JPS62207313A - 熱硬化性樹脂成形材料 - 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〉 本発明は、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂、ノアリル
７タレート側脂、フェノール！！脂、で代表される熱硬
化性樹脂のもつ優れた機械的性質、電気的性質、寸法安
定性、耐熱性、耐薬品性などの諸特性を活かして、電気
電子機器、車両及び航空機、船舶機器等の部品、スポー
ツ・レジャー用品などの各分野で広く使用することがで
きる複合成形材料で、詳しくは熱硬化性ｔ３（脂と、特
殊形状とした炭素又は黒鉛と、無機充填剤とを主要材料
とし、これらを均−又は略均−に混合してなる精密成型
用熱硬化性成形材料に関する。

く従来の技術〉 従来の精密成型用材料としては実用に供されているもの
に、 （１）　　ｆｆラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂と無
機充填剤並びに熱可塑性樹脂の粉末を主要材料とし、こ
れを均−又は略均−に混合してなる成形材料、 （２）炭素繊維と７エ／−ル樹脂とを主要材料とし、こ
れらを均−又は略均−に混合してなる成形材料、 （３）炭素繊維と熱硬化性ａｆｌｆｆｆとを主要材料と
し、これらをバルク状又はシート状にした成形材料、 （４）エポキシ８Ｉ脂と硬化剤に無機充填剤を主材料と
して均−又は略均−に混合しでなる成形材料、 （５）ガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂と無機充填
剤を主要材料とし球状のガラスビーズ粉末を添加しこれ
らを均−又は略均−に混合してなる成形材料、 等がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 然し乍ら、上記従来の各成形材料による場合は、それら
による成形品において各々次のような欠点を有していた
。

即ち、（１）の成形材料による場合は、成形時の流動性
を保持する上でガラス繊維の上限含有率が重量百分率に
おいて３５パーセント以下に制約される。硬化収縮を小
さくするために例えばポリエチレン粉末などの熱可塑性
樹脂の粉末を添加しているので、温度や圧力などの成形
条件の相違によって成形品の寸法にばらつきを生じ易い
。また、使用環境条件によって寸法変化が大きくなる。

更に成形時の材料の流動状況によってガラス繊維の配向
性が異なり、それに起因して成形収縮量が方向により差
異を生じ、成形品が歪、変形し易い欠点がある。

（２）の成形材料による場合は、成形収縮率が小さい反
面、硬化時に水分を発生し易く、この水分の影響で成形
品の寸法にばらつきが生じ易い。また炭素ａｍの流れに
よる配向により変形やソリが発生し複雑な形状、精密品
の成形材料としでは不適であり、用途範囲が非常に狭い
欠点がある。

（３）の成形材料による場合は、例えば炭素繊維を４０
乃至６０％含有させた成形材料では成形収縮が非常に小
さくなるが、反面、ＷＬ維艮が大きいため成形時の流動
性に伴なう繊維の配向により、成形収縮に方向性が生じ
て成形品が変形するばかりでなく、成形品の表面が粗に
なり、表面平滑性に欠け、また小物の肉薄成形が不可能
であり、寸法精度の面でも高い成形品を得ることができ
ない欠点がある。

（４）の成形材料による場合は、例えば半導体モールド
■のエポキシ樹脂成形材料等が市販されているが成形収
縮率が大きくまた金型の摩耗が激しいため精密成形用の
成形材料としては適当でない。

（５）の成形材料の場合は、成形時材料の流動性を良く
するため球状のガラスビーズを添加した成形材料である
が、球状のがラスビーズを添加することによって流動性
は改善するが添加量を多くしても成形品の成形収縮が大
きく且つ熱膨張係数が大きいため寸法精度の高い成形品
が得られない。また摺動特性や強度低下、成形時の金型
摩耗等、色々な弊害が生じる。

以上の如く従来から実用に供されている成形材料は何れ
のものも、近年とみに脚光を浴び、将来にわたってその
進歩に者しい期待が寄せられている電子産業やオートメ
ーシａ７ｍ器分野、光関連分野等で使用する各種デバイ
ス、精密部品など寸法精度、寸法安定性、熱膨張係数、
熱伝導率、表面平滑性、摺動特性に対する要求度の高い
成形品には適さず、それだけ用途範囲の狭い材料であっ
た。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の如き特徴を有する本発明に係る成形材料の基本的
な技術思想は、混合材料として熱膨張係数の小さい、摺
動特性の良い、導電性を有する炭素又は黒鉛を成形品に
高充填させることによって性能の向上を計ろうとするも
のであって、炭素または黒鉛を球状に形成し、これを成
形材料中に占める割合を非常に高くすることによって、
加熱加圧成形時に球状材と球状材との間に熱硬化性樹脂
と黒磯充填剤又は粒子径の小さい球状の炭素又は球状の
黒鉛とを充填させて細密充填させる。このようにして成
形材の緻密性を補償させ、成形品の成形収縮率を可及的
に小さくすること、成形材料中に炭素または黒鉛を高含
有させることに伴なって生じる流動性の低下をこれら炭
素または黒鉛を球状とすることによって補償し、更に無
機充填斉１又は粒子径の小さい球状の炭素又は黒鉛の混
入によって高緻密化し、成形品の寸法精度、寸法安定性
及び表面平滑性を着しく改善することができるようにし
た熱硬化性成形材料を提供する点に目的を有する。この
目的を達成するための本発明に係る熱硬化性樹脂成形材
料は、熱硬化性樹脂に混合すべき炭素又は黒鉛を球状と
し、かつ、その大きさを５乃至１５０μｌの直径のもの
を使用し、また黒磯充填剤としては５０μｍ以下の粒径
のもの又は４！＆ｍ長１１以下の無機繊維を使用し、こ
れら球状の炭素又は球状の黒鉛若しくはこれらの混合物
の成形材料全体に対する配合比が重量百分率で１０乃至
８５パーセント、黒磯充填剤の配合比が５乃至６５パー
セント、熱硬化性ｕｆ脂の配合比が１４乃至４０パーセ
ントとした点にある。

〈作ｍ〉 上記の如くした本発明に係る成形材料の基本的な技術思
想は熱硬化性樹脂を対象とし、その混合材としての炭素
又は黒鉛を球状のものとし、かつ、その大きさを特定し
て使用することにより成形時の材料の流動性を大幅に向
上させることが出来るようにした点にあり、このように
することによって熱硬化性ｏｆ謂の含有率を可及的に低
くすることが出来る。即ち、充填剤の含有率を高くする
ことによって加熱加圧成形時に球状の炭素又は球状の黒
鉛の□粒子間に黒磯充填剤と熱硬化性０１脂とを高密度
に充填させて成形品の成形収縮を非常に小さくすること
が可能となる。また球状の炭素又は球状の黒鉛と共に使
用する無磯充ｒＩｔ斉ダにおいても球状のものを使用す
ることは成形品の充填性を向上させるためには有効であ
るが、樹層の含有率を低くすることによって生じる流動
性の低下は球状とした炭素又は黒鉛によって大幅に改善
出来るのである。また、直径が５乃至１５０μｍの球状
の炭素又は球状の黒鉛を用いることによって成形収縮率
を小さくし成形収縮に於いても方向性のない表面の平滑
な優れた成形品が得られる。

以下これらの各点に関して本発明者らが考察し究明した
事項について仔細に詳述する。

即ち、球状の炭素又は球状の黒鉛は熱膨張係数が一〇、
　Ｉ　Ｘ　１０−’／　’Ｃ乃至５Ｘ１０−’／’Ｃと
極めて小さく、熱硬化性樹脂のように成形温度の高い材
料に高含有させることは成形収縮を抑制する上で有効で
ある。

然しながら、熱硬化性６５１１１は硬化時に１乃至４パ
一セント程度の収縮を起すものであり、この硬化収縮に
よって球状の炭素又は球状の黒鉛と樹脂との間に内部応
力が発生し、成形品の変形やｔｊｌ脂層に生じる微細ク
ラックにより精密成形品を得ることができない。

本発明はこの点に鑑み、熱膨張係数が御脂（３０〜１０
０Ｘ　１０−’　／　’Ｃ）に比べて小さい無機充填剤
（５〜ａ　ｘ　１０−’／　’Ｃ）を添加することまた
は、無充填剤の代りに平均粒径の５乃至１０μｍ位の粒
径の小さな球状の炭素又は黒鉛を添加することによって
熱硬化性成形材料の硬化収縮を小さくし、球状の炭素又
は球状の黒鉛と樹脂との間の内部応力の発生を緩和また
は分散させて成形品の変形や強度低下を招くことなく、
成形収縮を改善できるのである。

また、球状の炭素又は球状の黒鉛の粒径の組合せによＩ
）　０１脂の含有率を少なくすることが可能となり成形
収縮を小さくすることができる。

また、本発明に使用する球状の炭素又は球状の黒鉛の平
均粒子は５乃至１５０μｌの間が最も良い。つまり、平
均粒径が２００μｍ以上の球状の炭素又は球状の黒鉛を
使用すると成形時の流動性が（氏下し成形作業性が着し
く悪くなる。

また成形品表面の平滑性にも悪影響が現われる。

また、平均粒径が５μｆ１１未満の球状の炭素又は球状
の黒鉛を使用すると樹脂含有率を低くすることが困難と
なり成形収縮の抑制効果が低くなる。

次に、本発明において使用する無機充填剤としては、シ
リカ、カオリン、クレー、炭酸カルシウム、炭酸マグネ
シウム、ドローマイト、水酸化カルシウム、ウオラスト
ナイト、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナ、ガラス
ビーズ等の微粉末のほかに、モンモリロナイト、ヘクト
ライト、バーキュライト、加水ハロイサイト、パイロフ
ィライト等の粘土間、硫化タリウム等の硫化物、りん酸
水素ジルコニウム等のりん酸塩、オキシ塩化第二鉄のハ
ロゲン化物などで代表される層状無機化合物等が考えら
れるが待に樹脂に対して優れた親和性を有し、成形時の
流動性を保持しつつかっ、成形品の強度を向上できる層
状Ｓ塊化合物が好ましい。

また、無機充填剤としては、粒径が５０μＩｆｆ以下の
ものが最も効果的である。

つまり、粒径が１ｏｏμ随以上のものを用いると、成形
時の流動性が低下して成形性に悪影響を及ぼすとともに
、成形品の表面が粗になり、表面平滑性にも欠ける。こ
のことがらみて、無機充填剤としては、平均粒子径の小
さいものほど好ましく、粒子径が小さければ小さいはど
実質表面積が増すので、それに比例して含有率も小さく
なるものである、 また、無機充填剤としてはａｍ艮１１ＩＩＩａ以下の無
ａｍ維を使用することも可能であるが粒状の無機充填剤
と併用することが望ましい。

更に、球状の炭素又は球状の黒鉛の含有率については、
重量百分率で１０乃至８５パーセント、好ましくは３０
パ一セント以上６５パーセント未満が良い。

つまり、球状の炭素又は球状の黒鉛を８５パーセントよ
り以上に含有させると、成形時の金型内での流動性が低
下し、待に複雑な形状の成形品の成形が困難となり、ま
た１０パーセント未満では成形収縮率熱膨張係数が所期
通りに小さくならず、流動性も低下するため精密部品の
成形には適用できないのである。

無成充填斉ダの配合量は、球状の炭素又は球状態の黒鉛
の配合比及び！！ｉｔ　ｍの配合比によって選定される
が、通常は１０乃至４０パーセントが好ましく熱膨張係
１等の調整等成形品の要求特性によっては５乃至６５パ
ーセントの範囲で配合する。また成形材料に配合する熱
硬化性樹脂の配合比は１４乃至４０パーセント（硬化側
、硬化促進剤、触媒の量を含む）の割合で配合される。

配合比が１４パ一セント未満では材料に適度の流動性を
保持させることができず、成形性を着しく低下させる。

また、４０パーセントを越えると成形時の成形収縮がお
おき（なりまた成形品の寸法精度や熱膨張率等で性能の
低下をきたす。

即ち成形材料の流動性が保たれる範囲でできるだけ樹脂
の配合量を少なくするよう配合することが好ましい。

〈発明の効果〉 以上詳述したように本発明は、熱可塑性樹脂を対象とぜ
ず、エポキシ、ポリエステル、ジアリルフタレート、フ
ェノール樹脂等に代表される熱硬化性樹脂を対象とし、
その混合材としての炭素又は黒鉛を球状のものとし、が
っ、そのの直径を特定し、また、他の混合材としての無
磯充嘆剤についても粒径やｍ＃ｉ艮を特定し、これら二
つの主要材料の性状選定、並びに熱硬化性樹脂を含む三
つの主要材料の配合比の選定によって、成形時つまり硬
化時の樹脂の収縮による内部応力の発生を抑制して成形
品の成形収縮率を、金型寸法に対して０．２パーセント
以下の極めて小さいものにできるようにしたので、成形
品の変形やクランクによる強度低下も殆んどな（、しか
も表面平滑性に優れている。加えて、成形品の熱膨張係
数は球状の炭素又は球状の黒鉛の配合量により約１．０
８Ｘ　１０−５／　”Ｃ泣虫で１１！整することが可能
である。

熱膨張係数を金型とほぼ同程度にすることにより常温の
金型寸法と同じ寸法の成形品が得られる。また、球状の
粒子を配合することにより材料の流れによる配向かなく
なり、従って８膨張の方向性も生じにくいため温度変化
による各部分の寸法変化も非常に小さくて、成形品表面
の面精度と寸法安定性の面において極めて優れた効果が
あり、成形時の寸法精度の向上と相俟って小物の肉薄成
形品や精密成形部品に十分に適用できるに至ったのであ
る。

従って、従来、アルミダイカストなどのメタル製品で成
型し成型後に改めて精密加工を施す必要のあった精密部
品を、成型後加工を全く必要としない量産可能な成形品
に置き換えることができて、製作コストの大幅な低減並
びに製品重量の著しい軽量化が図れるといった産業上に
おける貢献度の高い成形材料を提供できるに至ったので
ある。

更に、本発明による成形材料を用いて成型された成形品
は、熱伝導性が非常に優れているため電′ｙｃ電子機器
等の放熱を必要とする部品取付用成形品として用いても
よ（、且つ高温・多湿等の環境下においても寸法変化が
極めて少なく変形することが殆んどないため精密成形に
極めて適しており、カメラやビデオ部品など、高温地や
寒冷地における戸外使用部品の部品として使用しても外
部温度変化による影響を受けて膨張または収縮変化し機
器の性能に支障を米たすというおそれは皆無であるとい
う特性を有している。

また、成形品それ自体が導電性を有しているので、光部
品や電気電子部品として使■したとき、滞電による諸欠
点を自動的に解消でき、アースｍ等による滞電防止対策
を講じる必要がなく、また、既述のとおり、成形品の表
面滑性が極めてよく、摺動性を有しているので、回転軸
や摺動軸などの軸受として使用することができ、ベアリ
ング等の摺動部品を組込む必要もなく、多くの特異な性
能をもつ優れた成形材料である。

上記の如く多くの性能を有した成形品は機能部品として
も有望であり広い分野での適応が期待できる。

く実施例〉 以下本発明の実施例を詳述する。

実施例１゜ 冷却粉砕した成形材料をトランスファー成形によって成
形圧力Ｇ　ＯＯＫｇ／ｃ曽２、金型温度ＩＧＯ℃で５分
間加熱して成形品を得た。

上記各材料を加温しながら均一混合したのち、冷却粉砕
した成形材料を、射出成形によって射出圧力１５５０　
Ｋｇ／ｃｍ２で２１０℃の金型に射出し６０秒加熱して
成形品を得た。

実施例３゜ 上記各材料を加温しながら均一混合した成形材料をトラ
ンス７Ｔ−成形機によって成形圧力Ｇ　００　ＫＨ／　
ｃ＋ｓ”で１６０℃の金型に加圧注入し５分間加熱して
成形品を得た。

実施例４゜ 材料を実施例３．と同一条件で成形し成形品を得た。

次＄二、本発明の上記各実施例と比較すべき従来例を詳
述する。

従来例１゜ 上記各材料を均一に混合した成形材料を実施例３、と同
一条件で成形して成形品を得た。

従来例２゜ 上記各材料を加温しながら均一に混合した後、冷却粉砕
した成形材料をトランスファー成形によって成形圧力６
００　Ｋ　ｇ／　ａｍ！金型温度１６０°Ｃで５分間加
熱して成形品を得た。

従来例３゜ 一般に市販されている乾式不飽和ポリエステル樹脂成形
材料（〃ラスｍ維、平均繊維長３１を２０％含む）を射
出酸形成によって射出圧力１５００　Ｋｇ／ａｍ”で１
７０℃の金型に射出し５０秒間加熱して成形品を得た。

以上掲げた本発明実施例１．乃至４．及び従来例１．．
２．．３．による成形品評価を次表で示すが、この評価
に使用した成形品の形状及び金型の各部寸法は第１図、
ｆｊＳ２図で示す通りである。

尚、成形品の測定寸法は成形材料の流れ方向とそれに対
して直角方向とを１　／　１０００ｍ＋ａまで測定した
ものであり、金型寸法に対する成形収縮率（パーセント
）で比較した結果を示す。

上記の成形品比較評価がら明白なように、本発明に係る
成形材料による成形品は、絶対的に成形収縮が非常に小
さい上に、Ａ、Ｂ、Ｈといった三次元方向での成形収縮
率の差異が従来例のものに比べて非常に小さい、因みに
、従来例１゜の成形品の成形収縮率Ａ、Ｂ、Ｈの平均値
で０゜２６バーセント又成形収縮率の差異はＡ：Ｂ：Ｈ
で１　：１７．５：２０．５であるのに対し、本発明の
実施例２、の成形品ではＡ％ＢＳＨの平均値で０．４８
パーセントであり、Ａ：Ｂニド■で１　：１．１１：１
．１１である。このことは成形寸法精度が非常に高く、
精密部品への適用を裏付けるに七分な証明であり、また
これに関連してトランス７Ｔ−成形や射出成形等といっ
た量産化、それに伴なうコストダウンを実現でさる証明
でもある。

尚、本明細書の実施例２．で記載したモンモリナイト複
合体とは、硬化促進剤を眉間に吸着させた層状鉱物の１
つで、含水アルミケイ酸塩の一種でＡＬ２０．、４　ｓ
ｉｏ　２．ｎＨ２０であり、別名がベントナイトである
。

【図面の簡単な説明】

ｉ１１’ｔ１図及Ｖ第２図は成形材料の評価のために用
いた成形品（金型）形状を示す平面図及び側面図である
。 第１図 （自発）手続補正書 昭和６１年３月斗日