JP2010537025A - 異なるポリアミド成形材料からなる成形部材の接合 - Google Patents

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Abstract

ＰＡ１１及び／又はＰＡ１２成形材料それぞれからなる２つの成形部材を接合するための成形材料は、少なくとも５０質量％のポリアミド成分を含み、これは、直鎖脂肪族ジアミン及びジカルボン酸もしくはラクタム又はω−アミノカルボン酸から製造可能であるように選択され、その際、繰り返し単位中にカルボアミド基につき１１〜１２個の炭素原子が存在し、且つその際、このポリアミド成分は更に最大８０質量％までそれぞれポリアミドＰＡ１１及びＰＡ１２の１つを含む。これによって、ＰＡ１１成形部材並びにＰＡ１２成形部材のためのより堅固な溶接結合が得られる。

Description

本発明は、一方がＰＡ１１成形材料からなる成形部材及び他方がＰＡ１２成形材料からなる成形部材の、２つの成形部材を接合する方法に関する。両方の成形部材は、例えば、ポリアミドからなる供給管又は廃棄管である。
例えば、ガス、油又は塩を輸送するために技術的要求が高い導管は、現在、第一にＰＡ１１から製造される。これは例えば、ガス管系、工業管（例えば、化学物質を含有する廃水）及び石油採掘管（オフショア管）である。これらの導管は破損後に修復もしくは交換されなければならないか又は供給網が新たな区分によって拡大される場合、その末端部又は移行部が溶接される。そのために、プラスチック成形部材は様々なプラスチック溶着方法により結合することができる；特に大容量の導管は主として加熱エレメント、サーマルスリーブもしくは加熱コイル溶接を用いて結合される。
少し前に新たな加工技術が提供されてから、ＰＡ１２成形材料がこのような使用に極めて適しているので、該材料はますます上記の使用目的のために使用されている。その際、既に存在する供給網が拡大されるか又は修復されなければならないことを前提とする。これらが既にＰＡ１１からなる場合には、ＰＡ１１又はＰＡ１２からなる、いわゆる管継手を介したＰＡ１２からなる部材による拡大は困難になる。なぜならＰＡ１１及びＰＡ１２からなる部材は溶接法において不十分な強度でしか結合することができないからである。ポリアミドからなる管をここで新たに結合、修復又は再構築すべき場合には、例えば、これはポリアミドのタイプを考慮してのみ実施可能である。このことは、ＰＡ１１のみ用いてＰＡ１１を、及びＰＡ１２のみ用いてＰＡ１２を敷設しなければならないことを意味する。これらの状況は、設置場所においてこれらの前提条件が公知であり且つきちんと守られるということを前提とする。従って材料混同のリスクは深刻に受け取られる。ここでＰＡ１１及び更にＰＡ１２からなる継手が保管されなければならないので、材料の混同リスクに加えて、ロジスティック保管費が更に高くなる。
無水マレイン酸でグラフトされ（ＤＥ１９５３５４１３Ｃ１号）、且つＰＡ１１上に並びにＰＡ１２上に堅固に付着する、ポリアミドからなる成形体（例えば、導管接続部材）及びポリエチレンからなる成形体（例えば、燃料タンク）又はポリプロピレンからなる成形体は、ポリオレフィンを介して互いに結合されることは公知である。ポリアミドからポリアミドへの移行の場合、この種の結合は問題ではない。なぜなら、ポリアミドは、第一に、官能化されたポリオレフィンからなる接合部材を不十分な機械的特性のために使用することができない、より高い圧力範囲において適用されるからである。
従って、ＰＡ１１成形部材の接合並びにＰＡ１２成形部材の接合に適した成形材料を提供するという課題が存在する。
この課題は、ＰＡ１１及び／又はＰＡ１２成形材料それぞれからなる２つの成形部材を接合するための成形材料の使用であって、該成形材料が少なくとも５０質量％まで、有利には少なくとも６０質量％まで、特に有利には少なくとも７０質量％、殊に有利には少なくとも８０質量％まで及び殊にとりわけ有利には少なくとも９０質量％までのポリアミド成分を含み、該ポリアミド成分は直鎖脂肪族ジアミン及びジカルボン酸もしくはラクタム又はω−アミノカルボン酸から製造可能であるように選択され、その際、同時に繰り返し単位中にカルボアミド基につき１１〜１２個の炭素原子が存在し、且つその際更に、これらのポリアミド成分が最大８０質量％まで、有利には最大７５質量％まで、特に有利には最大７０質量％まで且つ殊に有利には最大６５質量％までのポリアミドＰＡ１１及びＰＡ１２をそれぞれ含むという条件が満たされなければならない、成形材料の使用によって解決された。有利には、該ポリアミド成分はＰＡ１０１２、ＰＡ１２１０、ＰＡ１２１２、ＰＡ８１４、ＰＡ１０１４、ＰＡ６１８、ＰＡ１１及びＰＡ１２から選択される。
第１の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１０１２及びＰＡ１１を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第２の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１０１２及びＰＡ１２を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第３の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１２１２及びＰＡ１１を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第４の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１２１２及びＰＡ１２を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第５の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１２１０及びＰＡ１１を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第６の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１２１０及びＰＡ１２を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第７の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ６１８及びＰＡ１１を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第８の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ８１４及びＰＡ１１を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第９の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ８１４及びＰＡ１２を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第１０の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１０１４及びＰＡ１１を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第１１の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１０１４及びＰＡ１２を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第１２の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ６１８及びＰＡ１２を１００：０〜２０：８０、有利に１００：０〜２５：７５、特に有利に１００：０〜３０：７０及び殊に有利に９９．９：０．１〜３５：６５の質量比で含有する。
第１３の有利な実施態様において、成形材料は、ポリアミドとしてＰＡ１１及びＰＡ１２を８０：２０〜２０：８０、有利に７５：２５〜２５：７５、特に有利に３０：７０〜７０：３０及び殊に有利に３５：６５〜６５：３５の質量比で含有する。
第１４の有利な実施態様は、第１及び第３の実施態様の組み合わせであり；ＰＡ１０１２はこの場合、９９．９：０．１〜０．１：９９．９、有利には９５：５〜５：９５、及び特に有利には９０：１０〜１０：９０の質量比のＰＡ１０１２とＰＡ１２１２との混合物によって代替される。
第１５の有利な実施態様は、第２及び第４の実施態様の組み合わせであり；ＰＡ１０１２はこの場合も、９９．９：０．１〜０．１：９９．９、有利には９５：５〜５：９５、及び特に有利には９０：１０〜１０：９０の質量比のＰＡ１０１２とＰＡ１２１２との混合物によって代替される。
第１６の有利な実施態様は、第１３の実施態様から出発しており；この場合、ＰＡ１１及び／又はＰＡ１２は、ＰＡ１０１２、ＰＡ１２１２、ＰＡ１２１０、ＰＡ８１４、ＰＡ１０１４及び／又はＰＡ６１８によって０．１〜９９．９質量％、有利には５〜９５質量％及び特に有利には１０〜９０質量％で代替される。
これらの及び更なる実施態様は、任意に相互に組み合わせることができる。
ＰＡ１１がω−アミノウンデカン酸の重縮合によって製造される一方で、ＰＡ１２はラウリンラクタムの開環重合によって得られる。両方のポリマーは多数のタイプで市販されている。ＰＡ１０１２が１，１０−デカンジアミン及び１，１２−ドデカン二酸からなる等量の混合物の重縮合によって製造される一方で、ＰＡ１２１２も同様に１，１２−ドデカンジアミン及び１，１２−ドデカン二酸から得られる。同様に１，１２−ドデカンジアミン及びセバシン酸の等モル混合物の重縮合によってＰＡ１２１０並びにヘキサメチレンジアミン及び１，１８−オクタデカン二酸の等モル混合物の重縮合によってＰＡ６１８が製造される。ＰＡ８１４はオクタメチレンジアミン及び１，１４−テトラデカン二酸からなるものに相応し且つ１，１０−デカンジアミン及び１，１４−テトラデカン二酸からなるＰＡ１０１４が得られる。この重縮合は通常、溶融液において実施される。
使用した成形材料は、耐衝撃性を付与するゴム及び／又は常用の助剤もしくは添加物質から選択される添加剤を最大で約５０質量％まで含有することができる。
ポリアミド成形材料のために耐衝撃性を付与するゴムは、先行技術である。これは不飽和の官能性化合物に由来する官能基を含有し、この官能基は主鎖に重合により組み込まれているか又は主鎖にグラフトされている。最も一般的なのは無水マレイン酸を用いてラジカル法でグラフトされたＥＰＭゴム又はＥＰＤＭゴムである。更にエチレン、アクリル酸エステル及び無水マレイン酸からなるか、もしくはエチレン及びグリシジルアクリラート又はグリシジルメタクリラートからなるコポリマーもしくはターポリマー並びに無水物官能化、場合により水素化スチレン−ブタジエン−ブロックコポリマーが一般に使われる。この種のゴムは、ＥＰ−Ａ−０６８３２１０号に記載されているように、官能化されていないポリオレフィン、例えばアイソタクチックポリプロピレンと一緒に使用することもできる。
その他に、成形材料は、特定の特性に調節するために必要な少量の助剤もしくは添加剤を含有することができる。このための例は、可塑剤、顔料もしくは充填剤、例えばカーボンブラック、二酸化チタン、硫化亜鉛、ケイ酸塩、又は炭酸塩、加工助剤、例えばワックス、ステアリン酸亜鉛又はステアリン酸カルシウム、難燃剤、例えば水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム又はシアヌル酸メラミン、ガラス繊維、酸化防止剤、ＵＶ安定剤並びに製品に帯電防止特性又は導電性を付与する添加物、例えば炭素繊維、黒鉛繊維、ステンレス鋼からなる繊維もしくは導電性カーボンブラックである。
１つの可能な実施態様において、成形材料は可塑剤を１〜２５質量％、特に有利に２〜２０質量％、殊に有利に３〜１５質量％含有する。
可塑剤及びそれをポリアミドに使用することは公知である。ポリアミドに適している可塑剤に関する一般的な概要は、Gaechter/Mueller著, Kunststoffadditive, C. Hanser Verlag, 第2版, 第296頁から引用することができる。
可塑剤として適当な慣用の化合物は、例えば、アルコール成分中に２〜２０個のＣ原子を有するｐ−ヒドロキシ安息香酸のエステル又はアミン成分中に２〜１２個のＣ原子を有するアリールスルホン酸のアミド、有利にベンゼンスルホン酸のアミドである。可塑剤として、特にｐ−ヒドロキシ安息香酸エチルエステル、ｐ−ヒドロキシ安息香酸オクチルエステル、ｐ−ヒドロキシ安息香酸−ｉ−ヘキサデシルエステル、トルエンスルホン酸−ｎ−オクチルアミド、ベンゼンスルホン酸−ｎ−ブチルアミド又はベンゼンスルホン酸−２−エチルヘキシルアミドが挙げられる。
請求項に記載の２つの成形部材の結合は、それぞれの種類の２つの成形部材、例えば、全ての種類のケース部材、導管、管に似た加工品、栓、バルブ及び計器盤の結合であってよい。
接合は任意の溶接法によって行われる；例示的に加熱エレメント突合せ溶接、サーマルスリーブ溶接、加熱コイル溶接、振動溶接、超音波溶接、レーザー溶接、種々の熱風ガス溶接法（熱風ガス−扇形板溶接、熱風ガス−引っ張り溶接、熱風ガス−重ね溶接及び熱風ガス−押出し溶接）及び回転溶接が挙げられる。通常の溶接法の場合、一般に請求項に記載された成形材料からなる接合部材が使用される。更に、接合部材は、例えば、多成分射出成形によってインサイチュで成形することができる。
加熱エレメント突合せ溶接の場合、加工品は接合面で１つ又は複数の加熱エレメントによって加熱され且つ力の適用下で溶接材料なしで又は該材料によって溶接される。接合面は加熱エレメント（加熱装置）と直接的に接触しない場合、間接的な加熱エレメント突合せ溶接と言われる。加熱コイル溶接の場合、加工品は、溶接継手に残った、加熱コイルにより接合面で加熱される。接合力は加工品の熱膨張によって生じるか又は外側から加えられる。
サーマルスリーブ溶接の場合、加工品は加熱可能なピン部材又はブシュにより接合面で加熱され、引き続きスライド伸縮される。必要な接合力は加工品のプレスばめの上でかけられる。熱風溶接の場合、加工品は接合面で熱ガスによって加熱され且つ力の適用下で溶接材料によって又は該材料なしで溶接される。接合力は手又は機械により加えられる。
振動溶接は摩擦溶接法であり、この場合、接合部材の溶融及び溶接のためのエネルギーは、十分に高い摩擦圧力の作用下で接合相手間の振動摩擦相対運動によって発生される。摩擦加熱による可塑化接合面は、摩擦運動の停止後に合わせられ且つ定義された圧力下で互いに溶接される。
超音波溶接の場合、溶接機のソノトロード（Sonotrode）の縦方向振動が接合部材へ伝達され、その際、接合部材中に定常の波形が生じる。最大の相互延性又は応力の帯域内で、プラスチックは分子間摩擦により溶融する。
レーザー溶接は、レーザー突合せ溶接又はレーザー透過溶接のどちらか一方の形態で実施することができる。レーザー突合せ溶接は、手順から見て非接触加熱エレメント溶接と同じである。レーザー透過溶接の場合、種々の吸収性を有する熱可塑性接合部材が溶接される。接合部材は溶接の前に接触されて、レーザー線は透明接合部材を透過し且つ一般に添加剤を用いて変性されている、他の接合部材によって吸収され、その際、接合域が可塑化される。
回転溶接（摩擦溶接）の場合、加工品は接合面で摩擦によって加熱され且つ力の適用下で溶接材料によって又は該材料なしで溶接される。この熱は加工品の相互の相対運動により又は摩擦部材によって発生させることができる。この力は手又は機械により加えられる。
ところで、溶接法に関してはＤＩＮ１９１０第３部を参照されたい。
本発明の範囲内で、接合部材（例えば、サーマルスリーブ溶接のスリーブフィッティング又は加熱コイル溶接の加熱コイルスリーブ）だけでなく、請求項に記載のポリアミド成形材料からなる溶接材料も、上に記載された溶接法のいくつかにおいて、特に、熱風溶接の場合、適切な接合結合を提供する。次に接合部材がインサイチュで溶接材料から製造される。
多成分射出成形は、予備成形された接合部材がある形で配置され且つ溶融物の射出によって接合部材−成形材料が互いに結合され、その際、接合部材が形作られるように実施されるのが有利である。適当な方法変法は、例えば、ダイスライドインジェクション成形である。
全てのこれらの接合方法は当業者に公知であり、そのため更なる詳説も不要である。
以下の実施例において、種々のポリアミド組合せ物の結合力が互いに比較される。
成形材料の可能な結合接着の評価のために、溶接試験は加熱エレメント突合せ溶接を用いて実施される。なぜなら加熱エレメント突合せ溶接は簡単且つ慣用の方法であるからである。これは熱可塑性プラスチックからなる板及び管並びにケース及び容器のような射出成形された大量生産品の接合のために更に重要である。溶接試験は指針ＤＶＳ２２０７に準拠して行われた。
結合すべきプレートがまず固定された。加熱エレメントは、接合面の間でこの面が加熱エレメントに直接接触するように動かされた。加熱エレメントから接合部材への熱流によって溶接帯域が溶融される。この加熱段階と呼ばれる接合は、加圧下の接触工程及び無加圧の加熱から構成されていた。
加熱エレメントが取り除かれ且つ両方のスライダーが衝突され、接合部材が互いに接触するまでの時間は、配置変更時間と呼ばれる。この際に、面が周囲温度に曝され且つ冷却される。接合時に、接合圧下で溶融物の溶着線が生じる。その際、溶融物が流れてビードが生じる。
これらの試験の場合には、成形材料の融点に応じて無加圧の加熱の時間を変化させた。これは具体的に、成形部材が互いに接合される前に、高い融点を有する成形部材が、低い融点を有するものよりも長時間加熱されることを意味する。
この溶接は接合圧下での冷却によって完了させた。接合圧は冷却段階の間中一定のままである。冷却工程後に部材を取り出した。
プレートから接合面に対して垂直にストリップを切り取った。該ストリップを指針ＤＶＳ２２０３に準拠して加速引張試験で試験し且つ付着力を算出した。
参照１：組み合わせＰＡ１１／ＰＡ１１；接合力３４ＭＰａ
参照２：組み合わせＰＡ１２／ＰＡ１２；接合力３５ＭＰａ
比較例１：組み合わせＰＡ１１／ＰＡ１２；接合力９ＭＰａ
実施例１：組み合わせＰＡ１１／ＰＡ１０１２；接合力２７ＭＰａ
実施例２：組み合わせＰＡ１１／ＰＡ１２１２；接合力３０ＭＰａ
実施例３：組み合わせＰＡ１２／ＰＡ１０１２；接合力４０ＭＰａ
実施例４：組み合わせＰＡ１２／ＰＡ１２１２；接合力３６ＭＰａ
実施例５：組み合わせＰＡ１１／ＰＡ１２１０；接合力２７ＭＰａ
実施例６：組み合わせＰＡ１２／ＰＡ１２１０；接合力３２ＭＰａ
実施例７：組み合わせＰＡ１１／ＰＡ６１８；接合力２４ＭＰａ
実施例８：組み合わせＰＡ１２／ＰＡ６１８；接合力３１ＭＰａ
この場合、２つの結合に基づいて得られる知識は、全範囲において相応する３つの結合に応用可能である。

Claims (6)

  1. それぞれがＰＡ１１及び／又はＰＡ１２成形材料からなる２つの成形部材を接合するための成形材料の使用であって、該成形材料が少なくとも５０質量％のポリアミド成分を含み、且つ該ポリアミド成分は直鎖脂肪族ジアミン及びジカルボン酸もしくはラクタム又はω−アミノカルボン酸から製造可能であるように選択され、その際、繰り返し単位中にカルボアミド基につき１１〜１２個の炭素原子が存在し、且つその際、更にこれらのポリアミド成分はそれぞれポリアミドＰＡ１１及びＰＡ１２の１つを最大８０質量％まで含む、成形材料の使用。
  2. ポリアミド成分がＰＡ１０１２、ＰＡ１２１０、ＰＡ１２１２、ＰＡ８１４、ＰＡ１０１４、ＰＡ６１８、ＰＡ１１及びＰＡ１２から選択される、請求項１記載の使用。
  3. 接合を、溶接法を用いて行う、請求項１又は２記載の使用。
  4. 接合のために使用される成形材料からなる接合部材を使用する、請求項３記載の使用。
  5. 接合を、多成分射出成形を用いて行う、請求項１又は２記載の使用。
  6. 請求項１から５までのいずれか１項によって得られた、接合部材。
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