JP2012206348A - 繊維強化ａｂｓ系樹脂材料及び成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性を維持しつつ、曲げ強度を向上させた成型体が得られる繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料及びこれを用いてなる成形体を提供する。
【解決手段】アクリル樹脂からなるマトリクス樹脂を長繊維からなる繊維材料と複合させてなる樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとが積層されてなる繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料及びこれを用いてなる成形体に関し、より詳細にはＡＢＳ系樹脂を炭素繊維等の繊維材料で強化した繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料及びこれを用いてなる成形体に関する。

ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂等の熱可塑性樹脂の剛性を向上させるために、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維が従来から用いられている。強化繊維の使用方法は、長く連続した繊維（以下、これを長繊維という）を方向性をもたせたままマトリクス樹脂で固定して使用する場合と、細かく切断した繊維（以下、これを短繊維という）を樹脂と混合（コンパウンド）して使用する場合とに大きく分けられる。

例えば、特許文献１には、所定の開繊度合及び繊維長を有する繊維で強化された熱可塑性樹脂ペレット及びこれを押出機で製造する方法が開示されている。

しかし、短繊維を混合した熱可塑性樹脂は、強化していないものに比べて曲げ強度などが向上する一方で、耐衝撃性が低下するという問題があった。

特開平８−６０００１号公報

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、耐衝撃性を維持しつつ、曲げ強度を向上させた成形体が得られる繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料及びこれを用いてなる成形体を提供することを目的とする。

本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料は、上記の課題を解決するために、アクリル樹脂からなるマトリクス樹脂を長繊維からなる繊維材料と複合させてなる樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとが積層されてなるものとする。

上記ＡＢＳ系樹脂シートは、ＡＢＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂とポリアミド樹脂とのポリマーアロイ、ＡＢＳ樹脂とＰＢＴ樹脂とのポリマーアロイ、及びＡＢＳ樹脂とポリカーボネートとのポリマーアロイから選ばれた１種又は２種以上で構成することができる。

また、樹脂繊維複合シートを構成する繊維材料としては、繊維を一方向にシート状に引き揃えたもの、織物、編物、不織布、及び編組のスランド状から選ばれた１種又は２種以上を用いることができる。それらの繊維材料は、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維、及びポリエステル繊維から選ばれた１種又は２種以上の繊維から構成することができる。

本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料は、２枚以上の樹脂繊維複合シートと少なくとも１枚のＡＢＳ系樹脂シートとが積層され、樹脂繊維複合シートが表面層及び裏面層をなしたものとすることができる。又は、２枚以上のＡＢＳ系樹脂シートと少なくとも１枚の樹脂繊維複合シートとが積層され、ＡＢＳ系樹脂シートが表面層及び裏面層をなしたものとすることができる。あるいは、２枚以上の樹脂繊維複合シートと２枚以上のＡＢＳ系樹脂シートとが積層され、樹脂繊維複合シートが表面層及び裏面層のいずれか一方の層をなし、ＡＢＳ系樹脂シートが他の層をなしたものとすることもできる。

本発明の成形体は、上記した本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料を成形してなるものとする。

本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料は、樹脂繊維複合シートのマトリクス樹脂としてアクリル樹脂を用いたことにより、樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂との接着性が優れ、これをプレス成形や圧空成形、真空成形、ハイブリッド成形（プレス及び射出成形）等の公知の成形手段により成形することにより、曲げ強度や衝撃性に優れた成形体が得られる。

樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとの積層例を示す模式図である。 樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとの他の積層例を示す模式図である。 樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとの、さらに他の積層例を示す模式図である。

本発明において用いる樹脂繊維複合シートは、長繊維からなる繊維材料とマトリクス樹脂とからなる。長繊維からなる繊維材料としては、繊維材料を一方向にシート状に引き揃えたもの、これらを例えば直交に積層したもの、繊維材料を織物や編物、不織布等の布帛に成形したもの、編組等のスランド状のもの等のいずれも用いることができる。

上記繊維材料を構成する繊維としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維又はそれらの混合物のいずれも用いることができる。

無機繊維の例としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維を挙げることができる。有機繊維の例としては、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維が挙げられる。これらの繊維は複数種を組み合せて使用することもできる。

樹脂繊維複合シートのマトリクス樹脂としてはアクリル樹脂を用いる。マトリクス樹脂としてアクリル樹脂を使用することにより、樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとの接着性が優れ、曲げ強度や耐衝撃性に優れた成形体を得ることができる。

アクリル樹脂の種類は特に限定されず、次式（１）で表されるアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルからなる重合体又はこれらと他のモノマーとの共重合体が用いられる。なお、本発明でいう「アクリル樹脂」には、これらの共重合体からなる樹脂及び変性樹脂も含むものとする。

アクリル樹脂を構成するモノマーの例としては、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸ペンチル、（メタ）アクリル酸ヘキシル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸オクチル、（メタ）アクリル酸ノニルなどが挙げられる。また、アクリロニトリル・酢酸ビニル等、ビニル基を有するモノマーも好適に用いられる。このようなモノマーは単独あるいは組み合わせて使用することができる。

但し、ＡＢＳ系樹脂との接着性をより向上させるために、特定の官能基を有するアクリル樹脂が特に好適に用いられ、そのような官能基含有モノマーとしては、（メタ）アクリル酸、イタコン酸のようなカルボキシル基含有ビニルモノマー、（メタ）アクリル酸グリシジルエーテル、（メタ）アクリル酸−２−エチルグリシジルエーテルのようなエポキシ基含有ビニルモノマー、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシプロピルのようなヒドロキシル基含有ビニルモノマー、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアクリルアミドのようなアミド基含有ビニルモノマー等が挙げられ、これらは単独であるいは組み合わせて使用することができる。特にアミド基含有ビニルモノマーは密着性向上に有効である。

上記アクリル樹脂をマトリクス樹脂として使用する際には、必要に応じて溶剤を使用することができる。使用可能な溶剤の例としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、酢酸イソプロピル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸エチル、キシレン、トルエン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等が挙げられる。

上記繊維材料とマトリクス樹脂とを複合化して樹脂繊維複合シートを製造するには、従来から用いられているディッピング（含浸）や塗布等の方法を適宜用いることができる。特にディッピング法で加工する場合、マトリクス樹脂の設計の自由度が増し、様々な組合せが可能となるため好ましい。

次に本発明で用いるＡＢＳ系樹脂シートとは、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、ＡＢＳ樹脂とポリアミド樹脂とのポリマーアロイ、ＡＢＳ樹脂とＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂とのポリマーアロイ、ＡＢＳ樹脂とポリカーボネートとのポリマーアロイのいずれかを主成分とする樹脂をシート状にしたものである。これらのＡＢＳ系樹脂を使用することにより、上記アクリル樹脂をマトリクス樹脂とする樹脂繊維複合シートとの接着性に優れ、曲げ強度及び耐衝撃性に優れた成形体が得られる。ＡＢＳ系樹脂はグラフト法により得られたものでも、ポリマーブレンドにより得られたものでもよく、市販されているＡＢＳ系樹脂から適宜選択して使用することができる。

本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料における樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとの積層の仕方は特に限定されず、樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとをそれぞれ１枚ずつ積層したものであってもよいが、目的に応じてさらに様々な形態をとることができる。

例えば、図１に示されたように、２枚の樹脂繊維複合シート１の間に１枚のＡＢＳ系樹脂シート２が配され、樹脂繊維複合シート１が表面層及び裏面層をなし、ＡＢＳ系樹脂シート２が中間層をなした構造とすることができる。

また、図２に示したように、２枚のＡＢＳ系樹脂シート２の間に１枚の樹脂繊維複合シート１が配され、ＡＢＳ系樹脂シート２が表面層及び裏面層をなし、樹脂繊維複合シートが中間層をなしているものとすることができる。

また、図３に示したように、２枚の樹脂繊維複合シート１と２枚のＡＢＳ系樹脂シート２とが交互に積層され、樹脂繊維複合シート１が表面層及び裏面層のいずれか一方の層をなし、ＡＢＳ系樹脂シート２が表面層及び裏面層の他の層をなし、樹脂繊維複合シート１とＡＢＳ系樹脂シート２が中間層をなした構造とすることができる。

さらに、上記各例における中間層には樹脂繊維複合シート１及び／又はＡＢＳ系樹脂シート２が２枚以上含まれていてもよく、例えば樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとが交互に積層された構成とすることができる。

本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料の厚さは目的とする成形体に応じて選択され、特に限定されるものではないが、通常は樹脂繊維複合シート１枚当たりの厚さが０．１〜３ｍｍ程度であり、ＡＢＳ系樹脂シート１枚当たりの厚さが０．１〜１０ｍｍ程度であり、これらを積層した繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料の厚さとしては０．２〜２０ｍｍ程度である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。

［実施例１］
１．樹脂繊維複合シート（アクリル樹脂炭素繊維複合シート）の作成
撹拌器、環流冷却器、温度計、窒素導入管のついた反応器にＭＩＢＫ１５０．０重量部、メタクリル酸メチル１００重量部、ｎ−ドデシルメルカプタン０．５重量部を仕込み、反応器を７０℃に加温して、アゾビスイソブチロニトリル０．２５重量部を添加して重合を開始させた。反応器を７０℃に保ち、５時間後、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部を追添加して、反応器を７５℃に保ち、３時間撹拌して、マトリクス樹脂となるアクリル系共重合体樹脂を得た。

得られたアクリル系共重合体樹脂を炭素繊維織物（東レ（株）製、製品名「ＣＯ６３４３Ｂ」）にディッピング法により含浸させ、１２０℃で１時間乾燥させ、アクリル樹脂炭素繊維複合シート（厚さ：０．２５ｍｍ）を得た。

２．樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとの複合及び成形体の作成
上記により得られた強化用樹脂シートとＡＢＳ系樹脂シート（東レ（株）製、製品名「トヨラック３００」、厚さ：１．５ｍｍ）を成形金型にセットし、２００℃で５分間、加熱冷却一体型圧縮成形機（（株）神藤金属工業所製、ＳＦＡ−３７ＨＨＣ）で、加熱温度２００℃で１０ＭＰａの条件でプレス成形し、成形体の表裏層としてアクリル樹脂炭素繊維複合シートからなる層が１層ずつ配され、その間に中間層としてＡＢＳ系樹脂シートからなる層が１層配された構造の、繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料からなる、プレス後の厚みが２ｍｍの成形体を得た。

また、上記ＡＢＳ系樹脂シートに替えて厚さ３．５ｍｍのＡＢＳ系樹脂シート（東レ（株）製、製品名「トヨラック３００」）を使用した以外は上記と同様にしてプレス後の厚みが４ｍｍの成形体を得た。

３．成形体の曲げ強度及び耐衝撃性の評価
上記により得られた成形体を、曲げ試験用としては長さ１００±１ｍｍ×幅１５±０．２ｍｍ×厚み２±０．４ｍｍの大きさに、またシャルピー衝撃試験用としては長さ８０±２ｍｍ×幅１０±０．２ｍｍ×厚み４±０．２ｍｍの大きさに、それぞれ弓鋸で切断し、ノッチ加工をおこない、試験片を得た。

上記により得られた試験片の曲げ強度及び耐衝撃性を次の方法により評価した。結果を表１に示す。

曲げ強度：ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して測定した。

耐衝撃性：ＪＩＳ Ｋ ７１１１に準拠してシャルピー衝撃強度試験を行った。

［実施例２］
表裏層としてＡＢＳ樹脂（東レ（株）製、「トヨラック３００」）、中間層としてアクリル樹脂炭素繊維複合シート２枚を配した以外は上記実施例１と同様にして、繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料からなる成形体を得て、試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［実施例３］
表裏層としてアクリル樹脂炭素繊維複合シート１枚ずつ、中間層としてＡＢＳ樹脂とポリアミド（ＰＡ）樹脂とのポリマーアロイ（ダイセルポリマー（株）製、「ノバロイＡ１３００」）からなる樹脂シートを配した以外は上記実施例１と同様にして、繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料からなる成形体を得て、試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［実施例４］
表裏層としてアクリル樹脂炭素繊維複合シート１枚ずつ、中間層としてＡＢＳ樹脂とＰＢＴ樹脂とのポリマーアロイ（ダイセルポリマー（株）製、「ノバロイＢ１５００」）からなる樹脂シートを配した以外は上記実施例１と同様にして、繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料からなる成形体を得て、試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［実施例５］
表裏層としてアクリル樹脂炭素繊維複合シート１枚ずつ、中間層としてＡＢＳ樹脂とポリカーボネート樹脂とのポリマーアロイ（ダイセルポリマー（株）製、「ノバロイＳ１１００」）からなる樹脂シートを配した以外は上記実施例１と同様にして、繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料からなる成形体を得て、試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［比較例１］
炭素繊維強化ＡＢＳ樹脂（東レ（株）製、「トヨラックＡＳＨＴ−２３」）のみを用いて上記と同様にして試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［比較例２］
ガラス繊維強化ＡＢＳ樹脂（東レ（株）製、「トヨラック１００Ｇ−２０」）のみを用いて上記と同様にして試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［比較例３］
炭素繊維強化ＰＡ−ＡＢＳポリマーアロイ樹脂（ダイセルポリマー（株）製、「ノバロイＥＡＧ４２３」、炭素繊維率３０％）のみを用いて上記と同様にして試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［比較例４］
ガラス繊維強化ＰＢＴ−ＡＢＳポリマーアロイ樹脂（ダイセルポリマー（株）製、「ノバロイＢ２５０６」、ガラス繊維率３０％）のみを用いて上記と同様にして試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

［比較例５］
ガラス繊維強化ＰＣ−ＡＢＳポリマーアロイ樹脂（ダイセルポリマー（株）製、「ノバロイＳ１２３０」、ガラス繊維率３０％）のみを用いて上記と同様にして試験片を作成し、曲げ強度及び耐衝撃性を測定した。

表１に示されたように、本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料は曲げ強度及び耐衝撃性が共に優れたものとなる。

本発明の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料及びその成形品は、連続繊維強化の特性と本来の熱可塑性樹脂の特性の長所を併せもつため、車両、航空機、船艇、風車、水車、家庭用電気製品、生産機械、住宅機材、家具、時計、ヘルメット、文房具の部品として応用可能であり、更に広い範囲での用途開発が期待できる。

１……樹脂繊維複合シート
２……ＡＢＳ系樹脂シート

Claims (8)

1. アクリル樹脂からなるマトリクス樹脂を長繊維からなる繊維材料と複合させてなる樹脂繊維複合シートとＡＢＳ系樹脂シートとが積層されてなる繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
2. 上記ＡＢＳ系樹脂シートが、ＡＢＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂とポリアミド樹脂とのポリマーアロイ、ＡＢＳ樹脂とＰＢＴ樹脂とのポリマーアロイ、及びＡＢＳ樹脂とポリカーボネートとのポリマーアロイから選ばれた１種又は２種以上の樹脂からなることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
3. 前記樹脂繊維複合シートを構成する繊維材料が、繊維を一方向にシート状に引き揃えたもの、織物、編物、不織布、及び編組のスランド状から選ばれた１種又は２種以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
4. 前記樹脂繊維複合シートを構成する繊維材料が、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維、及びポリエステル繊維から選ばれた１種又は２種以上の繊維により構成されたものであることを特徴とする、請求項３に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
5. ２枚以上の前記樹脂繊維複合シートと少なくとも１枚の前記ＡＢＳ系樹脂シートとが積層され、樹脂繊維複合シートが表面層及び裏面層をなしていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
6. ２枚以上の前記ＡＢＳ系樹脂シートと少なくとも１枚の前記樹脂繊維複合シートとが積層され、ＡＢＳ系樹脂シートが表面層及び裏面層をなしていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
7. ２枚以上の前記樹脂繊維複合シートと２枚以上の前記ＡＢＳ系樹脂シートとが積層され、樹脂繊維複合シートが表面層及び裏面層のいずれか一方の層をなし、ＡＢＳ系樹脂シートが他の層をなしていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化ＡＢＳ系樹脂材料を成形してなる成形体。

Images