JPH01217072A

JPH01217072A - ウイスカー強化プラスチックス

Info

Publication number: JPH01217072A
Application number: JP4266788A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshinaka; 芳中　實; Eizo Asakura; 朝倉　栄三; Takeshi Hamabe; 浜辺　猛; Motoi Kitano; 基北野; Hideyuki Yoshida; 吉田　英行
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-30
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPH0751646B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、テトラボッド状構造を有する酸化亜鉛ウィス
カーによシ強化したプラスチックス複合材料に関する。

従来の技術近年、超高強度、超高弾性をもつ炭化ケイ素。

窒化ケイ素、チタン酸カリウム等のウィスカーを強化材
とし、プラスチックスをマトリックス材として複合させ
た複合材が高い機械的強度を要する構造材料や軽量化材
料として広く注目されている。

一般に上記複合材を製造する場合、重要な点は、ウィス
カーを全方向的に均一分散させることである。しかしな
がら、これまで知られている炭化ケイ素や窒化ケイ素等
のウィスカーは、その直径がミクロンオーダーで、長さ
も長いものでも１１ｔＩＲにも満たない直線状の短繊維
であシ、このようなウィスカーをマトリックス材中に全
方向的に均一に分散させることは極めて難しかった。

このためウィスカーを一方向にのみ揃え、複合材の一方
向の強度だけを強化させる手段がとられている。例えば
、電解液中にウィスカーを混入させ、電極板に平行な電
解液流を作ってウィスカーを流れの方向に平行に整列さ
せながら電着させる方法、あるいは電磁場を用いてウィ
スカーを配向させる方法などである。

発明が解決しようとする課題しかしこの様な方法は工程が複雑でかつ、多大の人手を
要する欠点があシ、また何よシ機械的強度に異方性を生
じ、使用範囲が限定される弱点があった。

本発明者らはこの様な技術的問題に雌み、鋭意研究した
結果、一定寸法以上のテトラボッド状の酸化亜鉛ウィス
カーを用いることによシ、ウィスカーの三次元的分布を
均一にしたウィスカー強化プラスチックスを実現できる
ことを見い出した。

なお、従来−殻内工業素材として使用される酸化亜鉛に
は粒子状のものと０．５〜１．５μｍの長さの針状結晶
のもの（例特公昭６０−５５２９号）が存在するが、こ
の程度の大きさの針状結晶体では工業用ライヌカ一とし
ては小さ過ぎ、プラスチックスへの補強効果は認められ
なかった。

課題を解決するだめの手段本発明のウィスカー強化プラスチックスは、核部とこの
核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶とを有し、前
記針状結晶部の基部の径が０．７〜１４μｍであシ、前
記針状結晶部の基部＾端までの長さが３〜２００１１ｍ
である酸化亜鉛ウィスカーとプラスチックスとから成り
、前記酸化亜鉛ウィスカーの含有量が少なくとも３重ｆ
ｉ％であることを特徴とする。なお酸化亜鉛ウィスカー
としては前記針状結晶部の基部の径が１〜１４μｍであ
り、前記針状結晶部の基部から先端までの長さが１０〜
２００μｍのものを用いるのが好ましい。

作　　　用本発明は核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶、す
なわちテトラボッド状構造の酸化亜鉛ウィスカーを用い
るところに最大の特徴があシ、このテトラボッド状構造
がウィスカーのマトリックス中での三次元的な分布を容
易に均一化し、三次元的に強化された異方性のない複合
材料をもたらすものである。

本発明に用いるマトリックス材としては、ポリエヌテル
、ポリプロピレン、ポリエチレン、　ＡＢＳｍ脂、ボニ
フェニレンサルファイド、ナイロン等の熱可塑性プラス
チックスあるいはエポキシ、フェノール、メラミン等の
熱硬化性グラスチックス等各種の材料を用いることがで
きる。

一方、本発明に用いられる酸化亜鉛ウィスカーは、例え
ば表面に酸化皮膜を有する金属亜鉛粒子を、９００〜１
１００℃の一系を含む算囲気下で加熱処理して得られる
。

上記の亜鉛粉末の表面に酸化皮膜を形成する方法として
は、水存在下で乳鉢式捕漬機あるいはロール等で捕潰処
理を行い、粒子に機械的に圧力を加えこれを水中に２４
時間以上、なかでも７２時間放置すれば良い。そして、
上記這漬処理時間によって、得られるウィスカーの大き
さをある程度コントロールすることができる。すなわち
処理時間を長くすると、大きなウィスカーが生成する順
向にある。

以上の方法で得られるテトラボッド状の酸化亜鉛ウィス
カーは、嵩比重Ｏ，ＯＳ〜０．１　　を示すか、弱く絡
み合ったウィスカー団塊である。従って、分散を良くす
るため、ジアルキルスルホコハク酸エステル、非イオン
活性剤、陽イオン活性剤等の分散剤と共にミキサーのよ
うな攪拌装置に入れ、攪拌分散したのち乾繰させてから
プラスチックスと混和させることが好ましい。更には、
このあと、シラン糸カップリング剤やチタン系カップリ
ング剤で表面処理することも必要に応じて行われる。

酸化亜鉛ウィスカーのプラスチックスへの混入量は材料
や用途によシ異なるのは轟然であるが、実験の結果強化
効果が現れるのは約３重量％からである。

実施例次に本発明の実施例について述べる。

実施例１純度９９．９９％の純亜鉛線をアーク放電式に依る溶射
法で空気中に溶射して粉末化し、その粉末（金属亜鉛）
１初を回収し、これをイオン交換水５ｏｏｙ中に投入し
、乳鉢形捕漬機で捕潰処理した。この工程で２０分間処
理品と５分間処理品を造シ、これを混合して温度２６℃
の水中に７２時間放置した。この水中放置後、１５０℃
で３０分間の乾燥を行うことによシ、粉末表面の水分を
除去した。次にこの粉末をアルミナ磁器製るつぼ中に入
れ、これを１０００’Ｃに保たれた炉内に入れ、１時間
の加熱処理を行った。

この結果、上記るつぼ内の上層部にみかけ漏比重０．０
９のテトラボッド状の酸化亜鉛ウィスカーが、下層部に
粒形の団塊状酸化亜鉛が生成された。

生成酸化亜鉛中、テトラボッド状ウィスカーは約８６％
を占めた。ウィスカーの大きさは、テトラボッドの基部
の太さが０．７〜１４／ｊｍ、基部から先端までの長さ
が３〜２００μｍであった。

図面は上記ウィスカーの代表例を示す電子顕微鏡写真で
ある。

この様にして製造した酸化亜鉛ウィスカーを非イオン界
面活性剤を純水に溶解した（濃度２０％）分散液中で浸
漬攪拌することによって分散処理した。更にンランカソ
プリング剤をジクロルメタンに溶解した（濃度６％）溶
液中で浸ｅ攪拌して表面処理を行い、このあと熱風乾燥
（１ｔｓｏ℃）して溶剤を揮発除去した。

こうして得られた酸化亜鉛ウィスカーとポリプロピレン
樹脂を用い、ウィスカーの含有量をそれぞれ１．６％、
３％、６％、１０％、２０％、３０％、４０％（重量％
）に変えた成形品を造シ、その機械的強度を測定した。

なお、ウィスカーとポリプロピレン樹脂との混練にはニ
ーダ−を用いた。

機械的強度の測定は射出成形機によって得た成形物を機
械加工（切削）し、射出方向をＣ方向とし、これと直交
する他の２方向をそれぞれｂ方向、Ｃ方向として３方向
の引張強度が得られるようなＪＩＳに準じた試験片を作
製して行った。

引張強度試験の結果を第１表に、ウィスカー含有量０％
の成形物のＣ方向（射出方向）を１００とした指数で示
す。ウィスカー含有量３％より強度が上がシはじめるこ
と、強度は等方性を示すことが分かる。

第　　　１　　　表実施例２実施例１と同じ条件で得られた酸化亜鉛ウィスカーを分
級してテトラボッド状ウィスカーの基部から先端までの
長さが１０〜２００１１ｍのものを集めて実施例１と同
様、ポリプロピレンをマトリックスとする成形物を試作
し、実施例１と同じ要領で引張強度試験を行った。その
結果を第２０表に示す。含有量３％よシ強度が向上する
こと、強度は等方性を示すこと、更に実施例１に比べて
繊維長の短いものが除かれているため、強度が向上して
いること等が分かる。

実施例３実施例２と同じ酸化亜鉛ウィスカー（長さ１０〜２００
μｍ）を用いナイロン６６をマトリックスとする成形物
を試作し、実施例１と同様の要領で引張強度試験を行っ
た。その結果を第３表に示す。ポリプロピレンの場合と
ほぼ同様の傾向である。

第　　　３　　　表発明の効果本発明によれば、プラスチック内のウィスカーの三次元
的な分布を均一にできるだめ、異方性のない等方的な強
度を有するライヌカ−強化プラスチック複合材を容易に
かつ低コストで実現できる。

特に、本発明に用いるテトラボッド状酸化亜鉛ウィスカ
ーは炭化ケイ素や窒化ケイ素等の従来のウィスカーに比
べて極めて安いコストで得られるだめ、本発明の適用範
囲は極めて広く、家庭電器製品、自動車、カメラ、レジ
ャー用品等、各種の分野のプラスチック強化に応用でき
、その工業的効果は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

図面は本実施例で用いた酸化亜鉛ウィスカーの電子顕倣
鏡写真である。代理人の氏名弁理士　中　尾敏　男　ほか１名手続補正
書（方式）％式％ｌ事件の表示昭和６３年特許願第４２８８７　　号２発明の名称ウィスカー強化プラスチックス３補正をする者事件との関係　　　　　　特　　　許　　出　　　願　
　大佐　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地名　
称　（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　　谷
　　井　　昭　　雄４代理人　〒５７１住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内６補正命令の日付７、補正の内容明細書第１２頁第１行末尾の「ウィスカーの」の次に「
結晶の構造を示す」を挿入し壕す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）核部とこの核部から異なる４軸方向に伸びた針状
結晶部とを有し、前記針状結晶部の基部の径が０．７〜
１４μｍであり、前記針状結晶部の基部から先端までの
長さが３〜２００μｍである酸化亜鉛ウィスカーとプラ
スチックスとから成り、前記酸化亜鉛ウィスカーの含有
量が少なくとも３重量％であることを特徴とするウィス
カー強化プラスチックス。
（２）核部とこの核部から異なる４軸方向に伸びた針状
結晶部とを有し、前記針状結晶部の基部の径が１〜１４
μｍであり、前記針状結晶部の基部から先端までの長さ
が１０〜２００μｍである酸化亜鉛ウィスカーとプラス
チックスとから成り、前記酸化亜鉛ウィスカーの含有量
が少なくとも３重量％であることを特徴とするウィスカ
ー強化プラスチックス。