JP2020158740A - 繊維強化熱可塑性樹脂組成物及び成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素繊維やガラス繊維に比べて、伸び率、引張弾性率に優れる有機繊維を用いることにより、コンパウンド後でも繊維長を長いまま残存させ、補強効果を高く維持することができる、繊維強化熱可塑性樹脂組成物及び成形体を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物であって、該樹脂組成物中の有機強化繊維（Ｂ）の数平均繊維長が、配合時の有機強化繊維の数平均繊維長の５０％以上であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物、及び該樹脂組成物を成形してなる成形体である。【選択図】なし

Description

本発明は、熱可塑性樹脂と有機強化繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物及びそれを成形してなる成形体に関する。

ゴム、プラスチック、あるいは、ゴムとプラスチックの中間的な性質をもつ熱可塑性エラストマーに短繊維を補強材として配合し、複合化することが古くから行われている。短繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維等、ポリエステル、ポリアミド、アラミド等の有機繊維等が用いられている。

例えば、特許文献１には、熱可塑性エラストマーとフィブリル化したアラミドパルプを配合比９０／１０〜９９／１（質量比）で配合した樹脂組成物は、射出成形、ブロー成形、押出成形、圧縮成形等の各種方法により成形可能なことが開示されている。

特許文献２には、熱可塑性材料（ポリエステル系熱可塑性エラストマー樹脂、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂あるいはポリプロピレン樹脂）と、使用済みアラミド製手袋から回収したアラミド短繊維（平均繊維長０．１〜６ｍｍ）とを、アラミド短繊維含有量が１０〜２０重量％になるよう溶融混練して押出し、押出した組成物を射出成形し留め具を作製したことが開示されている。

特許文献３には、スチレン系熱可塑性エラストマーとアイオノマーの混合樹脂１００重量部と、ケブラーパルプ（アラミド短繊維を細かく裁断して短繊維としたもの）５〜１０重量部と、顔料６重量部とを配合したカバー用組成物を、二軸混練押出機で押出し、該組成物を用いて半球殻状のハーフシェルを射出成形しゴルフボールを作製したことが開示されている。

短繊維を補強材として使用した複合材料は、長繊維で補強した複合材料ほど強度は高くないが、弾性率や繊維の配向等のコントロールが可能で異方性複合材料が容易に得られ、加工面でもオープンロール、バンバリーミキサー、押出機等の汎用ゴム加工機で容易に成形加工できるため、金型設計が極めて容易になるという利点がある。

しかし、熱可塑性樹脂と短繊維を混練する際に短繊維が切断されることにより、補強効果が低下する傾向が認められるため、より補強効果の高い樹脂組成物が求められている。上記の特許文献１〜３では、繊維長が比較的短い、アラミドパルプや回収アラミド繊維を配合しているが、繊維強化熱可塑性樹脂組成物中での短繊維の挙動解析に至っていない。繊維長と樹脂物性の関係も明らかでない。

特開２０１１−２５６２６７号公報（特許請求の範囲、［００２１］等） 特開２００４−３４６９５４号公報（実施例１等） 特開２００２−１３６６１８号公報（実施例、表１等）

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンパウンド後でも繊維長を長いまま残存させ、補強効果を高く維持することができる、繊維強化熱可塑性樹脂組成物及び成形体を提供することを目的とする。

本発明者等は上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、伸び率と引張弾性率の両方に優れた有機強化繊維を用いることにより、樹脂との混練時に有機強化繊維が切断され難く、数平均繊維長の保持率が高い繊維強化熱可塑性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物であって、該樹脂組成物中の有機強化繊維（Ｂ）の数平均繊維長が、配合時の有機強化繊維の数平均繊維長の５０％以上であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物を提供する。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物においては、引張弾性率の曲げ弾性率に対する比が０．８以上であることが好ましく、また、熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）の配合比（質量比）が、９９．９／０．１〜９０／１０であることが好ましい。
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物において、有機強化繊維（Ｂ）が、原糸の特性として、ＪＩＳ Ｌ １０１３ ８．５．１に準拠して測定される伸び率（標準時）が３％以上であることが好ましく、引張強さが１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、引張弾性率に優れている点でアラミド繊維であることがさらに好ましい。
さらに、本発明は、前記の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形してなる成形体、及び該成形体を用いた樹脂ベルトを提供する。

本発明によれば、炭素繊維やガラス繊維に比べ、柔軟かつ引張弾性率に優れた有機強化繊維を用いることにより、コンパウンド後でも繊維長が長いままで残るため、補強効果が高いレベルで維持される繊維強化熱可塑性樹脂組成物を提供することができる。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物及び該樹脂組成物を成形してなる成形体は、曲げ弾性率に対する引張弾性率の比率が高いため、無機繊維を配合した繊維強化熱可塑性樹脂組成物に比べ柔軟な割には引張り方向の変形に強い。

本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）とを含有する樹脂組成物であって、該樹脂組成物中の有機強化繊維の数平均繊維長が、配合時の有機強化繊維の数平均繊維長の５０％以上であることを特徴とするものである。

繊維強化熱可塑性樹脂組成物中での有機強化繊維の数平均繊維長は、該有機強化繊維配合時における有機強化繊維の数平均繊維長の５０％以上である。有機強化繊維の数平均繊維長保持率が５０％以上あれば、有機強化繊維による樹脂の補強効果が良好となる。より好ましく６５％以上、さらに好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上である。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、引張弾性率の曲げ弾性率に対する比が０．８以上であることが好ましく、より好ましくは１．０以上、さらに好ましくは１．２以上である。この比率が上記範囲内にあると、特に樹脂ベルト等の製品において使用時の作業性と動力伝達特性が良好となる。

また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の引張弾性率及び曲げ弾性率は、特に限定されない。製品強度の観点より、引張弾性率は、好ましくは５０ＭＰａ以上、より好ましくは１００ＭＰａ以上、さらに好ましくは１５０ＭＰａ以上である。曲げ弾性率は、好ましくは２０ＭＰａ以上、より好ましくは５０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１００ＭＰａ以上である。

本発明で用いる熱可塑性樹脂（Ａ）としては、特に制限されるものではなく、公知の熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマー等を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂；ポリオレフィン系、ポリエステル系等の熱可塑性エラストマー；又はこれらの共重合樹脂や変性樹脂等、さらにはこれらの樹脂の中から選ばれる１種又は２種以上を組合せた熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。前記熱可塑性樹脂の中でも、各種加工方式を採用できる点、繰り返し変形に対する耐久性に優れている点で、ポリオレフィン系またはポリエステル系の熱可塑性エラストマーが好ましい。

ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−オクテン等のα−オレフィンから選ばれる２種以上のモノマーの共重合体が挙げられ、これらの共重合体のうち１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いても良い。例えば、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＲ）、エチレン−１−ブテン共重合体（ＥＢＲ）、エチレン−１−ペンテン共重合体、エチレン−１−オクテン共重合体（ＥＯＲ）、プロピレン−１−ブテン共重合体（ＰＢＲ）、プロピレン−１−ペンテン共重合体、プロピレン−１−オクテン共重合体（ＰＯＲ）等が挙げられる。

熱可塑性エラストマーの中でも、結晶性のポリマー鎖（ハードセグメント）と非晶性のポリマー鎖（ソフトセグメント）からなり、常温のみならず、高温時の機械的性質（耐荷重性が大きい、強靭、屈曲疲労抵抗が大きい）、可撓性、弾性に優れる観点より、ポリエステル系の熱可塑性エラストマーがさらに好ましい。

ポリエステル系のエラストマーとしては、結晶性芳香族ポリエステル単位からなるハードセグメント（ａ１）と、脂肪族ポリエーテル単位及び／又は脂肪族ポリエステル単位からなるソフトセグメント（ａ２）とから構成される、ブロック共重合体が挙げられる。

ハードセグメント（ａ１）は、好ましくは、芳香族ジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体と、ジオール又はそのエステル形成性誘導体から形成される。
芳香族ジカルボン酸の具体例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、ナフタレン−２，７−ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、ジフェニル−４，４´−ジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、４，４´−ジフェニルエーテルジカルボン酸、５−スルホイソフタル酸、及び３−スルホイソフタル酸ナトリウム等が挙げられる。

上記の酸成分は２種以上使用することが好ましく、例えば、テレフタル酸とイソフタル酸、テレフタル酸とドデカンジオン酸、テレフタル酸とダイマー酸等の組み合わせが挙げられる。酸成分を２種以上使用することで、ハードセグメントの結晶化度を下げることができ、柔軟性を付与することも可能で、かつ他の熱可塑性樹脂との熱接着性、溶融混合性も向上する。

ジオールの具体例としては、分子量４００以下のジオール、例えば１，４−ブタンジオール、エチレングリコール、トリメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、デカメチレングリコール等の脂肪族ジオール、１，１−シクロヘキサンジメタノール、１，４−ジシクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール等の脂環族ジオール、及びキシリレングリコール、ビス（ｐ−ヒドロキシ）ジフェニル、ビス（ｐ−ヒドロキシ）ジフェニルプロパン、２，２´−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］スルホン、１，１−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］シクロヘキサン、４，４´−ジヒドロキシ−ｐ−ターフェニル、及び４，４´−ジヒドロキシ−ｐ−クオーターフェニル等の芳香族ジオールが好ましい。かかるジオールは、エステル形成性誘導体、例えばアセチル体、アルカリ金属塩等の形でも用いることができる。

ポリエステルブロック共重合体のハードセグメント（ａ１）は、好ましくは、テレフタル酸及び／又はジメチルテレフタレートと１，４−ブタンジオールから誘導されるポリブチレンテレフタレート単位と、イソフタル酸及び／又はジメチルイソフタレートと１，４−ブタンジオールから誘導されるポリブチレンイソフタレート単位とからなる。

ポリエステルブロック共重合体のハードセグメント（ａ１）は、より好ましくは、テレフタル酸及び／又はジメチルテレフタレートと、イソフタル酸及び／又はジメチルイソフタレートと、１，４−ブタンジオールとから誘導されるポリブチレンテレフタレート／イソフタレート単位とからなる。

ポリエステルブロック共重合体のソフトセグメント（ａ２）は、脂肪族ポリエーテル単位及び／又は脂肪族ポリエステル単位から構成される。
構成単位である脂肪族ポリエーテルとしては、ポリ（エチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコール、ポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（ヘキサメチレンオキシド）グリコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの共重合体、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加重合体、エチレンオキシドとテトラヒドロフランの共重合体グリコール等が挙げられる。
また、構成単位である脂肪族ポリエステルとしては、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリエナントラクトン、ポリカプリロラクトン、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート等が挙げられる。
これらの脂肪族ポリエーテル及び／又は脂肪族ポリエステルのなかで、得られるポリエステルブロック共重合体の弾性特性からは、ポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加物、エチレンオキシドとテトラヒドロフランの共重合体グリコール、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリブチレンアジペート、及びポリエチレンアジペート等の使用が好ましい。これらの中でも、特にポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加物、及びエチレンオキシドとテトラヒドロフランの共重合体グリコールが好ましい。
また、これらのソフトセグメントの数平均分子量としては、共重合された状態において３００〜６，０００程度であることが好ましい。

ポリエステルブロック共重合体の融点は２１０℃未満であることが好ましく、より好ましくは２００℃未満、さらに好ましくは１９０℃未満であることが、繊維強化熱可塑性樹脂組成物を加工する上でエネルギーコストの観点より望ましい。
ここで、融点とは、示差走査熱量測定において、重合を完了したポリマーを室温から２０℃／分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度（Ｔｍ_１）の観測後、Ｔｍ_１＋２０℃の温度で５分間保持した後、２０℃／分の降温条件で室温まで一旦冷却した後、再度２０℃／分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度（Ｔｍ_２）と定義する。

ポリエステルブロック共重合体のソフトセグメント（ａ２）の共重合量は、ハードセグメント（ａ１）とソフトセグメント（ａ２）の合計を１００質量％としたとき、通常、５〜８０質量％、好ましくは１０〜７５質量％である。５％未満であるとポリエステルブロック共重合体の引張破断時の伸びが低下し、所望の機械的特性を得ることができない。一方、８０％を超える場合には結晶性が悪くなり、成形時の冷却時間が長くなる（サイクル時間が長くなる）ため好ましくない。

ポリエステルブロック共重合体は、公知の方法で製造することができる。その具体例としては、例えば、ジカルボン酸の低級アルコールジエステル、過剰量の低分子量グリコール及び低融点重合体セグメント成分を触媒の存在下エステル交換反応せしめ、得られる反応生成物を重縮合する方法、及び、ジカルボン酸と過剰量のグリコール及び低融点重合体セグメント成分を触媒の存在下エステル化反応せしめ、得られる反応生成物を重縮合する方法等をとることができる。この中でも、ジカルボン酸の低級アルコールジエステル、過剰量の低分子量グリコール及び低融点重合体セグメント成分を、触媒の存在下エステル交換反応せしめ、得られる反応生成物を重縮合する方法が好ましい。

ポリエステル系熱可塑性エラストマーは、酸化防止剤０．０１〜５．０質量部を含有することが好ましい。酸化防止剤としては、芳香族アミン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤からなる群より選ばれた１種、又は２種以上が挙げられ、中でも芳香族アミン系酸化防止剤が好適に使用される。

本発明で用いる有機強化繊維（Ｂ）としては、公知の有機強化繊維のなかから適宜選択することができ、例えば、アラミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維）、全芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリケトン繊維、セルロースナノファイバー等が挙げられる。これらの有機強化繊維は、単独で用いても、２種以上を併用しても良い。
有機強化繊維は、伸び率（標準時）が３％以上であることが好ましい。このような特性を有することで、繊維と樹脂との混練時にかかる剪断力に対する抵抗力が向上し、配合時の繊維長を保持することが容易となる。尚、本明細書において、伸び率は、ＪＩＳ Ｌ １０１３：２０１０ 化学繊維フィラメント糸試験方法 ８．５．１ 標準時試験に準じて測定される値である。

さらには、有機強化繊維（Ｂ）は、原糸の特性として、ＪＩＳ Ｌ １０１３ ８．５に準じて測定される引張強さが１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強力有機繊維が好ましく、前記の引張強さは、より好ましくは１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは２１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。

引張強さに優れている有機強化繊維は、耐屈曲性及び耐摩耗性が良好で熱可塑性樹脂に対する補強効果に優れている。具体例としては、例えば、パラ系アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリケトン繊維等が挙げられ、これらの有機強化繊維は軟化溶融しないため、熱可塑性樹脂を広く選択できる利点があり、加工性に優れている。なかでも、耐熱性、難燃性、耐切創性及び引張弾性率に優れている点よりアラミド繊維が好ましい。

本発明においてアラミド繊維とは、繊維を形成するポリマーの繰り返し単位中に、通常置換されていても良い二価の芳香族基を少なくとも一個有する繊維であって、アミド結合を少なくとも一個有する繊維であれば特に限定はなく、全芳香族ポリアミド繊維、又はアラミド繊維と称されるものであって良い。「置換されていても良い二価の芳香族基」とは、同一又は異なる１以上の置換基を有していても良い二価の芳香族基を意味する。

アラミド繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維等を挙げることができるが、引張強さに優れているパラ系アラミド繊維が好ましい。このようなアラミド繊維は市販品として入手でき、その具体例としては、パラ系アラミド繊維として、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（米国デュポン社、東レ・デュポン（株）製、商品名「Ｋｅｖｌａｒ」（登録商標））、コポリパラフェニレン−３，４´−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維（帝人（株）製、商品名「テクノーラ」（登録商標））等を挙げることができる。これらのパラ系アラミド繊維の中でも、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が特に好ましい。

本発明では、あらかじめエポキシ基含有化合物を繊維骨格内に浸透させたアラミド繊維を用いることもできる。あらかじめエポキシ化合物を繊維骨格内に浸透させたアラミド繊維は、特開２０１２−２０７３２６号公報に記載された方法等により得られる。

エポキシ基含有化合物は、アラミド繊維の水分率を０％に換算した繊維質量に対して、０．１〜１０．０質量％、好ましくは０．２〜２．０質量％含浸・浸透させるのが良い。また、エポキシ基含有化合物をより均一に含浸・浸透させるために、水や溶剤等で希釈して付与しても良い。あるいは、アラミド繊維に一般的に用いられる油剤とともに付与しても良い。具体的な油剤としては、例えば、炭素数１８以下の低分子量脂肪酸エステル、ポリエーテル、鉱物油等が挙げられる。

エポキシ基含有化合物としては、例えば、グリセロール、ソルビトール、ポリグリセロール等の多価アルコールのグリシジルエーテル化合物から選ばれる１種又は２種以上の混合物が好ましい。具体的には、グリセロールジグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル等が挙げられる。またこれらのエポキシ化合物を硬化させるため、公知の硬化剤とともに用いても差し支えない。硬化剤としてはアミンが好ましく、特に三級アミンが好ましく、例えば、ジメチルオクチルアミン、ジメチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、脂肪族一級アミンにエチレンオキサイドを付加した長鎖アルキルポリオキシエチレン型三級アミン等が挙げられる。

エポキシ基含有化合物をアラミド繊維に付与する方法は、特に限定されず、従来公知の任意の方法が採用されてよく、浸漬給油法、スプレー給油法、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法等が挙げられる。

本発明において、有機強化繊維（Ｂ）の単糸繊度は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．５〜３０ｄｔｅｘであり、より好ましくは０．５〜１０ｄｔｅｘ、さらに好ましくは１〜５ｄｔｅｘの範囲である。０．５ｄｔｅｘ以上であれば、製糸技術上の困難性を伴うことなく補強効果がある繊維を得ることが可能となり、３０ｄｔｅｘ以下であれば短繊維を均一に熱可塑性樹脂中へ分散させることが可能となる。

有機強化繊維の短繊維は、有機強化繊維の長繊維束を、ギロチン方式、ロータリーカッター方式等の公知の手段で所定の長さにカットしたものが用いられる。前記の長繊維束としては、熱可塑性樹脂との混練時における短繊維のフィブリル化及び切断を抑制する観点より、集束剤を用いて集束させた繊維集束体が好適に用いられる。集束剤としては、公知の集束剤を適宜用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニルエステル樹脂、（メタ）アクリレート樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。

繊維集束体を構成する有機強化繊維の単糸本数は、好ましくは、１００本〜３，０００本である。単糸本数が１００本以上あれば集束処理を施す際に断糸する恐れがない。また、単糸本数が３，０００本以下であれば単糸が重なり合うことによる集束剤の付着性が著しく悪化することがない。

集束剤の付着量は、繊維束の全重量に対して、１〜１５質量％が好ましく、２．５〜１５質量％がより好ましい。集束剤付着量が１質量％未満の場合は、集束剤の効果が不十分となるため熱可塑性材料中で短繊維が切断し易くなり、１５質量％を超える場合は、製造上の困難性が伴う。

短繊維の平均繊維長は、熱可塑性材料と混練する際の短繊維同士の絡み合いや、剪断による短繊維の切断を防止し、良好な補強効果を発現させることができる点、及び、熱可塑性材料中での短繊維分散性が良好となる点より、５ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１〜３ｍｍである。平均繊維長は、カットした長繊維束をランダムに１００本採取してその繊維長を光学顕微鏡等で測定した時の平均値である。

有機強化繊維の短繊維を、一般的な方法で、母材とする熱可塑性樹脂に配合し混練することにより、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を調製することができる。短繊維と熱可塑性樹脂との混練に際しては、短繊維を押出機に供給し、熱可塑性樹脂と混練してペレット化し、ペレットにすることが好ましい。

繊維強化熱可塑性樹脂組成物における熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）の配合比（質量比）は、９９．９：０．１〜９０：１０の範囲が好ましく、より好ましくは９９．９：０．１〜９２：８、さらに好ましくは９９．９：０．１〜９５：５の範囲である。有機強化繊維を質量比で０．１以上配合することにより、当該繊維強化熱可塑性樹脂組成物の引張弾性率、曲げ強度及び曲げ弾性率が向上し、結果として、引張弾性率の曲げ弾性率に対する比が向上する。また、有機強化繊維を質量比で１０以上配合すると、それ以上の著しい向上効果が得られないと共に、成形体（ペレット）製造時の工程安定性が低下し、成形体の繊維含有量が斑になり、成形体の品質安定性が悪化する恐れがある。

本発明では、上記の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を、射出成形、押出成形、熱成形、ブロー成形、発泡成形等の公知の成形法で成形することにより、本発明の任意の形状の成形体を提供することができる。

または、あらかじめ有機強化繊維含有量が１〜３０質量％の繊維強化熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを作製した後、該ペレットと熱可塑性樹脂を配合し、上記の成形法で成形することにより、有機強化繊維含有量１〜１０質量％の成形体を得ても良い。有機強化繊維含有量が１質量％以上であれば補強機能を発揮させることができ、３０質量％以下であればペレット作製が著しく悪化する恐れがない。熱可塑性樹脂に繊維強化熱可塑性樹脂組成物を配合する場合は、ブレンダー、ヘンシェルミキサー等の公知の混合装置を用いることができる。

熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂組成物との親和性の観点から、熱可塑性エラストマー樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、アイオノマー樹脂及びこれらのアロイ系樹脂から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

本発明において、繊維強化熱可塑性樹脂組成物には、必要に応じ添加剤を配合することができる。添加剤としては、例えば、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、滑剤、核剤、可塑剤、着色防止剤、艶消し剤、抗菌剤、消臭剤、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、充填剤、顔料及び染料等が挙げられ、これらの添加剤から選ばれる少なくとも一つを配合することができる。これらの配合量は通常用いられる量で良い。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。また、以下の実施例等において、特に言及する場合を除き、「質量％」は「％」、「質量部」は「部」と略記する。なお、実施例中に記載の評価方法は以下の通りである。

［有機強化繊維の数平均繊維長］
短繊維１００本の繊維長の長さを、顕微鏡及び画像解析ソフトを用いて計測した。測定結果から数平均繊維長を求めた。

［ペレット中の有機強化繊維の数平均繊維長］
実施例・比較例のペレットを１００℃で３時間熱風乾燥させた後、２３０℃に設定した熱プレス機（東洋精機製 ミニテストプレス ＭＰ−ＷＮＨ）を用いて厚さ０．７８ｍｍの樹脂フィルムを成型した。成型した樹脂フィルム中の有機強化繊維の繊維長を、光学顕微鏡を用いて計測、１００本の平均繊維長を算出した。

［有機強化繊維の水分率］
ＪＩＳ Ｋ ７２５１に準拠し、試料約１０ｇの質量を測定し、Ｂ法の手順に従い試料中の水分質量を測定する。水分率は、試料中の水分質量を試料質量で除して求めた。

［引張試験］
実施例及び比較例のペレットを、１００℃で３時間熱風乾燥させた後、射出成形機（住友重機械工業（株）製、ＳＥ５０ＤＵＺ）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１１３−１９９５記載の２号ダンベル片（２ｍｍ厚さ）を成形した。シリンダ温度は２００℃（但し、実施例４，比較例２は２３０℃）、金型温度は４０℃にて実施した。
得られたＪＩＳ２号ダンベル片（２ｍｍ厚）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１１３−１９９５準拠し、万能型引張試験機（インストロンジャパン（株）製 万能引張試験機５５５６型）を用いて、２３℃、チャック間隔５０ｍｍ、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎ（引張弾性率の場合は５０ｍｍ）の条件で引張試験を実施し、引張破断強度（単位：ＭＰａ）、引張破断伸び（単位：％）、引張弾性率（単位：ＭＰａ）を測定した。

［曲げ試験］
上記の方法で得られたＡＳＴＭ引張り試験片（１／８インチ厚）を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠し、２３℃の温度で、曲げ強度（単位：ＭＰａ）及び曲げ弾性率（単位：ＭＰａ）を測定した。

（短繊維調製例１）
公知の方法で得られたポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）繊維（単糸繊度：１．７ｄｔｅｘ、総繊度：３，３００ｄｔｅｘ、伸び率：３．２％、引張強さ：２０．３ｃＮ／ｄｔｅｘ）をボビンから巻出し、ウレタン系繊維集束剤を、水分率０％換算としたときの繊維に対し２．５％付与し乾燥したものを、カッターで目標値：１．０ｍｍになるように連続的に切断し、短繊維を得た。

（短繊維調製例２）
短繊維調製例１で用いたものと同様のウレタン系繊維集束剤を付与したポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）繊維を、カッターで目標値：３．０ｍｍになるように連続的に切断し、短繊維を得た。

（実施例１）
調製例１で得たアラミド短繊維４部と、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”４０５７Ｎ、融点（ＤＳＣ法）：１６３℃、ビカット軟化点（ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ａ法）：１１１℃）９６部とを事前にブレンドしたものを、単軸（４０ｍｍφフルフライト、Ｌ／Ｄ：４７）押出機（石中鉄工所社製 ＨＳ−Ｂ４０）のメインフィーダーから供給し、シリンダ温度：２００℃、スクリュウ回転数：２００ｒｐｍ、吐出量：４０ｋｇ／ｈｒの条件にて押出し、繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを作製した。

（実施例２）
調製例２で得たアラミド短繊維４部、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”４０５７Ｎ）９６部を用いた以外は、実施例１と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを作製した。

（実施例３）
調製例２で得たアラミド短繊維８部、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”４０５７Ｎ）９２部を用いた以外は、実施例１と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを作製した。

（実施例４）
調製例２で得たアラミド短繊維４部、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”５５５７、融点（ＤＳＣ法）：２０８℃、ビカット軟化点（ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ａ法）：１８８℃）９６部とを事前にブレンドしたものを、単軸（４０ｍｍφフルフライト、Ｌ／Ｄ：４７）のメインフィーダーから供給し、押出機にて、シリンダ温度：２３０℃、スクリュウ回転数：２００ｒｐｍ、吐出量：約４０ｋｇ／ｈｒで押出し、ペレットを作製した。

（比較例１）
短繊維を配合せずに、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”４０５７Ｎ、融点（ＤＳＣ法）：１６３℃、ビカット軟化点（ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ａ法）：１１１℃）のみを用いた以外は、実施例１と同様の方法でペレットを作製した。

（比較例２）
短繊維を配合せずに、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”５５５７、融点（ＤＳＣ法）：２０８℃、ビカット軟化点（ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ａ法）：１８８℃）のみを、単軸（４０ｍｍφフルフライト、Ｌ／Ｄ：４７）押出機にて、シリンダ温度：２３０℃、スクリュウ回転数：２００ｒｐｍ、吐出量：約４０ｋｇ／ｈｒで押出し、ペレットを作製した。

（比較例３）
市販のＥ−ガラス短繊維（繊維長：３ｍｍ、伸び率：４．０％、引張強さ：８．５ｃＮ／ｄｔｅｘ））２部、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（東レ・デュポン（株）製、“ハイトレル”４０５７Ｎ、融点（ＤＳＣ法）：１６３℃、ビカット軟化点（ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ａ法）：１１１℃）９８部を用いた以外は、実施例１と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを作製した。

実施例及び比較例で得た繊維強化熱可塑性樹脂組成物（実施例１〜４、比較例３）、ならびに、母材となる熱可塑性樹脂（比較例１〜２）について、数平均繊維長及び機械特性を評価した。また、配合前の短繊維の数平均繊維長に対する、各例で得られた繊維強化熱可塑性樹脂組成物中の短繊維の数平均繊維長の比を求めた。

評価結果を表１に示す。

表１の結果から、熱可塑性エラストマーにパラ系アラミド短繊維を配合した繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、ガラス短繊維を配合した繊維強化熱可塑性樹脂組成物（比較例３）に比べ、カットファイバー長に対する数平均繊維長の維持率が高く、また、曲げ弾性率に対する引張弾性率の値が大きいことが分かる。一方、短繊維を配合していない非強化熱可塑性樹脂は、曲げ弾性率に対する引張弾性率の値が小さいことが分かる。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、荷重に対する変形に耐えることができ、特に無機繊維に比べ柔軟な割には引張り方向の変形に強いことより、エンドレスベルトや伝動ベルト等のベルトの材料、高荷重がかかるタイヤの材料、自動車内装部品、事務用品、日用品、電化製品、薬剤充填用の医療用機器、冷凍容器等の材料として、幅広く利用可能である。

Claims (8)

1. 熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物であって、該樹脂組成物中の有機強化繊維（Ｂ）の数平均繊維長が、配合時の有機強化繊維の数平均繊維長の５０％以上であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
2. 引張弾性率の曲げ弾性率に対する比が０．８以上である請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
3. 熱可塑性樹脂（Ａ）と有機強化繊維（Ｂ）の配合比（質量比）が、９９．９／０．１〜９０／１０である請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
4. 有機強化繊維（Ｂ）が、原糸の特性として、ＪＩＳ Ｌ １０１３ ８．５．１に準じて測定される伸び率（標準時）が３％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
5. 有機強化繊維（Ｂ）が、原糸の特性として、ＪＩＳ Ｌ １０１３ ８．５．１に準じて測定される引張強さが１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
6. 有機強化繊維（Ｂ）がアラミド繊維である請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形してなる成形体。
8. 請求項７に記載の成形体を用いた樹脂ベルト。