JP3453393B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂構造体およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長繊維で強化され高度
の機械的強度を有すると共に、強化用繊維の分散性等の
著しく改善された繊維強化熱可塑性樹脂構造体およびそ
の効率的、経済的な製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱可塑
性樹脂の強度、剛性等を向上させる手段として、ガラス
繊維等の強化用繊維を配合することが知られており、一
般には、熱可塑性樹脂とチョップドストランド等の短繊
維を混合し押出機で押し出すことにより、繊維強化され
た熱可塑性樹脂の製造が行われている。しかし、使用す
る繊維が短く、しかも押出機での混練中に更に繊維が折
損することが避けられない上記の如き短繊維強化樹脂で
は、機械的強度の改善にも自ずと制約があり、より高度
の機械的強度の要求に対しては充分応えることはできな
い。これに対し、上記の欠点を改善し、繊維の折損を起
こすことなく長繊維で強化された熱可塑性樹脂を製造す
る方法として、最近は引き抜き成形が注目されている
（米国特許第2877501 号明細書、米国特許第4439387 号
明細書、米国特許第3022210 号明細書、特開昭57−1818
52号公報）。かかる引き抜き成形においては、強化用繊
維として、ブッシングから引き出された多数の単繊維を
サイジング剤の水溶液あるいは水性エマルジョンで処理
した後、これを集束して円筒状に巻き取り乾燥させた繊
維束集合体、いわゆるダイレクトロールのロービングパ
ッケージが一般的に用いられてきた。しかしながら、通
常市販されているかかる強化用繊維を用い、上記の如き
引き抜き成形法によって繊維強化樹脂構造体の製造を行
った場合、繊維に対する樹脂の含浸性、密着性が不均一
になり易く、得られた繊維強化樹脂構造体から繊維が容
易にほぐれて飛散し、作業環境を害したり成形加工性を
損なうのみならず、これを成形した時、強化用繊維の均
R>一分散性に欠けるものになり、成形品の外観や物性を
損なうという欠点を有する。また、繊維束集合体から繊
維束を取り出す際、あるいは繊維束を張力下で引き取る
際に、繊維の部分的な破断により毛羽立ちが生じ、操作
性を害し、毛羽立ちの増大によっては運転不能に陥るこ
ともある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決するため鋭意検討した結果、繊維に対する樹脂の
含浸性および樹脂と繊維の密着性が良く、高度の機械的
強度を有すると共に繊維の分散性等も著しく改善された
繊維強化熱可塑性樹脂構造体を効率的に得るためには、
強化用繊維に対するサイジング剤付着量の局所的なばら
つきをできるだけ小さくすることが極めて有効であるこ
とを見出し、本発明に到達した。即ち、本発明は強化用
繊維束集合体から取り出された連続した強化用繊維束を
引きながら、溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、全体の
５〜80重量％の実質上平行に配列した強化用繊維を含有
してなる繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造するにあた
り、強化用繊維束のサイジング剤付着量のばらつきが平
均付着量の−10％から＋200 ％の範囲内に抑制された強
化用繊維束を使用することを特徴とする繊維強化熱可塑
性樹脂構造体の製造法及びかかる製造法によって得られ
る繊維強化熱可塑性樹脂構造体に関するものである。

【０００４】本発明において、かかる繊維強化熱可塑性
樹脂構造体の基体として用いられる熱可塑性樹脂の種類
としては特に制約はなく、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレン
テレフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロ
ン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610 、ナイロ
ン612 等のポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネ
ート、熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、ポ
リエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテル
イミド等が挙げられる。

【０００５】本発明における繊維強化構造体は、かかる
熱可塑性樹脂に強化用繊維を実質上平行に配列した状態
で配合したものであり、強化用繊維のサイジング剤の付
着量のばらつきが、平均付着量の−10％から＋200 ％の
範囲内であることを特徴とする。従来、引き抜き成形に
おいては、繊維フィラメントをサイジング剤の水溶液あ
るいは水性エマルジョンで処理した後、これを集束して
円筒状に巻き取り乾燥した繊維束集合体、いわゆるダイ
レクトロービングのパッケージとして市販されるものが
用いられてきた。ところが、本発明者らが検討したとこ
ろによれば、かかる如くして得られたロービングパッケ
ージは、その乾燥時にサイジング剤がマイグレーション
を起こすためサイジング剤の付着量は強化繊維束全体に
わたって均一ではなく、局所的なサイジング剤付着量の
ばらつきは、平均付着量の−20％から＋300 ％に及び、
−30％から＋500 ％に達することも珍しくないことが判
明した。特に、巻き取られた円筒状のロービングパッケ
ージの両端面、円筒の外周付近および内周付近において
は、サイジング剤付着量が特に高濃度になる。また本発
明者らは、サイジング剤付着量のかかる如き大きなばら
つきが、引き抜き成形における諸問題、すなわち樹脂の
含浸不良、樹脂と繊維の密着性不良及びこれに伴い得ら
れた強化樹脂構造物から繊維が容易にほぐれて飛散し、
作業環境を害したり成形加工性を損なう根本原因であ
り、さらにまた、かかる強化樹脂構造物を成形した場合
の強化繊維の分散不良の原因であることを解明した。本
発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、配
合される強化用繊維のサイジング剤の付着量のばらつき
が、平均付着量の−10％から＋200 ％の範囲内であるこ
とを必須の要件とするものであり、これにより上記の如
き諸問題は著しく改善される。好ましくは、サイジング
剤の付着量のばらつきが、平均付着量の−10％から＋15
0 ％の範囲内のものであり、より好ましくは、平均付着
量の−８％から＋100 ％の範囲内のものである。ここで
サイジング剤付着量は、強化用繊維を高温加熱した時の
減量率で表したものであり、本来、平均付着量は、強化
用繊維束全体で測定した減量率、サイジング剤付着量の
ばらつきは、強化用繊維束全体を微小単位毎に測定した
減量率をもとに、平均付着量からの偏りとして求められ
るものであるが、繊維束全体での測定は実用性に欠け
る。従って、本発明においては、実用上次の方法で測定
し、これによって規定する。まず、平均付着量は、繊維
束捲体の外周側から繊維束500mを取り除いた後の100m及
び内周側から繊維束500mを取り除いた後の100mを切り出
し、これを合わせて測定した高温加熱減量率とする。ま
た、サイジング剤付着量のばらつきは、繊維束捲体から
ランダムに10m の繊維束を５本サンプリングし、これを
約10mmの微小単位に切断し、それぞれの微小単位で測定
した減量率をもとに上記平均付着量からの偏りとして求
める。これらの値の測定は、強化用繊維束集合体の内、
繊維強化樹脂構造体の製造のために使用される部分で行
われる。

【０００６】さて、上記の如くサイジング剤付着量のば
らつきの少ない強化繊維を得る方法としては、例えば、
サイジング処理し集束された繊維束をケーキ巻きにして
乾燥する方法；サイジング処理し集束された繊維束をダ
イレクトロール巻きにして穏やかな条件下で乾燥する方
法；サイジング処理し集束された繊維束を濡れた状態の
まま一旦巻き取った後、巻き取った繊維束集合体から濡
れた状態の繊維束を連続的に取り出し、乾燥させながら
円筒状のロール等に巻き直す方法；サイジング処理し集
束された繊維束を巻き取り、乾燥させることなく繊維強
化樹脂構造体の製造に用い、必要なら溶融樹脂の含浸前
に繊維乾燥工程を設けて乾燥させる方法等が挙げられる
が、これに限定されるものではない。強化用繊維を束に
するため用いられるサイジング剤の種類としては特に限
定はなく、例えばオレフィン系、ウレタン系、ポリエス
テル系、アクリル系、ＡＳ樹脂系、エポキシ系等のサイ
ジング剤がいずれも可能である。繊維に対するサイジン
グ剤付与量は、固形分として概ね0.1 〜1.0 重量％が適
当である。また、用いられる強化用繊維の種類としても
特に制約はなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、金属繊
維、芳香族ポリアミド繊維等の高融点（高軟化点）繊維
等がいずれも使用できる。ガラス繊維の場合、繊維径６
〜25μで、1000m あたりの重量が500 〜4400g の繊維束
が一般的に用いられる。これらの繊維は、公知の表面処
理剤で処理したものであってもよい。

【０００７】本発明において、かかる強化用繊維の配合
量は全体の５〜80重量％である。強化用繊維の配合量が
５重量％未満では十分な補強効果が得られず、逆に80重
量％を越えると強化構造物の製造およびその成形が著し
く困難になる。強化用繊維の好ましい配合量は10〜75重
量％であり、より好ましくは20〜70重量％である。

【０００８】本発明のかかる長繊維強化熱可塑性樹脂構
造体を製造するにあたっては、引き抜き成形法が用いら
れる。引き抜き成形は、基本的には連続した繊維を引き
ながら樹脂を含浸するものである。本発明の長繊維強化
熱可塑性樹脂構造体を製造するにあたって用いられる引
き抜き成形の形態は特に限定されないが、操作性の点で
含浸ダイ、特にクロスヘッドダイを用いるのが好まし
い。

【０００９】

【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。

【００１０】実施例１ サイジング剤を含むエマルジョンで処理され濡れた状態
のガラス繊維ロービングをダイレクトロール巻きにし、
サイジング剤が極力偏析しないような緩やかな条件下で
乾燥することにより、サイジング剤付着量のばらつきが
平均付着量の−８％から＋140 ％の範囲内に抑制された
ガラス繊維ロービングを得た。クロスヘッドを通してこ
のガラスロービングを引きながら溶融状態のポリプロピ
レンを含浸させ、賦形し、細断することにより、ガラス
含量50重量％でペレット状の繊維強化樹脂構造体(A) を
得た。次に、ペレット状繊維強化樹脂構造体(A) に非強
化ポリプロピレンのペレットをブレンドすることにより
ガラス含量を15重量％まで希釈し、射出成形することに
よって100mm 角の平板成形品を得た。評価は、繊維強化
樹脂構造体(A) 製造時の操作性および平板成形品におけ
る強化繊維の分散性によって行った。結果を表１に示
す。尚、分散性の評価は、成形品中に強化繊維が集束し
たまま不均一に分散している部分の程度と数を考慮した
上で相対評価したものであり、点数が低い程、分散性が
良好であることを示す。

【００１１】実施例２ サイジング剤を含むエマルジョンで処理され濡れた状態
のガラス繊維ロービングをダイレクトロール巻きにし
た。次に、ダイレクトロールから濡れた状態のままのガ
ラス繊維ロービングを取り出し、溶融樹脂を含浸させる
直前に連続的に乾燥させることによりサイジング剤付着
量のばらつきが平均付着量の−８％から＋130 ％の範囲
内に抑制されたガラス繊維ロービングを得た。このガラ
スロービングに実施例１と同様の方法で溶融樹脂を含浸
させることにより繊維強化樹脂構造体を製造し、成形
し、評価した。結果を表１に併せて示す。

【００１２】比較例１ サイジング剤付着量のばらつきが平均付着量の−20％か
ら＋300 ％である通常のダイレクトロールのガラス繊維
ロービングを用い、実施例１と同様の方法で繊維強化樹
脂構造体を製造し、成形し、評価した。結果を表１に併
せて示す。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明並びに実施例により明らかな
ように、長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造するにあ
たり、強化繊維のサイジング剤付着量のばらつきが平均
付着量の−10％から＋200 ％の範囲内に抑制された強化
繊維ロービングを用いる本発明の方法によれば、製造時
の操作性等が優れ、しかも、成形時の強化繊維の分散性
が極めて良好な繊維強化熱可塑性樹脂構造体が得られ
る。

【００１４】

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 和仁 静岡県庵原郡富士川町南松野2276−１ (72)発明者 三浦 勝 静岡県庵原郡蒲原町蒲原４−３−12 (72)発明者 横内 満 静岡県富士市宮下324 (56)参考文献 特開 昭62−256633（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 67/14 C08J 5/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化用繊維束集合体から取り出された連
   続した強化用繊維束を引きながら、溶融した熱可塑性樹
   脂を含浸させ、全体の５〜80重量％の実質上平行に配列
   した強化用繊維を含有してなる繊維強化熱可塑性樹脂構
   造体を製造するにあたり、強化用繊維束のサイジング剤
   付着量のばらつきが平均付着量の−10％から＋200 ％の
   範囲内に抑制された強化用繊維束を使用することを特徴
   とする繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造法。
2. 【請求項２】 強化用繊維束を引きながらクロスヘッド
   を用いて溶融熱可塑性樹脂を含浸させる請求項１記載の
   繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の製造法によって得
   られ、強化用繊維が構造体の長さ方向全長にわたって実
   質的に連続し、且つ互いにほぼ平行な状態で配列してい
   ることを特徴とするストランド、ペレット、テープまた
   はシート状繊維強化熱可塑性樹脂構造体。