JPH02117933A - 強度の優れた金属粉末高濃度充填プラスチック組成物 - 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】 （ａ）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。詳しくは従来技術では達成し
１ワなかった優れた成形加工性、外観、表面加飾性、機
械的強度をもつ高比重成形品を容易につくり得る新規の
組成物に関する。

（ｂ）従来の技術 従来よりプラスチック材料に鉄わ）等の金属粉末を高濃
度に配合したｒ「１１比ｍ月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。高比重プラスチック組成物に
係る従来技術を例示すれば次のようである。特開昭６２
−２１２４５９号はナイロン６基質で８２．５％の鉄粉
を配合し、比ｉ１’ｊ３．ｆ３３を１７゛ζいる。又特
公昭６１−１１２６１号ではナイロン６基質で亜鉛粉７
４％を配合し、比重３．０を得ている。又更に高比重の
材料をつくる技術としては、特開昭６１−２００１６５
号はナイロン６基質で亜鉛粉末９０％と強化用繊維を配
合し比重４゜４の組成物をつくり、又特開昭６２−１６
９８５８号はナイロン６基質で鉄粉８５％を配合し比重
４゜３４の組成物を得ている。

これらは何れもフライホイールなどの機械部品を目的と
したものであり、ｉｉＰられた材料の機械的強度に関し
ては記述されている例が少ないが、発明者等の追試によ
れば引張強さは３　ｋｇ　／　ｓａ’程度、アイゾツト
（扉ｉ　！３！！値は３　ｋｇ　ｃｕ　／　ｃｍ程度で
あり、ＩＡＪ脂単体よりは大幅に低下しているものであ
った。

しかし家庭電気製品のテープレコーダーのフライホイー
ルには実用上の使用に耐える範囲であった。

しかるに近年高比重プラスチック材料はその性能と加工
性の良い特徴から、従来の機械内装のフライホイールに
とＶ′よらず、多くの製品への応用Ｃ１′ヂ！！１：を
もたれて来た。

この例として往１度刃型の電気カミソリがある。

高比重祠料を外装のフレームやボディーに使用すること
により、振Ｕノを和らげる効果がある。

然し、このような用途に使う為には、従来のこの種材ｆ
−＋の用途であった内装部材とは異なった性能が要求さ
れる。

先ず、成形品の流動長が長く薄肉で且つ複雑形状となる
ため成形加工性の優れていることが要求される。これは
材料の流動性と共に、平滑な表面、ウェルドが目立ちに
くいことなどがあげられる。

更に製品使用時の落下等による破ｆｉに耐える商い面４
　ｉ！ｉ撃強度が要求される。

ナイロンを基質とする組成物では、フライホイールなど
の機１Ｍ部材に使う場合はガラス繊維、チタン酸カリウ
ムなどの強化材を配合することにより、耐衝撃性を向上
させる技法も採用できたが、外装用を目的とした場合は
、表面の平滑性を失うこと、及び塗装、メツキ処理の困
難さからガラス繊維の配合は好ましい手段とは云えない
。又、チタン酸カリウムは繊維径が２〜３μと細いため
成形品の外観は優れるが、ガラス繊維配合に比べ強度向
上の効果は劣り、且つ材料単価が著しく高くなる。

以上のように、新しい市場の要求に対し従来技術による
高比重材料は満足でないため、その改良が強（要求され
ているところである。

（ｃ）発明が解決しようとする問題点 本発明者は、金泥粉末を高１度に配合した高比重プラス
チック（１料が、その機械的強度、外観、及び成形加工
性の制限から、主に内装の機構部材に１服定して使用さ
れている現状を改善し、ガラス繊維等の強化材を配合し
なくても優れたｖｉ械的強度、特に高い耐衝撃性を持ち
、成形加工性が良く、成形品の外観が優れ、特に塗装仕
上げ、メツキ川口１が良く、家電製品等のハウジング部
品として充分使用に耐える性能を持つ高比重複合材料を
開発することを目的として研究の結果この発明を完成し
たものである。

（（１）問題点をＦｒｙ決１−るための手段以下、従来
技術の上記のような問題点を解決するために）采られた
本発明の詳細な説明する。

本発明は、表面が平滑で形状が実質的に直球形であり、
かつ平均粒子径が１００μ以下の金属粉末を、プラスデ
ックＩＡ′！−１中に５０％〜９７％充填したことを特
徴とする強度の優れたプラスチック組成物である。

こ＼でいう金属とは、本発明の目的である高比重複合材
のためには、比重６以上の材質が有効である。これには
、鉄、銅及び銅合金例えば青銅、真鍮、黄銅、リン青銅
、白銅、亜鉛、鉛、錫などがあげられる。

又、金属表面を他種金属で被覆した粉末例えば、亜鉛被
覆鉄粉、錫被覆銅粉などがあげられる。

こ＼でいう貫球状とは該粉末の球形係数（Ｓρｈｅｒｊ
ｃｉＬｙ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が０．８５以上、
好ましくはＯ１９以上であると定める。

この球形係数はＶａｎ　Ｎｏ５ｔｒａｎｄ　Ｒｅ１ｎｈ
ｏｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ版１１ａｎｄｂｏｏｋ　ｏｒ　
Ｆｉｌｌｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｐｉａｓｔｉｃｓ、　ｌ１ａ
ｒｒｙ　５ＫａＬｚ　　＆　Ｊｏｂｎν旧１ｅｗｓｋｉ
　　ｌＨｒ　　９２頁に記載されている。　即ら である。真球であれば、この係数は１である。

か＼ル金属粉の例として、ＡＬＣＩＩＮ　ＰＯＷＤＥＲ
５ＡＮＤ　ＰＩＧＭＥＮＴＳ社（９０１Ｌｅｈｉｇｈ　
Ａｖｅｎｕｅ　、　Ｕｎｉｏｎ　、　ＮＪ）から入手で
きるブロンズパウダー１０Ｐ、４０Ｐ、１５３Ａなどが
ある。

該真球状金属粉末の充填材の粒度は、均質な組成物を１
ｑるために、９０％以上が２００メソシユ以下、ＩｊＴ
ましくは７０％以上が３２０メツシュ通過の粒末であれ
ばよい。

ご−でいう粒度とは、タイラー標準フルイ番号で表示し
ている。

２００メツシュ通過のような微粒子を配合することによ
る利点は、上述のように強度が優れることのほか、成形
品の表面が平滑で塗装などの二次加工性が良いことであ
る。又混合物の射出成形時の流動性も一層優れる。

本発明の配合物において、真球状金属粉末を事前にカン
プリング処理を行い、或いは樹脂原料とブレンドすると
同時に力・ノブリング剤を配合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）Ｔ−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、Ｔ−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ｊ！！なカップリング剤は、配合するＩＨ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。

カップリング剤は、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、又これ以上配合して
も、コストが上昇するのみで効果の向上は見られない。

本発明の組成物に配合されるプラスチックは、多くの熱
可塑性プラスチックが使用出来る。一般の高比重用途に
は塩化ビニル樹脂、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、へＢ
Ｓ樹脂などが適当である。ポリオレフィン系の樹脂には
、耐ＩＩｉ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
ツクレート、ポリアセクール、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
フエニレンエーテルーポリスチレンブレンド樹脂、ポリ
サルホン、ボリアリレー１などの非結晶性樹脂を使用出
来る。

これらエンジユ”７リングプラスチツクは、その〜１ｉ
Ｊｉ！ｌＩ！、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、スチレンーブクジエンブロック
コボリマーおよびその水添物、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９ノ果があることはよ
（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、真球状金属粉末とＪＪＩ脂との混合物に、フェノー
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、或いはメチレンビスア
マイド、ステアリン酸モンクン酸エステル等のｌｈ剤を
加え、成形品の別型性や表面平沿性を改良する一般の技
法を用いることも出来る。

これら混合物を、掌性により熔融混合（メルトコンパウ
ンディング）することにより、容易に高比重プラスチッ
ク材料を造ることが出来る。

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Ａ、１小成形機としては、特に日本国
特３Ｎ第１１０４７２７号公報に記載される混練機（ｉ
を備えた射出成形機が、真球状金属粉末の均一分散を行
う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Ｃ」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ｆｌＩｔｍ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。

ごの効果は、材料が充分に塩気さ扛ること、及び溶融過
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。

１１１シ、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うけるものではない。

（ｅ）作用 この発明は、表面が平消で実質的に真球状であって平均
粒子径が１００．１７以下の金属粉末をプラスチック基
質中に５０ｉ１％〜９７重量％充填することにより従来
の技術において採用されていた不規則形状、例えば不規
則粒状の鉄粉、樹枝状の電解銅わ）、角状粉のフェライ
ト粉末、微細繊維状の真鍮などの高比重充填材を配合し
た複合材料に比べ、真球状金属粉末のプラスチック組成
物中の物理的で有効な作用によって極めて優れた成形加
工性、成形品の外観、及び高い機械的強度を持つ高比重
高強度の複合材料の開発に成功したものである。

（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ａ発明す
る。

実施例１゜ （１）　　２００メツシュ１００％通過、且つ３２５メ
ツシュア５％通過の粒度の陛銅粉（Ａｌｃａｎ　Ｐｏｗ
ｄｅｒｓ　ａｎｄＰｉｇｍｅｎｔｓ社ブロンズパウダー
１０Ｐ１組成：泪９０％、錫１０％＞　５０００ｇを高
速ミキサー（［相］カワタ製スーパーミキサー）中で低
速混合しながら、シランカフプリング剤２５ｇ（信越化
学工業社ＫＢＭ　９０３．２５ｇを変性アルコール／水
−９／１熔液で５倍に希釈）を添加し、引続き高速で３
分間混合を続けた。

混合物は熱風循環式乾燥器中で１２０℃３時間加熱し、
処理わ）末を得た。本青銅粉末は顕微鏡観察により１０
０咽以上の粒子を測定したとごろ、平均粒子径が２５μ
で、９４９４以上の粒子の球形係数が０．９９９６の表
面平ンｈなり球状粒子であった。

（２）前項のシラン処理青銅粉末５０００ｇ　、　！’
５）末代ナイロン６樹脂（宇部興産社＋ＭＩＯＩＩＦ）
　５００ｇをドラムブレングー中で５分間混合した。

比較例１゜ （１）　　２００メツシュア１％通過、且っ３２５メソ
シュ２３％ｉｉＩ過のアトマイズ法でつくられた鉄粉（
川崎製鉄社製ＫＩＰ３００Ａ）の鉄粉を、実施例１．と
同様に処理した。

（２）シラン処理鉄粉５０００ｇ　、粉末状ナイロン６
樹脂（同前）　　６９０ｇをドラムブレングー中で５分
間混合した。

比較例２゜ （１）比較例１．　　（１）と同様にして処理鉄粉をつ
くった。

（２）引続き、粉末状ナイロン６樹脂（同前）６３０ｇ
エチレン−不飽和カルボン酸コポリマー（三井デュポン
ケミカル社製ニュクレルＮ１５２５）　２０ｇ　。

０、ｐ−トルエンスルポンアミド混合物（富士アミドケ
ミカル社製トップサイザー５号）　３０ｇ　、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Ｎ１８
ｐ　）　１０ｇを加え、７５０ｒ／ｍで３００分間混し
た。混合物の温度は１４０℃迄昇温し、エチレンー不飽
和カルボン酸コポリマーは熔融した。

（３）引続きミキサーのジャケラＩ・を水冷しなから１
００ｒ／ｍて２００分間混を続け、鉄粉とナイロンわ）
末が融着した顆粒状混合物をつくった。

実施例１、比較例１、比較例２の混合物を日本国特許第
１１０４７２７号に記載されたｆ６融物混煉機構を備え
た射出成形機に、スクリューと連りＪ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ｆ１１Ｎ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　ｍｍ）及びＡＳＴＭ　　Ｄ２５６　　衝撃試験片
（全長６４ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、肉厚３．２ｍ１１＋
）の七７１−取りで、成形の結果及び物性測定の結果を
表１に示す。

即ら本発明の組成物により従来技術では達成し得なかっ
た高強度、高比重をもつ複合材が得られた。

（ｇ）発明の効果 この発明は、金属粉末を高濃度に充填した高比正プラス
チック複合材において、実質的に表面率ｌｈで且つ真球
形の全屈充填材を配合することにより、ガラス繊維など
の強化材を配合することなしに、従来技術では達成し得
なかった高い強度をもつ高比重複合材の製造を可能にし
たものである。

更に当該複合材は、ガラス繊維などの繊維状強化材を配
合する必要が無い為、成形品の表面が平ｌｈでウェルド
ラインも目立つことが無く、特に後加工の塗装、メツキ
仕上げ等で優れた効果を有する新規な発明である。

表１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面が平滑で実質的に真球形である平均粒子径が１００
   μ以下の金属粉末を、プラスチック材料中に５０重量％
   〜９７重量％充填したことを特徴とするプラスチック組
   成物。