JP6081687B2 - ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス繊維を高充填した（ポリアミドとガラス繊維の合計を１００重量部としたときに、ガラス繊維が６０重量部以上）ポリアミド樹脂組成物において、該樹脂組成物からなるペレットにおける残存ガラス繊維を長くすることで、高度な機械特性を達成し、さらに耐熱老化性を向上させたガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物に関するものである。

ポリアミド樹脂は、ガラス繊維で強化することによって、高い剛性、高い靭性だけでなく高い荷重たわみ性を発現することができる。そのため、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、電子電機機器や自動車分野において内部部材および外部部材として広く用いられている。近年、特に電子電機部材における製品肉厚の薄肉化から、要求される弾性率のレベルが高まっており、剛性と耐衝撃性に優れたポリアミド樹脂組成物が求められている。

特許文献１には、ガラスロービング繊維を直接コンパウンドする方法と、ガラスロービング繊維に樹脂を含浸・切断する二つの方法でガラス繊維を１０〜６０％重量部含むペレットおよび樹脂成形品にガラス長繊維を残存させる方法が開示されている。しかしながらこの文献ではガラス繊維６０％超はその請求の範囲ではなく、実施例でもガラス繊維６０％以上は開示されておらず、６０％以上の高充填となると生産が困難であると推測される。また、耐熱老化性に関する具体的な例示も無い。従って、十分な製品強度の実現、耐熱老化性の向上にはまだ改善すべきレベルである。

特許文献２には、ポリアミド樹脂と非円形断面のガラスロービング繊維とを組み合わせた長繊維ポリアミド成形材料が開示されている。しかしながら、この文献の実施例においては、ガラス繊維６０％以上は実施されておらず、６０％以上の高充填となると生産性が悪いことが推測される。また、この文献においても耐熱老化性に関する具体的な例示も無い。従って、十分な製品強度の実現、耐熱老化性の向上にはまだ改善すべきレベルである。

特許文献３には、ポリアミド樹脂と非円形断面のチョップドガラス繊維とを組み合わせたポリアミド成形材料が開示されている。しかしながら、この文献の比較例によるとガラス繊維の含有量が７０重量％となると、押出しが不可能であることが示されており、また、ガラス繊維の充填量が高い割には衝撃値の値が十分とはいえず、耐熱老化性についても具体的な例示が無かった。従って、十分な製品強度の実現、耐熱老化性の向上にはまだ改善すべきレベルである。

特開２００５−２９７３３８号公報 特開２００８−９５０６６号公報 特開２００７−３０２８６６号公報

本発明は、上記従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、高い機械特性、特に剛性と耐熱安定性（耐熱老化性）に優れるポリアミド樹脂組成物を提供することにある。

本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、特定の形状のガラス繊維を特定のポリアミド樹脂に配合することで、６０重量％以上のガラス繊維添加量でもペレット中のガラス繊維の破損を抑え、後に説明する方法で求めたペレット中の残存繊維の平均ガラス表面積（Ｓ）が臨界ガラス表面積（Ｓｃ）よりも１．１倍以上大きいポリアミド樹脂組成物が得られ、これが従来技術では達成できなかった高い機械特性、特に剛性と耐衝撃性に優れるポリアミド樹脂組成物が得られることを見出し、本発明の完成に至った。

すなわち本発明は、以下の構成を採用するものである。
（１） ポリアミド樹脂（Ａ）４０〜２０重量部、ガラス繊維（Ｂ）６０〜８０重量部、及び銅化合物（Ｃ）０．０１〜０．５重量部を含むガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物であって、該樹脂組成物からなるペレットにおける残存ガラス繊維長より求められる単位本数あたりの平均ガラス表面積（Ｓ）が、臨界ガラス表面積（Ｓｃ）の１．１倍以上とな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。
ここで、平均ガラス表面積（Ｓ）、臨界ガラス表面積（Ｓｃ）は、後記の説明により求められる。

（２） 前記ポリアミド樹脂（Ａ）が、脂肪族ポリアミド（ａ１）と芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）から構成され、その重量比が、ａ１：ａ２＝５：９５〜９５：５であることを特徴とする（１）に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
（３） 前記芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）が、結晶性ポリアミドであり、ａ１とａ２の重量比が、ａ１：ａ２＝５：９５〜７５：２５であることを特徴とする（２）に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
（４） 前記芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）が、９６％硫酸溶液における相対粘度が１．４〜１．８であり、かつ末端カルボキシ基濃度が５０ｍｅｑ／ｋｇ以下であるポリメタキシレンアジパミドを含むことを特徴とする（２）または（３）に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。

（５） 前記芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）が、非晶性ポリアミドであり、ａ１とａ２の重量比が、ａ１：ａ２＝６０：４０〜９５：５であることを特徴とする（２）に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
（６） 前記脂肪族ポリアミド（ａ１）が、９６％硫酸溶液における相対粘度が１．４〜２．０であり、かつ末端カルボキシ基濃度が５５〜９５ｍｅｑ／ｋｇであるポリカプロアミドを含むことを特徴とする（２）〜（５）のいずれかに記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
（７） 前記ガラス繊維（Ｂ）が、扁平断面ガラス繊維であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
（８） 前記ガラス繊維（Ｂ）が、直径７μｍ以下の丸断面ガラス繊維であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物。
（９） （１）〜（８）のいずれかに記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなる射出成形体。

本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ペレット中の残存ガラス繊維長を長く保ったまま６０％重量以上（ポリアミド樹脂とガラス繊維の合計重量に対して）充填されている。その結果、本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、高い曲げ強度、曲げ弾性率、耐衝撃性を有するため、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂製品の薄肉化に極めて好適である。また、耐熱老化性も優れるため、耐熱用途部品においても信頼度が高い。

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（Ａ）４０〜２０重量部、ガラス繊維（Ｂ）６０〜８０重量部、及び銅化合物（Ｃ）０．０１〜０．５重量部を含むガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物であって、該樹脂組成物からなるペレットにおける残存ガラス繊維長より求められる単位本数あたりの平均ガラス表面積（Ｓ）が、臨界ガラス表面積（Ｓｃ）の１．１倍以上となるガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物である。

ポリアミド樹脂（Ａ）は、ラクタムやω−アミノカルボン酸、ジカルボン酸及びジアミンなどを原料とし、これらの重縮合によって得られるポリアミド樹脂、又はこれらの共重合体やブレンド物である。ラクタムやω−アミノカルボン酸としては、例えば、ε−カプロラクタム、６−アミノカプロン酸、ω−エナントラクタム、７−アミノヘプタン酸、１１−アミノウンデカン酸、９−アミノノナン酸、α−ピロリドン、α−ピペリジンなどが挙げられる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸などのジカルボン酸が挙げられる。ジアミンとしては、例えば、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、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、トリメチルヘキサメチレンジアミン、アミノエチルピペラジン、ビスアミノメチルシクロヘキサンなどが挙げられる。

ポリアミド樹脂（Ａ）は、高い曲げ弾性率と高い耐衝撃性を同時に満たすために、脂肪族ポリアミド（ａ１）と芳香族成分を有するポリアミド（ａ２）とを、ａ１：ａ２＝５：９５〜９５：５の重量比で混合して使用することが好ましい。
射出成形用ポリアミド樹脂は一定以上の結晶性を保っていることが好ましいため、芳香族成分を有するポリアミド（ａ２）が結晶性である場合は、ａ１：ａ２＝５：９５〜７５：２５の重量比が成型性、耐熱性の観点からより好ましい。ａ１：ａ２＝１５：８５〜７０：３０であることが、さらに好ましく、ａ１：ａ２＝２０：８０〜６５：３５であることが、もっとも好ましい。
一方、芳香族成分を有するポリアミド（ａ２）が非結晶性である場合は、ａ１：ａ２＝６０：４０〜９５：５の重量比が成型性、生産性の観点から好ましい。ａ１：ａ２＝６０：４０〜９０：１０であることが、さらに好ましい。

芳香族成分を有するポリアミド（ａ２）としては、高い弾性率を発現させ、固化の速度を調整し生産時のストランド性や射出成形時の金型転写性を改善するポリアミド樹脂が好ましい。芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）としては、テレフタル酸とイソフタル酸とアジピン酸を原料とするポリアミド６Ｔ／６Ｉ、テレフタル酸とアジピン酸とヘキサメチレンジアミンを原料とするポリアミド６Ｔ／６６、メタキシリレンジアミンとアジピン酸を原料とするポリアミドＭＸＤ６（ポリメタキシリレンアジパミド）などが挙げられるが、（ａ１）と（ａ２）のポリアミドを併用した際の相溶性、強度発現、靭性保持、剛性発現を考慮すると、ポリアミドＭＸＤ６が好ましい。ＭＸＤ６のようにキシリレンジアミンを成分とする結晶性ポリアミドを主成分とする場合は、（ａ２）としてその一部が相対粘度１．４〜１．８のメタキシリレンアジパミドを用いることが特に望ましい。しかし、相対粘度１．４〜１．８のメタキシリレンアジパミドは流動性が良好であるが、非常に脆く衝撃強度も低いため、ガラス繊維表面のシランカップリング剤と反応することは好ましくない。したがって、相対粘度１．４〜１．８のメタキシリレンアジパミドを用いる場合は、カップリング剤と反応しないように末端カルボキシル基量が５０ｍｅｑ／ｋｇ以下のものを、ポリアミド樹脂（Ａ）全体の末端カルボキシル基濃度（ＣＥＧ：ｍｅｑ／ｋｇ）が、１０〜９５ｍｅｑ／ｋｇを満たす範囲の添加量で使用することが望ましい。

脂肪族ポリアミド（ａ１）としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６などが成型性、耐熱性、靭性、剛性などの点で好ましい。
芳香族成分を有するポリアミド（ａ２）が非結晶性である場合、脂肪族ポリアミド（ａ１）としては、９６％硫酸溶液における相対粘度が１．４〜２．０であり、かつ末端カルボキシル基濃度が５５〜９５ｍｅｑ／ｋｇであるポリカプロアミドを含むことが好ましい。これにより、ある程度の靭性を保持しながら、扁平断面ガラス繊維を高充填する際の生産性と、成形時の樹脂組成物の流動性を向上させ、成型品外観を良好にする。

ポリアミド樹脂（Ａ）としては、成型性、耐熱性、靭性、剛性などの観点より、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６Ｔ／６、ポリアミド６Ｔ／６６やそれらのブレンド物であることが好ましく、高い曲げ弾性率を満足するためには、特にポリアミドＭＸＤ６を主体にして、ポリアミド６もしくはポリアミド６６をブレンドすることが好ましい。

ポリアミド樹脂（Ａ）は、ガラスに表面処理されたカップリング剤と効率的に反応するためには、分子末端にカルボキシル基やアミノ基を持つことが好ましい。具体的には、末端カルボキシル基濃度（ＣＥＧ：ｍｅｑ／ｋｇ）に関して、ポリアミド樹脂（Ａ）は１０〜９５ｍｅｑ／ｋｇであることが好ましく、さらに好ましくは５５〜９０ｍｅｑ／ｋｇである。ただし、９６％硫酸溶液における相対粘度が１．４〜１．８であるポリメタキシリレンアジパミドは流動性が良好であるが、非常に脆く衝撃強度も低いため、このポリメタキシリレンアジパミドを含む場合は、ガラス繊維とカップリングしないように末端カルボキシル基量が５０ｍｅｑ／ｋｇ以下であることが好ましい。

本発明のポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂（Ａ）とガラス繊維（Ｂ）を含むが、（Ａ）と（Ｂ）の構成は、ポリアミド樹脂（Ａ）４０〜２０重量部、ガラス繊維（Ｂ）６０〜８０重量部である。ポリアミド樹脂（Ａ）とガラス繊維（Ｂ）の割合（Ａ：Ｂ）は、４０：６０〜２０：８０の重量比であり、好ましくは３８：６２〜２４：７６の重量比である。ガラス繊維（Ｂ）の割合が上記範囲未満であると、十分な機械強度を発現しない場合があり、上記範囲を超えると、生産および成型ができない場合がある。

ガラス繊維（Ｂ）に使用する扁平断面ガラス繊維とは、繊維の長さ方向に対して垂直な断面において略楕円系、略長円系、略繭形系であるものを含み、扁平度が１．５〜８であることが好ましい。ここで扁平度とは、ガラス繊維の長手方向に対して垂直な断面に外接する最小面積の長方形を想定し、この長方形の長辺の長さを長径とし、短辺の長さを短径とした場合の、長径／短径の比である。扁平度が１．５未満である場合には、円形断面のガラス繊維と形状に大きな差がないため、成形物の耐衝撃性があまり向上しない場合がある。一方、扁平度が８を超える場合には、ポリアミド樹脂中における嵩密度が高くなるので、ポリアミド樹脂中に均一に分散できない場合があり、成形物の耐衝撃性があまり向上しない場合がある。本発明では、略長円形断面を有し、扁平度が２〜５のガラス繊維が、高い機械的物性を発現するために特に好ましい。ガラス繊維の太さは特に限定されるものではないが、短径が１〜２０μｍ、長径２〜１００μｍ程度である。また、ガラス繊維は、繊維束となって、繊維長１〜２０ｍｍ程度に切断されたチョップドストランド状のものが好ましく使用できる。

本発明においては、ガラス繊維（Ｂ）がペレット内の残存平均繊維長を長くするために単位重量あたりのガラス繊維数が少なく、ガラス繊維同士の干渉が少ない扁平断面ガラス繊維を用いるか、ガラス繊維同士の干渉によってガラス繊維が破損しても、臨界ガラス繊維表面積が小さい特殊細径丸断面ガラス繊維を用いることが好ましい。この場合、丸断面ガラスの直径は、７μｍ以下であることが好ましい。直径が７μｍを超えると臨界ガラス表面積は大きくなるので、溶融混練時のガラス繊維の破損により残存平均ガラス表面積を臨界ガラス表面積の１．１倍以上にすることが困難となる。
直径の下限は、丸断面ガラスの直径が小さいガラス繊維を６０重量％以上添加する場合、単位重量あたりのガラス繊維本数が多くなるため、ガラス繊維同士の干渉が大きくなり、生産が困難となるため、４μｍ程度である。この場合も、ガラス繊維は、繊維束となって、繊維長１〜２０ｍｍ程度に切断されたチョップドストランド状のものが好ましく使用できる。

いろいろな断面のガラス繊維が適用されえるが、ペレット生産時にガラス繊維が折れにくく、かつガラス繊維表面積の大きい形状がこのましく、扁平断面ガラスを選択することが望ましい。

本発明のポリアミド樹脂組成物を作るにあたっては、ポリアミド樹脂（Ａ）とガラス繊維（Ｂ）からなる混合物の溶融混練時にその混合物に対して、特に扁平断面ガラス繊維の場合は、ポリアミド反応性シランカップリング剤をガラス繊維（Ｂ）の０．１〜１．０重量％の割合で添加することが好ましい。ポリアミド用チョップドストランドの集束剤にはマトリクス樹脂との接着性の向上のために、予めシランカップリング剤が繊維束に少量含まれている。しかし、予め繊維束に付着させることのできるアミノシランカップリング剤の量は、繊維束が押出時に解繊不良を起こさないように上限があり、ガラス繊維１００重量部に対して好ましくは０．０５〜０．２重量部である。

シランカップリング剤を含むガラス繊維束処理剤は、１２５℃における不揮発成分として評価される。１２５℃不揮発成分を１００重量部とした場合、シランカップリング剤の含有量は２〜２０重量部である。チョップドストランドの１２５℃における不揮発成分は、水分を乾燥した後の６２５℃、０．５ｈｒにおける強熱減量で定量可能であり、ポリアミド強化用のガラス繊維束では、一般的に０．２〜１．５重量％程度である。強熱減量が０．２重量％未満であると繊維束を束ねる集束剤の量が少ないことを示し、生産時に解繊して生産トラブルを起こす。さらにシランカップリング剤量が少なくなるため、樹脂との濡れ性を充分に確保できない。強熱減量が１．５重量％を超えると繊維束が解繊しにくくなり、樹脂への分散不良が発生する。さらには樹脂との接着性に寄与しない成分が押出時にガス化するため、特にガラス繊維を本発明のように多量に添加する場合は生産が困難となる。扁平断面ガラス繊維のチョップドストランドの場合は特に扁平面が重なりあっているため、集束剤の処理が多くなれば円形断面ガラス繊維束よりも解繊不良を起こしやすい。このため扁平断面ガラス繊維束の集束剤は、６２５℃、０．５ｈｒにおける強熱減量で０．２〜０．８重量％程度に抑えられている。このとき繊維束に含まれるシランカップリング剤はガラス繊維束の０．０１〜０．１６重量％である。このため本発明のように、多量の扁平断面ガラス繊維とポリアミド樹脂の接着を充分に保持できない可能性がある。

扁平断面ガラス繊維の扁平面とマトリクス樹脂のポリアミド樹脂との接着性が悪いと、たとえ繊維が解繊、分散しても押出機による溶融混練押出時にストランドが切れる現象が発現し、特にガラス繊維含有率が６０重量％以上の高含有率になるとこの現象が著しくなる。通常の２軸押出機では扁平断面ガラス繊維が６０重量％以上になるとペレット化は極めて困難であり、たとえペレットを得られたとしても押出して得られたペレットは、形状のばらつき、ガラス繊維の解繊不良やケバ立ちなどが目立ち、成形時に成形機に食い込み不良なものとなり、混練押出性と成形性の両方で著しい生産性の低下を招くことになる。これらの理由により予めガラス繊維に付着できるシランカップリング剤の量ではポリアミドとの濡れ性を発現させる際に充分でない場合がある。特に扁平断面ガラスを６０重量％以上で高充填する場合は、ガラスとポリアミドの界面総面積が多くなるため、高度な物性を発現させるためにはポリアミド反応性シランカップリング剤を新たに溶融混練時に添加することがこのましく、本発明においては、市販の６２５℃×０．５ｈｒで０．８重量％以下の強熱減量で管理された扁平断面ガラス繊維（チョップドストランド）に予め少量付着しているカップリング剤とは別に、新たにポリアミド反応性シランカップリング剤をポリアミド樹脂（Ａ）とガラス繊維（Ｂ）に加えて、添加することが好ましい。これによって、扁平断面ガラス繊維を高い割合で充填させても安定して押出できる。

本発明のポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂（Ａ）４０〜２０重量部、ガラス繊維（Ｂ）６０〜８０重量部、及び銅化合物（Ｃ）０．０１〜０．５重量部を含むものである。銅化合物（Ｃ）は、ポリアミド樹脂（Ａ）とガラス繊維（Ｂ）の合計１００重量部に対して、０．０１〜０．５重量部であって良い。好ましくは、０．０２〜０．４重量部である。銅化合物（Ｃ）が、０．０１重量部未満だと、１８０℃、２０００時間における曲げ強度保持率が低い値のままであり耐熱老化性に効果を与えない。０．５重量部を超えてもそれ以上の耐熱老化性の向上は見られず、物性が低下する。
銅化合物としては、具体的に、塩化銅、臭化銅、沃化銅、酢酸銅、銅アセチルアセトナート、炭酸銅、ほうふっ化銅、クエン酸銅、水酸化銅、硝酸銅、硫酸銅、蓚酸銅などが挙げられる。本発明では銅化合物と併用する形で安定剤（Ｄ）としてハロゲン化アルカリ化合物を配合することも可能である。このハロゲン化アルカリ化合物の例としては、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、臭化ナトリウムおよびヨウ化ナトリウムを挙げることができ、特に好ましくはヨウ化カリウムである。

また、本発明のポリアミド樹脂組成物は、上記のポリアミド樹脂（Ａ）、ガラス繊維（Ｂ）、及び銅化合物（Ｃ）の混合物に対して、本発明の特性を阻害しない範囲で、無機充填材、耐候性改良剤としてカーボンブラックや、光または熱安定剤としてフェノール系酸化防止剤やリン系酸化防止剤、離型剤、結晶核剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、顔料、染料等を配合することができる。

本発明のポリアミド樹脂組成物の製造方法としては特に制限は無く、各成分を公知の混練方法により溶融混練して得ることが出来る。具体的な混練装置にも制限はなく、例えば単軸または二軸の押出機、混練機、ニーダーなどが挙げられるが、特に二軸押出機が生産性の面で好ましい。スクリューアレンジにも特に制限は無いが、各成分をより均一に分散させるためにニーディングゾーンを設けることが好ましい。具体的方法としてはポリアミド樹脂（Ａ）、銅化合物（Ｃ）、その他成分（Ｄ）をブレンダーでプリブレンドし、ホッパーから単軸や二軸の押出機に投入した後、（Ａ）の少なくとも一部が溶融した状態で、溶融混合物中にガラス繊維（Ｂ）をフィーダーで単軸や二軸の押出機に投入し、溶融混練後ストランド状に吐出し、冷却、カットすることで得られる。

上述のようにして作られた本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ペレットにおける残存ガラス繊維長が従来技術のものよりも格段に長く、耐熱安定性（耐熱老化性）も優れる。

本発明のポリアミド樹脂組成物は、該樹脂組成物からなるペレットにおける残存ガラス繊維長より求められる単位本数あたりの平均ガラス表面積（Ｓ）が、臨界ガラス表面積（Ｓｃ）の１．１倍以上である。
ペレットにおける残存ガラス繊維長の測定は、以下のように行う。ガラス繊維高充填材料ではガラス繊維同士の干渉が多く、測定時にガラス繊維が破損しやすく、正確な繊維長が求めにくいので、本発明ではガラス繊維長を正確に測定するため、溶融混練して得られたペレットを６５０℃にて、２時間強熱し、ガラス繊維を破損することなくガラス繊維を灰分として取り出し、得られたガラス繊維を水に浸し、一般的に用いられる超音波洗浄機にてガラス繊維を分散させる。分散したガラス繊維をプレパラート上に取り出し、デジタルマイクロスコープ（株式会社ハイロックス製ＫＨ−７７００）で、８０倍にて観察し、重量平均の繊維長を求め、残存ガラス繊維長とする。
なお、ペレットの形状は、一般的に得られる形状であれば、特に制限はない。例えば、断面は、円形、楕円形、長円形のいずれかであり、直径（短径、長径含む）は、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、ペレットの長さは、２．５〜６．０ｍｍ程度である。また、ペレット化の条件は、一般的な条件であれば、特に制限はない。例えば、後記する実施例での方法が挙げられる。

また、以下に臨界ガラス表面積（Ｓｃ）の求め方について説明する。ガラス繊維とポリアミド（ＰＡ）樹脂とが十分にカップリングしていると仮定すると、ガラス繊維が短い場合、つまりガラス表面積が小さい場合、ガラス繊維が樹脂から抜けてしまい樹脂破断時にガラス繊維の強度発現は小さいが、臨界点よりもガラス繊維が長い、つまりガラス表面積が大きい場合は、ガラス繊維が折れてガラス繊維の強度発現寄与度が大きいことになる。
つまり十分な機械強度を発現するためには、
Ｓ・τ／２ ＞ σ・Ｓ’
を満たす必要がある。
ここで、
Ｓ：平均ガラス表面積〔μｍ^２〕
τ：ＰＡ−ガラス繊維界面せん断応力〔ＭＰａ〕
σ：ガラス繊維破断応力〔ＭＰａ〕
Ｓ’：ガラス繊維断面積〔μｍ^２〕
であり、
丸断面ガラスの場合、
Ｓ＝πＤ・ｌ
Ｄ：丸断面ガラス繊維の直径〔μｍ〕
ｌ：ペレットにおける残存ガラス繊維長〔μｍ〕
Ｓ’＝π（Ｄ／２）^２
であり、
扁平断面ガラスの場合、
Ｓ＝２（ａ＋ｂ）・ｌ
ａ：扁平の長辺〔μｍ〕
ｂ：扁平の短辺〔μｍ〕
ｌ：ペレットにおける残存ガラス繊維長〔μｍ〕
Ｓ’＝ａ・ｂ
（Ｓ、Ｓ’とも近似計算である。）
であり、
τ＝５０ＭＰａ（最新の複合材料界面科学研究２００１、第９回複合材料界面シンポジウム要旨集 Ｐ−９−１〜Ｐ−９−４、（２００１年４月２５日発行）より）
σ＝３５００ＭＰａ（特開２００３−１７１１４３号公報より）
である。

平均ガラス表面積の臨界点は、
Ｓ・τ／２＝σ・Ｓ’
が成り立つときで、そのときの平均ガラス表面積をＳｃ〔μｍ^２〕：臨界ガラス表面積とする。
よって、本願発明において、臨界ガラス表面積（Ｓｃ）は、下記式で求められ、平均ガラス表面積（Ｓ）は、上記で説明したように求められる。
Ｓｃ＝２Ｓ’・σ／τ

ガラス繊維充填量が５０重量％以上ではガラス繊維同士の干渉で破損しやすい。これを解決するためには、特殊な形状のガラス繊維を特定のポリアミド樹脂に配合することで、６０重量％以上のガラス繊維添加量でも、
Ｓ・τ／２＞σ・Ｓ’
とすることが出来る。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、この実施例の物性値の測定方法は以下の方法に従った。

（１）ポリアミド樹脂の相対粘度：ポリアミド樹脂０．２５ｇを９６％の硫酸２５ｍｌに溶解し、この溶液１０ｍｌをオズワルド粘度管に入れ、２０℃で測定し、以下の式より算出した。
ＲＶ＝Ｔ／Ｔ０
ＲＶ：相対粘度、Ｔ：サンプル溶液の落下時間、Ｔ０：溶媒の落下時間

（２）ポリアミド樹脂の末端カルボキシル基濃度（ＣＥＧ）：ポリアミド樹脂０．２ｇにベンジルアルコール１０ｍｌを加え、１８０℃±５℃にて５分間溶解した。この溶液を水中にて１５秒間冷却し、フェノールフタレインを指示薬としてエタノール性水酸化カリウム溶液（０．５ＮＫＯＨ８０ｍｌにエタノールを加え１０００ｍｌに調整した）で滴定し、以下の式で算出した。
ＣＥＧ（ｍｅｑ／ｋｇ）＝｛〔（Ａ−Ｂ）×Ｎ×ｆ〕／（Ｗ×１０００）｝×１０^６
Ａ： 滴定量（ｍｌ）
Ｂ： 溶媒のブランク滴定量（ｍｌ）
Ｎ： エタノール性水酸化カリウムの濃度（ｍｏｌ／ｌ）
ｆ： エタノール性水酸化カリウムのファクター
Ｗ： ポリアミド樹脂の重量（ｇ）

（３）曲げ強度、曲げ弾性率：ＩＳＯ−１７８に準じて測定した。

（４）シャルピー衝撃強度：ＩＳＯ１７９−１に準じ、試験片形状は１ｅＡ（切削ノッチ）で測定した。

（５）残存ガラス繊維長：ペレットにおける残存ガラス繊維長は以下の方法で測定した。
ガラス繊維高充填材料ではガラス繊維同士の干渉が多く測定時にガラス繊維が破損しやすく正確な繊維長が求めにくいので、本発明ではガラス繊維長を正確に測定するため溶融混練して得られたペレットを６５０℃にて２時間強熱しガラス繊維を破損することなくガラス繊維を灰分として取り出し、得られたガラス繊維を水に浸し、分散したガラス繊維をプレパラート上に取り出し、デジタルマイクロスコープ（株式会社ハイロックス製ＫＨ−７７００）で８０倍にて観察し、重量平均の繊維長を求め、残存ガラス繊維長とした。

（６）耐熱老化性：１８０℃のオーブンにＩＳＯ−１７８に準じた成形品を入れ、２０００時間後に曲げ強度を測定した。処理前の曲げ強度の保持率を求めた。

押出機からのストランド引取り時にストランド切れの頻度が高く、まったく生産が不可能なものを生産不可とした。

使用したポリアミド樹脂（Ａ）
（ａ１Ａ）相対粘度ＲＶ＝１．９のポリアミド６、東洋紡社製「ナイロンＴ−８６０」、末端カルボキシル基濃度（ＣＥＧ：単位ｍｅｑ／ｋｇ）＝８０
（ａ１Ｂ）相対粘度ＲＶ＝２．４のポリアミド６６、ローディア社製「スタバミド２３ＡＥ」、ＣＥＧ＝９１
（ａ２Ａ）相対粘度ＲＶ＝２．１のポリアミドＭＸＤ６、東洋紡社製「ナイロンＴ６００」、ＣＥＧ＝６５、結晶性ポリアミド
（ａ２Ｂ）相対粘度ＲＶ＝１．７のポリアミドＭＸＤ６、東洋紡社製「ナイロンＴ６４０」、ＣＥＧ＝３５、結晶性ポリアミド
（ａ２Ｃ）相対粘度ＲＶ＝２．０のポリアミド６Ｔ６Ｉ、エムス社製「グリボリーＧ２１」、ＣＥＧ＝８７、非晶性ポリアミド

使用したガラス繊維（Ｂ）
（ｂ１）扁平断面ガラス繊維チョップドストランドとして日東紡社製「ＣＳＧ３ＰＡ８２０Ｓ」、扁平度４、短径７μｍ、繊維長３ｍｍ
（ｂ２）円形断面ガラス繊維チョップドストランドとして日東紡社製「３ＤＥ−４５２」、直径６．５μｍ、繊維長３．３ｍｍ
（ｂ３）円形断面ガラス繊維チョップドストランドとして日本電気硝子社製「Ｔ−２７５Ｈ」、直径１１μｍ、繊維長３ｍｍ

使用した銅化合物（Ｃ）
（Ｃ）臭化銅（II）

使用した他の成分（Ｄ）
離型剤：クラリアント社製、モンタン酸エステルワックス「ＷＥ４０」
安定剤：ヨウ化カリウム
カップリング剤：アミノシランカップリング剤として信越化学社製「ＫＢＥ９０３」

＜実施例１〜５、１１、１２、比較例１〜３、７、９＞ 実施例１〜５、１１、１２は参考例である。
表１、２に示す配合割合で、ガラス繊維（Ｂ）以外の成分をドライブレンドし、コペリオン社製ベント式２軸押出機「ＳＴＳ３５ｍｍ」（バレル１２ブロック構成）を用いてシリンダー温度２６０℃、スクリュウ回転数２８０ｒｐｍの押出条件で溶融混合し、次いでガラス繊維（Ｂ）をサイドフィード方式で供給し溶融混練を行った。押出機から押出されたストランドは急冷してストランドカッターでペレット化した。得られたペレットを１００℃で１２時間乾燥した後、射出成形機（東芝機械株式会社製、ＩＳ８０）でシリンダー温度２６０℃、金型温度８０℃にて各種試験用試験片を成形して評価に供した。評価結果も表１、２に記した。

＜実施例６〜１０、１３、１４、比較例４〜６、８、１０＞
表１、２に示す配合割合で、ガラス繊維（Ｂ）以外の成分をドライブレンドし、コペリオン社製ベント式２軸押出機「ＳＴＳ３５ｍｍ」（バレル１２ブロック構成）を用いてシリンダー温度２８０℃、スクリュウ回転数２８０ｒｐｍの押出条件で溶融混合し、次いでガラス繊維（Ｂ）をサイドフィード方式で供給し溶融混練を行った。押出機から押出されたストランドは急冷してストランドカッターでペレット化した。得られたペレットを１００℃で１２時間乾燥した後、射出成形機（東芝機械株式会社製、ＩＳ８０）でシリンダー温度２８５℃、金型温度１４０℃にて各種試験用試験片を成形して評価に供した。評価結果も表１、２に記した。

表１、２から明らかなように、実施例１〜１４の試験片は、曲げ強度、曲げ弾性率及びシャルピー衝撃強度、耐熱老化性がいずれも優れており、高い物性値を発揮することができる残存平均ガラス繊維表面積／臨界ガラス繊維表面積も高い値を示した。一方、比較例１〜１０の試験片は、実施例１〜１４のものに比べて、いずれかの評価項目で劣るものであった。

比較例１、４のように直径の大きな丸ガラスを用いた場合は押出し機内でガラス繊維の破損度合いが大きく、ペレット内の残存ガラス繊維の表面積が臨界ガラス繊維表面積よりも小さくなっており物性値が低い結果である。

比較例２、３、５、６のように直径の大きな丸ガラスを６５重量％以上充填させた場合は、ガラス繊維の添加量を増大させても曲げ弾性率が実施例のレベルに達しないばかりか、押出機からでてくるストランドのしまりが悪く、膨れて生産が困難となる。

比較例７〜１０では、初期の物性は実施例１、６とほぼ同等であり、残存平均ガラス繊維表面積／臨界ガラス繊維表面積もほぼ同等の値であるが、耐熱老化性の１８０℃、２０００時間における曲げ強度保持率が低い結果であった。

本発明のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ペレット内のガラス繊維長を長く残存しており、極めて高い曲げ強度と曲げ弾性率、耐衝撃値を発現している。その高剛性ゆえに、携帯電話、パソコンなどの電子電機機器筐体や、自動車部品に最適であり、さらに本発明の樹脂組成物は耐熱老化性も改良しているため、使用環境温度が高温となる部品における信頼度も抜群である。

Claims (5)

1. ポリアミド樹脂（Ａ）４０〜２０重量部、ガラス繊維（Ｂ）６０〜８０重量部、及び銅化合物（Ｃ）０．０１〜０．５重量部を含むガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットであって、前記ポリアミド樹脂（Ａ）が、脂肪族ポリアミド（ａ１）と芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）から構成され、その重量比が、ａ１：ａ２＝５：９５〜９５：５であり、前記芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）が、９６％硫酸溶液における相対粘度が１．４〜１．８であり、かつ末端カルボキシ基濃度が５０ｍｅｑ／ｋｇ以下であるポリメタキシレンアジパミドを含み、該樹脂組成物からなるペレットにおける残存ガラス繊維長より求められる単位本数あたりの平均ガラス表面積（Ｓ）が、臨界ガラス表面積（Ｓｃ）の１．１倍以上とな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からなるペレット。
2. 前記芳香族成分を含むポリアミド（ａ２）が、結晶性ポリアミドであり、ａ１とａ２の重量比が、ａ１：ａ２＝５：９５〜７５：２５であることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレット。
3. 前記脂肪族ポリアミド（ａ１）が、９６％硫酸溶液における相対粘度が１．４〜２．０であり、かつ末端カルボキシ基濃度が５５〜９５ｍｅｑ／ｋｇであるポリカプロアミドを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレット。
4. 前記ガラス繊維（Ｂ）が、扁平断面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ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレット。
5. 前記ガラス繊維（Ｂ）が、直径７μｍ以下の丸断面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ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレット。