JP2646028B2

JP2646028B2 - 成形材料及びその混合物

Info

Publication number: JP2646028B2
Application number: JP25443489A
Authority: JP
Inventors: 友人木場; 敏行中倉; 英男坂井; 操益田; 智岸; 千明丸子
Original assignee: 三井東圧化学株式会社
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1997-08-25
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JPH03114705A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は成形材料及びその混合物に関し、詳しくは射
出成形、押出成形、圧縮成形等に使用され、成形時の分
散性が良好であって、繊維の破断が少なく、繊維強度が
大幅に向上した成形品を提供し得る成形材料及びその混
合物に関する。

〔従来の技術〕

従来、繊維によって強化されたポリプロピレン樹脂組
成物の製造方法としては、次の二つに大別される。

その一つの方法は、ポリプロピレン樹脂に例えば3m
m程度の長さのガラス繊維をドライブレンドしてドライ
ブレンド物を作り、これを押出機で混練・造粒等してペ
レットにする方法である。

他の一つの方法は、ガラス繊維等の連続体をダイス
穿孔内に通し、押出機で溶融したポリプロピレン樹脂を
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成形材料を得る方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように得られた成形材料のガラス繊維の充填率
は、前者の場合、混練時の繊維の分散性の問題から通
常30重量％が上限とされていた。又後者の場合もダイ
ス穿孔内での繊維引き抜き抵抗の問題から通常が40重量
％が上限とされている。従って、これ以上の高充填率の
成形材料を得ることができないという課題があった。

また従来、成形材料に用いられるポリプロピレン樹脂
は成形後の成形品の物性を考慮して一般に高分子量、即
に低いメルトフローレート（以下、「MFR」と略記す
る）を有しており、このため前者の場合には混練時に
押出機内バレルとスクリューとの間で発生する剪断力の
ために繊維の破断が起こり、得られる成形材料中の平均
繊維長は0.3〜0.5mmと短くなる課題があった。

一方後者の場合においても成形材料中の繊維長さ
は、成形材料のそれと同一であり、長く保たれているも
のの、上記低MFRであること並びに成形材料の形状が一
般に円筒であり、単位重量当りの成形材料の表面積、即
ち比表面積が小さくて押出機供給ゾーンにおけるポリプ
ロピレン樹脂の可塑化に時間を要するため、成形時に繊
維が破断して成形品中の平均繊維が0.3〜0.5mmと短くな
るばかりでなく、繊維の分散不良という課題も生じる。

以上のように従来技術では、繊維の充填率、破損、分
散性の面から繊維の補強効果を十分に発揮し得ないとい
う課題があった。

そこで、本発明の目的は、繊維補強材を高濃度に充填
しているにも拘らず、成形時の繊維分散性が良好であ
り、繊維の破断が少なく、機械強度が大幅に向上した成
形品が得られる成形材料及びその混合物を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、
成形時に押出機内で発生する繊維分散不良、あるいは繊
維破断の課題は成形材料中の樹脂のMFR及び比表面積と
密接な関係にあり、またこれらのMFR及び比表面積を一
定条件を満足するように設定することにより、成形品の
物性を損なうことなく、成形時の繊維分散性が良好であ
り、繊維の破断が少なく、機械強度が大幅に向上するこ
とを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

即ち、本発明に係る成形材料は、単繊維（フィラメン
ト）から構成される繊維状補強材がポリプロピレン樹脂
によって被覆され、且つ該ポリプロピレン樹脂が繊維状
補強材中に含浸されている構成の板状体を得、前記繊維
状補強材が充填されている該板状体を切断して得られる
成形材料において、（ｉ）該成形材料に対する繊維状補強材の充填率が50重
量％以上90重量％以下、（ii）該繊維状補強材の長さが１〜30mm、（iii）該板状体の少なくとも一辺が1mm以下、（iv）該成形材料の比表面積が20cm²/g以上（ｖ）該ポリプロピレン樹脂のMFRがIJS K7210に基づき
試験温度230℃、試験荷重2.16Kgfの条件で測定した時に
20g/10分以上60g/10分以下であることを特徴とする。

また本発明に係わる成形材料混合物は、上記の成形材
料と繊維未強化ポリプロピレン樹脂とからなり、該繊維
未強化ポリプロピレン樹脂のMFRが前記成形材料である
ポリプロピレン樹脂のMFRの0.1〜１倍（同一条件下で測
定）であることを特徴とする。

以下、本発明について詳説する。

始めに、本発明の成形材料の一例を第１図及び第２図
に基き説明する。同図において、20は成形材料、21はポ
リプロピレン樹脂、22は単繊維である。

Ｌは成形材料の長さ、即ち繊維長であり、1.0〜30mm
である。1.0mm未満では繊維長が短く十分な補強効果が
得られず、逆に30mmを越えるとホッパー内でブリッジ化
等を引き起こし成形が困難となるので好ましくない。

Ｗ及びＨは各々成形材料の幅及び厚さであり、次式の
比表面積が一定値以上になるように決定される。

式中L:成形材料の長さ（cm） W:成形材料の幅（cm） H:成形材料の厚さ（cm） P:成形材料の比重（g/cm³）なお、幅と厚さの内、少なくとも一方を1.0mm以下、
好ましくは0.5mm未満とすることは比表面積を大きく設
定する上で好ましい。

本発明において、比表面積は20cm²/g以上、好ましく
は30cm²/g、より好ましくは40²/g以上である。比表面積
が20cm²/g未満では射出成形や押出成形等の成形時に、
押出機内において成形材料中のポリプロピレン樹脂が溶
融状態となる迄に長時間を要し、押出機供給ゾーンにお
いて、繊維分散不良、繊維破断等の問題が起こり好まし
くない。

尚、厚さＨに関してはホッパー内分級、取扱い性の面
からは0.1mm以上に設定することが好ましい。

本発明に用いられるポリプロピレン樹脂はホモポリマ
ー、共重合体いずれでもよく、又これらの混合体であっ
てもよい。

又、該樹脂を無水マレイン酸で変性することは後述す
るカップリング材との親和性の面から特に好ましい。添
加する量は、ポリプロピレン樹脂100に対して0.0001か
ら10が好ましく、さらに好ましくは0.002から１であ
る。

本発明に用いられるポリプロピレン樹脂のMFRは、JIS
K7210に基づき試験温度230℃、試験荷重2.16Kgfの条件
（以下、「本発明の測定条件」という）で測定した時
に、20g/10分以上60g/10分以下である。60g/10分を越え
ると得られる成形品の機械強度が大巾に低下するため好
ましくない。又20g/10分未満では成形時の繊維分散不
良、繊維の破断が起こり繊維の補強効果を損なうので好
ましくない。なお一般にポリプロピレン樹脂のMFRは本
発明の測定条件で測定した場合、５〜90g/10分の範囲に
ある。即ち、本発明者は一般のMFRの範囲で、他の本発
明の要件との関係で特定のMFRの範囲を見出したのであ
る。

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」（商標）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」（商標）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ることができる。

本発明において繊維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、機械的特性の面からは細い方が好ましい。また繊維
状補強材を表面処理することはポリプロピレン樹脂との
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。

本発明において成形材料中の繊維状補強剤の充填率
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
ず、また後述するマスターバッチとして用いる場合経済
性の面から見ても好ましくない。一方90重量％を越える
と単繊維の表面をポリプロピレン樹脂で十分被覆するこ
とができず好ましくない。

本発明に係る成形材料は、単繊維（フィラメント）か
ら構成される繊維状補強材がポリプロピレン樹脂によっ
て被覆され、且つ該ポリプロピレン樹脂が繊維状補強剤
中に含浸されている構成の板状体を得、前記繊維状補強
材が充填されている該板状体を一定長に切断することに
より得られる。

本発明においては、前記繊維状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、前記ポ
リプロピレン樹脂で被覆されている成形材料を得ること
が好ましい。

本発明において、繊維状補強材中にポリプロピレン樹
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）の表面をポリプロピレン樹脂で被覆する方法は、特
に限定されない。例えば、溶融状態のポリプロピレン樹
脂を繊維状補強材に含浸させる溶融含浸法、粉末状のポ
リプロピレン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。

溶融含浸法の代表的な例は特開昭61−229534号、同61
−229535号、同61−229536号及び特願昭61−216253号に
開示されている。

本発明で採用可能な溶融含浸法の一例を第３図に基き
説明する。

複数のボビン１から引き出された長繊維のロービング
２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を通過させて繊維シート７とする。なお本発明
においては一方向に整列させた繊維シート以外に、織布
等の多方向連続繊維を用いることもできる。

一方、押出機（図示せず）で加熱溶融した樹脂をダイ
８を経由して、加熱ロール９で加熱される下ベルト10の
表面に塗布する。上ベルト12は加熱ロール11で加熱され
る。

次いで、前記シート７は、下ベルト10と上ベルト12の
間に挾まれた状態で、加熱された含浸ロール13の間を、
張力をかけられながら、通過する。

このようにして得られた連続繊維／ポリプロピレン樹
脂の複合体14は、そのまま或いは必要により所望の厚み
になるように必要枚数を積層・熱圧した後、所望の幅に
繊維と平行にスリッタ17でスリットした後、所望の長さ
に繊維と直角方向に切断機18で切断することにより、角
形状の成形材料20を得ることができる。なお、第３図に
おいて、15,16は引取用ロールである。

上記積層・熱圧する方法としては、例えば当該複合体
14の表面をポリプロピレン樹脂の軟化点以上に加熱後積
層するか、或いは積層後加熱炉内で当該樹脂の軟化点以
上に加熱する。次いで当該複合体14を冷ニップロール間
を通過させる等して加圧下に当該樹脂の固化温度以下ま
で冷却する。

このようにして得られた成形材料は、そのまま、或い
は所望の繊維充填率になるように繊維未強化ポリプロピ
レン樹脂とドライブレンドすることにより成形材料混合
物を得、所謂マスターバッチとして用いることにより、
射出成形、押出成形に供せられる。

当該成形材料と繊維未強化ポリプロピレンとのブレン
ド引に制約な特になく、当該混合物を成形して得られる
成形品の繊維充填率の設定値によって決定されるべきで
ある。

本発明に用いられる繊維未強化ポリプロピレン樹脂の
MFRは、本発明の測定条件において前記の成形材料中の
ポリプロピレン樹脂のMFRの0.1〜１倍である。１倍を越
えると成形品の物性が大きく低下するため好ましくな
く、また0.1倍未満では成形品中の繊維分散不良や繊維
破損が起こり本発明の効果を発揮できないため好ましく
ない。

なお上記成形材料または成形材料混合物は、上記射出
成形、押出成形以外に、例えば圧縮成形にも適用でき
る。この圧縮成形に適用する場合においても、成形材料
の形状が板状体、即ち鱗片状であるから金型との密着が
良い。また比表面積が大きいため、材料中の樹脂溶融時
間が早く、従来法と比較して短時間に成形ができる。こ
の場合従来の成形材料が通常円筒状であるのに対し、当
該材料は鱗片状であり、金型上での位置設定が容易であ
るという副次的効果がある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明の
範囲がこれらの実施例によって制限的に解されるもので
はない。

実施例１第３図に示す装置を用い、ポリプロピレン樹脂とガラ
ス繊維から、次のようにして成形材料を得た。ポリプロ
ピレン樹脂のMFRは、JIS K7210に基づき試験温度230
℃、試験荷重2.16Kgfの条件で測定した時に40g/10分で
ある。

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200mm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
リプロピレン樹脂をダイ８を経由して、下ベルト用ロー
ル９（ここでは２本、９′は加熱せず）で220℃に加熱
された下ベルト10の表面に145μｍの厚みで塗布した。

次いで前記シート７を、下ベルト10と上ベルト12（２
本の上ベルト用ロール11で220℃に加熱されている。尚
ロール11′は加熱しない。）に挾んだ状態で、220℃に
加熱された径240mmの３本の含浸ロール13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
樹脂複合体14は100℃まで冷却された後、引取用ロール1
5,16で引き取った後、スリッタ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0.24mm、
ガラス繊維充填率70重量％の成形材料を得た。

得られた成形材料の比表面積を求めたとろ58cm²/gで
あった。

次いで当該成形材料43重量部と繊維未強化ポリプロピ
レン樹脂（MFR＝8g/10分）57重量部をドライブレンドし
て成形材料混合物を得、射出成形機を用いてガラス繊維
充填率30重量％の成形品を作成した。

成形品の断面を走査型電子顕微鏡で観察したが、繊維
の分散性は良好であり、またブロッキング化等の現象は
見られなかった。

また当該成形品を用いてアイゾット衝撃強度、平均繊
維長を測定した。結果を表１に示す。

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も大幅に向上した。

実施例２ベルトへのポリプロピレン樹脂塗布厚みを210μｍに
変えた以外は実施例１と同様に処理して繊維充填率50％
の成形材料を得た。ついで、得られた成形材料をそのま
ま実施例１と同様に成形して繊維充填率50％の成形品を
得た。

成形品の断面を走査型電子顕微鏡で観察したが、繊維
の分散性は良好であり、またブロッキング化等の現象は
見られなかった。また当該成形品を用いてアイゾット衝
撃強度、平均繊維長を測定した。結果を表１に示す。

比較例１本発明の測定条件におけるMFRが8g/10分であるポリプ
ロピレン樹脂を用いた以外は実施例１と同様にしてガラ
ス繊維充填率70重量％、比表面積が58cm²/gの成形材料
を得た。

次いで当該成形材料43重量部と実施例１で用いた繊維
未強化ポリプロピレン樹脂57重量部をドライブレンドし
て成形材料混合物を得、射出成形機を用いてガラス繊維
充填率30重量％の成形品を作成した。

成形品の断面を走査型電子顕微鏡で観察したが、繊維
の分散性は不充分であり、またブロッキング化の現象が
見られた。

実施例１と比較して射出成形時の繊維の折損が激し
く、アイゾット衝撃強度も大巾に低下した。

比較例２直径3mm、長さ300mmの穿孔を有するクロスヘッドダイ
内に押出機で溶融したポリプロピレン樹脂（実施例１で
用いた樹脂と同じもの）を供給した。

一方、実施例１で用いたガラス繊維７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て繊維を樹脂で被
覆した。

次いで、100℃以下に冷却した引き取った後、長さ3mm
に切断して、直径3mm、ガラス繊維充填率40重量％の円
柱形状を有する成形材料を得た。得られた成形材料の比
表面積を求めたところ17cm²/gであった。

次いで得られた成形材料を表１に示すようにドライブ
レンド後、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30重量％の成形品を作成した。成形品の断面
を走査型電子顕微鏡で観察したが、繊維の分散性が不十
分であり、またブロッキング化の現象が観察された。

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。

実施例３〜４実施例１において、表１に示すポリプロピレン樹脂に
代えて、実施例１と同様にして成形材料を得た。次いで
表１に示す割合で繊維未強化ポリプロピレン樹脂とドラ
イブレンドした後、成形して表１に示す成形品を得た。

当該成形品を用いてアイゾット衝撃強度、平均繊維長
を測定した。結果を表１に示す。

比較例３実施例１において、表１に示すポリプロピレン樹脂に
代えて、実施例１と同様にして成形材料を得た。次いで
表１に示す割合で繊維未強化ポリプロピレン樹脂とドラ
イブレンド後、成形して表１に示す成形品を得た。

実施例５実施例１で得た成形材料を、繊維未強化ポリプロピレ
ン樹脂とドライブレンドして繊維充填率が30％になるよ
うに調整した。このドライブレンド物を通常の押出成形
機を用いて、直径30mmφの丸棒の成形品を得た。

この成形品の断面を走査型電子顕微鏡で観察したが、
繊維の分散性は良好であり、またブロッキング化等の現
象は見られなかった。

実施例６離型材（FREKCTE44;米国FREKOTE Inc.製）を塗布した
第４図に示す雌金型30内に実施例１で得た成形材料20を
300g均一に置いた後、上記離型剤を塗布した雄金型31を
セットした。

次いで300℃に加熱した加熱炉内に上記金型を金型温
度が230℃になる迄放置した後、素早く常温の加圧板を
有する圧縮成形機内に移し、50Kg/cm²の圧力で20分間加
圧して、300×300×2.0mmの成形品を得た。

成形品の表面を肉眼で観察したが、繊維が表面に浮き
出ることもなく、良好に繊維が分散しており、良好な表
面光沢を有していた。

〔発明の効果〕本発明によれば、繊維補強材を高濃度に充填している
にも拘らず、成形時の繊維分散性が良好であり、繊維の
折損や破断が少なく、繊維強度が大幅に向上した成形品
が得られる成形材料及びその混合物を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形材料の構造の一例を示す斜視図、
第２図は成形材料の部分拡大図、第３図は本発明の成形
材料を製造する装置の一例を示す概略図、第４図は本発
明が適用される圧縮成形用の金型の一例を示す斜視図で
ある。 20:成形材料 21:ポリプロピレン樹脂 22:単繊維 30:雌金型 31:雄金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸子千明神奈川県鎌倉市大船３―11―４ (56)参考文献特開平１−214408（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】単繊維（フィラメント）から構成される繊
維状補強材がポリプロピレン樹脂によって被覆され、且
つ該ポリプロピレン樹脂が繊維状補強材中に含浸されて
いる構成の板状体を得、前記繊維状補強材が充填されて
いる該板状体を切断して得られる成形材料において、（ｉ）該成形材料に対する繊維状補強材の充填率が50重
量％以上90重量％以下、（ii）該繊維状補強材の長さが１〜30mm、（iii）該板状体の少なくとも一辺が1mm以下、（iv）該成形材料の比表面積が20cm²/g以上（ｖ）該ポリプロピレン樹脂のメルトフロレートがJIS
K7210に基づき試験温度230℃、試験荷重2.16Kgfの条件
で測定した時に20g/10分以上60g/10分以下であることを特徴とする成形材料。
【請求項２】請求項１記載の成形材料と繊維未強化ポリ
プロピレン樹脂とからなり、該繊維未強化ポリプロピレ
ン樹脂のメルトフロレートが前記ポリプロピレン樹脂の
メルトフロレートの0.1〜１倍（同一条件下で測定）で
あることを特徴とする成形材料混合物。