JPH0730211B2 - 熱可塑性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱可塑性樹脂組成物の製造方法に関する。さ
らに詳しくは、外観が良好で、優れた物性を有する熱可
塑性樹脂組成物を常に安定した品質で製造することがで
きる熱可塑性樹脂組成物の製造方法に関する。

［従来の技術および課題］ 従来、極微細であり高アスペクト比である無機質繊維で
熱可塑性樹脂を強化した熱可塑性樹脂組成物は、剛性が
大きいのみならず、ガラス繊維で熱可塑性樹脂を強化し
てなる熱可塑性樹脂組成物と比較して、表面外観が良好
で、かつ高強度であることは、すでに知られている（特
開昭57−109846号）。

しかしながら、前記無機質繊維とペレット状またはパウ
ダー状などの固形の熱可塑性樹脂とを混練機内で混練す
ると、前記無機質繊維は極微細であるがために折れ易い
ので、破断されて、熱可塑性樹脂の強度を向上させる効
果を充分に出すことができないという問題点がある。

一方、熱可塑性樹脂に混練する折れ易い無機質繊維を破
断させない方法として、一般に、ガラス繊維と熱可塑性
樹脂とを混練するのに用いている方法がある。

その方法とは、別個独立の原料供給口を有する押出機に
おいて、押出口から遠くに位置する原料供給口（第１供
給口）に先ず熱可塑性樹脂を供給し、押出機内で前記熱
可塑性樹脂を加熱することにより、前記押出口から近く
に位置する原料供給口（第２供給口）近辺で前記熱可塑
性樹脂を溶融状態にし、この溶融状態にある熱可塑性樹
脂に第２供給口からガラス繊維を供給し、これによって
溶融状態の熱可塑性樹脂とガラス繊維とを押出機内で混
練する方法である。

前記方法を、前記無機質繊維と熱可塑性樹脂とを混練す
るのに用いると、前記無機質繊維は極微細であり、高ア
スペクト比であるので、（１）絡み合いが強く、混練し
ても絡み合いが充分にほぐれないので、前記無機質繊維
がすぐに押出機のメッシュにつまって生産することがで
きなくなったり、均一に分散していないために成形品の
表面外観が悪く、成形品の性能が不良になるなどの不具
合を生じたり、（２）この場合、前記無機質繊維の嵩比
重が0.1以下の小さな値であるので、著しく嵩がはるた
め、前記無機質繊維が混練機に充分にかみ込んでいか
ず、溶融状態の熱可塑性樹脂に少量しか投入できないな
どの実際的な問題点を有している。

このように、実際には、前記無機質繊維で熱可塑性樹脂
を強化した熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前
記無機質繊維で熱可塑性樹脂を強化する効果を充分に発
揮することができる製造方法はないという問題点があ
る。

本発明は、前記事情に基いてなされたものである。

すなわち、本発明の目的は、極微細であり高アスペクト
比である無機質繊維で熱可塑性樹脂を強化する効果を充
分に発揮することができ、常に安定した品質を有する熱
可塑性樹脂組成物を製造することができる熱可塑性樹脂
組成物の製造方法を提供することにある。

［前記課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するための本発明の構成は、平均繊維径
が0.1〜1.0μｍであり、平均アスペクト比が50〜300で
あり、吸油量が400ml/100g以上である無機質繊維を造粒
することにより得られる平均径が0.5〜5mmであり、嵩比
重が0.15〜0.4である造粒繊維と、溶融状態の熱可塑性
樹脂樹脂とを混練機内で混練することを特徴とする熱可
塑性樹脂組成物の製造方法である。

本発明における無機質繊維としては、繊維状マグネシウ
ムオキシサルフェート、チタン酸カリウム繊維、水酸化
マグネシウム繊維、酸化マグネシウム繊維、石膏繊維、
ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、ケイ酸カルシウム繊維、
炭素繊維などを用いることができる。

特に繊維状マグネシウムオキシサルフェート、水酸化マ
グネシウム繊維、酸化マグネシウム繊維などのマグネシ
ウム系繊維が好ましい。

本発明において、前記無機質繊維の平均繊維径は、0.1
〜1.0μｍの範囲内であり、好ましくは、0.2〜0.8μｍ
である。

平均繊維径が0.1μｍ未満の場合には、無機質繊維が折
れ易くなり、破断されて、熱可塑性樹脂の強度を向上さ
せる効果を充分に出すことができなくなったり、無機質
繊維を造粒することにより得られる造粒繊維の繊維の絡
み合いが強固になり、前記繊維の絡み合いが充分に解れ
なくなったり、前記造粒繊維の嵩比重が小さくなりすぎ
て、前記造粒繊維が混練機に充分にかみ込んでいかなく
なったりすることがある。

平均繊維径が1.0μｍを超える場合には、成形品にゲル
が発生することなどにより成形品の外観が悪くなること
がある。

本発明において、前記無機質繊維のアスペクト比は、50
〜300であり、好ましくは、60〜200である。

アスペクト比が50未満の場合には、熱可塑性樹脂の強度
や剛性を向上させる効果を充分に出すことができないこ
とがある。

アスペクト比が300を超える場合には、成形品にゲルが
発生することなどにより成形品の外観が悪くなることが
ある。

本発明において、前記無機質繊維の吸油量は、400ml/10
0g以上であり、好ましくは、450ml/100gである。

吸油量が400ml/100g未満の場合には、前記造粒繊維の絡
み合いが強固になり、繊維の絡み合いが充分に解れなく
なる。

本発明では、前記平均繊維径、アスペクト比および吸油
量につき特定の値を有する無機質繊維を適宜の方法によ
って造粒することにより得られる特定の平均径および嵩
比重を有する造粒繊維を使用する。

造粒についての適宜の方法として、たとえば、所定量の
水を入れた撹拌槽に、前記無機質繊維を投入し、撹拌下
に無機質繊維の絡み合いである凝集体を解砕し、水分を
分離後、ゲル状になった解砕繊維を、その系が0.3〜5mm
である穴より押出して粒状化し、これをオーブン中で乾
燥して目的の造粒繊維を製造する方法を挙げることがで
きる。

本発明において、造粒についての方法は、無機質繊維を
水中で撹拌し、繊維の絡み合いである凝集体を解砕し、
繊維の絡み合いを解く工程を有しているのが好ましい。
なお、無機質繊維の絡み合いである凝集体が多いもの
は、無機質繊維の吸油量が400ml/100g未満となる。

前記造粒繊維の平均径は、0.3〜5mmであり、好ましくは
0.5〜3mmである。

平均径が0.3mm未満あるいは5mmを超える場合には、前記
造粒繊維が混練機に充分にかみ込んでいかなくなり、安
定した品質を有する熱可塑性樹脂組成物の製造が困難に
なる。

前記造粒繊維の嵩比重は、0.15〜0.4であり、好ましく
は0.18〜0.35である。

嵩比重が0.15未満の場合には、前記造粒繊維が混練機に
充分にかみ込んでいかなくなり、安定した品質を有する
熱可塑性樹脂組成物の製造が困難になる。

嵩比重が0.4を超える場合には、前記造粒繊維の絡み合
いが充分に解れなくなり、成形品にゲルが発生すること
などにより成形品の外観が悪くなることがある。

本発明における熱可塑性樹脂としては、熱を加えると溶
融流動して可塑性をもつようになり、冷却すると固化す
るものであれば特に制限はなく、たとえば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、アクリル樹脂、ABS樹脂、ナイロン、ポリ
アセタール、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル
などが挙げられる。

特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどの
ポリオレフィンが好ましい。さらに、ポリプロピレンが
より好ましい。なぜならば、前記無機質繊維がポリプロ
ピレンに均一に分散していることにより、より優れた機
械的特性を発揮することができるからである。

また、前記熱可塑性樹脂は、単独重合体、共重合体、二
種以上の熱可塑性樹脂の混合物のいずれであってもよ
い。

また、前記熱可塑性樹脂は、本発明の目的を損なわない
程度であれば、熱可塑性樹脂に各種エラストマー、各種
無機充填剤、各種添加剤の一種または二種以上を配合し
たものであってもよい。

前記エラストマーとして、たとえばEPラバー、SBラバー
などを所望に応じて配合してもよい。

前記無機充填剤として、たとえばタルク、セリサイト、
クレー、カーボンブラック、酸化チタンなどを所望に応
じて配合してもよい。

さらに、前記添加剤として、表面処理剤、分散剤、酸化
防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、耐候剤、ならびに
難燃剤などを所望に応じて配合してもよい。

本発明において重要なことは、前記熱可塑性樹脂が溶融
状態にあるときに、前記熱可塑性樹脂と前記特定の造粒
繊維とを混練することである。換言すると、未溶融状態
の前記熱可塑性樹脂と前記特定の造粒繊維とを例えば混
練機に同時に添加し、加熱によって前記熱可塑性樹脂を
溶融状態にし、混練しても本発明の目的を達成すること
ができない。

前記熱可塑性樹脂が溶融状態にあるときに、前記熱可塑
性樹脂と前記特定の造粒繊維とを混練するためには、混
練機たとえば押出機に、材料供給口として、押出口から
遠い位置にある材料供給口（第１材料供給口）と押出口
から近い位置にある材料供給口（第２材料供給口）とを
設け、第１材料供給口から熱可塑性樹脂を供給し、第１
材料供給口から供給された熱可塑性樹脂が押出機内で移
送される間に、この熱可塑性樹脂を加熱し、第２材料供
給口の真下で前記熱可塑性樹脂を溶融状態にし、この溶
融状態にある熱可塑性樹脂に、第２材料供給口から供給
する前記特定の造粒繊維を添加して、溶融状態にある前
記熱可塑性樹脂と前記特定の造粒繊維とを混練するのが
好ましい。

前記混練を行なうために、前記熱可塑性樹脂と前記特定
の造粒繊維との合計量に対して、前記熱可塑性樹脂の配
合量が30〜99重量％、好ましくは40〜95重量％となるよ
うに、混練機たとえば押出機に熱可塑性樹脂および前記
特定の造粒繊維を供給するのが好ましい。前記熱可塑性
樹脂の配合量が40重量％未満であると、熱可塑性樹脂組
成物の耐衝撃性が著しく低下し、前記配合量が99重量％
を超えると、熱可塑性樹脂組成物の剛性が著しく低下す
る。

なお、本発明における混練機としては、前記溶融状態の
熱可塑性樹脂と前記造粒繊維とを混練することができる
ものであれば特に制限がなく、たとえば、単軸押出機、
多軸押出機等のスクリュウ押出機、エラスチック押出
機、ハイドロダイナミック押出機、ラム式連続押出機、
ロール式押出機、ギヤ式押出機等の非スクリュウ押出機
などを挙げることができる。これらの中でも本発明にお
いては、スクリュウ式押出機特に二軸押出機が好まし
い。

本発明において、混練は、使用する熱可塑性樹脂の溶融
温度（または軟化点）以上の温度で行なわれる。

スクリュウ押出機で混練する場合、スクリュウ回転数
は、通常100〜600rpm、特に200〜300rpmであるのが好ま
しい。

かくして、本発明の方法によると、前記特定の造粒繊維
として配合した無機質繊維が混練時に破断することな
く、熱可塑性樹脂中に均一に分散してなるところの熱可
塑性樹脂組成物が得られる。

また、本発明の方法は、前記熱可塑性樹脂組成物が常に
安定して得られるので、製造安定性が良好である。

本発明の方法により得られる熱可塑性樹脂組成物は、射
出成形法、押出し成形法、中空成形法、圧縮成形法、積
層成形法、ロール加工法、延伸加工法、スタンプ加工法
などの種々の成形法により種々の成形品に成形される。

本発明の方法により得られる熱可塑性樹脂組成物の成形
品は、成形品にゲルが発生することなどなく表面外観が
良好で、機械的特性に優れたものである。

それ故、本発明の方法により得られる熱可塑性樹脂組成
物は、自動車材料あるいは弱電材料などとして広範に使
用される。

［実施例］ 次に本発明の具体的な実施例を図面を参照しながら説明
する。

第１図は、本発明の実施例における混練機を示す説明図
である。

以下の実施例・比較例で使用した造粒繊維は次のように
して製造した。

造粒繊維Ａの製造 20の撹拌槽に、水10と平均繊維径が0.6μｍ、アス
ペクト比が100、吸油量が510ml/100g、および嵩比重が
0.06である繊維状マグネシウムオキシサルフェート（原
料）を1kg投入し、３時間かけて撹拌し、凝集体を解砕
し、その後水分を分離してから、ゲル状の繊維を直径3m
mの穴から押出し、粒状化し、これを200℃のオーブン中
で１時間かけて乾燥し、これによって目的の造粒繊維Ａ
を得た。

第１表には、水分を分離した後の造粒前の繊維状マグネ
シウムオキシサルフェートの性状および造粒繊維の性状
を示す。

造粒繊維Ｂの製造 前記造粒繊維Ａの製造において、平均繊維径が0.4μ
ｍ、アスペクト比が50、吸油量が380ml/100g、および嵩
比重が0.08である繊維状オキシサルフェート（原料）を
使用し、撹拌時間を３時間から10分間に変更し、第１表
に示す繊維状マグネシウムオキシサルフェートを用いて
造粒した以外は、前記造粒繊維Ａの場合と同様にして、
造粒繊維Ｂを製造した。

造粒繊維Ｃの製造 前記造粒繊維Ａの製造において、平均繊維径が0.4μ
ｍ、アスペクト比が40、吸油量が320ml/100g、および嵩
比重が0.09である繊維マグネシウムオキシサルフェート
（原料）を使用し、水による解砕を行なわずに、水２
を加えて、ゲル状にした後、同第１表に示す繊維状マグ
ネシウムオキシサルフェートを用い、同様にして押出
し、粒状化し、これを200℃のオーブン中で１時間乾燥
し、目的の造粒繊維Ｃを得た。

各造粒繊維Ａ、Ｂ、Ｃの性状を第１表に示す。

なお、以下の実施例において、吸油量の測定は、造粒前
の繊維を試料とし、JIS−K5101に準拠して行なった。

嵩比重の測定は、充分乾燥させた造粒繊維を、JIS−K51
01に準拠して行なった。

（実施例１） 混練機として第１図に示す二軸混練機１（TEM−35;東芝
機械製）を用いた。

二軸混練機１内に材料供給口２よりポリプロピレンａ
（エチレン含有量４重量％、MI＝8g/10分）を供給速度2
4Kg/時で供給し、材料供給口３より造粒繊維Ａを供給速
度6Kg/時で供給し、混練の温度を200℃に設定し、ロー
タ回転数を500rpmに設定して混練した。なお、二軸混練
機１内に供給された材料は第１図の矢印方向の流れで流
動し、材料供給口２より供給されたポリプロピレンａ
は、材料供給口３の位置では溶融状態になっている。

このようにして、ポリプロピレンａと造粒繊維Ａとを混
練して、ストランドカット方式によりペレットを製造し
た。

二軸混練機から押し出されるストランド４の切れなどの
有無、および製造されたペレット中での繊維状マグネシ
ウムオキシサルフェートの分散状態を目視により観察
し、製造安定性を評価した。なお、材料供給口２・３よ
りポリプロピレンａと造粒繊維Ａとが設定条件どうりに
供給されるとともに、二軸混練機から押し出されるスト
ランド４に切れなどの発生がなく、製造されたペレット
中に繊維状マグネシウムオキシサルフェートが均一に分
散していることを以って、製造安定性が良好であると評
価した。

このペレットを用いて、射出成形機により140×140×3m
mの平板を作成した。平板の表面にゲルが発生している
かを観察し、平板の表面状態を評価した。また、前記平
板から得られた試験片で、曲げ強度（JIS K7203に準
拠）、曲げ弾性率（JIS K7203に準拠）、アイゾット衝
撃強度（JIS K7110に準拠）を測定した。

結果を第２表に示す。

（実施例２） ポリプロピレンａの供給速度を24Kg/時とし、造粒繊維
Ａの供給速度を6Kg/時とした以外は実施例１と同様に行
なった。

結果を第２表に示す。

（比較例１） 造粒繊維Ａを、ポリプロピレンａを供給する材料供給口
と同じ材料供給口２より供給した以外は実施例１と同様
に行なった。

結果を第２表に示す。

（比較例２） 造粒繊維Ａに代えて、造粒繊維Ｂを用いた以外は実施例
１と同様に行なった。

結果を第２表に示す。

（比較例３） 造粒繊維Ａに代えて、造粒繊維Ｃを用いた以外は実施例
１と同様に行なった。

結果を第２表に示す。

（比較例４） 造粒繊維Ａに代えて、造粒繊維Ａを造粒する前の原料で
ある未造粒の繊維Ｄ（嵩比重0.06）を用いた以外は実施
例１と同様におこなおうとしたが、嵩比重が小さいため
か、未造粒の繊維Ｄの混練機へのかみ込みが悪く、製造
できなかった。

結果を第２表に示す。

さらに、以下の実施例・比較例で使用した造粒繊維は次
のようにして製造した。

前記造粒繊維Ａの製造において、平均繊維径、平均アス
ペクト比、吸油量、および嵩比重が第３表に示す値の繊
維状マグネシウムオキシサルフェート（原料）を使用
し、押出し穴の径を直径3mmから1mm、2mm、3mm、0.4mm
および8mmに変えること以外は、前記造粒繊維Ａの製造
と同様にして、種々の造粒繊維Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを製造し
た。

各造粒繊維Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの性状を第３表に示す。

（実施例３） ポリプロピレンａの供給速度を21Kg/時とし、造粒繊維
Ａに代えて造粒繊維Ｅを用い、造粒繊維Ｅの供給速度を
9Kg/時とした以外は実施例１と同様に行なった。

結果を第４表に示す。

（実施例４） ポリプロピレンａの供給速度を27Kg/時とし、造粒繊維
Ａに代えて造粒繊維Ｆを用い、造粒繊維Ｆの供給速度を
3Kg/時とした以外は実施例１と同様に行なった。

結果を第４表に示す。

（比較例５） 造粒繊維Ｅを、ポリプロピレンａを供給する材料供給口
と同じ材料供給口２より供給した以外は実施例３と同様
に行なった。

結果を第４表に示す。

（比較例６） 造粒繊維Ｅに代えて造粒繊維Ｇを用いた以外は実施例３
と同様に行なった。

結果を第４表に示す。

（比較例７） 造粒繊維Ｆに代えて造粒繊維Ｈを用いた以外は実施例３
と同様に行なった。

結果を第４表に示す。

（実施例５） 材料供給口２より、ポリプロピレンａを供給速度21Kg/
時で供給し、タルクを供給速度6Kg/時で供給し、材料供
給口３より造粒繊維Ａを供給速度3Kg/時で供給した以外
は実施例１と同様に行なった。

結果を第５表に示す。

（比較例８） 造粒繊維Ａを、材料供給口３より供給するのに代えて材
料供給口２より供給した以外は実施例５と同様に行なっ
た。

結果を第５表に示す。

（実施例６） タルクに代えて炭酸カルシウム（平均粒子径0.9μの重
質炭酸カルシウム）を用いた以外は実施例５と同様に行
なった。

結果を第５表に示す。

（実施例７） タルクに代えてエチレンプロピレンゴム（EPR）を用い
た以外は実施例５と同様に行なった。

結果を第５表に示す。

（実施例８） ポリプロピレンａに代えて高密度ポリエチレン（HDPE;
密度0.968g/cm³、MI＝5g/10分）を用い、造粒繊維Ａに
代えて造粒繊維Ｆを用いた以外は実施例１と同様に行な
った。

結果を第５表に示す。

（実施例９） ポリプロピレンａに代えて直鎖状低密度ポリエチレン
（LLDPE;ブテン−１含有量５モル％、密度0.920g/cm³、
MI＝1.0g/10分）を用い、造粒繊維Ａに代えて造粒繊維
Ｆを用いた以外は実施例１と同様に行なった。

結果を第５表に示す。

（実施例10） ポリプロピレンａに代えてABS樹脂（ABS;鐘淵化学工業
（株）製ABS樹脂HUHE1300）を用いた以外は実施例１と
同様に行なった。

結果を第５表に示す。

［発明の効果］ 本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法により、極微細
であり高アスペクト比である無機質繊維で熱可塑性樹脂
を強化して熱可塑性樹脂組成物を得ようとする場合に、
前記無機質繊維で熱可塑性樹脂を強化する効果を充分に
発揮することができ、従来と比較して、前記無機質繊維
で熱可塑性樹脂を強化する熱可塑性樹脂組成物の性能を
飛躍的に向上することができる。

さらに、このように優れた性能を有する熱可塑性樹脂組
成物を常に安定した品質で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における混練機を示す説明図
である。 １……二軸混練機、２……材料供給口、 ３……材料供給口、４……ストランド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均繊維径が0.1〜1.0μｍであり、平均ア
   スペクト比が50〜300であり、吸油量が400ml/100g以上
   である無機質繊維を造粒することにより得られる平均径
   が0.5〜5mmであり、嵩比重が0.15〜0.4である造粒繊維
   と、溶融状態の熱可塑性樹脂とを混練機内で混練するこ
   とを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。