JP2004137401A - 熱放散性に優れた精密成形用ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形等の成型加工性及び熱放散性に優れ、同時に成形時のバリ発生が無いか極端に少なく機械的強度、耐熱性にも優れたポリフェニレンサルファイド樹脂組成物よりなる光学部品精密成形用材料を提供する。
【解決手段】（ａ）３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて３００〜３０００ポイズの溶融粘度を有するポリフェニレンサルファイド樹脂１００重量部に対し（ｂ）３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて５０００〜５００００ポイズの溶融粘度を有するポリフェニレンエーテル樹脂を１０〜８０重量部（ｃ）１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率をもつカーボン繊維４０〜２００重量部及び（ｄ）平均粒径１〜２００μｍの黒鉛０〜１５０重量部を配合してなる熱放散性、成形加工性、機械的強度、耐熱性に優れ且つ成形時のバリの発生が無いか極端に少ない光学部品精密成形用ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系部品の分野に代表される精密部品の分野においてアルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、マグネシウムダイキャスト等の金属代替として使用される熱放散性に優れ同時に成形時のバリの発生が無いか極端に少なく機械的強度、耐熱的に優れたポリフェニレンサルファイド樹脂組成物よりなる光学部品精密成形用材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録系光学系部品に代表される精密部品の用途においてはアルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、マグネシウムダイキャスト等の金属が使われてきた。しかしながら所定の形状に対し高い寸法精度で加工するための費用が製品のコストアップにつながり、近年においてはエンプラを中心とする熱可塑性樹脂への代替検討が進んでいる。つまり複雑な形状でも射出成形により大量に連続生産できるため部品生産コストが下がるうえに、複数部品の一体化により部品点数も少なくできるためである。
【０００３】
しかしながら、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等の記録系光学機器ではデータ書き込み時のレーザー出力が読み取り時のレーザー出力が読み取り時のレーザー出力より大きく、その発熱によりレーザー自身の寿命が短くなるという問題が発生しており、樹脂材料の熱放散性の改良を求める声が大きくなってきている。ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等の光ピックアップのレーザーから発熱する熱によりレーザー自身の寿命が縮められることを防ぐため、それらの光ピックアップスライドベースは主に金属ダイキャストが使用され、樹脂材料を用いる場合でも金属板性の放熱板を設けるなどの処置が取れている。しかしながらこれらの方法では生産性やコスト、軽量化という面で問題が残っている。
【０００４】
成形材料の放熱性を改良する手段として、比較的熱伝導率の高い充填材料（例えば、結晶シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ケイ素等）を高充填する方法が考えられる。しかしながら、結晶シリカは金型やスクリュウの磨耗が非常に大きく、酸化マグネシウムは結晶水のガス化により成形品にクラックがしょうじやすい。また、窒化ケイ素は吸湿時の加水分解によりＮＨ_３を発生するなどのこれらの充填材料を用いる方法では問題も多く、熱放散性に対する効果もあまり期待できない。
【０００５】
また、精密部品用に用いられるエンプラを中心とする熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳと略す）、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレートなどがあるが、広く用いられるＰＰＳの持つ短所として成形時にバリが発生しやすという点が挙げられる。これは、ＰＰＳの溶融粘度のせん断速度依存性が小さく、キャビティの末端や金属の微小クリアランス部などのように樹脂のせん断速度が小さくなる箇所においても溶融粘度が比較的低いことが原因として挙げられる。ＰＰＳを用いた成形品については、微粒のナイロンビースを高速で噴射する等のブラスト処理でバリを除去しているのが現状あり、これにかかる工数は無視できない状況にある。また最近の傾向として、更なる部品コスト低減の目的で他の金属箔等とのいったい成形方式への切替が積極的に進められており、金属箔へのダメージを考慮するとこれまでのブラスト処理が必然的にできない状況にあるため、当用途に用いられるＰＰＳのノンバリ化が強く求められている。
【０００６】
ＰＰＳのバリの低減についてはこれまでいろいろな方法が検討されている。例えば、ＰＰＳの流動特性を改質する目的でＰＰＳにポリアミドを添加する方法が特許文献１に、また液晶ポリマーを添加する方法が特許文献２に記載されている。その他特定のポリエステル化合物を添加する方法等があるが、決定的なバリ低減にはいたっておらず、その際材料の剛性低下も著しく、特にポリアミド系を添加する場合は材料の吸水性が増しＰＰＳの寸法安定性が損なわれる等の致命的な問題を抱えている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−３３３５１３号公報
【特許文献２】
特開平７−１６６０５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、射出成形等の成型加工性及び熱放散性に優れ、同時に成形時のバリ発生が無いか極端に少なく機械的強度、耐熱性にも優れたポリフェニレンサルファイド樹脂組成物よりなる光学部品精密成形用材料を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は（ａ）３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて３００〜３０００ポイズの溶融粘度を有するポリフェニレンサルファイド樹脂１００重量部に対し（ｂ）３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて５０００〜５００００ポイズの溶融粘度を有するポリフェニレンエーテル樹脂を１０〜８０重量部（ｃ）１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率をもつカーボン繊維４０〜２００重量部及び（ｄ）平均粒径１〜２００μｍの黒鉛０〜１５０重量部を配合してなる熱放散性、成形加工性、機械的強度、耐熱性に優れ且つ成形時のバリの発生が無いか極端に少ない光学部品精密成形用ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるＰＰＳ樹脂は
【化１】

で示される構成単位を７０モル％以上の含むものが好ましく、その量が７０モル％未満では優れた特性をもつ組成物は得がたい。ＰＰＳ樹脂の重合方法としては、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒やスルホラン等のスルホン系溶媒中で硫化ナトリウムとｐ−ジククロベンゼンを反応させる方法が適当である。この際、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩を添加したり、水酸化アルカリ、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物を添加する。共重合成分として３０モル％未満であれば、メタ結合、オルト結合、エーテル結合、スルホン結合、ビフェニル結合、置換フェニレンスルフィド結合（ここでは置換基としては、アルキル基、ニトロ基、フェニル基、アルコキシ基、カルボン酸基、カルボン酸の金属塩基）、３官能結合などを含有していてもポリマーの結晶性に大きく影響しない範囲でかまわないが、好ましくは共重合成分は１０モル％以下がよい。ＰＰＳ樹脂は通常、酸素の存在下２００〜２５０℃で熱架橋し溶融粘度を調整した後使用される。
【００１１】
本発明に使用するＰＰＳは溶融粘度が３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて３００〜３０００ポイズのものであり、さらに好ましくは６００〜２５００ポイズの範囲である。溶融粘度が３００ポイズ未満の場合はバリが発生しやすくなり、３０００ポイズを超えると成型加工性が低下する。充填材高濃度で配合する場合は押出加工性、成形性を考慮し上記範囲内で比較的低粘度のものを使用することが望ましい。
【００１２】
本発明に用いられるポリフェニレンエーテル樹脂（以下ＰＰＥ樹脂とする）は
【化２】

（式（２）中のＲ１及びＲ２の少なくとも一方は直鎖状または第一級もしくは第２級分岐鎖状の炭素数１〜４のアルキル基、アリール基、ハロゲン原子残りは水素原子であってこれらは同一であってもよいし互いに異なってもよい。）で示される繰り返し単位からなる単独重合体、前記一般式（１）で示される繰り返し単位と
【００１３】
【化３】

（式中のＲ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６はそれぞれ直鎖状または第一級もしくは第２級分岐鎖状炭素数１〜４のアルキル基、アリール基、ハロゲン原子残りは水素原子であってこれらは同一であってもよいし互いに異なってもよいがＲ３，及びＲ４は同時に水素原子になることはない。）で示される繰り返し単位とからなる共重合体、これらの共重合体、これらの単独重合体、また共重合体にスチレンをグラフト重合させたグラフト重合体などである。
【００１４】
ＰＰＥの単独重合体の代表例としてはポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレン）エーテル、ポリ（２−メチル−６−エチルエチル−１，４−フェニレン）エーテル、ポリ（２，６−ジエチル−１−４−フェニレンエーテル）エーテル、ポリ（２，６−ジ−ｎ−プロピル−１，４−フェニレン）エーテル、ポリ（２，６−ジ−ｎ−プロピル−１，４−フェニレン）エーテル、ポリ（２−メチル−６−ｎ−ブチル−１，４−フェニレン）エーテルなどのホモポリマーが挙げられる。ＰＰＥ共重合体、ｏ−クレゾールまたは２，３，６トリメチルフェノールなどのアルキル置換フェノールと共重合して得られるポリフェニレンエーテル共重合体を包括する。本発明において使用するＰＰＥの望ましい溶融粘度は３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて５０００〜５００００ポイズ、更に好ましくは１００００〜３００００ポイズの範囲である。５０００ポイズ未満の場合はバリ低減の効果が小さく、５００００ポイズを超えると成型加工性が低下する。
【００１５】
またＰＰＥの配合量はＰＰＳ樹脂１００重量部に対して、１０〜８０重量部、好ましくは２０〜６０重量部が適当である。１０重量部未満では接着性の向上の効果が発言せず、８０重量部を超えると成型加工性が低下する。
【００１６】
本発明に使用される（ｃ成分）であるカーボン繊維はその伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のものであり、好ましくは５００Ｗ／ｍＫ以上のものが良い。熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満のカーボン繊維を使用した場合ＰＰＳ樹脂組成物の放熱性の改良効果は小さい。カーボン繊維の配合量はＰＰＳ重量部に対して４０〜２００重量部、更に好ましくは６０〜１２０重量部である。４０重量部より少ない場合は熱放散性の効果が少なく２００重量部より多い場合は成型加工性が著しく低下する。
【００１７】
本発明で使用される（ｄ）成分である黒鉛はその平均粒径が１μｍ〜１５０μｍのものである。平均粒径が１μｍ未満の場合は材料の機械的強度が低下し、３００μｍより大きい場合は成型加工性が著しく低下する。黒鉛の配合量は熱可塑性樹脂１００重量部に対して０〜３００重量部、更に好ましくは１００〜２００重量部である。３００重量部より多い場合は成型加工性が著しく低下する。
【００１８】
本発明における樹脂組成物の製造方法としては限定するものではないが、例えば各成分の計量後、ブレンダー、ミキサー等で混合し、押出機にて溶融混練してペレット化を行ってもよいし、カーボン繊維をサイドフィーダーにより定量供給して混練、ペレット化してもよい。このようにして得られたペレット状の成形材料は、通常広く用いられている熱可塑性樹脂の成形機、射出成形機、射出圧縮成形機等によって所望の形状に形成され使用される。
【００１９】
以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
【実施例】
実施例１〜４および比較例１〜３に使用した各成分については下記に示す通りである。
ＰＰＳ　　　　　　　　　：　　トープレン株式会社製ＰＰＳ
ＰＰＥ　　　　　　　　　：　　ＧＥプラスチック株式会社製ＰＰＥ
カーボン繊維　　：　　三菱化学産資株式会社製カーボン繊維（５００Ｗ／ｍＫ）
黒鉛　　平均粒径１５μｍ　　　　：　西村黒鉛株式会社製黒鉛
【００２１】
上記成分を表１〜２に示した組成で配合し、二軸混錬機にて溶融混錬しペレット化を行った。また得られた成形材料を１４０℃で５時間除湿乾燥した後、射出成形機（東芝機械製ＩＳ８０ＥＰＮ）を用いてシリンダー温度３００℃、射出圧力１２００ｋｇ／ｃｍ^２、射出速度中速、金型温度１４０℃の条件で成形を行い、各種試験片を作製した。曲げ強度をＡＳＴＭ試験法に準じて、また成形加工性の評価には高化式フローをＪＩＳ　Ｋ７２１０に準じて測定を行った。熱伝導率についてはレーザーフラッシュ法熱伝導率測定装置を用いて測定を行った。すなわち試験片の片方の面にレーザー光をあてその裏側の面の温度上昇率を赤外感知することにより熱伝導率を求める方法で評価した。バリ特性についてはそれぞれ充填射出速度で成形したときにキャビティ周辺に設けたクリアランス部（幅５ｍｍ、深さ２０μｍ）に発生するバリの長さを実測することで評価した。
比較例１は実施例１よりバリが多く、比較例２は実施例２よりもフローが悪い。また、比較例３はフロー、曲げ強度ともに悪く、比較例４は曲げ強度が劣っている。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
本発明によると熱伝導性に優れ且つバリの発生がないか極めて少ないＰＰＳ樹脂組成物を提供することができる。このような樹脂組成物は光ピックアップの光学部品等に代表される放熱性が要求される精密部品用途に利用できる。

Claims (1)

1. （ａ）３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて３００〜３０００ポイズの溶融粘度を有するポリフェニレンサルファイド樹脂１００重量部に対し（ｂ）３００℃、せん断速度５００ｓｅｃ^−１にて５０００〜５００００ポイズの溶融粘度を有するポリフェニレンエーテル樹脂を１０〜８０重量部（ｃ）１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率をもつカーボン繊維４０〜２００重量部及び（ｄ）平均粒径１〜２００μｍの黒鉛０〜１５０重量部を配合してなる熱放散性に優れた光学部品精密成形用ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物。