JP4541528B2 - 薄肉射出成形品 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，軽量で剛性が要求される薄肉射出成形品に関する。
【０００２】
【従来技術】
射出成形部品の薄肉化を図ると，一般に，部品の剛性が不足する。したがって，かかる薄肉部品に用いる樹脂は，第１に薄肉部の高剛性化，第２に射出時の樹脂の高流動化という相反する特性を満足する必要がある。
そこで，従来，樹脂にガラスファイバーを添加して剛性を向上させることが行われていた。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，ガラスファイバーを樹脂に添加すると，樹脂溶融時の流動性が低下し，薄肉品の成形性が低下する。この成形性を改良すべく，成形を高速高圧で行うなど成形条件を厳しくして無理に射出成形すると，樹脂と金型によるせん断発熱により樹脂の劣化が生じるおそれがある。
また，薄肉樹脂部品には，軽量で電気絶縁性が高いことも要求される。
なお，ガラスファイバーに代えて，有機化クレイをポリマーに添加することも考えられている（特開平１１−９２６７７号公報）。
【０００４】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，剛性が高く，電気絶縁性に優れ軽量の薄肉射出成形品を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，ポリマー中に有機化クレイを分散させた樹脂複合材により構成された薄肉射出成形品であって，
上記ポリマーは，ポリフェニレンオキサイドと，ブタジエン−スチレン共重合体とからなり，
かつ上記薄肉射出成形品における上記樹脂複合材の最長流動長Ｌと上記薄肉射出成形品の平均肉厚ｔとの関係においてＬ／ｔ≧７０を満足することを特徴とする薄肉射出成形品である。
【０００６】
ポリフェニレンオキサイド（以下，ＰＰＯともいう。）とブタジエン−スチレン共重合体（以下，ＢＳ共重合体ともいう。）とからなるポリマーは，有機化クレイと相溶性が高い。また，上記ポリマーと有機化クレイとからなる樹脂複合材は，射出成形時に，高い剛性を確保できる。このため，射出成形品の薄肉化を実現できる。また，射出成形品の比重が軽くなり，電気絶縁性も優れる。
【０００７】
さらに，上記薄肉射出成形品における上記樹脂複合材の最長流動長Ｌと上記薄肉射出成形品の平均肉厚ｔとの関係においてＬ／ｔ≧７０を満足する。そのため，流動性が高く，射出成形品の薄肉化を実現できる。一方，Ｌ／ｔ＜７０の場合には，射出成形品の薄肉化を図ることができなくなる。
したがって，本発明によれば，剛性が高く，電気絶縁性に優れ軽量の薄肉射出成形品を提供することができる。
【０００８】
ＰＰＯとＢＳ共重合体とからなるポリマーとしては，たとえば，変性ポリフェニレンオキサイド（以下，変性ＰＰＯともいう。）がある。上記変性ＰＰＯとは，ＰＰＯを，ＨＩＰＳ（High Impact Poly Styrene)により変性させた樹脂をいう。ここでいう「変性」とは，ＰＰＯとＨＩＰＳとを溶融状態で混練することを意味する。ＨＩＰＳとは，ブタジエンとスチレンとのブロック共重合体をいう。
ＰＰＯとＢＳ共重合体とからなるポリマーは，ＢＳ共重合体を含まないＰＰＯのみからなるポリマーよりも，クレイの分散性，樹脂流動性及び靭性などの物性に優れている。中でも，変性ＰＰＯは，絶縁破壊度がさらに高い。
【０００９】
有機化クレイとは，クレイ（粘土鉱物）が有機化剤により有機化されたものをいう。
クレイとしては，モンモリロナイト，サポナイト，ヘクトライト，バイデライト，スティブンサイト，ノントライト，バーミキュライト，ハロサイト，マイカ，フッ素化マイカ，カオリナイト，パイロフィライト等が挙げられる。また，天然物でも，合成物でもよい。また，モンモリロナイトなどの層状珪酸塩が，より機械的強度等を向上させることができ，望ましい。
【００１０】
有機化剤としては，たとえば，有機オニウムイオンがある。
有機オニウムイオンとしては，１〜４級のアンモニウムイオンで，例えば，ヘキシルアンモニウムイオン，オクチルアンモニウムイオン，２−エチルヘキシルアンモニウムイオン，デシルアンモニウムイオン，ドデシルアンモニウムイオン，ラウリルアンモニウムイオン，ヘキサデシルアンモニウムイオン，オクタデシルアンモニウムイオン，ジオクチルジメチルアンモニウムイオン，トリオクチルアンモニウムイオン，ジオクタデシルジメチルアンモニウムイオン，トリオクタデシルアンモニウムイオンなどが用いることができる．
【００１１】
また，有機オニウムイオンとしては，ホスフォニウムイオンを用いることができる。ホスフォニウムイオンとしては，テトラエチルホスフォニウムイオン，トリエチルベンジルホスフォニウムイオン，テトラ−ｎ−ブチルホスフォニウムイオン，トリ−ｎ−ブチルヘキサデシルホスフォニウムイオン，トリ−ｎ−ブチルベンジルホスフォニウムイオン等が用いることができる。
【００１２】
請求項２の発明のように，上記有機化クレイの含有量は，上記ポリマー１００重量部に対して，１〜１５重量部であることが好ましい。１重量部未満の場合には，成形品の剛性が不足するおそれがある。１５重量部を超える場合には，成形品が脆くなり破壊しやすくなるおそれがある。
【００１３】
更に好ましくは，上記有機化クレイの含有量は，上記ポリマー１００重量部に対して，３〜７重量部である。これにより，成形品の剛性及び耐破壊衝撃性が更に向上する。
【００１４】
請求項３の発明のように，有機化クレイは，２種類以上の有機化剤によりクレイが有機化されたものであることが好ましい。かかる有機化クレイを用いることによって，さらに，Ｌ／ｔを大きくでき，薄肉な射出成形品を成形できる。
上記２種類以上の有機化剤は，前述の１〜４級のアンモニウムイオンやホスフォニウムイオンから選択できる。例えば，ドデシルアンモニウムイオンとオクタデシルアンモニウムイオンとの組合せで，ドデシルアンモニウムイオン／オクタデシルアンモニウムイオン＝０．０１〜１００の比率であることが好ましい。２種以上の有機化剤とその配合比率は，自由に選択できる。
【００１５】
上記のように２種類以上の有機化剤で有機化した有機化クレイを用いることによって更にＬ／ｔを大きくでき，薄肉な成形品を成形できるのは，以下の理由による。
図１に示すごとく，有機化クレイ１の中のクレイ１１は，有機化剤１２によって覆われている。１種類の有機化剤１２でクレイ１１を処理することにより得られた有機化クレイ１の表面は，有機化剤１２の単一の長さの炭素鎖で覆われて均一となっている。一方，図２に示すごとく，２種類以上の有機化剤１２でクレイ１１を処理することにより得られた有機化クレイ１は，有機化剤１２１，１２２の長さ，立体構造などが異なるため，表面が不均一となっている。ポリマーの中のＰＰＯ（２０）は，クレイ１１と水素結合やファンデルワールス力によって結合するとともに，クレイ１１表面の有機化剤１２や有機化剤１２に結合した炭素鎖とも相互作用し，結合している。ＰＰＯとＢＳ共重合体とからなるブレンド物は，剛直であるので，有機化クレイが均一な炭素鎖で覆われた表面ほど相互作用しやすい。２種類以上の有機化剤で有機化したクレイは表面が不均一となっているので，ＰＰＯとの間の相互作用力にばらつきが生じる。場合によっては，相互作用しない部分もある。このように，相互作用力にばらつきのある２種類以上の有機化剤で有機化したクレイは，射出成形時に生じるせん断力によって，有機化クレイとＰＰＯとが剥がれやすい。従って，ポリマーと有機化クレイとからなる樹脂複合材の流れ性はさらに向上し，１種類のオニウムイオンを用いた場合より薄肉な成形品を成形できる。
【００１６】
また，有機化剤で有機化したクレイを２種類以上用いることによっても上記効果を達成でき，薄肉な成形品を成形できる。これは，上記理由と同じで，２種類以上のクレイを組み合わせることにより，ＰＰＯとの間の相互作用力にばらつきが生じ，有機化クレイとＰＰＯとが剥がれやすくなるためである。
【００１７】
図３に示すごとく，有機化クレイ１はポリマー２の中で分散している。
有機化クレイは，ポリマー２の中で，層構造が消失して，単層で分散していることが好ましい。これにより，有機化クレイにより拘束されるポリマーの割合が大きくなり，有機化クレイの補強効果が増加する。
また，単層で分散したクレイによって絶縁破壊強度が高くなる。これは，クレイが絶縁性であるため，破壊電流が通らず，迂回するためである。すなわち，あたかも厚さが厚くなったごとくに作用するためである。
【００１８】
有機化クレイは，ポリマーの中で１μｍ以下の大きさで分散していることが好ましい。これにより，成形品の機械的物性が向上する。また，ポリマーがクレイ層間に介入していることが好ましい。これにより，クレイ表面とポリマーとの界面が大きくなり，クレイによるポリマーの補強効果が増大する。
【００１９】
ＰＰＯが，クレイの層間に挿入されることによって，有機化クレイの層間距離は，５０オングストローム以上離れて分散しているのが望ましい。これにより，クレイの弾性率等に対する補強効果が増大する。さらに有機化クレイの層間距離は，１００オングストローム以上離れて分散しているのが望ましい。これにより，補強効果を最大限に発揮できる。
有機化クレイは，上記のようにクレイの層間が離れているのが望ましいが，すべてのクレイの層間が離れている必要はない。クレイの有機化処理のばらつきなどがあり，一部凝集したクレイがあってもかまわない。一部であれば，補強効果は十分に発揮される。
【００２０】
本発明において，薄肉射出成形品における樹脂複合材の最長流動長Ｌと，薄肉射出成形品の平均肉厚ｔとの関係において，Ｌ／ｔ≧７０が成立する。「薄肉射出成形品における樹脂複合材の最長流動長」とは，射出成形用のゲートの起点Ａと，キャビティ内で成形された薄肉射出成形品における上記起点Ａから最も離れた最遠部Ｂとの間の距離をいう。起点Ａは，ゲートのうち，最遠部Ｂに最も近い部位をいう。
【００２１】
例えば，図４（ａ）に示すごとく，筒状の薄肉射出成形品を成形するための筒形のキャビティ４では，ゲート４１の起点Ａと，筒端面における最遠部Ｂとの間の距離が，最長流動長Ｌとなる。図４（ｂ）に示すごとく，キャビティ４にゲート４１が複数設けられている場合には，各ゲート４１の起点Ａ’，Ａ’’の最長流動長Ｌ’，Ｌ’’の中で最も長い流動長が，本発明でいう最長流動長Ｌとなる。図４（ｂ）のように，２つのゲート４１の起点Ａ’，Ａ’’からの最長流動長Ｌ’，Ｌ’’が同じ場合には，Ｌ’，Ｌ’’は，いずれも，薄肉射出成形品における樹脂複合材の最長流動長Ｌとなる。
【００２２】
ゲートとは，射出成形用金型において，溶融した樹脂複合材がランナーからキャビティに入る部分の狭い開口部をいう。
図４に示すごとく，ゲート４１には，点状に開口したピンゲート（図４（ａ），（ｂ）），直線状に開口したフィルムゲート（図４（ｃ）），円状に開口したリングゲート（図４（ｄ））などがある。いずれのゲートの場合にも，ゲートにおける，最遠部Ｂに最も近い部位を起点Ａとして，上記最長流動長Ｌが決定される。
ゲート４１には，溶融した樹脂複合材が供給されるスプルー４３が，スプルー４３からゲート４１に樹脂複合材を導くランナー４２を介して，連結されている。
【００２３】
本発明において，「薄肉射出成形品の平均肉厚ｔ」とは，薄肉射出成形品の肉厚の平均値をいう。
薄肉射出成形品の平均肉厚ｔは０．３〜２．０ｍｍであることが好ましい。０．３ｍｍ未満の場合には，射出成形品の剛性が保持できないおそれがあり，２．０ｍｍを超える場合には，射出成形品の軽量化が妨げられるおそれがある。
【００２４】
薄肉射出成形品の形状は，薄肉であれば特に限定しないが，例えば，平板形（図５（ａ）），筒形（図５（ｂ）），フィルム形，湾曲形，屈曲形がある。
本発明の薄肉射出成形品は，例えば，イグニッションコイルのボビン，携帯電話などの各種ケースハウジングなどに用いることができるが，これらに限定されない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る薄肉射出成形品について，図６〜図１０に示すごとく，実施例１〜６及び比較例１〜６を用いて説明する。
（実施例１〜４，比較例１〜６）
まず，表１に示す組成からなる樹脂複合材を調製した。ポリマーとしては，変性ＰＰＯ，ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ナイロン６６を用いた。
【００２６】
変性ＰＰＯと有機化クレイとからなる樹脂複合材を，実施例１〜４とした。変性ＰＰＯのみからなる樹脂材を，比較例１とした。有機化クレイとしては，ステアリルアンモニウムで有機化されたモンモリロナイトを用いた。有機化クレイに代えてガラスファイバーを添加した樹脂複合材を，比較例２，３とした。ＰＢＴ，ＰＰＳ，ＮＹ６６のみからなる樹脂材を，比較例４，５，６とした。
【００２７】
上記樹脂（複合）材を図６（ａ）〜（ｃ），図７（ｄ）〜（ｆ）に示すごとく，スプルー４３及びランナー４２を通じてゲート４１よりキャビティ４内に射出成形した。キャビティ４は，筒状薄肉成形品を成形するために，該成形品の外側面と同じ形状をしている。また，キャビティ４の内部には，該成形品の内側面と同じ形状の中子４０が予め装着されている。キャビティの厚みは０．７ｍｍとした。
得られた薄肉射出成形品３は，図５（ｂ）に示すごとく，平均肉厚ｔが０．７ｍｍで，中央に中空部３０を有する筒形となった。
【００２８】
（実施例５）
有機化クレイとして，ステアリルアンモニウムとドデシルアンモニウムで有機化したモンモリロナイトを用いた。ステアリルアンモニウムとドデシルアンモニウムはステアリルアンモニウム／ドデシルアンモニウム（重量比）＝０．８／０．２で混合してモンモリロナイトを処理した。その他の条件は実施例２と同じにして，樹脂複合材を調製した。
【００２９】
（実施例６）
有機化クレイとして，ステアリルアンモニウムとヘキサデシルアンモニウムで有機化したモンモリロナイトを用いた。ステアリルアンモニウムとヘキサデシルアンモニウムはステアリルアンモニウム／ヘキサデシルアンモニウム（重量比）＝０．５／０．５で混合して，モンモリロナイトを処理した。その他の条件は実施例３と同じにして，樹脂複合材を調製した。
【００３０】
得られた薄肉射出成形品における樹脂（複合）材のスパイラルフロー長，最長流動長／平均肉厚（Ｌ／ｔ），薄肉射出成形品の引張弾性率及び絶縁破壊強度を測定し，その結果を表１に示した。なお，スパイラルフロー長とは，一般的な樹脂の流動性試験の測定値である。薄肉射出成形品の最長流動長とは，図４（ｃ）に示されたゲート４１の起点Ａと筒端面における最遠部Ｂとの間の距離をいう。
【００３１】
同表より，本発明にかかる実施例１〜６については，Ｌ／ｔが大きく，引張弾性率及び絶縁破壊強度も高かった。実施例５，６では，Ｌ／ｔが大きくなった。このことから，２種類の有機化剤で有機化したクレイを用いた場合には，複合樹脂材の流動性が一層高くなり，更に成形性及び薄肉化を高めることができることがわかる。
【００３２】
これに対して，変性ＰＰＯのみからなる比較例１では，Ｌ／ｔは大きかったが，引張弾性率及び絶縁破壊強度は低かった。変性ＰＰＯ以外のポリマーからなる比較例４〜６の絶縁破壊強度は，変性ＰＰＯのみからなる比較例１よりも更に低かった。
【００３３】
また，ガラスファイバーを変性ＰＰＯに添加した樹脂複合材（比較例２，３）では，ガラスファイバーの添加量が１０重量部，２０重量部と多いために，有機化クレイを変性ＰＰＯに添加した樹脂複合材（実施例１〜４）よりも，Ｌ／ｔが小さかった。
また，実施例２，３では，比較例１，２，３に比べて，絶縁破壊強度が高く，クレイにより絶縁破壊強度が向上したことがわかる。
【００３４】
【表１】

【００３５】
図８には，実施例１〜６及び比較例１〜３の引張弾性率と最長流動長との関係を示した。同図より，変性ＰＰＯと有機化クレイとの複合材（実施例１〜４）は，変性ＰＰＯとガラスファイバーとの複合材（比較例２，３）に比べて，同一の最長流動長を有する成形品の剛性を高くすることができることがわかる。
さらに，実施例５，６の実験結果より，２種類の有機化剤で有機化したクレイを用いることにより，最長流動長を大きくすることができることがわかる。
【００３６】
図９には，実施例１〜６及び比較例１，２のフィラー（有機化クレイまたはガラスファイバー）含有量と成形品の引張弾性率との関係を示した。図９において，横軸は，ポリマー１００重量部に対するフィラー含有率を，縦軸は，比較例１の引張弾性率を１．０としたときの引張弾性率の相対比を示している。
同図より，変性ＰＰＯと有機化クレイとの複合材の剛性は，変性ＰＰＯとガラスファイバーとの樹脂複合材に比べて，同じフィラー含有量での補強効率は２倍であった。
【００３７】
次に，図１０に示すごとく，製品に要求される剛性（３〜５ＧＰａ）を満足するＬ／ｔを測定したところ，有機化クレイと変性ＰＰＯとの樹脂複合材の方が，ガラスファイバーと変性ＰＰＯとの樹脂複合材よりも，Ｌ／ｔが大きいことがわかる。したがって，変性ＰＰＯに有機化クレイを分散させた樹脂複合材によれば，薄肉で軽量で，かつ剛性に優れた射出成形品を成形することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における，１種類の有機化剤により有機化されたクレイとＰＰＯとの関係を示す説明図。
【図２】本発明における，２種類以上の有機化剤により有機化されたクレイとＰＰＯとの関係を示す説明図。
【図３】本発明における，有機化クレイ及びポリマーの説明図。
【図４】本発明における，種々の形状のゲートと最長流動長とを示すための，射出成形用のキャビティの斜視図（ａ）〜（ｄ）。
【図５】本発明における，薄肉射出成形品の斜視図（ａ），（ｂ）。
【図６】実施形態例１における，キャビティ内への樹脂の流動状況を示すための説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図７】図６に続く，キャビティ内への樹脂の流動状況を示すための説明図（ｆ）〜（ｆ）。
【図８】実施形態例１の薄肉射出成形品における，引張弾性率とＬ／ｔとの関係を示すための線図。
【図９】実施形態例１の薄肉射出成形品における，フィラー含有率と引張弾性率の相対比との関係を示すための線図。
【図１０】実施形態例１における，製品に要求される剛性を有する薄肉射出成形品の最長流動長ＬとＬ／ｔとの関係を示すための線図。
【符号の説明】
１．．．有機化クレイ，
２．．．ポリマー，
２０．．．変性ＰＰＯ，
３．．．薄肉射出成形品
３０．．．中空部，
４．．．キャビティ，
４０．．．中子，
４１．．．ゲート，
４２．．．ランナー，
４３．．．スプルー，

Claims (3)

1. ポリマー中に有機化クレイを分散させた樹脂複合材により構成された薄肉射出成形品であって，
   上記ポリマーは，ポリフェニレンオキサイドと，ブタジエン−スチレン共重合体とからなり，
   かつ上記薄肉射出成形品における上記樹脂複合材の最長流動長Ｌと上記薄肉射出成形品の平均肉厚ｔとの関係においてＬ／ｔ≧７０を満足することを特徴とする薄肉射出成形品。
2. 請求項１において，上記有機化クレイの含有量は，ポリマー１００重量部に対して，１〜１５重量部であることを特徴とする薄肉射出成形品。
3. 請求項１または２において，上記有機化クレイは，２種類以上の有機化剤によりクレイが有機化されたものであることを特徴とする薄肉射出成形品。

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