JP2008266428A

JP2008266428A - 耐熱性フィルム及びその製造方法

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Publication number: JP2008266428A
Application number: JP2007109901A
Authority: JP
Inventors: Shinji Shimizu; 紳司清水; Tatsuya Sugibashi; 達也杉橋
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】原料としてポリエーテルエーテルケトンのほかに比較的安価な非晶性樹脂であるポリエーテルサルホンを併用することにより、コスト及び性能のバランスのとれた耐熱性フィルム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンと、ポリエーテルサルホンとを含有し、樹脂成分中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が７０重量％以上である樹脂組成物１を加熱してフィルム状に成形した後に急冷したため、ＰＥＥＫとＰＥＳの併用系であるにもかかわらず、ＪＩＳＫ７１２７に規定する引張弾性率が１５００ＭＰａ以上であり、かつＪＩＳＰ８１１５に規定する耐折回数が２０００回以上である特性を備えた耐熱性フィルムを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルサルホンを混合してなる樹脂組成物からなる耐屈曲疲労性に優れた耐熱性フィルム及びその製造方法に関するものである。

ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、剛性、難燃性、耐熱性、電気絶縁性、耐薬品性等に優れているため、フレキシブルプリント基板やＩＣキャリヤテープなどの電子部品に利用されている。

別の電子部品として、例えば、カラー画像形成装置には、感光体上に形成されるトナー像をいったん転写した後、さらにこの転写像を転写材に転写するのに用いられる中間転写ベルトや、感光体上に形成されるトナー像を転写材に直接転写するために用いられる転写搬送ベルトなどの半導電性ベルトが使用されている。

これら画像形成装置に使用される半導電性ベルトは、高精度の画像を形成するために、初期弾性率等の機械的強度に優れていることが要求される。このような半導電性ベルトとして、上述のごとく、諸特性に優れたスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリエーテルエーテルケトンを用い、これを押出成形装置によって円筒状に押し出した後、これをカットしたものが提案されている（特許文献１）。
特開平６−２５４９４１号公報

しかしながら、ポリエーテルエーテルケトンは、剛性等の特性に優れているものの、結晶性樹脂であることから剛直な構造を有しており、これによって耐屈曲疲労性の改善効果は充分ではなく、半導電性ベルトやフレキシブルプリント基板として使用しづらいという問題があった。

そこで、本願発明においては、原料としてポリエーテルエーテルケトンのほかに比較的安価な非晶性樹脂であるポリエーテルサルホンを併用することにより、コスト及び性能のバランスのとれた耐熱性フィルム及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫという）を加熱してフィルム状に成形した後に急冷すると、ＰＥＥＫの結晶化度が低下して耐屈曲疲労性が飛躍的に向上することを見いだした。さらに、ＰＥＥＫにポリエーテルサルホン（以下、ＰＥＳという）を混合した樹脂組成物を急冷すると、樹脂組成物中のＰＥＥＫの含有量が７０重量％以上であれば、良好な耐屈曲疲労性を維持可能であることを見いだして本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち、本発明に係る耐熱性フィルムは、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンと、ポリエーテルサルホンとを含有する樹脂組成物からなり、前記樹脂成分中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が７０重量％以上とされ、ＪＩＳＫ７１２７に規定する引張弾性率が１５００ＭＰａ以上であり、かつＪＩＳＰ８１１５に規定する耐折回数が２０００回以上であることを特徴とする。

上記構成によれば、高価なＰＥＥＫと比較的安価なＰＥＳとを併用してアロイ化することで、耐屈曲疲労性（耐折回数）に関しては、従来のＰＥＥＫ単独使用のフィルムよりも大幅に性能が向上した、コスト及び性能のバランスのとれた耐熱性フィルムを提供することができる。

上記樹脂組成物は、導電性フィラーを含有したものであってもよく、これにより導電性の耐熱性フィルムを得ることができる。また、導電性フィラーの配合量を調整することにより、上記耐熱性フィルムを用いて半導電性ベルトを得ることも可能である。

本発明に係る耐熱性フィルムは、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンと、ポリエーテルサルホンとを含有し、前記樹脂成分中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が７０重量％以上である樹脂組成物を加熱してフィルム状に成形した後に急冷することで得ることができる。

上記急冷条件としては、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトン１００重量％のものを加熱してフィルム状に成形した後に冷却したときに、密度法によるポリエーテルエーテルケトンの結晶化度が２５％以下になる条件とすることができる。

すなわち、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトン１００重量％の樹脂組成物をフィルム状に成形した後に徐冷すると結晶化度は４０％程度になるところ、該樹脂組成物をフィルム状に成形した後に急冷すると結晶化度は２５％以下となる。そして、結晶化度を２５％以下にすることで耐屈曲疲労性（耐折回数）を大幅に向上させることができる。

したがって、急冷条件を上記条件に設定した上で、樹脂組成物のうち３０重量％までをＰＥＥＫからＰＥＳに置き換えると、従来のＰＥＥＫ１００％フィルムに比べ、良好な引張弾性率を維持しながら、原料コストを低減することができ、かつ耐屈曲疲労性を大幅に向上させることが可能となる。

また、上記樹脂組成物が導電性フィラーを含有するものであってもよく、この場合は、導電性を有する耐熱性フィルムを得ることが可能となる。これによって、上述のごとく、初期弾性率、難燃性、耐屈曲疲労性に優れた半導電性ベルトを得ることができる。

フィルム状の樹脂組成物を急冷するには、気体状又は液体状の冷媒をＰＥＥＫに接触させたり、熱容量の大きい金属等の材質からなる冷却板をＰＥＥＫに接触させたりすることができ、これらの方法を単独で又は併用して実施することができる。

本発明に係る耐熱性フィルムは、ロール間で圧延してフィルム状に成形することができるほかに、Ｔダイ等により押出成形することが可能である。また、半導電性ベルトを得る場合には、サーキュラーダイスを備えた押出成形装置から押し出された筒状の耐熱性フィルムをカットすることにより、シームレスベルトを得ることができる。

本発明で使用されるＰＥＥＫに特に制限はないが、化１に示されるように、繰り返し単位にエーテル結合とカルボニル基とを有するものであればよい（ただし、式中、ｎは正の整数）。

導電性フィラーとしては、半導電性ベルトに導電性を付与するために用い得るフィラーであれば特に限定されないが、カーボンブラック、グラファイト、鉄、銅、銅合金、ニッケル、アルミニウム等の金属若しくは合金、又は酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン酸化錫−酸化インジウム若しくは酸化錫−酸化アンチモン複合酸化物等の金属酸化物の微粉末が例示される。これらの金属若しくは合金若しくは金属酸化物は、単独で又は２種以上を混合して用いることができる。中でも、安価で汎用性があることからカーボンブラックを用いるのが好ましい。

そして、本発明における半導電性ベルトとは、上記導電性フィラーを配合することによって体積抵抗率（１５０μｍ厚）が、中間転写ベルトや、転写搬送ベルトに用いられる１０⁶Ω・ｃｍ〜１０¹³Ω・ｃｍの範囲に調整されたベルトを意味する。本発明に係る耐熱性フィルムは、数十μｍ〜数百μｍの厚みのものであれば、電子部品としても半導電性ベルトとしても問題なく使用することができる。

本発明では、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンと、ポリエーテルサルホンとを含有し、樹脂成分中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が７０重量％以上である樹脂組成物を加熱してフィルム状に成形した後に急冷したため、ＰＥＥＫとＰＥＳの併用系であるにもかかわらず、ＪＩＳＫ７１２７に規定する引張弾性率が１５００ＭＰａ以上であり、かつＪＩＳＰ８１１５に規定する耐折回数が２０００回以上である特性を備えた耐熱性フィルムを得ることができる。

以下、図面を基に本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る耐熱性フィルムとして半導電性ベルトを製造する製造装置を示す概略図である。本実施形態では、樹脂成分としてＰＥＥＫ及びＰＥＳを含有し、そこにさらに導電性フィラーであるカーボンブラックを溶融混練した樹脂組成物１をダイヘッド２から押し出す押出装置３を備えている。ダイヘッド２は、サーキューラーダイスを有しており、樹脂組成物１を筒状に押し出すようになっている。

樹脂成分中のＰＥＥＫの配合割合は、７０重量％以上であればよいが、原料コストを勘案すれば７０重量％〜９５重量％とし、少なくとも５重量％はＰＥＳを配合するのが好ましい。

ダイヘッド２から押し出された樹脂組成物１は、サイジングダイス４で冷却され、形を整えた上で、その下流側に配された引取機５によって引き取られ、所定の長さにカットされて筒状のシームレスの半導電性ベルトを得ることができる。

本実施形態において、樹脂組成物１を急冷する手段としては、サイジングダイス４を用いることができる。すなわち、ＰＥＥＫを含む樹脂組成物を溶融するにはダイスヘッド２内の温度を３７０℃程度に加熱することが必要とされ、通常、サイジングダイス４は、１５０℃〜３００℃に設定されるところ、本発明においては、サイジングダイス４の温度を０℃〜８０℃に設定することにより、樹脂組成物を急冷することができる。

なお、急冷手段としては、サイジングダイス４以外に、例えば、筒状に引出したＰＥＥＫの外周面に冷風を吹き付ける冷風供給手段を採用することも可能であり、また、サイジングダイス４と冷風供給手段を併用することもできる。

半導電性ベルトを得る別の方法として、例えば、図２に示すように、上型６ａと、下型６ｂとからなる金型６を用いることも可能である。この方法について詳述すると、先ず、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ及びカーボンブラックを溶融混練してペレット状の樹脂組成物１を作製する。金型６の上型６ａおよび下型６ｂの合せ面には、それぞれ凹部が形成されており、金型６を閉型したときに、金型内に一定の隙間の空間が形成されるようになっている。

次に、上記ペレット状の樹脂組成物１を金型６内にセットし、上型６ａ及び下型６ｂを加熱しながら閉型するように加圧すると、樹脂組成物１は、金型６内でシート状に成形される。そして、金型６を閉じた状態で金型ごと樹脂組成物１を急冷することにより、耐熱性フィルムを得ることができる。そして、得られたシート状の耐熱性フィルムを筒状に成形することにより、半導電性ベルトを得ることができる。

[耐熱性フィルムの作製]
（１）急冷条件の設定
上記第１実施形態の図２で説明した金型６を使用し、先ず、樹脂組成物としてＰＥＥＫ（ビクトレックス社製４５０Ｇ）１００％を使用し、このペレット状原料を、前述の金型６にセットし、３７０℃に加熱した状態で２０ＭＰａでプレス成形した後、金型６ごと水中に投入して急冷し、厚さ１５０μｍのフィルムを得た。

そして、水温を変化させたときの上記フィルムのＰＥＥＫ結晶化度を測定した。なお、別の冷却方法としては、上記３７０℃における加熱プレス成形後に、直ちに熱盤温度５０℃に設定したプレス機にて冷却プレス（２０ＭＰａ）する方法を実施した。結晶化度の測定に際しては、下記式（１）を基に算出した。

すなわち、本発明におけるＰＥＥＫの結晶化度は、試料密度から計算する密度法により算出した。具体的には、３０℃の恒温槽内で試料よりも比重の大きい液体（四塩化炭素：1.60g/cm³at30℃）と、試料より比重の小さい液体（ベンゼン：0.88g/cm³at30℃）とを適当に混合し、試料が懸垂停止するまでいずれかの液体を加え、その混合液体の密度を試料の密度ｄとした。すると、下記式が成立する。

１／ｄ＝（Ｘｃ／ｄｃ）＋{（１−Ｘｃ）／ｄａ}
ここで、Ｘｃ：（重量分率）結晶化度
ｄ：試料密度
ｄｃ：結晶領域の密度（１．３８２ｇ／ｃｍ³）
ｄａ：非晶領域の密度（１．２６５ｇ／ｃｍ³）
∴Ｘｃ＝ｄｃ（ｄ−ｄａ）／ｄ（ｄｃ−ｄａ）×１００・・・式（１）

また、その他の評価試験としては、後述する引張弾性率及び耐屈曲疲労性試験を行なった。結果を表１に示す。表１より、水中で金型を冷却する方法においては、水温３℃〜７０℃の範囲でいずれも結晶化度が２５％以下であることが判明した。一方、冷却プレスによる冷却では、耐熱性フィルムが徐冷されることで、結果的に結晶化度は４０％と高い値となった。そして、ＰＥＥＫの結晶化度が２５％以下のものと、結晶化度４０％のものとでは、前者の方が耐屈曲疲労性（耐折回数）が大幅に向上しているのが確認された。

（２）耐熱性フィルムの作製
上記金型６を使用して耐熱性フィルムを作製し、引張弾性率及び耐屈曲疲労性について評価を行なった。以下にその試験条件を記す。

樹脂成分としてＰＥＥＫ（ビクトレックス社製４５０Ｐ）と、ＰＥＳ（住友化学社製スミカエクセル４１００Ｐ）とを使用し、これらを種々の割合で混合した。また、本実施例においては、樹脂成分１００重量部にカーボンブラック（アセチレンブラック：電気化学工業社製「デンカブラック粒状」）を１２重量部添加し、プラストミルにより溶融混練してコンパウンド状の樹脂組成物１を作製した。

このコンパウンド状の樹脂組成物１を３７０℃、２０ＭＰａでプレス成形によりフィルム状に成形した後、金型６ごと水中に投入して急冷し、厚み１５０μｍの耐熱性フィルム（半導電性フィルム）を作製した。なお、耐熱性フィルムの急冷条件としては、上記項目（１）より、３℃の水中に金型を投入して冷却することとした。以上のようにして得られた４種類の試料について下記評価試験を行なった。

[評価試験]
（１）引張弾性率
引張弾性率は、ＪＩＳＫ７１２７に準拠して測定した。すなわち、１０ｍｍ×１５０ｍｍの短冊試験片を用い、試験スピード５０ｍｍ／ｍｉｎにて測定した。

（２）耐屈曲疲労性
耐屈曲疲労性は、ＪＩＳＰ８１１５に準拠して耐折回数を測定することにより評価を行なった。

［評価結果］
上記評価試験結果を表２に記す。表２より、今回の急冷条件において、樹脂成分中のＰＥＥＫの含有量が７０重量％以上である試料１においては、引張弾性率が２０００ＭＰａ以上で、耐折回数が６０００回以上と優れた耐屈曲疲労性を発揮しているのが分かる。一方、樹脂成分中のＰＥＥＫの含有量が７０重量％未満である試料２および試料３については、耐折回数が急激に低下している。すなわち、耐屈曲疲労性は、ＰＥＥＫの含有量に応じて徐々に低下するのではなく、急激に変化することが確認された。

また、樹脂成分としてＰＥＥＫ１００％を使用したフィルムの結晶化度が２５％以上になるような冷却条件にて冷却した試料４（結晶化度４０％）については、樹脂成分の組成が試料１と同じであるにもかかわらず、耐折回数（耐屈曲疲労性）は全試料中で最低値を示した。これによって、耐熱性フィルムの冷却条件が耐屈曲疲労性に大きな影響を与えていることが分かる。

本発明に係る耐熱性フィルムである半導電性ベルトを製造する製造装置を示す概略図図１とは別の製造装置を示す概略断面図図２における金型を閉型した状態を示す概略断面図

符号の説明

１樹脂組成物
２ダイヘッド
３押出装置
４サイジングダイス
５引取機

Claims

樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンと、ポリエーテルサルホンとを含有する樹脂組成物からなり、前記樹脂成分中の前記ポリエーテルエーテルケトンの含有量が７０重量％以上とされ、ＪＩＳＫ７１２７に規定する引張弾性率が１５００ＭＰａ以上であり、かつＪＩＳＰ８１１５に規定する耐折回数が２０００回以上であることを特徴とする耐熱性フィルム。
前記樹脂組成物が、導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の耐熱性フィルム。
請求項２記載の耐熱性フィルムを用いたことを特徴とする半導電性ベルト。
樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンと、ポリエーテルサルホンとを含有し、前記樹脂成分中の前記ポリエーテルエーテルケトンの含有量が７０重量％以上である樹脂組成物を加熱してフィルム状に成形した後に急冷することを特徴とする耐熱性フィルムの製造方法。
前記急冷条件が、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトン１００重量％のものを加熱してフィルム状に成形した後に冷却したときに、密度法によるポリエーテルエーテルケトンの結晶化度が２５％以下になる条件としたことを特徴とする請求項４記載の耐熱性フィルムの製造方法。
前記樹脂組成物が、導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項４記載の耐熱性フィルムの製造方法。