JP7553262B2

JP7553262B2 - 棒状成形品

Info

Publication number: JP7553262B2
Application number: JP2020068038A
Authority: JP
Inventors: 翔平安岡; 繁行高坂; 雅彦板倉
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2024-09-18
Anticipated expiration: 2040-04-06
Also published as: JP2021165323A

Description

本発明は、ボルトやねじなどに利用できる棒状成形品に関する。

樹脂製のボルトは軽量化の点で有利であるが、金属と比べると強度の点で十分ではないため、樹脂に繊維状充填材を配合することで強度が高められている。
特許文献１には、特定ゲートを使用して射出成形することで、長軸方向への繊維状充填材の配向度が高く、曲げ強度が高い棒状成形体の製造方法の発明が記載されている。

特許文献２には、平均繊維長が４～２０ｍｍの炭素長繊維とプロピレン系樹脂が一体化された樹脂含浸繊維束（Ａ）と、平均繊維長が０．０１～０．５ｍｍの炭素短繊維とプロピレン系樹脂との混合物（Ｂ）を含有しており、炭素長繊維量と炭素短繊維量の合計含有量が１０～３０質量％であり、炭素長繊維量≧炭素短繊維量の関係を満たしており、比重が１．１５以下である、プロピレン系樹脂組成物から得られる成形品が、自動車部品、電気・電子部品、機械部品、摺動部品、吸音材、建築用の木材代替品、通信機器用筺体、放射線遮蔽材などに使用できることが記載されている（特許請求の範囲および段落番号００４０）。

特開２０１７-２４３８８号公報特許第５２５５５４１号公報

本発明は、高強度で品質のばらつきが小さく、ボルトやねじなどに利用できる棒状成形品を提供することを課題とする。

本発明は、（Ａ）ガラス長繊維とポリアミド系樹脂が一体化された長さが４～２０ｍｍの樹脂付着繊維束と、
（Ｂ）重量平均繊維長が０．０１～１ｍｍのガラス短繊維とポリアミド系樹脂との混合物を含有するポリアミド系樹脂組成物からなる棒状成形品であって、
前記組成物中のガラス長繊維とガラス短繊維の合計含有割合が１０～７０質量％で、ガラス長繊維の含有割合≧ガラス短繊維の含有割合の関係を満たしており、
前記棒状成形品中のガラス繊維の重量平均繊維長が０．５ｍｍ以上であり、
前記棒状成形品１０個の曲げ強度（ＭＰａ）が、これらの平均値を基準として０．９０～１．１０倍の範囲内である、棒状成形品を提供する。

本発明の棒状成形体は、高強度（曲げ強度が高い）であり、かつ複数の棒状成形体の間で曲げ強度のばらつきが小さい。

＜ポリアミド系樹脂組成物＞
（Ａ）成分の樹脂付着繊維束は、長さ方向に揃えた状態で束ねられたガラス長繊維束にポリアミド系樹脂が接触・付着されたものが４～２０ｍｍの範囲で切断されたものである。
（Ａ）成分の樹脂付着繊維束は付着状態によって、
ガラス長繊維束の中心部まで樹脂が浸透され（含浸され）、繊維束を構成する中心部の繊維間にまで樹脂が入り込んだ状態のもの（以下「樹脂含浸繊維束」という）、
ガラス長繊維束の表面のみが樹脂で覆われた状態のもの（以下「樹脂表面被覆繊維束」という）、
それらの中間のもの（繊維束の表面が樹脂で覆われ、表面近傍のみに樹脂が含浸され、中心部にまで樹脂が入り込んでいないもの）（以下「樹脂一部含浸繊維束」という）を含むものである。

ポリアミド系樹脂は、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド１０１０、ポリアミド４６、ポリアミドＭＸＤ、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド９Ｔ、ポリアミド１０Ｔ、ポリアミド６Ｉ、ポリアミドＭ５Ｔ、ポリアミド６／６６、ポリアミド１２１２、ポリアミド６６／６Ｔ、ポリアミド６６／６Ｉ、ポリアミド６Ｔ／６Ｉ／６６から選ばれる１または２以上を使用することができる。

ガラス長繊維は、公知のＥガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラスからなるものを使用することができる。

（Ａ）成分の樹脂付着繊維束の長さは４～２０ｍｍであり、本発明の好ましい一態様は５～１５ｍｍであり、本発明の別の好ましい一態様は７～１２ｍｍである。
樹脂付着繊維束の長さと、前記樹脂付着繊維束に含まれているガラス長繊維の長さは同じである。
樹脂付着繊維束の直径は特に制限されるものではないが、例えば０．８～５ｍｍの範囲にすることができる。

樹脂付着繊維束に含まれるガラス長繊維は、繊維径（単糸径）６～３０μｍのものを使用することができる。
繊維束を構成するガラス長繊維の本数は、繊維径１７μｍのガラス繊維を使用したとき、本発明の好ましい一態様は１００～３００００本、本発明の別の好ましい一態様は５００～２００００本、本発明のさらに別の好ましい一態様は１０００～１００００本である。

樹脂付着繊維束は、ダイスを用いた周知の製造方法により製造することができ、例えば、特開平６－３１３０５０号公報の段落番号７、特開２００７－１７６２２７号公報の段落番号２３のほか、特公平６－２３４４号公報（樹脂被覆長繊維束の製造方法並びに成形方法）、特開平６－１１４８３２号公報（繊維強化熱可塑性樹脂構造体およびその製造法）、特開平６－２９３０２３号公報（長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法）、特開平７－２０５３１７号公報（繊維束の取り出し方法および長繊維強化樹脂構造物の製造方法）、特開平７－２１６１０４号公報（長繊維強化樹脂構造物の製造方法）、特開平７－２５１４３７号公報（長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法および製造装置）、特開平８－１１８４９０号公報（クロスヘッドダイおよび長繊維強化樹脂構造物の製造方法）等に記載の製造方法を適用することができる。
また樹脂付着繊維束としては、ダイセルポリマー（株）から販売されている、ポリアミド系樹脂とガラス繊維を含むプラストロン（登録商標）シリーズを使用することもできる。

（Ａ）成分の樹脂付着繊維束中のポリアミド系樹脂とガラス長繊維の含有割合は、本発明の好ましい一態様はポリアミド系樹脂９０～３０質量％、ガラス長繊維１０～７０質量％であり、本発明の別の好ましい一態様はポリアミド系樹脂８０～４０質量％、ガラス長繊維２０～６０質量％であり、本発明のさらに別の好ましい一態様はポリアミド系樹脂７０～４０質量％、ガラス長繊維３０～６０質量％である。

（Ａ）成分の樹脂付着繊維束は、必要に応じて、公知の添加剤を含有することができる。
公知の添加剤としては、離型剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤、可塑剤、軟化剤、分散剤、安定化剤（ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤などの酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定化剤など）、アンチブロッキング剤、結晶核成長剤、充填剤（シリカやタルクなどの粒状充填剤など）、滑剤などを挙げることができる。

（Ｂ）成分は、重量平均繊維長が０．０１～１ｍｍのガラス短繊維とポリアミド系樹脂との混合物である。
前記混合物は、ガラス短繊維と粉末状のポリアミド系樹脂との混合物でもよいし、ガラス短繊維とポリアミド系樹脂を含むペレットなどの成形品でもよい。
前記混合物は、（Ａ）成分と同じ樹脂添加剤を含有することができる。

ポリアミド系樹脂は、（Ａ）成分で使用したものと同じポリアミド系樹脂を使用することができるが、（Ａ）成分で使用したものと異なるポリアミド系樹脂を使用することもできる。
ガラス短繊維は、公知のＥガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラスからなるものを使用することができる。

（Ｂ）成分に含まれているガラス短繊維の長さは、本発明の好ましい一態様は０．０１～１ｍｍであり、本発明の別の好ましい一態様は０．０２～０．５ｍｍである。

（Ｂ）成分の混合物中のポリアミド系樹脂とガラス短繊維の含有割合は、本発明の好ましい一態様はポリアミド系樹脂２０～８０質量％、ガラス短繊維８０～２０質量％であり、本発明の別の好ましい一態様はポリアミド系樹脂３０～７０質量％、ガラス短繊維７０～３０質量％であり、本発明のさらに別の好ましい一態様はポリアミド系樹脂４０～６０質量％、ガラス短繊維６０～４０質量％である。

ポリアミド系樹脂組成物中のガラス長繊維とガラス短繊維の合計含有割合は１０～７０質量％であり、本発明の好ましい一態様は２０～６０質量％であり、本発明の別の好ましい一態様は３０～６０質量％である。

ポリアミド系樹脂組成物中のガラス長繊維とガラス短繊維の含有割合は、ガラス長繊維の含有割合≧ガラス短繊維の含有割合の関係を満たしている。
ポリアミド系樹脂組成物中のガラス長繊維とガラス短繊維の含有割合は、ガラス長繊維の含有割合とガラス短繊維の合計１００質量％中、本発明の好ましい一態様はガラス長繊維５５～９５質量％、ガラス短繊維５～４５質量％であり、本発明の別の好ましい一態様はガラス長繊維６５～９５質量％、ガラス短繊維５～３５質量％であり、本発明のさらに別の好ましい一態様はガラス長繊維が７５～９５質量％、ガラス短繊維５～２５質量％である。

＜棒状成形品＞
棒状成形品は、棒状成形品の長さ≧棒状成形品の幅方向の長さの関係を満たしているものであればよい。
棒状成形品は、幅方向の断面形状が円形もの、楕円形のもの、多角形のもの、不定形のものなどにすることができる。
棒状成形品の長さは、円柱、角柱であるときの一端面から他端面までの長さである。
幅方向の断面形状が円形のものであるときの幅方向の長さは直径であり、幅方向の断面形状が楕円形のものであるときの幅方向の長さは長軸長さであり、幅方向の断面形状が多角形のものや幅方向の断面形状が不定形のものであるときの幅方向の長さは最大長さである。

棒状成形品中に含まれているガラス繊維の重量平均繊維長は０．５ｍｍ以上であり、本発明の好ましい一態様の重量平均繊維長は０．７ｍｍ以上であり、本発明の別の好ましい一態様の重量平均繊維長は１．０ｍｍ以上である。

棒状成形品１０個の曲げ強度（ＭＰａ）は、これらの平均値を基準として０．９０～１．１０倍の範囲内であり、本発明の好ましい一態様は曲げ強度（ＭＰａ）が平均値を基準として０．９２～１．０８倍の範囲内である。前記数値範囲は、最小値／平均値～最大値／平均値の範囲である。

棒状成形品は、公知の射出成形法を適用して製造することができるほか、特開２０１７－２４３８８号公報および特開２０１７－２４３８９号公報に記載の棒状成形体の製造方法を適用して製造することができる。
棒状成形品は、ピン、ビス、寸切りボルト、六角ボルト、全ねじ六角ボルトから選ばれるものにすることができる。

各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせなどは一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲で、適宜構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。本発明は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

（１）（Ｂ）成分のガラス短繊維の重量平均繊維長
（Ｂ）成分のガラス短繊維５００本から求めた。計算式は、特開２００６－２７４０６１号公報の〔００４４〕、〔００４５〕を使用した。

（２）棒状成形体中のガラス繊維の重量平均繊維長
実施例および比較例で得た棒状成形体について、特開２０１３－１２１９８８号公報の段落番号００６３に記載の下記の方法により測定した。
棒状成形品から約３ｇの試料を切出し、６５０℃で加熱して灰化させて繊維を取り出した。取り出したガラス繊維の一部（５００本）から重量平均繊維長を求めた。計算式は、特開２００６－２７４０６１号公報の〔００４４〕、〔００４５〕を使用した。

（３）曲げ強度
実施例および比較例で得た棒状成形体について、下記条件にて曲げ強度を測定した。
測定機器：オートグラフＡＧ２０００（（株）島津製作所製）
試験速度：２ｍｍ／ｍｉｎ
支点間距離：４０ｍｍ

実施例１、２、比較例１～３
実施例、比較例で使用した（Ａ）成分と（Ｂ）成分は、次のとおりである。
（Ａ）成分：ポリアミドＭＸＤ６を５０質量％、ガラス長繊維５０質量％からなる樹脂含浸繊維束（プラストロンＰＡＸ－ＧＦ５０－０２；直径２．８ｍｍ、長さ９ｍｍの円柱形状；ダイセルポリマー（株））。樹脂含浸繊維束の長さと含有されているガラス繊維長さは同じである。
（Ｂ）成分：ポリアミドＭＸＤ６を５０質量％、ガラス短繊維５０質量％からなる円柱状ペレット（プラストロンＰＡＸ－ＳＧＦ５０；直径２．４ｍｍ、長さ４．０ｍｍの円柱形状；ダイセルポリマー（株））を使用した。樹脂中に含まれるガラス繊維の重量平均繊維長は、０．３ｍｍである。

実施例および比較例の各組成物を使用して、次の条件で射出成形して、直径１２ｍｍ、長さ８０ｍｍの丸棒を得た。得られた丸棒の重量平均繊維長と曲げ強度を測定した。各例とも１０個を測定し、重量平均繊維長は１０個成形品中の平均値である。結果を表１に示す。
（射出成形条件）
射出成形機：日本製鋼所のＪ１５０ＥII
シリンダー温度：２８０℃
背圧：２ＭＰａ
金型温度：１６０℃
ゲート：特開２０１７-２４３８８号公報の実施例１（図４（ａ））と同じゲートを使用した。

実施例１、２と比較例１～３との対比から、（Ａ）成分と（Ｂ）成分を所定割合で併用することで、得られた成形体の曲げ強度を高いレベルにすることができると共に、曲げ強度のバラツキを小さくすることができた。

本発明の棒状成形体は、各種ピン、各種ビス、寸切りボルト、六角ボルト、全ねじ六角ボルトなどのボルトとして使用することができる。

Claims

（Ａ）ガラス長繊維とポリアミド系樹脂が一体化された長さが４～２０ｍｍの樹脂付着繊維束と、
（Ｂ）重量平均繊維長が０．０１～１ｍｍのガラス短繊維とポリアミド系樹脂との混合物を含有するポリアミド系樹脂組成物からなる棒状成形品であって、
前記組成物中のガラス長繊維とガラス短繊維の合計含有割合が１０～７０質量％で、ガラス長繊維の含有割合≧ガラス短繊維の含有割合の関係を満たしており、
前記棒状成形品中のガラス繊維の重量平均繊維長が０．５ｍｍ以上であり、
前記棒状成形品１０個の曲げ強度（ＭＰａ）が、これらの平均値を基準として０．９０～１．１０倍の範囲内である、棒状成形品であって、
前記棒状成形品が、ピン、ビス、寸切りボルト、六角ボルト、全ねじ六角ボルトから選ばれるものである、棒状成形品。
前記（Ａ）成分の樹脂付着繊維束と、前記樹脂付着繊維束に含まれているガラス長繊維の長さが４～２０ｍｍ、前記（Ｂ）成分に含まれているガラス短繊維の重量平均繊維長が０．０２～０．５ｍｍである、請求項１記載の棒状成形品。
ガラス長繊維の含有割合とガラス短繊維の合計１００質量％中の含有割合が、ガラス長繊維が５５～９５質量％、ガラス短繊維が５～４５質量％である、請求項１または２記載の棒状成形品。
ガラス長繊維の含有割合とガラス短繊維の合計１００質量％中の含有割合が、ガラス長繊維が６５～９５質量％、ガラス短繊維が５～３５質量％である、請求項１または２記載の棒状成形品。
前記棒状成形品中のガラス繊維の重量平均繊維長が０．７ｍｍ以上である、請求項１～４のいずれか１項記載の棒状成形品。
前記棒状成形品中のガラス繊維の重量平均繊維長が１．０ｍｍ以上である、請求項１～４のいずれか１項記載の棒状成形品。
前記棒状成形品１０個の曲げ強度（ＭＰａ）が、これらの平均値を基準として０．９０～１．１０倍の範囲内である、請求項１～６のいずれか１項記載の棒状成形品。