(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024060540
(43)【公開日】2024-05-02
(54)【発明の名称】一体成形体及びそれを用いたバッテリーパック
(51)【国際特許分類】
B29C 70/68 20060101AFI20240424BHJP
H01M 50/342 20210101ALI20240424BHJP
H01M 50/229 20210101ALI20240424BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20240424BHJP
B29B 15/08 20060101ALI20240424BHJP
B32B 5/28 20060101ALI20240424BHJP
B32B 27/18 20060101ALI20240424BHJP
B32B 5/02 20060101ALI20240424BHJP
B32B 27/32 20060101ALI20240424BHJP
B29C 70/42 20060101ALI20240424BHJP
B29K 105/08 20060101ALN20240424BHJP
【FI】
B29C70/68
H01M50/342 101
H01M50/229
H01M50/204 401H
B29B15/08
B32B5/28 A
B32B27/18 B
B32B5/02 B
B32B27/32 E
B29C70/42
B29K105:08
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022167987
(22)【出願日】2022-10-19
(71)【出願人】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】591182101
【氏名又は名称】三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100207756
【弁理士】
【氏名又は名称】田口 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100119666
【弁理士】
【氏名又は名称】平澤 賢一
(72)【発明者】
【氏名】喜多 聖
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 文治
(72)【発明者】
【氏名】高田 信暁
【テーマコード(参考)】
4F072
4F100
4F205
5H012
5H040
【Fターム(参考)】
4F072AA04
4F072AB28
4F072AB29
4F072AD04
4F072AD53
4F072AE07
4F072AF15
4F072AF19
4F072AF27
4F072AH06
4F072AH49
4F072AL12
4F100AA17A
4F100AA17B
4F100AB01A
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4F100AD00A
4F100AD00B
4F100AG00A
4F100AG00B
4F100AK07A
4F100AK07B
4F100AK70A
4F100AK70B
4F100BA02
4F100BA10A
4F100BA10B
4F100CA08A
4F100CA08B
4F100DG01A
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4F100DG12B
4F100DH02A
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4F100GB41
4F100JA02A
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4F100YY00B
4F205AA11
4F205AB05
4F205AD16
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4F205HC05
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4F205HK03
4F205HK04
5H012FF00
5H040AA37
5H040LL04
5H040LL06
(57)【要約】
【課題】高い遮炎性、及び強度を有する一体成形体を提供すること。
【解決手段】複数の部材からなる一体成形体であって、無機繊維材料(X)と樹脂組成物(A)が一体化した繊維強化樹脂部材(1)と、無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)を少なくとも備え、該無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度が、該無機繊維材料(X)の最大荷重時の伸度よりも小さく、該樹脂組成物(A)と該樹脂組成物(B)の少なくとも一方は、熱膨張性難燃剤を含む、一体成形体である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の部材からなる一体成形体であって、
無機繊維材料(X)と樹脂組成物(A)が一体化した繊維強化樹脂部材(1)と、無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)を少なくとも備え、
該無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度が、該無機繊維材料(X)の最大荷重時の伸度よりも小さく、
該樹脂組成物(A)と該樹脂組成物(B)の少なくとも一方は、熱膨張性難燃剤を含む、一体成形体。
【請求項2】
前記無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下である、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項3】
前記無機繊維材料(X)は、最大荷重時の伸度が5%超である、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項4】
前記無機繊維材料(X)は、無機繊維不織布である、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項5】
前記無機繊維材料(Y)は、無機繊維織物である、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項6】
前記樹脂組成物(A)及び(B)を構成する樹脂が熱可塑性樹脂を含む、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項7】
前記熱膨張性難燃剤がリン系難燃剤である、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項8】
前記熱膨張性難燃剤を含む樹脂組成物(A)及び/又は(B)が、さらに分散剤を含む、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項9】
前記分散剤が、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体である、請求項8に記載の一体成形体。
【請求項10】
前記熱膨張性難燃剤100質量部に対する分散剤の含有量が、0を超え25質量部以下である、請求項8に記載の一体成形体。
【請求項11】
前記無機繊維不織布を構成する無機繊維が、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載の一体成形体。
【請求項12】
前記無機繊維織物を構成する無機繊維が、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種である、請求項5に記載の一体成形体。
【請求項13】
前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、ポリプロピレン系樹脂の含有量が全重量に対して15~80質量%である、請求項6に記載の一体成形体。
【請求項14】
前記熱膨張性難燃剤の含有量が全重量に対して1~30質量%である、請求項1に記載の一体成形体。
【請求項15】
内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数のバッテリーセルと、
前記バッテリーセルを内蔵するバッテリーハウジングと、を備え、
前記バッテリーハウジングは、請求項1~14のいずれか1項に記載の一体成形体からなり、
前記バッテリーセルの排出弁の排出口との対向位置に前記繊維強化樹脂部材(2)を部分的に配置してなる、バッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一体成形体及びそれを用いたバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境対策の一環として電気自動車やハイブリット自動車の研究開発が進められており、航続距離の向上を目指した高エネルギー密度のバッテリー開発と軽量化が盛んに進められている。このような高エネルギー密度のバッテリーは不慮の事故により発火する恐れがあり、乗客への安全対策としてそのハウジング材は高い遮炎性が必要なため、鉄などの金属材料と耐火材が併用されている場合が多い。
しかしながら、金属材料は重くなる欠点があり、耐火材を併用する場合には加工性や部品点数増加によるコスト増が課題となっている。そこで、軽量化と遮炎性を両立する可能性を有する樹脂化が試みられている。現在、持続可能な社会に向け、二酸化炭素の抑制やリサイクル性が重要視されてきている。熱硬化系の材料は高い難燃性を有するものが多く、複合材としては一般的であるが、リサイクル性の面では熱可塑性の樹脂素材が有利となる。
【0003】
バッテリーにおいて、例えば、内部短絡を起因として、電解液の分解・気化等によりガスが発生し、内圧が異常上昇することが考えられる。このような場合に、バッテリーに設けられた排出弁が開いて、気化した電解液や高温になった電池内蔵物が、火炎を伴って、短時間に勢いよく噴出される、いわゆる熱暴走が発生する場合がある。噴出物は火炎を伴った、高温且つ高速な粉体混合流体であり、バッテリーや接続機器、周辺を延焼する大きな熱的障害を引き起こす原因となる。
また、中国ではGB 38031-2020《電動自動車動力用バッテリーの安全要求》という安全規格が発表され、バッテリーの熱暴走の5分前に警告を発することが義務付けられているが、これは、バッテリーの発火後5分以上遮炎するハウジング材によっても達成できると考えられている。
【0004】
これらの課題に対し、例えば特許文献1では、炭素繊維強化ポリプロピレン樹脂に臭素系難燃剤や酸化アンチモン化合物を添加したものなどが提案されている。しかしながら、ここで使用される添加剤は生体残留性に問題がある。
これに対し、生体残留性に配慮して、ポリプロピレン系樹脂を難燃化する技術として、特許文献2には、ポリオレフィン系樹脂に(ポリ)リン酸塩化合物を含有させた難燃性ポリオレフィン系組成物が提案されている。
また、特許文献3には、ポリプロピレン樹脂にガラス長繊維とリン酸塩化合物を含有した難燃性樹脂組成物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014-62189号公報
【特許文献2】特開2013-119575号公報
【特許文献3】特開2011-88970号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、高エネルギー密度のバッテリーの軽量化と遮炎性を両立する可能性を有する樹脂化に対して、従来の技術では、不十分な点が多い。具体的には、より高い遮炎性と強度を兼ね備えた成形体が求められている。
【0007】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高い遮炎性、及び強度を有する一体成形体を提供することを課題とする。また、本発明は、電池の熱暴走が起こり、火炎が生じた際に、自動車内装部材への延焼を遅らせることを可能とする、より遮炎性、及び強度に優れる、バッテリーパックを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、上記課題を解決するため、特定の無機繊維材料と樹脂組成物を一体化した繊維強化樹脂部材と特定の無機繊維材料と樹脂組成物が一体化した繊維強化樹脂部材を少なくとも備え、かつ熱膨張性難燃剤を含む一体成形体が、上記の課題を解決できることを見出し、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[15]を提供する。
[1]複数の部材からなる一体成形体であって、無機繊維材料(X)と樹脂組成物(A)が一体化した繊維強化樹脂部材(1)と、無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)を少なくとも備え、該無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度が、該無機繊維材料(X)の最大荷重時の伸度よりも小さく、該樹脂組成物(A)と該樹脂組成物(B)の少なくとも一方は、熱膨張性難燃剤を含む、一体成形体。
[2]前記無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下である、上記[1]に記載の一体成形体。
[3]前記無機繊維材料(X)は、最大荷重時の伸度が5%超である、上記[1]又は[2]に記載の一体成形体。
[4]前記無機繊維材料(X)は、無機繊維不織布である、上記[1]~[3]のいずれかに記載の一体成形体。
[5]前記無機繊維材料(Y)は、無機繊維織物である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の一体成形体。
[6]前記樹脂組成物(A)及び(B)を構成する樹脂が熱可塑性樹脂を含む、上記[1]~[5]のいずれかに記載の一体成形体。
[7]前記熱膨張性難燃剤がリン系難燃剤である、上記[1]~[6]のいずれかに記載の一体成形体。
[8]前記熱膨張性難燃剤を含む樹脂組成物(A)及び/又は(B)が、さらに分散剤を含む、上記[1]~[7]のいずれかに記載の一体成形体。
[9]前記分散剤が、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体である、上記[8]に記載の一体成形体。
[10]前記熱膨張性難燃剤100質量部に対する分散剤の含有量が、0を超え25質量部以下である、上記[8]又は[9]に記載の一体成形体。
[11]前記無機繊維不織布を構成する無機繊維が、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種である、上記[4]~[10]のいずれかに記載の一体成形体。
[12]前記無機繊維織物を構成する無機繊維が、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種である、上記[5]~[11]のいずれかに記載の一体成形体。
[13]前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、ポリプロピレン系樹脂の含有量が全重量に対して15~80質量%である、上記[6]~[12]のいずれかに記載の一体成形体。
[14]前記熱膨張性難燃剤の含有量が全重量に対して1~30質量%である、上記[1]~[13]のいずれかに記載の一体成形体。
[15]内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数のバッテリーセルと、前記バッテリーセルを内蔵するバッテリーハウジングと、を備え、前記バッテリーハウジングは、上記[1]~[14]のいずれかに記載の一体成形体からなり、前記バッテリーセルの排出弁の排出口との対向位置に前記繊維強化樹脂部材(2)を部分的に配置してなる、バッテリーパック。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、高い遮炎性、及び強度を有する一体成形体を提供することができる。また、電池の熱暴走が起こり、火炎が生じた際に、自動車内装部材への延焼を遅らせることを可能とする、より遮炎性、及び強度に優れる、バッテリーパックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の一体成形体の一態様を示す模式図である。
【
図2】本発明の一体成形体の他の一態様を示す模式図である。
【
図3】本発明のバッテリーパックを説明する概念図である。
【0011】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に何ら限定されない。
【0012】
[一体成形体]
本発明の一体成形体は複数の部材からなり、無機繊維材料(X)と樹脂組成物(A)が一体化した繊維強化樹脂部材(1)と、無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)を少なくとも備える。そして、無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度が、該無機繊維材料(X)の最大荷重時の伸度よりも小さく、かつ、樹脂組成物(A)と樹脂組成物(B)の少なくとも一方は、熱膨張性難燃剤を含むことが肝要である。
具体的な層構成としては、
図1に示すように、無機繊維不織布等の無機繊維材料(X)と樹脂組成物(A)が一体化した繊維強化樹脂部材(1)(
図1中の11)及び無機繊維織物等の無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)(
図1中の12)を積層した態様が挙げられる。また、
図2に示すように、繊維強化樹脂部材(2)が部分的に配置されていてもよい。
【0013】
本発明では、
図2に示すように、繊維強化樹脂部材(2)が部分的に配置されていることが好ましい。繊維強化樹脂部材(2)が部分的に配置されることで、一体成形体中の繊維強化樹脂部材(1)の含有量が大きくなり、一体成形体の成形加工性が向上する。一方、繊維強化樹脂部材(2)は、後に詳述するバッテリーパックにおいては、バッテリーセルの排出弁に対向する形で配置することで、繊維強化樹脂部材(2)の機能、すなわち遮炎性の機能及び強度を十分に発揮することが可能となる。
本発明の一体成形体における繊維強化樹脂部材(2)の、繊維強化樹脂部材(1)に対する面積の割合は、一体成形体が用いられる用途に応じた要求によって適宜設定することができるが、例えば、5%以上であってもよく、10%以上であってもよく、30%以上であってもよい。また、100%以下であってもよく、80%以下であってもよく、50以下%であってもよい。上記下限値以上であると、排出弁から噴出される火炎を伴った噴出物の影響を効果的に抑制することができ、一方、上記上限値以下であると、一体成形体の成形加工性を良好にすることができる。
【0014】
<樹脂組成物(A)及び樹脂組成物(B)>
本発明の一体成形体を構成する樹脂組成物(A)及び(B)は、特に制限はないが、本発明の効果を奏する点から、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
熱可塑性樹脂としては、特段の制限はなく、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド等が挙げられる。これらのうち、本発明においては、ポリオレフィン樹脂が好ましい。なお、これらは1種を使用してもよいし、2種以上を使用してもよい。例えば(a)熱可塑性樹脂が、上記のうち2種以上の熱可塑性樹脂の複合樹脂であってもよい。
また、樹脂組成物(A)及び(B)を構成する樹脂は、同一であっても、異なっていてもよいが、製造の簡便さの点で同一の樹脂を用いることが好ましい。したがって、樹脂組成物(A)及び(B)を構成する樹脂は両者ともにポリオレフィン樹脂であることが好ましい。
【0015】
ポリオレフィン樹脂としては、特段の制限はなく、後述の樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、特段の制限はなく、例えば、ポリブチレンテレフタレートが挙げられる。ポリアミド樹脂としては、特段の制限はなく、例えば、ナイロン66、ナイロン6が挙げられる。
なかでも、本発明は特に、(a)熱可塑性樹脂として少なくともポリオレフィン樹脂を含む場合に特に有用である。なお、本発明において「ポリオレフィン樹脂」とは、樹脂を構成する全ての構成単位100mol%に対し、オレフィン単位又はシクロオレフィン単位が占める割合が90mol%以上である樹脂を意味する。
ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構成単位100mol%に対し、オレフィン単位又はシクロオレフィン単位が占める割合は、95mol%以上が好ましく、98mol%以上が特に好ましい。
【0016】
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ(3-メチル-1-ブテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)等のα-オレフィン重合体;エチレン-プロピレンブロック又はランダム共重合体、炭素原子数4以上のα-オレフィン-プロピレンブロック又はランダム共重合体、エチレン-メチルメタクリレート共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体等のα-オレフィン共重合体;ポリシクロヘキセン、ポリシクロペンテン等のシクロオレフィン重合体等が挙げられる。ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等が挙げられる。ポリプロピレンとしては、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ヘミアイソタクチックポリプロピレン、ステレオブロックポリプロピレン等が挙げられる。炭素原子数4以上のα-オレフィン-プロピレンブロック又はランダム共重合体において、炭素原子数4以上のα-オレフィンとしては、ブテン、3-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン等が挙げられる。これらのポリオレフィン樹脂は1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
上記オレフィン樹脂のうち、特にポリプロピレン樹脂(以下「PP樹脂」と記載することがある。)が好ましい。
【0017】
(メルトフローレート(MFR))
本発明に用いられる(a)熱可塑性樹脂のメルトフローレート(以下、MFRと略記することがある)(230℃、2.16kg荷重)は、40~500g/10分であることが好ましい。MFRが40g/10分以上であると、例えばスタンピング成形により成形体を得る際に欠損が生じず、加工性が低下することがない。また、500g/10分以下であると、一体成形体の製造において、バリを生じることがない。以上の観点から、MFRは、好ましくは50~400g/10分、より好ましくは60~400g/10分、より好ましくは70~300g/10分である。
(a)熱可塑性樹脂は、例えば、重合時の水素濃度等を制御することにより、MFRを調整することができる。
なお、MFRは、JIS K7210に準拠して測定した値である。
【0018】
((a)熱可塑性樹脂の含有量)
以下、本発明における樹脂組成物として、好適な熱可塑性樹脂組成物を例として記載する。樹脂組成物(A)は熱可塑性樹脂組成物(A)として記載し、樹脂組成物(B)は熱可塑性樹脂組成物(B)として記載することがある。
本発明の一体成形体における(a)熱可塑性樹脂の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂組成物(A)及び(B)中に、それぞれ好ましくは、15~80質量%含有されることが好ましい。熱可塑性樹脂(a)の含有量が15質量%以上であると成形加工性が特に良好となり、一体成形体の成形が容易となる。一方、80質量%以下であると、難燃剤、分散剤及び無機繊維を十分な量含有でき、良好な遮炎性を得ることができる。以上の観点から、熱可塑性樹脂組成物(A)及び(B)中の(a)熱可塑性樹脂の含有量は35~70質量%であることが好ましく、40~60質量%であることがより好ましい。
【0019】
<(a-1)ポリプロピレン系樹脂>
本発明の一体成形体に用いられる(a)熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン系樹脂を含むことが好ましい。ポリプロピレン系樹脂としては、プロピレン単独重合体、又はプロピレン-α-オレフィン共重合体が挙げられる。ここでプロピレン-α-オレフィン共重合体は、ランダム共重合体及びブロック共重合体のいずれであってもよい。
【0020】
(α-オレフィン)
上記共重合体を構成するα-オレフィンとしては、例えば、エチレン、1-ブテン、2-メチル-1-プロペン、1-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、2-エチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-1-ブテン、2-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3,3-ジメチル-1-ブテン、1-ヘプテン、メチル-1-ヘキセン、ジメチル-1-ペンテン、エチル-1-ペンテン、トリメチル-1-ブテン、1-オクテン等を挙げることができる。これらは、1種を用いてプロピレンと共重合してもよく、また、2種以上を用いてプロピレンと共重合してもよい。中でも、一体成形体の耐衝撃強度の向上という観点からは、その効果が大きいエチレン又は1-ブテンであるのが好ましく、最も好ましいのはエチレンである。
【0021】
(プロピレン-エチレンランダム共重合体)
プロピレンとエチレンのランダム共重合体の場合、好ましくはプロピレン単位を90~99.5質量%、さらに好ましくは92~99質量%、エチレン単位を好ましくは0.5~10質量%、さらに好ましくは1~8質量%含んでなるものである。エチレン単位が上記下限値以上であると、一体成形体の十分な耐衝撃強度が得られ、また、上記上限値以下であると、十分な剛性が維持される。
プロピレンとエチレンのランダム共重合体におけるプロピレン単位とエチレン単位の含量は、プロピレンとエチレンのランダム共重合体の重合時のプロピレンとエチレンの組成比を、制御することにより、調整することができる。
また、プロピレンとエチレンのランダム共重合体のプロピレン含量は、クロス分別装置やFT-IR等を用いて測定される値であり、その測定条件等は、例えば、特開2008-189893号公報に記載されている方法を使用すればよい。
【0022】
(メルトフローレート(MFR))
本発明に用いられる(a-1)ポリプロピレン系樹脂のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、40~500g/10分であることが好ましい。MFRが40g/10分以上であると、スタンピング成形等により一体成形体を得る際に欠損が生じず、加工性が低下することがない。また、500g/10分以下であると、一体成形体を作製する際に用いられるシートの製造において、バリを生じることがない。以上の観点から、MFRは、好ましくは50~400g/10分、より好ましくは60~400g/10分、より好ましくは70~300g/10分である。
(a-1)ポリプロピレン系樹脂(プロピレン単独重合体)は、重合時の水素濃度等を制御することにより、MFRを調整することができる。
なお、MFRは、JIS K7210に準拠して測定した値である。
【0023】
((a-1)ポリプロピレン系樹脂の含有量)
本発明の一体成形体における(a-1)ポリプロピレン系樹脂の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、15~80質量%である。ポリプロピレン系樹脂の含有量が15質量%以上であると成形加工性が十分となり、一体成形体の成形が容易となる。一方、80質量%以下であると、難燃剤、分散剤及び無機繊維の含有量が十分となり、十分な遮炎性が得られる。以上の観点から、一体成形体におけるポリプロピレン系樹脂の含有量は35~70質量%であることがより好ましく、40~60質量%であることがさらにより好ましい。
【0024】
<変性ポリオレフィン系樹脂>
本発明の一体成形体は、上記ポリプロピレン系樹脂に加えて、さらに変性ポリオレフィン系樹脂を含むことができる。変性ポリオレフィン系樹脂としては、具体的には、酸変性ポリオレフィン系樹脂及びヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂が挙げられ、これらはそれぞれ単独で、又は両者を併用することもできる。
なお、変性ポリオレフィン系樹脂として用いる、酸変性ポリオレフィン系樹脂及びヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂の種類としては、特に制限はなく、従来公知のものであってもよい。
【0025】
(酸変性ポリオレフィン系樹脂)
酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィン共重合体、エチレン-α-オレフィン-非共役ジエン化合物共重合体(EPDMなど)、エチレン-芳香族モノビニル化合物-共役ジエン化合物共重合エラストマーなどのポリオレフィンを、マレイン酸又は無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸を用いてグラフト共重合し、化学変性したものが挙げられる。
このグラフト共重合は、例えば、上記ポリオレフィンを適当な溶媒中で、ベンゾイルパーオキシドなどのラジカル発生剤を用いて、不飽和カルボン酸と反応させることにより行われる。また、不飽和カルボン酸又はその誘導体の成分は、ポリオレフィン用モノマーとのランダム又はブロック共重合によりポリマー鎖中に導入することもできる。
【0026】
変性のために使用される不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基、及び必要に応じてヒドロキシル基やアミノ基などの官能基が導入された重合性二重結合を有する化合物が挙げられる。
また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、これらの酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩等があり、その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル等を挙げることができる。これらのうち、好ましくは無水マレイン酸である。
【0027】
好ましい酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン及び/又はプロピレンを主たるポリマー構成単位とするオレフィン系重合体に、無水マレイン酸をグラフト重合することにより変性したもの、エチレン及び/又はプロピレンを主体とするオレフィンと無水マレイン酸とを共重合することにより変性したものなどが挙げられる。具体的には、ポリエチレン/無水マレイン酸グラフトエチレン・ブテン-1共重合体の組み合わせ、又はポリプロピレン/無水マレイン酸グラフトポリプロピレンの組み合わせなどが挙げられる。
【0028】
(ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂)
ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂は、ヒドロキシル基を含有する変性ポリオレフィン系樹脂である。ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂は、ヒドロキシル基を適当な部位、例えば、主鎖の末端や側鎖に有していてもよい。
ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂を構成するオレフィン系樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、4-メチルペンテン-1、ヘキセン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセンなどのα-オレフィンの単独又は共重合体、前記α-オレフィンと共重合性単量体との共重合体などが例示できる。
好ましいヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度、中密度又は高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体などのヒドロキシ変性ポリエチレン系樹脂、例えば、アイソタクチックポリプロピレンなどのポリプロピレンホモポリマー、プロピレンとα-オレフィン(例えば、エチレン、ブテン、ヘキサンなど)とのランダム共重合体、プロピレン-α-オレフィンブロック共重合体など、ヒドロキシ変性ポリ(4-メチルペンテン-1)などのヒドロキシ変性ポリプロピレン系樹脂が例示できる。
【0029】
<(b)熱膨張性難燃剤>
本発明の一体成形体を構成する樹脂組成物(A)及び(B)は、少なくとも一方は、熱膨張性難燃剤を含む。すなわち、熱膨張性難燃剤を樹脂組成物(A)にのみ含んでいてもよく、また、樹脂組成物(B)にのみ含んでいてもよい。また、熱膨張性難燃剤を樹脂組成物(A)と樹脂組成物(B)の両方に含んでいてもよい。本発明の一体成形体においては、樹脂組成物(B)に熱膨張性難燃剤を含有していることが好ましく、樹脂組成物(A)及び樹脂組成物(B)の両方に熱膨張性難燃剤を含有していることがさら好ましい。
(b)熱膨張性難燃剤とは、燃焼源からの輻射熱や、燃焼物から外部へ燃焼ガスや煙などの拡散を防ぐ表面膨張層(Intumescent)を形成することにより、材料の燃焼を抑制させる難燃剤である。
【0030】
熱膨張性難燃剤の中でも、リン系難燃剤が好ましく、(ポリ)リン酸と窒素化合物との塩(以下、「化合物(b1)」とも記す。)が挙げられる。具体的には、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸メラミン、ポリリン酸ピペラジン、ピロリン酸アンモニウム、ピロリン酸メラミン、ピロリン酸ピペラジン等の、(ポリ)リン酸のアンモニウム塩やアミン塩が挙げられる。
また、窒素化合物としては、アンモニア、メラミン、ピペラジン、その他の窒素化合物等が挙げられ、他の窒素化合物としては、例えば、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノメタン、エチレンジアミン、N,N’-ジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジエチルエチレンジアミン、N,N-ジメチルエチレンジアミン、N,N-ジエチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-ジエチルエチレンジアミン、1,2-プロパンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,7-ジアミノへプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、trans-2,5-ジメチルピペラジン、1,4-ビス(2-アミノエチル)ピペラジン、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、アクリルグアナミン、2,4-ジアミノ-6-ノニル-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-ハイドロキシ-1,3,5-トリアジン、2-アミノ-4,6-ジハイドロキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-メトキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-エトキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-プロポキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-イソプロポキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-メルカプト-1,3,5-トリアジン、2-アミノ-4,6-ジメルカプト-1,3,5-トリアジン、アンメリン、ベンズグアナミン、アセトグアナミン、フタロジグアナミン、メラミンシアヌレ-ト、ピロリン酸メラミン、ブチレンジグアナミン、ノルボルネンジグアナミン、メチレンジグアナミン、エチレンジメラミン、トリメチレンジメラミン、テトラメチレンジメラミン、ヘキサメチレンジメラミン、1,3-ヘキシレンジメラミン等が挙げられる。
【0031】
<その他の難燃剤>
本発明の一体成形体では、上述のように、熱膨張性難燃剤を含むことが特徴であるが、熱膨張性難燃剤に加えて他の難燃剤を併用してもよい。他の難燃剤としては、特に限定されることなく、従来から使用される難燃剤を用いることができる。
具体的には、例えば、上記熱膨張性難燃剤以外のリン系難燃剤、臭素系難燃剤、アンチモン系難燃剤等が挙げられる。なかでも、遮炎性向上の観点からは、リン系難燃剤が好ましい。
【0032】
(リン系難燃剤)
リン系難燃剤は、リン化合物、すなわち分子中にリン原子を含む化合物である。リン系難燃剤は、樹脂組成物の燃焼時にチャーを形成させることで難燃効果を発揮する。
リン系難燃剤としては、公知のものであってよく、例えば(ポリ)リン酸塩、(ポリ)リン酸エステル等が挙げられる。ここで、「(ポリ)リン酸塩」は、リン酸塩又はポリリン酸塩を示し、「(ポリ)リン酸エステル」は、リン酸エステル又はポリリン酸エステルを示す。
なお、リン系難燃剤は、80℃において固体であることが好ましい。
【0033】
リン系難燃剤としては、難燃性の点で、(ポリ)リン酸塩が好ましい。
(ポリ)リン酸塩としては、例えば、ポリリン酸アンモニウム塩、ポリリン酸メラミン塩、ポリリン酸ピペラジン塩、オルトリン酸ピペラジン塩、ピロリン酸メラミン塩、ピロリン酸ピペラジン塩、ポリリン酸メラミン塩、オルトリン酸メラミン塩、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられる。
また、上記例示において、メラミン又はピペラジンを他の窒素化合物に置き換えた化合物も同様に使用できる。これらの(ポリ)リン酸塩は1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
【0034】
リン系難燃剤の市販品としては、アデカスタブFP-2100J、FP-2200、FP-2500S((株)ADEKA製)等が挙げられる。
【0035】
(臭素系難燃剤)
臭素系難燃剤としては、例えば、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモビスフェノールS、1,2-ビス(2’,3’,4’,5’,6’-ペンタブロモフェニル)エタン、1,2-ビス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)エタン、2,4,6-トリス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)-1,3,5-トリアジン、2,6-ジブロモフェノール、2,4-ジブロモフェノール、臭素化ポリスチレン、エチレンビステトラブロモフタルイミド、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン、ペンタブロモベンジルアクリレート、2,2-ビス[4’(2’’,3’’-ジブロモプロポキシ)-3’,5’-ジブロモフェニル]-プロパン、ビス[3,5-ジブロモ-4-(2,3-ジブロモプロポキシ)フェニル]スルホン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
【0036】
(アンチモン系難燃剤)
アンチモン系難燃剤としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ピロアンチモン酸ナトリウム、三塩化アンチモン、三硫化アンチモン、オキシ塩化アンチモン、二塩化アンチモンパークロロペンタン及びアンチモン酸カリウム等を挙げることができ、特に三酸化アンチモン、五酸化アンチモンが好ましい。
【0037】
上記難燃剤のうち、生体残留性がなく、優れた難燃性を有する点から、リン系難燃剤が好ましく、また環境性の点から、ノンハロゲン系難燃剤が好ましい。
なお、上記難燃剤は、1種を単独で使用することができ、又は2種以上を併用することもできる。
【0038】
((b)熱膨張性難燃剤の含有量)
本発明の一体成形体における熱膨張性難燃剤の含有量は特に限定されないが、好ましくは1~30質量%の範囲である。1質量%以上であると、一体成形体に良好な難燃性を付与でき、良好な遮炎性が得られる。一方、難燃剤が30質量%以下であると、熱可塑性樹脂を十分な含有比で含むことができるので、成形加工性がより良好となる。以上の観点から、一体成形体中の熱膨張性難燃剤の含有量は1~25質量%の範囲がより好ましく、3~20質量%の範囲がさらに好ましい。
<(c)分散剤>
本発明に係る樹脂組成物(A)及び(B)のうち、上記熱膨張性難燃剤を含有する樹脂組成物には、さらに分散剤を含むことが好ましい。
(c)分散剤としては、(b)熱膨張性難燃剤を(a)熱可塑性樹脂中に分散させることができればよく、特に限定されないが、(a)熱可塑性樹脂との相溶性の点で、高分子分散剤を好適に使用することができる。好ましくは、(b)熱膨張性難燃剤を(a-1)ポリプロピレン系樹脂中に分散させることができるものを用いることができる。高分子分散剤としては、官能基を有する高分子分散剤が好ましく、分散安定性の面からカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、一級、二級又は三級アミノ基、四級アンモニウム塩基、ピリジン、ピリミジン、ピラジン等の含窒素ヘテロ環由来の基、等の官能基を有する高分子分散剤が好ましい。
本発明においては、カルボキシル基を有する高分子分散剤が好ましく、特に、難燃剤として好適なリン系難燃剤を用いる場合には、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体が好ましい。当該分散剤を用いることで、リン系熱膨張性難燃剤の分散性を向上させることができ、熱膨張性難燃剤の含有量を低減させることができる。
【0039】
(α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体)
本発明に係る「α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体」(以下、「共重合体(c1)」と記載する。)における、α-オレフィン単位と不飽和カルボン酸単位は、その合計100mol%のうちα-オレフィン単位の割合が20mol%以上80mol%以下であることが好ましい。
共重合体(c1)において、α-オレフィン単位と不飽和カルボン酸単位との合計量に対するα-オレフィン単位の割合は、30mol%以上であることがより好ましく、一方、70mol%以下であることがより好ましい。α-オレフィンの割合が前記下限値以上であれば、ポリオレフィン系樹脂との相溶性がより優れたものとなり、前記上限値以下であれば、(b)熱膨張性難燃剤との相溶性がより優れたものとなる。
【0040】
共重合体(c1)において、α-オレフィンとしては、炭素原子数5以上のα-オレフィンが好ましく、炭素原子数10以上80以下のα-オレフィンがより好ましい。α-オレフィンの炭素原子数が5以上であれば、(a)熱可塑性樹脂との相溶性がより良好となる傾向があり、80以下であれば、原料コストの点で有利である。以上の観点から、α-オレフィンの炭素原子数は12以上70以下であることがさらにより好ましく、18以上60以下であることが特に好ましい。
【0041】
また、共重合体(c1)において、不飽和カルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、メチルマレイン酸、フマル酸、メチルフマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、グルタコン酸、ノルボルナン-5-エン-2,3-ジカルボン酸、及びこれらの不飽和カルボン酸のエステル、無水物、イミド等が挙げられる。なお、「(メタ)アクリル酸」はアクリル酸又はメタクリル酸を示すものである。
不飽和カルボン酸のエステル、無水物又はイミドの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルへキシル、(メタ)アクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル酸エステル;無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等のジカルボン酸無水物;マレイミド、N-エチルマレイミド、N-フェニルマレイミド等のマレイミド化合物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
上記の中では、共重合反応性の点から、エステルやジカルボン酸無水物が好ましい。中でも、難燃剤として好適な熱膨張性リン系難燃剤との相溶性の点から、ジカルボン酸無水物が好ましく、無水マレイン酸が特に好ましい。
【0042】
共重合体(c1)の重量平均分子量は、2,000以上が好ましく、3,000以上がより好ましく、一方、50,000以下が好ましく、30,000以下がより好ましい。共重合体(c1)の重量平均分子量が上記範囲内であれば、(b)難燃剤の分散性がより優れたものとなる。
なお、共重合体(c1)の重量平均分子量は、共重合体(c1)をテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定される標準ポリスチレン換算の値である。
【0043】
共重合体(c1)の市販品としては、リコルブCE2(クラリアントジャパン(株)製)、ダイヤカルナ30M(三菱ケミカル(株)製)が挙げられる。
【0044】
本発明の一体成形体における(b)熱膨張性難燃剤100質量部に対する(c)分散剤の含有量は、0を超え、25質量部以下の範囲であり、好適には0.01~10質量部の範囲である。
本発明者らの検討によれば、一体成形体を構成する無機繊維中に熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として熱膨張性難燃剤が均一に分散して存在することで、一体成形体の遮炎性が顕著に向上しうる。詳細なメカニズムは不明だが、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、無機繊維間の樹脂に熱膨張性難燃剤が均一に分散されている場合、熱膨張性難燃剤が接炎することにより形成されるチャーが無機繊維の間隙に固定される。さらに、無機繊維の間隙により、接炎時に膨張して形成されるチャーの大きさが制限されることで、形成されるチャーの大きさが均一になる。無機繊維によるチャーの固定効果とチャーの大きさの均一化が組み合わされることにより、緻密なチャーが形成され、一体成形体の遮炎性が著しく向上するものと考えている。本発明者らは、これらの知見に基づき、熱膨張性難燃剤に対する分散剤の含有量の比を特定の範囲とすることで、無機繊維間の樹脂中に熱膨張性難燃剤が均一に存在するように制御し、一体成形体の遮炎性を顕著に向上しうることを見出した。
以上の理由から、(c)分散剤の含有量が0超であると、(b)難燃剤の分散性が十分となり、一体成形体に十分な遮炎性を付与することができる。一方、25質量部以下であると一体成形体の物性が十分となる。同様の観点から、(c)分散剤の含有量は、0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、1質量部以上がさらに好ましく、2質量部以上が特に好ましい。一方、上限値については、20質量部以下がより好ましく、15質量部以下がさらに好ましく、10質量部以下がさらにより好ましく、5質量部以下がさらに好ましく、3質量部以下が特に好ましい。
【0045】
また、(a)熱可塑性樹脂及び(b)熱膨張性難燃剤の合計100質量部に対する(c)分散剤の割合は、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることがさらに好ましい。(c)分散剤の割合が前記下限値以上であれば、(b)熱膨張性難燃剤がより良好に分散し、得られる一体成形体の遮炎性や物性、外観がより良好となる。(c)分散剤の割合が前記上限値以下であれば、(c)分散剤による一体成形体の遮炎性への影響をより抑制できる。特に、ポリオレフィン系樹脂及び(b)熱膨張性難燃剤の合計100質量部に対する(c)分散剤の割合は、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることがさらに好ましい。
【0046】
また、以下に詳述する無機繊維に対しては、無機繊維100質量部に対する(c)分散剤の割合が、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましい。(c)分散剤の割合が前記下限値以上であれば、得られる一体成形体の遮炎性や物性、及び外観がより良好となる。(c)分散剤の割合が前記上限値以下であれば、(c)分散剤による一体成形体の遮炎性への影響をより抑制できる。
【0047】
<無機繊維材料(X)>
本発明の一体成形体は、無機繊維材料(X)と樹脂組成物(A)が一体化した繊維強化樹脂部材(1)を備える。本発明の繊維強化複合材料に用いられる無機繊維材料(X)は複数の無機繊維が集合して、一定の、又は不定形の組織形態が保持されている無機繊維の組織体である。無機繊維材料(X)は、その最大荷重時の伸度が、無機繊維材料(Y)よりも大きいことが特徴である。繊維強化樹脂部材(1)は無機繊維材料(X)を有するため、樹脂組成物の浸透性が相対的に高く、繊維強化樹脂部材(1)は高い耐熱性を示す。また、樹脂組成物(A)が熱膨張性難燃剤を含有する場合には、さらに高い耐熱性と遮炎性の機能をも有する。
無機繊維材料(X)の最大荷重時の伸度は、無機繊維材料(Y)よりも大きければ特に限定されないが、5%超であることが好ましい。この場合には、樹脂組成物の含浸性が良好になり、耐熱性と遮炎性を向上させることができる。同様の観点から、伸度は7%以上であってもよく、9%以上であってもよく、10%以上であってもよい。上限は通常30%である。
前記のような伸度を有する無機繊維材料の具体例としては、無機繊維不織布が挙げられる。無機繊維不織布に用いられる繊維として、種々の繊維を用いることができ、例えば、ガラス繊維、ロックウール、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等の金属酸化物繊維、チタン酸カリウム繊維、ケイ酸カルシウム(ワラストナイト)繊維、セラミックファイバー等のセラミック繊維、炭素繊維、金属繊維等が挙げられる。これらの無機繊維は、1種単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記無機繊維のうち、遮炎性、加工性の観点から、ガラス繊維及びアルミナ繊維から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
無機繊維として、溶融温度の異なる2種以上の無機繊維を含むことができる。溶融温度の異なる2種以上の無機繊維の組合せとしては、少なくとも1種はガラス繊維であり、他の1種以上は、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルカリアースシリケート繊維(生体溶解性)、及び炭素繊維からなる群より選ばれる1種以上の無機繊維の組合せであることが好ましい。溶融温度の異なる2種以上の無機繊維を含むことで、遮炎性の機能低下を効果的に防ぐことができる。
また、本発明で使用する無機繊維は、収束剤又は表面処理剤と組み合わせて使用してもよい。このような収束剤又は表面処理剤としては、例えば、エポキシ系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物等の官能基を有する化合物が挙げられる。
【0048】
無機繊維の平均繊維径としては、3~25μmであることが好ましい。また、平均繊維長としては、0.1mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、5mm以上であることがさらに好ましい。
なお、平均繊維径及び平均繊維長については、無機繊維を構成する無機材料の種類によって、好適範囲が異なるため、具体的な好適範囲については、後述する。
また、繊維径は走査型電子顕微鏡などを用いて測定することができ、平均繊維径は、例えばランダムに10本の繊維の繊維径を測定し、平均値を計算することにより得ることができる。また、繊維長は必要に応じて顕微鏡等で拡大した画像から、定規、ノギス等を用いて測定することができ、平均繊維長は、例えばランダムに10本の繊維の繊維長を測定し、平均値を計算することにより得ることができる。
【0049】
本発明の一体成形体における無機繊維の合計含有量は、1~80質量%であることが好ましい。無機繊維の合計含有量が1質量%以上であると、一体成形体の強度、剛性、及び耐衝撃性が良好となる。また、80質量%以下であると、一体成形体の製造や加工が容易になる。また、無機繊維の合計含有量が80質量%以下であると一体成形体の比重が軽くなり、金属代替としての軽量化効果が顕著となる。
以上の観点から、一体成形体における無機繊維の合計含有量は3~60質量%であることがより好ましく、10~50質量%であることがさらに好ましく、30~45質量%であることが特に好ましい。なお、一体成形体における無機繊維の合計含有量とは、前記の無機繊維材料(X)及び後述する無機繊維材料(Y)の含有量を合計したものである。
本発明の一体成形体中の無機繊維材料(X)の含有量は、1~50質量%であることが好ましい。無機繊維の合計含有量が1質量%以上であると、一体成形体の強度、剛性、及び耐衝撃性が良好となる。また、50質量%以下であると、一体成形体の製造や加工が容易になる。以上の観点から、一体成形体における無機繊維の合計含有量は3~40質量%であることがより好ましく、5~30質量%であることがさらに好ましく、10~25質量%であることが特に好ましい。
【0050】
(ガラス繊維)
本発明の一体成形体に好適な無機繊維の一つとして、ガラス繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、例えば、平均繊維長が30mm以上の長い繊維であってもよいし、平均繊維長が短かい繊維(チョップドストランド)であってもよいが、遮炎性、剛性、耐衝撃性等の観点から、平均繊維長が長いガラス繊維を用いることが好ましい。
より具体的には、平均繊維長としては、5mm以上であることが好ましい。平均繊維長が5mm以上であると、一体成形体の強度及び耐衝撃性が良好となる。以上の観点から、ガラス繊維の平均繊維長は5mm以上であることが好ましく、30mm以上であることがさらに好ましい。
なお、ガラス繊維の平均繊維長の上限には、特に制限はなく、例えば、ガラス繊維を用いてプルトリュージョン法によって製造したペレットを使用する場合には、そのペレットの長さがガラス繊維の繊維長となるので、最大で20mm程度となる。また、ガラス長繊維を使用したスワールマット系では、製造に使用したロービングにおけるガラス繊維の長さが最大繊維長となるので、17000m(17km)程度にもなるが、一体成形体の大きさに合わせて、カットした場合は、カットした長さが最大繊維長となる。
【0051】
また、ガラス繊維の平均繊維径は、9~25μmの範囲であることが好ましい。平均繊維径が9μm以上であると、一体成形体の剛性及び耐衝撃性が十分となり、一方、平均繊維径が25μm以下であると、一体成形体の強度が良好となる。以上の観点から、ガラス繊維の平均繊維径は、10~15μmの範囲であることがさらに好ましい。
なお、ガラス繊維の平均繊維径及び平均繊維長については、上記方法により、測定することができる。
【0052】
本発明に用いられるガラス繊維の材質については、特別な制限はなく、無アルカリガラス、低アルカリガラス、含アルカリガラスのいずれでもよく、従来からガラス繊維として、使用されている各種の組成のものを使用することができる。
【0053】
(アルミナ繊維)
本発明の一体成形体に好適な無機繊維の一つとしてアルミナ繊維が挙げられる。アルミナ繊維は、通常アルミナとシリカからなる繊維であり、本発明の一体成形体においては、アルミナ繊維のアルミナ/シリカの組成比(質量比)は65/35~98/2のムライト組成、又はハイアルミナ組成と呼ばれる範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは70/30~95/5、特に好ましくは70/30~74/26の範囲である。
【0054】
アルミナ繊維の平均繊維径としては、3~25μmの範囲が好ましく、繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まないものが好ましい。ここで繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まないとは、繊維径3μm以下の繊維が、全無機繊維質量の0.1質量%以下であることを表す。
また、アルミナ繊維の平均繊維径は、5~8μmであることがより好ましい。無機繊維の平均繊維径が太すぎると、マット状無機繊維集合体層の反発力や靭性が低下し、逆に細すぎても空気中に浮遊する発塵量が多くなり、また繊維径3μm以下の無機繊維が含有される確率が高くなる。
アルミナ繊維は、平均繊維長が好ましくは5mm以上、より好ましくは30mm以上、更に好ましくは50mm以上の繊維である。また、好ましくは3.0×103mm以下、より好ましくは1.0×103mm以下の繊維である。アルミナ繊維の平均繊維長及び平均繊維径がこの範囲であれば、一体成形体の強度及び耐衝撃性が良好となる。
【0055】
(炭素繊維)
炭素繊維もガラス繊維と好適な範囲は同等である。
【0056】
<無機繊維材料(Y)>
本発明の一体成形体は、無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)を備える。本発明の繊維強化複合材料に用いられる無機繊維材料(Y)は複数の無機繊維が集合して、一定の、又は不定形の組織形態が保持されている無機繊維の組織体である。無機繊維材料(Y)は、その最大荷重時の伸度が、無機繊維材料(X)よりも小さいことが特徴である。このことによって、熱可塑性樹脂組成物(B)とともに繊維強化樹脂部材(2)を構成したときの遮炎性と強度を担保することができる。これは、無機繊維材料(Y)に適度に熱可塑性樹脂組成物(X)が含浸して一体化されることで、機械的な強度が向上するとともに、無機繊維材料(Y)の繊維組織の間隙中において、熱可塑性樹脂組成物(X)に含まれるリン系難燃剤が緻密なチャーを形成することで接炎時の遮炎性と衝撃波に対する強度が同時に発揮されるためと考えられる。これにより、無機繊維材料(Y)と樹脂組成物(B)が一体化した繊維強化樹脂部材(2)は、熱暴走が発生した場合に、高温且つ高速な粉体混合流体に対しても、高い強度を有し、本発明の一体成形体の損傷を抑制する働きがある。
【0057】
無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度は、無機繊維材料(X)よりも小さければ特に限定されないが、5%以下であることが好ましい。この場合には、一体成形体の遮炎性と強度を向上させることができる。同様の観点から、伸度は4%以下であってもよく、3%以下であってもよく、2%以下であってもよい。一方、成形加工性を良好にするという観点から、0.1%以上であることが好ましい。
【0058】
前記のような伸度を有する無機繊維材料の具体例としては、無機繊維織物が挙げられる。
無機繊維織物は、無機繊維からなる縦糸及び横糸から構成される織物である。織物組織としては、特に限定されるものではなく、平織、斜文織、朱子織などいずれであってもよい。該織物は、織物を構成する縦糸の繊維束間の隙間及び横糸束間の隙間が、それぞれ0.5mm以下であることが好ましい。該隙間が0.5mm以下であると、高い遮炎性が得られる。
無機繊維織物を構成する無機繊維としては、上記無機繊維不織布と同様のものを用いることができ、好適な範囲も同様である。また、無機繊維の平均繊維径、平均繊維長の好適範囲も同様である。
なお、無機繊維織物を構成する繊維と、無機不織布を構成する繊維は同じでも異なってもよい。
【0059】
本発明の一体成形体における無機繊維材料(Y)の含有量は、1~80質量%であることが好ましい。無機繊維織物の含有量が1質量%以上であると、繊維強化樹脂部材(2)の強度、剛性、及び耐衝撃性が十分であり、80質量%以下であると、一体成形体の製造や加工の点で好ましい。また、無機繊維織物の含有量が80質量%以下であると、一体成形体の比重が軽くなり金属代替としての軽量化効果が顕著となる。
以上の観点から、本発明の一体成形体における無機繊維材料(Y)の含有量は、3~60質量%であることがより好ましく、10~50質量%であることがさらに好ましく、30~45質量%であることが特に好ましい。
【0060】
<任意添加成分>
本発明の一体成形体には、上記成分に加えて、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、発明の効果を一層向上させるなど、他の効果を付与する等の目的のため、任意の添加成分を配合することができる。
具体的には、顔料などの着色剤、ヒンダードアミン系などの光安定剤、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、ソルビトール系などの造核剤、フェノール系、リン系などの酸化防止剤、非イオン系界面活性剤などの帯電防止剤、無機化合物などの中和剤、チアゾール系などの抗菌・防黴剤、ハロゲン化合物やリグノフェノールなどの難燃剤・難燃助剤、可塑剤、有機金属塩系などの分散剤、脂肪酸アミド系などの滑剤、窒素化合物などの金属不活性剤、前記ポリプロピレン系樹脂以外のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂やポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂、オレフィン系エラストマー及びスチレン系エラストマーなどのエラストマー(ゴム成分)等を挙げることができる。
これらの任意添加成分は、2種以上を併用してもよい。
【0061】
着色剤として、例えば、無機系や有機系の顔料などは、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の、着色外観、見映え、風合い、商品価値、耐候性や耐久性などの付与、向上などに有効である。
具体例として、無機系顔料としては、ファーネスカーボン、ケッチェンカーボンなどのカーボンブラック;酸化チタン;酸化鉄(ベンガラ等);クロム酸(黄鉛など); モリブデン酸;硫化セレン化物;フェロシアン化物などが挙げられ、有機系顔料としては、難溶性アゾレーキ、可溶性アゾレーキ、不溶性アゾキレート;縮合性アゾキレート;その他のアゾキレートなどのアゾ系顔料;フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系顔料;アントラキノン、ペリノン、ペリレン、チオインジゴなどのスレン系顔料;染料レーキ;キナクリドン系;ジオキサジン系;イソインドリノン系などが挙げられる。また、メタリック調やパール調にするには、アルミフレーク;パール顔料を含有させることができる。また、染料を含有させることもできる。
【0062】
光安定剤や紫外線吸収剤として、例えば、ヒンダードアミン化合物、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系やサリシレート系などは、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の耐候性や耐久性などの付与、向上に有効であり、耐候変色性の一層の向上に有効である。
具体例としては、ヒンダードアミン化合物として、コハク酸ジメチルと1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジンとの縮合物;ポリ〔〔6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)イミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル〕〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕ヘキサメチレン〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕〕;テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート;テトラキス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート;ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート;ビス-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジルセバケートなどが挙げられ、ベンゾトリアゾール系としては、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-t-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール;2-(2’-ヒドロキシ-3’-t-ブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾールなどが挙げられ、ベンゾフェノン系としては、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン;2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノンなどが挙げられ、サリシレート系としては、4-t-ブチルフェニルサリシレート;2,4-ジ-t-ブチルフェニル3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンゾエートなどが挙げられる。
ここで、前記光安定剤と紫外線吸収剤とを併用する方法は、耐候性、耐久性、耐候変色性などの向上効果が大きく好ましい。
【0063】
酸化防止剤として、例えば、フェノール系、リン系やイオウ系の酸化防止剤などは、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の、耐熱安定性、加工安定性、耐熱老化性などの付与、向上などに有効である。
また、帯電防止剤として、例えば、非イオン系やカチオン系などの帯電防止剤は、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の帯電防止性の付与、向上に有効である。
【0064】
オレフィン系エラストマーとしては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(EPR)、エチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)、エチレン・ヘキセン共重合体エラストマー(EHR)、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)などのエチレン・α-オレフィン共重合体エラストマー;エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・イソプレン共重合体などのエチレン・α-オレフィン・ジエン三元共重合体エラストマー、スチレン・ブタジエン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SBS)などを挙げることができる。
また、スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン・イソプレン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SIS)、スチレン- エチレン・ブチレン共重合体エラストマー(SEB)、スチレン-エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(SEP)、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SEBS)、スチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(SEBC)、水添スチレン・ブタジエンエラストマー(HSBR)、スチレン-エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEPS)、スチレン-エチレン・エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEEPS)、スチレン-ブタジエン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SBBS)、部分水添スチレン-イソプレン-スチレン共重合体エラストマー、部分水添スチレン-イソプレン・ブタジエン-スチレン共重合体エラストマーなどのスチレン系エラストマー、さらにエチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(CEBC)などの水添ポリマー系エラストマーなどを挙げることができる。
中でも、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)及び/又はエチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)を使用すると、本発明のポリプロピレン系樹脂組成物やその成形体において、適度の柔軟性などが付与し易く、耐衝撃性が優れる傾向にあるなどの点から好ましい。
【0065】
<樹脂組成物(A)及び(B)の製造方法>
本発明に係る樹脂組成物(A)及び(B)は、本発明の一体成形体を製造するための樹脂組成物であって、(a)熱可塑性樹脂等の樹脂、必要に応じて加えられる変性ポリオレフィン系樹脂、(b)熱膨張性難燃剤、(c)分散剤を含有するものである。また、さらに任意添加成分が配合されていてもよい。前記の熱可塑性樹脂組成物(A)及び(B)において、(a)熱可塑性樹脂が(a-1)ポリプロピレン系樹脂である場合には、特にポリプロピレン系樹脂組成物(以下「PP組成物」と記載することがある。)と呼称する場合がある。
熱可塑性樹脂組成物(A)及び(B)、又はPP組成物の製造方法としては、従来公知の方法を用いることができ、上記成分を配合して混合、溶融混練することにより製造することができる。
混合は、タンブラー、Vブレンダー、リボンブレンダー等の混合器を用いて行われ、溶融混練は、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー等の機器を用い、溶融混練され、造粒される。
【0066】
<一体成形体を製造するためのシートの製造方法>
本発明の一体成形体を製造するためのシートに関し、その製造方法は特に限定されないが、好適には、無機繊維からなるマット(以下「無機繊維マット」と記載することがある。)に上記熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物を含浸させて製造することが好ましい。なお、本発明においては、無機繊維材料(X)を用いた繊維強化樹脂部材(1)と、無機繊維材料(Y)を用いた繊維強化樹脂部材(2)があるが、いずれの製造方法も同様であり、ここでは、無機繊維材料(X)及び無機繊維材料(Y)を総称して無機繊維マットと記載する。
含浸の方法としては、無機繊維マットに熱可塑性組成物又はPP組成物を塗布する方法、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物のシート(以下「熱可塑性樹脂シート」又は「PPシート」と記載することがある。)を作製しておき、該熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マットに積層し、加熱、溶融させて含浸させる方法等がある。
本発明では、一体成形体を製造するためのシートにおける樹脂の繊維への含浸性の観点から、熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マットに積層し、加熱、溶融させる方法が好ましい。特に、無機繊維マットが2つの熱可塑性樹脂シート又はPPシートの間になるように積層し、その後、該積層体を加熱及び加圧し、ついで冷却固化することで得ることができる。
ここで熱可塑性樹脂シート又はPPシートの厚みとしては、繊維マットへの含浸が良好に行える範囲であれば特に制限はない。
【0067】
(無機繊維マット)
一体成形体を製造するためのシートの製造方法において用いられる無機繊維の形態としては、特に制限はなく、様々な形態のものを使用することができるが、マット状ないしはシート状に形成しているものが好ましい。
より具体的には、ガラス繊維により形成されるマット(以下、「ガラス繊維マット」と記載する。)、アルミナ繊維に代表される金属酸化物繊維により形成されるマット(以下、「金属酸化物マット」と記載する。)が好ましい。
【0068】
当該無機繊維マットの坪量(単位面積当りの質量)は、特段の制限はなく、用途に応じて適宜決定されるが、好ましくは300g/m2以上、より好ましくは800g/m2超、より好ましくは1500g/m2超である。また、当該無機繊維マットの坪量は、特段の制限はないが、好ましくは5000g/m2以下、より好ましくは4500g/m2以下、さらに好ましくは4000g/m2以下、特に好ましくは3500g/m2以下である。
【0069】
無機繊維マットの単位面積当りの坪量(目付)は、該無機繊維マットを構成する無機繊維集積体を折り畳み装置にて積層する際、単位面積当りの繊維量を調整することによって、上記の範囲とすることができる。また、本発明の無機繊維マットは、複数の無機繊維マットを接着した構成であっても、単一の構成であってもよいが、ハンドリング性や接着界面における剥離強度の点から、単一の構成であることが好ましい。
【0070】
(ガラス繊維マット)
本発明に用いられるガラス繊維マットの形態としては、短繊維ガラス綿で加工したフェルト及びブランケット、連続ガラス繊維を加工したチョップドストランドマット、連続ガラス繊維のスワール(渦巻状)マット、一方向引き揃えマットなどが挙げられる。これらの中でも、特に連続ガラス繊維のスワール(渦巻状)マットをニードルパンチしたガラス繊維マットを使用すると、スタンパブルシートの強度、および、耐衝撃性が優れており、好ましい。
【0071】
(金属酸化物繊維マット)
本発明に係る金属酸化物繊維マットは、アルミナ繊維等の金属酸化物繊維で構成され、かつニードリング処理が施されたマットである。
【0072】
熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マットに積層し、加熱、溶融させる方法において、加熱温度は170~300℃であることが好ましい。加熱温度が170℃以上であると、ポリプロピレン系樹脂の流動性が十分であり、無機繊維マットにPP組成物を十分に含浸させることができ、好適な繊維強化樹脂部材(1)及び繊維強化樹脂部材(2)が得られる。一方、加熱温度が300℃以下であると、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物が劣化することがない。
さらに、加圧圧力としては0.1~1MPaであることが好ましい。加圧圧力が0.1MPa以上であると、無機繊維マットに熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物を十分に含浸させることができ、繊維強化樹脂部材(1)及び繊維強化樹脂部材(2)が得られる。一方、1MPa以下とすることで、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物が流動し、バリが生じることがない。
また、冷却時の温度としては、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物中の熱可塑性樹脂の凝固点以下であれば、特に制限されないが、冷却温度が80℃以下であると、得られた繊維強化樹脂部材(1)及び繊維強化樹脂部材(2)を取り出す際に変形することがない。以上の観点から、冷却温度は、室温~80℃であることが好ましい。
【0073】
上記の積層体を加熱及び加圧、冷却して、繊維強化樹脂部材(1)及び繊維強化樹脂部材(2)を得る方法としては、加熱装置の付いた金型内で積層体をプレス成形する方法、および、積層体を加熱装置の付いた2対のローラーの間を通して加熱と加圧を行うラミネート加工などがあり、特に、ラミネート加工は、連続生産が行えるため、生産性が良く、好ましい。
【0074】
<繊維強化樹脂部材の厚み>
本発明の繊維強化樹脂部材の厚みは、通常1~10mm、好ましくは2~5mmである。この繊維強化樹脂部材の厚みが1mm以上であると、繊維強化樹脂部材の製造が容易であり、一方、繊維強化樹脂部材の厚みが10mm以下であれば、繊維強化樹脂部材をスタンピング成形などで加工する際に、長時間の予備加熱が必要とならず、良好な成形加工性が得られる。
なお、繊維強化部材(A)及(B)の厚みの比率については、要求される物性に応じて、適宜決定できる。
【0075】
<一体成形体>
本発明の繊維強化樹脂部材は、常法に従いスタンピング成形することで、所望の形状に成形することにより、繊維強化樹脂部材からなる一体成形体を得ることができる。具体的には、繊維強化樹脂部材(1)、(2)を作製しておき、スタンピング成形時に全面、あるいは所望の部位に繊維強化樹脂部材(2)を配置することで一体成形体を得ることができる。
【0076】
(用途)
本発明の一体成形体の用途としては、例えば、自動車部品や電気電子機器部品などの工業分野の各種部品等が挙げられる。とりわけ強度と剛性、導電性に優れ、かつ、加工性にも優れるため、これらの性能をバランスよく、より高度に必要とされる用途、例えば、バッテリーケースなどの各種ハウジングや筐体に、好適に用いることができる。
【0077】
[バッテリーパック]
本発明は、上記一体成形体からなるバッテリーハウジングを搭載したバッテリーパックをも与えるものである。
本発明のバッテリーパックについて、
図3を用いて説明する。
【0078】
図3は、本発明のバッテリーパックを示す概念図である。本発明のバッテリーパック20は、複数のバッテリーセル(電池単体)21の集合体であるバッテリーモジュール、これらを収納するためのバッテリーハウジングを備える。バッテリーハウジングは、バッテリーモジュールを収納するアンダーケース23と本発明の一体成形体10からなる蓋材を有する。バッテリーセル21は、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁22を備えている。
本発明のバッテリーパックは、バッテリーセル21の排出弁の排出口との対向位置に繊維強化部材(2)12が部分的に配置される点が特徴である。このように、排出弁22の排出口との対向位置に繊維強化部材(2)12を配することで、高温の噴出物による熱的障害を防止して安全性を向上することができる。
【0079】
本発明のバッテリーパックに用いるバッテリーとしては、特に限定されない。例えば、リチウムイオンバッテリー、ニッケル・水素電池、リチウム・硫黄電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池、鉛蓄電池、空気電池等の二次電池が挙げられる。これらの中では、リチウムイオンバッテリーであることが好ましい。
【0080】
<バッテリーハウジングの構造>
本発明のバッテリーパック20におけるバッテリーハウジングの厚みは、特段の制限はないが、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは1.0mm以上、さらに好ましくは2.0mm以上である。上記下限値以上であると成形性、機械強度、遮炎性の点から好ましい。また、当該バッテリーハウジングの厚みは、好ましくは10mm以下、さらに好ましくは8mm以下、特に好ましくは6mm以下である。上記上限値以下であると設置される空間の大きさに応じやすいことや軽量化、成形性の点から好ましい。
【0081】
<バッテリーハウジングの製造方法>
本発明のバッテリーハウジングの製造方法としては、種々の方法を用いることができるが、生産性の点から、プレス成型が好ましい。プレス成型に際しては、本発明の一体成形体を形成するためのシートを作製しておき、複数枚を重ね、プレス成型することが好ましい。
【実施例0082】
以下、実施例を用いて本発明の第一の態様を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(評価方法)
1.遮炎性の評価
各実施例及び比較例にて調製した成形体形成用シートについて、一方の表面から、1300℃のバーナーの炎をあて、15分間の後に炎が貫通するか否かで評価した。バーナーの火口からサンプルまでの距離は160mmとした。火炎面表面が1200℃となるように設定した。火炎面温度は熱電対温度計で確認した。
上記の遮炎性評価において、試験片のバーナーの炎を当てた面の反対側の面(裏面)の温度を非接触式放射温度計(キーエンス社製「FT-H50K」)で測定した。測定エリアはφ35mmである。測定エリアの中心がした箇所は、バーナーの炎の位置の直上付近になるように目視で設定した。表1には、600秒経過時までの裏面の最高突立つ温度(℃)と、裏面温度が初めて500℃に到達した時の経過時間(秒)を示した。
【0083】
(使用した材料)
1.ポリプロピレン系樹脂(a成分)
日本ポリプロ(株)製、「ノバテックPP SA06GA」(メルトフローレート:60g/10分)を用いた。
【0084】
2.熱膨張性難燃剤(b成分)
リン系難燃剤組成物((株)ADEKA製、アデカスタブFP-2500S、リン系難燃剤組成物の総質量に対し、ピロリン酸ピベラジンを50~60質量%、ピロリン酸メラミンを35~45質量%、酸化亜鉛を3~6質量%含有)
【0085】
3.分散剤(c成分)
α-オレフィン・無水マレイン酸共重合体(三菱ケミカル(株)製、ダイヤカルナ30M、重量平均分子量7,800)。
【0086】
4.繊維
4-1 ガラス繊維マット(無機繊維材料(X))
ロービングの連続したガラス繊維(繊維径23μm)から製造されたスワール(渦巻状)マット(坪量880g/m2)をニードルパンチしたガラス繊維マット(最大荷重時の伸度:11%)を使用した。
ガラス繊維マットは、下記の方法で、最大荷重時の伸度を測定した。
(最大荷重時の伸度)
250mm×25mmのガラス繊維マットのサンプル片を作成した。AUTOGRAPH 「AG-10TA」(島津製作所製)を用いて、サンプルの両端をチャックで固定した。引張モードにて200mm/minの速度で試験を実施した。変位量と荷重値を測定し、最大荷重時のサンプル伸度(歪み量)を算出した。
4-2 ガラス繊維織物(無機繊維材料(Y))
ガラス繊維織物(目付600g/m2、最大荷重時の伸度:1.0%)を使用した。
前記のガラス繊維マットと同様の方法で、伸度を算出した。
【0087】
調製例1(PP組成物の調製)
上記a成分、b成分、及びc成分をそれぞれ68質量%、30質量%、及び2質量%の割合で混合し、溶融混練(230℃)して、ポリプロピレン系樹脂組成物(PP組成物)のペレットを調製した。
【0088】
比較調製例1
調製例1において、b成分及びc成分を用いないこと以外は、調製例1と同様にして、ポリプロピレン系樹脂組成物(PP組成物)のペレットを調製した。
【0089】
製造例1
調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを押出機に入れて、溶融した後、シート状に押出し成形するとともに、押出されたシート状PP(以下、「PPシート」と記載することがある。)、ガラス繊維マット(不織布)を、PPシートを最外層とし、間にガラス繊維マット(不織布)を供給して積層し、次いで、ラミネーターを用いて0.3MPaの圧力をかけながら、230℃で4分間、加熱及び加圧し、次いで、冷却固化させることで、樹脂シート(厚み;3.8mm)を得た。PPシートはガラス繊維マットに含浸され、一体化したシート(繊維強化樹脂部材(1))が得られた。PPシートとガラス繊維マットの重量比は、PPシート:ガラス繊維マット=6:4であった。以下、シートAと呼ぶ。シートAの組成を表1に示す。
【0090】
製造例2
製造例1において、調製例1にて造粒したPP組成物のペレットに代えて、比較調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを用いたこと以外は製造例1と同様にしてシート(繊維強化樹脂部材(1))を得た。PPシートとガラス繊維マットの重量比は、PPシート:ガラス繊維マット=6:4であった。以下、シートBと呼ぶ。シートBの組成を表1に示す。
【0091】
製造例3
調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを押出機に入れて、溶融した後、シート状に押出し成形して、押出されたシート状PPシートを得た。PPシートを挟み込むように両面にガラス繊維織物を積層して、積層物とした。さらに積層物を挟み込むように、両面をPPシート21を最外層となるように積層した。次いで、ラミネーターを用いて0.3MPaの圧力をかけながら、230℃で6分間、加熱及び加圧し、次いで、冷却固化させることで、繊維強化複合材料(厚み;1.5mm)を得た。PPシートはその一部がガラス繊維織物に含浸され、一体化した層を有するシート(繊維強化樹脂部材(2))が得られた。PPシートとガラス繊維織物の重量比は、PPシート:ガラス繊維織物=3:7であった。以下、シートCと呼ぶ。シートCの組成を表1に示す。
【0092】
製造例4
製造例3において、調製例1にて造粒したPP組成物のペレットに代えて、比較調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを用いたこと以外は製造例3と同様にしてシート(繊維強化樹脂部材(2))を得た。PPシートとガラス繊維織物の重量比は、PPシート:ガラス繊維織物=3:7であった。以下、シートDと呼ぶ。シートDの組成を表1に示す。
【0093】
実施例1
上記シートA(繊維強化樹脂部材(1))及びシートC(繊維強化樹脂部材(2))を材料温度が210℃になるように加熱し、繊維強化樹脂部材(1)に対して、繊維強化樹脂部材(2)が1:1(繊維強化樹脂部材(2):繊維強化樹脂部材(1))の面積比となるように、繊維強化樹脂部材(2)を重ね合わせて金型に設置して、面圧200kg/cm
2で60秒間保持することで、
図1に示すような、繊維強化樹脂部材(1)11に対して、繊維強化樹脂部材(2)12が全面的に配された一体成形体10を得た。一体成形体の厚みは2.5mmであった。得られた一体成形体のシートA側の面に対して、遮炎試験を実施した。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0094】
実施例2
得られた一体成形体のシートC側の面に対して、遮炎試験を実施したこと以外は、実施例1と同様にして、評価を行った。一体成形体の厚みは2.5mmであった。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0095】
実施例3
上記シートB(繊維強化樹脂部材(1))及びシートC(繊維強化樹脂部材(2))を材料温度が210℃になるように加熱し、繊維強化樹脂部材(1)に対して、繊維強化樹脂部材(2)が1:1(繊維強化樹脂部材(2):繊維強化樹脂部材(1))の面積比となるように、繊維強化樹脂部材(2)を重ね合わせて金型に設置して、面圧200kg/cm
2で60秒間保持することで、
図1に示すような、繊維強化樹脂部材(1)11に対して、繊維強化樹脂部材(2)12が全面的に配された一体成形体10を得た。一体成形体の厚みは2.5mmであった。得られた一体成形体のシートB側の面に対して、遮炎試験を実施した。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0096】
実施例4
得られた一体成形体のシートC側の面に対して、遮炎試験を実施したこと以外は、実施例3と同様にして、評価を行った。一体成形体の厚みは2.5mmであった。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0097】
実施例5
上記シートA(繊維強化樹脂部材(1))及びシートD(繊維強化樹脂部材(2))を材料温度が210℃になるように加熱し、繊維強化樹脂部材(1)に対して、繊維強化樹脂部材(2)が1:1(繊維強化樹脂部材(2):繊維強化樹脂部材(1))の面積比となるように、繊維強化樹脂部材(2)を重ね合わせて設置して、面圧200kg/cm
2で60秒間保持することで、
図1に示すような、繊維強化樹脂部材(1)11に対して、繊維強化樹脂部材(2)12が全面的に配された一体成形体10を得た。一体成形体の厚みは2.5mmであった。得られた一体成形体のシートA側の面に対して、遮炎試験を実施した。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0098】
実施例6
得られた一体成形体のシートD側の面に対して、遮炎試験を実施したこと以外は、実施例5と同様にして、評価を行った。一体成形体の厚みは2.5mmであった。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0099】
比較例1
上記シートB(繊維強化樹脂部材(1))及びシートD(繊維強化樹脂部材(2))を材料温度が210℃になるように加熱し、繊維強化樹脂部材(1)に対して、繊維強化樹脂部材(2)が1:1(繊維強化樹脂部材(2):繊維強化樹脂部材(1))の面積比となるように、繊維強化樹脂部材(2)を重ね合わせ、プレス成形することで、
図1に示すような、繊維強化樹脂部材(1)11に対して、繊維強化樹脂部材(2)12が全面的に配された一体成形体10を得た。得られた一体成形体のシートB側の面に対して、遮炎試験を実施した。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0100】
比較例2
得られた一体成形体のシートD側の面に対して、遮炎試験を実施したこと以外は、比較例1と同様にして、評価を行った。上記方法により評価した結果を表2に示す。
【0101】
【0102】
【0103】
実施例1~6に示されるように、本発明の一体成形体は遮炎性に優れ、15分経過時点でも炎が遮断された。一方、比較例1は140秒時点、比較例2は106秒時点で火炎が裏面に貫通した。
本発明の一体成形体は、高い遮炎性と強度を有する。したがって、航空機、船舶、自動車部品や電気電子機器部品、建築材など高い安全性が求められる各種工業部品の材料として有用である。とりわけ従来から金属が使用されていたバッテリーの各種ハウジングや筐体に、好適に用いることができ、自動車の安全性に貢献すると共に軽量化によるエネルギー効率の向上やCO2排出量削減などが期待される。
特に、本発明の一体成形体を用いた電池パックは、繊維強化樹脂部材(2)の機能により、高温の噴出物による熱的障害を防止して安全性を向上できるとともに、繊維強化樹脂部材(1)及び(2)の機能によって、遮炎性、耐熱性が担保される。さらに、繊維強化部材(2)が部分的に設けられる場合には、繊維強化部材(1)の機能が十分に発揮され、成形加工性にも優れることが期待される。