CN117916069A - 热塑性树脂粒料及热塑性树脂粒料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种热塑性树脂粒料,其是含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B)的热塑性树脂粒料,其中,纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,热塑性树脂粒料的粒料长与纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度,热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性树脂粒料及热塑性树脂粒料的制造方法。
本申请基于2021年9月6日在日本申请的特愿2021-144889号而主张优先权,并将其内容援引于此。
背景技术
热塑性树脂是若达到玻璃化转变温度或熔点则未软化的树脂,大致分为通用塑料和工程塑料。
其中,工程塑料由于机械性质、耐热性优异,因此作为机械部件、家电部件、通信设备部件、OA部件、汽车部件、休闲用品等各种部件的成型材料被广泛使用。其中,热塑性树脂利用其透明性、耐冲击性等特长而被用于各种用途。
作为成型材料,使用了含有热塑性树脂的树脂组合物。该树脂组合物例如通过使用挤出机进行熔融混炼,从线料模头挤出而形成线料后,将该线料用造粒机切断成规定形状,从而成型加工为粒料。
近年来,在使用了热塑性树脂粒料的注射成型体的制造中,为了提高生产率,有时以缩短成型循环的注射成型条件长期进行连续成型。在这样的热塑性树脂的连续成型中,注射成型时的计量时间(也被称为塑化时间)的稳定性高是重要的。若成型时的计量时间不均,则存在生产率降低的课题。
针对这样的课题,在专利文献1中,为了使成型体的成型时的计量时间稳定而记载了除去了飞边的粒料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-177007号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,对于热塑性树脂粒料,为了缩短生产时间,要求成型时的计量稳定性的进一步提高。
本说明书中,“计量稳定性”通过成型时的计量时间来评价。即,所谓“计量稳定性良好”是指将多个粒料进行规定的次数成型时的粒料的计量时间合计的平均值短。
本发明是鉴于上述那样的情况而进行的,目的是提供成型体制作时的计量稳定性良好的热塑性树脂粒料。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题,本发明采用以下的构成。
[1]一种热塑性树脂粒料,其是含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B)的热塑性树脂粒料,其中,上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,上述热塑性树脂粒料的粒料长与上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度,上述热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm。
[2]根据[1]所述的热塑性树脂粒料,其中,上述热塑性树脂(A)为液晶聚酯树脂。
[3]根据[1]或[2]所述的热塑性树脂粒料,其中,上述纤维状填料(B)包含碳纤维或玻璃纤维。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的热塑性树脂粒料,其中,上述热塑性树脂粒料表面的算术平均粗糙度Ra为11μm以下。
[5]一种热塑性树脂粒料的制造方法,其是[1]~[4]中任一项所述的热塑性树脂粒料的制造方法,包括以下工序:使熔融状态的上述热塑性树脂(A)含浸于上述作为纤维状填料(B)的原材料的纤维束中而得到线料状的树脂结构体的工序;将上述线料状的树脂结构体按照最大截面高度Rt低于120μm的方式进行压延的工序;和将上述压延后的树脂结构体切断而造粒的工序。
发明效果
根据本发明,能够提供成型体制作时的计量稳定性良好的热塑性树脂粒料。
附图说明
图1是表示本实施方式的热塑性树脂粒料的一个例子的示意图。
图2是本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的显微镜图像。
图3是用图像解析软件测定本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的长径D1及短径D2的图。
图4是表示本实施方式的热塑性树脂粒料的制造装置的一个例子的示意图。
图5是表示本实施方式的热塑性树脂粒料的制造装置中的整形辊的一个例子的示意图。
具体实施方式
(热塑性树脂粒料)
本实施方式的热塑性树脂粒料含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B)。
上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,上述热塑性树脂粒料的粒料长与上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度。
上述热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm。
本说明书中,所谓“热塑性树脂粒料的粒料长与上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度”是指在树脂粒料中排列的纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为树脂粒料的长度方向的长度的95~105%。
本实施方式的热塑性树脂粒料由于典型而言通过后述的制造方法来制造,因此热塑性树脂粒料的粒料长与上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长成为实质上相同的长度。
本实施方式的热塑性树脂粒料的形状优选为椭圆柱或扁平椭圆柱。
图1是表示本实施方式的热塑性树脂粒料的一个例子即热塑性树脂粒料1P的示意图。
热塑性树脂粒料1P为扁平椭圆柱形状的粒料,具有端面1和外周面2。
热塑性树脂粒料1P的粒料长L是指热塑性树脂粒料1P的长度方向的长度(两端面1间的距离)。
本说明书中,“热塑性树脂粒料的表面”是指热塑性树脂粒料1P中的外周面2。
具体而言,如下文所述的那样,本实施方式的热塑性树脂粒料通过将含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B)的树脂结构体使用挤出机挤出成线料状,沿长度方向切断成规定的长度而造粒,由此获得。在该工序中,将线料状的树脂结构体沿长度方向切断成规定的长度时产生的切断面成为“热塑性树脂粒料的端面”。此外与挤出口相接触的面成为“热塑性树脂粒料的表面”。此外,所谓“热塑性树脂粒料的表面”是“热塑性树脂粒料的端面”以外的面。
本实施方式的热塑性树脂粒料的表面(即,热塑性树脂粒料1P的外周面2)的最大截面高度Rt低于120μm,优选为118μm以下,更优选为116μm以下,进一步优选为115μm以下。
通过本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm,在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性提高。此外,如果为上述的优选的值以下,则该计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料表面的算术平均粗糙度Ra优选为11μm以下。
通过本实施方式的热塑性树脂粒料表面的算术平均粗糙度Ra为11μm以下,在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大平均粗糙度Rz例如优选为100μm以下,更优选为80μm以下,进一步优选为60μm以下。
如果本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大平均粗糙度Rz为上述的优选的值以下,则在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大山高度Rp例如优选为80μm以下,更优选为60μm以下,进一步优选为40μm以下。
如果本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大山高度Rp为上述的优选的值以下,则在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大谷深度Rv例如优选为70μm以下,更优选为50μm以下,进一步优选为30μm以下。
如果本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大谷深度Rv为上述的优选的值以下,则在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料表面的均方根高度Rq例如优选为80μm以下,更优选为60μm以下,进一步优选为40μm以下。
如果本实施方式的热塑性树脂粒料表面的均方根高度Rq为上述的优选的值以下,则在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料优选该粒料表面的最大截面高度Rt及算术平均粗糙度Ra为上述的优选的值以下,更优选:该粒料表面的最大截面高度Rt及算术平均粗糙度Ra为上述的优选的值以下、并且最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv、或均方根高度Rq为上述的优选的值以下,进一步优选:该粒料表面的最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq都为上述的优选的值以下。
[最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq的测定方法]
本实施方式的热塑性树脂粒料的表面的最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq可以使用表面粗糙度计(小坂研究所公司制、SE600LK-31)通过以下的方法来测定。
步骤(1):按照树脂粒料的端面与测定台垂直的方式,将树脂粒料载置于测定台上,为了防止树脂粒料活动,用双面胶带将树脂粒料与测定台粘接。
步骤(2):按照测定针的轨迹从树脂粒料的长度方向的长度(粒料长)的一半的点起相对于长度方向垂直的方式设定。然后,如图1中所示的那样,将从树脂粒料的长度方向的长度(粒料长)的一半的中心点X起与长度方向垂直方向的±2mm的范围(X1~X2的合计4mm)设定为测定范围。
步骤(3):按照以下所示的测定条件,从多个树脂粒料中随机地取出5个树脂粒料,对所取出的5个树脂粒料的表、背各进行1次、合计进行10次测定。
步骤(4):使用表面性状测定用标准片SS-N21来进行基准高度的校正,求出从基准高度起的位移y,通过以下所示的式(1)~(6),算出树脂粒料的表面的最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq,将步骤(3)的合计10次的值的平均值作为热塑性树脂粒料的算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq。
<测定条件>
测定倍率:100倍
进给速度:0.5mm/s
追迹长度:1.6mm
截止:λc=0.8mm
评价长度:截止×5
预备长度:0mm
滤波器特性:高斯
调平处理:直线(全域)
检测器:接触PUDJ2S
[数学式1]
最大截面高度Rt=max Rp+max Rv…(1)
[数学式2]
算术平均粗糙度
[数学式3]
最大平均粗糙度Rz=Rp+Rv…(3)
[数学式4]
最大山高度
[数学式5]
最大谷深度
[数学式6]
均方根高度
本实施方式的热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq可以通过适当变更热塑性树脂(A)的种类、纤维状填料(B)的种类/含量、后述的本实施方式的热塑性树脂粒料的制造方法中的对树脂结构体进行加工的工序的条件等来调整。
此外,特别是作为热塑性树脂(A),通过使用熔融粘度低的液晶聚酯树脂,变得容易控制最大截面高度Rt等。
本实施方式的热塑性树脂粒料的热塑性树脂粒料的截面的长径D1与短径D2之比D1/D2的下限值优选为2.0以上,更优选为2.5以上,进一步优选为2.8以上。
D1/D2的上限值优选为100以下,更优选为80以下,进一步优选为50以下,特别优选为20以下,最优选为15以下。
例如,本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的D1/D2优选为2.0以上且100以下,更优选为2.5以上且80以下,进一步优选为2.8以上且50以下,特别优选为2.8以上且20以下,最优选为2.8以上且15以下。
通过本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的D1/D2为上述的优选的范围内,在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的长径D1的下限值优选为1mm以上,更优选为1.5mm以上,进一步优选为2mm以上,特别优选为4.1mm以上。
本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的长径D1的上限值优选为24mm以下,更优选为20mm以下,进一步优选为15mm以下,特别优选为12mm以下。
例如,本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的长径D1优选为1mm以上且24mm以下,更优选为1.5mm以上且20mm以下,进一步优选为2mm以上且15mm以下,特别优选为4.1mm以上且12mm以下,也可以为4.1mm以上且24mm以下。
本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的短径D2的下限值优选为0.1mm以上,更优选为0.15mm以上,进一步优选为0.2mm以上,特别优选为0.25mm以上。
本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的短径D2的上限值优选为5mm以下,更优选为3mm以下,进一步优选为2.5mm以下,特别优选为1.4mm以下。
例如,本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的短径D2优选为0.1mm以上且5mm以下,更优选为0.15mm以上且3mm以下,进一步优选为0.2mm以上且2.5mm以下,特别优选为0.25mm以上且1.4mm以下。
本实施方式的热塑性树脂粒料的热塑性树脂粒料的截面的长径D1优选为1mm以上且24mm以下,更优选为1.5mm以上且20mm以下,进一步优选为2mm以上且15mm以下,特别优选为4.1mm以上且12mm以下,也可以为4.1mm以上且24mm以下,
优选热塑性树脂粒料的截面的短径D2优选为0.1mm以上且5mm以下,更优选为0.15mm以上且3mm以下,进一步优选为0.2mm以上且2.5mm以下,特别优选为0.25mm以上且1.4mm以下,
并且,热塑性树脂粒料的截面的D1/D2为2.0以上且100以下,优选为2.5以上且80以下,更优选为2.8以上且50以下,进一步优选为2.8以上且20以下,特别优选为2.8以上且15以下。
如果本实施方式的热塑性树脂粒料的截面的长径D1及短径D2为上述的优选的范围内,并且,D1/D2为上述的范围内,则在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本说明书中,所谓“热塑性树脂粒料的截面”是指通过将上述“热塑性树脂粒料的端面”通过后述的[热塑性树脂粒料的截面的长径D1及短径D2的测定方法]中的步骤(iii)、(iv)研磨至热塑性树脂粒料的粒料长度的1/2的长度为止而产生的截面(经研磨的面)。
本说明书中,热塑性树脂粒料的截面的长径D1及短径D2是指费雷特直径(射影宽度),可以通过以下的方法进行测定。
[树脂粒料的截面的长径D1及短径D2的测定]
步骤(i):将热塑性树脂粒料1P放入与热塑性树脂粒料1P相比充分大的圆柱状的模具中,如图2中所示的那样,使用固定夹具J1(Holding blue clips(plastic)、Presi公司制),将热塑性树脂粒料1P按照长度方向与模具底面垂直的方式直立并固定。
步骤(ii):将以100:2的比例装有冷包埋树脂No.105(Struers公司制)和No.105用M剂(固化剂)(Struers公司制)的溶液浇注到上述圆柱状的模具中。接着,在常温(23℃)下静置1天以上,充分固化。
步骤(iii):将固化后的圆柱状样品从模具中取出,使用研磨机(APO-128AUTOMAX·Polisher EV、Refine Tec公司制),按照热塑性树脂粒料1P的粒料长成为1/2的长度的方式将固化后的圆柱状样品进行研磨。
步骤(iv):对于研磨至1/2的长度的面,在该研磨机上拉上绒面革布No.52-308(Refine Tec公司制),将氧化铝粉末(氧化铝粉末A、Refine Tec公司制)用水研磨至变成平面并且研磨伤痕消失为止。由此形成树脂粒料的截面1’。
步骤(v):对树脂粒料的截面1’使用显微镜(本体:VHX-8000、透镜:VH-Z00R、KEYENCE公司制)以倍率10~25倍进行拍摄。
步骤(vi):如图3中所示的那样,将所拍摄的图像利用图像处理软件(三谷商事公司制、WinRooF2018)进行二值化处理,由测量工具使用费雷特II算出费雷特直径,将费雷特水平设定为热塑性树脂粒料1P截面的长径D1,将费雷特垂直设定为热塑性树脂粒料1P截面的短径D2。
步骤(vii):以5个树脂粒料进行步骤(i)~步骤(vi),采用测定5次而得到的平均值作为树脂粒料的长径D1、短径D2的值。
本测定中,上述长径D1及短径D2不是算出树脂粒料的端面1,而是算出树脂粒料的截面1’的长径D1及短径D2。通常,树脂粒料的端面1的长径D1及短径D2与树脂粒料的截面1’的长径D1及短径D2为几乎相同的直径,但为了进一步降低由制造不均产生的影响,采用树脂粒料的截面1’的长径D1及短径D2。
<热塑性树脂>
作为本实施方式的热塑性树脂粒料所含有的热塑性树脂(A),可列举出聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚甲基戊烯等聚烯烃树脂;氯乙烯、偏氯乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯醇等乙烯基系树脂;聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)等聚苯乙烯系树脂;聚酰胺6(尼龙6)、聚酰胺66(尼龙66)、聚酰胺11(尼龙11)、聚酰胺12(尼龙12)、聚酰胺46(尼龙46)、聚酰胺610(尼龙610)、聚四亚甲基对苯二甲酰胺(尼龙4T)、聚六亚甲基对苯二甲酰胺(尼龙6T)、聚己二酰间苯二甲胺(尼龙MXD6)、聚九亚甲基对苯二甲酰胺(尼龙9T)、聚十亚甲基对苯二甲酰胺(尼龙10T)等聚酰胺系树脂;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯等聚酯系树脂;改性聚砜、聚醚砜、聚砜、聚苯基砜等聚砜系树脂;直链型聚苯硫醚、交联型聚苯硫醚、半交联型聚苯硫醚等聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮等聚醚酮;聚碳酸酯;聚苯醚;热塑性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺等聚酰亚胺系树脂等。
对于本实施方式的热塑性树脂粒料所含有的热塑性树脂(A),在上述中,如后述的热塑性树脂粒料的制造方法中所示的那样,从容易制造热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm的热塑性树脂粒料的观点出发,优选为液晶聚酯树脂。
《液晶聚酯树脂》
液晶聚酯树脂只要是在熔融状态下显示出液晶性的聚酯树脂,则没有特别限定。本实施方式的液晶聚酯树脂也可以为液晶聚酯酰胺、液晶聚酯醚、液晶聚酯碳酸酯、液晶聚酯酰亚胺等。
本实施方式的液晶聚酯树脂的流动开始温度优选为250℃以上,更优选为270℃以上,进一步优选为280℃以上。
此外,本实施方式的液晶聚酯树脂的流动开始温度优选为400℃以下,更优选为360℃以下,进一步优选为330℃以下。
例如,本实施方式的液晶聚酯树脂的流动开始温度优选为250℃以上且400℃以下,更优选为270℃以上且360℃以下,进一步优选为280℃以上且330℃以下。
本说明书中,流动开始温度也被称为流体温度或流动温度,是成为液晶聚酯树脂的分子量的标准的温度(参照小出直之编、“液晶聚合物-合成·成型·应用-”、株式会社CMC、1987年6月5日、p.95)。
作为流动开始温度的测定方法,具体而言,是使用毛细管流变仪使液晶聚酯树脂一边在9.8MPa(100kg/cm2)的载荷下以4℃/分钟的速度升温一边使其熔融、从内径1mm及长度10mm的喷嘴挤出时显示出4800Pa·s(48000泊)的粘度的温度。
本实施方式的液晶聚酯树脂优选为仅使用芳香族化合物作为原料单体而成的全芳香族液晶聚酯。
作为本实施方式的液晶聚酯树脂的典型例,可列举出使芳香族羟基羧酸、芳香族二羧酸与选自由芳香族二醇、芳香族羟基胺及芳香族二胺构成的组中的至少1种化合物聚合(缩聚)而成的液晶聚酯树脂;使多种芳香族羟基羧酸聚合而成的液晶聚酯树脂;使芳香族二羧酸与选自由芳香族二醇、芳香族羟基胺及芳香族二胺构成的组中的至少1种化合物聚合而成的液晶聚酯树脂;使聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯与芳香族羟基羧酸聚合而成的液晶聚酯树脂。
其中,芳香族羟基羧酸、芳香族二羧酸、芳香族二醇、芳香族羟基胺及芳香族二胺也可以分别独立地使用可聚合的它们的衍生物来代替其一部分或全部。
作为芳香族羟基羧酸及芳香族二羧酸那样的具有羧基的化合物的可聚合的衍生物的例子,可列举出将羧基转换成烷氧基羰基或芳氧基羰基而成的酯;将羧基转换成卤代甲酰基而成的酰卤化物;将羧基转换成酰氧基羰基而成的酸酐等。
作为芳香族羟基羧酸、芳香族二醇及芳香族羟基胺那样的具有羟基的化合物的可聚合的衍生物的例子,可列举出将羟基酰化而转换成酰氧基而成的酰化物等。
作为芳香族羟基胺及芳香族二胺那样的具有氨基的化合物的可聚合的衍生物的例子,可列举出将氨基酰化而转换成酰基氨基而成的酰化物等。
本实施方式的液晶聚酯树脂优选具有下述式(1)所表示的重复单元(以下,也称为“重复单元(1)”),更优选具有重复单元(1)、下述式(2)所表示的重复单元(以下,也称为“重复单元(2)”)和下述式(3)所表示的重复单元(以下,也称为“重复单元(3)”)。
(1)-O-Ar1-CO-
(2)-CO-Ar2-CO-
(3)-X-Ar3-Y-
[式中,Ar1表示亚苯基、亚萘基或亚联苯基。Ar2及Ar3分别独立地表示亚苯基、亚萘基、亚联苯基或下述式(4)所表示的基团。X及Y分别独立地表示氧原子或亚氨基(-NH-)。Ar1、Ar2或Ar3所表示的上述基团中的氢原子也可以分别独立地被卤素原子、烷基或芳基取代。]
(4)-Ar4-Z-Ar5-
[式中,Ar4及Ar5分别独立地表示亚苯基或亚萘基。Z表示氧原子、硫原子、羰基、磺酰基或亚烷基。]
作为可与Ar1、Ar2或Ar3所表示的上述基团中的1个以上的氢原子取代的卤素原子,可列举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。
作为可与Ar1、Ar2或Ar3所表示的上述基团中的1个以上的氢原子取代的烷基,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正己基、2-乙基己基、正辛基、正癸基等,其碳数优选为1~10。
作为可与Ar1、Ar2或Ar3所表示的上述基团中的1个以上的氢原子取代的芳基,可列举出苯基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、1-萘基、2-萘基等,其碳数优选为6~20。
在Ar1、Ar2或Ar3所表示的上述基团中的氢原子被上述的基团取代的情况下,该取代数优选为1个或2个,更优选为1个。
作为式(4)中的Z中的亚烷基,可列举出亚甲基、亚乙基、异亚丙基、正亚丁基、2-乙基亚己基等,其碳数优选为1~10。
重复单元(1)是来源于规定的芳香族羟基羧酸的重复单元。作为重复单元(1),优选Ar1为1,4-亚苯基的重复单元(来源于对羟基苯甲酸的重复单元)、及Ar1为2,6-亚萘基的重复单元(来源于6-羟基-2-萘甲酸的重复单元)。
本说明书中所谓“来源”是指为了原料单体聚合而有助于聚合的官能团的化学结构发生变化、且不产生其他的结构变化。
重复单元(2)是来源于规定的芳香族二羧酸的重复单元。作为重复单元(2),优选Ar2为1,4-亚苯基的重复单元(来源于对苯二甲酸的重复单元)、Ar2为1,3-亚苯基的重复单元(来源于间苯二甲酸的重复单元)、Ar2为2,6-亚萘基的重复单元(来源于2,6-萘二羧酸的重复单元)、及Ar2为二苯基醚-4,4’-二基的重复单元(来源于二苯基醚-4,4’-二羧酸的重复单元),更优选Ar2为1,4-亚苯基的重复单元、Ar2为1,3-亚苯基的重复单元、及Ar2为2,6-亚萘基的重复单元。
重复单元(3)是来源于规定的芳香族二醇、芳香族羟基胺或芳香族二胺的重复单元。作为重复单元(3),优选Ar3为1,4-亚苯基的重复单元(来源于氢醌、对氨基苯酚或对苯二胺的重复单元)、及Ar3为4,4’-亚联苯基的重复单元(来源于4,4’-二羟基联苯、4-氨基-4’-羟基联苯或4,4’-二氨基联苯的重复单元)。
重复单元(1)的数目相对于全部重复单元的合计数(100%),优选为30%以上且80%以下,更优选为40%以上且70%以下,进一步优选为45%以上且70%以下。
重复单元(2)的数目相对于全部重复单元的合计数(100%),优选为35%以下,更优选为10%以上且35%以下,进一步优选为15%以上且30%以下。
重复单元(3)的数目相对于全部重复单元的合计数(100%),优选为35%以下,更优选为10%以上且35%以下,进一步优选为15%以上且30%以下。
重复单元(2)的数目与重复单元(3)的数目的比例以[重复单元(2)的数目]/[重复单元(3)的数目]表示,优选为0.9/1~1/0.9,更优选为0.95/1~1/0.95,进一步优选为0.98/1~1/0.98。
本实施方式的液晶聚酯树脂也可以分别具有2种以上的重复单元(1)~(3)。此外,液晶聚酯树脂也可以具有重复单元(1)~(3)以外的重复单元,但其数目相对于全部重复单元的合计数(100%),优选为10%以下,更优选为5%以下。
本说明书中,各重复单元的数目(各重复单元的聚合度)是指通过日本特开2000-19168号公报中记载的分析方法而求出的值。
具体而言,通过使液晶聚酯树脂(A)与超临界状态的低级醇(碳数1~3的醇)反应,将上述液晶聚酯树脂(A)解聚至衍生其重复单元的单体,对作为解聚产物而得到的衍生各重复单元的单体通过液相色谱法进行定量,可以算出各重复单元的数目。
例如,对于液晶聚酯树脂由重复单元(1)~(3)构成的情况的重复单元(1)的数目,可以通过利用液相色谱法算出分别衍生重复单元(1)~(3)的单体的摩尔浓度,并算出将分别衍生重复单元(1)~(3)的单体的摩尔浓度的合计设定为100%时的衍生重复单元(1)的单体的摩尔浓度的比例,由此来求出。
本实施方式的液晶聚酯树脂具有X及Y分别为氧原子的重复单元作为重复单元(3)、即具有来源于规定的芳香族二醇的重复单元由于熔融粘度容易变低,因此优选,作为重复单元(3),更优选仅具有X及Y分别为氧原子的重复单元。
本实施方式的热塑性树脂(A)可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
本实施方式的热塑性树脂(A)中的液晶聚酯树脂的含量相对于热塑性树脂(A)总量100质量%,优选为80质量%以上,更优选为90质量%以上,进一步优选为95质量%以上,也可以为100质量%,即,本实施方式的热塑性树脂(A)仅由液晶聚酯树脂构成。
如果本实施方式的热塑性树脂(A)中的液晶聚酯树脂的含量为上述的优选的值以上,则变得更容易制造热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm的热塑性树脂粒料。
热塑性树脂(A)的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为40质量%以上,更优选为45质量%以上,进一步优选为50质量%以上。
此外,热塑性树脂(A)的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为90质量%以下,更优选为85质量%以下,进一步优选为80质量%以下。
例如,热塑性树脂(A)的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为40质量%以上且90质量%以下,更优选为45质量%以上且85质量%以下,进一步优选为50质量%以上且80质量%以下。
<纤维状填料(B)>
本实施方式的热塑性树脂粒料所含有的纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm。
本说明书中,热塑性树脂粒料中的“长度加权平均纤维长”可以通过以下的方法进行测定。
[树脂粒料中的纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长的测定]
树脂粒料中的纤维状填料的长度加权平均纤维长可以通过以下的方法进行测定。
步骤(1):将树脂粒料5g用马弗炉进行加热而将树脂成分散出。
加热条件为:在碳纤维的情况下为在500℃下加热3h,在玻璃纤维的情况下为在600℃下加热4h。
步骤(2):将从树脂粒料中除去树脂成分而变成仅纤维状填料的物质分散在加有0.05体积%表面活性剂(Micro90 INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION公司制)的水溶液1000mL中,制备纤维状填料分散液。
步骤(3):从纤维状填料分散液中取出100mL,用纯水稀释至10倍。从稀释后的分散液中取出50mL,分散在浅皿中,接着,用显微镜(本体:VHX-8000、透镜:VH-Z00R、KEYENCE公司制、倍率10倍~25倍)观察分散在浅皿中的纤维状填料,对每1个样品按照拍摄区域不重叠的方式拍摄5张图像。但是,在纤维状填料为碳纤维的情况下,从稀释后的分散液中取出50mL后,使用φ90mm的桐山漏斗用滤纸(No.5C)进行减压过滤,拍摄分散在滤纸中的碳纤维的图像。
步骤(4):对于所拍摄的5张图像全部使用图像处理软件(三谷商事公司制、WinROOF2018)如以下那样操作来测定纤维长。
<纤维长的测定方法>
(a)对所拍摄的图像进行单色像素化处理。
(b)按照仅使所拍摄的纤维着色的方式实施二值化处理。
(c)使用图像处理软件的针状分离功能进行纤维长测定。
(d)通过多点间测量来测定(c)中无法二值化的纤维或弯曲的纤维的纤维长,与图像的边缘相接触的纤维不进行测定。但是,在(c)及(d)中,20μm以下的纤维判断为噪音,不包含在纤维的测定根数n中。n>500、纤维的测定根数n不超过500的情况下,返回至步骤(3),追加拍摄图像,测定直至n超过500。
步骤(5):由步骤(4)中测定的纤维状填料的纤维长,求出长度加权平均纤维长lm=(Σli2×ni)/(Σli×ni)(Σni>500)。
li:纤维状填料的纤维长
ni:纤维长li的纤维状填料的根数
纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,优选为5mm以上且45mm以下,更优选为5mm以上且40mm以下。
通过纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
本实施方式的热塑性树脂粒料所含有的纤维状填料也可以为纤维状的无机填充材料,也可以为纤维状的有机填充材料。
作为纤维状的无机填充材料,可列举出玻璃纤维;碳纤维;二氧化硅纤维、氧化铝纤维、二氧化硅氧化铝纤维等陶瓷纤维;铁、金、铜、铝、黄铜、不锈钢等金属纤维;碳化硅纤维;硼纤维等。
此外,作为纤维状的无机填充材料,还可列举出钛酸钾须晶、钛酸钡须晶、硅灰石须晶、硼酸铝须晶、氮化硅须晶、碳化硅须晶等须晶。
作为纤维状的有机填充材料,可列举出聚酯纤维、对位或间位芳香族聚酰胺纤维、PBO纤维等。
作为本实施方式中的纤维状填料,上述中,优选为玻璃纤维或碳纤维。
·玻璃纤维
玻璃纤维的种类没有特别限制,可以使用公知的玻璃纤维,例如可列举出E玻璃(即,无碱玻璃)、C玻璃(即,适于耐酸用途的玻璃)、AR玻璃(即,耐碱用途的玻璃)、S玻璃或T玻璃等。
玻璃纤维可以是经表面处理的玻璃纤维,也可以是未进行表面处理的玻璃纤维。
玻璃纤维的处理可以通过修饰剂、硅烷偶联剂、硼化合物等来进行。作为修饰剂,可列举出芳香族氨基甲酸酯系修饰剂、脂肪族氨基甲酸酯系修饰剂、丙烯酸系修饰剂等。
作为玻璃纤维,上述中,优选为E玻璃。
·碳纤维
碳纤维的种类没有特别限制,可以使用公知的碳纤维,例如,优选为PAN系、沥青系、人造丝系、酚系、木质素系的碳纤维,更优选为PAN系碳纤维或沥青系碳纤维,进一步优选为PAN系碳纤维。
此外,以赋予导电性为目的,也可以使用被覆了镍或铜或镱等金属的碳纤维。
作为PAN系碳纤维,例如可列举出Zoltek公司制“Zoltek(注册商标)”;东丽公司制“TORAYCA(注册商标)”;三菱化学公司制“PYROFIL(注册商标)”、“GRAFIL(注册商标)”;帝人公司制“Tenax(注册商标)”;台湾塑料公司制“TAIRYFIL(注册商标)”;SGL Carbon公司制“SIGRAFIL(注册商标)”等。
碳纤维的抗拉强度优选为2500MPa以上,更优选为3500MPa以上,进一步优选为4000MPa以上。
通过使用高抗拉强度的碳纤维,可抑制至成型体制作为止的加工工艺中的纤维折损,使纤维较长地残留,从而能够进一步提高机械特性。
碳纤维的抗拉强度的上限值例如为6000MPa以下。
碳纤维的抗拉强度是指依据JIS R 7606:2000而测定的值。
碳纤维的拉伸弹性模量优选为180GPa以上,更优选为200GPa以上,进一步优选为220GPa以上,特别优选为240GPa以上。
通过使用高拉伸弹性模量的碳纤维,能够提高成型体的弹性模量。
碳纤维的拉伸弹性模量的上限值例如为800GPa以下。
碳纤维的拉伸弹性模量是指依据JIS R 7606:2000而测定的值。
碳纤维的拉伸伸长率优选为0.4%以上,更优选为0.6%以上,进一步优选为0.8%以上,特别优选为1.0%以上。
通过使用高拉伸伸长率的碳纤维,能够提高成型体的拉伸伸长率。
碳纤维的拉伸伸长率的上限值例如为10%以下。
碳纤维的拉伸伸长率是指依据JIS R 7606:2000而测定的值。
纤维状填料(B)的纤维根数优选为3000根以上,更优选为10000根以上,进一步优选为30000根以上。
此外,纤维状填料(B)的纤维根数优选为60000根以下,更优选为60000根以下,进一步优选为55000根以下。
例如,纤维状填料(B)的纤维根数优选为3000根以上且60000根以下,更优选为10000根以上且60000根以下,进一步优选为30000根以上且55000根以下。
树脂粒料中的纤维状填料(B)的纤维根数的测定方法例如可以通过下述方法求出:对于1粒粒料,通过与上述的[树脂粒料中的纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长的测定]的步骤(1)同样的方法除去树脂成分,从纤维状填料(B)中取出与粒料长相同长度的1根纤维,从所得到的纤维状填料(B)的总重量中,除去1根纤维的重量,由此来求出。
如果纤维状填料(B)的纤维根数为上述的优选的范围内,则能够进一步抑制由含有该纤维状填料(B)的热塑性树脂粒料制作的成型体的物性的不均。
纤维状填料(B)的数均纤维径没有特别限定,但优选为1~40μm,更优选为3~35μm。
在纤维状填料(B)为碳纤维的情况下,优选为1~15μm,更优选为3~10μm,进一步优选为4~9μm。
在纤维状填料(B)为玻璃纤维的情况下,优选为5~35μm,更优选为10~25μm,进一步优选为10~20μm。
树脂粒料中的纤维状填料(B)的数均纤维径的测定方法例如可以通过与上述的[树脂粒料中的纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长的测定]的步骤(1)同样的方法除去树脂成分,利用扫描型电子显微镜(1000倍)观察所得到的纤维状填料(B),对于随机地选择的500根纤维状填料(B)测量纤维径,采用所得到的值的数均值。
若纤维状填料(B)的数均纤维径为上述的优选的范围内,则可高效地进行由纤维状填料(B)带来的机械强度的提高。
纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为10质量%以上,更优选为15质量%以上,进一步优选为20质量%以上。
此外,纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为60质量%以下,更优选为55质量%以下,进一步优选为50质量%以下。
例如,纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为10质量%以上且60质量%以下,更优选为15质量%以上且55质量%以下,进一步优选为20质量%以上且50质量%以下。
如果纤维状填料(B)的含量为上述的优选的范围内,则能够进一步提高机械强度。
纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂(A)100质量份,优选为10质量份以上,更优选为20质量份以上,进一步优选为30质量份以上。
此外,纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂(A)100质量份,优选为150质量份以下,更优选为90质量份以下,进一步优选为85质量份以下。
例如,纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂(A)100质量份,优选为10质量份以上且150质量份以下,更优选为20质量份以上且90质量份以下,进一步优选为30质量份以上且85质量份以下。
如果纤维状填料(B)的含量相对于热塑性树脂(A)的含量为上述的优选的范围内,则在使用本实施方式的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
<其他成分>
本实施方式的热塑性树脂粒料除了含有上述的热塑性树脂(A)及纤维状填料(B)以外,还可以根据需要含有1种以上的纤维状填料(B)以外的其他填料、添加剂等。
·其他填料
作为纤维状填料(B)以外的其他填料,可列举出板状填料、球状填料、粉状填料、异形填料等。
作为板状填料,可列举出滑石、云母、石墨、硅灰石。
板状填料可以为经表面处理的填料,也可以为未处理的填料。
作为云母,可列举出白云母、金云母、氟金云母、四硅云母等天然云母、人工制造的合成云母。
作为球状填料,可列举出玻璃珠、玻璃球。
作为粉状填料,可列举出碳酸钙、白云石、粘土硫酸钡、氧化钛、炭黑、导电碳、微粒二氧化硅。
作为异形填料,可列举出玻璃薄片、异形截面玻璃纤维。
在本实施方式的热塑性树脂粒料含有其他填料的情况下,上述中,优选含有粉状填料,更优选含有炭黑。
作为炭黑,可列举出乙炔黑、热裂解炭黑、炉黑、槽法炭黑、科琴黑等。其中,从着色性与机械特性的平衡、获得性的观点出发,优选为炉黑。
此外,该炭黑也可以为利用硅烷偶联剂等进行了表面修饰的炭黑、表面被氧化的炭黑。
在本实施方式的热塑性树脂粒料含有其他填料的情况下,其他填料的含量相对于热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为0.01质量%以上且5质量%以下,优选为0.1质量%以上且3质量%以下,优选为0.5质量%以上且1质量%以下。
·添加剂
作为添加剂,可列举出阻燃剂、导电性赋予材料剂、晶核剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、减振剂、抗菌剂、防虫剂、防臭剂、着色防止剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、颜料、染料、发泡剂、消泡剂、粘度调整剂、表面活性剂等。
作为润滑剂,可列举出蜡(巴西棕榈蜡等)、高级脂肪酸(硬脂酸等)、高级脂肪酸盐、高级醇(硬脂醇等)、高级脂肪酸酰胺(硬脂酸酰胺、芥酸酰胺等)等。从成型时的耐热性的观点出发,优选为高级脂肪酸盐,更优选为高级脂肪酸金属盐。
高级脂肪酸金属盐为碳数12以上的长链脂肪酸的金属盐。该碳数优选为12以上且28以下,该碳数更优选为12以上且18以下。
作为该长链脂肪酸的具体例子,可列举出月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、山萮酸、褐煤酸等。
作为高级脂肪酸金属盐,具体而言,可列举出月桂酸锂、月桂酸钙、月桂酸钡、硬脂酸锂、硬脂酸钡、硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硬脂酸镁、山萮酸镁、山萮酸钙、山萮酸钡等。
如以上说明的那样,本实施方式的热塑性树脂粒料含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B),纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,热塑性树脂粒料的粒料长与纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度,热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm。
如本实施方式的热塑性树脂粒料那样,纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且比较长的纤维、并且热塑性树脂粒料的粒料长与纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度的热塑性树脂粒料具有能够提高成型体的机械强度等优点,另一方面,一般存在计量性差的倾向。
与此相对,本实施方式的热塑性树脂粒料由于表面的最大截面高度Rt低于120μm,因此通过料斗内的该粒料间及该粒料与装置壁面的摩擦减轻而该粒料的流动性变得良好,搬送顺利地进行。此外,由于该粒料容易流向成型机内的料筒与螺杆间,因此能够从计量部向压缩部顺利地搬送。
因此,根据本实施方式的热塑性树脂粒料,成型体制作时的计量稳定性变得良好。
此外,根据本实施方式的热塑性树脂粒料,即使是使用纤维根数比较多的(30000~55000根左右的)纤维状填料(B)(例如,大丝束)的情况下,成型体制作时的计量稳定性也变得良好。
(热塑性树脂粒料的制造方法)
本实施方式中的热塑性树脂粒料的制造方法例如包括以下工序:使熔融状态的热塑性树脂(A)含浸于作为纤维状填料(B)的原材料的纤维束中而得到线料状的树脂结构体的工序;将线料状的树脂结构体按照最大截面高度Rt低于120μm的方式进行加工的工序;将所加工的树脂结构体切断而造粒的工序。
·热塑性树脂粒料的制造装置
图4表示热塑性树脂粒料的制造装置的一个实施方式。
在图4中所示的本实施方式中,对使用将多根的纤维状填料利用集束剂集束而成的纤维束11卷取成卷状的纤维粗纱10来得到树脂粒料15的情况进行说明。
如图4中所示的那样,制造装置100具备预加热部121、含浸部123、冷却部125、牵引部127、切断部129、搬送辊101~108和整形辊109。在图4中所示的制造装置100中,在含浸部123上连接有挤出机120。
在图4中,示出了从纤维粗纱10将纤维束11连续地送出的样子。在本实施方式中,一边将从纤维粗纱10送出的纤维束11利用搬送辊101~108沿长度方向进行搬送,一边制作树脂粒料15。
纤维粗纱10的数均纤维径没有特别限定,但优选为1~40μm,更优选为3~35μm。
在纤维状填料为碳纤维的情况下,优选为1~15μm,更优选为3~10μm,进一步优选为4~9μm。
在纤维状填料为玻璃纤维的情况下,优选为5~35μm,更优选为10~25μm,进一步优选为10~20μm。
对于纤维粗纱10的数均纤维径,对纤维状填料利用扫描型电子显微镜(1000倍)进行观察,对随机地选择的500根纤维状填料测量纤维径,采用由此得到的值的数均值。
若纤维粗纱10的数均纤维径为上述的优选的范围内,则机械强度的提高可高效地进行。
在本实施方式中,纤维状填料使用经集束剂(上浆剂)处理的填料。适度地进行了上浆处理的纤维状填料在粒料生产时的生产率、品质稳定性优异,能够减小成型体中的物性不均。
集束剂(上浆剂)没有特别限定,但例如可列举出尼龙系聚合物、聚醚系聚合物、环氧基系聚合物、酯系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、或它们的混合系聚合物或它们的各改性聚合物。此外也可以使用氨基硅烷、环氧硅烷等所谓的硅烷偶联剂、钛偶联剂等公知的偶联剂。
本实施方式的树脂粒料中使用的纤维状填料不一定需要单纤维沿一个方向排列,但从制造成型材料的过程中的生产率的观点出发,优选为单纤维沿一方排列且纤维束在纤维的整个长度方向上连续的状态。
纤维粗纱10的纤维根数优选为3000根以上,更优选为10000根以上,进一步优选为30000根以上。
此外,纤维粗纱10的纤维根数优选为60000根以下,更优选为60000根以下,进一步优选为55000根以下。
例如,纤维粗纱10的纤维根数优选为3000根以上且60000根以下,更优选为10000根以上且60000根以下,进一步优选为30000根以上且55000根以下。
如果纤维粗纱10的纤维根数为上述的优选的范围内,则在使用利用纤维粗纱10而制造的热塑性树脂粒料来制作成型体时计量稳定性进一步提高。
在预加热部121中,将从纤维粗纱10送出的纤维束11加热而使其干燥。此时的加热温度没有特别限定,但例如为50~250℃。
此外,预加热部121中的加热时间没有特别限定,但例如为3~30秒钟。
在含浸部123中,使纤维束11以外的成型材料M(热塑性树脂(A)、根据需要配合的其他成分)含浸于纤维束11中。
可以将成型材料M从供给口123a投入,使在含浸部123内加热而得到的熔融物含浸于纤维束11中,也可以将利用挤出机120而熔融混炼的成型材料M从供给口123a投入,从而含浸于纤维束11中。
而且,在图4中所示的实施方式中,得到在纤维束11中含浸及被覆有上述熔融物的树脂结构体13。
含浸部123中的加热温度根据热塑性树脂(A)的种类而适当决定,但优选设定为比热塑性树脂(A)的流动开始温度高10~80℃的温度,例如为300~400℃。
在含浸部123中,根据对成型体所要求的特性等,使热塑性树脂(A)100质量份含浸于优选10质量份以上且150质量份以下的纤维状填料(纤维束11)、更优选20质量份以上且90质量份以下的纤维状填料、进一步优选30质量份以上且80质量份以下的纤维状填料中。
如果纤维状填料的配合量为上述的优选的范围的下限值以上,则成型体制作时的计量稳定性进一步提高。另一方面,如果为上述的优选的范围的上限值以下,则纤维束的开纤及热塑性树脂(A)向纤维束11中的含浸变得更容易。
通过使含浸部123的出口处的模头的喷嘴直径相对于纤维束11的直径发生变化,能够调整树脂结构体13中的热塑性树脂(A)与纤维状填料(B)的配合比。
作为含浸部123的出口处的模头的喷嘴形状,为圆型、四边型等,没有特别限定,但从在整形辊109压延时能够使树脂结构体13进一步变形、热塑性树脂(A)的含浸性变得良好的方面出发,优选为圆型的形状。
如图5中所示的那样,在含浸部123加热后的状态的树脂结构体13(在纤维束中含浸及被覆有上述熔融物的树脂结构体13)在上下配置的一对整形辊109间通过并被压延,由此最终得到的树脂粒料15表面的最大截面高度Rt低于120μm。
从容易使树脂粒料15表面的最大截面高度Rt低于120μm的观点出发,整形辊109的材质优选为金属制。此外,整形辊109的表面优选为平滑。
整形辊109的表面平滑例如优选通过以下的方法而测定的整形辊109的最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv或均方根高度Rq为后述的值以下。
整形辊109的表面的最大截面高度Rt优选为1μm以下,更优选为0.8μm以下,进一步优选为0.5μm以下。
整形辊109的表面的算术平均粗糙度Ra优选为0.1μm以下,更优选为0.08μm以下,进一步优选为0.05μm以下。
整形辊109的表面的最大平均粗糙度Rz优选为0.8μm以下,更优选为0.4μm以下,进一步优选为0.2μm以下。
整形辊109的表面的最大山高度Rp优选为1μm以下,更优选为0.8μm以下,进一步优选为0.5μm以下。
整形辊109的表面的最大谷深度Rv优选为1μm以下,更优选为0.8μm以下,进一步优选为0.5μm以下。
整形辊109的表面的均方根高度Rq优选为1μm以下,更优选为0.8μm以下,进一步优选为0.5μm以下。
整形辊109的各表面粗糙度是依据JIS B 0601-2001(ISO 4287-1997)通过与上述的热塑性树脂粒料的表面的各表面粗糙度同样的方法并按照以下的测定条件测定得到的值。
<测定条件>
测定倍率:2.0倍
进给速度:0.5mm/s
追迹长度:4.8mm
截止:λc=0.8mm
评价长度:4.0mm
预备长度:1.0mm
滤波器特性:高斯
调平处理:直线(全域)
检测器:接触PUDJ2S
在含浸部123加热后的状态的树脂结构体13(在纤维束中含浸及被覆有上述熔融物的树脂结构体13)通过在上下配置的一对整形辊109间通过,由此按照最终得到的树脂粒料15的表面的最大截面高度Rt低于120μm的方式被整形。
此外,通过树脂结构体13在整形辊109间通过,能够抑制来源于纤维状填料(B)的绒毛(floss,也可以称为絮状物)的产生。
整形辊109的材质没有特别限定,但从耐热温度、适度的放热性的观点出发,优选为金属制。此外,整形辊109的表面优选为平滑。
作为整形辊109的材质的金属,可列举出铁、铜、镍、金、银、铂、钴、锌、铅、锡、钛、铬、铝、镁、锰及它们的合金(不锈钢、黄铜、磷青铜等)。此外,也可以为薄膜的金属或经过被膜(金属镀层、蒸镀膜、涂膜等)的金属。其中,从耐腐蚀性、放热性的方面考虑,更优选为不锈钢。
在整形辊109间通过时的树脂结构体13的温度没有特别限定,但相对于所含有的热塑性树脂(A)的流动开始温度,优选为-100~+60℃,更优选为0~+60℃。
如果在整形辊109间通过时的树脂结构体13的温度为所含有的热塑性树脂(A)的流动开始温度的-100℃以上的温度,则变得更容易将树脂结构体13整形为所期望的形状。
此外,如果该树脂结构体13的温度为该流动开始温度的+60℃以下的温度,则树脂结构体13变得更不易粘附于整形辊109上。
整形辊109优选为在内部具有轴承的滚子型整形辊。通过制成滚子型,能够将整形时的压力沿搬送方向释放,能够抑制含浸不均、起毛。
整形辊109内部的轴承为球轴承、角球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、滚针轴承、滑动轴承,没有特别限定,但可以优选使用旋转阻力低、与牵引速度的平衡优异的球轴承。
作为整形辊109的配置位置,没有特别限定,但优选为与模头相距15cm的位置。通过使整形辊109与模头相距15cm,既能够得到模头的加热器的热的影响,也能够放热,因此能够使整形辊109的温度更稳定。这里所谓的距离是指从模头至整形辊109与树脂结构体13的接点为止的距离。
此外,作为整形辊109的配置位置,没有特别限定,但优选为与冷却部125相距15cm的位置。通过使整形辊109与冷却部125相距15cm,既能够得到冷却部125的影响,也能够使整形辊109的温度更稳定。这里所谓的距离是从整形辊109与树脂结构体13的接点至冷却部125为止的距离。
因此,作为配置于模头与冷却部125之间的整形辊109的配置位置,优选为与模头及冷却部125都相距15cm的位置。
整形辊的上下间隙根据所使用的纤维状填料(B)的纤度、树脂结构体13的大小(体积含有率)而异,但优选调节为与想要制作的粒料的D2的宽度相同程度、或其以下。具体而言,上下辊的间隙优选为3.0mm以下,更优选为450μm以上且3.0mm以下,进一步优选为450μm以上且2.0mm以下,特别优选为450μm以上且1.0mm以下。越成为上述范围的更优选的范围则树脂粒料的含浸性越提高。上下辊间隙是指以牵引速度0m/min使树脂结构体在辊间通过时的树脂结构体与辊的接点间的距离。
在冷却部125中,将通过整形辊109而整形的树脂结构体13冷却至例如50~150℃。冷却时间没有特别限定,但例如为3~30秒。
在牵引部127中,将在冷却部125中被冷却的树脂结构体13连续地牵引,向下一切断部129送出。
在切断部129中,将冷却后的树脂结构体13切断成规定的长度,制作树脂粒料15。切断部129例如具备旋转刃等。
·使用了制造装置100的热塑性树脂粒料的制造方法
使用上述的制造装置100,如以下那样来制造本实施方式的热塑性树脂粒料。
得到线料状的树脂结构体的工序:
一边从纤维粗纱10将多根单纤维经集束剂集束后的纤维束11连续地送出,一边首先在预加热部121中将纤维束11加热而使其干燥。
接着,一边向含浸部123供给干燥后的纤维束11,一边将利用挤出机120而熔融混炼的成型材料M从供给口123a投入,在纤维束11中含浸熔融状态的成型材料M。由此,得到在纤维束中含浸及被覆有上述熔融物的线料状的树脂结构体13。
将线料状的树脂结构体进行加工的工序:
将所得到的线料状的树脂结构体13按照树脂结构体13表面的最大截面高度Rt低于120μm的方式利用整形辊109进行整形。接着,将整形后的树脂结构体13在冷却部125中冷却。
在这里得到的树脂结构体13中,纤维沿与树脂结构体13的长度方向大致平行地排列。
“纤维沿与树脂结构体的长度方向大致平行地排列”表示纤维的长度方向与树脂结构体的长度方向所成的角度为大致0°,具体而言,纤维及树脂结构体各自的长度方向所成的角度为-5°~5°的状态。
造粒的工序:
接着,将冷却后的树脂结构体13在牵引部127中牵引成线料状,向切断部129送出。
接着,在切断部129中,将线料状的树脂结构体13沿其长度方向以规定的长度切断,得到树脂粒料15。
这里所谓的关于树脂粒料15的规定的长度是纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长成为5mm以上且低于50mm那样的长度,典型而言,按照树脂粒料15的粒料长成为5mm以上且低于50mm的方式切断。
如上述那样,制造包含热塑性树脂(A)及纤维状填料(B)的热塑性树脂粒料(树脂粒料15)。
该树脂粒料15是纤维状填料(B)被热塑性树脂(A)凝固而得到的粒料,该纤维状填料沿与该粒料的长度方向大致平行地排列。此外,在树脂粒料15中排列的该纤维状填料的长度为与该粒料的长度实质上相同的长度。本实施方式中制造的树脂粒料15的长度例如为5mm以上且低于50mm。
像这样,通过该纤维状填料沿与该粒料的长度方向大致平行地排列,并且,该纤维状填料的长度被制成与该粒料的长度实质上相同的长度,在使用该粒料来制作成型体时,残存纤维状填料的长纤维化成为可能,对计量稳定性提高有效。
在图4中所示的本实施方式中,使用整形辊109将树脂结构体13进行整形,按照树脂粒料15表面的最大截面高度Rt低于120μm的方式进行控制。即,在将线料状的树脂结构体进行加工的工序中,采用将树脂结构体13进行压延的机构。
更具体而言,上述的实施方式的热塑性树脂粒料的制造方法包括以下工序:使熔融状态的热塑性树脂(A)含浸于作为纤维状填料(B)的原材料的纤维束中而得到线料状的树脂结构体的工序;将线料状的树脂结构体按照最大截面高度Rt低于120μm的方式进行压延的工序;和将压延后的树脂结构体切断而造粒的工序。
例如,在使用熔融粘度低的液晶聚酯树脂作为热塑性树脂(A)的情况下,通过上述的实施方式的热塑性树脂粒料的制造方法,能够按照树脂粒料15表面的最大截面高度Rt低于120μm的方式进行控制。
另一方面,在使用液晶聚酯树脂以外的热塑性树脂的情况下,由于与液晶聚酯树脂相比熔融粘度高及熔融树脂的固化慢、转印性低,因此难以控制最大截面高度Rt,因此代替将上述树脂结构体进行压延的工序、或除了将上述树脂结构体进行压延的工序以外,需要将树脂结构体13或树脂粒料15进行研磨的工序。作为将树脂结构体13或树脂粒料15进行研磨的工序,具体而言,可列举出将树脂结构体13或树脂粒料15用锉刀进行研磨的工序。
更具体而言,一个实施方式的热塑性树脂粒料的制造方法包括以下工序:使熔融状态的热塑性树脂(A)含浸于作为纤维状填料(B)的原材料的纤维束中而得到线料状的树脂结构体的工序;将线料状的树脂结构体按照最大截面高度Rt低于120μm的方式进行研磨的工序;和将加工后的树脂结构体切断而造粒的工序。
此外,一个实施方式的热塑性树脂粒料的制造方法包括以下工序:使熔融状态的热塑性树脂(A)含浸于作为纤维状填料(B)的原材料的纤维束中而得到线料状的树脂结构体的工序;将线料状的树脂结构体切断而造粒的工序;和按照粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm的方式将粒料进行研磨的工序。
此外,在图4中所示的制造装置100中,使用了上下配置的一对整形辊109,但只要是能够使树脂结构体13的形状发生变化的方式,则没有特别限定,例如,整形辊也可以仅配置1个(单侧)。
本发明具有以下的侧面。
“1”一种热塑性树脂粒料,其是含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B)的热塑性树脂粒料,上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,上述热塑性树脂粒料的粒料长与上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度,上述热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm。
“2”根据“1”所述的热塑性树脂粒料,其中,上述热塑性树脂(A)的含量相对于上述热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为40质量%以上且90质量%以下,更优选为45质量%以上且85质量%以下,进一步优选为50质量%以上且80质量%以下。
“3”根据“1”或“2”所述的热塑性树脂粒料,其中,上述纤维状填料(B)的含量相对于上述热塑性树脂粒料总量100质量%,优选为10质量%以上且60质量%以下,更优选为15质量%以上且55质量%以下,进一步优选为20质量%以上且50质量%以下。
“4”根据“1”~“3”中任一项所述的热塑性树脂粒料,其中,上述热塑性树脂粒料表面的算术平均粗糙度Ra优选为11μm以下,
上述热塑性树脂粒料表面的最大平均粗糙度Rz优选为1μm以上且100μm以下,更优选为5μm以上且80μm以下,进一步优选为10μm以上且60μm以下,
上述热塑性树脂粒料表面的最大山高度Rp优选为1μm以上且80μm以下,更优选为2μm以上且60μm以下,进一步优选为3μm以上且40μm以下,
上述热塑性树脂粒料表面的最大谷深度Rv优选为1μm以上且70μm以下,更优选为3μm以上且50μm以下,进一步优选为5μm以上且30μm以下,
上述热塑性树脂粒料表面的均方根高度Rq优选为1μm以上且80μm以下,更优选为2μm以上且60μm以下,进一步优选为3μm以上且40μm以下。
“5”一种热塑性树脂粒料,其是“1”~“4”中任一项所述的热塑性树脂粒料,其具有下述特性:
通过将该热塑性树脂粒料投入到注射成型机TR450EH3(Sodick公司制)的料斗中,向料筒温度360℃的上述注射成型机内以注射速度200mm/s注射到模具温度100℃的模具内,连续制作15根150mm×150mm×厚度4mm的平板状成型品,分别测定从第3根至第13根的成型时的合计11注射量的计量时间,
该11注射量的计量时间的平均值优选低于65s、更优选为63s以下、进一步优选成为60s以下。
(成型体)
本实施方式的成型体是使用上述的热塑性树脂粒料而制作的成型体。
本实施方式的成型体可以使用热塑性树脂粒料通过公知的成型方法来获得。作为成型方法,具体而言,优选为熔融成型法,作为其例子,可列举出注射成型、吹塑成型、真空成型及加压成型等。其中优选为注射成型。
例如,在以上述的热塑性树脂粒料作为成型材料并通过注射成型法来成型的情况下,通过使用公知的注射成型机,使热塑性树脂粒料熔融,将熔融后的热塑性树脂粒料注射到模具内来成型。
作为公知的注射成型机,例如可列举出Sodick公司制的TR450EH3、日精树脂工业公司制的液压式卧式成型机PS40E5ASE型等。
注射成型的温度条件根据热塑性树脂(A)的种类而适当决定,优选将注射成型机的料筒温度设定为比所使用的热塑性树脂(A)的流动开始温度高10~80℃的温度。
从生产率的方面出发,模具的温度优选设定为室温(例如23℃)~180℃的范围。
作为其他注射条件,只要适宜调节螺杆转速、背压、注射速度、保压、保压时间等即可。
本实施方式的成型体中的上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长优选为0.5mm以上且低于50mm,更优选为0.8mm以上且20mm以下,进一步优选为0.8mm以上且10mm以下。
如果本实施方式的成型体中的上述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为上述的优选的范围内,则能够进一步提高成型体的机械强度。
[成型体中的纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长的测定]
步骤(1):从成型体切出一部分(例如,宽度10mm×长度20mm×厚度4mm),得到试验片。
接着,对于该试验片,用马弗炉,将含有碳纤维的试验片在500℃下加热3h,将含有玻璃纤维的试验片在600℃下加热4h,除去树脂成分。
步骤(2):将除去树脂成分而变成仅纤维状填料(B)的物质分散到加有0.05体积%表面活性剂(Micro90 INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION公司制)的水溶液1000mL中,制备纤维状填料分散液。
步骤(3):从纤维状填料分散液中取出100mL,用纯水稀释至10倍。从稀释后的分散液中取出50mL,分散到浅皿中,接着,利用显微镜(本体:VHX-8000、透镜:VH-Z00R、KEYENCE公司制、倍率10倍~25倍)观察分散在浅皿中的纤维状填料,对于每1个样品,按照拍摄区域不重叠的方式拍摄5张图像。但是,在纤维状填料为碳纤维的情况下,从稀释后的分散液中取出50mL后,使用φ90mm的桐山漏斗用滤纸(No.5C)进行减压过滤,拍摄分散在滤纸中的碳纤维的图像。
步骤(4):对于所拍摄的5张图像全部使用图像处理软件(三谷商事公司制、WinROOF2018)如以下那样来测定纤维长。
<纤维长的测定方法>
(a)对于所拍摄的图像,进行单色像素化处理。
(b)按照仅使所拍摄的纤维着色的方式实施二值化处理。
(c)使用图像处理软件的针状分离功能进行纤维长测定。
(d)通过多点间测量来测定(c)中无法二值化的纤维或弯曲的纤维的纤维长,与图像的边缘相接触的纤维不进行测定。但是,在(c)及(d)中,20μm以下的纤维判断为噪音,不包含在纤维的测定根数n中。n>500、纤维的测定根数n不超过500的情况下,返回至步骤(3),追加拍摄图像,测定直至n超过500。
步骤(5):由步骤(4)中测定的纤维状填料的纤维长,求出长度加权平均纤维长lm=(Σli2×ni)/(Σli×ni)(Σni>500)。
li:纤维状填料的纤维长
ni:纤维长li的纤维状填料的根数
上述的本实施方式的成型体可适用于一般可适用热塑性树脂的所有用途,其中特别适于汽车领域的用途。
作为汽车领域的用途,例如作为汽车内装材料用注射成型体,可列举出顶棚材料用注射成型体、车轮罩用注射成型体、行李箱内衬用注射成型体、仪表板表皮材料用注射成型体、手柄盖用注射成型体、扶手用注射成型体、头枕用注射成型体、安全带盖用注射成型体、换挡杆套用注射成型体、控制台箱用注射成型体、喇叭垫用注射成型体、旋钮用注射成型体、安全气囊盖用注射成型体、各种装饰件用注射成型体、各种立柱用注射成型体、门锁边框用注射成型体、手套箱用注射成型体、除霜喷嘴用注射成型体、防擦板用注射成型体、方向盘用注射成型体、转向柱盖用注射成型体等。
此外,作为汽车外装材料用注射成型体,可列举出保险杆用注射成型体、扰流板用注射成型体、挡泥板用注射成型体、装饰条用注射成型体、车门后视镜壳体用注射成型体、车底板防护罩用注射成型体等。
作为其他的汽车部件用注射成型体,可列举出汽车前照灯用注射成型体、窗玻璃导槽用注射成型体、密封条用注射成型体、排水管用注射成型体、窗户清洗管用注射成型体等软管用注射成型体、管类用注射成型体、齿条和齿轮套用注射成型体、垫圈用注射成型体、保险杆梁用注射成型体、碰撞吸能盒用注射成型体、各种构件用注射成型体、悬架系统用注射成型体、前端模块用注射成型体、散热器支架用注射成型体、后门内部用注射成型体等。
此外,本实施方式的成型体除了上述以外,还可适用于传感器、LED灯、连接器、插座、电阻器、继电器盒、开关、线圈线轴、电容器、可变电容器盒、光拾取器、振荡器、各种端子板、变压器、插头、印刷电路基板、调谐器、扬声器、麦克风、头戴式耳机、小型马达、磁头底座、能源模块、半导体、液晶显示器、FDD滑架、FDD托架、马达刷支架、抛物面天线、计算机相关部件、微波炉部件、音响/声音设备部件、照明部件、空调部件、办公计算机相关部件、电话/FAX相关部件及复印机相关部件等用途。
以上说明的本实施方式的成型体由于使用了上述的热塑性树脂粒料,因此计量时间稳定,物性的不均少。
实施例
以下,通过具体的实施例,对本发明进一步详细说明。但是,本发明不受以下所示的实施例的任何限定。
[液晶聚酯树脂的流动开始温度]
对于后述的液晶聚酯树脂,使用流动测试仪(岛津制作所公司制、CFT-500型),评价流动开始温度。具体而言,将液晶聚酯树脂约2g填充到安装有内径1mm、长度10mm的口模的毛细管型流变仪中。接着,对于所填充的液晶聚酯树脂,将以升温速度4℃/分钟、在9.8MPa(100kg/cm2)的载荷下从该流变仪的喷嘴挤出时熔融粘度显示出4800Pa·s(48000泊)的温度作为流动开始温度。
[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]
后述的树脂粒料中的纤维状填料的长度加权平均纤维长通过以下的方法来测定。
步骤(1):将树脂粒料5g用马弗炉加热而将树脂成分散出。
加热条件为:在碳纤维的情况下为在500℃下加热3h,在玻璃纤维的情况下为在600℃下加热4h。
步骤(2):将从树脂粒料中除去树脂成分而变成仅纤维状填料的物质分散到加有0.05体积%表面活性剂(Micro90 INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION公司制)的水溶液1000mL中,制备纤维状填料分散液。
步骤(3):从纤维状填料分散液中取出100mL,用纯水稀释至10倍。从稀释后的分散液中取出50mL,分散到浅皿中,接着,利用显微镜(本体:VHX-8000、透镜:VH-Z00R、KEYENCE公司制、倍率10倍~25倍)观察分散在浅皿中的纤维状填料,对于每1个样品,按照拍摄区域不重叠的方式拍摄5张图像。但是,在纤维状填料为碳纤维的情况下,从稀释后的分散液中取出50mL后,使用φ90mm的桐山漏斗用滤纸(No.5C)进行减压过滤,拍摄分散在滤纸中的碳纤维的图像。
步骤(4):对于所拍摄的5张图像全部使用图像处理软件(三谷商事公司制、WinROOF2018)如以下那样来测定纤维长。
<纤维长的测定方法>
(a)对于所拍摄的图像进行单色像素化处理。
(b)按照仅使所拍摄的纤维着色的方式实施二值化处理。
(c)使用图像处理软件的针状分离功能进行纤维长测定。
(d)通过多点间测量来测定(c)中无法二值化的纤维或弯曲的纤维的纤维长,与图像的边缘相接触的纤维不进行测定。但是,在(c)及(d)中,20μm以下的纤维判断为噪音,不包含在纤维的测定根数n中。n>500、纤维的测定根数n不超过500的情况下,返回至步骤(3),追加拍摄图像,进行测定至n超过500。
步骤(5):由步骤(4)中测定的纤维状填料的纤维长,求出长度加权平均纤维长lm=(Σli2×ni)/(Σli×ni)(Σni>500)。
li:纤维状填料的纤维长
ni:纤维长li的纤维状填料的根数
[树脂粒料的截面的长径D1及短径D2的测定]
步骤(i):将各例的树脂粒料放入与各例的树脂粒料相比充分大的圆柱状的模具中,使用固定夹具(Holding blue clips(plastic)、Presi公司制),将各例的树脂粒料按照长度方向变得与模具底面垂直的方式直立并固定。
步骤(ii):将以100:2的比例装有冷包埋树脂No.105(Struers公司制)和No.105用M剂(固化剂)(Struers公司制)的溶液浇注到上述圆柱状的模具中。接着,在常温(23℃)下静置1天以上,充分固化。
步骤(iii):将固化后的圆柱状样品从模具中取出,使用研磨机(APO-128AUTOMAX·Polisher EV、Refine Tec公司制),按照热塑性树脂粒料1P的粒料长成为1/2的长度的方式,将固化后的圆柱状样品进行研磨。
步骤(iv):对于研磨至1/2的长度的面,在该研磨机上拉上绒面革布No.52-308(Refine Tec公司制),将氧化铝粉末(氧化铝粉末A、Refine Tec公司制)用水研磨至变成平面并且研磨伤痕消失为止。
步骤(v):对研磨至变成平面并且研磨伤痕消失的面使用显微镜(本体:VHX-8000、透镜:VH-Z00R、KEYENCE公司制)以倍率10~25倍进行拍摄。
步骤(vi):将所拍摄的图像利用图像处理软件(三谷商事公司制、WinRooF2018)进行二值化处理,由测量工具使用费雷特II算出费雷特直径,将费雷特水平设定为树脂粒料的长径D1,将费雷特垂直设定为树脂粒料的短径D2。
步骤(vii):以5个粒料进行步骤(i)~步骤(vi),采用其平均值作为各树脂粒料的长径D1、短径D2的值。
(热塑性树脂(A)的制造)
<LCP1的制造>
在具备搅拌装置、扭矩计、氮气导入管、温度计及回流冷却器的反应器中,投入对羟基苯甲酸994.5g(7.2摩尔)、4,4’-二羟基联苯446.9g(2.4摩尔)、对苯二甲酸239.2g(1.44摩尔)、间苯二甲酸159.5g(0.96摩尔)及乙酸酐1347.6g(13.2摩尔),添加1-甲基咪唑0.2g,将反应器内充分用氮气置换。
之后,一边在氮气气流下进行搅拌,一边用30分钟使反应器内温从室温升温至150℃,保持150℃并回流1小时。
接着,加入1-甲基咪唑0.9g,一边将副产乙酸及未反应的乙酸酐蒸馏除去,一边用2小时50分钟从150℃升温至320℃,将确认到扭矩的上升的时刻设定为反应结束而得到预聚物。
将这样得到的预聚物冷却至室温,用粗粉碎机进行粉碎,得到预聚物的粉末。将该预聚物的粉末在氮气氛下用1小时从室温升温至220℃,用0.5小时从220℃升温至240℃,在240℃下保持10小时,由此进行固相聚合。固相聚合后进行冷却,得到粉末状的液晶聚酯树脂1(LCP1)。
LCP1的流动开始温度为291℃。
<LCP2的制造>
在具备搅拌装置、扭矩计、氮气导入管、温度计及回流冷却器的反应器中,加入6-羟基-2-萘甲酸(1034.99g、5.5摩尔)、2,6-萘二羧酸(378.33g、1.75摩尔)、对苯二甲酸(83.07g、0.5摩尔)、氢醌(272.52g、2.475摩尔、相对于2,6-萘二羧酸及对苯二甲酸的合计量过量0.225摩尔)、乙酸酐(1226.87g、12摩尔)、及作为催化剂的1-甲基咪唑(0.17g),将反应器内的气体用氮气置换后,在氮气气流下一边搅拌一边用15分钟使反应器内温从室温升温至140℃,在140℃下回流1小时。
接着,一边将副产乙酸及未反应的乙酸酐蒸馏除去,一边用3.5小时从145℃升温至310℃,在310℃下保持3小时后,取出内容物,将其冷却至室温。将所得到的固形物用粉碎机粉碎至粒径约为0.1~1mm后,在氮气氛下用1小时从室温升温至250℃,用9小时从250℃升温至310℃,在310℃下保持5小时,由此进行固相聚合。
在固相聚合后进行冷却,得到粉末状的液晶聚酯树脂2(LCP2)。
LCP2的流动开始温度为322℃。
(树脂粒料的制造)
(实施例1)
使用图4中所示的形态的制造装置,如以下那样得到热塑性树脂粒料。挤出机使用GTS-40型挤出机(PLABOR Research Laboratory of Plastics Technology公司制)。带式牵引机使用EBD-1500A(IMEX公司制)。造粒机使用ファンカッターFCMiniPlus-4TN(星プラスチックス公司制)。
·得到树脂结构体的工序
通过使上述带式牵引机(牵引部127)以10m/min的牵引速度工作,从纤维粗纱10,作为纤维束,一边将碳纤维CF1(Zoltek公司制、Zoltek(注册商标)PX35 CONTINUOUS TOW、PAN系碳纤维(拉伸弹性模量242GPa、抗拉强度4139MPa、拉伸伸长率1.7%、数均纤维径7μm、纤维根数50000根))以牵引速度10m/min连续地送出,一边首先在预加热部121中加热至200℃而使其干燥。
另外使用挤出机120,将上述<LCP1的制造>中得到的LCP1加热至340℃而制备成熔融状态。
接着,一边向安装于挤出机120的前端的口模(含浸部123)供给干燥后的纤维束(碳纤维),一边从挤出机120将熔融状态的LCP1(树脂材料M)从挤出机120的供给口123a投入。在口模(含浸部123)内,使LCP1在340℃下熔融,相对于100质量份的LCP1,含浸于82质量份的碳纤维CF1中,在口模(含浸部123)的出口处,经由φ3.0mm的喷嘴,得到碳纤维CF1与液晶聚酯树脂层的长度方向大致平行地排列的树脂结构体13。
·将树脂结构体进行压延的工序
通过将所得到的树脂结构体13按照最大截面高度Rt低于120μm的方式以上下配置的一对整形辊109(φ30mm、最大截面高度Rt:0.20μm、算术平均粗糙度Ra:0.02μm、最大平均粗糙度Rz:0.14μm、最大山高度Rp:0.44μm、最大谷深度Rv:0.41μm、均方根高度Rq0.43μm、SUS304制、整形辊彼此的轴间距离:37mm)夹入从而压延。接着,将压延后的脂结构体13在冷却部125中冷却至150℃以下。
·造粒的工序
接着,将冷却后的树脂结构体13以上述带式牵引机(牵引部127)牵引,向造粒机(切断部129)送出,沿其长度方向以长度12mm切断,得到图4中作为树脂粒料15所示的实施例1的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例1的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF1的长度加权平均纤维长为与实施例1的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于实施例1的热塑性树脂粒料,实施例1的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为10mm,短径D2为1.1mm,D1/D2为9.1。
(比较例1)
将实施例1中的口模出口变更为横:10mm、纵:1.2mm的模头,去除整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例1同样的条件制作比较例1的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例1的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF1的长度加权平均纤维长为与比较例1的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于比较例1的热塑性树脂粒料,比较例1的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为9.8mm,短径D2为1.1mm,D1/D2为8.9。
(比较例2)
去除实施例1中的整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例1同样的条件制作比较例2的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例2的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF1的长度加权平均纤维长为与比较例2的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于比较例2的热塑性树脂粒料,比较例2的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为3.3mm,短径D2为2.2mm,D1/D2为1.5。
(实施例2)
将相对于实施例1中的100质量份的LCP1为82质量份的碳纤维CF1变更为33质量份的碳纤维CF1,将口模出口变更为φ5.0mm的模头,除此以外,以与实施例1同样的条件得到实施例2的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例2的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF1的长度加权平均纤维长为与实施例2的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于实施例2的热塑性树脂粒料,实施例2的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为9.0mm,短径D2为2.2mm,D1/D2为4.1。
(实施例3)
将实施例1的碳纤维CF1变更为碳纤维CF2(Mitsubishi Chemical公司制、PYROFIL(注册商标)CF丝束、TR50S15L、PAN系碳纤维、抗拉强度4900MPa、拉伸弹性模量235GPa、拉伸伸长率2.1%、数均纤维径7μm、纤维根数15000根),将相对于实施例1中的100质量份的LCP1为82质量份的碳纤维CF1变更为54质量份的碳纤维CF2,将口模出口变更为φ1.5mm的模头,除此以外,以与实施例1同样的条件得到实施例3的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例3的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF2的长度加权平均纤维长为与实施例3的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于实施例3的热塑性树脂粒料,实施例3的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为3.5mm,短径D2为0.8mm,D1/D2为4.4。
(比较例3)
去除实施例3中的整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例3同样的条件制作比较例3的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例3的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF2的长度加权平均纤维长为与比较例3的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于比较例3的热塑性树脂粒料,比较例3的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为1.7mm,短径D2为1.5mm,D1/D2为1.1。
(实施例4)
将实施例1的碳纤维CF1变更为玻璃纤维GF1(日东纺公司制、RS110QL483AC、E玻璃、数均纤维径17μm、纤维根数3000根),将切割长变更为在长度方向上以长度5mm切断,将相对于100质量份的LCP1为82质量份的碳纤维CF1变更为相对于100质量份的LCP1为54质量份的玻璃纤维GF1,将口模出口变更为φ1.5mm的模头,除此以外,以与实施例1同样的条件得到实施例4的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例4的热塑性树脂粒料中的玻璃纤维GF1的长度加权平均纤维长为与实施例4的热塑性树脂粒料的粒料长相同的5mm。
(比较例4)
去除实施例4中的整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例4同样的条件制作比较例4的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例4的热塑性树脂粒料中的玻璃纤维GF1的长度加权平均纤维长为与比较例4的热塑性树脂粒料的粒料长相同的5mm。
(实施例5)
将实施例1的LCP1变更为LCP2,将熔融状态的温度变更为360℃,将碳纤维CF1变更为碳纤维CF2,将相对于100质量份的LCP1为82质量份的碳纤维CF1变更为相对于100质量份的LCP2为54质量份的碳纤维CF2,将切割长变更为沿长度方向以长度35mm切断,将口模出口变更为φ1.8mm的模头,除此以外,以与实施例1同样的条件得到实施例5的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例5的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF2的长度加权平均纤维长为与实施例5的热塑性树脂粒料的粒料长相同的35mm。
(比较例5)
去除实施例5中的整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例5同样的条件制作比较例5的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例5的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF2的长度加权平均纤维长为与比较例5的热塑性树脂粒料的粒料长相同的35mm。
(实施例6)
将实施例1的碳纤维CF1变更为碳纤维CF3(Mitsubishi Chemical公司制、PYROFIL(注册商标)CF丝束、HS40 12P、PAN系碳纤维(拉伸弹性模量425GPa、抗拉强度4160MPa、拉伸伸长率1.1%、数均纤维径5μm、纤维根数24000根),将相对于100质量份的LCP1为82质量份的碳纤维CF1变更为相对于100质量份的LCP1为54质量份的碳纤维CF3,将口模出口变更为φ1.5mm的模头,除此以外,以与实施例1同样的条件制作实施例6的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例6的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF3的长度加权平均纤维长为与实施例6的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于实施例6的热塑性树脂粒料,实施例6的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为4.6mm,短径D2为0.56mm,D1/D2为8.2。
(比较例6)
去除实施例6中的整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例6同样的条件制作比较例6的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例6的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF3的长度加权平均纤维长为与比较例6的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于比较例6的热塑性树脂粒料,比较例6的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为1.8mm,短径D2为1.2mm,D1/D2为1.5。
(实施例7)
在实施例6中,向挤出机120内,追加添加相对于100质量份的LCP1为1质量份的炭黑CB1(Cabot公司制、BP880),除此以外,以与实施例6同样的条件制作实施例7的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的实施例7的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF3的长度加权平均纤维长为与实施例7的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于实施例7的热塑性树脂粒料,实施例7的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为4.5mm,短径D2为0.45mm,D1/D2为10。
(比较例7)
去除实施例7中的整形辊109,没有使树脂结构体13压延,除此以外,以与实施例7同样的条件制作比较例7的热塑性树脂粒料。
通过上述的[树脂粒料中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定]中记载的方法而测定的比较例7的热塑性树脂粒料中的碳纤维CF3的长度加权平均纤维长为与比较例7的热塑性树脂粒料的粒料长相同的12mm。
此外,关于比较例7的热塑性树脂粒料,比较例7的热塑性树脂粒料的截面的长径D1为1.7mm,短径D2为1.1mm,D1/D2为1.6。
[表面粗糙度的测定]
使用表面粗糙度计(小坂研究所公司制、SE600LK-31),通过以下的方法来求出各例的树脂粒料的算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大截面高度Rt、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq。
步骤(1):按照树脂粒料的端面与测定台垂直的方式,将树脂粒料载置于测定台上,为了防止树脂粒料活动,用双面胶带将树脂粒料与测定台粘接。
步骤(2):按照测定针的轨迹从树脂粒料的长度方向的长度(粒料长)的一半的点起相对于长度方向垂直的方式设定。然后,如图1中所示的那样,将从树脂粒料的长度方向的长度(粒料长)的一半的中心点X起与长度方向垂直方向的±2mm的范围(X1~X2的合计4mm)设定为测定范围。
步骤(3):按照以下所示的测定条件,从多个树脂粒料中随机地取出5个树脂粒料,对所取出的5个树脂粒料的表、背各进行1次、合计进行10次测定。
步骤(4):使用表面性状测定用标准片SS-N21来进行基准高度的校正,求出从基准高度起的位移y,通过上述的式(1)~(6),算出树脂粒料的表面的最大截面高度Rt、算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq,将步骤(3)的合计10次的测定值的平均值作为热塑性树脂粒料的算术平均粗糙度Ra、最大平均粗糙度Rz、最大山高度Rp、最大谷深度Rv及均方根高度Rq,将其结果示于表1~3中。
<测定条件>
测定倍率:100倍
进给速度:0.5mm/s
追迹长度:1.6mm
截止:λc=0.8mm
评价长度:截止×5
预备长度:0mm
滤波器特性:高斯
调平处理:直线(全域)
检测器:接触PUDJ2S
(注射成型体的制造1)
(实施例1)
通过将实施例1的热塑性树脂粒料投入到注射成型机TR450EH3(Sodick公司制)的料斗中,向料筒温度360℃的上述注射成型机内以注射速度20mm/s注射到模具温度100℃的模具内,成型出依据JISK 7139的多用途试验片(类型A1)(厚度4mm)。浇口设定为从实施例1的多用途试验片的单侧夹持部的上边起厚度4mm的薄膜浇口。
其他的注射条件如以下那样。
《注射条件》
螺杆转速(塑化部)100rpm、背压0MPa、保压100MPa、保压时间5秒钟。
(实施例2~4、6、7、比较例1~4、6、7)
将实施例1的热塑性树脂粒料分别变更为实施例2~4、6、7、比较例1~4、6、7的热塑性树脂粒料,除此以外,以与实施例1同样的条件分别制作实施例2~4、6、7、比较例1~4、6、7的多用途试验片。
(实施例5、比较例5)
将实施例1的热塑性树脂粒料变更为实施例5或比较例5的热塑性树脂粒料,将料筒温度由360℃变更为380℃,除此以外,以与实施例1同样的条件分别制作实施例5及比较例5的多用途试验片。
[计量时间的测定1]
在上述的注射成型体的制造1中,分别连续地成型出30根各例的多用途试验片,分别测定从第15根至第25根的成型时的合计11注射量的计量时间。接着,算出11注射量的计量时间的平均值。此外,由该计量时间算出标准偏差。将这些结果示于表1~3中。
[注射成型体中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定1]
注射成型体中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长通过以下的方法进行测定。
步骤(1):从各例的多用途试验片的中央部分别切出宽度10mm×长度20mm×厚度4mm的试验片,用马弗炉进行加热将树脂成分散出。
加热条件为:在碳纤维的情况下为在500℃下加热3h,在玻璃纤维的情况下为在600℃下加热4h。
步骤(2):将从各例的多用途试验片中除去树脂成分而变成仅纤维状填料的物质分散到加有0.05体积%表面活性剂(Micro90 INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION公司制)的水溶液1000mL中,制备纤维状填料分散液。
步骤(3):从纤维状填料分散液中取出100mL,用纯水稀释至10倍。从稀释后的分散液中取出50mL,分散到浅皿中,接着,利用显微镜(本体:VHX-8000、透镜:VH-Z00R、KEYENCE公司制、倍率10倍~25倍)观察分散在浅皿中的纤维状填料,对于每1个样品,按照拍摄区域不重叠的方式拍摄5张图像。但是,在纤维状填料为碳纤维的情况下,从稀释后的分散液中取出50mL后,使用φ90mm的桐山漏斗用滤纸(No.5C)进行减压过滤,拍摄分散在滤纸中的碳纤维的图像。
步骤(4):对于所拍摄的5张图像全部使用图像处理软件(三谷商事公司制、WinROOF2018)如以下那样来测定纤维长。
<纤维长的测定方法>
(a)对于所拍摄的图像进行单色像素化处理。
(b)按照仅使所拍摄的纤维着色的方式实施二值化处理。
(c)使用图像处理软件的针状分离功能进行纤维长测定。
(d)通过多点间测量来测定(c)中无法二值化的纤维或弯曲的纤维的纤维长,与图像的边缘相接触的纤维不进行测定。但是,在(c)及(d)中,20μm以下的纤维判断为噪音,不包含在纤维的测定根数n中。n>500、纤维的测定根数n不超过500的情况下,返回至步骤(3),追加拍摄图像,进行测定至n超过500。
步骤(5):由步骤(4)中测定的纤维状填料的纤维长,求出长度加权平均纤维长lm=(Σli2×ni)/(Σli×ni)(Σni>500)。
li:纤维状填料的纤维长
ni:纤维长li的纤维状填料的根数
将其结果示于表1~3中。
(注射成型体的制造2)
(实施例1)
通过将实施例1的热塑性树脂粒料投入到注射成型机TR450EH3(Sodick公司制)的料斗中,向料筒温度360℃的上述注射成型机内以注射速度200mm/s注射到模具温度100℃的模具内,制作150mm×150mm×厚度4mm的实施例1的平板状成型品。
浇口设定为从实施例1的平板状成型品的1边起厚度4mm的薄膜浇口。
其他的注射条件如以下那样。
《注射条件》
螺杆转速(塑化部)100rpm、背压0MPa保压100MPa、保压时间5秒钟。
(实施例2~4、6、7、比较例1~4、6、7)
将实施例1的热塑性树脂粒料分别变更为实施例2~4、6、7、比较例1~4、6、7的热塑性树脂粒料,除此以外,以与实施例1同样的条件分别制作实施例2~4、6、7、比较例1~4、6、7的平板状成型品。
(实施例5、比较例5)
将实施例1的热塑性树脂粒料变更为实施例5或比较例5的热塑性树脂粒料,将料筒温度由360℃变更为380℃,除此以外,以与实施例1同样的条件分别制作实施例5及比较例5的平板状成型品。
[计量时间的测定2]
在上述的注射成型体的制造2中,分别连续地成型出15根各例的平板状成型品,分别测定从第3根至第13根的成型时的合计11注射量的计量时间。算出合计11注射量的计量时间的平均值和其标准偏差,将其结果示于表1~3中。
[注射成型体中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定2]
在上述的[注射成型体中的纤维状填料(碳纤维、玻璃纤维)的长度加权平均纤维长的测定1]中的步骤(1)中,从各例的平板状成型品的中央部切出宽度20mm×长度20mm×厚度4mm的试验片,除此以外,通过同样的方法,测定各例的平板状成型品中的纤维状填料的长度加权平均纤维长。
将其结果示于表1~3中。
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如表1~3中所示的那样,若将同一粒料组成的实施例1与比较例1及2、实施例3与比较例3、实施例4与比较例4、实施例5与比较例5、实施例6与比较例6、实施例7与比较例7的多用途试验片及平板状成型品的成型时的计量时间分别进行比较,则确认了:使用表面的最大截面高度Rt低于120μm的热塑性树脂粒料而制作的实施例的多用途试验片及平板状成型品的成型时的计量时间短,并且标准偏差小。
以上,对本发明的优选的实施例进行了说明,但本发明并不限定于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内,可以进行构成的附加、省略、置换及其他的变更。本发明不受上述的说明的限定,仅受所附的权利要求书的限定。
符号说明
1P:热塑性树脂粒料、1:端面、2:外周面、L:粒料长、1’:截面、D1:长径、D2:短径
100:制造装置、101~108:搬送辊、109:整形辊、120:挤出机、121:预加热部、123:含浸部、125:冷却部、127:牵引部、129:切断部
Claims (5)
1.一种热塑性树脂粒料,其是含有热塑性树脂(A)和纤维状填料(B)的热塑性树脂粒料,
其中,所述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为5mm以上且低于50mm,
所述热塑性树脂粒料的粒料长与所述纤维状填料(B)的长度加权平均纤维长为实质上相同的长度,
所述热塑性树脂粒料表面的最大截面高度Rt低于120μm。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂粒料,其中,所述热塑性树脂(A)为液晶聚酯树脂。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性树脂粒料,其中,所述纤维状填料(B)包含碳纤维或玻璃纤维。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的热塑性树脂粒料,其中,所述热塑性树脂粒料表面的算术平均粗糙度Ra为11μm以下。
5.一种热塑性树脂粒料的制造方法,其是权利要求1~4中任一项所述的热塑性树脂粒料的制造方法,包括以下工序:
使熔融状态的所述热塑性树脂(A)含浸于作为所述纤维状填料(B)的原材料的纤维束中而得到线料状的树脂结构体的工序;
将所述线料状的树脂结构体按照最大截面高度Rt低于120μm的方式进行压延的工序;和
将所述压延后的树脂结构体切断而造粒的工序。
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