JPWO2019198610A1 - 複合構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また本発明が解決しようとする課題は、前記複合構造体を提供可能なポリアリーレンスルフィド樹脂組成物およびその成形品からなる樹脂部材並びにそれらの製造方法を提供することにある。
ポリアリーレンスルフィド樹脂の溶融粘度(高化式フローテスターを用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度)が15〔Pa・s〕以上から500〔Pa・s〕以下の範囲であることを特徴とする複合構造体に関する。
当該樹脂部材が、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であることを特徴とするポリアリーレンスルフィド樹脂組成物に関する。
前記金属部材表面にポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形することにより接合する工程(α)、または、金属部材表面と、前記成形品とを接合する工程(β)、を有すること、
表面粗化した金属の任意の5点を、共焦点顕微鏡を用いてISO 25178に準拠して測定した時に、界面の展開面積比(Sdr)が数平均値(百分率)で5〔%〕以上の範囲であること、
ポリアリーレンスルフィド樹脂の溶融粘度(高化式フローテスターを用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度)が15〔Pa・s〕以上から500〔Pa・s〕以下の範囲であること、を特徴とする複合構造体の製造方法に関する。
ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形して、成形品からなる樹脂部材を得る工程を有することを特徴とする、樹脂部材の製造方法に関する。
ポリアリーレンスルフィド樹脂を必須成分として溶融混練する工程を有することを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法に関する。
本発明の複合構造体は、表面が粗化された金属部材(1)と、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含む樹脂組成物を溶融成形してなる成形品(2)とが接合されてなる。
本発明において、金属部材の表面粗化は必須である。金属部材(1)の表面粗化した部分(表面粗化部)と前記成形品(2)とが接合面(3)となり接合している。該複合構造体は、前記表面粗化した金属部材の該表面の任意の5点について、共焦点顕微鏡を用いてISO 25178に準拠して測定される「界面の展開面積比(Sdr)」(以下、単に「界面の展開面積比(Sdr)」または「Sdr」ということがある)の数平均値(百分率)が5〔%〕以上である。
以下、表面粗化した金属部材(1)について説明する。
[金属の種類]
金属部材の種類は問わず公知のものを用いることができる。すなわち、アルミニウム、銅、ステンレス、マグネシウム、鉄、チタンまたはそれらを含有する合金が挙げられる。より具体的には、鉄や、例えば、ステンレス、鋼材など、鉄を主成分、すなわち20質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは80質量%の割合とし、他に炭素、ケイ素、マンガン、クロム、タングステン、モリブデン、ホスホル、チタン、バナジウム、ニッケル、ジルコニウム、ボロン等を含む合金(以下、鉄合金)や、アルミニウムや、アルミニウムを主成分として、他に銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケルを含む合金(以下、アルミニウム合金)や、マグネシウムや、マグネシウムを主成分として、他に亜鉛、アルミニウム、ジルコニウムなどを含む合金(以下、マグネシウム合金)や、銅や、銅を主成分として、他に亜鉛、スズ、リン、ニッケル、マグネシウム、ケイ素、クロムを含む合金(以下、銅合金)や、チタンや、チタンを主成分として、他に銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケルを含む合金(以下、チタン合金)が挙げられる。これらのうち、より好ましくは鉄、鉄合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金が挙げられ、さらに好ましくは鉄合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金が挙げられる。
また、前記界面の展開面積比(Sdr)が所定範囲に調整可能であれば、金属部材の表面粗化法も公知のものを用いることができ、例えば
(1)侵食性水溶液または侵食性懸濁液による浸漬法
(2)陽極酸化法
(3)ブラスト加工やレーザー加工による機械的切削
が挙げられるが、界面の展開面積比(Sdr)が高くなる粗化方法として(1)侵食性水溶液または侵食性懸濁液による浸漬法か(2)陽極酸化法が特に好ましい。
界面の展開面積比(Sdr)は金属の表面粗化による表面積の広がりを意味し、ISO 25178によって規定される面粗さの1つである。表面粗化によって金属部材の表面積が広がるほど接合しうる樹脂とのアンカー効果が強くなり、ひいては金属と樹脂からなる一体成型物の接合強度が高くなる。したがって、本発明の複合構造体に用いる表面粗化した金属部材は、接合する表面の任意の5点を、共焦点顕微鏡を用いてISO 25178に準拠して測定した際の界面の展開面積比(Sdr)が、数平均値(百分率)で5〔%〕以上の範囲であればよいが15〔%〕以上の範囲であることがより好ましい。一方、上限値は上記の通り特に限定されないが、金属表面の凹凸部の端点への応力集中を防いで材料破壊を抑制することができる観点から150〔%〕以下の範囲であることが好ましい。
本発明において金属部材(1)の上記界面の展開面積比(Sdr)を算出する際に、触針式粗さ計を用いた粗さ曲線の要素の平均長さ(RSm)を求めることができる。なお、この値は、界面の展開面積比(Sdr)算出に使用する共焦点顕微鏡の視野範囲を決めるために使用することもできる。また、より好ましくは触針式粗さ計から粗さ曲線の最大高さ粗さ(Rz)も求めることもできる。
本発明に用いる樹脂部材(2)は、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品からなる。また、本発明に用いる樹脂部材(2)の製造方法は、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形して、成形品からなる樹脂部材を得る工程を有する。まず、複合構造体の構成要素であるポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物について説明する。
本発明に用いるポリアリーレンスルフィド樹脂は、300℃で測定した溶融粘度(V6)が、15〔Pa・s〕以上、好ましくは30〔Pa・s〕以上の範囲から、500〔Pa・s〕以下、好ましくは80〔Pa・s〕以下の範囲である。当該範囲で、上記表面粗化した金属部材(1)と接合した場合に、接合強度および耐ヒートサイクル性に優れる。但し、本発明において、溶融粘度(V6)は、ポリアリーレンスルフィド樹脂を高化式フローテスターを用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に溶融粘度を測定した値とする。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の融点(Tm)は、耐熱性や機械的強度に優れるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物となることから、270℃以上の範囲であることが好ましく、さらに270℃以上から300℃以下の範囲であることがより好ましい。また、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の再結晶化温度(Tc2)は、耐熱性や機械的強度に優れるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物となることから、200℃以上から260℃以下の範囲であることが好ましい。
本発明に用いるポリアリーレンスルフィド樹脂の非ニュートン指数は、本発明の効果を損ねない限り特に限定されないが、0.90以上から2.00以下の範囲であることが好ましい。リニア型ポリアリーレンスルフィド樹脂を用いる場合には、非ニュートン指数が0.90以上から1.50以下の範囲であることが好ましく、さらに0.95以上から1.20以下の範囲であることがより好ましい。このようなポリアリーレンスルフィド樹脂は機械的物性、流動性、耐磨耗性に優れる。ただし、非ニュートン指数(N値)は、キャピログラフを用いて300℃、オリフィス長(L)とオリフィス径(D)の比、L/D=40の条件下で、剪断速度及び剪断応力を測定し、下記式を用いて算出した値である。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の製造方法としては、特に限定されないが、例えば1)硫黄と炭酸ソーダの存在下でジハロゲノ芳香族化合物を、必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加えて、重合させる方法、2)極性溶媒中でスルフィド化剤等の存在下にジハロゲノ芳香族化合物を、必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加えて、重合させる方法、3)p−クロルチオフェノールを、必要ならばその他の共重合成分を加えて、自己縮合させる方法、4)ジヨード芳香族と単体硫黄を、カルボキシ基やアミノ基等の官能基を有していてもよい重合禁止剤の存在下、減圧させながら溶融重合させる方法等が挙げられる。これらの方法のなかでも、2)の方法が汎用的であり好ましい。反応の際に、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩や、水酸化アルカリを添加しても良い。上記2)方法のなかでも、加熱した有機極性溶媒とジハロゲノ芳香族化合物とを含む混合物に含水スルフィド化剤を水が反応混合物から除去され得る速度で導入し、有機極性溶媒中でジハロゲノ芳香族化合物とスルフィド化剤とを、必要に応じてポリハロゲノ芳香族化合物と加え、反応させること、及び反応系内の水分量を該有機極性溶媒1モルに対して0.02モル以上から0.5モル以下の範囲にコントロールすることによりポリアリーレンスルフィド樹脂を製造する方法(特開平07−228699号公報参照。)や、固形のアルカリ金属硫化物及び非プロトン性極性有機溶媒の存在下でジハロゲノ芳香族化合物と必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加え、アルカリ金属水硫化物及び有機酸アルカリ金属塩を、硫黄源1モルに対して0.01モル以上から0.9モル以下の範囲の有機酸アルカリ金属塩および反応系内の水分量を非プロトン性極性有機溶媒1モルに対して0.02モル以下の範囲にコントロールしながら反応させる方法(WO2010/058713号パンフレット参照。)で得られるものが特に好ましい。ジハロゲノ芳香族化合物の具体的な例としては、p−ジハロベンゼン、m−ジハロベンゼン、o−ジハロベンゼン、2,5−ジハロトルエン、1,4−ジハロナフタレン、1−メトキシ−2,5−ジハロベンゼン、4,4’−ジハロビフェニル、3,5−ジハロ安息香酸、2,4−ジハロ安息香酸、2,5−ジハロニトロベンゼン、2,4−ジハロニトロベンゼン、2,4−ジハロアニソール、p,p’−ジハロジフェニルエーテル、4,4’−ジハロベンゾフェノン、4,4’−ジハロジフェニルスルホン、4,4’−ジハロジフェニルスルホキシド、4,4’−ジハロジフェニルスルフィド、及び、上記各化合物の芳香環に炭素原子数1〜18の範囲のアルキル基を有する化合物が挙げられ、ポリハロゲノ芳香族化合物としては1,2,3−トリハロベンゼン、1,2,4−トリハロベンゼン、1,3,5−トリハロベンゼン、1,2,3,5−テトラハロベンゼン、1,2,4,5−テトラハロベンゼン、1,4,6−トリハロナフタレンなどが挙げられる。また、上記各化合物中に含まれるハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子であることが好ましい。
本発明の複合構造体は、表面粗化した金属部材(1)と、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品からなる樹脂部材(2)とが接合していれば、公知の接合方法により製造することができる。例えば、前記金属部材表面にポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形することにより接合する工程(α)、または、金属部材表面と、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の成形品とを接合する工程(β)、を有する製造方法により製造することができる。
本発明の複合構造体の主な用途例としては、各種家電製品、携帯電話、及びPC(Personal Computer)等の電子機器の筐体、箱型の電気・電子部品集積モジュール用保護・支持部材・複数の個別半導体またはモジュール、センサ、LEDランプ、コネクタ、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサ、バリコンケース、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント基板、チューナ、スピーカ、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、端子台、半導体、液晶、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、モーターブラッシュホルダ、パラボラアンテナ、コンピュータ関連部品等に代表される電気・電子部品;VTR部品、テレビ部品、アイロン、ヘアードライヤ、炊飯器部品、電子レンジ部品、音響部品、オーディオ・レーザディスク・コンパクトディスク・DVDディスク・ブルーレイディスク等の音声・映像機器部品、照明部品、冷蔵庫部品、エアコン部品、タイプライタ部品、ワードプロセッサ部品、あるいは給湯機や風呂の湯量、温度センサなどの水回り機器部品等に代表される家庭、事務電気製品部品;オフィスコンピュータ関連部品、電話器関連部品、ファクシミリ関連部品、複写機関連部品、洗浄用治具、モーター部品、ライタ、タイプライタなどに代表される機械関連部品:顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計等に代表される光学機器、精密機械関連部品;オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクタ、ブラシホルダー、スリップリング、ICレギュレータ、ライトディマー用ポテンシオメーターベース、リレーブロック、インヒビタースイッチ、排気ガスバルブ等の各種バルブ、燃料関係・排気系・吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、インテークマニホールド、燃料ポンプ、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディ、キャブレタースペーサ、排気ガスセンサ、冷却水センサ、油温センサ、ブレーキパットウェアーセンサ、スロットルポジションセンサ、クランクシャフトポジションセンサ、エアーフローメータ、ブレーキパッド摩耗センサ、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダ、ウォーターポンプインペラ、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、デュストリビュータ、スタータースイッチ、イグニッションコイルおよびそのボビン、モーターインシュレータ、モーターロータ、モーターコア、スターターリレ、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウォッシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクタ、ホーンターミナル、電装部品絶縁板、ステップモーターロータ、ランプソケット、ランプリフレクタ、ランプハウジング、ブレーキピストン、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルタ、点火装置ケース、パワーモジュール、インバータ、パワーデバイス、インテリジェントパワーモジュール、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、パワーコントロールユニット、リアクトル、コンバータ、コンデンサ、インシュレーター、モーター端子台、バッテリー、電動コンプレッサー、バッテリー電流センサ、ジャンクションブロック、DLIシステム用イグニッションコイル等を収納するケース等の自動車・車両関連部品、その他各種用途にも適用可能である。
ポリフェニレンスルフィド樹脂を高化式フローテスター(島津製作所、CFT−500D)を用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に溶融粘度を測定した。
金属部材の粗化表面の表面粗さを触針式表面粗さ試験器(東京精密製、サーフコム1400D)を用い、JIS−B 0601−2001(ISO4287)に準拠して評価した。球状の圧子(先端半径は2μm)を使用し、評価長さ4mm、走査速度0.06mm/s、基準長さ0.8mm、低域カットオフ長2.5μm、カットオフフィルタとしてガウス関数を使用した粗さ曲線から、粗さ曲線の最大高さ(Rz)と粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)を得た。測定箇所は、金属部材の粗化表面の平行関係にある任意の2直線部、およびこれと垂直関係にある任意の2直線部であり、合計4直線における上記パラメータの値を平均した値を用いた。
金属部材の粗化表面の表面粗さを共焦点顕微鏡(Lasertec製、OPTELICS HYBRID)を用い、ISO25178に準拠した手法で評価した。白色光源を用い、共焦点モードを使用した。対物レンズとして、視野範囲の一辺が測定例2で得た粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)の2〜10倍になる倍率のものを選択した。高さ方向のスキャン分解能を10nmとし、サーチピークモードで金属粗化表面の三次元高さの原表面像を得た。原表面像に対して表面傾斜補正を行った後、Sフィルタ2.5μm、Lフィルタ0.8μm(いずれもガウシアンフィルタ)の表面フィルタ処理を行い、さらにノイズカット用のメディアンフィルタ(フィルタサイズ3×3)を1回かけて得た像の全体を評価領域として、粗化金属部材の界面の展開面積比(Sdr)を得た。測定箇所は、接合面(3)の中心、及び四角の5点であり、5点の値を平均したSdrの値を用いた。
複合構造体(ISO19095に準拠したType−B型)は材料試験器(島津製作所、AG−IS)を用いて引張速度5mm/minでせん断引張測定をおこなった。測定温度は室温、複合構造体の破断に至るまでの応力の最大値の平均値(n=5)を接合強度とした。
複合構造体(ISO19095に準拠したType−B型)は冷熱衝撃試験装置(エスペック株式会社「TSA−103EL」)内に導入して、−40℃/30分→160℃/30分のヒートサイクルを100サイクル行った(1サイクル1時間)。ヒートサイクル試験後の複合構造体を測定例4に従って「せん断引張試験」を行い、ヒートサイクル試験後の接合強度とした。
ヒートサイクル試験前の接合強度を「初期接合強度」として、また、「(ヒートサイクル試験後の接合強度)/(ヒートサイクル試験前の接合強度)×100」を保持率(%)とした。保持率が高いほど、耐ヒートサイクル性に優れることを意味する。
[工程1]
圧力計、温度計、コンデンサ、デカンタ、精留塔を連結した撹拌翼付き150リットルオートクレーブにp−ジクロロベンゼン(以下、「p−DCB」と略記する。)33.075質量部(225モル部)、NMP3.420質量部(34.5モル部)、47.23質量%NaSH水溶液27.300質量部(NaSHとして230モル部)、及び49.21質量%NaOH水溶液18.533質量部(NaOHとして228モル部)を仕込み、撹拌しながら窒素雰囲気下で173℃まで5時間掛けて昇温して、水27.300質量部を留出させた後、オートクレーブを密閉した。脱水時に共沸により留出したp−DCBはデカンターで分離して、随時オートクレーブ内に戻した。脱水終了後のオートクレーブ内は微粒子状の無水硫化ナトリウム組成物がp−DCB中に分散した状態であった。この組成物中のNMP含有量は0.079質量部(0.8モル部)であったことから、仕込んだNMPの98モル%(33.7モル部)がNMPの開環体(4−(メチルアミノ)酪酸)のナトリウム塩(以下、「SMAB」と略記する。)に加水分解されていることが示された。オートクレーブ内のSMAB量は、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モル部であった。仕込んだNaSHとNaOHが全量、無水Na2Sに変わる場合の理論脱水量は27.921質量部であることから、オートクレーブ内の残水量0.878質量部(48.8モル部)の内、0.609質量部(33.8モル部)はNMPとNaOHとの加水分解反応に消費されて、水としてオートクレーブ内に存在せず、残りの0.269質量部(14.9モル部)は水、あるいは結晶水の形でオートクレーブ内に残留していることを示していた。オートクレーブ内の水分量はオートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.065モルであった。
上記脱水工程終了後に、内温を160℃に冷却し、NMP46.343質量部(467.5モル部)を仕込み、185℃まで昇温した。オートクレーブ内の水分量は、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.025モルであった。ゲージ圧が0.00MPaに到達した時点で、精留塔を連結したバルブを開放し、内温200℃まで1時間掛けて昇温した。この際、精留塔出口温度が110℃以下になる様に冷却とバルブ開度で制御した。留出したp−DCBと水の混合蒸気はコンデンサーで凝縮し、デカンターで分離して、p−DCBはオートクレーブへ戻した。留出水量は0.228質量部(12.7モル部)であった。
工程3開始時のオートクレーブ内水分量は0.041質量部(2.3モル部)で、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.005モルで、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.010モルであった。オートクレーブ内のSMAB量は工程1と同じく、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モルであった。次いで、内温200℃から230℃まで3時間掛けて昇温し、230℃で1時間撹拌した後、250℃まで昇温し、1時間撹拌した。内温200℃時点のゲージ圧は0.03MPaで、最終ゲージ圧は0.40MPaであった。冷却後、得られたスラリーの内、0.650質量部を3質量部(3リットル部)の水に注いで80℃で1時間撹拌した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を4回繰り返した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水と、酢酸を加え、pH4.0に調整した後、1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を2回繰り返した。熱風乾燥機を用いて120℃で一晩乾燥して白色の粉末状のPPS樹脂(1)を得た。このポリマーの300℃における溶融粘度は56Pa・sであった。非ニュートン指数は1.07であった。
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、フレーク状硫化ソーダ(60.3質量%Na2S)19.413質量部と、NMP45.000質量部を仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水4.644質量部を留出させた(残存する水分量は硫化ソーダ1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、パラジクロロベンゼン23.211質量部及びNMP18.000質量部を仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。液温260℃で3時間攪拌しつつ反応を進め、オートクレーブ上部を散水することにより冷却した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。反応中の最高圧力は、0.85MPaであった。
その後、熱風乾燥機で240℃、3時間熱処理し、PPS樹脂(2)を得た。得られたポリマーの溶融粘度は28Pa・s、非ニュートン指数が1.21であった。
[工程1]
圧力計、温度計、コンデンサ、デカンタ、精留塔を連結した撹拌翼付き150リットルオートクレーブにp−ジクロロベンゼン(以下、「p−DCB」と略記する。)33.222質量部(226モル部)、NMP3.420質量部(34.5モル部)、47.23質量%NaSH水溶液27.300質量部(NaSHとして230モル部)、及び49.21質量%NaOH水溶液18.533質量部(NaOHとして228モル部)を仕込み、撹拌しながら窒素雰囲気下で173℃まで5時間掛けて昇温して、水27.300質量部を留出させた後、オートクレーブを密閉した。脱水時に共沸により留出したp−DCBはデカンターで分離して、随時オートクレーブ内に戻した。脱水終了後のオートクレーブ内は微粒子状の無水硫化ナトリウム組成物がp−DCB中に分散した状態であった。この組成物中のNMP含有量は0.079質量部(0.8モル部)であったことから、仕込んだNMPの98モル%(33.7モル部)がNMPの開環体(4−(メチルアミノ)酪酸)のナトリウム塩(以下、「SMAB」と略記する。)に加水分解されていることが示された。オートクレーブ内のSMAB量は、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モル部であった。仕込んだNaSHとNaOHが全量、無水Na2Sに変わる場合の理論脱水量は27.921質量部であることから、オートクレーブ内の残水量0.878質量部(48.8モル部)の内、0.609質量部(33.8モル部)はNMPとNaOHとの加水分解反応に消費されて、水としてオートクレーブ内に存在せず、残りの0.269質量部(14.9モル部)は水、あるいは結晶水の形でオートクレーブ内に残留していることを示していた。オートクレーブ内の水分量はオートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.065モルであった。
上記脱水工程終了後に、内温を160℃に冷却し、NMP46.343質量部(467.5モル部)を仕込み、185℃まで昇温した。オートクレーブ内の水分量は、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.025モルであった。ゲージ圧が0.00MPaに到達した時点で、精留塔を連結したバルブを開放し、内温200℃まで1時間掛けて昇温した。この際、精留塔出口温度が110℃以下になる様に冷却とバルブ開度で制御した。留出したp−DCBと水の混合蒸気はコンデンサーで凝縮し、デカンターで分離して、p−DCBはオートクレーブへ戻した。留出水量は0.228質量部(12.7モル部)であった。
工程3開始時のオートクレーブ内水分量は0.041質量部(2.3モル部)で、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.005モルで、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.010モルであった。オートクレーブ内のSMAB量は工程1と同じく、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モルであった。次いで、内温200℃から230℃まで3時間掛けて昇温し、230℃で3時間撹拌した後、250℃まで昇温し、1時間撹拌した。内温200℃時点のゲージ圧は0.03MPaで、最終ゲージ圧は0.40MPaであった。冷却後、得られたスラリーの内、0.650質量部を3質量部(3リットル部)の水に注いで80℃で1時間撹拌した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を4回繰り返した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水と、酢酸を加え、pH4.0に調整した後、1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を2回繰り返した。熱風乾燥機を用いて120℃で一晩乾燥して白色の粉末状のPPS樹脂(3)を得た。このポリマーの300℃における溶融粘度は180Pa・sであった。非ニュートン指数は1.07であった。
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、フレーク状硫化ソーダ(60.3質量%Na2S)19.413質量部と、NMP45.000質量部を仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水4.644質量部を留出させた(残存する水分量は硫化ソーダ1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、パラジクロロベンゼン22.05質量部及びNMP18.000質量部を仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。液温260℃で3時間攪拌しつつ反応を進め、オートクレーブ上部を散水することにより冷却した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。反応中の最高圧力は、0.85MPaであった。
その後、熱風乾燥機で250℃、3時間熱処理し、PPS樹脂(4)を得た。得られたポリマーの溶融粘度は700Pa・s、非ニュートン指数が1.60であった。
[工程1]
圧力計、温度計、コンデンサ、デカンタ、精留塔を連結した撹拌翼付き150リットルオートクレーブにp−ジクロロベンゼン35.868質量部(244モル部)、NMP3.420質量部(34.5モル部)、47.23質量%NaSH水溶液27.300質量部(NaSHとして230モル部)、及び49.21質量%NaOH水溶液18.533質量部(NaOHとして228モル部)を仕込み、撹拌しながら窒素雰囲気下で173℃まで5時間掛けて昇温して、水27.300質量部を留出させた後、オートクレーブを密閉した。脱水時に共沸により留出したp−DCBはデカンターで分離して、随時オートクレーブ内に戻した。脱水終了後のオートクレーブ内は微粒子状の無水硫化ナトリウム組成物がp−DCB中に分散した状態であった。この組成物中のNMP含有量は0.079質量部(0.8モル部)であったことから、仕込んだNMPの98モル%(33.7モル部)がNMPの開環体(4−(メチルアミノ)酪酸)のナトリウム塩(以下、「SMAB」と略記する。)に加水分解されていることが示された。オートクレーブ内のSMAB量は、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モル部であった。仕込んだNaSHとNaOHが全量、無水Na2Sに変わる場合の理論脱水量は27.921質量部であることから、オートクレーブ内の残水量0.878質量部(48.8モル部)の内、0.609質量部(33.8モル部)はNMPとNaOHとの加水分解反応に消費されて、水としてオートクレーブ内に存在せず、残りの0.269質量部(14.9モル部)は水、あるいは結晶水の形でオートクレーブ内に残留していることを示していた。オートクレーブ内の水分量はオートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.065モルであった。
上記脱水工程終了後に、内温を160℃に冷却し、NMP46.343質量部(467.5モル部)を仕込み、185℃まで昇温した。オートクレーブ内の水分量は、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.025モルであった。ゲージ圧が0.00MPaに到達した時点で、精留塔を連結したバルブを開放し、内温200℃まで1時間掛けて昇温した。この際、精留塔出口温度が110℃以下になる様に冷却とバルブ開度で制御した。留出したp−DCBと水の混合蒸気はコンデンサーで凝縮し、デカンターで分離して、p−DCBはオートクレーブへ戻した。留出水量は0.228質量部(12.7モル部)であった。
工程3開始時のオートクレーブ内水分量は0.041質量部(2.3モル部)で、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.005モルで、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.010モルであった。オートクレーブ内のSMAB量は工程1と同じく、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.147モルであった。次いで、内温200℃から230℃まで3時間掛けて昇温し、230℃で1時間撹拌した後、250℃まで昇温し、1時間撹拌した。内温200℃時点のゲージ圧は0.03MPaで、最終ゲージ圧は0.40MPaであった。冷却後、得られたスラリーの内、0.650質量部を3質量部(3リットル部)の水に注いで80℃で1時間撹拌した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を4回繰り返した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水と、酢酸を加え、pH4.0に調整した後、1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。このケーキを再び3質量部(3リットル部)の温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を2回繰り返した。熱風乾燥機を用いて120℃で一晩乾燥して白色の粉末状のPPS樹脂(5)を得た。このポリマーの300℃における溶融粘度は7Pa・sであった。非ニュートン指数は1.07であった。
表1に記載する組成成分および配合量(全て質量部)に従い、各材料をタンブラーで均一に混合した。その後、ベント付き2軸押出機(日本製鋼所、TEX30α)に前記配合材料を投入し、樹脂成分吐出量30kg/hr、スクリュー回転数220rpm、設定樹脂温度を320℃に設定して溶融混練し、ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物(A−1〜A−8)のペレットを得た。
処理なし:アルミニウムダイキャスト(ADC12)、アルミニウム(A5052)、銅(C1100)の板から、長さ×幅×厚み=45mm×10mm×1.5mmの大きさに金属部材(B−0)を切り出した。得られた金属部材の粗さ曲線の最大高さ粗さ(Rz)と粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)を測定例2に従い評価した。また、上記金属部材の界面の展開面積比(Sdr0)を測定例3に従い評価した。結果を表2〜6に示した。
2段階薬液処理:ADC12の金属部材(B−0)を50oC、5%の水酸化ナトリウム水溶液に20秒間浸漬させて第一の表面粗化工程を行った。ついで第二の表面粗化工程として、67.5%硝酸:55%フッ化水素酸=9:1の体積比で混合した侵食性水溶液に20秒間浸漬させて金属部材(B−1)を得た。得られた金属部材の粗さ曲線の最大高さ粗さ(Rz)と粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)を測定例2に従い評価した。また、上記金属部材の界面の展開面積比(Sdr1)を測定例3に従い評価した。結果を表2〜表5に示した。また粗化した金属部材のSdrから表面粗化していない金属部材(B−0)の界面の展開面積比(Sdr0)との比率(Sdr1/Sdr0)を表2〜6に示した。以下同様。
1段階薬液処理:製造例2−2の中で第一の表面粗化工程のみADC12の金属部材(B−0)に対して行い、金属部材(B−1a)を得た。
2段階薬液処理、低濃度:製造例2−2と同等の方法であるが、低濃度の侵食性水溶液で実施した。すなわち、ADC12の金属部材(B−0)を50oC、2%の水酸化ナトリウム水溶液に20秒間浸漬させて第一の表面粗化工程を行った。ついで、15%硝酸:10%フッ化水素酸=9:1の体積比で混合した侵食性水溶液に20秒間浸漬させて第二の表面粗化工程を行い金属部材(B−1b)とした。
2段階薬液処理、短時間:製造例2−2と同等の方法であるが、侵食性水溶液の浸漬時間を短時間で実施した。すなわち、ADC12の金属部材(B−0)を50oC、5%の水酸化ナトリウム水溶液に10秒間浸漬させて第一の表面粗化工程を行った。ついで、67.5%硝酸:55%フッ化水素酸=9:1の体積比で混合した侵食性水溶液に10秒間浸漬させて第二の表面粗化工程を行い金属部材(B−1c)とした。
ショットブラスト:ADC12の金属部材(B−0)をアルミニウム研削材で180秒間ショットブラストを行い金属部材(B−2)を得た。
ショットブラスト:ADC12の金属部材(B−0)をスチールグリッド研削材で60秒間ショットブラストを行い金属部材(B−3)を得た。
ADC12、A5052の金属片(B−0)はメック株式会社のDプロセス処理、C1110の金属片(B−0)は同社のA−10201処理を実施し、金属部材(B−4)を得た。
(実施例1〜11、比較例1〜8)上記の製造例7−2〜7−8で得た金属部材をホットプレート上で200℃に予熱した後、射出成形機(住友重機械工業、SV−50M)の金型(金型温度は140℃)にセットし、金属片の表面粗化部(10mm×5mm)と樹脂組成物が接合されるように、ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物のペレット(A−1〜A−8)をスクリュー温度320℃でインサート成形し、複合構造体(ISO19095に準拠したType−B型)を得た。得られた複合構造体を100時間160℃でアニールし、測定例4、測定例5に従って、接合強度および保持率を得た。結果は表2〜6に示す。
ガラスファイバ:チョップドストランド繊維長200μm、平均直径10μm
エラストマー:住友化学株式会社製「ボンドファースト−7L」(エチレン−グリシジルジメタクリレート−酢酸ビニル)
フェノールノボラック:DIC株式会社製「フェノライトTD−2090」
2 ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の成形品
3 金属部材とポリアリーレンスルフィド樹脂の成形品との接合面
Claims (11)
- 表面粗化した金属部材とポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品からなる樹脂部材とが接合してなる複合構造体であって、
前記表面粗化した金属部材表面の任意の5点を、共焦点顕微鏡を用いてISO 25178に準拠して測定した時に界面の展開面積比(Sdr)が数平均値(百分率)で5〔%〕以上の範囲であること、
ポリアリーレンスルフィド樹脂の溶融粘度(高化式フローテスターを用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度)が15〔Pa・s〕以上から500〔Pa・s〕以下の範囲であることを特徴とする複合構造体。 - 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物が、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、充填剤(B)を1質量部以上から150質量部以下の範囲で配合し溶融混練してなる、請求項1記載の複合構造体。
- 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物が、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、エラストマー(C)を1質量部以上から100質量部以下の範囲で配合し溶融混練してなる、請求項1又は2記載の複合構造体。
- 請求項1記載の複合構造体に用いられる樹脂部材であって、当該樹脂部材が、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品からなることを特徴とする、樹脂部材。
- 請求項4記載の樹脂部材に用いられるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、
当該樹脂部材が、ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であることを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。 - 表面粗化した金属部材とポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品からなる樹脂部材とが接合してなる複合構造体の製造方法であって、
前記金属部材表面にポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形することにより接合する工程(α)、または、金属部材表面と、前記成形品とを接合する工程(β)、を有すること、
表面粗化した金属の任意の5点を、共焦点顕微鏡を用いてISO 25178に準拠して測定した時に、界面の展開面積比(Sdr)が数平均値(百分率)で5〔%〕以上の範囲であること、
ポリアリーレンスルフィド樹脂の溶融粘度(高化式フローテスターを用い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度)が15〔Pa・s〕以上から500〔Pa・s〕以下の範囲の範囲であることを特徴とする複合構造体の製造方法。 - 金属部材を表面粗化する工程を含み、
表面粗化前の該金属部材表面の任意の5点における、界面の展開面積比(Sdr)の数平均値(Sdr0)に対する、前記表面粗化した金属部材表面の任意の5点における、界面の展開面積比(Sdr)の数平均値(Sdr1)の比率(Sdr1/Sdr0)が7以上の範囲であることを特徴とする請求項6記載の製造方法。 - 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物が、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、充填剤(B)を1質量部以上から200質量部以下の範囲で配合し溶融混練してなる、請求項6又は7のいずれか一項記載の複合構造体の製造方法。
- 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物が、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、エラストマー(C)を0.01質量部以上から30質量部以下の範囲で配合し溶融混練してなる、請求項6〜8のいずれか一項記載の複合構造体の製造方法。
- 請求項4に記載の樹脂部材の製造方法であって、
ポリアリーレンスルフィド樹脂を含むポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形して、成形品からなる樹脂部材を得る工程を有することを特徴とする、樹脂部材の製造方法。 - 請求項5に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、
ポリアリーレンスルフィド樹脂を必須成分として溶融混練する工程を有することを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
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