遼寧鑫達滑石グループ——鄧祥輝

要旨：タルク粉はポリプロピレンを充填し、混合、押出造粒、射出を経て、タルク粉/ポリプロピレン複合材料を製造し、複合材料の収縮率などをテストし、タルク粉のミクロ構造が複合材料の収縮率に与える影響のメカニズムを検討した。

キーワード：粒径シート状構造収縮率複合材料

Abstract：Talc-filled polypropylene was processed through mixing, extrusion granulation, and injection molding to produce talc/polypropylene composites. The shrinkage rate of the composites was tested, and the mechanism by which the microstructure and processing methods of talc influence the shrinkage rate of the composites was discussed.

はじめに

プラスチック収縮率とは、成形冷却後のプラスチックの体積または寸法が減少した割合を指す。通常はパーセント（%）で表されます。

無機フィラーはプラスチック改質に重要な役割を果たし、不可欠な改質助剤となっている。シート構造のタルク粉はプラスチックの中で有効な補強補強補強材料であり、常温と高温にかかわらず、プラスチックに高い剛性と耐クリープ性を与えることができる。ポリエチレンとポリプロピレンプラスチックにタルク粉を加えると、製品の曲げ弾性率、引張強度、衝撃強度、熱変形温度、表面硬度と収縮率を効果的に改善し、成形速度を速め、製品寸法の安定性を高めることができる。

タルク粉は工業製品であり、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物タルク族タルクであり、粉砕後、塩酸で処理し、水洗し、乾燥したものであり、主成分は含水ケイ酸マグネシウムである。プラスチック類、紙類製品の充填剤、ゴム充填剤とゴム製品の粘着防止剤、高級ペンキ塗料などによく使われている。

PP成形過程において、珪酸塩、炭酸カルシウム、シリカ、セルロース、ガラス繊維などのフィラーをポリマー中に充填し、PP耐熱性向上、コスト低減、剛性向上、成形収縮率低下などを達成する。

本文は異なる規格のタルク粉を採用し、同じポリプロピレン樹脂、同じ加工技術、分散が均一な条件下でタルク粉/ポリプロピレン複合材料を製造した。複合材料収縮率試験を通じて、タルク粉/ポリプロピレン複合材料の物理特性に対するタルク粉微細構造の影響を研究した。

プラスチック収縮率発生の原因

1.熱膨張冷縮効果、プラスチックが高温溶融状態から常温まで冷却すると自然収縮することが最も主要な原因である。

2.結晶性材料の構造変化ポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチックは結晶性を有し、冷却中に不定形から結晶構造への転換が発生し、体積のさらなる縮小をもたらす。

3.分子配向効果射出成形過程において、プラスチック溶融物の流れ方向は高分子鎖の配向配列を発生させ、冷却時にこのように取ると、方向によって異なる方向の収縮差（異方性）をもたらす。

4.圧力解放射出時に印加された高圧は溶融体をキャビティに充満させ、保圧が終了して型開すると圧力が消失して寸法変化も引き起こす。

5.添加剤の影響。タルク粉、ガラス繊維などのフィラーを添加すると、プラスチックマトリックスの収縮挙動が変化します。例えば、剛性フィラーを添加すると、全体の収縮率が低下することが多い。

ポリプロピレン収縮率に対するタルク粉の影響機構

1.充填効果：タルク粉自体は収縮せず、その添加は全体の割合からポリプロピレンの収縮挙動を希釈し、複合材料の全体の収縮率を低下させた。

2.結晶挙動の変化：タルク粉末の添加はポリプロピレンの結晶性に影響し、大型球状結晶の形成を減少させ、この構造変化は材料の収縮をさらに抑制する。

3.異相核形成作用：タルク粉末粒子は核形成剤とすることができ、ポリプロピレンのより細かく均一な球状構造の形成を促進し、より大きな球状結晶の生成を阻止し、さらに分子鎖の収縮運動を制限する。

じっけんぶ

1.1主要原料

ポリプロピレン（PP）、K 7726 H、北方華錦化学工業有限公司、タルク粉（Talc）、遼寧鑫達タルクグループ、ステアリン酸カルシウム、BS3818，華明泰化学工業株式会社、アルミニウム酸エステルカップリング剤、JL-0025，南京金来旺プラスチック技術有限会社。

1.2主要設備

二軸押出機、LNSD-51，江蘇鴻雲翔ゴムプラスチック機械有限会社、プラスチック射出成形機、SA900II/260，海天塑機グループ有限会社、レーザ粒子分布測定器、GSL-101BI，遼寧計器研究所責任有限公司、マフラーストーブ、SX2，鄭州シン涵器設備有限会社。

1.3プロセスフローとテスト方法

異なる規格のタルク粉、ポリプロピレン、ステアリン酸カルシウムを20：80：1の割合で、2軸押出機で造粒、乾燥し、射出機と金型を用いて射出成形を行い、標準サイズの試験片を得た。スプラインは恒温恒湿箱に24時間保存した後、試験を行った。射出成形プロセスは多段射出成形制御プロセスを採用し、主なプロセスパラメータ：可塑化温度、200℃、スクリュー回転数、50 r・min−1、注射圧力、45%注射時間、前30%、中50%、後30%、保圧圧力、30%保圧時間、8 s、冷却時間、10 s。

ストリップ作製基準：GBT 17037.1-2019プラスチック熱可塑性プラスチック材料射出試料の製造第1部：一般原理及び多目的試料と長尺状試料の製造

試験中の試験基準はGB/T 17037.4-2003熱可塑性プラスチック材料射出試料の製造第4部：成形収縮率の測定、

結果と議論

2.1タルク粉／ポリプロピレン複合材料の収縮率に対するタルク粉の細さの影響

表1異なる粒径のタルク粉充填ポリプロピレン複合材料の収縮率

異なる粒径タルク粉充填ポリプロピレン複合材料の各力学的特性を表1に示すように、粒径が小さいほどその複合材料の収縮率が小さいことがわかる。

2.2タルク粉末のケイ素含有量がタルク粉末/ポリプロピレン複合材料の収縮率に与える影響

表2異なるケイ素含有量のタルク粉充填ポリプロピレン複合材料の収縮率

表2から、タルク粉末シリコン含有量が高いほど、複合材料の収縮率が小さいことがわかる。

2.3タルク粉の径厚比がタルク粉/ポリプロピレン複合材料の収縮率に与える影響

表3異なる径厚比タルク粉充填ポリプロピレン複合材料の力学的性質

表3から、タルク粉の径厚比が高いほど収縮率が小さいと結論した。

3.結論

（1）タルク粉の粒径が小さいほど、そのプラスチック複合材料の収縮率が小さくなる。その理由は、粒径が小さいほど粒径の小さいタルク粉により多くの粒子が存在すると、核形成剤としての役割を果たす粒子がより多くなり、結晶度が高いほど、大判球形の形成が減少し、材料の収縮がさらに抑制されるからである。粒径の小さいタルク粉は表面積よりも大きく、樹脂基体との接触面積がより多く、これにより良好な支持作用を発揮し、粒径の大きいタルク粉よりも収縮率を低下させることができる。

（2）タルク粉の径厚比が高いほど収縮率が小さくなる。タルク粉自体に収縮性がなく、径厚比が高いほどタルク粉比表面積が大きくなり、タルク粉と樹脂基体との接触面積が大きくなるほど、高分子材料の熱膨張冷縮の抑制が強くなるとともに、高分子材料の配向抑制にも一定の積極的な役割があるからである。

（3）タルク粉シリコン含有量が高いほど、複合材料の収縮率が小さくなる。一般的にシリコン含有量が高いほど収縮率が小さくなるのは表面現象だけであり、実質的な根本的な原因は、シリコン含有量が高いほど粉体径厚比が高くなることである。同時に純度が高いほど、核形成剤としての粉体の数が多くなり、つまりシリコン含有量因子はミクロ構造原因と核形成剤原因の2つに分類されるべきである。いずれも収縮率を小さくすることにプラスの意味がある。