熱可塑性樹脂組成物の製造方法および熱可塑性樹脂組成物
【課題】柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記熱可塑性樹脂と前記ＰＴＦＥ粒子とを含む混合物を熱加工した熱加工品を３２７℃以上の加熱最大温度まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後、前記加熱最大温度から２９３℃まで、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となるように前記熱加工品を冷却する冷却工程と、を備える。
【解決手段】３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記熱可塑性樹脂と前記ＰＴＦＥ粒子とを含む混合物を熱加工した熱加工品を３２７℃以上の加熱最大温度まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後、前記加熱最大温度から２９３℃まで、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となるように前記熱加工品を冷却する冷却工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱可塑性樹脂組成物の製造方法および熱可塑性樹脂組成物に関する。特に、本発明は、耐熱性や耐磨耗性に優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物、及びそれを用いた成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、耐熱性、耐薬品性、高摺動性、低摩耗特性、化学的安定性などに優れた特性を有する熱可塑性樹脂である。ＰＴＦＥは、医療分野、電気・電子部品分野、機構部品分野、自動車部品分野、ＯＡ機器部品分野など幅広い分野で使用されている。
ＰＴＦＥは、上述の優れた特性を有する反面、成形加工性に劣るという欠点を有する。すなわち、一般的な熱可塑性樹脂に対する加熱する加熱加工手法をＰＴＦＥの成形加工に適用しようとすると、加熱されたＰＴＦＥは溶融せずに分解してしまう。
【０００３】
このような欠点を改善する目的で、溶融性のフッ素樹脂をはじめとして、ＰＴＦＥの代替となる熱可塑性樹脂組成物が開発されている。
例えば特許文献１には、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）にＰＴＦＥ粒子を混合し、機械的特性および成形性を改善させた溶融成形用共重合体組成物が記載されている。
また、特許文献２、３、４にはＰＴＦＥよりも高融点の熱可塑性樹脂にＰＴＦＥ粒子を混合し、ＰＴＦＥのみからなる樹脂に比べて耐熱性を低下させることなく、ＰＴＦＥのもつ摺動性などを付与させた組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２７７７０号公報
【特許文献２】特開平５−１７６５２号公報
【特許文献３】特開平８−１５７６７８号公報
【特許文献４】特開平１０−３１６８４２号公報
【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、特許文献１に記載の溶融成形用共重合体組成物は、基材であるパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）そのものの耐熱性がＰＴＦＥより低いので、ＰＴＦＥと比較して耐熱性が劣る。
【０００６】
また、特許文献２、３、４に記載の組成物は、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを混練する際にＰＴＦＥ粒子がその融点以上に加熱され、ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が著しく低下する。そのため、特許文献２、３、４に記載の組成物では、ＰＴＦＥとしての上記特性そのものが低下している。また、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とをＰＴＦＥの融点以下で混練した場合には、混練時のせん断によってＰＴＦＥ粒子に大きな歪みが発生し、ＰＴＦＥ粒子の結晶性が低下し、ＰＴＦＥとしての上記特性そのものが低下する。
このように、特許文献１〜４に記載の組成物は、ＰＴＦＥの特性を十分に発揮させることができず、ＰＴＦＥの代替としては不十分である。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決し、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物、及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂に添加されたＰＴＦＥ粒子とを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記熱可塑性樹脂と前記ＰＴＦＥ粒子とを含む混合物を熱加工した熱加工品を３２７℃以上の加熱最大温度まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後、前記加熱最大温度から２９３℃まで、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となるように前記熱加工品を冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記冷却工程において、２９３〜２９７℃の範囲で５分以上前記熱加工品を保持することが好ましい。
【００１０】
また、前記加熱工程の前に、前記混合物を金型内で成形して前記熱加工品を得る熱加工工程をさらに備え、前記加熱工程および前記冷却工程は、前記熱加工品を金型から取り出さずに金型内で行ってもよい。
【００１１】
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子を含む熱可塑性樹脂組成物であり、前記ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が５５以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂１００重量部に対して、ＰＴＦＥ粒子を２０〜９００重量部含むことが好ましい。
また、ＰＴＦＥ粒子の平均粒径が２００μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法によれば、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態の熱可塑性樹脂組成物の製造方法および熱可塑性樹脂組成物について説明する。
まず、本実施形態の熱可塑性樹脂組成物の材料について説明する。
本実施形態の熱可塑性樹脂組成物は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるＰＴＦＥ粒子と、を含有している。
【００１６】
熱可塑性樹脂は、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、およびポリアリレート（ＰＡＲ）を単独で用いたり、これらの樹脂材料から２種類以上を混合したりして用いることができる。
【００１７】
ＰＴＦＥ粒子は、用途に合わせて最適な粒径のものを選択して熱可塑性樹脂に混合することができる。たとえば、本実施形態では、ＰＴＦＥ粒子は、乾式レーザー法によって測定した平均粒径が２００μｍ以下である。また、熱可塑性樹脂中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度は５５以上である。
なお、複数の粒径のＰＴＦＥ粒子を組み合わせて熱可塑性樹脂に混合しても良い。
【００１８】
次に、本実施形態の熱可塑性樹脂組成物の製造方法について説明する。
図１は、熱可塑性樹脂組成物の製造方法を説明するためのフローチャートである。
まず、上述の熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを混合する（混合工程Ｓ１）。
混合工程Ｓ１においては、熱可塑性樹脂１００重量部に対して２０〜９００重量部のＰＴＦＥ粒子を添加する。
【００１９】
次に、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子との混合物を溶融混練（熱加工）する（溶融混練（熱加工）工程Ｓ２）。
溶融混練工程Ｓ２においては、溶融混練を行うための装置には特に制限はなく、単軸押出機、二軸押出機、ロール、バンバリーミキサー又は各種のニーダー等、公知の混練機等を使用し得る。例えば、適度なＬ／Ｄの二軸押出機、加圧ニーダー等を用いることにより、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを混練しながら混練済みの混合物（熱加工品）を連続的に排出させることもできる。
熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とが混練されたら、溶融混練工程Ｓ２は終了する。
なお、溶融混練された混合物（熱加工品）を、成形型内に充填したり押し出し成形したりして所定の形状に成形してもよい。
【００２０】
次に、溶融混練された混合物（熱加工品）を加熱最大温度まで加熱する（加熱工程Ｓ３）。
加熱工程Ｓ３では、まず、雰囲気温度が３３０℃（本実施形態における加熱最大温度）に調整された加熱炉内に熱加工品を配置する。なお、加熱工程Ｓ３における加熱炉の雰囲気温度は３３０℃に限られず、熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上であれば３３０℃以上とされてもよい。
加熱炉内に配置された熱加工品は、熱加工品中のＰＴＦＥ粒子の融点である３２７℃を超える温度まで加熱される。これにより、熱加工品中のＰＴＦＥ粒子は溶融する。また、熱可塑性樹脂は３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上であるので、熱加工品の形状は維持される。
【００２１】
なお、熱可塑性樹脂組成物が３３０℃の雰囲気温度下に置かれたとき、周辺雰囲気との熱のやりとりによってまず熱加工品の表層の温度が上昇し、次いで熱加工品の内部の温度が上昇する。このため、熱加工品の表層と内部では数℃の温度勾配が生じている。
また、加熱炉の雰囲気温度を３２７℃として表層と内部の温度を均一に３２７℃としてもよいが、この場合には、熱加工品全体の内部温度が３２７℃に達するまでにより長い時間を要する。加熱炉の雰囲気温度をＰＴＦＥの融点より高い温度とすることにより、熱加工品の内部まで短時間で３２７℃を越える温度にすることができ、組成物の生産性を向上させることができる。
【００２２】
なお、加熱温度が３２７℃未満であると、熱可塑性樹脂組成物の溶融混練および成形加工において熱加工品を冷却することによって付与された結晶化度が維持されてしまい、熱加工品の結晶化度を高めることが困難になる。
【００２３】
次に、加熱された熱加工品を、１０℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却する（冷却工程Ｓ４）。
冷却工程Ｓ４では、ＰＴＦＥの融点以上に加熱されたＰＴＦＥ粒子は、１０℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却することによって結晶化する。ＰＴＦＥの結晶化は、ＰＴＦＥの融点である３２７℃から２９３℃まで冷却する間に進行し、特に、２９７〜２９３℃の間で特に進行する。２９３℃未満の領域ではＰＴＦＥの結晶化の進行は小さい。ＰＴＦＥの結晶化度は、熱加工品の冷却速度に依存する。特に、ＰＴＦＥの結晶化度は、ＰＴＦＥの融点である３２７℃以上の温度から２９３℃を下回る温度までの冷却速度によって決定される。熱加工品の冷却速度が小さいほどＰＴＦＥの結晶化度は大きくなる。なお、冷却速度が１０℃／ｍｉｎより速いと、熱可塑性樹脂中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度を十分に高めることができなくなり、結果として耐磨耗性が低下する。
【００２４】
また、結晶化が特に進行する２９７〜２９３℃の温度範囲内で所定時間熱加工品を保持することによって、さらに結晶化度を向上させることができる。たとえば、加熱炉内の雰囲気温度が２９３℃以上２９７℃以下の温度条件で５分間熱加工品を保持することによって、熱加工品中のＰＴＦＥの結晶化を進行させ、さらに、ＰＴＦＥを均一に結晶化させることができる。なお、加熱炉内の雰囲気温度が２９３℃以上２９７℃以下の温度条件で熱加工品を保持する時間は、５分より長くてもよい。
【００２５】
ＰＴＦＥの耐磨耗性は、ＰＴＦＥの結晶化度の影響を大きく受ける。すなわち、ＰＴＦＥの結晶化度が大きいほど良好な耐磨耗性を示す。本実施形態では、加熱された熱加工品の結晶化を２９７〜２９３℃の温度領域にて進行させるので、熱可塑性樹脂中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度を５５以上とすることができる。ＰＴＦＥ粒子に用いられるＰＴＦＥの結晶化度は、ＰＴＦＥの比重を計測することで確認することができる。ＰＴＦＥの比重は２．１７であるが、結晶化度の大小によって数％〜１０％程度の比重の差が生じる。たとえば、ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が５５のときのＰＴＦＥの比重は２．０８である。なお、比重の計測方法としては、一般的な手法を用いることができる。たとえば、混練された材料の比重計測結果とブレンド比から比重を算出してもよいし、樹脂分を溶解させてＰＴＦＥ粒子を取り出して比重を計測してもよい。
【００２６】
熱可塑性樹脂もＰＴＦＥ粒子も炭素骨格を有する材料であり、それらの熱収縮量に大きな差はない。しかしながら、ＰＴＦＥ粒子は、熱加工品を冷却する過程で進行する結晶化に伴ってさらに収縮する。ＰＴＦＥの比重の差は、結晶化に伴う熱収縮による体積変化によって主に生じる。ＰＴＦＥ粒子の体積変化によって、ＰＴＦＥ粒子の粒径は結晶化前と比較して５％以下の範囲で減少する。
ＰＴＦＥ粒子が熱収縮すると、ＰＴＦＥ粒子と熱可塑性樹脂との間に僅かに隙間が生じる。結晶化に伴う熱収縮で発生する隙間が１０μｍ以下であれば、ＰＴＦＥ粒子が熱可塑性樹脂から脱落しにくい。また、ＰＴＦＥ粒子の粒径の減少が僅かであれば、ＰＴＦＥ粒子の熱収縮は、周囲の熱可塑性樹脂によっては阻害されにくい。本実施形態では、ＰＴＦＥ粒子の平均粒径が２００μｍ以下であるので、結晶化によって５％以下の径の変化が生じてもその大きさは１０μｍ以下である。このため、ＰＴＦＥは十分に結晶化され、耐磨耗性が高まる。
【００２７】
熱加工品の温度が２９３℃以下となった後は、熱加工品の冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下とする必要はなく、たとえば加熱炉から熱加工品を取り出して空冷してもよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の熱可塑性樹脂の製造方法によれば、加熱工程Ｓ３においてＰＴＦＥ粒子の融点以上に熱加工品の温度を上げ、冷却工程Ｓ４において１０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で熱加工品を冷却するので、ＰＴＦＥ粒子を結晶化を進行させることができる。これにより、ＰＴＦＥ粒子の結晶化度を十分に高め、結果として耐磨耗性に優れた熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。その結果、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。
【００２９】
また、冷却工程Ｓ４において２９３〜２９７℃の温度範囲内で５分以上熱加工品を保持することにより、樹脂組成物中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度をさらに高め、また、ＰＴＦＥ粒子を均一に結晶化させることができる。その結果、ＰＴＦＥ粒子そのものの耐熱性や摩耗特性をさらに向上させることができる。
【００３０】
（変形例）
次に、上述の実施形態の変形例１について説明する。
本変形例では、溶融混練工程Ｓ２が終了した熱加工品に対して、加熱工程Ｓ３および冷却工程Ｓ４を、熱加工品を成形するための金型内で行う点で上述の実施形態と方法が異なっている。
本変形例で用いる金型は、金型内に充填された熱加工品に対して加熱および冷却を行うことができるように構成されている。
金型と熱加工品とは接触しており、加熱工程Ｓ３および冷却工程Ｓ４では、熱加工品と金型との間で熱のやり取りが生じる。金型は空気よりも熱伝導性が高いので、本変形例の場合には、加熱炉の雰囲気温度を調整して熱加工品を加熱および冷却する場合と比較して、熱加工品の温度制御をより高精度に行える。また、金型によって成形された成形品全体でＰＴＦＥ粒子を均一かつ高い結晶化度とすることができる。その結果、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子との熱加工品から、耐熱性や耐磨耗性に優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物の成形品を製造することができる。
【００３１】
次に、以下に示す各実施例および比較例に基づいて、本発明の熱可塑性樹脂組成物についてより詳細に説明する。
下記表１は、実施例をまとめて示す表であり、下記表２は、比較例をまとめて示す表である。表１、表２に示す各熱処理条件は、成形品を加熱最大温度まで昇温し、降温速度制御温度まで降温速度にて温度を低下させ、必要であれば保持温度に達した際に保持時間で示した時間だけ保持することを示す。保持温度および保持時間における記号「−」は、成形品の温度を保持しない処理条件であることを示している。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
本発明の実施例、比較例に用いた原料は以下の通りである。
（１）熱可塑性樹脂
ＰＥＳ：スミカエクセルＰＥＳ ４８００Ｇ（住友化学株式会社製、３３０℃における貯蔵弾性率：１２０ＭＰａ、荷重たわみ温度：２０３℃（１．８ＭＰａ））
ＰＳＵ：ユーデルＰ−３５００（ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：６０ＭＰａ、荷重たわみ温度：１７４℃（１．８ＭＰａ））
ＰＰＳＵ：レーデルＲ−５０００（ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：８５ＭＰａ、荷重たわみ温度：２０７℃（１．８ＭＰａ））
ＰＦＡ：ネオフロンＡＰ−２１０（ダイキン工業株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：１．２ＭＰａ、荷重たわみ温度：５５℃（１．８ＭＰａ））
ＦＥＰ：ネオフロンＮＰ−２０（ダイキン工業株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：０．７ＭＰａ、荷重たわみ温度：４７℃（１．８ＭＰａ））
（２）ＰＴＦＥ粒子
モールディングパウダーＭ−１８（ダイキン工業株式会社製、平均粒径４０μｍ）
モールディングパウダーＭ−１３９（ダイキン工業株式会社製、平均粒径４００μｍ）
【００３５】
本発明の実施例、比較例の評価方法は以下の通りである。
（１）柔軟性
ＪＩＳ Ｋ ７２１５に準拠し、デュロメータ硬さ・タイプＤにて測定した。表面硬度が小さいほど良好な柔軟性を有していることを示す。試験片として厚さ６．３ｍｍのものを加熱プレスによって作成した。試験片は、プレス温度が３７０℃であり、試験片の成形後に表１、表２に示す熱処理を施したものである。
【００３６】
（２）耐熱性
ＪＩＳ Ｋ ７１９１に準拠し、荷重たわみ温度を計測して耐熱性を評価した。測定荷重は１．８ＭＰａである。荷重たわみ温度が高いほど良好な耐熱性を有していることを示す。試験片として厚さ４ｍｍ、８０×１０ｍｍのものを加熱プレスによって作製した。試験片は、プレス温度が３７０℃であり、試験片の成形後に表１、表２に示す熱処理を施したものである。
【００３７】
（３）耐磨耗性
ＪＩＳ Ｋ ７２１８に準拠し、すべり摩耗試験による摩耗量で評価した。摩耗量が小さいほど良好な耐磨耗性を有していることを示す。試験片として厚さ１ｍｍ、３０×３０ｍｍのものを加熱プレスによって作成した。試験片は、プレス温度が３７０℃であり、試験片の成形後に表１、表２に示す熱処理を施したものである。
相手材：Ｓ４５Ｃリング（接触面積２ｃｍ２）
荷重：１００Ｎ
速度：０．５ｍ／ｓ
温度：１５０℃雰囲気中
試験時間：６０ｍｉｎ
【００３８】
（４）成形加工性
８０ｔ射出成形機で８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの短冊を射出成形し、表１、表２に示した熱処理を施した後に、その外観（フローマークおよびヒケ発生の有無）を目視により観察した。成形加工性は、次の基準で評価した。
◎（良）：フローマークおよびヒケの発生がない。
○（可）：上記設定圧力ではフローマークおよびヒケの発生が見られるが、射出圧力、保持圧力を高めることで改善可能である。
×（不可）：成形条件をいかに変えようともフローマークおよびヒケが発生する。
【００３９】
（５）形状保持性
８０ｔ射出成形機で８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの短冊を射出成形し、表１、表２に示した熱処理を成形後に施した後に、その形状保持性を目視により観察した。形状保持性は、次の基準で評価した。
◎（良）：熱処理前後で成形品形状にほとんど変化がみられない。
○（可）：熱処理前後でエッジ部の形状は若干丸みを帯びるものの、製品全体の形状にほとんど変化が見られない。
×（不可）：熱処理後に明らかな形状変化が見られる。
【００４０】
［実施例１］
実施例１では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＥＳとＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットから試験片を成形し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を行い、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例１で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４１】
［実施例２］
実施例２は、上記実施例１とは別の樹脂成分を用いた例である。実施例２では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＳＵ Ｐ−３５００とＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を行い、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例２で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４２】
［実施例３］
実施例３は、実施例１及び２とは別の樹脂成分を用いた例である。実施例３では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＰＳＵ Ｒ−５０００とＰＴＦＥ Ｍ１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例３で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４３】
［実施例４］
実施例４は、成形品を２９５℃で５分間保持した実施例である。実施例４では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＥＳ４８００ＧとＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例４で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４４】
［実施例５］
実施例５は、実施例４と同一の試験片に対して、熱処理条件を変えて行ったものである。実施例５は、成形品を２９０℃で保持する点で実施例４と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例５で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４５】
［実施例６］
実施例６は、実施例４と同一の試験片に対して、熱処理条件を変えて行ったものである。実施例６は、成形品を３００℃で保持する点で実施例４と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例６で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４６】
［実施例７］
実施例７は、実施例４と同一の試験片に対して、熱処理条件を変えて行ったものである。実施例７は、成形品を３分間保持する点で実施例４と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例７で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
上記実施例４、５、６、７を比較すると、荷重たわみ温度、磨耗量、および形状保持性の点において実施例４に示す条件が特に優れている。
【００４７】
［実施例８］
実施例８では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＥＳ ４８００ＧとＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。なお、本実施例では、金型内で熱処理を行った。金型内で熱処理をすることで、熱伝導率の高い金属と成形品の間で熱のやり取りを行うことになり、より高精度な温度制御が可能となる。その結果として、材料中（例えば表層と内部など）の温度プロファイルのばらつきが小さくなり、結晶化度の均一性が高まる。本実施例の評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例８で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４８】
［実施例９］
実施例９は、ＰＴＦＥ粒子の添加量を２０重量部とした点で実施例１と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例９で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４９】
［実施例１０］
実施例１０は、ＰＴＦＥ粒子の添加量を９００重量部とした点で実施例１と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例１０で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００５０】
［実施例１１］
実施例１１は、ＰＴＦＥ粒子の粒径を４００μｍとした点で実施例１と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例１１で示す樹脂組成物は、良好な特性を示している。なお、成形加工性および耐磨耗性の観点では、実施例１１で示す樹脂組成物よりも、実施例１で示す樹脂組成物の方が優れている。
【００５１】
［実施例１２］
実施例１２は、ＰＴＦＥ粒子の配合量が１０重量部である点で実施例１、実施例９と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、ＰＴＦＥ粒子の配合量を１０重量部とした実施例１２の組成物は、表面硬度が高く、柔軟性の点で実施例１、９の組成物に劣るが、磨耗量、成型加工性、及び形状保持性の点で実施例１、９の組成物より優れている。
【００５２】
［実施例１３］
実施例１３は、ＰＴＦＥ粒子の配合量を１０００重量部とした点で実施例１、１０と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、ＰＴＦＥ粒子の配合量を１０００重量部とした実施例１３の組成物は、磨耗量、成形加工性、形状保持性の点で実施例１、１０の組成物に劣るが、表面硬度が低く、柔軟性が高い点で実施例１、１０の組成物より優れている。
【００５３】
［比較例１］
比較例１は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＰＦＡ ＡＰ−２１０を用いた比較例である。比較例１では、まず、表２に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＦＡ ＡＰ−２１０とＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表２に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＰＦＡ ＡＰ−２１０を用いた比較例１の組成物は、荷重たわみ温度および形状保持性の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５４】
［比較例２］
比較例２は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＦＥＰ ＮＰ−２０を用いた点で比較例１と異なる。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＦＥＰ ＮＰ−２０を用いた比較例２の組成物は、荷重たわみ温度および形状保持性の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５５】
［比較例３］
比較例３は、加熱最大温度が３２０℃である点で実施例１と異なる。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、加熱最大温度が３３０℃より低い３２０℃である組成物は、組成物の荷重たわみ温度および磨耗量の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５６】
［比較例４］
比較例４は、降温速度を１５℃／ｍｉｎとし、実施例１よりも急速に成形品を冷却した点が実施例１と異なる。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、降温速度を上げて急速に冷却した組成物は、荷重たわみ温度および磨耗量の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５７】
［比較例５］
比較例５は、降温速度制御温度を３００℃とした点で実施例１と異なる。すなわち、比較例５では、成形品の温度が３００℃以下の温度範囲では冷却速度の制御が行われていない。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、降温速度制御温度が３００℃である比較例５の組成物は、荷重たわみ温度および磨耗量の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について、実施例を踏まえて詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、上述の熱可塑性樹脂およびＰＴＦＥ粒子に加えて、必要に応じてその他の成分が同時にあるいは任意の順に添加されていてもよい。
また、上述の実施形態で説明した加熱工程Ｓ３は、上述の溶融混練工程Ｓ２で用いた混練機の内部で行ってもよいし、溶融混練工程Ｓ２のあと混練機から熱加工品を取り出して別途上述の温度に調整された加熱炉内に熱加工品を配置して行ってもよい。
【００５９】
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子との混合物を成形する方法には特に制限はない。たとえば、押出成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成形など、熱可塑性樹脂の成形方法として通常公知の方法を使用し得る。必要に応じて、熱加工品の成形後に熱処理を施してもよく、その場合の加熱工程Ｓ３は、金型内部へ加熱流体を流し込むことによる手法でも、金型を加熱炉中へ配置し温度制御する手法でも、成形品を加熱炉中へ配置し温度制御する手法でも、いずれの手法でも行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の成形品としては、Ｏリング、カンシ栓、チューブ、容器など医療機器分野を初めとし、ＯＡ機器分野、電気電子機器分野、精密機器分野を初めとする工業用途、さらには自動車分野などが挙げられるが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ１ 添加工程
Ｓ２ 溶融混練工程（熱加工工程）
Ｓ３ 加熱工程
Ｓ４ 冷却工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱可塑性樹脂組成物の製造方法および熱可塑性樹脂組成物に関する。特に、本発明は、耐熱性や耐磨耗性に優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物、及びそれを用いた成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、耐熱性、耐薬品性、高摺動性、低摩耗特性、化学的安定性などに優れた特性を有する熱可塑性樹脂である。ＰＴＦＥは、医療分野、電気・電子部品分野、機構部品分野、自動車部品分野、ＯＡ機器部品分野など幅広い分野で使用されている。
ＰＴＦＥは、上述の優れた特性を有する反面、成形加工性に劣るという欠点を有する。すなわち、一般的な熱可塑性樹脂に対する加熱する加熱加工手法をＰＴＦＥの成形加工に適用しようとすると、加熱されたＰＴＦＥは溶融せずに分解してしまう。
【０００３】
このような欠点を改善する目的で、溶融性のフッ素樹脂をはじめとして、ＰＴＦＥの代替となる熱可塑性樹脂組成物が開発されている。
例えば特許文献１には、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）にＰＴＦＥ粒子を混合し、機械的特性および成形性を改善させた溶融成形用共重合体組成物が記載されている。
また、特許文献２、３、４にはＰＴＦＥよりも高融点の熱可塑性樹脂にＰＴＦＥ粒子を混合し、ＰＴＦＥのみからなる樹脂に比べて耐熱性を低下させることなく、ＰＴＦＥのもつ摺動性などを付与させた組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２７７７０号公報
【特許文献２】特開平５−１７６５２号公報
【特許文献３】特開平８−１５７６７８号公報
【特許文献４】特開平１０−３１６８４２号公報
【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、特許文献１に記載の溶融成形用共重合体組成物は、基材であるパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）そのものの耐熱性がＰＴＦＥより低いので、ＰＴＦＥと比較して耐熱性が劣る。
【０００６】
また、特許文献２、３、４に記載の組成物は、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを混練する際にＰＴＦＥ粒子がその融点以上に加熱され、ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が著しく低下する。そのため、特許文献２、３、４に記載の組成物では、ＰＴＦＥとしての上記特性そのものが低下している。また、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とをＰＴＦＥの融点以下で混練した場合には、混練時のせん断によってＰＴＦＥ粒子に大きな歪みが発生し、ＰＴＦＥ粒子の結晶性が低下し、ＰＴＦＥとしての上記特性そのものが低下する。
このように、特許文献１〜４に記載の組成物は、ＰＴＦＥの特性を十分に発揮させることができず、ＰＴＦＥの代替としては不十分である。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決し、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物、及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂に添加されたＰＴＦＥ粒子とを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記熱可塑性樹脂と前記ＰＴＦＥ粒子とを含む混合物を熱加工した熱加工品を３２７℃以上の加熱最大温度まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後、前記加熱最大温度から２９３℃まで、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となるように前記熱加工品を冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記冷却工程において、２９３〜２９７℃の範囲で５分以上前記熱加工品を保持することが好ましい。
【００１０】
また、前記加熱工程の前に、前記混合物を金型内で成形して前記熱加工品を得る熱加工工程をさらに備え、前記加熱工程および前記冷却工程は、前記熱加工品を金型から取り出さずに金型内で行ってもよい。
【００１１】
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子を含む熱可塑性樹脂組成物であり、前記ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が５５以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂１００重量部に対して、ＰＴＦＥ粒子を２０〜９００重量部含むことが好ましい。
また、ＰＴＦＥ粒子の平均粒径が２００μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法によれば、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態の熱可塑性樹脂組成物の製造方法および熱可塑性樹脂組成物について説明する。
まず、本実施形態の熱可塑性樹脂組成物の材料について説明する。
本実施形態の熱可塑性樹脂組成物は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるＰＴＦＥ粒子と、を含有している。
【００１６】
熱可塑性樹脂は、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、およびポリアリレート（ＰＡＲ）を単独で用いたり、これらの樹脂材料から２種類以上を混合したりして用いることができる。
【００１７】
ＰＴＦＥ粒子は、用途に合わせて最適な粒径のものを選択して熱可塑性樹脂に混合することができる。たとえば、本実施形態では、ＰＴＦＥ粒子は、乾式レーザー法によって測定した平均粒径が２００μｍ以下である。また、熱可塑性樹脂中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度は５５以上である。
なお、複数の粒径のＰＴＦＥ粒子を組み合わせて熱可塑性樹脂に混合しても良い。
【００１８】
次に、本実施形態の熱可塑性樹脂組成物の製造方法について説明する。
図１は、熱可塑性樹脂組成物の製造方法を説明するためのフローチャートである。
まず、上述の熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを混合する（混合工程Ｓ１）。
混合工程Ｓ１においては、熱可塑性樹脂１００重量部に対して２０〜９００重量部のＰＴＦＥ粒子を添加する。
【００１９】
次に、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子との混合物を溶融混練（熱加工）する（溶融混練（熱加工）工程Ｓ２）。
溶融混練工程Ｓ２においては、溶融混練を行うための装置には特に制限はなく、単軸押出機、二軸押出機、ロール、バンバリーミキサー又は各種のニーダー等、公知の混練機等を使用し得る。例えば、適度なＬ／Ｄの二軸押出機、加圧ニーダー等を用いることにより、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とを混練しながら混練済みの混合物（熱加工品）を連続的に排出させることもできる。
熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子とが混練されたら、溶融混練工程Ｓ２は終了する。
なお、溶融混練された混合物（熱加工品）を、成形型内に充填したり押し出し成形したりして所定の形状に成形してもよい。
【００２０】
次に、溶融混練された混合物（熱加工品）を加熱最大温度まで加熱する（加熱工程Ｓ３）。
加熱工程Ｓ３では、まず、雰囲気温度が３３０℃（本実施形態における加熱最大温度）に調整された加熱炉内に熱加工品を配置する。なお、加熱工程Ｓ３における加熱炉の雰囲気温度は３３０℃に限られず、熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上であれば３３０℃以上とされてもよい。
加熱炉内に配置された熱加工品は、熱加工品中のＰＴＦＥ粒子の融点である３２７℃を超える温度まで加熱される。これにより、熱加工品中のＰＴＦＥ粒子は溶融する。また、熱可塑性樹脂は３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上であるので、熱加工品の形状は維持される。
【００２１】
なお、熱可塑性樹脂組成物が３３０℃の雰囲気温度下に置かれたとき、周辺雰囲気との熱のやりとりによってまず熱加工品の表層の温度が上昇し、次いで熱加工品の内部の温度が上昇する。このため、熱加工品の表層と内部では数℃の温度勾配が生じている。
また、加熱炉の雰囲気温度を３２７℃として表層と内部の温度を均一に３２７℃としてもよいが、この場合には、熱加工品全体の内部温度が３２７℃に達するまでにより長い時間を要する。加熱炉の雰囲気温度をＰＴＦＥの融点より高い温度とすることにより、熱加工品の内部まで短時間で３２７℃を越える温度にすることができ、組成物の生産性を向上させることができる。
【００２２】
なお、加熱温度が３２７℃未満であると、熱可塑性樹脂組成物の溶融混練および成形加工において熱加工品を冷却することによって付与された結晶化度が維持されてしまい、熱加工品の結晶化度を高めることが困難になる。
【００２３】
次に、加熱された熱加工品を、１０℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却する（冷却工程Ｓ４）。
冷却工程Ｓ４では、ＰＴＦＥの融点以上に加熱されたＰＴＦＥ粒子は、１０℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却することによって結晶化する。ＰＴＦＥの結晶化は、ＰＴＦＥの融点である３２７℃から２９３℃まで冷却する間に進行し、特に、２９７〜２９３℃の間で特に進行する。２９３℃未満の領域ではＰＴＦＥの結晶化の進行は小さい。ＰＴＦＥの結晶化度は、熱加工品の冷却速度に依存する。特に、ＰＴＦＥの結晶化度は、ＰＴＦＥの融点である３２７℃以上の温度から２９３℃を下回る温度までの冷却速度によって決定される。熱加工品の冷却速度が小さいほどＰＴＦＥの結晶化度は大きくなる。なお、冷却速度が１０℃／ｍｉｎより速いと、熱可塑性樹脂中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度を十分に高めることができなくなり、結果として耐磨耗性が低下する。
【００２４】
また、結晶化が特に進行する２９７〜２９３℃の温度範囲内で所定時間熱加工品を保持することによって、さらに結晶化度を向上させることができる。たとえば、加熱炉内の雰囲気温度が２９３℃以上２９７℃以下の温度条件で５分間熱加工品を保持することによって、熱加工品中のＰＴＦＥの結晶化を進行させ、さらに、ＰＴＦＥを均一に結晶化させることができる。なお、加熱炉内の雰囲気温度が２９３℃以上２９７℃以下の温度条件で熱加工品を保持する時間は、５分より長くてもよい。
【００２５】
ＰＴＦＥの耐磨耗性は、ＰＴＦＥの結晶化度の影響を大きく受ける。すなわち、ＰＴＦＥの結晶化度が大きいほど良好な耐磨耗性を示す。本実施形態では、加熱された熱加工品の結晶化を２９７〜２９３℃の温度領域にて進行させるので、熱可塑性樹脂中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度を５５以上とすることができる。ＰＴＦＥ粒子に用いられるＰＴＦＥの結晶化度は、ＰＴＦＥの比重を計測することで確認することができる。ＰＴＦＥの比重は２．１７であるが、結晶化度の大小によって数％〜１０％程度の比重の差が生じる。たとえば、ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が５５のときのＰＴＦＥの比重は２．０８である。なお、比重の計測方法としては、一般的な手法を用いることができる。たとえば、混練された材料の比重計測結果とブレンド比から比重を算出してもよいし、樹脂分を溶解させてＰＴＦＥ粒子を取り出して比重を計測してもよい。
【００２６】
熱可塑性樹脂もＰＴＦＥ粒子も炭素骨格を有する材料であり、それらの熱収縮量に大きな差はない。しかしながら、ＰＴＦＥ粒子は、熱加工品を冷却する過程で進行する結晶化に伴ってさらに収縮する。ＰＴＦＥの比重の差は、結晶化に伴う熱収縮による体積変化によって主に生じる。ＰＴＦＥ粒子の体積変化によって、ＰＴＦＥ粒子の粒径は結晶化前と比較して５％以下の範囲で減少する。
ＰＴＦＥ粒子が熱収縮すると、ＰＴＦＥ粒子と熱可塑性樹脂との間に僅かに隙間が生じる。結晶化に伴う熱収縮で発生する隙間が１０μｍ以下であれば、ＰＴＦＥ粒子が熱可塑性樹脂から脱落しにくい。また、ＰＴＦＥ粒子の粒径の減少が僅かであれば、ＰＴＦＥ粒子の熱収縮は、周囲の熱可塑性樹脂によっては阻害されにくい。本実施形態では、ＰＴＦＥ粒子の平均粒径が２００μｍ以下であるので、結晶化によって５％以下の径の変化が生じてもその大きさは１０μｍ以下である。このため、ＰＴＦＥは十分に結晶化され、耐磨耗性が高まる。
【００２７】
熱加工品の温度が２９３℃以下となった後は、熱加工品の冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下とする必要はなく、たとえば加熱炉から熱加工品を取り出して空冷してもよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の熱可塑性樹脂の製造方法によれば、加熱工程Ｓ３においてＰＴＦＥ粒子の融点以上に熱加工品の温度を上げ、冷却工程Ｓ４において１０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で熱加工品を冷却するので、ＰＴＦＥ粒子を結晶化を進行させることができる。これにより、ＰＴＦＥ粒子の結晶化度を十分に高め、結果として耐磨耗性に優れた熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。その結果、柔軟性、耐熱性、耐磨耗性のバランスに優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。
【００２９】
また、冷却工程Ｓ４において２９３〜２９７℃の温度範囲内で５分以上熱加工品を保持することにより、樹脂組成物中のＰＴＦＥ粒子の結晶化度をさらに高め、また、ＰＴＦＥ粒子を均一に結晶化させることができる。その結果、ＰＴＦＥ粒子そのものの耐熱性や摩耗特性をさらに向上させることができる。
【００３０】
（変形例）
次に、上述の実施形態の変形例１について説明する。
本変形例では、溶融混練工程Ｓ２が終了した熱加工品に対して、加熱工程Ｓ３および冷却工程Ｓ４を、熱加工品を成形するための金型内で行う点で上述の実施形態と方法が異なっている。
本変形例で用いる金型は、金型内に充填された熱加工品に対して加熱および冷却を行うことができるように構成されている。
金型と熱加工品とは接触しており、加熱工程Ｓ３および冷却工程Ｓ４では、熱加工品と金型との間で熱のやり取りが生じる。金型は空気よりも熱伝導性が高いので、本変形例の場合には、加熱炉の雰囲気温度を調整して熱加工品を加熱および冷却する場合と比較して、熱加工品の温度制御をより高精度に行える。また、金型によって成形された成形品全体でＰＴＦＥ粒子を均一かつ高い結晶化度とすることができる。その結果、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子との熱加工品から、耐熱性や耐磨耗性に優れ、かつ成形加工性に優れる熱可塑性樹脂組成物の成形品を製造することができる。
【００３１】
次に、以下に示す各実施例および比較例に基づいて、本発明の熱可塑性樹脂組成物についてより詳細に説明する。
下記表１は、実施例をまとめて示す表であり、下記表２は、比較例をまとめて示す表である。表１、表２に示す各熱処理条件は、成形品を加熱最大温度まで昇温し、降温速度制御温度まで降温速度にて温度を低下させ、必要であれば保持温度に達した際に保持時間で示した時間だけ保持することを示す。保持温度および保持時間における記号「−」は、成形品の温度を保持しない処理条件であることを示している。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
本発明の実施例、比較例に用いた原料は以下の通りである。
（１）熱可塑性樹脂
ＰＥＳ：スミカエクセルＰＥＳ ４８００Ｇ（住友化学株式会社製、３３０℃における貯蔵弾性率：１２０ＭＰａ、荷重たわみ温度：２０３℃（１．８ＭＰａ））
ＰＳＵ：ユーデルＰ−３５００（ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：６０ＭＰａ、荷重たわみ温度：１７４℃（１．８ＭＰａ））
ＰＰＳＵ：レーデルＲ−５０００（ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：８５ＭＰａ、荷重たわみ温度：２０７℃（１．８ＭＰａ））
ＰＦＡ：ネオフロンＡＰ−２１０（ダイキン工業株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：１．２ＭＰａ、荷重たわみ温度：５５℃（１．８ＭＰａ））
ＦＥＰ：ネオフロンＮＰ−２０（ダイキン工業株式会社製、３３０度における貯蔵弾性率：０．７ＭＰａ、荷重たわみ温度：４７℃（１．８ＭＰａ））
（２）ＰＴＦＥ粒子
モールディングパウダーＭ−１８（ダイキン工業株式会社製、平均粒径４０μｍ）
モールディングパウダーＭ−１３９（ダイキン工業株式会社製、平均粒径４００μｍ）
【００３５】
本発明の実施例、比較例の評価方法は以下の通りである。
（１）柔軟性
ＪＩＳ Ｋ ７２１５に準拠し、デュロメータ硬さ・タイプＤにて測定した。表面硬度が小さいほど良好な柔軟性を有していることを示す。試験片として厚さ６．３ｍｍのものを加熱プレスによって作成した。試験片は、プレス温度が３７０℃であり、試験片の成形後に表１、表２に示す熱処理を施したものである。
【００３６】
（２）耐熱性
ＪＩＳ Ｋ ７１９１に準拠し、荷重たわみ温度を計測して耐熱性を評価した。測定荷重は１．８ＭＰａである。荷重たわみ温度が高いほど良好な耐熱性を有していることを示す。試験片として厚さ４ｍｍ、８０×１０ｍｍのものを加熱プレスによって作製した。試験片は、プレス温度が３７０℃であり、試験片の成形後に表１、表２に示す熱処理を施したものである。
【００３７】
（３）耐磨耗性
ＪＩＳ Ｋ ７２１８に準拠し、すべり摩耗試験による摩耗量で評価した。摩耗量が小さいほど良好な耐磨耗性を有していることを示す。試験片として厚さ１ｍｍ、３０×３０ｍｍのものを加熱プレスによって作成した。試験片は、プレス温度が３７０℃であり、試験片の成形後に表１、表２に示す熱処理を施したものである。
相手材：Ｓ４５Ｃリング（接触面積２ｃｍ２）
荷重：１００Ｎ
速度：０．５ｍ／ｓ
温度：１５０℃雰囲気中
試験時間：６０ｍｉｎ
【００３８】
（４）成形加工性
８０ｔ射出成形機で８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの短冊を射出成形し、表１、表２に示した熱処理を施した後に、その外観（フローマークおよびヒケ発生の有無）を目視により観察した。成形加工性は、次の基準で評価した。
◎（良）：フローマークおよびヒケの発生がない。
○（可）：上記設定圧力ではフローマークおよびヒケの発生が見られるが、射出圧力、保持圧力を高めることで改善可能である。
×（不可）：成形条件をいかに変えようともフローマークおよびヒケが発生する。
【００３９】
（５）形状保持性
８０ｔ射出成形機で８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの短冊を射出成形し、表１、表２に示した熱処理を成形後に施した後に、その形状保持性を目視により観察した。形状保持性は、次の基準で評価した。
◎（良）：熱処理前後で成形品形状にほとんど変化がみられない。
○（可）：熱処理前後でエッジ部の形状は若干丸みを帯びるものの、製品全体の形状にほとんど変化が見られない。
×（不可）：熱処理後に明らかな形状変化が見られる。
【００４０】
［実施例１］
実施例１では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＥＳとＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットから試験片を成形し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を行い、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例１で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４１】
［実施例２］
実施例２は、上記実施例１とは別の樹脂成分を用いた例である。実施例２では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＳＵ Ｐ−３５００とＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を行い、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例２で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４２】
［実施例３］
実施例３は、実施例１及び２とは別の樹脂成分を用いた例である。実施例３では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＰＳＵ Ｒ−５０００とＰＴＦＥ Ｍ１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例３で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４３】
［実施例４］
実施例４は、成形品を２９５℃で５分間保持した実施例である。実施例４では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＥＳ４８００ＧとＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例４で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４４】
［実施例５］
実施例５は、実施例４と同一の試験片に対して、熱処理条件を変えて行ったものである。実施例５は、成形品を２９０℃で保持する点で実施例４と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例５で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４５】
［実施例６］
実施例６は、実施例４と同一の試験片に対して、熱処理条件を変えて行ったものである。実施例６は、成形品を３００℃で保持する点で実施例４と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例６で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４６】
［実施例７］
実施例７は、実施例４と同一の試験片に対して、熱処理条件を変えて行ったものである。実施例７は、成形品を３分間保持する点で実施例４と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例７で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
上記実施例４、５、６、７を比較すると、荷重たわみ温度、磨耗量、および形状保持性の点において実施例４に示す条件が特に優れている。
【００４７】
［実施例８］
実施例８では、まず、表１に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＥＳ ４８００ＧとＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表１に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。なお、本実施例では、金型内で熱処理を行った。金型内で熱処理をすることで、熱伝導率の高い金属と成形品の間で熱のやり取りを行うことになり、より高精度な温度制御が可能となる。その結果として、材料中（例えば表層と内部など）の温度プロファイルのばらつきが小さくなり、結晶化度の均一性が高まる。本実施例の評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例８で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４８】
［実施例９］
実施例９は、ＰＴＦＥ粒子の添加量を２０重量部とした点で実施例１と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例９で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００４９】
［実施例１０］
実施例１０は、ＰＴＦＥ粒子の添加量を９００重量部とした点で実施例１と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例１０で示す樹脂組成物は良好な特性を示している。
【００５０】
［実施例１１］
実施例１１は、ＰＴＦＥ粒子の粒径を４００μｍとした点で実施例１と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、本発明の実施例１１で示す樹脂組成物は、良好な特性を示している。なお、成形加工性および耐磨耗性の観点では、実施例１１で示す樹脂組成物よりも、実施例１で示す樹脂組成物の方が優れている。
【００５１】
［実施例１２］
実施例１２は、ＰＴＦＥ粒子の配合量が１０重量部である点で実施例１、実施例９と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、ＰＴＦＥ粒子の配合量を１０重量部とした実施例１２の組成物は、表面硬度が高く、柔軟性の点で実施例１、９の組成物に劣るが、磨耗量、成型加工性、及び形状保持性の点で実施例１、９の組成物より優れている。
【００５２】
［実施例１３］
実施例１３は、ＰＴＦＥ粒子の配合量を１０００重量部とした点で実施例１、１０と異なる。評価結果を表１に示す。
表１より明らかなように、ＰＴＦＥ粒子の配合量を１０００重量部とした実施例１３の組成物は、磨耗量、成形加工性、形状保持性の点で実施例１、１０の組成物に劣るが、表面硬度が低く、柔軟性が高い点で実施例１、１０の組成物より優れている。
【００５３】
［比較例１］
比較例１は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＰＦＡ ＡＰ−２１０を用いた比較例である。比較例１では、まず、表２に示す成分比（重量部）となるように、スクリュー径２０ｍｍの二軸混練機にＰＦＡ ＡＰ−２１０とＰＴＦＥ Ｍ−１８とを投入し、３６０℃、６０ｒｐｍの条件で溶融混練し、ペレット化した。次に得られたペレットから試験片を作成し、表２に示す熱処理条件下で熱処理を施し、夫々の試験に供した。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＰＦＡ ＡＰ−２１０を用いた比較例１の組成物は、荷重たわみ温度および形状保持性の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５４】
［比較例２］
比較例２は、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＦＥＰ ＮＰ−２０を用いた点で比較例１と異なる。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ未満であるＦＥＰ ＮＰ−２０を用いた比較例２の組成物は、荷重たわみ温度および形状保持性の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５５】
［比較例３］
比較例３は、加熱最大温度が３２０℃である点で実施例１と異なる。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、加熱最大温度が３３０℃より低い３２０℃である組成物は、組成物の荷重たわみ温度および磨耗量の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５６】
［比較例４］
比較例４は、降温速度を１５℃／ｍｉｎとし、実施例１よりも急速に成形品を冷却した点が実施例１と異なる。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、降温速度を上げて急速に冷却した組成物は、荷重たわみ温度および磨耗量の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５７】
［比較例５］
比較例５は、降温速度制御温度を３００℃とした点で実施例１と異なる。すなわち、比較例５では、成形品の温度が３００℃以下の温度範囲では冷却速度の制御が行われていない。評価結果を表２に示す。
表２より明らかなように、降温速度制御温度が３００℃である比較例５の組成物は、荷重たわみ温度および磨耗量の点で実施例１の組成物に劣る。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について、実施例を踏まえて詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、上述の熱可塑性樹脂およびＰＴＦＥ粒子に加えて、必要に応じてその他の成分が同時にあるいは任意の順に添加されていてもよい。
また、上述の実施形態で説明した加熱工程Ｓ３は、上述の溶融混練工程Ｓ２で用いた混練機の内部で行ってもよいし、溶融混練工程Ｓ２のあと混練機から熱加工品を取り出して別途上述の温度に調整された加熱炉内に熱加工品を配置して行ってもよい。
【００５９】
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子との混合物を成形する方法には特に制限はない。たとえば、押出成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成形など、熱可塑性樹脂の成形方法として通常公知の方法を使用し得る。必要に応じて、熱加工品の成形後に熱処理を施してもよく、その場合の加熱工程Ｓ３は、金型内部へ加熱流体を流し込むことによる手法でも、金型を加熱炉中へ配置し温度制御する手法でも、成形品を加熱炉中へ配置し温度制御する手法でも、いずれの手法でも行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の成形品としては、Ｏリング、カンシ栓、チューブ、容器など医療機器分野を初めとし、ＯＡ機器分野、電気電子機器分野、精密機器分野を初めとする工業用途、さらには自動車分野などが挙げられるが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ１ 添加工程
Ｓ２ 溶融混練工程（熱加工工程）
Ｓ３ 加熱工程
Ｓ４ 冷却工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂に添加されたＰＴＦＥ粒子とを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、
前記熱可塑性樹脂と前記ＰＴＦＥ粒子とを含む混合物を熱加工した熱加工品を３２７℃以上の加熱最大温度まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の後、前記加熱最大温度から２９３℃まで、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となるように前記熱加工品を冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】
前記冷却工程において、２９３〜２９７℃の範囲で５分以上前記熱加工品を保持することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程の前に、前記混合物を金型内で成形して前記熱加工品を得る熱加工工程をさらに備え、
前記加熱工程および前記冷却工程は、前記熱加工品を金型から取り出さずに金型内で行うことを特徴とする請求項１または２記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項４】
３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子を含む熱可塑性樹脂組成物であり、前記ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が５５以上であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
【請求項５】
３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂１００重量部に対して、ＰＴＦＥ粒子を２０〜９００重量部含むことを特徴とする請求項４記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項６】
ＰＴＦＥ粒子の平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４または５記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項１】
３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂に添加されたＰＴＦＥ粒子とを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、
前記熱可塑性樹脂と前記ＰＴＦＥ粒子とを含む混合物を熱加工した熱加工品を３２７℃以上の加熱最大温度まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の後、前記加熱最大温度から２９３℃まで、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となるように前記熱加工品を冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】
前記冷却工程において、２９３〜２９７℃の範囲で５分以上前記熱加工品を保持することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程の前に、前記混合物を金型内で成形して前記熱加工品を得る熱加工工程をさらに備え、
前記加熱工程および前記冷却工程は、前記熱加工品を金型から取り出さずに金型内で行うことを特徴とする請求項１または２記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項４】
３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂とＰＴＦＥ粒子を含む熱可塑性樹脂組成物であり、前記ＰＴＦＥ粒子の結晶化度が５５以上であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
【請求項５】
３３０℃における貯蔵弾性率が１０ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂１００重量部に対して、ＰＴＦＥ粒子を２０〜９００重量部含むことを特徴とする請求項４記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項６】
ＰＴＦＥ粒子の平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４または５記載の熱可塑性樹脂組成物。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１５８６８２（Ｐ２０１２−１５８６８２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９３７（Ｐ２０１１−１８９３７）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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