(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-17
(45)【発行日】2022-02-10
(54)【発明の名称】ポリアリーレンスルフィド組成物
(51)【国際特許分類】
C08L 81/02 20060101AFI20220203BHJP
C08K 5/103 20060101ALI20220203BHJP
C08K 3/08 20060101ALI20220203BHJP
C08K 3/00 20180101ALI20220203BHJP
【FI】
C08L81/02
C08K5/103
C08K3/08
C08K3/00
(21)【出願番号】P 2018004583
(22)【出願日】2018-01-16
【審査請求日】2020-12-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000003300
【氏名又は名称】東ソー株式会社
(72)【発明者】
【氏名】宗藤 俊彦
【審査官】櫛引 智子
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-067782(JP,A)
【文献】特開2003-301108(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L,C08K
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリアリーレンスルフィド(a)100重量部に対し、ジペンタエリスリトールベヘネート(b)0.05~6重量部
、金属ケイ素粉末(c)90~400重量部を含んでなることを特徴とするポリアリーレンスルフィド組成物。
【請求項2】
ポリアリーレンスルフィド(a)100重量部に対し、
さらに、100W/m・K以上の熱伝導率を有する炭素繊維(d1)、六方晶構造を有する鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)、ケイ素とマグネシウムの複酸化物及び/又はアルミニウムとマグネシウムの複酸化物で被覆された被覆酸化マグネシウム粉末(d3)、炭酸マグネシウムを主成分とするマグネサイトであって炭酸マグネシウム含有率が98~99.999重量%である高純度マグネサイト粉末(d4)、黒鉛(d5)からなる群より選択される少なくとも1種以上の熱伝導性フィラー(d)10~310重量部をも含むことを特徴とする請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、寸法安定性、耐熱性、金型離型性、および溶融時のガス発生量が少なく(以下、低ガス性という。)、かつ溶融流動性に優れるポリアリーレンスルフィド組成物に関するものである。さらに詳しくは、充填材等を高充填しても成形加工性を維持したまま高熱伝導性をも発現する電気・電子部品或いは自動車電装部品などの電気部品用途においても、特に有用なポリアリーレンスルフィド組成物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ポリアリーレンスルフィドは、耐熱性、耐薬品性、成形性等に優れた特性を示す樹脂であり、その優れた特性を生かし、電気・電子機器部材、自動車機器部材およびOA機器部材等に幅広く使用されている。
【0003】
しかしながら、ポリアリーレンスルフィドは熱伝導性が低いことから、例えば発熱を伴うような電子部品を封止すると、発生する熱を効率よく拡散することができず、熱膨張による寸法変化、熱による変形、或いはガス発生など、不具合を生じることがあった。
【0004】
ポリアリーレンスルフィドの熱伝導性を改良する試みについては、これまでにもいくつかの検討がなされ、例えば(a)ポリフェニレンスルフィド、(b)平均粒径が5μm以下のアルミナ粉末、及び(c)繊維状強化材を配合する樹脂組成物が提案されている(例えば特許文献1参照。)。また、(a)ポリアリーレンスルフィド、(b)特定の引張弾性率を有する炭素繊維、及び(c)黒鉛、金属粉、アルミナ、マグネシア、チタニア、ドロマイト、窒化ホウ素、窒化アルミニウムから選択される1種以上のフィラーを配合する樹脂組成物が提案されている(例えば特許文献2参照。)。また、(a)ポリフェニレンスルフィドとポリフェニレンエーテルとからなる樹脂、(b)特定の熱伝導率を有する炭素繊維、及び(c)黒鉛を配合する樹脂組成物が提案されている(例えば特許文献3参照。)。
【0005】
さらに、(a)ポリアリーレンスルフィド、(b)多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル、及び(c)金属ケイ素粉末を配合する組成物が提案されている(例えば特許文献4参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平04-033958号公報
【文献】特開2002-129015号公報
【文献】特開2004-137401号公報
【文献】特開2013-023609号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1~4に提案された方法においては、充分に高い熱伝導性を得るためには、フィラーの高充填が必須となり、このため得られる組成物は成形加工性に課題を有すると共に機械的強度の低下が著しく、金型離型性や成型品外観の悪化をもきたすものであった。また、組成物の熱伝導性が低く、また、熱伝導性に異方性を有しており、更には、組成物の熱膨張が大きく、充分な寸法安定性が得られないものであった。即ち、これらの提案方法はおしなべて、高い熱伝導性と高い機械的強度、良好な金型離型性、成型品外観とを同時に得ることは難しかった。
【0008】
そこで、本発明は、寸法安定性、耐熱性、金型離型性、および低ガス性、かつ溶融流動性に優れるポリアリーレンスルフィド組成物、特に充填材等を高充填しても成形加工性を維持したまま高熱伝導性をも発現する電気・電子部品或いは自動車電装部品などの電気部品用途においても、特に有用なポリアリーレンスルフィド組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ポリアリーレンスルフィドに、特定の化合物を含む組成物とすることにより溶融流動性、成形加工性、寸法安定性に優れるものとなり、さらに金属ケイ素粉末等を含むことにより、高い熱伝導性をも有する組成物となりうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0010】
即ち、ポリアリーレンスルフィド(a)100重量部に対し、ジペンタエリスリトールベヘネート(b)0.05~6重量部を含んでなることを特徴とするポリアリーレンスルフィド組成物に関するものである。
【0011】
以下、本発明に関し詳細に説明する。
【0012】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、ポリアリーレンスルフィド(a)100重量部に対し、ジペンタエリスリトールベヘネート(b)0.05~6重量部を含んでなるものである。
【0013】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物を構成するポリアリーレンスルフィド(a)としては、ポリアリーレンスルフィドと称される範疇に属するものであれば如何なるものを用いてもよく、その中でも、得られるポリアリーレンスルフィド組成物の機械的強度、成型加工性に優れたものとなることから、測定温度315℃、荷重10kgの条件下、直径1mm、長さ2mmのダイスを用いて、高化式フローテスターで測定した溶融粘度が50~3000ポイズのポリアリーレンスルフィドが好ましく、特に60~1500ポイズであるものが好ましい。
【0014】
また、該ポリアリーレンスルフィド(a)としては、その構成単位としてp-フェニレンスルフィド単位を70モル%以上、特に90モル%以上含有しているものが好ましい。その際のその他の構成成分としては、例えば、m-フェニレンスルフィド単位、o-フェニレンスルフィド単位、フェニレンスルフィドスルホン単位、フェニレンスルフィドケトン単位、フェニレンスルフィドエーテル単位、ジフェニレンスルフィド単位、置換基含有フェニレンスルフィド単位等を挙げることができる。そして、中でも耐熱性、成形加工性、機械的強度のバランスに優れるポリアリーレンスルフィド組成物となることからポリ(p-フェニレンスルフィド)が好ましい。
【0015】
該ポリアリーレンスルフィド(a)の製造方法としては、特に制限はなく、例えば一般的に知られている重合溶媒中で、アルカリ金属硫化物とジハロ芳香族化合物とを反応する方法により製造することが可能であり、アルカリ金属硫化物としては、例えば硫化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化ルビジウム、硫化セシウム及びそれらの混合物が挙げられ、これらは水和物の形で使用しても差し支えない。これらアルカリ金属硫化物は、水硫化アルカリ金属とアルカリ金属塩基とを反応させることによって得られ、ジハロ芳香族化合物の重合系内への添加に先立ってその場で調製されても、また系外で調製されたものを用いても差し支えない。また、ジハロ芳香族化合物としては、p-ジクロロベンゼン、p-ジブロモベンゼン、p-ジヨードベンゼン、m-ジクロロベンゼン、m-ジブロモベンゼン、m-ジヨードベンゼン、1-クロロ-4-ブロモベンゼン、4、4’-ジクロロジフェニルスルフォン、4,4’-ジクロロジフェニルエーテル、4、4’-ジクロロベンゾフェノン、4、4’-ジクロロジフェニル等が挙げられる。また、アルカリ金属硫化物及びジハロ芳香族化合物の仕込み比は、アルカリ金属硫化物/ジハロ芳香族化合物(モル比)=1.00/0.90~1.10の範囲とすることが好ましい。
【0016】
重合溶媒としては、極性溶媒が好ましく、特に非プロトン性で高温でのアルカリに対して安定な有機アミドが好ましい溶媒である。該有機アミドとしては、例えばN,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホルアミド、N-メチル-ε-カプロラクタム、N-エチル-2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、テトラメチル尿素及びその混合物、等が挙げられる。また、該重合溶媒は、重合によって生成するポリマーに対し150~3500重量%で用いることが好ましく、特に250~1500重量%となる範囲で使用することが好ましい。重合は200~300℃、特に220~280℃にて0.5~30時間、特に1~15時間攪拌下にて行うことが好ましい。
【0017】
さらに、該ポリアリーレンスルフィド(a)は、直鎖状のものであっても、酸素存在下高温で処理し、架橋したものであっても、トリハロ以上のポリハロ化合物を少量添加して若干の架橋または分岐構造を導入したものであっても、窒素等の非酸化性の不活性ガス中で加熱処理を施したものであってもかまわないし、さらにこれらの構造の混合物であってもかまわない。また、含有するオリゴマー、副生生成物等を有機溶剤、熱水等に除去したものであってもよい。
【0018】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物を構成するジペンタエリスリトールベヘネート(b)は、ジペンタエリスリトールとベヘン酸とを反応して得られる化合物である。その際のジペンタエリスリトールベヘネート(b)の配合量は、成形加工時に金型汚染等の問題を引き起す可能性が低く、成形加工性、金型離型性、成形品外観に優れるポリアリーレンスルフィド組成物となることから0.05~6重量部である。ここで、ジペンタエリスリトールベヘネート(b)の配合量が0.05重量部未満である場合、得られるポリアリーレンスルフィド組成物は、溶融流動性に劣るものとなる。一方、ジペンタエリスリトールベヘネート(b)の配合量が6重量部を越える場合、得られるポリアリーレンスルフィド組成物は、金型を汚染し連続成形性に劣るものとなる。
【0019】
また、本発明のポリアリーレンスルフィド組成物としては、高熱伝導性をも発現し、電気・電子部品或いは自動車電装部品などの電気部品用途においても、特に有用なポリアリーレンスルフィド組成物となることから、金属ケイ素粉末(c)を含んでなるものであることが好ましい。その際の金属ケイ素粉末(c)としては、従来から知られ販売されている金属ケイ素の粉末であればよく、この範疇に属するものであれば如何なるものを用いることが可能である。該金属ケイ素粉末(c)におけるケイ素含有率は、特に制限を受けるものではなく、特に熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、ケイ素含有率が95重量%以上であるものが好ましく、特に98重量%以上であるものが更に好ましい。また該金属ケイ素粉末(c)は、特に機械的特性、熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、レーザー回折散乱法により測定した平均粒子径(D50)が1μm以上であるものが好ましい。
【0020】
該金属ケイ素粉末(c)の形状は特に限定されなく、例えば樹枝状粉、片状粉、角状粉、球状粉、粒状粉、針状粉、不定形状粉、海綿状粉等が挙げられる。また、これら形状の混合物であっても良い。該金属ケイ素粉末(c)の製造方法としては、例えば電解法、機械的粉砕法、アトマイズ法、熱処理法、化学的製法等が挙げられ、これらの製法に限定されるものではない。
【0021】
該金属ケイ素粉末(c)の配合量としては、特に機械的強度、成形性、熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから90~400重量部であることが好ましい。
【0022】
さらに、本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、特に熱伝導性、流動性、金型汚染性と離型性のバランスに優れたものとなることから、100W/mK以上の熱伝導率を有する炭素繊維(d1)(以下、単に高熱伝導炭素繊維(d1)と記す。)、六方晶構造を有する鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)(以下、単に鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)と記す。)、酸化マグネシウム粉末(d3)(以下、単に酸化マグネシウム粉末(d3)と記す。)、炭酸マグネシウムを主成分とするマグネサイトであって炭酸マグネシウム含有率が98~99.999重量%である高純度マグネサイト粉末(d4)(以下、単に高純度マグネサイト粉末(d4)と記す。)、黒鉛(d5)からなる群より選択される少なくとも1種以上の熱伝導性フィラー(d)をさらに配合してなるものであることが好ましい。
【0023】
この際の高熱伝導炭素繊維(d1)としては、100W/mK以上、より好ましくは500W/mK以上の熱伝導率を有する炭素繊維であり、例えばピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、ポリビニルアルコール系炭素繊維、セルロース系炭素繊維等の何れを用いても良く、好ましくはピッチ系炭素繊維である。そして、特に熱伝導性に優れるとともに熱伝導性の異方性の小さいポリアリーレンスルフィド組成物となることから、該高熱伝導炭素繊維(d1)としては、繊維長が2~8mmの100W/mK以上の熱伝導率を有する高熱伝導炭素繊維(d1-1)と繊維長が20~600μmの100W/mK以上の熱伝導率を有する高熱伝導炭素繊維(d1-2)とを組み合わせた混合炭素繊維がであることが好ましい。
【0024】
該熱伝導性フィラー(d)として選択される鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)は、六方晶構造を有するものであり、該条件を満たすものであれば如何なるものを用いることが可能であり、該鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)としては、例えば粗製窒化ホウ素粉末をアルカリ金属又はアルカリ土類金属のホウ酸塩の存在下、窒素雰囲気中、2000℃×3~7時間加熱処理して、窒化ホウ素結晶を十分に発達させ、粉砕後、必要に応じて硝酸等の強酸によって精製することにより製造することができ、この様にして得られた窒化ホウ素粉末は、通常、鱗片状を有するものである。そして、該鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)としては、本発明のポリアリーレンスルフィド組成物中における分散性に優れ、機械的特性の優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、レーザー回折散乱法により測定した平均粒子径(D50)が、3~30μmであるものが好ましい。また、該鱗片状窒化ホウ素粉末(d2)は、高結晶性を示し、特に熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物とすることが可能となることから、粉末X線回折法で求められる、(102)回折線の積分強度値[I(102)]に対する、(100)回折線及び(101)回折線の積分強度値の和[I(100)+(101)]の比で示されるG.I値(G.I=[I(100)+(101)]/[I(102)])が0.8~10の範囲となるものであることが好ましい。
【0025】
該熱伝導性フィラー(d)として選択される酸化マグネシウム粉末(d3)は、ケイ素とマグネシウムの複酸化物及び/又はアルミニウムとマグネシウムの複酸化物で被覆された被覆酸化マグネシウム粉末であり、該被覆酸化マグネシウム粉末(d3)の範疇に属するものであれば如何なるものを用いることも可能であり、例えば特開2004-027177号公報に記載の方法より入手することが可能である。また、ケイ素とマグネシウムの複酸化物とは、フォルステライト(Mg2SiO4)等に代表されるケイ素、マグネシウム及び酸素を含む金属酸化物、又は、酸化マグネシウムと酸化ケイ素の複合物である。一方、アルミニウムとマグネシウムの複酸化物とは、スピネル(Al2MgO4)等に代表されるアルミニウム、マグネシウム及び酸素を含む金属酸化物、又は、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの複合物である。また、800℃で焼成等された酸化マグネシウム粉末を用いても良い。該被覆酸化マグネシウム粉末(d3)は、必要に応じてシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤でさらに表面処理されたものであってもよく、シラン系カップリング剤としては、例えばビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられ、チタネート系カップリング剤としては、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネート等が挙げられ、アルミネート系カップリング剤としては、例えばアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。また、該被覆酸化マグネシウム粉末(d3)は、特に機械的特性、熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、レーザー回折散乱法により測定した平均粒子径(D50)が、1~500μmを有するものであることが好ましく、特に3~100μmを有するものであることが好ましい。
【0026】
該熱伝導性フィラー(d)として選択される高純度マグネサイト粉末(d4)は、炭酸マグネシウムを主成分とするマグネサイトであって炭酸マグネシウム含有率が98~99.999重量%である高純度マグネサイト粉末であり、該条件を満たすものであれば如何なる制限を受けることなく用いることが可能である。該高純度マグネサイト粉末(d4)としては、合成品と天産品とがあり、これらの何れを用いても良く、(商品名)合成マグネサイトMSHP(神島化学工業(株)製)等を好ましい例として挙げることができる。また高純度マグネサイト粉末としては、特に熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、レーザー回折散乱法により測定した平均粒子径(D50)が、1μm以上であるものが好ましく、特に10μm以上であるものが好ましい。該高純度マグネサイト粉末(d4)は、必要に応じてシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤でさらに表面処理されたものであってもよく、シラン系カップリング剤としては、例えばビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられ、チタネート系カップリング剤としては、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネート等が挙げられ、アルミネート系カップリング剤としては、例えばアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。
【0027】
該熱伝導性フィラー(d)として選択される黒鉛(d5)は、黒鉛の範疇に属するものであれば特に制限を受けるものではない。黒鉛には大別して、天然黒鉛と人造黒鉛があり、天然黒鉛には土状黒鉛、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛等があり、これら何れのものを用いても良い。該黒鉛(d5)の固定炭素含有量について、何ら制限を受けるものではなく、特に熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、固定炭素含有量が95%以上である黒鉛が好ましい。また、該黒鉛(d5)の粒子径は、何ら制限を受けるものではなく、特に熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることから、一次粒子での平均粒子径が0.5~400μmである黒鉛が好ましい。
【0028】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物を構成する熱伝導性フィラー(d)の配合量は、特に機械的強度、成形性、熱伝導性に優れたポリアリーレンスルフィド組成物となることからポリアリーレンスルフィド(a)100重量部に対し、10~310重量部であることが好ましい。
【0029】
さらに、発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、各種熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、例えば、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコン樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等の1種以上を混合して使用することができる。
【0030】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物の製造方法としては、従来使用されている加熱溶融混練方法を用いることができる。例えば、単軸または二軸押出機、ニーダー、ミル、ブラベンダー等による加熱溶融混練方法が挙げられ、特に混練能力に優れた二軸押出機による溶融混練方法が好ましい。また、この際の混練温度は特に限定されるものではなく、通常280~400℃の中から任意に選ぶことが出来る。また、本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、射出成形機、押出成形機、トランスファー成形機、圧縮成形機等を用いて任意の形状に成形することができる。
【0031】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、繊維状、非繊維状の補強材を使用できる。繊維状補強材としては、ガラス繊維、アルミナ繊維、チタン酸カリウィスカー、硼酸アルミウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー等が挙げられる。また非繊維状の補強材としては、炭酸カルシウム、マイカ、シリカ、タルク、硫酸カルシウム、カオリン、クレー、ワラステナイト、ゼオライト、ガラスビーズ、ガラスパウダー等が挙げられる。これらの補強材は2種以上を併用することができ、必要によりシラン系、チタン系カップリング剤で表面処理をして使用することができる。特に好ましい補強材は繊維状補強材ではガラス繊維が、非繊維状補強材では炭酸カルシウム、タルクである。
【0032】
さらに、本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、従来公知の離型剤(カルナバワックスを除く)、滑剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、結晶核剤、発泡剤、金型腐食防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料、顔料等の着色剤、帯電防止剤等の添加剤を1種以上併用しても良い。
【0033】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、発熱性の高い半導体素子、抵抗などの封止用樹脂、あるいは高い摩擦熱が発生する部品に特に好適である他、発電機、電動機、変圧器、変流器、電圧調整器、整流器、インバーター、継電器、電力用接点、開閉器、遮断機、ナイフスイッチ、他極ロッド、電気部品キャビネット、ソケット、抵抗器、リレーケースなどの電気機器部品用途に特に適している他、センサー、LEDランプ、コネクター、小型スイッチ、コイルボビン、コンデンサー、バリコンケース、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント基板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、半導体、液晶、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、ハードディスクドライブ部品(ハードディスクドライブハブ、アクチュエーター、ハードディスク基板など)、DVD部品(光ピックアップなど)、モーターブラッシュホルダー、パラボラアンテナ、コンピューター関連部品などに代表される電子部品;VTR部品、テレビ部品、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器部品、電子レンジ部品、音響部品、オーディオ・レーザーディスク(登録商標)・コンパクトディスクなどの音声機器部品、照明部品、冷蔵庫部品、エアコン部品、タイプライター部品、ワードプロセッサー部品などに代表される家庭、事務電気製品部品;オフィスコンピューター関連部品、電話器関連部品、ファクシミリ関連部品、複写機関連部品、洗浄用治具、モーター部品、ライター、タイプライターなどに代表される機械関連部品;顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などに代表される光学機器、精密機械関連部品;オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター,ICレギュレーター、ライトディヤー用ポテンシオメーターベース、排気ガスバルブなどの各種バルブ、燃料関係・排気系・吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、インテークマニホールド、燃料ポンプ、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキパッド摩耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、デュストリビューター、スタータースイッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウォッシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、ホーンターミナル、電装部品絶縁板、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケースなどの自動車・車両関連部品などの各種用途にも適用できる。
【発明の効果】
【0034】
本発明は、寸法安定性、耐熱性、金型離型性、および低ガス性、かつ溶融流動性に優れるポリアリーレンスルフィド組成物に関するものである。さらに詳しくは、充填材等を高充填しても成形加工性を維持したまま高熱伝導性をも発現する電気・電子部品或いは自動車電装部品などの電気部品用途においても、特に有用なポリアリーレンスルフィド組成物を提供するものである。
【実施例】
【0035】
次に、本発明を実施例及び比較例によって説明するが、本発明はこれらの例になんら制限されるものではない。
【0036】
実施例及び比較例において、ポリアリーレンスルフィド(a)、ジペンタエリスリトールベヘネート(b)、金属ケイ素(c)、熱伝導性フィラー(d)、及び炭酸カルシウム(e)として以下のものを用いた。
【0037】
<ポリアリーレンスルフィド(a)>
ポリ(p-フェニレンスルフィド)(a-1)(以下、単にPPS(a-1)と記す。):溶融粘度110ポイズ。
ポリ(p-フェニレンスルフィド)(a-2)(以下、単にPPS(a-2)と記す。):溶融粘度300ポイズ。
ポリ(p-フェニレンスルフィド)(a-3)(以下、単にPPS(a-3)と記す。):溶融粘度ポイズ350ポイズ。
【0038】
<ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)>
ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1);エミリーオレオケミカル(株)製、(商品名)MC1920。
【0039】
<多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル(b-2)>
多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル(b-2);太陽化学(株)製、(商品名)チラバゾールH-818(ヘキサグリセリン縮合リシノレイン酸エステル)。
【0040】
<金属ケイ素粉末(c)>
金属ケイ素粉末(c-1);キンセイマテック(株)製、(商品名)金属シリコン#200(98%);ケイ素含有率98.4重量%、平均粒子径17μm、不定形状粉末。
【0041】
<熱伝導性フィラー(d)>
(高熱伝導炭素繊維(d1))
炭素繊維(d1-1-1);三菱ケミカル(株)製、(商品名)ダイアリードK223HE;諸性能は表1に示す。繊維長6mm、繊維径10μm。
炭素繊維(d1-1-2);三菱ケミカル(株)製、(商品名)ダイアリードK6371T;諸性能は表1に示す。繊維長6mm、繊維径10μm。
炭素繊維(d1-1-3);東邦テナックス(株)製、(商品名)ベスファイトHTA-C6-S;諸性能は表1に示す。繊維長6mm、繊維径7μm。
炭素繊維(d1-2-1);三菱ケミカル(株)製、(商品名)ダイアリードK223M;諸性能は表2に示す。繊維長200μm、繊維径10μm。
炭素繊維(d1-2-2);三菱ケミカル(株)製、(商品名)ダイアリードK6371M;諸性能は表2に示す。繊維長50μm、繊維径10μm。
炭素繊維(d1-2-3);東邦テナックス(株)製、(商品名)ベスファイトHTA-CMF-0070-E;諸性能は表1に示す。繊維長70μm、繊維径7μm。
【0042】
【0043】
【0044】
(鱗片状窒化ホウ素粉末:d2)
鱗片状窒化ホウ素粉末(d2-1);電気化学工業(株)製、(商品名)デンカボロンナイトライドSGP;平均粒子径18.0μm、比表面積2m2/g、G.I値0.9。
【0045】
(酸化マグネシウム粉末(d3))
酸化マグネシウム粉末(d3-1);宇部マテリアルズ(株)製、(商品名)RF-20C-AC;平均粒子径20μm。
【0046】
(高純度マグネサイト粉末(d4)
高純度マグネサイト粉末(d4-1);神島化学工業(株)製、(商品名)合成マグネサイトMSHP;炭酸マグネシウム含有率99.99重量%、平均粒子径12μm。
【0047】
(黒鉛(d5)
黒鉛(d5-1);昭和電工(株)製、(商品名)UFG-30;人造黒鉛、固定炭素含有量99.4%。
【0048】
<炭酸カルシウム(e)>
炭酸カルシウム(e-1);白石工業(株)製、(商品名)ホワイトンP-30。平均粒子径:4.3μm、BET比表面積:3.4m2/g。
【0049】
実施例及び比較例で用いた評価・測定方法を以下に示す。
【0050】
~熱伝導率の測定~
熱伝導率は、熱伝導率測定装置(アルバック社製、(商品名)TC7000;ルビーレーザー)を用い、23℃の条件下で、レーザーフラッシュ法にて測定した。熱伝導率は、二次元法により熱拡散率αを求め、次式より熱拡散率を算出した。
熱伝導率=ρ×Cp×αた。
ここで、密度ρは、ASTM D-792 A法(水中置換法)に準じ測定した。また、測定に供する試験片は、70mm角、厚み2mmtの平板から切削加工した。Cpは比熱を示す。
【0051】
~ポリアリーレンスルフィド組成物の流動性~
厚さ1.0mm、幅10mmのバーでスパイラル状の目盛りのついた金型を装着した射出成型機を用い、シリンダー温度330℃、金型温度140℃、射出圧力183MPaで成形した際のスパイラル長を測定した。
【0052】
~金型汚染性の評価~
実施例により得られたPAS組成物をASTM1号引張試験片に成形し、該引張試験片を100ショット成形した後の成形金型の汚染性を目視により観察した。
【0053】
評価基準を以下に示す。
○:金型表面への付着物なし。
×:金型表面に褐色の付着物有り。
【0054】
~離型性~
射出成形機(住友重機械工業(株)製、(商品名)SE-75S)に、長さ10mm×幅5mm×高さ2mm、厚み=0.5mmの形状をした8個取りの金型(スプルー:先端=φ3.0、根元=φ4.0、長さ=42mm,成形品ゲート:0.4×0.7mm)を取り付け、シリンダー温度330℃、金型温度135℃に設定し射出成形を行い、冷却時間を徐々に短くし、成形品、スプルーが金型に取られない。又は、成形品が突き出しピンにより変形等起こらない冷却時間で、連続成形(10ショット)が可能な最小冷却時間を離型性の指標とした。
【0055】
<合成例1(PPS(a-1)、PPS(a-2)の合成)>
攪拌機を装備する15リットルオートクレーブに、Na2S・2.8H2O1866g及びN-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPと記す)を5リットルを仕込み、窒素気流下攪拌しながら徐々に205℃まで昇温して、407gの水を溜出させた。この系を140℃まで冷却した後、p-ジクロロベンゼン2280gとNMP1500gを添加し、窒素気流下に系を封入した。この系を225℃に昇温し、225℃にて2時間重合を行った。重合終了後、室温まで冷却し、ポリマーを遠心分離器により単離した。温水でポリマーを繰り返し洗浄し、100℃で一昼夜乾燥し、ポリ(p-フェニレンスルフィド)を得た。
【0056】
得られたポリ(p-フェニレンスルフィド)(PPS(a-1))の溶融粘度は110ポイズであった。
【0057】
更にPPS(a-1)を、空気雰囲気下235℃で加熱硬化処理を行った。得られたポリ(p-フェニレンスルフィド)(PPS(a-2))の溶融粘度は300ポイズであった。
【0058】
<合成例2(PPS(a-3)の合成)>
攪拌機を装備する15リットルチタン製オートクレーブにNMP3232g、47%硫化水素ナトリウム水溶液1682g及び48%水酸化ナトリウム水溶液1142gを仕込み、窒素気流下攪拌しながら徐々に200℃まで昇温して、1360gの水を溜出させた。この系を170℃まで冷却し、p-ジクロロベンゼン2118gとNMP1783gを添加し、窒素気流下に系を封入した。この系を225℃に昇温し、225℃にて1時間重合し、続けて250℃まで昇温し、250℃にて2時間重合した。更に、250℃で水451gを圧入し、再度255℃まで昇温し、255℃にて2時間重合を行った。重合終了後、室温まで冷却し、重合スラリーを固液分離した。ポリマーをNMP、アセトン及び水で順次洗浄し、100℃で一昼夜乾燥し、ポリ(p-フェニレンスルフィド)を得た。
【0059】
得られたポリ(p-フェニレンスルフィド)(PPS(a-3))は直鎖状のものであり、その溶融粘度は350ポイズであった。
【0060】
実施例1
PPS(a-2)100重量部、ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)1重量部の割合でヘンシェルミキサーで配合して、330℃に加熱した二軸押出機(東芝機械製、(商品名)TEM-35-102B)のホッパーに投入し、スクリュー回転数200rpmにて溶融混練し、ダイより流出する溶融組成物を冷却後裁断し、ペレット状のポリアリーレンスルフィド組成物を作製した。
【0061】
該ポリアリーレンスルフィド組成物を、330℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SE75S)のホッパーに投入し、金型汚染性を評価するために長さ127mm、幅12.7mm、厚み3.2mmの試験片及び、熱伝導率を測定するための平板をそれぞれ成形した。また、ポリアリーレンスルフィド組成物を330℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SG75S)のホッパーに投入し成形流動性を測定した。これらの結果を表3に示す。
【0062】
得られたポリアリーレンスルフィド組成物は、流動性が良好で金型汚染性がないものであった。
【0063】
実施例2
PPS(a-2)100重量部、ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)4重量部及び金属ケイ素粉末(c-1)285重量部の割合でヘンシェルミキサーで配合して、330℃に加熱した二軸押出機(東芝機械製、(商品名)TEM-35-102B)のホッパーに投入し、スクリュー回転数200rpmにて溶融混練し、ダイより流出する溶融組成物を冷却後裁断し、ペレット状のポリアリーレンスルフィド組成物を作製した。
【0064】
該ポリアリーレンスルフィド組成物を、330℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SE75S)のホッパーに投入し、金型汚染性を評価するために長さ127mm、幅12.7mm、厚み3.2mmの試験片及び、熱伝導率を測定するための平板をそれぞれ成形した。また、ポリアリーレンスルフィド組成物を330℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SG75S)のホッパーに投入し成形流動性を測定した。これらの結果を表3に示す。
【0065】
得られたポリアリーレンスルフィド組成物は、熱伝導率は高く、流動性が良好で金型汚染性がないものであった。
【0066】
実施例3
PPS(a-2)、ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)、金属ケイ素粉末(c-1)を用い実施例1と同様の方法により、表3に示す構成割合のポリアリーレンスルフィド組成物、評価用試験片を作成し、評価した。評価結果を表3に示す。
【0067】
得られたポリアリーレンスルフィド組成物は、熱伝導率は高く、流動性が良好で金型汚染性がないものであった。
【0068】
実施例4
PPS(a-2)100重量部、ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)2重量部、金属ケイ素粉末(c-1)130重量部及び高熱伝導炭素繊維(d1-2-1)30重量部の割合でヘンシェルミキサーで配合して、330℃に加熱した二軸押出機(東芝機械製、(商品名)TEM-35-102B)のホッパーに、一方、高熱伝導炭素繊維(d1-1-1)を二軸押出機サイドフィーダーのホッパーに、それぞれ投入し、スクリュー回転数200rpmにて溶融混練し、ダイより流出する溶融組成物を冷却後裁断し、ペレット状のポリアリーレンスルフィド組成物を作製した。その際のポリアリーレンスルフィド組成物の構成割合は、PPS(a-2)/ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)/金属ケイ素粉末(c-1)/高熱伝導炭素繊維(d1-1-1)/高熱伝導炭素繊維(d1-2-1)=100/2/130/45/30(重量部)であった。
【0069】
該ポリアリーレンスルフィド組成物を、330℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SE75S)のホッパーに投入し、金型汚染性を評価するために長さ127mm、幅12.7mm、厚み3.2mmの試験片及び、熱伝導率を測定するための平板をそれぞれ成形した。また、ポリアリーレンスルフィド組成物を330℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SG75S)のホッパーに投入し成形流動性を測定した。これらの結果を表3に示す。
【0070】
得られたポリアリーレンスルフィド組成物は、熱伝導率は高く、流動性が良好で金型汚染性がないものであった。
【0071】
実施例5~10
PPS(a-1,-2,-3)、ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)、金属ケイ素粉末(c-1)、高熱伝導炭素繊維(d1-1-1,1-2、d1-2-1,2-2)、鱗片状窒化ホウ素粉末(d2-1)、酸化マグネシウム粉末(d3-1)、高純度マグネサイト粉末(d4-1)、黒鉛(d5-1)を用い実施例4と同様の方法により、表3に示す構成割合のポリアリーレンスルフィド組成物、評価用試験片を作成し、評価した。評価結果を表3に示す。
【0072】
【0073】
比較例1~4
PPS(a-2)、ジペンタエリスリトールベヘネート(b-1)、多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル(b-2)、金属ケイ素粉末(c-1)、炭酸カルシウム(e-1)を用い実施例1と同様の方法により、表4に示す構成割合のポリアリーレンスルフィド組成物、評価用試験片を作成し評価した。評価結果を表4に示す。
【0074】
比較例1により得られた組成物は、成形性、金型汚染性、更には熱伝導性も満足できないものであった。
【0075】
【産業上の利用可能性】
【0076】
本発明のポリアリーレンスルフィド組成物は、寸法安定性、耐熱性、金型離型性、および低ガス性、かつ溶融流動性に優れるものであり、特に充填材等を高充填しても成形加工性を維持したまま高熱伝導性をも発現することから電気・電子部品或いは自動車電装部品などの電気部品用途においても、特に有用なものであり、産業上の利用可能性は極めて高いものである。