JP2014221848A - 繊維強化樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)熱可塑性樹脂40〜90質量%、(B)レーヨン繊維60〜10質量%を含有しており、(A)成分の熱可塑性樹脂中に(B)成分のレーヨン繊維(但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く)が分散されたものであり、(B)成分のレーヨン繊維が繊維径5〜30μm、繊維長1〜30mmのものである、繊維強化樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
特許文献1には、熱可塑性ポリマーに平均径が5〜20μmであり、数加重平均長が200〜800μmであるセルロース系人工繊維を配合した複合材料の発明が記載されている。
セルロース系人工繊維として、実施例ではTENCEL(登録商標)が使用されている。
(A)熱可塑性樹脂40〜90質量%、(B)レーヨン繊維60〜10質量%を含有しており、(A)成分の熱可塑性樹脂中に(B)成分のレーヨン繊維(但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く)が分散されたものであり、
(B)成分のレーヨン繊維が繊維径5〜30μm、繊維長1〜30mmのものである、繊維強化樹脂組成物と、その製造方法を提供する。
〔(A)成分〕
(A)成分の熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。
(A)成分の熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂から選ばれるものを含むものが好ましく、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂から選ばれるものがより好ましい。
酸変性ポリオレフィンとしては、マレイン酸変性ポリオレフィン(マレイン酸変性ポリプロピレン)、無水マレイン酸変性ポリオレフィン(無水マレイン酸変性ポリオレフィン)が好ましい。
(A)成分として酸変性ポリオレフィンを併用するとき、(A)成分中の酸量(酸変性ポリオレフィンに含まれる酸の(A)成分中の量)が、無水マレイン酸換算で平均0.005〜0.5質量%の範囲になるように配合することが好ましい。
脂肪族ポリアミドとしては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12等を挙げることができる。
芳香族ポリアミドとしては、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジアミン又は脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジアミンから得られるもの、例えば、ナイロンMXD(メタキシリレンジアミンとアジピン酸)、ナイロン6T(ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸)、ナイロン6I(ヘキサメチレンジアミンとイソフタル酸)、ナイロン9T(ノナンジアミンとテレフタル酸)、ナイロンM5T(メチルペンタジアミンとテレフタル酸)、ナイロン10T(デカメチレンジアミンとテレフタル酸)を挙げることができる。
これらの中でも、ポリアミド6、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド11、ポリアミド12等の脂肪族ポリアミドが好ましい。
(B)成分のレーヨン繊維は、Lenzinger Berichte 87(2009)p98-p105に記載されたものを使用することができ、例えば、ビスコースレーヨン、ポリノジック、モダール、キュプラ、リヨセル(テンセル)、BocellやFORTIZAN(〔CELANESE社製〕レーヨンアセテートを延伸した後、アルカリでケン化させて得られる繊維)等を使用することができる。
(B)成分のレーヨン繊維は、レーヨン繊維単独からなるものであり、レーヨン繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて一体化させたものは含まれない。
(B)成分のレーヨン繊維は、製造工程において加えられる物理的力により生じる粉状のものを含むこともあるため、組成物中の(B)成分のレーヨン繊維に含まれる90質量%以上が繊維長1〜30mmの範囲であるものが好ましく、繊維長2〜15mmの範囲にあるものがより好ましく、繊維長2〜8mmの範囲にあるものがさらに好ましい。
(B)成分のレーヨン繊維の繊維長は、製造時に使用する原料としての長さである。
ここでX線配向度は、特開平9−31744号公報の段落番号0012と段落番号0013や特開平9−256216号公報の段落0020から段落0021の数式から求められるものである。
(B)成分のレーヨン繊維は、結晶性が高い天然セルロース繊維等に比べると繊維表面の活性が強く反応性が高い。よって、(B)成分を含有することによる効果をより高めるため、(A)成分として酸変性ポリオレフィンを併用することが好ましい。(A)成分として酸変性ポリオレフィンのような官能基含有樹脂を含有することで、(B)成分のレーヨン繊維と(A)成分の樹脂との界面強度がより高くなり、物性がさらに向上されるとともに、長い繊維を使用することによる物性向上効果もさらに大きくなる。
(A)成分が40〜90質量%、(B)成分が60〜10質量%、
(A)成分40〜80質量%、(B)成分60〜20質量%が好ましく、
(A)成分50〜70質量%で(B)成分50〜30質量%がより好ましい。
本発明の組成物が造粒物であるとき、粒径は1〜30mmの範囲であるものが好ましく、3〜20mmの範囲であるものがより好ましく、5〜18mmの範囲であるものがさらに好ましい。
粒径が10mm以上であると、成形体の機械的強度を向上させる効果が得られ、30mm以下であると、射出成形機を使用して成形するとき、射出成形機への供給が安定する。
上記した本発明の繊維強化樹脂組成物の製造方法を工程ごとに説明する。
第1工程にて、攪拌手段として回転羽根を有するミキサーに、(B)成分のレーヨン繊維を入れて攪拌する。
(B)成分のレーヨン繊維は、レーヨン繊維単独からなるものであり、レーヨン繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて一体化させたものは含まれない。
製造原料として使用するレーヨン繊維は、繊維径が5〜30μmで、長さが1〜30mm程度のものであればよい。
例えば、三井鉱山(株)製ヘンシェルミキサー、FM20C/I(容量20L)、(株)カワタ製スーパーミキサー、SMV−20(容量20L)、(株)森山製作所 加圧ニーダー(DR3-10MB-E)を用いることができる。
第1工程と第2工程は、ミキサーの攪拌を停止することなく、連続した1つの工程にすることができる。
攪拌を継続するとミキサー内の温度が上昇し続け、モーターの動力が上昇する。この動力の上昇及びミキサー内の温度に応じて攪拌速度を徐々にあるいは一気に減速して回転数を低下させることが好ましく、平均周速が前記範囲になるようにする。
このときの温度は120〜140℃程度が好ましい。
この工程の処理により、前記混合物を固化する(固化により造粒する)。第3工程では、ミキサーの冷却効率を高めるため、第1工程と第2工程で用いたミキサーとは別のミキサー(好ましくは冷却手段を有しているもの)を用いることが好ましい。
なお、摩擦熱の発生により、ミキサー内の温度が上がりすぎると一旦固化された(A)成分の熱可塑性樹脂が再溶融してしまうため、第3工程においても、ミキサー内の温度を管理することが好ましい。
なお、(B)成分のレーヨン繊維はガラス繊維や炭素繊維と比べると柔らかいこと、上記した製造方法を適用した場合には、押出機により溶融混練してペレットを得た場合と比べてレーヨン繊維が折れ難いことから、製造原料として繊維長さ1〜30mmの範囲内のレーヨン繊維を使用した場合、得られた組成物(造粒物)の繊維長さは実質的には変化が小さいものと考えられる。
(A)成分および(B)成分以外の添加剤を添加するときは、第2工程において添加するか、第3工程終了後に添加することができる。
このペレットの外径は、1〜10mmの範囲が好ましく、2〜8mmの範囲がより好ましく、2〜6mmの範囲がさらに好ましい。
このペレットの長さは、1〜30mmの範囲が好ましく、2〜15mmの範囲がより好ましく、2〜8mmの範囲がさらに好ましい。
[第1工程]
ヒーターミキサー(上羽根:混練用タイプ、下羽根:高循環・高負荷用、ヒーター及び温度計付き、容量20L、品名ヘンシェルミキサーFM20C/I、三井鉱山(株)製)を140℃に加温し、表1に示す繊維長の(B)成分のレーヨン繊維や比較用(B)成分を投入し、平均周速50m/秒で攪拌した。
続いて、表1に示す(A)成分のポリプロピレン樹脂(酸変性PPを含む)とその他の成分を同じヒーターミキサー内に投入した後、平均周速50m/秒で攪拌を続けた。このときのモーターの動力は2.5kWであった。
約10分経過時点において、動力が上がり始めた。さらに1分後、動力が4Aに上昇したので、周速を25m/sの低速に落とした。さらに、低速の攪拌の継続により、動力が再度上昇し始めた。
低速回転開始1分30秒後、動力は5kWに達したので、ミキサーの排出口を開け、接続する冷却ミキサーに排出した。
冷却ミキサー〔回転羽根:冷却用標準羽根,水冷手段(20℃)及び温度計付き,容量45L,クーラーミキサー〕平均周速10m/秒で攪拌を開始し、ミキサー内の温度が80℃になった時点で攪拌を終了した。この工程により、(A)成分のポリプロピレンと(B)成分のレーヨン繊維の混合物は固化して、直径が15mm程度の球状の造粒物(組成物)が得られた。
PP(ポリプロピレン):J139((株)プライムポリマー製)
酸変性PP:UM1001(三洋化成工業(株)製)、無水マレイン酸5%
・レーヨン繊維1:Bocellを繊維長6mmにカットしたもの、繊維径12μm、X線配向度93%
・レーヨン繊維2:Bocellを繊維長4mmにカットしたもの、繊維径12μm、X線配向度93%
・レーヨン繊維3:Bocellを繊維長2mmにカットしたもの、繊維径12μm、X線配向度93%
(比較(B)成分)
・レーヨン繊維4:TENCEL FCP(Lenzing社製)繊維長0.6mm、繊維径10μm、X線配向度91%
・セルロース繊維1:NDP-T(日本製紙(株)),繊維径20μm、
酸化防止剤1:Irganox 1010 (BASFジャパン(株))
酸化防止剤2:IRGAFOS 168 (BASFジャパン(株))
滑剤:ステアリン酸カルシウム
(レーヨン繊維のX線配向度)
X線配向度は,透過法で求めた。シンチレーションカウンターを(101)面の回折角度に相当する2θ=20.1°に固定し,繊維束を入射X線に対し垂直に回転させ,方位角ψの回折X線強度を測定し、E.Ott、M.Spurlin編「Cellulose and Cellulose Derivatives」2nd.ed、Vol.II,Interscience lishers, New York(1954)に記載される次式により算出した。式中、ψ1/2 は、方位角度(degrees)で表した半値幅である。
fc(%)={(1−(ψ1/2/180))×100
下記条件にてISO多目的試験片A型形状品(厚み4mm)を作製して、下記の各測定用の試験片とした。
装置:(株)三菱重機工業製,265/100MSII
シリンダー温度200℃
金型温度:80℃
スクリュー径:36mm
(2)伸び率(%):ISO527に準拠して測定した。
(3)曲げ強さ(MPa):ISO178に準拠して測定した。
(4)曲げ弾性率(MPa):ISO178に準拠して測定した。
(5)比弾性率:曲げ弾性率/密度
(6)シャルピー衝撃強度(kJ/m2):ISO179/1eAに準拠して、ノッチ付きシャルピー衝撃強さを測定した。
(7)荷重たわみ温度(℃):ISO75に準拠して測定した。
表1から確認できるとおり、(B)成分のレーヨン繊維を含んでいる実施例の成形体は、比較例の成形体と比べると高い機械的強度を有していた。
Claims (8)
- (A)熱可塑性樹脂40〜90質量%、(B)レーヨン繊維60〜10質量%を含有しており、(A)成分の熱可塑性樹脂中に(B)成分のレーヨン繊維(但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く)が分散されたものであり、
(B)成分のレーヨン繊維が繊維径5〜30μm、繊維長1〜30mmのものである、繊維強化樹脂組成物。 - 繊維強化樹脂組成物が造粒物である、請求項1記載の繊維強化樹脂組成物。
- (B)成分のレーヨン繊維が繊維長2〜15mmのものである請求項1記載の繊維強化樹脂組成物。
- (B)成分のレーヨン繊維が繊維長2〜8mmのものである請求項1記載の繊維強化樹脂組成物。
- (B)成分のレーヨン繊維が、X線配向度が86%以上のものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物。
- (A)成分の熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂又はポリアミド系樹脂である請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物の製造方法であって、
攪拌手段として回転羽根を有するミキサーに、(B)成分のレーヨン繊維(但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く)を入れて攪拌する工程、
前記ミキサー内に(A)成分の熱可塑性樹脂を入れた後に攪拌することで、発生した摩擦熱により(A)成分の熱可塑性樹脂を溶融させて、(B)成分のレーヨン繊維に(A)成分の熱可塑性樹脂が付着した混合物を得る工程、
前記混合物を冷却しながら低速攪拌する工程、
を有する繊維強化樹脂組成物の製造方法。 - 前記ミキサーが、ヘンシェルミキサーまたはバンバリーミキサーである、請求項7記載の繊維強化樹脂組成物の製造方法。
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