JP6839570B2 - 成形品およびその成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、セルロースを含有した樹脂材料を射出成形することによって製造される成形品、およびその成形方法に関するものである。

従来、樹脂材料を射出成形することで製造される成形品は、自由度の高い形状の物品を得ることができるため、自動車部品、家電部品、その他日用品などに広く用いられている。ただし、汎用樹脂材料のみを用いた成形品は、機械的強度が低いという欠点があった。

そのため、汎用樹脂材料を強化する目的で、添加物として繊維状フィラーを用いることがある。繊維状フィラーとしてはガラス繊維や炭素繊維、天然繊維などが用いられる。これらの繊維状フィラーは引張方向の強度が非常に高いため、繊維状フィラーを汎用樹脂材料に混合し、複合樹脂材料とすることで、成形品の機械的強度向上、または軽量化を図ることができる。

繊維状フィラーとして用いられる材料のうち、天然繊維の一種であるセルロース系繊維は、木材などから製造できるため非常に入手が容易で、低コスト化が期待できる。また、廃棄後の処分も容易で、リサイクルに向いているため、環境負荷が小さいというメリットもある。

セルロース系繊維をフィラーとして用いる場合、十分な強度を得るためには、木材パルプなどの原料から繊維を細かくほぐす解繊工程と、樹脂材料への分散工程を行う必要がある。この分散工程において、セルロース系繊維は親水性基を持つため、樹脂材料へ分散させにくいという問題がある。

そこで、特許文献１においては、樹脂材料とセルロース系繊維の中に、特定の分散剤を配合することにより、セルロース系繊維を良好に分散させることができるとしている。分散剤としては、水酸基価が３０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上である分散剤を含有し、好ましくは、分散剤の濃度を、２〜１０質量％としている。このような構成とすることで、セルロース系繊維が樹脂材料に良好に分散し、引張強度や曲げ弾性率などの機械的強度が高い成形品が得られる。また、射出成形性が良く、成形品の外観が良い射出成形品が得られるとしている。

特開２０１２−１０２３２４号公報

しかしながら、前記従来の成形品は、繊維状フィラーが均一に分散されているため、繊維状フィラーの含有率を上げていくと、引張弾性率が高まると同時に曲げ弾性率も高くなる。このことは一般的な構造部材であれば望ましいが、場合によっては、引張弾性率が高く、曲げ弾性率が低いことが望ましい場合がある。

例えば、内圧を受ける筒状構造体において、内圧変化による変形を抑えて外形寸法の変化を小さくするため、高い引張弾性率が求められる。一方で、筒状構造の両端を固定している場合、温度変化を受けた際に熱膨張差により筒状構造の両端固定部に負荷がかかり、その両端固定部が破壊される恐れがある。その際、筒状構造体が屈曲変形することで熱膨張差を吸収し、両端固定部の破壊を防止することができる。このような場合、曲げ弾性率の低い、柔軟な材料が望ましい。

このように、前記従来の構成では、引張弾性率が高く、曲げ弾性率が低いことが望ましい場合に、所望の成形品を得ることが困難という課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、繊維状フィラーとしてセルロース系繊維を含有した複合樹脂材料を用い、射出成形することで得られる成形品において、汎用樹脂材料のみの場合に対し、引張弾性率を大きく向上させながら、曲げ弾性率の向上を抑制した成形品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の成形品は、セルロース系繊維を含有した樹脂材料を用い表面方向に比べて厚み方向が薄い成形品において、成形品の厚みをＴとしたとき、成形品表面からの距離ＴＦが、
ＴＦ≦０．１×Ｔ を満たす範囲を成形表面部とし、成形品全体の平均セルロース濃度をＤ、成形表面部の平均セルロース濃度をＤＦとしたとき、 ＤＦ≧１．１×Ｄ を満たすことを特徴とする。

本発明の成形品によれば、セルロース繊維を含有するため、汎用樹脂材料のみの場合に対し、引張弾性率を大きく向上させることができる。また、成形表面部の平均セルロース濃度が非表面部（中心部）のセルロース濃度よりも高く、その成形表面部の厚みが全体の厚みに比べて非常に薄いため、全体としての曲げ弾性率の向上を抑制した成形品が得られる。

本発明の実施の形態１における成形品の斜視図である。 同成形品の図１におけるＡ_１断面図である。 同成形品の断面拡大図であって、図２におけるＢ_１拡大図である。 本発明の実施の形態２における成形品の斜視図である。 同成形品の図４におけるＡ_２断面図である。 同成形品の断面拡大図であって、図５におけるＢ_２拡大図である。 同成形品の断面拡大図であって、図５におけるＣ_１拡大図である。 同成形品の断面拡大図であって、同成形品の成形過程を示す図である。 同成形品の断面拡大図であって、同成形品の成形過程を示す図である。 同成形品の断面拡大図であって、同成形品の成形過程を示す図である。 同成形品の断面拡大図であって、同成形品の成形過程を示す図である。 同成形品の断面拡大図であって、同成形品の成形過程を示す図である。 同成形品の断面拡大図であって、同成形品の成形過程を示す図である。 同成形品における図７におけるＣ_２拡大図である。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における成形品１を模式的に表した斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における成形品１の断面図（図１におけるＡ_１断面を矢印の方向から見た図）である。図３は、本発明の実施の形態１における成形品１の断面拡大図（図２におけるＢ_１拡大図）である。図１〜３において、同じ構成要素については同じ符号を用いる。

成形品１は、図１および２に示すように、一面が開放された箱状に形成されている。また、図３に示すように、成形品１は、セルロース系繊維２が分散した樹脂材料３で形成されている。図３は概念図であり、セルロース系繊維２の大きさなどは、実際の縮尺と異なる。以下、セルロース系繊維２の分布について、図３を参照しながらさらに詳しく説明する。なお、図３において、Ｘ方向は箱構造の面に平行な方向とし、Ｙ方向は箱構造の面に垂直な方向（厚み方向）とする。

成形品１の厚みをＴとする。成形品１の表面からの距離Ｔ_Ｆが、 Ｔ_Ｆ≦０．１×Ｔ を満たす範囲を成形表面部４とする。すなわち、成形表面部４は、成形品１の外観部とその付近となっている。

セルロース系繊維２は、樹脂ペレット（射出成形のために溶融される前）の時点で樹脂材料３内に分散されている。射出成形における流動の結果と、ペレット時点での分散不足などにより、成形品１の断面におけるセルロース系繊維２の濃度は必ずしも均一ではない。

ここで、成形品１全体にわたっての平均セルロース濃度をＤとする。これは、Ｄを質量％で表現する場合、成形品１に含まれるセルロース系繊維２の質量の合計を、成形品１全体の質量で割ったものである。

このとき、成形表面部４についても同様に、平均セルロース濃度をＤ_Ｆとする。本実施の形態の成形品１は、平均セルロース濃度の関係において、 Ｄ_Ｆ≧１．１×Ｄ、より好ましくは、 Ｄ_Ｆ≧１．２×Ｄ、さらに好ましくは、 Ｄ_Ｆ≧１．５×Ｄを満たしている。

これはつまり、成形表面部４の平均セルロース濃度Ｄ_Ｆが、成形品１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高いことを表している。言い替えれば、成形品１の表面にセルロース系繊維２が集まっており、非表面部（中心部）にはセルロース系繊維２がやや少なく分散していることになる。

ここで、セルロース系繊維２としてはパルプ、セルロースナノファイバー、リグノセルロース、リグノセルロースナノファイバー、綿、麻、ジュート繊維等の繊維状フィラー、さらにはそれらの表面及び末端に化学修飾した変性繊維などが挙げられる。これらから選択される繊維状フィラーが複数混在していてもよい。

また、樹脂材料３としては、良好な成形性を確保するために、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、オレフィン系樹脂（環状オレフィン系樹脂を含む）、スチレン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、有機酸ビニルエステル系樹脂またはその誘導体、ビニルエーテル系樹脂、ハロゲン含有樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ポリスルホン系樹脂（ポリエーテルスルホン、ポリスルホンなど）、ポリフェニレンエーテル系樹脂（２，６−キシレノールの重合体など）、セルロース誘導体（セルロースエステル類、セルロースカーバメート類、セルロースエーテル類など）、シリコーン樹脂（ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサンなど）、ゴムまたはエラストマー（ポリブタジエン、ポリイソプレンなどのジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなど）などが挙げられる。上記の樹脂は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用され得る。なお、樹脂材料３は熱可塑性を有していれば上記の材料に限定されるものではない。

これらの熱可塑性樹脂のうち、樹脂材料３は、比較的低融点であるオレフィン系樹脂であることが好ましい。オレフィン系樹脂としては、オレフィン系単量体の単独重合体の他、オレフィン系単量体の共重合体、オレフィン系単量体と他の共重合性単量体との共重合体が含まれる。

オレフィン系単量体としては、例えば、鎖状オレフィン類（エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテンなどのα−Ｃ２−２０オレフィンなど）や、環状オレフィン類などが挙げられる。これらのオレフィン系単量体は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用され得る。上記オレフィン系単量体のうち、エチレン、プロピレンなどの鎖状オレフィン類が好ましい。

他の共重合性単量体としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどの脂肪酸ビニルエステル；（メタ）アクリル酸、アルキル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル系単量体；マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸またはその無水物；カルボン酸のビニルエステル（例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなど）；ノルボルネン、シクロペンタジエンなどの環状オレフィン；およびブタジエン、イソプレンなどのジエン類などが挙げられる。これらの共重合性単量体は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用され得る。

オレフィン系樹脂の具体例としては、ポリエチレン（低密度、中密度、高密度または線
状低密度ポリエチレンなど）、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレ
ン−プロピレン−ブテン−１などの三元共重合体などの鎖状オレフィン類（特にα−Ｃ２
−４オレフィン）の共重合体などが挙げられる。

次に、図３のような繊維分布を持つ成形品１の製造方法について述べる。樹脂材料３にセルロース系繊維２を分散させた複合樹脂ペレットを、射出成形機に投入して溶融し、成形金型に充填することで成形品１を成形する。具体的には、射出成形機に投入された複合樹脂ペレットは、樹脂材料３の融点以上まで昇温され、セルロース系繊維２を含む液状となり成形金型に充填される。成形金型内の、成形品１の形状部分が全て埋まると、充填が完了する。成形金型内では液状の樹脂材料３が成形金型と熱交換することにより、融点以下となって凝固する。樹脂材料３の凝固は、成形品１のうち、成形金型と接する表面部から始まり、非表面部（中心部）へと順に凝固していく。その後、成形金型が冷却され、成形品１が取り出される。樹脂材料３と熱交換をすることで、成形金型に熱が与えられる。

ここで、本実施の形態の成形品の成形方法は、樹脂材料３の充填完了前、例えば、充填開始時や充填途中において、成形金型を冷却することを特徴としている。つまり、樹脂材料３に与える熱以上に成形金型から熱を奪うことで、樹脂材料３を充填開始する時点における成形金型の全体積の平均温度（以下、単に平均温度と称することがある。）よりも、樹脂材料３を充填完了した時点における成形金型の平均温度の方が低くなるようにする。成形品１を取り出した後、金型を再度昇温させ、次の射出成形を行う。

こうすることで、成形品１の成形表面部４の冷却速度が速くなる。そして、溶融した樹脂材料３は、セルロース系繊維２の濃度が高い高濃度部とセルロール系繊維２の濃度が低い低濃度部とが対流しながら流動しており、高濃度部が成形表面部４に近づくと凝固しやすい一方で、低濃度部は凝固しにくく、引き続き対流し続けようとする。一般に、セルロース系繊維２の熱伝導率は樹脂材料３の熱伝導率よりも高いため、セルロース系繊維２の濃度が高い高濃度部が優先的に成形金型と熱交換するためである。つまり、成形表面部４においてはセルロース系繊維２の濃度が高い高濃度部が集まりやすい。その結果、図１のような、成形表面部４のセルロース濃度Ｄ_Ｆが、成形品１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高い状態が実現される。

表面のセルロース濃度が高い場合、目視でセルロースの凝集物などが見えやすくなることで、一般に「繊維浮き」と呼ばれる現象が起こる。この繊維浮きは、物品の外観として機能する外観部品においては不良現象として扱われることが多く、本実施の形態の製造方法と反対に、成形金型の温度を高めに保つといった工夫により、無くそうとすることがある。

ただし、物品の外観として機能しない非外観部品においては、繊維浮きは問題とならない。また、外観部品においても、樹脂材料３の色との組合せや、成形品表面の着色により、目立たなくすることは可能である。また、繊維の流れを制御することで、繊維浮きをデザインとして用いることも可能である。このように、繊維浮きが発生しても活用できる範囲は広い。

次に、こうして作成した成形品１の強度特性について説明する。成形品１は、図３のような断面状態を有している。図３のＹ方向、すなわち成形品１の厚み方向について、セルロース濃度は、一方の表面から他方の表面に向けて順に、濃⇒淡⇒濃となっている。あるＹ断面（Ｘ方向に垂直な断面）におけるセルロース濃度を平均すれば成形品１全体の平均セルロース濃度Ｄに近くなる。また、Ｘ断面（Ｙ方向に垂直な断面）においては、成形表面部４のセルロース濃度が一貫して高く、非表面部のセルロース濃度が一貫して低いことになる。

ここで、成形品１の一部分のセルロース濃度を高めると、成形品１におけるその部分の引張弾性率と曲げ弾性率が向上する。つまり、セルロース濃度が高い成形表面部４は引張弾性率と曲げ弾性率が大幅に向上しており、非表面部はあまり向上していないことになる。

次に、繊維が均一分布して、引張弾性率と曲げ弾性率を向上させた場合と比較した本実施の形態の成形品１の強度を説明する。まず、図３のＸ方向に引張荷重を加えた場合を考える。このとき、セルロース濃度の濃淡はあるが、あるＹ断面において平均すれば、成形品１全体の平均セルロース濃度Ｄに近い。つまり、Ｘ方向に引張荷重を加えた場合の成形品１の引張弾性率は、本実施の形態の場合と繊維が均一分布した場合とでほぼ同程度に向上している。

また、成形品１に曲げ荷重を加えた場合を考える。繊維が均一分布した場合、あるＸ断面におけるセルロース濃度は、それぞれ成形品１の平均セルロース濃度Ｄに近い。そのため、成形品１の曲げ弾性率が全体的に向上することとなる。一方で、本実施の形態の場合、成形表面部４の曲げ弾性率は高いが、非表面部（中心部）の曲げ弾性率はあまり向上していない。成形表面部４は、厚みが非常に薄いため、構造的に曲げ変形しやすい。したがって、曲げ荷重を加えた場合の成形品１の曲げ弾性率は、繊維が均一分布した場合と比べ、上昇が少ない。

このように、本実施の形態の成形品１は、汎用樹脂材料のみの場合に対し、引張弾性率を大きく向上させながら、曲げ弾性率の向上を抑制することができる。また、本実施の形態の成形品の成形方法は、汎用樹脂材料のみの場合と比較して、引張弾性率を大きく上昇させながら、曲げ弾性率の向上を抑制した成形品を容易に製造することができる。

こうして製作された成形品１は、引張弾性率が高いため、引張荷重をかけても延伸しにくく、寸法変化が望ましくない物品に有効である。また、曲げ弾性率の上昇が抑制されていることから、比較的柔軟であり、人が触った際に柔らかさを感じるといった利点を活かせる物品に有効である。

さらに、本実施の形態の成形品１は、成形表面部４のセルロース濃度が特に高いことで、セルロースが均一に分散した場合に比べ、表面の対スクラッチ性や、耐摩耗性が向上する。そのため、人が繰り返し触るといった用途に用いられる物品に特に有効である。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における成形品１１を模式的に表した斜視図である。また、図５は、本発明の実施の形態２における成形品１１の断面図（図４におけるＡ_２断面を矢印の方向から見た図）である。図６は、本発明の実施の形態２における成形品１１の断面拡大図（図５におけるＢ_２拡大図）である。図４〜６において、図１〜３と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳しい説明を省略する。

成形品１１は、図４および５に示すように、断面が環状に閉じられている筒状に形成されている。また、図６に示すように、成形品１１は、セルロース系繊維２が分散した樹脂材料３で形成されている。図６は概念図であり、セルロース系繊維２の大きさなどは、実際の縮尺と異なる。以下、セルロース系繊維２の分布について、図６を参照しながらさらに詳しく説明する。なお、図６において、Ｘ方向は筒構造の周方向（接線方向）とし、Ｙ方向は筒構造の径方向（厚み方向）とする。

成形品１１の厚みをＴとする。成形品１１の外周面からの距離Ｔ_Ｆｏｕｔが、 Ｔ_Ｆｏｕｔ≦０．１×Ｔ を満たす範囲を成形外周表面部１５、成形品の内周面からの距離Ｔ_Ｆｉｎが、 Ｔ_Ｆｉｎ≦０．１×Ｔ を満たす範囲を成形内周表面部１６とする。

成形外周表面部１５は、筒状の成形品１１の主な外観部である。また、成形品１１の内側を流動する、またはその内側に蓄えられる内包物がある場合において、成形内周表面部１６は、その内包物との主な接触部である。成形品１１全体に渡っての平均セルロース濃度をＤとする。また、成形外周表面部１５の平均セルロース濃度をＤ_Ｆｏｕｔ、成形内周表面部１６の平均セルロース濃度をＤ_Ｆｉｎとする。

このとき、本実施の形態の成形品１１は、平均セルロース濃度の関係において、 Ｄ_Ｆｏｕｔ＞Ｄ_Ｆｉｎ≧１．１×Ｄ、より好ましくは、 Ｄ_Ｆｏｕｔ＞Ｄ_Ｆｉｎ≧１．２×Ｄ、さらに好ましくは、 Ｄ_Ｆｏｕｔ＞Ｄ_Ｆｉｎ≧１．５×Ｄを満たしている。これはつまり、成形外周表面部１５の平均セルロース濃度Ｄ_Ｆｏｕｔが特に高く、次に成形内周表面部１６の平均セルロース濃度Ｄ_Ｆｉｎが高く、これらＤ_Ｆｏｕｔ、Ｄ_Ｆｉｎ共に成形品１１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高いことを表している。言い替えれば、成形品１１の外周面にセルロース系繊維２が特に集まっており、次に内周面に集まっている。そして、非表面部にはセルロース系繊維２がやや少なく分布していることになる。

次に、図３のような繊維分布を持つ成形品１１の製造方法について述べる。主に実施の形態１と同様の方法で射出成形を行う。このとき、成形金型のうち、成形外周表面部１５に接する外周金型と、成形内周表面部１６に接する内周金型のどちらも充填完了前から冷却を行う。このとき、外周金型の平均温度よりも内周金型の平均温度の方が樹脂材料の充填開始から充填完了までの間で、常に高いようにする。

具体的には、充填開始前の内周金型の平均温度を外周金型の平均温度より高くなるように昇温しておくことや、内周金型と外周金型の冷却速度が略同等である場合において、外周金型の冷却を内周金型の冷却よりも早く開始することによって、このような温度状態が実現される。

こうすることで、成形品１１においては、成形外周表面部１５の冷却速度が最も速くなり、成形外周表面部１５のセルロース濃度Ｄ_Ｆｏｕｔが特に高くなる。また、次に成形内周表面部１６の冷却速度が速くなり、セルロース濃度Ｄ_Ｆｉｎが高く、これらＤ_Ｆｏｕｔ、Ｄ_Ｆｉｎ共に成形品１１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高い状態を実現できる。

次に、こうして作成した成形品１１の強度特性について説明する。実施の形態１と同様、本実施の形態の成形品１１も図６のＸ方向における引張弾性率は高く、曲げ弾性率の向上は抑制されている。

例えば、筒状の成形品１１の内包物が高圧の流体の場合、成形品１１は内圧を受けて膨らもうとする。このとき、成形品１１は引張弾性率が向上しているため、寸法の変化が抑制される。成形外周表面部１５の引張弾性率が高いため、外形寸法の変化が特に抑制される。このことは、成形品１１を狭い空間に配置する場合などに有効である。

一方で、筒状の成形品１１の内包物が高温である場合など、成形品１１の温度が上昇する場合がある。成形品１１は熱膨張により延伸するが、成形品１１の両端を固定していた場合に、固定部に負荷がかかり、その両端固定部が破壊されるおそれがある。しかし、成形品１１は曲げ弾性率の向上が抑制されているため、熱膨張による寸法変化を屈曲変形で吸収することができる。したがって、両端固定部の破壊を防止することができる。

このように、本実施の形態の成形品１１は、汎用樹脂材料のみで形成される成形品に対し、引張弾性率を大きく向上させながら、曲げ弾性率の向上を抑制しているため、特に、内圧を受けた場合の外形寸法の変化が小さくすることができるとともに、熱膨張による寸法変化を屈曲変形で吸収することができる。また、本実施の形態の成形品の成形方法は、汎用樹脂材料のみの場合に対し、引張弾性率を大きく向上させながら、曲げ弾性率の向上を抑制し、内圧を受けた場合の外形寸法の変化が小さい成形品を容易に製造することができる。

こうして製作された成形品１１は、内部に高温・高圧の流体を通し、両端を固定するパイプ部品などに特に有効である。なお、図４〜６においては、成形品１１は断面形状が円環状の円筒状である態様が描かれているが、本実施の形態における成形品は、この態様に限られない。例えば、断面が楕円環形状の楕円筒形状、または、断面が多角環形状の多角筒形状、その他異形状においても有効である。

次に、本発明の実施の形態２における成形品のさらに好ましい態様およびその製造方法について説明する。図７は、本実施の形態における成形品１１の断面拡大図（図５におけるＣ_１拡大図）である。図７において、図４〜６と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳しい説明を省略する。

図７に示すように、成形品１１は、射出成形時の樹脂の流れの合流地点であるウェルドライン２１を有する。ウェルドライン２１は、成形品の形状によっては発生しないが、筒状の形状である成形品１１においては必ず発生する。

環状の成形品の周方向に沿ったウェルドライン２１からの距離をＴ_Ｗとし、成形品１１の厚みＴに対し、 Ｔ_Ｗ≦０．１×Ｔ を満たす範囲をウェルド部２２とする。ウェルド部２２は、ウェルドライン２１の両側にあり、成形品１１全体の中の各ウェルドライン２１において存在する。

ウェルド部２２の平均セルロース濃度をＤ_Ｗとし、成形品１１全体に渡っての平均セルロース濃度をＤとする。このとき、本実施の形態の成形品１１は、平均セルロース濃度の関係において、 Ｄ_Ｗ≧１．１×Ｄ、より好ましくは、 Ｄ_Ｗ≧１．２×Ｄ、さらに好ましくは、 Ｄ_Ｗ≧１．５×Ｄを満たしている。

これはつまり、ウェルド部２２の平均セルロース濃度Ｄ_Ｗが成形品１１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高いことを表している。言い替えれば、成形品１１のウェルドライン２１付近にセルロース系繊維２が特に集まっていることになる。

断面におけるウェルドライン２１の両端部にはウェルドひけ２３が発生することがある。ウェルドひけ２３が発生した場合、ウェルドライン２１上では成形品１１の厚みＴが小さくなる。このような状況となる理由を、図を用いて説明する。

図８Ａ〜８Ｃは、本発明の実施の形態２における成形品の成形過程の概念図である。図８Ａ〜８Ｃにおいて、図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳しい説明を省略する。この図は、成形金型内で、樹脂材料３が合流する過程を模式的に示している。

図８Ａにおいて、成形金型内の２方向から溶融した樹脂材料３が合流地点に向かって流れてくる。図８Ｂにおいて、２方向から流れた樹脂材料３が合流し始め、一体化し始める。このとき、合流地点がウェルドライン２１となる。

図８Ｃにおいて、さらに樹脂材料３が流れ込み、成形金型内の空間をほとんど埋め尽くす。この際に、樹脂材料３の凝固が起こり始めていること、および、成形金型内に気体が残っていることなどにより、完全に空間を埋め尽くすことができない場合がある。成形金型内の気体としては、大気、または、樹脂材料３中から揮発した気体などがある。このような場合、ウェルドライン２１の両端にウェルドひけ２３が発生する。ウェルドひけ２３は、成形条件が良好であれば極めて小さい状態にできる。

このような樹脂材料３の流動において、その流動の先端部分は、成形金型内の気体と熱交換する。本実施の形態の成形方法は、実施の形態１の成形方法と同様に、樹脂材料３を充填開始する時点における成形金型の平均温度に対し、樹脂材料３を充填完了した時点における成形金型の平均温度の方が低い。したがって、成形金型内の気体も冷却されることになる。そのため、樹脂材料３の流動の先端部分は、成形金型内の気体と熱交換することにより冷却され、一部は凝固し始めることになる。この際、実施の形態１と同様に、セルロース系繊維２の濃度が高い部分は優先的に成形金型内の気体と熱交換して凝固する。

このような流動の結果、図７に示すように、ウェルド部のセルロース濃度が高い状態が実現される。また、図８Ａ〜８Ｃは、２方向からの樹脂材料３の流動がほぼ同じ速度で合流する場合を示しているが、異なる速度で合流する場合についても図９Ａ〜９Ｃを参照しながら説明する。

図９Ａにおいて、図の右方向から先に流れてきた樹脂材料３が、長距離にわたって金型により先に冷却されることで流動の速度が低下し、流動が停止し始める。図９Ｂにおいて、図の左方向より後から流れてきた樹脂材料３が、流動がほぼ停止している右方向の樹脂材料３に接触し始める。この際、右方向の樹脂材料３は、流動が停止してもすぐに完全凝固することはなく、重力などの影響で、変形している。

図９Ｃにおいて、２方向の樹脂材料３が合流し、ウェルドライン２１が形成される。また、ウェルドひけ２３も形成される場合がある。このような場合においても、ウェルドライン２１からの一定の距離以内の範囲には、図７と同様のウェルド部２２が形成され、その平均セルロース濃度Ｄ_Ｗが成形品１１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高い。

一般の樹脂成形品において、図７のような、ウェルドライン２１上の強度は、他の部分よりも低く、ウェルドライン２１から破壊される確率が高い。これは、ウェルドひけ２３により、ウェルドライン２１上の成形品の厚みが小さくなること、および、樹脂材料３が一部凝固した状態で合流することなどにより、ウェルドライン２１上の引張弾性率が低下することが原因である。

本実施の形態の成形品１１は、ウェルド部２２の平均セルロース濃度Ｄ_Ｗが成形品１１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高いため、ウェルドライン２１上の成形品の厚みが小さい場合においても、図７のＸ方向への引張弾性率の低下が抑制される。

また、ウェルドライン２１上のセルロース系繊維２の様子について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、成形品１１のウェルド部２２の一部の断面の拡大図（図７におけるＣ２拡大図）である。図１０において、図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳しい説明を省略する。

ウェルドライン２１の両側のウェルド部２２において、セルロース系繊維２が樹脂材料３内に分散している。セルロース系繊維２は、流動時には表面部であったウェルドライン２１から一部飛び出している。ウェルドライン２１の両側から飛び出したセルロース系繊維２同士が絡み合い、繊維絡み部３１が形成される。

また、セルロース系繊維２の中には、解繊が十分に完了しておらず、一部は複数のセルロース系繊維がまとまった状態の、半解繊セルロース系繊維３２が存在する。こういった、半解繊セルロース系繊維３２同士が、ウェルドライン２１の両側に存在する場合、繊維絡み部３１が多数形成される。

このように、本実施の形態の成形品１１は、ウェルドライン２１付近（ウェルド部２２）に多数の繊維絡み部３１が形成される。セルロース系繊維２は補強材であり、互いに絡み合うことで、繊維絡み部３１の補強性はさらに向上する。ウェルドライン２１上では、樹脂材料３が一部凝固した状態で合流、一体化するが、繊維絡み部３１が多数存在することで、引張弾性率の低下が抑制される。

以上のように、本実施の形態の成形品１１は、ウェルドライン２１を有しており、ウェルド部２２におけるセルロース濃度Ｄ_Ｗが成形品１１全体の平均セルロース濃度Ｄよりも高いため、ウェルドライン２１上での引張弾性率の低下を抑制し、成形品１１の破壊を防止することが可能となる。こうして製作された成形品１１は、局部的な引張弾性率の低下が抑制されることで、全体に均等な内圧のかかるパイプ部品などに有効である。

なお、本実施の形態は、ウェルドラインが形成される筒状の成形品１１であるが、実施の形態１などのように筒状でない成形品においても、ウェルドラインが形成されるものであれば、上記の態様および製造方法は有効である。

本発明の成形品は、例えば、自動車部品、家電部品、その他日用品など構造用成形品としての用途に有用である。

１ 成形品
２ セルロース系繊維
３ 樹脂材料
４ 成形表面部
Ｔ 厚み
Ｔ_Ｆ 成形品表面からの距離
Ｄ 成形品全体の平均セルロース濃度
Ｄ_Ｆ 成形表面部の平均セルロース濃度

Claims (5)

1. セルロース系繊維を含有した樹脂材料を用いた成形品であって、
   前記成形品は、表面方向に比べて厚み方向が薄いものであり、
   前記成形品の厚みをＴとしたとき、
   前記成形品表面からの距離ＴＦが、
   ＴＦ≦０．１×Ｔ
   を満たす範囲を成形表面部とし、
   前記成形品全体の平均セルロース濃度をＤ、
   前記成形表面部の平均セルロース濃度をＤＦとしたとき、
   ＤＦ≧１．１×Ｄ
   を満たすことを特徴とする成形品。
2. 断面が環状に閉じられている筒状の成形品において、
   前記成形品の外周面からの距離ＴＦｏｕｔが
   ＴＦｏｕｔ≦０．１×Ｔ
   を満たす範囲を成形外周表面部、
   前記成形品の内周面からの距離ＴＦｉｎが
   ＴＦｉｎ≦０．１×Ｔ
   を満たす範囲を成形内周表面部とし、
   前記成形外周表面部の平均セルロース濃度をＤＦｏｕｔ、
   前記成形内周表面部の平均セルロース濃度をＤＦｉｎとしたとき、
   ＤＦｏｕｔ＞ＤＦｉｎ≧１．１×Ｄ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の成形品。
3. 前記成形品は、射出成形時における樹脂の流れの合流地点であるウェルドラインを有し、
   前記ウェルドラインからの距離ＴＷが、
   ＴＷ≦０．１×Ｔ
   を満たす範囲をウェルド部とし、
   前記ウェルド部の平均セルロース濃度をＤＷとしたとき、
   ＤＷ≧１．１×Ｄ
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の成形品。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の成形品を製造するための成形方法であって、
   前記成形品を成形する成形金型において、
   前記樹脂材料を充填開始する時点における前記成形金型の平均温度よりも、前記樹脂材料を充填完了した時点における前記成形金型の平均温度の方を低くする
   ことを特徴とする成形品の成形方法。
5. 請求項２の成形品を製造するための成形方法であって、
   前記成形金型のうち、前記成形外周表面部に接する外周金型の平均温度よりも、前記成形内周表面部に接する内周金型の平均温度の方が、前記樹脂材料の充填開始から充填完了までの間で、常に高い
   ことを特徴とする成形品の成形方法。

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