JP7063721B2 - 発泡成形品の製造方法及び発泡成形品 - Google Patents

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Description

本発明は液晶ポリエステル発泡成形品の製造方法及び発泡成形品に関する。
近年、自動車や航空機を含む輸送機器の分野において、燃費向上を目的として部材の軽量化が進められている。成形品の軽量化のため、金属を樹脂に置き換える試みや樹脂発泡成形品の適用が検討されている。
樹脂の中でも、液晶ポリエステルは耐熱性、高い機械物性および高流動性を備える優れた材料として知られている。以下、液晶ポリエステルを「LCP」と記載する場合がある。LCPが有するこれらの諸特性を活かしつつ、成形品を軽量化する事を目的として、LCPを含む樹脂組成物の発泡成形が検討されている。以下、LCPを含む樹脂組成物を「液晶ポリエステル樹脂組成物」と記載する。
このような問題を解決するため、液晶ポリエステル樹脂組成物の発泡成形には、発泡材として物理発泡材である超臨界流体が好適に用いられる。
例えば、特許文献1には、発泡材として超臨界流体を用いた液晶ポリエステル樹脂組成物の発泡成形品の製造方法、液晶ポリエステル樹脂組成物、及びその発泡成形品が記載されている。
また、特許文献2には、発泡材として超臨界流体を使用した液晶ポリエステル樹脂組成物の発泡成形品が記載されている。特許文献2においては、成形品内部の任意の気泡500個の気泡径を測定して平均した結果が記載されている。
これらの液晶ポリエステル樹脂組成物を用いた発泡成形品は、液晶ポリエステルが本来有する機械特性に加えて、断熱性やヒケや反りに優れるという特徴がある。
非特許文献1には、発泡材として溶融樹脂に溶解させたガス成分(以下、原料ガスと記載する)の溶融樹脂における密度と気泡核数との関係について記載されている。溶融樹脂への原料ガスの溶解量を増加させて溶融樹脂における原料ガスの密度を増加させるほど、気泡核が増加する事が示唆されている。つまり、気泡核が増加することで発泡が促進され、気泡数の多い成形品を製造できることが類推される。これらの知見より、溶融樹脂への超臨界流体の導入量を増加させることで、気泡数の多い成形品を製造できる事が類推される。
特許第6025241号公報 特開2003-138054号公報
J. Colton and N.P Suh, Polymer Engineering & Science, 27, 485 (1987)
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、発泡成形する事ができない液晶ポリエステルがあるという課題がある。
また、特許文献2では、気泡径が発泡状態を示す指標として用いられているが、発泡成形品全体の発泡状態は不明である。一般的に、発泡成形品の発泡状態は、樹脂の流動末端付近で特に悪化する傾向がある。このため、気泡が合一して不均一で巨大な空洞を形成する場合が多く、成形品内部の局所的な部位の気泡径の評価だけでは、成形品全体の発泡状態が均一かどうかは判別できないという問題があった。
さらに、連続的に発泡成形した際に発泡成形品の重量が安定せず重量バラつきが大きくなる場合があり、かつ成形品内部の発泡状態が不均一になる場合があるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、LCPを用いた樹脂組成物を均一に発泡させることができ、かつ発泡成形品の重量バラつきを抑制できる発泡成形品の製造方法及び発泡成形品を提供することを課題とする。
本発明者らはLCP発泡成形品を連続的に成形する場合に超臨界流体の導入量を多くすると、製造される成形品の発泡状態が不均一になるだけでなく、成形品重量のバラつきが大きくなるという課題を見出した。
さらに、超臨界流体を溶融樹脂に導入する度に、当該導入量が特定の範囲外であると、製造される発泡成形品の発泡状態が不均一になるという課題を見出した。また、液晶ポリエステルの溶融張力が特定の範囲外では、製造される成形品の発泡状態が不均一になるだけでなく、成形品重量のバラつきが大きくなるという課題を見出した。
本発明者は、特定範囲内の溶融張力を示す液晶ポリエステルを用いた樹脂組成物に、特定量の超臨界流体を導入・混錬して発泡成形品を成形する動作を連続的に繰り返すことで、成形品内部の発泡状態を均一なものとすることを実現した。
本発明は以下の[1]~[9]を提供する。
[1]発泡成形品を連続的に成形する発泡成形品の製造方法であって、液晶ポリエステルを含む樹脂組成物を溶融する工程1と、前記液晶ポリエステル100質量部に対して0.1質量部以上0.3質量部以下の超臨界状態において前記液晶ポリエステルと非反応であり、常温常圧下で気体である超臨界流体からなる発泡材を、導入装置を用いて導入して溶融混錬する工程2と、溶融混錬後の樹脂組成物を金型内に射出する工程3と、前記発泡材の圧力および温度の少なくとも一方を前記発泡材の臨界点を下回るまで下げて発泡させる工程4と、を備え、工程1、工程2、工程3、工程4をこの順で連続的に繰り返し、前記液晶ポリエステルは、流動開始温度より20℃高い温度における溶融張力が5mN以上100mN以下であることを特徴とする、発泡成形品の製造方法。
[2]前記液晶ポリエステルは、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位を有する、[1]に記載の発泡成形品の製造方法。
(1)-O-Ar-CO-
(2)-CO-Ar-CO-
(3)-X-Ar-Y-
(式中、Arは、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基であり;Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基又は下記一般式(4)で表される基であり;X及びYは、それぞれ独立に酸素原子又はイミノ基であり;前記Ar、Ar及びAr中の一つ以上の水素原子は、それぞれ独立にハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)-Ar-Z-Ar
(式中、Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基又はナフチレン基であり;Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基である。)
[3]前記溶融混錬した樹脂組成物を金型内に射出した後に、コアバック法により前記樹脂組成物を発泡させる、[1]又は[2]に記載の発泡成形品の製造方法。
[4]前記導入装置が、前記超臨界流体の導入量を測定し、測定結果に基づいてフィードバック制御できるフィードバック手段を備える、[1]~[3]のいずれか1つに記載の発泡成形品の製造方法。
[5]前記超臨界流体が窒素であることを特徴とする[1]~[4]のいずれか1つに記載の発泡成形品の製造方法。
[6]前記樹脂組成物が、前記液晶ポリエステル100質量部に対し、無機充填材を0質量部を超え100質量部以下含有する、[1]~[5]のいずれか1つに記載の発泡成形品の製造方法。
[7]流動開始温度より20℃高い温度における前記樹脂組成物の粘度が、200Pa・s以上5000Pa・s以下である、[1]~[6]のいずれか1つに記載の発泡成形品の製造方法。
[8]下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位を有する液晶ポリエステルを含有し、前記液晶ポリエステル100質量部に対し、無機充填材を0質量部を超え100質量部以下含有し、流動開始温度より20℃高い温度における粘度が、200Pa・s以上5000Pa・s以下であり、流動開始温度より20℃高い温度における溶融張力が5mN以上100mN以下である樹脂組成物を用いた発泡成形品。
(1)-O-Ar-CO-
(2)-CO-Ar-CO-
(3)-X-Ar-Y-
(式中、Arは、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基であり;Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基又は下記一般式(4)で表される基であり;X及びYは、それぞれ独立に酸素原子又はイミノ基であり;前記Ar、Ar及びAr中の一つ以上の水素原子は、それぞれ独立にハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)-Ar-Z-Ar
(式中、Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基又はナフチレン基であり;Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基である。)
[9]厚みが4.0mm以下の薄肉部を有する[8]に記載の発泡成形品。
本発明によれば、LCPを用いた樹脂組成物を均一に発泡させることができ、かつ発泡成形品の重量バラつきを抑制できる発泡成形品の製造方法及び発泡成形品を提供することができる。
本実施形態の発泡成形品の製造に用いられる射出成形機の模式図である。
<発泡成形品の製造方法>
本実施形態は、発泡成形品を連続的に成形する発泡成形品の製造方法である。
本実施形態の発泡成形品の製造方法は、液晶ポリエステルを含む樹脂組成物を溶融する工程1と、前記液晶ポリエステル100質量部に対して0.1質量部以上0.3質量部以下の超臨界状態において前記液晶ポリエステルと非反応であり、常温常圧下で気体である超臨界流体からなる発泡材を、導入装置を用いて導入して溶融混錬する工程2と、溶融混錬後の樹脂組成物を金型内に射出する工程3と、前記発泡材の圧力および温度の少なくとも一方を前記発泡材の臨界点を下回るまで下げて発泡させる工程4とを備える。さらに、工程1、工程2、工程3、工程4をこの順で連続的に繰り返す。
ここで、「連続的」とは工程1から工程4までの一連の成形動作を2回以上繰り返し行う事を意味する。本実施形態においては、10回以上繰り返し行うことが好ましく、20回以上繰り返し行うことがより好ましく、30回以上繰り返し行うことが特に好ましい。
前記成形動作の繰り返し回数が10回を超えると、シリンダー111内の溶融樹脂に含侵させた原料ガスの分散状態が均一となり、均一な発泡状態の発泡成形品を製造できる。
一方、超臨界流体の導入が工程1に続いて毎回に実施されずに間欠的になる場合には、連続的の意味には含まれないものとする。つまり、工程1から工程4までの一連の成形動作の内、工程2のみを2回に1回省く場合、又は3回に2回省く場合などは、連続的の意味には含まないものとする。
図1は本実施形態の発泡成形体を製造するために用いられる射出成形機の模式図である。
この射出成形機1は、後述する樹脂組成物と超臨界流体を用いて所定形状の発泡成形体を製造する機械であり、本体11と、金型12と、超臨界流体を本体11内に導入するための超臨界流体の導入装置21と、を有している。
導入装置21は、上述した超臨界流体の原料ガスが充填されているガスボンベ211と、ガスボンベ211からの原料ガスを臨界圧力まで昇圧する昇圧機212と、臨界圧力まで昇圧された原料ガス(超臨界流体)のシリンダー111内への導入量を制御する制御バルブ213とを備える。昇圧機212において原料ガスを断熱圧縮することにより原料ガスの温度は上昇する昇温が、到達温度が臨界温度に満たない場合には、必要に応じて、ガスボンベ211からの原料ガスを臨界温度まで昇温する昇温機を用いる。
次に、この射出成形機1を用いた発泡体の製造方法について説明する。
[工程1]
工程1は、液晶ポリエステルを含む樹脂組成物を溶融する工程である。
まず、上述の樹脂組成物をホッパー113からシリンダー111内に投入し、シリンダー111内で加熱混練することで樹脂組成物を溶融(可塑化)させる。本実施形態において、「可塑化計量」とは、スクリュー回転により樹脂組成物のペレットを短時間で溶融(可塑化)しつつ、次の射出で充填する量を、シリンダー内に留める操作を意味する。
[工程2]
工程2は、液晶ポリエステル100質量部に対して0.1質量部以上0.3質量部以下の超臨界状態において前記液晶ポリエステルと非反応であり、常温常圧下で気体である超臨界流体からなる発泡材を、導入装置を用いて導入して溶融混錬する工程である。
工程2ではまず、ガスボンベ211を開き、原料ガスを昇圧機212で臨界点以上に昇圧、昇温する。得られる超臨界流体は、制御バルブ213を開くことにより、シリンダー111内に導入され、溶融された樹脂組成物に含浸する。本実施形態においては、可塑化計量ごとに、液晶ポリエステル100質量部に対して0.1質量部以上0.3質量部以下の超臨界流体を、導入装置21を用いて導入して溶融混錬する。
導入装置21は、超臨界流体の導入量を測定し、測定結果に基づいてフィードバック制御できるフィードバック手段を備えることが好ましい。フィードバック制御により、超臨界流体の過剰供給・または過少供給を抑制できる。これにより、可塑化計量ごとに上記特定量の超臨界流体を毎回導入できる。
超臨界流体の導入量が、0.1質量部以上であることにより樹脂の発泡が十分に進行する。また、0.3質量部以下であると、成形品内部の発泡状態が均一になる。超臨界流体の導入量が、0.3質量部を超えると成形品内部の発泡状態が不均一になる場合がある。
また、超臨界流体の導入量が、0.1質量部を下回ると樹脂の発泡が十分に進行せず、発泡成形品を得られない場合がある。
さらに、可塑化計量ごとに上記特定量の超臨界流体を毎回導入することにより、成形品それぞれの質量ばらつき(成形品重量の標準偏差)を抑制できる。一方、可塑化計量ごとに上記特定量の超臨界流体を導入しない場合、成形品内部の発泡状態が不均一になる場合がある。例えば、超臨界流体の導入量が0.1質量部以上0.3質量部以下であっても、可塑化計量が3回行われる内の1回の頻度でしか上記特定量の超臨界流体を導入しない場合には、成形品内部の発泡状態が不均一になる場合がある。
[工程3]
工程3は、溶融混錬後の樹脂組成物を金型内に射出する工程である。
スクリュー112によりシリンダー111内の超臨界流体を含む溶融樹脂を移動させ、金型12に注入する。この際、溶融樹脂の金型12内への注入が終了するまでは、溶融樹脂に原料ガスを含侵させた状態を維持するため、金型12を型締し、またカウンタープレッシャーをかけておいてもよい。
[工程4]
工程4は、前記発泡材の圧力および温度の少なくとも一方を前記発泡材の臨界点を下回るまで下げて発泡させる工程である。
本実施形態においては、金型12を用いた射出成形方法として、ショートショット法、フルショット法、コアバック法のいずれであってもよい。溶融樹脂を充填した後、金型容積を拡大することで積極的に発泡させることができる観点から、コアバック法が好ましい。
シリンダー111内の超臨界流体を導入した溶融樹脂は、スクリュー112によりシリンダー111内から、加熱ヒーター等で所望温度に調温された金型12内に注入・保持される工程で、温度が低下する。さらに、臨界圧力以上であった圧力が常圧に近づき、原料ガスの溶解度が低下して気体状態に変遷する。溶融樹脂中に含侵されている原料ガスが、気体に変化して体積が膨張し、発泡成形体が得られる。そして、金型12内の樹脂を冷却し固化させた後、所定の冷却時間が経過後に金型12から成形品を取り出す。以上の操作により、射出成形による発泡成形品を得ることができる。
本実施形態においては、工程1~4をこの順で繰り返し行う。工程2を実施し、超臨界流体の導入量を毎回特定量とすることで、樹脂の発泡を均一なものとすることができる。
これにより、成形品の重量のばらつきを抑制できる。
(超臨界流体)
本実施形態で用いられる発泡材は、超臨界状態において液晶ポリエステルと非反応であり常温常圧下で気体である超臨界流体からなる。
ここで「超臨界流体」とは、特定の温度及び圧力(臨界点)以上の条件下において物質が示す、気体、液体および固体のいずれでもない物質の状態を示す用語である。特定の温度及び圧力である臨界点は、物質の種類によって定まる。超臨界流体は、溶融した樹脂への浸透力(溶解度)が気体状態または液体状態の当該物質に比べて高く、溶融樹脂に均一に分散させることができる。
本実施形態においては、超臨界流体としては、例えば、二酸化炭素、窒素、ヘリウム等の不活性ガスや、空気等を流体として用いることができる。本実施形態においては二酸化炭素、窒素がより好ましい。さらに、窒素は、臨界点が温度:-147℃、圧力:3.4MPaであるため、常温(25℃)は臨界温度以上である。従って、圧力を制御するのみで超臨界流体を調整することが可能であるため取り扱いが容易であり、特に好ましい。
≪液晶ポリエステルを含む樹脂組成物≫
本実施形態に用いる液晶ポリエステルを含む樹脂組成物は、液晶ポリエステルと、任意の無機充填材とを含む。
(液晶ポリエステル)
本実施形態に用いる液晶ポリエルテルは、流動開始温度より20℃高い温度における溶融張力が5mN以上100mN以下である。
ここで、流動開始温度は、フロー温度又は流動温度とも呼ばれ、液晶ポリエステルの射出成形時の成形温度の目安となる。一般的に、射出成形時には当該流動開始温度よりも高い温度で成形を行う。流動開始温度とは、内径1mm、長さ10mmのノズルを持つ毛細管レオメーターを用い、9.8MPa(100kg/cm)の荷重下において、4℃/分の昇温速度で液晶ポリエステルの加熱溶融体をノズルから押し出すときに、溶融粘度が4,800Pa・s(48,000ポイズ)を示す温度を表す。
溶融張力は下記の方法により測定できる。
キャピラリーレオメーターを用いて、樹脂組成物に含まれる液晶ポリエステルの流動開始温度よりも20℃高い温度において、10mm/分の速度でピストン(φ10mm)を降下させて液晶ポリエステルを内径1mm×長さ10mmのノズルから押し出す。この時の溶融張力を測定する。
本実施形態において、液晶ポリエステルの溶融張力は5mN以上であり、10mN以上が好ましく、20mN以上がより好ましい。
また、90mN以下が好ましく、80mN以下がより好ましく、75mN以下が特に好ましい。液晶ポリエステルの溶融張力が5mNを下回ると、含侵させた原料ガスを含む溶融樹脂を金型内で減圧して発泡させる際に、気泡が合一し易くなり、発泡状態が不均一な発泡成形品となる場合がある。一方、液晶ポリエステルの溶融張力が100mNを超えると、射出成形時に射出圧力が上昇しすぎて成形できない場合がある。
上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
溶融張力が上記の範囲であると、成形品内部の発泡状態がより均一になる。溶融張力は、液晶ポリエルテルの分子量を増加させることにより調整してもよく、無機充填材等の添加量を調整することにより制御してもよい。
溶融張力が上記の範囲である液晶ポリエステルを用いると、溶融樹脂に含侵させた原料ガスが金型内で減圧されて発泡する際に、気泡が合一し難くなり、気泡が均一に微細化しやすくなるため、均一な発泡状態の発泡成形品を製造できる。
本実施形態に用いる液晶ポリエステルは、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位を有する。
(1)-O-Ar-CO-
(2)-CO-Ar-CO-
(3)-X-Ar-Y-
(式中、Arは、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基であり;Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基又は下記一般式(4)で表される基であり;X及びYは、それぞれ独立に酸素原子又はイミノ基であり;前記Ar、Ar及びAr中の一つ以上の水素原子は、それぞれ独立にハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)-Ar-Z-Ar
(式中、Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基又はナフチレン基であり;Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基である。)
上記一般式(1)~(3)中、Ar、Ar又はArで表される前記基中の1個以上の水素原子と置換可能なハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
上記一般式(1)~(3)中、Ar、Ar又はArで表される前記基中の1個以上の水素原子と置換可能なアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基、n-へプチル基、2-エチルヘキシル基、n-オクチル基、n-ノニル基及びn-デシル基等が挙げられ、その炭素数は、1~10であることが好ましい。
上記一般式(1)~(3)中、Ar、Ar又はArで表される前記基中の1個以上の水素原子と置換可能なアリール基の例としては、フェニル基、o-トリル基、m-トリル基、p-トリル基等のような単環式芳香族基、1-ナフチル基及び2-ナフチル基等のような縮環式芳香族基が挙げられ、その炭素数は、6~20であることが好ましい。
上記一般式(1)~(3)中、Ar、Ar又はArで表される前記基中の1個以上の水素原子がこれらの基で置換されている場合、その置換数は、Ar、Ar又はArで表される前記基毎に、それぞれ独立に、好ましくは1個又は2個であり、より好ましくは1個である。
上記一般式(4)中、アルキリデン基の例としては、メチレン基、エチリデン基、イソプロピリデン基、n-ブチリデン基及び2-エチルヘキシリデン基等が挙げられ、その炭素数は1~10であることが好ましい。
一般式(1)で表される繰返し単位としては、Arが1,4-フェニレン基であるもの(p-ヒドロキシ安息香酸に由来する繰返し単位)、及びArが2,6-ナフチレン基であるもの(6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸に由来する繰返し単位)、Arが4,4’-ビフェニリレン基であるものが好ましい。
一般式(1)で表される繰返し単位を形成するモノマーとしては、2-ヒドロキシ-6-ナフトエ酸、p-ヒドロキシ安息香酸または4-(4-ヒドロキシフェニル)安息香酸が挙げられ、さらに、これらのベンゼン環またはナフタレン環の水素原子が、ハロゲン原子、炭素数1~10のアルキル基またはアリール基で置換されているモノマーも挙げられる。さらに、後述のエステル形成性誘導体にして用いてもよい。
一般式(2)で表される繰返し単位としては、Arが1,4-フェニレン基であるもの(テレフタル酸に由来する繰返し単位)、Arが1,3-フェニレン基であるもの(イソフタル酸に由来する繰返し単位)、Arが2,6-ナフチレン基であるもの(2,6-ナフタレンジカルボン酸に由来する繰返し単位)、及びArがジフェニルエーテル-4,4’-ジイル基であるもの(ジフェニルエーテル-4,4’-ジカルボン酸に由来する繰返し単位)が好ましく、Arが1,4-フェニレン基であるもの、及びArが1,3-フェニレン基であるもの、Arが2,6-ナフチレン基であるものがより好ましい。
一般式(2)で表される繰返し単位を形成するモノマーとしては、2,6-ナフタレンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸またはビフェニル-4,4’-ジカルボン酸が挙げられ、さらに、これらのベンゼン環またはナフタレン環の水素原子が、ハロゲン原子、炭素数1~10のアルキル基またはアリール基で置換されているモノマーも挙げられる。さらに、後述のエステル形成性誘導体にして用いてもよい。
一般式(3)で表される繰返し単位としては、Arが1,4-フェニレン基であるもの(ヒドロキノン、p-アミノフェノール又はp-フェニレンジアミンに由来する繰返し単位)、及びArが4,4’-ビフェニリレン基であるもの(4,4’-ジヒドロキシビフェニル、4-アミノ-4’-ヒドロキシビフェニル又は4,4’-ジアミノビフェニルに由来する繰返し単位)が好ましい。
一般式(3)で表される繰返し単位を形成するモノマーとしては、2,6-ナフトール、ハイドロキノン、レゾルシンまたは4,4’-ジヒドロキシビフェニルが挙げられ、さらに、これらのベンゼン環またはナフタレン環の水素原子が、ハロゲン原子、炭素数1~10のアルキル基またはアリール基で置換されているモノマーも挙げられる。さらに、後述のエステル形成性誘導体にして用いてもよい。
前記の式(1)、(2)または(3)で示される構造単位を形成するモノマーは、ポリエステルを製造する過程で重合を容易にするため、エステル形成性誘導体を用いることが好ましい。このエステル形成性誘導体とは、エステル生成反応を促進するような基を有するモノマーを示し、具体的に例示すると、モノマー分子内のカルボン酸基を酸ハロゲン化物、酸無水物に転換したエステル形成性誘導体や、モノマー分子内のヒドロキシル基(水酸基)を低級カルボン酸エステル基にしたエステル形成性誘導体などの高反応性誘導体が挙げられる。
前記液晶ポリエステルの繰返し単位(1)の含有量は、繰返し単位(1)、繰返し単位(2)及び繰返し単位(3)の合計量100モル%に対して、好ましくは30モル%以上、より好ましくは30モル%以上80モル%以下、さらに好ましくは40モル%以上70モル%以下、とりわけ好ましくは45モル%以上65モル%以下である。
前記液晶ポリエステルの繰返し単位(2)の含有量は、繰返し単位(1)、繰返し単位(2)及び繰返し単位(3)の合計量100モル%に対して、好ましくは35モル%以下、より好ましくは10モル%以上35モル%以下、さらに好ましくは15モル%以上30モル%以下、とりわけ好ましくは17.5モル%以上27.5モル%以下である。
前記液晶ポリエステルの繰返し単位(3)の含有量は、繰返し単位(1)、繰返し単位(2)及び繰返し単位(3)の合計量100モル%に対して、好ましくは35モル%以下、より好ましくは10モル%以上35モル%以下、さらに好ましくは15モル%以上30モル%以下、とりわけ好ましくは17.5モル%以上27.5モル%以下である。
すなわち、前記液晶ポリエステルは、繰返し単位(1)、繰返し単位(2)及び繰返し単位(3)の合計量を100モル%として、繰返し単位(1)の含有量が30モル%以上80モル%以下であり、繰返し単位(2)の含有量が10モル%以上35モル%以下であり、繰返し単位(3)の含有量が10モル%以上35モル%以下であることが好ましい。
前記液晶ポリエステルは、繰返し単位(1)の含有量が上記の範囲であると、溶融流動性や耐熱性や強度・剛性が向上し易くなる。
なお、前記液晶ポリエステルは、繰返し単位(1)~(3)を、それぞれ独立に、1種のみ有してもよいし、2種以上有してもよい。また、前記液晶ポリエステルは、繰返し単位(1)~(3)以外の繰返し単位を1種又は2種以上有してもよいが、その含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、好ましくは0モル%以上10モル%以下、より好ましくは0モル%以上5モル%以下である。
前記液晶ポリエステルは、繰返し単位(3)として、X及びYがそれぞれ酸素原子であるものを有すること、すなわち、所定の芳香族ジオールに由来する繰返し単位を有することが、溶融粘度が低くなり易いので好ましく、繰返し単位(3)として、X及びYがそれぞれ酸素原子であるもののみを有することが、より好ましい。
前記液晶ポリエステルは、これを構成する繰返し単位に対応する原料モノマーを溶融重合させ、得られた重合物(プレポリマー)を固相重合させることにより、製造することが好ましい。これにより、耐熱性や強度・剛性が高い高分子量の液晶ポリエステルを操作性よく製造できる。溶融重合は触媒の存在下で行ってもよく、前記触媒の例としては、酢酸マグネシウム、酢酸第一錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモン等の金属化合物や、N,N-ジメチルアミノピリジン、1-メチルイミダゾール等の含窒素複素環式化合物が挙げられ、含窒素複素環式化合物が好ましい。
前記液晶ポリエステルの流動開始温度は、好ましくは270℃以上、より好ましくは270℃以上400℃以下、さらに好ましくは280℃以上380℃以下である。前記液晶ポリエステルは、流動開始温度が高いほど、耐熱性や強度・剛性・耐衝撃性が向上し易いが、あまり高いと、溶融させるために高温を要し、成形時に熱劣化し易くなったり、溶融時の粘度が高くなり、流動性が低下したりする。
前記液晶ポリエステルは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(無機充填材)
無機充填材としては、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等のセラミック繊維、ステンレス繊維等の金属繊維、タルク、マイカ、鱗片状グラファイト、ウォラストナイト、硫酸バリウム及び炭酸カルシウム等が挙げられる。前記ガラス繊維の例としては、チョップドガラス繊維、ミルドガラス繊維等、種々の方法で製造されたものが挙げられる。マイカは、白雲母であってもよいし、金雲母であってもよいし、フッ素金雲母であってもよいし、四ケイ素雲母であってもよい。前記鱗片状グラファイトは、天然鱗片状グラファイトであってもよいし、人造鱗片状グラファイトであってもよい。
本実施形態において、前記無機充填材はガラス繊維であることが好ましい。
前記ガラス繊維の溶融混練後の数平均繊維長は50μm以上500μm以下であることが好ましい。また、前記ガラス繊維の溶融混練後の数平均繊維径は、6μm以上18μm以下であることが好ましい。
なお、本明細書において前記ガラス繊維の溶融混練後の数平均繊維径及び数平均繊維長は、電子顕微鏡観察により測定できる。
前記ガラス繊維は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本実施形態において、無機充填材の配合量は、前記液晶ポリエステル100質量部に対し、無機充填材を0質量部を超え100質量部以下であることが好ましく、10質量部以上90質量部以下がより好ましく、20質量部以上80質量部以下が特に好ましい。
(他の成分)
本実施形態に用いる樹脂組成物は、本実施形態の効果を損なわない範囲内において、液晶ポリエステル、無機充填材のいずれにも該当しない、他の成分を含有してもよい。
前記他の成分の例としては、無機充填材以外の充填材(以下、「その他の充填材」ということがある。)、添加材、液晶ポリエステル以外の樹脂(以下、「その他の樹脂」ということがある。)等が挙げられる。
前記他の成分は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本実施形態において樹脂組成物が、前記その他の充填材を含有する場合、前記樹脂組成物のその他の充填材の含有量は、前記樹脂成分の合計含有量100質量部に対して、0質量部より多く100質量部以下であることが好ましい。
前記添加材の例としては、酸化防止材、熱安定材、紫外線吸収材、帯電防止材、界面活性材、難燃材及び着色材が挙げられる。
本実施形態において樹脂組成物が、前記添加材を含有する場合、前記樹脂組成物の添加材の含有量は、前記樹脂成分及び無機充填材の合計含有量100質量部に対して、0質量部より多く5質量部以下であることが好ましい。
前記その他の樹脂の例としては、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、及び変性ポリフェニレンエーテル等の熱可塑性樹脂が挙げられ、これらを2種以上組み合わせて用いてもよい。
本実施形態において樹脂組成物が、前記その他の樹脂を含有する場合、前記樹脂組成物のその他の樹脂の含有量は、前記樹脂成分の合計含有量100質量部に対して、0質量部より多く100質量部以下であることが好ましい。
本実施形態に用いる樹脂組成物は、流動開始温度より20℃高い温度における粘度が、200Pa・s以上5000Pa・s以下であることが好ましい。樹脂組成物の粘度が上記の範囲であると、成形品内部の発泡状態が均一になる。樹脂組成物の流動開始温度より20℃高い温度における粘度が200Pa・sを下回ると、含侵させた原料ガスを含む溶融樹脂を金型内で減圧して発泡させる際に、気泡が合一し易くなり、発泡状態が不均一な発泡成形品となる場合がある。一方、樹脂組成物の流動開始温度より20℃高い温度における粘度が5000Pa・sを超えると、樹脂組成物の粘度が高すぎる事により樹脂を発泡させられずに発泡成形品を得る事ができない場合がある。
樹脂組成物は、前記樹脂成分、無機充填材及び必要に応じて用いられる他の成分を、一度に又は適当な順序で混合することにより製造できる。
なお、樹脂組成物は、液晶ポリエステル、無機充填材及び必要に応じて用いられる他の成分を、押出機を用いて溶融混練することで、ペレット化したものが好ましい。
前記押出機は、シリンダーと、シリンダー内に配置された1本以上のスクリューと、シリンダーに設けられた1箇所以上の供給口と、を有するものが好ましく、さらに、シリンダーに1箇所以上のベント部が設けられたものがより好ましい。
<樹脂組成物を用いた発泡成形品>
本実施形態は、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位を有する液晶ポリエステルを含有し、前記液晶ポリエステル100質量部に対し、無機充填材を0質量部を超え100質量部以下含有し、流動開始温度より20℃高い温度における粘度が、200Pa・s以上5000Pa・s以下であり、流動開始温度より20℃高い温度における溶融張力が5mN以上100mN以下である樹脂組成物を用いた発泡成形品である。
(1)-O-Ar-CO-
(2)-CO-Ar-CO-
(3)-X-Ar-Y-
(式中、Arは、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基であり;Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基又は下記一般式(4)で表される基であり;X及びYは、それぞれ独立に酸素原子又はイミノ基であり;前記Ar、Ar及びAr中の一つ以上の水素原子は、それぞれ独立にハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)-Ar-Z-Ar
(式中、Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基又はナフチレン基であり;Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基である。)
本実施形態の発泡成形品は、4.0mm以下の薄肉部を有することが好ましい。
本実施形態の発泡成形品は、厚みが4.0mm以下であることが好ましく、3.5mm以下がより好ましく、3.0mm以下が特に好ましい。
厚みの下限値の例としては、0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上、特に好ましくは0.5mm以上が挙げられる。厚みが上記下限値以上であると、樹脂が金型によって冷却されて固化する前に成形品を発泡させやすくなる。これにより成形品を十分に軽量化する事ができる。
本実施形態の発泡成形品は、4.0mm以下の薄肉部を有し、4.0mmを超える厚肉部を有する発泡成形品であってもよく、最厚部が4.0mm以下である発泡成形品であってもよい。
本発明者らが鋭意検討した結果、本実施形態の発泡成形品では、厚みを薄くした場合に特に強度が優れることを見出した。一例を挙げると、軽量化率がほぼ同一である液晶ポリエステルから成る発泡成形品同士を比較した場合、発泡成形品の厚みを薄くする程、薄肉化前後で発泡成形品の平均曲げ強度の強度保持率が向上する。液晶ポリエステルから成るソリッド成形品においては、スキン層の分子配向がコア層の分子配向よりも高くなるため、スキン層自体の強度がソリッド成形品全体の強度に影響する事が知られている。一方、液晶ポリエステルから成る発泡成形品においては、成形品の厚みを薄くする程、ソリッド成形品よりもスキン層の強度が発泡成形品全体の強度に更に強く影響すると推定される。
本実施形態の発泡成形品で構成される部品の例としては、光ピックアップボビン、トランスボビン等のボビン;リレーケース、リレーベース、リレースプルー、リレーアーマチャー等のリレー部品;RIMM、DDR、CPUソケット、S/O、DIMM、Board to Boardコネクター、FPCコネクター、カードコネクター等のコネクター;ランプリフレクター、LEDリフレクター等のリフレクター;ランプホルダー、ヒーターホルダー等のホルダー;スピーカー振動板等の振動板;コピー機用分離爪、プリンター用分離爪等の分離爪;カメラモジュール部品;スイッチ部品;モーター部品;センサー部品;ハードディスクドライブ部品;オーブンウェア等の食器;車両部品(インストルメンタルパネル、ドアトリム、ルーフ、エアロパーツ、その他構造部材等を含む);航空機部品;及び半導体素子用封止部材、コイル用封止部材等の封止部材が挙げられる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(ニートLCPの溶融張力)
樹脂組成物に含まれる液晶ポリエステルに関して、当該液晶ポリエステルの流動開始温度よりも20℃高い温度において、キャピラリーレオメーターを用いて、10mm/分の速度でピストン(φ10mm)を降下させて当該液晶ポリエステルを内径1mm×長さ10mmのノズルから押し出し、溶融張力を測定した(単位:mN)。
(樹脂組成物の溶融粘度)
平行平板レオメーターを用いて、樹脂組成物の流動開始温度よりも80℃高い温度において樹脂組成物を溶融させた上で、降温法にて1分間に5℃の速度で温度を低下させながら、樹脂組成物の溶融粘度を測定し、樹脂組成物の流動開始温度よりも20℃高い温度における溶融粘度を測定した(単位:Pa・s)。
(ボイド)
ボイドとは、発泡成形品の内部において、0.1mm以上の大きさの空洞であることとする。
(ボイド率)
ボイド率とは、発泡成形品の内部における前記ボイドの体積の合計が発泡成形品の体積に対して占める割合(体積分率)とし、150mm×150mm×2.4mm厚である発泡成形品を用いて、3次元X線CTシステム(TOSCANER32300μFD、東芝株式会社製)を使用して成形品の内部におけるボイド率を測定し、解析ソフトVGSTUDIO MAXにてボイド率を算出した。なお、成形品の形状は上記の通り一定であるため、得られた成形品の平均重量が小さくなるほど発泡により軽量化していることを表す。
(成形品内部の発泡状態)
成形品内部の発泡状態を以下の基準で判定した。
◎:ボイド率が0.5%未満である場合
〇:ボイド率が0.5%以上1.0%未満である場合
△:ボイド率が1.0%以上1.5%未満である場合
×:ボイド率が1.5%以上である場合
(成形体の平均質量)
150mm×150mm×2.4mm厚、又は250mm×360mm×3mm厚である発泡成形品の30枚の重量をそれぞれ測定して平均重量を算出した。
(成形体の標準偏差)
上記成形品の平均重量を用いて、下記式により標準偏差を算出した。
Figure 0007063721000001
n:データの総数
:個々の成形品の重量
:成形品の平均重量
(成形品重量のバラつき判定)
成形品重量のバラつきを以下の基準で判定した。
◎:成形品重量の標準偏差が0.15%未満である場合
〇:成形品重量の標準偏差が0.15%以上0.25%未満である場合
△:成形品重量の標準偏差が0.25%以上0.35%未満である場合
×:成形品重量の標準偏差が0.35%以上である場合
(非発泡成形品の呼称)
発泡成形品に対し、成形時に超臨界流体を注入せず、且つ発泡させない製造方法により製造した成形品をソリッド成形品と定義する。
(成形品の平均曲げ強度)
実施例10~17に記載のソリッド成形品の平均曲げ強度は、150mm×150mm×3mm厚、または150mm×150mm×4mm厚であるソリッド成形品の中央部から樹脂の流動方向(以下、MD方向と記載)に沿って140mm、流動方向と垂直な方向(以下、TD方向と記載)に沿って10mmに切り出した試験片(MD方向140mm×TD方向10mm)を用い、n数を3として、ISO178準拠で測定し、平均値を求めた。比較例6に記載のソリッド成形品の平均曲げ強度は、ISO3167ダンベル試験片A形(平行部分の形状:80mm×10mm×4mm厚)であるソリッド成形品を用い、n数を3として、ISO178準拠で測定し、平均値を求めた。実施例18~25、及び比較例7~8に記載の発泡成形品の平均曲げ強度は、150mm×150mm×3mm厚、または150mm×150mm×4mm厚である発泡成形品の中央部からMD方向140mm×TD方向10mm形状に切り出した試験片を用い、n数を3として、ISO178準拠で測定し、平均値を求めた。
(成形品の比重測定)
ソリッド成形品及び発泡成形品の比重は、平均曲げ強度測定を行った試験片と同一形状の試験片を用いて、重量と体積をn数を3として測定し、重量と体積のそれぞれの平均値を求めた後に、下記式により算出した。
成形品の比重=(試験片の重量)/(試験片の体積)
(発泡成形品の軽量化率)
発泡成形品の軽量化率は、発泡成形品の比重とソリッド成形品の比重から、下記式により算出した。
発泡成形品の軽量化率=(ソリッド成形品の比重―発泡成形品の比重)/(ソリッド成形品の比重)×100
(発泡成形品の平均曲げ強度の強度保持率)
発泡成形品の平均曲げ強度の強度保持率は、ソリッド成形品の平均曲げ強度と発泡成形品の平均曲げ強度から下記式により算出した。
発泡成形品の平均曲げ強度の強度保持率=(発泡成形品の平均曲げ強度)/(ソリッド成形品の平均曲げ強度)×100
(発泡成形品の軽量化率に対する平均曲げ強度の強度保持率の割合(割合A))
発泡成形品の軽量化率に対する平均曲げ強度の強度保持率の割合を、割合Aとする。割合Aは下記式により算出した。
割合A=(100-発泡成形品の平均曲げ強度の強度保持率(%))/(発泡成形品の軽量化率(%))
(4mm厚の発泡成形品と3mm厚の発泡成形品の割合Aの差)
4mm厚の発泡成形品と3mm厚の発泡成形品の割合Aの差は、下記式により算出した。
4mm厚の発泡成形品と3mm厚の発泡成形品の割合Aの差=(4mm厚の発泡成形品の割合A)―(3mm厚の発泡成形品の割合A)
(4mm厚の発泡成形品と3mm厚の発泡成形品の割合Aの差の大きさ判定)
割合Aの差の大きさを以下の基準で判定した。
〇:割合Aの差が0.02以上である場合
△:割合Aの差が0.00以上0.02未満である場合
×:割合Aの差が0.00未満である場合
<製造例1>
LCP1の製造方法
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸(1034.99g、5.5モル)、2,6-ナフタレンジカルボン酸(378.33g、1.75モル)、テレフタル酸(83.07g、0.5モル)、ヒドロキノン(272.52g、2.475モル、2,6-ナフタレンジカルボン酸及びテレフタル酸の合計量に対して0.225モル過剰)、無水酢酸(1226.87g、12モル)、及び触媒として1-メチルイミダゾール(0.17g)を入れ、反応器内のガスを窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下、攪拌しながら、室温から145℃まで15分間かけて昇温し、145℃で1時間還流させた。次いで、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、145℃から310℃まで3.5時間かけて昇温し、310℃で3時間保持した後、内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1~1mmに粉砕後、粉末状のプレポリマーを得た。次いで、このプレポリマーを、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から310℃まで10時間かけて昇温し、300℃で6時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。この液晶ポリエステルの流動開始温度は303℃であった。このようにして得られた液晶ポリエステルをLCP1とする。
LCP1は、全繰り返し単位の合計量を100モル%として、Arが2,6-ナフチレン基である繰返し単位(1)を55モル%、Arが2,6-ナフチレン基である繰返し単位(2)を17.5モル%、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、およびArが1,4-フェニレン基である繰返し単位(3)を22.5モル%有していた。
<製造例2>
LCP2の製造方法
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸(1034.99g、5.5モル)、2,6-ナフタレンジカルボン酸(378.33g、1.75モル)、テレフタル酸(83.07g、0.5モル)、ヒドロキノン(272.52g、2.475モル、2,6-ナフタレンジカルボン酸及びテレフタル酸の合計量に対して0.225モル過剰)、無水酢酸(1226.87g、12モル)、及び触媒として1-メチルイミダゾール(0.17g)を入れ、反応器内のガスを窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下、攪拌しながら、室温から145℃まで15分間かけて昇温し、145℃で1時間還流させた。次いで、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、145℃から310℃まで3.5時間かけて昇温し、310℃で3時間保持した後、内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1~1mmに粉砕後、粉末状のプレポリマーを得た。次いで、このプレポリマーを、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から310℃まで10時間かけて昇温し、310℃で6時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。この液晶ポリエステルの流動開始温度は324℃であった。このようにして得られた液晶ポリエステルをLCP2とする。
LCP2は、全繰り返し単位の合計量を100モル%として、Arが2,6-ナフチレン基である繰返し単位(1)を55モル%、Arが2,6-ナフチレン基である繰返し単位(2)を17.5モル%、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、およびArが1,4-フェニレン基である繰返し単位(3)を22.5モル%有していた。
<製造例3>
LCP3の製造方法
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸(1034.99g、5.5モル)、2,6-ナフタレンジカルボン酸(378.33g、1.75モル)、テレフタル酸(83.07g、0.5モル)、ヒドロキノン(272.52g、2.475モル、2,6-ナフタレンジカルボン酸及びテレフタル酸の合計量に対して0.225モル過剰)、無水酢酸(1226.87g、12モル)、及び触媒として1-メチルイミダゾール(0.17g)を入れ、反応器内のガスを窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下、攪拌しながら、室温から145℃まで15分間かけて昇温し、145℃で1時間還流させた。次いで、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、145℃から310℃まで3.5時間かけて昇温し、310℃で3時間保持した後、内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1~1mmに粉砕後、粉末状のプレポリマーを得た。次いで、このプレポリマーを、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から310℃まで10時間かけて昇温し、310℃で10時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。この液晶ポリエステルの流動開始温度は334℃であった。このようにして得られた液晶ポリエステルをLCP3とする。
LCP3は、全繰り返し単位の合計量を100モル%として、Arが2,6-ナフチレン基である繰返し単位(1)を55モル%、Arが2,6-ナフチレン基である繰返し単位(2)を17.5モル%、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、およびArが1,4-フェニレン基である繰返し単位(3)を22.5モル%有していた。
<製造例4>
LCP4の製造方法
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p-ヒドロキシ安息香酸(994.5g、7.2モル)、テレフタル酸(299.1g、1.8モル)、イソフタル酸(99.7g、0.6モル)、4,4’-ジヒドロキシビフェニル(446.9g、2.4モル)、無水酢酸(1347.6g、13.2モル)及び1-メチルイミダゾール0.194gを入れ、窒素ガス気流下、攪拌しながら、室温から150℃まで30分間かけて昇温し、150℃で1時間還流させた。次いで、1-メチルイミダゾールを0.9g添加し、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、320℃まで2時間50分かけて昇温し、トルクの上昇が認められるまで320℃で保持した後、反応器から内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1~1mmに粉砕後、粉末状のプレポリマーを得た。次いで、このプレポリマーを、窒素ガス雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から285℃まで5時間かけて昇温して、285℃で3時間保持することにより、固相重合させた後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。この液晶ポリエステルの流動開始温度は327℃であった。このようにして得られた液晶ポリエステルをLCP4とする。
LCP4は、全繰り返し単位の合計量を100モル%として、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(1)を60モル%、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(2)を15モル%、Arが1,3-フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、およびArが4,4’-ビフェニリレン基である繰返し単位(3)を20モル%有していた。
<製造例5>
LCP5の製造方法
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p-ヒドロキシ安息香酸(994.5g、7.2モル)、テレフタル酸(299.1g、1.8モル)、イソフタル酸(99.7g、0.6モル)、4,4’-ジヒドロキシビフェニル(446.9g、2.4モル)、無水酢酸(1347.6g、13.2モル)及び触媒として1-メチルイミダゾール0.194gを添加し、室温で15分間攪拌して反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、攪拌しながら昇温した。内温が145℃となったところで、同温度を保持したまま1時間攪拌した。その後、留出する副生酢酸、未反応の無水酢酸を留去しながら2時間50分かけて昇温し、トルクの上昇が認められるまで320℃で保持した後、反応器から内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1~1mmに粉砕後、粉末状のプレポリマーを得た。次いで、このプレポリマーを、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から285℃まで5時間かけて昇温して、285℃で3時間保持する事により、固相重合させた後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。この液晶ポリエステルの流動開始温度は327℃であった。このようにして得られた液晶ポリエステルをLCP5とする。
LCP5は、全繰り返し単位の合計量を100モル%として、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(1)を60モル%、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(2)を15モル%、Arが1,3-フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、およびArが4,4’-ビフェニリレン基である繰返し単位(3)を20モル%有していた。
<製造例6>
LCP6の製造方法
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p-ヒドロキシ安息香酸(994.5g、7.2モル)、4,4’-ジヒドロキシビフェニル(446.9g、2.4モル)、テレフタル酸(358.8g、2.16モル)、イソフタル酸(39.9g、0.24モル)及び無水酢酸(1347.6g、13.2モル)および触媒として1-メチルイミダゾール0.194gを添加し、室温で15分間攪拌して反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、攪拌しながら昇温した。内温が145℃となったところで、同温度を保持したまま1時間攪拌した。その後、留出する副生酢酸、未反応の無水酢酸を留去しながら2時間50分かけて昇温し、トルクの上昇が認められるまで320℃で保持した後、反応器から内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1~1mmに粉砕後、粉末状のプレポリマーを得た。次いで、このプレポリマーを、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から300℃まで5時間かけて昇温し、300℃で3時間保持し、固層で重合反応を進めた。得られたポリエステルの流動開始温度は361℃であった。このようにして得られた液晶ポリエステルをLCP3とする。
LCP6は、全繰り返し単位の合計量を100モル%として、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(1)を60モル%、Arが1,4-フェニレン基である繰返し単位(2)を18モル%、Arが1,3-フェニレン基である繰返し単位(2)を2モル%、およびArが4,4’-ビフェニリレン基である繰返し単位(3)を20モル%有していた。
<樹脂組成物の製造、実施例1~9、比較例1~5>
≪実施例1、2、4、5≫
液晶性樹脂として、上記LCP2、LCP4又はLCP5を表1に示す条件で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)と水封式真空ポンプ(神港精機(株)「SW-25」)を用いて、シリンダー温度を340℃とし、フィーダーから樹脂成分をフィードし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、真空ベントで脱気しながら溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。
上述の方法にて作製したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表1において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度360℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表1に示す条件で導入した。超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度120℃でキャビティー形状が150mm×150mm×1.2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×2.4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
≪比較例1≫
液晶性樹脂として、上記LCP5を表1に示す条件で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)と水封式真空ポンプ(神港精機(株)「SW-25」)を用いて、シリンダー温度を340℃とし、フィーダーから樹脂成分をフィードし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、真空ベントで脱気しながら溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。
上述の方法にて作成したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J450AD」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有していない超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM SII TRJ-30-A(TREXEL製、表1において装置Aと記載する)」を用いて、設定温度360℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表1に示す条件で導入した。超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度120℃でキャビティー形状が250mm×360mm×3mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(250mm×360mm×6mm厚)形状の発泡成形品の作製を試みたが、超臨界流体の導入量が安定せず、成形機で溶融混錬する際の樹脂圧力がバラツキ、超臨界流体を設定値の通り安定して導入することができず、金型をコアバックさせても設計通りに発泡しない部位があり発泡成形品は取得できなかった。
≪比較例2≫
液晶性樹脂として、上記LCP1を表1に示す条件で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)と水封式真空ポンプ(神港精機(株)「SW-25」)を用いて、シリンダー温度を320℃とし、フィーダーから樹脂成分をフィードし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、真空ベントで脱気しながら溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。
上述の方法にて作成したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表1において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度330℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表1に示す条件で導入した。超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度120℃でキャビティー形状が150mm×150mm×1.2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×2.4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
比較例2の発泡成形品は、LCPの溶融張力が低く、樹脂組成物の溶融粘度も低すぎるため、発泡時に気泡が合一して成形品内部の発泡状態が悪化しただけでなく、成形品重量のバラつきが大きくなった。
≪実施例3≫
液晶性樹脂として、上記LCP6を表1に示す条件で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)と水封式真空ポンプ(神港精機(株)「SW-25」)を用いて、フィーダーから樹脂成分をフィードし、シリンダー温度を370℃とし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、真空ベントで脱気しながら溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。
上述の方法にて作成したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表1において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度380℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表1に示す条件で導入した。超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度120℃でキャビティー形状が150mm×150mm×1.2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×2.4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
≪実施例6、7、比較例3、4≫
液晶性樹脂として、上記LCP3を表1に示す条件で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)と水封式真空ポンプ(神港精機(株)「SW-25」)を用いて、フィーダーから樹脂成分をフィードし、シリンダー温度を350℃とし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、真空ベントで脱気しながら溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。上述の方法にて作成したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表1において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度360℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表1に示す条件で導入し、超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度120℃でキャビティー形状が150mm×150mm×1.2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×2.4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
比較例3及び4の発泡成形品は、超臨界流体の導入量が多すぎたために、発泡時に気泡が合一して成形品内部の発泡状態が悪化しただけでなく、成形品重量のバラつきが大きくなった。
≪実施例8、9、比較例5≫
液晶性樹脂として、上記LCP2又はLCP5、ガラス繊維を表1に示す条件で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)と水封式真空ポンプ(神港精機(株)「SW-25」)を用いて、フィーダーから樹脂成分と無機充填材とをフィードし、シリンダー温度を350℃とし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、真空ベントで脱気しながら溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。上述の方法にて作成したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表1において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度360℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表1に示す条件で導入し、超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度120℃でキャビティー形状が150mm×150mm×1.2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×2.4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
比較例5の発泡成形品の成形においては、超臨界流体の導入量が0.1質量部以上0.3質量部以下の範囲ではあるものの、可塑化計量が3回行われる内の1回の頻度でしか上記特定量の超臨界流体を導入しなかったため(3ショットに1回の頻度で超臨界流体を導入した)、成形機シリンダー内の溶融樹脂に含侵させた原料ガスの分散状態が不均一となり、成形品内部の発泡状態が悪化した。
実施例1~9および比較例1~5について、成形条件、LCPの溶融張力、樹脂組成物の粘度、ボイド率、成形品内部の発泡状態、成形体の平均重量、成形品重量の標準偏差、成形品重量のバラつき判定を表1に示す。上記表1中、各記号は以下のものを意味する。
・cGF:チョップドガラス繊維CS3J-260S(日東紡績株式会社製)。
・mGF:ミルドガラス繊維EFH75-01(セントラルグラスファイバー株式会社製)。
Figure 0007063721000002
上記表1に示した結果のとおり、本発明を適用した実施例1~9は、いずれも成形品内部の発泡状態が良好であり、成形品重量のバラつきが小さい発泡成形体を製造することができた。
これに対し、本発明を適用しない比較例1~5は、いずれも成形品内部の発泡状態が悪いだけでなく、成形品重量のバラつきが大きくなる場合があり良好ではなかった。
<樹脂組成物の製造、実施例10~25、比較例6~8>
≪実施例10~25≫
製造例2で製造したLCP2と、ガラス繊維とを表2~3に示す配合比で混合した。具体的には、2軸押出機(池貝鉄工(株)「PCM-30HS」)を用いて、シリンダー温度を340℃とし、フィーダーから樹脂成分をフィードし、ニーディングブロックを挿入したスクリューにて、溶融混練した。吐出されたストランドをカットし、樹脂組成物をペレット状で得た。
≪実施例10~17のソリッド成形品の作製≫
上述の方法にて作製したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、を用いてソリッド成形品を作製した。尚、ソリッド成形品の取得時には超臨界流体を注入していない。設定温度360℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量し溶解した溶融樹脂を設定温度80℃でキャビティー形状が150mm×150mm×3mm厚または150mm×150mm×4mm厚である金型に射出し、平板形状のソリッド成形体を取得した。
≪実施例18~25の発泡成形品の作製≫
上述の方法にて作製したペレットを、日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表2において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度360℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表2に示す条件で導入した。超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度80℃でコアバック前のキャビティー形状が150mm×150mm×1.5mm厚または150mm×150mm×2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×3mm厚または150mm×150mm×4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
≪比較例6のソリッド成形品の作製≫
ポリアミド樹脂として、PA66樹脂組成物(ウルトラミッドA3WG6(30質量% ガラス繊維配合品))を表2に示す条件で成形した。日精樹脂工業(株)製の全電動成形機「PNX40-5A」を用いて、設定温度280℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量し、溶解した溶融樹脂を設定温度80℃でキャビティー形状がISO3167ダンベル試験片A形(平行部分の形状:80mm×10mm×4mm厚)である金型に射出しソリッド成形品を取得した。
≪比較例7~8の発泡成形品の作製≫
ポリアミド樹脂として、PA66樹脂組成物(ウルトラミッドA3WG6(30質量% ガラス繊維配合品))を表3に示す条件で成形した。日本製鋼所(株)製の全電動成形機「J110AD-180H」、および超臨界流体導入量のフィードバック制御機能を有する超臨界流体製造ユニット「SCF SYSTEM T-100J(TREXEL製、表3において装置Bと記載する)」を用いて、設定温度280℃のシリンダー内で樹脂組成物を加熱・計量する際に超臨界状態の窒素を表2に示す条件で導入した。超臨界流体が溶解した溶融樹脂を設定温度80℃でコアバック前のキャビティー形状が150mm×150mm×1.5mm厚または150mm×150mm×2mm厚である金型に射出し、コアバック法により平板(150mm×150mm×3mm厚または150mm×150mm×4mm厚)形状の発泡成形体を取得した。
上記実施例10~25、比較例6~8について、成形条件、成形品の平均曲げ強度、発泡成形品の軽量化率、発泡成形品の平均曲げ強度の強度保持率、発泡成形品の軽量化率に対する平均曲げ強度の強度保持率の割合(割合A)、4mm厚の発泡成形品と3mm厚の発泡成形品の割合Aの差、4mm厚の発泡成形品と3mm厚の発泡成形品の割合Aの差の大きさ判定を表2~3に示す。表2~3中、各記号は以下のものを意味する。
・cGF:チョップドガラス繊維CS3J-260S(日東紡績株式会社製)。
Figure 0007063721000003
Figure 0007063721000004
上記表2~3に示した結果のとおり、本発明を適用した実施例18~25は、いずれも発泡成形品の厚みを薄くする程、強度保持率が向上する傾向が見られた。
これに対し、比較例7~8は、発泡成形品の厚みを薄くしても、強度保持率が向上する傾向は見られなかった。
1…射出成形機、11…本体、12…金型、21…導入装置、111…シリンダー、112…スクリュー、113…ホッパー、211…ガスボンベ、212…昇圧機、213…制御バルブ

Claims (6)

  1. 発泡成形品を連続的に成形する発泡成形品の製造方法であって、
    液晶ポリエステルを含む樹脂組成物を溶融する工程1と、
    前記液晶ポリエステル100質量部に対して0.1質量部以上0.3質量部以下の超臨界状態において前記液晶ポリエステルと非反応であり、常温常圧下で気体である超臨界流体からなる発泡材を、導入装置を用いて導入して溶融混錬する工程2と、
    溶融混錬後の樹脂組成物を金型内に射出する工程3と、
    前記発泡材の圧力および温度の少なくとも一方を前記発泡材の臨界点を下回るまで下げて発泡させる工程4と、を備え、工程1、工程2、工程3、工程4をこの順で連続的に繰り返し、
    前記導入装置が、前記超臨界流体の導入量を測定し、測定結果に基づいてフィードバック制御できるフィードバック手段を備え、
    前記液晶ポリエステルは、流動開始温度より20℃高い温度における溶融張力が5mN以上100mN以下であることを特徴とする、発泡成形品の製造方法。
  2. 前記液晶ポリエステルは、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される繰返し単位を有する、請求項1に記載の発泡成形品の製造方法。
    (1)-O-Ar-CO-
    (2)-CO-Ar-CO-
    (3)-X-Ar-Y-
    (式中、Arは、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基であり;Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基又は下記一般式(4)で表される基であり;X及びYは、それぞれ独立に酸素原子又はイミノ基であり;前記Ar、Ar及びAr中の一つ以上の水素原子は、それぞれ独立にハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)(4)-Ar-Z-Ar
    (式中、Ar及びArは、それぞれ独立にフェニレン基又はナフチレン基であり;Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基である。)
  3. 前記溶融混錬した樹脂組成物を金型内に射出した後に、コアバック法により前記樹脂組成物を発泡させる、請求項1又は2に記載の発泡成形品の製造方法。
  4. 前記超臨界流体が窒素であることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の発泡成形品の製造方法。
  5. 前記樹脂組成物が、前記液晶ポリエステル100質量部に対し、無機充填材を0質量部を超え100質量部以下含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の発泡成形品の製造方法。
  6. 流動開始温度より20℃高い温度における前記樹脂組成物の粘度が、200Pa・s以上5000Pa・s以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の発泡成形品の製造方法。
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