JP2016117840A - 溶融成形用ペレット混合物およびこれを用いて製造された成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に良好な強度を有する成形品を製造することができる溶融成形用ペレット混合物およびこれを用いて製造された成形品を提供すること。【解決手段】第１強化剤および第１熱可塑性ポリマーを含有する第１ペレット；および第２強化剤および第２熱可塑性ポリマーを含有する第２ペレットを含む溶融成形用ペレット混合物であって、第１強化剤および第２強化剤が、それぞれの弾性率をＥ１（ＧＰａ）およびＥ２（ＧＰａ）としたとき、以下の関係式：Ｅ１＞Ｅ２を満たし、第１ペレットおよび第２ペレットが、せん断速度８２７０／ｓおよび温度２３０℃でのそれぞれの溶融粘度をη１（Ｐａ・ｓ）およびη２（Ｐａ・ｓ）としたとき、以下の関係式：η１＜η２を満たす溶融成形用ペレット混合物、および該溶融成形用ペレット混合物を用いて溶融成形してなる成形品。【選択図】なし

Description

本発明は、溶融成形用ペレット混合物およびこれを用いて製造された成形品に関する。

従来より、ポリマー成形品の分野では、成形品の強度向上の観点から、成形品には炭素繊維やガラス繊維等の強化剤が含有する方法が使われている。このような成形品は、界面接着性の確保の観点から、予め、強化剤をポリマー中に含有させてなるペレットを用いて成形品を製造することが一般的である（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２７６２７４号公報

しかしながら、２種類の強化剤をポリマー中に含有させてなる１種類のペレットを用いて成形品を製造すると、十分に良好な強度が得られない、という問題が生じていた。

本発明は、十分に良好な強度を有する成形品を製造することができる溶融成形用ペレット混合物およびこれを用いて製造された成形品を提供することを目的とする。

本発明は、
第１強化剤および第１熱可塑性ポリマーを含有する第１ペレット；および
第２強化剤および第２熱可塑性ポリマーを含有する第２ペレットを含む溶融成形用ペレット混合物であって、
第１強化剤および第２強化剤が、それぞれの弾性率をＥ_１（ＧＰａ）およびＥ_２（ＧＰａ）としたとき、以下の関係式：
Ｅ_１＞Ｅ_２
を満たし、
第１ペレットおよび第２ペレットが、せん断速度８２７０／ｓかつ温度２３０℃でのそれぞれの溶融粘度をη_１（Ｐａ・ｓ）およびη_２（Ｐａ・ｓ）としたとき、以下の関係式：
η_１＜η_２
を満たす溶融成形用ペレット混合物、および該溶融成形用ペレット混合物を用いて溶融成形してなる成形品に関する。

本発明に係る溶融成形用ペレット混合物を用いると、十分に良好な強度を有する成形品を製造することができる。

本発明においてペレットの溶融粘度を測定するための樹脂粘度測定装置を取り付けた射出成形機を一部断面で示す側面図である。 図１の樹脂粘度測定装置に具備される可動型における固定型との合わせ面の具体的な構造を示す概略見取り図である。 （Ａ）は粘度算出の説明図であり、（Ｂ）は流量算出の説明図（圧力波形図）である。 本発明のペレット混合物を用いて成形品を製造するための射出成形機の一例を示す断面図である。 図４の射出成形機のスクリューの供給部を拡大して示す側面図である。 図４の射出成形機の逆流防止リング部分を拡大して示す断面図である。 本発明で使用されるペレット製造装置の一例の概略構成図である。

本発明においては、弾性率が異なる少なくとも２種類の強化剤を含有するペレット混合物において、弾性率が比較的高い強化剤を含有するペレットの特定条件での溶融粘度を、弾性率が比較的低い強化剤を含有するペレットの同条件での溶融粘度よりも低くする。これにより、十分に良好な強度を有する成形品を製造することができる。本発明において、成形品の強度が十分に良好になるメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のメカニズムに基づくものと考えられる。成形時のせん断流動下における溶融粘度が低い第１のペレットは、同条件での溶融粘度が高い第２のペレットよりも、溶融成形時において流動し易い。このような第１のペレットはこれに含有される弾性率の高い第１の強化剤とともに流動するので、第１の強化剤は、第２のペレットに含有される第２の強化剤と、あまり絡み合うことなく、十分に分散される。例えば、射出成形法、押出成形法などのような成形方向（例えば、射出方向、押出方向）が規定される溶融成形法により成形品を製造する場合においては、成形方向および当該成形方向に対して垂直な方向（例えば、幅方向および厚み方向）のいずれの方向においても、第１の強化剤は十分に分散される。この結果、本発明において、成形品の強度が十分に良好になるものと考えられる。

例えば、１種類のペレットに、弾性率が比較的高い強化剤も、弾性率が比較的低い強化剤も含有させると、得られる成形品において強度が低下する。当該１種類のペレットに含有される弾性率が異なる強化剤は通常、異種材料からなり、溶融成形時において、絡み合い易い。異種材料の強化剤は、接触時において、静電的に互いに反対の電荷を僅かに有するようになる。このため、異種材料の強化剤は静電的に引き合い、分散性が低下し、結果として強度が低下するものと考えられる。特に、成形方向が規定される溶融成形法においては、強化剤全体に関する当該成形方向での分散性が低下するために、強度が低下するものと考えられる。

また例えば、弾性率が比較的高い強化剤を含有するペレットおよび弾性率が比較的低い強化剤を含有するペレットの２種類のペレットを使用する場合であっても、前者のペレットの溶融粘度が後者のペレットの溶融粘度よりも高いと、得られる成形品において強度が低下する。弾性率が比較的高い強化剤は成形品の強度の向上に比較的大きく寄与するものであるところ、当該強化剤を含有するペレットは流動し難いために、当該強化剤の分散性が低下し、結果として成形品の強度が低下するものと考えられる。特に、成形方向が規定される溶融成形法においては、弾性率が比較的高い強化剤に関する当該成形方向での分散性が低下するために、強度が低下するものと考えられる。

［ペレット混合物］
本発明のペレット混合物は、少なくとも第１ペレットおよび第２ペレットをドライブレンドしてなる混合物である。

第１ペレットは第１強化剤および第１熱可塑性ポリマーを含有する。
第２ペレットは第２強化剤および第２熱可塑性ポリマーを含有する。

第１強化剤および第２強化剤は、それぞれの弾性率をＥ_１（ＧＰａ）およびＥ_２（ＧＰａ）としたとき、以下の関係式：
Ｅ_１＞Ｅ_２
を満たす。

第１強化剤および第２強化剤は、成形品強度のさらなる向上の観点から好ましくは以下の関係式：
３０≦Ｅ_１−Ｅ_２≦１２００
を満たし、より好ましくは以下の関係式：
１００≦Ｅ_１−Ｅ_２≦１２００
を満たす。

本明細書中、強化剤の弾性率は引張弾性率を意味し、ＪＩＳ Ｒ７６０６またはＬ１０１３ によって測定された値を用いている。但し、強化剤が後述のタルクの場合、タルクの弾性率は産地などで大きく異なること、単体で測定することが難しいことから、弾性率は以下の方法により計算される値を用いている。例えば、ポリプロピレン６０重量％およびタルク４０重量％からなる試料の弾性率Ｅ_ｓを求めた結果、Ｅ_ｓ＝４ＧＰａだとする。この時、弾性率の測定はＪＩＳ Ｋ７１１３に基づいて行い、試料はＪＩＳ Ｋ７１５２に規定される方法により所定の寸法で製造される。この試料においてタルクの配合量を「体積％」単位に換算すると、１７．９１体積％となる。ポリプロピレンの弾性率は１ＧＰａ程度なので、以下の複合則の式より、タルクの弾性率Ｅ_ｔが求まる。
４＝Ｅ_ｔ×０．１７９１＋１×（１−０．１７９１）
Ｅ_ｔ＝２１．３

第１強化剤の弾性率Ｅ_１は通常、５０〜１５００ＧＰａであり、成形品強度のさらなる向上の観点から好ましくは２００〜１０００ＧＰａ、より好ましくは２３０〜３００ＧＰａである。
第２強化剤の弾性率Ｅ_２は通常、１０〜２５０ＧＰａであり、成形品強度のさらなる向上の観点から好ましくは１５〜１００ＧＰａ、より好ましくは５０〜１００ＧＰａである。

第１強化剤および第２強化剤は、上記した弾性率の関係式を満たす限り、それぞれ独立して、炭素繊維、ガラス繊維、タルクからなる群から選択される。

炭素繊維は、石油、石炭、コールタールなどの副生成物（ピッチ）またはポリアクリロニトル（ＰＡＮ）を原料に、高温で炭化して製造された繊維であり、原料に基づいてピッチ系炭素繊維およびＰＡＮ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維が第１強化剤または第２強化剤のいずれの強化剤として使用される場合であっても、炭素繊維の平均繊維径は通常、７〜１０μｍである。炭素繊維は通常、ペレット中、平均繊維長０．５〜２５ｍｍ、好ましくは６〜１３ｍｍで含有される。

炭素繊維は市販品として入手可能である。
ピッチ系炭素繊維の製品として、三菱樹脂製ダイアリードＫ１３Ｃ６Ｕ（弾性率９００ＧＰａ）、日本グラファイトファイバー社製ＸＮ−６０−６０Ｓ（弾性率６２０ＧＰａ）等が挙げられる。
ＰＡＮ系炭素繊維の製品として、東レ製トレカＴ７００（弾性率２３０ＧＰａ）、三菱レイヨン製パイロフィルＴＲ−５０Ｓ（弾性率２４０ＧＰａ）、東邦テナックス製ＨＴＡ４０（弾性率２４０ＧＰａ）等が挙げられる。

ガラス繊維が第１強化剤または第２強化剤のいずれの強化剤として使用される場合であっても、ガラス繊維の平均繊維径は通常、５〜３０μｍであり、好ましくは１０〜２４μｍである。ガラス繊維は通常、ペレット中、平均繊維長０．５〜２５ｍｍ、好ましくは６〜１３ｍｍで含有される。

ガラス繊維もまた市販品として入手可能である。
ガラス繊維の製品として、日東紡社製ＲＳ２４０（弾性率７５ＧＰａ）、セントラルグラスファイバー社製ＥＲＳ２３１０（弾性率７２．６ＧＰａ）等が挙げられる。

タルクは葉片形状または鱗形状の無機物質である。タルクが第１強化剤または第２強化剤のいずれの強化剤として使用される場合であっても、タルクの平均粒径は通常、０．２〜１０μｍであり、好ましくは１〜３μｍである。タルクの平均粒径は、レーザー回折法などの常法により測定される値を用いている。

タルクもまた市販品として入手可能である。
タルクの製品として、竹原化学製ハイミクロンＨＥ５（平均粒径１．６μｍ）、日本タルク製ナノエースＤ−１０００（平均粒径１．０μｍ）等が挙げられる。

第１強化剤および第２強化剤の組み合わせは、上記した弾性率の関係式を満たす限り、いかなる組み合わせであってもよく、例えば、異種材料の組み合わせであってもよいし、または同種材料の組み合わせであってもよい。第１強化剤および第２強化剤の組み合わせの具体例として、例えば、以下の組み合わせが挙げられる：
（Ｒ１）炭素繊維（第１強化剤）−ガラス繊維（第２強化剤）；
（Ｒ２）炭素繊維（第１強化剤）−タルク（第２強化剤）；
（Ｒ３）ガラス繊維（第１強化剤）−タルク（第２強化剤）；
（Ｒ４）ピッチ系炭素繊維（第１強化剤）−ＰＡＮ系炭素繊維（第２強化剤）。

第１強化剤および第２強化剤の好ましい組み合わせは、上記した組み合わせ（Ｒ１）である。

第１強化剤の含有量は通常、第１ペレット全量に対して５〜４０重量％であり、好ましくは１０〜３０重量％である。
第２強化剤の含有量は通常、第２ペレット全量に対して５〜７０重量％であり、好ましくは２０〜６０重量％である。

本発明は、本発明の効果が得られる限り、第１ペレットが２種類以上の第１強化剤を含むこと、および第２ペレットが２種類以上の第２強化剤を含むことを妨げるものではないが、第１ペレットは通常、第１強化剤として１種類の強化剤のみを含むものであり、第２ペレットは通常、第２強化剤として１種類の強化剤のみを含むものである。第１ペレットが２種類以上の第１強化剤を含む場合、それらの合計含有量が上記範囲内であればよい。第２ペレットが２種類以上の第２強化剤を含む場合、それらの合計含有量が上記範囲内であればよい。

本発明において、第１ペレットおよび第２ペレットは、それぞれの溶融粘度をη_１（Ｐａ・ｓ）およびη_２（Ｐａ・ｓ）としたとき、以下の関係式：
η_１＜η_２
を満たす。当該関係式が満たされないと、上記したように、弾性率が比較的高い強化剤を含有する第１ペレットの溶融粘度が、弾性率が比較的低い強化剤を含有する第２ペレットの溶融粘度よりも高くなるため、成形品の強度が低下する。

第１ペレットおよび第２ペレットは、成形品強度のさらなる向上の観点から好ましくは以下の関係式：
１．１≦η_２／η_１≦１０
を満たし、より好ましくは以下の関係式：
１．２≦η_２／η_１≦１０
を満たし、さらに好ましくは以下の関係式：
１．２≦η_２／η_１≦３
を満たす。

本明細書中、溶融粘度は、せん断速度８２７０／ｓかつ温度２３０℃での粘度を意味し、後述する測定装置および測定方法によって測定された値を用いている。

第１ペレットの溶融粘度η_１は通常、１０〜４０Ｐａ・ｓであり、好ましくは１５〜２５である。
第２ペレットの溶融粘度η_２は通常、１５〜５０Ｐａ・ｓであり、好ましくは２０〜３０である。

溶融粘度は、強化剤の種類、含有量および繊維長、熱可塑性ポリマーの種類および分子量などを調整することにより制御することができる。
例えば、熱可塑性ポリマーとして、所定温度でのＭＦＲ値の大きいポリマーを用いた方が、複合材の溶融粘度は低くなる。

本発明は、本発明の効果が得られる限り、第１ペレットが第１強化剤以外に他の強化剤を含むこと、および第２ペレットが第２強化剤以外に他の強化剤を含むことを妨げるものではないが、第１ペレットは通常、強化剤として第１強化剤のみを含むものであり、第２ペレットは通常、強化剤として第２強化剤のみを含むものである。

第１熱可塑性ポリマーおよび第２熱可塑性ポリマーはそれぞれ独立して、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミドなどからなる群から選択されるが、第１熱可塑性ポリマーおよび第２熱可塑性ポリマーは、相溶性を有するものの組合せから選択される。

ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体が挙げられる。

第１熱可塑性ポリマーのメルトフローレートＭ_１は通常、４０〜２００ｇ／１０分であり、好ましくは６５〜１００ｇ／１０分である。
第２熱可塑性ポリマーのメルトフローレートＭ_２は通常、３〜５０ｇ／１０分であり、好ましくは５〜３０ｇ／１０分である。

本明細書中、熱可塑性ポリマーのメルトフローレートは、ＪＩＳ Ｋ７２１０によって測定された値を用いている。ポリマーがＰＰの場合の測定条件は、２３０℃、０．４５ＭＰａである。

本発明は、本発明の効果が得られる限り、第１ペレットが２種類以上の第１熱可塑性ポリマーを含むこと、および第２ペレットが２種類以上の第２熱可塑性ポリマーを含むことを妨げるものではないが、第１ペレットは通常、第１熱可塑性ポリマーとして１種類の熱可塑性ポリマーのみを含むものであり、第２ペレットは通常、第２熱可塑性ポリマーとして１種類の熱可塑性ポリマーのみを含むものである。第１ペレットが２種類以上の第１熱可塑性ポリマーを含む場合、それらの混合物を含む第１ペレットの溶融粘度が第２ペレットの溶融粘度と前述の関係を満たせば良い。第２ペレットが２種類以上の第２熱可塑性ポリマーを含む場合、それらの混合物を含む第２ペレットの溶融粘度が第１ペレットの溶融粘度と前述の関係を満たせば良い。

第１熱可塑性ポリマーおよび第２熱可塑性ポリマーの組み合わせとして、例えば、以下の組み合わせが挙げられる：
（Ｐ１）ポリオレフィン−ポリオレフィン；
（Ｐ２）ポリエステル−ポリエステル；
（Ｐ３）熱可塑性ポリウレタン−熱可塑性ポリウレタン；
（Ｐ４）ポリエチレン−ポリエチレン；
（Ｐ５）ポリプロピレン−ポリプロピレン；
（Ｐ６）ポリエチレン−ポリプロピレン；
（Ｐ７）ポリエチレン−エチレン・プロピレン共重合体；
（Ｐ８）ポリプロピレン−エチレン・プロピレン共重合体。

第１熱可塑性ポリマーおよび第２熱可塑性ポリマーの好ましい組み合わせは、上記した組み合わせ（Ｐ１）、特に組み合わせ（Ｐ５）である。

第１ペレットは、本発明の効果が得られる限り、第１強化剤および第１熱可塑性ポリマー以外に他の添加剤を含有してもよい。他の添加剤として、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤等が挙げられる。第１ペレットにおける他の添加剤の含有量は通常、第１熱可塑性ポリマーに対して１重量％以下である。

第２ペレットもまた、本発明の効果が得られる限り、第２強化剤および第２熱可塑性ポリマー以外に他の添加剤を含有してもよい。他の添加剤は、第１ペレットにおいて含有されてもよい他の添加剤と同様である。第２ペレットにおける他の添加剤の含有量は通常、第２熱可塑性ポリマーに対して１重量％以下である。

第１ペレットおよび第２ペレットは、公知のペレット化方法により、製造することができる。例えば、所定の強化剤および熱可塑性ポリマーを溶融および混練し、押出した後、押し出された混練物を冷却し、回転刃物等の切断機によりカットすることにより製造することができる。あるいは、電線被覆のようにして、強化剤の周囲に溶融させたポリマーを含浸させながら引抜き、冷却・カットすることによっても製造できる。

第１ペレットおよび第２ペレットの形状は特に限定されるものではなく、それぞれ独立して、例えば、円柱形状、楕円柱形状等で良い。

第１ペレットおよび第２ペレットの１粒あたりの長さ（最大長）は通常、それぞれ独立して、３〜２５ｍｍであり、好ましくは６〜１２ｍｍである。

第１ペレットと第２ペレットとの混合比率は特に限定されるものではないが、通常、重量比で１／９〜９／１であり、好ましくは２／８〜６／４である。

本発明のペレット混合物は、第１ペレットおよび第２ペレット以外に、他のペレットを含んでもよい。他のペレットとしては、色付けのための顔料を高濃度に含有させた熱可塑性ポリマーのペレット（いわゆるカラーマスターバッチ）が挙げられる。他のペレットの含有量は通常、ペレット混合物全量に対して３重量％以下である。

［溶融粘度の測定装置および測定方法］
まず、測定装置について詳しく説明する。
ペレットの溶融粘度は樹脂粘度測定装置５０によって測定され、当該樹脂粘度測定装置５０は図１に示すように射出成形機１０に接続して使用される。図１に示す射出成形機１０はインラインスクリュー式であり、同図において、１は加熱シリンダ、２は加熱シリンダ１にペレット（ペレット状樹脂材料）を供給するためのホッパ、３は射出シリンダを内蔵する射出装置、４は固定盤、５は可動盤である。加熱シリンダ１は、樹脂材料を溶融可塑化させて輸送するためのものであって、外周にはバンドヒーター（図示せず）が取り付けられ、内部にはスクリュー８が設けられている。樹脂材料は、外部よりの伝熱と、スクリュー８の回転によるせん断力とによって加熱されて可塑化される。スクリュー８の先端には逆流防止弁９が設けられており、スクリュー８の前進によって、加熱シリンダ１の先端の射出ノズル７から溶融樹脂が成形用金型のキャビティに射出される。

溶融粘度測定時には、図１に示すように、樹脂粘度測定装置５０を射出成形機１０に取り付ける。樹脂粘度測定装置５０において、固定盤４には測定用固定型２０が取り付けられ、可動盤５には測定用可動型３０が取り付けられる。

図２は可動型３０における固定型２０との合わせ面（成形面）３１の具体的な構造を示している。可動型３０の成形面３１には流路（溝部）３２が略渦巻き状に形成されており、流路３２の一端の流入口３３は、固定型２０に形成されたスプル２１に接続され、流路３２の他端の流出口３４は可動型３０の下方に開放されている。従って、スプル２１から流入口３３を経て流路３２に流入する溶融樹脂は高いせん断速度でもって流路３２を流出口３４に向かって流れる。なお流入口３３は流路３２の一端で孔として形成されているわけではなく、固定型２０のスプル２１と通じて、溶融樹脂を流路３２へ流入させる入口である。
固定型２０における可動型３０との合わせ面（成形面）は平面である。

可動型３０の流路３２内には、流動方向に間隔をおいて２箇所に、流路３２を流れる溶融樹脂の圧力勾配を検出するための圧力センサ３５ａおよび３５ｂが設けられている。溶融樹脂の温度は、図１に示す射出成形機１０の射出ノズル７に配設された温度センサー（図示せず）により測定される。

次いで、測定方法について詳しく説明する。
樹脂粘度測定装置５０の固定型２０および可動型３０を射出成形機１０に、その固定盤４と可動盤５とによって取り付ける。射出成形機１０の射出ノズル７を前進させてスプル２１に接続する（ノズルタッチ）。

加熱シリンダ１を所定温度に加熱した状態でスクリュー８を回転・後退させる。これにより、ホッパ２から投入された樹脂材料を加熱可塑化させ、溶融樹脂を加熱シリンダ１の先端部に溜めていく（計量）。スクリュー８を前進させることにより、加熱シリンダ１の先端部の計量された溶融樹脂を射出ノズル７からスプル２１を介して、固定型２０と可動型３０との間の流路３２に流入させ、流出口３４から流出させる。このときの流路３２を流れる溶融樹脂の圧力勾配∂Ｐ／∂ｘを圧力センサ３５ａ、３５ｂの検出値から求める。また、流路３２を流れる溶融樹脂の流量Ｑを別に求める。上記圧力勾配∂Ｐ／∂ｘと流量Ｑとに基いて、当該温度Ｔでの溶融樹脂の粘度ηを求める。

すなわち、図３（Ａ）において、Ｈは流路３２の高さ（深さ）、Ｐ_１及びＰ_２は圧力センサ３５ａ、３５ｂの検出値である。粘度ηは、せん断速度をγとして、せん断応力をτ_Ｗとすると、次式（１）で表すことができる。また、流路３２の幅をＷとすると、せん断速度γは次式（２）で表すことができ、さらに、せん断応力τ_Ｗは次式（３）で表すことができる。

Ｈ及びＷは樹脂流路３２の高さ及び幅であるから、圧力勾配∂Ｐ／∂ｘと流量Ｑが得られると、当該温度Ｔでの粘度ηが求まることになる。樹脂温度Ｔは、例えば図１に示す射出成形機１０の射出ノズル７に配設された温度センサー（図示せず）の検出値にて与えることができる。粘度測定後は、固定型２０および可動型３０の型開きを行ない、流路３２内の樹脂固化物を取り除くことができる。

次に流量Ｑの求め方について説明する。図３（Ｂ）はそのための説明図である。上記圧力勾配を求めるときと同じ条件で（加熱可塑化条件、射出速度（スクリュー前進速度））、溶融樹脂の射出量を変えて少なくとも２回、流路３２への溶融樹脂の射出を行なう。

図３（Ｂ）は異なる実射出量（Ｑ１およびＱ２）で射出を行なったときの、圧力センサ３５ａで検出される溶融樹脂の圧力波形を模式的に示している。実射出量Ｑ１およびＱ２は、流路３２からの溶融樹脂の流出量及び流路３２における溶融樹脂の残量から求めることができる。これらの圧力波形に基づいて、実射出量Ｑ１およびＱ２各々における溶融樹脂の安定流動期の終期ｔ_１，ｔ_２を特定し、その差Δｔ＝ｔ_２−ｔ_１を求める。このΔｔは、実射出量がＱ１からＱ２に変わったことに伴う、安定流動期間の変化量に相当する。次いで、実射出量Ｑ１およびＱ２の差ΔＱ（＝Ｑ２−Ｑ１）を求める。従って、流路３２における溶融樹脂の安定流動期の流量Ｑは、ΔＱをΔｔで除することによって求めることができる（Ｑ＝ΔＱ／Δｔ）。

本発明においては、上記のような測定装置および測定方法において、せん断速度γが８２７０／ｓであり、かつ温度Ｔが２３０℃であるときの溶融粘度ηを測定する。

本発明においてはペレットの溶融粘度を以上のような方法で測定するため、以下のような利点を有する：
（１）実際の成形時の溶融粘度とよく近似した溶融粘度によりペレットを規定することができる。
（２）ポリマーの溶融粘度ではなく、強化剤を含む複合材としての溶融粘度を測定することができる。

［成形品］
本発明のペレット混合物を溶融成形法に供することにより成形品を製造することができる。溶融成形法とは、ペレットを可塑化溶融し、成形した後、冷却により固化させる方法である。このような溶融成形法として、例えば、射出成形法、押出成形法、プレス成形法等が挙げられる。溶融成形法の中でも、複雑形状を高い生産性で成形できる射出成形法、長尺ものが連続的に成形できる押出成形法等を採用して成形品を製造することが好ましい。より好ましくは射出成形法を採用する。

射出成形法を採用する場合、本発明のペレット混合物を用いて射出成形するのに適した低せん断型の射出成形機の一例を図４に示す。

図４に示す射出成形機において、１０１は加熱シリンダ、１０２は加熱シリンダ１０１内に回転可能にかつ進退自在に配置された低せん断型スクリューである。射出成形機は、図示は省略しているが、スクリュー１０２を回転駆動するモータ及びスクリュー１０２を進退駆動する射出シリンダを備えている。また、スクリューヘッド部に顔料などの分散性を高めるためのミキシングヘッドは備えていない。

加熱シリンダ１０１の基端側には成形材料を投入するホッパ１０３が設けられ、加熱シリンダ１０１の先端には射出ノズル１０４が設けられている。加熱シリンダ１０１の外周には外部ヒータ１０５としてのバンドヒータが巻かれている。射出ノズル１０４は繊維強化樹脂成形品を成形する金型１０６のランナー１０７に接続されている。金型１０６はランナー１０７を有する固定型１０６ａと可動型１０６ｂとによって構成されている。固定型１０６ａと可動型１０６ｂによってキャビティ１０８が形成されている。

スクリュー１０２は、スクリュー本体１１１と、スクリュー本体１１１の先端に結合されたスクリューヘッド１１２とを備えている。スクリュー本体１１１は、フライト１１３が１条で形成されているシングルフライト型である。スクリュー本体１１１の長さ（材料供給口１１３からスクリュー先端までの長さ）Ｌとスクリュー本体１１１の直径Ｄの比Ｌ／Ｄは２２以上が良い。Ｌ／Ｄ比の上限は例えば３０程度とすればよい。

スクリュー本体１１１は、基端側（上流側）から先端側（下流側）に向かって順に供給部１１４、圧縮部１１５及び計量部１１６を備えている。供給部１１４は、直径Ｄの１０倍以上１５倍以下の長さを有する。図５に示すように、供給部１１４のスクリュー溝深さ（フライト１１３の高さ）ｄは供給部１１４の全長にわたって一定であり、その溝深さｄは成形材料１１７のいずれのペレット長さよりも大きい。ホッパ１０３から供給部１１４に供給された成形材料１１７は、外部ヒータ１０５の熱を受けて軟化しながら、スクリュー１０２の回転によって、フライト１１３で区切られた空間内を圧縮部１１５に向かって送られる。

圧縮部１１５はスクリュー溝深さが漸減する区間である。成形材料１１７は、圧縮部１１５において、スクリュー１０２の回転によって圧縮されて大きなせん断力と熱を受けて可塑化して溶融し、溶融樹脂として計量部１１６に送られる。計量部１１６は、溶融樹脂をスクリュー１０２の前方の樹脂溜め部に貯えられるように、スクリュー溝深さが計量部１１６の全長にわたって一定で、かつ圧縮部１１５のスクリュー溝深さの最小値と同等で形成されている。

スクリュー１０２の圧縮比（供給部１１４と計量部１１６の溝部の１ピッチ当たりの体積の比）は通常１．６以上１．８以下である。

図６に示すように、スクリューヘッド１１２の背部には共回り構造の逆流防止リング１１８が設けられている。逆流防止リング１１８は、スクリュー本体１１１とスクリューヘッド１１２とを結合する結合軸１１９に溶融樹脂の流路となる隙間１２０を存して進退自在に嵌められている。スクリューヘッド１１２の基端部外周には、当該ヘッド１１２の基端面に開口した溝１２１が周方向に間隔をおいて形成されており、この溝１２１に逆流防止リング１１８より前方に突出した突起１２２が係合している。この係合により、逆流防止リング１１８は、スクリュー１０２と共に回転するようになっている。

（ペレットＡ）
図７に示すペレット製造装置を用いて、ペレットを製造した。詳しくは、二軸押出機（プラスチック工学研究所製、スクリュー直径：３０ｍｍ）２００を用いて、以下の材料を以下の条件で溶融および混練し、押出した。押し出された混練物を水浴２０１により冷却した後、ペレタイザー２０２の回転刃によりカットし、１粒あたり平均長さ４ｍｍのペレットＡ（円柱形状）を得た。
材料：
・ポリプロピレン、日本ポリプロ製、ＭＦＲ７５ｇ／１０分、８０重量％、および
・ＰＡＮ系炭素繊維、東レ社製、弾性率２３０ＧＰａ、２０重量％。
条件：
加熱シリンダの設定温度：２３０℃；
押し出し量：８ｋｇ／時；
スクリュー回転数：１８０ｒｐｍ。

（ペレットＢ）
以下の材料を溶融および混練したこと以外、ペレットＡと同様の方法によりペレットＢを得た。
材料：
・ポリプロピレン、日本ポリプロ製、ＭＦＲ７５／１０分、８０重量％、および
・ガラス繊維、日東紡社製、弾性率７５ＧＰａ、２０重量％。

（ペレットＣ）
以下の材料を溶融および混練したこと以外、ペレットＡと同様の方法によりペレットＣを得た。
材料：
・ポリプロピレン、日本ポリプロ製、ＭＦＲ２１ｇ／１０分、８０重量％、および
・ガラス繊維、日東紡社製、弾性率７５ＧＰａ、２０重量％。

（ペレットＤ）
以下の材料を溶融および混練したこと以外、ペレットＡと同様の方法によりペレットＤを得た。
材料：
・ポリプロピレン、日本ポリプロ製、ＭＦＲ１１ｇ／１０分、８０重量％、および
・ガラス繊維、日東紡社製、弾性率７５ＧＰａ、２０重量％。

（ペレットＥ）
以下の材料を同時に溶融および混練したこと以外、ペレットＡと同様の方法によりペレットＥを得た。
材料：
・ポリプロピレン、日本ポリプロ製、ＭＦＲ７５ｇ／１０分、４０重量％
・ポリプロピレン、日本ポリプロ製、ＭＦＲ１１ｇ／１０分、４０重量％
・ＰＡＮ系炭素繊維、東レ社製、弾性率２３０ＧＰａ、１０重量％、および
・ガラス繊維、日東紡社製、弾性率７５ＧＰａ、１０重量％。

（ペレットの溶融粘度）
ペレットの溶融粘度を前記した測定装置および測定方法を用いて測定した。より詳しい測定条件は以下の通りであった。
せん断速度γ：８２７０／ｓ；
流路３２（図２）の断面形状：長方形状
流路３２（図２）の幅Ｗ：２０ｍｍ
流路３２（図２）の高さＨ：２ｍｍ
加熱シリンダ１（図１）の内部温度Ｔ：２３０℃
スクリュー８（図１）の回転速度：６０ｒｐｍ
金型設定温度：４０℃
圧力センサ３５ａおよび３５ｂの位置：流入口３３の端部からそれぞれ８０ｍｍおよび１１０ｍｍの位置。

（実施例および比較例）
表に示すペレットをドライブレンドしてペレット混合物を得た。得られたペレット混合物を図４〜図６に示す射出成形機に供し、以下に示す条件で射出成形を行い、平板状成形品（ＭＤ方向長さ１８０ｍｍ×ＴＤ方向長さ１８０ｍｍ×厚み３ｍｍ）を得た。ＭＤ方向とは流動方向のことであり、ＴＤ方向とは平板平面においてＭＤ方向に対して垂直な方向のことである。

射出成形条件：
装置：日本製鋼所製；
型締力：２２０トン電動機；
背圧：３ＭＰａ；
シリンダ設定温度：２３０℃；
スクリュータイプ：低せん断タイプ（シングルフライト型、ミキシングヘッドなし）；
スクリュー回転数：６０ｒｐｍ；
射出圧力：２５０ＭＰａ；
射出速度：５０ｍｍ／秒；
保圧：２５ＭＰａ；
保圧時間：８秒；
金型設定温度：４０℃。

（評価）
得られた平板状成形品をカットして８０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍ寸法の試料を作成した。試料は、長軸方向がＭＤ方向に平行になるように位置取りした試料ＭＤが５個と、長軸方向がＴＤ方向に平行になるように位置取りした試料ＴＤが５個とを含む。
試料の曲げ弾性率をＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠して測定した。表には試料ＭＤについての平均値と、試料ＴＤについての平均値とを示す。

実施例で得られた成形品は、比較例で得られた成形品よりも、弾性率が十分に優れていた。特に実施例で得られた成形品の試料ＭＤは、比較例で得られた成形品の試料ＭＤよりも、弾性率が著しく優れていた。
これらの結果より、本発明のペレット混合物を用いて得られた成形品は、従来の成形品と比較して、強化剤の分散性に優れているものと考えられる。本発明のペレット混合物を用いて得られた成形品は、従来の成形品と比較して、特にＭＤ方向での強化剤の分散性に優れているものと考えられる。

本発明のペレット混合物は、自動車分野のドアモジュールキャリアやリフトゲートインナーなどの構造部品を製造するための材料として有用である。

１：加熱シリンダ
２：ホッパ
３：射出装置
４：固定盤
５：可動盤
１０：射出成形機
２０：固定型
３０：可動型
５０：樹脂粘度測定装置
１０２：低せん断型スクリュー
１１３：フライト
１１８：共回り構造型逆流防止リング

Claims (10)

1. 第１強化剤および第１熱可塑性ポリマーを含有する第１ペレット；および
   第２強化剤および第２熱可塑性ポリマーを含有する第２ペレットを含む溶融成形用ペレット混合物であって、
   第１強化剤および第２強化剤が、それぞれの弾性率をＥ_１（ＧＰａ）およびＥ_２（ＧＰａ）としたとき、以下の関係式：
   Ｅ_１＞Ｅ_２
   を満たし、
   第１ペレットおよび第２ペレットが、せん断速度８２７０／ｓおよび温度２３０℃でのそれぞれの溶融粘度をη_１（Ｐａ・ｓ）およびη_２（Ｐａ・ｓ）としたとき、以下の関係式：
   η_１＜η_２
   を満たす溶融成形用ペレット混合物。
2. 第１ペレットおよび第２ペレットが以下の関係式：
   １．１≦η_２／η_１≦１０
   を満たし、
   第１強化剤および第２強化剤が以下の関係式：
   ３０≦Ｅ_１−Ｅ_２≦１２００
   を満たす請求項１に記載の溶融成形用ペレット混合物。
3. 第１ペレットの溶融粘度η_１が１０〜４０Ｐａ・ｓであり、
   第２ペレットの溶融粘度η_２が１５〜５０Ｐａ・ｓであり、
   第１強化剤の弾性率Ｅ_１が５０〜１５００ＧＰａであり、
   第２強化剤の弾性率Ｅ_２が１０〜２５０ＧＰａである請求項１または２に記載の溶融成形用ペレット混合物。
4. 第１強化剤および第２強化剤がそれぞれ独立して、炭素繊維、ガラス繊維、タルクからなる群から選択される請求項１〜３のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物。
5. 第１強化剤が炭素繊維であり、
   第２強化剤がガラス繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物。
6. 第１ペレットが第１強化剤を５〜４０重量％で含有し、
   第２ペレットが第２強化剤を５〜７０重量％で含有する請求項１〜５のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物。
7. 第１熱可塑性ポリマーおよび第２熱可塑性ポリマーがそれぞれ独立して、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミドなどからなる群から選択される請求項１〜６のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物。
8. 第１熱可塑性ポリマーがポリプロピレンであり、
   第２熱可塑性ポリマーがポリプロピレンである請求項１〜６のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物。
9. 溶融成形が射出成形である請求項１〜８のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の溶融成形用ペレット混合物を用いて製造された成形品。

Images