JP2005329669A - 樹脂成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＡＳ樹脂（ポリアリレーンスルフィド樹脂）をレーザ光を照射する側に用いて、かつ充分な接合強度を有する樹脂成形品を提供する。
【解決手段】２種の樹脂材料を重ね合わせて、一方から加熱源としてレーザ光の照射により溶着されて接合された樹脂成形品であって、レーザ光が照射される側の樹脂材料がＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材料で構成され、且つ、レーザ光が照射される側の樹脂材料に重ねあわされる樹脂材料がポリアリレーンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン及びスチレン−アクリロニトリル共重合体からなる群から選ばれる１種以上の樹脂を含有する樹脂材料である樹脂成形品。
【選択図】なし

Description

本発明は、レーザ光が照射される側の樹脂材料にポリアリレーンスルフィド（以下、ＰＡＳと略す。）樹脂を含有する樹脂材料とその他の樹脂材料を重ね合わせて、レーザ光の照射により、当接面を溶融して接合した樹脂成形品に関する

近年、軽量化及び低コスト化等の観点より、自動車部品等の各種分野の部品を樹脂化して樹脂成形品とすることが頻繁に行われている。また、樹脂成形品の高生産性化等の観点より、樹脂成形品を予め複数に分割して成形し、これらの分割成形品を互いに接合する手段が採られることが多い。

ここに、樹脂材同士の接合方法として、従来レーザ溶着方法が利用されている。例えば、特開昭６０−２１４９３１号公報には、レーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、該レーザ光に対して吸収性のある吸収性樹脂材とを重ね合わせた後、該透過性樹脂材側からレーザ光を照射することにより、透過性樹脂材と吸収性樹脂材との当接面同士を加熱溶融させて両者を一体的に接合するレーザ溶着方法が開示されている。

このレーザ溶着方法では、透過性樹脂材内を透過したレーザ光が吸収性樹脂材の当接面に到達して吸収され、この当接面に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積される。その結果、吸収性樹脂材の当接面が加熱溶融されるとともに、この吸収性樹脂材の当接面からの熱伝達により透過性樹脂材の当接面が加熱溶融される。この状態で、透過性樹脂材及び吸収性樹脂材の当接面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができる。

ところで、前記溶着方法では、透過性樹脂材及び吸収性樹脂材の当接面同士を確実に溶着させて十分な接合強度を得るためには、吸収性樹脂材の当接面にレーザ光のエネルギーが十分に吸収される必要があることから、透過性樹脂材やレーザ光の種類等、具体的には透過性樹脂材のレーザ光透過率や加熱源として用いるレーザ光の波長等を適切に設定することにより、吸収性樹脂材の当接面に十分な量のレーザ光を到達、吸収させることが重要となる。

そのため、レーザ溶着方法による成形材料は、レーザ光を照射する側に透過性樹脂材料を用いて製造されるのが一般的であった。例えば、充分な接合強度を得るためには、透過性樹脂材料のレーザ透過率は２６％以上に確保が必須とされていた（例えば、特許文献１参照。）。ここで、レーザ透過率の低い樹脂材料は、レーザ光を照射する側に用いられることはなく、溶着される樹脂材料のみに用いられていた。そのため、レーザ溶着方法では、レーザ透過率の高い樹脂材料とレーザ透過率の低い樹脂材料が組み合わされたものが使われている。その結果、樹脂の組み合わせにも制限があり、ＰＡＳ樹脂は、吸収性樹脂材として用いられることはあるものの、ＰＡＳ樹脂をレーザ光を照射する側の樹脂材料に用いたものはなく、従ってＰＡＳ樹脂同士を接合した樹脂成形品は得られていなかった・

特開２００１−１０５４９９

本発明の課題は、ＰＡＳ樹脂をレーザ光を照射する側に用いて、かつ充分な接合強度を有する樹脂成形品を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討の結果、レーザ光が照射される側の樹脂材料として、レーザ透過率が低い樹脂であるＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材料を用いると、ＰＡＳ樹脂は、光照射量を増加させて当接面近傍を加熱しても、熱による分解等が起こりにくいので、レーザ透過率の低い樹脂材料同士を接合することができ、その樹脂成形品が充分な接合強度を有することを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。

即ち、本発明は、２種の樹脂材料を重ね合わせて、一方から加熱源としてレーザ光の照射により溶着されて接合された樹脂成形品であって、レーザ光が照射される側の樹脂材料がＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材料で構成されることを特徴とする樹脂成形品を提供する。

本発明によれば、ポリアリレーンスルフィド樹脂を含有する樹脂材料をレーザ光が照射される側の樹脂材料として用いることができるので、レーザ光透過率が低い樹脂同士が接合された成形品を得ることが可能となる。

本発明の樹脂成形品は、レーザ光が照射される側の樹脂材料とこれに溶着される樹脂材料とを重ね合わせ、レーザ光が照射される側の樹脂材料から加熱源としてのレーザ光を照射して溶着、接合された樹脂成形品であり、レーザ光が照射される側の樹脂材料として、ＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材を用いることを特徴としたものである。

このレーザ溶着は、レーザ光が照射される側の樹脂材料とこれに溶着される樹脂材料の当接端部同士を当接させた状態で、レーザ光が照射される側の樹脂材料側からレーザ光を照射することにより行われる。レーザ光が照射される側の樹脂材料に照射されたレーザ光は該樹脂材内を透過して、溶着される樹脂材料の当接面に到達し、当接面近傍の樹脂材料に吸収される。この際、この溶着される樹脂材料に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積さ、溶着される樹脂材料の当接面が加熱溶融されるとともに、この溶着される樹脂材料の当接面からの熱伝達により、レーザ光が照射される側の樹脂材料の当接面が加熱溶融される。この状態で、両樹脂材料の当接面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができる。

また、当接面近傍のレーザ光が照射される側の樹脂材料に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積され、レーザ光が照射される側の樹脂材料が加熱溶融されるとともに、溶着される側の樹脂材料の当接面が加熱溶融される。この状態で、前記と同様に両樹脂材料の当接面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができる。

こうして得られた接合部では、接合面同士が溶融されて接合されており、該接合面同士の間では両成形部材を構成する両樹脂が溶融して互いに入り込み絡まった状態が形成されているため、強固な接合状態を構成して高い接合強度及び耐圧強度を有している。

前記レーザ光が照射される側の樹脂材料としては、レーザ光透過して、当接面近傍が過熱されれば、レーザ光の透過率は特に限定されないが、例えば、ＰＡＳ樹脂のレーザ透過率の範囲としては０．１〜２６％が好ましく、５％以上であることが特に好ましい。

従来の透過性樹脂材(レーザ光が照射される側の樹脂材料)としては２６％以上の透過率が必要であるが、ＰＡＳ樹脂を用いるとレーザ光が照射される側の樹脂材料においては０．１％以上の透過率を有すれば、吸収性樹脂材の当接面により多くのレーザ光を到達、吸収させて、透過性樹脂材及び吸収性樹脂材の接合面を加熱溶融させるのに充分なエネルギーが該接合面に蓄積され、その結果該接合面で十分な加熱溶融が起こり、充分な溶着強度を達成することが可能となる。

本発明のレーザ光が照射される側の樹脂材料で使用するＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材料中のＰＡＳ樹脂は、置換基を有してもよい芳香族環と硫黄原子が結合した構造の繰り返し単位を含むランダム共重合体、ブロック共重合体、およびそれらの混合物あるいは単独重合体との混合物であってもよい。これらの樹脂の代表的なものとして、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドケトン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルフィドケトンスルホンなどが挙げられる。ＰＡＳの中でも、繰り返し単位の結合は芳香環に関してパラ位の構造が耐熱性や結晶性の面で好ましい。

特に、下記一般式（１）で示される構成単位（芳香族環に置換基を含まない）を７０モル％以上含むポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳと記す。）樹脂が物性面及び経済性の面で好ましい。

前記ＰＰＳ樹脂の重合方法としては、例えば、（ｉ）ｐ−ジクロルベンゼンを硫黄と炭酸ソーダの存在下で重合させる方法、(ii)極性溶媒中で硫化ナトリウムあるいは水硫化ナトリウムと水酸化ナトリウム又は硫化水素と水酸化ナトリウムの存在下で重合させる方法、(iii)ｐ−クロルチオフェノールの自己縮合などが挙げられるが、前記(ii)の方法の中で、とくに、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤やスルホラン等のスルホン系溶媒中で硫化ナトリウムとｐ−ジクロルベンゼンを反応させる方法が適当である。この際に重合度を調節するためにカルボン酸のアルカリ金属塩やスルホン酸のアルカリ金属塩を添加したり、水酸化アルカリを添加したりすることが好ましい。

共重合成分として３０モル％未満であれば以下に示すメタ結合構造単位〔２〕、エーテル結合構造単位〔３〕、スルホン結合構造単位〔４〕、ケトン結合構造単位〔５〕、ビフェニル結合構造単位〔６〕、置換フェニルスルフィド結合構造単位〔７〕、３官能フェニルスルフィド結合構造単位〔８〕、ナフチル結合構造単位〔９〕などを含有していてもポリマーの結晶性に大きく影響しない範囲で構わないが、共重合成分は、好ましくは１０モル％以下がよい。特に３官能基以上のフェニル、ビフェニル、ナフチルスルフィド結合などを共重合に選ぶ場合は、好ましくは３モル％以下、より好ましくは１モル％以下である。

前記ＰＰＳ系樹脂は一般的な製造方法、例えば（１）ハロゲン置換芳香族化合物と硫化アルカリとの反応（米国特許第２５１３１８８号、特公昭４４−２７６７１号、特公昭４５−３３６８号）、（２）チオフェノール類のアルカリ触媒又は銅塩などの共存下における縮合反応（米国特許第３２７４１６５号、英国特許第１１６０６６０号）、（３）芳香族化合物と塩化硫黄とのルイス酸触媒共存下における縮合反応（特公昭４６−２７２５５号、ベルギー特許第２９４３７号）等により合成されるものであり、目的に応じて任意に選択できる。

前記ＰＰＳ樹脂としては、架橋型のＰＰＳ樹脂でも非架橋型（リニアー型）ＰＰＳ樹脂でもよい。これらのＰＰＳ樹脂の中でも特にＡＳＴＭ Ｄ１２３８−８６による３１６℃／５０００ｇ荷重下（オリフィス：０．０８２５±０．００２インチ径×０．３１５±０．００１インチ長さ）でのメルトフローレートが、好ましくは３０００ｇ／１０分以下、更に好ましくは１５００ｇ／１０分以下である。更に、使用するＰＰＳ樹脂の形態としては特に制限はなく、ペレットのような粒状でもあるいは粉状でもよい。

また、前記ＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材料には必要に応じて、以下に示す強化材および／または充填材を配合することもできる。これら強化材や充填材は、粉粒状、平板状、鱗片状、針状、球状または中空状および繊維状が挙げられる。具体的には硫酸カルシウム、珪酸カルシウム、クレー、タルク、アルミナ、珪砂、ガラス粉、金属粉、グラファイト、炭化珪素、チッ化珪素、シリカ、チッ化ホウ素、チッ化アルミニウム、カーボンブラックなどの粉粒状充填材、雲母、ガラス板、セリサイト、アルミフレークなどの金属箔、黒鉛などの平板状もしくは鱗片状充填材、シラスバルーン、金属バルーン、ガラスバルーンなどの中空状充填材、ガラス繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、ウィスカー、金属繊維、アスベスト、ウォスナイト、繊維状充填材、芳香族ポリアミド繊維等の有機繊維状充填材を挙げることが出来る。

前記強化材や充填剤を添加する場合の添加量は、樹脂組成物中のそれぞれ５〜７５重量％であり、好ましくは２０〜６０重量％である。

更に、前記ＰＡＳ樹脂には、強化材や充填剤以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲であればその他の熱可塑性樹脂をアロイ成分として添加してもよい。その他の熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、イミド変性ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリブチレンナフタレ−ト、ポリアミド、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、イミド変性ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ポリサルホン、ポリフェニレンエ−テル、ポリフェニレンエ−テルとポリスチレンとの共重合体および／または混合物、ポリエ−テルサルホン、ポリスルフィドケトン、ポリスルフィドサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリスチレン系等の熱可塑性エラストマ−、およびこれら熱可塑性エラストマーをグリシジル基、カルボン酸及びその酸無水物、アミノ基、イソシアネート基、メルカプト基、オキサゾリン基等の有機官能基を含む有機化合物により変性された変性体等が挙げられる。好ましくは、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリアミド、ポリフェニレンエ−テル、ポリフェニレンエ−テルとポリスチレンとの共重合体および／または混合物である。

前記アロイ成分を添加する場合の添加量は、ＰＡＳ樹脂を含有する樹脂材料１００重量部当たり０．１〜７５重量部であり、好ましくは２〜４０重量部である。

更に、可塑剤、少量の離型剤、着色剤、滑剤、耐熱安定剤、耐候性安定剤、発泡剤、防錆剤、難燃剤、核剤等を添加してもよい。

前記溶着される樹脂材料の種類としては、熱可塑性を有していることが必要である。また、前記レーザ光が照射される側の樹脂材料に重ねあわされる樹脂材料のレーザ透過率が、レーザ光が照射される側の樹脂材料のレーザ透過率よりも低いものが好ましい。更に、加熱源としてのレーザ光を透過させずに吸収するものが特に好ましい。例えば、ＰＰＳ樹脂等のＰＡＳ樹脂類、ナイロン６（ＰＡ６）やナイロン６，６（ＰＡ６６）等のポリアミド（ＰＡ）類、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）やスチレン−アクリロニトリル共重合体等に、カーボンブラック等の所定の着色剤を混入したものを挙げることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維、その他の強化材等で強化したものを用いてもよい。

本発明において、加熱源として用いるレーザ光の種類としては、レーザ光を透過させる透過性樹脂材の吸収スペクトルや板厚（透過長）等との関係で、透過性樹脂材内での透過率が所定値となるような波長を有するものが適宜選定される。例えば、ＹＡＧ：Ｎｄ³⁺レーザ（レーザ光の波長：１０６４ｎｍ）や半導体レーザ（レーザ光の波長：５００〜１０００ｎｍ）を用いることができる。また、レーザの出力、照射密度や加工速度（移動速度）等の照射条件は、ＰＰＳ樹脂の組成、肉厚等に応じて適宜設定可能である。

以下に、本発明を実施例により、一層具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例の範囲に限定されるものではない。

実施例１
レーザ光が照射される側の樹脂材料として、ＰＰＳ樹脂（大日本インキ化学工業（株）リニア型ＰＰＳ、メルトフローレート:５００ｇ／１０分）６０重量部に対してガラス繊維４０重量部を添加して製造した強化されたＰＰＳ樹脂で、板厚を０．７５ｍｍであるものを用い、溶着される樹脂材料としてＰＰＳ樹脂（大日本インキ化学工業（株）架橋型ＰＰＳ、メルトフローレート:５００ｇ／１０分）６０重量部に対してガラス繊維４０重量部と吸収剤としてカーボンブラック０．５重量部とを添加して製造した強化されたＰＰＳ樹脂ガラス繊維４０重量％添加され強化されたＰＰＳ樹脂を使用にしたものを重ね合わせて用いた。

次いで、レーザ溶着は、半導体レーザ（波長：９４０ｎｍ）を透過性樹脂材側から照射し、レーザ溶着により一体的に接合した。なおレーザ出力は板厚０．７５ｍｍ時には出力２５Ａ、加工速度は１０ｍｍ／ｓｅｃ、板厚１．６ｍｍ時には出力４０Ａ、加工速度８ｍｍ／ｓｅｃ、板厚２ｍｍ時には出力４０Ａ、加工速度５ｍｍ／ｓｅｃとした。なお、透過率は入射エネルギーをワーク有無で測定することで算出し、溶着強さは、溶着部の引張り破断試験により測定した。レーザ波長９４０ｎｍ、出力８Ｗを最長５ｓｅｃ照射し、ワークの有無によるエネルギー差をパワーメーターにより測定した。得られた結果を表１に示す。

実施例２
レーザ光が照射される側の樹脂材料として、実施例１と同様の組成で板厚を１．６ｍｍにしたものを用いて、溶着される樹脂材料は実施例１と同じものを用いた。レーザ溶着と溶着強さの測定は実施例１と同様にして行った。得られた結果を表１に示す。

実施例３
レーザ光が照射される側の樹脂材料として、ＰＰＳ樹脂（大日本インキ化学工業（株）リニア型ＰＰＳ、メルトフローレート:３５０ｇ／１０分）５０重量部に対してガラス繊維５０重量部を添加して製造した強化されたＰＰＳ樹脂で、板厚を１．６ｍｍにしたものを用い、溶着される樹脂材料は実施例１と同じものを用いた。レーザ溶着と溶着強さの測定は実施例１と同様にして行った。得られた結果を表１に示す。

実施例４
レーザ光が照射される側の樹脂材料として、ＰＰＳ樹脂（大日本インキ化学工業（株）リニア型ＰＰＳ、メルトフローレート:５００ｇ／１０分）６７重量部に対してガラス繊維３０重量部、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（アロイ成分）３重量部を添加して製造した強化されたＰＰＳ樹脂で、板厚を１．６ｍｍにしたものを用い、溶着される樹脂材料は実施例１と同じものを用いた。レーザ溶着と溶着強さの測定は実施例１と同様にして行った。得られた結果を表１に示す。

Claims (6)

1. ２種の樹脂材料を重ね合わせて、一方から加熱源としてレーザ光の照射により、前記２種の樹脂材料の当接面を溶融して溶着して接合された樹脂成形品であって、レーザ光が照射される側の樹脂材料がポリアリレーンスルフィド樹脂を含有する樹脂材料で構成されることを特徴とする樹脂成形品。
2. 前記ポリアリレーンスルフィド樹脂を含有する樹脂材のレーザ透過率が５〜２６％である請求項１記載の樹脂成形品。
3. 更に、前記レーザ光が照射される側の樹脂材料が強化材及び／又は充填材を含有する請求項２記載の樹脂成形品。
4. 更に、前記レーザ光が照射される側の樹脂材料にアロイ成分を含んでなる請求項２または３記載の樹脂成形品。
5. レーザ光が照射される側の樹脂材料に重ねあわされる樹脂材料がポリアリレーンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン及びスチレン−アクリロニトリル共重合体からなる群から選ばれる１種以上の樹脂を含有する樹脂材料である請求項１記載の樹脂成形品。
6. 前記レーザ光が照射される側の樹脂材料に重ねあわされる樹脂材料のレーザ透過率が、レーザ光が照射される側の樹脂材料のレーザ透過率よりも低いものである請求項５記載の樹脂成形品。