JP2013107302A

JP2013107302A - 樹脂成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2013107302A
Application number: JP2011254692A
Authority: JP
Inventors: Arihiro Adachi; 有弘足立
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】一方向に対する引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度が優れた樹脂成形品の製造方法を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂と繊維とを混合した樹脂材料を成形する樹脂成形品の製造方法において、熱可塑性樹脂と繊維とを混合した樹脂材料を、断面積が１０ｍｍ^２以下の開口部１１から押出して、ストランド状２１又はリボン状２２の中間成形体２３を成形した後、この中間成形体２３を一方向に並べてプレス成形することを特徴とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維を含有する樹脂成形品の製造方法に関するものである。

熱可塑性樹脂にフィラーとして繊維を含有させた樹脂材料を用いる樹脂成形品の製造方法において、通常、繊維は熱可塑性樹脂と加熱溶融した状態で混練され、押出、射出成形等の各種製造方法により樹脂成形品に成形される。

一方、あらかじめガラスロービングに熱可塑性樹脂を被覆させた後に、このガラスロービングを切断し、１０ｍｍ程度の長いガラス繊維のペレットを製造して、このペレットを用いて樹脂成形品とすることにより、高強度の樹脂成形品を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平４−２０８４０８号公報

従来の樹脂成形品の製造方法において、繊維を熱可塑性樹脂と加熱溶融した状態で混練する場合、例えば繊維が１０ｍｍ以上と長い場合には、混練時に繊維が絡み合い、樹脂と均一に混練することが困難になることがあった。

また、熱可塑性樹脂を被覆させたガラスロービングを所定の長さに切断してガラス繊維のペレットとし、このペレットを樹脂材料として用いた場合には、ガラス繊維は熱可塑性樹脂中で均一に分散した状態となり、ガラス繊維の配向がランダムな状態の樹脂成形品となる。

熱可塑性樹脂に繊維を配合する目的としては、成形した樹脂成形品中の、繊維の長さ方向での引張り強さを大きくすることであり、その強度を最大限に活かすためには繊維フィラーを一方向に配向させることが望ましい。

しかしながら、一般的な樹脂成形品は、繊維を熱可塑性樹脂中に均一かつランダムに分散させて配合して成形したものであり、繊維を積極的に配向させた樹脂成形品がないのが現状である。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであって、特定の方向に対する引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度が優れた樹脂成形品の製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

即ち、本発明の樹脂成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂と繊維とを混合して成形する樹脂成形品の製造方法において、熱可塑性樹脂と繊維とを混合した樹脂材料を、断面積が１０ｍｍ^２以下の開口部から押出して、ストランド状又はリボン状の中間成形体を成形した後、この中間成形体を一方向に並べてプレス成形することを特徴とする。

この樹脂成形品の製造方法において、ストランド状又はリボン状の中間成形体を成形した後、この中間成形体を一方向に並べ、その上に前記一方向と交差する方向に中間成形体を重ねて並べてプレス成形することが好ましい。

また、前記樹脂成形品の製造方法において、繊維の長さが１０ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明の樹脂成形品の製造方法によれば、特定の方向に対する引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度が優れた樹脂成形品を製造することができる。

（Ａ）は、ストランド状の中間成形体を成形するための開口部を有する金型の概略斜視図であり、（Ｂ）は、リボン状の中間成形体を成形するための開口部を有する金型の概略斜視図である。（Ａ）は、中間成形体を一方向に並べた実施形態を示す概略斜視図であり、（Ｂ）は、金型で圧締する状態を示す断面図である。（Ａ）は、中間成形体を交差した状態に並べた実施形態を示す概略斜視図であり、（Ｂ）は、金型で圧締する状態を示す断面図である。

以下、本発明の樹脂成形品の製造方法について詳細に説明する。

本発明の樹脂成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂と繊維とを混合して成形する樹脂成形品の製造方法において、熱可塑性樹脂と繊維とを混合した樹脂材料を断面積が１０ｍｍ^２以下の開口部から押出して、ストランド状又はリボン状の中間成形体を成形した後、この中間成形体を一方向（ほぼ一方向を含む）に並べてプレス成形する樹脂成形品の製造方法である。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂としては、一般に公知の熱可塑性樹脂を制限なく用いることができ、これらのものとしては、例えばアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂等の汎用性樹脂を挙げることがでる。これらの中でも流動性の高いＭＦＲ（Melt flow rate）１０以上のポリプロピレン樹脂を好適に用いることができる。

本発明で用いられる繊維としては、通常、熱可塑性樹脂にフィラーとして配合することが可能な繊維であれば特に制限なく用いることができ、これらのものとしては、例えばガラス繊維、ロックウール繊維、木質繊維、竹、麻類等の植物繊維等を挙げることができる。

これらの繊維は、熱可塑性樹脂と混合する段階で繊維長の長いものが好ましく、具体的には１〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜３０ｍｍの範囲のものが好適に用いられる。繊維長をこの範囲の長さとすることにより、優れた引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度を有する樹脂成形品とすることができる。

また、繊維の配合量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対し５〜３０質量部の範囲である。配合量をこの範囲とすることにより、樹脂成形品の優れた成形性と、繊維による補強効果を両立させることができる。

本発明では、熱可塑性樹脂及び繊維以外の成分を、本発明の効果を阻害しない範囲で配合することが可能である。

これらの成分としては、例えば、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、ワラストナイト、木粉等のフィラー、相溶化剤、滑材、撥水材等の添加材を挙げることができる。

本発明では、熱可塑性樹脂と繊維を混練機で一旦混練した後に押出機により押出し、又は、二軸押出機で混練、押出することにより中間成形体を成形する。

本発明で用いられる混練機としては、投入した樹脂材料を十分に混練できるものであれば特に制限はないが、加熱と同時にせん断力を作用させ、一定時間以上連続して混練できる装置、例えばニーダーや二軸混練機、ロール混練機等を好適に用いることができる。

さらに、投入した材料に高せん断力を作用させることのできるブレードやスクリュー形状を備えた混練機で混練することがより好ましい。

混練温度は、熱可塑性樹脂の種類により適宜設定することができるが、通常、用いる熱可塑性樹脂の溶融温度の＋１０〜３０℃とするのが好ましい。

以下に本発明の樹脂成形品の製造方法について図を用いて説明する。

本発明の樹脂成形品の製造方法では、熱硬化性樹脂と繊維を溶融、混練して混合した樹脂材料を、図１に示す開口部１１を有する金型１から押出して、図１（Ａ）に示すストランド状２１又は、図１（Ｂ）に示すリボン状２２の中間成形体２３を成形する。

金型１の開口部１１は、ストランド状２１又はリボン状２２の形状であって、断面積が１０ｍｍ^２以下、好ましくは１〜１０ｍｍ^２の開口部１１である。

断面積が１０ｍｍ^２以下の開口部１１としては、断面がφ３ｍｍ以下の円形の開口部１１や、断面が２×５ｍｍの四角形の開口部１１を例示することができる。

押出速度は、押出機の回転速度によって制御されるが、０．５ｍ／分以上であることが好ましい。

断面積を１０ｍｍ^２以下と狭くして押出量を多くすることにより、樹脂材料と金型１内の壁面との間に大きなせん断力が生じるため、中間成形体２３中に分散した繊維を押出方向に大きく配向させることができる。

即ち、開口部１１から押出したストランド状２１又はリボン状２２の中間成形体２３中の繊維は、長さ方向にほぼ配向した状態となる。

このようにしてストランド状２１又はリボン状２２に押出した中間成形体２３を一定の長さで切断し一旦冷却する。

次に、これらの中間成形体２３を、図２（Ａ）に示すように一方向に並べた状態で下金型３１内へ配置する。この際、一方向に並べた中間成形体２３の層は単層であってもよく、また２層以上であってもよい。なお、図２はストランド状２１の中間成形体２３を用いた実施形態である。

中間成形体２３を下金型３１に一方向に並べた後、図２（Ｂ）に示すように、上金型３２を閉じて一定時間、加熱圧締し、熱可塑性樹脂が溶融した後に、下金型３１及び上金型３２よりなる金型３を冷却して取り出すことにより樹脂成形品を製造することができる。

金型３の加熱温度は、用いる熱可塑性樹脂によって適宜設定することができるが、熱可塑性樹脂の溶融温度の＋１０〜３０℃が好ましい。また、成形圧力は１〜２０ＭＰａの範囲とすることが好ましい。

このように、予め繊維方向が一方向である中間成形体２３を用いて、繊維方向を一方向とした層構成とすることにより、一方向に対する引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度に優れた樹脂成形品とすることができる。

また、本発明の樹脂成形体の製造方法では、図３（Ａ）に示すようにストランド状２１又はリボン状２２に押出された中間成形体２３を、一方向に並べ、次いでそれと重ねて交差する方向に並べて下金型３１内へ積層配置し、図３（Ｂ）に示すように上金型３２を載せてプレス成形し、樹脂成形品を製造することもできる。なお、積層数は２層以上とすることができる。

各層の厚みは特に制限されることはないが、１層の厚みが薄く積層数が多いほど、１方向と直行方向に均一化された樹脂成形品とすることができる。

このように、中間成形体２３を用いて、繊維方向を所望の方向とした層構成とすることにより、縦方向と横方向の二方向に対する引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度が優れた樹脂成形品とすることができる。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。

＜実施例１＞
ＭＦＲ（Melt flow rate）１０のポリプロピレン樹脂ペレット（日本ポリプロ製、ノバテックＳＡ０４Ｃ）６８質量部、ガラス繊維（日東紡製、ＣＳ−ＰＥＳＭＣ（Sheet Molding Compound）用、１／２インチ長）３０質量部、相溶化剤（三洋化成製ユーメックス１０１０）２質量部を均一に撹拌して樹脂材料とした後、プラストミル押出機（東洋精機製作所製）のシューターから樹脂材料を投入し、バレル温度１９０℃、スクリュー回転速度６０ｒｐｍで、先端部にストランド状用ダイ（φ３ｍｍ）を設置して押出成形をした。

成形したストランド状の中間成形体を一旦冷却後、３０ｃｍの長さに切断した。次にこの中間成形体約３００ｇを１９０℃に加熱した下金型に一方向に配置すると共に３ｍｍのスペーサーを配置した後、上金型を載せ、プレス成形をした。１０ＭＰａで１０分間保持後、そのまま金型を８０℃まで冷却し３ｍｍ厚みの樹脂成形品を得た。

＜実施例２＞
実施例１と同様にして、ストランド状の中間成形体を押出成形した。このストランド状の中間成形体を一旦冷却後、３０ｃｍの長さに切断した。次にこの中間成形体を１９０℃に加熱した下金型に約１００ｇずつ３層で配置し、最下部層、最上部層は同一の一方向に配置し、中間層の１層は最下部層、最上部層に対して直行方向に配置した後、上金型を載せ、プレス成形した。１０ＭＰａで１０分間保持後、そのまま金型を８０℃まで冷却し３ｍｍ厚みの樹脂成形品を得た。

＜実施例３＞
ガラス繊維の繊維長を１／８インチ長のものとした以外は、実施例１と同様にして、３ｍｍ厚みの樹脂成形品を得た。

＜比較例＞
ＭＦＲ（Melt flow rate）１０のポリプロピレン樹脂ペレット（日本ポリプロ製、ノバテックＳＡ０４Ｃ）６８質量部、ガラス繊維（日東紡製、ＣＳ−ＰＥＳＭＣ（Sheet Molding Compound）用、１／２インチ長）３０質量部、相溶化剤（三洋化成製ユーメックス１０１０）２質量部を均一に撹拌して樹脂材料とした後、プラストミル押出機（東洋精機製作所製）のシューターから樹脂材料を投入し、バレル温度１９０℃、スクリュー回転速度６０ｒｐｍで、先端部にシート成形用Ｔダイ（３×６０ｍｍ）を設置して、３ｍｍ厚のシートを押出成形して樹脂成形品を得た。

上記の実施例１〜３及び比較例の各樹脂成形品について、引張り強度試験、曲げ強度試験及びアイゾット衝撃強度試験（耐衝撃強度試験）、表面の平滑性の評価を行った。

引張り強度試験はＪＩＳＫ７１６１に基づいて行った。その試験結果を表１に示す。なお、試験結果においてＬ方向とは長さ方向、Ｗ方向とは幅方向を表す。

曲げ強度試験はＪＩＳ７１７１に基づいて行った。その試験結果を表１に示す。なお、試験結果においてＬ方向とは長さ方向、Ｗ方向とは幅方向を表す。

アイゾット衝撃試験はＪＩＳ７１１１（ノッチ無し）に基づいて行った。その試験結果を表１に示す。なお、試験結果においてＬ方向とは長さ方向、Ｗ方向とは幅方向を表す。

表面の平滑性は目視により行い、表面の平滑性が良好なものを○、不良なものを×として評価した。その評価結果を表１に示す。

実施例１〜３の樹脂成形品では比較例の樹脂成形品よりも優れた引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度を示した。実施例１の樹脂成形品ではＬ方向に高強度となり、実施例２の樹脂成形品ではＷ方向でも高い強度となり両方向で高強度を示した。繊維長さの効果としては実施例３の樹脂成形品に比べて実施例１の樹脂成形品が高い強度を示した。

また、実施例１〜３の樹脂成形品は、表面の平滑性が全て良好であった。これに対し、ストランド状の中間成形体を形成せずに成形した比較例の樹脂成形品は、表面にガラス繊維が浮き出た状態であり、平滑性が悪く、また内部にはすが多く均一な樹脂成形品とはならなかった。

１１開口部
２１ストランド状
２２リボン状
２３中間成形体

Claims

熱可塑性樹脂と繊維とを混合した樹脂材料を成形する樹脂成形品の製造方法において、熱可塑性樹脂と繊維とを混合した樹脂材料を、断面積が１０ｍｍ^２以下の開口部から押出して、ストランド状又はリボン状の中間成形体を成形した後、この中間成形体を一方向に並べてプレス成形することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
ストランド状又はリボン状の中間成形体を成形した後、この中間成形体を一方向に並べ、その上に前記一方向と交差する方向に中間成形体を重ねて並べてプレス成形することを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
繊維の長さが１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形品の製造方法。