JP4910505B2

JP4910505B2 - 長繊維強化樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JP4910505B2
Application number: JP2006179270A
Authority: JP
Inventors: 雅男豊田
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: JP2008006696A

Description

本発明は、長繊維強化樹脂成形体の製造方法に関する。

従来、金属やエンジニアリングプラスチックの代替材料として、長繊維強化樹脂が知られている。このような長繊維強化樹脂を用いた成形体は、剛性や耐熱性、強度に優れるため、自動車部品等に使用されている。しかしながら、かかる長繊維強化樹脂を用いた成形体に含まれる強化繊維は、開繊性が不十分なことが多く、未開繊の部分、即ち、開繊せず固まりとなった部分が成形体の外観を悪化してしまうことがあった。開繊性を向上させる方法として、特許文献１には、特定の形状の長繊維強化樹脂ペレットを用いる方法が記載されている。

特開２００４−３００２９３号公報

しかしながら前記のペレットを用いた場合には、開繊性は改良されるものの、得られる成形体中の強化繊維の長さが材料として用いる強化繊維に比べて短くなり、得られる成形体の物性が低下することがあった。

一方、材料として用いる強化繊維の長さを損なわずに該強化繊維を成形体中に含有させる方法としては、ペレットにせん断応力がかからないように、ゲートを広げたり、スクリューの長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）やスクリューの溝深さを調整したり、背圧をかけずに射出成形したりする方法等が知られている。しかしながらこれらの方法では、繊維が開繊し難くなり、得られる成形体の外観が悪化することがあった。

このように、材料として用いる強化繊維の長さを損なわずに該強化繊維を成形体中に含有させることと、成形体中に含まれる強化繊維の開繊性を向上させることは相反しており、これらを同時に満たすことは、現状では非常に困難である。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、材料として用いる強化繊維の長さを損なわずに含有し、かつ強化繊維の開繊性が良好な長繊維強化樹脂成形体の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、長繊維がガラス繊維であり、熱可塑性樹脂がポリプロピレン樹脂である長繊維含有熱可塑性樹脂を射出成形機にて可塑化した長繊維含有溶融状熱可塑性樹脂を、前記射出成形機中のスクリューを回転させながら、計量ストロークが前記射出成形機の最大射出ストロークの５０％以上となるように計量した後、一対の金型キャビティ内に注入し、固化して長繊維強化樹脂成形体を製造する方法であって、前記計量の際のスクリュー回転数を計量開始位置から計量完了位置までの任意の場所で切換え、前記計量開始位置から前記切換え場所までのスクリュー回転数（ｒ１）が、前記切換え場所から前記計量完了位置までのスクリュー回転数（ｒ２）よりも５０ｒｐｍ以上高く、かつ前記スクリュー回転数（ｒ２）が１０ｒｐｍ以上であることを特徴とする長繊維強化樹脂成形体の製造方法である。

本発明の方法によれば、材料として用いる強化繊維の長さを損なわずに含有し、かつ強化繊維の開繊性が良好な長繊維強化樹脂成形体を得ることができる。

本発明では長繊維含有熱可塑性樹脂を用いる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、またはポリエステル系樹脂、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。

前記ポリオレフィン系樹脂としては、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樹脂；高密度ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂；ポリ（１-ブテン）系樹脂；ポリ（３-メチル−１−ブテン）系樹脂；ポリ（４-メチル−１−ペンテン）系樹脂；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−，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。

このような熱可塑性樹脂のうち、ポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂としては非晶性または結晶性のポリオレフィン系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樹脂である。
中でもポリプロピレン系樹脂が好ましく、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、長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点で好ましい。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。

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、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。

本発明で用いられる長繊維含有熱可塑性樹脂は、長繊維を１０〜６０重量％含有することが好ましく、１５〜５０重量％含有することがより好ましく、２０〜４５重量％含有することがさらに好ましい。長繊維の含有率を前記範囲とすることにより、高温時の強度、剛性または耐久性に優れ、かつ、成形性が良好であるため、得られる成形体の外観も良好となる。また成形体の軽量化も達成し得る。

本発明で用いられる長繊維含有熱可塑性樹脂における長繊維とは、２ｍｍ以上の長さの繊維である。本発明における長繊維含有熱可塑性樹脂とは、長繊維と熱可塑性樹脂とを混合した混合物であってもよいが、以下のような方法により得られる、長繊維を熱可塑性樹脂にて被覆した長繊維強化樹脂であることが好ましい。すなわち、長い強化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、２ｍｍ以上の長さに切断することによりペレットとして得られる長繊維強化樹脂である。該ペレットの長さは通常５０ｍｍ以下である。本発明で用いる長繊維強化樹脂は、該樹脂に含まれる強化繊維長と実質的に等しい長さのペレット長を有することが好ましい。

長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）、Ｃガラス（Chemical glass）、Ａガラス（Alkali glass）、Ｓガラス（High strength 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る、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。

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。このような繊維径のガラスフィラメントを用いることにより、ガラス繊維の重量と数量のバランスが良好であるため樹脂を含浸させやすく、かつ、得られる成形体の表面外観が良好となる。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。

前記した長繊維強化樹脂は、該長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とをブレンドして用いてもよい。ブレンドする比率は特に限定されるものではなく、得られる長繊維強化樹脂成形体中の長繊維含有量が所望の値となるようにすればよい。

本発明では、前記した長繊維含有熱可塑性樹脂を用いて、射出成形を行う。本発明においては、公知のインラインスクリュー式射出成形装置を用いることができる。射出成形装置は油圧式でも電動式でもよい。成形機に投入された長繊維含有熱可塑性樹脂は、成形機内で樹脂部分が溶融して可塑化される。可塑化された長繊維含有溶融状熱可塑性樹脂は、スクリュー回転により成形機前方に送られる。この長繊維含有溶融状強化樹脂の反力によりスクリューが回転しながら後退し、後退ストロークにより前記長繊維含有溶融状強化樹脂の計量値が決定される。この後退ストロークが計量ストロークとなるが、本発明では該計量ストロークが使用する射出成形機の最大射出ストロークの５０％以上となるようにする。スクリュー回転を停止して計量を完了し、その状態でスクリューを前進させて長繊維含有溶融状熱可塑性樹脂を一対の金型キャビティ内に注入、固化した後、型を開き長繊維強化樹脂成形体を得る。本発明では、長繊維含有溶融状熱可塑性樹脂の計量を行う間のスクリュー回転数を、計量開始位置から計量完了位置までの任意の場所で切換える。具体的には、前記計量開始位置から前記切換え場所までのスクリュー回転数（ｒ１：単位はｒｐｍ）が、前記切換え場所から計量完了位置までのスクリュー回転数（ｒ２：単位はｒｐｍ）よりも高くなるようにスクリュー回転数を切換える。このような条件で射出成形して長繊維強化樹脂成形体を製造することにより、材料として用いる強化繊維の長さを損なわずに含有し、かつ強化繊維の開繊性が良好な長繊維強化樹脂成形体を得ることができる。前記計量開始位置から前記切換え場所までのスクリュー回転数（ｒ１）は、切換え場所から計量完了位置までのスクリュー回転数（ｒ２）よりも５０ｒｐｍ以上高く、かつ前記スクリュー回転数（ｒ２）が１０ｒｐｍ以上であることが好ましい。スクリュー回転数（ｒ１）は、通常１００ｒｐｍ以下である。また、計量開始位置からスクリュー回転数切換え場所までのストローク（Ｌ１：単位はｍｍ）とスクリュー径（Ｄ：単位はｍｍ）との比（Ｌ１／Ｄ）は、２〜３であることが好ましい。なお成形温度は、使用する樹脂に応じて適宜設定することができる。

以下実施例により本発明を説明するが、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（互いに平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（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）：１００重量部、顔料マスターバッチ（住化カラー（株）製（ブラックＳＰＰＭ−８６５）：１重量部をペレットブレンドし、以下の条件で射出成形を行い、成形体を得た。

成形機：ＵＢＥＭＡＸＵＵ３５００−４７０（宇部興産株式会社製）
スクリュー：フルフライトスクリュー（スクリュー径：１４０ｍｍ）
最大射出ストローク：８４０ｍｍ
成形温度：２８０℃
金型：該成形機での充填に要する計量ストローク＝４６０ｍｍ（最大射出ストロークの５５％）。得られる成形体形状を図１に示す。
金型温度：６０℃
残存繊維長：特開２００２−５９２４の実施例１に記載した方法で、残存繊維長を求めた。具体的には、図１に示す成形体の破線部(４０ｍｍ×４０ｍｍ)約５ｇを切出し、５５０℃電気炉で1時間30分加熱し灰化させた。灰化物を５リットルの水で均一に分散させた状態で０．５リットルを採取し、これに４．５リットルの水を加え５リットルの希釈液体とした。この希釈液体中にガラス繊維を均一に分散した状態で１０ミリリットルを採取しろ紙によりろ過し、ろ紙が半透明の状態でろ紙上のガラス繊維全数の繊維長を画像処理装置（ニレコ社製「ルーゼックスFS」）を用いて測定し、以下の式により重量平均繊維長を求めた。
重量平均繊維長（Ｌｗ）＝（Σｑｉ×Ｌｉ²）／（Σｑｉ×Ｌｉ）
Ｌｉ：繊維長（ｍｍ）
ｑｉ：繊維長Ｌｉの繊維の本数
未開繊個数：上記成形体の、ゲートのある金型側全面におけるガラス繊維の未開繊個数を、目視にて数えた。

[実施例１]
上記成形機を用い、成形温度が２８０℃になるようにバレル温度を設定し、前記樹脂をホッパーに投入後、計量開始位置から切換え場所（計量開始位置から３５０ｍｍの地点）まではスクリュー回転数を９０ｒｐｍで可塑化計量を行い、切換え場所から計量完了位置（計量開始位置から４６０ｍｍ）までを１０ｒｐｍで可塑化計量した長繊維含有溶融状熱可塑性樹脂を、一対の金型キャビティ内に射出した。得られた長繊維強化樹脂成形体における残存繊維長は２．０ｍｍであり、該成形体表面の未開繊個数は０個であった。結果を表１に示した。

[比較例１]
計量開始位置から計量完了位置までスクリュー回転数を切換えることなく、９０ｒｐｍで可塑化計量した以外は、実施例１と同様に射出成形した。得られた長繊維強化樹脂成形体における残存繊維長は２．１ｍｍであり、該成形体表面の未開繊個数は４０個であった。結果を表１に示した。

[比較例２]
計量開始位置から計量完了位置までスクリュー回転数を切換えることなく、３５ｒｐｍで可塑化計量した以外は、実施例１と同様に射出成形した。得られた長繊維強化樹脂成形体における残存繊維長は２．１ｍｍであり、該成形体表面の未開繊個数は６個であった。結果を表１に示した。

実施例で得られた長繊維強化樹脂成形体の模式図である。

符号の説明

１：ゲート部

Claims

長繊維がガラス繊維であり、熱可塑性樹脂がポリプロピレン樹脂である長繊維含有熱可塑性樹脂を射出成形機にて可塑化した長繊維含有溶融状熱可塑性樹脂を、前記射出成形機中のスクリューを回転させながら、計量ストロークが前記射出成形機の最大射出ストロークの５０％以上となるように計量した後、一対の金型キャビティ内に注入し、固化して長繊維強化樹脂成形体を製造する方法であって、前記計量の際のスクリュー回転数を計量開始位置から計量完了位置までの任意の場所で切換え、前記計量開始位置から前記切換え場所までのスクリュー回転数（ｒ１）が、前記切換え場所から前記計量完了位置までのスクリュー回転数（ｒ２）よりも５０ｒｐｍ以上高く、かつ前記スクリュー回転数（ｒ２）が１０ｒｐｍ以上であることを特徴とする長繊維強化樹脂成形体の製造方法。
計量開始位置から切換え場所までのストローク（Ｌ１）とスクリュー径（Ｄ）との比（Ｌ１／Ｄ）が２〜３であることを特徴とする請求項１に記載の長繊維強化樹脂成形体を製造する方法。