JP2001121654A - 熱可塑性樹脂複合材料成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】強度を確保しつつ生産性を高める。 【解決手段】少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部、充
填材５０〜５００重量部が混合された熱可塑性樹脂複合
材料からなる内層３１に、少なくとも熱可塑性樹脂１０
０重量部、充填材５０〜５００重量部、滑剤０．１〜１
００重量部が混合された熱可塑性樹脂複合材料からなる
最外層３２を形成し、その最外層３２により金型壁面と
の壁面抵抗を低くし、内層３１には高強度の熱可塑性樹
脂等を用いることで、生産性と強度の向上をはかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱可塑性樹脂複合材
料成形体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポリエチレン、ポリプロピレン等
の熱可塑性樹脂に木粉を混入して、複合樹脂組成物を得
ようとする試みが種々行われてきた。

【０００３】例えば、特開平７−２６６３１３号公報に
は、熱可塑性樹脂と木粉とを予備混練して複合ペレット
を作製し、その複合ペレットを、フッ素樹脂シートが貼
付された金型内に押し出し、押し出された成形体をブシ
ーキ手段で抑制する製造方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平７−
２６６３１３号公報に記載の技術では、押出成形体をブ
レーキ手段で抑制しているので押出速度を上げられない
上、金型壁面との壁面抵抗を減らさないと押出速度を上
げられないことから、生産性の面で問題がある。

【０００５】ここで、滑剤を混合することで金型との壁
面抵抗を減らすことは一般的に知られているが、それは
同時に混練を阻害し強度低下を招くということも知られ
ており、従って特開平７−２６６３１３号公報に記載の
技術において滑剤を混合すると強度低下を伴うという問
題が生じる。

【０００６】本発明は、そのような実情に鑑みてなされ
たもので、生産性に優れた高強度な熱可塑性樹脂複合材
料成形体の提供と、そのような熱可塑性樹脂複合材料成
形体の製造に適した製造方法の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の熱可塑性樹脂複合材料成形体は、少なくと
も熱可塑性樹脂１００重量部、充填材５０〜５００重量
部が混合された熱可塑性樹脂複合材料からなる内層と、
少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部、充填材５０〜５
００重量部、滑剤０．１〜１００重量部が混合された熱
可塑性樹脂複合材料からなる最外層とが形成されている
ことによって特徴づけられる。

【０００８】本発明に用いる熱可塑性樹脂としては、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタ
ール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル系樹脂、ポリカー
ボネート、ポリウレタン、塩化ビニル、ポリフェニレン
オキシド、エチレン酢ビ共重合体など、市販の熱可塑性
樹脂を挙げることができる。特に、コスト性等の観点か
ら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹
脂を用いることが好ましい。

【０００９】本発明に用いる充填材としては、その種類
は特に制限されるものではないが、例えば、材木、木
板、合板、パルプ、竹材などの切削屑、研磨屑、切断鋸
屑、粉砕物のような木粉：籾殻、胡桃殻のような穀物な
いしは果実の殻またはその粉砕物などの植物系充填材が
挙げられる。また、水酸化アルミニウム、エトリンガイ
ト、珪砂、ホウ砂、アルミナ、タルク、カオリン、炭酸
カルシウム、シリカ、水酸化マグネシウム、マイカ、フ
ライアッシュ、ケイ酸カルシウム、雲母、二酸化モリブ
デン、滑石、ガラス繊維、ガラスビーズ、酸化チタン、
アスベスト、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、クレ
ー、ドロマイト、ケイ酸カルシウム、カルシウム・アル
ミネート水和物、鉄粉等の金属粉など、市販の充填材で
あれば、いずれも使用可能である。なお、充填材は、単
独或いは２種以上を併用してもよい。

【００１０】充填材の充填量は、熱可塑性樹脂１００重
量部に対して、５０〜５００重量部が好ましく、１００
〜３００重量部がより好ましい。充填量が５０重量部に
満たないとコスト高となる。５００重量部を超えると熱
可塑性樹脂との混練が不十分になり、熱可塑性樹脂中に
均一に分散することが困難となる。

【００１１】また、充填材の粒径は、１〜１０００μｍ
が使用可能であるが、好ましくは５〜３００μｍであ
る。充填材の粒径が５μｍよりも小さいと均一に分散す
ることが困難となる上、押出機内での材料粘度が上昇し
て押出成形性が低下する。粒径が３００μｍよりも大き
いと、粒が目立ち外観が荒くなり、成形体の表面性が低
下する。なお、充填材には、必要に応じて、シランカッ
プリング剤やチタンカップリング剤等による表面処理を
施しておいてもよい。

【００１２】本発明に用いる滑剤としては、流動パラフ
ィン、天然パラフィン、マイクロワックス、ポリエチレ
ンワックス等の炭化水素系、ステアリン酸系等の脂肪酸
系、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、メチレ
ンビスステアロアミド、エチレンビスステアロアミドロ
等の脂肪酸アミド系、ブチルステアレート、硬化ヒマシ
油、エチレングレコールモノステアレート等のエステル
系、セチルアルコール、ステアリルアルコール等のアル
コール系、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウ
ム、ステアリン酸鉛等の金属石鹸系などが使用可能であ
る。

【００１３】滑剤は、使用する樹脂種により異なるが、
外部滑性を強く示すほど好ましく、具体的には、炭化水
素系、高級脂肪酸系、金属石鹸系が挙げられる。これら
の滑剤が好ましい理由は、充填材を多く含む熱可塑性樹
脂複合材料の押出成形では、冷却賦形時において金型と
の抵抗がより小さいこと、つまり滑剤にて与えられる滑
性がより大きい方が、成形性が格段に向上することによ
る。

【００１４】滑剤の添加量は、熱可塑性樹脂１００重量
部に対して、０．１〜１００重量部が使用可能である
が、好ましくは１〜５０重量部である。１重量部に満た
ないと添加効果が発現されにくく、５０重量部を超える
と押出混練性の低下や、物性の低下が見られる。

【００１５】なお、本発明の熱可塑性樹脂複合材料成形
体には、必要に応じて、ガラス繊維、炭素繊維等の補強
材、可塑剤、発泡剤、難燃剤、抗酸化剤、造核剤、顔
料、紫外線吸収剤、紫外線劣化防止剤、酸化劣化防止
剤、α，β不飽和カルボン酸系モノマー等の添加剤や酸
変性オレフィン、酸変性低分子オレフィンのような親和
性向上剤を配合しておいてもよい。

【００１６】本発明の熱可塑性樹脂複合材料成形体を成
形する手段としては、生産性を考慮するならば押出成形
法が一般的である。この際、押出機としては特に限定さ
れないが、混練性を高めるために二軸以上の押出機が好
ましい。さらに、充填材の性質を制御する際には、スク
リュー根本側に主原料投入口があり、下流側に例えばサ
イドフィーダーのような副原料を投入できる設備が設け
られた押出機を用いることが好ましい。

【００１７】本発明の熱可塑性樹脂複合材料成形体にお
いて、内層を構成している熱可塑性樹脂及び充填材のう
ち、少なくとも一方の全部もしくは一部にリサイクル材
料を使用してもよい。そのリサイクル材料としては、一
度何らかの製品として使用されたものを市場から回収し
粉砕等で再生原料化したもの、寸法規格外れ等で製品と
はならず工場等で再使用されるもの、あるいは加工時に
発生した切りくず等を原料として使用するものなどが挙
げられる。また、リサイクル前の状態としては熱可塑性
樹脂複合材料でも良いし、単一材料の利用でもよい。こ
のように各種のリサイクル材料を使用できることは、資
源の有効活用や廃棄物量の減少など、社会的にも貢献で
きる技術であることを示している。

【００１８】以上のようなリサイクル材料を用いること
が可能になるのは次のような理由による。すなわち、市
場から回収した熱可塑性樹脂複合材料には接着剤等を含
んだものも少なくなく、接着剤等が含まれていると、金
型との壁面抵抗を増すだけではなく、その性質を不安定
にし、成形上において大変やっかいな問題になるが、本
発明のように、最外層に壁面抵抗の少ない層を配置する
ことで、接着剤等が含まれたリサイクル材料を内層に用
いても成形性が悪くなることがなくなる。また、回収し
たリサイクル向けの材料は、通常、その色が様々であり
樹脂種を揃えても色むらがあったりして使用しにくい
が、内層のみにリサイクル材料を用いることで、そのよ
うな点も解消することができる。

【００１９】ここで、本発明の熱可塑性樹脂複合材料成
形体において最外層の肉厚は、０．１〜１０ｍｍの範囲
が適当であり、０．５〜３．０ｍｍの範囲がより好まし
い。最外層の肉厚が０．５ｍｍよりも薄いと最外層を被
覆するのが難しくなり、３．０ｍｍよりも厚くなると、
成形体の要求強度にもよるが、一般的には成形体として
強度低下を伴うと予測される。

【００２０】本発明の製造方法は、前記したような特徴
を有する熱可塑性樹脂複合材料成形体を得る方法であっ
て、少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部、充填材５０
〜１００重量部が混合された熱可塑性樹脂複合材料から
なる内層を押出成形した後、冷却金型を通過させる工程
の前に、少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部、充填材
５０〜５００重量部、滑剤０．１〜１００重量部が混合
された熱可塑性樹脂複合材料からなる最外層を形成する
工程が組み込まれていることによって特徴づけられる。

【００２１】なお、本発明の製造方法において、金型等
を通過する成形体の樹脂温度は、樹脂種にもよるが１０
０〜２５０℃が適当である。また、成形体の通過速度に
ついては１．０〜５００．０ｃｍ／分の範囲が可能であ
る。

【００２２】本発明の製造方法に適用する冷却金型とし
ては、金型内を通過する成形体の樹脂温度よりも１０℃
以上低い温度から成形体の固化温度までの間において温
度調節された金型が使用可能である。また、冷却金型
は、溶融した樹脂をその状態を保ちながら所望の形状に
賦形する金型（以後、加熱賦形金型という）と連続的に
設置されていてもよいし、エアギャップ等の空冷工程を
経て設置されていてもよい。

【００２３】加熱賦形金型及び冷却金型の温度調節手段
は、特に限定されるものではなく、例えばプレートヒー
タ、バンドヒータ、近赤外線ヒータ、遠赤外線ヒータ、
オイルを媒体とした温調機、水を媒体とした温調機など
を挙げることができる。

【００２４】なお、加熱賦形金型および冷却金型は、そ
れぞれ１つずつに限定されるものではなく、複数の金型
から構成されていても何ら影響はない。また、それら複
数の金型が、それぞれ加熱賦形や冷却目的で機能してお
れば、その各制御温度は金型ごとに異なっていてもかま
わない。

【００２５】本発明の製造方法において、最外層を、内
層成形体との共押出によって連続的に成形するようにし
てもよい。ここで、共押出とは、例えば第１押出機にお
いて第１加熱賦形金型にて押し出した半成形体（内層）
に、最外層を第２押出機にて連続的に押し出す成形法の
ことである。

【００２６】この共押出に用いる第１押出機は、特に限
定されないが、混練性を高めるために二軸以上の押出機
が好ましく、さらに、充填材の性質を制御する際には、
スクリュー根本側に主原料投入口があり、下流側に例え
ばサイドフィーダのような副原料を投入できる設備が設
けられた押出機を用いることが好ましい。第２押出機
も、特に限定されないが、最外層は特に混練性を求める
ものではないので設備投資や設置スペースの観点から言
えば、単軸押出機を用いることが好ましい。 ＜作用＞本発明によれば、最外層のみに熱可塑性樹脂と
充填材等に加えて滑剤を含ませることで、金型壁面との
壁面抵抗を低くし、最外層以外の内層には強度低下のな
い熱可塑性樹脂複合材料を配置しているので、生産性に
優れた高強度な熱可塑性樹脂複合材料成形体を得ること
ができる。さらに、最外層が形成された後の冷却金型と
の壁面抵抗を著しく低減させることができるので、熱可
塑性樹脂複合材料成形体の成形圧力が大幅に低下し、こ
れにより高速でかつ強度低下を招くことなく熱可塑性樹
脂複合材料成形体を成形することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を比較例とと
もに説明する。

【００２８】まず、本発明の実施例に用いる押出成形機
を、図１を参照しつつ説明する。図１に示す押出成形機
は、主原料投入口１ａ及び副原料投入口１ｂを備え、溶
融熱可塑性樹脂複合材料（内層用）を押し出す第１押出
機１と、その先端に取り付けられた第１加熱賦形金型１
１と、第１加熱賦形金型１１に連続的に設置された第２
加熱賦形金型１２と、第２加熱賦形金型１２に溶融熱可
塑性樹脂複合材料（外層用）を押し出す第２押出機２
と、この第２加熱賦形金型１２に連続的に設置された冷
却金型２１などを主体として構成されており、第１押出
機から押し出された溶融熱可塑性樹脂複合材料を第１加
熱賦形金型にて押し出し、その内層（半成形体）３１
と、第２押出機２から押し出された溶融熱可塑性樹脂複
合材料とを第２加熱賦形金型１２にて共押出した後、そ
の共押出成形体の溶融物を冷却金型２１へ押し出すこと
により、図２に示すように、内層３１の外周面が外層
（最外層）３２によって被覆されてなる熱可塑性樹脂複
合材料成形体３０を成形することができる。 ＜実施例１＞図１に示した押出成形機を用いて２層構成
の熱可塑性樹脂複合材料成形体を成形した。

【００２９】具体的には、内層用である第１押出機１と
して二軸同方向押出機（φ４４ｍｍ）を選定し、使用す
る熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン（ノバテックＰ
Ｐ：日本ポリケム株式会社製：融点１６５℃）１００重
量部を主原料投入口１ａから第１押出機１内に送り込む
とともに、充填材として木粉（４５メッシュ）２００重
量部を副原料投入口（サイドフィーダ）１ｂから第１押
出機１内に送り込んだ。

【００３０】一方、外層用である第２押出機２として単
軸押出機（φ３０ｍｍ）を選定し、上記と同じポリプロ
ピレン及び木粉（充填材）をそれぞれ１００重量、２０
０重量部を混合し、さらにそれらに加えて、滑剤として
ステアリン酸亜鉛を１０重量部混合したものを投入口か
ら第２押出機２内に送り込んだ。

【００３１】そして、第１押出機１から押し出された溶
融熱可塑性樹脂複合材料を第１加熱賦形金型１１にて押
し出して内層３１を形成し、次いで第２押出機２から押
し出された外層用溶融熱可塑性樹脂複合材料を、第２加
熱賦形金型１２において内層３１と共押出した後、その
共押出成形体の溶融物を冷却金型２１へ押し出して、内
層３１の肉厚が３ｍｍ、外層３２の肉厚が２ｍｍで合計
肉厚が７ｍｍ、幅が５０ｍｍの板状の熱可塑性樹脂複合
材料成形体を得た。

【００３２】以上の成形において、第１加熱賦形金型１
１及び第２加熱賦形金型１２はともにプレートヒータに
て１８０℃に温度調節し、冷却金型２１についてはオイ
ル温調機にて１２０℃に温度調節した。また、成形速度
は１００ｍｍ／分とした。 ＜実施例２＞実施例１において、内層３１の充填材であ
る木粉量を２５０重量部にし、外層３２の充填材である
木粉量を１５０重量部、滑剤量を２０重量部に変更した
こと以外は実施例１と同じとして、内層３１の肉厚が７
ｍｍ、外層３２の肉厚が２ｍｍで合計肉厚が１１ｍｍ、
幅が５０ｍｍの板状の熱可塑性樹脂複合材料成形体を得
た。 ＜比較例１＞実施例２において、第１押出機１のみを用
い、内層３１のみの熱可塑性樹脂複合材料成形体を得
た。すなわち、滑剤を用いないで、第１加熱賦形金型１
１から押し出した熱可塑性樹脂複合材料成形体の溶融物
を、直接冷却金型２１に押し出した。なお、その他の条
件は実施例２と同じとした。

【００３３】以上の実施例１及び実施例２と、比較例１
の各例で得られた熱可塑性樹脂複合材料成形体につい
て、下記の曲げ試験及び外観評価を行った。その結果を
下記の表１に示す。 ［曲げ試験］押し出した板状の熱可塑性樹脂複合材料成
形体から、幅５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍのサンプルを切
り出し、曲げスパン１００ｍｍ、曲げ速度１０ｍｍ／
分、恒温恒湿試験室で３点曲げ試験を行った。 ［外観評価］以下の基準で外観を評価した。

【００３４】 ○：長さ５００ｍｍの成形体表面に、目視で判断できる
シワがない。 △：長さ５００ｍｍの成形体表面に、目視で判断できる
シワが３カ所以内。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
最外層のみに熱可塑性樹脂と充填材等に加えて滑剤を含
ませることで、金型壁面との壁面抵抗を低くし、内層に
は強度低下のない熱可塑性樹脂複合材料を配置している
ので、高強度で外観に優れた熱可塑性樹脂複合材料成形
体を高い生産性のもとに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いた押出成形機の構造を模
式的に示す図である。

【図２】図１のＡーＡ断面図である。

【符号の説明】

１ 第１押出機 １ａ 主原料投入口 １ｂ 副原料投入口 １１ 第１加熱賦形金型 ２ 第２押出機 １２ 第２加熱賦形金型 ３０ 熱可塑性樹脂複合材料成形体 ３１ 内層 ３２ 外層（最外層）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2B260 BA01 BA04 BA07 BA08 BA13 BA15 BA18 CB04 DC20 EA13 EB02 EB04 EB06 EB21 EC18 4F100 AH02H AH08H AK01A AK01B AK01C AK07A AK07B AP00A AP00B AP00C AP00H BA03 BA06 BA10B BA10C BA15 CA19B CA19C CA23A DE01A DE01B DE01C DE01H EH202 JA20B JA20C JB16A JB16B JB16C JK01 JL02 JL16A YY00A YY00B YY00C

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部、
   充填材５０〜５００重量部が混合された熱可塑性樹脂複
   合材料からなる内層と、少なくとも熱可塑性樹脂１００
   重量部、充填材５０〜５００重量部、滑剤０．１〜１０
   ０重量部が混合された熱可塑性樹脂複合材料からなる最
   外層とが形成されてなる熱可塑性樹脂複合材料成形体。
2. 【請求項２】 内層を構成している熱可塑性樹脂及び充
   填材のうち、少なくとも一方の全部もしくは一部にリサ
   イクル材料が使用されていることを特徴とする請求項１
   記載の熱可塑性樹脂複合材料成形体。
3. 【請求項３】 最外層の肉厚が、０．１〜１０ｍｍであ
   ることを特徴とする請求項１記載または２記載の熱可塑
   性樹脂複合材料成形体。
4. 【請求項４】 少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部、
   充填材５０〜１００重量部が混合された熱可塑性樹脂複
   合材料からなる内層を押出成形した後、冷却金型を通過
   させる工程の前に、少なくとも熱可塑性樹脂１００重量
   部、充填材５０〜５００重量部、滑剤０．１〜１００重
   量部が混合された熱可塑性樹脂複合材料からなる最外層
   を形成する工程が組み込まれていることを特徴とする熱
   可塑性樹脂複合材料成形体の製造方法。
5. 【請求項５】 最外層の形成を、内層との共押出によっ
   て連続的に行うことを特徴とする請求項４記載の熱可塑
   性樹脂複合材料成形体の製造方法。