説明

サンドイッチ成形体

【課題】高温環境下であっても十分な機械的性質を維持し、軽量化を図れるサンドイッチ成形体を提供すること。
【解決手段】コア部がスキン部によって挟持されてなるサンドイッチ成形体であって、スキン部を構成する第1の熱可塑性樹脂とコア部を構成する第2の熱可塑性樹脂とがいずれも無機充填材を含有し、スキン部の曲げ弾性率をE1,スキン部の曲げ最大歪をε1,コア部の曲げ弾性率をE2,コア部の曲げ最大歪をε2としたとき、下記の式を満たし、スキン部の体積比率が40%〜70%であることを特徴とするサンドイッチ成形体。
1<E1/ε1<5
5<E2/ε2<10
ε1/ε2>1

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サンドイッチ成形法によって製造されたサンドイッチ成形体に関し、特に熱可塑性樹脂を含み、高温環境下でも機械的強度の低下が比較的小さく、軽量化が図れるサンドイッチ成形体に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリアミド樹脂は、その成形体が優れた機械的性質を有することから、金属代替材料として幅広く利用されている。ポリアミド成形体に高剛性、耐熱性を付与させる場合には、通常は繊維状強化材で強化したポリアミド樹脂組成物が用いられており、繊維状強化材としてガラス繊維を特定量配合したポリアミド樹脂組成物が提案されている。ガラス繊維を高充填してポリアミド樹脂の補強を行う場合、ポリアミド樹脂組成物に配合するガラス繊維の配合量は、ポリアミド樹脂組成物100質量部に対して、多くても150質量部程度までで、それ以上の配合量では補強効率が悪くなり、また成形性なども悪くなる。特に、厚さ10mmを超える厚肉の成形体の場合、その速い結晶化速度と高い成形収縮率により、成形体中央部が固化する前に、ゲート部で樹脂が固化してしまうため、成形体中央部にボイドが発生しやすくなり、成形体の機械的強度が低下するなどの問題があり、利用範囲が限られていた。
【0003】
このような厚肉の成形体中に発生するボイドを抑える方法としては、ポリアミド66樹脂とエチレンアイオノマー樹脂の樹脂混合物に対し、ガラス繊維を配合する方法(特許文献1)や、長繊維強化熱可塑性樹脂を使用する方法(特許文献2)などが提案されている。しかし、これらはいずれも特殊な樹脂を用いたり、樹脂ペレットを製造するために特殊な製造装置が必要になるなどコストアップとなり、産業上の利用範囲は狭くなっている。
【0004】
一方で、ポリアミド成形体に高剛性、耐熱性を付与させるためには、成形方法での工夫も見られ、例えば、自動車用エンジン冷却水系部品などの中空成形体を製造するために、予め一次材を成形した複数の成形体を金型に配置し、その接合部に二次材を射出成形する方法(特許文献3)、一次成形体の表面に二次成形材料を射出し一体化された成形体を得る方法(特許文献4)が示されている。しかし、これらの方法は、いずれも中空のような複雑な形状を持った成形体を得るために、二色成形法を用いて、樹脂の流れ方向と垂直な面で一次成形体と二次成形体を金型内で溶着しており、厚肉の成形体の場合に起こるボイドの発生を抑制することはできず、厚肉の成形体の機械的強度を上げることはできなかった。また、他の成形方法での工夫として、一次材と二次材の二つの材料を時間差で射出し、一次材でスキン層を形成し、二次材でコア層を形成したサンドイッチ成形体を成形するサンドイッチ成形法が示され、一次材として長繊維強化樹脂を用い、二次材として短繊維強化樹脂を用いることで、サンドイッチ成形体の強度の向上を図ることが提案されている(特許文献5)。
【0005】
しかしながら、上述の各種成形方法で得られる成形体は、長期にわたって多大な荷重のかかる機械部材として使用するには、実用上の負荷に耐えうる十分な性能を有しておらず、変形や破断を生じるおそれがあった。特に、自動車部材のような機械部材として前記のサンドイッチ成形体を用いると、高温環境化等の様々な温度雰囲気で十分な強度を発揮できないため、金属部品に替えて用いることは難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2007−112877号公報
【特許文献2】特開2002−85109号公報
【特許文献3】特開平11−179756号公報
【特許文献4】特開平11−129284号公報
【特許文献5】特許第2972024号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、高温環境下であっても十分な機械的性質を維持するサンドイッチ成形体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、コア部がスキン部によって挟持されてなるサンドイッチ成形体において、コア部およびスキン部を、それぞれ、無機充填材を含有する熱可塑性樹脂により構成し、無機充填材を含有する熱可塑性樹脂として所定の特性を有するものを用い、サンドイッチ成形体全体におけるスキン部の体積比率を所定の比率とすることにより、高温環境下であっても、サンドイッチ成形体が十分な機械的性質を維持することを見出し、本発明に到達した。
【0009】
すなわち本発明は、下記のとおりのものである。
(1)コア部がスキン部によって挟持されてなるサンドイッチ成形体であって、スキン部を構成する第1の熱可塑性樹脂とコア部を構成する第2の熱可塑性樹脂とがいずれも無機充填材を含有し、スキン部の曲げ弾性率をE1,スキン部の曲げ最大歪をε1,コア部の曲げ弾性率をE2,コア部の曲げ最大歪をε2としたとき、
1<E1/ε1<5
5<E2/ε2<10
ε1/ε2>1
の式を満たし、スキン部の体積比率が40〜70%であることを特徴とするサンドイッチ成形体。
【0010】
(2)第1および第2熱可塑性樹脂がいずれもポリアミドであることを特徴とする(1)のサンドイッチ成形体。
【0011】
(3)無機充填材がガラス繊維、炭素繊維もしくは、両者の混合物であることを特徴とする(1)または(2)のサイドイッチ成形体。
【発明の効果】
【0012】
本発明のサンドイッチ成形体は、100℃の高温環境下であっても十分な機械的強度、特に曲げ強さを維持できる。また本発明のサンドイッチ成形体は、耐熱性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】(a)は本発明のサンドイッチ成形体の一実施形態の樹脂流れ方向に垂直な断面の概略斜視図を示し、(b)は(a)のサンドイッチ成形体の厚みを算出するための説明図を示す。
【図2】図1のサンドイッチ成形体の樹脂流れ方向に平行な断面の概略斜視図を示す。
【図3】(a)は本発明のサンドイッチ成形体の別の一実施形態の概略斜視図を示し、(b)は(a)のサンドイッチ成形体の樹脂流れ方向に垂直な断面の概略図を示し、(c)は(a)のサンドイッチ成形体の厚みを算出するための説明図を示す。
【図4】(a)は本発明のサンドイッチ成形体の別の一実施形態の概略正面図を示し、(b)は(a)のサンドイッチ成形体の概略平面図を示し、(c)は(a)のサンドイッチ成形体の樹脂流れ方向に垂直な断面の概略図を示し、(d)は(a)のサンドイッチ成形体の厚みを算出するための説明図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のサンドイッチ成形体は、コア部および該コア部の表面に形成されたスキン部を有するものである。詳しくは、本発明のサンドイッチ成形体は、コア部がスキン部によって挟持されてなり、少なくとも成形時の樹脂流れ方向に対して垂直な断面において、コア部の周囲表面にスキン部を有する。具体的には、例えば図1(a)に示すように、本発明のサンドイッチ成形体には、少なくとも成形時の樹脂流れ方向Lに対して垂直な断面におけるコア部Bの周囲表面にスキン部Aが形成されている。さらに、図2に示すように、本発明のサンドイッチ成形体には、成形時の樹脂流れ方向Lに対して平行な断面においてもコア部Bの周囲表面にスキン部Aが形成されていてもよい。さらに、本発明のサンドイッチ成形体には、樹脂流れ方向Lにおける端面C(例えば図2参照)にスキン部Aが形成されていてもよいし、または形成されていなくてもよい。
【0015】
本発明における熱可塑性樹脂は、一般的に射出成形や押出成形などに用いられる樹脂であれば特に限定されるものではないが、スキン部とコア部を構成する樹脂は、界面の接着性を得るために同種の熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。中でも、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどの結晶性樹脂が好ましく、成形加工性、耐熱性、経済性、耐薬品性の観点からポリアミドが特に好ましい。
【0016】
ポリアミドとしては、例えば、ポリε−カプラミド(ナイロン6)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリウンデカメチレンアジパミド(ナイロン116)、ポリウンデカナミド(ナイロン11)、ポリドデカナミド(ナイロン12)、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド(ナイロン6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロン6T)、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリメタキシリレンアジパミド(ナイロンMXD6)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/6I)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6/6T)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン6/6I)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6I)、ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロンTMDT)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド(ナイロンPACM12)、ポリビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド(ナイロンジメチルPACM12)、およびこれらのポリアミドを構成するポリアミド成分(モノマー)のうち少なくとも2種類の構造が異なったポリアミド成分を含むポリアミド共重合体、ならびにこれらの混合物などが挙げられる。中でも、強度、成形性、経済性の観点からナイロン6またはナイロン66を単独でまたは組み合わせて用いることが特に好ましい。
【0017】
本発明における熱可塑性樹脂に含有される無機充填材には、一般に熱可塑性樹脂を強化するために使用できるものを適用でき、具体的には、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、珪酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、ガラスバルーン、カーボンブラック、金属繊維、金属ウィスカー、セラミックウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、窒化ホウ素、グラファイト、ガラス繊維、炭素繊維等、さらには、タルク、カオリン、雲母、合成フッ素雲母、モンモリロナイト、バーミキュライト、スメクタイト、ゼオライト、ハイドロタルサイト等の層状ケイ酸塩を挙げることが出来るが、この中でも、ガラス繊維、炭素繊維、層状ケイ酸塩が優れた補強効果が得られるため好ましい。
【0018】
本発明におけるスキン部および/またはコア部に使用される熱可塑性樹脂には、その特性を大きく損なわない限りにおいて、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、結晶核剤、強化材、顔料、着色防止剤、耐候剤、難燃剤、可塑剤、離型剤、滑剤等の添加剤が含有されてもよい。
【0019】
熱安定剤や酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール類、リン化合物、ヒンダードアミン類、イオウ化合物、銅化合物、アルカリ金属のハロゲン化物あるいはこれらの混合物が挙げられる。また、結晶核剤としては、タルクなどが挙げられる。
【0020】
スキン部に上記添加剤が含有される場合、当該添加剤の合計含有量はスキン部を構成する樹脂組成物全量に対して5質量%以下が適当である。
コア部に上記添加剤が含有される場合、当該添加剤の合計含有量はコア部を構成する樹脂組成物全量に対して5質量%以下が適当である。
【0021】
本発明のサンドイッチ成形体は、スキン部を構成する無機充填材を含有した第1の熱可塑性樹脂とコア部を構成する無機充填材を含有した第2の熱可塑性樹脂の特性が下記の関係式を満たし、さらに、サンドイッチ成形体全体に占めるスキン部の体積比率が40〜70%であることが必要である。
1<E1/ε1<5
5<E2/ε2<10
ε1/ε2>1
ただし、E1はスキン部を構成する第1の熱可塑性樹脂の曲げ弾性率、
E2はコア部を構成する第2の熱可塑性樹脂の曲げ弾性率、
ε1はスキン部を構成する第1の熱可塑性樹脂の最大曲げ強度時の歪(曲げ最大歪)、
ε2はコア部を構成する第2の熱可塑性樹脂の最大曲げ強度時の歪(曲げ最大歪)を示す。
上記関係式の有する詳細な力学的意義は明らかとはされていないが、本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、サンドイッチ成形体が以下の傾向を示すことを見出した。
【0022】
E1/ε1は、1より大きく、5未満であることが必要である。E1/ε1が1以下であると、サンドイッチ成形体全体の機械的強度が低くなる傾向にあり、特に100℃以上の環境下でのサンドイッチ成形体全体の曲げ強さが大きく低下する。E1/ε1が5以上であると、サンドイッチ成形体全体の曲げ強さが低下する。
【0023】
E2/ε2は、5より大きく、10未満であることが必要である。E2/ε2が5以下であると、サンドイッチ成形体全体の機械的強度が低くなる傾向にあり、特に、100℃以上の高温環境下での曲げ強さが大きく低下する傾向にあり、E2/ε2が10以上であると、サンドイッチ成形体全体の曲げ強さが低下する。
【0024】
ε1/ε2は1を超えることが必要である。ε1/ε2が1以下であると、サンドイッチ成形体に外力が加わった際に、コア部を挟持しているスキン部が破断しやすくなり、サンドイッチ成形体全体の機械的強度が低下する。
【0025】
サンドイッチ成形体のスキン部がサンドイッチ成形体全体に占める体積比率は、40〜70%であることが必要であり、45〜65%であることが好ましい。この体積比率が40%未満の場合は、機械的強度が低下し、この体積比率が70%を超える場合は、特に100℃以上の高温環境下での曲げ強さが大きく低下する。
【0026】
また、スキン部の厚みは特に制限されるものではなく、サンドイッチ成形体の用途に応じて適宜設定されればよい。スキン部の厚みは例えば、0.5〜3mm、好ましくは1.0〜2.5mmであり、サンドイッチ成形体の全体の厚みに対してスキン部の厚みは10%以上、好ましくは15%以上である。スキン部の厚みは一定である必要はなく、サンドイッチ成形体の形状に応じて変化してよい。
【0027】
また、コア部の厚みは特に制限されるものではなく、サンドイッチ成形体の用途に応じて適宜設定されればよい。コア部の厚みは例えば、3〜20mm、好ましくは3〜15mmである。コア部の厚みは一定である必要はなく、サンドイッチ成形体の形状に応じて変化してよい。
【0028】
サンドイッチ成形体は、スキン部形成用ペレットおよびコア部形成用ペレットを製造した後、得られたペレットをそれぞれ、いわゆるサンドイッチ成形法における一次材および二次材として供給することによって製造できる。
【0029】
スキン部形成用ペレットまたはコア部形成用ペレットを製造する方法は、それぞれ、特に限定されるものではなく、例えば、二軸押出混練機を用いて混練する方法が好適に用いられる。詳しくは、シリンダーの上流からポリアミド樹脂を供給し、シリンダーの中間部でガラス繊維や炭素繊維などの無機充填材をサイドフィードする。その後、ダイスから樹脂組成物をストランド状に引き取り、冷却固化し、ペレタイザーでカッティングしてペレットを得ることができる。このような方法が経済的に好適である。また、上述の添加剤を添加する場合、添加剤は、予め、それぞれ独立して、スキン部形成用ペレットに含有させてもよいし、コア部形成用ペレットに含有させてもよいし、または成形時においてそれらのペレットと混合して用いても良い。
【0030】
サンドイッチ成形法は合成樹脂の分野において一般に実施されている成形方法である。
具体的なサンドイッチ成形法としては、射出成形法、押出成形法によるサンドイッチ成形法を選択することができる。
【0031】
まず、射出成形法によるサンドイッチ成形法において、スキン部形成用ペレットは一次材として用い、コア部形成用ペレットは二次材として用いる。詳しくは、まず、溶融させた一次材を金型内に射出する。次いで、時間差をおいて溶融させた二次材を当該金型内に射出する。このとき、一次材の射出は停止してもよいし、停止されずに二次材とともに射出されていてもよい。次いで、二次材を停止し、一次材を再び射出し、一次材でゲートを閉じる。この間、一次材と二次材どちらかが常に射出されており、当該金型内で樹脂の流動が止まることはない。このようにすることで、当該金型内で溶融している一次材の中を二次材が流動し、一次材が押し広げられスキン部を形成し、ゲートも一次材で閉じられているので、すべての表面に一次材が形成される。最後に、金型内の材料を十分に冷却/固化して、本発明のサンドイッチ成形体を得る。このようにして得られた本発明のサンドイッチ成形体は、図1および図2に示すように、二次材(コア部B)が一次材(スキン部A)に挟み込まれた、または包み込まれたサンドイッチ構造を有する。
【0032】
また、押出成形法によるサンドイッチ成形法としては、一次材/二次材/一次材となるような層構成で共押出成形することで、フィルム状、またはシート状のサンドイッチ成形体を得ることができる。そのようなサンドイッチ成形体は、必要な大きさに裁断し、フィルム状、またはシート状で用いることができるが、得られたフィルム状、またはシート状のサンドイッチ成形体は、加温した後、真空成形、圧空成形、打抜成形等をすることで、必要とする形状に附形し用いることができる。
【0033】
本発明のサンドイッチ成形体は、用途に応じて、様々な形状を有し得る。成形時において、金型の形状を、サンドイッチ成形体の所望形状に対応させた形状とすればよい。
【0034】
例えば、本発明のサンドイッチ成形体は、図1(a)および図2に示すような平板形状を有し得る。
【0035】
また例えば、本発明のサンドイッチ成形体は、図3(a)の斜視図に示すような凸型形状を有し得る。図3(a)においてLは成形時の樹脂流れ方向である。樹脂流れ方向Lに対して垂直な断面の概略図を図3(b)に示す。Aがスキン部、Bがコア部を示す。
【0036】
また例えば、本発明のサンドイッチ成形体は、図4(a)の正面図および図4(b)の平面図に示すようなダンベル形状を有し得る。図4(a)および図4(b)において、Lは成形時の樹脂流れ方向である。樹脂流れ方向Lに対して垂直な断面を示す概略図を図4(c)に示す。図4(c)は、図4(a)および図4(b)におけるX−Y切断面で切断したときの断面図である。Aがスキン部、Bがコア部を示す。
【0037】
本発明のサンドイッチ成形体の厚みは特に制限されるものではないが、8mm以上、特に8〜20mmが好ましく、より好ましくは8〜15mmである。厚みが8mm以上の厚肉の成形体はボイド等が発生しやすいため、機械的物性、特に曲げ強さを向上させることは困難であったが、本発明のサンドイッチ成形体は、そのような厚肉の形状としても、ボイド等が発生しにくく、高温環境下における曲げ強さの向上を容易に達成できる。
【0038】
上記サンドイッチ成形体の厚みは、成形時の樹脂流れ方向Lに対して垂直な断面において、サンドイッチ成形体の断面積をSk、サンドイッチ成形体の断面内において、スキン部とコア部により形成される層の略中央部を通過する線である中心線をm、サンドイッチ成形体の断面内における中心線mの長さをpとしたとき、Sk/pで表すことができる。
例えば、サンドイッチ成形体が図1(a)および図2に示すような平板形状を有する場合の断面積Sk(斜線領域)、中心線m(破線)、中心線mの長さp、厚みtを図1(b)に示す。
また例えば、サンドイッチ成形体が図3(a)〜(b)に示すような凸型形状を有する場合の断面積Sk(斜線領域)、中心線m(破線)を図4(c)に示す。
また例えば、サンドイッチ成形体が図4(a)〜(c)に示すようなダンベル形状を有する場合の断面積Sk(斜線領域)、中心線m(破線)を図4(d)に示す。
【0039】
本発明のサンドイッチ成形体は、例えば、自動車用部品、電気部品、家庭用品等に有用である。具体的には、自動車で使用される部品があり、特にシリンダーヘッドカバー、エアインテークマニホールド、スロットルボディ、エアインテークパイプ、ラジエータタンク、ウォーターポンプレンレット、ウォーターポンプアウトレット、サーモスタットハウジング、クーリングファン、ファンシュラウド、オイルパン、オイルフィルターハウジング、オイルフィルターキャップ、オイルレベルゲージ、タイミングベルトカバー、エンジンカバー、ドアミラーステイ、インナーミラーステイ、ルーフレール、ドアミラーブラケット、アクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダル、シフトレバー、ギア、シートフレーム、ワイパーアーム、ワイパーアームリンクブラケット、トノカバーフレーム、アンテナ台座等に好適に用いられる。
【実施例】
【0040】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に制限されるものではない。なお、実施例および比較例に用いた原料および物性測定方法は次の通りである。
【0041】
[原料]
(A)熱可塑性樹脂
・PA66:ポリアミド66 ユニチカ社製 E2000。
・PA6:ポリアミド6 ユニチカ社製 A1030BRL。
・PBT:ポリブチレンテレフタレート ウィンテックポリマー社製 2002。
・PPS:ポリフェニレンサルファイド 東レ社製 A900 B1。
・PA12:ポリアミド12 アルケマ社製 AESN TL。
・PA6T/6I:ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー エムスケミー・ジャパン社製 G21。
・PA6T:変性ポリヘキサメチレンテレフタルアミド 三井化学社製 A3000。
・SPS:シンジオタクチックポリスチレン 出光興産社製 130Z。
・PPE:ポリフェニレンエーテル 旭化成ケミカル社製 S202A。
・MA−PPE:無水マレイン酸変性ポリフェニレンエーテル。ポリフェニレンエーテル(S202A)95質量部と無水マレイン酸(試薬特級)5質量部とラジカル発生剤2,5−ジメチル−2,5−ビス(ターシャリーブチルパーオキシ)ヘキシン−3(日本油脂社製 パーヘキシン25B−40)0.05質量部を混合し、同方向二軸押出機(東芝機械社製TEM37BSを用い、シリンダー温度280℃で溶融混錬し、ダイスから吐出量15kg/hにてストランド状に引き取り、冷却水槽を通して冷却固化し、ペレタイザーでカッティングしてペレット長3mmのペレットMA−PPEを得た。
【0042】
(B)無機充填材
・ガラス繊維:日本電気硝子社製 CS03T275H、繊維径10μm。
・炭素繊維:三菱レーヨン社製 TR06NEB4J、繊維径7μm。
・タルク:日本タルク社製 ミクロエースK−1、平均粒径8μm。
・ワラストナイト:NYCO社製 NYGLOS8、繊維径8μm。
【0043】
[物性測定方法]
(1)曲げ弾性率Eと最大曲げ強度時の歪ε
ISO178に準じて、サンドイッチ成形体の一次材または二次材として用いるペレットの試験片を作製し、作製した試験片について曲げ試験を行い測定した。
【0044】
(2)曲げ強さA
23℃、50%RH雰囲気で十分に調湿した、長さ127mm、幅10mm、厚み10mmの角棒のサンドイッチ成形体の試験片を用い、23℃下でスパン間100mmで2点支持の曲げ試験を行い測定した。サンドイッチ成形体の試験片は長手方向が成形時の樹脂流れ方向であり、測定は当該サンドイッチ成形体の試験片を長手方向で2点を支持して行った。曲げ強さAは、300MPa以上(○)が実用上問題のない範囲であり、特に350MPa以上(◎)であることが好ましい。300MPa未満(×)が実用上問題のある範囲である。
【0045】
(3)曲げ強さB
曲げ強さBは、100℃空気中の高温環境下で測定を行ったこと以外、曲げ強さAの試験と同様の曲げ試験を行い測定した。曲げ強さBは、200MPa以上(○)が実用上問題のない範囲であり、特に215MPa以上(◎)であることが好ましい。200MPa未満(×)が実用上問題のある範囲である。
【0046】
(4)スキン部(一次材)の体積比率
曲げ強さAの試験片を成形するときに、射出成形機によりサンドイッチ成形体の一次材の射出体積および二次材の射出体積を計測した。
スキン部(一次材)の体積比率は、射出成形機により計測された一次材の射出体積と二次材の射出体積を加算し、この加算した総体積に対する一次材の射出体積の比率により求めた。なお、一次材の射出体積および二次材の射出体積はそれぞれ、(射出成形時のスクリュー移動距離)と(シリンダー断面積)との積により算出した。また射出成形時のスクリュー移動距離は、(計量完了時のスクリュー位置)と(射出完了時のスクリュー位置)との差により算出した。
スキン部の体積比率は、40〜70%であることが必要である。
【0047】
[ペレットの作製と特性評価]
<製造例1>
ペレットの作製には、同方向二軸押出機(東芝機械社製TEM37BS)を用いた。この同方向二軸押出機には、上流部に主原料投入用の主ホッパーおよび主ホッパーに主原料を定量供給する連続定量供給装置(クボタ社製)が設けられ、中間部に副原料投入用のサイドフィーダーを設け、下流部に冷却水槽およびペレタイザーが設けられている。
同方向二軸押出機の押出温度を270〜300℃に設定し、同方向二軸押出機の上流部の位置より、連続定量供給装置により主ホッパーから同方向二軸押出機へ、主原料として、熱可塑性樹脂であるPA66を、(樹脂組成物100質量%の内、)65質量%となるように供給し、一方で、同方向二軸押出機の中間部の位置より、サイドフィーダーにより、副原料として、無機充填材であるガラス繊維を(樹脂組成物100質量%の内、)35質量%となるように供給し、PA66とガラス繊維をスクリュー回転数250rpmにて溶融混練した。PA66とガラス繊維の配合比率は、連続定量供給装置による主原料のフィード速度とサイドフィーダーによる副原料のサイドフィード速度の比率で調整した。その後、PA66とガラス繊維を含有する樹脂組成物をダイスから吐出量35kg/hにてストランド状に引き取り、冷却水槽を通して冷却固化し、ペレタイザーでカッティングしてペレット長3mmのペレットPAG35を得た。ダイスから出た樹脂組成物の樹脂温度は290℃であった。このカッティングしたペレットPAG35を乾燥し、シリンダー温度290℃、金型温度90℃の射出成形機(ファナック社製S−2000i 100B)で射出成形し、ペレットPAG35の試験片を作製した。作製したPAG35の試験片についてISO178の曲げ試験を行ったところ、曲げ弾性率Eが10GPa、最大曲げ強度時の歪εが4.0%であった。結果を表1に示す。なお、PAG35との名称は、PA:ポリエチレン,G:ガラス繊維,35;ガラス繊維を配合する質量%の数値を示す。
【0048】
<製造例2〜20>
所定の熱可塑性樹脂、所定の無機充填材を所定の配合比率で用いたこと以外、製造例1と同様の方法により、ペレットを得た。結果を表1にまとめて示す。
【0049】
【表1】

【0050】
[サンドイッチ成形体の製造と物性評価]
<実施例1>
一次側と二次側の2基のシリンダーを有し、先端部の合流ノズルで連結されたサンドイッチ成形機(JSW社製 J180AD−2M)を用いて、PA66を65質量%含有し、ガラス繊維を35質量%含有するペレットPAG35を一次材として、一次側のシリンダーに投入し、PA66を40質量%含有し、ガラス繊維を60質量%含有するペレットPAG60を二次材として、二次側のシリンダーに投入し、どちらもシリンダー温度300℃、金型温度100℃の条件下、一次材の射出と同時に二次材の射出も行われるようなシーケンス制御のもと、射出成形して物性測定用のサンドイッチ成形体の試験片を作成した。なお、サンドイッチ成形体の成形時において、一次材がスキン部を形成し、二次材がコア部を形成するように物性測定用のサンドイッチ成形体の試験片(長さ127mm、幅35mm、厚み12mm)の射出成形を行い、成形したサンドイッチ成形体の試験片について、各種評価試験(曲げ強さAの試験,曲げ強さBの試験)を行った。
また、別途分析により、スキン部の平均厚みは1.5mm、コア部の平均厚みは9mmであった。スキン部の体積比率は50%であり、スキン部の厚みはサンドイッチ成形体の厚みの25%を占めていた。
【0051】
<実施例2〜10/比較例1〜18>
一次材(スキン部)および二次材(コア部)として表2または表3に記載のペレットを用いたこと以外、実施例1と同様の方法によりサンドイッチ成形体の試験片を作成し、同様の各種評価試験を行った。結果を表2,表3に示す。
【0052】
【表2】

【0053】
【表3】

【0054】
実施例1〜10は、本願発明に規定される処方でサンドイッチ成形体を製造したため、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも十分な値となり、高温環境下でも曲げ強さに優れたサンドイッチ成形体を得ることができた。
比較例1は実施例1の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなった。
比較例2は実施例5の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなった。
比較例3は実施例6の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなった。
比較例4はスキン部の体積比率が規定値を下回ったため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなった。
比較例5はスキン部の体積比率が規定値を上回ったため、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、特に、高温環境下での曲げ強さBが著しく低下した。
比較例6はPAG35のみで成形したため、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、十分な強度が得られなかった。
比較例7はPAG60のみで成形したため、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、強度が低下した。
比較例8はあらかじめPAG35とPAG60をブレンドして成形したため、実施例1と比べて、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、強度が低下した。
比較例9は二次材のE2/ε2が規定値を上回ったので、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、強度が低下した。
比較例10は一次材のE1/ε1が規定値を下回ったので、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、強度が低下し、特に、高温環境下における曲げ強さBが著しく低下した。
比較例11はε1/ε2が規定値を外れていたので、変形に伴う許容できる歪が小さくなり、曲げ強度Aが低下した。
比較例12は実施例7の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなった。
比較例13は実施例8の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、変形に伴う許容できる歪が小さくなり、曲げ強度Aが低下した。
比較例14は実施例9の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、変形に伴う許容できる歪が小さくなり、曲げ強度Aが低下した。
比較例15は実施例10の一次材と二次材を入れ替えたため、E1/ε1,E2/ε2,およびε1/ε2がいずれも規定値を外れ、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなった。
比較例16はε1/ε2が規定値を外れていたので、変形に伴う許容できる歪が小さくなり、曲げ強度Aが低下した。
比較例17は一次材のE1/ε1が規定値を上回ったので、高温環境下における曲げ強さBは十分であったが、曲げ強さAが低下した。
比較例18は二次材のE2/ε2が規定値を下回ったので、曲げ強さA,高温環境下における曲げ強さBがいずれも低くなり、十分な強度が得られなかった。
【符号の説明】
【0055】
L;樹脂の流れ方向
A;スキン部
B;コア部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
コア部がスキン部によって挟持されてなるサンドイッチ成形体であって、スキン部を構成する第1の熱可塑性樹脂とコア部を構成する第2の熱可塑性樹脂とがいずれも無機充填材を含有し、スキン部の曲げ弾性率をE1,スキン部の曲げ最大歪をε1,コア部の曲げ弾性率をE2,コア部の曲げ最大歪をε2としたとき、下記の式を満たし、スキン部の体積比率が40〜70%であることを特徴とするサンドイッチ成形体。
1<E1/ε1<5
5<E2/ε2<10
ε1/ε2>1
【請求項2】
第1および第2熱可塑性樹脂がいずれもポリアミドであることを特徴とする請求項1に記載のサンドイッチ成形体。
【請求項3】
無機充填材がガラス繊維、炭素繊維もしくは、両者の混合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のサイドイッチ成形体。


【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2012−192526(P2012−192526A)
【公開日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−56053(P2011−56053)
【出願日】平成23年3月15日(2011.3.15)
【出願人】(000004503)ユニチカ株式会社 (1,214)
【Fターム(参考)】