(57)【要約】【課題】本発明は、ポリフェニレンスルフィド樹脂が有する絶縁性、流動性、低線膨張等の良好な物性を維持しつつ、熱伝導性が高く、安価なポリフェニレンスルフィド樹脂組成物を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、ポリフェニレンスルフィド樹脂と、体積分布基準の５０％粒径（Ｄ５０）が１０μｍ以上の板状粒子であるタルクと、ガラス繊維とを、各成分の体積の和に対して、前記タルクの体積が５〜４５ｖｏｌ％であり、前記ガラス繊維の体積が０〜３０ｖｏｌ％であり、前記タルクと前記ガラス繊維との体積の和が３０〜５５ｖｏｌ％となるように含有する樹脂組成物に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と、体積分布基準の５０％粒径（Ｄ５０）が１０μｍ以上の板状粒子であるタルクと、ガラス繊維とを、前記ポリフェニレンスルフィド樹脂、タルク及びガラス繊維の体積の和に対して、前記タルクの体積が５〜４５ｖｏｌ％であり、前記ガラス繊維の体積が０〜３０ｖｏｌ％であり、前記タルクと前記ガラス繊維との体積の和が３０〜５５ｖｏｌ％となるように含有する樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１の樹脂組成物を成形して得られる樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状タルク粒子をフィラーとして配合することにより高い熱伝導性が付与された、ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物及び該樹脂組成物から形成される樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子化合物は成形性に優れた絶縁材料であることから、電子回路基板用基材、モータ絶縁材、絶縁接着剤等の様々な電子部品に用いられる。特に、ポリフェニレンスルフィドは、結晶性耐熱性高分子であり、強度、剛性が高く、難燃性、耐油性、寸法安定性に優れていることから電子部品に広く用いられる。
【０００３】
近年、電子部品の高密度化・高出力化に伴い、電子部品からの発熱量が増大している。このため電子部品の熱を放出させるための対策が強く求められている。
従来から、ポリフェニレンスルフィド等の高温耐熱性樹脂に高放熱フィラー（充填材）を混合して熱導電性を付与した樹脂材料が開発されている。
【０００４】
高放熱フィラーとしては、炭素繊維、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、マグネシア等が知られている。このような高放熱フィラーを配合した樹脂材料は高い放熱性を有するものの、絶縁性がない、材料が高価である、耐熱性が低い、硬いため成形機が劣化しやすい等の問題があった。そのため、高放熱フィラーを配合した樹脂材料は材料を使用する環境や条件に限度があった。高放熱フィラーを配合した樹脂材料の例としては特許文献１及び２が挙げられる。
【０００５】
特許文献１には、耐熱性熱可塑性樹脂組成物に熱伝導性を付与すること等を目的として、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム等の塩基性酸化物や磁性体粉末を充填材として付与することが記載されている。しかしながら、この耐熱性熱可塑性樹脂組成物は導電性を有するため、絶縁材料としての利用には適していない。
【０００６】
特許文献２には、ポリアリーレンサルファイド樹脂組成物に充填材として窒化ホウ素を添加することにより熱伝導性を付与することが開示されている。しかしながら、窒化ホウ素は高価であるという問題があった。
【０００７】
一方、炭酸マグネシウム等の安価なフィラーを配合した既存材料では、高い熱伝導性を実現することは困難であった。例えば、特許文献３には、ポリフェニレンスルフィド樹脂１００重量部に対し、炭酸マグネシウム５０〜３００重量部と、ガラス繊維１０〜１００重量部を配合したポリフェニレンスルフィド樹脂組成物が、絶縁性等の物性と熱伝導性を両立させた材料として開示されている。しかしながら、炭酸マグネシウムは熱伝導性が低くいため、当該樹脂組成物の熱伝導性は満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平４−９１８５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４８０４８号公報
【特許文献３】特開２００７−２４６８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のとおり、絶縁性、高流動性、低線膨張等の物性を有し、且つ安価な高熱伝導性の樹脂材料として満足のできるものは従来提供されていない。
そこで本発明は、ポリフェニレンスルフィド樹脂が有する絶縁性、流動性、低線膨張等の良好な物性を維持しつつ、熱伝導性が高く、安価なポリフェニレンスルフィド樹脂組成物を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、驚くべきことに、ポリフェニレンスルフィド樹脂と、体積分布基準の５０％粒径（以下、「Ｄ５０」と表示する）が１０μｍ以上の板状粒子であるタルクと、ガラス繊維とを、前記ポリフェニレンスルフィド樹脂、タルク及びガラス繊維の体積の和に対して、前記タルクの体積が５〜４５ｖｏｌ％であり、前記ガラス繊維の体積が０〜３０ｖｏｌ％であり、前記タルクと前記ガラス繊維との体積の和が３０〜５５ｖｏｌ％となるように含有する樹脂組成物が、高い熱伝導性を有し、絶縁性と流動性に優れ、線膨張率が低いことを見出した。
本発明はまた、当該樹脂組成物を成形して得られる樹脂成形体に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の樹脂組成物及び樹脂成形体は、高い熱伝導性を有し、絶縁性と流動性に優れ、線膨張率が低い。本発明の樹脂組成物及び樹脂成形体は、高放熱フィラーを用いた従来の熱伝導性樹脂材料と比較して、安価に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、フィーダー合計充填率を横軸に、熱伝導率を縦軸にし、表２に示す各データをプロットしたグラフである。
【図２】図２は、フィーダー合計充填率を横軸に、線膨張率を縦軸にし、表２に示す各データをプロットしたグラフである。
【図３】図３は、フィーダー合計充填率を横軸に、０．３ｍｍスパイラル長を縦軸にし、表２に示す各データをプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１．材料
ポリフェニレンスルフィド樹脂（以下「ＰＰＳ樹脂」と呼ぶことがある）は
【化１】
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で表される繰り返し単位を主成分として（例えば７０モル％以上、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上）含有する熱可塑性の耐熱高分子化合物である。ＰＰＳ樹脂の分子量は特に限定されず、種々の分子量のものを使用することができる。また、高分子鎖末端に種々の修飾基が導入されたＰＰＳ樹脂も使用することができる。ＰＰＳ樹脂としては電子部品の用途において一般に使用されているものであれば特に限定なく使用することができる。
【００１４】
タルクは板状粒子の形状を有する天然鉱物である。板状タルク粒子のＤ５０が１０μｍ以上である場合に樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体の熱伝導率が高まる。また、Ｄ５０が１０μｍ以上の板状タルク粒子は、より小粒径の粒子よりも安価である。板状タルク粒子のＤ５０の上限は特に限定されないが、典型的には３０μｍ以下である。このような板状タルク粒子を充填材として含む本発明の樹脂組成物を成形した樹脂成形体の内部では、板状タルク粒子が連なって熱伝導路を形成し、効率的に熱伝導を行うことが可能となると推定される。本発明において、板状タルク粒子のＤ５０は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（例えばマイクロトラック９２２０ＦＲＡ（Ｌｅｅｄｓ  ＆  Ｎｏｒｔｈｒｕｐ社製））により測定した体積分布基準の５０％粒径を指す。
【００１５】
ガラス繊維は、一般的にＰＰＳ樹脂に配合されるものであれば特に限定されず使用することができる。ガラス繊維は通常、５〜１５μｍ径の横断面を有し、０．１〜３０ｍｍ程度の長さを有する。横断面の形状は特に限定されない。
【００１６】
本発明の樹脂組成物には他の成分が更に配合されていてもよい。例えば本発明の樹脂組成物に、本発明の効果を損なわない範囲において、各種表面改質剤、カップリング剤、可塑剤、離型剤、顔料などの通常の添加剤を配合してもよい。
【００１７】
２．組成
本発明の樹脂組成物は、前記のポリフェニレンスルフィド樹脂と、タルクと、ガラス繊維とを、これらの成分の体積の和に対して、前記タルクの体積が５〜４５ｖｏｌ％であり、前記ガラス繊維の体積が０〜３０ｖｏｌ％であり、前記タルクと前記ガラス繊維との体積の和が３０〜５５ｖｏｌ％となるように含有することを特徴とする。以下、ポリフェニレンスルフィド樹脂とタルクとガラス繊維との体積の和に対する、タルク及び／又はガラス繊維の体積の割合を「充填率」という。
【００１８】
タルクの充填率が５〜４５ｖｏｌ％であり、ガラス繊維の充填率が０〜３０ｖｏｌ％である場合、樹脂組成物の高い流動性が維持される。ガラス繊維を全く含まない、即ちガラス繊維の充填率が０ｖｏｌ％である樹脂組成物も本発明に包含される。この場合、タルクの充填率が３０〜４５ｖｏｌ％であればよい。
【００１９】
タルクとガラス繊維の充填率の合計が３０ｖｏｌ％未満であると、樹脂組成物を成形して得られる成形体の熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ未満となる。一方、タルクとガラス繊維の充填率の合計が５５ｖｏｌ％を超えると樹脂組成物の流動性が悪化する。タルクとガラス繊維の充填率の合計を３０〜５５ｖｏｌ％である場合には、樹脂組成物は高い流動性を有し、かつ形成された成形体の熱伝導率が高い（０．６Ｗ／ｍＫを超える）ため好ましい。
【００２０】
なお、通常のＰＰＳ樹脂成形体（ガラス繊維を約３０ｖｏｌ％、或いは、ガラス繊維と炭酸カルシウムとを合計で約６０ｖｏｌ％含有する）の熱伝導率は０．２５〜０．４Ｗ／ｍＫ程度である。
【００２１】
充填率の値は、各成分（ポリフェニレンスルフィド樹脂、タルク、ガラス繊維）の重量（単位の例：ｇ）を、各成分の真密度（空隙を控除した固体としての密度）（単位の例：ｇ／ｃｍ３）で割って算出される真の体積（単位の例：ｃｍ３）を基準に算出する。
【００２２】
３．製造方法
本発明の樹脂組成物は、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、熱ロールなどの混練機を用いて製造することができる。各成分の混練機への添加、混合は同時に行なってもよいし、分割して行なってもよい。混練処理は、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点を超える温度において行うことが通常である。
本発明の樹脂成形体は、上記樹脂組成物を射出成形、押出成形、射出圧縮成形等の方法により成形することにより形成することができる。
【００２３】
４．用途
本発明の樹脂組成物により形成される樹脂成形体は、熱伝導性が求められる電子部品等の材料として好適に利用することができる。
【００２４】
［実施例］
本発明者らは４種類の天然鉱物フィラーと、ガラス繊維を、熱可塑性のポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂に充填し、樹脂成形体を作製した。天然鉱物フィラーの種類・粒径（Ｄ５０）、及び天然鉱物フィラーとガラス繊維の充填率が異なる試料（実施例１〜６及び比較例１〜２３）を作製し、熱伝導率、線膨張率、流動性（０．３ｍｍスパイラル長）を測定した。
【００２５】
１．材料
本実施例において用いた材料の詳細を表１にまとめた。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
２．樹脂成形体作製手順
表２に示す配合割合の原料成分を、同方向回転二軸押出機により混練し、得られたコンパウンドを成形してペレット状物を得た。ペレット状物を射出成形してダンベル形状の樹脂成形体試験片を作成した。
【００２８】
ペレット状物を得るまでの条件は次の通り：
押出機：同方向回転二軸押出機
設定速度：３１０℃
スクリュー回転数：１００ｒｐｍ
フィード量：１５ｋｇ／ｈ
ペレタイザー速度：２６ｍ／ｍｉｎ
【００２９】
３．測定方法
３．１．熱伝導率の測定
熱伝導率はＪＩＳ  Ｒ１６１１に準拠して測定した。なおサンプル厚さは１ｍｍとした。
【００３０】
３．２．線膨張率の測定
線膨張率はＩＳＯ  １１３５９−２に準拠して測定した。なお測定温度は−４０〜１６０℃とした。
【００３１】
３．３．流動性（０．３ｍｍスパイラル長）の測定
幅１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ６００ｍｍのスパイラル成形型を用い、射出成形にて成形し、得られた成形品の長さを測定した。（流動性の良い材料ほど成形品の長さが長い。）
なお成形時の樹脂温度は３１０℃、型温度は１５０℃、射出速度は２００ｍｍ／ｓとした。
【００３２】
４．結果
結果を表２に示す。熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以上である場合に、熱伝導率が良好であると評価した。スパイラル長が３０ｍｍ以上である場合に、流動性が良好であると評価した。線膨張率については閾値を設定しなかったが、値が小さいほど優れた材料であるといえる。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
図１には、フィーダー合計充填率を横軸に、熱伝導率を縦軸にし、表２に示す各データをプロットした。
図２には、フィーダー合計充填率を横軸に、線膨張率を縦軸にし、表２に示す各データをプロットした。
図３には、フィーダー合計充填率を横軸に、０．３ｍｍスパイラル長を縦軸にし、表２に示す各データをプロットした。
【００３５】
５．考察
天然鉱物フィラーとして、マイカ、カオリン、炭酸カルシウムを使用した樹脂成形体では熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ未満であった。また、Ｄ５０が１０μｍ未満であるタルクを使用した樹脂成形体の多くが、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ未満であった。一方、Ｄ５０が１０μｍ以上であるタルクを使用した樹脂成形体では、Ｄ５０が大きいほど熱伝導率が高まる傾向がある。また、Ｄ５０が１０μｍ未満のタルクは、Ｄ５０が１０μｍ以上のタルクと比較して高価である。したがって、高い熱伝導率を安価に実現するためには、天然鉱物フィラーとしてはＤ５０が１０μｍ以上の板状タルクを使用することが好ましいといえる。
【００３６】
実施例１〜６において、２０〜４０ ｖｏｌ％の範囲内でタルクの充填率が増すとスパイラル長（流動性）が低下する傾向が認められ、５０ ｖｏｌ％のタルクを用いる比較例８ではスパイラル長が２３ｍｍという低い値を示した。したがって、樹脂組成物の流動性を維持するためには、タルクの充填率は５〜４５ ｖｏｌ％であることが好ましいことがわかる。
【００３７】
ガラス繊維の充填率をそれぞれ１０、２０、３０ ｖｏｌ％とした実施例１、５、６の比較から、ガラス繊維の充填率が高いほど、スパイラル長（流動性）は低下し、ガラス繊維の充填率が３０ ｖｏｌ％を超えるとスパイラル長（流動性）が３０ｍｍ未満となることが示唆される。また、ガラス繊維を０ ｖｏｌ％としても、良好な熱伝導率は維持されると推定される。したがって、ガラス繊維の充填率は０〜３０ ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００３８】
タルクとガラス繊維の充填率の合計（表２における「フィラー合計充填率」）が３０ ｖｏｌ％未満である樹脂成形体（比較例１〜５及び９）は熱伝導率が低い。一方、実施例１〜６の配合では、タルクとガラス繊維の充填率の合計が３０〜５０ ｖｏｌ％の範囲内で値が大きくなるほどスパイラル長（流動性）が低下することがわかる。そしてタルクとガラス繊維の充填率の合計が６０ ｖｏｌ％である場合（比較例８）にはスパイラル長が２３ｍｍという非常に低い値であった。したがって、熱伝導度の向上と、流動性の維持の観点から、タルクとガラス繊維の充填率の合計は３０〜５５ ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００３９】
以上の通りであるから、タルクと、ガラス繊維と、ＰＰＳ樹脂との合計体積に対して、Ｄ５０が１０μｍ以上の板状タルク粒子を５〜４５ ｖｏｌ％、ガラス繊維を０〜３０ｖｏｌ  ％、タルクとガラス繊維とを合計で３０〜５５ ｖｏｌ％含有する、ＰＰＳ樹脂組成物を用いることにより、高い熱伝導率（０．６Ｗ／ｍＫ以上）、低い線膨張率、高い流動性（スパイラル法の長さが３０ｍｍ以上）を備え、なおかつ低コストである絶縁部材を製造することができると結論付けることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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