JP2022154027A - 強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、長繊維強化樹脂ペレットと同等の優れた機械的物性を有する強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法を提供する。【解決手段】強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、第一混練部５、および第一混練部５よりも出口側に設けられた、切欠きを有する逆送りスクリューエレメント、および／または、逆送りを含むニーディングディスクを備える第二混練部６を有する二軸押出機１と、二軸押出機１の出口に設けられた、ノズル９を備えるダイス２とを用い、第一混練部５で樹脂を溶融混練する工程と、強化繊維を第一混練部５よりも出口側、かつ第二混練部６よりも入口側から二軸押出機１内に供給し、強化繊維の存在下でさらに樹脂を溶融混練する工程と、ダイス２のノズル９出口から溶融混練された強化繊維を含む樹脂を、強化繊維含有樹脂のストランドとして押出する工程とを備え、ノズル９が特定の条件を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法に関し、詳しくは、生産性に優れ、長繊維強化樹脂ペレットと同等の機械的物性を有する、短繊維を含有する強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法に関する。

強化繊維含有樹脂ペレットは、その優れた機械的性質を活かして、自動車部品やＯＡ機器等の種々の用途に使用されている。強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法としては、押出機に熱可塑性樹脂を供給して熱可塑性樹脂を溶融させ、次いで、溶融させた熱可塑性樹脂に繊維を供給し、押出機内で熱可塑性樹脂とガラス繊維とを混合混練し、最後に、混合混練物をダイスのノズルからストランドとして押出し、これをカッティングしてペレット化する方法が一般的である。押出機において、混練にはニーディングディスク等のスクリューを用いるのが一般的であるが、特許文献１に開示されるような、逆送りのフライトディスクに多数の切欠け部を設けたスクリューを用いると、混練性能を向上させながら、混練部のスクリュー構成を簡素化できる等の利点があることが知られている。

強化繊維含有樹脂ペレットは、該ペレット中に存在する残存繊維の繊維長が長いほうが高強度の成形品が得られることが知られている。しかし、強化繊維含有樹脂ペレットの製造時に繊維長の長い強化繊維を配合すると、混練時やダイスでストランド化する際において強化繊維が破損し、ペレット中の残存繊維の繊維長が短くなり、十分な機械的性質を得ることができない場合があった。

繊維長が長い残存繊維を含む強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法としては、特許文献２に開示されるような、円錐形の一部の形状を有するダイスホールをもつ押出用ダイスを用いてストランドを製造する方法や、特許文献３に開示されるような、高ガラス繊維含有率のガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットをガラスマスターバッチとし、これに他の樹脂を加える方法などが知られている。

特開２００２－１２０２７１号公報 特開平０８－００１６６２号公報 特開２００３－１８３４１１号公報

前述のとおり、ペレット中に存在する残存繊維の繊維長が長いほうが優れた機械的物性が得られるが、その一方、繊維長が長い残存繊維を含む強化繊維含有樹脂ペレットは、通常のダイスでは、ストランドを安定して製造できないなど生産性が低下するという問題点や、成形時にホッパーから落ちにくいことから射出成形が難しいという問題点、繊維の一部が成形時に開繊せず、成形体の外観が低下するといった問題点を有する。特許文献２に記載のダイスを用いても、射出成形性や外観を改善することはできなかった。また、特許文献２に記載のスクリュー凹凸面形成部を有するニュートラルエレメントを用いて溶融混練すると、押出機内で繊維が折れてしまい、ペレット中に残存する強化繊維長が短くなっていた。また、ペレット長とペレット中の繊維長とが等しい長繊維強化樹脂ペレットを製造するためには、高価な専用の製造装置を必要とする。

このため、長繊維強化樹脂ペレット専用の製造装置を必要とせず、ペレット中に存在する残存繊維の繊維長が長くても、射出成形しやすく、外観に優れ、優れた機械的物性を発現できる強化繊維含有樹脂ペレット製造方法の開発が望まれていた。

本発明は、残存繊維の繊維長が長くても、強化繊維樹脂ペレットを製造する際に安定して連続生産が可能であり、成形時にホッパーから落ちやすく射出成形が容易であり、成形体の外観に優れ、優れた機械的物性を発現できる強化繊維含有樹脂ペレットを製造する製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、たとえば下記の［１］～［６］に関する。
［１］ 第一混練部、および該第一混練部よりも出口側に設けられた、切欠きを有する逆送りスクリューエレメント、および／または、逆送りを含むニーディングディスクを備える第二混練部を有する二軸押出機と、該二軸押出機の出口に設けられた、ノズルを備えるダイスとを用い、
樹脂を前記第一混練部よりも入口側から前記二軸押出機内に供給して、前記第一混練部で前記樹脂を溶融混練する工程と、
強化繊維を第一混練部よりも出口側、かつ前記第二混練部よりも入口側から前記二軸押出機内に供給し、前記強化繊維の存在下でさらに前記樹脂を溶融混練する工程と、
前記ダイスのノズル出口から溶融混練された強化繊維を含む樹脂を、強化繊維含有樹脂のストランドとして押出しする工程と、
を備える強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法であって、
前記ノズルが下記要件（１）～（４）を満たし、
前記樹脂が、２３０℃、２．１６ｋｇ荷重におけるメルトフローレートが２０～５００ｇ／１０分であるプロピレン系重合体であり、
前記強化繊維の繊維長が２．５ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
前記強化繊維の繊維径が５μｍ以上１７μｍ未満であり、
前記強化繊維含有樹脂ペレットが、前記強化繊維を５質量％以上５０質量％以下含み、前記樹脂を５０質量％以上９５質量％以下（強化繊維と樹脂との合計が１００質量％）含むことを特徴とする強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
（１）ノズル流路長が６０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
（２）ノズル入口の面積（Ｓ１）が６ｍｍ²以上８０ｍｍ²以下である。
（３）ノズル出口の面積（Ｓ０）が３ｍｍ²以上２０ｍｍ²以下である。
（４）Ｓ１≧Ｓ０の関係が成立する。

［２］ 前記プロピレン系重合体がアイソタクティックプロピレン単独重合体である、［１］に記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。

［３］ 前記強化繊維がガラス繊維または炭素繊維である、［１］または［２］に記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。

［４］ 前記二軸押出機のスクリュー回転数が２５０ｒｐｍ以上８００ｒｐｍ以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。

［５］ 前記二軸押出機の第一混練部からノズルまでの設定温度が２４０℃以上２９０℃以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。

［６］ 前記切欠きを有する逆送りスクリューエレメントが、１条ネジであり、Ｌ／Ｄ＝１であり、切り欠きを有し、リードが０．２５Ｄ以上０．５Ｄ以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、残存繊維の繊維長が長い短繊維強化樹脂ペレットを製造することができ、生産性に優れ、長繊維強化樹脂ペレットと同等の優れた機械的物性を有する強化繊維含有樹脂ペレットを製造することができる。

図１は、本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法で用いられる二軸押出機およびダイスの一具体例である二軸押出機１およびダイス２の水平方向から見た縦断面の概略図である。 図２は、図１に示したダイス２を拡大した図である。 図３は、図１に示したダイス２をノズル出口１１側から見た図である。 図４は、テーパ部を有さず、平行部９ａＡのみを有するノズル９Ａを備えたダイス２Ａの、水平方向から見た、ノズルを含む縦断面の概略図である。 図５は、平行部を有さず、テーパ部９ｂＢのみを有するノズル９Ｂを備えたダイス２Ａの、水平方向から見た、ノズルを含む縦断面の概略図である。 図６は、実施例１および実施例２で用いたスクリューの構造を示す説明図である。 図７は、比較例１で用いたスクリューの構造を示す説明図である。 図８は、逆送りを含むニーディングディスクの一例を示す図である。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、二軸押出機およびダイスを用いる。 前記二軸押出機は、第一混練部、および該第一混練部よりも出口側に設けられた、逆送りスクリューエレメント、および／または、逆送りを含むニーディングディスクを備える第二混練部を有する。前記ダイスは、前記二軸押出機の出口に設けられており、ノズルを備える。本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法で用いられる二軸押出機およびダイスの一具体例の水平方向から見た縦断面の概略図を図１に示す。

図１に示される二軸押出機１は、シリンダー３およびシリンダー３の内孔部に収容されたスクリュー４を有する。二軸押出機１は、水平方向に２本のスクリュー４を有する。二軸押出機１は、第一混練部５と、第一混練部５より出口Ｂ側に設けられた第二混練部６とを有する。第二混練部６は、逆送りスクリューエレメント、および／または、逆送りを含むニーディングディスクを備えている（図示せず）。さらに二軸押出機１は、第一混練部より入口Ａ側に設けられた樹脂供給部７と、第一混練部５より出口Ｂ側、かつ第二混練部６より入口Ａ側に設けられた繊維供給部８とを有する。

二軸押出機１の出口Ｂにダイス２が装着されている。ダイス２には、シリンダー３の内孔部と直結するノズル９が設けられている。図１に示したダイス２を拡大した図を図２に示す。ノズル９は、ダイス２を水平方法に貫く断面円形の孔であり、二軸押出機１側にノズル入口１０が形成され、二軸押出機１とは反対側にノズル出口１１が形成されている。

ノズル９は、ノズル入口１０側に、同一径で水平方向に伸びる平行部９ｂと、ノズル出口１１側に、ノズル出口１１に向かって一定比率で径が小さくなるテーパ部９ａとを有する。図２では、ノズル９の水平方向の長さであるノズル流路長をＬ１と表示し、平行部９ｂの水平方向の長さである平行流路長をＬ２と表示している。

図３は、ダイス２を、ノズル出口１１側から見た図である。ダイス２にはノズル出口１１が水平方向に５個設けられている。つまり、ダイス２には５個のノズル９が設けられている。ただし、本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法で用いられるダイスにおいては、ノズルの数に制限はない。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法に用いられるノズルは、以下の要件（１）～（４）を満たす。
（１）ノズル流路長が６０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
ノズル流路長は、図１～３に示されたノズル９においては、図２においてＬ１で示される長さである。
ノズル流路長は６０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、好ましくは８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下、より好ましくは１００ｍｍ以上１３０ｍｍ以下である。

ノズル流路長が６０ｍｍより短いと、本発明のような繊維長を有する強化繊維を用いた場合、繊維が流れ方向に配向せず、ダイス出口で繊維がストランドから飛び出し、ストランドを安定して連続的に押出および引取ができない。製造されたペレットからも繊維が飛び出すことがある。このため、ペレットを射出成形機のホッパーに投入すると、ブリッジを起こし、安定的にバレルおよびスクリューに落ちていかないことがある。
ノズル流路長が１５０ｍｍより長いと樹脂圧力が高くなり生産性に影響を及ぼすということがある。

（２）ノズル入口の面積（Ｓ１）が６ｍｍ²以上８０ｍｍ²以下である。
ノズル入口の面積（Ｓ１）は、図１～３に示されたノズル９においては、図２に示されたノズル入口１０の面積である。
ノズル入口の面積（Ｓ１）は６ｍｍ²以上８０ｍｍ²ｍｍ以下であり、好ましくは１０ｍｍ²以上６０ｍｍ²以下、より好ましくは１２ｍｍ²以上５０ｍｍ²以下である。ノズル入口の面積（Ｓ１）が前記範囲内であるとペレット形状という点で好ましい。

（３）ノズル出口の面積（Ｓ０）が３ｍｍ²以上２０ｍｍ²以下である。
ノズル出口の面積（Ｓ０）は、図１～３に示されたノズル９においては、図２および図３に示されたノズル出口１１の面積である。
ノズル出口の面積（Ｓ０）は３ｍｍ²以上２０ｍｍ²ｍｍ以下であり、好ましくは４ｍｍ²以上１５ｍｍ²以下、より好ましくは５ｍｍ²以上１０ｍｍ²以下である。ノズル出口の面積（Ｓ０）が前記範囲内であるとペレット形状という点で好ましい。

（４）Ｓ１≧Ｓ０の関係が成立する。
本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法に用いられるノズルにおいては、ノズル出口の面積（Ｓ０）がノズル入口の面積（Ｓ１）より小さいか、またはノズル入口の面積（Ｓ１）と同じである。Ｓ１≧Ｓ０の関係が成立すると吐出量とペレット形状という点で好ましい。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法に用いられるノズルにおいては、ノズルの断面積は、ノズル入口からノズル出口に向かって同じであるか、またはノズル入口からノズル出口に向かって小さくなっている。
図１～３に示されたノズル９は、平行部９ｂとテーパ部９ａとを有しているので、Ｓ１＞Ｓ０の関係が成立する。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法に用いられるノズルは、平行部およびテーパ部の両方を有していることが好ましいが、平行部およびテーパ部の両方を有している必要はなく、図４に示すダイス２Ａのノズル９Ａのように、テーパ部を有さず、平行部９ｂＡのみを有していてもいいし、図５に示すダイス２Ｂのノズル９Ｂのように、平行部を有さず、テーパ部９ａＢのみを有していてもよい。ノズルが平行部のみを有している場合にはＬ１＝Ｌ２、Ｓ１＝Ｓ０となり、ノズルがテーパ部のみを有している場合にはＳ１＞Ｓ０となる。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、樹脂を第一混練部よりも入口側から二軸押出機内に供給して、第一混練部で樹脂を溶融混練する工程（工程１）と、強化繊維を第一混練部よりも出口側、かつ前記第二混練部よりも入口側から二軸押出機内に供給し、強化繊維の存在下でさらに樹脂を溶融混練する工程（工程２）と、ダイスのノズル出口から溶融混練された強化繊維を含む樹脂を、強化繊維含有樹脂のストランドとして押出しする工程（工程３）とを有する。

以下、図１～３に示した二軸押出機１およびダイス２を例にして、前記工程１～工程３を説明する。
工程１では、樹脂を樹脂供給部７から二軸押出機１のシリンダー３の内孔部に供給する。供給された樹脂は、スクリュー４の作用によりシリンダー３内を移動し、第一混練部５に運ばれる。第一混練部５に至るまでのスクリュー４の構造は例えばフルフライトなどである。第一混練部５に運ばれた樹脂は、第一混練部５で溶融混練される。

本発明において混練部とは、二軸押出機において、材料を練り込み、均質化する機能を有する部位を意味する。本発明における混練部は、二種以上の材料を混合し、練り込み、均質化する部位だけでなく、単一の材料であっても、均一な物性となるように混ぜ合わせ、練り込み、均質化する部位も含む。本発明における混練部は、たとえば、スクリュー構造として、フルフライトではなく、ニーディングディスク等となっている部位である。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法において使用される樹脂は、プロピレン系重合体である。前記プロピレン系重合体は、プロピレン単独重合体またはプロピレン共重合体である。プロピレン共重合体の場合、プロピレン由来の構造単位の含有量は好ましくは４０モル％以上、より好ましくは５０モル％以上であり、プロピレン以外の単量体由来の構造単位となるモノオレフィンとしては、好ましくはエチレン、１－ブテン、１－ペンテン、１－ヘキセン、１－オクテン、１－デセン、２－メチル－１－プロペン、３－メチル－１－ペンテン、４－メチル－１－ペンテン、５－メチル－１－ヘキセン等が挙げられ、より好ましくはエチレン、１－ブテンである。重合様式はランダム型でもブロック型でもよい。これらの樹脂の中でも、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレンブロック共重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体およびプロピレン・エチレン・ブテンランダム共重合体等が好ましく、プロピレン単独重合体がより好ましい。前記プロピレン系重合体としては、アイソタクチック、シンジオタクチック、アタクチックのいずれでもよいが、アイソタクティックプロピレンが好ましい。つまり、本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法において使用される樹脂としては、アイソタクティックプロピレン単独重合体が特に好ましい。これらの重合体は、単独で用いても、また２種以上組み合わせて用いてもよい。

前記プロピレン系重合体は、２３０℃、２．１６ｋｇ荷重におけるメルトフローレートが２０～５００ｇ／１０分であり、好ましくは３０～２００ｇ／１０分、より好ましくは３０～１５０ｇ／分である。プロピレン系重合体のメルトフローレートが前記範囲内であると樹脂の溶融粘度が低くなるため、強化繊維が二軸押出機中のせん断を受けにくくなり、強化繊維の破断が抑制されるという点で好ましい。

工程２では、強化繊維を繊維供給部８から二軸押出機１のシリンダー３の内孔部に供給する。供給された強化繊維は、第一混練部５から運ばれた、溶融混練された樹脂に混ぜられ、スクリュー４の作用によりシリンダー３内を移動し、第二混練部６に運ばれる。第一混練部５から第二混練部６に至るまでのスクリュー４の構造は例えばフルフライトなどである。第二混練部６に運ばれた、強化繊維が混合された樹脂は、第二混練部６でさらに溶融混練される。

前記強化繊維としては、通常樹脂の補強用として用いられているものならば特に限定されず、ガラス繊維，炭素繊維，金属繊維および有機繊維（ポリアミド、ポリエステル、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー、アクリル等）等を使用することが可能である。これらの中でも、ガラス繊維、炭素繊維が特に望ましい。ガラス繊維としては、一般に使用されているＥガラスや高強度・高弾性率のＴガラスが好適である。

強化繊維の繊維長は、２．５ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、好ましくは３ｍｍ以上７ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。強化繊維の繊維長が前記範囲内であると生産性という点で好ましい。

強化繊維の繊維径は、５μｍ以上１７μｍ未満であり、好ましくは１０μｍ以上１７μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上１３μｍ以下である。強化繊維の繊維径が前記範囲内であると機械物性という点で好ましい。

強化繊維の集束本数には特に制限はなく、単繊維やモノフィラメントを１０～２００００本集束すると、ハンドリングが良好になり、望ましい。通常、強化繊維は、樹脂との界面接着性向上のためのシランカップリング剤等の表面処理を行って使用することもできる。

供給される前記樹脂と強化繊維との比率としては、強化繊維を５質量％以上５０質量％以下、好ましくは１５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは２５質量％以上４５質量％以下含み、樹脂を５０質量％以上９５質量％以下、好ましくは５０質量％以上８５質量％以下、より好ましくは５５質量％以上７５質量％以下（強化繊維と樹脂との合計が１００質量％である）含むことが好ましい。

第二混練部６は、前述のとおり、切欠きを有する逆送りスクリューエレメント、および／または、逆送りを含むニーディングディスクを備える。残留繊維長がより長くなるなどのため、切欠きを有する逆送りスクリューエレメントが好ましい。第二混練部６が逆送りスクリューエレメントを備えると、混練性能および分散性能を向上させることができ、消費エネルギーが低くなり、熱効率が改善され、合成樹脂原料の溶融温度を低く押さえることが可能となり、ガラス繊維が折れにくく、原料の特性が確保されやすくなる。

逆送りスクリューエレメントとしては、フライトスクリューのフライトの先端部に、複数個の切欠き部が形成されているスクリューエレメントが好ましい。逆送りスクリューエレメントは、逆リード（逆方向）に１条または２条で構成されていることが好ましい。前記逆送りスクリューエレメントのリードは、０．１５ｘＤ～１．０ｘＤ（Ｄ：スクリュの直径）に構成されていることが好ましい。前記切欠き部は、前記逆送りスクリューエレメントの１リードの間に２～３０箇所形成されていることが好ましく、スクリューの軸方向に対して平行でも、どちらかの方向に捩じれてもよい。逆送りスクリューエレメントは、１条ネジであり、Ｌ／Ｄ＝１であり、切り欠きを有し、リードが０．２５Ｄ以上０．５Ｄ以下であることが好ましい。具体的には（株）日本製鋼所製ＢＭＳが挙げられる。切り欠きを有する逆送りスクリューエレメントを使用することで、強化繊維をあまり折らずに樹脂中の強化繊維長が長く、かつ、開繊性よく均一に溶融樹脂中に分散させることができる。

逆送りを含むニーディングディスクは、例えば図８に示す構造であり、市販のニーディングディスクを用いることが出来る。
工程３では、ダイス２のノズル出口１１から、溶融混練された強化繊維を含む樹脂を、強化繊維含有樹脂のストランドとして押出しする。第二混練部６からダイス２に至るまでのスクリュー４の構造は例えばフルフライトなどである。

工程３で使用するダイスは、以下の（１）～（４）を満たす。
（１）ノズル流路長が６０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
（２）ノズル入口の断面積（Ｓ１）が６ｍｍ²以上８０ｍｍ²である。
（３）ノズル出口の断面積（Ｓ０）が３ｍｍ²以上２０ｍｍ²以下である。
（４）Ｓ１≧Ｓ０の関係が成立する。

工程３のノズルを使用することで、樹脂中の強化繊維長が長くても、ストランドからの強化繊維の飛び出しが無く、連続生産が可能となる。得られたペレットからも強化繊維の飛び出しが無いため、射出成形する際、射出成形機のホッパー内でブリッジすることなく、安定的に射出成形が可能となる。

工程１～工程３における二軸押出機のスクリュー回転数は、２５０ｒｐｍ以上８００ｒｐｍ以下であることが好ましい。
工程１～工程３における二軸押出機の第一混練部からノズルまでの設定温度は、残存ガラス繊維長を長くし、樹脂の熱劣化を防止する観点から２３０℃以上２９０℃以下であることが好ましく、２４０℃以上２９０℃以下であることがより好ましい。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法においては、上記工程１～３により得られた強化繊維含有樹脂のストランドを公知の方法でペレタイズすることよって強化繊維含有樹脂ペレットを得る。ペレタイズとしては、例えば特公昭４１－２０７３８号公報に開示されたように、ストランドを冷却し、カッターによりペレタイズする方法やダイスから押し出された直後に所定寸法に切断する方法が好ましい。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法により製造される強化繊維含有樹脂ペレットの形状および大きさには特に制限はない。たとえば、強化繊維含有樹脂ペレットの、ストランドの伸長方向における長さは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。前記長さが３ｍｍ未満だとペレット中の残存繊維長を短くなり、所定の強度が発現しないことがある。前記長さが１０ｍｍを超えると、射出成形時の計量が不安定になり、成形サイクルに支障をきたすことがある。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法により得られる強化繊維含有樹脂ペレットは、強化繊維を５質量％以上５０質量％以下、好ましくは１５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは２５質量％以上４５質量％以下含み、樹脂を５０質量％以上９５質量％以下、好ましくは５０質量％以上８５質量％以下、より好ましくは５５質量％以上７５質量％以下（強化繊維と樹脂との合計が１００質量％である）含む。本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法においては、強化繊維含有樹脂ペレットにおける強化繊維および樹脂の含有比が上記範囲内になるように、上記工程１および工程２において、強化繊維および樹脂の供給量が決定される。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法により製造される強化繊維含有樹脂ペレットに含有される強化繊維（残存繊維）の繊維長はペレット長よりも短く、たとえば１．５ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることもできる。本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法では、このように短繊維を含有する強化繊維含有樹脂ペレットを製造することができる。本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法により製造される強化繊維含有樹脂ペレットは、短繊維を含有する場合であっても、長繊維を含有する強化繊維含有樹脂ペレットと同等の機械的物性を有することを特徴とする。本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法において、短繊維を含有する場合であっても長繊維を含有する場合と同等の機械的物性を有する強化繊維含有樹脂ペレットを製造できる理由は、ペレット中の残存繊維が長いため、優れた機械強度を発現するためと推測される。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法により製造される強化繊維含有樹脂ペレットには、目的に応じ所望の特性を付与するため、一般に熱可塑性樹脂に用いられる公知の物質、例えば、酸化防止剤、耐熱安定剤、紫外線吸収剤などの公知の安定剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料や含量等の着色剤、潤滑剤、可塑剤、結晶化促進剤、結晶核剤等を配合することができる。また、ガラスフレーク、ガラス粉、ガラスビーズ、シリカ，モンモリナイト、石英、タルク，クレー、アルミナ、カーボンブラック、ウオラストナイト、マイカ、炭酸カルシウム、金属粉等の無機充填剤を同時に配合することも可能である。

本発明の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法により製造される強化繊維含有樹脂ペレットは、射出成形、インジェクションプレス成形、チューブ、パイプやシート等の押出成形、ブロー成形等、公知の成形法で成形できる。成形の際は、強化繊維の破損を押さえるため、ノズルやゲート形状を大きくし、成形機スクリューの溝深さをペレットサイズ以上とすることが望ましい。

実施例および比較例で行った物性測定方法を下記に示す。
（メルトフローレート（ＭＦＲ））
メルトフローレートは、ＩＳＯ１１３３に準拠し、温度２３０℃、２．１６ｋｇ荷重で測定した。

（残存繊維長）
ペレット１ｇを６００℃、７５分で灰化した。灰化した試料をマイクロカメラにて撮影し、その画像を画像ソフトにより繊維１０００本以上の長さを測定した。その長さ平均を残存繊維長とした。

（ダイス出口でのＧＦ飛び出し）
ダイス出口でのガラス繊維の飛び出しを目視により下記の基準で評価した。
無し：ガラス繊維の飛び出しが観察されない。
やや有り：ガラス繊維の飛び出しがときどき観察される。
有り：ガラス繊維の飛び出しが常に観察される。

（連続生産性）
強化繊維含有樹脂の連続生産性を下記の基準で評価した。
〇：ストランドを連続的に引き取ることが可能で、安定的にペレット化出来る。
×：ストランドを連続的に引き取ることが出来ず、安定的にペレット化が出来ない。

［実施例１］
二軸押出機は、図１に示す構造を有する（株）日本製鋼所製ＴＥＸ３０（シリンダーブロック数：１５）を用いた。以下各シリンダーブロックを押出機の上流側からＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５とした。樹脂供給部はＣ１に、繊維供給部はＣ１１に設けられていた。設定温度は、Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３／Ｃ４／Ｃ５／Ｃ６／Ｃ７／Ｃ８／Ｃ９／Ｃ１０／Ｃ１１／Ｃ１２／Ｃ１３／Ｃ１４／Ｃ１５＝通水冷却／１００／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０／２６０℃とした。

第二混練部に、切り欠きを有する逆送りスクリューエレメントとして図６に示す構造を有する（株）日本製鋼所製ＢＭＳを１つ組み入れた。
スクリュー回転数は、３００ｒｐｍとした。

前記二軸押出機の出口部に、図２に示すような形状を有するダイスを装着した。前記ダイスは断面円形のノズルを有し、該ノズルは平行部およびテーパ部を有し、ノズル流路長（Ｌ１）が１２５ｍｍであり、平行流路長（Ｌ２）が８５ｍｍであった。また、前記ダイスにおいては、ノズル入口の面積（Ｓ１）は２０ｍｍ²であり、ノズル出口の面積（Ｓ０）は７ｍｍ²であった。ダイス温度は２８０℃とした。

（株）プライムポリマー製、ＭＦＲ：２１０ｇ／１０分のプライムポリプロ、（株）プライムポリマー製、ＭＦＲ：３０ｇ／１０分のプライムポリプロ、およびＡｄｄｉｖａｎｔ社製Ｐｏｌｙｂｏｎｄ３２００を６０／１０／１の質量比に事前混合したものを、重量式フィーダーを用いて、前記二軸押出機の樹脂供給部から４９ｋｇ／ｈの速度で供給した。ガラス繊維（日本電気硝子（株）製、６Ｔ－４８０Ｈ、繊維径：１０μｍ）のモノフィラメントを４０００本束ねて長さ６ｍｍにカットしたものを繊維供給部から２１ｋｇ／ｈの速度で供給した。上記の条件にて二軸押出機を運転し、溶融混練物をノズル出口から強化繊維含有樹脂のストランドとして押出した。

得られたストランドをカッターによりペレタイズして、長さ６ｍｍの強化繊維含有樹脂のペレットを得た。該ペレットの時間当たりの生産量は７０ｋｇ／ｈであり、前記ペレットにおけるガラス繊維の含有量は３０質量％であった。

［実施例２］
ダイスを、図４に示すような形状を有するダイスに変更した以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。前記ダイスは断面円形のノズルを有し、該ノズルは平行部のみを有し、テーパ部を有さず、ノズル流路長（Ｌ１）が２１０ｍｍであった。また、前記ダイスにおいては、ノズル入口の面積（Ｓ１）およびノズル出口の面積（Ｓ０）は２０ｍｍ²であった。

［実施例３］
ガラス繊維の供給量を変更し、得られたペレットにおけるガラス繊維の含有量を３５質量％とした以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。

［実施例４］
ダイスを、図４に示すような形状を有するダイスに変更した以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。前記ダイスは断面円形のノズルを有し、該ノズルは平行部のみを有し、テーパ部を有さず、ノズル流路長（Ｌ１）が６５ｍｍであった。また、前記ダイスにおいては、ノズル入口の面積（Ｓ１）およびノズル出口の面積（Ｓ０）は２０ｍｍ²であった。

［実施例５］
ダイスを、図５に示すような形状を有するダイスに変更した以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。前記ダイスは断面円形のノズルを有し、該ノズルはテーパ部のみを有し、平行部を有さず、ノズル流路長（Ｌ１）が１２５ｍｍであった。また、前記ダイスにおいては、ノズル入口の面積（Ｓ１））は２０ｍｍ²、ノズル出口の面積（Ｓ０）は７ｍｍ²であった。

［実施例６］
切り欠きを有する逆送りスクリューエレメントに代えて、切り欠きを有さない、図８に示すような形状を有する逆送りニーディングディスクを用いた以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。

［実施例７］
押出機設定温度を、Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３／Ｃ４／Ｃ５／Ｃ６／Ｃ７／Ｃ８／Ｃ９／Ｃ１０／Ｃ１１／Ｃ１２／Ｃ１３／Ｃ１４／Ｃ１５＝通水冷却／１００／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０／２３０℃とした以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。

［実施例８］
ポリプロピレン系樹脂（（株）プライムポリマー製、ＭＦＲ：２１０ｇ／１０分）と三井化学(株)製アドマーＱＸ１００とを７９／１の質量比に事前混合したものを、重量式フィーダーを用いて、前記二軸押出機の樹脂供給部から５６ｋｇ／ｈの速度で供給し、東レ（株）社製炭素繊維（トレカカットファイバー ＴＶ１４－００６、カット長６ｍｍ）を繊維供給部から１４ｋｇ／ｈの速度で供給した以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。

［比較例１］
第二混練部にＢＭＳの代わりに、図７に示すような形状を有する順送りのフルフライトを組み入れたこと以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。

［比較例２］
ダイスを、図４に示すような形状を有するダイスに変更した以外は、実施例１と同様に行い、ペレットを得た。前記ダイスは断面円形のノズルを有し、該ノズルは平行部のみを有し、テーパ部を有さず、ノズル流路長（Ｌ１）が２０ｍｍであった。また、前記ダイスにおいては、ノズル入口の面積（Ｓ１）およびノズル出口の面積（Ｓ０）は１３ｍｍ²であった。

［比較例３］
ガラス繊維を、ガラス繊維（日本電気硝子（株）製、９Ｔ－４８０、繊維径：１３μｍ）のモノフィラメントを４０００本束ねて長さ９ｍｍにカットしたものとした以外は、実施例１と同様に行ったところ、ダイス出口でストランドからのガラス繊維飛び出しが発生し、連続生産が出来なかった。

［比較例４］
ポリプロピレン系樹脂（（株）プライムポリマー製、ＭＦＲ：２１０ｇ／１０分）と三井化学(株)製アドマーＱＸ１００とを７９／１の質量比に事前混合したものを、重量式フィーダーを用いて、前記二軸押出機の樹脂供給部から５６ｋｇ／ｈの速度で供給し、東レ（株）社製炭素繊維 トレカカットファイバー ＴＶ１４－００６ カット長 ６ｍｍを繊維供給部から１４ｋｇ／ｈの速度で供給したこと、および、ダイスを、図４に示すような形状を有するダイスに変更したこと以外は、実施例１と同様に行った。前記ダイスは断面円形のノズルを有し、該ノズルは平行部のみを有し、テーパ部を有さず、ノズル流路長（Ｌ１）が２０ｍｍであった。また、前記ダイスにおいては、ノズル入口の面積（Ｓ１）およびノズル出口の面積（Ｓ０）は１３ｍｍ²であった。
前記強化繊維含有樹脂ペレットの製造における評価結果を表１に示す。

［実施例９］
実施例１で得られた強化繊維含有樹脂ペレットを使用して、下記の射出成形方法で成形体（機械的物性測定用試験片）を製造した。
射出成形機：ＮＥＸ１１０、日精樹脂工業（株）製
成形温度：２５０℃
金型温度：４０℃
機械的物性測定用試験片形状：ＩＳＯ １Ａダンベル

また、実施例１で得られた強化繊維含有樹脂ペレットを使用して、下記の射出成形方法で外観観察用成形体を製造した。
射出成形機：ＥＣ１００ 東芝機械（株）製
成形温度：２４０℃
金型温度：４０℃
外観観察用成形体形状：８０ｍｍ×２４０ｍｍ×２ｍｍ

以下の条件にしたがい、成形体の評価を行った。
（引張試験）
引張試験は、ＩＳＯ ５２７に準拠して行った。
上記の機械的物性測定用試験片を用いて、引張り速度５ｍｍ／ｍｉｎで２３℃にて引張試験を行い、引張破壊応力および引張破壊ひずみを求めた。

（曲げ強度、曲げ弾性率）
曲げ強度および曲げ弾性率を３点曲げ試験により測定した。島津製作所社製オートグラフＡＧ－Ｘを用い、上記機械的物性測定用試験片を用いて、ＩＳＯ １７８に準拠して、試験片寸法に切削して、２３℃、試験速度２ｍｍ／分で曲げ強度および曲げ弾性率の測定を行った。

（シャルピー衝撃強度）
上記機械的物性測定用試験片を用いて、ＩＳＯ １７９に準拠して、機械加工でノッチを設けた衝撃強度測定用試験片を作成し、シャルピー衝撃試験を行い、２３℃におけるシャルピー衝撃強度（ｋＪ／ｍ²）を求めた。

（荷重たわみ温度）
上記機械的物性測定用試験片を用いて、ＩＳＯ ７５―１，２に準拠して、試験片寸法に切削して、荷重１．８ＭＰａにて荷重たわみ温度を測定した。

（成形体の外観評価）
外観観察用成形体の外観を目視により下記基準で評価した。
○：試験片上にガラス繊維の開繊不良由来の白斑が目立たない。
△：試験片上にガラス繊維の開繊不良由来の白斑が若干目立つ。
×：試験片上にガラス繊維の開繊不良由来の白斑がはっきり目立つ。

［実施例１０］
実施例１で得られた強化繊維含有樹脂ペレットの代わりに、実施例６で得られた強化繊維含有樹脂ペレットを使用したこと以外は実施例９と同様の方法で成形体を製造した。

［実施例１１］
実施例１で得られた強化繊維含有樹脂ペレットの代わりに、実施例８で得られた強化繊維含有樹脂ペレットを使用したこと以外は実施例９と同様の方法で成形体を製造した。

［比較例５］
実施例１で得られた強化繊維含有樹脂ペレットの代わりに、比較例１で得られた強化繊維含有樹脂ペレットを使用したこと以外は実施例９と同様の方法で成形体を製造した。
得られた成形体の評価結果を表２に示す。

１ 二軸押出機
２ ダイス
３ シリンダー
４ スクリュー
５ 第一混練部
６ 第二混練部
７ 樹脂供給部
８ 繊維供給部
９ ノズル
９ａ 平行部
９ｂ テーパ部
１０ ノズル入口
１１ ノズル出口

Claims (6)

1. 第一混練部、および該第一混練部よりも出口側に設けられた、切欠きを有する逆送りスクリューエレメント、および／または、逆送りを含むニーディングディスクを備える第二混練部を有する二軸押出機と、該二軸押出機の出口に設けられた、ノズルを備えるダイスとを用い、
   樹脂を前記第一混練部よりも入口側から前記二軸押出機内に供給して、前記第一混練部で前記樹脂を溶融混練する工程と、
   強化繊維を前記第一混練部よりも出口側、かつ前記第二混練部よりも入口側から前記二軸押出機内に供給し、前記強化繊維の存在下でさらに前記樹脂を溶融混練する工程と、
   前記ダイスのノズル出口から溶融混練された強化繊維を含む樹脂を、強化繊維含有樹脂のストランドとして押出する工程と、
   を備える強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法であって、
   前記ノズルが下記要件（１）～（４）を満たし、
   前記樹脂が、２３０℃、２．１６ｋｇ荷重におけるメルトフローレートが２０～５００ｇ／１０分であるプロピレン系重合体であり、
   前記強化繊維の繊維長が２．５ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
   前記強化繊維の繊維径が５μｍ以上１７μｍ未満であり、
   前記強化繊維含有樹脂ペレットが、前記強化繊維を５質量％以上５０質量％以下含み、前記樹脂を５０質量％以上９５質量％以下（強化繊維と樹脂との合計が１００質量％である）含むことを特徴とする強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
   （１）ノズル流路長が６０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
   （２）ノズル入口の断面積（Ｓ１）が６ｍｍ²以上８０ｍｍ²である。
   （３）ノズル出口の断面積（Ｓ０）が３ｍｍ²以上２０ｍｍ²以下である。
   （４）Ｓ１≧Ｓ０の関係が成立する。
2. 前記プロピレン系重合体がアイソタクティックプロピレン単独重合体である、請求項１に記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
3. 前記強化繊維がガラス繊維または炭素繊維である、請求項１または２に記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
4. 前記二軸押出機のスクリュー回転数が２５０ｒｐｍ以上８００ｒｐｍ以下である、請求項１～３のいずれかに記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
5. 前記二軸押出機の第一混練部からノズルまでの設定温度が２４０℃以上２９０℃以下である、請求項１～４のいずれかに記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
6. 前記切り欠きを有する逆送りスクリューエレメントが、１条ネジであり、Ｌ／Ｄ＝１であり、リードが０．２５Ｄ以上０．５Ｄ以下である、請求項１～５のいずれかに記載の強化繊維含有樹脂ペレットの製造方法。

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