JP2017052903A - 樹脂組成物及び樹脂組成物の曲げ破断ひずみの低下を抑制する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、温度変化のある環境下においても割れにくい性質(優れた耐ヒートショック性)を有する材料が求められている。
前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の(B)充填剤と、
前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上の、算術平均粒子径が10〜15nmの(C)カーボンブラックと、を含む、
樹脂組成物。
(9)(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂と、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の(B)充填剤と、(C)カーボンブラックと、を含有する樹脂組成物において、前記(C)カーボンブラックとして算術平均粒子径が10〜15nmのカーボンブラックを、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上用いることにより、前記樹脂組成物の曲げ破断ひずみの低下を抑制する方法。
また、本発明の別の実施形態によれば、樹脂組成物の曲げ破断ひずみの低下を抑制することができる。
本明細書において、組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
本発明の実施形態の樹脂組成物は、(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂と、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の(B)充填剤と、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上の、算術平均粒子径が10〜15nmの(C)カーボンブラックと、を含む。
上記の樹脂組成物を用いることによって、曲げ破断ひずみ(Fγ)などの特性の低下が抑制され、かつ、黒色色調を有する成形体を得ることができる。
また、上記の樹脂組成物を用いて得られた成形体は、電気・電子機器部品材料、自動車機器部品材料、化学機器部品材料、水回り機器部品等に用いることができ、とくに、パワーモジュールや自動車・車両関連のエンジン周りの部品等に好ましく用いることができる。また、上記樹脂組成物は、インサート成形にも好ましく用いることができる。
本発明に用いられるポリアリーレンサルファイド樹脂は、繰り返し単位−(Ar−S)−(なお、「Ar」はアリーレン基を示す)を主な構成成分とする。本発明では一般的に知られている分子構造のPAS樹脂を使用することができる。
PAS樹脂は、一種の繰返し単位のみからなるホモポリマーでもよいし、複数種の繰返し単位を含んだコポリマーであってもよい。
本発明の実施形態における樹脂組成物は、ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の充填剤を含む。
繊維状充填剤としては、ガラス繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、硼素繊維、チタン酸カリウム繊維、さらにステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等金属の繊維状物等の無機質繊維状物質が挙げられる。尚、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機質繊維物質も使用することができる。
粉粒状充填剤としては、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、カオリン、タルク、クレー、珪藻土、ウォラストナイトのごとき珪酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛のごとき金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムのごとき金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムのごとき金属の硫酸塩、その他炭化硅素、窒化硅素、窒化硼素、各種金属粉末が挙げられる。
また、板状充填剤としてはマイカ、ガラスフレークが挙げられる。
充填剤は1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を併用してもよい。
また、ガラス繊維の量は特に限定されないが、例えば、機械的特性等の物性上の観点から、充填剤全量に対して50質量%以上含まれることが好ましい。
本発明の実施形態の樹脂組成物は、ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上の、算術平均粒子径が10〜15nmのカーボンブラックを含む。
カーボンブラックとしては、製法別ではファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等が挙げられ、また、原料別ではガスブラック、オイルブラック、アセチレンブラック等が挙げられる。これらのカーボンブラックは一種のみを使用してもよいし、複数のカーボンブラックを組み合わせて使用してもよい。
カーボンブラックが、ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して、0.2質量部以上である場合には、得られる組成物は黒色色調に優れる。カーボンブラックが、ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して、6質量部以下である場合には、曲げ破断ひずみ特性などの機械的物性に優れる。カーボンブラック含有量は、黒色色調と曲げ破断ひずみ特性などの性能のバランスの観点から、ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して、より好ましくは、0.2〜4質量部、更に好ましくは0.3〜2.5質量部、特に好ましくは0.3〜2.0質量部含まれる。
カーボンブラックのDBP(ジブチルフタレート) 吸収量は、特に限定されないが、45〜200cm2/100gが好ましい。カーボンブラックのDBP吸収量は、カーボンブラック100g が吸収するDBP(ジブチルフタレート)量であり、JIS K6221に記載される方法に準じて測定された値である。一般にストラクチャーが発達しているほど、DBP吸収量が大きくなる。
カーボンブラックの揮発分は、特に限定されないが、7%以下であることが好ましい。カーボンブラックの揮発分は、カーボンブラックを950℃で7分間加熱した際の揮発(減量)分(もとの重量に対する揮発分の重量の割合)である。一般に表面官能基が多いほど、揮発する成分は多くなる。
本発明の実施形態の樹脂組成物は、靱性及び耐ヒートショック性を更に向上させるために、エラストマーを含有することが好ましい。
エラストマーとしては、例えば、エポキシ基含有オレフィン系共重合体が挙げられる。エラストマーは、1種単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
例えば、通常よく知られたラジカル重合反応により共重合を行うことによって、上記共重合体を得ることができる。共重合体の種類は、特に問われず、例えば、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。また、上記オレフィン系共重合体に、例えば、ポリメタアクリル酸メチル、ポリメタアクリル酸エチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸−2エチルヘキシル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリル酸ブチル・スチレン共重合体等が、分岐状に又は架橋構造的に化学結合したオレフィン系グラフト共重合体であってもよい。
グリシジルメタクリレート変性エチレン系共重合体としては、グリシジルメタクリレートグラフト変性エチレン重合体、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体、エチレン−グリシジルメタクリレート−アクリル酸メチル共重合体を挙げることができる。中でも、特に優れた金属樹脂複合成形体が得られることから、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体及びエチレン−グリシジルメタクリレート−アクリル酸メチル共重合体が好ましく、エチレン−グリシジルメタクリレート−アクリル酸メチル共重合体が特に好ましい。エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体及びエチレン−グリシジルメタクリレート−アクリル酸メチル共重合体の具体例としては、「ボンドファースト」(住友化学(株)製)等が挙げられる。
グリシジルエーテル変性エチレン共重合体としては、例えば、グリシジルエーテルグラフト変性エチレン共重合体、グリシジルエーテル−エチレン共重合体を挙げることができる。
なお、本発明の実施形態の樹脂組成物は、本発明の効果を害さない範囲で他の樹脂を含んでもよい。また、成形品に所望とする特性を付与するために、例えば、核剤、カーボンブラック以外の顔料(例えば、無機焼成顔料等)、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤、及び難燃剤等の添加剤を添加してもよい。このように所望の特性を付与した樹脂組成物も、本発明で用いるPAS系樹脂組成物に含まれる。
本発明の実施形態の樹脂組成物は、従来公知の方法により調製することができる。具体的には、例えば、上述した各成分を混合した後、押出機により練り込み押出してペレットを調製する方法、一旦組成の異なるペレットを調製し、そのペレットを所定量混合して成形に供し、成形後に目的組成の成形品を得る方法、成形機に各成分の1又は2以上を直接仕込む方法等、何れの方法であっても好適に用いることができる。
本発明の実施形態の、曲げ破断ひずみの低下を抑制する方法は、(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂と、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の(B)充填剤と、(C)カーボンブラックと、を含有する樹脂組成物において、前記(C)カーボンブラックとして算術平均粒子径が10〜15nmのカーボンブラックを、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上用いることにより、前記樹脂組成物の曲げ破断ひずみ(%)の低下を抑制する方法である。
(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂、(B)充填剤、(C)カーボンブラック、及び樹脂組成物に含まれてもよいその他の成分は、前述の樹脂組成物におけるものと同義であり、それらの好ましい範囲、添加量及びその好ましい範囲も、前述の樹脂組成物におけるものと同様である。
(A/B)×100(%)≧96.0%
なお、Bに対するAの比率(Fγ比率)は、97.0%以上であることがより好ましい。
≪材料≫
[(A)PAS樹脂]
PAS樹脂:PPS樹脂(重合平均分子量Mw:20000)、(株)クレハ製「フォートロンKPS」
上述のPAS樹脂の合成方法を以下に示す。すなわち、先ず、20LのオートクレーブにNMP(N−メチル−2−ピロリドン)5700gを仕込み、オートクレーブ内の空気を窒素ガスで置換後、約1時間かけて撹拌機の回転数250rpmで撹拌しながら、100℃まで昇温した。100℃に到達後、濃度74.7質量%のNaOH水溶液1170g、硫黄源水溶液1990g(NaSH=21.8モル及びNa2S=0.50モルを含む)、及びNMP1000gを加え、約2時間かけて徐々に200℃まで昇温し、水945g、NMP1590g、及び0.31モルの硫化水素を系外に排出した。
PAS樹脂の重量平均分子量の測定を行った。具体的には、溶媒として1−クロロナフタレンを使用し、オイルバスで230℃/10分間加熱溶解させて、必要に応じて高温濾過により精製し、0.05質量%濃度溶液を調製した。高温ゲル浸透クロマトグラフ法(測定装置;センシュー科学「SSC−7000」、UV検出器(検出波長:360nm))を行い、標準ポリスチレン換算で重量平均分子量を算出した。その算出の結果、上述したように、PAS樹脂の重量平均分子量はMw:20000であった。
(B−1)ガラス繊維:日本電気硝子(株)製「チョップドストランド ECS03T−747H」(繊維径:10.5μm)
(B−2)炭酸カルシウム:旭鉱末(株)製「ミクロンカル MC−35W」、平均粒子径(50%d)21μm
(C−1)ウィルバー・エリス(株)製「Raven 2500 Ultra」、算術平均粒子径:13nm、比表面積(NSA):270m2/g、DBP吸収量:65cm3/100g
(C−2)ウィルバー・エリス(株)製「Raven 3500」、算術平均粒子径:13nm、比表面積(NSA):375m2/g、DBP吸収量:105cm3/100g、揮発分:5質量%
(C−3)三菱化学(株)製「#2600」、算術平均粒子径:13nm、比表面積(NSA):370m2/g、DBP吸収量:77cm3/100g、揮発分:1.8質量%
(C−4)三菱化学(株)製「#2300B」、算術平均粒子径:15nm、比表面積(NSA):320m2/g、DBP吸収量:48cm3/100g、揮発分:2質量%
(C−5)ウィルバー・エリス(株)製「Raven 2350 Ultra」、算術平均粒子径:15nm、比表面積(NSA):195m2/g、DBP吸収量:60cm3/100g
(C−6)三菱化学(株)製「#980」、算術平均粒子径:16nm、比表面積(NSA):260m2/g、DBP吸収量:66cm3/100g、揮発分:1.5質量%
(C−7)三菱化学(株)製「#960B」、算術平均粒子径:16nm、比表面積(NSA):260m2/g、DBP吸収量:64cm3/100g、揮発分:1.5質量%
(C−8)三菱化学(株)製「#750B」、算術平均粒子径:22nm、比表面積(NSA):124m2/g、DBP吸収量:116cm3/100g、揮発分:1質量%
(C−9)ウィルバー・エリス(株)製「#Raven 5000 Ultra」、算術平均粒子径:8nm、比表面積(NSA):583m2/g、DBP吸収量:95cm3/100g、揮発分:10.5質量%
なお、上記のカーボンブラックの算術平均粒子径、比表面積(NSA)、DBP吸収量、及び揮発分は、カーボンブラックの項で述べた方法で測定された値である。
オレフィン系共重合体:住友化学(株)製「ボンドファースト(登録商標)7M」(グリシジルメタクリレート(GMA)含有量:6質量%)
ペンタエリスリトールステアリン酸エステル:日油(株)製「ユニスター(登録商標)H476」
各実施例及び比較例において、表1に示す各原料成分をドライブレンドした後、シリンダー温度320℃の二軸押出機で溶融混練させ、ペレット化した。なお、ガラス繊維及び炭酸カルシウム(いずれも充填剤)については、サイドフィーダーを用いて押出機に導入して溶融混練させた。表1中、各成分の配合量は質量部である。
得られた樹脂組成物について、下記の評価を行った。結果を表2に示す。また、表2中、CBはカーボンブラックを意味する。
(1)曲げ破断ひずみ
実施例及び比較例の樹脂組成物ペレットを140℃で3時間乾燥後、射出成形により、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で、ISO316に準じた試験片(幅10mm、厚み4mmt)を作製した。この試験片を用い、ISO178に準じて曲げ破断ひずみ(Fγ)を測定した。
また、各実施例及び比較例について、カーボンブラックを加えていない参照の樹脂組成物ペレットを作成し、上記の方法で曲げ破断ひずみ(Fγ)を測定して、これをBとして、各実施例及び比較例の組成物についての曲げ破断ひずみをAとした場合の、Bに対するAのFγ比率(%)((A)/(B)×100)を求めた。尚、カーボンブラックを加えていない参照の樹脂組成物については、参考例として表1及び表2に示す。以下の評価項目についても、同様に、参考例として示す。
実施例及び比較例の樹脂組成物ペレットを140℃で3時間乾燥後、射出成形により、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で、ISO3167に準じた厚み4mmtのダンベル試験片を作製した。この試験片を用い、ISO527−1,2に準じて引張強さ(MPa)と引張伸び(%)を測定した。
実施例及び比較例の樹脂組成物ペレットを140℃で3時間乾燥後、射出成形により、成形シリンダー温度320℃、金型温度150℃で、ISO316に準じた試験片(幅10mm、厚み4mmt)を作製した。この試験片を用い、ISO178に準じて曲げ強さ(MPa)と曲げ弾性率(GPa)を測定した。
実施例及び比較例の樹脂組成物ペレットを140℃で3時間乾燥後、射出成形により、成形シリンダー温度320℃、金型温度150℃で、ISO316に準じた試験片(幅10mm、厚み4mmt)を作製した。この試験片を用いて、ISO179/1eAに準じてシャルピー衝撃強さ(ノッチ付き)(kJ/m2)を測定した。
引張試験と同様に作製したダンベル試験片に対し、日本電色工業(株)製Spectrophotometer SE6000を使用し、L値を測定した。L値が小さいほど漆黒度は高く、黒色色調が良好であることを示す。
Claims (16)
- (A)ポリアリーレンサルファイド樹脂と、
前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の(B)充填剤と、
前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上の、算術平均粒子径が10〜15nmの(C)カーボンブラックと、を含む、
樹脂組成物。 - 前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂が、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記(C)カーボンブラックの算術平均粒子径が13〜15nmである、請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記(C)カーボンブラックの含有量が、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2〜6質量部である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記(B)充填剤が(B−1)ガラス繊維を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記(B−1)ガラス繊維の含有量が、前記(B)充填剤全量に対して50質量%以上である、請求項5に記載の樹脂組成物。
- 前記(C)カーボンブラックの揮発成分が7質量%以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- さらに、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して3〜35質量部の(D)エラストマーを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- (A)ポリアリーレンサルファイド樹脂と、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して65〜300質量部の(B)充填剤と、(C)カーボンブラックと、を含有する樹脂組成物において、前記(C)カーボンブラックとして算術平均粒子径が10〜15nmのカーボンブラックを、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2質量部以上用いることにより、前記樹脂組成物の曲げ破断ひずみの低下を抑制する方法。
- 前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂が、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記(C)カーボンブラックの算術平均粒子径が13〜15nmである、請求項9又は10に記載の方法。
- 前記(C)カーボンブラックの含有量が、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して0.2〜6質量部である、請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記(B)充填剤が(B−1)ガラス繊維を含む、請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記(B−1)ガラス繊維の含有量が、前記(B)充填剤全量%に対して50質量%以上である、請求項13に記載の方法。
- 前記(C)カーボンブラックの揮発成分が7質量%以下である、請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記樹脂組成物が、さらに、前記(A)ポリアリーレンサルファイド樹脂100質量部に対して3〜35質量部の(D)エラストマーを含む、請求項9〜15のいずれか1項に記載の方法。
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