JPS6047295B2 - 強化ポリオレフイン成形材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石こう針状結晶繊維によつて強化したポリオレ
フィン成形材料に関するものである。

その目的は成形性、外観、形状、熱安定性、寸法安定性
、特に機械的特性、耐熱性に優れ、成形機の摩耗、物性
の異方性の少ないポリオレフィン成形材料を提供するに
ある。ポリオレフィンは、凡用プラスチックスとして、
射出成形品、フィルム、シート等に広く使用されている
。

しかしながら、ポリエチレン、ポリプロピレン等に代表
されるポリオレフィンは機械的性質、高荷重での熱的性
質が不充分で、又成形時の収縮率が大きい為に、ガラス
繊維で強化され・た、いわゆるＦＲ−ＰＰが機械的性質
と熱的性質の要求される用途で広く使われている。ガラ
ス繊維で補強したＦＲ−ＰＰは、ガラス繊維の配向した
試料の機械的性質、熱的性質に優れているものの、ガラ
ス繊維の配向と直角方向の機械的性質が低い丁（異方性
が著しい）事、配向による成形収縮率の異方性が大きい
為に製品設計が難しい事、並びにガラス繊維が成形機や
成形金型を摩耗させるという欠点がある。こうした欠点
に対し、近年粒子状充填剤例えばタルクを充填したいわ
ゆる無機強化ｏＰＰが開発された。これは機械的性質、
成形収縮率の異方性が少ないというメリットがあるもの
の、機械的性質、熱的性質がＦＲ−ＰＰに比べ劣るとい
う欠点があつた。又、石こう繊維並びにその製造法につ
いては、例えば米国特許第３８２２３４０号に示される
如く公知であるが、この方法で製造した石こう繊維の長
さは１００μ前後、直径が２〜６μで、この石こう繊維
をポリオレフィンと複合化してもほとんど補強性のみら
れない事が判つた。本発明者は上記欠点を解決する為に
鋭意研究した結果、本発明に至つたもので、直径が約２
μ以下で成形材料中の繊維の長さと直径の比が約５以上
のα一半水石こう、■型無水石こうあるいか■型無水石
こうの針状結晶繊維の少なくとも１種以上を約１０重量
％以上望ましくは１０〜７呼量％、更に好ましくは２０
〜５鍾量％含有する事を特徴とするポリオレフィン成形
材料に関するもので、その特徴とするところは、石こう
という安価な材用を用い、機械的性質、熱的性質に優れ
、成形機や成形金型に摩耗がなく、かつ機械的性質と成
形収縮率の異方性の少ない事にあり、以下発明の詳細な
説明する。本発明に使用される石こう針状結晶繊維は直
径が約２μ以下で、α一半水石こう、■型無水石こう、
■型無水石こうのいずれでもよく、又混合物でも良い。

その製造は実施例１に示す如く、焼石こうを水中に分散
せしめ、要すればさらに二水石こうの粉末を加えて水性
スラリー濃度を３５重量％−以下に調製し、半水石こう
針状結晶繊維が得られるまて攪拌しつつ、加圧下に加熱
して半水石こう針状結晶含有スラリーとなし、沖別乾燥
してα一半水石こう針状結晶繊維を得る。さらに、必要
に応じて１７０′Ｃ以上で乾燥して■型無水又は焼成し
て■型無水石こうの針状結晶繊維にしてもよい。又、こ
れらの混合物でも良く、必要に応じてポリオレフィンと
の接着性を改良する為の表面処理を施しても良い。この
ようにして得られた石こう針状結晶繊維を３ポリオレフ
ィン例えばポリプロピレン、ポリエチレンとで混合し、
必要に応じて変性ポリオレフィンを添加したペレットを
製造し、常法により射出成形吹き込み成形、押出成形、
カレンダー成形、溶融紡糸加工等を行う。

４ペレットの製造は、二本ロー
ル、パンバリーミキサー、単軸押出機、二軸押出機、特
殊な複合混練機が使用される。いずれの場合も石こう針
状結晶繊維の長さと直径の比（アスペクト比）が５以上
になるように条件を設定する必要があるが、アスペクト
比が５以上になればいかなる混練機でも使用される。本
発明でいうポリオレフィンは、ポリプロピレン、エチレ
ン−プロピレンランダム共重合体、エチレンープロピレ
ンブ胎ツク共重合体、中低圧ポリチレン等を単独あるい
は混合して使用される。

又変性ポリオレフィンとして、不飽和脂肪酸、不飽和酸
無水物、エポキシ含有不飽和化合物の単量フ体の一種以
上をグラフト又は付加して変性したポリオレフィンを添
加あるいは単独に使用してもよい。物性上はこのような
変性ポリオレフィンを添加するのが好ましい。本発明の
石こう針状結晶繊維は直径が約２μ以７下で、成形材料
中の繊維の長さと直径の比（アスペクト比）が少なくと
も５以上必要である。

図一１は石こう針状結晶繊維４唾量％、ポリプロピレン
（Ｍ１＝５）５４重量％、変成ポリプロピレン（Ｍ１＝
２０．６％のアクリル酸で変成）６重量％の場”合で、
アスペクト比と引張強度の関係を示したものである。本
発明ではアスペクト比が約５以上になると引張強度が著
しく増大する事が判る。比較例として記載した米国特許
第３８２２３４０に基づいて製造した■型無水石こう針
状結晶繊維は、アスペクト比が最大１０にしかならず、
引張強度は本発明に比べて小さい。具体的に、本発明の
場合アスペクト比が４〜８の引張強度が３５１ｋ９／Ｃ
ｌｔであるのに対し、比較例では３１８ｋ９／ｃ逍しか
ない。又、比較例の場合、通常の加工法では１０以上の
アスペクト比にするのは難しいのに対し本発明の場合、
繊維の直径が０．５〜１．５μと細い為にアスペクト比
を大きくできる。図−２にアスペクト比と熱変形温度（
１８．６ｋｇ／ｄ）の関係を示す。アスペクト比が５以
上になると大巾な向上が認められる。本発明では充填量
は約１鍾量％以上、望ましくは１０〜７呼量％、更に好
ましくは２０〜５呼量％である。

直径が約２μ以下で成形品中の石こう繊維のアスペクト
比が約５以上にした場合の引張強度、熱変形温度を図−
３，４に示す。いずれも１０重量％以上の充填で大巾な
向上がみられる。次に繊維の配向による異方性について
本発明の効果を述べる。ガラス繊維を充填すると繊維の
配向によつて、物性と成形収縮率に著しい差があられれ
る。この配向は、ガラス繊維のアスペクト比が大きくな
る程著しい。ガラス繊維をポリオレフィン等に充填する
と混練機、成形機又は金型の摩耗が激しい為に３０重量
％以下の充填しかできない。従つて少ない充填で最大の
効果を得る為に繊維のアスペクト比を大きくする必要が
あり、結果として配向による物性の差が大きくなるので
ある。本発明の場合実施例２に示すように、全く装置の
摩耗を生じさせないため高充填ができ、かつ繊維の配向
が少ない為に物性、成形収縮率の異方性を小さくできる
。ガラス繊維の場合（ト）重量％の充填で引張強度に３
３０〜５９２ｋｇ／ｃ清の異方性が、成形収縮率に０．
１７％〜０．８％の異方性が生じるが、本発明ては引張
強度て４２５〜４６６ｋ９／Ｃｄｌ成形収縮率て０．５
〜０．６５％という極めて小さい異方性しか示さず、か
つ高物性が得られる。この事は実用上極めて有利になる
。すなわち、製品を設計する場合、強度に異方性がある
と最も弱い強度で設計する必要があり、異方性が大きい
程最も配向した方向の強度は過剰品質となる。又、成形
収縮率に異方性があると寸法精度が出せなくなるので、
異方性はできるだけ小さく、かつ収縮率の小さい事が必
要になる。本発明では、強度、成形収縮率ともに異方性
が少ないので、実用上からもガラス繊維充填よりはるか
に有利といえる。又、本発明の場合、充填剤が石こうと
いう軟い物質である為に、加工機械の摩耗が全くみられ
ないのでガラス繊維を充填してポリオレフィンを成形す
る際の摩耗対策は不用であり、この点からも有用な材料
といえる。又、本発明の成形材料に着色、増量、改質等
のため通常使用される物質を悪影響を与えない範囲で添
加してもよい。

以上明らかなように、本発明の成形材料は成形性、形状
、熱安定性、寸法安定性、機械的特性、耐熱性、特に強
度耐熱性に優れ、成形機の摩耗、強度成形収縮率の異方
性の少ないという優れた性能を示す。

本発明の成形材料は、押出成形、ブロー成形、射出成形
、カレンダー加工、溶融紡糸加工等の成形加工に使用さ
れ、独自の特性が発揮される。実施例１ 焼石こう１ｋｇを９ｋ９の２５自Ｃの水に加え約３紛間
攪拌し、微細な二水石こうスラリーを造り、このスラリ
ーを反応槽に入れて、１２０ｒ′Ｐｍで攪拌しながら１
３０′Ｃにて５分間加熱後、水蒸気を放出し、反応槽内
の液温度を１０５℃まで冷却し、スラリーを排出、ただ
ちに淵過しメチルアルコールで洗浄した後、１１０℃の
温度で乾燥した。

得られたα一半水石こう針状結晶繊維は直径が０．５〜
１．５μ、長さ８０〜１５０μである。このα一半水石
こう針状結晶繊維を７００℃１ｈｒ乾燥したところ直径
０．５〜１．５・μ、長さ８０〜１５０μの■型無水針
状結晶繊維が得られる。この石こう針状結晶繊維４呼量
％、ポリプロピレン（Ｍ１＝５）５４重量％、変性ポリ
プロピレン（６％アクリル酸グラフト、ＭＩ＝２０）６
重量％の割合で配合し、常法により押出ペレット門化し
た。このペレットを射出成形し、アスペクト比と物性の
関係を求めた。比較の為にＵ．Ｓ．Ｐ３８２２３旬号記
載の方法で■型無水石こう針状結晶繊維を作つた。

繊維の直径は２〜６μ、長さ約１００μである。これを
上記の配フ合でペレット化、射出成形して物性とアスペ
クト比を求めた。結果を表−１、図−１，−２に示す。
図１から、本発明ではアスペクト比が約５以上になると
引張強度が著しく改善される事が判る。

曲げ強度についても同様である。図２から熱変形温度も
同様の事がいえる。一方比較例ではアスペクト比を５以
上にしても強度は本発明のように改善される事はない。
実施例２ 本発明の場合、最も強度の弱いところで４２５ｋｇ／Ｃ
ｌｔｌ強いところで４６６ｋｇ／Ｃｆｌと異方性は小さ
く、又成形収縮率の異方性もわずかであるが比較く例の
ガラス繊維充填では強度、成形収縮率の異方性が極めて
大きいことが判る。

実施例４ ｗ？ノ −ｌ見−Ｉ１ １ 八ノ ．』二ｎ／＊ 実
施例１の■型無水石こう針状結晶繊維をポリプロピレン
（Ｍ１＝５）９唾量％一変成ポリプロピレン（６％アク
リル酸変性、Ｍ１＝２０）１呼量％の混合物と配合し、
同繊維の含有率が、１０，２０，３０，４０，５呼量％
になるようにし、成形品中の同繊維のアスペクト比が５
以上になるように成形した。

表−２、図−３，４に結果を示す。上記結果より、石こ
う針状結晶繊維が１鍾量％以上望ましくは２０重量％以
上充填されると引張、曲け物性、熱変形温度が著しく増
加する事が判る。又、５０重量％充填のペレットで連続
１０１１寺間の射出成形を行つたが成形機に全く摩耗は
みられなかつ≠こ。

実施例３ ※※ 例
２の５鍾量％充填ペレットでフィルム・ゲートをもつ金
型で平板を成形した。

比較の為に１１４ｉｎｃｈのガラス繊維を３踵量％充填
し同じように成形した。尚、ガラス繊維の成形品中での
アスペクト比は８０〜１００てあつた。この平板を流れ
方向とそれに直角の方向に試験片を切り出しして引張強
度と成形収縮率を測定した。結果を表−３に示す。表−
４から判るようにポリエチレンについても、ポリプロピ
レンと同様の効果がある。

実施例５ 実施例１の石こう針状結晶繊維のα一半水型と■型無水
の繊維を実施例１と同じ方法でポリプロ＊゛ピレンと変
性ポリプロピレンの混合物に４呼量％充填し同様に加工
した。

いずれもアスペクト比が１０〜２５の場合の物性は表−
５のようになり、■型無水石こう針状結晶繊維と同じ効
果のある事が判明した。

【図面の簡単な説明】

図−１は■型無水石膏針状結晶繊維４０重量％、ポリプ
ロピレン５４重量％、変性ポリプロピレン６重量％から
なる成形材料に関し、本発明と比較例について、アスペ
クト比と引張強度の関係を図示したもの。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直径が約２μ以下で、成形材料中の石こう針状結晶
   繊維の長さと直径の比が約５以上のα−半水石こう、I
   II型無水石こうあるいは、II型無水石こうの針状結晶繊
   維の少なくとも１種以上を１０重量％以上含有する事を
   特徴とする強化ポリオレフィン成形材料。 ２ 石こう針状結晶繊維を１０乃至７０重量％含有する
   特許請求の範囲第１項記載の強化ポリオレフィン成形材
   料。 ３ 石こう針状結晶繊維を２０乃至５０重量％含有する
   特許請求の範囲第１項記載の強化ポリオレフィン成形材
   料。 ４ ポリオレフィンがポリプロピレン、エチレン−プロ
   ピレン共重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合
   体、中低圧ポリエチレンの一種又は２種以上の混合物で
   ある特許請求の範囲第１項記載の強化ポリオレフィン成
   形材料。