JP2012184441A - 制振材用フェノール樹脂成形材料、およびこれを成形してなる制振材 - Google Patents

Abstract

【課題】本来の要求特性を維持しつつ、優れた制振性或いは防音性を有する成形品を得ることができるフェノール樹脂成形材料及びこれを成形してなる制振材を提供する。
【解決手段】フェノール樹脂（ａ）、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）、及びガラス繊維（ｃ）を含有し、前記エラストマ（ｂ）の含有量は、成形材料全体に対して３〜１３重量％が好ましく、前記エラストマ（ｂ）は、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリビニルブチラールの中から選ばれる１種以上であり、これを成形してなる制振材の曲げ弾性率は１０〜１６Ｐａ、損失係数は０．０２以上であることが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、制振材用フェノール樹脂成形材料、およびこれを成形してなる制振材に関するものである。

従来、自動車や産業機械或いは家電製品などに使用されるモーター部品や、それらの周辺部品において振動や騒音を低減或いは防止するために、制振性や防音性を付与する方法として制振鋼板を用いたり、或いはゴムやエラストマを貼り付けたり、金属部品を樹脂製部品に置き換えたりする方法が一般的であった。制振鋼板を用いる場合、それ自身コストが高く、また加工性の面からも微細な構造を有する部分への適用は難しく、適用できる範囲が限定されてしまうという欠点があった。また、ゴムやエラストマを貼り付ける方法も、加工工数や部品点数が増えるため、コストアップの要因となる。

一方、制振性が必要な部品を金属部品から樹脂製部品に置き換えると、金属部品に比べ大幅に制振効果が向上することが知られており、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂或いはＰＰＳなどの熱可塑性樹脂製のギヤケースやブラシホルダー、エンドブラケットが使用されている。一般的に、耐熱性、高寸法精度、寸法安定性が要求されるモーター部品やその周辺部品へ適用するためには弾性率が高くなる無機充填材を多く配合した成形材料を使用されている。
他方、制振性能は弾性率が低いほど優れることがよく知られており、成形材料の弾性率を下げるためにフェノール樹脂と相溶性の良いＮＢＲ粉末を配合する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、より一層の制振性或いは防音性を付与するためには、樹脂製部品にゴムやエラストマを貼り付けた設計をせざるを得ないのが現状であり、優れた制振性或いは防音性を有する成形品を得ることができる樹脂成形材料が望まれている。
一方、分野は違うものの、接着樹脂組成物に制振性を付与することができるとされる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３０３４８８６号公報 特表２００５−５１３２３８号公報

本発明の目的は、本来の要求特性である機械的強度を維持しつつ、制振性或いは防音性に優れた成形品が得られるフェノール樹脂成形材料、及びこれを成形してなる制振材を提供することである。

このような目的は、以下の（１）〜（６）に記載の本発明により達成される。
（１）フェノール樹脂（ａ）、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）、及びガラス繊維（ｃ）を含有することを特徴とする、制振材用フェノール樹脂成形材料。
（２）前記エラストマ（ｂ）の含有量は、成形材料全体に対して３〜１３重量％である（１）に記載の制振材用フェノール樹脂成形材料。
（３）前記エラストマ（ｂ）は、ポリ酢酸ビニル、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムの中から選ばれる１種以上である（１）又は（２）に記載の制振材用フェノール樹脂成形材料。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の制振材用フェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とする制振材。
（５）前記制振材の曲げ弾性率は、１０〜１６ＧＰａである（４）に記載の制振材。
（６）前記制振材の損失係数は、０．０２以上である（４）又は（５）に記載の制振材。

本発明はフェノール樹脂（ａ）、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）、及びガラス繊維（ｃ）を含有する制振材用フェノール樹脂成形材料であり、本来の要求特性を維持しつつ、制振性或いは防音性に優れた成形品を得ることができる。
また、エラストマ（ｂ）の含有量を、成形材料全体に対して３〜１３重量％とすることで機械的強度や剛性を著しく低下させないことができる。
また、本発明によれば、制振性或いは防音性に優れた制振材を得ることができる。

本発明は、フェノール樹脂（ａ）、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）、及びガラス繊維（ｃ）を含有することを特徴とする制振材用フェノール樹脂成形材料であり、これを成形してなる制振材である。

まず、本発明の制振材用フェノール樹脂成形材料（以降、単に「成形材料」ということがある）について説明する。
本発明の成形材料は、フェノール樹脂（ａ）を用いる。
本発明の成形材料に用いるフェノール樹脂（ａ）は、特に限定されないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、レゾール型樹脂が挙げられるが、ノボラック型フェノール樹脂が成形性、コストの面で好ましい。

また通常、ノボラック型フェノール樹脂を用いた場合は、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用する。ヘキサメチレンテトラミンの含有量は、ノボラック樹脂１００重量部に対して１０〜２５重量部使用することが好ましい。更に好ましくは、ノボラック樹脂１００重量部に対して１３〜２０重量部である。ヘキサメチレンテトラミンの含有量が少なすぎると成形時の硬化に時間を必要とし、また多すぎると成形品にフクレを生じることがあるところ、上記範囲とすることで両者のバランスに優れる。

本発明の成形材料に用いるフェノール樹脂（ａ）の含有量は、特に限定されないが、（ヘキサメチレンテトラミンを用いる場合はそれも含めて）成形材料全体に対して、２５〜４５重量％であることが好ましい。更に好ましくは３０〜４０重量％である。フェノール樹脂（ａ）の含有量が少なすぎると成形材料の生産が困難となるばかりか、材料の流動性が低下するために成形が困難になるといった問題が生じ、また多すぎると、成形収縮や後収縮による寸法変化が大きくなるため、所定の成形寸法を維持するのが難しいことがあるところ、上記範囲とすることで両者のバランスに優れる。

本発明の成形材料は、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）を含有することを特徴とする。更に好ましくは−２０〜４０℃である。これにより、得られる成形品に常温付近における優れた制振性或いは防音性を付与することできる。この理由は明確ではないが、エラストマのガラス転移温度においては分子鎖のミクロブラウン運動が活発化しているため、振動エネルギーが効率的に吸収されるからであると推測される。この機構を利用することにより、従来よりもエラストマの添加量を少なくすることができるため、得られる成形品の剛性や機械的強度の低下を抑制する効果を向上することができるものと考えられる。

本発明の成形材料に用いる上記エラストマ（ｂ）としては、特に限定されないが、エラストマは、ポリ酢酸ビニル、アクリルゴムを用いることができる。
更に、アクリロニトリルの割合が４０重量％以上であるアクリロニトリルブタジエンゴム（以下、「ＮＢＲ」と略すことがある）を用いることもできる。アクリロニトリルの割合が上記数値以上であるとガラス転移点を通常のＮＢＲよりも高くすることができる。これらのエラストマ（ｂ）は、単独で用いても、２種以上を併用してもかまわない。この中でも、ポリ酢酸ビニルを用いることがフェノール樹脂との相溶性が良いこととガラス転移温度が最も室温に近いとの理由から好ましい。

上記エラストマ（ｂ）の含有量は、成形材料全体に対して３〜１３重量％であることが好ましく、３〜７重量％であることがさらに好ましい。上記範囲とすることで、特に制振性或いは防音性を高める効果を更に向上させることができる。

本発明の成形材料は、ガラス繊維（ｃ）を含有することを特徴とする。このガラス繊維（ｃ）を用いることにより、得られる成形品に優れた機械的強度を付与することができる。ガラス繊維（ｃ）の含有量は、成形材料全体に対して４０〜６０重量％が好ましい。更に４５〜５５重量％が好ましい。上記範囲とすることで、特に機械的強度と制振性或いは防音性とのバランスを良好なものとすることができる。

本発明の成形材料に用いるガラス繊維（ｃ）としては特に限定されないが、平均繊維径７〜１１μｍ、平均繊維長１〜３ｍｍ程度のものが好ましい。上記範囲のガラス繊維を用いることにより、特に機械的強度と成形性とバランスを優れたものととができる。

本発明の成形材料には、上記（ａ）〜（ｃ）成分のほか、充填材を配合することができる。これにより、目的とする成形品に要求される機械的特性、電気的特性などを付与することができる。
本発明の成形材料に用いられる充填材としては特に限定されないが、例えば、木粉、パルプ粉、各種繊維粉砕物、フェノール樹脂積層板、成形品の粉砕物などの有機充填材や、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、ガラス、タルク、クレー、マイカ、炭酸カルシウム、カーボンなどの無機粉末を１種類以上用いることができる。また、本発明のフェノール樹脂成形材料には、本発明の目的を損なわない範囲で、更に滑剤、着色剤、効果促進剤、難燃剤などの各種添加剤を適宜配合することができる。

本発明の成形材料は通常の方法により製造される。即ち、上記の各成分を所定の配合割合で混合し、加熱ロール、コニーダ、二軸押し出し機などを使用して溶融混練した後に冷却、粉砕することにより得られる。

次に、本発明の成形材料を成形してなる制振材について説明する。本発明の制振材はこれまで説明した本発明のフェノール樹脂成形材料を、圧縮成形、トランスファ成形、射出成形などの通常の成形方法により成形して得ることができる。

この制振材の曲げ弾性率は１０〜１６ＧＰａが好ましく、更に好ましくは１４〜１６ＧＰａである。
また、上記制振材の損失係数は、０．０２以上が好ましい。

上記のように、曲げ弾性率を１０〜１６ＧＰａとし、且つ損失係数を０．０２以上とすることで本来の要求特性である機械的強度を維持しつつ、制振性或いは防音性を向上させる効果をバランスよく高めることができる。
以上のことから本発明の制振材は、自動車用、汎用機械用、家庭電化製品用及び周辺機器用の部品として好適である。

ここで、特許文献１に開示されている接着樹脂硬化物との差を明確にしておく。この接着樹脂硬化物においては、実施例からも明らかのようにエラストマ（表１、３にはラテックス系アクリル樹脂が樹脂全体に対して８３．５重量％、表５にはアクリルゴムを６５重量％含有していることが記載されている）を大量に含有量させることによって接着剤に制振性を与えているものと推測される。一方、本発明の成形材料に用いるエラストマの含有量は、上記のとおり、成形材料全体に対して３〜１３重量％と少ない量であるが、得られる成形品に優れた制振性を発現するものである。
また、上記接着樹脂硬化物の弾性率と、本発明の成形材料から得られる成形品の弾性率は前者が数百ｐｓｉに比べ、数十万ｐｓｉであり、その差は歴然としている。また、当然ながら、前者は使用時には液状であるのに対し、本発明の成形材料は固形であることも違いを明確にするものである。従って、特許文献１で開示されている接着樹脂硬化物と本発明の成形材料とは同一のものではないことは明白である。

本発明の制振材を成形する場合には、通常の成形条件を適用することができる。
例えば射出成形により成形する場合は、金型温度１７５℃、シリンダ先端温度９０℃、硬化時間２分間の条件で実施することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

１．成形材料の製造
（実施例１）
成形材料全体に対して、ノボラック型フェノール樹脂３６重量％、ヘキサメチレンテトラミン６重量％、ガラス繊維５０重量％、エラストマ（Ａ）を５重量％、硬化助剤として酸化マグネシウムを１重量％、着色剤としてカーボンブラック１重量％、離型剤としてステアリン酸カルシウム１重量％配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、冷却後顆粒状に粉砕して成形材料を得た。

（実施例２）
エラストマ（Ａ）の配合量を１０重量％とし、ノボラック型フェノール樹脂を３２重量％とし、ヘキサメチレンテトラミンを５重量％とした以外は、実施例１と同様にして成形材料を得た。

（実施例３）
エラストマ（Ａ）の代わりにエラストマ（Ｂ）とした以外は、実施例１と同様にして成形材料を得た。

（実施例４）
エラストマ（Ａ）の代わりにエラストマ（Ｃ）とした以外は、実施例１と同様にして成形材料を得た。

（比較例１）
成形材料全体に対して、ノボラック型フェノール樹脂３６重量％、ヘキサメチレンテトラミン６重量％、ガラス繊維５０重量％、エラストマ（Ｄ）を５重量％、硬化助剤として酸化マグネシウムを１重量％、着色剤としてカーボンブラック１重量％、離型剤としてステアリン酸カルシウム１重量％配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、冷却後顆粒状に粉砕して成形材料を得た。

（比較例２）
エラストマ（Ｄ）の配合量を１０％とし、ノボラック型フェノール樹脂を３２重量％とし、ヘキサメチレンテトラミンを５重量％とした以外は、比較例１と同様にして成形材料を得た。
用いた配合剤の配合量を表１上段に示す。数値は全て成形材料全体に対する重量％を表している。
また、下段には後述の評価方法による結果を示す。

（使用した原料）
（１）ノボラック型フェノール樹脂：住友ベークライト社製ＰＲ−５０７１６
（２）ヘキサメチレンテトラミン：住友精化社製ウロトロピン
（３）エラストマ（Ａ）：日本合成化学工業社製ポリ酢酸ビニル ゴーセニール（Ｔｇ ３０℃）
（４）エラストマ（Ｂ）：アクリルゴム（Ｔｇ −１５℃）
（５）エラストマ（Ｃ）：日本ゼオン社製アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｔｇ −２０℃、 アクリロニトリル比４１％） ＨＦ０１
（６）エラストマ（Ｄ）：ＪＳＲ社製アクリロニトリルブタジエンゴム ＰＮＣ３８（Ｔｇ −３０℃、アクリロニトリルの割合 ３３重量％）ＨＦ２１
（７） ガラス繊維：日本板硝子社製チョップドストランド（平均繊維系１１μｍ、平均繊維長３ｍｍ）
（８）離型剤：ステアリン酸カルシウム
（９）着色剤：カーボンブラック
（１０）硬化助剤：酸化マグネシウム

２．試験片の成形
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、下記の成形方法、成形条件により、１０×１７０×４ｍｍの試験片を成形した。
（１）成形方法：射出成形
（２）射出成形の条件
金型温度：１７５℃
硬化時間：１分間
シリンダ温度設定：先端９０℃／末端５０℃

３．評価方法
（１）曲げ強さ、曲げ弾性率
上記制振材の成形と同様の成形条件で評価用試料を作成し、ＪＩＳ Ｋ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験法」に準拠して測定した。

（２）振動減衰特性
制振性能は上記で得られた試験片を用い、以下に示す中央加振法により評価した。
加振器に接続されたインピーダンスヘッドに重心位置で接着された試験片を０〜２０ｋHの周波数で振動させ、インピーダンスヘッドにより加速度と力を同時に検出し、機械インピーダンスを算出する。得られた機械インピーダンスの反共振点における半値幅から式（Ｉ）を用いて損失係数ηを導出した。
η＝Δｆ_ｎ／ｆ_ｎ （Ｉ）
ここで、ｎは共振の次数、ｆ_ｎは反共振周波数、Δｆ_ｎは半値幅である。

表１の結果から明らかのように、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマを含む本発明の成形材料から得られた実施例１〜４の制振材は、ガラス転移点が上記範囲のエラストマを含まない比較例１、２に比較して、本来の要求特性である機械的強度を維持しつつ、制振性或いは防音性に優れたものとすることができた。

このような目的は、以下の（１）〜（４）に記載の本発明により達成される。
（１）フェノール樹脂（ａ）、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）、及びガラス繊維（ｃ）を含有し、
前記ガラス繊維（ｃ）の含有量は、制振材用フェノール樹脂成形材料全体に対して４５〜５５重量％であり、
前記エラストマ（ｂ）の含有量は、制振材用フェノール樹脂成形材料全体に対して３〜７重量％であり、
前記エラストマ（ｂ）は、ポリ酢酸ビニル、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムからなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、制振材用フェノール樹脂成形材料。
（２）（１）に記載の制振材用フェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とする制振材。
（３）前記制振材の曲げ弾性率は、１０〜１６ＧＰａである（２）に記載の制振材。
（４）前記制振材の損失係数は、０．０２以上である（２）又は（３）に記載の制振材。

Claims (6)

1. フェノール樹脂（ａ）、ガラス転移点が−２０〜６０℃であるエラストマ（ｂ）、及びガラス繊維（ｃ）を含有することを特徴とする、制振材用フェノール樹脂成形材料。
2. 前記エラストマ（ｂ）の含有量は、成形材料全体に対して３〜１３重量％である請求項１に記載の制振材用フェノール樹脂成形材料。
3. 前記エラストマ（ｂ）は、ポリ酢酸ビニル、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムの中から選ばれる１種以上である請求項１又は２に記載の制振材用フェノール樹脂成形材料。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の制振材用フェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とする制振材。
5. 前記制振材の曲げ弾性率は、１０〜１６ＧＰａである請求項４に記載の制振材。
6. 前記制振材の損失係数は、０．０２以上である請求項４又は５に記載の制振材。