JPH02173047A - 繊維強化熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents

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、成形品の変形量が小さく寸法精度に優れ、か
つ優れた機械的性質を有する熱可塑性樹脂組成物に関す
る。

〔従来の技術とその課題〕

熱可塑性樹脂は、単独でも種々の成形品に用いられてい
るが、利用分野によってはその性質、特に機械的物性を
改善する目的で、様々の強化剤、添加剤を配合すること
が行われてきた。そして高い機械的強度、剛性の要求さ
れる分野においては、そのような成形品を得るために、
ガラス繊維、カーボン繊維等を代表とする繊維状の強化
材を用いることが周知である。しかし、従来一般に繊維
状強化剤を含む組成物は機械的強度、剛性等は高いが、
成形時或いはアニーリング時にこれらを配合した組成物
は異方性が増大し、成形品の変形即ち「そり」が生じる
という問題がある。

そしてこのような変形は、ポリアセタールやポリブチレ
ンテレフタレート等の如く結晶性の高い樹脂、ポリエチ
レンテレフタレートの如くアニーリングにより結晶化の
進む樹脂等においては、成形時又はそれ以後の結晶化に
伴う収縮性の故に特に著しい。それ故、これ等の樹脂の
成形材料としての適否は、その用途によっては化学的、
熱的性質と共に、曲げ強度、剛性等の機械的性質と変形
との釣合を重視して決定しなければならないが、一般に
曲げ強度、剛性等の高いものは変形も大きくなる傾向に
ある。

この機械的物性と変形との釣合は、寸法精度の要求され
る精密成形品の場合特に重要である。

しかし成形品の変形度を低減して、なおかつ曲げ強度、
剛性等の機械的性質の向上を図ることは極めて困難であ
り、特に結晶性の熱可塑性樹脂においては精密な寸法の
成形品を得ることば至難である。

この点に関して本出願人は以前に繊維状強化剤と板状充
填剤とを併せて含有する組成物について提案（特願昭５
２−３７０４２号、特開昭５３−１２１８４３号公報）
を行い、かなりの効果を得たが、一般に板状充填剤の使
用は引張強度等の低下をまねき、成形品の用途によって
は尚不充分な場合が存在する。

マトリックス樹脂が結晶性熱可塑性樹脂の場合、さらに
変形を低減させる手法として、非晶性熱可塑性樹脂を添
加併用することがある。しかし、一般に非晶性熱可塑性
樹脂を多量に併用することは結晶性熱可塑性樹脂の本来
の特長、例えば耐薬品性、熱変形温度等を損なうため好
ましくない場合が多い。

斯かる如く、従来より公知の方法では特に結晶性熱可塑
性樹脂の場合、変形と強度その他の特性とのバランスを
満足する樹脂組成物を得ることは至難であり、さらに広
範囲の用途展開をする際の大きな障害ともなり、更に一
層の改良が切望されていた。

〔課題を解決するための手段〕

かかる現状に鑑み、本発明者等は曲げ強度、剛性等の機
械的性質を低下させることなく、変形性を改善せしめた
繊維強化熱可塑性樹脂の開発について鋭意検討を重ねた
結果、従来の如き、略円形又はそれに近い断面形状を有
する強化繊維に対し、扁平状の断面形状を有する繊維状
強化剤を熱可塑性樹脂に混合することにより、曲げ強度
、剛性等の機械的性質、耐熱性、耐薬品性等樹脂自身本
来具えている特質を低下させることなく、成形品の変形
、即ち「そり、ねじれ」を低減できることを見出し、本
発明を完成するに至った。

即ち、本発明は （Ａ）熱可塑性樹脂、 （Ｂ）断面積が２　Ｘ］、０−５〜８　×１０−’ｍｍ
２で、かつ長さ方向に直角の断面の長径（断面の最長の
直線距離）と短径（長径と直角方向の最長の直線距離）
の比が１．３〜１ｏの間にある扁平な断面形状を有する
繊維状強化剤、全組成物に対し１〜６５重量％ からなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物に関するものであ
る。

更に本発明は上記基本構成の他に（Ｃ）粉粒状及び／又
は板状の無機充填剤５〜５０重量％（但しＢ＋Ｃ成分が
全組成物に対し６５重量％を越えない範囲）を配合して
もよく、斯くすることによって、−層その目的とする変
形性改善を図ることができる。

以下、本発明の組成物の構成成分について詳しく説明す
る。

本発明においては熱可塑性樹脂（Ａ）に特定の断面形状
、即ち扁平な断面を有する繊維状強化剤（Ｂ）が配合さ
れる。本発明で用いられる繊維状強化剤は断面が従来の
ような円形ではなく、扁平な形状であることを特徴とし
ている。一般に、ガラス繊維に代表される繊維状強化剤
が配合された組成物は成形時流動方向に繊維が配向する
ので、成形収縮率（樹脂成形品と金型との寸法差の百分
率）の異方性が大きくなり、変形が大となる。ところが
意外にも繊維状物質を配合した組成物でもその強化剤の
断面形状が本発明の如く扁平の場合には、成形収縮率の
異方性が小さくなり、変形、ソリが改善されることが判
明した。

本発明において使用する扁平な断面を有する繊維状強化
剤（Ｂ）　　とは、長さ方向に直角の断面に於いて、長
径（断面の最長の直線距離）と短径（長径と直角方向の
最長の直線距離）の比が１．３〜１０、好ましくは１，
５〜５、更に好ましくは１．５〜４のものである。具体
的な形状としては、まゆ形、長円形、楕円形、半円若し
くは円弧形、矩形又はこれらの類似形であって、特にま
ゆ形に属するものが好ましい。

扁平断面を有する繊維状強化剤（Ｂ）は、比表面積が大
きくなり、繊維と樹脂との密着性が上がり、曲げ強度、
剛性等も改善される。この点からも中央部に凹みを有す
るまゆ形は好ましい繊維状強化剤である。

上記長径と短径の比が１．３より小さいものは変形に対
する効果がなく、また比が１０を越えるものはその製造
自体が困難である。

又、繊維状強化剤は比重を小さくする等の目的の為には
中空の繊維の使用も可能である。

次に上記繊維状強化剤（Ｂ）の断面積は、大きくなるに
伴い充分な補強効果が得られなくなり、又、あまりに過
小になるとそれ自体の製造が困難になり、又取り扱い上
の問題も生じる。よって本発明における繊維状強化剤の
断面積は、２ＸＩＯ−５〜８　Ｘ１０−３ｍｍ２、好ま
しくは８Ｘ１０−５〜８　×１０−’ｍｍ”　、特に好
ましくは８Ｘ１０−５〜８Ｘ１０−’ｍｍ”　テア６゜ 次に繊維状強化剤の長さは任意であるが、成形品の機械
的性質と変形との兼ね合いにより、成形品の変形量を小
さくする為には短い方が好ましいが、機械的強度の面か
らは平均繊維長が少なくとも３０１ａ以上で長い方が好
ましく、要求される性能に応じて適宜選択される。通常
は５０〜１０００μｍが好ましい。

かかる繊維状強化剤（Ｂン　の例としては、ガラス繊維
、カーボン繊維、鉱物繊維、硼素繊維、アルミニウム繊
維、ステンレス繊維、銅繊維、ポリアミド繊維、高分子
量ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維、アラ
ミド繊維、ポリエステル繊維、フッ素繊維等を挙げるこ
とができる。

これらの、繊維は、機成的物性の強化、導電性の付与、
摩擦特性の改良等の種々の目的に応じて用いられる。な
お繊維状強化剤（Ｂ）　は、二種以上を混合して使用し
ても良い。好ましくはガラス繊維、カーボン繊維等、更
に好ましくはガラス１ａｊａである。これらの繊維状強
化剤（ａ）の使用にあたっては必要ならば収束剤又は表
面処理剤を使用することが望ましい。この例を示せば、
エポキシ素化合物、イソシアネート系化合物、シラン系
化合物、チタネート系化合物等の官能性化合物である。

これ等の化合物はあらかじめ表面処理又は収束処理を施
して用いるか、又は材料調製の際同時に添加してもよい
。

斯かる扁平断面を有する本発明の繊維状強化剤（Ｂ）は
、例えばガラス繊維の場合は、溶融ガラスを吐出するた
めに使用するブッシングとして、長円形、楕円形、矩形
、スリット状等の適当な孔形成を有するノズルを用いて
紡糸することにより調製される。又、各種の断面形状（
円形断面を含む）を有する近接して設けられた複数のノ
ズルから溶融ガラスを紡出し、紡出された溶融ガラスを
互いに接合して単一のフィラメントとすることにより調
製できる。　又、カーボン繊維の場合も、原料繊維の紡
糸の際に上記と同様の方法を用いることにより調製でき
る。

本発明において用いられる繊維状強化剤（Ｂ）の配合量
は組成物全量中１〜６５重量％であり、好ましくは５〜
５０重量％である。１重量％未満では所望の効果が得ら
れず、６５重量％を越えると成形加工が困難になる。ま
た、併用される上記官能性表面処理剤の使用量は繊維状
強化剤に対し０〜１０重量％、好ましくは０，０５〜５
重量％である。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂（Ａ）としては、特に
制限のあるものではなく、一般の熱可塑性樹脂は全て使
用しうるちのであり、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリブテン−１、ポリメチルペンテン−１、ポリアセタ
ール（ホモポリマー及びコポリマー等）、ポリアミド、
フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエステ
ル（ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレ
フタレート、ポリブチレンテレフタレート、完全芳香族
ポリエステル等）等の結晶性熱可塑性樹脂（Ａ−１）　
、及びポリ塩化ビニノベポリ塩化ビニリデン、ポリスチ
レン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、セルロース系樹脂、
ポリカーボネート、ボリアリレート、フェノキシ樹脂、
ポリフエニレンオキザイド、ポリスルホン、アイオノマ
ー、スチレンブタジェン、熱可塑性エラストマー等の非
晶性熱可塑性樹脂（Ａ２）のいずれも使用できる。又、
これらの樹脂は２種以上混合して使用することもでき、
本発明の効果は発揮される。

本発明の効果が特に顕著で好ましい熱可塑性樹脂は、成
形時又は成形後の放置に際し収縮を伴う結晶性熱可塑性
樹脂を主体とするものであるが、非晶性熱可塑性樹脂を
併用する事により、変形量は更に小さくなり、目的とす
る用途によっては好ましい場合もある。

特に好ましい結晶性熱可塑性樹脂（八−１）　　として
はポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド、ポリフ
ェニレンサルファイドを主体とするものであり、又、非
晶性熱可塑性樹脂としてはポリカーボネート、ボリアリ
レート、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フェノキシ樹脂か
らなる１種又は２種以上のものが好適である。

本発明の組成物はこのままで用いても繊維強化熱可塑性
樹脂組成物として、従来公知の円形断面を有する繊維配
合樹脂組成物に比し、低変形で、かつ優れた機械的性質
を示すものであるが、更に（Ｃ）粉粒状及び／又は板状
の無機充填剤を併用する事により、更に一層の効果を得
ることが出来る。

ここで粉粒状充填剤としてはシリカ、石英粉末、ガラス
ピーズ、ガラス粉、硅酸カルシウム、硅酸アルミニウム
、カオリン、タルク、クレー硅藻土、ウオラストナイト
のごとき硅酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、アル
ミナのごとき金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグ
ネシウムのごとき金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸
バリウムのごとき金属の硫酸塩、その他炭化硅素、窒化
硅素、窒化硅素、各種金属粉末が挙げられる。

又、板状充填剤としてはマイカ、ガラスフレーク、各種
の金属箔等が挙げられる。

好ましい（Ｃ）成分は、ガラスピーズ、ガラス粉、ガラ
スフレーク、カオリン、クレー、タルク、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、マイカからなる群より選ばれた
１種又は２種以上であり、耐熱性、寸法安定性、電気的
性質等目的に応じて適宜選択して用いることができる。

本発明において用いられる無機充填剤（Ｃ）の配合量は
組成物全量中５〜５０重量％である。但し成形加工性の
面からＢ＋Ｃ成分が全組成物に対し６５重量％を越えな
い範囲が望ましい。

これらの充填剤の使用にあたっては必要ならば前記記載
の収束剤又は表面処理剤を使用することが望ましい。

本発明の組成物には、更に公知の帯電防止剤、着色剤、
滑剤、離型剤、核剤、耐熱安定剤、紫外線安定剤、難燃
剤、界面活性剤、可塑剤、耐衝撃性改良剤等を添加し、
その使用目的に応じてその要求される性質を付与するこ
とができる。

次に本発明の組成物の調製は、従来の強化充填刻入樹脂
の調製法として一般に用いられる方法により容易に調製
される。即ち、繊維状物質としては適当な寸法に集束切
断されたチョツプドストランド或いはローピンク又はフ
ィラメント状等のものを何れも常法通り使用出来る。又
、例えば各成分を混合した後、押出機により練込み押出
して、ペレットを調製し、しかる後成形する方法、−旦
組成の異なるペレット　（マスターバッチ）を調製し、
そのペレットを所定量混合（稀釈）して成形に供し、成
形後に目的組成の成形品を得る方法、成形機に各成分を
直接仕込む方法等、何れも使用できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。尚、評価の方法は以下の通りである
。

■　変形量の測定 １２０ｍｍ角の平板状試験片（厚さ３ｍｍ）を成形し、
試験片をフラットな定盤の上に置いて試験片の変形部の
うちの最大部（定盤と試験片との隙間が最大の所）を変
形量として測定した。

■　物性測定法 引張強度：ＡＳＴＭ　０６３８に準じて測定曲げ特性：
ＡＳＴＭ　０７９０に準じて強度、曲げ弾性率を測定し
た。

実施例１〜５、比較例１〜５ 表１に示す如（、ポリブチレンテレフタレート、及びこ
れとポリエチレンテレフタレート又はポリカーボネート
の混合樹脂に、まゆ形断面形状を有する長さ３ｍｍのチ
ョツプドガラス繊維（Ｂ）（断面の長径／短径比的２．
３、断面積的２．５ＸＩＯ−’ｍｍ２）を添加、混合し
た後、４０＋ｎｍ−軸押出機を用いてペレット状の組成
物を調製した。次いでこのペレットを用いて射出成形に
より各種試験片を作成し、前記の評価を行った。又、比
較のため、本願の要件に属さない円形断面（直径約０．
０１３ｍｍ）を有する長さ３ｍｍのチョツプドガラス繊
維を添加したものについても評価を行った。結果を併せ
て表１に示す。

実施例６〜７、比較例６〜７ ポリブチレンテレフタレート、及びこれとポリカーボネ
ートの混合樹脂に、楕円形断面形状を有する長さ３ｍｍ
のチョツプドガラス繊維（断面の長径／短径比的１．８
、断面積的１．Ｉ　×１０−’ｍｍ’）とガラスフレー
クを表１に示す割合で混合した後、実施例１と同様にペ
レットを調製し、前記の評価を行った。又、比較のため
、円形断面を有するガラス繊維（及びガラスフレーク）
を添加したものについて評価を行った。結果を併せて表
１に示す。

実施例８、比較例８ 樹脂成分としてポリアセタール共重合体を使用し、以下
前記実施例、比較例と同様の試験を行った（但し、ガラ
ス繊維は２５重量％）。結果を表１に併記した。

〔発明の効果〕

以上の説明及び実施例により明らかな如く、特定の断面
形状を有する繊維状強化剤を配合してなる本発明の熱可
塑性樹脂組成物は、成形品の変形即ち「そり」を大巾に
改善することができ、しかも引張強度、曲げ特性等の義
賊的強度を損なうこともなく、むしろ改善されており、
強度と変形のバランスのとれた特性を有するものである
。

本発明の組成物は、自動車、電気機器、一般機器等の外
装部品、構造部品、機構部品等に好適に用いられる。即
ち、その具体的な使用例を示せば、自動車のフェンダ−
、フエーエルリッド、ルーバー、ランプハウジング、ア
ウタードアーハンドル等の外装部品、オーディオ、ビデ
オテープレコーダー、ステレオ等の構造部品（例えばシ
ャーシー）として、又、ギヤ、カム、レバー、ガイドス
テー、クラッチ、ローラー等の機構部品として有用なも
のである。又、コネクター、スイッチ、リレー、コイル
ボビン、キーステム、シャーシ等の電気、電子部品、そ
の他カメラ、ラジオ、ファクシミリ、複写機、コンピュ
ーター等の各種ＯＡ機器、ＩＣケース、コンデンサーケ
ース、モータ一部品等の多岐にわたる用途においても、
好ましく用いられるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（Ａ）熱可塑性樹脂、 （Ｂ）断面積が２×１０＾−＾５〜８×１０＾−＾３ｍ
   ｍ＾２で、かつ長さ方向に直角の断面の長径（断面の最 長の直線距離）と短径（長径と直角方向の 最長の直線距離）の比が１．３〜１０の間にある扁平な
   断面形状を有する繊維状強化剤、 全組成物に対し１〜６５重量％ からなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物。 ２　繊維状強化剤（Ｂ）がガラス繊維である請求項１記
   載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。 ３　繊維状強化剤（Ｂ）が、断面積８×１０＾−＾５〜
   ８×１０＾−＾３ｍｍ＾２で、かつ上記長径と短径の比
   が１．５〜５の間にある扁平な断面形状を有するもので
   ある請求項１又は２記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物
   。 ４　繊維状強化剤（Ｂ）の断面形状が、まゆ形又はその
   類似形である請求項１、２又は３記載の繊維強化熱可塑
   性樹脂組成物。 ５　繊維状強化剤（Ｂ）の断面形状が、長円形、楕円形
   、半円若しくは円弧形、矩形又はそれらの類似形である
   請求項１、２又は３記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物
   。 ６　熱可塑性樹脂（Ａ）が主として結晶性熱可塑性樹脂
   から選択された１種又は２種以上の混合物からなるもの
   である請求項１〜５のいずれか１項記載の繊維強化熱可
   塑性樹脂組成物。 ７　熱可塑性樹脂（Ａ）が結晶性熱可塑性樹脂（Ａ−１
   ）と非晶性熱可塑性樹脂（Ａ−２）との混合物からなる
   ものである請求項１〜６のいずれか１項記載の繊維強化
   熱可塑性樹脂組成物。 ８　結晶性熱可塑性樹脂（Ａ−１）がポリアセタール、
   ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイ
   ドからなる群より選ばれたものである請求項６又は７記
   載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。 ９、請求項１〜８のいずれか１項記載の組成物に更に（
   Ｃ）粉粒状及び／又は板状の無機充填剤５〜５０重量％
   （但しＢ＋Ｃ成分が全組成物に対し６５重量％を越えな
   い範囲）を配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物。