JP2013194143A

JP2013194143A - ポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体

Info

Publication number: JP2013194143A
Application number: JP2012062964A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kutami; 諭久田見
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】使用時（加工時）において寸法変化が少なく、ポリエステル樹脂成形品同等の寸法安定性を有し、難燃性、種々の機械的特性、電気絶縁性、寸法安定性、および切削加工による加工性が高度に優れ、各種用途において好適に利用することのできる、ポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体、例えば板状成形体を安価に提供する。
【解決手段】ガラス繊維、無機化合物、および臭素系難燃剤を含有するポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体であり、当該成形体のＭＤ方向とＴＤ方向の線膨張係数の比（ＭＤ／ＴＤ）が０．７２以下であることを特徴とする成形体。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融成形時の際に良好な成形性を有するポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体に関するものであり、工業的使用のために任意の形状に切削加工を行う際、等方性に優れ、切削加工時の割れや欠けが少なく、良好な曲げ弾性率を示す成形体に関するものである。

工業製品の製造において、樹脂加工業界では、例えば、板状、丸棒形状の樹脂製品を切削加工し、任意の形状の部品を加工することが行われている。このような用途での樹脂成形体として、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂が通常使用される。これらの中でも、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性ポリエステル樹脂は、機械的性質に優れ、安価に供給されることから、切削加工材料として一般的である。また、高い強度や耐熱性、寸法安定性を求められる用途に対しては、熱可塑性ポリエステル樹脂をガラス繊維などの各種フィラーで繊維強化した繊維強化プラスチックも一般的に用いられている。

しかしながら、熱可塑性ポリエステル樹脂は、機械的強度は高いものの、切削加工時の衝撃に対して弱く、加工時に割れや欠けといった不具合が発生し、加工性が悪いといった問題がある。さらに、当該樹脂からなる成形体は、等方性がないため、加工使用時に方向が固定されてしまうという問題がある。また、切削加工された部品が工場内で部材用途として用いられる場合、工場の火災リスクを低減するため、樹脂材料には高い難燃性が要求される。

それに対し、ポリプロピレンに代表される熱可塑性ポリオレフィン樹脂は、切削加工時の割れや欠けは発生しにくく、切削加工性は良好であるものの、機械的特性は低く、寸法安定性も劣ることから、精密な切削加工には用い難いという問題がある。

特開平６−１１５０４０号公報特開平６−２４６８８９号公報特開平１０−１６１６２号公報特開平１１−３６９５号公報特開２００７−１６１９９号公報

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その解決課題は、等方性、機械的特性、寸法安定性、難燃性、および切削性に優れたポリプロピレン樹脂組成物およびそれからなる成形体を安価に提供することにある。

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、特定の構成を有するポリプロピレン樹脂組成物およびそれからなる成形体によれば、上記課題を容易に解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、ガラス繊維、無機化合物、および臭素系難燃剤を含有するポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体であり、当該成形体のＭＤ方向とＴＤ方向の線膨張係数の比（ＭＤ／ＴＤ）が０．７２以下であることを特徴とする成形体に存する。

本発明によれば、等方性、機械的特性、寸法安定性、および切削性に優れたポリプロピレン樹脂組成物およびそれからなる成形体を安価に提供することができ、本発明の工業的価値は高い。

図１は、本発明における「切削性」の評価で使用する加工品の概略説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

本発明で言うポリプロピレン樹脂とは、ホモポリマー、ブロックコポリマーなどの各種ポリプロピレン樹脂が挙げられるが、好ましくはホモポリマータイプのポリプロピレン樹脂である。また、樹脂の溶融特性として知られるメルトフローインデックス（ＪＩＳＫ７２１０に準拠）については、シート状への溶融成形の際の成形性の観点から、通常４ｇ／１０分未満、好ましくは２．５ｇ／１０分未満、さらに好ましくは１．５ｇ／１０分である。ポリプロピレン樹脂のメルトフローインデックスが４ｇ／１０分を超えると、シート状への溶融成形の際に樹脂の流動性が高すぎて成形困難になるという不具合が発生することがある。

本発明で使用するガラス繊維としては、例えば、グラスパウダー、チョップドストランド、合糸ロービングなどの各種形状が挙げられるが、樹脂に添加するという観点、および繊維形状保持による機械的強度向上の観点から、チョップドストランド形状が好適である。また、樹脂との親和性向上のために各種の表面処理剤が添加されるが、本用途ではポリプロピレン樹脂へ添加するので、熱可塑性樹脂用（ＦＲＴＰ用）のガラス繊維を用いることが好ましい。ガラス繊維の長さは、通常２〜５ｍｍの範囲であり、３〜５ｍｍの範囲が高アスペクト比による機械的性能の向上の観点から好ましい。ガラス繊維の径は、通常１０〜３０μｍの範囲であり、１０〜２０μｍの範囲が樹脂性能の強化の観点から好ましい。ポリプロピレン樹脂板状成形物中のガラス繊維の含有量は、５〜２０重量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは１０〜１５重量％の範囲である。ガラス繊維の含有量が多くなるほど荷重たわみ温度、アイゾット衝撃強度が向上する傾向があるため、１０重量％未満では、アイゾット衝撃強度が低く、衝撃に弱くなるという不具合があることがある。一方、ガラス繊維の含有量が２０重量％を超えると、樹脂の流動特性が悪化し、シートの溶融成形時に成形困難になるという場合がある。

本発明で使用する無機化合物としては、例えば、タルク、マイカに代表される燐片状フィラー、チタン酸カリウムに代表される針状フィラー、炭酸カルシウム、シリカに代表される球状フィラーが挙げられる。樹脂に添加して寸法安定性、反り、曲げ弾性率といった機械的特性を補強するという観点から、面形状を有する燐片状フィラーとして知られるマイカ、タルクが好適である。さらには、機械的性能の向上の観点から、より大きな平均粒径を持ち、高アスペクト比となるマイカの使用が好適である。平均粒径としては、通常１０〜６０μｍ、好ましくは２０〜５０μｍ、さらに好ましくは２０〜４０μｍの範囲である。無機化合物の平均粒径が１０μｍ以下では溶融成形体の寸法安定性が損なわれる不具合が有ることがある。無機化合物の平均粒径が４０μｍ以上では、マイカの特有の光沢が発現し、溶融成形体の外観低下に繋がるという不具合が発生することがある。無機化合物の含有量としては、通常１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３５重量％、さらに好ましくは２０〜３０重量％の範囲である。無機化合物の含有量が多くなるほど曲げ弾性率が向上する傾向があるため、１０重量％以下では十分な曲げ弾性率が発現しないことがある。一方、無機化合物の含有量が４０重量％以上では、溶融成形時の規定量の添加と均一分散が難しく、成形困難になることがある。

ポリオレフィン樹脂に添加して難燃性を発現させるための難燃剤としては、例えば、臭素系、リン系、膨張黒鉛系、水酸化マグネシウム系などが挙げられる。本発明で使用する難燃剤としては、高い難燃性が要求されることから、低添加部数でも高い難燃効果を発現する臭素系難燃剤を用いることが好ましい。臭素系難燃剤としては、ＰＢＤＥ系、ＴＢＢＡ誘導体、多ベンゼン環化合物、臭素化ポリスチレン、フタル酸系などが挙げられる。本発明においては、難燃剤の融点、各種法規制との関係から、多ベンゼン環化合物を用いることが好ましい。難燃剤の含有量は、通常１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３５重量％、さらに好ましくは２０〜３０重量％の範囲である。難燃剤の含有量が１５重量％以下では、十分な難燃性が発現しないことがある。さらに、臭素系難燃剤は難燃性を発現するために、アンチモン元素を通常含有しており、その臭素系難燃剤中に占める三酸化アンチモンの含有量は、通常１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３５重量％である。含有率を変更しても余り難燃性に変化がないことが知られているので、本発明においては当該範囲で含有していてもよい。その結果、ＵＬ燃焼試験において、試片厚みが薄肉の１ｍｍという過酷な条件下でもＶ−０レベルを達成することが可能な難燃性樹脂組成物を提供することができる。

また、本発明の要旨を超えない限り、本発明のポリプロピレン樹脂組成物中には、着色剤、酸化防止剤を含有してもよい。

着色剤としては、ポリオレフィン系樹脂製造の際に一般的に使用されている着色剤であれば特に限定されず、例えば、アゾ系、フタロシアニン系、スレン系、染料レーキ系等の有機顔料、酸化物系、クロム酸モリブデン系、硫黄物・セレン化物系、フェロシアン化物系等の無機顔料等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

酸化防止剤としては、ポリオレフィン系樹脂製造の際に一般的に使用されている酸化防止剤であれば特に限定されず、例えば、フェノール系抗酸化剤、硫黄系抗酸化剤、ホスファイト系抗酸化剤等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明のポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体は、溶融成形することによって、板状や丸棒状などの種々の形態の成形体に加工することができる。成形体としては、板状成形体が特に好ましい。

溶融成形は、通常知られている方法を採用することができ、板状成形体の場合、押出成形やプレス成形、棒状成形体の場合、押出成形により成形加工することができる。

本発明の成形体のＭＤ方向（縦方向）とＴＤ方向（横方向）の線膨張係数の比（ＭＤ／ＴＤ）は０．７２以下である必要がある。かかる比を０．７２以下とすることにより、加工時に使用する際に、成形体の縦横の方向を考慮することなく使用することができ好ましい。

板状成形体の曲げ弾性率は、通常５０００ＭＰａ以上であり、好ましくは５５００ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは、６０００ＭＰａ以上である。曲げ弾性率が５０００ＭＰａ未満では、部材として使用する際の樹脂材の剛性が不足し、実用に供することができないことがある。

以下、本発明を実施例および比較例によってさらに詳細に説明する。なお、本発明における物性の測定方法、評価方法は以下のとおりである。

（１）線膨張係数
４ｍｍ厚の板状に成形した成形体をＪＩＳＫ７１９７に準拠して測定を行った。なお、測定範囲は２０〜４０℃で、昇温条件は２℃／ｍｉｎとする。また、本試験においてはサンプル成形時の延伸方向をＭＤ方向（ＭａｃｈｉｎｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎ）、ＭＤ方向と直交する方向をＴＤ方向（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎ）と規定し、サンプルの各方向に対して測定を実施した。

（２）切削性
本発明において、切削性は加工達成率という指標で評価する。切削加工での加工品の概略図は図１に示すとおりであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。矢印の方向に刃を動かして切削する。具体的には、板状成形体を切断し、８０ｍｍ×８０ｍｍ×１０ｍｍの試験片とした。当該試験片を、ＦＮＳ（株）製マシニングセンターＢＭ５３２Ｋを用いて、以下の条件で、８０ｍｍ長さに切削（「１行」とする）毎に０．６ｍｍずつ横、即ち行と直角方向、にずらして、切刃を交換せずに９行切削加工を行った。切削加工した行間に残る０．６ｍｍ厚の突起部分（以下、リブとする）に割れや欠けが発生せずに加工達成できるかを評価し、加工達成できたリブ数をカウントして総リブ数の８で割り、加工達成率を算出した。
使用工具切刃：φ６超硬エンドミル

主軸回転数：５，４００ｒｐｍ、送り速度：１０００ｍｍ／分、切り込み深さ：５ｍｍ
（３）曲げ弾性率
４ｍｍ厚の板状に成形した成形体をＪＩＳＫ７２０３に準拠して測定を行った。

（４）難燃性の評価
１ｍｍ厚の板状に成形した成形体をＵＬ−９４燃焼試験に準拠して実施し、難燃性の評価を行った。

実施例１：
（成形体の作成）
下記表１に示す所定量のポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ社製、商品名ノバテックＰＰＥＡ９）、ガラス繊維（日東紡社製）、無機化合物であるマイカ（レプコ社製、平均粒径２７μｍ）、および臭素系難燃剤（鈴裕化学社製、多ベンゼン環臭素系化合物／三酸化アンチモン混合品）酸化防止剤（チバ・ジャパン社製、リン／フェノール系酸化防止剤）を混合し、西村工機（株）製ＮＳ−２００Ｊ（Ｗ）型ロール成形機を用い、１８０℃で添加剤が均一分散するまで溶融混練し、０．７ｍｍ厚のシートを得た。得られたシートを用いて（株）神藤金属工業所製ＡＳＦＡ−７０型単動１サイクル自動成形機により１９０℃、１５分間、５０Ｋｇ/ｃｍ２で加熱加圧プレスし、所定の厚さの板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

実施例２：
ポリプロピレン樹脂を組成の異なるグレード（日本ポリプロ社製、商品名ノバテックＰＰＥＣ９）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

実施例３：
ガラス繊維を表面処理剤の異なるグレードに変更したこと以外は実施例１と同様にして、板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

実施例４：
無機化合物であるマイカをタルク（日本タルク社製、平均粒径５μｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

比較例１：
ガラス繊維を除いたこと以外は実施例１と同様にして、板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

比較例２：
無機化合物であるマイカを除いたこと以外は実施例１と同様にして、板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

比較例３：
臭素系難燃剤を除いたこと以外は実施例１と同様にして、板状成形体を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記物性および切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

比較例４：
ＰＥＴ１００重量部に繊維強化剤としてガラス繊維、粒状無機化合物としてマイカおよび日本板硝子（株）製顆粒状ガラスフレークと難燃剤として臭素化ポリスチレンを所定の配合比で配合調整し、２軸押出機を用いて溶融混練し、ストランド状に押出してペレットを得た。得られたペレットをＴダイを用いた押出シート成形装置にて、厚み１．０ｍｍのシートに成形した。これらの押出成形シートを２０段の多段プレス機にて所定枚数重ね、圧力４０ｋｇ／ｃｍ２で常温〜１８０℃まで昇温速度５℃／分で昇温し、１５分保持後速やかに冷却して積層板を得た。得られた樹脂成形体について、実施例１と同様に上記切削加工性を評価し、その結果を下記表２に示した。

比較例１の樹脂成形体は、ガラス繊維を含有しないため、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上を達成しなかった。比較例２の樹脂成形体は、無機化合物であるマイカを含有しないため、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上を達成しなかった。また、難燃性に関しても、Ｖ−０レベルを達成しなかった。比較例３の樹脂成形体は、臭素系難燃剤を含有しないため、難燃性に関してＶ−０レベルを達成しなかった。これに対し、実施例１〜４の成形体は、比較例４の成形体のように加工使用時の方向を固定されることなく使用することができるものであった。特に、実施例１の樹脂成形体は比較例４の樹脂成形体と比較して、切削性に関し加工達成率が大きく向上する結果となった。

本発明の板状成形物は、例えば、各種工業材料の製造ラインにおける部材や絶縁部材などとして好適に利用することができる。

Claims

ガラス繊維、無機化合物、および臭素系難燃剤を含有するポリプロピレン樹脂組成物からなる成形体であり、当該成形体のＭＤ方向とＴＤ方向の線膨張係数の比（ＭＤ／ＴＤ）が０．７２以下であることを特徴とする成形体。
板状成形体である請求項１に記載の成形体。
曲げ弾性率（ＪＩＳＫ７２０３に準拠）が５０００ＭＰａ以上である請求項１または２に記載の成形体。
ポリプロピレン樹脂がホモポリマーである請求項１〜３のいずれかに記載の成形体。
切削加工における加工達成率が８０％以上である請求項１〜４のいずれかに記載の成形体。