JP3343381B2 - 長繊維強化ポリオレフィン樹脂構造体からなる成形品 - Google Patents

長繊維強化ポリオレフィン樹脂構造体からなる成形品

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、長繊維で強化されたポ
リオレフィン樹脂構造体とその成形品に関する。さらに
詳しくは、衝撃強度に優れ、熱変形温度(HDT)も高
い熱可塑性樹脂成形品に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ポリエ
チレン、ポリプロピレンに代表されるポリオレフィン樹
脂は安価で軽く、成形性、耐薬品性に優れた熱可塑性樹
脂であり、一般雑貨品、自動車、電気・電子部品等とし
て広く用いられている。しかし、ポリオレフィン樹脂
は、一般に耐熱性(熱変形温度)、機械的物性が低く、
耐熱性・機械的強度等を要求される分野には不適当であ
った。一方、ポリオレフィン樹脂の強度を向上させるた
めの手段として、ガラス繊維等の繊維状強化材を配合す
ることが知られており、一般には、ポリオレフィン樹脂
とチョップドストランド等の短繊維を混合し、押出機で
押し出すことにより繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物
の製造が行われている。しかしながら、この方法では押
出機での混練中に繊維の折損が避けられないため、さら
に高度の機械的強度等の要求に応えることはできない。
これに対し近年、配合される繊維状強化材が本来有する
性能を充分に引き出す方法として、ポリオレフィン樹脂
を長繊維で強化することが検討されている。このような
長繊維強化ポリオレフィン樹脂構造体は、例えば、連続
した強化繊維を引きながらポリオレフィン樹脂のエマル
ジョン、溶液あるいは溶融物を用いて含浸させる方法等
により得られるものであり、上記短繊維強化ポリオレフ
ィン樹脂と比較して機械的特性特に耐衝撃性に優れてい
る。しかしながら、自動車分野等では、更に高度の衝撃
強度が要求されており、従来の長繊維強化ポリオレフィ
ン樹脂では斯かる要求を満足することはできなかった。
衝撃強度の一層の向上を図るためには、衝撃強度に優れ
た他の熱可塑性樹脂を長繊維強化ポリオレフィン樹脂に
配合することが考えられるが、単純にブレンドを行うだ
けでは、ポリオレフィン樹脂と他の樹脂との分散性の低
さのためか、到底実用に耐える機械的特性を有するもの
は得られない。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
に鑑み、繊維強化ポリオレフィン樹脂の衝撃強度、熱変
形温度の改善につき鋭意検討した結果、本発明を完成す
るに到ったものである。即ち、本発明は (A) ポリオレフィン系樹脂99〜50重量部と (B) ポリアミド系樹脂1〜50重量部とからなる樹脂成分
100 重量部に対し、 (C) 繊維状強化材10〜200 重量部 を配合してなる構造体で、繊維状強化材(C) が実質上構
造体と同一長さで構造体の長さ方向に実質的に平行配列
している、長さ3mm以上の棒状の長繊維強化ポリオレフ
ィン樹脂構造体を成形してなり、(B) ポリアミド系樹脂
に包含された状態で(C) 繊維状強化材が1mm以上の重量
平均繊維長で分散し、(A) ポリオレフィン系樹脂と(B)
ポリアミド系樹脂が相互に侵入して網目状に分散してい
る成形品に関するものである。本発明では、ポリオレフ
ィン系樹脂よりも靱性が高く、且つ表面張力がポリオレ
フィン樹脂とガラス繊維等の繊維状強化材との中間にあ
る樹脂としてポリアミド系樹脂を使用し、ポリオレフィ
ン系樹脂とポリアミド系樹脂とを溶融混練して繊維状強
化材に含浸して特定形状の棒状構造体を作製し、これを
成形することにより、ポリアミド系樹脂が繊維状強化材
を包含して、且つこれがポリオレフィン系樹脂と相互に
連続構造(網目構造)を形成することにより、特に繊維
が長めであればより連続構造の形成が促進され、極めて
耐衝撃性に優れた成形品を得ることを特徴とする。
【0004】以下、本発明に用いられる成分について説
明する。本発明で用いられる(A) 成分のポリオレフィン
系樹脂とは公知の如く、エチレン、プロピレン等のα−
オレフィン系炭化水素化合物を適当な触媒を用いて付加
重合することで得られるものであり、そのいずれもが使
用できる。例えば高密度ポリエチレン、中密度ポリエチ
レン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチ
ルペンテン等のポリオレフィンホモポリマー、或いはこ
れらを主体とするコポリマー等が挙げられる。但し、コ
ポリマーに関してはオレフィン以外のコモノマー成分が
20重量%以下であるものが好ましい。又、これらの(A)
成分としては分岐構造を有するものでもよく、その重合
度及び分岐度に関しても特に制限はなく、成形加工性を
有するものであれば何れにてもよく、また2種以上の混
合物でもよい。
【0005】本発明の(B) 成分のポリアミド系樹脂とし
ては、周知の種々のポリアミド系樹脂を挙げることがで
きる。例えば、蓚酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシ
ン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,4 −シクロヘキ
シルジカルボン酸のようなジカルボン酸とエチレンジア
ミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミ
ン、デカメチレンジアミン、1,4 −シクロヘキシルジア
ミン、m−キシリレンジアミンのようなジアミンとを重
縮合して得られるポリアミド樹脂;カプロラクタム、ラ
ウリンラクタムのような環状ラクタムを重合して得られ
るポリアミド樹脂;或いは環状ラクタムと、ジカルボン
酸とジアミンとの塩を共重合して得られるポリアミド樹
脂等を挙げることができる。これらのポリアミド系樹脂
のうち、好ましくはナイロン6、ナイロン66及びこれ
らの共重合体等が挙げられる。これらナイロン6等はポ
リオレフィン系樹脂よりも熱変形温度が高く、衝撃強度
改善に加え、熱変形温度の向上という効果も得られる。
【0006】本発明では、(A) 、(B) の総和を 100%
(重量基準)とした場合、(A) ポリオレフィン系樹脂が
99〜50%、(B) ポリアミド系樹脂1〜50%であることを
必要とする。樹脂成分中の(B) ポリアミド系樹脂の比率
が1%未満であると衝撃強度改善効果が得られず、又、
50%を越えると吸水により寸法変化が大きくなるという
問題を生じる場合がある。
【0007】又、本発明に使用される(C) 繊維状強化材
の種類は特に制約はなく、例えばガラス繊維、炭素繊
維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊維等の高融点(高軟
化点)繊維がいずれも使用できる。ガラス繊維の場合、
繊維径6〜25μm で、1000mあたりの重量が500 〜4400
gの繊維束が一般的に用いられる。これらの繊維は、公
知の表面処理剤で処理したものであってもよい。本発明
に使用する強化用繊維束は、ブッシングから引き出され
た多数の単繊維をサイジング剤の水溶液あるいは水性エ
マルジョンで処理した後、これを集束したものであり、
具体的には、集束して円筒状に巻き取り乾燥させた繊維
束の捲体(いわゆるダイレクトロービングのパッケー
ジ)、実質上端面のない形状に巻き取り乾燥させた繊維
束の捲体(いわゆるケーキ巻き捲体)等である。本発明
において、かかる繊維から選ばれた強化材の配合量は、
樹脂成分100 重量部に対して10〜200 重量部である。繊
維状強化材の配合量が10重量部未満では繊維による補強
効果は小さく、逆に200 重量部を越えると組成物構造体
の調製あるいは成形における加工性が著しく劣るものと
なり、また、繊維量増加に伴う強度向上も殆ど期待でき
ない。補強効果と加工性等のバランスを考慮すると好ま
しい繊維の配合量は15〜200 重量部であり、特に好まし
くは20〜150 重量部である。次に(D) 成分の変性ポリオ
レフィンは必須成分ではないが、ポリアミド系樹脂と親
和性の高い官能基を持つため、(A) 成分と(B) 成分の親
和性を向上させ、網目構造形成能を向上させる働きがあ
るので、配合することが好ましい。ここで(D) 成分の変
性ポリオレフィンとは、各種カルボン酸基、カルボン酸
無水物基、カルボン酸金属塩基、カルボン酸エステル
基、イミノ基、アミノ基及びエポキシ基の一種以上を有
する変性されたオレフィン系ポリマーであり、例えば無
水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水シ
トラコン酸、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキ
シルマレイミド、グリシジルアクリレート、グリシジル
メタクリレート、ビニル安息香酸グリシジルエステル、
N−〔4−(2,3 −エポキシプロポキシ)−3,5 −ジメ
チルベンジル〕アクリルアミド(AXE)、メタクリル
酸アルキルエステル及び/又はこれらの誘導体が、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重
合体等のポリオレフィンに化学的に導入結合し、変性し
たポリオレフィン系コポリマー又はグラフトコポリマ
ー、或いはポリオレフィンとポリアミドよりなるポリア
ミドグラフト変成ポリオレフィン等が挙げられる。(D)
成分として特に好ましい具体例としては、無水マレイン
酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレ
ン、エチレン−プロピレン−無水マレイン酸共重合体、
無水コハク酸変性ポリエチレン、無水イタコン酸変性ポ
リエチレン、グリシジルメタクリレート変性ポリエチレ
ン、グリシジルメタクリレート変性ポリプロピレン、A
XE変性ポリエチレン、AXE変性ポリプロピレン等の
変性ポリオレフィン、或いはポリアミドグラフト変性ポ
リオレフィン等である。(D) 成分の重合度等に関しては
特に制限はなく、それ自体が成形加工性を有しないオリ
ゴマーであってもよい。(D) 成分の配合量は、(A) 成分
との総和に対し1〜50重量%であることが好ましい。配
合量が1重量%では前記効果が発現せず、又、50重量%
を越えると組成物の溶融粘度が高くなり成形性に問題を
生ずる場合がある。
【0008】連続で且つ実質的に平行配列した繊維を含
有する構造体とは、棒状、帯状、テープ状、シート状及
び長尺物を言い、特に棒状のものが好ましく、これは連
続平行配列した繊維束の構成単位である単繊維(フィラ
メント)の表面を熱可塑性樹脂で被覆してストランドを
作製し、それを所定の長さに切断することによって得ら
れる。この熱可塑性樹脂で被覆する方法としては、例え
ば、熱可塑性樹脂を溶融状態で繊維束に含浸させる溶融
含浸法、粉末状の熱可塑性樹脂を空気中に浮遊、または
水などの液体中に懸濁させた状態で繊維束に含浸させた
後、溶融してストランドを得る方法等が挙げられる。溶
融含浸法としては特に制約はなく、偏平ダイ(特開昭63
−216732号公報)、屈曲通路(特開昭63−264326号公
報)を通す方法、ローラー(特開昭63−132036号公報)
やベルト(特開平1−214408号公報)を用いる方法等公
知の何れの方法でもよい。特に操作性の点で、偏平ダイ
や屈曲通路を有する形状の含浸ダイを繊維束が通る引き
抜き成形法が好ましい。又、これらの方法で得られた熱
可塑性樹脂が含浸した繊維束を更に賦形ダイを通して所
望のストランド形状にすることもできる。このようにし
て得たストランドを所望の長さに、繊維とほぼ直角方向
に切断することにより樹脂構造体を得ることができる。
かかる如くして得られた樹脂構造体を成形に供するため
には、長さ3mm以上、好ましくは3〜100mm の棒状とす
るのが良く、この場合、繊維状強化材(C) が実質上構造
体と同一長さで構造体の長さ方向に平行配列したものと
なる。
【0009】尚、本発明のポリオレフィン樹脂構造体に
は更にその目的を損なわない範囲で所望の特性を付与す
るため従来公知の添加物、例えば潤滑剤、滑剤、核剤、
染顔料、離型剤、酸化防止剤、熱安定剤、耐候(光)安
定剤、強化剤、加水分解安定剤、その他成分(A) 、(B)
、(D) 以外の熱可塑性樹脂、成分(C) 以外の充填剤等
の添加剤を少量配合してもよい。
【0010】本発明において各成分の溶融混練は、ニー
ダー、押出機等の混練機を用いて行うことができる。特
に2軸又は1軸の押出機を用いて溶融混練するのが好ま
しい。処理温度は、樹脂成分が溶融する温度より5℃乃
至 100℃高い温度であり、特に好ましくは融点より10℃
乃至60℃高い温度である。高温に過ぎると分解や異常反
応を生じ好ましくない。また、溶融混練処理時間は、30
秒以上15分以内、好ましくは1〜10分である。
【0011】
【発明の効果】本発明の長繊維で強化されたポリオレフ
ィン樹脂構造体からなる成形品は、衝撃強度に優れ、熱
変形温度も高く、このような性能が要求される各種工業
分野で好適に利用される。
【0012】
【実施例】以下実施例により本発明を更に具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例1〜8 本実施例で用いた長繊維強化熱可塑性樹脂の棒状構造体
は特開平3−230943号公報に記載されている方法
に準じて作製した。具体的には、ガラス繊維束のロービ
ングを連続的に引き取りながら加熱した後、クロスヘッ
ドダイを通過させた。クロスヘッドダイには、押出機に
てポリプロピレン樹脂(住友化学製ノーブレンAX57
4)とナイロン66(宇部興産製ナイロン2015B)
及び変性ポリプロピレンが表1に示す割合で溶融混練さ
れ溶融状態で供給されており、クロスヘッドダイ中で該
溶融樹脂をガラスロービングに含浸した。この時、ガラ
スロービングの引き取り速度と溶融ポリプロピレンの供
給量を制御して、ガラス含有量を40重量%に調整した。
クロスヘッドダイを出たポリプロピレン含有ガラスロー
ビング(ストランド)は、次に賦形ダイを通過し、更に
引き取りロールを通過後、ペレタイザーにてストランド
を切断して6mm長の棒状構造体とした。この棒状構造体
を成形して試験片を作製し、下記方法でアイゾット衝撃
強度、面衝撃強度及び熱変形温度を測定した。又、試験
片の樹脂成分を電気炉中 600℃で燃焼し、残ったガラス
繊維の長さを測定して重量平均繊維長を求めた。更に、
試験片を下記に示す方法で熱キシレン処理し、処理後の
形態を観察した。これらの結果をまとめて表1に示す。
【0013】熱キシレン処理法 10×10×3mmに切断した成形片をキシレン溶液に入れ、
油浴上120 ℃にて5時間加熱処理し、マトリックス樹脂
であるポリオレフィン樹脂(A) 及び変性ポリオレフィン
(D) を溶出させた後、肉眼により形態変化を観察した。
ここで、ポリアミド系樹脂(B) が粒子分散であれば、成
形片の形態を留めない。これに対し、本発明の如く、ポ
リアミド系樹脂(B) がガラス繊維を包含して網目構造を
とっている場合、成形片は形態を留めた状態で観察され
る。アイゾット衝撃強度 :ASTM D256 の方法に準拠して測定
した。面衝撃強度 :JIS K-7211の方法に準拠して測定した。熱変形温度 :ASTM D648 の方法に準拠して18.6kg荷重に
て測定した。
【0014】比較例1 ポリアミド系樹脂(B) を含まない場合について、同様の
方法で評価した。評価結果は表1に併せて示す。 実施例9〜12、比較例2〜3 配合成分、配合量を表2のように変えた他は実施例1〜
8と同様に成形片を作成し評価した。評価結果は表2に
示す。 実施例13〜18 配合成分、配合量を表3のように変えた他は実施例1〜
8と同様に成形片を作成し評価した。評価結果は表3に
示す。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08L 23:04 (56)参考文献 特開 平4−27507(JP,A) 特開 平1−214408(JP,A) 特開 平4−314739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/04 C08L 23/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A) ポリオレフィン系樹脂99〜50重量部と (B) ポリアミド系樹脂1〜50重量部とからなる樹脂成分
    100 重量部に対し、 (C) 繊維状強化材10〜200 重量部 を配合してなる構造体で、繊維状強化材(C) が実質上構
    造体と同一長さで構造体の長さ方向に実質的に平行配列
    している、長さ3mm以上の長繊維強化ポリオレフィン樹
    脂構造体を成形してなり、(B) ポリアミド系樹脂に包含
    された状態で(C) 繊維状強化材が1mm以上の重量平均繊
    維長で分散し、(A) ポリオレフィン系樹脂と(B) ポリア
    ミド系樹脂が相互に侵入して網目状に分散している成形
    品。
  2. 【請求項2】長繊維強化ポリオレフィン樹脂構造体が、
    更に、(D) カルボン酸基、カルボン酸無水基、カルボン
    酸金属塩基、カルボン酸エステル基、イミノ基、アミノ
    基及びエポキシ基の一種以上を有する変成ポリオレフィ
    ンを配合してなり、その配合量が(A) 成分との総和に対
    し1〜50重量%のものである請求項1記載の成形品。
  3. 【請求項3】構造体の長さが3〜100mm である請求項1
    又は2記載の成形品。
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