JP5818021B2

JP5818021B2 - 扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法

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Publication number: JP5818021B2
Application number: JP2012514781A
Authority: JP
Inventors: 令佳佐藤
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: EP2570454A1; EP2570454A4; US20130059939A1; WO2011142305A1; EP2570454B1; JPWO2011142305A1

Description

本発明は、樹脂（特にポリアミド樹脂）の有する本来の特性を損なうことなく軽量でかつ機械的強度、特に耐衝撃性に優れた、微細かつ均一な発泡状態を有するガラス繊維強化樹脂発泡成形方法及びその発泡成形品に関するものである。

ガラス繊維強化樹脂（特にガラス繊維強化ポリアミド樹脂）は、その優れた成形性、機械特性、耐久性、耐オイル・薬品性および耐磨耗性などから、自動車用途を始めとする各種の用途に広く利用されている。最近は自動車用途としてはさらに軽量化の要望、強度の向上の要望が強くなっている。
従来、軽量化の手段としては樹脂に発泡剤を混ぜて成形型内に注入し発泡成形させる発泡成形品とすることが一般的であるが、発泡成形品の機械的強度は大幅に低下するのが一般的である。最近では、従来のポリスチレン等の化学的発泡剤に代えて、二酸化炭素、窒素等の不活性ガスの超臨界流体を用いることで微細な発泡品が得られる超微細発泡成形が注目されている。微細な発泡とすることで、強度の維持、向上を図ろうとする試みであるが、より微細で均一な気泡を得るために各種の提案がなされている。

例えば、ナイロン樹脂６６に可塑剤を添加して流動性を上げる方法（特許文献１）、ポリアミド樹脂にリン酸カルシウムを含有させる方法（特許文献２）、ある特定なポリアミド樹脂を用いる方法（特許文献３）などがある。
しかしながら、これらの超微細発泡成形による発泡成形品は、微細かつ均一な発泡状態を形成させ得ることは可能としても、気泡を有することによる機械的強度の低下という問題は避けられず、現実にはほとんど解決されていない。依然、軽量化を図り、その機械的強度を維持、することについては、かなり不満足な状況にあり、特に自動車用途としての必要な耐衝撃強度については、得られていなかった。

これら３件の公報においては、軽量化が期待できるとの記載があるものの、機械的強度を確保しながら、どの程度の軽量化が得られるのかは具体的には全く触れられていない。
発泡成形品ではない場合には成形品の引張り強さ、耐衝撃性などの機械的強度の向上を目的として、強化繊維に従来の繊維断面の形状が円形であるガラス繊維（本明細書においては以下「丸ガラス繊維」という）に代えて断面形状が扁平である扁平断面ガラス繊維（以下「扁平ガラス繊維」という）を用いることが行われている。（例えば特許文献４、５）

特開２００５−１９４５３２号公報特開２００６−８９５２号公報特開２００２−３６３３２６号公報特開２００９−７９２１５号公報特開２００８−２６０２２９号公報

しかしながら、従来は発泡成形品においては発泡成形ではないソリッドと比べ機械的強度の大幅な低下からみて、扁平ガラス繊維を用いることの機械的強度の向上は多少の改善効果は期待できるものの、限定的であり、満足できる水準には得られないと考えられていた。
上記のように、従来はガラス繊維強化樹脂（特にガラス繊維強化ポリアミド樹脂）の発泡成形品において、微細かつ均一な発泡状態を有しながら、強度特性の低下の少ない射出発泡成形品を得ることについては、これまで見出されていなかった。
本発明は、これら従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成されたものである。
すなわち、本発明の目的は、ガラス繊維強化樹脂（特にガラス繊維強化ポリアミド樹脂）の有する本来の特性を損なうことなく微細かつ均一な発泡状態を有しながら、機械的強度特性の低下の少ない射出発泡成形品を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく検討した結果、特定の形状を持つガラス繊維と、樹脂（特にポリアミド樹脂）とを、発泡剤（特に超臨界流体）を用いて射出発泡成形することによって、上記の目的に合致したガラス繊維強化樹脂発泡成形品が得られることを見出した。
本発明を、以下に列挙する。
［１］
樹脂と扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形することを特徴とする扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
［２］
前記扁平ガラス繊維は前記扁平ガラス繊維樹脂組成物に対し３〜３０質量％を含有することを特徴とする［１］に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
［３］
前記樹脂がポリアミド樹脂である［１］又は［２］に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品の製造方法。
［４］
前記ポリアミド樹脂がナイロン６、又はナイロン９Ｔである［３］に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品の製造方法。
［５］
前記扁平ガラス繊維のフィラメント断面の扁平比（長径／短径）が１．５〜１０である［１］〜［４］のいずれかに記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
［６］
前記扁平ガラス繊維の断面形状が円形であるとしたとき、同一面積を有する前記円形の直径である換算繊維径が、３μｍ〜３０μｍである［５］に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
［７］
前記発泡剤が超臨界流体である［１］〜［６］のいずれかに記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
［８］
前記超臨界流体はＣＯ_２である［７］に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
［９］
樹脂とガラスフィラメントの断面形状が扁平な扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形した扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品。
［１０］
前記樹脂がポリアミド樹脂であり、前記発泡剤が超臨界流体である、［９］に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品。

すなわち、本発明の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法は樹脂と繊維断面の形状が扁平な扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形することを特徴とする。

また、本発明の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品は樹脂とガラスフィラメントの断面形状が扁平な扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形して得られたことを特徴とする。

本発明の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法は、樹脂とガラスフィラメントの断面形状が扁平な扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形するので、微細かつ均一な発泡状態を有しながら、発泡成形品とすることによる強度特性の低下の少ない射出発泡成形品が得られる。

扁平ガラス繊維フィラメントの長径／短径を説明するための図である。Ｓ：扁平ガラス繊維フィラメントの横断面、Ｒ：扁平ガラス繊維フィラメントに外接する長方形、Ｒａ…長方形の長辺、Ｒｂ…長方形の短辺。面衝撃試験を行ったときの写真であり、鉄製の錘落下後の平板状成形品の横から写真（上３枚）と、下からの写真（下３枚）である。図３は本発明で使用する射出成形機の一例を示す概略構成図である。

Ａ成形材料
Ｂホッパー
Ｃスクリュー
Ｄシリンダー
Ｅスタティックミキサー
Ｆ拡散チャンバー
Ｇノズル
Ｈキャビティ（成形品）
Ｉ金型
Ｊ昇圧ポンプ
Ｋガスボンベ

本発明の樹脂組成物は、扁平ガラス繊維を含有することが必要である。本発明における扁平ガラス繊維とは、繊維断面の形状が、楕円形、長円形、長方形、長方形の両短辺に半円を合わせた形状、まゆ型等、円形ではなく扁平形状であるガラス繊維を指す。

本発明で使用する扁平ガラス繊維の換算繊維径、繊維長については、特に制限はないが、換算繊維径に関しては、好ましくは、３μｍ〜３０μｍ、さらに好ましくは、５μｍ〜２０μｍである。３μｍ未満は、ガラス繊維の製造が困難であり、３０μｍを超えると強度特性の効果が得られない場合がある。
得られる発泡成形品に含まれる扁平ガラス繊維の繊維長に関しては、好ましくは５０μｍ〜１００００μｍ、さらに好ましくは、１００μｍ〜１０００μｍである。
なお、扁平ガラス繊維の換算繊維径とは、扁平断面形状を同一面積の真円形に換算したときの数平均繊維径（扁平ガラス繊維の断面形状が円形であるとしたとき、同一の面積を有する円の直径である換算繊維径）をいう。
なお、換算繊維径は、扁平ガラス繊維のフィラメントの単位長さ当たりの重量を精密天秤で測定し、ガラスの比重で割ることにより断面積を求め、その断面積から真円形としたときの直径を算出することで、換算繊維径が得られる。また、換算繊維径Ｄについては、具体的には、計算式：
Ｄ^２＝（Ｔｅｘ／ｄ×Ｎ）×（４／π） ×１０^３
Ｄ：換算繊維径（μｍ）、Ｔｅｘ：扁平ガラス繊維の番手（１０００ｍ当たりのｇ数）
ｄ＝ガラスの比重（ｇ／ｃｍ^３）、Ｎ：扁平ガラス繊維のフィラメントの本数（本）
π：円周率
から求めることもできる。
また扁平ガラス繊維の繊維断面の扁平比（＝長径／短径）は１．５〜１０であることが好ましいが、扁平比が２．０〜６．０であることがさらに好ましい。扁平比が１．５未満であると、成形体に耐衝撃性や耐熱性を十分に付与できない場合がある。扁平比が１０を超えるものはガラス繊維自体の製造が困難である。
また、本明細書における扁平比は、ガラス繊維の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、観察画像から求めることができる。即ち、観察画像における扁平ガラス繊維の長径、短径を図１に示すように、扁平ガラス繊維に外接する長方形Ｒの長径ＲａからＡの長さ、短径ＲｂからＢの長さを求め、扁平比はＡ（＝Ｒａの長さ）／Ｂ（＝Ｒｂの長さ）を算出することで得られる。
本発明において扁平ガラス繊維に用いるガラスの種類としては、Ｅガラスのような一般的なガラス繊維組成の繊維が用いられるが、他には、Ｔガラス、ＮＥガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｓ２ガラス、Ｒガラスなど、ガラス繊維にできるものであればどのような組成でも使用可能であり特に限定されるものではない。

扁平ガラス繊維は、公知のガラス繊維の製造方法により製造され、マトリックス樹脂との密着性、均一分散性の向上のためシランカップリング剤、チタン系カップリング剤、ジルコニア系カップリング剤などのカップリング剤の他、帯電防止剤、及び皮膜形成剤などを含んだ配合する樹脂に適した公知の集束剤により集束され、集束されたガラス繊維ストランドを集めて一定の長さに切断したチョップドストランドの形態や、さらに樹脂で被覆した長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの形態で使用することができる。
本発明の扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂発泡成形品における樹脂組成物中の扁平ガラス繊維の含有割合は、１〜４０質量％程度であればよく、３〜３０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％であることがより好ましい。扁平ガラス繊維の含有量が１質量％未満の場合には補強効果が十分に得られなかったり、含有量が４０質量％を超えると、成形体の外観が悪化したり、軽量化が困難になる場合がある。

本発明で用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、汎用樹脂やエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。汎用樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などを挙げることができるが、それらに限定されない。エンジニアリングプラスチックとしては、汎用エンプラや特殊エンプラを挙げることができる。汎用エンプラとしては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテルなどを挙げることができるが、それらに限定されない。特殊エンプラとしては、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、液晶性ポリエステルなどを挙げることができるが、それらに限定されない。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコーン樹脂などを挙げることができるが、それらに限定されない。それらの樹脂の中でも、ポリアミド樹脂が好ましい。
ポリアミド樹脂とは、アミノ酸、ラクタムあるいはジアミンとジカルボン酸を主たる構成成分とするポリアミド樹脂のことであるが、使用できるポリアミド樹脂には特に制限はなく、例えばポリカプロアミド（ナイロン６）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６６）、ポリテトラメチレンアジパミド（ナイロン４６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６１０）、ポリヘキサメチレンドデカミド（ナイロン６１２）、ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー（ナイロン６６／６Ｔ）、ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ナイロン６６／６Ｉ）、ポリカプロアミド／ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ナイロン６／６６／６Ｉ）、ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンテレフタルアミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ナイロン６６／６Ｔ／６Ｉ）、ポリキシリレンアジパミド（ナイロンＸＤ６）、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ナイロン９Ｔ）、ポリノナメチレンイソフタルアミド（ナイロン９Ｉ）、ポリノナメチレンテレフタルアミド／ポリノナメチレンイソフタルアミド（ナイロン９Ｔ／９Ｉ）、ポリキシレンジアミンアジパミド（ナイロンＭＸＤ６）、ナイロン１２、ナイロン１１およびこれらの混合物ないし共重合体などが挙げられる。なお、ここで、Ｔはテレフタル酸単位を表し、Ｉはイソフタル酸単位を表す。これらポリアミド樹脂の耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、機械的強度などの特性向上を目的に、２種以上のポリアミド樹脂の混合物として用いることも実用上好適である。
好ましくは、ナイロン４、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６Ｔ、ナイロンＭＸＤ６、およびナイロン９Ｔから選ばれた１種以上であり、特に好ましくはナイロン６、ナイロン９Ｔである。

本発明において、樹脂は、例えばペレット状あるいは粉末状で使用することができるが、それらに限定されない。
さらに、本発明の目的を損なわない範囲であれば、要求される特性に応じて、主要構成成分である樹脂（好ましくはポリアミド樹脂）に対し、他の樹脂（好ましくはポリアミド樹脂）や他のポリマー類、添加剤、結晶核剤、耐熱剤や紫外線吸収剤などの安定剤、難燃剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤およびカップリング剤などを添加することも可能である。

樹脂と、扁平ガラス繊維を混合する手段は、公知の技術を用いることができ、特に限定されないが、一軸あるいは二軸の押出機を用いて溶融混練する方法を挙げることができる。混練状態をよくする意味では二軸の押出機を使用することが好ましい。混練温度は、（樹脂の融点＋５℃）〜（樹脂の融点＋１００℃）の範囲が、また、混練時間は２０秒〜３０分が好ましい。この範囲より低温や短時間であると混練や反応が不充分となり、逆に、高温や長時間であると樹脂の分解や着色が起きる場合があり、ともに好ましくない。形状安定性を確保させるためには、ガラス繊維以外の原料を十分に溶融混合した後に、扁平ガラス繊維を所定量サイドフィードし、減圧脱気することが好ましい。

なお、本発明で使用する扁平ガラス繊維強化樹脂組成物は、必要に応じて無機充填剤を含有することができる。
無機充填材としては、一般に強化樹脂に使用される様々な繊維状または非繊維状の無機強化材を用いることにより、さらに成形品表面性などの改善を図ることが可能である。無機充填材の例としては、（円形断面の）ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼酸アルミニウムウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石コウ繊維、金属繊維などの繊維状充填剤、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどの珪酸塩、アルミナ、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、ガラスフレーク、ガラスビーズ、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素およびシリカなどの非繊維状充填材などが挙げられ、これらは中空であってもよい。これら無機充填材を複数種類併用することも可能である。また、これら繊維状／非繊維状の無機充填材をイソシアネート系化合物、有機シラン系化合物、有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物、エポキシ化合物などのカップリング剤で同時にもしくは予備的に処理して使用することは、より優れた機械的特性や成形品外観を得る意味において好ましい。

本発明で使用される発泡剤としては、化学発泡剤や物理発泡剤を挙げることができるが、それらに限定されない。化学発泡剤としては、無機系発泡剤や有機系発泡剤を挙げることができる。無機系発泡剤としては、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、水素化ホウ素アンモニウム、アジド化合物、軽金属などを挙げることができるが、それらに限定されない。有機系発泡剤としては、アゾ化合物、ニトロソ化合物、スルホニルヒドラジッド化合物、スルホニルセミカルバジッド化合物などを挙げることができるが、それらに限定されない。物理発泡剤としては、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム及び空気などの無機系発泡剤や、ペンタン、ブタン、ヘキサン、塩化メチル、塩化メチレン、フッ素化脂肪族炭化水素（トリクロロフルオロメタンなど）などの有機系発泡剤を挙げることができるが、それらに限定されない。それらの中でも、本発明で使用される発泡剤としては、超臨界流体、特に超臨界状態のガス、が好ましい。
本発明に好ましくは用いられる気泡核となる超臨界状態のガスとしては、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられるがこれらに限定されない。また、これら単独でも２種以上の混合物でも使用できる。これらのガスの中では、二酸化炭素および窒素が安全性、ポリアミド樹脂への浸透性の点から、特に好ましい。
樹脂の射出発泡成形時に注入される発泡剤（超臨界流体）の量については、特に制限はないが、好ましくは樹脂１００重量部に対して０．００１〜５．０重量部、より好ましくは０．００２〜３．０重量部、さらに好ましくは０．００５〜１．０重量部の範囲である。発泡剤（超臨界流体）の量が０．００１重量部未満の場合は、ガス注入装置が安定して動作しない傾向にあり、５．０重量部を超える場合は、ガスの量が過剰なために射出品の発泡が安定しない傾向にある。

射出発泡成形中に溶融状態の扁平ガラス繊維強化樹脂に超臨界流体を注入する方法には、特に制限はないが、たとえば、気体状態のガスをそのまま注入する方法、加圧して注入する方法、減圧して注入する方法、および液体状態または超臨界流体状態のガスをプランジャーポンプなどにより注入する方法などが挙げられる。

次に、本発明の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品を製造する方法の一例を図３の構成概略図を用いて説明する。
まず、成形材料としての扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂ペレットＡを押出機のホッパーＢより供給し、加熱溶融させる。超臨界流体となる窒素や二酸化炭素などの不活性ガスはボンベＫより供給され、昇圧ポンプＪによって昇圧された後、シリンダーＤ内の溶融した扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂に供給される。この際、シリンダーＤの内部は、供給された不活性ガスが超臨界状態を保ち、溶融扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂内に短時間で溶解・拡散されるように、臨界温度以上かつ臨界圧力以上に保たれている。例えば、窒素の場合の臨界温度は−１２７℃、臨界圧力は３．５ＭＰａであり、二酸化炭素の場合の臨界温度は３１℃、臨界圧力は７．４ＭＰａである。

シリンダーＤ内にて溶融扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂と不活性ガスがスクリューＣによって混練され、さらにスタティックミキサーＥおよび拡散チャンバーＦで溶融扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂と不活性ガスの完全相溶状態が形成され、続いて金型ＩのキャビティＨに射出され、圧力解放されて微細発泡成形品が形成される。
ここで、金型Ｉ内にカウンタープレッシャーを負荷させることにより発泡径をコントロールすることも可能であり、必要に応じてガスボンベＬから不活性ガスを供給してもかまわない。その際の圧力としては特に制限はないが、０．５〜１５ＭＰａの範囲であることが好ましい。
また、金型内で急激に圧力低下させて発泡を促進させる方法として、溶融扁平ガラス繊維強化ポリアミド樹脂を金型ＩのキャビティＨ内に射出した後、金型のコアの一部または全部を後退させて金型内容積を急激に増大させてもかまわない。

本発明の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品は、一般にガラス繊維強化樹脂が適用し得るあらゆる用途に適用可能である。例えば、軽量化要求の大きい自動車分野としては、シリンダーヘッドカバー、タイミングベルトカバー、バランスシャフトギアなどを挙げることができる。
また、自動車以外の用途として、パソコン、液晶プロジェクター、モバイル機器、携帯電話などの筐体、内燃機関用途、電動工具ハウジング類などの機械部品を始め、各種電気・電子部品、医療機器、食品容器、家庭・事務用品、建材関係部品および家具用部品などが挙げられる。
また、本発明の成形方法及び成形品は、成形として射出を例として述べてきたが、射出に限定されることなく、圧縮成形、移送成形、押出成形、吹込成形、注型成形、真空加工、圧空加工、焼成加工、ＢＭＣ（ｂｕｌｋｍｏｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＳＭＣ（ｓｈｅｅｔｍｏｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）、シート・スタンピングなどの他の成形にも応用することが可能である。

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。射出発泡条件、試験条件などは次のとおりである。

［射出成形機］：東芝機械（株）ＥＣ１６０ＮII
最大型締力１５６０ｋＮ・スクリュー径４０ｍｍ
その射出成形機の構成概略を図３に示す。
［シリンダー温度］
シリンダーＤの温度はホッパーＢ側からノズルＧ側に向けて以下のように設定した。
ガラス繊維強化ポリアミド６樹脂：２４０℃／２５０℃／２５５℃／２６０℃、
ガラス繊維強化ポリアミド９Ｔ樹脂：２７０℃／３１０℃／３２０℃／３３０℃
［発泡剤（超臨界流体）］
二酸化炭素を使用し、注入量はガラス繊維強化ポリアミド樹脂１００ｇに対して０．０１ｇとした。
［金型温度］
ナイロン６の場合は９０℃、ナイロン９Ｔの場合は１２０℃とした。

［ガラス繊維］
(1) 扁平ガラス繊維（日東紡製扁平ガラス繊維：＃８２０）でガラスの種類Ｅガラス、扁平比４、換算繊維径１１μｍ、断面の形状が長円形、のガラス繊維を束ねたストランド
(2) 丸ガラス繊維（日東紡製ガラス繊維：＃４５１）でガラスの種類Ｅガラス、繊維径１１μｍのガラス繊維を束ねたストランド
(3) 扁平ガラス繊維（日東紡製扁平ガラス繊維：＃８２０）でガラスの種類Ｅガラス、扁平比４、換算繊維径１５μｍ、断面の形状が長円形、のガラス繊維を束ねたストランド
を繊維長として夫々３ｍｍ長に切断したチョップドストランドを使用した。
［ポリアミド樹脂］
(1) ナイロン６樹脂（宇部興産株式会社製）
(2) ナイロン９Ｔ樹脂（株式会社クラレ製）を使用した。

［品質評価］
評価用の試験片としてＪＩＳ１号形引張試験片、および５０ｍｍ×１９５ｍｍ×１．５ｍｍの平板を発泡射出成形し、前者で引張特性を測定し、後者で反り、ヒケ、面衝撃強度の評価を行った。
１）引張強度：ＪＩＳＫ７１１３に準じて測定した。
２）反り、ヒケ：得られた発泡成形品のそり、ヒケを目視により評価した。
３）軽量化率：以下の式で計算した。
［軽量化率］（％）＝１００−［発泡成形品重量］／［（発泡成形させない）通常の射出成形品重量］×１００
４）面衝撃特性：５００ｇの鉄製の錘を、５０ｍｍ×１９５ｍｍ×１．５ｍｍの平板状のガラス繊維強化ポリアミド樹脂成形品に対して、５００ｍｍの高さから試験品中央部に落下させた際の成形品の状態を目視によって観察し評価した。

（実施例）
＜実施例１＞
ナイロン６樹脂（ＰＡ６樹脂）に対して、換算繊維径１５μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて超臨界発泡成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表１に示す。

＜実施例２＞
ナイロン６樹脂に対して、換算繊維径１１μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて超臨界発泡成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表１に示す。

＜実施例３＞
ナイロン９Ｔ樹脂（ＰＡ９Ｔ樹脂）に対して、換算繊維径１５μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて超臨界発泡成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表１に示す。

＜実施例４＞
ナイロン９Ｔ樹脂に対して、換算繊維径１１μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて超臨界発泡成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表１に示す。

（比較例）
＜比較例１＞
ナイロン６樹脂に対して、繊維径１１μｍの丸ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練させた材料を使用し、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて超臨界発泡成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。また、得られた平板状成形品を用いて、落下衝撃強度試験を行ったときの成形品の表面状態の顕微鏡写真を図２に示す。

＜比較例２＞
ナイロン９Ｔ樹脂に対して、繊維径１１μｍの丸ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて超臨界発泡成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

（参考例）
＜参考例１＞
ナイロン６樹脂に対して、繊維径１１μｍの丸ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用して、超臨界流体を用いずに、通常の射出成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

＜参考例２＞
ナイロン６樹脂に対して、換算繊維径１５μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体を用いずに、通常の射出成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

＜参考例３＞
ナイロン６樹脂に対して、換算繊維径１１μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体を用いずに、通常の射出成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

＜参考例４＞
ナイロン９Ｔ樹脂に対して、繊維径１１μｍの丸ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体を用いずに、通常の射出成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

＜参考例５＞
ナイロン９Ｔ樹脂に対して、換算繊維径１５μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体を用いずに、通常の射出成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

＜参考例６＞
ナイロン９Ｔ樹脂に対して、換算繊維径１１μｍの扁平ガラス繊維を含有割合として１０質量％入れたものを溶融混練した材料を使用し、超臨界流体を用いずに、通常の射出成形を行った。得られた成形品の物性および外観の評価結果を表２に示す。

なお、実施例１、実施例２及び比較例１における平板の面衝撃試験の結果については、その面衝撃試験を行ったときの写真を鉄製の錘落下後の平板状成形品の横からと、真下からの写真を図２に示す。

（結果のまとめ）
表１〜２の結果からは、次の事項が明らかである。
１）実施例１〜２、および比較例１より、ＰＡ６樹脂において、丸ガラス繊維を使用した発泡成形品よりも、扁平ガラス繊維を使用して得られた超臨界発泡成形品の方が、物性に優れた成形品が得られ、反りやヒケのない箱状成形品が得られることが明らかである。また、面衝撃特性に関しても、丸ガラス繊維を使用した成形品よりも、扁平ガラス繊維を使用して得られた成形品の方が、図２の結果から優れていることがわかる。

２）特に、実施例２の換算繊維径が１１μｍである扁平ガラス繊維と同じ１１μｍである比較例１の丸ガラス繊維とでは、引張強度は丸ガラス繊維が４９ＭＰａに対し扁平ガラス繊維は８１ＭＰａであり、扁平ガラス繊維を用いることによる丸ガラス繊維を用いた場合に対する改善率は６５.３％上昇し著しく向上している。
扁平ガラス繊維の８１ＭＰａの値は、発泡成形品でない、通常の射出成形品における扁平ガラス繊維（参考例３）の８６ＭＰａと比べても同程度であることがわかる。
ちなみに、参考例として発泡成形品でない場合、通常の射出成形品における扁平ガラス繊維（参考例３）と丸ガラス繊維（参考例１）の結果を示しているが、引張強度は扁平ガラス繊維（参考例３）が８６ＭＰａであり、丸ガラス繊維（参考例１）は６７ＭＰａであり、扁平ガラス繊維を用いることによる丸ガラス繊維を用いた場合に対する改善効果は２８.４％の上昇にとどまっていることを考えると、発泡成形品で扁平ガラス繊維を用いることによる丸ガラス繊維を用いた場合に対する改善率である前記の６５．３％の上昇ははるかに予想を超え際立って高いことがわかる。
また、超臨界射出発泡成形においては、通常の射出成形のときと比べ、発泡成形品とすることによる強度低下率は丸ガラス繊維の２６．９％に対し扁平ガラス繊維は５．８％であり、扁平ガラス繊維ではかなり小さいことも明らかである。これらの状況を整理して表３に示す。

３）ＰＡ９Ｔ樹脂の場合もほぼ同様なことがいえ、実施例３〜４、および比較例２から、ＰＡ９Ｔ樹脂であっても、ＰＡ６樹脂と同様の、物性に優れた成形品が得られ、反りやヒケのない成形品が得られる。
特に、実施例４の平均換算繊維径が１１μｍである扁平ガラス繊維と同じ１１μｍである比較例２の丸ガラス繊維とでは、引張強度は丸ガラス繊維が２３ＭＰａに対し扁平ガラス繊維は４３ＭＰａであり、扁平ガラス繊維を用いることによる丸ガラス繊維を用いた場合に対する改善率は８７．０％との上昇であり著しく向上している。
発泡成形品でない通常の射出成形品における扁平ガラス繊維の強度上昇効果は扁平ガラス繊維（参考例６）が６０ＭＰａに対し、丸ガラス繊維（参考例４）は５０ＭＰａであり、扁平ガラス繊維を用いることによる丸ガラス繊維を用いた場合に対する改善率は２０％の上昇にとどまっていることと比較しても、発泡成形品で扁平ガラス繊維を用いることによる丸ガラス繊維を用いた場合に対する改善率である前記の８７．０％の上昇は、際立って高い。
これらの状況を整理して表４に示す。

また、表４から超臨界射出発泡成形においては、通常の射出成形のときと比べ、強度低下率は丸ガラス繊維の５４．０％に対し扁平ガラス繊維は２８．３％であり、かなり小さいことも明らかである。

以上説明したように、本発明の強化樹脂（特にポリアミド樹脂）の発泡剤（特に超臨界流体）による射出発泡成形品は、扁平ガラス繊維を用いることで、従来の射出発泡成形品では得られなかったヒケやソリが少ないなどの特性を保持したまま、機械的強度も確保することが可能となり、軽量化は十分に達成できると考えられる。
また、耐衝撃性も向上するので自動車用途をはじめ各種の用途に好適に使用できると考えられる。
なお、本発明の実施例においては、成形法として超臨界状態のガスを用いた射出成形法を紹介したが、押出し成形法など他の成形法においても同様なことが期待できる。

Claims

樹脂と扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形する扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法であって、前記樹脂がナイロン６であり、前記発泡剤が超臨界流体であることを特徴とする扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
前記扁平ガラス繊維は前記扁平ガラス繊維樹脂組成物に対し３〜３０質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
前記扁平ガラス繊維のフィラメント断面の扁平比（長径／短径）が１．５〜１０である請求項１又は２に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
前記扁平ガラス繊維の断面形状が円形であるとしたとき、同一面積を有する前記円形の直径である換算繊維径が、３μｍ〜３０μｍである請求項３に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
前記扁平ガラス繊維の断面形状が円形であるとしたとき、同一面積を有する前記円形の直径である換算繊維径が、３μｍ〜１１μｍである請求項４に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
前記超臨界流体はＣＯ_２である請求項１〜５のいずれか１項に記載の扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形方法。
樹脂とガラスフィラメントの断面形状が扁平な扁平ガラス繊維とを含む扁平ガラス繊維樹脂組成物に発泡剤を加えて射出発泡成形した扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品であって、前記樹脂がナイロン６であり、前記発泡剤が超臨界流体であることを特徴とする扁平ガラス繊維強化樹脂発泡成形品。