JPH04175108A - 強化繊維複合ペレット混合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、熱可塑性樹脂とカラス繊維および炭素繊維
とを複合してなる繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）成
形品を得るときに使用するペレット混合物に関する。

〈従来の技術〉 射出成形によってＦＲＴＰ成形品を製造するとき、熱可
塑性樹脂にガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維を単独で
複合してなるペレットかたびたび使用される。

そのようなペレットは、多くが、強化繊維の平均長が０
．３ｍｍ程度の短繊維複合ペレットと呼はれるもので、
強化繊維の長さが短いことから成形時の流動性かよく、
比較的均質で物性むらの少ない成形品を得ることかでき
る。しかしながら、強化繊維の長さが短いことと、ただ
１種類の強化繊維を使用していることから、得られるＦ
ＲＴＰ成形品の物性は、熱可塑性樹脂のみからなるもの
にくらべれは優れているものの、それほど高くはない。

一方、互いに並行する強化繊維を含み、しかも、強化繊
維の平均長（実質的にペレットの長さに等しい）が１０
ｍｍ程度である長繊維複合ペレットもしられている（特
公昭６３−３７６９４号公報）。

このペレットを使用して得られるＦＲＴＰ成形品は、強
化繊維の平均長が１０ｍｍ程度と長いことから、上述し
た短繊維複合ペレットによるものにくらべて一般的に物
性が優れており、注目されている。しかしながら、残念
なことに、大型かつ複雑な形状の成形品の製造には適し
ていない。

すなわち、得られるＦＲＴＰ成形品を、たとえば剛性ま
たは弾性率や耐衝撃性といった物性において短繊維複合
ペレットを使用したものにくらべて十分に高く、有意差
のあるものとするためには、上述したペレットとじて、
強化繊維の含有率か６０重量％を超えるような、いわゆ
る高繊維含有率のペレットを使用する必要かある。しか
るに、そのように強化繊維の含有率の高いペレットは、
成形機への噛み込み性や溶融時の流動性に劣るので、小
型で、しかも、平板のような比較的単純な形状の成形品
を得るような場合はともか（、自動車のシリングへラド
カバーやバンパービームのような、大型で、かつ、比較
的複雑な形状の成形品を得る場合においては、成形その
ものか困難になったり、成形は可能であっても物性むら
が大きくなってしまう。物性むらか大きくなるのは、上
述した、成形機への噛み込み性の悪さや溶融時の流動性
の低さに起因して、強化繊維の分布や方向性にむらかで
きるからである。

このような長繊維複合ペレットにおける問題点を解決す
るために、強化繊維の含有率はあまり高くしないで、そ
のことによる物性の不足を、マイカやグラファイト等の
フィラーの併用によって補うことも考えられる（特開昭
５６−５７１４号公報）。しかしながら、マイカやグラ
ファイトのフィラーによる物性の向上は、それほど大き
くはない。

一方、強化繊維の種類も、ＦＲＴＰ成形品の物性に大き
く影響する。たとえば、強化繊維とじてガラス繊維を使
用したペレットによれば、耐衝撃性に優れた成形品を得
ることが可能になる。しかしながら、剛性または弾性率
はそれほど高くはならない。また、炭素繊維を使用した
ペレットによれば、剛性または弾性率に優れた成形品を
得ることが可能であるか、耐衝撃性においては、ガラス
繊維を使用したペレットによるものにくらべてかなり劣
る。そこで、平均長がいずれもｌＱｍｍ前後である、長
い炭素繊維と長いガラス繊維とを同時に含有せしめたペ
レットも提案−されている（特開昭５６−５７１６号公
報）。しかしながら、やはり長繊維複合ペレットである
ため、成形性の向上と成形品の物性の向上とを、同時に
、かつ、十分に満足するには至っていない。

〈発明が解決しようとする課題〉 この発明の目的は、上記従来のペレットの上述した問題
点を解決し、成形性に優れ、しかも、物性、特に、剛性
または弾性率と耐衝撃性とがともに優れたＦＲＴＰ成形
品を得ることができる強化繊維複合ペレットを提供する
にある。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、この発明は、熱可塑性樹脂
および互いに並行するガラス繊維を含み、ガラス繊維の
平均長が５〜１５ｍｍの範囲で、ガラス繊維の含有率か
３０〜６０重量％の範囲にあるガラス繊維複合ペレット
と、熱可塑性樹脂および炭素繊維を含み、炭素繊維の平
均長が０．１〜１ｍｍの範囲で、炭素繊維の含有率か１
５〜４５重量％の範囲にある炭素繊維複合ペレットとの
混合物からなり、かつ、混合物中におけるガラス繊維と
炭素繊維との合量に対する炭素繊維の割合が１５〜５０
重量％の範囲にある強化繊維複合ペレット混合物を提供
する。上記炭素繊維は、通常は、三次元的に無作為な方
向に向ける。そうして、この発明の強化繊維複合ペレッ
ト混合物を溶融し、射出成形すれば、ＦＲＴＰ成形品を
得ることかできる。

この発明は、互いに並行する、特定範囲の平均長をもつ
ガラス繊維を特定の範囲で含むガラス繊維複合ペレット
と、特定範囲の平均長をもつ炭素繊維を特定の範囲で含
む炭素繊維複合ペレットとを、ガラス繊維と炭素繊維と
の合量に対する炭素繊維の割合が特定の範囲になるよう
に混合してなるペレットを使用することで、成形性が向
上し、合わせて、得られるＦＲＴＰ成形品の物性、特に
、剛性または弾性率と耐衝撃性とをバランスよく向上さ
せることかできるものである。

さて、この発明において、熱可塑性樹脂としては、ナイ
ロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン６１０
、ナイロン６１２等のポリアミドや、これらのポリアミ
ドの共重合ポリアミドを使用することができる。また、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート等のポリエステルや、これらポリエステルの共重合
ポリエステルを使用することができる。さらに、ポリカ
ーボネート、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、ポリフェニレンオキシド、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエ
ーテルケトン等を使用することかできる。さらにまた、
ポリウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマー
、ポリアミドエラストマー等に代表される熱可塑性エラ
ストマーを使用することができる。

また、同一の系に属する異種の熱可塑性樹脂の混合樹脂
を使用することもてきる。たとえは、ナイロン６とナイ
ロン６６との混合樹脂を使用したり、ポリエチレンテレ
フタレートとポリブ壬しシテレフタレートとの混合樹脂
を使用することができる。このように、同一の系に属す
る異種の熱可塑性樹脂の混合樹脂を使用すると、たとえ
は、原料コストの上昇を抑えつつ耐熱性等の諸性質を改
善することができるようになる。

ガラス繊維複合ペレットと炭素繊維複合ペレットには、
通常、同一種類の熱可塑性樹脂を使用する。しかしなが
ら、上記と同様の理由で、同一の系に属する異種の熱可
塑性樹脂を使用することもできる。たとえは、ガラス繊
維複合ペレットにナイロン６を使用し、炭素繊維複合ペ
レットにナイロン６６を使用することかできる。また、
ガラス繊維複合ペレットにポリエチレンテレフタレート
を使用し、炭素繊維複合ペレットにポリブチレンテレフ
タレートを使用することかできる。

熱可塑性樹脂は、ガラス繊維複合ペレットにおいては、
溶融粘度が５００〜５０００ポイズの範囲にあるものを
使用するのが好ましい。

すなわち、得られるＦＲＴＰ成形品の物性をより向上さ
せるためには、熱可塑性樹脂は、分子量が高いもの、す
なわち、溶融粘度が高いものであるのか好ましく、溶融
粘度が５００ポイズよりも低い熱可塑性樹脂によっては
、成形品の、特に耐衝撃性が十分に向上しないことかあ
る。また、５０００ポイズよりも高い熱可塑性樹脂を使
用すると、ガラス繊維との濡れ性や接着性が低下するこ
とがあり、その場合、ペレットに、ガラス繊維に沿った
、いわゆる縦割れが発生したり、ガラス繊維の毛羽が発
生したりして、成形品の物性が十分に向上しなかったり
、成形品の品位が低下することがある。なお、溶融粘度
は、成形あるいは後加工に適用される温度の下で、キャ
ピラリー型粘度計を使用して、若殿速度か零５ｅｃ−’
か、その近辺において測定する。

さて、カラス繊維複合ペレットにおいては、カラス繊維
は、ペレットの長さ方向に引き揃えられ、互いに並行し
ている。したかって、ガラス繊維の長さとペレットの畏
さは実質的に等しい。なお、ガラス繊維複合ペレットの
直径は、１〜５ｍｍ程度である。

ガラス繊維の単繊維径は、７〜２４μｍ程度である。な
お、ガラス繊維には、通常、ハンドリング性を改善する
ための、アクリルやポリウレタン等のバインダ′−や、
複合される熱可塑性樹脂との接着性を改善するための、
シランカップリング剤等を付与しておく。バインダーや
カップリンク剤の種類、付与量は、使用する熱可塑性樹
脂の種類等に応じて選択すれはよい。

ガラス繊維の平均長は、５〜１５ｍｍの範囲になければ
ならない。

すなわち、５ｍｍよりも短いと、物性、特に、耐衝撃性
に優れたＦＲＴＰ成形品を得ることができなくなり、ま
た、１５ｍｍよりも長いと、成形機への噛み込み性か不
安定になり、物性に優れ、しかも、均質な成形品を得る
ことかできなくなって、いずれの場合もこの発明の目的
を達成することかできなくなる。

ガラス繊維複合ペレットにおけるガラス繊維の含有率は
、３０〜６０重量％の範囲になけれはならない。

すなわち、ガラス繊維の含有率が３０重量％未満では、
高い剛性または弾性率と高い耐衝撃性、特に高い耐衝撃
性を有するＦＲＴＰ成形品を得ることができなくなる。

一方、６０重量％よりも高くなると、溶融時の流動性か
著しく低下し、また、成形機への噛み込み性が不安定に
なって、物性に優れ、しかも、均質な成形品を得ること
ができなくなる。成形品の寸法精度や表面状態も悪くな
る。

また、ペレットに、縦割れができたり、ガラス繊維の毛
羽が発生したり、成形機への噛み込み性か不安定になっ
て、成形品の物性か十分に向上しなかったり、成形品の
品位が低下することがある。

ガラス繊維複合ペレットは、よく知られた方法、たとえ
は特公昭６３−３７６９４号公報に記載された方法によ
って製造することかできる。すなわち、カラス繊維のス
トランドを連続的に走行させながら溶融した熱可塑性樹
脂を含浸し、熱可塑性樹脂か固化した後、５〜１５ｍｍ
の範囲の一定長に切断することによって得ることかでき
る。このとき、含浸条件を選定して、１本１本のカラス
繊維、すなわち単繊維の周りに熱可塑性樹脂か配される
ようにすると、ガラス繊維の毛羽の発生か抑制され、ま
た、成形時における、成形機への噛み込み性や溶融時の
安定性等か向上するようになるので好ましい。

一方、炭素繊維複合ペレットにおいては、炭素繊維は、
互いに並行であっても悪くはないか、通常は、三次元的
に全く無作為な方向に向けられる。

そのような、炭素繊維か三次元的に全く無作為な方向に
向いているようなペレットは、たとえば、上述した熱可
塑性樹脂のペレットとチョツプド炭素繊維とを押出機を
使用して溶融混練し、麺状に押し出した後、任意の一定
長に切断することによって製造することかできる。なお
、炭素繊維複合ペレットの直径は１〜５ｍｍ程度、長さ
は、２〜１０ｍｍ程度でよい。

炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系炭素繊維や
ピッチ系炭素繊維等を使用することができるか、成形品
の物性をより向上させるためには、引張強度か３００　
ｋｇｆ　／ｍｍ２以上、引張弾性率か２０トン／ｍｍ２
以上であり、かつ、表面電解酸化処理等によって熱可塑
性樹脂との接着性を改善した炭素繊維を使用するのが好
ましい。なお、炭素繊維の単繊維径は、５〜７μｍ程度
である。

炭素繊維複合ペレット中における炭素繊維の平均長は、
０．　１〜］、ｍｍの範囲になければならない。

すなわち、炭素繊維の平均長か０．］、ｍｍよりも短い
と、物性、特に剛性または弾性率に優れたＦＲＴＰ成形
品を得ることができない。また、１ｍｍよりも長いと、
物性的には問題ない場合もあるが、表面状態、特に表面
平滑性の悪い成形品となってしまう。

そのような炭素繊維は、炭素繊維複合ペレット中に１５
〜４５重量％の範囲で含まれていなければならない。

すなわち、炭素繊維の含有率が１５重量％よりも低いと
、高い剛性または弾性率や高い耐衝撃性、特に高い剛性
または弾性率を有するＦＲＴＰ成形品を得ることができ
なくなる。また、４５重量％よりも高いと、物性、特に
耐衝撃性に優れた成形品を得ることができなくなる。

さて、この発明のペレット混合物は、上述したガラス繊
維複合ペレットと炭素繊維複合ペレッＩ・との混合物か
らなる。これは、別々に用意したガラス繊維複合ペレッ
トと炭素繊維複合ペレットとを混合することによって得
られるか、この混合に際して、炭素繊維の割合か、ガラ
ス繊維と炭素繊維との合量に対して１５〜５０重量％の
範囲になるようにする。

すなわち、この発明は、ガラス繊維複合ペレットによっ
ても、また、炭素繊維複合ペレットによっても、いずれ
によっても得ることができない、成形性に優れ、また、
優れた物性、特に剛性または弾性率と耐衝撃性とに優れ
、さらには表面状態の優れた成形品を得るためのペレッ
ト混合物を提供するカベそのためには、上述した２種類
のペレットを、炭素繊維の割合かガラス繊維と炭素繊維
との合量に対して１５〜５０重量％の範囲になるように
混合して併用する必要かある。

この点について詳述するに、一般に、熱可塑性樹脂にガ
ラス繊維と炭素繊維とを複合すると、熱可塑性樹脂の剛
性や弾性率は向上するが、これらの物性の向上は、高い
弾性率を有する炭素繊維によるところが大きい。一方、
耐衝撃性の向上は、はとんどガラス繊維に依存し、炭素
繊維は耐衝撃性を低下させる。そこで、この発明は、特
定の平均長をもつガラス繊維を特定の範囲で含むカラス
繊維複合ペレットと、特定の平均長をもつ炭素繊維を特
定の範囲で含むガラス繊維複合ペレットとを、炭素繊維
の含有率が特定の範囲になるように混合、併用してなる
ペレット混合物によれは、成形性に優れ、しかも、剛性
または弾性率と耐衝撃性とかともに優れたＦＲＴＰ成形
品を得ることかできることに着目したのである。そのた
めには、カラス繊維と炭素繊維との合量に対する炭素繊
維の割合か１５〜５０重量％の範囲になければならない
。１５重量％よりも低いと、耐衝撃性は向上するものの
、剛性または弾性率が低下し、一方、５０重量％を超え
ると、剛性または弾性率は向上するものの耐衝撃性か急
激に低下し、いずれの場合も、優れた成形性を確保しつ
つ高い剛性または弾性率と高い耐衝撃性とを有する成形
品を得ることができなくなる。

この発明のペレット混合物を使用したＦ　ＲＴ　Ｐ成形
品の製造は、周知の射出成形法によることかできる。ペ
レット混合物をそのまま成形に供してもよいし、押出機
等で溶融混練した後に成形するようにしてもよい。

〈実施例および比較例〉 実施例１〜５および比較例１〜４ 日本電気硝子社製ガラス繊維ストランド（単繊維径：１
７μｍ１単繊維数・２０００本）を、４本束ねて、押出
機のヘットに設けたタイ（温度２８０℃）に連続的に導
きながら、ダイに、押出機から、東し社製ナイロン６“
アミラン”　（２８０°Ｃにおける溶融粘度：　１００
０ポイズ）を供給してガラス繊維に含浸し、ナイロン６
が固化した後、長さ１０ｍｍに切断して、縦割れやガラ
ス繊維の毛羽のない、ガラス繊維複合ペレットを得た。

このペレットの直径は約３ｍｍであり、ガラス繊維の含
有率は４５重量％であった。以下、これをカラス繊維複
合ペレットＡという。

一方、東し社製炭素繊維“トレカ”Ｔ３００−６Ｋ（単
繊維径ニアμｍ、単繊維数：６０００本、引張強度：　
３６０　ｋｇｆ　７ｍｍ２、引張弾性率、２４トン／ｍ
ｍ２）をウレタン収束剤で収束した後、長さ６ｍｍにカ
ットシてチョツプド炭素繊維を得た後、これと上述した
ナイロン６とを押出機で溶融混練し、麺状に押し出し、
ナイロン６が固化した後に切断して、長さが５ｍｍで、
炭素繊維の含有率が３０重量％である炭素繊維複合ペレ
ットを得た。このペレット中における炭素繊維の平均長
は、約０゜２ｍｍであった。以下、これを炭素繊維複合
ペレットＡという。

全く同様にして、しかしなから、こんどは、炭素繊維の
含有率か４２重量％である炭素繊維複合ペレットを得た
。このペレット中における炭素繊維の平均長は、やはり
約０．２ｍｍであった。以下、これを炭素繊維複合ペレ
ッｈＢという。

次に、上記ガラス繊維複合ペレッｈＡと、炭素繊維複合
ペレッｈＡ、Ｂとを、表に示す組み合せ、含有率になる
ように混合し、強化繊維複合ペレット混合物を得た。

次に、上記ペレット混合物を、東芝社製ＩＳコ００ＦＴ
−５Ａ型射出成形機を使用して、シリンダー温度を２９
０°Ｃ１金型温度を８０°Ｃ１射出７／冷却時間を１３
／２０秒として射出成形し、短冊状の試験片を得た。

次に、上記試験片について、曲げ試験とノツチ付アイゾ
ツト衝撃試験とを行い、曲げ強度と、曲げ弾性率と、ノ
ツチ付アイゾッＩ・衝撃強さとを求めた。曲げ試験は、
ＡＳＴＭ　　Ｄ７９０によった。

アイゾツト衝撃試験は、ＡＳＴＭ　　Ｄ２５６にょった
（試験片の厚み　４７８インチ）。試験結果を表に示す
。

比較例５ 上述した日本電気硝子社製カラス繊維ストランドを使用
し、実施例１〜５および比較例］〜４において炭素繊維
複合ペレッｈＡ、Ｂを得たのと同様にして、カラス繊維
の平均長か０．３ｍｍで、ガラス繊維の含有率か４５重
量％であるカラス繊維複合ペレットを得た。以下、この
ペレットをカラス繊維複合ペレットＢという。

次に、上記ガラス繊維複合ペレッｈＢと炭素繊維複合ペ
レットＡとの等量混合ペレットを使用したほかは実施例
１〜５および比較例１〜４と同様にして試験片を成形し
、試験した。試験結果を表に示す。

比較例６ 実施例１〜５および比較例１〜４と同様の条件で、しか
しながら、炭素繊維複合ペレットＡのみを使用して試験
片を成形し、試験した。試験結果を表に示す。

上表から明らかなように、この発明のペレット混合物に
よるときは、成形性に優れ、しかも、剛性または弾性率
と耐衝撃性とがともに優れたＦＲＴＰ成形品を得ること
かできる。

〈発明の効果〉 この発明の強化繊維複合ペレットは、熱可塑性樹脂およ
び互いに並行するガラス繊維を含み、ガラス繊維の平均
長が５〜１５ｍｍの範囲で、ガラス繊維の含有率が３０
〜６０重量％の範囲にあるガラス繊維複合ペレットと、
熱可塑性樹脂および炭素繊維を含み、炭素繊維の平均長
が０１１〜３ｍｍの範囲で、炭素繊維の含有率か１５〜
４５重量％の範囲にある炭素繊維複合ペレットとの混合
物からなり、かつ、混合物中におけるカラス繊維と炭素
繊維との合量に対する炭素繊維の割合が１５〜５０重量
％の範囲にあるものであるから、実施例と比較例との対
比からも明らかなように、成形性に優れ、しかも、剛性
または弾性率と耐衝撃性とかともに優れたＦＲＴＰ成形
品を得ることかできるようになる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱可塑性樹脂および互いに並行するガラス繊維を
   含み、ガラス繊維の平均長が５〜１５ｍｍの範囲で、ガ
   ラス繊維の含有率が３０〜６０重量％の範囲にあるガラ
   ス繊維複合ペレットと、熱可塑性樹脂および炭素繊維を
   含み、炭素繊維の平均長が０．１〜１ｍｍの範囲で、炭
   素繊維の含有率が１５〜４５重量％の範囲にある炭素繊
   維複合ペレットとの混合物からなり、かつ、混合物中に
   おけるガラス繊維と炭素繊維との合量に対する炭素繊維
   の割合が１５〜５０重量％の範囲にある強化繊維複合ペ
   レット混合物。
2. （２）炭素繊維が三次元的に無作為な方向を向いている
   請求項（１）の強化繊維複合ペレット混合物。
3. （３）請求項（１）または（２）の強化繊維複合ペレッ
   ト混合物を溶融し、射出成形することを特徴とする繊維
   強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。