JP6139999B2 - ポリアミド樹脂組成物及び成形体 - Google Patents
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Description
[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。
「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。
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。
[シランカップリング剤]
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。
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、(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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ポリアクリル酸(重量平均分子量 1800、酸価 0.15)を用いた。
ポリアクリル酸(重量平均分子量 5000、酸価 0.15)を用いた。
ポリアクリル酸(重量平均分子量 20000、酸価 0.15)を用いた。
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。
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。
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。
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。
Irganox(登録商標)1098(BASF社製)を用いた。
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。
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。
(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。
Claims (12)
- (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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- (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。
- 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。
- 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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