JPH10147710A - ポリアミド樹脂組成物及びその製造方法、並びにこれを用いてなる自動車用部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲げ強度、曲げ弾性率、耐衝撃性等の機械的
特性および耐久性に優れ、かつ成形品に反りやうねりの
ない外観性に優れたポリアミド樹脂組成物およびその製
造方法、およびそれを成形して得られる自動車用部品を
提供する。 【解決手段】 相対粘度が２．０〜２．５でアミノ末端
基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下であるポリアミド樹脂
１００重量部と、繊維径が９μｍ以上で繊維長が５．０
ｍｍ以下であるガラス繊維１５５〜４００重量部とから
なる。まず、これらポリアミド樹脂１００重量部とガラ
ス繊維０〜１００重量部とを押し出し機の第１供給口に
投入する。前記ポリアミド樹脂を溶融した後、残りのガ
ラス繊維を押し出し機の第２供給口（サイドフィーダ
ー）から投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強度や弾性率や耐
衝撃性等の機械的特性および耐久性に優れたポリアミド
樹脂組成物とその製造方法、およびそれを成形して得ら
れる自動車のインテークマニホールドやエンジンロッカ
ーカバーやドアミラーやドアチェッカーケースやペダル
類やギアチェンジレバー構成部品等の自動車用部品に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車業界では車体の軽量化や防
錆や防音等を目的に、従来の金属部品を樹脂に代替する
傾向がある。中でもポリアミド樹脂は機械的特性や耐熱
性や耐薬品性に優れているため、自動車部品の金属代替
品としてすでに相当の実績をあげている。しかしながら
このようなポリアミド樹脂組成物は、耐熱性や耐薬品性
は優れているものの、強度や剛性や耐衝撃性等の機械的
特性の面で金属部品の代替として使用するには十分とは
言えず、部品によっては金属から樹脂への代替化の障害
となっていた。

【０００３】ポリアミド樹脂組成物の機械的特性を向上
させるために、ポリアミド樹脂をガラス繊維や炭素繊維
等の繊維状強化材で補強した樹脂組成物が公知となって
いる。ところが、このような樹脂組成物では、通常はポ
リアミド樹脂として相対粘度が２．５より大きく、かつ
アミノ末端基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋｇを超えるものを
用いているため、強化材を多くすると樹脂組成物の成形
時に強化材が金型内での流動方向に配向するため、成形
収縮率のバランスが崩れて成形品に反り変形が発生し、
しかも成形した際に強化材が成形品表面に浮き出してし
まい、成形品表面にうねりが生じ外観不良になるという
問題がある。したがってポリアミド樹脂に添加する繊維
状強化材の配合割合は高々６０重量％止まりで、金属部
品の代替となる程の機械的特性は持ち合わせなかった。

【０００４】このような成形品の反り変形を緩和させる
ために、ポリアミド樹脂に繊維状強化材とともにマイカ
等の鉱石粉末の無機充填剤を配合する方法（特開昭５９
−１６８０５９号公報等）が開示されている。しかしな
がらこのようなポリアミド樹脂組成物は、繊維状強化材
の配向が緩和されて成形品の反りは小さくなるものの、
繊維状強化材の配合割合が少なくなって機械的特性に劣
り、金属部品の代替とはなり得ない。

【０００５】また特公平６−１３６４１号公報には、ナ
イロン４６と特定構造の脂肪族ポリアミドとガラス繊維
とを溶融混練したポリアミド樹脂組成物が開示されてい
るが、強度、剛性、耐衝撃性、耐久性等は従来品に比べ
変わるものではなかった。 従って、金属部品の代替と
成る程の機械的強力を与えるために繊維状強化材を多く
配合した、具体的には強化材の混合割合を６１重量％以
上と多量に配合した樹脂組成物であり、しかも繊維状強
化材の配向による成形品の反り変形がなく、強化材の浮
き出しによる成形品表面のうねりのない、外観性に優れ
た樹脂組成物が要望されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題を解
決し、曲げ強度、曲げ弾性率、耐衝撃性等の機械的特性
および耐久性に優れ、しかも成形品に反りやうねりがな
く外観性に優れたポリアミド樹脂組成物およびその製造
方法を提供するものである。またこのポリアミド樹脂組
成物を成形して得られる自動車のインテークマニホール
ドやエンジンロッカーカバーやドアミラーやドアチェッ
カーケースやペダル類やギアチェンジレバー構成部品等
の自動車用部品を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至っ
たものである。すなわち本発明は、相対粘度が２．０〜
２．５でアミノ末端基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下で
あるポリアミド樹脂１００重量部と、繊維径が９μｍ以
上で繊維長が５．０ｍｍ以下であるガラス繊維１５５〜
４００重量部とからなることを特徴とするポリアミド樹
脂組成物であることを要旨とするものである。

【０００８】このように本発明によれば、ポリアミド成
分として相対粘度が２．０〜２．５と低粘度なポリアミ
ド樹脂を用いることで、ポリアミド樹脂１００重量部に
対しガラス繊維を１５５〜４００重量部、すなわち樹脂
組成物全体に対しガラス繊維を６１〜８０重量％加えて
も、混練性や成形加工時の流動性の低下がなく、成形
性、加工性に優れたポリアミド樹脂組成物が得られる。

【０００９】またアミノ末端基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋ
ｇ以下であるポリアミド樹脂を用いることで、ガラス繊
維との相溶性が良くなり、機械的特性に優れ、さらに、
艶があり外観性に優れたポリアミド樹脂組成物を得るこ
とができる。

【００１０】また繊維径が９μｍ以上で繊維長が５．０
ｍｍ以下であるガラス繊維を用いることで、良好な混練
性や成形性が得られる。このように上記のような相対粘
度およびアミノ末端基濃度を持つポリアミド樹脂と、上
記のようなガラス繊維とを用いることによって、ガラス
繊維を樹脂組成物全体に対し６１重量％以上加えても、
ガラス繊維による配向性が緩和されて成形品に反り変形
がなく、またガラス繊維の浮き出しによる成形品表面の
うねりのない外観性の良いポリアミド樹脂組成物を得る
ことができる。

【００１１】また本発明によれば、上記のようなポリア
ミド樹脂組成物を製造するに際し、あらかじめ０〜１０
０重量部のガラス繊維と１００重量部のポリアミド樹脂
とを押し出し機の第１供給口から投入して、前記ポリア
ミド樹脂を溶融した後、残りのガラス繊維を押し出し機
の第２供給口（サイドフィーダー）から投入して最終的
にガラス繊維の配合量が１５５〜４００重量部となるよ
うに溶融混練するスプリットフィルールド法を行う。こ
の方法は一括してガラス繊維をポリアミド樹脂と溶融混
練する方法に比べて、ガラス繊維が折れる割合が小さく
なり、その結果ポリアミド樹脂組成物の強度を上げるこ
とができる。また本発明のように多量にガラス繊維を加
える樹脂組成物を製造する際の、生産性を向上させるこ
とができる。

【００１２】また本発明においては、上述のようにあら
かじめ０〜１００重量部のガラス繊維と１００重量部の
ポリアミド樹脂とを押し出し機内の第１供給口から投入
し、その後残りのガラス繊維を押し出し機のサイドフィ
ーダーから投入して最終的なガラス繊維の配合量を１５
５〜４００重量部とすればよいが、１回目と２回目のガ
ラス繊維の投入割合を１：１０〜２：１の割合とするこ
とが好ましく、１：３〜１：５の割合とすることがさら
に好ましい。

【００１３】このように本発明によれば、強度、剛性、
耐衝撃性等の機械的特性や耐久性に優れ、反りやうねり
がなくて外観性に優れた、自動車のインテークマニホー
ルドやドアミラーやエンジンロッカーカバーやドアチェ
ッカーケースやペダル類やギアチェンジレバー構成部品
等の自動車用金属部品の代替として使用できるポリアミ
ド樹脂組成物を提供できる。またこのようなポリアミド
樹脂組成物は金属部品の代替となるほど強度や剛性、耐
衝撃性、耐久性等に優れているので強度を必要とする建
材にも適したものとなっている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の組成物におけるポリアミ
ド樹脂としては、以下のような物が挙げられる。すなわ
ち、ポリカプロアミド（ナイロン６）、ポリヘキサメチ
レンアジパミド（ナイロン６６）、ポリテトラメチレン
アジパミド（ナイロン４６）、ポリウンデカミド（ナイ
ロン１１）、ポリドデカミド（ナイロン１２）、ポリト
リメチルヘキサメチレンテレフタルアミド（ナイロンＴ
ＭＤＴ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド（ナイ
ロン６Ｉ）、ポリヘキサメチレンテレフタル／イソフタ
ルアミド（ナイロン６Ｔ／６Ｉ）、ポリメタキシリレン
アジパミド（ナイロンＭＸＤ６）、ポリヘキサメチレン
セバカミド（ナイロン６１０）、ポリヘキサメチレンド
デカミド（ナイロン６１２）、ポリウンデカメチレンア
ジパミド（ナイロン１１６）、ポリビス（４−アミノシ
クロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンＰＡＣＭ１
２）、ポリビス（３−メチル−４アミノシクロヘキシ
ル）メタンドデカミド（ナイロンジメチルＰＡＣＭ１
２）、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド（ナイロ
ン１１Ｔ）、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフ
タルアミド（ナイロン１１Ｔ（Ｈ））、及びこれらの共
重合物、混合物である。中でも特に、ナイロン６、ナイ
ロン６６及びナイロン６とナイロン６６との共重合物、
混合物が特に好ましい。

【００１５】また、本発明の樹脂組成物は、上記ポリア
ミド樹脂１００重量部とガラス繊維が１５５〜４００重
量部とからなるものである。したがって、上記ポリアミ
ド樹脂の樹脂組成物全体に対する配合比は、３９〜２０
重量％となる。ポリアミド樹脂の配合比が２０重量％よ
り少ないと平面平滑性が失われ外観性が必要な用途に用
いることができない。３９重量％を超えるとガラス繊維
の割合が６１％より少なくなるため、機械的特性の改善
効果が少なくなる。

【００１６】本発明に用いるポリアミド樹脂の相対粘度
は２．０〜２．５である。相対粘度は、ＪＩＳ−Ｋ６８
１０に従い、溶媒として９６％濃硫酸を用いて温度が２
５℃で濃度が１ｇ／ｄｌの条件で測定する。相対粘度が
２．０より小さいとあまりにも低粘度のため、溶融混練
後の引き取り性が困難となり組成物に所望の物性が得ら
れず、成形品としたときの機械的性能が低下するので好
ましくない。また相対粘度が２．５より大きいと、高粘
度のため成形加工時の流動性が悪くなり、十分な射出圧
力がかからないため、部品としての性能が得られず、樹
脂組成物の成形性が急速に低下するので好ましくない。

【００１７】本発明おけるアミノ末端基濃度は４０ｍｍ
ｏｌ／ｋｇ以下である。アミノ末端基濃度が４０ｍｍｏ
ｌ／ｋｇ以下のポリアミド樹脂とは、ポリマーの末端基
滴定より求められたアミノ基の含有量が１ｋｇ当たり４
０ｍｍｏｌ以下のものであり、通常、このようなポリア
ミド樹脂を得るには、ポリアミド樹脂を形成するモノマ
ー（アミノカルボン酸、ラクタムあるいはジアミンとジ
カルボン酸）に対して過剰のジカルボン酸を添加して重
合するか、少量のモノカルボン酸を添加して重合すれば
よい。

【００１８】アミノ末端基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋｇを
超えると、成形加工時におけるガラス繊維との相溶性が
悪くなり、機械的物性に悪影響を及ぼす。アミノ末端基
濃度は４０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下であればよいが、艶等の
外観性を考慮すると１ｍｍｏｌ／ｋｇよりは高いことが
好ましい。

【００１９】本発明に用いるガラス繊維は、繊維径が９
μｍ以上のものである。繊維径が９μｍ未満の場合に
は、繊維の本数が増えるため嵩高となり、溶融混練時の
混練性が悪くなって所望の物性が得られない。繊維径は
９μｍ以上であれば良いが、あまり太すぎるとポリアミ
ド樹脂との混練性が悪くなり、機械的特性が低下するの
で９〜１３μｍのものが好ましい。

【００２０】また本発明に用いるガラス繊維は、繊維長
が５．０ｍｍ以下のものである。繊維長が５．０ｍｍを
超えると長すぎて繊維どうしが絡みあうため、混練性が
悪くなって所望の物性が得られない。繊維長は５．０ｍ
ｍ以下であれば良いが混練性や外観性を考慮すると、
０．１〜５．０ｍｍのものが好ましい。

【００２１】本発明の樹脂組成物は、ポリアミド樹脂１
００重量部に対してガラス繊維１５５〜４００重量部か
らなるものである。したがって、上記ガラス繊維の樹脂
組成物全体に対する配合比は、６１〜８０重量％とな
る。ガラス繊維の配合比が１５５重量部より少ない、す
なわち６１重量％より少ないと、曲げ強度、曲げ弾性
率、耐衝撃性、耐久性のいずれかの物性に劣ることとな
る。また４００重量部より多いと、すなわち８０重量％
より多いと押し出し混練性が急激に悪化すると同時に成
形加工時の流動性が悪くなり、所望の性能を有する成形
品が得られない。

【００２２】本発明のポリアミド樹脂組成物の成形方法
としては、押出成形、射出成形、プレス成形等の従来公
知の成形法が適用されるが、射出成形が特に好ましい。
また、本発明のポリアミド樹脂組成物には各種添加剤、
例えば離型剤、耐熱剤、難燃剤、無機物、顔料、染料、
発泡剤、膨潤性鉱物等を併用することができる。

【００２３】また樹脂組成物としての性能は、曲げ強度
が３５０ＭＰａ以上、曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上、ノ
ッチ付きアイゾット衝撃強度が１５Ｊ／ｍ以上であり、
繰り返し疲労試験での性能が１０⁷ 回以上の耐久性試験
に対し４０ＭＰａ以上の曲げ応力を有し、これら全ての
条件を満たす場合に、得られたポリアミド樹脂組成物は
多くの自動車金属部品の代替として使用できるものとな
る。このような機械的物性値を持つポリアミド樹脂組成
物は、自動車が使用される環境下においてそれぞれの部
品が瞬間的および長期的負荷に対して充分に耐えうるレ
ベルであり、金属部品の代替品として充分な機能を果た
す。また、このような機械的特性を持つポリアミド樹脂
組成物は、曲げ強度、曲げ弾性率、衝撃強度等の機械的
特性および耐久性や反りやうねりのない優れた外観性を
必要とする建材分野においても、金属部品の代替として
適用できる。

【００２４】

【実施例】次に実施例に基づき本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。なお、実施例における各種物性値の測定は、以
下の方法により実施した。

【００２５】（１）曲げ強度（ＭＰａ）：ＡＳＴＭ−Ｄ
７９０に記載の方法に準じて測定した。

【００２６】（２）曲げ弾性率（ＧＰａ）：ＡＳＴＭ−
Ｄ７９０に記載の方法に準じて測定した。

【００２７】（３）アイゾット衝撃強度（Ｊ／ｍ）：Ａ
ＳＴＭ−Ｄ２５６に記載の方法に準じて測定した。

【００２８】（４）繰り返し疲労試験での曲げ応力（Ｍ
Ｐａ）：ＡＳＴＭ−Ｄ６７１Ｂ法に記載の方法に準じ
て、上下振幅回数と曲げ応力との関係をプロットし、上
下振幅１０⁷ 回行っても破壊されない曲げ応力を繰り返
し疲労試験の指標とした。すなわち繰り返し疲労試験で
の曲げ応力が大きいものほど耐久性に優れたものとな
る。

【００２９】（５）アミノ基末端濃度（ｍｍｏｌ／ｋ
ｇ）：試料０．５ｇを精秤し、２０ｍｌのｍ−クレゾー
ルに加熱して溶解し、１／１０規定のｐ−トルエンスル
ホン酸のｍ−クレゾール／メタノール混合溶液（ｍ−ク
レゾール／メタノールの体積比、７／３）で滴定した。

【００３０】実施例１〜４、比較例１〜１０ 表１に示す種類及び組成のポリアミド樹脂（ナイロン
６：ユニチカ社製Ａ１０３０ＢＲＬ，ナイロン６６：デ
ュポン社製ザイテル１０１）とガラス繊維（日本電気硝
子社製Ｔ−２５９）とを表１に示す配合比で２軸押し出
し機（東芝ＴＥＭ５０）を用いて溶融混練した。

【００３１】

【表１】

【００３２】ガラス繊維は全体の約１／５程度をあらか
じめポリアミド樹脂とともに押し出し機の第１供給口か
ら投入して、前記ポリアミド樹脂を溶融した後、残りの
ガラス繊維を押し出し機のサイドフィーダーから投入し
て溶融混練した。押し出し条件はポリアミド樹脂として
ナイロン６を用いた場合はシリンダー温度を２５０〜２
８０℃とし、ナイロン６６を用いた場合はシリンダー温
度を２６０〜２９０℃とした。またスクリュー回転数は
２００ｒｐｍとし吐出量は１５０ｋｇ／ｈｒとした。押
し出し直後のストランドは水冷によりペレタイザーにて
ペレット化した。

【００３３】得られたペレットを射出成形機（東芝ＩＳ
１００）に供給して成形加工した。その際、ポリアミド
樹脂としてナイロン６を用いた場合はシリンダー温度を
２５０〜２８０℃とし、ナイロン６６を用いた場合はシ
リンダー温度を２６０〜２９０℃として射出圧力を８０
０ｋｇ／ｃｍ² 、射出速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、金型
温度を８０℃とした。得られた樹脂組成物の性能等を表
２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】実施例１〜４では、ガラス繊維の樹脂組成
物全体に対する配合比が６０重量％以上と多いためいず
れも曲げ強度、曲げ弾性率、衝撃強度等の機械的特性
や、繰り返し疲労試験での曲げ応力で示される耐久性に
優れていた。またガラス繊維は繊維径が９μｍ以上であ
り、繊維長が５．０ｍｍ以下であるため繊維どうしの絡
まりが少なく混練性に優れたものであった。またポリア
ミド樹脂の相対粘度が２．０〜２．５の範囲内と低いた
め混練性が良く、成形加時の流動性も良いため成形加工
性に優れていた。またアミノ末端基濃度が４０ｍｍｏｌ
／ｋｇ以下であるため、ガラス繊維との相溶性に優れ外
観性の良いものが得られた。

【００３６】実施例１〜４で得られたポリアミド樹脂組
成物は全て、曲げ強度が３５０ＭＰａ以上であり、曲げ
弾性率が２０ＧＰａ以上でノッチ付きアイゾット衝撃強
度が１５Ｊ／ｍ以上であり、さらに繰り返し疲労試験で
の性能が１０⁷ 回以上の耐久性試験に対し４０ＭＰａ以
上の曲げ応力を有していたため、自動車部品や建材の金
属代替部品として使用できるものであった。

【００３７】比較例１はポリアミド樹脂の相対粘度が低
すぎ、また比較例５、６、７、９、１０はポリアミド樹
脂の相対粘度が高すぎたため、押し出し混練性および成
形性や加工性に劣るものとなった。

【００３８】比較例２はアミノ末端基濃度が高すぎたた
め、加工性及び外観性も劣っていた。比較例４、６はガ
ラス繊維の繊維径が細すぎて繊維どうしが絡みあい嵩高
となったため溶融混練性が悪くなり、成形加工性や外観
性にも劣るものとなった。

【００３９】比較例３、７はガラス繊維の繊維長が長す
ぎて繊維どうしが絡み合い、嵩高となったため溶融混練
性が悪くなり、成形加工性や外観性にも劣るものとなっ
た。

【００４０】比較例１、２、６、８、９はガラス繊維の
配合比が低いため、機械的特性に劣るものとなった。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、相対粘度が２．０〜
２．５と低粘度でかつアミノ末端基濃度が４０ｍｍｏｌ
／ｋｇ以下であるポリアミド樹脂を用いることで、ガラ
ス繊維を６１重量％以上加えても、ガラス繊維による配
向性が緩和されて成形品の反りがなくなり、ガラス繊維
の浮き出しによる成形品表面のうねりもなくなるため、
外観性の良いポリアミド樹脂組成物を得ることができ
る。またガラス繊維を６１重量％以上加えることで、強
度、剛性、耐衝撃性等の機械的特性や耐久性に優れたポ
リアミド樹脂組成物を得ることができる。したがって、
外観性に優れ、金属部品の代替として使用できる自動車
部品用のポリアミド樹脂組成物が得られる。また繊維径
が９μｍ以上で繊維長が５．０ｍｍ以下であるガラス繊
維を用いることで、溶融混練時の混練性や成形性の良い
ポリアミド樹脂組成物が得られる。

【００４２】また本発明によれば、上記のようなポリア
ミド樹脂組成物を製造するに際し、まずポリアミド樹脂
と最終的な配合量よりも少ない量のガラス繊維とを押し
出し機の第１供給口から投入して、前記ポリアミド樹脂
を溶融した後、残りのガラス繊維をサイドフィーダーか
ら投入して溶融混練することで、一括してガラス繊維を
ポリアミド樹脂と溶融混練する方法に比べて、ガラス繊
維が折れる割合が小さいため、ポリアミド樹脂組成物の
強度の低下が小さくなる。

【００４３】そのため自動車のインテークマニホールド
やエンジンロッカーカバーやドアミラーやドアチェッカ
ーケースやペダル類やギアチェンジレバー構成部品等の
自動車用部品に適したポリアミド樹脂組成物を提供でき
る。またこのようなポリアミド樹脂組成物は金属部品の
代替となるほど強度や剛性、耐衝撃性、耐久性等に優れ
ているので強度を必要とする建材にも適したポリアミド
樹脂組成物を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 正 京都府宇治市宇治樋ノ尻31−３ ユニチカ 株式会社宇治プラスチック工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対粘度が２．０〜２．５でアミノ末端
   基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下であるポリアミド樹脂
   １００重量部と、繊維径が９μｍ以上で繊維長が５．０
   ｍｍ以下であるガラス繊維１５５〜４００重量部とから
   なることを特徴とするポリアミド樹脂組成物。
2. 【請求項２】 ポリアミド樹脂が、ナイロン６又はナイ
   ロン６６又はナイロン６とナイロン６６との混合物であ
   ることを特徴とする請求項１記載のポリアミド樹脂組成
   物。
3. 【請求項３】 相対粘度が２．０〜２．５でアミノ末端
   基濃度が４０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下であるポリアミド樹脂
   １００重量部と、繊維径が９μｍ以上で繊維長が５．０
   ｍｍ以下であるガラス繊維０〜１００重量部とを押し出
   し機の第１供給口から投入して、前記ポリアミド樹脂を
   溶融した後、残りのガラス繊維を押し出し機の第２供給
   口から投入して、最終的にガラス繊維の配合量が１５５
   〜４００重量部となるように溶融混練することを特徴と
   する請求項１および２記載のポリアミド樹脂組成物の製
   造方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜２のいずれか１項に記載のポ
   リアミド樹脂組成物を用いてなる自動車用部品。