JP6829465B2

JP6829465B2 - ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工用線材

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Publication number: JP6829465B2
Application number: JP2017042025A
Authority: JP
Inventors: 歳博伊原; 幸典山本
Original assignee: IHARA SYNTHESIS, INC.
Current assignee: IHARA SYNTHESIS, INC.
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: JP2018144176A

Description

本発明は、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック（ＧＦＲＴＰ）廃品の再生品利用に関し、また、ステンレス鋼板などの特殊鋼板の表面の研磨加工や、空洞を有する円柱状金属部材の空洞内壁面に生じたバリ取り加工等の表面加工をするために使用するガラス繊維が線材長軸方向に配向したガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工用線材に関する。

ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック(GFRTP)は、ガラス繊維を熱可塑性プラスチックの中に入れて強度を向上させた複合材料であり、弾性率の高い材料との複合材料として、軽量で強度の高い材料として用いられる。

金属鋼板の表面加工に使用される研磨ブラシ用毛材として、ガラス繊維強化プラスチック製の製品が提供されている（特許文献１）。また、研磨砥材粒子を含有する合成樹脂からなるモノフィラメントを毛材として植毛したロールブラシ、カップブラシ、筒状ブラシなどを被処理金属鋼板に回転しながら押圧し、被処理金属鋼板の表面研磨加工を行うための研磨ブラシ用毛材が提供されている（特許文献２〜４）。また、金属や樹脂等の材料を研磨、切削するためのアルミナ繊維強化プラスチック製フィラメントからなる製品が提供されている。（特許文献５）研磨ブラシ用毛材には優れた研磨性が要求されており、研磨ブラシ用毛材に使用されるモノフィラメントの素材として、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６／６６共重合体、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１２などのポリアミド系樹脂のほか、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂などの合成樹脂から最適な素材を選択する試みが従来から種々検討されている。

特許文献１は、無機長繊維の集合糸に樹脂を含浸させてなる線条砥材が複数本、外周側面が円周面になっているホルダに保持されたブラシ状砥石において、無機長繊維が、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、炭素繊維、窒化珪素繊維およびガラス繊維のうちのいずれかの発明が提案されている。

特許文献２は、圧延鋼材などの乾式研磨加工において、優れた研磨性能を有すると共に、耐溶着性能にも優れた研磨ブラシ用毛材を提供するため、ポリアミド樹脂１００重量部に対し、研磨砥材粒子１０〜６０重量部およびアジン系化合物０．１〜５重量部を含有させた組成物を溶融紡糸したモノフィラメントからなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材が提案されている。

特許文献３は、ステンレス鋼板などの特殊用鋼などの乾式研磨加工において、優れた研磨性能を有し、耐溶着性能に特に優れた研磨ブラシ用毛材を提供するため、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１２あるいはナイロン６／６６共重合体のようなポリアミド系樹脂に対し、研磨砥材粒子５〜４０重量％およびフッ素系樹脂を３〜２５重量％含有してなる組成物を溶融紡糸したモノフィラメントからなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材が提案されている。

特許文献４は、ステンレス鋼板などの特殊鋼板の乾式研磨加工において、高い耐久性、研磨性及び耐溶着性を兼ね備えた研磨ブラシ用毛材を提供するため、ポリアミド系樹脂に対し、融点２１０〜２３０℃のテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体３〜２５重量％、アジン系化合物０．１〜５重量％、及び研磨砥材粒子５〜４０重量％含有するモノフィラメントからなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材、さらに、最短折損耐久時間が１０分以上、且つ研磨量が１４０ｇ以上であることを特徴とする研磨ブラシ用毛材が提案されている。

特許文献５では、バージン樹脂と無機短繊維を混合溶融して射出成型し、研磨材がフィラメントの中心軸と平行な方向に配向している、研磨及び研削用樹脂フィラメントを提案している。

再公表特許WO2007/097115号公報特開2003-145434号公報特開2004-58184号公報特開2005-262328号公報特開平6-39727号公報

しかしながら、バリ取りならびに研削加工に関する特許文献１の発明では、長繊維を束ねたブラシ状砥石であるため、繊維含有量に比して樹脂含有量はかなり少なく、非常に製品価格が高価であり、大量に消耗品として使用する産業では採用されておらず、また、リサイクル品を利用できない、研磨には不向きであるという課題がある。

研磨加工に関する特許文献２〜４の発明では、ワーク表面に毛材の樹脂が溶着することに対する耐溶着性に優れるが、ポリアミド系樹脂に対し、研磨砥材粒子５〜４０重量％を含有させるため、毛材の消耗が早く、大量に使用する産業ではコスト高の要因になるワークに対して砥粒の付着がある、尖った形状の砥粒がワーク表面を損傷することがある、毛材同士が融着することがある、といった課題がある。

研磨および研削加工に関する特許文献５の発明では、砥材としてアルミナ繊維を用いている。アルミナ繊維（結晶質）はガラス繊維（非晶質）に比べて引張り強さは同等だが、ヤング率が高く、剛直ではあるが曲げに弱い（折れやすい）、しなやかさに欠ける。そのため、砥材として利用した場合には、アルミナ繊維は硬いワークでも研磨力を発揮するが、研磨加工中に破砕して、破砕粉が発生しやすいという課題がある。

また、アルミナ繊維は吸水性がなく化学的に安定で変化も受け難いため、樹脂との親和力、結合力が弱い、アルミナ繊維流通価格はガラス繊維の２０〜２００倍以上も高価であるため、安価な汎用工業用ブラシ線材を提供できない、アルミナ繊維の安全性は未確定である等の問題がある。さらに、アルミナ繊維は高硬度のため、混練、溶融押出し工程における装置に機械的損傷を与えるため、生産設備費（固定費）も高くなるという課題もある。

ところで、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックは自動車や家電製品等に利用されているが、これらの製品の廃棄量は年々増加する傾向にある。これらの廃棄物の大半は、焼却や埋め立てなどにより処分されてきたが、焼却による環境汚染、埋め立て処理場不足などが社会問題になっており、プラスチック廃品のリサイクルは緊急に解決すべき課題である。

しかし、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック（ＧＦＲＴＰ）の廃品のリサイクルは以下のような困難要因があり、実用化されている例は少ないのが現状である。

第１の困難要因は、ＧＦＲＴＰ廃品は高強度、熱安定性の高い部材であることである。ＧＦＲＴＰ廃品はマトリックス樹脂中に短ガラス繊維がランダムに配向・分散している射出成型品で、これをリサイクルするためには、高強度な回収ＧＦＲＴＰを先ず最適な破砕方法で破砕した後、混練・溶融押出してリサイクルペレットにする必要がある。その破砕工程ではガラス繊維の折損・短繊維化をできるだけ抑え、かつ、できるだけ均一の破砕片にする破砕技術が、また混練・溶融押出工程では混練溶融押出中のガラス繊維の折損・短繊維化を極力抑え、かつ樹脂の熱劣化を抑える溶融押出技術が要求される。ガラス繊維長はＧＦＲＴＰの強度不適当（過度）な破砕化によるガラス繊維の短繊維化は再生品の樹脂の強度低下を招き、また破砕片の大きさのバラツキや溶融押出し時の熱劣化は、樹脂の流動性の不均質化を招きやすく、溶融押出される線材も不均質となるため、断線し易く、安定した連続線材化操作を不可能にするからであり、線材の物性・性能低下、品質低下の要因となるからである。

第２の困難要因は、ＧＦＲＴＰ廃品に含まれているサイジング剤である。ＧＦＲＴＰの製造にあたっては、成形品の強度、寸法精度・安定性、加工性を向上する目的で様々なサイジング剤と称する添加物が用いられるが、樹脂加工業界では周知の通り、サイジング剤はノウハウとして一般に公表されていない。この添加物はリサイクルペレットに持ち込まれ、素性不明な不純物、夾雑物となる。さらにＧＦＲＴＰ廃品からリサイクルペレットを製造する場合や、リサイクルペレットから再生加工品を製造する際に、樹脂の溶融流動化を妨害し、溶融押出時の夾雑物となり、安定な射出成型を妨害する。すなわち、サイジング剤には、マトリックス樹脂より高融点のものが用いられている場合が多く、そのため混練溶融時の温度がマトリックス樹脂の融点より若干高い溶融混練温度ではサイジング剤が不溶夾雑物として残存し、樹脂相が不均一化するため、再生品の成形が不安定化し、再生品にボイドの発生や線径のバラツキを誘引し、強度が低下する。

一方、サイジング剤の融点より高温度で溶融混練すればサイジング剤も溶融するが、高温にすればするほど、一般にマトリックス樹脂の熱劣化（主に重合度低下）を招き、リサイクルペレットの強度（シャルピー衝撃強度）が低下しやすくなる。そのためマトリックス樹脂の熱劣化を最小限に抑え、かつサイジング剤などの夾雑物も溶解する温度の最適化が不可欠となる。高融点夾雑物の存在と、その融点は、例えばＤＳＣ（熱示差分析法）で判断することができる。

第３の困難要因は、ＧＦＲＴＰ廃品は、新品の樹脂と比べて、既に様々な応力履歴や熱履歴を受け、マトリックス樹脂が劣化していることである。そのため、再生品の強度が低下してしまう。再生品の強度低下を抑えるために種々の検討がなされているが、依然として技術的、経済的に未解決な課題である。

本発明は上記のような従来の問題点を意図したものであり、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの廃品を再利用し、かつ、ワークへの砥粒や樹脂の付着がなく、ワークを損傷することのない、表面加工用線材を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、請求項１にかかる発明は、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの廃品を破砕溶融押出して得られるリサイクルペレットの溶融押出品である表面加工用線材であって、該リサイクルペレットのシャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m2、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａであり、該表面加工用線材は平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％含有し、線材長軸方向に対する前記ガラス繊維の配向角が０〜７°である、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工用線材である。

ガラス繊維の配向角は繊維強化プラスチックを切断し、その切断面についてＸ線ＣＴ装置等を利用して撮像し、観察又は演算装置により算出することが例示される。

一般のガラス繊維強化熱可塑性プラスチックでは強度を確保するためガラス繊維がランダムに配向するバルク状の製品であるが、本発明では、ガラス繊維が線材長軸方向に対して特定の小さな配向角の範囲に収まっている線材とする点で基本的に相違する。

前記ガラス繊維は、ガラス繊維と他の繊維との複合繊維でもよい。線材の柔軟性を高めるための機能剤を含有させてもよい。

前記熱可塑性プラスチックとしては、例えば、ＰＡ６ＧＦ、ＰＡ６６ＧＦ、ＰＢＴ−ＧＦ３０、ＡＢＳ−ＧＦ３０、ＰＰＳ−ＧＦ３０等が挙げられる。

前記ポリアミド系樹脂としてナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２が挙げられる。また、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品の材質としては、例えば、ＰＡ６ＧＦ、ＰＡ６６ＧＦ、ＰＢＴ−ＧＦ３０、ＡＢＳ−ＧＦ３０、ＰＰＳ−ＧＦ３０が挙げられる。

ここでいう「表面加工」には、研磨、研削、バリ取り、表面仕上げ等を含む。

ガラス繊維はＥガラスを用いることが好ましい。ＳｉＯ_２含量が５３％の結晶質の石英ガラスである。Ｅガラスは製造上の理由で親水性のシラノール性水酸基（―ＯＨ）を含むため、表面は親水性となる。そのためマトリックス樹脂が親水性樹脂であるポリアミドの場合にはガラス繊維と樹脂の濡れ性がよく、研磨加工中に線材からガラス短繊維が脱落しにくい。さらに、表面の水酸基（―ＯＨ）を利用するサイジング加工により、樹脂との親和力、結合力を調節できるため、必要に応じた特性の線材を作出することができる。

砥材としてしなやかなガラス繊維を用いているため、研磨加工中の折損が少なくワーク用面の仕上がりが良い。また、ガラス繊維は低価格であり安全性が確立されているので、安価で安全な線材を提供できる。

ガラス繊維の平均繊維長が０．０５ｍｍを下回ると溶融押出、線材化の難度は軽減するが、線材の腰強度が低下するため、ワーク表面仕上げ不良を招きやすく、１．５ｍｍを超えると、溶融押出、線材化の難度が増え、ガラス繊維の折損も増える等の問題が発生し易い。

線材中のガラス繊維は、１５〜４０重量％が好ましく、２８〜３３重量％がさらに好ましい。ガラス繊維が１５重量％を下回る線材はワーク表面との摩擦熱で樹脂の融着が生じ易く、一方、ガラス繊維含量が４０重量％を超えると溶融混練押出機のスクリューの損傷や押出圧力の上昇を招くなど線材の難度が増えるほか、得られる線材の靭性が低下して折れ易くなり、ブラシなどへの2次加工時の支障になるおそれがある。

リサイクルペレットのシャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａの範囲から外れると、表面加工用線材とした場合の強度が不十分であり、使用中に線材が折れやすい等の問題がある。なお、リサイクルペレットのシャルピー衝撃強さ、引張強さ、曲げ強さは、リサイクルペレットから各試験用サンプルを射出成形し、試験を行った結果である。

線材長軸方向に対する前記ガラス繊維の配向角が７°を超えると、線材の太さの不均一化や線材の引張強度の局所的低下を招き易くなる。その結果、線材の局所的切断を招く。

請求項２に係る発明は、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％で含有し、ガラス繊維が長軸方向に配向し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａである再生品である、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材用のリサイクルペレットである。

リサイクルペレット用の押出材中の繊維が長軸方向に対して特定の小さな配向角の範囲に収まっている点で、一般のペレット用押出材とは相違する。リサイクルペレットにも配向性があるので、線材の配向が確実になる効果がある。また、ガラス繊維が粉々にならず、切れ目なく重なり合うガラス繊維を有する線材を得ることができる。

請求項３に係る発明は、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの廃品の破砕物を溶融押出機で押し出してリサイクルペレット用押出材を製造し、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％含有し、ガラス繊維が長軸方向に配向し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａであるリサイクルペレットに切断する、リサイクルペレット成型工程と、前記リサイクルペレットを溶融押出機に投入し、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％で含有し、線材長軸方向に対する前記ガラス繊維の配向角が０〜７°である線材を押し出す線材溶融押出工程と、を備えたガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材の製造方法である。

ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品例としては自動車等の樹脂部品が例示され、樹脂中にガラス繊維がランダムに配向している。

請求項４に係る発明は、請求項３において、前記リサイクルペレット成型工程における前記破砕物の溶融温度が２３０℃〜２８０℃であり、前記線材溶融押出工程の前記リサイクルペレットの溶融温度が２３０℃〜３１０℃であることを特徴とする。

前記リサイクルペレット成型工程における溶融押出機としては、フルフライト型スクリューを有する溶融押出機、セミフライト型スクリューを有する溶融押出機が挙げられる。リサイクルペレット成型工程における溶融押出機の温度は２８０度以上だと樹脂の熱劣化を招くという問題があり、２３０度以下だと樹脂の溶融が不十分となり安定した押出成形ができないという問題がある。線材の溶融押出工程における溶融押出機の温度は３１０度以上だと樹脂の熱劣化を招くという問題があり、２３０度以下だと樹脂の溶融が不十分となり安定した押出成形ができないという問題がある。溶融不十分で口金から押出すと、溶融粘性が著しく高まり押出線材化することが困難となり研磨用としての均一な線材を得ることができないばかりか、線材中に発生するボイドのために線材が断線しやすくなり、線材化工程の安定な操業の妨げとなる。ただし、樹脂の溶融温度は樹脂の種類によって様々であり、樹脂の融点（添加物による融点降下をきたしている樹脂の場合はその混合樹脂の融点）から６０℃上を上限温度とする場合がある。

請求項５に係る発明は、廃品から破砕物を得る破砕工程と、前記破砕物を溶融押出機で押し出してリサイクルペレット用押出材を製造し、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％含有し、ガラス繊維が長軸方向に配向し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａであるリサイクルペレットに切断するリサイクルペレット成型工程と、を備えたガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材用のリサイクルペレット製造方法である。

請求項６に係る発明は、請求項５において前記リサイクルペレット成型工程における前記破砕物の溶融温度が２３０℃〜２８０℃であることを特徴とする。

本発明は、上記線材を加工した工業用ブラシ（例えば、カップ状ブラシ、ねじりブラシ等）に利用できる。工業用ブラシの用途としては、例えば、金属製品のサビ落とし・研磨作業、金属部品や樹脂部品のバリ取り、橋梁やタンクのケレン作業、精密部品の微小バリ取り・研磨作業、金属・樹脂加工部品の仕上げ、洗浄・清掃作業等が挙げられる。

本発明の再生品ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製線材によれば、砥粒入り線材を用いたブラシに見られるようなワークに対する砥粒の付着、砥粒によるワーク表面損傷が無い、例えば、無塗装、無表面処理の汎用鋼材（一般加工材のSPHC,SPSS、構造材SS材やSM材）の研磨加工、或いは、空洞を有する円柱状金属部材の空洞内壁面に生じたバリ取り加工等のワーク表面の仕上がりがきめ細かく、錆取りむらもなく、仕上がり状態が良好である。また、線材樹脂がワーク表面に溶着したり、線材同士が融着することが少なく、その結果、ブラシ性能の安定化と寿命延長に繋がる。樹脂中に砥材が分散しているのに比べて、本発明の線材ではガラス繊維の密集度が高く、熱伝導性(放熱性)が高いと考えられる。さらにガラス繊維強化熱可塑性プラスチックのリサイクル材の利用ができ、安価な線材を提供できる。

左と中央の図は、本発明の線材Ｆ中のガラス繊維Ｇの配向を説明する説明図、右の図は、従来の砥粒Ｔ入りのナイロン線材ＦＰの説明図である。（a）は本発明の線材Ｆの縦断面図、（ｂ）は同横断面図、（ｃ）は板材の縦断面図、（ｄ）は板材の横断面図である。本発明の線材Ｆ中のガラス繊維Ｇの配向角を定義する説明図である。本発明実施例１のＰＡ６ＧＦ３０製の自動車樹脂部品の破砕材をフルフライトスクリュー溶融押出機で加工したリサイクルペレットをスクリュー溶融押出機で加工した線材の右切断面(a)の電子顕微鏡写真図である。同じく上切断面(b)の電子顕微鏡写真図である。本発明実施例のＰＡ６ＧＦ３０製のリサイクルペレットをフルフライトスクリュー溶融押出機で加工し巻き取った後の線材Ｆから筒型ブラシに加工した製品の写真図である。比較例１のＰＡ６ＧＦ３０製の自動車樹脂部品の破砕材（曲がり部分）の右切断面(c)の電子顕微鏡写真図である。同じく上切断面(d)の電子顕微鏡写真図である。ＰＡ６ＧＦ３０製の自動車樹脂部品の破砕材（曲がり部分）を押出成形したリサイクルペレットの長辺に沿って切断した上切断面（ｄと同方向の横断面）の電子顕微鏡写真図である。同じく長辺に垂直に切断した右切断面（ｃと同方向の従断面）の電子顕微鏡写真図である。実施例２のねじりブラシの斜視写真図である。実施例２のねじりブラシを使用する円柱状金属部材のバリ取り試験の箇所を示す斜視写真図である。実施例２のねじりブラシを使用する、バリ取り前の円柱状金属部材の部分拡大斜視写真図である。実施例２のねじりブラシを使用する、バリ取り後の円柱状金属部材の部分拡大斜視写真図である。従来技術の砥粒入りブラシ線材の切断面の模式図である。

本発明の実施形態のガラス繊維を線材長軸方向に配向した再生品である線材Ｆとその製造方法、長軸方向にガラス繊維が配向したリサイクルペレットとその製造方法、およびその線材Ｆを利用した工業用ブラシについて図面を参照し説明する。

本実施形態の線材Ｆは、ＰＡ６ＧＦのガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品の溶融押出線材であり、平均繊維長０．６ｍｍ、直径１０μｍのガラス繊維Ｇを３０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂又はＰＰＳ樹脂であるプラスチックＰを７０重量％で含有し、線材長軸方向Ｘに対するガラス繊維Ｇの配向角を０〜７°、好ましくは、０〜４°とするものである。

ＰＡ６ＧＦ（例えばＰＡ６ＧＦ３０）に代えてＰＡ６６ＧＦでもよい。

ＰＡ６とＰＡ６ＧＦ３０の物性データを表１に示す。

表１中のａは、http://www.ensinger.jp/properties/heat.html、ｂは、http://www.as-1.co.jp/academy/17/17-2.htmlを示すものである。

本実施形態の線材Ｆの断面形状は、略円形のほか、楕円形、三角形、四角形、五角形などの多角形、矩形、その他異形などが挙げられ、特に限定されない。しかし、線材Ｆの直径が細すぎると毛腰が弱すぎて研磨性が低下し、太すぎると毛腰が強すぎるために、ブラシ植毛が困難となる。したがって、ブラシ用の線材Ｆの直径は０．２〜１．５ｍｍ、特に０．４〜０．８ｍｍが好ましい。

以下に本実施形態の線材Ｆの製造方法の一例を上げる。ＰＡ６ＧＦ３０のガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品を破砕する破砕工程と、溶融温度２３０〜２８０℃で、フルフライト型スクリューを有する溶融押出機に投入し、ペレット用押出材であるストランドを押し出し、リサイクルぺレットに切断するリサイクルぺレット成型工程により、リサイクルペレットを得る。その後、得られたリサイクルぺレットを溶融押出機に投入し、温度２３０〜３１０℃で溶融し、スクリュー回転数１５０〜２００ｒ．ｐ．ｍで線材を溶融押し出しすることにより、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維Ｇを、重量％で１５〜４０％、プラスチックを６０〜８５重量％で含むガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの線材を押し出す溶融押出工程と、溶融押出した線材を冷却固化する工程により、再生品であるガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製線材を得る。押出された溶融混合物は冷却浴で冷却固化された後、巻取り機による巻取りが行われる。そのままの状態からブラシに成形し、利用も可能であるが、必要に応じて、延伸処理、加熱延伸処理、熱処理がされてもよい。

前記リサイクルぺレット成型工程によって得られるリサイクルペレットは、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％含有し、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂又はＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％で含有し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m2、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａである。ここで、リサイクルペレットの上記強度試験は、リサイクルペレットから試験用サンプルを成形し、強度試験を行った結果である。

ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品として、ＰＡ６ＧＦからなる自動車樹脂部品の部位を破砕し、フルフライト型スクリュー溶融押出機による押出を行い、切断しリサイクルペレットとし、リサイクルペレットと自動車樹脂部品切削片を切断し、それぞれを溶剤で樹脂を溶解後、ガラス繊維を分離した。分離されたガラス繊維の切断面を電子顕微鏡写真で比較観察すると、ガラス繊維Ｇの繊維長はほぼ同様であり、溶融押出過程でのガラス繊維の折損はほとんど見られなかった。

リサイクルペレットを押出成形した線材Ｆは、図１に示す通り、ガラス繊維Ｇの長軸がノズルからの吐出過程で線材長軸方向Ｘ（図１の繊維長方向）に強く配向すること、従来の砥粒含有線材とは、組成・構成が本質的に異なるものであること、が確認された。

線材Ｆの線径のサイズを多種多様として製作すれば、活用範囲が拡大する。工業用ブラシに若干の柔軟性を持たせることにより、ネジリブラシ、直線ブラシ、などの様々な用途に使うことができる。

ポリアミド系樹脂として、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１２、ナイロン６／６６共重合体が挙げられるので、適宜、選択する。

前記リサイクルペレット成型工程において、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品の粉砕物に加えて、新品の樹脂やガラス繊維を加えてもよい。また、前記線材の溶融押出工程において、リサイクルペレットに加えて、新品のペレットを加えてもよい。さらにリサイクルペレットの代わりに新品のガラス繊維強化熱可塑性プラスチックペレットを用いても良い。

前記線材の溶融押出工程において、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を添加すれば、マトリックスの熱劣化によるシャルピー衝撃強さの低下を小さくできるので好ましい。高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）は、０．５〜５重量％含むことが好ましい。

前記線材の溶融押出工程において、溶融温度は、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品に含まれているサイジング剤などの夾雑物よりも高く、夾雑物も溶解する完全溶融であることが好ましい。マトリックス樹脂が溶融してもサイジング材が不溶のまま残ると、線材の連続押出操作が不安定化し、線材にボイドが発生したり、強度が低下したりするからである。夾雑物の存在とその融点は、例えばＤＳＣ（熱示差分析法）で判断することができる。

本実施形態の線材からなる工業用ブラシは、金属製品の研磨、およびバリ取り加工用ブラシであり、複数本の線材を束ねて金属部で束ね、金属部を研磨装置に取り付けて、線材Ｆにより金属製品の表面を機械的に研磨するものである。本ブラシは射出成形樹脂部品の表面研磨や切削成形樹脂切削壁面のバリ取りにも利用できる。

本実施形態の線材Ｆは従来の線材ＦＰよりも、表面仕上げ性、線材同士の融着防止性、粒状物付着防止性が優れているため、乾式研磨加工用の研磨ブラシ用線材に使用した場合、有用性が高い。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明の線材Ｆの構成及び効果をさらに詳しく説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。上記及び以下の実施例における線材Ｆの特性の評価は次の方法により行った。

［平均繊維長］
図２に示す通り、線材Ｆの試験片をその中心軸である線材長軸方向Ｘに沿って切断し（図中、上からの断面図（横断面））、島津製作所製マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置ＳＭＸ−１６０ＬＴ、撮像倍率５６倍、撮像面積４．９ｍｍ^２による切断面の撮像による写真から、写真撮像の範囲内における、ガラス繊維Ｇの平均繊維長を算出した。算出方法は、線材Ｆ中の任意のガラス繊維Ｇの２０本について、始点と終点の座標を記録し、それから長さ及びそれらのばらつきを標準偏差として算出した。

［ガラス繊維Ｇの配向］
図２に示す通り、ガラス繊維Ｇを含む線材Ｆの試験片をその中心軸である線材長軸方向Ｘに沿って切断し（図中、上からの断面図（横断面））、島津製作所製マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置ＳＭＸ−１６０ＬＴ、撮像倍率５６倍、撮像面積４．９ｍｍ^２による切断面の撮像による写真から、写真撮像の範囲内における、線材の配向を算出した。算出方法は、線材Ｆ中の任意のガラス繊維Ｇの２０本について、始点と終点の座標ＸＹＺを記録し、それから傾き及びそれらのばらつきを標準偏差として算出した。線材長軸方向Ｘに対して図３に示す通り、緯度θ、経度φを求め、これから、配向角αを求め、平均値を２とした。配向角αの定義については、放射線による非破壊評価シンポジウム講演論文集、第６巻、7-13ページ、発行年2008年、著者滝克彦(日本ビジュアルサイエンス)、高塩創(日本ビジュアルサイエンス)、CHEON Yong‐Sung(日本ビジュアルサイエンス)を参照されたい。

［引張強度］
JISK7162:1994
試験片：ＪＩＳＫ７１６２１B形
試験速度：５ｍｍ／ｍｉｎ
試験機容量：ロードセル式２０ｋN
室温：２３℃

［シャルピー衝撃試験］
ＪＩＳK７１１１−１：２０１２
試験片：ＪＩＳＫ７１１１−１／１ｅＡ
支持台間距離：６２ｍｍ
公称振り子エネルギー（ひょう量）：１．００J
室温：２３℃

［ワーク表面仕上げ性］
ハンド工具に線材を束ねたブラシを取り付け、荷重１Ｋｇ、回転数は１０００ｒ．ｐ．ｍ、時間は５分で、ステンレス鋼板にブラシを上から押し付けて接触させて、表面の研磨加工を行ない、ステンレス鋼板の表面の模様を目視観察して、次の４規準に評価分類した。
Ａ：表面の模様がきめ細かく目立たない。
Ｂ：表面の模様が少し目立つ。
Ｃ：表面の模様が目立つ。
Ｄ：表面の模様がかなり目立つ。

［融着防止性］
ハンド工具に線材を束ねたブラシを取り付け、荷重１Ｋｇ、回転数は１０００ｒ．ｐ．ｍ、時間は５分で、ステンレス鋼板にブラシを上から押し付けて接触させて、表面の研磨加工を行ない、ブラシの線材を目視観察して、次の２規準に評価分類した。
Ａ：線材同士の融着がない。
Ｂ：線材同士の融着がある。

［粒状物付着性］
ハンド工具に線材を束ねたブラシを取り付け、荷重１Ｋｇ、回転数は１０００ｒ．ｐ．ｍ、時間は５分で、ステンレス鋼板にブラシを上から押し付けて接触させて、表面の研磨加工を行ない、ステンレス鋼板の表面に対する線材から出る粒状物の付着状況（汚れ）を目視観察して、次の４規準に評価分類した。
Ａ：粒状物の付着がない。
Ｂ：粒状物の付着は僅かにあるが、殆ど目立たない。
Ｃ：粒状物の付着が少しある。
Ｄ：粒状物の付着が多い。

［実施例１］
ＧＦＲＴＰの一種であるＰＡ６ＧＦ３０（ガラス繊維を重量部で３０％混入したナイロン６）からなる自動車樹脂部品を異品種混入なしで分別回収し、破砕し第１破砕材とする。この第１破砕材は、引張強さが８３．６ＭＰａ（サンプル数３）、シャルピー衝撃試験結果が１１（サンプル数５）、ガラス繊維Ｇの平均ガラス繊維長が０．６ｍｍである。この第１破砕材を切削し、切削材をさらに破砕した第２破砕材をフルフライト型スクリューを備えたＰＳＶ７５ｍｍベント式押出機（Ｌ／Ｄ＝３２）に投入し、孔径４ｍｍΦの１１本の紡糸ノズルから溶融温度２８０℃、スクリュー回転数１６０ｒｐｍで樹脂を溶融押出し、ストランドを得た。得られたストランドを冷却固化、切断しリサイクルペレットに成形する。ここで、第２破砕材を熱風乾燥機又は真空乾燥機で、１２０℃で６〜８時間、乾燥させて、水分率を低くしてから、前記押出機に投入することにより、リサイクルペレットの水分含有率が例えば０．２％、好ましくは、０．１％以下となる。第１破砕材とリサイクルペレットの物性評価を行ったところ、表２の通りであった。リサイクルペレットにすると第１破砕材よりも引張強度と耐衝撃性が高くなったが、シャルピー衝撃試験はほぼ同様の効果が得られた。また、ガラス繊維Ｇが破断されず、ほぼ均一な長さを保持することが確認された。樹脂の劣化が少なく、ボイドの少ない溶融押出ができたためと考察される。ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックのガラス繊維Ｇの直径については、３〜３０μｍのものが使用できる。

上記のリサイクルペレットを（TECHNOVEL社製）のニ軸型押出機ＫＺＷ２０ＴＷＩＮ−３０ＭＧ（Ｌ／Ｄ＝３０、スクリュー内径２０ｍｍΦ、スクリュー長さ６０ｃｍ）に投入し、孔径３ｍｍの２本の紡糸ノズルから溶融温度２４０℃、樹脂圧力１．６ＭＰａ、スクリューモータ回転数１６０ｒｐｍ、スクリューモータ電流２５．７Ａで樹脂を溶融押出した。その後、水道水を満たした冷却水浴中を通過させ、未だ完全に固化しない状態の線材Ｆを、手動ワイヤー巻取り機で延伸度を調節しながら巻取り、直径が０．６〜１．４ｍｍの線材を製造した。得られた線材Ｆを使用してカップ状ブラシ（軸方向全長９８ｍｍ、ブラシ突出長３４ｍｍ）に加工した。

ガラス繊維Ｇの平均繊維長さ及びガラス繊維Ｇの配向については、リサイクル前後のＧＦＲＴＰの配向、長さを、試料１ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品板材（自動車樹脂部品から平面の部位を切削し取り出した）、試料２ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品Ｕ型材（自動車樹脂部品からＲ部の部位を切削し取り出した）、試料３リサイクルペレットから製造した線材Ｆ（自動車樹脂部品を破砕した後、リサイクルペレットから製造した線材Ｆ）について、測定した結果（平均値と標準偏差）は下表の通りである。線材Ｆのガラス繊維Ｇの配向度のＸ線ＣＴ評価結果を図４、図５に示す。また、リサイクルペレットのガラス繊維配向度のＸ線ＣＴ評価結果を図９、図１０に示す。リサイクルペレットのガラス繊維配向度X線ＣＴ（図９）は図１０に対し長さで２倍、面積で４倍に拡大したものである。線材Ｆ中のガラス繊維Ｇも、リサイクルペレット中のガラス繊維Ｇも、ばらつきが大変狭く、配向度が高い。また、線材中のガラス繊維もリサイクルペレット中のガラス繊維も切れ目なく重なりあっている。

ただし、経度φ、緯度θはガラス繊維Ｇの始点を原点とし、Ｘ軸が線材の中心軸方向であり、Ｙ軸とＺ軸はX軸と直交する軸であり、Ｘ軸の方向を基準として算出した。配向角αは経度φと緯度θのいずれか、大きな数値である。長さについては、ばらつきも考えるとほぼ等しいと考えて問題ない。右欄の数値は標準偏差を示す。ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック廃品は図７、図８に示す通り、経度φのばらつきが大きく、平面内でばらばらの方向を向いている。また、緯度θについてはばらつきが小さく、平面内から大幅に外れたガラス繊維Ｇは存在していない。これらの結果からガラス繊維がランダムに散布された樹脂フィルム層が積層された成形品と考察される。一方、リサイクルペレットから製造した線材Ｆは図４、図５に示す通り、ばらつきが大変狭く、配向の度合いが高い。また表３の結果も合わせると線材Ｆ中の平均ガラス繊維長は０．６２ｍｍでばらつきも少ない（標準偏差（σ）±０．１８ｍｍ）。

実施例１の実施例１のワーク表面仕上げ性については、評価Aが得られた。実施例１は錆がよりきめ細かく除去され、ワーク表面の仕上がりが良好であり、結果的には同じ処理時間でよく研磨された表面が得られることが確認され、評価Aが得られた。融着防止性については、評価Aが得られた。粒状物付着性については、評価A又はＢが得られた。

［実施例２］
実施例２は実施例１と同様であるが、カップ状ブラシに代えて、図１１に示す通り、ねじりブラシ（軸方向全長８０ｍｍ、ブラシ突出長３０ｍｍ、直径１０〜２０ｍｍ）に加工した。このねじりブラシを用いて、図１２〜図１４に示す空洞を有する円柱状金属部材に対して、回転数1000rpmにて約5秒間、矢印箇所に示す通り、この円柱状の空洞の周辺の部位にねじりブラシを挿入し、バリ取り試験を行い、目にみえないような微細なバリも除去できたことを確認した。

［実施例３］
実施例３は実施例１と同様であるが、リサイクルペレットに高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を、リサイクルペレットに対する重量％で０．５％、２％を混練したものである。リサイクルペレットの引張強さとシャルピー衝撃強さの比較を表４に示す。ポリアミド樹脂の柔軟性向上（シャルピー衝撃試験）を目的として、ポリオレフィン、たとえば高密度ポリエチレン（HDPE）を少量添加することで、GFRTP線材にHDPEを添加するものである。

（1）は実施例1記載のリサイクルペレットを再掲し、（2）(3)は、このリサイクルペレットにＨＤＰＥを混練して製造した試料のデータである。(2)(3)は熱履歴が(1)より１回多い為、樹脂部分の熱劣化で全体の物性は低下していると推定できる。(2)(3)を比較すると引っ張り強さに差は無いが、（3）の衝撃強さは（2）の衝撃強さに対して、３０％向上している。

［実施例４］
実施例４のリサイクルペレットは実施例１と同様に製造するので、説明は援用する。実施例１〜３のニ軸型押出機に代えて、卓上型混練機MC15（オランダXplore Instruments BV製）にリサイクルペレットを投入し、高温溶融押出の設定温度を３００℃でリサイクルペレットを完全溶融させ、スクリュー回転数が３０r.p.mで樹脂を溶融押出した。円錐形の同方向２軸コニカルスクリュー（Ｌ／Ｄ＝７．８〜１９．１、スクリュー内径２２〜９ｍｍΦ、スクリュー長さ１７２ｍｍ）吐出孔径１ｍｍの円錐形ノズルから線材を吐出させる。その後、自然落下させ、線材を巻取り（巻取速度５．３ｍ／ｍｉｎ）、直径が０．５〜０．６ｍｍφの線材を製造した。線材Fは実施例１と同様のＸ線ＣＴを得られた。得られた線材Ｆを使用してカップ状ブラシ（軸方向全長９８ｍｍ、ブラシ突出長３４ｍｍ）に加工した。

実施例４の線材Ｆによれば、実施例１〜３と同様の特性以上の性能が得られたので、説明は援用する。

［実施例５］
リサイクルペレットの代わりに、新品のガラス繊維強化ポリアミド樹脂ペレット（東レ（株）製PA6GF30 「６ナイロン／強化（ガラス繊維30％含有CM1011G-30」）を用いる以外は、実施例４と同様に製造するので、説明は援用する。

［比較例１］
自動車樹脂部品（PA6−GF30）の破砕材のガラス繊維配向度X線ＣＴ評価結果を図７、図８に示す。

ガラス繊維Ｇの配向性については、リサイクル原料である比較例１の自動車樹脂部品では、図７、図８に示す通り、ガラス繊維Ｇの配向性が殆ど認められないが、実施例１では、図４、図５に示す通り、ガラス繊維Ｇにかなり配向性が認められる。

［比較例２］
市販の砥粒入りナイロンブラシ線材の横断面のＸ線ＣＴを模式図にしたものを図１５に示す。これによれば、砥粒Ｔの組織に鋭角部分と周辺に巣（ボイド）Ｓらしきものがあるが、本実施形態ではこのような組織は存在しないので、本実施形態のブラシを構成する線材Ｆとは、平均繊維長、配向性は全く相違しており、性能は明らかに低下すると考えられる。

比較例２の線材について、ワーク表面仕上性の試験を行った結果、その評価はＤであり、比較例２は実施例１〜４より劣ることがわかった。

ワークとして錆びた鉄板を利用して摩耗試験を行い、ワーク表面の仕上げ性を比較した結果、比較例２の市販の砥粒入りナイロン線材ＦＰ使用のカップブラシでは、ワーク表面の錆落ちは粗い状態であり、同心円状の模様が生じ、評価Ｄである。

以上の実施形態は、本発明の実施のための好ましい実施形態の例示である。また、当業者は、本発明の開示に鑑みて、本発明の要旨から離れることなく多数の改良、変更、置換、欠失、追加等が可能である。例えば、上記製造方法は一例を示したものであり、製造条件は、適宜変更が可能である。

リサイクル品を利用可能とし、耐摩耗性、ワーク表面仕上げ性に優れ、製造コストを大幅に削減した工業用ブラシを提供できる他、ガラス繊維の配向性に優れた点を活用した製品にも適用が可能である。

Ｂ・・・板材
Ｆ・・・線材
ＦＰ・・・砥粒入り線材
Ｔ・・・砥粒
Ｇ・・・ガラス繊維
Ｐ・・・プラスチック
Ｘ・・・線材長軸方向
α・・・配向角
θ・・・緯度
φ・・・経度

Claims

ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの廃品を破砕溶融押出して得られるリサイクルペレットの溶融押出品である表面加工用線材であって、該リサイクルペレットのシャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａであり、該表面加工用線材は平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％含有し、線材長軸方向に対する前記ガラス繊維の配向角が０〜７°である、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工用線材。
平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％で含有し、ガラス繊維が長軸方向に配向し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａである再生品である、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材用のリサイクルペレット。
ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの廃品の破砕物を溶融押出機で押し出してリサイクルペレット用押出材を製造し、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％含有し、ガラス繊維が長軸方向に配向し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａであるリサイクルペレットに切断する、リサイクルペレット成型工程と、
前記リサイクルペレットを溶融押出機に投入し、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％で含有し、線材長軸方向に対する前記ガラス繊維の配向角が０〜７°である線材を押し出す線材溶融押出工程と、
を備えたガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材の製造方法。
前記リサイクルペレット成型工程における前記破砕物の溶融温度が２３０℃〜２８０℃であり、前記線材溶融押出工程の前記リサイクルペレットの溶融温度が２３０℃〜３１０℃である請求項３のガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材の製造方法。
廃品から破砕物を得る破砕工程と、
前記破砕物を溶融押出機で押し出してリサイクルペレット用押出材を製造し、平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂またはＰＰＳ樹脂を６０〜８５重量％含有し、ガラス繊維が長軸方向に配向し、シャルピー衝撃強さが５〜２０kJ/m²、引張強さが１００〜１９０Ｍｐａ、曲げ強さが１２０〜２５０ＭＰａであるリサイクルペレットに切断するリサイクルペレット成型工程と、
を備えたガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材用のリサイクルペレット製造方法。
前記リサイクルペレット成型工程における前記破砕物の溶融温度が２３０℃〜２８０℃である請求項５のガラス繊維強化熱可塑性プラスチック製の表面加工線材用のリサイクルペレット製造方法。
平均繊維長が０．０５〜１．５ｍｍ、直径３〜３０μｍのガラス繊維を、１５〜４０重量％、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂又はＰＰＳ樹脂を６０から８５重量％で含有するペレットを、溶融押出機に投入し、温度２３０〜３１０℃で溶融し、口径２〜７ｍｍの吐出ノズルから線材を溶融押し出しする溶融押出工程と、
前記溶融押出した線条を冷却固化する工程と、
を備えたことを特徴とする線材の製造方法。