JPS6234794B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、補強材として無機質繊維を含有す
る熱可塑性樹脂組成物に係り、特に、高強度であ
ると同時に高弾性であるポリアミド樹脂組成物に
関する。 近年、歯車等の機械要素や構造物等のエンジニ
アリング的な分野においてもプラスチツクが進出
し、高強度で高弾性のプラスチツク材料が要求さ
れるようになつた。この様な要請に応えるものと
して、熱可塑性樹脂にガラス繊維、炭素繊維、チ
タン酸カリウム等のウイスカー等を単独で又は２
種以上混合して配合することが行なわれている。
特に、高強度でかつ高弾性の樹脂組成物を与える
ものとしては、ガラス繊維にその他の炭素繊維、
タルクや炭カル等の粉末又は鱗片状物質あるいは
チタン酸カリウム等のウイスカーを組合せて使用
することが知られている。 しかしながら、炭素繊維やチタン酸カリウム等
のウイスカーは高価な材料であり、また、タルク
や炭カル等の粉末又は鱗片状物質はガラス繊維と
組合せて使用するとガラス繊維による強度の向上
が阻害される傾向を示し、さらに、ガラス繊維が
大量に使用されると成型品の表面状態が悪化す
る。 本発明者等は、かかる観点に鑑み、高強度、高
弾性であつて、しかも、成型品の表面状態が良好
で、かつ、安価な樹脂組成物について鋭意研究を
重ねた結果、マトリツクス樹脂としてポリアミド
樹脂を使用し、これにフイラーとしてガラス繊維
とカツプリング剤で表面処理されたアスペクト比
５〜100の摩砕鉱物繊維とを所定の割合で配合す
ることにより、ガラス繊維のみを使用した場合よ
りもその強度の向上を図ることができ、その結
果、ガラス繊維やポリアミド樹脂の使用量の低減
を図ることができ、しかも、成型品の表面状態を
良好に維持することができることを見出し、本発
明を完成したものである。 すなわち、本発明は、ポリアミド樹脂20〜80重
量％と無機質繊維80〜20重量％とを主体とする組
成物であり、上記無機質繊維のうち85〜15重量％
がガラス繊維であつて、残りの15〜85重量％がカ
ツプリング剤で表面処理されたアスペクト比５〜
100の摩砕鉱物繊維であるポリアミド樹脂組成物
である。 本発明において、ポリアミド樹脂としては、ジ
カルボン酸成分としてテレフタル酸、イソフタル
酸、アジピン酸、セバシン酸、ビス（ｐ−カルボ
キシフエノキシ）アルカン等を、ジアミン成分と
してヘキサメチレンジアミン、ｐーアミノシクロ
ヘキシルメタン、メターキシレンジアミン、１，
４−ビス（３−アミノプロポキシ）シクロヘキサ
ン、トランスヘキサヒドローｐーフエニレンジア
ミン等を、アミノカルボン酸成分としてα−ピロ
リドン、ω−アミノカプロン酸、ε−カプロラク
タム、11−アミノウンデカン酸、ｐ−アミノ安息
香酸、４−アミノフエニル−４−カルボキシフエ
ニルエーテル等を用いて、縮合反応させて得られ
る重合体及び共重合体を挙げることができる。こ
れらのポリアミド樹脂は、単独で用いてもよく、
また、２種以上を組合わせて使用してもよい。ま
た、ポリアミド樹脂としては、軟化点の低いもの
が好ましい。このようなポリアミド樹脂として
は、例えば、ナイロン６，ナイロン66，ナイロン
６−10、ナイロン11、ナイロン12を挙げることが
できる。 また、本発明で使用するガラス繊維は、CaO，
SiO₂及びAl₂O₃を主成分とするもので、通常CaO
10〜20重量％、SiO₂50〜70重量％及びAl₂O₃2〜
15重量％を含んでいるものが好ましい。このガラ
ス繊維は樹脂の補強材として使用できるものであ
れば制限はなく、ロービング又はチヨツプドスト
ランドのいずれであつてもよいが、短繊維で綿状
をなすグラスウールは好ましくない。このガラス
繊維としては、通常、平均繊維長（Ｌ）が１〜10
mm、平均繊維径(D)が５〜20μ好ましくは10〜15μ
で、アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が50以上のものが使
用される。このガラス繊維はポリアミド樹脂と混
合する際に切断されることがあり、樹脂組成物中
での平均繊維長は、0.2〜２mm、好ましくは0.3〜
１mmである。このガラス繊維は、それが表面無処
理のものであつてもよく、また、シラン化合物や
ボラン化合物等のカツプリング剤で表面処理した
ものであつてもよい。 上記ガラス繊維と共にポリアミド樹脂に配合さ
れる鉱物繊維としては、ロツクウール、セラミツ
クフアイバー、シリカフアイバー、アルミナフア
イバー等を挙げることができる。 上記のうち、ロツクウールは、岩綿、スラグウ
ール、鉱滓綿等とも称され、通常CaO 20〜45重
量％、SiO₂30〜50重量％及びAl₂O₃5〜20重量％
を主成分とし、その他にMgO等の成分を含有し
ている。ロツクウールは、通常玄武岩、安山岩、
輝緑岩等の自然石や製鉄の際に副生する高炉スラ
グを溶融して繊維化したものであり、繊維長数mm
ないし数cm、粒子含有率30〜40％程度である。 このような鉱物繊維は摩砕してアスペクト比５
〜100にして使用する。鉱物繊維の摩砕は、鉱物
繊維を切断又は粉砕することを意味するものであ
り、回転円盤型摩砕機、圧縮摩砕機、対向ロール
型摩砕機等で摩砕することができる。本発明で使
用する摩砕鉱物繊維としては、上記のような摩砕
機で摩砕したのち、繊維分と粒子分とを空気分級
機等で分級したものが特に好適である。 かかる摩砕鉱物繊維、例えば摩砕ロツクウール
は、平均繊維長が20〜500μ、好ましくはその70
％以上が100〜200μ、平均繊維径が２〜10μ、好
ましくはその70％以上が３〜５μであり、アスペ
クト比が５〜100の値を示すものである。 ガラス繊維の場合と同様に、この摩砕鉱物繊維
もポリアミド樹脂と混合する際に切断されること
があるが、事前に摩砕処理してあるため切断を受
ける程度は比較的小さい。要は樹脂組成物中に含
まれる摩砕鉱物繊維の長さ及びアスペクト比が重
要であり、平均繊維長20〜500μ、好ましくは50
〜200μとすることが望ましく、その長さのばら
つきが比較的少なく、また、平均的アスペクト比
は５〜100、好ましくは10〜60の範囲となるよう
に調整するのがよい。 上記摩砕鉱物繊維については、ポリアミド樹脂
組成物の機械的強度、成型品の表面状態等を向上
させるために、カツプリング剤で表面処理する。 この目的で使用するカツプリング剤としては、
シランカツプリング剤、チタネート系カツプリン
グ剤、アルミニウム系カツプリング剤、ボロン系
カツプリング剤等がある。 上記シランカツプリング剤としては、γ−メタ
クリロオキシプロピル−トリメトキシシラン、γ
−アミノプロピル−トリメトキシシラン、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、β−（３，４−エポキシシクロ
ヘキシル）エチル−トリメトキシシラン、γ−グ
リシドオキシプロピル−トリメトキシシラン、ビ
ニル−トリエトキシシラン、ビニル−トリス（２
−メトキシ−エトキシ）シラン、γ−メルカプト
プロピル−トリメトキシシラン等のアルコキシシ
ラン類やこれらアルコキシシラン類に対応するヒ
ドロキシシラン類を挙げることができる。また、
上記チタネート系カツプリング剤としてはイソプ
ロピル−トリイソステアロイル−チタネート、イ
ソプロピル−トリドデシルベンゼンスルホニル−
チタネート等の公知のものを挙げることができる
ほか、上記アルミニウム系カツプリング剤として
はアセトアルコキシ−アルミニウム−ジイソプロ
ピレート等の公知のものを挙げることができる。 これらのカツプリング剤を使用して摩砕鉱物繊
維の表面処理を行なう方法としては、任意の方法
を採用することができるが、一般にはスプレー系
統を有するブレンダー中に繊維を装入し、ブレン
ダーを作動させながらカツプリング剤をスプレー
系統からスプレーする方法、水又は有機溶媒にカ
ツプリング剤を溶解してこの溶液中に繊維を浸漬
後溶媒を除去して乾燥する方法、室温〜250℃の
範囲内の乾燥状態で繊維とカツプリング剤とを混
合する方法等がある。また、これらカツプリング
剤の使用量については、繊維100重量部に対して
通常0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜５重量部
である。なお、これらのカツプリング剤はポリア
ミド樹脂、ガラス繊維及び摩砕鉱物繊維を混合し
てポリアミド樹脂組成物を調製する際に配合して
混合することもできる。 本発明において、ポリアミド樹脂に配合される
無機質繊維の配合割合は、ポリアミド樹脂20〜80
重量％に対して無機質繊維80〜20重量％であり、
好ましくはポリアミド樹脂30〜70重量％で無機質
繊維70〜30重量％、より好ましくはポリアミド樹
脂30〜50重量％で無機質繊維70〜50重量％であ
る。無機質繊維の配合割合が80重量％を越えると
強度が低下し、また、20重量％より少ないと補強
効果が不十分である。 上記無機質繊維は、ガラス繊維と摩砕鉱物繊維
とを組合せて使用する。ガラス繊維のみでは高強
度という目的を達成することはできても成形品の
表面状態の点で好ましくなく、また、摩砕鉱物繊
維のみでは強度の点で不足する。ガラス繊維と摩
砕鉱物繊維の間の割合は、ガラス繊維が15〜85重
量％、好ましくは30〜70重量％であつて、摩砕鉱
物繊維が85〜15重量％、好ましくは70〜30重量％
である。なお、樹脂組成物中のガラス繊維および
摩砕鉱物繊維の含有量で示せば前者は20〜50重量
％、後者は10〜50重量％であつて、その合計が30
〜70重量％とすることが好ましい。 上記ポリアミド樹脂、ガラス繊維及び摩砕鉱物
繊維を含有するポリアミド樹脂組成物の調製は、
上述した配合割合の範囲内で適宜のブレンダ等を
用いて常法により均一に混合することによつてな
される。また、このようにして調製されたポリア
ミド樹脂組成物は、通常の押出成形や射出成形等
により所望の製品に成形される。 なお、上記ポリアミド樹脂組成物の調製に際し
て、ポリアミド樹脂に通常添加して使用される難
燃剤、顔料、可塑剤、安定剤、酸化防止剤、紫外
線防止剤、架橋剤その他の添加剤、補強材として
無機質繊維を配合する場合に使用される分散剤、
無機質繊維とポリアミド樹脂との間の密着性を向
上させる改質剤、無機充填剤、その他強化用繊維
等を添加してもよい。 本発明によれば、ポリアミド樹脂にガラス繊維
とカツプリング剤で表面処理された摩砕鉱物繊維
とを所定の割合で配合することにより、ガラス繊
維のみを使用した場合よりもその強度の向上を図
ることができ、この結果、ガラス繊維やポリアミ
ド樹脂の使用量の低減を図り、同時に成型品の表
面状態の改善を図ることができる。 以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて具
体的に説明する。 実施例 １ ポリアミド樹脂としてナイロン66（宇部興産(株)
製商品名ウベ2020UW−１）を使用し、これに第
１表に示す割合でガラス繊維（平均繊維長３mm、
平均繊維径13μ、アスペクト比230）と摩砕ロツ
クウール（新日本製鉄化学工業(株)製商品名エスフ
アイバーFF、平均繊維長120μ、平均繊維径４
μ、アスペクト比20〜40、粒子（105μ以上）含
有率１重量％以下）とを配合し、押出機で練り込
んでポリアミド樹脂組成物を調製した。 上記摩砕ロツクウールについては、ポリアミド
樹脂に配合して練り込む前に、第１表に示すカツ
プリング剤で表面処理を行なつた。この表面処理
の方法としては、ヘンシエルミキサーFM20B型
（ZO羽根、AO下羽根使用）を使用し、摩砕ロツ
クウール100部当りのカツプリング剤使用量0.7
部、回転数960rpm及び処理時間３〜５分の条件
で行なつた。なお、メタクリル系シランカツプリ
ング剤については適当な溶媒を使用した。 上記ポリアミド樹脂組成物を使用して射出成形
により試験片を成形し、この試験片について引張
強度（JIS Ｋ 6871）、引張伸び率（JIS Ｋ
6871）、曲げ強度（ASTM Ｄ−790）、曲げ弾性
率及びノツチ付1/4″アイゾツト衝撃強度
（ASTM Ｄ−256）を測定し、試験片の強度と弾
性を評価した。結果を第１表に示す。 実施例 ２ 上記実施例１のナイロン66に代えてナイロン６
を使用し、実施例１と同様にして試験片を調製
し、試験片の強度と弾性を評価した。結果を第２
表に示す。

【表】

【表】 実施例 ３ 実施例２で使用したナイロン６、表面処理した
ガラス繊維（旭フアイバ−グラス(株)製商品名
03MA416）で及びシランカツプリング剤で表面
処理した摩砕ロツクウールを第３表に示す割合で
配合し、上記各実施例と同様にして試験片を成形
し、各試験片についてその強度と弾性を評価し
た。結果を第３表に示す。

【表】

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポリアミド樹脂20〜80重量％と無機質繊維80
   〜20重量％とを主体とする組成物であり、上記無
   機質繊維のうち85〜15重量％がガラス繊維であつ
   て、残りの15〜85重量％がカツプリング剤で表面
   処理されたアスペクト比５〜100の摩砕鉱物繊維
   であることを特徴とするポリアミド樹脂組成物。