JP6993176B2 - 液晶ポリエステル樹脂組成物および射出成形体 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る液晶ポリエステル樹脂組成物について説明する。なお、図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物に含まれる液晶ポリエステル樹脂は、溶融状態で液晶性を示す液晶ポリエステル樹脂であり、450℃以下の温度で溶融するものであることが好ましい。なお、液晶ポリエステル樹脂は、液晶ポリエステルアミドであってもよいし、液晶ポリエステルエーテルであってもよいし、液晶ポリエステルカーボネートであってもよいし、液晶ポリエステルイミドであってもよい。液晶ポリエステル樹脂は、原料モノマーとして芳香族化合物のみを用いてなる全芳香族液晶ポリエステル樹脂であることが好ましい。
(2)-CO-Ar2-CO-
(3)-X-Ar3-Y-
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物に含まれる炭素繊維は、プリカーサーと呼ばれる前駆体を焼成して得られる一般的な炭素繊維である。より具体的には、まずプリカーサーを酸化雰囲気中で耐炎化処理した後、得られた耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気中、800~2000℃程度で焼成する。さらに必要に応じて、これをより高温の不活性ガス中で焼成する。炭素繊維は、通常、その表面にサイジング剤が付与されたものが知られている。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物に含まれるフラーレンは、フラーレン構造を有していれば炭素数に制限はないが、例えば炭素数60~84のフラーレンである。本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物に含まれるフラーレンは、C60と、C70と、骨格部分の炭素数が70を超える高次フラーレンとの混合物であることが好ましい。本明細書において、「C60」というときには、骨格部分の炭素数が60であることを意味し、置換基の有無については問わないこととする。また、C70等、他のフラーレンについても同様である。C60と、C70と、高次フラーレンとの混合物は、ミックスフラーレンと呼ばれる。また、本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物において、フラーレンの総質量に対するC60の含有率が、50質量%以上90質量%以下であることが好ましい。
当量比=A1/A2
ここで、A1は炭化水素原料と酸素との実際のモル比(炭化水素原料)/(酸素)を示す。A2は炭化水素原料と酸素との完全燃焼時(化学量論)のモル比(炭化水素原料)/(酸素)を示す。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物は、原料として、本実施形態の炭素繊維およびフラーレン以外の充填材、添加剤、液晶ポリエステル樹脂以外の樹脂等の他の成分を1種以上含んでもよい。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物は、液晶ポリエステル樹脂、炭素繊維、フラーレンおよび必要に応じて用いられる他の成分を混合することにより得ることができる。
(i)炭素繊維に、フラーレンを含む溶液を含浸する工程
(ii)上記溶液を含浸させた複合繊維を、乾燥させる工程
(iii)乾燥させた複合繊維と、溶融した液晶ポリエステル樹脂との複合体を得る工程
(iv)複合体を切断する工程
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物は、液晶ポリエステル樹脂と、液晶ポリエステル樹脂100質量部に対して15質量部以上100質量部以下の炭素繊維と、炭素繊維100質量部に対して0.001質量部以上0.02質量部以下のフラーレンと、を含む。
本実施形態の射出成形体は、上述した液晶ポリエステル樹脂組成物を形成材料とし、射出成形法により成形したものである。詳しくは、公知の射出成形機を用いて、液晶ポリエステル樹脂組成物を溶融させ、溶融した液晶ポリエステル樹脂組成物を、金型内に射出することにより成形する。公知の射出成形機としては、例えば、日精樹脂工業社製の油圧式横型成形機PS40E5ASE型などが挙げられる。
フローテスター(株式会社島津製作所の「CFT-500型」)を用いて、液晶ポリエステ約2gを、内径1mmおよび長さ10mmのノズルを有するダイを取り付けたシリンダーに充填し、9.8MPa(100kg/cm2)の荷重下、4℃/分の速度で昇温しながら、液晶ポリエステを溶融させ、ノズルから押し出し、4800Pa・s(48000ポイズ)の粘度を示す温度を測定した。
液晶ポリエステル樹脂:RB100(住友化学(株)製、流動開始温度333℃)。
炭素繊維束:PAN系チョップド炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製、数平均繊維長6mm、数平均繊維径6μm)。
フラーレン:nanom(登録商標) MIX ST(フロンティアカーボン株式会社製)。C60/C70/高次フラーレンが質量比で60/20/20であった。
[実施例1]
表1に示す割合で、液晶ポリエステル樹脂、炭素繊維束およびフラーレンを用い、これらが混合した液晶ポリエステル樹脂組成物を得た。まず、フラーレンの濃度が10ppmになるように調製した塩化メチレン溶液に、炭素繊維束を投入し、24時間浸漬した(含浸する工程)。撹拌後、フィルター(孔径1μm)を用いて濾過し、濾残を24時間自然乾燥させた(乾燥させる工程)。このようにして、炭素繊維束にフラーレンが混合された複合繊維を得た。なお、表1中の数値は質量部を表す。
装置:Agilent Technology製、高速液体クロマトグラフ1200 Series
カラム:YMC製カラムYMC-pack ODS-AM
展開溶媒(体積比):トルエン/メタノール=51/49
流速:1.2mL/分
検出方法:308nm紫外光吸収
ただし、式中、C1は、含浸前の塩化メチレン溶液におけるフラーレンの濃度[質量ppm]を表す。C2は、含浸後の塩化メチレン溶液におけるフラーレンの濃度[質量ppm]を表す。M1は、塩化メチレン溶液の質量[g]を表す。M2は、炭素繊維の質量[mg]を表す。
フラーレンを用いなかったこと以外は実施例1と同様にして行い、液晶ポリエステル樹脂組成物からなるペレットを作製した。
表1に示す割合で、二軸押出機(池貝鉄工株式会社製の「PCM-30」、シリンダー温度:280℃)に液晶ポリエステル樹脂、炭素繊維束およびフラーレンを供給し、溶融混練した後、液晶ポリエステル樹脂組成物からなるペレットを作製した。
射出成形機日精樹脂工業(株)社製「PNX40-5A」を用いて、12.7mm×6.4mm×6.4mmtの試験片を射出成形した。成形条件は、シリンダー温度350℃、金型温度130℃、射出速度75mm/秒とした。
上述した<曲げ強度および曲げ弾性率>で得られた試験片(ノッチなし)のIzod衝撃強度をASTM D256に準拠して測定した。
上述した<曲げ強度および曲げ弾性率>で得られた試験片の荷重たわみ温度を、ASTM D648に準拠し、1.82MPaの荷重、昇温速度2℃/分で測定した。
Claims (6)
- 液晶ポリエステル樹脂と、
前記液晶ポリエステル樹脂100質量部に対して15質量部以上100質量部以下の炭素繊維と、
前記炭素繊維100質量部に対して0.001質量部以上0.02質量部以下のフラーレンと、を含み、
前記炭素繊維の数平均繊維径は、1μm以上10μm以下であり、
前記フラーレンは、C 60 と、C 70 と、骨格部分の炭素数が70を超える高次フラーレンとの混合物であり、
前記フラーレンの総質量に対する前記C 60 の含有率が、50質量%以上90質量%以下であり、
前記フラーレンは、前記炭素繊維に吸着している液晶ポリエステル樹脂組成物。 - 前記フラーレンは、無置換のフラーレンを含む請求項1に記載の液晶ポリエステル樹脂組成物。
- 前記炭素繊維を芯構造とし、前記炭素繊維の周囲を前記液晶ポリエステル樹脂が被覆する芯鞘構造を有する請求項1又は2に記載の液晶ポリエステル樹脂組成物。
- ペレット状を呈し、
前記炭素繊維の断面が露出している請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶ポリエステル樹脂組成物。 - 前記炭素繊維がペレットの軸心方向にほぼ平行に配列され、かつ前記炭素繊維の長さが前記ペレットの長さと実質的に同じ長さである請求項4に記載の液晶ポリエステル樹脂組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の液晶ポリエステル樹脂組成物を形成材料とする射出成形体。
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