JPH0253860A - 溶融成形体の強力改良方法 - 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、溶ｔ、ｉ！ｌ：成形体の強力改良方法に関す
る。

更に詳しくは、結晶性もしくは非品性の熱可塑性樹脂又
は熱硬化性樹脂からなる繊維、フィルム及び射出成形体
において、異方性溶融体を形成し得る重合体（以下液晶
ポリマーと称す）の繊維状配向体を成形体内部に含有す
る溶畿成形体の機械的性質、特に強力を改良する方法に
関する。

〔従来の技術〕

液晶ポリマーは、その剛直棒状の分子構造から、溶融状
態での粘度か一般の熱可塑性樹脂に比べ低く、剪断方向
へ高度に配向する特徴を有するため、高流動性、高配向
性を生かしたさまざまなタイプが開発され、これらの特
性を利用して液晶ポリマと他の溶融加工可能な重合体と
のブレンドにより、加工性や機械的性質を改良した組成
物に関する提案かなされている（例えば、特開昭５６−
Ｌ１５３５７５７−２５３５４・５７−４０５５０５７
−４０５５１・５７−４０５５５５７−５１７３９号公
報等）。

また、液晶ポリマーを樹脂７トリツクス中に針状あるい
は繊維状に配向し、マトリックス樹脂の強化をねらった
、イン・ンチュ・コンポジット（Ｉｎ　５ｉＬｕ　Ｃｏ
ｍｐｏｓｉｔｅ　）による複合手法も近年提案されてい
る（例えば、特開昭Ｇ１２［１０５１ｉ；Ｇ２−１１６
ＧＧ６号公報及びポリマー・エンジニアリング・アンド
・ザイエンス　１．９８７　（２７）　４１．０頁、６
５３頁ポリマー・コンボジッｌ−１，９１１７（８）　
１５８頁等）。

これらの提案は、従来の繊維状フィラー充填による樹脂
の強化に比べ加工プロセスが簡略化され、フィラーによ
る加工機等の摩耗か少ないなどのメリットがある。しか
しなから、これらの手法により製造される繊維状及びフ
ィルム状成形体、あるいは射出成形体は、従来のガラス
繊維、炭素繊維及びアラミド繊維等の繊維状フィラー充
填による樹脂成形体に比べ、強度、弾性率等の機械的性
質が低く、より一層の強力改良が望まれていた。

一方、す第１・ロピック液晶ポリマーから製造される繊
維（アラミド繊維等）やサーモトロピック液晶ポリマー
から製造される繊維、フィルムあるいは射出成形体は、
適当な条件下で熱処理する事によりその強力か改良する
事が報告されている（例えば、米国特許第３，９７５．
４８７　　；特公昭５５−２０００ｇ　　、特開昭５４
−７７Ｇ９１　；　５５−１４４０２４　；　５Ｇ−９
９２２５；５Ｇ−１，３Ｇ８１８　５ｇ−１，７２２、
５９−６２［ｉ３０号公報等）。しかしながら、これら
の報告はいずれも液晶ポリマ単独からなる成形体に関し
て検討されたものであり、ｌｔｋ品ポリマー以外のさま
ざまな特性を有する結晶性、非品性あるいは熱硬化性樹
脂との複合成形体の強力を改良する方法に関するもので
はない。　液晶ポリマーによる樹脂７トリツクスの強化
は、あらかじめ熱処理により強化した液晶ポリマー繊維
を目的の樹脂に含浸させるが、あるいはコンパウンドす
る事によって達成できるが、この方法では工程がきわめ
て複雑となり、従来のガラス繊維や炭素繊維あるいはア
ラミドＮａ　ｅｆｆｆ、にょる強化手法とその］−程は
何等変わる所がなく、熱可塑性である液晶ポリマーのメ
リットを生かした製造法とは言い難いものである。

又、液晶ポリマー単独の成形体において、繊維や薄肉の
成形体なと配向性のよい場合には成形後の熱処理により
強力化か十分達成できるわけであるか、厚肉の成形体で
は配向性が悪く、熱処理によって強力化が生じない。

更に、液晶ポリマーは、汎用の熱可塑性あるいは熱硬化
性樹脂に比べ旧；価であり、かつ加」−条件の制限や成
形体表面のフィブリル化にょるケバ立ぢなとの問題点も
あるため、低コスト化や使用「１的に応じた要求特性か
ら加工プロセスが単純で強化効率の高い複合祠料の開発
が望まれていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

本発明は、前記事情に基づき溶融加工可能な重合体７ト
リツクス中に、液晶ポリマーの繊維状配向体を含有する
溶融成形体の機械的性質特に強力を改良する方法を提供
する事を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記のような現状に鑑み、本発明者らは鋭意研究を重ね
た結果、溶融加工可能な重合体７トリツクス中に繊維状
液晶ポリマーを含有する溶融成形体を熱処理することに
より成形体の強力を改良できる事を見出たした。

即ち、本発明は溶融加工可能な重合体７トリツクス中に
繊維状液晶ポリマーを含有する溶融成形体を少なくとも
、液晶ポリマーの融解開始温度から、それより４０℃低
い温度までの範囲で熱処理することを特徴とする溶融成
形体の強力改良方法に関する。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に使用する液晶ポリマーは、溶融状態で液晶性を
発現する熱可塑性樹脂であり、ネマチック構造、スメク
チック構造、あるいはコレステリック）１へ１造のいず
れの液晶構造を有するポリマーであっても良い。このよ
うな液晶ポリマーとしては、たとえば英国特許節１，５
０７，２０７　、米国特許第３．７７８，４１０　、第
４，０８７，８５２　、第４，０８３，８２９　、第４
、］、３０，５４５又は第４，１．Ｇ］、、４７０号に
記載されているような芳香族ポリエステル、米国特許第
４．０４ｇ、］、４８号に記載されているような芳香族
ポリアゾメチン、ヨーロッパ特許節７９−３９１　、２
７Ｇ号に記載されているような芳香族ポリエステルアミ
ドその他芳香族ポリエステルーポリカーボネート。

芳香族ポリイミド−ポリエステル、芳香族ポリイソシア
ネート等を挙げることができる。

本発明の７トリツクスとして使用される溶融加工可能な
重合体としては、ポリオレフィン、アクリル系重合体、
ポリスチレン　ボリフエニレンオキンド、芳香族ポリア
ミド、ポリエステル　ポリザルポン　ポリエーテルサル
ポン　ポリケトンポリエーテルケトン ポリオキンメチレン、熱可塑性セルロース系重合体並び
にポリ（ヒドロキシブチレ−１・）のような生体学的に
調製された重合体及び上記重合体の混合物か挙げられる
。７トリツクス重合体か溶融加工可能である限り、上述
の熱可塑性物質の他に熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹
脂と熱硬化性樹脂の混合物でもよい。７トリツクスとし
て使用可能な熱硬化性樹脂としては、例えば射出成形可
能なポリウレタン、ンリコーンゴム，ボリンアノアリレ
ンチオエーテル樹脂　フェノール樹脂，アミノ樹脂及び
エボキン樹脂等かある。

成形体の機械的性質、特に強度を熱処理により効率的に
向」ニさせるためには、成形体中に存在する液晶ポリマ
ー繊維の配向と連続性をある程度高めておく必要かある
。すなわち、成形体中の液晶ポリマー繊維かおよそ６５
°より小さいＸ線配向角を持つ長繊維として存在する事
か一般に好ましい。配向性か良＜、繊維径の均一な液晶
ポリマの連続繊維を成形体中に形成させる方法は、本発
明者らによって既に報告されている（特願昭６２−３　
１、　Ｇ　１．　１．　５号）。すなわち、この方法は
液晶ポリマを、マＩ・リックスとなる第２の重合体にブ
レンドする際に、液晶ポリマーを１０〜１０００μｍ好
ましくは５０〜２５０μｍの粒径を有する粉末形状で配
合した後、上記第２の重合体が溶融可能で、かつ液晶ポ
リマーの変形が生じない温度で混練する！ｊ１により、
マトリックス中に液晶ポリマー粉末を均一に分散させ、
次いで液晶ポリマーの液晶形成温度範囲で成形を行なう
ものである。この方法に使用可能な第２の重合体は、配
合する液晶ポリマーの液晶形成温度範囲と少なくとも部
分的に重複した溶融加工温度を有し、かっこの温度範囲
以下でも溶融加工が可能である必要かある。また、」二
記重複した溶融加工温度範囲では、第２の重合体の溶融
粘度か液晶ポリマーの粘度に比べ高い事か必要である。

これらの条件を満足しうる熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂
あるいはこれらの混合体は、本発明方法の）１的を達成
するために特に好適である。

熱処理によって、成形体内部に形成している液晶ポリマ
ーの繊維状配向体は、その配向性を維持したまま分子量
か増大し、その結晶規則性か向上するため、結晶化度、
Ｆ．ｌｋ解開始温度、融点が増大する。本発明でいう熱
処理は液晶ポリマーの融解開始温度から、それより４０
℃低い温度までの範囲において実施しなければならない
。熱処理による融解開始温度の上昇は、その熱処理温度
と時間により影響を受け、この傾向は使用する液晶ポリ
マーの種類及び分子間によりさまざまであるため、６系
ごとに熱処理の最適条件を決定する必要が有るか、通常
熱処理温度は２００〜３５０℃，熱処理時間は１０分〜
７２時間の間で選ばれる。又、液晶ポリマーの継解開始
湿度は、例えばＤＳＣを／Ｉｌｌｌ定することにより得
ることかできる。更に、熱処理により成形体内部の一液
晶ポリマー繊維の強力化を効率良く行なうには、液晶ポ
リマーの熱処理による融解開始温度の上昇に伴い熱処理
温度を段階的に上昇させることか好ましい。

しかしなから、７トリツクスが熱可塑性樹脂である場合
、熱処理温度は７トリツクスの変形温度に注意して決定
されなければならない。すなイ）も、熱可塑性の結晶性
樹脂からなる７トリツクスにおいて、熱処理温度か結晶
性樹脂の融点以上となると７トリツクスの融解により成
形体の形状を維持する事は出来ない。また、熱可塑性の
非品性樹脂からなる７トリツクスにおいて、熱処理温度
がそのツノラス転移温度を大きく越えるような温度であ
ると７トリツクスの変形が生じ、液晶ポリマー繊維の配
向か乱れ、成形体の機械的性質か向上しない。たたし、
成形体の熱による変形は、成形体内部の液晶ポリマー繊
維の補強効果により、７トリツクス単独の場合に比べ大
１１＋に改良される。

本発明に使用される７トリツクス樹脂か熱硬化性である
場合は、樹脂の種類にもよるが、熱処理の温度と時間を
適当に選ぶ事によって、７トリツクスの硬化と液晶ポリ
マー繊維の強力化を同時に生しさせる事が可能となるた
め、成形体の機械的性質を一層効率良く向上させる事が
できる。

本発明の溶用；成形体が繊維状あるいはフィルム状であ
る場合は、成形体を窒素あるいは他の不活性ガスの連続
流下に加熱炉内に吊るし、炉内を指示された温度・時間
サイクルで加熱して熱処理を行なう事により機械的性質
の向上が可能となる。

又、他の熱処理法としては、成形体をボビン上に緩く巻
き取るか、金属バスケット内に緩く積み重ねて加熱炉に
入れる方法等かある。いずれの方法においても成形体は
熱処理の間、自由に多少の膨張または収縮か出来るよう
弛緩した状態にしておく串が好ましい。

また、射出成形体の場合は加熱炉内に設置された金属製
金網上に成形体を乗せる事によって熱処理が可能となる
。熱処理時に生じる成形体の融着を防止するためには、
成形体を不活性物質たとえば微粉砕タルク、グラファイ
トあるいはアルミナの薄層で予備被覆すればよい。

熱処理時に使用するパージ用ガスとしては、熱処理過程
での試料の酸化劣化あるいは着色等を考慮すれば、窒素
等の不活性ガスを使用する事が望まれるが、酸素存在下
で架橋反応か促進されるような熱硬化性樹脂を７トリツ
クスとして使用する場合はこの限りではない。

熱処理時に成形体内部の繊維状液晶ポリマーから副生物
が発生する場合には、熱処理はパージガスの連続流下で
行うかあるいは減圧下で行い、副生物を除去した方が好
ましい。

〔実施例〕

次に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

（実施例１） ポリサルホン（アモコパフォーマンス・プロダクツイン
ダストリー製、商品名「ニーデルＰ］、７００Ｊ）７０
重量部と粒径１５０〜２５０μｍの芳香族ポリエステル
（液晶ポリマー）のパウダー３０重量部を混合した後、
東洋精機製作所要ラボプラストミル単輔押出機で混練し
、得られたストランド ］　２ 続的に引取り単繊維を作製した。

ここで使用した液晶ポリマーは、６０モル％の４−アセ
Ｉ・キシ安息香酸、１５モル％のテレフタル酸、５モル
％の１，４−ジアセトキシジフェニル並びに１５モル％
の１，４−ジアセトキシジフェニルエーテルを１（１反
応器に仕込み、２７５℃で撹拌下に１時間反応させて酢
酸を留出させ、ついで２時間かけて３５０℃に昇温し、
０，５ｍｍ　Ｈ　ｇで１時間反応させることにより調製
した。

このポリマーは、ＤＳＣ　（昇温速度；１０℃／分）に
よる融点か３０４℃に存在し、又、融解開始温度は２７
０℃てあった。溶融粘度は島原製作所製フローテスター
により直径０．５ｍｍ，キャピラリ長２　ｍｍのダイス
を用いてＡＩｌｌ定した結果、ｉｌｌｌｌ定温度３４０
℃１剪断速度１　０４ｓｅｃ　’−’において６８ポイ
ズてあった。

押出機による混線条件は、シリンダー温度３００℃５回
転数５ｐｐｍとし、メルトストレングスキャピラリ長１
０ｍｍで引取温度（ダイス温度）３４０℃１引取速度１
　０　０　ｍ／ｍｉｎとした。

熱処理は、得られた繊維を撓ませた状態で加熱炉に固定
し窒素の連続流下で第１表に示すような温度／時間のサ
イクルで加熱する事により行なった。すなわち、炉及び
試料を窒素雰囲気中で］５０℃に３０分間加熱し、つい
で２００℃で４５分間加熱し、ついで２２５℃で４５分
間加熱し、ついで２５０℃で４５分間加熱し、最後に２
７５℃で４５分間加熱した後、炉を室温まで放冷して試
料を取り出した。なお、加熱によって、融解開始温度は
上昇し、加熱温度か２５０℃においては２９５℃、２７
５℃においては３０１℃であった。　紡糸した繊維及び
その熱処理体の機械的性質は、島原製作所製オートグラ
フにより、試料のアスペクト比を１００以」二、歪み速
度］０−３ｓｅｃ−’として測定した。

（実施例２） 実施例１と同様にして作製した単繊維において、熱処理
の温度／時間サイクルを第１表に示したよ〕　４ うに変えて熱処理し、機械的性質を測定した。

２９５℃における融解開始温度は３０５℃であった。

（実施例３） 実施例１と同様にして作製した単繊維において熱処理の
温度／時間ザイクルを第１表に示したように変えて熱処
理し、機械的性質を測定した。

３０５℃における融解開始温度は３１０℃であった。

（実施例４） ポリカーホネ−１・（音大化成製　商品名「パンライｌ
−に−１，３００Ｊ　）７０重量部と液晶ポリマＡ３０
重量部を混合した後、実施例１と同様の方法により単繊
維を作製した。単繊維作製時の引取温度、引取速度及び
？１−ｉられた繊維の熱処理の温度／時間ザイクルは、
第１表に示したような条件とし実施例１と同様な方法に
より機械的性質を測定した。

（実施例５） 硫化すトリウム２，８水塩０．７モル、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン７００ｍ１を２ぶオートクレーブこ仕込み
攪拌しながら］、　７００Ｃまで加熱した。反応系から
の水の留出か開始した後、反応器の温度を２００℃まで
昇温し、水の留出がなくなるまで反応を続けた。反応終
了後、反応器の温度を１００℃まで冷却し、２，６−シ
クロロベンゾニトリル０．２１モル（３８，８０ｇ）　
、４，４°−ジクロロジフェニルスルホン０．４９モル
（１４０ｇ）を加え、攪拌しなから再び２００　’Ｃま
で昇温し３時間反応を行なった。反応終了後室温まで冷
却し、反応体を］βの水中に注ぎ、濾過、水洗、メタノ
ール洗浄を行なった後、１．２０″Ｃで８時間減圧乾燥
してポリシアノアリーレンチオエーテルの共重合体（以
下ＣＮ−ＰＰ５Ｓと称ず）を得た。このポリマのＮ−メ
チルピロリドン０．５ｇ／ｄｌ溶液で５０　℃において
測定した還元粘度［ηｓｐ／ｃコは（Ｌ４３ｄｌ／ｇで
あった。

このＣＮ−ＰＰ５Ｓ７０重量部と液晶ポリマ］　５ Ａ３０重量部を混合した後、実施例１と同様の方法によ
り単繊≦ｆｆ１−を作製した。単繊維作製時の引取温度
、引取速度及び得られた繊維の熱処理の温度／時間サイ
クルは、第１表に示したような条件として、実施例］と
同様な方法により機械的性質を７１１り定した。

（実施例６） 押出機先端のダイスをＴダイに変える以外は、実施例４
と同様の方法により押出フィルムを作製した。使用した
Ｔダイは、ｌ’ｌ　２５　ｍｍ　、厚さ０．　５ｍｍ％
長さ２０ｍｍとした。フィルム作製時の引取温度、引取
速度及び得られたフィルムの熱処理の温度／時間ザイク
ルは、第１表に示すような条件とした。押出フィルム及
びその熱処理体の機械的性質は、実施例１と同様な方法
により試験片のｄＪを５ｍｍ、アスペクト比か１０〜２
０となるように押出フィルムから切出し、歪み速度を１
Ｏ−３ｓｅｃトシてフィルムの押１」４方向（ＭＤ力方
向について測定した。

（実施例７） 押出機先端のダイスをＴダイに変える以外は、実施例５
と同様の方法により押出フィルムを作製した。使用した
Ｔダイの寸法は、実施例６と同様とした。フィルム作製
時の引取温度、引取速度及び得られたフィルムの熱処理
の温度／時間ザイクルは、第１表に示すような条件とし
て実施例７と同様な方法により機械的性質を／１１す定
した。

実施例１〜７で得られた繊維及びフィルムの機械的性質
を第２表に示す。

］　７ ］　８ （比較例１） 実施例］と同様にして作製した単繊維において熱処理／
時間ザイクルを第３表に示したように変えて熱処理し、
機械的性質をＡｌｌ＋定した。加熱温度か２５０℃のと
き、融解開始温度は２９５℃３てあった。

（比較例２） 液晶ポリマーを配合しないポリザルホンを用いる以外は
、実施例１と同様の方法により単繊維を作製したか、こ
の繊維は２５０℃までの熱処理によって変形か生じたた
め熱処理体の機械的性質の測定はできなかった。

（比較例二３） 液晶ポリマ〜を配合しないポリカーポネ−１・を用いる
以外は実施例４と同様の方法により単繊維を作製したか
、この繊維は２５０℃まての熱処理によって変形か生じ
たため、熱処理体の機械的性質の４１１定はてぎなかっ
た。

（比較例４） ｉｌに品ポリマーを配合しないＣＮ−ＰＰ５Ｓを用いる
以外は、実施例５と同様の方法により単繊維を作製し、
熱処理を行なった後、機械的性質の／ｌ１１１定を行な
った。

（比較例５） 液晶ポリマーを配合しないポリカーボネートを用いる以
外は、実施例６と同様の方法により押出フィルムを作製
したか、このフィルムは２５０℃まての熱処理によって
変形か生じたため、熱処理体の機械的性質の測定はでき
なかった。

（比較例６） 液晶ポリマーを配合しないＣＮ−ＰＰ５Ｓを用いる以外
は、実施例７と同様の方法により押出フィルムを作製し
熱処理を行なった後、機械的性質の測定を行なった。

比較例１〜６で１すられた繊維及びフィルムの機械的性
質を第４表に示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、繊維形状を有する液晶ポリマを含有す
る成形体を熱処理する事により、成形体の機械的性質特
に強度を少なくとも１０２６以上向上させる事が可能に
なった。

本発明方法は、あらかじめ紡糸した液晶ポリマの長繊維
を樹脂マトリックス中に連続的に含浸して成形される複
合強化祠料の強力改良に関しても、適用可能であるが、
液晶ポリマーを加工時に７トリツクス樹脂内部で繊維状
に配向させる、いわゆるイン・ンチュ・コンポジットに
よる強化複合祠料の強力改良において特に好適である。

本発明によれば、従来用いられている炭素繊維、アラミ
ド繊維等の強化繊維を使用した複合強化祠料に比べ、そ
の製造プロセスか著しく簡略化でき、その工業的価値は
高い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）溶融加工可能な重合体マトリックス中に繊維状液晶
   ポリマーを含有する溶融成形体を少なくとも、液晶ポリ
   マーの融解開始温度から、それより４０℃低い温度まで
   の範囲で熱処理することを特徴とする溶融成形体の強力
   改良方法。