JP5768811B2 - 射出成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂と繊維状充填材を配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物からなる射出成形体の製造方法に関するものであり、射出成形体中の繊維状充填材の重量平均繊維長が３００μｍ以上であり、強度バラツキが少なく反りの小さい射出成形体の製造方法に関するものである。

更に詳しくは、射出成形により厚み方向にスキン層、コア層、スキン層の３層が形成された射出成形体であって、繊維状充填剤がランダム配向したスキン層と、繊維状充填材が射出成形時の流れ方向と直角の方向に配向したコア層を有し、コア層の厚みを小さくすることで、射出成形体全体として高強度化され、かつ反りが少なくされた射出成形体の製造方法に関するものである。

熱可塑性樹脂は優れた成形加工特性から種々の加工法、例えば射出成形、ブロー成形、シート成形、フイルム成形、押出成形、プレス成形などにより成形され、電気・電子機器、ＯＡ機器、自動車用機器、雑貨など広範囲な用途の製品の製造に使用されている。中でも、射出成形は、高い生産性、高い形状自由度から、熱可塑性樹脂のメイン加工方法となっている。

また、熱可塑性樹脂において特に高い強度、剛性、耐熱性を求められる場合には、繊維状充填剤を添加して素材を改質する手法が一般的に採られている。そのような素材の代表的な例としては、熱可塑性樹脂をペレット化する際に押出機で熱可塑性樹脂とガラス繊維や炭素繊維と一緒に溶融混錬して得られた繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが挙げられる。しかし、このようにして得られた繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを用いて射出成形すると、繊維充填材がコア層では射出成形時の樹脂の流れと直角の方向に配向し、スキン層では樹脂の流れ方向に配向するので、強度と収縮に異方性が生じる。その結果、得られる成形体については、反りが大きくなると言う欠点を有していた。

このような欠点を解消する手法として、成形体中の残存繊維長を長尺化し強度と反り低減を目的とした長繊維ペレットの開発が行なわれている。しかし長繊維ペレットを使用しても、通常の射出成形を行なうと、スキン層とコア層で繊維の配向方向が異なるため、十分な効果が得られない状況にある。

反りを防止する成形方法として、特許文献１、２には、射出プレス成形法が記載されているが、成形品中の繊維の配向をコントロールする手法については記載がない。また、成形体中の反りの低減方法として、特許文献３には、配合する樹脂に特徴を持たせることで反りを低減させる効果を記載しているが、繊維配向の異方性に起因した反りのコントロールを意識したものでない。また、成形体中の繊維の配向を乱す手法として、特許文献４には、可動入れ子を備えた金型構造が記載されている。本金型では、キャビティ面を回転させ成形体に成形する材料にせん断を与えて繊維の配向を乱す手法であるが、配向を乱す量が少なく、且つ成形体形状には制限がある。さらに、特許文献５には、射出プレス成形用の金型で、捨てキャビティ（ダミーキャビティ）構造を有する成形装置が記載されているが、繊維強化樹脂の成形については何ら記載されていない。

特開２０００−６１９６９号公報 特開２００６−２７２８４９号公報 特開２００３−１７１５６４号公報 特開２００２−１６６４５２号公報 特開２００２−９６３５６号公報

本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点を解決し、強度、剛性に優れるとともに、成形体中の強度に異方性が少なく、反りの極めて少ない射出成形体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る射出成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂（ａ）に射出成形体中での重量平均繊維長が３００μｍ以上となるように繊維状充填材（ｂ）を配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物を、射出開始後に金型を締め始めるインジェクションプレス成形により射出成形する際に、金型を締め始める時間（ｔｐｓ）と射出が終了する時間（ｔｉｆ）の差（ｔ１）と射出が終了する時間（ｔｉｆ）と金型を締め終わる時間（ｔｐｆ）の差（ｔ２）との比率（ｔ２／ｔ１）が１．５以上１１．５以下となる条件で射出成形することを特徴とする方法からなる。この方法においては、上記繊維強化熱可塑性樹脂組成物として、上記繊維状充填材（ｂ）の長さがペレットと同じ長さである長繊維ペレットを用いることができ、それを用いてインジェクションプレス成形を行うことができる。このような本発明に係る射出成形体の製造方法においては、例えば、上記射出成形体が、厚み方向にスキン層、コア層、スキン層をこの順に有する射出成形体であって、射出成形時の前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物の流れ方向と直角の方向を０度とした場合に前記繊維状充填材（ｂ）の主配向方向が４０度以下となる前記コア層の厚みが、射出成形体の厚み（スキン層、コア層、スキン層をこの順に有する射出成形体全体の厚み）に対して２０％以下であることを特徴とするものからなる。

このような本発明における射出成形体においては、スキン層、コア層、スキン層をこの順に有する射出成形体において、コア層の厚みを、従来の成形体に比べ、射出成形体全体の厚みに対して２０％以下と小さく抑えたので、コア層とスキン層の繊維状充填材の配向方向が互いに異なることに起因する強度と収縮の異方性による影響を小さく抑えることができるようになり、その異方性により生じる成形体の反りを極めて小さく抑えることが可能になる。

上記本発明における射出成形体においては、上記繊維状充填材（ｂ）は、射出成形体中での重量平均繊維長が６００μｍ以上となるように配合されていることが好ましい。

また、上記熱可塑性樹脂（ａ）としては、例えば、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルケトンおよびポリエーテルエーテルケトンから選ばれる少なくとも１種を使用できる。

また、上記繊維状充填材（ｂ）としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１種を使用できる。

また、射出成形体全体の厚みとしては、特に限定されないが、射出成形体の厚みが０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあると、本発明による反りの低減効果が顕著に現れる。

また、上記スキン層における繊維状充填材（ｂ）の配向方向は可能な限りランダムであることが好ましい。

上記のような射出成形体は、次のような第１又は第２の方法によって製造可能であり、このうち、前述の本発明に係る射出成形体の製造方法は、第２の方法として規定したものである。先ず、上記第１の方法は、熱可塑性樹脂（ａ）に射出成形体中での重量平均繊維長が３００μｍ以上となるように繊維状充填材（ｂ）を配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物をインジェクションプレス成形により射出成形する方法であって、金型のメインキャビティ容量の８０容量％以上を前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物で充填した後にプレスを行うことを特徴とする射出成形体の製造方法である。ここでメインキャビティとは、成形すべき製品形状と同等の形状に形成されたキャビティのことをいう。

この第１の方法においては、プレス工程において、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の流動末端部から金型のメインキャビティ容量の１０容量％以上の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を金型のメインキャビティ外に（例えば、成形すべき製品形状と同等の形状に形成されたメインキャビティとは異なる捨てキャビティ内に）押し出すようにすることができる。

また、上記繊維強化熱可塑性樹脂組成物としては、上記繊維状充填材（ｂ）の長さがペレットと同じ長さである長繊維ペレットを用いることができ、それを用いてインジェクションプレス成形を行うことができる。

上記第２の方法は、前述の如く、本発明に係る射出成形体の製造方法として規定したものである。

本発明に係る射出成形体の製造方法によれば、射出成形体の厚みに対するコア層の厚みを小さくすることができ、得られた射出成形体は、繊維状充填材が樹脂の流れに対し直角方向に強く配向しているコア層が小さくなることから、コア層とスキン層との間の異方性による影響を少なく抑えることができ、異方性に起因する反りを極めて小さく抑えることができる。したがって、本発明における射出成形体は、特に低反り特性が要求される成形体、例えば、電気、電子機器のハウジングやシャーシ、ギア、自動車部品のフード、ドアパネル、ルーフ、バックドア、ドアインナー、ラジエータコアサポートなどにおいて好適に使用できる。中でも、大面積の大型部品に好適に使用できる。

短繊維強化樹脂組成物からなる射出成形体の繊維の配向状態を示した模式図である。 長繊維強化樹脂組成物からなる射出成形体の繊維の配向状態を示した模式図である。 本発明の第１の方法におけるインジェクションプレス成形に用いる金型構造の一例を示す概略構成図であり、実施例において物性評価に用いた金型の概略構成図である。 本発明の第１の方法のインジェクションプレス成形工程における、射出成形前の金型が開いた状態を示す概略構成図である。 本発明の第１の方法のインジェクションプレス成形工程における、型締を行い、所定の型開き量を保持した状態を示す概略構成図である。 本発明の第１の方法のインジェクションプレス成形工程における、所定の型開き量を保持した状態での射出、充填の実施を示す概略構成図である。 本発明の第１の方法のインジェクションプレス成形工程における、プレスを実施し、余分な樹脂組成物を捨てキャビティに押し出した状態を示す概略構成図である。 本発明の第２の方法におけるインジェクションプレス成形に用いる金型構造の一例を示す概略構成図であり、実施例において物性評価に用いた金型の概略構成図である。 本発明の第２の方法のインジェクションプレス成形工程における、射出成形前の金型が開いた状態を示す概略構成図である。 本発明の第２の方法のインジェクションプレス成形工程における、型締を行い、所定の型開き量を保持し、射出を開始した状態を示す概略構成図である。 本発明の第２の方法のインジェクションプレス成形工程における、所定の型開き量を保持した状態で射出、充填の実施、プレスの開始を示す概略構成図である。 本発明の第２の方法のインジェクションプレス成形工程における、所定の型開き量を保持した状態で射出、充填の実施、プレスの終了を示す概略構成図である。 本発明の第２の方法のインジェクションプレス成形工程における、金型締め開始後に射出を終了するタイミングを表した図である。 本発明の第２の方法のインジェクションプレス成形工程における、射出終了後に、金型締めを開始するタイミングを表した図である。 本発明における特性を評価するための射出成形体の形状を示す図である。 反り量を評価するための成形体成形用の金型の構造を示す概略構成図である。 反り量を評価するための成形体の概略斜視図である。 実施例１の射出成形体の繊維の配向計測結果を示す図である。 比較例１の射出成形体の繊維の配向計測結果を示す図である。 比較例４の射出成形体の繊維の配向計測結果を示す図である。 実施例１６の射出成形体の繊維の配向計測結果を示す図である。

以下、本発明について、実施の形態を詳細に説明する。
本発明においては、（ａ）熱可塑性樹脂と（ｂ）繊維状充填材を配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物を射出成形するが、射出成形した成形体において、射出成形体中の重量平均繊維長は３００μｍ以上である。このような繊維強化熱可塑性樹脂組成物からなる射出成形体は、成形体を製造する際に、熱可塑性樹脂組成物の流れに対し直角の方向（以降、ＴＤ方向ということもある。）に繊維状充填材が配向するコア層と、熱可塑性樹脂組成物の流れ方向（以降、ＭＤ方向ということもある。）に繊維状充填材が主に配向するスキン層が形成される。

本発明における射出成形体中の重量平均繊維長は、射出成形体を５００℃で２時間灰化処理して、成形体中の繊維状充填材を取り出し、取り出した繊維状充填材を水に入れ、超音波洗浄機を用いて均一分散させ、１ｃｃを１０×１０ｍｍの窪みを持つシャーレにサンプリングした後乾燥させ、シャーレ中の繊維状充填材の写真を撮り、約１０００本の長さを計測して下の式により算出した値である。
重量平均繊維長＝Σ（Ｍi^２×Ｎｉ）／Σ（Ｍi×Ｎｉ）
Ｍｉ：繊維長（ｍｍ）
Ｎｉ：個数

射出成形体中の繊維状充填材が３００μｍ未満の一般的に短繊維ペレットと言われる樹脂組成物を用いた場合、例えば図１に示すように、スキン層１では短繊維３がＭＤ方向（樹脂の流れ方向）に強配向し、コア層２では短繊維４がＴＤ方向（樹脂の流れに対し直角の方向）に強配向した構造となる。そのためコア層厚みを薄くしても異方性は小さくならず、反り低減効果は限定的となり、本発明による効果を発現することができない。

射出成形体中の繊維状充填材が長くなると（つまり、長繊維になると）、例えば図２に示すように、コア層２の繊維の配向は樹脂の流れに直角方向のままであるが、スキン層１では長繊維５の配向は乱れる傾向にある。特に射出成形体中の繊維状充填材の重量平均繊維長が３００μｍ以上になるとスキン層の配向が乱れ始める。さらに、配向の強いコア層を薄くすることで射出成形体の反りを大きく低下させることができる。更に射出成形体中の繊維状充填材の重量平均繊維長が６００μｍ以上ではスキン層の配向がさらに乱れ、物性の異方性が少なくなり反りが大幅に低減するので、より好ましい。

射出成形体中の繊維状充填材の重量平均繊維長を長くする方法としては、繊維状充填材の長さがペレットと同じ長さである長繊維ペレットを用いて射出成形することが好ましい。しかし、長繊維ペレットを用いても通常の方法で射出成形を行うと、熱可塑性樹脂組成物の流れに対し直角方向に繊維状充填材が配向するコア層の厚みは成形体の厚さに対して約３０〜５０％となるため、コア層の影響が強く成形体の強度がスキン層とコア層とで異なるため、射出成形体に反りが発生する。本発明に係る射出成形体では、後述のような第１の方法あるいは第２の方法を採用することで、コア層の厚みを成形体の厚みに対して２０％以下とすることができるので、コア層の影響を抑え、物性の異方性を抑えることができ、反りの少ない射出成形体を得ることができる。

本発明においては、コア層の厚みを射出成形体の厚みに対し２０％以下とする。ここで、コア層の厚みは、ヤマトマテリアル社製３次元計測Ｘ線解析装置（ＴＤＭ１０００ＩＳ型）を用い、射出成形体中の繊維状充填材の画像データを得、得られた画像データをラトックシステムエンジニアリング社製の３次元画像処理ソフトＴＲＩシリーズで繊維状充填材と熱可塑性樹脂とを２値化した後、各繊維の配向方向から主配向方向を算出し、成形体を製造する際の樹脂組成物の流れ方向を９０度、樹脂組成物の流れ方向と直角の方向を０度とした場合に、主配向方向が４０度以下となる部分をコア層とし、その厚みを決定する。さらに、スキン層の繊維状充填材の配向方向は、ヤマトマテリアル社製３次元計測Ｘ線解析装置（ＴＤＭ１０００ＩＳ型）を用い、射出成形体中の繊維状充填材の画像データを得、得られた画像データをラトックシステムエンジニアリング社製の３次元画像処理ソフトＴＲＩシリーズで繊維状充填材と熱可塑性樹脂とを２値化した後、各繊維の配向方向から主配向方向を算出し、主配向方向の±１０°以内に全体の繊維４０％以下が分布する状態を、ランダムな配向状態とする。

次に、上記のような本発明に係る射出成形体を製造するための、本発明のインジェクションプレス成形方法（第１の方法および第２の方法）について説明する。ただし、前述の如く、本発明に係る射出成形体の製造方法は、第２の方法として規定したものである。

先ず、本発明のインジェクションプレス成形の第１の方法は、所定の型開き状態で繊維強化熱可塑性樹脂組成物をキャビティ内に充填しスキン層を形成した後、プレス（型締め）してコア層の樹脂を流出させることによりコア層の厚みをコントールする方法である。インジェクションプレス成形（射出プレス成形）に用いる成形機は既存の射出プレス可能な機械であればいずれでも使用可能であり、横型あるは縦型いずれでも使用可能である。

射出プレス成形する際のプレスを開始するタイミングはコア層の厚みをコントロールする上で重要であり、射出成形体全体の厚みに対するコア層の厚みをコントロールする観点から、プレス前の金型のメインキャビティ容量の８０％以上の樹脂充填が完了した後にプレスを開始することが重要である。更に、樹脂の流れに対し直角方向に繊維状充填材が配向するコア層の樹脂がプレス工程においてメインキャビティ外に排出される捨てキャビティを有する構造の射出成形金型を用いることが好ましい。この捨てキャビティは、プレス工程においてコア層の樹脂を十分に排出できるように（押し出すことができるように）、メインキャビティ容量の１０容量％以上とすることが好ましい。

このような本発明の射出成形の第１の方法に用いる好適な金型構造と射出成形工程を図３〜７を用いて説明する。図３は基本的な金型構造を例示している。本金型は、図３に示すように、可動側の金型（６）と固定側の金型（７）、インロー構造のメインキャビティ（８）と捨てキャビティ（９）、バネ式可動入れ子（１０）、ホットランナーシステム（１１）、成形品をキャビティから取り外すためのエジェクターとしての突き出しピン（１２）とエジェクタープレート（１３）からなる。

次に成形の工程を説明する。図４に示すように、金型を開いた状態から、可動側金型（６）を動かし型閉じを開始する。次に図５に示すように、所定の型開き量で停止し射出を開始する。次に図６に示すように、ホットランナーシステム（１１）を通してキャビティ（８）に繊維強化熱可塑性樹脂（１４）を充填する。その後図７に示すように、プレスを開始し、充填した繊維強化熱可塑性樹脂の一部を捨てキャビティ（９）に押出し、冷却固化後にエジェクター（１２）とエジェクタープレート（１３）を用いて射出成形体（１５）を取り出す。

このような本発明の第１の方法で得られた射出成形体は、物性の異方性が小さいため、特異的に強度の弱い部分が存在せず安定した製品強度と極めて小さい反り特性を有する。

次に、本発明のインジェクションプレス成形の第２の方法について説明する。
本発明のインジェクションプレス成形の第２の方法は、上記第１の方法同様、所定の型開き状態で繊維強化熱可塑性樹脂組成物をキャビティ内に充填（射出）しスキン層を形成したあと、プレス（型締め）してコア層の樹脂を流出させることによりコア層の厚みをコントロールする方法である。インジェクションプレス成形に用いる成形機は既存のインジェクションプレス可能な機械であればいずれでも使用可能であり、横型あるいは縦型のいずれでも使用可能である。

インジェクションプレス成形する際のプレスを開始するタイミングはコア層の厚みをコントロールする上で重要であり、本発明の第２の方法では、射出開始後に金型を締め始めるインジェクションプレス成形により射出成形する。このとき、射出成形体全体のコア層の厚みをコントロールする観点から射出開始時間（ｔｉｓ）からプレス開始時間（金型を締め始める時間）（ｔｐｓ）までの差をｔ０とし、プレス開始時間（ｔｐｓ）から射出終了時間（ｔｉｆ）までの差をｔ１とし、射出終了時間（ｔｉｆ）からプレス終了時間（ｔｐｆ）までの差をｔ２とすると、ｔ１とｔ２との比率（ｔ２／ｔ１）が１．１以上となるようなタイミングで、とくに本発明では１．５以上１１．５以下となる条件で射出と金型締め（プレス）を行う。さらに好ましくは、ｔ０／ｔ１を１．１より大きくすることである。また、射出終了後にプレス（金型締め）を開始する方法（後述の図１４）でもよい。

本発明の射出成形の第２の方法に用いる好適な金型構造と射出成形工程を図８〜図１２を用いて説明する。図８は基本的な金型の構造を例示している。本金型は、図８に示すように、可動側の金型（２１）と固定側の金型（２２）、インロー構造のキャビティ（２３）、ホットランナーシステム（２４）、成形品をキャビティから取り出すためのエジェクターとしての突き出しピン（２５）とエジェクタープレート（２６）からなる。

次に上記第２の方法における成形の工程を説明する。図９に示すように、の金型を開いた状態から、可動側金型（２１）を動かし型閉じを開始する。次に図１０に示すように、所定の型開き量で停止しホットランナーシステム（２４）を通して射出を開始する。次に図１１に示すように、キャビティ（２３）に繊維強化熱可塑性樹脂組成物（２７）を充填する。その後、図１２に示すように、金型締めを開始し、充填した繊維強化熱可塑性樹脂を流動させ、冷却固化後にエジェクター（２５）とエジェクタープレート（２６）を用いて射出成形体（２８）を取り出す。

このように本発明の第２の方法で製造された射出成形体もまた、物性の異方性が小さいため、特異的に強度の低い部分が存在せず安定した製品強度と極めて小さい反り特性を有する。

上記第２の方法における射出と金型締めの開始および終了のタイミングは、図１３または図１４のように表すことができる。

本発明で用いる熱可塑性樹脂（ａ）としては、特に制限はないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリエステル）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂などを有用に用いることができ、更にこれらを２種類以上ブレンドし使用してもよい。

また、本発明で用いる繊維状充填材（ｂ）としては、第１の方法では、直径（繊維径）が１〜２０μｍのものが好ましい。繊維径が１μｍ未満では分散が悪くなり、２０μｍを超えると異物効果が強くなって強度が低下するので好ましくない。更に好ましくは５〜１５μｍの繊維径が分散と補強効果のバランスの観点から望ましい。また、第２の方法では、直径（繊維径）が１〜３０μｍのものが好ましい。繊維径が１μｍ未満では分散が悪くなり、３０μｍを超えると異物効果が強くなって強度が低下するので好ましくない。更に好ましくは３〜１５μｍの繊維径が分散と補強効果のバランスの観点から望ましい。

また本発明では、通常、繊維強化熱可塑性樹脂組成物をペレットにして成形する。繊維強化熱可塑性樹脂組成物からなるペレットは、
（１）熱可塑性樹脂（ａ）と繊維状充填材（ｂ）をブレンドし溶融押出する方法
（２）溶融した熱可塑性樹脂（ａ）中に連続した繊維状充填材（ｂ）を浸漬させ含浸させた後引き抜く方法
（３）連続した繊維状充填材（ｂ）の周りに熱可塑性樹脂（ａ）を被覆しカットする方法
（４）連続した繊維状充填材（ｂ）の周りに熱可塑性樹脂（ａ）を被覆し連続した繊維を拠り樹脂を含浸させる方法
などにより製造することができる。

とくに射出成形体中の繊維状充填材の重量平均繊維長を３００μｍ以上とするためには、熱可塑性樹脂（ａ）中に連続した繊維状充填材（ｂ）を浸漬させ含浸させた後引き抜く方法や、連続した繊維状充填材（ｂ）の周りに熱可塑性樹脂（ａ）を被覆しカットする方法や、連続した繊維状充填材（ｂ）の周りに熱可塑性樹脂（ａ）を被覆し連続した繊維を拠り樹脂を含浸させる方法や、連続した繊維状充填材（ｂ）に低粘度樹脂などを予備含浸させたのちに熱可塑性樹脂（ａ）を被覆しカットする方法により得られるペレットを用いることが好ましい。

本発明に用いられる繊維状充填材（ｂ）としては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、全芳香族ポリアミド繊維、金属繊維などが挙げられるが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。

本発明において使用する炭素繊維としては、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、セルロース系などが挙げられる。これらの中でも、強度や弾性率などに優れるＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。

本発明において使用するＰＡＮ系炭素繊維としては、引張破断伸びが１．０％以上の炭素繊維が好ましい。引張破断伸びが１．０％未満である場合、本発明の樹脂組成物の製造工程や射出成形工程で炭素繊維の破断が生じやすく、炭素繊維の成形体中の残存繊維長を伸ばすことができず、機械特性に劣るものとなる。

また、とくに前述した従来技術の問題点をより確実に解決するためには、上記炭素繊維の引張破断伸びは１．５％以上、より好ましくは１．７％以上、更に好ましくは１．９％以上であることが望ましい。本発明に用いるＰＡＮ系炭素繊維の引張破断伸びに上限は無いが、一般的には５％未満である。

かかるＰＡＮ系炭素繊維の紡糸方法としては、湿式紡糸、乾湿式紡糸などが挙げられ、要求特性により任意の紡糸方法を選択できる。

本発明において用いるガラス繊維としては、一般的に市販されているガラス繊維では何れも使用可能であるが、例えばＥガラスの繊維がコストと性能の観点から好ましい。

繊維状充填材（ｂ）には表面処理し熱可塑性樹脂（ａ）との親和性を付与することも可能である。例えばシラン系カップリング剤、ボラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤などが使用可能で、上記シラン系カップリングとしてはアミノシラン系カップリング剤、エポキシシラン系カップリング剤、またはアクリルシラン系カップリング剤などが使用できる。

本発明では、好ましくは、繊維強化熱可塑性樹脂組成物をペレットとして射出成形するが、ペレットの形状は特に制限はなく、第１の方法においては、ペレットの長さとして、例えば通常３〜１５ｍｍの範囲を採用できる。ペレットの長さが短かすぎると、射出成形体中の残存繊維長が短くなりスキン層の樹脂の流れ方向への繊維の配向が強くなり異方性が生じるとともに強度、衝撃が低下する恐れがある。またペレット長が長すぎると成形機での噛み込み不良を生じる場合があるためペレット長は３〜１２ｍｍが好ましく、６〜１０ｍｍが更に好ましい。また、第２の方法においては、例えば３〜３０ｍｍの範囲の長さの長繊維ペレットを使用できる。上記同様、ペレットの長さが短すぎると、射出成形体中の残存繊維長が短くなりスキン層の樹脂の流れ方向への繊維配向が強くなり異方性が生じるとともに強度、耐衝撃性が低下する恐れがある。またペレット長が長すぎると成形機での噛み込み不良を生じる場合があるため、ペレット長は３〜２０ｍｍが好ましく、４〜２０ｍｍがさらに好ましい。

また、繊維強化熱可塑性樹脂組成物には、用途に応じ各種添加剤、例えば分散剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、金属不活性剤、結晶化促進剤、発泡剤、着色剤、架橋剤、抗菌剤、など公知の添加剤を配合することができる。

本発明に用いる繊維状充填材（ｂ）の含有量は特に制限はないが、第１の方法では、例えば、熱可塑性樹脂（ａ）１００重量部に対し、５重量部〜５０重量部の範囲が好適である。５重量部未満ではコア層をコントロールしても強度への影響が少なく、５０重量部超では増粘による成形性の低下が大きく射出プレス成形によるコア層の薄肉化が困難となる。更に好ましくは１０重量部〜４０重量部が得られる射出成形体の導電性、機械的強度、経済性の観点から好ましい。また、第２の方法では、例えば、熱可塑性樹脂（ａ）１００重量部に対し、３重量部〜５０重量部の範囲が好適である。上記同様、３重量部未満ではコア層をコントロールしても強度への影響が少なく、５０重量部超では増粘による成形性の低下が大きくインジェクションプレス成形によるコア層の薄肉化が困難となる。射出成形体の機械的強度、経済性、導電性の観点から５重量部〜４０重量部がさらに好ましい。

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。材料特性評価については下記の方法に従って行った。

［曲げ弾性率］
射出プレス成形（日本製鋼所社製Ｊ１１０ＡＤ）により得られた図１５に示す８０ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍｔの試験片３１の中央部から、幅１５ｍｍ、長さ８０ｍｍの短冊状にテストピースを切り出し、インストロン社製５５６６型試験にてＩＳＯ１７８に準拠して曲げ試験を実施し、曲げ弾性率（ＧＰａ）を得た。

［コア層厚みの測定］
前記方法にて作成した８０ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍｔ試験片の中央部から５ｍｍ角に切り出し、ヤマトマテリアル社製３次元計測Ｘ線解析装置（ＴＤＭ１０００ＩＳ型）を用い射出成形品中の繊維状充填材の画像データを得た。

得られた画像データをラトックシステムエンジニアリング社製の３次元画像処理ソフトＴＲＩシリーズで繊維状充填材と熱可塑性樹脂と２値化した後、各繊維の配向方向から主配向方向を算出する。

樹脂の流れ方向を９０度、樹脂の流れ方向と直角の方向を０度とした場合に主配向方向が４０度以下の部分をコア層とした。

［繊維長分布］
前記方法にて作成した８０ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍｔ試験片から２０ｍｍ×２０ｍｍに切り出し、５００℃で２時間灰化処理して、成形品中の炭素異繊維を取り出した。取り出した炭素繊維を３リッターの水とともにビーカーに入れ、超音波洗浄機を用い炭素繊維を水に均一分散させた。先端８Φのスポイトで炭素繊維が均一分散した水溶液を１ｃｃ吸い取り、１０×１０ｍｍの窪みを持つシャーレにサンプリンリングした後乾燥させた。シャーレ中の炭素繊維の写真を撮り、約１０００本の長さを計測して平均繊維長を算出した。計算式は下記の通りである。
重量平均繊維長＝Σ（Ｍi^２×Ｎｉ）／Σ（Ｍi×Ｎｉ）
Ｍｉ：繊維長（ｍｍ）
Ｎｉ：個数

［反り量］
図１６に示す、可動側金型３２、固定側金型３３、メインキャビティ３４、捨てキャビティ３５を有するＬ字金型を用い日本製鋼所社製Ｊ１１０ＡＤで図１７に示す形状の成形体３６を成形し、成形すべき規定寸法７０．７ｍｍと成形体３６の図１７に示す寸法Ｘ（ｍｍ）を測定し、下記式により反り量（ｍｍ）を算出した。
反り量（ｍｍ）＝７０．７−Ｘ

まず、本発明の第１の方法の実施例（参考実施例）について、以下に説明する。

［参考実施例１］
まず繊維状充填材（ｂ）である連続したＰＡＮ系炭素繊維束を加熱し、溶融させた樹脂をギアポンプにて計量、塗布した。次いで、溶融温度より高い温度に加熱した雰囲気中で樹脂を炭素繊維束中に含浸させ、連続した炭素繊維束と樹脂との複合体を得た（含浸工程）。

次に熱可塑性樹脂（ａ）を押出機のホッパーに投入し、溶融混錬した状態で被覆ダイに押出すと同時に、前記の被覆した複合体を前記被覆ダイ中に連続して供給することにより、熱可塑性樹脂（ａ）からなる樹脂組成物を前記の複合体に被覆し、押出機の吐出量と複合体の供給量を調整し炭素繊維含有量が２０ｗｔ％の連続繊維強化樹脂ストランドを得た（コーティング工程）。

その後、前記連続繊維強化樹脂ストランドを冷却・固化させ、カッターを用いて６．０ｍｍ長に切断して芯鞘型の長繊維ペレットを得た。

本ペレットを用いて射出プレス成形した成形体の評価結果は表１に示す通り、機械特性と反り量に優れるものであった。また、この実施例１の射出成形体の繊維の配向計測結果を図１８に示す。

［参考実施例２〜５および比較例１〜３］
参考実施例１で得られた長繊維ペレットを用い表１に示す成形条件とした以外は参考実施例１と同等の条件で成形を行った。本成形体の評価結果を表１に示す。これら参考実施例は比較例１〜３に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。また、比較例１の射出成形体の繊維の配向計測結果を図１９に示す。

［参考実施例６］
前記連続繊維強化樹脂ストランドの炭素繊維含有量を３０ｗｔ％とした以外は参考実施例２と同等とした。本成形体の評価結果は表１に示す通り、機械特性と反り量に優れるものであった。

［比較例４］
熱可塑性樹脂（ａ）を２軸押出機（ＪＳＷ社製ＴＥＸ３０α）の主ホッパーに投入し、繊維状充填材（ｂ）のチョップドストランドを押出機のサイドから熱可塑性樹脂（ａ）１００に対し２０ｗｔ％となる量を供給し、２６０℃で溶融混錬した後ガット状に押出し、冷却・固化させ、カッターを用いて３．０ｍｍ長に切断して短繊維ペレットを得た。本ペレットを用いた射出成形体の結果を表１に示すが、機械特性が低く且つ異方性が高い。また反り量が大きいものであった。また、この比較例４の射出成形体の繊維の配向計測結果を図２０に示す。

［参考実施例７〜９および比較例５、６］
熱可塑性樹脂（ａ）をポリプロピレンとした以外は参考実施例１と同様にして長繊維ペレットを得た。この長繊維ペレットを用い表２に示す条件で成形し成形体を得た。本成形体の結果を表２に示すが、これら参考実施例では比較例５、６に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。

［参考実施例１２および比較例７、８］
熱可塑性樹脂（ａ）をＰＰＳ樹脂とした以外は参考実施例１と同様にして長繊維ペレットを得た。この長繊維ペレットを用い表２に示す条件で成形し成形体を得た。本成形体の結果を表２に示すが、これら参考実施例では比較例７、８に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。

［参考実施例１３〜１５および比較例９、１０］
繊維状充填材（ｂ）をガラス繊維とし、ガラス繊維の含有量を３０ｗｔ％とした以外は参考実施例１と同様にして長繊維ペレットを得た。この長繊維ペレットを用い表３に示す条件で成形し成形体を得た。本成形体の結果を表３に示すが、これら参考実施例では比較例９、１０に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。

上記実施例および比較例に用いた熱可塑性樹脂（ａ）は以下の通りである。
ナイロン６樹脂：東レ社製“アミラン”ＣＭ１００１
ポリプロピレン樹脂：プライムポリマー社製“プライムポリプロ”Ｊ１３７
ＰＰＳ樹脂：東レ社製“トレリナ”Ｍ２８８８

同様に、繊維状充填材（ｂ）は以下の通りである。
炭素繊維 ：東レ社製“トレカ”Ｔ７００Ｓ（直径７μ、ＰＡＮ系炭素繊維）。
ガラス繊維：日東紡者製 ＲＳ２４０ＱＲ４８３（直径１７μ、Ｅガラス）

次に、本発明の第２の方法の実施例について、以下に説明する。

［実施例１６］
まず繊維状充填材（ｂ）である連続したＰＡＮ系炭素繊維束を加熱し、溶融させた樹脂をギアポンプにて計量、塗布した。次いで、溶融温度より高い温度に加熱した雰囲気中で樹脂を炭素繊維束中に含浸させ、連続した炭素繊維束と樹脂との複合体を得た（含浸工程）。

次に熱可塑性樹脂（ａ）を押出機のホッパーに投入し、溶融混錬した状態で被覆ダイに押出すと同時に、前記の被覆した複合体を前記被覆ダイ中に連続して供給することにより、熱可塑性樹脂（ａ）からなる樹脂組成物を前記の複合体に被覆し、押出機の吐出量と複合体の供給量を調整し炭素繊維含有量が熱可塑性樹脂（ａ）との合計に対し２０重量％の連続繊維強化樹脂ストランドを得た（コーティング工程）。

その後、前記連続繊維強化樹脂ストランドを冷却・固化させ、カッターを用いて６．０ｍｍ長に切断して芯鞘型の長繊維ペレットを得た。

本ペレットを用いてインジェクションプレス成形する際の成形条件と、得られた射出成形体の評価結果を表４に示す。表４からわかるように、本発明の成形条件で得られたものは、機械特性と反り量に優れるものであった。この実施例１６の射出成形体の繊維の配向計測結果を図２１に示す。

［実施例１７〜２０および比較例１１〜１３］
実施例１６で得られた長繊維ペレットを用い表４に示す成形条件とした以外は実施例１６と同等とした。得られた射出成形体の評価結果を表４に示す。これら本実施例は比較例１１〜１３に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。なお、この比較例１１の射出成形体の繊維の配向を計測した結果、前述の図１９に示したのと同等の結果が得られた。

［実施例２１］
前記連続繊維強化樹脂ストランドの炭素繊維含有量を熱可塑性樹脂（ａ）との合計に対し３０重量％とした以外は実施例１７と同等とした。得られた射出成形体の評価結果は表４に示す通り、機械特性と反り量に優れるものであった。

［比較例１４］
熱可塑性樹脂（ａ）を２軸押出機（ＪＳＷ社製ＴＥＸ３０α）の主ホッパーに投入し、繊維状充填材（ｂ）のチョップドストランドを押出機のサイドから熱可塑性樹脂（ａ）との合計に対し２０重量％となる量を供給し、２６０℃で溶融混錬した後ガット状に押出し、冷却・固化させ、カッターを用いて３．０ｍｍ長に切断して短繊維ペレットを得た。得られた短繊維ペレットを用いた射出成形体の評価結果を表４に示すが、機械特性が低く且つ異方性が高い。また反り量が大きいものであった。なお、この比較例１４の射出成形体の繊維の配向を計測した結果、前述の図２０に示したのと同等の結果が得られた。

［実施例２２〜２４および比較例１５、１６］
熱可塑性樹脂（ａ）をポリプロピレンとした以外は実施例１６と同様にして長繊維ペレットを得た。得られた長繊維ペレットを用い表５に示す成形条件でインジェクションプレス成形を行い射出成形体を得た。得られた射出成形体の評価結果を表５に示すが、実施例２２〜２４は比較例１５、１６に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。

［実施例２５〜２７および比較例１７、１８］
熱可塑性樹脂（ａ）をＰＰＳ樹脂とした以外は実施例１と同様にして長繊維ペレットを得た。得られた長繊維ペレットを用い表５に示す成形条件でインジェクションプレス成形を行い射出成形体を得た。得られた射出成形体の評価結果を表５に示すが、実施例２５〜２７は比較例１７、１８に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。

［実施例２８〜３０および比較例１９、２０］
繊維状充填材（ｂ）をガラス繊維とし、ガラス繊維の含有量を熱可塑性樹脂（ａ）との合計に対し３０重量％とした以外は実施例１と同様にして長繊維ペレットを得た。得られた長繊維ペレットを用い表６に示す成形条件でインジェクションプレス成形を行い射出成形体を得た。得られた射出成形体の結果を表６に示すが、実施例２８〜３０は比較例１９、２０に比べ機械特性と反り量に優れるものであった。

上記第２の方法における実施例および比較例に用いた熱可塑性樹脂（ａ）は以下の通りである。
ナイロン６樹脂：東レ社製“アミラン”ＣＭ１００１
ポリプロピレン樹脂：プライムポリマー社製“プライムポリプロ”Ｊ１３７
ＰＰＳ樹脂：東レ社製“トレリナ”Ｍ２８８８

同様に、繊維状充填材（ｂ）は以下の通りである。
炭素繊維 ：東レ社製“トレカ”Ｔ７００Ｓ（直径７μ、ＰＡＮ系炭素繊維）。
ガラス繊維：日東紡者製 ＲＳ２４０ＱＲ４８３（直径１７μ、Ｅガラス）

１ スキン層
２ コア層
３ 樹脂の流れ方向に配向した短繊維
４ 樹脂の流れに対し直角方向に配向した短繊維
５ スキン層の配向が乱れた長繊維
６、２１ 可動側の金型
７、２２ 固定側の金型
８ メインキャビティ
９ 捨てキャビティ
１０ スプリング式可動ゲート
１１、２４ ホットランナーシステム
１２、２５ エジェクターとしての突き出しピン
１３、２６ エジェクタープレート
１４、２７ キャビティに充填した繊維強化熱可塑性樹脂
１５、２８ 射出成形体
２３ キャビティ
３１ 試験片
３２ 可動側金型
３３ 固定側金型
３４ メインキャビティ
３５ 捨てキャビティ
３６ 成形体

Claims (8)

1. 熱可塑性樹脂（ａ）に射出成形体中での重量平均繊維長が３００μｍ以上となるように繊維状充填材（ｂ）を配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物を、射出開始後に金型を締め始めるインジェクションプレス成形により射出成形する際に、金型を締め始める時間（ｔｐｓ）と射出が終了する時間（ｔｉｆ）の差（ｔ１）と射出が終了する時間（ｔｉｆ）と金型を締め終わる時間（ｔｐｆ）の差（ｔ２）との比率（ｔ２／ｔ１）が１．５以上１１．５以下となる条件で射出成形することを特徴とする、射出成形体の製造方法。
2. 前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物として、前記繊維状充填材（ｂ）の長さがペレットと同じ長さである長繊維ペレットを用いてインジェクションプレス成形を行う、請求項１に記載の射出成形体の製造方法。
3. 前記射出成形体が、厚み方向にスキン層、コア層、スキン層をこの順に有する射出成形体であって、射出成形時の前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物の流れ方向と直角の方向を０度とした場合に前記繊維状充填材（ｂ）の主配向方向が４０度以下となる前記コア層の厚みが、射出成形体の厚みに対して２０％以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の射出成形体の製造方法。
4. 前記繊維状充填材（ｂ）は、射出成形体中での重量平均繊維長が６００μｍ以上となるように配合されている、請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形体の製造方法。
5. 前記熱可塑性樹脂（ａ）がポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルケトンおよびポリエーテルエーテルケトンから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形体の製造方法。
6. 前記繊維状充填材（ｂ）が炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜５のいずれかに記載の射出成形体の製造方法。
7. 射出成形体の厚みが０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載の射出成形体の製造方法。
8. 前記スキン層における前記繊維状充填材（ｂ）の配向方向がランダムである、請求項３〜７のいずれかに記載の射出成形体の製造方法。

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