JP7032227B2 - ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物からなる成形品 - Google Patents
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(1)(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂100重量部に対し、(B)SiO2含有量が52~56重量%である扁平な断面形状を有するガラス繊維50~150重量部を配合してなるポリフェニレンスルフィド樹脂組成物からなる円環形状の成形品であって、該成形品の薄肉部の厚みが1.5mm以上であり、かつ前記円環形状周りに周方向に等間隔に配置された成形用のゲートを介して成形された成形品であることを特徴とする、モーターのステータコアに装着される成形品。
(2)前記ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の降温結晶化温度が230℃以上である、(1)記載の成形品。
本発明で用いられる(A)PPS樹脂は、下記構造式で示される繰り返し単位を有する重合体である。
本発明で用いられるポリハロゲン化芳香族化合物とは、1分子中にハロゲン原子を2個以上有する化合物をいう。具体例としては、p-ジクロロベンゼン、m-ジクロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン、1,3.5-トリクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン、1,2,4,5-テトラクロロベンゼン、ヘキサクロロベンゼン、2,5-ジクロロトルエン、2,5-ジクロロ-p-キシレン、1,4-ジブロモベンゼン、1,4-ジヨードベンゼン、1-メトキシ-2,5-ジクロロベンゼンなどのポリハロゲン化芳香族化合物が挙げられ、好ましくは、p-ジクロロベンゼン、m-ジクロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン、1,3.5-トリクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン、1,2,4,5-テトラクロロベンゼンなどのポリクロロベンゼンが好ましく用いられ、更にp-ジクロロベンゼンが特に好ましく用いられる。また、異なる2種以上のポリハロゲン化芳香族化合物を組み合わせて共重合体とすることも可能であるが、p-ジクロロベンゼンで代表されるp-ジハロゲン化芳香族化合物を主要成分とすることが好ましい。
本発明で用いられるスルフィド化剤としては、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、および硫化水素が挙げられる。
本発明では重合溶媒として有機極性溶媒を用いる。具体例としては、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドンなどのN-アルキルピロリドン類、N-メチル-ε-カプロラクタムなどのカプロラクタム類、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホキシドなどに代表されるアプロチック有機溶媒、およびこれらの混合物などが挙げられ、これらはいずれも反応の安定性が高いために好ましく使用される。これらのなかでも、特にN-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPと略記することもある)が好ましく用いられる。
本発明においては、生成するPPS樹脂の末端を形成させるか、あるいは重合反応や分子量を調節するなどのために、モノハロゲン化合物(必ずしも芳香族化合物でなくともよい)を、上記ポリハロゲン化芳香族化合物と併用することができる。モノハロゲン化化合物としては、モノハロゲン化ベンゼン、モノハロゲン化ナフタレン、モノハロゲン化アントラセン、ベンゼン環を2個以上含むモノハロゲン化化合物、モノハロゲン化複素環式化合物、などを挙げることができる。なかでも、経済性の観点からするとモノハロゲン化ベンゼンが好ましい。また、異なる2種以上のモノハロゲン化化合物を組み合わせて用いることも可能である。
本発明においては、重合度調節のために重合助剤を用いることも好ましい態様の一つである。ここで重合助剤とは得られるPPS樹脂の粘度を増大させる作用を有する物質を意味する。このような重合助剤の具体例としては、例えば有機カルボン酸塩、水、アルカリ金属塩化物、有機スルホン酸塩、硫酸アルカリ金属塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属リン酸塩およびアルカリ土類金属リン酸塩などが挙げられる。これらは単独であっても、また2種以上を同時に用いることもできる。なかでも、有機カルボン酸塩、水、およびアルカリ金属塩化物が好ましく、更にはナトリウム、リチウムのカルボン酸塩および/または水が特に好適に用いられる。
本発明においては、重合反応系を安定化し、副反応を防止するために、重合安定剤を用いることもできる。重合安定剤は、重合反応系の安定化に寄与し、望ましくない副反応を抑制する。副反応の一つの目安としては、チオフェノールの生成が挙げられ、重合安定剤の添加によりチオフェノールの生成を抑えることができる。重合安定剤の具体例としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、およびアルカリ土類金属炭酸塩などの化合物が挙げられる。そのなかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物が好ましい。上述のアルカリ金属カルボン酸塩も重合安定剤として作用するので、本発明で使用する重合安定剤の一つに入る。また、スルフィド化剤としてアルカリ金属水硫化物を用いる場合には、アルカリ金属水酸化物を同時に使用することが特に好ましいことを前述したが、ここでスルフィド化剤に対して過剰となるアルカリ金属水酸化物も重合安定剤となり得る。
本発明に用いる(A)PPS樹脂の製造方法において、スルフィド化剤は通常水和物の形で使用されるが、ポリハロゲン化芳香族化合物を添加する前に、有機極性溶媒とスルフィド化剤を含む混合物を昇温し、過剰量の水を系外に除去することが好ましい。
本発明においては、有機極性溶媒中でスルフィド化剤とポリハロゲン化芳香族化合物とを200℃以上290℃未満の温度範囲内で反応させることによりPPS樹脂を製造する。
(a)ポリハロゲン化芳香族化合物をアルカリ金属硫化物に対しモル比で過剰に添加した場合
転化率=〔PHA仕込み量(モル)-PHA残存量(モル)〕/〔PHA仕込み量(モル)-PHA過剰量(モル)〕
(b)上記(a)以外の場合
転化率=〔PHA仕込み量(モル)-PHA残存量(モル)〕/〔PHA仕込み量(モル)〕
本発明で用いる(A)PPS樹脂の製造方法においては、重合終了後に、重合体、溶媒などを含む重合反応物から固形物を回収する。本発明で用いる(A)PPS樹脂は、公知の如何なる回収方法を採用してもよい。
本発明で用いられる(A)PPS樹脂は、上記重合、回収工程を経て生成した後、酸処理、熱水処理または有機溶媒による洗浄を施されたものであってもよい。
(1)ガス発生量
腹部が100mm×25mm、首部が255mm×12mm、肉厚が1mmのガラスアンプルにPPS樹脂3gを計り入れてから真空封入した。このガラスアンプルの胴部のみを、アサヒ理化製作所製のセラミックス電気管状炉ARF-30Kに挿入して320℃で2時間加熱した。アンプルを取り出した後、管状炉によって加熱されておらず揮発ガスの付着したアンプルの首部をヤスリで切り出して秤量した。次いで付着ガスを5gのクロロホルムで溶解して除去した後、60℃のガラス乾燥機で1時間乾燥してから再度秤量した。ガスを除去した前後のアンプル首部の重量差をガス発生量(重量%)とした。
空圧キャップと採集ロートを具備したセンシュー科学製のSUS試験管に、予め秤量しておいたポアサイズ1μmのPTFEメンブランフィルターをセットし、約80μm厚にプレスフィルム化したPPS樹脂100mgおよび1-クロロナフタレン2gを計り入れてから密閉した。これをセンシュー科学製の高温濾過装置SSC-9300に挿入し、250℃で5分間加熱振とうしてPPS樹脂を1-クロロナフタレンに溶解した。空気を含んだ20mLの注射器を空圧キャップに接続した後、ピストンを押出して溶液をメンブランフィルターで濾過した。メンブランフィルターを取り出し、150℃で1時間真空乾燥してから秤量した。濾過前後のメンブランフィルター重量の差を残渣量(重量%)とした。
測定温度315.5℃、5000g荷重とし、ASTM-D1238-70に準ずる方法で測定した。
撹拌機および底に弁のついたオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8267.4g(70.0モル)、96%水酸化ナトリウム2925.0g(70.2モル)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)13860.0g(140.0モル)、酢酸ナトリウム1894.2g(23.1モル)、およびイオン交換水10500.0gを仕込み、常圧で窒素を通じながら240℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14772.1gおよびNMP280.0gを留出したのち、反応容器を160℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.08モルであった。また、硫化水素の飛散量は仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.023モルであった。
撹拌機および底栓弁付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8.27kg(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2.91kg(69.80モル)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)11.45kg(115.50モル)、およびイオン交換水10.5kgを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14.78kgおよびNMP0.28kgを留出した後、反応容器を200℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
内容物をガラスフィルターで吸引濾過した後、これに70℃のイオン交換水76リットルを注ぎ込み吸引濾過してケークを得た。得られたケークを窒素気流下、120℃で乾燥することにより、乾燥PPSを得た。
本実施例および比較例に用いた配合物は以下の通りである。
PPS-1:参考例1に記載の方法で重合したPPS樹脂
PPS-2:参考例2に記載の方法で重合したPPS樹脂
B:扁平GF(日東紡績(株)社製、CSG 3PA-830S、3mm長、扁平率:4.0(長径28μm/短径7μm))
C:チョップドストランド(日本電気硝子(株)社製、T-760H、3mm長、平均繊維径:10.5μm)
D:ポリエーテルエーテルケトン(ビクトレックスエムシー社製、PEEK450-PF)
本発明の実施例および比較例における測定評価方法は以下の通りである。
1mm厚み(1mmt)のスパイラルフロー金型を用いて、シリンダー温度320℃、金型温度140℃、射出速度230mm/sec、射出圧力98MPa、射出時間5sec、冷却時間15secの条件で成形し、流動長測定(単位:mm)を行なった(使用射出成形機:住友重機製”SE-30D”)。この値が大きいほど流動性に優れる。
両端にゲートを有し、試験片中央部付近にウエルドラインを有するASTM4号ダンベル片(1.6mmt)を、射出成形機を用いてシリンダー温度320℃、金型温度135℃の条件で成形した。成形片を100本成形し金型を強制的に汚染させた後、測定用のサンプルを10本取得し、試験速度:10mm/min、つかみ具間距離:64mmの条件で引張強度測定を行なった(単位:MPa)。
住友重機製射出成形機(SE-130EV)を使用して、図1に示す円環形状の成形品1を成形した。この成形品1は、前述のハイブリッドカーや電気自動車等に使用されるモーターのステータコアに装着されるカフサと呼ばれる成形品に相当し、成形品1の薄肉部の厚みは1.5mm以上である。また、成形品1は、とくに、図2に例示するように、円環形状周りに周方向に等間隔に配置された成形用のゲート2を介して成形された成形品である。成形条件は、シリンダー温度320℃、金型温度130℃、その他条件は一般的な成形条件で成形した。成形後、切削したテストピースを島津製作所製のオートグラフを用いて引張り、破断強度を測定した(単位:N)。800N以上の強度があれば合格とした。
住友重機製射出成形機(SE-100DU)を使用して、図3に示す寸法精度-1評価用の成形品3を成形した。成形品3は、成形用のゲート4を介して成形された成形品である。成形条件は、シリンダー温度320℃、金型温度130℃、その他条件は一般的な成形条件で成形した。該成形品3のMD方向(図の上下方向)、及びTD方向(MD方向と直交する方向)の寸法を3点測定し、その平均値を算出した。金型の実寸法から測定した平均値を差し引き、金型の実寸法で除した値を成形収縮率とした。測定は、ミツトヨ社製三次元寸法測定機を使用し、JIS B0621に準拠して行なった。TD方向の成形収縮率から、MD方向の成形収縮率を差し引いた値を寸法精度とした。0.4%よりも小さければ実用上問題のない製品レベルといえるが、この値が小さいほど寸法精度に優れ、好ましい。0.4%よりも小さいものを○、0.35%よりも小さいものを◎、0.4%以上のもの×とした。
平面度0.01以下の定盤に成形品を載せてシクネスゲージを用いて端部の隙間を測定し反り量を測定した(単位:mm)。0.3mm以下の反り量で合格とした。
シリンダー温度を320℃、スクリュー回転数を250rpmに設定した、26mm直径の中間添加口を有する2軸押出機(東芝機械(株)製TEM-26)を用いて、参考例1、2で得た(A)PPS樹脂を表1、表2に示す重量比で原料供給口から添加して溶融状態とし、(B)SiO2含有量が52~56重量%である扁平な断面形状を有するガラス繊維(扁平GF)を表1、表2に示す重量比で中間添加口から供給し、吐出量35kg/時間で溶融混練してペレットを得た。このペレットを用いて前記の各特性を評価した。その結果を表1、表2に示す。
2:ゲート
3:寸法精度-1評価用成形品
4:ゲート
Claims (1)
- (A)ポリフェニレンスルフィド樹脂100重量部に対し、(B)SiO2含有量が52~56重量%である扁平な断面形状を有するガラス繊維50~150重量部を配合してなり、降温結晶化温度が230℃以上であるポリフェニレンスルフィド樹脂組成物からなる円環形状の成形品であって、該成形品の薄肉部の厚みが1.5mm以上であり、かつ前記円環形状周りに周方向に等間隔に配置された成形用のゲートを介して成形された成形品であることを特徴とする、モーターのステータコアに装着される成形品。
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