JPH11507693A - 高充填材入り射出成形用ポリアリールエーテルケトン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マトリックスポリマーのガラス転移温度を越える温度で高い寸法安定性を示す射出成形用高充填材入りポリマー複合材料を提供する。該複合材料の加熱撓み温度は、マトリックスポリマーの結晶融解温度に近づく。該複合材料は、ポリアリールエーテルケトンマトリックスおよびそれぞれ独特の性質を与える２種類の充填材を包含する。第一充填材は、高い強度および剛性を与える強化用繊維充填材である。第二充填材は、部分結晶性ポリアリールエーテルケトンポリマーの非晶質部分を不動化し且つ耐高温撓み性を与える非熱可塑性不動化用充填材である。その改良された機械的性質および耐熱性にもかかわらず、該複合材料はなお射出成形できるし、したがって、低費用で製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 高充填材入り射出成形用ポリアリールエーテルケトン 発明の背景および要旨 本発明は、成形用熱可塑性樹脂、特に、エンジニアリングプラスチックとして 用いるのに適した高充填材入り射出成形用ポリアリールエーテルケトンに関する 。 ポリアリールエーテルケトンポリマーは、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポ リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）およ びポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含めた多数の近縁のポリマーを含ん で成る。これらポリマーは成形可能であり、したがって、容易に有効部材に成形 される。それらは、高温で優れた長期酸化安定性を示す（“Thermoplastic Arom atic Polyetherketones”に関する１９８２年３月１６日発行の米国特許第4,320 ,224号を参照されたい）。ポリアリールエーテルケトンの内、ポリエーテルエー テルケトン（ＰＥＥＫ）は広く商業的に入手可能であり、しかも優れた熱可塑性 成形用樹脂であることが判っている。周囲温度でＰＥＥＫは、結晶性および非晶 質相を有する固体として存在する。その非晶質相は、５２〜７０％のポリマーを 含み、非晶質相のガラス転移温度Ｔｇに相当する約１４３℃〜１５５℃の温度で 軟化する。 残りの４８〜３０％のポリマーは、約３３５℃までの融点Ｔｍの結晶性相とし て存在し、非晶質相中に分散している。そのポリマーは、Ｔｇを越えて加熱され た場合に軟化し、そしてＴｍを越える温度で融解する。ＰＥＥＫのような部分結 晶性ポリマーの無充填銘柄は、生じる軟化が、ポリマーの機械的性質、特に、剛 性（すなわち、弾性率）の急激な減少をもたらすので、それらのＴｇをはるかに 越える温度で成形される部材成形品において有用でない。この低下した剛性は、 Ｔｇを越える温度での応力下の減少した寸法安定性に反映される。 成形品は、クリープ過程を経て、そして一時的にまたは永久に変形した状態に なるであろう。完全に非晶質のＰＥＥＫ相の熱容量は、非晶質相中の運動が熱的 に活性化するにつれて、ＰＥＥＫガラス転移温度Ｔｇでの最大量［７８Ｊ／（Ｋ^* モル）］まで増加する。ガラス転移温度で可動する非晶質相のその部分を“可 動非晶質相”と称する。しかしながら、観察される実際の熱容量増加は、最大値 未満でありうるということが注目されてきた（B.Wunderlichら，Macromolecules (1986),19,1868-1876）。実際の増加は、加工歴並びにやはり存在する結晶性相 の量および形態に依る。Ｔｇでの最大量未満の増加は、ポリマー運動が、Ｔｇを 越えるにつれてほとんど熱的に活性でなくなることを示す。実熱容量増加と最大 増加との間の差の大きさは“剛性非晶質相”と称される相の存在および量を示し ている。この相は、Ｔｇを充分に越える温度まで剛性のままであり、そしてその 温度が結晶融解温度付近まで上昇すると遂には融解する。同様に、以下に開示さ れる発明において、剛性非晶質相は、部分結晶性ＰＥＥＫ材料中の非晶質相およ び結晶性相の界面で不動化された非晶質相ポリマーから形成されると考えられる 。 実用的な尺度は、ポリマーが有用な機械的性質を保持する最大温度を特性決定 するために開発されてきた。広く用いられる例は、“加熱撓み温度”（ＨＤＴ） または“荷重撓み温度”（ＤＴＵＬ）試験である。ポリマーまたはポリマー複合 材料のＨＤＴは、試験体が一定の荷重（２６４ｐｓｉ）で曲り始める温度である 。無充填ＰＥＥＫのＨＤＴは、そのＴｇを越えて生じる軟化のために、比較的低 い（１６０℃）。したがって、無充填ＰＥＥＫは、たとえそれが更に高い温度お よびはるかに高い結晶融解温度で長期酸化安定性を示すとしても、約１６０℃を 越える使用温度を必要とする成形部材用途には考えられない。したがって、ＰＥ ＥＫは、その低い熱−機械的安定性を向上させることができるならば、より高温 度で有用であろう。 ＰＥＥＫなどの部分結晶性ポリマーのＨＤＴは、充填材料、特に、強化用繊維 充填材を組み込むことによって上昇させうることが周知である。例えば、１０〜 ３０重量％（容量基準で５〜１７％に相当する）の短ガラス繊維を含有するＰＥ ＥＫ銘柄は、次のような増加したＨＴＤを示す。 ガラスまたは炭素繊維充填材を有するＰＥＥＫ銘柄は商業的に入手可能である （例えば、Victrex ＰＥＥＫ、150GL130銘柄は、３０重量％のチョップトガラス 繊維を充填したＰＥＥＫ複合材料である）。 ＨＤＴは、ポリマー剛性の比較的大ざっぱな尺度である。より厳密な試験は、 単純なガラスまたは炭素繊維充填ＰＥＥＫ複合材料が、Ｔｇを越える温度でなお 剛性減少度を変化させることを示す。若干の臨界的用途には、成形品が、高温で の応力下で最高の寸法安定性を示すことが望まれる。これらの用途については、 より大きい剛性は、より敏感な試験が示す組成物の剛性または弾性率の点から有 用な性質である。 ポリマーおよびその複合材料の剛性または寸法安定性は、ポリマーおよびそれ が含む充填材の弾性率Ｅの関数である。剛性材料、つまり高弾性率を有する材料 は、応力が加えられた場合、小さい寸法変化（歪）しか示さない。これは、式１ の関係によって定義される。 瞬間弾性率（Ｅ）＝応力（σ）／歪（ε） 式１ 短時間（瞬間）で生じる歪、つまり小振幅応力は、その応力が除かれた場合に 元の部材寸法が回復するので弾性（ε_oと表示される弾性歪）であるといわれる 。 ポリマーおよびポリマー複合材料において、応力を長時間加えた場合に生じる 歪は、もう一つの成分、つまり加えた応力が除かれた場合に回復しない永久変形 またはクリープ成分（ε_t）を有することがある。式１は、歪の塑性流成分を含 むように修正することができる。 Ｅ_a＝σ_t／（ε_o＋ε_t） 式２ 式中、ε_tは、ポリマーまたは複合材料の見掛けの弾性率であり、σ_t、は時間を か けて加えた応力である。材料の見掛けの弾性率Ｅ_aは、継続して加えた応力が、 主としてポリマー中の塑性流によってますます大きい歪を生じるにつれて時間と 共に減少する。 クリープ成分ε_tおよび、加えた応力によって生じるであろうその経時変化は 、式２の再配列によってＥ_aおよびσ_tから見積もることができる。 （ε_o＋ε_t）＝σ_t／Ｅ_a 式３ 例えば、時間ｔで１ＧＰａの弾性率Ｅaを示す材料は、次の式により、１０００ ｐｓｉの加えた応力下において０．７％の歪（ε_o＋ε_t）を示す。 （ε_o＋ε_t） ＝１０００ｐｓｉ（６８９５Ｐａ／ｐｓｉ）＊１００／１＊１０⁹Ｐａ ＝０．７％ 加えた応力によって生じる弾性歪およびクリープは、高弾性率を有する材料で 最小になる。本発明の目的は、加えた応力下でより大きい寸法安定性を示す向上 した弾性率を有するポリマー複合材料を提供することである。 ポリマーおよびポリマー複合材料の寸法安定性は、これら複合材料中のポリマ ーマトリックスの剛性が高温でより低いので、高温でより低い（クリープはより 高い）。しかしながら、本発明の技術を用いて複合材料に設計することができる より大きい高温弾性率のために、高温でより大きい寸法安定性を有するポリマー 複合材料を配合することは可能である。 ポリマー複合材料の高温での弾性率は、例えば次の一つまたはそれ以上の方法 によって特性決定することができる。 ・ 約３５０℃までの温度にわたる貯蔵弾性率Ｅ'の動的機械分析（ＤＭＡ） 走査。 ・ 対照温度（ＰＥＥＫ複合材料の場合３００℃）での見掛けの曲げ弾性率Ｅ_a およびクリープ（ε_o＋ε_t）を見積もるための時間／温度並置分析と連結され た、一連の温度にわたる見掛けの曲げ弾性率Ｅ_aの短時間ＤＭＡ測定。 ・ 高温（ＰＥＥＫ複合材料については、５００、６００および６５０℃）の オーブン中での試験における曲げ弾性率Ｅ_aおよびクリープ（ε_o＋ε_t）の長時 間直接測定。 充填材入りポリマー部材は、配合、溶融押出および成形を含む簡単な３段階工 程で経済的に製造することができる。配合では、乾燥充填材およびポリマー粉末 を充分に混合する。溶融押出では、粉末配合物を溶融させ、そして更に、押出ス クリューの作用によって混合して混練し、そしてオリフィスを通って押出機を出 る際にストランドに成形される。押出されたストランドは、種々の手段によって 冷却され、そして成形機に供給して用いるのに好都合な寸法に切断することがで きる。様々な成形法が実施されるが、この方法についての高い生産性のために、 射出成形はこれらの内で商業的に最も重要である。射出成形では、押出機から押 出されたペレットを射出成形機の押出機部分で再溶融させて金型中に押込み、そ こでその溶融物を冷却して凝固させる。 ポリマー複合材料の溶融粘度は、押出および成形を成功させる重要な決定要因 である。ポリマーおよびポリマー複合材料の溶融粘度は、細管溶融粘度計で測定 することができる。標準的な広く利用可能な押出機および射出成形装置による溶 融加工のために、充填材入りポリマー複合材料は、達成しうる溶融温度で約２０ ００〜１５，０００ポアズの溶融粘度を有するべきである。より低い粘度は、垂 れ落ちおよびフラッシングの問題をもたらす。より高い粘度は、大部分の市販装 置で利用可能な出力、圧力および金属学を用いて取扱うことができない。 簡単な充填材入りポリマー複合材料は、約３０重量％の充填量で溶融加工性の 限界に近づく溶融粘度を有する。これは、最も商業的に入手可能な充填材入り樹 脂での充填限界である。更に多量の充填材の添加は、その複合材料を、射出成形 などの慣用的な大量成形技術によって作業できないほど剛性にさせる。複合材料 が特殊な成形技術でしか取扱いできない場合、その費用は実用的でなくなる。 本発明は、高温での最高の可能な寸法安定性を示しつつ、押出および射出成形 機で加工できる範囲の加工溶融粘度をも示すＰＥＥＫ複合材料の製造に向けられ ている。向上した寸法安定性は、本発明のこれら複合材料の高ＨＤＴ、高温での 高曲げ弾性率、高温での高貯蔵弾性率および低クリープで観察される。 上記のように、無充填ＰＥＥＫは、結晶性相および非晶質相成分を有するポリ マーである。無充填ＰＥＥＫを冷却すると、ＰＥＥＫ微結晶が非晶質ＰＥＥＫの マトリックス中で生成する。充填材粒子が存在する場合、それらはポリマーの非 晶質相で見出され、結晶性相中にはたとえあるとしても極めて希である。これは 、充填材入りＰＥＥＫ複合材料が凍結するまで冷却した場合、充填材粒子間に存 在する溶融ポリマーからＰＥＥＫ微結晶が形成するために起こる。微結晶は成長 しないし充填材粒子を包含しない。（若干の充填材粒子は微結晶形成の核になる ことができ、充填材粒子表面から結晶が成長するようである。） 本発明の複合材料は、ＰＥＥＫ非晶質相の大部分が、結晶性相との結合だけで なく、充填材粒子上への吸着によっても不動化されるために、それらの向上した 寸法／熱安定性を示すと考えられる。充填材粒子は、剛性非晶質相の形成のため の更に別の不動化面を提供する。 無充填ＰＥＥＫについては、形成しうる剛性非晶質相の量は、存在する結晶化 度によって制限される。 充填材入りＰＥＥＫ検体については、形成しうる剛性非晶質相の量は、存在す る充填材粒子の量および形態によって並びにＰＥＥＫ微結晶によって決定される 。これら充填材入りＰＥＥＫ複合材料から成形される造形品は、より多くの非晶 質相が、その非晶質相のＴｇで軟化しない剛性非晶質材料として存在するために 、ＰＥＥＫのＴｇを越える温度でより大きい寸法安定性を示す。充填材粒子およ びＰＥＥＫ微結晶は両方とも非晶質相ＰＥＥＫによって取り囲まれている。充填 材入り複合材料の熱機械的性質は、この非晶質相のＴｇによって制限される。し かしながら、無充填ＰＥＥＫとは対照的に、充填材入りＰＥＥＫ複合材料中の非 晶質相は、充填材粒子に極めて接近していて、そして非特定的で物理的な（ファ ン・デル・ワールス）相互作用によってその表面上に吸着できる。この吸着は、 ポリマーの移動度を減少させる。したがって、充填材への（およびＰＥＥＫ微結 晶への）ポリマーの吸着は、そのポリマーを剛性にし且つその寸法安定性を増加 させる。結果として、充填材入りＰＥＥＫ複合材料は、無充填ＰＥＥＫより高い 温度で軟化する。本発明の高充填材入りＰＥＥＫ複合材料は、結晶性相の融解温 度である３３５℃に近い極めて高いＨＤＴを示す。一般的に入手可能な充填材入 りＰＥＥＫ中の充填材含有率によって与えられる表面積の量は、３０（重量）％ の充填量でも、非晶質ＰＥＥＫを完全に不動化するのに充分ではないので、本発 明のＰＥＥＫ複合材料中の高充填材含有率の利点を全て与える訳ではない。等割 の （equiaxed）または繊維状の充填材の含有率の単純な増加は、脆いかまたは加工 不能な組成物をもたらすので、有効ではないであろう。 より最近になって、ポリアリールエーテルケトンおよび他のポリマー中のポリ ベンズイミダゾール（ＰＢＩ）の複合材料が記載されている（米国特許第5,070, 153号；および同第5,139,862号を参照されたい）。ＰＢＩおよび固体潤滑性充填 材を含む高充填材入りＰＥＥＫ複合材料が記載されている（米国特許第5,391,60 5号）。最後に、ＰＢＩおよびガラスまたは炭素繊維充填材を含む高充填材入り の加工可能なＰＥＥＫ複合材料が記載されている（米国特許第4,912,176号およ び１９９２年５月１５日出願の“Reinforced Injection Moldable Blends”と題 する米国特許出願第07/883,838号）。しかしながら、ＰＢＩは高価なポリマーで ある（１ポンド当たり５０．００ドル〜７５ドル（１９９４〜５年））。ＰＢＩ は、高温で圧縮成形することができるという意味で熱可塑性ポリマーである。概 して、それは、普通の充填材が与えない特別な利点をそれが与えるのでなければ 、充填材としての用途には考えられない。本発明の目的は、ＰＢＩの代わりに普 通の安価な充填材を用いうることを示すことである。むしろ、本発明は、以下に 詳細に記載される安価な非熱可塑性充填材を用いる。 本発明は、広く入手可能な充填材入りＰＥＥＫの限界および高充填材入りＰＢ Ｉ含有ＰＥＥＫ複合材料の高費用を克服し、同時に、標準的な押出および射出成 形装置で加工できる複合材料を提供する。本発明の高充填材入りポリマー複合材 料は、そのマトリックスポリマーのガラス転移温度を越える温度で高い寸法安定 性を示す。この複合材料の加熱撓み温度は、マトリックスポリマーの結晶融解温 度のそれに近づき、それを越えて更に増加することはありえない。この複合材料 は、ポリアリールエーテルケトンマトリックスおよびそれぞれ独特の性質を与え る２種類の充填材を包含する。第一充填材は、高い強度および剛性を与える強化 用繊維充填材である。第二充填材は、部分結晶性ポリアリールエーテルケトンポ リマーの非晶質部分を不動化しそして耐高温撓み性を与える非熱可塑性不動化用 充填材である。この改良された機械的性質および耐熱性にもかかわらず、その複 合材料はなお射出成形できるし、したがって、低費用で製造することができる。 この改良された複合材料はまた、ＰＥＥＫの剛性および強度を上昇させ且つクリ ープを減少させる。 図面の簡単な説明 本発明のより深い理解のために、次の詳細な説明と一緒に引用される下記の図 面を論及する。 図１は、貯蔵弾性率ｖｓ温度のＤＭＡ走査の複合グラフである。 好ましい実施態様の説明 本発明の充填材入り複合材料のマトリックスとして用いられるポリマーは、次 の一般式を有するポリアリールエーテルケトンである。 式中、Ｘ、ＹおよびＮは整数である。典型的なポリアリーレンケトンは、次の反 復単位を有するポリエーテルケトンである。 次の反復単位を有するポリエーテルエーテルケトンもまた、ポリエーテルケト ンの性質と類似の性質を有する結晶性熱可塑性樹脂である。 第三の典型的なポリアリーレンケトンは、次の反復単位を有するポリエーテル エーテルケトンケトンである。 第四の典型的なポリアリーレンケトンは、次の反復単位を有するポリエーテル ケトンケトンである。 本発明は、先行技術のポリアリールエーテルケトン複合材料の１種類の充填材 （例えば、ガラス繊維）を、強化用繊維および非熱可塑性不動化用充填材で置き 換えて、高温での最大性能を提供する。実際に、その加熱撓み温度は、絶対限界 である結晶融解温度から数度の範囲内まで上昇することができる。これは、射出 成形などの安価な成形法によって材料を成形する能力を保持しながら達成される 。その材料が適用される用途に必要ならば、その複合材料に潤滑剤を加えること ができる。 本発明は、少なくとも２種類の充填材と一緒に形成される高充填材入りポリア リールエーテルケトン複合材料を提供する。そのタイプは次のように定義される 。 タイプ（ａ）：強化用繊維充填材。強化用充填材の主な機能は、その複合材料 を強化することである。強化用繊維充填材は、チョップトガラスおよびチョップ ト炭素繊維充填材を最も優先的に含む種々の広く利用可能な繊維状充填材から選 択することができる。これら充填材は、典型的に、５〜１５マイクロメートルの 範囲の繊維直径および１／１６、１／８、１／４インチの初期長さを有する。（ 強化用繊維の長さは、しばしば、配合および成形の剪断によって２００〜５００ マイクロメートル範囲の長さまで減少する。）それらの長さのために、これら繊 維充填材は、その溶融複合材料が標準的な溶融加工装置には粘稠すぎるので、約 ３０重量％（１７容量％）を越える量で容易に組み入れられることはできない。 タイプ（ｂ）：非熱可塑性不動化用充填材：不動化用充填材の機能は、複合材 料の溶融粘度を比例して増加させることなく複合材料に追加の表面積または容積 を提供することである。不動化用充填材は、等割状、小板状または繊維状（ホイ スカー）形状を含めた様々な形態を有することができる。不動化用充填材は、強 化用充填材粒子を充分に包むように選択される。充分に包む組合せは、最低の溶 融粘度を示すので、良好な溶融加工性を保持している。 強化用および不動化用充填材の組合せによって、充填材粒子で占められた複合 材料の容積部分を実質的に増加させることができる。 強化用充填材は、通常用いられる量（典型的に、１５〜２０容量％）まで用い ることができる。更に、不動化用充填材は、３０〜４５容量％の量で加えること ができる。４５〜６５容量％の全充填材含有率は、加工可能な溶融粘度を越える ことなく可能である。 例外的に小さい粒子（すなわち、マイクロメール未満の平均粒径）を含む充填 材は大きい表面積（典型的に、＞２０ｍ²／ｇ）を有し、それは、それらが与え る高ＰＥＥＫ不動化表面によって複合材料を剛性にする。この追加のＰＥＥＫ不 動化表面は、非晶質ＰＥＥＫ成分がより完全に吸着されて剛性になるのを確実に する。 比較的大きい高弾性率粒子（すなわち、５０〜２００マイクロメートル粒径） に基づく充填材は、適度な粒子表面積（典型的に、１〜２０ｍ²／ｇ）を有する 。これらは、次の二つのメカニズムによってその複合材料を剛性にする。（１） それらが与える適度な追加表面は、ＰＥＥＫ不動化メカニズムによって適度な剛 性をもたらす、および（２）大部分の高弾性率の無機充填材が示す、ＰＥＥＫお よび他のポリマーと比較して高い剛性は、容積部分基準でのそれらの含有率に比 例して複合材料剛性の一因となる。 非熱可塑性不動化用充填材は、等割状、小板状または繊維状形態を有する広範 囲の材料から選択することができる。例として、次のものが含まれる。 等割粒子：炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、アルミナ、窒化アル ミニウム、ホウ砂、活性炭、パーライト、テレフタル酸亜鉛、バッキー（Bucky ）ボール等。 小板状粒子：グラファイト、タルク、雲母、合成ヘクトライト、炭化ケイ素小 板、（注記：溶融物由来ＰＢＩ熱可塑性粒子は粗い小板形である）。 ホイスカー状粒子：ウォラストナイト、テレフタル酸カルシウム［Ｃａ（Ｈ₄ Ｃ₈Ｏ₄）］、炭化ケイ素ホイスカー、ホウ酸アルミニウムホイスカー、フラレン チューブ（fullerene tubes）。（種々の石綿繊維を用いうるが、吸入毒性が提 起されている）。 本複合材料はまた、第三の充填材タイプを含み、それは、更に別の性質を与え るように提供される。少量の充填材の添加によって増強しうる性質には、潤滑性 、 耐摩耗性、導電性、熱伝導性、増大した摩耗性が含まれる。適当な潤滑性充填材 は、結晶性グラファイト、窒化ホウ素および二硫化モリブデンである。 次の表１および２は、商業的に入手可能な無充填ＰＥＥＫ（コードＡ）および 充填材入りＰＥＥＫ（コードＢ）と比較して、本発明によって配合された多数の 典型的な組成物（コードＣ〜Ｋ）を示す。比較のために更に包含されるのは、熱 可塑性ＰＢＩを不動化用充填材として用いる組成物（コードＬ）である。表から 判るように、多数の組成物は、充填材入りＰＥＥＫのＨＤＴより１０〜２０℃大 きいＨＤＴを有し、より安価な費用でより高い強度を有し、また更に、組成物か ら製品を射出成形するのを可能にする８５００ポアズ未満の溶融粘度を保持し、 それは、製造費用を有意に減少させる。比較すると、ＰＢＩ充填ＰＥＥＫ複合材 料は、高ＨＤＴを有すると同時に、比較的高い溶融粘度を有し且つ高コストであ る。製造される製品に必要な物性を与えるように組成を変動させ得ることは理解 される。 次の非制限実施例は、本発明のいくつかの態様を例証する。しかしながら、こ れら実施例は、単に例証するためのものであり、本発明の範囲は、本明細書中で 例証された態様に制限されないし、本発明の範囲は、請求の範囲に包含されるそ のままの内容を包含する。 ＰＥＥＫ＝ ICI Victrex Peek 樹脂１５０ｆｐ，微粉 ＰＥＥＫ（450 GL-30）＝ICI Victrex Peek 450 GL-30，ＰＥＥＫ 450 樹脂中 ３０重量％のチョップトガラス繊維 ＧＦ＝ガラス繊維，Corning 731 ED ＣＦ=炭素繊維 ＭＣＦ＝１／８″にチョップされた、Ultem^TM表面コーティングを有するミルド 炭素繊維，Hercules Magnemite ＭＩＣＡ＝ Suzorite Mica，200HK 粉末銘柄，１５０μｍ最大粒度 ＣＡＴ＝テレフタル酸カルシウム粉末 ＧＲ−Ａ＝優良グラファイト，結晶性グラファイトフレーク，５μｍ最大粒度 ＧＲ−Ｂ＝優良グラファイト，結晶性グラファイトフレーク，１５０μｍ最大粒 度 ＦＣＦ＝１／８″にチョップされた、エポキシ表面コーティングを有する炭素繊 維，Akzo Fortafil ＢＮ＝窒化ホウ素粉末 本発明の複合材料の改良された物性を図１で更に図示するが、それは、動的機 械分析（ＤＭＡ）に基づいている。組成物コードＦ、Ｇ、ＬおよびＢのいくつか のＤＭＡ走査（貯蔵弾性率Ｅ'ｖｓ温度）を図１のプロットで重ね合わせて、抽 出することができる情報を図示する。コードＦおよびＧは、本発明によって配合 された複合材料であり、コードＢは市販の充填材入りＰＥＥＫであり、そしてコ ードＬはＰＢＩ充填ＰＥＥＫである。それぞれの曲線は、棒形成形品のＰＥＥＫ 複合材料の貯蔵弾性率Ｅ'の温度に対するプロットである。これら複合材料は、 低温および高温両方で剛性が異なる。 １５０℃未満の温度で、それぞれの複合材料は、比較的高いＥ'、典型的には 、５ＧＰａまたはそれ以上を示す。１５０℃を越える温度で、これら複合材料は 更に低い弾性率、典型的には、５ＧＰａ未満を示す。Ｅ'の下降は、ＰＥＥＫの Ｔｇ付近の温度で起こり、そしてＰＥＥＫ非晶質成分がガラス転移温度を越える 温度で獲得する増加した移動度に反映する。寸法安定性およびクリープ抵抗に関 しては、材料が、マトリックスポリマーのＴｇを越える温度でその低温弾性率の 有意な部分を保持していることが必要である。図１は、ＰＥＥＫのような部分結 晶性ポリマー中の充填材の量およびタイプが、ポリマー複合材料の弾性率に関し て、ポリマーのＴｇを越えてもそれ未満でも有意な影響力を持ちうることを示し ている。 本発明のＰＥＥＫ複合材料（コードＦおよびＧ）において、１５０℃を越える 温度での弾性率の下降は、高濃度の充填材の組合せの使用によって最小になる。 これら複合材料の温度の関数としての貯蔵弾性率のＤＭＡ走査は、これら複合材 料が示すであろう寸法安定性を予測するのに用いることができる。この情報は、 単一の温度での貯蔵弾性率を報告することによって要約することができる。ＰＥ ＥＫ複合材料については、３００℃が選択されが、それは、この範囲の温度に対 して本発明の複合材料が有用な寸法安定性を示すからである。 本発明による組成物は、何等かの適当な手段によって、典型的には、押出機中 での溶融ブレンディングによって製造することができる。概して、本発明の組成 物は、マトリックスポリマーのＴ_mの２０℃以内のＨＤＴ（２６４ｐｓｉ）を示 すが、１５℃以内が好ましく、そして結晶の融点の１０℃以内がより一層好まし い。概して、少なくとも４０容量％の繊維および充填材を用いるが、高温寸法安 定性は、極めて結晶性のポリアリールエーテルケトン中に１５容量％程度の少量 で達成することができる。５０容量％またはそれ以上の充填材は、組成物の溶融 粘度が高くなりすぎない、すなわち、４３０℃において１０００秒^-1で約１０， ０００ポアズ未満である限りは用いることができ、これらの条件で７５００ポア ズ未満が好ましい。典型的には、本発明の組成物は、２５容量％未満の繊維充填 材を含み、２１容量％未満程度が好ましい。 本発明をここにおいて、現在最も好ましいと考えられるものおよびその典型的 な態様で記載してきたが、当業者は、それについて多数の変更を行いうることを 理解できる。その変更は、同等の方法および製品を全て包含するように、請求の 範囲の最も広い範囲に一致するであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．改良された強度および耐加熱撓み性を有する製品を成形するためのポリ マー複合材料であって、 ・部分結晶性および部分非晶質ポリアリールエーテルケトンポリマー、 ・該成形品に強度および剛性を与えるための強化用繊維充填材、 ・ポリアリールエーテルケトンポリマーの非晶質部分を不動化して、高温で追 加の剛性および依存的寸法安定性を与えるための非熱可塑性不動化用充填材、 ・該複合材料の少なくとも４０容量％を形成し且つ該成形品の２６４ｐｓｉで の加熱撓み温度を該ポリアリールエーテルケトンポリマーの結晶融解温度の２０ ℃以内まで上昇させる前記強化用繊維および前記不動化用充填材 を含むポリマー複合材料。 ２．ポリアリールエーテルケトンが、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエ ーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテ ルケトンケトンおよびポリエーテルケトンケトンから成る群より選択される請求 項１に記載の複合材料。 ３．強化用繊維充填材が、ガラス繊維および炭素繊維から成る群より選択さ れる請求項１に記載の複合材料。 ４．不動化用充填材が、雲母、グラファイトフレークおよびテレフタル酸カ ルシウムから成る群より選択される請求項１に記載の複合材料。 ５．不動化用充填材が２００μｍ以下の寸法を有する請求項４に記載の複合 材料。 ６．強化用繊維の容量百分率が２５％を越えない請求項１に記載の複合材料 。 ７．固体潤滑性充填材を更に含む請求項１に記載の複合材料。 ８．固体潤滑剤が、グラファイト、二硫化モリブデンまたは微粉形態の窒化 ホウ素から成る群より選択される請求項７に記載の複合材料。 ９．強化用繊維および不動化用繊維によって占められる全容積含有率が４０ 〜６０％である請求項１に記載の複合材料。 １０．複合材料が、４３０℃において１０，０００ｌ／秒で８５００ポアズ未 満の溶融粘度を有する請求項１に記載の複合材料。 １１．均一混合物から成形された、改良された強度および耐加熱撓み性を有す る成形品であって、 ・部分結晶性および部分非晶質ポリアリールエーテルケトンポリマー、 ・強度および剛性を与える強化用繊維充填材であって、該製品の２５容量％未 満含まれる充填材、 ・ポリアリールエーテルケトンポリマーの非晶質部分を不動化するための非熱 可塑性不動化用充填材であって、該製品の少なくとも１５容量％を形成し且つ２ ６４ｐｓｉでの加熱撓み温度を該ポリアリールエーテルケトンポリマーの結晶融 解温度の２０℃以内まで上昇させる該強化用繊維および該不動化用充填材 を含む成形品。 １２．ポリアリールエーテルケトンが、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエ ーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテ ルケトンケトンおよびポリエーテルケトンケトンから成る群より選択される請求 項１１に記載の複合材料。 １３．強化用繊維充填材が、ガラス繊維および炭素繊維から成る群より選択さ れる請求項１１に記載の複合材料。 １４．不動化用充填材が、雲母、グラファイトフレークおよびテレフタル酸カ ルシウムから成る群より選択される請求項１１に記載の複合材料。 １５．不動化用充填材が２００μｍ以下の寸法を有する請求項１１に記載の複 合材料。 １６．固体潤滑性充填材を更に含む請求項１１に記載の複合材料。 １７．固体潤滑剤が、グラファイト粉末、二硫化モリブデンおよび窒化ホウ素 から成る群より選択される請求項１６に記載の複合材料。 １８．強化用繊維および不動化用充填材の容積百分率が４０〜６０％である請 求項１１に記載の複合材料。 １９．複合材料が、４３０℃において１０００ｌ／秒で１０，０００未満の溶 融粘度を有する請求項１１に記載の複合材料。