JPH07509503A - 自己強化性合成物とその製造方法 - Google Patents

自己強化性合成物とその製造方法

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JPH07509503A JP5513380A JP51338093A JPH07509503A JP H07509503 A JPH07509503 A JP H07509503A JP 5513380 A JP5513380 A JP 5513380A JP 51338093 A JP51338093 A JP 51338093A JP H07509503 A JPH07509503 A JP H07509503A
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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】 自己強化性合成物とその製造方法 挟術分近 本発明は自己強化性ポリマー合成物とその製造方法に関し、該ポリマー合成物は 所定形状に成形された物品形状をなし、特に射出成形もしくは押し出し成形によ る物品形状をなす、より詳しくは、本発明はこの製品と製法において、自己強化 性ポリマー合成物自体が、互いに重なり合う溶融加工温度範囲を有する第一のポ リマーと第二のポリマーとからなり、これらポリマーのうち少なくとも一方(第 二のポリマー)が液晶性ポリマーであって、製造工程においては、前記第二のポ リマーの繊維を形成した後、続く成形繰作過程に同ポリマー繊維を保持させる条 件のもとで製造するものである。
従米弦死 繊維強化ポリマー合成物は良く知られており広範囲に使用されている0強度が優 れ剛性の高いポリマーを得るには適切な補強繊維を使用するとよい、最も広く使 用されている補強繊維はガラス、カーボン及びアラミドが挙げられよう。
上記のようなポリマー合成物を製造するのに使用する基本ポリマーとしては多種 の熱可塑性樹脂が挙げられ、例えば、ポリスチレンとその共重合体、ポリアミド 、ポリカーボネート、ポリニーテリミド、ポリエーテルケトン(PEEK)、並 びにポリブチレンテレフタレート等のポリエステルなどである。これらのポリマ ーは無定形状であっても半結晶状であってもよい、同ポリマーは、また、ポリマ ーの分子鎖における個りのモノマー単位が互いに回転自在なため、ポリマーの分 子鎖がランダム形状をなすことから、柔軟類ポリマーとも呼ばれる。このような ポリマーは多くの文献に開示され、例えば、エフ、エフ。マグスウェル、エンタ ーン ポリマー プロセッシング 第−巻、4号、157頁〜165頁 (19 87)(F、N、Cogswel I、Int、ern、Pol mer Pr 。
cessing、vol、1. no、4. pp157〜165(1987) )4こ図解で説明されている。
バーベル(Harpell)及びその他の発明者による米国特許第4,820、 568号によれば、複数の19111層からなる多層積層合成物が開示され、柔 軟鎖ポリマーのマトリックスにおいて、各々の層が従来の繊維補強材(例えば、 カーボン、グラファイト、セルロールまたは金K)によって予め形成した高強度 の繊維により構成されている。
近年では、熱可塑性の柔軟鎖ポリマーのマトリックス中に工@掻て皇然旦(上n  s:tu)形成した極微的な液晶性の(もしくは全芳香族ポリエステルの)繊 維からなる自己強化性ポリマーが開発されている。この種のポリマー合成物は、 イサイエヴ(Isayev)及びその他の発明者による米国特許第4,728. 698号及び米国特許第4.835.047号に開示されている。即ち、高ひず みの混合条件を適用することにより本質的に単一方向に配向する繊維を形成する ものである。
また、各々が異方性の溶融相を形成し得る溶融加工可能な2つ以上の全芳香族ポ リエステル(即ち、液晶性ポリマー)を混合したポリマーブレンド製品も知られ ている。このポリマーブレンドに関しては、例えば、フロイックス(Froix )名義の米国特許第4.267.289号やマツモト(MatsumotO)そ の他の発明者による米国特許第4.837,268号より開示がなされている。
この文献は双方とも、新規なポリマーブレンドを夫々射出成形で物品に形成する 内容を開示しているが、104て且然堀補強繊維を形成することは双方とも記載 がない。また、双方の文献によれば、2つの(或いは全ての)ポリマーが溶融加 工可能な温度のもとに射出成形を行っている。
1991年12月3日付で発行された、イサイエブ(I 5ayev)その他の 発明者による米国特許第5.070.157号では、互いに溶点もしくはガラス 転移温度の相違する液晶性ポリマーからなる2つの全芳香族ポリエステルを混合 したポリマーブレンドが開示され、それらポリマーのうち一方が他方のマトリ・ ノクス内でその場で自然に繊維を形成し得るようにしている。更に、同特許は斯 かるブレンドの射出成形を開示しているが、双方のもしくは全ての液晶性ポリマ ーの溶融加工可能な温度のもとで射出成形を行うことを条件としている。
褒叫Ω匣示 本発明の一つの特徴として、第一ポリマーと第二ポリマーとからなるポリマーブ レンドより形成した成形製品を提供することにあり、その成形製品において、第 一ポリマー及び第二ポリマーが固体状態で相分離し、少なくとも第二ポリマーが 分子配向してなり、且つ、(1)第一ポリマーが熱可塑性の柔軟鎖ポリマーもし くはサーモトロとyり液晶性ポリマーのうちいずれかであり、第二ポリマーがそ の第一ポリマーと相違するサーモトロピック液晶性ポリマーであって、(2)第 一ポリマーと第二ポリマーは溶融加工可能で互いに重なり合う溶融加工温度範囲 を有し、(3)第二ポリマーの最低溶融加工温度が第一ポリマーのそれより高く 、(4)第一ポリマーのマトリックス中において第二ポリマーはその場で自然に [!微の複数の繊維を形成する能力があり、更に、本成形製品の形成工程が:少 なくとも第二ポリマーの分子配向を生じさせ且つ双方のポリマーの溶融加工可能 な温度を設定する条件のもとで第一ポリマーと第二ポリマーをブレンドし、その ブレンドを延伸及び冷却して第二ポリマーの分子配向を起こさせ、第一ポリマー の最低加工温度と同−又はそれより高い温度で、且つ、第二ポリマーの最低加工 温度より低い温度のもとに前記ブレンドを成形製品に成形して、第二ポリマー中 の分子配向を保持してなる。
また、本発明の他の特徴として、第一ポリマーと第二ポリマーとからなるポリマ ーブレンドより成形製品を形成する方法を提供することにあり、その方法におい て、第一ポリマーが熱可塑性の柔軟鎖ポリマーもしくはサーモトロピック液晶性 ポリマーのうちいずれかであり、第二ポリマーがその第一ポリマーと相違するサ ーモトロピック液晶性ポリマーであって、く2)第一ポリマーと第二ポリマーは 溶融加工可能で互いに重なり合う溶融加工温度範囲を有し、(3)第二ポリマー の最低溶融加工温度が第一ポリマーのそれより高く、(4)第一ポリマーと第二 ポリマーは固体状態で相分離し、(5)第一ポリマーのマトリックス中において 第二ポリマーはえΩ4T’且然旦極微の複数の繊維を形成する能力があり、本方 法の工程が: (a1分子配向を生じさせ且つ双方のポリマーの溶融加工可能な温度を設定する 条件のもとで第一ポリマーと第二ポリマーをブレンドし;(b)前記ブレンドを 延伸し、第二ポリマーの最低溶融加工温度より低い温度に同ブレンドを冷却する ことにより、第−及び第二ポリマーが相分離するとともに第二ポリマーが分子配 向し; (c)第一ポリマーの最低加工温度と同−又はそれより高い温度で、且つ、第二 ポリマーの最低加工温度より低い温度のもとに前記ブレンドを非積層の成形製品 に成形して、第二ポリマー中の分子配向を保持する。
好ましい実施例として、前記工程(a)において第一ポリマーと第二ポリマーを 繊維の形成する条件のもとにブレンドし、前記工程(b)において前記ブレンド を冷却して第一ボッマーのマトリックス中に第二ポリマーの繊維を複数形成せし め、前記工程(C)において第二ポリマー中の繊維横道を保持する方法があるま た、好ましい成形製品は射出成形製品もしくは押し出し成形製品である。
1(って、第二ポリマー(即ち、溶融加工温度の高いポリマー)の最低加工温度 より低い温度でポリマーブレンドを成形することにより、(例えばモールディン グ成形又は押し出し成形することにより)、初めの工程で溶融ブレンドにより形 成したポリマー合成物もしくはポリマーブレンドの中の分子配向く例えば繊維f lll造)を保持させるのである。
隻叫の危遇l叉施倒 本発明に関し、最適及び好適な実施例を含め、具体的な実施例について詳しく説 明する。
本発明の成形物品(例えば、押出し成形もしくは射出成形によって成形する物品 )を118!遣するために準備する必要な開始材料は熱可塑性ポリマー(又は基 本ポリマー)と液晶性ポリマー(LCP)、もしくは2つの液晶性ポリマーのい ずれかを用窟する。ここで述べるLCPとは斯界で認められている定義にしたが えば所謂、液相中でも異方性を示すポリマーのことである。
本発明の第一の実施例におけるマトリックス用ポリマーは柔軟頷ポリマーであり 、所謂、ポリマー鎖の連続した複数の華位が互いに回転自在なため、ポリマー鎖 がランダムの形状をなす性質のあるポリマーである。このマトリックス用ポリマ ーは一定形状でも半結晶状でもよい9本発明に適当なマトリックス用ポリマーと して、従来の熱可塑性の材料(混合したブレンドも含む)のような、ポリエチリ エチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリ カーボネート、ポリエーテル式エーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレン硫 化物、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテリシド及びポリスチ レンとポリフェニレンオキシドとを混合したブレンドなどが挙げられる。こうし た柔軟鎖ポリマーは溶融加工が可能である。
特に有効な開始材料としてはポリプロピレンがよい、ポリプロピレンは安価であ り容易に入手できほとんどの付加重合体に北西するものである。しかし、一般に 、ポリプロとレンを基にしたポリマー合成物は比較的機械的特質が劣り、例えば 、破断時の引張強度が低く、低張応力も低い1本発明ではポリプロピレンを基に したポリマー合成物はポリプロピレンとLCPとから構成され、ポリプロピレン のマトリックス中にLCPの極微な繊維がiの塊!同然仁形成されるものであり 、そのmu合或物(即ちポリプロピレンのマトリックス中のLCP繊維)を初回 から形成した後にはLCPの最低加工温度以上の温度で再加熱の処理を施してい ないため、驚くべき良好な機械的性質を示し、従って、通常安価でしかも強度の 高いポリマーが要求される用途分野に本ポリマー合成物は最適である。
本発明の以上の第一実施例には、更に、合成もしくは混合による第二のポリマー としての液晶性ポリマー(LCP)がある、液晶性ポリマーは、液相で異方性( 即ち、“結晶度”〉を示すポリマーである9本発明で使用する液晶性ポリマーは サーモドロピンクのもので、一定の溶融点又はガラス転移温度の一方もしくは双 方を有し、溶融加工が可能である。
本発明に適した液晶性ポリマーは次の2種類に分けられる。即ち、一定の溶融点 とガラス転移温度を有するものと、一定のガラス転移温度のみを有するもの。
この2種類双方に望ましい液晶性ポリマーは全芳香族コポリエステルである。
代表的なサーモトロピ/り液晶性ポリマーによる開始材料として、米国特許第3 .991.144号、第4,067.852号、第4,083,829号、第4 ,130,545号、第4.161,470号、第4.318,842号及び第 4,468,364号などに説明される全芳香族コポリエステルや、米国特許第 4,772.993号、第4.727,129号、第4,727,131号、第 4.728,713号、第4,728.714号、第4,762,907号及び 第4.788,272号の全芳香族コポリエステルがある。
本発明の第二実施例では、開始材料として、互いに重なり合う加工温度範囲を有 する一方最低加工温度の相違する2つの液晶性ポリマーを用意する。
ここで、第一のポリマー(柔軟鎖ポリマーあるいはLCPのいずれか)と第二の ポリマー(通常はLCP)とは溶融加工温度に互いに一致する温度域があるもの でなければならない、即ち、第一のポリマーの最高加工温度は第二のポリマーの 最低加工温度より高いものとする。そして、第二のポリマーの最低加工温度は第 一のポリマー(即ち基本ポリマーまたはマトリックス用ポリマー)の最低加工温 度より高いものとする。もしポリマーが溶融点とガラス転移温度(通常溶融点よ り低い)を双方とも有している場合は、加工温度範囲は主に溶融点より高いとこ ろにある。しかし、場合によって、溶融点を最低加工温度が丁形ることもある、 ここで、2種類のポリマー、即ち、溶融点を有するポリマーと溶融点がなくガラ ス転移温度を有するポリマーに対し、引張応力の減衰のグラフ、即ち、温度に対 する引張応力のグラフを表すと、温度が最低溶融加工温度にある時、引張応力は 急激な変化を示す、(即ち、最低加工温度以下の温度では引張応力は極めて高く なる)一方、ガラス転移温度のみを有する(即ち、溶融点のない)一つのポリれ は、双方のポリマーともに固相において基本的に非混合性、不相溶性を不可欠第 二のポリマーは、PfIl、の条件が適切で高ひずみの混合条件が良ければ(後 に説明する)、第一のポリマーもしくは基本ポリマーのマトリックス中で且然に 土のjS%Itの繊維を形成する。これに第−及び第二ポリマーは、たとえ相対 量が尚、本発明の第一実施例による合成物もしくはブレンドを調製するのに適し た2種類のポリマーの組み合わせは、ポリプロピレンと“LJ1trax″KR −4002である。この“Ultrax″KR−4002はドイツ共和国ルドヴ イックシャッフェンに所在するバディシェアニリンアンドソーダファブリク(B ASF)(Badische Ant I in and 5odafabri k (BASF))より販売されている剛性棒状のサーモトロピックな全芳香族 コポリエステルである。この物質は、ビー−オキシベンゾイル成分、テレフタロ イル成分及びヒドロキノン成分(P−oxybenzoyl、terephth al。
y 1 and hydroquinone moieties)からなる全芳 香族コポリエステルと考えられ、先に引用した米国特許第4,722,993号 、第4.727.129号、第4,727.131号、第4,728,723号 、第てのtanJを示す曲線のピークから示されるように約120°C〜125 °Cである。(あるケースではガラス転移温度はDSCでも測定できるが、出願 人としてはtanJがより正確と考える。)本発明の第二実施例によるブレンド を調製するのに適した2種類のポリマーの組み合わせは、アメリカ合衆国ニュー シャーシー州 サミットに所在するセラニーズ リサーチ カンパニー(Cel anese Re5earch Company)が販売する“Vect、ra ″A950とBASFが販売する“uitrax” KR−4003である。
”Vectra″A950は溶融点が約205°Cの全芳香族サーモトロピック 液晶性ポリマーである。このポリマーは基本的に約25〜27バーセントの6− オキシ−2−ナフトイル成分(6−oxy−2−naphthoyl moie ties)と約73〜75パーセントのビーオキシベンゾイル成分<p−oxy benzoyl moieties)とからなると考えられ、このことは例えば 米l]il特許第4.468.364号の実施例4や1982年11月15日〜 17日付でテキサス州ヒユー各トンで行われた25合成ポリマー化学研究に関す るロバート ニー、ウエルチ会議がらの未定積板247〜291頁におけるジー  ダブリュー 力ルンダンその他による°゛異方性ポリマー、その合成と特性”  (G。
W、Ca1undann et al、+Anisotropic Polym crs、′rheir 5ynthesis and Properties” 。
reprinted from the Robert A、Welch C。
nferences on Chemical Re5earch、XXVIS ynthet、ic Polymers、November 15−17.19 82、Houston、texas、pp247−291>で説明されている。
(特に263頁−265頁を参照のこと)”Ult、rax″KR−4003は 溶融点が315°Cで、ビー−オキシベンゾイル成分、テレフタロ・イル成分及 びヒドロキノン成分からなる部分的に結晶性の全芳香族コポリエステルと考えら れ、上記で引用した米国特許第4,772゜993号、第4,727,129号 、第4.727,131号、第4.728゜713号、第4.728.714号 、第4.762.907号及び第4.788.272号に説明される物質と組成 上はぼ類似するものと考えられている。
以上の2種類−組のポリマーを具体的に挙げたが、これに限定するものではない 、しかし、とのP4合でも、第二のポリマーの最低加工温度は第一のポリマーの 最低カロ丁温度より高いことが不可欠である。この要件を満たす2種類−組のポ リマーヒは、双方のポリマーが急激な溶融点を有するしの(第二実施例)、もし くはどのポリマーも溶融、つを充分に定めていないもの(即ち、双方のポリマー ともガラス転移温度を有するが、いずれも溶融点がない場合8例えば第一実施例 )、もしくは一方のポリマーが溶融点のない代わりにガラス転移温度があって他 方のポリマーに溶融点があるもの、となる0本発明のブレンドでは、第二ポリマ ーの分量は、第−及び第二ポリマーを合わせた重量を基に、同第二ポリマーが約 2〜98重量パーセント、好ましくは同第二ポリマーが約5〜95重量パーセン トとなるような範囲にするとよい、また、この第二ポリマーは繊維を形成する分 量で混合することが好ましい、その繊維を形成する分量とは即ち、前述したよう に第一ポリマーと第二ポリマーのブレンド処理時に第二ポリマー(通常LCP) の繊維がU然2形成する分量である。繊維形成の分量は方式の内容によって異な る。もし前述した要件以外の他の要件(例えば第一ポリマーと第二ポリマーが不 相容性であること、互いに重なり合う溶融加工温度範囲があること)を満たす方 式の場合、いずれにせよ第二ポリマーの繊維形成分量に関して、同第二ポリマー の含有量を所定の間隔(例えば10パーセントおき)で0%から100%の範囲 に恒り徐りに増加させた一連の配合物を作り、そのブレンドを後述するような高 ひずみ率の混合条件に付す方法で試験的に判断するとよい。
所望により、追加のポリマーを添加させてもよい、即ち、第一実施例による組成 では、熱可塑性の分子鎖のポリマー及び/又は液晶性ポリマーを少なくとも1つ 以上追加して構成してもよい、そのような草体または複数のポリマーは互いに相 客性であっても、不相容性であっても、または前述した冒頭に記載の2つのポリ マーに相容性もしくは不相容性であってもよい、(ポリマーが相客性である場合 は固体状態で均質なブレンドを形成できるポリマーの場合である。ポリマーが不 相容性である場合は固体状態でほぼ完全な割合で相分離するポリマーの場合であ る。)シかしながら、好ましいブレンドは前述したように基本的に第一のポリマ ー〈熱可塑性の分子鎖のポリマーまたはLCP)と第二のポリマー(通常LCP )とから構成される二種配合ブレンドである。
他に添加する物質(即ち添加剤)は必要ないが、添加することらできる。即ち、 本発明の範囲においては前記の繊維形成用液晶性ポリマーに加え、ガラス、カー ボンもしくはアラミド等の追加補強繊維を含有させて混合ポリマー合成物を調製 することもできる。このような追加補強繊維は基本ポリマー(第一ポリマー)ま たは繊維形成用液晶性ポリマー(第二ポリマー)のいずれか一方に加えておくと よい、大半の場合、追加繊維による追加補強は必要としないが、極めて高い剛性 の(もしくは極めて高い強度の)補強ポリマー合成物が望まれる場合、本発明で は、現在知られているポリマー/繊維合成物に要求されるような従来補強繊維の 高充填を行うことなく追加繊維の追加補強が可能となる。
更に、他の添加剤、例えば、染料、充填物、発色剤、難燃剤、潤滑剤、離型剤、 可塑剤、紫外線安定剤等を所望により基本ポリマーと繊維形成用液晶性ポリマー とに混合してもよい。
さて、これより本発明に係る合成物の成形方法について詳細に説明する。
上記のマトリックス用ポリマー(即ち第一のポリマー)と繊維形成用液晶性ポリ マー(即ち第二のポリマー)を固体状態で高ひずみの混合装置に装填し、これら のポリマーを確実に完全混合する適当な手段によって同ポリマー双方が加工可能 な温度のもとに混合を行う、この時点で、最終製品に必要な添加成分も混合して おく、使用する混合装置は、例えば、静止混合装置に連続して配設してなる一軸 スクリユ一式押し出し形機または二輪スクリュ一式押し出し形機を構成するもの がよい0本発明を実施するにあたって特に適当な押し出し成形機は、フロリダ州  リヴイエラビーチに所在するキリオン エクトリューダーズ、インク、(Ki llion Extruders、Inc、)が販売するK11lion 1イ ンチ−軸スクリュ一式押し出し形機である。他に適当な押し出し成形機(米国特 許第4.728,698号及び第4,835.047号に開示されているもの) として、ニューシャーシー州 ラムセイに所在するウエーナー アンド フライ ダラー コープ、(Werner & pfleiderer Corp、)が 販売するZSK30二軸スクリュ一式押し出し形機がある。−軸スクリユ一式押 し出し形機を使用する場合、本機に静止混合装置を連結する。この静止混合装置 には、例えば、コンチ インダストリーズ(Koch Industries) が製造販売する6−エレメント Koch Model No、KMB−150 静止混き機がある。いずれにせよ、押し出し成形機(静止混合装置と連用)には 加熱マントル、好ましくはゾーン加熱を可能とする加熱マントルを装備してマト リックス用ポリマーとLCPを室内温度から加工温度へと加熱可能に構成するこ とが不可欠である。
マトリックス用ポリマーと、繊維形成用液晶性ポリマーと追加の成分があれば、 この追加成分を固体状態のもとに上記の混合装置に入れる。このうち、マトリッ クス用ポリマーと繊維形成用液晶性ポリマーは球状の小粒子で混合装置に入れる と便利である。これらの小粒子は純粋のマトリックス用ポリマー粒子と純粋のL CP粒子を混合したものか、もしくはポリマーブレンド粒子のうちいずれかにす るとよい。
混合装置の加工温度は双方のポリマーが溶融加工可能な温度とする。この温度後 、所定の温度範囲に保たれる。上述した好ましい装置の場合、成分は混合装置の 搬入端部付近にて温度が上げられ、その後、適当な加工温度に保たれる0次いで 、溶融したブレンドは該混合装置の搬出端部より所定の形状、例えば、棒状や薄 板状に押し出し成形される。
上記の溶融ブレンド方法は公知であり、例えば、米国特許第4,728,698 号、第4,835.047号及び第5.070,157号で記載されている。
これらの特許はすべてイサイエヴ(Isayev)(本願の発明者)及びその他 の発明者によるものである。更に同しくイサイエヴ名義の米国特許第5,032 .433号にも記載されている。また、公表されている特許第4,728,69 8号、第4,835,047号及び第5,070,157号には、繊維形成用液 晶性ポリマーの繊維構造がより詳しく説明されている。繊維構造は、マトリック ス用ポリマーが柔軟鎖ポリマーであるか液晶性ポリマーであるかで多少の相違が 現れる。しかし、おおむね第二ポリマーは径が約10ミクロンを越えなく、縦横 比(即ち径に対する長さ)が例えば50以上より一般的には100以上と高い極 微の繊維からなっている。
押し出し成形した成形物は空気で冷却しながら高い延伸比で延伸され分子配向を 強め、好ましいブレンド組成のなかで繊維を展開させていく、尚、液晶性ポリマ ーを含有するポリマーブレンドの延伸については、例えば、公開されている国際 “PCT”出願、即ち°、1991年2月21日付に公開された国際公開公報第 W09L、101879号とイサイエヴ<l5ayev)名義の米国特許第5. 032.433号く双方とも上記で引用している)より説明がなされている。押 し出し成形されたブレンドが冷却され延伸されていく過程で、好ましい成分配合 のブレンドにおいて第一ポリマーのマトリックス内で第二ポリマーの極微な繊維 が形成される0本文で記載したうちの池のブレンドの場合、例えば、第二ポリマ ーの重駿パーセンテージが高いブレンドの場合、第一ポリマーと第二ポリマーは 相分離し、第二ポリマーは押し出し成形方向または流れ方向へ分子配向していく 。
(同じく第一ポリマーもそのように分子配向すると考えられている。)そして、 ブレンドが冷却していくうち、分子配向が強められ好ましいブレンド組成のなか に展開しながら、第一ポリマーのマトリックスにおける第二ポリマーの極微な繊 維が形成されていく。
本発明における第二の原則的な工程、即ち、射出成形、押し出し成形その他の成 形については、マトリックス用ポリマーの最低溶融加工温度以上の温度で、しか も第二ポリマー(即ち繊維形成用液晶性ポリマー)の最低溶融加工温度以下の温 度のもとで行う。このようにすることで、前述した分子配向と、好ましくは日永 にその場で形成した第二ポリマーの繊維構造が保たれる。この技術の起想に大い に役立ったものは前述の米国特許第4.728.698号、第4.835.04 7号及び第5.070.157号の加工技術である。これらによれば、双方のポ リマーが溶融加工可能な温度で射出成形が行われている。
射出成形装置については従来のものでよい。後に説明する実施例に使用する成用 成形装置も使用できるのは言うまでもない。
形状物品を形成する装置は他にもあり、使用してもよい。例えば、ブロー成形や 圧縮成形用の装置、もしくは(薄板状のものやi′!膜状のものとは対照的に) 物品もしくはその一部汁に形状を与える押し出し型を有する押し出し成形装置な どなく)、その方法では、温度を第一ポリマーの最低加工温度と同一もしくはそ れ以上の温度に設定し、且つ、第二ポリマーの最低加工温度より低い温度に設定 するとともに積層せずに成形するようにしている。即ち、本発明による成形操作 では、例えば1991年2月21日付で公開された公開国際(PCT)出願の公 開国際公報第W091101879号(上記で引用した)に開示されているよう な、何層もの薄板や薄膜を積ね合わせて押圧する積層物の形成工程はない0本発 明の成形製品は非積層のものである。
本発明によって製造される成形製造や部品及びより一般的に成形した物品や部品 は引張強度や正割係数などの機械的特質が極めて良好である。確かに、全芳香族 ポリエステルの繊維補強熱可塑性樹脂より製造した成形製品においては、冷却の 後に高ひずみ状態で全芳香族ポリエステル(即ち、LCP)の繊維をソの場工I nk形成して、熱可塑性の基本ポリマーと液晶性ポリマー双方ともに溶融加工可 能な従来の東件のもとて成形を行っていたるめ(上記で引用した特許第4,72 8.698号及び第4,835,047号を参照)、以前より機械的特性が優れ ていたことは判っていた。しかし、本発明では更に向上した機械的特性が得られ ている。この理由として、モールディングもしくは成形の温度(即ち、再加熱温 度)が前記補強用LCPの最低溶融解加工温度より低いことによって、モールデ ィングその他の成形の過程で該LCPの繊維構造が一つも喪失することがないと 考えられている。
また、本発明の方法では、はぼいかなる所望の形状にも成形製品を製造できるこ とである。しかも、最高回加熱温を補強用液晶性ポリマーの最低加工温度より低 くした状態のもとに従来の成形方法で斯かる成形製品の製造が達成できる。この 技術は過去に1層合成物の形成に使用されていた。従って、本発明によれば、補 強用LCPの最低溶融加工温度を有する別のポリマー(熱可塑性の柔軟鎖ポリマ ーもしくは別種のLCP)のマトリックス中に且然互丈凶jヱ形成したLCPの 極微補強用繊維を含む自己強化性ポリマーブレンドより形成した票著な機械的特 性を有する物品の製造に大きく幅をもたせている。
これより、以下に記載する実例を参照し本発明を説明していく。
XAよ 本実例では、自己強化性ポリマー合成物、即ちポリプロピレン(PP)と液晶性 ポリマーのブレンドに関する調製と実験を述べる。尚、該液晶性ポリマーをここ ではLCP−2Aと称することにする。
ポリプロピレンはヒモント、インク (Himont、Inc、)より販売され ている“Profax”6523を使用する。LCP−2AはBASF社より“ Ultrax″KR−4002の商品名で販売され、本明細書の冒頭で詳しく説 明した全芳香族ポリエステルを使用する。
さて、ポリプロピレンを25重重責パーセンテージ量パーセント、75重量パー セント、そして夫々に対応しLCP−2Aを75重量パーセント、50重量パー セント、25重量パーセントと混合したブレンド(即ち25/75のブレンド、 50,150のブレンド及び75/25のブレンド)を用意した。
本発明では、コントロールブレンドとテストブレンドの双方を用意した。また、 本発明では、2種類の混合装置を使用した。即ち、一方の混合装置はコントロー ルブレンドを調製するためのもの、他方の混合装置はテストブレンドを調製する ためのものである。
コントロールブレンドを調製する混合装置は、(1)フロリダ州りグイエラビー チに所在のキロンエクストリューダーズ インク、が販売するKi l l。
n 1 、インチ−軸スクリュ一式押し出し形機と、<2)1/8インチ(径) の放出型を備えたら一エレメントKoch model KMB 150静止混 合装置とを連続して構成するものである。本装置は例えば1991年4月9日付 で発行された米国特許第5.006.402号に開示されている装置に相当する ものである。
本発明による第二の混合装置、即ちテストサンプルを調製する混合装置は、(1 )Ki l Ion 1インチ−軸スクリュ一式押し出し形機と、(2)その押 し出し形機に先んする前記の6−エレメントKoch model KMB 1 50靜止混合装買と、(3)加熱マントル及び1.5mm、x150mm放出ス リ・yl・を有する押し出し成形用コートハンガーグイと、(4)延伸装置とを 連続して構成するものである。このような押し出し成形用グイと延伸装置を含ん でなる装置は1991年7月16日付で発行された米国特許第5,032,43 3号に図示され説明されている。
上記で最初に述べた混合装置を使用し、50rpmのスクリュー速度及び260 °Ck押し出し成形温度のもとに、コントロールサンプルを調製した0次いで、 静止混合装置から出てくる棒状物を急冷処理し造粒機で細く切断し粒子にした。
そして、乾燥した粒子をBOY15−S射出成形装置のホッパーへ入れた、この 成形装置のバレル温度を250″C1即ち、ポリプロピレンとLCP−2A双方 の最低加工温度より高い温度の250″Cに維持した。また、一定体積流量の4  、64 X 10”m’/s e cを射出圧力13.8Mpaのちとに維持 した、成形温度は120°Cであった。
一方、テストサンプルを上述の第二の装置で調製した。ポリプロピレン及びLC P−2Aの固形粒子を前記混合装置に入れた。260″Cの混合装置と5ORP Mのスクリュー速度を維持した。ダイのスリットより12.3in、/min  の速度で複数の枚数の薄板状ポリマーブレンドを放出させた。このように押し出 し成形された複数の薄板状ブレンドを更に341 i n、 /mi n、の速 度で延伸させた。〈この時延伸比は27.7であった)この延伸処理の間に薄板 状ブレンドを室内温度にゆっくりと冷却させた。
次いで、以上の薄板状ブレンドを前記のBOY15−3射出成形装置に入れた0 本成形装置のバレル温度を220°Cに維持した。この220″Cは、ポリプロ ピレンの最低加工温度より高いがLCP−2Aのそれより低い温度である。
本射出成形装置は、最大射出容量が36 c mコでクランプ力が24トンのB OY15−8往復スクリユ一式射出成形装置を使用した0本射出成形装置により 、ブレンドすべてに対し、13.8Mpaの射出圧力のもとに一定体積流量の4 .64 X 10−5m”/ s e cを維持した。成形温度は120”Cで あった。コントロール及びテス)−サンプルの双方ともに、成形した部品は2種 類の大きさの端末がゲート状(end−gated)になっているダンベル状の バーで、夫々の寸法は、0.155X0.0125x0.0033m(標準の引 張棒状物、5TBL0.0635X0.031XO,0015m(小型引張棒状 物、MTB)である、即ち、コントロールサンプル及びテストサンプル双方の標 準引張棒状物と小型引張棒状物を調製した。該MTBに係る機械的特性、即ち、 引張強度(破断時の強度)、破断時の伸び、及び引張応力(即ち正割係数)につ いて測定した、また、該5Tr(に係る切欠式アイゾツト衝撃試験による強度を インパクトテスター(]’MI)によって測定した。結果は表Iに示す通りとな った。
表土 コントロールサンプル 本 発 明 ブレンド 25/75 50150 75/25 25/75 50150 7 5/25引張強度 Mpa 62.5 43 336 110 56 44引張 応フJGpa 3.6 2.4 +、6 5.7 4.0 2.7伸び % 1 .9 11 2.8 1.6 1j lj衝撃強度 fLlb/1nch2j  1.4 1.1 3.0 +、8 1j上記表■では、長さが6.3cmで0, 25インチ(約0.32cm)の複数の切欠を有するダンベル状サンプルと10 ボンドの振り子を使用し、ASTM方法D方法5Cに従い衝撃試験を行った。
また、」二記表1には最初に各ブレンドとポリプロピレンの重量パーセンテージ を示しておいた。
寒倒ユ 本実例では、溶融点の異なる2つの液晶性ポリマーからなるポリマーブレンドに 関する調製と試験を説明する。
第一の液晶性ポリマー、即ち、ここではLCP−IBと称するものとして、本明 細書で既に説明した’Ve(t−ra″A−950を使用した。このポリマーは 溶融つが275°Cである。また、第二の液晶性ポリマー、即ちここではLCP 2Bと称するものとして、やはり本明細書で既に説明した“Ultrax″KR −・1003を使用した。このポリマーの溶融点は315°Cである。
本実例で使用I−だ装置(混合装置も射出成形装置も)は、上記実例1のものと 同一である。
本実例では、混合装置もしくはブレンド温度を300″Cとし、スクリュー速度 を15RPMとした。ダイスリットより薄板状の複数枚のポリマーブレンドを3 .7in、/min、の速度で放出させた。このように押し出し成形された薄板 状ブレンドを更に514in、/min、の速度で延伸させ、室内温度に冷却さ せた0次いで、それらの薄板状ブレンドを前記射出成形装置のホッパーへ入れた 。この射出成形装置におけるポリマーブレンド温度は280” Cであった。そ の他の手順や設定条件は実例1に従った。
射出成形したものを機械的特質、即ち引張強度、引張応力、破断時の伸び及び衝 撃強度について試験を行った。この試験における装置と方法は実例1と同様であ る。
結果は表■に示す如くである。
表■ ブレンド 25/75 50150 75/25引張強度 Mpa 188 1 76 146引張応力 Gpa 10.5 9.3 9.7伸び 04 5.1  4.8 5.8 衝撃強度 ft、lb/1nch 20.6 18. O3,7表■では最初に LCP−213の重量パーセンテージを示し、次にLCP−IHの重責パーセン テージを示している。
叉影ユ 本実例では、ポリスチレン−ポリ(フェニレンオキシド)アロイ(PS−Ppo )(polystyrene−poly(phenylene oxide)  a l I oy (ps−ppo)と全芳香族ポリエステルのLCP (−V ectra A950”)とを混合してなるブレンドにおける自己強化性ポリマ ー合成物についての調製と試験を説明する0本実例で使用した前記ポリスチレン −ポリ(フェニレンオキシド)はニューヨーク州シェネクタデー所在のジェネラ ルエレクトリックカンパニー(Gneral Electric Compan y)が商品名”Noryl 731”で販売しているものである。
本実例で使用した混合装置は2種類である。まず第一の混合装置として、140 RPMの回転速度で径が1/I6インチの放出型を備える同時回転型二軸スクリ ュ一式押し出し形機にューヨーク州うムセイ所在のウニルナ−アンドフライグー 社の販売するModel ZSK−30)を構成するものを使用した。この二軸 スクリュ一式押し出し形機のすべてのゾーンを同じ275°Cの温度(LCPの 溶融点に相当しps−ppoアロイのガラス転移温度をかなり上層る温度)のも とで操作した0本装置において、押し出し成形部と型との間の移動部分における 温度を275°Cに維持した。そして、型からブレンドが放出されると。
同ブレンドを型の放出口部分の直接背後に位置する室内温度のウォーターバスへ 入れて冷却処理した。こうして固まった押し出し成形物を造粒機を使用して長さ 約4mm程度の粒子に切断処理した1次に、それらの粒子を、最大射出容量が3 6cm′のBOY15−3往復スクリユ一式射出成形装置へ入れた1本装置のバ レル温度は275°Cの温度(即ち、双方の配合成分の加工温度)に維持した。
また、13.8MPaの射出圧力のもとに一定体積流量の4.64X10−’m j/sec、を維持した。成形温度は120°Cであった0以上のように調製し たMTBとSTBを実例1に従い、夫々、引張試験及び衝撃試験に付した。最初 のケースで得られたサンプルをコントロールサンプルと呼ぶ。
そのll!!使用した装置(混合装置、射出成形装置ともに)は実例1と同じも のである1本実例では、混合装置もしくはブレンド温度は275°Cとし、スク リュー速度は50RPMとした。ダイスリットからは12.3in、/min、 の速度で複数枚の薄板状ブレンドを放出させた。こうして射出成形した薄板状ブ レンドを更に852.0 in、/min、の速度で延伸させ室内温度に冷却さ せた。
そして、同ブレンドを前記射出成形装置のホッパーへ入れた0本装置におけるバ レル温度は240°Cとした。その他の手順及び設定条件は実例1に従った。ま た、射出成形したものも実例1の如く機械的特性の試験を行った。
結果は表mに示す如くである。
表■ コントロール ンプル 一本−JLI−ブレンド 25/75 50150 7 5/25 25/75 5G150 75/25引張強度 Mpa 176 1 (1386196+55 97引張応力 Gpa 11.4 11.0 7.6  +1.7 9.4 LO伸び % 2.+ 3.I 3.7 1.9 2.7  3.5衝撃強度 ft、lb/1nch11.2 6.1 1.2 184  7.9 1.3表■では、各ブレンドごとPS−PPOアロイの重量パーセント を最初に表示している。
以上の、様々な好ましい実施例について本発明を説明してきたが、本記載はあく までも例を挙げたまでのもので、これに限定するものではない。
補正書の写しく翻訳文)提出書 (特許法第184条の8) 平成6年7月25日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.第一ポリマーと第二ポリマーとからなるポリマーブレンドより形成した非積 層の成形製品において、第一ポリマー及び第二ポリマーが固体状態で相分離し、 少なくとも第二ポリマーが分子配向してなり、且つ、(1)第一ポリマーが熱可 塑性の柔軟鎖ポリマーもしくはサーモトロヒック液晶性ポリマーであり第二ポリ マーがその第一ポリマーと相違するサーモトロピック液晶性ポリマーであって、 (2)第一ポリマーと第二ポリマーは溶融加工可能で互いに重なり合う溶融加工 温度範囲を有し、(3)第二ポリマーの最低溶融加工温度が第一ポリマーのそれ より高く、(4)第一ポリマーのマトリックス中において第二ポリマーはその場 で自然に極微の複数の繊維を形成する能力があり、更に、本成形製品の形成工程 が: (a)少なくとも第二ポリマーの配向を生じさせ且つ双方のポリマーの溶融加工 可能な温度を設定する条件のもとで第一ポリマーと第二ポリマーをブレンドし; (b)そのブレンドを延伸及び冷却して第二ポリマーの分子配向を起こさせ(c )第一ポリマーの最低加工温度と同一又けそれより高い温度で、且つ第二ポリマ ーの最低加工温度より低い温度のもとに前記ブレンドを非積層の成形製品に成形 して、第二ポリマー中の繊維構造を保持してなる。 2.第一ポリマーと第二ポリマーを、繊維が形成する条件のもとで、ブレンドす ることにより前記成形製品を形成し、第一ポリマーのマトリックス中で複数の極 微の繊維を含んでなる状態で第二ポリマーが存在する特許請求範囲第一項の成形 製品。 3.前記成形製品が射出成形製品である、特許請求の範囲第一項の成形製品。 4.前記製品が押し出し成形製品である、特許請求の範囲第一項の成形製品。 5.前記成形製品が立体状の製品である、特許請求の範囲第一項の成形製品。 6.第一ポリマーと第二ポリマーとからなるポリマーブレンドより非積層の成形 製品を形成する方法において、(1)第一ポリマーが熱可塑性の柔軟鎖ポリマー もしくはサーモトロピック液晶性ポリマーであり、第二ポリマーがその第一ポリ マーと相違するサーモトロピック液晶性ポリマーであって、(2)第一ポリマー と第二ポリマーは溶融加工可能で互いに重なり合う溶融加工温度範囲を有し、( 3)第二ポリマーの最低溶融加工温度が第一ポリマーのそれより高く、(4)第 一ポリマーと第二ポリマーは固体状態で相分離し、(5)第一ポリマーのマトリ ックス中において第二ポリマーはその場で自然に極微の複数の繊維を形成する能 力があり、本方法の工程が:(a)分子配向を生じさせ且つ双方のポリマーの溶 融加工可能な温度を設定する条件のもとで第一ポリマーと第二ポリマーをブレン ドし;(b)前記ブレンドを延伸し、第二ポリマーの最低溶融加工温度より低い 温度に同ブレンドを冷却することにより、第一及び第二ポリマーが相分離すると ともに第二ポリマーが分子配向し; (c)第一ポリマーの最低加工温度と同一又はそれより高い温度で且つ第二ポリ マーの最低加工温度より低い温度のもとに前記ブレンドを非積層の成形製品に成 形して、第二ポリマー中の繊維構造を保持する。 7.前記工程(a)において、第一ポリマーと第二ポリマーを繊維の形成する条 件のもとにブレンドし、前記工程(b)において前記ブレンドを冷却して第一ポ リマーのマトリックス中に第二ポリマーの繊維を複数形成せしめ、前記工程(c )において第二ポリマー中の繊維構造を保持してなる、特許請求の範囲第6項の 方法。 8.前記成形製品が立体状の製品である、特許請求の範囲第6項の方法。 9.前記成形製品が射出成形製品であり、前記成形工程において第一ポリマーの 最低加工温度と同一又はそれより高く且つ第二ポリマーの最低加工温度より低く したブレンド温度のもとに前記ブレンドを射出成形して所定形状の製品に形成し てなる特許請求の範囲第6項の方法。 10.前記成形製品が押し出し成形製品であり、前記成形工程において第二ポリ マーの最低加工温度と同一の温度又はそれより高い温度のもとに前記ブレンドを 押し出し成形型より押し出し成形してなる、特許請求の範囲第10項の方法。 11.第一ポリマーと第二ポリマーとからなるポリマーブレンドより非積層の成 形製品を形成する方法において、(1)第一ポリマーが熱可塑性の柔軟鎖ポリマ ーもしくはサーモトロピック液晶性ポリマーであり、第二ポリマーがその第一ポ リマーと相違するサーモトロピック液晶性ポリマーであって、(2)第一ポリマ ーと第二ポリマーは溶融加工可能で互いに重なり合う溶融加工温度範囲を有し、 (3)第二ポリマーの最低溶融加工温度が第一ポリマーのそれより高く、(4) 第一ポリマーと第二ポリマーは固体状態で相分離し、(5)第一ポリマーのマト リックス中において第二ポリマーはその場で自然に極微の複数の繊維を形成する 能力があり、本方法の工程が:(a)高ひずみの混合ゾーンで双方のポリマーが 溶融加工可能な温度を含む繊維形成条件のもとに第一ポリマーと第二ポリマーを ブレンドし、(b)前記混合ゾーンより前記ブレンドを放出して、第二ポリマー の最低溶融加工温度より低い温度に同ブレンドを冷却することにより、第一ポリ マーのマトリックス中で第二ポリマーの繊維が形成され、(c)第一ポリマーの 最低加工温度と同一又はそれより高い温度で、且つ、第二ポリマーの最低加工温 度より低い温度のもとに、前記工程で得たブレンドを非積層の成形製品に成形し て、第二ポリマー中の繊維構造を保持する。 12.特許請求の範囲第11項に従い調製した成形製品。 13.前記第一ポリマーがポリプロピレンである、特許請求の範囲第1項の成形 製品。 14.前記第一ポリマーがポリプロピレンである、特許請求の範囲第6項の方法 。
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