JP4508165B2

JP4508165B2 - フェノール樹脂成形材料及び成形品

Info

Publication number: JP4508165B2
Application number: JP2006177310A
Authority: JP
Inventors: 祐矢北川; 林大北谷; 正法三好
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008007572A

Description

本発明は、機械構造部品等の製造に用いられるフェノール樹脂成形材料及びこれを用いて製造される機械構造部品等の成形品に関するものである。

フェノール樹脂成形材料は、耐熱性、強度、物理特性等に優れているので、機械構造部品、自動車用部品、電気機器部品、通信機器部品、日用品・雑貨及び漆器等の素材として広く利用されている（例えば、特許文献１−４参照。）。

特に機械構造部品、自動車用部品の生産についてはコスト合理化の要求が高く、プレス加工等によって部品を生産するにあたり、工程不良率を低減することが重要である。そしてこの不良率を低減する手法として、フェノール樹脂成形材料をタブレットに成形する手法がある。このようにタブレットに成形しておくと、フェノール樹脂成形材料の溶融状態が均一となり安定化するので、不良率を低減することが可能となるものである。

一方で機械構造部品、自動車用部品については、小型化に伴って製品形状の薄肉化のニーズがあり、機械的強度に優れた成形材料が求められている。この機械的強度を向上させるためには、フェノール樹脂成形材料に含まれているガラス繊維等の無機充填材の比率を高めることが有効である。
特開２０００−２１２３８６号公報特開平１０−８１８０８号公報特開２００２−２０７３１号公報特開２００５−２４７９４６号公報

しかしながら、ガラス繊維等の無機充填材の比率を高めると、高弾性的になり、タブレットに成形したときに割れが発生しやすくなる。この割れの発生を防止するために、エラストマーを配合することが考えられるが、やみくもに配合すると、耐熱性、強度が低下してしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、機械的強度が高い上に、タブレットに成形しても割れが発生しにくいフェノール樹脂成形材料及び成形品を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係るフェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂、ガラス繊維を含む無機充填材、エラストマー、離型剤を必須成分として含むと共に、タブレットに成形されて用いられるフェノール樹脂成形材料であって、このフェノール樹脂成形材料全量に対して、フェノール樹脂を２５〜４０質量％、ガラス繊維を含む無機充填材を４０〜７０質量％、エラストマーを０．５〜３．０質量％含んで成ることを特徴とするものである。

また請求項１に係る発明は、エラストマーとして、６０メッシュの篩を９５％以上通過するものを用いて成ることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１において、フェノール樹脂成形材料全量に対して、離型剤を０．１〜３．０質量％含んで成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る成形品は、請求項１又は２に記載のフェノール樹脂成形材料を成形して成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るフェノール樹脂成形材料によれば、エラストマーの含有量が３．０質量％以下であることによって、耐熱性の低下を防止しつつ、機械的強度を高く得ることができるものであり、また、エラストマーの含有量が０．５質量％以上であることによって、タブレットに成形しても割れが発生しにくくなるものである。

また請求項１に係る発明によれば、機械的強度をさらに高く得ることができると共に、タブレットの割れの発生をさらに低減することができるものである。

請求項２に係る発明によれば、混練性及び生産性を高く得ることができるものである。

本発明の請求項３に係る成形品によれば、機械的強度を高く得ることができるものであり、薄肉部分があってもその部分の強度を十分に得ることができるものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係るフェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂、無機充填材、エラストマー、離型剤を必須成分として含むと共に、タブレットに成形されて用いられるものである。

フェノール樹脂としては、レゾール型やノボラック型があるが、これらのうちいずれを用いることもできる。フェノール樹脂の重量平均分子量は２０００〜４０００であることが好ましい。そして、フェノール樹脂は、フェノール樹脂成形材料全量に対して、２５〜４０質量％含まれるように配合する。フェノール樹脂の含有量がこの範囲を逸脱すると、成形品の１つであるコンミテータの強度が低下したり、また、均一に混練するのが難しくて材料化が困難になるおそれがある。

無機充填材としては、ガラス繊維を含むものを用いる。すなわち、少なくともガラス繊維を用いるものであり、ガラス繊維のみを用いたり、ガラス繊維とその他の無機充填材を併用したりすることができる。その他の無機充填材としては、クレー、ウォラストナイト、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、タルク、マイカ、シリカ等を用いることができる。ガラス繊維以外の無機充填材は、１種類のみ用いたり、２種類以上用いたりすることができる。そして、ガラス繊維を含む無機充填材は、フェノール樹脂成形材料全量に対して、４０〜７０質量％含まれるように配合する。ガラス繊維を含む無機充填材の含有量が４０質量％より少ないと、機械的強度が低くなるものであり、逆に、ガラス繊維を含む無機充填材の含有量が７０質量％より多いと、高弾性的になり、タブレットに成形したときに割れが発生しやすくなるものである。

エラストマーとしては、ＳＢＲ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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。特にエラストマーとしては、６０メッシュの篩（タイラー標準篩）を９５％以上（上限は１００％）通過するものを用いる。これにより、機械的強度をさらに高く得ることができると共に、タブレットの割れの発生をさらに低減することができるものである。しかし、６０メッシュの篩を９５％未満しか通過しないエラストマーでは、このような効果を得ることができないおそれがある。そして、エラストマーは、フェノール樹脂成形材料全量に対して、０．５〜３．０質量％含まれるように配合する。エラストマーの含有量が０．５質量％より少ないと、タブレットの割れの発生を防止する効果を得ることができないものであり、逆に、エラストマーの含有量が３．０質量％より多いと、機械的強度や耐熱性が低下するものである。

離型剤としては、ステアリン酸亜鉛等を用いることができる。そして、離型剤は、フェノール樹脂成形材料全量に対して、０．１〜３．０質量％含まれるように配合するのが好ましい。これにより、混練性及び生産性を高く得ることができるものである。しかし、離型剤の含有量が０．１質量％より少ないと、成形品の金型離れが困難となり、生産性が低下するおそれがあり、逆に、離型剤の含有量が３．０質量％より多いと、タブレットの割れの発生を防止する効果を得ることができないおそれがある。

フェノール樹脂成形材料を製造する場合には、必要に応じて、ヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤やソルベントブラック等の染料を用いることができる。

そして、本発明に係るフェノール樹脂成形材料は、次のようにして製造することができる。まず、フェノール樹脂、無機充填材、エラストマー、離型剤、必要に応じてその他の原材料を混合する。次に、この混合物を２軸混練機により混練する。その後、この混練物を冷却し、粉砕した後、造粒することにより、フェノール樹脂成形材料を得ることができる。

本発明に係る成形品は、上記のようにして得られたフェノール樹脂成形材料をそのまま用いて製造することができるが、工程不良率を低減するためには、一旦タブレットに成形した後にこのタブレットを用いて製造するのが好ましい。タブレットは、フェノール樹脂成形材料を常温で０．５〜３．０ｔｏｎ／ｃｍ^２（４９〜２９４ＭＰａ）の圧力を加えて圧縮成形することによって得ることができる。このようにして得られたフェノール樹脂成形材料のタブレットを用いて成形品を製造すると、エラストマーの含有量が３．０質量％以下であることによって、耐熱性の低下を防止しつつ、機械的強度を高く得ることができるものである。また、エラストマーの含有量が０．５質量％以上であることによって、上記のようにタブレットに成形しても、このタブレットには割れが発生しにくくなるものである。

そして、本発明に係る成形品は、上記のようにして得られたフェノール樹脂成形材料のタブレットを用いて、射出成形やトランスファー成形等の成形法を行うことによって、製造することができる。このようにして製造された成形品にあっては、機械的強度を高く得ることができるものであり、薄肉部分があってもその部分の強度を十分に得ることができるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（原材料）
フェノール樹脂成形材料を製造するための原材料として以下のものを用いた。

・ノボラック型フェノール樹脂（松下電工（株）製、重量平均分子量：約３０００）
・ガラス繊維（日東紡績（株）製「ＣＳ３Ｅ−４７９Ｓ」（繊維径平均φ１２μｍ、繊維長３ｍｍ））
・無機充填材（ＮＹＣＯ社製「ウォラストナイトＮＹＡＤ４００」）
・エラストマー１（ＮＢＲ、日本ゼオン（株）製「ニポール１４１１」）
・エラストマー２（ＮＢＲ、日本ゼオン（株）製「ニポール１０４２Ｆ」）
ここで、エラストマー１は、６０メッシュの篩を９５％以上通過するものであり、また、エラストマー２は、６０メッシュの篩の上に５０％以上残ってしまうものである。

・離型剤（ステアリン酸亜鉛）（大日化学工業（株）製「ＤＷＸ−ＺＸ」）
・硬化剤（ヘキサメチレンテトラミン）（三井東圧（株）製「Ｓ４」）
・染料（ソルベントブラック）（オリエント化学工業（株）製「ＳＡＰ」）
なお、下記［表１］における「その他」とは、硬化剤と染料とを合わせたものを意味しており、フェノール樹脂成形材料の全量に対して硬化剤を６質量％、染料を１質量％用いている。

（フェノール樹脂成形材料）
フェノール樹脂成形材料は、次のようにして製造した。まず、下記［表１］に示す配合量で、フェノール樹脂、ガラス繊維、無機充填材、エラストマー、離型剤、硬化剤、染料を１分間混合した。次に、この混合物を１００〜１１０℃の温度範囲で２軸混練機により３分間混練した。その後、この混練物を冷却し、粉砕した後、造粒することにより、各実施例及び比較例のフェノール樹脂成形材料を得た。

（試験片）
射出成形金型を用いて、各フェノール樹脂成形材料を成形することにより、曲げ強さ及び曲げ弾性率を測定するための試験片を得た。成形条件は、金型温度が１７０℃、硬化時間が９０秒、射出圧力が１２８ＭＰａとなるように設定した。

（曲げ強さ）
上記のようにして得た試験片を用いて、ＪＩＳＫ６９１１に基づいて曲げ強さ試験を行った。結果を下記［表１］に示す。曲げ強さは１２０ＭＰａ以上が好ましく、１５０ＭＰａ以上がより好ましい。

（曲げ弾性率）
上記のようにして得た試験片を用いて、ＪＩＳＫ６９１１に基づいて曲げ弾性率試験を行った。結果を下記［表１］に示す。曲げ弾性率は１０〜１７ＧＰａが好ましい。

（混練性・生産性）
上記試験片の製造を連続して行い、金型離れが容易であるか否か観察した。金型離れが容易であったものを「○」、金型離れが困難であったものを「△」、金型離れがしないものを「×」として、結果を下記［表１］に示す。

（成形性）
成形性試験は、押出式流れ試験用金型を用いて、ＪＩＳＫ６９１１に基づいて行った。押出式流れ試験の挿入質量、金型温度及び圧力はそれぞれ、４０ｇ、１６０℃、２９．４ＭＰａである。結果（押し切り時間）を下記［表１］に示す。押し切り時間は６０〜８０秒が好ましい。

（打錠タブレット締り性）
各フェノール樹脂成形材料を２０ｇずつ用い、これに常温で１．８ｔｏｎ／ｃｍ^２（１７７ＭＰａ）の圧力を加えて圧縮成形することによって、直径２５ｍｍのタブレットを成形した。そして、このタブレットをコンクリートの床面から高さ１．５ｍの位置より自然落下させた後、タブレットに割れや欠けが発生しているか否か観察した。割れや欠けが発生しなかったものを「○」、わずかな欠けが発生したものの割れには至らなかったものを「△」、割れが発生したものを「×」として、結果を下記［表１］に示す。

Claims

フェノール樹脂、ガラス繊維を含む無機充填材、エラストマー、離型剤を必須成分として含むと共に、タブレットに成形されて用いられるフェノール樹脂成形材料であって、このフェノール樹脂成形材料全量に対して、フェノール樹脂を２５〜４０質量％、ガラス繊維を含む無機充填材を４０〜７０質量％、エラストマーとして６０メッシュの篩を９５％以上通過するものを０．５〜３．０質量％含んで成ることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
フェノール樹脂成形材料全量に対して、離型剤を０．１〜３．０質量％含んで成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又は２に記載のフェノール樹脂成形材料を成形して成ることを特徴とする成形品。