JP2006206672A - ポリアミド樹脂組成物および導電性軸状成形品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ポリアミド樹脂(A)、ガラス繊維(B)、PAN系炭素繊維(C)及び導電性カーボン(D)を含有する組成物であって、(A)〜(D)の合計重量に対し、(A)の含有量が30〜83重量%、(B+C)の含有量が15〜65重量%、(C)の含有量が5〜35重量%、(D)の含有量が2〜20重量%、(C+D)の含有量が7〜55重量%であり、且つ、その引張強度が150MPa以上、引張弾性率が15GPa以上であるポリアミド樹脂組成物。
【選択図】 なし
Description
近年、軽量化、耐薬品性の向上等を目的に、金属が使用されている分野での代替材料としてプラスチックの使用が増加しており、ポリアミド樹脂も金属代替材料として期待されている。例えば、メタキシリレンジアミンを主成分とするキシリレンジアミンとα,ω−直鎖脂肪族二塩基酸から合成されるポリアミド樹脂(以下「ポリアミドMX樹脂」と略称する。)にガラス繊維等の強化材を配合した組成物は、化学的性質、熱的性質、機械的性質等の優れた成形材料として、自動車、鉄道、住宅設備その他の多くの分野で金属を代替する材料として使用されている。
ポリアミド樹脂を使用した導電材料として、特許文献1には、ポリアミドMX樹脂、ナイロン66、ガラス繊維、カーボンブラック及び黒鉛を特定量比で配合した組成物が開示されている。しかし、この様な組成物は粉体のカーボンと黒鉛を含むため材料の伸びが小さく、強度面で低い材料であり、また導電性も充分とはいえない。特許文献2には、ポリアミドMX樹脂、ナイロン66、金属被覆された高導電性ガラス繊維、カーボンブラック及び黒鉛を特定量比で配合した電磁波遮蔽用ポリアミド樹脂成形材料が開示されている。しかしながら、黒鉛とカーボンの併用は、材料の伸びを低下させ、脆くて強度が低い材料となり、また、金属被覆されたガラス繊維は現在市場での入手が困難な材料である。
特許文献5には、ポリオレフィン樹脂に導電性カーボン、シリカ及び炭素繊維または炭素繊維とガラス繊維の混合物からなる強化充填材を配合した導電性ポリオレフィン組成物が開示されているが、強化充填材の量は、ポリオレフィン樹脂100重量部に対して1〜10重量部と少なく機械的強度は充分ではない。
しかし、これらポリスチレンやポリプロピレンをベース樹脂としている射出成形材料では、本発明が目指すような機械的強度の組成物を得ることは困難と考えられる。
本発明組成物は、結晶性樹脂であるポリアミド樹脂にガラス繊維とカーボン繊維が併用強化されているので熱変形温度が融点に近く、ゴムの加硫温度での変形がなく、ローラーのシャフト(軸芯)材料として好適である。
本発明組成物から形成される軸状成形品やローラーを使用すると、現行の金属製軸に比し、駆動系が軽くなるので消費電力を低減することが出来る。
本発明に使用されるポリアミド樹脂(A)としては、これらのポリアミド樹脂の有する種々の特性と目的とする成形品の用途等を勘案して適切なポリアミド樹脂を選択する。
半芳香族ポリアミドとしては具体的に、6I、6T/6I、6/6T、66/6T、66/6T/6I等が挙げられる。
またジアミン成分に芳香環を有するキシリレンジアミンとα,ω−二塩基酸の重縮合で得られるポリアミドMX樹脂は、特に高強度の樹脂組成物が得られるので好ましい。
ポリアミドMX樹脂としては、ジアミン成分が(1)メタキシリレンジアミン100%または(2)メタキシリレンジアミン50モル%以上とパラキシリレンジアミン50モル%以下の混合キシリレンジアミンと,炭素数6〜12のα,ω−直鎖脂肪族二塩基酸または芳香族二塩基酸の重縮合で得られるポリアミド樹脂が挙げられ、特に、ジカルボン酸成分としてアジピン酸を使用したポリアミドMX樹脂が好ましい。
これらの芳香族環を有するポリアミド樹脂と脂肪族ポリアミド樹脂の混合物も好ましく使用される。脂肪族ポリアミド樹脂単独では充填材を多く配合すると外観や物性が充分でない場合にも、上述の芳香環を有するポリアミド樹脂と混合することで外観や物性か改良される。
ガラス繊維の収束剤、表面処理剤としては、シラン系処理剤が一般に使用される。また、耐LLC性を向上させるためには、無水マレイン酸共重合物を含んだ収束剤を使用することも好ましい。
PAN系炭素繊維(C)の繊維径は特に限定されるものではないが5〜20μmが好ましく、5〜13μmがより好ましい。アスペクト比は10以上が好ましい。また、収束剤としてエポキシ樹脂またはポリアミド樹脂を炭素繊維に対し1〜5重量%程度使用したものが好ましい。
すなわち、(A)〜(D)の合計重量を100として、(B+C)の含有量は15〜65重量%である。(B)及び(C)は共に組成物の強度発現に寄与する繊維状強化材であり、合計した含有量が、15重量%を下回ると本発明の目的とする強度、剛性が達成困難であり、65重量%を上回るとコンパウンドの生産性、射出成形時の流動性が低くなり成形困難となる。
また、コストを抑えるためには(B)と(C)のうち、炭素繊維(C)を減らすことが好ましいが、減らしすぎると繊維の接触確率、導電性カーボンの分散性などが低下するものと思われ、導電性が低下する。一方、低比重の炭素繊維は、体積分率が大きいため、多すぎるとコンパウンド生産性、射出成形時の流動性が低くなり成形が困難になる。従って、PAN系炭素繊維(C)の量は、(A)〜(D)を100として、5重量%以上、35重量%以下であり、好ましくは7重量%以上である。
また(C+D)の量は、(A)〜(D)を100として、7〜55重量%、好ましくは10〜30重量%、より好ましくは15〜30重量%である。
また、ポリアミド樹脂(A)の量は30〜83重量%、好ましくは35〜70重量%である。ポリアミド樹脂の量が30重量%を下回るとコンパウンドして製品を作ることが困難になり、83重量%を上回ると導電材の量も少なく、補強効果も少なくなるので、本発明の目的とする組成物が得られ難くなる。
また、一部の成分を別工程で混合した後、他の成分を混合して溶融ペレット化することも出来る。特にカーボンは現場を汚すため、別工程でマスターバッチ化したものを用いることが良く行われる。
本発明の樹脂組成物は優れた導電性と高い機械的強度、剛性を有し、引張強度150MPa以上、引張弾性率15GPa以上の強度を有する。更に、ポリアミドMX樹脂や半芳香族ポリアミドを用い、本発明に規定する範囲内でその他成分の種類及び量比を選択することにより、引張強度180MPa以上で引張弾性率17GPa以上の強度、さらには引張強度230MPa以上で引張弾性率18GPa以上の強度の組成物を得ることも出来るので、この様な強度を必要とする導電性ローラーのシャフトなどの導電性軸状成形体材料として好適である。
導電性ローラーは、かかる導電性軸状成形体を芯として、その周囲に導電性のゴム等の弾性材料を被覆することにより得られる。使用される弾性材料としては特に限定されるものではないが、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリブタジェン系ゴム、天然ゴム等が挙げられ、1種または2種以上の混合物であっても良い。弾性材料に導電性を付与するには、弾性材料に導電性カーボンなどの導電剤を混入する方法や、被覆後ローラー表面に導電性塗料を塗布する方法等が採用される。
導電性シャフトを導電性弾性材料で被覆する方法も公知の種々の方法を採用することが出来る。例えば、導電性シャフトを予め金型内部に配置し、ここにウレタン成形材料等の弾性材料を注型、固化させる方法や、弾性材料のチューブを成形し、シャフトを圧入する方法、或いは弾性材料シートを接着剤を用いてシャフトの周囲に接着する方法等が挙げられる。必要に応じ、被覆前、或いは被覆後、ゴム材料は加硫処理される。
なお、以下の例に使用した材料及び得られた樹脂組成物の評価試験方法は次の通りである。
<材料>
*ポリアミドMX樹脂:三菱エンジニアリングプラスチックス(株)「レニー6002」。
*ポリアミド6:三菱エンジニアリングプラスチックス(株)「ノバミッド1013J」、相対粘度2.5、98%濃硫酸使用)。
*ポリアミド6T/6I:三菱エンジニアリングプラスチックス(株)「ノバミッドX21」。
*PAN系炭素繊維:三菱レーヨン(株)「パイロフィルTR03NB」、繊維径7μm。
*ピッチ系炭素繊維:三菱化学(株)「ダイヤリードK223HQ」。
*黒鉛:日本黒鉛(株)「特CP」、天然鱗片状黒鉛。
*離型剤:クラリアントジャパン社「リコワックスE」、モンタン酸エステル。
核剤は樹脂組成物中約1重量%、また離型剤は約0.1%となる量使用した。
<評価試験>
*体積抵抗率:ASTM D257に準拠して、アドバンテストR8340超絶縁抵抗計にて5V設定で測定した。
*:ピンポイント抵抗値:実施例または比較例で得られた組成物を用いて直径4インチ、厚み1/8インチの円盤を成形した。円盤を平面の金属板上に置き、テスターにて金属板と円盤の表面の抵抗値を測定した。端子は直径約1.5mmの金属棒で先端を丸めたものを使用した。テスターは3V電圧を発生する抵抗測定を行っている。
材料成分を表−1または表−2に記載の割合で秤量し、ガラス繊維と炭素繊維を除く成分をタンブラーにて約10分混合した。次いでガラス繊維と炭素繊維を投入し、約1分混合した。得られた混合物を、単軸φ65mm押出機(田辺プラスチック製VC65)のホッパーに投入し、シリンダー温度280℃で混練し、溶融、押出してペレットを得た。
このペレットを充分乾燥後、射出成形機(住友重機械(株)製、型式SH100、100トン、シリンダー径36mm)を用い、下記成形条件AまたはBにより評価試験用試験片を成形した。評価結果を表−1及び表−2に示した。
成形条件B:シリンダー設定温度 260℃一律、金型温度100℃。
その他の条件はISO規定に準じた。
Claims (5)
- ポリアミド樹脂(A)、ガラス繊維(B)、PAN系炭素繊維(C)及び導電性カーボン(D)を含有する組成物であって、(A)〜(D)の合計重量に対し、(A)の含有量が30〜83重量%、(B+C)の含有量が15〜65重量%、(C)の含有量が5〜35重量%、(D)の含有量が2〜20重量%、(C+D)の含有量が7〜55重量%であり、且つ、その引張強度が150MPa以上、引張弾性率が15GPa以上であるポリアミド樹脂組成物。
- 引張強度が180MPa以上、引張弾性率が17GPa以上である請求項1記載のポリアミド樹脂組成物。
- ポリアミド樹脂(A)が、キシリレンジアミンとα,ω−直鎖脂肪族二塩基酸から合成されるポリアミドMX樹脂を60重量%以上含有するポリアミドであり、引張強度が230MPa以上、且つ、引張弾性率が18GPa以上である請求項1記載のポリアミド樹脂組成物。
- 請求項1〜3の何れかに記載のポリアミド樹脂組成物を成形してなる導電性軸状成形品。
- 請求項4記載の導電性軸状成形品を導電性弾性材料で被覆してなる導電性ローラー。
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