JP5294848B2 - 樹脂組成物および該樹脂組成物により製造される自動車アンダーフード部品 - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス長繊維によって強化された樹脂組成物および該樹脂組成物により製造される自動車アンダーフード部品に関するものである。
ガラス繊維を配合した強化熱可塑性樹脂組成物は、機械的特性(衝撃強度や曲げ特性等)および成形加工性に優れる。よって各種部品の製造に用いられる、金属材料の代替品となり得る。そのため、部品の軽量化や部品点数を削減することができる。ガラス長繊維を配合した強化熱可塑性樹脂組成物は成形した時の繊維の損傷が少ないことから、特に機械的強度に優れた成形品を提供する成形材料として知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
一方、ポリアミドは、自動車、機械関連、建材および住宅設備部品などに広く利用されている熱可塑性樹脂である。ポリアミドを含む樹脂組成物では熱安定性、耐候性の向上のため、ポリアミドの末端基比を規定することが開示されている(例えば、特許文献3、4、5参照)。
自動車部品は熱による劣化が生じ易い。しかし熱安定性に優れた樹脂組成物を原料として用いれば、得られる部品の製品寿命は長くなる。その目的のために添加される熱安定剤としては、銅化合物とヨウ素化合物の例が開示されている(例えば、特許文献3、4,5参照)。
しかしながら、通常の自動車部品より長期間高温下で使用されたり、他の金属部品との密着性、気密性が要求される自動車アンダーフード部品(例えば、エンジンヘッドカバー、オイルパン、チェーンカバー、オイルフィルターブラケット、クランクシャフトブラケット等)には、更に高い熱安定性に加え、耐衝撃性や寸法安定性などが要求される。この点で従来の樹脂組成物は不充分であった。
特公昭63−37694号公報 特開平5−162124号公報 特開平6−32979号公報 特開2003−55549号公報 特開2002−179910号公報
耐衝撃性、熱安定性、耐クリープ性に優れた樹脂組成物を提供することを目的とする。さらに、当該樹脂組成物を射出成形することにより、流動方向に対する直角方向の機械的特性の低下が抑えられ、流動方向と流動方向に対する直角方向の成形収縮率の異方性、反りが少ない自動車アンダーフード部品を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の末端基量を有するポリアミド(A)と特定の形状のガラス繊維(B)に、銅化合物(C)とハロゲン化合物(D)を特定の割合で含有する、ガラス長繊維で強化された樹脂組成物が有効であることを見出し本発明に至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
ポリアミド(A)30〜90質量%、ガラス繊維(B)70〜10質量%、銅化合物(C)及びハロゲン化合物(D)を含む樹脂組成物であり、ポリアミド(A)の末端カルボキシル基濃度と末端アミノ基濃度の合計が100ミリ当量/kg以上200ミリ当量/kg以下であり、かつ末端カルボキシル基濃度が末端アミノ基濃度より高く、ガラス繊維(B)の繊維径が10〜20μmで、かつ重量平均繊維長が5〜30mmであり、ポリアミド(A)に対する銅の含有量が30ppm以上200ppm以下、ハロゲンと銅のモル比(ハロゲン/銅)が5より大きく、25以下であり、
ハロゲン化合物(D)がヨウ素化合物であり、該樹脂組成物中において20μm以下の最大粒子径で存在していることを特徴とする樹脂組成物
[2
ポリアミド(A)がポリアミド66であることを特徴とする[1]記載の樹脂組成物。

ポリアミド(A)が半芳香族ポリアミドであることを特徴とする[1]記載の樹脂組成物。

ポリアミド(A)がポリアミド66/6C共重合体であることを特徴とする[1]記載の樹脂組成物。

ポリアミド(A)がポリアミド66とポリアミド612の混合物であることを特徴とする[1]記載の樹脂組成物。

ポリアミド(A)と銅化合物(C)とハロゲン化合物(D)とを溶融混練して溶融混合物を得る工程と、
その溶融混合物をガラス繊維(B)のロービングに含浸させて、ストランドを得る工程と、
該ストランドをペレタイズしてペレットを得る工程と、
を有するプルトルージョン法により得られることを特徴とする[1]〜[]のいずれかに記載の樹脂組成物。

ポリアミド(A)と銅化合物(C)とハロゲン化合物(D)とを溶融混練して溶融混合物を得る工程と、
その溶融混合物をガラス繊維(B)のロービングに含浸させる工程と、
溶融混合物が含浸したガラス繊維ロービングを撚りを掛けながら引き取ってストランドを得る工程と、
該ストランドをペレタイズしてペレットを得る工程と、
により得られることを特徴とする[1]〜[]のいずれかに記載の樹脂組成物。

ペレット形状であり、ガラス繊維(B)の重量平均繊維長が、ペレット長より長いことを特徴とする、[1]〜[]及び[]のいずれかに記載の樹脂組成物。

ポリアミド(A)30〜90質量%、ガラス繊維(B)70〜10質量%、銅化合物(C)及びハロゲン化合物(D)を含み、ポリアミド(A)の末端カルボキシル基濃度と末端アミノ基濃度の合計が100ミリ当量/kg以上200ミリ当量/kg以下であり、かつ末端カルボキシル基濃度が末端アミノ基濃度より高く、ガラス繊維(B)の繊維径が10〜20μmで、かつ重量平均繊維長が1.5〜5mmであり、ハロゲン化合物(D)が20μm以下の最大粒子径のヨウ素化合物であり、ポリアミド(A)に対する銅の含有量が30ppm以上200ppm以下、ハロゲンと銅のモル比(ハロゲン/銅)が5より大きく、25以下であることを特徴とする成形品。
10
[1]〜[]のいずれかに記載の樹脂組成物を射出成形してなる自動車アンダーフード部品。
本発明により、耐衝撃性に優れ、長期間高温下で使用されても機械的特性に優れ、高いクリープ性能等を有する樹脂組成物が得られる。該樹脂組成物を射出成形してなる成形品においても上記物性は維持される。このため該成形品は製品寿命が長い。さらに該成形品は、成形収縮率の異方性、反りが少ない。よって自動車エンジンルーム内で使用される部品、例えば、エンジンヘッドカバー、オイルパン、チェーンカバー等の金属部品の代替が可能となる。これは、部品の軽量化にもつながる。
本発明について、以下具体的に説明する。
ポリアミド(A)は、末端基の要件を満たしていれば特に制限はない。具体的には、ε−カプロラクタム、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘキサメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、ビス(3−メチルー4−アミノシクロヘキシル)メタン等を適宜組み合わせて得られるホモポリマー単独、共重合体単独、ホモポリマー同士の混合物、共重合体同士の混合物、共重合体とホモポリマーの混合物等を用いることができる。
このようなポリアミドの具体例としては、例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミドMXD6、ヘキサメチレンジアミンとイソフタル酸を重合してなるポリアミド(ポリアミド6I)、イソフタル酸とビス(3−メチルー4−アミノシクロヘキシル)メタンを重合してなるポリアミド(ポリアミドPACMI)などのホモポリマー、アジピン酸とイソフタル酸とへキサメチレンジアミンを重合してなるポリアミド(ポリアミド66/6I共重合体)、アジピン酸とテレフタル酸とへキサメチレンジアミンを重合してなるポリアミド(ポリアミド66/6T共重合体)、アジピン酸とシクロヘキサンとへキサメチレンジアミンを重合してなるポリアミド(ポリアミド66/6C共重合体)、イソフタル酸とテレフタル酸とヘキサメチレンジアミンを重合してなるポリアミド(ポリアミド6I/6T共重合体)、アジピン酸とイソフタル酸とテレフタル酸とヘキサメチレンジアミンを重合してなるポリアミド(ポリアミド66/6I/6T共重合体)、テレフタル酸と2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミンと2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミンを重合してなるポリアミド(ポリアミドTMDT共重合体)、イソフタル酸とテレフタル酸とヘキサメチレンジアミンとビス(3−メチルー4−アミノシクロヘキシル)メタンを重合してなる共重合ポリアミド、およびイソフタル酸とテレフタル酸とヘキサメチレンジアミンとビス(3−メチルー4−アミノシクロヘキシル)メタンを重合してなる共重合ポリアミドとポリアミド6の混合物、ポリアミドMXD6とポリアミド66の混合物等が挙げられる。
なかでも、ポリアミド66やポリアミド66/6C共重合体、ポリアミド66/6C/6I共重合体、ポリアミド66/6T共重合体、ポリアミド66/6T/6I共重合体などの半芳香族ポリアミドは、融点が高くより熱安定性の必要な部品、例えば自動車エンジンルーム内で使用される部品に好適である。
また、ポリアミド66/6I共重合体や、ポリアミドMXD6などの半芳香族ポリアミドや、これらの半芳香族ポリアミドと他の脂肪族ポリアミドとの混合物は、その共重合比、混合比により結晶化温度を適宜制御できる。これにより成形品表面へのガラス繊維の露出を防ぐことができる。よって、外観に優れた成形品を得たい場合に好適である。
ポリアミド66とポリアミド612やポリアミド610などのエチレン鎖の長いポリアミドとの混合物は、高温度水中下での耐加水分解性に優れることから、温水などに曝される部品、例えば、自動車エンジンルーム内の冷却器系統部品に好適である。また寒冷地に散布される融雪剤である塩化カルシウムに対する耐久性の点からもエチレン鎖の長いポリアミド612は特に好適である。
ポリアミド(A)の重合方法は周知の方法を用いることができる。例えば、熱溶融法、ジカルボン酸ハライド成分とジアミン成分を用いた溶液法などが挙げられる。中でも熱溶融法が最も効果的であり、重合形態としてはバッチ式でも連続式でもよい。重合装置も特に制限されるものではなく、公知の装置例えば、連続型反応器、オートクレーブ型反応器、タンブラー型反応器、ニーダーなどの押出し機型反応器が使用できる。
本発明におけるポリアミド(A)は、末端アミノ基濃度と末端カルボキシル基濃度の合計が、ガラス長繊維束への樹脂の含浸性の観点から100ミリ当量/kg以上である。機械的特性の観点から200ミリ当量/kg以下である。より好ましい末端アミノ基濃度と末端カルボキシル基濃度の合計は、110〜150ミリ当量/kg以下であり、特に好ましい範囲は115〜140ミリ当量/kg以下である。また、本発明のポリアミド(A)は溶融混練時の押出し機内や射出成形時のシリンダー内での熱安定性や、熱安定性を付与させるための銅化合物の析出を抑える観点から末端カルボキシル基濃度が末端アミノ基濃度より高い必要がある。
末端アミノ基濃度の測定方法としては、例えば、所定量の試料を90%フェノール水溶液に溶解して、25℃にて1/50N塩酸で電位滴定し算出する方法が挙げられる。
末端カルボキシル基濃度の測定方法としては、例えば、所定量の試料を160℃のベンジルアルコールに溶解して、指示薬にフェノールフタレインを使用し、1/10N−NaOHのエチレングリコール溶液で滴定し、算出する方法が挙げられる。
ポリアミド(A)の末端アミノ基濃度の制御は、ポリアミドの原料モノマーに更に、モノカルボン酸、ジカルボン酸、モノアミン、ジアミンを一種又は複数種を末端基調整剤として所定量添加(配合)することにより可能である。末端基調整剤の具体的な例としては、
モノカルボン酸:酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ウンデカン酸、トリデシル酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ピバリン酸、イソブチル酸、シクロヘキサンカルボン酸、安息香酸、トルイル酸、α−ナフタレンカルボン酸、β−ナフタレンカルボン酸、メチルナフタレンカルボン酸、フェニル酢酸等;
ジカルボン酸:マロン酸、ジメチルマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、2−メチルアジピン酸、トリメチルアジピン酸、ピメリン酸、2,2−ジメチルグルタル酸、3,3−ジエチルコハク酸、アゼライン酸、セバシン酸、スベリン酸、ドデカン二酸、エイコジオン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、2−クロロテレフタル酸、2−メチルテレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ジグリコール酸等;
モノアミン:メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ステアリルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、アニリン、トルイジン、ジフェニルアミン、ナフチルアミン等;
ジアミン:テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、ノナンメチレンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、5−メチルノナメチレンジアミン、2,4−ジメチルオクタメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、3,8−ビス(アミノメチル)トリシクロデカン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5,−トリメチルシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン、アミノエチルピペラジン等;
が挙げられる。酢酸、アジピン酸、ヘキシルアミン、ヘキサメチレンジアミン等を用いることが、生産性の点で好ましい。
ポリアミド(A)の水分は、特に限定されない。ただし、溶融時のポリアミドの分子量上昇を抑えるため、ペレット水分率0.1質量%以上であることが好ましく、ポリアミド溶融時の加水分解を抑えるためにペレット水分率0.5質量%以下に調整したものを用いて、溶融混練するのが好ましい。
ガラス繊維(B)の繊維径は、樹脂の含浸性の観点から10μm以上、機械的特性の観点から20μm以下である。より好ましいガラス繊維平均径は、10〜17μm、特に好ましい範囲は13〜17μmである。
ガラス繊維(B)の繊維径は以下のように測定する。
(i)電気炉で800℃で樹脂成分が実質上なくなるまで燃焼除去する。
(ii)得られたガラス繊維にポリエチレングリコールを用いて、スライドグラス上に、破損が無いよう静かに伸ばす。
(iii)これを光学顕微鏡にて観察し、無作為に選んだ約50〜100本のガラス繊維の太さを旭化成株式会社製画像解析装置IP−1000を用いて測定し、組成物ペレット中の数平均ガラス繊維径を求める。
樹脂組成物中のガラス繊維(B)の重量平均繊維長は、5mm〜30mmの範囲である。重量平均繊維長が、5mm以上であれば、得られる射出成形品で補強効果が発揮される。
特に高温雰囲気下で優れた熱安定性を発揮する。具体的には曲げ強度やクリープ性能に優れ、長い製品寿命を有する成形品が得られる。また、例えば射出成形時の流動方向と、流動方向に対する直角方向の成形収縮率の異方性や反りが小さくなる。これは、部品設計の上で大きな利点となる。さらに、直角方向の強度低下が抑えられることで、製品寿命の延長や、ゲートの位置をより自由に選択可能になるという利点が得られる。重量平均繊維長が30mm以下であれば、成形加工時に当該樹脂組成物を供給する際、特別な装置等を用いなくても容易に供給可能である。より好ましい重量平均繊維長の範囲は8mm〜20mm、特に好ましい範囲は10mm〜15mmである。
また樹脂組成物の成形品の中の重量平均繊維長は、1.5mm〜5mm程度が好ましい。より好ましい範囲は2mm〜4mmである。例えば、連続したガラス繊維ロービングを用い、公知のプルトルージョン法によれば、重量平均繊維長が当該ガラス長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の範囲となる樹脂組成物を製造することができる。より好ましくは、特開2003−175512号公報に記載された、ガラス繊維に撚りを付与するように工夫されたプルトルージョン法によって製造する方法である。
本願で言うペレット長とは、ストランド状の樹脂組成物をストランドに対し直角に切断してペレットにしたときの、切断面と切断面間の距離を言う。樹脂組成物の一形態であるペレットにした場合、ガラス繊維(B)の重量平均繊維長がペレット長より長いことが、ガラス繊維の補強効果を得る点と、ガラス繊維と樹脂組成物の含浸性を向上させる点から好ましい。
樹脂組成物中のポリアミド(A)の配合割合は30〜90質量%である。ポリアミド(A)をガラス長繊維束に十分に含浸させるために30質量%以上である。十分な機械的特性を得るために90質量%以下である。より好ましくは、35〜75質量%、特に好ましいのは66〜40質量%である。また、ガラス繊維(B)の配合割合は、70〜10質量%である。十分な機械的特性を得るためには、ガラス繊維(B)が10質量%以上である必要がある。また、ガラス長繊維束にポリアミド(A)を十分に含浸させるためには、ガラス繊維(B)が70質量%以下である必要がある。より好ましくは、65〜25質量%であり、特に好ましいのは、60〜34質量%である。
ガラス繊維(B)は、上記物性を満足していれば特に制限はない。通常の強化熱可塑性樹脂に使用されているものを使うことができる。
また、ガラス繊維(B)の表面には、カップリング剤、集束剤等を適宜付着させたものを用いる。カップリング剤の具体例としては、アミノ系カップリング剤、エポキシ系カップリング剤、クロル系カップリング剤、および、カチオン系シランカップリング剤、アミノシラン系カップリング剤等である。具体例としては、無水マレイン酸系、ウレタン系、アクリル系、の集束剤が挙げられる。または無水マレイン酸、ウレタン類、アクリル類の共重合体や混合物を含有する集束剤等が挙げられる。
銅化合物(C)としては、例えば、ヨウ化銅、臭化第一銅、臭化第二銅、塩化第一銅、酢酸銅、プロピオン酸銅、安息香酸銅、アジピン酸銅、テレフタル酸銅、イソフタル酸銅等が挙げられ、その中でもヨウ化銅及び酢酸銅が好ましく、特にヨウ化銅が好ましい。
ハロゲン化合物(D)としては例えば、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化アンモニウム、臭化カリウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどが挙げられ、その中でもヨウ化カリウムが好ましい。これらの化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
また、ハロゲン化合物(D)の組成物中における最大粒子径は、ペレット製造時及び、射出成形時のガラス繊維損壊防止の観点から、20μm以下である。より好ましい粒子径は、15μm以下、特に好ましくは10μm以下である。
組成物中のハロゲン化合物(D)粒子径の測定方法は下記のとおりである。
(i)ペレット又は、成形品断面を研磨する。
(ii)元素分析装置付き走査型電子顕微鏡にて解析、ヨウ素化合物や臭素化合物などのハロゲン化合物を同定する。
(iii)無作為に選択したハロゲン化合物の粒子100〜200個の粒子径を測定し、数平均粒子径及び最大粒子径を求める。
銅化合物(C)とハロゲン化合物(D)に含まれる銅の濃度は、熱安定性の観点からポリアミド(A)に対して30ppm以上である必要があり、かつ200ppm以下であれば、充分な熱安定性を付与し、ポリアミド溶融時の銅金属析出と変色を制御することが可能である。より好ましい範囲は50ppm≦銅≦180ppmであり、特に好ましい範囲は90ppm≦銅≦140ppmである。
また、樹脂組成物中のハロゲンと銅のモル比(ハロゲン/銅)が5より大きく、25以下である。ポリアミド溶融時の銅金属析出抑制の観点から、5<ハロゲン/銅である。射出成形後の成形品からのハロゲン溶出を抑え、さらに、射出成形機スクリュウの腐食発生を抑えるために25≧ハロゲン/銅である。より好ましい範囲は10≦ハロゲン/銅≦25であり、特に好ましい範囲は10≦ハロゲン/銅≦22である。
銅の定量方法は下記のようにして行う。
(i)樹脂組成物からガラスを除いた成分で0.5gになるよう秤量し濃硫酸を20ml加え、ヒーター上で湿式分解する。
(ii)冷却後、過酸化水素5mlを加え、ヒーター上で加熱し、全量が2〜3mlになるまで濃縮する。
(iii)冷却後、純水で500mlとしたサンプルをThermoJarrellAsh製IRIS/IPを用いて、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析により定量する。
ハロゲンの定量は、下記のようにして行った。
(i)試料(ペレットまたは成形品)を精秤し、酸素置換したフラスコの中に入れ、燃焼分解させる。
(ii)燃焼時に発生したガスを吸収液(超純水25mlに抱水ヒドラジン一滴含有)に吸収させる。
(iii)この吸収液を定容後、イオンクロマトグラフ法にて測定した。
測定装置にダイオネクス製ICS−2000、カラム:IonPacAG18AS18、検出器:電気伝導度検出器を用いた。測定条件は、溶離液:KOHグラジエント、溶離液注入量:50μl、である。下式にて試料中濃度を算出した。
試料中濃度(wt%)=[吸収液測定結果(ppm)−ブランク試験結果(ppm)]×(25ml×1000)/(試料採取量(mg)×10000)
樹脂組成物には、必要に応じ本発明の目的を損なわない範囲に於いて熱可塑性樹脂に添加される酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光劣化防止剤、可塑剤、滑剤、離型剤、核剤、難燃剤、着色染・顔料等を添加することもできるし、他の熱可塑性樹脂をブレンドしても良い。
銅化合物(C)やハロゲン化合物(D)、その他の添加剤は、ポリアミドの重合時に添加したり、単軸または二軸押出し機により、樹脂組成物を製造する際に溶融混練しても良い。また、本発明の樹脂組成物を成形する際にマスターバッチブレンドを用いて射出成形機シリンダー内にて溶融混練しても良い。
本発明では、公知のプルトルージョン法や、特開2003−175512号公報に記載された、ガラス繊維に撚りを付与するように工夫されたプルトルージョン法により、ポリアミド(A)、銅化合物(C)及びハロゲン化合物(D)にガラス繊維(B)を含む樹脂組成物を製造する。
本発明の自動車アンダーフード部品とは、自動車ボンネットより下に位置する部品である。特にエンジンルーム内、サスペンション周辺の各部品において、他の金属部品との気密性を含む密着性、接合性が要求される部品である。例えば、シリンダーヘッドカバー、オイルパン、チェーンカバー、オイルフィルターブラケット、クランクシャフトブラケット、インテークマニホールド、サージタンク、パワステオイルタンク、エアサスペンションタンク、ラジエータタンク、エンジンマウント、トルクロッドなどが挙げられる。これらは射出成形法にて成形される。またガスアシスト射出成形法や溶融中駒法(melt-core molding)などによる特殊な成形法も選択できる。また複数の成形品から振動溶着や超音波溶着、レーザー溶着、熱版溶着などの二次加工によって得ることもできる。
以下、実施例および比較例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。実施例、比較例で用いた原材料、評価方法を以下に示す。
<原材料>
(A)ポリアミド
A−1:ポリアミド66
アミノ末端基濃度44ミリ当量/kg、カルボキシル末端基濃度81ミリ当量/kg、(蟻酸溶液粘度η:2.78)
A−2:ポリアミド66/6I(82/18wt%)共重合体
アミノ末端基濃度45ミリ当量/kg、カルボキシル末端基濃度123ミリ当量/kg、(蟻酸溶液粘度η:2.51)
A−3:ポリアミド66/6T(80/20wt%)共重合体
アミノ末端基濃度45ミリ当量/kg、カルボキシル末端基濃度68ミリ当量/kg、(蟻酸溶液粘度η:2.90)
A−4:ポリアミド66
アミノ末端基濃度83ミリ当量/kg、カルボキシル末端基濃度44ミリ当量/kg、(蟻酸溶液粘度η:2.79)
なお、蟻酸溶液粘度は、98±0.05%硫酸にて樹脂分1.0g/dlの濃度でポリアミド(A)を溶解し、25℃雰囲気下においてオズワルド粘度管を用いて測定した。
(B)ガラス繊維
B−1:日本電気硝子株式会社製 ロービング状ガラス繊維 T−428
繊維径17μm フィラメント状ガラス繊維約4200本を集束
B−2:日本電気硝子株式会社製 ロービング状ガラス繊維 T−428
繊維径10μm フィラメント状ガラス繊維約3200本を集束
B−3:日本電気硝子株式会社製 ロービング状ガラス繊維 T−428
繊維径13μm フィラメント状ガラス繊維約3800本を集束
(C)銅化合物
C−1:和光純薬工業株式会社製 ヨウ化銅
(D)ハロゲン化合物
D−1:和光純薬工業株式会社製 ヨウ化カリウム
D−2:和光純薬工業株式会社製 臭化カリウム
(C・D)上記の銅化合物、ハロゲン化合物の顆粒状混合物。粒径は破砕し、メッシュを用いて調整した。
C・D−1:
ヨウ化カリウム(20〜200μm)85質量部とエチレンビスステアリルアマイド10質量部とヨウ化銅(平均粒子2μm)5質量部を混合し、最大粒子径5μmとなるまで粉砕した。ポリアミド(A−1)100質量部に対して、該粉砕物24質量部を溶融混練して顆粒状混合物を得た。
溶融条件:二軸押出し機(2軸同方向スクリュー回転型、L/D=60、
L:スクリュー長さ、D:スクリュー径、D=φ30)
スクリュー回転数:100rpm
シリンダー温度:280℃
C・D−2:最大粒子径が15μmとなるまで粉砕した以外はC・D−1と同様の方法で
顆粒状の混合物を得た。
C・D−3:最大粒子径が50μmとなるまで粉砕した以外はC・D−1と同様の方法で
顆粒状の混合物を得た。
C・D−4:最大粒子径が30μmとなるまで粉砕した以外はC・D−1と同様の方法で
顆粒状の混合物を得た。
なお、本発明では、C・D−1、C・D−2、C・D−3、C・D−4の添加時の粒径と、成形品中の粒径は変化がなかった。
粒径が小さすぎて測定ができなかった場合は、表1、表2中で、「観察できず」と示した。
本願の分析方法では、0.01μm以下の粒径は分析不可能である。
<ペレットの製造方法>
(1)撚りを付与したプルトルージョン法(実施例、参考例、比較例1〜5、比較例7〜9)
溶融装置:Coperion社製2軸押出機ZSK25
バレル温度:310℃
スクリュー回転数:300rpm
ペレット製造装置:特開2003−175512号公報に詳述される株式会社神戸製鋼所製の長繊維強化樹脂製造装置。クロスヘッドに樹脂含浸用ローラーを供えたもの。
ポリアミド(A)、銅化合物(C)、ハロゲン化合物(D)を溶融混合した。該溶融混合物をクロスヘッドに供給した。2本のロービング(ガラス繊維束)であるガラス繊維(B)を、ロービング台から溶融混合物が充満するクロスヘッドへ導入した。クロスヘッド内で溶融混合物を含浸されたガラス繊維はノズルより連続的に引き抜かれる。1本のストランドとして引き抜かれた、溶融混合物が含浸されたガラス繊維を、水冷バス中で冷却固化した。その後ペレタイザーで長さ約10mmの、直径約3mmの円筒状ペレットを得た。ストランドが引き取られる際、ストランドの引き取り方向を軸にストランドを回転させ撚りを付与した。
樹脂組成物中のガラス繊維(B)含有率の調整は、ガラス繊維ロービングの引き取り速度および、溶融混合物(ただし、比較例7はポリアミド(A)のみである)の吐出量を制御して行った。
得られたペレットを評価した。
(2)ダイレクトGF添加法(比較例6,10)
溶融装置:Coperion社製ZSK40MC2軸押出機
スクリュー回転数:480rpm
バレル温度:295℃
吐出量:90kg/hr
溶融混合物の投入量45kg/hrとし、ガラス繊維含有率を約50質量%になるよう調整した。
2本のロービング(ガラス繊維束)であるガラス繊維(B)を、ロービング台から該押出機のバレルの樹脂溶融位置より下流側に直接導入した。直径5mmのダイス出口から押出されたガラス繊維を連続的に得、水冷固化させた後、ペレタイザーにて、長さ約10mm、直径約3mmのペレットを得た。
<評価方法>
(1)ガラス繊維含有率:得られたペレットを、ISO3451−4に準ずる、燃焼法でガラス繊維含有率を求めた。
(2)重量平均繊維長
(a)ペレット
装置:旭化成株式会社製画像解析装置IP−1000
サンプル:下記処理を行ったペレット中のガラス繊維。
(i)電気炉で800℃で樹脂成分が実質上なくなるまで燃焼除去する。
(ii)残渣をポリエチレングリコールを用いて、スライドグラス上に、破損がないよう静かにのばす。
(iii)光学顕微鏡観察で、無作為に選んだ約300〜500本のガラス繊維を測定し、重量平均繊維長を求める。
(b)成形品
(i)ペレットを用い、下記方法で射出成形する。
射出成形装置:日精樹脂工業株式会社製FN3000射出成形機
シリンダー温度:310℃
金型温度:80〜120℃
充填時間:約1秒になるよう射出圧力、速度を適宜調整
成形品形状:ISO178短冊状試験片
サンプル:上記(a)と同様の処理をした、試験片の切削片中のガラス繊維
(射出成形時の流動方向末端部より使用したペレットの2倍長さを切削した)
(ii)(a)と同様の方法で観察、測定を行い、成形品中の重量平均繊維長を求める。
(3)シャルピー衝撃強度
成形方法:前記(2)(b)と同様。
成形品形状:150x150x4mmの平板状試験片(ゲートサイズ:6x4mm ゲート位置:正方形状試験片の一辺の中央に位置する。)
サンプル:上記成形品を射出成形時の流動方向と直角方向に切り出したもの。
ISO179−1に準じてシャルピー衝撃強度を測定した。値が高い方が好適である。
(4)曲げ破断強さ、曲げ弾性率
成形方法:前記(2)(b)と同様。
事前処理条件:120℃下に1Hr放置
測定温度:120℃
ISO178に準じて曲げ特性を評価した。曲げ破断強さ、曲げ弾性率の値が高い方が熱安定性が優れる。
(5)耐熱安定性(曲げ破壊強さ)
成形方法:前記(2)(b)と同様
測定装置:エスペック株式会社製ハイテンプオーブンPHH−201
事前処理条件:200℃にて2,000Hr放置
測定温度:23℃
ISO178に準じて曲げ破壊強さの測定を行った。値が高い方が熱安定性に優れる。
(6)クリープ破壊応力
成形方法:前記(2)(b)と同様
サンプル:ASTM D1822に準ずる試験片を射出成形時の流動方向と試験片評価方向が直角となるよう切出したもの
装置:安田精機製作所製6連クリープ試験機、型式:145−PC
サンプルの120℃雰囲気下における引っ張り破壊強さに対して60〜90%の範囲で任意に荷重を負荷させる。負荷応力に対する破壊までの時間のプロットを、対数近似により、応力負荷時間1000Hrにて破壊する応力値を導く。値の高い方がクリープ特性に優れる。
(7)成形品収縮率
成形方法:前記(2)(b)と同様
処理条件:23℃、50%相対湿度下で24時間静置
測定個所:射出成形時の流動方向と直角方向
金型基準寸法:成形時の金型温度における金型の寸法
(i)成形品の寸法をノギスで0.1mmの精度で測定する。
(ii)各測定方向の試験片の寸法と金型基準寸法の差を金型基準寸法で除した値に100を乗じた数値を成形品収縮率とした。成形品収縮率の値が低いと好適である。また流動方向と直角方向の収縮率の比が1に近い方が好適である。このとき、流動方向と直角方向の収縮率の比が1に近いほど、成形収縮率の異方性がない、という。
(8)反り
(i)ペレットを用い、下記方法で射出成形する。
射出成形装置:三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社製650MG−110射出成形機
シリンダー温度:310℃
金型温度:80〜120℃
充填速度:約100cc/secになるよう射出圧力、速度を適宜調整
金型:旭化成ケミカルズ株式会社所有のシリンダーヘッドカバー
サンプル形状:長手方向寸法450mm、幅方向160mm、高さ方向75mm、平均厚み4mm寸法
(ii)上記成形品を下記条件で測定する
処理条件:23℃、50%相対湿度下で24時間静置
測定装置:株式会社ミツトヨ製の3次元測定器AE122MICROCOORD、解析ソフトGEOPACK700
定盤の上でサンプルががたつかないよう固定させ、金属部品と接合するフランジ面上にできるだけ広範囲となるよう任意の3点を設定し、仮想平面とする。次いでフランジ面上に等間隔に40点を設定し、補正平面とする。得られた補正平面と測定点との垂直距離Zを算出する。垂直距離Zの最大絶対値を最大反り量とした。最大反り量の小さいものが優れる。
(9)腐食度:ペレットを下記条件で測定した。
乾燥条件:80℃、24時間
炭素鋼:SS400、20mm×10mm×2mm
(i)乾燥させたペレットを金属性密閉容器に入れ、その中央に樹脂ペレットと接触するように表面研磨を施した炭素鋼を入れる。
(ii)金属容器内をチッソ置換した後に、雰囲気温度280℃のオーブン中に6時間放置させる。
(iii)充分冷却させた後に炭素鋼を取り出し、炭素鋼の表面を金属顕微鏡にて損傷部分を観察した。腐食無しを:○、腐食による変色発生を:△、腐食による損壊発生を×とした。
(10)未解繊ガラス個数
サンプル:染料にて黒着色した以外は前記(2)(b)と同様の方法で得た成形品50枚。
サンプル表面を観察し、樹脂に含浸せずに浮き出たガラス繊維の個数を測定した。
[実施例1]
ポリアミド(A)としてA−1を選択した。その重合時に銅化合物(C)としてC−1、ハロゲン化合物(D)としてD−1を添加した。添加量は、ポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20になるように調整した。ガラス繊維(B)としてはB−1を用いた。その含有率は50質量%に調整した。ペレットの製造方法(1)に基づいて得られたペレットを前記の方法により、評価を行った。
[実施例2]
ガラス繊維の含有率を約30質量%に調整した以外は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[実施例3]
ガラス繊維の含有率を約65質量%に調整した以外は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[実施例4]
A−2のポリアミド66/6I重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が100ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20のポリアミドを得た。ガラス繊維としてはB−2を用いた。組成物作成時の押出機バレル温度を290℃にした。その他は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[実施例5]
ガラス繊維含有率を約30質量%とした以外は、実施例4と同様の方法でペレットを得た。
[実施例6]
A−3のポリアミド66/6T重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が100ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で15のポリアミドを得た。ガラス繊維としてはB−1を用いた。組成物作成時の押出機バレル温度を320℃にした。その他は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[実施例7]
ペレットの作成時に二軸押出し機にてA−1のポリアミド66樹脂とC・D−1の混合物をポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20になるよう調整して同時に投入した。その他は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[実施例8]
銅化合物とヨウ素化合物にC・D−2を用いた以外は、実施例7と同様の方法でペレットを得た。
[実施例9]
ストランドの引き取りの際、ストランドに撚りをかけずにペレットを作成した以外は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
参考例1
ペレットの作成時に二軸押出し機にてA−1のポリアミド66樹脂とC・D−3の混合物をポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20になるよう調整して同時に投入した。その他は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[実施例10
A−1のポリアミド66重合時にC−1、D−2を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、臭素/銅の比がモル比で7のポリアミドを得た以外は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
参考例2
ペレットの作成時に二軸押出し機にてA−1のポリアミド66樹脂とC・D−4の混合物をポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20になるよう調整して同時に投入した。その他は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[比較例1]
A−1のポリアミド66重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が10ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20となるポリアミドを用いた以外は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[比較例2]
A−1のポリアミド66重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が10ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20となるポリアミドを用いた以外は、実施例2と同様の方法でペレットを作成した。
[比較例3]
A−1のポリアミド66重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で5となるポリアミドを用いた以外は、実施例3と同様の方法でペレットを作成した。
[比較例4]
A−1のポリアミド66重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が250ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20となるポリアミドを用いた以外は、比較例1と同様の方法でペレットを得た。
[比較例5]
A−4のポリアミド66重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20となるポリアミドを用い、ガラス繊維としてB−3を用いた以外は、実施例1と同様の方法でペレットを得た。
[比較例6]
ペレットの製造方法(2)で製造した。その他は、比較例5と同様にしてペレットを得た。
[比較例7]
A−2のポリアミド66/6Iの重合時にC−1及びD−1を添加しないポリアミドを用いた以外は、実施例4と同様の方法でペレットを得た。
[比較例8]
A−2のポリアミド66/6I重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が10ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20となるポリアミドを用いた以外は、実施例5と同様の方法でペレットを作成した。
[比較例9]
A−3のポリアミド66/6T重合時にC−1、D−1を添加しポリアミド(A)に対し銅濃度が10ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20となるポリアミドを用いた以外は、実施例6と同様の方法でペレットを作成した。
[比較例10]
ペレットの作成時に二軸押出し機にてA−1のポリアミド66樹脂とC・D−3の混合物をポリアミド(A)に対し銅濃度が130ppm、ヨウ素/銅の比がモル比で20になるよう調整して同時に投入した。その他は、比較例6と同様の方法でペレットを得た。
実施例1〜10、参考例1〜2の評価結果を表1に、比較例1〜10の評価結果を表2に示す。
実施例1、2と比較例1、2をそれぞれ同一径のガラス繊維で、含有率も同じ同士で比較すると、実施例1、2の方が、熱安定性に優れている。
実施例4,5と比較例7,8を比較すると実施例4,5の方が、熱安定性に優れる。
実施例6と比較例9の比較においても、前記同様の効果が熱安定性に認められる。
実施例1、3、9と比較例3、4をそれぞれ同一ガラス含有率同士で比較すると、実施例1、3、9の方が、腐食度に優れている。
実施例1、9と比較例5、6を比較すると、比較例5に対し、熱安定性に優れており、比較例6に対し、曲げ強さ、曲げ弾性率、耐衝撃性、成形収縮率、成形品最大反り量に優れている。
実施例8、参考例1、参考例2を比較すると、実施例8、参考例2、参考例1、の順に、衝撃強さや反り変形量、クリープ破壊応力が優れていることがわかる。ハロゲン化合物(D)の粒径により、ガラス繊維の損壊の程度に差が生じているためと思われる。
銅化合物とヨウ素化合物の含有量が本発明の要件を満足し、かつ末端基濃度が本発明の範囲にあれば腐食度が優れることがわかる。
また、末端基濃度が本発明の要件を満足し、かつ銅化合物とヨウ素化合物の含有量が本発明の範囲にあれば性能が十分に発揮されることがわかる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2006年4月27日出願の日本特許出願(特願2006−123636)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明により、長期間高温下で使用され、他の金属部品との密着性、気密性を要求される自動車アンダーフード部品の分野において好適に利用できる。

Claims (10)

  1. ポリアミド(A)30〜90質量%、ガラス繊維(B)70〜10質量%、銅化合物(C)及びハロゲン化合物(D)を含む樹脂組成物であり、ポリアミド(A)の末端カルボキシル基濃度と末端アミノ基濃度の合計が100ミリ当量/kg以上200ミリ当量/kg以下であり、かつ末端カルボキシル基濃度が末端アミノ基濃度より高く、ガラス繊維(B)の繊維径が10〜20μmで、かつ重量平均繊維長が5〜30mmであり、ポリアミド(A)に対する銅の含有量が30ppm以上200ppm以下、ハロゲンと銅のモル比(ハロゲン/銅)が5より大きく、25以下であり、
    ハロゲン化合物(D)がヨウ素化合物であり、該樹脂組成物中において20μm以下の最大粒子径で存在していることを特徴とする樹脂組成物。
  2. ポリアミド(A)がポリアミド66であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  3. ポリアミド(A)が半芳香族ポリアミドであることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  4. ポリアミド(A)がポリアミド66/6C共重合体であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  5. ポリアミド(A)がポリアミド66とポリアミド612の混合物であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  6. ポリアミド(A)と銅化合物(C)とハロゲン化合物(D)とを溶融混練して溶融混合物を得る工程と、
    その溶融混合物をガラス繊維(B)のロービングに含浸させて、ストランドを得る工程と、
    該ストランドをペレタイズしてペレットを得る工程と、
    を有するプルトルージョン法により得られることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の樹脂組成物。
  7. ポリアミド(A)と銅化合物(C)とハロゲン化合物(D)とを溶融混練して溶融混合物を得る工程と、
    その溶融混合物をガラス繊維(B)のロービングに含浸させる工程と、
    溶融混合物が含浸したガラス繊維ロービングを撚りを掛けながら引き取ってストランドを得る工程と、
    該ストランドをペレタイズしてペレットを得る工程と、
    により得られることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の樹脂組成物。
  8. ペレット形状であり、ガラス繊維(B)の重量平均繊維長が、ペレット長より長いことを特徴とする、請求項1〜及びのいずれかに記載の樹脂組成物。
  9. ポリアミド(A)30〜90質量%、ガラス繊維(B)70〜10質量%、銅化合物(C)及びハロゲン化合物(D)を含み、ポリアミド(A)の末端カルボキシル基濃度と末端アミノ基濃度の合計が100ミリ当量/kg以上200ミリ当量/kg以下であり、かつ末端カルボキシル基濃度が末端アミノ基濃度より高く、ガラス繊維(B)の繊維径が10〜20μmで、かつ重量平均繊維長が1.5〜5mmであり、ハロゲン化合物(D)が20μm以下の最大粒子径のヨウ素化合物であり、ポリアミド(A)に対する銅の含有量が30ppm以上200ppm以下、ハロゲンと銅のモル比(ハロゲン/銅)が5より大きく、25以下であることを特徴とする成形品。
  10. 請求項1〜のいずれかに記載の樹脂組成物を射出成形してなる自動車アンダーフード部品。
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