JP2011251455A - Fiber-reinforced resin pellet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化樹脂ペレットおよび繊維強化樹脂ペレットの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fiber-reinforced resin pellet and a method for producing a fiber-reinforced resin pellet.
従来、繊維強化プラスチックに含有する強化材としては、優れた強度を有するガラス繊維が用いられてきた。
そして、この繊維強化プラスチックを燃焼させて熱エネルギーを回収するサーマルリサイクルが行われていた。
Conventionally, glass fibers having excellent strength have been used as reinforcing materials contained in fiber-reinforced plastics.
And thermal recycling which collects thermal energy by burning this fiber reinforced plastic was performed.
しかし、この繊維強化プラスチックに含まれるガラス繊維は不燃物であるため、燃焼炉の損傷や、燃焼効率の低下を招き、結果的に燃焼後の残渣が多くなるため、埋め立て廃棄されるという問題点があった。このため、ガラス繊維を強化材として用いた繊維強化プラスチックを適切にリサイクルすることができていない。 However, the glass fiber contained in this fiber reinforced plastic is an incombustible material, causing damage to the combustion furnace and lowering the combustion efficiency. was there. For this reason, the fiber reinforced plastic which used glass fiber as a reinforcing material cannot be recycled appropriately.
このような問題に対処するために、強化材として植物繊維等の天然繊維を用いた繊維強化プラスチックが提案されている。 In order to deal with such problems, fiber reinforced plastics using natural fibers such as plant fibers as reinforcing materials have been proposed.
例えば、特許文献1には、天然繊維を強化繊維として用い、撚り糸の使用や、長尺の天然繊維に、撚りを与えながら溶融した熱可塑性樹脂を含浸して繊維強化樹脂ペレットを製造する製造方法および繊維強化樹脂ペレットが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a manufacturing method in which a natural fiber is used as a reinforcing fiber, and a fiber-reinforced resin pellet is manufactured by using a twisted yarn or impregnating a long natural fiber with a molten thermoplastic resin while twisting it. And fiber reinforced resin pellets are disclosed.
しかし、特許文献1の繊維強化樹脂ペレットは、個々の天然繊維間に樹脂が十分に行き渡らず、繊維の分散不良となる。 However, in the fiber reinforced resin pellet of Patent Document 1, the resin does not spread sufficiently between individual natural fibers, resulting in poor fiber dispersion.
その結果、製造された繊維強化樹脂ペレットを射出成形にて成形する際、成形機内のスクリュー通過時に繊維が切断され、繊維長が短くなるため、繊維の補強効果を十分に奏することができない。 As a result, when the produced fiber reinforced resin pellet is molded by injection molding, the fiber is cut when passing through the screw in the molding machine and the fiber length is shortened, so that the fiber reinforcing effect cannot be sufficiently achieved.
そこで、本発明では、上記課題を解決し、強度性能の高い繊維強化樹脂ペレットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a fiber-reinforced resin pellet having high strength performance.
上記目的を達成するために、繊維強化樹脂ペレットは、植物繊維と樹脂とを含む繊維強化樹脂ペレットであって、植物繊維の繊維長が、式(1)で表される臨界繊維長(Lcr)以上の長さであることを特徴とする。
Lcr=σf×Φf/(2×τ)・・・式(1)
(ただし、σfは植物繊維の引張強度、Φfは、植物繊維の直径、τは植物繊維と樹脂との間の界面接着強度を表す)
さらに、上記目的を達成するために、繊維強化樹脂ペレットの製造方法は、植物繊維に溶融した樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ペレットを製造する製造方法であって、植物繊維に、100MPa以上800MPa以下の引張力を付与して植物繊維を溶融した樹脂へ混入することを特徴とする繊維強化樹脂ペレットの製造方法であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the fiber reinforced resin pellet is a fiber reinforced resin pellet containing a plant fiber and a resin, and the fiber length of the plant fiber is represented by the critical fiber length (Lcr) represented by the formula (1). It is the above length.
Lcr = σf × Φf / (2 × τ) (1)
(Where σf is the tensile strength of the plant fiber, Φf is the diameter of the plant fiber, and τ is the interfacial bond strength between the plant fiber and the resin)
Furthermore, in order to achieve the said objective, the manufacturing method of a fiber reinforced resin pellet is a manufacturing method which makes a plant fiber impregnate the melted resin and manufactures a fiber reinforced resin pellet, Comprising: 100 Mpa or more and 800 MPa or less are made to a plant fiber. This is a method for producing fiber-reinforced resin pellets characterized in that plant fibers are mixed into a molten resin by applying a tensile force.
以上のように、本発明の繊維強化樹脂ペレット及び繊維強化樹脂ペレットの製造方法によれば、強度性能の高い繊維強化樹脂ペレットを提供することができる。 As mentioned above, according to the manufacturing method of the fiber reinforced resin pellet and fiber reinforced resin pellet of this invention, a fiber reinforced resin pellet with high intensity | strength performance can be provided.
本発明の繊維強化樹脂ペレットは、植物繊維と樹脂とを含む繊維強化樹脂ペレットであって、植物繊維の繊維長が、式(1)で表される臨界繊維長(Lcr)以上の長さであることを特徴とする。
Lcr=σf×Φf/(2×τ)・・・式(1)
(ただし、σfは植物繊維の引張強度、Φfは、植物繊維の直径、τは植物繊維と樹脂との間の界面接着強度を表す)
1.第1実施形態
1−1、繊維強化樹脂ペレット
1−1−1、植物繊維
本発明に用いる植物繊維は、木材由来の木材繊維、ニュージーランド麻、マニラ麻、サイザル麻等から得られる葉脈繊維、大麻、亜麻、ジュート、ケナフ、ラミー等の麻類から得られる靭皮繊維、ココヤシ繊維である。また、これらの植物繊維は、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、ペクチン等から構成される。
特に、靱皮繊維は、一般的に、加工した撚り糸、もしくは、撚り糸の加工品として使用される。
より具体的には、資材用途としてのロープ、穀物の輸送、保管に使用される麻袋、清涼感を特徴とする服地に使用される。
靭皮繊維は、茎外周の靱皮部において、靭皮繊維の複数本が束となった靭皮繊維の集束として植物体内に存在している。
The fiber reinforced resin pellet of the present invention is a fiber reinforced resin pellet containing plant fibers and a resin, and the fiber length of the plant fibers is equal to or longer than the critical fiber length (Lcr) represented by the formula (1). It is characterized by being.
Lcr = σf × Φf / (2 × τ) (1)
(Where σf is the tensile strength of the plant fiber, Φf is the diameter of the plant fiber, and τ is the interfacial bond strength between the plant fiber and the resin)
1. 1st Embodiment 1-1, fiber reinforced resin pellet 1-1-1, plant fiber The plant fiber used for this invention is a leaf fiber obtained from wood fiber derived from wood, New Zealand hemp, Manila hemp, sisal hemp, cannabis, Bast fiber and coconut fiber obtained from hemp such as flax, jute, kenaf, ramie. These plant fibers are composed of cellulose, hemicellulose, lignin, pectin and the like.
In particular, bast fibers are generally used as processed twisted yarns or processed products of twisted yarns.
More specifically, it is used for ropes used as materials, hemp bags used for transportation and storage of grains, and clothing characterized by a refreshing feeling.
The bast fiber is present in the plant body as a bundling of bast fibers in which a plurality of bast fibers are bundled in the bast portion on the outer periphery of the stem.
本実施の形態で用いる植物繊維は、臨界繊維長以上を満たす繊維長を有する。
ここで、臨界繊維長を、繊維強化樹脂ペレットに引張力を負荷した際に、繊維強化樹脂ペレット中の強化材に負荷される軸力が植物繊維の降伏応力に達して、強化材が破断する長さ、と定義する。
The plant fiber used in the present embodiment has a fiber length that satisfies the critical fiber length or more.
Here, when the tensile force is applied to the fiber reinforced resin pellet with the critical fiber length, the axial force applied to the reinforcing material in the fiber reinforced resin pellet reaches the yield stress of the plant fiber, and the reinforcing material breaks. It is defined as length.
臨界繊維長以上の繊維長を有する植物繊維は、植物繊維の引張強度分の外力を負担する形となる。そのため、強化材としての機能が最大限に引き出される。よって、繊維強化プラスチックの強度特性を最も引き出せる繊維形態となる。
より、具体的に植物繊維の臨界繊維長について[式1]を用いて説明する。
植物繊維の繊維長手方向の力の釣り合いより、植物繊維の臨界繊維長は、[式1]のように示すことができる。
Lcr=σf×Φf/(2×τ)・・・[式1]
ただし、σfは植物繊維の引張強度、Φfは植物繊維の直径、τは植物繊維と樹脂との間の界面接着強度を示す。
なお、植物繊維の直径は、植物繊維の繊維長手方向に対して垂直に3箇所を断面切断したときの断面の直径を平均化した値である。
植物繊維の引張強度σfは、JIS L 1069記載の方法で、植物繊維から引張試験片を作成し、万能試験機(万能試験機 オートグラフAGS−500NX、(株)島津製作所 製)によって引張試験を行うことで算出される。
植物繊維の直径Φfは、マイクロスコープ(マイクロスコープ VHX−1000 キーエンス(株)キーエンス 製)により測定する。
植物繊維と樹脂との間の界面接着強度τは、1本の植物繊維が複合化する樹脂中に埋没した試験片に荷重を掛け、万能試験機(万能試験機 オートグラフAGS−500NX、(株)島津製作所 製)で植物繊維を引き抜く力を測定することにより算出する。
A plant fiber having a fiber length equal to or greater than the critical fiber length is in a form to bear an external force corresponding to the tensile strength of the plant fiber. Therefore, the function as a reinforcing material is drawn out to the maximum. Therefore, it becomes the fiber form which can draw out the strength characteristic of fiber reinforced plastic most.
More specifically, the critical fiber length of plant fibers will be described using [Formula 1].
From the balance of the forces in the longitudinal direction of the plant fibers, the critical fiber length of the plant fibers can be expressed as [Equation 1].
Lcr = σf × Φf / (2 × τ) (1)
However, (sigma) f shows the tensile strength of a vegetable fiber, (PHI) f shows the diameter of a vegetable fiber, (tau) shows the interface adhesive strength between a vegetable fiber and resin.
In addition, the diameter of a vegetable fiber is the value which averaged the diameter of the cross section when cross-sectional cut | disconnecting three places perpendicular | vertical with respect to the fiber longitudinal direction of a vegetable fiber.
The tensile strength σf of the plant fiber was determined by preparing a tensile test piece from the plant fiber by the method described in JIS L 1069, and performing a tensile test with a universal testing machine (universal testing machine Autograph AGS-500NX, manufactured by Shimadzu Corporation). It is calculated by doing.
The diameter Φf of the plant fiber is measured with a microscope (microscope VHX-1000, manufactured by Keyence Corporation).
The interfacial adhesive strength τ between the plant fiber and the resin is obtained by applying a load to a test piece embedded in a resin in which one plant fiber is combined, and a universal testing machine (universal testing machine Autograph AGS-500NX, Inc. Calculated by measuring the force of pulling out the plant fiber by Shimadzu Corporation).
本実施の形態では、臨界繊維長以上の繊維長を有する植物繊維の一例として、麻類から得られる靭皮繊維の集束が複数本結合された原草を用いる。
この原草は下記に示した[1]から[3]の工程を経て得られる。
[1]刈り取った生茎を1〜2週間位、水に漬け発酵(浸水醗酵)をさせ、茎外周の靱皮部を剥離する。
[2]剥離された靱皮部を水洗して不純物を除く。
[3]不純物が除去された靭皮部を乾燥させて精選する。
In this embodiment, as an example of a plant fiber having a fiber length equal to or longer than the critical fiber length, a raw grass in which a plurality of bast fibers obtained from hemp are combined is used.
This raw grass is obtained through the following steps [1] to [3].
[1] The harvested raw stem is immersed in water for about 1 to 2 weeks for fermentation (immersion fermentation), and the bast portion on the outer periphery of the stem is peeled off.
[2] The peeled bast portion is washed with water to remove impurities.
[3] Dry and carefully select the bast portion from which impurities have been removed.
植物繊維の繊維強化樹脂ペレットに対する体積含有率は、繊維強化樹脂ペレットの体積を100とすると、5vol%以上60vol%以下であることが好ましい。
繊維強化樹脂ペレット中における植物繊維の体積含有率が60vol%を超えると、繊維強化樹脂ペレットを成形する際、植物繊維中に溶融した樹脂の流動性が確保できず、成形不良が発生する可能性が高い。
一方、植物繊維の体積含有率が5vol%未満である場合、樹脂の補強が十分でない。
なお、本実施形態で用いる植物繊維は、単独でも、2種類以上でも良い。
The volume content of the plant fiber with respect to the fiber reinforced resin pellet is preferably 5 vol% or more and 60 vol% or less when the volume of the fiber reinforced resin pellet is 100.
If the volume content of the plant fiber in the fiber reinforced resin pellet exceeds 60 vol%, when molding the fiber reinforced resin pellet, the fluidity of the resin melted in the plant fiber cannot be secured, and molding failure may occur. Is expensive.
On the other hand, when the volume content of the plant fiber is less than 5 vol%, the resin is not sufficiently reinforced.
In addition, the plant fiber used by this embodiment may be individual, or 2 or more types may be sufficient as it.
1−1−2、樹脂
本実施形態で用いる樹脂として、次に示した樹脂を用いることができる。
例えば、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂等のポリスチレン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、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等の熱可塑性ポリエステル樹脂、塩化ビニル、塩素化ポリプロピレン等のハロゲン含有ポリオレフィン樹脂、6−ナイロン、6,6−ナイロン、4,6−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、芳香族ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリエチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、スルホン酸樹脂、非晶ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアニルエーテルエルニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリベンゾイミダール樹脂、生分解性熱可塑性樹脂等が挙げられる。
1-1-2, Resin As the resin used in the present embodiment, the following resins can be used.
For example, polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymer resin, polystyrene resin such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin, polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, thermoplastic polyester resin such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, vinyl chloride, Halogen-containing polyolefin resins such as chlorinated polypropylene, polyamide resins such as 6-nylon, 6,6-nylon, 4,6-nylon, 11-nylon, 12-nylon, and aromatic nylon, polyethyl acrylate, polymethyl methacrylate, etc. Acrylic resin, sulfonic acid resin, amorphous polyarylate resin, polyetherimide resin, polyamideimide resin, polyimide resin, polyanil ether elnitrile resin, polyether Sulfone resin, polyphenyl ether resin, polyacetal resin, liquid crystalline aromatic polyester resin, polyphenyl ether resin, polyphenylene sulfide resin, polyether ketone resin, polyether ether ketone resin, polybenzimidazole resin, biodegradable thermoplastic resin Etc.
さらに、生分解性熱可塑性樹脂の例としては、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリエチレンサクシネート、カプトラクトン、ポリエステルアミド、改質ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリビニルアルコール等の化学合成系樹脂、ポリヒドロキシブチレートバリレート、ポリヒドロキシブチレート、プルラン等の微生物産生系樹脂、酢酸セルロース、澱粉/脂肪族ポリエステル等の天然物系樹脂等が挙げられる。
なお、これらの樹脂は、単独で用いても2種類以上を組合せて用いてもよい。
Furthermore, examples of biodegradable thermoplastic resins include polylactic acid, polybutylene succinate adipate, polybutylene succinate carbonate, polyethylene succinate, captolactone, polyesteramide, modified polyester, polyester carbonate, polybutylene succinate carbonate. And chemical synthetic resins such as polyvinyl alcohol, microorganism-producing resins such as polyhydroxybutyrate valerate, polyhydroxybutyrate, and pullulan, and natural product resins such as cellulose acetate and starch / aliphatic polyester.
These resins may be used alone or in combination of two or more.
上記に示した樹脂において、例えば、ポリプロピレンのように、220℃以上の加熱温度で十分に溶融し、かつ、熱による変性等が起こりにくい熱可塑性樹脂であることがより好ましい。例えば、ポリプロピレンは汎用樹脂の中で、最軽量の熱可塑性樹脂である。そのため、ポリプロピレンと植物繊維とを組み合わせることにより、軽量かつ高強度な繊維強化樹脂ペレットを得ることが出来る。 In the resin shown above, for example, a thermoplastic resin that is sufficiently melted at a heating temperature of 220 ° C. or more and hardly undergoes modification due to heat, such as polypropylene, is more preferable. For example, polypropylene is the lightest thermoplastic resin among general-purpose resins. Therefore, a lightweight and high-strength fiber-reinforced resin pellet can be obtained by combining polypropylene and plant fibers.
樹脂の繊維強化樹脂ペレットに対する体積含有率は、汎用的な押出成形や射出成形を用いる場合、40vol%以上95vol%以下が好ましい。樹脂の体積含有率が95vol%を越えると、繊維強化樹脂ペレットにおける樹脂の補強効果が十分でない。一方、樹脂の含有率が40vol%未満の場合、繊維強化樹脂ペレットを成形する際、植物繊維中に溶融した樹脂の流動性が確保できず、成形不良が発生する可能性が高い。 When general-purpose extrusion molding or injection molding is used, the volume content of the resin relative to the fiber-reinforced resin pellet is preferably 40 vol% or more and 95 vol% or less. If the volume content of the resin exceeds 95 vol%, the reinforcing effect of the resin in the fiber reinforced resin pellet is not sufficient. On the other hand, when the resin content is less than 40 vol%, when molding fiber reinforced resin pellets, the fluidity of the resin melted in the plant fibers cannot be secured, and there is a high possibility that molding defects will occur.
1−2、繊維強化樹脂ペレットの製造方法
次に、本実施の形態における繊維強化樹脂ペレットの製造方法について図1を用いて説明する。図1は、繊維強化樹脂ペレットを製造する製造装置を示している。本実施の形態における繊維強化樹脂ペレットの製造方法は、植物繊維の束2を、混練押出機5によって溶融した熱可塑性樹脂6が供給されているクロスヘッドダイ4を通して引き抜く。
より具体的に説明すると、以下に示すような方法で繊維強化樹脂ペレットが製造される。まず、クリール1から送り出される植物繊維の束2は、ガイドロール3を介してクロスヘッドダイ4に導かれる。そのため、クリール1には、送り出される植物繊維の束2の張力を制御できる機能を有していることが要求される。
1-2. Manufacturing method of fiber reinforced resin pellet Next, the manufacturing method of the fiber reinforced resin pellet in this Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 shows a production apparatus for producing fiber-reinforced resin pellets. In the method for producing fiber-reinforced resin pellets in the present embodiment, a bundle 2 of plant fibers is drawn through a crosshead die 4 to which a thermoplastic resin 6 melted by a kneading extruder 5 is supplied.
More specifically, fiber reinforced resin pellets are produced by the following method. First, a bundle 2 of vegetable fibers fed out from the creel 1 is guided to a crosshead die 4 through a guide roll 3. Therefore, the creel 1 is required to have a function capable of controlling the tension of the bundle 2 of plant fibers to be delivered.
そして、クロスヘッドダイ4内の温度は使用する熱可塑性樹脂の溶融温度を考慮して設定される。熱可塑性樹脂の溶融温度以上の温度が必要であり、クロスヘッドダイ4内の温度が高い程、樹脂の粘度低下に伴う含浸速度の上昇が期待できるので好ましい。ただし、植物繊維、熱可塑性樹脂の熱分解温度には注意する必要がある。例えば、植物繊維の主要構成成分であり、補強効果に優れたセルロースがある。したがって、セルロースの熱分解を抑制するために約220℃以下の温度に設定されることが好ましい。 The temperature in the crosshead die 4 is set in consideration of the melting temperature of the thermoplastic resin to be used. A temperature equal to or higher than the melting temperature of the thermoplastic resin is required, and the higher the temperature in the crosshead die 4, the higher the impregnation rate can be expected as the resin viscosity decreases. However, it is necessary to pay attention to the thermal decomposition temperature of plant fibers and thermoplastic resins. For example, there is cellulose which is a main component of plant fiber and has an excellent reinforcing effect. Accordingly, the temperature is preferably set to about 220 ° C. or less in order to suppress the thermal decomposition of cellulose.
なお、植物繊維の束2は、個々の植物繊維がリグニン、ペクチンなどにより、微弱な結合力で結びついている。したがって、植物繊維の束2をクロスヘッドダイ4内の溶融樹脂浴に通す際に、100〜800MPaの張力を植物繊維の束2に与えることが好ましい。張力の付与により、微弱な結合が切れて、個々の植物繊維の間がせん断力により開裂する。開裂により、植物繊維の束2がクロスヘッドダイ4内の溶融樹脂浴を通過する際、または、ローラー7間を通過する際、植物繊維の間へ溶融樹脂が効率的に含浸される。それは、溶融樹脂が、植物繊維と植物繊維との間に浸透しやすくなる空間がより多く確保されるためである。ただし、張力の過負荷によって植物繊維の束2が切れないように注意する必要がある。 In the bundle 2 of plant fibers, individual plant fibers are bound with a weak binding force by lignin, pectin or the like. Therefore, when the vegetable fiber bundle 2 is passed through the molten resin bath in the crosshead die 4, it is preferable to apply a tension of 100 to 800 MPa to the vegetable fiber bundle 2. By applying tension, the weak bond is broken and the individual plant fibers are cleaved by shearing force. When the bundle 2 of plant fibers passes through the molten resin bath in the crosshead die 4 or between the rollers 7 by the cleavage, the molten resin is efficiently impregnated between the plant fibers. This is because more space is secured for the molten resin to easily penetrate between the plant fibers. However, care must be taken so that the bundle 2 of plant fibers does not break due to an overload of tension.
さらに、張力の付与に代わる方法として、メッシュを活用する方法がある。例えば、植物繊維の束2がクロスヘッドダイ4を通過する直前にメッシュを配置する。これにより、植物繊維と植物繊維との間に残存するリグニン、ペクチンによる部分的な微弱な結合を機械的に乖離することが可能となる。個々の植物繊維間が乖離した状態で、植物繊維の束2がクロスヘッドダイ4内を通過することで、熱可塑性樹脂を植物繊維の束2の中心部までより効率的に含浸させることが可能となる。配置するメッシュの目開きは、植物繊維の直径に応じて決定されるが、目開き500μm以下のメッシュを使用することが好ましい。 Furthermore, there is a method of utilizing a mesh as a method of replacing tension. For example, a mesh is placed immediately before the bundle 2 of plant fibers passes through the crosshead die 4. As a result, it is possible to mechanically dissociate the partial weak bond due to lignin and pectin remaining between the plant fibers. By passing the plant fiber bundle 2 through the crosshead die 4 in a state where the individual plant fibers are separated, it is possible to more efficiently impregnate the thermoplastic resin up to the center of the plant fiber bundle 2. It becomes. The mesh opening to be arranged is determined according to the diameter of the plant fiber, but it is preferable to use a mesh having an opening of 500 μm or less.
その後、樹脂が含浸された植物繊維の束2を繊維長手方向に対して垂直に置かれた円柱状の自由回転する少なくとも2個以上のローラー7を通す。ローラー7には、植物繊維の束2表面に付着している樹脂を植物繊維の束2の内部へ含浸する役割がある。 Thereafter, the bundle 2 of the plant fibers impregnated with the resin is passed through at least two or more rollers 7 that freely rotate in a columnar shape placed perpendicular to the longitudinal direction of the fibers. The roller 7 has a role of impregnating the inside of the bundle 2 of plant fibers with the resin adhering to the surface of the bundle 2 of plant fibers.
従って、熱可塑性樹脂が固化しない溶融した状態で植物繊維の束2をローラー7へ到達させるために、クロスヘッドダイ4とローラー7との間の距離は短い方が好ましい。 Therefore, in order to allow the bundle 2 of plant fibers to reach the roller 7 in a molten state where the thermoplastic resin does not solidify, it is preferable that the distance between the crosshead die 4 and the roller 7 is short.
クロスヘッドダイ4とローラー7との間の距離が短いことは、生産速度の向上にも寄与する。ローラー7を通過した後、ペレタイザ9にて所定の長さに裁断され、繊維強化樹脂ペレットが製造される。 A short distance between the crosshead die 4 and the roller 7 contributes to an improvement in production speed. After passing through the roller 7, it is cut into a predetermined length by a pelletizer 9 to produce a fiber reinforced resin pellet.
2.第2実施形態
次に本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態における繊維強化樹脂ペレット及び繊維強化樹脂ペレットの製造方法において、第1実施形態における繊維強化樹脂ペレットと異なる点についてのみ説明し、その他の説明は省略する。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the fiber reinforced resin pellet and the method for producing the fiber reinforced resin pellet in the second embodiment, only differences from the fiber reinforced resin pellet in the first embodiment will be described, and the other description will be omitted.
2−1、繊維強化樹脂ペレット
2−1−1、シランカップリング剤
第2実施形態の繊維強化樹脂ペレットは、植物繊維と樹脂との他に、さらにシランカップリング剤を用いている。
以下に、シランカップリング剤について、詳細に説明する。
シランカップリング剤として、例えば、ビニルトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、メタルリロキシアルキルトリメトキシシラン等のビニル系、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のメタクリロキシ系、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のエポキシ系、アミノアルキルトリメトキシシラン等のアミノ系、イソシアネートアルキルトリメトキシシラン等のイソシアネート系を使用することができる。
2-1, Fiber Reinforced Resin Pellet 2-1-1, Silane Coupling Agent The fiber reinforced resin pellet of the second embodiment uses a silane coupling agent in addition to the plant fiber and the resin.
Below, a silane coupling agent is demonstrated in detail.
Examples of silane coupling agents include vinyl-based compounds such as vinyltrimethoxysilane, styryltrimethoxysilane, and metalryloxyalkyltrimethoxysilane, and methacryloxy compounds such as 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane and 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane. An epoxy system such as glycidoxypropyltrimethoxysilane, an amino system such as aminoalkyltrimethoxysilane, and an isocyanate system such as isocyanate alkyltrimethoxysilane can be used.
シランカップリング剤を用いることで、射出成形を行う際、植物繊維と樹脂との界面制御による強度が向上し、補強効果に優れた繊維強化樹脂ペレットを提供することが可能となる。シランカップリング剤中に含まれるアルコキシ基は、空気中あるいは植物繊維中の水分と反応して、シラノール基を生成し、このシラノール基が植物繊維2に含まれるセルロースの水酸基と脱水縮合する。また、セルロースと反応しないシラノール基同士の縮合により、シロキサン結合を形成する。 By using the silane coupling agent, when injection molding is performed, the strength by controlling the interface between the plant fiber and the resin is improved, and it becomes possible to provide a fiber-reinforced resin pellet having an excellent reinforcing effect. The alkoxy group contained in the silane coupling agent reacts with moisture in the air or in the plant fiber to generate a silanol group, and this silanol group undergoes dehydration condensation with the hydroxyl group of cellulose contained in the plant fiber 2. Moreover, a siloxane bond is formed by condensation of silanol groups that do not react with cellulose.
一方、シランカップリング剤中のアルコキシ基以外の官能基は、樹脂の官能基と反応する。例えば、エポキシ基はポリエステル系樹脂やアクリル系樹脂と反応する。また、ビニル基やメタクリロキシ基は、ポリプロピレン系樹脂と反応する。さらに、アミノ基はアクリル系樹脂やポリスチレン系樹脂と反応し、イソシアヌレート基はウレタン系樹脂と反応する。 On the other hand, functional groups other than alkoxy groups in the silane coupling agent react with the functional groups of the resin. For example, an epoxy group reacts with a polyester resin or an acrylic resin. Vinyl groups and methacryloxy groups react with polypropylene resins. Furthermore, amino groups react with acrylic resins and polystyrene resins, and isocyanurate groups react with urethane resins.
したがって、シランカップリング剤を用いることで、植物繊維と樹脂とがシランカップリング剤を介して結合し、樹脂と植物繊維との界面接着力が大幅に向上する。
シランカップリング剤の添加量としては、特に範囲を限定するものではないが、例えば、植物繊維に対して、0.5wt%以上2.0wt%以下が好ましい。
また、植物繊維を単分子膜で覆うために必要なシランカップリング剤の添加量として、次式(2)のような一般式により算出される処理量を参考とすることも考えられる。
(シランカップリング剤の処理量(g))=(植物繊維の重量(g))×(植物繊維の比表面積(m2/g))/(シランカップリング剤の最小被覆面積(m2/g))
・・・式(2)
2−1−2、植物繊維
植物繊維として、実施の形態1と同様の原草を用い、撚り糸を使用しておらず、植物繊維の束2中には鉱物油等の不純物を含有していない。
Therefore, by using the silane coupling agent, the plant fiber and the resin are bonded via the silane coupling agent, and the interfacial adhesive force between the resin and the plant fiber is greatly improved.
The amount of the silane coupling agent added is not particularly limited, but is preferably 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less with respect to the plant fiber, for example.
It is also conceivable to refer to the treatment amount calculated by the general formula such as the following formula (2) as the addition amount of the silane coupling agent necessary for covering the plant fiber with the monomolecular film.
(Treatment amount of silane coupling agent (g)) = (weight of plant fiber (g)) × (specific surface area of plant fiber (m 2 / g)) / (minimum coverage area of silane coupling agent (m 2 / g))
... Formula (2)
2-1-2, Plant Fiber As the plant fiber, the same raw grass as in the first embodiment is used, no twisted yarn is used, and the plant fiber bundle 2 does not contain impurities such as mineral oil. .
通常、例えばジュート繊維などの原草を使用する場合、原草から撚り糸に加工する間には、原草に鉱物油を添加し、温度、時間を制御して発酵するプロセスを経て、カーディングと呼ばれる工程を経る。この工程では、針で引っ掻く要領で、繊維をほぐしてから巻き取っていく。そして、この工程を経た後に、繊維に撚りをかけて、撚り糸に加工することとなる。いずれにせよ、原草から撚り糸を加工する段階で、鉱物油を用いた発酵プロセスが入る。鉱物油は、グリセリンと脂肪酸のエステルを主要構成成分としている。撚り糸の繊維表面にはおり、鉱物油が植物繊維上に付着している。このことが、撚り糸を植物繊維の原料として用いる場合には、エステルが存在することで、シランカップリング剤が植物繊維2に接近、作用することを阻害する。 Normally, when using raw grass such as jute fiber, during processing from raw grass to twisted yarn, mineral oil is added to the raw grass and subjected to fermentation by controlling temperature and time, carding and It goes through a process called. In this process, the fibers are loosened and wound up in the manner of scratching with a needle. And after passing through this process, the fiber is twisted and processed into a twisted yarn. In any case, a fermentation process using mineral oil is entered at the stage of processing twisted yarn from raw grass. Mineral oil has glycerin and fatty acid esters as main components. Mineral oil is deposited on the vegetable fiber and is on the fiber surface of the twisted yarn. This prevents the silane coupling agent from approaching and acting on the plant fiber 2 due to the presence of the ester when twisted yarn is used as a raw material for the plant fiber.
しかし、本発明では、植物繊維2として原草を使用している。このことにより、シランカップリング剤は、植物繊維2と樹脂との間により強固な親和性を付与し、植物繊維の樹脂中への均一分散が促進される。 However, in the present invention, raw grass is used as the plant fiber 2. Accordingly, the silane coupling agent imparts stronger affinity between the plant fiber 2 and the resin, and the uniform dispersion of the plant fiber in the resin is promoted.
その結果、植物繊維をより高アスペクト比の形態で利用することが可能となり、植物繊維による補強効果を向上させることが可能となる。 As a result, it becomes possible to use the plant fiber in a form with a higher aspect ratio, and it is possible to improve the reinforcing effect of the plant fiber.
さらに、繊維強化樹脂ペレットから成形材を成形するための汎用的な成形方法として使用される射出成形において、シリンダー部のスクリューによる繊維切断を防止する効果を示す。それは、溶融樹脂が植物繊維の周囲を覆う形態となるため、植物繊維自体に負荷されるせん断力を緩和することが可能となるからである。 Furthermore, the effect which prevents the fiber cutting | disconnection by the screw of a cylinder part in the injection molding used as a general purpose molding method for shape | molding a molding material from a fiber reinforced resin pellet is shown. This is because the molten resin is in a form covering the periphery of the plant fiber, so that the shearing force applied to the plant fiber itself can be relaxed.
2−1−3、樹脂
シランカップリング剤を用いる場合は、樹脂として、カップリング剤のアルコシキシ基以外の官能基との反応性あるいは相溶性のある樹脂を使用することが好ましい。
例えばポリプロピレンを用いる場合はビニル系あるいはメタクリロキシ系のシランカップリング剤を使用することが好ましい。
2-1-3 Resin When a silane coupling agent is used, it is preferable to use a resin that is reactive or compatible with a functional group other than the alkoxy group of the coupling agent.
For example, when polypropylene is used, it is preferable to use a vinyl or methacryloxy silane coupling agent.
2−2、繊維強化樹脂ペレットの製造方法
シランカップリング剤を使用しての繊維強化樹脂ペレットの製造方法には次の2通りが考えられる。
2-2, Method for Producing Fiber Reinforced Resin Pellets There are two possible methods for producing fiber reinforced resin pellets using a silane coupling agent.
すなわち、植物繊維をシランカップリング剤で予め処理する場合と、樹脂をシランカップリング剤で予め処理する場合に分けられる。 That is, it is divided into the case where a plant fiber is pretreated with a silane coupling agent and the case where a resin is pretreated with a silane coupling agent.
処理効果としては、植物繊維を先に処理する方が高いが、工程が少なく、作業性に優れているのは樹脂を先に処理する方法である。 The treatment effect is higher when the plant fiber is treated first, but the method with fewer steps and excellent workability is the method of treating the resin first.
いずれの場合も設定される樹脂の溶融温度は、植物繊維2の処理剤として使用するシランカップリング剤の反応温度を考慮して選定される。 The melting temperature of the resin set in any case is selected in consideration of the reaction temperature of the silane coupling agent used as the treatment agent for the plant fiber 2.
2−2−1、植物繊維を予めシランカップリング剤で処理する場合
先ず、シランカップリング剤溶液を調製する。始めに、0.1以上2.0%以下の酢酸水溶液を調製する。一部のアミノシランカップリング剤では酢酸水溶液の調製で不要で水を使用する形となる。酢酸水溶液もしくは水を撹拌しながらシランカップリング剤を滴下する。シランカップリング剤の濃度は0.1以上2.0%以下が好ましい。シランカップリング剤を滴下終了後、さらに30〜60分間の撹拌を継続し、シランカップリング剤の加水分解を完了させる。酢酸を使用して、弱酸性溶液中にシランカップリング剤を滴下する理由は、シランカップリング剤中のアルコキシ基から生ずるシラノール基の縮合反応を抑えるためである。ただ、一部のアミノシランカップリング剤ではアミノ基とシラノール基の相互作用により、シラノール基の縮合反応が抑制されるため、酢酸の添加は不要となる。
2-2-1. When a plant fiber is previously treated with a silane coupling agent First, a silane coupling agent solution is prepared. First, an acetic acid aqueous solution having a concentration of 0.1 to 2.0% is prepared. Some aminosilane coupling agents do not require the use of water to prepare an aqueous acetic acid solution. A silane coupling agent is added dropwise while stirring an aqueous acetic acid solution or water. The concentration of the silane coupling agent is preferably from 0.1 to 2.0%. After completion of dropping the silane coupling agent, stirring is further continued for 30 to 60 minutes to complete hydrolysis of the silane coupling agent. The reason why the silane coupling agent is dropped into the weakly acidic solution using acetic acid is to suppress the condensation reaction of silanol groups generated from the alkoxy groups in the silane coupling agent. However, in some aminosilane coupling agents, the condensation reaction of the silanol group is suppressed by the interaction between the amino group and the silanol group, so that it is not necessary to add acetic acid.
次に、シランカップリング剤溶液を用いての植物繊維の束2の処理を行う。上記にて調製したシランカップリング剤の水溶液を再度撹拌し、植物繊維の束2を入れ、室温にて、更に30〜60分撹拌する。撹拌後、溶液をろ過し、余剰なシランカップリング剤の水溶液を除去する。
得られたシランカップリング剤が表面に付着した植物繊維の束2を105℃にて乾燥する。
さらに、シランカップリング剤にて処理した植物繊維の束2と樹脂との複合化を行う。上記にて得られたシランカップリング剤と植物繊維の束2との混合物を、クリール1から送り出し、樹脂と複合化する。
Next, the plant fiber bundle 2 is treated with a silane coupling agent solution. Stir the aqueous solution of the silane coupling agent prepared above again, add the bundle 2 of plant fibers, and stir at room temperature for another 30 to 60 minutes. After stirring, the solution is filtered to remove excess aqueous solution of the silane coupling agent.
The obtained bundle 2 of plant fibers with the silane coupling agent attached to the surface is dried at 105 ° C.
Further, the bundle of plant fibers 2 treated with the silane coupling agent and the resin are combined. The mixture of the silane coupling agent obtained above and the bundle 2 of plant fibers is sent out from the creel 1 and combined with the resin.
2−2−2、樹脂を予めシランカップリング剤で処理する場合
使用する樹脂の全量に所定量のシランカップリング剤を混合して、混練押出機5に投入し、植物繊維の束2が通過するクロスヘッドダイ4へ供給し、植物繊維との複合化を行う。
使用する樹脂の一部に所定量のシランカップリング剤を混合してマスターバッチとして、混練押出機5に投入してもよい。
3.他の実施形態
以上により、第1実施形態と第2実施形態を説明した。しかし、本発明は、これらの実施形態には限定されない。そこで、本発明の他の実施形態を本欄にまとめて説明する。植物繊維は、単独でも、2種類以上でも良い。シランカップリング剤の他に、さらに難燃剤や顔料、導電フィラーを用いてもよい。これらの添加剤を使用する場合は、シランカップリング剤の場合と同様、樹脂と共に、混練押出機5に投入し、植物繊維との複合化を行う。
以下、難燃剤、顔料、導電フィラーの具体的な種類と用いる効果について記載する。
2-2-2. When the resin is previously treated with a silane coupling agent A predetermined amount of the silane coupling agent is mixed with the total amount of the resin to be used, and the mixture is introduced into the kneading extruder 5 to pass through the bundle 2 of plant fibers. Is supplied to the crosshead die 4 to be combined with the plant fiber.
A predetermined amount of the silane coupling agent may be mixed with a part of the resin to be used, and the resulting mixture may be fed into the kneading extruder 5 as a master batch.
3. Other Embodiments The first embodiment and the second embodiment have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments. Therefore, other embodiments of the present invention will be described collectively in this section. Plant fibers may be used alone or in combination of two or more. In addition to the silane coupling agent, a flame retardant, a pigment, and a conductive filler may be used. When these additives are used, as in the case of the silane coupling agent, together with the resin, they are put into the kneading extruder 5 to be combined with plant fibers.
Hereinafter, specific types of flame retardants, pigments, and conductive fillers and effects to be used will be described.
3−1、難燃剤
具体例としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、リン化合物があげられる。
難燃剤は、樹脂の難燃化に使用される。水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムの難燃化機構の1つは高温下で脱水反応を起こし、発生した水蒸気による空気遮断効果であるリン化合物の中のポリリン酸やリン酸エステルは昔からセルロース系繊維の難燃剤として使用されてきた。
3-1. Flame retardant Specific examples include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and phosphorus compounds.
The flame retardant is used for flame retardant resin. One of the flame retardant mechanisms of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide causes dehydration reaction at high temperatures, and the polyphosphoric acid and phosphoric acid ester in phosphorus compounds, which is an air barrier effect by the generated water vapor, has long been a cellulosic fiber Has been used as a flame retardant.
3−2、顔料
具体例としては、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンブラックがあげられる。顔料は、樹脂の色づけ機能を果たす。特に、酸化チタン、酸化亜鉛は代表的な白色顔料、カーボンブラックは代表的な黒色顔料である。
3-2, Pigments Specific examples include titanium oxide, zinc oxide, and carbon black. The pigment performs the coloring function of the resin. In particular, titanium oxide and zinc oxide are typical white pigments, and carbon black is a typical black pigment.
3−3、導電フィラー
具体例としては、ステンレス繊維、黒鉛繊維、カーボンブラックがあげられる。導電フィラーは、樹脂材料に導電性を付与する。導電性の付与には、導電パスの形成が必要となるため、高アスペクト比のフィラーが使用される。
3-3, conductive filler Specific examples include stainless steel fiber, graphite fiber, and carbon black. The conductive filler imparts conductivity to the resin material. Since imparting conductivity requires formation of a conductive path, a high aspect ratio filler is used.
4、実験
各実施形態における繊維強化樹脂ペレットを製造し、できた繊維強化樹脂ペレットについての臨界繊維長、繊維強化樹脂ペレットが射出成形されてできた繊維強化樹脂成形材の繊維長及び曲げの強さを測定し、測定結果を図2に示した。なお、射出成形機で成形された繊維強化樹脂成形材における植物繊維の臨界繊維長は、繊維強化樹脂ペレットにおける臨界繊維長と同じ値を示す。例えば、繊維強化樹脂ペレットにおける臨界繊維長が10.9mmである場合、繊維強化樹脂成形材における植物繊維の臨界繊維長も10.9mmである。
4. Experiments Fiber reinforced resin pellets in each embodiment were manufactured, the critical fiber length of the fiber reinforced resin pellets made, the fiber length of the fiber reinforced resin molded material formed by injection molding of the fiber reinforced resin pellets, and the bending strength The measurement results are shown in FIG. In addition, the critical fiber length of the vegetable fiber in the fiber reinforced resin molding material shape | molded with the injection molding machine shows the same value as the critical fiber length in a fiber reinforced resin pellet. For example, when the critical fiber length in the fiber reinforced resin pellet is 10.9 mm, the critical fiber length of the plant fiber in the fiber reinforced resin molded material is also 10.9 mm.
4−1、実験1
本実験では、植物繊維としてジュート繊維、樹脂としてポリプロピレン(ノバテックMA1B(日本ポリプロ(株))を用いた。ジュート繊維と樹脂とを複合化した比率を、植物繊維/樹脂=20/80とした。植物繊維と樹脂とを複合化する際、クロスヘッドダイ4内の温度は200℃であった。さらに、ペレタイザ9にてペレットの長さを20mmとなるように裁断した。実験1の繊維強化樹脂ペレットにおいて、植物繊維の臨界繊維長を式(1)に基づいて測定した。σf(植物繊維の引張強度)は、600MPa、Φf(植物繊維の直径)は、100μm、τ(植物繊維と樹脂間の界面接着強度)は、2.75MPaであった。よって、製造された繊維強化樹脂ペレットにおける植物繊維の臨界繊維長は10.9mmであった。
4-1, Experiment 1
In this experiment, jute fiber was used as the plant fiber, and polypropylene (Novatech MA1B (Nippon Polypro Co., Ltd.)) was used as the resin.The ratio of the jute fiber and the resin combined was plant fiber / resin = 20/80. When the plant fiber and the resin were combined, the temperature in the crosshead die 4 was 200 ° C. Further, the pellet length was cut with a pelletizer 9 so as to be 20 mm. In the pellet, the critical fiber length of the plant fiber was measured based on the formula (1), σf (plant fiber tensile strength) was 600 MPa, Φf (plant fiber diameter) was 100 μm, τ (between plant fiber and resin) The interfacial adhesive strength of the plant fiber was 2.75 MPa, and thus the critical fiber length of the plant fiber in the produced fiber-reinforced resin pellet was 10.9 mm.
さらに、繊維強化樹脂ペレットから射出成形機(図示せず)によって繊維強化樹脂成形材を製造した。射出成形機は、例えば、繊維強化樹脂ペレットをホッパーに投入し、投入後、シリンダー内に入った繊維強化樹脂ペレットをスクリューの回転によって金型に射出され、繊維強化樹脂成形材として成形される。本実験では、射出成形機として以下に示すものを用いた。
スクリュー径(D)を50mm、スクリューの長さ(L)/スクリュー径(D)を17、圧縮比を1.7、スクリューの溝深さ(供給部)を9.0mm、スクリューのノズル径を6.0mmであった。また、射出成形される際の成形条件を以下に示す通りとした。
Furthermore, the fiber reinforced resin molding material was manufactured from the fiber reinforced resin pellet with the injection molding machine (not shown). In the injection molding machine, for example, fiber reinforced resin pellets are put into a hopper, and after the injection, the fiber reinforced resin pellets in the cylinder are injected into a mold by the rotation of a screw and molded as a fiber reinforced resin molding material. In this experiment, an injection molding machine shown below was used.
Screw diameter (D) is 50 mm, screw length (L) / screw diameter (D) is 17, compression ratio is 1.7, screw groove depth (supply part) is 9.0 mm, screw nozzle diameter is It was 6.0 mm. The molding conditions for injection molding were as shown below.
ホッパーに投入する前の繊維強化樹脂ペレットを105℃で4時間予備乾燥した。シリンダー温度は、温度傾斜をつけ、ノズルから前部を190℃、中部を170℃、後部を150℃とした。金型温度は50℃とした。さらに、スクリュー回転数を80rpmとし、金型からシリンダー側へ背圧5MPaの圧力で押圧した。なお、金型のゲート形状はダイレクトゲートである。 The fiber reinforced resin pellets before being put into the hopper were pre-dried at 105 ° C. for 4 hours. The cylinder temperature was set to a temperature gradient, the front part being 190 ° C., the middle part being 170 ° C., and the rear part being 150 ° C. The mold temperature was 50 ° C. Furthermore, the screw rotation speed was set to 80 rpm, and the mold was pressed from the mold to the cylinder side with a back pressure of 5 MPa. Note that the gate shape of the mold is a direct gate.
さらに、射出成形機で成形された繊維強化樹脂成形材において、繊維長と、強度性能を評価するために曲げの強さ(MPa)を測定した。繊維強化樹脂成形材における植物繊維の繊維長は12mmであった。曲げの強さは、ASTM規格に準拠する方法で測定した。曲げの強さは53MPaであった。 Furthermore, the fiber strength and bending strength (MPa) were measured in order to evaluate the fiber length and strength performance of the fiber reinforced resin molded material molded by an injection molding machine. The fiber length of the vegetable fiber in the fiber reinforced resin molded material was 12 mm. The bending strength was measured by a method based on the ASTM standard. The bending strength was 53 MPa.
4−2、実験2
実験例1と異なる点のみ説明する。実験例1にさらにシランカップリング剤を使用した。
シランカップリング剤として、メタクリロキシ系シランカップリング剤(KBM-503、信越化学工業(株))を使用した。シランカップリング剤の添加量は、植物繊維に対して、1.5wt%添加した。より、詳細に説明すると、1.0%の酢酸水溶液にシランカップリング剤を滴下し、滴下終了後、60分間の撹拌を継続した。調製したシランカップリング剤の水溶液を再度撹拌し、植物繊維を入れ、室温にて、更に60分撹拌した。
4-2, Experiment 2
Only differences from Experimental Example 1 will be described. In Experimental Example 1, a silane coupling agent was further used.
As the silane coupling agent, a methacryloxy silane coupling agent (KBM-503, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used. The addition amount of the silane coupling agent was 1.5 wt% with respect to the plant fiber. More specifically, the silane coupling agent was dropped into a 1.0% acetic acid aqueous solution, and stirring was continued for 60 minutes after the dropping. The prepared aqueous solution of the silane coupling agent was stirred again, the plant fiber was added, and the mixture was further stirred at room temperature for 60 minutes.
実験2の繊維強化樹脂ペレットにおいて、植物繊維の臨界繊維長を式(1)に基づいて測定した。σf(植物繊維の引張強度)は、600MPa、Φf(植物繊維の直径)は、100μm、τ(植物繊維と樹脂間の界面接着強度)は、3.37MPaであった。よって、製造された繊維強化樹脂ペレットにおける植物繊維の臨界繊維長は8.9mmであった。
さらに、射出成形機で成形された繊維強化樹脂成形材において、植物繊維の繊維長と強度性能を評価するために曲げの強さを測定した。繊維強化樹脂成形材における植物繊維の繊維長は15mmであった。曲げの強さは58MPaであった。
In the fiber reinforced resin pellet of Experiment 2, the critical fiber length of the plant fiber was measured based on the formula (1). σf (tensile strength of plant fiber) was 600 MPa, Φf (plant fiber diameter) was 100 μm, and τ (interfacial bond strength between plant fiber and resin) was 3.37 MPa. Therefore, the critical fiber length of the plant fiber in the manufactured fiber reinforced resin pellet was 8.9 mm.
Furthermore, in the fiber reinforced resin molding material molded with the injection molding machine, the bending strength was measured in order to evaluate the fiber length and strength performance of the plant fiber. The fiber length of the vegetable fiber in the fiber reinforced resin molded material was 15 mm. The bending strength was 58 MPa.
4−3、比較実験1
実験例1と異なる点のみを説明する。本比較実験では、植物繊維を用いず、ポリプロピレン樹脂のみを用いて射出成形を行った。
すると、繊維強化樹脂成形材の曲げの強さは43MPaであった。
4-3, Comparative experiment 1
Only differences from Experimental Example 1 will be described. In this comparative experiment, injection molding was performed using only polypropylene resin without using plant fibers.
Then, the bending strength of the fiber reinforced resin molded material was 43 MPa.
4−4、比較実験2
実験例1と異なる点のみを説明する。本比較実験では、二軸混練押出機を用いてポリプロピレン樹脂とともに植物繊維を同時に投入して、混練処理した。
製造された繊維強化樹脂ペレットにおける植物繊維の臨界繊維長は10.9mmであった。さらに、射出成形機により、繊維強化樹脂成形材を成形した。繊維強化樹脂成形材における植物繊維の繊維長は0.8mmであった。曲げの強さは45MPaであった。
4-4, comparative experiment 2
Only differences from Experimental Example 1 will be described. In this comparative experiment, plant fibers were simultaneously added together with polypropylene resin using a twin-screw kneading extruder and kneaded.
The critical fiber length of the plant fiber in the produced fiber reinforced resin pellet was 10.9 mm. Furthermore, the fiber reinforced resin molding material was shape | molded with the injection molding machine. The fiber length of the vegetable fiber in the fiber reinforced resin molded material was 0.8 mm. The bending strength was 45 MPa.
4−5、比較実験3
実験例1と異なる点のみを説明する。本比較実験では、植物繊維の原料として、直径1.5mmの撚り糸を使用した。植物繊維の原料が異なるだけで、樹脂との複合化方法は実験例1と同様に行った。
製造された繊維強化樹脂ペレットにおける植物繊維の臨界繊維長は10.9mmであった。さらに、射出成形機により、繊維強化樹脂成形材を成形した。繊維強化樹脂成形材における植物繊維の繊維長は0.8mmであった。曲げの強さは46MPaであった。
4-5, comparative experiment 3
Only differences from Experimental Example 1 will be described. In this comparative experiment, a twisted yarn having a diameter of 1.5 mm was used as a raw material for plant fibers. The compounding method with the resin was carried out in the same manner as in Experimental Example 1 except that the raw material of the plant fiber was different.
The critical fiber length of the plant fiber in the produced fiber reinforced resin pellet was 10.9 mm. Furthermore, the fiber reinforced resin molding material was shape | molded with the injection molding machine. The fiber length of the vegetable fiber in the fiber reinforced resin molded material was 0.8 mm. The bending strength was 46 MPa.
5、実験結果のまとめ
以上の実験例、および比較例より、以下に示すことがわかった。
(1)
実施例1における繊維強化樹脂ペレットの臨界繊維長は10.9mmであった。また、繊維強化樹脂成形材における植物繊維の繊維長は、12mmであった。
よって、植物繊維と樹脂とを含む繊維強化樹脂ペレットにおいて、植物繊維の繊維長が、式(1)で表される臨界繊維長(Lcr)以上の長さであることを特徴とする繊維強化樹脂ペレットは、繊維強化樹脂成形材の曲げ強さが比較例1,2,3と比較して大きいことがわかった。
Lcr=σf×Φf/(2×τ)・・・式(1)
(ただし、σfは植物繊維の引張強度、Φfは、植物繊維の直径、τは植物繊維と樹脂との間の界面接着強度を表す。)
(2)
実施例2における繊維強化樹脂ペレットの臨界繊維長は、10.9mmであった。また、繊維強化樹脂成形材における植物繊維の繊維長は15mmであった。
5. Summary of Experimental Results From the above experimental examples and comparative examples, the following were found.
(1)
The critical fiber length of the fiber reinforced resin pellet in Example 1 was 10.9 mm. Moreover, the fiber length of the vegetable fiber in a fiber reinforced resin molding material was 12 mm.
Therefore, in the fiber reinforced resin pellet containing the vegetable fiber and the resin, the fiber length of the vegetable fiber is not less than the critical fiber length (Lcr) represented by the formula (1). It was found that the pellets had a higher bending strength than the comparative examples 1, 2, and 3 in the fiber reinforced resin molded material.
Lcr = σf × Φf / (2 × τ) (1)
(However, σf represents the tensile strength of the plant fiber, Φf represents the diameter of the plant fiber, and τ represents the interfacial adhesive strength between the plant fiber and the resin.)
(2)
The critical fiber length of the fiber reinforced resin pellet in Example 2 was 10.9 mm. Moreover, the fiber length of the vegetable fiber in a fiber reinforced resin molding material was 15 mm.
よって、(1)に記載の繊維強化樹脂ペレットであり、ビニル系、もしくは、メタクリロキシ系のシランカップリング剤を用いたことを特徴とすることにより、繊維強化樹脂成形材の曲げ強さが比較例1、2、3と比較して大きいことがわかった。さらに、実験例1よりも曲げの強さが大きいことがわかった。 Therefore, the fiber-reinforced resin pellet according to (1) is characterized by using a vinyl-based or methacryloxy-based silane coupling agent, so that the bending strength of the fiber-reinforced resin molded material is a comparative example. It was found to be larger than 1, 2, and 3. Further, it was found that the bending strength was greater than that of Experimental Example 1.
本発明にかかる繊維強化樹脂ペレットおよび繊維強化樹脂ペレットの製造方法は、より強度の大きい繊維強化樹脂ペレットを提供することができる。 The fiber-reinforced resin pellet and the method for producing the fiber-reinforced resin pellet according to the present invention can provide a fiber-reinforced resin pellet having higher strength.
1 クリール
2 植物繊維の束
3 ガイドロール
4 クロスヘッドダイ
5 混練押出機
6 熱可塑性樹脂
7 ローラー
8 引取装置
9 ペレタイザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Creel 2 Bundle of vegetable fiber 3 Guide roll 4 Crosshead die 5 Kneading extruder 6 Thermoplastic resin 7 Roller 8 Take-out device 9 Pelletizer
Claims (9)
前記植物繊維の繊維長が、式(1)で表される臨界繊維長(Lcr)以上の長さであることを特徴とする繊維強化樹脂ペレット。
Lcr=σf×Φf/(2×τ)・・・式(1)
(ただし、σfは植物繊維の引張強度、Φfは、植物繊維の直径、τは植物繊維と樹脂との間の界面接着強度を表す。) In fiber reinforced resin pellets containing plant fiber and resin,
A fiber-reinforced resin pellet, wherein the vegetable fiber has a length equal to or longer than the critical fiber length (Lcr) represented by the formula (1).
Lcr = σf × Φf / (2 × τ) (1)
(However, σf represents the tensile strength of the plant fiber, Φf represents the diameter of the plant fiber, and τ represents the interfacial adhesive strength between the plant fiber and the resin.)
前記繊維長は、繊維強化樹脂ペレットと同一の長さであることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂ペレット。 In the plant fiber,
The fiber reinforced resin pellet according to claim 1, wherein the fiber length is the same length as the fiber reinforced resin pellet.
前記植物繊維に、100MPa以上800MPa以下の引張力を付与して前記植物繊維を溶融した樹脂へ混入することを特徴とする繊維強化樹脂ペレットの製造方法。 A manufacturing method for producing fiber-reinforced resin pellets by impregnating a molten resin into a plant fiber,
A method for producing fiber-reinforced resin pellets, wherein a tensile force of 100 MPa to 800 MPa is applied to the plant fiber to mix the plant fiber into a molten resin.
植物繊維を目開き500μm以下のメッシュに通すステップと、メッシュを通過した前記植物繊維を溶融した樹脂へ混入するステップと、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の繊維強化樹脂ペレットの製造方法。 In a method for producing a resin composition for producing a resin composition comprising a plant fiber and a resin,
Passing the plant fibers through a mesh having an opening of 500 μm or less; mixing the plant fibers that have passed through the mesh into the molten resin; and
The manufacturing method of the fiber reinforced resin pellet of Claim 6 characterized by the above-mentioned.
前記植物繊維の繊維長が、式(1)で表される臨界繊維長(Lcr)以上の長さであることを特徴とする繊維強化樹脂成形材。
Lcr=σf×Φf/(2×τ)・・・式(1)
(ただし、σfは植物繊維の引張強度、Φfは、植物繊維の直径、τは植物繊維と樹脂との間の界面接着強度を表す。)
In the fiber reinforced resin molding material in which the fiber reinforced resin pellet according to any one of claims 1 to 5 is injection-molded,
The fiber reinforced resin molding material characterized by the fiber length of the said vegetable fiber being the length more than the critical fiber length (Lcr) represented by Formula (1).
Lcr = σf × Φf / (2 × τ) (1)
(However, σf represents the tensile strength of the plant fiber, Φf represents the diameter of the plant fiber, and τ represents the interfacial adhesive strength between the plant fiber and the resin.)
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-
2010
- 2010-06-02 JP JP2010126479A patent/JP2011251455A/en active Pending
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WO2022014539A1 (en) * | 2020-07-13 | 2022-01-20 | 古河電気工業株式会社 | Cellulose-fiber-reinforced molded resin object and production method therefor |
CN115702191B (en) * | 2020-07-13 | 2024-07-05 | 古河电气工业株式会社 | Cellulose fiber reinforced resin molded article and method for producing same |
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