JP6139999B2 - ポリアミド樹脂組成物及び成形体 - Google Patents

ポリアミド樹脂組成物及び成形体 Download PDF

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Description

本発明は、ポリアミド樹脂組成物及び成形体に関する。
近年、ガラス繊維で強化されたポリアミド樹脂は、強度、耐熱性、耐薬品性、比重などに優れるため、金属代替材料として、自動車の機構部品に使用されている。特に、エンジン周辺の部材には、高温環境下での強度、振動疲労特性などが要求されることから、強化ポリアミド樹脂組成物が適しており、種々のポリアミド樹脂のガラス繊維強化組成物が提案されている。(例えば、特許文献1、2、3参照)。
しかし、金属代替材料による自動車部品の軽量化が進むにつれ、近年、そのような部品への性能の要求の高度化が進んでいる。とりわけ、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂を自動車の構造部材に適用するため、長期信頼性が求められている。特にエンジン周辺部品への適用に際し、耐振動疲労特性の向上の要求が高まっている。
これらの要求に応えるため、例えば、エチレン系アイオノマー樹脂を含有するガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
一方で、ポリアミドとエチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルのコポリマーを含む接着剤組成物が開示されており(例えば、特許文献4参照)、また、ポリアミド、ガラス繊維、及びグリシジルメタクリレート共重合体を含むポリアミド樹脂組成物や(例えば、特許文献5参照)、ポリアミド、ガラス繊維、アクリル酸エステルコポリマーからなる組成物も開示されている(例えば、特許文献6参照)。
特開2000−319505号公報 特開2010−269995号公報 特開2007−112877号公報 特開平2−3490号公報 特開2009−209227号公報 特開2007−119775号公報
しかしながら、特許文献1〜6に記載の技術では、より高いレベルで要求される耐振動疲労特性を発揮するポリアミド樹脂組成物を得ることができていない。
本発明は、上記課題を解決するべくなされたものである。そして、本発明の目的は、耐久性、とりわけ耐振動疲労特性に優れたポリアミド樹脂組成物及びその成形体を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、100質量部の(A)ポリアミド樹脂と、5質量部以上200質量部以下の(B)ガラス繊維と、0.01質量部以上1質量部以下であり、かつ、主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である(C)重合体と、を含有するポリアミド樹脂組成物及び当該ポリアミド樹脂組成物を含む成形体が上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は下記の通りである。
[1]
(A)ポリアミド樹脂と、
前記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して5質量部以上200質量部以下の(B)ガラス繊維と、
前記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して0.01質量部以上1質量部以下であり、かつ、主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である(C)重合体と、
を含有する、ポリアミド樹脂組成物。
[2]
前記(C)重合体の重量平均分子量が、1万以下である、前記[1]に記載のポリアミド樹脂組成物。
[3]
前記(C)重合体の酸価が、0.1以上である、前記[1]又は[2]に記載のポリアミド樹脂組成物。
[4]
前記(C)重合体が、主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸及び/又はその塩である重合体である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[5]
前記(C)重合体が、アクリル酸重合体である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[6]
前記(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基濃度とカルボン酸基末端濃度との比(アミノ末端基濃度(μmol/g)/カルボキシル末端基濃度(μmol/g))が、0.2以上1.8以下である、前記[1]〜[5]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[7]
前記(A)ポリアミド樹脂が、ポリアミド46(ポリテトラメチレンアジパミド)、ポリアミド66(ポリヘキサメチレンアジパミド)、ポリアミド610(ポリデカメチレンアジパミド)、ポリアミド612(ポリウンデカメチレンアジパミド)、ポリアミド6T(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド9T(ポリノナンメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド6I(ポリヘキサメチレンイソフタルアミド)及びポリアミドMXD6(ポリメタキシリレンアジパミド)並びにこれらの少なくとも一種を構成成分として含む共重合ポリアミドからなる群から選ばれる1種以上である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[8]
前記(B)ガラス繊維が、(C’)主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその誘導体である重合体を、ガラス繊維表面に塗布する成分の一部として含む、前記[1]〜[7]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[9]
主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸エステルである重合体を、ガラス繊維表面に塗布する成分の一部として含む、前記[1]〜[8]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[10]
(D)熱安定剤を含有する、前記[1]〜[9]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物。
[11]
前記(D)熱安定剤が、銅塩と、アルカリ金属のハロゲン化物及び/又はアルカリ土類金属のハロゲン化物との混合物を含有する、前記[10]に記載のポリアミド樹脂組成物。
[12]
前記[1]〜[11]のいずれかに記載のポリアミド樹脂組成物を含む、成形体。
本発明によれば、耐振動疲労特性に優れたポリアミド樹脂組成物及びその成形体を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
[ポリアミド樹脂組成物]
本実施形態に係るポリアミド樹脂組成物は、(A)ポリアミド樹脂と、上記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して5質量部以上200質量部以下の(B)ガラス繊維と、上記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して0.01質量部以上1質量部以下であり、かつ、主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である(C)重合体と、を含有する。上記のように、本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、所望の材料を所望の比率で含有するため、優れた耐振動疲労特性を発揮することができる。
上記のとおり、(A)ポリアミド樹脂100質量部に対し、(B)ガラス繊維は5質量部以上200質量部以下である。上記した範囲内の場合、ガラス繊維強化された本実施形態のポリアミド樹脂組成物の流動性及び外観が共に一層優れたものとなる。同様の観点から、(B)ガラス繊維の含有量としては、5質量部以上150質量部以下がより好ましく、15質量部以上100質量部以下がさらに好ましい。なお、(B)ガラス繊維の含有量が5質量部未満である場合又は200質量部を超える場合は、得られるポリアミド樹脂組成物の良好な流動性及び外観を得ることができない。
(A)ポリアミド樹脂100部に対して上述した(C)重合体は0.01質量部以上1質量部以下の範囲で含有される。本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、上記した範囲で(C)重合体を含有することにより、優れた耐振動疲労特性を発揮することができる。同様の観点から、(C)重合体の含有量としては、0.01質量部以上0.6質量部以下であることが好ましい。なお、(C)重合体の含有量が0.01質量部未満である場合は、十分な耐振動疲労特性向上の効果を得ることができない。また、上記含有量が1質量部を超える場合は、耐振動疲労特性の向上の効果を十分に得ることができない。
以下、本実施形態に係るポリアミド樹脂の各構成要素について詳細に説明する。
[(A)ポリアミド樹脂]
「ポリアミド樹脂」とは、主鎖に−CO−NH−(アミド)結合を有する高分子化合物を意味する。本実施形態における(A)ポリアミド樹脂としては、例えば、(a)ラクタムの開環重合で得られるポリアミド、(b)ω−アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド、(c)ジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド、並びにこれらの共重合物が挙げられる。しかしながら、これらに限定されるものではない。また、本実施形態における(A)ポリアミド樹脂としては、上記した中の1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
上記(a)の場合について、(A)ポリアミド樹脂の構成成分となる単量体としてのラクタムは、特に限定されないが、例えば、ピロリドン、カプロラクタム、ウンデカラクタム、ドデカラクタム等を挙げることができる。
上記(b)の場合について、ω−アミノカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、上記ラクタムの水による開環化合物であるω−アミノ脂肪酸を用いることができる。なお、上記ラクタム又は上記ω−アミノカルボン酸は、それぞれ2種以上の単量体(上記ラクタム又は上記ω−アミノカルボン酸)を併用して縮合させたものでもよい。
上記(c)の場合について、上記ジアミン(単量体)としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサメチレンジアミンやペンタメチレンジアミン、ノナンメチレンジアミン等の直鎖状の脂肪族ジアミン;2−メチルペンタンジアミンや2−エチルヘキサメチレンジアミン等の分岐型の脂肪族ジアミン;p−フェニレンジアミンやm−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン等の芳香族ジアミン;シクロヘキサンジアミン、シクロペンタンジアミンやシクロオクタンジアミン等の脂環式ジアミンが挙げられる。また、上記ジカルボン酸(単量体)としては、特に限定されないが、例えば、アジピン酸、ピメリン酸やセバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸;テレフタル酸やイソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸が挙げられる。
上記(c)の場合に得られるポリアミド樹脂は、それぞれ1種単独又は2種以上の上記ジアミン及びジカルボン酸を併用して縮合させたものでもよい。
上記のジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミドは、例えば当モル量のジアミンとジカルボン酸を溶解させた塩水溶液を脱水縮合させることにより重合する。公知の方法により、適した温度・圧力に調整して重合することが好ましい。
上記のようにして得られる本実施形態の(A)ポリアミド樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリアミド4(ポリα−ピロリドン)、ポリアミド6(ポリカプロアミド)、ポリアミド11(ポリウンデカンアミド)、ポリアミド12(ポリドデカンアミド)、ポリアミド46(ポリテトラメチレンアジパミド)、ポリアミド66(ポリヘキサメチレンアジパミド)、ポリアミド610(ポリデカメチレンアジパミド)、ポリアミド612(ポリウンデカメチレンアジパミド)、ポリアミド6T(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド9T(ポリノナンメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド6I(ポリヘキサメチレンイソフタルアミド)、ポリアミド2Me5T(ポリ−2−メチルペンタメチレンテレフタラミド)及びポリアミドMXD6(ポリメタキシリレンアジパミド)並びにこれらの少なくとも一種を構成成分として含む共重合ポリアミドからなる群から選ばれる1種以上のポリアミド樹脂等が挙げられる。
上記共重合ポリアミドとしては、特に限定されないが、例えば、ヘキサメチレンアジパミド及びヘキサメチレンテレフタルアミドの共重合物、ヘキサメチレンアジパミド及びヘキサメチレンイソフタルアミドの共重合物、並びにヘキサメチレンテレフタルアミド及び2−メチルペンタンジアミンテレフタルアミドの共重合物等が挙げられる。
上記ポリアミドの中でも、ポリアミド46(ポリテトラメチレンアジパミド)、ポリアミド66(ポリヘキサメチレンアジパミド)、ポリアミド610(ポリデカメチレンアジパミド)、ポリアミド612(ポリウンデカメチレンアジパミド)、ポリアミド6T(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド9T(ポリノナンメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド6I(ポリヘキサメチレンイソフタルアミド)及びポリアミドMXD6(ポリメタキシリレンアジパミド)並びにこれらの少なくとも一種を構成成分として含む共重合ポリアミドからなる群から選ばれる1種以上のポリアミドが好ましい。ポリアミド66(ヘキサメチレンアジパミド)、ポリアミド66を含む共重合体がより好ましい。上記ポリアミド樹脂を用いることで、本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、より優れた耐久性を発揮することができる傾向にある。
本実施形態における(A)ポリアミド樹脂は、ポリアミド樹脂組成物中に33質量%以上95質量%以下で配合されることが望ましい。本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、上記範囲で(A)ポリアミド樹脂を含有しているため、強度、耐熱性、耐薬品性、比重などに優れる。同様の観点から、(A)ポリアミド樹脂は、全樹脂中50質量%以上75質量%以下で配合されていることがさらに好ましい。
本実施形態において、(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基濃度とカルボキシル末端基濃度との比(アミノ末端基濃度(μmol/g)/カルボキシル末端基濃度(μmol/g))は、0.2以上1.8以下であることが好ましい。アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度が0.2以上である場合、高い引張強度が発現する傾向にある。また、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度が1.8以下である場合、より熱滞留に安定なポリアミド樹脂組成物を得ることができる傾向にある。
上記アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は、例えば、重合時にアミンモノマー又はカルボン酸モノマーを添加することで調整することができる。なお、末端基濃度は、例えば、重硫酸溶媒を用いて、60℃での1H−NMR測定により求めることができる。すなわち、当該NMR測定で得られるアミノ末端基、カルボキシル末端基にそれぞれ対応するピークの積分値を求めることで算出できる。
本実施形態における(A)ポリアミド樹脂のJISK6920に準拠して測定される98%硫酸相対粘度は、1.8以上3.0以下の範囲にあることが好ましい。98%硫酸相対粘度が1.8以上であることで、より機械物性に優れたポリアミド樹脂組成物が得られる傾向にある。また、98%硫酸相対粘度が3.0以下であることで、より流動性・外観に優れたポリアミド樹脂組成物が得られる傾向にある。同様の観点から、上記98%硫酸相対粘度が2.2以上2.8以下の範囲にあることがより好ましい。
[(B)ガラス繊維]
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(A)ポリアミド樹脂100質量部に対し、5質量部以上200質量部以下の(B)ガラス繊維を含有する。そのため、本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、優れた耐久性を発揮することができる。なお、上記(B)ガラス繊維としては、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂補強用ガラスロービングや熱可塑性樹脂補強用ガラスチョップドストランド等の形態で使用することができる。
本実施形態において、(B)ガラス繊維としては、特に限定されないが、平均繊維径が5μm以上30μm以下であることが好ましい。この場合、強度及び成型性においてさらに優れたポリアミド樹脂組成物を得られる傾向にある。また、ガラス繊維の平均繊維長についても特に限定されるものではないが、チョップドストランドの形態を採用する場合、0.1mm以上6mm以下の範囲で適宜選択することができる。なお、本明細書における平均繊維径及び平均繊維長は、無作為に抽出した500本の繊維の直径及び長さを測定して得られた値の平均値である。
本実施形態の(B)ガラス繊維は、樹脂などの他の物質と(B)ガラス繊維との親和性を高めるなどの観点から、シランカップリング剤で表面を処理されていることが好ましい。また、樹脂などの他の物質と(B)ガラス繊維との親和性を高めるなどの観点から、後述する本実施形態のガラス繊維は集束剤を表面に塗布されていることが好ましい。すなわち、(B)ガラス繊維は、シランカップリング剤で処理され、集束剤を塗布された表面を有することが好ましい。
[シランカップリング剤]
上記シランカップリング剤としては、特に限定されないが、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やN−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノシラン類;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランやγ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプトシラン類;エポキシシラン類;ビニルシラン類が挙げられる。上記した成分から選択される1種以上であることが好ましく、アミノシラン類がより好ましい。
[集束剤]
上記集束剤は、例えば(B)ガラス繊維同士を束ねる目的や、樹脂などの他の物質と(B)ガラス繊維との親和性を高めるなどの役割を果たすことを目的として、(B)ガラス繊維表面に塗布される。上記塗布に際しては、例えば、後述する(B)ガラス繊維の調製方法に述べるような方法を採用することができる。なお、上記集束剤としては、本実施形態におけるポリアミド樹脂組成物及びその成形体の耐振動疲労特性をより高める観点から、主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその誘導体である重合体を含むことが好ましい。すなわち、本実施形態において、(B)ガラス繊維が、(C’)主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその誘導体である重合体を、ガラス繊維表面に塗布する成分の一部として含むことが好ましい。
本明細書において、「主鎖を構成する成分」とは、その成分(単量体)自身の活性基、例えばビニル基などが連続的に反応し、多量体を生成していくことで、主鎖を構成する成分のことを言う。
本明細書において、「不飽和モノカルボン酸」とは、分子内に炭素−炭素二重結合を1つ以上と、カルボキシル基を1つ有する化合物を言う。環式及び非環式のいずれも適するが、特に非環式不飽和モノカルボン酸が好ましい。
上記した「不飽和モノカルボン酸の誘導体」とは、上記不飽和モノカルボン酸に官能基が導入されたものを言う。特に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコールによりカルボニル基をエステル化したものを言う。
上記不飽和モノカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、3−メチル−3−メチルブテン酸、(Z)−2−ブテン酸、3−メチレンペンテン酸、オレイン酸、リノレン酸などが挙げられる。上記不飽和カルボン酸のうち、耐振動疲労特性向上の観点から、特にアクリル酸、メタクリル酸が好ましい。同様の観点から、アクリル酸がより好ましい。
不飽和モノカルボン酸の誘導体としては、例えば、上記不飽和カルボン酸に官能基を導入したものを言う。特に限定されないが、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルを挙げることができる。具体的には、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどが挙げられる。上記不飽和カルボン酸誘導体のうち、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルが好ましい。耐振動疲労特性向上の観点から、アクリル酸エステルがより好ましい。同様の観点から、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルがさらに好ましい。
主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその誘導体である重合体のうち、主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸である重合体、主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸エステルである重合体、主鎖を構成する成分の少なくとも一種がメタクリル酸である重合体、又は主鎖を構成する成分の少なくとも一種がメタクリル酸エステルである重合体が好ましい。主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸エステルである重合体がより好ましい。上記のような重合体を用いる場合、本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、耐振動疲労特性向上の効果がより大きく得られる傾向にある。
上記集束剤は、ポリウレタン樹脂、無水マレイン酸共重合体を含有してもよい。
上記ポリウレタン樹脂は、ガラス繊維集束剤として一般的に用いられるものであれば特に限定されない。例えば、m−キシリレンジイソシアナート(XDI)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)(HMDI)やイソホロンジイソシアナート(IPDI)等のイソシアネートと、ポリエステル系やポリエーテル系のジオールとから合成されるものが好適に使用できる。
上記無水マレイン酸共重合体は、ガラス繊維集束剤として一般的に用いられるものであれば特に限定されない。例えば、エチレン−無水マレイン酸共重合体、ブテン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体などが好適に使用できる。
上記集束剤は、使用態様に応じて、水溶液、コロイダルディスパージョン、乳化剤を用いたエマルジョン等、いずれの形態に調製してもよい。
[ガラス繊維(B)の調製方法]
ガラスロービングの形態に調製する場合は、公知のガラス繊維の製造工程において、ローラー型アプリケーター等の公知の方法を用いて、上述した集束剤をガラスロービングの表面に塗布したストランドを乾燥することによって連続的に得られる。ガラスチョップドストランドの場合は、上記ガラスロービングを所定の長さに切断することにより得られる。また、ストランドの乾燥は切断工程後に行ってもよく、又はストランドを乾燥した後に切断してもよい。
本実施形態において、上記集束剤は、(B)ガラス繊維100質量%に対し、固形分率として0.2質量%以上3質量%以下となるように塗布(付着)することが好ましく、より好ましくは0.3質量%以上2質量%以下となるように塗布(付着)する。ガラス繊維の集束を維持する観点から、上記集束剤の付着量が、(B)ガラス繊維100質量%に対し、固形分率として0.2質量%以上であることが好ましい。一方、後述するガラス繊維強化熱可塑性樹脂組成物の熱安定性向上の観点から、3質量%以下であることが好ましい。なお、上記付着量は、後述する実施例の記載と同様の方法で測定することができる。
[(C)重合体]
本実施形態において、(C)重合体は、主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である。不飽和モノカルボン酸としては、環式、非環式のいずれも適するが、特に非環式不飽和モノカルボン酸が好ましい。なお、不飽和モノカルボン酸には、誘導体を含まない。
(C)重合体の主鎖を構成する不飽和モノカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、3−メチル−3−メチルブテン酸、(Z)−2−ブテン酸、3−メチレンペンテン酸、オレイン酸、リノレン酸などが挙げられる。
本実施形態において、耐振動疲労特性をより向上させる観点から、上記(C)重合体の主鎖を構成する不飽和カルボン酸のうち、特にアクリル酸、メタクリル酸が好ましい。アクリル酸がより好ましい。不飽和モノカルボン酸の塩とは、上記不飽和モノカルボン酸の、カルボン酸のプロトンが無機又は有機の陽イオンに置換されたものを言う。
上記(C)重合体の主鎖を構成する不飽和モノカルボン酸の塩としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、アクリル酸カルシウム、メタクリル酸ナトリウムなどが挙げられる。
本実施形態において、(C)重合体のうち、耐久性向上の観点から、主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸である重合体が好ましい。耐久性向上の観点から、アクリル酸重合体がより好ましい。
本実施形態において、(C)重合体の重量平均分子量は、耐振動疲労特性向上の観点から、1万以下が好ましい。同様の観点から、3000以下がより好ましく、500以上3000以下であることがさらに好ましい。重量平均分子量が1万以下である場合、耐振動疲労特性向上の効果がより高くなる傾向にある。また、500以上である場合、押出時の安定性がより高くなる傾向にある。なお、本明細書における重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により求めることができる。
主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である(C)重合体の酸価は、0.1以上が好ましい。0.2以上であることがさらに好ましい。また、0.5以下であることが好ましい。(C)重合体が上記の酸価を有する場合、より良い耐振動疲労特性向上効果が得られる傾向にある。なお、本明細書における酸価は、JIS K0070に準拠し、(C)重合体1g中に存在する、酸を中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数を測定することにより求めることができる。
[(D)熱安定剤]
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(D)熱安定剤を含むことができる。「熱安定剤」とは、熱による劣化を抑制するために添加する安定剤であり、例えばフェノール系熱安定剤、リン系熱安定剤、アミン系熱安定剤、銅系熱安定剤などが挙げられる。すなわち、本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(D)熱安定剤を含有することにより、熱による劣化を抑制することができる。なお、本実施形態において、(D)熱安定剤の含有量は特に限定されないが、熱による劣化の効果的な抑制、着色の防止、機械物性の保持などの観点から0.001重量部〜5重量部の範囲で含有されていることが好ましい。
上記した「フェノール系熱安定剤」とは、フェノール基を含む分子であり、例えばIrganox(登録商標)1098(BASF社製)が挙げられる。しかしながらこれに限定されるものではない。
上記した「リン系熱安定剤」とは、リン元素を含む分子であり、例えばPEP(商標登録)36(ADEKA社製)が挙げられる。しかしながらこれに限定されるものではない。
上記した「アミン系熱安定剤」とは、アミンを含む分子であり、例えばNyrostab(商標登録)S−EED(クラリアント社製)が挙げられる。しかしながらこれに限定されるものではない。
上記した「銅系熱安定剤」とは、銅塩とアルカリ金属のハロゲン化物及び/又はアルカリ土類金属のハロゲン化物との混合物を含む安定剤のことを言う。例えば、ヨウ化銅(I)と、ヨウ化カリウムの混合物を含む安定剤が挙げられるが、これに限定されない。本実施形態における(D)熱安定剤は、耐振動疲労特性向上の観点から、銅系熱安定剤が好ましい。
[ポリアミド樹脂組成物に含まれ得るその他の成分]
上記した成分の他に、本実施形態の効果を損なわない範囲で、必要に応じてさらに他の成分を添加してもよい。上記他の成分としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維以外の無機充填材、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光劣化防止剤、可塑剤、滑剤、離型剤、核剤、難燃剤、着色剤、染色剤や顔料等を添加してもよいし、他の熱可塑性樹脂を混合してもよい。ここで、上記した他の成分はそれぞれ性質が大きく異なるため、各成分についての、本実施形態の効果をほとんど損なわない好適な含有率は様々であり、各々適宜設定することができる。
[ポリアミド樹脂組成物の製造方法]
本実施形態において、ポリアミド樹脂組成物を製造する方法としては、特に限定されないが、(A)ポリアミド樹脂、(B)ガラス繊維及び(C)重合体と、所望のその他の成分とを混合し、所定の単軸又は多軸押出機を用いて混練する方法を挙げることができる。
具体的には、(B)ガラス繊維としてガラスチョップドストランドを用いる場合、上流側供給口と下流側供給口とを備えた二軸押出機を使用し、上流側供給口から熱可塑性樹脂を供給して溶融させた後、下流側供給口からガラスチョップドストランドを供給して溶融混練する方法を用いることが好ましい。また、ガラスロービングを用いる場合も、公知の方法で複合することができる。
[成形体]
本実施形態の成形体は、上記の実施形態に係るポリアミド樹脂組成物を含むものである。特に限定されないが、例えば、上述した実施形態に係るポリアミド樹脂組成物の射出成形による各種部品の成形体とすることができる。そして、本実施形態における上記成形体は、特に限定されないが、例えば、自動車用、機械工業用、電気・電子用、産業資材用、工業材料用、日用・家庭品用等の各種部品に適用することができる。すなわち、本実施形態における成形体は、上記各種部品に優れた耐振動疲労特性を付与することができる。
以下、実施例及び比較例よって本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。なお、実施例及び比較例に係る試料を評価するための測定方法は以下のとおりである。
<測定方法>
[98%硫酸相対粘度(ηr)]
後述する各実施例及び比較例(以下、単に「各例」ともいう)における(A)ポリアミド樹脂の98%硫酸相対粘度(ηr)は、JISK6920に従って測定した。
[末端基濃度]
末端基濃度は、重硫酸溶媒を用いて、60℃での1H−NMR測定により求めた。この際の測定装置としては、日本電子(株)製のECA500を用いた。すなわち、各例における(A)ポリアミド樹脂のアミノ基末端、カルボキシル基末端の対応ピークの積分値から末端基濃度を算出した。
[酸価]
各例における(C)重合体の酸価を、JIS K0070に準拠し、(C)重合体1g中に存在する、酸を中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数を測定することにより求めた。
[集束剤の付着量]
各例において、熱重量分析(TGA)装置でガラス繊維の熱減量率を求め、ガラス繊維に対する集束剤の付着量を測定した。TGA装置はTGA−50(島津製作所(株)製)を用い、温度条件としては30℃から550℃まで20℃/minで昇温後、550℃で1時間保持した。
[振動疲労特性]
各例で得られたポリアミド樹脂組成物のペレットを成形するべく、射出成形機(PS−40E:日精樹脂株式会社製)において、射出+保圧時間を10秒とし、冷却時間を7秒とし、後述の実施例に記載した金型温度とシリンダー温度にそれぞれ設定した。このようにしてISO 294−1に準拠して作成したJISK7139小型ISO試験片(3mm厚)を対象とし、島津製作所(株)製の島津サーボパルサー(EHF−FV10KN−10LA)を使用して振動疲労試験を行った。その際の条件は、周波数:20Hz、波形:正弦波、温度:120℃、応力比:0.1、チャック間距離:30mmとした。さらに、下記2種類の測定条件を設定した。
測定条件1:試料にかかる応力を76MPaに設定した場合において、当該試料が破断にいたる振動回数を求めた。
測定条件2:試料にかかる応力を66MPaに設定した場合において、当該試料が破断にいたる振動回数を求めた。
[120℃での引張強度、引張伸度]
各例で得られたポリアミド樹脂組成物のペレットを成形するべく、射出成形機(PS−40E:日精樹脂株式会社製)において、射出+保圧時間を25秒とし、冷却時間を15秒とし、後述の実施例に記載した金型温度とシリンダー温度にそれぞれ設定した。このようにして、ISO 3167に準拠しつつ、多目的試験片A型の成形片を成形した。これらの多目的試験片(A型)を対象とし、120℃において、ISO 527に準拠し、引張速度5mm/分で引張試験を行い、引張強度及び引張伸度を測定した。なお、引張強度は破断点強度の値を採用し、引張伸度は破断点の予備ひずみ(チャックを含めた試験片全体の伸び)の値を採用した。また、測定装置としては、島津製作所(株)製のオートグラフ AG−Iを用いた。
[色調の評価]
各例に対応する試験片のb値を、日本電色社製色差計ZE−2000を用いて反射法により測定した。
<原料>
[ポリアミド樹脂A−1(PA66)]
50質量%のヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との等モル塩の水溶液を30kg作製し、十分撹拌した。当該ポリアミド66の原料の水溶液を、撹拌装置を有し、かつ、下部に抜出しノズルを有する70Lのオートクレーブ中に仕込んだ。その後、50℃の温度下で十分攪拌した。次いで、窒素で雰囲気置換した後、撹拌しながら温度を50℃から約270℃まで昇温した。この際、オートクレーブ内の圧力は、ゲージ圧にして約1.77MPaに近づくが、圧力が1.77MPa以上にならないように水を系外に除去しながら加熱を約1時間続けた。その後、約1時間をかけ、圧力を大気圧まで降圧し、さらに約270℃、大気圧で約1時間保持した後、撹拌を停止した。下部ノズルからストランド状にポリマーを排出し、水冷・カッティングを行い、ペレットを得た。
ポリアミド樹脂A−1の98%硫酸相対粘度は2.8であった。また、アミノ末端基濃度は46μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は72μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.64であった。なお、ポリアミド樹脂A−1の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
[ポリアミド樹脂A−2(PA66)]
原料の水溶液にアジピン酸を900g追加で添加したことを除き、ポリアミド樹脂A−1と同様の作成方法によりポリアミド樹脂A−2を作成した。ポリアミド樹脂A−2の98%硫酸相対粘度は2.2であった。また、アミノ末端基濃度は33μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は107μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.3であった。なお、ポリアミド樹脂A−2の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
[ポリアミド樹脂A−3(PA66)]
原料の水溶液にヘキサメチレンジアミンを900g追加で添加したことを除き、ポリアミド樹脂A−1と同様の作成方法でポリアミド樹脂A−3を作成した。ポリアミド樹脂A−3の98%硫酸相対粘度は2.4であった。また、アミノ末端基濃度は78μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は52μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は1.5であった。なお、ポリアミド樹脂A−3の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
[ポリアミド樹脂A−4(PA66/6T)]
特表2013−501094の製造例に従い、PA66/6Tを作成した。ポリアミド樹脂A−4の98%硫酸相対粘度は2.9であった。また、アミノ末端基濃度は42μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は65μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.6であった。なお、ポリアミド樹脂A−4の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
[ポリアミド樹脂A−5(PA610)]
特開2011−148997の製造例に従い、PA610を作成した。ポリアミド樹脂A−5の98%硫酸相対粘度は2.3であった。また、アミノ末端基濃度は58μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は79μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.7であった。なお、ポリアミド樹脂A−5の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を260℃に設定した。
[ポリアミド樹脂A−6(PA9T)]
特開2013−40346の製造例に従い、PA9Tを作成した。ポリアミド樹脂A−6の98%硫酸相対粘度は2.9であった。また、アミノ末端基濃度は42μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は52μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.8であった。なお、ポリアミド樹脂A−6の成形においては、金型温度を120℃、シリンダー温度を330℃に設定した。
[ガラス繊維B−1]
固形分換算で、ポリウレタン樹脂2質量%(商品名:ボンディック(登録商標)1050、固形分率50質量%の水溶液(大日本インキ株式会社製))、エチレン−無水マレイン酸共重合体(ポリサイエンス製)4質量%、ポリアクリル酸エチル(Thermo Fisher Scientific製)4質量%、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン0.6質量%(商品名:KBE−903(信越化学工業株式会社製))、潤滑剤0.1質量%(商品名:カルナウバワックス(株式会社加藤洋行製))となるように水で希釈し、全質量を100質量%に調整し、ガラス繊維集束剤を得た。
上記のガラス繊維集束剤を、溶融防糸された平均直径10μmのガラス繊維に対して付着させた。すなわち、回転ドラムに巻き取られる途中のガラス繊維に対し、所定位置に設置されたアプリケーターを用いて、上記ガラス繊維集束剤をガラス繊維に塗布した。次いで、これを乾燥し、上記ガラス繊維集束剤で表面処理されたガラス繊維束のロービング(ガラスロービング)を得た。その際、ガラス繊維は1,000本の束となるようにした。ガラス繊維集束剤の付着量を[0067]に記載の方法により求めたところ、0.6質量%であった。これを3mmの長さに切断して、ガラスチョップドストランドを得た。
[ガラス繊維B−2]
ガラス繊維B−1と同様の方法で、平均直径7μmのガラス繊維を用いた。
[ガラス繊維B−3]
固形分換算で、ポリウレタン樹脂2質量%(商品名:ボンディック(登録商標)1050、固形分率50質量%の水溶液(大日本インキ株式会社製))、エチレン−無水マレイン酸共重合体(ポリサイエンス製)4質量%、ポリメタクリル酸メチル(商品名:Plexalioy (登録商標)PFE70 ダイセル−エボニック社製))4質量%、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン0.6質量%(商品名:KBE−903、(信越化学工業株式会社製))、潤滑剤0.1質量%(商品名:カルナウバワックス(株式会社加藤洋行製))となるように水で希釈し、全質量を100質量%に調整し、ガラス繊維集束剤を得た。
上記のガラス繊維集束剤を、溶融防糸された平均直径10μmのガラス繊維に対して付着させた。すなわち、回転ドラムに巻き取られる途中のガラス繊維に対し、所定位置に設置されたアプリケーターを用いて、上記ガラス繊維集束剤をガラス繊維に付着させた。次いで、これを乾燥し、上記ガラス繊維集束剤で表面処理されたガラス繊維束のロービング(ガラスロービング)を得た。その際、ガラス繊維は1,000本の束となるようにした。ガラス繊維集束剤の付着量を[0067]に記載の方法により求めたところ、0.6質量%であった。これを3mmの長さに切断して、ガラスチョップドストランドを得た。
[ガラス繊維B−4]
固形分換算で、ポリウレタン樹脂2質量%(商品名:ボンディック(登録商標)1050、固形分率50質量%の水溶液(大日本インキ株式会社製))、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン0.6質量%(商品名:KBE−903、(信越化学工業株式会社製)、潤滑剤0.1質量%(商品名:カルナウバワックス(株式会社加藤洋行製))となるように水で希釈し、全質量を100質量%に調整し、ガラス繊維集束剤を得た。
上記のガラス繊維集束剤を、溶融防糸された平均直径10μmのガラス繊維に対して付着させた。すなわち、回転ドラムに巻き取られる途中のガラス繊維に対し、所定位置に設置されたアプリケーターを用いて、上記ガラス繊維集束剤をガラス繊維に付着させた。次いで、これを乾燥し、上記ガラス繊維集束剤で表面処理されたガラス繊維束のロービング(ガラスロービング)を得た。その際、ガラス繊維は1,000本の束となるようにした。ガラス繊維集束剤の付着量を[0067]に記載の方法により求めたところ、0.4質量%であった。これを3mmの長さに切断して、ガラスチョップドストランドを得た。
[不飽和モノカルボン酸重合体C−1]
ポリアクリル酸(重量平均分子量 1800、酸価 0.15)を用いた。
[不飽和モノカルボン酸重合体C−2]
ポリアクリル酸(重量平均分子量 5000、酸価 0.15)を用いた。
[不飽和モノカルボン酸重合体C−3]
ポリアクリル酸(重量平均分子量 20000、酸価 0.15)を用いた。
[不飽和モノカルボン酸共重合体C−4]
アクリル酸−マレイン酸共重合体塩(重量平均分子量 2000、酸価 0.1)を用いた。
[不飽和モノカルボン酸共重合体C−5]
アクリル酸−スルホン酸系モノマー共重合体塩(重量平均分子量 5000、酸価 0.08)を用いた。
[不飽和モノカルボン酸エステル重合体C−6]
ポリメタクリル酸メチル(重量平均分子量 2000、酸価 0.1)を用いた。
[不飽和モノカルボン酸エステル共重合体C−7]
エチレン−アクリル酸エチル共重合体(重量平均分子量 5000、酸価 0.05)を用いた。
[熱安定剤D−1]
Irganox(登録商標)1098(BASF社製)を用いた。
[熱安定剤D−2]
銅系熱安定剤: ヨウ化銅(CuI)(和光純薬工業(株)製 商品名 ヨウ化銅(I))を100gと、ヨウ化カリウム(KI)(和光純薬工業(株)製 商品名 ヨウ化カリウム)440gの混合物を用いた。
[実施例1]
押出機として、二軸押出機(ZSK−26MC:コペリオン社製(ドイツ))を用いた。この二軸押出機は、上流側から1番目のバレルに上流側供給口を有し、かつ、9番目のバレルに下流側供給口を有するものである。そして、L/D(押出機のシリンダーの長さ/押出機のシリンダー径)=48(バレル数:12)となっている。この二軸押出機において、上流側供給口からダイまでの温度を290℃に、スクリュー回転数を300rpmに、吐出量を25kg/時間に、それぞれ設定した。かかる条件下で、下記表1の上部に記載された割合となるように、上流側供給口より(A)ポリアミド樹脂と(C)重合体(不飽和モノカルボン酸共重合体)を供給し、下流側供給口より(B)ガラス繊維を供給し、溶融混練することで樹脂組成物のペレットを製造した。得られた樹脂組成物を成形し、その成形片を用いて、振動疲労特性、高温物性、色調を評価した。これらの評価結果等を下記表1〜4に示した。
[実施例2〜16、比較例1〜6]
(A)ポリアミド樹脂、(B)ガラス繊維及び(C)重合体の含有量を表1〜5のように変更したことを除き、実施例1と同様にしてペレット及び試験片を作成し、各試験に供した。ただし、実施例18及び比較例8(PA610の部分)は、二軸押出機において、上流側供給口からダイまでの温度を260℃に設定した。また、実施例19及び比較例9(PA9Tの部分)は、二軸押出機において、上流側供給口からダイまでの温度を330℃に設定した。以上の実施例2〜16、比較例1〜6の評価結果等を下記表1〜5に示した。
なお、表中の数字は質量部を表し、「−」は測定していないことを示す。
Figure 0006139999
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表1から、次のことがわかった。すなわち、不飽和モノカルボン酸重合体又は不飽和モノカルボン酸共重合体を含まないガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物(比較例1〜3)と比較すると、不飽和モノカルボン酸重合体又は不飽和モノカルボン酸共重合体とガラス繊維を含むポリアミド樹脂組成物(実施例1〜5)は、いずれも高い耐振動疲労特性を示した。さらに、実施例1〜5の高温における物性値(引張強度及び引張伸度)は、いずれも十分に高い値を維持していた。
表2から、次のことがわかった。すなわち、(C)重合体を1質量部を超えて含有する又は0.01質量部未満で含有するポリアミド樹脂組成物(比較例4〜5)と比較すると、(A)ポリアミド樹脂100部に対して主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である(C)重合体を0.01質量部以上1質量部以下で含有するポリアミド樹脂組成物(実施例1,6〜9)は、いずれも高い耐振動疲労特性を示した。また、実施例8〜9に示すように、(B)ガラス繊維の配合量を変化させても高い耐振動疲労特性を示した。さらに、実施例1,6〜9の高温における物性値(引張強度及び引張伸度)は、いずれも十分に高い値を維持していた。
表3から、次のことがわかった。すなわち、実施例1、10、11に示すように、(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度の比を変化させても、高い耐振動疲労特性を示した。また、実施例12〜14に示すように、(B)ガラス繊維における集束剤ないし繊維径を変化させても、高い耐振動疲労特性を示した。中でも、不飽和モノカルボン酸、特に、アクリル酸エステルをガラス繊維表面に塗布する成分の一部として含む場合に高い耐振動疲労特性が得られた。これら実施例では、比較例3、6と比較して、(C)重合体を含有することによる効果が示された。さらに、実施例1,10〜14の高温における物性値(引張強度及び引張伸度)は、いずれも十分に高い値を維持していた。また、実施例1,10〜11は、いずれも良好な色調を呈した。
表4から、次のことがわかった。すなわち、実施例15〜16に示すように、(D)熱安定剤を含むことで、より高い耐振動疲労特性を示した。特に、実施例16に示すように、銅系熱安定剤を含んだポリアミド樹脂組成物は、さらに高い耐振動疲労特性を示した。
表5から、次のことがわかった。すなわち、実施例17〜19に示すように、実施例1とは異なる分子骨格を有する(A)ポリアミド樹脂を用いた場合でも、(C)重合体を含有することにより、高い耐振動疲労特性を示すポリアミド樹脂組成物が得られた。
本発明に係るポリアミド樹脂組成物は、高レベルでの耐久性、特に耐振動疲労特性が要求される自動車部品や電子部品(コネクタ、スイッチ)等の成形体の材料として、産業上の利用可能性がある。

Claims (12)

  1. (A)ポリアミド樹脂と、
    前記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して5質量部以上200質量部以下の(B)ガラス繊維と、
    前記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して0.01質量部以上1質量部以下であり、かつ、主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその塩である(C)重合体と、
    を含有する、ポリアミド樹脂組成物。
  2. 前記(C)重合体の重量平均分子量が、1万以下である、請求項1に記載のポリアミド樹脂組成物。
  3. 前記(C)重合体の酸価が、0.1以上である、請求項1又は2に記載のポリアミド樹脂組成物。
  4. 前記(C)重合体が、主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸及び/又はその塩である重合体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  5. 前記(C)重合体が、アクリル酸重合体である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  6. 前記(A)ポリアミド樹脂におけるアミノ末端基濃度とカルボキシル末端基濃度との比(アミノ末端基濃度(μmol/g)/カルボキシル末端基濃度(μmol/g))が、0.2以上1.8以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  7. 前記(A)ポリアミド樹脂が、ポリアミド46(ポリテトラメチレンアジパミド)、ポリアミド66(ポリヘキサメチレンアジパミド)、ポリアミド610(ポリデカメチレンアジパミド)、ポリアミド612(ポリウンデカメチレンアジパミド)、ポリアミド6T(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド9T(ポリノナンメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド6I(ポリヘキサメチレンイソフタルアミド)及びポリアミドMXD6(ポリメタキシリレンアジパミド)並びにこれらの少なくとも一種を構成成分として含む共重合ポリアミドからなる群から選ばれる1種以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  8. 前記(B)ガラス繊維が、(C’)主鎖を構成する成分の少なくとも一種が不飽和モノカルボン酸及び/又はその誘導体である重合体を、ガラス繊維表面に塗布する成分の一部として含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  9. 主鎖を構成する成分の少なくとも一種がアクリル酸エステルである重合体を、ガラス繊維表面に塗布する成分の一部として含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  10. (D)熱安定剤を含有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
  11. 前記(D)熱安定剤が、銅塩とアルカリ金属のハロゲン化物及び/又はアルカリ土類金属のハロゲン化物との混合物を含有する、請求項10に記載のポリアミド樹脂組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物を含む、成形体。
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