JP3422506B2 - 強化樹脂組成物 - Google Patents

強化樹脂組成物

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JP3422506B2
JP3422506B2 JP472493A JP472493A JP3422506B2 JP 3422506 B2 JP3422506 B2 JP 3422506B2 JP 472493 A JP472493 A JP 472493A JP 472493 A JP472493 A JP 472493A JP 3422506 B2 JP3422506 B2 JP 3422506B2
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博之 菊池
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、充填材で強化された熱
可塑性樹脂射出成型用組成物に関する。さらに詳しくは
充填材として粒状成分と棒状成分とを含む充填材を用い
ることにより熱可塑性樹脂の優れた諸特性を損なうこと
なく反りの問題を大幅に解決した充填材で強化された熱
可塑性樹脂射出成型用組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性成型用樹脂は、樹脂に対する例
えば繊維状などの長い形状の充填材やフレーク状や粒状
の充填材またはこれらの充填材と結合材とを組み合わせ
て添加することのよって、それから得られる成型品の引
張りと曲げ強度、その剛性率、熱変形温度、寸法安定性
などの機械的、熱的性質、および特定の配合によって表
面特性、成型加工性、さらには電気的、化学的諸特性を
著しく改善、向上させ得ることが知られている。
【0003】充填材のうち軽量であって剛性に優れてい
ると共に樹脂との結合を達成しやすいと云う理由でガラ
ス繊維が広く利用されている。このガラス繊維の他に繊
維状の充填材として炭素繊維、ロックウール、アスベス
トなども用いられる。またその他の無機質充填材として
は、無定形シリカ、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウ
ム、炭酸マグネシウム、カオリン、チョーク、粉末石
英、雲母、長石なども充填材として熱可塑性樹脂に配合
されて用いられている。
【0004】しかしながら、単にこれらの充填材の一つ
または二つ以上を組み合わせて強化した樹脂組成物では
樹脂の収縮率に異方性、すなわち流れ方向と流れ方向に
直角方向とでは異なった収縮率を示すことがある。した
がってこれらの材料を用いて射出成形して得られた成形
品には収縮率の異方性に起因する“反り”や変形を生じ
る問題がある。ここで収縮率とは、線膨張係数と温度差
(樹脂材料の固化温度と室温との差)との積である。そ
してこのような反りや変形のある樹脂成形品は商品価値
が著しく低いものとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】したがって充填材で強
化された熱可塑性成形用樹脂組成物であって収縮率に異
方性が無く射出成形した場合に成形物に反りや変形の無
い樹脂組成物の解明が求めれている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した課
題の解決のために鋭意研究の結果、充填材として粒状成
分と棒状成分とを含む充填材を用いることにより熱可塑
性樹脂の優れた諸特性を損なうことなく反りの問題を大
幅に解決した充填材で強化された熱可塑性樹脂射出成型
用組成物が得られることを見いだし本発明を完成したの
である。
【0007】すなわち本発明は、充填材として粒状成分
と棒状成分とを重量比で1:1〜1:3の割合で含む充
填材を、熱可塑性樹脂100重量部に対して10〜60
重量部の量で含む熱可塑性樹脂射出成型用組成物を提供
するものである。
【0008】この発明の組成物中に含まれる充填材は、
粒状成分と棒状成分とからなることを特徴とし、そして
粒状成分は素材での長さ/直径で定義されるアスペクト
比の平均が0.8〜1.2の範囲であって平均直径が0.
5μm〜10μmの範囲のものが好ましく、また棒状成
分は素材での長さ/直径で定義されるアスペクト比の平
均が3〜5の範囲であっ平均長さが10μm〜500μ
mの範囲のものが好ましい。
【0009】本発明に従って、充填材として粒状成分と
棒状成分とからなるアスペクト比の異なる成分を含む充
填材を熱可塑性樹脂に配合することによって樹脂組成物
の機械的強度を向上させさせることができ、かつ成形品
における収縮率の異方性を抑制し、成形品に見られる反
りや変形の問題を解消することが出来たのである。
【0010】本発明の組成物を構成する熱可塑性樹脂成
分は、熱可塑性である樹脂のいずれのものであってもよ
く、これらの樹脂の具体例としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリブテン−1、ポリ−4−メチルペン
テン−1、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオ
レフィン、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−
エチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビニル共
重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのエ
チレンとビニル単量体との共重合体、ポリスチレン、ス
チレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリ
ロニトリルーブタジエン共重合体などの芳香族オレフィ
ンの重合体および共重合体など、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデンなどの塩素化ビニル単量体の重合体、ポ
リメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リエチルメタクリレートなどのアクリレート重合体、ポ
リアクリロニトリル、 ナイロン−6、ナイロン−6
6、ナイロン−69、ナイロン−610、ナイロン−6
12、ナイロン−11、ナイロン−12、ナイロン−M
XD6,ナイロン−46などのナイロン、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などのポ
リエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール(ポリ
オキシメチレン)、ポリフェニレンオキシド、ポリフェ
ニレンンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルス
ルフォンなどが挙げられる。
【0011】本発明の組成物を構成する充填材成分は熱
可塑性樹脂を強化するための充填材として通常使用され
る充填材のいずれのものであってもよく、無水珪酸、含
水珪酸、含水珪酸カルシウム、含水珪酸マグネシウム、
含水珪酸アルミニウム、およびこれらの珪酸塩の複合体
(ガラスをふくむ)およびこれらに表面処理を施した変
成珪酸塩など、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タ
ルク、粘土、ワラストナイト、マイカ、アスベスト、長
石、タン酸カリウムホイスカー、炭素繊維、ロックウー
ルなどが挙げられる。ただしこれらの充填材は上記した
ように本発明に従えば粒状成分と棒状成分とからなるこ
とを必須の要件とし、本発明では粒状成分と棒状成分と
を上記した割合で含む充填材が用いられることになる。
したがって例えば棒状成分の例えばガラス繊維は粒状成
分の例えばガラス粉末と混合して充填材として用いられ
る。或いはまた充填材の製造条件の選定によっ粒状成分
と棒状成分とを同時に上記した割合で含むものを製造し
うる場合には二つの成分を別途調製して混合することな
く製造されたものそのままを充填材として用いることが
できる。
【0012】この粒状成分と棒状成分とからなる充填材
は熱可塑性樹脂にその100重量部当たり10〜60重
量部、好ましくは20〜40重量部の量で配合される。
この配合量が10重量部よりも少ない場合には樹脂組成
物の強度.剛性が期待されるていどには改善されない。
またこの配合量が60重量部をこえるときには、樹脂の
成形性が著しく低下し、成形品の表面状態が悪くなる。
【0013】本発明の充填材で強化された熱可塑性樹脂
射出成型用組成物は、熱可塑性樹脂に充填材を種々の方
法で配合することによって調製することができる。例え
ば、樹脂及び充填材を混合し、次いで得られた混合物を
適当な熔融押出機でまたはその他の熔融混合装置中で緊
密に熔融混合することによって調製され得る。別法とし
て、粒状成分充填材で強化された熱可塑性樹脂のペレッ
トと棒状成分充填材で強化された熱可塑性樹脂のペレッ
トとを乾式ブレンドして組成物としてもよい。
【0014】本発明の組成物は、一種またはそれ以上の
熱可塑性樹脂に適用される通常の添加剤、例えば、酸
化、熱、及び紫外線による劣化に対する安定剤および防
止剤、滑剤および離型剤、染料および顔料をふくむ着色
剤、核化剤、可塑剤、などで変成されていてもよい。さ
らにまた、本発明の組成物にはゴムなどのタフナーが配
合されていてもよい。
【0015】本発明の充填材を配合することによって強
化された熱可塑性樹脂は、機械的強度、熱的、電気的、
化学的諸特性が向上され、かつ材料収縮率の異方性に起
因する反りなどの変形のない成形品に射出成形すること
ができる。
【0016】本発明を以下に実施例によって詳細に説明
することにする。この実施例に於いて用いた樹脂組成物
は粒状成分充填材で強化された熱可塑性樹脂のペレット
と棒状成分充填材で強化された熱可塑性樹脂のペレット
とを乾式ブレンドして調製されたものである。この両ペ
レットを粒状成分と棒状成分とが所定の割合になるよう
に混合しスクリュー径40mmの東芝(株)製射出成型機
を使用して射出成形して直径1.5×10-1m、厚さ1.
5×10-3mの円板を調製した。同様に比較例として、
充填材なしの熱可塑性樹脂のペレットおよび充填材とし
て粒状成分充填材のみを含むもの及び充填材として棒状
成分充填材のみを含むものを射出成形し同様の円板を調
製した。成形条件は熔融樹脂温度293℃、金型温度8
0℃、成形サイクル29.0秒、スクリュー回転数80
RPMであった。
【0017】充填材中の粒状成分と棒状成分およびその
混合比と線膨張係数との関係を試験するために上記のよ
うにして得られた円板から1.5×10-2m×2.7×1
-3m×1.5×10-3mの平板試験片を円板の中心か
ら外周に向かって2/3の距離の点を中心として円周方向
および円周方向と直交する方向から切りだした。この円
周方向および円周方向と直交する方向のそれぞれは樹脂
の流れ方向と直交する方向および樹脂の流れ方向に相当
するものである。
【0018】線膨張係数の測定は熱力学分析器(デュポ
ン社製:943TMA)を用いて行った。器内に設置し
た試料周辺の環境温度を23℃から100℃に10℃/
分の昇温速度で上昇させた。この温度変化に対する試料
長さの変化量 mm/mm×1/℃で線膨張係数は表
される。そして流れ方向の線膨張係数をα11とし流れ方
向と直交する方向の線膨張係数をα22としたときにR
α=α11/α22は樹脂の異方性をあらわす指標とな
る。,
【0019】また充填材中の粒状成分と棒状成分および
その混合比と反りとの関係を試験するために、直径1.
5×10-1、厚さ1.5×10-3mの上記によって得ら
れた円板について“反り”の測定を三次元寸法測定器
(Mitsutoyo FJ704)を用いて行った。この試験におい
て、円板は平板上に立てられた3本の針の先端に置か
れ、円板の中心を通る半径線とこの半径線とは円板の中
心において30°およびその整数倍の角度なす複数の半
径線と、この半径線上の中心からの距離の13%、33
%、53%、73%および93%の点を通る同心円との
交点(合計12×5=60カ所)を測定点として定め、
中心点を通る水平面を基準にしてこの水平面からの変位
量を測定した。円板上の測定点は図1に示される。
【0020】
【実施例】デュポン社製のポリアミド樹脂(ナイロン6
6、商品名ザイテル101)(以下樹脂Aと呼ぶ)にア
スペクト比が1で平均直径が3μmの珪酸アルミニウム
を重量で40%配合して樹脂組成物(以下樹脂Bと呼
ぶ)を用意した。別に樹脂Aにアスペクト比が4で平均
長さが40μmの珪酸カルシウムを重量で40%配合し
て樹脂組成物(以下樹脂Cと呼ぶ)を用意した。
【0021】上記した樹脂A、樹脂B、樹脂Cをそれぞ
れ単独でおよび樹脂Bと樹脂Cとを75:25の割合
(樹脂D)、50:50の割合(実施例1)および2
5:75の割合(実施例2)で混合し、これらの樹脂に
ついてそれぞれ上記した方法で射出成型して円板試験片
を作成し、この試験片について線膨張係数および反りの
値を測定した。測定結果はつぎの表1に示される。
【0022】
【表1】
【0023】またそれぞれの円板試験片についての反り
の値の最大値が充填材中の粒状成分と棒状成分の割合の
変化に応じて変動する状況を上記測定結果に基づいてグ
ラフで示すと図2の通りである。
【0024】また樹脂Aから得られる円板試験片につい
ての円板の中心からの距離と角度に応じて、変化する中
心点を通る水平面を基準にしてこの水平面からの変位量
を測定した結果即ち反りの値の測定結果を図3に示す。
この図3から樹脂Aは充填材を含まないので充填材に基
づく収縮率の異方性がなくしたがって反りがほとんど無
いことが分かる。
【0025】同様に、樹脂Bから得られる円板試験片に
ついての円板の中心からの距離と角度に応じて、変化す
る中心点を通る水平面を基準にしてこの水平面からの変
位量を測定した結果即ち反りの値の測定結果を図4に示
す。この図から、円板試験片は0°および180°で最
大のプラスの変位および90°および270°で最大の
マイナスの変位を示すことから、円板試験片は鞍型の形
状を呈していることが分かる。
【0026】同様に、樹脂Cから得られる円板試験片に
ついての円板の中心からの距離と角度に応じて、変化す
る中心点を通る水平面を基準にしてこの水平面からの変
位量を測定した結果即ち反りの値の測定結果を図5に示
す。この図から、円板試験片はいずれの方向にもプラス
の変位を示すことから、円板試験片は皿型の形状を呈し
ていることが分かる。
【0027】同様に、樹脂Dから得られる円板試験片に
ついての円板の中心からの距離と角度に応じて、変化す
る中心点を通る水平面を基準にしてこの水平面からの変
位量を測定した結果即ち反りの値の測定結果を図6に示
す。この図から、円板試験片は0°および180°で最
大のプラスの変位および90°および270°で最大の
マイナスの変位を示すことから、円板試験片は樹脂Bの
それと同様に鞍型の形状を呈していることが分かる。
【0028】本発明の実施例1及び実施例2の樹脂から
得られる円板試験片についての円板の中心からの距離と
角度に応じて、変化する中心点を通る水平面を基準にし
てこの水平面からの変位量を測定した結果即ち反りの値
の測定結果を図7および図8に示す。これらの図から本
発明の樹脂から調製された円板試験片はすべての角度に
おいて大きな変位がなくしたがって反りがわずかである
かまたはほとんどないと言うことができる。
【0029】
【発明の効果】充填材として粒状成分と棒状成分とを含
む充填材を用いることにより熱可塑性樹脂の優れた諸特
性を損なうことなく反りの問題を大幅に解決した充填材
で強化された熱可塑性樹脂射出成型用組成物が得られ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】円板試験片上の変位量の測定点を示す図。
【図2】円板試験片についての反りの値の最大値が充填
材中の粒状成分と棒状成分の割合の変化に応じて変動す
る状況を示す図。
【図3】樹脂Aから得られる円板試験片についての円板
の中心からの距離と角度に応じて、変化する反りの値の
測定結果を示す図。
【図4】樹脂Bから得られる円板試験片についての円板
の中心からの距離と角度に応じて、変化する反りの値の
測定結果を示す図。
【図5】樹脂Cから得られる円板試験片についての円板
の中心からの距離と角度に応じて、変化する反りの値の
測定結果を示す図。
【図6】樹脂Dから得られる円板試験片についての円板
の中心からの距離と角度に応じて、変化する反りの値の
測定結果を示す図。
【図7】実施例1の樹脂から得られる円板試験片につい
ての円板の中心からの距離と角度に応じて、変化する反
りの値の測定結果を示す図。
【図8】実施例2の樹脂から得られる円板試験片につい
ての円板の中心からの距離と角度に応じて、変化する反
りの値の測定結果を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−239034(JP,A) 特開 昭62−263223(JP,A) 特開 昭63−12661(JP,A) 特開 昭56−100845(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 1/00 - 101/16 C08K 3/00 - 13/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充填材として粒状成分と棒状成分とを重
    量比で1:1〜1:3の割合で含む充填材を、熱可塑性
    樹脂100重量部に対して10〜60重量部の量で含む
    ことを特徴とし、そして粒状成分はアスペクト比の平均
    が0.8〜1.2の範囲であって平均直径が0.5μm〜1
    0μmの範囲であり、また棒状成分はアスペクト比の平
    均が3〜5の範囲であって平均長さが10μm〜500
    μmの範囲であることを特徴とする熱可塑性樹脂射出成
    型用組成物。
  2. 【請求項2】 充填材の粒状成分の平均アスペクト比が
    1であり、棒状成分の平均アスペクト比が4である請求
    項1記載の熱可塑性樹脂射出成型用組成物。
  3. 【請求項3】 熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である請
    求項1記載の熱可塑性樹脂射出成型用組成物。
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