JPS62169858A - 金属粉末高濃度充填熱可塑性樹脂組成物及びその製造方法 - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、金属粉末等を高濃度に′充填した高比重組
成物及びその製造方法に関するものであって、例えば電
機製品、電子機器等に用いるフライホイール、マイクロ
モータ一部分等に使用されるものである。

（ｂ）従来の技術 従来より鉄粉や真鍮粉末を高濃度（例えば重量比７０〜
８０％）に配合した高比重組成物は存在し、射出成形法
によってフライホイール等の部分に成形され、又酸化鉄
を高濃度に配合した組成物は、射出成形工程中に又は以
降に着磁されて、マイクロモータ一部分等に使用するこ
とが行われている。

然しながら、これらは一般に、予め一旦金泥粉末と４１
４脂を混合し、押出機又はロールミル等を使用して熔融
混練を行い、径２〜４　＋＋ｎのペレット状に形成せし
め、これを通常の射出成形機により成形する工程が採用
されている。

然しなから、上記のような従来の製造方法には、その製
品の品質上及び製造工程上、後述するように多くの欠点
があり、その解決が強く望まれるところであった。

（Ｃ１発明が解決しようとする問題点 従来法による金属粉高濃度配合ベレットは、極めて硬く
、且つ成形機シリンダー面よりの加熱によっても容易に
軟化し難い為、射出成形機の供給部のシリンダー、スク
リューを短時間に摩耗させ、その補修に多大の費用を要
するため、成形品の単価の著しい増大をまねいている。

又、可塑化されてシリンダー内に滞留している熔融物は
粘度が高い為に、射出工程中にスクリューの前進を妨げ
、その為に均質で、複雑形状、高精度の成形品を得るこ
とが困難であった。

この発明は、上記のような従来技術の欠点を改善して高
性能の金泥粉高濃度充填成形品及びその新規な製造方法
を開発することを目的としてなされ、これを完成したも
のである。

（ｄ１問題点を解決する為の手段 本発明に係る組成物に使用する金属粉としては、フライ
ホイール成形品などの高比重成形品には還元鉄粉（粉砕
）、アトマイズド鉄粉、或いは噴霧銅粉等が用いられ、
プラスチック磁石用にはフェライト粉末が使用される。

熱可塑性樹脂としては、用途により選択が行われるが、
機構部材例えば、ギヤー、プーリーその他の成形品には
、一般にポリアミド樹脂（ナイロン６、ナイロン６．６
、ナイロン１１、ナイロン１２、等）、熱可塑性ポリエ
ステル樹脂（特にポリブチレンテレフタレート）が好ま
しい。

又、これら熱可塑性樹脂は、エラストマ成分により変性
された高衝撃タイプも含まれる。

これら樹脂には、成形品の耐衝撃性を増大し、耐寒性を
向上し、更に若干の可撓性を付与すると共に可塑性と流
動性を改善して成形加工性を向上させる為、適当量の可
塑剤を配合することがある。

例えばポリアミド樹脂の場合、〇−及びｐ−トルエンス
ルホンアミド、又はプチルベンジルフタレー１・を樹脂
量に対して０．５〜２０％好ましくは１〜５％配合する
。

ポリブチレンテレフタレート樹脂は、ポリアミド樹脂４
脂に比し、吸水率が小さい為、成形品の吸湿による寸法
変化が小さく、この様な高精度成形品にはより好ましい
樹脂成分である。然しなからポリブチレンテレフタレー
トは成形工程中で、特に混練機構を備えたスクリューに
よる剪断作用により発熱して分子切断を起こし、これは
特に本発明の目的である高濃度充填組成物では顕著であ
り、その結果分子量の低下により成形品の機械的性質が
著しく低下して実用に適さなくなる。

この為、適切な可塑剤の配合がより重要となるが、従来
この様な効果を有する可塑剤配合は知られていない。

本発明者等は、この目的の為に多種類の可塑剤を検討し
た結果、ジエチルテレフタレート、ジ−２エチルヘキシ
ルテレフタレート、ポリエチレングリコール（分子量１
００〜２０００、好ましくは４００〜１０００）、ジイ
ソデシルアジペートが適当であった。

又、配合率は樹脂に対して、０．２〜１０％好ましくは
０．５〜５％である。

これ以下の配合では可塑化効果は乏しく、加工中の剪断
発熱が大きくなり樹脂の分解を生じ易く、又これ以上の
配合では相溶性が乏しい為分離溶出して安定した効果を
発揮することが出来ない。

更に、成形機の混練トルクを減少させ、或いは金型より
の別型性を良くすると共に、成形品の表面を平滑にする
為、少量の滑剤を配合することがある。

例えば、ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、メチレン
ビスアマイド、カルナウバロウ、モンクンロウ、シリコ
ン油等を樹脂量に対し、０．Ｏ１〜１゜０％（好ましく
は０．０５〜０．２％）添加すれば、加工性と成形品の
光沢が改善される。

次ぎに金属粉は一般に表面処理することによって、樹脂
との親和性（濡れ）を向上させることが好ましい。

この目的の為には、有機シラン化合物例えば、γ−アミ
ノ　プロピル　トリエトキシ　シラン、Ｎ−β（アミノ
エチル）γ−アミノ　プロピル　トリメトキシ　シラン
、等、或いは有機チタン化合物例えば、イソ　プロピル
　トリイソステアリルデクネート、イソ　プロピル　ト
リ　（Ｎエチルアミノ−エチル　アミノ−エチル　アミ
ノ）チタネート、イソプロピル　トリ　（ジオクチル　
パイロフォスフェート）チタネート等を、事前に金属粉
に添加し表面処理を行うことによりポリアミド樹脂との
親和性を支え、成形加工性の向上と成形品の機械的強度
を向上させることが出来る。

金属粉末の表面処理は、樹脂成分としてポリブチレンテ
レフタレート樹脂を使用する場合に特に顕著な効果があ
る。

その理由は、ポリブチレンテレフタレート樹脂は溶融混
練時に金属粉末から溶出する金属イオンにより分解して
、著しく成形品の機械的強度が低下する為と思われる。

本発明者等は金属粉末に適切な表面処理を施すことによ
り上述の有害な作用が除去乃至低減されることを見出し
、有機官能基としてカルボキシ基、脂肪酸基、メタクリ
ルオキシ基等の有機配位子をもつジルコアルミネート系
カップリング剤及びＴ−グリシドキシ　プロピルトリメ
トキシ　シランなどのシラン系カップリング剤が有効で
あることをも見出した。

特に、ジルコアルミネート系カップリング剤で処理する
と、金属粉末表面に強固な、且つ不可逆的な結合をもつ
有機皮膜が生成し、重金属イオンの樹脂中への混入を防
ぐ効果を生じ、樹脂の分解が抑制される。

金属粉末の表面処理は、常法により、カップリング剤希
薄溶液中に該金属粉を浸漬した後、加熱して溶剤を蒸発
させる方法、ヘンシェルミキサー等の高速混合機、或い
はリボン型ブレンダー、ドラＪ・型ブレンダー内で該金
属粉末を混合しながらカップリング剤或いはその希釈溶
液を添加し、均一に混合させた後、加熱して溶液を蒸発
させる方法、などにより行われる。

又、この金属粉末の表面処理は、事前に行わなくても、
金属粉末と樹脂を混合する際に、混合系にカンブリング
剤を添加し混合を続けることによっても達せられる、こ
の方法はカップリング剤の混合系の各成分への選択的な
結合の程度が減少し、その為カップリング剤を増量させ
る必要を生じることがあるが、配合操作を簡易化させる
為に採用することが出来る。

又、上記のような表面処理を施しても、尚微量の溶出金
属イオンの作用により分解が起きることがある。この現
象は特に成形品やスプルー、ランナーを粉砕した再生材
料を使用する時に顕著である。本発明者等はこの現象を
除去乃至低減するために、次のような重金属不活性化剤
を配合することが有効であることを見出した。即ち、ポ
リブチレンテレフタレートに対しては、３　（Ｎ−サリ
チロイル）アミノ１，２．４トリアゾール、又はＮ。

Ｎ′−ビス（３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒド
ロキシルフェニル）プロピオニル〕ヒドラジンを樹脂に
対し、０．０１〜５％、好ましくは０．１〜２％配合す
ることにより著しい安定化効果が得られる。又、ポリプ
ロピレン樹脂に対しては、上記の外、２．　４．　６−
トリアミノ−１，３，５トリアジンを０．０１〜５％、
好ましくは０．１〜２％配合することにより、著しい安
定化効果が得られる。

勿論、常法により酸化防止剤例えばヒンダードフェノー
ル型酸化防止剤及びリン系加工安定剤例えハトリス（２
，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、ビス（
２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトー
ル−ジ−ホスファイトなどを０．０１〜５％、好ましく
は０．１〜２％併用して、重金属不活性化剤との相乗作
用により安定化効果を向上させることも出来る。

樹脂は金属粉末との混合を均一にするため、粉末状（少
なくとも全量４０メツシュ通過好ましくは１００メツシ
ュ通過）のものが好ましいが、これを単に金属粉末と混
合すると、比重差により短時間で分離し、均一な混合比
をもった組成物が得られない。

この為樹脂粉末と金属粉末を混合機（例えばヘンシェル
ミキサー等の高速ミキサー）で混合し、引き続き混合し
ながらバインダーを添加し、両者を付着させる。このバ
インダーは主体となる樹脂に応じて熔融時に樹脂中に熔
解乃至微細に分散するものであれば、特に限定されない
が、例えばポリアミド樹脂使用の場合は、バインダーと
して可溶性ポリアミド４３１脂（例えばアルコール可溶
性ナイロン８）、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル酸樹
脂エマルジョン、低融点ポリアミド樹脂等が好ましく、
ポリブチレンテレフタレート樹脂の場合は可溶性ポリエ
ステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂の
場合はポリアクリル酸樹脂エマルジョン、ポリ酢酸ビニ
ルエマルジョン等が有効に使用される。

勿論本願発明は上述のバインダーに限定されるものでは
ない。バインダーの使用量は、配合物に対して固型分と
して１〜１０％、好ましくは２〜５％が適当である。

本発明に係る全屈粉末高濃度充填プラスチック組成品成
形物は、上記のようにして得た混合体を射出成形機によ
って成形されて製造されるものである。

この際用いられる射出成形機はスクリューインライン式
射出成形機であれば使用可能であるが、特に樹脂と金１
７１粉末を均一に分散させる為に、スクリューに混練、
分散効果を高める為の機構を備えたものが一層好ましく
、特に日本特許第１１０４７２７号（特公昭５６−４７
８４７号）に記載される混練射出成形機は、本発明に最
も適した射出成形機である。

即ち該混練射出成形機の混練機構は、スクリューフライ
ト頂上とシリンダー内壁間の間隙で剪断作用により樹脂
を可塑化、熔融し、更にシリンダー内壁の複数の溝とス
クリューの間で溶融樹脂の切断、再混合を行う為金運粉
末を熔融樹脂中に均一に分散させる効果が極めて大きい
ためである。

又、この可塑化の混練機構は、低圧下においても作用す
る為、シリンダー内の大部分において材料が飢餓状態で
供給されるため一般の成形機におけるようにシリンダー
内の大きな圧力により金属粉末がシリンダー内壁やスク
リューに押しつけられて摩耗をまねくことが少ないため
、成形機のｔｉ耗は少なく、又射出工程中のスクリュー
前進を高粘度の熔融材料により妨害される程度が僅少で
あるためスクリューを前進駆り」させる動力（油圧）が
小さくなり、且つスクリュー前進工程（射出工程）中に
おける速度等の設定条件に鋭敏に応答するため、複雑形
状で高精度、高再現性を要する成形品の成形に好結果を
与える効果がある。

勿論、本発明の実施は、前記公報記載の混練射出成形機
の使用に制約されるものではない。

（ｅ）作用 カップリング剤をもって表面処理を施した金属粉末或い
は、金泥酸化物粉末をバインダーの存在下に、可塑剤、
滑剤等添加した樹脂粉末と高速ミキサーにより混合する
ことにより両者を均一に分散付着させた後、スクリュー
に混練分数機構を備えた射出成形機により成形すること
によって金運粉末を高濃度に充堪し、機械の損耗を防止
し、且つ成形品の精度を著しく向上した。

（ｆ）実施例 実施例１゜ （１）７１−マイズ法でつくられた平均粒度２００メツ
シユの鉄粉（川崎製鉄社製ＫＩＰ　　３００Ａ、比重７
．８５）　４３２．５　ｇを、高速ミキサー（不二バウ
ダル社　スバルタンリユーザー）を使用し、シランカッ
プリング剤２５ｇ（信越化学工業社製ＫＢＭ　　６０３
をエチルアルコール／水；９／１の溶液で１０倍に希釈
）を添加し、３分間混合した後熱風乾燥機で１００°Ｃ
１２時間乾燥した。

（２）粉末状ナイロン樹脂（宇部興産社製　１１０１１
Ｆ）６７５．ｏ−）ルエンスルホンアミドとｐ−１〜ル
工ンスルホンアミド混合物（富士アミドケミカル社製　
トップサイザー５号）６８ｇ、メチレンビスアマイド（
薄層化成社製　パンループＮＮ１８）２５を高速ミキサ
ーで３分間混合する。

（３１（２）項の混合物とシラン処理した（１）項の鉄
粉を加え、３分間混合し、可溶性８−ナイロン　１５％
アルコール溶液（鉛市社Ｗ　　ＥＭ−１５）５００ｇを
加えて、３分間混合する。

（４１（３１項の混合物を熱風乾燥機で８０°Ｃ１２時
間乾燥し、アルコールを蒸発させると、鉄粉とナイロン
樹脂粉末が均一に混合し、互いに付着した顆粒状配合物
が得られる。

（５）上記顆粒状配合物を、真空乾燥機で１００°Ｃ１
４時間乾燥した後特許第１１０４７２７号（特公昭５６
−４７８４７号）記載の混練射出成形機により、ＡＳＴ
Ｍ　　Ｄ６３８　４型引張試験片（全長１６５１ｍ、肉
厚３，２龍）、及びＡＳＴＭ　　Ｄ７９０曲げ試験片（
全長１２７■−２幅１２．７　ｍｍ、肉厚６．７龍）を
成形した。

成形条件は次表のようであった。

成形品の外観は表面平滑で光沢があった。

３０ショット連続成形した成形品の比重は平均値４．３
４、　標準偏差　０．０１６であり、極めて安定した高
精度の成形品が得られた。

成形品は　引張り強さ　　　　４．７　ｋｇ／　ｍ　ｒ
ｄ曲げ弾性率　　１４００ｋｇ／ｍｎ？ ノツチ付きアイゾツト衝撃値　４．０　ｋｇ、　ｃｍ／
ｃｒｍを示し、家電機器、事務機用のフライホイール等
材料として十分の強度が得られた。

実施例２゜ （１）平均粒度２００メツシユのアトマイズ法により造
られた鉄粉（川崎製鉄社製　ＫＩＰ　　３００Ａ、比重
７．８５）４８．０００ｇを高速ミキサー（用田製作所
製　スーパーミキサー　ＳＭＧ−１００）を使用し、ジ
ルコアルミネートカップリング剤（Ｃａｖｅｄｏｎ　　
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｃｏｍｐａｎ）’％　　Ｉ　ｎ　
ｃ、製、ＣＡＶＣＯＭＯＤ　　Ｆ２４０ｇをエチルアル
コールで１０倍に希釈）を添加し、７５０ｒ／ｍで２０
０分間混した。

混合による剪断発熱によりアルコール分は完全に揮発し
、乾燥した処理鉄粉が得られた。

（２）粉末状ポリブチレンテレフタレート樹脂（ポリプ
ラスヂソクス社　ジュラネックス　２００２粉砕品＞７
８２４ｇ、ジ−２エチルへキシル　テレフタレート　９
６ｇ、メチレンビスアマイド（旧暦化成社製パンループ
Ｎ１Ｂ）９６ｇ、ヒンダードフェノール型酸化防止剤１
５ｇ、リン系加工安定剤１９ｇ、重金属不活性化剤（ア
デカ・アーガス化学社製　マークＣＤＡ−１）１９ｇを
添加し、高速ミキサーを使用して３分間混合した。

（３）　　（２）項の混合物と、［１）項の処理鉄粉を
高速ミキサーを使用して３分間混合し、ポリエステル系
バインダー（東洋紡績社製　パイロナール　ＭＤＩ２０
０）２４ＱＯｇと水１０００ｇ混合物を添加した。引続
き２０分間７５０ｒ／ｍで混合を続けると、混合による
剪断発熱により水分は殆ど揮発して鉄粉とポリブチレン
テレフタレート樹脂が均一に混合し互いに付着した顆粒
状配合物が得られた。

（４）上記顆粒状配合物を、熱風循環式乾燥機で１２０
″０４時間乾燥した後、特公昭５６−４７８４７号公報
記載の混練射出成形機により、ＡＳＴＭ　　Ｄ　　６３
８　４型引張試験片（全長１６５ｍｍ１肉厚３．２ｍｍ
）及びＡＳＴＭ　　Ｄ　　７９０曲げ試験片（全長１２
７ｍｍ、幅１２．７ｍｍ）を成形した。成形条件は次表
の通りであった。

成形品の外観は表面平滑で光沢があった。

３０シヨツト連続成形した成形品の比重は、平均値４．
４３、標準偏差０．０２７であり極めて安定した成形品
が得られた。

比較例１゜ 実施例２．（１１項のジルコアルミネートカップリング
剤処理を行わず原料鉄粉をそのま＼配合した。

比較例２゜ 実施例２ｉ１）項のジルコアルミネートカップリング剤
の代わりに、シランカップリング剤（信越化学工業社製
　ＫＢＭ４０３　２４０ｇをエチルアルコール／水＝９
／１の溶液で１０倍に希釈）を使用し、他は同一の条件
で行った。

比較例３゜ 実施例２ｉ２）項の重金属不活性化剤を添加せず、他は
同一条件で行った。

比較例１．２．３を実施例２．（４）項の表と同一条件
で引張試験片を成形した。

比較例１．は射出は出来たが、金型内から離型時に、成
形品が破損し、試験片を作ることが出来なかった。

実施例２．及び比較例２．３の引張試験結果は次表に示
す通りであった。

ｆ８１発明の効果 上述したように、本発明は従来、高品位の成形品を而も
安定して製造することが困難であった金属粉高濃度充填
プラスチック成形品の均質安定製造を可能にすると共に
、成形機の損耗等をも防止し合理化を果たす等の優れた
工業的効果を有するものである。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末或いは金属酸化物粉末７０重量％〜９２
   重量％を、１〜１０％のバインダーの存在下に熱可塑性
   樹脂粉末に付着させた混合物より射出成形された組成物
   であることを特徴とする金属粉末高濃度充填プラスチッ
   ク組成物。
2. （２）成形品が小型モーター用フライホイールである特
   許請求の範囲第１項記載のプラスチック組成物。
3. （３）成形品がプラスチック磁石である特許請求の範囲
   第１項記載のプラスチック組成物。
4. （４）金属粉末或いは金属酸化物粉末を７０重量％〜９
   ２重量％充填した熱可塑性樹脂成形品の製造において、
   該金属粉末と樹脂粉末混合物をバインダーにより付着さ
   せた後、樹脂と金属等粉末を均一に分散させる為に、ス
   クリューに混練分散機構を備えたスクリューインライン
   射出成形機により成形することを特徴とする金属粉末高
   濃度充填プラスチック組成物の製造方法。
5. （５）射出成形機が特許第１１０４７２７号（特公昭５
   ６−４７８４７号）に記載される混練射出成形機である
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第４項記載のプラス
   チック組成物の製造方法。
6. （６）金属粉末が鉄粉、銅粉、真鍮粉、亜鉛粉、鉛粉で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラ
   スチック組成物の製造方法。
7. （７）金属粉末が酸化鉄であることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載のプラスチック組成物の製造方法。
8. （８）熱可塑性樹脂が、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリ
   エステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂の何れ
   かであることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   プラスチック組成物の製造方法。
9. （９）バンイダーが可溶性ポリアミド樹脂であることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラスチック組
   成物の製造方法。
10. （１０）バインダーが可溶性ポリエステル樹脂であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラスチッ
    ク組成物の製造方法。
11. （１１）バインダーがポリウレタン樹脂であることを特
    徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラスチック組成
    物の製造方法。
12. （１２）バインダーがポリアクリル酸エマルジョンであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラス
    チック組成物の製造方法。
13. （１３）バインダーがポリ酢酸ビニルエマルジョンであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラス
    チック組成物の製造方法。
14. （１４）バインダーが低融点ポリアミド樹脂であること
    を特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラスチック
    組成物の製造方法。
15. （１５）金属粉を有機シランカップリング剤で表面処理
    することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラ
    スチック組成物の製造方法。
16. （１６）金属粉をジルコアルミネートカップリング剤で
    表面処理することを特徴とする特許請求の範囲第４項記
    載のプラスチック組成物の製造方法。
17. （１７）ポリブチレンテレフタレート樹脂に対し、ジエ
    チルテレフタレート、ジ−２エチルヘキシルテレフタレ
    ート、ブチルベンジルフタレート、分子量１００乃至２
    ０００のポリエチレングリコール、ジイソデシルアジペ
    ートの内の一種を０．２〜１０％配合することを特徴と
    する特許請求の範囲第４項記載のプラスチック組成物の
    製造方法。
18. （１８）ポリブチレンテレフタレート樹脂に対し、３（
    Ｎ−サリチロイル）アミノ１，２，４トリアゾール、或
    いはＮ，Ｎ′−ビス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−
    ４−ヒドロキシフェニル）プロピオニル〕ヒドラジンを
    ０．０１〜５％配合することを特徴とする特許請求の範
    囲第４項記載のプラスチック組成物の製造方法。
19. （１９）ポリプロピレン樹脂に対し２，４，６トリアミ
    ノ−１，３，５トリアジンを０．０１〜５％配合するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラスチッ
    ク組成物の製造方法。