JP3997216B2 - エポキシ樹脂引き抜き成形品 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の収納、搬送等に適し、カーボン繊維で繊維強化された引き抜き成形法によって製造されるエポキシ樹脂引き抜き成形品に関する。

電子部品の収納、搬送のための容器、ラック等は、電子部品の重さに耐えることのできる強度を有し、防塵性に優れる等の基本的な性能を有している必要があり、これまで、ステンレス、アルミニウム等を材料として成形した部材が用いられていた。

ところが、近年、電子部品の大量生産が進むに従い、容器についても大型化が進んできており、これまで使用してきた材料では不具合が出てくるようになってきた。例えば、ステンレスを用いた場合は、大型化により重量が大きくなってしまうため搬送、移動等が困難となり、作業性が低下してしまっていた。また、アルミニウムを用いた場合は、大型化によっても重量は軽く作業性は良好であるが、強度に難点があるため電子部品の重さに耐え切れず、安定して収容することができない場合があった。

このような状況下、強度があり、かつ軽量化を図ることができる素材が検討されるようになり、本発明者は、作業性を低下することなく軽量で、かつ電子部品の安定した収容を可能とする強度を有する材料として、繊維により強度を高めた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）に着目し、これに代替することを検討してきた。

繊維強化プラスチックは、強度及び耐熱性にも優れ、しかも引き抜き成形による成形品は、その生産性や成形性も良好であるため（例えば、特許文献１参照。）、容器を大型化した際の実用性に優れ、軽量化も考慮した場合には、カーボン繊維が特に適するものと考えられる。
特開平５−１１７４１２号公報

このような引き抜き成形品は、強度に優れ軽いことから十分に実用化の段階まで達してきているが、強度を上げるためにカーボン繊維を用いていることから、電子部品を収容しようとした場合、電子部品がその容器等の表面に接触し、通電して高価な電子部品が損傷し、使用できなくなることもある。

そこで、本発明は、このような問題点を解消するために、強度が強く、軽量で、かつ電子部品を損傷することのない引き抜き成形品を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の問題点を解決するために鋭意研究を進めた結果、カーボン繊維を用いた引き抜き成形品の導電性による静電気除去、軽量化を損なわず表面に電気絶縁層を設け、電流による火花等の発生による通電を防止することができる引き抜き成形品を見出し、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明のエポキシ樹脂引き抜き成形品は、エポキシ樹脂組成物にカーボン繊維を含浸させて製造する引き抜き成形品において、カーボン繊維を５０〜８０質量％含有するものであって、成形品表面に絶縁層を有することを特徴とするものである。

本発明のエポキシ樹脂引き抜き成形品によれば、電子部品の保存、運搬等に用いる容器、ラック等であって、これまで使用していたアルミニウムやステンレス等の材料からなるものに比べて、強度が高く、かつ、軽量であるという性質を有しており、さらにその表面には電気絶縁層が設けられているため、静電気等の通電により電子部品を損傷することがなく、取扱いの容易な容器、ラック等を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤とを必須の成分とし、その他の成分を適宜添加して用いることもできるものである。

必須成分であるエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有し、引き抜き成形に用いることができるものであれば、分子構造、分子量等に制限されることなく、広く使用することができる。その中でも、環境保全の観点から、ハロゲン原子を含まないエポキシ樹脂であることが好ましい。

このエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール型、ノボラック型、ビフェニル型の芳香族基を有するエポキシ樹脂、ポリカルボン酸がグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、シクロヘキサン誘導体にエポキシ基が縮合した脂環式のエポキシ樹脂等が挙げられ、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、脂環式エポキシ樹脂であることが特に好ましい。また、これらのエポキシ樹脂は単独又は２種以上を混合して使用することができる。

ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、例えば、エピコート８２８（油化シェルエポキシ社製）、アラルダイトＡＥＲ２６０（チバガイギー社製）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂としてはエピコート８０７（油化シェル製）が挙げられる。

３官能以上のエポキシ樹脂は硬化剤を含んだ樹脂組成物の粘度安定性が特に不良となることがあるため、本発明の実施が困難となる場合もある。

エポキシ樹脂組成物の粘度は、引き抜き成型に適した粘度であればよく、２５℃で０．３〜０．５Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。粘度調整はなるべく粘度の低いエポキシ樹脂を適宜フェニルグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル（チバガイギー製ＤＹ−０２６）等の反応性稀釈剤を少量添加して行うことができ、公知のエポキシ樹脂引き抜き成形の技術を利用することができる。

また、このエポキシ樹脂組成物に含有させる硬化剤としては酸無水物、塩基等を挙げることができるが、このとき用いられる硬化剤としては、樹脂組成物の硬化反応の際のポットライフが長く引き抜き成形性に優れていることが求められ、酸無水物であることが好ましい。さらに、樹脂組成物が、その硬化時の収縮率が小さく寸法精度が高い、耐熱性が高い、機械的・電気的性質に優れた硬化物を与える、刺激性が少ないといった特性を満たすものであることも求められる。

この硬化剤として用いられる酸無水物としては、脂環式酸無水物、鎖状脂肪族酸無水物、芳香族酸無水物等が挙げられ、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ピロメリット酸無水物、トリメリット酸無水物、トリメリット酸グリコール、メチルナジック酸無水物、ドデシルコハク酸無水物等が挙げられる。この中でも、その取扱いの容易さから脂環式の酸無水物であることが好ましい。

さらに、必要であれば、エポキシ樹脂組成物に硬化促進剤を混合しても良く、この硬化促進剤としては、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルアミノメチルフェノール、トリスジメチルアミノメチルフェノール等のアミン類や２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類が挙げられ、これらは単独又は２種以上を混合してもよい。

このエポキシ樹脂組成物には、引き抜き成形品としての特性を阻害しない範囲で、さらに水酸化アルミニウム、石こう、タルク等の無機充填剤、難燃剤、紫外線劣化防止剤、顔料、低収縮剤等を配合することができる。

本発明に用いるカーボン繊維としては、硬化物の強度、特に引張強度、可撓性、耐衝撃強度等を高める作用を有するものであり、ロービング、マット、クロス等の形状で用いることができるが、成形の容易さコスト等の点からロービングであることが好ましい。

また、このカーボン繊維としては、例えば、直径５〜１５μｍの炭素繊維フィラメントを６０００〜４８０００本収束したものを用いることができ、直径６．７〜７．０μｍの炭素繊維フィラメントを２４０００〜４８０００本収束したものであることが好ましい。

このカーボン繊維は、引き抜き成形品の５０〜８０質量％含有するものであり、６０〜７５質量％であることが好ましい。５０質量％未満であると強度が不十分となってしまい、８０質量％を超えるとエポキシ樹脂の含有量が少なくなり、さらに、引き抜き抵抗も大きくなるため、成形が困難となってしまう。

本発明に用いる絶縁層は、引き抜き成形品に含まれるカーボン繊維が電子部品と接触しないようにすることで、導電性を有するカーボン繊維から電流が電子部品に流れることを防止するものである。

この絶縁層は、公知の絶縁材料から形成することができ、例えば、天然高分子材料、合成高分子材料、無機の絶縁材料を含有した高分子材料等の高分子材料により形成することが好ましい。また、この高分子材料としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれも用いることができる。

この高分子材料としては、例えば、エポキシ樹脂 、不飽和ポリエステル樹脂 、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられ、特に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂であることが好ましい。

このとき用いる高分子材料は、エポキシ樹脂引き抜き成形品の表面への塗布により絶縁層を形成することができるものであり、常温で液状であって、成形品表面に塗布後、乾燥させることで絶縁層を形成することができる樹脂であることが好ましい。例えば、エポキシ樹脂としては、常温乾燥型の溶剤型エポキシ樹脂、加熱乾燥型のエポキシ液状樹脂等が挙げられ、これらはその作業性により適宜選択することができる。

絶縁層の厚さは、０．００１〜０．０１ｍｍの範囲であればよく、０．００１ｍｍ未満であると十分な絶縁性を得ることができず、０．０１ｍｍを超えると絶縁層を厚くするだけでコストが高くなってしまう。

また、この絶縁層は、エポキシ樹脂引き抜き成形品の全体を覆うように形成しても良いし、一部の面にのみ形成しても良いが、少なくとも電子部品の接触面に形成されていることが必要である。コストの面から電子部品の接触面にのみ絶縁層を形成することが好ましい。

次に、本発明のエポキシ樹脂引き抜き成形品の製造方法について説明する。

本発明においては、エポキシ樹脂を用いて従来公知の引き抜き成形法、例えばプルトルージョン成形法を行い、引き抜き成形と平行して又は引き抜き成形後に加熱硬化させて引き抜き成形品とし、さらに得られた引き抜き成形品の表面に電気絶縁性の樹脂を塗布して絶縁膜を形成することでエポキシ樹脂引き抜き成形品とすることができる。

図１は引き抜き成形法の一例を示す引き抜き成形装置１の側断面図であるが、カーボン繊維ロービング２を、エポキシ樹脂と硬化剤の混合物が収容された含浸槽３に連続的に通し、エポキシ樹脂の付着したカーボン繊維を加熱金型４に通して、金型を出た直後に保形性を有する程度に硬化させる予備成形を行う。その後、予備成形された樹脂をすぐに後硬化装置５に通して最終硬化させて、これを引張り機６によって引張りながら連続的に一定断面の成形物７を成形することができる。

連続的に引き抜き成形された成形物７は、適当な長さで切断装置８により軸方向に垂直に切断され、切断された成形物の表面に絶縁層となる熱硬化性樹脂を塗布、硬化させることで最終的に使用される引き抜き成形品とすることができる。

このとき得られる引き抜き成形品の切断面の断面形状は、任意の形状でよく、例えば、円、三角、四角、コの字型、図２に示したようなコの字を変形した形状等が挙げられ、これは任意の形状にすることができ、加熱金型４の金型の形状を適宜選択することにより定まるものである。

この引き抜き成形品は、例えば、その複数本を平行に並べて、それらの一端又は両端を支持体に接続・固定して、電子部品の収容部分を形成することで容器、ラック等とすることができる。電子部品が収容されるとき、この引き抜き成形品と電子部品の接触部分には電気絶縁性の樹脂による絶縁層が形成されているため、電子部品は引き抜き成形品のカーボン繊維から何ら影響を受ける事がなく、破損等の心配がない。

なお、この引き抜き成形品の絶縁層を形成する工程は、予備成形を行った後でも、後硬化を行った後でもどちらでもよく、例えば、熱硬化性樹脂を用いて予備形成を行った後に絶縁層を形成した場合には後硬化の際に引き抜き成形品と絶縁層を同時に硬化、形成することができる。

また、この絶縁層を形成するには、予備成形又は後硬化を行った樹脂の表面に刷毛、ローラー、スプレー、ロール等の塗装方法を用いて塗装することで達成することができる。この絶縁層は、エポキシ樹脂引き抜き成形品の全体を覆うように形成しても良いし、一部の面にのみ形成しても良いが、少なくとも電子部品の接触面に形成されていることが必要である。

次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ工業株式会社製、商品名：エピクロン８５０Ｓ） １００質量部、脂環式酸無水物（大日本インキ工業株式会社製、商品名：Ｂ−５７０） ８０質量部、イミダゾール系硬化促進剤（四国化成株式会社製、商品名：２Ｅ４ＭＺ） ２．５質量部、カルナバワックス ２．０質量部を混合した液状エポキシ樹脂を含浸用の容器に用意し、カーボン繊維（東邦テナックス株式会社製、商品名：ベスファイトＨＴＡ−２４Ｋ）をこの液状エポキシ樹脂に含浸させ、１７０℃の金型（長さ ８０ｃｍ）の中を３０ｃｍ／分の速度で引き抜いて、予備成形、後硬化を行い、直径１０ｍｍの丸棒を得た。

得られた丸棒に、表面処理用の絶縁樹脂として、２液混合常温乾燥型エポキシ樹脂（京セラケミカル株式会社製、商品名：ＴＥＢ９５０２と京セラケミカル株式会社、商品名：ＴＥＢ９５０３との１：１混合物）をスプレー装置により塗布、硬化させて０．３ｍｍの絶縁層を形成し、カーボン繊維を７５質量％含有するエポキシ樹脂引き抜き成形品を製造した。この成形品の特性を表１に示した。

［比重］：重さ４ｇの試験片を用い、ＪＩＳ Ｋ ６９１１の規定に準じて測定した。
［曲げ強さ］：長さ１２０×直径１０ｍｍの試験片を用い、ＪＩＳ Ｋ ６９１１の規定に準じて測定した。
［弾性率］：ＪＩＳ Ｋ ６９１１の規定に準じて測定した。
［絶縁抵抗］：ＪＩＳ Ｋ ６９１１に規定に準じて測定した。

（実施例２）
実施例１と同じ液状エポキシ樹脂を用意し、カーボン繊維（東邦テナックス株式会社製、商品名：ベスファイトＨＴＡ−２４Ｋ）をこの液状エポキシ樹脂に含浸させ、１７０℃の金型（長さ ８０ｃｍ）の中を３０ｃｍ／分の速度で引き抜いて、図２に示した断面形状を有する異形引き抜き成形品を得た。

得られた異型引き抜き成形品に、表面処理用の絶縁樹脂として、２液混合常温乾燥型エポキシ樹脂（京セラケミカル株式会社製、商品名：ＴＥＢ９５０２と京セラケミカル株式会社、商品名：ＴＥＢ９５０３との１：１混合物）をスプレー装置により塗布、硬化させて０．３ｍｍの絶縁層を形成し、カーボン繊維を７５質量％含有する異形エポキシ樹脂引き抜き成形品を製造した。

この引き抜き成形品の表面の絶縁抵抗を実施例１と同様に測定したところ、１×１０^１１Ω以上の電気絶縁性を示した。

また、この引き抜き成形品に５０ｋｇの荷重をかけたところ、損傷、変形等は起こらず、電子部品の運搬等に十分な強度を有していることがわかった。

一方、ステンレスで同様の形状の成形品を得たが、実施例２で製造した引き抜き成形品と同一の重さで製品を作ろうとすると、板厚が０．４ｍｍ程度と薄くなりすぎてしまい、きちんと成形するのが困難であるか、成形できたとしても、５０ｋｇの荷重には耐えられず変形してしまうことを確認した。

以上の結果から、本発明のエポキシ樹脂引き抜き成形品は、軽量であると同時に十分な強度を有しており、収容物への電気的な影響を与えることがないため、電子部品の搬送、保存等に適したものである。

引き抜き成形品の製造装置の側断面図である。 引き抜き成形品の断面形状の一例を示した図である。

符号の説明

１…引き抜き成形装置、２…カーボン繊維ロービング、３…含浸槽、４…加熱金型、５…後硬化装置、６…引張り機、７…成形物、８…切断装置

Claims (4)

1. エポキシ樹脂組成物と強化繊維であるカーボン繊維とからなる電子部品の収納・搬送用のエポキシ樹脂引き抜き成形品において、
   前記カーボン繊維を６０〜８０質量％含有し、成形品表面に絶縁層の塗膜が形成されてなることを特徴とするエポキシ樹脂引き抜き成形品（長手方向に配列するカーボン繊維の体積含有率が１０〜５０％のものを除く）。
2. 前記絶縁層が、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂から選ばれる少なくとも１種の絶縁性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂引き抜き成形品。
3. 前記エポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載のエポキシ樹脂引き抜き成形品。
4. 前記カーボン繊維を６０〜７５質量％含有するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のエポキシ樹脂引き抜き成形品。

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