JP3641237B2

JP3641237B2 - ガラスマスターバッチペレットを用いた成形品およびその製造方法

Info

Publication number: JP3641237B2
Application number: JP2001391351A
Authority: JP
Inventors: 徹水上
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Current assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003183411A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスマスターバッチペレットを用いた成形品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、連続したガラス繊維を引き抜きながら熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂としてガラス繊維に溶融含浸させ、これを適当な長さに切断したガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが知られている。該ガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、該ペレット中に存在する強化ガラス繊維が長い状態で存在するために、該ペレットを射出成形などにより成形すると高強度の成形品が得られる。このようなガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットとしては、溶融含浸させるマトリックス樹脂の粘度を高くしたり、低くしたりすることにより、マトリックス樹脂の含浸性を向上させ、成形品の機械的強度を向上させたりすることが知られている。
【０００３】
例えば、特開平６−２４６７４０号公報には、ガラス繊維の含有量を３〜６７ｖｏｌ％、ペレットの長さ３〜８ｍｍ、ペレットの直径１．７〜５ｍｍであり、直径：長さの比が１．４〜１．６６としたガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが知られている。また、特開平１１−２９１２４１号公報では、平均径が１ｍｍ以下であり、長さが３〜１００ｍｍのペレットを射出成形用に用いることで、ペレットに柔軟性があり、射出成形時の残存ガラス繊維長を長く残すことが知られている。
【０００４】
さらに、近年前記ガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを高ガラス繊維含有率にして、これをガラスマスターバッチ（以下、ＧＭＢという）とし、これに他のバージン樹脂を加えて使用することで、高強度でしかも安価に成形品を得ることが可能なために、上記ＧＭＢが成形用材料として採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記高ガラス繊維含有率のガラス繊維強化熱可塑性樹脂ペレットをＧＭＢとして使用したものは、そのガラス繊維量の多さのため、バージン樹脂と混合した場合、ガラス繊維が多い部分と、ガラス繊維がないバージン樹脂とを混合するために、射出成形した際にガラス繊維が成形品中に均一に分散しないという問題があった。このガラス繊維の分散性の低下は、成形品にねじれやそりを生じさせる原因となり、このねじれやそりは特に肉厚の薄い成形品に発生し易い。
【０００６】
そのために、より細いガラス繊維を使用した前述の特開平１１−２９１２４１号公報に記載のＧＭＢを用いることで、成形品中のガラス繊維の残存繊維長が長く残り、ガラス繊維含有率の高いＧＭＢが希釈樹脂中に均一に分散しやすいため、高強度の成形品が得られるものの、前記ＧＭＢを作成するにはガラス繊維の径が細いためにガラス繊維の形態に制約を受ける点や、太い径のＧＭＢを生産するのに比べて一回の生産量が低く生産効率に劣る。また、前記ＧＭＢはその径に比べて長さが長く、細長いＧＭＢであるため、ＧＭＢ同士の絡み合いが生じる場合があり、射出成形機のホッパーでＧＭＢがブリッジを発生させる場合があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、生産性に優れたＧＭＢを提供し、ＧＭＢと希釈樹脂である熱可塑性樹脂を混合して射出成形をする際に、ホッパーなどにおいてブリッジが生じず、成形性に優れるうえに、得られる成形品にはねじれやそりを生じないＧＭＢおよびそれを用いた成形品を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、ガラス繊維と熱可塑性樹脂とからなるペレットであり、ペレットとほぼ同一長のガラス繊維がペレットの長手方向に実質的に配置されたガラスマスターバッチ（ＧＭＢ）ペレットにおいて、前記ＧＭＢペレットのガラス繊維含有量が２５〜５０ｖｏｌ％であり、該ＧＭＢペレットの径Ｄが１．０〜２．０ｍｍであり、長さＬが３〜１２ｍｍであり、Ｄ／Ｌが０．０４〜０．４０であるＧＭＢペレットと、該ＧＭＢペレットを構成している樹脂と実質的に同種の樹脂とによって得られるガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、そのガラス繊維含有量が１．８〜２０．０ｖｏｌ％であり、平均肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品、好ましくはトレイである上記成形品を提供する。
【０００９】
上記ＧＭＢペレットにおけるガラス繊維の径は９〜１７μｍであること；前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン樹脂またはグラフト化ポリプロピレン樹脂であること；および前記ポリプロピレン樹脂またはグラフト化ポリプロピレン樹脂のメルトフローレイトが３０〜２００ｇ／１０分であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、ガラス繊維と熱可塑性樹脂とからなるペレットであり、ペレットとほぼ同一長のガラス繊維がペレットの長手方向に実質的に配置されたＧＭＢペレットにおいて、前記ＧＭＢペレットのガラス繊維含有量が２５〜５０ｖｏｌ％であり、該ＧＭＢペレットの径Ｄが１．０〜２．０ｍｍであり、長さＬが３〜１２ｍｍであり、Ｄ／Ｌが０．０４〜０．４０であるＧＭＢペレットに、該ＧＭＢペレットを構成している樹脂と実質的に同種の樹脂からなる希釈樹脂を混合および混練して、そのガラス繊維含有量が１．８〜２０．０ｖｏｌ％とし、平均肉厚が３ｍｍ以下に射出成形することを特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品、好ましくはトレイの製造方法を提供する。
【００１２】
以上の本発明により、ＧＭＢペレットを熱可塑性樹脂と組み合わせて成形した場合、得られる成形品はガラス繊維の分散性に優れ、よじれやそりが生じないものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
本発明のＧＭＢペレットは、ガラス繊維を一方向に引き揃えて、該ガラス繊維中に熱可塑性樹脂を溶融含浸または被覆させて得られるものであり、上記ガラス繊維はペレットとほぼ同一長でかつガラス繊維がペレットの長手方向に実質的に配置されているＧＭＢペレットである。
【００１４】
本発明のＧＭＢペレットにおいて使用するガラス繊維の径は特に限定はしないが９〜１７μｍであることが好ましい。ガラス繊維の径が９μｍ未満であると同一のガラス繊維含有率とした場合、ガラス繊維の表面積が大きくなり、一方、ガラス繊維の径が１７μｍを越えると、得られる成形品の機械的物性が劣り好ましくない。
【００１５】
本発明のＧＭＢペレット中のガラス繊維含有率は、２５〜５０ｖｏｌ％であり、２５〜４５ｖｏｌ％であることがより好ましい。前記ガラス繊維含有率が２５ｖｏｌ％未満であると、ＧＭＢとしてのメリットが希薄となり、一方、前記ガラス繊維含有率が５０ｖｏｌ％を越えると、成形品中のガラス繊維の分散性が劣り好ましくない。
【００１６】
本発明のＧＭＢペレットに使用する熱可塑性樹脂としては、特に限定はなく一般に市販されている種々のものが使用可能である。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが挙げられる。
【００１７】
ガラス繊維に対する含浸性、コスト、物性の点からは、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂が本発明において好適であり、ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど；ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン１２、ＭＸＤナイロンなど；ポリエステル系樹脂としては、例えば、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などが挙げられ、これらの樹脂を用いることが本発明においては特に好ましい。これらの樹脂には着色剤、変性剤、酸化防止剤および耐紫外線剤などの添加剤や、炭酸カルシウム、タルク、マイカなどのフィラーを混合して用いても差し支えない。
【００１８】
前記熱可塑性樹脂のなかで、ポリプロピレン樹脂またはグラフト化ポリプロピレン樹脂を用いることが、成形品のコストパフォーマンスの点から好ましい。前記ポリプロピレン樹脂またはグラフト化ポリプロピレン樹脂は、メルトフローレイトが３０〜２００ｇ／１０分であることが好ましく、さらに６０〜１５０ｇ／１０分であることがより好ましい。メルトフローレイトが３０ｇ／１０分未満であるとガラス繊維に対する前記樹脂の含浸性および分散性が劣る場合があり、一方、メルトフローレイトが２００ｇ／１０分を越えると、前記樹脂が低分子量の樹脂となるために得られる成形品の機械的物性が劣る場合があり好ましくない。
【００１９】
上記ポリプロピレン樹脂は汎用のポリプロピレン樹脂でよく、グラフト化ポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂に重合性不飽和カルンボン酸化合物またはその誘導体をグラフト重合させるなどの方法で得られる。カルボン酸変性のために使用される不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としてはこれらの酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩などがあり、その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸グリシジル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸ジエチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、フマル酸ジメチルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイン酸ジアミド、フマル酸モノアミド、マレイミド、Ｎ−ブチルマレイミド、メタクリル酸ナトリウムなどを挙げることができる。
【００２０】
上記の不飽和カルボン酸化合物およびその誘導体のうち、好ましいのはアクリル酸およびメタクリル酸のグリシジルエステルおよび無水マレイン酸であり、グラフト化ポリプロピレン樹脂は、その０．１〜４０質量％が、上記の如き不飽和カルボン酸化合物またはその誘導体からなるグラフト鎖であることが好ましく、特にこれらのグラフト鎖が０．１〜１０質量％であることが好ましい。
【００２１】
上記本発明のＧＭＢペレットを作製する方法は、ガラス繊維を集束してなるガラス繊維ストランドを溶融樹脂含浸槽に送り込み、溶融含浸法により樹脂をガラス繊維ストランド中に含浸させた後、１本または複数本のガラス繊維ストランドを１個のノズルにより引き抜いた後、切断してＧＭＢペレットを得る方法が好ましい。
【００２２】
本発明のＧＭＢペレットの長さは、３〜１２ｍｍであることが必要であり、６〜１０ｍｍであることがより好ましい。前記ＧＭＢペレット長が３ｍｍ未満の場合には、マトリックス樹脂を溶融含浸させた後に含浸物をカットする時のペレット割れや成形品中で残存ガラス繊維が短く、得られる成形品の機械的物性が劣るために好ましくない。一方、溶融含浸物の切断長が１２ｍｍを超える場合は、通常の成形機にＧＭＢペレットを投入する際、ＧＭＢペレットがブリッジを組みやすく取扱い性が劣り、また、成形時の流動性が劣るので、得られる成形品中のガラス繊維の分散性が劣り、成形品のねじれやそりの発現が生じるため好ましくない。なお、本発明のＧＭＢペレットは連続ガラス繊維ストランドに熱可塑性樹脂を含浸させて切断したものであるため、ＧＭＢペレット中のガラス繊維の長さは、ＧＭＢペレットの長さとほぼ等しいものである。
【００２３】
本発明のＧＭＢペレットの径は、１．０〜２．０ｍｍであることが重要であり、１．０〜１．７ｍｍであることがより好ましい。前記ＧＭＢペレットの径が１．０ｍｍ未満であると、ＧＭＢペレットの生産性が劣り好ましくなく、一方、前記ＧＭＢペレットの径が２．０ｍｍを越えると希釈樹脂を加えてＧＭＢペレットを希釈して成形した場合に、得られる成形品中のガラス繊維の分散性が劣り、成形品にねじれやそりが発現し好ましくない。
【００２４】
さらに、本発明のＧＭＢペレットの径をＤ、長さをＬとした時のＤ／Ｌが０．０４〜０．４０であることが重要であり、Ｄ／Ｌが０．０５〜０．３０であることがより好ましい。この長さと径を特定比率にすることにより、ＧＭＢペレットと希釈樹脂とのブレンド時のＧＭＢペレットの分散性に優れるとともに、成形機内において、ＧＭＢペレットの溶融分散が進むため、成形品にした場合、ガラス繊維の均一な分散性に優れ、成形品におけるねじれやそりが低減される。
【００２５】
本発明のＧＭＢペレットを用いた成形品の製造方法は、該ＧＭＢペレットに希釈樹脂を加えて射出成形する方法であり、所望の形状および強度を有し、ねじれやそりの少ない成形品を得ることが可能となる。射出成形方法および射出成形装置は従来公知の方法および装置でよい。
【００２６】
前記希釈樹脂（バージン樹脂）とは、通常用いられるガラス繊維を実質上含まない熱可塑性樹脂単体をいい、前述したＧＭＢペレットの構成樹脂で挙げたものと同様な熱可塑性樹脂を用いることができ、ＧＭＢペレットを構成している樹脂と実質的に同種の樹脂を用いることが好ましい。実質的に同種の樹脂とは、樹脂の主たる骨格が同種のものを指し、例えば、ポリプロピレン樹脂とグラフト化ポリプロピレン樹脂のようなものであって、この場合、ＧＭＢペレットのマトリックス樹脂としてグラフト化ポリプロピレン樹脂を用いて、希釈樹脂としてポリプロピレン樹脂を用いることが可能である。希釈樹脂の使用量は、目的の成形品の強度によって適宜採用することができるが、成形品のガラス繊維含有量が１．８〜２０．０ｖｏｌ％となるように調整することが好ましい。
【００２７】
前記ＧＭＢペレットと前記希釈樹脂とを混合することにより本発明のブレンド物を得ることができる。ブレンド物中のガラス繊維濃度は上記と同様に１．８〜２０．０ｖｏｌ％となるように調整することが好ましい。ブレンドの方法は従来公知の方法でよい。該ブレンド物を射出成形することによって得られる成形品は、ガラス繊維の分散性が良好であり、ねじれやそりがないものである。成形品の平均肉厚は３ｍｍ以下であることが好ましい。平均肉厚が３ｍｍ以下のものとしては、種々の成形品が挙げられるが、成形品をトレイとした場合にそりやねじれがなく、成形品を平板上に載せたときに、成形品に変形が確認されずに、がたつきがなく、また、トレイを重ねても良好に積み上げることが可能となる。
【００２８】
【実施例】
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
径１３μｍのガラス繊維を６００本集束したガラス繊維ストランドを４本引き揃え、メルトフローレイト１２０ｇ／１０分のグラフト化ポリプロピレン樹脂を２６０℃にて溶融した含浸浴中において、上記ガラス繊維ストランドを直径１．３ｍｍのノズルから引き抜き、冷却後長さ１０ｍｍに切断して、直径（Ｄ）１．３ｍｍ、長さ（Ｌ）１０ｍｍ、Ｄ／Ｌ＝０．１３、ガラス繊維含有率３５ｖｏｌ％の本発明のＧＭＢペレットを得た。このＧＭＢペレットと、カラーマスタバッチおよび希釈ポリプロピレン樹脂をブレンドし、成形品中のガラス繊維含有量を８．５ｖｏｌ％となるようにブレンド物を得た。なお、上記のグラフト化ポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂に無水マレイン酸をポリプロピレン樹脂１００質量部当たり０．２４質量部グラグト重合させた樹脂である。
【００２９】
上記で得られたブレンド物を射出成形機に投入し、４００ｍｍ×５００ｍｍで、厚さ２．５ｍｍのトレイを成形した。この際、成形機のホッパーにおいてブレンド物のブリッジは発生しなかった。成形機金型のゲート位置は中央の１点ゲートとした。得られた成形品を平らな板面に置いたところ、得られた成形品には、がたつきがなく、ゆがみや、ねじれやそりは観察されなかった。
【００３０】
（比較例１）
径１３μｍのガラス繊維を６００本集束したガラス繊維ストランドを１５本引き揃え、メルトフローレイト１２０ｇ／１０分のグラフト化ポリプロピレン樹脂（実施例１と同じ）を２６０℃で溶融した含浸浴中において、上記ガラス繊維ストランドを直径２．５ｍｍのノズルから引き抜き、冷却後長さ１０ｍｍに切断して、直径（Ｄ）２．５ｍｍ、長さ（Ｌ）１０ｍｍ、Ｄ／Ｌ＝０．２５、ガラス繊維含有率３５ｖｏｌ％の比較例のＧＭＢペレットを得た。得られたＧＭＢペレットと、実施例１と同様にブレンド物を調製し、同様に射出成形してトレイの成形品を得た。この際、成形機のホッパーにおいてブレンド物のブリッジは発生しなかった。さらに実施例１と同様に得られた成形品を平らな板面に置いたところ、ねじれがあり、板面から成形品のコーナー部の浮き出しが観察された。
【００３１】
（実施例２〜５および比較例２〜５）
実施例１における各種条件を下記表１の通りとした以外は実施例１と同様にして成形品を得た。この際におけるブレンド物のホッパーにおけるブリッジの発生、成形品の変形を調べたところ、下記表２の結果が得られた。
【００３２】

なお、実施例１、３、４、５、比較例１および３は生産性が良好であったが、比較例２は生産性が劣るものであった。
【００３３】

◎：優れる。 ○：良好。 ×：不良。
【００３４】
【発明の効果】
以上の如き本発明によれば、ＧＭＢと熱可塑性樹脂を混合して射出成形をする際に、ホッパーなどにおいてブリッジが生じず、成形性に優れるうえに、得られる成形品がねじれやそりを生じないＧＭＢを生産性良く提供することができる。

Claims

ガラス繊維と熱可塑性樹脂とからなるペレットであり、ペレットとほぼ同一長のガラス繊維がペレットの長手方向に実質的に配置されたガラスマスターバッチペレットにおいて、前記ガラスマスターバッチペレットのガラス繊維含有量が２５〜５０ｖｏｌ％であり、該ガラスマスターバッチペレットの径Ｄが１．０〜２．０ｍｍであり、長さＬが３〜１２ｍｍであり、Ｄ／Ｌが０．０４〜０．４０であるガラスマスターバッチペレットと、該ガラスマスターバッチペレットを構成している樹脂と実質的に同種の樹脂とによって得られるガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、そのガラス繊維含有量が１．８〜２０．０ｖｏｌ％であり、平均肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
トレイである請求項１に記載のガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
前記ガラス繊維の径が９〜１７μｍである請求項１に記載のガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン樹脂またはグラフト化ポリプロピレン樹脂である請求項１に記載のガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
前記ポリプロピレン樹脂またはグラフト化ポリプロピレン樹脂のメルトフローレイトが３０〜２００ｇ／１０分である請求項４に記載のガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
ガラス繊維と熱可塑性樹脂とからなるペレットであり、ペレットとほぼ同一長のガラス繊維がペレットの長手方向に実質的に配置されたガラスマスターバッチペレットにおいて、前記ガラスマスターバッチペレットのガラス繊維含有量が２５〜５０ｖｏｌ％であり、該ガラスマスターバッチペレットの径Ｄが１．０〜２．０ｍｍであり、長さＬが３〜１２ｍｍであり、Ｄ／Ｌが０．０４〜０．４０であるガラスマスターバッチペレットに、該ガラスマスターバッチペレットを構成している樹脂と実質的に同種の樹脂からなる希釈樹脂を混合および混練して、そのガラス繊維含有量が１．８〜２０．０ｖｏｌ％とし、平均肉厚が３ｍｍ以下に射出成形することを特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
成形品がトレイである請求項６に記載のガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。