JP2021028154A - 射出成形品及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】特に衝突荷重に対する強度が高められた射出成形品及びその製造方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部とを含有する射出成形品であって、熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、熱可塑性樹脂の総量に対して10質量%以上含み、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超える、射出成形品を採用する。【選択図】なし

Description

本発明は、射出成形品及びその製造方法に関する。
近年、自動車や航空機を含む輸送機器の分野において、燃費向上を目的として部品の軽量化が進められている。部品の軽量化を図るため、各部品の材質に、現行の金属材料の代わりに樹脂材料を用いることが検討されている。例えば、熱可塑性樹脂を自動車用のフレーム系部材やサスペンション系部材、衝撃吸収部材などの成形材料として用いることにより、現行品に比べて軽量な自動車が得られる。
しかしながら、上述の熱可塑性樹脂を含有する成形材料から得られる成形体は、金属材料から得られる成形体と比べて機械的性質が低いという問題があった。
このような問題に対し、従来、熱可塑性樹脂組成物などの成形材料の強度向上を図るため、熱可塑性樹脂に、充填材として繊維を混合する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−298663号公報
自動車用のフレーム系部材やサスペンション系部材、衝撃吸収部材のような車体重量に占める割合の大きな成形体の形成においては、更なる軽量化が求められる。
成形体の更なる軽量化に伴い、成形体強度の確保が問題となる。例えば、自動車用の衝撃吸収部材においては、衝突時における車内の安全性の点から、衝突荷重に対する強度等が必要とされる。
しかしながら、熱可塑性樹脂と繊維とを含有する従来の成形材料から得られる成形体では、衝突荷重に対して必要な成形体強度が得られない。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、特に衝突荷重に対する強度が高められた射出成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用する。
本発明の一態様は、熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部とを含有する射出成形品であって、前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して10質量%以上含み、下記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超えることを特徴とする、射出成形品である。
[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]
手順(1a):射出成形品を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出す。
手順(2a):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定する。
手順(3a):繊維状フィラーの充填量8点の測定値から、当該充填量の標準偏差を算出する。
本発明の一態様の射出成形品においては、前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が、4mm以上であることが好ましい。
本発明の一態様の射出成形品においては、前記繊維状フィラーが、ガラス繊維であることが好ましい。
本発明の一態様の射出成形品においては、下記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]から決定される、前記射出成形品中の前記繊維状フィラー充填量バラツキの最大差が、3.0質量%を超えることが好ましい。
[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]
手順(1b):射出成形品を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出す。
手順(2b):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定する。
手順(3b):繊維状フィラーの充填量8点の測定値のうち、最大値と最小値との差を求める。
また、本発明の一態様は、前記射出成形品の製造方法であって、第1の熱可塑性樹脂が前記繊維状フィラーに含浸した第1のペレットと、前記繊維状フィラーを含まず、前記第1の熱可塑性樹脂に比べて流動開始温度が低い第2の熱可塑性樹脂を含む第2のペレットとを混合して、ペレット混合物を得る工程、及び前記ペレット混合物を射出成形する工程を有することを特徴とする、射出成形品の製造方法である。
本発明の一態様の射出成形品の製造方法においては、前記第1の熱可塑性樹脂又は前記第1のペレットと、前記第2の熱可塑性樹脂との流動開始温度の差が、5℃以上であり、前記ペレット混合物の溶融混練温度(可塑化部)が、前記第2の熱可塑性樹脂の流動開始温度を超え、前記第1の熱可塑性樹脂又は前記第1のペレットの流動開始温度以下である実施形態としてもよい。
本発明の一態様によれば、特に衝突荷重に対する強度が高められた射出成形品を提供することができる。
また、本発明の一態様に係る、射出成形品の製造方法によれば、機械的性質がより高められた樹脂成形品、特に衝突荷重に対する強度が高められた樹脂成形品を提供することができる。
第1のペレットの製造装置の一例を示す模式図である。
(射出成形品)
本実施形態の射出成形品は、熱可塑性樹脂と繊維状フィラーとを含有する。
本実施形態の射出成形品において、熱可塑性樹脂と繊維状フィラーとの比率(質量比)は、熱可塑性樹脂65〜95質量部であり、繊維状フィラー5〜35質量部である。
かかる質量比は、好ましくは熱可塑性樹脂が65〜90質量部、繊維状フィラーが10〜35質量部であり、より好ましくは熱可塑性樹脂が65〜85質量部、繊維状フィラーが15〜35質量部である。
繊維状フィラーの比率が、前記範囲の下限値以上であれば、繊維状フィラーによる射出成形品の強度向上の効果が得られる。一方、前記範囲の上限値以下であれば、熱可塑性樹脂と繊維状フィラーとの混合物の溶融粘度上昇が抑制され、成形加工性が良好となる。
本実施形態の射出成形品中の、熱可塑性樹脂と繊維状フィラーとの合計の含有量は、射出成形品の総量(100質量%)に対して、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。
<熱可塑性樹脂>
本実施形態の射出成形品は、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂(以下「樹脂(Tr1)」という。)を含有する。
樹脂(Tr1)の中でも、耐熱性及び寸法精度等がより高いことから、液晶性ポリエステルを用いることが好ましい。
本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、溶融状態で液晶性を示すポリエステルであり、400℃以下の温度で溶融するものであることが好ましい。
尚、本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、液晶ポリエステルアミドであってもよいし、液晶ポリエステルエーテルであってもよいし、液晶ポリエステルカーボネートであってもよいし、液晶ポリエステルイミドであってもよい。本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、原料モノマーとして芳香族化合物のみを用いてなる全芳香族液晶ポリエステルであることが好ましい。
本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルの典型的な例としては、芳香族ヒドロキシカルボン酸と、芳香族ジカルボン酸と、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミンおよび芳香族ジアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を重合(重縮合)させてなるもの;複数種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を重合させてなるもの;芳香族ジカルボン酸と、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミンおよび芳香族ジアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を重合させてなるもの;およびポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルと芳香族ヒドロキシカルボン酸とを重合させてなるものが挙げられる。
ここで、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミンおよび芳香族ジアミンは、それぞれ独立に、その一部または全部に代えて、その重合可能な誘導体が用いられてもよい。
芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジカルボン酸のようなカルボキシル基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、カルボキシル基をアルコキシカルボニル基またはアリールオキシカルボニル基に変換してなるもの(エステル)、カルボキシル基をハロホルミル基に変換してなるもの(酸ハロゲン化物)、およびカルボキシル基をアシルオキシカルボニル基に変換してなるもの(酸無水物)が挙げられる。芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジオールおよび芳香族ヒドロキシアミンのようなヒドロキシル基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、ヒドロキシル基をアシル化してアシルオキシル基に変換してなるもの(アシル化物)が挙げられる。芳香族ヒドロキシアミンおよび芳香族ジアミンのようなアミノ基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、アミノ基をアシル化してアシルアミノ基に変換してなるもの(アシル化物)が挙げられる。
本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、下記式(1)で表される繰返し単位(以下「繰返し単位(1)」ということがある。)を有することが好ましく、繰返し単位(1)と、下記式(2)で表される繰返し単位(以下「繰返し単位(2)」ということがある。)と、下記式(3)で表される繰返し単位(以下「繰返し単位(3)」ということがある。)とを有することがより好ましい。
(1)−O−Ar−CO−
(2)−CO−Ar−CO−
(3)−X−Ar−Y−
(Arは、フェニレン基、ナフチレン基またはビフェニリレン基を表す。ArおよびArは、それぞれ独立に、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基または下記式(4)で表される基を表す。XおよびYは、それぞれ独立に、酸素原子またはイミノ基(−NH−)を表す。Ar、ArまたはArで表される前記基にある水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基で置換されていてもよい。)
(4)−Ar−Z−Ar
(ArおよびArは、それぞれ独立に、フェニレン基またはナフチレン基を表す。Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基またはアルキリデン基を表す。)
前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子が挙げられる。前記アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基およびn−デシル基が挙げられ、その炭素数は、1〜10が好ましい。前記アリール基の例としては、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、1−ナフチル基および2−ナフチル基が挙げられ、その炭素数は、6〜20が好ましい。
前記水素原子がこれらの基で置換されている場合、その数は、Ar、ArまたはArで表される前記基毎に、それぞれ独立に、2個以下が好ましく、1個以下がより好ましい。
前記アルキリデン基の例としては、メチレン基、エチリデン基、イソプロピリデン基、n−ブチリデン基および2−エチルヘキシリデン基が挙げられ、その炭素数は1〜10が好ましい。
繰返し単位(1)は、所定の芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰返し単位である。繰返し単位(1)としては、Arが1,4−フェニレン基であるもの(p−ヒドロキシ安息香酸に由来する繰返し単位)、およびArが2,6−ナフチレン基であるもの(6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する繰返し単位)が好ましい。
尚、本明細書において「由来」とは、原料モノマーが重合するために、重合に寄与する官能基の化学構造が変化し、その他の構造変化を生じないことを意味する。
繰返し単位(2)は、所定の芳香族ジカルボン酸に由来する繰返し単位である。繰返し単位(2)としては、Arが1,4−フェニレン基であるもの(テレフタル酸に由来する繰返し単位)、Arが1,3−フェニレン基であるもの(イソフタル酸に由来する繰返し単位)、Arが2,6−ナフチレン基であるもの(2,6−ナフタレンジカルボン酸に由来する繰返し単位)、およびArがジフェニルエ−テル−4,4’−ジイル基であるもの(ジフェニルエ−テル−4,4’−ジカルボン酸に由来する繰返し単位)が好ましい。
繰返し単位(3)は、所定の芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシルアミンまたは芳香族ジアミンに由来する繰返し単位である。繰返し単位(3)としては、Arが1,4−フェニレン基であるもの(ヒドロキノン、p−アミノフェノールまたはp−フェニレンジアミンに由来する繰返し単位)、およびArが4,4’−ビフェニリレン基であるもの(4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4−アミノ−4’−ヒドロキシビフェニルまたは4,4’−ジアミノビフェニルに由来する繰返し単位)が好ましい。
繰返し単位(1)の含有量は、全繰返し単位の合計量(液晶性ポリエステルを構成する各繰返し単位の質量をその各繰返し単位の式量で割ることにより、各繰返し単位の物質量相当量(モル)を求め、それらを合計した値)に対して、30モル%以上が好ましく、30モル%以上80モル%以下がより好ましく、40モル%以上70モル%以下がさらに好ましく、45モル%以上65モル%以下が特に好ましい。
繰返し単位(2)の含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、35モル%以下が好ましく、10モル%以上35モル%以下がより好ましく、15モル%以上30モル%以下がさらに好ましく、17.5モル%以上27.5モル%以下が特に好ましい。
繰返し単位(3)の含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、35モル%以下が好ましく、10モル%以上35モル%以下がより好ましく、15モル%以上30モル%以下がさらに好ましく、17.5モル%以上27.5モル%以下が特に好ましい。
繰返し単位(1)の含有量が多いほど、溶融流動性や耐熱性や強度・剛性が向上し易いが、あまり多いと、溶融温度や溶融粘度が高くなり易く、成形に必要な温度が高くなり易い。
繰返し単位(2)の含有量と繰返し単位(3)の含有量との割合は、[繰返し単位(2)の含有量]/[繰返し単位(3)の含有量](モル/モル)で表して、0.9/1〜1/0.9が好ましく、0.95/1〜1/0.95がより好ましく、0.98/1〜1/0.98がさらに好ましい。
尚、本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、繰返し単位(1)〜(3)を、それぞれ独立に、2種以上有してもよい。また、液晶性ポリエステルは、繰返し単位(1)〜(3)以外の繰返し単位を有してもよいが、その含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、10モル%以下が好ましく、5モル%以下がより好ましい。
本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、繰返し単位(3)として、XおよびYがそれぞれ酸素原子であるものを有すること、すなわち、所定の芳香族ジオールに由来する繰返し単位を有することが、溶融粘度が低くなり易いため、好ましく、繰返し単位(3)として、XおよびYがそれぞれ酸素原子であるもののみを有することが、より好ましい。
本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルは、それを構成する繰返し単位に対応する原料モノマーを溶融重合させ、得られた重合物(以下「プレポリマー」ということがある。)を固相重合させることにより、製造することが好ましい。これにより、耐熱性や強度・剛性が高い高分子量の液晶性ポリエステルを操作性良く製造することができる。
溶融重合は、触媒の存在下に行ってもよい。この触媒の例としては、酢酸マグネシウム、酢酸第一錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモンなどの金属化合物や、4−(ジメチルアミノ)ピリジン、1−メチルイミダゾールなどの含窒素複素環式化合物が挙げられ、含窒素複素環式化合物が好ましく用いられる。
本実施形態の射出成形品が含有する液晶性ポリエステルの流動開始温度は、260℃以上が好ましく、260℃以上400℃以下がより好ましく、260℃以上380℃以下がさらに好ましい。
かかる液晶性ポリエステルの流動開始温度が高いほど、液晶性ポリエステルの耐熱性並びに強度が向上する傾向がある。一方で、液晶性ポリエステルの流動開始温度が400℃を超えると、液晶性ポリエステルの溶融温度や溶融粘度が高くなる傾向がある。そのため、液晶性ポリエステルの成形に必要な温度が高くなる傾向がある。
本明細書において、液晶性ポリエステルの流動開始温度は、フロー温度または流動温度とも呼ばれ、液晶性ポリエステルの分子量の目安となる温度である(小出直之編、「液晶ポリマー−合成・成形・応用−」、株式会社シーエムシー、1987年6月5日、p.95参照)。
流動開始温度は、毛細管レオメーターを用いて、液晶性ポリエステルを9.8MPa(100kg/cm)の荷重下4℃/分の速度で昇温しながら溶融させ、内径1mmおよび長さ10mmのノズルから押し出すときに、4800Pa・s(48000ポイズ)の粘度を示す温度である。
本実施形態で、液晶性ポリエステルは、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
二種以上の液晶性ポリエステルを組み合わせて用いる場合、後述のように、流動開始温度の異なるものを併用することが好ましい。
本実施形態の射出成形品が含有する熱可塑性樹脂のうち、樹脂(Tr1)の割合は、熱可塑性樹脂の総量(100質量%)に対して、10質量%以上であり、25質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、75質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上が特に好ましく、100質量%であってもよい。
本実施形態の射出成形品中の、樹脂(Tr1)の含有量は、射出成形品の総量(100質量%)に対して、65〜95質量%が好ましく、65〜90質量%がより好ましく、65〜85質量%がさらに好ましい。
本実施形態の射出成形品は、樹脂(Tr1)に加え、樹脂(Tr1)以外の熱可塑性樹脂を含有してもよい。
樹脂(Tr1)以外の熱可塑性樹脂としては、ナイロン66(PA66)やナイロン6(PA6)などのポリアミド、液晶性ポリエステル以外のポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド等が挙げられる。
本実施形態の射出成形品が含有する熱可塑性樹脂のうち、樹脂(Tr1)以外の熱可塑性樹脂の割合は、熱可塑性樹脂の総量(100質量%)に対して、例えば0〜25質量%であり、0〜10質量%であってもよい。
<繊維状フィラー>
本実施形態の射出成形品が含有する繊維状フィラーは、繊維状の無機充填材であってもよいし、繊維状の有機充填材であってもよい。
繊維状の無機充填材としては、ガラス繊維;PAN系、ピッチ系、レーヨン系、フェノール系、リグニン系炭素繊維等の炭素繊維;シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等のセラミック繊維;鉄、金、銅、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維;炭化ケイ素繊維、ボロン繊維が挙げられる。また、繊維状の無機充填材としては、チタン酸カリウムウイスカー、チタン酸バリウムウイスカー、ウォラストナイトウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、窒化ケイ素ウイスカー、炭化ケイ素ウイスカー等のウイスカーも挙げられる。
繊維状の有機充填材としては、ポリエステル繊維、パラ又はメタアラミド繊維、PBO繊維が挙げられる。
成形加工時の装置に与える磨耗負荷や入手性を考慮すると、繊維状フィラーとしては、PAN系若しくはピッチ系等の炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。また、導電性を付与する目的で、ニッケル、銅、イッテルビウム等の金属を被覆した繊維状フィラーを用いてもよい。
炭素繊維は、その引張強度が好ましくは2000MPa以上であり、より好ましくは3000MPa以上であり、さらに好ましくは4000MPa以上である。また、炭素繊維は、その引張伸度が、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1.0%以上、さらに好ましくは1.8%以上である。繊維状フィラーとして、高引張強度、高伸度な炭素繊維を使用することで、成形体作製までの加工プロセス中の繊維折損が抑制され、繊維を長く残せることで、発明の効果が得られやすくなる。
中でも、PAN系炭素繊維は、引張強度、引張弾性率、引張伸度のバランスが良く、残存繊維長を長く残すことが可能である点から好ましく用いることができる。
PAN系炭素繊維としては、例えば、東レ株式会社製「トレカ(登録商標)」、三菱ケミカル株式会社製「パイロフィル(登録商標)」、帝人株式会社製「テナックス(登録商標)」等が挙げられる。
ピッチ系炭素繊維としては、例えば、三菱ケミカル株式会社製「ダイアリード(登録商標)」、日本グラファイトファイバー株式会社「GRANOC(登録商標)」、大阪ガスケミカル株式会社製「ドナカーボ(登録商標)」、クレハ株式会社製「クレカ(登録商標)」等が挙げられる。
ガラス繊維としては、Eガラス(すなわち、無アルカリガラス)、Sガラス又はTガラス(すなわち、高強度、高弾性ガラス)、Cガラス(すなわち、耐酸用途向けガラス)、Dガラス(すなわち、低誘電率ガラス)、ECRガラス(すなわち、B、Fを含まないEガラス代替ガラス)、ARガラス(すなわち、耐アルカリ用途向けガラス)などの、FRP強化材用のガラス繊維が挙げられる。
本実施形態の射出成形品においては、衝突荷重に対する強度付与、弾性率のバランス及び入手しやすさから、繊維状フィラーとしてガラス繊維を用いることが好ましく、その中でも、Eガラスを用いることが特に好ましい。
<その他成分>
本実施形態の射出成形品は、上述の熱可塑性樹脂及び繊維状フィラーの他、必要に応じて、その他充填材、添加剤等を1種以上含有してもよい。
その他充填材としては、板状充填材、球状充填材その他の粒状充填材であってもよい。その他充填材は、無機充填材であってもよいし、有機充填材であってもよい。
板状無機充填材としては、タルク、マイカ、グラファイト、ウォラストナイト、ガラスフレーク、硫酸バリウム、炭酸カルシウムが挙げられる。マイカは、白雲母であってもよいし、金雲母であってもよいし、フッ素金雲母であってもよいし、四ケイ素雲母であってもよい。
粒状無機充填材としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、ガラスビーズ、ガラスバルーン、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭酸カルシウムが挙げられる。
添加剤としては、計量安定化剤、難燃剤、導電性付与材剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、粘度調整剤、界面活性剤が挙げられる。
<射出成形品中における繊維状フィラーの分散状態>
本実施形態の射出成形品においては、下記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超える。
[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]
手順(1a):射出成形品を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出す。
手順(2a):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定する。
手順(3a):繊維状フィラーの充填量8点の測定値から、当該充填量の標準偏差を下式(SD)より算出する。
Figure 2021028154
S:標準偏差
:分散
n:5mm角正方形の総数(8個)
:5mm角正方形それぞれの繊維状フィラーの充填量
X:繊維状フィラーの充填量8点の平均値
ただし、前記の手順(1a)において、射出成形品の厚さが5mmを超える部分がある場合は、縦10mm×横20mmで切り出し、厚さが5mm以下、かつ、厚さの最大値と最小値との差が0.5mm以下となるように加工したものから5mm角正方形を8個切り出し、試験片とする。
前記の手順(2a)において、繊維状フィラーの充填量は以下のようにして測定する。
繊維状フィラーがガラス繊維である場合:
手順(1)5mm角に切り出した試験片の質量及びるつぼの質量を、精密天秤にて0.1mg単位まで測定する。
手順(2)前記試験片を前記るつぼに入れ、マッフル炉で600℃、4時間加熱して樹脂分を除去する。
手順(3)るつぼに残っているガラス繊維の質量を、るつぼごと精密天秤にて0.1mg単位まで測定し、手順(1)で測定した試験片の質量及びるつぼ質量からガラス繊維充填量を求める。
上述した、繊維状フィラーがガラス繊維である場合の充填量の測定方法は、繊維状フィラーがシリカ繊維、アルミナ繊維等のセラミック繊維、チタン酸カリウムウイスカー、チタン酸バリウムウイスカー等の繊維状の無機充填材である場合にも用いることができる。
繊維状フィラーが炭素繊維である場合:
手順(1)5mm角に切り出した試験片の質量及びろ紙の質量を、精密天秤にて0.1mg単位まで測定する。
手順(2)前記試験片を300mL耐圧容器に入れ、次いでトリエチレングリコールとモノエタノールアミンとが質量比で4:1の混合液150mLを300mL耐圧容器に入れた後、蓋を閉め、オーブンで170℃、10時間加熱する。室温に冷却後、内容物を吸引ろ過によりろ過し、前記ろ紙上の炭素繊維をアセトンで洗浄後、水で洗浄し、120℃、3時間乾燥させる。
手順(3)ろ紙上に残っている炭素繊維の質量を、ろ紙ごと精密天秤にて0.1mg単位まで測定し、手順(1)で測定した試験片の質量及びろ紙の質量から炭素繊維充填量を求める。
上述した、繊維状フィラーが炭素繊維である場合の充填量の測定方法は、繊維状フィラーが鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維である場合にも用いることができる。
本実施形態においては、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超え、1.1質量%以上であることが好ましく、1.2質量%以上がより好ましく、1.5質量%以上であることがさらに好ましい。
一方、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差の上限値は、例えば5質量%以下が好ましく、4質量%以下がより好ましい。
例えば、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差は、1.1質量%以上5質量%以下が好ましく、1.2質量%以上4質量%以下がより好ましく、1.5質量%以上4質量%以下がさらに好ましい。
射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、前記範囲の下限値以上であれば、射出成形品における、特に衝突荷重に対する強度が高められる。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であれば、射出成形品中で繊維状フィラーが良好に分散され、成形品の部位による強度差が生じにくい。
また、本実施形態の射出成形品においては、下記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]から決定される、前記射出成形品中の前記繊維状フィラー充填量バラツキの最大差が、3.0質量%を超えるものが好ましい。
[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]
手順(1b):射出成形品を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出す。
手順(2b):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定する。
手順(3b):繊維状フィラーの充填量8点の測定値のうち、最大値と最小値との差を求める。
ただし、前記の手順(1b)において、射出成形品の厚さが5mmを超える部分がある場合は、縦10mm×横20mmで切り出し、厚さが5mm以下、かつ、厚さの最大値と最小値との差が0.5mm以下となるように加工したものから5mm角正方形を8個切り出し、試験片とする。
本実施形態においては、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの最大差が、3.0質量%を超えるものが好ましく、4質量%以上であるものがより好ましく、5質量%以上であるものがさらに好ましく、5.5質量%以上であるものが特に好ましく、6質量%以上であるものが最も好ましい。
一方、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの最大差の上限値は、例えば10質量%以下であるものが好ましく、9質量%以下であるものがより好ましい。
例えば、射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの最大差は、3.0質量%を超え10質量%以下であるものが好ましく、4質量%以上9質量%以下であるものがより好ましく、5質量%以上9質量%以下であるものがさらに好ましく、5.5質量%以上9質量%以下であるものがよりさらに好ましく、6質量%以上9質量%以下であるものが特に好ましい。
射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの最大差が、前記の好ましい範囲の下限値以上であれば、射出成形品における、衝突荷重に対する強度がより高められやすくなる。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であれば、射出成形品中で繊維状フィラーが良好に分散され、成形品の部位による強度差がより生じにくくなる。
また、本実施形態の射出成形品中の繊維状フィラーは、長さ加重平均繊維長4mm以上であることが好ましく、長さ加重平均繊維長4.5mm以上がより好ましく、長さ加重平均繊維長5mm以上がさらに好ましく、長さ加重平均繊維長5.5mm以上が特に好ましく、長さ加重平均繊維長6mm以上が最も好ましい。
一方、繊維状フィラーは、長さ加重平均繊維長50mm未満であることが好ましく、長さ加重平均繊維長40mm以下であることがより好ましく、長さ加重平均繊維長20mm以下がさらに好ましく、長さ加重平均繊維長15mm以下が特に好ましい。
例えば、繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長は、4mm以上50mm未満であることが好ましく、4.5mm以上40mm以下であることがより好ましく、5mm以上20mm以下であることがさらに好ましく、5.5mm以上15mm以下であることがよりさらに好ましく、6mm以上15mm以下であることが特に好ましい。
繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が、前記の好ましい範囲の下限値以上であることで、衝突荷重に対する強度がより高められる。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であることで、より成形しやすくなる。
本実施形態において、射出成形品中の繊維状フィラーの繊維長、長さ加重平均繊維長は、以下のようにして測定する。
手順(1)射出成形品より、幅10mm×長さ30mm×厚さ4mmの試験片を切り出し、マッフル炉で加熱して樹脂分を除去する。
例えば、繊維状フィラーが炭素繊維である場合、加熱条件は500℃、3時間とする。繊維状フィラーがガラス繊維である場合、加熱条件は600℃、4時間とする。
手順(2)射出成形品から樹脂分を除去したものを、界面活性剤(Micro90 INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION社製)0.05体積%入り水溶液1000mLに分散させて、分散液を調製する。
手順(3)分散液から100mLを取り出し、純水で5〜20倍に希釈する。希釈後の分散液から一部を取り出して、マイクロスコープ(VH−ZST(KEYENCE社製)倍率20倍)にて繊維を観察し、画像を1サンプルにつき、撮影領域が重ならないように10枚撮影する。
ただし、繊維状フィラーが炭素繊維である場合、希釈後の分散液から50mLを取り出し、φ90mmの桐山ロート用ろ紙(No.5C)を用いて減圧濾過を行い、ろ紙に分散した炭素繊維の画像を撮影する。
繊維状フィラーがガラス繊維である場合、希釈後の分散液から50mLを取り出し、シャーレに分散させ、続いて、シャーレの中に分散したガラス繊維の画像を撮影する。
手順(4)撮影した画像1枚中に存在する全ての繊維の長さを、マイクロスコープの計測ツールで測定する。尚、屈曲した繊維は、多点間計測により測定する。繊維の測定本数合計が500本を超えるまで、撮影した10枚の画像で順次同様の操作を行い、繊維長を測定する。撮影した10枚の画像中の繊維本数合計が500本を超えない場合、手順(3)に戻り、純水での希釈倍率を適宜調整した上で、画像を再撮影して繊維長を再測定する。
手順(5)手順(4)で測定した繊維状フィラーの繊維長から、長さ加重平均繊維長lm=(Σli×ni)/(Σli×ni)を求める(Σni>500)。
li:繊維状フィラーの繊維長
ni:繊維長liの繊維状フィラーの本数
本実施形態の射出成形品中の、繊維長1mm以下である前記繊維状フィラーの割合は、射出成形品中の前記繊維状フィラーの総量(100質量%)に対して、好ましくは40質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下であり、さらに好ましくは25質量%以下であり、特に好ましくは20質量%以下である。
繊維長1mm以下である前記繊維状フィラーの割合は、小さいほど好ましいが、その下限値は、例えば1質量%以上であり、又は2質量%以上である。
例えば、繊維長1mm以下である前記繊維状フィラーの割合は、1質量%以上40質量%以下であることが好ましく、1質量%以上30質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上25質量%以下であることがさらに好ましく、2質量%以上20質量%以下であることが特に好ましい。
繊維長1mm以下である前記繊維状フィラーの割合が、前記の好ましい範囲内であれば、成形品に衝撃が加わった際に、成形品中の亀裂の進行が抑制されて、衝突荷重に対する強度がより高められやすくなる。
本実施形態の射出成形品中の、繊維長5mmを超える前記繊維状フィラーの割合は、射出成形品中の前記繊維状フィラーの総量(100質量%)に対して、好ましくは30質量%以上であり、より好ましくは35質量%以上であり、さらに好ましくは40質量%以上であり、特に好ましくは45質量%以上である。
繊維長5mmを超える前記繊維状フィラーの割合は、大きいほど好ましいが、その上限値は、例えば90質量%以下であり、又は80質量%以下である。
例えば、繊維長5mmを超える前記繊維状フィラーの割合は、30質量%以上90質量%以下が好ましく、35質量%以上90質量%以下がより好ましく、40質量%以上90質量%以下がさらに好ましく、45質量%以上80質量%以下が特に好ましい。
繊維長5mmを超える前記繊維状フィラーの割合が、前記の好ましい範囲内であれば、成形品に衝撃が加わった際に、繊維状フィラーがマトリックス樹脂から引き抜かれることによるエネルギー消費が効果的に行われて、衝突荷重に対する強度がより高められやすくなる。
上述したように、本実施形態の射出成形品は、熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部とを含有する射出成形品であって、前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して10質量%以上含み、上記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超える。
本実施形態の射出成形品としては、熱可塑性樹脂65〜90質量部と、繊維状フィラー10〜35質量部とを含有する射出成形品であって、前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して50〜100質量%含み、上記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.1質量%以上5質量%以下であるものが好ましい。
また、本実施形態の射出成形品としては、熱可塑性樹脂65〜85質量部と、繊維状フィラー15〜35質量部とを含有する射出成形品であって、前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して75〜100質量%含み、上記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.2質量%以上4質量%以下であるものがより好ましい。
また、本実施形態の射出成形品としては、熱可塑性樹脂65〜85質量部と、繊維状フィラー15〜35質量部とを含有する射出成形品であって、前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して90〜100質量%含み、上記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.5質量%以上4質量%以下であるものがさらに好ましい。
また、本実施形態の射出成形品は、例えば、熱可塑性樹脂67〜80質量部と、繊維状フィラー20〜33質量部とを含有する射出成形品であって、前記熱可塑性樹脂が、液晶性ポリエステルを、前記熱可塑性樹脂の総量に対して20〜100質量%含み、上記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.4質量%以上3.0質量%以下であるものでもよい。
以上説明したように、本実施形態の射出成形品は、熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部とを含有する。加えて、本実施形態の射出成形品は、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して10質量%以上含む。すなわち、本実施形態においては、ポリプロピレンまたは液晶性ポリエステルが繊維状フィラーと適度な密着性を示すため、射出成形品に衝撃が加わった際に、射出成形品中の亀裂が繊維状フィラー破断方向ではなく、繊維状フィラー長手方向(繊維状フィラーとマトリックス樹脂との界面に沿った方向)に伸展しやすくなる。これにより、結果として、繊維状フィラーのマトリックス樹脂からの引き抜きが生じ、その際、効果的にエネルギー消費が行われるため、衝突荷重に対する強度が高められている、と推測される。さらに、本実施形態の射出成形品は、特定の[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超えるものである。すなわち、本実施形態においては、射出成形品中に、繊維状フィラーが開繊し過ぎず、適度に繊維束の状態で分散している(射出成形品中の繊維濃度のバラツキが比較的に大きい)。また、射出成形品中に適度に繊維束の状態で存在しているために、繊維破断が抑制される。このため、本実施形態の射出成形品は、衝突荷重に対する強度が高められている、と推測される。
(射出成形品の製造方法)
上述した実施形態の射出成形品は、熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部と、必要に応じてその他成分とを混合して調製した熱可塑性樹脂組成物(成形材料)を、射出成形することにより製造することができる。
尚、本明細書においては、熱可塑性樹脂と繊維状フィラーとを混合して得られる混合物を「熱可塑性樹脂組成物」とする。また、得られた混合物をペレット状に調製した射出成形品作製用の成形材料も同様に「熱可塑性樹脂組成物」という。
以下、上述した(射出成形品)の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の射出成形品の製造方法は、上述した(射出成形品)を製造する方法であって、第1の熱可塑性樹脂が前記繊維状フィラーに含浸した第1のペレットと、前記繊維状フィラーを含まず、前記第1の熱可塑性樹脂に比べて流動開始温度が低い第2の熱可塑性樹脂を含む第2のペレットとを混合して、ペレット混合物を得る工程、及び前記ペレット混合物を射出成形する工程を有する。
[ペレット混合物を得る工程]
本実施形態における、ペレット混合物を得る工程では、第1のペレットと、第2のペレットとを混合して、ペレット混合物を得る。
第1のペレットは、第1の熱可塑性樹脂が前記繊維状フィラーに含浸した樹脂構造体からなる。
第1のペレットは、例えば、第1の熱可塑性樹脂と、必要に応じてその他成分とを溶融混練して得られる溶融物を、繊維状フィラーに含浸させて、ペレット化することにより、繊維状フィラーが第1の熱可塑性樹脂で固められた状態のペレットとして得られる。
図1は、第1のペレットの製造装置の一実施形態を示している。
図1に示す本実施形態では、複数本の繊維状フィラーが収束剤にて収束された繊維束11をロール状に巻き取った繊維ロービング10を用いて、第1の熱可塑性樹脂組成物からなるペレット15を得る場合を説明する。
図1に示すように、製造装置100は、予備加熱部121と、含浸部123と、冷却部125と、引取部127と、切断部129と、搬送ロール101〜109とを備える。図1に示す製造装置100では、含浸部123に押出機120が接続されている。
図1では、繊維ロービング10から繊維束11が連続的に繰り出される様子を示している。本実施形態では、繊維ロービング10から繰り出される繊維束11を搬送ロール101〜109によって長手方向に搬送しながら、第1の熱可塑性樹脂組成物からなるペレット15を作製する。
本実施形態の第1のペレットの製造に用いられる繊維ロービング10の繊度は、特に限定されないが、200g/1000m以上が好ましく、500g/1000m以上がより好ましく、800g/1000m以上がさらに好ましい。繊維ロービング10の繊度が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、第1のペレットの製造方法において、繊維ロービング10を取り扱いやすい。
また、繊維ロービング10の繊度は、3750g/1000m以下が好ましく、3200g/1000m以下がより好ましく、2500g/1000m以下がさらに好ましい。繊維ロービング10の繊度が、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、第1の熱可塑性樹脂中で繊維が分散されやすい。また、第1のペレットの製造時に繊維を取り扱いやすい。
すなわち、繊維ロービング10の繊度は、200g/1000m以上、3750g/1000m以下が好ましく、800g/1000m以上、2500g/1000m以下がより好ましい。
繊維ロービング10の数平均繊維径は、特に限定されないが、1〜40μmであることが好ましく、3〜35μmであることがより好ましい。
繊維状フィラーが炭素繊維の場合、1〜15μmであることが好ましく、3〜10μmであることがより好ましく、4〜9μmであることがさらに好ましい。
繊維状フィラーがガラス繊維の場合、5〜35μmであることが好ましく、10〜25μmであることがより好ましく、10〜20μmであることがさらに好ましい。
繊維ロービング10の数平均繊維径は、繊維状フィラーを走査型電子顕微鏡(1000倍)にて観察し、無作為に選んだ500本の繊維状フィラーについて繊維径を計測した値の数平均値を採用する。
繊維ロービング10の数平均繊維径が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、第1のペレット中で繊維状フィラーが分散されやすい。また、第1のペレットの製造時に繊維状フィラーを取り扱いやすい。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、繊維状フィラーによる成形体の強化が効率良く行われる。そのため、本実施形態の射出成形品に、優れたシャルピー衝撃強度を付与できる。
本実施形態で、繊維状フィラーは、収束剤(サイジング剤)で処理されたものが用いられている。適度にサイジング処理された繊維状フィラーの方が、ペレット生産時の生産性や品質安定性に優れ、成形体での物性ばらつきを小さくできる。
収束剤(サイジング剤)は、特に限定されないが、例えば、ナイロン系ポリマー、ポリエーテル系ポリマー、エポキシ系ポリマー、エステル系ポリマー、ウレタン系ポリマー、又はこれらの混合系ポリマー若しくはこれらの各変性ポリマーが挙げられる。またアミノシランやエポキシシラン等のいわゆるシランカップリング剤、チタンカップリング剤等公知のカップリング剤を使用することもできる。
本実施形態の第1のペレットに用いられる繊維状フィラーは、単繊維が必ずしも一方向に配列している必要はないが、成形材料を製造する過程での生産性の観点から、単繊維が一方に配列し繊維束が繊維の長さ方向に亘り連続した状態であることが好ましい。
繊維状フィラーがガラス繊維の場合、経済性と含浸性向上の観点から、繊維ロービング10の単糸数は、1000本以上10000以下が好ましく、1000本以上8000本以下がより好ましく、1500本以上6000本以下がさらに好ましい。
また、繊維状フィラーが炭素繊維の場合、同様の観点から、繊維ロービング10の単糸数は、10000本以上100000本以下が好ましく、10000本以上50000本以下がより好ましく、10000本以上30000本以下がさらに好ましい。
予備加熱部121では、繊維ロービング10から繰り出される繊維束11を加熱して乾燥させる。その際の加熱温度は、特に限定されないが、例えば50〜250℃である。
また、予備加熱部121での加熱時間は、特に限定されないが、例えば3〜30秒間である。
含浸部123では、繊維束11以外の成形材料M(第1の熱可塑性樹脂、必要に応じて配合されるその他成分)を、繊維束11に含浸させる。
第1の熱可塑性樹脂は、後述のように、第2の熱可塑性樹脂の種類、溶融粘度、流動開始温度等を考慮して、適宜選択することが好ましい。例えば、第1の熱可塑性樹脂としては、液晶性ポリエステル、ポリプロピレンが好適に挙げられる。
第1の熱可塑性樹脂は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
成形材料Mを供給口123aから投入し、含浸部123内で加熱して得られる溶融物を、繊維束11に含浸させてもよいし、押出機120にて溶融混練した成形材料Mを供給口123aから投入して、繊維束11に含浸させてもよい。
そして、図1に示す実施形態では、繊維束11に前記溶融物が含浸及び被覆した樹脂構造体13が得られる。
含浸部123での加熱温度は、第1の熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜決定され、用いる第1の熱可塑性樹脂の流動開始温度より10〜80℃高い温度に設定することが好ましく、例えば300〜400℃である。
含浸部123においては、成形体に要求される特性等に応じて、第1の熱可塑性樹脂100質量部を、好ましくは繊維状フィラー(繊維束11)80〜150質量部、より好ましくは繊維状フィラー85〜140質量部、さらに好ましくは繊維状フィラー90〜130質量部に含浸させる。繊維状フィラーの配合量が、前記の好ましい範囲の下限値以上であれば、繊維による射出成形品の強化が効率良く行われる。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であれば、繊維束の開繊及び第1の熱可塑性樹脂の繊維束への含浸が容易になる。
含浸部123の出口におけるダイヘッドのノズル径を、繊維束11の径に対して変化させることにより、樹脂構造体13における第1の熱可塑性樹脂と繊維状フィラーとの配合比を調整することができる。
冷却部125では、含浸部123で加熱された状態の樹脂構造体13(繊維束に前記溶融物が含浸及び被覆した樹脂構造体13)を、例えば50〜150℃に冷却する。冷却時間は、特に限定されないが、例えば3〜30秒である。
引取部127では、冷却部125で冷却された樹脂構造体13を連続的に引き取り、次の切断部129へ繰り出していく。
切断部129では、冷却後の樹脂構造体13を所望の長さに切断し、ペレット15を作製する。切断部129は、例えば回転刃などを備える。
上述した製造装置100を用い、本実施形態の第1のペレットとして、例えば、繊維状フィラーが第1の熱可塑性樹脂で固められたペレットを以下のようにして製造する。
樹脂構造体を得る工程:
繊維ロービング10から複数本の単繊維が収束剤にて収束された繊維束11を連続的に繰り出しながら、まず、予備加熱部121で、繊維束11を加熱して乾燥させる。
次に、含浸部123に、乾燥後の繊維束11を供給しつつ、押出機120により溶融混練した成形材料Mを供給口123aから投入して、繊維束11に、溶融状態の成形材料Mを含浸させる。これにより、繊維束に前記溶融物が含浸及び被覆した樹脂構造体13が得られる。この後、含浸部123で加熱された状態の樹脂構造体13を冷却部125で冷却する。
ここで得られる樹脂構造体13においては、繊維が樹脂構造体13の長手方向に略平行に配列している。
「繊維が樹脂構造体の長手方向に略平行に配列する」とは、繊維の長手方向と樹脂構造体の長手方向とのなす角度が、略0°であり、具体的には、繊維及び樹脂構造体のそれぞれの長手方向のなす角度が−5°〜5°である状態を示す。
ペレットを得る工程:
次に、冷却後の樹脂構造体13を、引取部127でストランド状に引き取り、切断部129へ繰り出していく。
次に、切断部129で、ストランド状の樹脂構造体13を、その長手方向に所定の長さで切断し、ペレット15を得る。
ここでいうペレット15についての所定の長さとは、ペレット15を材料とする成形体の要求性能に応じて設定されるペレット15の長さのことである。本実施形態の製造方法で得られる第1のペレットにおいては、ペレット15の長さと、ペレット15中に配列している繊維の長さと、が実質的に同じ長さとなる。
「ペレットの長さと繊維の長さとが実質的に同じ長さになる」とは、ペレット中に配列している繊維の、長さ加重平均繊維長が、ペレットの長手方向の長さの95〜105%であることを示す。
上述のようにして、第1の熱可塑性樹脂が繊維状フィラーに含浸した第1のペレット(ペレット15)が製造される。
このペレット15は、繊維状フィラーが第1の熱可塑性樹脂で固められたものであって、当該繊維状フィラーは、当該ペレットの長手方向に略平行に配列している。また、ペレット15中に配列している繊維状フィラーの長さは、当該ペレットの長さと実質的に同じ長さである。本実施形態で製造されるペレット15の長さは、ペレット15を材料とする成形体の要求性能等によるが、例えば3〜50mmである。
このように、繊維状フィラーが当該ペレットの長手方向に略平行に配列し、かつ、繊維状フィラーの長さがペレットの長さと実質的に同じ長さとされていることにより、射出成形品とした際、当該射出成形品中の残存繊維状フィラーの長繊維化が可能となり、成形体の耐熱性向上及び異方性緩和に効果がある。
ペレット中における繊維状フィラーの配列方向については、ペレットを長手方向に切断した断面をマイクロスコープにて観察することで確認できる。
また、本実施形態において、ペレット中の繊維状フィラーの繊維長、長さ加重平均繊維長は、以下の手順で測定する。
手順(1)ペレット2gをマッフル炉で加熱して、樹脂分(第1の熱可塑性樹脂)を除去する。
例えば、繊維状フィラーが炭素繊維である場合、加熱条件は500℃、3時間とする。
繊維状フィラーがガラス繊維である場合、加熱条件は600℃、4時間とする。
手順(2)ペレットから樹脂分を除去したものを、界面活性剤(Micro90、INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION社製)0.05体積%入り水溶液1000mLに分散させて、分散液を調製する。
手順(3)分散液から100mLを取り出し、純水で5〜20倍に希釈する。希釈後の分散液から一部を取り出して、マイクロスコープ(VH−Z25、キーエンス社製、倍率10〜20倍)にて繊維状フィラーを観察し、画像を1サンプルにつき、撮影領域が重ならないように10枚撮影する。
ただし、繊維状フィラーが炭素繊維である場合、希釈後の分散液から50mLを取り出し、φ90mmの桐山ロート用ろ紙(No.5C)を用いて減圧濾過を行い、ろ紙に分散した炭素繊維の画像を撮影する。
繊維状フィラーがガラス繊維である場合、希釈後の分散液から50mLを取り出し、シャーレに分散させ、続いて、シャーレの中に分散したガラス繊維の画像を撮影する。
手順(4)撮影した画像1枚中に存在する全ての繊維の長さを、マイクロスコープの計測ツールで測定する。尚、屈曲した繊維は、多点間計測により測定し、画像の淵に接している繊維は測定しないこととする。繊維の測定本数合計が500本を超えるまで、撮影した10枚の画像で順次同様の操作を行い、繊維長を測定する。撮影した10枚の画像中の繊維本数合計が500本を超えない場合、手順(3)に戻り、純水での希釈倍率を適宜調整した上で、画像を再撮影して繊維長を再測定する。
手順(5)手順(4)で測定した繊維状フィラーの繊維長から、長さ加重平均繊維長lm=(Σli×ni)/(Σli×ni)を求める(Σni>500)。
li:繊維状フィラーの繊維長
ni:繊維長liの繊維状フィラーの本数
第2のペレットは、前記繊維状フィラーを含まず、前記第1の熱可塑性樹脂に比べて流動開始温度が低い第2の熱可塑性樹脂を含む樹脂構造体からなる。
第2のペレットは、例えば、第2の熱可塑性樹脂と、必要に応じてその他成分とを配合した混合物を、溶融押出成形法、又は溶融圧縮成形法によりペレット化することにより得られる。
本実施形態の射出成形品の製造方法において、第2の熱可塑性樹脂には、前記第1の熱可塑性樹脂に比べて流動開始温度が低いものが用いられる。
好ましくは、前記第2の熱可塑性樹脂と、前記第1の熱可塑性樹脂との流動開始温度の差が、5℃以上であり、5〜40℃がより好ましい。又は、好ましくは、前記第2の熱可塑性樹脂と、前記第1のペレットとの流動開始温度の差が、5℃以上であり、5〜40℃がより好ましい。
このような第2の熱可塑性樹脂を、第1の熱可塑性樹脂に対して選択することで、射出成形品中で繊維状フィラーが繊維束として適度に分散し、また、射出成形中に繊維束として存在していることで、繊維破断が抑制され、成形品中の繊維状フィラーが長く残るために、衝突荷重に対する強度が発現しやすくなる。
第2の熱可塑性樹脂は、後述するペレット混合物の溶融混練温度(可塑化部)での溶融粘度が5〜500Pa・s(測定条件:ノズルの孔径0.5mm、せん断速度1000s−1)であるものが好ましい。
例えば、第2の熱可塑性樹脂としては、液晶性ポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン66(PA66)やナイロン6(PA6)などのポリアミド、液晶性ポリエステル樹脂以外のポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド等が挙げられる。
第2の熱可塑性樹脂は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述した第1のペレットと第2のペレットとを混合して、ペレット混合物を得る。
第1のペレットと第2のペレットとの混合比率(質量比)は、射出成形品とした際に、熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部となるように、第1のペレットと第2のペレットとを混合すればよい。
例えば、両者の混合比率(質量比)は、第1のペレット30〜80質量部、第2のペレット20〜70質量部が好ましく、第1のペレット35〜75質量部、第2のペレット25〜65質量部がより好ましく、第1のペレット40〜70質量部、第2のペレット30〜60質量部がさらに好ましい。
第1のペレットと第2のペレットとは、例えば、それぞれ別個に成形機内へ投入し、成形機内で両者を混合してもよいし、又は予め両者を混合した混合物を調製してもよい。あるいは、第1のペレットと第2のペレットとは、第1のペレット表面に第2のペレットを被覆したものとして用いてもよい。
[ペレット混合物を射出成形する工程]
本実施形態における、ペレット混合物を射出成形する工程では、例えば、公知の射出成形機を用いて、ペレット混合物を溶融させ、溶融したペレット混合物を、金型内に射出することにより成形する。
公知の射出成形機としては、例えば、株式会社ソディック製のTR450EH3、日精樹脂工業社製の油圧式横型成形機PS40E5ASE型などが挙げられる。
射出成形の温度条件は、熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜決定され、射出成形機のシリンダー温度を、用いる熱可塑性樹脂の流動開始温度より10〜80℃高い温度に設定することが好ましい。
例えば、前記ペレット混合物の溶融混練温度(可塑化部)は、前記第2の熱可塑性樹脂の流動開始温度を超え、前記第1の熱可塑性樹脂又は前記第1のペレットの流動開始温度以下であることが好ましい。具体的には、当該溶融混練温度(可塑化部)は、250〜350℃が好ましく、260〜340℃がより好ましく、270〜320℃がさらに好ましい。計量部又はプランジャー部は、280〜400℃が好ましく、290〜380℃がより好ましく、300〜370℃がさらに好ましい。
金型の温度は、熱可塑性樹脂の冷却速度と生産性の点から、室温(例えば23℃)から180℃の範囲に設定することが好ましい。
その他射出条件として、スクリュー回転数、背圧、射出速度、保圧、保圧時間などを適宜調節すればよい。
以上説明した本実施形態の射出成形品の製造方法は、第1の熱可塑性樹脂が前記繊維状フィラーに含浸した第1のペレットと、前記繊維状フィラーを含まず、前記第1の熱可塑性樹脂に比べて流動開始温度が低い第2のペレットとを混合して、ペレット混合物を得る工程、及び前記ペレット混合物を射出成形する工程を有する。
本実施形態においては、かかる第1のペレットと第2のペレットとのペレット混合物を採用するため、射出成形品の製造途中で、繊維状フィラーは開繊し過ぎず、最終的に製造される射出成形品中に、適度に繊維束の状態で分散し(射出成形品中の繊維濃度のバラツキが比較的に大きい)、また、射出成形品中に適度に繊維束の状態で存在していることで、繊維破断が抑制され、成形品中の繊維状フィラーが長く残る。このため、本実施形態の製造方法によれば、衝突荷重に対する強度が高められた射出成形品を容易に製造することができる。
上述した本実施形態の射出成形品は、一般に熱可塑性樹脂が適用し得るあらゆる用途に適用可能であり、中でも自動車分野の用途に特に好適である。
自動車分野の用途としては、例えば、自動車内装材用射出成形体として、天井材用射出成形体、ホイールハウスカバー用射出成形体、トランクルーム内張用射出成形体、インパネ表皮材用射出成形体、ハンドルカバー用射出成形体、アームレスト用射出成形体、ヘッドレスト用射出成形体、シートベルトカバー用射出成形体、シフトレバーブーツ用射出成形体、コンソールボックス用射出成形体、ホーンパッド用射出成形体、ノブ用射出成形体、エアバッグカバー用射出成形体、各種トリム用射出成形体、各種ピラー用射出成形体、ドアロックベゼル用射出成形体、グラブボックス用射出成形体、デフロスタノズル用射出成形体、スカッフプレート用射出成形体、ステアリングホイール用射出成形体、ステアリングコラムカバー用射出成形体などが挙げられる。
また、自動車分野の用途としては、例えば、自動車外装材用射出成形体として、バンパー用射出成形体、スポイラー用射出成形体、マッドガード用射出成形体、サイドモール用射出成形体、ドアミラーハウジング用射出成形体、アンダーボディシールド用射出成形体などが挙げられる。
その他の自動車部品用射出成形体としては、自動車ヘッドランプ用射出成形体、グラスランチャンネル用射出成形体、ウェザーストリップ用射出成形体、ドレーンホース用射出成形体、ウィンドウォッシャーチューブ用射出成形体などのホース用射出成形体、チューブ類用射出成形体、ラックアンドピニオンブーツ用射出成形体、ガスケット用射出成形体、バンパービーム用射出成形体、クラッシュボックス用射出成形体、各種メンバー用射出成形体、サスペンションシステム用射出成形体、フロントエンドモジュール用射出成形体、ラジエーターサポート用射出成形体、バックドアインナー用射出成形体などが挙げられる。
また、本実施形態の射出成形品は、上述の他、センサー、LEDランプ、コネクター、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサー、バリコンケース、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント基板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、半導体、液晶ディスプレイ、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、モーターブラッシュホルダー、パラボラアンテナ、コンピューター関連部品、電子レンジ部品、音響・音声機器部品、照明部品、エアコン部品、オフィスコンピューター関連部品、電話・FAX関連部品、および複写機関連部品などの用途にも適用可能である。
以下、具体的な実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
[熱可塑性樹脂の流動開始温度]
フローテスター(株式会社島津製作所の「CFT−500型」)を用いて、熱可塑性樹脂の約2gを、内径1mm及び長さ10mmのノズルを有するダイを取り付けたシリンダーに充填した。次に、9.8MPa(100kg/cm)の荷重下、4℃/分の速度で昇温しながら、熱可塑性樹脂を溶融させ、ノズルから押し出し、4800Pa・s(48000ポイズ)の粘度を示す温度(流動開始温度)を測定し、熱可塑性樹脂の流動開始温度とした。
[第1のペレットの流動開始温度]
ボールミル型凍結粉砕機(日本分析工業株式会社製の「JFC−1500」)を用いて、第1のペレットを、所定の条件(ペレット投入量:5g、予備凍結時間:10分間、凍結粉砕時間:10分間)で凍結粉砕した。
次に、上記[熱可塑性樹脂の流動開始温度]において、熱可塑性樹脂を、第1のペレット凍結粉砕物に変更した以外は同様にして、第1のペレットの流動開始温度を測定した。
<プレペレットの製造>
熱可塑性樹脂を加工したプレペレット(1)、プレペレット(2)をそれぞれ用意した。
≪プレペレット(1)の製造≫
プレペレット(1)(LCP1ペレット)を以下のようにして製造した。
撹拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸(1034.99g、5.5モル)と、2,6−ナフタレンジカルボン酸(378.33g、1.75モル)と、テレフタル酸(83.07g、0.5モル)と、ヒドロキノン(272.52g、2.475モル、2,6−ナフタレンジカルボン酸及びテレフタル酸の合計量に対して0.225モル過剰)と、無水酢酸(1226.87g、12モル)と、触媒として1−メチルイミダゾール(0.17g)とを入れ、反応器内のガスを窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下、撹拌しながら、室温から145℃まで15分間かけて昇温し、145℃で1時間還流させた。
次いで、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、145℃から310℃まで3.5時間かけて昇温し、310℃で3時間保持した後、内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1〜1mmに粉砕後、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から295℃まで8時間かけて昇温し、295℃で6時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。
ここで得られた液晶ポリエステルは、全繰り返し単位の合計量に対して、Arが2,6−ナフチレン基である繰返し単位(1)を55モル%、Arが2,6−ナフチレン基である繰返し単位(2)を17.5モル%、Arが1,4−フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、及びArが1,4−フェニレン基である繰返し単位(3)を22.5モル%有し、その流動開始温度は300℃であった。
次いで、得られた粉末状の液晶ポリエステルを、二軸押出機(PMT47、IKG社製)にてシリンダー温度300℃で造粒し、プレペレット(1)(LCP1ペレット)を製造した。製造されたLCP1ペレットの流動開始温度は294℃であった。
≪プレペレット(2)の製造≫
プレペレット(2)(LCP2ペレット)を以下のようにして製造した。
撹拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸(1034.99g、5.5モル)と、2,6−ナフタレンジカルボン酸(378.33g、1.75モル)と、テレフタル酸(83.07g、0.5モル)と、ヒドロキノン(272.52g、2.475モル、2,6−ナフタレンジカルボン酸及びテレフタル酸の合計量に対して0.225モル過剰)と、無水酢酸(1226.87g、12モル)と、触媒として1−メチルイミダゾール(0.17g)とを入れ、反応器内のガスを窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下、撹拌しながら、室温から145℃まで15分間かけて昇温し、145℃で1時間還流させた。
次いで、副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら、145℃から310℃まで3.5時間かけて昇温し、310℃で3時間保持した後、内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径約0.1〜1mmに粉砕後、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から310℃まで10時間かけて昇温し、310℃で5時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステルを得た。
ここで得られた液晶ポリエステルは、全繰り返し単位の合計量に対して、Arが2,6−ナフチレン基である繰返し単位(1)を55モル%、Arが2,6−ナフチレン基である繰返し単位(2)を17.5モル%、Arが1,4−フェニレン基である繰返し単位(2)を5モル%、及びArが1,4−フェニレン基である繰返し単位(3)を22.5モル%有し、その流動開始温度は322℃であった。
次いで、得られた粉末状の液晶ポリエステルを、二軸押出機(PMT47、IKG社製)にてシリンダー温度320℃で造粒し、プレペレット(2)(LCP2ペレット)を製造した。製造されたLCP2ペレットの流動開始温度は303℃であった。
<第1のペレットの用意>
熱可塑性樹脂が繊維状フィラーに含浸した、第1のペレット(1)〜(5)を用意した。
第1のペレット(1)〜(4)については、図1に示す形態と同様の製造装置を用い、以下のようにして製造した。
押出機120にはGTS−40型押出機(株式会社プラスチック工学研究所製)を用いた。ベルト式引取機にはEBD−1500A(アイメックス株式会社製)を用いた。繊維状フィラーには下記のガラス繊維を用いた。
繊維状フィラー:日東紡績株式会社製のガラス繊維ロービング(HME−ガラス、数平均繊維径17μm、繊度1100g/1000m)
第1のペレット(1)の製造:
プレペレットとして、プレペレット(2)(LCP2ペレット)を用いた。
プレペレット(2)(LCP2ペレット)100質量部に対してガラス繊維束が95.2質量部となる樹脂構造体13を得た。具体的には以下のようにして製造した。
樹脂構造体を得る工程:
前記ベルト式引取機(引取部127)を作動させることにより、ガラス繊維ロービング10からガラス繊維束11を引取速度10m/分で連続的に繰り出しながら、まず、予備加熱部121で、ガラス繊維束11を150℃に加熱して乾燥させた。
次に、押出機120の先端に取り付けたダイ(含浸部123)に、乾燥後のガラス繊維束11を供給しつつ、押出機120から溶融状態のプレペレット(2)を供給口123aから投入した。ダイ(含浸部123)内で、プレペレット(2)を、380℃で溶融し、ガラス繊維束11に含浸させて、ダイ(含浸部123)出口にてノズル径1.5mmのダイヘッドにてストランド径を調整することで、プレペレット(2)100質量部に対してガラス繊維束が95.2質量部となる樹脂構造体13を得た。
ここで得られた樹脂構造体13においては、ガラス繊維が第1の熱可塑性樹脂(LCP2)層の長手方向に略平行に配列していた。
この後、ダイ(含浸部123)内で加熱された状態の樹脂構造体13を、冷却部125で150℃以下に冷却した。
ペレットを得る工程:
次に、冷却後の樹脂構造体13を、前記ベルト式引取機(引取部127)でストランド状に引き取り、ペレタイザー(切断部129)へ繰り出し、その長手方向に所定の長さで切断して、円柱形状(長さ12mm)のペレット15を得た。
ペレット15を長手方向に切断し、切断により得られた断面をマイクロスコープにて観察した。その観察の結果、ガラス繊維の配列方向は、ペレットの長手方向と略一致し、ペレットの長手方向と略平行であることを確認できた。
また、ペレット中のガラス繊維の長さに関して、長さ加重平均繊維長は以下の手順で測定した。
手順(1)ペレット2gをマッフル炉で600℃、4時間加熱して、樹脂分(第1の熱可塑性樹脂)を除去した。
手順(2)ペレットから樹脂分を除去したものを、界面活性剤(Micro90、INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION社製)0.05体積%入り水溶液1000mLに分散させて、分散液を調製した。
手順(3)分散液から100mLを取り出し、純水で10倍に希釈した。希釈後の分散液から50mLを取り出し、シャーレに分散させ、マイクロスコープ(VH−Z25、キーエンス社製、倍率10倍)にてシャーレの中に分散したガラス繊維を観察し、画像を1サンプルにつき、撮影領域が重ならないように10枚撮影した。
手順(4)撮影した画像1枚中に存在する全ての繊維の長さを、マイクロスコープの計測ツールで測定した。尚、屈曲した繊維は、多点間計測により測定し、画像の淵に接している繊維は測定しないこととした。繊維の測定本数合計が500本を超えるまで、撮影した10枚の画像で順次同様の操作を行い、繊維長を測定した。
手順(5)手順(4)で測定したガラス繊維の繊維長から、長さ加重平均繊維長lm=(Σli×ni)/(Σli×ni)を求めた(Σni>500)。
li:ガラス繊維の繊維長
ni:繊維長liのガラス繊維の本数
その結果、ガラス繊維の長さ加重平均繊維長は、ペレットの長さ(12mm)と同じであった。
第1のペレット(2)の製造:
プレペレットとして、プレペレット(1)(LCP1ペレット)を用い、ノズル径2.0mmのダイヘッドにてストランド径を調整することで、プレペレット(1)(LCP1ペレット)100質量部に対してガラス繊維束が48.8質量部となる樹脂構造体13を得た。
これら以外は、上記の第1のペレット(1)の製造と同様にして、円柱形状(長さ12mm)のペレット15を得た。
第1のペレット(3)の製造:
プレペレットとして、プレペレット(1)(LCP1ペレット)を用い、ノズル径1.3mmのダイヘッドにてストランド径を調整することで、プレペレット(1)(LCP1ペレット)100質量部に対してガラス繊維束が125質量部となる樹脂構造体13を得た。
これら以外は、上記の第1のペレット(1)の製造と同様にして、円柱形状(長さ12mm)のペレット15を得た。
第1のペレット(4)の製造:
プレペレットとして、プレペレット(2)(LCP2ペレット)を用いた。
プレペレット(2)(LCP2ペレット)100質量部に対してガラス繊維束が97.1質量部となる樹脂構造体13を得た。
これら以外は、上記の第1のペレット(1)の製造と同様にして、円柱形状(長さ12mm)のペレット15を得た。
第1のペレット(5)については、下記のPA66長繊維GFペレットを用いた。
PA66長繊維GFペレット:ダイセルポリマー株式会社製のPLASTRON PA66−GF50(ガラス繊維充填量がペレット総量に対して50質量%、ペレット長9mm)、流動開始温度264℃、ポリアミド樹脂がガラス繊維に含浸したペレット。
<第2のペレットの用意>
繊維状フィラーを含まず、熱可塑性樹脂を含む第2のペレット(1)〜(2)を用意した。
第2のペレット(1)として、プレペレット(1)(LCP1ペレット)をそのまま用いた。
第2のペレット(2)として、下記のPA6ペレットを用いた。
PA6ペレット:宇部興産株式会社製のUBE ナイロン 1013B、流動開始温度226℃
第1のペレット(1)〜(5)及び第2のペレット(1)〜(2)の組成を表1に示した。
Figure 2021028154
<射出成形品の製造>
第1のペレットと第2のペレットと計量安定化剤とを混合してペレット混合物を得る工程、及び前記ペレット混合物を射出成形する工程により、各例の射出成形品を製造した。
(実施例1)
ペレット混合物を得る工程:
上記で用意した第1のペレット(1)と第2のペレット(1)とを、表2に記載の割合で混合した後、第1のペレット(1)と第2のペレット(1)との混合物100質量部に対し、計量安定化剤としてCS−7(ベヘン酸カルシウム、日東化成工業株式会社製)0.04質量部を添加し、均一に混合してペレット混合物を得た。
ペレット混合物を射出成形する工程:
前記ペレット混合物を、射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)のホッパーへ投入した。溶融混練温度(可塑化部)300℃の前記射出成形機内で溶融混練し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/秒にて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。尚、ゲートは、多目的試験片の片側つかみ部の上辺より厚さ4mmのフィルムゲートとした。
その他射出条件:プランジャー部の温度360℃、スクリュー回転数(可塑化部)100rpm、背圧0MPa、保圧100MPa、保圧時間5秒間
(比較例1〜2)
溶融混練温度(可塑化部)を変更した以外は、実施例1の射出成形品を製造する方法と同様にして、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。
(比較例3)
第1のペレット(2)と第2のペレット(1)とを併用し、ペレット混合物の混合比率を変更した以外は、実施例1の射出成形品を製造する方法と同様にして、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。
(実施例2)
ペレット混合物を得る工程:
上記で用意した第1のペレット(3)と第2のペレット(2)とを、表2に記載の割合で混合した後、第1のペレット(3)と第2のペレット(2)との混合物100質量部に対し、計量安定化剤としてCS−7(ベヘン酸カルシウム、日東化成工業株式会社製)0.04質量部を添加し、均一に混合してペレット混合物を得た。
ペレット混合物を射出成形する工程:
前記ペレット混合物を、射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)のホッパーへ投入した。溶融混練温度(可塑化部)270℃の前記射出成形機内で溶融混練し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/秒にて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。尚、ゲートは、多目的試験片の片側つかみ部の上辺より厚さ4mmのフィルムゲートとした。
その他射出条件:プランジャー部の温度300℃、スクリュー回転数(可塑化部)100rpm、背圧0MPa、保圧100MPa、保圧時間5秒間
(比較例4)
溶融混練温度(可塑化部)を変更した以外は、実施例2の射出成形品を製造する方法と同様にして、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。
(比較例5)
第1のペレット(5)と第2のペレット(2)とを併用し、ペレット混合物の混合比率を変更した以外は、実施例2の射出成形品を製造する方法と同様にして、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。
(実施例3)
ペレット混合物を得る工程:
上記で用意した第1のペレット(4)と第2のペレット(1)とを、表2に記載の割合で混合した後、第1のペレット(4)と第2のペレット(1)との混合物100質量部に対し、計量安定化剤としてCS−7(ベヘン酸カルシウム、日東化成工業株式会社製)0.04質量部を添加し、均一に混合してペレット混合物を得た。
ペレット混合物を射出成形する工程:
前記ペレット混合物を、射出成形機TR450EH3(株式会社ソディック製)のホッパーへ投入した。溶融混練温度(可塑化部)300℃の前記射出成形機内で溶融混練し、金型温度100℃の金型内へ、射出速度20mm/秒にて射出することにより、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。尚、ゲートは、多目的試験片の片側つかみ部の上辺より厚さ4mmのフィルムゲートとした。
その他射出条件:プランジャー部の温度360℃、スクリュー回転数(可塑化部)100rpm、背圧0MPa、保圧100MPa、保圧時間5秒間
(比較例6)
溶融混練温度(可塑化部)を変更した以外は、実施例3の射出成形品を製造する方法と同様にして、JIS K7139に準拠した多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)を成形した。
各例の射出成形品(多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm))に対して、繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)、繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)、射出成形品中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長の測定を、それぞれ以下のようにして行った。これらの測定結果を表2に示した。
[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]
手順(1a):射出成形品(多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm))を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出した。
手順(2a):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定した。
手順(3a):繊維状フィラーの充填量8点の測定値から、当該充填量の標準偏差を下式(SD)より算出した。
Figure 2021028154
S:標準偏差
:分散
n:5mm角正方形の総数(8個)
:5mm角正方形それぞれの繊維状フィラーの充填量
X:繊維状フィラーの充填量8点の平均値
・試験片における、繊維状フィラーの充填量の測定方法
手順(1)5mm角に切り出した試験片の質量及びるつぼの質量を、精密天秤にて0.1mg単位まで測定した。
手順(2)前記試験片を前記るつぼに入れ、マッフル炉で600℃、4時間加熱して樹脂分を除去した。
手順(3)るつぼに残っているガラス繊維の質量を、るつぼごと精密天秤にて0.1mg単位まで測定し、手順(1)で測定した試験片の質量及びるつぼ質量からガラス繊維充填量を求めた。
[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]
手順(1b):射出成形品(多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm))を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出した。
手順(2b):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定した。試験片における、繊維状フィラーの充填量の測定方法は、上記手順(2a)と同様である。
手順(3b):繊維状フィラーの充填量8点の測定値のうち、最大値と最小値との差を求めた。
[射出成形品中の繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長の測定]
手順(1)多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm)の中央部より、幅10mm×長さ30mm×厚さ4mmの試験片を切り出し、マッフル炉で600℃、4時間加熱して樹脂分を除去した。
手順(2)試験片から樹脂分を除去したものを、界面活性剤(Micro90 INTERNATIONAL PRODUCTS CORPORATION社製)0.05体積%入り水溶液1000mLに分散させて、分散液を調製した。
手順(3)分散液から100mLを取り出し、純水で10倍に希釈した。希釈後の分散液から50mLを取り出してシャーレに分散させ、続いて、シャーレの中に分散したガラス繊維を、マイクロスコープ(VH−ZST(KEYENCE社製)倍率20倍)にて観察し、画像を1サンプルにつき、撮影領域が重ならないように10枚撮影した。
手順(4)撮影した画像1枚中に存在する全ての繊維の長さを、マイクロスコープの計測ツールで測定した。尚、屈曲した繊維は、多点間計測により測定した。繊維の測定本数合計が500本を超えるまで、撮影した10枚の画像で順次同様の操作を行い、繊維長を測定した。
手順(5)手順(4)で測定したガラス繊維の繊維長から、長さ加重平均繊維長lm=(Σli×ni)/(Σli×ni)を求めた(Σni>500)。
li:ガラス繊維の繊維長
ni:繊維長liのガラス繊維の本数
<射出成形品の評価>
各例の射出成形品について、下記シャルピー衝撃試験を実施し、シャルピー衝撃強度を測定して、衝突荷重に対する強度を評価した。この測定結果を表2に示した。
シャルピー衝撃試験:
各例の射出成形品(多目的試験片(タイプA1)(厚さ4mm))から、幅10mm×長さ80mm×厚さ4mmのノッチなし試験片を切り出した。
このノッチなし試験片について、ISO 2818、JIS K7144に準拠し、深さ2mmの45°V字溝(ノッチ先端半径:0.25mm±0.05mm)のノッチ加工を施した。ノッチ加工には、ノッチングツール(東洋精機株式会社 型式A−4)を用いた。
ノッチ加工を施した試験片(ノッチあり試験片)を用いて、ISO179−1、JIS K7111−1に準拠し、ハンマー2.0J、4.0Jを採用して、シャルピー衝撃試験を実施した。ノッチあり試験片のシャルピー衝撃強度は、5回測定の平均値を採用した。
Figure 2021028154
表2に示す結果から、本発明を適用した実施例1の射出成形品は、比較例1〜3の射出成形品に比べて、シャルピー衝撃強度の値が大きく、衝突荷重に対する強度がより高められていることが確認できる。
また、本発明を適用した実施例2の射出成形品は、比較例4〜5の射出成形品に比べて、シャルピー衝撃強度の値が大きく、衝突荷重に対する強度がより高められていることが確認できる。
また、本発明を適用した実施例3の射出成形品は、比較例6の射出成形品に比べて、シャルピー衝撃強度の値が大きく、衝突荷重に対する強度がより高められていることが確認できる。
100 製造装置、101〜109 搬送ロール、120 押出機、121 予備加熱部、123 含浸部、125 冷却部、127 引取部、129 切断部

Claims (6)

  1. 熱可塑性樹脂65〜95質量部と、繊維状フィラー5〜35質量部とを含有する射出成形品であって、
    前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び液晶性ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、前記熱可塑性樹脂の総量に対して10質量%以上含み、
    下記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]から決定される、前記射出成形品中の繊維状フィラー充填量バラツキの標準偏差が、1.0質量%を超える、射出成形品。
    [繊維状フィラー充填量バラツキの測定(a)]
    手順(1a):射出成形品を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出す。
    手順(2a):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定する。
    手順(3a):繊維状フィラーの充填量8点の測定値から、当該充填量の標準偏差を算出する。
  2. 前記繊維状フィラーの長さ加重平均繊維長が、4mm以上である、請求項1に記載の射出成形品。
  3. 前記繊維状フィラーが、ガラス繊維である、請求項1又は2に記載の射出成形品。
  4. 下記[繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]から決定される、前記射出成形品中の前記繊維状フィラー充填量バラツキの最大差が、3.0質量%を超える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の射出成形品。
    [繊維状フィラー充填量バラツキの測定(b)]
    手順(1b):射出成形品を平面視した際の平面図において、5mm角正方形を1個の試験片としたとき、該平面図上で8個の5mm角正方形が縦2個及び横4個に配列した長方形となるように、射出成形品から試験片8個を切り出す。
    手順(2b):前記試験片8個それぞれについて繊維状フィラーの充填量を測定する。
    手順(3b):繊維状フィラーの充填量8点の測定値のうち、最大値と最小値との差を求める。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の射出成形品の製造方法であって、
    第1の熱可塑性樹脂が前記繊維状フィラーに含浸した第1のペレットと、前記繊維状フィラーを含まず、前記第1の熱可塑性樹脂に比べて流動開始温度が低い第2の熱可塑性樹脂を含む第2のペレットとを混合して、ペレット混合物を得る工程、及び
    前記ペレット混合物を射出成形する工程
    を有する、射出成形品の製造方法。
  6. 前記第1の熱可塑性樹脂又は前記第1のペレットと、前記第2の熱可塑性樹脂との流動開始温度の差が、5℃以上であり、
    前記ペレット混合物の溶融混練温度(可塑化部)が、前記第2の熱可塑性樹脂の流動開始温度を超え、前記第1の熱可塑性樹脂又は前記第1のペレットの流動開始温度以下である、請求項5に記載の射出成形品の製造方法。
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