(57)【要約】【課題】繊維の分散がよく、ブツやムラの外観不良が殆ど無く、射出成形法で成形可能であり、さらに成形品とした際の曲げ弾性率や耐衝撃強度等の強度性能に優れ、成形品破壊時の破断面がシャープエッジになったり、破片が飛散したりすることが殆ど無い、長繊維強化複合樹脂組成物、及び該長繊維強化複合樹脂組成物を成形した成形品を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂、有機長繊維、ガラス繊維を含有することを特徴とする長繊維強化複合樹脂組成物、およびこれから得られる長繊維強化複合樹脂成形品。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂、有機長繊維及びガラス繊維を含有することを特徴とする長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項２】
該熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項３】
該オレフィン系樹脂がプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項４】
該有機長繊維が表面に極性樹脂を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項５】
該極性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項６】
該極性樹脂の量が有機長繊維に対し０．０１重量％以上５重量％以下であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項７】
該有機長繊維が２００℃以上に融解温度があることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項８】
該有機長繊維がポリエステル繊維またはポリアミド繊維であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の長繊維強化複合樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の長繊維強化複合樹脂組成物を成形してなることを特徴とする長繊維強化複合樹脂成形品。
【請求項１０】
該成形が、射出成形法により行われたことを特徴とする請求項９に記載の長繊維強化複合樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長繊維強化複合樹脂組成物及び成形品に関し、詳しくは、繊維の分散がよく、ブツやムラ等の外観不良が殆ど無く、曲げ弾性率や耐衝撃強度等の強度性能に優れた長繊維強化複合樹脂組成物及びその成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度構造部材向けに、従来から、ガラス繊維を配合して強化されたポリプロピレン樹脂又はポリアミド樹脂（以下、適宜「ガラス繊維強化樹脂」という。）を射出成形して製品を得る方法が多く用いられてきた。このような高強度構造部材としては、例えば、自動車向けではフロントエンドキャリア、ドアパネル、アンダーフード、インストルメントパネル、バッテリートレイ、ギアボックス等が挙げられ、工業用途向けではギア、ポンプ筐体、梯子、パレット、コンテナ等が挙げられ、その他の用途向けでは自転車、精密電子機器のハウジング等が挙げられる。特に自動車向けでは、従来鋼材で形成していた構造部材をガラス繊維強化樹脂で形成した構造部材に代替することで、大幅な成形加工の自由度向上、部材重量の低減、部品点数の削減による組立工程の簡略化等の利点が得られる。
【０００３】
しかし、ガラス繊維強化樹脂を射出成形して部材形状に成形する際に、通常、ガラス繊維は折れて長さ２００μｍ〜５００μｍ程度になり残存繊維長が短くなる。ガラス繊維が短くなるにつれ、ガラス繊維強化樹脂の最大曲げ応力やアイゾット衝撃強度等の機械物性が著しく低下する。このため、従来はガラス繊維強化樹脂を成形する際には、なるべくガラス繊維が折れないような特段の工夫を施した成形機や金型を用いなければならなかった。
さらに、ガラス繊維強化樹脂を射出成形してなる部材は、強力な衝突破壊の際には破断面がシャープエッジになり、かつ破片が周囲に飛散することがある。こうした破壊形態は破断面に刺さったり飛散した破片を受けたりして、使用者が受傷することがありえる。したがって、破断面が鋭利にならず破片飛散の少ない高強度樹脂材料が求められている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ガラス繊維強化樹脂に耐衝撃強度を付与するため、組成中にエラストマー成分を一部配合する検討がなされている。この技術によれば、エラストマー成分は常温では優れた延性を有するため、ガラス繊維強化樹脂は衝撃吸収能力を示す。
【０００５】
また、例えば主に自動車向けでは、フロントエンドキャリア、ドアパネル、アンダーボディシールド、バッテリートレイ、バンパビーム等の部材を、ガラスマットにポリプロピレン樹脂を含浸させたり積層させたりしたプレシートを、プレス成形して部材形状に成形して製造する方法も用いられてきた。この方法では、射出成形法に比べてガラス繊維が非常に長い残存繊維長を得るため、製造される部材は取り分け耐衝撃性に優れ、破壊されても破片飛散することが殆ど無い。
【０００６】
また、本出願人は、破断面が鋭利にならず破片飛散の殆ど無い樹脂材料を得る手段として、オレフィン系樹脂と有機長繊維とを含有する樹脂組成物の成形品を開発した（特願２００６−３０１１１３、及び特願２００６−３０１１１４）。この技術によれば、成形品中で残存繊維長の長い有機長繊維が分散するため、優れた耐衝撃性を発現させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００１／０５９００９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、エラストマー成分のガラス転移温度以下においてエラストマー成分が柔軟性を失い、衝撃を受けたときにガラス繊維強化樹脂は脆性破壊する可能性がある。このため、自動車部材等、零下を含めた広い温度域での耐衝撃強度が要求される用途には、特許文献１記載の方法では改善効果が十分に得られない可能性がある。
【０００９】
また、プレシートをプレス成形して部材形状に成形する方法では、成形の際にシート表面のガラス繊維が作業者の人体に刺さったり、作業場にガラス繊維が浮遊して作業者が吸入する可能性がある等、不適切な作業環境になる可能性がある。また、手作業でシートを装填したり成形の後にバリ取りしたりすることで加工工程が煩雑になるため、生産速度が遅く加工コストも割高になる傾向がある。このため、プレシートをプレス成形して部材形状に成形する方法は、安全な破壊形態を兼ねることができるにも拘らず、加工コストが割高になることが技術を普及させる上で大きな障壁となっている。
【００１０】
さらに、特願２００６−３０１１１３又は特願２００６−３０１１１４で提案した技術では、高強度構造部材向けに好適な高い強度を発現することが難しい可能性がある。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、繊維の分散がよく、ブツやムラの外観不良が殆ど無く、曲げ強度や耐衝撃強度等の強度性能に優れた長繊維強化複合樹脂組成物及びその成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂と有機長繊維とガラス繊維とを組み合わせて組成物を調製することにより、前記の課題が解決された優れた長繊維強化複合樹脂組成物が得られることを見出した。
【００１３】
即ち、本発明の要旨は、熱可塑性樹脂、有機長繊維、及びガラス繊維を含有することを特徴とする長繊維強化複合樹脂組成物に存する。
この際、該熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂であることが好ましく、該オレフィン系樹脂がプロピレン系樹脂であることが好ましい。
【００１４】
また、該有機長繊維が表面に極性樹脂を有することが好ましく、該極性樹脂がエポキシ樹脂であることが好ましい。さらに、該極性樹脂の量が有機長繊維に対し０．０１重量％以上５重量％以下であることが好ましい。
【００１５】
また、該有機長繊維が２００℃以上に融解温度があることが好ましい。さらに該有機長繊維がポリエステル繊維またはポリアミド繊維であることが好ましい。
【００１６】
本発明の別の要旨は、上述の長繊維強化複合樹脂組成物を成形してなることを特徴とする長繊維強化複合樹脂成形品に存する。
この際、該成形が、射出成形法により行われたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物を成形した成形品は、有機長繊維が網目状に分散して樹脂を補強しているため、例えば破壊された際に、破断面が鋭利にならず破片飛散の殆ど無い安全な破壊形態を発現することができる。さらに前記成形品は、ガラス繊維が網目状に分散して樹脂を補強しているため、高強度構造部材向けに必要な強度性能を発現することができる。しかも前記各補強効果は互いに障害とならず、従来公知の技術では達成し得なかった、安全な破壊形態及び高強度を両立させることが出来る。
【００１８】
さらに、有機長繊維はガラス繊維や炭素繊維に比べて加工プロセスで殆ど破損することが無いため、有効繊維長が成形品内でも十分に維持される。したがって、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、簡便な射出成形法で成形することもでき、この場合にはプレス成形等に比べて生産速度が速く加工コストも低減させることが出来る。さらに、有機長繊維を含有する本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、射出成形したり押出機等で再混練したりしても安全な破壊形態を発現させることが出来る。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について実施形態及び例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態及び例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。
【００２０】
［１．概要］
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、少なくとも熱可塑性樹脂と有機長繊維とガラス繊維とを含有する組成物である。また、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、必要に応じて、熱可塑性樹脂、有機長繊維及びガラス繊維以外にその他の成分を含有していてもよい。
【００２１】
［２．熱可塑性樹脂］
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は熱可塑性樹脂を含有する。この熱可塑性樹脂は、使用する有機長繊維の融解温度以下で成形加工できる樹脂が好ましい。本発明の長繊維強化複合樹脂組成物では、有機長繊維が繊維形態を維持して分散し、有機長繊維が融解しない温度範囲で成形して成形品へと加工できることが望ましいからである。なお、有機長繊維の融解温度については、後述の有機長繊維の項で説明する。
【００２２】
ここで、熱可塑性樹脂が重合体である場合、単独重合体であってもよく、共重合体でもよい。さらに、共重合体である場合、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。
好適な熱可塑性樹脂の例を挙げると、易加工性、原料コスト等の観点から、オレフィン系樹脂が挙げられる。オレフィン系樹脂の種類には特に制限はなく、様々なオレフィン系樹脂を用いることができる。例えば、エチレンの単独重合体、エチレン残基を５０重量％以上含んだα−オレフィン多成分共重合体等のエチレン系樹脂；プロピレンの単独重合体、プロピレン残基を５０重量％以上含んだα−オレフィン多成分共重合体等のプロピレン系樹脂；１−ブテンの単独重合体、１−ブテン残基を５０重量％以上含んだα−オレフィン多成分共重合体等のブテン系樹脂等が挙げられる。
【００２３】
前記のオレフィン系樹脂の中でも、耐熱性に優れる点から、プロピレン系樹脂が好ましい。その具体例を挙げると、プロピレンの単独重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体等が挙げられる。
なお、オレフィン系樹脂の重合様式は特に限定されないが、気相法または溶液法が好ましい。また、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を１種単独で含んでもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で含んでもよい。
【００２４】
熱可塑性樹脂のメルトフローレートは、通常０．０５ｇ／１０分以上、好ましくは０．１ｇ／１０分以上であり、通常５００ｇ／１０分以下、好ましくは２００ｇ／１０分以下である。メルトフローレートが小さすぎると成形加工性が低下し、得られる成形品の表面外観が不良になりやすい傾向があり、大きすぎる場合は成形品の機械強度と繊維分散とが不良になりやすい傾向がある。なお、メルトフローレートは、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に準拠して温度２３０℃、荷重２１．１８Ｎで測定した値を採用するものとする。
【００２５】
［３．有機長繊維］
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は有機長繊維を含有する。ここで長繊維とは、その長さが通常４ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは８ｍｍ以上の繊維のことをいう。
【００２６】
有機長繊維の例を挙げると、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ケナフ、セルロース系繊維等が挙げられる。この中でも、取扱性、加工性及び力学特性の観点から、ポリエステル系繊維及びポリアミド系繊維が好ましく、特にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維及びＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）繊維がより好ましい。ポリエステル系繊維及びポリアミド系繊維を用いると、射出成形品中の有機長繊維の分散が良く、繊維としての物性も高いため、良好な機械物性の射出成形品が得られるからである。代表的なＰＥＴ繊維として、例えば融解温度２６７℃で、ガラス転移温度６７℃のＰＥＴ繊維等が挙げられ、同様に代表的なＰＥＮ繊維として、例えば融解温度２８３℃、ガラス転移温度１１３℃のＰＥＮ繊維等が挙げられる。
なお、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物には、有機長繊維はその１種類が含まれていてもよく、２種類以上が任意の組み合わせ及び比率で含まれていてもよい。
【００２７】
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物を用いて、射出成形法等によって成形品を得る際に、有機長繊維が繊維形態を保っていることが特に好ましいため、有機長繊維の融解温度は成形温度より通常１０℃以上高いことが好ましく、２０℃以上高いことがより好ましい。
本発明に熱可塑性樹脂として例えばオレフィン系樹脂を用いる場合、オレフィン系樹脂の融解温度は、通常７０℃以上、また通常１７０℃以下であることから、成形温度は通常１５０℃以上、また通常２３０℃以下の範囲で選択される。有機長繊維の融解温度は通常２００℃以上であることが好ましく、より好ましくは２２０℃以上、さらに好ましくは２４０℃以上である。上記融解温度は、ＪＩＳ  Ｋ７１２１で規定される温度である。
【００２８】
有機長繊維の繊維径は太すぎると衝撃強度が低下する傾向がある。また細すぎると成形品表面の凹凸が小さくなり外観が向上する一方で原料コストが割高になる傾向がある。したがって、有機長繊維の単糸繊度は１ｄｔｅｘ以上が好ましく、また２０ｄｔｅｘ以下が好ましく、１５ｄｔｅｘ以下とすることがより好ましい。
【００２９】
また、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物中における有機長繊維の割合は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以上、好ましくは１０重量部以上であり、また通常１５０重量部以下、好ましくは１００重量部以下である。上記下限より少ないと有機長繊維が網目状に分散し安全な破壊形態を発現する効果が十分に得られない可能性がある。また上限より多いと全組成中の熱可塑性樹脂の割合が極端に低下するため成形加工に必要な流動性が十分に得られない可能性がある。
【００３０】
・極性樹脂
本発明に用いる有機長繊維は、その表面に極性樹脂を有するものであってもよい。極性樹脂とは非極性であるオレフィン系樹脂より極性の高い樹脂を指す。極性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール（レゾール型）樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、これらの共重合体、変性体等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル系樹脂、これらの共重合体、変性体等の熱可塑性樹脂も挙げられる。これらは１種単独で、または２種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。
上記の中でも、特に取扱・加工性や力学特性の観点から、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂あるいはウレタン樹脂が好ましく、特にエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂の具体例として、次の化合物が挙げられる。
【００３１】
例えば、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類等のジグリシジルエーテル化合物等が挙げられる。また、例えばグリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル類、ソルビトールポリグリシジルエーテル類、アラビトールポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル類、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル類、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル類、アルカンジオールジグリシジルエーテル類等のポリグリシジルエーテル化合物等が挙げられる。
【００３２】
上記の中でも、反応性の高いグリシジル基を有する脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物が好ましく、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、アルカンジオールジグリシジルエーテル類がさらに好ましい。
【００３３】
上述の有機長繊維が表面に極性樹脂を有するように有機長繊維を加工する方法としては、例えば有機長繊維表面に極性樹脂を付着させる方法等が挙げられ、具体的には極性樹脂を各種溶剤に溶解させたもの、水溶液としたもの、エマルジョンやサスペンジョンとしたもの、あるいは極性樹脂単体を、該有機長繊維に噴霧する方法や、該有機長繊維をこれらに浸漬したり、これらの貯槽に連続で潜らせたりする方法がある。またさらに、溶剤を揮発させたり、極性化合物を重合ないし架橋させる等の目的で加熱処理を施してもよく、本発明の効果を損なわない範囲であればいずれの方法を採用しても構わない。
【００３４】
有機長繊維が表面に有する極性樹脂の量としては、通常０．０１重量％以上、好ましくは０．０３重量％以上であり、また通常５重量％以下、好ましくは３．５重量％以下である。極性樹脂の量が下限未満の場合、有機長繊維が該極性樹脂を表面に均一に有するものとすることが困難となる場合があり、表面摩擦にムラができることから成形品内での繊維分散にもムラが生じる可能性がある。一方、極性樹脂の量が上限を超える場合、有機長繊維が剛直になって加工性を低下させたり、過剰量の極性樹脂が分離して成形品表面に染み出ることで外観不良の原因となる可能性がある。
【００３５】
［４．ガラス繊維］
本発明で用いるガラス繊維としては、例えばＥガラス（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｇｌａｓｓ）、Ｃガラス（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｇｌａｓｓ）、Ａガラス（Ａｌｋａｌｉ  ｇｌａｓｓ）、Ｓガラス（Ｈｉｇｈ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｇｌａｓｓ）または耐アルカリガラス等のガラスを溶融紡糸してフィラメント状繊維に成形したもの等を挙げることができる。これらは１種単独で、または２種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。
【００３６】
繊維径は通常３μｍ以上とすることができ、通常３０μｍ以下、好ましくは２１μｍ以下とすることができる。また繊維長さとしては、成形前のペレット（即ち、長繊維強化複合樹脂組成物のペレット）内において４ｍｍ以上のものを用いることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは８ｍｍ以上である。これにより大きな強度や弾性率を発現させることができる。なお、本発明では繊維長さが成形前のペレット内において４ｍｍ未満のものをガラス短繊維とし、４ｍｍ以上のものをガラス長繊維とする。
【００３７】
また補強効果の観点から、ガラス繊維表面には熱可塑性樹脂との界面接着性付与のために、例えばエポキシ系、ウレタン系、アクリル系、シラン系等のカップリング処理が施されているものがより好ましい。特にシラン系のカップリング処理がされているものが好適に用いられる。
【００３８】
長繊維強化複合樹脂組成物中におけるガラス繊維の含有量は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、通常１０重量部以上であることが好ましい。また通常２００重量部以下であることが好ましく、１５０重量部以下であることがより好ましい。上記下限値より少ないと、長繊維強化複合樹脂組成物を高強度構造部材に用いた際、好適な強度を発現する効果が十分に得られない可能性がある。また上限値より多い場合、全組成中の熱可塑性樹脂の割合が極端に低下するため成形加工に必要な流動性が十分に得られない可能性がある。
【００３９】
［５．その他の成分］
なお、長繊維強化複合樹脂組成物には、必要に応じて１種、または２種以上の熱可塑性樹脂やゴム成分を補助的に併用することも可能である。また、目的に応じ所望の特性を付与するため、一般に熱可塑性樹脂に混合される公知の物質、例えば酸化防止剤、耐熱安定剤、紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、可塑剤、結晶化促進剤、結晶核剤等をさらに混合することも可能である。これらは、１種単独で、または２種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。これらは予め熱可塑性樹脂に混合して用いることも可能である。
【００４０】
［６．製造方法］
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物（通常はペレット）は、例えば、連続繊維である有機長繊維及び／またはガラス繊維を含浸槽に通して引き取りながら溶融樹脂（熱可塑性樹脂）を含浸させる方法（プルトルージョン成形法）等により得ることができる。即ち、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、成形加工時に有機長繊維が折れて有効繊維長が著しく短くなることがないため、例えば押出機等で混練して造粒して製造すること等も可能である。したがって、例えば含浸槽に有機長繊維とガラス繊維とをそれぞれ別々に通し、有機長繊維を含有する組成物とガラス繊維を含有する組成物とを別々に作製し、さらにそれらの組成物を混合することによって、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物を得てもよい。
プルトルージョン成形法により製造する方法の一例を以下説明するが、本発明の長繊維強化複合樹脂組成物の製造方法はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
プルトルージョン成形法による製造方法では、熱可塑性樹脂に必要に応じて添加剤等を加え、熱可塑性樹脂を押出機から溶融状態で含浸槽へ供給するとともに、連続繊維を含浸槽に通して引き取って連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸被覆させ、溶融含浸物を加熱する。該含浸物を冷却後、引取方向と直角に切断して、長繊維強化複合樹脂組成物のペレットが得られる。この方法によれば、繊維を損傷させること無く、ペレットの長手方向に繊維が並行に配置され、かつペレット切断長さに通常は等しい残存繊維長を有するペレットを得ることができる。ここで連続繊維としては、後で詳しく説明するように、有機長繊維及びガラス繊維のうち、いずれか一方のみを用いてもよく、また両方を同時に用いてもよい。
また含浸槽は、連続繊維に溶融樹脂を十分に含浸させられる構造であればよく、例えばクロスヘッドダイ、一つ乃至複数の曲面部に連続繊維を擦り付ける構造、狭いオリフィス部に連続繊維を通し樹脂圧をかける構造、等が一般に挙げられるが、本発明の効果を損なわない範囲で、何れの構造を選択してもよく、またこれらを複数組み合わせてもよい。
【００４２】
プルトルージョン成形法においては、溶融樹脂を含浸槽に供給して連続繊維に含浸させる方法が一般的だが、例えば溶融樹脂のエマルジョンやサスペンジョンあるいは溶液を含浸槽に供給して連続繊維に含浸させる方法等も選択することができる。また粉末状の熱可塑性樹脂を連続繊維に付着させた後、加熱処理する方法等も適用可能である。
【００４３】
上記含浸操作は、熱可塑性樹脂としてオレフィン系樹脂を用いる場合、通常１５０℃以上、好ましくは１７０℃以上、より好ましくは１９０℃以上、また通常３００℃以下、好ましくは２６０℃以下、より好ましくは２３０℃以下で行われる。加熱温度が低すぎると含浸が不十分になる可能性があり、高すぎると熱可塑性樹脂の分解劣化が顕著になったり有機長繊維が溶融切断したりする可能性がある。
【００４４】
溶融含浸物は、押出されてストランドとなり、切断可能な温度まで冷却され、カッターで切断されてペレットとなる。ペレットの形状は特に限定されず、具体的には円柱状、角柱状、板状、フレーク状等が挙げられる。また、上記ペレットは、種類や濃度の異なる複数種の有機長繊維ないしガラス繊維を含有したペレット、または複数種類のペレットのブレンド品であってもよい。なお、本発明において「ペレット」は、上記狭義のペレットの他に、ストランド状、シート状、平板状等も含む広義の意味でも使用される。
【００４５】
プルトルージョン成形法により製造されるペレット内の有機長繊維の長さは、通常ペレットの切断長さに相当する。該ペレット中に含有された有機長繊維の平均繊維長は、通常４ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上であり、通常５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１５ｍｍ以下である。有機長繊維の平均繊維長が４ｍｍ未満の場合、長繊維強化複合樹脂組成物における耐衝撃性の向上効果が十分に得られない可能性がある。一方、平均繊維長が５０ｍｍを超える場合、繊維強化複合樹脂組成物を成形する際、成形機のホッパーでブリッジする等の成形加工が困難になる場合がある。
【００４６】
本発明では、熱可塑性樹脂と有機長繊維とを含有する樹脂組成物（ペレットＡ）、及び熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含有する樹脂組成物（ペレットＢ）をそれぞれ製造した後、ペレットＡとペレットＢとをブレンドしたもの（即ちブレンドペレット）も本発明の長繊維強化複合樹脂組成物と同義である。また該ブレンドペレットを成形してなる長繊維強化複合樹脂成形品も本発明の長繊維強化複合樹脂成形品と同義である。
このようにペレットＡとペレットＢとを別途製造しておくと、成形する際に組成比を調節しながらブレンド配合することができるという利点がある。またペレットを製造供給する立場で考えると、様々な組成配合を同時に受注しても、作りためておいたペレットＡとペレットＢとを適宜ブレンドして供給することで迅速な対応をすることができるという利点もある。なお、この場合、成形品内及び成形品間で組成ムラが生じないように、ブレンドを良好に行なうことが好ましい。
【００４７】
ペレットＡを製造する際は、熱可塑性樹脂が分解劣化しない温度範囲であって、また、有機長繊維が溶融切断しないよう、有機長繊維の融解温度より１０℃以上低い温度で製造するのが好ましく、通常高くとも２５０℃以下とする。また引取速度が過度に速いと、有機長繊維の引張破断強度より大きな張力がかかって有機長繊維が破断してしまうため、通常２０ｍ／分以上、また通常７０ｍ／分以下とする。
【００４８】
ペレットＢを製造する際は、熱可塑性樹脂が分解劣化しない温度範囲であればよく、通常３００℃以下とする。また引取速度は繊維束内に十分熱可塑性樹脂が含浸できる速度範囲であればよく、通常３０ｍ／分以上、また通常１００ｍ／分以下とする。
【００４９】
ペレットＡとペレットＢとを別途製造する場合には、ペレットＡに供される熱可塑性樹脂、及び必要に応じて有機長繊維の表面に付着させる極性樹脂は、例えば無水マレイン酸で変性された酸変性オレフィン系樹脂等のオレフィン系樹脂の変性体が除去されていることが好ましい。オレフィン系樹脂の変性体を含有すると熱可塑性樹脂や有機長繊維の界面強度が過度に強固になり、優れた耐衝撃性が出にくくなることがある。長繊維強化複合樹脂成形品全体に占めるオレフィン系樹脂の変性体の重量比は、１重量％以下であることが好ましい。
【００５０】
ここで、オレフィン系樹脂の変性体としては、例えばオレフィン系樹脂のシラン変性体（例えばトリアルキルビニルシランのグラフト重合体等）や、オレフィン系樹脂のアミン変性体（例えばヒドロキシアミン、ビニルアルキルアミンのグラフト重合体等）、酸変性オレフィン系樹脂（例えば無水マレイン酸グラフト重合体等）等が挙げられる。
上記酸変性オレフィン系樹脂としては、（イ）オレフィンの単独重合体または２種以上のオレフィンの共重合体（例えばポリオレフィン）に、不飽和カルボン酸またはその誘導体をグラフト重合したもの、（ロ）ポリオレフィンの重合原料モノマーである１種または２種以上のオレフィンと、１種または２種以上の不飽和カルボン酸またはその誘導体とを共重合したもの、あるいは（ハ）上記（ロ）で得られたものにさらに不飽和カルボン酸またはその誘導体をグラフト重合したもの等が挙げられる。
【００５１】
また、ペレットＡとペレットＢとを別途製造せずに、有機長繊維とガラス繊維とを同時に含浸槽に導入し、それぞれの繊維種が同一ペレット内に共存するようなペレットを製造する際は、ペレットＡを製造する際と同様に有機長繊維が溶融切断しない温度範囲とすることが好ましく、ペレットＢを製造する際と同様の引取速度で製造することが好ましい。
このようにそれぞれの繊維種が共存するペレットを製造しておくと、繊維のブツやムラが特に少なく、より均一に分散した成形品が得られる。
【００５２】
［７．利点］
熱可塑性樹脂、有機長繊維、及びガラス繊維を含有する本発明の長繊維強化複合樹脂組成物は、有機長繊維が網目状に分散して補強しているため、例えば破壊された際に、破断面が鋭利にならず、破片飛散の殆ど無い安全な破壊形態を発現する。さらにガラス繊維も網目状に分散して補強しているため、高強度構造部材向けに必要な強度性能を発現する。しかも各補強効果は互いに障害とならず、従来公知の技術では達成し得なかった、安全な破壊形態と高強度とを両立させることができる。
【００５３】
また、有機長繊維はガラス繊維や炭素繊維に比べて加工プロセスで殆ど破損することが無いため、有効繊維長が成形品内でも十分に維持される。このため有機長繊維を含有する本発明の長繊維強化複合樹脂組成物を、射出成形したり押出機等で再混練したりしても安全な破壊形態を発現させることができる。さらに、簡便な射出成形法で成形することができ、プレス成形等に比べて生産速度が速く、加工コストも低減させることができる。
【００５４】
［８．成形品］
本発明の長繊維強化複合樹脂成形品は、上述の長繊維強化複合樹脂組成物を成形してなることを特徴とする。成形の際には、上述の長繊維強化複合樹脂組成物のペレットを単独、または２種以上を用いることができる。またさらに、必要に応じて例えば１種または２種以上の熱可塑性樹脂等でブレンド希釈してもよい。希釈する樹脂の種類および比率は、所望の成形品の物性値により定められる。
【００５５】
また、成形方法としては特に制限はないが、例えば射出成形法等を用いることができる。本発明の長繊維強化複合樹脂組成物を使用して、射出成形法により得られた長繊維強化複合樹脂成形品は、有機長繊維やガラス繊維の分散が特によく、ブツやムラの外観不良が殆ど無く、曲げ強度や耐衝撃強度等の強度性能に特に優れている。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り以下の実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例で用いた材料および成形品の評価方法は以下に示すとおりである。
【００５７】
［使用材料］
・成分（ａ１）：ポリプロピレン樹脂（融解温度  １６２℃）
（日本ポリプロ（株）「ノバテックＰＰ  ＢＣ１０ＢＨ」、メルトフローレート：１００ｇ／１０分）
・成分（ａ２）：α−オレフィンエラストマー樹脂
（三井化学（株）「タフマー  Ａ４０５０Ｓ」）
・成分（ｂ１）：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）長繊維（融解温度  ２６４℃）
（帝人ファイバー（株）「Ｐ９０３ＡＬ  ＢＨＴ１６７０Ｔ２５０」、平均繊維径２５μｍ、エポキシ樹脂としてポリグリシジルエーテル系エポキシ樹脂をＰＥＴ長繊維表面に付着させてあり、付着量は０．２重量％）
・成分（ｂ２）：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）長繊維配合ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂
（下記プルトルージョン成形法により、成分（ａ１）：成分（ｂ１）＝７０重量％：３０重量％になるよう製造したもの。繊維長は８ｍｍ）
・成分（ｃ１）：ガラス長繊維
（繊維径１７μｍのロービング状のマルチフィラメントであり、アミノシランカップリングを施したもの）
・成分（ｃ２）：ガラス短繊維配合ポリプロピレン樹脂
（日本ポリプロ（株）「ノバテックＰＰ  ＨＧ３０Ｕ」、ガラス短繊維重量比＝３０重量％。繊維長は１ｍｍ以下）
・成分（ｃ３）：ガラス長繊維配合ポリプロピレン樹脂
（日本ポリプロ（株）「ファンクスターＬＲ２５Ｚ」、ガラス長繊維重量比＝５０重量％。繊維長は８ｍｍ）
・成分（ｄ）：ＰＥＴ長繊維及びガラス長繊維配合ポリプロピレン樹脂
（下記プルトルージョン成形法により、成分（ｂ１）ＰＥＴ長繊維及び成分（ｃ１）ガラス長繊維を同時に含浸槽へ導入し、表１（実施例１１〜１５）に記載の重量比になるよう製造したもの。繊維長は、それぞれ８ｍｍ）
【００５８】
＜製造例：プルトルージョン成形法による長繊維含有オレフィン系樹脂ペレットの製造＞
熱可塑性樹脂、有機長繊維、及び／またはガラス繊維を、表１に示す配合でクロスヘッドダイを有する二軸押出機（日本製鋼所（株）製「ＴＥＸ３０」、Ｌ／Ｄ＝４２、シリンダー径３０ｍｍ、シリンダー温度：１９０〜２２０℃、クロスダイヘッド温度：２１０℃）を用いて引き抜き成形を行い、長繊維含有オレフィン系樹脂ペレット（成分（ｂ２）及び成分（ｄ）を製造した。なお、ペレット長は８ｍｍとなるように調整した。なお、この時、長繊維はペレットの切断面と垂直な軸と略平行に存在し、繊維長は何れも８ｍｍであった。
【００５９】
［成形品の評価方法］
＜最大曲げ応力、曲げ弾性率＞
成形により得られた厚さ４ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ８０ｍｍのバーについて、ＪＩＳ−Ｋ７１７１に準拠して下記条件で測定を行った。
試験速度：２ｍｍ／ｍｉｎ
支点間距離：６４ｍｍ
【００６０】
＜アイゾット衝撃強度＞
成形により得られた厚さ４ｍｍ×幅１２．７ｍｍ×長さ６３．５ｍｍのバーについて、ＪＩＳ−Ｋ７１１０に準拠して下記条件で測定を行った。
ノッチ加工の回転数：４００ｒｐｍ
ノッチ加工の送り速度：１２０ｍｍ／ｍｉｎ
ハンマー容量：５．５Ｊ
測定温度：２３℃、−３０℃
【００６１】
＜荷重たわみ温度＞
成形により得られた厚さ４ｍｍ×幅１２．７ｍｍ×長さ１３０ｍｍのバーについて、ＪＩＳ−Ｋ７１９１に準拠して下記条件で測定を行った。
曲げ応力：０．４５ＭＰａ（低荷重）
１．８０ＭＰａ（高荷重）
設置方向：エッジワイズ
【００６２】
＜落錘衝撃試験＞
成形により得られた厚さ３ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍの平板について、高速衝撃試験機サーボパルサ（島津製作所製）を用いて、下記条件で落錘衝撃試験を行い、ブレイクポイントまでの吸収エネルギーを積算し、面衝撃強度（Ｊ）とした。
ポンチ径：１／２インチ
サポート径：３インチ
落錘速度：１ｍ／ｓｅｃ
測定温度：２３℃、−３０℃
打ち抜いた試験片の破断面を目視にて観察し、下記基準で評価した。
○：破断面が鋭利でなく、破片の飛散も無い。
△：破断面が尖ってはいないがザラつき、破片も外れかけるか一部飛散している。
×：破断面がシャープエッジであり、破片が大量に飛散している。
【００６３】
＜実施例１〜１５、比較例１〜４＞
実施例１〜５は押出機でガラス繊維とプロピレン系樹脂とを溶融混練したペレット（成分（ｃ２））と、成分（ｂ２）とをブレンドした長繊維強化複合樹脂組成物である。実施例６〜１０はプルトルージョン成形法によりガラス繊維束にプロピレン系樹脂を含浸させたペレット（成分（ｃ３））と、成分（ｂ２）と、プロピレン樹脂（成分（ａ１））とをブレンドした長繊維強化複合樹脂組成物である。
実施例１１〜１５はプルトルージョン成形法によりガラス繊維束とＰＥＴ長繊維束とを同時に含浸槽に導入してプロピレン系樹脂に含浸させたペレット（成分（ｄ））を用いた長繊維強化複合樹脂組成物である。
比較例１は有機長繊維が含まれているが、ガラス繊維が含まれていない。比較例２及び比較例３はガラス繊維が含まれているが、有機長繊維は含まれていない。比較例４はガラス繊維とエラストマー樹脂とが含まれているが、有機長繊維は含まれていない。それぞれの配合比を表１に示す。
【００６４】
実施例１〜実施例１５、及び比較例１〜４の組成物を、射出成形機に供し、シリンダー温度２１０℃、金型温度６０℃、背圧１０ｋｇ／ｃｍ２、およびスクリュー回転数５０ｒｐｍにて、平板及びバーを成形した。物性測定結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
2010121108.tif 000002
【００６６】
表１より、本発明（実施例）によれば、繊維の分散がよく、ブツやムラの外観不良が殆ど無く、曲げ弾性率や耐衝撃強度等の強度性能に優れた成形品が得られることが分かる。更に強度不足、不安全な破壊形態等、看過できない課題を無くすことができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の長繊維強化複合樹脂組成物から得られる成形品は、高強度と安全な破壊形態とを両立し、かつ簡便な射出成形法で部材を成形することができる。よって、高強度構造部材に好適であって、例えば自動車部材、各種筐体、通函、補強部材等に広く用いることができる。