KR20060131893A

KR20060131893A - 기계 가공용 소재 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060131893A
Application number: KR1020067019014A
Authority: KR
Inventors: 나오미쯔 니시하따; 타쯔야 카와사끼
Original assignee: 가부시끼가이샤 구레하
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-12-20
Also published as: JP4927318B2; US20110143117A1; TWI388607B; US20080038517A1; JP2005226031A; MY147264A; US8158242B2; WO2005078008A1; US8158240B2; CN1918220A; TW200536887A

Abstract

열가소성 수지 30 내지 94 질량％, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체 5 내지 40 질량％, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재 1 내지 30 질량％를 함유하는 수지 조성물의 압출 성형물로 이루어지고, 3 ㎜를 초과하는 두께 또는 직경을 갖는 기계 가공용 소재, 및 상기 수지 조성물의 고화 압출 성형에 의한 상기 소재의 제조 방법.

기계 가공, 열가소성 수지, 고화 압출 성형, 탄소 전구체, 전도성 충전재

Description

기계 가공용 소재 및 그의 제조 방법{STOCK SHAPE FOR MACHINING AND PRODUCTION PROCESS THEREOF}

본 발명은 열가소성 수지 재료의 압출 성형물로 이루어지고, 절삭, 천공 및(또는) 절단 등의 기계 가공에 의해 원하는 형상의 성형품을 2차 성형하는 데 이용되는 기계 가공용 소재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 반전도성 영역 내에 있는 원하는 표면 저항률로 엄밀히 조정할 수 있고, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수 안정성이 우수한 동시에, 절삭 가공이나 천공 가공 등의 기계 가공성이 우수한 기계 가공용 소재와 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 절삭, 천공 및(또는) 절단 등의 기계 가공에 의해 각종 성형품으로 2차 성형할 수 있다. 본 발명의 기계 가공용 소재는 가공 정밀도가 높고, 수지 재료로 구성되는 전기·전자 기기 부품이나 디스플레이 기기 부품 등의 각종 수지 부품의 성형에 적합하다.

본 발명에 있어서, 기계 가공이란 고분자 재료의 2차 가공으로서 알려져 있는 절삭, 천공, 절단 등의 기계적인 가공에 의해 판이나 원형봉 등의 1차 성형품을 원하는 형상의 2차 성형품으로 성형하는 것을 의미한다. 또한, 절삭 가공은 기계 가공의 대표적인 가공법이기 때문에, 본 발명의 기계 가공용 소재를 절삭 가공용 소재라 부를 수 있다. 소재란 판, 원형봉, 파이프 등의 다양한 형상의 재료를 가 리킨다.

IC나 LSI 등의 반도체 제조 공정에서 사용되는 부품 및 그 실장용 부품, 자기 헤드 및 하드 디스크 드라이브의 제조 공정에서 사용되는 부품 및 그 실장 부품, 액정 디스플레이의 제조 공정에서 사용되는 부품 및 그 실장 부품 등의 성형에 사용되는 수지 재료에는 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수 안정성이 우수한 것이 요구되고 있다.

그 때문에, 이 기술 분야의 수지 재료로서, 예를 들면, 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에테르 이미드), 폴리술폰, 폴리(에테르 술폰), 폴리(페닐렌 술피드) 등의 내열성이 우수한 열가소성 수지가 사용되고 있다.

그러나, 전자 장치의 고밀도 피치화가 진전됨에 따라, 표면 저항률이 10¹³Ω/□을 초과하는 수지 재료로 형성된 수지 부품을 사용하면, 수지 부품의 마찰대전의 영향에 의해 전자 장치가 대전하기 쉬워진다. 대전하여 정전기를 축적한 전자 장치는 정전기의 방전에 의해 손상을 받기도 하고, 공중에 떠 있는 먼지를 정전 흡착하기도 한다. 한편, 표면 저항률이 10⁵Ω/□ 미만인 수지 재료로 형성된 수지 부품은 수지 부품 중에서의 전하의 이동 속도가 너무 빨라 정전기의 방전시에 발생하는 강한 전류나 높은 전압에 의해 전자 장치에 장해를 줄 수 있다.

전자 장치를 정전기 장해로부터 보호하고, 또한, 먼지를 접근시키지 않고 높은 청정도를 유지하는 측면에서, 이들 기술 분야에서 사용되는 수지 부품에는 표면 저항률을 반전도성 영역의 10⁵ 내지 10¹³Ω/□의 범위 내로 제어하는 것이 요구되고 있다. 이에, 종래부터 대전 방지제나 전도성 충전재를 배합한 수지 재료를 이용하여 반전도성 영역의 표면 저항률을 갖는 성형물을 얻는 방법이 제안되었다.

그러나, 수지 재료에 대전 방지제를 배합하는 방법은 성형물의 표면에 존재하는 대전 방지제가 세정이나 마찰에 의해 제거되어 대전 방지 효과가 상실되기 쉽다. 대전 방지제의 배합량을 많게 하여 대전 방지제가 성형물의 내부로부터 표면으로 블리드되기 쉽게 하면, 대전 방지 효과를 어느 정도 지속시킬 수 있지만, 블리드된 대전 방지제에 의해 성형물의 표면에 먼지가 점착하거나, 대전 방지제의 용출이나 휘발에 의해 전자 장치나 환경이 오염되기도 한다. 또한, 대전 방지제를 다량으로 배합하면, 성형물의 내열성이 저하된다.

수지 재료에 전도성 카본 블랙 등의 전도성 충전재를 배합하는 방법은 수지 재료와 전도성 충전재의 전기 저항률이 크게 차이가 나기 때문에, 전도성 충전재의 배합 비율의 미소한 차이나 성형 조건의 미소한 변동에 의해, 얻어지는 성형물의 전기 저항률이 크게 변동한다. 그 때문에, 단순히 전도성 충전재를 배합하는 방법으로는 표면 저항률을 10⁵ 내지 10¹³Ω/□ 범위 내의 원하는 값이 되도록 엄밀하게 제어하는 것이 매우 곤란하다. 또한, 전도성 충전재를 배합하는 방법에서는 성형물의 장소에 따른 표면 저항률에 큰 변동이 생기기 쉽다.

상기 문제를 해결하기 위해 본건 출원인은 열가소성 수지에 탄소 전구체와 전도성 충전재를 조합하여 혼입한 수지 조성물, 및 이 수지 조성물을 이용하여 성 형한 IC 소켓 등의 성형물을 제안하였다(일본 특허 공표 제2002-531660호 공보, 국제 공개 제02/082592호 팜플렛). 이러한 각 성분을 특정 비율로 함유하는 수지 조성물을 이용하여 성형하면, 표면 저항률 또는 부피 저항률을 반전도성 영역의 한정된 원하는 범위 내로 정밀하게 제어한 성형물을 얻을 수 있다. 이들 문헌에는 수지 조성물을 사출 성형하여 IC 소켓 등의 성형물을 제조한 실시예가 개시되어 있다.

일반적으로, 상기 수지 부품은 사출 성형에 의해 성형되어 있다. 사출 성형에 따르면, 원하는 형상을 갖는 수지 부품 등의 성형물을 대량 생산할 수 있다. 그러나, 전기·전자 기기 분야 등에서 이용되는 수지 부품에는 높은 치수 정밀도가 요구되기 때문에, 당연한 일이지만 사출 성형용 금형에는 높은 치수 정밀도를 갖는 것이 요구된다.

게다가, 성형물은 사출 성형 후의 수축 및(또는) 잔류 응력에 의해 변형되는 일이 많기 때문에, 성형물의 형상이나 수지 재료의 특성 등에 따라 사출 성형용금형의 형상을 정밀하게 조정할 필요가 있다. 그 때문에, 사출 성형용 금형은 그의 제조에 장기간을 요하는 것이 통상적이며, 제작비가 고가가 되지 않을 수 없다. 실제의 사출 성형시의 불량율도 높기 때문에, 제품 비용이 상승하는 일이 많다. 또한, 사출 성형에서는 두께가 큰 성형물의 성형이 곤란하다.

다른 한편, 수지 재료를 압출 성형하여 판, 원형봉, 파이프, 이형품 등의 기계 가공용 소재(Stock shape)를 제조하고, 이 소재에 절삭, 천공, 절단 등의 기계 가공을 실시하여 소정 형상의 부품을 형성하는 방법이 알려져 있다. 소재를 기계 가공하는 방법은 사출 성형에 비해 제조량이 적은 부품을 경제적으로 제조할 수 있는 점, 부품 사양의 빈번한 변화에 대응할 수 있는 점, 치수 정밀도가 높은 부품이 얻어지는 점, 사출 성형에 적합하지 않는 형상이나 큰 두께를 갖는 부품을 제조할 수 있는 점 등의 이점을 갖는다.

그러나, 모든 수지 재료나 압출 성형물이 기계 가공용 소재에 적합한 것은 아니다. 기계 가공용 소재에는 예를 들면, (I) 두께가 두껍고 기계 가공 적성이 우수할 것, (II) 잔류 응력이 적을 것, (III) 기계 가공시에 생기는 마찰열에 의해 과도하게 발열하여 변형이나 변색을 일으키지 않을 것, (IV) 고정밀도로 기계 가공을 할 수 있어, 예를 들면, 천공 가공시의 버(burr)의 발생이 적을 것 등 다양한 특성을 갖는 것이 요구되고 있다.

고분자 소재의 기계 가공에는 일반적으로 금속 재료에 이용되고 있는 가공 방법의 대부분이 그대로 이용되고 있다. 압출 성형물이더라도 통상적인 필름이나 시트, 튜브 등의 두께가 얇고 유연성이 큰 것은 절삭 가공 등의 기계 가공에 적합하지 않다. 또한, 압출 성형시의 잔류 응력이 너무 큰 압출 성형물은 기계 가공 시간이나 기계 가공 후에 변형되기 쉬워 치수 정밀도가 높은 2차 성형품을 얻는 것이 곤란하다.

특히, 고분자 소재를 이용하여 전기·전자 기기 부품이나 디스플레이 기기 부품 등의 분야에서 이용되는 수지 부품을 기계 가공하기 위해서는 고정밀도로 절삭 가공이나 절단 가공을 할 수 있을 뿐 아니라, 천공 가공에 의해 정밀한 형상의 구멍을 형성할 수 있는 것이 필수적하다.

예를 들면, 반도체 제조 공정에서, 번인 시험에 의한 검사를 위해 IC 소켓이 이용되고 있다. IC 소켓 본체에는 다수의 컨택트 프로브 핀이 삽입되어 있다. 이러한 IC 소켓 본체를 고분자 소재의 기계 가공에 의해 성형하기 위해서는 천공 가공에 의해 다수의 핀 삽입 구멍을 형성해야만 한다. 고분자 소재의 천공 가공에 의해 핀 삽입 구멍의 개구부 주변에 버가 발생하면, 버 제거 가공이 필요하게 되어 작업 효율이 손상된다. 버가 붙은 성형품을 사용하면, 핀 삽입 작업이 곤란해지거나, 버의 박리에 의한 작업 환경의 오염이나 박리된 버의 부착에 의한 전기·전자 기기 등으로의 악영향이 생기기 쉬워진다.

그런데, 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 열가소성 수지에 전도성 카본 블랙을 배합한 수지 조성물을 이용하여 압출 성형한 성형물은 표면 저항률이 불안정할 뿐 아니라, 천공 가공시의 버의 발생이 현저한 것이 판명되었다. 종래, 열가소성 수지에 전도성 충전재 등을 배합한 수지 조성물을 이용하여 수지 부품을 제조할 때에 주로 사출 성형이 채용되었던 것은, 사출 성형이 수지 부품의 대량 생산에 적합할 뿐 아니라, 그와 같은 수지 조성물로 이루어지는 압출 성형물이 기계 가공에 적합하지 않다고 생각되었기 때문이다.

실제로, 열가소성 수지에 탄소 전구체나 전도성 충전재를 배합한 수지 조성물과 이 수지 조성물을 이용한 성형물을 개시하고 있는 상기 2건의 문헌에도 사출 성형에 의해 IC 소켓 등의 성형물을 성형한 실시예가 개시되어 있을 뿐이다. 이들 문헌에는 압출 성형에 대해서도 언급되어 있지만, 구체적으로는 절삭 가공 등에 적합하지 않은 필름이나 시트, 튜브 등의 두께가 얇은 성형물이 예시되어 있을 뿐이 다. 이들 문헌에는 기계 가공에 적합한 두께가 두껍고 잔류 응력이 작으며, 기계 가공 적성이 우수한 압출 성형물에 관한 교시나 시사도 없다.

본 발명의 목적은 반전도성 영역 내에 있는 원하는 표면 저항률로 엄밀히 조정할 수 있고, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수 안정성이 우수한 동시에, 절삭 가공이나 천공 가공 등의 기계 가공성이 우수한 기계 가공용 소재와 그의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 반전도성 영역 내의 표면 저항률을 갖고, 절삭, 천공 및(또는) 절단 등의 기계 가공에 의해 높은 가공 정밀도로 각종 성형품으로 2차 성형할 수 있고, 전기·전자 기기 부품이나 디스플레이 기기 부품 등으로의 기계 가공에 적합한 기계 가공용 소재와 그의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 열가소성 수지, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재를 특정 비율로 함유하는 수지 조성물을 고화 압출 성형함으로써, 3 ㎜를 초과하는 두께 또는 직경을 갖고, 잔류 응력을 제거할 수 있고, 절삭 가공이나 천공 가공 등의 기계 가공에 적합한 판이나 원형봉 등의 기계 가공용 소재가 얻어짐을 발견하였다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 절삭 가공이나 천공 가공 등의 기계 가공에 의해 용이하게 치수 안정성이 우수한 부품의 제조가 가능하고, 사출 성형에서는 적용이 어려운 두께 5 ㎜ 이상의 부품의 성형도 가능하다. 본 발명의 기계 가공용 소재는 천공 가공시에 버의 발생이 적고, 정밀 가공이 가능하다. 특히, 2종 이상의 열가소성 수지를 조합하여 사용함으로써 천공 가공시의 버의 발생을 현저히 억제할 수 있다.

본 발명의 가공용 소재 및 상기 소재를 기계 가공하여 얻어지는 2차 성형품은 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수 안정성이 우수한 동시에, 안정된 표면 저항률을 나타내고, 또한, 전기·전자 기기 등의 수지 부품으로서 요구되는 전기 절연성도 구비하고 있다. 본 발명은 이들 지견에 기초하여 완성하기에 이른 것이다.

이리하여, 본 발명에 따르면, 열가소성 수지(A) 30 내지 94 질량％, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체(B) 5 내지 40 질량％, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재(C) 1 내지 30 질량％를 함유하는 수지 조성물의 압출 성형물로 이루어지고, 3 ㎜를 초과하는 두께 또는 직경을 갖는 기계 가공용 소재가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 열가소성 수지(A) 30 내지 94 질량％, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체(B) 5 내지 40 질량％, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재(C) 1 내지 30 질량％를 함유하는 수지 조성물을 하기 공정 1 내지 3:

(1) 압출 다이(i) 및 외부에 냉각 장치를 구비하고 내부에 압출 다이의 통로와 연통하는 통로를 구비한 성형 다이(ii)로 이루어지는 금형 장치를 연결한 압출 성형기에 수지 조성물을 공급하는 공정;

(2) 압출 성형기에 의해 수지 조성물을 용융하면서 압출 다이(i)로부터 원하는 형상으로 압출하는 공정; 및

(3) 압출 다이(i)로부터 압출한 용융 상태의 압출 성형물을 성형 다이(ii)의 내부에서 냉각하여 고화하는 공정 3;

에 의해 고화 압출 성형함으로써, 두께 또는 직경이 3 ㎜를 초과하는 압출 성형물을 얻는 것을 특징으로 하는 기계 가공용 소재의 제조 방법이 제공된다.

도 1은 번인(burn-in) 시험에 이용되는 IC 소켓의 예시적인 사용예를 나타내는 단면도이다.

도 2는 오픈 톱 타입의 번인 시험용 IC 소켓의 일례를 나타내는 상면도이다.

도 3은 도 2에 나타낸 IC 소켓 측면의 단면도이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

1. 열가소성 수지

본 발명에서 사용하는 열가소성 수지는 예를 들면, 폴리아미드, 폴리아세탈, 열가소성 폴리에스테르 수지(예를 들면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌), 폴리이소프렌, 폴리-(p-크실렌), 폴리염화비닐, 폴리 염화비닐리덴, 폴리카보네이트, 변성 폴리(페닐렌 에테르), 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 폴리아세트산비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸, ABS 수지, 폴리(아릴렌 술피드) (예를 들면, 폴리(페닐렌 술피드)), 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에테르 케톤), 폴리(페닐렌 술피드)케톤, 폴리(페닐렌 술피드 술폰), 폴리(에테르 니트릴), 전체 방향족 폴리에스테르, 탄화불소 수지, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리(에테르 술폰), 폴리(에테르 이미드), 폴리(아미드-이미드), 폴리이미드, 폴리아미노비스말레이미드, 디알릴테레프탈레이트 수지, 이들의 변성물 등을 들 수 있다.

탄화불소 수지로서는 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴/헥사플루오로프로필렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐, 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 프로필렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬 퍼플루오로비닐 에테르 공중합체, 불화비닐리덴/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/에틸렌/이소부틸렌 공중합체, 에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/에틸 비닐 에테르 공중합체 등을 들 수 있다.

이들 열가소성 수지는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이들 열가소성 수지 중에서도 융점이 220℃ 이상 또는 유리 전이 온도가 170℃ 이상인 내열성의 열가소성 수지가 바람직하다. 융점 및 유리 전이 온도는 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 측정되는 값이다. 본 발명에서 사용하는 열가소성 수지가 내열성 수지임으로써, 절삭 가공이나 천공 가공 등의 기계 가공을 실시한 경우, 마찰열에 의해 변형이나 변색이 잘 발생하지 않는다.

융점이 220℃ 이상인 열가소성 수지의 바람직한 구체예를 융점(대표값)과 함께 예시하면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(224 내지 228℃), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(248 내지 260℃), 나일론 6(220 내지 228℃), 나일론 66(260 내지 265℃), 나일론 46(290℃), 폴리(페닐렌 술피드)(280 내지 295℃), 폴리(에테르 에테르 케톤)(334℃), 전체 방향족 폴리에스테르(450℃ 이상), 폴리메틸펜텐(235℃), 폴리테트라플루오로에틸렌(327℃), 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌/퍼플루오로알콕시비닐 에테르 공중합체(290 내지 300℃), 테트라플루오로에틸렌/에틸렌 공중합체(260 내지 270℃), 폴리불화비닐(227℃), 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체(253 내지 282℃), 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체(302 내지 310℃) 등을 들 수 있다. 이들 열가소성 수지의 대부분은 결정성 수지이다.

유리 전이 온도가 170℃ 이상인 열가소성 수지의 바람직한 구체예를 유리 전이 온도(대표값)와 함께 예시하면, 폴리(페닐렌 에테르)(220℃), 폴리아릴레이트(193℃), 폴리술폰(190℃), 폴리(에테르 술폰)(225 내지 230℃), 폴리(에테르 이미드)(217℃), 폴리(아미드-이미드)(280 내지 285℃) 등을 들 수 있다. 이들 열가소성 수지의 대부분은 비정질성 수지이다.

열가소성 폴리이미드(Tg＝250℃)는 결정성 수지이지만, 통상적인 성형 조건 에서는 비정질성이고, 성형 후의 열처리에 의해 결정화된다. 다른 한편, 폴리카보네이트는 투명한 비정질성 수지이지만, 융점이 246℃인 내열성 수지이다.

이들 열가소성 수지 중에서도 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에테르 이미드), 폴리(페닐렌 술피드), 폴리술폰, 폴리(에테르 술폰), 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지가 바람직하다.

이들 열가소성 수지는 2종 이상을 조합하여 사용하는 것이 천공 가공시의 버의 발생을 억제함에 있어서 바람직하다. 인성이 높은 수지를 단독으로 사용하면 천공 가공시에 버를 발생시키기 쉽지만, 2종 이상 열가소성 수지를 조합하여 사용함으로써 버의 발생을 현저히 억제할 수 있다. 특히, 인성이 높은 수지를 인성이 비교적 낮은 수지와 조합하여 사용함으로써, 높은 인성을 유지하면서 버의 발생을 막을 수 있다.

2종 이상의 열가소성 수지를 조합하여 사용하는 경우, 그 사용 비율은 임의이지만, 예를 들면, 2종의 열가소성 수지를 조합하여 사용하는 경우에는 질량비로 바람직하게는 5:95 내지 95:5, 보다 바람직하게는 10:90 내지 90:10의 범위 내에서 이용하는 것이 바람직하다. 3종의 열가소성 수지를 조합하여 사용하는 경우에는 각각 5 내지 85 질량％의 범위 내에서 이용하는 것이 바람직하다.

2종 이상의 열가소성 수지의 바람직한 조합으로서는, 예를 들면 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK)/폴리(에테르 이미드)(PEI), 폴리(에테르 이미드)(PEI)/폴리(페닐렌 술피드)(PPS), 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK)/폴리(페닐렌 술피드)(PPS), 및 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK)/폴리(에테르 이미드)(PEI)/폴리(페닐렌 술피 드)(PPS)의 조합을 들 수 있다.

PEI를 이용하면, 천공 가공시에 버의 발생이 적은 기계 가공용 소재를 얻을 수 있다. 상기 조합에 있어서, 특히 바람직한 사용 비율에 대하여 설명한다. PEEK와 PEI의 사용 비율은 질량비로 바람직하게는 40:60 내지 95:5, 보다 바람직하게는 50:50 내지 90:10, 특히 바람직하게는 60:40 내지 90:10이다. 마찬가지로, PPS와 PEI의 사용 비율은 질량비로 바람직하게는 40:60 내지 95:5, 보다 바람직하게는 50:50 내지 90:10, 특히 바람직하게는 60:40 내지 90:10이다.

PEEK와 PPS의 사용 비율은 질량비로 바람직하게는 5:95 내지 95:5, 보다 바람직하게는 10:90 내지 90:10의 범위 내이지만, 인성이 높고, 기계 가공성이 우수한 소재나 2차 성형품을 얻기 위해서는 PEEK과 PPS의 사용 비율을 질량비로 바람직하게는 40:60 내지 95:5, 보다 바람직하게는 50:50 내지 90:10, 특히 바람직하게는 60:40 내지 90:10으로 하는 것이 바람직하다. PEEK, PPS 및 PEI를 조합하여 사용하는 경우에는 PEEK과 PPS의 합계량과 PEI의 사용 비율은 질량비로 바람직하게는 40:60 내지 95:5, 보다 바람직하게는 50:50 내지 90:10, 특히 바람직하게는 60:40 내지 90:10이다.

2. 탄소 전구체

본 발명에서 사용하는 부피 저항률이 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 범위 내에 있는 탄소 전구체는 유기 물질을 불활성 분위기 중에서 400℃ 내지 900℃의 온도에서 소성함으로써 얻을 수 있다. 이들 탄소 전구체는 예를 들면, (1) 석유 타르, 석유 피치, 석탄 타르, 석탄 피치 등의 타르 또는 피치를 가열하고, 방향족화와 중축합을 행하고, 필요에 따라 산화 분위기 중에서 산화·비-가융화하고, 추가로 불활성 분위기에서 가열·소성하는 방법, (2) 폴리아크릴니트릴, 폴리염화비닐 등의 열가소성 수지를 산화 분위기 중에서 불융화하고, 추가로 불활성 분위기 중에서 가열·소성하는 방법, (3) 페놀 수지, 푸란 수지 등의 열경화성 수지를 가열 경화한 후, 불활성 분위기 중에서 가열·소성하는 방법 등에 의해 제조할 수 있다. 탄소 전구체란 이들 처리에 의해 탄소의 함유량이 97 질량％ 이하의, 완전하게는 탄소화되지 않은 물질을 의미한다.

유기 물질을 불활성 분위기 중에서 가열·소성하면, 소성 온도가 상승함 에 따라 얻어지는 소성체의 탄소 함유량이 상승한다. 탄소 전구체의 탄소 함유량은 소성 온도를 적정하게 설정함으로써 용이하게 제어할 수 있다. 본 발명에서 사용하는, 부피 저항률이 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝인 탄소 전구체는 탄소 함유량이 80 내지 97 질량％로 완전하게는 탄화되지 않은 상태의 탄소 전구체로서 얻을 수 있다.

탄소 전구체의 탄소 함유량이 너무 적으면, 부피 저항률이 커지고, 얻어지는 기계 가공용 소재의 표면 저항률을 10¹³Ω/□ 이하로 하는 것이 곤란해진다. 본 발명에서 사용하는 탄소 전구체의 부피 저항률은 바람직하게는 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝, 보다 바람직하게는 10³ 내지 10⁹Ω·㎝이다.

탄소 전구체는 통상적으로 입자 또는 섬유의 형상으로 사용된다. 본 발명에 서 사용하는 탄소 전구체 입자의 평균 입경은 1 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 탄소 전구체 입자의 평균 입경이 너무 크면, 기계 가공용 소재를 성형한 경우에 양호한 외관의 소재를 얻는 것이 어려워진다. 탄소 전구체의 평균 입경은 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎜, 보다 바람직하게는 0.5 내지 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 100 ㎛이다. 많은 경우, 5 내지 50 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 탄소 전구체를 사용함으로써 양호한 결과를 얻을 수 있다. 본 발명에서 사용하는 탄소 전구체 섬유의 평균 직경은 0.1 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 평균 직경이 0.1 ㎜를 초과하면, 기계 가공용 소재를 기계 가공한 경우에 양호한 외관의 수지 부품을 얻는 것이 어려워진다. 탄소 전구체 섬유는 단섬유인 것이 분산성 측면에서 바람직하다.

3. 전도성 충전재

본 발명에서 사용하는 부피 저항률이 10²Ω·㎝ 미만인 전도성 충전재로서는, 예를 들면 탄소 섬유, 흑연, 전도성 카본 블랙, 금속 분말, 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 표면 저항률의 제어성이나 재현성 등의 측면에서 탄소 섬유, 흑연, 전도성 카본 블랙 및 이들의 혼합물 등의 전도성 탄소 재료가 바람직하다. 이러한 전도성 탄소 재료는 입상(분말상), 인편상, 또는 섬유상이다. 천공 가공시의 버를 억제하는 측면에서 이들 중에서도 탄소 섬유가 특히 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 탄소 섬유에는 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 셀룰로오스계, 폴리아크릴니트릴계(PAN계), 리그닌계, 피치계(석탄 피치계, 석유 피치 계 등)의 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 이들 탄소 섬유는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이들 탄소 섬유 중에서도 PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 및 이들의 혼합물이 바람직하고, PAN계 탄소 섬유가 보다 바람직하다.

탄소 섬유의 평균 직경은 0.1 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 탄소 섬유의 평균 직경이 0.1 ㎜를 초과하면, 기계 가공용 소재를 기계 가공한 경우에 양호한 외관의 성형물을 얻는 것이 어려워진다. 탄소 섬유는 다른 성분과의 혼합시나 압출시에 전단력을 받아 평균 섬유 길이가 짧아진다. 탄소 섬유 혼합 전의 평균 섬유 길이의 상한은 통상 약 80 ㎜지만, 혼합 또는 압출 후의 수지 조성물 중에서의 평균 섬유 길이의 상한은 약 1000 ㎛가 된다. 본 발명에서 사용하는 탄소 섬유는 평균 섬유 길이가 20 ㎛ 이상인 단섬유인 것이 보다 바람직하다. 평균 섬유 길이가 20 ㎛ 미만인 탄소 섬유를 이용하면, 크리프 특성, 탄성률, 강도 등의 기계적 특성의 개선 효과가 작아지기 쉽다. 탄소 섬유의 혼합전의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 50 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 30 ㎜ 이하, 특히 바람직하게는 10 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 전도성 카본 블랙은 전도성을 갖는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 아세틸렌 블랙, 오일 퍼니스 블랙, 서멀 블랙, 채널 블랙 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 흑연은 특별히 제한은 없고, 코우크(coke), 타르, 피 치 등을 고온에서 흑연화 처리한 인조 흑연이나, 인편상 흑연, 비늘상 흑연, 및 토상 흑연 등의 천연 흑연을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 전도성 충전재의 부피 저항률은 1O²Ω·㎝ 미만이고, 그 하한은 통상적으로 금속 분말이나 금속 섬유 등의 금속 재료의 부피 저항률이다.

4. 그 밖의 첨가제

본 발명의 기계 가공용 소재를 구성하는 수지 조성물에는 기계적 강도나 내열성 향상을 목적으로 각종 충전제를 배합할 수 있다. 충전제로서는, 예를 들면, 유리 섬유, 탄소 섬유, 석면 섬유, 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 질화붕소 섬유, 질화규소 섬유, 붕소 섬유, 티탄산칼륨 섬유 등의 무기 섬유상 물질; 스테인레스 강, 알루미늄, 티탄, 강, 황동 등의 금속 섬유상 물질; 폴리아미드, 불소 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지 등의 고융점 유기질 섬유상 물질; 등의 섬유상 충전제를 들 수 있다.

또한, 충전제로서는 예를 들면, 운모, 실리카, 탈크, 알루미나, 카올린, 황산칼슘, 탄산칼슘, 산화티탄, 페라이트, 점토, 유리 분말, 산화아연, 탄산니켈, 산화철, 석영 분말, 탄산마그네슘, 황산바륨 등의 입상 또는 분말상 충전제를 들 수 있다.

이들 충전제는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 충전제는 필요에 따라 집속제 또는 표면 처리제에 의해 처리될 수 있다. 집속제 또는 표면 처리제로서는, 예를 들면 에폭시계 화합물, 이소시아네이트계 화합물, 실란계 화합물, 티타네이트계 화합물의 관능성 화합물을 들 수 있다. 이들 화합물은 충전제에 대하여 미리 표면 처리 또는 집속 처리를 실시하여 이용하거나, 또는 수지 조성물의 제조시에 동시에 첨가할 수도 있다.

본 발명의 기계 가공용 소재를 구성하는 수지 조성물에는 상기 이외의 기타 첨가제로서, 예를 들면 에폭시기 함유 α-올레핀 공중합체 등의 내충격 개질제, 에틸렌글리시딜 메타크릴레이트 등의 수지 개량제, 탄산아연, 탄산니켈 등의 금형 부식 방지제, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 등의 윤활제, 열경화성 수지, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 질화 붕소 등의 기핵제, 난연제, 염료나 안료 등의 착색제를 적절히 첨가할 수 있다.

5. 수지 조성물

본 발명의 기계 가공용 소재를 구성하는 수지 조성물은 열가소성 수지(A) 30 내지 94 질량％, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체(B) 5 내지 40 질량％, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재(C) 1 내지 30 질량％를 함유하는 수지 조성물이다. 그 밖의 첨가제 성분은 필요에 따라 적절히 적량으로 배합된다.

열가소성 수지(A)의 배합 비율은 30 내지 94 질량％, 바람직하게는 50 내지 90 질량％, 보다 바람직하게는 60 내지 85 질량％의 범위 내이다. 열가소성 수지의 배합 비율이 너무 크면, 기계 가공용 소재의 표면 저항률이 너무 높아져 원하는 반전도성 영역의 표면 저항률을 갖는 소재 및 성형물을 얻는 것이 곤란해진다. 열가소성 수지의 배합 비율이 너무 작으면, 기계 가공용 소재의 부피 저항률이 낮아져 원하는 반전도성 영역의 표면 저항률을 갖는 소재 및 성형물을 얻는 것이 곤란해진다. 절삭이나 천공 등의 기계 가공을 행함에 있어서, 열가소성 수지(A)의 배합 비율은 상기 범위 내에서 비교적 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기한 바와 같이, 인성이 높은 열가소성 수지를 이용하면, 기계 가공시에 버가 발생하여 쉽지만, 인성이 다른 2종 이상의 열가소성 수지를 조합하여 사용함으로써, 높은 인성을 유지하면서 소재의 기계 가공성을 대폭 개량할 수 있다.

탄소 전구체(B)의 배합 비율은 5 내지 40 질량％, 바람직하게는 8 내지 30 질량％, 보다 바람직하게는 12 내지 25 질량％의 범위 내이다. 열가소성 수지에 탄소 전구체와 전도성 충전재를 조합하여 배합함으로써, 전도성 충전재를 단독으로 배합한 경우에 비해 기계 가공용 소재의 표면 저항률을 반전도성 영역의 원하는 값으로 엄밀하게 제어할 수 있고, 장소에 따른 표면 저항률의 변동도 작게 할 수 있다.

탄소 전구체의 배합 비율이 너무 크면, 소재의 기계적 특성이 저하되어 기계 가공시에 결함이 생길 수 있다. 탄소 전구체의 배합 비율이 너무 작으면, 소재나 성형물의 표면 저항률을 충분히 내리는 것이 곤란해지거나, 표면 저항률을 10⁵ 내지 10¹³Ω/□의 범위 내로 엄밀하게 제어하는 것이 곤란해진다.

전도성 충전재(C)의 배합 비율은 1 내지 30 질량％, 바람직하게는 2 내지 20 질량％, 보다 바람직하게는 3 내지 15 질량％의 범위 내이다. 전도성 충전재의 배합 비율이 너무 크면, 소재나 성형물의 표면 저항률이 너무 낮아지고, 또한, 표면 저항률을 원하는 반전도성 영역으로 정밀하게 제어하는 것이 곤란해진다. 전도성 충전재의 배합 비율이 너무 작으면, 소재나 성형물의 표면 저항률을 충분히 낮추는 것이 곤란해지거나, 표면 저항률을 원하는 반전도성 영역이 되도록 제어하는 것이 곤란해진다.

본 발명에서 사용하는 수지 조성물은 일반적으로 열가소성 수지 조성물의 제조에 이용되는 설비와 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 각 원료 성분을 헨쉘 믹서, 텀블러 등에 의해 예비 혼합하고, 필요한 경우, 유리 섬유 등의 충전제를 가하여 추가로 혼합한 후, 1축 또는 2축 압출기를 사용하여 혼련 및 압출하여 성형용 펠릿으로 할 수 있다.

펠릿 제조시 또는 압출 성형시에 필요 성분의 일부를 마스터 배치로 하고 나서 나머지 성분과 혼합하는 방법, 또한, 각 성분의 분산성을 높이기 위해 사용하는 원료의 일부를 분쇄하고, 입경을 균일하게 하여 혼합하는 것도 가능하다.

6. 기계 가공용 소재

본 발명의 기계 가공용 소재는 압출 성형에 의해 성형할 수 있다. 압출 성형법으로서는 고화 압출 성형법을 바람직하게 채용할 수 있다. 고화 압출 성형법에서는 선단에 압출 다이와 성형 다이를 연결한 압출 성형기를 사용한다. 압출 다이는 압출 성형기에 의해 용융 혼련되고, 압출된 용융 수지를 원하는 형상으로 성형하기 위한 다이로서, 판이나 원형봉, 파이프, 이형품 등의 압출 성형물의 단면 형상에 따라 평판 성형용 다이, 원형봉 성형용 다이, 파이프 성형용 다이 등의 다양한 개구 형상이나 구조의 다이가 이용된다.

압출 다이에는 성형 다이가 연결되어 있다. 성형 다이는 외부에 냉각 장치를 구비하고 내부에 압출 다이의 통로와 연통하는 통로를 구비한 구조를 갖는 다이이다. 압출 다이로부터 압출된 용융 상태의 압출 성형물은 성형 다이로 유도되고, 그 내부에서 냉각·고화된다. 따라서, 압출 성형기의 선단에 배치한 성형 다이로부터 압출된 압출 성형물은 고화된 상태로 외부에 압출된다. 이러한 고화 압출 성형에 적합한 압출 성형기의 구체예는 예를 들면, 일본 특허 공개 (소)61-185428호 공보에 개시되어 있다.

본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 상기 수지 조성물을 고화 압출 성형함으로써, 절삭, 천공, 절단 등의 기계 가공에 적합한, 두께가 두껍고 잔류 응력이 작은 압출 성형물이 얻어짐이 발견되었다. 즉, 본 발명의 기계 가공용 소재의 제조 방법에서는 상기 수지 조성물을 하기 공정 1 내지 3:

(1) 압출 다이와 외부에 냉각 장치를 구비하고 내부에 압출 다이의 통로와 연통하는 통로를 구비한 성형 다이로 이루어지는 금형 장치를 연결한 압출 성형기에 수지 조성물을 공급하는 공정;

(2) 압출 성형기에 의해 수지 조성물을 용융하면서 압출 다이로부터 원하는 형상으로 압출하는 공정; 및

(3) 압출 다이로부터 압출한 용융 상태의 압출 성형물을 성형 다이의 내부에서 냉각하여 고화하는 공정;

에 의해 고화 압출 성형함으로써, 두께 또는 직경이 3 ㎜를 초과하는 압출 성형물을 얻는 점에 특징을 갖는다.

고화 압출 성형 후, 고화된 압출 성형물을 150℃에서 고화 상태를 유지할 수 있는 온도까지 동안의 온도에서 30분 이상 열처리하는 것이 잔류 응력을 제거하고, 소재 및 기계 가공 후의 2차 성형품에 변형 등의 문제를 발생시키지 않기 때문에 바람직하다. 열처리 조건은 열가소성 수지의 융점이나 유리 전이 온도 등의 열적 특성에도 의하지만, 내열성 수지를 이용하는 경우에는 열처리 온도를 바람직하게는 170 내지 310℃, 보다 바람직하게는 180 내지 300℃의 범위 내로 하고, 열처리 시간을 바람직하게는 1 시간 이상, 보다 바람직하게는 2 시간 이상, 특히 바람직하게는 3 시간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 열처리 온도의 상한은 압출 성형물이 고화 상태를 유지할 수 있는 온도까지이며, 열가소성 수지(2종 이상의 혼합물을 포함)가 용융 변형되는 것과 같은 고온을 피하는 것이 바람직하다. 열처리 시간은 긴 편이 바람직하지만, 생산성 측면에서 통상 24 시간 이내, 바람직하게는 15 시간 이내로 하는 것이 바람직하다. 열처리는 예를 들면 압출 성형물을 가열로 내에 방치함으로써 행할 수 있다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 상기 수지 조성물을 압출 성형하여 이루어지는 3 ㎜를 초과하는 두께 또는 직경을 갖는 압출 성형물이다. 기계 가공용 소재의 형상으로서는 판(평판), 원형봉, 파이프, 이형품 등이 대표적인 것이다. 기계 가공용 소재가 판인 경우, 그 두께가 3 ㎜를 초과하는 것이 필요하다. 기계 가공용 소재가 원형봉인 경우에는 그 직경이 3 ㎜를 초과한다. 기계 가공용 소재가 파이 프인 경우, 파이프의 두께가 3 ㎜를 초과한다. 기계 가공용 소재가 이형품인 경우에는 두께가 가장 두꺼운 부분이 3 ㎜를 초과한다. 이형품이란 단면 형상이 판이나 원형봉, 파이프 등으로 다른 임의의 형상을 하고 있는 압출 성형물이다. 이형품이 오목형이나 볼록형 등의 후육부와 박육부로 구성되어 있는 것인 경우, 박육부의 두께도 3 ㎜를 초과하는 것이 기계 가공 적성 측면에서 바람직하다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 금속 재료의 기계 가공과 실질적으로 동일한 가공법에 의해 절삭이나 천공이 이루어지기 때문에, 두께 또는 직경이 너무 작으면 기계 가공이 곤란해진다. 예를 들면, 통상적인 압출 성형에 의해 얻어지는 필름이나 시트, 튜브 등의 압출 성형물은 일반적으로 강성이 작고, 두께가 얇고, 유연하기 때문에, 절삭 가공이나 드릴 등에 의한 기계적인 천공 가공이 곤란하거나 실질적으로 불가능하다. 또한, 두께가 너무 얇은 압출 성형물은 고화 압출 성형이 곤란하다. 두께 또는 직경의 상한은 일반적으로 약 100 ㎜이다. 두께 또는 직경이 너무 크면, 압출 성형물을 열처리하더라도 잔류 응력을 충분히 제거 또는 감소시키는 것이 곤란해진다. 잔류 응력이 큰 압출 성형물을 기계 가공하면, 얻어진 2차 성형품에 변형이 생기기 쉬워진다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 판 또는 원형봉인 것이 바람직하고, 상기 수지 부품의 용도에서는 판인 것이 보다 바람직하다. 판의 두께는 바람직하게는 3 ㎜ 초과 100 ㎜ 미만, 보다 바람직하게는 4 ㎜ 내지 70 ㎜ 사이, 특히 바람직하게는 5 ㎜ 내지 50 ㎜ 사이이다. 원형봉의 직경도 마찬가지다. 본 발명의 수지 조성물을 고화 압출 성형하여 얻어지는 두께가 3 ㎜를 초과하는 판은 강성이 강한 경 질판으로서, 절삭, 천공, 절단 등의 기계 가공을 용이하게 행할 수 있다.

7. 기계 가공

기계 가공으로는 절삭, 천공, 절단, 및 이들의 조합이 대표적인 것이다. 광의의 절삭 가공법에는 절삭 외에 천공 가공을 포함시킬 수 있다. 절삭 가공법으로서는 단일날 공구를 이용하는 선삭 가공, 연삭 가공, 평삭 가공, 보링 가공 등이 있다. 다수날을 이용하는 절삭 가공법으로서는 밀링, 천공 가공, 나사 절삭, 기어 절삭, 다이 싱킹, 줄 작업 등이 있다. 본 발명에서는 드릴 등을 이용한 천공 가공을 절삭 가공과 구별하는 경우가 있다. 절단 가공법으로는 날(톱)에 의한 절단, 지립에 의한 절단, 가열·융해에 의한 절단 등이 있다. 그 밖에, 연삭 마무리법, 나이프형 공구를 이용하는 펀칭 가공이나 스크라이빙 절단 등의 소성 가공법, 레이저 가공 등의 특수 가공법 등도 적용할 수 있다.

기계 가공용 소재가 두께가 두꺼운 큰 판이나 원형봉 등인 경우, 일반적으로 소재를 적당한 크기 또는 두께로 절단하고, 절단한 소재를 연삭하여 원하는 형상으로 정리하고, 또한, 필요 부분에 천공 가공을 수행한다. 마지막으로, 필요에 따라 마무리 가공을 수행한다. 단, 기계 가공 순서는 여기에 한정되지 않는다. 또한, 기계 가공시에 마찰열에 의해 기계 가공용 소재가 용융되어 평활한 면이 나오기 어려운 경우에는 절삭면 등을 냉각하면서 기계 가공을 행하는 것이 바람직하다. 마찰열에 의해 기계 가공용 소재가 과도하게 발열하면, 변형이나 착색의 원인이 되므로, 소재 또는 가공면을 200℃ 이하의 온도로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 절삭, 천공, 절단 등의 기계 가공을 행함으로 써 다양한 수지 부품 등의 2차 성형품을 얻을 수 있다. 구체적인 용도로서는, 전기 전자 분야에서는 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 카세트, 스핀 척, 토트병, 웨이퍼 보드, IC 칩 트레이, IC 칩 캐리어, IC 반송 튜브, IC 테스트 소켓, 번인 소켓, 핀 그리드 어레이 소켓, 쿼드 플랫 패키지, 리드리스 칩 캐리어, 듀얼 인라인 패키지, 스몰 아웃라인 패키지, 릴 패키징, 각종 케이스, 보존용 트레이, 반송 장치 부품, 자기 카드 리더 등을 들 수 있다.

OA 기기 분야에서는 전자 사진 복사기나 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에 있어서의 대전 롤, 전사 롤, 현상 롤 등의 대전 부재, 기록 장치용 전사 드럼, 인쇄 회로 기판 카세트, 부싱, 종이 및 지폐 반송 부품, 종이 공급 레일, 폰트 카트리지, 잉크 리본 캐니스터, 가이드 핀, 트레이, 롤러, 기어, 스프로켓, 컴퓨터용 하우징, 모뎀 하우징, 모니터 하우징, CD-ROM 하우징, 프린터 하우징, 커넥터, 컴퓨터 슬롯 등을 들 수 있다.

통신기 분야에서는 휴대 전화 부품, 무선 호출기, 각종 접동재 등을 들 수 있다. 자동차 분야에서는 내장재, 언더후드, 전자 및 전기 기기 하우징, 가스 탱크 캡, 연료 필터, 연료 라인 커넥터, 연료 라인 클립, 연료 탱크, 기기 베즐, 도어 핸들, 각종 부품 등을 들 수 있다. 그 밖의 분야에서는 전선 지지체, 전파 흡수체, 바닥재, 펠릿, 구두창, 브러시, 송풍 팬, 면상 발열체, 폴리스위치 등을 들 수 있다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 표면 저항률을 10⁵ 내지 10¹³Ω/□ 범위 내의 원하는 값으로 정확하게 제어하는 것이 가능하고, 기계 가공에 의해 얻어진 2차 성형품의 표면 저항률도 동일 수준의 값을 유지할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 기계 가공용 소재는 반도체 장치 등의 전기·전자 기기나 액정 디스플레이 등의 디스플레이 기기에서 사용되는 각종 수지 부품의 성형에 적합하다.

이러한 수지 부품의 일례로서, 반도체 장치의 번인 시험에 이용되는 IC 소켓을 들 수 있다. 도 1은 측정용 IC 소켓의 일례의 단면도이다. 베어 칩 본체(11)와 범프(12)를 구비한 베어 칩(1)을 IC 소켓(2)의 탑재대에 탑재한다. IC 소켓(2)은 소켓 본체(21), 컨택트 프로브 핀(22), 뚜껑(23) 등으로 구성되어 있다. 핀(22)으로서는, 예를 들면 굴곡 핀이나 삽입 핀 등이 이용되고, 범프 등의 단자와 접촉하여 도통할 수 있도록 하고 있다. 뚜껑(23)을 닫고 번인 시험을 수행한다. 번인 시험이 끝나고 양품이라 판정된 베어 칩은 기판에 멀티 칩 실장된다.

도 2에, 파인 볼 그리드 어레이(FBGA) 패키지용 번인 소켓의 일례의 상면도를 나타낸다. 도 3은 이 소켓의 단면도이다. 소켓(3)은 일정한 배열 피치로 배치된 컨택트 핀(31), 뚜껑(32), 스프링(33), 본체(바닥부)(34) 등으로 구성되어 있다. 도 3에는 시험 장치로 도통하는 측의 핀(31')이 도시되어 있다. FBGA 패키지(35)는 핀(31)과 접촉하도록 탑재대 상에 탑재된다. 핀(31)은 FBGA의 다수의 구형 단자와 접촉할 수 있도록 형상, 피치, 개수 등이 설계되어 있다.

IC 소켓에는 전기 절연성, 내전압, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수 안정성 등이 우수할 것이 요구되고 있다. IC 소켓은 세라믹이나 표면에 절연 처리를 실시한 금속으로 형성된 것도 있지만, 대부분의 경우, 합성 수지로 형성되어 있다. 합성 수지제의 IC 소켓은 일반적으로 사출 성형에 의해 제조되고 있다. 그러나, IC 소켓의 사양 변경, 다품종 소량 생산, 구조의 복잡화, 구조의 정밀화 등에 대응하기 위해 합성 수지제 소재를 이용한 기계 가공에 의한 IC 소켓의 제조가 요망되고 있다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 IC 소켓 등의 수지 부품의 제조에 적합하다. 예를 들면, IC 소켓 본체를 기계 가공에 의해 제조하기 위해서는 기계 가공용 소재를 적당한 크기로 절단하고, 절삭 가공에 의해 전체 형상을 형성하고, 천공 가공에 의해 컨택트 핀 삽입 구멍을 형성한다. 다른 수지 부품도 동일한 방법으로 기계 가공에 의해 제조할 수 있다.

이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 물성 및 특성의 측정 방법은 이하에 나타낸 바와 같다.

(1) 표면 저항률

표면 저항률(Ω/□)은 미쯔비시 가가꾸사 제조의 하이레스타(Hiresta) UP 및 미소 샘플용 프로브(가드 전극 직경 10 ㎜: UR-SS 프로브)를 이용하여 인가 전압 100 V에서 측정하였다. 표면 저항률의 측정은 소재 및 2차 성형품(IC 소켓 본체) 상의 임의의 5 지점에 대하여 수행하고, 그 최대치(MAX) 및 최소치(MIN)를 측정하였다. 측정용 평판에 대해서는 평균치를 나타내었다.

시료의 표면 저항률은 단위 표면적당의 저항을 나타낸다. 표면 저항률의 단위는 Ω이지만, 단순한 저항과 구별하기 위해 Ω/□ 또는 Ω/sq.(스퀘어 당 옴)라 표기되고 있다.

(2) 부피 저항률

부피 저항률이 10⁸Ω·㎝ 이상인 경우에는 JIS K-6911에 준거하여 인가 전압 100 V에서 측정하였다. 부피 저항률이 10⁸Ω·㎝ 미만인 경우에는 JIS K-7194(전도성 플라스틱의 4 탐침법에 의한 저항률 측정 시험법)에 준거하여 측정하였다.

(3) 버 발생량

두께 10 ㎜의 평판에 대하여 드릴 직경 800 ㎛의 드릴을 사용하여 드릴 회전수 8000 회전/분, 드릴 공급 속도 200 ㎜/분의 조건으로 천공 가공하고, 구멍 주위에 발생하는 버 길이를 전자 현미경을 이용하여 평가하였다. 평가 기준에 대해서는 관측되는 버 길이가 5 ㎛ 미만인 것을 A, 5 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것을 B, 30 ㎛ 초과인 것을 C로 하였다.

제조예 1(탄소 전구체의 제조)

연화점 210℃, 퀴놀린 불용분 1 질량％, H/C 원자비 0.63의 석유계 피치 68 kg과 나프탈렌 32 kg을 교반 날개가 부착된 내용적 300 L의 내압 용기에 넣고, 190℃로 가열하여 용융 혼합한 후, 80 내지 90℃로 냉각하고 압출하여 직경 약 500 ㎛의 끈상 성형체를 얻었다.

이어서, 이 끈상 성형체를 직경과 길이의 비가 약 1.5가 되도록 분쇄하고, 얻어진 분쇄물을 93℃로 가열한 0.53 질량％의 폴리비닐 알코올(비누화도 88％) 수용액 중에 투하하고, 교반 분산하고, 냉각하여 구형 피치 성형체를 얻었다. 또한, 여과하여 수분을 제거하고, 구형 피치 성형체의 약 6배량의 n-헥산으로 피치 성형체 내의 나프탈렌을 추출 제거하였다.

이와 같이 하여 얻어진 구형 피치 성형체를 가열 공기를 통과시키면서 260℃에서 1 시간 유지하면서 산화 처리하여 산화 피치를 얻었다. 이 산화 피치를 질소 기류 중, 580℃에서 1 시간 열처리한 후, 분쇄하여 평균 입경이 약 25 ㎛인 탄소 전구체 입자로 하였다. 이 탄소 전구체 입자의 탄소 함유량은 91.0 질량％였다.

탄소 전구체의 부피 저항률을 조사하기 위해 이하의 방법에 의해 측정용 시료를 제조하였다. 산화 피치를 분쇄하고, 추가로 메쉬 약 100 ㎛의 메쉬로 체쳐서 100 ㎛ 이상의 입자를 제거하였다. 이 분쇄 산화 피치 분말 13 g을 단면적 80 ㎠의 원통 금형에 충전하고, 압력 196 MPa로 성형하여 성형체를 얻었다. 이 성형체를 질소 기류 중에서 상술한 탄소 전구체 입자의 제조 방법에 있어서의 열처리 온도와 동일 온도인 580℃에서 1 시간 열처리하여 탄소 전구체의 부피 저항률 측정용 시료를 얻었다. JIS K-7194에 준거하여 이 시료의 부피 저항률을 측정한 결과, 3×10⁷Ω·㎝였다.

실시예 1

표 1에 나타내는 각 성분을 텀블러 믹서로 균일하게 드라이 블렌드한 후, 배럴 직경 45 ㎜의 2축 혼련 압출기(이케가이 철강사 제조의 PCM-45)로 공급하고, 용융 압출하여 펠릿을 제조하였다. 얻어진 펠릿을 건조한 후, 평판 성형용 압출 다이와 외부에 냉각 장치를 구비하고 내부에 압출 다이의 통로와 연통하는 통로를 구 비한 성형 다이로 이루어지는 금형 장치를 연결한 단축 압출 성형기에 공급하여 고화 압출 성형에 의해 폭 520 ㎜, 두께 10 ㎜의 평판을 성형하였다. 압출 성형에 의해 얻어진 평판은 표 1에 나타내는 열처리 온도에서 8 시간 열처리함으로써 잔류 응력을 제거하였다.

이와 같이 하여 얻어진 평판을 이용하여 표면 저항률을 측정하였다. 또한, 평판에 천공 가공을 실시하여 버 발생량을 평가하였다. 또한, 이 평판을 절단 가공, 절삭 가공, 및 천공 가공하여 세로 33 ㎜×가로 33 ㎜의 FBGA 패키지용 번인 소켓 본체(도 2 내지 3)를 제조하고, 표면 저항률을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

실시예 2 내지 10, 비교예 1 내지 4

각 성분을 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평판을 고화 압출 성형하고, 그리고, 평판의 천공 가공, 기계 가공에 의해 소켓 본체를 제조하여 버 발생량 및 표면 저항률을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(각주)

(1) PEEK(폴리(에테르 에테르 케톤)): 빅트렉스 MC사 제조, 상품명 "PEEK450P", 융점＝334℃.

(2) PEI(폴리(에테르 이미드)): GE 플라스틱스사 제조, 상품명 "울템 1010", 유리 전이 온도 Tg＝217 ℃.

(3) PPS(폴리(페닐렌 술피드)): 쿠레하 가가꾸 고교사 제조, 상품명 "포트론 KPS, V214", 융점＝288℃.

(4) PAN계 탄소 섬유: 도호 레이욘사 제조, 상품명 "베스파이트 HTA3000", 부피 저항률＝1O²Ω·㎝ 미만.

(5) PAN계 탄소 섬유: 도레이사 제조, 상품명 "토레카 MLD30", 부피 저항률＝10²Ω·㎝ 미만.

(6) 카본 블랙: 라이온사 제조의 전도성 카본 블랙, 상품명 "케첸 블랙 EC600JD", 부피 저항률＝10²Ω·㎝ 미만.

(7) 표면 저항률:α×10^βΩ/□을 "αE＋β"로 나타내었다. 예를 들면, 표면 저항률이 5×10¹¹Ω/□인 경우, 5E＋11로 나타내었다.

고찰:

(1) 실시예 1(표면 저항률 11승 제품)

PEEK에 탄소 전구체 및 PAN계 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋11Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다.

(2) 실시예 2(탄소 섬유를 밀드 CF로 변경한 표면 저항률 11승 제품)

PEEK에 탄소 전구체 및 PAN계 탄소 섬유(밀드 탄소 섬유)를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋10 내지 E＋11Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다.

(3) 실시예 3(표면 저항률 9승 제품)

PEEK에 탄소 전구체 및 PAN계 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋8 내지 E＋9Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다.

(4) 실시예 4 및 5(천공 가공시의 버 발생량의 억제)

열가소성 수지로서 PEEK와 PEI를 조합하여 사용하면, 천공 가공시의 버의 발생량을 현저히 억제할 수 있다. 또한, 이 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋10 내지 E＋11Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다.

(5) 실시예 6(표면 저항률 10승 제품)

PEI에 탄소 전구체 및 PAN계 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋9 내지 E＋10Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다. 버 발생 억제 효과도 양호하다.

(6) 실시예 7(표면 저항률 6 내지 7승 제품)

PEI에 탄소 전구체 및 PAN계 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋6 내지 E＋7Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다. 버 발생 억제 효과도 양호하다.

(7) 실시예 8(표면 저항률 7 내지 8승 제품)

PPS에 탄소 전구체 및 PAN계 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 E＋7 내지 E＋8Ω/□ 수준으로서, 안정된 표면 저항률을 나타낸다. 버 발생 억제 효과도 양호하다.

(8) 실시예 9(천공 가공시의 버 발생량의 억제)

열가소성 수지로서 PEI와 PPS를 조합하여 사용하면, 천공 가공시의 버 발생량을 현저히 억제할 수 있다. 또한, 이 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 비교적 안정된 표면 저항률을 나타낸다.

(9) 실시예 10(천공 가공시의 버 발생량의 억제)

열가소성 수지로서 PEEK와 PPS를 조합하여 사용하면, 천공 가공시의 버 발생량을 현저히 억제할 수 있다. 또한, 이 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 비교적 안정된 표면 저항률을 나타낸다.

(10) 비교예 1

PEEK에 PAN계 탄소 섬유(밀드 탄소 섬유)를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률의 편차가 커서 불안정한 표면 저항률을 나타낸다.

(11) 비교예 2

PEEK에 PAN계 탄소 섬유(밀드 탄소 섬유)를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률이 너무 커진다.

(12) 비교예 3

PEI에 PAN계 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률의 편차가 커서 불안정한 표면 저항률을 나타낸다.

(13) 비교예 4

PPS에 전도성 카본 블랙을 배합한 수지 조성물로부터 고화 압출 성형한 평판, 및 상기 평판을 기계 가공하여 얻은 소켓 본체 모두 표면 저항률의 편차가 커서 불안정한 표면 저항률을 나타낸다.

본 발명에 따르면, 두께가 3 ㎜를 초과하고, 나아가 5 ㎜ 이상인 부품의 성형이 가능하고, 표면 저항률이 반전도성 영역으로 엄밀히 제어되고, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수 안정성이 우수하고, 게다가 기계 가공성이 우수하고, 천공 가공시의 버의 발생이 억제된 기계 가공용 소재를 제공할 수 있다.

본 발명의 기계 가공용 소재는 가공 정밀도가 높고, 전기·전자 기기 부품이나 디스플레이 기기 부품 등의 각종 수지 부품의 성형에 적합하다.

Claims

열가소성 수지(A) 30 내지 94 질량％, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체(B) 5 내지 40 질량％, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재(C) 1 내지 30 질량％를 포함하는 수지 조성물의 압출 성형물로 이루어지고, 3 ㎜를 초과하는 두께 또는 직경을 갖는 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 열가소성 수지(A)가 융점 220℃ 이상 또는 유리 전이 온도 170℃ 이상의 내열성 열가소성 수지인 기계 가공용 소재.
제2항에 있어서, 융점이 220℃ 이상인 열가소성 수지가 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 폴리(페닐렌 술피드), 폴리(에테르 에테르 케톤), 전체 방향족 폴리에스테르, 폴리메틸펜텐, 폴리카보네이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌/퍼플루오로알콕시비닐 에테르 삼원중합체, 테트라플루오로에틸렌/에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지인 기계 가공용 소재.
제2항에 있어서, 유리 전이 온도가 170℃ 이상인 열가소성 수지가 폴리(페닐렌 에테르), 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리(에테르 술폰), 폴리(에테르 이미드), 폴리(아미드-이미드), 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 열가소성 수지(A)가 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에테르 이미드), 폴리(페닐렌 술피드), 폴리술폰, 폴리(에테르 술폰), 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 열가소성 수지(A)가 2종 이상의 열가소성 수지의 혼합물인 기계 가공용 소재.
제6항에 있어서, 2종 이상의 열가소성 수지의 혼합물이 폴리(에테르 에테르 케톤)/폴리(에테르 이미드), 폴리(에테르 이미드)/폴리(페닐렌 술피드), 폴리(에테르 에테르 케톤)/폴리(페닐렌 술피드), 또는 폴리(에테르 에테르 케톤)/폴리(에테르 이미드)/폴리(페닐렌 술피드)의 조합으로 이루어지는 혼합물인 기계 가공용 소재.
제7항에 있어서, 2종 이상의 열가소성 수지의 혼합물이 폴리(에테르 에테르 케톤)과 폴리(에테르 이미드)를 질량비 40:60 내지 95:5의 비율로 함유하는 혼합물 인 기계 가공용 소재.
제7항에 있어서, 2종 이상의 열가소성 수지의 혼합물이 폴리(페닐렌 술피드)와 폴리(에테르 이미드)를 질량비 40:60 내지 95:5의 비율로 함유하는 혼합물인 기계 가공용 소재.
제7항에 있어서, 2종 이상의 열가소성 수지의 혼합물이 폴리(에테르 에테르 케톤)과 폴리(페닐렌 술피드)를 질량비 40:60 내지 95:5의 비율로 함유하는 혼합물인 기계 가공용 소재.
제7항에 있어서, 2종 이상의 열가소성 수지의 혼합물이 폴리(에테르 에테르 케톤)과 폴리(페닐렌 술피드)와 폴리(에테르 이미드)의 혼합물이고, 또한, 폴리(에테르 에테르 케톤)과 폴리(페닐렌 술피드)의 합계량과 폴리(에테르 이미드)를 질량비 50:50 내지 90:10의 비율로 함유하는 혼합물인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 탄소 전구체(B)가 탄소 함량 80 내지 97 질량％의 탄소 전구체인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 전도성 충전재(C)가 탄소 섬유인 기계 가공용 소재.
제13항에 있어서, 탄소 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유 또는 이들의 혼합물인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 열가소성 수지(A) 60 내지 85 질량％, 탄소 전구체(B) 12 내지 25 질량％, 및 전도성 충전재(C) 3 내지 15 질량％를 포함하는 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 표면 저항률이 10⁵ 내지 10¹³Ω/□인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 두께가 3 ㎜를 초과하는 판 또는 직경이 3 ㎜를 초과하는 원형봉인 기계 가공용 소재.
제1항에 있어서, 두께가 4 내지 70 ㎜인 판 또는 직경이 4 내지 70 ㎜인 원형봉인 기계 가공용 소재.
열가소성 수지(A) 30 내지 94 질량％, 부피 저항률 10² 내지 10¹⁰Ω·㎝의 탄소 전구체(B) 5 내지 40 질량％, 및 부피 저항률 10²Ω·㎝ 미만의 전도성 충전재(C) 1 내지 30 질량％를 함유하는 수지 조성물을 하기 공정 1 내지 3:

(1) 압출 다이(i)와 외부에 냉각 장치를 구비하고 내부에 압출 다이의 통로 와 연통하는 통로를 구비한 성형 다이(ii)로 이루어지는 금형 장치를 연결한 압출 성형기로 수지 조성물을 공급하는 공정;

(2) 압출 성형기에 의해 수지 조성물을 용융하면서 압출 다이(i)로부터 원하는 형상으로 수지 조성물을 압출하는 공정; 및

(3) 압출 다이(i)로부터 압출한 용융 상태의 압출 성형물을 성형 다이(ii)의 내부에서 냉각하여 압출 성형물을 고화하는 공정;

에 의해, 두께 또는 직경이 3 ㎜를 초과하는 압출 성형물을 얻는, 기계 가공용 소재의 제조 방법.
제19항에 있어서, 고화 압출 성형 후, 고화된 압출 성형물을 150℃부터 고화 상태를 유지할 수 있는 온도 사이의 온도에서 30분 이상 열처리하는 단계를 포함하는 제조 방법.