JPH0352499B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、合成繊維屑を再利用する技術に関
し、特に、合成繊維屑をあらかじめ前処理するこ
となく粗砕し、引き続いて単繊維に解繊し、これ
に熱可塑性樹脂を含浸、混練させて得られる複合
材組成物に関する。 例えば、自動車用内装材の製作にあたつては、
その機械的性質を充足させることは勿論のこと、
該機械的性質を損なわない限り、低価格の製品供
給を実現することに多大な努力が払われている。
このために、高価格になりがちな合成樹脂をただ
単に使用するのではなく、該合成樹脂に各種の素
材を混合させて、材料費を低減させるようにして
いる。この場合、混合される素材が一般に等閑視
されている廃棄物であると、費用の低減のみなら
ず、資源の再利用の観点からも好ましい。 これを詳述すると、金属と比較した場合の熱可
塑性樹脂の短所は、その剛性、耐熱性、寸法安定
性、耐燃性であり、これらの諸特性を改善するた
めに無機充填剤が該熱可塑性樹脂に混合される。
また機械的強度を向上させるために、繊維状強化
材が使用される。この繊維状強化材の主たるもの
には、従来、ガラス繊維、木粉、故紙があつた。
これらのうち、ガラス繊維は、その比重が大きい
ため、混合の結果得られる複合材もその比重が大
きく、従つて容積単価の点からして、さほど安値
とはならない。また木粉や故紙を熱可塑性樹脂に
混合させることによつて得られる複合材は、いず
れも繊維強化の効果があり、優れた物性を示すも
のの、単繊維の強度が繊維の強度を僅かに上回る
程度に過ぎず、しかも製造中の混練工程や加工工
程で繊維が切断されがちであり、結果として機械
的強度を十分に補強するには至つていない。 現在の繊維強化技術にあつては、複合材の物性
は樹脂の強度と繊維の強度の和であり、容積分率
が乗数で効くとして、樹脂と繊維間の界面強度が
重要な因子とされている。 結晶化度の高いポリエステル繊維に対して、有
効なカツプリング剤がない事から、樹脂との間に
う十分な界面強度を発現させる事が困難であり、
複合材として十分な物性を得る為には多量の繊維
を充填させる必要がある。 一方、複合材によつて改良すべき物性、即ち機
械的強度、剛性等については、ガラス繊維はポリ
エステル繊維に比べて一段と優れた物性を持つて
おり、少量で樹脂物性を改良することができたの
である。従つて、未使用のポリエステル繊維を強
化材として使用する事は経済的でなく、検討はあ
まり進められていない。また、使用済の繊維屑と
して発生するポリエステル繊維は、これまで無価
値として燃焼処分されるか、せいぜい他の植物性
繊維と共に解繊されフエルト材として再利用され
るにすぎなかつた。 発明者は、研究の中でポリエステル繊維がその
融点（〜260℃）を越えると繊維の強度を失い、
もとの樹脂強度に復元してしまう事、200℃を越
えた状態では繊維強度は著しく弱いことを知つ
た。また、複合化に際して、ポリエステル繊維の
温度が260℃を越えると、単なる樹脂ブレンドに
なり、相溶性の不合するポリエチレンやポリプロ
ピレン等のポリオレフイン樹脂では極めて機械的
強度の弱い混合物しか得られない事、更に、200
℃を越えると繊維が切断され、補強に十分な繊維
長を確保することが困難なことを知つた。 本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ、進
歩した複合材組成物を提供するもので、その目的
は紡績工場、染色工場、縫製工場等で発生し、こ
れまでは産業廃棄物として顧慮されることのなか
つた合成繊維屑や一般家庭から古着として放出さ
れる合成繊維屑を再利用して、ポリエステル繊維
屑やポリエステル混紡品等の合成繊維屑の有効利
用を計り、同時に石油誘導体である合成樹脂の使
用割合を減少させ、更には全ての機械的強度がマ
トリツクスの合成繊維の強度を上回る安値な複合
材組成物を提供するものである。 そしてこのために本発明は、約70乃至160重量
部の熱可塑性樹脂に可塑剤、滑剤等の添加剤を混
合溶融させ、この溶融相内であらかじめ単繊維に
解繊しておいた100重量部の合成繊維屑を混練し、
合成繊維屑に樹脂溶融液を含浸させて形成したも
のである。 以下、本発明の具体例につき詳述する。 本発明に係る合成繊維屑を利用した複合材組成
物は、基本的に100重量部の合成繊維屑に対し約
70ないし160重量部の熱可塑性樹脂を添加してな
るものである。 ここで使用される合成繊維屑とは、ポリエステ
ル繊維、ポリアミド繊維並びにそれらの混紡品、
交織品、編物状、不織布状のいずれであつてもよ
いが、特に、ポリエステル繊維及びポリエステル
混紡品が好ましい。この合成繊維屑は、洗浄や乾
燥等の前処理を何等施すことなく使用することが
できる。従つて、繊維屑に染料、顔料、繊維処理
剤、仕上剤等が混入付着したままで使用されるこ
とも当然である。また、このような繊維屑は、そ
の平衡状態で0.5〜10mmに揃うようにすることが
好ましい。望ましくは、５mm程度の繊維長として
熱可塑性樹脂と混合、含浸処理し、複合材組成物
とするとよい。 また、熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレン共重
合体、ポリブデン、ポリ塩化ビニル、スチレン、
ABS、ポリアセタール等があるが、特に、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等のポリオレフイン樹
脂が好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独の
ものを使用してもよいが最終製品である複合材組
成物を使用した成形品の好適な物性を具有させる
ために、適宜に複数のものを選択、混合して利用
することとしてもよい。いずれにしても、熱可塑
性樹脂の混合割合は、合成繊維屑100重量部に対
して、約70〜160重量部である。 尚、成形品に要求される物性（例えば、衝撃強
度）を向上させるために、更に合成ゴムを添加し
たり、熱可塑性エラストマーを添加することとし
てもよい。また、タルク等の無機充填剤を加える
と、成形品の曲げ弾性率を向上させることができ
る。更に、合成繊維屑と熱可塑性樹脂及び他の添
加剤との混練を向上させるため、可塑剤や滑剤を
添加するとよい。 次ぎに、本発明に係る複合材組成物の製造方法
の大略を説明すると、まず最初に合成繊維屑を50
mm以下に破砕し、ターボカツターによつて10mm以
下に切断する。これは合成繊維屑と熱可塑性樹脂
とを効率よく混合するためである。この合成繊維
屑の粗砕工程としては種々の方法が考えられる
が、最初に切断機によつて縦横方向に切断し、次
ぎにターボカツターによつて粗砕するのが効率的
である。更に、粗砕された繊維片を単繊維に解繊
するためにターボミルを用いる。これは、ターボ
カツターでの切断の寸法が10mm以上であると、撚
りの強い糸の場合には十分に解繊することができ
ないからである。 次ぎに、上記合成繊維屑及び熱可塑性樹脂並び
に他の添加剤（以下、これらを総称して原料と言
う。）をミキサーに投入して高速度で撹拌する。
これにより、原料が混合されるのは勿論のこと、
混合による摩擦熱によつて原料の温度が上昇し始
める。この摩擦熱を利用して、合成繊維屑中の水
分が0.5％以下に低下するように原料を乾燥させ
る。そして、更に撹拌を続けると、原料中の熱可
塑性樹脂が溶融可能な温度にまで達する。そうす
ると、該熱可塑性樹脂が溶融を開始して、同じ原
料中の繊維表面に融着し始める。 しかしながら、これ以上続けると、原料の温度
が上がつてしまい、これにより、ポリエステル繊
維やポリアミド繊維に固有の機械的強度が低下し
てしまい、甚だしい場合には、繊維が切断され、
最終製品である複合材組成物の機械的強度が低下
する。また、この事情は熱可塑性樹脂についても
同様であり、温度が上昇し過ぎると、熱可塑性樹
脂も同様に劣下して、複合材組成物の機械的強度
が低下する。であるから、機械的強度が最も優れ
た複合材組成物を得るためには、ミキサー内の温
度を200℃以下、好ましくは180℃以下にとどめる
必要がある。また、この温度条件で合成樹脂が繊
維に十分融着するようにさせるため、該合成樹脂
の溶融粘度を十分に下げる必要がある。そこでこ
のために、原料中に可塑剤を添加しておくとよ
い。 上記温度に達した原料は、公知の造粒機によつ
て造粒され、最終的に本発明に係る合成繊維屑を
利用した複合材組成物が形成される。 この複合材組成物を内装材等として利用するに
は、公知の成形装置が使用される。例えば、射出
成形機を使用して、通常の熱可塑性樹脂自体と同
様に成形する。 次ぎに、製造方法の具体例について説明する。
本例にあつては、合成繊維としてポリエステルが
65％、綿が35％の混紡のワーキングウエア用織物
の縫製裁断屑を使用した。そして、最初に該合成
繊維屑を切断機によつて50mm四方の正方形状に切
断する。次ぎに、この切断物をターボカツターに
よつて更に細分化し、これにより５mm×５mmのメ
ツシユが通過できるようにした後ターボミルによ
つて解繊する。このようにして解繊された合成繊
維屑を７Kg使用する。 一方、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂
を11Kg、また無機充填剤として炭酸カルシウムを
２Kg使用する。 そして、これらの原料を予め200℃に加熱され
たミキサーに投入し、1740rpmの高速回転で約15
分間継続して撹拌する。これによりミキサー内部
の温度が163℃に達すると、熱可塑性樹脂が溶融
し始める。ちなみに、撹拌開始から溶融開始まで
の時間は、10分を要した。この熱可塑性樹脂の溶
融により原料の粘性が急激に上昇し、繊維の表面
は溶融された樹脂によつて均一に覆われてくる。
このとき、ミキサーのモーターの負荷電流は、原
料の乾燥時には55A程度だつたが、溶融が始まる
とともに増加視75Aに達した処で原料の温度が
180℃であつた。 この状態から原料を約20℃に水冷された別のミ
キサーに移し、今度は100rpmの低速回転で15分
間撹拌する。そうすると、繊維状をした樹脂含浸
物が得られる。 この樹脂含浸物を190℃以下の温度を保ちなが
ら、造粒機によつて造粒する。もし温度が190℃
を越えると、繊維が切断されることになる。この
造粒された複合材組成物を射出成形機によつて、
例えば内装材等に成形することは、既に述べた通
りである。 以下の表は、本発明に係る複合材組成物の諸特
性を示すものであり、この表によつて本発明が十
分に初期の目的を達成していることが理解され
る。 表において、実施例１は上記方法によつて得ら
れた複合材組成物の特性であり、また実施例２及
び実施例３は各々熱可塑性樹脂をポリエチレン、
ABSとした場合の特性を示す。ここで、参考例
１、参考例２、参考例３は、各々の実施例に用い
た熱可塑性樹脂自体の特性を示す。更に、実施例
４は、実施例１で得られた複合材組成物を通常の
押出機によつてシートとした場合の当該シートの
特性を示す。 以上述べたように、本発明に係る合成繊維屑を
利用した複合材組成物は、縫製工場や一般家庭等
から廃棄、放出されるポリエステル繊維屑を再利
用し、合成樹脂の使用割合を減少させて全ての機
械的強度がマトリツクスの合成樹脂の強度を上回
る安値な複合材を提供するものである。 【表】
し、特に、合成繊維屑をあらかじめ前処理するこ
となく粗砕し、引き続いて単繊維に解繊し、これ
に熱可塑性樹脂を含浸、混練させて得られる複合
材組成物に関する。 例えば、自動車用内装材の製作にあたつては、
その機械的性質を充足させることは勿論のこと、
該機械的性質を損なわない限り、低価格の製品供
給を実現することに多大な努力が払われている。
このために、高価格になりがちな合成樹脂をただ
単に使用するのではなく、該合成樹脂に各種の素
材を混合させて、材料費を低減させるようにして
いる。この場合、混合される素材が一般に等閑視
されている廃棄物であると、費用の低減のみなら
ず、資源の再利用の観点からも好ましい。 これを詳述すると、金属と比較した場合の熱可
塑性樹脂の短所は、その剛性、耐熱性、寸法安定
性、耐燃性であり、これらの諸特性を改善するた
めに無機充填剤が該熱可塑性樹脂に混合される。
また機械的強度を向上させるために、繊維状強化
材が使用される。この繊維状強化材の主たるもの
には、従来、ガラス繊維、木粉、故紙があつた。
これらのうち、ガラス繊維は、その比重が大きい
ため、混合の結果得られる複合材もその比重が大
きく、従つて容積単価の点からして、さほど安値
とはならない。また木粉や故紙を熱可塑性樹脂に
混合させることによつて得られる複合材は、いず
れも繊維強化の効果があり、優れた物性を示すも
のの、単繊維の強度が繊維の強度を僅かに上回る
程度に過ぎず、しかも製造中の混練工程や加工工
程で繊維が切断されがちであり、結果として機械
的強度を十分に補強するには至つていない。 現在の繊維強化技術にあつては、複合材の物性
は樹脂の強度と繊維の強度の和であり、容積分率
が乗数で効くとして、樹脂と繊維間の界面強度が
重要な因子とされている。 結晶化度の高いポリエステル繊維に対して、有
効なカツプリング剤がない事から、樹脂との間に
う十分な界面強度を発現させる事が困難であり、
複合材として十分な物性を得る為には多量の繊維
を充填させる必要がある。 一方、複合材によつて改良すべき物性、即ち機
械的強度、剛性等については、ガラス繊維はポリ
エステル繊維に比べて一段と優れた物性を持つて
おり、少量で樹脂物性を改良することができたの
である。従つて、未使用のポリエステル繊維を強
化材として使用する事は経済的でなく、検討はあ
まり進められていない。また、使用済の繊維屑と
して発生するポリエステル繊維は、これまで無価
値として燃焼処分されるか、せいぜい他の植物性
繊維と共に解繊されフエルト材として再利用され
るにすぎなかつた。 発明者は、研究の中でポリエステル繊維がその
融点（〜260℃）を越えると繊維の強度を失い、
もとの樹脂強度に復元してしまう事、200℃を越
えた状態では繊維強度は著しく弱いことを知つ
た。また、複合化に際して、ポリエステル繊維の
温度が260℃を越えると、単なる樹脂ブレンドに
なり、相溶性の不合するポリエチレンやポリプロ
ピレン等のポリオレフイン樹脂では極めて機械的
強度の弱い混合物しか得られない事、更に、200
℃を越えると繊維が切断され、補強に十分な繊維
長を確保することが困難なことを知つた。 本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ、進
歩した複合材組成物を提供するもので、その目的
は紡績工場、染色工場、縫製工場等で発生し、こ
れまでは産業廃棄物として顧慮されることのなか
つた合成繊維屑や一般家庭から古着として放出さ
れる合成繊維屑を再利用して、ポリエステル繊維
屑やポリエステル混紡品等の合成繊維屑の有効利
用を計り、同時に石油誘導体である合成樹脂の使
用割合を減少させ、更には全ての機械的強度がマ
トリツクスの合成繊維の強度を上回る安値な複合
材組成物を提供するものである。 そしてこのために本発明は、約70乃至160重量
部の熱可塑性樹脂に可塑剤、滑剤等の添加剤を混
合溶融させ、この溶融相内であらかじめ単繊維に
解繊しておいた100重量部の合成繊維屑を混練し、
合成繊維屑に樹脂溶融液を含浸させて形成したも
のである。 以下、本発明の具体例につき詳述する。 本発明に係る合成繊維屑を利用した複合材組成
物は、基本的に100重量部の合成繊維屑に対し約
70ないし160重量部の熱可塑性樹脂を添加してな
るものである。 ここで使用される合成繊維屑とは、ポリエステ
ル繊維、ポリアミド繊維並びにそれらの混紡品、
交織品、編物状、不織布状のいずれであつてもよ
いが、特に、ポリエステル繊維及びポリエステル
混紡品が好ましい。この合成繊維屑は、洗浄や乾
燥等の前処理を何等施すことなく使用することが
できる。従つて、繊維屑に染料、顔料、繊維処理
剤、仕上剤等が混入付着したままで使用されるこ
とも当然である。また、このような繊維屑は、そ
の平衡状態で0.5〜10mmに揃うようにすることが
好ましい。望ましくは、５mm程度の繊維長として
熱可塑性樹脂と混合、含浸処理し、複合材組成物
とするとよい。 また、熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレン共重
合体、ポリブデン、ポリ塩化ビニル、スチレン、
ABS、ポリアセタール等があるが、特に、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等のポリオレフイン樹
脂が好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独の
ものを使用してもよいが最終製品である複合材組
成物を使用した成形品の好適な物性を具有させる
ために、適宜に複数のものを選択、混合して利用
することとしてもよい。いずれにしても、熱可塑
性樹脂の混合割合は、合成繊維屑100重量部に対
して、約70〜160重量部である。 尚、成形品に要求される物性（例えば、衝撃強
度）を向上させるために、更に合成ゴムを添加し
たり、熱可塑性エラストマーを添加することとし
てもよい。また、タルク等の無機充填剤を加える
と、成形品の曲げ弾性率を向上させることができ
る。更に、合成繊維屑と熱可塑性樹脂及び他の添
加剤との混練を向上させるため、可塑剤や滑剤を
添加するとよい。 次ぎに、本発明に係る複合材組成物の製造方法
の大略を説明すると、まず最初に合成繊維屑を50
mm以下に破砕し、ターボカツターによつて10mm以
下に切断する。これは合成繊維屑と熱可塑性樹脂
とを効率よく混合するためである。この合成繊維
屑の粗砕工程としては種々の方法が考えられる
が、最初に切断機によつて縦横方向に切断し、次
ぎにターボカツターによつて粗砕するのが効率的
である。更に、粗砕された繊維片を単繊維に解繊
するためにターボミルを用いる。これは、ターボ
カツターでの切断の寸法が10mm以上であると、撚
りの強い糸の場合には十分に解繊することができ
ないからである。 次ぎに、上記合成繊維屑及び熱可塑性樹脂並び
に他の添加剤（以下、これらを総称して原料と言
う。）をミキサーに投入して高速度で撹拌する。
これにより、原料が混合されるのは勿論のこと、
混合による摩擦熱によつて原料の温度が上昇し始
める。この摩擦熱を利用して、合成繊維屑中の水
分が0.5％以下に低下するように原料を乾燥させ
る。そして、更に撹拌を続けると、原料中の熱可
塑性樹脂が溶融可能な温度にまで達する。そうす
ると、該熱可塑性樹脂が溶融を開始して、同じ原
料中の繊維表面に融着し始める。 しかしながら、これ以上続けると、原料の温度
が上がつてしまい、これにより、ポリエステル繊
維やポリアミド繊維に固有の機械的強度が低下し
てしまい、甚だしい場合には、繊維が切断され、
最終製品である複合材組成物の機械的強度が低下
する。また、この事情は熱可塑性樹脂についても
同様であり、温度が上昇し過ぎると、熱可塑性樹
脂も同様に劣下して、複合材組成物の機械的強度
が低下する。であるから、機械的強度が最も優れ
た複合材組成物を得るためには、ミキサー内の温
度を200℃以下、好ましくは180℃以下にとどめる
必要がある。また、この温度条件で合成樹脂が繊
維に十分融着するようにさせるため、該合成樹脂
の溶融粘度を十分に下げる必要がある。そこでこ
のために、原料中に可塑剤を添加しておくとよ
い。 上記温度に達した原料は、公知の造粒機によつ
て造粒され、最終的に本発明に係る合成繊維屑を
利用した複合材組成物が形成される。 この複合材組成物を内装材等として利用するに
は、公知の成形装置が使用される。例えば、射出
成形機を使用して、通常の熱可塑性樹脂自体と同
様に成形する。 次ぎに、製造方法の具体例について説明する。
本例にあつては、合成繊維としてポリエステルが
65％、綿が35％の混紡のワーキングウエア用織物
の縫製裁断屑を使用した。そして、最初に該合成
繊維屑を切断機によつて50mm四方の正方形状に切
断する。次ぎに、この切断物をターボカツターに
よつて更に細分化し、これにより５mm×５mmのメ
ツシユが通過できるようにした後ターボミルによ
つて解繊する。このようにして解繊された合成繊
維屑を７Kg使用する。 一方、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂
を11Kg、また無機充填剤として炭酸カルシウムを
２Kg使用する。 そして、これらの原料を予め200℃に加熱され
たミキサーに投入し、1740rpmの高速回転で約15
分間継続して撹拌する。これによりミキサー内部
の温度が163℃に達すると、熱可塑性樹脂が溶融
し始める。ちなみに、撹拌開始から溶融開始まで
の時間は、10分を要した。この熱可塑性樹脂の溶
融により原料の粘性が急激に上昇し、繊維の表面
は溶融された樹脂によつて均一に覆われてくる。
このとき、ミキサーのモーターの負荷電流は、原
料の乾燥時には55A程度だつたが、溶融が始まる
とともに増加視75Aに達した処で原料の温度が
180℃であつた。 この状態から原料を約20℃に水冷された別のミ
キサーに移し、今度は100rpmの低速回転で15分
間撹拌する。そうすると、繊維状をした樹脂含浸
物が得られる。 この樹脂含浸物を190℃以下の温度を保ちなが
ら、造粒機によつて造粒する。もし温度が190℃
を越えると、繊維が切断されることになる。この
造粒された複合材組成物を射出成形機によつて、
例えば内装材等に成形することは、既に述べた通
りである。 以下の表は、本発明に係る複合材組成物の諸特
性を示すものであり、この表によつて本発明が十
分に初期の目的を達成していることが理解され
る。 表において、実施例１は上記方法によつて得ら
れた複合材組成物の特性であり、また実施例２及
び実施例３は各々熱可塑性樹脂をポリエチレン、
ABSとした場合の特性を示す。ここで、参考例
１、参考例２、参考例３は、各々の実施例に用い
た熱可塑性樹脂自体の特性を示す。更に、実施例
４は、実施例１で得られた複合材組成物を通常の
押出機によつてシートとした場合の当該シートの
特性を示す。 以上述べたように、本発明に係る合成繊維屑を
利用した複合材組成物は、縫製工場や一般家庭等
から廃棄、放出されるポリエステル繊維屑を再利
用し、合成樹脂の使用割合を減少させて全ての機
械的強度がマトリツクスの合成樹脂の強度を上回
る安値な複合材を提供するものである。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 約70乃至160重量部のポリオレフイン樹脂に
可塑材、滑剤等の添加剤を混合溶融させ、この溶
融液相内で、あらかじめ単繊維に解繊しておいた
100重量部で繊維長が0.5〜10mm程度のポリエステ
ル繊維屑を200℃以下で混練して形成した合成繊
維屑を利用した複合材組成物の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、無機充
填剤が30重量部を限度として添加されたことを特
徴とする合成繊維屑を利用した複合材組成物の製
造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項乃至第２項記載におい
て、繊維屑がポリエステル混紡品である合成繊維
屑を利用した複合材組成物の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58082767A JPS59207966A (ja) | 1983-05-13 | 1983-05-13 | 合成繊維屑を利用した複合材組成物 |
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| JP58082767A JPS59207966A (ja) | 1983-05-13 | 1983-05-13 | 合成繊維屑を利用した複合材組成物 |
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