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技術 繊維強化ポリアミド樹脂基材、その製造方法、それを含む成形品および複合成形品

出願人 東レ株式会社
発明者 越政之成瀬恵寛須藤健歌崎憲一
出願日 2017年9月27日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2017-185847
公開日 2019年4月18日 (3ヶ月経過) 公開番号 2019-059852
状態 未査定
技術分野 強化プラスチック材料 ポリアミド 炭素―炭素不飽和結合外反応のその他樹脂等
主要キーワード ベアリングケージ エンドレススチールベルト ギア部品 電源部品 スペクトル積分値 引き抜き法 航空機外 軽量化材料
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

含浸性および熱安定性に優れ、ボイドが少なく、表面品位に優れた繊維強化ポリアミド樹脂基材の提供。

解決手段

連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材ポリアミド樹脂含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材であって、前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が、ポリマーの主鎖を構成する繰り返し構造単位とは異なる構造単位から構成される構造をポリマーの末端基に有する末端変性ポリアミド樹脂であり、前記末端変性ポリアミド樹脂が下記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する、繊維強化ポリアミド樹脂基材。 −X−(R1−O)m−H (I)一般式(I)中mは2〜100の範囲を、R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。一般式(I)中に含まれるm個のR1は同じでも異なってもよい。

概要

背景

連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材ポリアミド樹脂含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材は、比強度比剛性に優れ、軽量化効果が高い上に、耐熱性耐薬品性が高いため、航空機自動車等の輸送機器や、スポーツ電気電子部品などの各種用途へ好ましく用いられている。近年、軽量化に対する需要の高まりにより、航空機、自動車用途を中心に、金属部品から樹脂部品への代替や、部品の小型化・モジュール化が進みつつあることから、成形加工性に優れ、かつ、機械特性に優れる材料開発が求められている。

概要

含浸性および熱安定性に優れ、ボイドが少なく、表面品位に優れた繊維強化ポリアミド樹脂基材の提供。連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材にポリアミド樹脂を含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材であって、前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が、ポリマーの主鎖を構成する繰り返し構造単位とは異なる構造単位から構成される構造をポリマーの末端基に有する末端変性ポリアミド樹脂であり、前記末端変性ポリアミド樹脂が下記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する、繊維強化ポリアミド樹脂基材。 −X−(R1−O)m−H (I)一般式(I)中mは2〜100の範囲を、R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。一般式(I)中に含まれるm個のR1は同じでも異なってもよい。なし

目的

本発明は、含浸性と熱安定性に優れた、ボイドが少なく表面品位に優れた繊維強化ポリアミド樹脂基材を提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材ポリアミド樹脂含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材であって、前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が、ポリマーの主鎖を構成する繰り返し構造単位とは異なる構造単位から構成される構造をポリマーの末端基に有する末端変性ポリアミド樹脂であり、前記末端変性ポリアミド樹脂が、下記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する、繊維強化ポリアミド樹脂基材。−X−(R1−O)m−H(I)上記一般式(I)中、mは2〜100の範囲を表す。R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を表す。−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。一般式(I)中に含まれるm個のR1は同じでも異なってもよい。

請求項2

前記末端変性ポリアミド樹脂が、さらに下記一般式(II)で表される末端構造を0.1〜5質量%含有する請求項1に記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。−Y−R3(II)上記一般式(II)中、R3は炭素数1〜30の1価の炭化水素基を表す。前記一般式(I)におけるXが−NH−または−N(CH3)−の場合、上記一般式(II)における−Y−は−(C=O)−を表し、前記一般式(I)におけるXが−(C=O)−の場合、上記一般式(II)におけるYは−NH−または−N(CH3)−を表す。

請求項3

前記強化繊維が一方向に連続して配列している、または、数平均繊維長が3〜100mmの不連続繊維である請求項1または2に記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項4

前記強化繊維が炭素繊維を含み、強化繊維を20〜70体積%含有する請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項5

前記末端変性ポリアミド樹脂が、前記一般式(I)で表される末端構造と前記一般式(II)で表される末端構造を合計60〜250[mol/t]含有し、かつ前記一般式(I)で表される末端構造の含有量[mol/t]と前記一般式(II)で表される末端構造の含有量[mol/t]の比((I)/(II))が0.3〜2.5である請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項6

前記末端変性ポリアミド樹脂が、アミノ末端基カルボキシル末端基を合計50〜150[mol/t]含有し、かつアミノ末端基の含有量[mol/t]とカルボキシル末端基の含有量[mol/t]の比(アミノ末端基/カルボキシル末端基)が0.5〜2.5である請求項1〜5のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項7

前記末端変性ポリアミド樹脂の、樹脂濃度0.01g/mLの98%硫酸溶液の25℃における相対粘度(ηr)が1.3〜3.0である請求項1〜6のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項8

前記末端変性ポリアミド樹脂の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した重量平均分子量Mwが15,000〜50,000である請求項1〜7のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項9

前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃、せん断速度9,728sec−1の条件における溶融粘度が30Pa・s以下である請求項1〜8のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項10

前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における前記一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率((滞留後含有量/滞留前含有量)×100)が80%以上である請求項1〜9のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項11

前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における重量平均分子量保持率((滞留後重量平均分子量/滞留前重量平均分子量)×100)が80%〜120%である請求項1〜10のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項12

前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における溶融粘度保持率((滞留後溶融粘度/滞留前溶融粘度)×100)が80%〜120%である請求項1〜11のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項13

前記末端変性ポリアミド樹脂の、窒素雰囲気下、融点+60℃の条件下40分間滞留前後における重量減少率が4%以下である請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材。

請求項14

アミノ酸ラクタム、ならびに/もしくは、ジアミンおよびジカルボン酸重合する際に、下記一般式(III)で表される末端変性化合物をアミノ酸、ラクタム、ジアミンおよびジカルボン酸の合計に対して1〜20質量%含有させて、ポリアミド樹脂の末端に末端変性用化合物を結合させることにより、下記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する末端変性ポリアミド樹脂を得る工程と、連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材に前記末端変性ポリアミド樹脂を含浸させる工程を少なくとも有する請求項1〜13のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材の製造方法。H−X−(R1−O)m−H(III)−X−(R1−O)m−H(I)上記一般式(III)および(I)中、mは2〜100の範囲を表す。R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を表す。上記一般式が(III)の場合、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−O(C=O)−を表す。上記一般式が(I)の場合、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。一般式(III)中に含まれるm個のR1は同じでも異なってもよい。

請求項15

請求項1〜13のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材を含む成形品

請求項16

請求項1〜13のいずれかに記載の繊維強化ポリアミド樹脂基材と、熱可塑性樹脂を含む成形品とが、少なくとも一部で接合された複合成形品

技術分野

0001

本発明は、繊維強化ポリアミド樹脂基材、その製造方法、それを含む成形品および複合成形品に関するものである。

背景技術

0002

連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材ポリアミド樹脂含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材は、比強度比剛性に優れ、軽量化効果が高い上に、耐熱性耐薬品性が高いため、航空機自動車等の輸送機器や、スポーツ電気電子部品などの各種用途へ好ましく用いられている。近年、軽量化に対する需要の高まりにより、航空機、自動車用途を中心に、金属部品から樹脂部品への代替や、部品の小型化・モジュール化が進みつつあることから、成形加工性に優れ、かつ、機械特性に優れる材料開発が求められている。

先行技術

0003

成形性と機械的性質に優れた構造材用複合材料としては、例えば、ポリアミド樹脂に炭素繊維を含有してなる炭素繊維強化ポリアミド樹脂プリプレグ(例えば、特許文献1参照)が知られている。
特開2013−159675号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に開示される技術では、高い機械特性のために軽量化材料として期待されるものの、炭素繊維束へのポリアミド樹脂の含浸に時間がかかるため、生産性が低く、含浸性の更なる改良が求められていた。ポリアミド樹脂は分子量が増大するにしたがって溶融流動性が低下するため、繊維強化ポリアミド樹脂基材に用いた場合に強化繊維束への含浸性が低下し、ボイドが増加する課題や毛羽発生樹脂リッチ部の増加により、表面品位の低下が生じる課題があった。加工温度を高くすることにより溶融流動性を改善することはできるものの、熱安定性が低下し、加工時にガス発生を伴う熱分解が生じることから、ボイドの増加やマトリックス樹脂劣化による表面品位の低下を生じる課題があった。そこで、本発明は、含浸性と熱安定性に優れた、ボイドが少なく表面品位に優れた繊維強化ポリアミド樹脂基材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

0005

上記課題を解決するため、本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は次の構成を有する。すなわち、
連続した強化繊維に、または不連続の強化繊維が分散した強化繊維基材にポリアミド樹脂を含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材であって、前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が、ポリマーの主鎖を構成する繰り返し構造単位とは異なる構造単位から構成される構造をポリマーの末端基に有する末端変性ポリアミド樹脂であり、前記末端変性ポリアミド樹脂が、下記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する、繊維強化ポリアミド樹脂基材。
−X−(R1−O)m−H (I)

0006

上記一般式(I)中、mは2〜100の範囲を表す。R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を表す。−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。一般式(I)中に含まれるm個のR1は同じでも異なってもよい。

0007

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材の製造方法は次の構成を有する。すなわち、
アミノ酸ラクタム、ならびに/もしくは、ジアミンおよびジカルボン酸重合する際に、下記一般式(III)で表される末端変性化合物をアミノ酸、ラクタム、ジアミンおよびジカルボン酸の合計に対して1〜20質量%含有させて、ポリアミド樹脂の末端に末端変性用化合物を結合させることにより、下記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する末端変性ポリアミド樹脂を得る工程と、連続した強化繊維に、または不連続繊維の強化繊維が分散した強化繊維基材に前記末端変性ポリアミド樹脂を含浸させる工程を少なくとも有する上記繊維強化ポリアミド樹脂基材の製造方法、である。
H−X−(R1−O)m−H (III)
−X−(R1−O)m−H (I)

0008

上記一般式(III)および(I)中、mは2〜100の範囲を表す。R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を表す。上記一般式が(III)の場合、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−O(C=O)−を表す。上記一般式が(I)の場合、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。一般式(III)中に含まれるm個のR1は同じでも異なってもよい。

0009

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材を含む成形品は次の構成を有する。すなわち、
上記繊維強化ポリアミド樹脂基材を含む成形品、である。

0010

本発明の複合成形品は次の構成を有する。すなわち、
上記繊維強化ポリアミド樹脂基材と、熱可塑性樹脂を含む成形品とが、少なくとも一部で接合された複合成形品、である。

0011

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂が、前記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有することが好ましい。

0012

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂が、さらに下記一般式(II)で表される末端構造を0.1〜5質量%含有することが好ましい。
−Y−R3 (II)

0013

上記一般式(II)中、R3は炭素数1〜30の1価の炭化水素基を表す。前記一般式(I)におけるXが−NH−または−N(CH3)−の場合、上記一般式(II)における−Y−は−(C=O)−を表し、前記一般式(I)におけるXが−(C=O)−の場合、上記一般式(II)におけるYは−NH−または−N(CH3)−を表す。

0014

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記強化繊維が一方向に連続して配列している、または、数平均繊維長が3〜100mmの不連続繊維であることが好ましい。

0015

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記強化繊維が炭素繊維を含み、強化繊維を20〜70体積%含有することが好ましい。

0016

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂が、前記一般式(I)で表される末端構造と前記一般式(II)で表される末端構造を合計60〜250[mol/t]含有し、かつ前記一般式(I)で表される末端構造の含有量[mol/t]と前記一般式(II)で表される末端構造の含有量[mol/t]の比((I)/(II))が0.3〜2.5であることが好ましい。

0017

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂が、アミノ末端基カルボキシル末端基を合計50〜150[mol/t]含有し、かつアミノ末端基の含有量[mol/t]とカルボキシル末端基の含有量[mol/t]の比(アミノ末端基/カルボキシル末端基)が0.5〜2.5であることが好ましい。

0018

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、樹脂濃度0.01g/mLの98%硫酸溶液の25℃における相対粘度(ηr)が1.3〜3.0であることが好ましい。

0019

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した重量平均分子量Mwが15,000〜50,000であることが好ましい。

0020

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃、せん断速度9,728sec−1の条件における溶融粘度が30Pa・s以下であることが好ましい。

0021

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における前記一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率((滞留後含有量/滞留前含有量)×100)が80%以上であることが好ましい。

0022

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における重量平均分子量保持率((滞留後重量平均分子量/滞留前重量平均分子量)×100)が80%〜120%であることが好ましい。

0023

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における溶融粘度保持率((滞留後溶融粘度/滞留前溶融粘度)×100)が80%〜120%であることが好ましい。

0024

本発明の繊維強化ポリアミド樹脂基材は前記末端変性ポリアミド樹脂の、窒素雰囲気下、融点+60℃の条件下40分間滞留前後における重量減少率が4%以下であることが好ましい。

発明の効果

0025

本発明によれば、含浸性、熱安定性に優れ、ボイドが少なく表面品位にすぐれた繊維強化ポリアミド樹脂基材を得ることができる。本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材は、オートクレーブ成形プレス成形フィルム成形などの任意の成形方法により、所望の形状に成形することができる。繊維強化ポリアミド樹脂基材を成形して得られる成形品は、例えば、航空機エンジン周辺部品航空機内装部品、航空機外装部品、車両骨格自動車エンジン周辺部品、自動車アンダーフード部品、自動車ギア部品自動車内装部品自動車外装部品吸排気系部品エンジン冷却水系部品自動車電装部品などの自動車用途、LEリフレクタSMTコネクタなどの電気・電子部品用途などに加工することが有効である。

0026

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材は、以下2つの態様のいずれかを有する。第一の態様は、連続した強化繊維に後述の末端変性ポリアミド樹脂を含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材であり、第二の態様は不連続繊維の強化繊維が分散した強化繊維基材に、後述の末端変性ポリアミド樹脂を含浸させてなる繊維強化ポリアミド樹脂基材である。

0027

本発明の実施形態において、第一の態様における連続した強化繊維とは、繊維強化ポリアミド樹脂基材中で当該強化繊維が途切れのないものをいう。本発明の実施形態における強化繊維の形態および配列としては、例えば、一方向に引き揃えられたもの、織物クロス)、編み物組み紐トウ等が挙げられる。中でも、特定方向の機械特性を効率よく高められることから、強化繊維が一方向に配列してなることが好ましい。

0028

第二の態様における不連続繊維が分散した強化繊維基材とは、繊維強化ポリアミド樹脂基材中で当該強化繊維が切断され分散されたマット状のものをいう。本発明の実施形態における強化繊維基材は、繊維を溶液に分散させた後、シート状に製造する湿式法や、カーディング装置エアレイド装置を用いた乾式法などの任意の方法により得ることができる。生産性の観点から、カーディング装置やエアレイド装置を用いた乾式法が好ましい。

0029

本発明の実施形態における強化繊維基材における不連続繊維の数平均繊維長は、3〜100mmが好ましい。不連続繊維の数平均繊維長が3mm以上であれば、不連続繊維による補強効果が十分に奏され、得られる繊維強化ポリアミド樹脂基材の機械強度をより向上させることができる。5mm以上が好ましい。一方、不連続繊維の数平均繊維長が100mm以下であれば、成形時の流動性をより向上させることができる。不連続繊維の数平均繊維長は50mm以下がより好ましく、30mm以下がさらに好ましい。

0030

本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材における不連続繊維の数平均繊維長は、以下の方法により求めることができる。まず、繊維強化ポリアミド樹脂基材から100mm×100mmのサンプルを切り出し、切り出したサンプルを600℃の電気炉中で1.5時間加熱し、マトリックス樹脂を焼き飛ばす。こうして得られた繊維強化ポリアミド樹脂基材中から、不連続強化繊維束を無作為に400本採取する。取り出した不連続強化繊維束について、ノギスを用いて1mm単位で繊維長を測定し、次式より数平均繊維長(Ln)を算出することができる。
Ln=ΣLi/400
(Li:測定した繊維長(i=1,2,3,・・・400)(単位:mm))。

0031

不連続繊維の数平均繊維長は、強化繊維基材製造時に繊維を所望の長さに切断することにより、上記範囲に調整することができる。不連続繊維マットの配向性については特に制限は無いが、成形性の観点からは等方的に分散されている方が好ましい。

0032

第一および第二の形態における強化繊維の種類としては特に限定されず、炭素繊維、金属繊維有機繊維無機繊維が例示される。これらを2種以上用いてもよい。

0033

炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)繊維を原料とするPAN系炭素繊維石油タール石油ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維ビスコースレーヨン酢酸セルロースなどを原料とするセルロース系炭素繊維、炭化水素などを原料とする気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維などが挙げられる。これら炭素繊維のうち、強度と弾性率のバランスに優れる点で、PAN系炭素繊維が好ましく用いられる。

0034

金属繊維としては、例えば、鉄、金、銀、銅、アルミニウム黄銅ステンレスなどの金属からなる繊維が挙げられる。

0035

有機繊維としては、例えば、アラミドポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリフェニレンスルフィドポリエステルポリアミドポリエチレンなどの有機材料からなる繊維が挙げられる。アラミド繊維としては、例えば、強度や弾性率に優れるパラ系アラミド繊維と、難燃性長期耐熱性に優れるメタ系アラミド繊維が挙げられる。パラ系アラミド繊維としては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維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ルアミド繊維などが挙げられ、メタ系アラミド繊維としては、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維などが挙げられる。アラミド繊維としては、メタ系アラミド繊維に比べて弾性率の高いパラ系アラミド繊維が好ましく用いられる。

0036

無機繊維としては、例えば、ガラスバサルトシリコンカーバイトシリコンナイトライドなどの無機材料からなる繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、例えば、Eガラス繊維(電気用)、Cガラス繊維耐食用)、Sガラス繊維、Tガラス繊維(高強度、高弾性率)などが挙げられる。バサルト繊維は、鉱物である玄武岩を繊維化した物で、耐熱性の非常に高い繊維である。玄武岩は、一般的に、鉄の化合物であるFeOまたはFeO2を9〜25重量%、チタンの化合物であるTiOまたはTiO2を1〜6重量%含有するが、溶融状態でこれらの成分を増量して繊維化することも可能である。

0037

本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、補強材としての役目を期待されることが多いため、高い機械特性を発現することが望ましく、高い機械特性を発現するためには、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。

0038

本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材において、強化繊維は、通常、多数本の単繊維束ねた強化繊維束を1本または複数本並べて構成される。1本または複数本の強化繊維束を並べたときの強化繊維の総フィラメント数(単繊維の本数)は、1,000〜2,000,000本が好ましい。生産性の観点からは、強化繊維の総フィラメント数は、1,000〜1,000,000本がより好ましく、1,000〜600,000本がさらに好ましく、1,000〜300,000本が特に好ましい。強化繊維の総フィラメント数の上限は、分散性取り扱い性とのバランスも考慮して、生産性と分散性、取り扱い性を良好に保てるようであれば良い。

0039

本発明の第一および第二の形態における1本の強化繊維束は、好ましくは平均直径5〜10μmである強化繊維の単繊維を1,000〜50,000本束ねて構成される。

0040

本発明の第一の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、連続した強化繊維に含浸させるポリアミド樹脂が末端変性ポリアミド樹脂であることを特徴とする。また、本発明の第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、不連続繊維の強化繊維が分散した強化繊維基材に含浸させるポリアミド樹脂が、末端変性ポリアミド樹脂であることを特徴とする。ここで、本発明における「末端変性ポリアミド樹脂」とは、ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が、ポリマーの主鎖を構成する繰り返し構造単位とは異なる構造単位から構成される構造(以下、変性された構造という場合がある)をポリマーの末端基に有するポリアミド樹脂を指す。ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が、変性された構造をポリマーの末端基に有することにより、引張強度耐衝撃性などの機械特性を維持しながら、ポリアミド樹脂の溶融粘度を低減することができる。そのため、加工温度が適度に低い場合であっても含浸性を向上させることができ、繊維強化ポリアミド樹脂基材におけるボイドの発生を大幅に抑制することができる。この理由としては、ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部が変性された構造をポリマーの末端基に有することにより、ポリマー鎖分子間相互作用の低減や自由体積の増加などの効果により、ポリマー鎖の分子運動性が大幅に増大するためと考えている。

0041

本発明の実施形態における末端変性ポリアミド樹脂は、アミノ酸、ラクタムおよび「ジアミンとジカルボン酸との混合物」から選ばれる1種以上を主たる原料として得ることができるポリアミド樹脂であって、前記一般式(I)で表される末端構造で表される末端構造を有するものである。言い換えると、本発明における末端変性ポリアミド樹脂は、ジアミンおよびジカルボン酸からなる組合せ、アミノ酸、ならびにラクタムからなる群より選ばれる少なくとも1種を主たる原料として用いて重合する際に、前記一般式(I)で表される末端構造を有するものである。

0042

ポリアミド樹脂の主たる構造単位を構成する化学構造としては、アミノ酸またはラクタムを原料とする場合、炭素数4〜20の範囲のものが好ましい。また、ジアミンとジカルボン酸とを原料とする場合、そのジアミンの炭素数は2〜20の範囲が好ましく、ジカルボン酸の炭素数は2〜20の範囲が好ましい。原料の代表例としては、以下のものが挙げられる。

0043

具体的に、6−アミノカプロン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸、パラアミノメチル安息香酸などのアミノ酸。ε−カプロラクタム、ω−ウンデカンラクタム、ω−ラウロラクタムなどのラクタム。エチレンジアミントリメチレンジアミン、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ヘプタメチレンジアミンオクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカンジアミン、ウンデカンジアミン、ドデカンジアミン、トリデカンジアミン、テトラデカンジアミン、ペンタデカンジアミン、ヘキサデカンジアミン、ヘプタデカンジアミン、オクタデカンジアミンノナデカンジアミン、エイコサンジアミン、2−メチル−1,5−ジアミノペンタン、2−メチル−1,8−ジアミノオクタンなどの脂肪族ジアミンシクロヘキサンジアミンビス−(4−アミノシクロヘキシルメタン、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタンなどの脂環式ジアミンキシリレンジアミンなどの芳香族ジアミンなどのジアミン。シュウ酸マロン酸スクシン酸、グルタル酸アジピン酸スベリン酸アゼライン酸セバシン酸ウンデカン二酸ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸テレフタル酸イソフタル酸、2−クロロテレフタル酸、2−メチルテレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸;これらジカルボン酸のジアルキルエステル、およびジクロリドなどが挙げられる。

0044

本発明の実施形態においては、末端構造を導入するポリアミド樹脂として、これらの原料から誘導されるポリアミドホモポリマーまたはコポリマーを用いることができる。かかるポリアミドが2種以上混合されてポリアミド樹脂となっていてもよい。本発明の実施形態においては、機械特性および溶融滞留時の熱安定性をより向上させ、発生ガスに起因するボイドをより低減する観点から、上に例示した原料に由来する構造単位を、変性された構造を除いたポリアミド樹脂を構成する全構造単位100モル%中、80モル%以上有することが好ましく、90モル%以上有することがより好ましく、100モル%有することがさらに好ましい。また、上に例示した原料に由来する重合構造は直鎖であることが好ましい。
本発明の実施形態の末端変性ポリアミド樹脂は、下記一般式(I)で表される末端構造を有する。下記一般式(I)で表される末端構造は、アルキレンオキシド構造を有するため、得られるポリマーの分子運動性が高く、また、アミド基との親和性に優れる。ポリアミド樹脂の末端にある下記一般式(I)で表される構造が、ポリアミド分子鎖の間に介在して、ポリマーの自由体積がより増加し、絡み合いがより減少する。その結果、ポリマーの分子運動性がさらに増大して溶融粘度を低減させることができ、含浸性及び表面品位をより向上させることができる。かかる効果は、ポリアルキレンオキシド構造をポリアミド樹脂の主鎖に主として有する場合に比べて、極めて高い。
−X−(R1−O)m−H (I)

0045

上記一般式(I)中、mは2〜100(2以上100以下)の範囲を表す。mが大きいほど、溶融粘度の低減効果が効果的に奏される。mは5以上が好ましく、8以上がより好ましく、16以上がさらに好ましい。一方、mが小さいほど、耐熱性をより高く維持することができる。mは70以下が好ましく、50以下がより好ましい。なお、ポリアミド樹脂の主たる構造単位に由来する特性を維持する観点から、本発明における末端変性ポリアミド樹脂は、上記一般式(I)で表される構造をポリマーの末端のみに有することが好ましい。

0046

上記一般式(I)中、R1は炭素数2〜10(2以上10以下)の2価の炭化水素基を表す。ポリアミド樹脂の主たる構造単位との親和性の観点から、炭素数2〜6の炭化水素基がより好ましく、炭素数2〜4の炭化水素基がより好ましい。

0047

末端変性ポリアミド樹脂の熱安定性および着色防止の観点から、飽和炭化水素基がさらに好ましい。R1としては、例えば、エチレン基、1,3−トリメチレン基イソプロピレン基、1,4−テトラメチレン基、1,5−ペンタメチレン基、1,6−ヘキサメチレン基などが挙げられ、m個のR1は、異なる炭素数の炭化水素基の組合せであってもよい。R1は、炭素数2の2価の飽和炭化水素基および炭素数3の2価の飽和炭化水素基から少なくとも構成されることが好ましい。ポリアミド樹脂の主たる構造単位との親和性に優れるエチレン基および自由体積の大きいイソプロピレン基から構成されることがより好ましく、溶融粘度低減効果をより効果的に発現させることができる。この場合、一般式(I)で表される末端構造はエチレン基を10個以上含有し、かつイソプロピレン基を6個以下含有することが好ましく、所望に近い量の末端構造をポリアミド樹脂に導入することができ、溶融粘度低減効果をより高めることができる。また、ポリアミド樹脂の末端が−Hであればポリアミド樹脂の主たる構造単位との親和性に優れる。

0048

上記一般式(I)中、−X−は−NH−、−N(CH3)−または−(C=O)−を表す。これらのうちポリアミド樹脂の主たる構造単位との親和性に優れる−NH−がより好ましい。

0049

本発明の実施形態の末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造を、末端変性ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一部の末端基に有することが好ましい。言い換えると、本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造を、末端変性ポリアミド樹脂を構成するポリマーの少なくとも一方の末端に有することが好ましい。

0050

本発明の実施形態の末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造を、末端変性ポリアミド樹脂100質量%中1〜20質量%(1質量%以上20質量%以下)含むことが必要である。一般式(I)で表される末端構造の含有量が1質量%以上であると、末端変性ポリアミド樹脂の溶融粘度をより低減し、含浸性および表面品位をより向上させ、ボイドをより低減することができる。一般式(I)で表される末端構造の含有量は3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましい。一方、一般式(I)で表される末端構造の含有量が20質量%以下であると、溶融滞留時に一般式(I)で表される構造の熱分解によるガス成分の増加を抑制し、溶融滞留時の熱安定性をより向上させ、発生ガスに起因するボイドをより低減することができるとともに、表面品位を向上することができる。また、末端変性ポリアミド樹脂の分子量をより高くすることができることから、機械特性をより向上させることができる。上記一般式(I)で表される末端構造の含有量は15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。

0051

本発明の実施形態において、末端変性ポリアミド樹脂中における一般式(I)で表される末端構造の含有量は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物の配合量を調整することにより、所望の範囲に調整することができる。

0052

また、本発明の実施形態の末端変性ポリアミド樹脂は、さらに下記一般式(II)で表される末端構造を有することが好ましい。前述のとおり、一般式(I)で表される末端構造を導入することにより、末端変性ポリアミド樹脂の溶融粘度を低減させ、含浸性及び表面品位を向上させることができるが、含浸時などの長期間溶融滞留時に、一般式(I)で表される末端構造の熱分解が進行しやすい傾向がある。特に、ポリアミド樹脂のアミノ末端基とカルボキシル末端基が一般式(I)で表される末端構造の熱分解触媒として作用するため、ポリアミド樹脂中のアミノ末端基量とカルボキシル末端基量を低減することにより、一般式(I)で表される末端構造の熱分解を抑制し、一般式(I)で表される末端構造による溶融粘度低減効果を維持しながら、溶融滞留時の熱安定性をより向上させることができる。このため、含浸性及び表面品位をより向上させ、ボイドをより低減することができる。例えば、ポリアミド樹脂のカルボキシル末端基に、後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物を反応させることにより一般式(I)で表される末端構造のみを導入する場合に比べて、さらにアミノ末端基に下記一般式(II)で表される末端構造を導入することにより、一般式(I)で表される構造の熱分解を抑制し、溶融粘度低減効果を維持しながら、溶融滞留時の熱安定性をより向上させ、ボイドの低減とともに表面品位を向上できる。

0053

より具体的に説明する。例えば、ポリアミド樹脂のカルボキシル末端基に、後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物を反応させることにより、一般式(I)で表される末端構造のみを有するポリアミド樹脂を得ることができる。しかしながら、前記ポリアミド樹脂は、一方の末端は一般式(I)で表される末端構造で変性されているものの、他方の末端は変性されておらず、アミノ末端基またはカルボキシル基のままである。そのため、前記アミノ末端基またはカルボキシル末端基が一般式(I)で表される末端構造の熱分解触媒として作用し、一般式(I)で表される構造の熱分解が進行しやすくなる。そこで、例えば、前記ポリアミド樹脂(すなわち、一方の末端のみが一般式(I)で表される構造で変性されているポリアミド樹脂)に、後述の一般式(IV)で表される末端変性用化合物をさらに反応させることなどによって、当該他方の末端を変性せしめ、下記一般式(II)で表される末端構造をさらに有するポリアミド樹脂を得ることができる。一般式(I)で表される構造で変性されたポリアミド樹脂に、さらに一般式(II)で表される末端構造を導入することにより、先述した効果を奏することができる。

0054

−Y−R3 (II)
上記一般式(II)中、R3は炭素数1〜30(1以上30以下)の1価の炭化水素基を表す。R3の炭素数が少ないほどポリアミド樹脂の主たる構造単位との親和性に優れるため、炭素数1〜30の炭化水素基であることが好ましい。具体的には、メチル基エチル基プロピル基ブチル基、ペンチル基ヘキシル基、ヘプチル基オクチル基、ノニル基、デシル基ウンデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、エイコシル基ヘンイコシル基、ヘネイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基、ペンタコシル基、ヘキサコシル基、ヘプタコシル基、オクタコシル基、ノナコシル基、トリアコンチル等の直鎖アルキル基イソプロピル基イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等の分岐鎖アルキル基シクロペンチル基、シクロヘキシル基シクロヘプチル基等のシクロアルキル基フェニル基トリル基等のアリール基ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基などが挙げられる。末端変性ポリアミド樹脂の熱安定性および着色防止の観点から、R3は1価の炭素数1以上20以下の飽和炭化水素基またはアリール基であることがさらに好ましい態様である。

0055

前記一般式(I)におけるXが−NH−または−N(CH3)−の場合、上記一般式(II)における−Y−は−(C=O)−を表し、前記一般式(I)におけるXが−(C=O)−の場合、上記一般式(II)におけるYは−NH−または−N(CH3)−を表す。

0056

通常、両方の末端が変性されていないポリアミド樹脂の末端基は、その一方の末端基がアミノ末端基であり、他方の末端基がとカルボキシル末端基である。ここで、一般式(III)で表される末端変性用化合物がアミノ末端基を有する場合、かかる末端変性用化合物はポリアミド樹脂のカルボキシル末端基と反応し、一般式(I)におけるXが−NH−または−N(CH3)−となる。この場合、ポリアミド樹脂のもう一方の末端であるアミノ末端基を、一般式(IV)で表される末端変性用化合物と反応せしめることによって、ポリアミド樹脂の当該他方の末端を上記一般式(II)の末端構造により封鎖することができる。この場合、上記一般式(II)におけるYは−(C=O)−となる。一方、一般式(III)で表される末端変性用化合物がカルボキシル末端基を有する場合、かかる末端変性用化合物はポリアミド樹脂のアミノ末端基と反応し、一般式(I)におけるXが−(C=O)−となる。この場合、ポリアミド樹脂のもう一方の末端であるカルボキシル末端基を、一般式(IV)で表される末端変性用化合物と反応せしめることによって、ポリアミド樹脂の当該他方の末端を上記一般式(II)の末端構造により封鎖し、一般式(II)におけるYは−NH−または−N(CH3)−となる。

0057

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(II)で表される末端構造を、末端変性ポリアミド樹脂100質量%中0.1〜5質量%(0.1質量%以上5質量%以下)含むことが好ましい。一般式(II)で表される末端構造の含有量が0.1質量%以上であると、溶融滞留時に末端変性ポリアミド樹脂中の一般式(I)で表される構造の熱分解を抑制し、溶融滞留時の熱安定性をより向上させることができ、ボイドをより低減することができるとともに表面品位を向上することができる。一般式(II)で表される末端構造の含有量は0.2質量%以上がより好ましく、0.4質量%以上がさらに好ましい。一方、一般式(II)で表される末端構造の含有量が5質量%以下であると、機械特性および溶融滞留時の熱安定性をより向上させることができ、ボイドをより低減することができるとともに、表面品位を向上できる。一般式(II)で表される末端構造の含有量は3質量%以下がより好ましく、1質量%以下がさらに好ましい。

0058

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂中における一般式(II)で表される末端構造の含有量は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量を調整することにより、所望の範囲に調整することができる。

0059

本発明における末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造、および一般式(II)で表される末端構造を有するポリアミド樹脂(すなわち、一方の末端は一般式(I)で表される末端構造で変性されており、他方の末端は一般式(II)で表される末端構造で変性されているポリアミド樹脂)を含有することが好ましい。一般式(I)で表される末端構造のみを有するポリアミド樹脂(例えば、一方の末端は一般式(I)で表される末端構造で変性されているが、他方の末端は変性されていないポリアミド樹脂)、および、一般式(II)で表される末端構造のみを有するポリアミド樹脂(例えば、一方の末端は一般式(II)で表される末端構造で変性されているが、他方の末端は変性されていないポリアミド樹脂)を含有する態様でもよい。

0060

また、本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造の含有量[mol/t]と一般式(II)で表される末端構造の含有量[mol/t]の合計が60〜250mol/t(60mol/t以上250mol/t以下)であることが好ましい。一般式(I)で表される末端構造と一般式(II)で表される末端構造を末端変性ポリアミド樹脂1t中に合計60mol以上含むことにより、末端変性ポリアミド樹脂の溶融粘度をより低減して含浸性をより向上させ、溶融滞留時の熱安定性をより向上させることができ、ボイドをより低減できるとともに表面品位の向上ができる。これらの末端構造の合計含有量は70mol/t以上がより好ましく、80mol/t以上がさらに好ましい。一方、末端変性ポリアミド樹脂1t中に一般式(I)で表される末端構造と一般式(II)で表される末端構造を合計250mol以下含有することにより、機械特性および溶融滞留時の熱安定性をより向上させることができ、ボイドをより低減することができるとともに表面品位が向上できる。これらの末端構造の合計含有量は225mol/tがより好ましく、200mol/t以下がさらに好ましい。

0061

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂中における一般式(I)で表される末端構造と一般式(II)で表される末端構造の合計量は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量を調整することにより、所望の範囲に調整することができる。

0062

さらに、本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(II)で表される末端構造の含有量[mol/t]に対する一般式(I)で表される末端構造の含有量[mol/t]の比((I)/(II))が0.3〜2.5であることが好ましい。ポリアミド樹脂は、溶融滞留時に熱分解による分子量低下と同時に、アミノ末端基とカルボキシル末端基との重合反応による分子量増大が進行する。前記モル比((I)/(II))が1から離れるほど、変性される(封鎖される)アミノ末端基量とカルボキシル末端基量の差が大きくなることを示しており、差が大きくなるほど溶融滞留時の重合反応は進みにくく、熱分解による分子量低下の方が大きくなるため、溶融滞留時の溶融粘度や分子量低下が大きくなる傾向にある。また、差が大きくなるほど、溶融滞留時に重合反応が進行しにくく末端基(アミノ末端基やカルボキシル末端基)が重合反応に消費されないため、上述したようにこれらの末端基が一般式(I)で表される末端構造の熱分解触媒となり、一般式(I)で表される末端構造中のアルキレンオキシド構造の熱分解を促進するため、溶融粘度が大きくなる傾向となる。かかるモル比((I)/(II))を0.3以上とすることにより、末端変性ポリアミド樹脂の溶融粘度をより低減して含浸性をより向上させるとともに、溶融滞留時における末端変性ポリアミド樹脂中の上記一般式(I)で表される構造の熱分解をより抑制し、熱安定性をより向上させることができ、ボイドをより低減できるとともに表面品位を向上できる。モル比((I)/(II))は0.5以上がより好ましく、0.6以上が好ましく、0.8以上が最も好ましい。一方、モル比((I)/(II))を2.5以下とすることにより、溶融滞留時の末端変性ポリアミド樹脂中の一般式(I)で表される末端構造の熱分解をより抑制し、熱安定性をより向上させることができ、発生ガスに起因するボイドをより低減することができるとともに、表面品位を向上できる。モル比((I)/(II))は2.2以下がより好ましく、2.0以下がさらに好ましい。

0063

ここで、末端変性ポリアミド樹脂中の、一般式(I)で表される末端構造および一般式(II)で表される末端構造の含有量は、それぞれ1H−NMR測定によって求めることができる。測定方法および計算方法は以下のとおりである。

0064

まず、ポリアミド樹脂の濃度が50mg/mLである重水素化硫酸溶液を調製し、積算回数256回によって1H−NMR測定を行う。R1のスペクトル積分値、R3のスペクトル積分値、およびポリアミド樹脂骨格の繰り返し構造単位(ポリマーの主鎖を構成する繰り返し構造単位)のスペクトル積分値から、各末端構造の含有量(質量%、または、mol/t)、および末端構造(II)の含有量(mol/t)に対する末端構造(I)の含有量(mol/t)の比(以下、「モル比」と称されることもある)を算出することができる。

0065

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂中における上記モル比((I)/(II))は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる、後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合比により、所望の範囲に調整することができる。

0066

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、アミノ末端基とカルボキシル末端基を合計50〜150mol/t(50mol/t以上150mol/t以下)含有することが好ましい。これらの末端基を末端変性ポリアミド樹脂1t中に合計50mol以上含むことにより、溶融滞留時の分子量保持率の低下をより抑制し、熱安定性をより向上させることができ、発生ガスに起因するボイドをより低減することができるとともに、表面品位を向上できる。これらの末端基の合計含有量は60mol/t以上がより好ましく、80mol/t以上がさらに好ましい。一方、末端変性ポリアミド樹脂中にアミノ末端基とカルボキシル末端基を合計150mol/t以下含有することにより、溶融滞留時における末端変性ポリアミド樹脂中の上記一般式(I)で表される構造の熱分解や分子量増加をより抑制し、熱安定性をより向上させることができ、ボイドをより抑制することができるとともに表面品位を向上できる。これらの末端基の合計含有量は135mol/t以下がより好ましく、120mol/t以下がさらに好ましい。

0067

さらに、本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、アミノ末端基の含有量[mol/t]とカルボキシル末端基の含有量[mol/t]の比(アミノ末端基の含有量/カルボキシル末端基の含有量)が0.5〜2.5(0.5以上2.5以下)であることが好ましい。前述のとおり、アミノ末端基量とカルボキシル末端基量の差が大きくなるほど溶融滞留時の重合は進みにくく、熱分解による分子量低下のほうが大きくなるため、溶融滞留時の溶融粘度や分子量低下が大きくなる傾向にある。また、溶融滞留時に重合が進行しにくく末端基(アミノ末端基やカルボキシル末端基)が重合反応に消費されないため、上述したようにこれらの末端基が一般式(I)の熱分解触媒となり、一般式(I)で表される末端構造中のアルキレンオキシド構造の熱分解を促進するため、溶融粘度が大きくなる傾向となる。かかるモル比(アミノ末端基の含有量/カルボキシル末端基の含有量)を0.5以上とすることにより、溶融滞留時における末端変性ポリアミド樹脂中の一般式(I)で表される構造の熱分解や分子量増加をより抑制し、熱安定性および含浸性をより向上させ、ボイドをより低減することができるとともに表面品位が向上できる。モル比(アミノ末端基/カルボキシル末端基)は0.6以上がより好ましく、0.8以上がさらに好ましい。一方、モル比(アミノ末端基/カルボキシル末端基)を2.5以下とすることにより、溶融滞留時における末端変性ポリアミド樹脂中の一般式(I)で表される構造の熱分解をより抑制し、熱安定性をより向上させることができ、発生ガスに起因する基材中のボイドをより低減することができるとともに表面品位が向上できる。モル比(アミノ末端基の含有量/カルボキシル末端基の含有量)は2.4以下がより好ましく、2.3以下がさらに好ましい。

0068

ここで、末端変性ポリアミド樹脂中のアミノ末端基の含有量は、フェノールエタノール混合溶液比率:83.5/16.5重量比)に末端変性ポリアミド樹脂を溶解し、チモールブルー指示薬として使用し、塩酸水溶液滴定することにより測定できる。また、末端変性ポリアミド樹脂中のカルボキシル末端基の含有量は、ベンジルアルコールに末端変性ポリアミド樹脂を195℃で溶解し、フェノールフタレインを指示薬として使用し、水酸化カリウムエタノール溶液で滴定することにより測定できる。

0069

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂のアミノ末端基の含有量とカルボキシル末端基の含有量の比は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合比や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0070

本発明の実施形態の末端変性ポリアミド樹脂の融点(Tm)は、200℃以上であることが好ましい。ここで、末端変性ポリアミド樹脂の融点は、示差走査熱量測定DSC)により求めることができる。測定方法は以下のとおりである。末端変性ポリアミド樹脂5〜7mgを量する。窒素雰囲気下中、20℃から昇温速度20℃/minでTm+30℃まで昇温する。引き続き温速度20℃/minで20℃まで降温する。再度20℃から昇温速度20℃/minでTm+30℃まで昇温したときに現れる吸熱ピーク頂点の温度を融点(Tm)と定義する。

0071

融点が200℃以上の末端変性ポリアミド樹脂としては、下記のポリアミドおよびこれらの共重合体の末端に、変性された構造を有するものが挙げられる。耐熱性、靭性表面特性などの必要特性に応じて、これらを2種以上用いてもよい。ポリアミドとしては、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリウンデカンアミド(ポリアミド11)、ポリドデカンアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリテトラメチレンアジパミド(ポリアミド46)、ポリペンタメチレンアジパミド(ポリアミド56)、ポリテトラメチレンセバカミド(ポリアミド410)、ポリペンタメチレンセバカミド(ポリアミド510)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン1010)、ポリデカメチレンドデカミド(ナイロン1012)、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)、ポリメタキシリレンセバカミド(MXD10)、ポリパラキシリレンセバカミド(PXD10)、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド10T)、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド11T)、ポリドデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド12T)、ポリペンタメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ポリアミド5T/6T)、ポリ−2−メチルペンタメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ポリアミドM5T/6T)、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(ポリアミド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(ポリアミド66/6I)、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/ポリヘキサメチレンイソフタルアミド(ポリアミド66/6T/6I)、ポリビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタンテレフタルアミド(ポリアミドMACMT)、ポリビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタンイソフタルアミド(ポリアミドMACMI)、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(ポリアミドMACM12)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンテレフタルアミド(ポリアミドPACMT)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンイソフタルアミド(ポリアミドPACMI)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド(ポリアミドPACM12)などが挙げられる。

0072

とりわけ好ましいものとしては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド56、ポリアミド410、ポリアミド510、ポリアミド610、ポリアミド6/66、ポリアミド6/12、ポリアミド9T、ポリアミド10Tなどの末端に、変性された構造を有するものを挙げることができる。

0073

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、樹脂濃度0.01g/mLの98%硫酸溶液の25℃における相対粘度(ηr)が1.3〜3.0(1.3以上3.0以下)の範囲であることが好ましい。ηrを1.3以上とすることにより、靭性を向上させることができ、基材の機械特性を向上させることができる。1.4以上が好ましく、1.5以上がより好ましい。一方、ηrを3.0以下とすることにより、含浸性をより向上させることができる。2.5以下が好ましく、2.1以下がより好ましい。2.05以下が更に好ましく、2.0以下が最も好ましい。

0074

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂の相対粘度は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0075

本発明の末端変性ポリアミド樹脂の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定した重量平均分子量(Mw)は、15,000以上が好ましい。Mwを15,000以上とすることにより、機械特性をより向上させることができる。Mwは18,000以上がさらに好ましく、20,000以上がさらに好ましい。また、Mwは50,000以下が好ましい。Mwを50,000以下とすることで、溶融粘度をより低減し、含浸性をより向上させることができる。Mwは45,000以下がさらに好ましく、40,000以下がさらに好ましい。なお、本発明における重量平均分子量(Mw)は、溶媒としてヘキサフルオロイソプロパノール(0.005N−トリフルオロ酢酸ナトリウム添加)を用い、カラムとして“Shodex”(登録商標)HFIP−806M(2本)およびHFIP−LGを用いて、30℃でGPC測定して得られるものである。分子量基物質としてポリメチルメタクリレートを使用する。

0076

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂の重量平均分子量は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0077

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、融点+60℃、せん断速度9,728sec−1の条件における溶融粘度が30Pa・s以下であることが好ましい。融点+60℃、せん断速度9,728sec−1の条件における溶融粘度を30Pa・s以下とすることにより、含浸性をより向上させることができる。かかる溶融粘度は20Pa・s以下がより好ましく、15Pa・s以下がさらに好ましく、10Pa・s以下がさらに好ましい。一方、取扱い性の観点から、溶融粘度は0.1Pa・s以上がより好ましく、0.5以上がさらに好ましく、1.0以上が最も好ましい。

0078

なお、この溶融粘度は、末端変性ポリアミド樹脂の融点+60℃の温度で、末端変性ポリアミド樹脂を溶融させるため5分間滞留させた後に、せん断速度9,728sec−1の条件下で、キャピラリーフローメーターによって測定することができる。本発明においては、溶融粘度を評価するための指標として、溶融良流動化の効果が現れやすく、かつ、短時間の滞留では熱分解が進行しにくい温度条件として融点+60℃を選択し、樹脂含浸時を想定した高せん断条件であるせん断速度として9,728sec−1を選択した。

0079

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂の溶融粘度は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0080

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における、一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率((滞留後含有量/滞留前含有量)×100)が80%以上であることが好ましい。一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率を80%以上とすることにより、溶融滞留時における末端変性ポリアミド樹脂中の一般式(I)で表される末端構造の熱分解により発生するガス量をより低減して溶融滞留時の熱安定性をより向上させることができ、発生ガスに起因するボイドをより低減することができるとともに表面品位が向上できる。一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率は85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。また、機械特性の観点から、一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率は100%以下が好ましい。

0081

なお、この含有量保持率は、末端変性ポリアミド樹脂について、上述した1H−NMR測定によって一般式(I)で表される末端構造の含有量を求め、次いで、キャピラリーフローメーター中において、末端変性ポリアミド樹脂の融点+60℃の温度で60分間滞留させた後に、同様に一般式(I)で表される末端構造の含有量を求め、溶融滞留前の一般式(I)で表される末端構造の含有量により除して100を乗ずることにより、算出することができる。本発明においては、溶融粘度を評価するための指標として、溶融良流動化の効果が現れやすく、かつ、短時間の滞留では熱分解が進行しにくい温度条件として融点+60℃を選択した。

0082

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂における一般式(I)で表される末端構造の含有量保持率は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0083

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における重量平均分子量保持率((滞留後重量平均分子量/滞留前重量平均分子量)×100)が80〜120%(80%以上120%以下)であることが好ましい。かかる重量平均分子量保持率を80%以上とすることにより、機械特性をより向上させることができる。重量平均分子量保持率は85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。一方、重量分子量保持率を120%以下とすることにより、溶融粘度をより低減し、含浸性をより向上させることができる。重量平均分子量保持率は115%以下がより好ましく、110%以下がさらに好ましい。

0084

なお、この重量分子量保持率は、末端変性ポリアミド樹脂について、上述したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって重量平均分子量を測定し、次いで、キャピラリーフローメーター中において、末端変性ポリアミド樹脂の融点+60℃の温度で60分間滞留させた後に、同様に重量平均分子量を測定し、溶融滞留前の重量平均分子量により除して100を乗ずることにより、算出することができる。本発明においては、溶融粘度を評価するための指標として、溶融良流動化の効果が現れやすく、かつ、短時間の滞留では熱分解が進行しにくい温度条件として融点+60℃を選択した。

0085

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂の重量平均分子量保持率は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0086

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、融点+60℃の条件下60分間滞留前後における溶融粘度保持率((滞留後溶融粘度/滞留前溶融粘度)×100)が80〜120%(80%以上120%以下)であることが好ましい。かかる溶融粘度保持率を80%以上とすることにより、含浸性および機械特性をより向上させることができる。溶融粘度保持率は85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、95%以上がさらに好ましい。一方、溶融粘度保持率を120%以下とすることにより、含浸性をより向上させることができる。溶融粘度保持率は115%以下がより好ましく、110%以下がさらに好ましい。

0087

なお、この溶融粘度保持率は、末端変性ポリアミド樹脂の融点+60℃の温度で、末端変性ポリアミド樹脂を溶融させるため5分間滞留させた後に、せん断速度9,728sec−1の条件下で、キャピラリーフローメーターによって測定した溶融粘度(滞留前溶融粘度)と、末端変性ポリアミド樹脂の融点+60℃の温度で、末端変性ポリアミド樹脂を60分間滞留させた後に、せん断速度9,728sec−1の条件下で、キャピラリーフローメーターによって測定した溶融粘度(滞留後溶融粘度)から、(滞留後溶融粘度/滞留前溶融粘度)×100により算出することができる。本発明においては、溶融粘度保持率を評価するための指標として、溶融良流動化の効果が現れやすく、かつ、短時間の滞留では熱分解が進行しにくい温度条件として融点+60℃を選択し、樹脂含浸を想定した高せん断条件であるせん断速度として9,728sec−1を選択した。

0088

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂の溶融粘度保持率は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0089

本発明の末端変性ポリアミド樹脂は、窒素雰囲気下、融点+60℃の条件下40分間滞留前後における重量減少率が4%以下であることが好ましい。かかる重量減少率を4%以下とすることにより、加工時の熱分解によって発生したガス起因による繊維強化末端変性ポリアミド樹脂中のボイドなどを抑制することができ、機械特性をより向上させることができるとともに、樹脂の劣化などによる表面品位の悪化を抑制することができる。重量減少率は3%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましい。

0090

なお、この重量減少率は、熱重量分析装置(TGA)を用いて測定することができる。本発明においては、重量減少率を評価するための指標として、溶融良流動化の効果が現れやすく、かつ、短時間の滞留では熱分解が進行しにくい温度条件として融点+60℃を選択した。

0091

本発明において、末端変性ポリアミド樹脂の重量減少率は、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を製造する際に用いられる後述の一般式(III)で表される末端変性用化合物および一般式(IV)で表される末端変性用化合物の配合量や、反応時間を調整することにより所望の範囲に調整することができる。

0092

次に、本発明の実施形態において用いられる末端変性ポリアミド樹脂の製造方法について説明する。

0093

本発明の実施形態に用いられるポリアミド樹脂の製造方法としては、
(1)ポリアミド樹脂、末端変性用化合物、および必要に応じてその他の成分を、ポリアミド樹脂の融点以上において溶融混練し、反応せしめる方法や、これらを溶液中において混合し、反応せしめた後に溶媒を除く方法、および(2)ポリアミド樹脂の主たる構造単位を構成する原料(ポリアミド樹脂の主たる原料)、末端変性用化合物、および必要に応じてその他の成分を添加して反応させる方法(反応時添加方法)などが挙げられる。

0094

以下、本発明の実施形態の末端変性ポリアミド樹脂が前記一般式(I)で表される末端構造および前記(II)で表される末端構造を有する場合を例に説明する。このような末端変性ポリアミド樹脂の製造方法としては、例えば、ポリアミド樹脂の原料と下記一般式(III)で表される末端変性用化合物および下記一般式(IV)で表される末端変性用化合物を重合時に反応させる方法や、ポリアミド樹脂と末端変性用化合物とを溶融混練する方法などが挙げられる。重合時に反応させる方法としては、例えば、ポリアミド樹脂の原料と末端変性用化合物をあらかじめ混合した後、加熱して縮合を進行させる方法や、主成分となる原料の重合途中に末端変性用化合物を添加して結合させる方法などが挙げられる。

0095

前記一般式(I)で表される末端構造を有する末端変性ポリアミド樹脂は、下記一般式(III)で表される末端変性用化合物を用いて重合することができる。例えば、アミノ酸、ラクタム、ならびに/もしくは、ジアミンおよびジカルボン酸を重合する際に(言い換えると、ジアミンおよびジカルボン酸からなる組合せ、アミノ酸、ならびにラクタムからなる群より選ばれる少なくとも1種を主たる原料として用いて重合する際に)、下記一般式(III)で表される末端変性用化合物をアミノ酸、ラクタム、ジアミンおよびジカルボン酸(主たる原料)の合計に対して1〜20質量%(1質量%以上20質量%以下)含有させて、ポリアミド樹脂の末端に末端変性用化合物を結合させることにより、前記一般式(I)で表される末端構造を1〜20質量%含有する末端変性ポリアミド樹脂を得ることができる。
H−X−(R1−O)n−H (III)

0096

上記一般式(III)中、nは2〜100の範囲を表す。前記一般式(I)におけるmと同様に、5以上が好ましく、8以上がより好ましく、16以上がさらに好ましい。一方、nは70以下が好ましく、50以下がより好ましい。R1は炭素数2〜10の2価の炭化水素基を表す。それぞれ、一般式(I)におけるR1として例示したものが挙げられる。X−は−NH−、−N(CH3)−または−O(C=O)−を示す。ポリアミドの末端との反応性に優れる−NH−がより好ましい。

0097

前記一般式(II)で表される末端構造を有する末端変性ポリアミド樹脂は、下記一般式(IV)で表される末端変性用化合物を用いて重合することができる。例えば、アミノ酸、ラクタム、ならびに/もしくは、ジアミンおよびジカルボン酸を重合する際に(言い換えると、ジアミンおよびジカルボン酸からなる組合せ、アミノ酸、ならびにラクタムからなる群より選ばれる少なくとも1種を主たる原料として用いて重合する際に)、下記一般式(IV)で表される末端変性用化合物をアミノ酸、ラクタム、ジアミンおよびジカルボン酸(主たる原料)の合計に対して0.1〜5質量%(0.1質量%以上5質量%以下)含有させて、ポリアミド樹脂の末端に末端変性用化合物を結合させることにより、前記一般式(II)で表される末端構造を0.1〜5質量%含有する末端変性ポリアミド樹脂を得ることができる。

0098

H−Y−R3 (IV)
上記一般式(IV)中、R3は炭素数1〜30の1価の炭化水素基を表す。前記一般式(II)と同様に、末端変性ポリアミド樹脂の熱安定性および着色防止の観点から、R3は1価の飽和炭化水素基がさらに好ましい。前記一般式(III)におけるXが−NH−または−N(CH3)−の場合、上記一般式(IV)における−Y−は−O(C=O)−を表し、前記一般式(III)におけるXが−O(C=O)−の場合、上記一般式(IV)におけるYは−NH−または−N(CH3)−を表す。

0099

一般式(III)で表される末端変性用化合物の数平均分子量は、500〜10,000が好ましい。数平均分子量を500以上とすることにより、溶融粘度をより低減し、含浸性をより向上させることができる。より好ましくは800以上、さらに好ましくは900以上である。一方、数平均分子量を10,000以下とすることにより、ポリアミド樹脂の主たる構造単位との親和性をより向上させることができ、基材の機械特性をより向上させることができる。より好ましくは5,000以下、さらに好ましくは2,500以下、さらに好ましくは1,500以下である。

0100

一般式(III)で表される末端変性用化合物の具体的な例としては、ポリ(エチレングリコールアミン、ポリ(トリメチレングリコール)アミン、ポリ(プロピレングリコール)アミン、ポリ(テトラメチレングリコール)アミン、ポリ(エチレングリコール)ポリ(プロピレングリコール)アミン、ポリ(エチレングリコール)カルボン酸、ポリ(トリメチレングリコール)カルボン酸、ポリ(プロピレングリコール)カルボン酸、ポリ(テトラメチレングリコール)カルボン酸、ポリ(エチレングリコール)ポリ(プロピレングリコール)カルボン酸などが挙げられる。2種類のポリアルキレングリコールが含まれる場合、ブロック重合構造をとっていてもよいし、ランダム共重合構造をとっていてもよい。上記した末端変性用化合物を2種以上用いてもよい。

0101

一般式(IV)で表される末端変性用化合物の具体的な例としては、酢酸プロピオン酸酪酸吉草酸カプロン酸エナント酸カプリル酸ペラルゴン酸、ウンデカン酸、ラウリル酸、トリデカン酸、ミリスチン酸ミリストレイン酸パルミチン酸ステアリン酸オレイン酸リノール酸アラキン酸セロチン酸などの脂肪族モノカルボン酸シクロヘキサンカルボン酸メチルシクロヘキサンカルボン酸などの脂環式モノカルボン酸安息香酸トルイル酸エチル安息香酸、フェニル酢酸などの芳香族モノカルボン酸メチルアミンエチルアミンプロピルアミンブチルアミンペンチルアミンヘキシルアミンヘプチルアミンオクチルアミン2−エチルヘキシルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミンオクタデシルアミン、ノナデシルアミン、イコシルアミンなどの脂肪族モノアミンシクロヘキシルアミンメチルシクロヘキシルアミンなどの脂環式モノアミンベンジルアミン、およびβ−フェニルエチルアミンなどの芳香族モノアミンなどが挙げられる。上記した末端変性用化合物を、2種以上用いることもできる。

0102

次に、本発明の末端変性ポリアミド樹脂が、前記の一般式(I)で表される末端構造および前記の一般式(II)で表される末端構造を有する、末端変性ポリアミド樹脂を得るための方法の例を説明する。先に(1)および(2)の方法を先述したが、以下により詳細に説明する。
(1)ポリアミド樹脂と末端変性用化合物とを溶融混練することにより末端変性ポリアミド樹脂を製造する場合には、溶融混練温度をポリアミド樹脂の融点(Tm)よりも10℃以上40℃以下高い温度で反応させることが好ましい。例えば、押出機を用いて溶融混練する場合、押出機のシリンダー温度を前記範囲とすることが好ましい。溶融混練温度をこの範囲にすることで、末端変性用化合物の揮発、ポリアミド樹脂の分解を抑制しつつ、ポリアミド樹脂の末端と末端変性用化合物とを効率的に結合させることができる。ポリアミド樹脂としては、前述のポリアミド樹脂が例示される。
(2)ポリアミド樹脂の原料と末端変性用化合物とを重合時に反応させる方法により末端変性ポリアミド樹脂を製造する場合には、ポリアミド樹脂の融点以上で反応させる溶融重合法、ポリアミド樹脂の融点未満で反応させる固相重合法のいずれを用いてもよい。ポリアミド樹脂を与える原料としては、前述のアミノ酸、ラクタムおよび「ジアミンとジカルボン酸との混合物」が例示される。

0103

具体的には、末端変性ポリアミド樹脂の原料を反応容器仕込み窒素置換して、加熱をすることにより反応させることが好ましい。この際の反応時間が短すぎると、分子量が上がらないだけでなく、オリゴマー成分が増加することから、機械的物性が低下することがある。そのため、反応時間に占める窒素フローの時間は15分以上であることが好ましい。一方、反応時間が長すぎると、熱分解が進行し着色などが生じるため、反応時間に占める窒素フローの時間は8時間以下であることが好ましい。

0104

ポリアミド樹脂の原料と末端変性用化合物とを重合時に反応させる方法により末端変性ポリアミド樹脂を製造する際、必要に応じて、重合促進剤を添加することができる。重合促進剤としては、例えば、リン酸亜リン酸次亜リン酸ピロリン酸ポリリン酸およびこれらのアルカリ金属塩アルカリ土類金属塩などの無機リン化合物などが好ましく、特に亜リン酸ナトリウム次亜リン酸ナトリウムが好適に用いられる。重合促進剤は、ポリアミド樹脂の原料(末端変性用化合物を除く)100質量部に対して、0.001〜1質量部の範囲で使用することが好ましい。重合促進剤の添加量を0.001〜1質量部とすることにより、機械特性と含浸性のバランスにより優れる末端変性ポリアミド樹脂を得ることができる。

0105

本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材は、連続した強化繊維に、または不連続繊維の強化繊維が分散した強化繊維基材に前述の末端変性ポリアミド樹脂を含浸させてなるが、必要に応じて、さらに、充填材、他種ポリマー、各種添加剤などを含有してもよい。

0106

充填材としては、一般に樹脂用フィラーとして用いられる任意のものを用いることができ、繊維強化ポリアミド樹脂基材や成形品の強度、剛性、耐熱性、寸法安定性をより向上させることができる。充填材としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカ酸化亜鉛ウィスカ硼酸アルミニウムウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維炭化珪素繊維セラミック繊維アスベスト繊維、石コウ繊維、金属繊維などの繊維状無機充填材ワラステナイトゼオライトセリサイトカオリンマイカタルククレーパイロフィライトベントナイトモンモリロナイトアスベストアルミノシリケートアルミナ酸化珪素酸化マグネシウム酸化ジルコニウム酸化チタン酸化鉄炭酸カルシウム炭酸マグネシウムドロマイト硫酸カルシウム硫酸バリウム水酸化マグネシウム水酸化カルシウム水酸化アルミニウムガラスビーズセラミックビーズ窒化ホウ素炭化珪素シリカなどの非繊維状無機充填材などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これら充填材は中空であってもよい。また、イソシアネート系化合物有機シラン系化合物有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物、エポキシ化合物などのカップリング剤で処理されていてもよい。また、モンモリロナイトとして、有機アンモニウム塩層間イオンカチオン交換した有機化モンモリロナイトを用いてもよい。なお、第一の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材おいては、繊維状充填材として不連続繊維からなるものであれば、繊維強化ポリアミド樹脂基材中の強化繊維の補強効果を損なうことなく機能を付与できる。一方、第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材においては、繊維状充填材は、不連続繊維基材の補強効果を損なわない範囲で用いることができる。

0107

他種ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンポリアミド系エラストマーポリエステル系エラストマーなどのエラストマーや、ポリエステル、ポリカーボネートポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマーポリスルホンポリエーテルスルホンABS樹脂、SAN樹脂、ポリスチレンなどを挙げることができる。これらを2種以上含有してもよい。繊維強化ポリアミド樹脂基材の耐衝撃性を向上させるためには、オレフィン系化合物および/または共役ジエン系化合物の(共)重合体などの変性ポリオレフィン、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマーなどの耐衝撃性改良剤が好ましく用いられる。

0108

オレフィン系化合物および/または共役ジエン系化合物の(共)重合体としては、エチレン系共重合体共役ジエン系重合体共役ジエン芳香族ビニル炭化水素系共重合体などが挙げられる。

0109

エチレン系共重合体としては、例えば、エチレンと、炭素数3以上のα−オレフィン非共役ジエン酢酸ビニルビニルアルコール、α,β−不飽和カルボン酸およびその誘導体などとの共重合体が挙げられる。炭素数3以上のα−オレフィンとしては、例えば、プロピレンブテン−1などが挙げられる。非共役ジエンとしては、例えば、5−メチリデン−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,4−ヘキサジエンなどが挙げられる。α,β−不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸メタクリル酸エタクリル酸、クロトン酸マレイン酸フマル酸イタコン酸シトラコン酸ブテンジカルボン酸などが挙げられる。α,β−不飽和カルボン酸の誘導体としては、例えば、前記α,β−不飽和カルボン酸のアルキルエステルアリールエステルグリシジルエステル酸無水物イミドなどが挙げられる。

0110

共役ジエン系重合体とは、少なくとも1種の共役ジエンの重合体を指す。共役ジエンとしては、例えば、1,3−ブタジエンイソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンなどが挙げられる。また、これらの重合体の不飽和結合の一部または全部が水添により還元されていてもよい。

0111

共役ジエン−芳香族ビニル炭化水素系共重合体とは、共役ジエンと芳香族ビニル炭化水素との共重合体を指し、ブロック共重合体でもランダム共重合体でもよい。共役ジエンとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレンなどが挙げられる。芳香族ビニル炭化水素としては、例えば、スチレンなどが挙げられる。また、共役ジエン−芳香族ビニル炭化水素系共重合体の芳香環以外の二重結合以外の不飽和結合の一部または全部が水添により還元されていてもよい。

0112

耐衝撃性改良剤の具体例としては、エチレン/メタクリル酸共重合体およびこれら共重合体中のカルボン酸部分の一部または全てをナトリウム、リチウムカリウム亜鉛カルシウムとの塩としたもの、エチレン/プロピレン−g−無水マレイン酸共重合体、エチレン/ブテン−1−g−無水マレイン酸共重合体などが挙げられる。

0113

各種添加剤としては、例えば、酸化防止剤耐熱安定剤(ヒンダードフェノール系、ヒドロキノン系、ホスファイト系およびこれらの置換体ハロゲン化銅ヨウ素化合物等)、耐候剤(レゾルシノール系、サリシレート系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、ヒンダードアミン系等)、離型剤および滑剤脂肪族アルコール脂肪族アミド脂肪族ビスアミド、ビス尿素およびポリエチレンワックス等)、顔料硫化カドミウムフタロシアニンカーボンブラック等)、染料ニグロシンアニリンブラック等)、可塑剤(p−オキシ安息香酸オクチル、N−ブチルベンゼンスルホンアミド等)、帯電防止剤アルキルサルフェートアニオン系帯電防止剤、4級アンモニウム塩カチオン系帯電防止剤ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレートなどの非イオン系帯電防止剤、ベタイン両性帯電防止剤等)、難燃剤メラミンシアヌレート、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物ポリリン酸アンモニウム臭素化ポリスチレン臭素化ポリフェニレンオキシド、臭素化ポリカーボネート臭素化エポキシ樹脂あるいはこれらの臭素系難燃剤三酸化アンチモンとの組合
せ等)などが挙げられる。これらを2種以上配合してもよい。

0114

本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材は、連続した強化繊維に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させることにより得ることができる(第一の態様)。または不連続繊維の強化繊維が分散した強化繊維基材に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させることにより得ることができる(第二の態様)。

0115

第一の態様における、連続した強化繊維に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させる方法としては、例えば、フィルム状の末端変性ポリアミド樹脂を溶融し、加圧することで強化繊維束に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させるフィルム法、繊維状の末端変性ポリアミド樹脂と強化繊維束とを混紡した後、繊維状の末端変性ポリアミド樹脂を溶融し、加圧することで強化繊維束に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させるコミングル法、粉末状の末端変性ポリアミド樹脂を強化繊維束における繊維の隙間に分散させた後、粉末状の末端変性ポリアミド樹脂を溶融し、加圧することで強化繊維束に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させる粉末法、溶融した末端変性ポリアミド樹脂中に強化繊維束を浸し、加圧することで強化繊維束に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させる引き抜き法が挙げられる。様々な厚み、繊維体積含有率など多品種の繊維強化ポリアミド樹脂基材を作製できることから、引き抜き法が好ましい。

0116

本発明の第一の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材の厚さは、0.1〜10mmが好ましい。厚さが0.1mm以上であれば、繊維強化ポリアミド樹脂基材を用いて得られる成形品の強度を向上させることができる。0.2mm以上がより好ましい。一方、厚さが1.5mm以下であれば、強化繊維に末端変性ポリアミド樹脂をより含浸させやすい。1mm以下がより好ましく、0.7mm以下がさらに好ましく、0.6mm以下がさらに好ましい。

0117

また、本発明の第一の態様における、繊維強化ポリアミド樹脂基材の体積含有率は20〜70体積%が好ましい。言い換えると、繊維強化ポリアミド樹脂基材全体(100体積%)に対して、強化繊維を20〜70体積%(20体積%以上70体積%以下)含有することが好ましい。強化繊維を20体積%以上含有することにより、繊維強化ポリアミド樹脂基材を用いて得られる成形品の強度をより向上させることができる。30体積%以上がより好ましく、40体積%以上がさらに好ましい。一方、強化繊維を70体積%以下含有することにより、強化繊維に末端変性ポリアミド樹脂をより含浸させやすい。60体積%以下がより好ましく、55体積%以下がさらに好ましい。体積含有率は強化繊維と末端変性ポリアミド樹脂の投入量を調整することにより、所望の範囲に調整することが可能である。

0118

繊維強化ポリアミド樹脂基材における強化繊維の体積含有率(Vf)は、繊維強化ポリアミド樹脂基材の質量W0を測定したのち、該繊維強化ポリアミド樹脂基材を空気中500℃で30分間加熱してポリアミド樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量W1を測定し、次式により算出することができる。
Vf(体積%)=(W1/ρf)/{W1/ρf+(W0−W1)/ρ1}×100
ρf:強化繊維の密度(g/cm3)
ρr:末端変性ポリアミド樹脂の密度(g/cm3)

0119

また、本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材は、その用法や目的に応じて、所望の含浸性を選択することができる。例えば、より含浸性を高めたプリプレグや、半含浸のセミプレグ、含浸性の低いファブリックなどが挙げられる。一般的に、含浸性の高い成形材料ほど、短時間の成形で力学特性に優れる成形品が得られるため好ましい。

0120

本発明の第二の態様における、不連続繊維が分散した強化繊維基材に末端変性ポリアミド樹脂を含浸させる方法としては、例えば、末端変性ポリアミド樹脂を押出機により供給して強化繊維基材に含浸させる方法、粉末の末端変性ポリアミド樹脂を強化繊維基材の繊維層に分散し溶融させる方法、末端変性ポリアミド樹脂をフィルム化して強化繊維基材とラミネートする方法、末端変性ポリアミド樹脂を溶剤に溶かし溶液の状態で強化繊維基材に含浸させた後に溶剤を揮発させる方法、末端変性ポリアミド樹脂を繊維化して不連続繊維との混合糸にする方法、末端変性ポリアミド樹脂の前駆体を強化繊維基材に含浸させた後に重合させて末端変性ポリアミド樹脂にする方法、メルトブロー不織布を用いてラミネートする方法などが挙げられる。いずれの方法を用いてもよいが、末端変性ポリアミド樹脂を押出機により供給して強化繊維基材に含浸させる方法は、末端変性ポリアミド樹脂を加工する必要がないという利点があり、粉末の末端変性ポリアミド樹脂を強化繊維基材の繊維層に分散し溶融させる方法は、含浸がしやすいという利点があり、末端変性ポリアミド樹脂をフィルム化して強化繊維基材とラミネートする方法は、比較的品質の良いものが得られるという利点がある。

0121

本発明の第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材の厚さは、0.1〜10mmが好ましい。厚さが0.1mm以上であれば、繊維強化ポリアミド樹脂基材を用いて得られる成形品の強度を向上させることができる。1mm以上がより好ましい。一方、厚さが10mm以下であれば、強化繊維に末端変性ポリアミド樹脂をより含浸させやすい。7mm以下がより好ましく、5mm以下がさらに好ましい。

0122

また、本発明の第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材の体積含有率は20〜70体積%が好ましい。言い換えると、繊維強化ポリアミド樹脂基材全体(100体積%)中、不連続繊維を20体積%以上70体積%以下含有することが好ましい。不連続繊維を20体積%以上含有することにより、繊維強化ポリアミド樹脂基材を用いて得られる成形品の強度をより向上させることができる。30体積%以上がより好ましい。一方、不連続繊維を70体積%以下含有することにより、不連続繊維に末端変性ポリアミド樹脂をより含浸させやすい。60体積%以下がより好ましく、50体積%以下がさらに好ましい。前記体積含有率は、前記した式(VI)により算出することができる。

0123

また、本発明の第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、その用法や目的に応じて、所望の含浸性を選択することができる。一般的に、含浸性の高い成形材料ほど、短時間の成形で力学特性に優れる成形品が得られるため好ましい。

0124

本発明の第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材を製造するに際し、前記基材を所望の厚みや体積含有率に調整する方法としてはプレス機を用いて加熱加圧する方法が挙げられる。プレス機としては、末端変性ポリアミド樹脂の含浸に必要な温度、圧力を実現できるものであれば特に制限はなく、上下する平面状のプラテンを有する通常のプレス機や、1対のエンドレススチールベルト走行する機構を有するいわゆるダブルベルトプレス機を用いることができる。

0125

本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材を、任意の構成で1枚以上積層後、必要に応じて熱および/または圧力を付与しながら成形することにより成形品が得られる。

0126

熱および/または圧力を付与する方法としては、例えば、任意の構成で積層した繊維強化末端変性ポリアミド樹脂を型内もしくはプレス板上に設置した後、型もしくはプレス板を閉じて加圧するプレス成形法、任意の構成で積層した成形材料をオートクレーブ内に投入して加圧・加熱するオートクレーブ成形法、任意の構成で積層した成形材料をフィルムなどで包み込み、内部を減圧にして大気圧で加圧しながらオーブン中で加熱するバッギング成形法、任意の構成で積層した繊維強化末端変性ポリアミド樹脂に張力をかけながらテープ巻き付け、オーブン内で加熱するラッピングテープ法、任意の構成で積層した繊維強化末端変性ポリアミド樹脂を型内に設置し、同じく型内に設置した中子内に気体液体などを注入して加圧する内圧成形法等が挙げられる。とりわけ、得られる成形品内のボイドが少なく、外観品位にも優れる成形品が得られることから、金型を用いてプレスする成形方法が好ましく用いられる。

0127

プレス成形法としては、繊維強化ポリアミド樹脂基材を型内に予め配置しておき、型締めとともに加圧、加熱を行い、次いで型締めを行ったまま、金型の冷却により繊維強化ポリアミド樹脂基材の冷却を行い成形品を得るホットプレス法や、予め繊維強化ポリアミド樹脂基材を末端変性ポリアミド樹脂の溶融温度以上に、遠赤外線ヒーター加熱板高温オーブン、誘電加熱などの加熱装置で加熱し、末端変性ポリアミド樹脂を溶融・軟化させた状態で、前記成形型の下面となる型の上に配置し、次いで型を閉じて型締めを行い、その後加圧冷却する方法であるスタンピング成形を採用することができる。プレス成形方法については特に制限はないが、成形サイクルを早めて生産性を高める観点からは、スタンピング成形であることが望ましい。 本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材および成形品は、インサート成形アウトサート成形などの一体化成形や、加熱による矯正処置熱溶着振動溶着超音波溶着などの生産性に優れた接着工法接着剤を用いた一体化を行うことができ、複合体を得ることができる。

0128

本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材と、熱可塑性樹脂を含む成形品とが少なくとも一部で接合された複合成形品が好ましい。

0129

本発明の第一および第ニの形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材と一体化される熱可塑性樹脂を含む成形品(成形用基材および成形品)には特に制限はなく、例えば、樹脂材料および成形品、金属材料および成形品、無機材料および成形品などが挙げられる。なかでも、樹脂材料および成形品が、本発明における繊維強化末端変性ポリアミド樹脂との接着強度の点で好ましい。

0130

本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材と一体化される成形材料および成形品のマトリックス樹脂は、繊維強化ポリアミド樹脂基材およびその成形品と同種の樹脂であってもよいし、異種の樹脂であってもよい。接着強度をより高めるためには、同種の樹脂であることが好ましい。異種の樹脂である場合は、界面に樹脂層を設けるとより好適である。

0131

以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。各実施例および比較例における特性評価は下記の方法にしたがって行う。

0132

[体積含有率(Vf)]」
各実施例および比較例により得る繊維強化ポリアミド樹脂基材の質量W0を測定したのち、該繊維強化ポリアミド樹脂基材を空気中500℃で30分間加熱してポリアミド樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量W1を測定し、下記式(VI)により繊維強化ポリアミド樹脂基材の体積含有率(Vf)を算出する。
Vf(体積%)=(W1/ρf)/{W1/ρf+(W0−W1)/ρ1}×100
ρf:強化繊維の密度(g/cm3)
ρr:末端変性ポリアミド樹脂の密度(g/cm3)。

0133

[相対粘度(ηr)]
各実施例および比較例により得られた末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂の、樹脂濃度0.01g/mLの98%硫酸溶液について、25℃でオストワルド粘度計を用いて相対粘度を測定する。

0134

[分子量]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂2.5mgを、ヘキサフルオロイソプロパノール(0.005N−トリフルオロ酢酸ナトリウム添加)4mlに溶解し、得られた溶液を0.45μmのフィルターでろ過する。得られた溶液を用いて、GPC測定により数平均分子量(Mn)および重量平均分子量(Mw)(溶融滞留前重量平均分子量)を測定する。測定条件を以下に示す。
ポンプ:e−Alliance GPC system(Waters製)
検出器示差屈折率計Waters 2414(Waters製)
カラム:Shodex HFIP−806M(2本)+HFIP−LG
溶媒:ヘキサフルオロイソプロパノール(0.005N−トリフルオロ酢酸ナトリウム添加)
流速:1mL/min
試料注入量:0.1mL
温度:30℃
分子量基準物質:ポリメチルメタクリレート。

0135

[アミノ末端基量[NH2]]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂0.5gを精秤し、フェノール/エタノール混合溶液(比率:83.5/16.5質量比)25mLを加えて室温で溶解した後、チモールブルーを指示薬として、0.02規定の塩酸で滴定してアミノ末端基量(mol/t)を求める。

0136

[カルボキシル末端基量[COOH]]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂0.5gを精秤し、ベンジルアルコール20mLを加えて195℃の温度で溶解した後、フェノールフタレインを指示薬として、0.02規定の水酸化カリウムのエタノール溶液を用いて、195℃の状態で滴定してカルボキシル末端基量(mol/t)を求める。

0137

[末端構造の同定、ならびに、一般式(I)の末端構造の含有量および一般式(II)の末端構造の含有量の定量]
実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂について、日本電子(株)製FT−NMR:JNM−AL400を用いて1H−NMR測定を実施する。まず、測定溶媒として重水素化硫酸を用いて、試料濃度50mg/mLの溶液を調製する。積算回数256回にて、ポリアミド樹脂の1H−NMR測定を実施する。一般式(I)で表される末端構造におけるR1および一般式(II)で表される末端構造におけるR3部分由来のピークおよびポリアミド樹脂骨格の繰り返し構造単位由来のピークを同定する。各ピークの積分強度を算出し、算出した積分強度と、それぞれの構造単位中の水素原子数とから、末端変性ポリアミド樹脂における一般式(I)で表される末端構造の含有量[I](mol/t、質量%)(滞留前含有量)および一般式(II)で表される末端構造の含有量[II](mol/t、質量%)をそれぞれ算出する。

0138

[融点]
TAインスツルメント社製示差走査熱量計(DSCQ20)を用いて、各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂5〜7mgを秤量し、窒素雰囲気下、20℃から昇温速度20℃/minで250℃まで昇温する。昇温したときに現れる吸熱ピークの頂点をTm(融点)とする。

0139

[溶融粘度]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を、80℃真空乾燥器中で12時間以上乾燥した。溶融粘度の測定装置として、キャピラリーフローメーター((株)東洋精機製作所製、キャピログラフC型)を用いて、径0.5mm、長さ5mmのオリフィスにて、融点+60℃、せん断速度9,728sec−1の条件で溶融粘度(滞留前溶融粘度)を測定する。ただし、末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を溶融させるため、5分間滞留させた後に測定を行う。この溶融粘度の値が小さいほど、高い流動性を有することを示す。

0140

[溶融粘度保持率]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を、80℃真空乾燥器中で12時間以上乾燥する。キャピラリーフローメーター((株)東洋精機製作所製、キャピログラフ1C型)を用いて、径0.5mm、長さ5mmのオリフィスにて、融点+60℃で60分間溶融滞留後、せん断速度9,728sec−1の条件で溶融粘度(滞留後溶融粘度)を測定する。前述の方法により測定した溶融粘度(滞留前溶融粘度)と溶融粘度(滞留後溶融粘度)から、(滞留後溶融粘度/滞留前溶融粘度)×100により溶融粘度保持率[%]を算出する。

0141

[重量平均分子量保持率]
各実施例および比較例により得られた末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を、80℃真空乾燥器中で12時間以上乾燥する。キャピラリーフローメーター((株)東洋精機製作所製、キャピログラフ1C型)を用いて、径0.5mm、長さ5mmのオリフィスにて、融点+60℃で60分間溶融滞留を行う。溶融滞留後の末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂について、前述の分子量測定方法と同様のGPC測定により重量平均分子量(Mw)(滞留後重量平均分子量)を測定する。前述の方法により測定した重量平均分子量(溶融滞留前重量平均分子量)と重量平均分子量(滞留後重量平均分子量)から、(滞留後重量平均分子量/滞留前重量平均分子量)×100により重量平均分子量保持率[%]を算出する。

0142

[含有量保持率]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を、80℃真空乾燥器中で12時間以上乾燥した。キャピラリーフローメーター((株)東洋精機製作所製、キャピログラフ1C型)を用いて、径0.5mm、長さ5mmのオリフィスにて、融点+60℃で60分間溶融滞留を行う。溶融滞留後の末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂について、前述の末端構造含有量測定方法と同様の1H−NMR測定により末端変性ポリアミド樹脂における一般式(I)で表される末端構造の含有量[I](mol/t)(滞留後含有量)を算出する。前述の方法により測定した一般式(I)で表される末端構造の含有量[I](mol/t)(滞留前含有量)と一般式(I)で表される末端構造の含有量[I](mol/t)(滞留後含有量)から、(滞留後含有量/滞留前含有量)×100により含有量保持率を算出する。

0143

[重量減少率]
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を、80℃真空乾燥器中で12時間以上乾燥した。任意部分を20mg切り出し、熱重量分析装置(パーキンエルマー社製、TGA7)を用い、窒素ガス雰囲気下、末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂の融点+60℃の温度で40分間保持し、熱処理前後の重量減少率[%]を測定する。

0144

[引張破断伸度
各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂を、80℃真空乾燥器中で12時間以上乾燥した。東機械(株)製IS55EPN射出成形機を用いて、シリンダー温度は、末端変性ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂の融点(Tm)+60℃とし、金型温度は80℃とし、射出時間保圧時間は合わせて10秒、冷却時間は10秒の成形サイクル条件で、試験片厚み1/25インチ(約1.0mm)のASTM4号ダンベル評価用試験片射出成形する。得られたASTM4号ダンベル型試験片を、“テンシロン”(登録商標)UTA−2.5T(オリエンテック社製)に供し、ASTM−D638に準じて、23℃、湿度50%の雰囲気下で、歪み速度10mm/minで引張試験を行い、引張破断伸度を測定する。

0145

[含浸性および熱安定性]
各実施例および比較例により得られた繊維強化ポリアミド樹脂基材の厚み方向断面を以下のように観察する。繊維強化末端変性ポリアミド樹脂をエポキシ樹脂包埋したサンプルを用意し、繊維強化末端変性ポリアミド樹脂の厚み方向断面が良好に観察できるようになるまで、前記サンプルを研磨する。研磨したサンプルを、超深度カラーD形測定顕微鏡VHX−9500(コントローラー部)/VHZ−100R(測定部)((株)キーエンス製)を使用して、拡大倍率400倍で撮影した。撮影範囲は、繊維強化末端変性ポリアミド樹脂の厚み×幅500μmの範囲とする。撮影画像において、樹脂が占める部位の面積および空隙(ボイド)となっている部位の面積を求め、次式により含浸率を算出する。
含浸率(%)=100×(樹脂が占める部位の総面積)/{(樹脂が占める部位の総面積)+(空隙となっている部位の総面積)}

0146

含浸性および熱安定性が高い場合はボイドが低減され、含浸性または熱安定性の少なくとも一方が低い場合はボイドが増加することから、繊維強化ポリアミド樹脂基材の含浸性および熱安定性は、この含浸率を判断基準とし、以下の2段階で評価し、良を合格とする。第一の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、融点+30℃、60℃、100℃の加工温度にて製造した。第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、融点+10℃、20℃、30℃の加工温度にて製造する。
良:含浸率が98%以上である。
不良:含浸率が98%未満である。

0147

[表面品位]
各実施例および比較例により得られた繊維強化末端変性ポリアミド樹脂または繊維強化ポリアミド樹脂基材の表面品位を目視により観察する。表面品位は、以下の2段階で評価し、良を合格とする。
良:表面にわれ、マトリックス樹脂の変色、強化繊維の露出なし
不良:表面にわれ、マトリックス樹脂の変色、強化繊維の露出有り
第一の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、融点+30℃、60℃、100℃の加工温度にて製造する。第二の態様における繊維強化ポリアミド樹脂基材は、融点+10℃、20℃、30℃の加工温度にて製造する。

0148

[原料]
実施例および比較例において、原料は以下に示すものを用いる。
・炭素繊維束:東レ(株)製 T700S−12K
・ε−カプロラクタム:和光純薬工業(株)製、和光特級。
・ヘキサメチレンジアミン:和光純薬工業(株)製、和光一級
・アジピン酸:和光純薬工業(株)製、和光特級。
・セバシン酸:和光純薬工業(株)製、和光一級。

0149

[一般式(III)で表される末端変性用化合物]
・末端変性用化合物1:一般式(III)中の−X−が−NH−であり、数平均分子量がMn1,000である末端変性用化合物
・末端変性用化合物2:一般式(III)−X−が−NH−であり、数平均分子量がMn2,000である末端変性用化合物
・末端変性用化合物3:一般式(III)−X−が−NH−であり、数平均分子量がMn600である末端変性用化合物。

0150

[一般式(IV)で表される末端変性用化合物]
・安息香酸:和光純薬工業(株)製、試薬特級
・酢酸:和光純薬工業(株)製、試薬特級
・ステアリン酸:和光純薬工業(株)製、試薬特級
・セロチン酸:東京化成工業(株)製。

0151

[実施例1]
ε−カプロラクタム20g、イオン交換水20g、末端変性用化合物1を1.6g、安息香酸0.14gを反応容器に仕込み密閉し、窒素置換する。反応容器外周にあるヒーターの設定温度を290℃とし、加熱を開始する。缶内圧力が1.0MPaに到達した後、水分を系外へ放出させながら缶内圧力1.0MPaに保持し、缶内温度が240℃になるまで昇温する。缶内温度が240℃に到達した後、ヒーターの設定温度を270℃に変更し、1時間かけて常圧となるよう缶内圧力を調節する(常圧到達時の缶内温度:243℃)。続けて、内に窒素を流しながら(窒素フロー)240分間保持して末端変性ポリアミド6樹脂を得る(最高到達温度:253℃)。続いて得られる末端変性ポリアミド6樹脂を、イオン交換水でソックスレー抽出を行い、未反応の末端変性用化合物を除去する。このようにして得られる末端変性ポリアミド6樹脂の相対粘度は1.81、重量平均分子量は3.0万、融点(Tm)は220℃、溶融粘度は5.5Pa・sである。また、その他の物性を表1に示す。

0152

炭素繊維束が巻かれたボビンを16本準備し、それぞれボビンから連続的に糸道ガイドを通じて炭素繊維束を送り出す。連続的に送り出される炭素繊維束に、含浸ダイ内において、充填したフィーダーから定量供給される、前述の方法により得られる末端変性ポリアミド6樹脂を含浸する。含浸ダイ内で末端変性ポリアミド6樹脂を含浸した炭素繊維を、引取ロールを用いて含浸ダイのノズルから1m/minの引き抜き速度で連続的に引き抜く。炭素繊維を引き抜く際の温度を加工温度という。引き抜かれた炭素繊維束は、冷却ロールを通過して末端変性ポリアミド6樹脂が冷却固化され、連続した繊維強化ポリアミド樹脂基材として巻取機に巻き取る。得られる繊維強化ポリアミド樹脂基材の厚さは0.3mm、幅は50mmであり、強化繊維方向は一方向に配列し、体積含有率が30%、数平均繊維長15mmの繊維強化ポリアミド樹脂基材を得る。得られる繊維強化ポリアミド樹脂基材を前記評価に供する。評価結果を表1に示す。

0153

[実施例2〜38、比較例1〜4]
原料を表1〜5に示す組成に変更し、かつ缶内圧力を常圧とした後、缶内に窒素を流しながら保持する時間(窒素フロー時間)を表1〜5に示す時間に変更すること以外は実施例1と同様にして末端変性ポリアミド6樹脂を得る。実施例1により得られる末端変性ポリアミド6樹脂にかえて、各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド6樹脂またはポリアミド6樹脂を用いること以外は実施例1と同様にして繊維強化ポリアミド樹脂基材を得る。得られる末端変性ポリアミド6樹脂の物性および、繊維強化ポリアミド樹脂基材の物性を表1〜5に示す。

0154

[実施例39]
ヘキサメチレンジアミン9.46g、アジピン酸11.92g、イオン交換水20g、末端変性用化合物1を1.6g、安息香酸0.14gを反応容器に仕込み密閉し、窒素置換する。反応容器外周にあるヒーターの設定温度を290℃とし、加熱を開始する。缶内圧力が1.75MPaに到達した後、水分を系外へ放出させながら缶内圧力1.75MPaに保持し、缶内温度が260℃になるまで昇温する。缶内温度が260℃に到達した後、ヒーターの設定温度を290℃に変更し、1時間かけて常圧となるよう缶内圧力を調節する(常圧到達時の缶内温度:270℃)。続けて、缶内に窒素を流しながら(窒素フロー)240分間保持して末端変性ポリアミド66樹脂を得る(最高到達温度:275℃)。ここで、得られるポリアミド樹脂は実施例1で示す構造を末端に有する末端変性ポリアミド66樹脂を含むものである。

0155

加工温度を320℃とした以外は実施例1と同様にして、得られる末端変性ポリアミド66樹脂を用いて繊維強化ポリアミド66樹脂基材を得る。得られる末端変性ポリアミド66樹脂の物性および繊維強化ポリアミド66樹脂基材の物性を表6に示す。

0156

[実施例40]
ヘキサメチレンジアミン7.74g、セバシン酸13.46g、イオン交換水20g、末端変性用化合物1を1.6g、安息香酸0.14gを反応容器に仕込み密閉し、窒素置換する。反応容器外周にあるヒーターの設定温度を290℃とし、加熱を開始する。缶内圧力が1.0MPaに到達した後、水分を系外へ放出させながら缶内圧力1.0MPaに保持し、缶内温度が240℃になるまで昇温する。缶内温度が240℃に到達した後、ヒーターの設定温度を290℃に変更し、1時間かけて常圧となるよう缶内圧力を調節する(常圧到達時の缶内温度:243℃)。続けて、缶内に窒素を流しながら(窒素フロー)240分間保持して末端変性ポリアミド610樹脂を得る(最高到達温度:253℃)。ここで、得られるポリアミド樹脂は以下の実施例1で示す構造を末端に有する末端変性ポリアミド610樹脂を含むものである。

0157

加工温度を280℃とした以外は実施例1と同様にして、得られる末端変性ポリアミド610樹脂を用いて繊維強化ポリアミド610樹脂基材を得る。得られる末端変性ポリアミド610樹脂の物性および繊維強化ポリアミド610樹脂基材の物性を表6に示す。

0158

[実施例41]
実施例1と同様にして末端変性ポリアミド樹脂を得る。得られる末端変性ポリアミド樹脂を押出機に投入し、溶融混練した後フィルムダイから膜状に押出し、樹脂フィルムを得る。

0159

強化繊維として用いた炭素繊維を繊維長15mmにカットして、エアレイド装置に投入し、目付け100g/m2のマット状の強化繊維基材を得る。

0160

前記した強化繊維基材と樹脂フィルムを炭素繊維の含有量が30体積%、厚みが1.0mmとなるように積層し、型温度(加工温度)が250℃に加熱された成形型に投入する。続いて、圧力3MPaで10分間加熱加圧プレスした後、圧力3MPaで冷却プレスを行い、体積含有率が30%の繊維強化ポリアミド樹脂基材を得る。得られる繊維強化ポリアミド樹脂基材を前記評価に供する。評価結果を表7に示す。

0161

[実施例42〜78、比較例5〜8]
原料を表7〜11に示す組成に変更し、かつ缶内圧力を常圧とした後、缶内に窒素を流しながら保持する時間(窒素フロー時間)を表7〜11に示す時間に変更すること以外は実施例41と同様にして末端変性ポリアミド6樹脂を得る。実施例41により得られる末端変性ポリアミド6樹脂にかえて、各実施例および比較例により得る末端変性ポリアミド6樹脂またはポリアミド6樹脂を用いること以外は実施例41と同様にして繊維強化ポリアミド樹脂基材を得る。得られる末端変性ポリアミド6樹脂の物性および、繊維強化ポリアミド樹脂基材の物性を表7〜11に示す。

0162

[実施例79]
実施例39と同様にして末端変性ポリアミド66樹脂を得る。加工温度を290℃とした以外は実施例41と同様にして、得られる末端変性ポリアミド66樹脂を用いて繊維強化ポリアミド610樹脂基材を得る。得られる末端変性ポリアミド66樹脂の物性および繊維強化ポリアミド610樹脂基材の物性を表12に示す。

0163

[実施例80]
実施例40と同様にして末端変性ポリアミド610樹脂を得る。加工温度を250℃とした以外は実施例41と同様にして、得られる末端変性ポリアミド610樹脂を用いて繊維強化ポリアミド610樹脂基材を得る。得られる末端変性ポリアミド610樹脂の物性および繊維強化ポリアミド610樹脂基材の物性を表12に示す。

0164

実施例1〜80で得られる末端変性ポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造を含むポリアミド樹脂である。比較例1〜3、5〜7で得られるポリアミド樹脂は、一般式(I)で表される末端構造を含まないポリアミド樹脂である。

0165

0166

0167

0168

0169

0170

0171

0172

0173

0174

0175

0176

0177

実施例1〜40と比較例1〜3との比較により、一般式(I)で表される末端構造を含むポリアミド樹脂を用いて得られる連続繊維強化ポリアミド樹脂基材は含浸性および溶融滞留時の熱安定性に優れ、ボイドの低減と表面品位の向上を達成できることがわかる。

実施例

0178

実施例41〜80と比較例5〜7との比較により、一般式(I)で表される末端構造を含むポリアミド樹脂を用いて得られる不連続繊維強化ポリアミド樹脂基材は含浸性および溶融滞留時の熱安定性に優れ、ボイドの低減と表面品位の向上を達成できることがわかる。

0179

本発明の第一および第二の形態における繊維強化ポリアミド樹脂基材およびその成形品は、その優れた特性を活かし、航空機部品自動車部品、電気・電子部品、建築部材、各種容器日用品、生活雑貨および衛生用品など各種用途に利用することができる。本発明の実施形態の繊維強化ポリアミド樹脂基材およびその成形品は、とりわけ、含浸性、耐熱老化性表面外観が要求される航空機エンジン周辺部品、航空機用部品外装部品自動車ボディー部品車両骨格、自動車エンジン周辺部品、自動車アンダーフード部品、自動車ギア部品、自動車内装部品、自動車外装部品、吸排気系部品、エンジン冷却水系部品や、自動車電装部品、電気・電子部品用途に特に好ましく用いられる。具体的には、本発明の実施形態の繊維強化末端変性ポリアミド樹脂およびその成形品は、ファンブレードなどの航空機エンジン周辺部品、ランディングギアポッドウィングレットスポイラーエッジラダーエレベーター、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、各種シート、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの自動車ボディー部品、エンジンカバーエアインテークパイプタイミングベルトカバーインテークマニホールドフィラーキャップスロットルボディクーリングファンなどの自動車エンジン周辺部品、クーリングファン、ラジエータータンクトップおよびベースシリンダーヘッドカバーオイルパンブレーキ配管燃料配管チューブ廃ガス系統部品などの自動車アンダーフード部品、ギアアクチュエーターベアリングリテーナー、ベアリングケージチェーンガイドチェーンテンショナなどの自動車ギア部品、シフトレバーブラケットステアリングロックブラケットキーシリンダードアインナーハンドルドアハンドルカウル室内ミラーブラケット、エアコンスイッチインストルメンタルパネルコンソールボックスグローブボックスステアリングホイールトリムなどの自動車内装部品、フロントフェンダーリアフェンダーフューエルリッドドアパネル、シリンダーヘッドカバー、ドアミラーステイテールゲートパネルライセンスガーニッシュルーフレールエンジンマウントブラケットリアガーニッシュリアスポイラートランクリッドロッカーモールモールランプハウジングフロントグリルマッドガードサイドバンパーなどの自動車外装部品、エアインテークマニホールドインタークーラーインレットターボチャージャエキゾーストパイプカバーインナーブッシュ、ベアリングリテーナー、エンジンマウントエンジンヘッドカバーリゾネーター、及びスロットルボディなどの吸排気系部品、チェーンカバーサーモスタットハウジングアウトレットパイプ、ラジエータータンク、オイルネーター、及びデリバリーパイプなどのエンジン冷却水系部品、コネクタワイヤーハーネスコネクタモーター部品ランプソケットセンサー車載スイッチコンビネーションスイッチなどの自動車電装部品、電気・電子部品としては、例えば、発電機、電動機、変圧器変流器電圧調整器整流器抵抗器インバーター継電器電力接点開閉器遮断機、スイッチ、ナイフスイッチ、他極ロッドモーターケーステレビハウジングノートパソコンハウジングおよび内部部品、CRTディスプレーハウジングおよび内部部品、プリンターハウジングおよび内部部品、携帯電話モバイルパソコンハンドヘルド型モバイルなどの携帯端末ハウジングおよび内部部品、ICやLED対応ハウジング、コンデンサー座板ヒューズホルダー、各種ギヤー、各種ケースキャビネットなどの電気部品、コネクタ、SMT対応のコネクタ、カードコネクタジャックコイルコイルボビン、センサー、LEDランプソケット、抵抗器、リレーリレーケース、リフレクタ、小型スイッチ電源部品、コイルボビン、コンデンサー、バリコンケース光ピックアップシャーシ発振子、各種端子板、変成器プラグプリント基板チューナースピーカー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、SiパワーモジュールやSiCパワーモジュール、半導体液晶FDキャリッジ、FDDシャーシ、モーターブラッシュホルダートランス部材、パラボラアンテナコンピューター関連部品などの電子部品などに好ましく用いられる。

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