JP4290927B2 - 集束剤、ガラス繊維、フレーク状ガラスおよび熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コネクター、ソケット、スイッチもしくはディストリビューターキャップなどの電気電子部品または自動車用電装品としての利用に適した樹脂組成物、ならびにその樹脂組成物中に強化材として配合されるガラス繊維またはフレーク状ガラスに関する。さらには、そのガラス繊維などの作製に使用する集束剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂を射出成形した電気電子部品や自動車用電装品には、高い絶縁性が要求され、さらにこれらを用いた機器の軽薄短小化に伴い、耐熱性、寸法安定性および強度などの諸特性も要求されている。そのため、これらのマトリックス樹脂（母材樹脂）には、絶縁性の高いものが選択的に用いられる。また、その耐熱性および強度などを改善するために、ガラス繊維などの無機絶縁物が強化材として配合される。マトリックス樹脂が湿気や汚染にさらされながら、高電圧が掛かりまたは大電流が流れると、これらの部品にはトラッキングが発生するおそれがある。ここで「トラッキング」とは、電界の加わった絶縁物表面に、炭化導電路が生じ表面絶縁破壊する現象いう。
【０００３】
このトラッキングの発生を抑制するため、特開平９−５９４９７号公報および特開平９−５９４９３号公報には、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などのポリエステル樹脂にポリアミド樹脂を一定量配合したマトリックス樹脂を使用する技術が記載されている。ポリアミド樹脂は、耐トラッキング性が高いことで知られている。
【０００４】
また、特開２００１−１７２０５５公報には、ＰＢＴに強化材としてガラス繊維を配合する場合に、このガラス繊維の集束剤としてフッ素含有脂肪族鎖を有するフッ素化合物、エポキシ樹脂およびアミノシランを含むものを使用する技術が記載されている。また、特開２００１−１７２０５６公報には、前記同様の技術であって、集束剤にグリシジルエステル型エポキシ樹脂が配合されることを特徴とする技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平９−５９４９７号公報および特開平９−５９４９３号公報に記載の技術では、たとえばＰＢＴなどのマトリックス樹脂に強化材として配合するガラス繊維に関し、ガラス繊維の集束剤について特別な配慮を行っていないことから、一般的な集束剤すなわちビスフェノールＡ型エポキシ樹脂エマルジョン、フェノールノボラック型エポキシ樹脂エマルジョンを含有する集束剤を用いていると考えられる。そのため、これら公報に記載の樹脂組成物では、ガラス繊維の表面に付着する集束剤が炭化してトラッキングが発生するおそれがあった。
【０００６】
また、特開２００１−１７２０５５公報または特開２００１−１７２０５６公報に記載の技術では、耐トラッキング性を高める成分としてフッ素化合物またはグリシジルエステル型エポキシ樹脂を選択し、これら成分をガラス繊維の集束剤に配合している。これらの公報に記載された技術では、樹脂組成物の耐トラッキング性の向上は見られるとしても、その機械的強度の向上は限られたものであった。
【０００７】
この発明は、以上のような問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、電気電子部品または自動車用電装品として必要な絶縁性、耐熱性、寸法安定性および強度などの諸特性を満足する熱可塑性樹脂組成物、ならびにその熱可塑性樹脂組成物に配合される強化材を提供することにある。さらには、このような強化材の作製に必要な集束剤を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の集束剤は、樹脂成分としてポリアミドのみ、およびシランカップリング剤を含有するガラス繊維またはフレーク状ガラス用の集束剤において、集束剤の全固形分重量を基準として、ポリアミドの固形分含有率が５０重量％以上であり、シランカップリング剤の固形分含有率が７〜１９重量％である。
【００１０】
請求項２に記載の発明のガラス繊維は、請求項１に記載の集束剤を用いたガラス繊維の全重量を基準として、集束剤の固形分付着率が０．２〜３重量％のものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明のフレーク状ガラスは、請求項１に記載の集束剤を用いたフレーク状ガラスの全重量を基準として、集束剤の固形分付着率が０．２〜３重量％のものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明の熱可塑性樹脂組成物は、請求項２に記載のガラス繊維または請求項３に記載のフレーク状ガラスを含有するものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明の熱可塑性樹脂組成物は、請求項４に記載の発明において、ガラス繊維およびフレーク状ガラスの含有率が５〜５０重量％のものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について，詳細に説明する。
【００１７】
この発明の集束剤は、樹脂成分としてポリアミドのみ、およびシランカップリング剤を含有することを特徴とする。ポリアミドは、アミド基でアルキレン基が多数結合した線状合成高分子であって、上述のように高い絶縁性を示すほか、摩擦係数が小さく自己潤滑性があり、耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性および耐溶剤性に優れる反面、吸水性が高く寸法安定性が悪いという特徴もある。また、ポリアミドは、従来の集束剤中のフィルム形成剤と同様に機能して、個々のガラス繊維（フィラメント）の表面に膜を形成しつつこれらフィラメント間に介在し、フィラメント同士を接着する（束ねる）と同時にフィラメント同士が擦れてガラス繊維の引張強度が劣化することを防止する。一方、シランカップリング剤は、有機ケイ素化合物であって、分子中に２種以上の反応基をもち、一つの反応基がガラス表面と反応し、他の反応基が有機質材料と反応するものである。すなわち、シランカップリング剤は、ガラス繊維およびフレーク状ガラスと前記フィルム形成剤およびマトリックス樹脂との接着性を高める機能を発揮する。この集束剤は、樹脂成分としてポリアミドのみ、およびシランカップリング剤を含有することにより、ガラス繊維およびフレーク状ガラスの表面にトラッキングが発生することを抑制しつつ、これらとマトリックス樹脂との接着性を高めることができる。
【００１８】
ポリアミドとしては、その種類をとくに限定されるものではないが、集束剤中で均一に拡散できるように、乳化されているものが好ましい。そのため、この集束剤は、乳化に必要な乳化剤または界面活性剤を適量含有してもよい。
【００１９】
シランカップリング剤としては、その種類をとくに限定されるものではないが、たとえば、γアミノプロピルトリエトキシシラン、γアミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γアミノプロピルトリエトキシシランまたはＮ−β（アミノエチル）Ｎ'−β'（アミノエチル）γアミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。これらの中でも、γアミノプロピルトリエトキシシランまたはγアミノプロピルトリメトキシシランが好ましい。この２種のシランカップリング剤を用いた場合は、熱可塑性樹脂組成物に着色が生じ難い。シランカップリング剤は、１種だけでもよいし、２種以上を適宜混合して使用してもよい。
【００２１】
また、熱可塑性樹脂組成物のマトリックス樹脂としては、ＰＢＴ樹脂またはＰＥＴ樹脂などが例示される。
【００２２】
集束剤中において、その全固形分重量を基準として、ポリアミドの含有率は固形分で５０重量％以上であることが好ましい。このポリアミドの含有率が低くなれば、相対的にポリウレタンなどの他の成分の含有率が高くなるため、上記ポリアミドに由来する耐トラッキング性の向上が現れ難くなる。さらに好ましくは、６０〜９５重量％である。
【００２３】
集束剤の全固形分含有率は、５〜２０重量％であることが好ましい。さらには、１５重量％以下であることが好適である。
【００２４】
この全固形分含有率は集束剤の粘度に比例することから、含有率が高くなりすぎると、それに伴って粘度も高くなり、集束剤中の各成分がガラス繊維またはフレーク状ガラスの表面に均一に付着し難くなる。一方、この含有率が低くなりすぎると、ガラス繊維またはフレーク状ガラスに集束剤中の各成分を必要量付着させるために、複数回の塗布が必要となる。なお、集束剤の溶媒は、その種類をとくに限定されるものではなく、水系溶媒たとえば少量のアルコールを含有する水などを利用することができる。
【００２５】
この集束剤は、公知の手段を用いてガラス繊維またはフレーク状ガラスに塗布される。ガラス繊維に対しては、熔融ガラスをノズルから引き出した直後に、そのフィラメントにアプリケーターなどを接触させることで塗布できる。また、フレーク状ガラスに対しては、フレーク状ガラスを造粒する際にブレンダーにおける混合時に接着剤として塗布すればよい。
【００２６】
ガラス繊維は、そのフィラメントの長さまたは径などの形状をとくに限定されるものではないが、樹脂組成物中で均一に拡散する必要があることから、その平均長さは１〜２５ｍｍであること、ならびに樹脂組成物の強化材として機能する必要があることから、その平均径は６〜１７μｍであることが好ましい。
【００２７】
フレーク状ガラスは、鱗片状の粉体であって、ガラス繊維と同様に樹脂組成物中で均一に拡散して強化材として機能する。また、その形状に由来して、樹脂組成物中で積層して、その透湿性を改善するなどの機能も発揮する。したがって、フレーク状ガラスの形状は、樹脂組成物中で破砕することなく均一に拡散するように、平均径５〜１，０００μｍ、平均厚さ０．５〜２０μｍであることが好ましい。
【００２８】
集束剤を塗布して集束したガラス繊維または造粒したフレーク状ガラスにおいて、集束剤の全固形分付着率は０．２〜３重量％であることが好ましい。この付着率が０．２重量％未満の場合は、集束剤成分がガラスフィラメントまたはフレーク状ガラス全体に行き渡らなくなり、上記の耐トラッキング性の向上およびマトリックス樹脂との接着性の向上などの機能が発揮され難くなる。また、ガラス繊維またはフレーク状ガラスの飛散性が悪くなり、これらの取扱いが困難になる。一方、３重量％を越えると、前記効果が頭打ちになるばかりか、シランカップリング剤の付着量が過剰となるため、熱可塑性樹脂組成物の着色が目立つようになる。
【００２９】
また、ガラス繊維またはフレーク状ガラスにおけるシランカップリング剤の固形分付着率は、０．１〜０．５重量％であることが好ましい。この固形分付着率が０．１重量％未満の場合は、フィルム形成剤がポリアミドだけではマトリックス樹脂との接着性が不足し易くなる。一方、０．５重量％を超えると、上記熱可塑性樹脂組成物の着色が目立ってくる。
【００３０】
またその他、集束剤中の各主成分との馴染みを考慮して、種々のマトリックス樹脂を利用してもよい。
【００３１】
マトリックス樹脂中に強化材を配合し、均一に拡散させる方法は、とくに限定されるものではなく、公知の手段をそのまま利用することができる。たとえば、押出し成形機を用いて強化材をマトリックス樹脂中に適当量配合することができ、さらに射出成形機を用いて所望の形状の電気電子部品または自動車用電装品に成形することができる。
【００３２】
この熱可塑性樹脂組成物は、強化材としてガラス繊維またはフレーク状ガラスの一方のみを含有してもよく、また両方を含有してもよい。熱可塑性樹脂組成物におけるこれら強化材の含有率は、５〜５０重量％であることが好ましい。この含有率が前記範囲内であれば、熱可塑性樹脂組成物の補強材としてその機能を過不足なく発揮することができる。なお、この含有率が５〜５０重量％であれば、熱可塑性樹脂組成物の全重量を基準として、集束剤中のポリアミドの含有率は、０．０１〜１．５重量％となる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により、この発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例に限定するものではない。
【００３４】
（実施例１，２）、（参考例３，４）、（比較例１〜３）
アルコール濃度が１９重量％となるように調整した水系溶媒に対して、下記「表１」に記載の組成成分（固形分）含有率となるように各成分を添加し、集束剤をそれぞれに作製した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
この集束剤をつぎの手段により、ガラスフィラメントに塗布した。通常のＥガラス組成の熔融ガラスを、白金製の電気熔融炉の底面に設けた多数のノズルから引き出して、フィラメント径１０μｍとなるように紡糸した。このガラスフィラメントを走らせつつ、アプリケーターに接触させて集束剤を塗布した後、平均長さ３ｍｍとなるように切断した。その後、乾燥工程で集束剤中の溶媒を揮発させて、チョップドストランド（以下、「ＣＳ」と称す）を製造した。このＣＳを適当量サンプリングし、ＪＩＳ Ｒ３４２０に基づく強熱減量による集束剤の付着量を測定した。その測定結果を下記「表２」に示す。
【００３７】
さらに、押出し成形機を用いて、このＣＳの含有率が３０重量％となるように、熱可塑性のマトリックス樹脂ＰＢＴ（ノバドウール５００８ 三菱エンジニアリングプラスチックス社製）に混練し、ペレットを作製した。このペレットを射出成形機を用いて、下記の測定方法に従った試験片に成形した。これらの試験結果を下記「表２」に併せて示す。
【００３８】
〔初期引張り強度〕
ＡＳＴＭ−Ｄ６３８に準じて測定する。
〔比較トラッキング指数（ＣＴＩ）〕
ＩＥＣ１１２に準じて測定する。すなわち、絶縁物表面に電極を敷設し、電極間に電解液（塩化アンモニウム）を５０滴の滴下してもトラッキング破壊に至らない最大電圧をもってＣＴＩと表現する。
【００３９】
【表２】

【００４０】
上記の実施例、参考例および比較例を対比することにより、つぎのことが判る。
実施例１，２、参考例３，４と比較例１〜３とを対比することにより、集束剤にポリアミドを配合すれば、熱可塑性樹脂組成物の耐トラッキング性が確実に向上することが判る。
【００４２】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されていることから、つぎのような効果を奏する。この発明のガラス繊維またはフレーク状ガラス用の集束剤は、樹脂成分としてポリアミドのみ、およびシランカップリング剤を含有するので、ガラス繊維またはフレーク状ガラスに塗布された場合、これらを確実に集束または造粒できる。また、このガラス繊維およびフレーク状ガラスは、ＰＢＴなどの熱可塑性樹脂に配合された場合、そのマトリックス樹脂と強固に結合するので、熱可塑性樹脂組成物の補強材として機能しうる。さらに、この熱可塑性樹脂組成物は、耐トラッキング性、耐熱性、寸法安定性および強度に優れることから、電気電子部品または自動車用電装品として利用することができる。

Claims (5)

1. 樹脂成分としてポリアミドのみ、およびシランカップリング剤を含有するガラス繊維またはフレーク状ガラス用の集束剤において、
   集束剤の全固形分重量を基準として、ポリアミドの固形分含有率が５０重量％以上であり、シランカップリング剤の固形分含有率が７〜１９重量％である集束剤。
2. 請求項１に記載の集束剤を用いたガラス繊維の全重量を基準として、集束剤の固形分付着率が０．２〜３重量％であるガラス繊維。
3. 請求項１に記載の集束剤を用いたフレーク状ガラスの全重量を基準として、集束剤の固形分付着率が０．２〜３重量％であるフレーク状ガラス。
4. 請求項２に記載のガラス繊維または請求項３に記載のフレーク状ガラスを含有する熱可塑性樹脂組成物。
5. 上記ガラス繊維およびフレーク状ガラスの含有率が５〜５０重量％である請求項４に記載の熱可塑性樹脂組成物。