JP2000263622A - 繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガラス繊維を含有するにもかかわらず高強度で
軽い繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体を製造する。 【解決手段】繊維強化熱可塑性樹脂材料からなる押出し
成形体の少なくとも一部に空隙を形成し、該空隙が該繊
維強化熱可塑性樹脂からなる部分の５〜９０容量％であ
る繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法におい
て、（ａ）該繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練する工
程、（ｂ）該溶融混練された繊維強化熱可塑性樹脂を所
定の最終成形体の断面積よりも大きくなるように押出す
工程、（ｃ）押出された該繊維強化熱可塑性樹脂を最終
成形体形状になるまで圧縮する工程、（ｄ）圧縮された
該繊維強化熱可塑性樹脂を冷却する工程を含む繊維強化
熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化熱可塑性
樹脂押出し成形体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス繊維等の強化繊維を含有する熱可
塑性樹脂の押出し成形方法は従来よりよく知られてお
り、例えば、特開平6-278188号公報や特開平6-278187号
公報等に開示されている。これらの成形方法は、コア層
としてガラス繊維ロービングに熱可塑性樹脂を含浸させ
５〜３０mmの長さに切断したペレット、いわゆる長繊維
強化樹脂ペレットを用い、スキン層として強化繊維を含
まない熱可塑性樹脂を用いた多層押出しシートの製造方
法であり、優れた外観、表面の耐傷つき性、仮反り性、
落鍾衝撃強度を得る事を目的としている。

【０００３】しかし、これらの方法によれば、表面性や
反りあるいは強度に優れた繊維強化熱可塑性樹脂シート
を得ることは可能であるが、強化繊維を含有するため重
く、軽量化の面で不十分であるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
本発明者らは、ガラス繊維を含有するにもかかわらず高
強度で軽い繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体を製造する
方法について鋭意検討の結果本発明に至った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、繊維
強化熱可塑性樹脂材料からなる押出成形体の少なくとも
一部に空隙を成形し、該空隙が該繊維強化熱可塑性樹脂
からなる部分の５〜９０容量％である繊維強化熱可塑性
樹脂押出成形体の製造方法において、（ａ）該繊維強化
熱可塑性樹脂を溶融混練する工程、（ｂ）該溶融混練さ
れた繊維強化熱可塑性樹脂を所定の最終成形体の断面積
よりも大きくなるように押出す工程、（ｃ）押出された
該繊維強化熱可塑性樹脂を最終成形体形状になるまで圧
縮する工程、（ｄ）圧縮された該繊維強化熱可塑性樹脂
を冷却する工程を含むことを特徴とする繊維強化熱可塑
性樹脂押出成形体の製造方法及びその製造方法により得
られる繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体を提供するもの
である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、望ましくは１mm以上の
平均繊維長を有する強化繊維を含有した熱可塑性樹脂を
構成要素とし、図２〜図４にその断面の概略を示すよう
な、強化繊維を含有した熱可塑性樹脂部分に空隙率５〜
９０容量％の空隙を形成する繊維強化熱可塑性樹脂押出
成形体を製造する事を目的としている。

【０００７】ここで言う空隙（10）とは、図１に成形体
の空隙形成部の断面を示すように、表面に熱可塑性樹脂
（９）が付着された強化繊維（８）が複雑に絡み合い、
各強化繊維間に形成された空隙を意味するものである。
この空間容積が増すほど成形体にしめる空隙の割合（空
隙体積／繊維強化熱可塑性樹脂部分の見かけ体積×１０
０＝空隙率）は高くなり、成形体を軽量化する事が可能
となる。

【０００８】本発明の製造方法によって得られる押出し
成形体は、樹脂材料が押出し機により混練されることに
より熱可塑性樹脂（９）が強化繊維（８）に強固にまと
わり付いているため、空隙（10）を形成する部分の空隙
率が高く、例えば５０容量％程度以上となっても、強化
繊維（８）同士が複雑に絡まり合いその接点付近で熱可
塑性樹脂（９）により固定された構造（梁構造）とな
り、優れた強度を得ることができる。

【０００９】ここで、強化繊維（８）同士を絡ませるた
めに、成形体中の強化繊維（８）の平均繊維長を長く保
つことが望ましく、強化繊維（８）の平均繊維長が１mm
以上であることが好ましい。ここで言う平均繊維長と
は、一般的な重量平均繊維長により測定される。尚、強
化繊維（８）は全ての強化繊維（８）が１本１本独立し
て存在している必要はなく、２本ないしはそれ以上の複
数本が束ねられた状態であってもよく、全体として強化
繊維（８）が略均等に分散している程度であればよい。

【００１０】熱可塑性樹脂（９）中に含有する強化繊維
（８）としてはガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維等
の従来より強化繊維として知られている各種の強化繊維
が適用されるが、ガラス繊維が最も一般的なものとして
多く使用される。強化繊維（８）の含有量は通常５〜８
０％程度である。このような強化繊維（８）は、マトリ
ックス樹脂との密着性に優れるほど、マトリックス樹脂
である熱可塑性樹脂（９）を介しての繊維同士の結合も
強固になり、空隙が形成された成形体の強度も向上する
ため、例えばポリプロピレン系樹脂とガラス繊維の組み
合わせのような場合には、ガラス繊維に表面処理を行っ
たり、ポリプロピレン系樹脂に変性剤を配合してその密
着性を向上させることは有効である。

【００１１】また、本発明に適用される熱可塑性樹脂
（９）としては、押し出し成形、射出成形、プレス成形
に用いられている熱可塑性樹脂であればいずれも使用可
能であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リスチレン、アクリロニトリル・スチレン。ブタジエン
共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、等の一般的な熱可
塑性樹脂、これらの混合物、あるいはこれらの熱可塑性
樹脂を用いたポリマーアロイ等があげられ、必要に応じ
て各種添加剤、また、タルク等の充填剤を含んでいても
よい。

【００１２】このような空隙（10）を形成した繊維強化
熱可塑性樹脂押出し成形体としては、通常行われている
押出し成形法によって得られる形状であり、一般的によ
く知られている平板や波板、丸や角パイプあるいはその
断面形状が丸、角、Ｌ型等の各種棒状等さまざまな形状
のものである。

【００１３】これらの押出し成形体に形成される空隙
（10）は、成形体全体にわたって形成されていてもよ
く、また、その一部にのみに形成されていてもよく、更
には部分的に空隙率が異なっていてもよい。成形体に形
成される空隙（10）は、その形成される部分も所望とす
る成形体形状により適宜決定され、例えば、図２ａ〜ｄ
に断面を示すようなシート形状では、その全体（図２
ａ）をはじめ、シートの厚み方向に層状に空隙（10）を
有する層を設け、その片面のみを空隙形成層（１）とし
たり（図２ｂ）、空隙非形成層（２）で空隙形成層
（１）をはさみ込んだ構造（図２ｃ）としたり、あるい
は空隙形成層（１）で空隙非形成層（２）をはさみ込ん
だ構造（図２ｄ）等を取ることが可能である。これらの
構造の中でも強度及び外観面では空隙非形成層（２）で
空隙形成層（１）を挟み込んだ構造（図２ｃ）が最も適
している。

【００１４】これらの積層構造を取る場合、それぞれの
層を構成する熱可塑性樹脂（９）は同一である必要はな
く、例えば強化繊維を含まない熱可塑性樹脂により空隙
非形成層（２）を構成し、繊維強化熱可塑性樹脂からな
る空隙形成層（１）と積層一体化されてもよい。また、
同一材料により空隙形成層（１）と空隙非形成層（２）
を構成すれば両者の積層面が存在しないためより成形体
の強度を高くすることができる。また、図３に示すよう
に、シートの幅方向や長さ方向に空隙形成層（１）と空
隙非形成層（２）を設けることも可能である。

【００１５】これらのシート状に押出しされた成形体
は、軽量かつ高強度である特性を利用し各種構造部材と
して使われるのみならず、空隙の持つ流体透過性を利用
したフィルター的な用途に用いることも可能である。

【００１６】別の態様として図４に示すような厚肉部と
薄肉部の組み合わせも可能である。この場合、例えば厚
肉部のみに空隙（10）を形成させることで厚肉による重
量の増加を防ぎ、軽量かつ高強度の成形体を得ることが
可能となる。

【００１７】次に、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂押出
し成形体の製造方法について説明する。本発明の繊維強
化熱可塑性樹脂押出し成形体は、図５に示すような熱可
塑性樹脂材料を丸棒やシートあるいは異形品に押出し成
形するのに用いられている通常の押出し成形装置を用い
て製造することができる。

【００１８】押出し成形装置は、一般的な押出し機
（３）、溶融された繊維強化熱可塑性樹脂を所定の形状
に成形するためのダイス（４）、押出しされた繊維強化
熱可塑性樹脂を最終成形体形状に圧縮するための圧縮装
置（５）、圧縮された繊維強化熱可塑性樹脂を連続的に
搬送するための引き取り装置（６）からなっている。押
出し機（３）は通常用いられるものでよく、その大きさ
や押出し能力は製造する成形体の大きさ等によって適宜
選択される。ただし、成形体中に平均繊維長１mm以上の
強化繊維（８）を含有させるために、押出し機（３）の
スクリューは、混練度を低くしたものを用いることが好
ましい。そのようなスクリューとしては一般的にフルフ
ライトと呼ばれるものが有り、また、スクリューの圧縮
比も２〜３程度の低いものが用いられる。

【００１９】ダイス（４）は押出し機の先端に接続さ
れ、押出し機（３）により押出された繊維強化熱可塑性
樹脂は直接ダイス（４）内に流動する構造になってい
る。ダイス（４）の内部には溶融樹脂の流動を調整でき
るような流路調整機能を備えていることが望ましい。

【００２０】圧縮装置（５）は、成形体形状に応じて適
当なものが選択され、ロールやスチールベルト、キャタ
ピラ、場合によってはフォーミングダイ等が用いられ
る。引き取り装置（６）も成形体形状に応じて適当なも
のが選択されるが、一般的に用いられるゴムロールやキ
ャタピラ等を使用することができる。

【００２１】本発明の方法においては、押出原料として
平均繊維長３mm以上の強化繊維を含んだ熱可塑性樹脂材
料が適している。このような繊維強化熱可塑性樹脂材料
としては、強化繊維（８）と熱可塑性樹脂材料（９）を
混合したものを用いることも可能であり、また通常、長
繊維強化樹脂ペレットと呼ばれるものを用いることもで
きる。このようなペレットとしては、例えば、ガラスロ
ービングに溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、冷却固化
させたものを適当な長さ例えば３〜２５mm程度に切断し
ペレット化したものが用いられる。これらのペレットは
単体で用いられてもよく、他の樹脂材料と混合したもの
も使用可能である。

【００２２】以下、シート状成形体を例に、工程を追っ
て本発明の膨張成形体の製造方法を説明する。

【００２３】この例では押出し機（３）としてフルフラ
イトの一般的なものを用い、その先端にシート形状の繊
維強化熱可塑性樹脂を押出すためのダイスを取り付けた
ものを用いている。圧縮装置としては通常のシート成形
で用いられるようなロールが使用可能であり、ダイスの
先端より僅かに離れた位置に圧縮用の回転ロールが設置
されている。更に前方には引き取り用のゴムロールが設
けられている。

【００２４】圧縮用の回転ロールと引き取り用のゴムロ
ールには各々回転数を制御できる機能が設けてあること
が好ましく、押出し機より押出される繊維強化熱可塑性
樹脂量に応じてそれぞれの回転数が制御される。

【００２５】上記した繊維強化熱可塑性樹脂は、押出し
機（３）で溶融混練され、熱可塑性樹脂中に強化繊維を
分散した状態で押出し機より押出される。

【００２６】このとき、押出し機（３）の設定温度は用
いる樹脂、強化繊維含有量や目的とする成形体の形状等
により適宜決定され、マトリックスとなる熱可塑性樹脂
（９）の溶融温度以上分解温度未満に保たれている。例
えば、強化繊維（８）としてガラス繊維を５０wt％含む
ポリプロピレンを用いた場合、押出し機（３）の温度
は、熱可塑性樹脂の温度が１８０℃〜３００℃程度に押
出されるように温度設定される。また、スクリューの回
転数等の諸条件も適宜決定される。

【００２７】続いて、押出された熱可塑性樹脂はダイス
（４）に分配され、所定の略形状に押出される。ダイス
各部も用いる熱可塑性樹脂の溶融温度以上分解温度未満
に制御されている。押出された繊維強化熱可塑性樹脂は
含有された強化繊維（８）の復元力（スプリングバッ
ク）により強化繊維間に空隙（10）を形成し、体積膨張
する。シート状成形体を製造する場合、ダイス（４）よ
り押出された繊維強化熱可塑性樹脂（11）は、ダイス
（４）出口の隙間よりも厚み及び幅を増した形状で押出
される。従って、ダイス出口の形状や構造は所望とする
最終成形体（１）の厚みや幅あるいは用いる樹脂材料等
により適宜決定される。

【００２８】ここで、押出しされた繊維強化熱可塑性樹
脂（11）は最終成形体の断面積形状よりも大きくなって
いることが必要であり、特に、シートの場合は最終成形
体厚みよりも厚く押出しされている事が必須となる。こ
の時の繊維強化熱可塑性樹脂の空隙率は１０〜９５容量
％程度であり、最終成形体の空隙率よりも高くなってい
る。

【００２９】ダイス（４）より押出され空隙（10）を形
成した繊維強化熱可塑性樹脂（11）は、溶融状態にある
間に規定の間隔にセットされた回転ロール等の圧縮装置
（５）により圧縮され、その表面を平滑に形成されると
ともに最終成形体形状に成形される。一旦、最終成形体
の断面積よりも大断面積となった繊維強化熱可塑性樹脂
を圧縮することにより、成形体内の強化繊維と樹脂の絡
まり具合が均一化され、強度分布の少ない成形体とな
る。

【００３０】シート形状は主として厚み方向に圧縮され
る事が多いが、幅方向を規定するような装置を設けるこ
とも可能である。ここで、成形体の空隙率は圧縮する度
合いによって調整することができるが、圧縮しすぎると
空隙率が低くなり場合によってはほとんど空隙（10）が
なくなってしまう。また、圧縮の度合いが低すぎると表
面が平滑にならず、表面に凸凹を有する成形体となって
しまうため、成形体の空隙率は通常５〜９０容量％程度
に調整される。

【００３１】用いる樹脂材料によっては押出された繊維
強化熱可塑性樹脂とロール間で滑りを生じる事もあるの
で、ロールの材質や表面処理などが適宜選択される。ま
た、この圧縮工程はロールのみに限定されるのではな
く、例えばプレス装置を用いたり、あるいはプレスで一
旦圧縮したものをロールにより最終成形体形状まで圧縮
するなど、各種手法をとる事ができる。

【００３２】ロール等（５）により圧縮されて最終成形
体形状となった成形体は、各種冷却方法により冷却され
た後ゴムロール等の引き取り装置（６）により引き取ら
れ、連続的に巻き取られたり、あるいは肉厚のシートで
あれば所定の長さに切断される。ここで、冷却方法とし
ては、従来より公知の冷却ロールやスチールベルト等を
用いることも可能であるし、また、気体や液体をその内
部に吹き付けて冷却することもできる。この時冷却が不
十分であると引き取り時に内部の空隙がつぶされてしま
う可能性があるので、成形体内部が繊維強化熱可塑性樹
脂の熱変形温度程度となるまで冷却する必要がある。

【００３３】以上、成形体全体に空隙（10）を有する繊
維強化熱可塑性樹脂押出し成形体の製造方法について説
明を行ったが、部分的に空隙（10）を有する積層状の成
形体を得る場合は、図６に示されるよう、あらかじめ成
形された空隙（10）を有さない熱可塑性樹脂製のシート
またはフィルム（７）を繊維強化熱可塑性樹脂押出し成
形体の片面あるいは両面に積層することにより容易に得
る事ができる。

【００３４】この場合は、空隙を形成した繊維強化熱可
塑性樹脂の耐圧縮力は低いため、シート又はフィルムに
は容易に接着するものを用いる必要がある。また、従来
より公知の多層押し出し装置を用い、空隙形成層（１）
の押し出しと同時に空隙非形成層（２）を押し出し積層
することも可能である。

【００３５】更には、図３に示すような、部分的に空隙
を形成したシートを製造する場合、空隙非形成層（２）
に対応する部分が厚肉となるよう、図８に示すような出
口形状を持ったダイスにより繊維強化熱可塑性樹脂を押
出し、部分的に厚肉が形成された押出しシートをロール
等の圧縮装置（５）で均一厚みに圧縮することで部分的
に空隙を有する繊維強化熱可塑性樹脂押出しシートを得
ることができる。

【００３６】このとき、ダイスから押出される樹脂量に
応じて圧縮度合いを決定する必要がある。また、図４に
示すような部分的に空隙を形成した厚肉部を有する成形
体を製造する場合は、図９に示されるような溝を有する
ロール等により部分的に繊維強化熱可塑性樹脂の圧縮度
合いを変えることで、容易に空隙を有する厚肉部を得る
ことができる。

【００３７】ここでは、シート状成形体の製造方法につ
いて説明を行ったが本発明はシートに限定されるもので
はなく、パイプや棒状あるいは一般的に異形と呼ばれる
断面を有する成形体を製造する事も可能である。この場
合、所定の略形状に押出され、空隙（10）を形成した繊
維強化熱可塑性樹脂は、従来より公知のフォーミングダ
イと呼ばれる成形ダイスにより圧縮することにより所定
の空隙率になるように形成される。フォーミングダイは
溶融状態の熱可塑性樹脂を冷却するために水冷ジャケッ
ト等を整えていてもよい。また、この場合も公知の多層
押し出し機等を用いて空隙非形成層を積層一体化するこ
ともできる。

【００３８】尚、用いる熱可塑性樹脂（９）や強化繊維
（８）の種類あるいは強化繊維の充填率によっては、押
出した時の空隙率が低く、良好な空隙（10）を得にくい
場合もあり、このような場合には、熱可塑性樹脂材料中
に発泡剤を僅かに混合しておくことで空隙（10）の形成
を補助することができる。しかし、このような場合でも
発泡剤の使用量は樹脂材料中に占める樹脂分に対して0.
０１〜５重量％程度で充分である。

【００３９】このようにして、容易に空隙を有する繊維
強化熱可塑性樹脂押し出し成形体を得ることが可能であ
り、これらの成形体は、軽量かつ高強度、更には流体透
過性、断熱性、防音・遮音性、制振性等さまざまな特性
を利用し、自動車、航空機、家電あるいは住設関係等に
幅広く用いられる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂押し出し
成形体は、軽量かつ高強度という特性を利用し、自動
車、航空機、家電あるいは住設関係等に幅広く用いられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法により得られる繊維強化熱可塑性
樹脂押出成形体の空隙形成部の概略を断面図で示す。

【図２】本発明の方法により得られる繊維強化熱可塑性
樹脂押出成形体の断面の例を示す。

【図３】本発明の方法により得られる繊維強化熱可塑性
樹脂押出成形体の断面の例を示す。

【図４】本発明の方法により得られる繊維強化熱可塑性
樹脂押出成形体の断面の例を示す。

【図５】本発明の方法により繊維強化熱可塑性樹脂押出
成形体を製造するための装置の一例をその断面で示す。

【図６】本発明の方法により繊維強化熱可塑性樹脂押出
成形体を製造するための装置の一例をその断面で示す。

【図７】本発明の方法により繊維強化熱可塑性樹脂押出
成形体を製造するためのダイスの一例をその断面で示
す。

【図８】本発明の方法により繊維強化熱可塑性樹脂押出
成形体を製造するためのロールの一例をその断面で示
す。

【符号の説明】

１：空隙形成層 ２：空隙非形成層 ３：押出し機 ４：ダイス ５：圧縮装置 ６：引き取り装置 ７：空隙非形成熱可塑性樹脂シート ８：強化繊維 ９：熱可塑性樹脂 １０：空隙 １１：空隙を形成した繊維強化 １２：ダイス出口 １３：溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 7:00 105:04 105:06 Ｂ２９Ｌ 9:00 Ｆターム(参考） 4F204 AB25 AD08 AD16 AG03 AR12 FA06 FB02 FB13 FB22 FF21 FG02 FN11 FN15 FQ21 FQ22 FQ31 4F205 AB25 AD08 AD16 AG03 AR12 HA08 HA13 HA14 HA27 HA29 HA34 HA35 HB02 HB13 HF02 HK03 HK16 HK24 HT11 4F207 AB25 AD08 AD16 AG03 AR12 KA01 KA17 KB13 KB22 KF02 KK52 KK81 KK88 KM15

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化熱可塑性樹脂材料からなる押出し
   成形体の少なくとも一部に空隙を形成し、該空隙が該繊
   維強化熱可塑性樹脂からなる部分の５〜９０容量％であ
   る繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法におい
   て、（ａ）該繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練する工
   程、（ｂ）該溶融混練された繊維強化熱可塑性樹脂を所
   定の最終成形体の断面積よりも大きくなるように押出す
   工程、（ｃ）押出された該繊維強化熱可塑性樹脂を最終
   成形体形状になるまで圧縮する工程、（ｄ）圧縮された
   該繊維強化熱可塑性樹脂を冷却する工程を含むことを特
   徴とする繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法。
2. 【請求項２】前記（ｃ）工程において、空隙を形成しな
   い熱可塑性樹脂層と積層一体化することを特徴とする請
   求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造
   方法。
3. 【請求項３】前記空隙を形成しない熱可塑性樹脂層が共
   押出しにより積層一体化することを特徴とする請求項２
   に記載の繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法。
4. 【請求項４】前記空隙を形成しない熱可塑性樹脂層があ
   らかじめ製造されたシート又はフィルムである事を特徴
   とする請求項２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂押出成形
   体の製造方法。
5. 【請求項５】前記（ａ）工程において、繊維強化熱可塑
   性樹脂中の強化繊維が１mm以上の平均繊維長を有するよ
   うに溶融混練することを特徴とする請求項１〜４に記載
   の繊維強化熱可塑性樹脂押出成形体の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１〜５によって得られる繊維強化熱
   可塑性樹脂押出成形体。