JP4364339B2

JP4364339B2 - インサート成形品

Info

Publication number: JP4364339B2
Application number: JP7156099A
Authority: JP
Inventors: 一史渡辺
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000265046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物に関するものである。詳しくは、耐ヒートショック性及び寸法安定性に優れた、電気・電子部品、自動車部品に用いて有用なポリブチレンテレフタレート樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ポリブチレンテレフタレート樹脂は機械的性質、電気的性質、その他物理的、化学的性質に優れ、かつ、加工性が良好であるがゆえにエンジニアリングプラスチックとして自動車、電気・電子部品等の広範な用途に使用されている。これらの部品の中にはその機能・機構の点から、ポリブチレンテレフタレート樹脂でケースを作成し、部品を内部に搭載し、その後エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂のような熱硬化性樹脂にて封止して製造されるものや、インサート成形が必要となるものが数多く存在する。インサート成形法は、樹脂の特性と金属又は無機固体（以下、金属等と略記する）の素材の特性を活かして使用するため、金属等を樹脂に埋め込む成形法であり、今では一般的な成形法の一つとなっている。
しかしながら、ポリブチレンテレフタレート樹脂と熱硬化性樹脂、あるいは金属等では温度変化による膨張や収縮率（いわゆる線膨張係数）が極端に異なることから、成形品の樹脂部が肉薄であったり、肉厚の変化の大きい部分があるもの及び成形品がシャープコーナーを有していたりするものは、成形直後に割れたり、使用中の温度変化で割れたりするトラブルが多い。このため、用途や成形品の形状等がかなり制限されたものとなっているのが現状である。
更にこれらの部品は、年々構造が複雑になってきており、樹脂のそり変形が大きいと部品の嵌合、組み付け、気密性の保持等に支障をきたす場合があるため、耐ヒートショック性の更なる改善と、なおかつ、高度な寸法安定性を有した材料が強く求められるようになってきた。
耐ヒートショック性に優れた樹脂組成物としては、特開平６−３０４９６４号公報に記載されているように熱可塑性ポリエステル樹脂に対し特定のグラフト共重合体を配合したものが提案されているが、当該組成物は寸法安定性が十分ではなく、自動車部品等への応用に際し、問題となっていた。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に鑑み、耐ヒートショック性及び寸法安定性に優れた樹脂組成物を得るべく鋭意検討した。その結果ポリブチレンテレフタレート樹脂を主体とし、これに特定の共重合体及び特定の繊維状無機充填材、さらにポリエチレンテレフタレート樹脂を配合した組成物は、熱安定性がよく、ポリブチレンテレフタレートの押出、成形温度では分解ガスあるいは蒸発ガスがほとんど出ない上に、機械的物性の大きな低下なしに耐ヒートショック性及び寸法安定性に極めて優れていることを見出し、本発明を完成するに到った。
即ち本発明は、
(A) ポリブチレンテレフタレート樹脂に対し、
(B) (a) エチレン−不飽和カルボン酸のアルキルエステル共重合体部分５〜95重量％と(b) ビニル系（共）重合体部分95〜５重量％とのグラフト共重合体１〜30重量％（全組成物中）、
(C) 断面が長手形状である非円形断面を有する繊維状充填材５〜50重量％（全組成物中）、
(D) ポリエチレンテレフタレート樹脂１〜30重量％（全組成物中）、
を配合してなるポリブチレンテレフタレート樹脂組成物に関するものである。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、順次本発明の樹脂材料の構成成分について詳しく説明する。
まず本発明の樹脂組成物の基礎樹脂である(A) ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）とは、少なくともテレフタル酸またはそのエステル形成誘導体（低級アルコールエステルなど）を含むジカルボン酸成分と、少なくとも炭素数４のアルキレングリコール（1,4 −ブタンジオール）又はそのエステル形成誘導体を含むグリコール成分とを重縮合して得られるポリブチレンテレフタレート系樹脂である。ＰＢＴ樹脂はホモＰＢＴ樹脂に限らず、ブチレンテレフタレート単位を60モル％以上（特に75〜95モル％程度）含有する共重合体（共重合ＰＢＴ樹脂）であってもよい。
共重合ＰＢＴ樹脂において、テレフタル酸及びそのエステル形成誘導体以外のジカルボン酸成分（コモノマー成分）としては、例えば、芳香族ジカルボン酸成分（イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸などの、C₆〜C₁₂アリールジカルボン酸など）、脂肪族ジカルボン酸成分（コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸などのC₄〜C₁₆アルキルジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などのC₅〜C₁₀シクロアルキルジカルボン酸など）、またはそれらのエステル形成誘導体などが例示できる。これらのジカルボン酸成分は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
好ましいジカルボン酸成分（コモノマー成分）には、芳香族ジカルボン酸成分（特にイソフタル酸などのC₆〜C₁₀アリールジカルボン酸）、脂肪族ジカルボン酸成分（特にアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸などのC₆〜C₁₂アルキルジカルボン酸）が含まれる。
1,4 −ブタンジオール以外のグリコール成分（コモノマー成分）としては、例えば、脂肪族ジオール成分〔例えば、アルキレングリコール（エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3 −ブチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3 −オクタンジオールなどのC₂〜C₁₀アルキレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのポリオキシC₂〜C₄アルキレングリコールなど）、シクロヘキサンジメタノール、水素化ビスフェノールＡなどの脂環式ジオールなど〕、芳香族ジオール成分〔ビスフェノールＡ、4,4 −ジヒドロキシビフェニルなどの芳香族アルコール、ビスフェノールＡのC₂〜C₄アルキレンオキサイド付加体（例えば、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド２モル付加体、ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド３モル付加体など）など〕、またはそれらのエステル形成誘導体などが挙げられる。これらのグリコール成分も単独でまたは２種以上組み合わせて使用できる。
好ましいグリコール成分（コモノマー成分）には、脂肪族ジオール成分（特に、C₂〜C₆アルキレングリコール、ジエチレングリコールなどのポリオキシC₂〜C₃アルキレングリコール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環式ジオール）が含まれる。
前記化合物をモノマー成分とする重縮合により生成するホモＰＢＴ樹脂又は共重合ＰＢＴ樹脂は、いずれも本発明の(A) 成分として使用できる。ホモＰＢＴ樹脂及び共重合ＰＢＴ樹脂は、それぞれ単独でまたは２種以上混合して使用できる。また未変性ＰＢＴ樹脂（ホモＰＢＴ樹脂）と共重合ＰＢＴ樹脂との併用も有用である。
ＰＢＴ樹脂としては、共重合ＰＢＴ樹脂の範疇に属する熱可塑性分岐ＰＢＴ樹脂も使用できる。いわゆるポリブチレンテレフタレート又はブチレンテレフタレート単量体を主体とし、多官能性化合物との反応により分岐構造を有するポリエステル樹脂である。多官能性化合物としては、芳香族多価カルボン酸成分（トリメシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸およびこれらのアルコールエステルなど）、ポリオール成分（グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなど）が例示できる。
【０００５】
次に、本発明で(B) 成分として用いるグラフト共重合体とは、(a) エチレン−不飽和カルボン酸のアルキルエステル共重合体部分５〜95重量％と(b) ビニル系（共）重合体部分95〜５重量％とのグラフト共重合体である。上記アルキルエステル共重合体(a) の具体例としては、エチレン／アクリル酸共重合体、エチレン／メタクリル酸共重合体、エチレン／アクリル酸／アクリル酸エチル共重合体、エチレン／アクリル酸エチル共重合体、エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／酢酸ビニル／アクリル酸エチル共重合体などのランダム共重合体が挙げられ、さらにこれらのアルキルエステル共重合体を混合しても使用できる。
一方、上記(a) アルキルエステル共重合体とグラフト共重合させる(b) ビニル系（共）重合体とは、例えばポリメタクリル酸メチル、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、アクリル酸ブチルとメタクリル酸メチルの共重合体、アクリル酸ブチルとスチレンの共重合体等が挙げられる。
本発明の特徴とする(B) 成分は、アルキルエステル共重合体又はビニル系共重合体が単独で用いられるのではなく、(a) の共重合体と(B) の（共）重合体が少なくとも一点で化学結合した分岐又は架橋構造を有するグラフト共重合物である点にその特徴を有し、後述の如くかかるグラフト構造を有することによって単に(a) 又は(b) の単独配合にては得られない顕著な効果を得るのである。
ここで(B) 成分のグラフト共重合体を構成するための(a) と(b) の割合は５：95〜95：５（重量比）であることが必要である。
また、本発明で用いられる(B) 成分のグラフト共重合体の製法は一般によく知られている連鎖移動法、電離放射線照射法など何れの方法によっても良いが、最も好ましくは、主鎖成分粒子中で(b) 成分の単量体とラジカル（共）重合性有機過酸化物とを共重合せしめたグラフト化前駆体を溶融混練し、重合体同士のグラフト化反応により得られるものである。その理由はグラフト効率が高く、熱による二次的凝集が起こらないため、性能の発現がより効果的であるためである。
(B) 成分は、全組成物中１〜30重量％の範囲で配合される。(B) 成分が少なすぎると本発明の目的とする耐ヒートショック性の改良効果が得られず、多すぎると熱変形温度の低下を生じ、且つ剛性等の機械的性質を阻害するため好ましくない。
【０００６】
次に、本発明で用いられる(C) 成分の断面が長手形状である非円形断面を有する繊維状充填材は、成形品の成形収縮率及び線膨張係数を低下させることにより、耐ヒートショック性、寸法安定性を向上させるために必須とされる成分である。
この断面が長手形状を有する非円形断面である繊維状充填材としては、図１〜図３に示すような長円形、楕円形、繭形等の断面のものが使用される。これらの断面の細長比（図１〜図３のａ：ｂ）は1.5 ：１〜６：１に選定され、好ましくは 2.5：１〜４：１に選定される。この細長比が 1.5より小さいと、即ち円形に近づくと断面を偏平にした効果が少なくなり、逆に６よりも大きくすると繊維が偏平になりすぎ割れやすくなって強度が低下する。
かかる繊維状充填材としては、ガラス繊維、アスベスト繊維、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、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリ繊維、さらにステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属繊維状物質が挙げられる。特に代表的な繊維状充填材は、ガラス繊維又はカーボン繊維である。
これらの充填材の使用に当たっては、必要ならば収束剤又は表面処理剤を使用することが望ましい。無機充填材(C) の使用量は、全組成物中５〜50重量％、好ましくは15〜35重量％である。使用量が過小であると耐ヒートショック性の向上効果が少なく、過大であると成形作業が困難になる。
【０００７】
更に本発明では(D) ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）を添加することにより、耐ヒートショック性、寸法安定性に優れたポリブチレンテレフタレート樹脂組成物を得ることが出来る。
ＰＥＴ樹脂は、少なくともテレフタル酸またはそのエステル形成誘導体を含むジカルボン酸成分と、少なくとも炭素数２のアルキレングリコール（エチレングリコール）またはそのエステル形成誘導体を含むグリコール成分とを重縮合反応して得られるポリエチレンテレフタレート系樹脂であり、ホモＰＥＴ樹脂に限らず、エチレンテレフタレート単位を60モル％以上（特に75〜95モル％程度）含有する共重合体（共重合ＰＥＴ）樹脂であってよい。共重合ＰＥＴ樹脂において、テレフタル酸及びそのエステル形成誘導体以外のジカルボン酸成分（コモノマー成分）としては、例えば、芳香族ジカルボン酸成分（イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸などのC₆〜C₁₂アリールジカルボン酸など）、脂肪族ジカルボン酸成分（コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸などのC₅〜C₁₀シクロアルキルジカルボン酸など）、芳香族ヒドロキシカルボン酸（ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシナフトエ酸など）、またそれらのエステル形成誘導体などが例示できる。
好ましいジカルボン酸成分（コモノマー成分）には、芳香族ジカルボン酸成分（特にイソフタル酸などのC₆〜C₁₀アリールジカルボン酸）、脂肪族ジカルボン酸成分（特にアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸などのC₆〜C₁₂アルキルジカルボン酸が含まれる。
エチレングリコール以外のグリコール成分（コモノマー成分）としては、脂肪族ジオール成分〔例えば、アルキレングリコール（プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3 −ブチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3 −オクタンジオールなどのC₃〜C₁₀アルキレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのポリオキシC₂〜C₄アルキレングリコールなど）、シクロヘキサンジメタノール、水素化ビスフェノールＡなどの脂環式ジオールなど〕、芳香族ジオール成分〔ビスフェノールＡ、4,4'−ジヒドロキシビフェニルなどの芳香族アルコール、ビスフェノールＡのC₂〜C₄アルキレンオキサイド付加体（例えば、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド２モル付加体、ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド３モル付加体など）など〕、またはそれらのエステル形成誘導体などが挙げられる。これらのグリコール成分も単独でまたは２種以上組み合わせて使用できる。
好ましいグリコール成分（コモノマー成分）には、脂肪族ジオール成分（特にC₃〜C₆アルキレングリコール、ジエチレングリコールなどのポリオキシC₂〜C₃アルキレングリコール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環式ジオール）が含まれる。
ホモＰＥＴ樹脂及び共重合ＰＥＴ樹脂は、それぞれ単独でまたは２種以上混合して使用できる。
更に共重合ＰＥＴ樹脂のコモノマーユニットは、芳香族ジカルボン酸残基（特に少なくともC₃〜C₁₀アルキレングリコール残基、ポリオキシC₂〜C₃アルキレングリコール残基）から選択された少なくとも１種である。共重合ＰＥＴ樹脂には、イソフタル酸共重合ＰＥＴ樹脂（イソフタル酸変性ＰＥＴ樹脂）などが含まれる。
なお、ＰＥＴ樹脂としては、分岐ＰＢＴ樹脂と同様に、芳香族多価カルボン酸成分及び／またはポリオール成分を用いて得られる分岐構造の熱可塑性ＰＥＴ樹脂も使用可能である。
ポリエチレンテレフタレート樹脂(D) の使用量は、全組成物中１〜30重量％、好ましくは10〜20重量％である。使用量が過小であると耐ヒートショック性、寸法安定性の向上効果が少なく、過大であると成形サイクルの増大を招き好ましくない。
【０００８】
さらに本発明で用いる樹脂組成物には、その目的に応じた所望の特性を付与するために、一般に熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂に添加される公知の物質、即ち酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、難燃剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、及び結晶化促進剤、結晶核剤等を配合することが可能である。
【０００９】
本発明で用いる樹脂組成物の調製は、従来の樹脂組成物調製法として一般に用いられる設備と方法を用いて容易に調製できる。例えば、1)各成分を混合した後、１軸又は２軸の押出機により練り混み押出してペレットを調製し、しかる後成形する方法、2)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、3)成形機に各成分の１又は２以上を直接仕込む方法等、何れも使用できる。また、樹脂成分の一部を細かい粉体として、これ以外の成分と混合して添加する方法は、これらの成分の均一配合を図る上で好ましい方法である。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
尚、以下の例に示した物性評価の測定法は次の通りである。
▲１▼引張強伸度
ASTM D-638に準拠して測定を行った。
▲２▼耐ヒートショック性
ペレットを用いて樹脂温度 260℃、金型温度65℃、射出時間25秒、冷却時間10秒で、試験片成形用金型（縦22mm、横22mm、高さ51mmの角柱内部に、縦18mm、横18mm、高さ30mmの鉄芯をインサートする金型）に、一部の樹脂部の最小肉厚が１mmとなるようにインサート射出成形し、インサート成形品を製造した。得られたインサート成形品について、冷熱衝撃試験機を用いて 140℃にて１時間30分加熱後、−40℃に降温して１時間30分冷却後、さらに 140℃に昇温する過程を１サイクルとする耐ヒートショック試験を行い、成形品にクラックが入るまでのサイクル数を測定し、耐ヒートショック性を評価した。
▲３▼そり変形量
ペレットを用いて、樹脂温度 270℃、金型温度65℃、射出時間20秒、冷却時間10秒で、縦80mm、横80mm、厚み２mmの平板を成形した。その後、三次元測定機マイクロコードＡ121 （（株）ミツトヨ製）を使用して、そり変形量を測定した。▲４▼成形収縮率
そり変形量を測定したものと同一の平板を使用し、３次元測定機を使用して、流動方向、直角方向各々の寸法を測定し、金型寸法との比を成形収縮率とした。
【００１１】
比較例１〜２
(A) 成分として固有粘度0.8dl/g のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、(B) 成分のグラフト共重合体としてエチレン−アクリル酸エチル共重合体70重量部とメタクリル酸メチル−アクリル酸ブチル共重合体30重量部とのグラフト共重合体（E/EA-g-BA/MMA 、モディパーＡ5300：日本油脂製）、(C) 成分の非円形断面を有する繊維状充填材として断面が繭形形状であるガラス繊維（CSH3PA860S：日東紡績製）とを表１に示す割合で混合した混合物を調製し、30mmφ押出機を用いて 260℃で溶融混練して押出し、ペレット化した。次いで射出成形により各種試験片を作成し、上記物性の評価を行った。結果を表１に示す。
実施例１〜３
比較例１の組成物に、更に(D) 成分としてポリエチレンテレフタレート（ベルペットIFG8L ：鐘紡製）を表１に示す割合で混合した後、押出機を用いてペレット状組成物を調製し、上記物性の評価を行った。結果を表１に示す。
比較例３〜６
更に、比較のため、表１に示すように、グラフト共重合体を配合しない場合（比較例３）、本発明の非円形断面を有するガラス繊維に代えて円形断面を有するガラス繊維を用いた場合（比較例４）、本発明のグラフト共重合体に代えてエチレン−アクリル酸エチル共重合体（EEA ）を用いた場合（比較例５〜６）について上記実施例と同様にしてペレット状組成物を調製し、上記物性の評価を行った。結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
上記表１の結果からも明らかなように、特定のオレフィン系グラフト共重合体及び、非円形断面を有する繊維状充填材、ポリエチレンテレフタレートを添加することにより、極めて耐ヒートショック性及び寸法安定性の良好なポリブチレンテレフタレート組成物が得られることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物は、極めて耐ヒートショック性及び寸法安定性に優れ、特に自動車工業の分野、例えばイグニッションシステムやディストリビューターの部品等に好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の(C) 成分である断面が長手形状である非円形断面を有する繊維状充填材の１例を示す図である。
【図２】本発明の(C) 成分である断面が長手形状である非円形断面を有する繊維状充填材の別の１例を示す図である。
【図３】本発明の(C) 成分である断面が長手形状である非円形断面を有する繊維状充填材の更に別の１例を示す図である。

Claims

(A) ポリブチレンテレフタレート樹脂に対し、
(B) (a) エチレン−不飽和カルボン酸のアルキルエステル共重合体部分５〜95重量％と(b) ビニル系（共）重合体部分95〜５重量％とのグラフト共重合体５〜10重量％（全組成物中）、
(C) 断面が長手形状である非円形断面を有する繊維状充填材15〜35重量％（全組成物中）、
(D) ポリエチレンテレフタレート樹脂10〜20重量％（全組成物中）、
を配合してなるポリブチレンテレフタレート樹脂組成物と金属または無機固体とをインサート成形してなるインサート成形品。
(C) 成分を構成する充填材がガラス繊維である請求項１記載のインサート成形品。