(57)【要約】【課題】充填材の充填量を抑制しつつ、良好な成形性を有し、絶縁性・成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率・機械強度が高い熱可塑性樹脂組成物及び、それからなる熱可塑性樹脂成形品を提供する。【解決手段】鱗片状の窒化ホウ素を含む熱可塑性樹脂組成物であって、窒化ホウ素は、粒子単体の粒径が１８μｍ以上、好ましくは、３５μｍ以上である。そして、窒化ホウ素充填量は、熱可塑性樹脂と窒化ホウ素との合計体積のうち、窒化ホウ素が３０〜６５体積％、好ましくは、４０〜５５体積％である。熱可塑性樹脂は、好ましくは、主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鱗片状の窒化ホウ素を含む熱可塑性樹脂組成物であって、
前記窒化ホウ素は、粒子単体の粒径が１８μｍ以上であり、且つ、窒化ホウ素充填量は、熱可塑性樹脂と前記窒化ホウ素との合計体積のうち、前記窒化ホウ素が３０〜６５体積％であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
【請求項２】
前記窒化ホウ素は、粒子単体の粒径が３５μｍ以上である請求項１記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項３】
前記窒化ホウ素充填量は、熱可塑性樹脂と前記窒化ホウ素との合計体積のうち、前記窒化ホウ素が４０〜５５体積％である請求項１又は２記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項４】
熱可塑性樹脂が、主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂は、融点が２６０〜３１０℃であり、且つ、２９０℃における溶融粘度が９０Ｐａ・ｓ以下である請求項４記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物を成形してなる熱可塑性樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性、あるいは放熱性に優れた成形品を提供できる熱可塑性樹脂組成物、及びその成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電気・電子機器の高性能化・小型軽量化が進んでおり、実装部品、あるいは周囲部品の発熱によって機器が高温状態にさらされるため、各種部材の劣化や実装部品の機能低下の懸念がある。特に、自動車の制御システムは、従来、機械的に動作していた各部の機構を電動化し、それらを電気的に連携させ制御する方式へ移行しつつあり、電子部品はより分散してより熱源に近い位置に配置される傾向にある。更に、パワートレインの電動化の流れの中で、実装部品そのものに対する高出力化（高電圧化，大電流化），コンパクト化の要求も増大の一途を辿っており、発熱量も急速に増大している。このような高発熱化，高温化の傾向は、車載機器に限らず、あらゆる電気・電子機器において同様に見受けられ、また、益々顕著になると予想される。そのような状況に対応するため、電気・電子機器を構成する各部材の放熱性を向上させる技術への要求は高まっている。
【０００３】
熱可塑性樹脂成形品は、多くの電気・電子機器において、構造部材等に用いられている。熱可塑性樹脂成形品を、従来金属材料が用いられていた部材に適用することで、絶縁性であるが故に絶縁構造を簡略化でき、成形加工性の向上によるコストダウン、ならびに軽量化できる。
しかし、熱可塑性樹脂成形品の熱伝導率は金属材料やセラミック材料に比べて低く、放熱性の観点からその適用範囲が制限される。そのため、樹脂よりも熱伝導率の高い充填材を添加し、高熱伝導化，高放熱化がされている。一般には熱伝導率の高い、金属やカーボンなどの導電性物質を充填する。絶縁性の充填材としては、タルク，シリカ，アルミナ，マグネシア等が挙げられる。高い熱伝導率を有する物質を（体積分率で）多く充填するほど、熱伝導率を向上させることができる。しかし、充填材の添加により、成形性，機械特性，絶縁性が低下する。また、充填材の種類によっても、特性，特徴は種々異なり、目的に合った充填材の組合せや配合の調整が必要になる。
【０００４】
特開２００４−１３７４０１号公報（特許文献１）や特開２００５−１６２９１８号公報（特許文献２）には、金属ダイキャスト部材の代替など、絶縁性を求めない用途でカーボン繊維や黒鉛を添加することにより放熱性を高める方法が開示されている。
また、特許第２８７８９２１号公報（特許文献３）には、代表的な高熱伝導性の充填材として、アルミナ（酸化アルミニウム），ベリリア（酸化ベリリウム），マグネシア（酸化マグネシウム）等の酸化物，窒化ホウ素，窒化ケイ素，窒化アルミニウム等の窒化物、あるいは炭化ケイ素等の炭化物を開示している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３７４０１号公報
【特許文献２】特開２００５−１６２９１８号公報
【特許文献３】特許第２８７８９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
導電性の充填材を用いる方法は、樹脂の絶縁性を低下させる。絶縁性を損なうことにより、熱可塑性樹脂成形品よりなる部材の適用範囲が限定されることとなる。また、金属材料を充填する場合は、重量増をもたらす。導電性充填材の添加量を少なくすれば、高熱伝導化の目的が達成しづらいという問題がある。
【０００７】
一方、非導電性の充填材の場合、絶縁性を低下させる問題はないものの、ベリリアは毒性が高く、使用に難がある。アルミナは硬度が高く、混練機，成形機等の加工機器の摩耗が問題となる。マグネシアは吸湿劣化し易い問題がある。窒化物や炭化物は、一般に硬度が高い点で、アルミナと同様に適用に課題が多い。またこれらの非導電性の充填材は熱伝導率が低いため、樹脂中に高充填しても、高熱伝導化の目的が達成しづらいという問題がある。
非導電性のセラミックで鱗片状の結晶である六方晶系の窒化ホウ素は、結晶の面方向の熱伝導率が２００〜４００Ｗ/ｍ・Ｋと非常に高い熱伝導率を有する。また硬度が低く、加工機器の摩耗の問題がない。しかし鱗片状の形状をしているため、丸みを帯びた形状の充填材に比べると増粘しやすく、樹脂の成形性が低下するという問題がある。また窒化ホウ素は樹脂との濡れ性が低いため、高充填すると樹脂成形品の機械強度が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、充填材の充填量を抑制しつつ、良好な成形性を有し、絶縁性・成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率・機械強度が高い成形品を提供できる熱可塑性樹脂組成物及び、それからなる熱可塑性樹脂成形品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱可塑性樹脂組成物は、鱗片状の窒化ホウ素を含む熱可塑性樹脂組成物であって、窒化ホウ素は、粒子単体の粒径が１８μｍ以上である。そして、窒化ホウ素充填量は、熱可塑性樹脂と窒化ホウ素との合計体積のうち、窒化ホウ素が３０〜６５体積％（以下、同じ）であることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
前記窒化ホウ素は、好ましくは、粒子単体の粒径が３５μｍ以上である（請求項２）。また、窒化ホウ素充填量は、好ましくは、４０〜５５体積％である（請求項３）。
前記熱可塑性樹脂は、好ましくは、主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂である（請求項４）。さらに好ましくは、融点が２６０〜３１０℃であり、且つ、２９０℃における溶融粘度が９０Ｐａ・ｓ以下である（請求項５）。
【００１１】
本発明に係る熱可塑性樹脂成形品は、上記熱可塑性樹脂組成物を成形してなるものである（請求項６）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物は、形状が鱗片状であり、且つ、粒子単体の粒径が１８μｍ以上の窒化ホウ素を使用する。これにより、鱗片状結晶の凝集体（形状が球状，塊状である）や、粒子単体の粒径が１８μｍ未満の窒化ホウ素を使用する場合と比較して、同じ充填量でも成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率を高くすることができる。このため、所望の熱伝導率を確保するための窒化ホウ素充填量が少なくてすみ、良好な成形性・機械強度が確保できる。特に粒子単体の粒径が３５μｍ以上の窒化ホウ素であれば、成形性が良好で、成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率のより高い熱可塑性樹脂成形品が得られるので好ましい。
【００１３】
そして、窒化ホウ素充填量は、３０〜６５体積％とする。窒化ホウ素充填量が３０体積％未満では、前述の効果が充分に得られないため、熱伝導率が不充分であり、窒化ホウ素充填量が６５体積％を超えると、成形性を充分確保することができない。窒化ホウ素充填量を４０〜５５体積％とすることにより、高い熱伝導率と良好な成形性が得られるので好ましい。
【００１４】
このように、本発明に係る熱可塑性樹脂組成物は、充填材の充填量を抑制しつつ、成形性を確保し、成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率を向上することができる。また、本発明に係る熱可塑性樹脂組成物を用いることにより、絶縁性・成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率・機械強度が高い熱可塑性樹脂成形品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物において、窒化ホウ素は、形状が鱗片状であり、且つ、粒子単体の粒径が１８μｍ以上、好ましくは、３５μｍ以上の窒化ホウ素を使用する。そして、窒化ホウ素充填量は、３０〜６５体積％、好ましくは、４０〜５５体積％とする。
この窒化ホウ素は各種シランカップリング剤、アルコキシシラン化合物、シリコーンオイル、チタネートカップリング剤等で表面処理をされていてもよい。
【００１６】
なお、前記粒径は、公知のレーザー回折・散乱法による粒度測定装置（例えば、日機装株式会社製「マイクロトラックＳＰＡ−７９９７型」）を用いて測定したもので、粒度分布を測定して得られた累積重量が５０％である時の粒子径を示す。ここで、レーザー回折・散乱法とは、充填材粒子にレーザー光を照射したとき、粒子径により散乱光の強度パターンが変化することを利用した測定法である。
【００１７】
本発明で使用する熱可塑性樹脂は、特に限定するものではないが、例えば、主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂であれば、分子鎖が成形時の樹脂流れ方向に配向して、成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率の高い熱可塑性樹脂成形品が得られるので好ましい。その中でも、融点が２６０〜３１０℃であり、且つ、２９０℃における溶融粘度が９０Ｐａ・ｓ以下であると、流動性が良好で、分子鎖が成形時の樹脂流れ方向に配向し易く、成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率のより高い熱可塑性樹脂成形品が得られるのでさらに好ましい。
また、使用する熱可塑性樹脂の熱伝導率が０．５Ｗ/ｍ・Ｋ以上であれば、熱伝導率の高い熱可塑性樹脂成形品が得られるので好ましい。
【００１８】
なお、前記融点および溶融粘度は、下記の方法で測定することができる。
融点：示差熱量測定で熱天秤により昇温速度：１０℃／分，窒素雰囲気：２００ｍｌ／分の条件で、吸熱量を測定し、吸熱ピーク温度を融点とする。
溶融粘度：島津製作所製フローテスタＣＦＴ−５００Ａ型を用いて、２９０℃で加熱溶融された樹脂を２０kgｆの加重下で、内径：２mm，長さ：１０mmのノズルから押した際の溶融粘度を測定する。
【００１９】
上記のほか、本発明で使用できる熱可塑性樹脂は、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、(メタ)アクリル酸エステル・スチレン共重合体などのスチレン系(共)重合体；ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂などのゴム強化樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体などの炭素数２〜１０のα-オレフィンの少なくとも一種からなるα-オレフィン(共)重合体及びその変性重合体(塩素化ポリエチレン等)、環状オレフィン共重合体などのオレフィン系樹脂；アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体などのエチレン系共重合体；ポリ塩化ビニル、エチレン・塩化ビニル重合体、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂；ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等の(メタ)アクリル酸エステルの1種以上を用いた(共)重合体などのアクリル系樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド６，１２等のポリアミド系樹脂(ＰＡ)；ポリエチレンテレフタート(ＰＥＴ)、ポリブチレンテレフタート(ＰＢＴ)、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂；ポリアセタール樹脂(ＰＯＭ)；ポリカーボネート樹脂(ＰＣ)；ポリアリレート樹脂；ポリフェニレンエーテル；ポリフェニレンサルファイド；ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂；ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等のイミド系樹脂；ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン系のケトン系樹脂；ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のスルホン系樹脂；ウレタン系樹脂；ポリ酢酸ビニル；ポリエチレンオキシド；ポリビニルアルコール；ポリビニルエーテル；ポリビニルブチラール；フェノキシ樹脂；感光性樹脂；生分解性プラスチック等の樹脂が挙げられる。これらは２種以上を組み合わせて用いることが出来る。これらの中では、ゴム強化樹脂、ポリカーボネート樹脂及びこれらのアロイ、オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリエステル系樹脂が好ましい。
【００２０】
本発明の熱可塑性樹脂組成物には、本発明の目的を逸脱しない範囲で、絶縁性の無機繊維を配合してもよい。例えば、アルミナ繊維であれば、機械強度、成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率の高い熱可塑性樹脂成形品が得られるので好ましい。絶縁性の無機繊維は、例えば、繊維径が０．５〜５μｍ、繊維長が５〜５００μｍである。絶縁性の無機繊維は、各種シランカップリング剤、アルコキシシラン化合物、シリコーンオイル、チタネートカップリング剤等で表面処理をされていてもよい。
【００２１】
本発明に係る熱可塑性樹脂成形品は、前記熱可塑性樹脂組成物を成形してなるものであり、特に限定するものではないが、例えば、筐体、シート、積層板等の用途が好ましい。成形方法としては、射出成形、押し出し成形、トランスファ成形、圧縮成形等が挙げられる。
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物は、成形時の樹脂流れ方向の熱伝導率を向上させることができることから、上記成形の際に樹脂の流れを制御することにより、熱を逃がしたい方向に熱伝導率を高めることができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明に係る実施例を説明する。
なお、本実施例では、下記に示す材料を使用した。
熱可塑性樹脂（１）・・主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂：住友化学製「Ｅ７００８」（融点：２７５℃、２９０℃における溶融粘度：８５Ｐａ・ｓ）
熱可塑性樹脂（２）・・主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂：Ｕｅｎｏ製薬製「Ｕｅｎｏ  ＬＣＰ５５４０Ｇ」（融点：２９３℃、２９０℃における溶融粘度：９８Ｐａ・ｓ）
熱可塑性樹脂（３）・・ポリフェニレンサルファイド：東レ製「Ａ５０３Ｆ１」
窒化ホウ素（１）・・鱗片状の窒化ホウ素：電気化学工業製「ＳＧＰ」（粒子単体の粒径：１８μｍ）
窒化ホウ素（２）・・鱗片状の窒化ホウ素：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製「ＰＴ１１０」（粒子単体の粒径：４５μｍ）
窒化ホウ素（３）・・鱗片状の窒化ホウ素：電気化学工業製「ＨＧＰＥ」（粒子単体の粒径：６μｍ）
窒化ホウ素（４）・・鱗片状結晶の凝集体（形状：塊状）：昭和電工社製「ＵＨＰ−ＥＸ」（凝集体の粒径：５０μｍ）
実施例１〜２４、比較例１〜２０
熱可塑性樹脂と窒化ホウ素をヘンシェルミキサで混合した後、２軸混練機を用いて溶融混練（シリンダ温度２６０〜３２０℃）し、ペレット（熱可塑性樹脂組成物）を作製した。なお、熱可塑性樹脂及び窒化ホウ素は、各例毎に表１〜６に示した材料を使用した。また、窒化ホウ素充填量は、各例毎に表１〜６に示した量となるよう調整した。
上記ペレット（熱可塑性樹脂組成物）を、シリンダ温度２８０〜３４０℃、金型温度１５０℃、射出速度８０mm/s，保圧力４０ＭＰａの条件で射出成形を行い、熱可塑性樹脂成形品を作製した。
【００２３】
上記の各実施例と比較例における熱可塑性樹脂成形品について、熱伝導率、曲げ強度を評価した。また、熱可塑性樹脂組成物について、成形性を評価した。その結果を表１〜６に示した。表中に示した各特性は、次のようにして評価した。
熱伝導率：フラッシュ法装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製ＸｅフラッシュアナライザＬＦＡ４４７型）を用いて行った（ＡＳＴＭ  Ｅ１４６１準拠）。同装置で測定した熱拡散率に、アルキメデス法により測定した密度とＤＳＣ法により測定した比熱を乗じて、熱伝導率を求めた。なお、熱可塑性樹脂成形品の面方向および厚さ方向について熱伝導率を評価した。
成形性：次の様に成形性を判断した。○：射出成形が可能である、△：射出成形が可能であるが、表面外観が一部不良であった、×：ショートショットとなり、射出成形が出来なかった。
曲げ強度：熱可塑性樹脂成形品から１００mm×１００mm×厚さ２mmの大きさに切り出したサンプルを用いて、ＪＩＳ  Ｋ７１７１に準じて室温での三点曲げ強度を測定した。
【００２４】
【表１】
2009280650.tif 000002
【００２５】
【表２】
2009280650.tif 000003
【００２６】
【表３】
2009280650.tif 000004
【００２７】
【表４】
2009280650.tif 000005
【００２８】
【表５】
2009280650.tif 000006
【００２９】
【表６】
2009280650.tif 000007
【００３０】
実施例１〜１２と比較例６〜９及び１２〜１５の対照から、形状が鱗片状であり、且つ、粒子単体の粒径が１８μｍ以上、好ましくは、３５μｍ以上の窒化ホウ素を使用することにより、同じ充填量でも面方向（成形時の樹脂流れ方向）の熱伝導率が良好であることが理解できる。これにより、所望の熱伝導率を確保するための窒化ホウ素充填量が少なくてすみ、良好な成形性・曲げ強度を確保することができる。比較例６〜９は、粒子単体の粒径が小さいために面方向の熱伝導率が不充分であり、比較例１２〜１５は、形状が塊状であるために面方向の熱伝導率が不充分である。
【００３１】
実施例１〜１２と比較例１〜４、実施例１７〜２４と比較例１７〜２０の対照から、窒化ホウ素充填量を３０〜６５体積％とすることにより、成形性、面方向の熱伝導率が良好であることが理解できる。比較例１、３、１７、１９は、窒化ホウ素充填量が少ないために面方向の熱伝導率が不充分であり、比較例２、４、１８、２０は、窒化ホウ素充填量が多いために成形性を充分確保することができない。窒化ホウ素充填量を４０〜５５体積％とすることにより、面方向の熱伝導率が高く、良好な成形性が得られるので好ましい（実施例２〜３と実施例１及び４、実施例７〜１０と実施例５〜６及び１１〜１２の対照）。
【００３２】
実施例１〜１２と実施例１７〜２４の対照から、熱可塑性樹脂として主鎖に全芳香族ポリエステル骨格を有する溶融液晶性樹脂を使用することにより、面方向の熱伝導率が良好であることが理解できる。また、実施例２〜３と実施例１３〜１４、実施例７〜１０と実施例１５〜１６の対照から、融点が２６０〜３１０℃であり、且つ、２９０℃における溶融粘度が９０Ｐａ・ｓ以下であると、面方向の熱伝導率がさらに良好であることが理解できる。