JPS5832639A - 複合材の製法 - 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】 本発明は複合材の製法に関し、詳しくは、無機中空体粒
子の表面を液状の結合剤で被覆し、さらに粉体状の熱可
塑性樹脂を混合し、加熱、圧縮して製造する、軽量、均
質で、加工性そ゛の他−の物性が優れた複合材の製法を
提供するものである。

（発明の背景） 合成樹脂等に密実９の無機粉末を加えて剛性の向上、あ
るいはコストの低減を計った複合材は広く知られ・てい
る。しかし、この場合複合材の比重がかえって重くなり
、また、その結果容積当りのコストがむしろ上昇してし
まう場合も少くない。

そこで、軽量な複合材を得ようとする場合は密実の無機
粉末に替えて無機中空体を利用し、いわゆるノンタクチ
ックフオームといわれる複合材を得ようとすることが古
くから試みられ、特に熱硬化性樹脂中に無機中空体を混
入した複合材は１着ＦＲＰとしてすでに一部実用化され
て゛いる。しかしこの複合材を・製造する場合、一般に
は熱硬化性樹脂の比重に比べ無機中空体の比重がかなり
小さいため硬化前に液に配合した中空体粒子が浮上して
し甘い均質な材量が得にくい等の問題がある８また、熱
可塑性樹脂に無機中空体を配合した／ンタクチノクフォ
ームも種々検討されてはいるが、この場合も均質な配合
物を得るためには一般的には可塑化、混練操作が必要で
あり、この工程中に無機中空体が破壊されてしまい所望
の軽量材が得られないのが現状である。

一方、この熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を併用報、およ
び特開昭５０−１３０′８９７号公報等に開示されてい
る。

これらの開示例のうち前者は１５〜４０重量％の不飽和
ポリエステル樹脂、１０〜７０重量％の無機ガラス質軽
量発泡体または熱硬化性樹脂の微小中空体、および５〜
２０重量％のポリエチレンまたはエチレンと他のビニル
系単量体との共重合体からなる複合材組成物であり、主
として切削性の要求される材料用に提案されたものであ
る。また、後者は５〜２０重量％のポリエチレンまたは
エチレンと他のビニル系単量体との共重合体、５０〜７
０重量−の微小中空ガラス球、および１５〜４５重量％
の硬化剤を添加したエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂
組物であり、二次加工性のよいエポキシ樹脂系樹脂組成
物の開発を目的としだものである。

そして、前者の開示例はその目的とする通り成形品内部
に空洞がなく、切削性が良いため切削加工用材料として
好適に使いうるものであるが、厚物の成形品を得たい場
合には熱硬化性樹脂の使用量が多いため板状物等を熱融
着で接合することができない。また接着剤を使用して積
層した厚物成形品を得る場合においても接着に長時間を
要するばかりでなく、接着部に接着剤という異質な材料
が積層されるため一体感がなく、商品価値が極めて劣る
ものになる。

また、前記の両開示例に共通していえることは、熱硬化
性樹脂は熱可塑性樹脂に比べ一般的にかなり高価（例え
ば、不飽和ポリエステル樹脂はポリエチレンの約２倍の
価格である）であり熱硬化性樹脂の使用量の多いこれら
の組成物は経済性に劣シ高価なものとなる。

（本発明の目的） 本発明者らは、無機中空体複合材におけるこのような現
状に鑑みて、熱可塑性樹脂を母材として無機中空体を配
合したシンタクチックフオームに関し、安価に、かつ容
易に製造でき、また切削加工性や熱融着性等に優れた新
しい複合材の製法を開発すべく鋭意研究した結果、無機
中空体粒子に少量の結合剤を被覆したのちに熱可塑性樹
脂を混合し、加熱、圧縮することにより目的を達するこ
とを知り本発明を完成した。

（本発明の構成） 本発明は、無機中空体ｉｏｏ重量部の粒子表面を液状の
結合剤３〜５０重量で被覆し、該被覆物に粉体状の熱可
塑性樹脂５０〜５００重量部を混合し、熱可塑性樹脂の
融点（または、軟化点）以上の温度で加熱、圧縮するこ
とを特徴とする複合材の製法である。

そして、本発明においては、無機中空体粒子として後述
するように膨張・ξ−ライト粒子を使用するのが最も好
ましいものである。

以下に、本発明に使用する無機中空体、熱可塑性樹脂、
結合材、さらに本発明の実施態様について詳細に説明す
る。

（無機中空体） 本発明で使用する無機中空体は真珠岩、松脂岩、黒曜石
などを焼成発泡させた膨張・ξ−ライト、シラスなどを
焼成発泡させたシラス・−ルーノなどの天然品や、アル
ミナ、シリカ、ホウ砂、合成ガラスなどを人工的に発泡
させた中空体などから選択されるが、中でも黒曜石を焼
成発泡させたものは強度の比較的大きい大粒径の中空球
体であって特に好ましい素材である。

パーライトとして最もよく知られており、かつ最も多く
使われているものは真珠岩ノミ−ライト、および松脂岩
パーライトであるが、大粒径の黒曜石ノミ−ライトは粒
径が３００μ以上のものが普通であり、粒子は一次発泡
粒子が集合した、−いわゆる蜂の巣構造をとっており、
強度が強く、またほぼ真球に近い外形を有しているので
粘着性物質や熱硬化性樹脂の被覆が容易であるという極
めて特異な性質を有しているものである。

（熱可塑性樹脂） 本発明に使用される熱可塑性樹脂には、低密度ポリエチ
レン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリブデン−１、ポリメチルはンテンー１
などのポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂１
．＋Ｏ＋）スチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート
などのアクリル系樹脂、６−ナイロン、６．６ナイロン
などのポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート
、ポリブチレンテレフタレート々どのポリエステル系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、
フッ素系樹脂などが挙げられる。さらに、上記樹脂の共
重合物、ゴムまたは充填剤による改質物なども使用され
る。

本発明においては、これら熱可塑性樹脂は粉末として使
用し、その粒径は５００μ以下、特に３００μ以下が好
ましい。粒径が５００μ以上の粉末が多くなると、特に
結合剤の使用量の少ない系で均一な混合物が得られない
場合が生ずる。

これら樹脂粉末には一般のはレット状、ビーズ状製品、
あるいは成形品の廃材等を粉砕したものなどが使用され
るが、熱可塑性樹脂の製造中に得られる粉末を使用する
のが経済的に最も有利である。

本発明においては無機中空体１００重量部に対し熱可塑
性樹脂５０〜５００重量部を使用する。

これが５０重量部以下であると無機中空体粒子同志の間
隙を完全にうめる事ができず強度の強い成−形品が得ら
れない。逆に５００重量部を越えると結合剤を使用して
も無機中空体との混合性が悪くなり均質な製品が得られ
なくなる。

（結合剤） 本発明で使用する結合剤としては粘着性物質または熱硬
化性樹脂などが挙げられ、これらは液体のものであれば
特に限定されないが、あまり粘度が高いものであると無
機中空体を被覆するさい均一な被覆物が得られにくいの
で２．０．００センチポイズ以下の液粘度のものが好ま
しい。

粘着性物質の例としては、液状ポリブデン、液状有機チ
タネート、ポ・り酢酸ビニルエマルジョン、また、熱硬
化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、
不飽和ホＩＪエステル樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹
脂、ウレタン樹脂、フラン樹脂、液状ポリブタジェンま
たはその変性物等が挙げられる。また、これらは一般に
は常用の硬化剤を用いて硬化させるが、硬化剤は使用す
る樹脂によって適切に選ばれる。すなわち、例えば、フ
ェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等にはホルマ
リンが、不飽和ホＩＪエステル樹脂、液状ポリブタジェ
ンまたはその変性物等には有機過酸化物が、またエポキ
シ樹脂等にはアミン等が硬化剤として使用される。なお
、本発明において結合剤として熱硬化性樹脂を使用する
場合には比較的速く硬化するものが好ましく、硬化剤の
種類や量を適切に選ぶことが必要である。

これらの粘着性物質または熱硬化性樹脂は無機中空体１
００重量部に対し３〜５０重量部、好ましくは５〜３０
重量部を使用する。これが３重量部以下では成形品中に
空洞ができやすく、また強度が劣ったものになるばかり
でなく熱可塑性樹脂粉体との混合が均一にならない。ま
た、これが５０重量部を超えると成形品同志の熱融着性
が悪くなり、強度の向上も顕著でなく、経済的見地から
も不利である。

結合剤として粘着性物質と熱硬化性物質とのどちらを使
用するかは種々の条件によシー概には論じられないが、
粘着性物質は一般的に取り扱いやすく、また安価である
という利点があり、熱硬化性樹脂は成形品の強度を高め
、厚手の製品でも内部に空洞ができにくいという利点を
有している。

（実施態様） 本発明の複合材を製造するには、まず無機中空体に対し
て結合剤である粘着性物質または熱硬化性樹脂を混合し
無機中空体表面に結合剤を被覆する。これにはリボンブ
レンダーやヘンシェルタイプのミキサー等の汎用の混合
機を使用することもできるが、３００μ以上の比較的大
粒径”の無機中空体の場合には耐摩耗性が劣り、このよ
うな回転混合機を使用するのが良い。

次に、この被覆体に熱可塑性樹脂粉末を混合し３者の混
合物を製造する。これには上記の被覆操作と連続して行
なうのが有利である。が別の混合機を用い〜てもさしつ
かえない。

上記の混合物を加熱、圧縮するには一般には熱プレス機
が用いられる。この時の温度は熱可塑性樹脂の融（軟化
）魚身上９、好ましくはそれより３０℃以上、高い温度
で行なわれる。従って高密度ポリエチレンの場合は１６
０°Ｃ以上の温度で加熱圧縮するのが好ましい。

また、圧力は３〜５　Ｑ　ｋｇ／ｃｄの範囲で行なうの
が好ましい。これが３に４Ｉ／ｄ以下の場合には成形品
中に空洞ができ易く、５０　Ｉｃ９．７ｄ以上であると
無機中空体が静圧で破壊される場合がある。

また、加圧時間は混合物の熱伝導率、成形品の厚み等に
より変るが一般的には５〜３０分の範囲である。本発明
のように比較的警伝導率の小さい組成物を加熱、圧縮、
成形するには上記のようにかなりの時間を必要とする。

従って５０朋以上とこれより薄手の製品を製造しておき
、この表面を加熱溶融させ加圧して積層すると相当厚い
ものも内部に空洞を生じさせることなく能率よく製造す
ることができる。

（本発明の効果、製品の特徴・用途） 本発明の効果、および得られた複合材の特徴等を列記す
れば下記の通りである。

（イ）本発明によって得られた複合材は、熱可塑−性樹
脂母材のなかに無機中空体が破壊されることなく均一に
分散された組成物であシ軽量で、高断熱性を有し、また
耐熱性に優れている。

（ロ）安価な熱可塑性樹脂および無機中空体が主体であ
るので得られた製品も安価である。

（ハ）比較的大粒径の無機中空体を用いるので成形時に
空洞を生じることが少なく、また結合材として少量の熱
硬化性樹脂を使用することにより３０ｍｒｒｔ程度の厚
い成形品・でも内部に空洞が一発生することなく成形で
き、得られた製品の強度も強い。

に）無機中空体に対し極めて少量の液状の結合剤を被覆
し、これに熱可塑性樹脂粉末を混合し、加熱、圧縮する
という簡単な製法をとるため、得られる成形品が均質で
ある。

（ホ）母材は熱可塑性樹脂が主体であるから、得られた
複合材同志の熱融着が可能であり、本来熱伝導率が小さ
いもの４については比較的薄手の板状物を製造しておき
、これを２枚以上融着積層して有利に厚手の成形品を得
ることができる。

（へ）−得られた複合材は無機中空体と熱可塑性樹脂の
比率が適切であるので切削加工性が極めて良い。

本発明の無機中空体複合材は上述のような種々の特徴が
あるので、靴の木型、自動車部材のモデル型、あるいは
美術工芸等における切削用材料として、また、トラック
の荷台、ノミレット、貯水槽、あるいは建材等のいわゆ
る合成木材として、また、木板、金属板、ＦＲＰ板等と
の積層用の芯材として等数多くの用途を有しでいる。

次に、本発明の実施例を記載する。

実施例１　　　　　　　　　・　− 無機中空体として平均粒径が約５００μの黒曜石パーラ
イト（フヨーライト社製、特注品）１００重量部に対し
結合剤としてエポキシ樹脂（商品名ｒＥＰＯＭＩＫ　　
ＶＲ−１３０ＦＬＪ三井石油化学工業社製）５重量部と
硬化剤（商品名「Ｆ、　Ｐ　ＯＭＩ　Ｋ　　Ｖ　Ｑ　−
５Ｊ三井石油化学工業社製）２重量部との調合物をビー
カー中で混合し、パーライト粒子の表面にエポキシ樹脂
調合物が均一に被覆された被覆物を得た。

次に、この中に熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン
（商品名［スタフレンＥ８８０Ｊ日本石油化学社製）の
粉体１００重量部を投入し、よく攪拌したところ均一な
混合物を得た。　　　−この混合物を加圧可能な有蓋の
射影の金型に入れ、熱プレスを用いて１８０℃、５　ｋ
ｇ／ｃｒｌで１０分間加熱して厚みがｌ□＋ｍの板状物
を得た。得られた成形品は空洞がなく、また均質なもの
であった。

実施例２ 無機中空体として平均粒径が約１龍の黒曜石パーライト
（フヨーライト社製「フヨーライト１号」）１００重量
部に対し、結合剤としてポリプデノ（日本石油化学社製
［日石ポリブデンＬＶ−５０Ｊ）１５重量部、および実
施例１と同じ高密度ポリエチレン粉末２００重量部を用
い実施例１と同じ方法で２０ｍｍ厚みの板状物を得た。

得られた成形品は空洞がなく、また均質なものであった
。

実施例３ 無機中空体として平均粒径が約２朋の黒曜石パーライト
（７ヨ一ライト社製「フヨーライト２号」）１００重量
部に対し結合剤として不飽和ポリエステル樹脂（日本触
媒化学工業社製「エボラツクＰ５５２ＹＪ　）２０重量
部、および熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（三井東
圧化学社製「三井ノープレン　ＪＨＨ−ＧＪ）の粉体３
００重量部を用い実施例１と同じ方法でｌＱｍｍ厚みの
板状物を得た。

得られた成形品は空洞がなく、また均質なものであった
。

実施例４ 実施例２と同じ黒曜石・ξ−ライト１００重量部に対し
結合剤として変性ＬＰＢフェス（アクリル酸変性液状ポ
リブタジェンにスチレンモノマーおよびナフテン酸コ・
ぐルトを調合した熱硬化性樹脂）１５重量部と硬化剤（
メチルエチルケトン・ξ−オキサイド）　０．１５重量
部の調合物、および実施例１と同じ高密度ポリエチレン
２００重量部を用い実施例１と同じ方法で３０１１１＋
１１厚みの板状物を得た。

得られた成形品は空洞がなく、また均質なものであった
。

比較例 比較のため、実施例４から結合剤のＬ　Ｐ　Ｂワニスを
除いた系を用いて同じ方法で混合を行ったところ均質な
混合物を得ることができなかった。

特許出願人　日本石油化学−株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１無機中空体粒子１００重量部の粒子表面を液状の
   結合材３〜５０重量部で被覆し、該被覆物に粉体状の熱
   可塑゛性樹脂５０〜５００重量部を混合し、熱可塑性樹
   脂の融点（または、軟化点）以上の温度で加熱、圧縮す
   ることを特徴とする複合材の製法。 （２）無機中空体粒子が膨張・ξ−ライトである特許請
   求の範囲第１項に記載の複合材の製法、（３）膨張パー
   ライトが黒曜石ノミ−ライトである特許請求の範囲第２
   項に記−載の複合材の製法。