JP3755457B2 - 繊維強化成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化用繊維で強化された樹脂からなる繊維強化成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス繊維や炭素繊維で強化された樹脂（以下「繊維強化樹脂」という）は強度や耐熱性に優れることから、自動車部品等に使用される材料としては重要な工業材料である。しかし、衝撃強度が十分でない場合があり、それらの点につき改良方法が検討されている。衝撃強度の改良方法としては、２〜５０ｍｍ程度の長繊維を含有する繊維強化樹脂を用いて成形し、成形品中の繊維の長さを長く保つことにより、衝撃強度を高める方法が知られている。但し、このような長繊維を含有する繊維強化樹脂を用いる場合にも、成形の間に繊維が折損しやすいので繊維の長さが短くなってしまい、効果が高まらないことがあった。繊維の長さを長く残す方法として、最も有効な手段は、ペレットを可塑化する工程で繊維の折損を極力抑制することであり、スクリュの圧縮比や溝深さを特別に設計したスクリュを用いることで、効果が得られている（特開平８−１５６０５５号公報）。また、ノズル径を一定値以上にする方法も公開されている（特開平２−２９２００９号公報）。
上に示したスクリュ形状による改良は、製品内に繊維を長く残す方法として効果的であるものの、汎用性に欠け、通常の射出成形機に用いられているスクリュとは別に製作する必要がありコスト増になる欠点を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、長繊維を含有する繊維強化樹脂専用に設計されたスクリュウに限定されることなく、汎用性の高い一般の射出成形用スクリュウを用いても、製品内に繊維を長く残す繊維強化成形品の製造方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、繊維強化樹脂を用いて射出成形品を製造するに際し、シリンダー内で可塑化し計量した樹脂量の５０％未満の量の樹脂を金型内に射出し、成形する繊維強化成形品の製造方法により、前記課題を解決するものである。
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる繊維強化樹脂は強化用繊維を含有する熱可塑性樹脂である。かかる熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリアミド系熱可塑性樹脂、またはポリエステル系熱可塑性樹脂、あるいはこれらの２種類以上の樹脂の混合物が好ましい。
【０００６】
前記ポリオレフィン系熱可塑性樹脂としては、例えば、プロピレン単独重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体等のポリプロピレン系熱可塑性樹脂；高密度ポリエチレン等のポリエチレン系熱可塑性樹脂；ポリ（１−ブテン）系熱可塑性樹脂；ポリ（３−メチル−１−ブテン）系熱可塑性樹脂；ポリ（４−メチル−１−ペンテン）系熱可塑性樹脂；またはこれらの混合物等を採用できる。
前記ポリアミド系熱可塑性樹脂としては、ポリアミド−６、ポリアミド−１１、ポリアミド−１２、ポリアミド−４，６、ポリアミド−６，６、ポリアミド−６，１０、ポリアミド−６，１２、またはこれらのアロイ化樹脂等を採用できる。
前記ポリエステル系熱可塑性樹脂としては、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、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、またはこれらのアロイ化樹脂等を採用できる。
【０００７】
上記熱可塑性樹脂は、単独で用いることも出来るが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。このような熱可塑性樹脂のうち、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂が好適な成形体を得るのに好ましい。ポリオレフィン系熱可塑性樹脂としては非晶性または結晶性のポリオレフィン系熱可塑性樹脂を用いることが出来るが、好ましくは結晶性のポリオレフィン系熱可塑性樹脂である。
中でもポリプロピレン系熱可塑性樹脂が好ましく、さらにはポリプロピレン単独重合体、プロピレンとエチレンおよび／または炭素原子数４〜１０のα−オレフィンとのブロック共重合体もしくはランダム共重合体、またはこれらの混合物が好ましい。ポリプロピレン系熱可塑性樹脂には、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性された不飽和カルボン酸類変性ポリオレフィン（典型的には無水マレイン酸変性ポリプロピレン）を含有させて用いると、強化用繊維と熱可塑性樹脂との接着性を向上でき、さらなる優れた強度を確保できる。なお、不飽和カルボン酸類変性ポリオレフィンの含有量は、０．０１〜５０重量％が好ましい。
【０００８】
また、本発明で用いられる熱可塑性樹脂には、必要に応じて各種添加剤や充填剤、例えば酸化防止剤、防曇剤、帯電防止剤、造核剤、紫外線吸収剤、顔料などを含ませることができる。
【０００９】
本発明で用いられる繊維強化樹脂は強化用繊維を含有する熱可塑性樹脂である。強化用繊維の含有率として好ましくは５〜６０重量％である。強化用繊維の含有率が少なすぎると、高温時の強度、剛性または耐久性が十分でないことがあり、また、強化用繊維の含有率が多すぎると、成形性が悪くなるとともに外観が不良になることがあり、また重量が増加するため軽量化を充分に達成できなくなることがある。この強化用繊維の含有率はより好ましくは１５〜５０重量％であり、さらに好ましくは２０〜４５重量％である。
【００１０】
繊維強化樹脂としては、長い強化用繊維の束を引き抜きながら溶融した熱可塑性樹脂をそれに含侵させたのち冷却し、２〜５０ｍｍの長さに切断して得られ、強化用繊維長と実質的に等しい長さのペレット長を有する長繊維強化樹脂が好ましい。この方法で得られる長繊維強化樹脂は、含まれる強化用樹脂の長さが長く、また射出成形に好適に用いられる。
【００１１】
強化用繊維としてはガラス繊維が好ましく用いられ、Ｅガラス（Electrical glass）、Ｓガラス（High strength glass）、Ｃガラス（Chemical glass）、Ａガラス（Alkali glass）および耐アルカリガラス等のガラスを溶融紡糸して得られるガラスフィラメントの束をコイル状に巻き取ったいわゆるガラスロービングの形態のものを、バー、ロール、ダイス等で開繊させながら、加熱溶融した熱可塑性樹脂中を通過させてガラスロービングに熱可塑性樹脂を含侵させ、冷却して熱可塑性樹脂を固化させたのち、２〜５０ｍｍの長さに切断して得られ、ガラス繊維長とペレット長とが実質的に等しい長さであるガラス長繊維強化樹脂がさらに好ましい。
該ガラス長繊維強化樹脂のガラス繊維長（ペレット長）としてより好ましくは３〜２０ｍｍであり、さらに好ましくは６〜１５ｍｍである。
【００１２】
ここで用いられるガラスフィラメントの繊維径は３〜４０μｍが好ましい。該繊維径が小さすぎると、ガラス繊維の重量に比して数量が多くなり樹脂の含侵が困難になり易く、大きすぎると、得られる成形品の表面外観が悪化しやすい。該繊維径としてさらに好ましくは８〜２０μｍである。
該ガラスロービングはかかるガラスフィラメント１０００〜１００００本からなることが好ましく、２０００〜６０００本からなることがさらに好ましい。
ガラスフィラメントはカップリング剤を含む表面処理剤で表面処理されていることが好ましい。該カップリング剤としては、アミノシラン、エポキシシラン、アミドシラン、アジドシラン、アクリルシランのようなシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、およびこれらの混合物が利用される。これらのうち、アミノシランまたはエポキシシランが好ましく、アミノシランがさらに好ましい。
【００１３】
また、所望の強化用繊維の含有率を得るために、上記繊維強化樹脂に含まれる熱可塑性樹脂と同種の熱可塑性樹脂をブレンドすることで、強化用繊維濃度を希釈して使用することも可能である。
【００１４】
上記に示した繊維強化樹脂を成形するに際し、成形機および金型に特に制限は無いが、繊維を長く残す効果を大きくするためには、ノズル径が６ｍｍ以上の成形機を用いることが好ましく、またキャビティに供給するホットランナーや、コールドスプルーの径およびゲートの大きさは大きいほど好ましい。
【００１５】
繊維強化樹脂の可塑化工程での強化用繊維の折損をすくなくするため、計量に要する経路を短縮することにより、折損を防ぐことができることから、キャビティに供給する樹脂量より多い量を可塑化し計量した状態で、その樹脂量のＸ％未満の量（Ｘは５０％が好ましく、３０％が更に好ましい）の樹脂を金型内に供給し、成形することで、強化用繊維の折損を少なくすることが可能になる。
【００１６】
【実施例】
以下実施例により説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
材料：ガラス長繊維強化ポリプロピレン（互いに並行に配列されたガラス繊維を含有するプロピレン単独重合体のペレット（住友化学工業（株）製スミストラン、ガラス繊維含有率４０％、ペレット長９ｍｍ、ガラス繊維長９ｍｍ）を用いた。
成形機：ＪＳＷ１５０E（（株）日本製鋼所製）
スクリュウ：汎用射出成形用スクリュウ Ｌ／Ｄ＝２０
金型：テストピース金型、該成形機での充填に要する最小計量値＝６５ｍ。キャビティ形状を図１に示す。
金型温度：５０℃設定
ガラス繊維長：上記金型キャビティに含まれる引張りダンベル成形品（外形：２２０×１９．２×３．２ｍｍ）の平行部を切出し、重量平均繊維長を測定した。Ｉｚｏｄ衝撃強度：該金型で成形した６５×１３．１×６．４ｍｍの試験片をＪＩＳ Ｋ ７１１０の測定法に基づき測定し、５つの成形品の平均値を求めた。
【００１７】
［実施例１］
ノズル径８ｍｍにした上記成形機を用い、成形温度が２５０℃になるように、バレル温度を設定し、該樹脂をホッパーに投入後、計量値を１８５ｍｍ、Ｖ／Ｐ切替位置を１２０ｍｍに設定し金型内に射出成形したところ、クッション量は１１６ｍｍであった。
この成形に要した樹脂量は、計量値の３７％（＝１００×（１８５−１１６）／１８５）である。
この成形を５ショット連続で行なった後、６ショット目から１０ショット目のの製品を取り出した。製品内の残存繊維長を測定したところ、３．２ｍｍであり、そのＩｚｏｄ衝撃強度は２７ＫＪ／ｍ²であった。
【００１８】
［比較例１］
計量値を７０ｍｍ、Ｖ／Ｐ切替位置を５ｍｍに設定した以外は実施例１と同様に射出成形した。クッション量は２ｍｍであった。
この成形に要した樹脂量は、計量値の９７％（＝１００×（７０−２）／７０）である。
実施例１と同様に成形品を取り出し測定したところ、残存繊維長は３．０ｍｍであり、そのＩｚｏｄ衝撃強度は２２ＫＪ／ｍ²であった。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、長繊維を含有する繊維強化樹脂専用に設計されたスクリュウに限定されることなく、汎用性の高い一般の射出成形用スクリュウを用いても、製品内に長繊維を長く残す繊維強化成形品の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例で用いたテストピース金型のキャビティ形状を示す図面である。

Claims (2)

1. 繊維強化樹脂を用いて射出成形品を製造するに際し、シリンダー内で可塑化し計量した樹脂量の５０％未満の量の樹脂を金型内に射出し、成形する繊維強化成形品の製造方法。
2. 繊維強化樹脂が、ガラス長繊維強化樹脂である請求項１記載の繊維強化成形品の製造方法。

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