(57)【要約】本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、フィラーおよび添加剤から成るエポキシ樹脂成形材料を製造および加工する方法に関する。本発明の方法により、エポキシ樹脂を、成形材料の残りの構成成分と、高速混合工具を備えた混合機内で混合し、かつ粒状にし、得られる流動性の顆粒を造形および硬化の直前に加圧下で均質化する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と硬化剤とフィラーと添加剤から成るエポキシ樹脂の成形材料を製造および加工する方法において、
エポキシ樹脂を成形材料の残りの構成成分と、高速混合工具を備えた混合機内で混合し、かつ粒状にし、得られる流動性の顆粒を造形および硬化の直前に加圧下で均質化することを特徴とする方法。
【請求項２】
使用されるエポキシ樹脂が室温で液状であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
使用される硬化剤が潜在性のエポキシ樹脂硬化剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
構成成分の混合を、流動層混合機、ターボ密閉式混合機、あるいは高性能混練機内で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
成形材料の均質化を成形工具の前方に接続される連続混合機内で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
成形材料の均質化を成形金型の前方に接続されるスタティックミキサー内で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
連続混合機の前方にスクリューあるいはピストンポンプが接続されており、それより顆粒を圧縮し、かつ連続混合機により加圧することを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
反応射出成形法で成形品を製造するための、請求項１〜７により製造される成形材料の使用。
【請求項９】
電気部あるいは電子部品あるいは構成部品を被覆するための、請求項１〜７により製造される成形材料の使用。
【請求項１０】
メカトロ部品を製造するための、請求項１〜７により製造される成形材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂を基にした成形材料を製造および加工する新しい方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エポキシ樹脂の成形材料は、エポキシ樹脂、硬化剤、ならびにフィラーおよび添加剤から成る顆粒である。この顆粒は添加剤を混合しなくても熱で硬化可能な成形部材に加工することができる。このように製造された成形体は、良好な機械的かつ電気的特性を有する。
【０００３】
エポキシ樹脂の成形材料を製造するための、様々な方法（非特許文献１参照）がある。
【０００４】
・  エポキシ樹脂と硬化剤の液体混合物に、他のフィラーと添加剤を混入する。温度が
適度に上昇すると，成形材料が室温で粘着性が無くなりかつ流動性が良くなるまで、エポキシ樹脂は予備反応することができる。フィラーの湿潤性が良好であるにもかかわらず、この方法は予備反応の調節が正確に再現できないという短所を有しており、したがって対応する成形材料はその反応性において、そのチャージ毎に異なる。さらに、この成形材料は貯蔵安定性が優れていない。
【０００５】
・  いわゆるドライミキシング法の場合、室温で、固体のエポキシ樹脂と硬化剤を、成
形材料の他の成分と共に粉砕し、かつ密に混合する。その後この粉体を機械的に圧縮しかつ粒状にしなければならない。樹脂と硬化剤はこの成形材料において、小さい粒子として互いに並存している。これにより成形材料の貯蔵安定性は良好である。ただし、この方法にあっては、フィラーの湿潤性が満足行くものではなく、したがってフィラーの割合が比較的少ない成形材料しか製造することができず、さらにこの成形材料により、満足できる機械特性を有する成形体はほとんど得られない。
【０００６】
・したがって、フィラーの湿潤性を改善するために、融解法で、固体のエポキシ樹脂と硬化剤とフィラーと添加剤から成る混合物を融解物として均質化し、引き続いて冷却し、粒状化する。ただし、この技術的に費用のかかる融解均質化を用いた方法にあって、すでに再度硬化反応が生じ、この反応により成形材料の貯蔵安定性が低下し、かつきわめて迅速に、層をなして重なった成形材料になる。樹脂と硬化剤が各々フィラーおよび添加剤と共に別々に融解状態で均質化され、引き続いて粉状で混合されると、このことは回避できる。しかしながら、それにともなって製造された成形品の機械的特性は再度低下する。
【非特許文献１】ハンザー・フェアラーグ著、プラスチックハンドブック、第１０巻、“熱硬化性樹脂”、第２版、１９９８年発行、３３８頁〜３４２頁に記載。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、高いフィラー割合を備え、造形および硬化後に、良好な機械的かつ電気的な特性を有した成形体が得られる貯蔵安定性に優れた成形材料を製造することができる、エポキシ樹脂の成形材料を製造するための簡単で迅速に実施されるべき方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１〜７によるエポキシ樹脂の成形材料を製造および加工する方法によって解決される。本発明により製造される成形材料は、請求項８〜１０で請求されているように、特に反応射出成形法による成形部材の製造、電子あるいは電気的部品あるいは構成部品の被覆、ならびにメカトロ部品の製造に適している。
【０００９】
本発明によれば、上記課題は成形材料の構成成分が全て、協働して高速ミキサー内で混合されかつ弛緩した流動性の顆粒に加工されることにより解決される。一つの成形型内でプレス成形することによる公知の方法で、成形部材を製造するための成形材料として、この顆粒を直接さらに使用しても、結果として高品質の成形体は得られない。なぜなら均質化が不十分であるからである。しかし、顆粒が圧力下で流動性の材料を形成するという特性を有していることが認められている。本発明により、このことは顆粒を形成および硬化の直前に加圧下で均質化することにより利用される。実際には、十分に均質化されていない顆粒は、顆粒が成形工具に供給される直前に、加圧下か場合によっては加熱下で、成形金型の前方に接続されている連続混合機により圧搾され、その際均質化される。意外なことに、さらにこのことはそのフィラー含有率が、全材料に関して９５重量％までの成形材料にあっても機能する。
【００１０】
顆粒の製造は極めて迅速かつ容易に行われる。顆粒は貯蔵しやすく、かつ通常の貯蔵の際、容器内で一緒にまとまって団塊状であることはなく、流動性の状態のままである。第一に、スクリュー押出し機あるいはピストンポンプのような移送装置を通過する際に生じるような、５バールよりも高い圧力を加えた際に、このような混合物は可塑的になり、かつ連続混合機内で均質化することができる。その後得られた均質な成形材料は直接成形工具内に射出される。この場合、本発明による方法の他の長所は、混合機と同じように、圧力を発生させるのに必要な装置と連続混合機のような装置モジュールも、プラスチック加工産業内で一般に使用されている機械であること、およびこれらの機械が簡単な方法で成形工具の前方に接続することができることである。これにより、今まで通例であった成形体の製造は基本的に変わらない。
【００１１】
本発明により製造されるエポキシ樹脂成形材料の構造は、基本的に今まで通例であったエポキシ樹脂成形材料に一致している。
【００１２】
エポキシ樹脂として、少なくとも１分子当たり二つのエポキシグループを有している全てのエポキシ化合物を使用することができ、その融解範囲は７０°未満である。室温で液状であるエポキシ化合物は、好ましくはビスフェノール類のジグリシジルエーテルかあるいはビスフェノール−Ａ−ジグリシジルエーテルをベースとした予備延伸した樹脂である。特に好ましいのは、環状オレフィンあるいはテトラグリシジルジアニンをベースとしたエポキシ樹脂のような低粘度の樹脂、あるいは例えばいわゆる活性希釈剤を有したエポキシド化したノボラック（Novolake）のような固いエポキシ樹脂の混合物である。エポキシ樹脂は場合によっては例えばポリエステル、アクリレート、シリコンポリマーあるいはポリビニール誘導体のような他のポリマーと変更することができる。
【００１３】
硬化剤として、例えばアルキル置換芳香族アミン、ポリカルボン酸、ポリカルボン無水物、ＢＣｌ3錯体、ＢＦ3錯体、窒素、リンあるいは金属錯体化合物を基にした潜在性のへテロ化合物のような公知の潜在性の硬化剤が使用される。しかしながら、他の潜在性硬化剤はマイクロカプセルに入った硬化剤である。この場合、例えば脂肪族かあるいは芳香族のアミンあるいはポリアミン、ノボラックあるいはイミダゾ−ル誘導体のような硬化剤−自由な形状ですでに室温でエポキシ樹脂を硬化させる−は、不活性材料を用いてカプセルに入っている。顆粒を加工する条件下で、カプセルの壁は、供給された熱エネルギーか、あるいは均質化の際に生じるせん断応力により破壊され、硬化剤が放出され、そして成形材料混合物の残りと均質化する。使用される硬化剤の量は、公知の方法で、その量がエポキシ化合物を完全に硬化させるのに十分であるように選択される。
【００１４】
フィラーとしては、このような成形材料のための、一般に使用される粒子サイズを有する通常の無機フィラーおよび／または有機フィラーは全て使用することができる。フィラーの例としては、疎水性のあるいは加工されていないチョーク、白雲母、沈殿したかあるいは粉砕された珪酸、珪灰石、雲母、滑石、ケイ酸塩、粘土、二酸化チタン、リトポン、酸化アルミニウム水和物、三酸化アンチモン、そしてさらにセルロースパウダーあるいはポリアミドパウダーである。しかし、特に強化するフィラーとして、繊維、特に平均長さが０．５ｍｍ〜４ｍｍの短い繊維を使用することができる。このような繊維に関する例は、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維あるいはカーボン繊維である。使用されるフィラーの量は、全体の成形材料に関して、９５重量％まで、好ましくは８５重量％までである。
【００１５】
さらに、潤滑材あるいは離型剤のような通常の添加剤、例えばワックス、金属石鹸あるいは置換された脂肪族アミド、顔料、柔軟剤、カップリング試薬、促進剤あるいは難燃剤も、本発明により製造されるエポキシ樹脂成形材料内に、それ自体使用する量で混入することができる。
【００１６】
可能な限り、エポキシ樹脂成形材料の構成成分を全て同時に互いに混合する。実際の理由からこの場合、成形材料の液状の構成成分割合を予め定めておき、固体の成分を任意の順序で加えるのが好ましい。
【００１７】
混合処理は、例えば多軸溶解機, 流動層混合機, ターボ密閉式混合機, あるいは高性能混練機のような高速回転工具を備えた混合機内で行われる。混合材料の温度を調節することができるような高速回転混合機が好ましく、それにより、エネルギーの添加によりおこる温度上昇は、混合材料の温度がエポキシ樹脂の硬化反応の開始点以下に保持できるように制限される。場合によっては混合機の後方に冷却ミキサーを接続することができる。短い混合時間内で、すなわち一分未満の混合時間内で流動層混合機あるいは高性能混練機を使用する場合、まだ均質ではない成形材料は、取り扱うのに十分な耐圧の弛緩した顆粒として得られ、かつ顆粒として室温だと数ヶ月の長い間貯蔵することができる。混合プロセスは、顆粒が形成すれば終了する。なぜなら混合時間が長くなると混合物が団塊状になるからである。
【００１８】
理論的に、この顆粒は成形部材を製造するための成形材料として使用することができる。しかしながら、混合処理によりフィラーは十分には湿潤せず、混合物は十分に均質ではないので、これを材料にして製造された成形体の機械的特性は満足させるものではない。したがって、本発明によれば顆粒は造形および硬化の少し前に圧力下で均質化される。このことは、場合によっては、エポキシ樹脂の硬化の開始温度未満、あるいは場合によっては使用されるカプセルに包まれた硬化剤のカプセル壁材料の溶融点未満である温度に加熱することにより、圧力を発生させる移送装置、例えばピストンポンプあるいはスクリューを用いて、成形工具の前方に接続される連続混合機を介して顆粒を加圧することにより行われる。内蔵されたスクリューを有する連続混合機は、連続的に作動する単軸混合機あるいは多軸混合機、または混練機である。成形金型の前方に接続される連続混合機が、スタティックミキサーであり、圧力を発生させる移送装置がこの混合機の前方に接続されていて、この移送装置が顆粒を可塑化し、かつスタティックミキサーを介して加圧する時に、簡単であるが同じくらいに効果的な均質化が達せられる。
【００１９】
本発明により製造される成形材料は、エポキシ樹脂の成形材料が使用されるすべての用途に適している。しかしながら、この成形材料は特に反応射出成形による成形部材の製造、電子あるいは電気部品あるいは構成部品の被覆、ならびにメカトロ部品の製造に適している。
【国際調査報告】
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