JP2005290195A - 長繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】毛羽立ちの少ないペレット状の長繊維強化樹脂成形材料を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂に、実質的に互いに平行に配列した強化用長繊維を２０〜６０質量％含むペレット状の長繊維強化樹脂成形材料であって、該長繊維強化樹脂成形材料の長さが３〜５０ｍｍであり、該長繊維強化樹脂成形材料の強化用長繊維の方向と直交する任意のペレット断面を、該ペレット断面の外周平均円直径の７０.７％径となる同心円で２分割し、分割された断面の内側円に含まれる繊維の本数をＡ、該内側円の外側の環状部に含まれる繊維の本数をＢとしたとき、ほぼ全てのペレット断面においてＡ／Ｂを１．５以上にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ペレット状の長繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法に関し、特に毛羽立ちの少ないペレット状の長繊維強化樹脂成形材料に関する。

従来より、連続強化繊維に熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として含浸させてこれをペレットにした長繊維樹脂成形材料が知られている。長繊維強化樹脂成形材料の製造方法としては、マトリックス樹脂原料を押出機にて可塑化し溶融させ、溶融した樹脂を含浸ダイに充填させるとともに、回巻体等から引き出された強化繊維を含浸ダイ中に通過させることにより、強化繊維すなわちフィラメントの集合体であるストランド中に樹脂を含浸せしめ、この樹脂が含浸した強化繊維をノズル等の含浸ダイ出口孔により賦形した線状の長繊維強化樹脂を切断することにより得ることが知られている。

長繊維強化樹脂成形材料（ペレット）としては、特許文献１に、メルトフローレートが３０ｇ／１０min以上であるポリオレフィン樹脂に、繊維長が５ｍｍ以上であって実質的に互いに平行に並んだ強化用長繊維を２０ｗｔ％以上含み、かつ、該強化用長繊維の方向と直交するペレット断面におけるπ・（５ｄ）2（ｄ：強化用長繊維の平均繊維径）の面積を有する単位円内に含まれる強化繊維の本数ｎが、ｎ≦−１．８Ｘ＋２８√Ｘ−５８（Ｘ：強化用長繊維の含有量（ｗｔ％））を満たすことが開示されている。そして、強化用長繊維をこのように分散させることにより、成形時の繊維の開繊性が良好となり、成形品中での繊維の分散が均一でかつ折れが少なく、引張強度などの機械的強度や剛性に優れ、さらにアイゾット衝撃強度や落錘衝撃強度などの衝撃強度にも優れ、しかも強度の異方性や反り変形がほとんどない成形品を得ることが可能となることが記載されている。

また、特許文献２には、繊維強化樹脂成形材料として、溶融樹脂の含浸効率を高めるため、１０００ｍ当りの重量が５０〜４４００ｇ（５０〜４４００ＴＥＸ）の繊維束を開繊手段により幅／厚さの割合が３５〜７５０になるように開繊して溶融樹脂を含浸させ、長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を得ること、この構造体は、長手方向に実質的に平行にかつ前記構造体と実質的に同じ長さで配列した補強用繊維を１０〜８０重量％含むこと、および構造体の長さは３〜１００ｍｍであり、充填率１０容量％の割合で構造体を含む容器を、６０回／分の速度で５００回交互に１８０°回転させる振盪試験において、前記構造体から解離する繊維が１０００ｐｐｍ以下であることが記載されている。
特開平５−１７６３１号公報 特開平７−３１４４４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された長繊維強化ポリオレフィン成形材料、すなわち繊維を均一分散させた長繊維強化ペレットを得るためには、回巻体から引き出された繊維の撚りをなくすことが必要で、装置的にも作業的にも煩雑になる。また、特許文献１に記載されている長繊維強化ペレットは、図７のペレット断面写真に示す如くガラス繊維５（白色部）をペレット中に均一に分散している。このように繊維をペレットの表層部分まで均一分散させた長繊維強化ペレットは、繊維がペレットから脱落しやすく、後工程の成形において作業性を悪化し、また、ペレット表面の繊維が多いことから摩擦係数が高まり、射出成形機等の原料を投入するためのホッパーにおいて、ペレット投入時にブリッジが起きやすい問題を有していた。

一方、特許文献２に記載された長繊維強化ペレットでは、ペレットを振盪させることにより脱落する繊維量が少ないペレットを得ることを目的として、繊維を５０〜４０００ＴＥＸとし、繊維束の開繊幅を特定させることが記載されている。しかし、特許文献２に開示された製造方法では、繊維束を高度に開繊して熱可塑性樹脂の含浸効率を高めることを主目的にしているため、ペレットからの脱落繊維の量を充分に少なくすることは困難であった。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ペレット状の長繊維強化樹脂成形材料における繊維に対する熱可塑性樹脂の含浸性が良好であり、得られる成形品の機械的強度が高く、しかもペレットからの繊維の脱落が極めて少なく、成形品の成形時での取扱い性および成形品の生産性に優れた長繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法を提供することである。

本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、強化用長繊維をペレット状の長繊維強化樹脂成形材料のコア部分に表層部分より集中して分散させることにより、毛羽立ちが少なくペレットからの繊維の脱落を少なくでき、さらに強化用長繊維に対する熱可塑性樹脂の含浸性をよくすることにより機械的強度の高い、品質のばらつきの小さい成形品が得られることを見いだし、本発明を完成した。

すなわち、本発明は次の長繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法を提供する。
（１）熱可塑性樹脂に、実質的に互いに平行に配列した強化用長繊維を２０〜６０質量％含むペレット状の長繊維強化樹脂成形材料であって、該長繊維強化樹脂成形材料の長さが３〜５０ｍｍであり、該長繊維強化樹脂成形材料の強化用長繊維の方向と直交するペレット断面を、該ペレット断面の外周平均円直径の７０.７％径となる同心円で２分割し、分割された断面の内側円に含まれる繊維の本数をＡ、該内側円の外側の環状部に含まれる繊維の本数をＢとしたとき、ほぼ全てのペレット断面においてＡ／Ｂが１．５以上であることを特徴とする長繊維強化樹脂成形材料。
（２）前記強化用長繊維の本数が３４００〜５２００本である上記（１）の長繊維強化樹脂成形材料。
（３）回巻体から引き出された強化用長繊維束を、溶融した熱可塑性樹脂が充填された含浸ダイを連続的に通過させ、該含浸ダイ中に設けた開繊具により開繊させて強化用長繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた後、含浸ダイのダイノズルから所定の線径に引き出してペレット状の長繊維強化樹脂成形材料を製造する方法において、強化用長繊維束が最後に通過する開繊具からダイノズルの先端までの距離を次式によって得られる距離Ｌにすることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料の製造方法。

Ｌ＝Ｄ×Ｘ （但し、Ｘ＝０．６〜１．６、Ｄは回巻体の内径（ｍｍ））
（４）回巻体の内径Ｄが１６０〜４００ｍｍである上記（３）の長繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
（５）前記距離Ｌが２１０〜３６０ｍｍである上記（３）又は（４）に記載の長繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
（６）連続した強化用長繊維束が通過する入口孔とダイノズルとを有し、該入口孔とダイノズルとの間の強化用長繊維束が通過する領域に溶融した熱可塑性樹脂を充填させる空間部を有し、該空間部に強化用長繊維束を開繊するための開繊具が設置されており、前記強化用長繊維束が最後に通過する開繊具からダイノズルの先端までの距離Ｌが、該強化用長繊維束の回巻体の内径をＤとしたとき、Ｌ＝Ｄ×Ｘ（但し、Ｘ＝０．６〜１．６）であることを特徴とする長繊維強化樹脂成形材料の成形用含浸ダイ。

本発明は、強化用長繊維をペレット状の長繊維強化樹脂成形材料のコア部分に重点的に分散させ、ペレットの表層部分の強化用長繊維量を少なくすることにより、強化用長繊維ができるだけペレット表面に現出しないようにしているので、毛羽立ちが少なくペレットからの繊維の脱落を少なくできる。

さらにペレット表面に強化用長繊維が実質的に現出していないので、表面平滑性が高く摩擦の小さいペレットを得ることができ、これにより該ペレットを用いて成形品を製造するときの作業性と生産性を高めることができる。また強化用長繊維に対する熱可塑性樹脂の含浸効率が高いので、機械的強度の高い、品質のばらつきの小さい成形品を得ることができる。

以下、本発明について好ましい具体例を挙げて更に詳細に説明する。
本発明のペレット状の長繊維強化樹脂成形材料（以下、単にペレットということもある）に用いる熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、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、ポリスチレン、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が例示される。これら例示から明らかのように汎用されている熱可塑性樹脂を使用することができ、通常はポリプロピレン、ポリアミドなどが多く用いられる。この熱可塑性樹脂には、用途や成形条件に応じて、着色剤、改質剤、強化繊維以外の充填材および公知の添加剤等を適宜含有させることができ、これらは常法に従い混練使用される。

本発明において、強化用長繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維や合成繊維等を熱可塑性樹脂の種類やペレットの用途に応じて使用できる。汎用のペレットにはガラス繊維と炭素繊維が多く使用されており、中でもガラス繊維は好ましく使用されることが多い。これらの強化用長繊維を多数のモノフィラメントの集合体として熱可塑性樹脂中に分散することによりペレットが形成される。このようなペレットの基本構成は、本発明のペレットも従来のペレットと実質的に同じであり、複数本の強化用長繊維（モノフィラメント）がペレットの長手方向（引抜き方向）に沿って引き揃えられ、熱可塑性樹脂が該強化用長繊維の個々のモノフィラメントの間隙に含浸されている。この場合、熱可塑性樹脂に分散された強化用長繊維は、ペレットの長手方向に連続しており、かつ互いにほぼ平行な状態で配列している。つまり、前記強化用長繊維は実質的に平行に配列していればよく、少量の強化用長繊維が長手方向において湾曲したり、絡み合っていてもよい。

本発明において、ペレット中に含有される強化用長繊維の本数としては３４００〜５２００本程度が好ましく、より好ましくは４０００〜５２００本である。強化用長繊維の本数がこの範囲であれば、所望の補強効果が得られるとともに、後述するペレットのコア部分にその大半を繊維同士の接触を避けながら熱可塑性樹脂中に分散できる。

強化用長繊維が例えばガラス繊維の場合には、６〜２５μｍ径のモノフィラメントを複数本集束してなるガラス繊維束（以下、ガラス繊維ストランドまたはストランドという）を用いる。該ガラス繊維ストランドは巻き取り装置によって巻き取り、必要により自然乾燥又は加熱乾燥して得られる回巻体から内取りで引き出して使用できる。モノフィラメント径が６μｍ未満では、ガラス繊維の生産性が低く、コスト高となるため実用的ではない。また、モノフィラメント径が２５μｍを超えると、モノフィラメントの剛直性が増して脆くなるため、ペレット製造装置の含浸ダイを通過する際のダイとガラス繊維との間、あるいはガラス繊維同志の摩擦によってモノフィラメントが切断されやすくなり、ペレットの品質を低下させたり、製造装置内に発生する毛羽が生産性を悪くする惧れがある。

上記回巻体としては、図１（ａ）に示す円筒状のダイレクトワインドロービング２と、図１（ｂ）の太鼓状のケーキ１が代表的に挙げられる。これらのダイレクトワインドロービング２およびケーキ１は、回巻体の巻き取りをそれぞれ往復動する案内部材およびスパラルワイヤーで綾振りすことによって得ることができるが、この方法はガラス繊維製造において一般的に行われている、従来のものと同じである。その際に巻取り径Ｄの巻取り具を使用することによって、内径Ｄの回巻体を得ることができる。

この回巻体の内径Ｄとしては、１６０〜４００ｍｍの範囲が好ましく、２００〜４００ｍｍの範囲のものがより好ましい。内径Ｄが１６０ｍｍ未満であると、ストランドが小径で巻かれているため単位長さ当たりの撚り数が多くなって、引き出されるストランドの撚りが強くなるために熱可塑性樹脂の含浸性が劣る。また、糸つなぎ等のジョブチェンジの回数をできるだけ少なくするには、回巻体はできるだけ巻き量の多いものが好ましいが、内径が１６０ｍｍ未満でこの巻き量を多くすると、回巻体の厚さが厚くなるため、集束剤の乾燥効率が劣り好ましくない。内径が４００ｍｍを超えると、回巻体が嵩張るために運搬し難くなるとともに広い置き場所が必要となる。ストランドの巻き量を同一にして内径を４００ｍｍを超えて大きくする場合は、得られる回巻体の厚さが薄くなるために、回巻体の形状が保持しにくくなり、巻き量を多くすると回巻体が嵩張る上に重くなるために、取扱い時や搬送時等の作業性が劣るといった問題を生じる。

さらに、強化用長繊維がガラス繊維の場合、回巻体としてはダイレクトワインドロービングよりケーキの方が好ましい。ダイレクトワインドロービングは円筒状の安定した形状をしているため、積み重ねや搬送等における取り扱いやすい点では優れているが、ダイレクトワインドロービングの製造において、マイグレーション（ダイレクトワインドロービングの製造においては、ガラス繊維巻き取り後の自然乾燥や加熱乾燥工程において水分の移動に伴って集束剤が回巻体の表面に集積する現象）が円筒の外周面と両端面に発生する。マイグレーションが発生した外周面のストランドは、使用しないで捨てることができても、両端面のストランドは使用せざるを得ないため、ダイレクトワインドロービングからストランドを引き出して使用すると、マイグレーションによって集束剤が高濃度に蓄積した部分がところどころに現れる。また、ダイレクトワインドロービングは、一般にモノフィラメントの集束本数が多くなる傾向があるため、開繊具で開繊しても熱可塑性樹脂がストランドの内部まで浸透しにくく、成形品（ＦＲＴＰ）の機械的物性の低下を招く惧れがある。

これに対し、上記ケーキは図２に示されるように、ブッシング４から多数本のモノフィラメント５を引き出し、このモノフィラメント５にアプリーケータ６によって集束剤を塗布した後に集束部材７で集束してガラス繊維ストランド３とし、このガラス繊維ストランド３をスパイラルワイヤー８で綾振りさせながら巻き取ることにより、太鼓状のケーキ２を製造することができる。

こうして得られたケーキ２は、ストランドがスパイラルワイヤー上で扁平に広がり、フィラメント同志がほぼ平行に並んだ状態で巻かれているため、樹脂を含浸させる際に開繊させやすく含浸性に優れている。また図１（ｂ）に示すように、ストランド３が太鼓状に巻き取られた形状、すなわち中央部が膨らみ、両端面がすぼまった形状をなしているため、巻き取り後の自然乾燥や加熱乾燥工程におけるマイグレーションが、前記のダイレクトワインドロービングに比べて発生しにくく、また発生してもケーキ最内側の巻き始め部分とケーキ最外側の巻き終わり部分であるので、この部分を使用しなければよい。

また、ガラス繊維ストランドの１本当たりのモノフィラメントの集束本数は、１２００本以下とすることが好ましい。前記集束本数が１２００本を超えると、ガラス繊維ストランド内部へ樹脂が含浸し難くなり、特に撚りがかかっている部分は熱可塑性樹脂の含浸性が悪くなる。ガラス繊維ストランドの１本当たりのモノフィラメントの集束本数は、１００〜１０００本であることが更に好ましく、２００〜８００本であると最も好ましい。

さらに、前記ガラス繊維ストランドの１本当たりの番手（ＴＥＸ）は１５０〜５００の範囲が好ましく、２００〜３５０の範囲がより好ましい。前記番手が１５０未満であると、モノフィラメントの本数を少なくするか、あるいはモノフィラメントの径を小さくする必要があるため、ガラス繊維の生産性が低下し、コスト高となる。前記番手が５００を超えると、一般にフィラメント本数が多くなるため樹脂が含浸しにくくなり、さらにストランドが太くなることにより撚りの影響が大きくなる。

強化用長繊維がガラス繊維である場合、ペレット状の長繊維強化樹脂成形材料に含有させる上記ガラス繊維ストランドの本数は、ストランドのモノフィラメント集束本数、ペレット径（ダイノズル径）などに合わせて適宜決められる。したがって、ストランドの本数は特定されないが、通常３〜３５本程度が好ましく、５〜１５本であればより好ましい。ストランドの本数が３本未満では、樹脂との配合割合の関係でペレットが小径となるので生産効率が低下すると共に、必然的にストランド一本当たりのモノフィラメント集束本数が多くなるために、糸つなぎ箇所で含浸ダイのノズル詰まりが発生しやすくなる。一方、ストランドの本数が３５本を超えると、ガラス繊維ストランド内部へ樹脂が含浸し難くなり、ペレット化したときペレット割れを生じやすくなる。さらに、ストランド本数が多くなることにより、生産する際のセッティングに要する時間が長くなり且つ糸つなぎが多くなる。

本発明において、長繊維強化樹脂成形材料中における強化用長繊維の含有率は２０〜６０質量％であり、より好ましくは４０〜６０質量％である。強化用長繊維の含有率が２０質量％未満では、マスターペレットとして補強用繊維が不足し、成形品に所望の強度が得られなくなる惧れがある。強化用長繊維の含有量は通常の長繊維強化樹脂成形材料では８０質量％程度まで可能とされているが、本発明では強化用長繊維を長繊維強化樹脂成形材料のコア部分に重点して分散させるため少な目に抑えている。このように強化用長繊維をコア部分に集中して含有する場合、強化用長繊維の含有率が６０質量％を超えると、前記コア部分における樹脂量が相対的に不足して繊維同士が集合し繊維の分散性が悪化する惧れがある。

本発明において、長繊維強化樹脂成形材料の長さは３〜５０ｍｍであり、より好ましくは８〜１２ｍｍである。長繊維強化樹脂成形材料の長さは、成形品の形状や種類などによってこの範囲内で適宜決めることができる。該長さが３ｍｍ未満では、繊維による補強効果が充分に得られなくなり、５０ｍｍを超えると、成形品の成形加工において不都合が生じたり、他のペレット等とブレンドした時に粒径の違いにより分級が生じ混ざりにくくなるなどの問題が生じることがある。また、長繊維強化樹脂成形材料の断面形状は、円形または円形に近い形状が好ましい。しかし、これに限定されないで外周平均円直径を求めることができる、例えば楕円状や多角形状などの形状であってもよい。さらに、該断面形状は長繊維強化樹脂成形材料の長手方向の全体において必ずしも同一の形状でなくてもよい。これらの断面形状において、その最大直径は通常２〜４ｍｍ程度である。

本発明はこのような長繊維強化樹脂成形材料（以下、ペレットということもある）のコア部分に、強化用長繊維を表層部分より多く含有させることを特徴とする。次に、これについて図面を参照して具体的に説明する。図３は、強化用長繊維としてガラス繊維を使用し、該ガラス繊維と熱可塑性樹脂とを複合してなるペレットの、長手方向と直交する方向における断面（以下、ペレット断面とする）の写真を例示したものである。図３に示す如くガラス繊維５（白色部分）がペレットのコア部分に密集して分散しており、ペレットの表層部分におけるガラス繊維の分散量はコア部分に比べて少なくなっている。すなわち、上記ペレット断面を、該断面の外周平均円直径９の７０.７％を直径とする同心円１０で２分割し、分割された断面の内側円１１に含まれる繊維の本数をＡ、該内側円１１の外側の環状部１２に含まれる繊維の本数をＢとしたとき、Ａ／Ｂが１．５以上となっている。ここで、ペレット断面の外周平均円直径は、ペレット断面の外形（輪郭）の最大外径と最小外径との平均値として求めることができる。そして、内側円１１は、最大外径の中心をペレット断面の中心点とし、該中心点を中心に前記外周平均円直径の７０．７％を直径とする真円を描くことにより得られる。ペレット断面における前記内側円１１および環状部１２は、概略にペレットのコア部分および表層部分にそれぞれ相当するため、コア部分に分散する繊維の本数と表層部分に分散する繊維の本数との割合をＡ／Ｂにより規定することができる。

この場合、ペレットのすべてのペレット断面においてＡ／Ｂが１．５以上でなくても、ほぼすべてのペレット断面において、この要件が満足されていれば、本発明の目的を達成できる。例えば、ペレットから任意に選択したペレット断面の９０％以上、更に好ましくは９５％以上においてこの要件が満たされていれば、ペレットの毛羽立ちを実質的に防止することができる。因みに従来のペレットでは、繊維が内側円１１と環状部１２とに実質的に均一に、または内側円１１より環状部１２にむしろ多く分散されているため、ほぼすべてのペレット断面においてＡ／Ｂは約１またはそれ以下である。

また、ガラス繊維５が図３のようにペレットの中心部に対し若干偏って分散していても、ペレット断面全体としてＡ／Ｂが１．５以上であればよい。Ａ／Ｂを１．５以上にすることにより、ほとんどのガラス繊維５をコア部分の熱可塑性樹脂に留めることができるので、ガラス繊維がペレット表面に現出するのを防止できる。たまたま一部のガラス繊維がペレット表面に現出する場合でも、その量を毛羽立ちが実質的に生じない程度に減少できる。これに対し、Ａ／Ｂが１．５未満であると、ペレットの表層部分におけるガラス繊維の分散量が増加するために、ペレットの表面に現出するガラス繊維量も増大し、ペレットを扱う際に毛羽が多く発生する。本発明において好ましいＡ／Ｂは１．８以上である。

次に、本発明に係るペレットの製造方法を図４に基づいて説明する。図４はガラス繊維を使用して本発明のペレットを製造する場合の方法の一つを例示したものであるが、本発明はこれに限定されない。また、前記した部材と同一のものには、理解しやすくするために同一の符号を付して説明する。図４に示すように複数のガラス繊維回巻体例えばケーキ１から内取りで引き出したストランド３を引き揃えて予熱炉１４に供給し、該予熱炉において予熱した後、含浸ダイ１６に導入する。この含浸ダイ１６には、図５に拡大断面図で示す如くストランド３を通す入口孔２４と出口孔（ダイノズル）２５が設けられており、これら入口孔２４とダイノズル２５の間の、ストランドが通過する領域に溶融した熱可塑性樹脂を充填させる空間部２７を有している。この空間部２７には、ストランド３を開繊するための開繊具２２が設置されており、かつ押出機１５から加熱混練され溶融した熱可塑性樹脂２６が供給される。含浸ダイ１６に導入された複数本のストランド３は、含浸ダイ１６の空間部２７内に設置した前記開繊具２２に接触させることで開繊され、開繊された繊維（モノフィラメント）の間に熱可塑性樹脂が含浸される。次いで、熱可塑性樹脂が含浸されたストランド３は、賦形ダイ２３のダイノズル２５を通過させることで、断面がほぼ円形の線状の成形物１９に賦形される。この間、線状の成形物１９は引取り機１８により連続的に引き出され、冷却槽１７を通る間に冷却固化されたあとペレタイザ２０に送られ、該ペレタイザ２０において所定長さのペレット２１に切断される。

上記開繊具２２としては、これまでに開繊手段として知られているものを使用でき、例えばその代表的なものとして開繊バーまたは開繊ローラを挙げることができる。本例は５本の開繊バーを前記含浸ダイ１６の空間部２７内にストランド３の進行方向に該進行方向と直交させて設置している。この場合、これらの開繊バーは、テンションバーとして機能できるように一本おきに高低差をつけて配設し、ストランド３をこれら開繊バーに互い違いに接触させるのが好ましい（図５参照）。ストランド３の開繊を空間部２７内の溶融した熱可塑性樹脂中において行うため、開繊と同時または開繊しながら繊維の間に熱可塑性樹脂を含浸させることができる。図示はしないが該開繊バーのストランド３が接触する箇所に湾曲凸部を設け（特許文献２参照）、ストランド３を該湾曲凸部にテンションを利用して押し付けることにより、ストランド３の開繊を効率よく確実に行うことができる。

空間部２７において熱可塑性樹脂が含浸されたストランド３は、前記賦形ダイ２３のダイノズル２５を通過するとき過剰の樹脂が除去され、該ダイノズルの先端を通過するときほぼ円形の断面を有する線状の成形物に賦形される。ダイノズル２５の長さと径は、成形するペレットに合わせて適宜決めることができ特定されないが、通常ダイノズル２５の長さは１０〜４０ｍｍ程度、径は２〜４ｍｍ程度である。

本発明は、上記ペレットの製造において、Ａ／Ｂを１．５以上にしてペレットの毛羽立ちを少なくし、かつ含浸ダイ１６内においてストランド３の撚り影響を最小限に抑制するために、ストランド３が通過する最後の開繊具２２から前記ダイノズル２５の先端までの距離Ｌが、回巻体の内径をＤとしたときに次式を満たすことを必須とする。

Ｌ＝Ｄ×Ｘ （但し、Ｘは０．６〜１．６）
図５では最後の開繊バー２２’からダイノズル２５の先端までの距離がＬであり、該Ｌを樹脂の含浸性と毛羽の発生防止などを考慮して、使用する回巻体の内径Ｄに対しＸを０．６〜１．６の範囲内で選定して決める。前記Ｘが０．６未満では、上記Ｌの長さが短くなり、最後に通過する開繊バー２２’において最終的に開繊され樹脂が含浸されたガラス繊維が広がった状態でダイノズル２５を通過するため、ガラス繊維がペレット全体に均一に分散しやすくなり、その結果ペレット表面にガラス繊維が現出し毛羽の多いペレットが得られる。またＸが１．６を超えＬが長くなると、最後に通過する開繊バー２２’において開繊され樹脂が含浸されたガラス繊維が、このＬを通過する間に広がった状態から再び撚りがかかった状態になる。その結果、ダイノズル２５を通過する際には、ペレット中に繊維が多く密集するが、撚りの影響でガラス繊維の分散性が劣るため、このペレットから得られる成形品に充分な機械的強度や表面外観性が得られなくなる惧れがある。

上記ペレットの製造において、ケーキ１から引き出されたストランド３は、引き出しによって生じる張力と僅かな撚りを有しているが、本発明ではケーキ１の内径が２０ｃｍ以上であるので、図６（ａ）に示す如く単位長さ当たりの撚り数を例えば１ｍ当たり１回以下と極めて少なくできるため樹脂の含浸性に優れる。これに対し、内径が小さい回巻体から引き出されるストランドは、図６（ｂ）に例示するように撚り数がこの約２倍程度に多くなっている。本例におけるストランド３は、このように撚り数が少なく開繊しやすいため、含浸ダイ１６において熱可塑性樹脂を含浸させるとき、１本１本のモノフィラメントの間まで樹脂が充分に含浸する。

本発明によれば、上記したように強化繊維束の開繊をしやすくして繊維束への樹脂の含浸を良好にしつつ、開繊具とダイノズルの先端との距離Ｌを特定することにより、ペレット断面における繊維が密なコア部分と、樹脂が密な表層部分とを有するペレットを得ることができる。かかるペレットは単独あるいは補強材を含有しない熱可塑性樹脂だけのペレットと配合されて射出成形機などに投入され、機械的強度が大きくかつ強度のばらつきの小さい成形品を得ることができる。

実施例１
補強材として、１６μｍ径のモノフィラメントを６００本（３３０ＴＥＸ）集束し、スパイラルワイヤーを用いて太鼓状に巻き取ってなる内径Ｄ２８６ｍｍのケーキから引き出された１本のガラス繊維ストランドを９本引き揃えて、それぞれ１０個の含浸ダイのダイノズルに通し、熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンに酸変性ポリプロピレンを１０％添加したものを用い、最終開繊バーとダイノズルの先端部との距離Ｌが３４０ｍｍ（Ｌ/Ｄ＝１．１９）となる含浸ダイを用いて図４に示した方法により、樹脂温度２６０℃で、φ２．２ｍｍの１０ダイノズルから２０ｍ／分の速度で引き抜いて、ガラス繊維含有率６０質量％、長さ１２ｍｍのポリプロピレン／ガラス繊維のＬ−ＦＴＰペレットを製造した。

さらに、このＬ−ＦＴＰペレットをマスターペレットとして、ポリプロピレンを所定量添加し、射出成形機にて、ガラス繊維含有率３０質量％のＡＳＴＭに準拠した強度試験片を作製した。

実施例２
補強材として、１６μｍ径のモノフィラメントを６００本（３３０ＴＥＸ）集束し、スパイラルワイヤーを用いて太鼓状に巻き取ってなる内径２８６ｍｍのケーキから引き出されたガラス繊維ストランド９本を用い、距離Ｌが２２０ｍｍ（Ｌ/Ｄ＝０．７７）となる含浸ダイを用いた他は、実施例１と同様にしてガラス繊維含有率６０質量％、長さ１２ｍｍのポリプロピレン／ガラス繊維のＬ−ＦＴＰペレットを製造した。

さらに、実施例１と同様にして、ガラス繊維含有率３０質量％のＡＳＴＭに準拠した強度試験片を作製した。

比較例１
補強材として、１６μｍ径のモノフィラメントを６００本（３３０ＴＥＸ）集束し、スパイラルワイヤーを用いて太鼓状に巻き取ってなる内径２８６ｍｍのケーキから引き出されたガラス繊維ストランド９本を用い、距離Ｌが１２０ｍｍ（Ｌ/Ｄ＝０．４１）となる含浸ダイを用いた他は、実施例１と同様にしてガラス繊維含有率６０質量％、長さ１２ｍｍのポリプロピレン／ガラス繊維のＬ−ＦＴＰペレットを製造した。

さらに、実施例１と同様にして、ガラス繊維含有率３０質量％のＡＳＴＭに準拠した強度試験片を作製した。

上記実施例１、実施例２および比較例１について、各Ｌ−ＦＴＰペレットにおける熱可塑性樹脂の含浸状態をレッドマーカー試験（インクテスト）により測定した。この測定はペレットをインクに浸し、ペレット端部より長手方向に色がついたものを目視で評価し、１（良）〜５（悪）の５段階評価で行った。ペレットの毛羽については、ペレットを１０ｇ採取し、目視にて毛羽の発生が確認できたものを×、確認できないものを〇とした。

さらに、各ペレットの長手方向の中間点におけるペレット断面の外周平均円直径を算定し、各ペレット断面をそれぞれの外周平均円直径の７０.７％径となる同心円で２分割し、分割された内側円に含まれる繊維の本数（Ａ）と内側円の外側の環状枠に含まれる繊維の本数（Ｂ）とを計数し、各ペレット断面についてＡ／Ｂを算定した。

また、各強度試験片について曲げ強度およびアイゾットＶ付き衝撃強度を測定した。また、ガラス繊維の「分散（外観）」はペレットから射出成形機により肉厚２〜３ｍｍの平板を成形し、該平板を目視して未分散のガラス繊維が確認できるものを×、確認できないものを〇とした。これらの結果をまとめて表１に前記実施条件と併せて示す。

表１から明らかのように、実施例１および２のペレットは、図３に例示したペレット断面のようにガラス繊維がコア部分に密集した状態のペレットであり、いずれもペレットの毛羽が少ないものであった。これに対し、比較例１のペレットはガラス繊維の分散性が良好であり機械的強度に優れるものの、図７のようにペレット表面にガラス繊維が集まりペレットの毛羽が多いものであった。なお、実施例１、２のペレットを使用した成形品の機械的強度は、ガラス繊維がコア部分に集中して分散しているペレットにも拘わらず、比較例１のペレットを使用した成形品の機械的強度とほぼ同等であった。

本発明の長繊維強化樹脂成形材料は、毛羽の発生が少なく、樹脂含浸性の優れたマスターペレットとして、各種の長繊維強化樹脂成形品に広く適用できる。

本発明に係る回巻体の斜視図で、図１（ａ）はダイレクトワインドロービングの斜視図、図１（ｂ）はケーキの斜視図。 ケーキ用ガラス繊維製造装置の正面図。 本発明の好ましい実施態様に係る長繊維強化樹脂成形材料のペレット断面写真。 本発明に係る長繊維強化樹脂成形材料の製造装置の一例を示す模式図。 図４の含浸ダイの拡大断面説明図。 ガラス繊維束の撚りの状態を示す説明図。 従来の長繊維強化樹脂成形材料のペレット断面写真。

符号の説明

１：ケーキ ２：ダイレクトワインドロービング
３：ガラス繊維束 ４：ブッシング
５：モノフィラメント（ガラス繊維） ６：モノフィラメント
９：外周平均円 １０：同心円
１１：内側円 １２：環状枠
１４：予熱炉 １５：押出機
１６：含浸ダイ １７：冷却槽
１８：引取り機 １９：成形物
２０：ペレタイザ ２１：ペレット
２２：開繊具 ２３：賦形ダイ
２４：入口孔 ２５：ダイノズル
２６：熱可塑性樹脂 ２７：空間部

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂に、実質的に互いに平行に配列した強化用長繊維を２０〜６０質量％含むペレット状の長繊維強化樹脂成形材料であって、該長繊維強化樹脂成形材料の長さが３〜５０ｍｍであり、該長繊維強化樹脂成形材料の強化用長繊維の方向と直交するペレット断面を、該ペレット断面の外周平均円直径の７０.７％径となる同心円で２分割し、分割された断面の内側円に含まれる繊維の本数をＡ、該内側円の外側の環状部に含まれる繊維の本数をＢとしたとき、ほぼ全てのペレット断面においてＡ／Ｂが１．５以上であることを特徴とする長繊維強化樹脂成形材料。
2. 前記強化用長繊維の本数が３４００〜５２００本である請求項１に記載の長繊維強化樹脂成形材料。
3. 回巻体から引き出された強化用長繊維束を、溶融した熱可塑性樹脂が充填された含浸ダイを連続的に通過させ、該含浸ダイ中に設けた開繊具により開繊させて強化用長繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた後、含浸ダイのダイノズルから所定の線径に引き出してペレット状の長繊維強化樹脂成形材料を製造する方法において、強化用長繊維束が最後に通過する開繊具からダイノズルの先端までの距離を次式によって得られる距離Ｌにすることを特徴とする長繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
   Ｌ＝Ｄ×Ｘ （但し、Ｘ＝０．６〜１．６、Ｄは回巻体の内径（ｍｍ））
4. 回巻体の内径Ｄが１６０〜４００ｍｍである請求項３に記載の長繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
5. 前記距離Ｌが２１０〜３６０ｍｍである請求項３又は４に記載の長繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
6. 連続した強化用長繊維束が通過する入口孔とダイノズルとを有し、該入口孔とダイノズルとの間の強化用長繊維束が通過する領域に溶融した熱可塑性樹脂を充填させる空間部を有し、該空間部に強化用長繊維束を開繊するための開繊具が設置されており、前記強化用長繊維束が最後に通過する開繊具からダイノズルの先端までの距離Ｌが、該強化用長繊維束の回巻体の内径をＤとしたとき、Ｌ＝Ｄ×Ｘ（但し、Ｘ＝０．６〜１．６）であることを特徴とする長繊維強化樹脂成形材料の成形用含浸ダイ。

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