JP5442273B2

JP5442273B2 - 樹脂組成物

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Publication number: JP5442273B2
Application number: JP2009038920A
Authority: JP
Inventors: 拓嗣葛谷; 賢一八木; 博貴田口
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP2010195848A

Description

本発明は、樹脂組成物に関する。

従来、種々の電子機器や電化製品の筐体あるいは機構部品として射出成形体が多用されている。特に、電子電気機器に用いられる射出成形体は、電子電気機器の誤作動を防ぐために電気絶縁性が求められるものが多くある。さらに、電子電気機器製品は、ＣＰＵ等の発熱源となる電子電気部品の熱暴走を防ぐために発熱源からの熱を外部へ移動もしくは放熱し易くする必要があり、このことから特に電子電気機器製品の放熱部材として用いられる射出成形体を構成する樹脂組成物には、高熱伝導性が要求される。

また、電子電気機器製品の部材として電気絶縁性と高熱伝導性が要求される射出成形体は、近年における機器の小型化及び薄型化により薄肉化が要求される。さらに、厚みを薄くすることによって伝熱効率を向上させる目的からも、一層の薄肉化が要求されている。しかし、薄肉化によって射出成形体の強度低下を生じるようになり、現状では十分な薄肉化がなされているとは言えない。

そこで、熱伝導性を高めるため、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂に熱伝導性フィラーを添加すると共に、薄肉化による強度低下を防ぐため、ガラス繊維等の強化繊維、さらに、ゴム弾性を有するオレフィン系樹脂を添加することが提案されている。

特開２００６−３２８１５５号公報特開２００８−１８４５４０号公報特開２００７−２４６８８３号公報

しかしながら、従来提案されている樹脂組成物では、射出成形体の厚みを薄くすると、射出成形時に成形金型内のキャビティに樹脂が十分充填される以前に、樹脂の流動が停止して射出成形体に欠肉を生じることから、射出成形時の流動性が高い樹脂組成物が求められている。

さらに、上記樹脂と金属と複合して、蓄熱性、放熱性の高い金属を介して熱を移送し、発熱源の熱暴走を抑えるため、金属板をインサートとして有する射出成形体も提案されているが、射出成形体の使用環境が、熱の上下（ヒートサイクル）を生じる環境では、金属と樹脂の線膨張係数が大きく異なることによって、樹脂に割れを生じる不具合があり、樹脂に割れを生じない樹脂組成物が求められている。

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、熱伝導性が高く、電気絶縁性が高く、かつ耐熱性を有し、破壊強度が高いことから厚みを薄くすることができる射出成形にふさわしい樹脂組成物の提供を目的とする。

請求項１の発明は、ポリメチルペンテンからなる熱可塑性樹脂と、酸化マグネシウムからなる熱伝導性フィラーと、ポリアリレート繊維又はアラミド繊維の双方あるいは何れか一方からなる強化繊維を含み、前記熱可塑性樹脂が１５〜３４質量％、前記熱伝導性フィラーが６５〜８２質量％、前記強化繊維の平均繊維長が１ｍｍ〜３ｍｍ、前記強化繊維が１〜１５質量％である樹脂組成物からなる樹脂組成物に係る。

本発明によれば、熱可塑性樹脂として、従来多用されているポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）に代えてポリメチルペンテン（ＰＭＰ）を用いたことにより、射出成形体の電気絶縁性及び耐衝撃性が高くなると共に、射出成形時における樹脂組成物の流動性が高くなり、射出成形体の厚みを薄くしても欠肉を生じ難くできる。そのため、射出成形体の厚みを薄くして軽量化及び伝熱効率の向上を実現することができる。さらに、ポリメチルペンテンに添加される強化繊維が、ポリアリレート繊維又はアラミド繊維の双方あるいは何れか一方からなる樹脂繊維で構成されているため、物性的に脆いとされるガラス繊維に比べて、強化繊維の繊維長を長くしても強化繊維が折れにくく、長い状態で射出成形体に分散することができるため、射出成形体のじん性（破壊に対する抵抗性）を高くすることができる。

さらに本発明の樹脂組成物は、金属物もしくはセラミックがインサートされた射出成形体を形成すると、熱可塑性樹脂としてポリメチルペンテンを用いると共に、強化繊維としてポリアリレート繊維又はアラミド繊維の双方あるいは何れか一方を用いたことにより、インサートと樹脂の線膨張係数の違いによる割れを生じ難くできる。特に、線膨張係数の低いインサートを用いてインサート成形した場合、より割れが生じにくくなる。

評価用に射出成形したインサート無し射出成形体の斜視図である。評価用に射出成形したインサート有り射出成形体の斜視図である。

本発明の樹脂組成物は、射出成形に好適なものであって、ポリメチルペンテンからなる熱可塑性樹脂と、酸化マグネシウムからなる熱伝導性フィラーと、ポリアリレート繊維又はアラミド繊維の双方あるいは何れか一方からなる強化繊維を含む。

熱可塑性樹脂として用いられるポリメチルペンテンは、４−メチルペンテン−１を主とする公知の重合体であり、プロピレンの２量化反応によって得られる。ポリメチルペンテンの量は、樹脂組成物１００質量％中１５〜３４質量％とするのが、より好ましい。さらに好ましくは、１７〜２２質量％、特に好ましくは２０〜２２質量％である。ポリメチルペンテンの量が１５質量％未満の場合には、樹脂組成物中の熱可塑性樹脂の量が少なくなりすぎて成形品とならならない場合がある。一方、ポリメチルペンテンの量が３４質量％より多くなると、樹脂組成物中に添加可能な熱伝導性フィラー及び強化繊維の量が少なくなって、熱伝導性の向上や強度の向上効果が少なくなる。ポリメチルペンテンは、熱可塑性樹脂のなかで密度が低く、融点が高く、耐熱性に優れるものである。さらに、電気絶縁性に優れ、誘電率も低いことから、マトリクス樹脂としてふさわしい。

熱伝導性フィラーとして用いられる酸化マグネシウムは、他の熱伝導性フィラーと比べて熱伝導率が高いため、ポリメチルペンテンに添加することにより、射出成形体の熱伝導性を極めて高くすることができる。酸化マグネシウムの量は、樹脂組成物１００質量％中６５〜８２質量％が、より好ましい。酸化マグネシウムの量が６５質量％未満の場合には、熱伝導性の向上効果が少なくなる。一方、酸化マグネシウムの量が８２質量％よりも多くなると、樹脂組成物におけるポリメチルペンテンの量や、強化繊維の量が少なくなって、成形品にならないことが生じたり、強度向上効果が少なくなったりする。

強化繊維としては、ポリアリレート繊維又はアラミド繊維の双方あるいは何れか一方が用いられる。ポリアリレート繊維は、強度が高く、切断されにくい性質を有し、一方、アラミド繊維は、伸びが少なく、引っ張り強度が高い性質を有する。特に、本発明では、ポリメチルペンテンとポリアリレート繊維の組み合わせが好ましく、強化繊維としてポリアリレート繊維を単独であるいはアラミド繊維と併用して使用するのが、より好ましい。なお、強化繊維として、前記ポリアリレート繊維又はアラミド繊維あるいはその双方と共に他の強化繊維を併用してもよい。併用する他の強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等を挙げることができる。

本発明において、強化繊維の量は、樹脂組成物１００質量％中１〜１５質量％が、より好ましい。強化繊維の量が１質量％未満の場合には、強化繊維の量が少なくなって、強度向上効果が少なくなる。一方、強化繊維の量が１５質量％よりも多くなると、強化繊維の量が多くなって成形品にならないことが生じたりする。また、強化繊維の長さは、平均繊維長が１ｍｍ〜３ｍｍであるのが、より好ましい。平均繊維長が１ｍｍ未満の場合には、強度向上効果が少なくなり、一方、平均繊維長が３ｍｍを超える場合には、強化繊維が長くなって成形品にならないことが生じたりする。なお、平均繊維長は、繊維束を裁断機で所定長に切断したものを、マイクロスコープ２０倍に拡大し、３０個の試料を計測し平均長さを求めた。

本発明の樹脂組成物を用いる射出成形は、公知の射出成形法に基づき、加熱した射出成形金型内に樹脂組成物を射出することにより行われる。射出成形金型には、成形品形状のキャビティが形成されている。射出成形金型を加熱することにより、射出成形金型のキャビティに射出された樹脂組成物の流動性が、一層良好となり、より薄肉の射出成形体を得やすくなる。射出成形金型の温度は、樹脂の流動性を良好とすると共に樹脂の分解を生じないようにするために３０〜２００℃が好ましく、より好ましくは５０〜１５０℃である。

また、本発明の樹脂組成物は、金属物もしくはセラミックをインサートとして有する射出成形体に使用されるのが好ましい。金属物もしくはセラミックをインサートとして有する射出成形体は、公知のインサート射出成形に基づき、射出成形金型のキャビティに金属物もしくはセラミックをセットして樹脂組成物をキャビティに射出することにより得られる。インサートされる金属物もしくはセラミックは、板状だけでなくブロック状のものや、板を折り曲げた三次元形状のものでもよく、射出成形体の用途や使用場所等によって適宜の形状とされる。

本発明の樹脂組成物は、電子電気製品の放熱、絶縁部材等、種々の用途の射出成形体に用いられ、用途に応じた形状、例えば円筒形状、開口を有する箱状や板状等とされる。前記インサートを有する射出成形体にあっては、用途に応じて、インサートが射出成形体の全体に設けられたり、一部に設けられたりする。さらに、インサートは、射出成形体に応じて射出成形体の表面に露出して設けられたり、内部に埋設して設けられたりする。すなわち、本発明の樹脂組成物は、インサート成形、アウトサート成形のいずれの成形にも使用できる。

表１に示す実施例１〜７の樹脂組成物と比較例１〜５の樹脂組成物を用いて図１のインサート無し射出成形体１０と図２のインサート有り射出成形体２０を形成した。

表１における各原料は、以下のとおりである。
・ポリメチルペンテン：三井化学（株）、品番；ＴＰＸＤＸ８２０
・ポリフェニレンスルフィド：ＤＩＣ（株）、品番；Ｈ−１Ｇ
・酸化マグネシウム：協和化学工業（株）、品番；パイロキスマ５３０１Ｋ
・ポリアリレート繊維：（株）クラレ、品番；ＲＰ０４０、平均繊維長３ｍｍ
・アラミド繊維：東レ・デュポン（株）、品番；ケブラーカットファイバー、平均繊維長３ｍｍ
・ガラス繊維：オーウェンスコーニングジャパン（株）、品番；０３ＭＡＦＴ１７０Ａ
・ゴム：（株）ダウケミカル、品番；エンゲージ８１３７、エチレンオクテン共重合ゴム、ペレット品
・酸化亜鉛：堺化学工業（株）、酸化亜鉛２種

インサート無し射出成形体１０は、樹脂組成物のみで構成され、寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍ厚からなる。符号１５は射出成形時のゲートである。ゲート１５の寸法は、２５ｍｍ×３ｍｍ×０．３ｍｍ厚からなる。一方、インサート有り射出成形体２０は、樹脂組成物からなる樹脂部２１と、鉄製の金属板（金属物）からなるインサート部２３との２層からなる複合体で構成され、全体の寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０．３ｍｍからなり、樹脂部２１の厚みが０．３ｍｍ、インサート部２３の厚みが１０ｍｍである。符号２５は射出成形時のゲートである。ゲート２５の寸法は、２５ｍｍ×３ｍｍ×０．３ｍｍ厚からなる。

インサート無し射出成形体１０については、熱伝導率、絶縁破壊電圧、荷重たわみ温度、シャルピー衝撃性を測定し、評価した。評価結果は、表１のインサート無し射出成形体の評価欄に示す。

熱伝導率の測定は非定常法の測定機である京都電子工業（株）製のＱＴＭ−５００を用いて行った。絶縁破壊電圧の測定は、ＡＳＴＭＤ１４９に準拠し、山崎産業（株）製のＨＡＴ−３００−１００ＲＨＯを用い、電極間に試料を挟み、極間電圧を上昇させて破壊されない最も高い電圧を測定することにより行った。荷重たわみ温度の測定は、ＪＩＳＫ７１９１−１に準拠し、東洋精機製作所（株）製のＨＥＡＴＤＥＦＯＭＡＴＩＯＮＴＥＳＴＥＲ６Ｍ−２を用いフラットワイズ法にて行った。シャルピー衝撃性の測定は、ＪＩＳＫ７１１１に準拠し、東洋精機製作所（株）製のＤＧ−ＣＢを用い、Ａノッチありにて行った。

インサート有り射出成形体２０については、射出成形の可否と、ヒートショック後の割れ発生有無をそれぞれ判断した。判断結果は表１のインサート有り射出成形体の評価欄に示す。

射出成形の可否判断は、射出成形機：ＦＡＮＡＣ（株）製、ロボショットＳ２０００ｉ１００Ａを用いて図２のインサート有り射出成形体２０を射出成形する際に、キャビティへの樹脂組成物の充填が可能か否かを判断することによって行い、充填可能の場合には射出成形可（表１では「可」）とし、充填不可能の場合には射出成形不可とした。キャビティへの樹脂組成物の充填が可能か否かの判断は、樹脂組成物をキャビティに射出した際に、射出成形機の圧力センサーの上限を超えることなく射出でき、かつインサート有り射出成形体の樹脂部２１に欠肉、ヒケ等の不良が無かった場合には充填可能と判断し、圧力センサーの上限を超えたり、インサート有り射出成形体の樹脂部２１に欠肉やヒケ等の不良があったりした場合には充填不可能と判断した。

ヒートショック後の割れ発生有無判断は、楠本化成（株）製の温度サイクル試験器、ＥＴＡＣＷＩＮＴＥＣＮＴ１０１０を用い、図２のインサート有り射出成形体２０を−３０℃と１５０℃で１００回繰り返した後、樹脂部２１に割れが発生したか否かを目視で判断することにより行った。

表１の評価結果から明らかなように、実施例１〜５は、熱伝導率、絶縁破壊電圧、荷重たわみ温度、シャルピー衝撃性が高く、かつ射出成形可能でヒートショック後の割れを生じないものであった。これらの結果から、本発明の実施例は、熱伝導性が高く、電気絶縁性が高く、かつ耐熱性を有し、厚みを薄くしても射出成形可能であり、かつインサートと樹脂の線膨張係数の違いによる割れを生じにくいものであることがわかる。

一方、比較例１は、強化繊維を含まないものであり、荷重たわみ温度、シャルピー衝撃性に劣り、ヒートショック試験で樹脂部に割れが発生した。比較例２は、強化繊維がガラス繊維のみからなるものであり、シャルピー衝撃性に劣り、ヒートショック試験で樹脂部に割れが発生した。比較例３は、強化繊維に代えてゴムを用いたものであり、シャルピー衝撃性に劣り、ヒートショック試験で樹脂部に割れが発生した。比較例４は、熱伝導性フィラーとして酸化亜鉛のみを用いたものであり、絶縁破壊電圧が低い（すなわち電気絶縁性が低く）ものであり、所望の絶縁性を有する薄肉の射出成形体を得ることができなかった。比較例５は、熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィドのみを用いたものであり、荷重たわみ温度、シャルピー衝撃性に劣り、ヒートショック試験で樹脂部に割れが発生した。

１０インサート無し射出成形体
２０インサート有り射出成形体
２１樹脂部
２３インサート部

Claims

ポリメチルペンテンからなる熱可塑性樹脂と、酸化マグネシウムからなる熱伝導性フィラーと、ポリアレート繊維又はアラミド繊維の双方あるいは何れか一方からなる強化繊維を含み、前記熱可塑性樹脂が１５〜３４質量％、前記熱伝導性フィラーが６５〜８２質量％、前記強化繊維の平均繊維長が１ｍｍ〜３ｍｍ、前記強化繊維が１〜１５質量％である樹脂組成物。