JP2766307B2 - 長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法及び成形品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は長繊維で強化された熱可塑性樹脂組成物を射
出成形するための成形法およびこれによって得られる成
形品に関する。特に、長繊維で強化された熱可塑性樹脂
組成物の特徴を生かし、強度、剛性、耐衝撃性、寸法精
度、表面平滑性等に優れた成形品を得るための射出成形
法および成形品に関するものである。

〔従来の技術とその課題〕

引き抜き成形法、フィラメントワインディング法等に
よって得られる長繊維で強化され且つ繊維が引き揃えら
れた樹脂組成物または成形品は、長繊維の有する性質を
最大限に利用し、樹脂の強度、剛性、衝撃特性等を向上
させるものとして好ましいものである。従来、かかる長
繊維強化樹脂組成物または成形品は、繊維を樹脂で含浸
させるための容易さから、熱硬化性樹脂を基体樹脂とす
るものが殆どであったが、熱硬化性樹脂を基体樹脂とし
た場合には、後でこれを反応・硬化させる工程が必要と
なり、成形加工効率（生産性）が劣るのみならず、成形
品の形状も限られたものとなるという欠点があり、汎用
性に欠けるものであった。一方、熱可塑性樹脂を基体樹
脂とした場合には、樹脂の粘度が高いため樹脂が繊維に
十分に含浸されず、その結果、繊維と樹脂が容易に分離
し、成形加工性を損ねたり、繊維による補強効果が充分
に得られないという欠点を有しており、実用性に欠ける
ものであったが、近年の含浸技術の進歩、特に装置面で
の改良に伴い、熱可塑性樹脂を基体樹脂とした含浸性の
良い長繊維強化樹脂組成物の製造が可能になるに至っ
て、にわかに注目を集めるようになってきた。

しかしながら、潜在的には極めて優れた性質を有す
る、かかる長繊維強化熱可塑性樹脂組成物も、その特徴
を生かすための射出成形技術が確立されておらず、成形
加工時に、その優れた性質を損なうという問題があっ
た。即ち、かかる長繊維強化熱可塑性樹脂組成物を、従
来から知られている射出成形技術により成形すると、成
形時に繊維が折れ、その結果、長繊維強化の特徴は失わ
れ、短繊維強化樹脂組成物の成形品が有する物性と殆ど
変わらないものとなってしまうという問題があり、長繊
維強化熱可塑性樹脂組成物の特徴を生かし、強度、剛
性、衝撃特性、低変形性、成形品表面状態等の一段と優
れた成形品を得るためには、成形技術の改善が必須であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、かかる課題に対し、長繊維強化熱可塑
性樹脂組成物が本来有している優れた性質を充分に生か
し、一段と優れた強度、剛性、衝撃特性、低変形性等を
有する成形品を得る為の成形方法について鋭意検討した
結果、本発明に到達した。

即ち、本発明はペレットと実質的に同一長さでかつペ
レットの長さ方向に配列した繊維を10〜80重量％（組成
物中）含有する長さ3mm以上のペレット状の熱可塑性樹
脂組成物を成形するにあたり、ノズルの径を6mm以上と
した射出成形機を用いることを特徴とする長繊維を含有
する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法および、これによ
って得られる成形品に関するものである。

まず初めに、本発明の成形法について説明する。

本発明の成形法は、長繊維で強化されている熱可塑性
樹脂組成物が本来有する優れた性質を生かし、強度、剛
性、衝撃特性等の高い成形品を得るという目的から考え
られたものであり、次のような特徴を有するものであ
る。

まず、本発明の成形法においては、ノズルの径が6mm
以上である成形機を用いることが必須である。ノズルの
径がこれより小さく、従来一般の射出成形機で採用され
てきたような２〜5mmのノズル径を有する成形機を用い
て成形したのでは、溶融した樹脂組成物の射出時にノズ
ル部での繊維の折損が激しく、目的とする強度、剛性、
衝撃強度等が高い成形品を得ることは出来ないことが判
明した。逆にノズル径の上限については特に規定はな
く、成形機のシリンダーの径等との関係で許容される限
り大きなものとすることができる。また、好ましいノズ
ルの径はシリンダー径とも関連があり、ノズル径／シリ
ンダー径の比で0.13以上の成形機を用いるのが好まし
い。

また、かかるノズル径の要件に加え、さらに成形機ス
クリューの溝の深さを実質上スクリュー全長にわたり5m
m以上とし、少なくともフィード部においては7mm以上と
した成形機を用いることが一層有効であることが認めら
れた。スクリューの溝の深さを、従来の一般の射出成形
機で用いられている如く、計量部（通常は最小部）にお
いて２〜5mm、フィード部において４〜7mm程度にした成
形機を用いた場合には、可塑化、混練時のスクリュー部
での繊維の折損による成形品の物性への影響が必ずしも
無視できないものとなる。スクリューの溝深さの上限
は、スクリューの径あるいは強度との関係において許容
される範囲で、大きなものとすることができる。より好
ましくは、スクリューの溝深さを実質上スクリュー全長
にわたり6.5mm以上とし、少なくともフィード部におい
ては8.5mm以上とした射出成形機を用いて成形すること
である。また、スクリューの溝深さ／シリンダー径の比
をスクリュー全長にわたり0.1以上とし、少なくともフ
ィード部においては0.14以上とした成形機を用いるのが
好ましい。

また、スクリューの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を７〜
15とした成形機を用いることも有効である。スクリュー
の長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比が７未満では、可塑化、混
練能力が低下し、逆に、スクリューの長さ（Ｌ）／径
（Ｄ）の比が従来の一般の射出成形機で用いられている
15〜25程度では、混練による繊維の折損が認められ、長
繊維強化組成物の優れた性質が幾分損なわれることにな
る。より好ましいスクリューの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の
比は９〜13である。

また、圧縮比が1.8より小さいスクリューを用いるの
も好ましい。

本発明においては、長繊維強化熱可塑性樹脂組成物を
成形するにあたり、上記の如く改良の加えられた射出成
形機を用いて成形すれば、成形時の繊維の折損が緩和さ
れ、それだけでも強度、剛性、衝撃特性等の優れた成形
品が得られるが、更に一段と高い特性を有する成形品を
得るためには、さらに以下に述べる成形条件を採用する
のが好ましい。

まず、好ましい成形条件の１つとして、樹脂組成物を
計量、可塑化するにあたって、スクリュー回転数20〜50
rpm、背圧０〜50kg/cm²で行うことが挙げられる。スク
リュー回転数が20rpm未満では樹脂の計量、可塑化に時
間がかかり、成形性、特に成形サイクルの面で劣るもの
となり、逆に通常の成形で用いられるような50〜200rpm
の高回転数では、繊維の折損による物性面への影響が無
視できなくなる。また、背圧についても、一般に用いら
れる50〜100kg/cm²では、繊維の折損により物性が幾分
損なわれることは避けられない。より好ましくは０〜30
kg/cm²である。

また、別の好ましい成形条件として、射出速度（スク
リュー前進速度）0.2〜1.0m/minで成形を行うことが挙
げられる。射出速度が極めて小さい場合には成形サイク
ル、充填不良等、成形性の面で劣るものとなり、逆に通
常用いられるような１〜10m/minでは繊維の折損による
物性面への影響は避けがたいものとなる。

また、射出成形における樹脂温度としては、従来、繊
維強化樹脂組成物の成形で一般的に用いられてきた樹脂
温度より、幾分高い温度とするのが好ましい。

なお、以上の説明で触れなかったその他の成形機の構
造、成形条件等については、特に制約はなく、公知の成
形機の製造、成形条件等から適宜選択して用いればよ
い。

次に、本発明において成形に用いられる長繊維を含有
する熱可塑性樹脂組成物について説明する。

本発明において用いられる長繊維含有熱可塑性樹脂組
成物は、ペレットと実質的に同一長さでかつペレットの
長さ方向に配列した繊維を10〜80重量％（組成物中）含
有する長さ3mm以上のペレット状の組成物であり、例え
ば、引き抜き成形等の製造法により得られるものであ
る。特に長さ5mm以上のペレット状組成物を用いるのが
好ましい。

ここで、基体となる熱可塑性樹脂としては特に制約は
なく、公知の熱可塑性樹脂がいずれも使用できる。例え
ば、オレフィン系重合体（ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等）、アクリレートあるいはメタクリレート系重合体
（ポリメチルメタクリレート等）、ポリスチレン、AS樹
脂、ABS樹脂、ポリアセタール、ポリアミド（ナイロン
6,66等）、ポリエステル（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等）、ポリカーボネー
ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリウレタン等が挙
げられる。これらの樹脂は、グラフト、架橋等公知の方
法で変性したものであってもよい。また、これらの樹脂
を２種以上を併用することも可能である。

また、繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、シリカ
繊維、シリカ・アルミナ繊維、硼素繊維、窒化硼素繊
維、チタン酸カリ、金属繊維、耐熱性高分子繊維等公知
の繊維がいずれも使用でき、２種以上を併用することも
可能であるが、特に好ましいのはガラス繊維、炭素繊維
および耐熱性高分子繊維である。かかる繊維の含有量
は、組成物中10〜80重量％である。繊維の含有量が10重
量％未満では強度、剛性、衝撃強度等の十分な向上を得
ることは出来ず、80重量を越えると成形が著しく困難な
ものとなる。特に30〜70重量％の高濃度の長繊維を含有
する樹脂組成物に対し本発明の成形法を適用した場合、
その効果は顕著であり、従来の成形法の欠点であった繊
維の折損を防止することにより、強度、剛性、衝撃強度
等の面で著しい向上が可能となり、しかも成形不良を起
こす等の問題もなく、極めて好適である。

また、本発明で用いられる長繊維強化樹脂組成物は、
一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の物質、例えば酸
化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、難燃
剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、結晶化促進剤、結
晶核剤、カーボンブラック、ガラスビーズ、ガラス粉、
ガラスフレーク、シリカ、マイカ等の粉粒状あるいは板
状の無機充填剤等を含むものであってもよい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１〜11および比較例１〜７ 第１表〜第３表の如き長繊維で強化された熱可塑性樹
脂組成物（いずれも引き抜き成形法によって得られた長
さ12mmのペレット状のもので、繊維長は実質上、ペレッ
トと同一長さ）を、同表に示した如き本発明で規定され
る要件を備えた成形法により射出成形した。物性等の評
価結果を第１表〜第３表に示す。

また、比較のため、実施例で用いたものと同じ樹脂組
成物を、従来から知られた成形法で成形し評価した結
果、および、従来から知られている短繊維で強化された
熱可塑性樹脂組成物を、本発明で規定される要件を備え
た成形法で成形し評価した結果を第１表〜第３表に併記
する。

なお、評価した物性等の測定法は、以下の通りであ
る。

引張強度、伸度:ASTM D−638に準拠 曲げ弾性率 :ASTM D−790に準拠 衝撃強度 :ASTM D−256に準拠 分散繊維長 : 引張試験用の成形片を用い、樹脂を分解除去した 後、残った繊維を、万能投影機にかけ測定した 成形品の反り : 120mm角で厚さ2mmの平板を成形し、その反りの具 合を肉眼観察し、相対評価した 表面状態（粗さ）： 上記成形片（平板）を肉眼で観察し、表面の平滑 性（粗さ）を相対評価した この結果から、本発明の成形方法は、長繊維で強化さ
れた熱可塑性樹脂組成物の成形にあたって、特別な効果
を示すことが伺える。

〔発明の効果〕 以上の説明ならびに実施例により明らかなように、本
発明の射出成形法によれば、成形時における繊維の折損
が著しく改善され、長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成
物が本来有している優れた性質を、いかんなく発揮した
強度、剛性、耐衝撃性、寸法精度、表面平滑性等の優れ
た成形品を得ることが出来る極めて有用なものであり、
これにより長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の用途
を飛躍的に広げ得るものである。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ペレットと実質的に同一長さでかつペレッ
   トの長さ方向に配列した繊維を10〜80重量％（組成物
   中）含有する長さ3mm以上のペレット状の熱可塑性樹脂
   組成物を成形するにあたり、ノズルの径を6mm以上とし
   た射出成形機を用いることを特徴とする長繊維を含有す
   る熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。
2. 【請求項２】スクリューの溝の深さが実質上スクリュー
   全長にわたり5mm以上であり、少なくともフィード部に
   おいてはスクリューの溝の深さが7mm以上である射出成
   形機を用いる請求項１記載の長繊維を含有する熱可塑性
   樹脂組成物の射出成形法。
3. 【請求項３】スクリューの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比が
   ７〜15である射出成形機を用いる請求項１または２記載
   の長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。
4. 【請求項４】スクリューの圧縮比が1.8より小さい射出
   成形機を用いる請求項１〜３のいずれか１項記載の長繊
   維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。
5. 【請求項５】スクリュー回転数20〜50rpm、背圧０〜50k
   g/cm²の条件で射出成形する請求項１〜４のいずれか１
   項記載の長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成
   形法。
6. 【請求項６】射出速度（スクリュー前進速度）0.2〜1.0
   m/minで成形する請求項１〜５のいずれか１項記載の長
   繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項記載の長繊維
   を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法によって得
   られる熱可塑性樹脂成形品。