(57)【要約】本発明は、必要に応じて繊維またはモジュラスを上げるための他の要素と、フェリ磁性または強磁性の導電性粒子とを充填した少なくとも一種のポリアリーレンエーテルケトンを含むポリマー組成物に関する。本発明組成物で製造した物品は交流電磁場で誘導溶着して製品に製造できる。本発明はさらに、交流電磁場を用いた上記物品の誘導溶着方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（１）と（２）とを組み合わせた組成物：
（１）少なくとも一種の強化充填剤を含むことができる、少なくとも一種のポリアリーレンエーテルケトンを含む少なくとも一つのポリマー、
（２）少なくとも一種の強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子。
【請求項２】
強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子が鉄化合物または鉄と、マンガン、コバルト、マグネシウム、銅、ニッケル、酸素から選択される一種以上の元素とをベースにした合金の中から選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子の平均粒径が１μｍ〜１ｍｍであり、この平均粒径はレーザー回折、篩分法および顕微鏡で得られた画像の分析のような方法によって測定される請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子のＡＳＴＭ規格Ｄ ４４９６に従って測定した電気伝導度が１０-3Ｓ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子が組成物の重量の５〜８０重量％である請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
強化充填剤がタルク、モンモリロナイト、チョーク、マイカ、カオリンから選択される請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
強化充填剤が組成物の５〜３０重量％の比率で存在する請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
強化充填剤がガラス繊維または炭素繊維から選択される請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
充填剤を織布または不織布マットの形にすることができる請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
強化充填剤が膨張したまたは膨張していないグラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブから選択される請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
強化充填剤が組成物の５〜６０重量％の比率で存在する請求項８〜１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
ポリアリーレンエーテルケトンがＰＥＫＫ、ＰＥＥＫ、ＰＥＫ、ＰＥＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫおよびこれらの混合物から選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項１３】
ポリアリーレンエーテルケトンがＰＥＫＫである請求項１〜１２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】
ポリマーが組成物の１〜９９重量％の比率で存在する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１５】
電磁誘導によって溶着できる物品の製造での請求項１〜１４のいずれか一項に記載の組成物（重量で）の使用。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の組成物から作られる物品。
【請求項１７】
請求項１６に記載の物品を少なくとも２つ使用し、５０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の交流電磁場を用いる誘導溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェリ磁性または強磁性導電性粒子が充填された交流電磁場で誘導溶着可能な製品の製造で使用される少なくとも一種のポリアリーレンエーテルケトンを含み、必要に応じて繊維またはモジュラスを上げるための他の要素をさらに含むポリマー組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリアリーレンエーテルケトンは、要求の厳しい分野、例えば航空および宇宙、医学、エレクトロニクス、石油探鉱およびある種の自動車の用途で使用される製品の製造に適した極めて高性能なポリマーである。
【０００３】
これらの分野では部品を溶着する必要がある時があり、溶着方法として誘導溶着が選択されることがある。誘導溶着は溶着速度が速く、加熱（従って溶着部）を局在化でき、溶着ビードが小さく、きれいで、一定品質である。さらに、所定周波数範囲、一般には約２ＭＨｚを用いることで電磁場の近くで働く人の安全性が高くなる。
【０００４】
本発明者は、必要に応じて用いる繊維またはモジュラスを上げるための他の要素と、所定導電性金属粉末、例えば鉄、フェライト、マグネタイトまたは金属ベースの合金とを充填した少なくとも一種のポリアリーレンエーテルケトンを含むポリマー組成物は５０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ、好ましくは１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ（両端の限界値を含む）の周波数で誘導溶着が可能な高性能部品の製造で有利に使用できる、ということを発見した。
【０００５】
特許文献１（米国特許第６９３９４７７ Ｂ２号明細書）には誘導加熱したときの温度を制御できるようにした寸法が１ミクロン以上で、マトリックスの変形温度に近いキュリー点を有する六方晶フェライトの非導電性粒子をマトリックスと組み合わせた組成物が記載されている。
【０００６】
特許文献２（国際特許第ＷＯ２００８／１１０３２７ Ａ１号公報）には鉄をベースにした粒子をポリアミド材料と組み合わせた溶着方法が記載されている。複数の溶着方法が使用可能であると記載され、ポリアミドはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）と組み合わせることもできる。この特許で好ましい溶着方法は振動溶着または熱板溶着で、この方法は小さい部品の溶着に適し、同一の部品組立体の多重溶着に制限される。
【０００７】
特許文献３（米国特許第２００８／０２９２８２４号明細書）には交流電磁場でのプラスチック複合材の溶着方法が記載されている。溶着部は磁性酸化物のナノメートル粒子によって得られる。最適特性、特に機械特性を有する材料を得たい場合にナノメートル粒子を使用するためにはその良好な分散を確実にするのに適した方法が利用できる必要がある。一般に直径が１μｍ以下の小さい充填剤の場合には、材料を十分に加熱するために高周波、一般に＞１００ＭＨｚの電磁場を使用することが勧められている。しかし、この電磁場を確立できる発生器は一般に高価で、しかも、高周波はその電磁場の近くにいる人に危険である。
【０００８】
特許文献４（国際特許第ＷＯ２００９／００２５５８号公報）にはポリマーと磁性粒子とから成る組成物が記載されている。この特許にはポリアリーレンエーテルケトンと導電性粒子との組合せは考えられておらず、導電性粒子を用いるときには非導電性磁性粒子と組み合わされる。しかも、溶着は変調パルス幅を有する電磁場で得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６９３９４７７ Ｂ２号明細書
【特許文献２】国際特許第ＷＯ２００８／１１０３２７ Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許第２００８／０２９２８２４号明細書
【特許文献４】国際特許第ＷＯ２００９／００２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者は、必要に応じてモジュラスを上げる繊維または他の要素を充填した、少なくとも一種のポリアリーレンエーテルケトンを含むポリマーマトリックス中に平均粒径が１μｍ以上で且つ１ｍｍ以下の強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子を用いることによって、５０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ、好ましくは１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの交流電磁場で誘導溶着できる物品を得ることができ、従って、高性能の複合部品を製造することができ、この周波数範囲は溶着装置の近くで働く人に高い安全性を与えるということを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の対象は下記（１）と（２）とを組み合わせた組成物にある：
（１）少なくとも一種の強化充填剤を含むことができる、少なくとも一種のポリアリーレンエーテルケトン、
（２）少なくとも一種の強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子。
【００１２】
本発明の別の対象は、周波数が５０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ、好ましくは１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚである交流電磁場を用いて誘導溶着装置で溶着できる部品の製造での上記組成物の使用にある。
本発明のさらに別の対象は、本発明組成物を用いて製造した物品にある。
本発明のさらに別の対象は、交流電磁場を用いたこれらの物品の誘導溶着方法にある。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明を明確にするために下記の定義を用いる：
「ポリマー」とは、ポリアリーレンエーテルケトン（ＰＡＥＫ）タイプの一種以上のポリマーを意味する。「少なくとも一つの」とは一種以上を意味する。
【００１４】
本発明で用いられるポリアリーレンエーテルケトン（ＰＡＥＫともよぶ）は下記式の単位を有するポリマーである：
（−Ａｒ−Ｘ−）および（−Ａｒ1−Ｙ−）
（ここで、
ＡｒおよびＡｒ1は各々二価の芳香族ラジカルを表し、ＡｒおよびＡｒ1は同一でも異なっていてもよく、
ＡｒおよびＡｒ1は1,3-フェニレン、1,4-フェニレン、4,4'-ビフェニレン、1,4-ビス（4-フェノキシベンゾイル）フェニレン、1,4-ナフチレン、1,5-ナフチレンおよび2,6-ナフチレンまたはアントラセニレン単位から好ましく選択でき、
Ｘは電子求引性基を表し、カルボニル基およびスルホニル基から好ましく選択でき、
Ｙは酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、例えば-CH2-、イソプロピリデンまたはヘキサフルオロイソプロピリデンから選択される基を表すのが好ましい）
【００１５】
これらの単位で、少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％はカルボニルである。特にＸ基の少なくとも80％はカルボニル基である。さらに、Ｙ基の少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％は酸素原子を表す。特にＹ基の少なくとも80％は酸素原子を表す。
好ましい実施例では、Ｘ基の100％がカルボニル基を表す。別の実施例では、Ｙ基の100％が酸素原子を表す。
【００１６】
ポリアリーレンエーテルケトン（PAEK）は下記（１）〜（５）から選択できるのが好ましい：
（１）下記式Iの単位を有するポリエーテルエーテルケトン（PEEKともよばれる）：
【化１】
2012531502.tif 000002
【００１７】
（２）下記式IIの単位を有するポリエーテルケトン（PEKともよばれる）：
【化２】
2012531502.tif 000003
【００１８】
（３）下記式IIIAの単位または式IIIBの単位およびこれらの混合物からなるポリエーテルケトンケトン（PEKKともよばれる）：
【化３】
2012531502.tif 000004
【００１９】
（４）下記式IVの単位から成るポリエーテルエーテルケトンケトン（PEEKKともよばれる）：
【化４】
2012531502.tif 000005
【００２０】
（５）下記式Vの単位から成るポリエーテルエーテルケトンケトン（PEKEKKともよばれる）：
【化５】
2012531502.tif 000006
【００２１】
上記以外のカルボニル基と酸素原子との組合せも可能である。
本発明で使用可能なポリマーは半結晶質または非晶質にすることができる。このポリマーは組成物の１〜９９重量％の比率で存在する。特に、このコポリマーは組成物の２０〜９５重量％の比率で存在する。本発明で好ましく使用可能なポリマーはPEKKである。
【００２２】
多くの場合、材料の特性を最適化するためにポリマーを混合する必要がある。本発明では、ポリアリールエーテルケトンを別のポリアリールエーテルケトンと混練できる。この混練は、例えばレオロジーまたは結晶化度を変えるのに望ましいことがある。従って、本発明ではPEKK-PEEK、PEKK-PEK、PEKK-PEKEKK、PEKK-PEEKK、PEKK-PEKKのブレンドを考えることができる。特に最後に述べたケースでは非晶質および結晶質PEKKを異なる結晶化度を有するPEKKと混練することができる。
【００２３】
本発明の一実施例では、本発明で用いられる強化充填剤を無機充填剤、例えばタルク、モンモリロナイト、チョーク、マイカ、カオリンにすることができる。
本発明の別の実施例では、強化充填剤をガラス繊維または炭素繊維にすることができる。本発明のこの実施例では、繊維を短繊維または長繊維にすることができ、織布または不織布マットの形にすることができる。
本発明の別の実施例では、強化充填剤をカーボン充填剤、例えば膨張したまたは膨張していないグラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブにすることができる。
【００２４】
無機充填剤は組成物の５〜３０重量％の比率で存在できる。特に、無機充填剤は組成物の５〜２０重量％の比率で存在する。繊維または繊維のマットおよびカーボン充填剤は組成物の５〜６０重量％の比率で存在できる。特に、繊維または繊維のマットおよびカーボン充填剤は組成物の１０〜３０重量％の比率で存在する。
充填剤は必要に応じて表面処理して、ポリマーへの接着性を高めことができる。
【００２５】
本発明の強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子は、鉄化合物または鉄と、マンガン、コバルト、マグネシウム、銅、ニッケル、酸素から選択される一種以上の元素とをベースにした合金である（これらに限定されるものではない）。
（１）この粒子の平均粒径（レーザー回折、篩分法、顕微鏡で得られる画像の分析等の方法で測定される）は１μｍ〜１ｍｍ（両端の限界値を含む）である。
（２）この粒子は、ＡＳＴＭ規格Ｄ ４４９６に従って測定した電気伝導度が１０-3Ｓ以上である。この粒子は組成物の５〜８０重量％の比率で存在する。
【００２６】
本発明組成物はさらに、通常の添加剤、例えば紫外線安定剤、抗酸化剤、滑剤等を含むことができる。
本発明組成物は、溶融状態のポリマーと、充填剤と、強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子とを当業者に周知のコンパウンディング装置、例えば押出機、混練機またはインターナルミキサで混合して得られる。この場合、充填剤はポリマーと同じホッパまたは別のホッパ（後者の場合は溶融ポリマー中）に導入できる。
【００２７】
別の実施例では、本発明組成物はポリマーおよび充填剤のプレミクスと、強磁性またはフェリ磁性の導電性粒子とを混合して得られ、これらの２つの段階（プレミクスの製造と、最終配合物の製造）は当業者に周知の溶融状態のポリマーのコンパウンディング装置、例えば押出機、混練機またはインターナルミキサで行われる。
【００２８】
下記の本発明の物品が得られる：
（１）押出、射出、射出成形等による、強化充填剤を含まない組成物または繊維ではない強化充填剤を含む組成物、
（２）繊維充填剤を有する組成物、
（３）射出（または圧縮−射出）による短繊維顆粒の短繊維。この顆粒は本発明組成物を押出機（好ましくは二軸）で混合（コンパウンディング）し、得られたロッドを細断して得られる。これらの操作は最も高い融点を有するポリアリーレンエーテルケトンの融点以上で行う。
【００２９】
（４）射出（または圧縮−射出）による長繊維顆粒の長繊維。この顆粒は溶融ポリマーとフェリ磁性または強磁性粒子との混合物中に連続繊維の束をストレートヘッドを有する押出機で含浸させ、得られたロッドを細断（chop）して得られる。ロービングの形をした長繊維は射出中に直接混和することもできる。
（５）織布または不織布マット。ポリマーとフェリ磁性または強磁性粒子との混合物と織布または不織布繊維マットとを交互に積み重ねるか、ポリマーとフェリ磁性または強磁性粒子との混合物のフィルム上に織布または不織布繊維マットをロール圧延し、最も高い融点を有するポリアリーレンエーテルケトンの融点以上の温度でホットプレスで成層プレートを製造する。
【００３０】
（６）繊維束または繊維のマット（織布または不織布）。プリプレグは下記のいずれかで製造する：溶融ポリマーとフェリ磁性または強磁性粒子との混合物の浴中で繊維を含浸（クラッド）（ストレートヘッド押出機を用いた繊維束の場合）、あるいは流動床中での含浸（静電粉体塗装後に、ポリマーとフェリ磁性または強磁性粒子との混合物の粉末をポリマーの融点より高い温度に加熱した炉中で溶融）、あるいは、粉体塗装後に溶融クラッドし、プリプレグから複合材料を製造する、あるいは、フィラメントワインディング（繊維束をマンドレルに巻き付ける）で例えば中空体を作る、あるいは、プリプレグ繊維マットで作ったプレートをプレスし、熱成形してシェルを作る。
【００３１】
（７）繊維束。プロフィルを作るための引抜きによる複合材料の製造（繊維束を引抜き、溶融ポリマーとフェリ磁性または強磁性粒子との混合物を連続含浸するか、流動床中で含浸し、加熱具を通してプロフィルにする）。
【００３２】
電磁誘導による溶着装置は５０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ、好ましくは１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を与える交流電磁場の発生器である。
【実施例】
【００３３】
実施例１
スクリュー直径が１６ｍｍで、長さが２５*DのTHERMO RHEOタイプの実験用共回転二軸押出機（３８０℃の平坦な温度分布、０．５ｋｇ／時の流量、２００回転／分の回転速度）に、６０重量％のPEKKと、４０重量％の鉄粉ASC 200（Hoganas社）とを供給する。得られた押出ロッドを冷却し、ペレット化する。
顆粒を３７０℃で成形し、得られたプレートを１０×５×１ｍｍ3のストリップに切断する。同じ寸法を有するPEKKのみのサンプルも調製する。
同時に、PEKK単独の顆粒をダンベルISO 527 1 BAの形に射出成形する。主な射出条件は以下の通り：射出温度：３７０℃、成形温度：２００℃。
【００３４】
これらのISO 527 1 BA引張試験片を中央部で２つに切断する。切断した試験片の２つの部分の間に１０×５×１ｍｍ3のストリップを配置し、上から圧力を加え、ダンベルの２つの部分を圧縮する。Himmelwerk社のSinus 102-2 10 kW発生器を用いて１．５ＭＨｚの電磁場を加える。電力を最大電力の１００％に設定する。この電磁場を１５秒〜５分の間、加える。
テスト後、PEKK単独のストリップの各々の側の２つの半試験片は離れたままである。一方、PEKKとフェリ磁性粒子とから成るストリップの各々の側の２つの半試験片は結合している。その一端を引張試験機の顎型部材に吊下げ、他端をフリーな顎型部材に締め付ける。試験片の２つの部分は結合されたままで、バラバラにならない。これは溶着が確実に行われたことを示す。
【００３５】
実施例２
同様なテストを行ったが、ASC 200粉末の代わりにHoganas社から供給されたElectronic Oxide 40粉末を用いた。
同じテストを行う。試験片の両端の接着性は実施例１と同様に良好であるが、電磁場の印加時間が実施例１よりはるかに短くなる。
【国際調査報告】
2012531502.tif 000007
2012531502.tif 000008
2012531502.tif 000009
2012531502.tif 000010
2012531502.tif 000011
2012531502.tif 000012