JP2012207100A - Molded article with excellent mechanical characteristic, and method and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械的特性に優れる成形品と、これを製造するための方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a molded article having excellent mechanical properties, and a method and apparatus for producing the molded article.
ポリエチレンやポリプロピレン等をはじめとする、いわゆる汎用プラスチックは、非常に安価であるだけではなく、成形が容易で、金属やセラミクスに比べ重さが数分の一と軽量であるゆえに、袋や各種包装、各種容器、シート類等の多様な生活用品材料や自動車、電気などの工業部品や日用品、雑貨用等の材料として、よく利用されている。しかしながら、当該汎用プラスチックは、機械的強度が不十分で耐熱性が低い等の欠点を有している。そのため、自動車等の機械製品や、電気・電子・情報製品をはじめとする各種工業製品に用いられる材料に対して要求される十分な特性を上記汎用プラスチックは有していないために、その適用範囲が制限されているというのが現状である。 So-called general-purpose plastics, such as polyethylene and polypropylene, are not only very inexpensive, but also easy to mold and weigh a fraction of the weight of metals and ceramics. It is widely used as a material for various daily necessities such as various containers and sheets, industrial parts such as automobiles and electricity, daily necessities, and miscellaneous goods. However, the general-purpose plastic has drawbacks such as insufficient mechanical strength and low heat resistance. Therefore, the above-mentioned general-purpose plastic does not have sufficient characteristics required for materials used in various industrial products such as automobiles and other industrial products such as electrical, electronic and information products. Is currently limited.
一方、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、フッ素樹脂（テフロン（登録商標）等）、ナイロン、ポリメチルペンテン、ポリオキシメチレン、アクリル樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックは、機械的特性と耐熱性や透明性等に優れており、通常１５０℃では軟化しない。よって、エンジニアリングプラスチックは、自動車や機械製品および電気製品をはじめとする高性能が要求される各種工業製品用材や光学用材料として利用されている。しかしエンジニアリングプラスチックは、比較的比重が大きく、高価であり、しかもモノマーリサイクルが困難または不可能なために環境負荷が大変大きいこと等の重大な欠点を有している。 On the other hand, so-called engineering plastics such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, fluorine resin (Teflon (registered trademark)), nylon, polymethylpentene, polyoxymethylene, acrylic resin, etc. are excellent in mechanical properties, heat resistance, transparency, etc. Usually, it does not soften at 150 ° C. Therefore, engineering plastics are used as materials for various industrial products and optical materials that require high performance such as automobiles, mechanical products, and electrical products. However, engineering plastics have serious disadvantages such as relatively high specific gravity, high cost, and a very large environmental load because monomer recycling is difficult or impossible.
したがって、汎用プラスチックの機械的特性、耐熱性、および透明性等の材料特性を大幅に改善することによって、当該汎用プラスチックがエンジニアリングプラスチック以上の性能を示せば、高分子の各種工業製品や生活用品のコストを大幅に低減せしめることが可能である。 Therefore, by significantly improving the material properties of general-purpose plastics, such as mechanical properties, heat resistance, and transparency, if the general-purpose plastics exhibit performance superior to that of engineering plastics, various polymer industrial products and daily necessities Costs can be greatly reduced.
さらには金属材料の代替として利用可能となれば、金属製の各種工業製品や自動車、航空機、半導体用装置などのコストを大幅に削減し、軽量化により大幅に省エネルギー化し、また自動車等の操作性を向上させることが可能になると期待でき、その開発が待たれている。 Furthermore, if it can be used as an alternative to metal materials, it will greatly reduce the cost of various metal industrial products, automobiles, aircraft, semiconductor devices, etc., greatly reduce energy consumption and reduce the operability of automobiles, etc. It can be expected that it will be possible to improve, and its development is awaited.
さて、高分子材料を高強度化する手法はいくつかあるが、近年見いだされたユニークな方式として、広島大学の彦坂教授らが提唱するナノ配向高分子結晶を利用する方式が挙げられる。従来から高分子材料も結晶化によって高強度化されることは知られていた。しかし結晶化度を向上させるためには、従来は、高分子の融液の冷却速度を低下させる方法や、高分子の融液を高圧下で冷却して結晶化度を増大させるという方法や、核剤を高分子融液に添加する方法が知られている。しかしいずれの方式も性能が不十分であったり、生産コストがかかったり、不純物が混入したりの問題が生じるなどの問題を内包し、それぞれ改善が必要であった。彦坂らは、高分子のせん断結晶化において、異物界面において分子鎖が伸長されて配向融液が発生していることを実験的に初めて検証し、核生成および成長速度が著しく加速される、という普遍的メカニズムを提唱した（非特許文献１参照）。すなわち、高分子融液全体を配向融液にすることができれば、高分子の結晶化が著しく起こり易くなり、結晶化度を高めることができる。さらに高分子融液全体を配向融液の状態のままで結晶化することができれば、高分子の大部分の分子鎖が配向した構造を有する結晶体を生産し得ることが期待される。彦坂らによると、溶融したアイソタクチックポリプロピレンにおいて、過冷却状態である１５０℃にて臨界ひずみ速度である２００／ｓ以上での速度で延伸された場合、ポリプロピレンの核生成が著しく促進され、核剤を添加せずとも分子鎖間で核生成が無数に起こる、いわゆる均一核生成へと激変するため、不純物の混入を回避することができるとともに、結晶サイズをナノメートルオーダーにすることが可能となり、高い透明性を有し、飛躍的に機械的特性と耐熱性が増大した高分子を得ることができるという。すなわち、高分子の溶融物を過冷却温度条件下で高速で伸長させることにより上記の高分子ナノ結晶構造を素早く得ることができることが非特許文献２と非特許文献３に記載されており、この手法により従来にない高強度の材料を得ることができる。この手法は特にポリエチレンやポリプロピレンの様な、安価だが性能は高くないいわゆる汎用プラスチックの性能を大幅に向上させ、エンジニアリングプラスチック並の性能を得るのに利用することができると考えられる。
There are several methods for increasing the strength of polymer materials, but a unique method recently found is a method using nano-oriented polymer crystals proposed by Prof. Hikosaka of Hiroshima University. Conventionally, it has been known that a polymer material is also strengthened by crystallization. However, in order to improve the crystallinity, conventionally, a method of decreasing the cooling rate of the polymer melt, a method of increasing the crystallinity by cooling the polymer melt under high pressure, A method of adding a nucleating agent to a polymer melt is known. However, both methods have problems such as insufficient performance, high production costs, and problems such as contamination with impurities, and each has to be improved. Hikosaka et al. Have experimentally verified for the first time that molecular chains are stretched at the interface of foreign substances and an oriented melt is generated in shear crystallization of polymers, and that nucleation and growth rates are significantly accelerated A universal mechanism was proposed (see Non-Patent Document 1). That is, if the entire polymer melt can be made into an oriented melt, crystallization of the polymer is remarkably likely to occur, and the crystallinity can be increased. Furthermore, if the entire polymer melt can be crystallized in the state of the oriented melt, it is expected that a crystal having a structure in which most of the molecular chains of the polymer are oriented can be produced. According to Hikosaka et al., When melted isotactic polypropylene is stretched at a critical strain rate of 200 / s or higher at 150 ° C. in a supercooled state, the nucleation of polypropylene is remarkably promoted. Even without the addition of an agent, nucleation occurs innumerably between molecular chains, so that the so-called homogeneous nucleation is drastically changed, so that impurities can be avoided and the crystal size can be reduced to the nanometer order. It is said that a polymer having high transparency and dramatically improved mechanical properties and heat resistance can be obtained. That is, it is described in
特許文献１では、上記の高分子結晶化の手法を利用して、フィラーを含有しない状態でポリプロピレン等の汎用プラスチックの溶融物を、大きな歪み速度で変形するように特定の温度にて圧延し、結晶性樹脂の分子鎖を高い配向性で配向させることで、機械的特性、耐熱性および透明性に優れた結晶性樹脂結晶を作製する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の製造方法で作製された成形品は、結晶化度をできるだけ高めることで機械的特性、耐熱性および透明性に優れた結晶性樹脂結晶を作製するため、一定の歪み速度で均一に圧延する必要があることから、シートやフィルム状の比較的成形が容易なものに限られ、複雑な形状の成形品に適用することに課題があった。
特許文献２では核剤を材料に投入することで結晶化度を上げる手法であるが、この手法については前述したとおり核剤として投入する材料が不純物となり、材料の信頼性を低下せしめる場合もあるため、適用範囲が限られる傾向がある。例えば特許文献２で核剤として示されている材料は主に金属塩であるため、金属の不純物イオンを嫌う用途には本手法を適用することはできない。
また上記の高分子結晶化の手法に頼らない高強度化の手法としては、特許文献３ではカーボンナノチューブのような繊維状フィラーを含むカーボンフィラーを含有させて機械的特性を向上させた樹脂組成物が開示されており、また非特許文献４では鱗片状フィラーを含有させて同様の効果の樹脂組成物を開示している。しかしながら、いずれの特許文献においても、フィラー添加による性能向上が達成できるのみで、それ以上の性能向上、例えばより一層の強度向上や、耐熱温度の上昇などが望めず、改善が必要であった。
In Patent Document 1, using the above polymer crystallization technique, a general-purpose plastic melt such as polypropylene is rolled at a specific temperature so as to be deformed at a large strain rate without containing a filler, A method for producing a crystalline resin crystal having excellent mechanical properties, heat resistance and transparency by orienting molecular chains of the crystalline resin with high orientation is disclosed. However, the molded product produced by the manufacturing method described in Patent Document 1 produces a crystalline resin crystal having excellent mechanical properties, heat resistance and transparency by increasing the crystallinity as much as possible. Since it is necessary to perform uniform rolling at a speed, the sheet is limited to a sheet or film that is relatively easy to mold, and there is a problem in applying it to a molded product having a complicated shape.
Moreover, as a technique for increasing the strength without relying on the above-described polymer crystallization technique,
本発明の第一の目的は、機械的特性が良好で、ある程度複雑な成形品を安価に提供することにある。
本発明の第二の目的は、前記成形品を製造する方法を提供することにある。
本発明の第三の目的は、前記成形品を製造する装置を提供することにある。
The first object of the present invention is to provide a molded product having good mechanical properties and somewhat complicated to a low price.
The second object of the present invention is to provide a method for producing the molded article.
The third object of the present invention is to provide an apparatus for producing the molded article.
上記の目的は、下記（１）〜（１１）に記載の本発明により達成される。
（１） 結晶化度が７０％以上であり、結晶サイズが２００ｎｍ以下である結晶性樹脂と、アスペクト比が１０以上の繊維状フィラーを含む樹脂組成物からなる事を特徴とする成形品。
（２） 繊維状フィラーの形態が、クロス状織布又は抄造シートであり、結晶性樹脂が繊維状フィラーに含浸したものである前記（１）記載の成形品。
（３） 繊維状フィラーが、ガラス、カーボンファイバー、セルロースである前記（１）又は（２）記載の成形品。
（４） 繊維状フィラーの直径が１００ｎｍ以下である前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の成形品。
（５） 繊維状フィラーの屈折率と、結晶性樹脂の屈折率との差が３％以下である前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の成形品。
（６） 繊維状フィラーのアッベ数と、結晶性樹脂のアッペ数との差が１０以下である前記（５）記載の成形品。
（７） 結晶性樹脂が、ポリエチレン又はポリプロピレンである前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の成形品。
（８） 結晶性樹脂が、エンジニアリングプラスチックである前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の成形品。
（９） 前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の成形品の製造方法であって、一旦溶融した樹脂を、融点以下の温度で、高速で圧縮成形で製造することを特徴とする成型品の製造方法。
（１０） 前記（２）〜（８）のいずれか１項に記載の成型品の製造方法であって、結晶性樹脂又は繊維状フィラーを含有した結晶性樹脂を、織布または抄造シートである繊維状フィラーに高速で加圧含浸して製造することを特徴とする成形品の製造方法。
（１１） 前記（９）又は（１０）の成型品の製造方法に用いられる成型品の製造装置であって、樹脂組成物を溶融する装置と、溶融した樹脂を過冷却状態で高速圧縮成形する装置とを含んでなることを特徴とする成形品の製造装置。
The above object is achieved by the present invention described in the following (1) to (11).
(1) A molded product comprising a crystalline resin having a crystallinity of 70% or more and a crystal size of 200 nm or less and a resin composition containing a fibrous filler having an aspect ratio of 10 or more.
(2) The molded article according to (1), wherein the fibrous filler is in the form of a cloth-like woven fabric or a papermaking sheet, and the fibrous filler is impregnated with a crystalline filler.
(3) The molded article according to (1) or (2), wherein the fibrous filler is glass, carbon fiber, or cellulose.
(4) The molded article according to any one of (1) to (3), wherein the fibrous filler has a diameter of 100 nm or less.
(5) The molded article according to any one of (1) to (4), wherein a difference between the refractive index of the fibrous filler and the refractive index of the crystalline resin is 3% or less.
(6) The molded product according to (5), wherein the difference between the Abbe number of the fibrous filler and the Appe number of the crystalline resin is 10 or less.
(7) The molded article according to any one of (1) to (6), wherein the crystalline resin is polyethylene or polypropylene.
(8) The molded article according to any one of (1) to (6), wherein the crystalline resin is an engineering plastic.
(9) The method for producing a molded article according to any one of (1) to (8), wherein the resin once melted is produced by compression molding at a high speed at a temperature below the melting point. A method for manufacturing a molded product.
(10) The method for producing a molded article according to any one of (2) to (8), wherein the crystalline resin containing the crystalline resin or the fibrous filler is a woven fabric or a paper sheet. A method for producing a molded product, which comprises producing a fibrous filler by pressure impregnation at high speed.
(11) A device for manufacturing a molded product used in the method for manufacturing a molded product according to (9) or (10), wherein the device melts a resin composition, and the molten resin is subjected to high-speed compression molding in a supercooled state. An apparatus for manufacturing a molded product comprising the apparatus.
本発明によれば、結晶化度が７０％以上であり、結晶サイズが２００ｎｍ以下である結晶性樹脂に含有させる無機充填材として、アスペクト比が１０以上の繊維状フィラーを用いることにより、樹脂結晶化による機械的特性の性能向上だけでなく、繊維状フィラーを加えることにより結晶性樹脂のみの場合を遙かに越える機械的特性を得ることが可能となる。更に配合や構造によっては、耐熱性や透明性をより一層改善せしめることも可能である。
また、本発明の製造方法および製造装置により得られた成形品は、単純なシートやフィルム状以外の形状を有しており、複雑な形状を有していても、機械的特性、耐熱性および透明性等に優れている。
According to the present invention, by using a fibrous filler having an aspect ratio of 10 or more as an inorganic filler to be contained in a crystalline resin having a crystallinity of 70% or more and a crystal size of 200 nm or less, a resin crystal In addition to improving the performance of the mechanical properties due to the crystallization, it is possible to obtain mechanical properties far exceeding the case of only the crystalline resin by adding a fibrous filler. Furthermore, depending on the formulation and structure, the heat resistance and transparency can be further improved.
In addition, the molded product obtained by the production method and production apparatus of the present invention has a shape other than a simple sheet or film, and even if it has a complicated shape, mechanical properties, heat resistance and Excellent transparency.
以下、本発明の成形品、製造方法および製造装置について説明する。
本発明の成形品は、結晶化度が７０％以上であり、結晶サイズが２００ｎｍ以下である結晶性樹脂と、アスペクト比が１０以上の繊維状フィラーを含む樹脂組成物から得られる成形品であることを特徴とする。
また、本発明の製造方法は、溶融した樹脂を、融点以下の温度で金型にて高速圧縮成形することにより成形することを特徴とする。
また、本発明の製造装置は、樹脂の溶融装置と、高速圧縮成形装置の２つで構成されることを特徴とする。
Hereinafter, the molded article, the manufacturing method, and the manufacturing apparatus of the present invention will be described.
The molded article of the present invention is a molded article obtained from a resin composition containing a crystalline resin having a crystallinity of 70% or more and a crystal size of 200 nm or less and a fibrous filler having an aspect ratio of 10 or more. It is characterized by that.
The production method of the present invention is characterized in that a molten resin is molded by high-speed compression molding with a mold at a temperature not higher than the melting point.
Further, the manufacturing apparatus of the present invention is characterized by being composed of a resin melting apparatus and a high-speed compression molding apparatus.
（樹脂組成物）
本発明の樹脂組成物は、結晶性樹脂および繊維状フィラーを含むことを特徴とするため、以下でこれらについて説明する。
(Resin composition)
Since the resin composition of the present invention is characterized by containing a crystalline resin and a fibrous filler, these will be described below.
（結晶性樹脂）
樹脂組成物に含まれる結晶性樹脂としては、結晶性を有する高分子材料全般のことを示す。例えば、ポリアルキレン、ポリアミド、ポリエーテル、液晶ポリマー等が挙げられる。具体的には、ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ポリブテン−１、ポリ４メチルペンテン等のポリオレフィン類、あるいは結晶性エチレン・プロピレン共重合体、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２等のポリアミド類、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、シンジオタクチックポリスチレン、アイソタクチックポリスチレン等のポリスチレン類、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル等のいわゆるエンジニアリングプラスチック類、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド等のフッ素樹脂、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート等の脂肪族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリエーテルニトリル、ポリホスファゼン等が挙げられる。また熱硬化性樹脂に関しても分子内に剛直で棒状もしくは平面上のメソゲンを有する材料で、かつ硬化完了時にも結晶性を有する樹脂であるならば結晶性樹脂に該当するものとする。なお本特許における結晶性樹脂とは上記の樹脂に限定されるものではなく、すなわち結晶性を有する樹脂であればいずれでも該当する。
これらの結晶性樹脂は単独で使用してもよいし、同種のもので分子量が異なるものを組み合わせて使用してもよいし、非晶性の樹脂と組み合わせて使用してもよい。
以上の中で最も好適に用いられるのは、汎用プラスチックであるポリエチレンやポリプロピレン、さらにはエンジニアリングプラスチック類であり、特に安価で汎用性がある点から汎用プラスチックのポリエチレンやポリプロピレンであり、さらにより
高い剛性が得られる点では、立体規則性、すなわちアイソタティック分率が９５％以上であるアイソタクチックポリプロピレンであることが好ましい。
(Crystalline resin)
The crystalline resin contained in the resin composition refers to all polymer materials having crystallinity. For example, polyalkylene, polyamide, polyether, liquid crystal polymer and the like can be mentioned. Specifically, polyolefins such as polyethylene, isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, polybutene-1, and poly-4-methylpentene, or crystalline ethylene / propylene copolymer,
These crystalline resins may be used alone, or may be used in combination of the same type and different molecular weights, or may be used in combination with an amorphous resin.
Among the above, polyethylene and polypropylene, which are general-purpose plastics, and engineering plastics are most preferably used. Polyethylene and polypropylene, which are general-purpose plastics because they are particularly inexpensive and versatile, have even higher rigidity. Is preferable, it is preferably an isotactic polypropylene having a stereoregularity, that is, an isotactic fraction of 95% or more.
また結晶性樹脂は、成形品となったときにその結晶化度が７０％以上、好ましくは８０％以上である事が必要である。ここで結晶化度とは、結晶性樹脂に含まれる結晶体の割合のことを意味する。結晶化度は公知の方法によって検討することができる。例えば、水とエチルアルコールを用いた密度法により，結晶化度を決定し得る。結晶性樹脂の結晶化度χｃは、下記数式（１）で求められる。
χｃ＝ρｃ／ρ ・（ρ−ρａ）／（ρｃ−ρａ） 式（１）
数上式中ρは試料の密度、ρaは非晶密度、ρｃは結晶密度を示す。
The crystalline resin needs to have a crystallinity of 70% or more, preferably 80% or more when formed into a molded product. Here, the degree of crystallinity means the ratio of the crystal contained in the crystalline resin. The degree of crystallinity can be examined by a known method. For example, the crystallinity can be determined by a density method using water and ethyl alcohol. The crystallinity χ c of the crystalline resin is obtained by the following mathematical formula (1).
χ c = ρ c / ρ (ρ−ρ a ) / (ρ c −ρ a ) Equation (1)
In the above equation, ρ represents the density of the sample, ρ a represents the amorphous density, and ρ c represents the crystal density.
また結晶性樹脂は、成形品となったときにはその結晶サイズが２００ｎｍ以下であることが必須である。ここで結晶サイズとは公知の方法、例えば小角Ｘ線散乱法（ＳＡＸＳ法）や、樹脂の断面を研磨して走査型電子顕微鏡観察、もしくは樹脂の切片を作成しさらに染色して透過型電子顕微鏡観察を行うなどの方法によって測定することができる。 In addition, when the crystalline resin becomes a molded product, it is essential that the crystal size is 200 nm or less. Here, the crystal size is a known method, for example, a small-angle X-ray scattering method (SAXS method), a scanning electron microscope by polishing a cross section of a resin, or a resin section is prepared and further stained to obtain a transmission electron microscope. It can be measured by a method such as observation.
前記結晶性樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物中で１０重量％以上、９５重量％以下とすることが好ましい。含有量が前記下限値未満であると、結晶化樹脂が結晶化せずに目的の機械的強度等が達成できない場合がある。また、前記上限値を超えると、強度等の性能が樹脂の結晶化度に依存する割合が高くなり、結晶化度のばらつきで目的の機械的強度等が達成できない場合がある。 Although content of the said crystalline resin is not specifically limited, It is preferable to set it as 10 to 95 weight% in a resin composition. If the content is less than the lower limit, the crystallized resin may not crystallize and the desired mechanical strength may not be achieved. When the upper limit is exceeded, the ratio of the performance such as strength depending on the crystallinity of the resin increases, and the target mechanical strength may not be achieved due to the variation in the crystallinity.
（繊維状フィラー）
次に、繊維状フィラーについて説明する。本発明の樹脂組成物に含まれる繊維状フィラーは、本発明の樹脂組成物、および当該樹脂組成物からなる成形体において、剛性などの優れた物性バランスの発現、寸法安定性の付与（線膨張係数の低減化）、寸法や物性などの多様な要求性能への対応性付与などの目的で用いられる。繊維状フィラーの定義としては、繊維長／繊維直径で表されるアスペクト比が１０以上である物を示す。なお繊維断面が円である場合はアスペクト比の定義は上記であるが、繊維断面が楕円とかリボン状のように扁平である場合は、繊維長／断面の短辺長でアスペクト比を表す事とする。アスペクト比が１０未満である場合は樹脂組成物並びに成形品の強度が十分向上しない。アスペクト比は１０以上が好ましく、１０００以上がより好ましく、１００００以上がとりわけ好ましい。
(Fibrous filler)
Next, the fibrous filler will be described. The fibrous filler contained in the resin composition of the present invention is an excellent balance of physical properties such as rigidity and imparts dimensional stability (linear expansion) in the resin composition of the present invention and a molded article comprising the resin composition. This is used for the purpose of reducing the coefficient) and providing compatibility with various required performances such as dimensions and physical properties. As a definition of a fibrous filler, the thing whose aspect ratio represented by fiber length / fiber diameter is 10 or more is shown. When the fiber cross section is a circle, the definition of the aspect ratio is as above. However, when the fiber cross section is flat like an ellipse or a ribbon, the aspect ratio is expressed by the fiber length / short side length of the cross section. To do. When the aspect ratio is less than 10, the strength of the resin composition and the molded product is not sufficiently improved. The aspect ratio is preferably 10 or more, more preferably 1000 or more, and particularly preferably 10,000 or more.
繊維状フィラーの種類としては、カーボンファイバー（炭素繊維）、カーボンナノチューブ、塩基性硫酸マグネシウム繊維（マグネシウムオキシサルフェート繊維）、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、炭酸カルシウム繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、ワラストナイト、ゾノトライト、各種金属繊維、綿、セルロース、絹、羊毛あるいは麻等の天然繊維、レーヨンあるいはキュプラなどの再生繊維、アセテート、プロミックスなどの半合成繊維、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、アラミド、ポリオレフィンなどの合成繊維、さらにはそれらの表面及び末端に化学修飾した変性繊維などが挙げられる。
これらのなかで、ナノセルロース、ＴＥＭＰＯ酸化ナノセルロースなどのセルロース類、ガラス、カーボンファイバー、シングルウオールカーボンナノチューブ、マルチウオールカーボンナノチューブなどが、本発明の樹脂組成物、および当該樹脂組成物からなる成形体において、成形外観、物性バランス、寸法安定性の付与（線膨張係数の低減化など）、寸法や物性などの多様な要求性能への対応性などの向上効果が大きいなどの点から好ましい。
またさらにこれらの中でガラス、カーボンファイバー又はセルロースが汎用性があり入手性も価格性も優れており、最も好適に使用される。
The types of fibrous fillers are carbon fiber (carbon fiber), carbon nanotube, basic magnesium sulfate fiber (magnesium oxysulfate fiber), potassium titanate fiber, aluminum borate fiber, calcium silicate fiber, calcium carbonate fiber, glass Fibers, silicon carbide fibers, wollastonite, zonotlite, various metal fibers, natural fibers such as cotton, cellulose, silk, wool or hemp, recycled fibers such as rayon or cupra, semi-synthetic fibers such as acetate and promix, polyester, Examples thereof include synthetic fibers such as polyacrylonitrile, polyamide, aramid, and polyolefin, and modified fibers obtained by chemically modifying the surfaces and ends thereof.
Among these, celluloses such as nanocellulose and TEMPO-oxidized nanocellulose, glass, carbon fiber, single wall carbon nanotube, multiwall carbon nanotube, and the like are the resin composition of the present invention, and a molded article formed from the resin composition. Are preferable from the viewpoints of improving the appearance of molding, imparting physical property balance, imparting dimensional stability (reducing linear expansion coefficient, etc.), and improving compatibility with various required performances such as dimensions and physical properties.
Furthermore, among these, glass, carbon fiber, or cellulose has versatility, is excellent in availability and price, and is most preferably used.
繊維状フィラーの繊維直径は特に限定されないが、１０μｍ以下のものが好ましく、１μｍ以下のものがより好ましく、１００ｎｍ以下のものがとりわけ好ましい。繊維直径が１００ｎｍ以下になることで周囲の樹脂との相互作用が強くなり、機械的強度が向上する傾向にありきわめて望ましい。またその繊維直径が小さいほど、特許文献２で示された核剤と同等の性能を有するようになると判断されており、すなわち繊維直径が１００ｎｍ以下であるとマトリクス樹脂たる結晶性樹脂の結晶性が向上し、より高強度が発現する傾向にある事も望ましい理由の一つである。また繊維直径が１００ｎｍ以下の場合、可視光の波長より繊維直径が大幅に小さいため、結晶性樹脂中に完全に分散された場合、光の散乱が生じず、樹脂組成物や成形品が透明化する。透明材料の要求がある場合はこの手法は利用可能である。なお別の手法での透明化も可能であるがそれについては後述する。
The fiber diameter of the fibrous filler is not particularly limited, but is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, and particularly preferably 100 nm or less. When the fiber diameter is 100 nm or less, the interaction with the surrounding resin becomes stronger, and the mechanical strength tends to be improved, which is extremely desirable. Further, it is determined that the smaller the fiber diameter is, the more the same performance as the nucleating agent shown in
さらに、繊維状フィラーの形態は、短繊維状、長繊維状、クロス状、紙のように抄造で固められたシート状、圧縮魂状、顆粒状など、各種の形態のものを用いてもよい。特に短繊維状、長繊維状、クロス状、抄造のシート状がハンドリングしやすくまた材料としての性能も上がりやすいので好適に用いられる。また一般にクロス状もしくは抄造のシート状のものは繊維同士の結合が期待できるので材料の強度の向上にきわめて有効であることからクロス状織布又は抄造シートが好ましい。 Furthermore, the form of the fibrous filler may be various forms such as a short fiber form, a long fiber form, a cloth form, a sheet form solidified by paper-making like paper, a compressed soul form, and a granular form. . In particular, a short fiber shape, a long fiber shape, a cloth shape, and a paper sheet shape are easily used because they are easy to handle and the performance as a material is easily improved. In general, a cloth-like or paper-made sheet is preferably a cloth-like woven cloth or paper-making sheet because it can be expected to bond fibers and is extremely effective in improving the strength of the material.
また、これら繊維状フィラーは、前記結晶性樹脂との接着性あるいは樹脂組成物中での分散性を向上させるなどの目的で、各種の有機チタネート系カップリング剤、有機シランカップリング剤、不飽和カルボン酸、またはその無水物をグラフトした変性ポリオレフィン、脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステルなどによって表面処理したものを用いてもよい。あるいは表面に熱硬化性もしくは熱可塑性のポリマー成分で処理され変性処理されたものでも問題ない。 In addition, these fibrous fillers are used for various organic titanate coupling agents, organic silane coupling agents, unsaturated, for the purpose of improving adhesion with the crystalline resin or dispersibility in the resin composition. A surface treated with a modified polyolefin grafted with a carboxylic acid or its anhydride, a fatty acid, a fatty acid metal salt, a fatty acid ester, or the like may be used. Or even if the surface is treated with a thermosetting or thermoplastic polymer component and modified, there is no problem.
透明な樹脂組成物並びに成形品を必要とする場合には、上述したように繊維直径が１００ｎｍ以下の極力小さな繊維状フィラーを使用する方式もあるが、より簡便には、結晶性樹脂と繊維状フィラーの屈折率を合致させる手法を適用することが望ましい。結晶性樹脂と繊維状フィラーの屈折率が合致すると、それらを複合化した樹脂組成物並びに成形品は透明化されるからである。結晶性樹脂と繊維状フィラーの屈折率の違いが３％程度なら透明化する。また屈折率には波長依存性があるので、結晶性樹脂と繊維状フィラーのアッベ数を合わせる事も透明化には重要である。結晶性樹脂と繊維状フィラーのアッベ数の差が１０以下であれば透明化に問題はない。なお樹脂組成物及び成形品に対して透明性を望まず単に高強度化のみを望む用途に対しては、屈折率やアッベ数の制御を行う必要は全くない。屈折率やアッベ数の制御は用途によって要不要を判断すればよい。 When a transparent resin composition and a molded product are required, there is a method of using a fiber filler having a fiber diameter as small as 100 nm or less as described above. It is desirable to apply a technique for matching the refractive index of the filler. This is because, when the refractive indexes of the crystalline resin and the fibrous filler match, the resin composition obtained by combining them and the molded product are made transparent. If the difference in refractive index between the crystalline resin and the fibrous filler is about 3%, it becomes transparent. In addition, since the refractive index has a wavelength dependency, it is important for transparency to match the Abbe numbers of the crystalline resin and the fibrous filler. If the difference in Abbe number between the crystalline resin and the fibrous filler is 10 or less, there is no problem in transparency. Note that there is no need to control the refractive index and the Abbe number for applications in which transparency is not desired for the resin composition and the molded product but only high strength is desired. The control of the refractive index and the Abbe number may be determined depending on the use.
本発明の樹脂組成物における繊維状フィラーの配合割合は、当該樹脂組成物全体１００重量％に対して５〜９０重量％、好ましくは３０〜７０重量％、より好ましくは３５〜６０重量％である。
配合割合が５重量％未満であると、本発明の樹脂組成物、および当該樹脂組成物からなる成形体において、剛性などの物性、寸法安定性および要求性能への対応性や経済性が低下する。一方、９０重量％を超えると、前記樹脂組成物の製造が困難でありまた成形外観や衝撃強度などの物性が低下する。
なお、繊維状フィラーは単独で用いてもよく２種以上併用してもよい。
The blending ratio of the fibrous filler in the resin composition of the present invention is 5 to 90% by weight, preferably 30 to 70% by weight, more preferably 35 to 60% by weight with respect to 100% by weight of the entire resin composition. .
When the blending ratio is less than 5% by weight, physical properties such as rigidity, dimensional stability, compatibility with required performance, and economic efficiency are lowered in the resin composition of the present invention and a molded article made of the resin composition. . On the other hand, when it exceeds 90% by weight, it is difficult to produce the resin composition, and physical properties such as molding appearance and impact strength are deteriorated.
In addition, a fibrous filler may be used independently and may be used together 2 or more types.
繊維状フィラーと結晶性樹脂を混合、分散、もしくは複合化する手法に関しては特に限定しない。
繊維状フィラーの繊維長が数ｃｍ以下のいわゆる短繊維の場合、結晶性樹脂の粉末やペレットとともにあらかじめドライブレンドして混練装置に投入し、均一分散してあらかじめコンパウンド化しておき、それを後述する樹脂溶融装置や高速圧縮成形装置に改めて投入し成形する事が最も望ましい。あるいは結晶性樹脂と短繊維の繊維状フィラーの混合物を、コンパウンド化をせず、そのまま後述する樹脂溶融装置に投入して、コンパウンド化を省略しても良い。あるいはそれ以外の手法でも問題はない。
繊維状フィラーの繊維長が数ｃｍ以上のいわゆる長繊維の場合、繊維をひも状にしたりクロス状に織ったりした状態で使用することが望ましいが、その状態で後述する成形金型に投入し、結晶性樹脂の溶融品とともに成形される事が工業的に最も容易である。あるいは、シート状あるいはひも状にした繊維状フィラーをあらかじめ結晶性樹脂成分を溶融状あるいは溶液状で塗布含浸させたものを準備し、それを用いて後述の成形機で成形する事も可能である。またあるいは、シート状あるいはひも状にした繊維状フィラーと、結晶性樹脂の塗布含浸物を、あらかじめ切断機や粉砕機で機械的に細かくしておき、それを利用して成形することも可能である。あるいはそれ以外の手法でも問題はない。
There is no particular limitation on the method of mixing, dispersing, or combining the fibrous filler and the crystalline resin.
In the case of so-called short fibers having a fiber length of several centimeters or less, the fibrous filler is dry blended together with the crystalline resin powder and pellets, put into a kneading apparatus, uniformly dispersed and compounded in advance, which will be described later. It is most desirable to input and mold again into a resin melting apparatus or a high-speed compression molding apparatus. Alternatively, the mixture of the crystalline resin and the short fiber fibrous filler may be put into a resin melting apparatus to be described later as it is without compounding, and the compounding may be omitted. There is no problem with other methods.
In the case of so-called long fibers with a fiber length of several centimeters or more, it is desirable to use the fibers in the form of a string or woven cloth, but in that state, put into a molding die described later, It is industrially easiest to mold together with a melted crystalline resin. Alternatively, it is also possible to prepare a fibrous filler in the form of a sheet or string in which a crystalline resin component is previously applied and impregnated in a molten state or in a solution state, and can be molded with a molding machine described later using the same. . Alternatively, the fibrous filler in the form of a sheet or string and the impregnated material of the crystalline resin can be mechanically refined in advance with a cutting machine or pulverizer, and molded using this. is there. There is no problem with other methods.
（製造方法）
次に製造方法について説明する。
結晶性樹脂と繊維状フィラーを配合して成る樹脂組成物を成形し、結晶性樹脂の分子鎖を多量かつ高い配向性で配向させる方法について調査した結果、結晶性樹脂の溶融物を、融点以下の温度域にて、大きな歪み速度で変形するように２００／ｓ以上のひずみ速度で高速の延伸操作を行うと高速結晶化が生じ、分子鎖が高い配向性で一方向に配向して結晶性が高くなり高強度の成形品を得られることができることが判明している。これを圧縮成形でおこなうと、厚みを４ｍｍの樹脂溶融物を一方方向に押しつぶして広げてゆき厚み１ｍｍにするためには、１５０ｍｍ／ｓの型締め速度が要求される計算になる。なお、繊維状フィラーを充填した結晶性樹脂の系では、配合していない系と比較して、繊維の配向流動の影響があるためか、より一層樹脂の結晶化は発現しやすく、そのため比較的遅い歪み速度でも結晶性樹脂のナノ配向結晶現象が生じることから、本特許の圧縮成形の速度は８０ｍｍ／ｓの速度で型締めを行えば良いことが分かっている。それゆえ、８０ｍｍ／ｓ以上の圧縮成形が可能な装置であるならば、本発明における高速圧縮成形装置に該当する物とする。
(Production method)
Next, a manufacturing method will be described.
As a result of molding a resin composition comprising a crystalline resin and a fibrous filler, and investigating a method for orienting the molecular chain of the crystalline resin in a large amount and with high orientation, the melt of the crystalline resin is below the melting point. When a high-speed stretching operation is performed at a strain rate of 200 / s or more so as to be deformed at a large strain rate in the temperature range, high-speed crystallization occurs, and the molecular chain is oriented in one direction with high orientation and crystallinity. It has been found that a high strength molded product can be obtained. If this is performed by compression molding, a mold clamping speed of 150 mm / s is required in order to crush and spread a resin melt having a thickness of 4 mm in one direction to a thickness of 1 mm. It should be noted that the crystalline resin system filled with the fibrous filler is more susceptible to the crystallization of the resin because of the influence of the orientation flow of the fiber as compared to the unblended system. Since the nano-oriented crystal phenomenon of the crystalline resin occurs even at a low strain rate, it has been found that the compression molding speed of this patent should be clamped at a speed of 80 mm / s. Therefore, if it is an apparatus capable of compression molding at 80 mm / s or more, it is an object that corresponds to the high-speed compression molding apparatus in the present invention.
次に製造装置について説明する。
製造装置は、樹脂組成物の溶融装置と、高速圧縮成形装置の２種類の装置の組み合わせで構成されていることを特徴とする。この２種の装置は最小限の構成要素であり、これ以外にクロスの巻きだし装置、巻き取り装置、バリ取り装置、各種ローダー、各種アンローダー、成形品ストッカー、その他付属設備が接続されていても問題はない。樹脂組成物の溶融装置と、高速圧縮成形層の、それぞれの装置について以下で説明する。
Next, a manufacturing apparatus will be described.
The production apparatus is composed of a combination of two types of apparatuses, a resin composition melting apparatus and a high-speed compression molding apparatus. These two types of equipment are the minimum components, and in addition to this, a cross unwinding device, a winding device, a deburring device, various loaders, various unloaders, a molded product stocker, and other attached equipment are connected. There is no problem. Each apparatus of the resin composition melting apparatus and the high-speed compression molding layer will be described below.
まず、樹脂組成物の溶融装置については、特に限定はしない。樹脂を二軸混練機、一軸混練機、多軸混練機、ロール混練機、ブラベンダー、ニーダー、射出溶融混練機など、各種の混連装置により融点以上に加熱する事で達成可能である。射出溶融混練機もしくは一軸混練機もしくは二軸混練機が最も好適に使用される。また、得られた結晶性樹脂の溶融物を、成形金型に投入する装置に関しても、特に限定はせず、単純に溶融樹脂を金型内に垂らしても良いし、射出成形のように射出してもよいし、定量供給装置で供給しても良い。ギアポンプ等で定量に計量して射出する方式が最も望ましい。 First, the resin composition melting apparatus is not particularly limited. This can be achieved by heating the resin to above the melting point with various kneading devices such as a biaxial kneader, uniaxial kneader, multi-axial kneader, roll kneader, Brabender, kneader, and injection melt kneader. An injection melt kneader, a uniaxial kneader or a biaxial kneader is most preferably used. Also, there is no particular limitation on the apparatus for putting the obtained crystalline resin melt into the molding die, and the molten resin may be simply dropped in the die or injected like injection molding. Alternatively, it may be supplied by a constant supply device. The most desirable method is to meter and inject with a gear pump.
次に、金型に挟んで高速で圧縮成形する装置、すなわち高速圧縮成形装置や、その運転条件について説明する。金型の温度は、結晶性樹脂の融点以下の温度域あることが必須である。特に、融点より１０℃〜５０℃程度低いことが望ましい。金型温度と結晶性樹脂の融点の差が１０℃未満である場合には、大きなひずみ速度を与えることで摩擦等による局所的な温度上昇の発生による影響を受けて溶融温度以上の温度状態になりやすく、そのため結晶性樹脂はナノ配向結晶を生成しにくく溶融したままである場合があり、その状態では成形できずまた金型より成形品を取り出すことも困難となり、成形条件としては不適となる可能性が高い。また金型温度と結晶性樹脂の融点の差が５０℃より大きい場合は、金型内に溶融樹脂を投入すると速やかに冷却による硬化挙動が発生し、この後に高速圧縮成形により大きなひずみ速度を印加しようとしても樹脂が変形せず成形困難となるため、この場合においても成形条件としては不適となる可能性が高い。
次に、上述のように溶融温度以下に設定された金型は、金型を少しあけた状態で溶融樹脂を投入する事が必要である。樹脂を金型内に投入したのち、８０ｍｍ／ｓ以上の高速で型締めをして樹脂をフローさせて金型内に満たし、高速圧縮成形をおこなうことが必須である。ここで使用する樹脂はあらかじめ繊維状フィラーを配合していても良く、あるいは繊維状フィラーをシート状にしたものを金型においた状態で繊維状フィラーを含有していない樹脂あるいは繊維状フィラーを少量含有した樹脂を高速圧縮成形して繊維状フィラーのシート状にしたものに樹脂成分を含浸させるのもよい。いずれもが好適に用いされる。高速圧縮成形のイメージを模式図４−１と４−２に示した。この図では繊維状フィラーをシート状にしたものをあらかじめ金型においた状態で樹脂を圧縮成形し同時に含浸させる場合のことを示している。図４−１は成形直前の開けた金型中に溶融樹脂を滴下した状態を示し、図４−２は型締めを行って成形した状態を示す。この成形方式は一般に射出プレス成形として知られているものと近いものであるが、型締めの速度を従来の射出プレス成形の実用上の速度よりも遙かに大きい速度に設定したことが従来の射出プレス成形とは異なる。８０ｍｍ／ｓ未満の速度である場合はナノ配向結晶が生じず、高強度化が十分になされない。２００ｍｍ／ｓ以上の速度の場合は成形が困難であり、樹脂を金型内に満たすことが困難である。なお圧縮成形機の機構は、油圧式、電動式、エア圧式、機械式、あるいはそれらの複合型等、プレスの機構はいずれでも問題ない。なお射出プレス成形では射出ユニットが必須であるが、本発明に関しては樹脂のある程度の定量供給さえ可能であるならばどのような溶融樹脂作成法やどのような溶融樹脂供給法でも問題はないため、射出プレス法とは似て非なる物である。またこれらの成形装置に関して図１、図２、図３に模式図を示した。
Next, an apparatus for compressing and molding at high speed between molds, that is, a high speed compression molding apparatus and its operating conditions will be described. It is essential that the temperature of the mold is in the temperature range below the melting point of the crystalline resin. In particular, it is desirable that the temperature is lower by about 10 ° C. to 50 ° C. than the melting point. When the difference between the mold temperature and the melting point of the crystalline resin is less than 10 ° C., it is affected by the occurrence of a local temperature rise due to friction or the like by giving a large strain rate, so that the temperature is higher than the melting temperature. Therefore, the crystalline resin is hard to form nano-oriented crystals and may remain molten, and in that state, it cannot be molded, and it is difficult to take out the molded product from the mold, making it unsuitable as molding conditions. Probability is high. Also, if the difference between the mold temperature and the melting point of the crystalline resin is greater than 50 ° C, when the molten resin is put into the mold, curing behavior occurs quickly, and then a large strain rate is applied by high-speed compression molding. Even if it tries, since resin does not deform | transform and it becomes difficult to shape | mold, in this case, possibility that it will become unsuitable as molding conditions is high.
Next, the mold set below the melting temperature as described above needs to be charged with the molten resin with the mold slightly opened. After the resin is put into the mold, it is essential to perform high-speed compression molding by clamping the mold at a high speed of 80 mm / s or more to flow the resin into the mold. The resin used here may be blended with fibrous filler in advance, or a small amount of resin or fibrous filler that does not contain fibrous filler in a state where the fibrous filler is in the form of a sheet. A resin component may be impregnated into a sheet of fibrous filler formed by high-speed compression molding of the contained resin. Both are preferably used. Images of high-speed compression molding are shown in schematic diagrams 4-1 and 4-2. This figure shows a case where the resin is compression-molded and impregnated at the same time in a state in which a fibrous filler is formed into a sheet shape in advance. FIG. 4A shows a state in which the molten resin is dropped into the opened mold immediately before molding, and FIG. 4B shows the state in which the mold is clamped and molded. This molding method is generally close to what is known as injection press molding, but the conventional method of setting the mold clamping speed is much higher than the practical speed of conventional injection press molding. Different from injection press molding. When the speed is less than 80 mm / s, nano-oriented crystals are not generated, and the strength is not sufficiently increased. When the speed is 200 mm / s or more, molding is difficult and it is difficult to fill the resin in the mold. As the compression molding machine, any press mechanism such as a hydraulic type, an electric type, an air pressure type, a mechanical type, or a composite type thereof may be used. An injection unit is essential in injection press molding, but there is no problem with any molten resin preparation method or any molten resin supply method as long as a certain amount of resin can be supplied in a certain amount in the present invention. It is similar to the injection press method. Moreover, the schematic diagram was shown in FIG.1, FIG.2, FIG.3 regarding these shaping | molding apparatuses.
以下、実施例及び比較例を示すに先立ち、実施例及び比較例で計測した各種項目に関しての計測要領を示す。 Prior to showing examples and comparative examples, measurement procedures for various items measured in the examples and comparative examples will be described below.
結晶性樹脂の結晶サイズの計測：
株式会社リガク製のＵｌｔｉｍａIVを用い、小角Ｘ線散乱法を利用して計測し、粒径・空孔径解析ソフトウエアを利用して結晶サイズを解析した。
Measurement of crystal size of crystalline resin:
Using Ultimate IV manufactured by Rigaku Corporation, measurement was performed using the small angle X-ray scattering method, and the crystal size was analyzed using particle size / hole diameter analysis software.
結晶性樹脂の結晶化度の計測：
水とエチルアルコールを用いた比重法を利用して結晶化度を計測した。ポリプロピレンに関しては結晶状態の比重ρｃを０．８５５ｇ／ｃｍ３、アモルファス状態の比重ρａを０．９３６ｇ／ｃｍ３として（１）式にて計算で求めた。
Measurement of crystallinity of crystalline resin:
Crystallinity was measured using the specific gravity method using water and ethyl alcohol. Regarding polypropylene, the specific gravity ρ c in the crystalline state was 0.855 g / cm 3 , and the specific gravity ρ a in the amorphous state was 0.936 g / cm 3, and was calculated by the formula (1).
繊維状フィラーの平均直径の計測：電界放出型走査電子顕微鏡ＪＳＭ−７４０１を利用して繊維状フィラーを観測し、その直径を画像解析にて計測した。２０本以上の繊維状フィラーを計測してその平均値を求めた。 Measurement of average diameter of fibrous filler: The fibrous filler was observed using a field emission scanning electron microscope JSM-7401, and the diameter was measured by image analysis. Twenty or more fibrous fillers were measured and the average value was obtained.
繊維状フィラーの平均長さの計測：
電界放出型走査電子顕微鏡ＪＳＭ−７４０１を利用して繊維状フィラーを観測し、その繊維長さを画像解析にて計測した。２０本以上の繊維状フィラーを計測してその平均値を求めた。
Measuring the average length of fibrous filler:
The fibrous filler was observed using a field emission scanning electron microscope JSM-7401, and the fiber length was measured by image analysis. Twenty or more fibrous fillers were measured and the average value was obtained.
繊維状フィラーの平均アスペクト比の計算：
上記の方法で求めた繊維状フィラーの平均長さを繊維状フィラーの平均直径で除する事で平均アスペクト比を算出した。
Calculation of average aspect ratio of fibrous filler:
The average aspect ratio was calculated by dividing the average length of the fibrous filler obtained by the above method by the average diameter of the fibrous filler.
成形品の強度の計測
強度計測用のテストピースとして、厚み１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍのテストピースを得た。強度は、万能試験機テンシロンを利用してチャックに挟んで引っ張り試験にて評価した。引っ張り速度は１０ｍｍ／分で計測した。
Measurement of Strength of Molded Product As a test piece for measuring strength, a test piece having a thickness of 1 mm, a width of 10 mm, and a length of 80 mm was obtained. The strength was evaluated by a tensile test using a universal testing machine Tensilon sandwiched between chucks. The pulling speed was measured at 10 mm / min.
ひずみ速度の計測
ひずみ速度の設定は、実施例１に示す方法で設定した。ひずみ速度が目的の数値であるかを確認するために、上下の金型が３ｍｍ開いた状態から締め切るまでの時間を高速度カメラで撮影し計測することで数値化した。細長いテストピース金型において長さ２０ｍｍ、厚み４ｍｍの溶融樹脂が、長さ８０ｍｍ、厚み１ｍｍにまで直線上に伸びる場合に、高速度カメラで計測された、締め切るまでの時間をｔ（s）とすると、ひずみ速度は下記式で計算できる。
ひずみ速度（／ｓ）＝８０／２０／ｔ 式（２）
Measurement of strain rate The strain rate was set by the method shown in Example 1. In order to confirm whether the strain rate was the target value, the time from when the upper and lower molds were opened 3 mm to when they were closed was digitized by shooting and measuring with a high-speed camera. When a molten resin having a length of 20 mm and a thickness of 4 mm extends linearly to a length of 80 mm and a thickness of 1 mm in a long and narrow test piece mold, the time until closing is measured by a high-speed camera as t (s). Then, the strain rate can be calculated by the following formula.
Strain rate (/ s) = 80/20 / t (2)
以下で実施例及び比較例を示す。なおいずれの評価結果に関しても後述する表１に記載した。
（実施例１）
結晶性樹脂として住友化学株式会社製のアイソタクチックポリプロピレンのノーブレンＦＬＸ８０Ｅ４（融点１６３℃、アイソタクチック分率９７％、重量平均分子量３０万）を使用した。繊維状フィラーとしてフリーズドライしたＴＥＭＰＯ酸化ナノセルロース（アスペクト比１０００以上、繊維直径１０ｎｍ、セルロース表面のカルボン酸ナトリウムの量１．６７ｍｍｏｌ／ｇ、ウッドセルロースより自社内で合成）を使用した。ポリプロピレン１００重量部に対してナノセルロース８重量部を配合した後に、ＤＳＭ Ｘｐｌｏｒｅ社の小型混練機を用い、窒素雰囲気下で２００℃で数分の混合処理をおこなった。混練装置より２００℃で吐出した樹脂組成物を、１５０℃に設定した高速圧縮成形用のテストピース金型に取り、上下の金型を３ｍｍ開けた状態から１２０ｍｍ／ｓの速度で金型を完全に閉じた。キャビティの厚みが１ｍｍであるから、４ｍｍ厚から１ｍｍ厚までを０．０２５秒で閉じ、そのときのひずみ速度は１６０／ｓに該当する。高速で圧縮成形を行うためにエアー圧プレスを用いて成形した。最終的に厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍのテストピースを作成した。成形装置の構成としては、図１の状態に該当する。なお金型表面には離型剤としてダイキン工業株式会社製のフッ素系離型剤ダイフリーをあらかじめ塗布することで成形品の容易な離型を得た。
Examples and comparative examples are shown below. All the evaluation results are shown in Table 1 described later.
Example 1
As a crystalline resin, nobrene FLX80E4 (melting point: 163 ° C., isotactic fraction: 97%, weight average molecular weight: 300,000) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used. As a fibrous filler, freeze-dried TEMPO-oxidized nanocellulose (aspect ratio of 1000 or more, fiber diameter of 10 nm, amount of sodium carboxylate on the cellulose surface: 1.67 mmol / g, synthesized in-house from wood cellulose) was used. After blending 8 parts by weight of nanocellulose with 100 parts by weight of polypropylene, a mixing process was performed at 200 ° C. for several minutes under a nitrogen atmosphere using a small kneader manufactured by DSM Xplore. The resin composition discharged from the kneading device at 200 ° C. is taken into a test piece mold for high-speed compression molding set at 150 ° C., and the mold is completely completed at a speed of 120 mm / s from the state where the upper and lower molds are opened 3 mm. Closed to. Since the cavity thickness is 1 mm, the thickness from 4 mm to 1 mm is closed in 0.025 seconds, and the strain rate at that time corresponds to 160 / s. In order to perform compression molding at high speed, it was molded using an air pressure press. Finally, a test piece having a thickness of 1 mm, a width of 10 mm, and a length of 80 mm was produced. The configuration of the molding apparatus corresponds to the state shown in FIG. The mold surface was preliminarily coated with a die-free fluorine-based mold release agent made by Daikin Industries, Ltd. as a mold release agent, thereby obtaining an easy mold release.
（実施例２）
実施例１において、繊維状フィラーとしてナノセルロースではなく、日東紡株式会社製のＥガラスチョップドストランドのＣＳ３−Ｅ２２７（アスペクト比３００、繊維直径１０μｍ）を配合して樹脂組成物を得た。配合比はポリプロピレン１００重量部に対してチョップドストランドを４０重量部とした。成形方法に関しては実施例１と同じ方法で成形品を得た。
(Example 2)
In Example 1, not a nanocellulose as a fibrous filler but CS3-E227 (aspect ratio 300,
（実施例３）
結晶性樹脂として住友化学株式会社製のアイソタクチックポリプロピレンのノーブレンＦＬＸ８０Ｅ４（融点１６３℃、アイソタクチック分率９７％、重量平均分子量３０万）を使用した。繊維状フィラーとしてＴＥＭＰＯ酸化セルロース（アスペクト比１０００以上、繊維直径１０ｎｍ、セルロース表面のカルボン酸ナトリウムの量１．６７ｍｍｏｌ／ｇ、ウッドセルロースより自社内で合成）の厚さ０．５ｍｍの抄造シート（パルプ状のＴＥＭＰＯ酸化セルロースを１２０℃の熱プレスで挟んで作成）を使用した。ＴＥＭＰＯ酸化セルロースシートは１０ｃｍ角に切断して使用した。東洋精機株式会社のラボプラストミルを利用して、２００℃でポリプロピレンの溶融品を作成した。１５０℃に設定した高速圧縮成形用のテストピース金型の下金型の上にＴＥＭＰＯ酸化セルロースシートを置き、その上に２００℃に溶融したポリプロピレンを多めに滴下し、そのあと上側の金型をセットして、上下の金型を３ｍｍ開けた状態から１００ｍｍ／ｓの速度で金型を閉じて高速の圧縮成形を行った。これはひずみ速度で１３３／ｓに該当する。高速で圧縮成形を行うためには、エアー圧プレスの高速プレスを用いて成形した。最終的に厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍのテストピースを作成した。ポリプロピレン１００重量部に対してＴＥＭＰＯ酸化セルロースシートは３０重量部配合した状態に該当した成形品を得ることができた。成形装置の構成としては、図１の状態に該当する。なお金型表面には離型剤としてダイキン工業株式会社製のフッ素系離型剤ダイフリーをあらかじめ塗布することで成形品の容易な離型を得た。
(Example 3)
As a crystalline resin, nobrene FLX80E4 (melting point: 163 ° C., isotactic fraction: 97%, weight average molecular weight: 300,000) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used. A TEMPO oxidized cellulose (aspect ratio 1000 or more,
（比較例１）
結晶性樹脂として実施例１で使用したアイソタクチックポリプロピレンで、繊維状フィラーは配合しない樹脂組成物にて、実施例１と同等の成形を行って成形品を得た。なお圧縮成型速度は１５０ｍｍ／ｓで型締めし、それはひずみ速度に換算して２００／ｓに該当した。
(Comparative Example 1)
A molded product was obtained by carrying out the same molding as in Example 1 with a resin composition that was the isotactic polypropylene used in Example 1 as a crystalline resin and did not contain a fibrous filler. The mold was clamped at a compression molding speed of 150 mm / s, which corresponds to 200 / s in terms of strain rate.
（比較例２）
実施例１と同様の配合と装置で、成形品を作成した。ただし最後の高速圧縮成形は行わず、最初から金型を閉じた状態で、金型温度も室温に設定した状態で、普通の射出成形をおこなって成形品を得た。
(Comparative Example 2)
A molded product was prepared with the same composition and apparatus as in Example 1. However, the final high-speed compression molding was not performed, and the molded product was obtained by performing ordinary injection molding with the mold closed from the beginning and the mold temperature set at room temperature.
（比較例３）繊維状フィラーの代わりに、繊維状でないフィラーとして日本アエロジル株式会社製のアモルファスシリカのアエロジル２００（不定形シリカ、アスペクト比１．０、粒子直径２０ｎｍ、凝集性強し）を用いて、実施例１と同じ結晶性樹脂、成形装置、成形条件で成形した。なおポリプロピレン１００重量部に対してアモルファスシリカは２０重量部を配合した。 (Comparative Example 3) Instead of fibrous filler, non-fibrous filler, amorphous silica Aerosil 200 (amorphous silica, aspect ratio 1.0, particle diameter 20 nm, strong cohesiveness) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. was used. The same crystalline resin, molding apparatus, and molding conditions as in Example 1 were used. In addition, 20 weight part of amorphous silica was mix | blended with respect to 100 weight part of polypropylene.
本発明の実施形態である実施例１〜３は、成形品の強度が優れていた。
比較例１は、繊維状フィラーを配合しない樹脂組成物を用いたため、成形品のひずみ速度は高かったが、成形品の強度が実施例に比べて大幅に劣っていた。
比較例２は、高速圧縮成形を行なわず成型時のひずみ速度が低かったため、成形後の樹脂成分の結晶化度が低く結晶サイズが大きかった。このため、成型品の強度が劣っていた。
比較例３は、アスペクト比の小さい、繊維状でないフィラーを用いたため、高速圧縮成形を行い成型時のひずみ速度は高く、結晶化度も結晶サイズも問題はなかったが、成型品の強度が実施例と比較して大幅に劣っていた。
In Examples 1 to 3, which are embodiments of the present invention, the strength of the molded product was excellent.
Since the resin composition which does not mix | blend a fibrous filler was used for the comparative example 1, although the strain rate of the molded article was high, the intensity | strength of the molded article was significantly inferior compared with the Example.
In Comparative Example 2, since the high speed compression molding was not performed and the strain rate during molding was low, the crystallinity of the resin component after molding was low and the crystal size was large. For this reason, the strength of the molded product was inferior.
In Comparative Example 3, since a non-fibrous filler having a small aspect ratio was used, high-speed compression molding was performed, the strain rate during molding was high, and there was no problem in crystallinity and crystal size. It was significantly inferior compared to the example.
本発明の成形品は、高強度、低熱膨張係数、高耐熱性が良好で、自動車用構造材料、特にフード、ルーフ、トランクリッド、プラットフォームなどのシャシー類や、ドアや配管類に利用することができ、さらには電子材料、特に各種電子機器の筐体、回路基板等の用途に利用することができる。また更に透明化することにより、自動車用のフロントガラスや各種電子装置のモニター画面のガラス野田遺体が可能である。 The molded article of the present invention has high strength, low thermal expansion coefficient, and high heat resistance, and can be used for structural materials for automobiles, especially chassis such as hood, roof, trunk lid, platform, doors and piping. Furthermore, it can be used for applications such as electronic materials, especially cases of various electronic devices, circuit boards, and the like. Furthermore, by making it more transparent, it is possible to form a glass Noda corpse on the windshield of automobiles and monitor screens of various electronic devices.
１ ホッパー
２ 溶融装置
２’ 射出溶融装置
３ 溶融装置から吐出した樹脂材料（金型の横から投入）
４ 成形金型
５ 高速圧縮成形プレス
６ 巻きだしロール
６’ 巻き取りロール
７ ガラスクロス等のシート状の繊維状フィラー
８ 打ち抜き型
９ 打ち抜きプレス
１０ 打ち抜かれた成形品
１１ 結晶性樹脂
1
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