(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物、成形品およびそれらの製造方法
(51)【国際特許分類】
C08L 81/02 20060101AFI20241112BHJP
C08L 77/00 20060101ALI20241112BHJP
C08L 27/18 20060101ALI20241112BHJP
C08L 23/06 20060101ALI20241112BHJP
C08L 83/04 20060101ALI20241112BHJP
C08K 7/02 20060101ALI20241112BHJP
【FI】
C08L81/02
C08L77/00
C08L27/18
C08L23/06
C08L83/04
C08K7/02
(21)【出願番号】P 2024515105
(86)(22)【出願日】2023-12-07
(86)【国際出願番号】 JP2023043750
【審査請求日】2024-03-07
(31)【優先権主張番号】P 2023002998
(32)【優先日】2023-01-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002886
【氏名又は名称】DIC株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149445
【氏名又は名称】大野 孝幸
(74)【代理人】
【識別番号】100163290
【氏名又は名称】岩本 明洋
(74)【代理人】
【識別番号】100186646
【氏名又は名称】丹羽 雅裕
(72)【発明者】
【氏名】高橋 良尚
(72)【発明者】
【氏名】黒川 隆平
(72)【発明者】
【氏名】倉田 地人
【審査官】西山 義之
(56)【参考文献】
【文献】特開平02-202548(JP,A)
【文献】特開昭63-162727(JP,A)
【文献】特開平09-087533(JP,A)
【文献】特開平11-323118(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L 1/00-101/14
C08K 3/00- 13/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、ポリアミド繊維(B)と、固体潤滑剤(C)とを配合してな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)の300℃、荷重:1.96×10
6Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、カルボキシル基を分子構造中に有し、該官能基の含有量が10~200μmol/gであり、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、前記ポリアミド繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなること、
ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さが40MPa以上であること、を特徴とするポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
【請求項2】
前記固体潤滑剤(C)の分散径が50μm以下である、請求項1記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
【請求項3】
前記固体潤滑剤(C)が、ポリテトラフルオロエチレン、またはポリエチレンを含む、請求項1又は2記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
【請求項4】
請求項1又は2記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品。
【請求項5】
請求項1又は2記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる摺動部材。
【請求項6】
請求項1又は2記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなるギヤ。
【請求項7】
ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、ポリアミド繊維(B)と、固体潤滑剤(C)とを配合し、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の融点以上の温度で溶融混練する工程を有す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、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の300℃、荷重:1.96×10
6Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、カルボキシル基を分子構造中に有し、該官能基の含有量が10~200μmol/gであり、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、前記ポリアミド繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなること、
ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さが40MPa以上であること、を特徴とするポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
【請求項8】
前記固体潤滑剤(C)の分散径が50μm以下である、請求項
7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。
【請求項9】
前記固体潤滑剤(C)が、ポリテトラフルオロエチレン、またはポリエチレンを含む、請求項
7又は8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。
【請求項10】
請求項
7又は8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により得られたポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を、溶融成形する工程を有する、成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物、ポリアリーレンスルフィド樹脂成形品およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ロボット開発における薄肉化や軽量化を目的に、従来金属製であったギヤを樹脂化する検討が盛んに行われている。例えば、高融点を有する高耐熱性のエンジニアリングプラスチックは、金属代替材料として、ギヤや軸受け等の摺動材料としてのニーズが高まっている。しかしながら、これらの用途として樹脂材料を用いる場合、高負荷環境下では機械的強度や摺動特性が不十分であり、耐久性に乏しいといった課題があった。
【0003】
一方、ポリフェニレンスルフィド樹脂(以下、「PPS樹脂」)に代表されるポリアリーレンスルフィド樹脂(以下、「PAS樹脂」)は、耐熱性、耐薬品性等に優れ、広範に利用されているエンジニアリングプラスチックである。摺動特性に優れるPAS樹脂としては、例えば、PPSと、5~50重量%の潤滑剤と、5~30重量%の、平均繊維長1~25mmのポリアラミド繊維とを複合してなる摺動材料が開示されている(特許文献1)。また、特許文献2には、100重量の、重合停止剤として芳香族ジスルフィド系化合物を使用した重合反応により合成されたPAS樹脂と、10~180重量部の炭素繊維、全芳香族ポリアミド繊維またはガラス繊維とを配合した樹脂組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開昭63-162727号公報
【文献】国際公開2015/119123号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の方法で得られるPAS樹脂組成物の機械的強度や摺動特性は、高負荷環境における部材として用いるには不十分であり、更なる改善が求められていた。
【0006】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、機械的強度と摺動特性のバランスに優れ、かつ、高い耐久性を有するPAS成形品、当該成形品を提供可能なPAS樹脂組成物およびそれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、PAS樹脂に対して所定量のポリアミド繊維と固体潤滑剤を配合することにより、機械的強度と摺動特性のバランスに優れ、かつ、高い耐久性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本開示は、PAS樹脂(A)と、ポリアミド(以下、PAということがある)繊維(B)と、固体潤滑剤(C)とを配合してなるPAS樹脂組成物であって、
前記PAS樹脂(A)の300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、
前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、前記PA繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなること、
ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さが40MPa以上であることを特徴とするPAS樹脂組成物に関する。
【0009】
また、本開示は、前記記載のPAS樹脂組成物を成形してなるPAS樹脂成形品に関する。
【0010】
また、本開示は、前記記載の成形品からなる摺動部材に関する。
【0011】
また、本開示は、PAS樹脂(A)と、PA繊維(B)と、固体潤滑剤(C)とを配合し、PAS樹脂(A)の融点以上の温度で溶融混練する工程を有するPAS樹脂組成物の製造方法であって、
前記PAS樹脂(A)の300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、
前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、前記PA繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなること、
ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さが40MPa以上であることを特徴とするPAS樹脂組成物の製造方法に関する。
【0012】
また、本開示は、前記記載の製造方法でPAS樹脂組成物を製造する工程、得られたPAS樹脂組成物を溶融成形する工程を有する成形品の製造方法に関する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、機械的強度と摺動特性のバランスに優れ、かつ、高い耐久性を有するPAS成形品、当該成形品を提供可能なPAS樹脂組成物およびそれらの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はここで説明する一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができる。また、特定のパラメータについて、複数の上限値及び下限値が記載されている場合、これらの上限値及び下限値の内、任意の上限値と下限値とを組合せて好適な数値範囲とすることができる。
【0015】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、PAS樹脂(A)と、PA繊維(B)と、固体潤滑剤(C)とを配合してなるPAS樹脂組成物であって、
前記PAS樹脂(A)の300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、前記PA繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなることを特徴とする。以下、説明する。
【0016】
<PAS樹脂(A)>
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、必須成分としてPAS樹脂を配合してなる。
【0017】
PAS樹脂は、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、下記一般式(1)
【0018】
【化1】
(式中、R
1及びR
2は、それぞれ独立して水素原子、炭素原子数1~4の範囲のアルキル基、ニトロ基、アミノ基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基を表す。)で表される構造部位と、必要に応じてさらに下記一般式(2)
【0019】
【化2】
で表される3官能性の構造部位と、を繰り返し単位とする樹脂である。式(2)で表される3官能性の構造部位は、他の構造部位との合計モル数に対して0.001~3モル%の範囲が好ましく、特に0.01~1モル%の範囲であることが好ましい。
【0020】
ここで、前記一般式(1)で表される構造部位は、特に該式中のR1及びR2は、前記PAS樹脂の機械的強度の点から水素原子であることが好ましく、その場合、下記式(3)で表されるパラ位で結合するもの、及び下記式(4)で表されるメタ位で結合するものが挙げられる。
【0021】
【化3】
これらの中でも、特に繰り返し単位中の芳香族環に対する硫黄原子の結合は前記一般式(3)で表されるパラ位で結合した構造であることが前記PAS樹脂の耐熱性や結晶性の面で好ましい。
【0022】
また、前記PAS樹脂は、前記一般式(1)や(2)で表される構造部位のみならず、下記の構造式(5)~(8)
【0023】
【化4】
で表される構造部位を、前記一般式(1)と一般式(2)で表される構造部位との合計の30モル%以下で含んでいてもよい。特に本開示では上記一般式(5)~(8)で表される構造部位は10モル%以下であることが、PAS樹脂の耐熱性、機械的強度の点から好ましい。前記PAS樹脂中に、上記一般式(5)~(8)で表される構造部位を含む場合、それらの結合様式としては、ランダム共重合体、ブロック共重合体の何れであってもよい。
【0024】
また、前記PAS樹脂は、その分子構造中に、ナフチルスルフィド結合などを有していてもよいが、他の構造部位との合計モル数に対して、3モル%以下が好ましく、特に1モル%以下であることが好ましい。
【0025】
また、PAS樹脂の物性は、本発明の効果を損ねない限り特に限定されないが、以下の通りである。
【0026】
(溶融粘度)
本実施形態に用いるPAS樹脂の溶融粘度は特に限定されないが、加工性および機械的強度のバランスが良好となることから、300℃で測定した溶融粘度(V6)が、好ましくは2Pa・s以上の範囲であり、そして、好ましくは1000Pa・s以下の範囲、より好ましくは500Pa・s以下の範囲であり、さらに好ましくは300Pa・s以下の範囲である。ただし、溶融粘度(V6)の測定は、PAS樹脂を島津製作所製フローテスター、CFT-500Dを用いて行い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度の測定値とする。
【0027】
(非ニュートン指数)
本実施形態に用いるPAS樹脂の非ニュートン指数は特に限定されないが、0.90以上から、2.00以下の範囲であることが好ましい。直鎖状PAS樹脂を用いる場合には、非ニュートン指数が、好ましくは0.90以上の範囲、より好ましくは0.95以上の範囲から、好ましくは1.50以下の範囲、より好ましくは1.20以下の範囲である。このようなPAS樹脂は機械的物性、流動性、耐磨耗性に優れる。ただし、本開示において非ニュートン指数(N値)は、キャピログラフを用いて融点+20℃、オリフィス長(L)とオリフィス径(D)の比、L/D=40の条件下で、剪断速度(SR)及び剪断応力(SS)を測定し、下記式を用いて算出した値である。非ニュートン指数(N値)が1に近いほど線状に近い構造であり、非ニュートン指数(N値)が高いほど分岐が進んだ構造であることを示す。
【0028】
【数1】
[ただし、SRは剪断速度(秒
-1)、SSは剪断応力(ダイン/cm
2)、そしてKは定数を示す。]
【0029】
(カルボキシル基含有量)
本実施形態に用いるPAS樹脂のカルボキシル基含有量は、10μmol/g以上から、200μmol/g以下の範囲であることが好ましく、20μmol/g以上から、180μmol/g以下の範囲であることがより好ましい。かかる範囲において、樹脂組成物が良好な加工性を有しつつ耐久性に優れた成形品を得ることができる。なお、本開示においてカルボキシル基含有量は、実施例に記載の方法で測定した値である。
【0030】
(製造方法)
前記PAS樹脂の製造方法としては特に限定されないが、例えば(製造法1)硫黄と炭酸ソーダの存在下でジハロゲノ芳香族化合物を、必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加えて、重合させる方法、(製造法2)極性溶媒中でスルフィド化剤等の存在下にジハロゲノ芳香族化合物を、必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加えて、重合させる方法、(製造法3)p-クロルチオフェノールを、必要ならばその他の共重合成分を加えて、自己縮合させる方法、(製造法4)ジヨード芳香族化合物と単体硫黄を、カルボキシル基やアミノ基等の官能基を有していてもよい重合禁止剤の存在下、減圧させながら溶融重合させる方法、等が挙げられる。これらの方法のなかでも、(製造法2)の方法が汎用的であり好ましい。反応の際に、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩や、水酸化アルカリを添加しても良い。上記(製造法2)方法のなかでも、加熱した有機極性溶媒とジハロゲノ芳香族化合物とを含む混合物に含水スルフィド化剤を水が反応混合物から除去され得る速度で導入し、有機極性溶媒中でジハロゲノ芳香族化合物とスルフィド化剤とを、必要に応じてポリハロゲノ芳香族化合物と加え、反応させること、及び反応系内の水分量を該有機極性溶媒1モルに対して0.02~0.5モルの範囲にコントロールすることによりPAS樹脂を製造する方法(特開平07-228699号公報参照。)や、固形のアルカリ金属硫化物及び非プロトン性極性有機溶媒の存在下でジハロゲノ芳香族化合物と必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加え、アルカリ金属水硫化物及び有機酸アルカリ金属塩を、硫黄源1モルに対して0.01~0.9モルの範囲の有機酸アルカリ金属塩および反応系内の水分量を非プロトン性極性有機溶媒1モルに対して0.02モル以下の範囲にコントロールしながら反応させる方法(WO2010/058713号パンフレット参照。)で得られるものが特に好ましい。ジハロゲノ芳香族化合物の具体的な例としては、p-ジハロベンゼン、m-ジハロベンゼン、o-ジハロベンゼン、2,5-ジハロトルエン、1,4-ジハロナフタレン、1-メトキシ-2,5-ジハロベンゼン、4,4’-ジハロビフェニル、3,5-ジハロ安息香酸、2,4-ジハロ安息香酸、2,5-ジハロニトロベンゼン、2,4-ジハロニトロベンゼン、2,4-ジハロアニソール、p,p’-ジハロジフェニルエーテル、4,4’-ジハロベンゾフェノン、4,4’-ジハロジフェニルスルホン、4,4’-ジハロジフェニルスルホキシド、4,4’-ジハロジフェニルスルフィド、及び、上記各化合物の芳香環に炭素原子数1~18の範囲のアルキル基を有する化合物が挙げられ、ポリハロゲノ芳香族化合物としては1,2,3-トリハロベンゼン、1,2,4-トリハロベンゼン、1,3,5-トリハロベンゼン、1,2,3,5-テトラハロベンゼン、1,2,4,5-テトラハロベンゼン、1,4,6-トリハロナフタレンなどが挙げられる。また、上記各化合物中に含まれるハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子であることが望ましい。
【0031】
重合工程により得られたPAS樹脂を含む反応混合物の後処理方法としては、特に制限されるものではないが、例えば、(後処理1)重合反応終了後、先ず反応混合物をそのまま、あるいは酸または塩基を加えた後、減圧下または常圧下で溶媒を留去し、次いで溶媒留去後の固形物を水、反応溶媒(又は低分子ポリマーに対して同等の溶解度を有する有機溶媒)、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類などの溶媒で1回または2回以上洗浄し、更に中和、水洗、濾過および乾燥する方法、或いは、(後処理2)重合反応終了後、反応混合物に水、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素などの溶媒(使用した重合溶媒に可溶であり、かつ少なくともPASに対しては貧溶媒である溶媒)を沈降剤として添加して、PASや無機塩等の固体状生成物を沈降させ、これらを濾別、洗浄、乾燥する方法、或いは、(後処理3)重合反応終了後、反応混合物に反応溶媒(又は低分子ポリマーに対して同等の溶解度を有する有機溶媒)を加えて撹拌した後、濾過して低分子量重合体を除いた後、水、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類などの溶媒で1回または2回以上洗浄し、その後中和、水洗、濾過および乾燥をする方法、(後処理4)重合反応終了後、反応混合物に水を加えて水洗浄、濾過、必要に応じて水洗浄の時に酸を加えて酸処理し、乾燥をする方法、(後処理5)重合反応終了後、反応混合物を濾過し、必要に応じ、反応溶媒で1回または2回以上洗浄し、更に水洗浄、濾過および乾燥する方法、等が挙げられる。これらの方法のなかでも、(後処理4)の方法が、PAS樹脂の分子末端にカルボキシル基を有するPAS樹脂を得られるため好ましい。
【0032】
尚、上記(後処理1)~(後処理5)に例示したような後処理方法において、PAS樹脂の乾燥は真空中で行なってもよいし、空気中あるいは窒素のような不活性ガス雰囲気中で行なってもよい。
【0033】
<ポリアミド繊維(B)>
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、PA繊維(B)を必須成分として配合してなる。
【0034】
本実施形態に適応できるPA繊維(B)としては、特に限定されず、PA樹脂からなるものであれば公知のものを用いることができる。特に、一種以上の芳香族ジアミンと一種以上の芳香族ジカルボン酸ハライドを用いて製造される、全芳香族PA繊維(アラミド繊維)が耐熱性及び機械的強度の観点から好ましい。アラミド繊維としては、例えばメタ系アラミド繊維、パラ系アラミド繊維などが挙げられ、その中でもパラ系アラミド繊維が好ましく、特にコポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミドに代表される共重合型パラ系アラミド繊維が好ましい。
【0035】
PA繊維(B)の形状については、繊維状であれば特に限定はされず、繊維径および繊維長、さらにアスペクト比などは成形体の用途などに応じて適宜調整可能である。より優れた機械的強度を発現できる観点から、平均繊維長が0.1mm以上が好ましく、0.5mm以上がより好ましく、また、6mm以下が好ましく、4mm以下がより好ましい。
【0036】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物においてPA繊維(B)の配合量は、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは7質量部以上の範囲から、好ましくは35質量部以下、より好ましくは25質量部以下の範囲である。かかる範囲において、樹脂組成物が良好な加工性を有しつつ、かつ、成形品の耐摩耗性及び機械的強度、および寸法安定性に優れるため好ましい。
【0037】
また、PA繊維(B)は、表面処理剤や集束剤で加工されたものを用いることもできる。これにより前記PAS樹脂との接着力を向上させることができることから好ましい。前記表面処理剤又は集束剤としては、例えば、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基、ビニル基等の官能基を有するシラン化合物、チタネート化合物、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エステル樹脂、及びエポキシ樹脂等からなる群から選ばれる少なくとも1種のポリマー等が挙げられる。
【0038】
<固体潤滑剤(C)>
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、固体潤滑剤(C)を必須成分として配合してなる。本発明において、固体潤滑剤とは、常温(23℃)で固体であり、かつ、動摩擦係数が0.2以下の物質を指す。
【0039】
本実施形態に適用できる固体潤滑剤としては、特に限定されず公知のものを用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、炭素繊維等が挙げられ、特に、摺動性と加工性の観点から、PTFE、ポリエチレンが好ましい。
【0040】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物において固体潤滑剤(C)の配合量は、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは8質量部以上の範囲から、好ましくは30質量部以下、より好ましくは25質量部以下の範囲である。かかる範囲において、樹脂組成物が良好な加工性を有しつつ、かつ、成形品の耐摩耗性及び機械的強度に優れるため好ましい。
【0041】
<液状ケイ素樹脂(D)>
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、耐摩耗性向上および摩擦係数の低減を目的として、さらに液状ケイ素樹脂(D)を任意成分として配合することができる。
【0042】
本実施形態に適応できる液状ケイ素樹脂としては、常温(23℃)で液体のケイ素樹脂であれば、特に限定されず公知のものを用いることができる。例えば、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンが挙げられる。また、側鎖の一部、片末端、両末端を変性した液状ケイ素樹脂を用いることができる。変性官能基としては、例えば、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、カルビノール基、メタクリル基、フッ素基、アルキル基、アルキルアラルキル基、ポリエーテル基、メルカプト基、フェノール基、エステル基が挙げられる。本実施形態においては、未変性のジメチルシリコーン、未変性のメチルフェニルシリコーン、アミノ変性ジメチルシリコーン、カルボキシ変性ジメチルシリコーン、アミノ変性メチルフェニルシリコーン、カルボキシ変性メチルフェニルシリコーンを用いることが好ましい。
【0043】
また、本実施形態に係る樹脂組成物に適応できる液状ケイ素樹脂は、動粘度が100mm2/s以上が好ましく、500mm2/s以上がより好ましく、また、30000mm2/s以下が好ましく、20000mm2/s以下がより好ましい。かかる範囲において、樹脂組成物が良好な加工性を有しつつ、かつ、成形品の耐摩耗性及び機械的強度に優れるため好ましい。なお、本開示における動粘度は、JIS K2283-2000に準拠して測定した値である。
【0044】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、充填剤を任意成分として配合することができる。例えば、繊維状、板状、粉粒状等、さまざまな形状の充填剤等が挙げられる。具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、ミルドファイバー、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、セリサイト、マイカ、タルク、アタパルジャイト、フェライト、ケイ酸カルシウム、ゼオライト、ベーマイト、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、珪藻土等のケイ酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ等の金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の金属炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の金属硫酸塩、ヒュームドシリカ、その他炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、各種金属粉末、カカオハスク等の植物由来充填剤等が挙げられる。本開示では、これらを1種又は2種以上併用することができる。中でも、ハイドロタルサイト、炭酸カルシウム、タルク、炭酸亜鉛、アルミナ、水酸化マグネシウム、窒化ホウ素、炭酸マグネシウムを好ましく用いることができる。その大きさやアスペクト比は成形品の用途などに応じて適宜調整可能である。
【0045】
本実施形態において充填剤は必須成分ではないが、配合する場合、その配合量は本発明の効果を損ねなければ特に限定されるものではない。他の充填剤の配合量としては、例えば、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは5質量部以上の範囲から、好ましくは600質量部以下、より好ましくは200質量部以下の範囲である。かかる範囲において、樹脂組成物が良好な成形性を示し、かつ、成形品が機械的性質に優れるため好ましい。
【0046】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、必要に応じて、シランカップリング剤を任意成分として配合することができる。シランカップリング剤としては、本発明の効果を損ねなければ特に限定されないが、カルボキシル基と反応する官能基、例えば、エポキシ基、イソシアナト基、アミノ基または水酸基を有するシランカップリング剤が好ましいものとして挙げられる。このようなシランカップリング剤としては、例えば、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシ基含有アルコキシシラン化合物、γ-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルエチルジメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルエチルジエトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリクロロシラン等のイソシアナト基含有アルコキシシラン化合物、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基含有アルコキシシラン化合物、γ-ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン等の水酸基含有アルコキシシラン化合物が挙げられる。本発明においてシランカップリング剤は必須成分ではないが、配合する場合、その配合量は、本発明の効果を損ねなければその添加量は特に限定されないが、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上から、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下までの範囲である。かかる範囲において、樹脂組成物が良好な耐コロナ性と成形性、特に離形性を有し、かつ成形品の機械的強度が向上するため好ましい。
【0047】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、必要に応じて、熱可塑性エラストマーを任意成分として配合することができる。熱可塑性エラストマーとしては、ポリオレフィン系エラストマー、弗素系エラストマーまたはシリコーン系エラストマーが挙げられ、このうちポリオレフィン系エラストマーが好ましいものとして挙げられる。これらのエラストマーを添加する場合、その配合量は、本発明の効果を損ねなければ特に限定されないが、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上から、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下までの範囲である。かかる範囲において、得られるPAS樹脂組成物の耐衝撃性が向上するため好ましい。
【0048】
例えば、前記ポリオレフィン系エラストマーは、α-オレフィンの単独重合体、または2以上のα-オレフィンの共重合体、1または2以上のα-オレフィンと、官能基を有するビニル重合性化合物との共重合体が挙げられる。この際、前記α-オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン等の炭素原子数が2以上から8以下までの範囲のα-オレフィンが挙げられる。また、前記官能基としては、カルボキシル基、酸無水物基(-C(=O)OC(=O)-)、エポキシ基、アミノ基、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、オキサゾリン基等が挙げられる。そして、前記官能基を有するビニル重合性化合物としては、酢酸ビニル;(メタ)アクリル酸等のα,β-不飽和カルボン酸;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のα,β-不飽和カルボン酸のアルキルエステル;アイオノマー等のα,β-不飽和カルボン酸の金属塩(金属としてはナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどのアルカリ土類金属、亜鉛等);グリシジルメタクリレート等のα,β-不飽和カルボン酸のグリシジルエステル等;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のα,β-不飽和ジカルボン酸;前記α,β-不飽和ジカルボン酸の誘導体(モノエステル、ジエステル、酸無水物)等の1種または2種以上が挙げられる。上述の熱可塑性エラストマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0049】
更に、本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、上記成分に加えて、さらに用途に応じて、適宜、ポリエステル樹脂、PA樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ四フッ化エチレン樹脂、ポリ二フッ化エチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、液晶ポリマー等の合成樹脂(以下、単に合成樹脂という)を任意成分として配合することができる。特に、フッ素系樹脂を配合すると摺動性がより向上するため好ましい。本発明において前記合成樹脂は必須成分ではないが、配合する場合、その配合の割合は本発明の効果を損ねなければ特に限定されるものではなく、また、それぞれの目的に応じて異なり、一概に規定することはできないが、本実施形態に係る樹脂組成物中に配合する合成樹脂の割合として、例えばPAS樹脂(A)100質量部に対し5質量部以上の範囲であり、15質量部以下の範囲の程度が挙げられる。換言すれば、PAS樹脂(A)と合成樹脂との合計に対してPAS樹脂の割合は質量基準で、好ましくは(100/115)以上の範囲であり、より好ましくは(100/105)以上の範囲である。
【0050】
また本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、その他にも着色剤、帯電防止剤、酸化防止剤、耐熱安定剤、紫外線安定剤、紫外線吸収剤、発泡剤、難燃剤、難燃助剤、防錆剤、および離型剤(ステアリン酸やモンタン酸を含む炭素原子数18~30の脂肪酸の金属塩やエステル、ポリエチレン等のポリオレフィン系ワックスなど)等の公知慣用の添加剤を必要に応じ、任意成分として配合してもよい。これらの添加剤は必須成分ではなく、例えば、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上の範囲であり、そして、好ましくは1000質量部以下、より好ましくは100質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下の範囲で、本発明の効果を損なわないよう目的や用途に応じて適宜調整して用いればよい。
【0051】
また、本開示のPAS樹脂組成物は、ウエルド強度が40MPa以上であることを特徴とする。また、45MPa以上が好ましく、50MPa以上がより好ましい。かかる範囲において、PAS樹脂成形品が耐久性に優れる。ウエルド強度がかかる範囲となるようにするためには、例えば、樹脂組成物におけるPAS樹脂の含有率に応じて、PAS樹脂の溶融粘度(V6)を50~2000Pa・sの範囲内で調整する方法が挙げられる。例えば、PAS樹脂以外の成分として無機充填剤が多く配合される場合には、樹脂組成物の結晶化速度が大きくなる傾向にあるので、PAS樹脂の溶融粘度を大きくして、結晶化挙動を調整する。なお、ウエルド強度の調整方法は上述の方法に限定されない。また、本開示におけるウエルド強度は、ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さであり、実施例に記載の方法で測定できる。
【0052】
<PAS樹脂組成物の製造方法>
本実施形態に係るPAS樹脂組成物の製造方法は、PAS樹脂(A)と、液状ケイ素樹脂(B)と、PA繊維(C)と、固体潤滑剤(C)とを配合し、PAS樹脂(A)の融点以上の温度で溶融混練する工程を有するPAS樹脂組成物の製造方法であって、
前記PAS樹脂(A)の300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、
前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、前記PA繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなること、
ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さが40MPa以上であることを特徴とする。以下、詳述する。
【0053】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物の製造方法は、上記必須成分を配合し、PAS樹脂(A)の融点以上の温度範囲で溶融混練する工程を有する。より詳しくは、本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、各必須成分、および、必要に応じてその他の任意成分を配合してなる。本発明に用いる樹脂組成物を製造する方法としては、特に限定されないが、必須成分と必要に応じて任意成分を配合して、溶融混練する方法、より詳しくは、必要に応じてタンブラーまたはヘンシェルミキサー等で均一に乾式混合し、次いで、二軸押出機に投入して溶融混練する方法が挙げられる
【0054】
溶融混練は、樹脂温度がPAS樹脂(A)の融点以上となる温度範囲、好ましくは該融点+10℃以上となる温度範囲、より好ましくは該融点+10℃以上、さらに好ましくは該融点+20℃以上から、好ましくは該融点+100℃以下、より好ましくは該融点+50℃以下までの範囲の温度に加熱して行うことができる。
【0055】
前記溶融混練機としては分散性や生産性の観点から二軸混練押出機が好ましく、例えば、樹脂成分の吐出量5~500(kg/hr)の範囲と、スクリュー回転数50~500(rpm)の範囲とを適宜調整しながら溶融混練することが好ましく、それらの比率(吐出量/スクリュー回転数)が0.02~5(kg/hr/rpm)の範囲となる条件下に溶融混練することがさらに好ましい。また、溶融混練機への各成分の添加、混合は同時に行ってもよいし、分割して行っても良い。例えば、前記成分のうち、必須成分のPA繊維(B)や必要に応じて他の繊維状充填剤を添加する場合は、前記二軸混練押出機のサイドフィーダーから該押出機内に投入することが分散性の観点から好ましい。かかるサイドフィーダーの位置は、前記二軸混練押出機のスクリュー全長に対する、該押出機樹脂投入部(トップフィーダー)から該サイドフィーダーまでの距離の比率が、0.1以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましい。また、かかる比率は0.9以下であることが好ましく、0.7以下であることがより好ましい。
【0056】
このように溶融混練して得られる本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、前記必須成分と、必要に応じて加える任意成分およびそれらの由来成分を含む溶融混合物である。このため、本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、PAS樹脂(A)が連続相を形成し、他の必須成分や任意成分が分散されたモルフォロジーを有する。すなわち、本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、前記PAS樹脂(A)を含む連続相中に、少なくとも前記固体潤滑剤(C)を含む島相が分散した海島構造を有する。前記固体潤滑剤(C)の平均分散径としては、機械強度の低下を抑制できる観点から、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましい。なお、前記平均分散径の測定方法は、実施例にて詳述する。
【0057】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、該溶融混練後に、公知の方法、例えば、溶融状態の樹脂組成物をストランド状に押出成形した後、ペレット、チップ、顆粒、粉末などの形態に加工してから、必要に応じて100~150℃の温度範囲で予備乾燥を施すことが好ましい。
【0058】
<PAS樹脂成形品、PAS樹脂成形品の製造方法>
本実施形態に係る成形品はPAS樹脂組成物を溶融成形してなる。また、本実施形態に係る成形品の製造方法は、前記PAS樹脂組成物を溶融成形する工程を有する。このため、本実施形態に係る成形品は、PAS樹脂(A)が連続相を形成し、他の必須成分や任意成分が分散されたモルフォロジーを有する。PAS樹脂組成物が、かかるモルフォロジーを有することにより、熱伝導性および機械的強度に優れた成形品が得られる。
【0059】
また、本実施形態に係る成形品は、吸水による寸法変化が小さい。具体的には、吸水による寸法変化率が、0.2%以下にあることが好ましく、より好ましくは0.15%以下、さらに好ましくは0.1%以下である。一般的に樹脂の吸水現象は、樹脂の非晶部当に水が浸入し、高分子鎖が膨潤するものであるため、高分子鎖間に保持される水の量と寸法変化とは比例関係にある。そのため、吸水による寸法変化率が0.2%以下であると、本実施形態の成形品を、例えばギヤとして用いた際に、歯部同士の噛み合わせや他の部材との組み合わせに影響が生じにくく、高湿度下や水中においてより優れた寸法精度を示す。すなわち、本実施形態の成形品は、吸水性が低いPAS樹脂を構成成分としているため、吸水による寸法変化率が低く、かつ高湿度下での優れた寸法精度を有しうる。なお、上記吸水による寸法変化率は、後述の実施例の欄に記載の方法で測定した値である。
【0060】
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、射出成形、圧縮成形、コンポジット、シート、パイプなどの押出成形、引抜成形、ブロー成形、トランスファー成形など各種成形に供することが可能であるが、特に離形性にも優れるため射出成形用途に適している。射出成形にて成形する場合、各種成形条件は特に限定されず、通常一般的な方法にて成形することができる。例えば、射出成形機内で、樹脂温度がPAS樹脂(A)の融点以上の温度範囲、好ましくは該融点+10℃以上の温度範囲、より好ましくは融点+10℃~融点+100℃の温度範囲、さらに好ましくは融点+20~融点+50℃の温度範囲で前記PAS樹脂組成物を溶融する工程を経た後、樹脂吐出口よりを金型内に注入して成形すればよい。その際、金型温度も公知の温度範囲、例えば、室温(23℃)~300℃、好ましくは130~190℃に設定すればよい。
【0061】
本実施形態に係る成形品の製造方法は、前記成形品にアニール処理する工程を有してもよい。アニール処理は、成形品の用途あるいは形状等により最適な条件が選ばれるが、アニール温度はPAS樹脂(A)のガラス転移温度以上の温度範囲、好ましくは該ガラス転移温度+10℃以上の温度範囲であり、より好ましくは該ガラス転移温度+30℃以上の温度範囲である。一方、260℃以下の範囲であることが好ましく、240℃以下の範囲であることがより好ましい。アニール時間は特に限定されないが、0.5時間以上の範囲であることが好ましく、1時間以上の範囲であることがより好ましい。一方、10時間以下の範囲であることが好ましく、8時間以下の範囲であることがより好ましい。かかる範囲において、得られる成形品のひずみが低減し、かつ、樹脂の結晶性が向上するだけでなく、熱伝導率、機械的特性および燃料バリア性がさらに向上するため好ましい。アニール処理は空気中で行ってもよいが、窒素ガス等の不活性ガス中で行うことが好ましい。
【0062】
本実施形態に係るPAS樹脂成形品は、耐摩耗性、低摩擦係数といった摺動特性に優れることを特徴としたものであるから、特に摺動部品用途に好適である。具体的には、ギヤ、軸受け、保持器、ロボットアーム、ベアリング、ボールバルブ等といった摺動部品に好適に用いることができる。また、本実施形態に係る成形品は摺動部品のみではなく、以下のような通常の樹脂成形品とすることもできる。例えば箱型の電気・電子部品集積モジュール用保護・支持部材・複数の個別半導体またはモジュール、センサ、LEDランプ、コネクタ、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサ、バリコンケース、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント基板、チューナ、スピーカ、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、端子台、半導体、液晶、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、モーターブラッシュホルダ、パラボラアンテナ、コンピュータ関連部品等に代表される電気・電子部品;VTR部品、テレビ部品、アイロン、ヘアードライヤ、炊飯器部品、電子レンジ部品、音響部品、オーディオ・レーザディスク・コンパクトディスク・DVDディスク・ブルーレイディスク等の音声・映像機器部品、照明部品、冷蔵庫部品、エアコン部品、タイプライタ部品、ワードプロセッサ部品、あるいは給湯機や風呂の湯量、温度センサなどの水回り機器部品等に代表される家庭、事務電気製品部品;オフィスコンピュータ関連部品、電話器関連部品、ファクシミリ関連部品、複写機関連部品、洗浄用治具、モーター部品、ライタ、タイプライタなどに代表される機械関連部品:顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計等に代表される光学機器、精密機械関連部品;オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクタ、ブラシホルダー、スリップリング、ICレギュレータ、ライトディマ用ポテンシオメーターベース、リレーブロック、インヒビタースイッチ、排気ガスバルブ等の各種バルブ、燃料関係・排気系・吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、インテークマニホールド、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディ、キャブレタースペーサ、排気ガスセンサ、冷却水センサ、油温センサ、ブレーキパットウェアーセンサ、スロットルポジションセンサ、クランクシャフトポジションセンサ、温度センサ、エアーフローメータ、ブレーキパッド摩耗センサ、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダ、ウォーターポンプインペラ、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、デュストリビュータ、スタータースイッチ、イグニッションコイル及びそのボビン、モーターインシュレータ、モーターロータ、モーターコア、スターターリレ、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウォッシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクタ、ホーンターミナル、電装部品絶縁板、ステップモーターロータ、ランプソケット、ランプリフレクタ、ランプハウジング、ブレーキピストン、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルタ、点火装置ケース等の自動車・車両関連部品が挙げられ、その他各種用途にも適用可能である。
【実施例】
【0063】
以下、実施例、比較例を用いて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下、特に断りが無い場合「%」や「部」は質量基準とする。
【0064】
<実施例1~12及び比較例1~9>
表1に記載する組成成分および配合量にしたがい、各材料を配合した。その後、株式会社日本製鋼所製ベント付2軸押出機「TEX-30α(製品名)」にこれら配合材料を投入し、樹脂成分吐出量30kg/hr、スクリュー回転数200rpm、設定樹脂温度320℃で溶融混練して樹脂組成物のペレットを得た。ガラス繊維およびポリアミド繊維はサイドフィーダー(S/T比0.5)から投入し、それ以外の材料はタンブラーで予め均一に混合しトップフィーダーから投入した。得られた樹脂組成物のペレットを140℃ギヤオーブンで2時間乾燥した後、射出成形することで各種試験片を作製し、下記の試験を行った。
【0065】
<評価>
【0066】
(1)分散径の測定
各実施例及び比較例で得られたペレットをシリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE-75D-HP)に供給し、金型温度140℃に温調したISO D2シート片成形用金型を用いて射出成形を行い、ISO D2シートを得た。シート試験片の断面について、SEM装置(日本電子株式会社製「JSM-6360A」)により測定した。得られた画像のうち、固体潤滑剤からなる相(分散相)を無作為に100点ほど選択して、当該粒子の数平均粒子径を算出した。ただし、前記粒子径は、円相当径として算出した。結果を表1~4に示す。
【0067】
(2)ウエルド部の引張特性の測定
各実施例及び比較例で得られたペレットをシリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE-75D-HP)に供給し、金型温度140℃に温調したISO Type 1Aダンベル片成形用金型を用いて射出成形を行い、ISO Type-Aダンベル片を得た。なお、ウエルド部を含む試験片となるよう2点ゲートから樹脂を射出して作製したものとした。得られたダンベル片をISO 527-1および2に準拠した測定方法で引張強さを測定した。結果を表1~4に示す。
【0068】
(3)シャルピー衝撃強さの測定
(2)と同様の条件で、ウエルド部を含まない試験片となるよう1点ゲートから樹脂を射出して作製したダンベル形状試験片の中央部分を、長さ80mm、幅10mm、厚さ4mmの棒状に切り出し、ノッチ加工したものを耐衝撃性試験片とし、ISO179-1/1eAに準拠して、シャルピー衝撃試験を行い衝撃強度(kJ/mm2)の測定を行った。結果を表1~4に示す。
【0069】
(4)摩耗試験
各実施例及び比較例で得られたペレットをシリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE-75D-HP)に供給し、140℃に温調した金型を用いて内径20mm、外径25mm、高さ15.0mmの円筒状試験片を得た。この円筒状試験片について、鈴木式磨耗試験機を用いて、以下の各測定条件下において、摩擦係数と比摩耗量〔10-3[mm3/(N×km)]〕を測定した。結果を表1~4に示す。
測定条件:
圧力:150KPa、回転速度:0.5m/秒、測定時間:60分、温度環境:23℃、射出成形機で成形して得られた前記試験片2個を用い、前記測定条件下で前記鈴木式磨耗試験を行った。
【0070】
(5)成形品の耐久性の評価
各実施例及び比較例で得られたペレットをシリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE-75D-HP)に供給し、140℃に温調した金型を用いて、モジュール1mm、歯数30枚、歯厚5mmのギヤを得て、ギヤAとした。同様にモジュール1mm、歯数31枚、歯厚5mmのギヤを得て、ギヤBとした。得られたギヤAとギヤBとをかみ合わせ、25℃、トルク1Nm、回転数1000rpmの条件で、平歯車同士を回転させる摺動試験を行い、ギヤが破断するまでの時間を耐久時間として評価した。結果を表1~4に示す。
【0071】
(6)成形性の評価
(5)で得られた各実施例及び比較例のギヤAの外観を目視により観察し、表面に光沢があり歯先まで樹脂が充填されているものを良好とし、表面に光沢がなく歯先まで樹脂が充填されていないものを成形不良とした。また、ギヤAの歯先部をマイクロスコープで観察し、0.1mm以上のバリの有無を確認した。結果を表1~4に示す。
【0072】
(7)ギヤの吸水による寸法変化率の測定
(5)で得られた各実施例及び比較例のギヤAを50℃で24時間乾燥させた後、デシケータ内で室温(23℃)に冷却した。冷却後のギヤAの歯先円直径を任意の10箇所の歯部において測定し、その数平均値を乾燥後のギヤAの歯先円直径(h0)とした。その後、室温(23℃)の蒸留水に30日間浸漬した。浸漬後のギヤAの歯先円直径を任意の10箇所測定し、その数平均値を浸漬後のギヤAの歯先円直径(h1)とした。得られた値を用いて、浸漬前後の歯先円直径の変化率(%)を{(h1-h0)/h0}×100の式から算出して寸法変化率(%)とした。結果を表1~4に示す。
【0073】
(8)PAS樹脂のカルボキシル基含有量の定量
各実施例及び比較例に用いた各PPS樹脂を350℃、荷重10MPa、60秒でプレスしたのち、60秒かけて25℃まで急冷することによって非晶性を示すフィルムを作成した。得られた非晶性を示すフィルムを、フーリエ変換赤外分光装置(以下「FT-IR装置」と略記する。)で測定した。赤外吸収スペクトルのうち630.6cm-1の吸光度に対する1705cm-1の吸光度の相対強度を求め、別途後述する方法により作成した検量線を用いて測定サンプル中のカルボキシル基の含有量(以下「カルボキシル基の全含有量」と略記する。)を求めた。なお、カルボキシル基の含有量は樹脂混合物1g中のモル数で示され、その単位は〔μmol/g〕で表される。検量線は以下の方法で作成した。まず、酸処理を行わずカルボン酸塩を分子末端に含有するように作製したPAS樹脂に、所定量の4-クロロフェニル酢酸を加え良く混合したのち、前記と同様のフィルムを作製し、FT-IR装置で測定を行った。4-クロロフェニル酢酸の添加量から算出したカルボキシル基含有量に対する、前記2つの波長の吸光度の相対強度比をプロットした検量線を作成した。
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
なお、表1~4中の配合成分の配合比率は下記のものを用いた。
・PPS樹脂
a-1:PPS樹脂(溶融粘度(V6)20Pa・s、カルボキシル基量30μmol/g)
A-2:PPS樹脂(溶融粘度(V6)50Pa・s、カルボキシル基量30μmol/g)
A-3:PPS樹脂(溶融粘度(V6)120Pa・s、カルボキシル基量30μmol/g)
A-4:PPS樹脂(溶融粘度(V6)2000Pa・s、カルボキシル基量20μmol/g)
a-5:PPS樹脂(溶融粘度(V6)4000Pa・s、カルボキシル基量20μmol/g)
【0079】
・繊維充填剤
B-1:ポリアミド繊維(パラ系アラミド繊維、平均繊維長3mm)
b-2:ガラス繊維 日本電気硝子株式会社製「T-717H」、平均繊維長3.5mm
【0080】
・固体潤滑剤
C-1:PTFE、株式会社喜多村製 「KT-600M」(動摩擦係数0.04)
C-2:ポリエチレン、三井化学株式会社製 「リュブマーLY1040」(動摩擦係数0.15)
【0081】
・液状ケイ素樹脂
D-1:信越化学工業株式会社製 「KF-96-1000CS」(動粘度1000mm2/s)
D-2:信越化学工業株式会社製 「KF-1万CS」(動粘度10000mm2/s)
【0082】
・シランカップリング材
E-1:ダウ・ケミカル社製 「XIAMETER(登録商標) OFS-6040」
【0083】
表1~4から、実施例と比較例1、2を対比すると、樹脂の溶融粘度が特定の範囲外である場合、成形性やギヤの耐久性に乏しくなることが示された。実施例と比較例3、4を対比すると、PA繊維の配合量が特定の範囲外であると、機械的特性や摺動特性、寸法変化率が悪化することが示された。実施例と比較例5~8を対比すると、固体潤滑剤の配合量が特定の範囲外であると、機械的特性や摺動特性が乏しくなることが示された。実施例と比較例9を対比すると、PA樹脂以外からなる繊維充填剤を用いた場合、比摩耗量が大きくなることが示された。
【要約】
機械的強度と摺動特性のバランスに優れ、かつ、高い耐久性を有するポリアリーレンスルフィド(PAS)成形品、当該成形品を提供可能なPAS樹脂組成物およびそれらの製造方法を提供すること。さらに詳しくは、PAS樹脂(A)と、ポリアミド繊維(B)と、固体潤滑剤(C)とを配合してなるPAS樹脂組成物であって、 前記PAS樹脂(A)の溶融粘度(V6)が50~2000Pa・sであり、かつ、 前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、前記ポリアミド繊維(B)を5~35質量部、前記固体潤滑剤(C)を5~30質量部配合してなること、ISO20753に規定されるタイプAの試験片に準拠したダンベル形状の両端から左右対称に溶融樹脂を充填させた成形品のISO 527-1,2におけるウエルド部の引張強さが40MPa以上であること、を特徴とする樹脂組成物及び成形品ならびにその製造方法。
【選択図】なし