JP7078881B2 - 発泡成形用組成物、発泡成形体、電線、発泡成形体の製造方法、及び、電線の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、スーパーエンプラに分類される樹脂は耐熱性に優れているが、比較的誘電率が高いことが課題であった。
上記化合物(B)は、下記式(1)により表される芳香族環状リン酸エステル塩であることを特徴とする発泡成形用組成物。
上記樹脂(A)は、溶融加工可能であることが好ましい。
上記樹脂(A)は、融点が250℃以上であることが好ましい。
上記樹脂(A)は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)及びポリアリールエーテルケトン(PAEK)からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。
上記化合物(B)は、融点が300℃以上であることが好ましい。
上記式(1)のXは、ナトリウムであることが好ましい。
上記化合物(B)は、リン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウムであることが好ましい。
上記発泡成形体は、発泡率が10%以上であることが好ましい。
本開示は、芯線と、上記芯線に被覆された上述の発泡成形用組成物から得られる被覆材とを備えることを特徴とする電線でもある。
上記電線において、被覆材は、発泡率が10%以上であることが好ましい。
本開示は、上述の発泡成形用組成物を芯線に被覆して電線を得る工程、を含むことを特徴とする電線の製造方法でもある。
更に、当該化合物(B)は、融点が300℃以上のものであると、よりその効果が顕著なものとなる。
上述した機能性プラスチックは、成形温度が高温であるために、汎用の発泡核剤を配合すると、成形時に発泡核剤が溶融してしまい効果的に作用することは困難であった。上記化合物(B)として、融点が300℃以上のものを使用すると、このような問題がより好適に解決される。
以下、本開示を詳細に説明する。
本明細書において、熱分解温度はTG(加熱重量変化測定)による空気中で10℃/minで加熱した際の1%重量減少温度である。
上記誘電率は、周波数6GHzにおける空筒共振器法により測定される。
本明細書において、融点は示差走査熱量計(DSC)測定される温度であり、成形温度は一般的に推奨されている成形に適した温度で、当該温度において流動性を有しかつ着色などの樹脂劣化を起こさない温度であり、流動性を有するとは、当該温度においてMFRが0.0001以上であることを意味する。
上記樹脂(A)としては、1種又は2種以上を用いることができる。
上記芳香族ポリエーテルケトン樹脂は、アリーレン基とエーテル基[-O-]とカルボニル基[-C(=O)-]とで構成された繰り返し単位を含んでいる限り特に制限されず、例えば、下記式(a1)~(a5)のいずれかで表される繰り返し単位を含んでいる。
[-Ar-O-Ar-C(=O)-] (a1)
[-Ar-O-Ar-C(=O)-Ar-C(=O)-] (a2)
[-Ar-O-Ar-O-Ar-C(=O)-] (a3)
[-Ar-O-Ar-C(=O)-Ar-O-Ar-C(=O)-Ar-C(=O)-](a4)
[-Ar-O-Ar-O-Ar-C(=O)-Ar-C(=O)-] (a5)
(式中、Arは置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素環基を表す)
Arで表される2価の芳香族炭化水素環基としては、例えば、フェニレン基(o-、m-、又はp-フェニレン基など)、ナフチレン基などの炭素数が6~10のアリーレン基、ビフェニレン基(2,2’-ビフェニレン基、3,3’-ビフェニレン基、4,4’-ビフェニレン基など)などのビアリーレン基(各アリーレン基の炭素数は6~10)、o-、m-又はp-ターフェニレン基などのターアリーレン基(各アリーレン基の炭素数は6~10)などが例示できる。これらの芳香族炭化水素環基は、置換基、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(メチル基などの直鎖上又は分岐鎖状の炭素数1~4のアルキル基など)、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基(メトキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1~4のアルコキシ基など)、メルカプト基、アルキルチオ基、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基、N-置換アミノ基、シアノ基などを有していてもよい。なお、繰り返し単位(a1)~(a5)において、各Arの種類は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。好ましいArは、フェニレン基(例えば、p-フェニレン基)、ビフェニレン基(例えば、4,4’-ビフェニレン基)である。
上記ガラス転移温度は、JIS K7121に準拠し、示差走査熱量測定(DSC)装置を用いて、20℃/分の昇温速度からなる測定条件下で測定される。
本開示の効果を有効に発揮するため、成形温度において、化合物(B)が溶融していないことが望ましい。このため、化合物(B)の融点は、300℃以上であることが望ましい。更に、350℃以上がより好ましく、400℃以上が最も好ましい。
上記環状構造を有する芳香族リン酸エステル塩としては、下記式(1)で表される芳香族環状リン酸塩であることが特に好ましい。
上記Xで表される金属としては、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、カルシウム、バリウムが好ましく、なかでもナトリウムがより好ましい。より具体的には、化合物(B)は、下記式(2)で表されるリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウムであることがもっとも好ましい。
本開示の発泡成形用組成物は、上記特定の範囲の平均粒子径を有する窒化ホウ素を含有することにより、より平均泡径が小さく、発泡率が大きい被覆材を備える発泡電線を形成することができる。
また、窒化ホウ素の平均粒子径が大きすぎると平均泡径が大きくなるおそれや、スパークが多く発生するおそれがある。窒化ホウ素の平均粒子径は、25μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。
窒化ホウ素の平均粒子径が上記範囲であることにより、微細で、均一な気泡を有する被覆材を形成することができる。
窒化ホウ素の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置を用いて求めた値である。湿式法を用いる場合、媒体としては適宜選択すればよいが、例えば、メタノール等を使用すればよい。
D84、D50及びD16は、窒化ホウ素の粉体の集団の全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが、84%となる点の粒径(μm)、50%となる点の粒径(μm)、16%となる点の粒径(μm)を表す。なお、粒度分布の累積は小粒径側より行う。上記粉体の集団の全体積は、メタノール等の媒質に窒化ホウ素の粉体を分散させたサンプルを調製し、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて得られる。
窒化ホウ素の粒度分布が上記範囲であることにより、微細で、均一な気泡を有する被覆材を形成することができるとともに、スパークの発生をより抑制することができる。
上記粒度分布は、1.1以下であることがより好ましく、1.0以下であることが更に好ましい。粒度分布の下限は特に限定されないが、例えば、0.1であってよい。
上記粒度分布(体積粒度分布)の累積カーブは、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて得られるものである。湿式法を用いる場合、媒体としては適宜選択すればよいが、例えば、メタノール等を使用すればよい。
上記粉砕は、窒化ホウ素の平均粒子径や粒度分布を上記範囲内にすることができる方法及び条件で行うことができる。例えば、粉砕機の種類、条件を適宜選択して行う。上記粉砕機としては、例えば、ジェットミル、ハンマーミル、ボールミル、ピンミル等を用いることができる。
本開示の組成物は、特に制限されるものではないが、例えば、窒化ホウ素の含有量が0.1~10質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1~2.0質量%であり、更に好ましくは0.1~1.5質量%であり、更により好ましくは0.1~1.0質量%である。窒化ホウ素の含有量が少なすぎると、得られる発泡電線の被覆材において微細な気泡が得られにくくなるおそれがあり、多すぎると、製造コストが高くなるおそれがある。
上記多原子アニオン含有無機塩としては、米国特許第4,764,538号明細書に開示されているものが挙げられる。
本開示の発泡成形用組成物は、例えば、樹脂(A)と化合物(B)と、必要に応じて添加される窒化ホウ素、充填剤、添加剤等を混合して混合物を得る混合工程を含む製造方法(以下「組成物の製造方法」という。)により得ることもできる。
上記混合の方法としては、ヘンシェルミキサー、リボンミキサー、Vブレンダー、ボールミル等を用いる方法なども挙げられる。また、例えば、溶融混錬により混合する方法もあげられる。
発泡成形体中の気泡の総容積は、例えば上記押出機中のガスの挿入量の調節等により、あるいは、溶解するガスの種類を選択することにより、用途に応じて適宜調整することができる。
得られる発泡成形体は、本開示の発泡成形用組成物の溶融固化体及び気泡を含有するものであって、上記気泡が溶融固化体中に均一に分布しているものであることが好ましい。上記気泡の平均泡径は限定されるものではないが、例えば、100μm以下であることが好ましい。さらに好ましくは60μm以下また、平均泡径は、0.1μm以上であることが好ましい。
上記発泡成形体の発泡率は特に限定されないが、10%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましい。発泡率の上限は特に限定されないが、例えば、80%である。
本開示において、発泡成形体の表面は、素手で走査し、その時手に伝わるひっかかり(突起)の程度を観察することで評価することができる。また、後述のように、レーザー顕微鏡にて電線表面を測定し、得られた画像データを面形状補正の2次局面補正で電線の範囲を指定して補正を実施後、500×2000μmの表面粗さを算出することにより、数値的に評価することもできる。上記表面粗さは、10.0μm未満が好ましい。
上記電線の製造方法により得られる電線は、上記発泡成形用組成物から形成された被覆材と芯線とからなるものである。上記発泡成形用組成物を芯線に被覆して得られる電線も本開示の一つである。
また、上記被覆材は、上記発泡成形体と同様になめらかな表面を有するものであり、同様の物性を示すものである。
上記気泡の平均泡径は限定されるものではないが、例えば、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが更に好ましく、40μm以下であることが更により好ましく、30μm以下であることが特に好ましく、20μm以下であることが殊更に好ましい。また、平均泡径は、0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましく、1μm以上であることがより好ましい。
このような被覆材の構造は、本開示の発泡成形用組成中における樹脂(A)と特定の化合物(B)との組み合わせに起因して得られるものである。
上記平均泡径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により被覆材断面の画像を取り、画像処理により各泡の直径を算出し、平均することにより求めた値である。
上記発泡率は、((樹脂の比重-発泡体の比重)/樹脂の比重)×100として求めた値である。上記発泡率は、例えば上記押出機中のガスの挿入量の調節等により、あるいは、溶解するガスの種類を選択することにより、用途に応じて適宜調整することができる。
上記スパーク数は、Beta LaserMike Sparktester HFS1220にて1500Vの電圧で測定して得られた値である。
芯線は、直径0.02~3mmであるものが好ましい。芯線の直径は、0.04mm以上であることがより好ましく、0.05mm以上が更に好ましく、0.1mm以上が特に好ましい。芯線の直径は、2mm以下がより好ましい。また、上記芯線は、単線であっても、複数の芯線をより合わせたより線であってもよい。
上記電線は、上記被覆材の厚みが0.01~3.0mmであるものが好ましい。被覆材の厚みは、2.0mm以下であることも好ましい。
上記導体は、丸、フラットタイプ、平角などの形状であっても良い。
上記電線の非発泡層は特に限定されず、具体的には、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)(より具体的には、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)等)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)、液晶ポリマー(LCP)、ポリサルフォン(PSF)、非晶ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルニトリル(PEN),熱可塑ポリイミド(TPI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアミドイミド(PAI)、フッ素樹脂等の樹脂からなる樹脂層であってよい。
実施例及び比較例では、樹脂(A)として下記の樹脂(1)~(4)を用いた。
樹脂(1):芳香族ポリエーテルケトン樹脂/ポリエーテルケトンケトンPEKK(MFR;10g/10分、融点;335℃、ガラス転移温度Tg;162℃、熱分解開始温度:520℃)
樹脂(2):芳香族ポリエーテルケトン樹脂/ポリエーテルケトンケトンPEKK(MFR;12g/10分、融点;356℃、ガラス転移温度Tg;165℃、熱分解開始温度:501℃)
樹脂(3):芳香族ポリエーテルケトン樹脂/ポリエーテルエーテルケトンPEEK(MFR;20g/10分、融点;345℃、ガラス転移温度Tg;143℃、熱分解開始温度:529℃)
樹脂(4):ポリアリーレンサルファイド/ポリフェニレンサルファイドPPS(MFR:20g/10分、融点;275℃、ガラス転移温度Tg;90℃、熱分解開始温度:458℃))
発泡絶縁層の押出に用いた単軸押出機は、シリンダー径35mm、L/D=32、ダイ内径0.8mm、チップ外径1.50~5.0mmとした。上記単軸押出機をシリンダー温度280~400℃、スクリュー回転数5-30rpmにて運転し、ホッパーより上記により得られた樹脂組成物を供給した。吐出された溶融樹脂組成物により、導体(直径0.5mm、断面積0.20mm2、軟銅線単線)上に厚さ0.3mm~0.8mmの絶縁層を形成し、絶縁電線を得た。このときのライン速度は20~200m/分とした。窒素ガスは、バレルの中央部セグメントC部分より、ガスインジェクター装置を用いて狙いの発泡率に合わせて、導入ガスの窒素ガス量を調整した。
発泡電線成形は、所定の添加量になるよう溶融混錬にて調整したペレット(組成物)を、表2に示す押出機温度に設定し、押出温度、窒素ガス導入流量(圧力)、押出速度、引取速度を調整して行った。電線押出条件を表3に示す。
連続で1時間行い、成形が安定した3000mについて、線径ぶれ、スパークアウトを観測した。更に、得られた発泡電線について下記の方法で発泡率及び平均泡径を測定し、表面状態を観察し、表面粗度を測定した。
得られた発泡絶縁電線に対して各種評価を行った。結果を表1に示す。
樹脂(1)にリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウム(株式会社ADEKA社製結晶核剤 アデカスタブ NA-11;融点≧400℃)を0.5質量部添加したペレットを押出機回転数15rpm、窒素ガス導入流量11cc/min、引取速度105m/minにて発泡電線成形を実施し、目的の外径1.28mmの発泡電線を得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.011と良好で、スパーク数も2個と非常に良好であった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は28%、平均泡径は42μmと良好で、表面状態の手触りも極めて良好であり、表面粗度も9.6μmと非常に良好であった。
樹脂(1)にリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウム(株式会社ADEKA社製結晶核剤 アデカスタブ NA-11)を1.0質量部添加したペレットを押出速度15rpm、窒素ガス導入流量17cc/min、引取速度100m/minにて発泡電線成形を実施し、目的の外径1.32mmを得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.012と良好で、スパーク数も1個と非常に良好であった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は30%、平均泡径は35μmと良好で、表面状態の手触りも極めて良好であり、表面粗度も9.3μmと非常に良好であった。
樹脂(2)にリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウム(株式会社ADEKA社製結晶核剤 アデカスタブ NA-11)を1.0質量部添加したペレットを押出速度15rpm、窒素ガス導入流量15cc/min、引取速度98m/minにて発泡電線成形を実施し、目的の外径1.31mmを得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.014と良好で、スパーク数も3個と非常に良好であった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は32%、平均泡径は33μmと良好で、表面状態の手触りも極めて良好であり、表面粗度も8.8μmと非常に良好であった。
樹脂(3)にリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウム(株式会社ADEKA社製結晶核剤 アデカスタブ NA-11)を1.0質量部添加したペレットを押出速度15rpm、窒素ガス導入流量14cc/min、引取速度97m/minにて発泡電線成形を実施し、目的の外径1.35mmを得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.015と良好で、スパーク数も3個と非常に良好であった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は35%、平均泡径は36μmと良好で、表面状態の手触りも極めて良好であり、表面粗度も9.5μmと非常に良好であった。
樹脂(4)にリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウム(株式会社ADEKA社製結晶核剤 アデカスタブ NA-11)を1.0質量部添加したペレットを押出速度20rpm、窒素ガス導入流量10cc/min、引取速度110m/minにて発泡電線成形を実施し、目的の外径1.44mmを得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.017と良好で、スパーク数も3個と非常に良好であった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は25%、平均泡径は44μmと良好で、表面状態の手触りも極めて良好であり、表面粗度も10.1μmと非常に良好であった。
樹脂(1)と樹脂(2)を1:1で混合し、その混合物にリン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウム(株式会社ADEKA社製結晶核剤 アデカスタブ NA-11)を1.0質量部、添加したペレットを押出速度15rpm、窒素ガス導入流量15cc/min、引取速度102m/minにて発泡電線成形を実施し、目的の外径1.29mmを得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.011と良好で、スパーク数も2個と非常に良好であった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は30%、平均泡径は37μmと良好で、表面状態の手触りも極めて良好であり、表面粗度も9.3μmと非常に良好であった。
樹脂(1)に何も添加しなかったペレットを押出速度15rpm、窒素ガス導入流量10cc/min、引取速度70m/minにて発泡電線成形を実施した。ほとんど発泡は見られず、外径がばらつき、静電容量ばらつきは非常に大きかった。目的の発泡電線は得られなかった。
樹脂(3)にアルミナを1.0質量部添加したペレットを押出速度15rpm、窒素ガス導入流量12cc/min、引取速度92m/minにて発泡電線成形を実施し、外径1.29mmの発泡電線を得ることができた。線径のばらつきの標準偏差は0.102と安定せず、スパーク数も100個以上と非常に悪かった。得られた発泡電線の分析の結果、発泡率は30%、平均泡径は82μmと大きく、表面状態も不良で、表面粗度も16.4μmと悪かった。
(熱分解温度)樹脂の熱分解温度は、熱分解温度はTG(加熱重量変化測定)による空気中で10℃/minで加熱した際の1%重量減少温度である。セイコーインスツルメンツ社製示差熱熱重量同時測定装置TG/DTA6300により測定した。
樹脂の融点は、示差走査熱量測定(DSC)装置を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度として求めた。
ガラス転移温度は、JIS K7121に準拠し、示差走査熱量測定(DSC)装置を用いて、20℃/分の昇温速度からなる測定条件下で測定される。
樹脂のMFRは、ASTM D-1238に準拠して、KAYENESS メルトインデクサー Series4000(安田精機社製)を用い、直径2.1mmで長さが8mmのダイで測定した。PAEK樹脂の場合、380℃、5kg荷重にて測定した時の値とした。PPS樹脂の場合、315℃、5kg荷重にて測定した時の値とした。
LASER MICRO DIAMETER LDM-303H-XY(タキカワエンジニアリング社製)を用いて電線外径を測定した。
3500mあたりのスパーク数を、Beta LaserMike Sparktester HFS1220を用いて1500Vの電圧で測定した。
((樹脂の比重-発泡体の比重)/樹脂の比重)×100として求めた。
電線断面のSEM画像を取り、画像処理により各泡の直径を算出し、平均することにより平均泡径を求めた。
被覆電線の表面を素手で走査し、その時手に伝わるひっかかり(突起)の程度で評価を行った。
良 ひっかかりがない、又は、少しひっかかりがある
悪 かなりひっかかりがある。
キーエンス社レーザー顕微鏡にて電線表面を測定し、得られた画像データを面形状補正の2次局面補正で電線の範囲を指定して補正を実施後、500×2000μmの表面粗さを算出した。
Claims (15)
- 熱分解温度が330℃以上である樹脂(A)と、リン酸エステル及びその塩、並びに、リン酸エステル錯体化合物からなる群より選択される少なくとも1の化合物(B)とを含み、
前記化合物(B)は、下記式(1)により表される芳香族環状リン酸エステル塩であることを特徴とする発泡成形用組成物。
- 樹脂(A)は、誘電率が4.0以下である請求項1記載の発泡成形用組成物。
- 樹脂(A)は、溶融加工可能である請求項1又は2記載の発泡成形用組成物。
- 樹脂(A)は、融点が250℃以上である請求項1,2又は3記載の発泡成形用組成物。
- 樹脂(A)は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)及びポリアリールエーテルケトン(PAEK)からなる群より選択される少なくとも一種である請求項1,2,3又は4記載の発泡成形用組成物。
- 化合物(B)は、融点が300℃以上である請求項1,2,3,4又は5記載の発泡成形用組成物。
- 式(1)のR1及びR2は、t-ブチル基である請求項1,2,3,4,5又は6記載の発泡成形用組成物。
- 式(1)のXは、ナトリウムである請求項1,2,3,4,5,6又は7記載の発泡成形用組成物。
- 化合物(B)は、リン酸2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)ナトリウムである請求項1,2,3,4,5,6,7又は8記載の発泡成形用組成物。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,又は9記載の発泡成形用組成物から得られることを特徴とする発泡成形体。
- 発泡率が10%以上である請求項10記載の発泡成形体。
- 芯線と、前記芯線に被覆された請求項1,2,3,4,5,6,7,8,又は9記載の発泡成形用組成物から得られる被覆材とを備えることを特徴とする電線。
- 被覆材は、発泡率が10%以上である請求項12記載の電線。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,又は9記載の発泡成形用組成物を発泡成形する工程、を含むことを特徴とする発泡成形体の製造方法。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,又は9記載の発泡成形用組成物を芯線に被覆して電線を得る工程、を含むことを特徴とする電線の製造方法。
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