JP6996657B2 - ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物およびその成形体、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法ならびに成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子、炭素原子数1~4の範囲のアルキル基、ニトロ基、アミノ基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基を表す。)で表される構造部位と、必要に応じてさらに下記一般式(2):
ここで、MIは1価の金属、例えばLi、Na、Kなどのアルカリ金属、あるいはアンモニウム、アルキルアンモニウム、ピリジニウム、アニリニウム、水素イオンなどを示し、MIIは2価の金属、例えばCa、Mg、Ba、Srなどのアルカリ土類金属を示す。溶融結晶化温度を効率的に調整する観点から、MIIがCaであり、MIが実質上存在しないことが好ましい。
下記製造例で製造したPPS樹脂を高化式フローテスター(島津製作所、CFT-500D)を用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に溶融粘度を測定した。
PPS樹脂の製造
[工程1]
圧力計、温度計、コンデンサ、デカンタ、精留塔を連結した撹拌翼付き150リットルオートクレーブにp-ジクロロベンゼン(以下、「p-DCB」と略記する。)33.075質量部(225モル部)、NMP3.420質量部(34.5モル部)、47.23質量%NaSH水溶液27.300質量部(NaSHとして230モル部)、及び49.21質量%NaOH水溶液18.533質量部(NaOHとして228モル部)を仕込み、撹拌しながら窒素雰囲気下で173℃まで5時間掛けて昇温して、水27.300質量部を留出させた後、オートクレーブを密閉した。脱水時に共沸により留出したp-DCBはデカンタで分離して、随時オートクレーブ内に戻した。脱水終了後のオートクレーブ内は微粒子状の無水硫化ナトリウム組成物がp-DCB中に分散した状態であった。この組成物中のNMP含有量は0.079質量部(0.8モル部)であったことから、仕込んだNMPの98モル%(33.7モル部)がNMPの開環体(4-(メチルアミノ)酪酸)のナトリウム塩(以下、「SMAB」と略記する。)に加水分解されていることが示された。オートクレーブ内のSMAB量は、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モル部であった。仕込んだNaSHとNaOHが全量、無水Na2Sに変わる場合の理論脱水量は27.921質量部であることから、オートクレーブ内の残水量0.878質量部(48.8モル部)の内、0.609質量部(33.8モル部)はNMPとNaOHとの加水分解反応に消費されて、水としてオートクレーブ内に存在せず、残りの0.269質量部(14.9モル部)は水、あるいは結晶水の形でオートクレーブ内に残留していることを示していた。オートクレーブ内の水分量はオートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.065モルであった。
前記脱水工程終了後に、内温を160℃に冷却し、NMP46.343質量部(467.5モル部)を仕込み、185℃まで昇温した。オートクレーブ内の水分量は、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.025モルであった。ゲージ圧が0.00MPaに到達した時点で、精留塔を連結したバルブを開放し、内温200℃まで1時間掛けて昇温した。この際、精留塔出口温度が110℃以下になる様に冷却とバルブ開度で制御した。留出したp-DCBと水の混合蒸気はコンデンサーで凝縮し、デカンタで分離して、p-DCBはオートクレーブへ戻した。留出水量は0.228質量部(12.7モル部)であった。
工程3開始時のオートクレーブ内水分量は0.041質量部(2.3モル部)で、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.005モルで、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.010モルであった。オートクレーブ内のSMAB量は工程1と同じく、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モルであった。次いで、内温200℃から230℃まで3時間掛けて昇温し、230℃で1時間撹拌した後、250℃まで昇温し、1時間撹拌した。内温200℃時点のゲージ圧は0.03MPaで、最終ゲージ圧は0.40MPaであった。冷却後、得られたスラリーの内、0.650質量部を3質量部(3リットル部)の水に注いで80℃で1時間撹拌した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を4回繰り返した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水と、酢酸を加え、pH4.0に調整した後、1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を2回繰り返した。熱風乾燥機を用いて120℃で一晩乾燥して白色の粉末状のPPS樹脂(A)を得た。このポリマーの300℃における溶融粘度は56Pa・sであった。非ニュートン指数は1.07であった。
以下に、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の原料となる各成分を示す。
・PAS樹脂(A);前記製造例で製造したPPS樹脂を使用
・オレフィン系重合体(B)
オレフィン系重合体(B-1)(エチレン-マレイン酸無水物-グリシジルメタクリレート共重合体);商品名「ボンドファースト7L」、住友化学社製
オレフィン系重合体(B-2)(エチレン-マレイン酸無水物-グリシジルメタクリレート共重合体);商品名「ボンドファースト7M」、住友化学社製
オレフィン系重合体(B-3)(エチレン-α-オレフィン重合体);商品名「Engage8842」、ダウ社製
・ケイ酸塩鉱物
ゼオライト(C-1);商品名「ゼオラム A型 A-5」、東ソー株式会社製
タルク(C-2);商品名「HF5000PJ」、松村産業株式会社製
マイカ(C-3);商品名「A-21S」、株式会社ヤマグチマイカ社製
炭酸カルシウム(C-4);商品名「炭酸カルシウム1級」、三共製粉株式会社製
・ガラス繊維(D1);繊維長3mm、平均直径10μm、商品名「T-717H」、日本電気硝子株式会社製
・ガラスフレーク(D2)
ガラスフレーク(D2-1);平均厚さ5μm、重量平均粒径160μm、商品名「REFG-301」、日本板硝子社製
ガラスフレーク(D2-2);平均厚さ5μm、重量平均粒径160μm、商品名「REFG-315」、日本板硝子社製
ガラスフレーク(D2-3);平均厚さ5μm、重量平均粒径600μm、商品名「REFG-112」、日本板硝子社製
表1および表2に記載する組成成分および配合量(全て質量部)に従い、各材料をタンブラーで均一に混合した。その後、PAS樹脂(A)、オレフィン系重合体(B)、およびゼオライト(C)と共に、ベント付き2軸押出機(日本製鋼所、TEX30α)のトップフィーダー投入口よりガラスフレーク(D2)を投入し、樹脂成分吐出量30kg/hr、スクリュー回転数220rpm、スクリュー形状フルフライト型、設定樹脂温度を320℃に設定して溶融混練し、実施例1~9および比較例1~6に係るポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを550℃/3hr条件下で焼成し、得られたAshの粒度分布を音波・振動式ふるいわけ法により測定した。以下に使用機器、測定方法および測定条件を示す。
使用機器:RPS-85(株式会社セイシン企業製)
測定方法:1. 75φふるいを装置にセットする。
2. サンプルカップに試料を適量入れる。
3. ふるいの目開きを装置に記憶させる。
4. 音波・振動ふるいわけ装置によりふるいわけを行う(計量及びふるいわけは自動)。
測定条件:測定範囲 20~1400μm
音波強度 5
ふるいわけ時間 5分
振動間隔 1回/秒
溶融結晶化温度(℃)は、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を350℃にて溶融させた後、急冷させて非晶性フィルムを作製し、このフィルムからおよそ10mgはかりとり、示差走査熱量計(Perkin Elmer社製「DSC8500」)を用いて測定した。
測定条件は350℃にて3分間溶融保持した後、20℃/分の速度で降温し、結晶化に伴う発熱ピーク温度を溶融結晶化温度として計測した。
(成形体の製造)
実施例1~9および比較例1~6に係るポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを使用し、シリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE75D-HP)に供給し、金型温度140℃に温調した成形品中央部にweld部を有するISOタイプA1ダンベル片成形用金型を用いて射出成形を行い、成形品中央部にweld部を有するISOタイプA1ダンベル片を得た。
成形時の保圧時間は、保圧時の金型内圧がゼロとなるまでのゲートシール時間を計測して決定した。実施例1~9は保圧時間12秒、比較例1~6は保圧時間13秒で実施した。
得られた試験片を得て、歪み速度5mm/min、支点間距離115mm、23℃下でインストロン社製引張試験機を用い引張破断強さを測定した。
(成形体の製造)
実施例1~9および比較例1~6に係るポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを使用し、シリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE75D-HP)に供給し、溶融温度310℃、スクリュー形状フルフライト型で溶融混合した後、金型温度140℃に温調した60×60×2mm平板成形用金型を用いて射出成形を行い、60×60×2mm平板状成形品を得た。その後、樹脂流動方向が短辺となるように、25×60×2mm形状へ切削し、曲げ試験に供した。
JIS-K7171に基づき、得られた試験片のTD方向での曲げ伸び(%)を測定した。伸びが大きいほど、TD方向での曲げ靭性に優れることを意味する。
(成形体の製造)
図1に示す直方体形状のSUS鋼材(以下、「直方体鋼材」という)に対し、全面を1mmの樹脂厚さで覆う形となる様に作製された金型キャビティ内に当該直方体鋼材を配置した後、実施例1~9および比較例1~6に係るポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを使用し、シリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE75D-HP)に供給し、金型温度140℃に温調して射出成形を行い、耐冷熱衝撃性を評価する該直方体鋼材と樹脂との複合体となる成形体を製造した。この際に、図1の直方体鋼材(L:25mm、W:40mm、H:10mm)の上面から2箇所の貫通孔(2)には、金型内に設置された同径のピンによって固定かつ、樹脂の流入が無いようにして、直方体鋼材の側面2箇所(3)よりピンゲートで射出成形を行い、評価する成形体が複数個所のウェルド部を有するものとした。
得られた試験片を、冷熱衝撃試験装置(エスペック株式会社「TSA-103EL」)内に導入して、-40℃/30分→150℃/30分のヒートサイクルを行った(1サイクル1時間)。各ヒートサイクル後に成形体の外観を観察し、クラックが発生するまでのヒートサイクル回数を測定し、5回測定の平均値を求めた。
W 直方体鋼材の幅
H 直方体鋼材の高さ
1 直方体鋼材
2 貫通孔
3 直方体鋼材の側面(2箇所のピンゲートからの樹脂流入方向)
Claims (8)
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)、オレフィン系重合体(B)、ゼオライト(C)、ガラス繊維(D1)およびガラスフレーク(D2)を含有し、前記ガラスフレーク(D2)の重量平均粒子径が100μm以下の範囲であることを特徴とするウェルド部を有する射出成形体用ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 前記ゼオライト(C)の含有量が10質量部以下の範囲である請求項1に記載のウェルド部を有する射出成形体用ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 前記オレフィン系樹脂(B)が、アルケン、アルキルアクリレート、およびグリシジルアクリレートの共重合体を含むものである請求項1または2に記載のウェルド部を有する射出成形体用ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 溶融混練物である、請求項1~3のいずれか一項に記載のウェルド部を有する射出成形体用ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- ペレット形状である請求項1~4のいずれか一項に記載のウェルド部を有する射出成形体用ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を射出成形してなるウェルド部を有する射出成形体。
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の融点以上で、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)、オレフィン系重合体(B)、ゼオライト(C)、ガラス繊維(D1)およびガラスフレーク(D2)を溶融混練する工程を有し、前記ガラスフレーク(D2)の重量平均粒子径が100μm以下の範囲であることを特徴とするウェルド部を有する射出成形体用ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
- 前記請求項7に記載の製造方法によりポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を製造する工程と、得られた前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形する工程とを有することを特徴とするウェルド部を有する射出成形体の製造方法。
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