JP2021028384A - 液晶ポリエステル樹脂成形体、液晶ポリエステル樹脂ペレット、及び液晶ポリエステル樹脂ペレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような問題は、例えば、繊維状フィラーを液晶ポリエステルに単に混合したこれまでの液晶ポリエステル樹脂組成物のシャルピー衝撃試験において、ノッチ(すなわち、切り欠き)なしとノッチありの試験片とで、シャルピー衝撃強度に大きな差異、すなわち、大きなノッチ感度となって表れる。ノッチ感度の大きい材料を用いる成形体では、コーナー部及び角部に丸みを設けるなどの必要が生じ、設計の自由度が制約される問題がある。
前記熱可塑性樹脂100質量部に対して、前記繊維状フィラーを1質量部以上120質量部以下含有し、
前記熱可塑性樹脂100質量%に対する前記液晶ポリエステルの含有割合が、75質量%以上100質量%以下であり、
前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が0.7mm以上である液晶ポリエステル樹脂成形体。
下記式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量に対する下記式(1)で表される繰返し単位の含有量が、30モル%以上100モル%以下であり、
下記式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量に対する下記式(2)で表される繰返し単位の含有量が、0モル%以上35モル%以下であり、
下記式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量に対する下記式(3)で表される繰返し単位の含有量が、0モル%以上35モル%以下である、前記[1]に記載の液晶ポリエステル樹脂成形体。
(1)−O−Ar1−CO−
(2)−CO−Ar2−CO−
(3)−X−Ar3−Y−
(式(1)〜(3)中、Ar1は、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基を表し、Ar2及びAr3は、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基又は下記式(4)で表される基を表す。X及びYは、それぞれ独立に、酸素原子又はイミノ基を表す。Ar1、Ar2及びAr3で表される前記基にある水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)−Ar4−Z−Ar5−
(式(4)中、Ar4及びAr5は、それぞれ独立に、フェニレン基又はナフチレン基を表す。Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基を表す。)
[4]前記繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合が、8%以上100%以下である、前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の液晶ポリエステル樹脂成形体。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体は、液晶ポリエステルを含む熱可塑性樹脂と、繊維状フィラーとを含有する。
成形体中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は、次の手順で求めることができる。初めに、成形体を焼結して樹脂分を飛ばして繊維状フィラーだけにする。次に、前記繊維状フィラーを界面活性剤入りの水溶液に分散させて繊維状フィラー分散液を作製する。繊維状フィラー分散液をマイクロスコープで観察し、500本を超える繊維の長さを測ることで、成形体中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長lm=(Σli2×ni)/(Σli×ni)を求める。
li:繊維状フィラーの繊維長
ni:繊維長liの繊維状フィラーの本数
1−(Ea/Eb) ≦ 0.4 ・・・(5)
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体において、前記熱可塑性樹脂100質量%に対する液晶ポリエステルの含有割合は、75質量%以上100質量%以下であり、80質量%以上100質量%以下であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。液晶ポリエステルの含有割合は、前記下限値以上であることにより、本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体、及び本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体と同じ組成の液晶ポリエステル樹脂成形体のシャルピー衝撃試験におけるノッチ感度を小さくできる効果を奏する。
本実施形態で用いられる液晶ポリエステルは、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。本実施形態で用いられる液晶ポリエステルは、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。
(2)−CO−Ar2−CO−
(3)−X−Ar3−Y−
なお、本明細書において「由来」とは、原料モノマーが重合するために、重合に寄与する官能基の化学構造が変化し、その他の構造変化を生じないことを意味する。
ただし、式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量は100モル%を超えない。
本実施形態で用いられる液晶ポリエステルの流動開始温度が高いほど、液晶ポリエステルの耐熱性並びに強度及び剛性が向上する傾向がある。一方で、液晶ポリエステルの流動開始温度が400℃を超えると、液晶ポリエステルの溶融温度や溶融粘度が高くなる傾向がある。そのため、液晶ポリエステルの成形に必要な温度が高くなる傾向がある。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体中の繊維状フィラーは、長さ加重平均繊維長が0.7mm以上である。繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1.0mm以上であることが好ましく、2.0mm以上であることがより好ましく、2.5mm以上がさらに好ましく、3.0mm以上が特に好ましい。繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は50mm未満であることが好ましく、40mm以下であることがより好ましく、20mm以下であることがさらに好ましく、15mm以下であることがよりさらに好ましく、6mm以下であることが特に好ましい。すなわち、液晶ポリエステル樹脂成形体中の繊維状フィラーは、長さ加重平均繊維長が1.0mm以上50mm未満であることが好ましく、2.0mm以上40mm以下であることがより好ましく、2.5mm以上20mm以下がさらに好ましく、3.0mm以上6mm以下がよりさらに好ましい。繊維状フィラーは、長さ加重平均繊維長が前記下限値以上であることで、ノッチ感度が小さくなり易い。繊維状フィラーは、長さ加重平均繊維長が前記上限値以下であることで、より、成形し易くなる。
成形体中の繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合は、長さ加重平均繊維長の測定の際に、[1mm以上の繊維数/全体の繊維数×100]の計算式から繊維長さ1mm以上の繊維の割合(%)を求める。
繊維状無機充填材の例としては、ガラス繊維;PAN系炭素繊維、ピッチ系、レーヨン系、フェノール系、リグニン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;及び鉄、金、銅、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維が挙げられる。また、チタン酸カリウムウイスカー、チタン酸バリウムウイスカー、ウォラストナイトウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、窒化ケイ素ウイスカー、炭化ケイ素ウイスカー等のウイスカーも挙げられる。
繊維状有機充填材の例としては、ポリエステル繊維、パラ及びメタアラミド繊維、PBO繊維が挙げられる。成形加工時の装置に与える磨耗負荷や入手性を考慮すると、繊維状フィラーとしては、PAN系若しくはピッチ系等の炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。また、導電性を付与する目的で、ニッケル、銅、イッテルビウム等の金属を被覆した繊維状フィラーを用いてもよい。
炭素繊維は、その引張強度が6000MPa以下であってもよく、5500MPa以下であってもよく、5000MPa以下であってもよく、2000MPa以上6000MPa以下であってもよく、3000MPa以上5500MPa以下であってもよく、4000MPa以上5000MPa以下であってもよい。
中でもPAN系炭素繊維は引張強度、引張弾性率、引張伸度のバランスが良く、残存繊維長を長く残すことが可能である点から好ましく用いることができる。
繊維状フィラーがガラス繊維の場合、5μm〜35μmであることが好ましく、10μm〜25μmであることがより好ましく、15μm〜25μm以下であることがさらに好ましい。
繊維状フィラーの数平均繊維径が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、液晶ポリエステル樹脂成形体中で繊維状フィラーが分散されやすい。また、液晶ポリエステル樹脂成形体の製造時に繊維状フィラーを取り扱いやすい。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、繊維状フィラーによる液晶ポリエステルの強化が効率良く行われる。そのため、本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体、及び本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体と同じ組成の液晶ポリエステル樹脂成形体に、優れたシャルピー衝撃強度を付与できる。
また、繊維状フィラーが炭素繊維の場合、同様の観点から繊維状フィラー中の単糸数が10000本以上100000本以下が好ましく、10000本以上50000本以下がより好ましく、10000本以上30000本以下がさらに好ましい。
繊維状フィラーの含有量が、前記の好ましい範囲の下限値以上であれば、繊維状フィラーによる衝撃緩和効果が高められやすくなる。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であれば、繊維状フィラーの成形品中での分散性が良好となり、発明の効果を安定的に得ることができる。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体は、原料として、上述の液晶ポリエステルを含む熱可塑性樹脂及び繊維状フィラーの他、必要に応じて、充填材、添加剤等の他の成分を1種以上含んでもよい。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体中、前記熱可塑性樹脂100質量部に対して、前記繊維状フィラーを10質量部以上115質量部以下含有し、前記熱可塑性樹脂100質量%に対する前記液晶ポリエステルの含有割合が、85質量%以上100質量%以下であり、前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が2.0mm以上であることがより好ましい。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体中、前記熱可塑性樹脂100質量部に対して、前記繊維状フィラーを20質量部以上110質量部以下含有し、前記熱可塑性樹脂100質量%に対する前記液晶ポリエステルの含有割合が、90質量%以上100質量%以下であり、前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が2.5mm以上であることがさらに好ましい。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体中、前記熱可塑性樹脂100質量部に対して、前記繊維状フィラーを20質量部以上110質量部以下含有し、前記熱可塑性樹脂100質量%に対する前記液晶ポリエステルの含有割合が、90質量%以上100質量%以下であり、前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が3.0mm以上であることが特に好ましい。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体の製造に用いられる液晶ポリエステル樹脂ペレットの製造方法の一例を説明する。例えば、液晶ポリエステルと、必要に応じてその他成分とを溶融混練し、得られる熱可塑性樹脂の溶融物を、繊維状フィラーに含浸させて、ペレット化することにより、繊維状フィラーが液晶ポリエステルを含む熱可塑性樹脂で固められたペレットが得られる。
図1に示す本実施形態では、複数の繊維材料が収束した繊維束11を用いて、液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得る場合を説明する。
また、繊維ロービング10の繊度は、3750g/1000m以下が好ましく、3200g/1000m以下がより好ましい。繊維ロービング10の繊度が3750g/1000m以下であると、液晶ポリエステル樹脂ペレット中及び液晶ポリエステル樹脂成形体中で繊維束11が解繊し、分散されやすい。また、液晶ポリエステル樹脂ペレット及び液晶ポリエステル樹脂成形体の製造時に繊維束11を取り扱いやすい。
また、予備加熱部121での加熱時間は、特に限定されないが、例えば10秒間〜5分間である。
樹脂材料Mを供給口123aから投入し、含浸部123内で加熱して得られる溶融物を、繊維束11に含浸させてもよいし、溶融状態の樹脂材料Mを供給口123aから投入して、繊維束11に含浸させてもよい。
そして、図1に示す実施形態では、炭素繊維に前記溶融物が含浸及び被覆した樹脂構造体13が得られる。最後に、ストランド状の樹脂構造体13を切断して、液晶ポリエステルを含む熱可塑性樹脂と、繊維状フィラーとを含有する液晶ポリエステル樹脂ペレット15が得られる。
繊維ロービング10から繊維束11を連続的に繰り出しながら、まず、予備加熱部121で、繊維束11を予備加熱して乾燥させる。
次に、含浸部123で、乾燥後の繊維束11に、樹脂材料Mの溶融物を含浸させる。これにより、繊維束11に前記溶融物が含浸及び被覆した樹脂構造体13が得られる。この後、含浸部123で加熱された状態の樹脂構造体13を冷却部125で冷却する。
ここで得られる樹脂構造体13においては、繊維束11がストランド状の樹脂構造体13の長手方向に略平行に配列している。
次に、冷却後のストランド状の樹脂構造体13を、引取部127で引き取り、切断部129へ繰り出していく。次に、切断部129で、樹脂構造体13を、その長手方向に所定の長さで切断し、液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得る。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂成形体は、前記液晶ポリエステル樹脂ペレットを用いて、公知の成形方法により成形することができる。本実施形態の成形体の成形方法としては、溶融成形法が好ましく、その例としては、射出成形法、Tダイ法やインフレーション法などの押出成形法、圧縮成形法、ブロー成形法、真空成形法およびプレス成形が挙げられる。中でも射出成形法が好ましい。
公知の射出成形機としては、例えば、株式会社ソディック製のTR450EH3、日精樹脂工業株式会社製の油圧式横型成形機PS40E5ASE型などが挙げられる。射出成形機の種類としては、ペレット可塑化部と射出部が一体のインライン型やペレット可塑化部と射出部が独立しているプリプラ型の射出成形機が挙げられる。逆流防止弁がないことや射出圧を小さくできることから、プリプラ型の射出成形機が好ましい。プリプラ型の射出成形機としては、例えば株式会社ソディック製TR450EH3が挙げられる。
自動車用エンジンルーム内部品として、シリンダー・ヘッドカバー用射出成形体、エンジンマウント用射出成形体、エアインテーク・マニホールド用射出成形体、スロットルボディ用射出成形体、エアインテーク・パイプ用射出成形体、ラジエータータンク用射出成形体、ラジエーターサポート用射出成形体、ウォーターポンプ・イントレット用射出成形体、ウォーターポンプ・アウトレット用射出成形体、サーモスタットハウジング用射出成形体、クーリングファン用射出成形体、ファンシュラウド用射出成形体、オイルパン用射出成形体、オイルフィルター・ハウジング用射出成形体、オイルフィラー・キャップ用射出成形体、オイルレベル・ゲージ用射出成形体、タイミング・ベルト用射出成形体、タイミング・ベルトカバー用射出成形体、エンジン・カバー用射出成形体などが挙げられる。
自動車用燃料部品として、フューエルキャップ、フューエルフィラー・チューブ、自動車用燃料タンク、フューエルセンダー・モジュール、フューエルカットオフバルブ、クイックコネクター、キャニスター、フューエルデリバリー・パイプ、フューエルフィラーネックなどが挙げられる。
自動車用駆動系部品として、シフトレバー・ハウジング、プロペラシャフトなどが挙げられる。
自動車用シャーシ部品として、スタビライザー、リンケージロッドなどが挙げられる。
(1)溶融重合
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−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)及び無水酢酸1347.6g(13.2モル)を仕込み、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、撹拌しながら、室温から150℃まで30分かけて昇温し、150℃を保持して1時間還流させた。
次いで、1−メチルイミダゾール0.9gを加え、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、150℃から320℃まで2時間50分かけて昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了としてプレポリマーを得た。
こうして得られたプレポリマーを室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕して、プレポリマーの粉末を得た。このプレポリマーの粉末を、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240℃まで0.5時間かけて昇温し、240℃で10時間保持することで、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1を得た。
(1)溶融重合
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸1034.99g(5.5モル)、2,6−ナフタレンジカルボン酸378.33g(1.75モル)、テレフタル酸83.07g(0.5モル)、ヒドロキノン272.52g(2.475モル:2,6−ナフタレンジカルボン酸及びテレフタル酸の合計量に対して0.225モル過剰)、無水酢酸1226.87g(12モル)、及び触媒として1−メチルイミダゾール0.17gを入れ、反応器内のガスを窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下、攪拌しながら、室温から145℃まで15分かけて昇温し、145℃で1時間還流させた。
このプレポリマーの粉末を、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310℃まで10時間かけて昇温し、310℃で5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2を得た。この液晶ポリエステル2は、全繰り返し単位の合計量に対して、Ar1が2,6−ナフチレン基である繰返し単位(1)を55モル%、Ar2が2,6−ナフチレン基である繰返し単位(2)を17.5モル%、Ar2が1,4−フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、及びAr3が1,4−フェニレン基である繰返し単位(3)を22.5モル%有し、その流動開始温度は333℃であった。
(1)溶融重合
ジムロート冷却管、窒素導入管と内温測定用の熱電対を取り付けたト型連結管、イカリ型攪拌翼を有し、フラスコ外側にも熱電対を取り付けた3リットル四ツ口セパラブルフラスコを用いて、この重合槽に4−ヒドロキシ安息香酸1207.3g(8.74モル)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸608.4g(3.23モル)、および無水酢酸1345g(13.2モル)を投入し、窒素気流下、マントルヒーターにてフラスコ外温を150℃まで昇温し、200rpmで攪拌しながら、還流下約3時間アセチル化反応を行った。
アセチル化反応に引き続き、1℃/minで昇温し310℃で保持し、溶融重縮合を行った。この間に重縮合反応で副生する酢酸を留去し続けた。重合途中310℃到達から30分後にサンプリングし、流動開始温度を測定したところ、230℃であった。230℃到達から35分後、撹拌を停止させ、ポリマーを溶融状態で容易に取出すことができた。重合槽および攪拌翼への付着は殆どなかった。得られたプレポリマーはしばらくすると冷えて固化した。収量は1565g(理論収量に対して、97.8%)であった。得られたプレポリマーを3〜5cm角程度の大きさにした後、粉砕機を用い、平均粒径1mm以下に粉砕した後、流動開始温度を測定したところ、239℃であった。このプレポリマーは溶融時に光学異方性を示した。
このプレポリマーをアルミ製トレーに入れ、窒素雰囲気炉に仕込み、窒素雰囲気下に、室温から180℃まで3時間で昇温し、180℃で2時間保持した後、さらに約7.5時間かけて270℃まで昇温し、270℃で5時間保持し、放冷した後取出し、液晶ポリエステル3(アドバンストポリマー)の粉末を得た。ここでの重量減少は、1.5%であった。
まず、フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500型」)を用いて、液晶ポリエステル約2gを、内径1mm及び長さ10mmのノズルを有するダイを取り付けたシリンダーに充填した。次に、9.8MPa(100kg/cm2)の荷重下、4℃/minの速度で昇温しながら、液晶ポリエステルを溶融させ、ノズルから押し出し、4800Pa・s(48000ポイズ)の粘度を示す温度(流動開始温度)を測定し、液晶ポリエステルの流動開始温度とした。
樹脂ペレット中、及びノッチなし試験片(すなわち、成形体)中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は、以下の測定方法により測定した。
(1)まず、試験サンプルとして、ノッチなし試験片の中央部長さ幅10mm×長さ20mm×厚さ4mmを切り出す。また樹脂ペレットは5個ほど選択する。この試験サンプルをマッフル炉で焼結して樹脂分を飛ばす。ただし、繊維状フィラーが炭素繊維の場合、焼成条件は、500℃、3hである。繊維状フィラーがガラス繊維の場合、焼成条件は、600℃、4hである。
(2)繊維状フィラーだけになったものを界面活性剤(INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION社製、Micro90)0.05体積%入り水溶液500mlに分散させ、繊維状フィラー分散液を作製する。
(3)分散液の一部を取り出してマイクロスコープ(株式会社キーエンス製 VH−ZST)で倍率20倍にて繊維を観察、画像を1サンプルにつき5枚を撮影する。ただし、繊維状フィラーが炭素繊維の場合、500mlの分散液から50mlを取り出し、φ90mmの桐山ロート用ろ紙(No.5C)を用いて減圧濾過を行い、ろ紙に分散した炭素繊維の画像を撮影する。繊維状フィラーがガラス繊維の場合、500mlの分散液から50mlを取り出し、シャーレに分散させ、続いて、シャーレの中に分散したガラス繊維の画像を撮影する。
(4)撮影した5枚の画像の全てを画像処理ソフト(三谷商事株式会社製 WinROOF2018 )を用いて以下の様にして、繊維長を測る。
(a) 撮影された画像に対して、モノクロ画素化処理を行う。
(b) 撮影した繊維のみに色がつくように二値化処理を実施する。
(c) 画像処理ソフトの針状分離機能を用いて繊維長の測定を行う。
(d) (c)で二値化できなかった繊維や湾曲した繊維の繊維長を多点間計測により測定し、画像の淵に接している繊維は測定しないこととする。
ただし、(c)及び(d)において、10μm以下の繊維はノイズと判断し、繊維の測定本数nに含まないようにする。n>500、繊維の測定本数nが500を超えない場合、(3)に戻り、画像を追加撮影し、nが500を超えるまで測る。
li:繊維状フィラーの繊維長
ni:繊維長liの繊維状フィラーの本数
長さ加重平均繊維長の測定の際に、[1mm以上の繊維数/全体の繊維数×100]の計算式から繊維長さ1mm以上の繊維の割合(%)を求めた。
<液晶ポリエステル樹脂ペレットの製造>
図1に示す形態の製造装置を用い、以下のようにして、液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。押出機にはGTS−40型押出機(株式会社プラスチック工学研究所製)を用いた。ベルト式引取機にはEBD−1500A(アイメックス株式会社製)を用いた。
前記ベルト式引取機(引取部127)を10m/minの引取速度で作動させることにより、繊維ロービング10から繊維束11として、炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィル(登録商標)CFトウ、TR50S15L、PAN系炭素繊維、引張強度4900MPa、引張伸度2.1%、数平均繊維径7μm)を、引取速度10m/minで連続的に繰り出しながら、まず、予備加熱部121で、200℃に加熱して乾燥させた。
別途、前記押出機を用いて、上記<液晶ポリエステル1の製造>で得られた液晶ポリエステル1を360℃に加熱して溶融状態に調製した。
次に、前記押出機の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、乾燥後の繊維11を供給しつつ、前記押出機から溶融状態の液晶ポリエステル1(樹脂材料M)を供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、液晶ポリエステル1を360℃で溶融させ、炭素繊維に液晶ポリエステル1を含浸させた。液晶ポリエステル1の含浸量は、含浸ダイ出口の穴径の大きさを変更することにより調整した。100質量部の液晶ポリエステル1に対して25質量部の前記炭素繊維に含浸させて、前記炭素繊維が液晶ポリエステル樹脂層の長手方向に略平行に配列した樹脂構造体13を得た。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
次に、冷却後のストランド状の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)で引取速度10m/minで連続的に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に長さ12mmで切断して、円柱形状(長さ12mm)の、実施例1の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mmであった。
実施例1の液晶ポリエステル樹脂ペレットを、成形温度360℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この成形体から幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は3.26mmであった。ノッチなし試験片中の繊維状フィラー(炭素繊維)100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合は、53%であった。
幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を用いて、ISO179−1、JIS K7111−1に準拠し、ハンマー2.0J、4.0Jを採用して、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片のシャルピー衝撃強度は、5回測定の平均値を採用した。これらの結果を表1に示した。
実施例1における25質量部の繊維11を、ダイ(含浸部123)の出口の穴径の大きさを変更することにより、表1に示す各配合量にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例2〜4の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例2〜4)であった。
実施例2〜4の液晶ポリエステル樹脂ペレットを用いて、実施例1と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表1に示した。
実施例1における25質量部の炭素繊維を、表1に示す各配合量のガラス繊維(日東紡株式会社製、RS110QL483AC、Eガラス、数平均繊維径17μm)にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例5〜8の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(ガラス繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例5〜8)であった。
実施例5〜8の液晶ポリエステル樹脂ペレットを用いて、実施例1と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表1に示した。
前記押出機を用いて、上記<液晶ポリエステル2の製造>で得られた液晶ポリエステル2を380℃に加熱して溶融状態に調製した。
次に、実施例1と同様に、前記押出機の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、繊維11として、乾燥後の炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製 パイロフィル(登録商標)CFトウ、TR50S15L、PAN系炭素繊維、引張強度4900MPa、引張伸度2.1%、数平均繊維径7μm)を供給しつつ、前記押出機から溶融状態の液晶ポリエステル2(樹脂材料M)を供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、液晶ポリエステル2を380℃で溶融させ、100質量部の液晶ポリエステル2に対して67質量部の炭素繊維に含浸させて、前記炭素繊維が液晶ポリエステル樹脂層の長手方向に略平行に配列した樹脂構造体13を得た。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
次に、冷却後の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)で引取速度10m/minで連続的に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に長さ12mmで切断して、円柱形状(長さ12mm)の、実施例9の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例9)であった。
実施例9の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度380℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表1に示した。
実施例9における67質量部の炭素繊維を、67質量部のガラス繊維(日東紡株式会社製、RS110QL483AC、Eガラス、数平均繊維径17μm)に変更した以外は、実施例9と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例10の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(ガラス繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例10)であった。
実施例10の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、実施例9と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
前記押出機を用いて、上記<液晶ポリエステル3の製造>で得られた液晶ポリエステル3を340℃に加熱して溶融状態に調製した。
次に、実施例1と同様に、前記押出機の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、繊維11として、乾燥後の炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィル(登録商標)CFトウ、TR50S15L、PAN系炭素繊維、引張強度4900MPa、引張伸度2.1%、数平均繊維径7μm)を供給しつつ、前記押出機から溶融状態の液晶ポリエステル3(樹脂材料M)を供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、液晶ポリエステル3を340℃で溶融させ、100質量部の液晶ポリエステル3に対して67質量部の炭素繊維に含浸させて、前記炭素繊維が液晶ポリエステル樹脂層の長手方向に略平行に配列した樹脂構造体13を得た。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
次に、冷却後の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)で引取速度10m/minで連続的に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に長さ12mmで切断して、円柱形状(長さ12mm)の、実施例11の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(ガラス繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例11)であった。
実施例11の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度320℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
実施例11における67質量部の炭素繊維を、67質量部のガラス繊維(日東紡株式会社製、RS110QL483AC、Eガラス、数平均繊維径17μm)に変更した以外は、実施例11と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例12の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(ガラス繊維)の長さ加重平均繊維長は12mmであった。
実施例12の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、実施例11と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
<液晶ポリエステル樹脂ペレットの製造>
・樹脂構造体を得る工程
前記ベルト式引取機(引取部127)を10m/minの引取速度で作動させることにより、繊維ロービング10から繊維束11として、炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィル(登録商標)CFトウ、TR50S15L、PAN系炭素繊維、引張強度4900MPa、引張伸度2.1%、数平均繊維径7μm)を引取速度10m/minで連続的に繰り出しながら、まず、予備加熱部121で、200℃に加熱して乾燥させた。
別途、前記押出機を用いて、上記<液晶ポリエステル1の製造>で得られた液晶ポリエステル1(75質量部)及びポリアミド6(宇部興産株式会社製、UBEナイロン(登録商標)、1013B)(25質量部)を360℃に加熱して溶融状態に調製した(樹脂材料M)。
次に、前記押出機の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、乾燥後の繊維11を供給しつつ、前記押出機から溶融状態の樹脂材料Mを供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、液晶ポリエステル1を360℃で溶融させ、炭素繊維に液晶ポリエステル1を含浸させた。樹脂材料Mの含浸量は、含浸ダイ出口の穴径の大きさを変更することにより調整した。100質量部の樹脂材料Mに対して67質量部の前記炭素繊維に含浸させて、前記炭素繊維が液晶ポリエステル樹脂層の長手方向に略平行に配列した樹脂構造体13を得た。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
次に、冷却後のストランド状の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)で引取速度10m/minで連続的に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に長さ12mmで切断して、円柱形状(長さ12mm)の、実施例13の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mmであった。
実施例13の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度330℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
実施例13における液晶ポリエステル1(75質量部)及びポリアミド6(25質量部)を、液晶ポリエステル1(80質量部)及びポリアミド6(20質量部)に変更すること以外は実施例13と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例14の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例14)であった。
実施例14の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、実施例13と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例13と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
実施例13における液晶ポリエステル1(75質量部)及びポリアミド6(25質量部)を、液晶ポリエステル1(90質量部)及びポリアミド6(10質量部)に変更すること以外は実施例13と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例15の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例15)であった。
実施例15の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、実施例13と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例13と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
実施例13〜15における67質量部の炭素繊維を、表2に示す各配合量のガラス繊維(日東紡株式会社製、RS110QL483AC、Eガラス、数平均繊維径17μm)にそれぞれ変更した以外は、実施例13〜15と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、実施例16〜18の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(ガラス繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例16〜18)であった。
実施例16〜18の液晶ポリエステル樹脂ペレットを用いて、実施例13と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を作製した。また、実施例13と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表2に示した。
上記<液晶ポリエステル1の製造>で得られた液晶ポリエステル1及び炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィルCFチョップ、TR03M、PAN系炭素繊維、カット長6mm、引張強度4830MPa、引張伸度1.9%、数平均繊維径7μm)を、100質量部対25質量部の配合量の割合で、二軸押出機(池貝鉄工株式会社製 「PCM−30」、シリンダー温度:300℃)に供給し、溶融混練した後、液晶ポリエステル樹脂組成物からなる円柱形状(長さ3mm)の、比較例1の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を作製した。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例1の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度360℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は0.31mmであった。ノッチなし試験片中の繊維状フィラー(炭素繊維)100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合は、1.0%であった。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。これらの結果を表3に示した。
比較例1における液晶ポリエステル1及び炭素繊維の配合量を、表3に示す各配合量にそれぞれ変更した以外は、比較例1と同様にして、円柱形状(長さ3mm)の比較例2〜3の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。ただし、比較例4の組成では、二軸押出機内で組成物が詰まり、溶融混錬および造粒することができなかった。比較例2、3で得られたペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例2〜3の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、比較例1と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片に成形した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表3に示した。
比較例1における25質量部の炭素繊維を、表3に示す各配合量のガラス繊維(日本電気硝子株式会社製、T747N、Eガラス、カット長3mm、数平均繊維径17μm)にそれぞれ変更した以外は、比較例1と同様にして、円柱形状(長さ3mm)の、比較例5〜8の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を作製した。比較例5〜8で得られたペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例5〜8の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、比較例1と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片に成形した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表3に示した。
上記<液晶ポリエステル2の製造>で得られた液晶ポリエステル2及び炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィルCFチョップ、TR03M、PAN系炭素繊維、カット長6mm、引張強度4830MPa、引張伸度1.9%、数平均繊維径7μm)を、表3に示す配合量の割合で、二軸押出機(池貝鉄工株式会社製、「PCM−30」、シリンダー温度:350℃)に供給し、溶融混練した後、液晶ポリエステル樹脂組成物からなる円柱形状(長さ3mm)の、比較例9の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を作製した。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例9の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度380℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は0.20mmであった。ノッチなし試験片中の繊維状フィラー(炭素繊維)100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合は、0.0%であった。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。これらの結果を表3に示した。
比較例9における67質量部の炭素繊維を、67質量部のガラス繊維(日本電気硝子株式会社製、T747N、Eガラス、カット長3mm、数平均繊維径17μm)に変更した以外は、比較例9と同様にして、円柱形状(長さ3mm)の、比較例10の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例10の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を用いて、比較例9と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片に成形した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表3に示した。
上記<液晶ポリエステル3の製造>で得られた液晶ポリエステル3及び炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィルCFチョップ、TR03M、PAN系炭素繊維、カット長6mm、引張強度4830MPa、引張伸度1.9%、数平均繊維径7μm)を、表4に示す配合量の割合で、二軸押出機(池貝鉄工株式会社製、「PCM−30」、シリンダー温度:300℃)に供給し、溶融混練した後、液晶ポリエステル樹脂組成物からなる円柱形状(長さ3mm)の、比較例11の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を作製した。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例11の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度320℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
比較例11における67質量部の炭素繊維を、67質量部のガラス繊維(日本電気硝子株式会社製、T747N、Eガラス、カット長3mm、数平均繊維径17μm)に変更した以外は、比較例11と同様にして、円柱形状(長さ3mm)の、比較例12の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を作製した。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は1mm未満であった。
比較例12の液晶ポリエステル樹脂ペレットを用いて、比較例11と同様にして、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片に成形した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、ノッチなし試験片中の繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
<ノッチなし試験片の製造>
炭素繊維強化ポリプロピレンの樹脂ペレット(ダイセルポリマー株式会社製、プラストロン、PP-CF40-01、PP−CF40wt%、ペレット長8mm)を、成形温度230℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度50℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
<ノッチなし試験片の製造>
ガラス繊維強化ポリプロピレンの樹脂ペレット(日本ポリプロ株式会社製、ファンクスター、LR24A、PP−GF40wt%、ペレット長10mm)を、成形温度230℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度50℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
<ノッチなし試験片の製造>
炭素繊維強化ポリアミド66の樹脂ペレット(ダイセルポリマー株式会社製、プラストロン、PA66−CF40−02、PA66-CF40wt%、ペレット長9mm)を、成形温度310℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧50MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
<ノッチなし試験片の製造>
ガラス繊維強化ポリアミド66の樹脂ペレット(ダイセルポリマー株式会社製、プラストロン、PA66−GF50−01、PA66−GF50wt%、ペレット長9mm)を、成形温度310℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
<液晶ポリエステル樹脂ペレットの製造>
・樹脂構造体を得る工程
前記ベルト式引取機(引取部127)を10m/minの引取速度で作動させることにより、繊維ロービング10から繊維束11として、炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィル(登録商標)CFトウ、TR50S15L、PAN系炭素繊維、引張強度4900MPa、引張伸度2.1%、数平均繊維径7μm)を、引取速度10m/minで連続的に繰り出しながら、まず、予備加熱部121で、200℃に加熱して乾燥させた。
別途、前記押出機を用いて、上記<液晶ポリエステル1の製造>で得られた液晶ポリエステル1(20質量部)及びポリアミド6(宇部興産株式会社製、UBEナイロン(登録商標)、1013B)(80質量部)を330℃に加熱して溶融状態に調製した(樹脂材料M)。
次に、前記押出機の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、乾燥後の繊維11を供給しつつ、前記押出機から溶融状態の樹脂材料Mを供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、液晶ポリエステル1を330℃で溶融させ、炭素繊維に液晶ポリエステル1を含浸させた。樹脂材料Mの含浸量は、ダイ(含浸部123)の出口の穴径の大きさを変更することにより調整した。100質量部の樹脂材料Mに対して25質量部の前記炭素繊維に含浸させて、前記炭素繊維が液晶ポリエステル樹脂層の長手方向に略平行に配列した樹脂構造体13を得た。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
次に、冷却後のストランド状の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)で引取速度10m/minで連続的に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に長さ12mmで切断して、円柱形状(長さ12mm)の、比較例17の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mmであった。
比較例17の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度330℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
比較例17における液晶ポリエステル1(20質量部)及びポリアミド6(80質量部)を、液晶ポリエステル1(50質量部)及びポリアミド6(50質量部)に変更し、炭素繊維(25質量部)を、ガラス繊維(日東紡株式会社製、RS110QL483AC、Eガラス、数平均繊維径17μm)(67質量部)に変更した以外は、比較例17と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、比較例18の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は12mmであった。
比較例18の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度330℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
比較例17における液晶ポリエステル1(20質量部)及びポリアミド6(80質量部)を、液晶ポリエステル1(70質量部)及びポリアミド6(30質量部)に変更し、炭素繊維(25質量部)を、炭素繊維(67質量部)に変更した以外は、比較例17と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、比較例19の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は12mmであった。
比較例19の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度330℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
比較例17における液晶ポリエステル1(20質量部)及びポリアミド6(80質量部)を、液晶ポリエステル1(70質量部)及びポリアミド6(30質量部)に変更し、炭素繊維(25質量部)を、ガラス繊維(日東紡株式会社製、RS110QL483AC、Eガラス、数平均繊維径17μm)(67質量部)に変更した以外は、比較例17と同様にして、円柱形状(長さ12mm)の、比較例20の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。ペレット中に含まれる繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は12mmであった。
比較例20の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を、成形温度330℃の射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)に投入し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpm、保圧100MPa、背圧0MPaにて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)を作製し、この試験片から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。また、実施例1と同様にして、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチなし試験片中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長、及びシャルピー衝撃強度の結果を表4に示した。
実施例1〜18、比較例1〜3、5〜20の、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片について、ISO 2818、JIS K7144に準拠し、それぞれ、ノッチ角度45°、深さ2mmのノッチ加工を施した。ノッチ加工にはノッチングツール(東洋精機株式会社製、型式A−4)これらのノッチあり試験片を用いて、ISO179−1、JIS K7111−1に準拠し、ハンマー2.0J、4.0Jを採用して、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチあり試験片のシャルピー衝撃強度は、5回測定の平均値を採用した。シャルピー衝撃強度及びノッチ感度の結果を表1〜表4に示した。
実施例1〜18の液晶ポリエステル樹脂成形体である試験片は、ノッチ感度が小さいので、その試験片と同じ組成の液晶ポリエステル樹脂組成物を用いて成形される成形体の設計自由度が確保できる。
また、繊維状フィラーが炭素繊維の場合、同様の観点から繊維状フィラー中の単糸数が10000本以上100000本以下が好ましく、10000本以上50000本以下がより好ましく、10000本以上30000本以下がさらに好ましい。
前記押出機を用いて、上記<液晶ポリエステル3の製造>で得られた液晶ポリエステル3を340℃に加熱して溶融状態に調製した。
次に、実施例1と同様に、前記押出機の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、繊維11として、乾燥後の炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、パイロフィル(登録商標)CFトウ、TR50S15L、PAN系炭素繊維、引張強度4900MPa、引張伸度2.1%、数平均繊維径7μm)を供給しつつ、前記押出機から溶融状態の液晶ポリエステル3(樹脂材料M)を供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、液晶ポリエステル3を340℃で溶融させ、100質量部の液晶ポリエステル3に対して67質量部の炭素繊維に含浸させて、前記炭素繊維が液晶ポリエステル樹脂層の長手方向に略平行に配列した樹脂構造体13を得た。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
次に、冷却後の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)で引取速度10m/minで連続的に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に長さ12mmで切断して、円柱形状(長さ12mm)の、実施例11の液晶ポリエステル樹脂ペレット15を得た。繊維状フィラー(炭素繊維)の長さ加重平均繊維長は12mm(実施例11)である。
Claims (4)
- 液晶ポリエステルを含む熱可塑性樹脂と、繊維状フィラーとを含有する液晶ポリエステル樹脂成形体であって、
前記熱可塑性樹脂100質量部に対して、前記繊維状フィラーを1質量部以上120質量部以下含有し、
前記熱可塑性樹脂100質量%に対する前記液晶ポリエステルの含有割合が、75質量%以上100質量%以下であり、
前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が0.7mm以上である液晶ポリエステル樹脂成形体。 - 前記液晶ポリエステルが、下記式(1)、(2)又は(3)で表される繰返し単位を含み、
下記式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量に対する下記式(1)で表される繰返し単位の含有量が、30モル%以上100モル%以下であり、
下記式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量に対する下記式(2)で表される繰返し単位の含有量が、0モル%以上35モル%以下であり、
下記式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位の合計量に対する下記式(3)で表される繰返し単位の含有量が、0モル%以上35モル%以下である、請求項1に記載の液晶ポリエステル樹脂成形体。
(1)−O−Ar1−CO−
(2)−CO−Ar2−CO−
(3)−X−Ar3−Y−
(式(1)〜(3)中、Ar1は、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基を表し、Ar2及びAr3は、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基又は下記式(4)で表される基を表す。X及びYは、それぞれ独立に、酸素原子又はイミノ基を表す。Ar1、Ar2及びAr3で表される前記基にある水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)−Ar4−Z−Ar5−
(式(4)中、Ar4及びAr5は、それぞれ独立に、フェニレン基又はナフチレン基を表す。Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基を表す。) - 前記繊維状フィラーが炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の液晶ポリエステル樹脂成形体。
- 前記繊維状フィラー100%に対する繊維長さ1mm以上の繊維状フィラーの含有割合が、8%以上100%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶ポリエステル樹脂成形体。
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