JP3588106B2 - ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物 - Google Patents

Description

［産業上の利用分野］
本発明は、流動性および成形性が良好であって且つ高剛性および高強度を維持しながらも表面が滑らかな成形品を与えることができるガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物に関する。
［従来の技術］
従来、高剛性および高強度が要求されるような家具用部品、例えば椅子の脚、テーブルの脚等、ワイパー、ミラー用ステイ等の自動車部品、構造材等の用途に繊維強化ポリアミド樹脂が使われている。かかる繊維強化ポリアミド樹脂においては、ポリアミド樹脂を強化する目的で、繊維状の強化材例えばガラス繊維をポリアミド樹脂中に混合することが行なわれている。
このようなガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物から得られる成形品の機械的特性例えば剛性および強度を向上させるためには、ポリアミド樹脂の量に対するガラス繊維の混合割合を高くする必要がある。しかしながら、従来のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ガラス繊維の割合を高くすると、成形時特に射出成形時の樹脂組成物の流れが悪くなり大型部品あるいはリブ構造を有する部品の成形等が困難になるという問題があった。すなわち、ポリアミド樹脂中に混合するガラス繊維の濃度を高くすると、樹脂組成物の流れが悪くなり射出成形時に高射出圧力が必要となるばかりか、薄肉部分が未充填になりやすく特に大型部品やリブ構造の部品の射出成形性が著しく損なわれていた。
このほかポリアミド樹脂中へのガラス繊維の混合濃度を高めた場合には、ガラス繊維が成形品の表面に浮き出てしまい成形品の表面外観を損ねるという問題もあった。
［発明が解決しようとする課題］
そこで本発明の目的は、高剛性および高強度の成形品が得られ、しかも複雑で細かい部分を有する成形品または大きな部品をも通常の射出成形装置によって成形することができ、且つなめらかな表面外観の成形品を与えることができる、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物を提供することである。
［課題を解決するための手段］
上記の目的は、ポリアミド樹脂30〜50重量部とガラス繊維70〜50重量部とを包含し、成形時の溶融樹脂粘度が1000sec^-1の剪断速度のもとで40〜150パスカル秒の範囲であることを特徴とするガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物によって達成された。
本発明において、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の成形時の溶融樹脂粘度とは、該ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物を成形して得た成形品の溶融粘度であって、絶乾時、280℃、剪断速度1000sec^-1の条件下で、キャピラリー粘度計により測定したときの粘度をいう。かかる粘度はたとえばKAYNESSキャピラリー粘度計を用いて測定することができる。測定に使用されるキャピラリー粘度計は、キャピラリーの口径が0.762mm、長さ比が20:1及びダイ流入角度の値が120゜である粘度計である。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の成形時の溶融樹脂粘度が1000sec^-1の剪断速度のもとで40パスカル秒以下の場合は、樹脂組成物が低粘度であるために成形時にバリが発生したり成形機のノズル部分からの樹脂組成物の垂れ（いわゆる鼻タレ現象）が発生するなど成形性に問題が生じ好ましくない。一方、成形時の溶融樹脂粘度が150パスカル秒以上になると、本発明の組成物のように50重量％以上のガラス繊維が充填されている樹脂組成物においては、ガラス繊維が成形品表面に浮き出ることによる外観不良等の現象があらわれるほか、射出成形時に薄肉部分において樹脂組成物が未充填となりやすいため高い射出圧力が必要となるなどの点で好ましくない。
本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の成形法としては、特に射出成形が好ましい。本発明の樹脂組成物は、特に、射出成形時の温度（通常融点より15℃ないし40℃高い温度）における溶融樹脂の粘度が1000sec^-1の剪断速度のもとで40〜150パスカル秒の範囲になるように調製することが好ましい。
本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、マトリックスであるポリアミド樹脂に通常の強化フィラーであるガラス繊維を（ポリアミド樹脂とガラス繊維との合計重量を100重量部として）最大70重量部まで充填したものである。
本発明においてマトリックスとして使用されるポリアミド樹脂は低粘度のものであることが好ましい。具体的には、絶乾時、射出成形樹脂温度（通常融点より15℃ないし40℃高い温度）で1000sec^-1において、キャピラリー粘度計により測定したときの溶融粘度が80パスカル秒以下であるような低粘度のものが好ましい。なお、溶融粘度の測定に使用されるキャピラリー粘度計は、キャピラリーの口径が0.762mm、長さ比が20:1及びダイ流入角度の値が120゜である粘度計である。このような低粘度のポリアミド樹脂は、重合時の分子量調節たとえば重合時の水分コントロールにより低分子量のポリアミドとすることによって、あるいは高分子量ポリアミドと低分子量ポリアミドとを混合することによって得ることができる。この場合の混合はペレット形状における混合でも混練時の溶融状態における混合であってもよい。
本発明でいうポリアミドとは、主鎖にアミド結合を有する重合体で、ジアミンと二塩基酸との重縮合、ラクタムの開環重合、アミノカルボン酸の重縮合によって得られる線状合成高分子であり、例えば、ナイロン６、ナイロン66、ナイロン68、610、612等またはそれらの共重合ナイロンが挙げられ、芳香族ポリアミドをも含むものである。
本発明のポリアミド樹脂組成物中のガラス繊維の量は、ポリアミド樹脂とガラス繊維との合計重量を100重量部として50〜70重量部とする。ガラス繊維の配合量が70重量部以上となる樹脂組成物の流動性および加工性（成形性）が低下すると同時に、均一な混合分散状態が得難くなり、また成形品の表面状態が悪くなるので好ましくない。
本発明においてガラス繊維としては、通常強化フィラーとして使用されるガラス繊維を用いることができる。すなわち、長繊維、短繊維ガラスの任意の形状のものが使用できる。これらのガラス繊維長は、押出機でコンパウンドする場合、スクリューのデザインを考慮するかまたはダウンストリーム方式等を採用することによって最適な繊維長にコントロールすることができる。好ましくはチョップドストランドタイプの短繊維のガラスを使用する。
本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、上記のポリアミド樹脂およびガラス繊維の他に１またはそれ以上の通常の添加物、例えば、酸化、熱および紫外線劣化に対する安定剤および禁止剤、潤滑剤および離型剤、染料および顔料を含む着色剤、核形成剤、発泡剤、可塑剤、無機充填剤、難燃剤および帯電防止剤などを目的に応じて適宜添加することができる。
本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂の溶融粘度が低いためポリアミド樹脂に混合されたガラス繊維の表面を濡らすことにより加工性および成形性が改善され、従来のように充填されたガラス繊維が成形品の表面に浮き出ることもない。
［実施例］
以下に本発明を実施例により具体的に説明する。
ナイロン66あるいはナイロン66/6共重合体（重量比85/15）からなるマトリックスに、市販のガラス短繊維（直径10ミクロン、長さ3mmチョップドストランドタイプ）をプリブレンドして添加し、2P−スターリング一軸押出機を用いて混合して、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の試料１〜18を作成した。サイドフィーダーと、適切にデザインされたスクリュウを有する二軸押出機を用いても同様の試料を得ることができる。比較的小さい押出機のバレル温度は供給端で約100℃から押出機前端での約260〜270℃に上昇し、溶融樹脂温度が290〜310℃になるように設定される。試料10には熱安定剤が添加されている。
そして、これらの試料を射出成形して成形品を製造した。用いる試料はあらかじめ成形に先立って80℃で一晩真空乾燥する。試験片（3.2mm厚みを有し、ASTMD638にもとづいた引張り試験片、13mm×130mm×3.2mm曲げ試験片）は6oz.の射出成形機で成形する。保持時間は通常５〜６分であり、バレル温度は270〜280℃とし、ノズル温度は280〜290℃とする。型温度は約90℃とし、速い成形サイクル10/20又は20/20の成形サイクル（ラム前進の秒／保持の秒）で実施する。
こうして得た試料および成形品について、溶融樹脂粘度、各種の物性値および表面性を測定した。樹脂粘度は、KAYNESSキャピラリー粘度計を用いて、成形品の絶乾時（0.1〜0.15％の水分を含む）、280℃、剪断速度1000sec^-1における溶融粘度を測定した。
ここで試料１〜18の作成に使用したナイロン66あるいはナイロン66/6共重合体は、異なる分子量を有するため異なる粘度を有する。例えば、試料1,4,7,および12においては、120〜150パスカル秒の溶融粘度を有するナイロン66あるいはナイロン66/6コポリマーをポリマーマトリックスとして用いた。これら粘度の異なるポリアミド樹脂を使用し、かつ、混練条件を調節することによって、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物試料の成形時の溶融樹脂粘度を調節した。
第１表に、試料１〜18に使用したポリアミドの種類、ガラス繊維の重量％（ポリアミドとガラス繊維の合計重量を基準とした重量％）、その成形性および溶融樹脂粘度、およびこれら試料から得られた射出成形品の各種物性値や表面性を示す。ここで試料の成形性は、射出成形時の金型内での樹脂の流動性の程度を良好なものから順に、容易、普通、および困難の３段階で評価した。試料11は成形上の許容限界なものであり、限界（MARGINAL）と表わした。成形品の表面性は、表面付近に浮き出たガラス繊維に起因する表面の滑らかさの程度を肉眼で観察し、荒いおよび細かいの２段階で評価した。成形品の強度および剛性等の機械的特性については、ASTM D638、D790、D256等にもとづき、アイゾット値、引っ張り強度、伸び率（ELONGATION）、および曲げ弾性率により評価することができる。
試料１〜６はガラス繊維を50重量％添加した試料である。第１表から明らかなように、成形時の溶融樹脂粘度が40〜150パスカル秒の範囲にある本発明の試料はいずれも成形性が良く、成形品の表面性も良好であった。
試料７〜14は、ガラス繊維を60重量％添加したものである。第１表にみられるように、溶融樹脂粘度が150パスカル秒以上である比較例の試料７および12に比べ、溶融樹脂粘度が40〜150パスカル秒の範囲にある本発明の試料は、熱安定剤を添加した試料10も含めて、その成形品の良好な機械的特性を維持しつつ成形性および表面性に優れていた。比較例の試料11は、溶融樹脂粘度が34パスカル秒と低いため、良好な成形品表面外観を与えたものの、成形時にはいわゆる鼻タレ現象がみられた。なお試料７〜11については、ペレットの溶融粘度と成形用金型内の溶融樹脂の粘度との相違を示すため、試料から作成したペレットついて測定した溶融樹脂粘度も付記した。
試料15〜18は、ガラス繊維を65重量％添加したガラス強化ポリアミド樹脂組成物である。試料15〜18はいずれも溶融樹脂粘度が本発明の範囲にあり、これらの試料は成形時の流動性が良好であって且つ機械的物性に優れ表面の滑らかな成形品を与えた。
次に、芳香族ポリアミドをマトリックスとして用い上記と同様の方法でガラス繊維を配合してガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物試料を調製し、これを射出成形して成形品を製造した。この場合芳香族ポリアミドの分子量を調節することにより樹脂組成物の溶融樹脂粘度を調節した。その結果、本発明の溶融樹脂粘度の範囲の組成物は、成形性が良好であるばかりでなく、低分子量のポリアミドを使用しても高分子量のポリアミドを使用したものとほぼ同等の機械的な特性を有し且つ表面が滑らかな成形品を与えた。

［発明の効果］
以上のように本発明のガラス繊維強化ポリアミド組成物は、成形性が良好であってしかも剛性等の機械的特性および表面性に優れた成形品を与えることができる。

Claims (2)

1. ポリアミド樹脂30〜50重量部とガラス繊維70〜50重量部とを含有するポリアミド樹脂組成物であっ て、該ポリアミド樹脂組成物の成形時の溶融樹脂粘度が絶乾時（0.1〜0.15％の水分を含む）、1000sec^-1の剪断速度のもとで40〜150パスカル秒の範囲であることを特徴とするガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
2. 前記ポリアミド樹脂が、ナイロン66/ナイロン６＝100〜85/0〜85（重量比）または分子量が調節された芳香族ポリアミドからなる請求項１に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。