JPH0818333B2 - ひだ付ファイバーを含有したプラスチック製品製造用複合材料 - Google Patents

ひだ付ファイバーを含有したプラスチック製品製造用複合材料

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JPH0818333B2
JPH0818333B2 JP62336725A JP33672587A JPH0818333B2 JP H0818333 B2 JPH0818333 B2 JP H0818333B2 JP 62336725 A JP62336725 A JP 62336725A JP 33672587 A JP33672587 A JP 33672587A JP H0818333 B2 JPH0818333 B2 JP H0818333B2
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エヌ・ヴイ・ベカルト・エス・エイ
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Description

【発明の詳細な説明】 ［背景技術及び発明の要約］ 本発明は、ひだ付きのファイバーを含むプラスチック
製品製造用複合材料およびこの材料で作られたプラスチ
ック製品に関する。
プラスチック製品の製造及び成形に際し、添加物を含
有するプラスチック粒状物（以下この明細書では、粒状
物はストランドをチップ状に切断して柱状物をも含む）
がよく使用される。即ち、この粒状物を塑性化して、所
定量の樹脂と徹底的に混合して粘着性のものを形成し、
そしてこのものを押出しや成形によって製品の形にして
いる。
本件出願人にかかる英国特許2,150,936では、短いス
テンレススチール等の導電性ファイバーを含む粒状複合
物について、その製法を開示している。このようなファ
イバーは、電磁放射に対して抗空電（antistatic）特性
や遮蔽特性がある熱可塑性プラスチックの成形に使用さ
れている。この特許発明によれば、その内容は本発明で
も利用しており、中間粒状複合物を使用することによ
り、ファイバーがプラスチック内に導入され、均一に分
散される。上記導電性ファイバーに加えて、グラスファ
イバーなどの非導電性ファイバーも同様の手法により、
プラスチック内に導入してこれを補強することができ
る。
この発明によればファイバーの分散性や良好である
が、射出成形においてその成形条件を厳密に制御する必
要がある。特に加温して塑性化したものを射出成形する
際に、その剪弾力を制御して、ファイバーが均一に分散
し、しかもファイバーがあまり破損しないようにする必
要がある。しかしこのようにすると、生産効率が比較的
低くなる問題がある。
本発明によれば、粒状複合物中にファイバーが規則的
に配列され、しかもあまりち密に充填されていない場
合、成形処理条件、例えば、圧力、温度、樹脂の粘性及
び生産性を広い範囲で変更しても、ファイバーを均一に
分散でき、しかもファイバーの破損がない。従ってこの
ことにより、粒状物の加温混練中において、その剪断力
によりファイバーがしだいに分離されるように制御で
き、ファイバーの種類、その組成、厚さ、所定の係数等
にあまり依存することなく製造することができる。
［発明の具体的な説明］ 本発明に係わる粒状複合物中にファイバーをゆったり
（voluminous）と散漫（loose）に充填するための好適
な方法は、複合プラスチックストランドを使用するに際
して、その中に使用連続したフィラメント又は短繊維の
ファイバーを束として埋込み、少なくとも一つの束をひ
だ付き（好ましく歯車でひだを付けた）のファイバーと
することである。次いでこの複合ストランドを公知の方
法で所望長さ（例えば3mm〜15mm）の複合粒状物に切断
する、ここでファイバーは、多くは粒状物の一端から他
端まで伸びている。このような粒状複合物を通常の樹脂
粒状物と所定の比率で混合する。そこでこの混合物を加
熱混練して製品の形状に成形し、製品の全部あるいは所
定部分にファイバーを均一に分布させる。
ここで歯車でひだを付けたファイバーを使用すれば、
ひだの波型を永久的なものとすることができ、また異な
る問題の歯車を適宜選択し、調整することにより、ひだ
の程度あるいはかさばり（voluminosity）を正確に制御
することができる。かさばりを大きくするには、パッキ
ン箱でのひだ形成、空気ジェットによるひだ形成（Tasl
an、疑似ねじり及び端部のひだ形成がある。しかしこの
場合、一般には規則的なひだ形成がなされて、特に近接
するファイバー間のもつれを避けられない。
歯車によるひだ形成は公知である。歯車により束内に
導入された多少とも規則的な波型は、固定手段により、
永久的なひだに変換される。この固定は合成樹脂ファイ
バーの場合、通常熱処理によって行われる。
ステンレススチールファイバー等の金属ファイバーを
使用する場合、歯車を使用してひだを形成するのがよ
い。このことは本件出願人に係わるベルギ特許出願8700
068に記載されている。また金属ファイバーを有する直
線状の束の場合、この束を樹脂に浸漬し、堅くなった束
に歯車によるひだ形成を施し、そして高温でこの束を固
定し、その後これを巻付けることにより、ひだ形成が行
われる。ガラスファイバー又はカーボンファイバーでも
同様の方法で処理することができる。このようにして得
られた多数の複合束に対して、これらを以下に述べるプ
ラスチック被覆を施すことによりこれらを組合わせてス
トランドを形成することができる。
規則的なひだ形成は、ファイバーを編み込み（単純な
たて糸による編み込み）、ついで編み込まれた編みもの
を固定して束中に恒久的なひだを形成し、そして最後に
固定された編物を解きほぐすことにより行われる。しか
しひだ形成工程が行われるにもかかわらず、ファイバー
の束はねじれのないものが好ましい。
上述したように粒状物内にファイバーが緩慢に充填さ
れているものを得るためには、単純でシヌソイドでジグ
ザグなひだが少なくとも一つのファイバーの束内にあれ
ば十分である。ここでひだ付きファイバーの波長Ｗは２
〜30mm、振幅Ａは0.2〜7mmから選択され、W/Aは２より
も大きく、少なくとも４であるのがよい。
必要ならば、より複雑なひだ形状のものを使用すると
できる。例えば平面的なシヌソイドのひだを第１段階の
歯車のひだ形成工程で作り、このようにして第１のひだ
を形成したものを固定した後第２段階で第２の歯車セッ
トのニップに通すことにより作られる。第２のひだ形成
段階での波長や振幅は第１段階のものとは異なる。重ね
合わされたひだの波は、いずれも適当な方法で固定され
ている。ひだの波は多数の重ね合わされたジグザグなひ
だからも得られる。このようにして所定の３次元的なひ
だを形成することができる。例えば、少なくとも一組の
歯車のローラを回転軸を例えば先の歯車に対して30〜90
度の角度に配置することにより達成できる。より複雑な
ひだ形状の場合、その波長や振幅は、歯車を複数組用意
することにより、任意に設定することができるが、その
範囲は、上述の範囲が好適である。この場合W/Aは２よ
り大きくなる。主なあるいは第１のジグザグひだは、Ｗ
が４〜20mm又は４〜15mmとすることができる。また第２
の（必要により第３の）ジグザグひだの波型は波長が短
く、第１のひだの上に形成される。
しかしひだは次のようにして設計することが重要であ
る。即ち隣接するひだの頂部間は、ひだつき束の中立軸
（主方向）に対してあまり大きな角度を形成しない方が
よい。あまり大きな角度、例えば45度より大きく形成す
ると、切断特性が悪くなる。なぜなら、切断面は、でき
るだけ切断面においてファイバー方向に対して垂直であ
るのが良いためである。そうでないと、切断面において
切られていないファイバーを有する粒状物を作る恐れが
ある。この角度が大きすぎると、かさばり及び伸縮性が
過剰となり、樹脂中に束を埋め込んで複合ストランドを
形成する際に問題が生じる。このことは以下の実施例に
示す。
かさばりの度合（ち密さの欠如）は、正確に制御する
ことができる。とくに、ストランド内にひだ特性が異な
り、厚さの異なる多数の平行な束を組合せることにより
制御することができる。ひだ特性の違いは、隣接する束
のひだの面を適宜選択することにより得るこどかでき、
このことによりこれらは平行ではない。また隣接する束
内のひだに関して、ひだの波を軸方向にシフト（相のシ
フト）することによっても可能である。無論異なるひだ
の形状のものを組合せてもよい。この場合例えば、異な
る波長のもの、異なる振幅のもの、異なるW/Aのもの、
シヌソイドのひだの束及び３次元的なひだの束を適宜組
合せる。ストランド中で所望のかさばりを得るために
は、ひだ付き束をほぼ直線状のひだのないファイバーを
有する１又は２以上の束に隣接して配置することにより
達成するこどかできる。このような直線状あるいはひだ
付きの束は、多繊維の束及び短繊維を短く切ったもので
ある。多繊維の束及び短繊維を必要により組合せてもよ
い。通常短繊維を短く切ったものを組込んだストランド
からなる粒状複合物は、よく分散する。またこのこと
は、先のひだ付きフィラメントの束から生じた細長切断
物についても同様である。無論上述したかさばりを制御
する手段を適宜組合せてもよい。またガラスファイバー
やカーボンファイバーは、ひだを形成するのが困難なの
で、歯車でひだを形成した金属ファイバーにほぼ直線状
のガラスファイバーやカーボンファイバーを平行に組合
せてもよい。
さらにまた歯車で形成した金属ファイバーと合成樹脂
のファイバー（例えば低融点のポリマーからなるファイ
バー）を組合せて使用することができる。この合成樹脂
のファイバーは、ひだが付いても、付かなくてもよい。
これによれば、英国特許2,150,936の第13頁に述べられ
た具体例に類似した粒状物を製造することができる。
ストランド及びこれから作られた複合粒状物は、得よ
うとするプラスチック製品が電磁放射や導電性に対して
抗空電特性や遮蔽特性を必要とする場合、導電性ファイ
バー、たとえば金属ファイバーやメタライジング処理し
たファイバーを含有する必要がある。金属ファイバー
は、例えばステンレススチールファイバーなど銅基準の
少なくとも0.5％の導電性を有するものが好適である。
カーボンファイバーやメタラジング処理したカーボンフ
ァイバー（例えばニッケル被覆したもの）も好適であ
る。ストランドは、異なる導電性のファイバーの束、例
えばステンレススチールファイバーとカーボンファイバ
ー、を含むものでもよい。導電性ファイバーの束に非導
電性ファイバーの束を組合わせたものでもよい。そして
ガラスファイバーやカーボンファイバーのような非導電
性あるいは導電性の少ないファイバーを補強材としてス
トランド内に組込んでもよい。ストランドは1000〜3500
0のファイバーを含有するのが好適である。
高温成形過程でポリマーマトリックス中にファイバー
を適切に分散させるためには、ストランド中（及びこれ
から得られる複合粒状物中）でのファイバーの容積割合
が20〜80％であるのが好適である。束を埋め込んでスト
ランドを形成するプラスチックは、かなり低い溶融粘性
を持つことができる。この溶融粘性としては、例えば製
品の主要部分を構成するポリマーよりも低く、従って本
発明の複合粒状物と混合される粒状樹脂よりも低くな
る。同様に、ストランドのポリマーのメルトインデック
ス（MI）は、製品の主なポリマーよりも高い値のものを
選択することができる。
場合によっては、ポリマーに非常に微細に分割された
高い極性の化合物あるいは導電性化合物（例えばカーボ
ンブラック、又は金属粉末）を添加してもよい。このこ
とにより、隣接するファイバー間に導電ブリッジを形成
しやすくする。同様に、シラン、チタン酸塩、ジルコニ
ウム酸塩などのカップリング剤、結合剤、ぬれ性を向上
する添加剤を添加すれば、ファイバー表面とポリマーマ
トリックスとの粘着性を制御でき、ファイバーが分散さ
れる。上述した束に浸漬する樹脂には、さらにポリマー
層を押し出しにより被覆することができる。この層は、
ファイバーの束に浸漬したものと同じあるいはほぼ同じ
組成のものを使用することができる。例えばポリカーボ
ネート樹脂を使用する場合、この添加ポリマーは、プラ
スチック製品の主な（第１の）ポリマー組成と同じまた
はほぼ同じものとすることができる。同様にファイバー
の束の浸漬樹脂の組成は、プラスチック製品の主なポリ
マーに相当するものとすることができる。更に上記ファ
イバーの束は必要によりポリマー層で更に被覆するよう
にしてもよい。
ストランド自体は、円状あるいは楕円状、さらには矩
形状の断面を有するものとすることができ、この場合そ
の幅Ｗは厚さｔよりも大きい。
ストランドは引出成形で作ることもできる。
実施例１ 電磁放射に対する遮蔽特性を持ったプラスチック製品
を射出成形するために、各種ポリマー粒状物と本発明に
係わる粒状複合物とを混合して各種ポリマー組成物を作
った。
この場合、この粒状組成物は、先に述べた英国特許の
実施例１に述べられた方法に従って製造された。各粒状
物は、約20,000の連続的なステンレススチール（AISI
316L）からなるフィラメントを含み、このフィラメント
は直径が0.0065mmで直線状のポリエステル樹脂（商標
名、Dynapol L850）内に埋め込まれ、適当な摩擦特性
（smearing）を有するアルキド樹脂で被覆されている。
円柱状複合ストランドは直径が約2mmで、長さ6mmの粒状
物に切断された。この粒状複合物を通常のポリフェニレ
ン オキサイド基の粒状物（商標名、Noryl）と乾燥混
合し、この混合物中に10重量％（1.5容量％に相当）の
金属ファイバーが含有されるようにした。次いでSamafo
r 45押出し機を用いて直径が4mmのほぼ円形のストラン
ドに押出し成形し、金属ファイバーを分散させた。この
ストランドを10mmの長さの粒状物に切断した、上記英国
特許の実施例６に記載されたStubbe（商標名）射出成形
機に供給した。この場合押出しノズル温度を280℃〜300
℃に調整し、スクリュウ速度を60rpmとした。射出成形
された四角の板状物（150×150mm）は厚さが3mmであっ
た。
このような処理は２種類の粒状複合物について行われ
た。一つは、多数の直線状のフィラメントの束を含む従
来の粒状複合物で、他方はこれと同数の束で本発明に係
わる歯車のひだを有する粒状複合物である。直線状又は
ひだ付きファイバーを有する射出成形された板状物は、
２点間の離れた位置で10GHzにおいていずれも同様の反
射率、約90％を示した。従ってこれらは電磁放射に対し
て同様の遮蔽効果を示す。しかしひだ付きのファイバー
の板状物は、直線状のファイバーを含むものに比べてフ
ァイバーの分散性が著しく均一であった。
各束に二つのジグザグ変形を施し、波長をそれぞれ7.
5及び5mmとし、振幅をそれぞれ１及び0.7mmとした。束
を集めて全体をポリエステル樹脂溶液に浸漬し円状のス
トリッピング オリフィスに円滑に通した。この結果樹
脂の引き出し性が大変優れていた。多分、ひだ付き束の
かさばりがこの現象に影響を与えていると思われる。と
いうのは、このことにより、ファイバーと二次的に形成
された（sub）束との間に多数の空孔があり、また二次
的に形成された束の弾性力によりストリッピング オリ
フィスを通過する際（このとき応力が作用し、束に応力
抵抗が生じる）に破損を防ぐことができる。
直線状のファイバーをち密に配置したものに浸漬処理
を施すと、樹脂の引き出しが大変困難になる。このよう
な束をオリフィスに通すと、弾性的に変形することがで
きず、破損しやすくなる。この結果ファイバーの束の端
部が折れてオリフィスに蓄積され、あるいは他の束の周
囲に巻込まれる。このため断続的でない複合ストランド
を形成し、かつ切断した粒状複合物からファイバーを解
き放つことが阻止されることとなる。
従って樹脂の引き出し性を改良し、さらに複合粒状物
中への埋め込みをゆったりとすることにより、熱間で処
理中に粒状物の分散を急速に行なうことができる。
他方、はっきりしすぎたひだがある場合、急速に浸漬
されるのを妨害する。そして浸漬処理された束は、スト
リッピング オリフィスを通過した後及び乾燥工程（固
練りする工程）中に粒状物が長手方向に沿って裂けて不
規則な形状の粒状物を形成する恐れがある。このため、
複合ストランドが内部結合する恐れが生じる。
実施例２ 実施例１にもとずいて粒状複合物を製造した。ただし
粒状物の長さは4mmとした。粒状物をABS粒状物（商標
名、Cycolac KJBE）と混合し、金属ファイバーが６重
量％（１容量％）のマスターバッチを形成した。これを
直接上記Stubbe射出成形機に供給して、150×150×3mm
の板状物を形成した。オリフィスの温度を220〜240℃に
調整し、スクリュー速度を60rpmとした。射出圧力と背
圧を樹脂製造で指定されたように調整した。
本発明のひだ付きファイバーを有する粒状複合物を使
用した場合、直線状ステンレスファイバーを有する粒状
複合物を使用した場合に比べて、各種の射出成形条件に
おいても射出成形された板状物の見掛けの性状（例えば
分散性）が良好であった。更に射出圧力を高めると、い
ずれの複合物についても分散性（つまり見掛けの性状）
が向上した。実施例１の反射測定値で評価した導電遮蔽
値は、ほぼ同じＲ＝85％（10GHz）であった。
一般に、ひだ付きファイバーを使用すれば、分散性が
向上し、成形品の見掛け正常が改善される。この点は特
に重要である。更に分散性が向上すると、組成が均一化
され各部分において物理的、化学的かつ機械的に均一な
製品が得られ、その価値は高い。
本発明は、また水溶性樹脂を含む粒状複合物にも応用
できる。このような粒状物は、水中あるいは懸濁水中で
攪拌して、ファイバーを均一に分散させると、しだいに
分解していく。ついでこれを懸濁液が紙パルプの場合、
所定量のひだ付きファイバー（例えば導電性を有するも
の）を使用すれば、紙シート内でファイバーが均一に分
散される。この例では、複合粒状物は5mmより短く、好
ましくは3mmより短い方がよい。
無論本発明は、例えば前記英国特許の実施例４に記載
されているように、粒状複合物を使用して熱硬化性樹脂
内にファイバーを分散させる場合にも適用することがで
きる。
なおここでは、本発明のうち最も実際的な具体例につ
いて記載したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て、適宜変更可能であることは言うまでもない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−79142（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−157342（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−174230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−145118（ＪＰ，Ａ) 特公 昭33−10012（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プラスチック製品製造用の複合ストランド
    であって、上記ストランドはポリマー中に多数の束とし
    て埋め込まれたファイバーからなり、上記束の少なくと
    も一つはひだ付きのファイバーを含有し、ひだ付きファ
    イバーは、ほぼシヌソイドのジグザグなひだを有し、そ
    の波長Ｗが２〜30mmで、振幅Ａが0.2〜7mmで、W/Aが２
    より大きいストランド。
  2. 【請求項２】ひだ付きファイバーのひだは、ジグザグ変
    形を多数重ね合わせて形成される特許請求の範囲第１項
    記載のストランド。
  3. 【請求項３】上記ひだ付きファイバーは３次元的なひだ
    を有している特許請求の範囲第２項記載のストランド。
  4. 【請求項４】ストランドは、異なるひだの形態をしたフ
    ァイバーの束を隣接して配置している特許請求の範囲第
    １項記載のストランド。
  5. 【請求項５】ストランドは、ほぼ直線上のファイバーの
    束を少なくとも一本付加的に含む特許請求の範囲第１項
    記載のストランド。
  6. 【請求項６】ストランドは、銅基準で少なくとも0.5％
    の導電性を有する金属ファイバーを含む特許請求の範囲
    第１項記載のストランド。
  7. 【請求項７】金属ファイバーは、ステンレススチールフ
    ァイバーである特許請求の範囲第６項記載のストラン
    ド。
  8. 【請求項８】ストランドは、メタライジング処理したフ
    ァイバーを含んでいる特許請求の範囲第１項記載のスト
    ランド。
  9. 【請求項９】ストランドは、カーボンファイバーを含ん
    でいる特許請求の範囲第１項記載のストランド。
  10. 【請求項１０】ストランドは、導電性の異なるファイバ
    ーを含んでいる特許請求の範囲第１項記載のストラン
    ド。
  11. 【請求項１１】ストランドは、導電性の異なるファイバ
    ーを含んでいる特許請求の範囲第６項記載のストラン
    ド。
  12. 【請求項１２】ストランドは、導電性のないファイバー
    だけを含んでいる特許請求の範囲第１項記載のストラン
    ド。
  13. 【請求項１３】ファイバーは、ストランド中に20〜80容
    量％含まれている特許請求の範囲第１項記載のストラン
    ド。
  14. 【請求項１４】ポリマーは、比較的低い粘度を有してい
    る特許請求の範囲第１項記載のストランド。
  15. 【請求項１５】ポリマーは、微細に分割された導電性成
    分を含んでいる特許請求の範囲第１項記載のストラン
    ド。
  16. 【請求項１６】ポリマーは、カップリング剤を含み、フ
    ァイバーの表面とポリマーとの付着力を調整するように
    した特許請求の範囲第１項記載のストランド。
  17. 【請求項１７】ストランドは、付加的なポリマー層で被
    覆されているポリマー含浸ファイバーの束を複数含んで
    いる特許請求の範囲第１項記載のストランド。
  18. 【請求項１８】付加的なポリマー層は、ファイバーの束
    に浸漬するポリマーと同じあるいはほぼ同じ組成を有し
    ている特許請求の範囲第17項記載のストランド。
  19. 【請求項１９】付加的なポリマー層は、プラスチック製
    品の主のポリマー組成と同じあるいはほぼ同じ組成を有
    している特許請求の範囲第17項記載のストランド。
  20. 【請求項２０】ストランドの幅Ｗは、その厚さｔよりも
    大きい特許請求の範囲第１項記載のストランド。
  21. 【請求項２１】ストランドを切断して得られ、ファイバ
    ーが粒状物の一端から他端へかけて伸びている粒状複合
    物であって、上記ストランドがポリマー中に多数の束と
    して埋め込まれたファイバーからなり、上記束の少なく
    とも一つがひだ付きのファイバーを含有し、ひだ付きフ
    ァイバーが、ほぼシヌイドのジグザグなひだを有し、そ
    の波長Ｗが２〜30mmで、振幅Ａが0.2〜7mmで、W/Aが２
    より大きいプラスチック製品製造用の粒状複合物。
  22. 【請求項２２】ストランドを切断して得られファイバー
    が粒状物の一端から他端へかけて伸びている粒状複合物
    と、他のポリマーの粒状物との混合物であって、上記ス
    トランドがポリマー中に多数の束として埋め込まれたフ
    ァイバーからなり、上記束の少なくとも一つがひだ付き
    のファイバーを含有し、ひだ付きファイバーが、ほぼシ
    ヌソイドのジグザグなひだを有し、その波長Ｗが２〜30
    mmで、振幅Ａが0.2〜7mmで、W/Aが２より大きいプラス
    チック製品成形用複合成形組成物。
JP62336725A 1987-01-30 1987-12-28 ひだ付ファイバーを含有したプラスチック製品製造用複合材料 Expired - Lifetime JPH0818333B2 (ja)

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