JPH02185540A

JPH02185540A - 高比重プラスチック組成物及びその製造法

Info

Publication number: JPH02185540A
Application number: JP555689A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Moriwaki; 森脇　毅; Kenji Tsutsui; 筒井　謙二
Original assignee: Kishimoto Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kishimoto Sangyo Co Ltd
Priority date: 1989-01-12
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1990-07-19

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】＋ａｌ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プラ
スチック組成物に関する。詳しくは安価なアトマイズ鉄
粉を使用し、従来技術では達成し得なかった高い比重を
与え、しかも優れた成形加工性、機械的強度をもつ新規
の組成物とその製造法に関する。

（ｂ）従来の技術従来よりプラスチック材料に鉄粉等の金属粉末を高濃度
に配合した高比重材料は機械部品等に使用されている。

これらの代表的な用途には、テプレコーダーのフライホ
イールがある。高比重プラスチック組成物に係る従来技
術を例示すれば次のようである。特開昭６２−２１２４
５９号はナイロン１２基質で８２．５％の鉄粉を配合し
、比！３．６３を得ている。又特公昭６１−１１２６１
号ではすイロン６基質で亜鉛粉７４％を配合し、比重３
．０を得ている。又更に高比重の材料をつくる技術とし
ては、特開昭６１−２００１６５号はナイロン６基質で
亜鉛粉末９０％と強化用繊維を配合し比重４゜４の組成
物をつくり、又特開昭６２−１６９８５８号はナイロン
６基質で鉄粉８５％を配合し比重４゜３４の組成物を得
ている。更に特開昭６０−６７３８号は金属粉（主とし
て鉄粉）と無機充填剤を配合して最高比重４．４２の複
合材料を得ている。

即ち従来技術においては比重４．５以上で、かつ強度の
優れた成形品を安定して安価に製造する方法は存在しな
かった。

しかるに、近年高比重プラスチック材料は、その加工性
の良い特徴から、従来方法によるフライホイールに代わ
り採用が検討されている。この従来方法のフライホイー
ルとは、粉末冶金、切削加工などによりつくられた鉄、
銅、合金などの製品であり、これらを高比重プラスチッ
ク材料を使用した射出成形品に代替えすることにより大
幅な生産性向上と原価低減が計り得るからである。

しかるに、従来技術による高比重材料は、前述のように
比重が４．４程度が限度であり、これは金属材料の比重
例えば粉末冶金法による鉄製品の７．０切削加工法によ
る真鍮製品の８．７に比べ著しく低いため、金属製品よ
り寸法を大きくせねばならず、これは電気製品の小型化
の要求に逆行する。そのため、高比重プラスチック材料
を、加工性と機械的性能を維持しながら、比重を向上さ
せることが強く要望されるようになった。

（Ｃ１発明が解決しようとする問題点本発明者らは、前述のような市場の要望に応じ従来技術
では達成し得なかった比重の大きい複合組成物の開発を
進め鋭意研究を進めた結果、安価なアトマイズ鉄粉を主
成分とする高比重組成物において、比重４．５以上の組
成物並びに成形品をつ（る新しい方法を開発しこの発明
を完成したものである。

＋ｄ１問題点を解決するための手段以下にこの発明の構成を詳細に説明する。

この発明は、金属粉末等を高濃度に配合した高比重プラ
スチック組成物に関し、金属粉末混合物８５〜９２重量
％、熱可塑性４１１脂６〜１５重量％の配合を基本組成
とする。金属粉末混合物としては、第１成分としてアト
マイズ法でつくられた粒子径１５０μｍ以下の鉄粉と、
第２成分として粒子径ｌＯμｍ、好ましくは５μｍ以下
で比重３以上の粘柔性の金属粉末或いは金属化合物の混
合物である。

この第２成分の粘柔性の金属粉末或いは金属化合物粉末
を例示すると、直径５μｍ以下の亜鉛粉末（ジンクダス
ト）、クロム酸亜鉛、黄土、チタン黄、コバルトグリー
ン等の金属化合物、バリウムフェライト、ストロンチウ
ムフェライトのような金属酸化物の混合物の焼成体、べ
んがら、三酸化アンチモンのような金属酸化物があげら
れる。但しこの発明は、上記の例に限定されるものでは
ない。

こ＼に例示した金属粉末或いは金属化合物の微粒子は、
何れも粘着性が強く、又粉体自身の流動性が悪いため、
鉄粉とナイロン粉末に付着して両者の分離を防ぐ効果が
ある。これらの中でも、その作用効果と価格の点でフェ
ライト系が好ましい。

組成物の比重を従来技術の限界である４、５以上に上げ
るためには、第１成分の鉄粉と第２成分の金属粉或いは
金属化合物粉末の合計が８５〜９２重量％であり且つ第
２成分が組成物に対し４〜１５容積％、好ましくは８〜
１２容積％であることが必須である。

これよりも第２成分の量が少ないと、金属系フィラーと
樹脂粉末の混合物が分離を起こし、製品の比重の変動が
大きくなり、甚だしい時は押出機或いは射出成形機のシ
リンダー内で組成物が熔融流動せず、スクリュー回転、
前進が停止するに到る。

又、これよりも多いと、組成物中に占める金属フィラー
系の容積率が大き（なり、成形加工性が著しく阻害され
る。

特にこの組成物を射出成形機により直接成形して成形品
をつくる場合は、成形品個々の重量、寸法、強度、表面
光沢等の外観が変動し安定した製品を製造出来ない。

この第２成分の粉末としては、比重３以上、好ましくは
５以上であることが必要である。

これよりも比重が小さｋ）と、組成物の比重を従来技術
の限界である４、５以上に上げることが出来ない。又、
微粉体であっても自由に流動可能な形態では、混合物が
分離して安定した成形が出来ない。

これらの制約から、硫酸バリウム、マイカ、タルク、炭
酸カルシウム、カオリン、酸化チタン等はこの発明の範
囲には含まれない。

本発明の配合物において、少なくともアトマイズ鉄粉を
、好ましくはアトマイズ鉄粉と金属化合物の両方を事前
にカップリング処理を行い、或いは樹脂原料とブレンド
すると同時にカップリング剤を配合することが好ましい
。

この目的のためには、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、Ｎ−フェ
ニル−Ｔ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グ
リシドキシプロビルトリメトキシシラン等のシラン系カ
ップリング剤、又は有機官能基としてカルボキシ、脂肪
族、メタクリルオキシなど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が使用出来る。

最適なカップリング剤は、配合する樹脂により異なる。

ナイロンに対してはＴ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、ポリブチレンテレフタレートに対しては脂肪族系
ジルコアルミネートカップリング剤が好ましい。

カンプリング剤は、金属粉等に対して０．００１〜２．
０重量％、好ましくは０．０１〜１．０重量％配合する
ことが特に有効である。

これ以下の場合には効果が乏しく、又これ以上配合して
も、コストが上昇するのみで効果の向上は見られない。

この発明の金属粉末混合物高濃度配合組成物は各種強化
材を配合することにより強度と剛性を一層向上させるこ
とが出来る。この目的に配合する強化材としては繊維状
の強化材、特にガラス繊維が好ましい。

ガラス繊維の配合量は、１％〜３０％、好ましくは１０
％〜２０％である。他の繊維状強化材としては、珪酸カ
ルシウム（ウオラストナイト）、ゾノトライト、チタン
酸カリ、石膏繊維（フランクリンフアイバー）　、ＭＯ
Ｓ　（ＭｇＳＯ４・５　Ｍ　ｇ　０・８　ＨＯ）、アス
ベストなどがあげられる。

これら強化材の配合量は、組成物の１％〜４０％好まし
くは１０％〜３０％である。

本発明の組成物に配合されるプラスチックは、多くの熱
可塑性プラスチックが使用出来る。一般の高比重用途に
は塩化ビニル樹脂、低密度ポリエチレン、高密度ポリエ
チレン、ポリプロピレン、耐衝撃性ポリスチレン、ＡＢ
Ｓ樹脂などが適当である。ポリオレフィン系の樹脂には
、耐衝撃性を与える目的でエチレン・プロピレンゴム、
ポリブクジェンゴム等を配合することも好ましい。

高強度、高比重の用途には、プラスチック材料としてよ
り高性能のエンジニアリングプラスチック、例えばナイ
ロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファ
イドなどの結晶性樹脂、或いはポリカーボネート、ポリ
フェニレンエーテル−ポリスチレンブレンド樹脂、ポリ
サルホン、ボリアリレートなどの非結晶性樹脂を使用出
来る。

これらエンジニアリングプラスチックは、その耐衝撃、
耐ストレスクラッキング性、成形性などを改善する目的
で、ポリマーアロイ化されることも多く、これらも本組
成物用の樹脂に含まれる。

特に高衝撃性を与えるために加える改質材として、エチ
レン−プロピレンゴム、スチレンーブタジエンブロソク
コポリマー及びその水添物、ブチルアクリレートエラス
トマーがあり、ナイロン用にはこれらに不飽和カルボン
酸或いはその無水物、例えばアクリル酸や無水マレイン
酸を付加させたエラストマーが効果があることはよく知
られている。

但し本発明は上述の樹脂により制約を受けるものではな
い。

又、金属粉末混合物と樹脂との混合物に、フエノル系安
定剤、フォスファイト系安定剤等の安定剤を加えて成形
加工時の着色を防止し、或いはメチレンビスステアロア
マイド、ステアリン酸、或いはその金属塩、モンクン酸
エステル等の滑剤を加え、成形品の離型性や表面平滑性
を改良する−般の技法を用いることも出来る。

これら混合物を、常法により熔融混合（メルトコンパウ
ンディング）することにより、容易に高比重プラスチッ
ク材料を造ることが出来る。

又、この混合物を、スクリュー式射出成形機により、混
合物より直接に成形品に賦形することも可能である。

この工程に用いる射出成形機としては、特に日本国特許
第１１０４７２７号公報に記載される混練機構を備えた
射出成形機が、金属粉末混合物を均一に分散させる効果
が大きい為本発明の実施に優れた効果を発揮する。

尚、本発明に係る組成物の射出成形においては、射出成
形機のスクリューと連動して作動する材料供給装置を付
設し、且つ材料が成形機シリンダー内に飢餓状態で供給
されるように調整しつ＼、成形することが好ましいので
ある。

この効果は、材料が充分に脱気されること、及び溶融過
程の高粘度材料により、射出中のスクリュの前進が妨げ
られる過程が少ない為、スクリュは設定されたストロー
ク内を、設定されたスクリュー位置と射出速度の組合せ
に従い円滑に前進することによって、精密な成形品を製
造するのに極めて有効であるからである。

但し、本発明に係る組成物自体は勿論これらの製造方法
によって制約を受けるものではない。

（ｅ）作用この発明は、第１成分としてアトマイズ法でつくられた
鉄粉と第２成分として粒子径１０ｐｍ以下の粘柔性の金
属化合物の混合物８５〜９２重量％と、熱可塑性樹脂８
〜１５重量％を配合し、且つ該第２成分を全組成物に対
し４〜１５容積％、好ましくは８〜Ｉ２容積％配合する
ことにより、従来の技術において達成し得なかった高濃
度充填を可能にし、而も成形加工性に優れ、成形品の機
械的強度も優れる比重４．５以上の高比重プラスチック
組成物の開発に成功したものである。

更に、この発明では、該組成物から成形品を能率良く製
造する方法も開発したものである。

Ｔｆｌ実施例以下に実施例を挙げて本発明の構成を具体的に説明する
。

ｉｌｌフィラーの処理（１−１）アトマイズ法でつくられた鉄粉（川崎製鉄社
製Ｋ　Ｉ　Ｐ２Ｏ３八、比重７．８５）２５０００ｇを
高速ミキサー（＠カワタ製スーパーミキサー）中で低速
で混合しながら、シランカップリング剤１２５ｇ　（信
越化学工業社製ＫＢＥ９０３１２５ｇを、変性アルコー
ル／水＝９／１熔液で５倍に希釈）を添加し、引続き７
５０１７ｍで３０分間混合を続け、アルコール分を揮発
させて処理鉄粉をつくった。

（１−２＞フェライト粉末（戸田工業社製ＤＢ８５０、
平均粒子径２μｍ）２５０００ｇを高速ミキサー（＠カ
ワタ製スーパーミキサー）中で低速で混合しながら、シ
ランカップリング剤１２５ｇ（信越化学工業社製ＫＢＥ
９０３１２５ｇを変性アルコール／水＝９／ｌ溶液で５
倍に希釈）を添加し、引続き７５０１７ｍで３０分間混
合を続け、アルコール分を揮発させて処理フェライトを
つくった。

（２）配合前述の処理鉄粉、処理フェライ１−１６−ナイロン粉末
（宇部興産社製１０１１Ｆ　）　、及びメチレンビスス
テアロアマイド（旧暦化成社製パンループＮ１８Ｐ）を
夫々表１に示すように計量し、ドラム型ブレンダー中で
５分間混合した。

この混合物を、日本国特許第１１０４７２７号に記載さ
れた熔融混練機構を備えた射出成形ｔａ（型締力１００
Ｔ）に、スクリューと連動するスクリュフィーダーから
成形機シリンダー内の供給部が飢餓状態になるように混
合物を供給し、成形を行った。

成形品はＡＳＴＭ　　Ｄ６３８４型引張試験片（厚さ３
．２　ｍ＊と直径５９ｍｍ、肉厚３．２鰭の円板のセッ
ト取り）で、成形の結果及び引張強さ、比重（円板で測
定）結果を表１に示す。

このように、本発明の組成物により安価なアトマイズ鉄
粉を使用し、而も従来技術では達成し得なかった高比重
をもち且つ物性が優れた成形品を安定して製造すること
が可能になった。

（表の注）（１１ブレンド物が分離し、鉄粉がスクリューにつまり
回転しなくなった。

（２）成形は可能であったが、スクリュー回転の変動が
大きい。　成形品の表面の平滑性が悪い。

（３）スクリュー回転のトルクが不足し、混合物を可塑
化せず、成形は不可能であった。

Ｔ４１ＡＳＴＭ　　Ｄ６４８　４型　引張試験片を完全
に充填しないため、測定出来ない。

更に、この発明はかかる高比重配合物からフライホイー
ルのような成形品を効率良く成形する方法も開発したも
ので、その工業的効果は極めて大きい発明である。

（ｇ１発明の効果この発明は、金属粉末を高濃度に配合した高比重プラス
チック組成物において、アトマイズ法でつくられた安価
な鉄粉と粘柔性の金属化合物微粉末を適切な比率に配合
することにより、金属系と樹脂粉末混合物の分離を防止
し、従来技術では達成し得なかった高濃度組成物の完全
な均一混合と成形加工性を確立し、高比重で物性の優れ
た成形品を安価に、且つ安定して製造することに成功し
たものである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１成分としてアトマイズ法によりつくられた粒
子径１５０ｍμ以下の鉄粉と、第２成分として比重が３
以上で粒子径１０ｍμ以下の粘柔性の金属粉末或いは金
属化合物粉末を８５〜９２重量％充填したプラスチック
組成物において、第２成分が全組成に対して４〜１５容
積％である金属粉末高濃度充填プラスチック組成物。
（２）請求項１記載の組成物の製造に際し、粉体混合物
をスクリューインライン式射出成形機により成形するこ
とを特徴とする組成物の製造方法。
（３）射出成形機が特許第１１０４７２７号明細書に記
載される混練機構を備える成形機であることを特徴とす
る請求項２記載の組成物の製造方法。
（４）射出成形機のスクリューに連動して作動する材料
供給装置より、成形機シリンダーのフィード部が飢餓状
態になるように混合材料を供給することを特徴とする請
求項２記載の組成物の製造方法。