JP3872837B2

JP3872837B2 - 自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物

Info

Publication number: JP3872837B2
Application number: JP10571696A
Authority: JP
Inventors: 喜夫鈴木; 稔三田; 和男名取
Original assignee: JFE Mineral Co Ltd
Current assignee: JFE Mineral Co Ltd
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH09291210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛性などの機械的性質、表面平滑性、及び耐熱性に優れたポリアミド系樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアミド系樹脂は、プラスチック材料の中でも機械的強度、耐熱性、耐薬品性などに優れるため、従来より自動車、家電製品、ＯＡ機器等の部品に幅広く利用されている。また、各用途に応じて樹脂組成物の性能を向上させるため、様々な充填材を配合されたものが知られている。一方、自動車部品用プラスチック材料の要求される特性としては、機械的強度、耐熱性、表面平滑性、高い寸法精度等が挙げられる。
【０００３】
例えば、特開昭５３−２８６５１号公報では、ポリアミド樹脂に対し、タルク、ガラス繊維及びウォラストナイト（けい灰石）を配合し、低クリープ性で平滑な表面を持つナイロン成形用樹脂組成物を得ている。この組成物は、ガラス繊維が配合されており、ガラス繊維はモース硬度が６．５と高いため、混練や射出成形時に、スクリユー、シリンダ及び金型の摩耗が著しく、多大な損傷を起こす欠点がある。また、ガラス繊維は繊維径が約１０μｍ、繊維長が３〜６ｍｍのチョップドストランドが一般的に使用され、充填材のサイズとしては大きいため、精密部品の成形が困難であり、また樹脂の表面付近に存在するガラス繊維の影響により精度の高い表面平滑性が得られないなどの欠点を有する。また、ウォラストナイトのモース硬度は４．５と比較的低く摩耗の懸念は少ないが、同公報にはウォラストナイトのサイズに関する記載がないので表面平滑性への影響は不明である。
【０００４】
また、特開平１−１６８７５８号公報ではポリアミド樹脂にチタン酸カリウム繊維とガラス繊維や炭素繊維を配合して、摺動特性に優れるポリアミド樹脂組成物を得ている。ガラス繊維が配合されると前述のように、機械の摩耗が生じ、精密部品の成形が困難であり、また精度の高い表面平滑性が得られない等の問題がある。更に、炭素繊維が配合されると樹脂組成物の色調が黒色系となり、製品の調色が大きく制約され不具合である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プラスチック材料分野において剛性などの機械的性質、表面平滑性及び耐熱性に優れた自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物を提供することを目的とする。本発明が解決しようとする課題は次の通りである。
（ａ）剛性等の機械的強度に優れていること。
（ｂ）樹脂組成物の加工時、すなわち、混練や射出成形時に、スクリュー、シリンダ及び金型の摩耗を低減させること。
（ｃ）高い寸法精度が要求される、小型の精密部品などの成形が可能であること。
（ｄ）成形品表面に充填剤の浮出しや露出などが全くなく、高度の表面平滑性が得られること。
（ｅ）樹脂組成物の色調が白色系であり、製品の調色に制約を受けないこと。
（ｆ）樹脂組成物の熱変形温度や線膨張係数で代表される耐熱性に優れていること。
【０００６】
本発明は、プラスチック材料である自動車部品用ポリアミド系組成物の上記の課題を一挙に解決しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するために提案されたもので、チタン酸カリウム繊維とウォラストナイト繊維とを１０〜５０重量％含有し、残部はポリアミド系樹脂からなり、チタン酸カリウム繊維とウォラストナイト繊維との重量比が１：４〜４：１で、ウォラストナイト繊維は、重量平均繊維長が１０〜１００μｍ、重量平均繊維幅が１〜１０μｍ、嵩比重が０．２５ｇ／ｍｌ以下、水中容積率が５０％以上であることを特徴とする自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物である。
前記チタン酸カリウム繊維とウォラストナイト繊維のいずれか一方もしくは両方が、ステアリン酸エステル、ポリエチレングリコール、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤から成る群から選ばれた１又は２以上の表面処理剤によって表面処理を施したものであると好ましい。また、前記ポリアミド系樹脂に、他の添加剤として、安定剤、滑剤、発泡剤、発泡助剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤から成る群から選ばれた１又は２以上の添加剤を添加してもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、剛性などの機械的性質、表面平滑性及び耐熱性に優れた自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物である。
本発明はチタン酸カリウム繊維と適正な粉体特性を有するウォラストナイト繊維とを所定の重量比で配合することにより、従来技術ではなし得なかった、製造時の機械の摩耗を増加することなく、剛性などの機械的性質、表面平滑性、及び耐熱性に優れたポリアミド系樹脂組成物を得ることができる。
【０００９】
本発明で使用されるポリアミド系樹脂は、その重合体主鎖の部分として反復アミド結合（−ＣＯＮＨ−）を有する既知のポリアミドの任意のものをいう。例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６のほか、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂であるナイロンＭＸＤ６などが挙げられる。また、本発明のポリアミド樹脂組成物には必要に応じて他の添加剤として、安定剤、滑剤、発泡剤、発泡助剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤などを使用することは自由である。
【００１０】
本発明で用いられるチタン酸カリウムの繊維（以下、ＰＴＷと称する）は、一般式：Ｋ₂ Ｏ・ｎ（ＴｉＯ₂ ）（式中ｎは２〜８の整数を表わす）で示される合成化合物の繊維であり、重量平均繊維長さが５〜２０μｍ、重量平均繊維幅が１μｍ以下の微細な繊維である。また、チタン酸カリウムの繊維は引張強さが７００ｋｇ／ｍｍ² 、弾性率が２８０００ｋｇ／ｍｍ² という高い機械的強度を有しているため、ポリアミド系樹脂に配合した場合、高い補強効果が得られると共に、成形品表面も平滑に仕上り、高い寸法精度の成形品が得られる。
【００１１】
従来のウォラストナイト繊維は、繊維性（繊維長と繊維幅との比を意味する）が高く繊維のサイズが大きいものと繊維性が低くサイズの小さいものとに大別される。前者を樹脂の補強剤として配合した場合、樹脂組成物の剛性は向上するが、繊維のサイズが大きいために表面平滑性は悪化する。一方、後者を樹脂に配合した場合は表面平滑性の悪化の程度は軽減されるが、剛性の向上が期待できない。
【００１２】
そこで、樹脂の剛性を向上させ、かつ表面平滑性を実現させることを鋭意検討した。その結果、本発明で用いるウォラストナイト繊維は、天然のウォラストナイト鉱石を粉砕及び分級することにより得られるが、従来のものとは性状が異なるものとした。本発明のウォラストナイト繊維は、重量平均繊維長が１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８０μｍ、重量平均繊維幅が１〜１０μｍ、好ましくは２〜８μｍのウォラストナイト繊維である。本発明者らは、このようなウォラストナイト繊維とチタン酸カリウム繊維との複合により上記課題を解決できることを見出した。
【００１３】
重量平均繊維長が１０μｍ未満でしかも重量平均幅が１μｍ未満のウォラストナイト繊維を工業的に製造することは困難であり、また重量平均繊維長が１００μｍを越え、幅が１０μｍを越えるようなサイズは前述のように樹脂の表面の平滑性が悪化して好ましくない。
また、本発明のウォラストナイト繊維単独では樹脂の表面平滑性が不十分であり、またチタン酸カリウム繊維単独では樹脂の剛性向上が不十分である。
【００１４】
また、本発明で使用するウォラストナイト繊維の適正な繊維性状を表わす指標として、嵩比重が０．２５ｇ／ｍｌ以下、好ましくは０．２０ｇ／ｍｌ以下で、かつ水中容積率が５０％以上、好ましくは５５％以上のものが好適である。
ウォラストナイト繊維の嵩比重が０．２５ｇ／ｍｌを越えるか、または水中容積率が５０％に達しない場合は、サイズの大きなものかまたはサイズは小さいが繊維性の低いことを示しており好ましくない。
【００１５】
また、本発明で用いられるチタン酸カリウムの繊維やウォラストナイト繊維に対し、ステアリン酸エステル、ポリエチレングリコール、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等によって表面処理を施したものを使用することができる。
本発明では、ポリアミド系樹脂組成物の全重量に対し、チタン酸カリウムの繊維とウォラストナイト繊維とからなる充填剤を１０〜５０重量％、好ましくは１５〜５０重量％含有することが肝要である。さらに、剛性等の機械的強度と耐熱性とを重視した場合には、３０〜５０重量％含有することが最適である。５０重量％を越えると樹脂組成物の粘性が増加し、加工性が悪化する。また、１０重量％未満では充填剤の効果が十分に発揮されない。
【００１６】
チタン酸カリウムの繊維とウォラストナイト繊維との重量比は１：４〜４：１、好ましくは１：３〜３：１で配合することが肝要である。チタン酸カリウムの繊維がこの範囲を超えて比率が高くなると樹脂組成物の剛性が低下し、また、ウォラストナイト繊維がこの範囲を越えて比率が高くなると樹脂組成物の表面平滑性が不十分となり好ましくない。
【００１７】
ウォラストナイト繊維の重量平均長と重量平均幅は次のようにして求めることができる。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または偏光顕微鏡を用いてウォラストナイト繊維８００〜１０００本の長さと幅を計測する。ウォラストナイト繊維の重量は、ウォラストナイト繊維の形状を正四角柱とみなして（長さ）×（幅）² ×（真比重）により算出する。ウォラストナイトの真比重は２．９である。重量平均長や重量平均幅は、計測したウォラストナイト繊維全重量の５０重量％に相当する長さや幅を求めればよい。
【００１８】
ウォラストナイト繊維の嵩比重は、ＪＩＳＲ６１２９に規定されている測定法により求めることができる。
ウォラストナイト繊維の水中容積率は次のようにして求める。乾燥したウォラストナイト繊維１５．０ｇとガラス製の１００ｍｌの有栓メスシリンダを用意する。メスシリンダの中にウォラストナイト繊維を入れ、室温の水を１００ｍｌの目盛りまで加える。メスシリンダに栓をして、水中のウォラストナイト繊維が均一に分散するように１分間よく振り混ぜる。その後、１時間静置した後、沈降したウォラストナイト繊維の上面のメスシリンダのメモリを読みとって体積を求め、この体積を水中容積率とし、％で表示する。水中容積率はウォラストナイト繊維の繊維性を評価する上で、極めて有効な手法である。
【００１９】
【実施例】
ポリアミド系樹脂として、カネボウ社製、ナイロン６（ＰＡ６）「ＭＣ１１２Ｌ」、ガラス繊維（ＧＦ）として、旭ファイバーグラス社製ＣＳ０３ＭＡ４１１（比較例のみ）、チタン酸カリウム繊維（ＰＴＷ）として、川鉄鉱業社製ＴＩＢＲＥＸ、ＮＹＣＯ社製ＮＹＡＤ−Ｇ及びＮＹＡＤ−３２５を用い、表２に示す割合にてブレンダでそれぞれ混合し、２５０℃に設定したφ３５ｍｍ二軸押出機で押出し、ペレット化した。
【００２０】
得られたペレットを乾燥した後、射出温度２６０℃、金型温度８０℃、射出圧力６００ｋｇ／ｃｍ² 、射出速度８０ｍｌ／秒の条件で射出成形し、ＡＳＴＭＤ７９０による曲げ弾性率、ＡＳＴＭＤ７９０による曲げ強度、ＡＳＴＭＤ６３８による引張強度、及びＡＳＴＭＤ６４８（荷重１８．６ｋｇ／ｃｍ² ）による加熱変形温度の測定に供した。
【００２１】
試験片をそれぞれ作製した。得られた試験片を用いて各試験を行った。
線膨張係数は得られた試験片を、縦３ｍｍ×横５ｍｍ×長さ１５ｍｍの大きさに切り出し、マック・サイエンス社製・熱膨張測定器「ＴＤ５０００Ｓ」を用いて、３０〜８０℃間を２℃／分の昇降速度で測定した。
表面粗さは、得られた試験片の表面を東京精密社製・表面粗さ計「サーフコム４７０Ａ」を用いて、測定長さ：８ｍｍ、カットオフ値：０．８ｍｍの条件で測定し、ＪＩＳＢ０６０１の規定に従い、中心線平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｍａｘ）を求めた。
【００２２】
樹脂組成物の加工性の評価は、ペレット化工程で、押出しストランドの状態によって評価し、流れがよく、ストランドの引き取りが良好なものを「良」引き取り難いものを「不良」とした。
機械の摩耗はスクリューやシリンダ及び金型を目視観察により評価した。
これらの結果を表２に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
【発明の効果】
自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物において、チタン酸カリウム繊維と所定の粉体特性を有するウォラストナイト繊維とを所定の重量比で配合することにより、従来の技術ではなし得なかった、剛性などの機械的強度、表面平滑性、耐熱性を一挙に向上させることが可能になった。
【００２６】
また、本発明では、混練や射出成形時のスクリューやシリンダ及び塗型の摩耗が少なく、小型の精密部品などの成形が可能であること、また樹脂組成物の色調が白色系であり、製品の調色に制約を受けないなどの優れた特徴を有する。
さらに、本発明はポリアミド系樹脂のみならず、一般の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂においても幅広く応用可能である。

Claims

チタン酸カリウム繊維とウォラストナイト繊維とを１０〜５０重量％含有し、残部はポリアミド系樹脂からなり、チタン酸カリウム繊維とウォラストナイト繊維との重量比が１：４〜４：１、ウォラストナイト繊維は、重量平均繊維長が１０〜１００μｍ、重量平均繊維幅が１〜１０μｍ、嵩比重が０．２５ｇ／ｍｌ以下、水中容積率が５０％以上であることを特徴とする自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物。
前記チタン酸カリウム繊維とウォラストナイト繊維のいずれか一方もしくは両方が、ステアリン酸エステル、ポリエチレングリコール、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤から成る群から選ばれた１又は２以上の表面処理剤によって表面処理を施したものであることを特徴とする請求項１記載の自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物。
前記ポリアミド系樹脂に、他の添加剤として、安定剤、滑剤、発泡剤、発泡助剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤から成る群から選ばれた１又は２以上の添加剤を添加したことを特徴とする請求項１又は２記載の自動車部品用ポリアミド系樹脂組成物。