JPWO2014002305A1 - 光反射部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記特許文献1及び2においては、上記のような連続成形に伴う成形品の表面性の低下について考慮されたものではない。
特許文献3に記載の成形方法によると、成形品の表面性及び金型からの離型性を向上させることはできるものの、表面性については、あくまでも成形直後、すなわち初期段階における表面性の向上を追求したものである。また、特許文献3には、ランプリフレクター等の光反射部品の成形、殊に連続成形に有効である旨記載されているが、ここでいう連続成形が可能であるというのは、金型からの離型の可否に基づいて判断されるものである。すなわち、上記のような連続成形に伴う成形品の表面性の低下について考慮されたものではない。付言すると、低拡散反射率を有する程の緻密な表面性を維持しつつ連続成形が可能というものではない。
(1)(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B1)繊維長が1〜5mmの繊維状無機充填剤10〜120質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られる樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有する光反射部品の製造方法。
(B2a)繊維長が2μm以上30μm未満のウィスカ状無機充填剤X質量部と、
(B2b)繊維長が100μm以上1000μm未満で、且つ繊維径が5〜50μmのウィスカ状無機充填剤Y質量部と、
(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られ、以下の式(1)〜式(3)のすべてを満たす樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有する光反射部品の製造方法。
4/3<X/Y≦4 …式(1)
13≦Y<30 …式(2)
50≦X+Y≦150 …式(3)
4/3<X/Y≦4 …式(1)
13≦Y<30 …式(2)
50≦X+Y≦80 …式(3’)
第1の態様による本発明の光反射部品の製造方法は、(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B1)繊維長が1〜5mmの繊維状無機充填剤10〜120質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られる樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有することを特徴としている。
また、第2の態様による本発明の光反射部品の製造方法は、(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B2)繊維長が30μm以上1000μm未満のウィスカ状無機充填剤30〜150質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られる樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有することを特徴としている。
更に、第3の態様による本発明の光反射部品の製造方法は、(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B2a)繊維長が2μm以上30μm未満のウィスカ状無機充填剤X質量部と、(B2b)繊維長が100μm以上1000μm未満で、且つ繊維径が5〜50μmのウィスカ状無機充填剤Y質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られ、以下の式(1)〜式(3)のすべてを満たす樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有することを特徴としている。
4/3<X/Y≦4 …式(1)
13≦Y<30 …式(2)
50≦X+Y≦150 …式(3)
以下にまず、本発明の製造方法に用いる樹脂組成物(混合物)の各成分について詳述する。
(A)樹脂成分としてのポリアリーレンスルフィド樹脂は、主として、繰返し単位として−(Ar−S)−(但しArはアリーレン基)で構成された高分子化合物であり、本発明では一般的に知られている分子構造のPAS樹脂を使用することができる。
本発明においては、機械強度の向上のために、第1の態様においては(B1)繊維状無機充填剤が、第2及び第3の態様においては(B2)ウィスカ状無機充填剤が配合される。ここで、繊維状無機充填剤及びウィスカ状無機充填剤は、いずれも形状は繊維状ではあるが、本発明においては、繊維状であって「長さ1mm以上の無機充填剤」を「繊維状無機充填剤」、「長さ1mm未満の無機充填剤」を「ウィスカ状無機充填剤」とする。
以下、(B1)繊維状無機充填剤及び(B2)ウィスカ状無機充填剤について、順次説明する。
上述の通り、第1の態様においては、(B1)繊維状無機充填剤が配合されるが、本発明において使用できる繊維状無機充填剤としては、ガラス繊維、シリカ繊維、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の繊維状物等が挙げられる。これらの中でもガラス繊維が好ましい。また、これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
上述の通り、第2及び第3の態様においては、(B2)ウィスカ状無機充填剤が配合されるが、本発明において使用できるウィスカ状無機充填剤としては、ウォラストナイト、アスベスト繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリウム繊維等が挙げられる。これらの中でもウォラストナイトが好ましい。また、これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、第2の態様において、本発明の効果を阻害しない範囲で、ウィスカ状無機充填剤成分の総配合量が30〜150質量部の範囲内であれば、上記繊維長のウィスカ状無機充填剤の他、第3の態様における(B2a)及び(B2b)以外の繊維長のウィスカ状無機充填剤を併用してもよい。
また、第2の態様において、(B2)ウィスカ状無機充填剤は、繊維長30μm以上1000μm未満の範囲内であれば、単一の繊維長のものを用いてもよいし、異なる繊維長のものを併用してもよい。
(B2a)においては、繊維長は2μm以上30μm未満であり、特に2〜10μmが好ましい。当該繊維長が2μm以上30μm未満であると、表面性(低拡散反射率)に優れるとともに、連続成形性にも優れた光反射部品が得られる。また、(B2a)において、繊維径は2〜10μmが好ましく、2〜5μmがより好ましい。
4/3<X/Y≦4 …式(1)
13≦Y<30 …式(2)
50≦X+Y≦150 …式(3)
式(1)は、(B2a)及び(B2b)それぞれのウィスカ状無機充填剤の配合比について規定する式である。式(1)を満たすことで、表面性(低拡散反射率)、連続成形性、耐熱性において優れた光反射部品が得られる。式(1)において、下限4/3に近づくほど、耐熱性において優れた光反射部品が得られる。一方、上限4に近づくほど、表面性(低拡散反射率)、連続成形性に優れた光反射部品が得られる。本発明の製造方法の対象である光反射部品においては、表面性(低拡散反射率)に対してより高い要求があるため、2.5〜4が好ましく、3〜4がより好ましい。
また、式(2)は、(B2b)成分の配合量のみを規定する式である。当該配合量が13質量部以上30質量部未満であると、表面性(低拡散反射率)に優れるとともに、耐熱性にも優れた光反射部品が得られる。
本発明においては、ひけを抑制するために、(C)粉粒体充填剤が配合される。(C)粉粒体充填剤としては、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、合成シリカ、カオリン、中空ガラスビーズ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、タルク、クレー、陶土、チャイナクレー、珪砂、珪石、珪藻土、等が挙げられ、中でも、炭酸カルシウム、シリカ、合成シリカ、カオリン、中空ガラスビーズ、硫酸バリウムが好ましい。また、これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明においては、成形性、離型性、計量安定性を向上させるために(D)滑剤を配合することが好ましい。(D)滑剤としては、その種類に特に制限はなく、例えば、ポリエチレンワックス、ペンタエリスリトールステアリン酸エステル、モンタン酸エステル、エチレンビスステアリン酸アミド等が好ましい。中でも、酸化を持たないポリエチレンワックスを用いることが好ましい。何故なら、ポリエチレンワックスは耐酸化性に優れており、成形の際に劣化しないが、中でも酸価0のポリエチレンワックスは極性が無いため、極性があるPAS樹脂とは相溶せず、そのため効果的な離型剤として機能する。ひいては、酸価を持たないポリエチレンワックスを用いると、連続成形性において優れた光反射部品が得られる。
なお、例えばポリエチレンワックスの酸価とは、ポリエチレンワックス1gを中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数を意味する。
本発明においては、連続成形性を更に向上させるために、(E)シラン化合物を配合することが好ましい。シラン化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシアルコキシシラン、アミノアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、メルカプトアルコキシシラン等のアルコキシシランが挙げられ、これらの1種または2種以上が用いられる。尚、アルコキシ基の炭素数は1〜10が好ましく、特に好ましくは1〜4である。
本発明においては、上記各成分の他、核剤、架橋PPS樹脂、COCなどを配合してもよい。特に、核剤や架橋PPS樹脂を配合することで早く固化させることができ、その方が表面性に優れる。
金型基材の材質には特に制限はなく、例えばSUS420J2等のステンレス鋼、SKD11,SKD12,SKD61,SK3等の合金工具鋼、SKH151等のハイス鋼、S55C,SCM440等の構造用炭素鋼、アルミ合金、ベリリウム銅等の非鉄合金が挙げられる。
金型基材の表面硬度や表面粗さには特に制約はないが、ある程度表面硬度を高めておいたり、表面粗さを小さくしておいたりすることが好ましい。
また、金型基材とダイヤモンド状炭素被膜の結合を強固にするために、金型基材表面を処理して各種の中間層を設けてもよい。
射出成形時の保圧力は、30〜100MPaとすることが好ましく、50〜70MPaとすることがより好ましい。
また、射出成形時の保圧速度は50〜200mm/secとすることが好ましく、100〜150mm/secとすることがより好ましい。
本発明の光反射部品は、既述の本発明の光反射部品の製造方法により製造されてなる。すなわち、本発明の光反射部品は、既述の製造方法によって得られることから、表面性(低拡散反射率)及び耐熱性に優れる。
各実施例・比較例において、表1に示す各原料成分をドライブレンドして得た混合物を、シリンダー温度320℃の二軸押出機に投入し(ウォラストナイト、ガラス繊維、中空ガラスビーズは押出機のサイドフィード部より別添加)、溶融混練し、ペレット化した。
使用した各原料成分の詳細を以下に示す。
以下の(a)、(c)及び(d)のうちのいずれかのPPS樹脂、及び(b)PPS樹脂Cの計2種のPPS樹脂を混合して用いた。
(a)PPS樹脂A:(株)クレハ製フォートロンKPS(溶融粘度:9Pa・s(せん断速度:1216sec−1、310℃))
当該PPS樹脂Aの合成方法を以下に示す。
20LのオートクレーブにNMP(N−メチル−2−ピロリドン)5700gを仕込み、窒素ガスで置換後、約1時間かけて、撹拌機の回転数を250rpmで撹拌しながら、100℃まで昇温した。100℃に到達後、濃度74.7質量%のNaOH水溶液1170g、硫黄源水溶液1990g(NaSH=21.8モル及びNa2S=0.50モルを含む)、及びNMP1000gを加え、約2時間かけて、徐々に200℃まで昇温し、水945g、NMP1590g、及び0.31モルの硫化水素を系外に排出した。
(c)PPS樹脂C:(株)クレハ製フォートロンKPS W202A(溶融粘度:20Pa・s(せん断速度:1216sec−1、310℃))
(d)PPS樹脂D:(株)クレハ製フォートロンKPS W203A(溶融粘度:30Pa・s(せん断速度:1216sec−1、310℃))
なお、表1〜表2に示す(A)成分の質量部数は、2種を混合した各PPS樹脂中のPPS樹脂成分のみの合計量に相当する。
繊維状無機充填剤A:ガラス繊維(オーウェンスコーニング製造(株)製 CS 03 DE FT523(繊維長3mm、繊維径6.5μm))
ウィスカ状無機充填剤A:ウォラストナイト(NYCO製 NYAD 1250(繊維長9μm、繊維径3.5μm))
ウィスカ状無機充填剤B:ウォラストナイト(NYCO製 NYGLOS 8(繊維長136μm、繊維径8μm))
粉粒体充填剤A:炭酸カルシウム(白石工業(株)製、Brilliant−1500(平均粒径50%d:0.7μm))
粉粒体充填剤B:炭酸カルシウム((株)カルファイン製、KS−1300(平均粒径50%d:3.0μm))
粉粒体充填剤C:カオリン(BASF製、TRANSLINK 445(平均粒径50%d:1.4μm、表面処理珪酸アルミニウム(カオリンクレー)))
粉粒体充填剤D:中空ガラスビーズ(日本カラー工業(株)製、ジオスフィアー200 造粒品(平均粒径50%d:4.0μm))
滑剤A:日油(株)製、ユニスターH476
滑剤B:三洋化成工業(株)製、サンワックス161−P
滑剤C:クラリアントジャパン(株)製、リコワックスPED191 (数平均分子量5000、酸価17)
シラン化合物:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業製、KBE-903P)
(成形条件)
シリンダー温度(ノズル側〜ホッパー側の温度):(ノズル側)320−320−320−320−310−290℃(ホッパー側)
金型温度:150℃
射出速度:150mm/sec
保圧力:50MPa又は70MPa
保圧速度:50mm/sec又は150mm/sec
射出+保圧時間:15sec、冷却時間:15sec
スクリュー回転数:100rpm
金型鋼材HPM38(日立金属工具鋼(株)製)で作製したカラープレート用金型駒の表面に、DLC(ダイヤモンドライクカーボン、日本コーティングセンター(株)製、Jcoat スリックコート−F 膜厚1.5〜2.5μm 硬度1500〜2500HV 摩擦係数0.05〜0.10 酸化温度500℃)で表面処理した。
射出成形にてシリンダー温度320℃、金型温度150℃で長さ65mm×幅55mm、厚み2mm(幅10mm、厚み2mmのサイドゲート)のカラープレート(金型固定側が鏡面となっている試験片)を作製した。試験片の金型固定側鏡面について、曇りの有無を目視にて評価し、曇りが発生し始めたショット数を測定した。
射出成形にて、シリンダー温度320℃、金型温度150℃でISO3167に準じた試験片(幅10mm、厚み4mmt)を作製し、以下の条件で測定した。
測定機:HD500−PC Yasuda製 ヒートデストーションテスター
気槽式高温DTUL
両持梁/両端自由端/中心荷重
スパン:64mm
応力:1.80MPa
温度:2℃/min 50℃スタート
射出成形にてシリンダー温度320℃、金型温度150℃で長さ65mm×幅55mm、厚み2mm(幅10mm、厚み2mmのサイドゲート)のカラープレート(金型固定側が鏡面となっている試験片)を作製し、試験片の金型固定側鏡面にアルミニウムを蒸着し、蒸着面についてISO7724/1に準じて以下の条件で測定した。
測定機:東洋精機(株)製 SPECTROPHOTOMETER color−sphere
測定面積:φ30
測定波長:400nm
尚、上記アルミニウムの蒸着は、以下の条件で行った。
Wボード(抵抗体)にアルミワイヤーを細かく刻んで約0.2g載せ、Wボードを電極部に設置した。試験槽内を真空にしてWボードに電流を流し、Wボードに載せたアルミワイヤーを溶かしアルミニウムを微粒子化して飛散させた。飛散したアルミニウムを、上記試験片の金型固定側鏡面に誘導し蒸着した。蒸着に用いた機器、条件などについて以下に示す。
試験機:神港精機(株)製 AIF−850SB形イオンプレーティング装置
蒸着法:抵抗加熱方式
Wボード:フルウチ化学(株)製 バコムスタンダードボードBY−107
アルミワイヤー:フルウチ化学(株)製 Al Wire(ALM−11005A)
真空度:10−3Pa
試料台の回転数:1000rpm
電流:30A
蒸着時間:4分
東洋精機(株)製キャピログラフを用い、キャピラリーとして1mmφ×20mmL/フラットダイを使用し、バレル温度310℃、せん断速度1216sec−1での溶融粘度を測定した。
本発明の第1の態様に相当する実施例1は、連続成形性、耐熱性、及び表面性(低拡散反射率)のいずれも良好な結果が得られた。これに対し、(C)成分を配合しなかったこと以外は実施例1とほぼ同じ樹脂組成の比較例1においては表面性に劣っていた。このことから、第1の態様においては(C)成分がないと表面性において優れた効果が得られないことが分かる。また、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いずに成形したことのみが実施例1と異なる比較例2は連続成形性が極端に劣っていた。
また、本発明の第2の態様に相当する実施例2及び3は、連続成形性、耐熱性、及び表面性(低拡散反射率)のいずれも良好な結果が得られた。これに対し、(B2)成分の代わりに繊維長が9μmのウィスカ状無機充填剤を配合した比較例3は、耐熱性に劣っていた。このことから、単一の繊維長のウィスカ状無機充填剤を使用する場合において、第2の態様に規定する繊維長でないと耐熱性に劣ることが分かる。また、実施例3及び比較例6における各成分の組成物全体に対する質量分率は、実施例3においては、(A)成分:39.1質量%、(B)成分:25質量%、(C)成分:35質量%、(D)成分:0.3質量%、(E)成分:0.4質量%であり、比較例6においては、(A)成分:74.2質量%、(B)成分:25質量%、(C)成分:0質量%、(D)成分:0.2質量%、(E)成分:0.4質量%である。つまり、比較例6は、実施例3において(C)成分の代わりにそれとほぼ同量の(A)成分を配合した例である。換言すると、比較例6は、(C)成分を配合しなかったこと以外は実施例3とほぼ同じ樹脂組成であるが、連続成形性に劣っていた。このことから、第2の態様においては(C)成分がないと連続成形性において優れた効果が得られないことが分かる。
更に、本発明の第3の態様に相当する実施例4〜22は、連続成形性、耐熱性、及び表面性(低拡散反射率)のいずれも良好な結果が得られた。これに対して、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いずに成形したことのみが実施例5と異なる比較例4は連続成形性が極端に劣っていた。
一方、実施例5、6及び13は(D)滑剤のみが異なり、それ以外は同じ組成であるが、(D)滑剤として酸価が0のポリエチレンワックスを用いた実施例6は、当該滑剤を用いない実施例5及び13よりも連続成形性に優れていた。このことから、酸価が0のポリエチレンワックスを用いると連続成形性に優れることが分かる。
また、実施例7〜10は、保圧力及び保圧速度を実施例6よりも高めた例であり、いずれも表面性が向上していることが分かる。特に、保圧速度を高めた場合に表面性(低拡散反射率)向上の効果が顕著である。また、保圧力を高めた場合も、表面性(低拡散反射率)の向上が認められるが、100MPaとした場合は若干バリが発生したため(ただし、許容範囲である。)、70MPa程度がより好ましいと言える。
更に、(C)粉粒体充填剤以外はほぼ同じ樹脂組成の実施例4、6、11及び12の比較から、平均粒径50%dが1.5μm以下の(C)粉粒体充填剤を用いると、平均粒径50%dが1.5μmを超える(C)粉粒体充填剤を用いるよりも表面性(低拡散反射率)が優れることが分かる。
更に、実施例6、14〜16の比較から、第3の態様においては、繊維長が2μm以上30μm未満のウィスカ状無機充填剤A(B2a)(X質量部)と、繊維長が100μm以上1000μm未満で、且つ繊維径が5〜50μmのウィスカ状無機充填剤B(B2b)(Y質量部)との質量比(X/Y)が、2程度よりも3〜4程度でより表面性(低拡散反射率)が優れることが分かる。
Claims (14)
- (A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B1)繊維長が1〜5mmの繊維状無機充填剤10〜120質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られる樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有する光反射部品の製造方法。
- (A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B2)繊維長が30μm以上1000μm未満のウィスカ状無機充填剤30〜150質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られる樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有する光反射部品の製造方法。
- (A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、
(B2a)繊維長が2μm以上30μm未満のウィスカ状無機充填剤X質量部と、
(B2b)繊維長が100μm以上1000μm未満で、且つ繊維径が5〜50μmのウィスカ状無機充填剤Y質量部と、
(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物を溶融混練して得られ、以下の式(1)〜式(3)のすべてを満たす樹脂組成物を、ダイヤモンド状炭素被膜でキャビティ表面を表面処理した金型を用いて射出成形する工程を有する光反射部品の製造方法。
4/3<X/Y≦4 …式(1)
13≦Y<30 …式(2)
50≦X+Y≦150 …式(3) - 前記混合物が、(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B1)繊維長が1〜3mmで、且つ繊維径が3〜7μmの繊維状無機充填剤20〜40質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物である請求項1に記載の光反射部品の製造方法。
- 前記混合物が、(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B2)繊維長が30〜150μmで、且つ繊維径が2〜10μmのウィスカ状無機充填剤50〜80質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物である請求項2に記載の光反射部品の製造方法。
- 前記混合物が、(A)ポリアリーレンスルフィド樹脂100質量部と、(B2a)繊維長が2μm以上30μm未満で、且つ繊維径が2〜10μmのウィスカ状無機充填剤X質量部と、(B2b)繊維長が100〜150μmで、且つ繊維径が5〜10μmのウィスカ状無機充填剤Y質量部と、(C)粉粒体充填剤10〜220質量部と、を含む混合物であり、以下の式(1)〜式(3’)のすべてを満たす請求項3に記載の光反射部品の製造方法。
4/3<X/Y≦4 …式(1)
13≦Y<30 …式(2)
50≦X+Y≦80 …式(3’) - 前記混合物が、更に(D)滑剤を含む混合物である請求項1〜6のいずれか1項に記載の光反射部品の製造方法。
- 前記(D)滑剤として、酸価を持たないポリエチレンワックスを用いる請求項7に記載の光反射部品の製造方法。
- 前記混合物が、(C)粉粒体充填剤として、レーザー回折・散乱法で測定した平均粒子径(50%d)が1.5μm以下の粉粒体充填剤50〜110質量部を含み、且つ(D)酸価を持たないポリエチレンワックス0.1〜2質量部を更に含む混合物である請求項5に記載の光反射部品の製造方法。
- 前記混合物が、(C)粉粒体充填剤として、レーザー回折・散乱法で測定した平均粒子径(50%d)が1.5μm以下の粉粒体充填剤50〜110質量部を含み、且つ(D)酸価を持たないポリエチレンワックス0.1〜2質量部を更に含む混合物である請求項6に記載の光反射部品の製造方法。
- 前記混合物が、更に(E)シラン化合物を含む混合物である請求項1〜10のいずれか1項に記載の光反射部品の製造方法。
- 射出成形時の保圧力を50〜70MPaとする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光反射部品の製造方法。
- 射出成形時の保圧速度を50〜150mm/secとする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光反射部品の製造方法。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の光反射部品の製造方法により製造されてなる光反射部品。
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