JP2009096903A - 溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリキシリレンアジパミド55〜97重量%およびヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸およびε−カプロラクタムとが重縮合した共重合ポリアミド45〜3重量%を含むポリアミド樹脂100重量部に対し、充填材1〜100重量部を含有させてなることを特徴とする溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
【選択図】なし
Description
従来より、樹脂部材間の接合する方法として多くの方法が知られている。例えば接着剤を用いて接合する方法は作業工程が多く、溶剤を使う場合が多く作業環境が悪くなり、環境汚染の問題もある。また、接着剤の効果が発揮されるまでかなり長い時間、接合面を固定しておく必要がある。
一方、熱板溶着、振動溶着および超音波溶着等の樹脂を溶融して接合する方法も良く知られているが、それぞれ一長一短がある。例えば熱板溶着法は接合のサイクルが長く、充填材を多く配合された樹脂組成物では溶着強度が極めて弱くなる。振動溶着法では振動により精密部品が内蔵された製品の接合には不向きであり、かつバリの問題がある。また超音波溶着法ではバリの問題があるうえ、大型製品の溶着は装置上の問題がある。
これらの問題を解消し、複雑な接合面の溶着、高い溶着接合強度、溶着強度の耐久性等の要求特性を満足させようとして、レーザー溶着法が採用されることが多くなっている。
また、特許文献2には、溶着接合部材としてナイロン11やナイロン12等の比較的低温で溶融する結晶性ポリアミド樹脂に結晶化促進材として高融点のナイロン6やナイロン66等の高結晶性ポリアミド樹脂を少量配合してレーザー溶着工程で溶融時の体積膨張による圧力で接合部の溶着接合強度を高めることが提案されている。
すなわち、実際の複雑な形状の部品のレーザー溶着接合においては、溶着接合部が強度上の欠陥とならないような溶着接合強度が求められ、さらには、接合するために重ね合わせた接合部のレーザー光透過部とレーザー光吸収部との接合部分でソリ変形が発生しないような特性も求められる。接合部分でソリ変形が発生すると、正常なレーザー溶着接合が困難となり、ソリ変形が大きいと接合面での剥離や欠陥にまで至る場合がある。また、レーザー溶着接合された部品が高温雰囲気で使用されると、ソリ変形が大きくなり、接合面の内部歪みが増大し、接合面での溶着剥離が起こる場合がある。
そこで 本発明はレーザー光照射による溶着部が強度上の欠陥とならないような溶着特性を発現できるポリアミド系成形材料を提供することであり、さらには、接合面での残留歪みが除去でき、溶着接合部の耐久性をも向上させることができるようなポリアミド系成形材料の提供を課題とするものである。
(1)ポリキシリレンアジパミド55〜97重量%およびヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸およびε−カプロラクタムとが重縮合した共重合ポリアミド45〜3重量%を含むポリアミド樹脂100重量部に対し、充填材1〜100重量部を含有させてなることを特徴とする溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
(2)充填剤が、タルクおよびタルク以外の充填材である前記(1)に記載の溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
(3)タルク以外の充填材が、ガラス繊維、扁平ガラス繊維、ガラスフレークおよびマイカから選ばれる少なくとも1種であるである前記(2)に記載の溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
したがって、本発明によれば、溶着接合性、特にレーザー溶着接合性に優れ、かつ成形性にも優れたポリアミド系成形材料を提供することができる。
本発明のポリアミド樹脂組成物は主としてポリアミド樹脂から構成され、ポリキシリレンアジパミドと、ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸およびε−カプロラクタムとが重縮合した共重合ポリアミドとを含有する。主としてポリアミド樹脂としたのは、後述するように充填剤の含有や本発明の目的を損なわない範囲に他の成分を含有せしめることを許容することを示している。
ポリアミド樹脂のうちのポリキシリレンアジパミド(XD6)としては、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)、ポリパラキシリレンアジパミド、これらの混合物、これらの共重合物などである。また、本発明の効果を損なわない範囲において、ポリカプロアミド、ポリヘキサメチレンアジパミド、ポリテトラメチレンアジパミド、ポリヘキサメチレンセバカミド、ポリヘキサメチレンドデカミドなどが共重合されていてもよい。これらの中で、成形性、溶着安定性などの点でMXD6が好ましい。
ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸およびε−カプロラクタムとが重縮合した共重合ポリアミド(6T/6)としては、6Tと6の共重合割合は特に限定されないが、6T/6(モル比)は、90/10〜10/90が好ましく、より好ましくは80/20〜30/70、特に好ましくは70/30〜40/60である。
一方、XD6が95重量%以上では成形品を高温で熱処理するとソリ変形が著しく大きくなる傾向がある。
ポリアミド樹脂の相対粘度は98%硫酸法で測定して1.8〜3.6であり、好ましくは2.1〜3.4である。相対粘度が1.8未満では強度やタフネスが充分でなく、3.6以上では流動性が不足して良好な成形品が得られなくなる。
かかる充填材としては有機、無機あるいは繊維状充填材、非繊維状充填材いずれの態様としても用いることができる。繊維状充填材としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼酸アルミウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、石コウ繊維、金属繊維などが挙げられる。非繊維状充填材としては、例えばワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、タルク、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アルミナシリケートなどの珪酸塩、アルミナ、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、ミルドガラスファイバー、ガラスフレーク、ガラスビーズ、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素などが挙げられ、これらの充填材は中空であってもよく、複数種類併用することも可能である。また、これら充填材をイソシアネート系化合物、有機シラン系化合物、有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物、エポキシ化合物などのカップリング剤をポリアミド樹脂への配合時に同時に配合し、もしくは予め充填材に処理して配合することは、より優れた機械的特性や外観性を得る意味において好ましい。
これらの充填材の中で、結晶核剤効果を示すタルクやカオリンなどが好ましく、特にタルクが好ましい。タルクの配合量が1重量部未満では結晶核剤の効果が乏しく、100重量部を超えると、レーザー溶着性が低下する傾向がある。タルク以外の充填材として、ガラスフレーク、扁平ガラス繊維、マイカ等の板状の無機充填材が、ソリ変形が抑制できる点で好ましい。
タルク以外の充填材の含有量は、1重量部未満では成形収縮が大きすぎたり、成形直後の剛性が低すぎてソリ変形が大きくなる傾向がある。100重量部を超えると溶着強度の低下や外観が劣るようになる傾向がある。また、充填材の配合量が多くなりすぎるとレーザー光の透過性に影響を与えるので注意が必要である。
本発明において、好ましい組み合わせは、ガラスフレークおよび/または扁平ガラス繊維とタルクを併用する組み合わせである。配合量は前記ポリアミド樹脂100重量部に対してガラスフレークおよび/または扁平ガラス繊維10〜55重量部、タルク5〜55重量部であり、好ましくはガラスフレークおよび/または扁平ガラス繊維10〜35重量部、タルクは5〜20重量部である。これらの充填材はシラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤およびボラン系カップリング剤等で予め処理をして配合することも出来る。
本発明のポリアミド系成形材料は、レーザー溶着法を採用する場合、レーザー光線透過材料とレーザー光線吸収材料の両材料として使用することが出来る。レーザー光線透過材料として使用する時は、前記ポリアミド樹脂に充填材等を配合したポリアミド樹脂組成物をそのまま使用することが出来る。
一方、レーザー光吸収材料として使用する時は、レーザー光を吸収して発熱させる添加剤を前記ポリアミド系成形材料に均一に含有させることが必要である。
本発明におけるレーザー光に対して吸収性のある添加剤としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色剤、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色剤が用いられる。配合量は添加剤の種類によって異なるが、前記ポリアミド樹脂100重量部に対して0.05〜5重量部である。
他のポリアミド樹脂とは、分子中に酸アミド結合(−CONH−)を有するものであり、具体的には、ε−カプロラクタム、6−アミノカプロン酸、ω−エナントラクタム、7−アミノヘプタン酸、11−アミノウンデカン酸、9−アミノノナン酸、α−ピロリドン、α−ピペリジンなどから得られる重合体または共重合体、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシリレンジアミンなどのジアミンとテレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸などのジカルボン酸とを重縮合して得られる重合体または共重合体もしくはブレンド物等を例示することが出来るが、これらに限定されるものではない。具体例としてナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン6T、ナイロン66T、ナイロン66/6T、等を挙げることが出来るが、これらに限定されるものではない。
本発明におけるポリアミド樹脂組成物を製造する方法としては特に限定されるものではなく、混錬装置として一般の単軸押出機、二軸押出機および加圧ニーダー等が使用できるが、本発明においては二軸押出機が特に好ましい。
一実施形態として、ポリアミド樹脂のMXD6および6T/6、充填剤と必要に応じてレーザー光を吸収する添加剤および他の配合剤等を混合し、二軸押出機に投入し、均一に溶融混錬することによりポリアミド樹脂組成物を製造することが出来る。混錬温度は230℃〜320℃で混錬時間は0.5〜10分程度が好ましい。
本発明の実施例、比較例に使用した原材料は以下のものである。
ポリアミドMXD6:ナイロンT−600 (東洋紡績社製)
ポリアミド6T/6:6T/6=56/44(モル比)、融点295℃(東洋紡績社製)
非晶性ポリアミド:T−714H(東洋紡績社製)
扁平ガラス繊維:CSG 3PA−820 (日東紡社製)
ガラス繊維:03MA411 (オーウェンスコーニング社製)
ガラスフレーク:REFG101 (日本板硝子社製)
タルク:SK2−BB (勝光山鉱業所社製)
物性の評価として曲げ強度および曲げ弾性率の評価はISO 178に準じて測定した。シャルピー衝撃強度の評価は、ISO179/leA(ノッチあり)に準じて測定した。また熱変形温度は、ISO 75(高荷重)に準じて測定した。
成形収縮率の測定は、金型寸法 100×100×3mmt の平板(フィルムゲート)を用いて測定した。
ソリ変形の測定は、図1に示した「リブ付き平板」(2mmt フィルムゲート)を用い、図1(b)側面図の符号Aで示した変形量の大きさでソリ変形を評価した。
ソリ変形量は、成形上がりのソリ変形量と150℃で1時間の熱処理をした後のソリ変形量を測定した。
図2の符合4はレーザー光線透過材料からなる試験片であり、符合5はレーザー光線吸収材料からなる試験片である。レーザー光線吸収材料は表1及び表2の各組成物100重量部に対してカーボンブラックを0.4重量部添加し、溶融混練りした材料を使用した。
レーザー溶着機は半導体レーザーであり、レーザー照射条件は波長940nm、出力は130W、照射径は0.8mmφ、照射速度は5m/分であった。
図2(b)の符合7の方からレーザー光を照射し、符合6の部分が溶融溶着した部分である。溶着接合強さは符合4および5の部分を測定機のチャックに挟み、5mm/分の速度で引っ張り、破断強さを測定した。
表1及び表2の溶着強さの欄の母材破壊とは、試験による破断が溶着した接合部界面からの破壊でなく、母材自体が破断することによる破壊であることを示している。
評価結果を表1及び表2に示した。
実施例3では扁平GFを使った実施例であるが、成形収縮率の異方性はあるが、ソリ変形量は小さく、かつ熱処理前と後ではほとんど差がないので接合部分の密着性は良好となる。また実施例1、2および3でのレーザー溶着強さはいずれも母材破壊であり、溶着接合部分の強度が高いことを示している。
一方、比較例1はポリアミド樹脂としてポリアミドMXD6を100重量%使いで使用し、比較例2ではポリアミドMXD6を86重量%、非晶性(透明)ポリアミドを14重量%の割合で配合した場合であり、更に比較例3ではポリアミドMXD6を45重量%、ポリアミド6T/6を55重量%の割合で配合し、本発明よりポリアミド6T/6の配合割合を多く使用した場合である。
比較例1ではソリ変形量が大きく、特に熱処理した後のソリ変形量が大きくなる。比較例2では熱処理前後のソリ変形量の差が大きい。比較例3では、樹脂は結晶化速度が著しく遅く、成形時に固化が不充分となるため金型に貼りついてしまい、無理に成形品を取り出すと変形してしまうため、物性、成形収縮、ソリ、レーザー溶着性の判定ができなかった。
比較例4は充填材を何も使用しなかった場合である。比較例4は成形時に固化が不充分となって金型に張り付いてしまい、無理に成形品を取り出すと変形してしまうため、物性、成形収縮、ソリ、レーザー溶着性の判定ができなかった。
比較例5ではポリアミドMXD6を100重量%使いとし、ポリアミドMXD6の100重量部に対してタルクを1重量部のみ添加して他の充填材を使用しなかった場合である。成形は問題がなかったがソリ変形量が大きく、特に熱処理した前後のソリ変形量の差が大きく溶着強さが低かった。
一方、ポリアミドMXD6の100重量部に対し、タルク1重量部、ガラス繊維29重量部を使用した比較例6ではソリ変形量も、熱処理前後のソリ変形量の差も大きく溶着強さが低かった。
2:リブ
3:リブ
L:樹脂の流れ方向(金型寸法:100mm)
W:直角方向(金型寸法:100mm)
4:レーザー光透過側の試験片
5:レーザー光吸収側の試験片
6:レーザー光照射により溶着した部分
7:レーザー光の照射の方向
w: 試料の幅(13mm)
d: 試料の厚み(1.5mm)
Claims (3)
- ポリキシリレンアジパミド55〜97重量%およびヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸およびε−カプロラクタムとが重縮合した共重合ポリアミド45〜3重量%を含むポリアミド樹脂100重量部に対し、充填材1〜100重量部を含有させてなることを特徴とする溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
- 充填剤が、タルクおよびタルク以外の充填材である請求項1に記載の溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
- タルク以外の充填材が、ガラス繊維、扁平ガラス繊維、ガラスフレークおよびマイカから選ばれる少なくとも1種であるである請求項2に記載の溶着接合性に優れたポリアミド系成形材料。
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