JP2018159009A - 樹脂添加剤、樹脂部品、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂部品を疵付き難くする樹脂添加剤を提供することである。
【解決手段】樹脂部品の素材となる樹脂に添加される樹脂添加剤であって、樹脂ＰＰの補強材（フィラー）であるタルクよりも硬い高硬度補強材（シリカ）の粉末と、高硬度補強材（シリカ）と樹脂ＰＰとの密着性を向上させる材料で、熱溶融して高硬度補強材（シリカ）と混練可能な相溶化剤とを有し、高硬度補強材（シリカ）と相溶化剤とが一体化された状態でペレット状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂添加剤、その樹脂添加剤が添加された樹脂組成物により形成される樹脂部品、及びその製造方法に関する。

耐熱性の向上、剛性の向上、成形時の寸法安定性の向上等を目的としてポリプロピレン樹脂に補強材（フィラー）としてタルクを添加することが好適に行われている。前記タルクは、滑石を微粉砕した無機粉末であり、化学的に安定した物質である。特許文献１に記載の技術では、平均粒径が1μm以上で14μm以下のタルクを添加したポリプロピレン樹脂を自動車のインストルメントパネル（樹脂部品）の材料として使用している。

特開２０１２−１１７００５号公報

しかし、前記タルクは無機鉱物中で最も硬度が低いため（モース硬度１）、樹脂部品の表面が鋭利なもので引っ掻かれた場合、タルクが露出したり、破壊されて白化し、樹脂部品の表面に引っ掻き疵が付き易い。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、樹脂部品を疵付き難くする樹脂添加剤を提供することである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。請求項１の発明は、樹脂部品の素材となる樹脂に添加される樹脂添加剤であって、樹脂の補強材であるタルクよりも硬い高硬度補強材の粉末と、前記高硬度補強材と前記樹脂との密着性を向上させる材料で、熱溶融して前記高硬度補強材と混練可能な相溶化剤とを有し、前記高硬度補強材と相溶化剤とが一体化された状態でペレット状に形成されている。

本発明によると、樹脂添加剤は高硬度補強材と相溶化剤とが一体化された状態でペレット状に形成されている。このため、樹脂部品を射出成形する際、前記樹脂添加剤を素材となる樹脂のペレットに対して所定比率で混ぜることができる。これにより、樹脂部品中にタルクよりも硬い高硬度補強材の粒子が混ざるようになる。この結果、樹脂部品の表面が鋭利な物で引っ掻かれるような場合に、前記鋭利な物が樹脂部品中の高硬度補強材の粒子で受けられるようになり、樹脂部品の疵付きを改善できる。

請求項２に係る発明によると、高硬度補強材の粒径は、150μm以下に設定されている。このため、例えば、鋭利な物の先端（約0.5mm径）が樹脂部品の表面に当接した場合に、その当接部分に複数の高硬度補強材の粒子を配置できるようになる。

請求項３に係る発明によると、樹脂添加剤には、樹脂部品の摩擦係数を低減させる滑材が添加されている。このため、樹脂部品の表面が滑り易くなり、疵が付き難くなる。

請求項４に係る発明によると、高硬度補強材としては、シリカ、又はガラスビーズ、又は木粉が使用されている。

請求項５の発明は、樹脂部品の素材となる樹脂に添加される樹脂添加剤の製造方法であって、樹脂の補強材であるタルクよりも硬い高硬度補強材の粉末と、前記高硬度補強材と前記樹脂との密着性を向上させる相溶化剤のペレットとを混合する混合工程と、前記混合工程の後、前記高硬度補強材と前記相溶化剤とを混練機に投入し、前記相溶化剤を熱溶融させて前記高硬度補強材と混練する混練工程と、前記混練工程の後、前記高硬度補強材と前記相溶化剤とを冷却してペレット状に成形する成形工程とを有する。

請求項６の発明によると、樹脂部品は、樹脂の補強材であるタルクよりも硬い高硬度補強材の粉末と、前記高硬度補強材と前記樹脂との密着性を向上させる材料である相溶化剤とを備える樹脂添加剤が添加されている樹脂組成物により成形されている。

請求項７の発明における樹脂部品の製造方法は、高硬度補強材と相溶化剤とが一体化された状態でペレット状に形成されている樹脂添加剤と、樹脂とタルクとが一体化された状態で形成されている樹脂ペレットとを混合する混合工程と、混合工程後の樹脂添加剤のペレットと樹脂ペレットとを射出成形機に供給し、樹脂部品を成形する成形工程とを有する。

本発明によると、樹脂部品を疵付き難くする樹脂添加剤を提供できる。

本発明の実施形態１に係る樹脂部品（インストルメントパネル）の模式斜視図である。 前記樹脂部品のベースとなる樹脂、樹脂添加剤の配合割合と疵付き白化荷重等との関係等を表す図である。 本実施形態１に係る樹脂添加剤の製造工程を表すブロック図である。 前記樹脂添加剤の製造工程における混合工程を表す模式図である。 前記樹脂添加剤の製造工程における混練工程、ペレット成形工程を表す模式図である。 前記樹脂部品の製造工程を表すブロック図である。 前記樹脂部品の製造工程を表す模式図である。 前記樹脂部品の表面を引っ掻き硬度計により疵付き評価をしている様子を表す模式図である。 樹脂添加剤の補強材（フィラー）の粒径と疵付き白化荷重等との関係を表す図である。

［実施形態１］
以下、図１から図９に基づいて本発明の実施形態１に係る樹脂添加剤、樹脂部品、及びその製造方法について説明する。本実施形態に係る樹脂部品は、自動車の車室内に設置されるインストルメントパネル１０である。インストルメントパネル１０は、図１に示すように、自動車の走行に必要な計器類が取付けられるパネルであり、ベースとなる樹脂に樹脂添加剤３０を添加した樹脂組成物２０により成形されている。

インストルメントパネル１０の素材となる樹脂組成物２０は、図２の実施例１に示すように、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）に対してタルク２３を20％（重量％）配合したタルク配合樹脂２１をベースにして製造される。ここで、タルク配合樹脂２１を構成するタルク２３は、上記したように、滑石を微粉砕した無機粉末であり、平均粒径が約5μmに設定されている。そして、タルク配合樹脂２１の重量を90とした場合に、そのタルク配合樹脂２１に対して補強材（フィラー）のシリカ３２が重量10、相溶化剤３４が重量3、滑材３６が重量3、着色剤が重量3の割合で添加されることで樹脂組成物２０が形成される。即ち、シリカ３２、相溶化剤３４、滑材３６、及び着色剤が樹脂添加剤３０となる。

＜樹脂添加剤３０について＞
樹脂添加剤３０は、ベースとなるタルク配合樹脂２１に添加されることで樹脂部品であるインストルメントパネル１０の表面１０ｆの疵付きを抑制するとともに、光沢を抑えるためのものである。樹脂添加剤３０を構成するシリカ３２は二酸化ケイ素（SiO₂）の粉末であり、平均粒径が約3.5μmに設定されている。シリカ３２は、モース硬度が７でタルク２３（モース硬度１）に対して格段に硬い材料であり、インストルメントパネル１０の表面１０ｆの疵付き等を抑える働きをする。即ち、シリカ３２が本発明の高硬度補強材に相当する。

樹脂添加剤３０を構成する相溶化剤３４は、シリカ３２の粒子とポリプロピレン樹脂との密着性を向上させるための材料であり、マレイン酸変性ポリプロピレンが使用される。また、滑材３６は、インストルメントパネル１０の表面１０ｆの摩擦係数を低減させる材料であり、ステアリン酸マグネシウム（Mg）の粉末が使用される。ここで、滑材３６としてステアリン酸マグネシウムの代わりに、ステアリン酸カルシウム（Ca）、ステアリン酸亜鉛（Zn）、ステアリン酸鉛（Pb）等を使用することも可能である。また、着色剤（図番省略）は、インストルメントパネル１０の色に合わせて樹脂組成物２０を着色する材料である。

＜樹脂添加剤３０の製造方法について＞
樹脂添加剤３０は、図３に示すように、混合工程と混練工程とペレット成形工程とを経て製造される。混合工程は、図４に示すように、シリカ３２の粉末と、相溶化剤３４のペレットと、滑材３６の粉末と、着色剤の粉末とを所定の重量比率、即ち、10:3:3:3の重量比率（図２ 実施例１参照）で均一に混合する工程である。混合工程では、図４に示すように、攪拌羽根を備える混合装置３７によってシリカ３２の粉末と相溶化剤３４のペレットと滑材３６の粉末、及び着色材の粉末とが均一に混合される。

混練工程は、混合工程で均一に混合されたシリカ３２、相溶化剤３４、滑材３６、及び着色材の混合物を混練機３８（図５参照）により混練する工程である。混練機３８は、図５に示すように、押出式の混練機であり、混練機本体部３８０を備えている。混練機本体部３８０は、円筒形のシリンダ部３８１と、そのシリンダ部３８１内に回転可能に収納されている螺旋状のスクリュー（図示省略）と、前記スクリューを回転させる駆動部３８３とを備えている。また、混練機本体部３８０は、前記シリンダ部３８１内にシリカ３２等の混合物を投入するホッパー３８４と、シリンダ部３８１内の温度を調整する温度調整部３８５とを備えている。

混練工程では、先ず、混合工程で均一に混合されたシリカ３２、相溶化剤３４、滑材３６、及び着色材の混合物が混練機３８（混練機本体部３８０）のホッパー３８４に供給される。このとき、混練機本体部３８０のシリンダ部３８１内の温度は温度調整部３８５により約200℃に調整されている。これにより、ホッパー３８４から混練機本体部３８０のシリンダ部３８１内に一定量のシリカ３２、相溶化剤３４、滑材３６、及び着色材の混合物が供給されると、相溶化剤３４、滑材３６、着色材が熱溶融する。そして、螺旋状のスクリューが回転することでシリカ３２と相溶化剤３４と滑材３６と着色材とが混練されて、混練後の樹脂添加剤３０が、図５に示すように、シリンダ部３８１の製品出口（図示省略）から軟化棒状体３０ｗとして押し出される。

ペレット成形工程は、混練機本体部３８０から押出された軟化棒状体３０ｗから所定サイズの樹脂添加剤３０のペレットを製造する工程である。ペレット成形工程では、混練機３８の冷却槽３８８とカッタ３８９とが使用される。冷却槽３８８は、混練機本体部３８０から押出された軟化棒状体３０ｗを切断に可能な温度まで水冷する装置である。また、カッタ３８９は、水冷後の軟化棒状体３０ｗをペレットのサイズに切断する装置である。即ち、混練機本体部３８０から押出された軟化棒状体３０ｗは、冷却槽３８８で水冷された後、カッタ３８９で所定サイズに切断され、樹脂添加剤３０のペレットが製造される。

＜インストルメントパネル１０（樹脂部品）の製造方法について＞
インストルメントパネル１０は、図６に示すように、混合工程と射出成形工程とを経て製造される。混合工程では、図７に示すように、攪拌羽根を備える混合装置４３により樹脂添加剤３０のペレットとタルク配合樹脂２１のペレットとが所定の重量比率で均一に混合される。即ち、図２の実施例１に示すように、タルク配合樹脂２１の重量90に対して樹脂添加剤３０の重量19（＝10＋3＋3＋3）の割合で混合される。

射出成形工程では、樹脂添加剤３０とタルク配合樹脂２１の混合ペレット４０が射出成形機４５に供給されてインストルメントパネル１０の成形が行われる。射出成形機４５は、図７に示すように、可動型４６ｍと固定型４６ｓとからなる成形型４６と、成形型４６の成形空間内に溶融樹脂を圧入する射出ユニット４７とを備えている。射出ユニット４７には、射出ユニット４７に対して混合ペレット４０を供給するためのホッパー４８が設けられている。これにより、樹脂添加剤３０とタルク配合樹脂２１の混合ペレット４０を射出成形機４５のホッパー４８に供給して射出成形を行うことで、タルク２３及びシリカ３２を補強材（フィラー）とする樹脂組成物２０によりインストルメントパネル１０が成形される。

＜インストルメントパネル１０（樹脂部品）の疵付き試験について＞
次に、インストルメントパネル１０（以下、樹脂部品１０という）の疵付き試験について説明する。樹脂部品１０の疵付き試験は、引っ掻き硬度計５０を使用して行われる。引っ掻き硬度計５０は、図８に示すように、先端の引っ掻き端子５２を樹脂部品１０の表面１０ｆに対して直角に所定荷重で押し付け、その引っ掻き端子５２を表面１０ｆに沿って移動させることで疵付きの程度を測定する装置である。そして、引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２を樹脂部品１０の表面１０ｆに対して押し付ける荷重と、樹脂部品１０の表面１０ｆに発生した引っ掻き疵の程度とから樹脂部品１０（樹脂組成物２０）の性能を評価している。ここで、引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２の径寸法は、0.5mmに設定されている。

本実施形態に係る樹脂部品１０の場合、図２の実施例１に示すように、タルク配合樹脂２１（重量90）に対して、樹脂添加剤３０、即ち、シリカ（重量10）、相溶化剤（重量3）、滑材（重量3）が添加されているため、引っ掻き硬度計５０による疵付き試験の疵付き白化荷重が6Nであった。即ち、引っ掻き端子５２を6Nの荷重で樹脂部品１０の表面１０ｆに押し付けて移動させた場合に、表面１０ｆに白化した疵が発生した。これに対し、樹脂部品１０をタルク配合樹脂２１のみで成形した場合、引っ掻き硬度計５０による疵付き試験の疵付き白化荷重が3.5Nであった。即ち、タルク配合樹脂２１に対して、樹脂添加剤３０を添加することで、樹脂部品１０の表面に疵が付き難くなった。

この理由として、図８に示すように、引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２が当接する樹脂部品１０の表面１０ｆにタルク２３の粒子に交じって多数のシリカ３２の硬い粒子が存在することが考えられる。これにより、引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２がシリカ３２の硬い粒子によって受けられ、引っ掻き端子５２がタルク２３の粒子を露出崩壊させ難くなることで、疵が付き難くなるものと考えられる。

また、光沢計で樹脂部品１０の表面１０ｆを測定した場合の光沢は、図２に示すように、前記樹脂部品１０をタルク配合樹脂２１のみで成形した場合、2.5（2.5％反射）であった。これに対し、タルク配合樹脂２１（重量90）に対して、シリカ（重量10）、相溶化剤（重量3）、滑材（重量3）を添加した樹脂組成物２０で樹脂部品１０を成形した場合、光沢が1.7（1.7％反射）で艶消し効果が確認された。

また、本実施形態では、図２の実施例１に示すように、タルク配合樹脂２１（重量90）に対して、樹脂添加剤３０、即ち、シリカ（重量10）、相溶化剤（重量3）、滑材（重量3）を添加する例を示した。これに対し、図２の比較例１は、タルク配合樹脂２１（重量90）に対してシリカ（重量10）を添加し、相溶化剤（重量3）、滑材（重量3）を省略した例を示している。この場合でもシリカ（重量10）の働きで引っ掻き硬度計５０による疵付き試験の疵付き白化荷重が5Nであり、タルク配合樹脂２１のみの場合（3.5N）と比較すると疵が付き難くなっている。また、図２の比較例２は、タルク配合樹脂２１（重量90）に対してシリカ（重量10）と相溶化剤（重量3）とを添加し、滑材（重量3）を省略した例を示している。この場合、引っ掻き硬度計５０による疵付き試験の疵付き白化荷重が5.5Nであり、相溶化剤（重量3）の働きでシリカ（重量10）のみを添加した比較例１の場合よりも疵付き難くなっている。

また、本実施形態では、図２の実施例１に示すように、シリカ（重量10）の平均粒径を約3.5μmに設定する例を示した。しかし、図９の比較例１２に示すように、シリカ（重量10）の平均粒径を約5.3μmに設定しても、平均粒径が約3.5μmの場合と比較して疵付き防止性能（5N）に変化はなかった。また、図９の比較例１３に示すように、平均粒径が約3.5μmのシリカ（重量10）の代わりに平均粒径が約20μmのガラスビーズ（モース硬度５）を使用すると、疵付き白化荷重が4.5Nとなり、疵付き防止性能が若干低下した。また、図９の比較例１４に示すように、シリカ（重量10）の平均粒径を約24μmにアップすると、疵付き白化荷重が4.5Nとなり、疵付き防止性能が若干低下した。

さらに、シリカ（重量10）の代わりにガラスビーズ（重量10）を使用して、図９の比較例１５、比較例１６、比較例１７、比較例１８に示すように、ガラスビーズ（重量10）の粒径を順番に大きくしていった場合を考える。比較例１８におけるガラスビーズ（重量10）の平均粒径が約245μmの場合、疵付き白化荷重が4Nとなり、疵付き防止性能が他の比較例よりも低下する。これは、ガラスビーズ（重量10）の平均粒径が大きくなると、ガラスビーズの粒の数が少なくなるため、図８において引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２が当接する樹脂部品１０の表面１０ｆに存在するガラスビーズの数が少なくなる。この結果、ガラスビーズの粒子が引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２を適正に受けられなくなり、疵付き防止性能が低下するものと考えられる。このため、ガラスビーズ等の最大粒径は150μm以下に設定するのが好ましい。

即ち、本実施形態では、平均粒径約3.5μmのシリカ（重量10）と相溶化剤（重量3）と滑材（重量3）とを備える樹脂添加剤３０を例示した。しかし、平均粒径約3.5μmのシリカ（重量10）の代わりに平均粒径約5.3μm、24μmのシリカ（重量10）を使用することも可能であるし、平均粒径約20μm、50μm，70μm，106μmのガラスビーズ（重量10）を使用することも可能である。即ち、前記ガラスビーズも本発明の高硬度補強材に相当する。

＜本実施形態に係る樹脂添加剤３０の長所について＞
本実施形態によると、樹脂添加剤３０はシリカ３２等（高硬度補強材）と相溶化剤３４とが一体化された状態でペレット状に形成されている。このため、樹脂部品１０を射出成形する際、樹脂添加剤３０を素材となるタルク配合樹脂２１のペレットに対して所定比率で混ぜることができる。これにより、樹脂部品１０中にタルク２３よりも硬いシリカ３２の粒子が混ざるようになる。この結果、樹脂部品１０の表面１０ｆが鋭利な物（例えば、引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２）で引っ掻かれるような場合に、前記引っ掻き端子５２が樹脂部品１０中のシリカ３２の粒子で受けられることで、樹脂部品１０の疵付きを改善できる。

また、シリカ３２、又はガラスビーズ（高硬度補強材）の粒径は、150μm以下である。このため、例えば、引っ掻き硬度計５０の引っ掻き端子５２（約0.5mm径）が樹脂部品１０の表面１０ｆに当接した場合に、その当接部分に複数のシリカ３２、又はガラスビーズの粒子を配置できるようになる。また、樹脂添加剤３０には、樹脂部品１０の摩擦係数を低減する滑材３６が添加されているため、樹脂部品１０の表面１０ｆが滑り易くなり、疵が付き難くなる。

＜変更例＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、樹脂添加剤３０の補強材（フィラー）としてシリカ３２、又はガラスビーズを使用する例を示した。しかし、図２の実施例２に示すように、補強材として平均粒径が101μmの木粉を使用することも可能である。即ち、タルク配合樹脂２１が重量90に対して前記木粉と相溶化剤３４と滑材３６と着色剤とを重量10：重量3：重量3：重量3の割合で配合して樹脂部品１０を成形することも可能である。補強材として木粉を添加した樹脂部品１０の疵付き白化荷重は、5.5Nであり、補強材としてシリカ３２等を使用した場合（6N）と比較して疵付き防止性能が若干低下している。これは、木のモース硬度が約２でシリカ３２等（モース硬度７）と比べると硬度が低いため、これが原因と考えられる。

ここで、図２の比較例３に示すように、樹脂部品１０のベースとしてタルク配合樹脂２１（タルク20％、ポリプロピレン樹脂80％）の代わりにポリプロピレン樹脂を使用することも可能である。この場合、ポリプロピレン樹脂が重量80に対して前記木粉と相溶化剤３４と着色剤とを重量20：重量3：重量3の割合で配合すると、樹脂部品１０の疵付き白化荷重が8Nとなり、疵付き防止性能が改善された。また、本実施形態では、ポリプロピレン樹脂を使用して樹脂部品を成形する例を示したが、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）の代わりに、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＢＥ樹脂、ＡＳＡ樹脂、ポリアミド樹脂（ＰＡ）を使用することも可能である。なお、ポリプロピレン樹脂の代わりに上記樹脂を使用した場合、それぞれの樹脂に対応する相溶化剤を使用する必要がある。

また、本実施形態では、樹脂添加剤３０の製造方法において混練機３８に対してシリカ３２、相溶化剤３４、滑材３６、及び着色剤を供給して混練を行う例を示した。しかし、シリカ３２、相溶化剤３４、滑材３６、着色剤に所定量のポリプロピレン樹脂を加えて混練を行うことも可能である。この場合、樹脂部品１０の射出成形工程において樹脂添加剤３０に加えたポリプロピレン樹脂の量だけベースとなるポリプロピレン樹脂の量を減らすことで対応が可能である。また、本実施形態では、樹脂部品１０としてインストルメントパネルを例示したが、ピラートリム等に本発明を適用することも可能である。

１０・・・・インストルメントパネル（樹脂部品）
２０・・・・樹脂組成物
２１・・・・タルク配合樹脂
２３・・・・タルク
３０・・・・樹脂添加剤
３２・・・・シリカ（高硬度補強材）
３４・・・・相溶化剤
３６・・・・滑材
３８・・・・混練機
４５・・・・射出成形機

Claims (7)

1. 樹脂部品の素材となる樹脂に添加される樹脂添加剤であって、
   樹脂の補強材であるタルクよりも硬い高硬度補強材の粉末と、
   前記高硬度補強材と前記樹脂との密着性を向上させる材料で、熱溶融して前記高硬度補強材と混練可能な相溶化剤と、
   を有し、
   前記高硬度補強材と相溶化剤とが一体化された状態でペレット状に形成されている樹脂添加剤。
2. 請求項１に記載された樹脂添加剤であって、
   前記高硬度補強材の粒径は、150μm以下に設定されている樹脂添加剤。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された樹脂添加剤であって、
   前記樹脂部品の摩擦係数を低減させる滑材が添加されている樹脂添加剤。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された樹脂添加剤であって、
   前記高硬度補強材としては、シリカ、又はガラスビーズ、又は木粉が使用されている樹脂添加剤。
5. 樹脂部品の素材となる樹脂に添加される樹脂添加剤の製造方法であって、
   樹脂の補強材であるタルクよりも硬い高硬度補強材の粉末と、前記高硬度補強材と前記樹脂との密着性を向上させる相溶化剤のペレットとを混合する混合工程と、
   前記混合工程の後、前記高硬度補強材と前記相溶化剤とを混練機に投入し、前記相溶化剤を熱溶融させて前記高硬度補強材と混練する混練工程と、
   前記混練工程の後、前記高硬度補強材と前記相溶化剤とを冷却してペレット状に成形する成形工程と、
   を有する樹脂添加剤の製造方法。
6. 樹脂の補強材であるタルクよりも硬い高硬度補強材の粉末と、前記高硬度補強材と前記樹脂との密着性を向上させる材料である相溶化剤とを備える前記樹脂添加剤が添加されている樹脂組成物により成形されている樹脂部品。
7. 高硬度補強材と相溶化剤とが一体化された状態でペレット状に形成されている樹脂添加剤と、樹脂とタルクとが一体化された状態で形成されている樹脂ペレットとを混合する混合工程と、
   混合工程後の樹脂添加剤のペレットと樹脂ペレットとを射出成形機に供給し、樹脂部品を成形する成形工程と、
   を有する樹脂部品の製造方法。
   

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