(57)【要約】【課題】熱伝導異方性を保ちつつ好適な強度を示す樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた樹脂成型体を提供すること【解決手段】  熱可塑性樹脂を２０〜７０質量％、  窒化ホウ素又はグラファイトから選択される第１フィラーを１０〜５０質量％、  前記第１フィラー以外の無機材料であって、該無機材料の最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１０以上である第２フィラーを２０〜６０質量％、  含有する樹脂組成物を用いて成形されたことを特徴とする樹脂成型体。【選択図】図１
2016000788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を２０〜７０質量％、
窒化ホウ素又はグラファイトから選択される第１フィラーを１０〜５０質量％、
前記第１フィラー以外の無機材料であって、該無機材料の最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１０以上である第２フィラーを２０〜６０質量％、
含有することを特徴とする樹脂組成物。
【請求項２】
前記第２フィラーが、ケイ酸塩系充填材である請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
前記第２フィラーが、ガラス、マイカ、タルク、ゼオライト、セリサイト、カオリナイト、焼成クレー、パイロフィライト、ベントナイト、ウォラストナイトから選択される請求項１又は２に記載の樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の樹脂組成物を用いて成形されたことを特徴とする樹脂成型体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導異方性を示す樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた樹脂成型体に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の産業製品には、動作時に発熱を伴うものが数多く存在する。ここで、一般的に、携帯電話やスマートフォン等の携帯型通話機器においては、機器内部で発生した熱が、樹脂成型体で構成される筐体を通じて、樹脂成型体の厚み方向に局所的に伝わる。そのため、局所的に伝播した熱に因り使用者が火傷をする恐れがある。また、大容量のリチウムイオン二次電池は、複数のセルを組み合わせて用いられるのが一般的であるが、連続動作に伴い、セルとセルの間に熱が滞留することに因り、使用限度温度を超えてしまう問題がある。
【０００３】
上記のような製品においては、該製品で発生した熱を特定の方向に逃がす技術が求められている。すなわち、携帯型通話機器においては、機器内部で発生した熱が、筐体を構成する樹脂成型体の厚み方向ではなく面方向に非局所的に拡散して伝わる熱伝導性材料に関する技術が求められ、また、リチウムイオン二次電池においては、セル間に滞留する熱を外部に効果的に逃がす熱伝導性材料に関する技術が求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鱗片状六方晶窒化ホウ素粉末を含有する樹脂組成物の樹脂成型体において、樹脂成型体の面方向の熱伝導率が、樹脂成型体の厚み方向の熱伝導率の２倍以上であることが記載されている。同文献に開示の技術を用いると、携帯型通話機器やリチウムイオン二次電池における上記課題を解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者が、特許文献１に開示の技術を試験してみたところ、樹脂成型体の面方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率の２倍以上（本明細書では、樹脂成型体の面方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率の２倍以上を示すことを「熱伝導異方性」ということがある。）であったものの、樹脂成型体の強度が乏しいことを知見した。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、熱伝導異方性を保ちつつ、好適な強度を示す樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた樹脂成型体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者が、樹脂成型体の強度増加の目的で、成形前の樹脂組成物にガラス繊維を配合したところ、樹脂成型体の強度は増加したものの、樹脂成型体の熱伝導異方性が保たれないことが判明した。
【０００９】
本発明者が鋭意検討したところ、意外にも、成形前の樹脂組成物にガラス繊維ではなく一定の形状の無機材料を配合することで、樹脂成型体の強度が増加しつつ、樹脂成型体の熱伝導異方性も保たれることを発見した。
【００１０】
本発明の樹脂組成物および樹脂成型体は、熱可塑性樹脂を２０〜７０質量％、窒化ホウ素又はグラファイトから選択される第１フィラーを１０〜５０質量％、前記第１フィラー以外の無機材料であって、該無機材料の最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１０以上である第２フィラーを２０〜６０質量％、含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の樹脂組成物および樹脂成型体は、面方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率の２倍以上であり、かつ、好適な強度を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の樹脂成型体の断面顕微鏡写真である。
【図２】比較例２の樹脂成型体の断面顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を２０〜７０質量％、窒化ホウ素又はグラファイトから選択される第１フィラーを１０〜５０質量％、前記第１フィラー以外の無機材料であって、該無機材料の最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１０以上である第２フィラーを２０〜６０質量％、含有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の樹脂成型体は、熱可塑性樹脂を２０〜７０質量％、窒化ホウ素又はグラファイトから選択される第１フィラーを１０〜５０質量％、前記第１フィラー以外の無機材料であって、該無機材料の最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１０以上である第２フィラーを２０〜６０質量％、含有する樹脂組成物を用いて成形されたものである。ここで、樹脂組成物とは、成形前の単なる混合物を意味する。
【００１５】
具体的な熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロライド、ポリビニルアセテート、アクリロニトリルブタジエン共重合体、アクリロニトリルスチレン共重合体、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトンなどを例示できる。これらの樹脂を構成するモノマーを重合した熱可塑性共重合体を採用しても良い。熱可塑性樹脂としては、上記具体的なものを単独で採用してもよいし、複数を併用してもよい。
【００１６】
樹脂組成物又は樹脂成型体に熱可塑性樹脂は２０〜７０質量％の範囲内で含有していればよく、好ましくは２５〜６０質量％の範囲内であり、より好ましくは３０〜５０質量％の範囲内である。熱可塑性樹脂の含有率が２０質量％未満であると、成形前の樹脂組成物の流動性が悪くなり、成形作業が困難になる場合があるし、また、樹脂組成物に含まれる各フィラーの分散性が悪くなるため、本発明の所望する効果が十分に奏されない恐れがある。熱可塑性樹脂の含有率が７０質量％を超えると、樹脂成型体に対して主に熱伝導異方性を付与する第１フィラーの含有量及び主に強度を付与する第２フィラーの含有量が少なくなるため、本発明の所望する効果が十分に奏されない恐れがある。
【００１７】
第１フィラーは、樹脂組成物を成形した樹脂成型体に対して主に熱伝導異方性を付与するものであり、窒化ホウ素又はグラファイトから選択される。窒化ホウ素は層状の六方晶、層状の菱面体晶又は乱層状のものがよい。窒化ホウ素及びグラファイトはいずれも層状を示し強固な結晶構造を示す。そのため、結晶を構成する原子の熱振動が、安定して層の面方向に伝播しやすい。よって、窒化ホウ素及びグラファイトはいずれも層の面方向に優れた熱伝導性を示す。窒化ホウ素は絶縁体でありグラファイトは導電体なので、本発明の樹脂成型体の性質として絶縁性が求められる場合には、第１フィラーとして窒化ホウ素を選択するのが良く、本発明の樹脂成型体の性質として導電性が求められる場合には、第１フィラーとしてグラファイトを選択するのが良い。
【００１８】
第２フィラーの形状は平面を有する板状（鱗片状）が良い。板状（鱗片状）の中でも薄片状のものが特によい。第２フィラーは前記形状によって樹脂成型体の面方向に配向しやすい性能を持つ。そのため、第１フィラーとともに樹脂組成物中に含有させても第１フィラーの面方向への配向を妨げることがなく、熱伝導異方性が発現しやすくなる。
【００１９】
第１フィラーの大きさとしては、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤ５０の値、又は、顕微鏡で観察した長径の平均値が１〜３００μｍの範囲内が良く、５〜２００μｍの範囲内が好ましく、１０〜１００μｍの範囲内がより好ましい。
【００２０】
第１フィラーとして好ましい市販の窒化ホウ素としては、ＰＴ−１１０、ＰＴ−１２０、ＰＴ−１４０、ＰＴ−１６０、ＰＴ−１８０（以上、モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン株式会社）、ＵＨＰ−Ｓ１、ＵＨＰ−１Ｋ、ＵＨＰ−２（以上、昭和電工株式会社）、ＡＰ−１０Ｓ、ＡＰ−２０Ｓ、ＡＰ−１００Ｓ、ＡＰ−１７０Ｓ（以上、株式会社ＭＡＲＵＫＡ）などを挙げることができる。
【００２１】
樹脂組成物（樹脂成型体）に第１フィラーは１０〜５０質量％の範囲内で含有していればよく、好ましくは１５〜４０質量％の範囲内であり、より好ましくは２０〜３５質量％の範囲内である。第１フィラーの含有率が１０質量％未満であると、樹脂成型体の熱伝導異方性が十分に保たれない恐れがある。第１フィラーの含有率が５０質量％を超えると、成形前の樹脂組成物において第１フィラーの分散性が悪くなる恐れとともに樹脂組成物の流動性が悪くなる恐れがあり、さらには、コスト高になる恐れがある。
【００２２】
第２フィラーは、樹脂成型体に対して主に強度を付与するものであり、前記第１フィラー以外の無機材料であって該無機材料の最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１０以上のものである。すなわち、第２フィラーの形状は平面を有する板状（鱗片状）、特に薄片状である。
【００２３】
ｃの範囲は１０〜５０００μｍが良く、３０〜３０００μｍが好ましく、５０〜２０００μｍがより好ましい。ａの範囲は０．１〜５０μｍが良く、０．５〜３０μｍが好ましく、１〜１５μｍがより好ましい。ｃ／ａ値は１０〜５００の範囲内のものが良く、ｂ／ａ値は１０〜５００の範囲内のものが良い。このような範囲内のフィラーとすることで金型等に充填される際に、フィラーが平行して整列しやすくなり、一定方向の配向が得られやすい。
【００２４】
樹脂組成物（樹脂成型体）に第２フィラーは２０〜６０質量％の範囲内で含有していればよく、好ましくは２５〜５５質量％の範囲内であり、より好ましくは３０〜５０質量％の範囲内である。第２フィラーの含有率が２０質量％未満であると、樹脂成型体の強度が十分でなくなる恐れがある。第２フィラーの含有率が６０質量％を超えると、成形前の樹脂組成物の流動性が悪くなる恐れとともに、樹脂組成物における第２フィラーの分散性が悪くなる恐れがある。
【００２５】
第２フィラーとしてはケイ酸塩系充填材を挙げることができ、具体的なケイ酸塩系充填材としては、ガラス、マイカ、タルク、ゼオライト、セリサイト、カオリナイト、焼成クレー、パイロフィライト、ベントナイト、ウォラストナイトなどを例示できる。第２フィラーとしては、上記具体的なものを単独で採用してもよいし、複数を併用してもよい。
【００２６】
本発明の樹脂成型体には、本発明の趣旨を脱しない範囲内で、公知の添加剤を配合することができる。公知の添加剤として、炭素繊維、金属粉末、アルミナ、窒化アルミニウム若しくはガラス繊維などの無機材料、各種の表面処理剤、安定剤、滑剤、離型剤、可塑剤、難燃剤、難燃助剤、紫外線吸収剤、顔料、染料、帯電防止剤、分散剤、相溶化剤、抗菌剤などを例示できる。なお、ガラス繊維においては、最長軸の長さをｃ、該最長軸の直交断面における最長の長さをｂ、該直交断面の最長方向に直交する最長の長さをａとしたときに、ｂ／ａ値が１〜５程度であり、ｃ／ａ値が１００〜５００程度である。
【００２７】
前述したように、本発明の樹脂成型体は、上記樹脂組成物を用いて成形されたものである。樹脂組成物を成形型に充填すると、樹脂組成物に含まれる各フィラーは、地球の重力に因り、各フィラーの平面が成形型の底面と平行な状態に配向されつつ、配置される。また、樹脂組成物を射出成形にて成形すると、樹脂成型体に含まれる各フィラーは、射出時の流れ方向に沿って配向して配置する。つまり、各フィラーは射出の流れに対して各フィラーの抵抗が最小になるように配向するため、射出による流れ方向を樹脂成型体の面方向に採ると、各フィラーの長手方向が面方向に平行となるように配向する。この際第２フィラーのｂ／ａ値が１０以上の薄片形状とすると、第２フィラーは容易に樹脂成型体の面方向に長手方向（最長軸の長さｃ方向）が配置し、この影響で第１フィラーも容易に樹脂成型体の面方向に長手方向が制御され、層状の第１フィラーの面方向が樹脂成型体の面方向に配置する。その結果、射出成形にて得られた樹脂成型体は、良好な熱伝導異方性を維持したまま強度の向上が図れる。
【００２８】
樹脂組成物は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上又は融点以上の温度条件下で、配合成分を混合することにより調製できる。
【００２９】
本発明の樹脂成型体は、フィルム状、板状など種々の形状とすることが可能であり、そして、電子機器材料、光学機器材料、医療器具材料、自動車材料、建築材料、家電材料など種々の材料として使用可能である。特に、本発明の樹脂成型体は、面方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率の２倍以上であり、かつ、好適な強度を示すため、熱伝導異方性が求められる携帯型通話機器、ノート型パソコン、タブレット、ゲーム機の筐体や、リチウムイオン二次電池のセル間に配置される熱伝導性材料として好適である。
【００３０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００３１】
以下に、実験例等を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実験例によって限定されるものではない。
【００３２】
（実験例１〜２及び比較例１〜３）
下記表１に記載の質量％で熱可塑性樹脂、第１フィラー、第２フィラー又はガラス繊維を混合し混合物とした。混合物を２軸押出機ＫＺＷ１５ＴＷ−４５ＭＧ（株式会社テクノベル）に投入し、回転数３００ｒｐｍ、温度３２０℃の条件で樹脂組成物である成形用ペレットを製造した。
【００３３】
熱可塑性樹脂としては、ポリアミドであるＰＡ４６  スタニールＴＷ３４１−Ｊ（ＤＳＭ社）を用いた。第１フィラーとしては、鱗片状の六方晶窒化ホウ素ＰＴ−１１０（モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン株式会社）を用いた。ＰＴ−１１０の表面積は０．１〜１０ｍ２／ｇの範囲内であり、平均粒子径は３５〜６０μｍの範囲内である。ＰＴ−１１０のｃ／ａ値は１０〜５００の範囲内であって、ｂ／ａ値は１０〜５００の範囲内である。
【００３４】
第２フィラーとしては、薄板状（鱗片状）のガラスフレークＲＥＦ−６００Ａ（日本板硝子株式会社）を用いた。ＲＥＦ−６００Ａのａの平均長さは５μｍであり、平均粒子径は６００μｍである。ＲＥＦ−６００Ａのｃ／ａ値は１０〜５００の範囲内であって、ｂ／ａ値は１０〜５００の範囲内である。
【００３５】
ガラス繊維としては、ＣＳＧ３ＰＡ−８３０Ｓ（日東紡株式会社）を用いた。ＣＳＧ３ＰＡ−８３０Ｓのｂ／ａ値は４であり、ｃ／ａ値は３００である。ｃの長さは約３ｍｍである。
【００３６】
各成形用ペレットにつき、ＪＩＳ  Ｋ  ７１６２で規定するダンベル形の金型が配置された射出成形機ＨＳＰ５５ＥＨ２（株式会社ソディック）を用い、ＪＩＳ  Ｋ  ７１５２−１及び−２に準じて溶融樹脂温度３２０℃、型温１２０℃、保圧１００ＭＰａの条件で射出成形を行い、厚さ４ｍｍのダンベル形の樹脂成型体を製造した。
【００３７】
【表１】
2016000788.tif 000003
【００３８】
（評価例１）
ＪＩＳ  Ｋ  ７１６１に準じ、実施例１〜２、及び比較例１〜３の樹脂成型体につき、引張強度を測定した。引張強度が７０Ｍｐａ以上のものを合格とした。結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
2016000788.tif 000004
【００４０】
表２の結果から、実施例１〜２、比較例２〜３の樹脂成型体は、第２フィラー又はガラス繊維の存在に因り、引張強度が増加したことがわかる。第２フィラー又はガラス繊維が存在しない比較例１の樹脂成型体は、引張強度が不十分であった。
【００４１】
（評価例２）
実施例１〜２、及び比較例１〜３の樹脂成型体につき、樹脂成型体の厚み方向を厚みとして直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状に切り取り、試験片とした。各試験片につき、全自動レーザーフラッシュ法  熱定数測定装置ＴＣ−７０００Ｈ（アルバック理工株式会社）を用いて、樹脂成型体の厚み方向の熱伝導率を測定した。
【００４２】
また、実施例１〜２、及び比較例１〜３の樹脂成型体につき、レーザーフラッシュアナライザーＬＦＡ４４７（ＮＥＴＺＳＣＨ社）を用い、レーザーフラッシュ  ラメラ法にて、樹脂成型体の面方向の熱伝導率を測定した。具体的には、樹脂成型体を２ｍｍ×１ｍｍ×１０ｍｍの複数の板状小片に切り取った。ここで、上記板状小片における２ｍｍの辺方向が、射出成形における流れ方向に該当し、１ｍｍの辺方向が樹脂成型体の厚み方向に該当する。複数の板状小片につき、２ｍｍ×１０ｍｍの面同士を密着させて積層し、２ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの試験片を作成した。分析装置の光源からの光が上記試験片の２ｍｍ方向の辺に対して平行に照射されるように、試験片をレーザーフラッシュアナライザーに配置し、樹脂成型体の射出成形における流れ方向、すなわち面方向の熱伝導率を測定した。
（面方向の熱伝導率）／（厚み方向の熱伝導率）が２．０以上のものを合格とした。結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
2016000788.tif 000005
【００４４】
表３の結果から、実施例の樹脂成型体は、第２フィラーの存在に因り、（面方向の熱伝導率）／（厚み方向の熱伝導率）の値が比較例１の値よりは若干低下したものの、いずれも２．０以上であり、熱伝導異方性を保つことが裏付けられた。他方、比較例２〜３の樹脂成型体は、ガラス繊維の存在に因り、（面方向の熱伝導率）／（厚み方向の熱伝導率）の値が著しく低下し、熱伝導異方性を保つことができなかった。
【００４５】
（評価例３）
実施例１及び比較例２の樹脂成型体を、射出成形における流れ方向に対して平行に、厚み方向で切断した。各樹脂成型体の断面を、レーザー顕微鏡ＶＫ−９７１０（株式会社キーエンス）を用いて、倍率２００倍で観察した。実施例１及び比較例２の樹脂成型体の断面写真を図１及び図２に示す。図１及び図２にて、左右方向が射出成形における流れ方向、すなわち面方向に該当し、上下方向が厚み方向に該当する。また、図１及び図２にて、白く観察されたのが第２フィラー及びガラス繊維であり、黒く観察されたのが熱可塑性樹脂及び第１フィラーである。
【００４６】
実施例１及び比較例２の樹脂成型体の断面写真から、実施例１の第２フィラーが断面全面にわたり、流れ方向に平行に配向しているのに対し、比較例２のガラス繊維は特に断面中央付近で非配向であるのがわかる。
【００４７】
実施例１の樹脂成型体の第２フィラーが断面全面で流れ方向に平行に配向していたことから、第１フィラーも第２フィラーと同様に断面全面で流れ方向に平行に配向しているといえる。このことは、第２フィラー配向が第１フィラーの配向を制御したためといえる。評価例２で示されたように、実施例の樹脂成型体が熱伝導異方性を保つことができたのは、熱伝導性の高い第１フィラーが流れ方向、すなわち面方向に沿って配向しているために、面方向への熱伝導が好適に保たれ、厚み方向への熱伝導が好適に抑制された結果と考察できる。
【００４８】
他方、比較例２の樹脂成型体のガラス繊維が断面中央付近で非配向であったことから、第１フィラーもガラス繊維と同様に断面中央付近で非配向であるといえる。評価例２で示されたように、比較例２〜３の樹脂成型体が熱伝導異方性を保つことができなかったのは、熱伝導性の高い第１フィラーが非配向となったために、あらゆる方向に熱が伝導された結果と考察できる。
【００４９】
以上説明してきたように本発明の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂に窒化ホウ素又はグラファイトを第１フィラーとして含有させることで樹脂組成物から成形される樹脂成型体に熱伝導異方性を与える。さらに、本発明で規定した所定の形状を有する第２フィラーを含有させることで樹脂成型体の熱伝導異方性を損なわない範囲内で樹脂成型体に所望の強度を与えることができる。なお、本発明の第１フィラーは、特に形状を限定していないが、第２フィラーと同じ規定の範囲の形状のものを使用することで、より熱伝導異方性が発現しやすくなるため好ましい。
【図１】
2016000788.tif 000006
【図２】
2016000788.tif 000007