JP7040975B2 - ガラス繊維強化樹脂組成物およびその成形体 - Google Patents
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Description
[1] ポリアミド樹脂(A)30~80質量部と、ガラス繊維(B)20~70質量部と、を含む(ただし、(A)および(B)の合計を100質量部とする)、ガラス繊維強化樹脂組成物であって、前記ポリアミド樹脂(A)は、ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)と、ジアミンに由来する成分単位(a2)とを含み、前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)は、前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)の合計100モル%に対して、テレフタル酸に由来する成分単位40~80モル%と、アジピン酸に由来する成分単位20~60モル%とを含み、前記ジアミンに由来する成分単位(a2)は、炭素原子数4~10の直鎖脂肪族ジアミンに由来する構造単位を含み、前記ガラス繊維(B)の断面の異形比(前記断面の長径/前記断面の短径)は、2~10である、ガラス繊維強化樹脂組成物。
[2] 前記ガラス繊維(B)は、その表面の少なくとも一部を被覆する、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂またはこれらの混合物を含む、[1]に記載のガラス繊維強化樹脂組成物。
[3] 前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)は、前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)の合計100モル%に対して、テレフタル酸に由来する成分単位60~80モル%と、アジピン酸に由来する成分単位20~40モル%とを含み、前記ジアミンに由来する成分単位(a2)は、前記ジアミンに由来する成分単位(a2)の合計100モル%に対して、1,6-ジアミノヘキサンに由来する成分単位を80~100モル%含む、[1]または[2]に記載のガラス繊維強化樹脂組成物。
[4] [1]~[3]のいずれかに記載のガラス繊維強化樹脂組成物を成形してなる、成形体。
本発明のガラス繊維強化樹脂組成物は、ポリアミド樹脂(A)と、ガラス繊維(B)とを含む。
ポリアミド樹脂(A)は、ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)と、ジアミンに由来する成分単位(a2)とを含む。
ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)は、テレフタル酸に由来する成分単位と、テレフタル酸以外のジカルボン酸に由来する成分単位とを含む。
ジアミンに由来する成分単位(a2)は、脂肪族ジアミンに由来する成分単位を含む。
[η]=ηSP/(C(1+0.205ηSP))
[η]:極限粘度(dl/g)
ηSP:比粘度
C:試料濃度(g/dl)
ηSP=(t-t0)/t0
t:試料溶液の流下秒数(秒)
t0:ブランク硫酸の流下秒数(秒)
ガラス繊維(B)は、ガラス繊維強化樹脂組成物の機械的強度を高める機能を有しうる。ガラス繊維(B)は、従来のような円形の断面形状ではなく、扁平な断面形状を有する。
1)ガラス繊維強化樹脂組成物から、樹脂成分を溶媒で溶解して除去するか、またはガラス繊維強化樹脂組成物を焼成して、ガラス繊維(B)を分離する。
2)分離したガラス繊維(B)の断面形状を、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて観察する。具体的には、観察されるガラス繊維(B)の断面の外周のうち、任意の1点を選択し、当該点に外接する外接線を引く。そして、当該外接線と平行な外接線を引き、これらの外接線同士の距離を測定する。ガラス繊維(B)の断面の外周全てについてこの作業を行い、2つの外接線同士の最短距離を最小径(短径(RB)ともいう)、最長距離を最大径(長径(RA)ともいう)とする。この作業を、任意の5個のガラス繊維(B)について行い、得られた最小径の平均値を「短径」とし、最大径の平均値を「長径」とする。
本発明のガラス繊維強化樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリアミド樹脂(A)やガラス繊維(B)以外の他の成分をさらに含んでもよい。他の成分の例には、核剤、エラストマー(ゴム)、難燃剤(臭素系、塩素系、リン系、アンチモン系および無機系など)、滑剤、帯電防止剤、離型剤、酸化防止剤(フェノール類、アミン類、イオウ類およびリン類など)、耐熱安定剤(ラクトン化合物、ビタミンE類、ハイドロキノン類、ハロゲン化銅およびヨウ素化合物など)、光安定剤(ベンゾトリアゾール類、トリアジン類、ベンゾフェノン類、ベンゾエート類、ヒンダードアミン類およびオギザニリド類など)、顔料、他の重合体(ポリオレフィン類、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1-ブテン共重合体などのオレフィン共重合体、プロピレン・1-ブテン共重合体などのオレフィン共重合体、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキシド、フッ素樹脂、シリコーン樹脂およびLCP)などが含まれる。他の成分の合計含有量は、特に制限されないが、ガラス繊維強化樹脂組成物の全質量に対して10質量%以下であることが好ましい。中でも、ガラス繊維強化樹脂組成物は、核剤や滑剤、顔料、またはガラス繊維(B)以外の繊維状充填材を含むことが好ましい。
本発明のガラス繊維強化樹脂組成物は、前述のポリアミド樹脂(A)、ガラス繊維(B)の集束体、および必要に応じて他の成分を、公知の樹脂混練方法、例えばヘンシェルミキサー、Vブレンダー、リボンブレンダー、またはタンブラーブレンダーで混合する方法、あるいは混合後、さらに一軸押出機、多軸押出機、ニーダー、またはバンバリーミキサーで溶融混練した後、造粒または粉砕する方法で製造することができる。
本発明のガラス繊維強化樹脂組成物は、圧縮成形法、射出成形法、押出成形法などの公知の成形法で成形することにより、各種成形体として用いられる。
(1)ポリアミド樹脂(A)
<ポリアミド樹脂(A-1)の調製>
原料を、テレフタル酸2484g(15.0モル)、1,6-ヘキサンジアミン2905g(25.0モル)、アジピン酸1311g(9.0モル)、安息香酸73.0g(0.60モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物5.7gおよび蒸留水554gを、内容量13.6Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。190℃から攪拌を開始し、3時間かけて内部温度を250℃まで昇温した。このとき、オートクレーブの内圧を3.01MPaまで昇圧した。このまま1時間反応を続けた後、オートクレーブ下部に設置したスプレーノズルから大気放出して低縮合物を抜き出した。その後、室温まで冷却後、粉砕機で1.5mm以下の粒径まで粉砕し、110℃で24時間乾燥した。得られた低縮合物の水分量は3600ppm、極限粘度[η]は0.14dl/gであった。
次に、この低縮合物を棚段式固相重合装置に入れ、窒素置換後、約1時間30分かけて220℃まで昇温した。その後、1時間反応し、室温まで降温した。得られたポリアミド前駆体の極限粘度[η]は、0.48dl/gであった。その後、スクリュー径30mm、L/D=36の二軸押出機にて、バレル設定温度330℃、スクリュー回転数200rpm、6Kg/hの樹脂供給速度で溶融重合して、ポリアミド樹脂を得た。
得られたポリアミド樹脂(A-1)の極限粘度[η]は0.8dl/g、融点Tmは320℃、ガラス転移温度Tgは95℃、末端アミノ基量は110mmol/kgであった。
原料を、テレフタル酸2266g(13.6モル)、1,6-ヘキサンジアミン2905g(25.0モル)、アジピン酸1631g(11.2モル)、安息香酸37.9g(0.31モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物5.7gに変えた以外はポリアミド樹脂(A-1)の調製と同様にして、ポリアミド樹脂(A-2)を得た。
得られたポリアミド樹脂(A-2)の極限粘度[η]は1.0dl/g、融点Tmは310℃、ガラス転移温度Tgは85℃、末端アミノ基量は50mmol/kgであった。
得られたポリアミド樹脂0.5gを96.5%硫酸溶液50mlに溶解させた。得られた溶液の、25℃±0.05℃の条件下での流下秒数を、ウベローデ粘度計を使用して測定した。その後、以下の式に基づいて、極限粘度を算出した。
[η]=ηSP/(C(1+0.205ηSP))
[η]:極限粘度(dl/g)
ηSP:比粘度
C:試料濃度(g/dl)
ηSPは、以下の式によって求めた。
ηSP=(t-t0)/t0
t:試料溶液の流下秒数(秒)
t0:ブランク硫酸の流下秒数(秒)
ポリアミド樹脂の融点(Tm)およびガラス転移温度(Tg)は、JIS-K7121に準拠して測定した。具体的には、ポリアミド樹脂約5mgを測定用アルミニウムパン中に密封する。次いで、示差走査熱量計(例えば、DSC220C型、セイコーインスツル(株)製)に、この測定用アルミニウムパンをセットし、室温から10℃/minで330℃まで加熱した。ポリアミド樹脂を完全融解させるために、330℃で5分間保持し、次いで、10℃/minで30℃まで冷却した。そして、30℃で5分間置いた後、10℃/minで330℃まで2度目の加熱を行った。この2度目の加熱でのピーク温度(℃)を、ポリアミド樹脂の融点(Tm)とし、ガラス転移に相当する変位点をガラス転移温度(Tg)とした。
ポリアミド樹脂1gをフェノール35mLに溶解させ、メタノールを2mL混合し、試料溶液とした。そして、チモールブルーを指示薬として、当該試料溶液に対して0.01規定のHCl水溶液を使用して青色から黄色になるまで滴定を実施し、末端アミノ基量([NH2]、単位:mmol/kg)を測定した。
ガラス繊維(B-1)のチョップドストランド:
繊維断面の短径7μm、繊維断面の長径28μm、異形比4(長径/短径)、平均長さ3mmのガラス繊維(B-1)のチョップドストランド(日東紡績(株)製CSG 3PA-830、エポキシ化合物およびシラン系化合物処理品(付着量0.5質量%))
ガラス繊維(B-2)のチョップドストランド:
繊維断面の短径7μm、繊維断面の長径28μm、異形比4(長径/短径)、断面積1.67×10-6~1.96×10-6cm2、平均長さ3mmのガラス繊維(B-2)のチョップドストランド(日東紡績(株)製CSG 3PA-810、ウレタン化合物およびシラン系化合物処理品(付着量0.5質量%))
ガラス繊維(b-1)のチョップドストランド:
繊維断面の直径11μmの真円形(異形比1)、平均長さ3mmのガラス繊維(b-1)のチョップドストランド(日東紡績(株)製CS3J459、ウレタン処理品(付着量0.5質量%))
ガラス繊維(b-2)のチョップドストランド:
繊維断面の直径13μmの真円形(異形比1)、平均長さ3mmのガラス繊維(b-2)のチョップドストランド(日東紡績(株)製CSF―3PE-941HS、エポキシ化合物処理品(付着量0.5質量%))
ガラス繊維(b-3)のチョップドストランド:
繊維断面の直径10μmの真円形(異形比1)、平均長さ3mmのガラス繊維(b-3)のチョップドストランド(オーウェンスコーニング(株)製FT756D、ウレタン/アクリル処理品(付着量0.5質量%))
ガラス繊維の断面形状を、光学顕微鏡を用いて観察した。そして、観察されるガラス繊維の断面の外周のうち、任意の1点を選択し、当該点に外接する外接線を引き、当該外接線と平行な外接線をさらに引き、これらの外接線同士の距離を測定した。ガラス繊維の断面の外周全てについてこの作業を行い、2つの外接線同士の最短距離を最小径(短径(RB)ともいう)、最長距離を最大径(長径(RA)ともいう)とした。この作業を、任意の5個のガラス繊維について行い、得られた最小径の平均値を「短径」とし、最大径の平均値を「長径」とした。さらに、これらの値から断面の異形比を求めた。
タルク(核剤):平均粒子径1.6μm
BS-6(滑材):12-ヒドロキシステアリン酸石鹸(日東化成工業社製)
(実施例1~3、および比較例1~12)
表2に示される組成比で、ポリアミド樹脂(A)、ガラス繊維のチョップドストランド、核剤および滑材を、タンブラーブレンダーにて混合し、二軸押出機(日本製鋼所社製TEX30α)にて、シリンダー温度(ポリアミド樹脂(A)の融点(Tm)+15)℃で溶融混錬した。その後、ストランド状に押出し、水槽で冷却した。その後、ペレタイザーでストランドを引き取り、カットすることでペレット状のガラス繊維強化樹脂組成物を得た。
得られたガラス繊維強化樹脂組成物を、以下の条件で射出成形して、厚み3mmのASTM-1(ダンベル片)の試験片を得た。
成形機:(株)ソディック プラスティック、ツパールTR40S3A
成形機シリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点(Tm)+15℃
金型温度:ポリアミド樹脂(A)のTg+20℃
得られた試験片を、温度23℃、窒素雰囲気下で24時間放置した。次いで、温度23℃、相対湿度50%の雰囲気下で引張試験を行い、引張強度(加熱処理前の引張強度)を測定した。
得られた試験片を、温度220℃の条件下、空気循環炉中で1000時間、2000時間処理した後、試験片を炉から取り出し、23℃まで冷却した。次いで、温度23℃、相対湿度50%の雰囲気下で引張試験を行い、引張強度(加熱処理後の引張強度)を測定した。そして、得られた値を下記式に当てはめて、引張強度の維持率を算出した。
耐熱老化性(引張強度の維持率)(%)=(加熱処理後の引張強度/加熱処理前の引張強度)×100
得られたガラス繊維強化樹脂組成物を、以下の条件で射出成形して、1/8インチ厚みの短冊片を得た。
成形機:(株)ソディック プラスティック、ツパールTR40S3A
成形機シリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点+10℃
金型温度:ポリアミド樹脂(A)のTg+20℃
得られた試験片を、温度23℃、窒素雰囲気下で24時間放置した。次いで、温度25℃、100℃、相対湿度50%の雰囲気下で、曲げ試験機:NTESCO社製 AB5、スパン51mm、曲げ速度12.7mm/分で曲げ試験を行い、曲げ強度(加熱処理前の曲げ強度)を測定した。
得られた試験片を、温度220℃の条件下、空気循環炉中で1000時間、2000時間処理した後、試験片を炉から取り出し、23℃まで冷却した。次いで、温度23℃、相対湿度50%の雰囲気下で曲げ試験を行い、曲げ強度(加熱処理後の曲げ強度)を測定した。そして、得られた値を下記式に当てはめて、曲げ強度の維持率を算出した。
耐熱老化性(曲げ強度の維持率)(%)=(加熱処理後の曲げ強度/加熱処理前の曲げ強度)×100
Claims (3)
- ポリアミド樹脂(A)30~80質量部と、
ガラス繊維(B)20~70質量部と、
を含む(ただし、(A)および(B)の合計を100質量部とする)、ガラス繊維強化樹脂組成物であって、
前記ポリアミド樹脂(A)は、ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)と、ジアミンに由来する成分単位(a2)とを含み、
前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)は、前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)の合計100モル%に対して、テレフタル酸に由来する成分単位40~80モル%と、アジピン酸に由来する成分単位20~60モル%とを含み、
前記ジアミンに由来する成分単位(a2)は、炭素原子数4~10の直鎖脂肪族ジアミンに由来する構造単位を含み、
前記ガラス繊維(B)の断面の異形比(前記断面の長径/前記断面の短径)は、2~10であり、
前記ガラス繊維(B)は、その表面の少なくとも一部を被覆するエポキシ樹脂を含む、
ガラス繊維強化樹脂組成物。 - 前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)は、前記ジカルボン酸に由来する成分単位(a1)の合計100モル%に対して、テレフタル酸に由来する成分単位60~80モル%と、アジピン酸に由来する成分単位20~40モル%とを含み、
前記ジアミンに由来する成分単位(a2)は、前記ジアミンに由来する成分単位(a2)の合計100モル%に対して、1,6-ジアミノヘキサンに由来する成分単位を80~100モル%含む、
請求項1に記載のガラス繊維強化樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載のガラス繊維強化樹脂組成物を成形してなる、
成形体。
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