(57)【要約】【課題】熱硬化性樹脂を用いたモールド材の機械的特性を向上するためにガラス繊維などの繊維状補強材を添加することが一般的であったが、モールド材の流動性の低下による生産性低下や成形不良の発生などの課題があった。【解決手段】熱硬化性樹脂および無機充填材を含むモールド材において、硬化前の熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステルと架橋性モノマーを含み、前記無機充填材に、層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブを添加することで、モールド材の流動性低下を抑制しながら、強度向上が可能となる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂および無機充填材を含むモールド材において、硬化前の熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステルと架橋性モノマーを含み、前記無機充填材に、層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブを含んでいることを特徴とするモールド材。
【請求項２】
請求項１において、層状粘土鉱物が層状ケイ酸塩であり、カオリナイト、ディッカイト、ハロイサイト、クリソタイル、リザーダイト、アメサイト、パイロフィライト、タルク、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、バーミキュライト、パラゴナイト、レピドライト、マーガライト、クリントナイト、アナンダイト、ドンバサイト、クッケアイト、スドーアイト、クリノクロア、シャモサイト、ニマイト、雲母から選ばれる1種であることを特徴とするモールド材。
【請求項３】
請求項１において、モールド材中に占める層状粘土鉱物の割合が０．５〜４０ｗｔ％であることを特徴とするモールド材。
【請求項４】
請求項１において、モールド材中に占めるカーボンナノチューブの割合が０．１〜５ｗｔ％であることを特徴とするモールド材。
【請求項５】
請求項２および３において、層状粘土鉱物を樹脂中に分散させる方法として層間挿入法を用いることを特徴とするモールド材。
【請求項６】
請求項１〜５に記載されるモールド材を用いて作成したモールド部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモールド材及びそのモールド材を用いたモールド部品に関するもので、さらに詳しくは、熱硬化性樹脂および無機充填材を含むモールド材において、硬化前の熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステルと架橋性モノマーを含み、前記無機充填材に、層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブを含んでいることを特徴とするモールド材およびモールド部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂やフェノール樹脂をモールド材として使用する場合、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムなどの無機充填材やガラス繊維などの補強材を添加して増量、寸法安定化、収縮防止、強度向上、ひけ・そり防止、難燃化、コストダウンなどを図ることが一般的に行われている。
【０００３】
不飽和ポリエステル樹脂ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）としては、例えば、特許文献1で、集束剤を用いたガラス繊維の添加による高強度ＢＭＣ成形体を得る方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、長さを調整した無機繊維と有機繊維を添加したＢＭＣにより、高強度でかつ外観、特にウエルドラインを改善できる成形材料が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２９３８２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２６１９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラス繊維や有機繊維などの繊維状物質を補強材として添加することは、強度向上を図るためには大変有効な方法であるが、硬化前のＢＭＣの流動性を低下させる傾向がある。
【０００６】
そのため、流動性低下による成形不良の多発や成形自体が困難になることもあり、成形体強度向上と流動性低下のバランスを考慮して、繊維状補強材の添加量、形状、種類などを決定する必要があった。このことが原因で、十分な強度が得られなかったり、成形が長時間になり生産性の低下が起こることも考えられる。
【０００７】
以上の従来法の課題をふまえ、本発明の目的は、ＢＭＣの流動性低下をできるだけ抑制しながら、成形体の強度を向上させるモールド材およびそれを用いたモールド部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、熱硬化性樹脂および無機充填材を含むモールド材において、硬化前の熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステルと架橋性モノマーを含み、前記無機充填材に、層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブを含んでいることを特徴とするモールド材で、かかる従来の課題を解決したものである。
【０００９】
なお、層状粘土鉱物が層状ケイ酸塩であり、カオリナイト、ディッカイト、ハロイサイト、クリソタイル、リザーダイト、アメサイト、パイロフィライト、タルク、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、バーミキュライト、パラゴナイト、レピドライト、マーガライト、クリントナイト、アナンダイト、ドンバサイト、クッケアイト、スドーアイト、クリノクロア、シャモサイト、ニマイト、雲母から
選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするモールド材が好ましい。
【００１０】
また、モールド材中に占める層状粘土鉱物の割合が０．５〜４０ｗｔ％であることが好ましく、カーボンナノチューブの場合には、その割合が０．１〜５ｗｔ％であることが好ましい。
【００１１】
また、層状粘土鉱物を樹脂中に分散させる方法として層間挿入法を用いることが好ましい。
【００１２】
さらに、上記のモールド材を用いて作成したモールド部品で、かかる従来の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明では、熱硬化性樹脂および無機充填材を含むモールド材において、硬化前の熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステルと架橋性モノマーを含み、前記無機充填材に、層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブを含んでいることで、ＢＭＣの流動性低下を抑制しながら、成形体の強度を向上させるモールド材を提供できる。層状粘土鉱物やカーボンナノチューブは、少量の添加で強度向上でき、かつナノメータレベルの極微少な充填材であるため、ＢＭＣの流動性低下を極力抑制できる。
【００１４】
このようなモールド材やモールド部品で、高流動性を保ったまま強度向上ができるため、生産性を落とさずに特性向上ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に供される不飽和ポリエステルは主要原料として不飽和多塩基酸と飽和多塩基酸、グリコール類から構成されるあらゆる不飽和ポリエステルが使用できる。
【００１６】
不飽和多塩基酸としては、例えば、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が用いられる。
【００１７】
飽和多塩基酸としては、例えば、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、テトラブロム無水フタル酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。
【００１８】
グリコール類としては、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジブロムネオペンチルグリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、水素化ビスフェノールＡ等が挙げられる。
【００１９】
架橋剤となる付加重合性モノマーとしては、スチレン、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、アクリル酸メチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等が挙げられる。なお、これらのモノマーのうち、安価で架橋性も良好なスチレンが最も好ましい。
【００２０】
架橋性モノマーの総量は、不飽和多塩基酸に対してモル比で１．３〜５倍添加することが好ましい。モル比１．３以下では未反応の不飽和多塩基酸が多くなり、成形体の強度等が低下し、モル比５以上では未反応のモノマーが多く残存する場合がある。
【００２１】
無機充填材として、少なくとも層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブを含んでいれば良く、それ以外の充填材でも流動性や強度等を考慮して混入してもかまわない。
【００２２】
層状粘土鉱物が層状ケイ酸塩であり、カオリナイト、ディッカイト、ハロイサイト、クリソタイル、リザーダイト、アメサイト、パイロフィライト、タルク、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、バーミキュライト、パラゴナイト、レピドライト、マーガライト、クリントナイト、アナンダイト、ドンバサイト、クッケアイト、スドーアイト、クリノクロア、シャモサイト、ニマイト、雲母から選ばれる1種であることが好ましい。さらに、その中でもスメクタイト族や雲母族に属する層状ケイ酸塩が好ましい。
【００２３】
これらの層状粘土鉱物は、モールド材中で１層ずつ安定に分散させる必要がある。そのため、層間挿入法を用いることが好ましい。層間挿入工程では、主に次の２種の方法が用いられる。１つは、４級アルキルアンモニウム塩などのオニウムで、クレー層間のナトリウムイオン等を交換するイオン層間変性法である。もう１つはクレーの層間イオンと極性の強い変性剤の双極子との間で二次結合を形成させて、クレー層間を有機変性する方法である。
【００２４】
このような層間挿入工程で処理を施した層状粘土鉱物と不飽和ポリエステル樹脂や架橋剤とともに混練機などで混練して、層状粘土鉱物を１層ずつモールド材中に分散させる。
【００２５】
また、カーボンナノチューブは直径数〜数十ｎｍ、長さ数μｍ〜数ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２６】
なお、層状粘土鉱物の添加割合はモールド材中の０．５〜４０ｗｔ％が好ましい。さらに１．０〜１０ｗｔ%がより好ましい。添加が少なすぎると強度向上などの効果が小さく、添加量が多すぎると吸樹脂量が多くなり、ＢＭＣの混練が困難になったり、流動性が低下したりする。
【００２７】
また、カーボンナノチューブの添加割合は０．１〜５ｗｔ％が好ましい。カーボンナノチューブを添加することで体積抵抗が小さくなるため、モールド材を絶縁物として用いる場合には、その添加量をあまり増やさない方が好ましい。
【００２８】
また、層状粘土鉱物またはカーボンナノチューブ以外の無機充填材を添加しても、勿論かまわない。
【００２９】
無機充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、珪酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、水酸化アルミニウム、ガラス球等が挙げられる。
【００３０】
補強材としては、主にガラス繊維が使用されるが、それ以外にもポリアクリロニトリル系あるいはレーヨン系もしくはピッチ系の炭素繊維、ビニロン、ポリプロピレン、ポリエステル、アラミド繊維等の有機繊維も使用できる。
【００３１】
また、低収縮剤として、例えば、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリジプロピレンアジペート、ポリジプロピレンイソフタレート等を添加してもかまわない。
【００３２】
また、重合開始剤として、例えば、ｔ−ブチルパーオクエート、過酸化ベンゾイル、ｔ−ブチルパーベンゾエート、２，２，ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、３，３，５，トリメチル（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等を添加してもかまわない。
【００３３】
また、着色剤として、一般的な染料や顔料を用いることができ、例えば、酸化鉄、酸化チタン、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエロー、クロムバーミリオン
、群青等の無機顔料やアゾ化合物、シアニンブルー、塩素化シアニンブルー、シアニングリーン等の有機顔料、インジゴレッド、オイルレッド等の染料やカーボンブラック等を添加してもかまわない。
【００３４】
また、増粘剤として、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、多価イソシアナート化合物等を添加してもかまわない。
【００３５】
また、離型剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等が挙げられる。
【００３６】
本発明のモールド部品としては、例えばモータやトランスなどが挙げられる。
【００３７】
以下具体的実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
本発明のモールド材について述べる。
【００３９】
不飽和ポリエステル樹脂として大日本インキ化学工業製ＰＢ２１０と、ポリエステル系低収縮剤であるＰＢ９８７とを７：３の割合で混合したものを１００重量部とり、重合開始剤１．１ジブチルパーオキシ−３．３．５トリメチルシクロヘキサンを１重量部加えて攪拌混合して樹脂液組成物を得た。
【００４０】
層状粘土鉱物として、層間に交換性カチオンを有する厚さ約１ｎｍのフィロシリケート層からなるモンモリロナイトを用いた。このモンモリロナイトの層間にアルキルアンモニウムカチオンを挿入した層状粘土鉱物を、上記樹脂液組成物に添加量を変化させて添加・混合した。
【００４１】
次に、他の充填剤である炭酸カルシウム２８重量部、水酸化アルミニウム４３重量部、離型剤であるステアリン酸亜鉛１．４重量部、着色剤である炭素粉末０．３重量部をニーダに移し、乾式混合を行った。約５分後、均一に混ざったこの乾式混合物に、先に層状粘土鉱物を混合しておいた樹脂液組成物２１．２重量部を徐々に加え、混練し、均一なペースト状のモールド材を得た。
【００４２】
比較例として、更に、このペースト状混合物に、添加量を変化させて長さ３ｍｍのガラス繊維をまんべんなく分散させながら、極力短時間で添加し、ガラス繊維が濡れて均一に分散したところで混練を終了して、比較用モールド材を得た。
【００４３】
得られたモールド材の流動性を測定した。測定方法は、スパイラル形状の溝を掘った金型(金型温度１４５℃)をトランスファー成形機に取り付け、成形圧力５ＭＰａ、硬化時間１２０ｓｅｃ、モールド材投入量５０ｇで成形を行い、中心部からのスパイラル長を読み取り、スパイラルフローとして流動性を評価した。
【００４４】
また、上記トランスファー成形機を用いて、長さ１２７ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、厚み３．２ｍｍの曲げ強度測定用成形体を作成した。成形条件は、金型温度１４５℃、成形圧力５ＭＰａである。
【００４５】
この成形体を島津製作所製オートグラフを用いて、テストスピード１０ｍｍ／ｍｉｎで曲げ強度を測定した。
【００４６】
それらの結果をまとめて（表１）に示す。
【００４７】
【表１】
2005255760.tif 000002
この結果、層状粘土鉱物の添加は従来のガラス繊維添加に比べて、流動性の低下は抑制しながら、少ない添加量で大きな曲げ強度の向上がみられた。
【実施例２】
【００４８】
次に、膨潤性合成雲母を４級アンモニウム塩により層間カチオンのイオン交換反応を行って、有機マイカを得た。この有機マイカを実施例１のモンモリロナイトに変えて、他は同様の条件でモールド材を作成した。
【００４９】
なお、有機マイカの添加量は５ｗｔ％に調整した。
【００５０】
その結果、スパイラルフローは１８０ｃｍで、曲げ強度は４５．５ＭＰａであり、モンモリロナイトと同様に流動性低下を抑制しながら、強度向上が図れた。
【実施例３】
【００５１】
次に、直径１０ｎｍ、長さ１〜１０μmのカーボンナノチューブを実施例１のモンモリロナイトに変えて、他は同様の条件でモールド材を作成して、流動性および強度を測定した。
【００５２】
また、実施例1のサンプルＮｏ．１と本実施例の成形体の常態における体積抵抗率も測定した。その結果を（表２）に示す。
【００５３】
【表２】
2005255760.tif 000003
この結果、カーボンナノチューブの添加でも層状粘土鉱物の添加と同様の効果が得られることが判った。ただし、添加量増加に伴い、体積抵抗率は小さくなるため、絶縁物としてモールド材を使用するためには、その添加量に注意が必要となる。
【００５４】
しかし、逆に導電性を向上・調整できるという観点から、本発明のモールド材を導電性材料として適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上の結果より、層状粘土鉱物やカーボンナノチューブを添加した本発明のモールド材は、従来のガラス繊維添加に比べて、流動性の低下を抑制しながら、少ない添加量で大きな強度向上がみられるため、生産性を落とすことなく特性を向上でき、モールドモータやモールドトランスなどに適用できる。
【００５６】
また、カーボンナノチューブを添加したモールド材は、導電性材料としても適用できる
。