JPH03287666A - 鉄粉充填プラスチック組成物及びその製造法 - 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】 （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、テープレコーダーのフライ
ホイールがある。

従来か＼るフライホイールは、粉末冶金、切削加工など
の加工法により鉄、銅合金などからつくられていたが、
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輻な生産性向上と原価低減が
計り得る。

か−る目的の金属粉末充填プラスチックとしては、従来
多くのものが提案されてきた。即ち、か＼る組成物に配
合される金属系充填材としては、アトマイズ鉄粉、亜鉛
粉末、ステンレス鋼粉末、酸化亜鉛、フェライト、銅粉
、ブロンズ微粒子などが提案されているが、性能、コス
ト等のバランスに関し、全てを満足するものがないのが
現状である。

例えば、アトマイズ鉄粉は安価であるが粒子が粗大であ
るため、成形加工性が悪く、又配合時に分離しやすいた
め、成形品の組成の均一性などに関し難点がある。ｍ粒
子のアトマイズ鉄粉は篩分により採取するため歩留りが
悪くコスト上昇をまねくため金属製品の代替えが困難と
なる。銅粉、ブロンズ粒子も容易に高比重配合物をつく
り得るが、非常に高価で、一般の用途には採用出来ない
、亜鉛粉末は微粒子であるが、多くの樹脂材料に対し接
触的に作用するため、成形時に樹脂を分解し易く、その
ため成形品の物性が劣化する。酸化亜鉛、フェライトな
どの金属酸化物は、自体の比重が小さいため、高濃度に
充填しても、比重は４以下にとりまり、性能的に金属製
品の代替えに限度がある。

このように、従来技術では種々の理由により金属製品を
代替えし得る比重、強度をもったプラスチック材料は得
られておらず、この完成が業界より強く要望されていた
。

ｔｃ＋発明が解決しようとする問題点 本発明者らは、前述のような業界の要望に応じ、安価な
アトマイズ鉄粉を主成分として、従来技術では達成し得
なかった高比重、成形性、成形品強度、成形品表面光沢
を併せ持つプラスチック組成物を鋭意研究した結果、本
発明を完成するに至ったのである。

ｔｄ１問題点を解決するための手段 従来技術においてこのような目的に使用される鉄粉とし
ては、アトマイズ法により製造され、ＪＩｓ標準篩３０
０メツシュ通過の鉄粉が採用されていた。

しかるに、この鉄粉は平均粒子径が４０μ位であり、且
つ１５０〜２００μの粗大粒子が数％含まれる。このよ
うな粒状では、プラスチック材料粉末と混合した時、混
合物が容易に分離してしまい、均質な組成のコンパウン
ドを製造出来ない。

そのため配合比が制約されたり、或いは高濃度に配合し
ようとする時は、粘着性のある第三成分をバインダーと
して添加する必要があり、これは組成物の物性を低下さ
せる悪影響がある。

粗大な鉄粒子の他の欠点は、コンパウンドを射出成形す
る時、金型内を流動する材料により、先に注入された材
料中の鉄粒子が金型の先端方向へ押し流され易く、その
ため成形品の内部で比重の偏りを生じる傾向があること
である。そのため、成形品に較ベスプルー、ランナー中
のフィラー充填材量が少なくなり、これを再生使用する
と所望の比重の成形品が得られない。

か−る従来技術の欠点を改善するため本発明者らは特定
の粒度を持つ粉砕銑鉄粉を使用することにより、従来技
術の欠点を完全に解決することに成功し、この発明を完
成した。

こ＼でいう粉砕銑鉄粉は、昭和電工■製　極微粉粒度測
定７５５ｈｏｄｅｘ　ＰＳ−２を使用したマイクロシー
ブ法により分級した結果、直径５μｍ以内の粒子が１０
重量％以上含まれるものである。か＼る粉砕銑鉄粉はプ
ラスチック粒子と混合すると、分離することがないため
、粘着性のバインダー成分を添加する必要がないのであ
る。か＼る銑鉄粉は、従来法で使用されるアトマイズ銑
鉄の１０％以上を代替えして使用してもプラスチック粉
体との混合物の分離を防ぐ効果がある。

即ち、本発明は、マイクロシーブ法により測定した。５
μｒｎ以下の粒子を１０重量％以上含有する粉砕鉄粉１
００〜１０重量％、平均粒度約４０μｍのアトマイズ鉄
粉９０〜０重量％で構成される充填物を８０重量％以上
含有することにより構成される。

尚、該粉砕鉄粉の組成は、炭素含有率が大きいと成形機
、金型などが摩耗しやすいため、炭素含有率１％以下に
脱炭素したものが好ましい。

尚、該銑鉄粉とアトマイズ鉄粉を配合した組成物におい
て、他種、金属粉、金属酸化物等の無機充填材をアトマ
イズ鉄粉、粉砕銑鉄粉混合物の一部に代替えして配合す
ることも出来る。これらの第三成分としては、銅粉、青
銅粉、真鍮粉、亜鉛粉等の金属粉末、酸化鉄、ストロン
チウムフェライト、バリウムフェライト、酸化亜鉛、硫
酸バリウム等の高比重充填材、ガラス繊維などの強化材
、マイカフレーク、シリカ粉末などの剛性付与性の充填
材などがある。

か＼る充填材を樹脂中に配合するに当たり、充填材と樹
脂分の親和性を向上させるため、充填材表面を有機物で
コーティング処理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−γ−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
ンプリング剤、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
ルミネート系カン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γ−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、又これ以上配合する
と、組成物の比重を高く保つためには樹脂分を減量せね
ばならず、組成物の物性が低下するのである。

本発明を構成するプラスチック材料としては、熱可塑性
プラスチック、熱硬化性プラスチックが広く使用出来、
特に特定するものではないが、配合の容易さ、成形加工
性から熱可塑性プラスチックが好ましく、更に得られた
成形品の機械的強度、耐熱性等の特性が優れるエンジニ
アリングプラスチックが好ましい。か−る材料としては
、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、ＡＢＳ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、ポリブタジェンゴ
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
コボ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、或いはメヂレンビスステアロア
マイド、ステアリン酸、ステアリン酸の金属塩、ステア
リン酸モノグリセリド、モンクン酸エステル等の堝剤を
加え、成形品の離型性や表面事情性を改良する一般的技
法も採用できる。

本発明に係る高比重プラスチック組成物は、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、容易に実施することが出来る。

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ｆｉＩ′Ｉ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、及び熔融過
程の高粘度材料により、射出中のスクリューの前進が妨
げられる過程が少ない為、スクリューは設定されたスト
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、第一成分として、マイクロシーブ法による
測定により、５μｍ以下の粒子を１０重量％以上含有す
る粉砕銑鉄粉１００〜１０重量％、平均粒度４０μｍの
アトマイズ鉄粉９０〜０重９％で構成される充填物８０
重量％以上上記することにより、従来技術による鉄粉配
合プラスチック材料より格段に優れた機械的強度、成形
性、成形品の表面光沢を併せもつ高比重成形品を低コス
トで製造することを可能にしたものであり、その工業的
価値の大きい発明である。

（ｆ）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
。

（１）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　Ｐ３００Ａ、比ｉ！７．８５）　２５０００
　ｇを高速ミキサー（１？Ｉ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１２
５ｇ（信越化学工業社製ＫＢＥ９０３１２５　ｇ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７５０１７ｍで３００分間混を続け、アルコー
ル分を揮発させて処理鉄粉Ａをつくった。

該アトマイズ鉄粉の粒度は、Ｊ　Ｉ　Ｓ　　２８８０１
標準篩により測定した結果、次のようであった・該粉砕
銑鉄粉は昭和電工社製極微粉粒度測定器５ｈｏｄｅｘＰ
Ｓ−２を使用し、ＳｈｏｄｅｘＭＳ　　マイクロシーブ
を取付けて粒度分布を測定した結果、次のようであった
。

又、品性製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置５Ａ
ＬＤ−１１００で測定した５０％粒度は３８μｍ、５μ
ｍ以下の粒子は０．２％以下であった。

（１−２）粉砕銑鉄粉（吉川工業社製ＮＥＰＹ、比重７
．０）２５０００ｇを高速ミキサー（＠１カワタ製スー
パーミキ号−）中で低速で混合しながら、シランカフブ
リング剤１２５ｇ　（信越化学工業社製ＫＢＥ９０３１
２５　ｇ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７５０γ／ｍで３００分間混を続
け、アルコール分を揮発させて処理鉄粉Ｂをつくった。

（２）配合 前述の処理鉄粉、Ａ及びＢ、６−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（種層化成社製パンループＮ１８Ｐ）及びその他
の充填材、強化材を夫々表１に示すように計量し、ドラ
ム型ブレシダー中で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機（型締力１００　
Ｔ）に、スクリューと連動するスクリューフィーダーか
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鶴）、全長１２７龍、幅１２．７龍、厚さ３．２ｆ
ｌの棒型試験片のセット取りで成形した結果及び諸物性
の測定結果を表１に示す。

Ｔｇ）発明の効果 上述のように、本発明の組成物により安価なアトマイズ
鉄粉と粉砕銑鉄粉を併用し、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１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）５μｍ以下の粒子を１０重量％以上含有する粉砕
   鉄粉１００〜１０重量％、平均粒度４０μｍのアトマイ
   ズ鉄粉９０〜０重量％で構成される充填物を８０重量％
   １以上含有するプラスチック組成物。
2. （２）該粉砕鉄粉の炭素含有率が１％以下である請求項
   （１）記載のプラスチック組成物。
3. （３）請求項（１）記載のプラスチック組成物混合物を
   、特公昭５６−４７８４７に記載された混合機構を備え
   たスクリュー式射出成形機を使用して、成形品を製造す
   るプラスチック組成物の製造法。