JPS60206861A - 軽合金鋳物代替用樹脂組成物 - 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】 本発明は金属材料の代替品として使用しうる樹脂組成物
に関する。さらに詳．シフは、剛性、引張強さ、曲げ強
さ、曲げ弾性などの機械的性質や寸．法安定性および耐
熱性に極めて優れた軽合金鋳物代替用樹脂組成物に関す
る。

〔従来技術〕

従来より自動車、一般機械、精密機械、光学製品、家電
などのパーツには軽合金鋳物やダイカスト製品が広く使
用されているが、最近は経済性、量産性、機能性および
材料供給安定性の点で優れ、かつ軽聞であるプラスチッ
ク系材料に代替される傾向が強くなっている。

そのようなプラスチック系材料のうちでもポリアミド樹
脂が、機械的強度、耐熱性、耐薬品性など金属代替材料
としてのエンジニアリングプラスチックに要求される多
くの特性に優れ、種々の利点を兼備しており、最も多用
されている。しかしながら、ポリアミド樹脂は単体では
剛性、耐衝撃性、耐クリープ性、耐熱性などの点で金属
材料、とくに軽合金鋳物と比較すると不充分であるとい
う欠点を有している。かかる欠点を改善する目的でポリ
アミド樹脂に繊維物質を強化材として配合し、複合材料
化することが広く行なわれている。なかでもカーボン繊
維を配合したポリアミド樹脂組成物が最も優れた物性を
発揮しうるちのとして広く実用に点されている。

しかしながら、金属材料、とくに軽合金鋳物を代替しう
る程の物性をポリアミド樹脂組成物に付与するためには
、母材としてのポリアミド樹脂にカーボン繊維を多量に
充填（以下、高充填という）しなければならず、コスト
高となるため、えられるカーボン繊維強化樹脂成形品の
用途が自ずと限定される。また、カーボン繊維を高充填
せしめる造粒工程が困難となるばかりでなく、射出成形
時の樹脂組成物の流れ性が低下するなど加工性に難点が
ある。ざらに、成形品表面にカーボン繊維の浮出し模様
が生じて商品価値が低下するなどの問題があり、実際に
は軽合金鋳物を合成樹脂組成物で代替するには多くの難
点があるのが現状である。

本発明者らは軽合金鋳物を代替しうるポリアミド樹脂組
成物を開発するに際し、高価なカーボンｌｌ１ｌの配合
−を必要最低限度に抑え、安価なガラス繊維を併用して
軽合金鋳物に肉迫する物性をポリアミド樹脂組成物に付
与するべく前記２種の繊維物質の組合わせについて研究
したが、機械的強度の点でカーボン繊維単独使用のばあ
いと比較して充分でなく、加工性の点で前記問題貞を解
消しえなかった。

すなわち、ガラス繊維はモース６度が６．５と高いため
、混線過程や射出成形過程で成形機のスクリューやシリ
ンダーおよび金型に多□大の損傷を与えやすく、またガ
ラスｍＨを高充填せしめる造粒工程が難しく、射出成形
時の流れ性が低下するなど加工性にやはり難点を有する
のである。また、それ以外にガラス繊維強化成形品は成
形収縮に異方性を生じるため高い寸法精度の成形品がえ
られ難く、ざらにえられた成形品の表面にはガラス繊維
の浮出し模様が生じるなどの問題を有する。

本発明者らはさらに、カーボン繊維やガラス繊維よりも
微細な繊維状チタン酸カリウム（以下、ＰＴＭという）
に注目し、ポリアミド樹脂にＰｎｌを配合することにつ
いて研究した。しかしながら、ＰＴ−を単独で配合した
ポリアミド樹脂組成物は、ＰＴ−はモース硬度が４と低
く微細な繊維であるため加工性や寸法安定性は改善され
るものの、機械的強度の向上効果が充分でなく、−　と
くにアイゾツト衝撃性が大幅に低下するなど軽合金鋳物
やダイカスト製品の代替材料としては極めて不満足なも
のであった。

〔発明の概要〕

本発明者らは叙上の実情に鑑み、前記諸問題が解決され
、軽合金鋳物を代替しうるポリアミド樹脂組成物を開発
する目的でさらに鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成
するに至った。

すなわち本発明は、ポリアミド樹脂を母材とし、強化材
としてカーボン繊維、ガラス繊維およびＰＴＭ４が配合
されていることを特徴とする軽合金鋳物代替用樹脂組成
物に関する。

本発明の組成物は軽合金鋳物やダイカスト製品に近い水
準の機械的強度を有し、樹脂組成物としては極めて小さ
な熱膨張係数であるので、熱変形温度よび成形時の異方
性などの点で寸法精度が良好である。また、カーボン繊
維を単独またはガラス繊維を単独で配合していられる樹
脂組成物が有する加工性や成形性の問題、および金型を
摩耗する問題を大幅に改善するものである。

本発明の樹脂組成物においては、強化材としてカーボン
繊維、ガラス繊維およびＰＴＨの３成分を組合わせて用
いることにより本発明の効果それ以外の組合わせ、たと
えばカーボン繊維を発揮するものである。

とＰＴＷの組合わせのばあいは機械的強度の向上効果は
認められるが、カーボン繊維およびＰＴＷがいずれも高
価であるため軽合金鋳物に代替することは経済性の点で
産業上不可能である。また、ガラス繊維とＰＴ＠とを組
合わせたばあいは機械的強度の向上効果に乏しく、軽合
金鋳物やダイカスト製品の代替品としては適していない
。

さらに、カーボン繊維とガラス繊維とを組合わせたばあ
いは、機械的物性が充分でない、製品の異方性が生じる
、高充填するため成形品の外観が極めてわるい、ガラス
ｍｅｉのモース硬度が６．５と高いため成形機や金型の
摩耗が激しいなどの欠点があり極めて不良である。

本発明に用いるポリアミド樹脂としては、たとえばナイ
ロン６、ナイロン６６、ナイロン１２のほか、キシリレ
ンジアミン系ポリアミド樹脂などがあげられるが、とり
わけ経済性と機械的強度とのバランス、すなわちコスト
パフォーマンスに優れたナイロン６およびナイロン６６
が最も実用性が高く好ましい。ポリアミド樹脂は高流動
性タイプのものを使用することが好ましい。

たとえばナイ゛ロン６ではＪＩＳに６８１０に準じて測
定した相対粘度が２．３〜２．１の範囲のものが好まし
い。

ポリアミドｍｍの配合ｌ（えられる組成物中の値、以下
同様）は３５〜５０％（重量％、以下同様）程度が適正
である。３５％未満であると加工性に難点を生じ、５０
％を超えると機械的強度が低下し、いずれも好ましくな
い。

本発明に用いるガラス繊維としては、繊維径が７〜１５
Ａｌ１１１．繊維長が３〜６ＩＩＩのチョツプドストラ
ンドであり、アミノシランカップリング剤などで表面処
理された市販品がそのまま使用されうる。

本発明に用いるカーボン繊維としては、一般にセルロー
ス繊維、ポリアクリロニトリル繊維、リグニン繊維、石
油系特殊ピッチなどを原料として焼成してえられた耐炎
質、炭素質、黒鉛質カーボン繊維など種々のタイプのカ
ーボン繊維を使用することができる。通常５〜２０−の
直径および０．２〜２０ｍ５の長さのものが好ましい。

本発明においてガラス繊維およびカーボン繊維の配合量
は、その合計量を４０〜５５％とするのが好ましい。４
０％未満では機械的強度の向上効果に乏しく、５５％を
超えると混練時および射出成形時の加工性に難点を生じ
、いずれも好ましくない。また、ガラス繊維およびカー
ボン繊維おのおのの配合量としては、ガラス繊維が３０
〜４０％、カーボン繊維が５〜１５％である。ガラス繊
維が３０％未満であると、その分高価なカーボン繊維や
ＰＴ−を余分に配合しなければならずコスト高となり、
４０％を超えると加工性に難点を生じ、いずれも好まし
くない。一方、カーボン繊維が５％未満であると機械的
強度の向上効果に乏しく、１５％を超えると混練時の造
粒工程が困難となるばかりでなく、コスト高となってい
ずれも実用上好ましくない。

本発明に用いるＰＴ−とは一般式： ％式％） または一般式： （式中、ｎは２〜８の整数を表わす）で、示される単結
晶化合物の繊維であり、具体的には、たとえば４チタン
Ｉｎリウムケ繊維、６チタン酸カリウムＩｌ維、８チタ
ン酸カリウムＩｌ雑などの単一組成物またはそれらの混
合組成物であってもよく、平均１ｕ１１径２項以下、平
均繊維長が５〜１００摩、かつアスペクト比（平均繊維
長／平均繊維径）が１０以上の極めて微細なＩ！緒であ
る。

ＰＴ％ｌｌの平均繊維径、平均繊維長およびアスペクト
比が前記範囲をはずれるばあい、たとえばアスペクト比
が１０未満であると樹脂に添加したばあいの補強効果が
小さくなり好ましくない。一方、平均繊維長が１００遍
を超えて長い繊維は工業的に製造することが困難であり
、いまだ市販されていない。

本発明に用いるＰＴＷとしては［テイスモ（ＴＩＳＨＯ
）　Ｊ　（大塚化学婦製）なる商標名で市販されている
ものがそのまま使用することができ、これは平均繊維径
が０．２〜０，５摩、平均繊維長が１０〜２０．ｃａ、
かつアスペクト比が２０〜ｉｏ。

の高強度単結晶ウィスカーである。

ＰＴ特はポリアミド樹脂の補強効果に優れ、とくにガラ
スｌｌ雑やカーボン１ｉｓｉのような比較的長繊維類が
流れ方向に対する補強効果を受けもつのに対し、ＰＴＷ
は無方向性強化材としての効果を発揮し、流れに対して
直角方向での補強効果を受けもつ。またＰＴ−をポリア
ミド樹脂に高充填しても粘度増加は少なく加工性が良好
であるので、強化材成分量を増加せしめることができ、
ポリアミド樹脂の機械的強度を飛躍的に向上することが
できる。

ＰＴ−の配合量としては５〜１５％が適正であり、５％
未満では機械的強度の向上効果に乏しく、１５％を超え
て配合してもそれ程の向上効果が認められず、コスト高
となり好ましくない。

ＰＴ−は無表面処理のまま使用してさしつかえないが、
ＰＴＷとポリアミド樹脂との界面接着強度を改良するた
めに表面処理剤、たとえばエポキシシラン、アミノシラ
ン、アクリルシランなどのシランカップリング剤または
チタネートカップリング剤などで表面処理すると成形品
の乾燥状態または湿潤状態における物性改良に極めて有
利である。

本発明の組成物に、本発明の効果を減少せしめない範囲
内でさらに他の添加物、たとえば酸化防止剤、難燃剤、
帯電防止剤、滑剤、熱安定剤などを適宜添加してもよい
。

以上述べたごとく、本発明の組成物は軽量、低コストで
優れた種々の性能を有する成形材料であり、従来は樹脂
代替が不可能であった分野に用いることを可能とするも
のであり、産業上の利用価値は極めて大きい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は
もとよりかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１および２ ポリアミド樹脂としてユニチカナイロンＡ１０２５　Ｂ
ＲＬ　（商品名；ユニチカ■製、相対粘度２．６０のナ
イロン６）、カーボン繊維としてトレカ（商品名；東し
■製）およびＰＨ４としてＴｌ５ＨＯ−０１０２（商品
名；大板化学■製）を用い、第１表に示す割合にてブレ
ンダーでそれぞれ′混合し、２８０℃に設定した４５＋
＋ａφ２軸押出機で押出し、押出し途中のベントロにガ
ラス繊維としてグラス０ン０３８Ａ４１１　（商品名；
旭ファイバーグラス■製）を第１表に示す量サイドフィ
ードしてペレット化した。

えられたベレットを乾燥させたのち、射出温度２７０℃
、金型温度８０℃、射出圧力６００ｋｇ／ｃｍ２、射出
速度ａｏｃｃ／秒、射出前進時間１０秒の条件で射出成
形し、ＡＳＴＨＤ　６３８による引張強さ、ＡＳＴ）４
０１９０による曲げ強さ、ＡＳＴＨＤ　７９０による曲
げ弾性率、ＡＳＴＨ０２５６によるアイゾツト衝撃値（
ノツチ付）およびＡＳＴＨＤ　６４８（荷重１８．６ｋ
ｏ／ｃｏ＋２　）によるＨＤＴの測定に用いるテストピ
ースをそれぞれ作製した。えられたテストピースを用い
て各試験を行なった。結果を第１表に示す。

成形収縮率については、引張強さの試験に用いたテスト
ピースを用い、流れ方向について測定した。結果を第１
表に示す。

比較例１．２および３ 実施例で用いたのと同じ各材料をそれぞれ第１裏に示す
割合で使用した。まずポリアミド樹脂ベレットを２８０
℃に設定した４５ＩＩＩＩＩｌφ２軸押出機で押出し、
押出し途中のベントロに各強化材をサイドフィードして
ペレット化した。

ついで実施例と同様にして射出成形し、各テストピース
を作製してそれぞれ試験を行なった。

結果を第１表にあわせて示す。

第１表から明らかなように、本発明の組成物はポリアミ
ド樹脂にカーボン繊維、ガラスｉａｕまたはＰＴＷを単
独で添加した組成物と比較して、機械的強度、とくに合
成が大幅に向上し、かつ成形収縮率が小さいことがわか
る。

特許出願人　大塚化学株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ポリアミド樹脂を母材とし、強化材としてカーボン
   繊維、ガラス繊維および繊維状チタン酸カリウムを配合
   したことを特徴とする軽合金鋳物代替用樹脂組成物。 ２　カーボン繊維が５〜１５重量％、ガラス！ＩＮが３
   ０〜４０重量％、繊維状チタン酸カリウムが５〜１５重
   量％およびポリアミド樹脂が３０〜５０重量％である特
   許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３　ポリアミド樹脂がナイロン６またはナイロン６６で
   ある特許請求の範囲第１項記載のｍｌｌ動物