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    公开号:WO1990005164A1
    申请号:PCT/JP1989/001106
    申请日:1989-10-27
    公开日:1990-05-17
    发明作者:Masazi Nakai
    申请人:Mitsubishi Corporation；Mikuni Seisakusho Co., Ltd.；
    IPC主号:C08J5-00
    专利说明:
    [0001] 明 複合材組成物 の製造方法 技 術 分 野
    [0002] 本発明は、 ポリプロピレン樹脂を基材とする複合材組成 物に関し、 さ らに詳しく は、 高温下での諸特性にすぐれる と共に特に低温下での衝撃強度にもすぐれた複合材組成物 の製造方法に関する。
    [0003] 背 景 技 術
    [0004] 一般にポリプロピレン樹脂は加工性にすぐれているが、 これを金属材料と比較した場合、 強度、 剛性、 耐熱性、 寸 法安定性あるいは耐燃性において劣る。 これらのポリプロ ピレン樹脂に不足する諸特性を改善するために、 樹脂中に タルク、 炭酸カルシウム、 マイ力、 などの無機充填材を配 合したり、 ガラス繊維などの綞維材料を配合することによ つて特性を向上させることが種々提案されている。
    [0005] 上述した従来技術のうちでも、 ポリプロピレン樹脂へ無 機充填材を配合することは、 剛性、 耐熱性を改善させるこ とができる点で有利ではあるが、 逆に強度的には劣化する 傾向が著しく、 さらに比重が増加し、 衝撃強度も著しく損 なわれるという欠点がある。
    [0006] —方、 ガラス繊維などの繊維強化複合材料は、 強度の向 上効果の点においてすぐれた物性を発現させるが、 これを 成形する場合、 たとえば射出成形で所望成形品を得る場合 において、 充填繊維が押出機の大きなせん断応力によって 切断され易く 、 成形後の鐵維長は通常 0 . 2 誦程度になる ことが知られている。 ところが、 理論的には一定の強度向 上効果を得るためには充填繊維はある程度の長さを保持し ていることが必要であり、 この点において従来の技術はガ ラス繊維による強化効果を充分発揮し得ていないのが現状 である。 また、 温度レンジに関して特性を比較した場合、 ガラス繊維などの無機充填材を配合した材料は、 一般に高 温度側の物性向上において効果があるが、 低温度側 （たと えば 0〜一 4 0 °C ) における物性 （特に耐衝撃性） が著し く低下する傾向にある。 他方、 低温での衝撃強度を改善す る目的で、 従来エチレンプロピレンラバーなどの合成ゴム 材料を配合することも行われているが、 一般にゴム成分の 添加は材料の耐熱性を低下させるのでこの点で問題がある c このように、 高温側と低温側の双方をカバーする幅広い 温度範囲における特性を調和的向上させ得るすぐれた物性 を有した複合材料は未だ得られていないのが現状である。
    [0007] 発 明 の 開 示
    [0008] 本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたも のであり、 高温側と低温側の双方の温度領域においてすぐ れた特性を有し、 特に一 3 0 °Cにも及ぶ低温下での銜撃強 度に著しくすぐれた複合材組成物の製造方法を提供するこ とを目的としている。 上記の目的を達成するために、 本発明の複合材組成物の 製造方法は、 （ィ） ポリプロピレン樹脂 1 0 0重量部に対 し、 （口） 繊維径 1 〜 1 0デニール、 繊維長 0 . 5 〜 5 0 删、 繊維強度 5 〜 1 3 g Z dの範囲にあるポリエステル繊 維 1 0 〜 1 0 0重量部を 2 0 0 C以下の温度条件下で溶融 混合し、 成形することを特徴と している。
    [0009] 図面の簡単な説明
    [0010] 第 1図は本発明の製造方法において用いられ得る芯鞘構 造を有する繊維の断面図である。
    [0011] 堯明を実施するための最良の形態 本発明は、 基本的には、 母材と してのポリ プロ ピレン樹 脂と充填材と してのポリエステル繊維とを組合せて構成し た複合材組成物に関するものである。
    [0012] 母材となるポリプロピレン樹脂としては、 ポリプロピレ ンの他にエチレン—プロ ピレン共重合体、 あるいはこれら のマレイ ン酸誘導体などが適宜用いられ得る。 これらのポ リプロピレン樹脂は、 1種類を単独で配合してもよく 、 あ るいは必要に応じて複数種類の樹脂を適宜選択的に混合し たものであってもよい。 一般にポリプロピレン樹脂は耐熱 性、 機械的特性にすぐれているが、 これらの特性を一層向 上させたい場合には、 特に結晶化度の高いポリプロ ピレン が好ま しく用いられ得る。 このような高結晶ポリプロピレ ン （H C P P ) の具体例と しては、 たとえばチッ ソ石油化 学社製の H C P Pが挙げられる。 上記の母材に配合するポリエステル繊維としては、 ェチ レンダリ コールとテレフタル酸との重縮合によって得られ るポリエチレンテレフタ レ一 ト繊維も しく はこの繊維と他 のポリオレフィ ン纖維との複合繊維が好ま しく用いられる。 複合繊維の例としては、 第 1図に示すような芯部 1がポリ エチレン、 ポリプロピレン、 あるいはこれらにカルボン酸 基を付加したポリマ一からなり、 鞘部 2がポリエステル纖 維からなる芯鞘構造を有するコンジユゲー ト織維が好まし く用いられる。 この場合、 芯部 1を構成するポリマーは、 複合材の母材となるポリプロピレン樹脂より も溶融時の粘 度が高く、 しかもポリプロピレン樹脂との溶着性にすぐれ たポリマーであることが、 低温衝撃特性の改善を図る上で 好ま しい。 通常、 母材の樹脂と充填材である繊維との間の 接着性の向上を図るためには、 力ップリ ング剤を添加する ことが考えられるが、 従来のカップリ ング剤は本発明の複 合材組成物におけるポリプロビレン樹脂とポリエステル纖 維との組合わせにおいては必ずしも有効ではなく、 特に低 温衝撃特性の向上効果は期待できない。 本発明者の研究に よれば、 上述した芯鞘構造を有するコンジユゲー ト繊維は、 母材であるポリプロピレン樹脂との溶着性にすぐれている ので物性の向上を図る上で好ま しい。
    [0013] また、 本発明のポリエステル繊維の形態としては、 纖維 径が 1 〜 1 0デニール、 繊維長が 0 . 5 〜 5 0 龍、 さらに 好ま しく は 3 〜 1 0 誦、 織維強度が 5 〜 1 3 g Z d、 さら に好ま しく は 9〜 1 3 g Z dの範囲にあることが望ま しい, ポ リ エステル繊維の繊維長が◦ . 5 mm未満の場台は、 低 温領域での衝撃強度の改善効果が十分ではな く 、 一方、 5 〇 脑を超えると、 流動性が悪く なり、 複合化の段階で 均一な分散が困難になる。 また、 成形性も低下するので 好ま し く ない。 さ らに、 繊維強度が 5 g Z d未満でも低 温での衝撃強度の改善効果は少ない。 一方、 繊維強度が 1 3 g / dを超えるポリエステル繊維は現在のところ作ら れてはいない。
    [0014] 本発明においては、 上述した母材と してのポリプロピレ ン樹脂 1. 0 0重量部に対して、 上記ポリエステル繊維を 1 0〜： 1 0 0重量部、 さらに好ま しく は 2 5〜： L 0 ◦重量 部添加する。 ポリエステル繊維の添加量が 1 0重量部未満 の場合は、 低温での衝撃強度の改善効果が不十分であり好 ま しく ない。 一方、 1 0 0重量部を超えてポ リ エステル繊 維を添加すると流動性が悪く なり、 複合化の段階で均一な 分散が困難になる。 また、 成形性も低下するので好ま しく ない。
    [0015] 本発明の複合材組成物においては、 上記の必須配合成分 の他に、 必要に応じて他の種類の添加材料を付加的に配合 することができる。 たとえば、 目的成形品に要求される物 性 （たとえば衝撃強度） をさ らに向上させることを目的と してエチ レ ンプロ ピレ ンラバーなどの合成ゴムあるいは他 の種類の熱可塑性榭脂を添加することができる。 また、 目 的成形品の曲げ弾性率を向上させることを目的としてタル クなどの無機充填材を添加することができる。 これらの付 加的添加材料は、 上記ポリプロピレン樹脂 1 0 0重量部に 対して 5〜 5 0重量部の割合で添加することが好ま しい。
    [0016] 次に、 上記の構成材料を用いて複合材組成物を製造する ための具体的方法について説明する。
    [0017] まず、 上述したポリエステル繊維、 ポリプロピレン樹脂 およびその他の添加材 （以下、 これらを総称して原料とい う） とを所定の量比で配合し、 バンバリ一ミキサー、 口一 ルミキサー、 ニーダーなどの混合装置に投入して撹拌混合 する。 ポリエステル維維の比重は従来の充填材ないし強化 材の約半分であるため、 重量部で従来の充填材と同量を添 加したとしても容量部では約 2倍量の充填を行う ことにな る。 しかも、 ポリエステル纖維の通常、 集束された状態も のが多いため、 混合装置內で繊維を均一に分散させること は困難となる。 したがって、 本発明の方法においては、 混 合装置へのポリエステル繳維の供給は単繊維の状態で行う ことが分散性の向上を図る上において肝要である。 特に、 鏃維の分散状態が不均一であると、 得られる複合材組成物 の衝撃強度に悪影響を与えるので、 たとえば集束されたポ リエステル繊維を原料として用いる場合にあっては、 繊維 の前処理として、 カー ドなどの解纖機による単繊維化を行 つておく ことが好ましい。 また、 本発明においては、 ポリ エステル織維としては前記の数値限定の条件を満足するも のである限り、 廃材、 たとえば繊維工場等から廃棄物と し て放出される繊維屑も使用することが可能であり、 資源の 再利用、 リサイ クルの観点でも有利である。
    [0018] 上記の原料の溶融混合においては、 非加熱下もしく は加 熱下での上記混合過程で原料の温度は序々に上昇し、 母材 であるポ リ プロ ピレン樹脂 （融点は約 1 6 3。C ) が溶融を 開始して原料中の繊維表面に融着し始め、 溶融樹脂中に繊 維が均一に分散される。 本発明においては、 この工程を 「溶融混合」 と称する。 本発明の溶融混合工程においては、 原料の温度を 2 ◦ 0 C以下、 さ らに好ま しく は 1 9 0 °C以 下に維持することが低温衝撃強度を高める上で重要である。 本発明者の知見によれば、 溶融混合温度が 2 0 0 °Cを超え ると配合繊維の性質が何らかの原因で劣化し、 これに起因 して、 得られる複合材組成物の低温衝撃強度が著しく低下 するものと考えられる。
    [0019] 上記の溶融混合によって得られた溶融混合物を、 押出機 などの公知の装置を用いて押出し、 ペレツ ト状あるいはシ 一 ト状などの所望の形状に成形する。 本発明の方法におい てはこの成形工程においても原料 （溶融混合物） の温度を 2 0 CTC以下、 さらに好ま しく は 1 9 0 °C以下に維持する ことが重要である。 すなわち、 原料温度が 2 0 0 Cを超え ると、 原料中のポリエステル繊維がその熱と押出機からの 強いせん断力の作用により切断され、 目的とする低温衝撃 強度の改善効果が得られなく なることに留意すべきである。 本発明における複合材組成物は、 上記の押出成形の他にも、 射出成形法、 真空成形法、 スタンビング成形法などの公知 の成形法によつて所望形状に成形することができるが、 成 形時の温度を上述したように厳格に制御することが、 低温 衝撃特性の向上を図る上で重要である。
    [0020] なお、 射出成形で成形する場合、 成形金型の温度を 7 0 °C以上に維持することによってその材料表面層が樹脂層で 覆われるので、 成形収縮に伴う繊維の浮出しの問題は、 ポ リエステル繊維の柔軟さも幸いして発生することはない。 以下、 本発明の実施例について説明する。
    [0021] 実施例 1 - メノレトフ口一レー ト 5 0のポリプロ ピレンブロ ッ クコー ポリマー 6 0重量部に対して、 エチレンダリ コールとテレ フタール酸の縮合より製造される通常のポリエステル繊維 ( 5デニール、 強度 7 g Z d、 繊維長 3 誦） 3 0重量部と 微粒子タルク 1 0重量部とをヘンシルミキサーを用いて 1 9 0 °C以下で均一に溶融混合させ、 塊状となった混合物 を粉砕機を用いて細粒とした。 得られた細粒を通常の射出 成形機を用いて、 樹脂温度 1 9 0 Cに制御しつつ射出圧 1 0 0 O kg Z cifにて試験片を作成し、 複合材の物性を測定 した。 得られた複合材の物性を表 1に示す。 参考例 2とし てメノレ トフローレー ト 5 0のポリプロ ピレンブロッ クコー ポリマー 6 0重量部に対して、 ガラス繊維 3 0重量部より 成る複合材の物性を表 1に示す。 実施例 1、 参考例 1およ び参考例 2から、 本発明に係るポリエステル繊維を用いる ことによって、 ポリプロピレン樹脂の高温物性が改良され、 さ らにこれに加えて低温衝撃が著しく改善されることが分 かる。
    [0022] 実施例 2
    [0023] メル トフローレー ト 5 0のポ リプロ ピレンブロ ッ ク コー ポリマー 6 0重量部に対して、 エチレングリ コールとテレ フタール酸の縮合より製造される通常のポリエステル繊維 ( 5デニール、 強度 7 g / d、 繊維長 6 ram) 3 0重量部と 微粒子タルク 1 0重量部とをへンシルミキサーを用いて 1 9◦ eC以下で均一に溶融混合させ、 塊状となった混合物 を粉砕機を用いて細粒とした。 得られた細粒を、 実施例 1 と同様の方法で物性を測定した。 得られた複合材の物性を 表 1に示す。
    [0024] 実施例 3
    [0025] メ ル トフロー レ一ト 5 0のポ リ プロ ピレンブロ ッ ク コ一 ポリマー 6 0重量部に対して、 高強力ポリエステル繊維 ( 5デニール、 強度 9 g Z d、 繊維長 3 ） 3 0重量部と 微粒子タルク 1 0重量部を配合し、 実施例 1 と同様の方法 で物性を測定した。 得られた複合材の物性を表 2に示す。 実施例 4
    [0026] メル トフロー レ一 ト 5 0のポリプロ ピレンブロ ッ ク コー ポリマー 6 0重量部に対して、 高強力ポリエステル繊維 ( 5デニール、 強度 9 g Z d、 繊維長 6 mm) 3 0重量部と 微粒子タルク 1 ◦重量部を配合し、 実施例 1 と同様の方法 で物性を測定した。 得られた複合材の物性を表 2に示す。 実施例 5
    [0027] メル トフローレ一 ト 1 8の高結晶化度ポリ プロ ピレンブ ロックコーポリマー （チッ ソ石油科学 ； HCPP 5420 ) 7 5 部に対して、 高強力ポリエステル繊維 （ 5デニール、 強度 9 g Z d、 繊維長 6 腿） 2 5部を配合し、 実施例 1 と同様 の方法で複合材とし物性を測定した。 得られた物性を表 2 に示す。
    [0028] 実施例 6
    [0029] メルトフローレー ト 6の高結晶化度ポリプロ ピレンプロ ッ クコーポリマー （チッ ソ石油科学 ； HCPP 5206 ) 7 0 部に対して、 高強力ポリエステル纖維 （ 5デニール、 強度 9 g Z d、 繊維長 9 mm ) 3 0部を配合し、 実施例 1と同様 の方法で複合材とし物性を測定した。 得られた物性を表 2 に示す。 実施例 7
    [0030] メルトフローレー ト 1 8の高結晶化度ポリプロ ピレンブ ロッ クコーポリマー （チッソ石油科学 ； HCPP 5420 ) 7 5 部に対して、 高強力ポリエステル織維 （ 5デニール、 強度 6 g Z d、 繊維長 6 翻） 2 5部を配合し実施例 1 と同様の 方法で複合材とし物性を測定した。 得られた物性を表 2に 示す。 項 目 A ST M法 単 位 参考例 1 参考例 2 実施例 1 実施例 2 密 度 D-792 g / ClA 0.90 1.14 1.08 1.08 引 張 強 度 D-638 kg/ ci 350 850 400 430 伸 度 D-638 % 15 5 8.2 7.5 曲 げ 弾 性 率 D-790 kg/cif 15000 55000 24400 24800 ァィゾッ ト 23 。C D-256 kg/ cm/ cm 3.3 8.0 14 20 衝 撃 強 度
    [0031] (ノイッチ付) -30 °C 同上 同 上 2.0以下 4.0以下 12 17 熱変形温度 4.6 kg D-648 °C 105 150 144 144 硬 度 D-785 R scale 97 110 95 95
    [0032] 2
    [0033] 項 目 牛 IJ. Φ天/ Hii l'Jl Φ ■^lΐm¾例V'i S 宝犬 M BB リI ft Ό Φ1^ϋ}17 密 度 s / Cm 丄 · uo J.. uo 丄 * υυ 上 1， Π υΠυ U . Ό 引 張 強 度 Π- R oqn
    [0034] V R 0Q00 H¾/ し m QUO 伸 度 Π υ-R uQRo in 1/ 11 i 曲 げ 弾 性 率 D-790 kg/ c£ 24000 24500 22500 23500 19500 ァィゾッ ト 23。C D-256 kgZcmZ cm 20.0 32.8 42 42 40 衝 搫 強 度
    [0035] (ノイッチ付) -30 °C 同上 同 上 19.0 30.0 39 39 37 熱変形温度 4.6 kg D-648 °C 146 144 147 147 135 硬 度 D-785 R scale 95 95 105 105 100
    [0036] 上記本発明の実施例の結果からも明らかなように、 本発 明の方法で得られる複合材組成物は、 ポリプロピレン樹脂 と特定のポリエステル繊維とを組合わせ、 かつ 2 0 0 °C以 下の温度で溶融混合と成形を行うようにしたので、 得られ る複合材は、 高温度側と低温度側の双方においてすぐれた 物性を有し、 特に低温衝撃特性において顕著な向上効果を 有している。
    [0037] 産業上の利用可能性
    [0038] 本発明の方法によつて得られる複合材組成物は、 特に過 酷な自然環境下で使用される各種建材、 自動車用部材など、 高温度側と低温度側の双方において調和的ですぐれた物性 ならびに機械的特性が要求される材料に広く適用され得る。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . (ィ） ポ リ プロ ピレン樹脂 1 0 0重量部に対し、 (口） 繊維径 1 〜 1 0デニール、 繊維長◦ , 5 〜 5 0 藤、 纖維強度 5 〜 1 3 g Z dの範囲にあるポリエステル繊維 1 0 〜 1 0 0重量部を 2 0 0 °C以下の温度条件下で溶融混 合し、 成形することを特徴とする、 高温度側と低温度側の 双方における物性にすぐれた複合材組成物の製造方法。
    2 . 低温下における衝撃強度に特にすぐれた複合材組 成物を得る、 請求項 1の方法。
    3 . 前記ポリ プロ ピレン樹脂 1 0 0重量部に対し、 さ らに無機充填剤を 5 〜 5 0重量部の割合で添加する、 請求 項 1の方法。
    4 . 前記ポ リ プロピレン樹脂 1 0 ◦重量部に対し、 さ らにエチレンプロ ピレンラバーおよび Zまたは無機充填材 を 5 〜 5 0重量部の割合で添加する、 請求項 1の方法。
    5 . 前記ポリ エステル繊維が、 芯 （ポリオレフイ ン） —鞘 （ポリエステル） 構造を有するポリエステル—ポリオ レフィ ンコ ンジユゲー ト繊維である、 請求項 1の方法。
    6 . 前記ポリ プロ ピレン樹脂が、 高結晶ポリ プロピレ ン樹脂である、 請求項 1の方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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