JPH0625288B2 - 複合材成形物の製造方法 - Google Patents
複合材成形物の製造方法Info
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Description
物に関し、さらに詳しくは、高温下での諸特性にすぐれ
ると共に特に低温下での衝撃強度にもすぐれた複合材組
成物の製造方法に関する。
これを金属材料と比較した場合、強度、剛性、耐熱性、
寸法安定性あるいは耐燃性において劣る。これらのポリ
プロピレン樹脂に不足する諸特性を改善するために、樹
脂中にタルク、炭酸カルシウム、マイカ、などの無機充
填材を配合したり、ガラス繊維などの繊維材料を配合す
ることによって特性を向上させることが種々提案されて
いる。
機充填材を配合することは、剛性、耐熱性を改善させる
ことができる点で有利ではあるが、逆に強度的に劣化す
る傾向が著しく、さらに比重が増加し、衝撃強度も著し
く損なわれるという欠点がある。
上効果の点においてすぐれた物性を発現させるが、これ
を成形する場合、たとえば射出成形で所望成形品を得る
場合において、充填繊維が押出機の大きなせん断応力に
よって切断され易く、成形後の繊維長は通常0.2mm程
度になることが知られている。ところが、理論的には一
定の強度向上効果を得るためには充填繊維はある程度の
長さを保持していることが必要であり、この点において
従来の技術はガラス繊維による強化効果を充分発揮し得
ていないのが現状である。また、温度レンジに関して特
性を比較した場合、ガラス繊維などの無機充填材を配合
した材料は、一般に高温度側の物性向上において効果が
あるが、低温度側(たとえば0〜−40℃)における物
性(特に耐衝撃性)が著しく低下する傾向にある。他
方、低温での衝撃強度を改善する目的で、従来エチレン
プロピレンラバーなどの合成ゴム材料を配合することも
行われているが、一般にゴム成分の添加は材料の耐熱性
を低下させるのでこの点で問題がある。
温度範囲における特性を調和的向上させ得るすぐれた物
性を有した複合材料は未だ得られていないのが現状であ
る。
のであり、高温側と低温側の双方の温度領域においてす
ぐれた特性を有し、特に−30℃にも及ぶ低温下での衝
撃強度に著しくすぐれた複合材組成物の製造方法を提供
することを目的としている。
製造方法は、(イ)ポリプロピレン樹脂100重量部に
対し、(ロ)繊維径1〜10デニール、繊維長0.5〜
50mm、繊維強度5〜13g/dの範囲にあるポリエス
テル繊維10〜100重量部を200℃以下の温度条件
下で溶融混合し、成形することを特徴としている。
脂と充填材としてのポリエステル繊維とを組合せて構成
した複合材組成物に関するものである。
ンの他にエチレン−プロピレン共重合体、あるいはこれ
らのマレイン酸誘導体などが適宜用いられ得る。これら
のポリプロピレン樹脂は、1種類を単独で配合してもよ
く、あるいは必要に応じて複数種類の樹脂を適宜選択的
に混合したものであってもよい。一般にポリプロピレン
樹脂は耐熱性、機械的特性にすぐれているが、これらの
特性を一層向上させたい場合には、特に結晶化度の高い
ポリプロピレンが好ましく用いられ得る。このような高
結晶ポリプロピレン(HCPP)の具体例としては、た
とえばチッソ石油化学社製のHCPPが挙げられる。
レングリコールとテレフタル酸との重縮合によって得ら
れるポリエチレンテレフタレート繊維もしくはこの繊維
と他のポリオレフィン繊維との複合繊維が好ましく用い
られる。複合繊維の例としては、第1図に示すような芯
部1がポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはこれら
にカルボン酸基を付加したポリマーからなり、鞘部2が
ポリエステル繊維からなる芯鞘構造を有するコンジュゲ
ート繊維が好ましく用いられる。この場合、芯部1を構
成するポリマーは、複合材の母材となるポリプロピレン
樹脂よりも溶融時の粘度が高く、しかもポリプロピレン
樹脂との溶着性にすぐれたポリマーであることが、低温
衝撃特性の改善を図る上で好ましい。通常、母材の樹脂
と充填材である繊維との間の接着性の向上を図るために
は、カップリング剤を添加することが考えられるが、従
来のカップリング剤は本発明の複合材組成物におけるポ
リプロピレン樹脂とポリエステル繊維との組合わせにお
いては必ずしも有効ではなく、特に低温衝撃特性の向上
効果は期待できない。本発明者の研究によれば、上述し
た芯鞘構造を有するコンジュゲート繊維は、母材である
ポリプロピレン樹脂との溶着性にすぐれているので物性
の向上を図る上で好ましい。
径が1〜10デニール、繊維長が0.5〜50mm、さら
に好ましくは3〜10mm、繊維強度が5〜13g/d、
さらに好ましくは9〜13g/dの範囲にあることが望
ましい。
温領域での衝撃強度の改善効果が十分ではなく、一方、
50mmを超えると、流動性が悪くなり、複合化の段階で
均一な分散が困難になる。また、成形性も低下するので
好ましくない。さらに、繊維強度が5g/d未満でも低
温での衝撃強度の改善効果は少ない。一方、繊維強度が
13g/dを超えるポリエステル繊維は現在のところ作
られてはいない。
ン樹脂100重量部に対して、上記ポリエステル繊維を
10〜100重量部、さらに好ましくは25〜100重
量部添加する。ポリエステル繊維の添加量が10重量部
未満の場合は、低温での衝撃強度の改善効果が不十分で
あり好ましくない。一方、100重量部を超えてポリエ
ステル繊維を添加すると流動性が悪くなり、複合化の段
階で均一な分散が困難になる。また、成形性も低下する
ので好ましくない。
の他に、必要に応じて他の種類の添加材料を付加的に配
合することができる。たとえば、目的成形品に要求され
る物性(たとえば衝撃強度)をさらに向上させることを
目的としてエチレンプロピレンラバーなどの合成ゴムあ
るいは他の種類の熱可塑性樹脂を添加することができ
る。また、目的成形品の曲げ弾性率を向上させることを
目的としてタルクなどの無機充填材を添加することがで
きる。これらの付加的添加材料は、上記ポリプロピレン
樹脂100重量部に対して5〜50重量部の割合で添加
することが好ましい。
ための具体的方法について説明する。
およびその他の添加材(以下、これらを総称して原料と
いう)とを所定の量比で配合し、バンバリーミキサー、
ロールミキサー、ニーダーなどの混合装置に投入して撹
拌混合する。ポリエステル繊維の比重は従来の充填材な
いし強化材の約半分であるため、重量部で従来の充填材
と同量を添加したとしても容量部では約2倍量の充填を
行うことになる。しかも、ポリエステル繊維の通常、集
束された状態のものが多いため、混合装置内で繊維を均
一に分散させることは困難となる。したがって、本発明
の方法においては、混合装置へのポリエステル繊維の供
給は単繊維の状態で行うことが分散性の向上を図る上に
おいて肝要である。特に、繊維の分散状態が不均一であ
ると、得られる複合材組成物の衝撃強度に悪影響を与え
るので、たとえば集束されたポリエステル繊維を原料と
して用いる場合にあっては、繊維の前処理として、カー
ドなどの解繊維による単繊維化を行っておくことが好ま
しい。また、本発明においては、ポリエステル繊維とし
ては前記の数値限定の条件を満足するものである限り、
廃材、たとえば繊維工場等から廃棄物として放出される
繊維屑も使用することが可能であり、資源の再利用、リ
サイクルの観点でも有利である。
熱下での上記混合過程で原料の温度は徐々に上昇し、母
材であるポリプロピレン樹脂(融点は約163℃)が溶
融を開始して原料中の繊維表面に融着し始め、溶融樹脂
中に繊維が均一に分散される。本発明においては、この
工程を「溶融混合」と称する。本発明の溶融混合工程に
おいては、原料の温度を200℃以下、さらに好ましく
は190℃以下に維持することが低温衝撃強度を高める
上で重要である。本発明者の知見によれば、溶融混合温
度が200℃を超えると配合繊維の性質が何らかの原因
で劣化し、これに起因して、得られる複合材組成物の低
温衝撃強度が著しく低下するものと考えられる。
などの公知の装置を用いて押出し、ペレット状あるいは
シート状などの所望の形状に成形する。本発明の方法に
おいてはこの成形工程においても原料(溶融混合物)の
温度を200℃以下、さらに好ましくは190℃以下に
維持することが重要である。すなわち、原料温度が20
0℃を超えると、原料中のポリエステル繊維がその熱と
押出機からの強いせん断力の作用により切断され、目的
とする低温衝撃強度の改善効果が得られなくなることに
留意すべきである。本発明における複合組成物は、上記
の押出成形の他にも、射出成形法、真空成形法、スタン
ピング成形法などの公知の成形法によって所望形状に成
形することができるが、成形時の温度を上述したように
厳格に制御することが、低温衝撃特性の向上を図る上で
重要である。
℃以上に維持することによってその材料表面層が樹脂層
で覆われるので、成形収縮に伴う繊維の浮出しの問題
は、ポリエステル繊維の柔軟さも幸いして発生すること
はない。
ポリマー60重量部に対して、エチレングリコールとテ
レフタール酸の縮合より製造される通常のポリエステル
繊維(5デニール、強度7g/d、繊維長3mm)30重
量部と微粒子タルク10重量部とをヘンシルミキサーを
用いて190℃以下で均一に溶融混合させ、塊状となっ
た混合物を粉砕機を用いて細粒とした。得られた細粒を
通常の射出成形機を用いて、樹脂温度190℃に制御し
つつ射出圧1000kg/cm2にて試験片を作製し、複合
材の物性を測定した。得られた複合材の物性を表1に示
す。参考例2としてメルトフローレート50のポリプロ
ピレンブロックコーポリマー60重量部に対して、ガラ
ス繊維30重量部より成る複合材の物性を表1に示す。
実施例1、参考例1および参考例2から、本発明に係る
ポリエステル繊維を用いることによって、ポリプロピレ
ン樹脂の高温物性が改良され、さらにこれに加えて低温
衝撃が著しく改善されることが分かる。
ポリマー60重量部に対して、エチレングリコールとテ
レフタール酸の縮合より製造される通常のポリエステル
繊維(5デニール、強度7g/d、繊維長6mm)30重
量部と微粒子タルク10重量部とをヘンシルミキサーを
用いて190℃以下で均一に溶融混合させ、塊状となっ
た混合物を粉砕機を用いて細粒とした。得られた細粒
を、実施例1と同様の方法で物性を測定した。得られた
複合材の物性を表1に示す。
ポリマー60重量部に対して、高強力ポリエステル繊維
(5デニール、強度9g/d、繊維長3mm)30重量部
と微粒子タルク10重量部を配合し、実施例1と同様の
方法で物性を測定した。得られた複合材の物性を表2に
示す。
ポリマー60重量部に対して、高強力ポリエステル繊維
(5デニール、強度9g/d、繊維長6mm)30重量部
と微粒子タルク10重量部を配合し、実施例1と同様の
方法で物性を測定した。得られた複合材の物性を表2に
示す。
ロックコーポリマー(チッソ石油科学;HCPP 5420)7
5部に対して、高強力ポリエステル繊維(5デニール、
強度9g/d、繊維長6mm)25部を配合し、実施例1
と同様の方法で複合材とし物性を測定した。得られた物
性を表2に示す。
ックコーポリマー(チッソ石油科学;HCPP 5206)70
部に対して、高強力ポリエステル繊維(5デニール、強
度9g/d、繊維長9mm)30部を配合し、実施例1と
同様の方法で複合材とし物性を測定した。得られた物性
を表2に示す。
ロックコーポリマー(チッソ石油科学;HCPP 5420)7
5部に対して、高強力ポリエステル繊維(5デニール、
強度6g/d、繊維長6mm)25部を配合し実施例1と
同様の方法で複合材とし物性を測定した。得られた物性
を表2に示す。
明の方法で得られる複合材組成物は、ポリプロピレン樹
脂と特定のポリエステル繊維とを組合わせ、かつ200
℃以下の温度で溶融混合と成形を行うようにしたので、
得られる複合材は、高温度側と低温度側の双方において
すぐれた物性を有し、特に低温衝撃特性において顕著な
向上効果を有している。
造を有する繊維の断面図である。 1……芯部、2……鞘部。
Claims (5)
- 【請求項1】(イ)ポリプロピレン樹脂100重量部に
対し、(ロ)繊維径1〜10デニール、繊維長0.5〜
50mm、繊維強度6〜13g/dの範囲にある円形断面
を有するポリエチレンテレフタレート繊維10〜100
重量部を190℃以下の温度条件下で溶融混合し、次い
でこの溶融混合物を190℃以下の温度条件下で成形す
ることによって、−30℃の温度条件におけるASTM
法によるアイゾット衝撃強度(ノッチ付)が少なくとも
12kg/cm/cmの成形物を得ることを特徴とする、高温
度側と低温度側の双方における物性にすぐれた複合材成
形物の製造方法。 - 【請求項2】前記ポリプロピレン樹脂100重量部に対
し、さらに無機充填剤を5〜50重量部の割合で添加す
る、請求項1の方法。 - 【請求項3】前記ポリプロピレン樹脂100重量部に対
し、さらにエチレンプロピレンラバーおよび/または無
機充填材を5〜50重量部の割合で添加する、請求項1
の方法。 - 【請求項4】前記ポリエチレンテレフタレート繊維が、
芯(ポリオレフィン)−鞘(ポリエチレンテレフタレー
ト)構造を有するポリエステル−ポリオレフィンコンジ
ュゲート繊維である、請求項1の方法。 - 【請求項5】前記ポリプロピレン樹脂が、高結晶ポリプ
ロピレン樹脂である、請求項1の方法。
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