JP2000309666A - ポリオレフィン系成形体及びその成形材料並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補強繊維が短く折損することなく均一に分散
され、樹脂との密着性が良好で、樹脂劣化が生じにく
い、優れた強度（特に衝撃強度）を有するポリオレフィ
ン系成形体と、その成形材料と、その製造方法を提供す
る。 【解決手段】 １００重量部のポリオレフィンのマトリ
クス中に、カップリング剤と結合可能な官能基を有する
１〜５重量部の変性ポリプロピレンと、カップリング剤
を含んだ表面処理剤で表面処理された１５〜８０重量部
のチョップドストランドの分散された補強繊維が含有さ
れている成形体であって、補強繊維が変性ポリプロピレ
ンの相に包まれ、その表面処理剤に含まれるカップリン
グ剤と変性ポリプロピレンの官能基が結合した状態で、
ポリオレフィンのマトリクス中に分散している構成とす
る。ポリオレフィンの粒状物に変性ポリプロピレンをそ
の融点以上、該融点より５℃高い温度以下の温度で混合
し、表面処理されたチョップドストランドを混合して成
形材料を調製する。これをポリオレフィンの融点以上、
変性ポリプロピレンの分解温度以下の温度で押出成形し
て成形体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強度、特に衝撃強
度に優れたポリオレフィン系成形体と、その成形材料
と、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、樹脂成形体の強度を向上させ
る一手段として、繊維を含有させて補強することは周知
である。このように繊維を含有させる場合は、繊維を
短く折損しないように如何に均一に混合、分散させる
か、繊維と樹脂との密着性をいかに高めるか、が重要
である。繊維の分散が不均一であると、成形体の全体的
な強度が低下したり部分的な強度ムラが生じたりする
し、また、繊維が短く折損したり密着性が不充分である
と、満足な補強効果を発揮させることはできない。

【０００３】そこで、熱可塑性樹脂に繊維を均一に混合
して押出す技術として、特開平３−９３５１０号の押出
方法が提案されている。この押出方法は、樹脂押出機と
配合用押出機を二段に組合わせた押出装置を用いて、熱
可塑性樹脂を樹脂押出機から配合用押出機へ送り込むと
共に、所定の長さの補強用繊維を配合用押出機に投入し
て熱可塑性樹脂と混合し、この混合物を成形装置へ押出
すものである。

【０００４】また、繊維と樹脂との密着性を高める配合
手法として、特開平７−２３２３２４号の溶融成形用混
合物の手法が提案されている。これは、カップリング剤
を含有する表面処理剤で表面処理されたガラス繊維束
（ロービング）を、該カップリング剤と化学結合できる
官能基を備えた変性ポリプロピレンの溶融含浸浴槽中に
引抜いて、ガラス繊維束に変性ポリプロピレンを含浸さ
せた後、２〜５０ｍｍに切断して得られるマスターバッ
チのペレットと、これを希釈するためのポリプロピレン
とから成る混合物である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−９３５１０号の押出方法では、熱可塑性樹脂が樹脂
押出機と配合用押出機の双方を通過するため、押出機内
での滞溜時間が倍増して熱可塑性樹脂が熱劣化しやす
く、強度低下に繋がりやすいという問題があった。ま
た、双方の押出機はいずれも単軸押出機であるため、押
出し中に樹脂に大きい剪断力や圧縮力が働いて、補強用
繊維が短く折損しやすいという問題があり、しかも、熱
可塑性樹脂と補強用繊維との密着性が何ら改善されない
ので、強度、とりわけ、衝撃強度の大きい成形体を得る
ことが困難であった。

【０００６】一方、特開平７−２３２３２４号のよう
に、ガラス繊維束（ロービング）に変性ポリプロピレン
を含浸させたのち切断してマスターバッチのペレットを
作製すると、繊維本数が数千ないし数万本のガラス繊維
束の内部まで変性ポリプロピレンが充分に浸透し難く、
空気を噛みやすいため、ガラス繊維の表面処理剤に含ま
れるカップリング剤と変性ポリプロピレンの官能基との
反応率が低下して、ガラス繊維と変性ポリプロピレンと
の密着性を充分に向上させにくいという問題があった。
しかも、このマスターバッチのペレットと希釈用のポリ
プロピレンを溶融混合して成形体を得る際には、該ペレ
ットがガラス繊維束に変性ポリプロピレンを含浸させた
のち切断して作製したものであるから、このガラス繊維
束のガラス繊維を均一に分散させるために押出成形機の
スクリュー回転や押出温度をかなり上げる必要があり、
押出成形機中でガラス繊維に剪断応力がかかるため、ガ
ラス繊維が短く折損したり、剪断発熱による変性ポリプ
ロピレンなどの樹脂劣化が生じたりして、成形体の衝撃
強度を向上させることが難しくなるという問題があっ
た。また、この特開平７−２３２３２４号の成形用混合
物は、具体的な実施例では、変性ポリプロピレンとポリ
プロピレンホモポリマーとの混合物を２２０℃で溶融混
練して２８０℃の含浸浴槽に流し込み、この浴槽内でガ
ラス繊維束を引抜いて樹脂を含浸させた後、切断してマ
スターバッチのペレットを作製しているため、この高温
の熱履歴によって含浸樹脂の劣化が生じるという問題も
あった。

【０００７】本発明は上記の問題を解決すべくなされた
もので、補強繊維が短く折損することなく均一に分散さ
れ、樹脂との密着性が良好で、樹脂劣化が生じにくい、
優れた強度（特に衝撃強度）を有するポリオレフィン系
成形体と、その成形材料と、その製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係るポリオレフィン系成形体
は、１００重量部のポリオレフィンのマトリクス中に、
カップリング剤と結合可能な官能基を有する１〜５重量
部の変性ポリプロピレンと、カップリング剤を含んだ表
面処理剤で表面処理された１５〜８０重量部のチョップ
ドストランドの分散された補強繊維が含有されている成
形体であって、該補強繊維は変性ポリプロピレンの相に
包まれ、その表面処理剤に含まれるカップリング剤と変
性ポリプロピレンの官能基が結合した状態で、ポリオレ
フィンのマトリクス中に分散していることを特徴とする
ものである。

【０００９】このポリオレフィン系成形体は、チョップ
ドストランドの分散された補強繊維が変性ポリプロピレ
ンの相に包まれ、その表面処理剤に含まれるカップリン
グ剤と変性ポリプロピレンの官能基が結合した状態で、
ポリオレフィンのマトリクス中に分散しているため、補
強繊維と変性ポリプロピレンの密着性、結合性が強く、
しかも、変性ポリプロピレンの相とポリオレフィンのマ
トリクスは相溶性が良く一体化するため、後述の実施例
のデータによって証明されるように優れた衝撃強度等を
有する。

【００１０】変性ポリプロピレンの含有量はポリオレフ
ィン１００重量部に対して１〜５重量部の範囲とする必
要があり、この範囲より少なくすると、補強繊維の結合
性や密着性が低下するため、成形体の衝撃強度等を充分
に向上させることが難しくなり、逆に、この範囲より多
くしても、補強繊維と樹脂の密着性の更なる向上は期待
できず、変性ポリプロピレンによって成形体の物性変化
が生じるようになる。

【００１１】また、補強繊維のチョップドストランドの
含有量はポリオレフィン１００重量部に対して１５〜８
０重量部の範囲とする必要があり、この範囲より少なく
すると、成形体の衝撃強度等を顕著に向上させることが
難しくなり、逆に、この範囲より多くすると、成形性が
低下して表面外観の良い成形体を得ることが困難にな
る。

【００１２】ポリオレフィンとしては、請求項２に記載
したように１００〜５０００Ｐａ・ｓの複素溶融粘度
（１８０℃、１分、歪み１〜４０％、角周波数１ｒａｄ
／ｓｅｃ）を有するものが好適であり、変性ポリプロピ
レンとしては、５〜３００Ｐａ・ｓの複素溶融粘度（融
点より５℃高い温度、１分、歪み１〜４０％、角周波数
１００ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものが好適である。上
記より低い複素溶融粘度を有するポリオレフィンや変性
ポリプロピレンを用いると、ポリオレフィンや変性ポリ
プロピレンの分子量が低くなるため、所望の衝撃強度を
有する成形体が得られにくいという不都合があり、上記
より高い複素溶融粘度を有するポリオレフィンや変性ポ
リプロピレンを用いると、押出成形機中の混練において
補強繊維の折損が顕著となり、所望の衝撃強度等を有す
る成形体が得られにくいという不都合がある。

【００１３】また、チョップドストランドの分散された
補強繊維としては、請求項３に記載したように４〜１０
ｍｍの範囲の平均繊維長を有するガラス繊維、カーボン
繊維、アラミド繊維のいずれかのチョップドストランド
の分散された補強繊維が好適である。成形体中に分散さ
れた平均繊維長が４ｍｍ未満の補強繊維は、補強効果の
点で充分とは言い難いものである。一方、平均繊維長の
上限は限定されるわけではないが、押出成形機中での樹
脂と補強繊維の混練過程から、補強繊維の平均繊維長は
１０ｍｍ程度までとなるのが通常である。

【００１４】次に、本発明の請求項４に係るポリオレフ
ィン系成形材料は、１００重量部のポリオレフィンの粒
状物にカップリング剤と結合可能な官能基を有する１〜
５重量部の変性ポリプロピレンが軟化もしくは溶融状態
で混合された樹脂混合物と、カップリング剤を含んだ表
面処理剤で表面処理され、１００重量部のポリオレフィ
ンに対して１５〜８０重量部の割合となるように上記の
樹脂混合物に混合される補強繊維のチョップドストラン
ドとから成ることを特徴とするものである。

【００１５】このようなポリオレフィン系成形材料は、
樹脂混合物と補強繊維のチョップドストランドを混合し
て押出成形機に投入し、ポリオレフィンの融点以上、分
解温度以下の温度で所定の形状に押出成形すると、ポリ
オレフィンの粒状物が溶融したマトリクス中に、押出成
形機中で分散されたチョップドストランドの補強繊維が
変性ポリプロピレンの相に包まれて分散し、補強繊維の
表面処理剤に含まれるカップリング剤と変性ポリプロピ
レンの官能基が結合した、衝撃強度等の大きい前記請求
項１のポリオレフィン系成形体を得ることができる。

【００１６】好ましいポリオレフィンや変性ポリプロピ
レンはそれぞれ前記と同様の複素溶融粘度を有するもの
であり、また、好ましい補強繊維のチョップドストラン
ドは、請求項６に記載したように、樹脂混合物に混合す
る前の繊維長が８〜２５ｍｍのガラス繊維、カーボン繊
維、アラミド繊維のいずれかの補強繊維からなるチョッ
プドストランドである。繊維長が８ｍｍより短い補強繊
維のチョップドストランドを混合すると、最終的に得ら
れるポリオレフィン系成形体中の補強繊維の平均繊維長
が４ｍｍより短くなって衝撃強度等が不充分になる恐れ
があり、逆に、２５ｍｍより長い補強繊維のチョップド
ストランドを混合すると、押出成形機の投入口でチョッ
プドストランドと樹脂混合物とがブリッジ状に引っかか
り、押出成形機内への安定供給が難しくなる。

【００１７】次に、本発明の請求項７に係るポリオレフ
ィン系成形体の製造方法は、１００重量部のポリオレフ
ィンの粒状物に、カップリング剤と結合可能な官能基を
有する１〜５重量部の変性ポリプロピレンを、該変性ポ
リプロピレンの融点以上、該融点より５℃高い温度以下
の温度で混合した後、この樹脂混合物に、カップリング
剤を含んだ表面処理剤で表面処理された補強繊維のチョ
ップドストランドを、ポリオレフィン１００重量部に対
して１５〜８０重量部の割合となるように混合してポリ
オレフィン系成形材料を調製し、このポリオレフィン系
成形材料を押出成形機に投入してポリオレフィンの融点
以上、変性ポリプロピレンの分解温度以下の温度で所定
の形状に押出成形することを特徴とするものである。

【００１８】上記のようにポリオレフィンの粒状物に変
性ポリプロピレンをその融点以上、該融点より５℃高い
温度以下の温度で混合すると、軟化もしくは溶融状態の
変性ポリプロピレンがポリオレフィンの粒状物の表面に
付着した樹脂混合物となり、この樹脂混合物に補強繊維
のチョップドストランドを混合してポリオレフィン系成
形材料を調製すると、補強繊維のチョップドストランド
がポリオレフィンの粒状物の隙間に分散して、粒状物表
面の軟化もしくは溶融状態の変性ポリプロピレンに包ま
れる。そして、このポリオレフィン系成形材料を押出成
形機に投入してポリオレフィンの融点以上、変性ポリプ
ロピレンの分解温度以下の温度で所定の形状に押出成形
すると、ポリオレフィンの粒状物が溶融したマトリクス
中に、押出成形機中で撹拌、混練されて分散されたチョ
ップドストランドの補強繊維が変性ポリプロピレンの相
に包まれて分散し、その表面処理剤に含まれるカップリ
ング剤と変性ポリプロピレンの官能基が結合した、衝撃
強度等の大きい前記請求項１のポリオレフィン系成形体
を製造することができる。

【００１９】尚、この製造方法においても、前記と同様
の複素溶融粘度を有するポリオレフィンや変性ポリプロ
ピレンが好適に使用され、また、前記と同じ８〜２５ｍ
ｍの繊維長を有する補強繊維のチョップドストランドが
好適に使用される。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明のポリオレフィン系成形体
の製造方法についての具体的な実施形態から説明する。

【００２１】まず、使用するポリオレフィン、変性ポリ
オレフィン、補強繊維のチョップドストランドを選定す
る。

【００２２】ポリオレフィンとしては、その複素溶融粘
度（１８０℃、１分、歪み１〜４０％、角周波数１ｒａ
ｄ／ｓｅｃ）が１００〜５０００Ｐａ・ｓの範囲にある
もの、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレ
ン−プロピレン共重合体（ランダム又はブロック共重合
体）などが選定される。これらのポリオレフィンは、１
〜５ｍｍ程度の平均粒径をもつ粒状物が好適に使用され
る。ポリオレフィンの粒状物の形状は特に限定されない
が、例えばペレット状、粉末状のものが好適に用いられ
る。

【００２３】上記の複素溶融粘度は、チャンバー内にパ
ラレルプレート（平行円盤）を備えた動的粘弾性装置を
用いて、チャンバーの雰囲気を１８０℃の測定温度に設
定し、下側のパラレルプレートにセットしたポリオレフ
ィンの粒状物が１８０℃に昇温すると、上下のパラレル
プレートで溶融したポリオレフィンを挟み、この溶融ポ
リオレフィンに１〜４０％（線形領域内）の歪みのいず
れかの歪みを１ｒａｄ／ｓｅｃの角周波数で１分間、振
幅を繰り返し加えることができる回転を上下いずれか一
方のパラレルプレートに与えたときに測定される複素溶
融粘度を意味する。この複素溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ
より小さいポリオレフィンは、分子量が極めて低くなる
ため所望の衝撃強度等を有する成形体が得られにくいと
いう不都合があり、また、５０００Ｐａ・ｓより大きい
ポリオレフィンは、押出成形機中での混練において補強
繊維の折損が顕著となるため、所望の衝撃強度等を有す
る成形体が得られにくいという不都合があるので、いず
れも好ましくない。

【００２４】一方、変性ポリプロピレンとしては、後述
する補強繊維の表面処理剤に含まれるカップリング剤と
結合可能な官能基を有し、上記のポリオレフィンよりも
融点が低く、その複素溶融粘度（融点より５℃高い温
度、１分、歪み１〜４０％（線形領域内）、角周波数１
００ｒａｄ／ｓｅｃ）が５〜３００Ｐａ・ｓであるもの
が選定される。特に、融点が１００〜１６０℃の範囲内
で、ポリオレフィンとの融点温度差が１０℃以上となる
組合わせの変性ポリプロピレンが好ましく選定される。

【００２５】この変性ポリプロピレンの複素溶融粘度
は、前記と同様の動的粘弾性装置を用いて、チャンバー
の雰囲気を該変性ポリプロピレンの融点より５℃高い測
定温度に設定し、下側のパラレルプレートにセットした
変性ポリプロピレンが測定温度に昇温すると、上下のパ
ラレルプレートで溶融した変性ポリプロピレンを挟み、
この変性ポリプロピレンに１〜４０％の歪みのいずれか
の歪みを１００ｒａｄ／ｓｅｃの角周波数で１分間、振
幅を繰り返し加えることができる回転を上下いずれか一
方のパラレルプレートに与えたときに測定される複素溶
融粘度であって、温度条件である「融点より５℃高い温
度」とは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）で測定した融点よ
り５℃高い温度を意味するものである。この複素溶融粘
度が５Ｐａ・ｓより小さい変性ポリプロピレンは、分子
量が極めて低くなるため、所望の衝撃強度等を有する成
形体が得られにくいという不都合があり、また、３００
Ｐａ・ｓより大きい変性ポリプロピレンは、上記ポリオ
レフィンとの相溶性が悪くなるため、ポリオレフィン系
成形体中の樹脂と補強繊維との密着性が悪くなるという
不都合があるので、いずれも好ましくない。なお、本発
明で示される融点の値はいずれも示差走査熱量計（ＤＳ
Ｃ）で測定されたものである。

【００２６】上記の変性ポリプロピレンの具体例として
は、カップリング剤と結合可能な官能基を有する変性用
モノマーで変性した融点が１００〜１６０℃程度の変性
ポリプロピレン、例えば、マレイン酸やフタル酸などの
カルボン酸で変性したカルボン酸変性ポリプロピレン、
無水マレイン酸や無水フタル酸などの酸無水物で変性し
た酸無水物変性ポリプロピレン、或は、エポキシ変性ポ
リプロピレンなどが挙げられる。

【００２７】これらの変性ポリプロピレンにおいて官能
基の占める割合は、変性用モノマーに換算して１〜２０
重量％の範囲にあることが好ましく、官能基がこれより
少なくなると、補強繊維の表面処理剤に含まれるカップ
リング剤との結合が減少するため、チョップドストラン
ドの補強繊維と変性ポリプロピレンとの密着性が不充分
となり、優れた衝撃強度等を有するポリオレフィン系成
形体を得ることが困難となる。一方、官能基の占める割
合が上記より多くなると、成形体の耐熱性や強度などの
諸物性が低下する傾向が見られるようになる。

【００２８】また、補強繊維のチョップドストランドと
しては、カップリング剤を含む表面処理剤で表面処理さ
れた８〜２５ｍｍの繊維長を有するガラス繊維、カーボ
ン繊維、アラミド繊維のいずれかの補強繊維からなるチ
ョップドストランドが好適に使用される。表面処理が施
されていない繊維は、変性ポリプロピレンとの濡れ性が
悪く、官能基との結合もないので、強度の改善が期待で
きない。また、繊維長が８ｍｍより短いチョップドスト
ランドを用いると、得られるポリオレフィン系成形体中
に分散されたチョップドストランドの補強繊維の平均繊
維長が４ｍｍより短くなって衝撃強度等が不充分になる
恐れがあり、他方、２５ｍｍより長い補強繊維のチョッ
プドストランドを用いると、押出成形の際、押出成形機
の投入口でチョップドストランドと樹脂混合物とがブリ
ッジ状に引っかかり、押出成形機内への安定的供給が難
しくなる。尚、繊維径は限定されないが、３〜４０μｍ
程度のものが好適である。

【００２９】表面処理剤に含まれるカップリング剤とし
ては、アミノシラン、エポキシシラン、アミドシラン、
アクリルシランなどのシランカップリング剤、チタネー
ト系カップリング剤、これらの混合物などが使用され、
特に、アミノシランカップリング剤が最適である。尚、
表面処理剤には、カップリング剤以外に潤滑剤や収束剤
が含まれていてもよい。

【００３０】このような表面処理剤は、チョップドスト
ランドの補強繊維中に０．０１〜５．０重量％、好まし
くは０．５〜２．０重量％の割合で適用して表面処理す
ることが望ましい。

【００３１】ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、補
強繊維のチョップドストランドの選定が終わると、ポリ
オレフィン系成形材料を調製する。このポリオレフィン
系成形材料は、１００重量部のポリオレフィンの粒状物
に、融点が１００〜１６０℃の範囲内で選定される１〜
５重量部の変性ポリプロピレンを、該変性ポリプロピレ
ンの融点以上、該融点より５℃高い温度以下の範囲の温
度で混合し、この樹脂混合物に表面処理された補強繊維
のチョップドストランドを、ポリオレフィン１００重量
部に対して１５〜８０重量部の割合となるように混合す
ることによって調製される。樹脂混合物と補強繊維のチ
ョップドストランドとの混合は、室温から１６５℃の範
囲内で適宜選定された温度、好ましくは、１００〜１６
０℃の範囲内で選定された温度で行うのがよい。尚、混
合機としては、ニーダやミキサーなどが使用される。

【００３２】上記のように融点が１００〜１６０℃の範
囲にある変性ポリプロピレンを、その融点以上、該融点
より５℃高い温度以下の温度でポリオレフィンに混合す
ると、軟化もしくは溶融状態の変性ポリプロピレンが非
溶融状態のポリオレフィン粒状物の表面に被膜状に付着
した樹脂混合物となり、更に、この樹脂混合物に補強繊
維のチョップドストランドを、室温から１６５℃の範囲
内で選定された温度で混合してポリオレフィン系成形材
料を調製すると、表面処理された補強繊維のチョップド
ストランドがポリオレフィンの粒状物の隙間に分散す
る。

【００３３】ポリオレフィン系成形材料の調製が終わる
と、該ポリオレフィン系成形材料を押出成形機に投入し
てポリオレフィンの融点以上、変性ポリプロピレンの分
解温度以下の温度で所定の形状に押出成形する。する
と、ポリオレフィンの粒状物が溶融し、分散されたチョ
ップドストランドの補強繊維が変性ポリプロピレンの相
に包まれると共に、補強繊維の表面処理剤に含まれるカ
ップリング剤と変性ポリプロピレンの官能基との結合に
よって補強繊維が変性ポリプロピレンと密着してポリオ
レフィンのマトリクス中に分散した衝撃強度等の大きい
ポリオレフィン系成形体が製造される。

【００３４】変性ポリプロピレンはポリオレフィン１０
０重量部に対して１〜５重量部の割合で混合する必要が
あり、１重量部未満では、補強繊維の密着性が不充分と
なるため衝撃強度等に優れた成形体を得ることが難しく
なる。一方、５重量部より多く混合しても、補強繊維の
密着性の更なる向上は期待できず、多量の変性ポリプロ
ピレンによって、製造される成形体の耐熱性や強度等の
諸物性が低下する恐れが生じる。

【００３５】また、補強繊維のチョップドストランド
は、ポリオレフィン１００重量部に対して１５〜８０重
量部の割合で樹脂混合物に混合する必要があり、１５重
量部未満では、製造される成形体の衝撃強度等を顕著に
向上させることが難しく、８０重量部を越えると、成形
性の低下により表面外観の良い成形体を製造することが
困難になる。

【００３６】ポリオレフィンの粒状物に変性ポリプロピ
レンを混合する温度は、変性ポリプロピレンの融点以
上、該融点より５℃高い温度以下の範囲内とする必要が
ある。なお、前述の如く、ポリオレフィンの融点より低
い融点の変性ポリプロピレンの組合わせ選択がなされる
ものであり、また、ポリオレフィンとの融点温度差が１
０℃以上の変性ポリプロピレンが好ましく選択される。
具体的には、選択される変性ポリプロピレンの融点が既
述したように１００〜１６０℃程度であるから、１００
〜１６５℃の樹脂温度範囲内で混合が行われる。これよ
り低温では変性ポリプロピレンが軟化しにくいため、混
合が不充分となって変性ポリプロピレンが非溶融状態の
ポリオレフィン粒状物の表面に被膜状に付着した樹脂混
合物となり難くなる。一方、上記１６５℃を越える温度
範囲においても、選定されたポリオレフィンによっては
軟化ないしは溶融温度域の樹脂温度に近づき、ポリオレ
フィンの粒状物形態が保てず、粒状物が一体となった塊
状物となり、押出成形機中への供給が難しくなりやすい
ためである。

【００３７】次に、上記の樹脂混合物に補強繊維のチョ
ップドストランドを混合してポリオレフィン系成形材料
を調製する温度は、既述したように室温から１６５℃の
範囲内で適宜選定される温度であるが、１００〜１６０
℃の範囲内で選定される混合温度が、後述する押出成形
に際して、ポリオレフィン系成形材料を押出成形機へ投
入後の熱エネルギー損失を一層少なくでき、エネルギー
の効率的活用面から好ましく選択される。

【００３８】ポリオレフィン系成形材料を押出成形する
温度は、ポリオレフィンの融点以上、変性ポリプロピレ
ンの分解温度以下であればよく、具体的には、樹脂温度
１７０〜２３０℃程度の温度で押出成形される。ポリオ
レフィンや変性ポリプロピレンは、成形温度が高くなる
ほど分子量が低下するので、好ましくは１８０〜２１０
℃程度の温度で押出成形するのが良い。

【００３９】本発明は、押出成形機として単軸押出成形
機よりも二軸押出成形機の方が好ましく使用される。こ
のような二軸押出成形機は、樹脂と繊維の混合・分散能
力が高く、また、樹脂とバレル内壁との剪断応力が小さ
いので、剪断発熱も単軸に比べて少ないものであり、短
い区間で混合撹拌が可能なことと相まって、繊維の切断
や樹脂の熱劣化が少ないという長所を有する。特に、ス
クリューのＬ／Ｄを２５以下とし、スクリュー溝を深く
した二軸押出成形機は、樹脂の圧縮が緩やかで摩擦力が
小さく、混合撹拌区間を短くできるので、極めて好まし
く使用される。

【００４０】かかる二軸押出成形機によってポリオレフ
ィン系成形材料を混合撹拌しながら所望の形状に押出す
と、最初８〜２５ｍｍの繊維長を有していた補強繊維の
チョップドストランドがある程度折損して４〜１０ｍｍ
程度の平均繊維長の補強繊維となり、この押出成形機中
で混練、分散されたチョップドストランドの補強繊維に
よって優れた衝撃強度等が成形体に付与される。チョッ
プドストランドの分散された補強繊維の平均繊維長が４
ｍｍより短くなると、成形体の衝撃強度等が不充分にな
る恐れがある。一方、平均繊維長の上限は限定されるわ
けではないが、押出成形機中での樹脂と補強繊維の混練
過程から、補強繊維の平均繊維長は１０ｍｍ程度までと
なるのが通常である。

【００４１】以上のような製造方法によって得られる本
発明のポリオレフィン系成形体は、１００重量部のポリ
オレフィンのマトリクス中に、４〜１０ｍｍの平均繊維
長を有する１５〜８０重量部のチョップドストランドの
分散された補強繊維が１〜５重量部の変性ポリプロピレ
ンの相に包まれて均一に分散し、この補強繊維の表面処
理剤に含まれるカップリング剤と変性ポリプロピレンの
官能基が結合したミクロ的な構造を有する。従って、チ
ョップドストランドの補強繊維と変性ポリプロピレンの
密着性が高く、補強繊維の折損が少なく、補強繊維の分
散性が良く、変性ポリプロピレン相とポリオレフィンマ
トリクスの相溶性が良いため、このポリオレフィン系成
形体は強度、特に衝撃強度に優れており、表面外観も良
く、二次成形性も良好なものが得られる。上記の製造方
法によって得られる成形品は、シート状体、板状体、棒
状体、異型成形体等である。更に、シート状や板状の成
形体は、フロー成形、スタンピング成形や折り曲げ成形
等の二次成形により、土木部材であるＵ字溝、軌道部材
や自動車部材等の成形品として好適に用いられる。

【００４２】次に、本発明の更に具体的な実施例と比較
例を説明する。

【００４３】［実施例］動的粘弾性装置であるレオメー
ター（レオメトリックスサイエンティフィック、エフ、
イー社製のＲＤＡ−II）を用いて測定した複素溶融粘度
（１８０℃、１分、歪み１〜４０％、角周波数１ｒａｄ
／ｓｅｃ）が５４９Ｐａ・ｓであるポリプロピレンの粒
状物１００重量部と、上記レオメーターで測定した複素
溶融粘度（１６０℃、１分、歪み１〜４０％、角周波数
１００ｒａｄ／ｓｅｃ）が１０．５Ｐａ・ｓであるマレ
イン酸変性ポリプロピレン（マレイン酸の変性率：５重
量％）をミキサーに投入し、１５５℃で１５分間撹拌し
て樹脂混合物を得た。

【００４４】そして、チョップドストランドのガラス繊
維中にアミノシランカップリング剤を含んだ０．６重量
％の表面処理剤で表面処理した繊維長１２ｍｍのガラス
繊維のチョップドストランド（繊維径：１１μｍ）を上
記ミキサーに投入し、１５０℃で１０分間、上記樹脂混
合物と均一に混合して、ポリオレフィン系成形材料を調
製した。

【００４５】このポリオレフィン系成形材料を二軸押出
成形機（回転方向は同一）に投入して、１８５℃で混練
撹拌しながら板状に押出成形し、幅１００ｍｍ、厚さ４
ｍｍのポリオレフィン系板状成形体を製造した。

【００４６】この板状成形体について、曲げ強度、曲げ
弾性率、アイゾット衝撃強度を測定すると共に、該成形
体に含まれているガラス繊維の平均繊維長を調べた。そ
の結果を下記の表１に示す。更に、この板状成形体を二
次成形（プレス成形）するときの二次成形の容易性を示
すプレス流動性も調べ、その結果を下記の表１に示し
た。

【００４７】尚、曲げ強度はＪＩＳ Ｋ ７２０３、曲
げ弾性率はＪＩＳ Ｋ ７２０３、アイゾット衝撃強度
はＪＩＳ Ｋ ７１１０の試験方法に基づいて測定した
ものであり、平均繊維長は、板状成形体を６５０℃のマ
ッフル炉中で２時間灰化後、１００本のガラス繊維の長
さを顕微鏡で測定して平均したものであり、プレス流動
性は、２００℃で加熱後、直ちに１００ｋｇ／ｃｍ² の
圧力でプレスして流動性の良否を肉眼で観察したもので
ある。

【００４８】［比較例１，２］比較のために、特開平３
−９３５１０号に記載された押出方法に基づいて、ポリ
プロピレン（複素溶融粘度不明）１００重量部とガラス
繊維（平均繊維長不明）６０重量部を二段の単軸押出機
で混合しながら押出して成形した厚さ４ｍｍの板状成形
体（比較例１）の市販のものについて、実施例と同様に
曲げ強度、曲げ弾性率、アイゾット衝撃強度、含まれて
いるガラス繊維の平均繊維長、プレス流動性を調べた。
その結果を下記の表１に示す。

【００４９】また、特開平７−２３２３２４号に基づい
て、マレイン酸変性ポリプロピレン（複素溶融粘度不
明）をガラス繊維束（ロービング）に含浸させて長さ８
ｍｍに切断した市販の樹脂ぺレットと、ポリプロピレン
（複素溶融粘度不明）を二軸押出成形機で混練しながら
押出して成形した幅１００ｍｍ、厚さ４ｍｍの比較例２
の板状成形体（ポリプロピレン：１００重量部、ガラス
繊維：４３重量部、変性ポリプロピレン：配合量不明）
について、実施例と同様に曲げ強度、曲げ弾性率、アイ
ゾット衝撃強度、含まれているガラス繊維の平均繊維
長、プレス流動性を調べた。その結果を下記の表１に示
す。

【００５０】

【表１】

【００５１】この表１を見ると、本発明の実施例の成形
体は、比較例１の成形体に比べてガラス繊維の含有量が
約２／３と相当少ないにも拘らず、曲げ強度、曲げ弾性
率、アイゾット衝撃強度がいずれも比較例１の成形体よ
り大きく、機械的特性に優れており、特に、アイゾット
衝撃強度は比較例１の約２倍と顕著に向上していること
が判る。本発明の成形体の機械的強度、特に衝撃強度が
上記のように顕著に向上するのは、ガラス繊維の表面処
理剤に含まれるカップリング剤と変性ポリプロピレンの
官能基との結合によって、ガラス繊維が変性ポリプロピ
レンに密着固定し、優れた補強作用を発揮するからであ
る。また、本発明の実施例の成形体は、二次成形（プレ
ス成形）時のプレス流動性が良好であるが、比較例１の
成形体はプレス流動性に劣っていることも判る。

【００５２】一方、比較例２の成形体は、本発明の実施
例の成形体と同様に変性ポリプロピレンを含有している
にも拘らず、本発明の成形体に比べて、曲げ強度、曲げ
弾性率、アイゾット衝撃強度がいずれも小さく、特に、
曲げ弾性率とアイゾット衝撃強度が大幅に劣っている。
これは、マスターバッチのペレットを作製するときに、
変性ポリプロピレンが本発明のチョップドストランドの
補強繊維の周囲を取巻くようにはガラス繊維束（ロービ
ング）の内部まで充分に浸透し難く、空気を噛みやすい
ため、ガラス繊維の表面処理剤に含まれるカップリング
剤と変性ポリプロピレンの官能基との結合が減少して、
ガラス繊維と変性ポリプロピレンとの密着性を充分に向
上させにくいこと、及び、このマスターバッチのペレッ
トと希釈用のポリプロピレンを溶融混合して成形体を得
るときに、押出機のスクリュー回転や押出温度をかなり
上げてガラス繊維を均一に分散させる必要があるため、
ガラス繊維が３．２ｍｍの平均繊維長（本発明の実施例
における平均繊維長の約１／２である）となるまで短く
折損すること、また、前述の如く、押出成形機で押出す
以前に、マスターバッチのペレットを作製するまでの過
程で含浸した樹脂に高温の熱履歴が生じるため樹脂が劣
化すること等の原因によるものと思われる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明及び実施例のデーターから明
らかなように、本発明のポリオレフィン系成形体は、機
械的強度、特に衝撃強度が優れており、表面外観が良
く、二次成形性も良好であり、本発明の製造方法に基づ
いて本発明のポリオレフィン系成形材料を調製し、それ
を押出成形することによって、設備工程が比較的簡素
で、製造過程中の熱エネルギー使用に無駄を少なくし
て、効率良く量産できるといった顕著な効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０８Ｌ 23:26） Ｂ２９Ｋ 105:12 309:08 Ｆターム(参考） 4F072 AA02 AA08 AB06 AB09 AB10 AB14 AC06 AC08 AD04 AF21 AK16 AL02 AL17 4J002 BB031 BB121 BB151 BB202 BB212 BP021 CL063 DA016 DL006 FA043 FA046 FB103 FB106 FB133 FB136 FB143 FB146 FB163 FB166 GL00 GN00

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１００重量部のポリオレフィンのマトリク
   ス中に、カップリング剤と結合可能な官能基を有する１
   〜５重量部の変性ポリプロピレンと、カップリング剤を
   含んだ表面処理剤で表面処理された１５〜８０重量部の
   チョップドストランドの分散された補強繊維が含有され
   ている成形体であって、該補強繊維は変性ポリプロピレ
   ンの相に包まれ、その表面処理剤に含まれるカップリン
   グ剤と変性ポリプロピレンの官能基が結合した状態で、
   ポリオレフィンのマトリクス中に分散していることを特
   徴とするポリオレフィン系成形体。
2. 【請求項２】ポリオレフィンが１００〜５０００Ｐａ・
   ｓの複素溶融粘度（１８０℃、１分、歪み１〜４０％、
   角周波数１ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものであり、変性
   ポリプロピレンが５〜３００Ｐａ・ｓの複素溶融粘度
   （融点より５℃高い温度、１分、歪み１〜４０％、角周
   波数１００ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものである請求項
   １に記載のポリオレフィン系成形体。
3. 【請求項３】チョップドストランドの分散された補強繊
   維が、４〜１０ｍｍの範囲内の平均繊維長を有するガラ
   ス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維のいずれかのチョ
   ップドストランドの分散された補強繊維からなる請求項
   １又は請求項２に記載のポリオレフィン系成形体。
4. 【請求項４】１００重量部のポリオレフィンの粒状物に
   カップリング剤と結合可能な官能基を有する１〜５重量
   部の変性ポリプロピレンが軟化もしくは溶融状態で混合
   された樹脂混合物と、カップリング剤を含んだ表面処理
   剤で表面処理され、１００重量部のポリオレフィンに対
   して１５〜８０重量部の割合となるように上記の樹脂混
   合物に混合される補強繊維のチョップドストランドとか
   ら成ることを特徴とするポリオレフィン系成形材料。
5. 【請求項５】ポリオレフィンが１００〜５０００Ｐａ・
   ｓの複素溶融粘度（１８０℃、１分、歪み１〜４０％、
   角周波数１ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものであり、変性
   ポリプロピレンが５〜３００Ｐａ・ｓの複素溶融粘度
   （融点より５℃高い温度、１分、歪み１〜４０％、角周
   波数１００ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものである請求項
   ４に記載のポリオレフィン系成形材料。
6. 【請求項６】補強繊維のチョップドストランドが、樹脂
   混合物に混合する前に８〜２５ｍｍの範囲で選択された
   繊維長を有するガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊
   維のいずれかのチョップドストランドからなる請求項４
   又は請求項５に記載のポリオレフィン系成形材料。
7. 【請求項７】１００重量部のポリオレフィンの粒状物
   に、カップリング剤と結合可能な官能基を有する１〜５
   重量部の変性ポリプロピレンを、該変性ポリプロピレン
   の融点以上、該融点より５℃高い温度以下の温度で混合
   した後、この樹脂混合物に、カップリング剤を含んだ表
   面処理剤で表面処理された補強繊維のチョップドストラ
   ンドを、ポリオレフィン１００重量部に対して１５〜８
   ０重量部の割合となるように混合してポリオレフィン系
   成形材料を調製し、このポリオレフィン系成形材料を押
   出成形機に投入してポリオレフィンの融点以上、変性ポ
   リプロピレンの分解温度以下の温度で所定の形状に押出
   成形することを特徴とするポリオレフィン系成形体の製
   造方法。
8. 【請求項８】ポリオレフィンが１００〜５０００Ｐａ・
   ｓの複素溶融粘度（１８０℃、１分、歪み１〜４０％、
   角周波数１ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものであり、変性
   ポリプロピレンが５〜３００Ｐａ・ｓの複素溶融粘度
   （融点より５℃高い温度、１分、歪み１〜４０％、角周
   波数１００ｒａｄ／ｓｅｃ）を有するものである請求項
   ７に記載の製造方法。
9. 【請求項９】補強繊維のチョップドストランドが、樹脂
   混合物に混合する前に８〜２５ｍｍの範囲で選択された
   繊維長を有するガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊
   維のいずれかのチョップドストランドからなる請求項７
   又は請求項８に記載の製造方法。