71●ポリフェニレンサルファイドにおける新グレードの開発
高分子材料研究所

モールドグループ春成

武が不要であることから部品点数が削減され、設計自由1．はじめに度が高いという特長がある。射出接合の手法としては、

ポリフェニレンサルフィド（PPS）樹脂は、高温環

大成プラスの NMT（Nano Molding Technology）3 − 5）、境下での長期使用に耐える卓越した耐熱性（UL 温度

東亜電化の TRI システム 6，7）等があり、各種部品へのインデックスは 200 ～ 240℃）、フッ素樹脂に匹敵す適用が進められている。

る耐薬品性、耐熱水性、難燃剤を必要としない自己難燃性など、多くの優れた特性を有する熱可塑性エンジ
ニアリングプラスチックである

1，2）［2］NMT（Nano Molding Technology）。これらの特長か代表的な射出接合手法である NMT について概略をら、PPS 樹脂は金属または熱硬化性樹脂の代替材料と説明する。金属を特殊な水溶液に浸せきすることで金して、耐熱性や信頼性の求められる自動車部品、電気・

属表面に数十 nm の微細孔が形成される（図１）。こ電子部品、水廻り・住設機器などに使用されてきた。の表面処理した金属を金型内にセットし、射出インPPS 樹脂のグレードはガラス繊維や無機フィラーサート成形により金属と樹脂の一体成形を行う技術がが配合された強化タイプが一般的であるが、これらグNMT であり、樹脂と金属は主にアンカー効果によりレードにエラストマー等を配合した高靭性グレード、接合すると報告されている 3 − 5）。また、樹脂は、金属高熱伝導フィラーを配合した高熱伝導グレード、フッ表面に形成された数十 nm の微細孔に、隙間なく侵入素樹脂等を配合した高摺動グレードなどの特殊グレーすることが報告されている 8，9）。NMT に使用されるドも上市されている。

金属には、アルミニウム、マグネシウム、銅、ステン

東ソー㈱は顧客の新たな要求に応えるべく、高機能グレードの開発に取り組んできた。本稿では、当社のレス、チタン、鉄などがある 4，5）。以下、PPS 樹脂とアルミニウムを NMT で接合した結果を示す。

PPS 樹脂＜サスティール＞の中から、射出成形により金属と PPS 樹脂との複合化を可能とする金属接合
PPS グレード、および耐トラッキング PPS グレードについて紹介する。

2．金属接合 PPS グレード［1］射出接合
近年、自動車部品、電気・電子部品などでは、金属と樹脂との複合化、あるいは複数の部品を一体化したモジュール化が進展している。また、スマートフォンに代表されるモバイル機器では薄型・軽量化や意匠性

図１４）表面処理したアルミニウム（A6061）が強く求められており、本分野においても、金属と樹脂との複合化に対する要求が非常に高まっている。

［3］PPS 樹脂と金属との接合強度

金属と樹脂との複合化については、ネジ等による機PPS 樹脂は流動性に優れるため、金属表面の微細械式接合、接着剤による接合等が古くから知られるが、孔に流入しやすく、NMT による接合に適した樹脂で最近、射出成形を利用した複合化手法である射出接合ある。当社は PPS 樹脂と金属との接合強度をさらにが注目されている。射出接合は溶融樹脂と接合させる向上させるため、金属接合 PPS グレードを開発した。

ため表面処理を行った金属を用いてインサート成形す

図２に金属接合 PPS グレード（SGX − 120（12））とアる手法であり、生産性が高く、機械式接合のようなネジルミニウムとの接合強度を示す。なお、本接合強度のTOSOH Research & Technology Review Vol.59（2015）72

評価では、表面処理したアルミニウム（A5052）を使50用し、引張剪断試験により接合強度を測定した。金40
接合強度［MPa］

属接合 PPS グレードとアルミニウムとの接合強度は44MPa に達し、PPS 樹脂の一般グレードに対し、2 ～3 倍の接合強度を示すことが分かる。このような高い接合強度を実現できたことにより、過酷な環境や高応力下での使用において、接合への信頼性が高まったと

3020

銅アルミニウム

10考える。

00250500750

1000

85℃×85％RH 湿熱処理時間［hr］

接合強度の耐久性（湿熱試験；85℃×85％RH）

図３40305020100SGX−120GS−40金属接合用グレード

図２

接合強度［MPa］

接合強度［MPa］

50G−10一般グレード

アルミニウム（A5052）との接合強度

40302010

自動車用の部品などでは高温高湿下、冷熱環境下な0

ど過酷な環境下での長期にわたる品質安定性が要求さ

1101001000

サイクル回数［回］れるため、接合強度の長期耐久性を調べた。1000 時間の湿熱試験後（85℃× 85％ RH）、アルミニウムお

図４

接合強度の耐久性（冷熱衝撃試験）

よび銅と金属接合グレード（SGX − 120（12））との接合強度を評価した結果、接合強度の大きな低下は認め［4］金属接合 PPS グレードのラインナップられなかった（図３）。また、1000 サイクルの冷熱衝

東ソー㈱は用途、目的に応じて各種の金属接合 PPS撃試験（− 40℃× 30min ⇔ 150℃× 30min）においてグレードをラインナップしている。表１に代表的な 3も、
アルミニウムと金属接合グレード（SGX − 120（12））

種類の金属接合 PPS グレードの特性を示す。との接合強度の低下は認められず（図４）、金属接合

SGX − 120（12）は、金属との接合強度、薄肉流動性、PPS グレードは長期信頼性が要求される部品にも適用

靭性に優れる金属接合 PPS の標準グレードであり、できる可能性を見出した。

薄型・軽量化への要求が強いモバイル電子機器の筐体、
表１

測定項目

試験方法

金属接合 PPS グレード単位

密度 ISO 1183 ［g ／ cm3］
ISO 178
曲げ
強さ［MPa］
ISO 178
曲 げ 弾 性 率［GPa］
1）
流動長 東ソー法
［mm］
燃

焼性

UL94［−］2）接合
強度 東ソー法
シャルピー衝撃強度 ISO 179−1
特長［MPa］［kJ ／ m2］

SGX−120（12）GF20％強化

SGX−115（52A）
GF15％強化

SGX−140（52）GF40％強化

1.401706.5310
V−2（1.0mmt）
449
高接合強度

1.361505.0240HB（0.4mmt）
3917
高衝撃強度

1.60
23513.0175
V−0（3.0mmt）
3213低ハロゲン注 1）金型形状；1mm 厚 ×10mm 幅バーフロー金型
注 2）引張剪断接合強度 金属；アルミニウム（A5052）
注 3）周波数：2GHz

東ソー研究・技術報告

ボス、枠などに採用された実績がある。SGX − 115（52A）

第 59 巻（2015）

73が進められている 4，5，10）。

は、衝撃強度を特徴とした金属接合 PPS グレードであり、落下強度が要求されるスマートフォンの筐体として採用された。さらに近年、電気・電子分野において低ハロゲンに対する要求が高まっており、本要求と3．耐トラッキング PPS グレード
［1］耐トラッキング性

金属との接合強度を両立させたグレードを開発してい電力変換装置に用いられているパワーデバイスる。SGX − 140（52）は、ハロゲン含有量が 900ppm 以の 主 要 素 子 で あ る Insulated Gate Bipolar Transistor

下の金属接合 PPS グレードである。

（IGBT）は、大容量化、高耐電圧化が進展しており、これらグレード以外にも、低異方性、薄肉高流動性、これら IGBT パワーモジュールに使用される材料には高摺動性、低誘電率、カラーグレードなどの金属接合

CTI600V 以上という高い耐トラッキング性が要求されグレードをラインナップしており、顧客の要望に合わる場合がある 11）。

せ、グレードの充実化を図っている。

トラッキングとは、有機絶縁体表面が湿気や塩分、埃などで汚染された状態で電圧が印加された際に、微［5］用途開発小放電が生じ、絶縁体表面が発熱により分解あるいは金属接合 PPS グレードは、PPS 本来の特長である燃焼することで、炭化物導電路が形成されることであ耐熱性、耐薬品性等に加え、金属との高い接合強度る。トラッキングに対する耐性、すなわち耐トラッキを有し、プロジェクタ、携帯音楽機器、スマートフォ

ング性は、IEC 法におけるトラッキング指数（CTI）ンなどのモバイル電子機器などとして採用されておりにより評価されることが多く、CTI600V 以上は、耐（図５，６）、薄型・軽量化が求められる薄型テレビ、ノートラッキング指数の最も高い区分に位置づけられる。

トパソコン等の筐体などでも開発が進められている。

PPS 樹脂は優れた特長をもつ材料であるが、分子鎖中また、接合強度の長期信頼性を活かし、金属との気密にベンゼン環を含むため、耐トラッキング性に乏し性が要求されるリチウムイオン電池の封口板での開発

く 12）、一般グレードの CTI は 175V 程度である。そこで、東ソー㈱は CTI600V 以上の耐トラッキング PPS グレードの開発に取り組み、現在、市場評価を進めている。
［2］耐トラッキング PPS グレードの開発
PPS 樹脂の耐トラッキング性を改良する方法として、熱分解時に吸熱し、放電の熱を吸収する無機フィラー（分解吸熱フィラー）、あるいは耐トラッキング性に優れる脂肪族系有機化合物を配合する方法が知られるが、多量のフィラーの配合を必要とするため、流動性、機械特性等が損なわれる問題がある。当社は、

図５

アルミニウム板に射出接合した PPS 製ボス（大成プラス㈱殿提供）

PPS 樹脂の炭化を抑制する効果をもつ新たな炭化抑制剤を見出し、これを分解吸熱フィラーと組み合わせた。
その結果、一定の無機フィラー配合量にて、PPS 樹脂の耐トラッキング性を著しく向上させることに成功した（図７）。表２に代表的な耐トラッキング PPS グレードとして、標準タイプ、低ガスタイプ、高伸びタイプの特性を示す。
［3］高強度耐トラッキング PPS グレード
耐トラッキング PPS グレードは一般の PPS グレードと比較して強度に劣るため、CTI600V を保持し、かつ強度に優れる耐トラッキング PPS グレードの開発に取り組んでいる。強度の評価方法には、部品の実用

図６

電子機器筐体への適用事例（大成プラス㈱殿提供）

物性がイメージできるように、ボルト締付強度を採用

TOSOH Research & Technology Review Vol.59（2015）74

耐トラッキング PPS グレード表２
測定項目単位

試験方法

標準タイプ 低ガスタイプ 高伸びタイプ［−］比重ISO 1183
引張強度 ［MPa］
ISO 527［％］
引張伸びISO 527
引 張 ウ ェ ル ド 強 度 ［MPa］ ASTM D638
曲げ
強度 ［MPa］
ISO 178
［GPa］
曲げ
弾性率
ISO 178
シャルピー衝撃強度（ノッチ側） ［kJ ／ m2］
ISO 1791）［mm］ TOSOH 法
溶融流
動長
［V］
IEC60112
耐 ト ラ ッ キ ン グ 指 数（ C T I ）1.88
900.531150
186123600

1.89
900.532150
185110600

1.6981
1.52512096120600

注 1）金型形状；1mm 厚 ×10mm 幅バーフロー金型表３1000

高強度耐トラッキング PPS グレード

測定項目

単位

試験方法

引張強度
引張伸び
耐トラッキング指数（CTI）
ボ ル ト 締 付 強 度

［MPa］
［％］
［V］
［N・m］

ISO 527
ISO 527
IEC60112
TOSOH 法PPS＋分解吸熱フィラー

標準タイプ 高強度タイプ
90
0.5
600
1.6

99
2.1
600
2.8

4．おわりにPPS＋分解吸熱フィラー＋炭化抑制剤

本稿では、東ソー㈱の PPS 樹脂＜サスティール＞

CTI［V］

800のなかから、射出成形により金属と樹脂との複合化を600可能とする金属接合 PPS グレード、および耐トラッキング PPS グレードについて紹介した。両グレード

400

ともに、耐熱性、耐薬品性、高流動性、難燃性と200

少多分解吸熱フィラー配合量

図７

分解吸熱フィラーの配合量と CTI の関係

いった PPS 樹脂の特長を損なうことなく、顧客の要求する金属接合性や耐トラッキング性を付与することを目指し、開発したものである。また、当社では、本稿で紹介した両グレード以外にも高熱伝導グレード（導電タイプ、絶縁タイプ）を開発し、用途した。試験方法の概略として、4M サイズの六角穴を開発を進めている。今後とも、これらグレードを始設けた試験片を射出成形により作製し、トルクレンチめ、東ソー㈱のPPS 樹脂に顧客の要求を一層、反映で六角穴を締め付け、六角穴が割れた時のトルクをボさせていきたいと考える。

ルト締付強度として計測した。表３に高強度耐トラッキング PPS グレードの特性を示す。既存の耐トラッキング PPS グレードに対し、ボルト締付強度を大幅に向上させることができた。

参考文献
１）山縣邦彦，高野健，プラスチックス，57，90（2006）
２）実用プラスチック事典編集委員会（産業調査会），［4］用途開発

実用プラスチック事典，418（1993）

東 ソ ー ㈱ の 耐 ト ラ ッ キ ン グ PPS グ レ ー ド は、

３）安藤直樹，成形加工，16，588（2004）

CTI600V 以上の優れた耐トラッキング性が注目され、

４）安藤直樹，成形加工，21，600（2009）

特に、大容量電力変換が必要な鉄道車両や、太陽光、

５）板橋雅巳，プラスチックスエージ，58，45（2012）

風力発電向けの IGBT パワーモジュールケース等の部

６）佐々木秀幸ら，高分子論文集，55，470（1998）

品として顧客評価が進められている。

７）斎聖一ら，成形加工，16，506（2004）

東ソー研究・技術報告８）堀内伸ら , 日本接着学会第 48 回年次大会 講演要
旨集，160（2010）９）堀内伸，Polyfile，49，46（2012）10）日経 BP 社，日経 Automotive Technology，9，18（2009）
11）西村孝司，高宮喜和，中嶋修，富士時報，81，6，390（2008）12）山形直樹，鍵崎秀樹，山城啓輔，高野哲美，前田孝夫，電学論 A，122，2，164（2002）

第 59 巻（2015）75