TWI654252B - Polyarylene sulfide resin composition - Google Patents

Polyarylene sulfide resin composition

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Abstract

本發明之目的在於提供一種機械強度優異,且電磁波遮蔽效果、滑動性、耐濕熱性優異的聚芳硫醚樹脂組成物。
本發明係一種樹脂組成物,其特徵為包含:(A)100重量份的聚芳硫醚樹脂(A成分),其係以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成;及(B)10~180重量份的碳纖維(B成分)、全芳香族聚醯胺纖維(C成分)或玻璃纖維(D成分)。

Description

聚芳硫醚樹脂組成物
本發明係關於一種含有聚芳硫醚樹脂,機械強度優異,且電磁波遮蔽效果、滑動性、耐濕熱性優異的樹脂組成物。
聚芳硫醚樹脂係化學抗性、耐熱性、機械特性等優異的工程塑膠。因此聚芳硫醚樹脂可廣泛使用於電氣電子零件、車輛相關零件、飛機零件、房屋設施零件。近幾年,在數位相機、數位平板等的電子設備中,隨著產品的小型化,使用的產品框體邁向框體的薄化。又,在汽車等的車輛相關零件中,隨著節能化,車輛則邁向輕量化。
在此等用途中,有人以產品的薄化及輕量化為目的,研究從金屬材料到樹脂材料的轉換。
成為代替金屬材料的樹脂材料,要求其具有強度、耐熱性、化學抗性。除此之外,要求其具有電磁波遮蔽效果,可降低行動終端的通信及汽車移動時產生的電磁波導致周邊設備的故障及對人體的影響。
然而,因聚芳硫醚樹脂係耐熱性、化學抗性優異的絕緣性樹脂,故其導電性拙劣,機械強度亦不足。作為解決此問題的方法,專利文獻1中提出於聚芳硫醚樹脂中含有碳纖維的樹脂組成物。然而,該樹脂組成物無法充分滿足兼具必要的機械強度及電磁波遮蔽效果。
又,成為代替用於齒輪的軸承等用途之金屬材料的樹脂材料,要求其具有滑動特性及衝擊強度。然而,相較於其他樹脂,聚芳硫醚樹脂雖具有滑動特性,但在用於該等用途時,滑動特性及衝擊強度不足。作為解決此問題的方法,專利文獻2中提出包含聚芳硫醚樹脂及全芳香族聚醯胺纖維的樹脂組成物。然而,該樹脂組成物無法充分滿足兼具必要的滑動特性及衝擊強度。又,專利文獻3中提出包含聚苯硫醚樹脂、全芳香族聚醯胺纖維及不銹鋼片的樹脂組成物。該樹脂組成物摻合全芳香族聚醯胺纖維以外的填充材料,故無法充分滿足所要求的衝擊強度。
專利文獻4中提出於聚芳硫醚樹脂中含有玻璃纖維的樹脂組成物。然而,該文獻所記載之樹脂組成物,無法充分滿足兼具必要的機械強度及耐濕熱性。
另一方面,專利文獻5~6中記載了使二碘芳香族化合物、硫化物及聚合停止劑進行反應以製造聚芳硫醚的方法。專利文獻5中揭示了二硫化二苯作為聚合停止劑。專利文獻6中揭示了二苯硫醚作為聚合停止劑。
[專利文獻1]日本特開昭56-135549號公報
[專利文獻2]日本特開昭56-4654號公報
[專利文獻3]日本特開平06-116495號公報
[專利文獻4]日本特開平06-220322號公報
[專利文獻5]日本特表2012-513492號公報
[專利文獻6]日本特表2013-518933號公報
本發明之目的在於提供一種電磁波遮蔽效果、滑動性或耐濕熱性優異的聚芳硫醚樹脂組成物。
本案發明人發現,使以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成的聚芳硫醚樹脂(A成分)含有碳纖維(B成分)的樹脂組成物,其機械強度及電磁波遮蔽效果優異。
又發現,使以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成的聚芳硫醚樹脂(A成分)含有全芳香族聚醯胺纖維(C成分)的樹脂組成物,其機械強度及滑動性優異。
又發現,使以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成的聚芳硫醚樹脂(A成分)含有玻璃纖維(D成分)的樹脂組成物,其機械強度及耐濕熱性優異。
亦即,本發明之目的係藉由包含下述成分的樹脂組成物而達成:(A)100重量份的聚芳硫醚樹脂(A成分),其係以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成;及(B)10~180重量份的碳纖維(B成分)、全芳香族聚醯胺纖維(C成分)或玻璃纖維(D成分)。
以下,進一步說明本發明的詳細內容。
<聚芳硫醚樹脂(A成分)>
聚芳硫醚樹脂(A成分)係以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚 合停止劑的聚合反應進行合成的聚芳硫醚樹脂。
作為聚芳硫醚樹脂(A成分)的構成單元,可列舉例如由下述單元所構成者:對苯硫醚單元、間苯硫醚單元、鄰苯硫醚單元、伸苯基硫化碸單元、伸苯基硫化酮單元、伸苯基硫化醚單元、硫化二亞苯單元、含取代基伸苯基硫化物單元、含分支結構伸苯基硫化物單元等。其中,宜為含有70莫耳%以上、特別是90莫耳%以上的對苯硫醚單元者。更宜為聚(對苯硫醚)。
聚芳硫醚樹脂(A成分)係以使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成。若使用以該方法所合成之聚芳硫醚樹脂,則與碳纖維的親和性降低,故在熔融混練時,可使樹脂中的碳纖維的剩餘纖維長度變長,而提高機械強度及電磁波遮蔽效果。
又,若使用以該方法所合成之聚芳硫醚樹脂,則與全芳香族聚醯胺纖維的親和性降低,故在熔融混練時,可使樹脂中的全芳香族聚醯胺纖維的剩餘纖維長度變長,而提高滑動特性及衝擊強度。
又,若使用以該方法所合成之聚芳硫醚樹脂,則與玻璃纖維的親和性降低,故在熔融混練時,可使樹脂中的玻璃纖維的剩餘纖維長度變長,而提高耐濕熱性及衝擊強度。
作為聚芳硫醚樹脂(A成分)之製造方法,除了使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑以外,並無特別限定,可以周知的方法進行聚合。
該製造方法,宜為不使用極性溶劑,而將二碘芳香基化合物、固態硫及芳香族二硫化物系化合物直接加熱以使其聚合的方法。
又,該製造方法包含加碘步驟及聚合步驟。加碘步驟中,使芳香基化合物與碘進行反應,以得到二碘芳香基化合物。接著在聚合步驟中,使用 聚合停止劑,使二碘芳香基化合物與固態硫進行聚合反應,以製造聚芳硫醚樹脂。碘在該步驟中以氣態產生,可將其回收並再次用於加碘步驟。實質上碘係觸媒。
作為代表性的固態硫,可舉例如在室溫下8個原子連結的環辛硫形態(S8)。然而,用於聚合反應的硫化物並無特別限定,只要在常溫下為固體或液體,可使用任一種形態。
作為代表性的二碘芳香基化合物,可舉例如選自包含二碘苯、二碘萘、二碘聯苯、二碘雙酚及二碘二苯甲酮之群組中的至少一種。又,亦可使用烷基及磺基鍵結、或導入氧及氮之碘芳香基化合物的衍生物。碘芳香基化合物係以其碘原子的鍵結位置分類為不同的異構物,該等異構物中較佳的例子,係碘位於芳香基化合物之分子兩端對稱位置的化合物,例如:p-二碘苯、2,6-二碘萘及p,p’-二碘聯苯。相對於100重量份的固態硫,碘芳香基化合物的含量宜為500~10,000重量份。此重量係考量雙硫鍵的產生而決定。
聚合停止劑係芳香族二硫化物。在不使用芳香族二硫化物作為聚合停止劑的情況下,碳纖維與樹脂的親和性提高,故在熔融混練時,樹脂中的碳纖維的剩餘纖維長度變短,導致機械強度及電磁波遮蔽效果降低。
又,在不使用芳香族二硫化物作為聚合停止劑的情況下,與全芳香族聚醯胺纖維的親和性提高,故在熔融混練時,樹脂中的全芳香族聚醯胺纖維的剩餘纖維長度變短,導致滑動特性及衝擊強度降低。
又,在不使用芳香族二硫化物作為聚合停止劑的情況下,與玻璃纖維的親和性提高,故在熔融混練時,樹脂中的玻璃纖維的剩餘纖維長度變短,導致耐濕熱性及衝擊強度降低。
芳香族二硫化物,宜為選自包含苯并噻唑類及二硫化二苯類之群組中的至少一種。較宜為選自包含二硫化二苯及二硫雙苯并噻唑之群組中的至少一種。更宜為2,2’-二硫雙苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑(dibenzothiazole disulfide)及二硫化二苯。該等聚合停止劑中,苯基之間的作用基實現電子供體的機能,而更高度地展現聚合反應的反應性。為了經濟性地獲得最低限度的熱物性及提高明亮度效果,相對於100重量份的固態硫,聚合停止劑的含量宜為0.005~35重量份,較宜為0.01~30重量份,更宜為0.03~25重量份。
又,該製造方法中,可因應需要在聚合步驟中摻合聚合反應觸媒。作為代表性的聚合反應觸媒,可列舉各種硝苯衍生物,作為該等聚合反應觸媒中的較佳例子,可舉例如選自包含3-二碘-4-硝苯、1-碘-4-硝苯、2,6-二碘-4-硝苯酚及碘硝苯之群組中的至少一種。為了提高聚合的程度及經濟性、以及使聚芳硫醚樹脂的色相不變暗,相對於該100重量份的固態硫,聚合反應觸媒的含量宜為0.01~20重量份。
從溫度180-250℃及壓力50~450Torr(6.7~60kPa)的初期反應條件,到溫度270~350℃及壓力0.001~20Torr(0.00013~2.7kPa)的最終反應條件為止,宜在使溫度上升的同時降低壓力,並進行反應1~30小時。考量反應速度,初期反應宜在溫度180℃以上、壓力450Torr(60kPa)以下進行,且考量高分子的熱分解,最終反應溫度宜在溫度350℃以下、壓力20Torr(2.7kPa)以下的條件下進行。
然而,聚合反應的條件,與反應器的結構設計及生產速度相依,此為本領域具有通常知識者所知,故並無特別限制。本領域具有通常知識者可考量製程條件適當設定反應條件。
<碳纖維(B成分)>
作為碳纖維(B成分),可列舉:碳纖維、磨碎碳纖維(carbon milled fiber)及奈米碳管等。奈米碳管可為單層、雙層及多層任一種,宜為多層(所謂的MWCNT),纖維直徑宜為0.003~0.1μm。其中,從機械強度優異的觀點以及可賦予良好導電性的觀點來看,宜為碳纖維,較宜為塗布金屬的碳纖維。此外,在近幾年的數位精密設備(例如以數位相機為代表)中,良好的導電性成為樹脂材料所要求的重要特性之一。
作為碳纖維,可使用纖維素系、聚丙烯腈系及瀝青系等的任一種。又,可使用以下述方法所得者:將以亞甲基鍵使芳香族磺酸類或其鹽聚合的聚合物與溶劑所構成的原料組成進行紡紗或成形,接著進行代表碳化等方法的「不經過不融化步驟的紡紗」。更可使用通用類型、中彈性系數類型及高彈性系數類型任一種。其中,特別宜為聚丙烯腈系的高彈性系數類型。
又,碳纖維的平均纖維直徑並無特別限定,宜為3~15μm,較宜為5~13μm。具有此範圍之平均纖維直徑的碳纖維,可不損及成形品外觀而呈現良好的機械強度及疲勞特性。
又,碳纖維的較佳纖維長度,作為樹脂組成物中的數量平均纖維長度,宜為60~500μm,較宜為80~400μm,特別宜為100~300μm。此外,此數量平均纖維長度,係以光學顯微鏡觀察在成形品的高溫灰化、溶劑之溶解及藥品之分解等的處理中所採集的碳纖維之殘留物,再藉由影像解析裝置等而算出的值。又,該值係根據「在算出此數值時,不計算長度在纖維長度以下者」的方法所得到的值。
塗布金屬的碳纖維,係於碳纖維的表面塗布金屬層者。作為金 屬,可列舉:銀、銅、鎳及鋁等,從金屬層之耐腐蝕性的觀點來看,宜為鎳。作為塗布金屬的方法,可採用各種方法。其中適合使用鍍覆法。又,此塗布金屬的碳纖維的情況,亦可列舉上述碳纖維作為原始碳纖維。金屬被覆層的厚度宜為0.1~1μm,較宜為0.15~0.5μm。更宜為0.2~0.35μm。此未塗布金屬的碳纖維、塗布金屬的碳纖維,宜為以烯烴系樹脂、苯乙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、聚酯系樹脂、環氧系樹脂及胺基甲酸酯系樹脂等進行上漿(Sizing)處理者。從機械強度優異的觀點來看,在本發明中特別宜為以胺基甲酸酯系樹脂、環氧系樹脂進行處理之纖維狀碳填充材料。
相對於100重量份的A成分,碳纖維(B成分)的含量為10~180重量份,宜為15~180重量份,較宜為18~150重量份,更宜為20~140重量份。若B成分的含量小於10重量份,則剛性、強度及電磁波遮蔽效果無法充分提高,若大於180重量份,則會在混練押出時發生股線斷裂及突波(Surging)等情況,而出現生產性降低的問題。
<全芳香族聚醯胺纖維(C成分)>
全芳香族聚醯胺纖維(C成分),只要屬於稱為醯胺纖維的範疇,可使用任何種類。作為醯胺纖維,可列舉例如:間位系醯胺纖維、對位系醯胺纖維等。
全芳香族聚醯胺纖維(C成分)之原料的全芳香族醯胺樹脂,實質上係由一種以上的芳香族二胺與一種以上的芳香族二羧酸鹵化物而得者。然而,可於一種以上的芳香族二胺與一種以上的芳香族二羧酸中,添加例如亞磷酸三苯酯及吡啶系所代表的縮合劑。醯胺可為對位型亦可為間位型,但宜為對位型。
作為較佳芳香族二胺,可列舉:對苯二胺、聯苯胺、4,4”-二胺基 -對-聯三苯、2,7-二胺基茀、3,4-二胺二苯基醚、4,4’-二胺二苯基醚、1,4-雙-(4-胺基苯氧基)苯、4,4’-雙-(4-胺基苯氧基)聯苯、9,10-雙-(4-胺基苯基)蔥等。
作為芳香族二羧酸鹵化物,特別宜為該酸氯化物,可列舉對苯二甲酸氯化物、2,6-萘二羧酸氯化物、4,4’-聯苯二羧酸氯化物及其芳香環中包含1個以上的低級烷基、低級烷氧基、鹵基、硝基等的非反應性官能基者等。進一步使用芳香族二羧酸的情況下,可列舉對苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、4,4’-聯苯二羧酸及其芳香環中包含1個以上的低級烷基、低級烷氧基、鹵基、硝基等的非反應性官能基者等。更進一步,本發明中之較佳醯胺的結構,其主骨架為下式所表示者。
-NH-Ar1-NH-CO-Ar2-CO-
(其中,Ar1、Ar2表示選自包含下述通式[I]~[IV]之群組中至少一種的芳香族殘基;此外,Ar1、Ar2可為相同亦可為不同;又,該等芳香族殘基,其氫原子的一部分可以鹵素原子或低級烷基所取代)。
其中,在使該Ar1、Ar2的總量為100莫耳%時,宜使通式[I]與通式[Ⅱ]的總量、通式[I]與通式[Ⅲ]的總量、通式[I]與通式[Ⅳ]的總量或通式[I]為80莫耳%以上。較宜使通式[I]與通式[Ⅱ]的總量或通式[I]與通式[Ⅲ]的總量為80莫耳%以上。更宜使通式[I]與通式[Ⅱ]的總量或通式[I]與通式[Ⅲ]的總量為80莫耳%以上、且通式[Ⅱ]或通式[Ⅲ]為1~20莫耳%。
成為紡紗原液的醯胺紡紗原液(Aramid dope),可為進行溶液聚合者,亦可為使其他方式所得的全芳香族醯胺樹脂溶解於溶劑而得者,但宜為經進行溶液聚合反應者。又,為了提高溶解性,亦可添加少量無機鹽作為溶解助劑。作為這種無機鹽,可列舉例如:氯化鋰、氯化鈣等。
作為聚合溶劑或再溶解溶劑,一般使用周知的非質子性有機極性溶劑,可列舉例如:N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N,N-二甲基丙醯胺、N,N-丁基醯胺、N,N-二甲基異丁基醯胺、N-甲基己內醯胺、N,N-二甲基甲氧基乙醯胺、N-乙醯吡咯啶、N-乙醯哌啶、N-甲基哌啶酮-2,N,N’-二甲基乙烯尿素、N,N’-二甲基丙烯尿素、N,N,N’,N’-四甲基丙二醯胺、N-乙醯吡咯烷酮、N,N,N’,N’-四甲基尿素、二甲基亞碸等。更進一步,作為再溶解溶劑,可列舉:濃硫酸及甲磺酸等的強酸。
全芳香族醯胺樹脂的聚合度並無特別限制,但若要溶解於溶劑,聚合度較大為較佳。將全芳香族醯胺樹脂進行溶液聚合的情況,係在酸成分與二胺成分的比例實質上等莫耳的條件下使其反應,但為了控制聚合度,可過剩地使用任一種成分。又,可使用單官能的酸成分、胺成分作為封端劑。
在使全芳香族醯胺樹脂成形為纖維狀的情況下,一般係使用將醯 胺紡紗原液進行濕式成形的方法,具有將該紡紗原液直接吐出至凝聚槽(coagulating bath)中的方法或設置空隙而吐出至凝聚槽中的方法。雖於凝聚槽中使用全芳香族醯胺樹脂的不良溶劑,但為了快速排出醯胺紡紗原液的溶劑又不使全芳香族醯胺纖維出現缺陷,一般添加優良溶劑來調節凝固速度。一般宜使用水作為不良溶劑,並使用醯胺紡紗原液的溶劑作為優良溶劑。優良溶劑/不良溶劑的比例雖取決於全芳香族醯胺樹脂的溶解性及凝固性,但宜為15/85-40/60。
此全芳香族醯胺纖維的纖維長度,宜為0.1mm以上6mm以下,較宜為0.5mm以上3mm以下。若小於1mm,則具有補強效果不充分,而無法充分提高耐衝擊性的情況,若大於6mm,則具有製造時難以操作,並且組成物的流動性拙劣,而成形性變得不良的情況。
又,此全芳香族醯胺纖維不管有無上漿都可發揮效果,但上漿者容易操作,故為較佳。作為用於上漿的結合劑,可列舉:聚酯、聚胺酯、聚醚碸樹脂等,其中宜為芳香族聚酯。本發明中,此耐熱有機纖維可單獨使用或使用兩種以上的混合物。
相對於100重量份的A成分,全芳香族聚醯胺纖維(C成分)的含量為10~180重量份,宜為10~150重量份,較宜為15~120重量份,更宜為20~100重量份。若C成分的含量小於10重量份,則無法充分提高滑動特性及衝擊強度,若大於180重量份,則會在混練押出時發生股線斷裂及突波等情況,而出現生產性降低的問題。
<玻璃纖維(D成分)>
玻璃纖維(D成分)並不限定於A玻璃、C玻璃、E玻璃(無鹼玻璃)等 的玻璃組成,根據情況亦為含有TiO2、SO3、P2O5等成分者。然而,較宜為E玻璃摻合於聚芳硫醚樹脂的情況。玻璃纖維(D成分)可為以各種方法將熔融玻璃進行延伸同時快速冷卻,而成為既定纖維狀者。此情況下的快速冷卻及延伸條件並無特別限定。又,剖面的形狀除了正圓形狀之外,亦可使用橢圓形、繭形、三葉形等正圓以外的形狀者。更可為正圓形狀玻璃纖維與正圓以外之形狀的玻璃纖維混合者。該等玻璃纖維為本領域具有通常知識者所周知,且可從多數業者獲得。
相對於100重量份的A成分,玻璃纖維(D成分)的含量為10~180重量份,宜為15~180重量份,較宜為18~150重量份,更宜為20~140重量份。若玻璃纖維(D成分)的含量小於10重量份,則無法充分提高剛性、強度,若大於180重量份,則會在混練押出時發生股線斷裂及突波等,不僅生產性降低,更出現強度降低的問題。
<關於其他添加劑>
本發明之樹脂組成物中,在不損及本發明之效果的範圍內,可包含合成橡膠成分。作為適合的合成橡膠成分,可列舉:丙烯腈.丁二烯.苯乙烯系共聚物(ABS樹脂)、甲基丙烯酸甲酯.丁二烯.苯乙烯共聚物(MBS樹脂)及矽氧烷.丙烯酸基複合橡膠系接枝共聚物等的內核-外殼接枝共聚物樹脂;或是矽氧烷系熱塑性合成橡膠、烯烴系熱塑性合成橡膠、聚醯胺系熱塑性合成橡膠、聚酯系熱塑性合成橡膠、聚胺酯系熱塑性合成橡膠等的熱塑性合成橡膠。
本發明之樹脂組成物中,在不損及本發明之效果的範圍內,可包含其他熱塑性樹脂。作為其他熱塑性樹脂,可列舉例如:聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚甲基丙烯酸烷基酯樹脂等所代表的泛用塑膠;聚苯醚樹脂、聚縮醛樹 脂、芳香族聚酯樹脂、液晶性聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、環狀聚烯烴樹脂、聚芳酯樹脂(非晶性聚芳酯、液晶性聚芳酯)等所代表的工程塑膠;聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、等所謂的超級工程塑膠。
本發明之樹脂組成物中,在不損及本發明之效果的範圍內,可添加抗氧化劑及耐熱穩定劑(受阻酚系、氫醌系、亞磷酸酯系及該等化合物的取代物等)、耐候劑(間苯二酚系、水楊酸酯系、苯并三唑系、二苯甲酮系、受阻胺系等)、脫模劑及潤滑劑(二十八酸及其金屬鹽、其酯、其半酯、硬脂醇、硬脂醯胺、各種雙醯胺、雙尿素及聚乙烯蠟等)、顏料(硫化鎘、鈦青、碳黑等)、染料(苯胺黑等)、成核劑(滑石、二氧化矽、高嶺土、黏土等)、塑化劑(對氧基苯甲酸辛酯、N-丁基苯磺醯胺等)、抗靜電劑(烷硫酸酯型陰離子系抗靜電劑、4級銨鹽型陽離子系抗靜電劑、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯類的非離子系抗靜電劑、甜菜鹼(betaine)系兩性抗靜電劑等)、阻燃劑(例如紅磷、磷酸酯、氰尿酸三聚氰胺、氫氧化鎂、氫氧化鋁等的氫氧化物、聚磷酸銨、溴化聚苯乙烯、溴化聚苯醚、溴化聚碳酸酯、溴化環氧樹脂或是該等化合物的溴系阻燃劑與三氧化銻的組合等)、其他聚合物。
本發明之樹脂組成物中,在不損及本發明之效果的範圍內,可包含碳纖維(B成分)、全芳香族聚醯胺纖維(C成分)或玻璃纖維(D成分)以外的填充材料。該材料並無特別限定,可使用纖維狀、板狀、粉末狀、粒狀等的填充劑。具體可列舉:鈦酸鉀晶鬚、氧化鋅晶鬚、氧化鋁纖維、碳化矽纖維、陶瓷纖維、石棉纖維、石膏纖維、金屬纖維等的纖維狀填充劑、矽灰石、絹雲母、高嶺土、雲母、黏土、膨潤土、石棉、滑石、矽酸鋁等的矽酸鹽、微晶高嶺石、合成雲母等膨潤性的層狀矽酸鹽、氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鋯、氧化鈦、氧化 鐵等的金屬化合物、碳酸鈣、碳酸鎂、白雲石等的碳酸鹽、硫酸鈣、硫酸鋇等的硫酸鹽、玻璃珠、瓷珠、氮化硼、碳化矽、磷酸鈣及二氧化矽等的非纖維狀填充劑,該等填充材料可為中空,該等填充劑更可併用兩種以上。
又,在異氰酸酯系化合物、有機矽烷系化合物、有機鈦酸酯系化合物、有機硼烷系化合物及環氧化合物等的偶合劑及膨潤性的層狀矽酸鹽中,以有機化鎓離子對該等填充材料進行預處理再使用,在得到更優異之機械強度的意義上為較佳。
本發明之樹脂組成物中,作為用於賦予更高導電性的填充材料,可含有碳纖維(B成分)以外的導電性填充劑。其材料並無特別限定,作為導電性填充劑,只要是一般樹脂的導電化所用的導電性填充劑,則並無特別限制,作為其具體例,可列舉:以金屬粉、金屬片、金屬帶、金屬纖維、金屬氧化物、導電性物質所被覆的無機填充劑、碳粉末、石墨、碳片、鱗片狀碳等。
作為金屬粉、金屬片、金屬帶的金屬種的具體例,可列舉:銀、鎳、銅、鋅、鋁、不銹鋼、鐵、黃銅、鉻、錫等。作為金屬纖維之金屬種類的具體例,可列舉:鐵、銅、不銹鋼、鋁、黃銅等。此金屬粉、金屬片、金屬帶、金屬纖維可以鈦酸酯系、鋁系、矽烷系等的表面處理劑實施表面處理。
作為金屬氧化物的具體例,可列舉:SnO2(銻摻雜)、In2O3(銻摻雜)、ZnO(鋁摻雜)等,該等金屬氧化物可以鈦酸酯系、鋁系、矽烷系偶合劑等的表面處理劑實施表面處理。
作為以導電性物質所被覆之無機填充劑中的導電性物質的具體例,可列舉:鋁、鎳、銀、碳、SnO2(銻摻雜)、In2O3(銻摻雜)等。又,作為被覆之無機填充劑,可列舉:雲母、玻璃珠、玻璃纖維、鈦酸鉀晶鬚、硫酸鋇、氧 化鋅、氧化鈦、硼酸鋁晶鬚、氧化鋅系晶鬚、鈦酸系晶鬚、碳化矽晶鬚等。作為被覆方法,可列舉:真空蒸鍍法、濺射法、無電鍍法、烘烤(backing)法等。又,該等物質可以鈦酸酯系、鋁系、矽烷系偶合劑等的表面處理劑實施表面處理。
碳粉末,其原料從製造法可分類為乙炔黑、氣黑、油黑(oil black)、萘黑、熱碳黑、爐黑、燈黑、槽黑、捲黑(roll black)、盤黑(disk black)等。可用於本發明的碳粉末,其原料、製造法並無特別限定,但特別適合使用乙炔黑、爐黑。
<樹脂組成物的製造>
本發明之樹脂組成物,可同時或以任意順序,以滾動機(tumbler)、V形摻合機、圓錐形混合機、班布瑞密閉式混煉機、混練滾筒、押出機等的混合機,混合上述各成分以進行製造。較佳的態樣,宜藉由雙軸押出機進行熔融混練,並因應需要,使用側進料器等將任意成分從第二供給口供給至熔融混合的其他成分中。作為押出機,宜使用具有可將原料中的水分及產生自熔融混練樹脂之揮發氣體進行脫氣的排氣孔者。並且宜設置真空泵,其用以有效地將產生之水分及揮發氣體從排氣孔排出押出機外部。又,亦可在押出機拉線模部前方的區域,設置用以去除混入押出原料中之異物等的濾網設置,以將異物從樹脂組成物中去除。作為此濾網,可列舉:鐵絲網、過濾網更換機、燒結金屬板(盤濾機等)等。
雙軸押出機所使用的螺桿,可舉例如下述結構者:在輸送用順向螺旋件(flight piece)之間插入各種形狀的螺件而複雜地組合,並一體成形以構成一根螺桿,考量處理對象原材料的特性,將順向螺旋件、順向捏合件(kneading piece)、逆向捏合件、逆向螺旋件等螺件配置於適當的順序及位置而組合者等。 宜為如日本特開2012-213997號公報的第二圖所記載的具有形成圓弧狀缺口之螺旋部的逆向輸送之一條螺旋狀的螺桿元件。作為熔融混練機,除了雙軸押出機之外,可列舉:班布瑞密閉式混煉機、混練滾筒、單軸押出機、三軸以上的多軸押出機等。
將如上述所押出之樹脂,直接切斷並造粒化,或在形成股線後以造粒機切斷此股線而造粒化。在造粒化時需要降低外部灰塵等的影響,此情況下宜使押出機周圍的氣體環境潔淨化。所得之丸粒的形狀,可為圓柱、角柱及球狀等一般的形狀,但較宜為圓柱。此圓柱的直徑宜為1~5mm,較宜為1.5~4mm,更宜為2~3.5mm。另一方面,圓柱的長度宜為1~30mm,較宜為2~5mm,更宜為2.5~4mm。
<關於成形品>
使用本發明之樹脂組成物所形成的成形品,可將如上述所製造的丸粒進行成形而得。宜藉由射出成形、押出成形而得。射出成形中,不僅是一般的成形方法,更可列舉:射出壓縮成形、射出壓製成形、氣體輔助射出成形、發泡成形(包含注入超臨界流體的方法)、嵌入成形、模內塗布成形、絕緣模具成形、急速加熱冷卻模具成形、雙色成形、多色成形、夾芯模成形及超高速射出成形等。又,成形可選擇冷流道(Cold runner)方式及熱流道(Hot runner)方式任一種。又,押出成形可得到各種異形押出成形品、片材、薄膜等。片材、薄膜的成形亦可使用充氣(inflation)法、砑光法及鑄造法等。更可藉由進行特定的延伸操作以形成熱收縮管。又,亦可藉由旋轉成形或吹氣成形法(blow molding)等使本發明之樹脂組成物成為成形品。
本案發明人目前認為最佳的本發明之形態,係集合上述各要素的 較佳範圍者,例如,其代表例記載於下述實施例中。當然本發明並不限定於該等形態。
實施例
實施例1~12、比較例1~3
以表1所記載的各摻合量,使用排氣孔式雙軸押出機,將聚芳硫醚樹脂及碳纖維進行熔融混練以得到丸粒。排氣孔式雙軸押出機使用日本製鋼所股份有限公司製:TEX-30XSST(完全咬合、同方向旋轉)。押出條件為吐出量12kg/h、螺桿旋轉數150rpm、排氣孔的真空度3kPa,又,使第一供給口到拉線模部分的押出溫度為320℃。使用押出機的側進料器,從第二供給口供給碳纖維,並從第一供給口將聚芳硫醚樹脂供給至押出機。此處所說的第一供給口,係離拉線模最遠的供給口,第二供給口係位於押出機的拉線模與第一供給口之間的供給口。以130℃、6小時的條件,以熱風循環式乾燥機構將所得丸粒進行乾燥後,使用射出成形機,將評估用的試片進行成形。各評估結果顯示於表1。
使用之日本製鋼所股份有限公司製的TEX-30XSST,係具有下述螺桿元件的排氣孔式雙軸押出機:如日本特開2012-213997號公報的第二圖所記載,具有形成圓弧狀缺口之螺旋部的逆向輸送的一條螺旋狀的螺桿元件。
<評估>
樹脂組成物的評估,係以下述方式進行評估。
(1)彎曲強度
根據ISO178(測定條件23℃)進行測定。此外,試片係藉由射出成形機(住友重機械工業股份有限公司製SG-150U),以氣缸溫度320℃、模具溫度130℃進行成形。該數值越大,表示樹脂組成物的機械強度越優異。
(2)電磁波遮蔽效果
在溫度23℃及相對濕度50% RH的氣體環境下,併用愛德萬測試股份有限公司製的TR-17301A與R3361A,對以與上述(1)相同的條件所成形之試片(尺寸:長度150mm×寬度150mm×厚度1.5mm)的電磁波(頻率800MHz)進行測定。該數值越大,表示樹脂組成物的電磁波遮蔽效果越優異。
<各成分>
表1中的記號標示的各成分如下所述。
(A成分)
PPS-1:以下述製造方法所得之聚苯硫醚樹脂
將300.0g p-二碘苯、29.15g固態硫及作為聚合停止劑的0.75g二硫化二苯的混合物加熱至180℃以使其熔融混合。以溫度220℃及壓力350Torr(46.7kPa)1小時;溫度230℃及壓力200Torr(26.7kPa)2小時;溫度250℃及壓力120Torr(16.0kPa)1小時;將壓力降低至60Torr(8.0kPa)1小時;將溫度上升至280℃ 1小時;將壓力降低至10Torr(1.3kPa)1小時;溫度300℃及壓力1Torr(0.13kPa)以下1小時的條件,使該熔融混合物聚合反應總計8小時,以製造聚苯硫醚樹脂。
PPS-2:以下述製造方法所得之聚苯硫醚樹脂
除了使用0.88g 2,2-二硫雙苯并噻唑取代二硫化二苯作為聚合停止劑以外,以與PPS-1相同的方法製造聚苯硫醚樹脂。
PPS-3:以下述製造方法所得之聚苯硫醚樹脂
除了使用1.88g二羧酸二硫化二苯取代二硫化二苯作為聚合停止劑以外,以與PPS-1相同的方法製造聚苯硫醚樹脂。
PPS-4(比較):以下述製造方法所得之聚苯硫醚樹脂
除了使用0.96g二乙胺二硫甲酸鋅取代二硫化二苯作為聚合停止劑以外,以與PPS-1相同的方法製造聚苯硫醚樹脂。
PPS-5(比較):DIC公司製PPS MA-505(不使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑所製造之聚苯硫醚樹脂)
(B成分)
B-1:碳纖維(東邦特耐克絲股份有限公司製:HT C432 6mm,長徑7μm,切割長度6mm,胺基甲酸酯系上漿劑)
B-2:碳纖維(東邦特耐克絲股份有限公司製:HT C205 6mm,長徑7μm,切割長度6mm,環氧系上漿劑)
B-3:碳纖維(東邦特耐克絲股份有限公司製:HT C603 6mm,長徑7μm,切割長度6mm,尼龍系上漿劑)
B-4:塗布鎳碳纖維(東邦特耐克絲股份有限公司製:HT C903 6mm,長徑7μm,切割長度6mm,環氧.胺基甲酸酯系上漿劑)
實施例13~24、比較例6~9
以表2所記載的各摻合量,使用排氣孔式雙軸押出機將聚芳硫醚樹脂及全芳香族聚醯胺纖維進行熔融混練以得到丸粒。排氣孔式雙軸押出機使用日本製鋼所股份有限公司製:TEX-30XSST(完全咬合、同方向旋轉)。押出條件為吐出量12kg/h、螺桿旋轉數150rpm、排氣孔的真空度3kPa,又,使第一供給口到拉線模部分的押出溫度為320℃。此外,使用上述押出機的側進料器,從第二供給口供給全芳香族聚醯胺纖維,並從第一供給口將聚芳硫醚樹脂供給至押出機。此處所說的第一供給口,係離拉線模最遠的供給口,第二供給口係位於押出機的拉線模與第一供給口之間的供給口。以130℃、6小時的條件,以熱風循環式乾燥機構將所得丸粒進行乾燥後,使用射出成形機,將評估用的試片進行成形。各評估結果顯示於表2。
使用之日本製鋼所股份有限公司製的TEX-30XSST,係具有下述螺桿元件的排氣孔式雙軸押出機:如日本特開2012-213997號公報的第二圖所記載,具有形成圓弧狀缺口之螺旋部的逆向輸送的一條螺旋狀的螺桿元件。
<評估>
(1)動摩擦係數
使用ORIENTEC股份有限公司製往復動摩擦損耗試驗機AFT-15M作為評估設備。將使直徑5mm ψ的半球與直徑5mm ψ、及長度30mm ψ之圓柱的圓剖面部分結合而形成前端具有球面的針狀試片(材質:鋼)裝設於固定側試片載具。另一方面,藉由射出成形將實施例及比較例的樹脂組成物作成長度150mm×寬度150mm×厚度2mm的平板狀試片(澆口(gate)係邊緣的一端為寬度40mm×厚度1mm的鰭狀澆口(fin gate)),並將中心部切削成長度50mm×寬度100mm,將此切削試片固定於來回移動的台座上。以針狀試片的圓柱軸方向與平板狀試片的平面法線方向為平行的狀態,且負載9.8N的狀態,使上述針狀試片的前端球面部分接觸此平板狀試片之切削試片的平面部分。在此接觸狀態下,在23℃、相對濕度50% RH的氣體環境中,以在兩秒在平面內的1直線上來回一次的比例,於單程25mm的距離來回移動1000次,藉由與針狀試片側連接的容量49N的測力計,測定1000次動作後的摩擦力,並以與上述負載的關係算出動摩擦係數。該數值越小,表示樹脂組成物的滑動特性越優異。此外,係藉由射出成形機(住友重機械工業股份有限公司製,SG-150U),在氣缸溫度320℃、模具溫度130℃下形成平板狀試片。
(2)衝擊強度
在溫度23℃及相對濕度50% RH的氣體環境下,根據ISO179的方法,測定試片(尺寸:長度80mm×寬度10mm×厚度4mm)的無切痕沙丕(charpy)衝擊強度。此外,試片係以與上述(1)相同的條件進行成形。該數值越大,表示樹脂組成物的耐衝擊性越優異。
<各成分>
(A成分)
使用與實施例1~12、比較例1~5相同的聚苯硫醚樹脂PPS-1~PPS-5。
(C成分)
C-1:全芳香族聚醯胺纖維(帝人股份有限公司製:對位系醯胺纖維T322UR長徑12μm,切割長度3mm,胺基甲酸酯系上漿劑)
C-2:全芳香族聚醯胺纖維(帝人股份有限公司製:對位系醯胺纖維T322EH長徑12μm,切割長度3mm,聚酯系上漿劑)
C-3:全芳香族聚醯胺纖維(帝人股份有限公司製:對位系醯胺纖維T324長徑12μm,切割長度3mm,聚醚碸系上漿劑)
C-4:全芳香族聚醯胺纖維(帝人股份有限公司製:間位系醯胺纖維ST2.2長徑12μm,切割長度1mm,無上漿劑)
C-5:全芳香族聚醯胺纖維(帝人股份有限公司製:聚對伸苯基對酞醯胺1488長徑12μm,切割長度6mm,聚酯系上漿劑)
實施例25~27、比較例10~14
以表3所記載的各摻合量,使用排氣孔式雙軸押出機將聚芳硫醚樹脂及玻璃纖維進行熔融混練以得到丸粒。排氣孔式雙軸押出機使用日本製鋼所股份有限公司製:TEX-30XSST(完全咬合、同方向旋轉)。押出條件為吐出量15kg/h、螺桿旋轉數250rpm、排氣孔的真空度3kPa,又,使第一供給口到拉線模部分的押出溫度為320℃。使用押出機的側進料器,從第二供給口供給玻璃纖維,並從第一供給口將聚芳硫醚樹脂供給至押出機。此處所說的第一供給口,係離拉線模最遠的供給口,第二供給口係位於押出機的拉線模與第一供給口之間的供給口。以130℃、6小時的條件,以熱風循環式乾燥機構將所得丸粒進行乾燥後,使用射出成形機,將評估用的試片進行成形。各評估結果顯示於表3。
使用之日本製鋼所股份有限公司製的TEX-30XSST,係具有下述螺桿元件的排氣孔式雙軸押出機:如日本特開2012-213997號公報的第二圖所記載,具有形成圓弧狀缺口之螺旋部的逆向輸送的一條螺旋狀的螺桿元件。
<評估>
(1)纖維長度的測定
將200mg拉伸強度測定用的評估用試片溶解於2cc 250℃的1-氯萘,藉由Senshu Scientific製加壓過濾裝置,使用薄膜過濾器(PTFE製,孔徑0.5μm)分離固體成分。接著,以2cc 250℃的1-氯萘將該固體成分洗淨兩次,並進一步以乙醇進行洗淨後,以真空乾燥機構使其乾燥,得到固體成分。使該固體成分分散於含有1%界面活性劑的水溶液,並使用視頻顯微鏡測定平均纖維長度。此外,算出1000條玻璃纖維之測定值的平均值作為平均纖維長度。
(2)拉伸強度
根據ISO527-1&2(測定條件23℃)進行測定。此外,係藉由射出成形機(住友重機械工業股份有限公司製,SG-150U),在氣缸溫度320℃、模具溫度130℃下,形成試片。係測定初期狀態下的試片與PCT處理後的試片。初期的數值大,且PCT處理後的數值相對於初期數值降低越少,表示樹脂組成物的耐濕熱性及機械強度越優異。
(3)PCT處理
使用平山製作所製壓力鍋試驗機PC-305Ⅲ/V,在溫度120℃、濕度100%的條件下實施100小時的處理。
<各成分>
(A成分)
使用與實施例1~12、比較例1~5相同的聚苯硫醚樹脂PPS-1~PPS-5。
(D成分)
D-1:玻璃纖維(日本電氣硝子股份有限公司製:T-760H切割長度3mm,纖維直徑10.5μm,胺基矽烷/胺基甲酸酯/環氧系上漿劑)
D-2:玻璃纖維(日東紡股份有限公司製:CSG 3PA-830切割長度3mm,異形剖面短徑7μm,異形剖面長徑28μm,異形比4,環氧系上漿劑)
D-3:玻璃纖維(日本電氣硝子股份有限公司製:T-760H切割長度9mm,纖維直徑10.5μm,胺基矽烷/胺基甲酸酯/環氧系上漿劑)
發明之效果
若使用以芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成的聚芳硫醚樹脂,則其與碳纖維的親和性降低,故在熔融混練時,樹脂中的碳纖維的剩餘纖維長度變長,而可提高機械強度及電磁波遮蔽效果。
又,若使用以該方法進行合成之聚芳硫醚樹脂,則其與全芳香族聚醯胺纖維的親和性降低,故在熔融混練時,樹脂中的全芳香族聚醯胺纖維的剩餘纖維長度變長,而可提高滑動特性及衝擊強度。
又,若使用以該方法進行合成之聚芳硫醚樹脂,則其與玻璃纖維的親和性降低,故在熔融混練時,樹脂中的玻璃纖維的剩餘纖維長度變長,而可提高耐濕熱性及衝擊強度。
因此,本發明之樹脂組成物,其機械強度優異,且電磁波遮蔽效果、滑動性、耐濕熱性優異。
產業上的可利用性
本發明之樹脂組成物,可用於電氣、電子設備、照明設備、娛樂用品、玩具用品等的框體、托架、底盤、內部構件。
作為電氣、電子設備,可列舉:筆電、顯示器、辦公室自動化設備、行動電話、行動資訊終端、傳真機、光碟、便攜式MD、攜帶型收錄機、電 子記事本等的個人數位助理(PDA;personal digital assistant)、攝影機、數位相機、光學設備、音頻設備、空調等。
本發明之樹脂組成物,可用於汽車、機車、自行車相關零件的構件、外板、外殼。
作為汽車、機車、自行車的相關零件,可列舉:馬達零件、發電機端部、發電機連接器、IC調節器、Light Dyer用電位計基座、懸吊設備零件、排氣閥等的各種閥、燃料相關、排氣系統或吸氣系統的各種管線、進氣噴嘴排氣管、進氣歧管、各種臂部、各種框架、各種鉸件(Hinge)、各種軸承、燃料泵、汽油箱、壓縮天然氣槽(compressed natural gas tank)、引擎冷卻水接口、汽化器主體、汽化器間隔器、排氣氣體感測器、冷卻水感測器、油溫感測器、制動墊磨損感測器、節流閥位置感測器、曲軸位置感測器、空氣流量計、制動墊磨損感測器、空調用恆溫器基座、暖氣熱風流量控制閥、散熱器馬達用刷座、水泵葉輪、渦輪葉片、雨刷馬達相關零件、分配器、啟動器開關、啟動繼電器、傳輸用電線束、擋風玻璃沖洗噴嘴、空調面板開關基板、燃料相關電磁閥用線圈、保險絲用連接器、電池托盤、AT托架、前照燈支架、踏板殼體、方向盤、車門防撞樑(Door beam)、防護器、底盤、框架、肘靠、喇叭端子、步進馬達轉子、燈座、反射燈、燈罩、煞車活塞、噪音屏、散熱器支架、備胎罩、座位外殼、圓筒型線圈架(solenoid bobbin)、機油過濾器、點火裝置外殼、底層套、門邊踏板(scuff plate)、車身鈑金飾條(pillar trim)、驅動軸、車輪、緩衝器、擋泥板(fascia)、保險桿、保險桿樑、引擎蓋、空力套件(aero parts)、汽車平台、捲動式百葉窗、車頂、儀表板、阻流板及各種模組等。
本發明之樹脂組成物,可用於飛機相關零件、風車葉片。作為飛 機相關零件,可列舉:起落架、副翼(winglet)、阻流板、邊緣部、梯子、升降機、填充器、翼肋(rib)等。
本發明之樹脂組成物,特別適用於電腦、筆電、超輕薄筆電(ultrabook)、數位板、手機用殼體、混合動力汽車及電動車用的反向器外殼等的電子設備框體。

Claims (6)

  1. 一種樹脂組成物,其特徵為包含:(i)100重量份的聚芳硫醚樹脂(A成分),其係以不使用極性溶劑,而將二碘芳香基化合物、固態硫及芳香族二硫化物系化合物直接加熱,並使用芳香族二硫化物系化合物作為聚合停止劑的聚合反應進行合成;及(ii)15~180重量份的碳纖維(B成分)或10~120重量份的全芳香族聚醯胺纖維(C成分)。
  2. 如申請專利範圍第1項之樹脂組成物,其中,芳香族二硫化物系化合物,係選自包含苯并噻唑類及二硫化二苯類之群組中的至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1項之樹脂組成物,其中,芳香族二硫化物系化合物,係選自包含二硫化二苯及二硫雙苯并噻唑之群組中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第1項之樹脂組成物,其中,C成分係選自包含對位系醯胺纖維及間位系醯胺纖維之群組中的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項之樹脂組成物,其中,C成分係以選自包含聚酯、聚胺酯及聚醚碸樹脂之群組中至少一種的上漿劑進行上漿的全芳香族聚醯胺纖維。
  6. 一種成形品,其特徵為包含:如申請專利範圍第1至5項中任一項之樹脂組成物。
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