JP2023055835A

JP2023055835A - 繊維複合樹脂組成物およびその製造方法

Info

Publication number: JP2023055835A
Application number: JP2023013691A
Authority: JP
Inventors: 俊文名木野; Toshibumi Nagino; 理史浜辺; Michifumi Hamabe; 正義今西; Masayoshi Imanishi
Original assignee: Panasonic Holdings Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: EP3553114B1; JP2021143344A; JP7561088B2; JP7264340B2; CN110272584B; EP3553114A1; US11168202B2; US20190284367A1; JP2019157049A; CN110272584A; JP7554297B2

Abstract

【課題】成型品の強度を低下させることなく、溶融成形時の溶融粘度低下を実現できる繊維複合樹脂組成物を提供する。【解決手段】繊維複合樹脂組成物において、繊維状フィラー２の解繊処理、変性処理を目的とした湿式分散による前処理を行わずに、主剤樹脂１や分散剤などと一緒に溶融混練処理を行う。それにより、繊維状フィラー２の繊維長方向の端部から解繊が進み、その際に、同時投入している疎水性向上用の分散剤成分が、解繊され表面積拡大した端部の解繊部３に対して、より選択的に吸着する。その結果、メジアン繊維径が５μｍ以上３０μｍ以下の非解繊部４と比較してメジアン繊維径が０．１μｍ以上２μｍ以下の解繊部３の疎水化が促進され、繊維状フィラー２の繊維長方向における疎水性の差を形成できる。これにより、繊維状フィラー２を多く添加した場合でも、成型部品の強度を低下させることなく溶融成形時の溶融粘度を低下することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維状フィラーを含有した繊維複合樹脂組成物に関する。

ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等のいわゆる「汎用プラスチック」は、非常に安価であるだけでなく、成形が容易で、しかも金属またはセラミックスに比べて重さが数分の一と軽量である。そのため、汎用プラスチックは、袋、各種包装、各種容器、シート類等の多様な生活用品の材料として、また、自動車部品、電気部品等の工業部品として、さらに日用品、雑貨用品等の材料として、よく利用されている。

しかしながら、汎用プラスチックは、機械的強度が不十分である等の欠点を有している。そのため、汎用プラスチックは、自動車等の機械製品や、電気・電子・情報製品をはじめとする各種工業製品などに用いられる材料に対して要求される十分な特性を有しておらず、その適用範囲が制限されているのが現状である。

一方、「エンジニアリングプラスチック」は、機械的特性に優れており、自動車等の機械製品や、電気・電子・情報製品をはじめとする各種工業製品などに用いられている。しかし、エンジニアリングプラスチックは、高価であり、モノマーリサイクルが難しく、環境負荷が高いといった課題を有している。

そこで、汎用プラスチックの材料特性（機械的強度等）を大幅に改善することが要望されている。繊維状フィラーである天然繊維、ガラス繊維、炭素繊維などを汎用プラスチックの樹脂中に分散させることにより、その汎用プラスチックの機械的強度を向上させる技術が知られている。中でもセルロースなどの有機繊維状フィラーは、安価であり、かつ廃棄時の環境性にも優れていることから、強化用繊維として注目視されている。

しかしながら、汎用プラスチックの機械的強度を改善するために繊維状フィラーを複合すると、成形時の溶融粘度が上がり精密な成形ができなくなる。このため、各社、溶融粘度を下げる検討を進めている。たとえば特許文献１では、低融点の樹脂材料を添加することで繊維複合樹脂組成物の溶融粘度を下げている。

特開２０００－１０３９１５号公報

しかしながら特許文献１では、主剤樹脂よりも分子量が低い樹脂材料を複合化しているため、成形時の溶融粘度は低下できるが、分子量が低い樹脂材料の影響で成形品の強度が低下する課題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、成型品の強度を低下させることなく、成形時の樹脂組成物の溶融粘度低下を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の繊維複合樹脂組成物は、主剤樹脂に繊維状フィラーを含有した繊維複合樹脂で構成し、前記繊維複合樹脂中における、各繊維状フィラーの繊維長方向の端部に、前記繊維状フィラーの中央部のメジアン繊維径が５μｍ以上３０μｍ以下の非解繊部と比べて疎水性が高いメジアン繊維径が０．１μｍ以上２μｍ以下の解繊部が形成されていることを特徴とする。

本発明の繊維複合樹脂組成物によれば、主剤樹脂と繊維状フィラーとの合計量を１００質量％としたときに繊維状フィラーの含有量が１０質量％以上８０質量％以下である範囲で、樹脂組成物のＪＩＳＫ７２１０で規定されるメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）の値が、主剤樹脂のＭＦＲの値に対して５０％以上かつ１００％未満の値であることが好適である。

本発明の繊維複合樹脂組成物によれば、繊維状フィラーがセルロース類の天然繊維であることが好適である。

本発明の繊維複合樹脂組成物によれば、主剤樹脂がオレフィン系樹脂であることが好適である。

本発明の繊維複合樹脂組成物によると、繊維長方向の端部に疎水性の高い解繊された解繊部が形成された繊維状フィラーを主剤樹脂に複合できるため、繊維状フィラーを多く添加した場合でも、成型部品の強度を低下させることなく成形時の溶融粘度を低下させることができる。

本発明の実施の形態の繊維複合樹脂組成物の組織を示す図本発明の実施の形態の繊維複合樹脂組成物の製造プロセスを説明するフロー図本発明の実施の形態の繊維複合樹脂組成物を用いた成形時の溶融流れ状態を示す模式図成形時の他の溶融流れ状態を示す模式図成形時のさらに他の溶融流れ状態を示す模式図実施例１～２および比較例１～５についての、繊維状フィラー添加量に対するＭＦＲの相関を示す図

以下、本発明の実施の形態の繊維複合樹脂組成物およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明の実施の形態の繊維複合樹脂組成物は、主剤樹脂と、繊維状フィラーと、分散剤とを含有する溶融混練物から得られる。この繊維複合樹脂組成物では、図１に示すように、主剤樹脂１中に繊維状フィラー２が分散されている。

主剤樹脂１は、良好な成形性を確保するために、熱可塑性樹脂であることが必要である。熱可塑性樹脂としては、オレフィン系樹脂（環状オレフィン系樹脂を含む）、スチレン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、有機酸ビニルエステル系樹脂またはその誘導体、ビニルエーテル系樹脂、ハロゲン含有樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ポリスルホン系樹脂（ポリエーテルスルホン、ポリスルホンなど）、ポリフェニレンエーテル系樹脂（２、６－キシレノールの重合体など）、セルロース誘導体（セルロースエステル類、セルロースカーバメート類、セルロースエーテル類など）、シリコーン樹脂（ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサンなど）、ゴムまたはエラストマー（ポリブタジエン、ポリイソプレンなどのジエン系ゴム、スチレン－ブタジエン共重合体、アクリロニトリル－ブタジエン共重合体、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなど）等が挙げられる。上記の樹脂は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用されてもよい。なお、主剤樹脂１は、熱可塑性を有していれば、上記の材料に限定されるものではない。

主剤樹脂１は、これらの熱可塑性樹脂のうち、比較的低融点であるオレフィン系樹脂であることが好ましい。オレフィン系樹脂としては、オレフィン系単量体の単独重合体の他、オレフィン系単量体の共重合体や、オレフィン系単量体と他の共重合性単量体との共重合体が挙げられる。オレフィン系単量体としては、例えば、鎖状オレフィン類（エチレン、プロピレン、１－ブテン、イソブテン、１－ペンテン、４－メチル－１－ペンテン、１－オクテンなどのα－Ｃ２－２０オレフィンなど）や、環状オレフィン類などが挙げられる。これらのオレフィン系単量体は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用されてもよい。上記オレフィン系単量体のうち、エチレン、プロピレンなどの鎖状オレフィン類が好ましい。他の共重合性単量体としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどの脂肪酸ビニルエステル；（メタ）アクリル酸、アルキル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル系単量体；マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸などの、不飽和ジカルボン酸またはその無水物；カルボン酸のビニルエステル（例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなど）；ノルボルネン、シクロペンタジエンなどの環状オレフィン；ブタジエン、イソプレンなどのジエン類などが挙げられる。これらの共重合性単量体は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用されてもよい。オレフィン系樹脂の具体例としては、ポリエチレン（低密度、中密度、高密度または線状低密度ポリエチレンなど）、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン共重合体、エチレン－プロピレン－ブテン－１などの三元共重合体などの鎖状オレフィン類（特にα－Ｃ２－４オレフィン）の共重合体などが挙げられる。

次に繊維状フィラー２について説明する。各繊維状フィラー２は、長さ方向の両端に形成された解繊部３と、それ以外の部分である解繊されていない部位すなわち非解繊部４とを有する。

繊維状フィラー２は、機械的特性の向上や、線膨張係数の低下による寸法安定性の向上などを主要な目的として、本発明の樹脂組成物に用いられる。この目的のため、繊維状フィラー２は主剤樹脂１よりも弾性率が高いことが好ましい。具体的な繊維状フィラー２としては、パルプ、セルロースナノファイバー、リグノセルロース、リグノセルロースナノファイバー、綿、絹、羊毛あるいは麻等の天然繊維；ジュート繊維、レーヨンあるいはキュプラなどの再生繊維；アセテート、プロミックスなどの半合成繊維；ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、アラミド、ポリオレフィンなどの合成繊維；カーボンファイバー（炭素繊維）；カーボンナノチューブ；さらにはそれらの表面及び末端に化学修飾した変性繊維などが挙げられる。また更に、これらの中で、入手性、弾性率の高さ、線膨張係数の低さ、環境性の観点から、セルロース類の天然繊維が特に好ましい。

繊維状フィラー２の含有量は、主剤樹脂と繊維状フィラーとの合計量を１００質量％としたときに、１０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。繊維状フィラー２が添加されることで当然に機械的強度の向上を期待できるが、この範囲よりも少量であると機械的強度を十分に上げることができないという問題が生じやすく、反対にこの範囲よりも多量であると繊維状フィラーの分散性が極端に低下するという問題を生じやすいためである。

次に分散剤について説明する。

繊維状フィラー２には、主剤樹脂１中での分散性、主剤樹脂１との接着性、繊維複合樹脂組成物中での疎水性を向上させる目的で、分散剤が添加されている。さらに本発明においては、分散剤によって、繊維状フィラー２の解繊部３に、非解繊部４に比べて高い疎水性を付与させる。

そのための分散剤としては、各種のチタネート系カップリング剤；シランカップリング剤；不飽和カルボン酸、マレイン酸、無水マレイン酸をグラフトした変性ポリオレフィン；脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステルなどによって表面処理した分散剤などを挙げることができる。分散剤は、熱硬化性もしくは熱可塑性のポリマー成分で表面処理されたものでも問題ない。

繊維複合樹脂組成物における分散剤の含有量は、主剤樹脂１の量に対して０．０１質量％以上、２０質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以上、１０質量％以下であることがより好ましく、０．５質量％以上、５質量％以下であることがさらに好ましい。分散剤の含有量が、０．０１質量％未満であると、分散不良が発生する。一方、分散剤の含有量が２０質量％を超えると、繊維複合樹脂組成物を用いて製造した成形品の強度が低下する。分散剤は、主剤樹脂１と繊維状フィラー２との組み合わせにより、その種類や使用量が適切に選択される。

次に繊維複合樹脂組成物の製造方法について説明する。

図２は、本発明の実施の形態の繊維複合樹脂組成物の製造プロセスを例示するフロー図である。

まず、溶融混練処理装置内に、主剤樹脂１、繊維状フィラー２、疎水性を向上させる分散剤が投入され、溶融混練処理装置内で溶融混練される。これにより、主剤樹脂１が溶融し、溶融された主剤樹脂１に、繊維状フィラー２と分散剤が分散される。また同時に装置の剪断作用により、繊維状フィラー２の凝集塊の解繊が促進され、繊維状フィラー２を主剤樹脂１中に細かく分散させることができる。

従来、繊維状フィラー２としては、湿式分散などの前処理により、事前に繊維を解繊したものが使用されている。しかし、湿式分散で用いられる溶媒中で事前に繊維状フィラー２を解繊すると、溶融した主剤樹脂１中で解繊されるよりも解繊されやすいため、端部のみ解繊することが難しく、繊維状フィラー２全体が解繊された状態となってしまう。このため、後述の本発明のように繊維状フィラー２の繊維長方向に沿って疎水性の差を形成することはできない。また前処理を合わせることで工程が増え、生産性が悪くなるといった課題がある。

これに対して、本実施の形態における繊維複合樹脂組成物の製造プロセスでは、繊維状フィラー２の解繊処理および変性処理を目的とした湿式分散による前処理を行わずに、繊維状フィラー２を主剤樹脂１や分散剤などと一緒に溶融混練処理の対象とする。このような工法では、繊維状フィラー２についての前段階での湿式分散処理を行わないことにより、繊維状フィラー２の繊維長方向の端部から解繊が進み、その際に、同時投入している疎水性向上用の分散剤の成分が、解繊されて表面積が増大した繊維端部の解繊部３に対して、より選択的に吸着する。これにより、非解繊部４と比較して解繊部３の疎水化が促進され、繊維状フィラー２の繊維長方向に沿って疎水性の差を形成することができる。また工程数も少なく、生産性を向上させることができる。

繊維状フィラー２の疎水化状態は、次のようにして確認されている。すなわち、本発明者による実験結果から、主剤樹脂１中での分散状態において、非解繊部４では疎水性の主剤樹脂１との間に隙間が発生しているのに対して、解繊部３においては疎水性である主剤樹脂１との間の隙間が見られず密着性が向上しており、非解繊部４に対して解繊部３の疎水化が促進されていることが確認されている。

図３、図４、図５は、繊維状フィラー２の繊維形状と疎水性との違いによる成形時の溶融流れ状態の違いを示す断面模式図である。

図３は、本発明の実施の形態の樹脂組成物を用いたときの溶融流れ状態を示す。ここでは、繊維状フィラー２は、その端部に疎水性が高い解繊部３が形成されているとともに、それ以外の部分には解繊部３よりも疎水性の低い非解繊部４が形成されている。つまり、繊維状フィラー２は、その繊維長方向において疎水性に差が形成されているため、疎水性である主剤樹脂１の流れ方向に整流化されやすくなる。そして、その効果によって、繊維状フィラー２を多く添加した場合でも成形時の溶融粘度を低くすることができる。

図４では、繊維状フィラー２が強力すなわち過剰に解繊され、解繊部３のみが短繊維の形で分散されており、非解繊部が明確に存在せず、したがって繊維状フィラー２の繊維長方向での疎水性の差を形成することができない。さらに繊維状フィラー２の全表面積が非常に大きい。このため、繊維状フィラー２を多く添加した場合に成形時の溶融粘度が高くなってしまい、精密な成形をすることができなくなる。

図５では、繊維状フィラー２が十分に解繊されておらず、非解繊部４の繊維径が太く、繊維状フィラー２は、解繊部３がほぼ存在しない状態で分散されている。そのため、繊維状フィラー２の繊維長方向での疎水性の差が十分形成できていない。その結果、疎水性である主剤樹脂１の流れ方向に整流化されにくく、繊維同士が絡みやすく凝集塊となりやすくなるため、流れ性を阻害してしまう。そして、その影響により、繊維状フィラー２を多く添加した場合に成形時の溶融粘度が高くなってしまい、精密な成形をすることができなくなる。

最適な繊維状フィラー２の形態については、本発明者による実験やシミュレーションの結果から、解繊部３のメジアン繊維径は０．１μｍ以上２μｍ以下、かつ、非解繊部４のメジアン繊維径は５μｍ以上３０μｍ以下であることが確認されている。

溶融混練装置から押し出された繊維複合樹脂は、ペレタイザー等による切断工程を経て、ペレット形状に作製される。ペレット化の方式として、樹脂溶融後すぐに行う方式としては、空中ホットカット方式、水中ホットカット方式、ストランドカット方式などがある。あるいは、一度成形品やシートを成形したあとで、粉砕、切断することによる、粉砕方式などもある。

本発明によれば、前記のように、複合された繊維状フィラー２の繊維長方向の端部から解繊が進み、その際に、同時投入している疎水性向上用の分散剤成分が、解繊され表面積が拡大した繊維端部の解繊部３に対して、より選択的に吸着する。それにより、非解繊部４と比較して解繊部３の疎水化が促進され、繊維状フィラー２の繊維長方向において疎水性の差が形成された構造を有することになる。このため、繊維状フィラー２を多く添加した場合でも成形時の溶融粘度を低くすることができ、繊維状フィラー２を添加することによる高い剛性と、溶融成形時における金型等に対する流れ性との両方を高めた繊維複合樹脂組成物を得ることができる。

流れ性について、具体的には、主剤樹脂と繊維状フィラーとの合計量を１００質量％としたときに繊維状フィラーの含有量が１０質量％以上８０質量％以下である範囲で、樹脂組成物のＪＩＳＫ７２１０で規定されるメルトマスフローレイトの値が、主剤樹脂のメルトマスフローレイトの値に対して５０％以上かつ１００％未満の値であるようにすることができる。すなわち、メルトマスフローレイトの値が小さくなると、その分だけ粘度が高く流れ性が悪くなることを意味するが、本発明によれば、上記のように主剤樹脂のメルトマスフローレイトの値に対して５０％以上の値を達成することができる。つまり流れ性の低下を十分許容できる範囲内に抑えることができる。

以下、本発明者らが行った実験にもとづく実施例および各比較例について説明する。

（実施例１）
下記の製造方法によってパルプ分散ポリプロピレンペレットを製造し、そのペレットを用いて各種評価を実施した。

すなわち、主剤樹脂としてのポリプロピレン（プライムポリマー社製商品名：Ｊ１０８Ｍ）に対して、繊維状フィラーとしての綿状針葉樹パルプ（三菱製紙社製商品名：ＮＢＫＰＣｅｌｇａｒ）の含有量が、主剤樹脂と繊維状フィラーとの合計量を１００質量％としたときに０、１０、１５、２０、５０、８０、８５、９０質量％となる各条件で秤量した。そして、これらの各条件において、疎水性を向上させる分散剤としての無水マレイン酸（三洋化成工業社製商品名：ユーメックス）を、主剤樹脂であるポリプロピレン１００質量部に対して５質量部となるよう秤量し、ドライブレンドした。例えば、綿状針葉樹パルプが１５質量％である条件においては、ポリプロピレンを８５質量％、無水マレイン酸を４．２５質量％秤量した。その後、二軸混練機（クリモト鉄工所社製Ｓ－１ＫＲＣニーダ：スクリュー径φ２５ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝１０．２）にて溶融混練分散を行った。

そのとき、二軸混練機のスクリュー構成を変えることでせん断力を変えることができ、実施例１では中せん断タイプの仕様としたうえで、混練部温度１８０℃、押出速度０．５ｋｇ／ｈに設定した。さらに、この条件での溶融混練分散処理を１０回繰り返し、長時間処理を実施した。そして樹脂溶融物をホットカットして、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。得られたパルプ分散ポリプロピレンペレットについて、以下の方法により評価した。

（解繊されていない非解繊部のメジアン繊維径、解繊部のメジアン繊維径）
上述の各条件で作製したパルプ分散ポリプロピレンペレットをキシレン溶媒に浸漬してポリプロピレンを溶解させ、残ったパルプ繊維についてＳＥＭ観察を実施した。具体的には、ＳＥＭ（ＰＨＥＮＯＭ－Ｗｏｒｌｄ社製走査型電子顕微鏡ＰｈｅｎｏｍＧ２ｐｒｏ）を用いて、代表的な繊維を約１００本計測した。繊維径測定結果からメジアン繊維径を算出した結果、非解繊部のメジアン繊維径は５．２μｍ以上９．８μｍ以下となり、繊維長方向の端部には解繊部がみられ、解繊部のメジアン繊維径は０．３μｍ以上０．７μｍ以下であった。

(メルトマスフローレイト)
上記の各条件で作製したパルプ分散ポリプロピレンペレットを用い、ＪＩＳＫ７２１０に準じて、メルトマスフローレイト（ＭＦＲ）を測定した。その際、主剤樹脂がポリプロピレンであることから、試験温度＝２３０℃、試験荷重＝２．１６ｋｇ（ＪＩＳＫ６９２１－１）の条件で測定した。

（実施例２）
実施例１と比べて、溶融混練分散処理を３回繰り返すことに短縮したことを変更点とした。そして、それ以外の条件は実施例１と同様として、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。評価についても実施例１と同様に実施した。

（比較例１）
実施例１と比べて、綿状針葉樹パルプに事前に湿式解繊処理を施すことにより繊維の解繊が進んだパルプ繊維を用いたことを変更点とした。そして、それ以外は実施例１と同様として、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。評価についても実施例１と同様に実施した。

（比較例２）
実施例１と比べて、スクリュー構成を高せん断タイプに変更した。そして、それ以外の条件は実施例１と同様として、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。評価についても実施例１と同様に実施した。

（比較例３）
比較例２と同様の高せん断タイプのスクリュー構成とし、このスクリュー構成での溶融混練分散を３回処理に短縮した。そして、それ以外の条件は実施例１と同様として、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。評価についても実施例１と同様に実施した。

（比較例４）
比較例２と同様の高せん断タイプのスクリュー構成とし、このスクリュー構成での溶融混練分散を１回処理に短縮した。そして、それ以外の条件は実施例１と同様として、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。評価についても実施例１と同様に実施した。

（比較例５）
実施例１と比べて、スクリューの構成を低せん断タイプに変更した。そして、それ以外の条件は実施例１と同様として、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。評価についても実施例１と同様に実施した。

実施例１～２および比較例１～５についての評価結果を表１に示す。また、それら測定結果にもとづく、実施例１～２および比較例１～５についての、繊維状フィラー添加量に対するＭＦＲの相関を、図６に示す。

表１および図６から明らかなように、繊維状フィラーを添加して、非解繊部のメジアン繊維径が５μｍ以上３０μｍ以下、かつ解繊部のメジアン繊維径が０．１μｍ以上２μｍ以下の解繊状態を実現できている実施例１、２に関しては、繊維状フィラーの繊維長方向の端部から解繊が進み、その際に同時投入している疎水性向上用の分散剤成分が、解繊により表面積が拡大した端部の解繊部に対して、より選択的に吸着することにより、非解繊部と比較して疎水化が促進され、繊維状フィラーの繊維長方向における疎水性の差を形成できていた。このため、疎水性である主剤樹脂の流れ方向に整流化されやすくなる効果によって、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して１０質量％以上８０質量％以下である範囲において、繊維複合樹脂組成物のＭＦＲの値が、主剤樹脂のＭＦＲの値と比べて５０％以上かつ１００％未満の値となることを確認した。つまり、通常の成形条件に対する流れ性を確保できていることを確認した。

それに対して、繊維状フィラーとしての綿状針葉樹パルプを事前に湿式解繊処理することにより繊維の解繊が進んだパルプ繊維を用いた比較例１では、繊維状フィラーが溶融樹脂中で極端に解繊されやすいため、端部のみ解繊することが難しく、繊維状フィラー全体が解繊された状態となってしまった。このため、繊維状フィラーの繊維長方向において疎水性の差を形成することができず、さらに繊維状フィラーの表面積が大きいため、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して１５質量％以上の範囲においてＭＦＲが大きく低下し、通常の成形条件に対する流れ性を確保できない結果となった。

スクリュー構成を高せん断タイプに変更した比較例２では、せん断がかかり過ぎたために、解繊部のメジアン繊維径が０．１μｍ未満まで細くなり、解繊されていない非解繊部のメジアン繊維径としても０．９μｍ以上１．３μｍ以下と細くなりすぎた結果として、繊維状フィラーの繊維長方向における疎水性の差が小さ過ぎて、本発明の効果を発揮できなかった。すなわち、さらに繊維状フィラーの表面積が大きいことも原因して、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して１０質量％以上の範囲においてＭＦＲが大きく低下し、通常の成形条件に対する流れ性を確保できない結果となった。

比較例２と同様にスクリュー構成を高せん断タイプに変更し、さらに溶融混練分散処理の回数を３回まで減らして短時間処理へ変更した比較例３では、解繊部のメジアン繊維径は０．５μｍ以上０．８μｍ以下と細い状態まで解繊されており、繊維状フィラーの繊維長方向での疎水性の差がある程度形成できていたものの、本発明の効果を発揮できる程度のものではなかった。しかも非解繊部のメジアン繊維径が２．２μｍ以上４．１μｍ以下と細く解繊されすぎていたことも原因して、繊維状フィラーの表面積が大きくなり過ぎ、その影響により、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して１５質量％以上の範囲においてＭＦＲが大きく低下し、通常の成形条件に対する流れ性を確保できない結果となった。

比較例３からさらに溶融混練分散処理の回数を１回まで減らして短時間処理へ変更した比較例４では、解繊部のメジアン繊維径は１．０μｍ以上１．５μｍ以下と十分解繊されているにも関わらず、解繊されていない非解繊部（不十分なほぐれ部分含む）のメジアン繊維径が３５．２μｍ以上３８．４μｍ以下と太くなっていたため、繊維状フィラーの繊維長方向での疎水性の差がある程度形成できていたものの、本発明の効果を発揮できる程度のものではなかった。さらに繊維同士が絡みやすく凝集塊となりやすいものであったため、流れ性を阻害してしまう影響により、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して２０質量％以上の範囲においてＭＦＲが大きく低下し、通常の成形条件に対する流れ性を確保できない結果となった。

スクリュー構成を低せん断タイプに変更した比較例５では、非解繊部のメジアン繊維径は２０．５μｍ以上２５．２μｍ以下まで細くできているが、低せん断であるために解繊部のメジアン繊維径が２．２μｍ以上３．０μｍ以下と解繊が不十分な状態となってしまい、このため繊維状フィラーの繊維長方向での疎水性の差が十分形成できておらず、本発明の効果を発揮できるものではなかった。さらに疎水性である主剤樹脂の流れ方向に整流化されにくく、繊維同士が絡みやすく凝集塊となりやすくなるため、流れ性を阻害してしまう影響もあって、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して５０質量％以上の範囲においてＭＦＲが大きく低下し、通常の成形条件に対する流れ性を確保できない結果となった。

以上の評価結果から、本発明によれば、繊維状フィラーの繊維長方向における非解繊部のメジアン繊維径が５μｍ以上３０μｍ以下、かつ解繊部のメジアン繊維径が０．１μｍ以上２μｍ以下となり、非解繊部と比較して解繊部の疎水化が促進され、繊維状フィラーの繊維長方向における疎水性の差を大きく形成できることで、疎水性である主剤樹脂の流れ方向に繊維状フィラーが整流化されやすくなる効果を得ることができる。その結果、繊維状フィラーの含有量が主剤樹脂量に対して１０質量％以上、８０質量％以下である範囲において、ＭＦＲの値が主剤樹脂のＭＦＲの値と比べて５０％以上１００％未満の値となり、したがって通常の成形条件に対する流れ性を確保できる繊維複合樹脂組成物を提供できることが分かった。

本発明は、繊維状フィラー添加による高剛性と溶融成形時の金型等への流れ性との両方を高めた繊維複合樹脂組成物を得ることができる。この樹脂組成物は、エンジニアリングプラスチックの代替物、または金属材料の代替物として利用され得る。従って、エンジニアリングプラスチック製または金属製の各種工業製品、または生活用品の製造コストを大幅に削減し得る。さらには家電筐体、建材、自動車部材への利用が可能である。

１主剤樹脂
２繊維状フィラー
３解繊部
４非解繊部

本発明は、繊維状フィラーを含有した繊維複合樹脂組成物およびその製造方法に関する。

上記目的を達成するために、本発明の繊維複合樹脂組成物の製造方法は、
主剤樹脂と、乾式解繊による解繊処理と湿式分散による前処理とのいずれも行っていない繊維状フィラーとの合計量を１００質量％としたときに、前記繊維状フィラーの含有量が１０質量％以上８０質量％以下となるようにして、前記繊維状フィラーを、前記主剤樹脂および疎水性向上機能を有する分散剤と一緒に溶融混練処理することで、
前記繊維状フィラーの繊維長方向の端部から解繊を進めさせて、前記繊維状フィラーの繊維長方向の端部にメジアン繊維径が０．１μｍ以上２μｍ以下の解繊部を形成するとともに、繊維長方向の中央部にメジアン繊維径が５μｍ以上３０μｍ以下の非解繊部を形成することを特徴とする。
本発明の繊維複合樹脂組成物は、
主剤樹脂中に繊維状フィラーと分散剤とを含有し、
前記主剤樹脂と前記繊維状フィラーとの合計量を１００質量％としたときに前記繊維状フィラーの含有量が１０質量％以上８０質量％以下であり、
前記繊維状フィラーの繊維長方向の端部に、同繊維状フィラーの繊維長方向の中央部の非解繊部と比べて疎水性が高い解繊部が形成されていることを特徴とする。

Claims

主剤樹脂中に繊維状フィラーを含有し、前記繊維状フィラーの繊維長方向の端部に、同繊維状フィラーの繊維長方向の中央部のメジアン繊維径が５μｍ以上３０μｍ以下の非解繊部と比べて疎水性が高いメジアン繊維径が０．１μｍ以上２μｍ以下の解繊部が形成されていることを特徴とする繊維複合樹脂組成物。