JPWO2016186100A1 - ポリカーボネート樹脂組成物、およびポリカーボネート樹脂製プリプレグ - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明は、以下に示すものである。
前記ホスファゼン系難燃剤が、フェノキシホスファゼン、(ポリ)トリルオキシホスファゼン、及び(ポリ)フェノキシトリルオキシホスファゼンのうち少なくともいずれか一つを含む、上記2.に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
本発明で使用されるポリカーボネート樹脂(A)(以下「(A)成分」と称す場合がある。)の種類には、特に制限はないものの、ポリカーボネート樹脂が好ましく、芳香族ポリカーボネート樹脂の使用が特に好ましい。ポリカーボネート樹脂は、ジヒドロキシ化合物又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物を、ホスゲン又は炭酸ジエステルと反応させることによって得られる、分岐していてもよい熱可塑性重合体又は共重合体である。ポリカーボネート樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知のホスゲン法(界面重合法)や溶融法(エステル交換法)により製造したものを使用することができる。また、溶融法を用いた場合には、末端基のOH基量を調整したポリカーボネート樹脂を使用することができる。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、詳細を後述する繊維への熱溶融時の含浸性の向上、及び難燃性の改善のためにリン系難燃剤(B)を含有する。
リン系難燃剤(B)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リン系難燃剤(B)としては、中でも難燃化効果が高く、流動性向上効果があり、金型腐食が生じにくいことから、リン酸エステル系難燃剤が好ましく用いられる。
リン系難燃剤(B)として用いられるリン酸エステル系難燃剤は特に限定されないが、このリン酸エステル系難燃剤としては、下記の一般式(II)で表されるリン酸エステル系化合物が好ましい。
ホスファゼン系難燃剤は、縮合リン酸エステルよりも耐熱性の低下が低いため、本発明で最も効果的なリン系難燃剤として用いられる。ホスファゼン系難燃剤は、分子中にP=N結合を有する有機化合物であり、ホスファゼン系難燃剤としては、好ましくは下記一般式(IIIa)で表される環状ホスファゼン化合物、下記一般式(IIIb)で表される鎖状ホスファゼン化合物、及び架橋基によって架橋されてなる架橋ホスファゼン化合物が挙げられる。特に、下記一般式(IIIa)及び下記一般式(IIIb)からなる群より選択される少なくとも一種のホスファゼン化合物が架橋されたものの使用が好ましい。また、架橋ホスファゼン化合物を形成する架橋基としては、下記一般式(IIIc)で表される架橋基が、得られる架橋ホスファゼン化合物の難燃性の点から好ましい。
一般式(IIIa)で表される環状フェノキシホスファゼン化合物として、具体的には、フェノキシホスファゼン、(ポリ)トリルオキシホスファゼン(例えば、o−トリルオキシホスファゼン、m−トリルオキシホスファゼン、p−トリルオキシホスファゼン、o,m−トリルオキシホスファゼン、o,p−トリルオキシホスファゼン、m,p−トリルオキシホスファゼン、o,m,p−トリルオキシホスファゼン等)、(ポリ)キシリルオキシホスファゼン等の環状C1−6アルキルC6−20アリールオキシホスファゼンや、(ポリ)フェノキシトリルオキシホスファゼン(例えば、フェノキシo−トリルオキシホスファゼン、フェノキシm−トリルオキシホスファゼン、フェノキシp−トリルオキシホスファゼン、フェノキシo,m−トリルオキシホスファゼン、フェノキシo,p−トリルオキシホスファゼン、フェノキシm,p−トリルオキシホスファゼン、フェノキシo,m,p−トリルオキシホスファゼン等)、(ポリ)フェノキシキシリルオキシホスファゼン、(ポリ)フェノキシトリルオキシキシリルオキシホスファゼン等の環状C6−20アリールC1−10アルキルC6−20アリールオキシホスファゼン等が例示でき、好ましくは環状フェノキシホスファゼン、環状C1−3アルキルC6−20アリールオキシホスファゼン、C6−20アリールオキシC1−3アルキルC6−20アリールオキシホスファゼン(例えば、環状トリルオキシホスファゼン、環状フェノキシトリルフェノキシホスファゼン等)である。
なお、「C1−6」の記載は「炭素数1〜6の」を意味し、「C6−20」「C1−10」等についても同様である。また、「(ポリ)フェノキシ・・・」の記載は「フェノキシ・・・」と「ポリフェノキシ・・・」の一方、又は両方をさす。
一般式(IIIb)で表される鎖状フェノキシホスファゼン化合物として、具体的には、フェノキシホスファゼン、(ポリ)トリルオキシホスファゼン(例えば、o−トリルオキシホスファゼン、m−トリルオキシホスファゼン、p−トリルオキシホスファゼン、o,m−トリルオキシホスファゼン、o,p−トリルオキシホスファゼン、m,p−トリルオキシホスファゼン、o,m,p−トリルオキシホスファゼン等)、(ポリ)キシリルオキシホスファゼン等の鎖状C1−6アルキルC6−20アリールオキシホスファゼンや、(ポリ)フェノキシトリルオキシホスファゼン(例えば、フェノキシo−トリルオキシホスファゼン、フェノキシm−トリルオキシホスファゼン、フェノキシp−トリルオキシホスファゼン、フェノキシo,m−トリルオキシホスファゼン、フェノキシo,p−トリルオキシホスファゼン、フェノキシm,p−トリルオキシホスファゼン、フェノキシo,m,p−トリルオキシホスファゼン等)、(ポリ)フェノキシキシリルオキシホスファゼン、(ポリ)フェノキシトリルオキシキシリルオキシホスファゼン等の鎖状C6−20アリールC1−10アルキルC6−20アリールオキシホスファゼン等が例示でき、好ましくは鎖状フェノキシホスファゼン、鎖状C1−3アルキルC6−20アリールオキシホスファゼン、C6−20アリールオキシC1−3アルキルC6−20アリールオキシホスファゼン(例えば、鎖状トリルオキシホスファゼン、鎖状フェノキシトリルフェノキシホスファゼン等)である。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、上記ポリカーボネート樹脂(A)を60〜88質量%、及び上記リン系難燃剤(B)を12〜40質量%を含有する。
ポリカーボネート樹脂(A)の好ましい含有量は、70〜85質量%であり、より好ましくは、75〜85質量%である。
また、ポリカーボネート樹脂組成物におけるリン系難燃剤(B)の含有量は、ポリカーボネート樹脂組成物の流れ値(240℃、160kg/cm2)が9〜120×0.01(cc/sec)、好ましくは10〜60×0.01(cc/sec)になるようにコントロールする必要がある。具体的なリン系難燃剤(B)の添加量としては、難燃性及び耐熱性の点から12〜40質量%が好ましく、さらに15〜30質量%が好ましく用いられる。リン系難燃剤(B)の添加量が12質量%以上であることにより、難燃効果、繊維含浸性が良好であり、組成物の所望の物性が得られる。またリン系難燃剤(B)の添加量が40質量%以下であることにより、耐熱性、及びマトリックス樹脂の靱性の低下を抑制できる。
本発明の芳香族ポリカーボネート樹脂組成物は、本発明の(B)成分以外の難燃剤、滴下防止剤をさらに含有していてもよい。
本発明の芳香族ポリカーボネート樹脂組成物は、本発明の目的を損なわない限りにおいて、樹脂成分として、芳香族ポリカーボネート樹脂(A)以外の他の樹脂成分を含有していてもよい。配合し得る他の樹脂成分としては、例えば、ポリスチレン樹脂、ハイインパクトポリスチレン樹脂、水添ポリスチレン樹脂、ポリアクリルスチレン樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、AES樹脂、ASA樹脂、SMA樹脂、ポリアルキルメタクリレート樹脂、ポリメタクリルメタクリレート樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、(A)成分以外のポリカーボネート樹脂、非晶性ポリアルキレンテレフタレート樹脂、ポリエステル樹脂、非晶性ポリアミド樹脂、ポリ−4−メチルペンテン−1、環状ポリオレフィン樹脂、非晶性ポリアリレート樹脂、ポリエーテルサルフォンなどが挙げられる。
本発明の連続繊維強化ポリカーボネート樹脂製プリプレグは、成形品の曲げ弾性率、曲げ強度等の曲げ特性を高めるために連続繊維強化材(C)(以下、「(C)成分」と称す場合がある。)を上記(A)及び(B)成分を含むポリカーボネート樹脂組成物に含浸させることを特徴とする。
本発明で用いるガラス繊維のガラス組成には特に制限はなく、Aガラス、Cガラス、Eガラスなどのガラス組成からなるものなどを用いることができるが、特に以下のような成分組成の無アルカリガラスであるEガラスが芳香族ポリカーボネート樹脂(A)に悪影響を及ぼさないことから好ましい。
SiO2:52〜56
Al2O3:12〜16
Fe2O3:0〜0.4
CaO:16〜25
MgO:0〜6
B2O3:5〜13
TiO2:0〜0.5
R2O(Na2O+K2O):0〜0.8
炭素繊維には特に制限は無く、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系などの公知の炭素繊維を使用することができる。
本発明の連続繊維強化ポリカーボネート樹脂組成物は、上記芳香族ポリカーボネート樹脂(A)、リン系難燃剤(B)、及び連続繊維強化材(C)の他に、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。本発明の芳香族ポリカーボネート樹脂組成物が含有し得るその他の成分としては、例えば以下のようなものが挙げられる。
本発明の芳香族ポリカーボネート樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、更に種々の添加剤を含有していても良い。このような添加剤としては、安定剤、酸化防止剤、離型剤、紫外線吸収剤、染顔料、帯電防止剤、難燃剤、滴下防止剤、衝撃強度改良剤、可塑剤、分散剤、抗菌剤、(A)、(B)及び(C)成分以外の他の樹脂などが挙げられる。これらの樹脂添加剤は1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていても良い。
本発明の芳香族ポリカーボネート樹脂製連続繊維強化プリプレグ作成の際、連続繊維強化材(C)成分以外の無機成分として繊維長が10mm以下のガラス短繊維、炭素短繊維等を含有させることにより、さらに機械物性を高めることができる。短繊維フィラーの例として、ガラス短繊維、炭素短繊維、ワラストナイト、各種無機ウイスカーなどが挙げられる。
また板状、球状のフィラーを添加することにより収縮時の異方性も改善することができる。板状フィラーの例としてガラスフレーク、マイカ、タルク等が挙げられ、球状フィラーの例としてガラスビーズ、シリカビーズ等が挙げられる。
連続繊維強化ポリカーボネート樹脂製プリプレグを製造する方法は、溶融樹脂を押出機のTダイから流し、繰り出しされた繊維シート又は開繊された一方向に並んだ繊維と合流させ含浸させる方法、粉末樹脂を繊維上に分散し加熱溶融させる方法、樹脂をフィルム化して繊維層に積層させた後に加熱する熱ラミネート法などがある。本発明の連続繊維強化ポリカーボネート樹脂製プリプレグに使用するポリカーボネートは、流動性に優れることから、特に溶融樹脂を押出機から吐出させ含浸させる方法、樹脂をフィルム化して熱ラミネートする方法が好ましく用いられる。
本発明の繊維強化ポリカーボネート樹脂製プリプレグの厚さは、通常1枚あたり50〜500μmであり、好ましくは150〜350μmである。例えば、170〜305μmである。プリプレグ1枚の厚みが50μmより薄いと、充分に樹脂成分が含浸ができないため得られたプリプレグは開繊をし、取扱いが困難となる。またプリプレグ1枚の厚みが500μmを超えると強化繊維の含有率が低下するため充分な物性が得られない。
また、上述の製法により製造される本発明のプリプレグ、すなわち、本発明のポリカーボネート樹脂組成物を連続繊維強化材(C)に含浸させたプリプレグ、又はポリカーボネート樹脂フィルムを連続繊維強化材(C)に積層させたプリプレグにおいて、連続繊維強化材の体積含有値(Vf値)は25〜60%であることが好ましく、35〜50%であることがさらに好ましい。Vf値を25%以上とすることにより補強強化が十分なレベルとなり、Vf値を60%以下にすることにより、樹脂の強化材への含浸を容易にし、外観及び強度に優れたプリプレグを実現できる。
本発明の積層体は、上述の本発明のポリカーボネートプリプレグを含有するものである。本発明の積層体は、具体的には、本発明のポリカーボネートプリプレグを複数、あるいは、ポリカーボネートプリプレグとフィルムとを積層させたものである。本発明の積層体は、例えば、本発明のポリカーボネートプリプレグと、熱可塑性樹脂のフィルムとを積層させて、加熱、あるいはさらに加圧することにより、製造される。
また、本発明の成形体は、上述の本発明の積層体を熱賦形したものである。本発明の成形体は、本発明のポリカーボネートプリプレグと、フィルムまたはシート、例えば、熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートとを積層させ、加熱した状態でプレスする工程により製造可能である。熱可塑性樹脂としては、例えば、芳香族ポリカーボネートなどのポリカーボネートが用いられる。本発明の成形体は、例えば、ポリカーボネートプリプレグと熱可塑性樹脂フィルムとを交互に積層し、温度が150℃以上250℃以下となるように加熱した状態で数秒〜180秒程度プレスを行うことにより、製造できる。
JIS K7210付属書Cに記載の方法にて樹脂組成物のペレットの流れ値(Q値)を評価した。流れ値(Q値)の測定には、島津製作所社製フローテスターCFD500Dを用いた。具体的には、穴径1.0mm、長さ10mmのダイを用い、試験温度240℃、試験力160kg/cm2、余熱時間420secの条件で排出された溶融樹脂量を流れ値(×0.01cc/sec)の測定に用いた。
芳香族ポリカーボネートの繊維への含浸性の評価は、プリプレグの幅20mmの繊維樹脂シートの厚み方向の破断面を顕微鏡観察(×50倍)することにより評価した。樹脂と繊維の間に気泡がほとんどなく密着性に優れているものを良好、樹脂と繊維の間に気泡が少なく密着性に優れているものを可、気泡が多く密着性の低いものを不良とした。
樹脂製プリプレグの難燃性評価は、後述に記載の方法で作製した幅40mm×長さ150mm×厚み100〜370μmのプリプレグについて、UL−94/VTM試験評価装置を用いて行った。試験片の接炎部から100mm離れた部分に標線を設置した。接炎位置及び炎の大きさはUL−94/VTM試験に準拠して行った。接炎は3秒を2度とし、各回の離炎後の燃焼継続時間の合計を測定した。燃焼時間の合計が5秒未満かつ標線まで燃焼が到達しなかった場合を良好、燃焼時間の合計が5秒〜7秒かつ標線まで燃焼が到達しなかった場合を可、燃焼時間が7秒以上、又は燃焼時樹脂が垂落ちした場合、又は標線まで燃焼が到達した場合を不良と判定した。
樹脂プリプレグの耐熱性の評価として、樹脂プリプレグを構成する樹脂組成物のガラス転移温度を測定した。ガラス転移温度の測定は、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製「DSC220」)を用いて、プリプレグ表面の樹脂約10mgをサンプリングして行った。DSC(示差走査熱量の測定)においては、まず昇温速度20℃/minで室温から280℃まで加熱、280℃到達後3分間保温し、樹脂成分を充分溶融した。次に冷却速度30℃/minで0℃まで冷却した。その後再度昇温速度20℃/minで加熱することによって測定された曲線を用いガラス転移点を算出した。ガラス転移点は、JIS−K7121(1987年)に準拠して測定した。ガラス転移点の測定においては、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分における曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度である補外ガラス転移開始温度とした。
ポリカーボネート樹脂製繊維プリプレグの繊維体積含有値として、まず、曲げ試験用の試験片の密度をJIS K7112に準じた方法にて算出した。続いて、JIS K7075に準じて、バーナーを用いて熱可塑性樹脂を焼き飛ばし、繊維質量含有率を算出した。最後に、得られた密度及び繊維質量含有率と、炭素繊維の密度から試験片のVf値を算出した。具体的には、以下の式(I)に基づいてVf値を算出した。
Vf(%)=Wf×ρc/ρf (I) Vf:繊維体積含有値(%)
Wf:繊維質量含有率(%)
ρc:試験片(プリプレグ)全体の密度(g/cm3)
ρf:繊維の密度(g/cm3)
<芳香族ポリカーボネート樹脂(A)>
(a−1)三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製「ユーピロン(登録商標)S−3000F」、粘度平均分子量23,000
(a−2)三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製「ユーピロン(登録商標)E−2000F」、粘度平均分子量28,000
<リン系難燃剤(B)>
(b−1)レゾルシノールビス−2,6−キシレニルホスフェート(大八化学工業製「PX−200」)
(b−2)フェノキシホスファゼン(伏見製薬所 製「ラビトルFP−110」)
<連続繊維強化材(C)>
(c−1)ガラス繊維:日東紡績社製 RS 240QR−483AS(2400tex)
(c−2)炭素繊維:PAN系炭素繊維 三菱レイヨン社製 パイロフィル TRH50 60M RJ(60k)
(c−3)ガラス繊維クロス:旭硝子社製 258(厚み0.093mm、106.5g/m2、綾織)
(c−4)炭素繊維クロス:有沢製作所社製 CFP3110 (30k、160g/m2、平織)
芳香族ポリカーボネート樹脂組成物の製造は、下記の溶融押出機を用いた混練方法にて行った。まずは表1に記載の配合比率にしたがって(A)及び(B)成分を計量し、15分以上タンブラーで混合した。その混合物を溶融押出機で溶融混練することによって、樹脂組成物のペレットを得た。すなわち、本実施例及び比較例では、1ベントを備えた日本製鋼所社製二軸押出機TEX30α(C18ブロック、L/D=63)を用いて、スクリュー回転数200rpm、吐出量20kg/h、シリンダ温度270℃の条件下で樹脂等を混練し、ストランド状に押出した溶融樹脂を水槽にて急冷し、ペレタイザーを用いてペレット化した。
先述の樹脂組成物ペレットを用い、繊維含浸用フィルムを作製した。表1に記載の樹脂組成物のフィルムは、スクリュー径26mmのフィルム押出機を用いて製造した。すなわち、バレル温度250℃、ダイス(D)温度250℃、圧着ロール(R1)温度40℃、第一冷却ロール(R2)温度を樹脂組成物のガラス転移温度(Tg)−20℃、第二冷却ロール(R3)温度を樹脂組成物のガラス転移温度(Tg)−30℃とした条件下で樹脂組成物を押し出し、厚み100〜150μmのフィルムを得た。
繊維からなるクロス、及びあらかじめ開繊した一方向に引き揃えられた強化繊維層を中心とし、上下面に前記樹脂フィルム、離型紙の順に重ね合わせた状態で加熱式プレス装置にセットした。そして、強化繊維層及び樹脂フィルム等の積層体を、以下の加熱式プレス装置の設定条件、すなわち加熱温度240℃、1MPaで3分間加熱し、その後、20℃に設定した冷却盤で5〜10分冷却することで、130〜250μmのプリプレグを得た。
厚み130〜250μmの前記繊維プリプレグを幅40mm×長さ150mm×厚み130〜250μmに切削することで燃焼試験用の試験片を得た。
これに対し、表2に示されるように、ポリカーボネート樹脂組成物中のリン系難燃剤(B)の含有量が低く、流れ値の値が7×0.01cc/secと上記実施例の範囲の下限値よりも低い比較例1においては、繊維への含浸性、及びプリプレグの難燃性に劣る結果となった。また、ポリカーボネート樹脂組成物中のリン系難燃剤(B)が過剰であり、流れ値の値が上記実施例の範囲の上限値よりも高いため測定不能であった比較例2においては、プリプレグの耐熱性に劣ることが確認された。
なお、実施例1〜14のプリプレグにおいては、連続繊維強化材(C)の体積含有値(Vf値)が25〜60%の範囲内に調整されていたのに対し、体積含有値(Vf値)が上記範囲の下限値よりも低い実施例15のプリプレグにおいては、試験片からの樹脂の垂落ちが認められ、難燃性に若干劣る結果が示された。そして体積含有値(Vf値)が上記範囲の上限値よりも高い実施例16のプリプレグにおいては、他の実施例に比べて、樹脂組成物の繊維に対する含浸性にやや劣る結果が示された。しかしながら、これらの実施例においても、特に問題なく使用できるプリプレグが得られた。
Claims (8)
- ポリカーボネート樹脂(A)60〜88質量%、及びリン系難燃剤(B)12〜40質量%を含有するポリカーボネート樹脂組成物であって、当該ポリカーボネート樹脂組成物の240℃における流れ値が9〜120×0.01cc/secであるポリカーボネート樹脂組成物。
- 前記リン系難燃剤(B)が、縮合リン酸エステル、及びホスファゼン系難燃剤の少なくともいずれかを含む請求項1に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
- 前記縮合リン酸エステルが、トリフェニルフォスフェート、ビスフェノールAテトラフェニルフォスフェート、レゾルシノールテトラフェニルフォスフェート、レゾルシノールテトラ−2,6−キシレノールフォスフェートのうち少なくともいずれか一つを含み、
前記ホスファゼン系難燃剤が、フェノキシホスファゼン、(ポリ)トリルオキシホスファゼン、及び(ポリ)フェノキシトリルオキシホスファゼンのうち少なくともいずれか一つを含む、請求項2に記載のポリカーボネート樹脂組成物。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂組成物を成形して得られるポリカーボネート樹脂フィルム。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂組成物を連続繊維強化材(C)に含浸させたポリカーボネートプリプレグであって、連続繊維強化材(C)が体積含有値(Vf値)として25〜60%含有されているポリカーボネートプリプレグ。
- 請求項4に記載のポリカーボネート樹脂フィルムを連続繊維強化材(C)に積層させたポリカーボネートプリプレグであって、連続繊維強化材(C)が体積含有値(Vf値)として25〜60%含有されているポリカーボネートプリプレグ。
- 請求項5又は6に記載のポリカーボネートプリプレグを含有する積層体。
- 請求項7に記載の積層体を熱賦形した成形体。
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