JP2005040996A - 有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法及び樹脂成形品 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐衝撃性と強度バランス及び外観品位に優れ、軽量で且つサーマルリサイクルが容易な車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適である有機繊維補強樹脂材料及びその成形品を提供する。
【解決手段】有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とからなり、有機繊維（Ａ）が、融点１５０℃以上で、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の融点よりも３０℃以上高く、単糸繊度０．１〜２０ｄｔｅｘ、トータル繊度２０００〜７０００００ｄｔｅｘであり、かつ有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の質量比が１：１９〜８：２で、有機繊維（Ａ）の総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触している有機繊維補強樹脂ペレット及びそれを用いた成形品。
【選択図】 なし
【解決手段】有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とからなり、有機繊維（Ａ）が、融点１５０℃以上で、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の融点よりも３０℃以上高く、単糸繊度０．１〜２０ｄｔｅｘ、トータル繊度２０００〜７０００００ｄｔｅｘであり、かつ有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の質量比が１：１９〜８：２で、有機繊維（Ａ）の総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触している有機繊維補強樹脂ペレット及びそれを用いた成形品。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法並びにこれから得られた繊維補強樹脂成形品に関するものである。更に詳しくは耐衝撃性に優れ、サーマルリサイクルが容易で車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適な繊維補強樹脂成形品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス繊維で補強した繊維補強樹脂の廃棄が問題となってきている。この様な繊維補強樹脂は自動車や鉄道車両、機械部品、コンピュータの筐体など種々の構造部品として用いられている。しかしながら、これらガラス繊維補強樹脂はリサイクル、特にサーマルリサイクルを行った場合、ガラス繊維のアッシュ（灰）が産業廃棄物として残るという問題があり、この様な問題を解決するためにガラス繊維を有機繊維で代替しようとする試みがなされている。
特許文献１には、ポリオレフィンと有機繊維および無機繊維から構成される長繊維含有樹脂組成物が開示されている。有機繊維と無機繊維を組み合わせることによって高い機械的強度及び弾性率を有し、耐衝撃性に優れた繊維強化樹脂組成物を得ることが出来るとしている。しかし前述のように無機繊維を含有していることからその廃棄は難しく、サーマルリサイクル後も無機繊維のアッシュが残る。
特許文献２などには、融点が１７０℃以下のポリオレフィンと無機フィラーの混合物に融点が２００℃以上の合成繊維を二軸混練したポリオレフィン樹脂組成物が開示されている。この発明によれば、例えば板状の無機フィラーをポリオレフィンに添加した後に有機繊維を添加することによって、寸法安定性、表面平滑性、剛性及び硬度を低下させずに、衝撃強度と剛性を向上させる事が出来るとしている。しかしながら水酸化物やクレーなどの無機フィラーを添加するため、アッシュが残る問題は依然解決されていない。
【０００３】
これらの問題を解決する為に、サーマルリサイクル可能な種々の方法が開示されている。例えば特許文献３では、ポリオレフィン樹脂よりも融点が５０℃以上高い有機繊維を補強材として用い、ポリオレフィン系樹脂を融点よりも４０℃以上高い温度に加熱して、その浸漬時間が６秒を超えない範囲で有機繊維に含浸を行う技術が開示されて、補強繊維の熱劣化を生じず折損も少なく、優れた有機繊維補強樹脂組成物を得ることができるとしている。
しかしながら有機繊維をポリオレフィン系樹脂の溶融樹脂浴に浸漬後、単に引き抜く本方法では、ポリオレフィン系樹脂中の繊維分散性が極端に低く、繊維の偏りに伴う成形品の強度ばらつきが大きくなり、ひいては外観不良を引き起こす問題があった。また、この方式でも外側を覆う樹脂被覆層と中の繊維束群とが分離した２重構造は消えず、上述の繊維の偏りに伴う成形品強度のばらつきの増大、ひいては外観不良を引き起こす問題は依然解決出来ていなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２０２５４５号公報
【特許文献２】
特開平６−３０６２１６号公報
【特許文献３】
特許第３０７３９８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、サーマルリサイクルを行っても、無機物のアッシュが残ることのない、強靱、高剛性で外観品位に優れた有機繊維補強樹脂組成物からなる成形品用材料、並びにその製造方法と成形品を提供することにある。更に詳しくは耐衝撃性に優れ、低コストで且つサーマルリサイクルが容易な車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適な繊維補強樹脂成形品を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法並びにこの有機繊維補強樹脂ペレットを成形して得られる樹脂成形品は下記の構成からなる。
１．有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とからなり、下記▲１▼〜▲４▼を満足することを特徴とする有機繊維補強樹脂ペレット。
▲１▼有機繊維（Ａ）の融点が１５０℃以上であり、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の 融点よりも３０℃以上高い。
▲２▼有機繊維（Ａ）の単糸繊度が０．１〜２０ｄｔｅｘで、トータル繊度が２０００〜７０００００ｄｔｅｘである。
▲３▼有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の質量比が１：１９〜８：２で ある。
▲４▼有機繊維（Ａ）の総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触 している。
２．有機繊維（Ａ）が融点２２０℃以上のポリエステル系繊維である事を特徴とする第１記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
３．樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が融点１９０℃以下のオレフィン系樹脂である事を特徴とする第１又は２記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
４．有機繊維（Ａ）の総表面積の８５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触している事を特徴とする第１〜３のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。５．繊維軸方向に対しほぼ直角に切断した断面をカットして観察される空隙率の割合が４％以下である事を特徴とする第１〜４のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
６．樹脂ペレットの断面形状に関し、（厚み／幅）×１００％の比率が１０〜１１０％であるか、ほぼ円形若しくは楕円形である事を特徴とする第１〜５のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
７．有機繊維（Ａ）の繊維束を開繊させた後、溶融状態にある樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を含浸させて集束糸条とした後、所望の長さに切断する事を特徴とする第１〜６のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットの製造方法。
８．有機繊維（Ａ）を芯とし、その周囲を樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が鞘状に覆う芯鞘型繊維を集束し、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を溶融させて集束糸条とした後、所望の長さに切断することを特徴とする第１〜６のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットの製造方法。
９．第１〜５のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットを質量比で２５％以上用いて成形し、比重１．２０ｇ／ｃｍ３以下とすることを特徴とする有機繊維補強樹脂成形品。
１０．ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率が０．１％以下であることを特徴とする第９記載の有機繊維補強樹脂成形品。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳述する。
本発明でいう有機繊維（Ａ）とは、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維などの汎用有機繊維を指し、より好ましくは融点が２２０℃以上のポリエステル系繊維、更に好ましくはポリエチレンテレフタレート繊維や、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維等を指す。ポリエチレンテレフタレート繊維は製造方法が確立されており、コスト、性能の両面から最も好ましい。
この様な有機繊維には、耐候性の改善を目的として、耐加水分解性防止剤、耐熱老化防止剤や紫外線劣化防止剤などの添加がより好ましい。
【０００８】
本発明でいう樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とは、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂など汎用のエンジニアリングプラスチックを指すが、再ペレタイズ後のリユース時の物性保持率や、サーマルリサイクル時に炉を傷めないことから、融点が１９０℃以下のポリオレフィン系樹脂がより好ましく、コストパフォーマンスに優れるポリプロピレン樹脂が更に好ましい。この様な樹脂には、繊維の場合と同様に耐紫外線劣化防止剤や、耐熱老化防止剤などが添加されていることが好ましい。また見た目の問題から、顔料などが添加されていても何ら問題はない。そして、補強繊維との接着性を改善する意味で酸変性や、プラズマ、コロナ処理などが施されていても何ら問題はない。更に、工程上の取り扱い性を確保するために油剤が付与されていても何ら問題はない。
これらの有機繊維（Ａ）及び樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）は、工程の煩雑さを避けるために通常１種ずつ用いられるが、所望の物性を得る等の目的で２種以上を組合せて用いたとしても、上記請求範囲を満足するものであればなんら問題はない。
【０００９】
有機繊維（Ａ）の融点は１５０℃以上であり、樹脂組成物（Ｂ）の融点よりも３０℃以上高い事が好ましい。有機繊維（Ａ）の融点が１５０℃未満、若しくは樹脂組成物（Ｂ）の融点より３０℃未満しか高くない場合、成形時の熱の影響を強く受け補強効果が低くなりやすく好ましくない。好ましい範囲としては２００℃以上、より好ましくは２２０℃以上であり、更に樹脂組成物（Ｂ）の融点より５０℃以上高い事がより望ましい。なお、ここで言う融点とは公知の差動走査型熱量計（ＤＳＣ）を用い測定した値を云う。
【００１０】
また、有機繊維（Ａ）の単糸繊度は０．１〜２０ｄｔｅｘ、トータル繊度は２０００〜７０００００ｄｔｅｘ、撚り数は４０Ｔ／ｍ以下である事が好ましい。成形品補強効果は、補強有機繊維（Ａ）の樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）中からの引抜き剪断抵抗に依存する部分が大きいため、単糸繊度は均一分散性が得られる範囲内で細い方が望ましい。０．１ｄｔｅｘ未満である場合、製造が難しく且つ均一分散性が得られにくくなるので好ましくない。逆に２０ｄｔｅｘを越える場合、分散性は良好となるが補強効果が低くなるので好ましくない。より好ましい範囲は０．３〜１４ｄｔｅｘ、更に好ましい範囲は０．５〜８ｄｔｅｘである。
【００１１】
トータル繊度が２０００ｄｔｅｘ未満である場合、ペレット状とした際の厚みが不十分でありホッパー詰りを起こしやすく好ましくない。逆に７０００００ｄｔｅｘを越える場合にも取扱い性が悪くなるので好ましくない。より好ましい範囲は４０００〜５０００００ｄｔｅｘ、更に好ましい範囲は６０００〜３０００００ｄｔｅｘである。
【００１２】
有機繊維（Ａ）の撚り数は、４０Ｔ／ｍ以下であることが好ましく、４０Ｔ／ｍを越える場合には、成形時に於ける開繊性が悪くなり、ひいては外観品位の低下、品質ばらつきを増大させるので好ましくない。撚り数は少ない方が好ましいが、２０Ｔ／ｍ以下であれば特に問題はない。
【００１３】
有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）との質量比は、１：１９〜８：２である。有機繊維（Ａ）の比率がこれ未満であると十分な補強効果が得られにくく、この範囲を超える場合には成形時の流動性が悪くなり外観品位を損ねる恐れがある。より望ましい範囲は１：９〜４：６である。なお、質量比の算出方法に関しては、同じく断面写真の観測結果と原料比重より算出される値を用いる。
【００１４】
また有機繊維（Ａ）は、総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触していることが必要である。
本発明においては、成形品の補強効果は、補強有機繊維（Ａ）の樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）中からの引抜き剪断抵抗に依存する部分が大きいため、単糸自体が有する総表面積、及びその総表面積中、どれだけ樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触した状態にあるかが重要となる。このため、接触面積が６５％未満である場合、十分な引抜き剪断抵抗が得られにくく好ましくない。より好ましい範囲は７５％以上、更に好ましい範囲は８５％以上である。１００％に近い事が望ましいが、９５％以上であれば、ほぼ有機繊維混入による効果が最大限に発揮され得る。なお、ここで云う接触面積とは断面写真を撮って観測される値を用いる。
【００１５】
有機繊維補強樹脂ペレット中の有機繊維（Ａ）の繊維長は０．５〜４０ｍｍであるのが好ましい。繊維長が０．５ｍｍ未満である場合、引き抜き抵抗をベースとする補強効果が得られにくくなる。逆に、４０ｍｍを越える場合には、ホッパー内での流動性、成形時の流動性に影響を与え、外観品位の低下、強度ばらつきを増大させる方向である。より好ましい範囲は２〜１５ｍｍ、更に好ましい範囲は４〜１２ｍｍである。
【００１６】
なお、樹脂成形品としての補強効果を高めるため、切断前に測定され得る繊維強度は２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である事が好ましい。この値は高い方がよく、より好ましくは４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、更に好ましくは５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。強度は高い方が好ましいが、製造コストとの兼合いで適宜設計される事が望ましい。
【００１７】
また、有機繊維補強樹脂ペレットの繊維軸方向に対しほぼ直角に切断した断面で観察される空隙率の割合が４％以下である事が好ましい。４％を越える場合、成形品の強度及び外観品位が低下するので好ましくない。より好ましい範囲は３％以下、更に好ましい範囲は２％以下である。なお、空隙率はペレット断面中における空隙部の比率であり、断面写真に方眼紙をあて、空隙部を塗潰して算出するものである。
【００１８】
有機繊維補強樹脂ペレットの断面形状は、（厚み／幅）×１００％の比率は１０％〜１１０％であるか、ほぼ円形若しくは楕円形である事が好ましい。これは、ホッパー詰りを起こすことなく流動性に優れるためである。比率が１０％未満である場合、流動性が悪くなりホッパー詰りを起こしやすくなるので好ましくない。逆に１１０％を越える場合、製造工程中に於ける糸道が大変不安定なものとなる。故により好ましい範囲は２０〜１００％、更に好ましい範囲は３０〜１００％である。理想形は円形若しくはほぼ円形に近い楕円形である。
【００１９】
また、これらのペレットを製造する方法としては以下の方法が好ましい。
一つは、有機繊維（Ａ）を十分に開繊させた後、溶融状態にある樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を含浸させる方法である。予め有機繊維を十分に開繊させる方法としては、細繊度の繊維束をガイド規制しそれぞれ別の入口から樹脂槽に浸漬後、溶融樹脂中で引き揃えて引き抜く方法、または予め電気開繊等の手法により平板状に繊維を開繊させた後、そのままの状態で樹脂槽に浸漬し引き抜く方法、等があるが、特に繊維を押し広げた状態のままで、曲面ダイに沿わせるとともに、該曲面ダイの途中のスリットから溶融吐出される樹脂を含浸させ、かつ樹脂浴中を通し引き抜く方法がより好ましい。
【００２０】
また別の方法として有機繊維（Ａ）を芯とし、有機繊維（Ａ）の周囲を鞘状に樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が覆う芯鞘型の２成分繊維を用い、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の融点を越え有機繊維（Ａ）の融点未満の温度で集束繊維糸条とし、冷却後切断して上記有機繊維補強樹脂ペレットを得る方法がある。従来、分散性を高めるために、樹脂含浸の前に有機繊維表面の一部若しくは全体に薄くコートする考えはあったが、全体を樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）で覆いそのまま固化させる発想はなかった。
【００２１】
本方式によって得られる有機繊維補強樹脂ペレットは、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）中に有機繊維（Ａ）が均一に分散しており、かつ９５％を越える接触面積の有機繊維補強樹脂ペレットを得る事が可能であるため、有機繊維混入による効果が最大限に発揮され、かつ分散性、外観品位の優れた、強度バラツキの非常に少ない樹脂成形品を得る事が出来る。
【００２２】
また上記有機繊維補強樹脂ペレットを同種か異種の未補強の樹脂ペレットなどと混合し、質量比で２５％以上使用し、さらに、比重１．２０ｇ／ｃｍ３以下となるように成形することが好ましく、さらには、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率を０．１％以下である樹脂成形品とする事が好ましい。２５％未満の使用量である場合、繊維の分散性が悪く、補強繊維の絶対量も少なくなり好ましくない。故に、比率はコストと外観品位の許す範囲内で高い方が好ましい。
なお、成形品の物理特性を安定化させるために用いられる耐紫外線劣化防止剤や耐熱老化防止剤、顔料などの各種添加剤の他に、作業効率を上げ成形品の物理特性が極端に悪くならない範囲内で適宜樹脂組成物を追加混入しても構わない。
【００２３】
成形品の比重が１．２０ｇ／ｃｍ３を越える場合、成形品が重たくなるので好ましくない。比重は低い方が好ましいが、所望の成形品物理特性との兼合いで適宜設計される。より好ましい範囲は０．９６〜１．０９ｇ／ｃｍ３である。
【００２４】
また、成形品はＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．１％以下である事が好ましい。このことにより、サーマルリサイクルを行っても無機物のアッシュが残ることがなく、強靱、高剛性で外観品位に優れた成形品とすることができる。
ガラス繊維等の無機充てん材を使用しなければ無機物のアッシュは理論的に含有率は０％となるが、樹脂を高性能化するために上述の添加剤以外にも結晶核剤などを用いることがあり、工業材料としてはその残渣を完全に０にすることは技術的に困難であるが、本発明における成形品においては、従来のガラス繊維補強品や、炭素繊維補強品と比較すると、格段にサーマルリサイクル後の産業廃棄物を減少させることが出来る。
なお、本発明によれば、樹脂の衝撃強度と剛性、熱変形温度を向上させる目的で水酸化物やクレーなどの無機フィラーを充填する従来からある方法と併用して用いても、寸法安定性、表面平滑性及び硬度を低下させずに更に一段と衝撃強度や剛性、熱変形温度を向上させることが出来る。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例によって本発明を説明する。なお、本発明で採用した測定方法は以下のとおりである。
（イ）有機繊維と樹脂組成物との質量比率：
有機繊維補強樹脂ペレットの断面写真における有機繊維と樹脂組成物との面積比率と原料の有機繊維と樹脂組成物の比重より算出した。
（ロ）有機繊維と樹脂組成物との接触比率：
有機繊維補強樹脂ペレットの断面写真において、有機繊維の断面及び空隙の大きさを測定して繊維と樹脂との接触部分と非接触部分との比率を算出した。
（ハ）空隙（ボイド）率：
有機繊維補強樹脂ペレットの断面写真に方眼紙をあて、空隙部を塗潰して面積を求め、ペレットの全体の断面面積に対する空隙部の面積比率を算出した。
（ニ）成形品比重：
ＪＩＳ Ｋ ６９１１：１９９５に準拠して測定した。
（ホ）無機充てん材含有率：
成形品をＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じて焼成後、残渣質量から算出した。 （ヘ）融点：
繊維補強樹脂組成物を１０ｍｇを採取して、（株）パーキンエルマージャパン社製パーキンエルマーＤＳＣ−７を用い、２０℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温して測定した。
【００２６】
（実施例１）
補強繊維として融点が２６５℃の東洋紡エステル（繊度１６７０ｄｔｅｘ、１９０ｆ、強度９．７ｃＮ／ｄｔｅｘ）を１８本用い、樹脂として融点が１６２℃のグランドポリプロのブレンド物（マレイン酸変性率０．１％）を用いた。
すなわち、図１に概要を示したように、前記樹脂を、繊維走行方向と直角方向に沿って途中スリットが切ってあり樹脂が噴出す構造の２２０℃に加熱された曲面ダイ（図２）中と樹脂浴（図１、図３）中に予め溶融させておき、補強繊維は、０．２ｃＮ／ｄｔｅｘの給糸テンション０．２ｃＮ／ｄｔｅｘを掛けてφ２０ｍｍの開繊バー５本に交互に通して開繊させ、該開繊繊維を前記溶融樹脂が噴出す加熱された曲面ダイに沿って走行させ、引き続き、曲面ダイに隣接の２２０℃に加熱された樹脂浴中を通して樹脂を付与し、φ３．０ｍｍ、Ｌ／ｄ＝１の丸ダイス（図４）から引抜いて冷却後、ギロチンカッターで７ｍｍの長さに切断して所望の有機繊維補強樹脂ペレットを得た。
なお、有機繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は３２％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイド（空隙）の比率は２％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は８７％、補強繊維は解じょ撚のみのため撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は７５％であった。こうして得られた繊維補強樹脂組成物（ペレット）を１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であり、また成形品は有機補強繊維が全面にわたり均一に分散しており、外観品位も非常に良好であり、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．０３％と低く、成形品の比重も１．０６ｇ／ｃｍ３と低く、軽量且つ強度バランスの優れた、サーマルリサイクル可能な有機繊維補強樹脂成形品を得る事が出来た。
【００２７】
（実施例２）
芯が融点２６５℃のポリエステル、鞘が融点１４０℃のポリプロピレン（チッソ（株）製ＰＰレジンＣＳ３３００）、質量比５：５、単糸繊度６．５ｄｔｅｘ、フィラメント数３０００本の芯鞘型繊維からなる２成分糸を１０ケンス分束ね、最大延伸倍率×９０％の２．７５倍で延伸後、幅方向に拡がらぬ様にガイド規制された１７０℃のホットローラーに巻き付け集束固化糸条とした後、冷却し、７ｍｍの長さに切断して所望の有機繊維補強樹脂ペレットを得た。ちなみに切断前延伸糸の強度は４．０ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
なお、有機繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は５０％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は１％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は９８％、補強繊維は解じょ撚のみのため撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は２３％であった。
こうして得られた有機繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であり、また成形品は有機補強繊維が全面に渡り極めて均一に分散しており、外観品位も非常に良好であり、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．０３％と低く、成形品の比重も１．１４ｇ／ｃｍ３と低く、軽量且つ強度バランスの優れた、サーマルリサイクル可能な有機繊維補強樹脂成形品を得る事が出来た。
【００２８】
（実施例３）
芯が融点２６５℃のポリエステル、鞘が融点１４０℃のポリプロピレン（チッソ（株）製ＰＰレジンＣＳ３３００）、質量比６：４、単糸繊度６．６ｄｔｅｘ、フィラメント数３０００本の芯鞘型繊維からなる２成分糸を１０ケンス分束ね、最大延伸倍率×９０％の２．８倍で延伸後、幅方向に拡がらぬ様にガイド規制された１７０℃のホットローラーに巻き付け集束固化糸条とした後、冷却し、７ｍｍの長さに切断して所望の有機繊維補強樹脂ペレットを得た。ちなみに切断前延伸糸の強度は４．１ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
なお、有機繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は６０％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は１％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は９７％、補強繊維は解じょ撚のみのため撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は２５％であった。
こうして得られた有機繊維補強樹脂ペレットを質量比で６０％用い、同じ特性の樹脂組成物を４０％追加混合し汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であり、また成形品は有機補強繊維が全面に渡り均一に分散しており、外観品位も非常に良好であり、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．０４％と低く、成形品の比重も１．０８ｇ／ｃｍ３と低く、軽量且つ強度バランスの優れた、サーマルリサイクル可能な有機繊維補強樹脂成形品を得る事が出来た。
【００２９】
（比較例１）
実施例１において、補強繊維として東洋紡エステル繊維に代えて汎用の高強力ガラス繊維を用いる以外は実施例１と同様にして、７ｍｍ長さの繊維補強樹脂ペレットを得た。
なお、ガラス繊維の質量比率は３２％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は３％、ガラス繊維と樹脂組成物との接触比率は８５％、ガラス繊維の撚り数は１Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は７２％であった。
こうして得られた繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であったが、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率は３２．４％と高く、成形品の比重も１．４ｇ／ｃｍ３と高く、サーマルリサイクルの出来ない重い繊維補強樹脂成形品となった。
【００３０】
（比較例２）
実施例１において、開繊バー及び曲面ダイを通さず、直接２２０℃に加熱された樹脂浴中に通した以外は実施例１と同様にして、７ｍｍ長さの繊維補強樹脂ペレットを得た。
なお、繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は３２％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は５％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は１８％、補強繊維の撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は６８％であった。
こうして得られた繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、樹脂ペレット中の繊維分散性が悪いため、切断の際の衝撃により樹脂被覆されていない繊維が分離し、ホッパー詰りの原因となり成形品サンプルを得る事が出来なかった。
【００３１】
（比較例３）
融点が２６５℃の東洋紡エステル（繊度１６７０ｄｔｅｘ、１９０ｆ、強度９．７ｃＮ／ｄｔｅｘ）を補強繊維として１８本用い、予め５０Ｔ／ｍの先撚りを付与した事以外は比較例２と同様にして繊維補強樹脂ペレットを得た。
繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は３３％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は２％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は９％、補強繊維の撚り数は５０Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は７２％であった。
こうして得られた繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、補強繊維は集束しておりホッパー詰りは無かったが、補強繊維の先撚りの影響により成形加工中の繊維開繊性が悪く、強度ばらつきの大きい外観品位の劣った成形品サンプルとなった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法、これから成形した樹脂成形品によれば、耐衝撃性、強度バランス及び外観品位に優れ、軽量且つサーマルリサイクルが容易な車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適である有機繊維補強樹脂成形品を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機繊維補強樹脂ペレット製造工程の一例の概略を示す模式図である。
【図２】曲面ダイの一例であり、（ａ）は曲面ダイの上面の模式的平面図、（ｂ）は曲面ダイの側面の模式的断面図である。
【図３】開繊された補強繊維に樹脂が含浸され、集束糸条になるまでの様子の一例を示す模式図である。
【図４】ダイスの断面構造の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の有機繊維補強樹脂ペレットの断面の電子顕微鏡写真の一例であ
る。
【符号の説明】
１・・・押出機、 ２・・・ギアポンプ、 ３・・・補強繊維ボビン、
４・・・クリルスタンド、 ５・・・開繊バー、 ６・・・曲面ダイ、
７・・・樹脂浴、 ８・・・ダイス、 ９・・・冷却バス、
１０・・・引き取りローラー、 １１・・・カッター、
１２・・・樹脂吐出スリット、 １３・・・補強繊維、 １４・・・樹脂、
１５・・・ダイス、 １６・・・導入口、
１７・・・平行部長さ（Ｌ）、 １８・・・ダイス直径（ｄ）、
１９・・・平行部、
（Ａ）・・・有機繊維、 （Ｂ）・・・樹脂組成物、
【発明の属する技術分野】
本発明は有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法並びにこれから得られた繊維補強樹脂成形品に関するものである。更に詳しくは耐衝撃性に優れ、サーマルリサイクルが容易で車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適な繊維補強樹脂成形品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス繊維で補強した繊維補強樹脂の廃棄が問題となってきている。この様な繊維補強樹脂は自動車や鉄道車両、機械部品、コンピュータの筐体など種々の構造部品として用いられている。しかしながら、これらガラス繊維補強樹脂はリサイクル、特にサーマルリサイクルを行った場合、ガラス繊維のアッシュ（灰）が産業廃棄物として残るという問題があり、この様な問題を解決するためにガラス繊維を有機繊維で代替しようとする試みがなされている。
特許文献１には、ポリオレフィンと有機繊維および無機繊維から構成される長繊維含有樹脂組成物が開示されている。有機繊維と無機繊維を組み合わせることによって高い機械的強度及び弾性率を有し、耐衝撃性に優れた繊維強化樹脂組成物を得ることが出来るとしている。しかし前述のように無機繊維を含有していることからその廃棄は難しく、サーマルリサイクル後も無機繊維のアッシュが残る。
特許文献２などには、融点が１７０℃以下のポリオレフィンと無機フィラーの混合物に融点が２００℃以上の合成繊維を二軸混練したポリオレフィン樹脂組成物が開示されている。この発明によれば、例えば板状の無機フィラーをポリオレフィンに添加した後に有機繊維を添加することによって、寸法安定性、表面平滑性、剛性及び硬度を低下させずに、衝撃強度と剛性を向上させる事が出来るとしている。しかしながら水酸化物やクレーなどの無機フィラーを添加するため、アッシュが残る問題は依然解決されていない。
【０００３】
これらの問題を解決する為に、サーマルリサイクル可能な種々の方法が開示されている。例えば特許文献３では、ポリオレフィン樹脂よりも融点が５０℃以上高い有機繊維を補強材として用い、ポリオレフィン系樹脂を融点よりも４０℃以上高い温度に加熱して、その浸漬時間が６秒を超えない範囲で有機繊維に含浸を行う技術が開示されて、補強繊維の熱劣化を生じず折損も少なく、優れた有機繊維補強樹脂組成物を得ることができるとしている。
しかしながら有機繊維をポリオレフィン系樹脂の溶融樹脂浴に浸漬後、単に引き抜く本方法では、ポリオレフィン系樹脂中の繊維分散性が極端に低く、繊維の偏りに伴う成形品の強度ばらつきが大きくなり、ひいては外観不良を引き起こす問題があった。また、この方式でも外側を覆う樹脂被覆層と中の繊維束群とが分離した２重構造は消えず、上述の繊維の偏りに伴う成形品強度のばらつきの増大、ひいては外観不良を引き起こす問題は依然解決出来ていなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２０２５４５号公報
【特許文献２】
特開平６−３０６２１６号公報
【特許文献３】
特許第３０７３９８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、サーマルリサイクルを行っても、無機物のアッシュが残ることのない、強靱、高剛性で外観品位に優れた有機繊維補強樹脂組成物からなる成形品用材料、並びにその製造方法と成形品を提供することにある。更に詳しくは耐衝撃性に優れ、低コストで且つサーマルリサイクルが容易な車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適な繊維補強樹脂成形品を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法並びにこの有機繊維補強樹脂ペレットを成形して得られる樹脂成形品は下記の構成からなる。
１．有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とからなり、下記▲１▼〜▲４▼を満足することを特徴とする有機繊維補強樹脂ペレット。
▲１▼有機繊維（Ａ）の融点が１５０℃以上であり、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の 融点よりも３０℃以上高い。
▲２▼有機繊維（Ａ）の単糸繊度が０．１〜２０ｄｔｅｘで、トータル繊度が２０００〜７０００００ｄｔｅｘである。
▲３▼有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の質量比が１：１９〜８：２で ある。
▲４▼有機繊維（Ａ）の総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触 している。
２．有機繊維（Ａ）が融点２２０℃以上のポリエステル系繊維である事を特徴とする第１記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
３．樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が融点１９０℃以下のオレフィン系樹脂である事を特徴とする第１又は２記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
４．有機繊維（Ａ）の総表面積の８５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触している事を特徴とする第１〜３のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。５．繊維軸方向に対しほぼ直角に切断した断面をカットして観察される空隙率の割合が４％以下である事を特徴とする第１〜４のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
６．樹脂ペレットの断面形状に関し、（厚み／幅）×１００％の比率が１０〜１１０％であるか、ほぼ円形若しくは楕円形である事を特徴とする第１〜５のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
７．有機繊維（Ａ）の繊維束を開繊させた後、溶融状態にある樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を含浸させて集束糸条とした後、所望の長さに切断する事を特徴とする第１〜６のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットの製造方法。
８．有機繊維（Ａ）を芯とし、その周囲を樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が鞘状に覆う芯鞘型繊維を集束し、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を溶融させて集束糸条とした後、所望の長さに切断することを特徴とする第１〜６のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットの製造方法。
９．第１〜５のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットを質量比で２５％以上用いて成形し、比重１．２０ｇ／ｃｍ３以下とすることを特徴とする有機繊維補強樹脂成形品。
１０．ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率が０．１％以下であることを特徴とする第９記載の有機繊維補強樹脂成形品。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳述する。
本発明でいう有機繊維（Ａ）とは、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維などの汎用有機繊維を指し、より好ましくは融点が２２０℃以上のポリエステル系繊維、更に好ましくはポリエチレンテレフタレート繊維や、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維等を指す。ポリエチレンテレフタレート繊維は製造方法が確立されており、コスト、性能の両面から最も好ましい。
この様な有機繊維には、耐候性の改善を目的として、耐加水分解性防止剤、耐熱老化防止剤や紫外線劣化防止剤などの添加がより好ましい。
【０００８】
本発明でいう樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とは、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂など汎用のエンジニアリングプラスチックを指すが、再ペレタイズ後のリユース時の物性保持率や、サーマルリサイクル時に炉を傷めないことから、融点が１９０℃以下のポリオレフィン系樹脂がより好ましく、コストパフォーマンスに優れるポリプロピレン樹脂が更に好ましい。この様な樹脂には、繊維の場合と同様に耐紫外線劣化防止剤や、耐熱老化防止剤などが添加されていることが好ましい。また見た目の問題から、顔料などが添加されていても何ら問題はない。そして、補強繊維との接着性を改善する意味で酸変性や、プラズマ、コロナ処理などが施されていても何ら問題はない。更に、工程上の取り扱い性を確保するために油剤が付与されていても何ら問題はない。
これらの有機繊維（Ａ）及び樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）は、工程の煩雑さを避けるために通常１種ずつ用いられるが、所望の物性を得る等の目的で２種以上を組合せて用いたとしても、上記請求範囲を満足するものであればなんら問題はない。
【０００９】
有機繊維（Ａ）の融点は１５０℃以上であり、樹脂組成物（Ｂ）の融点よりも３０℃以上高い事が好ましい。有機繊維（Ａ）の融点が１５０℃未満、若しくは樹脂組成物（Ｂ）の融点より３０℃未満しか高くない場合、成形時の熱の影響を強く受け補強効果が低くなりやすく好ましくない。好ましい範囲としては２００℃以上、より好ましくは２２０℃以上であり、更に樹脂組成物（Ｂ）の融点より５０℃以上高い事がより望ましい。なお、ここで言う融点とは公知の差動走査型熱量計（ＤＳＣ）を用い測定した値を云う。
【００１０】
また、有機繊維（Ａ）の単糸繊度は０．１〜２０ｄｔｅｘ、トータル繊度は２０００〜７０００００ｄｔｅｘ、撚り数は４０Ｔ／ｍ以下である事が好ましい。成形品補強効果は、補強有機繊維（Ａ）の樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）中からの引抜き剪断抵抗に依存する部分が大きいため、単糸繊度は均一分散性が得られる範囲内で細い方が望ましい。０．１ｄｔｅｘ未満である場合、製造が難しく且つ均一分散性が得られにくくなるので好ましくない。逆に２０ｄｔｅｘを越える場合、分散性は良好となるが補強効果が低くなるので好ましくない。より好ましい範囲は０．３〜１４ｄｔｅｘ、更に好ましい範囲は０．５〜８ｄｔｅｘである。
【００１１】
トータル繊度が２０００ｄｔｅｘ未満である場合、ペレット状とした際の厚みが不十分でありホッパー詰りを起こしやすく好ましくない。逆に７０００００ｄｔｅｘを越える場合にも取扱い性が悪くなるので好ましくない。より好ましい範囲は４０００〜５０００００ｄｔｅｘ、更に好ましい範囲は６０００〜３０００００ｄｔｅｘである。
【００１２】
有機繊維（Ａ）の撚り数は、４０Ｔ／ｍ以下であることが好ましく、４０Ｔ／ｍを越える場合には、成形時に於ける開繊性が悪くなり、ひいては外観品位の低下、品質ばらつきを増大させるので好ましくない。撚り数は少ない方が好ましいが、２０Ｔ／ｍ以下であれば特に問題はない。
【００１３】
有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）との質量比は、１：１９〜８：２である。有機繊維（Ａ）の比率がこれ未満であると十分な補強効果が得られにくく、この範囲を超える場合には成形時の流動性が悪くなり外観品位を損ねる恐れがある。より望ましい範囲は１：９〜４：６である。なお、質量比の算出方法に関しては、同じく断面写真の観測結果と原料比重より算出される値を用いる。
【００１４】
また有機繊維（Ａ）は、総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触していることが必要である。
本発明においては、成形品の補強効果は、補強有機繊維（Ａ）の樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）中からの引抜き剪断抵抗に依存する部分が大きいため、単糸自体が有する総表面積、及びその総表面積中、どれだけ樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触した状態にあるかが重要となる。このため、接触面積が６５％未満である場合、十分な引抜き剪断抵抗が得られにくく好ましくない。より好ましい範囲は７５％以上、更に好ましい範囲は８５％以上である。１００％に近い事が望ましいが、９５％以上であれば、ほぼ有機繊維混入による効果が最大限に発揮され得る。なお、ここで云う接触面積とは断面写真を撮って観測される値を用いる。
【００１５】
有機繊維補強樹脂ペレット中の有機繊維（Ａ）の繊維長は０．５〜４０ｍｍであるのが好ましい。繊維長が０．５ｍｍ未満である場合、引き抜き抵抗をベースとする補強効果が得られにくくなる。逆に、４０ｍｍを越える場合には、ホッパー内での流動性、成形時の流動性に影響を与え、外観品位の低下、強度ばらつきを増大させる方向である。より好ましい範囲は２〜１５ｍｍ、更に好ましい範囲は４〜１２ｍｍである。
【００１６】
なお、樹脂成形品としての補強効果を高めるため、切断前に測定され得る繊維強度は２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である事が好ましい。この値は高い方がよく、より好ましくは４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、更に好ましくは５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。強度は高い方が好ましいが、製造コストとの兼合いで適宜設計される事が望ましい。
【００１７】
また、有機繊維補強樹脂ペレットの繊維軸方向に対しほぼ直角に切断した断面で観察される空隙率の割合が４％以下である事が好ましい。４％を越える場合、成形品の強度及び外観品位が低下するので好ましくない。より好ましい範囲は３％以下、更に好ましい範囲は２％以下である。なお、空隙率はペレット断面中における空隙部の比率であり、断面写真に方眼紙をあて、空隙部を塗潰して算出するものである。
【００１８】
有機繊維補強樹脂ペレットの断面形状は、（厚み／幅）×１００％の比率は１０％〜１１０％であるか、ほぼ円形若しくは楕円形である事が好ましい。これは、ホッパー詰りを起こすことなく流動性に優れるためである。比率が１０％未満である場合、流動性が悪くなりホッパー詰りを起こしやすくなるので好ましくない。逆に１１０％を越える場合、製造工程中に於ける糸道が大変不安定なものとなる。故により好ましい範囲は２０〜１００％、更に好ましい範囲は３０〜１００％である。理想形は円形若しくはほぼ円形に近い楕円形である。
【００１９】
また、これらのペレットを製造する方法としては以下の方法が好ましい。
一つは、有機繊維（Ａ）を十分に開繊させた後、溶融状態にある樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を含浸させる方法である。予め有機繊維を十分に開繊させる方法としては、細繊度の繊維束をガイド規制しそれぞれ別の入口から樹脂槽に浸漬後、溶融樹脂中で引き揃えて引き抜く方法、または予め電気開繊等の手法により平板状に繊維を開繊させた後、そのままの状態で樹脂槽に浸漬し引き抜く方法、等があるが、特に繊維を押し広げた状態のままで、曲面ダイに沿わせるとともに、該曲面ダイの途中のスリットから溶融吐出される樹脂を含浸させ、かつ樹脂浴中を通し引き抜く方法がより好ましい。
【００２０】
また別の方法として有機繊維（Ａ）を芯とし、有機繊維（Ａ）の周囲を鞘状に樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が覆う芯鞘型の２成分繊維を用い、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の融点を越え有機繊維（Ａ）の融点未満の温度で集束繊維糸条とし、冷却後切断して上記有機繊維補強樹脂ペレットを得る方法がある。従来、分散性を高めるために、樹脂含浸の前に有機繊維表面の一部若しくは全体に薄くコートする考えはあったが、全体を樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）で覆いそのまま固化させる発想はなかった。
【００２１】
本方式によって得られる有機繊維補強樹脂ペレットは、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）中に有機繊維（Ａ）が均一に分散しており、かつ９５％を越える接触面積の有機繊維補強樹脂ペレットを得る事が可能であるため、有機繊維混入による効果が最大限に発揮され、かつ分散性、外観品位の優れた、強度バラツキの非常に少ない樹脂成形品を得る事が出来る。
【００２２】
また上記有機繊維補強樹脂ペレットを同種か異種の未補強の樹脂ペレットなどと混合し、質量比で２５％以上使用し、さらに、比重１．２０ｇ／ｃｍ３以下となるように成形することが好ましく、さらには、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率を０．１％以下である樹脂成形品とする事が好ましい。２５％未満の使用量である場合、繊維の分散性が悪く、補強繊維の絶対量も少なくなり好ましくない。故に、比率はコストと外観品位の許す範囲内で高い方が好ましい。
なお、成形品の物理特性を安定化させるために用いられる耐紫外線劣化防止剤や耐熱老化防止剤、顔料などの各種添加剤の他に、作業効率を上げ成形品の物理特性が極端に悪くならない範囲内で適宜樹脂組成物を追加混入しても構わない。
【００２３】
成形品の比重が１．２０ｇ／ｃｍ３を越える場合、成形品が重たくなるので好ましくない。比重は低い方が好ましいが、所望の成形品物理特性との兼合いで適宜設計される。より好ましい範囲は０．９６〜１．０９ｇ／ｃｍ３である。
【００２４】
また、成形品はＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．１％以下である事が好ましい。このことにより、サーマルリサイクルを行っても無機物のアッシュが残ることがなく、強靱、高剛性で外観品位に優れた成形品とすることができる。
ガラス繊維等の無機充てん材を使用しなければ無機物のアッシュは理論的に含有率は０％となるが、樹脂を高性能化するために上述の添加剤以外にも結晶核剤などを用いることがあり、工業材料としてはその残渣を完全に０にすることは技術的に困難であるが、本発明における成形品においては、従来のガラス繊維補強品や、炭素繊維補強品と比較すると、格段にサーマルリサイクル後の産業廃棄物を減少させることが出来る。
なお、本発明によれば、樹脂の衝撃強度と剛性、熱変形温度を向上させる目的で水酸化物やクレーなどの無機フィラーを充填する従来からある方法と併用して用いても、寸法安定性、表面平滑性及び硬度を低下させずに更に一段と衝撃強度や剛性、熱変形温度を向上させることが出来る。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例によって本発明を説明する。なお、本発明で採用した測定方法は以下のとおりである。
（イ）有機繊維と樹脂組成物との質量比率：
有機繊維補強樹脂ペレットの断面写真における有機繊維と樹脂組成物との面積比率と原料の有機繊維と樹脂組成物の比重より算出した。
（ロ）有機繊維と樹脂組成物との接触比率：
有機繊維補強樹脂ペレットの断面写真において、有機繊維の断面及び空隙の大きさを測定して繊維と樹脂との接触部分と非接触部分との比率を算出した。
（ハ）空隙（ボイド）率：
有機繊維補強樹脂ペレットの断面写真に方眼紙をあて、空隙部を塗潰して面積を求め、ペレットの全体の断面面積に対する空隙部の面積比率を算出した。
（ニ）成形品比重：
ＪＩＳ Ｋ ６９１１：１９９５に準拠して測定した。
（ホ）無機充てん材含有率：
成形品をＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じて焼成後、残渣質量から算出した。 （ヘ）融点：
繊維補強樹脂組成物を１０ｍｇを採取して、（株）パーキンエルマージャパン社製パーキンエルマーＤＳＣ−７を用い、２０℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温して測定した。
【００２６】
（実施例１）
補強繊維として融点が２６５℃の東洋紡エステル（繊度１６７０ｄｔｅｘ、１９０ｆ、強度９．７ｃＮ／ｄｔｅｘ）を１８本用い、樹脂として融点が１６２℃のグランドポリプロのブレンド物（マレイン酸変性率０．１％）を用いた。
すなわち、図１に概要を示したように、前記樹脂を、繊維走行方向と直角方向に沿って途中スリットが切ってあり樹脂が噴出す構造の２２０℃に加熱された曲面ダイ（図２）中と樹脂浴（図１、図３）中に予め溶融させておき、補強繊維は、０．２ｃＮ／ｄｔｅｘの給糸テンション０．２ｃＮ／ｄｔｅｘを掛けてφ２０ｍｍの開繊バー５本に交互に通して開繊させ、該開繊繊維を前記溶融樹脂が噴出す加熱された曲面ダイに沿って走行させ、引き続き、曲面ダイに隣接の２２０℃に加熱された樹脂浴中を通して樹脂を付与し、φ３．０ｍｍ、Ｌ／ｄ＝１の丸ダイス（図４）から引抜いて冷却後、ギロチンカッターで７ｍｍの長さに切断して所望の有機繊維補強樹脂ペレットを得た。
なお、有機繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は３２％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイド（空隙）の比率は２％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は８７％、補強繊維は解じょ撚のみのため撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は７５％であった。こうして得られた繊維補強樹脂組成物（ペレット）を１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であり、また成形品は有機補強繊維が全面にわたり均一に分散しており、外観品位も非常に良好であり、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．０３％と低く、成形品の比重も１．０６ｇ／ｃｍ３と低く、軽量且つ強度バランスの優れた、サーマルリサイクル可能な有機繊維補強樹脂成形品を得る事が出来た。
【００２７】
（実施例２）
芯が融点２６５℃のポリエステル、鞘が融点１４０℃のポリプロピレン（チッソ（株）製ＰＰレジンＣＳ３３００）、質量比５：５、単糸繊度６．５ｄｔｅｘ、フィラメント数３０００本の芯鞘型繊維からなる２成分糸を１０ケンス分束ね、最大延伸倍率×９０％の２．７５倍で延伸後、幅方向に拡がらぬ様にガイド規制された１７０℃のホットローラーに巻き付け集束固化糸条とした後、冷却し、７ｍｍの長さに切断して所望の有機繊維補強樹脂ペレットを得た。ちなみに切断前延伸糸の強度は４．０ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
なお、有機繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は５０％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は１％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は９８％、補強繊維は解じょ撚のみのため撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は２３％であった。
こうして得られた有機繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であり、また成形品は有機補強繊維が全面に渡り極めて均一に分散しており、外観品位も非常に良好であり、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．０３％と低く、成形品の比重も１．１４ｇ／ｃｍ３と低く、軽量且つ強度バランスの優れた、サーマルリサイクル可能な有機繊維補強樹脂成形品を得る事が出来た。
【００２８】
（実施例３）
芯が融点２６５℃のポリエステル、鞘が融点１４０℃のポリプロピレン（チッソ（株）製ＰＰレジンＣＳ３３００）、質量比６：４、単糸繊度６．６ｄｔｅｘ、フィラメント数３０００本の芯鞘型繊維からなる２成分糸を１０ケンス分束ね、最大延伸倍率×９０％の２．８倍で延伸後、幅方向に拡がらぬ様にガイド規制された１７０℃のホットローラーに巻き付け集束固化糸条とした後、冷却し、７ｍｍの長さに切断して所望の有機繊維補強樹脂ペレットを得た。ちなみに切断前延伸糸の強度は４．１ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
なお、有機繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は６０％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は１％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は９７％、補強繊維は解じょ撚のみのため撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は２５％であった。
こうして得られた有機繊維補強樹脂ペレットを質量比で６０％用い、同じ特性の樹脂組成物を４０％追加混合し汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であり、また成形品は有機補強繊維が全面に渡り均一に分散しており、外観品位も非常に良好であり、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率も０．０４％と低く、成形品の比重も１．０８ｇ／ｃｍ３と低く、軽量且つ強度バランスの優れた、サーマルリサイクル可能な有機繊維補強樹脂成形品を得る事が出来た。
【００２９】
（比較例１）
実施例１において、補強繊維として東洋紡エステル繊維に代えて汎用の高強力ガラス繊維を用いる以外は実施例１と同様にして、７ｍｍ長さの繊維補強樹脂ペレットを得た。
なお、ガラス繊維の質量比率は３２％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は３％、ガラス繊維と樹脂組成物との接触比率は８５％、ガラス繊維の撚り数は１Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は７２％であった。
こうして得られた繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、ペレットのホッパー詰りも無く工程通過性は極めて良好であったが、ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率は３２．４％と高く、成形品の比重も１．４ｇ／ｃｍ３と高く、サーマルリサイクルの出来ない重い繊維補強樹脂成形品となった。
【００３０】
（比較例２）
実施例１において、開繊バー及び曲面ダイを通さず、直接２２０℃に加熱された樹脂浴中に通した以外は実施例１と同様にして、７ｍｍ長さの繊維補強樹脂ペレットを得た。
なお、繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は３２％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は５％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は１８％、補強繊維の撚り数は３Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は６８％であった。
こうして得られた繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、樹脂ペレット中の繊維分散性が悪いため、切断の際の衝撃により樹脂被覆されていない繊維が分離し、ホッパー詰りの原因となり成形品サンプルを得る事が出来なかった。
【００３１】
（比較例３）
融点が２６５℃の東洋紡エステル（繊度１６７０ｄｔｅｘ、１９０ｆ、強度９．７ｃＮ／ｄｔｅｘ）を補強繊維として１８本用い、予め５０Ｔ／ｍの先撚りを付与した事以外は比較例２と同様にして繊維補強樹脂ペレットを得た。
繊維補強樹脂ペレット中に於ける有機補強繊維の質量比率は３３％、繊維軸方向と直角方向の断面を切って観察されるボイドの比率は２％、有機繊維と樹脂組成物との接触比率は９％、補強繊維の撚り数は５０Ｔ／ｍ、断面形状（厚み／幅）×１００％の比率は７２％であった。
こうして得られた繊維補強樹脂ペレットを１００％用い、汎用の方法にて射出成形加工を行なった所、補強繊維は集束しておりホッパー詰りは無かったが、補強繊維の先撚りの影響により成形加工中の繊維開繊性が悪く、強度ばらつきの大きい外観品位の劣った成形品サンプルとなった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の有機繊維補強樹脂ペレット、その製造方法、これから成形した樹脂成形品によれば、耐衝撃性、強度バランス及び外観品位に優れ、軽量且つサーマルリサイクルが容易な車両、建築・土木、機械部品、電子部品などに好適である有機繊維補強樹脂成形品を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機繊維補強樹脂ペレット製造工程の一例の概略を示す模式図である。
【図２】曲面ダイの一例であり、（ａ）は曲面ダイの上面の模式的平面図、（ｂ）は曲面ダイの側面の模式的断面図である。
【図３】開繊された補強繊維に樹脂が含浸され、集束糸条になるまでの様子の一例を示す模式図である。
【図４】ダイスの断面構造の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の有機繊維補強樹脂ペレットの断面の電子顕微鏡写真の一例であ
る。
【符号の説明】
１・・・押出機、 ２・・・ギアポンプ、 ３・・・補強繊維ボビン、
４・・・クリルスタンド、 ５・・・開繊バー、 ６・・・曲面ダイ、
７・・・樹脂浴、 ８・・・ダイス、 ９・・・冷却バス、
１０・・・引き取りローラー、 １１・・・カッター、
１２・・・樹脂吐出スリット、 １３・・・補強繊維、 １４・・・樹脂、
１５・・・ダイス、 １６・・・導入口、
１７・・・平行部長さ（Ｌ）、 １８・・・ダイス直径（ｄ）、
１９・・・平行部、
（Ａ）・・・有機繊維、 （Ｂ）・・・樹脂組成物、
Claims (10)
- 有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）とからなり、下記▲１▼〜▲４▼を満足することを特徴とする有機繊維補強樹脂ペレット。
▲１▼有機繊維（Ａ）の融点が１５０℃以上であり、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の 融点よりも３０℃以上高い。
▲２▼有機繊維（Ａ）の単糸繊度が０．１〜２０ｄｔｅｘで、トータル繊度が２０００〜７０００００ｄｔｅｘである。
▲３▼有機繊維（Ａ）と樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）の質量比が１：１９〜８：２で ある。
▲４▼有機繊維（Ａ）の総表面積の６５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触 している。 - 有機繊維（Ａ）が融点２２０℃以上のポリエステル系繊維である事を特徴とする請求項１記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
- 樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が融点１９０℃以下のオレフィン系樹脂である事を特徴とする請求項１又は２記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
- 有機繊維（Ａ）の総表面積の８５％以上が樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）と接触している事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
- 繊維軸方向に対しほぼ直角に切断した断面をカットして観察される空隙率の割合が４％以下である事を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
- 樹脂ペレットの断面形状に関し、（厚み／幅）×１００％の比率が１０〜１１０％であるか、ほぼ円形若しくは楕円形である事を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレット。
- 有機繊維（Ａ）の繊維束を開繊させた後、溶融状態にある樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を含浸させて集束糸条とした後、所望の長さに切断する事を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットの製造方法。
- 有機繊維（Ａ）を芯とし、その周囲を樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）が鞘状に覆う芯鞘型繊維を集束し、樹脂又は樹脂組成物（Ｂ）を溶融させて集束糸条とした後、所望の長さに切断することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットの製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の有機繊維補強樹脂ペレットを質量比で２５％以上用いて成形し、比重１．２０ｇ／ｃｍ３以下とすることを特徴とする有機繊維補強樹脂成形品。
- ＪＩＳ Ｋ ７０５２：１９９９に準じた焼成後の無機充てん材含有率が０．１％以下であることを特徴とする請求項９記載の有機繊維補強樹脂成形品。
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