高温用ナイロンのほとんどは半芳香族系である。優れた耐熱性、最小限の吸水性、優れた寸法安定性により、航空宇宙、自動車、電子機器産業など特殊なニーズを持つ産業で頻繁に使用されている。ガラス繊維を接着した高温用ナイロン複合材料の強靭化剤に関する研究は、現在あまり多くありません。そこで、ガラス繊維の質量分率を20%とし、POE-g-MAH強化PA66および高温ナイロン材料について、高温ナイロン複合材料の機械的性質に及ぼす影響と、ガラス繊維強化高温ナイロン材料の潜在的改善メカニズムについて検討した。

強靭な高温ナイロンとPA66に比べ、POE-g-MAHのみを追加

1.機械的性能データの比較

引張強さと曲げ強さは、PA66系では次のように低下した。  POE-g-MAH  一方、PA6T/66およびPA10T系では、いずれも増加した後に減少した。また、両者の強度が最大になるときのPOE-g-MAHの添加量には大きな違いがあることがわかった。PA6T/66系が最大強度に達したとき、約5%のPOE-g-MAHが添加され、PA10T系が最大強度に達したとき、10%が添加される。約15%のPOE-g-MAHが追加されている。

2.走査型電子顕微鏡写真から見えるメカニズム

内容は0であり、5%である。

POE-g-MAH含有量の異なる20%ガラス繊維強化PA6T/66

20%ガラス繊維強化PA66（POE-g-MAHなし

POE-g-MAHを添加しない高温ナイロン系では、ガラス繊維と樹脂の接着が悪く、上図からわかるように、衝撃スプライン部のガラス繊維表面は非常に滑らかで、ナイロンのマトリックス被覆の痕跡は明らかでない。5%のPOE-g-MAHを添加したPA6T/66系のスプライン部では、ガラス繊維の表面に明らかなしわやくぼみがあり、POE-g-MAHを覆うことによってマトリックス樹脂が界面相溶化剤として効果的に機能していることがわかります。

下の画像に見られるように、POE-g-MAHを使用しないPA66システムでは、ガラス繊維と樹脂がうまく機能しており、ガラス繊維はナイロン樹脂でプレーンに覆われている。

このことから、高温ナイロンの加工温度が高くなると、ガラス繊維表面の固有カップリング剤が劣化消失し、ガラス繊維と樹脂の接着が悪くなると推測されます。POE-g-MAHを添加した系では、POE-g-MAHがガラス繊維と樹脂との接触力を高め、加工中のガラス繊維表面の消失によるカップリング剤の役割を補う界面相溶化剤として機能する。

3.レオロジー曲線から見えるメカニズム

POE-g-MAH含有量の異なるPA6T/66のレオロジー曲線

溶融物に対するスクリューのせん断効果は、系の粘度を高めることによって効果的に伝達され、ガラス繊維の分散／分布も改善される。これはガラス繊維強化高温ナイロン材料における強靭化剤POE-g-MAHの作用機序の一つとして考えられる。POE-g-MAHの含有量の異なるPA6T/66の粘度差は容易には現れないので、強靭化剤がもたらす系の溶融粘度の変化は、この材料の機械的性質の明らかな改善の主要な原因ではないと考えられる。

PA6T/66系とPA66系に0.5%のアミノシランカップリング剤を添加することが計画された。上表から、ガラス繊維強化PA66系の機械的特性はカップリング剤の影響をほとんど受けないが、同量のカップリング剤を添加した場合、PA6T/66系では著しく向上することがわかる。この実験結果は、ガラス繊維の表面カップリング剤は高い加工温度では劣化して効果を失い、強化剤は高温ナイロン樹脂とガラス繊維の界面相溶性を改善するという仮説を支持するものであった。

結論:このような系におけるPOE-g-MAHの強化効果は、高温ナイロンの加工温度が高いためにガラス繊維表面のカップリング剤が劣化して失われることに起因する。カップリング剤の実験結果は、高い加工温度はガラス繊維表面のカップリング剤を劣化させ、その効果を失わせ、強化剤は高温ナイロン樹脂とガラス繊維の界面適合性を改善するという仮説を支持するものであった。