JP7266533B2 - カーボンファイバー強化ポリオレフィン組成物及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年5月3日出願の米国仮出願第62/500,929号の優先権を主張するものであり、その内容全体を参照として本明細書中に援用する。
本明細書において、導電性を有してもよく、比較的低い密度を有し、高い寸法安定性を有するか、又はその組み合わせを有する、改良されたカーボンファイバー強化ポリオレフィン組成物を提供する。例えば、本明細書において提供される組成物は、約0.90~約0.98g/cm3の密度を有してもよい。本明細書において提供される組成物はまた、好適な剛性と低温衝撃特性を有するため、本明細書において提供される組成物は、多数の産業において種々の用途を有してもよい。例えば、本明細書において提供される組成物は、単独又は1つ以上の他の材料との組み合わせにおいて、自動車用のパネル、水槽、機関車、レクリエーション用車両、飛行機等の部品の形成に使用されてもよい。
本明細書において提供される組成物の熱可塑性オレフィン樹脂は、[1]ポリオレフィン及びエラストマー、又は、[2]ポリオレフィン、エラストマー、及びリアクター熱可塑性ポリオレフィンを含んでもよい。熱可塑性オレフィン樹脂は、組成物の総重量に対して、約80重量%~約95重量%の量で、本明細書において提供される組成物中に存在してもよい。
本明細書において提供される組成物は、充填剤成分を含んでもよい。充填剤成分は、複数のカーボンファイバーを含んでもよい。本明細書において使用される「カーボンファイバー」というフレーズは、アスペクト比の高い、すなわち、10:1を超えるカーボンを含むファイバーをいう。特定の理論に束縛されるものでないが、複数のカーボンファイバーは、少なくとも部分的に、本明細書において提供される組成物に、望ましい剛性、導電性、及び/又は低いCLTEを確保させるものであると考えられる。
本明細書において提供される組成物は、相溶化剤を含んでもよい。相溶化剤は、組成物の総重量に対して、約0.5重量%~約10重量%、又は約0.5重量%の量で、本明細書において提供される組成物中に存在してもよい。
実施形態において、本明細書において提供される組成物は、添加剤パッケージを含む。添加剤パッケージは、[1]1つ以上の酸化防止剤、[2]1つ以上の離型剤、[3]1つ以上のスクラッチ低減添加剤、[4]1つ以上の造核剤、[5]1つ以上の中和剤/掃酸剤、[6]ステアリン酸及び/又はステアリン酸塩、又は[7]これらの組み合わせを含んでもよい。
その他の態様において、本明細書中に記載の組成物のうちの1つ以上を含む製造品が提供される。実施形態によると、この物品は、成形部品等の自動車部品であるが、水容器、機関車、レクレーション車両、飛行機、及びその他の製造物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、成形部品は、バンパーフェイシア、バンパー、ロッカー、被覆材、ホイールフレア、ドアパネル、又はインスツルメントパネルである。いくつかの実施形態において、このような成形部品を使用して、自動車産業において、燃費が高く、排気量の低い、より軽量の車を製造するのを支援してもよい。さらなる実施形態において、本明細書に開示の成形部品は、例えば、現在のバンパーフェイシア樹脂に使用されるもののように、現在のより高密度の組成物の特性プロファイルを示す。このような特性には、例えば、密度を低減しつつ、剛性を向上すること、ギャップ化を低減すること、一定の収縮及びCLTEを得ることが含まれる。従来既知の他のより低密度な組成物とは対照的に、本明細書において提供される組成物は、いくつかの実施形態において、CLTE又は収縮の増加又は実質的な増加を結果として招くものでない。
他の態様によると、組成物の作成方法であって、成分(a)(b)(c)及び(d)を溶解混合して、組成物を形成するステップを備え、組成物は、
(a)ポリオレフィン及びエラストマーを備え、前記組成物の総重量に対して、約80重量%~約95重量%の量で前記組成物中に存在し、(i)ポリプロピレン、プロピレン-エチレン共重合体、又はそれらの組み合わせからなり、前記組成物の総重量に対して、約40重量%~約65重量%の量で存在するポリオレフィン、及び(ii)前記組成物の総重量に対して、約25重量%~約45重量%の量で存在するエラストマーを備える熱可塑性オレフィン樹脂と、
(b)複数のカーボンファイバーからなり、前記組成物の総重量に対して約1重量%~約15重量%の量で存在する充填剤成分と、
(c)前記組成物の総重量に対して、約0.5重量%~約10重量%の量で存在する相溶化剤と、
(d)前記組成物の総重量に対して、約0.5重量%~約5重量%の量で存在する添加剤パッケージとを含み、前記組成物は、約0.90g/cm3~0.98g/cm3の密度を有する方法を提供する。一実施形態において、組成物は、約0.90g/cm3~約0.98g/cm3、約0.90g/cm3~約0.97g/cm3、又は約0.94g/cm3~約0.96g/cm3の密度と、約0.2%~約0.7%の焼成後成形収縮(1時間、120℃)と、約1,200MPa~約3,000MPaの曲げ弾性率と、約1~約8(10-5mm/mm/℃)の線形熱膨張係数と、107オーム/スクェア以下の表面抵抗率とを有する。
本明細書に記載の組成物の3つの実施形態は、ツインスクリュー押し出し機から表1の配合成分を引き出すことによって調製した。表1に与えられる重量パーセンテージは、各組成物の総重量に対するものである。
実施例1のサンプル1~3に一連の試験を行い、その結果を表2に示した。表2に示される実施形態の一部について、2つのデータポイント(コンマで分離)を以下に示す。表2は、列毎に読む。例えば、第1サンプル1は、0.93g/cm3の密度と、21.4g/10分のMFRと、2785MPaの曲げ弾性率を有する、等である。
Claims (15)
- 組成物であって、
(a)ポリオレフィン及びエラストマーを備え、前記組成物の総重量に対して、80重量%~95重量%の量で前記組成物中に存在し、
(i)2つ以上のポリプロピレンホモポリマーの配合物と、プロピレンモノマー及びエチレンモノマーの任意の組み合わせを含むポリマー鎖を有するプロピレン-エチレン共重合体とを含み、前記組成物の総重量に対して、40重量%~65重量%の量で存在するポリオレフィン、及び
(ii)前記組成物の総重量に対して、25重量%~45重量%の量で存在するエラストマー(但し、上記(i)におけるプロピレン-エチレン共重合体を除く)
を備える熱可塑性オレフィン樹脂と、
(b)カーボンファイバーを含み、前記組成物の総重量に対して1重量%~15重量%の量で存在する充填剤成分と、
(c)前記組成物の総重量に対して、0.5重量%~10重量%の量で存在する相溶化剤と、
(d)前記組成物の総重量に対して、0.5重量%~10重量%の量で存在する添加剤パッケージとを含み、
前記組成物は、0.90g/cm3~0.98g/cm3の密度を有する組成物。 - 前記成分(i)は、リアクター熱可塑性ポリオレフィンをさらに含み、前記リアクター熱可塑性ポリオレフィンは、前記組成物の総重量に対して、0.01重量%~15重量%の量で存在する請求項1に記載の組成物。
- 前記リアクター熱可塑性ポリオレフィンは、0.5g/10分~30g/10分のメルトフローレート(MFR、ASTM D1238、230℃、2.16kg)を有する請求項2に記載の組成物。
- 前記ポリオレフィンは、60g/10分~400g/10分のメルトフローレート(MFR、ASTM D1238、230℃、2.16kg)を有する請求項2に記載の組成物。
- 前記エラストマーは、0.85g/cm3~0.90g/cm3の密度を有するエチレン系共重合体からなる請求項2に記載の組成物。
- 前記エラストマーの前記エチレン系共重合体は、0.4g/10分~5g/10分のメルトフローレート(190℃、2.16kg)を有する請求項5に記載の組成物。
- 前記カーボンファイバーは、0.5mm~300mmの平均長さと、1μm~30μmの平均直径を有する請求項2に記載の組成物。
- 前記相溶化剤は、カルボン酸、アミン、ヒドロキシル、エポキシド、又はこれらの組み合わせからなる群より選択される1つ以上の極性基で変性されたポリオレフィンからなる請求項2に記載の組成物。
- 前記添加剤パッケージは、1つ以上の酸化防止剤、グリセロールモノステアレート、ステアリン酸、ステアリン酸塩、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、又はこれらの組み合わせから選択された1つ以上の離型剤、1つ以上のスクラッチ低減添加剤、1つ以上の造核剤、水酸化アルミニウムマグネシウム炭酸塩又はその水和物、ステアリン酸、ステアリン酸塩、又はそれらの組み合わせから選択された1つ以上の中和剤/掃酸剤、ステアリン酸及び/又はステアリン酸塩、又はそれらの組み合わせ、着色剤、着臭剤、脱臭剤、可塑剤、衝撃改質剤、界面活性剤、湿潤剤、難燃剤、紫外線安定化剤、殺虫剤、金属不活性化剤、増粘剤、熱安定化剤、消泡剤、カップリング剤、ポリマーアロイ相溶化剤、発泡剤、乳化剤、架橋剤、ワックス、微粒子、流動促進剤、又はこれらの組み合わせからなる請求項2に記載の組成物。
- 前記組成物は、0.2%~0.7%の焼成後成形収縮(1時間、120℃)を有する請求項2に記載の組成物。
- 前記組成物は、1,200MPa~3,000MPaの曲げ弾性率を有する請求項2に記載の組成物。
- 前記組成物は、1~8×10-5mm/mm/℃の線形熱膨張係数を有する請求項2に記載の組成物。
- 前記組成物は、107オーム/スクェア以下の表面抵抗率を有する請求項2に記載の組成物。
- 請求項2の前記組成物を備える製造品であって、自動車パネル及びバンパーフェイシアから選択される物品を備える製造品。
- 組成物の作成方法であって、
成分(a)(b)(c)及び(d)を溶解混合して、組成物を形成するステップを備え、前記成分(a)(b)(c)、及び(d)は、
(a)ポリオレフィン及びエラストマーを備え、前記組成物の総重量に対して、80重量%~95重量%の量で前記組成物中に存在し、
(i)2つ以上のポリプロピレンホモポリマーの配合物と、プロピレンモノマー及びエチレンモノマーの任意の組み合わせを含むポリマー鎖を有するプロピレン-エチレン共重合体とを含み、前記組成物の総重量に対して、40重量%~65重量%の量で存在するポリオレフィン、及び
(ii)前記組成物の総重量に対して、25重量%~45重量%の量で存在するエラストマー(但し、上記(i)におけるプロピレン-エチレン共重合体を除く)
を備える熱可塑性オレフィン樹脂と、
(b)カーボンファイバーを含み、前記組成物の総重量に対して1重量%~15重量%の量で存在する充填剤成分と、
(c)前記組成物の総重量に対して、0.5重量%~10重量%の量で存在する相溶化剤と、
(d)前記組成物の総重量に対して、0.5重量%~5重量%の量で存在する添加剤パッケージとを含み、
前記組成物は、0.90g/cm3~0.98g/cm3の密度を有し、
前記充填剤成分の前記カーボンファイバーは、下流に供給される方法。
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