JP5402142B2 - フェノール樹脂成形材料 - Google Patents

Description

本発明は、フェノール樹脂成形材料に関するものである。

フェノール樹脂成形材料は、その優れた耐熱性、電気絶縁性等により、重電気分野、電気部品に広く使用されている。マグネットスイッチ成形品においては高信頼性の要求が高く、部品の小型化、薄肉化の傾向にあり、近年においては耐燃性（９４ＵＬ、Ｖ−０）、機械的強度、耐摩耗性、耐トラッキング性が要求されており、従来のフェノール樹脂成形材料では、これらの要求を全て満足できなかった。
このため、これを改良する手段として、フェノール樹脂と無機質基材及び有機質基材と硼酸及び硼酸亜鉛の組み合わせによる検討がなされている（例えば、特許文献１参照。）が、無機質基材に含有される結晶水が少ないために、耐トラッキング性が劣る問題があった。また、フェノール樹脂と無機質基材とガラス繊維とポリビニルブチラールの組み合わせによる検討もなされている（例えば、特許文献２参照。）が、耐摩耗性が劣る問題があった。

特開平０８−１７６４０１号公報 特開平１０−２３８７８１号公報

本発明は、耐トラッキング性や耐摩耗性の低下がなく、耐燃性がＶ−０水準であり、かつ機械的強度に優れた成形品を得られるフェノール樹脂成形材料を提供するものである。

このような目的は、以下の本発明［１］〜［２］により達成される。
［１］
（ａ）フェノール樹脂、
（ｂ）ガラス繊維、
（ｃ）有機天然繊維、
（ｄ）水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウム、
（ｅ）硼酸亜鉛、
を含有するフェノール樹脂成形材料であって、上記成形材料全体に対して、上記（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量が４０〜６５重量％であり、
上記（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対する上記（ｂ）〜（ｅ）各成分の含有量が、（ｂ）４０〜８０重量％、（ｃ）５〜３０重量％、（ｄ）５〜３０重量％、（ｅ）１〜１０重量％、であることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
［２］上記（ａ）フェノール樹脂として、レゾール型フェノール樹脂を含有するものである上記［１］に記載のフェノール樹脂成形材料。

本発明によれば、耐トラッキング性や耐摩耗性の低下がなく、耐燃性がＶ−０水準であり、かつ機械的強度に優れた成形品を得られるフェノール樹脂成形材料を得ることができる。

以下に、本発明のフェノール樹脂成形材料（以下、単に「成形材料」ということがある）について詳細に説明する。
本発明の成形材料は、
（ａ）フェノール樹脂、
（ｂ）ガラス繊維、
（ｃ）有機天然繊維、
（ｄ）水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウム、
（ｅ）硼酸亜鉛、
を含有するフェノール樹脂成形材料であって、上記成形材料全体に対して、上記（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量が４０〜６５重量％であり、
上記（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対する上記（ｂ）〜（ｅ）各成分の含有量が、（ｂ）４０〜８０重量％、（ｃ）５〜３０重量％、（ｄ）５〜３０重量％、（ｅ）１〜１０重量％、であることを特徴とする。

本発明の成形材料は、（ａ）フェノール樹脂を含有する。
本発明で用いるフェノール樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂（以下、「ノボラック樹脂」ということがある）、レゾール型フェノール樹脂（以下、「レゾール樹脂」ということがある）を単独或いは併用して用いることができる。
例えば、レゾール樹脂を単独で用いる方法、レゾール樹脂とノボラック樹脂とを併用する方法、ノボラック樹脂を単独で用いる方法、などが挙げられる。
本発明の成形材料においては、レゾール樹脂を用いることが好ましい。具体的には、レゾール樹脂を単独で用いる方法、又は、レゾール樹脂とノボラック樹脂とを併用する方法が好ましい。
レゾール樹脂を単独で用いる場合は、硬化剤を使用することなく硬化させることができる。また、レゾール樹脂とノボラック樹脂とを併用する場合は、ノボラック樹脂を硬化させるためにレゾール樹脂を用いることができるので、この場合も、硬化剤を使用することなく硬化させることができる。
これにより、ノボラック樹脂を単独で用いる場合のように、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用せずに済むので、硬化時にアンモニアガスなどの腐食性のガスが発生するのを防ぐことができ、電子部品用途へ使用する場合に信頼性を高めることができる。

本発明の成形材料は、（ｂ）ガラス繊維を含有する。これにより、本発明の成形材料を用いた成形品に優れた機械的強度、耐熱性を付与することができる。
ここで用いられるガラス繊維としては特に限定されないが、例えば、通常のフェノール樹脂成形材料に用いられているチョップドストランドを好適に用いることができる。

本発明の成形材料は、（ｃ）有機天然繊維を含む。これにより、成形品に優れた耐磨耗性を付与することができる。
ここで用いられる有機天然繊維としては特に限定されないが、例えば、解綿パルプ、粉末パルプ、原綿パルプ、粉砕布等を使用することができる。
有機天然繊維としては、成形材料化した際の解繊度、分散度、成形材料のかさばり等より、繊維長は１ｍｍ以下の細かいものが好ましい。

本発明の成形材料は、（ｄ）水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムを含む。これらは結晶水を含有するので、成形品に難燃性を付与することができる。
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムとしては、粒径３００μｍ以下であるものを好適に用いることができる。

本発明の成形材料は、（ｅ）硼酸亜鉛を含む。これにより、成形品に難燃性を付与する
ことができる。
硼酸亜鉛としては、粒径３００μｍ以下であるものを好適に用いることができる。

本発明の成形材料には、上記（ｂ）〜（ｅ）成分のほかにも、必要に応じて、（ｂ）〜（ｅ）成分以外の無機充填材、有機充填材を含有することもできる。

本発明の成形材料で用いられる上記（ｂ）〜（ｅ）成分の含有量は、（ｂ）〜（ｅ）成分以外の無機充填材、有機充填材を含有する場合はそれも含めて、成形材料全体に対して４０〜６５重量％である。
充填材の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の耐熱性、機械的強度、耐燃性、耐トラッキング性などの諸特性を良好なものとすることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形材料を製造する際の作業性を良好なものとすることができる。

本発明の成形材料で用いられる（ｂ）ガラス繊維の含有量は、（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対して４０〜８０重量％である。
ガラス繊維の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の機械的強度、耐熱性を良好なものとすることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形品の耐摩耗性を良好なものとすることができる。

本発明の成形材料で用いられる（ｃ）有機天然繊維の含有量は、（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対して５〜３０重量％である。
有機天然繊維の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の耐磨耗性を良好なものとすることができる。また、上記上限値以下とすることにより、耐燃性、耐トラッキング性、成形時のホッパーにおける材料の注流性を良好なものとすることができる。

本発明の成形材料で用いられる（ｄ）水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムの含有量は、（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対して５〜３０重量％である。
水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムの含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の耐燃性、耐トラッキング性を良好なものとすることができる。また、上記上限値以下とすることにより、機械的強度、耐摩耗性を良好なものとすることができる。

本発明の成形材料で用いられる（ｅ）硼酸亜鉛の含有量は、（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対して１〜１０重量％である。
硼酸亜鉛の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の耐燃性、耐トラッキング性を良好なものとすることができる。また、上記上限値以下とすることにより、硬化性、機械的強度、耐磨耗性を良好なものとすることができる。

本発明の成形材料においては、以上に説明したように多種類の充填材を併用する。
まず、ガラス繊維と有機天然繊維とを併用することにより、以下の効果が得られる。すなわち、機械的強度や耐熱性の向上には有効であるが、過剰に配合すると耐磨耗性に影響するガラス繊維と、耐摩耗性の向上に有効な有機天然繊維とを所定量併用することにより、所望とする機械的強度、耐摩耗性のいずれをも高い水準で発現させることができる。
さらに、硼酸亜鉛と水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムを所定量併用することにより、以下の効果が得られる。すなわち、燃焼時における硼酸亜鉛の炭化層やガラス層の形成促進による内部可燃物の保護ならびに酸素遮断層の形成と、水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムに含有される結晶水の脱水時の吸熱作用による相乗効果で、所望とする耐燃性、耐トラッキング性のいずれをも高い水準で発現させることがで
きる。
本発明の成形材料ではこのように、これらの充填材を所定量組み合わせて配合することにより、この成形材料を成形してなる成形品に優れた機械的強度、耐摩耗性、耐燃性、及び、耐トラッキング性を付与することができるものである。

本発明の成形材料には所望により、通常のフェノール樹脂成形材料に使用される各種添加剤、例えば硬化剤、硬化触媒の他、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸カルシウムなどの離型剤、充填材とフェノール樹脂との接着性を向上させるための密着性向上剤、カップリング剤、着色のための着色顔料、着色染料、溶剤等を配合することができる。

本発明の成形材料を製造する方法としては、例えば、樹脂、充填材、添加剤等のブレンド物をロール、コニーダ、押出し機等を利用して、加熱溶融混練した後、ペレット化あるいは冷却粉砕して成形材料化する方法、あるいは、充填材、添加剤に、溶剤に樹脂を溶解したワニスを加え、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等を利用して撹拌することにより、樹脂を充填材に含浸させた後、溶媒を除去して成形材料化する方法などがある。
何れの製造方法でも、上記の本発明の配合組成であれば、耐燃性、機械的強度、耐摩耗性、耐トラッキング性に優れた成形材料が得られるが、耐熱性の点から、残存する揮発成分が少ない成形材料が得られるロール、コニーダ、押出し機で製造する方法が望ましい。
上記の如く得られた成形材料を、通常の射出成形、移送成形及び圧縮成形等の成形方法で加熱、加圧し硬化させることにより、優れた機械的強度、耐摩耗性、耐燃性、耐トラッキング性を有する成形品が得られる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。表１に実施例、比較例の成形材料組成について示した。

１．成形材料の製造
本実施例及び比較例に用いた各配合物は以下の通りである。
１）フェノール樹脂（レゾール型）： ジメチレンエーテルレゾール型フェノール樹脂（
住友ベークライト社製ＰＲ−５３５２９）
２）フェノール樹脂（ノボラック型）： ノボラック型フェノール樹脂（住友ベークライ
ト社製Ａ−１０８４）
３）ガラス繊維： オーウェンスコーニングジャパン社製チョップドストランド 繊維長３ｍｍ 繊維径１１μｍ
４）有機天然繊維：川人商店社製８０メッシュパス 粉砕布
５）水酸化アルミニウム：粒度８０メッシュパス 住友化学工業社製ハイジライト
６）水酸化マグネシウム：粒度８０メッシュパス 協和化学工業社製キスマ
７）タルク：粒度８０メッシュパス 富士タルク工業社製ＳＰ
８）硼酸亜鉛：粒度８０メッシュパス ボラックス・ジャパン社製Ｆｉｒｅｂｒａｋｅ
９）ポリビニルブチラール：重合度１５００ ブチラール化度７０モル％
１０）着色剤：カーボンブラック
１１）離型剤：ステアリン酸
１２）硬化促進剤：消石灰

これらを表１に示す割合で配合し、８０〜１００℃の加熱ミキシングロール間で５〜１０分間混練後、次いで、シート状にして冷却したものを粉砕して顆粒状の成形材料を得た。

２．成形品の評価
上記で得られた成形材料を用いて、下記の（１）〜（５）の特性を測定するための試験片をトランスファー成形により作成した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。成形品による評価結果を表２に示した。

（１）曲げ強さ（機械的強度）
ＪＩＳ Ｋ ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した。
（２）シャルピー衝撃強さ（機械的強度）
ＪＩＳ Ｋ ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した。
（３）耐燃性
ＵＬ９４ Ｖ−０規格「ＵＬ燃焼試験法」に準拠して、厚み３．２ｍｍの試験片を測定した。
（４）磨耗量（耐摩耗性）
鈴木式摩耗試験法により測定した。データは成形品の摩耗量を示す。条件は下記の通り。
・荷重：２０ｋｇ
・周速：５０ｍｍ／ｓｅｃ
・時間：４時間
・相手材：アルミニウム
（５）耐トラッキング性
ＪＩＳ Ｃ ２１３４「湿潤状態での固体電気絶縁材料の比較トラッキング指数及び保証トラッキング指数を決定する試験方法」に準拠して測定した。

実施例１〜４で得られた本発明の成形材料は、高い耐燃性、機械的強度を保持しながら、耐トラッキング性、耐摩耗性に非常に優れた成形品が得られた。

比較例１は水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムを添加せず、代わりにタルクを添加したが、耐燃性、耐トラッキング性が低下した。
比較例２は有機天然繊維を添加せずにポリビニルブチラールを添加したが、耐摩耗性が低下した。
比較例３はガラス繊維の配合量が所定量より少なく、機械的強度が低下した。
比較例４は硼酸亜鉛を添加せず、耐燃性、耐トラッキング性が低下した。
比較例５は充填材の合計量が所定量より多いため、成形材料を製造することができなかった。
比較例６は充填材の合計量が所定量より少ないため、機械的強度が低下した。

本発明のフェノール樹脂成形材料は、耐燃性、機械的強度に優れ、かつ耐トラッキング性、耐摩耗性が良好な成形品を得られる成形材料となっている。このため、電気電子部品をはじめ、自動車用部品、汎用機械部品等に好適に使用されるものである。

Claims (2)

1. （ａ）フェノール樹脂、
   （ｂ）ガラス繊維、
   （ｃ）有機天然繊維、
   （ｄ）水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウム、
   （ｅ）硼酸亜鉛、
   を含有するフェノール樹脂成形材料であって、前記成形材料全体に対して、前記（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量が４０〜６５重量％であり、
   前記（ｂ）〜（ｅ）成分を含む充填材の合計含有量に対する前記（ｂ）〜（ｅ）各成分の含有量が、（ｂ）４０〜８０重量％、（ｃ）５〜３０重量％、（ｄ）５〜３０重量％、（ｅ）１〜１０重量％、であることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
2. 前記（ａ）フェノール樹脂として、レゾール型フェノール樹脂を含有するものである請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料。