-
Hintergrund der Erfindung
-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polyacetalharz-Zusammensetzung
für Brennstoff
betreffende Teile, die ein Polyacetalharz, Glasfasern, leitfähigen Kohlenstoff
und ein Polyurethanharz umfasst und einen ausgezeichneten Kriechwiderstand,
eine hohe Leitfähigkeit
und eine großer
Wärmebeständigkeit
im Knet- und Formungsschritt aufweist. Sie bezieht sich auch auf
Brennstoff betreffende Teile, die daraus hergestellt werden.
-
Stand der Technik
-
Ein
Polyacetalharz hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, eine
ausgezeichnete Dauerfestigkeit, einen ausgezeichneten Reibungswiderstand
und eine ausgezeichnete Abriebbeständigkeit, chemische Beständigkeit, Ölbeständigkeit,
Wärmebeständigkeit
und Formbarkeit. Daher wird es in einer großen Vielfalt von Bereichen
wie Kraftfahrzeugen, elektrischen und elektronischen Gerätschaften,
anderen Präzisionsmaschinen
und Rohren für
Baumaterialien verwendet. Da seine Anwendungen breitgefächerter
werden, sind Harzzusammensetzungen, die verbesserte Materialeigenschaften
aufweisen, notwendig, und dieselben werden hergestellt. Als eine
solcher Harzzusammensetzungen wird ein Polyacetalharz verwendet,
das leitfähigen Ruß enthält, um demselben
Leitfähigkeit
zu verleihen. Z. B. werden die Polyacetalharze wegen ihrer ausgezeichneten
chemischen Beständigkeit
als Brennstoff betreffende Teile verwendet. Da statische Elektrizität durch
Scheren eines Brennstoffs und des Harzes erzeugt wird, muss das
Polyacetalharz in diesem Fall aber leitfähig sein. Demgemäß wird der
leitfähige
Ruß üblicherweise
mit dem Polyacetalharz vermischt.
-
Das
Polyacetalharz hat jedoch einen dahingehenden ernsthaften Nachteil,
dass das Zumischen des Rußes
die Zähigkeit
des Polyacetalharzes deutlich verringert. Wenn somit ein Rohr oder
dergleichen wie das obige Brennstoff betreffende Teil kontinuierlich
einem konstanten Druck ausgesetzt wird oder kontinuierlich einer
Spannung ausgesetzt wird, erfolgt innerhalb einer kurzen Zeitspanne
ein Dehnungsbruch, selbst wenn die Spannung gering ist.
-
Um
dem Polyacetalharz sowohl Leitfähigkeit
als auch eine hohe mechanische Festigkeit zu verleihen, wird andererseits
eine oberflächenbehandelte
Kohlefaser dazu gegeben. Ein solches Polyacetalharz kann jedoch
wegen der stark erhöhten
Kosten nicht als Allzweckmaterialien verwendet werden.
-
Daher
ist eine Polyacetalharz-Zusammensetzung für Brennstoff betreffende Teile
erwünscht,
die zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann und eine hohe Leitfähigkeit,
eine große
Zähigkeit
und insbesondere einen ausgezeichneten Kriechwiderstand hat.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben umfangreiche Untersuchungen
durchgeführt,
um eine Polyacetalharz-Zusammensetzung für Brennstoff betreffende Teile
zu erhalten, die ausgezeichnete Eigenschaften hat, wie oben beschrieben
wurde. Als Ergebnis wurde gefunden, dass es äußerst effektiv ist, Glasfasern,
leitfähigen
Kohlenstoff und ein Polyurethanharz mit einem Polyacetalharz zu
vermischen, und als Konsequenz wurde die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
-
D.
h. die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polyacetalharz-Zusammensetzung
für Brennstoff betreffende
Teile, die durch Vermischen (A) eines Polyacetalharzes, (B) Glasfasern,
(C) eines leitfähigen
Kohlenstoffs und (D) eines Polyurethanharzes erhalten wird und die
einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 105 Ω·cm oder
weniger und als Kriechwiderstand eine solche Zug-Kriechfestigkeit hat, dass sie unter
einer Spannung von 20 MPa in Wasser von 60°C während einer Zeitspanne von
wenigstens 200 Stunden nicht zerreißt.
-
Mit
einem Wort: Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Zusammensetzung,
die die oben beschriebenen (A), (B), (C) und (D) enthält und den
wie oben beschriebenen spezifischen Volumenwiderstand und die wie
oben beschriebene Zug-Kriechfestigkeit hat, und auf Brennstoff betreffende
Teile, die daraus hergestellt werden.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Die
grundlegenden Komponenten der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
beschrieben.
-
Das
Polyacetalharz (A) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Polymer, das Oxymethylen-Gruppen (-CH2O-)
als hauptsächliche
Repetiereinheit aufweist, und ein solches Polyacetalharz schließt Polyoxymethylen-Homopolymere
und Polyacetal-Copolymere ein. Die Copolymere enthalten abgesehen
von den Oxymethylen-Gruppen Oxyalkylen-Gruppen mit etwa 2 bis 6
Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 2 bis 4 Kohlenstoffatomen (z.
B. eine Oxyethylen-Gruppe (-CH2CH2O-), eine Oxypropylen-Gruppe, eine Oxytetramethylen-Gruppe).
Der Anteil der Oxyalkylen-Einheiten mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen
kann zweckmäßigerweise
gemäß der Anwendung
des Polyacetalharzs ausgewählt
werden, z. B. 0,1–30
Mol-%, vorzugsweise 1–20
Mol-%, bezogen auf das gesamte Polyacetal.
-
Das
Polyacetal-Copolymer kann aus einer Mehrzahl von Komponenten aufgebaut
sein, wie ein Copolymer, das aus zwei Komponenten besteht, und ein
Terpolymer, das aus drei Komponenten besteht, und es kann ein Blockcopolymer
sein. Das Polyacetalharz kann nicht nur linear sein, sondern auch
eine verzweigte oder vernetzte Struktur aufweisen. Weiterhin können die
endständigen
Positionen des Polyacetalharzes durch Veresterung mit Carbonsäuren wie
Essigsäure,
Propionsäure
und Buttersäure
stabilisiert sein. Der Polymerisationsgrad, der Verzweigungsgrad
und der Vernetzungsgrad des Polyacetalharzes sind nicht speziell
eingeschränkt,
solange das Harz schmelzbar und formbar ist.
-
Vorzugsweise
schließen
Polyacetalharze Polyoxymethylen-Homopolymere und Polyacetal-Copolymere
ein (z. B. ein Copolymer, das wenigstens sowohl eine Oxymethylen-Einheit
als auch eine Oxyethylen-Einheit umfasst). Vom Standpunkt der Wärmebeständigkeit
aus gesehen werden Polyacetal-Copolymere bevorzugt.
-
Die
Molmasse des oben erwähnten
Polyacetalharzes ist vorzugsweise so hoch wie möglich. Die Kriechbeständigkeit
verbessert sich um so mehr, je größer die Molmasse ist. Konkret
ausgedrückt:
Es wird bevorzugt, dass der Schmelzindex des Harzes bei 190°C nicht größer als
9,0 g/10 min ist.
-
Das
oben erwähnte
Polyacetalharz kann durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt
werden, z. B. durch Polymerisation von Aldehyden, wie Formaldehyd,
Paraformaldehyd und Acetaldehyd, und cyclischen Ethern, wie Trioxan,
Ethylenoxid, Propylenoxid und 1,3-Dioxolon.
-
Die
Glasfasern (B), die in der vorliegenden Erfindung brauchbar sind,
sind nicht speziell eingeschränkt.
Hinsichtlich der Handhabung wird ein geschnittener Glasspinnfaden,
der zu Längen
von etwa 2–8 mm
geschnitten ist, bevorzugt. Eine Glasfaser mit einem Durchmesser
von üblicherweise
5–15 μm, vorzugsweise
7–13 μm, kann zweckmäßigerweise
verwendet werden.
-
In
Bezug auf die Glasfaser wird es auch bevorzugt, eine oberflächenbehandelte
Glasfaser zu verwenden. Als Material für die Oberflächenbehandlung
werden Polyurethan-Harze oder -Oligomere bevorzugt. Solche oberflächenbehandelten
Glasfasern können
leicht gehandhabt werden.
-
Der
leitfähige
Kohlenstoff (C), der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
ist nicht auf spezielle Ruße
eingeschränkt.
Irgendein Ruß,
ausgewählt
aus Ketchen Black, Acetylenruß,
Kanalruß oder
verschiedenen leitfähigen
Rußen
vom Ofentyp mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1–500 μm, vorzugsweise 10–100 μm, kann verwendet
werden.
-
Das
Polyurethanharz (D), das in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ist ein Polymer oder Oligomer mit einer Urethan-Bindung in
der Hauptkette. Im Allgemeinen liegt in vielen Fällen eine reaktive funktionelle
Gruppe wie eine Hydroxylgruppe am Ende der Polymerkette vor, oder
eine funktionelle Gruppe, einschließlich einer Hydroxylgruppe,
ist an die Hauptkette gebunden. Das Polyurethanharz schließt z. B.
thermoplastische Polyurethane ein, die durch Umsetzung einer Polyisocyanat-Komponente,
wie aliphatische, alicyclische oder aromatische Polyisocyanate,
mit einer Polyol-Komponente, wie eine niedermolekulare Polyol-Komponente,
z. B. aliphatische, alicyclische oder aromatische Polyole, Polyetherdiole,
Palyesterdiole und Polycarbonatdiole, hergestellt werden. Bei der
Herstellung des Polyurethans kann man einen Kettenverlängerer wie Diole
oder Diamine verwenden. Weiterhin können auch Polyurethan-Elastomere
in dem Polyurethanharz eingeschlossen sein. Diese Polyurethanharze
können
allein oder in Kombination von zweien oder mehreren derselben verwendet
werden.
-
In
der vorliegenden Erfindung ergibt die Zugabe eines solchen Polyurethanharzes
eine Verbesserung der Schmelzbeständigkeit und Verarbeitbarkeit
des leitfähigen
Polyacetalharzes. Dies reduziert die Zersetzung während des
Formens oder Verarbeitens und verstärkt die mechanische Festigkeit
und den Kriechwiderstand.
-
Das
Polyurethanharz kann nicht nur linear, sondern auch verzweigt oder
vernetzt sein, solange es die Thermoplastizität beibehalten kann. Von diesen
Polyurethanharzen werden das Polyurethan und das Polyurethan-Elastomer
bevorzugt, die durch Umsetzung einer Diisocyanat-Komponente mit
einer Diol-Komponente hergestellt
werden.
-
Die
Molmasse des Polyurethanharzes ist nicht eingeschränkt. Z.
B. können
Oligomere mit einer Molmasse von höchstens 10 000 bis zu Polymeren
mit einer Molmasse von wenigstens 100 000 verwendet werden.
-
Beispiele
der Diisocyanat-Komponente sind aliphatische Diisocyanate wie 1,6-Hexamethylendiisocyanat,
alicyclische Diisocyanate wie Isophorondiisocyanat, aromatische
Diisocyanate wie 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat und
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und andere.
-
Beispiele
der Diol-Komponente sind C2-C10-Alkylendiole,
Polyoxyalkylenglycole wie Poly(oxyethylen)glycol, Poly(oxypropylen)glycol,
Poly(oxytetramethylen)glycol oder Copolymerglycole derselben wie
Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Blockcopolymer,
Polyesterdiole wie ein Polyesterdiol, das durch Kondensationspolymerisation
von aliphatischen C4-C12-Dicarbonsäuren, z.
B. Polyethylenadipinsäure
oder Polybutylenadipinsäure,
die terminate Hydroxylgruppen enthalten, mit aliphatischen C2-C16-Diolen hergestellt
wird, und andere.
-
Ein
Polyurethan-Elastomer ist nützlicher
als ein Polyurethanharz, um die Schmelzbeständigkeit und die Verarbeitbarkeit
des leitfähigen
Polyacetal-Harzes zu verbessern. Das Polyurethan-Elastomer schließt z. B.
ein Polyurethan-Elastomer
ein, das durch Umsetzung der obigen Diisocyanat-Komponente mit einer
Diol-Komponente, wie Polyoxyalkylenglycolen und Polyesterdiolen,
die Polyoxyalkylenglycol-Einheiten enthalten, hergestellt wird.
-
Diese
Polyurethanharze können
vorher als oberflächenbehandelndes
Mittel für
die Glasfasern (B) zugegeben werden.
-
Es
ist wichtig, dass die Polyacetalharz-Zusammensetzung für Brennstoff
betreffende Teile der vorliegenden Erfindung auf derartige Weise
hergestellt wird, dass sie einen spezifischen Volumenwiderstand
von nicht mehr als 1 × 105 Ω·cm hat
und als Kriechwiderstand eine solche Zug-Kriechfestigkeit aufweist,
dass die Harz-Zusammensetzung unter einer Spannung von 20 MPa in
Wasser bei 60°C
während
einer Zeitspanne von wenigstens 200 Stunden nicht reißt, wenn
sie ein Polyacetalharz (A), Glasfasern (B), einen leitfähigen Kohlenstoff
(C) und ein oben beschriebenes Polyurethanharz (D) umfasst.
-
Als
Herstellungsverfahren der obigen Harz-Zusammensetzung kann ein Verfahren
erwähnt
werden, in welchem man 100 Gewichtsteile des Polyacetalharzes (A)
mit 5–20
Gewichtsteilen der Glasfasern (B), 5–20 Gewichtsteilen des leitfähigen Kohlenstoffs
(C) und 0,01–10
Gewichtsteilen des Polyurethanharzes vermischt.
-
Die
zuzufügende
Menge der Glasfasern (B) ist vorzugsweise 5–20 Gewichtsteile, mehr bevorzugt 8–15 Gewichtsteile.
Innerhalb eines solchen Bereiches kann der Kriechwiderstand verbessert
werden und es kann eine gute Fließfähigkeit und eine gute Verarbeitbarkeit
durch Extrusion erhalten werden.
-
Die
zuzufügende
Menge des leitfähigen
Kohlenstoffs (C) beträgt
im Allgemeinen 5–20
Gewichtsteile, mehr bevorzugt 7–12
Gewichtsteile. Innerhalb eines solchen Bereiches können eine
ausreichende Leitfähigkeit
sowie eine gute Zähigkeit
und Wärmebeständigkeit
des Polyacetalharzes erhalten werden.
-
Die
zuzufügende
Menge des Polyurethanharzes (D), die die Menge des Polyurethanharzes
einschließt,
das als Oberflächenbehandlungsmittel
für die
Glasfasern (B) zugegeben werden soll, ist vorzugsweise 0,01–10 Gewichtsteile,
mehr bevorzugt 0,01–3
Gewichtsteile. Innerhalb eines solchen Bereiches werden die Schmelzbeständigkeit
und die Verarbeitbarkeit bei der Extrusion/Formung des leitfähigen Polyacetalharzes verbessert
und es wird kein Schäumen
während
der Extrusion und kein Formalingeruch gebildet. Die vorliegende
Harz-Zusammensetzung kann mit ihrer guten mechanischen Festigkeit
und ihrem Kriechwiderstand in ausgedehntem Maße in Form von Brennstoff betreffenden
Teilen verwendet werden.
-
Weiterhin
wird vorzugsweise ein Stabilisator zu der vorliegenden Harz-Zusammensetzung gegeben, um
die Wärmebeständigkeit
zu verbessern.
-
Gegebenenfalls
können
ein oder mehrere gebräuchliche
Additive, wie UV-Absorber,
Gleitmittel, Formentrennmittel, Färbemittel, einschließlich Farbstoffen
und Pigmenten, und oberflächenaktive
Mittel zugegeben werden, falls es notwendig ist.
-
Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann leicht durch die
bekannten herkömmlichen Verfahren
hergestellt werden, die allgemein als Verfahren zur Herstellung
der Harz-Zusammensetzung verwendet werden. Z. B. ein Verfahren,
in dem die Komponenten miteinander vermischt werden und dann geknetet
und in einem Extruder extrudiert werden, um Pellets herzustellen;
ein Verfahren, in dem Pellets mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
hergestellt werden, und dieselben dann in einem vorher bestimmten
Verhältnis
miteinander vermischt werden und einem Formen unterzogen werden,
um ein geformtes Produkt zu erhalten, das eine erwünschte Zusammensetzung
hat; ein Verfahren, in dem eine oder zwei oder mehrere der Komponenten
direkt in eine Formmaschine gegeben werden. Jedes dieser Verfahren
kann verwendet werden.
-
Die
Polyacetalharz-Zusammensetzung für
Brennstoff betreffende Teile der vorliegenden Erfindung weist neben
der chemischen Beständigkeit,
die ein Polyacetalharz von sich aus hat, Leitfähigkeit und einen hohen Kriechwiderstand
auf, so dass sie in ausgedehntem Maße für Brennstoff betreffende Teile
verwendet werden kann, und durch die Zugabe eines Polyurethanharzes
verfügt
sie auch über
eine verbesserte Schmelzbeständigkeit
und Verarbeitbarkeit bei der Extrusion/Formung.
-
Beispiele
-
Die
vorliegende Erfindung wird weiterhin auf der Basis der folgenden
Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert, jedoch soll der Umfang
der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt sein.
-
Beispiele 1 bis 7 und
Vergleichsbeispiele 1 bis 5
-
Ein
Polyacetalharz (A), Glasfasern (B), ein leitfähiger Kohlenstoff (C) und ein
Polyurethanharz (D), deren Typen und Mengen in den Tabellen 1 und
2 aufge führt
sind, wurden miteinander vermischt und in einem 30 mm Doppelschneckenextruder
bei 190°C
in der Schmelze geknetet, um Pellets herzustellen, die dann bewertet
wurden.
-
Die
Leitfähigkeit,
der Kriechwiderstand und die mechanischen Eigenschaften der geformten
Gegenstände
wurden wie folgt bestimmt.
-
Spezifischer Volumenwiderstand
-
Ein
scheibenförmiges
Teststück
eines Durchmessers von 100 mm und einer Dicke von 3 mm wurde verwendet.
Leitfähige
Paste wurde auf beide Seiten der Scheibe aufgetragen und dann getrocknet.
Dann wurde der spezifische Volumenwiderstand berechnet, indem man
den elektrischen Widerstand der Probe maß.
-
Kriechwiderstand
-
Ein
ASTM D-638-Teststück
wurde verwendet. Eine konstante Spannung – 20 MPa – wurde an die Probe in Wasser
bei 60°C
angelegt. Die Zeitspanne, die notwendig ist, um die Probe zu zerreißen, wurde
bestimmt.
-
Zugeigenschaft
-
Die
Bestimmung wurde gemäß ASTM D-638
durchgeführt.
-
Formbarkeit
-
Die
Bestimmung wurde durchgeführt,
indem man das Schäumen
und die Formalingeruch-Bildung während
des Kompoundierens beobachtete, und zwar in Form der folgenden drei
Klassifizierungen:
⊙:
weder Schäumen
noch Formalingeruch
O: kein Schäumen, aber etwas Formalingeruch
X:
Schäumen
und starker Formalingeruch
-
Die
folgenden Glasfasern, leitfähigen
Kohlenstoffe und Polyurethanharze wurden in den Beispielen und Vergleichsbeispielen
verwendet.
-
(B) Glasfaser
-
- (1) "Chopped
Strand 3J-948",
Handelsname, hergestellt von Nitto-Boseki Company (Epoxy-behandelte Glasfasern)
- (2) "Glossrun
Chopped Strand CS 03 JA FT102",
Handelsname, hergestellt von Asahi Fiberglass Company (Urethan-behandelte
Glasfasern)
-
(C) Leitfähiger Kohlenstoff
-
- "Ketchen
Black ECX", Handelsname,
hergestellt von Ketchen Black International Company
-
(D) Polyurethanharz
-
- Thermoplastisches Polyurethan ("Miractoran E375M5JP-1", Handelsname, hergestellt
von Nippon Miractoran Co., Ltd.)
-
-
