JP7440051B2 - ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物、及びポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2021年12月24日に、日本に出願された特願2021-211352号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、ポリアリーレンスルフィド樹脂の耐衝撃性を高めるため、エラストマー成分の配合方法が検討される場合がある。
特許文献2には、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、体積平均粒子径が0.1mm~3.0mmの熱可塑性エラストマー粒子(B)とを、前記熱可塑性エラストマー粒子(B)が全配合成分に対して0.1質量%~2.0質量%となる割合で溶融混練するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法が開示されている。
また本発明は、耐衝撃性に優れるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は以下の態様を有する。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、
前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、
前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、
を有し、
前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径に対する前記反応層の部分の平均厚さの比(前記反応層の部分の平均厚さ/前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径)が0.15~0.22である、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<2> 前記反応層の平均厚さが10~24nmである、前記<1>に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<3> 前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相を有する、前記<1>又は<2>に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<4> USAXS分析により測定された、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、前記二次分散相の含有割合が8体積%以上80体積%以下である、前記<3>に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<5> ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、熱可塑性エラストマー(B)とを含有するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、
前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、
前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相と、を有し、
USAXS分析により測定された、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、前記二次分散相の含有割合が8体積%以上80体積%以下である、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<6> 前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層を有する、前記<5>に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<7> 前記反応層の平均厚さが10~24nmである、前記<6>に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<8> 前記一次分散相の平均分散径が100~170nmである、前記<1>~<7>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<9> 前記一次分散相の分散径の、(D84-D16)/2で表される粒度分布幅が50nm以下である、前記<1>~<8>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<10> 前記一次分散相の分散径の粒度分布において、前記分散径が200nm以上である前記一次分散相の占める割合が18%以下である、前記<1>~<9>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<11> 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が、カルボキシル基を分子構造中に有する、前記<1>~<10>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<12> 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が、下記構造式(1)で表される構造部位を繰り返し単位として有する、前記<1>~<11>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<13> 前記熱可塑性エラストマー(B)が、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである、前記<1>~<12>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<14> 前記熱可塑性エラストマー(B)が、エポキシ基を分子構造中に有するグリシジル変性ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである、前記<1>~<13>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<15> 前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相の含有割合が、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の総質量に対し、5~40質量%である、前記<1>~<14>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<16> 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物は、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の成形物である、長さ80mm×幅10.0mm×厚さ4.0mmの試験片に対して、ISO179-1に準拠して測定された、23℃におけるノッチ付(BN:8mm)のシャルピー衝撃値が40kJ/m2以上である、前記<1>~<15>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
<17> 前記<1>~<16>のいずれか一つに記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、
原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、原料熱可塑性エラストマー(B)と、を押出機によって溶融混練する工程を含み、
前記押出機のスクリュウはニーディングゾーンを備え、前記ニーディングゾーンは、複数個の攪拌羽を有し、前記ニーディングゾーンの前記スクリュウのスクリュウ径aに対する前記攪拌羽1枚あたりの厚さT(T/a)が0.09~0.19である、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
<18> 前記T/aが0.09~0.19であるニーディングゾーンの長さが、前記スクリュウ径aに対して0.5a~20aの長さである、前記<17>に記載の製造方法。
<19> 前記押出機のシリンダーの全長に対して3/15以上の長さの領域で、前記シリンダーの設定温度が300℃未満である、前記<17>又は<18>に記載の製造方法。
<20> 前記T/aが0.09~0.19であるニーディングゾーンのシリンダー内壁に対する前記スクリュウのスクリュウ回転より生じるせん断速度が1000~6500s-1である、前記<17>~<19>のいずれか一つに記載の製造方法。
<21> 前記原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が、カルボキシル基を分子構造中に有する、前記<17>~<20>のいずれか一つに記載の製造方法。
<22> 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が、下記構造式(1)で表される構造部位を繰り返し単位として有する、前記<17>~<21>のいずれか一つに記載の製造方法。
<23> 前記原料熱可塑性エラストマー(B)が、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである、前記<17>~<22>のいずれか一つに記載の製造方法。
<24> 前記原料熱可塑性エラストマー(B)が、エポキシ基を分子構造中に有するグリシジル変性ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである、前記<17>~<23>のいずれか一つに記載の製造方法。
また、本発明によれば、耐衝撃性に優れるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法を提供できる。
[第一実施形態]
本実施形態のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、熱可塑性エラストマー(B)とを含有するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、を有し、前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径に対する前記反応層の部分の平均厚さの比(前記反応層の部分の平均厚さ/前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径)が0.15~0.22である。
ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物101は、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相1と、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相10とを有し、前記連続相1と前記一次分散相10との界面に、反応層30とを有する。
なお、一次分散相が後述の二次分散相を更に含む場合、二次分散相の質量は、一次分散相の総質量には含まれないものとする。ただし、後述のUSAXS分析により測定された一次分散相の体積及び二次分散相の総和の体積の算出に関してはその限りではなく、分布1として算出された体積には、一次分散相の体積及び二次分散相の体積が包含されていると考えてよい。
前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径に対する前記反応層の部分の平均厚さの比(反応層の部分の平均厚さ/一次分散相及び反応層の部分の平均分散径)の上限値は、0.22以下であり、0.21以下であることが好ましく、0.20以下であることがより好ましい。
上記の比(反応層の部分の平均厚さ/一次分散相及び反応層の部分の平均分散径)の上限値と下限値とは自由に組み合わせてよく、上記数値範囲としては、0.15~0.22であり、上記数値範囲の一例としては、0.17~0.21であることが好ましく、0.18~0.20であることがより好ましい。
前記比(反応層の部分の平均厚さ/一次分散相及び反応層の部分の平均分散径)が上記上限値以下であることにより、樹脂組成物の耐衝撃性がより良好と傾向にあることの理由の詳細は必ずしも明らかではないが、反応層自体を構成する成分が反応により高分子量化することで、熱可塑性エラストマー(B)の本来の弾性率よりも反応層の弾性率が高められて耐衝撃性能が低下していると考えられるため、反応層の部分の平均厚さが占める割合を上記上限値以下とすることで、一次分散相の熱可塑性エラストマー(B)の有する本来の耐衝撃性が良好に発揮されやすいと考えられる。
なお、一次分散相が後述の二次分散相を更に含む場合、前記比の算出にあたり、二次分散相の部分も一次分散相の部分の平均分散径に含まれるものとする。
反応層の厚さの平均値×2/[(反応層の厚さの平均値×2)+一次分散相の平均分散径]
ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の耐衝撃性を向上させる観点から、前記反応層の平均厚さは、10nm以上であることが好ましく、13nm以上であることがより好ましく、15nm以上であることがさらに好ましい。
測定対象の樹脂組成物を成形材料として、シリンダー設定温度300℃、金型設定温度130℃の条件にて射出成形機で成形し、前記樹脂組成物からなる長さ80mm×幅10mm×厚さ4mmの試験片を得る。この試験片をクライオミクロトームで切削して得られる100nmの薄膜片を50℃のキシレン中に30分浸漬させ、断面にある熱可塑性エラストマー(B)を含む分散物をキシレン抽出にて取り除く。得られた薄膜片を用い、STEM-EDS分析により取得された薄膜片断面の観察画像において、無作為に選定した20個以上の分散物の粒子跡に対して、元素マッピングを行い、反応層の存在を確認する。
上記のように、炭素、酸素、硫黄をマッピング対象とする場合、取り除かれた分散物の粒子跡の境界面にある、硫黄に対して酸素が相対的に多く検出される領域(例えば、上記で説明した酸素原子の質量%が、硫黄原子の質量%に対する比で2以上の領域)を、反応層の存在位置とする。
また、取り除かれた分散物の粒子跡部分の、硫黄も酸素も検出されない領域を、一次分散相の存在位置とする。
マッピングで得られた観察画像から、画像解析ソフト(例えば、ImageJ)を用い、一次分散相及び反応層を含む粒子面積と、反応層を含まない一次分散相の面積を算出する。それぞれの面積を真円換算した円面積相当径(円状物の面積に相当する真円の直径を求めた値)を求め、その差(一次分散相及び反応層の円面積相当径-一次分散相の円面積相当径)を2で除した値の平均値を、反応層の平均厚さとして取得する。
樹脂組成物の成形物に衝撃が与えられ、成形物に新たに亀裂が発生又は伸展すると、耐衝撃性の評価を下げることとなる。一次分散相が含む熱可塑性エラストマー(B)が、亀裂の発生又は伸展の抑制作用を主として発揮すると考えられるため、一次分散相の平均分散径の値が小さいことや、一次分散相の分散性が良好であることにより、亀裂の発生又は伸展の抑制作用が高まり、樹脂組成物の耐衝撃性の向上に寄与するものと考えられる。
測定対象の樹脂組成物を成形材料として、射出成形機により、ISO 3167タイプAの多目的試験片(成形物)を成形する。次に該多目的試験片を長さ方向の中心位置で切断して切断面を研磨し、キシレン中に浸し、50℃の温度条件で超音波処理を実施し、断面にある熱可塑性エラストマー(B)を含む分散物をキシレン抽出にて取り除く。その後130℃で2時間乾燥し、断面をSEMで観察し画像を取得する。熱可塑性エラストマー(B)を含む分散物が取り除かれた箇所は空隙相となり、明度が低い黒色の円状に表示される。画像解析ソフト(例えば、ImageJ)により、画像視野内に認められる当該黒色の円状物の円面積相当径(円状物の面積に相当する真円の直径を求めた値)を全て(n=300個以上)計測し、円状物の個数で割った平均値を一次分散相の平均分散径とする。
なお、樹脂組成物が後述する二次分散相を有する場合については、二次分散相が一次分散相内に分散しているため、キシレン抽出により一次分散相が取り除かれるとともに、二次分散相も取り除かれる。
前記粒度分布幅が上記上限値以下である一次分散相を有する樹脂組成物は、一次分散相の分散径のばらつきの程度が小さく、均質な分散状態が得られ、亀裂の伸展抑制に有効となり、樹脂組成物の発揮する耐衝撃性をより一層向上させることができる。
D16の値は、前記一次分散相の平均分散径を求める際に得た全粒子数を基準とした粒度分布において、径の小さい側からの累積16%の値である径である。
分散径が200nm以上である一次分散相の割合が、上記上限値以下である一次分散相を有する樹脂組成物は、一次分散相の分散状態が更に良好であり、かつ連続相中に分散する一次分散相の個数の割合が増すことにより、亀裂の伸展を効果的に抑制することができ、樹脂組成物の発揮する耐衝撃性をより一層向上させることができる。
前記一次分散相の分散径において、分散径が200nm以上である一次分散相の割合の、上記数値範囲の一例としては、0~18%であってよく、1~16%であってよく、2~14%であってよい。
本実施形態のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、熱可塑性エラストマー(B)とを含有するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相とを有し、USAXS(Ultra-Small-Angle X-ray Scattering、超小角X線散乱)分析により測定された、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、前記二次分散相の含有割合が8体積%以上80体積%以下である。
以下、上記第一実施形態の樹脂組成物と同様の構成を有する部分については詳細な説明を省略する。
ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物102は、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相1と、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相10とを有し、一次分散相10内に、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相20を有する。
樹脂組成物の成形物に衝撃が与えられると、一次分散相と二次分散相の境界付近に応力集中によるキャビテーションが発生し、その影響により連続相と一次分散相の境界付近が流動し易くなることによる塑性変形がおこり、局所的にエネルギーが吸収(耐衝撃性が発揮)されると考えられる。実施形態の樹脂組成物によれば、樹脂組成物がサラミ構造を有することで、連続相と一次分散相との境界付近でもキャビテーションが発生し、さらなる耐衝撃性が発揮される効果も考えられる。
さらにその他の推定される仮説として、サラミ構造を有することによりモルフォロジーが複雑化することで応力の集中起点の数が増え、耐衝撃性が向上されることが挙げられる。
前記二次分散相の含有割合の上限値は、80体積%以下であり、50体積%以下であってよく、30体積%以下であってよい。
前記二次分散相の含有割合の数値範囲としては、8~80体積%であり、10~50体積%であることが好ましく、15~50体積%であることがより好ましい。
前記一次分散相および前記二次分散相の総体積100体積%に対する、前記二次分散相の含有割合が上記の数値範囲内であるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物は、上記数値範囲を満たさないポリアリーレンスルフィド樹脂組成物に比べ、耐衝撃性に優れる。
樹脂組成物のペレット(円柱状、切断面の直径2.7±0.3mm、長さ3.0±0.2mm)を5g計り取り、プレス温度300℃、プレス圧力×時間:0.5MPa×2分の後5MPa×2分の条件で、厚さ0.5mmのフィルム状となるよう円柱の側面方向から加熱プレスを実施する。得られたフィルムを15mm角に切り取り、金属試料板に固定し透過用試料台に取り付けて測定する。
X線回折装置(例えば、SmartLab、リガク製)を用い、測定条件:USAXS法 2θ=0~1.0°、step=0.001°、測定モード:ステップ、計測時間:6秒の条件にて透過測定を行う。
得られた2θの散乱強度の結果から、粒子解析ソフト(例えば、Nano-Solver3)を用い、散乱体となるドメインモデルを球状ドメインとし、粒径分布のばらつきが存在すると仮定して、粒径分布モデルによるフィッティングにより粒径分布の解析を行う。粒径(nm)を指標とする分布において2つの分布(分布1、分布2)のピークの有無を確認し、粒径の大きなほうの分布を分布1とし、粒径の小さなほうの分布を分布2とする。分布1および分布2に対して算出される粒子の体積の総和を100体積%として、分布1に対して算出される粒子の含有率(体積%)と、分布2に対して算出される粒子の含有率(体積%)とを求める。
分布1に対して算出される粒子の含有率(体積%)を、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%とする。ここで算出される分布1の体積は、包含される二次分散相を含めた一次分散相と反応層との境界部分よりも内側の体積%に相当すると考えられる。
分布2に対して算出される粒子の含有率(体積%)を、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、二次分散相の含有割合とする。
本実施形態のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、熱可塑性エラストマー(B)とを含有するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相と、を有する。
上記第一実施形態の樹脂組成物と同様の構成を有する部分、及び上記第二実施形態の樹脂組成物と同一の構成を有する部分については詳細な説明を省略する。連続相、一次分散相、反応層及び二次分散相については、上記の第一実施形態又は第二実施形態で説明したものと同一の構成が挙げられる。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、
前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、
前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相と、 前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、を有し、
前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径に対する前記反応層の部分の平均厚さの比(前記反応層の部分の平均厚さ/前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径)が0.15~0.22であることが好ましく、0.17~0.21であることがより好ましく、0.18~0.20であることがさらに好ましい。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、
前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、
前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相と、
前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、を有し、
USAXS分析により測定された、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、前記二次分散相の含有割合が8体積%以上であることが好ましく、10体積%であることがより好ましく、15体積%であることがさらに好ましい。
前記二次分散相の含有割合の上限値は、一例として、80体積%以下であってよく、50体積%以下であってよく、30体積%以下であってよい。
前記二次分散相の含有割合の数値範囲としては、8~80体積%であり、10~50体積%であることが好ましく、15~50体積%であることがより好ましい。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、
前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、
前記一次分散相内に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む二次分散相と、 前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、を有し、
前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径に対する前記反応層の部分の平均厚さの比(前記反応層の部分の平均厚さ/前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径)が0.15~0.22であることが好ましく、0.17~0.21であることがより好ましく、0.18~0.20であることがさらに好ましく、
USAXS分析により測定された、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、前記二次分散相の含有割合が8体積%以上であることが好ましく、10体積%であることがより好ましく、15体積%であることがさらに好ましい。
実施形態の樹脂組成物に含有されるポリアリーレンスルフィド樹脂(A)は、芳香族環と硫黄原子とが結合した構造を繰り返し単位とする樹脂構造を有するものであり、具体的には、下記構造式(1)で表される構造部位を繰り返し単位として有する樹脂が挙げられる。
また、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)は、カルボキシル基以外の官能基を有していても構わない。
実施形態の樹脂組成物における前記熱可塑性エラストマー(B)は、加熱により軟化する性質(熱可塑性)を有し、例えば、融点が300℃以下であり、室温でゴム弾性を有するものであることが好ましい。かかる熱可塑性エラストマー(B)は、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物に与える耐衝撃性の改善効果に優れるため好ましい。また、耐熱性に優れる点から、熱可塑性エラストマー(B)は、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーまたはニトリル系熱可塑性エラストマーであることが好ましく、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーであることがより好ましい。
後述の実施形態の製造方法によれば、熱可塑性エラストマー(B)がグリシジル変性ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである場合でも、その分散性を良好な状態とすることができ、優れた耐衝撃性を示すポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を製造可能である。
上記のなかでも、反応効率が高く、反応層の形成が良好となる観点から、より好ましくは、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が、カルボキシル基を分子構造中に有するものであり、熱可塑性エラストマー(B)が、エポキシ基を分子構造中に有するグリシジル変性ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである組み合わせを例示できる。
グリシジル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を0.1~30質量%含み、
メチルアクリレートに由来する構成単位を0.1~50質量%含むものが挙げられる。
α-オレフィンに由来する構成単位を40~95質量%含み、
グリシジル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を0.1~30質量%含み、
メチルアクリレートに由来する構成単位を0.1~50質量%含むものが挙げられる。
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相が50~95質量%で、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相が5~40質量%であってもよく、
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相が70~90質量%で、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相が10~30質量%であってもよく、
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相が75~85質量%で、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相が15~25質量%であってもよい(ただし、連続相、一次分散相、及び反応層の合計質量がポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の総質量100質量%を超えないものとする)。
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相及び二次分散相の合計質量が50~95質量%で、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相が5~40質量%であってもよく、
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相及び二次分散相の合計質量が70~90質量%で、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相が10~30質量%であってもよく、
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相及び二次分散相の合計質量が75~85質量%で、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相が15~25質量%であってもよい(ただし、連続相、一次分散相、二次分散相、及び反応層の合計質量がポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の総質量100質量%を超えないものとする)。
実施形態の樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の他に、その他の任意成分を、それらの含有量(質量%)の合計がポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の総質量100質量%を超えないよう含有することができる。
その他の樹脂としては、エチレン、ブチレン、ペンテン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、スチレン、α-メチルスチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリルなどの単量体の単独重合体または共重合体、ポリウレタン、ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、液晶ポリマー、ポリアリールエーテルなどの単独重合体、ランダム共重合体またはブロック共重合体、グラフト共重合体等が挙げられる。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物は、例えば、ペレットとして提供できる。このポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを成形機に供して溶融成形することにより、目的とする成形物を得ることができる。前記溶融成形法は、例えば、射出成形、押出成形、圧縮成形等が挙げられ、特に限定するものでない。
車両部品としては、エンジンルーム内での駆動系部品(例えば、トランスミッションギア、駆動モータ部品等)、制御部品(PCU等)、冷却部品(配管、バルブやポンプ部品等)、電池部品を例示できる。
実施形態の樹脂組成物の耐衝撃性としては、下記の[シャルピー衝撃試験]における試験片に対して測定される、実施形態の樹脂組成物の成形物のシャルピー衝撃値を採用することができる。
樹脂組成物の成形物のシャルピー衝撃値は、以下の[シャルピー衝撃試験]により求めることができる。
測定対象の樹脂組成物を成形材料として、シリンダー設定温度300℃、金型設定温度130℃の条件にて射出成形機で成形し、前記樹脂組成物からなる長さ80mm×幅10.0mm×厚さ4.0mmの試験片を得る。次にISO 2818に従って試験片にノッチ(BN:8mm)を切削し、ISO 179-1に従い試験を行い、23℃におけるノッチ付のシャルピー衝撃値(kJ/m2)を得る。
上記シャルピー衝撃値の上限値は特に制限されるものではないが、一例として、160kJ/m2以下であってよく、120kJ/m2以下であってよく、80kJ/m2以下であってよい。
上記数値範囲の一例として、実施形態の樹脂組成物は、上記試験片(樹脂組成物の成形物)の、ISO179-1に準拠して測定された、23℃におけるノッチ付のシャルピー衝撃値が、40kJ/m2以上160kJ/m2以下であってよく、50kJ/m2以上100kJ/m2以下であってよく、60kJ/m2以上120kJ/m2以下であってよく、62kJ/m2以上120kJ/m2以下であってよく、64kJ/m2以上80kJ/m2以下であってよい。
実施形態の樹脂組成物の製造方法は、上記実施形態のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、
原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、原料熱可塑性エラストマー(B)と、を押出機によって溶融混練する工程を含み、
前記押出機のスクリュウはニーディングゾーンを備え、前記ニーディングゾーンは、複数個の攪拌羽を有し、前記ニーディングゾーンの前記スクリュウのスクリュウ径aに対する前記攪拌羽1枚あたりの厚さT(T/a)が0.09~0.19である。
上記実施形態のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物とは、上記第1~第3実施形態のいずれか一以上を例示する。
本実施形態において、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物とは、ポリアリーレンスルフィドを含む樹脂組成物を広く包含する。ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の原料は、原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含むことができる。原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)としては、ポリフェニレンスルフィドを例示できる。なお、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の原料とは、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を構成する配合成分、及び配合成分の前駆体を含む。
ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の原料には、原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と混合される任意の成分を更に用いることができる。原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と原料熱可塑性エラストマー(B)とを混合する場合、原料熱可塑性エラストマー(B)についてもフィーダー12から投入されてよい。フィーダー12の個数は1個であっても、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の原料を個別に投入するために2個以上あっても構わない。
シリンダー13は、筒状の形状を有する。シリンダー13は、一端がフィーダー12に接続され、他端がダイス19に接続される。以後の説明において、シリンダー13のフィーダー12側を上流側と記載し、ダイス19側を下流側と記載する場合がある。シリンダー13は内部にスクリュウ14を収容する。フィーダー12から投入された原料は、不図示の加熱器により加熱され、原料の少なくとも一部(例えばポリアリーレンスルフィド)はシリンダー13の内部で溶融するとともに、投入された原料全体がスクリュウ14により混練される。シリンダー13内では、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の原料が混練される。以下、溶融混練時のシリンダー内の内容物を、混練物と称する。
駆動装置11は、不図示のモータ及びギアボックス等を備える。駆動装置11は、予め規定されたスクリュウ回転数(rpm)となるように、モータの回転数やトルク等を制御し、スクリュウ14を回転させる。
ニーディングディスク51の長径をaで、ニーティングディスク51の短径をbで表す。ここでのスクリュウ径aは、ニーディングディスクの長径と一致する。
また、ニーティングディスク51の幅(ニーティングディスクの短径b)もニーディングの噛み合いに不具合のない限りにおいて、任意に調整して使用することができる。
従って、上記のT/aの値を上記上限値以下とすることで、一次分散相の分散状態を更に良好なものとできる。また、上記のT/aの値を上記下限値以上とすることで、混練による過度なせん断発熱の発生が抑制され、樹脂組成物の熱劣化が抑制される。
別の側面として、1つのニーディングエレメントを構成するニーディングディスク(攪拌羽)の枚数は、前記T/aを満たす枚数であって、例えば、6~11枚であってよく、8~10枚であってよく、9~10枚であってよい。
なお、第3ニーディングゾーンKZ3、及び第4ニーディングゾーンKZ4を構成するニーディングエレメント5’は、上記前記T/aの規定を満たさなくともよく、ニーディング機能を有する任意のスクリュウ構成であってよい。
(ロ)前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の重合終了後、該ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の反応溶液を冷却する前の、該ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が反応溶媒に溶解した状態で水を添加し、体積平均粒子径が1.0mm~3.0mmの範囲にあるポリアリーレンスルフィド樹脂粒子(a)を得る方法。
せん断速度(γ)=[π×a×(N/60)]/H
[aはスクリュウ径(mm)、Nはスクリュウ回転数(rpm)、Hはチップクリアランス(mm)、即ち、長径a(スクリュウ径a)の位置のクリアランスを表す。スクリュウ回転数Nは秒換算とするため60で除している。]
また、上記上限値以下のせん断速度で混練を行うことで、熱可塑性エラストマー(B)の劣化や低分子化を防止できるとともに、反応層の平均厚さを良好なものとでき、実施形態の樹脂組成物の耐衝撃性をより一層向上させることができる。
前記シリンダーの設定温度とは、前記シリンダーを覆うバレルの設定温度を例示できる。
設定温度を上記数値範囲内とする“低温領域”を設けることで、樹脂組成物の熱劣化の防止と、熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相の分散性の向上とが両立され、実施形態の樹脂組成物の耐衝撃性を更に向上させることができる。
上記低温領域は、前記押出機のシリンダーの全長に対して3/15以上の長さの領域であってよく、3/15以上15/15以下の長さの領域であってよく、4/15以上13/15以下の長さの領域であってよく、5/15以上12/15以下の長さの領域であってよい。
前記押出機のシリンダーの全長に対して3/15以上の長さの領域で、前記シリンダーの設定温度が230℃以上295℃以下の低温領域としてもよく、その残りの高温領域でシリンダーの設定温度を295℃超360℃以下としてもよく、
前記押出機のシリンダーの全長に対して3/15以上の長さの領域で、前記シリンダーの設定温度が250℃以上290℃以下の低温領域としてもよく、その残りの高温領域でシリンダーの設定温度を290℃超340℃以下としてもよく、
前記押出機のシリンダーの全長に対して3/15以上の長さの領域で、前記シリンダーの設定温度が260℃以上285℃以下の低温領域としてもよく、その残りの高温領域でシリンダーの設定温度を285℃超320℃以下としてもよい。
例えば、前記押出機のシリンダーの全長を15等分割したとき、樹脂組成物の配合成分が投入される原料投入口側(上流側)から数えて、少なくとも3/15~5/15番目の領域を含むよう上記低温領域を設定してもよく、少なくとも2/15~6/15番目の領域を含むよう上記低温領域を設定してもよく、少なくとも1/15~7/15番目の領域を含むよう上記低温領域を設定してもよい。
上記低温領域における、シリンダー内で混練される混練物温度の最高値は、250℃以上320℃未満であることが好ましく、270℃以上315℃以下であることがより好ましく、280℃以上310℃以下であることがさらに好ましい。
シリンダー内で混練される混練物温度の最高値は、上記高温領域におけるものであってよく、315℃超400℃以下であることが好ましい。熱可塑性エラストマーの劣化を効果的に抑制するとの観点からは、315℃以上350℃以下であることがより好ましく、315℃以上330℃以下であることがさらに好ましい。
・ポリフェニレンスルフィド(DIC株式会社製、MA-520)
・ポリエチレン系エラストマーA(住友化学社製、ボンドファーストBF-7L)
・ポリエチレン系エラストマーB(住友化学社製、ボンドファーストBF-7M)
・ポリエチレン系エラストマーC(住友化学社製、ボンドファーストBF-E)
バレルの設定温度パターンを表2に示す。バレルの設定温度とは、バレルを包むヒーター(カートリッジ型)の設定温度であり、C1の「常温」は温度を設定していない。
[実施例1]
ポリフェニレンスルフィド樹脂MA-520(80質量部)と、ポリエチレン系エラストマーA(20質量部)とを混合後、二軸押出機に投入した。
図6は、使用した二軸押出機の構成を説明する模式図である。二軸押出機は、シリンダー内径D=15.5mm、シリンダー長さとスクリュウ径の比(シリンダー長さ/スクリュウ径)90、吐出量3kg/h、バレル数15(15等分割されたバレルを原料供給側から吐出側に向かいC1~C15とする)の同方向回転二軸押出機を用い、C4、C7、C10、C12位置がニーディングゾーン(KZ1~KZ4)となるスクリュウ構成とした。
上記のニーディングゾーンのうちの、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンでは、ブロック長をシリンダー内径と同一の1Dとしたとき、長径a(スクリュウ径a)が0.97D(15mm)、短径bが0.67D(10.4mm)である略楕円状のニーディングディスクが、ブロックの長さ方向に均等な厚さT(2.14mm)で7枚配置された7枚羽のニーディングディスクを有するニーディングブロックを、C4およびC7の位置に、それぞれ4個ずつ連続して配置した。
残りのKZ3およびKZ4のニーディングゾーンでは、シリンダー内径D=15.5mmであり、ブロック長が1Dとしたとき、長径a(スクリュウ径a)が0.97D(15mm)、短径bが0.67D(10.4mm)である略楕円状のニーディングディスクが、ブロックの長さ方向に均等な厚さT(3mm)で5枚配置された5枚羽のニーディングディスクを有するニーディングブロックを、C10およびC12の位置に、それぞれ4個ずつ連続して配置した。
スクリュウの全長において、当該ニーディングゾーン(KZ1およびKZ2)の占める割合は、スクリュウ径aに対して8倍の長さである。
スクリュウの全長において、当該ニーディングゾーン(KZ1およびKZ2)の占める割合は、スクリュウの全長100%に対し8.9%の長さである。
表2に示すC2~C15のバレルの設定温度(℃)の設定温度パターンをf-1とし、表3に示す各条件で、上記のポリフェニレンスルフィド樹脂と、ポリエチレン系エラストマーAとを溶融混練し、ダイスから出たストランドを冷却してカッティングし、実施例1のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
スクリュウ回転数を表3に記載のとおりの回転数に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例2のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
エラストマー種およびバレルの設定温度パターンを表3に記載のとおりに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例3のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
エラストマー種を表3に記載のとおりに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例4のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
実施例1において、二軸押出機の上記のニーディングゾーンのうちの、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンで、シリンダー内径D=15.5mmであり、ブロック長が1Dとしたとき、長径a(スクリュウ径a)が0.97D(15mm)、短径bが0.67D(10.4mm)である略楕円状のニーディングディスクが、ブロックの長さ方向に均等な厚さT(3mm)で5枚配置された5枚羽のニーディングディスクを有するニーディングブロックを、C4およびC7の位置に、それぞれ4個ずつ連続して配置した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例1のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
比較例1における、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンの、スクリュウ径a(mm)に対するニーティングディスク(攪拌羽)1枚あたりの厚さT(mm)(T/a)は、0.2である。
バレルの設定温度パターンおよびスクリュウ回転数を表3に記載のとおりに変更した以外は、比較例1と同様の操作を行い、比較例2のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
エラストマー種、バレルの設定温度パターンおよびスクリュウ回転数を表3に記載のとおりに変更した以外は、比較例1と同様の操作を行い、比較例3のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
[実施例5]
実施例1において、原料の配合割合を、ポリフェニレンスルフィド樹脂MA-520(70質量部)と、ポリエチレン系エラストマーA(30質量部)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例5のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
エラストマー種およびバレルの設定温度パターンを表4に記載のとおりに変更した以外は、実施例5と同様の操作を行い、実施例6のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
エラストマー種を表4に記載のとおりに変更した以外は、実施例5と同様の操作を行い、実施例7のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
実施例7において、二軸押出機の上記のニーディングゾーンのうちの、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンで、シリンダー内径D=15.5mmであり、ブロック長が1Dとしたとき、長径a(スクリュウ径aが0.97D(15mm)、短径bが0.67D(10.4mm)である略楕円状のニーディングディスクが、ブロックの長さ方向に均等な厚さT(1.7mm)で9枚配置された9枚羽のニーディングディスクを有するニーディングブロックを、C4およびC7の位置に、それぞれ4個ずつ連続して配置した以外は、実施例7と同様の操作を行い、実施例8のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
実施例8における、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンの、スクリュウ径a(mm)に対するニーティングディスク(攪拌羽)1枚あたりの厚さT(mm)(T/a)は、0.11である。
当該ニーディングゾーン(KZ1およびKZ2)の占める割合は、スクリュウ径aに対して8倍の長さである。
当該ニーディングゾーン(KZ1およびKZ2)の占める割合は、スクリュウの全長(100%)に対し8.9%の長さである。
比較例1において、原料の配合割合を、ポリフェニレンスルフィド樹脂MA-520(70質量部)と、ポリエチレン系エラストマーA(30質量部)に変更した以外は、比較例1と同様の操作を行い、比較例4のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
スクリュウ回転数を表4に記載のとおりに変更した以外は、比較例4と同様の操作を行い、比較例5のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
[実施例9]
実施例3において、原料の配合割合を、ポリフェニレンスルフィド樹脂MA-520(90質量部)と、ポリエチレン系エラストマーB(10質量部)に変更した以外は、実施例3と同様の操作を行い、実施例9のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
バレルの設定温度パターンを表5に記載のとおりに変更した以外は、実施例9と同様の操作を行い、実施例10のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
実施例10において、二軸押出機のニーディングゾーンのうちの、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンで、実施例8と同じく9枚羽のニーディングディスクを有するニーディングブロックを、C4およびC7の位置に、それぞれ4個ずつ連続して配置した以外は、実施例10と同様の操作を行い、実施例11のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
比較例1において、原料の配合割合を、ポリフェニレンスルフィド樹脂MA-520(90質量部)と、ポリエチレン系エラストマーA(10質量部)に変更した以外は、比較例1と同様の操作を行い、比較例6のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
実施例9において、スクリュウ回転数を表5に記載のとおりに変更し、更に、二軸押出機のニーディングゾーンのうちの、KZ1およびKZ2のニーディングゾーンで、ニーティングディスクを有さず、切欠のスクリュウ形状を有するニーディングブロックを、C4およびC7の位置に、それぞれ4個ずつ連続して配置した以外は、実施例9と同様の操作を行い、比較例7のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
エラストマー種およびバレルの設定温度パターンを表5に記載のとおりに変更した以外は、実施例5と同様の操作を行い、実施例6のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物のペレットを得た。
[せん断速度]
ニーディングゾーンがニーディングディスクを有する場合(比較例7以外)、ニーディングゾーンの、せん断速度を以下の式により求めた。
せん断速度(γ)=[π×a×(N/60)]/H
[aはスクリュウ径(mm)、Nはスクリュウ回転数(rpm)、Hはチップクリアランス(mm)、即ち、長径a(スクリュウ径a)の位置のクリアランスを表す。スクリュウ回転数Nは秒換算とするため60で除している。]
なお、各実施例及び比較例では、ニーディングゾーンKZ1~KZ4で、同一の長径aを有するニーディングディスクを用いており、KZ1からKZ4までの全てのニーディングゾーンのせん断速度が同一の値である。
測定対象の樹脂組成物を成形材料として、射出成形機により、ISO 3167タイプAの多目的試験片(成形物)を成形した。次に該多目的試験片を長さ方向の中心位置で切断して切断面を研磨し、キシレン中に浸し、50℃の温度条件で超音波処理を実施し、断面にある熱可塑性エラストマー(B)を含む分散物をキシレン抽出にて取り除いた。その後130℃で2時間乾燥し、断面をSEMで観察し画像を取得した。熱可塑性エラストマー(B)を含む分散物が取り除かれた箇所は空隙相となり、明度が低い黒色の円状に表示される。画像解析ソフト(ImageJ)により、画像視野内に認められる当該黒色の円状物の円面積相当径(円状物の面積に相当する真円の直径を求めた値)を全て(n=300個以上)計測し、円状物の個数で割った平均値を一次分散相の平均分散径とした。
(D84-D16)/2で求められる値を一次分散相の分散径の分布幅とした。
D16の値は、前記一次分散相の平均分散径を求める際に得た全粒子数を基準とした粒度分布において、径の小さい側からの累積16%の値である径とした。
D50の値は、前記一次分散相の平均分散径を求める際に得た全粒子数を基準とした粒度分布において、径の小さい側からの累積50%の値である径とした。
D84の値は、前記一次分散相の平均分散径を求める際に得た全粒子数を基準とした粒度分布において、径の小さい側からの累積84%の値である径とした。
前記一次分散相の平均分散径を求める際に得た全粒子数を基準とした粒度分布において、前記分散径が200nm以上である一次分散相の割合を算出した。
表中の一次分散相の粒度分布(%)の項目中の「下限値-上限値(μm)」の表記は、下限値以上、上限値未満の該当割合を意味する。
測定対象の樹脂組成物を成形材料として、シリンダー設定温度300℃、金型設定温度130℃の条件にて射出成形機で成形し、前記樹脂組成物からなる長さ80mm×幅10mm×厚さ4mmの試験片を得た。この試験片をクライオミクロトームにより100nmの厚さに切削して得られた薄膜片を、50℃のキシレン中に30分浸漬させ、断面にある熱可塑性エラストマーを含む分散物をキシレン抽出にて取り除いた。得られた薄膜片を銅メッシュ上に載せ、STEM-EDS分析により、熱可塑性エラストマーを含む分散物が取り除かれた分散物の粒子跡が5個以上入るよう、40000倍の倍率で観察画像を得た。また、元素分析により硫黄、酸素、窒素、及び炭素の検出を行った。1試料につき4ヶ所測定し、無作為に選定した20個以上の分散物の粒子跡の観察画像を取得し、元素分析結果を得た。得られた観察画像から炭素、酸素、硫黄を対象としたマッピングを行った。ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂部分では、硫黄に対して酸素の検出量が少ないが、分散物の粒子跡のPPS樹脂との境界面には、硫黄に対して酸素の検出量が相対的に多い領域(酸素原子の質量%が、硫黄原子の質量%に対する比で2以上)が存在し、この領域を、反応層の存在位置とした。
また、取り除かれた分散物の粒子跡部分の、元素(例えば、硫黄や酸素)が検出されない領域を、一次分散相の存在位置とした。
図10に、キシレン抽出により熱可塑性エラストマーを含む分散物を取り除いた面の、STEM-EDS分析により得られた測定対象試料の観察画像の一例を示す(測定対象試料の配合は、ポリフェニレンスルフィド樹脂MA-520(90質量部)、ポリエチレン系エラストマーA(10質量部))。
マッピングで得られた観察画像から、画像解析ソフト(ImageJ)を用い、一次分散相及び反応層を含む粒子面積と、反応層を含まない一次分散相の面積を算出した。それぞれの面積を真円換算した円面積相当径(直径)を求め、その差(一次分散相及び反応層の円面積相当径-一次分散相の円面積相当径)を2で除した値の平均値を、反応層の平均厚さとした。
樹脂組成物のペレット(円柱状、切断面の直径2.7±0.3mm、長さ3.0±0.2mm)を5g計り取り、プレス温度300℃、プレス圧力×時間:0.5MPa×2分の後5MPa×2分の条件で、厚さ0.5mmのフィルム状となるよう円柱の側面方向から加熱プレスを実施した。得られたフィルムを15mm角に切り取り、金属試料板に固定し透過用試料台に取り付けて測定した。
X線回折装置(SmartLab、リガク製)を用い、測定条件:USAXS法2θ=0~1.0°、step=0.001°測定モード:ステップ、計測時間:6秒の条件にて透過測定を行った。
得られた2θの散乱強度の結果から、粒子解析ソフト(Nano-Solver3)を用い、散乱体となるドメインモデルを球状ドメインとし、粒径分布のばらつきが存在すると仮定して、粒径分布モデルによるフィッティングにより粒径分布の解析を行った。粒径(nm)を指標とする分布において2つの分布(分布1、分布2)のピークの有無を確認し、粒径の大きなほうの分布を分布1とし、粒径の小さなほうの分布を分布2とした。分布1および分布2に対して算出される粒子の体積の総和を100体積%として、分布1に対して算出される粒子の含有率(体積%)と、分布2に対して算出される粒子の含有率(体積%)とを求めた。
分布1に対して算出される粒子の含有率(体積%)を、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%とした。ここで算出される分布1の体積は、包含される二次分散相を含めた一次分散相と反応層との境界部分よりも内側の体積%に相当すると考えられる。
分布2に対して算出される粒子の含有率(体積%)を、前記一次分散相の体積および前記二次分散相の体積の総和100体積%に対する、二次分散相の含有割合とした。
測定対象の樹脂組成物を成形材料として、シリンダー設定温度300℃、金型設定温度130℃の条件にて射出成形機で成形し、前記樹脂組成物からなる長さ80mm×幅10.0mm×厚さ4.0mmの試験片を得た。次にISO 2818に従って試験片にノッチ(BN:8mm)を切削し、ISO 179-1に従い試験を行い、23℃におけるノッチ付のシャルピー衝撃値(kJ/m2)を得た。
また図10のSTEM-EDS分析結果の画像に示されるように、各実施例において、連続相と一次分散相が存在していた跡の境界の界面に、反応層の存在が確認できた。
なお、図10においては、分散物をキシレン抽出にて取り除いているため、本来は存在してもよい一次分散相および二次分散相の部分は取り除かれている。
このように、前記反応層の部分の平均厚さの比率が上記範囲内であると、界面剥離を起因とするクラック発生が抑制されるうえ、二次分散相の効率的な形成の点からも有利となり、耐衝撃性の吸収に優れる樹脂組成物が得られたものと推測される。
このように、一次分散相であるエラストマー内にPPS樹脂が二次分散相として多く含まれることで、エネルギーを試験片に加えた際、微細な空隙が発生し易くなり、エラストマーを含む一次分散相とPPS樹脂連続相との界面近傍や、エラストマー以外の二次分散相とエラストマーを含む一次分散相との界面近傍で、クレイズやせん断降伏を起こし、耐衝撃性の吸収に優れる樹脂組成物が得られたものと推測される。
このような、分散粒子の均一化および粗大粒子の低減により、エラストマー間の距離が近くなることにより、衝撃が与えられた際にPPS樹脂とエラストマー界面よりクレイズが発生するものの、クラックに変わる前のクレイズ形成にまでに留まることでエネルギー吸収能を保持し、耐衝撃性をより一層向上させる効果が認められたと考えられる。
1…連続相
10…一次分散相
20…二次分散相
30…反応層
d…一次分散相及び反応層の部分の平均分散径
30d,30d’…反応層の厚さ
100…二軸押出機
11…駆動装置
12…フィーダー
13…シリンダー
14…スクリュウ
19…ダイス
IR1…第1赤外線温度センサ
IR2…第2赤外線温度センサ
IR3…第3赤外線温度センサ
IR4…第4赤外線温度センサ
KZ1…第1ニーディングゾーン
KZ2…第2ニーディングゾーン
KZ3…第3ニーディングゾーン
KZ4…第4ニーディングゾーン
5,5’…ニーディングエレメント
51…ニーディングディスク
T…攪拌羽厚さ
a…スクリュウ径
Claims (8)
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、熱可塑性エラストマー(B)とを含有するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)を含む連続相と、
前記熱可塑性エラストマー(B)を含む一次分散相と、
前記連続相と前記一次分散相との界面に、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)及び前記熱可塑性エラストマー(B)の反応物を含有する反応層と、
を有し、
前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径に対する前記反応層の部分の平均厚さの比(前記反応層の部分の平均厚さ/前記一次分散相及び前記反応層の部分の平均分散径)が0.15~0.22である、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、
原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、原料熱可塑性エラストマー(B)と、を押出機によって溶融混練する工程を含み、
前記押出機のスクリュウはニーディングゾーンを備え、前記ニーディングゾーンは、複数個の攪拌羽を有し、前記ニーディングゾーンの前記スクリュウのスクリュウ径aに対する前記攪拌羽1枚あたりの厚さT(T/a)が0.09~0.19である、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。 - 前記T/aが0.09~0.19であるニーディングゾーンの長さが、前記スクリュウ径aに対して0.5a~20aの長さである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記押出機のシリンダーの全長に対して3/15以上の長さの領域で、前記シリンダーの設定温度が300℃未満である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記T/aが0.09~0.19であるニーディングゾーンのシリンダー内壁に対する前記スクリュウのスクリュウ回転より生じるせん断速度が1000~6500s-1である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記原料ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が、カルボキシル基を分子構造中に有する、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記原料熱可塑性エラストマー(B)が、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記原料熱可塑性エラストマー(B)が、エポキシ基を分子構造中に有するグリシジル変性ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーである、請求項1又は2に記載の製造方法。
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