WO2023190715A1 - 樹脂組成物、樹脂成形体、樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含み、前記炭素繊維は、等方性のピッチ系炭素繊維であることを特徴とする。
Description
本発明は、耐火性の樹脂組成物、これを用いた樹脂成形体、および樹脂組成物の製造方法に関する。
本願は、2022年3月31日に、日本に出願された特願2022-060227号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2022年3月31日に、日本に出願された特願2022-060227号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、各種装置の軽量化のため、従来は金属で形成されていた構成部材の外装体などを樹脂材料で形成することが多くなっている。例えば、リチウムイオン2次電池(以下、「電池」ということもある)の外装体なども、軽量化のために樹脂材料によって形成することが多くなっている。このため、樹脂材料は、形成対象物の外形形状に沿って成形するなど、成形性に優れたものが求められている。
一方、樹脂材料が用いられる電池は、小型化とともに高エネルギー密度化が進む(エネルギー密度が300Wh/kg以上)にともなって、利用の仕方によっては発熱によって高温になるなどの虞がある。このため、電池や電池パックにおける安全性がより重要となっている。一方で、安全性(耐火性)を向上させると成形性が悪くなる場合があり、安全性と成形性の両立が求められている。
例えば、リチウムイオン2次電池は、過充電や過放電されたり、あるいは予期せぬ衝撃が加わって内部短絡や外部短絡が生じると熱暴走を起こす虞がある。熱暴走が起こったリチウムイオン2次電池は、ガスが発生して電池の内圧を上昇させる。このような状況が起こると、内圧上昇で外装缶が破裂するなどの可能性があるため、これら電池においては、ガス抜きのための排気孔や安全弁などが設けられている。
しかしながら、熱暴走を起こしたリチウムイオン2次電池に設けられたガス抜きのための排気孔や安全弁からは、高温の火炎や高温・高圧のガスが噴出し、その温度は最高温度が999℃を超えるケースもあり、これによる樹脂材料の変形や溶融が生じる懸念があった。また、自動車火災などではリチウムイオン2次電池が外部火炎にさらされることで、外部からの熱によってリチウムイオン2次電池から高温高圧の火炎が噴射し、乗組員や周辺部品に二次被害が生じるおそれがあった。
このような火炎や高温ガスの噴出による変形や溶融を抑制可能にしながら、成形性を改善した樹脂材料として、例えば、特許文献1には、特定の繊維を添加することによって、成形品の反りを改善した樹脂成形材料が開示されている。
また、特許文献2には、シランカップリング剤で前処理を行った炭素繊維を含むポリフェニレンスルフィド樹脂組成物が開示されている。
また、特許文献2には、シランカップリング剤で前処理を行った炭素繊維を含むポリフェニレンスルフィド樹脂組成物が開示されている。
しかしながら、近年の電池の高エネルギー密度化により、熱暴走時に生じる火炎の出力が各段に大きくなった。近年急速に普及したリチウムイオン二次電池の発火時には、その火炎は1000℃程度になるとされている。火炎による溶融変形の評価は、アメリカ保険業者安全試験所が策定する製品安全規格(UL規格)であっても出力500Wの火炎でしか実施されておらず、火炎温度が1000℃を超える条件では、特許文献1や特許文献2に開示された樹脂組成物であっても成形性と溶融、流動化の両立ができない虞があった。
一方、ハロゲン系難燃剤を配合して難燃性を高めた樹脂組成物は、燃焼時にハロゲンを含むガスなどの有害物質が発生する可能性があることから、ハロゲン系材料を含有しない難燃性の樹脂組成物が求められている。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、高温ガスや火炎の噴射による溶融、変形、流動化を抑制できる上に、成形性も良好な樹脂組成物と、これを用いた樹脂成形体、および樹脂組成物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、樹脂組成物として、熱可塑性樹脂と炭素繊維とシランカップリング剤とを含む材料から構成し、これら構成物の含有割合を特定の範囲にして、かつ、炭素繊維として等方性のピッチ系炭素繊維を選択的に用いることによって、1000℃以上の火炎に接炎した際の溶融変形量を抑制でき、成形性も良好であることを見出した。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明の樹脂組成物は、100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含み、前記炭素繊維は、等方性のピッチ系炭素繊維であることを特徴とする。
即ち、本発明の樹脂組成物は、100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含み、前記炭素繊維は、等方性のピッチ系炭素繊維であることを特徴とする。
本発明によれば、樹脂組成物全体を100質量部とした時に、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含み、かつ、炭素繊維として等方性のピッチ系炭素繊維を用いることによって、溶融変形に対する耐性が向上し、例えば、1000℃程度の火炎に接しても、溶融変形や流動化を抑制することが可能な樹脂組成物を得ることができる。
また、本発明では、前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネートのうち、少なくとも1つを含んでいてもよい。
また、本発明では、前記シランカップリング剤は、有機ケイ素化合物、およびシロキサン化合物の少なくとも一方であってもよい。
また、本発明では、前記有機ケイ素化合物は、アミン系シランカップリング剤、およびエポキシ系シランカップリング剤の少なくとも一方であってもよい。
また、本発明では、熱可塑性樹脂100質量部に対して、更にガラス繊維を3質量部以上、35質量部以下の範囲で含んでいてもよい。
本発明の樹脂成形体は、前記各項に記載の樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体である。
また、本発明では、安全弁または排気孔を有する1個以上のリチウムイオン2次電池セルの外周に、少なくとも前記安全弁または前記排気孔を覆うように付設してもよい。
本発明の樹脂組成物の製造方法は、前記各項に記載の樹脂組成物の製造方法であって、請求項1から4のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂100質量部から4質量部以上77質量部以下の範囲で分取した一部の熱可塑性樹脂に対して前記シランカップリング剤の全量を滴下して、前記シランカップリング剤を添加した一部の熱可塑性樹脂を得るシランカップリング剤添加工程、前記シランカップリング剤を添加した一部の熱可塑性樹脂に対して残りの熱可塑性樹脂23質量部以上、96質量部以下を加えて混合し、前記シランカップリング剤と前記熱可塑性樹脂の全量とが混合された中間混合物を得る第1混合工程、前記中間混合物に対して前記炭素繊維の全量を加えて更に混合し、前記樹脂組成物を得る第2混合工程、を有することを特徴とする。
以上のように本発明によれば、高温ガスや火炎の噴射による溶融、変形、流動化を抑制できる樹脂組成物と、これを用いた樹脂成形体、および樹脂組成物の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態の樹脂組成物およびこれを用いた樹脂成形体について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
(樹脂組成物)
本発明の一実施形態の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と、炭素繊維と、シランカップリング剤とを混合したものから構成され、必要に応じて、更にガラス繊維を含んでいてもよい。
本実施形態の樹脂組成物は、100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含んでいる。
樹脂組成物には、熱可塑性樹脂が60~82質量部含まれてもよく、61~75質量部含まれてもよい。
樹脂組成物には、炭素繊維が2~16質量部含まれてもよく、4~13質量部含まれてもよい。
樹脂組成物には、シランカップリング剤が0.4~6質量部含まれてもよく、0.5~5質量部含まれてもよい。
また、熱可塑性樹脂100質量部に対して、更にガラス繊維を3質量部以上、35質量部以下の範囲で含んでいてもよい。
本発明の一実施形態の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と、炭素繊維と、シランカップリング剤とを混合したものから構成され、必要に応じて、更にガラス繊維を含んでいてもよい。
本実施形態の樹脂組成物は、100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含んでいる。
樹脂組成物には、熱可塑性樹脂が60~82質量部含まれてもよく、61~75質量部含まれてもよい。
樹脂組成物には、炭素繊維が2~16質量部含まれてもよく、4~13質量部含まれてもよい。
樹脂組成物には、シランカップリング剤が0.4~6質量部含まれてもよく、0.5~5質量部含まれてもよい。
また、熱可塑性樹脂100質量部に対して、更にガラス繊維を3質量部以上、35質量部以下の範囲で含んでいてもよい。
樹脂組成物に用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアミド6(PA6)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、変性ポリフェニレンエーテル(mPPE)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)のいずれか一種または二種以上の混合物が挙げられる。
このうち、PPSは、融点(278℃)およびガラス転移温度(92~126℃)が高いため、熱可塑性樹脂として特に好ましい。樹脂組成物に好適な熱可塑性樹脂であるPPSとしては、酸素存在下で熱処理を行い溶融粘度を高めた酸化架橋型PPS、重合系列中に塩化リチウム、有機酸塩、水などを添加して直鎖状のまま分子量を高めた直鎖型PPSのいずれも用いることができる。また、酸化架橋型PPSと直鎖型PPSを混合して用いることもできる。
炭素繊維としては、ピッチを使ったピッチ系炭素繊維のうち、光学的に等方性を有する等方性のピッチ系炭素繊維を用いる。等方性のピッチ系炭素繊維を用いることにより、樹脂組成物の耐変形性を高めることができる。
樹脂組成物に用いる等方性のピッチ系炭素繊維の具体的な形状例としては、単繊維の繊維径が1~20μm、平均繊維長が0.01~10mm、アスペクト比が1.5~1300程度である。
樹脂組成物に用いる等方性のピッチ系炭素繊維の具体的な形状例としては、単繊維の繊維径が1~20μm、平均繊維長が0.01~10mm、アスペクト比が1.5~1300程度である。
樹脂組成物に含まれるシランカップリング剤は、燃焼時の樹脂組成物の溶融落下を抑制させることができる。
樹脂組成物に含まれるシランカップリング剤としては、例えば、有機ケイ素化合物およびシロキサン化合物の少なくとも一方であればよい。また、シランカップリング剤は、アミン系シランカップリング剤およびエポキシ系シランカップリング剤の少なくとも一方であればよい。アミン系シランカップリング剤とエポキシ系シランカップリング剤とを比較した場合、アミノ末端を有するアミン系シランカップリング剤がより好ましい。
樹脂組成物に含まれるシランカップリング剤としては、例えば、有機ケイ素化合物およびシロキサン化合物の少なくとも一方であればよい。また、シランカップリング剤は、アミン系シランカップリング剤およびエポキシ系シランカップリング剤の少なくとも一方であればよい。アミン系シランカップリング剤とエポキシ系シランカップリング剤とを比較した場合、アミノ末端を有するアミン系シランカップリング剤がより好ましい。
アミン系シランカップリング剤としては、例えば、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミンなどを例示することができる。
また、エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどを例示することができる。
更に、樹脂組成物に含まれるシランカップリング剤としては、アクリル系(例えば、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン)、ビニル系、メタクリル系、スチリル系、ウレイド系、イソシアネート系、イソシアヌレート系、メルカプト系などの各種シランカップリング剤を用いることもできる。
また、シランカップリング剤として、上述したアミン系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、アクリル系、ビニル系、メタクリル系、スチリル系、ウレイド系、イソシアネート系、イソシアヌレート系、メルカプト系等の液状シランカップリング剤以外に、固形状シランカップリング剤を用いることもできる。
固形状シランカップリング剤としては、例えば、X-12-1273ES(信越化学工業株式会社製)等が挙げられる。
液状シランカップリング剤と固形状シランカップリング剤を比較した場合、液状シランカップリング剤としては官能基があり反応性が望める(原理的に高い効果が期待できる)という点で優れ、固形状シランカップリング剤としては扱いが簡便という点で優れている。
液状シランカップリング剤と固形状シランカップリング剤を比較した場合、液状シランカップリング剤としては官能基があり反応性が望める(原理的に高い効果が期待できる)という点で優れ、固形状シランカップリング剤としては扱いが簡便という点で優れている。
樹脂組成物にガラス繊維を含む場合、用いるガラス繊維としては、フィラメント(長繊維:グラスファイバー)、ステープル(短繊維:グラスウール)のいずれも用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物には、更にフッ素樹脂を含んでいてもよい。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が挙げられる。PTFEは、粉末状態のものを用いることが好ましい。例えば、平均粒子径が10~30μm、BET法による比表面積が0.5~5m2/gのPTFE粉末を用いることができる。フッ素樹脂は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、フッ素樹脂を1質量部以上50質量部以下の範囲で含んでもよい。フッ素樹脂としては、例えば、PTFE、PFA、FEP等が挙げられる。
樹脂組成物には、更に着色剤としてカーボンブラック、離型剤としてポリオレフィンワックスやステアリルアルコールなど、および金型腐食防止剤としてハイドロタルサイトや炭酸亜鉛などが含まれていてもよい。
本実施形態の樹脂組成物は、100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含み、かつ、炭素繊維として等方性のピッチ系炭素繊維を用いることにより、例えば、1000℃程度の火炎に接しても、溶融変形や流動化を抑制することが可能になる。
(樹脂組成物の製造方法)
次に、本実施形態の樹脂組成物の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の樹脂組成物を製造する際には、まず、上述した熱可塑性樹脂を用意する。そして、この熱可塑性樹脂の全体を100質量部とした時に、4質量部以上77質量部以下の範囲に相当する量の熱可塑性樹脂を取り分ける。
次に、本実施形態の樹脂組成物の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の樹脂組成物を製造する際には、まず、上述した熱可塑性樹脂を用意する。そして、この熱可塑性樹脂の全体を100質量部とした時に、4質量部以上77質量部以下の範囲に相当する量の熱可塑性樹脂を取り分ける。
次に、取り分けた一部の熱可塑性樹脂に対して、樹脂組成物を構成するシランカップリング剤の全量を徐々に滴下する(シランカップリング剤添加工程)。これにより、シランカップリング剤を添加した一部の熱可塑性樹脂(プレ混合物)が得られる。
次に、シランカップリング剤を添加した一部の熱可塑性樹脂に対して、取り分けた残りの熱可塑性樹脂23質量部以上、96質量部以下を加えてドライブレンドし、シランカップリング剤と熱可塑性樹脂の全量とが混合された中間混合物を得る(第1混合工程)。
更に、第1混合工程で得られた中間混合物に対して、樹脂組成物を構成する等方性のピッチ系炭素繊維以外の他の材料を添加し、更にドライブレンドする(第2混合工程)。そして、二軸押出機を用いて、樹脂組成物を構成する等方性のピッチ系炭素繊維の全量を再度フィーダーにて添加しながら、例えば、混練加工温度を270℃以上300℃以下、スクリュー回転数を100rpm以上300rpm以下に管理しつつ、混練加工時間を30分以上60分以下として造粒することで、ペレット状の樹脂組成物を形成することができる。
こうして得られた樹脂組成物を押出機による押出し成形やプレス機によるプレス成形、射出成形機による射出成形等の公知の成形方法で成形することにより、樹脂成形体を作製することができる。
以上のように、樹脂組成物の製造方法では、ドライブレンドが重要である。即ち、最初に熱可塑性樹脂を一部だけ取り分けて、これにシランカップリング剤を滴下し、残りの熱可塑性樹脂を加えてブレンドするという順番で行うことにより、熱可塑性樹脂に対してシランカップリング剤を均一に分散させることができる上、ロスを低減することができ、火炎による流動及び変形の抑制機能を高めることができる。
(樹脂成形体)
図1は、本発明の一実施形態に係る樹脂成形体が付設されるリチウムイオン2次電池セルの斜視図である。
このリチウムイオン2次電池セル1は、角型の電池セルであり、電池容器である外装缶2の上面には、正極端子3及び負極端子4が設けられると共に、その間に安全弁5が設けられている。
図1は、本発明の一実施形態に係る樹脂成形体が付設されるリチウムイオン2次電池セルの斜視図である。
このリチウムイオン2次電池セル1は、角型の電池セルであり、電池容器である外装缶2の上面には、正極端子3及び負極端子4が設けられると共に、その間に安全弁5が設けられている。
安全弁5は、リチウムイオン2次電池セル1が熱暴走して内圧が上昇した場合に作動して、高温・高圧のガスを噴出して外装缶2が破裂するのを防止する。
リチウムイオン2次電池セル1の熱暴走が発生した場合には、過熱によって、発火する虞があり、安全弁5から噴出する高温・高圧ガスが一気に広範囲に広がると、延焼、焼損を防止するのが困難となる。
そこで、この実施形態では、図2、図3、及び、図3のA-A線断面図である図4に示されるように、可撓性を有するシート状の樹脂成形体6を、絶縁シート7を介してリチウムイオン2次電池セル1の外周に、少なくとも安全弁5を覆うように付設している。なお、樹脂成形体6が絶縁材料である場合や、絶縁性が必要ない場合は、絶縁シート7を介さなくてもよい。
この実施形態では、絶縁シート7及びシート状の樹脂成形体6は、いずれも矩形の略同じサイズであって、直方体のリチウムイオン2次電池セル1の安全弁5を含む上面を覆うと共に、正面及び背面(図4の左右の面)の上部を覆うように付設される。
リチウムイオン2次電池セル1の正極端子3及び負極端子4にそれぞれ接続される図示しないリード線は、絶縁シート7及び樹脂成形体6によって覆われていない側面を利用して引出される。
絶縁シート7及びシート状の樹脂成形体6が付設されたリチウムイオン2次電池セル1は、図示しない外装ケースに収容される。この外装ケース内では、リチウムイオン2次電池セル1の正面及び背面の上部を覆う樹脂成形体6が、外装ケースの内壁面によって押圧されることによって樹脂成形体6が保持される。
また、樹脂成形体6の安全弁5を覆う部分の厚さ、この実施形態では、樹脂成形体6は、均一な厚さのシート状であり、このシート状の樹脂成形体6の厚さは、0.5mm以上、10.0mm以下であればよく、0.7mm以上、5mm以下であるのが好ましく、1.0mm以上2mm以下がより好ましい。
この厚さが、0.5mm未満であると、安全弁5より噴出する高温・高圧のガスで樹脂成形体6に貫通孔が生じ、貫通孔から高温・高圧のガスが噴出し、絶縁シート7及びシート状の樹脂成形体6によって覆われたリチウムイオン2次電池セル1より外の部材に延焼、焼損させてしまう懸念がある。また、貫通孔が、空気(酸素)の供給口となり、絶縁シート7及びシート状の樹脂成形体6によって覆われたリチウムイオン2次電池セル1自身の延焼・焼損を拡大させてしまう懸念がある。
シート状の樹脂成形体6の厚さが、10.0mmを超えると、高温・高圧のガスは遮断できる、すなわち、貫通孔は生じないが、樹脂成形体6が大型化し、成形加工が煩雑になる。また、リチウムイオン2次電池セル1を収容する既存の外装ケースに収容するのが困難となる。
樹脂成形体6の表面の硬さは、JIS K7215に基づいて、樹脂成形体の厚さが2mmのシートを用いてタイプDデュロメータで測定した値が、50以上であることが好ましい。この表面の硬さが、50未満であると安全弁5より噴出する高温・高圧のガス(特に、圧力(噴出力)の影響)で樹脂成形体6が破損したり、貫通孔が生じたりする懸念がある。この表面の硬さの上限値は、上記規格における適正値上限としては90であるが、成形可能な範囲であれば90を超えてもよい。なお、一般的な測定装置では、100程度まで測定でき、測定装置で表示される樹脂成形体6の表面の硬さとして100以下であってもよい。
以上のように本実施形態の樹脂成形体6は、前述した樹脂組成物を用いて、リチウムイオン2次電池セル1の安全弁5を覆うように形成されるので、リチウムイオン2次電池が熱暴走を起こしても、安全弁5から噴出する高温・高圧のガスによって、樹脂成形体6に貫通孔が生じることがなく、高温・高圧のガスの噴出による延焼、焼損を抑制することができる。
(耐変形性評価)
以下、耐変形性(耐火性)評価として、樹脂組成物に含まれる炭素繊維の種類を互いに変えた、本発明例1、比較例1~3の試料(樹脂組成物)を用意した。
本発明例1、比較例1~3の試料の共通の組成割合は以下の通りである。
・熱可塑性樹脂(ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)):70.4質量%
・シランカップリング剤(3-アミノプロピルトリエトキシシラン):0.70質量%・炭素繊維:(次項を参照)7.00質量%
・ガラス繊維:20.00質量%
・離型剤:(PE520:クラリアントケミカルズ株式会社製、ポリエチレンワックス)0.40質量%
・腐食防止剤:(炭酸亜鉛(ZnCO3))0.70質量%
・着色剤:(BP880:キャボットジャパン株式会社製、カーボンブラック)0.80質量%
以上の合計で100質量%
以下、耐変形性(耐火性)評価として、樹脂組成物に含まれる炭素繊維の種類を互いに変えた、本発明例1、比較例1~3の試料(樹脂組成物)を用意した。
本発明例1、比較例1~3の試料の共通の組成割合は以下の通りである。
・熱可塑性樹脂(ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)):70.4質量%
・シランカップリング剤(3-アミノプロピルトリエトキシシラン):0.70質量%・炭素繊維:(次項を参照)7.00質量%
・ガラス繊維:20.00質量%
・離型剤:(PE520:クラリアントケミカルズ株式会社製、ポリエチレンワックス)0.40質量%
・腐食防止剤:(炭酸亜鉛(ZnCO3))0.70質量%
・着色剤:(BP880:キャボットジャパン株式会社製、カーボンブラック)0.80質量%
以上の合計で100質量%
[本発明例1]炭素繊維として、OGC360(ドナカーボ:大阪ガスケミカル株式会社製)、等方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長360μm、平均繊維径11μm、を用いた。
[比較例1]炭素繊維として、MCC6000(ダイヤリード:三菱ケミカル株式会社製)、異方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長6000μm、平均繊維径11μm、を用いた。
[比較例2]炭素繊維として、MCC200(ダイヤリード:三菱ケミカル株式会社製)、異方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長179μm、平均繊維径11μm、を用いた。 [比較例3]炭素繊維として、MCC50(ダイヤリード:三菱ケミカル株式会社製)、異方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長58μm、平均繊維径11μm、を用いた。
[比較例1]炭素繊維として、MCC6000(ダイヤリード:三菱ケミカル株式会社製)、異方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長6000μm、平均繊維径11μm、を用いた。
[比較例2]炭素繊維として、MCC200(ダイヤリード:三菱ケミカル株式会社製)、異方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長179μm、平均繊維径11μm、を用いた。 [比較例3]炭素繊維として、MCC50(ダイヤリード:三菱ケミカル株式会社製)、異方性ピッチ系炭素繊維、平均繊維長58μm、平均繊維径11μm、を用いた。
耐変形性の試験方法は、本発明例1および比較例1~3のそれぞれの樹脂組成物について、出力5580Wのバーナーを垂直下向きに固定し、100mm×120mm×2mmtの樹脂組成物(各試料)を用意し、それぞれの試料をバーナーの火口から170mmの位置に床と水平に配置した。そして、バーナーに点火して、それぞれの試料に対して火炎を当てることによって行った。
試料とバーナーの火口との距離:170mm
ドラフトによる局所排気
火力:5580W
気温:20℃
湿度:75%RH
天候:晴れ
試験は試料の一部が溶融して床面に落下した時点で終了とした。
こうした試験方法を各試料に対してそれぞれ2回実施した。
各試料に対する10mm変形に要する時間(秒)を表1に示す。
ドラフトによる局所排気
火力:5580W
気温:20℃
湿度:75%RH
天候:晴れ
試験は試料の一部が溶融して床面に落下した時点で終了とした。
こうした試験方法を各試料に対してそれぞれ2回実施した。
各試料に対する10mm変形に要する時間(秒)を表1に示す。
図5、表1に示す耐変形性の評価によれば、樹脂組成物に含まれる炭素繊維として、等方性ピッチ系炭素繊維を用いることによって、異方性ピッチ系炭素繊維を用いた従来例と比較して、熱による変形を大幅に遅らせることが可能であることが確認された。よって、本実施形態によれば、高温ガスや火炎の噴射による溶融、変形、流動化を抑制できる樹脂組成物を実現できる。
なお、上述した耐変形性評価では、それぞれの試料に金型の腐食防止剤、離型剤、および着色剤を含んでいるが、本発明の樹脂成形体を構成する樹脂組成物は、これら腐食防止剤、離型剤、着色剤は必須な成分ではない。これら腐食防止剤、離型剤、着色剤を含まなくても、優れた耐変形性を有する樹脂成形物を得ることができる。
また、上述した耐変形性評価における腐食防止剤、離型剤、および着色剤のそれぞれの含有量は一例であり、腐食防止剤、離型剤、着色剤のそれぞれの含有量は、必要に応じて任意の量に増減することができ、含有量が限定されるものではない。
高温ガスや火炎の噴射による溶融、変形、流動化を抑制できる樹脂組成物と、これを用いた樹脂成形体、および樹脂組成物の製造方法を提供することができる。
1 リチウムイオン2次電池セル
2 外装缶
3 正極端子
4 負極端子
5 安全弁
6 樹脂成形体
7 絶縁シート
2 外装缶
3 正極端子
4 負極端子
5 安全弁
6 樹脂成形体
7 絶縁シート
Claims (8)
- 100質量部の樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂を59質量部以上、88質量部以下、炭素繊維を1質量部以上、18質量部以下、シランカップリング剤を0.3質量部以上、7質量部以下の範囲でそれぞれ含み、前記炭素繊維は、等方性のピッチ系炭素繊維であることを特徴とする樹脂組成物。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネートのうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記シランカップリング剤は、有機ケイ素化合物、およびシロキサン化合物の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- 前記有機ケイ素化合物は、アミン系シランカップリング剤、およびエポキシ系シランカップリング剤の少なくとも一方であることを特徴とする請求項3に記載の樹脂組成物。
- 前記熱可塑性樹脂100質量部に対して、更にガラス繊維を3質量部以上、35質量部以下の範囲で含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の樹脂組成物を成形してなることを特徴とする樹脂成形体。
- 安全弁または排気孔を有する1個以上のリチウムイオン2次電池セルの外周に、少なくとも前記安全弁または前記排気孔を覆うように付設されることを特徴とする請求項6に記載の樹脂成形体。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂100質量部から4質量部以上77質量部以下の範囲で分取した一部の熱可塑性樹脂に対して前記シランカップリング剤の全量を滴下して、前記シランカップリング剤を添加した一部の熱可塑性樹脂を得るシランカップリング剤添加工程、
前記シランカップリング剤を添加した一部の熱可塑性樹脂に対して残りの熱可塑性樹脂23質量部以上、96質量部以下を加えて混合し、前記シランカップリング剤と前記熱可塑性樹脂の全量とが混合された中間混合物を得る第1混合工程、
前記中間混合物に対して前記炭素繊維の全量を加えて更に混合し、前記樹脂組成物を得る第2混合工程、
を有することを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
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