JP2018176542A

JP2018176542A - 繊維含有樹脂成形体

Info

Publication number: JP2018176542A
Application number: JP2017079262A
Authority: JP
Inventors: 元貴前川; Mototaka Maekawa
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】剛性だけでなく、耐衝撃性にも優れる繊維含有樹脂成形体を提供する。【解決手段】本発明は、熱可塑性樹脂、植物繊維及び高強力繊維を含有することを特徴とする繊維含有樹脂成形体である。高強力繊維の引張弾性率は２７ＧＰａ以上であることが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明は、剛性及び耐衝撃性に優れる繊維含有樹脂成形体に関する。

従来、植物繊維及び熱可塑性樹脂（繊維）の混合物を加熱・加圧して得られる繊維含有樹脂成形体は、ドアトリム基材、インナーパネル、ピラーガーニシュ、リヤパッケージ、天井基材、衝撃吸収材、吸音材等の車両用内装材；壁材、床材、床下の衝撃吸収材、断熱材等の建材；スピーカーボックス、吸音材等の機器材料等として、広く使用されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００１−１７９７１６号

繊維素材として、植物繊維のみを含む繊維含有樹脂成形体は、軽量で剛性を有する一方、耐衝撃性が十分でない場合があった。
本発明の目的は、剛性だけでなく、耐衝撃性にも優れる繊維含有樹脂成形体を提供することである。

本発明は、以下に示される。
１．熱可塑性樹脂、植物繊維及び高強力繊維を含有することを特徴とする繊維含有樹脂成形体。
２．上記高強力繊維の引張弾性率が２７ＧＰａ以上である上記項１に記載の繊維含有樹脂成形体。
３．上記高強力繊維が、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維及びガラス繊維から選ばれた少なくとも１種である上記項１又は２に記載の繊維含有樹脂成形体。
４．上記植物繊維及び上記高強力繊維の含有割合が、上記繊維含有樹脂成形体の全体に対して、それぞれ、２０〜９５質量％及び１〜４０質量％である上記項１乃至３のいずれか一項に記載の繊維含有樹脂成形体。
５．上記熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂である上記項１乃至４のいずれか一項に記載の繊維含有樹脂成形体。

本発明の繊維含有樹脂成形体は、剛性だけでなく、耐衝撃性にも優れる。

ここで示される事項は、例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

本発明の繊維含有樹脂成形体は、熱可塑性樹脂、植物繊維及び高強力繊維を含有する物品であり、好ましくは、植物繊維どうし、高強力繊維どうし、又は、これらの繊維が、熱可塑性樹脂に接合されてなり、熱可塑性樹脂を含む母相に、植物繊維及び高強力繊維が分散されてなる樹脂成形体である。

本発明に係る熱可塑性樹脂は、特に限定されず、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン・プロピレンランダム共重合体等のオレフィン系樹脂；ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート等の脂肪族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂；ポリスチレン；アクリル樹脂；ポリアミド樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリアセタール樹脂；ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂は、植物繊維又は高強力繊維の表面に対する親和性を高めるために、変性（酸無水物変性、カルボン酸変性、エポキシ変性又はオキサゾリン変性）されていてもよい。
上記熱可塑性樹脂は、好ましくは、オレフィン系樹脂及びポリエステル樹脂であり、より好ましくは、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂である。

本発明に係る植物繊維は、特に限定されず、植物における、幹、茎、枝、葉、根等に由来する繊維が、そのまま含まれてよいし、これらが、熱処理、乾燥処理、粉砕処理、化学処理等により加工されていてもよい。
上記植物繊維は、好ましくは、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、針葉樹（杉、檜等）、広葉樹、綿花等に由来する線状繊維体である。このうち、木質茎を有し、成長が極めて早い一年草であり、優れた二酸化炭素吸収性を有し、大気中の二酸化炭素量の削減、森林資源の有効利用等に貢献するアオイ科植物であるケナフに由来する線状繊維体（ケナフ繊維）であることが特に好ましい。このケナフとしては、学名におけるｈｉｂｉｓｃｕｓｃａｎｎａｂｉｎｕｓ及びｈｉｂｉｓｃｕｓｓａｂｄａｒｉｆｆａ等、通称名における紅麻、キューバケナフ、洋麻、タイケナフ、メスタ、ビムリ、アンバリ麻及びボンベイ麻等が挙げられる。

上記植物繊維は、通常、中実体であり、その長さ（繊維長）及び外径（繊維径）は、特に限定されない。繊維長の上限は、好ましくは１５０ｍｍである。尚、上記繊維長の平均値は、好ましくは１０〜１００ｍｍ、より好ましくは３０〜８０ｍｍである。また、繊維径の上限は、好ましくは１５００μｍである。尚、上記繊維径の平均値は、好ましくは２０〜５００μｍ、より好ましくは２０〜２００μｍである。

本発明の繊維含有樹脂成形体に含まれる植物繊維の形状は、特に限定されない。長さ方向の形状は、直線状、折れ線状、曲線状、螺旋状又はこれらの変形形状とすることができる。断面の外形は、円形、楕円形、多角形又はこれらの変形形状とすることができる。

本発明の繊維含有樹脂成形体に含まれる植物繊維の含有割合は、成形体の構造保持の観点から、繊維含有樹脂成形体の全体に対して、好ましくは２０〜９５質量％、より好ましくは３０〜７０質量％である。
また、上記植物繊維及び高強力繊維の合計を１００質量％とした場合の上記植物繊維の含有割合は、好ましくは４０〜９８質量％、より好ましくは７０〜９０質量％である。

本発明に係る高強力繊維は、ＪＩＳＬ１０１５又はＪＩＳＬ１０１３に準じて測定される引張弾性率が好ましくは２７ＧＰａ以上、より好ましくは４０ＧＰａ以上、更に好ましくは５０ＧＰａ以上、特に好ましくは６０ＧＰａ以上の繊維である。上記高強力繊維としては、アラミド繊維（パラ型又はメタ型）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（以下、「ＰＢＯ繊維」という）、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素繊維、ＰＢＴ繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリイミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリアゾメチン繊維等が挙げられる。本発明の繊維含有樹脂成形体に含まれる高強力繊維は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。上記高強力繊維は、好ましくは、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維及びガラス繊維であり、特に好ましくはアラミド繊維及びＰＢＯ繊維である。これらの繊維の場合、上記熱可塑性樹脂は、耐衝撃性の観点から、好ましくは、植物繊維と親和性の低い樹脂、即ち、非変性の樹脂であり、特に好ましくは、非変性のオレフィン系樹脂である。例えば、熱可塑性樹脂が、非変性のオレフィン系樹脂を含む場合、繊維含有樹脂成形体が衝撃を受けると、衝撃エネルギーが摩擦エネルギーに変換される一方、残りの衝撃エネルギーを高強力繊維が受け止め、熱可塑性樹脂が十分に接着した高強力繊維を追従するため、繊維含有樹脂成形体は、剛性だけでなく耐衝撃性にも優れる。

上記高強力繊維は、通常、中実体であり、その長さ（繊維長）及び外径（繊維径）は、特に限定されない。繊維長の上限は、好ましくは１５０ｍｍである。尚、上記繊維長の平均値は、好ましくは１０〜１００ｍｍ、より好ましくは３０〜８０ｍｍである。また、繊維径の上限は、好ましくは１０００μｍである。尚、上記繊維径の平均値は、好ましくは３〜５００μｍ、より好ましくは３〜１００μｍである。

本発明の繊維含有樹脂成形体に含まれる高強力繊維は、ファイバー状の単繊維，フィラメント状の繊維束、及び、トウ状の撚り繊維のいずれの形態であってもよい。また、上記高強力繊維の形状は、特に限定されない。長さ方向の形状は、直線状、折れ線状、曲線状、螺旋状又はこれらの変形形状とすることができる。断面の外形は、円形、楕円形、多角形又はこれらの変形形状とすることができる。

本発明の繊維含有樹脂成形体に含まれる高強力繊維の含有割合は、特に限定されないが、成形体の機械物性の観点から、繊維含有樹脂成形体の全体に対して、好ましくは１〜４０質量％、より好ましくは２〜２０質量％である。

本発明の繊維含有樹脂成形体は、熱可塑性樹脂、植物繊維及び高強力繊維以外に、更に、他の成分を含有することができる。他の成分としては、従来、公知の熱可塑性樹脂成形品に含まれる添加剤、バルーン等が挙げられる。

本発明の繊維含有樹脂成形体を製造する方法は、特に限定されないが、好ましい製造方法は、植物繊維及び高強力繊維と、溶融状態の熱可塑性樹脂との繊維混合物を、従来、公知の成形工程に供する方法である。

上記繊維混合物は、例えば、熱可塑性樹脂の成形体（ペレット、繊維状物等）と、植物繊維と、高強力繊維とを混合（混繊）して得られた、繊維集積体とすることができる。
熱可塑性樹脂の成形体は、好ましくは、熱可塑性樹脂繊維であり、その形状は、直線状、曲線状、螺旋状等のいずれでもよい。
上記熱可塑性樹脂繊維の繊維長は、好ましくは３０ｍｍ以上、より好ましくは３０〜１００ｍｍ、更に好ましくは３０〜７０ｍｍである。この繊維長が３０ｍｍ以上であると、熱可塑性樹脂繊維どうしの十分な絡み合い、並びに、熱可塑性樹脂繊維と、植物繊維と、高強力繊維との十分な絡み合いを得やすく、その後の成形工程により、植物繊維及び高強力繊維が均一に分散した繊維含有樹脂成形体を効率よく製造することができる。尚、上記熱可塑性樹脂繊維の繊維径は、特に限定されないが、好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍ、更に好ましくは３０〜１００μｍである。
上記繊維集積体の形成に用いる植物繊維及び高強力繊維は、既述のとおりである。

上記繊維集積体を形成する場合の熱可塑性樹脂繊維、植物繊維及び高強力繊維の使用量の割合は、これらの合計を１００質量％とした場合に、それぞれ、好ましくは４〜７９質量％、２０〜９５質量％及び１〜４０質量％、より好ましくは１０〜６８質量％、３０〜７０質量％及び２〜２０質量％である。
上記繊維集積体を形成する場合、エアレイ法、カード法等を適用することができ、その後、必要に応じて、交絡を行ってもよい。

熱可塑性樹脂繊維を含む繊維集積体の場合、熱可塑性樹脂繊維は溶融する温度であって、植物繊維及び高強力繊維が溶融しない温度に加熱し、金型等を用いて所定形状の繊維含有樹脂成形体を製造することができる。加熱温度は、熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の種類により、適宜、選択される。

本発明の繊維含有樹脂成形体は、剛性及び耐衝撃性に優れ、耐衝撃性については、シャルピー衝撃強さを指標とした場合、高強力繊維を含有しない成形体に対して、好ましくは３０％以上、より好ましくは８０％以上、特に好ましくは１００％以上の性能を発揮する。このように、本発明の繊維含有樹脂成形体は、割れにくい性質を有するため、板体だけでなく、凸部を有するもの等、あらゆる形状の繊維含有樹脂成形体を、広い用途に適用することができる。

以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。

１．原料
１−１．植物繊維
平均径０．０５ｍｍ及び繊維長７０ｍｍのケナフ繊維を用いた。
１−２．高強力繊維
（１）ＰＢＯ繊維
繊度１．７ｄｔｅｘ及び繊維長５０ｍｍの東洋紡社製ＰＢＯ繊維「ザイロン」（商品名）を用いた。ＪＩＳＬ１０１３に準ずる引張弾性率は、１８０ＧＰａである。
（２）アラミド繊維Ｘ
繊度１．７ｄｔｅｘ及び繊維長５０ｍｍの帝人社製パラ型アラミド繊維「テクノーラ」（商品名）を用いた。ＪＩＳＬ１０１３に準ずる引張弾性率は、３３ＧＰａである。
（３）アラミド繊維Ｙ
繊度１．７ｄｔｅｘ及び繊維長５０ｍｍの帝人社製パラ型アラミド繊維「トアロン」（商品名）を用いた。ＪＩＳＬ１０１３に準ずる引張弾性率は、３３ＧＰａである。
１−３．熱可塑性樹脂繊維
（１）ポリプロピレン繊維
日本ポリプロ社製ポリプロピレン樹脂「ノバテックＳＡ０１」（商品名）を溶融紡糸して得られた、繊度６．６ｄｔｅｘ及び繊維長５１ｍｍの樹脂繊維を用いた。
（２）酸変性ポリプロピレン繊維
上記ポリプロピレン樹脂９５質量％と、三菱化学社製無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂「モディックＰ９０８」（商品名）５質量％とをドライブレンドした後、溶融紡糸して得られた、繊度６．６ｄｔｅｘ及び繊維長５１ｍｍの樹脂繊維を用いた。

２．繊維含有樹脂成形体の製造及び評価
実施例１
４５質量部のケナフ繊維と、５質量部のＰＢＯ繊維と、５０質量部のポリプロピレン繊維とを、カード機により積層し、繊維集積体を作製した。
次いで、この繊維集積体を熱板プレスにより加熱圧縮（２３５℃、６０秒間）し、厚さが約３ｍｍのマットを得た。その後、このマットの冷却プレスを６０秒間行って、その温度を２５℃とし、サイズが５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２．５ｍｍ、目付が１．５ｋｇ／ｍ^２の板状樹脂成形体（ボード）を得た。

得られたボードについて、シャルピー衝撃強さ（ＩＳＯ１７９−１に準拠）及び曲げ弾性率（ＩＳＯ１４１２５に準拠）を測定したところ、それぞれ、２８．７ｋＪ／ｍ^２及び２９２１ＭＰａであった（表１参照）。尚、曲げ弾性率の測定に際しては、試験片（長さ１５０ｍｍ、幅５０ｍｍ及び厚さ４ｍｍ）を用い、試験片を支点間距離（Ｌ）１００ｍｍとした２つの支点（曲率半径５．０ｍｍ）で支持しながら、支点間中心に配置した作用点（曲率半径３．２ｍｍ）から速度５０ｍｍ／分にて荷重の負荷を行って測定した。

実施例２
原料として、４８質量部のケナフ繊維、２質量部のＰＢＯ繊維及び５０質量部のポリプロピレン繊維を用いた以外は、実施例１と同様にして、板状樹脂成形体（ボード）を得た。そして、得られたボードについて、シャルピー衝撃強さ及び曲げ弾性率を測定したところ、それぞれ、２７．４ｋＪ／ｍ^２及び２７８０ＭＰａであった（表１参照）。

実施例３
ＰＢＯ繊維に代えて、アラミド繊維Ｘを用いた以外は、実施例１と同様にして、板状樹脂成形体（ボード）を得た。そして、得られたボードについて、シャルピー衝撃強さ及び曲げ弾性率を測定したところ、それぞれ、３０．５ｋＪ／ｍ^２及び２５７５ＭＰａであった（表１参照）。

実施例４
５０質量部のポリプロピレン繊維に代えて、４７．５質量部のポリプロピレン繊維及び２．５質量部の酸変性ポリプロピレン繊維を用い、ＰＢＯ繊維に代えて、アラミド繊維Ｙを用いた以外は、実施例１と同様にして、板状樹脂成形体（ボード）を得た。そして、得られたボードについて、シャルピー衝撃強さ及び曲げ弾性率を測定したところ、それぞれ、１７．６ｋＪ／ｍ^２及び２６６２ＭＰａであった（表１参照）。

実施例５
ＰＢＯ繊維に代えて、アラミド繊維Ｙを用いた以外は、実施例１と同様にして、板状樹脂成形体（ボード）を得た。そして、得られたボードについて、シャルピー衝撃強さ及び曲げ弾性率を測定したところ、それぞれ、２６．６ｋＪ／ｍ^２及び２５８９ＭＰａであった（表１参照）。

比較例１
原料として、５０質量部のケナフ繊維及び５０質量部のポリプロピレン繊維を用いた以外は、実施例１と同様にして、板状樹脂成形体（ボード）を得た。そして、得られたボードについて、シャルピー衝撃強さ及び曲げ弾性率を測定したところ、それぞれ、１２．５ｋＪ／ｍ^２及び２２９０ＭＰａであった（表１参照）。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的及び例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施例を参照したが、本発明をここに掲げる開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

本発明の繊維含有樹脂成形体は、車両、船舶、航空機、建築等の分野において広く利用され、これらの分野における内装材、外装材、構造材等として好適である。
車両の分野では、自動車用で、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、ダッシュボード、各種インストルメントパネル、デッキトリム、バンパー、スポイラー、カウリング等が挙げられる。
船舶又は航空機の分野では、パッケージトレー、アームレストの芯材、シート構造材、コンソールボックス、ダッシュボード、各種インストルメントパネル等が挙げられる。
また、建築の分野では、家具用で、机、椅子、棚、箪笥等の表装材、構造材や、住宅用で、ドア表装材、ドア構造材等が挙げられる。
その他、包装体、収容体（トレイ等）、保護用部材、パーティション部材等として用いることもできる。

Claims

熱可塑性樹脂、植物繊維及び高強力繊維を含有することを特徴とする繊維含有樹脂成形体。
前記高強力繊維の引張弾性率が２７ＧＰａ以上である請求項１に記載の繊維含有樹脂成形体。
前記高強力繊維が、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、炭素繊維及びガラス繊維から選ばれた少なくとも１種である請求項１又は２に記載の繊維含有樹脂成形体。
前記植物繊維及び前記高強力繊維の含有割合が、前記繊維含有樹脂成形体の全体に対して、それぞれ、２０〜９５質量％及び１〜４０質量％である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の繊維含有樹脂成形体。
前記熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の繊維含有樹脂成形体。