JP4278233B2 - Extrusion molding method and extruded product of fiber-containing thermoplastic resin - Google Patents
Extrusion molding method and extruded product of fiber-containing thermoplastic resin Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス繊維などの繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法および押出成形品に関し、詳しくは外観、強度、剛性、二次加工適性にすぐれた軽量な押出成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱可塑性樹脂は自動車部品、家庭電化製品、ＯＡ分野、容器、家具、建築、住宅設備、土木用部材、雑貨等の樹脂成形品として広く利用されている。これらの樹脂成形品は、生産性などの点から主として射出成形により成形されている。中でも、ガラス繊維等の繊維を含有させることで強化された繊維強化樹脂成形品はすぐれた特性により使用されてきている。
【０００３】
しかしながら、射出成形では、長尺成形品を製造することができないこと、連続的に成形できないことなど、成形品の形態によっては、押出成形方法の採用が好ましい場合がある。特に、建材や土木などの分野では、ガラス繊維などの繊維強化熱可塑性樹脂の板状、棒状、異型の成形品が押出成形方法により成形されている。
【０００４】
これらの繊維強化熱可塑性樹脂押出成形品は、高強度、高剛性、耐熱性を有するすぐれた成形品として各種分野で利用されている。しかしながら、高強度、高剛性の成形品を得るために使用される繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維が一般的であり、比重が重く、近時の成形品の軽量化に対応できない問題点がある。
【０００５】
このため、繊維含有押出成形品の軽量化成形方法としては、大きく二つの方法が提案されている。まず第一の方法は、中空構造の採用である。すなわち▲１▼特開平４−３０９６６６号公報には、平均繊維長が０．５〜１５ｍｍのガラス繊維４０〜８０重量％とを含む熱可塑性樹脂からなり特定寸法の四角筒状の端太材が提案されている。しかしこの方法では、成形品表面にガラス繊維が浮き上がり易く、成形品外観が損なわれる場合があり、端太材としては特に問題はないものの、他の用途への展開に問題となる場合がある。
【０００６】
これを改良するものとして、▲２▼特開平１０−３２３８７８号公報には、ガラス繊維ロービングに熱可塑性樹脂を含浸させた後に引抜成形し、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の長さに切断することによって製造された円柱状のガラス繊維強化熱可塑性樹脂を用いて芯材層（中空体）を形成し、被覆層をガラス繊維状強化材を含まない熱可塑性樹脂で形成し、被覆層を０．５ｍｍ以上とした異型押出成形品が提案されている。しかしながら、この異型押出成形品は、外観は改良されるものの、成形に二台の押出成形機を必要とするとともに、中空構造により軽量化は達成されるものの、重量当たりの強度、剛性の点で十分でない場合がある。さらに板状の成形品を得ることが困難であるとともに、鋸引き、釘打ちなどの二次加工が困難であるなどの問題点もある。
【０００７】
つぎに、第二の方法は、押出成形品全体の見かけ密度を低下させて軽量化しようとする成形方法である。すなわち▲３▼特開昭５７−８２０２５号公報には、熱可塑性樹脂粉末又は粒状体に、長さ１２μ以下に切断されたガラス繊維と発泡剤を加え、ガラス繊維の破損を抑制した条件で成形し、発泡させた押出成形繊維強化低発泡板が開示され、比重０．５の板が実施例として示されている。
【０００８】
また、▲４▼特開昭５６−１６１１２６号公報には、同じく熱可塑性樹脂、ガラス繊維、発泡剤からなる溶融樹脂を押出し、一旦広い空隙を通過させて発泡した後、押出方向に向けて断面積が漸次減少し、軟化温度以下の壁体を有する空隙を通過させて繊維を配向させた、曲げ強度に強い板状体が開示されている。さらに、▲５▼特開平４−１１０１２９号公報には、▲４▼において、エチレン含有量が３〜１５重量％、メルトフローレートが０．３〜３ｇ／１０分のプロピレン−エチレン共重合体を用いるポリプロピレン発泡体の押出成形法が開示されている。
【０００９】
これら▲４▼、▲５▼の押出成形方法は、共に短繊維補強剤と発泡剤を用いるものであり、繊維の補強効果が小さく、また、発泡倍率に限界があるとともに、発泡剤からのガスが成形品表面の外観を悪くする恐れがある。
つぎに、▲６▼特公平３−３８９７１号公報には、少なくとも５ｍｍの長さの繊維と熱可塑性樹脂をダイの直径がダイの長さよりも大であるダイを通して押出し、膨張発泡させ、繊維が不規則に分散せしめられた開放繊維構造物となし、この構造物を熱可塑性樹脂が流体の状態にある間に、表面スキンが団結状態となるまで圧縮して造形品とする成形方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、この成形方法は、溶融状態の発泡中間体は押出成形であるが、二次的に圧縮成形するものであり、最終成形品を押出成形で行うことは具体的に開示されていない。しかも、この成形品は、成形品中の繊維の配向による方向性を少なくするためのものであり、軽量化を意図したものではない。なお、明細書中では、「造形物のコア部分は依然として発泡状態にあってもよいことを指示している。」と記載されている。しかし、スキン層を形成するためには、圧縮が必須であり、圧縮力によって内部発泡部分も圧縮されることになり、圧縮と内部発泡部分の維持確保は相反するものであり、実質的な軽量化は極めて困難である。
【００１１】
さらに、ガラス繊維含有溶融熱可塑性樹脂が、ダイから押出されて膨張した時点で、含有するガラス繊維が膨張中間溶融物の表面に浮き出し、これを圧縮したとしても、この悪い状態のまま冷却固化することになり、良好な外観の成形品は得られない。いずれにしても、前記押出成形方法では、強度、剛性、耐熱性などの物性を高いレベルに維持し、軽量化するとともに、外観にすぐれた押出成形品を安価、効率的に製造することができるまでには至っていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強度、剛性、軽量化、特に重量当たりの物性にすぐれ、外観が良好であるとともに、軽量化の範囲の制御も容易で、生産性の高い繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法および押出成形品を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような状況下において、溶融膨張性を有する熱可塑性樹脂の押出成形方法について鋭意研究を重ねた。その結果、溶融膨張性を有する繊維含有熱可塑性樹脂を特定構造を有する押出成形ダイを用いて押出し、その後膨張する場合に、外観と軽量化が共に満足され、物性的にもすぐた押出成形品が得られることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１４】
すなわち、本発明は、（１）溶融膨張性を有する繊維含有熱可塑性樹脂を環状溶融樹脂流路を有する押出成形ダイより押出、膨張する繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法であって、溶融膨張性を有する繊維含有熱可塑性樹脂が、発泡剤と、全長が３〜１００ｍｍであり、この全長と等しい長さを有し、互いに平行に配列された状態にある繊維を２０〜８５重量％含有する繊維含有熱可塑性樹脂ペレットと他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の１５〜７０重量％とされたものと、を含有して可塑化、溶融し、押出後、押出外周表面をサイジングダイにより冷却しながら膨張し、繊維含有率が１５〜７０重量％、平均繊維長が１〜３０ｍｍ、見かけ密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ 3 である押出成形品を得ることを特徴とする繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法。
（２）前記繊維含有熱可塑性樹脂ペレットは、熱可塑性樹脂が含浸された長尺繊維束を繊維の長手方向に沿って切断されたものである上記（１）記載の押出成形方法。
【００１５】
（３）押出がスクリュー押出成形機を用いてなされ、スクリューの圧縮比が３以下である上記（１）または（２）に記載の押出成形方法。
（４）前記スクリューの圧縮比は、１．７〜３である上記（３）に記載の押出成形方法。
（５）前記押出成形ダイは、四角形環状であり、前記サイジングダイは、前記押出成形ダイの四角形環状と同一の四角形である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の押出成形方法。
（６）押出後の樹脂にガスを注入する上記（１）〜（５）のいずれかに記載の押出成形方法。
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の押出成形方法で得られた押出成形品。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本願発明の繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法および押出成形品について、押出成形方法を基に説明する。本発明の繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法は、特定の成形樹脂原料、すなわち溶融膨張性を有する繊維含有熱可塑性樹脂を環状押出ダイ、すなわち、一般に中空部を有する成形品の製造に用いられる押出ダイから押し出す。ついで、溶融状態の繊維含有樹脂を膨張させることにより、全体としての見かけ密度の低い押出成形品を成形するものである。
【００１７】
好ましくは、繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法において、溶融膨張性の繊維含有熱可塑性樹脂を用い、押出成形品の賦形、すなわち表面の冷却による緻密化賦形と内部の膨張による低密度化を分離することにより、外観と軽量化を同時に満足する押出成形品を成形するものである。
本発明の押出成形方法に用いる成形原料は、溶融膨張性を有すること、すなわち、溶融押出後に膨張性を有することが必要であり、溶融押出時に含有する繊維の絡み合いの開放による復元性により膨張するものである。したがって、成形原料としては、あるレベルの繊維長以上の繊維を特定量含有する熱可塑性樹脂が用いられる。通常、繊維長が３〜１００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍ、繊維含有率が１５〜７０重量％、好ましくは２０〜６０重量％である繊維含有熱可塑性樹脂を用いる。
【００１８】
特に、繊維含有熱可塑性樹脂が全長が３〜１００mm、好ましくは５〜５０ｍｍであり、この全長と等しい長さを有し、互いに平行に配列された状態にある繊維を２０〜８５重量％含有する繊維含有熱可塑性樹脂ペレット単独、またはこのペレットと他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の１５〜７０重量％とされたものである成形原料を用いることが好ましい。ここで、他のペレットとしては、通常は同種の熱可塑性樹脂、またはこれに各種添加剤を含むものであるが、たとえばガラス繊維などを溶融混練して得られるガラス短繊維含有ペレットであってもよい。この好ましい成形原料ペレットの選択によって、溶融膨張性のすぐれた溶融混練押出樹脂を容易に得ることができる。
【００１９】
ここで、繊維含有熱可塑性樹脂中の繊維含有量が、１５重量％未満であると、溶融膨張性が不十分となるとともに、繊維による強度、剛性などの物性向上効果が期待できなくなる。また、７０重量％を超えると、溶融混練性、繊維の分散性が低下し、押出成形性、膨張性、成形品の外観、均質性などの品質の安定性が低下することになる場合がある。
【００２０】
本願発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、特に、制限はないが、例えば、ポリプロピレン、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、高密度ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ゴム変性ポリスチレン、シンジオタクチック構造を有するポリスチレンなどのポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ芳香族エーテルまたはチオエーテル系樹脂、ポリ芳香族エステル系樹脂、ポリスルホン系樹脂およびアクリレート系樹脂等を例示できる。ここで、上記熱可塑性樹脂は、単独で用いることがもできるが、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２１】
このような熱可塑性樹脂のうち、ポリプロピレン、プロピレンと他のオレフィンとのブロック共重合体、ランダム共重合体、あるいは、これらの混合物などのポリプロピレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、無水マレイン酸、フマル酸などの不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性された酸変性ポリオレフィン系樹脂を含有するポリプロピレン系樹脂が好適である。また、これら熱可塑性樹脂には、各種エラストマーなどの耐衝撃性改良剤、安定剤、帯電防止剤、耐候剤、光安定剤、着色剤、短繊維、タルク等の充填剤を必要に応じて加えることもできる。
【００２２】
つぎに、本願発明で用いられる、繊維としては、特に制限はなく、溶融混練押出時に膨張性を有する各種繊維から選択される。たとえは、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、銅繊維、黄銅繊維、鋼繊維、ステンレス繊維、アルミニウム繊維、アルミニウム合金繊維、チタン合金繊維などの金属繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チッ化ケイ素繊維、ジルコニア繊維などのセラミック繊維、アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリフエニレンサルファイド繊維、ポリサルホン繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などの有機繊維などを例示できる。なお、これらの繊維は、無機と有機など２種以上を併用することもできる。
【００２３】
これらの繊維としては、押出成形品に要求される特性、用途などにより適宜選定できる。中でも、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維などは強度、剛性、耐熱性にすぐれるとともに、長繊維であり、溶融樹脂の含浸引き抜き成形が容易であるため好ましい。特に、ガラス繊維が好ましく用いられる。
ここで、ガラス繊維としては、Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラスなどのガラス繊維であって、その平均繊維径が２５μｍ以下のもの、好ましくは３〜２０μｍの範囲のものが好ましく採用できる。ガラス繊維の径が３μｍ未満であると、溶融樹脂含浸引き抜き成形によるペレット製造時に、ガラス繊維が樹脂になじまず、樹脂を含浸するのが困難となる一方、２０μｍを超えると、外観が低下するとともに、繊維が流れ難くなり、溶融混練時に切断、欠損が起こりやすくなる。これらの熱可塑性樹脂およびガラス繊維を用い、引き抜き成形法等でペレットを製造するにあたり、ガラス繊維は、カップリング剤で表面処理した後、収束剤により、１００〜１００００本、好ましくは、１５０〜５０００本の範囲で束ねておくことが望ましい。
【００２４】
カップリング剤としては、いわゆるシラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤として従来からあるものの中から適宜選択することができる。例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のアミノシランやエポキシシランが採用できる。特に、前記アミノ系シラン化合物を採用するのが好ましい。
【００２５】
収束剤としては、例えば、ウレタン系、オレフィン系、アクリル系、ブタジエン系およびエポキシ系等が採用でき、これらのうち、ウレタン系およびオレフィ系が好ましく採用できる。これらのうち、ウレタン系収束剤は、通常、ジイソシアネート化合物と多価アルコールとの重付加反応により得られるポリイソシアネートを５０重量％以上の割合で含有するものであれば、油変性型、湿気硬化型およびブロック型等の一液タイプ、および、触媒硬化型およびポリオール硬化型等の二液タイプのいずれもが採用できる。一方、オレフィン系収束剤としては、不飽和カルボン酸、または、その誘導体で変性された変性ポリオレフィン系樹脂が採用できる。
【００２６】
上述のような収束剤で収束したガラス繊維に熱可塑性樹脂を付着・含浸させることにより、ガラス繊維を含有する樹脂ペレットが製造される。ガラス繊維に熱可塑性樹脂を付着・含浸させる方法としては、例えば、溶融樹脂の中に繊維束を通し、繊維に樹脂を含浸させる方法、コーティング用ダイに繊維束を通して含浸させる方法、あるいは、ダイで繊維の周りに付着した溶融樹脂を押し広げて繊維束に含浸させる方法等が採用できる。ここで、繊維束と樹脂とをよくなじませる、すなわち濡れ性を向上するために、内周に凹凸部が設けられたダイの内部に、張力が加えられた繊維束を通して引き抜くことで、溶融樹脂を繊維束に含浸させた後、さらに、この繊維束を加圧ローラでプレスする工程が組み込まれた引抜成形法も採用できる。なお、ガラス繊維と溶融樹脂とが互いによくなじむ、濡れ性のよいものであれば、溶融樹脂がガラス繊維に容易に含浸され、ペレットの製造が容易となるので、前述の収束剤で繊維を収束する工程は、省略できる場合がある。ここで、互いによくなじませる方法としては、樹脂に極性を付与したり、ガラス繊維の表面にカップリング剤と反応する官能基をグラフトしたりする方法が有効である。
【００２７】
以上のような方法で、樹脂が含浸された長尺繊維束（ストランド等）を、繊維の長手方向に沿って切断していけば、ペレットの全長と同じ長さの長繊維を含んだ樹脂ペレットを得ることができる。この際、樹脂ペレットとしては、繊維束がストランドにされ、その断面形状が略円形となった樹脂含有長尺繊維束を切断したものに限らず、繊維を平たく配列することにより、シート状、テープ状またはバンド状になった樹脂含有長尺繊維束を所定の長さに切断したものでもよい。
【００２８】
さらに、本願発明の押出成形方法に用いられる繊維含有熱可塑性樹脂成形原料としては、前記したように溶融樹脂含浸引き抜き成形により製造された、全長が３〜１００mmであり、この全長と等しい長さを有し、互いに平行に配列された状態にある繊維を２０〜８５重量％含有する繊維含有熱可塑性樹脂ペレットまたは前記ペレットと他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の１５〜７０重量％とされた原材料であることが好ましい。
【００２９】
繊維が互いに平行に配列された状態となって全体の２０〜８５重量％含有されたペレットを用いれば、ガラス繊維は溶融樹脂によつて含浸、被覆されているので、押出装置のスクリューで可塑化、溶融、混練を行っても、繊維の破断が起こりにくいとともに、また分散性も良好となる。これにより、押出ダイから押し出された後の繊維含有溶融熱可塑性樹脂のスプリングバック現象が良好になるとともに、最終成形品中に残存する繊維長が長くなり、物性の向上、表面外観が向上する。ここで、他のペレットとの混合物を用いれば、高濃度のガラス繊維含有ペレットの使用量が少なくて、経済的であるとともに、成形品中の繊維含有量の調整、溶融粘度の調整などができるメリットがある。
【００３０】
なお、本願発明では、溶融樹脂の膨張性は、含有するガラス繊維などの繊維の持つ絡み合いによるスプリングバック現象による復元力によるものである。しかし、膨張性の補完のために、少量、たとえば０．０１〜３重量％の発泡剤を含有させることができる。ここで、発泡剤としては特に制限はなく、熱によりガスを発生するものであればよく、化学発泡剤、物理発泡剤がある。たとえば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ベンゼンスルホヒドラジド、Ｎ，Ｎ−ジニトロペンタメチレンテトラミン、テレフタルアジドなどを例示できる。
【００３１】
以下に本願発明の押出成形方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の押出成形方法に用いられる押出成形装置の概念図を示す。図１において、１は押出成形機、２は第１原料供給口、３は第２原料供給口、４は押出ダイ、５はサイジングダイ、６は引き取り機、７は切断機をそれぞれ示す。図２は、図１の押出ダイのＸ−Ｘ線断面図、図３はサイジングダイのＹ−Ｙ線断面図を示す。図４は押出ダイの第１実施態様、図５は押出ダイの第２実施態様を示す。図２、３、４、５において、８は押出ダイシエル、９は押出ダイコア、１０はコア取り付け具、１１は溶融樹脂流路、１２は押出成形品を示す。
【００３２】
本発明の押出成形方法では、押出ダイ４を出た後の溶融樹脂が溶融膨張性を有するように、原料樹脂を原料供給口２または３、あるいは二つの供給口から供給する。ここで、複数の供給口から原料を供給する場合には、繊維含有樹脂を第２原料供給口３より供給することが、繊維の切断を抑制することができることから好ましい。また、押出機１としては、１軸押出成形機、２軸押出成形機など特に制限なく用いられる。しかしながら、スクリュー押出成形機を用いる場合には、スクリューの圧縮比の小さい、たとえば３以下、好ましくは２．５以下、より好ましくは２以下のスクリューを用いることが、ガラス繊維などの繊維の切断を抑制するために好ましい。また、スクリューの先端部分も混練を重視するダルメージタイプなどは避ける方が望ましい。
【００３３】
成形原料については、前記したところの、全長が３〜１００ｍｍであり、この全長と等しい長さを有し、互いに平行に配列された状態にある繊維を２０〜８５重量％含有する繊維含有熱可塑性樹脂ペレットを主原料とすることが好ましい。溶融混練された繊維含有熱可塑性樹脂は、押出ダイ４から押し出される。ここで押出ダイ４は、図２に示すように、押出ダイシエル８と押出ダイコア９により環状の樹脂流路１１が形成されている。ここで押出ダイシエル８の形状は、押出成形品の形状により任意であり、板状、波状、角状、円などとされる。また、押出ダイコア９は、通常は図２（Ａ）に示すように、押出ダイシエル８と略相似形とされる。
【００３４】
しかし、板状押出成形品のような比較的面積の広い場合には、図２（Ｂ）に示すように、押出ダイコア９として一般部９ａと凹部９ｂとからなる表面凹凸形状とすることもできる。図２（Ｂ）のような押出ダイコア９の形状とすることにより、膨張後の押出成形品１２は、図３（Ｂ）に示すように、通常の膨張による低密度部１２ａと外周部の緻密な押出表面部１２ｂとこの表面部を結合する比較的密度の高い１２ｃ部とからなる構造をとることになる。このことは、比較的密度の高い１２ｃ部がリブ構造としての機能を有し、押出成形品の強度、剛性をより高くすることを可能にする。
【００３５】
押出成形ダイ４の溶融樹脂流路１１と押出ダイコア９の断面積は、押出成形品の膨張倍率、すなわち押出成形品に要求される軽量化の程度によって適宜決定される。ここで膨張倍率は、およそ、サイジングダイの断面積／溶融樹脂流路の断面積となる。本発明の押出成形品の製造方法では、見かけ密度としては、０．２〜１．０ｇ／ｃｍ3 、好ましくは０．３〜０．８ｇ／ｃｍ3 となるように、原料繊維含有熱可塑性樹脂の密度を考慮して決定される。
【００３６】
押出ダイ４より押し出された膨張性の溶融樹脂は、サイジングダイ５へ導入され押出外周部より冷却されて、賦形されながら、引き取り機６により引き取られる。ついで、切断機７により、規定の長さに切断され押出成形品１２が得られる。ここでサイジングダイ５の形状は、押出ダイ４の溶融樹脂流路１１の外形に略類似の形状とされる。本発明の押出成形方法では、押出ダイ４から押し出された膨張性の溶融樹脂は、環状に押し出される。したがって、押し出された溶融樹脂は、押出ダイ４の出口形状とサイジングダイの形状が略同一であっても、溶融樹脂は溶融樹脂自体の有する膨張性によって、内側に自由膨張できる。
【００３７】
押出ダイ４から出た溶融樹脂は表面部から冷却賦形されるとともにスキン層を形成する。ここで、スキン層、すなわち緻密な外周層を確実に形成するためには、押出ダイ４の形状として、たとえば、図５に示すような押出ダイを用いることができる。すなわち、図５にあっては、押出ダイ４の押出ダイコア９を、押出ダイ４のダイシエル８の先端よりも前方に突出された場合である。この場合には、押出ダイ４とサイジングダイ５の間隔の調整によって、膨張性の溶融樹脂はサイジングダイ５に導入された時点で環状を維持しており、外部からの冷却賦形が確実に成された後、溶融状態で環状のまま移動し、押出ダイコア９を過ぎた位置から膨張が始まることになる。
【００３８】
なお、押出ダイ４から押し出された膨張性の溶融樹脂の、外方への膨張は、押出ダイとサイジングダイとの間隔の調整、連続的な引き取りにより抑制される。また、押出成形品の膨張倍率が比較的低い場合は、上記方法で十分軽量化した押出成形品が得られる。しかし、溶融膨張性、すなわち溶融樹脂中の繊維の含有量、繊維長、樹脂の粘度などによっては、膨張力が弱い場合で、より見かけ密度の低い押出成形品を得るためには、前記したところの発泡剤を補助的に添加する方法を採用できる。
【００３９】
また、本発明の押出成形方法では、膨張した成形品内部は、繊維が不均一に分散した空隙が連続した構造をとる。したがって、サイジングダイでの賦形時に膨張力に加えて、溶融樹脂中に、あるいは硬化後の高温樹脂中に、空気、窒素などのガスを注入することができる。ガス注入としては、図４に示すように、押出ダイのガス注入管１３より、押出ダイコア９に設けられたピンにより注入できる。この場合、成形品中は連続した空隙が形成されているので、ガスは成形品全体に注入できる。なお、このガス注入の場合には、サイジングダイの途中の半溶融時に加圧することにより、端部処理（切断部に相当する位置で断面端部にスキン層形成）を行うなどの方法が採用できる。
【００４０】
さらに、本発明の押出成形品の空隙率が高くなると、サイジングダイによる成形品の冷却効率が低下する。このため、サイジングダイの長さ、あるいは二次的な冷却部を設けることが必要となることも考えられる。このような場合には、押出成形品にガス注入針を用いて空気などを、成形品の内部に流すことにより、成形品内部から容易に冷却できる大きな特徴がある。
【００４１】
本発明の繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法では、任意の押出成形品を成形できる。しかし、好ましい成形品は、実質的に密な繊維含有熱可塑性樹脂押出表面層と、微細空隙を有する繊維含有熱可塑性樹脂からなり、繊維含有率が１５〜７０重量％、好ましくは２０〜６０重量％、平均繊維長が１〜３０ｍｍ、好ましくは２〜２０ｍｍ、見かけ密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ3 、好ましくは０．３〜０．８ｇ／ｃｍ3 である押出成形品である。この押出成形品中の繊維としてはガラス繊維が好ましい。
【００４２】
本発明の繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法および押出成形品は、以上述べた通りである。しかしながら、これらを基本に、応用展開することができる。例えば、前記では、一種類の溶融膨張性を有する熱可塑性樹脂を用いた場合を示したが、溶融膨張性を有する樹脂と他の樹脂との共押出成形を採用することもできる。ここで他の熱可塑性樹脂としては、▲１▼溶融膨張性を実質的に有さない繊維を含有する類似の樹脂、▲２▼繊維を含有しない類似の樹脂、▲３▼溶融膨張性を有する樹脂とは全く異なる樹脂なとがある。
【００４３】
この場合、▲３▼にあっては、溶融膨張性を有する樹脂がガラス繊維含有ポリプロピレン系樹脂である場合に、表面特性を向上するための外層樹脂としての、低結晶性のポリオレフィン樹脂や非晶性樹脂であるポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂、スチレン系樹脂などとのアロイなどを例示できる。ここで、共押出としては、他の樹脂を押出成形品の片面、あるいは外周を被覆する場合がある。また、押出成形品の押出ダイよりガラス繊維、炭素繊維などの長繊維を導入した、芯部の強化をすることもできる。
【００４４】
本発明の押出成形品としては、床材、天井材、壁材、簀の子、外壁用パネル、間仕切壁用パネル、屋根材、柵材、棚板、吸音壁材などの建築・土木用部材、 自動車の荷台、あおり板などとして幅広い応用展開が期待される。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明の効果を具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
ガラス繊維（１３μｍ）が平行に配列し、その含有量が７０重量％、ポリプロピレンの含有量が２８重量％および無水マレイン酸変性ポリプロピレン２重量％からなり、長さが１２ｍｍであるガラス長繊維強化ポリプロピレンペレット〔ＧＦＲＰ〕を、主成形樹脂原料とした。
【００４６】
前記ガラス長繊維強化ポリプロピレンペレット〔ＧＦＲＰ〕：６０重量部とポリプロピレン〔ＭＩ＝１０ｇ／１０分、２３０℃、２１６０ｇ荷重〕：４０重量部をドライブレンドして成形原料とした。５０ｍｍ一軸押出成形機〔圧縮比＝１．７〕に成形原料をホッパーより供給し、樹脂温度２３０℃で溶融混練し、四角形環状ダイ〔１５ｍｍ×２００ｍｍ：樹脂流路厚み：３ｍｍ〕より押し出し、同一の四角形サイジングダイへ導き、外周部を冷却した。なお、四角形環状ダイのコア部材は、押出成形品の表面スキン層が形成される位置まで突出したものを用いた。外周部の冷却後、コア部を過ぎた後、内部の溶融樹脂は、ガラス繊維の絡み合いの復元力により膨張し、引き取り機にて引き取り、裁断することにより、軽量板状押出成形品（断面、約１５ｍｍ×２００ｍｍ）を得た。評価結果を第１表に示す。なお、評価方法を以下にしめす。
【００４７】
▲１▼押出成形品の平均繊維長：成形品を灰化後、万能投影機で倍率１０倍で直接撮影し、その画像を用いてデジタイザーにて平均ガラス繊維長を求めた。
▲２▼見かけ密度：成形品の体積と重量より求めた。
▲３▼曲げ荷重：押出成形品より２００ｍｍ×２０ｍｍ×厚みの試験片を切り出し（押出方向垂直）、スパン＝１５０ｍｍ、試験速度＝５０ｍｍ／分の条件で測定した。
▲４▼吸音率：垂直入射測定により、周波数１，０００Ｈｚで示した。
【００４８】
実施例２
実施例１において、二軸押出成形機を用いるとともに、ＭＩ＝５ｇ／１０分のポリプロピレンをホッパーより、ガラス長繊維強化ポリプロピレン樹脂ペレット〔ＧＦＲＰ〕を、サイドフィードより重量比が１対１となるようにそれぞれ供給した以外は、実施例１に準じて押出成形し、押出成形品（断面、約１５ｍｍ×２００ｍｍ）を得た。評価結果を第１表に示す。
【００４９】
実施例３
実施例１において、ＧＦＲＰ：４０重量部とＭＩ＝４ｇ／１０分のポリプロピレン：６０重量部および発泡剤マスターバッチペレット（発泡剤として１重量部））：１０重量部をドライブレンドして成形原料とた以外は、実施例１に準じて押出成形品（断面、約１５ｍｍ×２００ｍｍ）を得た。評価結果を第１表に示す。
【００５０】
比較例１
実施例１において、ガラス繊維（１３μｍ）を４２重量％含有する短繊維強化ポリプロピレンペレット（平均ガラス繊維長＝０．４ｍｍ）を用いた以外は、実施例１に準じて中空を有する押出成形品を得た。評価結果を第１表に示す。
比較例２
実施例３において、ガラス繊維（１３μｍ）を２８重量％含有する短繊維強化ポリプロピレンペレット（平均ガラス繊維長＝０．４ｍｍ）１００重量部および発泡剤マスターバッチペレット（発泡剤として、１重量部）：１０重量部をドライブレンドした以外は、実施例３に準じて中空を有する押出成形品を得た。評価結果を第１表に示す。
【００５１】
比較例３
実施例１において、押出ダイスの形状を６ｍｍ×２００ｍｍの四角形〔ダイコア無し〕として、溶融樹脂を移動ベルト上に押出し、膨張しせた後、１５ｍｍ厚みとなるように圧縮、冷却して押出成形品を得た。評価結果を第１表に示す。
比較例４
実施例１において、一軸押出成形機として、圧縮比＝３．２、且つ先端にダルメージ部を有するスクリューを用いた以外は、実施例１に準じて、中空を有する板状成形品を得た。評価結果を第１表に示す。
【００５２】
比較例５
実施例３において、押出ダイ、サイジングダイとして、６ｍｍ×２００ｍｍの四角形〔ダイコア無し〕のものを用いた以外は、実施例３に準じて厚み、約６ｍｍの板状成形品を得た。評価結果を第１表に示す。
第１表より、本発明の押出成形品は、比較例と略同一の押出幅で、略同一重量でありながら、約３倍の曲げ荷重を有するとともに、高いレベルの吸音特性を有することが明らかである。
【００５３】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、押出成形品の見かけ密度を低く、その軽量化の範囲も容易に制御して成形できる。押出成形品は表面が緻密で、外観にすぐれるとともに、その疎密構造により、成形品の重量当たりの強度、剛性が格段にすぐれた押出成形品を得ることができる。また、内部の膨張部は連続した空隙から形成されており、成形時に空気などのガスによる膨張の補助、内部冷却が可能であるとともに、押出成形品としての吸音性、断熱性などの特徴を有する。また、鋸引き、釘打ちなどの二次加工性があり、耐水性、耐久性にすぐれ、木材類似の使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の押出成形方法に用いられる押出成形装置の概念図を示す。
【図２】図１の押出ダイのＸ−Ｘ線断面図を示す。
【図３】図１のサイジングダイのＹ−Ｙ線断面図を示す。
【図４】押出ダイの第１実施態様を示す。
【図５】押出ダイの第２実施態様を示す。
【符号の説明】
１：押出成形機
２：第１原料供給口
３：第２原料供給口
４：押出ダイ
５：サイジングダイ
６：引き取り機
７：切断機
８：押出ダイシエル
９：押出ダイコア
１０：コア取り付け具
１１：溶融樹脂流路
１２：押出成形品
１３：ガス注入管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an extrusion molding method and extrusion molded article of a fiber-containing thermoplastic resin such as glass fiber, and more particularly to a lightweight extrusion molded article excellent in appearance, strength, rigidity and suitability for secondary processing.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, thermoplastic resins have been widely used as resin molded products for automobile parts, home appliances, OA fields, containers, furniture, architecture, housing equipment, civil engineering members, miscellaneous goods, and the like. These resin molded products are mainly molded by injection molding from the viewpoint of productivity. Among these, fiber reinforced resin molded products reinforced by containing fibers such as glass fibers have been used due to their excellent characteristics.
[0003]
However, in injection molding, it may be preferable to employ an extrusion molding method depending on the form of the molded product, such as being unable to produce a long molded product or being unable to continuously mold. In particular, in the fields of building materials and civil engineering, plate-shaped, rod-shaped, and odd-shaped molded products of fiber-reinforced thermoplastic resins such as glass fibers are formed by an extrusion method.
[0004]
These fiber-reinforced thermoplastic resin extruded products are used in various fields as excellent molded products having high strength, high rigidity, and heat resistance. However, inorganic fibers such as glass fiber and carbon fiber are generally used for obtaining high-strength and high-rigidity molded products, which have a high specific gravity and can be used to reduce the weight of recent molded products. There is a problem that cannot be done.
[0005]
For this reason, two methods for reducing the weight of the fiber-containing extruded product have been proposed. The first method is to adopt a hollow structure. That is, (1) Japanese Patent Laid-Open No. 4-309666 discloses a rectangular tubular end thick material having a specific size and made of a thermoplastic resin containing 40 to 80% by weight of glass fibers having an average fiber length of 0.5 to 15 mm. Proposed. However, in this method, the glass fibers are likely to float on the surface of the molded product, and the appearance of the molded product may be impaired. Although there is no particular problem as a thick end material, it may be a problem for development to other uses.
[0006]
In order to improve this, (2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-323878 is manufactured by impregnating a glass fiber roving with a thermoplastic resin, then drawing and cutting it to a length of 5 mm to 30 mm. The cylindrical glass fiber reinforced thermoplastic resin is used to form a core layer (hollow body), the coating layer is formed of a thermoplastic resin that does not include the glass fiber reinforced material, and the coating layer is 0.5 mm or more. Prototype extruded products have been proposed. However, although the external appearance of the profile-extruded product is improved, it requires two extruders for molding, and the hollow structure can reduce the weight, but in terms of strength and rigidity per weight. It may not be enough. Further, it is difficult to obtain a plate-shaped molded product, and there are problems such as difficult secondary processing such as sawing and nailing.
[0007]
Next, the second method is a molding method in which the apparent density of the entire extruded product is reduced to reduce the weight. That is, in (3) JP-A-57-82025, molding is carried out under the condition that glass fiber cut to a length of 12 μm or less and a foaming agent are added to a thermoplastic resin powder or granule to suppress breakage of the glass fiber. A foamed extruded fiber reinforced low foam board is disclosed, and a board with a specific gravity of 0.5 is shown as an example.
[0008]
Also, (4) Japanese Patent Laid-Open No. 56-161126 discloses that a molten resin composed of a thermoplastic resin, glass fiber, and a foaming agent is extruded, once foamed through a wide gap, and then cut in the extrusion direction. A plate-like body having a high bending strength is disclosed in which the area is gradually reduced and the fibers are oriented through a void having a wall body having a temperature equal to or lower than the softening temperature. Further, (5) JP-A-4-110129 discloses a propylene-ethylene copolymer in (4) wherein the ethylene content is 3 to 15% by weight and the melt flow rate is 0.3 to 3 g / 10 min. An extrusion process for the polypropylene foam used is disclosed.
[0009]
These extrusion methods (4) and (5) both use a short fiber reinforcing agent and a foaming agent, have a small fiber reinforcing effect, have a limited expansion ratio, and have a gas from the foaming agent. However, there is a risk of deteriorating the appearance of the surface of the molded product.
Next, (6) Japanese Examined Patent Publication No. 3-38971 discloses that a fiber having a length of at least 5 mm and a thermoplastic resin are extruded through a die in which the diameter of the die is larger than the length of the die, and expanded and foamed. Disclosed is an irregularly dispersed open fiber structure, and a molding method is disclosed in which the structure is compressed into a solid product while the surface skin is united while the thermoplastic resin is in a fluid state. ing.
[0010]
However, in this molding method, although the foamed intermediate in the molten state is extrusion molding, it is secondarily compression-molded, and it is not specifically disclosed to perform the final molded product by extrusion molding. Moreover, this molded product is intended to reduce the directionality due to the orientation of the fibers in the molded product, and is not intended for weight reduction. In the specification, it is described that “the core portion of the molded article may still be in a foamed state”. However, in order to form the skin layer, compression is essential, and the internal foamed part is also compressed by the compressive force. The compression and maintenance of the internal foamed part are contradictory, and it is substantially lightweight. Conversion is extremely difficult.
[0011]
Further, when the glass fiber-containing molten thermoplastic resin is extruded from the die and expanded, the glass fiber contained rises to the surface of the expanded intermediate melt, and even if it is compressed, it is cooled and solidified in this bad state. As a result, a molded article having a good appearance cannot be obtained. In any case, in the extrusion molding method, physical properties such as strength, rigidity and heat resistance can be maintained at a high level, the weight can be reduced, and an extrusion molded product having an excellent appearance can be produced at low cost and efficiently. It has not yet reached.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to extrude the fiber-containing thermoplastic resin with high strength, rigidity, light weight, particularly excellent physical properties per weight, good appearance, easy control of the weight reduction range, and high productivity. It is to provide a method and an extrusion.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Under these circumstances, the present inventors have intensively studied on a method for extrusion molding of a thermoplastic resin having melt expandability. As a result, when a fiber-containing thermoplastic resin having melt expandability is extruded using an extrusion die having a specific structure and then expanded, both the appearance and weight reduction are satisfied, and the extruded product has excellent physical properties. And the present invention has been completed.
[0014]
That is, the present invention relates to (1) a fiber-containing thermoplastic resin having melt expansibility as a cyclic molten resin.FlowExtruded and expanded from an extrusion die having a pathFiberMethod for Extruding Fiber-Containing Thermoplastic ResinThe fiber-containing thermoplastic resin having melt expandability is a foaming agent and 20 fibers having a total length of 3 to 100 mm and having a length equal to the total length and arranged in parallel to each other. A mixture of fiber-containing thermoplastic resin pellets containing up to 85% by weight and other pellets containing 15-70% by weight of the whole fiber, plasticized, melted, extruded, extruded The outer peripheral surface expands while being cooled by a sizing die, the fiber content is 15 to 70% by weight, the average fiber length is 1 to 30 mm, and the apparent density is 0.2 to 1.0 g / cm. Three Get an extruded product that isA method for extruding a fiber-containing thermoplastic resin.
(2)The fiber-containing thermoplastic resin pellet is obtained by cutting a long fiber bundle impregnated with a thermoplastic resin along the longitudinal direction of the fiber.Extrusion molding method according to (1) above.
[0015]
(3)Extrusion is performed using a screw extruder and the compression ratio of the screw is 3 or lessThe extrusion molding method as described in said (1) or (2).
(4)The compression ratio of the screw is 1.7-3UpRecord(3)The extrusion molding method as described.
(5)The extrusion die is a quadrangular ring, and the sizing die is the same quadrangle as the quadrangular ring of the extrusion die.The extrusion molding method according to any one of (1) to (4) above.
(6)Inject gas into the resin after extrusionThe extrusion molding method according to any one of (1) to (5) above.
(7)Obtained by the extrusion molding method according to any one of (1) to (6) aboveExtruded product.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The extrusion method and extrusion-molded product of the fiber-containing thermoplastic resin of the present invention will be described based on the extrusion method. The method for extruding a fiber-containing thermoplastic resin of the present invention is used for producing a specific molding resin raw material, that is, a fiber-containing thermoplastic resin having melt expandability, in an annular extrusion die, that is, a molded product generally having a hollow portion. Extrude from extrusion die. Subsequently, an extruded product having a low apparent density as a whole is formed by expanding the fiber-containing resin in a molten state.
[0017]
Preferably, in the method for extruding a fiber-containing thermoplastic resin, a melt-expandable fiber-containing thermoplastic resin is used to form an extruded product, that is, a densified shape by cooling the surface and a reduction in density by internal expansion. By separating the above, an extrusion molded product satisfying both appearance and weight reduction is formed.
The molding raw material used in the extrusion molding method of the present invention must have melt expansibility, that is, has expansibility after melt extrusion, and expands by resilience due to release of fiber entanglement contained during melt extrusion. Is. Therefore, a thermoplastic resin containing a specific amount of fibers having a certain level or more of fiber length is used as a forming raw material. Usually, a fiber-containing thermoplastic resin having a fiber length of 3 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm, and a fiber content of 15 to 70% by weight, preferably 20 to 60% by weight is used.
[0018]
In particular, the fiber-containing thermoplastic resin has a total length of 3 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm, and contains 20 to 85% by weight of fibers having a length equal to the total length and arranged in parallel to each other. It is preferable to use a molding raw material in which the fiber is made 15 to 70% by weight of the fiber-containing thermoplastic resin pellet alone or a mixture of this pellet and other pellets. Here, the other pellets are usually the same type of thermoplastic resin, or those containing various additives, but may be, for example, glass short fiber-containing pellets obtained by melting and kneading glass fibers or the like. By selecting this preferable forming raw material pellet, a melt-kneaded extruded resin having excellent melt expansion can be easily obtained.
[0019]
Here, when the fiber content in the fiber-containing thermoplastic resin is less than 15% by weight, the melt expandability becomes insufficient, and the effect of improving physical properties such as strength and rigidity cannot be expected. On the other hand, if it exceeds 70% by weight, melt kneadability and fiber dispersibility are lowered, and stability of quality such as extrusion moldability, expandability, appearance of molded product, and homogeneity may be lowered. .
[0020]
The thermoplastic resin used in the present invention is not particularly limited. For example, polyolefin resins such as polypropylene, propylene-ethylene block copolymer, propylene-ethylene random copolymer, high-density polyethylene, polystyrene, rubber Modified polystyrene, polystyrene resin such as polystyrene having syndiotactic structure, AS resin, ABS resin, polyvinyl chloride resin, polyamide resin, polyester resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyaromatic ether or thioether Examples of such resins include polyaromatic resins, polyaromatic ester resins, polysulfone resins, and acrylate resins. Here, although the said thermoplastic resin can also be used independently, you may use it in combination of 2 or more types.
[0021]
Among these thermoplastic resins, polypropylene resins such as polypropylene, block copolymers of propylene and other olefins, random copolymers, or mixtures thereof, polycarbonate resins, polyamide resins, polyester resins, etc. Polypropylene resins containing acid-modified polyolefin resins modified with unsaturated carboxylic acids such as maleic anhydride and fumaric acid or derivatives thereof are preferred. In addition, impact modifiers such as various elastomers, stabilizers, antistatic agents, weathering agents, light stabilizers, colorants, short fibers, talc and other fillers are added to these thermoplastic resins as necessary. You can also.
[0022]
Next, there is no restriction | limiting in particular as a fiber used by this invention, It selects from the various fiber which has an expandability at the time of melt-kneading extrusion. For example, inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, copper fibers, brass fibers, steel fibers, stainless fibers, aluminum fibers, aluminum alloy fibers, titanium alloy fibers and other metal fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, alumina fibers, Organic fibers such as ceramic fibers such as silicon nitride fibers and zirconia fibers, aramid fibers, polyoxymethylene fibers, aromatic polyester fibers, polyamide fibers, polyarylate fibers, polyphenylene sulfide fibers, polysulfone fibers, and ultrahigh molecular weight polyethylene fibers Etc. can be illustrated. In addition, these fibers can also use 2 or more types together, such as inorganic and organic.
[0023]
These fibers can be appropriately selected depending on the properties and applications required for the extruded product. Among them, glass fiber, carbon fiber, metal fiber, and the like are preferable because they are excellent in strength, rigidity, and heat resistance, are long fibers, and are easy to impregnate and draw a molten resin. In particular, glass fiber is preferably used.
Here, as a glass fiber, it is glass fibers, such as E-glass and S-glass, The average fiber diameter of 25 micrometers or less, Preferably the thing of the range of 3-20 micrometers can be employ | adopted preferably. When the diameter of the glass fiber is less than 3 μm, the glass fiber does not conform to the resin during pellet production by melt resin impregnation pultrusion molding, and it becomes difficult to impregnate the resin, while when it exceeds 20 μm, the appearance deteriorates. The fibers are difficult to flow, and are likely to be cut and broken during melt-kneading. In producing pellets by a pultrusion molding method or the like using these thermoplastic resins and glass fibers, the glass fibers are surface-treated with a coupling agent, and then 100 to 10,000, preferably 150 to 5000, with a sizing agent. It is desirable to bundle them within the scope of the book.
[0024]
The coupling agent can be appropriately selected from what is conventionally known as a so-called silane coupling agent and titanium coupling agent. For example, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxy Aminosilane such as silane and epoxysilane can be employed. In particular, it is preferable to employ the amino silane compound.
[0025]
As the sizing agent, for example, urethane-based, olefin-based, acrylic-based, butadiene-based, epoxy-based and the like can be adopted, and among these, urethane-based and olefin-based can be preferably employed. Of these, the urethane-based sizing agent is usually an oil-modified type or moisture-curing type as long as it contains polyisocyanate obtained by polyaddition reaction of a diisocyanate compound and a polyhydric alcohol in a proportion of 50% by weight or more. Both a one-component type such as a block type and a two-component type such as a catalyst curable type and a polyol curable type can be employed. On the other hand, as the olefin-based sizing agent, a modified polyolefin-based resin modified with an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof can be employed.
[0026]
Resin pellets containing glass fibers are produced by adhering and impregnating a thermoplastic resin to glass fibers converged with a sizing agent as described above. Examples of the method for adhering and impregnating a glass fiber with a thermoplastic resin include, for example, a method in which a fiber bundle is passed through a molten resin and a fiber is impregnated with a resin, a method in which a coating die is impregnated through a fiber bundle, or a die A method of spreading the molten resin adhering around the fiber and impregnating the fiber bundle can be employed. Here, in order to make the fiber bundle and the resin blend well, that is, to improve the wettability, the molten resin is drawn by pulling through the fiber bundle under tension inside the die having an uneven portion on the inner periphery. After the fiber bundle is impregnated, a pultrusion method in which a step of pressing the fiber bundle with a pressure roller is further incorporated. If the glass fiber and the molten resin are compatible with each other and have good wettability, the molten resin is easily impregnated into the glass fiber, making it easy to produce pellets. There are cases where the step of performing can be omitted. Here, as a method for making them familiar with each other, a method of imparting polarity to the resin or grafting a functional group that reacts with the coupling agent on the surface of the glass fiber is effective.
[0027]
By cutting the long fiber bundle (strands, etc.) impregnated with the resin along the longitudinal direction of the fiber by the above method, resin pellets containing long fibers having the same length as the entire length of the pellets Can be obtained. At this time, the resin pellets are not limited to those obtained by cutting the resin-containing long fiber bundle in which the fiber bundle is made into a strand and the cross-sectional shape is substantially circular, but by arranging the fibers flat, a sheet shape, a tape A resin-containing long fiber bundle that is shaped like a band or a band may be cut into a predetermined length.
[0028]
Furthermore, as the fiber-containing thermoplastic resin molding raw material used in the extrusion molding method of the present invention, the total length produced by melt resin impregnation pultrusion as described above is 3 to 100 mm, and the length equal to this total length is Fiber-containing thermoplastic resin pellets containing 20 to 85% by weight of fibers that are arranged in parallel to each other or a mixture of the pellets and other pellets, and the fibers are made 15 to 70% by weight Preferably, the raw material.
[0029]
If pellets containing 20 to 85% by weight of the fibers are arranged in parallel with each other, the glass fibers are impregnated and coated with molten resin, and plasticized with the screw of the extruder. Even when melting and kneading are performed, the fiber is hardly broken and the dispersibility is also improved. This improves the springback phenomenon of the fiber-containing molten thermoplastic resin after being extruded from the extrusion die, increases the fiber length remaining in the final molded product, and improves the physical properties and surface appearance. Here, if a mixture with other pellets is used, the amount of high-concentration glass fiber-containing pellets used is small and economical, and the fiber content in the molded product can be adjusted and the melt viscosity can be adjusted. There are benefits.
[0030]
In the present invention, the expandability of the molten resin is due to the restoring force due to the springback phenomenon caused by the entanglement of the fibers such as glass fibers contained therein. However, a small amount, for example, 0.01 to 3% by weight of a foaming agent can be included for the expansion complementation. Here, there is no restriction | limiting in particular as a foaming agent, What is necessary is just to generate | occur | produce gas with a heat | fever, and there exist a chemical foaming agent and a physical foaming agent. For example, azodicarbonamide (ADCA), benzenesulfohydrazide, N, N-dinitropentamethylenetetramine, terephthalazide and the like can be exemplified.
[0031]
The extrusion molding method of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a conceptual diagram of an extrusion molding apparatus used in the extrusion molding method of the present invention. In FIG. 1, 1 is an extrusion molding machine, 2 is a first raw material supply port, 3 is a second raw material supply port, 4 is an extrusion die, 5 is a sizing die, 6 is a take-up machine, and 7 is a cutting machine. 2 is a cross-sectional view of the extrusion die of FIG. 1 taken along line XX, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the sizing die taken along line YY. FIG. 4 shows a first embodiment of the extrusion die, and FIG. 5 shows a second embodiment of the extrusion die. 2, 3, 4, and 5, 8 is an extrusion die shell, 9 is an extrusion die core, 10 is a core fixture, 11 is a molten resin flow path, and 12 is an extrusion-molded product.
[0032]
In the extrusion molding method of the present invention, the raw material resin is supplied from the raw
[0033]
As for the forming raw material, the fiber-containing thermoplastic has a length of 3 to 100 mm as described above and contains 20 to 85% by weight of fibers having a length equal to the total length and arranged in parallel to each other. It is preferable to use resin pellets as the main raw material. The melt-kneaded fiber-containing thermoplastic resin is extruded from the extrusion die 4. Here, in the extrusion die 4, as shown in FIG. 2, an annular resin flow path 11 is formed by the extrusion die
[0034]
However, in the case of a relatively large area such as a plate-like extruded product, as shown in FIG. 2 (B), the extrusion die
[0035]
The cross-sectional areas of the molten resin flow path 11 and the extrusion die
[0036]
The expandable molten resin extruded from the extrusion die 4 is introduced into the sizing die 5, cooled from the outer periphery of the extrusion, and taken up by the take-up machine 6 while being shaped. Subsequently, the extruded
[0037]
The molten resin coming out of the extrusion die 4 is cooled and shaped from the surface portion and forms a skin layer. Here, in order to reliably form a skin layer, that is, a dense outer peripheral layer, as the shape of the extrusion die 4, for example, an extrusion die as shown in FIG. 5 can be used. That is, in FIG. 5, the extrusion die
[0038]
The outward expansion of the expandable molten resin extruded from the extrusion die 4 is suppressed by adjusting the distance between the extrusion die and the sizing die and continuously taking it out. Moreover, when the expansion ratio of the extrusion-molded product is relatively low, an extrusion-molded product that is sufficiently lightened by the above method can be obtained. However, depending on the melt expandability, that is, the fiber content in the molten resin, the fiber length, the viscosity of the resin, etc. It is possible to employ a method of supplementarily adding the foaming agent.
[0039]
In the extrusion molding method of the present invention, the inside of the expanded molded article has a structure in which voids in which fibers are dispersed non-uniformly are continuous. Therefore, in addition to the expansion force at the time of shaping with a sizing die, a gas such as air or nitrogen can be injected into the molten resin or into the high-temperature resin after curing. As the gas injection, as shown in FIG. 4, the gas can be injected from the
[0040]
Furthermore, when the porosity of the extruded product of the present invention increases, the cooling efficiency of the molded product by the sizing die decreases. For this reason, it may be necessary to provide a sizing die length or a secondary cooling section. In such a case, there is a great feature that the extruded product can be easily cooled from the inside of the molded product by flowing air or the like into the molded product using a gas injection needle.
[0041]
In the method for extruding a fiber-containing thermoplastic resin of the present invention, any extrudate can be formed. However, a preferable molded article is composed of a substantially dense fiber-containing thermoplastic resin extruded surface layer and a fiber-containing thermoplastic resin having fine voids, and the fiber content is 15 to 70% by weight, preferably 20 to 60% by weight. %, The average fiber length is 1 to 30 mm, preferably 2 to 20 mm, and the apparent density is 0.2 to 1.0 g / cm.Three, Preferably 0.3 to 0.8 g / cmThreeIt is an extruded product. Glass fibers are preferred as the fibers in the extruded product.
[0042]
The extrusion method and extrusion-molded product of the fiber-containing thermoplastic resin of the present invention are as described above. However, applications can be developed based on these. For example, in the above description, the case where one kind of thermoplastic resin having melt expandability is used has been described. However, coextrusion molding of a resin having melt expandability and another resin may be employed. Here, as other thermoplastic resins, (1) a similar resin containing a fiber having substantially no melt expandability, (2) a similar resin not containing a fiber, and (3) a melt expandable Some resins are completely different from resins.
[0043]
In this case, in (3), when the resin having melt expandability is a glass fiber-containing polypropylene resin, a low crystalline polyolefin resin or an amorphous resin as an outer layer resin for improving surface characteristics is used. Examples include alloys of polycarbonate resin, which is a functional resin, polyester resin, styrene resin, and the like. Here, as coextrusion, there is a case where another resin is coated on one side or the outer periphery of an extruded product. Further, the core portion can be reinforced by introducing long fibers such as glass fibers and carbon fibers from the extrusion die of the extrusion-molded product.
[0044]
Extrusion products of the present invention include flooring materials, ceiling materials, wall materials, cocoons, exterior wall panels, partition wall panels, roofing materials, fence materials, shelf boards, sound absorbing wall materials, etc., automobiles A wide range of application development is expected as a cargo bed and a lift board.
[0045]
【Example】
Next, the effects of the present invention will be described based on specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
Glass long fiber reinforced polypropylene having glass fibers (13 μm) arranged in parallel, a content of 70% by weight, a content of polypropylene of 28% by weight and a maleic anhydride-modified polypropylene of 2% by weight, and a length of 12 mm Pellets [GFRP] were used as the main molding resin raw material.
[0046]
The glass long fiber reinforced polypropylene pellets [GFRP]: 60 parts by weight and polypropylene [MI = 10 g / 10 min, 230 ° C., 2160 g load]: 40 parts by weight were dry blended to obtain a molding raw material. A molding raw material is supplied from a hopper to a 50 mm uniaxial extruder (compression ratio = 1.7), melted and kneaded at a resin temperature of 230 ° C., extruded from a square annular die [15 mm × 200 mm: resin channel thickness: 3 mm], and the same Was led to a square sizing die and the outer periphery was cooled. In addition, the core member of the quadrangular annular die used what protruded to the position where the surface skin layer of an extrusion molded product is formed. After cooling the outer peripheral part, after passing through the core part, the molten resin inside expands due to the restoring force of the entanglement of the glass fiber, is taken up by a take-up machine, and cut, thereby obtaining a lightweight plate-like extruded product (cross section, About 15 mm × 200 mm). The evaluation results are shown in Table 1. The evaluation method is as follows.
[0047]
(1) Average fiber length of extruded product: After the molded product was incinerated, it was directly photographed with a universal projector at a magnification of 10 times, and the average glass fiber length was obtained with a digitizer using the image.
(2) Apparent density: It was determined from the volume and weight of the molded product.
(3) Bending load: A test piece of 200 mm × 20 mm × thickness was cut out from the extruded product (perpendicular to the extrusion direction), and measured under the conditions of span = 150 mm and test speed = 50 mm / min.
{Circle around (4)} Sound absorption rate: Shown at a frequency of 1,000 Hz by normal incidence measurement.
[0048]
Example 2
In Example 1, while using a twin screw extruder, MI = 5 g / 10 min of polypropylene from a hopper, glass long fiber reinforced polypropylene resin pellets [GFRP], and a weight ratio of 1: 1 from side feed. Except for supplying each of the above, extrusion molding was performed according to Example 1 to obtain an extrusion-molded product (cross section, about 15 mm × 200 mm). The evaluation results are shown in Table 1.
[0049]
Example 3
In Example 1, GFRP: 40 parts by weight, MI = 4 g / 10 min polypropylene: 60 parts by weight and foaming agent masterbatch pellet (1 part by weight as a foaming agent)): 10 parts by weight were dry blended to obtain a molding raw material. Except that, an extrusion-molded product (cross section, about 15 mm × 200 mm) was obtained according to Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0050]
Comparative Example 1
In Example 1, except that the short fiber reinforced polypropylene pellet (average glass fiber length = 0.4 mm) containing 42% by weight of glass fiber (13 μm) was used, an extruded product having a hollow according to Example 1 was used. Obtained. The evaluation results are shown in Table 1.
Comparative Example 2
In Example 3, 100 parts by weight of short fiber reinforced polypropylene pellets (average glass fiber length = 0.4 mm) containing 28% by weight of glass fibers (13 μm) and blowing agent master batch pellets (1 part by weight as a blowing agent): Extruded product having a hollow was obtained in the same manner as in Example 3 except that 10 parts by weight was dry blended. The evaluation results are shown in Table 1.
[0051]
Comparative Example 3
In Example 1, the shape of the extrusion die is 6 mm × 200 mm square [no die core], and the molten resin is extruded onto a moving belt, expanded, then compressed and cooled to a thickness of 15 mm, and extruded. Got. The evaluation results are shown in Table 1.
Comparative Example 4
In Example 1, a plate-like molded article having a hollow was obtained in the same manner as in Example 1 except that a screw having a compression ratio of 3.2 and a dull image portion at the tip was used as a single screw extruder. The evaluation results are shown in Table 1.
[0052]
Comparative Example 5
In Example 3, a plate-shaped molded product having a thickness of about 6 mm was obtained in the same manner as in Example 3 except that a 6 mm × 200 mm square [without die core] was used as the extrusion die and the sizing die. The evaluation results are shown in Table 1.
From Table 1, it is clear that the extruded product of the present invention has approximately the same extrusion width as that of the comparative example, approximately the same weight, approximately three times the bending load, and a high level of sound absorption characteristics. It is.
[0053]
[Table 1]
【The invention's effect】
According to the present invention, the apparent density of an extruded product is low, and the range of weight reduction can be easily controlled and molded. The extruded product has a dense surface and excellent appearance, and due to its dense structure, it is possible to obtain an extruded product with significantly improved strength and rigidity per weight of the molded product. In addition, the internal expansion part is formed from continuous voids, and can assist expansion by a gas such as air during molding and can be internally cooled, and has characteristics such as sound absorption and heat insulation as an extruded product. . In addition, it has secondary workability such as sawing and nailing, is excellent in water resistance and durability, and can be used similar to wood.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a conceptual diagram of an extrusion molding apparatus used in an extrusion molding method of the present invention.
2 shows a cross-sectional view of the extrusion die of FIG. 1 along the line XX.
3 is a sectional view of the sizing die of FIG. 1 taken along the line YY.
FIG. 4 shows a first embodiment of an extrusion die.
FIG. 5 shows a second embodiment of the extrusion die.
[Explanation of symbols]
1: Extruder
2: First raw material supply port
3: Second raw material supply port
4: Extrusion die
5: Sizing die
6: Picker
7: Cutting machine
8: Extrusion Diesel
9: Extrusion die core
10: Core attachment
11: Molten resin flow path
12: Extruded product
13: Gas injection pipe
Claims (7)
溶融膨張性を有する繊維含有熱可塑性樹脂が、発泡剤と、全長が３〜１００ｍｍであり、この全長と等しい長さを有し、互いに平行に配列された状態にある繊維を２０〜８５重量％含有する繊維含有熱可塑性樹脂ペレットと他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の１５〜７０重量％とされたものと、を含有して可塑化、溶融し、押出後、押出外周表面をサイジングダイにより冷却しながら膨張し、繊維含有率が１５〜７０重量％、平均繊維長が１〜３０ｍｍ、見かけ密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ3である押出成形品を得る
ことを特徴とする繊維含有熱可塑性樹脂の押出成形方法。The fiber-containing thermoplastic resin having a melt expandable extruded from extrusion die having an annular molten resin flow path, a extrusion molding method of Textile-containing thermoplastic resin you expansion,
The fiber-containing thermoplastic resin having melt expandability is 20 to 85% by weight of a foaming agent and fibers having a total length of 3 to 100 mm and having a length equal to the total length and arranged in parallel to each other. plasticized contains as said fibers with a mixture of fiber-containing thermoplastic resin pellet and another containing pellet is a 15 to 70 wt% of the total, and melted, after extrusion, the extruded outer peripheral surface It expands while being cooled by a sizing die, and an extruded product having a fiber content of 15 to 70% by weight, an average fiber length of 1 to 30 mm, and an apparent density of 0.2 to 1.0 g / cm 3 is obtained. A method for extruding a fiber-containing thermoplastic resin.
請求項１記載の押出成形方法。The extrusion molding method according to claim 1, wherein the fiber-containing thermoplastic resin pellet is obtained by cutting a long fiber bundle impregnated with a thermoplastic resin along a longitudinal direction of the fiber .
請求項１又は請求項２記載の押出成形方法。 The extrusion method according to claim 1 or 2, wherein the extrusion is performed using a screw extruder, and the compression ratio of the screw is 3 or less .
請求項３記載の押出成形方法。The extrusion molding method according to claim 3 , wherein the compression ratio of the screw is 1.7-3 .
請求項１〜４のいずれかに記載の押出成形方法。The extrusion molding method according to claim 1 , wherein the extrusion die is a quadrangular ring, and the sizing die is a quadrangle that is the same as the quadrangular ring of the extrusion die.
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