JPH0264051A - 高快削性樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明、ま高次削性の樹脂組成物知関する。さらに詳し
くは、切削用樹脂素材１合成樹脂木材を始めとしだ。切
削加工、研削加工、穴あけ加工、切断加工等の一役的機
械加工に供される樹脂組成物知関する。

従来の技術 従来より、樹脂（プラヌチック）の機賊ｖロエが難かし
いことが知られている。理由は加工中に。

割れや欠けが生じたシ、加工部の発熱で樹脂が軟化して
工具にからまる等で、加工面が粗くなる等であった。

この対策として、熱伝導性や快削性を改善する目的で樹
脂中に、メルク、マイカ、石綿１等のフィラーを配合す
ることが行われているが、実際に高快削性が得られるた
めには高充填する必要があった。そのために樹脂本来の
もつ優れた特性（シなやかさ１．耐衝撃性）が変化し、
損われるのが一役的であった。

発明が解決しようとする課題 本発明’ｄ低充填で、なるべく樹脂本来の特性を変える
ことなく樹脂に高快削性を付与することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明者らは、上記課題に対して鋭意研究の結果、以下
の手段により課題を完全に解決することができだ。

すなわち、酸化亜鉛ウィスカーが樹脂組成物に配合され
ており、かつ前記酸化亜鉛ウィスカーは針状結晶で構成
されており、前記針状結晶部の基部から先端までの長さ
が、１〜２００μｍであり。

前記針状結晶部の基部の径が０．０６〜１４μｍである
ことを特長とした高快削性樹脂組成物である。

さらに、前記酸化亜鉛ウィスカーに、核部とこの核部か
ら異なる複数軸方向に伸びた針状結＆部を具備した酸化
亜鉛ウィンカ−を含む高快削性樹脂組成物である。また
さらに、前記複数軸方向の軸数が、４なる酸化亜鉛ウィ
スカーを含む高快削性樹脂組成物である。

本発明て用いる酸化亜鉛ウィスカーは、表面に浚化皮膜
を有する金属亜鉛粉末を酸素を含む雰囲気下で加熱処理
して生成させることができる。得られた酸化亜鉛ウィス
カーは、みかけの嵩比重０．０２〜０．１を有し、７０
ｗｔ％以上の高収率で極めて量産的である。第１図はそ
の電子顕微鏡写真を示す。これによると上記の形態的１
寸法的特長が明、′層に認められる（以下、テトラポッ
ト構造と表記する）。

ところで、設化匝沿ウィスカーの針状結晶部が３軸ある
いは２軸、さらには１軸のものが混入する場合があるが
、これは元来４軸の結晶の一部が折損したものである。

特に７謂脂中のウィスカーは、α理や混合方法にもよる
が、テトラポット状ウィスカーが折損する確率が高く、
著しい場合は、大部分が１掬の針状結晶にまで折損し、
テトラポット状ウィスカーが容易に発見できない場合す
らある。まだ板状晶の酸化亜鉛結晶が混入する場合もあ
る。

このウィスカーのＸ線回折図をとると、すべて酸化亜鉛
のピークを示し、また成子線回折分析の結果も、転移格
子欠陥の少ない単結晶性を示した。

また、不純物の含有量も少なく、原子吸光分析の結果、
酸化亜鉛が９９．９８　ｏ４；であった。

厨指の快削性特性の面から、大き過ぎる（長さ２００μ
ｍより大で、径が１４μｍより犬）ウィスカーが大きな
割合を占める系では、樹脂中の分散が悪くなり、快削性
が劣化し好ましくない。

一方、小さ過ぎる（長さが１μｍより小さく。

径が０．０６μｍより小）ウィスカーが大きな割合を占
める系では、充分な快削性が発揮できず、また１酎衝撃
性等の機蛾特性的にも良い結果を与えないので好ましく
ない。

次に１本発明のマ）　ＩＪワックスして用いる樹脂は、
熱便化４樹脂および熱可塑性樹脂が適用できる。

即ち、熱便化４樹脂としては、エポキシ厨脂。

不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン對脂
、メラミンーユリア寓脂、フェノール樹脂等が・適用で
きる。

また、熱可塑性樹脂ては、ポリ塩化ビニール。

ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンチレフｐｖ
−ト、ポリアミド、ポリスルホンポリエーテルイミド、
ポリエーテルスルホン、ボリフェニレンサルフフイド、
ポリエーテルケトン。

ポリエーテルエーテルケトン スチレン、ポリブタジェン、メチルメタアクリレート、
ポリアクリルニトリル ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドエチレン
−酢ビ共重合体，ポリ酢酸ビニール。

エチレン−テトラフロロエチレン共重合体．芳香族ポリ
エステル、ポリ弗化ビニール、ポリ弗化ビニリデン、ポ
リ塩化ビニリデン、テフロン等が適用できる。

特に最近よく利用される高機能な切削用素材となる，ポ
リエチレンテレフタＶ−ト，ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリサルフォン，ポリエーテルサルフォン，ポリフ
ェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリエーテルイミド、２Ｆ（ＰＶＤＦ，ポリビニリデン
フロライト）。

ポリエチレン、ポリ塩化ビニールにおいて特に有効であ
る。

また１合成７厨脂木材と称して利用されるエポキシ淘脂
とウレタン樹脂においても特に効果がある。

本発明の高快削性の効果は、フィラーとして酸化Ｓ鉛つ
ィスカー単独で用いた場合に発揮できるのみならず、ガ
ラス繊維やガラスフレーク、ガラスチョップ、タノＶり
、マイカ、シリカ等のフィラーや　ＳｉＣやチタン竣カ
リウム等のウィスカーと併用した場合にも効果が発揮さ
れる場合がある。

マトリックス樹脂に対する酸化亜鉛ウィスカーの配合割
合は特に限定されるものではないが、配合量が少な過ぎ
る場合は、高快削性の目的が達せられず、一方、必要以
上に多量の場合は、樹脂本来の特長を低下せしめるため
好ましくない。

そのため、快削性の必要目的に応じて好ましい配合割合
がある。即ち、ウィスカーの大きさや。

樹脂の種類、快削性の程度にもよるが、一般に。

０．５　ｖｏｌに〜２ｏマＯ１％が使用され、特に１〜
１ｒｓｖｏ１％で優れた特性が得られる。また曲げ強度
が要求される用途には５７Ｏ４に以上の配合が必要であ
り、５ｖｏ１％以上で極めて安定した曲げ弾性率と曲げ
強度が薙保できる。

作用 本発明ではフィラーとして完全な単結晶の針状結晶であ
る酸化亜鉛ウィスカーを用いる。この針状浩晶は結晶学
的なｃａ１１方向に伸びており、Ｃ軸に垂直な面にへき
開面が存在し、この面でへき開する。このへき開現象が
酸化亜鉛ウィスカーを充填した樹脂に高快削性を与える
ものと考えられている。

また根城加工時に発生する摩擦熱の放散に対しても極め
て合理的な構造となっている。すなわち。

熱伝導性の良好な酸化亜鉛ウィスカーが明指中に合理的
に立体的な列目構造を形成するため熱伝導性が良く１発
熱による局部的な主相の軟化を防ぎ。

高快削性に寄与する。

さらに本発明に用いる酸化亜鉛ウィスカーはテトラポッ
ト構造をしており、全体としては実効的に等方的な方向
性があシ、これを樹脂に配合すると等方的に、しかも均
一に分散し易い。従って低充傭率でも均一て分散させる
ことが可能となる。

また、酸化亜鉛ウィスカーはテトラポット状の針状単結
晶体で、モース硬１変約４が示す通りこのウィスカーは
しなやかでフレキシビリティ−に富む強い針状単結晶体
であり、その上テトラポット構造そのものも衝撃に対す
る吸収性を倍加する。

かくのスロく、酸化亜鉛ウィスカー自体が具備している
優れた特長（しなやかさ、フレキシビリティ−、テトラ
ポット構造、＃撃吸収性）と低充填率が相まって甜指組
我物にＩＡ箋やかさと耐衝撃性を付与することとなる。

その上、酸化亜鉛ウィスカー自体が強度が強いため、謝
脂組成物の曲げ強さや曲げ弾性率、さらには破壊しん性
を高める結果となる。

また１本発明は、テトラポット形状酸化亜鉛を原料にし
ているため、万一、テトラポット形状が壊れた場合でも
、マトリックス中への均一分散に寄与し、快削性、並び
て機、酸強度の向上知有効に、動く。

実施例 以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが１本
発明はこれらの実・血例のみに限定されるものではない
。

実施例１ テトラポット状酸化亜鉛ウィスカーに適当なシラン処理
を施し、ポリプロピレン中に混練し、板状成形体のテス
トピースを作成した。このテストピースを用いて、快削
性、討ＪｆＩ撃性１曲げ強さを所定の試験機を用いて詳
細した。快削性に関しては、テストピースを所定のソー
（ＳＡＷ）を用いて、所定の圧力で切断する際の切断速
度と最大パリ長、それに表面咀さを用いて評：１ｆｌｉ
Ｌだ。測定値は、１０サンプルの平均値で表わすことと
した。

その結果を第１表に示した。

実施例２ 実施例１より細かいグレードのテトラポット状酸化亜鉛
ウィスカーを用いて、実施例１と全く同様の評価を実施
した。その晧果を第１表に示した。

比１咬例１〜２ 特別に大きなグレードと特別に小さなグレードのテトラ
ボット状涜化亜鉛ウィスカーを用いて、実施例１と全く
同様の評価を実施した。その結果を第１表に示した。

比較例３ ブランクとして、フィラーを何も用いないポリプロピレ
ンのテストピースを作成し、実施例１と同様の評価を実
施した。その結果を第１表【示した。

比較例４〜６ フィラーとしてタルクを用い、配合比を変えて実施例１
と全く同様の評価をした。その結果を第１表に示した。

（以下　余　白） 実施例３ テトラポット状酸化亜鉛ウィスカーをポリブチレンテレ
フタレート中に混練し、板状成形体のテストピースを作
成した。このテストピースを用いて実施１ＮＪ１と同様
の評＋Ｉｊをし、結果を第２表に示した。

実施例４ 実施例３より細かいグレードのテトラポット状酸化亜鉛
ウィスカーを用いて、実施例３と同様の評価をし、結果
を第２表だ示した。

比較例６〜７ 特別に大きなグレードと、特別に小さなグレードのテト
ラポット状酸化亜鉛ウィスカーを用いて実施例３と同様
の評価をし、結果を第２表に示しだ。

比１咬例８ ブランクとして、フィラーを何も用いないポリブチレン
テレフタレートのテストピースを作成し。

実施例３と同様の評価を実施し、その結果を第２表に示
した。

比・咬例９〜１゜ フィラーとしてタルクを用い、配合比を変えて実施例３
と全く開議の評；西をし、その結果を第２表に示した。

（以下余　白） 実施例６ テトラポット状酸化亜鉛ウィスカーに適切なンラン処理
を施し、エポキシ樹脂中に均一に分散し。

酸無水物で熱硬化して、板状のテストピースを得た。

このテストピースを用いて、実施例１と同様の評価を行
ない、その結果を第３表に示した。

実施例６ 実施例６より細かいグレードのテトラポット状酸化亜鉛
ウィスカーを用意し、実施例６と全く同・凍の評価を行
ない、その結果を第３表に示した。

比較例１１〜１２ 特別に大きなグレードと特別に小さなグレードのテトラ
ポット状酸化亜鉛ウィスカーを用意し。

実施例６と全く同様の評価を行ない、その結果を第３表
に示した。

比較例１３ ブランクとしてフィラーを何も用いないエポキシ樹脂の
テストピースを作成し、実施例５と同様の評価を実施し
、その結果を第３表に示した。

比較例１４〜１６ フィラーとしてタルクを用い、配合比を変えて実施例６
と全く同様の評価をし、その結果を第３表に示した。

（以下余　白） 実施例７ 第４表に示す各種寸法グレードのテトラポット状酸化亜
鉛ウィスカーに適当なシラン処理を施し。

６−６ナイロン中に均一に混練・分散し、板状成形体の
テストピースを作成して、快削性と曲げ強度それに１酎
＃撃性を評価した。

比較例１６ フィラーとして市販の酸化亜鉛（粒径；０．１〜１．０
μｍ；形状：無定形または針状）各種を用いて実施例７
と同様の評価を行ったところ、いずれも快削性１曲げ強
度、耐衝撃性ともに×の判定となった。

第４表　　　（１ｏマＯｇ％） 発明の効果 本発明によれば、樹脂本来の優れた特長をそのままに、
高い機械加工性（高快削吐）の謁脂組成物が、容易に低
コストで実現できる。

特に１本発明で用いられるテトラポット状酸化亜鉛ウィ
スカーは、量産性で比較的安いコストで得られるため、
切削用樹脂素材１合成樹脂木材。

その他−役樹脂素材等１本発明の適用範囲は極めて広く
、その工業的、経済的効果は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化亜鉛ウィスカーの結晶の構造を示す電子顕
微鏡写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化亜鉛ウィスカーが樹脂組成物に配合されてお
   り、かつ前記酸化亜鉛ウィスカーは針状結晶で構成され
   ており、前記針状結晶部の基部から先端までの長さが１
   〜２００μｍであり、前記針状結晶部の基部の径が０．
   ０５〜１４μｍであることを特長とした高快削性樹脂組
   成物。
2. （２）酸化亜鉛ウィスカーは、核部とこの核部から異な
   る複数軸方向に伸びた針状結晶部を具備した酸化亜鉛ウ
   ィスカーを含む特許請求の範囲第１項記載の高快削生樹
   脂組成物。（３）複牧軸方向の軸数が４である酸化亜鉛
   ウィスカーを含む特許請求の範囲第２項記載の高快削性
   樹脂組成物。