JP2623282B2

JP2623282B2 - 成形用材料

Info

Publication number: JP2623282B2
Application number: JP63038869A
Authority: JP
Inventors: 友人木場; 敏行中倉; 英男坂井; 智岸; 千明丸子
Original assignee: 三井東圧化学株式会社
Priority date: 1988-02-22
Filing date: 1988-02-22
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH01214408A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、成形用材料に関し、詳しくは補強材である
繊維を高濃度に含有しているにも拘らず成形時の分散性
が良好であって、更に繊維の折損が少なく機械強度、特
に衝撃強度が大幅に向上した成形品を提供し得る射出成
形に用いて便利な成形用材料に関する。

［従来の技術］従来、繊維強化熱可塑性樹脂組成物としては、熱可塑
性樹脂に例えば3mm長程度のガラス繊維をドライブレン
ドし、押出機で混練してペレット化されたものがほとん
どである。

しかし、このようなドライブレンド物を押出機で混練
するとガラス繊維がブリッジング、マッティング化する
傾向にあり、繊維の分散が不十分となり、又繊維の折損
が起こり約0.3mm長に中央部をもつ正規分布した長さで
不規則に配列する等補強効果が減じる問題が生ずる。

さらに上記分散の問題からガラス繊維の充填率は30重
量％が通常上限であり、これ以上の高充填率の成形用材
料を得ようとすると混練時の繊維の分散が困難となり、
充填効果が得られなかった。

一方、前記問題点を解決する為、ガラス繊維等を熱可
塑性樹脂で被覆する方法が提案されている。例えば、特
公昭49−41105号には、ガラス繊維等の連続体をダイス
穿孔内に通し、一方押出機で溶融した熱可塑性樹脂を上
記ダイス穿孔内に導き前記繊維束を被覆し、冷却後一定
長に切断して円筒状の射出成形材料を得ようとするもの
である。

しかしこの方法では、補強繊維が成形材料の中心に集
合する傾向にあり、繊維束の内層に存在する単繊維（フ
ィラメント）表面は樹脂で被覆されておらず、従って射
出成形時の繊維の分散が悪く、繊維が折損し射出成形前
の繊維長を保持できない為、その補強効果は未だ満足の
行くものではない。

さらに上記方法によれば、ダイス穿孔内でガラス繊維
が溶融樹脂に接触する際、ガラス繊維表面に大きな剪断
力がかかり、この剪断力はダイス穿孔内での繊維の占有
率の上昇と共に増加し、ついには繊維がダイス穿孔内を
通過する際、切断することとなる。このような理由か
ら、通常成形材料中の繊維充填率の上限は50重量％とい
われ、これ以上の繊維充填率を有する成形材料が得られ
ないという問題がある。

また、上記繊維の分散性の問題から、補強繊維の充填
率には限界があり、50重量％を越えると実際上射出成形
が困難となる等、未だ満足の行く射出成形材料は得られ
ていない。

［発明が解決しようとする課題］そこで本発明は、補強材である繊維を高濃度に含有し
ているにも拘らず射出成形時の分散性が良好であり、繊
維の折損が少なく、機械強度、特に衝撃強度が大幅に向
上した成形品を提供し得る成形用材料を提供することを
課題とする。

［課題を解決するための手段］本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重
ねた結果、本発明に至ったものであり、本発明に係る成
形用材料は、単繊維（フィラメント）から成る繊維状補
強材と、該繊維状補強材の構成単位である単繊維（フィ
ラメント）の周囲を被覆し該単繊維（フィラメント）間
に含浸する熱可塑性樹脂とより成る成形用材料におい
て、該成形用材料の長さが１〜10mmであり、該成形用材
料中の該繊維状補強材の充填率が50重量％以上90重量％
以下であり、且つ前記繊維状補強材の実質的に全部が当
該成形用材料の全長にわたって軸方向に略々平行に連続
して配置しており、さらに当該繊維補強材の構成単位で
ある単繊維（フィラメント）の90％以上の表面が前記熱
可塑性樹脂によって被覆され、単繊維（フィラメント）
は各々よく熱可塑性樹脂中に分散している構成であるこ
とを特徴とする。

［発明の構成］以下、本発明について詳述する。

先ず、この成形用材料の代表的構造を第１図及び第２
図に基き説明する。

第１図及び第２図は本発明の成形用材料の構造を示す
部分拡大斜視図であり、第１図は角形状（方形状）を有
するものを示し、第２図は円柱形状を有するものを示
す。

図において、Ａは成形用材料、Ｂは熱可塑性樹脂、Ｃ
は単繊維である。本発明に係る成形用材料は、第１図に
示すように方形状を有するか、第２図に示すように円柱
形状を有しており、Ｌは成形用材料の長さ、即ち繊維長
であり、1.0〜10mmの範囲にある。1.0mm未満では繊維長
が短く十分な補強効果が期待できず、逆に10mmを超える
とホッパー内でのブリッジ化等の問題から成形が困難と
なるので好ましくない。

一方、Ｗ、Ｈ、Ｄは各々幅、高さ、直径であり、特に
指定はないが、スクリューへの食い込み等の面から、Ｗ
＝１〜10mm、Ｈ＝0.1〜5mm、Ｄ＝0.5〜5mmφが好まし
い。

本発明に用いる繊維状補強材の種類としては、Ｅ−ガ
ラス、Ｓ−ガラス等のガラス繊維、ポリアクリルニトリ
ル系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維、デュポン社
のケブラーに代表される芳香族ポリアミド繊維、日本カ
ーボン社のニカロン等の炭化ケイ素繊維、金属繊維等が
挙げられる。これらの繊維状補強材は、単独或いは組合
せて用いられる。

又、繊維径〔単繊維（フィラメント）の直径〕は繊維
の種類によっても異なるが、例えばガラス繊維の場合、
通常５〜25μｍであるが、機械特性の面からは細い方が
好ましい。繊維状補強材を表面処理することは熱可塑性
樹脂との接着性の面から好ましく、例えばガラス繊維の
場合、シラン系、チタネート系カップリング剤で処理す
ることは特に好ましい。

本発明に用いる熱可塑性樹脂としては、特に制限はな
く、用途に応じて選択すればよい。例えば、ポリプロピ
レン、スチレンアクリロニトリル共重合体、ポリスチレ
ン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体
（メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン、メチ
ルメタクリレート・アクリロニトリル・ブタジエン・ス
チレン、アクリロニトリル・ブタジエン・α−メチルス
チレン・スチレン共重合体を含む）、ポリフェニレンエ
ーテル（変性PPOを含む）、ポリエチレン、ポリオキシ
メチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリメチル
メタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレ
ンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォ
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケト
ン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。

成形用材料中の繊維状補強材の充填率は、50重量％以
上90重量％以下である。50重量％未満では本発明の効果
である繊維の高充填化の特徴が発揮できないこと、又後
述するマスターバッチとして用いる場合、経済性の面か
らみても好ましくない。

一方、90重量％を超えると単繊維の表面を熱可塑性樹
脂で十分被覆することができず、従って射出成形時、繊
維の折損が生ずる為、その補強効果が低下する為好まし
くない。

前記繊維の構成単位である単繊維の90％以上の表面が
上記熱可塑性樹脂によって被覆され、単繊維は各々よく
樹脂中に分散しており、従って当該成形用材料の空隙率
が10％以下、即ち被覆率が90％以上と前記繊維は上記樹
脂でよく含浸されているものである。

本発明の成形用材料は、熱可塑性樹脂で単繊維表面を
被覆した連続繊維／熱可塑性樹脂複合体を一定長に切断
することにより得られる。

連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸して繊維の構成単位で
ある単繊維（フィラメント）の表面を熱可塑性樹脂で被
覆する方法としては通常の方法は全て利用できる。

例えば、熱可塑性樹脂を溶融状態で繊維状補強材に含
浸させる溶融含浸法、粉末状の熱可塑性樹脂を空気中に
浮遊、または水などの液体中に懸濁させた状態で含浸さ
せる流動床法が挙げられる。

また溶融含浸法として、特開昭61−229534号、同61−
229535号、同61−229536号及び特願昭62−216253号に代
表的に示されているように、溶融樹脂を表面に有する加
熱ロールまたは加熱ベルトに繊維状補強材を接触させて
含浸させる方法なども挙げられる。

即ち、この方法では複数のボビンより引き出した一方
向長繊維、例えばトウを引揃えた繊維シートを張力調整
ロールにて引取方向に一定の張力をかける。一方、熱可
塑性樹脂は押出機で加熱溶融させ、ダイから所定の温度
に昇温した加熱ロール表面上の下ベルトに塗布する。次
いで前述の繊維シートまたは多方向連続繊維を上下一対
のベルトにはさまれた状態で１本または複数の加熱ロー
ル群の間を通過させて含浸させるものである。

このようにして得た十分に含浸した連続繊維／熱可塑
性樹脂複合体は、所望の幅に繊維と平行にスリット後、
所望の長さに繊維と直角方向に切断することにより方形
状の成形用材料を得ることができる。

次いで当該複合体を半円みぞを有する冷ニップロール
間を通過させる等して繊維状補強材に張力をかけた状態
で円柱状に賦形して当該樹脂の固化温度以下まで冷却す
ることにより達せられる。

このようにして得られた成形用材料は、そのまま或い
は所望の繊維充填率になる様、繊維未強化熱可塑性樹脂
とドライブレンドする所謂マイターバッチとして用いる
ことにより射出成形に供せられる。

［実施例］以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明
する。

実施例１ポリプロピレンとガラス繊維から次のようにして成形
用材料を得た。用いた装置の概略を第３図に示す。

100本のボビン１から引き出されたガラス繊維（繊維
径13μｍ、収束本数1600本）のロービング２・100本を
整列器３で一方向に整列させた後、張力調整ロール4,5,
6を通過させて150mm幅の繊維シート７とした。

一方、押出機（図示せず）で210℃に加熱溶融したポ
リプロピレンをダイ８を経由して、下ベルト用ロール９
（ここでは３本）で220℃に加熱された下ベルト10の表
面に105μｍの厚みで塗布した。次いで前記シートを、
下ベルトと、上ベルト用ロール11（ここでは３本）で22
0℃に加熱された上ベルト12にはさんだ状態で、220℃に
加熱された径240mmの含浸ロール13（ここでは３本）の
間を、150Kgの張力をかけながら50cm/分の速度で通過さ
せた。このようにして得られたガラス繊維／ポリプロピ
レン複合体14は100℃まで冷却後、引取用ロール15,16で
引き取った後、スリッター17で幅5mm間隔でスリットし
た後、切断機18で長さ3mmに切断して厚み0.25mm、ガラ
ス繊維充填率80重量％の成形用材料を得た。

得られた成形用材料の切断面の単繊維（フィラメン
ト）の分散状態を走査型電子顕微鏡で観察した結果、単
繊維は樹脂内によく分散されており、且つその90重量％
以上が当該樹脂でよく被覆されていることが確認され
た。

次いで当該成形用材料62.5重量部と繊維未強化ポリプ
ロピレン樹脂37.5重量部をドライブレンドした後、射出
成形機を用いてガラス繊維充填率50重量％の試験片を作
成した。試験片の断面を走査型電子顕微鏡で観察した
が、繊維の分散は良好であり、ブロッキング化等の現象
は見られなかった。

又、当該試験片を用いてアイゾット衝撃強度、繊維長
を測定した。結果を表１に示すが、繊維長分布の中央部
が約1.5mmと従来技術品と比較して射出成形時の繊維の
折損が少なく、アイゾット衝撃強度が約２倍となった。

比較例１直径3mm、長さ300mmの穿孔を有するクロスヘッドダイ
内押出機で溶融したポリプロピレンを供給した。一方、
実施例１で用いたガラス繊維12本を上記穿孔内に通し、
220℃に加熱されたクロスヘッド内を通過させながら溶
融ポリプロピレンと接触させた後、引き取ってガラス繊
維充填率60重量％の成形用材料を得ようとしたが、繊維
がクロスヘッドの穿孔内で切断してしまい、順調に引き
取ることができなかった。そこでガラス繊維の本数を９
本に減らして上記操作を行って繊維を樹脂で被覆した
後、100℃以下に冷却して引き取った後、長さ3mmに切断
して直径3mm、ガラス繊維充填率48重量％の円柱形状を
有する成形用材料を得た。得られた成形用材料の切断面
を走査型電子顕微鏡で観察して単繊維の分散状態を調べ
たが、繊維のほとんどが成形用材料の中央部に束状に存
在しており、且つ樹脂で被覆されている単繊維は当該繊
維束の表層のみであり、内層の単繊維群は全く樹脂で被
覆されていなかった。

次いで得られた成形用材料をそのまま実施例１で用い
た射出成形機によってガラス繊維充填率48重量％の試験
片を作成した。試験片の断面を走査型電子顕微鏡で観察
したが、繊維の分散が不十分であり、ブロッキング化の
現象が観察された。

又、当該試験片を用いてアイゾット衝撃強度、繊維長
を測定した。結果を表１に示すが、繊維長分布の中央部
が約0.5mmと実施例１と比較して射出成形時の繊維折損
が激しく、その結果アイゾット衝撃強度も大きく低下し
た。

比較例２実施例１の装置を用いて繊維充填率92％のガラス繊維
／ポリプロピレン複合体を得た後、幅5mm、長さ3mmの射
出成形用材料を得た。得られた成形用材料の切断面の単
繊維の分散状態を走査型電子顕微鏡で観察した結果、繊
維は部分的にブロッキング化し、且つ単繊維の多くが樹
脂で全く被覆されていなかった。

次いで当該成形用材料54重量部と繊維未強化ポリプロ
ピレン樹脂46重量部をドライブレンドした後、射出成形
してガラス繊維充填率50重量％の試験片を得た。試験片
の断面を走査型電子顕微鏡で観察したが、繊維がかなり
ブロッキング化しており、分散不良であった。

又、当該試験片を用いてアイゾット衝撃強度、繊維長
を測定した。結果を表１に示すが、繊維長分布の中央部
が約0.4mmと成形時の折損が激しく、アイゾット衝撃強
度も低下した。

実施例２〜４表１に示す繊維、樹脂を用いて実施例１の装置を用い
て複合体を得た。

次いで幅5mmにスリットした後、表１に示す長さに切
断して成形用材料を得た。次いで表１に示す割合で繊維
未強化樹脂とドライブレンド後、射出成形して試験片を
得て繊維長、アイゾット衝撃強度を測定した。

結果を表１に示す。

［発明の効果］本発明によれば、繊維の補強効果が十分発揮できると
共に高充填化が可能であり、且つ成形性が良好な成形用
材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の成形用材料の構造を示す部
分拡大斜視図、第３図は本発明に係る成形用材料を製造
する装置の一例を示す概略図である。 A:成形用材料 B:熱可塑性樹脂 C:単繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−229535（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−5906（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−62912（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】単繊維（フィラメント）から成る繊維状補
強材と、該繊維状補強材の構成単位である単繊維（フィ
ラメント）の周囲を被覆し該単繊維（フィラメント）間
に含浸する熱可塑性樹脂とより成る成形用材料におい
て、該成形用材料の長さが１〜10mmであり、該成形用材
料中の該繊維状補強材の充填率が50重量％以上90重量％
以下であり、且つ前記繊維状補強材の実質的に全部が当
該成形用材料の全長にわたって軸方向に略々平行に連続
して配置しており、さらに当該繊維補強材の構成単位で
ある単繊維（フィラメント）の90％以上の表面が前記熱
可塑性樹脂によって被覆され、単繊維（フィラメント）
は各々よく熱可塑性樹脂中に分散している構成であるこ
とを特徴とする成形用材料。
【請求項２】射出成形用材料として用いることを特徴と
する請求項１記載の成形用材料。
【請求項３】前記繊維状補強材が、ガラス繊維、炭素繊
維、芳香族ポリアミド繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維
から選ばれ、前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン、ス
チレンアクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、アク
リロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（メチル
メタクリレート・ブタジエン・スチレン、メチルメタク
リレート・アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、
アクリロニトリル・ブタジエン・α−メチルスチレン・
スチレン共重合体を含む）、ポリフェニレンエーテル
（変性PPOを含む）、ポリエチレン、ポリオキシメチレ
ン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリメチルメタク
リレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスル
フィド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリ
イミド、ポリエーテルイミドから選ばれることを特徴と
する請求項１記載の成形用材料。