JP5879593B2 - レーザー溶着用樹脂組成物及びその溶着体 - Google Patents
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Description
近年、特に自動車用部品は軽量化が進んでおり、従来金属を使用していた部品の樹脂化や、樹脂製品の小型化等により、高いレベルの耐熱性を求められる場合が多くなっている。そのためガラス繊維等の充填材を配合した強化熱可塑性樹脂が多く使われ、中でもポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂は機械的強度や成形性に優れ、自動車用電子部品ケースやモーター部品筐体等に広く使用されている。
しかしながらポリカーボネート樹脂やポリスチレン系樹脂等に比べて、ポリエステル樹脂はレーザー透過性が比較的低く、また成形品に反りが出やすいことなどから、溶着強度が不十分な場合が多かった。
成形品に反りが生じる場合は、溶着時に反りを矯正するように押し付け力を加える方法も採られるが、成形品の形状によっては効率的に押し付け力を加えることが難しい場合も多く、また溶着後に押し付け力を取り除いた溶着体に残留応力が残るため、高い溶着強度が得にくい問題がある。
しかしながら、これらの手法では、成形品の反り変形等によって生じる溶着部材間の隙間等のため、十分な溶着性が得られない場合があった。
また、熱可塑性樹脂にニグロシン等のレーザー透過吸収剤を添加して、溶着性を向上させる方法(特許文献5)も提案されているが、レーザー溶着に適したポリエステル樹脂組成物については記載されていない。
すなわち、本発明によれば、以下のレーザー溶着用樹脂組成物および溶着体が提供される。
(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100質量部に対し、
(B)強化充填材5〜150質量部、(C)耐衝撃改良剤0〜20質量部、(D)エポキシ化合物0〜5質量部、(E)流動改質剤0〜10質量部、および、
(F)ニグロシン、アニリンブラック、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポルフィリン、ペリレン、クオテリレン、アゾ染料、アントラキノン、スクエア酸誘導体及びインモニウムから選ばれる1つ以上のレーザー光吸収性染料0.001〜0.2質量部
を含有し、換算吸光度a(1mm厚みに換算した、波長940nmのレーザー光に対する吸光度)が、0.2〜2であることを特徴とするレーザー溶着用樹脂組成物。
[2](A)熱可塑性ポリエステル樹脂の主成分が、ポリブチレンテレフタレートであることを特徴とする上記[1]に記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
[3](B)強化充填材が、少なくとも一部にアミノ系シランおよびエポキシ樹脂が付着したガラス繊維であることを特徴とする上記[1]又は[2]に記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
[4](B)強化充填材が、断面における長径と短径の比が1.5〜10である異方断面形状を有するガラス繊維であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
[5](C)耐衝撃改良剤が、ポリエステルエラストマー及び/又はスチレン系エラストマーであることを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
[6](C)耐衝撃改良剤が、エポキシ基を有する共重合型エラストマーであることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
[7](D)エポキシ化合物が、ビスフェノール型及び/又はノボラック型であることを特徴とする上記[1]〜[6]のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
[8](E)流動改質剤が、以下の(E−1)〜(E−4)から選ばれる少なくとも1つ以上であることを特徴とする上記[1]〜[7]のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
(E−1)スチレン系オリゴマー
(E−2)オレフィン系オリゴマー
(E−3)アクリル系オリゴマー
(E−4)多官能化合物
[10]上記[9]に記載の成形体を用いてレーザー溶着されたレーザー溶着体。
[11]溶着体が、少なくともその溶着部の一部において、溶着する際の成形体の隙間が0.1mm以上である上記[10]に記載のレーザー溶着体。
[12]成形体の端部同士を突き合わせて溶着された上記[10]又は[11]に記載のレーザー溶着体。
また、本発明のレーザー溶着用樹脂組成物は、その換算吸光度aが、0.2〜2の範囲にあるように調整されていることを特徴としており、これによりレーザー光の透過と吸収をバランスさせているので、従来のレーザー溶着のようにレーザー光透過性樹脂とレーザー光吸収性樹脂の2種を用いることなしに、1種類の樹脂材料のみでレーザー溶着が可能なポリエステル系樹脂材料を提供することが可能となる。そして、このような換算吸光度aを有することにより、本発明の樹脂組成物からの成形体が、成形時のヒケや反りにより接合用の部材間に仮に隙間がある場合、特に押し付け力を加えない状態で隙間がある場合でも、隙間が0.1mm以上、特には1mm以上もある場合であってもレーザー溶着が可能であり、実際の溶着加工において極めて優れた作業性を発揮することが可能となる。
本発明のレーザー溶着用樹脂組成物は、レーザー光による溶着に用いる樹脂組成物であって、
(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100質量部に対し、
(B)強化充填材5〜150質量部、(C)耐衝撃改良剤0〜20質量部、(D)エポキシ化合物0〜5質量部、(E)流動改質剤0〜10質量部、および、
(F)ニグロシン、アニリンブラック、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポルフィリン、ペリレン、クオテリレン、アゾ染料、アントラキノン、スクエア酸誘導体及びインモニウムから選ばれる1つ以上のレーザー光吸収性染料0.001〜0.2質量部
を含有し、その換算吸光度aが、0.2〜2であることを特徴とする。
以下に記載する各構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定して解釈されるものではない。なお、本願明細書において、「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本発明の樹脂組成物の主成分である(A)熱可塑性ポリエステル樹脂とは、ジカルボン酸化合物とジヒドロキシ化合物の重縮合、オキシカルボン酸化合物の重縮合あるいはこれらの化合物の重縮合等によって得られるポリエステルであり、ホモポリエステル、コポリエステルの何れであってもよい。
芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ビフェニル−2,2’−ジカルボン酸、ビフェニル−3,3’−ジカルボン酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルメタン−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルスルフォン−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルイソプロピリデン−4,4’−ジカルボン酸、1,2−ビス(フェノキシ)エタン−4,4’−ジカルボン酸、アントラセン−2,5−ジカルボン酸、アントラセン−2,6−ジカルボン酸、p−ターフェニレン−4,4’−ジカルボン酸、ピリジン−2,5−ジカルボン酸等が挙げられ、テレフタル酸が好ましく使用できる。
なお、少量であればこれらの芳香族ジカルボン酸と共にアジピン酸、アゼライン酸、ドデカンジオン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸や、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸および1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸を1種以上混合して使用することができる。
また、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等の芳香族ジオールも用いることができる。
本発明の樹脂組成物が含有する(B)強化充填材としては、樹脂に配合することにより得られる樹脂組成物の機械的性質を向上させる効果を有するものであり、常用のプラスチック用無機充填材を用いることができる。好ましくはガラス繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、ウォラストナイト、チタン酸カリウム繊維などの繊維状の充填材を用いることができる。また炭酸カルシウム、酸化チタン、長石系鉱物、クレー、有機化クレー、ガラスビーズなどの粒状または無定形の充填材;タルクなどの板状の充填材;ガラスフレーク、マイカ、グラファイトなどの鱗片状の充填材を用いることもできる。
なかでも、レーザー光透過性、機械的強度、剛性および耐熱性の点からガラス繊維を用いるのが好ましい。
これらの中では、アミノシラン系表面処理剤が好ましく、具体的には例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン及びγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシランが好ましい例として挙げられる。
シラン系表面処理剤とエポキシ樹脂は、それぞれ単独で用いても複数種で用いてもよく、両者を併用することも好ましい。
断面形状は、断面が長方形又は長円形のものであり、また長径/短径比が2.5〜8、更には3〜6の範囲にあるものが好ましい。長径をD2、短径をD1、平均繊維長をLとするとき、アスペクト比((L×2)/(D2+D1))が10以上であることが好ましい。このようにこのような扁平状のガラス繊維を使用すると、成形品の反りが抑制され、特に箱型の溶着体を製造する場合に効果的である。
本発明の樹脂組成物が好ましく含有する(C)耐衝撃改良剤は、樹脂組成物の耐ヒートショック性を向上させるように機能する。(C)耐衝撃改良剤としては、樹脂の耐衝撃性改良効果を奏するものであれば、特に制限はないが、ポリエステル系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ジエン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコーン系エラストマー、アクリル系のコア/シェル型エラストマー等、公知のものが挙げられるが、好ましくは、ポリエステル系エラストマー、スチレン系エラストマーが挙げられる。
また、上記のSBSエラストマーやSISエラストマーに水素添加して水素化した樹脂(SEBS、SEPS)を用いることも好ましい。
エポキシ基を含有する共重合型エラストマー自体の種類は問わない。例えば、上記したスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー等にエポキシ基を導入したものが好ましく挙げられる。例えば、ハードセグメントとしてポリスチレン、ソフトセグメントとしてブタジエンを共重合したスチレン−ブタジエン共重合体の場合、ジエン成分の不飽和二重結合部分をエポキシ化することでエポキシ基含有エラストマーが得られる。
また、オレフィン系エラストマーは軟質相にポリオレフィン部があればよく、EPR、EPDM等が好ましく使用できる。
エポキシ基を導入する方法は特に制限はなく、主鎖中に組み入れてもよく、また、エポキシ基を含有するポリマーをブロックもしくはグラフト形態でオレフィン系エラストマーに導入してもよい。好ましくはエポキシ基を有する(共)重合体をグラフト形態で導入するのがよい。
本発明の樹脂組成物が好ましく含有する(D)エポキシ化合物は、樹脂組成物のレーザー溶着性、耐湿熱特性を向上させ、また成形品のウエルド部の強度、耐久性をより向上させるように機能する。したがって、本発明の樹脂組成物からなる成形品のうちでも、エポキシ化合物を含有する樹脂組成物の成形品は、自動車用の部品など使用時に湿熱状態に曝される箇所に用いるのに特に好適である。
(D)エポキシ化合物の好ましい具体例としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物等のビスフェノール型エポキシ化合物、レゾルシン型エポキシ化合物、ノボラック型エポキシ化合物、脂環化合物型ジエポキシ化合物、グリシジルエーテル類、グリシジルエステル類、エポキシ化ポリブタジエン等が挙げられる。
脂環化合物型エポキシ化合物としては、ビニルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジエンオキシド等が挙げられる。
またグリシジルエステル類としては、安息香酸グリシジルエステル、ソルビン酸グリシジルエステルなどのモノグリシジルエステル類;アジピン酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、オルトフタル酸ジグリシジルエステルなどが挙げられる。
(D)エポキシ化合物としては、ビスフェノールAやノボラックとエピクロロヒドリンとの反応から得られる、ビスフェノールA型エポキシ化合物やノボラック型エポキシ化合物が特に好ましい。
本発明の樹脂組成物が好ましく含有する(E)流動改質剤としては、スチレン系オリゴマー、オレフィン系オリゴマー、アクリル系オリゴマー、多官能化合物、分岐状ポリマー(デンドリマー(樹状高分子)、高度分岐型、ハイパーブランチ型および環状オリゴマーを含む。)等が好適に例示され、流動性を付与し且つ機械強度を保持する役割を果たす。特に、箱型の溶着体や、流動長が70mm以上である部分を有する溶着体を製造する場合に、(E)流動改質剤の添加は効果的である。
スチレン系オリゴマーは、ビニル芳香族化合物を主成分とする重合体であり、ビニル芳香族化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン等を挙げることができ、好ましくは、スチレンである。スチレン系オリゴマーとしては、ポリスチレン、ゴム変性ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−アクリル酸−スチレン、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体のオリゴマー、またその水素化物などが代表的なものである。このなかでも特に物性面、コスト面から、スチレンオリゴマー、アクリロニトリル−スチレンオリゴマーが好ましい。
スチレン系オリゴマーは、市販品として入手することも可能であり、市販品としては、例えば、東亜合成社製、商品名「アルフォン(登録商標)UP−1150」、ヤスハラケミカル社製、商品名「YSレジンSX−100」等が好ましく挙げられる。
オレフィン系オリゴマーは、モノマー単位に炭素原子数2〜5のα―オレフィンを使用したものがよく、中でもエチレン、プロピレンが好ましく、特にこれを他の共重合モノマーと共重合したオリゴマーが好ましい。
共重合モノマーとしては、アクリル系モノマー、特にアクリル酸アルキルまたはメタクリル酸アルキルが好ましく、例えばメタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n―ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸2―エチルヘキシルが挙げられる。また、(無水)マレイン酸等で末端変性されていてもよい。
オレフィン系オリゴマーは、市販品として入手することも可能であり、市販品としては、例えば、アルケマ社製、商品名「ロトリル(登録商標)37EH550」、「35BA320」、日本ユニカー社製、商品名「NUC−6070」等が好ましく挙げられる。
また、オイレフィン系オリゴマーのメルトフローレート(MFR)は、50g/10分以上であることが好ましく、100g/10分以上であることがより好ましい。MFRが50g/10分より小さいと、レーザー溶着性が低下する傾向がある。なお、オレフィン系オリゴマーのMFRは、温度190℃、荷重2.16kgの条件で測定した値をいう。
オレフィン系オリゴマーの含有量は、(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100質量部に対し、0.5〜10質量部が好ましく、より好ましくは2〜10質量部、さらに好ましくは3〜7質量部である。
アクリル系オリゴマーとして、好ましくはアクリル酸系又はメタクリル酸系アルキルエステルのオリゴマーである。このようなアクリル酸系又はメタクリル酸系アルキルエステルの重合体は、他のビニルモノマー、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン−1等のα−オレフィン、スチレン、アクリロニトリル、酢酸ビニル、ブタジエン、ビニルアルコール、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸またはこれらのエステル等の単量体単位を含有していてもよい。
アクリル系オリゴマーは、市販品として入手することも可能であり、市販品としては、例えば、東亜合成社製、商品名「アルフォン(登録商標)UP−1050」、「UH−2032」、綜研化学社製、商品名「UMB−1001」、「UMB−2005」、「UT−2001」、ADEKA社製、商品名「アデカスタブ(登録商標)FC−112」、「FC−113」、「LS−3」、三菱レイヨン社製、商品名「メタブレン(登録商標)L1000」等が好ましく挙げられる。
多官能化合物としては、好ましくは、3つ以上の官能基を有する化合物が好ましく、中でも3つ以上の水酸基を有する多価アルコール化合物を配合することがより好ましい。
水酸基を3つ以上有する多価アルコール化合物の例としては、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン、ペンタグリセリン、ヘキサグリセリン、トリエタノールアミン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリトリメチロールプロパン、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、スクロース、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、(ポリ)オキシエチレングリセリン、(ポリ)オキシプロピレングリセリン、(ポリ)オキシエチレンジグリセリン、(ポリ)オキシプロピレンジグリセリン、(ポリ)オキシエチレントリメチロールプロパン、(ポリ)オキシプロピレントリメチロールプロパン、(ポリ)オキシエチレンジトリメチロールプロパン、(ポリ)オキシプロピレンジトリメチロールプロパン、(ポリ)オキシエチレンペンタエリスリトール、(ポリ)オキシプロピレンペンタエリスリトール、(ポリ)オキシエチレンジペンタエリスリトール、(ポリ)オキシプロピレンジペンタエリスリトールなどが挙げられる。中でもペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトールが好ましい。
また、(E)流動改質剤として、分岐状ポリマーも使用できる。分岐状ポリマーとは、枝分かれ構造を有するポリマーのことであり、詳しくは多分岐構造を有するポリマーのことをいい、枝分かれ構造としては、中心のコアから放射状に複数の直鎖状セグメントを分岐鎖として有するスターポリマー、幹となる直鎖状ポリマー鎖に多数の分岐点を有しそこから枝鎖となるポリマーが導入された構造を有するグラフトポリマー、3次元的に枝分かれを有し、繰り返し単位に枝分かれ構造を有するハイパーブランチポリマーおよびさらに分子量分布や分岐度を精密に制御したデンドリマーなどが挙げられ、スターポリマーおよびハイパーブランチポリマーが好ましく、流動性の点で、ハイパーブランチポリマーがより好ましく、生産性の面から超分岐ポリマーが好ましい。
このような分岐状ポリマーとしては、ポリエステル系或いはポリウレタン系の分岐状ポリマー等が挙げられる。市販の超分岐ポリマーとしては、Perstorp社の商品名「Boltorn(登録商標)」などが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、(F)レーザー光吸収性染料を、(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100質量部に対し、0.001〜0.2質量部含有する。
そして、(F)レーザー光吸収性染料としては、ニグロシン、アニリンブラック、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポルフィリン、ペリレン、クオテリレン、アゾ染料、アントラキノン、スクエア酸誘導体及びインモニウムから選ばれる1つ以上のレーザー光吸収性染料が使用される。
ニグロシンは、C.I.SOLVENT BLACK 5やC.I.SOLVENT BLACK 7としてCOLOR INDEXに記載されているような、黒色のアジン系縮合混合物である。これは、例えば、アニリン、アニリン塩酸塩及びニトロベンゼンを、塩化鉄の存在下、反応温度160〜180℃で酸化及び脱水縮合することにより合成できる。
ニグロシン(B)の市販品としては、例えば、「NUBIAN(登録商標) BLACK」(商品名、オリヱント化学工業社製)等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、種々の添加剤を含有していても良い。このような添加剤としては、安定剤、離型剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、防曇剤、滑剤、アンチブロッキング剤、可塑剤、分散剤、抗菌剤等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、さらに安定剤を含有することが、熱安定性改良や、機械的強度、透明性及び色相の悪化を防止する効果を有するという点で好ましい。安定剤としては、リン系安定剤、イオウ系安定剤およびフェノール系安定剤が好ましい。
(R1O)3−nP(=O)OHn ・・・(1)
(式(1)中、R1は、アルキル基またはアリール基であり、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。nは0〜2の整数を示す。)
で表される化合物である。より好ましくは、R1が炭素原子数8〜30の長鎖アルキルアシッドホスフェート化合物が挙げられる。炭素原子数8〜30のアルキル基の具体例としては、オクチル基、2−エチルヘキシル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、エイコシル基、トリアコンチル基等が挙げられる。
R2O−P(OR3)(OR4) ・・・(2)
(式(2)中、R2、R3及びR4は、それぞれ水素原子、炭素原子数1〜30のアルキル基または炭素原子数6〜30のアリール基であり、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つは炭素原子数6〜30のアリール基である。)
で表される化合物が挙げられる。
R5−P(OR6)(OR7) ・・・(3)
(式(3)中、R5、R6及びR7は、それぞれ水素原子、炭素原子数1〜30のアルキル基又は炭素原子数6〜30のアリール基であり、R5、R6及びR7のうちの少なくとも1つは炭素原子数6〜30のアリール基である。)
で表される化合物が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、更に、離型剤を含有することが好ましい。離型剤としては、ポリエステル樹脂に通常使用される既知の離型剤が利用可能であるが、中でも、ポリオレフィン系化合物、脂肪酸エステル系化合物及びシリコーン系化合物から選ばれる1種以上の離型剤が好ましい。
本発明の樹脂組成物の製造方法としては、樹脂組成物調製の常法に従って行うことができる。通常は各成分及び所望により添加される種々の添加剤を一緒にしてよく混合し、次いで一軸又は二軸押出機で溶融混練する。また各成分を予め混合することなく、ないしはその一部のみを予め混合し、フィーダーを用いて押出機に供給して溶融混練し、本発明の樹脂組成物を調製することもできる。さらには、熱可塑性ポリエステル樹脂の一部に他の成分の一部を配合したものを溶融混練してマスターバッチを調製し、次いでこれに残りのポリエステル樹脂や他の成分を配合して溶融混練してもよい。
なお、ガラス繊維等の繊維状の強化充填材を用いる場合には、押出機のシリンダー途中のサイドフィーダーから供給することも好ましい。
成形体の製造方法は、特に限定されず、ポリエステル樹脂組成物について一般に採用されている成形法を任意に採用できる。その例を挙げると、射出成形法、超高速射出成形法、射出圧縮成形法、二色成形法、ガスアシスト等の中空成形法、断熱金型を使用した成形法、急速加熱金型を使用した成形法、発泡成形(超臨界流体も含む)、インサート成形、IMC(インモールドコーティング成形)成形法、押出成形法、シート成形法、熱成形法、回転成形法、積層成形法、プレス成形法、ブロー成形法等が挙げられ、中でも射出成形が好ましい。
本発明のレーザー溶着用樹脂組成物を成形した成形体は、換算吸光度aが0.2〜2(1mm厚み換算)の範囲、好ましくは0.2〜1、特には0.3〜0.8の範囲にあり、これによりレーザー光の透過と吸収をバランスさせているので、従来のレーザー溶着のようにレーザー光透過性樹脂からなる成形体とレーザー光吸収性樹脂からなる成形体の2種を用いる必要はなく、1種類の樹脂材料のみでレーザー溶着が可能なポリエステル系レーザー溶着用成形体を提供することが可能となる。特に、同種の樹脂材料からなる溶着体同士を溶着させる場合に、本発明の効果は顕著である。
レーザー溶着用成形体の形状等は任意であり、端部突き合わせて溶着に供するような異形押出品(棒、パイプ等)でもよく、また高い防水性、気密性が必要とされる通電部品、電子部品等に用いられる金属インサートされた成形品も好ましい。
本発明のレーザー溶着用樹脂組成物は、その換算吸光度aを0.2〜2という低い範囲に抑えてある。このため、上記したように、レーザー光透過性樹脂からなる成形体とレーザー光吸収性樹脂からなる成形体の2種を用いる必要はなく、また、レーザー光の透過深さが大きく、そのため大きい溶融深さを確保することができるので、重ね合わせ溶着は勿論、今まで出来なかったレーザー溶着用成形体の端部同士の突き合わせ溶着でも、十分高い溶着強度を達成することができる。また、成形体が、成形時のヒケや反りにより接合用部に仮に隙間が生じた場合にも、隙間が0.1mm以上、好ましくは0.2mm以上、さらには0.5mm以上、特には1mm以上もある場合であっても、レーザー溶着が可能である。
照射するレーザー光の種類は、近赤外レーザー光であれば任意であり、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶)レーザー(波長1,064nm)、LD(レーザーダイオード)レーザー(波長808nm、840nm、940nm)等を好ましく用いることができる。
レーザー溶着された溶着体の形状、大きさ、厚み等は任意であり、溶着体の用途としては、自動車等の輸送機器用部品、電気電子機器部品、産業機械用部品、その他民生用部品等に特に好適である。
なお、ガラス繊維(B−3)及び(B−4)は、以下のようにして製造した。
アミノシランとノボラック型エポキシ樹脂が付着したガラス繊維は、特開2001−172055号公報の実施例1に記載の方法に従って、フェノールノボラック型エポキシ樹脂4質量%、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン1質量%、ウレタン系エマルジョン2質量%および脱イオン水93質量%からなる集束剤を作製し、その後、ガラス繊維ストランドに塗布した。このストランドを3mmに切断した。得られたガラス繊維チョップドストランドに対する集束剤の付着量は0.7質量%であった。このようにして得られたガラス繊維はガラス繊維(B−3)であり、フェノールノボラック型エポキシ樹脂の代わりにビスフェノールA型のエポキシ樹脂を使用したものがガラス繊維(B−4)である。
表1に記載した各成分を表2以下に記載の量(いずれも質量部)で配合した樹脂組成物を使用して、射出成形機(住友重機械工業社製、ネスタールSG75−SYCAP−M3A)を用い、シリンダー温度255℃で射出成形して、以下に記載する成形品#1〜成形品#6を、それぞれ製造した。
得られた成形品#1〜成形品#6を使用し、以下の試験を行った。
レーザー溶着は、浜松ホトニクス社製レーザー装置「L10060」を用い、レーザー波長:940nm、レーザー走査速度:1mm/秒にて、各実施例および各比較例ごとに、レーザー出力を5W、10W、20W、30W、40W、50Wと変え、最大の溶着強度が得られる出力を選定して行った。
成形品#1の溶着部において、島津製作所社製「UV−3100PC」を用いて、積分球による検出により、波長940nmにおける透過率T(%)と反射率R(%)を求めた。さらに吸光度aを、a=−log{T/(100−R)}の式によって求め、1mm厚みに換算した換算吸光度は、測定部の肉厚t(mm)を用いて、a/tとして求めた。
・成形品#1と成形品#2:
成形品#1と成形品#2として、ASTM4号ダンベル(1.5mmt)を使用した。
・溶着強度:
図1に示すように、成形品#1と成形品#2をずらして重ね合わせ、成形品#1側から重ね合わせ部にレーザー光を照射し溶着した後、成形品#1と成形品#2の先端をそれぞれ掴み、引っ張り方向に荷重をかけて剪断破壊する荷重を求めた。なお、引張試験機としては、インストロン社製「5544」を使用し、引張速度は5mm/分で行った(以下同様)。
・湿熱処理後強度:
上記溶着後の成形品を85℃、95%RH環境下に1,000時間放置した後、上記同様の条件で引っ張り方向に荷重をかけ、剪断破壊する荷重を求めた。
・隙間溶着強度:
溶着時に成形品#1と成形品#2の溶着部両側に金属片スペーサーを挟んで溶着を行い、隙間間隔を、0.2mm、0.3mm、0.5mm、1.0mmと変化させ、上記同様に引っ張り剪断破壊荷重を求めた。
・突き合わせ溶着強度:
図2に示すように、成形品#1と成形品#2のタブ部分を突き合わせ、合わせ部にレーザー光を照射して溶着した後、成形品#1と成形品#2の溶着部の反対側をそれぞれ掴み、上記同様の条件で、引っ張り方向に荷重をかけて破壊する荷重を求めた。
図3に示した形状の板状成形品#3(100mm×100mm×厚み1.5mm)と、図4に示した形状の箱状成形品#4(80mm×80mm×高さ20mm、厚み3mm)を組み合わせ、板状成形品#3側からレーザー光を照射し、箱状成形品#4の上開口部の縁に沿って溶着した後、ボール盤切削加工により箱の底面中央にΦ10mmの穴を空けた複合成形体を作製した。水中にて複合成形体の穴部から内圧を加えていき、溶着部の一部が破壊し気泡が発生する内圧の最大値を求めた。内圧の最大値が大きいほど、溶着強度が高いといえる。
成形品#5として、ISO多目的試験用ダンベル(4mm厚)を使用し、ISO527−1、527−2に準拠して測定した。
成形品#5を使用し、ISO75−1及びISO75−2に準拠して、荷重1.80MPaの条件で、荷重たわみ温度を測定した。
成形品#6として、図5及び図6に示すように、33mm×16mm×高さ3mmのステンレス(SUS)製インサート素材を用い、これを中央内部に収容したインサート成形品#6(35mm×18mm×高さ5mm)を使用し、高温(140℃)と低温(−40℃)環境を各30分ごとに変化(変化時間は約1分)させたものを1サイクルとし、ウエルド部にクラックが生じるまでのサイクル数を求めた。
以上の評価結果を、以下の表2〜表6に示す。
なお、表中の「×」は、レーザー溶着が出来なかったことを示す。突き合わせ溶着強度で「※」が付いている値は、最適溶着条件を得るため、レーザー照射位置を1mmだけ成形品#1側にずらして行った。また、「実」は実施例、「比」は比較例、「部」は質量部を示す。
2 金型内にインサートされたSUS片
3 キャビティー
4 支持ピン跡
Claims (12)
- レーザー光による溶着に用いる樹脂組成物であって、
(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100質量部に対し、
(B)強化充填材5〜150質量部、(C)耐衝撃改良剤0〜20質量部、(D)エポキシ化合物0.1〜2質量部、(E)流動改質剤0〜10質量部、および、
(F)ニグロシン、アニリンブラック、フタロシアニン、ナフタロシアニン及びアントラキノンから選ばれる1つ以上のレーザー光吸収性染料0.001〜0.2質量部
を含有し、換算吸光度a(1mm厚みに換算した、波長940nmのレーザー光に対する吸光度)が、0.2〜2であることを特徴とするレーザー溶着用樹脂組成物。 - (A)熱可塑性ポリエステル樹脂の主成分が、ポリブチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項1に記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
- (B)強化充填材が、少なくとも一部にアミノ系シランおよびエポキシ樹脂が付着したガラス繊維であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
- (B)強化充填材が、断面における長径と短径の比が1.5〜10である異方断面形状を有するガラス繊維であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
- (C)耐衝撃改良剤が、ポリエステルエラストマー及び/又はスチレン系エラストマーであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
- (C)耐衝撃改良剤が、エポキシ基を有する共重合型エラストマーであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
- (D)エポキシ化合物が、ビスフェノール型及び/又はノボラック型であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
- (E)流動改質剤が、以下の(E−1)〜(E−4)から選ばれる少なくとも1つ以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のレーザー溶着用樹脂組成物。
(E−1)スチレン系オリゴマー
(E−2)オレフィン系オリゴマー
(E−3)アクリル系オリゴマー
(E−4)多官能化合物 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載のレーザー溶着用樹脂組成物を成形してなるレーザー溶着用成形体。
- 請求項9に記載の成形体を用いてレーザー溶着されたレーザー溶着体。
- 溶着体が、少なくともその溶着部の一部において、溶着する際の成形体の隙間が0.1mm以上である請求項10に記載のレーザー溶着体。
- 成形体の端部同士を突き合わせて溶着された請求項10又は11に記載のレーザー溶着体。
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