JP2021003855A - ペレットの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ガラス繊維を多く含有する、具体的にはガラス繊維を50質量%以上含有するガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットの製造において、ストランド切れの頻度を低減することである。【解決手段】 ガラス繊維を50〜80質量%含むガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランドを、ダイの吐出口から押し出す工程と、前記ストランドを、水槽内の水に引き込み、冷却する工程と、冷却された前記ストランドを切断して、ペレットを得る工程とを含み、前記ストランドが、前記水槽内の水に入水角70°以上90°未満で入り、前記ペレットの径の、前記吐出口の径に対する比(前記ペレットの径/前記吐出口の径)が0.65〜0.97である、ペレットの製造方法。【選択図】 図2

Description

本発明は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットの製造方法に関する。
ポリアミド樹脂は、ガラス繊維で強化することによって、高い剛性、高い靭性だけでなく高い荷重たわみ性を発現することができる。そのため、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、たとえば、電子電機機器や自動車分野において、内部部材および外部部材として広く用いられている。特に、電子電機部材では、製品肉厚の薄肉化から、50質量%以上のガラス繊維を含有し、剛性と耐衝撃性とに優れたポリアミド樹脂組成物が使用されている(たとえば特許文献1参照)。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットは、たとえば、溶融状態のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランドを押出機でダイから押し出し、ストランドを、水がためられた水槽に引き込み水冷し、水冷後のストランドを空冷し、空冷されたストランドを切断する、という方法で製造することができる。
特許第6081687号公報
このような製造方法において、ダイの吐出口と水面(水槽にためられた水によって形成された水面)との間で、具体的にはダイの吐出口付近で、ストランドが切れることがある。このようなストランド切れは、ガラス繊維を多く含有する場合、たとえばガラス繊維を50質量%以上含有する場合に特に起きやすい。ストランド切れが生じると、切れたストランド同士を繋ぎ合わるための時間や労力を要するし、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物のロスが生じる。
本発明の課題は、ガラス繊維を多く含有する、具体的にはガラス繊維を50質量%以上含有するガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットの製造において、ストランド切れの頻度を低減することである。
この課題を解決するために、本発明は、下記項1の構成を備える。
項1
ガラス繊維を50〜80質量%含むガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランドを、ダイの吐出口から押し出す工程と、
前記ストランドを、水槽内の水に引き込み、冷却する工程と、
冷却された前記ストランドを切断して、ペレットを得る工程とを含み、
前記ストランドが、前記水槽内の水に入水角70°以上90°未満で入り、
前記ペレットの径の、前記吐出口の径に対する比(前記ペレットの径/前記吐出口の径)が0.65〜0.97である、
ペレットの製造方法。
ここで、入水角とは、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、水槽内の水によって形成された水面と交わってつくる鋭角の大きさである。
項1によれば、ストランドを水槽内の水に引き込むことによって、つまりストランドを引っ張ることによって、ストランド中のガラス繊維やポリマーを、ストランドの進行方向、つまりストランドの長さ方向に配向させることができるため、引張強度を高めることができる。よって、せん断応力(具体的には、ストランドの径方向断面に沿って両側部分を互いにずれさせるような応力)よりも、引張方向の応力に対して強い(すなわち破断しにくい)ストランドを形成することができる。
さらに、ストランドが、水槽にためられた水に入水角70°以上90°未満で入ることによって、つまり、ストランドが水面に対して垂直に近い状態で入ることによって、せん断応力(具体的には、ストランドの径方向断面に沿って両側部分を互いにずれさせるような応力)よりも引張方向の応力が自重によって生じやすいため、破断につながりやすいせん断応力を低減できる。したがって、自重によるストランド切れを抑制できる。
しかも、比(ペレットの径/吐出口の径)が0.65以上であることによって、ストランドの溶融部分に、過度な張力がかかることを防止することができるため、ストランド切れを抑制することができる。
加えて、比(ペレットの径/吐出口の径)が0.97以下であることによって、ストランドの溶融部分の振れを抑える程度の張力を、ストランドの溶融部分にかけることができる。したがって、ストランドの振れによってストランドの溶融部分に生ずるせん断応力(具体的には、ストランドにおける吐出口を出ていない部分と、ストランドにおける吐出口を出た部分とを互いにずれさせるような応力)を低減できる。
本発明は、下記項2以降の構成をさらに備えることが好ましい。
項2
前記ストランドを前記水槽内で導くための一つ以上の第一ガイドローラーが前記水槽内に設けられており、
最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は90°以上である、
項1に記載のペレットの製造方法。
ストランドの固化が水中で進むにつれて柔軟性が低下するところ、最上流に位置する第一ガイドローラーでストランドが急激に湾曲する場合には、ストランドに湾曲が過度に残存することがある。
項2によれば、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でストランドがなす角度が90°以上であることによって、ストランドの湾曲の緩やかさを確保できるため、湾曲の過度な残存を防止できる。よって、ストランドの振れを抑えることが可能であり、ストランドの振れによってストランドの溶融部分に生ずるせん断応力(具体的には、ストランドにおける吐出口を出ていない部分と、ストランドにおける吐出口を出た部分とを互いにずれさせるような応力)を低減できる。なお、その角度は、具体的には、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でなす角のうち、水面に向かって開く角の大きさである。
項3
最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は179°以下である、項2に記載のペレットの製造方法。
この角度が179°以下であることによって、ストランドと最上流の第一ガイドローラーとをしっかり接触させることが可能であるため、最上流の第一ガイドローラーよりも下流で生じるストランドの振れや暴れが、最上流の第一ガイドローラーよりも上流に伝わり難くすることができる。したがって、ストランド切れを、いっそう効果的に抑制できる。しかも、ストランドと最上流の第一ガイドローラーとをしっかり接触させることが可能であるため、最上流の第一ガイドローラーとの接触でストランドに生じる応力を拡散することもできる。
項4
前記ストランドを冷却する工程は、前記水槽内で水冷された前記ストランドを空冷する工程を含む、項1〜3のいずれかに記載のペレットの製造方法。
これによって、ストランドに付着した水分の少なくとも一部を、ストランドが持つ熱によって気化させることができる。
項5
前記水槽内で水冷された前記ストランドを空気中で導くための、一つ以上の第二ガイドローラーが設けられており、
最上流に位置する前記第二ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は140°以上である、
項4に記載のペレットの製造方法。
この角度が140°以上であることによって、ストランドの湾曲の緩やかさを確保できるため、ストランドの振れを抑制できる。なお、この角度は、具体的には、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、最上流に位置する第二ガイドローラー前後でなす角のうち、地面に向かって開く角の大きさである。
項6
前記ストランドを冷却する工程は、前記水槽内で水冷された前記ストランドを空冷する工程を含み、
前記ストランドを前記水槽内で導くための一つ以上の第一ガイドローラーが前記水槽内に設けられており、
前記水槽内で水冷された前記ストランドを空気中で導くための、一つ以上の第二ガイドローラーが設けられており、
最上流に位置する前記第二ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度が、最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度よりも大きい、
項1に記載のペレットの製造方法。
項6によれば、ストランドの振れを低減することが可能であり、ストランド切れを抑制できる。これについて説明する。最上流の第二ガイドローラーでストランドが湾曲するときは、最上流の第一ガイドローラーで湾曲するときよりも、ストランドの固化がすすんでいるため柔軟性が低い。ストランドの柔軟性が低いため、最上流の第二ガイドローラーでの曲がりが過度にきついと、ストランドがその曲がりに追従できないことがある。ストランドがその曲がりに追従できないと、ストランドの振れが生じる。これに対して、項6によれば、最上流に位置する第二ガイドローラー前後でストランドがなす角度は、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でストランドがなす角度よりも大きいため、その逆の場合にくらべて、ストランドが、最上流の第二ガイドローラーでの曲がりに追従しやすい。したがって、ストランドの振れを低減することが可能であり、ストランド切れを抑制できる。
なお、項6において、最上流に位置する第二ガイドローラー前後でストランドがなす角度とは、具体的には、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、最上流に位置する第二ガイドローラー前後でなす角のうち、地面に向かって開く角の大きさである。最上流に位置する第一ガイドローラー前後でストランドがなす角度とは、具体的には、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でなす角のうち、水面に向かって開く角の大きさである。
項7
前記ペレットにおける扁平率の標準偏差が0.20以下である、項1〜6のいずれかに記載のペレットの製造方法。
標準偏差が0.20以下であるため、ストランドの振れを効果的に抑制できたと言える。
項8
前記ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物100質量%中、前記ポリアミド樹脂の含有量は20質量%以上である、項1〜7のいずれかに記載のペレットの製造方法。
ポリアミド樹脂の含有量が20質量%以上であるため、成形性に優れたペレットを得ることができる。
項9
前記ペレットにおける残存ガラス繊維長より求められる単位本数あたりの平均ガラス表面積が、臨界ガラス表面積の1.1倍以上である、項1〜8のいずれかに記載のペレットの製造方法。
平均ガラス表面積/臨界ガラス表面積が1.1倍以上であるため、機械特性、たとえば剛性や耐衝撃性に優れた製品をペレットから製造できる。
項10
前記ポリアミド樹脂が、脂肪族ポリアミドと、芳香族成分を有するポリアミドとを含む、項1〜9のいずれかに記載のペレットの製造方法。
ポリアミド樹脂がこれらを含むため、曲げ弾性率および耐衝撃性に優れた製品をペレットから製造できる。
項11
前記芳香族成分を有するポリアミドが、96%硫酸溶液における相対粘度が1.4〜1.8であり、かつ末端カルボキシ基濃度が50meq/kg以下であるポリメタキシレンアジパミドを含む、項10に記載のペレットの製造方法。
ポリメタキシレンアジパミドによって、成形時におけるガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の流動性を向上することができる。
項12
前記脂肪族ポリアミドが、96%硫酸溶液における相対粘度が1.4〜2.0であり、かつ末端カルボキシ基濃度が55〜95meq/kgであるポリカプロアミドを含む、項10または11に記載のペレットの製造方法。
前記ポリカプロアミドによって、ある程度の靭性を保持しながら、ガラス繊維を高充填する際の生産性と、成形時におけるガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の流動性とを向上することができる。
項13
前記ガラス繊維が、扁平断面ガラス繊維、および直径7μm以下の丸断面ガラス繊維の少なくとも一方を含む、項1〜12のいずれかに記載のペレットの製造方法。
これによって、平均ガラス表面積/臨界ガラス表面積が1.1倍以上のペレットを容易に製造することができる。
項14
前記ストランドを押し出すために押出機を使用する、項1〜13のいずれかに記載のペレットの製造方法。
押出機を使用するため、ストランドを定量で押し出すことができる。
項15
前記ストランドを押し出す工程では、前記ストランドを空気中に押し出す、項1〜14のいずれかに記載のペレットの製造方法。
ストランドを空気中に押し出すため、ストランドを空気中で放熱することができる。
項16
前記第一ガイドローラーが前記水槽内に一つだけ設けられている、項1〜15のいずれかに記載のペレットの製造方法。
これによって、ストランドが水中で湾曲する回数を制限できる。
項17
最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は120°以下である、項16に記載のペレットの製造方法。
この角度が120°以下であることによって、ストランドと最上流のガイドローラーとをしっかり接触させることが可能であるため、最上流のガイドローラーよりも下流で生じるストランドの振れや暴れが、最上流のガイドローラーよりも上流に伝わり難くすることができる。したがって、ストランド切れを、いっそう効果的に抑制できる。しかも、ストランドと最上流のガイドローラーとをしっかり接触させることが可能であるため、最上流のガイドローラーとの接触でストランドに生じる応力を拡散することもできる。
本発明によれば、ガラス繊維を多く含有する、具体的にはガラス繊維を50質量%以上含有するガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットの製造において、ストランド切れの頻度を低減することができる。
本実施形態の設備構成を示す概略図である。 本実施形態における変形例の設備構成を示す概略図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
<1.ペレットを製造するために使用する設備>
図1に示すように、本実施形態では、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるペレットを製造するために、押出機11、水槽21、ペレタイザー41などを使用する。これらの設備について説明する。
押出機11は、スクリュー(図示していない)と、スクリューを取り囲むシリンダー(図示していない)とを備える。つまり、押出機11は、シリンダーと、シリンダー内にスクリューとを備える。押出機11は、回転するスクリューによって、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の原料を移動させながら混練し、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物を定量で押し出すことができる。押出機11として、たとえば、単軸押出機、2軸押出機を挙げることができる。なかでも、2軸押出機が好ましい。
押出機11にはダイ13が取り付けられている。ダイ13は、アダプタを介して、シリンダーに取り付けられていることができる。ダイ13は、押出機11の出口から移動してきたガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物が流れるための流路(以下、「ノズル」と言う。)を有する。ノズルの出口、つまり吐出口は円形状をなす。ただし、吐出口の形状は、これに限られない。たとえば、楕円形状であってもよい。吐出口は、ダイ13の幅方向に並ぶように複数設けられている(図示していない)。吐出口の数は、たとえば1〜50であり、5〜30であってもよい。
ダイ13から出たストランド51を受け入れることができるように水槽21が配置されている。つまり、水槽21が、押出機11の下流に配置されている。水槽21としては、ストランド冷却バスを好適に使用できる。水槽21には水が入っている。その水によって形成された水面25は、ダイ13の吐出口よりも下にある。
水槽21内には、ストランド51を導くための一つ以上のガイドローラー27が設けられている。ガイドローラー27の数は、たとえば1〜10であり、2〜7であってもよい。ここで、最上流のガイドローラー27を、ガイドローラー27Aと呼び、ガイドローラー27Aよりも下流のガイドローラー27をガイドローラー27Bと呼ぶ。各ガイドローラー27は、ストランド51における上の部分、具体的には、ストランド51の径方向で水面25寄りの部分と接するように配置されている。各ガイドローラー27の軸は、水平、かつTransverse Direction(以下、「TD」と言う。)方向に延びる。なお、図1には、ガイドローラー27が複数、具体的には二つ設けられている様子が示されている。
水槽21の下流にも、ストランド51を導くための一つ以上のガイドローラー31が設けられている。ガイドローラー31の数は、たとえば1〜10であり、2〜7であってもよい。ここで、最上流のガイドローラー31を、ガイドローラー31Aと呼ぶ。各ガイドローラー31は、ストランド51における下の部分、具体的には、ストランド51の径方向で地面寄りの部分と接するように配置されている。各ガイドローラー31の軸は、水平かつTD方向に延びる。なお、図1には、ガイドローラー31が複数、具体的には二つ設けられている様子が示されている。
ガイドローラー31の下流には、ペレタイザー41が配置されている。ペレタイザー41は、ストランド51を引き取るための引取ロール(図示していない)と、引き取ったストランド51を切断するためのカッター(図示していない)とを備える。ペレタイザー41が、ストランド51をロールで引き取りながらカッターで切断することで、ペレットを形成することができる。
本実施形態におけるペレットの製造方法では、ストランド51が、押出機11でダイ13から空気中に押し出され、水槽21内の水に入り、ガイドローラー27に沿って水中を進み、水上に出て、ガイドローラー31に沿って空気中を進み、ペレタイザー41で切断される。
<2.ペレットの製造方法>
本実施形態におけるペレットの製造方法は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランド51をダイ13から押し出す工程(以下、「押出工程」と言う。)と、ストランド51を冷却する工程(以下、「冷却工程」と言う。)と、冷却されたストランド51を切断して、ペレットを得る工程(以下、「ペレタイズ工程」と言う。)とを含む。ストランド51を冷却する工程(冷却工程)は、ストランド51を、水槽21内の水に引き込み水冷する工程(以下、「水冷工程」と言う。)、および水冷されたストランド51を空冷する工程(以下、「空冷工程」と言う。)を含む。
<2.1.ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランドを押し出す工程(押出工程)>
押出工程では、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の原料、たとえば、ポリアミド樹脂(A)およびガラス繊維(B)などを混錬し、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランド51をダイ13の吐出口から空気中に押し出す。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の原料として、たとえば、ポリアミド樹脂(A)、ガラス繊維(B)、銅化合物(C)およびカップリング剤などを挙げることができる。これらについては、後ほど詳述する。原料を混錬することで、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物を作り出すことができる。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の原料は押出機11で混練する。混練のために2軸押出機を使用する場合、スクリューの長さL(mm)の、スクリューの直径D(mm)に対する比(以下、「スクリューL/D」と言う。)が10〜100であることが好ましい。100以下であると、熱劣化による、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物の機械的強度の低下を抑制できる。
押出機11のシリンダー温度は、ポリアミド樹脂(A)の融点に対して5℃以上に設定されることが好ましく、10℃以上に設定されることがより好ましく、15℃以上に設定されることがさらに好ましく、30℃以上に設定されることがさらに好ましい。なぜなら、ポリアミド樹脂(A)を、効果的に溶融させることができるためである。シリンダー温度は、ポリアミド樹脂(A)の融点に対して80℃以下に設定されることが好ましい。なぜなら、シリンダー温度が過度に高いと、ポリアミド樹脂(A)が顕著に熱劣化するためである。ここで、「ポリアミド樹脂(A)の融点」とは、ポリアミド樹脂(A)が複数種を含む場合、最高の融点を意味する。
押出機11のスクリュー回転数は、100rpm以上が好ましく、150rpm以上がより好ましい。スクリュー回転数が100rpm以上であると、ガラス繊維(B)などを良好に分散することができる。スクリュー回転数は、1,500rpm以下が好ましく、1,000rpm以下がより好ましい。1,500rpm以下であると、ガラス繊維(B)の凝集を抑制することが可能であるので、ガラス繊維(B)を良好に分散することができる。
ダイ13の吐出口から押し出されるストランド51の量(以下、「吐出量」という。)は、5kg/hr以上が好ましく、10kg/hr以上がより好ましく、100kg/hr以上がさらに好ましく、150kg/hr以上がさらに好ましい。5kg/hr以上であると、単位時間あたりのペレット生産量に優れる。吐出量は、2000kg/hr以下が好ましく、1000kg/hr以下がより好ましく、500kg/hr以下がさらに好ましく、400kg/hr以下がさらに好ましく、300kg/hr以下がさらに好ましい。
吐出量のスクリュー回転数に対する比(すなわち、吐出量/スクリュー回転数)は、0.01以上が好ましく、0.1以上がより好ましく、0.4以上がさらに好ましく、0.6以上がさらに好ましい。0.01以上であると、スクリュー回転数が、吐出量に対して過度に高すぎないため、ポリアミド樹脂(A)の熱劣化を抑制できる。なお、この比を求めるために、吐出量として、kg/hrで表した値を用い、スクリュー回転数としてrpmで表した値を用いる。吐出量のスクリュー回転数に対する比は、1.0以下が好ましい。1.0以下であると、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物やその原料を移動させる速度が遅すぎないため、速度不足によってガラス繊維(B)のような原料が押出機11から噴出することを防止できる。なお、この比が小さいほど、ガラス繊維(B)を均一に分散できる傾向がある。
ダイ13のノズルは、少なくとも吐出口付近で、水面25に近づくように水平方向に対して傾いて延びている。つまり、ノズルの吐出方向が、水面25に近づくように水平方向に対して傾いている。吐出口付近におけるノズルの傾斜、つまり吐出方向の傾斜は、水平方向に対して5°以上が好ましく、10°以上がより好ましい。ノズルの傾斜は、水平方向に対して90°以下が好ましく、85°以下がより好ましい。なお、ノズルが、Machine Direction(以下、「MD」と言う。)方向で端から端まで、水平方向に対して傾斜する必要はない。
ダイ13における吐出口の径Dは、2.0mm以上が好ましく、2.5mm以上がより好ましい。2.0mm以上であると、ストランド51における溶融部分の強度を確保できるため、強度不足に起因したストランド切れを抑制できる。径Dは、10mm以下が好ましく、7mm以下がより好ましい。10mm以下であると、ストランド51の内部を効果的に冷却することが可能であるので、水冷工程で内部の固化を効果的にすすめることができる。したがって、ストランド51がガイドローラー27によって受ける圧力によって、ストランド51の断面形状が、過度に変形することを防止することが可能であるため、過度に扁平なペレットが生じることを抑制できる。なお、径Dは、吐出口が楕円形状をなす場合、吐出口の最大径を指す。
押出工程は、たとえば、次のような手順で進めることができる。すなわち、ポリアミド樹脂(A)と銅化合物(C)などとをブレンダーで混合し、これを、押出機11の第一供給口に設けられたホッパーを通じて押出機11に投入し、第一供給口よりも下流に設けられた第二供給口(以下、「サイド口」と言う。)からガラス繊維(B)をフィーダーで押出機11に投入する、という手順で進めることができる。ガラス繊維(B)とともに、ほかの強化剤を押出機11に投入してもよい。このような手順を採用する場合、ガラス繊維(B)が、ポリアミド樹脂(A)の少なくとも一部が溶融した状態の溶融混合物に加わるように、ガラス繊維(B)を押出機11に投入することが好ましい。なお、押出工程では、揮発成分や分解低分子成分を除去するためや、強化材などとポリアミド樹脂との反応性を高めるために、サイド口とダイヘッドとの間で真空ポンプによる吸引をおこなうことが好ましい。
ダイ13から押し出されたストランド51は破断しやすい。なぜなら、押し出されたストランド51が、溶融状態、具体的には240℃〜400℃のような高温の溶融状態のガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるためである。
ストランド51は、せん断応力(具体的には、ストランド51の径方向断面に沿って両側部分を互いにずれさせるような応力)よりも、引張方向の応力に対して強い。なぜなら、ストランド51を引取ロールで引き取ることによって、ストランド51が伸びるので、ストランド51中のガラス繊維やポリマーが、ストランド51の進行方向、つまりストランド51の長さ方向に配向するためである
<2.2.ストランドを冷却する工程(冷却工程)>
冷却工程では、ダイ13から押し出されたストランド51を、ペレタイザー41に向けて引き取りながら冷却する。なぜなら、ダイ13から押し出された溶融状態のストランド51を、ペレタイザー41で切断することが難しいためである。冷却工程では、ストランド51を、水槽21内の水に引き込み水冷し、水冷されたストランド51を空冷する。
<2.2.1.ストランドを、水槽内の水に引き込み水冷する工程(水冷工程)>
水冷工程では、ダイ13から押し出されたストランド51を、水槽21内の水に引き込む。水槽21内の水は、20℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、30℃以上がさらに好ましい。水槽21内の水は、80℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましく、50℃以下がさらに好ましい。水槽21に入れるための水として、水道水、井戸水、雨水、純水などを使用できる。水槽21内の水は、薬品などが添加されていてもよい。
水冷工程では、ストランド51が、水槽21内の水に入水角δ70°以上90°未満で入る。ストランド51が、水槽21内の水に入水角δ70°以上90°未満で入ることによって、つまり、ストランド51が水面25に対して垂直に近い状態で入ることによって、せん断応力(具体的には、ストランド51の径方向断面に沿って両側部分を互いにずれさせるような応力)よりも引張方向の応力が自重によって生じやすいため、破断につながりやすいせん断応力を低減できる。したがって、自重によるストランド切れを抑制できる。これ(ストランド51が、水に入水角δ70°以上90°未満で入ること)によって、入水によって生じるせん断応力(具体的には、ストランド51の径方向断面に沿って両側部分を互いにずれさせるような応力)も低減できるため、このようなせん断応力に起因したストランド切れも抑制できる。入水角δは、72°以上が好ましく、75°以上がより好ましく、80°以上がさらに好ましい。なお、入水角δとは、ストランド51を側方から見たときに、ストランド51が水面25と交わってつくる鋭角の大きさである。すなわち、入水角δとは、ガイドローラー27の軸方向でストランド51を見たときに、ストランド51が水面25と交わってつくる鋭角の大きさである。入水角δが90°未満であることによって、ストランド51の振れにともなってストランド51がダイ13に接触することを防止可能であるので、そのような接触に起因するストランド切れを防止できる。入水角δは、89°以下が好ましく、88°以下がより好ましく、87°以下がさらに好ましい。
入水したストランド51は、ガイドローラー27Aで湾曲するところ、湾曲が急であると、湾曲がストランド51に過度に残存することがある。なぜなら、ストランド51が、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるので、水冷によってストランド51の固化が進むにつれて柔軟性が低下するためである。ストランド51に残存した湾曲によって、ストランド51の振れ、すなわち暴れが大きくなる。ストランド51の振れは、ストランド切れを引き起こす。なぜなら、ストランド51の振れによって、ストランド51における吐出口を出ていない部分と、ストランド51における吐出口を出た部分とを互いにずれさせるような応力(せん断応力)が、ストランド51にかかるためである。さらには、ストランド51の振れによって、ガラス繊維の配向が揺らぐので、引張方向の応力に対して弱くなり得るためである。
ストランド51に湾曲が過度に残存することを抑制するために、ガイドローラー27A前後でストランド51がなす角度δ2Aは90°以上が好ましい。90°以上であることによって、ストランド51の湾曲の緩やかさを確保できるため、湾曲の過度な残存を防止できる。よって、ストランド51の振れを抑えることができる。角度δ2Aは180°未満が好ましい。角度δ2Aは、ストランド51とガイドローラー27Aとをしっかり接触させるために179°以下がより好ましく、178°以下がさらに好ましい。179°以下であることによって、ストランド51とガイドローラー27Aとをしっかり接触させることが可能であるため、ガイドローラー27Aよりも下流で生じるストランド51の振れや暴れが、ガイドローラー27Aよりも上流に伝わり難くすることができる。したがって、ストランド切れを、いっそう効果的に抑制できる。しかも、ストランド51とガイドローラー27Aとをしっかり接触させることが可能であるため、ガイドローラー27Aとの接触でストランド51に生じる応力を拡散することもできる。角度δ2Aは、具体的には、ストランド51を側方から見たときに、ストランド51がガイドローラー27A前後でなす角のうち、水面25に向かって開く角の大きさである。
ガイドローラー27B前後でストランド51がなす角度δ2Bは90°以上が好ましい。角度δ2Bは、180°未満が好ましく、179°以下がより好ましく、178°以下がさらに好ましい。179°以下であることによって、ストランド51とガイドローラー27Bとをしっかり接触させることができる。角度δ2Bは、具体的には、ストランド51を側方から見たときに、ストランド51がガイドローラー27B前後でなす角のうち、水面25に向かって開く角の大きさである。
ガイドローラー27Aの径は、1cm以上が好ましく、2cm以上がより好ましい。ガイドローラー27Aの径が大きいほど、ガイドローラー27Aとストランド51との接触面積が増加する傾向があるので、ストランド51の上流部分(具体的には、ダイ13の吐出口からガイドローラー27Aと接するまでの部分)の振れを低減できる。ガイドローラー27Aの径は、たとえば、20cm以下であってもよく、15cm以下であってもよい。
各ガイドローラー27の径は、1cm以上が好ましく、2cm以上がより好ましい。各ガイドローラー27の径が大きいほど、各ガイドローラー27とストランド51との接触面積が増加する傾向があるので、ストランド51の上流部分(たとえば、ダイ13の吐出口からガイドローラー27Aと接するまでの部分)の振れを低減できる。各ガイドローラー27の径は、たとえば、20cm以下であってもよく、15cm以下であってもよい。各ガイドローラー27の径は、互いに等しくても、異なっていてもよい。
ストランド51が、水槽21内の水に浸る長さ(以下、「水浸漬長」と言う。)は、たとえば0.1m〜5mである。ここで水浸漬長は、ストランド51が入水する点から、水上に出る点までのストランド51自体の長さである。
<2.2.2.水冷後のストランドを空冷する工程(空冷工程)>
空冷工程では、水冷されたストランド51を空冷する。空冷工程では、ストランド51に付着した水分の少なくとも一部を、ストランド51が持つ熱によって気化させることができる。その結果、ペレタイズ後の吸水を抑制することができる。ストランド51に付着した水分をとばすために、ストランド51に送風することが好ましい。送風機を使用する場合、送風機の風圧が0.1MPa以上、風量が5m/min以上であると、ストランド51に付着した水分を効果的に飛ばすことができる。
水冷されたストランド51は、ガイドローラー31Aで湾曲するところ、湾曲が急であると、ストランド51の振れが発生しやすい。なぜなら、水冷によって固化がすすんだため、ストランド51の柔軟性が高くないためである。
ストランド51の振れを抑制するために、ガイドローラー31A前後でストランド51がなす角度δ3は、140°以上が好ましく、150°以上がより好ましく、160°以上がさらに好ましく、170°以上がさらに好ましい。140°以上であることによって、ストランド51の湾曲の緩やかさを確保できるため、ストランド51の振れを抑制できる。角度δ3は、179°以下が好ましく、178°以下がより好ましい。角度δ3は、具体的には、ストランド51を側方から見たときに、ストランド51が、ガイドローラー31A前後でなす角のうち、地面に向かって開く角の大きさである。
角度δ3が角度δ2Aよりも大きいことが好ましい。これによって、ストランド51の振れを低減できる。これについて説明する。ガイドローラー31Aでストランド51が湾曲するときは、ガイドローラー27Aで湾曲するときよりも、ストランド51の固化がすすんでいるため柔軟性が低い。ストランド51の柔軟性が低いため、ガイドローラー31Aでの曲がりが過度にきついと、ストランド51がその曲がりに追従できないことがある。ストランド51がその曲がりに追従できないと、ストランド51の振れが生じる。ここで、角度δ3が角度δ2Aよりも大きいと、その逆の場合(つまり、角度δ3が角度δ2Aよりも小さい場合)にくらべて、ストランド51が、ガイドローラー31Aでの曲がりに追従しやすい。したがって、角度δ3が角度δ2Aよりも大きいと、その逆の場合にくらべて、ストランド51の振れを低減できる。
ガイドローラー31Aの径は、1cm以上が好ましく、2cm以上がより好ましい。ガイドローラー31Aの径は、たとえば、20cm以下であってもよく、15cm以下であってもよい。
各ガイドローラー31の径は、1cm以上が好ましく、2cm以上がより好ましい。各ガイドローラー31の径は、たとえば、20cm以下であってもよく、15cm以下であってもよい。各ガイドローラー31の径は、互いに等しくても、異なっていてもよい。
ストランド51が空冷される区間の長さは、適宜設定することができるものの、ストランド51が、ペレタイザー41で切断可能な温度まで下がるように設定することが好ましい。
<2.3.空冷されたストランドを切断してペレットを得る工程(ペレタイズ工程)>
ペレタイズ工程では、空冷されたストランド51をペレタイザー41で切断して、ペレットを得る。
ペレットは、通常、円柱状、具体的には直円柱状をなす。ペレット断面の形状(以下、「断面形状」と言う。)は、通常、楕円形状をなす。なぜなら、ストランド51がガイドローラー27によって受ける圧力によって、ストランド51の断面形状が楕円形状となるためである。ただし、ペレットの断面形状は、これに限られない。たとえば、円形状であってもよい。なお、ペレット断面とは、ペレタイザー41で形成された切り口である。
ペレットの径Dは、吐出口の径Dよりも小さい。なぜなら、ストランド51を引取ロールで引き取ることによって、ストランド51に張力がかかるので、ストランド51が、溶融部分で伸びる(つまり、ストランド51が、少なくともダイ13から水面25までの部分で伸びる)ためである。なお、ペレットの径Dは、ペレット断面(ペレタイザー41で形成された切り口)の最大径、およびペレット断面の最小径をノギスで測定し、最大径および最小径の和を2で割ることによって求める。ペレットの径Dは、ペレット100個分の平均値である。
ペレットの径Dは、0.5mm以上が好ましく、1.0mm以上がより好ましく、1.5mm以上がさらに好ましく、2.0mm以上がさらに好ましい。ペレットの径Dは、4.5mm以下が好ましく、4.0mm以下がより好ましく、3.5mm以下がさらに好ましい。
ペレットの扁平率は、2.0以下が好ましく、1.9以下がより好ましい。ペレットの扁平率が小さいほど、ペレットの比表面積が小さくなる傾向があるところ、ペレットの扁平率が2.0以下であると、ペレットの比表面積の大きさが制限されるため、ペレットの吸水(たとえば、ペレットを袋詰めするまでのペレットの吸水)を低減することができる。ペレットの扁平率は、たとえば、1.2以上であってもよく、1.3以上であってもよく、1.4以上であってもよい。なお、ペレットの扁平率は、ペレット断面の最大径を、ペレット断面の最小径で割った値である。ペレットの扁平率は、ペレット100個分の平均値である。
扁平率の標準偏差は小さいほど、ストランド51の振れが小さいことを示す。なぜなら、ストランド51の振れにともなって、ストランド51がガイドローラー27との接触で受ける圧力が増減するところ、その圧力に扁平率が比例するためである。
よって、扁平率の標準偏差は小さいほど好ましい。標準偏差は、0.20以下が好ましく、0.15以下がより好ましく、0.10以下がさらに好ましく、0.08以下がさらに好ましい。
ペレットの長さ、具体的には、ペレットの軸方向の長さは、1mm以上が好ましく、1.5mm以上がより好ましく、2mm以上がさらに好ましく、2.5mm以上がさらに好ましい。ペレットの長さは、15mm以下が好ましく、10mm以下がより好ましく、6mm以下がさらに好ましく、5mm以下がさらに好ましく、4mm以下がさらに好ましい。
<2.4.他の工程>
ペレットに、必要に応じて乾燥エアーを当てながら、ペレットを放置してもよい。ペレットを放置することで、ペレットに付着した水分の少なくとも一部を、ペレットが持つ熱によって気化させることができる。ペレットは、必要に応じて選別され、必要に応じて袋に詰められる。
<2.5.ペレットの径Dの、吐出口の径Dに対する比(D/D)>
ストランド51の溶融部分にかかる張力が大きいほど、ペレットの径Dの、吐出口の径Dに対する比(D/D)が小さくなる。よって、比(D/D)は、ストランド51の溶融部分にかかる張力の指標にすることができる。なお、比(D/D)は、ストランド51を引き取る速度(引取速度)や、ストランド51の吐出量で調整することができる。
比(D/D)が0.65以上であることによって、ストランド51の溶融部分に、過度な張力がかかることを防止することができるため、ストランド切れを抑制することができる。比(D/D)は、0.67以上が好ましい。
比(D/D)が0.97以下であることによって、ストランド51の溶融部分の振れを抑える程度の張力を、ストランド51の溶融部分にかけることができる。比(D/D)は、0.95以下が好ましく、0.93以下がより好ましい。
<2.6.ストランドを引き取る速度(以下、「引取速度」と言う。)>
引き取り速度は、20cm/秒以上が好ましく、30cm/秒以上がより好ましく、40cm/秒以上がさらに好ましい。20cm/秒以上であると、単位時間あたりのペレット生産量に優れる。引き取り速度は、150cm/秒以下が好ましく、140cm/秒以下がより好ましく、120cm/秒以下がさらに好ましく、100cm/秒以下がさらに好ましく、80cm/秒以下がさらに好ましい。
<2.7.ペレットの物性>
ペレットにおける残存ガラス繊維長より求められる単位本数あたりの平均ガラス表面積(S)が、臨界ガラス表面積(Sc)の1.1倍以上であることが好ましい。1.1倍以上であると、機械特性、たとえば剛性や耐衝撃性に優れた製品をペレットから製造できる。
ペレットにおける残存ガラス繊維長の測定は、以下のように行う。ガラス繊維高充填材料ではガラス繊維同士の干渉が多く、測定時にガラス繊維が破損しやすく、正確な繊維長が求めにくいので、本実施形態では、ガラス繊維長を正確に測定するため、溶融混練して得られたペレットを650℃にて2時間強熱し、ガラス繊維を破損することなく灰分として取り出し、得られたガラス繊維を水に浸し、ガラス繊維を超音波洗浄機で分散させる。分散したガラス繊維をプレパラート上に取り出し、デジタルマイクロスコープ(ハイロックス社製「KH−7700」)で80倍にて観察し、重量平均の繊維長、すなわち残存ガラス繊維長を求める。
次に、臨界ガラス表面積(Sc)の求め方について説明する。ガラス繊維とポリアミド樹脂とが十分にカップリングしていると仮定すると、ガラス繊維が短い場合、つまりガラス表面積が小さい場合、ガラス繊維が樹脂から抜けてしまい樹脂破断時にガラス繊維の強度発現は小さいが、臨界点よりもガラス繊維が長い、つまりガラス表面積が大きい場合は、ガラス繊維が折れてガラス繊維の強度発現寄与度が大きいことになる。
つまり十分な機械強度を発現するためには、S・τ/2 > σ・S’を満たす必要がある。ここで、
S:平均ガラス表面積〔μm〕、
τ:ポリアミド樹脂−ガラス繊維界面せん断応力〔MPa〕、
σ:ガラス繊維破断応力〔MPa〕、
S’:ガラス繊維断面積〔μm
であり、
丸断面ガラスの場合、
S=πD・l
D:丸断面ガラス繊維の直径〔μm〕、
l:ペレットにおける残存ガラス繊維長〔μm〕、
S’=π(D/2)
であり、
扁平断面ガラスの場合、
S=2(a+b)・l、
a:扁平の長辺〔μm〕、
b:扁平の短辺〔μm〕、
l:ペレットにおける残存ガラス繊維長〔μm〕、
S’=a・b
であり(S、S’とも近似計算である。)、
τ=50MPa(最新の複合材料界面科学研究2001、第9回複合材料界面シンポジウム要旨集 P−9−1〜P−9−4、(2001年4月25日発行)より)、
σ=3500MPa(特開2003−171143号公報より)
である。
平均ガラス表面積の臨界点は、S・τ/2=σ・S’が成り立つときで、そのときの平均ガラス表面積を臨界ガラス表面積(Sc)〔μm〕とする。
よって、臨界ガラス表面積(Sc)は、下記式で求められ、平均ガラス表面積(S)は、上記で説明したように求められる。
Sc=2S’・σ/τ
S・τ/2>σ・S’は、特殊な形状のガラス繊維(たとえば、後述の扁平断面ガラス繊維および特殊細径丸断面ガラス繊維の少なくとも一方)をポリアミド樹脂(A)に配合することで達成することができる。
<2.8.ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物、およびその原料>
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂(A)およびガラス繊維(B)を含む。ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、銅化合物(C)、カップリング剤および離型剤、安定剤をさらに含むことが好ましい。
ポリアミド樹脂(A)としては、特に限定されないが、たとえば、ポリテトラメチレンアジパミド(ポリアミド46)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリウンデカメチレンアジパミド(ポリアミド116)、ポリメタキシリレンアジパミド(ポリアミドMXD6)、ポリパラキシリレンアジパミド(ポリアミドPXD6)、ポリテトラメチレンセバカミド(ポリアミド410)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリデカメチレンアジパミド(ポリアミド106)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)、ポリデカメチレンドデカミド(ポリアミド1012)、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド(ポリアミド6I)、ポリテトラメチレンテレフタルアミド(ポリアミド4T)、ポリペンタメチレンテレフタルアミド(ポリアミド5T)、ポリ−2−メチルペンタメチレンテレフタルアミド(ポリアミドM−5T)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ポリアミド6T)、ポリヘキサメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド(ポリアミド6T(H))、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ポリアミド9T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド10T)、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド11T)、ポリドデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド12T)、ポリラウリルラクタム(ポリアミド12)、ポリ−11−アミノウンデカン酸(ポリアミド11)及びこれらの構成単位の共重合体などが挙げられる。
ポリアミド樹脂(A)は、高い曲げ弾性率と高い耐衝撃性を同時に満たすために、脂肪族ポリアミド(a1)と、芳香族成分を有するポリアミド(a2)とを、a1:a2=5:95〜95:5の質量比で混合して使用することが好ましい。
射出成形用ポリアミド樹脂は一定以上の結晶性を保っていることが好ましいため、芳香族成分を有するポリアミド(a2)が結晶性である場合は、a1:a2=5:95〜75:25の質量比が成型性、耐熱性の観点からより好ましい。a1:a2=15:85〜70:30であることが、さらに好ましく、a1:a2=20:80〜65:35であることが、もっとも好ましい。
いっぽう、芳香族成分を有するポリアミド(a2)が非結晶性である場合は、a1:a2=60:40〜95:5の質量比が成型性、生産性の観点から好ましい。a1:a2=60:40〜90:10であることが、さらに好ましい。
芳香族成分を有するポリアミド(a2)としては、高い弾性率を発現させ、固化の速度を調整し生産時のストランド性や射出成形時の金型転写性を改善するポリアミド樹脂が好ましい。芳香族成分を含むポリアミド(a2)としては、テレフタル酸とイソフタル酸とアジピン酸を原料とするポリアミド6T/6I、テレフタル酸とアジピン酸とヘキサメチレンジアミンを原料とするポリアミド6T/66、メタキシリレンジアミンとアジピン酸を原料とするポリアミドMXD6(ポリメタキシリレンアジパミド)などが挙げられるが、(a1)と(a2)のポリアミドを併用した際の相溶性、強度発現、靭性保持、剛性発現を考慮すると、ポリアミドMXD6が好ましい。MXD6のようにキシリレンジアミンを成分とする結晶性ポリアミドを主成分とする場合は、(a2)としてその一部が相対粘度1.4〜1.8のポリメタキシリレンアジパミドを用いることが特に望ましい。つまり、芳香族成分を有するポリアミド(a2)が、相対粘度1.4〜1.8のポリメタキシリレンアジパミドと、相対粘度1.8を超えるポリメタキシリレンアジパミドとを含むことが好ましい。相対粘度1.8を超えるポリメタキシリレンアジパミドは、たとえば相対粘度1.9〜3.0であることができる。
脂肪族ポリアミド(a1)としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46などが成型性、耐熱性、靭性、剛性などの点で好ましい。
芳香族成分を有するポリアミド(a2)が非結晶性である場合、脂肪族ポリアミド(a1)としては、96%硫酸溶液における相対粘度が1.4〜2.0であり、かつ末端カルボキシル基濃度が55〜95meq/kgであるポリカプロアミドを含むことが好ましい。これにより、ある程度の靭性を保持しながら、扁平断面ガラス繊維を高充填する際の生産性と、成形時の樹脂組成物の流動性を向上させ、成型品外観を良好にする。
ポリアミド樹脂(A)としては、成型性、耐熱性、靭性、剛性などの観点より、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミドMXD6、ポリアミド6T/6、ポリアミド6T/66、ポリアミド6T/6Iやそれらのブレンド物であることが好ましい。なかでも、ポリアミド樹脂(A)が、ポリアミドMXD6と、ポリアミド6およびポリアミド66の少なくとも一方とを含むことが好ましく、ポリアミドMXD6とポリアミド66とを含むことがより好ましい。これにより、高い曲げ弾性率を得ることができる。いっぽう、ポリアミド樹脂(A)が、ポリアミド6T/6Iと、ポリアミド6およびポリアミド66の少なくとも一方とを含むことも好ましく、ポリアミド6T/6Iとポリアミド6とを含むことがより好ましい。
ポリアミド樹脂(A)は、ガラス繊維に表面処理されたカップリング剤と効率的に反応するためには、分子末端にカルボキシル基やアミノ基を持つことが好ましい。具体的には、末端カルボキシル基濃度(CEG:meq/kg)に関して、ポリアミド樹脂(A)は10〜95meq/kgであることが好ましく、さらに好ましくは55〜90meq/kgである。ただし、96%硫酸溶液における相対粘度が1.4〜1.8であるポリメタキシリレンアジパミドは流動性が良好であるが、非常に脆く衝撃強度も低いため、このポリメタキシリレンアジパミドを含む場合は、ガラス繊維とカップリングしないように末端カルボキシル基量が50meq/kg以下であることが好ましい。
ポリアミド樹脂(A)の含有量は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物100質量%中、20質量%以上が好ましく、25質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。20質量%以上であるため、成形性に優れたペレットを得ることができる。ポリアミド樹脂(A)の含有量は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物100質量%中、50質量%以下が好ましく、49質量%以下がより好ましく、45質量%以下がさらに好ましい。
ガラス繊維(B)としては特に限定されないものの、扁平断面ガラス繊維および特殊細径丸断面ガラス繊維の少なくとも一方を使用することが好ましい。なかでも、扁平断面ガラス繊維が好ましい。なぜなら、扁平断面ガラス繊維は、ペレット生産時に折れにくく、かつガラス繊維表面積の大きいためである。ガラス繊維(B)は、1種のみを単独使用してもよく、数種を組み合わせて用いてもよい。
扁平断面ガラス繊維は、繊維の長さ方向に対して垂直な断面において略楕円形、略長円形、略繭円形であるものを含む。扁平断面ガラス繊維の扁平度は1.5〜8であることが好ましい。ここで扁平度とは、ガラス繊維の長手方向に対して垂直な断面に外接する最小面積の長方形を想定し、この長方形の長辺の長さを長径とし、短辺の長さを短径とした場合の、長径/短径の比である。扁平度が1.5未満である場合には、丸断面のガラス繊維と形状に大きな差がないため、成形物の耐衝撃性があまり向上しない場合がある。いっぽう、扁平度が8を超える場合には、ポリアミド樹脂中における嵩密度が高くなるので、ポリアミド樹脂中に均一に分散できない場合があり、成形物の耐衝撃性があまり向上しない場合がある。本実施形態では、略長円形断面を有し、扁平度が2〜5のガラス繊維が、高い機械的物性を発現するために特に好ましい。扁平断面ガラス繊維の太さは特に限定されるものではないが、短径が1μm〜20μm、長径2μm〜100μm程度が好ましい。また、扁平断面ガラス繊維は、繊維束となって、繊維長1mm〜20mm程度に切断されたチョップドストランド状のものが好ましく使用できる。このような、扁平断面ガラス繊維は、ペレットにおける単位質量あたりのガラス繊維数を少なくすることができるため、ガラス繊維同士の干渉を低減できる。
特殊細径丸断面ガラス繊維は、直径7μm以下の丸断面ガラス繊維である。特殊細径丸断面ガラス繊維を使用することで、臨界ガラス繊維表面積を小さくすることができる。特殊細径丸断面ガラス繊維の直径が7μmを超えると、臨界ガラス表面積が大きくなるため、溶融混練時のガラス繊維の破損によって残存平均ガラス表面積を臨界ガラス表面積の1.1倍以上にすることが困難になる傾向がある。特殊細径丸断面ガラス繊維の直径の下限は、4μm程度であることが好ましい。特殊細径丸断面ガラス繊維は、繊維束となって、繊維長1mm〜20mm程度に切断されたチョップドストランド状のものが好ましく使用できる。
扁平断面ガラス繊維や特殊細径丸断面ガラス繊維のようなガラス繊維(B)は、予め、シランカップリング剤のようなカップリング剤が処理されていることが好ましい。つまり、カップリング剤が処理されたガラス繊維(B)を用いることが好ましい。
ガラス繊維(B)の含有量は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物100質量%中、50質量%以上であり、55質量%以上が好ましい。50質量%以上であるため、機械強度に優れる。ガラス繊維(B)の含有量は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物100質量%中、80質量%以下が好ましく、75質量%以下がより好ましく、70質量%以下がさらに好ましい。ガラス繊維(B)の含有量は、65質量%以下であってもよく、60量%以下であってもよい。
ポリアミド樹脂(A)およびガラス繊維(B)の合計含有量は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物100質量%中、94質量%以上が好ましく、96質量%以上が好ましく、98質量%以上がより好ましい。合計含有量は、100質量%であってもよく、100質量%未満であってもよく、99質量%以下であってもよい。
カップリング剤が、ガラス繊維(B)に予め付着していることができるものの、ガラス繊維(B)のポリアミド樹脂(A)に対する濡れ性をさらに高めるために、ガラス繊維(B)に予め付着したカップリング剤とは別に、カップリング剤を添加することが好ましい。カップリング剤の添加量は、ガラス繊維(B)100質量部に対して、0.05質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、0.2質量部以上がさらに好ましい。カップリング剤の添加量は、ガラス繊維(B)100質量部に対して、1.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以下がより好ましい。
このようなカップリング剤、つまり添加用のカップリング剤として、シランカップリング剤を挙げることができる。シランカップリング剤は、ポリアミド反応性シランカップリング剤が好ましい。カップリング剤は、1種のみを単独使用してもよく、数種を組み合わせて用いてもよい。
銅化合物(C)としては、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、塩化第二銅、臭化第二銅、ヨウ化第二銅、燐酸第二銅、ピロリン酸第二銅、硫化銅、硝酸銅、酢酸銅などの有機カルボン酸の銅塩などを用いることができる。銅化合物(C)は、1種のみを単独使用してもよく、数種を組み合わせて用いてもよい。
銅化合物(C)の含有量は、ポリアミド樹脂(A)とガラス繊維(B)の合計100質量部に対して、0.01質量部以上が好ましく、0.02質量部以上がより好ましい。0.01質量部以上であると、180℃、2000時間における曲げ強度保持率を向上できる。銅化合物(C)の含有量は、ポリアミド樹脂(A)とガラス繊維(B)の合計100質量部に対して、0.5質量部以下が好ましく、0.4質量部以下がより好ましい。0.5質量部以下であると、銅化合物(C)による物性低下を防止できる。
安定剤として、たとえばハロゲン化アルカリ金属化合物を挙げることができる。ハロゲン化アルカリ金属化合物としては、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウムなどが挙げられる。安定剤は、1種のみを単独使用してもよく、数種を組み合わせて用いてもよい。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、無機充填材、耐候性改良剤としてカーボンブラックや、光または熱安定剤としてフェノール系酸化防止剤やリン系酸化防止剤、結晶核剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、顔料、染料などをさらに含むことができる。
無機充填材として、針状ワラストナイト、マイカ、タルク、未焼成クレー、ウィスカー、カーボン繊維、セラミック繊維、シリカ、アルミナ、カオリン、石英、粉末状ガラス(ミルドファイバー)、グラファイトを含んでもよい。これらの無機充填材は、アミノシラン処理など、表面処理されているものを使用してもよい。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、成形品の力学的性質、電気的性質などの改良のために、炭素カルシウム、硫酸バリウムなどの充填材、チタン酸カリウムなどのウイスカー、カーボンブラック、金属粉末などの導電性改良充填材を含むことができる。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂の耐衝撃などの特性を改質することを目的として、オレフィン系化合物を含むことができる。オレフィン系化合物は任意で変性させたものを用いることができる。たとえば、変性ポリオレフィン、スチレン系共重合体を用いる場合、カルボン酸基又は/及びカルボン酸無水物基を有する単量体を共重合やグラフト重合などによって未変性のポリマー分子鎖中に含ませたα−オレフィン系、スチレン系の(共)重合体である。
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物は、ガラス繊維(B)以外に強化繊維を含んでもよい。このような強化繊維として、ガラスフレーク、炭素繊維、チタン酸カリウィスカーなどの無機繊維、有機繊維、または金属繊維を挙げることができる。
<3.上述の実施形態には種々の変更を加えることができる>
上述の実施形態におけるペレットの製造方法には、種々の変更を加えることができる。たとえば、以下の変形例から、一つまたは複数を選択して、上述の実施形態に変更を加えることができる。
上述の実施形態では、ダイ13のノズルが、少なくとも吐出口付近で、水面25に近づくように水平方向に対して傾いて延びている、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、ダイ13のノズルが、少なくとも吐出口付近で、水平方向に傾斜せずに延びている、という構成でもよい。なお、ノズルが、MD方向で端から端まで、水平方向に傾斜せずに延びている必要はない。
上述の実施形態では、角度δ2Aが90°以上180°未満である、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、角度δ2Aが、90°未満であってもよく、180°以上であってもよい。
上述の実施形態では、角度δ2Bが90°以上180°未満である、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、角度δ2Bが、90°未満であってもよく、180°以上であってもよい。
上述の実施形態では、水槽21内に複数のガイドローラー27が設けられている、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、図2に示すように、水槽21内に、一つのガイドローラー27(27A)が設けられている、という構成でもよい。一つのガイドローラー27(27A)が設けられていることによって、ストランド51が水中で湾曲する回数を制限できる。水槽21内に、一つのガイドローラー27(27A)が設けられている構成において、角度δ2Aは、120°以下がさらに好ましく、110°以下がさらに好ましく、100°以下がさらに好ましい。120°以下であると、ストランド51とガイドローラー27Aとをしっかり接触させることが可能であるため、ガイドローラー27Aよりも下流で生じるストランド51の振れや暴れが、ガイドローラー27Aよりも上流に伝わり難くすることができる。したがって、ストランド切れを、いっそう効果的に抑制できる。しかも、ストランド51とガイドローラー27Aとをしっかり接触させることが可能であるため、ガイドローラー27Aとの接触でストランド51に生じる応力を拡散することもできる。
上述の実施形態では、各ガイドローラー27が、ストランド51における上の部分、具体的には、ストランド51の径方向で水面25寄りの部分と接するように配置されている、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。
上述の実施形態では、水槽21の下流に複数のガイドローラー31が設けられている、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、水槽21の下流に、ガイドローラー31が一つだけ設けられている、という構成でもよく、ガイドローラー31が設けられていない、という構成でもよい。
上述の実施形態では、各ガイドローラー31が、ストランド51における下の部分、具体的には、ストランド51の径方向で地面寄りの部分と接するように配置されている、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。
上述の実施形態では、角度δ3が140°以上である、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。
上述の実施形態では、角度δ3が角度δ2Aよりも大きい、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。
上述の実施形態では、空冷されたストランド51を切断してペレットを得る、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、空冷されたストランド51を、さらに水冷してもよい。
以下、本発明を実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
ポリアミド樹脂の相対粘度
ポリアミド樹脂0.25gを、96%の硫酸25mlに溶解してサンプル溶液を作製した。サンプル溶液10mlをオズワルド粘度管に入れ、サンプル溶液の落下時間を20℃で測定した。溶媒、つまり硫酸の落下時間も20℃で測定した。これらを測定した後、相対粘度(RV)を、以下の式より算出した。
RV=T/T
RVは、相対粘度である。Tは、サンプル溶液の落下時間である。Tは、溶媒の落下時間である。
ポリアミド樹脂の末端カルボキシル基濃度(CEG)
ポリアミド樹脂0.2gにベンジルアルコール10mlを加え、180℃±5℃にて5分間溶解した。この溶液を水中にて15秒間冷却し、フェノールフタレインを指示薬としてエタノール性水酸化カリウム溶液(0.5NのKOH80mlにエタノールを加え1000mlに調整したもの)で滴定し、CEG(単位は、meq/kgである。)を、以下の式で算出した。
CEG={〔(A−B)×N×f〕/(W×1000)}×10
Aは、滴定量であり、mlで表される。Bは、溶媒のブランク滴定量であり、mlで表される。Nは、エタノール性水酸化カリウムの濃度であり、mol/lで表される。fは、エタノール性水酸化カリウムのファクターである。Wは、ポリアミド樹脂の質量であり、gで表される。
曲げ強さ、および曲げ弾性率
ペレットから作製した3点曲げ試験用試験片の曲げ強さ、および曲げ弾性率を、ISO−178に準じて測定した。具体的には、3点曲げ試験用試験片を、二つの支持台に載せ、支点間中央に圧子で力を加えて、たわませた。試験は、以下の条件でおこなった。
3点曲げ試験用試験片 長さ100mm、幅10mm、厚さ4mm
支点間距離 64mm
試験速度 2mm/min
曲げ強さ保持率(耐熱老化性)
曲げ強さ保持率を求めるために、3点曲げ試験用試験片を、180℃のオーブンに入れ、180℃で2000時間加熱し、加熱後の曲げ強さを測定した。曲げ強さ保持率は、以下の式で求めた。
曲げ強さ保持率=(加熱後の曲げ強さ/加熱前の曲げ強さ)×100
シャルピー衝撃強さ
ペレットから作製した衝撃試験用試験片のシャルピー衝撃強さを、ISO179−1に準じて23℃で測定した。この試験片の形状は、1eA(切削ノッチ)であった。
残存ガラス繊維長
ペレットを650℃にて2時間強熱し、ガラス繊維を破損することなく灰分として取り出し、得られたガラス繊維を水に浸し、ガラス繊維を超音波洗浄機で分散させた。分散したガラス繊維をプレパラート上に取り出し、デジタルマイクロスコープ(ハイロックス社製「KH−7700」)で80倍にて観察し、重量平均の繊維長、すなわち残存ガラス繊維長を求めた。
平均ガラス表面積(S)および臨界ガラス表面積(Sc)
平均ガラス表面積(S)および臨界ガラス表面積(Sc)は、上述の方法で求めた。なお、τとして50MPaを採用した。σとして3500MPaを採用した。
入水角δ、角度δ2A、および角度δ3
ダイの吐出口からペレタイザー入口まで、ストランドの経路に沿って、幅20cmのポリエステルフィルム(東洋紡社製「E5000」、厚み100μm)をたるみなく張った。このようにして張られたポリエステルフィルムが、水面と最初に交わってつくる鋭角の大きさ、すなわち入水角δを、アングルプロトラクター(新潟精機社製「AP−130」)で測定した。さらに、ポリエステルフィルムで形成された角度δ2A、および角度δ3もアングルプロトラクターで読み取った。
ペレットの径D
ペレットの径Dは、ペレット断面(ペレタイザーで形成された切り口)の最大径、およびペレット断面の最小径をノギスで測定し、最大径および最小径の和を2で割ることによって求めた。ペレットの径Dとして、ペレット100個分の平均値を表2に示す。
扁平率、およびその標準偏差
ペレットの扁平率は、ペレット断面の最大径を、ペレット断面の最小径で割った値である。ペレットの扁平率として、ペレット100個分の平均値を表2に示す。扁平率の標準偏差も表2に示す。
使用したポリアミド樹脂(A)
a1A 相対粘度=1.9のポリアミド6、東洋紡社製「ナイロンT−860」、CEG=80meq/kg
a1B 相対粘度=2.4のポリアミド66、ローディア社製「スタバミド23AE」、CEG=91meq/kg
a2A 相対粘度=2.1のポリアミドMXD6、東洋紡社製「ナイロンT600」、CEG=65meq/kg、結晶性ポリアミド
a2B 相対粘度=1.7のポリアミドMXD6、東洋紡社製「ナイロンT640」、CEG=35meq/kg、結晶性ポリアミド
a2C 相対粘度=2.0のポリアミド6T6I、エムス社製「グリボリーG21」、CEG=87meq/kg、非晶性ポリアミド
使用したガラス繊維(B)
b1 扁平断面ガラス繊維チョップドストランドとして日東紡社製「CSG3PA820S」、扁平度4、短径7μm、繊維長3mm
b2 丸断面ガラス繊維チョップドストランドとして日東紡社製「3DE−452」、直径6.5μm、繊維長3.3mm
使用した銅化合物(C)
C 臭化銅(II)
使用した他の成分(D)
離型剤 クラリアント社製のモンタン酸エステルワックス「WE40」
安定剤 ヨウ化カリウム
カップリング剤 信越化学工業社製「KBE−903」(アミノシランカップリング剤)
実施例1、2、4、および比較例1におけるペレットの作製
原料を、表1に示す配合割合で計量し、ガラス繊維(B)以外の成分をタンブラーで混合した後、スクリューL/D34の二軸押出機(東芝機械社製「TEM48BS」)の主供給口に供給して、シリンダー温度260℃、スクリュー回転数280rpmで溶融混合し、次いでガラス繊維(B)をサイドフィード方式で供給し溶融混練をおこない、径D4.0mmの吐出口を10個有するダイからストランドを吐出した。なお、ダイとして、ノズルの吐出方向が、水面に近づくように水平方向に対して70°傾くノズルを有するストランドダイを使用した。
ダイから出てきたストランドを、水温30℃の水槽内に引き込み水冷し、水冷されたストランドを空冷し、冷却されたストランドをペレタイザーでペレット状に切断し、ペレットを生産した。なお、ここまでの操作は、図2に示すような設備構成を用いておこなった。ペレットの生産は24hrおこなった。ペレット生産中に発生したストランド切れ回数と、ペレットの収率とを表2に示す。なお、水冷工程および空冷工程で利用された各ガイドローラーの径は4.8cmであった。
ペレットを、100℃で12時間乾燥した後、射出成形機(東芝機械株式会社製「IS80」)でシリンダー温度260℃、金型温度80℃で射出成形し、各種試験片(3点曲げ試験用試験片、衝撃試験用試験片)を作製した。
実施例5および比較例2におけるペレットの作製
原料を、表1に示す配合割合で計量し、ガラス繊維(B)以外の成分をタンブラーで混合した後、スクリューL/D34の二軸押出機(東芝機械社製「TEM48BS」)の主供給口に供給して、シリンダー温度280℃、スクリュー回転数280rpmで溶融混合し、次いでガラス繊維(B)をサイドフィード方式で供給し溶融混練をおこない、径D4.0mmの吐出口を10個有するダイからストランドを吐出した。なお、ダイとして、ノズルの吐出方向が、水面に近づくように水平方向に対して70°傾くノズルを有するストランドダイを使用した。
ダイから出てきたストランドを、水温30℃の水槽内に引き込み水冷し、水冷されたストランドを空冷し、冷却されたストランドをペレタイザーでペレット状に切断し、ペレットを生産した。なお、ここまでの操作は、図2に示すような設備構成を用いておこなった。ペレットの生産は24hrおこなった。ペレット生産中に発生したストランド切れ回数と、ペレットの収率とを表2に示す。なお、ストランド切れ回数が20回に到達した場合は、ペレットの生産を取りやめた。また、水冷工程および空冷工程で利用された各ガイドローラーの径は4.8cmであった。
ペレットを、100℃で12時間乾燥した後、射出成形機(東芝機械株式会社製「IS80」)でシリンダー温度285℃、金型温度140℃で射出成形し、各種試験片(3点曲げ試験用試験片、衝撃試験用試験片)を作製した。
実施例3および比較例3におけるペレットの作製
原料を、表1に示す配合割合で計量し、ガラス繊維(B)以外の成分をタンブラーで混合した後、スクリューL/D34の二軸押出機(東芝機械社製「TEM48BS」)の主供給口に供給して、シリンダー温度280℃、スクリュー回転数280rpmで溶融混合し、次いでガラス繊維(B)をサイドフィード方式で供給し溶融混練をおこない、径D2.7mmの吐出口を10個有するダイからストランドを吐出した。なお、ダイとして、ノズルの吐出方向が、水面に近づくように水平方向に対して70°傾くノズルを有するストランドダイを使用した。
ダイから出てきたストランドを、水温30℃の水槽内に引き込み水冷し、水冷されたストランドを空冷し、冷却されたストランドをペレタイザーでペレット状に切断し、ペレットを生産した。なお、ここまでの操作は、図2に示すような設備構成を用いておこなった。ペレットの生産は24hrおこなった。ペレット生産中に発生したストランド切れ回数と、ペレットの収率とを表2に示す。なお、ストランド切れ回数が20回に到達した場合は、ペレットの生産を取りやめた。また、水冷工程および空冷工程で利用された各ガイドローラーの径は4.8cmであった。
ペレットを、100℃で12時間乾燥した後、射出成形機(東芝機械株式会社製「IS80」)でシリンダー温度285℃、金型温度140℃で射出成形し、各種試験片(3点曲げ試験用試験片、衝撃試験用試験片)を作製した。
Figure 2021003855
Figure 2021003855
各実施例では、ストランド切れを抑制できた。いっぽう、各比較例では、ストランド切れの頻度が高かった。たとえば、比較例2では、3hrのペレット生産で、ストランド切れ回数が20回に到達し、比較例3では、11hrのペレット生産で、ストランド切れ回数が20回に到達した。
なお、比較例1では、収率が実施例1〜5にくらべて低かった。なぜなら、ストランド切れ回数が多かったので、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物のロスも多かったためである。
ちなみに、各実施例では、扁平率の標準偏差が小さかった。
本実施形態におけるペレットの製造方法は、ストランド切れの頻度を低減することができるため、産業上利用可能である。
11…押出機、13…ダイ、21…水槽、25…水面、27…ガイドローラー(特に、最上流のガイドローラー27が、ガイドローラー27Aであり、ガイドローラー27Aよりも下流のガイドローラー27がガイドローラー27Bである。)、31…ガイドローラー(特に、最上流のガイドローラー31がガイドローラー31Aである。)、41…ペレタイザー、51…ストランド、δ…入水角、δ2A…角度(具体的には、ガイドローラー27A前後でストランド51がなす角度)、δ2B…角度(具体的には、ガイドローラー27B前後でストランド51がなす角度)、δ3…角度(具体的には、ガイドローラー31A前後でストランド51がなす角度)

Claims (7)

  1. ガラス繊維を50〜80質量%含むガラス繊維強化ポリアミド樹脂組成物からなるストランドを、ダイの吐出口から押し出す工程と、
    前記ストランドを、水槽内の水に引き込み、冷却する工程と、
    冷却された前記ストランドを切断して、ペレットを得る工程とを含み、
    前記ストランドが、前記水槽内の水に入水角70°以上90°未満で入り、
    前記ペレットの径の、前記吐出口の径に対する比(前記ペレットの径/前記吐出口の径)が0.65〜0.97である、
    ペレットの製造方法。
  2. 前記ストランドを前記水槽内で導くための一つ以上の第一ガイドローラーが前記水槽内に設けられており、
    最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は90°以上である、
    請求項1に記載のペレットの製造方法。
  3. 最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は179°以下である、請求項2に記載のペレットの製造方法。
  4. 前記ストランドを冷却する工程は、前記水槽内で水冷された前記ストランドを空冷する工程を含む、請求項1〜3のいずれかに記載のペレットの製造方法。
  5. 前記水槽内で水冷された前記ストランドを空気中で導くための、一つ以上の第二ガイドローラーが設けられており、
    最上流に位置する前記第二ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は140°以上である、
    請求項4に記載のペレットの製造方法。
  6. 前記ストランドを冷却する工程は、前記水槽内で水冷された前記ストランドを空冷する工程を含み、
    前記ストランドを前記水槽内で導くための一つ以上の第一ガイドローラーが前記水槽内に設けられており、
    前記水槽内で水冷された前記ストランドを空気中で導くための、一つ以上の第二ガイドローラーが設けられており、
    最上流に位置する前記第二ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度が、最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度よりも大きい、
    請求項1に記載のペレットの製造方法。
  7. 前記ペレットにおける扁平率の標準偏差が0.20以下である、請求項1〜6のいずれかに記載のペレットの製造方法。
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