JP2020186346A - 液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
液晶ポリエステルは、溶融流動性に極めて優れる、分子構造によっては300℃以上の耐熱変形性を有するといった特異的な挙動を有する。
液晶ポリエステルは、高流動性、高耐熱性を生かして、電子部品をはじめ、自動車部品、OA部品、耐熱食器等の用途での成形体に用いられている。
電子部品用途では、ハンダの鉛フリー化により、リフロー温度が高温化している。そうしたなか、液晶ポリエステルの成形体を高温でリフロー処理することにより成形体表面の膨れ(以下、ブリスターと呼ぶことがある)が発生する。ブリスターは外観不良や製品の寸法不良の原因となる。
ブリスターの発生の要因としては、樹脂に内包される分解ガスや、成形機内で溶融可塑化時に巻き込んだ空気や水分が原因であると考えられている。
具体的には、液晶ポリエステル樹脂と無機充填材を溶融混練する場合のスクリュー噛合率を調整する方法(特許文献1参照)や、シリンダーの長さや径、スクリュー径を調整する方法(特許文献2参照)がある。
本発明の目的は、成形時や高温のリフロー工程時において、成形体のブリスターの発生が少ない液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明は下記[1]〜[7]の発明を包含する。
[1]液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットであって、前記ペレット中に、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包しており、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、40%以上90%以下であることを特徴とするペレット。
[2]長さが1mm以上5mm以下、最大径が1mm以上3mm以下の大きさのペレット1個当たりが有する前記空隙の平均個数が、4個以上9個以下である、[1]に記載のペレット。
[3]前記ペレット中の前記空隙の球相当径のD50が、200μm以上500μm以下である、[1]又は[2]に記載のペレット。
[4]1ペレット中の1空隙の平均体積比率が、0.040%以上0.12%以下である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載のペレット。
[5]前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、70%以上90%以下である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載のペレット。
[6]前記無機充填材(B)が、チョップドガラス繊維、ミルドガラス繊維、タルクおよびマイカからなる群から選ばれる少なくとも一種である、[1]〜[5]のいずれか1つに記載のペレット。
[7]液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法であって、押出機を用いて、前記液晶ポリエステル樹脂(A)と前記無機充填材(B)とを溶融混練する工程を有し、前記押出機は、押出方向下流に向かって、メインフィード口と、下流側隣接部と、第1サイドフィード口とをこの順で備え、前記メインフィード口から前記液晶ポリエステル樹脂(A)を供給し、前記第1サイドフィード口から前記無機充填材(B)を供給し、前記下流側隣接部および前記第1サイドフィード口はそれぞれヒーターを備え、前記下流側隣接部の備えるヒーターの設定温度よりも、前記第1サイドフィード口の備えるヒーターの設定温度を50℃以上100℃以下高く設定することを特徴とする、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法。
本実施形態は、液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットである。本実施形態のペレットは、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包している。本実施形態のペレットは、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が40%以上90%以下であることを特徴とする。
ここで、「ペレットを構成する樹脂成分」とは、液晶ポリエステル樹脂組成物由来の成分を意味する。この空間は、空気やガスが存在する。また、その空間は、ペレットの外部とは連通していない独立した空間である。ここで、ペレットの外部と連通する細孔は、本明細書における空隙には含まないものとする。
好ましいペレットの長さは、1〜5mmであるものが好ましく、2〜4mmであるものがより好ましい。ペレットの長さは、回転刃の速度で調節できる。
好ましいペレットの形状としては、球状、短冊状、回転楕円体状、正確な回転楕円体から多少変形したもの、円柱状等が挙げられ、なかでも、断面が略楕円形状で、円柱状のペレットであることが好ましい。
本実施形態のペレットの最大径は、発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、1mm以上5mm以下が好ましく、1mm以上4mm以下がより好ましく、1mm以上3mm以下がさらに好ましく、2mm以上3mm以下が特に好ましい。
本実施形態のペレットの短径は、本実施形態の効果を損なわない限り特に限定されないが、最大径と短径との比(最大径/短径)が0.3〜4であることが好ましい。
切断面が円形でないペレットの場合には、断面中央部分の最大幅が最大径に相当し、最小幅が短径に相当する。
本実施形態のペレットの最大径及び短径は、例えば押出機等のノズルの径を調整することにより、ストランドの径を変更することで調整できる。
1ペレット中の1空隙の平均体積比率(%)は、測定された全てのペレットの総空隙体積を、同じく測定された全てのペレットの総体積で除した値(ペレット体積に対する空隙体積比率(%))に対する、ペレット1個当たりが有する平均空隙個数[測定された全てのペレットの総空隙個数を、測定された全てのペレットの総数(測定ペレット総数)で除した値(個/1ペレット)]の比率により得られる。
空隙の球相当径は、ある空隙の体積(V)を完全な球に換算した時の球の直径(Φ)を指し、以下の計算式で求められる。
球相当径(Φ) = 2 × 3√((3/4×V/π))
空隙の球相当径の存在率は、ある空隙の体積、または一定範囲の球相当径を有する各空隙の体積の和を全空隙の体積の和で除したものを指す。
1ペレット当たりが有する前記空隙の平均個数(平均空隙個数)は、総空隙個数を測定ペレット総数で除したものを指す。
本実施形態において空隙のD50とは、空隙の体積を、小さい球相当径から順次積算して得られる体積基準の累積粒度分布曲線において、全体を100%としたときに、小さい球相当径側から累積体積が50%となるときの球相当径をD50(単位:μm)とする。
本実施形態において空隙のD90とは、空隙の体積を、小さい球相当径から順次積算して得られる体積基準の累積粒度分布曲線において、全体を100%としたときに、小さい球相当径側から累積体積が90%となるときの球相当径をD90(単位:μm)とする。
球相当径が400μm未満の空隙の存在率は、体積基準の累積粒度分布曲線において球相当径が400μm未満の空隙の累積体積(%)として求めることができる。
X線CT装置:株式会社ブルカー製「skyscan1272」
管電圧:90kV
管電流:111μA
フィルター:Al0.5mm+Cu0.038mm
積算回数:2回
ローテーションステップ:0.4degree
回転:180 degree scanning
積算回数画素数:1344x896pixel
視野サイズ:約2680mm(横幅)約1790mmh(高さ)
解像度:20μm/pixel
本実施形態においては、得られたペレットを200個以上、ポリプロピレン容器に充填し、X線CTスキャナーを用いて取得した画像を3D画像解析することにより、空隙個数、ペレット体積、空隙体積を測定できる。
得られたX線CT像はskyscan1272付属のソフト「NRecon.exe;Version1.6.10.1」にて画像の中心調整、輝度の調整を行い、再構成を行う。
実際の手順はマニュアルに従う。以下に一例を記載する。
まず、X線CTスキャナーを用いて取得した3次元再構成画像を、TIF形式で作成して保存する。
これらの並べられたペレットについて、株式会社キーエンス製の「VR−3200ワンショット3D形状測定機」を使用し、ペレットを静置した平板に対して垂直方向で、且つ、静置したペレットの上方よりペレットの投影像(正面の投影像)を撮影する。
撮影されたペレットの正面の投影像を用いて、付属の解析ソフトにより、ペレット1個毎に解析を実施し、ペレットの水平フェレ径(正面の投影像に外接する長方形の長辺)および垂直フェレ径(正面の投影像に外接する長方形の長辺)を測定する。それぞれのペレットのこの水平フェレ径の平均値をペレット長さとし、垂直フェレ径の平均値をペレット最大径とする。さらに、ペレットの断面の短径は、ペレットの断面の最大高さの平均値として測定できる。
本実施形態に用いる液晶ポリエステル樹脂(A)は、溶融状態で液晶性を示す液晶ポリエステルであり、450℃以下の温度で溶融するものであることが好ましい。なお、液晶ポリエステル樹脂(A)は、液晶ポリエステルアミドであってもよいし、液晶ポリエステルエーテルであってもよいし、液晶ポリエステルカーボネートであってもよいし、液晶ポリエステルイミドであってもよい。液晶ポリエステル樹脂(A)は、原料モノマーとして芳香族化合物のみを用いてなる全芳香族液晶ポリエステルであることが好ましい。
ここで、製造が容易である点で芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン及び芳香族ジアミン等のモノマーは、それぞれ独立に、モノマーの一部又は全部に代えて、モノマーが重合可能な誘導体が用いられてもよい。
芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジオール及び芳香族ヒドロキシアミンのようなヒドロキシル基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、ヒドロキシル基をアシル化してアシルオキシル基に変換したもの(アシル化物)が挙げられる。
芳香族ヒドロキシアミン及び芳香族ジアミンのようなアミノ基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、アミノ基をアシル化してアシルアミノ基に変換したもの(アシル化物)が挙げられる。
例示した重合可能な誘導体の中でも、液晶ポリエステルの原料モノマーとしては、フェノール性水酸基が低級カルボン酸類とエステルを形成している重合可能な誘導体、すなわち、芳香族ヒドロキシカルボン酸及び芳香族ジオールをアシル化して得られるアシル化物が好ましい。
(1)−O−Ar1−CO−
(2)−CO−Ar2−CO−
(3)−X−Ar3−Y−
水素原子と置換可能な前記炭素数1〜10のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、1−プロピル基、イソプロピル基、1−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、1−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1−オクチル基及び1−デシル基が挙げられる。
水素原子と置換可能な前記炭素数6〜20のアリール基の例としては、フェニル基、オルトトリル基、メタトリル基、パラトリル基等のような単環式芳香族基や、1−ナフチル基及び2−ナフチル基等のような縮環式芳香族基が挙げられる。
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4又はAr5で表される前記基中の1個以上の水素原子が前記ハロゲン原子、前記炭素数1〜10のアルキル基又は前記炭素数6〜20のアリール基で置換されている場合、前基水素原子を置換する基の数は、Ar1、Ar2、Ar3、Ar4又はAr5で表される基毎に、互いに独立に、好ましくは1個又は2個であり、より好ましくは1個である。
前記芳香族ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、4−ヒドロキシ安息香酸、メタヒドロキシ安息香酸、2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸、1−ヒドロキシ−5−ナフトエ酸、4−ヒドロキシ−4’−カルボキシジフェニルエーテルや、これらの芳香族ヒドロキシカルボン酸の芳香環にある。水素原子の一部が、アルキル基、アリール基及びハロゲン原子からなる群より選ばれる置換基で置換されてなる芳香族ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。前記芳香族ヒドロキシカルボン酸は、液晶ポリエステルの製造において、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繰返し単位(1)としては、Ar1が1,4−フェニレン基であるもの(4−ヒドロキシ安息香酸に由来する繰返し単位)、及びAr1が2,6−ナフチレン基であるもの(6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する繰返し単位)が好ましい。
前記芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルチオエーテル−4,4’−ジカルボン酸や、これらの芳香族ジカルボン酸の芳香環にある水素原子の一部が、アルキル基、アリール基及びハロゲン原子からなる群より選ばれる置換基で置換されてなる芳香族ジカルボン酸が挙げられる。
前記芳香族ジカルボン酸は、液晶ポリエステルの製造において、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繰返し単位(2)としては、Ar2が1,4−フェニレン基であるもの(例えば、テレフタル酸に由来する繰返し単位)、Ar2が1,3−フェニレン基であるもの(例えば、イソフタル酸に由来する繰返し単位)、Ar2が2,6−ナフチレン基であるもの(例えば、2,6−ナフタレンジカルボン酸に由来する繰返し単位)、及びAr2がジフェニルエーテル−4,4’−ジイル基であるもの(例えば、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸に由来する繰返し単位)が好ましい。
芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン又は芳香族ジアミンとしては、としては、例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルケトン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、2,6−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、4−アミノフェノール、1,4−フェニレンジアミン、4−アミノ−4’−ヒドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノビフェニルが挙げられる。
前記芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン又は芳香族ジアミンは、液晶ポリエステルの製造において、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繰返し単位(3)としては、Ar3が1,4−フェニレン基であるもの(例えば、ヒドロキノン、4−アミノフェノール又は1,4−フェニレンジアミンに由来する繰返し単位)、及びAr3が4,4’−ビフェニリレン基であるもの(例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4−アミノ−4’−ヒドロキシビフェニル又は4,4’−ジアミノビフェニルに由来する繰返し単位)が好ましい。
本実施形態では、上述した液晶ポリエステル樹脂(A)の構造単位を、下記[a]〜[p]のいずれかに示した組み合わせで使用することが好ましい。
[b]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[c]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸の組み合わせ。
[d]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/イソフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニル/ハイドロキノンの組み合わせ。
[e]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノン/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[f]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[g]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[h]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/イソフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[i]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/4−アミノフェノール/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[j]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[k]:4−ヒドロキシ安息香酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/テレフタル酸/ハイドロキノン/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[l]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[m]:2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/4−アミノフェノールの組み合わせ。
[n]:2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニル/ハイドロキノンの組み合わせ。
[o]:4−ヒドロキシ安息香酸2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[p]:2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/イソフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
繰返し単位(2)の含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、通常35モル%以下、好ましくは10〜35モル%、より好ましくは15〜30モル%、更に好ましくは17.5〜27.5モル%である。
繰返し単位(3)の含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、通常35モル%以下、好ましくは10〜35モル%、より好ましくは15〜30モル%、更に好ましくは17.5〜27.5モル%である。
溶融重合は、触媒の存在下に行ってもよく、この触媒の例としては、酢酸マグネシウム、酢酸第1錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモン等の金属化合物や、4−(ジメチルアミノ)ピリジン、1−メチルイミダゾール等の含窒素複素環式化合物が挙げられ、1−メチルイミダゾールが好ましい。
本実施形態に用いる無機充填材(B)は、繊維状充填材であってもよいし、板状充填材であってもよいし、繊維状及び板状以外で、球状その他の粒状充填材であってもよい。
繊維状無機充填材の例としては、ガラス繊維;パン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維;シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等のセラミック繊維;及びステンレス繊維等の金属繊維が挙げられる。また、チタン酸カリウムウイスカ、チタン酸バリウムウイスカ、ウォラストナイトウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ、窒化ケイ素ウイスカ、炭化ケイ素ウイスカ等のウイスカも挙げられる。なかでも、ガラス繊維が好ましい。
粒状無機充填材の例としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、ガラスビーズ、ガラスバルーン、窒化ホウ素、炭化ケイ素及び炭酸カルシウムが挙げられる。
上記の上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。
前記ガラス繊維の例としては、長繊維タイプのチョップドガラス繊維、短繊維タイプのミルドガラス繊維等、種々の方法で製造されたものが挙げられ、これらのうち2種以上を併用して使用することもできる。
また、ガラス繊維の平均繊維長が3500μm以下である場合、平均繊維長が3500μmを超える場合よりも、前記樹脂組成物中の数平均繊維長の調整が容易になり、薄肉流動性がより向上する。ガラス繊維の平均繊維長は、3000μm以下がより好ましい。
なお、ガラス繊維径については、溶融混練後も実質的に変化しない。
また、「原料であるガラス繊維の繊維径」とは、特に断りのない限り、JIS R3420「7.6 単繊維直径」に記載の方法のうち、「A法」で測定された値を意味する。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
Ln=Σ(Ni×Li)/Σ(Ni)
Liは、ガラス繊維の繊維長の測定値である。Niは、(繊維長がLiに含まれるガラス繊維の本数)/(測定したガラス繊維の全本数)で算出される。
本実施形態で使用するタルクは、水酸化マグネシウムとケイ酸塩鉱物からなる鉱物の粉砕物である。4原子のケイ素(Si)酸化物が形成する4個の四面体構造間に、3個のマグネシウム(Mg)酸化・水酸化物が構成する八面体構造を挟み込んだ構造を形成したものである。
また、粉砕されたタルク粉末を水と接触させ、流動可能な粘度のスラリー状として状態で、ボールミル、ビーズミル、湿式ジェットミル、ディスコプレックス等により粉砕を行う湿式粉砕を用いてもよい。前記製造方法の中でも、乾式粉砕法が経済性や入手性の観点から好ましい。
また、体積平均粒径が25μm以下であることが好ましく、24.5μm以下であることがより好ましく、24μm以下であることが特に好ましい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
[測定条件]
粒子屈折率:1.59−0.1i
分散媒:水
分散媒屈折率:1.33
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
マイカとは、アルミニウム、カリウム、マグネシウム、ナトリウム、鉄等を含んだケイ酸塩鉱物の粉砕物である。3原子のケイ素(Si)と1原子のアルミニウム(Al)の酸化物が形成する4個の四面体構造間に、2個もしくは3個の金属酸化・水酸化物が構成する八面体構造を挟み込んだ構造を形成した鉱物である。
本実施形態で使用するマイカは、白雲母、金雲母、フッ素金雲母、四ケイ素雲母及び人工的に製造される合成マイカのいずれもよい。これらを2種類以上含んでもよい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
[測定条件]
粒子屈折率:1.57−0.1i
分散媒:水
分散媒屈折率:1.33
このような体積平均粒径を有するマイカは、液晶ポリエステルとの混和性が良好になって、本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物の流動性を更に良好にすることができる。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態に用いる液晶ポリエステル樹脂組成物に含まれうる添加剤成分としては、例えば、液晶ポリエステル樹脂(A)以外の樹脂や、当技術分野で周知の添加剤が挙げられる。
これらの添加剤の含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常0.01〜5質量部である。
本実施形態では、上記添加剤成分として記載した着色剤として、カーボンブラックを使用することが好ましい。
本実施形態に用いられるカーボンブラックとしては、例えば、チャネルブラック系、ファーネスブラック系、ランプブラック系、サーマルブラック系、ケッチェンブラック系、ナフタレンブラック系などが挙げられ、これらを2種以上含有してもよい。これらのうち、特にファーネスブラック系、ランプブラック系のものが好ましく使用できるが、前記に示した所望の特性を有するカーボンブラックであれば、一般に市販されている着色用カーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックの含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常、0.1〜2.5質量部であり、より好ましくは0.2〜2.0質量部である。
本実施形態では、上記添加剤成分として、さらに離型剤を添加することで、成形加工性を向上させることが可能である。離型剤として、例えば、テトラフルオロエチレン、モンタン酸およびその塩、そのエステル、そのハーフエステル、ステアリルアルコール、ステアラミドおよびポリエチレンワックスなどが挙げられ、好ましくは、テトラフルオロエチレンまたは、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルが挙げられる。離型剤の含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常、0.1〜1.0質量部であり、より好ましくは0.2〜0.7質量部である。離型剤の含有量が前記の範囲にあると、金型汚染や成形品のブリスターなどが起こりにくい傾向があり、また離型効果が得られる。
液晶ポリエステル樹脂(A)以外の樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリアミド、液晶ポリエステル以外のポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド等の液晶ポリエステル以外の熱可塑性樹脂;及びフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
液晶ポリエステル樹脂(A)以外の樹脂の含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常0.1〜20質量部である。
本実施形態の、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法は、押出機を用いて、液晶ポリエステル樹脂(A)と無機充填材(B)とを溶融混練する工程を有する。
図1は、本実施形態の溶融混練する工程で用いる押出機の一例を示す概略断面図である。以下、図1に示す押出機を用いて液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットを製造する場合について説明する。
図1では、シリンダー2内で生じた揮発成分(分解ガス等)を排出するための第1ベント部4及び第2ベント部6により、脱気を十分に行うことができる。第1ベント部4及び第2ベント部6は、大気に開放されたオープンベント方式であってもよいし、水封式ポンプ、ロータリーポンプ、油拡散ポンプ、ターボポンプ等に接続して真空に保持する真空ベント方式であってもよい。
また、スクリュー3は、第1サイドフィード口7と第1ベント部4との間に、前記液晶ポリエステル樹脂組成物の可塑化およびニーディングを行う第2混練部12を備えている。
さらに、スクリュー3は、第1ベント部4と第2ベント部6との間に、前記液晶ポリエステル樹脂組成物の混練を行う第3混練部13を備えている。
なお、第1ベント部4と第2ベント部6との間に、さらに第4混練部、第5混練部を備えていてもよい。この際、せん断発熱によるシリンダー温度の上昇に対して充分な温度制御を行うことが好ましい。
具体的には、下流側隣接部14が備えるヒーターの設定温度よりも、第1サイドフィード口7が備えるヒーターの設定温度を、50℃以上100℃以下高く設定することが好ましい。さらには、下流側隣接部14が備えるヒーターの設定温度よりも、第1サイドフィード口7が備えるヒーターの設定温度を、50℃以上90℃以下高く設定することがより好ましく、60℃以上80℃以下高く設定することが特に好ましい。
[製造例1(液晶ポリエステル樹脂(A−1))]
撹拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた反応器に、4−ヒドロキシ安息香酸994.5g(7.2モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル446.9g(2.4モル)、テレフタル酸299.0g(1.8モル)、イソフタル酸99.7g(0.6モル)および無水酢酸1347.6g(13.2モル)を仕込み、触媒として1−メチルイミダゾール0.2gを添加し、反応器内を十分に窒素ガスで置換した。
その後、窒素ガス気流下で撹拌しながら、室温から150℃まで30分かけて昇温し、同温度を保持して30分間還流させた。
得られた固形物を、粉砕機で粒径0.1〜1mmに粉砕後、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から296℃まで5時間かけて昇温し、296℃で3時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステル樹脂(A−1)を得た。得られた液晶ポリエステル樹脂(A−1)の流動開始温度は328℃であった。
撹拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた反応器に、4−ヒドロキシ安息香酸994.5g(7.2モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル446.9g(2.4モル)、テレフタル酸239.2g(1.44モル)、イソフタル酸159.5g(0.96モル)および無水酢酸1347.6g(13.2モル)を仕込み、触媒として1−メチルイミダゾール0.2gを添加し、反応器内を十分に窒素ガスで置換した。
その後、窒素ガス気流下で撹拌しながら、室温から150℃まで30分かけて昇温し、同温度を保持して1時間還流させた。
得られた固形物を、粉砕機で粒径0.1〜1mmに粉砕後、窒素雰囲気下、室温から220℃まで1時間かけて昇温し、220℃から241℃まで0.5時間かけて昇温し、241℃で10時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステル樹脂(A−2)を得た。得られた液晶ポリエステル樹脂(A−2)の流動開始温度は292℃であった。
以下の実施例においては、無機充填材として下記の市販品を用いた。ただし、下記の数平均繊維長は、メーカー公称値である。なお、ガラス繊維で記載されている形状は、ガラス繊維の径方向における断面の形状を表す。
ガラス繊維(B−1):PF70E−001(日東紡績株式会社製、略円形状、直径10μm、数平均繊維長70μm)
ガラス繊維(B−2):EFH50−01S(セントラル硝子株式会社製、略円形状、直径10μm、数平均繊維長70μm)
タルク(C−1):X−50(日本タルク株式会社製、体積平均粒径22μm、Ig.Loss5.0%)
タルク(C−2):GH50(林化成株式会社製、体積平均粒径22μm、Ig.Loss5.5%)
離型剤(D−1):ロキシオールVPG861(エメリーオレオケミカルズジャパン株式会社製、ペンタエリスリトールとステアリン酸とのフルエステル(テトラステアレート)および部分エステルの混合物、5%重量減少温度310℃)
離型剤(D−2):セフラルルーブI(セントラル硝子株式会社製、低分子量テトラフルオロエチレン樹脂)
着色剤(D−3):CB#960B(三菱ケミカル株式会社製、カーボンブラック)
東芝機械株式会社製「TEM48SS」:スクリュー径48mm、13バレル(シリンダー温度制御ゾーン数13個と、アダプターおよびノズル温度制御ゾーン2個)
株式会社ステアジャパン製「MEGA58」:スクリュー径58mm、13バレル(シリンダー温度制御ゾーン数13個と、アダプターおよびノズル温度制御ゾーン2個)
[実施例1〜4、比較例1〜4]
表1および表2に示す原料成分の配分及び製造条件で、二軸押出機(東芝機械株式会社製「TEM−48SS」または、株式会社ステアジャパン製「MEGA58」)を用いて溶融混練し、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットを得た。
C1ゾーンの設定温度は80℃に設定し、常に水冷とした。C1ゾーンからC13ゾーンまでのシリンダー温度の設定値を表2に示した。
図1および表2中のADおよびDは、それぞれダイスのアダプターおよびダイスを示し、アダプターとノズル温度制御ゾーン2個とし、表2に記載する各温度を設定値とした。
図1に示すメインフィード口5から液晶ポリエステル樹脂(A−1またはA−2)とその他の成分(D)を供給し、第1サイドフィード口7からタルク(C−1またはC−2)を供給した。第1ベント部4は、オープンベント位置であり、第2サイドフィード口8からガラス繊維(B−1またはB−2)を供給し、第2ベント部6から真空減圧を行った。
メインフィード口5の下流側に隣接する下流側隣接部14、及び第1サイドフィード口7の設定温度は、表2中のC2、C5の温度がそれぞれ該当する。
ペレット100個を、それぞれのペレットの断面方向が平板に対して垂直方向になるように並べた。ペレットの断面が楕円に近い場合は、その断面の長径が平板に対して水平方向となるようにペレットを両面テープにて固定した。これらの並べられたペレットについて、株式会社キーエンス製のVR−3200ワンショット3D形状測定機を使用して、ペレットを静置した平板に対して垂直方向で、且つ、静置したペレットの上方よりペレットの投影像(正面の投影像)を撮影した。
撮影されたペレットの正面の投影像を用いて、付属の解析ソフトにより垂直フェレ径および水平フェレ径を測定した。それぞれのペレットの水平フェレ径の平均値を算出し、ペレット長さ(mm)とした。また、垂直フェレ径の平均値を算出し、ペレット最大径(mm)とした。これらの結果を表3に示した。
得られたペレット約200個から約750個を、ポリプロピレン容器(高さ20mm、直径24mm、厚み1mmの円筒形ポリプロピレン容器)に充填し、X線CTスキャナーを用いて取得した画像を3D画像解析することにより、測定に用いた全ペレット数の合計(測定ペレット総数当たり)のペレット体積(μm3)、空隙個数(個)および空隙体積(μm3)をそれぞれ測定した。これらの測定結果を、測定に用いた全ペレット数(測定ペレット総数/個)とともに表3に示した。
また、これらの測定結果より、ペレット体積に対する空隙体積比率(%)、平均空隙個数(個/1ペレット)、1ペレット中の1空隙の平均体積比率(%)および空隙1個当たりの平均体積(μm3/1空隙)をそれぞれ以下のようにして算出し、表3に示した。
画素数 :1344×896
測定条件:20μm/pixec
フィルター:アルミニウムフィルター(フィルター径0.5mm)、
銅フィルター(フィルター径0.03mm)
加速電圧:90kV
電流値 :111μA
積算回数:2
回転 :ハーフスキャン
測定時間:約60分間
画像解析:Skyscan1272付属ソフト
まず、解析ソフト(Skyscan1272付属ソフト)にて、得られた3次元観察像を読み込み、空間補正(20um/pixel)を行い、次にメディアンフィルターでノイズ除去し、最後にペレット樹脂部と空隙部とを識別した。さらに、Auto−LWで画像の2階調化を実施した。このとき、隣り合うペレット間の空間と各ペレット1個に内包される空隙を画像演算機能用いて識別し、各ペレット1個の中の空隙を抽出した。
球相当径が400μm未満の空隙の存在率は、体積基準の累積粒度分布曲線において球相当径が400μmの時の累積体積(%)として求めた。この結果を表3に示した。
射出成形機(日精樹脂工業株式会社製「PNX40−5A」)を用い、成形温度350℃、金型温度130℃、射出速度90mm/秒の成形条件にて厚さ1.2mm、JIS K7161(1/2)号ダンベル試験片を射出成形した。
得られた試験片を、熱循環式オーブン(ヤマト科学株式会社製「DN63H」)に3分間入れ、試験片にブリスターが生じない温度を測定した。具体的には、温度一定のオーブンに、試験片10本を入れ、3分間保持した後に取り出し、試験片をマイクロスコープ(株式会社キーエンス社製「VHX−1000」)にて観察した。試験片中に0.1mm2以上の大きさのブリスターが1本もない最大温度を、耐ハンダ温度(℃)とした。この結果を表4に示した。耐ハンダ温度は高いほど、耐ブリスター性が高いと判断できる。
射出成形機(日精樹脂工業株式会社製「PNX40−5A」)を用い、成形温度350℃、金型温度130℃、射出速度75mm/秒の成形条件にて作製した、長さ127mm、幅12.7mm、厚さ6.4mmの試験片を使用し、ASTM D648に準拠した方法により、1.82MPaの荷重下、昇温速度2℃/分で、荷重たわみ温度(℃)を測定した。この測定結果を表4に示した。
射出成形機(日精樹脂工業株式会社製「PNX40−5A」)を用い、成形温度350℃、金型温度130℃、射出速度75mm/秒の成形条件にて作製した、ASTM4号試験片を使用し、ASTM D638に準拠した方法により、引張強度(MPa)を測定した。この結果を表4に示した。
加えて、本発明を適用した実施例1〜4は、荷重たわみ温度および引張強度について比較例よりも高く、機械的強度も良好な結果であった。
Claims (7)
- 液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットであって、
前記ペレット中に、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包しており、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、40%以上90%以下であるペレット。 - 長さが1mm以上5mm以下、最大径が1mm以上3mm以下の大きさのペレット1個当たりが有する前記空隙の平均個数が、4個以上9個以下である、請求項1に記載のペレット。
- 前記ペレット中の前記空隙の球相当径のD50が、200μm以上500μm以下である、請求項1又は2に記載のペレット。
- 1ペレット中の1空隙の平均体積比率が、0.040%以上0.12%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のペレット。
- 前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、70%以上90%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のペレット。
- 前記無機充填材(B)が、チョップドガラス繊維、ミルドガラス繊維、タルクおよびマイカからなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のペレット。
- 液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法であって、
押出機を用いて、前記液晶ポリエステル樹脂(A)と前記無機充填材(B)とを溶融混練する工程を有し、
前記押出機は、押出方向下流に向かって、メインフィード口と、下流側隣接部と、第1サイドフィード口とをこの順で備え、
前記メインフィード口から前記液晶ポリエステル樹脂(A)を供給し、前記第1サイドフィード口から前記無機充填材(B)を供給し、
前記下流側隣接部および前記第1サイドフィード口はそれぞれヒーターを備え、
前記下流側隣接部の備えるヒーターの設定温度よりも、前記第1サイドフィード口の備えるヒーターの設定温度を50℃以上100℃以下高く設定する、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法。
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