JP2002283421A - 繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法及び成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】繊維強化材と熱可塑性樹脂とを含む複合成形品
であり、繊維の分散に優れ、外観良好でかつ機械特性に
優れる射出成形品を提供できる射出成形法と該方法によ
る射出成形品を提供すること。 【解決手段】強化繊維の長さがペレットと実質的に同一
長さでかつペレットの長さ方向に配列した繊維を２〜４
０体積％含有する繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形する
にあたり、圧縮比が１．５〜２．３であり、サブフライ
トとシリンダーバレル内壁との隙間が０．５〜２．０ｍ
ｍである、ダブルフライト形状のスクリューを使用する
ことを特徴とする射出成形法と該方法により得られる射
出成形品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の機械特性や
成形品外観に優れた特性を有する繊維強化樹脂成形品の
成形方法および成形品に関する。さらに詳しくは、繊維
破断が比較的小さく、繊維分散のよい繊維強化樹脂成形
品の外観に優れた射出成形方法および成形品に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術では、繊維強化樹脂の強度を
高めるために、強化繊維を長繊維化して、成形品中の繊
維を長く保つ方法が提案されている。その中で、可塑化
時の繊維破断をできるだけ小さくするために、可塑化ス
クリューの形状をフルフライトスクリューと呼ばれる、
スクリューにフライトが一条だけあり、サブフライトや
その他のミキシングピース等が一切ついていないスクリ
ューの深溝タイプにして、さらに圧縮比を小さくする方
法が提案されている（特許第２７５５９８８号公報）。

【０００３】しかし、この方法では繊維破断は改善でき
るものの、圧縮比が小さく、可塑化時の樹脂の流路が広
いため、強化繊維の分散が不安定であり、その結果、成
形品表面に分散不良の強化繊維が浮き上がり、外観不良
となったり、成形品中の強化繊維分散が悪いため機械特
性等が安定化しない問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
繊維分散不良のない成形品外観に優れた射出成形方法お
よび成形品の提供を目的とし、その結果、強度、剛性、
耐衝撃性を兼ね備えた成形品を得る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に
ついて鋭意検討した結果、インラインスクリュー式射出
成形機の可塑化スクリューをダブルフライトタイプにす
ることで上記課題を解決できることを見出して、本発明
を完成するに至った。

【０００６】すなわち、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂
の射出成形方法は、以下の（１）の構成からなる。 （１）強化繊維の長さがペレットと実質的に同一長さで
かつペレットの長さ方向に配列した繊維を２〜４０体積
％含有する繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形するにあた
り、圧縮比が１．５〜２．３であり、サブフライトとシ
リンダーバレル内壁との隙間が０．５〜２．０ｍｍであ
るダブルフライト形状のスクリューを使用することを特
徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。

【０００７】また、かかる本発明の繊維強化熱可塑性樹
脂の射出成形方法は、好ましくは、以下の（２）または
（３）の態様からなるものである。 （２）サブフライトが、スクリューの計量部の位置に設
置されているものであることを特徴とする上記（１）記
載の繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。 （３）強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする上記
（１）または（２）記載の繊維強化熱可塑性樹脂の射出
成形方法。

【０００８】また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の射
出成形品は、以下の（４）の構成からなる。 （４）上記（１）、（２）または（３）のいずれかの射
出成形法によって得られる成形品。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の繊維強化熱可塑性
樹脂の射出成形方法について、以下に詳細に説明する。

【００１０】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形
方法は、強化繊維の長さがペレットと実質的に同一長さ
でかつペレットの長さ方向に配列した繊維を２〜４０体
積％含有する繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形するにあ
たり、圧縮比が１．５〜２．３であり、かつサブフライ
トとシリンダーバレル内壁との隙間が０．５〜２．０ｍ
ｍであるダブルフライト形状であることを特徴とする。

【００１１】ここで、「ダブルフライトスクリュー」と
は、図１に示したようにメインフライトに対し、高さが
低く、ピッチの大きいフライト（サブフライト）を一条
設置した形となっているものを言うものである。

【００１２】その効果は、図２に示すようにサブフライ
ト部で樹脂の未溶融部分と溶融部を機械的に分離させる
ことである（以下、バリア効果と言う）。さらに、樹脂
がサブフライトを乗り越える際に剪断力がかかるため、
分散が良くなる効果もある。

【００１３】なお、従来のフルフライトスクリューで
は、ダブルフライトスクリューのバリア効果がないた
め、完全に溶融していないペレットが射出され成形品中
に混入してきたり、フルフライトスクリューには特別な
分散効果がないため、繊維の分散が悪く外観不良が起こ
りやすい。

【００１４】スクリューの圧縮比は１．５以上とするの
が繊維の分散の上で重要であり、特に１．５〜２．３の
範囲のものであることが必要である。

【００１５】圧縮比が小さいと繊維の分散が十分でな
く、成形品の外観が悪くなる場合があり、一方、圧縮比
が大きすぎると繊維の分散は良いものの、繊維の破断が
大きくなり、成形品の強度や剛性、耐衝撃性等の機械特
性が低下する場合があるからである。

【００１６】サブフライトとシリンダーバレル内壁との
隙間は２．０ｍｍ以下であることが重要であり、特に
０．５〜２．０ｍｍの範囲とする必要がある。

【００１７】隙間が大きいと繊維の分散が十分でなくな
る場合があり、また、小さすぎると繊維の分散は良くな
るが繊維破断が大きくなり、成形品の機械特性が低下す
る場合があるからである。

【００１８】サブフライトがスクリューに設けられる位
置は、計量部または圧縮部であることが良く、特に好ま
しくは計量部にあることである。その方が繊維の分散が
良くなるからである。

【００１９】また、サブフライトは１ヶ所ではなく複数
ヶ所設けられていてもよいが、多すぎると、繊維破断が
大きくなるため、２ヶ所以下が好ましい。さらには、サ
ブフライトと他のミキシングピース（例えば、マドッ
ク、ダルメージ）を組み合わせて使用してもよい。

【００２０】次に、本発明に用いられる繊維強化熱可塑
性樹脂について説明する。

【００２１】本発明に用いられる繊維強化熱可塑性樹脂
は、特公昭６３−３７６９４号公報に示されるような、
強化繊維がペレットの長手方向に一列に配列し、ペレッ
トと実質的に同一長さの繊維が含まれているいわゆる長
繊維ペレットの他、実開昭６０−６２９１２号公報に示
されるような連続した強化繊維束の周りに熱可塑性樹脂
を被覆して、ある長さに切断したコーディドペレットで
ある。

【００２２】本発明の対象とする強化繊維としては、ガ
ラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維が挙げら
れる。射出成形品の機械特性を考慮した場合、ガラス繊
維、炭素繊維が好ましく、より好ましくは、耐衝撃性や
導電性付与による電磁波シールド性も期待できる炭素繊
維である。

【００２３】強化繊維が長さ方向に配列したペレットの
長さは１〜１５ｍｍが好ましく、より好ましくは３〜１
０ｍｍである。１ｍｍより短いと長繊維強化による機械
特性向上の効果が低く、長すぎるとかみ込み不良を生じ
やすく成形性が悪くなる。

【００２４】強化繊維の体積含有率は２〜４０体積％で
あることが必要である。２体積％未満では強化繊維混入
による機械特性向上の効果が小さく、４０体積％を越え
ると成形性が悪くなる。

【００２５】含有される繊維の径（直径）は、一本あた
りの繊維径が５〜８μｍが好ましく、さらには６．５〜
７．５μｍのものが好ましい。

【００２６】本発明の対象とする熱可塑性樹脂は、ポリ
エチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹
脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレ
ン樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニールアル
コール樹脂、ＥＶＡ樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、
変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステ
ル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素系樹
脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹
脂、非晶ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹
脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹
脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポ
リイミド樹脂、ポリアニルエーテルニトリル樹脂、ポリ
ベンゾイミダゾール樹脂等が挙げられる。

【００２７】射出成形品の機械特性を考慮した場合、ポ
リエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポ
リスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセ
タール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレ
ンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェ
ニレンスルフィド樹脂等が好ましく、ＡＢＳ樹脂、ポリ
アミド樹脂、ポリカーボネート樹脂がより好ましい。

【００２８】これらの熱可塑性樹脂は単独でも、混合物
でも、共重合体であってもよい。また、混合物の場合は
相溶化剤を併用してもよい。さらにまた難燃剤として臭
素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤リン等を加えてもよ
い。さらに、リン酸エステルやカーボンブラックを配合
してもよい。

【００２９】さらに、単に前述の樹脂と強化繊維のみを
主成分とするだけでなく、射出成形時に良好な成形特性
ならびに良好な製品外観、機械特性を得ることを目的と
して、種々の添加剤（以降フィラーと言う）を加える場
合もある。

【００３０】フィラーとしては、炭酸カルシウム、シリ
カ、カオリン、クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸
化亜鉛、水酸化アルミニウム、アルミナ、水酸化マグネ
シウムのような無定形フィラー、タルク、マイカ、ある
いはガラスフレークなどの板状フィラー、ワラステナイ
ト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、セピ
オライト、ゾノトライト、あるいはホウ酸アルミニウム
などの針状フィラー、金属粉、金属フレーク、カーボン
ブラックなどの導電性フィラーなどが用いられる。

【００３１】これらフィラーは単体もしくは複数の組み
合わせで使用してもよいし、その表面に炭素被覆または
シランカップリング処理等を施したものを単体もしくは
複数の組み合わせとして使用してもよい。

【００３２】本発明にかかる射出成形方法により得られ
る成形品の一例としては、強度、剛性、耐衝撃性に加え
て成形品外観が求められる電子・電気機器用部品、特に
携帯用の電子・電気機器のハウジング、ケーシングなど
が挙げられる。

【００３３】より具体的には、ノート型パソコン、携帯
用電話機、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ビデオカメラ、デジタルカ
メラなどのハウジング、ケーシングなどである。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍ
ｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：
２．０、サブフライトとバレル間の隙間δ：０．７ｍ
ｍ、サブフライト位置：計量部）を備えた射出成形機と
金型（３００×２２０×１０ｍｍの大きさ、１．２ｍｍ
の厚みを有する弁当箱上の成形品）とを用いて、一方向
に配列された炭素繊維を２０重量％含有する繊維強化ポ
リアミド系樹脂ペレット（ペレット長７ｍｍ、ペレット
径３ｍｍ、炭素繊維の繊維長は実質上ペレットと同じ長
さである）を、シリンダー温度２８０℃、スクリュー回
転数１５０ｒｐｍ、スクリュー背圧３５ＭＰａの条件で
溶融可塑化させ、射出成形を行った。 実施例２ スクリュー背圧を２１ＭＰａに変化させた以外は実施例
１と同様に行った。 実施例３ スクリュー背圧を１０ＭＰａに変化させた以外は実施例
１と同様に行った。 実施例４ ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍ
ｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：
１．６、サブフライトとバレル間の隙間δ：１．１ｍ
ｍ、サブフライト位置：圧縮部）を使用した以外は、実
施例１と同様に行った。 実施例５ スクリュー背圧を２１ＭＰａに変化させた以外は、実施
例４と同様に行った。 実施例６ スクリュー背圧を１０ＭＰａに変化させた以外は、実施
例４と同様に行った。評価結果を第１表に示す。 比較例１ フルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍｍ、
スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：２．
０）を使用した以外は、実施例１と同様に行った。 比較例２ スクリュー背圧を２１ＭＰａに変化させた以外は、比較
例１と同様に行った。 比較例３ スクリュー背圧を１０ＭＰａに変化させた以外は、比較
例１と同様に行った。 比較例４ ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍ
ｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：
２．０、サブフライトとバレル間の隙間δ：２．５ｍ
ｍ、サブフライト位置：計量部）を使用した以外は、実
施例１と同様に行った。 比較例５ ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍ
ｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：
１．３、サブフライトとバレル間の隙間δ：１．０ｍ
ｍ、サブフライト位置：計量部）を使用した以外は、実
施例１と同様に行った。 比較例６ ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍ
ｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：
２．６、サブフライトとバレル間の隙間δ：１．０ｍ
ｍ、サブフライト位置：計量部）を使用した以外は、実
施例１と同様に行った。 比較例７ ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍ
ｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：
２．０、サブフライトとバレル間の隙間δ：０．３ｍ
ｍ、サブフライト位置：計量部）を使用した以外は、実
施例１と同様に行った。評価結果を第１表に示す。

【００３５】なお、各物性などの評価方法は、以下の通
りである。 （１）成形品外観：上記成形品を肉眼で観察し、表面の
炭素繊維の分散状態を相対評価した。

【００３６】Ａ：繊維分散不良なし（成形品２０枚中） Ｂ：繊維分散不良１〜５の範囲内（成形品２０枚中） Ｃ：繊維分散不良６〜１０の範囲内（成形品２０枚中） Ｄ：繊維分散不良１１〜２０の範囲内（成形品２０枚
中） Ｅ：繊維分散不良２１以上の範囲内（成形品２０枚中） （２）導電性：成形品の測定点に５．５ｍｍの穴をあ
け、Ｍ６のスチール製ボルトを締め込んで端子とし、抵
抗計で抵抗値を測定した（端子間距離１００ｍｍ）。

【００３７】実施例および比較例では強化繊維に導電性
のある炭素繊維を使用している。導電性は炭素繊維の破
断度合いを表し、抵抗値の高いものほど繊維の破断が大
きく、機械特性が低下する傾向にある。 （３）圧縮比：圧縮比には、単純に供給部と計量部の溝
深さの比で表す方法や、スクリュー溝断面積比、１周の
溝容積比で表す方法などがあるが、本件発明実施例およ
び比較例では、供給部と計量部の溝深さの比を圧縮比と
しているものである。

【００３８】すなわち、 圧縮比＝供給部溝深さ／計量部溝深さ で表される値である。 （４）サブフライトとシリンダーバレル内壁との隙間：
サブフライトとシリンダーバレル内壁との隙間は、メイ
ンフライト高さ（ｈ１）とサブフライト高さ（ｈ２）の
差と、シリンダー内径とスクリュー外径のクリアランス
を足した値とした。

【００３９】すなわち、 隙間＝（ｈ１−ｈ２）＋クリアランス で表される値である。

【００４０】

【表１】

【００４１】かかる表１から明らかなように、本発明に
係るダブルフライトスクリューを使用した射出成形方法
を採用することで、成形品外観が良好で、なおかつ繊維
の破断が比較的小さい繊維強化熱可塑性樹脂成形品を得
られる。また、比較例６のように圧縮比が大きすぎた
り、比較例７のように隙間δが小さすぎると、分散は良
好だが繊維破断が大きくなり機械特性は低下する傾向に
ある。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
繊維強化材と熱可塑性樹脂とを含む複合成形材料を用い
て射出成形する場合であっても、繊維強化材が破断され
にくく、かつ各材料が良好に分散された状態で、複合成
形材料の射出成形が可能である。

【００４３】これにより、成形品外観が良好で機械特性
に優れた成形品が得られ、本発明による射出成形品は、
ハウジング、ケーシングを始め、強度、剛性、耐衝撃
性、良好な外観を必要とする幅広い産業分野に好適なも
のである。

【００４４】また、本発明により、繊維強化材と熱可塑
性樹脂とを含む複合射出成形品を、従来は諸特性の問題
等により採用されなかった新たな産業分野に展開するこ
とを可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わるダブルフライトスクリューの側
面を概略的に示した側面概略図である。

【図２】サブフライト部での溶融樹脂挙動の概略を説明
するための概略モデル図である。

【図３】本発明の一実施態様に係る成形品の概略を示し
た斜視図である。

【図４】比較例に用いたフルフライトスクリューの側面
図である。

【符号の説明】

１：メインフライト ２：サブフライト ３：シリンダバレル内壁 ４：サブフライトとシリンダバレル内壁との隙間 ５：ボルト（抵抗値測定用）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強化繊維の長さがペレットと実質的に同一
   長さでかつペレットの長さ方向に配列した繊維を２〜４
   ０体積％含有する繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形する
   にあたり、圧縮比が１．５〜２．３であり、サブフライ
   トとシリンダーバレル内壁との隙間が０．５〜２．０ｍ
   ｍであるダブルフライト形状のスクリューを使用するこ
   とを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。
2. 【請求項２】サブフライトが、スクリューの計量部の位
   置に設置されているものであることを特徴とする請求項
   １記載の繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。
3. 【請求項３】強化繊維が炭素繊維であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の繊維強化熱可塑性樹脂の射出
   成形方法。
4. 【請求項４】請求項１、２または３記載の射出成形方法
   によって得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形品。