JP2003105100A - 強化繊維成形体 - Google Patents
強化繊維成形体Info
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Abstract
脂分散時における崩壊性が良い、合成樹脂強化用の強化
繊維成形体の提供。 【解決手段】 合成樹脂に配合する水不溶性繊維を含む
繊維成形体であり、水不溶性繊維と、ガラス転移温度が
−170〜350℃にある水不溶性乃至は難溶性の重合
体を含む、前記水不溶性繊維の集合体である強化繊維成
形体。
Description
るための強化繊維成形体、強化繊維成形体の製造法、樹
脂組成物及び繊維強化樹脂成形体に関する。
脂成形体の剛性等の機械的強度を高めるため、合成樹脂
に対してガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等が配合さ
れ、各種用途に提供されている。
場合、成形体の重量が増加することや、成形体を消却処
分したときに燃焼残渣が残るという問題があり、炭素繊
維は高価であり、製品価格を上昇させるという問題があ
る。
を用いることもできるが、合成樹脂と混練するため押出
機内にホッパーから投入する際、毛羽立って綿状になる
ため、押出機内に送り込み難いという問題がある。この
ため、デンプンやカルボキシメチルセルロース等の水溶
性重合体で束ねた繊維成形体を投入する方法が採用され
ているが、このような繊維成形体は崩壊性が悪いので合
成樹脂中に分散し難く、得られた樹脂成形体の機械的強
度を低下させるという問題がある。更に、前記繊維成形
体における繊維同士の結合力を弱めれば、合成樹脂中へ
の分散性は或る程度改善されるものの、運搬時等に加え
られる衝撃によって崩れてしまう恐れがある。
溶融混練時における崩壊性が共に優れており、合成樹脂
の強化材として適した強化繊維成形体、前記強化繊維成
形体の製造法、前記強化繊維成形体を用いた樹脂組成
物、前記樹脂組成物を成形した樹脂成形体を提供するこ
とを課題とする。
決手段として、合成樹脂に配合する水不溶性繊維を含む
繊維成形体であり、水不溶性繊維と、ガラス転移温度が
−170〜350℃にある水不溶性乃至は難溶性の重合
体を含む、前記水不溶性繊維の集合体である強化繊維成
形体、前記強化繊維成形体の製造法、前記強化繊維成形
体を溶融混練してなる樹脂組成物、前記樹脂組成物を成
形してなる樹脂成形体を提供する。
ル」と称するときは、アクリル酸、アクリル酸エステ
ル、メタクリル酸、メタクリル酸エステルを意味する。
天然又は合成樹脂からなる繊維であり、セルロース系繊
維、亜麻繊維、クズ繊維、ヤシ繊維、ジュート繊維、麻
繊維、アスペン繊維、ネズ繊維、タンパク質繊維、ポリ
アミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリウレタン系繊
維、ポリオレフィン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポ
リ塩化ビニリデン系繊維、ポリフルオロエチレン系繊
維、ポリアクリル系繊維等を挙げることができる。
上記したものの中でもセルース系繊維、亜麻繊維、クズ
繊維、ヤシ繊維、ジュート繊維、麻繊維、アスペン繊
維、ネズ繊維が好ましく、セルロース系繊維がより好ま
しい。
の、綿、麻、木綿等から得られるもの、ビスコースレー
ヨン、銅アンモニアレーヨン等を用いることができ、α
セルロース含量が80質量%以上のものが好ましく、9
0質量%以上のものがより好ましく、98質量%以上の
ものが更に好ましい。
くは0.1〜1000μm、より好ましくは5〜100
μm、更に好ましくは10〜50μm、特に好ましくは
20〜30μmであり、平均長さが、好ましくは0.1
〜1000mm、より好ましくは0.2〜500mm、
更に好ましくは0.3〜50mm、特に好ましくは0.
5〜5mmである。
〜350℃にある水不溶性乃至は難溶性の重合体は、バ
インダーとして、水不溶性繊維同士間を、形状保持性と
崩壊性を併有する適度な結合力で束ねるように作用する
ものである。
以上であると、押出機に供給する際に強化繊維成形体同
士が融着したり、保存運搬時に強化繊維成形体同士がブ
ロッキングを生じたりすることが防止される。350℃
以下であると、強化繊維成形体の崩壊性が良いので、合
成樹脂への分散性が良い。
る水不溶性乃至は難溶性の重合体としては、ポリエチレ
ン、エチレン−ポリビニルアルコール共重合体、ポリプ
ロピレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン共重合
体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合
体、ポリ(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル−シリ
コーン共重合体、(メタ)アクリル−エポキシ共重合
体、(メタ)アクリル−スチレン共重合体、(メタ)ア
クリル−ウレタン共重合体、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニ
ル−(メタ)アクリル共重合体、酢酸ビニル−エチレン
共重合体、(メタ)アクリル−スチレン共重合体から選
ばれるものを挙げることができる。
インダー成分として、前記の水不溶性乃至は難溶性の重
合体と共に、水溶性重合体を併用することができる。こ
の水溶性重合体としては、ポリビニルアルコール、ポリ
アクリル酸、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリ
ドン、水溶性ナイロン等から選ばれるものを挙げること
ができる。
合体の含有割合は、水不溶性繊維が80〜99.9質量
%、好ましくは85〜99質量%、より好ましくは90
〜95質量%であり、前記重合体が0.01〜20質量
%、好ましくは0.05〜10質量%、より好ましくは
0.1〜5質量%である。前記重合体の含有割合が0.
01質量%以上であると、形状保持性が良いので運搬時
等に強化繊維成形体が崩れることが防止されると共に、
毛羽立ち等も防止される。20質量%以下であると、崩
壊性が良いので合成樹脂への分散性が良い。なお、水溶
性重合体を併用する場合には、水不溶性乃至は難溶性の
重合体と水溶性重合体の合計量が上記範囲内になるよう
にすれば良い。
成分を配合することができる。他の成分としては、熱硬
化性樹脂、配合対象となる熱可塑性樹脂、酸化防止剤、
紫外線防止剤、潤滑剤、銅害防止剤、顔料、染料、帯電
防止剤、発泡剤、放射線遮蔽剤等を挙げることができ
る。
くは5〜35mm、より好ましくは7〜30mm、更に
好ましくは10〜15mmであり、長さが好ましくは3
〜20mm、より好ましく3〜10mm、更に好ましく
は3〜5mmである柱状成形体が好ましい。この柱状成
形体の幅方向の断面形状は、円、方形、五角形以上の多
角形、不定形のいずれでもよい。
持率が、好ましくは50%以上、より好ましくは60%
以上、更に好ましくは80%以上、特に好ましくは99
%以上で、かつ崩壊率が、好ましくは50%以下、より
好ましくは40%以下、更に好ましくは30%以下、特
に好ましくは10%以下のものである。
形体をポリエチレンの袋に入れ、高さ1mから計10回
自然落下させた後の強化繊維成形体の重量(W2)と、
強化繊維成形体の初期重量(W1)を用い、次式:(W2
/W1)×100から求める。
おいて、2×2×0.2cmのプラスチック板により、
鉛直方向から強化繊維成形体の初期重量(WA)の10
00倍量の圧力(荷重)を加え、崩壊させたときに残っ
た最大成形体の重量(WB)と初期重量を用い、次式:
(WB/WA)×100から求める。
段中に、水不溶性繊維と、ガラス転移温度が−170〜
350℃にある水不溶性乃至は難溶性の重合体を含むエ
マルション又はサスペンションを添加混合した後、或い
は更に水溶性重合体の水溶液を添加混合した後、成形し
て得ることができる。
した水不溶性乃至は難溶性の重合体を乳化剤(陰イオン
界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非
イオン界面活性剤)の存在下で乳化又は懸濁させて得ら
れるものであり、固形分濃度(重合体濃度)は特に制限
されるものではないが、0.01〜20質量%が好まし
く、0.05〜10質量%がより好ましく、0.1〜5
質量%が更に好ましい。固形分濃度が0.01質量%以
上であると、得られる強化繊維成形体の形状保持性が良
いので運搬時等に強化繊維成形体が崩れることが防止さ
れると共に、毛羽立ち等も防止される。20質量%以下
であると、得られる強化繊維成形体の崩壊性が良いので
合成樹脂への分散性が良い。
き反応釜、V型混合機、タンブラー、高速ミキサー、リ
ボン式ミキサー、ジェット粉砕機等を用いることがで
き、成形手段としては、ローラー加圧式ディスクダイ付
き造粒機、スクリュー押出式造粒機、スプレークーラー
式造粒機、多段式円筒造粒機等を用いることができる。
量部と、強化繊維成形体5〜500質量部、好ましくは
10〜100質量部、より好ましくは20〜50質量部
を溶融混練して得られるものである。
でも良く、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、スチレ
ン系重合体、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテ
ル、ポリエステルエーテル、ポリアミドエーテル、ポリ
フェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリオレフ
ィン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン等を挙げることができ、熱硬化
性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等を挙げることができ
る。
組成物を押出成形、射出成形等の周知の成形手段によ
り、用途に応じた所望形状に成形して得られるものであ
る。この樹脂成形体は、特に剛性等の機械的強度が要求
される用途に適しており、例えば、下記の自動車に用い
る各種部品を挙げることができる。
エアコン、オーディオ、グローブボックス、エアダク
ト、エアバッグリッド、レジスター、ピラーガーニッシ
ュ、ルーフライナー、サンルーフスライダー、リアーパ
ーセルシェルフ、リアトレイ、ドアトリム、ステアリン
グホイール、スイッチ類、スリップジョイント、ベンチ
レーターフィン、ワイパーレバー等の内装部品やバンパ
ー、バンパービーム、バンパーフェイシア、ルーフ、バ
ンパーガード、フロントフェンダー、リアーフェンダ
ー、キャノピー、フード、ラジエーターグリル、テール
ゲートアウターパネル、スポイラー、サイドモール、サ
イドプロテクター、サイドシルガーニッシュ、カウルト
ップガーニッシュ、ホイールカバー、ホイールキャッ
プ、アウトサイドハンドル、アウタドアハンドル、ピラ
ーガーニッシュ、フェンダーミラー、リアランプ、ヘッ
ドランプ、ランプハウジング、カウルトップベンチレー
ション、エンブレム、オーナメント、リヤーパネル、エ
アスポイラー、リアワイパーアーム、ドアミラーステイ
等の外装部品やエンジンカバー、シリンダーヘッドカバ
ーやシャーシ系のエンジンマウントやオイル・ブローバ
イ系のシリンダーヘッドカバー、オイルフィラーダク
ト、オイルフィラーキャップ、オイルリザーブタンク、
プラグシール、オイルレベルゲージ、ホースコネクタ
ー、オイルセパレーター、ブローバイパイプ、オイルス
トレーナー、フューエルインジェクター、フューエルス
トレーナー、フューエルデリバリーパイプ、バキューム
タンク、キャニスタや吸気系のエアクリーナーケース、
エレメントホルダー、エアインレットパイプ、エアイン
テークダクト、過給気継手ダクト、過給気バイパスホー
ス、インタークーラータンク、インタークーラーホー
ス、吸気チャンバー、サージタンク、レゾネーター、イ
ンテークマニホールドや冷却系のポンプインペラー、サ
ーモスタットカバー、LLCリザーブタンク、LLCア
ウトレットダクト、LLCホースコネクター、ウォータ
インレット、ラジエータータンク、クーリングファンや
カム駆動系のカムスプロケット、テンショナーブッシ
ュ、ベルトアイドラー、タイミングベルトカバー、チェ
ンガイド、キャニスターや燃料系のデリバリーパイプ、
燃料配管、フィルターハウジングや電装系のコネクタ
ー、ジャンクションボックス、フューズブロック、セン
サーハウジング、スイッチケース、角度センサーホルダ
ー、ABSアクチュエーター、排ガスコントロールバル
ブ、ECUハウジング、リレーブロック、ユニットケー
ス、ハーネスコネクター、エアフロメーターハウジン
グ、ディストリビュータカバー、ディストリビュータロ
ーター、イグニッションコイルカバーやトランスミッシ
ョンのインヒビターズウィッチ、オイルストレーナー、
バキュームポンプケース、シールリング、スピードメー
タギア、スピードメータホルダー、アキュムレータピス
トン、ガバナギア、エアブリザーホース、トルクコンバ
ーターステーター、シフトレバーベース等のエンジン回
り、機構部品やリレー、パワーウィンドウギアケース・
センサー、ドアロックアクチュエーター、スパイラルケ
ーブル、コンビネーションレバー、各種スイッチ・メー
ターボビン・カウンター、パワーシートベース等の車体
関係電装部品やブレーキ回りのブレーキブースターピス
トン、ピストンリング等の部品やその他のクリップ、フ
ァスナー。
も、各種機械部品、電気・電子部品、摺動部品、吸音
材、使用後に焼却処分する医療器具容器材、建築用の木
材代替品(木目材)、通信機器用筺体、放射線遮蔽材等
に用いることができる。
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。
85mmで、αセルロース含量が99質量%のセルロー
ス系繊維凝集体を用い、エマルションとしてアクリル−
エポキシ共重合体エマルション(ガラス転移温度35
℃;固形分濃度30質量%)(ダイセル化学工業(株)
製,AST−483)を用い、次の方法で強化繊維成形
体を得た。
ル(ターボ工業(株)製の粉砕機)にかけ、単繊維状態
になるまで解砕した後、ターボミルから吐出されるセル
ロース系繊維にエマルションを噴霧した。このときの噴
霧量は、ターボミルのセルロース系繊維の吐出量100
kg/hrに対し、エマルションが5kg/hrとし
た。
の混合物を、そのままローラー加圧式ディスクダイ付き
造粒機((株)ダルトン製)にかけ、周囲10mm、長
さ4mmの円柱状の強化繊維成形体を得た。
した後に重量を測定し、原料として用いたセルロース系
繊維凝集体の重量との差をアクリル−エポキシ共重合体
の付着量(g)とした。更に強化繊維成形体について、
形状保持率及び崩壊率を測定した。なお、崩壊率の測定
は、温度50℃、強化繊維成形体重量20g、プラスチ
ック(ナイロン6)板による荷重20kgで行った。結
果を表1に示す。
ラス転移温度60℃;固形分濃度16質量%)(日本合
成化学工業製,ソアノール16D)を用いたほかは実施
例1と同様にして、強化繊維成形体を得た。形状保持率
及び崩壊率の測定結果を表1に示す。
トリス(β−メトキシエトキシ)シラン〕で処理した直
径15μm、長さ3mmのガラス繊維(旭硝子(株)
製)を用いたほかは実施例1と同様にして、繊維成形体
を得た。形状保持率及び崩壊率の測定結果を表1に示
す。
リウム(CMCNa)(ダイセル化学工業(株)製,C
MCダイセル)の5質量%水溶液を用いたほかは実施例
1と同様にして、繊維成形体を得た。形状保持率及び崩
壊率の測定結果を表1に示す。
セルロース繊維とエマルションから製造された強化繊維
成形体は、形状保持性と崩壊性の両方が良かった。一
方、比較例1は形状保持性、崩壊性とも悪いので実用困
難であり、比較例2は水溶液の調製が必要であり、しか
も崩壊性が悪いので、樹脂用の配合剤としては不適であ
る。
レートフローが10g/min)100質量部に対し
て、それぞれ実施例1、2で得た強化繊維成形体、比較
例1、2で得た繊維成形体30質量部を混合し、スクリ
ュー径30mmの同方向2軸押出機(シリンダー温度は
190℃に設定)を用いて溶融混練して、ペレットを得
た。
スクリュー径32mmの射出成形機(シリンダー温度は
190℃に設定)により、ISO規格のテストピースを
作製し、表2に示す各試験項目の測定を行った。測定方
法の詳細は下記の通りである。結果を表2に示す。
(厚み4mm、全長150mmのダンベル片)を、23
℃、湿度50%RHの状態で90時間放置後、オリエン
テック(株)製UTM−5Tを用いて測定した。つかみ
具間の間隔115mm、標線間距離50mmに設定し、
引張速度50mm/minで測定した。
(長さ80mm、幅10mm、厚み4mm)を、23
℃、湿度50%RHの状態で90時間放置後、オリエン
テック(株)製UTM−5Tを用いて測定した。支持台
のR=5mm、圧子のR=5mm、支持点間距離64m
mに設定し、試験速度2mm/minで測定した。
℃で5分間燃焼させたときの初期重量に対する燃焼残渣
重量の割合を求めた。
し、厚さ0.5mmのシートを作製し、直径が1mm以
上の繊維凝集塊の有無を確認した。
中に実施例1、2の強化繊維成形体が均一に分散されて
いるので、引張強さ、曲げ弾性率が優れていた。更に、
比重が小さいので比較例3、4の成形体に比べて軽量で
あり、燃焼残渣も無かった。
引張強さ、曲げ弾性率が優れていたが、実施例1、2の
成形体に比べて重く、燃焼残渣が多かった。更に、シラ
ンカップリング剤処理しているので、実施例1、2に比
べて製造コストが高くなった。
の凝集塊が認められ、比重も均一ではなく、幅があっ
た。このため、引張強さ、曲げ弾性率が劣っていた。
及び崩壊性が優れているので、合成樹脂中における分散
性が良く、合成樹脂用の強化材として適している。更
に、本発明の強化繊維成形体を配合した樹脂成形体は、
軽量で機械的強度が高いので、剛性等が要求される分野
の材料用として適しており、燃焼残渣も無いので、廃棄
処理も容易である。
Claims (11)
- 【請求項1】 合成樹脂に配合する水不溶性繊維を含む
繊維成形体であり、水不溶性繊維と、ガラス転移温度が
−170〜350℃にある水不溶性乃至は難溶性の重合
体を含む、前記水不溶性繊維の集合体である強化繊維成
形体。 - 【請求項2】 外周が5〜35mmで、長さが3〜20
mmの柱状成形体である請求項1記載の強化繊維成形
体。 - 【請求項3】 水不溶性繊維が、セルロース系繊維、亜
麻繊維、クズ繊維、ヤシ繊維、ジュート繊維、麻繊維、
アスペン繊維、ネズ繊維から選ばれるものである請求項
1又は2記載の強化繊維成形体。 - 【請求項4】 水不溶性繊維が、セルロース系繊維であ
る請求項1、2又は3記載の強化繊維成形体。 - 【請求項5】 セルロース系繊維が、αセルロース含量
が80%以上のものである請求項4記載の強化繊維成形
体。 - 【請求項6】 セルロース系繊維が、平均直径が0.1
〜1000μmで、平均長さが0.1〜1000mmの
ものである請求項4又は5記載の強化繊維成形体。 - 【請求項7】 ガラス転移温度が−170〜350℃に
ある重合体が、ポリエチレン、エチレン−ポリビニルア
ルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ス
チレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−
アクリロニトリル共重合体、ポリ(メタ)アクリル酸、
(メタ)アクリル−シリコーン共重合体、(メタ)アク
リル−エポキシ共重合体、(メタ)アクリル−スチレン
共重合体、(メタ)アクリル−ウレタン共重合体、ポリ
酢酸ビニル、酢酸ビニル−(メタ)アクリル共重合体、
酢酸ビニル−エチレン共重合体、(メタ)アクリル−ス
チレン共重合体から選ばれるものである請求項1〜6の
いずれか1記載の強化繊維成形体。 - 【請求項8】 下記の形状保持率が50%以上で、かつ
崩壊率が50%以下である請求項1〜7のいずれか1記
載の強化繊維成形体。 (形状保持率)常温において、強化繊維成形体をポリエ
チレンの袋に入れ、高さ1mから計10回自然落下させ
た後の強化繊維成形体の重量(W2)と、強化繊維成形
体の初期重量(W1)を用い、次式:(W2/W1)×1
00から求める。 (崩壊率)40〜350℃の温度雰囲気において、2×
2×0.2cmのプラスチック板により、鉛直方向から
強化繊維成形体の初期重量(WA)の1000倍量の圧
力(荷重)を加え、崩壊させたときに残った最大成形体
の重量(WB)と初期重量を用い、次式:(WB/WA)
×100から求める。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1記載の強化繊
維成形体の製造法であり、水不溶性繊維と、ガラス転移
温度が−170〜350℃にある重合体を含むエマルシ
ョン又はサスペンションとを混合し、そのまま成形する
強化繊維成形体の製造法。 - 【請求項10】 合成樹脂100質量部と、請求項1〜
9のいずれか1で得られた強化繊維成形体5〜500質
量部とを溶融混練してなる樹脂組成物。 - 【請求項11】 請求項10記載の樹脂組成物を成形し
てなる繊維強化樹脂成形体。
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