JP2019209509A - Fiber-reinforced resin - Google Patents

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晋作 西田
Shinsaku Nishida
晋作 西田
藤田 直樹
Naoki Fujita
直樹 藤田
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Abstract

To provide the fiber-reinforced resin having excellent mechanical properties and retaining molding processability.SOLUTION: The fiber-reinforced resin containing a thermoplastic resin, a glass fiber and nanocellulose is characterized by that the glass fiber has an irregular cross section.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、繊維強化樹脂に関する。   The present invention relates to a fiber reinforced resin.

繊維強化樹脂は、ガラス繊維やカーボン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維などの繊維材料を樹脂に配合した複合材料である。このような樹脂は軽量で機械的特性、成形加工性に優れているため、自動車や航空機といった輸送機器や、各種電気製品の電子部材において、金属の代替品として利用されている。   The fiber reinforced resin is a composite material in which a fiber material such as glass fiber, carbon fiber, alumina fiber, or aramid fiber is blended with the resin. Since such a resin is lightweight and excellent in mechanical properties and moldability, it is used as a substitute for metal in transportation equipment such as automobiles and airplanes and electronic members of various electrical products.

これまで、繊維材料のなかでも比較的安価なガラス繊維が、繊維強化樹脂用材料として広く利用されてきた。特に近年は、繊維強化樹脂部品の更なる高性能化に対応するため、ガラス繊維含有繊維強化樹脂において、引張強度や曲げ強度などの機械的特性を向上させる様々な方法が検討されている。   Until now, relatively inexpensive glass fiber among fiber materials has been widely used as a material for fiber reinforced resin. Particularly in recent years, various methods for improving mechanical properties such as tensile strength and bending strength in glass fiber-containing fiber reinforced resins have been studied in order to cope with higher performance of fiber reinforced resin parts.

ガラス繊維含有繊維強化樹脂の機械的特性を向上させる方法として、ガラス繊維を多く含有させる方法、ガラス繊維長を調整する方法などが検討されてきた。例えば、特許文献1には、ポリテトラメチレンアジパミド20〜90重量%と、平均繊維長が1〜20mmのガラス繊維10〜80重量%を混合した組成物を成形して得られる成形物で、成形物中のガラス繊維長さが平均で0.05〜0.6mmかつ、ガラス繊維長さの標準偏差が0.1〜0.5mmであることを特徴とするポリアミド樹脂成形物が開示されている。   As a method for improving the mechanical properties of the glass fiber-containing fiber reinforced resin, a method of containing a large amount of glass fiber, a method of adjusting the glass fiber length, and the like have been studied. For example, Patent Document 1 discloses a molded product obtained by molding a composition obtained by mixing 20 to 90% by weight of polytetramethylene adipamide and 10 to 80% by weight of glass fibers having an average fiber length of 1 to 20 mm. A polyamide resin molded product characterized in that the average glass fiber length in the molded product is 0.05 to 0.6 mm and the standard deviation of the glass fiber length is 0.1 to 0.5 mm is disclosed. ing.

また、特許文献2には、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂から選ばれた1種以上の熱可塑性樹脂(A)99.5〜70重量%と液晶性樹脂(B)0.5〜30重量%とからなる樹脂組成物100重量部及びガラス繊維5〜300重量部からなる繊維強化樹脂組成物であり、該組成物中の繊維長分布0.1〜1mmの範囲のものが60%以上である繊維強化樹脂組成物が開示されている。   Patent Document 2 discloses that 99.5 to 70% by weight of one or more thermoplastic resins (A) selected from styrene-based resins, polycarbonate-based resins, and polyphenylene ether-based resins, and liquid crystalline resins (B) 0. A fiber reinforced resin composition consisting of 100 parts by weight of a resin composition consisting of 5 to 30% by weight and 5 to 300 parts by weight of glass fiber, and having a fiber length distribution of 0.1 to 1 mm in the composition. A fiber reinforced resin composition that is 60% or more is disclosed.

さらに、特許文献3には、ポリカーボネート樹脂(A)35〜49重量%及びガラス繊維(B)65〜51質量%を含有する樹脂組成物であって、該樹脂組成物中のガラス繊維の重量平均長さが260μm以上であり、該樹脂組成物を成形してなる厚さ4mmの試験片を用いて、ISO 178に基づき測定した曲げ強度が240MPa以上であり、かつ、曲げ弾性率が14GPa以上である、ガラス繊維強化ポリカーボネート樹脂組成物が開示されている。   Furthermore, Patent Document 3 discloses a resin composition containing 35 to 49% by weight of polycarbonate resin (A) and 65 to 51% by weight of glass fiber (B), and is a weight average of glass fibers in the resin composition. Using a test piece having a length of 260 μm or more, a 4 mm-thickness obtained by molding the resin composition, the bending strength measured based on ISO 178 is 240 MPa or more, and the bending elastic modulus is 14 GPa or more. A glass fiber reinforced polycarbonate resin composition is disclosed.

特公平8−22947号公報Japanese Patent Publication No. 8-22947 特開2000−159958公報JP 2000-159958 A 特開2016−79355号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-79355

ところで、上述した特許文献のような熱可塑性樹脂を用いた繊維強化樹脂部品は、射出成形することにより所望の形状に加工されることが多い。一般に、繊維強化樹脂中に含有されるガラス繊維の量が増加すると、繊維強化樹脂の機械的特性は向上するが、成形時の流動性は低下することが多い。このような流動性の低い繊維強化樹脂は、より大きな力で射出成形する必要があるため、射出ノズルの詰まりが生じやすいなど、成形加工性の低下が問題となっていた。そのため、成形加工性を損なうことなく、繊維強化樹脂部品の高性能化へ対応できる機械的特性を有する繊維強化樹脂が望まれていた。   By the way, a fiber reinforced resin part using a thermoplastic resin as in the above-mentioned patent document is often processed into a desired shape by injection molding. In general, when the amount of glass fiber contained in the fiber reinforced resin is increased, the mechanical properties of the fiber reinforced resin are improved, but the fluidity during molding is often lowered. Such a fiber-reinforced resin having low fluidity needs to be injection-molded with a larger force, and thus there has been a problem of deterioration in molding processability such as the injection nozzle being easily clogged. Therefore, there has been a demand for a fiber reinforced resin having mechanical properties that can cope with high performance of fiber reinforced resin parts without impairing moldability.

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、成形加工性を損なうことなく、機械的特性を向上させた繊維強化樹脂を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a fiber reinforced resin having improved mechanical properties without impairing moldability.

本発明の繊維強化樹脂は、熱可塑性樹脂とガラス繊維とナノセルロースを含有する繊維強化樹脂であって、ガラス繊維が異形断面を有することを特徴とする。   The fiber reinforced resin of the present invention is a fiber reinforced resin containing a thermoplastic resin, glass fiber, and nanocellulose, and the glass fiber has an irregular cross section.

上記構成からなる繊維強化樹脂は、異形断面を有するガラス繊維を含有している。このような異形断面を有するガラス繊維は、円形断面を有するガラス繊維と比べ、樹脂との混練及び射出成形時に流れ方向に配向しやすいため、流動抵抗が小さくなる。その結果、ガラス繊維量が多くなっても流動性が低下しにくくなるため、繊維強化樹脂の成形加工性を維持することができる。また、流動抵抗が小さくなることで、ガラス繊維の破断が生じにくくなり、ガラス繊維が初期の繊維長を保持しやすくなる。結果として、ガラス繊維による繊維強化樹脂の補強効果が向上し、機械的特性を向上させることができる。   The fiber reinforced resin which consists of the said structure contains the glass fiber which has a deformed cross section. Since the glass fiber having such a modified cross section is more easily oriented in the flow direction during kneading with the resin and injection molding than the glass fiber having a circular cross section, the flow resistance is reduced. As a result, even if the amount of glass fiber increases, the fluidity is unlikely to decrease, so that the moldability of the fiber reinforced resin can be maintained. In addition, since the flow resistance is reduced, the glass fiber is not easily broken, and the glass fiber can easily maintain the initial fiber length. As a result, the reinforcing effect of the fiber reinforced resin by the glass fiber is improved, and the mechanical properties can be improved.

さらに、上記構成からなる繊維強化樹脂は、ガラス繊維に加えてナノセルロースを含有している。ナノセルロースは高いアスペクト比を有しており、互いに絡まり合うことでネットワークを形成し、機械的特性を向上させる働きがある。結果として、所望の機械的特性を得るために必要なガラス繊維の含有量を低減させることができるため、繊維強化樹脂の流動性が低下しにくくなり、成形加工性を向上させることができる。また、本発明では異形断面を有するガラス繊維を用いているため、円形断面を有するガラス繊維を導入した場合に比べて、ガラス繊維と樹脂及びナノセルロースの界面の面積が大きくなり、ガラス繊維及びナノセルロースによる補強効果をより効率的に得ることができる。このように、異形断面を有するガラス繊維とナノセルロースの両方を含有させることで、互いの補強効果を高め合うことができ、機械的特性と成形加工性を両立させることができる。   Furthermore, the fiber reinforced resin which consists of the said structure contains the nano cellulose in addition to the glass fiber. Nanocellulose has a high aspect ratio and functions to improve mechanical properties by forming a network by being entangled with each other. As a result, the glass fiber content necessary for obtaining the desired mechanical properties can be reduced, so that the fluidity of the fiber reinforced resin is less likely to be lowered, and the moldability can be improved. In addition, since glass fibers having an irregular cross section are used in the present invention, the area of the interface between the glass fibers, the resin, and the nanocellulose is larger than when glass fibers having a circular cross section are introduced. The reinforcing effect by cellulose can be obtained more efficiently. Thus, by containing both the glass fiber and nano cellulose which have an irregular cross section, a mutual reinforcement effect can be heightened and both mechanical characteristics and moldability can be made compatible.

本発明の繊維強化樹脂は、ガラス繊維の断面における長径をA、短径をBとした場合に、断面形状の扁平比(A/B)が1.1〜10であることが好ましい。このようにすれば、樹脂との混練及び射出成形時に流れ方向に配向しやすくなり、成形加工性をより向上させることができる。   In the fiber reinforced resin of the present invention, when the major axis in the cross section of the glass fiber is A and the minor axis is B, the cross-sectional shape flat ratio (A / B) is preferably 1.1 to 10. If it does in this way, it will become easy to orientate in a flow direction at the time of kneading with resin and injection molding, and it can improve moldability more.

本発明の繊維強化樹脂は、質量%で、ガラス繊維10〜60%、ナノセルロース0.1〜15%未満を含有することが好ましい。   The fiber reinforced resin of the present invention preferably contains 10 to 60% glass fiber and less than 0.1 to 15% nanocellulose by mass%.

本発明の繊維強化樹脂において、ガラス繊維に対するナノセルロースの質量比が0.002〜1.5であることが好ましい。   In the fiber reinforced resin of the present invention, the mass ratio of nanocellulose to glass fiber is preferably 0.002 to 1.5.

本発明の繊維強化樹脂において、ガラス繊維が、チョップドストランドであることが好ましい。   In the fiber reinforced resin of the present invention, the glass fiber is preferably chopped strand.

本発明の繊維強化樹脂において、ナノセルロースの平均直径が3〜100nmであることが好ましい。   In the fiber reinforced resin of the present invention, the average diameter of nanocellulose is preferably 3 to 100 nm.

本発明の繊維強化樹脂部品は、上記の繊維強化樹脂からなることを特徴とする。   The fiber reinforced resin component of the present invention is characterized by comprising the above fiber reinforced resin.

本発明の繊維強化樹脂部品の製造方法は、上記繊維強化樹脂を射出成形することを特徴とする。   The method for producing a fiber-reinforced resin part of the present invention is characterized in that the fiber-reinforced resin is injection-molded.

本発明によれば、成形加工性を損なうことなく、機械的特性を向上させた繊維強化樹脂を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fiber reinforced resin which improved the mechanical characteristic can be provided, without impairing moldability.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

(熱可塑性樹脂)
本発明の熱可塑性樹脂は、一般に市場で入手できるものであれば特に限定されないが、特に耐熱性が求められる繊維強化樹脂部品を製造する場合は、耐熱性の高い熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
(Thermoplastic resin)
The thermoplastic resin of the present invention is not particularly limited as long as it is generally available on the market, but it is preferable to use a thermoplastic resin having high heat resistance, particularly when producing a fiber reinforced resin part that requires heat resistance. .

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアリレート系樹脂、熱可塑性ポリイミド等が挙げられる。また、ポリテトラフロオロエチレン(PTFE)、テトラフロオロエチレン−パーフロオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)、等のフッ素系樹脂を用いることもできる。   Examples of the thermoplastic resin include polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, acrylic resin, polyamide resin, polycarbonate resin, polybutylene terephthalate resin, polyethylene terephthalate resin, polyacetal resin, and modified polyphenylene ether. Resin, polyethersulfone resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, polyetheretherketone resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyarylate resin, thermoplastic polyimide, and the like. Further, fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) can also be used.

また、上記の熱可塑性樹脂はいずれも、単独または2種以上を混合して使用してもよい。   In addition, any of the above thermoplastic resins may be used alone or in admixture of two or more.

(ガラス繊維)
ガラス繊維は熱可塑性樹脂に機械的特性、寸法安定性、成形加工性を付与する重要な材料である。ガラス繊維は安価に入手することが可能であり、また、任意の集束剤を塗布することで、様々な熱可塑性樹脂と混合させやすい。
(Glass fiber)
Glass fiber is an important material that imparts mechanical properties, dimensional stability, and moldability to thermoplastic resins. Glass fibers can be obtained at low cost, and can be easily mixed with various thermoplastic resins by applying an arbitrary sizing agent.

本発明におけるガラス繊維は、異形断面を有している。特に、断面における長径をA、短径をBとした場合に、断面形状の扁平比(A/B)が1.1〜10であることが好ましく、2〜8が好ましく、3〜7がより好ましい。断面形状の扁平比が低すぎると、ガラス繊維が熱可塑性樹脂との混練及び射出成形時に流れ方向に配向しにくくなり、流動抵抗が大きくなるため、成形加工性が低下する。また、ガラス繊維と熱可塑性樹脂の界面の面積が小さくなり、ガラス繊維による補強効果が小さくなるため、所望の機械的特性が得にくくなる。一方、断面形状の扁平比が高すぎると、ガラス繊維が容易に破断してしまい、所望の機械的特性が得にくくなる。なお、このような扁平比を有する断面を有する異形断面とは、通常、長円形、もしくは扁平形の断面形状を示すものである。なお、ガラス繊維の全てが異形断面を有していることが好ましいが、ガラス繊維の一部が円形断面を有していても良い。具体的には、含有されるガラス繊維のうち、異形断面を有する繊維の割合が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることが特に好ましい。   The glass fiber in the present invention has an irregular cross section. In particular, when the major axis in the cross section is A and the minor axis is B, the cross-sectional aspect ratio (A / B) is preferably 1.1 to 10, more preferably 2 to 8, and more preferably 3 to 7 preferable. When the flatness ratio of the cross-sectional shape is too low, the glass fiber is difficult to be oriented in the flow direction during kneading with the thermoplastic resin and injection molding, and the flow resistance is increased, so that the molding processability is lowered. In addition, since the area of the interface between the glass fiber and the thermoplastic resin is reduced and the reinforcing effect by the glass fiber is reduced, it is difficult to obtain desired mechanical characteristics. On the other hand, when the flatness ratio of the cross-sectional shape is too high, the glass fiber is easily broken and it becomes difficult to obtain desired mechanical characteristics. In addition, the unusual cross section which has a cross section which has such a flat ratio shows an oval or flat cross-sectional shape normally. In addition, although it is preferable that all the glass fibers have an irregular cross section, a part of glass fiber may have a circular cross section. Specifically, the proportion of fibers having a modified cross section among the glass fibers contained is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.

本発明におけるガラス繊維は、異形断面の真円相当直径が5〜30μmである事が好ましく、7〜25μmがより好ましく、10〜25μmが特に好ましい。尚、真円相当直径とは、ガラス繊維の異形断面の面積と等しい面積を有する真円の直径を意味している。ガラス繊維の真円相当直径が小さすぎると、ガラス繊維が容易に破断してしまい、所望の機械的特性が得にくくなる。一方、ガラス繊維の真円相当直径が大きすぎると、ガラス繊維と熱可塑性樹脂の接触面積が小さくなり、ガラス繊維による補強効果が小さくなるため、所望の機械的特性が得にくくなる。   The glass fiber in the present invention preferably has a perfect circle equivalent diameter of 5 to 30 μm, more preferably 7 to 25 μm, and particularly preferably 10 to 25 μm. In addition, a perfect circle equivalent diameter means the diameter of the perfect circle which has an area equal to the area of the irregular cross section of glass fiber. If the true circle equivalent diameter of the glass fiber is too small, the glass fiber is easily broken, making it difficult to obtain desired mechanical properties. On the other hand, if the true circle equivalent diameter of the glass fiber is too large, the contact area between the glass fiber and the thermoplastic resin becomes small, and the reinforcing effect by the glass fiber becomes small, making it difficult to obtain desired mechanical characteristics.

ガラス繊維の長さは、1〜20mmが好ましく、1〜11mmがより好ましく、1〜10mmが特に好ましい。ガラス繊維が長すぎると、ガラス繊維の流動性が悪化するため、熱可塑性樹脂中にガラス繊維が偏在しやすくなる。また、ガラス繊維が短すぎると、所望の機械的特性が得にくくなる。   The length of the glass fiber is preferably 1 to 20 mm, more preferably 1 to 11 mm, and particularly preferably 1 to 10 mm. If the glass fiber is too long, the fluidity of the glass fiber is deteriorated, so that the glass fiber is likely to be unevenly distributed in the thermoplastic resin. If the glass fiber is too short, it is difficult to obtain desired mechanical properties.

繊維強化樹脂中におけるガラス繊維の含有量は、質量%で10〜60%であり、11〜55%が好ましく、15〜50%がより好ましい。ガラス繊維の含有量が少なすぎると、曲げ強度、引張強度等の機械的特性が低下する。一方、含有量が多すぎると、成形加工性が低下する。   The glass fiber content in the fiber reinforced resin is 10 to 60% by mass, preferably 11 to 55%, and more preferably 15 to 50%. If the glass fiber content is too small, mechanical properties such as bending strength and tensile strength are lowered. On the other hand, when there is too much content, moldability will fall.

本発明におけるガラス繊維は、チョップドストランドであることが好ましい。ここで、チョップドストランドとは、上記ガラス繊維を束ね合わせ、所定の長さに切断されたものを意味する。チョップドストランドは高いアスペクト比を有するため、曲げ強度、引張強度等の機械的特性を向上させる観点で好ましい。チョップドストランドの長さは、1〜20mmが好ましく、1〜11mmがより好ましく、1〜10mmが特に好ましい。   The glass fiber in the present invention is preferably chopped strand. Here, the chopped strand means a bundle of the above glass fibers and cut into a predetermined length. Since the chopped strand has a high aspect ratio, it is preferable from the viewpoint of improving mechanical properties such as bending strength and tensile strength. 1-20 mm is preferable, as for the length of a chopped strand, 1-11 mm is more preferable, and 1-10 mm is especially preferable.

(ナノセルロース)
本発明におけるナノセルロースは、セルロースナノファイバー、セルロースミクロフィブリル、セルロースミクロフィブリル束、ミクロフィブリル化セルロース等の名称で一般に呼称されるものであり、セルロース分子から構成されるナノ構造体を含む繊維材料を包含的に意味する。これらは一般に3nm〜100nmの直径を有し、その繊維長により、セルロースナノファイバー(繊維長5μm〜)、セルロースナノウィスカー(繊維長100〜500nm)、セルロースナノクリスタル(繊維長100〜500nm)等に分類される。特に、セルロースナノファイバーは高いアスペクト比を有するため、繊維が互いに絡まり合い、繊維強化樹脂の機械的特性を向上させることができる。なお、これらのナノセルロースは、単独または2種以上を混合して使用してもよい。
(Nanocellulose)
Nanocellulose in the present invention is generally called by the name of cellulose nanofiber, cellulose microfibril, cellulose microfibril bundle, microfibrillated cellulose, etc., and is a fiber material containing a nanostructure composed of cellulose molecules. Inclusive meaning. These generally have a diameter of 3 nm to 100 nm, and depending on the fiber length, cellulose nanofiber (fiber length 5 μm to), cellulose nanowhisker (fiber length 100 to 500 nm), cellulose nanocrystal (fiber length 100 to 500 nm), etc. being classified. In particular, since the cellulose nanofiber has a high aspect ratio, the fibers are entangled with each other, and the mechanical properties of the fiber reinforced resin can be improved. In addition, you may use these nano cellulose individually or in mixture of 2 or more types.

本発明におけるナノセルロースは、パルプなどの植物原料を解繊することで得ることができる。解繊方法は、強せん断混練機やボールミル粉砕機などの解繊機を用いて行う機械的解繊、TEMPO触媒酸化等を用いた化学的な解繊、または両者を組み合わせた解繊のいずれかが好ましい。例えば、機械的解繊を用いると、繊維直径の大きなナノセルロースが得やすくなる。また、化学的解繊を用いると、繊維直径が小さく、繊維長が短いナノセルロースを得やすくなる。   Nanocellulose in the present invention can be obtained by defibrating plant raw materials such as pulp. The defibration method is either mechanical defibration using a defibrator such as a strong shear kneader or a ball mill pulverizer, chemical defibration using TEMPO catalytic oxidation, or a combination of both. preferable. For example, when mechanical defibrating is used, it becomes easy to obtain nanocellulose having a large fiber diameter. Moreover, when chemical defibration is used, it becomes easy to obtain nanocellulose having a small fiber diameter and a short fiber length.

このように、解繊方法により得られるナノセルロースの形状が異なるため、所望の機械的特性が得られる最適な方法を選択し、ナノセルロースを作製することが好ましい。   Thus, since the shape of the nanocellulose obtained by the defibrating method is different, it is preferable to select an optimum method capable of obtaining a desired mechanical property to produce the nanocellulose.

また、ナノセルロースを熱可塑性樹脂中に均一に分散させるという観点では、平均直径や長さのばらつきが小さいことが好ましい。樹脂中で変性パルプを解繊しながら分散させる方法では、解繊が不十分な状態となり熱可塑性樹脂中に偏在する可能性がある。そのため、あらかじめ解繊された状態のナノセルロースを原料として用いることが好ましい。このようにすることで、ナノセルロースが熱可塑性樹脂中に偏在することを防ぐことができる。   In addition, in terms of uniformly dispersing nanocellulose in the thermoplastic resin, it is preferable that variations in average diameter and length are small. In the method in which the modified pulp is dispersed while being defibrated in the resin, the defibration may be insufficient and may be unevenly distributed in the thermoplastic resin. Therefore, it is preferable to use nanocellulose in a defibrated state as a raw material. By doing in this way, it can prevent that nanocellulose is unevenly distributed in a thermoplastic resin.

繊維強化樹脂中におけるナノセルロースの含有量は、質量%で、0.1〜15%未満であり、0.2〜12%が好ましく、0.3〜10%がより好ましい。ナノセルロースの含有量が少なすぎると、引張強度などの機械的特性を向上させにくくなる。一方、含有量が多すぎると、繊維強化樹脂の流動性が低下し、射出成形における成形加工性が低下する。具体的には、射出成形にかかる時間の増加や、射出ノズルの詰まりなどが生じうる。なお、繊維強化樹脂部品の耐衝撃強度を高める観点からは、ナノセルロースの含有量が少ないことが好ましい。具体的には、4%以下が好ましく、3%以下が特に好ましい。   Content of the nano cellulose in fiber reinforced resin is the mass%, and is less than 0.1-15%, 0.2-12% is preferable and 0.3-10% is more preferable. When there is too little content of nanocellulose, it will become difficult to improve mechanical characteristics, such as tensile strength. On the other hand, when there is too much content, the fluidity | liquidity of fiber reinforced resin will fall and the moldability in injection molding will fall. Specifically, an increase in time required for injection molding or clogging of the injection nozzle may occur. In addition, from the viewpoint of increasing the impact strength of the fiber reinforced resin component, it is preferable that the content of nanocellulose is small. Specifically, it is preferably 4% or less, particularly preferably 3% or less.

ナノセルロースの平均直径は3〜100nmであることが好ましく、5〜90nmがより好ましく、11〜80nmが特に好ましい。このような平均直径であれば、熱可塑性樹脂と接触するナノセルロースの比表面積が大きくなり、機械的特性を向上させることができる。また、ナノセルロースの長さは0.1μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、3μm以上がさらに好ましく、5μm以上が特に好ましい。このような値にすることで、機械的特性を向上させることができる。   The average diameter of the nanocellulose is preferably 3 to 100 nm, more preferably 5 to 90 nm, and particularly preferably 11 to 80 nm. If it is such an average diameter, the specific surface area of the nano cellulose which contacts a thermoplastic resin will become large, and a mechanical characteristic can be improved. The length of the nanocellulose is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, further preferably 3 μm or more, and particularly preferably 5 μm or more. By setting it as such a value, a mechanical characteristic can be improved.

ナノセルロースのアスペクト比は、50以上が好ましく、100以上がより好ましく、500以上が特に好ましい。ナノセルロースのアスペクト比が小さすぎると、樹脂組成物の機械的特性を向上させる効果が小さくなる。   The aspect ratio of nanocellulose is preferably 50 or more, more preferably 100 or more, and particularly preferably 500 or more. If the aspect ratio of nanocellulose is too small, the effect of improving the mechanical properties of the resin composition will be small.

なお、本発明のナノセルロースは、必要に応じて表面を化学修飾したものであってもよい。例えば、アルキル基、アシル基、シアノ基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、アリールオキシ基、シリル基、カルボキシル基等の官能基で修飾されたナノセルロースを用いることができる。   The nanocellulose of the present invention may be obtained by chemically modifying the surface as necessary. For example, nanocellulose modified with a functional group such as an alkyl group, an acyl group, a cyano group, an alkoxy group, an aryl group, an amino group, an aryloxy group, a silyl group, or a carboxyl group can be used.

ガラス繊維に対するナノセルロースの質量比(ナノセルロース/ガラス繊維)は、0.002〜1.5が好ましく、0.05〜1.5がより好ましく、0.1〜0.9がさらに好ましく、0.1〜0.8が特に好ましい。ガラス繊維に対するナノセルロースの質量比が低すぎると、繊維強化樹脂の機械的特性の向上が小さくなる。一方、質量比が高すぎると、繊維強化樹脂の成形加工性が低下する。なお、繊維強化樹脂部品の耐衝撃強度を高める観点からは、ガラス繊維に対するナノセルロースの質量比が低いことが好ましい。この場合は、0.002〜0.6が好ましく、0.005〜0.5がより好ましく、0.01〜0.4が特に好ましい。   The mass ratio of nanocellulose to glass fiber (nanocellulose / glass fiber) is preferably 0.002 to 1.5, more preferably 0.05 to 1.5, still more preferably 0.1 to 0.9, and 0 .1 to 0.8 is particularly preferable. If the mass ratio of nanocellulose to glass fiber is too low, the improvement in mechanical properties of the fiber reinforced resin is reduced. On the other hand, when the mass ratio is too high, the moldability of the fiber reinforced resin is lowered. In addition, it is preferable that the mass ratio of the nano cellulose with respect to glass fiber is low from a viewpoint of raising the impact strength of a fiber reinforced resin component. In this case, 0.002 to 0.6 is preferable, 0.005 to 0.5 is more preferable, and 0.01 to 0.4 is particularly preferable.

以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1、2は、本発明の実施例(No.1〜4、9、10、13)及び比較例(No.5〜8、11、12、14)を示している。   Tables 1 and 2 show examples (Nos. 1 to 4, 9, 10, and 13) and comparative examples (Nos. 5 to 8, 11, 12, and 14) of the present invention.


(試料の作製)
試料の作製にあたり以下の原料を用いた。熱可塑性樹脂には、ポリアミド樹脂PA−6(DSM社製 Novamid1013J)を用いた。ガラス繊維には、扁平比が4〜7の異形断面を有するガラスチョップドストランドと、円形断面を有するガラスチョップドストランドを用いた。ナノセルロースには、ビンフィス(スギノマシン社 WMa−10010)を凍結乾燥することによって作製したナノセルロースの粉体を用いた。なお、ビンフィスはナノセルロースが水中に分散したものである。そのため、ナノセルロースを粉末化する際に、水分による凝集を防ぐため、水をt−ブタノールに置換したのち、凍結乾燥を行った。
(Sample preparation)
The following raw materials were used for the preparation of the sample. Polyamide resin PA-6 (Novamid 1013J manufactured by DSM) was used as the thermoplastic resin. As the glass fiber, a glass chopped strand having an irregular cross section with an aspect ratio of 4 to 7 and a glass chopped strand having a circular cross section were used. Nanocellulose powder prepared by freeze-drying Vinfis (Sugino Machine WMa-10010) was used as nanocellulose. Binfisu is a dispersion of nanocellulose in water. Therefore, when nanocellulose was pulverized, in order to prevent aggregation due to moisture, t-butanol was substituted for water, and then lyophilized.

試料は以下のように作製した。まず、ポリアミド樹脂とガラス繊維を一軸混練機(住友重機械工業社製)、ポリアミド樹脂とナノセルロース粉体を二軸混練機(東芝機械社製)で分けて混練し、棒状に成形した後、得られた棒状成形物を一定間隔で切断することにより、ポリアミド樹脂とガラス繊維からなるペレットと、ポリアミド樹脂とナノセルロース粉体からなるペレットをそれぞれ作製した。その後、表に記載の各試料の調合比になるように、2種類のペレット及び追加のポリアミド樹脂を秤量し、混合した後、射出成形機(住友重機械工業社製)で所望の板状形状に成形した。   Samples were prepared as follows. First, polyamide resin and glass fiber are kneaded separately with a uniaxial kneader (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.), polyamide resin and nanocellulose powder with a biaxial kneader (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), and molded into a rod shape. The obtained rod-shaped molded product was cut at regular intervals to prepare pellets made of polyamide resin and glass fiber, and pellets made of polyamide resin and nanocellulose powder. Then, after weighing and mixing the two types of pellets and the additional polyamide resin so as to obtain the mixing ratio of each sample described in the table, the desired plate shape is obtained with an injection molding machine (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.). Molded into.

(物性の評価)
作製した試験試料について、引張強度、曲げ強度及びアイゾット衝撃強度を測定した。なお、引張強度は、ASTM D−638(Type−1)に準じ、曲げ強度はASTM D790、アイゾット衝撃強度はASTMD−256に準じて測定した。
(Evaluation of physical properties)
About the produced test sample, tensile strength, bending strength, and Izod impact strength were measured. The tensile strength was measured according to ASTM D-638 (Type-1), the bending strength was measured according to ASTM D790, and the Izod impact strength was measured according to ASTM D-256.

また、成形加工性の評価は、射出成形機で繊維強化樹脂を同じ条件で成形した際の流動性(成形時間)から判断した。比較例No.14の成形時間を基準とし、成形時間がNo.14と同等もしくは早い場合を「○」、明らかに遅くなった場合を「×」と判定した。実施例及び比較例で得られた評価結果を表1、2に示す。   The evaluation of the moldability was judged from the fluidity (molding time) when the fiber reinforced resin was molded under the same conditions with an injection molding machine. Comparative Example No. 14 with reference to the molding time No. 14 A case where it was equal to or earlier than 14 was judged as “◯”, and a case where it was clearly delayed was judged as “x”. The evaluation results obtained in the examples and comparative examples are shown in Tables 1 and 2.

表1、2から明らかなように、扁平比の高いガラス繊維を用いた実施例(No.1〜4、9、10、13)は、同量のガラス繊維及びナノセルロースを含有する比較例(No.5〜7、11、12、14)と比べ、引張強度、曲げ強度、アイゾット衝撃強度の機械的特性において高い値を示した。さらに、いずれの実施例も成形加工性が「○」であった。   As is clear from Tables 1 and 2, Examples (No. 1-4, 9, 10, 13) using glass fibers having a high aspect ratio are comparative examples containing the same amount of glass fibers and nanocellulose ( Compared with No. 5-7, 11, 12, 14), the mechanical properties of tensile strength, bending strength, and Izod impact strength were higher. Further, in all examples, the moldability was “◯”.

なお、ナノセルロースを15質量%含有する比較例No.8は、引っ張り強度及び曲げ強度について比較的優れていたものの、成形時間が比較例No.14より明らかに遅くなり、成形加工性が「×」であった。   In addition, Comparative Example No. containing 15% by mass of nanocellulose. No. 8 was comparatively excellent in tensile strength and bending strength, but the molding time was comparative example No. 8. It was clearly slower than 14, and the molding processability was “x”.

Claims (8)

熱可塑性樹脂とガラス繊維とナノセルロースを含有する繊維強化樹脂であって、ガラス繊維が異形断面を有することを特徴とする繊維強化樹脂。   A fiber reinforced resin containing a thermoplastic resin, glass fiber, and nanocellulose, wherein the glass fiber has an irregular cross section. 前記ガラス繊維の断面における長径をA、短径をBとした場合に、断面形状の扁平比(A/B)が1.1〜10であることを特徴とする、請求項1に記載の繊維強化樹脂。   2. The fiber according to claim 1, wherein when the major axis in the cross section of the glass fiber is A and the minor axis is B, the cross-sectional aspect ratio (A / B) is 1.1-10. Reinforced resin. 質量%で、ガラス繊維10〜60%、ナノセルロース0.1〜15%未満を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂。   The fiber-reinforced resin according to claim 1 or 2, wherein the fiber-reinforced resin contains 10 to 60% glass fiber and less than 0.1 to 15% nanocellulose by mass%. ガラス繊維に対するナノセルロースの質量比が0.002〜1.5であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂。   The fiber-reinforced resin according to any one of claims 1 to 3, wherein the mass ratio of nanocellulose to glass fiber is 0.002 to 1.5. ガラス繊維がチョップドストランドであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂。   The fiber reinforced resin according to any one of claims 1 to 4, wherein the glass fiber is chopped strand. ナノセルロースの平均直径が3〜100nmであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂。   The average diameter of nanocellulose is 3-100 nm, The fiber reinforced resin as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂からなることを特徴とする、繊維強化樹脂部品。   A fiber-reinforced resin part comprising the fiber-reinforced resin according to any one of claims 1 to 6. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂を射出成形することを特徴とする、繊維強化樹脂部品の製造方法。   A method for producing a fiber-reinforced resin component, comprising injection-molding the fiber-reinforced resin according to any one of claims 1 to 6.
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