注射成型用聚酰胺系树脂组合物以及由其构成的滑动部件

文档序号:277532 发布日期:2021-11-19 浏览:52次 >En<

阅读说明:本技术 注射成型用聚酰胺系树脂组合物以及由其构成的滑动部件 (Polyamide resin composition for injection molding and sliding member comprising same ) 是由 岩村和树 吉村信宏 泷田宗利 于 2020-05-14 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种注射成型用聚酰胺系树脂组合物,适用于要求成型性、耐热稳定性优异,同时耐磨损性、滑动稳定性优异的滑动部件,该聚酰胺系树脂组合物含有结晶性聚酰胺树脂(A)以及具有液晶骨架的聚酯纤维(B),该结晶性聚酰胺树脂(A)的熔点优选为170℃以上,基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选含有0.1~40质量%的具有液晶骨架的聚酯纤维(B)。(The present invention provides a polyamide resin composition for injection molding, which is suitable for sliding parts requiring excellent moldability and heat stability, and also excellent abrasion resistance and sliding stability, and which contains a crystalline polyamide resin (A) and a polyester fiber (B) having a liquid crystal skeleton, wherein the crystalline polyamide resin (A) preferably has a melting point of 170 ℃ or higher, and preferably contains 0.1 to 40 mass% of the polyester fiber (B) having a liquid crystal skeleton, based on the total mass of the polyamide resin composition.)

注射成型用聚酰胺系树脂组合物以及由其构成的滑动部件

技术领域

本发明涉及注射成型用聚酰胺系树脂组合物,具体涉及适用于滑动部件的注射成型用聚酰胺系树脂组合物。

背景技术

聚酰胺树脂由于结晶性而成为滑动性优异的成型材料,但为了得到更优异的滑动特性,已知混合二硫化钼、石墨以及氟树脂等的固体润滑剂或各种润滑油、硅油等的液体润滑剂等。

这些滑动改良剂中,固体润滑剂需要大量混合,具有使作为基材的聚酰胺树脂的韧性显著降低的缺点,虽然液体润滑剂能够以相对少的量赋予高效的滑动性,但在多数情况下,与作为基材的树脂的相容性较差,成型品的表面被这些液体润滑剂污染的情况很多,有用途受到限制的缺点。

作为改善如此各种润滑剂混合带来的缺点的方法,提出了混合碳纤维、芳纶纤维的方法(专利文献1)、混合改性聚乙烯的方法(专利文献2)等。

根据相关的聚酰胺树脂组合物,能够提供没有上述缺点的、滑动特性优异的成型品。然而,近年来,由于成型品的轻量化、成型品形状的复杂化等的趋势,因此要求提升滑动特性等更高水平的特性。此外,从制品的复杂化角度出发,不仅是金属,树脂组合物之间的磨损性也更重要了。因此,目前为止提出的方法,并不能得到令人满意的特性。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】国际公开WO2017/110323号

【专利文献2】国际公开WO2008/075699号

发明内容

发明所要解决的问题

本发明提供了一种注射成型用聚酰胺系树脂组合物,适用于要求成型性、耐热稳定性优异,同时耐磨损性、滑动稳定性优异的滑动部件。

解决问题的技术方案

本发明者,为了解决上述问题进行了深入的研究,结果发现具有液晶骨架的有机纤维,特别是聚酯纤维会影响滑动特性,从而完成了本发明。

即,本发明具有以下组成。

[1]一种注射成型用聚酰胺系树脂组合物,其特征在于,含有结晶性聚酰胺树脂(A)以及具有液晶骨架的聚酯纤维(B)。

[2]根据[1]所述的注射成型用聚酰胺系树脂组合物,其特征在于,结晶性聚酰胺树脂(A)的熔点为170℃以上。

[3]根据[1]或[2]所述的注射成型用聚酰胺系树脂组合物,其特征在于,基于上述聚酰胺系树脂组合物的总质量,含有0.1~40质量%的具有液晶骨架的聚酯纤维(B)。

[4]一种滑动部件,根据[1]~[3]任意一项所述的聚酰胺系树脂组合物构成。

发明效果

本发明的聚酰胺系树脂组合物,不仅成形性、耐热稳定性优异,还提升了耐磨损性、降低了动摩擦系数等,进一步提升了滑动特性。

具体实施方式

以下对本发明进行具体的说明。

作为本发明中的结晶性聚酰胺树脂(A),只要是主链中具有酰胺键(-NHCO-)的结晶性聚合物则没有特别的限定,例如,可以例示出聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)、聚酰胺46(PA46)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚酰胺610(PA610)、聚酰胺612(PA612)、聚己二酰间苯二甲胺(PAMXD6)、己二胺-对苯二甲酸聚合物(PA6T)、己二胺-对苯二甲酸与己二酸共聚物(PA6T/66)、己二胺-对苯二甲酸与ε-己內酰胺共聚物(PA6T/6)、三甲基己二胺-对苯二甲酸聚合物(PATMD-T)、间苯二甲胺和己二酸与间苯二甲酸共聚物(PAMXD-6/I)、三甲基己二胺-对苯二甲酸与ε-己內酰胺共聚物(PATMD-T/6)、二氨基二环己基甲烷(CA)和间苯二甲酸与月桂内酰胺共聚物等结晶性聚酰胺树脂,或这些的混合物等,但不仅限这些。

作为结晶性聚酰胺树脂(A),优选熔点为170℃以上的聚酰胺。若为小于上述熔点的结晶性聚酰胺时,玻璃化转变温度经常会在40℃以下,存在因滑动时产生的热量而导致表面软化的可能。结晶性聚酰胺树脂(A)的熔点更优选为200℃以上,进一步优选为220℃以上。结晶性聚酰胺树脂(A)的熔点的上限,从抑制具有液晶骨架的聚酯纤维的分解的观点出发,优选为350℃以下。

本发明中,作为结晶性聚酰胺树脂(A),特别优选聚酰胺6以及聚酰胺66。

本发明中的结晶性聚酰胺树脂(A)的相对粘度,没有特别的限定,可以使用根据96%硫酸溶液(聚酰胺树脂浓度1g/dl、温度25℃)测定的、范围在2.0~5.0的物质。结晶性聚酰胺树脂(A)的相对粘度优选为2.0~3.5,更优选为2.1~3.4。

结晶性聚酰胺树脂(A)的混合量(含量),基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选为35质量%以上,更优选为60~99.9质量%,进一步优选为70~99质量%,特别优选为75~98质量%。

本发明中的有机纤维(B),优选具有液晶骨架的聚酯纤维(B)(以下,称为液晶聚酯纤维(B))。作为构成液晶聚酯纤维(B)的聚酯,例如,可以举出,对苯二甲酸乙二酯和对羟基苯甲酸的缩聚物、二元酚与邻苯二甲酸与对羟基苯甲酸的缩聚物、2,6-羟基萘甲酸与对羟基苯甲酸的缩聚物等,但不限这些,只要是分子的直链有序排列而显示液晶性质、并定义为属于热塑性树脂的合成树脂即可。

作为构成液晶聚酯纤维(B)的聚酯的其它例子,可以举出由芳香族二羧酸、芳香族二醇及/或芳香族羟基羧酸及它们的衍生物所构成的,根据情况,也可以举出这些和脂环族二羧酸、脂环族二醇、脂肪族二醇及它们的衍生物的共聚物。此处,作为芳香族二羧酸,可以举出:对苯二甲酸、间苯二甲酸、4,4’-二羧基二苯、2,6-二乙酰氧基萘、1,2-双(4-羧基苯氧基)乙烷等、或它们的烷基、芳基、烷氧基、卤素基团之亲核取代物。作为芳香族二醇,可以举出:对苯二酚、间苯二酚、4,4’-二羟基二苯、4,4’-二羟基二苯甲酮、4,4’-二羟基二苯甲烷、4,4’-二羟基二苯乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、4,4’-二羟基二苯醚、4,4’-二羟基二苯砜、4,4’-二羟基二苯硫醚、2,6-二羟基萘、1,5-二羟基萘等或它们的烷基、芳基、烷氧基、卤素基团之亲核取代物。作为芳香族羟基羧酸,可以举出:对羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸、2-羟基-6-萘甲酸、1-羟基-5-萘甲酸等或它们的烷基、芳基、烷氧基、卤素基团之亲核取代物。作为脂环族二羧酸,可以举出:反式-1,4-二羧基环己烷、顺式-1,4-二羧基环己烷等或它们的烷基、芳基、卤素基团之亲核取代物。作为脂环族及脂肪族二醇,可以举出:反式-1,4-二羟基环己烷、顺式1,4-二羟基环己烷、乙二醇、1,4-丁二醇、苯二甲醇等。

液晶聚酯纤维(B)中,在不阻碍本发明的目的的范围,可以含有其它聚合物或添加剂,也可以涂布有集束剂。

液晶聚酯纤维(B)的纤维长度以及纤维直径,没有特别的限定,优选纤维直径为0.1~50μm、纤维长度为0.05~10mm的范围。纤维直径更优选为1~30μm,进一步优选为8~25μm,特别优选为10~22μm。纤维长度更优选为0.3~5mm,优选使用短切型。

作为液晶聚酯纤维(B),可以使用KBSEIREN公司制的“Zxion(注册商标)”、KURARAY公司制的“Vectran(注册商标)”。

液晶聚酯纤维(B)的混合量(含量),基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选为0.1~40质量%,更优选为1~30质量%,进一步优选为2~25质量%。小于0.1质量%时,提升滑动特性的效果不充分,另一方面,超过40质量%时,由于效果达到饱和而不优选,成型品的外观会因浮出液晶聚酯纤维并产生不良。

本发明中,对于使用液晶聚酯纤维(B)而使滑动特性提升的理由,特别是提高介有粉尘的滑动性能的理由,被认为是液晶聚酯纤维的良好的摩擦特性会使聚酰胺系树脂组合物的表面特性赋予润滑性。另外,在聚酰胺系树脂组合物损伤的同时,存在于组合物中的液晶聚酯纤维会脱离并析出于表面。还启示了,通过该纤维沿纤维方向剪切切碎进行研磨粉化,进而在磨损体和被磨损体之间形成具有润滑性的中间层,从而防止直接和粉尘接触。粉尘磨损由于是与砂砾或其他无机物的接触导致的,会在最表面产生严重的损伤。因此,仅仅只是赋予润滑性或提高树脂组合物表面的弹性模量是不够的。因此,形成具有润滑性的中间保护层,对抑制粉尘磨损极其有效。作为具有液晶骨架的有机纤维,虽然可以举出芳纶纤维,但相比于液晶聚酯纤维那样在纤维方向进行剪切切碎,不如说是在分子间壁界面上发生剪切,因此不会产生相同的机制,不形成中间层而进行粉尘磨损。碳纤维中,由于在损伤的同时所析出的纤维可能成为磨损树脂组合物的中间体,可能会助长磨损,并不合适。另外,对象磨损体为树脂时,也会有使对象磨损体磨损的可能。

本发明中,可以进一步通过添加填充材料来大幅提升强度、刚性。作为这样的填充材料,可以举出:玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、芳纶纤维、石棉、钛酸钾晶须、硅灰石、玻璃薄片、玻璃珠、滑石、云母、黏土、碳酸钙、硫酸钡、氧化钛及氧化铝等。

混合这些填充材料是优先考虑强度、刚性的情况,其混合量(含量),基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选为5~60质量%,特别优选为5~40质量%。以滑动特性为优先时,其混合量(含量),基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选为5质量%以下。

本发明中,通过进一步添加聚烯烃树脂和热塑性弹性体,能够大幅提升韧性。作为聚烯烃树脂,可以举出,高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(4-甲基戊烯)等烯烃系树脂。作为热塑性弹性体,是苯乙烯系热塑性弹性体、烯烃系热塑性弹性体、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体等。

混合这些时,其混合量(含量),基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选为0.5~10质量%,更优选为1~8质量%。

本发明的聚酰胺系树脂组合物中,在不阻碍滑动性和成形性的范围内,除了(A)、(B)、上述充填材料、聚烯烃树脂、热塑性弹性体之外,混合通常用于聚酰胺系树脂组合物的作为耐候性改良剂的炭黑或铜氧化物及/或碱金属卤化物、光或热稳定剂、脱模剂、结晶成核剂、润滑剂、抗静电剂、颜料、染料、偶联剂等也没有问题。

混合这些时,其混合量(含量)总计,基于聚酰胺系树脂组合物的总质量,优选为0.1~5质量%,更优选为0.2~3质量%。

作为本发明的聚酰胺系树脂组合物的制造方法,没有特别的限定,可以使用作为一般混炼装置的单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、加压捏合机等,本发明中特别优选双螺杆挤出机。

作为一种实施方式,上述(A)、(B)可以根据用途混入颜料等,投加到双螺杆挤出机中。通过双螺杆挤出机均匀地混练,能够制造出滑动性优异的聚酰胺系树脂组合物。优选双螺杆挤出机的混炼温度为220~300℃、混炼时间为2~15分钟的程度。

本发明的聚酰胺系树脂组合物适合挤出成形,特别是通过挤出成型,能够被广泛利用于要求滑动性的电气·电子部件、自动车部件、建筑材料、工业用部件等各种用途。作为具体的用途,用作轴承、齿轮、门限位器(door checker)、链条导轨、固定板部件等有用。

【实施例】

以下根据实施例对本发明进行更详细的说明,但本发明不仅限于这些实施例。

本发明的实施例、比较例中所使用的原材料如下所述。

结晶性聚酰胺树脂(A)

A1:聚酰胺66(RV=2.8),Vydyne 21FSR(Ascend公司制),熔点265℃

A2:聚酰胺6(RV=2.6),ZISAMIDE TP4208(集盛公司制),熔点225℃

A3:聚酰胺12(RV=2.4),Rilsamid(阿科玛公司制),熔点175℃

液晶聚酯纤维(B)

B1:Zxion-VS短切纤维,纤维直径14μm,纤维长度3mm(KBSEIREN制)

B2:Zxion-TS短切纤维,纤维直径20μm,纤维长度3mm(KBSEIREN制)

B3:Zxion-VS短切研磨纤维,纤维直径14μm,纤维长度0.3mm(KBSEIREN制)

无机纤维(C)

C1:玻璃纤维,短切纤维,T-275H,纤维直径11μm,纤维长度3mm(日本电器硝子公司制)

C2:碳纤维CFUW,短切纤维,纤维直径10μm,纤维长度3mm(日本聚合物工业股份公司制)

其他的有机纤维(D)

D:对芳纶纤维,短切股线,Technora T322UR 3-12,纤维直径12μm,纤维长度3mm(帝人股份公司制)

[实施例1~11、比较例1~7]

评价样本的制造,根据表1、2中所示的聚酰胺系树脂组合物的混合比例称量各原料,用滚筒(tumbler)混合后,投加到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机的设定温度为250℃~300℃,混炼时间为5~10分钟。对于所得的颗粒,通过挤出成型机成型为各种评价样本。挤出成型机的料筒温度为250℃~290℃,模具温度为80℃。

各种评价方法如下所述。评价结果如表1、2所示。

1.聚酰胺树脂的相对粘度(RV)(96%硫酸溶液法)

使用乌氏粘度管,在25℃的96质量%硫酸溶液中,以聚酰胺树脂浓度1g/dl进行测定。

2.聚酰胺树脂的熔点

使用差示扫描量热仪SEIKO INSTRUMENTS股份公司EXSTAR 6000,以升温速度20℃/分进行测定,求得吸热峰温度。

3.磨损特性

使用推力式磨损试验机,将通过挤出成型得到的聚酰胺树脂组合物的平板(尺寸:50mm×50mm),与具有长度8mm、宽度1.3mm的凸部的SUS制圆形夹具接触,以20分钟、负载载荷48.9kgf/cm2、速度15cm/sec的条件,连续滑动。其后,根据磨损前后的平板和圆筒成型品的质量差和总磨损距离,算出换算为单位距离的磨损量(mg/km),以及由磨损试验时的收敛载荷值算出动摩擦系数。

4.介有粉尘的磨损特性

使用推力式磨损试验机,在聚酰胺树脂组合物的平板(尺寸:50mm×50mm)上均匀地涂布1mg混合有二硫化钼的润滑脂后,涂布2mg、以导入粒径以及硬度不同的无机物的由硅砂和火山灰以质量比为1:1混合制成的粉尘。使该面与聚甲醛(POM)制的圆筒成型品接触,以30分钟、负载载荷30kgf/cm2、速度40mm/sec的条件,连续滑动。其后,根据磨损前后的平板和圆筒成型品的质量差和总磨损距离,算出换算为单位距离的磨损量(mg/km),以及由磨损试验时的收敛载荷值算出动摩擦系数。

5.成型性

使用安装有脱模力测定装置的模具,在上述成型温度条件进行成型,测定从第31次注射成形到第35次注射成形的脱模力,求出脱模阻力值。

6.耐热稳定性

根据ISO2578所述的流程,在再循环空气烘箱(长野科学机械制作所制,热风循环式干燥机,NH-401S)中对试验片进行热处理。在120℃环境下在规定的实验时间(250小时)内将试验片从烘箱中取出,在室温下冷却,在具有铝箔内衬的袋子里密封,直至试验准备完成。然后,根据ISO527-1,2,测定拉伸强度,根据由三个试验片得到的平均值计算出理前后的维持率。

实施例1~11中,在与SUS制圆形夹具接触的磨损试验和介有粉尘的磨损试验中,与比较例1~7相比具有同等以上的物性,实现了具有良好的磨损特性。特别是,介有粉尘的磨损试验中,该效果显著。此外,当脱模阻力值为1.0MPa以下时,满足连续挤出成型的成型性的要求,也可以称为满足耐热稳定性的水平。

比较例1中是未实施改性的聚酰胺66,磨损量较大。比较例2、3中虽在与SUS制圆形夹具接触的磨损试验中对磨损性有贡献,但未展现出与实施例1~11相当的效果。此外,介有粉尘的磨损试验后的磨损量中,未能降低磨损量,结果导致对象材料的POM制圆筒成型品的磨损增大。由于介有粉尘的磨损试验中对象材料的POM制圆筒成型品的磨损增大的趋势,在比较例4、5中也能观察到,由此可知无机系纤维强化材料不适合接触对象材料为聚合物的情况。比较例6、7如同专利文献1,虽然确实对磨损性有贡献,但与本发明的组合物相比贡献度较低。

作为实施例1~11的主要改性机理,启示了在组合物损伤的同时,存在于组合物中的具有液晶骨架的聚酯纤维会沿纤维方向剪切切碎而磨损粉化,并在磨损体与被磨损体之间形成具有润滑性的中间层,从而可防止直接的接触。此外,也一并启示了在表面展现了液晶聚酯纤维本身的低摩擦性有助于降低动摩擦系数的效果。

工业上的可利用性

本发明的聚酰胺系树脂组合物,是具有优异滑动特性的成型材料。特别适合用于承受了高表面压力的有高度磨损性需求的滑动部件,作为可在广泛的领域中使用的工程塑料,有望给工业界带来大的贡献。

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