JP2022182295A

JP2022182295A - ポリアミド樹脂からなるシート素材

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Publication number: JP2022182295A
Application number: JP2021089775A
Authority: JP
Inventors: 是高芹沢; Koretaka Serizawa; 和人甲斐; Kazuto Kai; 義美小針; Yoshimi Kobari
Original assignee: Toray Plastics Precision Co Ltd
Current assignee: Toray Plastics Precision Co Ltd
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-12-08

Abstract

【課題】ポリアミド樹脂からなるシート素材において、ポリアミド樹脂の特性を保持しつつ、吸水性を低下させることで、幅広い環境条件で安定した機械強度や寸法を維持する。【解決手段】温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であり、厚みが０．０１～５．０ｍｍである１種類以上のポリアミド樹脂からなるシート素材。【選択図】図１

Description

本発明は、ポリアミド樹脂からなるシート素材に関する。

ポリアミド樹脂からなるシート素材は、ポリアミド樹脂が持つ耐摩耗性や耐薬品性といった優れた特性を活かし、産業用途における摺動部材や建築用途における補強部材等に幅広く使用されているとともに、一軸延伸することで機械強度も飛躍的に向上するため、産業用ベルトの心体等にも使用されている。

しかしながら、ポリアミド樹脂はその分子構造に起因して高い吸水性を持つため、吸水によりシート素材の機械強度が低下したり、寸法変化や変形が発生する。シート素材の変形は、摺動部材としては変形部位への応力集中により異常摩耗等につながり、補強部材としては変形による接着剤の剥離等につながる。また、ベルト心体としては強度低下のほか、寸法変化による動力伝達・搬送能力への悪影響もあり、必ずしも満足のいくシート素材を得られていない現状にある。

この様な問題を解決するため、低吸水性樹脂や無機充填材を添加することで吸水性を低下させたり、寸法変化を抑制する方法が提案されている。

特許文献１では、ポリアミド樹脂とポリエーテル樹脂の共重合体からなり、温度変化による機械的性質の変化が小さく、使用温度環境が幅広い動力伝達用ベルト心体を提供している。

また、特許文献２では、ポリアミド樹脂にポリプロピレン樹脂を添加することで、実使用下において低吸水性かつ製品外観に優れた成形品を提供している。

特公平７－２０６７８号公報特開平６－１００７７５号公報

従来のポリアミド樹脂製シート素材は、低吸水性樹脂を添加することで吸水を抑制しており、ポリアミド樹脂が持つ本来の特性を損なっていたり、無機充填材を添加するため、十分な一軸延伸が出来ず、機械強度も不十分であった。

したがって、本発明の課題は、ポリアミド樹脂の特性を保持しつつ、吸水性を抑えたポリアミド樹脂製シート素材の提供である。

上記目的を達成するため、本発明は次の構成を有する。

温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であり、厚みが０．０１～５．０ｍｍである１種類以上のポリアミド樹脂からなるシート素材。

本発明によれば、自然環境下での使用において、地域や季節、天候の違いによって変動する吸水の影響による強度変化や寸法変化を抑制したポリアミド樹脂製シート素材を提供可能となる。吸水性を低下させることで、幅広い環境条件で安定した機械強度や寸法を維持することが出来る。このシート素材は従来から使用されていた産業機械や製造設備、建築部材だけでなく、吸水による問題を解消したことで、安全性や安定性を強く求められる自動車や船舶等の輸送機器や、食品・医療分野などへも適用できる。

本発明のポリアミド樹脂からなるシート素材の模式図である。本発明のポリアミド樹脂からなるシート素材におけるシート形状の変形を示す模式図である。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であり、厚みが０．０１～５．０ｍｍである１種類以上のポリアミド樹脂からなるシート素材である。

本発明のシート素材は図１に示すような形態をしており、図１は押出方向に長さ１０００ｍｍでカットした幅３４０ｍｍ、厚み０．２ｍｍのシート素材の模式図である。

本発明における平衡吸水率とは、シート素材を温度・湿度が一定の条件下で吸水による質量の変化が無くなるまで静置し、その状態におけるシート素材の質量に対して、吸収している水の質量の比率であり、下記式で示される。

平衡吸水率（％）＝水の質量／（シート素材の質量＋水の質量）×１００。

本発明のポリアミド樹脂からなるシート素材は、寸法安定性の観点から温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であり、０．５～２．１％がより好ましく、１．０～２．０％がさらに好ましい。また、温度４０℃、相対湿度８０％における平衡吸水率が３．７％以上であると、吸水による寸法変化の影響が大きくなり、シート形状の変形等が発生する。

図２は吸水による寸法変化の影響で、シート側面に波打ち状の変形が発生したシート素材の模式図であり、この様な変形が発生するとシート素材としての利用に支障をきたす。

成形加工性の観点から、シート素材の厚みは０．０１～５．０ｍｍであり、０．１～３．０ｍｍがより好ましく、０．２～２．０ｍｍがさらに好ましい。

厚みが０．０１～５．０ｍｍであるシート素材は、押出機により樹脂ペレットを溶融・混錬し、金型より一定方向に樹脂を押し出し、ロールに定着させることでシート状に成形することで得られる。厚みは押出機のスクリュー回転速度、押出速度、成形温度を変更することで調整が出来る。

本発明において、ポリアミド樹脂とは分子内にアミド結合をもつ環状分子が開環重合することで合成されるポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２や、ジアミンとジカルボン酸の共縮重合で合成されるポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド９Ｔなどであり、これら以外の脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミドも含まれる。また、これらポリアミド樹脂の誘導体、共重合体、混合物でもよい。このうち、低吸水性の観点からポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０がより好ましく、ポリアミド６１０がさらに好ましい。

本発明のシート素材は１種類以上のポリアミド樹脂からなり、特に、ポリアミド６１０とポリアミド６とからなるのが好ましい。ポリアミド６１０とポリアミド６との質量比（ポリアミド６１０質量：ポリアミド６質量）が、１００：０～４０：６０であることが更に、好ましい（ここで、ポリアミド６１０質量＋ポリアミド６質量＝１００とする）。

ポリアミド６１０の質量比率が４０％未満であると、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％を超える傾向にある。

また、本発明におけるシート素材は２種類以上の異なるポリアミド樹脂を用いて多層構造としてもよい。使用されるポリアミド樹脂の種類と層数に特に制限はないが、水蒸気を含む大気と接触する表層部に低吸水性ポリアミド樹脂を用いることで、効率的に吸水を抑制することが出来る。

多層構造のシート素材は、フィードブロック法やマルチマニホールド法等によって得られるが、これらに限定されるものではない。

本発明において、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水状態のシート素材の押出方向における３％ひずみ時の引張強度Ａ（ＭＰａ）が、温度１０℃、相対湿度２０％における平衡吸水状態では引張強度Ｂ（ＭＰａ）に、温度４０℃、相対湿度８０％における平衡吸水状態では引張強度Ｃ（ＭＰａ）にそれぞれ変化する時、引張強度Ａ～Ｃ（ＭＰａ）で示される強度変化率は６０％以下であることが好ましい。５５％以下であることがより好ましく、５０％以下であることがさらに好ましい。

強度変化率（％）＝（引張強度Ｂ－引張強度Ｃ）／引張強度Ａ×１００。

強度変化率が６０％を超えると補強部材やベルト心体としては環境による強度変化が大きくなるため、用途として適さなくなる。

強度変化率を６０％以下とするには、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であるポリアミド樹脂からなるシート素材を適用することにより可能である。

本発明において、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水状態のシート素材の押出方向における寸法Ａ（ｍｍ）が、温度１０℃、相対湿度２０％における平衡吸水状態では寸法Ｂ（ｍｍ）に、温度４０℃、相対湿度８０％における平衡吸水状態では寸法Ｃ（ｍｍ）にそれぞれ変化する時、寸法Ａ～Ｃ（ｍｍ）で示される寸法変化率は１．０％以下であることが好ましい。０．８％以下であることがより好ましく、０．６％以下であることがさらに好ましい。

寸法変化率（％）＝（寸法Ｃ－寸法Ｂ）／寸法Ａ×１００。

寸法変化率が１．０％を超えると補強部材としては寸法変化による接着剤の剥離につながり、ベルト心体としては動力伝達・搬送能力の低下につながる傾向にある。

寸法変化率を１．０％以下とするには、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であるポリアミド樹脂からなるシート素材を適用することにより可能である。

本発明において、ポリアミド樹脂の特性を著しく損なわない範囲で、ポリアミド樹脂に対して、少なくとも１種類以上の添加剤を０．１～２０質量％添加することが可能である。添加剤としては滑剤、核剤、難燃剤、着色剤、分散剤、可塑剤、中和剤、改質剤、耐熱剤、導電剤、帯電防止剤、耐候剤、酸化防止剤、架橋剤、発泡剤、ガラス繊維等の強化剤、補強剤、ポリアミド樹脂以外の熱可塑性樹脂、エラストマー等を挙げることができる。

本発明において、ポリアミド樹脂からなるシート素材を押出方向に延伸倍率１．１～１０倍で一軸延伸することが可能である。延伸倍率は２～８倍であることがより好ましく、３～５倍であることがさらに好ましい。

シート素材を押出方向に一軸延伸することにより、押出方向における引張強度は向上し、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水状態のシート素材の押出方向における３％ひずみ時の引張強度は４１ＭＰａ以上となることから、ベルト心体として使用した際に、高速伝達時に発生する応力に耐えうる、高い耐久性を示す。

シート素材の一軸延伸において、ポリアミド樹脂以外の熱可塑性樹脂やガラス繊維等の強化剤などの非相溶性の添加剤は、延伸工程におけるシート素材の破断の原因となることから、添加量はポリアミド樹脂に対して２０質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。

シート素材を一軸延伸する方法としては延伸あるいは圧延法が適しており、前者はロール間の速度差を利用して延伸する方法等があり、後者は加圧もしくは間隙を規定された一対のロール間にシート素材を通過させる方法等があるが、これらに限定されるものではなく、また２種類以上の方法を組み合わせてもよい。

以上より、本発明におけるポリアミド樹脂からなるシート素材を使用することで、自然環境下での使用において、地域や季節、天候の違いによって変動する吸水の影響による強度変化や寸法変化の抑制が可能となり、吸水性を低下させることで、幅広い環境条件で安定した機械強度や寸法の維持に寄与することができる。

以下、実施例および比較例を挙げて説明するが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。。なお、各実施例および比較例における、使用する原料、シート特性の評価条件は、次の通りである。

（使用した原料）
Ａ１：ポリアミド６１０（融点：２２５℃）
Ａ２：ポリアミド６（融点：２２５℃）
Ａ３：ε－カプロラクタム（融点：１３７℃）。

（評価に使用した機器）
Ｂ１：恒温恒湿槽（エスペックＰＤＬ－３Ｊ）
Ｂ２：精密万能試験機（島津製作所ＡＧＸ－２０ｋＮＶ）
Ｂ３：カールフィッシャー水分計（日東精工アナリテックＣＡ－３１０）。

（恒温恒湿槽による温湿条件）
Ｃ１：常温条件温度２５℃、相対湿度５０％
Ｃ２：低温条件温度１０℃、相対湿度２０％
Ｃ３：高温条件温度４０℃、相対湿度８０％。

（特性の評価方法）
Ｄ１：平衡吸水率シート素材を幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍに切り出し、恒温恒湿槽にてＣ１～Ｃ３の温湿条件下で平衡吸水状態まで調湿後、カールフィッシャー水分計にてＪＩＳ－Ｋ７２５１（２００２）に準じて吸水率を測定した。

Ｄ２：引張強度シートを延伸方向に幅２０ｍｍ×長さ２８０ｍｍに切り出し、恒温恒湿槽にてＣ１～Ｃ３の温湿条条件下で平衡吸水状態まで調湿後、精密万能試験機にてＪＩＳ－Ｋ７１６１－１（２０１４）に準じて引張試験を実施し、温度２５℃、相対湿度５０％雰囲気下における３％ひずみ時の応力を引張強度とした。

Ｄ３：強度変化率温湿条件Ｃ１～Ｃ３における引張強度から変化率を下記計算式にて算出した。
式＝（Ｃ２における引張強度－Ｃ３における引張強度）／Ｃ１における引張強度×１００。

Ｄ４：寸法恒温恒湿槽にてＣ１の温湿条件下で平衡吸水状態まで調湿したシート素材を長さ１０００ｍｍに切り出し、恒温恒湿槽にてＣ２、Ｃ３の温湿条件下で平衡吸水状態まで調湿後、寸法を測定した。

Ｄ５：寸法変化率温湿条件Ｃ１～Ｃ３における寸法から変化率を下記計算式にて算出した。
式＝（Ｃ３における寸法－Ｃ２における寸法）／１０００×１００。

Ｄ６：外観恒温恒湿槽にてＣ３の温湿条件下で平衡吸水状態まで調湿したシート素材の外観を目視で観察し、変形等が発生していないか確認する。

（実施例１）
ポリアミド６１０：Ａ１＝１００％からなるポリアミド樹脂原料を用いて、押出機により樹脂ペレットを溶融・混錬し、金型より一定方向に樹脂を押し出し、ロールに定着させることでシート状に成形した後、延伸倍率３．７倍で一軸延伸することで厚み０．２ｍｍのシート素材を得た。

このシート素材の温湿条件Ｃ１における吸水率Ｄ１は１．４２％、引張強度Ｄ２は５４．４ＭＰａであった。温湿条件Ｃ２における吸水率Ｄ１は０．９１％、引張強度Ｄ２は６０．３ＭＰａ、寸法Ｄ４は９９８．４ｍｍであった。温湿条件Ｃ３における吸水率Ｄ１は２．１１％、引張強度Ｄ２は３８．０ＭＰａ、寸法Ｄ４は１００１．９ｍｍであった。よって、強度変化率Ｄ３は４１．０％、寸法変化率Ｄ５は０．３５％であった。また、外観Ｄ６に目立った変形等は無く、平滑性を維持していた。

（実施例２）
ポリアミド６１０：ポリアミド６＝８５：１５の質量比率からなるポリアミド樹脂原料を用いて、実施例１と同様の方法でシート素材を得た。

このシート素材の温湿条件Ｃ１～Ｃ３における吸水率Ｄ１、引張強度Ｄ２、強度変化率Ｄ３、寸法Ｄ４、寸法変化率Ｄ５、は表１に記載する。また、外観Ｄ６に目立った変形等は無く、平滑性を維持していた。

（実施例３）
ポリアミド６１０：ポリアミド６＝７０：３０の質量比率からなるポリアミド樹脂原料を用いて、実施例１と同様の方法でシート素材を得た。

このシート素材の温湿条件Ｃ１～Ｃ３における吸水率Ｄ１、引張強度Ｄ２、強度変化率Ｄ３、寸法Ｄ４、寸法変化率Ｄ５は表１に記載する。また、外観Ｄ６に目立った変形等は無く、平滑性を維持していた。

（実施例４）
ポリアミド６１０：ポリアミド６＝６０：４０の比率からなるポリアミド樹脂に対して、ε－カプロラクタムを０．５質量％添加した原料を用いて、実施例１と同様の方法でシート素材を得た。

（実施例５）
ポリアミド６１０：ポリアミド６＝４０：６０の比率からなるポリアミド樹脂原料を用いて、実施例１と同様の方法でシート素材を得た。

（比較例１）
ポリアミド６１０：ポリアミド６＝３０：７０の比率からなるポリアミド樹脂原料を用いて、実施例１と同様の方法でシート素材を得た。

このシート素材の温湿条件Ｃ１～Ｃ３における吸水率Ｄ１、引張強度Ｄ２、強度変化率Ｄ３、寸法Ｄ４、寸法変化率Ｄ５は表１に記載する。また、外観Ｄ６としてシート側面に波打ち状の変形等が発生していた。

（比較例２）
ポリアミド６＝１００％からなるポリアミド樹脂原料を用いて、実施例１と同様の方法でシート素材を得た。

１ポリアミド樹脂からなるシート素材
２押出方向
３シート形状の変形が発生したシート素材
４波打ち状の変形

Claims

温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水率が２．３％以下であり、厚みが０．０１～５．０ｍｍである１種類以上のポリアミド樹脂からなるシート素材。
前記シート素材において、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水状態のシート素材の押出方向における３％ひずみ時の引張強度Ａ（ＭＰａ）が、温度１０℃、相対湿度２０％における平衡吸水状態では引張強度Ｂ（ＭＰａ）に、温度４０℃、相対湿度８０％における平衡吸水状態では引張強度Ｃ（ＭＰａ）にそれぞれ変化する時、引張強度Ａ～Ｃ（ＭＰａ）で示される強度変化率が６０％以下である請求項１に記載のシート素材。
強度変化率（％）＝（引張強度Ｂ－引張強度Ｃ）／引張強度Ａ×１００
前記シート素材において、温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水状態のシート素材の押出方向における寸法Ａ（ｍｍ）が、温度１０℃、相対湿度２０％における平衡吸水状態では寸法Ｂ（ｍｍ）に、温度４０℃、相対湿度８０％における平衡吸水状態では寸法Ｃ（ｍｍ）にそれぞれ変化する時、寸法Ａ～Ｃ（ｍｍ）で示される寸法変化率が１．０％以下である請求項１または２に記載のシート素材。
寸法変化率（％）＝（寸法Ｃ－寸法Ｂ）／寸法Ａ×１００
前記シート素材において、ポリアミド樹脂がポリアミド６１０とポリアミド６を含み、ポリアミド６１０とポリアミド６の質量比（ポリアミド６１０質量：ポリアミド６質量）が、１００：０～４０：６０である請求項１～３のいずれかに記載のシート素材。
前記シート素材において、ポリアミド樹脂に対して、少なくとも１種類以上の添加剤を０．１～２０質量％添加した請求項１～４のいずれかに記載のシート素材。
温度２５℃、相対湿度５０％における平衡吸水状態のシート素材の押出方向における３％ひずみ時の引張強度が４１ＭＰａ以上である請求項１～５のいずれかに記載のシート素材。