。
（比較例１）
無機フィラーとして、アルミナを用いず、水酸化アルミニウム２００質量部に変更したこと以外は、実施例１と同様にしてＳＭＣの成形体を作製した。

実施例および比較例で作製したＳＭＣの成形体について、無機フィラー全体の熱伝導率、アルミナ以外の無機フィラーの熱伝導率、成形体比重および硬化時間を測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示されるように、従来と同様に無機フィラーとしてアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーのみを含有する比較例１のＳＭＣの成形体では、無機フィラーの熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・Ｋ、比重が１．７９ｇ／ｃｍ^３であり、硬化時間は１４０秒であった。一方、表１および図２の図中白丸で示すように、無機フィラー中にアルミナが８％添加されている実施例１のＳＭＣの成形体については、無機フィラーの熱伝導率が６．０Ｗ／ｍ・Ｋとなり、比較例１の約４倍と大幅に向上することが確認された。また、従来と同様にアルミナが添加されていない無機フィラーを用いた比較例１のＳＭＣの成形体の硬化時間が１４０秒であるのに対し、実施例１のＳＭＣの成形体の硬化時間は１２５秒となり、１０％程度硬化時間を短縮できることが確認された。さらに、樹脂コンパウンドの温度を所定の硬化温度まで上昇させるに要する時間、すなわち、温度上昇時間は、比較例１のＳＭＣの成形体では３０秒であるのに対し、実施例１のＳＭＣの成形体では１５秒となり、温度上昇時間を１/２程度にまで短縮可能であることも確認された。

また、実施例１のＳＭＣの成形体については、表１に示すように、比重が１．８１ｇ／ｃｍ^３となり、３．５ｇ／ｃｍ^３を下回ることが確認された。しかも、この成形体の比重は、従来と同様に無機フィラーとしてアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーのみを含有する比較例１のＳＭＣと遜色ないレベルの比重であることが確認された。

実施例２、３についても同様の傾向が認められることが確認された。

以上の結果から、本発明のＳＭＣおよびその製造方法によれば、成形体の重量増加を抑えつつ、材料温度の上昇速度を増加させて、樹脂コンパウンドの硬化時間ひいてはＳＭＣの成形時間を短縮可能であることが確認された。

Claims

無機フィラーを含む樹脂コンパウンドとガラス繊維とからなるＳＭＣであって、
前記無機フィラーは、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものであり、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの合計量に対し、アルミナの割合が８質量％以上７０質量％以下であることを特徴とするＳＭＣ。
前記アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの合計量に対し、アルミナの割合が１５％質量以上４０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳＭＣ。
前記アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの熱伝導率が５W/m・K以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＳＭＣ。
前記アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの樹脂コンパウンドの全量に占める割合が４０質量％以上８０質量％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＳＭＣ。
無機フィラーを含む樹脂コンパウンドとガラス繊維を混合してシート状に成形してなるＳＭＣの製造方法であって、
前記無機フィラーは、少なくともアルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとが併用されるものであり、アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーとの合計量に対し、アルミナを８質量％以上７０質量％以下の割合で添加することを特徴とするＳＭＣの製造方法。
前記アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの合計量に対し、アルミナの割合が１５質量％以上４０質量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のＳＭＣの製造方法。
前記アルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの熱伝導率が５W/m・K以下であることを特徴とする請求項５または６に記載のＳＭＣの製造方法。
前記アルミナとアルミナよりも低熱伝導・低比重の無機フィラーの樹脂コンパウンドの全量に占める割合が４０質量％以上８０質量％以下であることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のＳＭＣの製造方法。