JP7215902B2 - インサート成形品及び樹脂組成物の耐ヒートショック性低下抑制方法 - Google Patents
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Description
本実施形態のインサート成形品は、樹脂部材とインサート部材とを有する。以下、樹脂部材、インサート部材の順に説明する。
樹脂部材は、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂A及び平均一次粒子径が25nm以上の着色剤Bを含有する熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物(以下、「樹脂組成物」ともいう。)を用いて形成され、該樹脂組成物を含む。この樹脂部材は、着色されているにも関わらず耐ヒートショック性の低下が抑制されている。そのため、この樹脂部材を有するインサート成形品は、耐ヒートショック性に優れている。
熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂Aは、着色剤により着色される樹脂である。熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂Aは、ジカルボン酸化合物及び/又はそのエステル形成性誘導体を主成分とするジカルボン酸成分と、ジオール化合物及び/又はそのエステル形成性誘導体を主成分とするジオール成分との反応により得られる熱可塑性ポリエステル樹脂であり、ジカルボン酸成分かジオール成分の少なくとも1種に芳香族化合物を含むものである。
着色剤Bは、成形品に求められる色に応じて公知の着色剤から選択することができる。着色剤Bとしては、粉末状又は粒子状の着色剤を挙げることができ、例えば、無機顔料や有機顔料、染料等を挙げることができる。無機顔料としては、例えば、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ランプブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等)、カーボンナノチューブ等の黒色顔料、酸化鉄赤等の赤色顔料、モリブデートオレンジ等の橙色顔料、酸化チタン等の白色顔料等を挙げることができる。有機顔料としては、黄色顔料、橙色顔料、赤色顔料、青色顔料、緑色顔料等を挙げることができる。これらの着色剤Bは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。また、着色剤Bは、表面が酸等により処理されたものでもよい。なお、着色剤Bとして有機顔料や染料を用いる場合、無機顔料に比べ、耐ヒートショック性の低下が少ない傾向にあるため、着色剤Bとして無機顔料を使用する場合において、本実施形態による耐ヒートショック性低下抑制の効果がより得られやすい。
本実施形態の熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物には、種々の添加物を配合することができる。例えば、耐ヒートショック性をより高める目的で、エラストマーを配合することができる。
インサート部材は、金属、合金又は無機固体物からなる板状部材であることが好ましい。中でも、成形時に樹脂と接触したとき、変形したり溶融したりしないものが好ましく、例えば、アルミニウム、マグネシウム、銅、鉄等の金属、真鍮等の上記金属の合金、及びガラス、セラミックス等の無機固体物等を挙げることができる。
インサート成形品の形状及び大きさは、特に限定されず、用途に応じた形状とすることができる。特に、上記した熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物は、着色性を維持しつつ耐ヒートショック性に優れているので、樹脂部材に肉薄部やウェルドラインを有する着色インサート成形品でも、耐ヒートショック性に優れた成形品とすることができ、ヒートショック破壊が発生してしまうことを防ぐことができる。インサート成形品は、例えば、インサート部材の少なくとも一部が樹脂部材で被覆されている場合に、インサート部材を被覆する樹脂部の厚さが0.3mm以上5mm以下(例えば0.5mm以上3mm以下)である肉薄部分を有しているインサート成形品とすることができる。
以下に示す材料を用い、表1,2に示す含有割合で2軸押出機(日本製鋼所株式会社製、シリンダ径30mmφ)により250℃にて混錬し、参考例1、実施例1及び比較例1~4の熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物ペレットを作製した。なお、参考例1は、無着色の樹脂組成物の例であり、実施例1及び比較例2~4は、着色剤Bを、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂Aに直接添加した場合の例である。また、比較例1は、着色剤Bを、熱可塑性ポリエステル樹脂A中に20質量%の濃度になるようにあらかじめ溶融混練したマスターバッチを作製し、当該マスターバッチを樹脂組成物全体の2.5質量%(樹脂組成物全体中の着色剤Bが0.5質量%となるように)添加した場合の例である。
熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂A:ウィンテックポリマー株式会社製、固有粘度0.68dL/gのポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)
(着色剤)
カーボンブラック1:ウイルバー・エリス株式会社製、平均一次粒子径30nmのカーボンブラック
カーボンブラック2:三菱化学株式会社製、平均一次粒子径22nmのカーボンブラック
カーボンブラック3:ウイルバー・エリス株式会社製、平均一次粒子径13nmのカーボンブラック
カーボンブラック4:ウイルバー・エリス株式会社製、平均一次粒子径13nmのカーボンブラック(表面酸処理品)
ガラス繊維:日本電気硝子株式会社製、商品名「ECS03T-187」、平均径13μm
(エラストマー)
エチレンエチルアクリレート(EEA)系エラストマー:日油株式会社製、商品名「モディパーA5300」、共重合成分としてエチレンエチルアクリレート(EEA)を70質量%、ブチルアクリレートとメチルメタクリレートのランダム共重合体(BA-stat-MMA)を30質量%含む。
[耐ヒートショック性]
四角柱状、L字型板状、又はI字型板状のインサート部材を用いたそれぞれの場合について、以下のようにして耐ヒートショック性を評価した。
参考例1、実施例1及び比較例1~4で得られた熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物ペレットと、四角柱状の金属製インサート部材とを用い、射出成形により図1,2に示す試験片をインサート成形し、耐ヒートショック性を評価した。図1は、インサート成形した試験片10を示す図であり、図2は、インサート部材2を示す図である。試験片10は、図1に示すように、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物を含む四角柱状の樹脂部材1に金属製の四角柱状のインサート部材2が埋設されたものである。樹脂部材1は、上記のようにして得られた樹脂組成物ペレットを用いて成形されたものである。140℃で3時間乾燥させた上記ペレットを用いて、樹脂温度260℃、金型温度65℃、射出時間25秒、冷却時間10秒で、試験片成形用金型(22mm×22mm×高さ28mmの四角柱状樹脂部の内部に、少なくとも14mm×14mm×高さ24mmの四角柱状の部分を有するインサート部材をインサートする金型)に、一部の樹脂部の厚さが最小肉厚として1mmとなるようにインサート射出成形して試験片を製造した。インサート部材2は、図2に示すように、四角柱状の上部2aと四角柱状の下部2bとこれらの間において両者を接続する円柱状の括れ部2cとを備えた構成とされている。インサート部材2は、下部2b及び括れ部2cが、樹脂部材1内に埋設され、上部2aが樹脂部材1の上面から露出している(図1(A)参照)。さらに、図1(B)に示すように、樹脂部材1の角部とインサート部材2の角部は、互いに異なる方向に位置するように配置されている。すなわち、インサート部材2の角部は、樹脂部材1の側面に向かうように配置されている。そして、インサート部材2の角部の先端と、樹脂部材1の側面との距離は約1mmである。樹脂部材1において、インサート部材2の角部(シャープコーナー)の先端近傍が肉薄部となっている。また、樹脂部材1の射出成形の際、溶融させた樹脂組成物ペレットを金型内に充填するためのゲートは、樹脂部材1の底面(22mm×22mmの面)の中央部に1mmφのピンゲートとして設けられている。このため、ゲートから注入された溶融状態の樹脂組成物は、樹脂部材1の底面に沿って流動した後、インサート部材2に沿って金型内の空間に充填される。このとき、溶融した樹脂組成物が流動しやすい厚肉部が先に充填され、薄肉部は充填が遅れるため、樹脂部材1の各側面(22mm×28mmの4面それぞれ)の最小肉厚部近傍(インサート部材2の角部の先端付近)にウェルド部が生じることとなる。
上記の試験片10に対し、冷熱衝撃試験機(エスペック株式会社製)を用い、-40℃にて1.5時間冷却後、180℃にて1.5時間加熱するというサイクルを繰り返し、20サイクル毎にウェルド部を観察した。ウェルド部にクラックが発生したときのサイクル数を耐ヒートショック性の指標として評価した。結果を表1,2に示した。
参考例1、実施例1及び比較例1,2,4で得られた熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物と、L字型板状の金属製インサート部材とを用い、射出成形により図3,4に示す試験片をインサート成形し、耐ヒートショック性を評価した。図3は、インサート成形した試験片20を示す図であり、(A)は上面図であり、(B)は(A)におけるB-B線で切断した断面図であり、(C)は(A)におけるC-C線で切断した断面図である。図4は、インサート部材22を示す図である。樹脂部材21は、上記のようにして得られた樹脂組成物ペレットを用いて成形されたものである。140℃で3時間乾燥させた上記ペレットを用いて、樹脂温度260℃、金型温度65℃、射出時間25秒、冷却時間10秒で、試験片成形用金型[幅w125mm×L170mm×L270mm、厚さt13.6mmのL字型板状樹脂部の内部に、幅w221mm×L390mm×L490mm、厚さt21.6mm(断面の幅w2/厚さt2比が13.1)のL字型鉄板をインサートする金型]に、一部の樹脂部の厚さTが最小肉厚として1mmとなるようにインサート射出成形して試験片20を製造した。図3において、L5,L6は、92mmである。図4に示すL字型板状インサート部材の両端部近傍にある2つ穴h1、h2は、金型内のピンに嵌め込んでインサート部材22を固定するためのものである。図3に示す樹脂部材21の穴h3は、金型内のピンでL字型板状インサート部材22を押さえ付けて固定し、その状態で樹脂を充填したとき、樹脂がピンを回り込んで流動したことで形成されたものである。また、図3(A)には、樹脂を充填するサイドゲートS1(幅:4mm、厚さ:3mm)の位置を一点鎖線で示している。当該サイドゲートS1は、樹脂部21の右側面下端部からの距離d1が1mmとなる上方に位置している。すなわち、試験片20の樹脂部材21は、流動した樹脂がインサート部材22を回り込んだ合流部、及びインサート部材22を押さえ付けるピンを回り込んだ合流部にウェルド部が生じることとなる。
得られた試験片20について、冷熱衝撃試験機を用いて、140℃にて1時間30分加熱後、-40℃に降温して1時間30分冷却し、更に、140℃に昇温する過程を1サイクルとする耐ヒートショック試験を行い、成形品にクラックが入るまでのサイクル数を測定して、5個のサンプルの平均破壊寿命を耐ヒートショック性として評価した。
参考例1、実施例1及び比較例1~4で得られた熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物と、I字型板状の金属製インサート部材とを用い、射出成形により図5,6に示す試験片をインサート成形し、耐ヒートショック性を評価した。図5は、インサート成形した試験片30を示す図であり、(A)は上面図であり、(B)は(A)におけるB-B線で切断した断面図であり、(C)は(A)におけるC-C線で切断した断面図である。図6は、インサート部材32を示す図である。樹脂部材31は、上記のようにして得られた樹脂組成物ペレットを用いて成形されたものである。140℃で3時間乾燥させた上記ペレットを用いて、樹脂温度260℃、金型温度65℃、射出時間25秒、冷却時間10秒で、試験片成形用金型[幅w1125mm×L11120mm、厚さt114mmのI字型板状樹脂部の内部に、幅w1220mm×L12150mm、厚さt121.6mm(断面の幅w12/厚さt12比が12.5)のI字型鉄板をインサートする金型]に、一部の樹脂部の最小肉厚が1.2mmとなるようにインサート射出成形し、試験片30を製造した。I字状インサート部材32の両端部近傍にある2つ穴h11,h12は金型内のピンに嵌め込んでインサート部材32を固定するためのものである。図5に示す樹脂部材31の穴h13は、金型内のピンでI字型板状インサート部材32を押さえ付けて固定し、その状態で樹脂を充填したとき、樹脂がピンを回り込んで流動したことで形成されたものである。穴h13の直径d12は4mmである。穴h13の周囲は、L1415mm、L1510mmとなる範囲で樹脂部材31の厚さt13が3mmになっている。また、図5(A)には、樹脂を充填するサイドゲートS11(幅:4mm、厚さ:3mm)の位置を一点鎖線で示しており、当該サイドゲートは樹脂部材31の下側面左端部から距離d11が1mmとなる右方に位置している。すなわち、試験片20の樹脂部材21は、流動した樹脂がインサート部材22を回り込んだ合流部、及びインサート部材22を押さえ付けるピンを回り込んだ合流部にウェルド部が生じることとなる。
得られた試験片30について、冷熱衝撃試験機を用いて、140℃にて1時間30分加熱後、-40℃に降温して1時間30分冷却し、更に、140℃に昇温する過程を1サイクルとする耐ヒートショック試験を行い、成形品にクラックが入るまでのサイクル数を測定して、5個のサンプルの平均破壊寿命を耐ヒートショック性として評価した。
得られたペレットを140℃で3時間乾燥後、成形温度260℃、金型温度80℃の条件で、射出成形によりISO 1Aタイプの引張試験片を作製した。得られたそれぞれの試験片についてISO527-1,2に定められている評価基準に従い評価した。評価結果を表1,2に示した。
得られたペレットを140℃で3時間乾燥後、成形温度260℃、金型温度80℃で、射出成形し、ISO3167に準拠して80mm×10mm×4mmの曲げ試験片を作製し、ISO178に定められている評価基準に従い評価した。評価結果を表1,2に示した。
得られたペレットを140℃で3時間乾燥後、成形温度260℃、金型温度80℃で、射出成形し、ISO3167に準拠して80mm×10mm×4mmのノッチ付シャルピー衝撃試験片を作製し、ISO179/1eAに従い、シャルピー衝撃強さ(ノッチ付き)(kJ/m2)を測定した。
2,22,32 インサート部材
10,20,30 試験片
Claims (12)
- 樹脂部材とインサート部材とを有し、
樹脂部材が、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂A及び平均一次粒子径が25nm以上50nm以下の着色剤Bを含有する熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物を含み、
インサート部材が、金属、合金又は無機固体物を含む板状部材であり、
着色剤Bがカーボンブラックを含む、耐ヒートショック性に優れる射出成形品であるインサート成形品。 - 樹脂部材とインサート部材とを有し、
樹脂部材が、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂A及び平均一次粒子径が25nm以上50nm以下の着色剤Bを含有する熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物を含み、
インサート部材が、金属、合金又は無機固体物を含む板状部材であり、
着色剤Bがカーボンブラックを含み、
樹脂部材がウェルド部を有する、耐ヒートショック性に優れるインサート成形品。 - 樹脂部材とインサート部材とを有し、
樹脂部材が、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂A及び平均一次粒子径が25nm以上50nm以下の着色剤Bを含有する熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物を含み、
インサート部材が、金属、合金又は無機固体物を含む板状部材であり、
着色剤Bがカーボンブラックを含み、
インサート部材の少なくとも一部が樹脂部材で被覆され、該被覆部における樹脂部材の少なくとも一部の厚さが、0.3mm以上5mm以下である、耐ヒートショック性に優れるインサート成形品。 - 熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物中の着色剤Bの含有量が、0.05質量%以上5.0質量%以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- 熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂Aが、ポリブチレンテレフタレート系樹脂を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- 着色剤Bの平均一次粒子径が、27nm以上40nm以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- インサート部材が、長手方向と幅方向とを有する主面を有し、長手方向に対して直角な平面で切断した断面において、厚さの最大値に対する幅の最大値の比が2以上である、請求項1から6のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- インサート部材の厚さが、0.1mm以上3mm以下である、請求項1から7のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- インサート部材の少なくとも一部が樹脂部材で被覆され、該被覆部における樹脂部材の少なくとも一部の厚さが、0.3mm以上5mm以下である、請求項1、2、4から8のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- 熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂Aが、ポリブチレンテレフタレート系樹脂である、請求項1から9のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- 熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂組成物が、エラストマーを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のインサート成形品。
- 着色されたインサート成形品の耐ヒートショック性低下抑制方法であって、
インサート成形品を、板状のインサート部材と、熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂Aに、平均一次粒子径が25nm以上50nm以下の着色剤Bを配合した樹脂組成物と、を用いて製造し、
着色剤Bがカーボンブラックを含む、方法。
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