(57)【要約】【課題】機械強度及び衝撃強度に優れた樹脂成形品の製造方法を提供する。【解決手段】ポリプロピレン樹脂及び樹脂変性剤を含む樹脂組成物を溶融混練し、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットを得る工程、次いで、前記高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットとガラス繊維とを混合し射出成形する工程、を有する樹脂成形品の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリプロピレン樹脂及び樹脂変性剤を含む樹脂組成物を溶融混練し、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットを得る工程、次いで、前記高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットとガラス繊維とを混合し射出成形する工程、を有する樹脂成形品の製造方法。
【請求項２】
樹脂組成物が、さらにガラス繊維密着性向上剤を含む請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
【請求項３】
ガラス繊維密着性向上剤が、変性ポリオレフィン樹脂又はシランカップリング剤である請求項２に記載の樹脂成形品の製造方法。
【請求項４】
樹脂変性剤が、アルキルフェノール樹脂又は過酸化物である請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
【請求項５】
ポリプロピレン樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）が、１００〜７００ｇ／１０分である請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的強度に優れた、樹脂成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリプロピレン樹脂は、軽量、高剛性、優れた外観、さらには成形も容易で入手も容易であることから、各種分野で広く用いられている。特に自動車分野では、日本、北米、欧州を中心に乗用車への燃費規制が厳しくなっていることから、その対策案として、自動車板金部品の樹脂化が進んでおり、強度が特に要求される部品についてはガラス繊維で補強したポリプロピレン樹脂が一部用いられている。
ポリプロピレン樹脂をガラス繊維で補強した射出成形体を製造する方法としては、一般的にペレット（円筒状）又はパウダーにガラス繊維を配合し、溶融混練機を用いてガラス繊維を含有した、直径２〜１０ｍｍ程度のペレットにして、そのペレットを射出成形する方法が一般的である。
しかしながら、この方法では、ペレット化するための混練過程における剪断応力により、ガラス繊維の切断が発生し、混練ペレット中のガラス繊維の長さは配合時の長さよりも著しく短くなる。さらに射出成形時にもガラス繊維に剪断応力がかかるので、射出成形体に存在するガラス繊維は混練ペレット中よりもさらに短くなり、衝撃強度の向上は難しいという問題がある。
【０００３】
この問題の改良方法としては、例えば特開昭４６−４５４５号公報（特許文献１）、特開２００６−１６４６３号公報（特許文献２）に示されるような、ガラス繊維束をその軸方向に引き取りながら、溶融した樹脂をそのガラス繊維束に含浸させて樹脂ストランドを得る押出含浸法等が存在するが、溶融混練機、射出成形機とは別に装置が必要となるため製造コストが高くなる等の問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４６−４５４５号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、機械強度及び衝撃強度に優れた樹脂成形品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットと、ガラス繊維を直接成形することにより、長繊維強化ポリプロピレン樹脂並みの機械強度、及び衝撃強度に優れた樹脂成形品を得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、ポリプロピレン樹脂及び樹脂変性剤を含む樹脂組成物を溶融混練し、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットを得る工程、次いで、前記高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットとガラス繊維とを混合し射出成形する工程、を有する樹脂成形品の製造方法に関する。
また、本発明は、樹脂組成物が、さらにガラス繊維密着性向上剤を含む、上記の樹脂成形品の製造方法に関する。
また、本発明は、ガラス繊維密着性向上剤が、変性ポリオレフィン樹脂又はシランカップリング剤である上記の樹脂成形品の製造方法に関する。
また、本発明は、樹脂変性剤が、アルキルフェノール樹脂又は過酸化物である、上記の樹脂成形品の製造方法に関する。
また、本発明は、ポリプロピレン樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）が、１００〜７００ｇ／１０分である上記の樹脂成形品の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、機械強度及び衝撃強度に優れた樹脂成形品の製造方法を提供することが可能となった。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の樹脂成形品の製造方法は、ポリプロピレン樹脂及び樹脂変性剤を含む樹脂組成物を溶融混練し、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットを得る工程、次いで、前記高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットとガラス繊維とを混合し射出成形する工程、を有している。また、樹脂組成物が、さらにガラス繊維密着性向上剤を含むことが好ましい。
以下、本発明の樹脂成形品の製造方法に使用される材料及び製造工程について、詳細に説明する。
【０００９】
（ポリプロピレン樹脂）
本発明において用いられるポリプロピレン樹脂としては、重合形態により、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレンブロック共重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体等が挙げられるが、いずれを用いた場合においても本発明の効果を発揮することができる。
本発明に用いられるポリプロピレン樹脂は、高流動性のポリプロピレン樹脂であることが好ましく、例えば、そのメルトフローレート（ＭＦＲ）は、好ましくは１００〜７００ｇ／１０分、より好ましくは２５０〜５５０ｇ／１０分、更に好ましくは３５０〜４５０ｇ／１０分である。ＭＦＲが１００ｇ／１０分未満であると樹脂粘度が高くなることによりガラス繊維にかかる剪断応力が高くなり、一方、７００ｇ／１０分を超えると溶融混練後のストランドカット時のハンドリング性に劣り生産性が低下するおそれがある。
なお、ポリプロピレン樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に準拠する測定方法において、温度２３０℃、荷重２１．１８Ｎの条件下で測定した値とした。
【００１０】
高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットは、例えば、上記の未溶融のポリプロピレン樹脂と、樹脂変性剤としてアルキルフェノール樹脂又は過酸化物と、必要に応じて配合される不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性されたポリオレフィン樹脂とを、タンブラーやダブルコーンミキサー等の既存の混合装置を用い混合、その後溶融混練機で溶融混練し、ストランドカットして得られる。なお、前記ポリオレフィン樹脂は、ガラス繊維密着性向上剤として添加してもよい。
【００１１】
（樹脂変性剤）
樹脂変性剤としては、アルキルフェノール樹脂、又は、過酸化物が好ましい。特に、本発明において用いられるアルキルフェノール樹脂は、過酸化物と併用して使用することで、一般的に二律背反の関係にある流動性と強度を有する高流動性ポリプロピレン樹脂を調製するのに用いられるので、併用することがより好ましい。
アルキルフェノール樹脂として、例えば、ｐ−ｎ−ブチルフェノール、ｐ−ｉｓｏ−ブチルフェノール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、ｐ−ｎ−オクチルフェノール、ｐ−ｉｓｏ−オクチルフェノール、ｐ−ｔ−オクチルフェノール、ｐ−ｔ−アミルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノールが挙げられる。
本発明において用いられる過酸化物は、樹脂に使用することで、樹脂の流動性を向上させるのに用いられる。過酸化物としては、ジクミルパーオキサイド、ジメチルジオキシラン、メチルエチルケトンペルオキシド等が挙げられる。
【００１２】
樹脂変性剤の配合割合としては、ポリプロピレン樹脂１００質量部に対し、アルキルフェノール樹脂が、好ましくは０．１〜２０質量部、より好ましくは０．３〜１０質量部である。過酸化物は、ポリプロピレン樹脂１００質量部に対し、好ましくは０．１〜５質量部、より好ましくは０．１〜２質量部である。
【００１３】
上記高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットのサイズは、直径が、好ましくは０．４〜４．５ｍｍ、より好ましくは０．６〜３．０ｍｍであり、長さは、好ましくは０．５〜１５ｍｍ、より好ましくは１．０〜１０ｍｍである。ペレットの直径が０．４ｍｍ未満の場合は、溶融混練後のストランドカット時のハンドリング性に劣り、生産性が低下するおそれがある。また、ペレットの長さが１５ｍｍを超えると、成形機スクリューへの食い込み不良が発生しやすくなる。
【００１４】
（変性ポリオレフィン樹脂）
本発明においては、必要に応じて、不飽和カルボン酸及び／又はその誘導体で変性したポリオレフィン樹脂を配合することができる。不飽和カルボン酸及び／又はその誘導体で変性したポリオレフィン樹脂は、ポリプロピレン樹脂とガラス繊維の界面接着を目的に配合され、主に機械的強度の向上を図るために配合されるもので、機械的強度を一層向上させる効果があることが一般的に知られており、例えば、マレイン酸又は無水マレイン酸によって変性されたポリプロピレン樹脂と、併用するのが好ましい。
また、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性されたポリオレフィン樹脂の配合割合としては、ポリプロピレン樹脂１００質量部に対し、好ましくは０．０１〜１０質量部、より好ましくは０．０５〜７質量部である。
【００１５】
（シランカップリング剤）
ポリプロピレン樹脂、樹脂変性剤を含む樹脂組成物においては、ガラス繊維密着性向上剤としてシランカップリング剤を含んでいてもよい。また、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットとガラス繊維とを混合する際、シランカップリング剤を添加してもよい。
本発明において用いられるシランカップリング剤は、分子中に２種以上の異なった反応基を持っているため、通常では非常に結合しにくい有機材料と無機材料の接着助剤として働く他に、ガラス繊維束の解繊を抑制する収束剤として用いられ、市販のガラス繊維の表面に塗布されていてもよい。
例えば、シランカップリング剤としては、アミノ系、エポキシ系、メタクリル系等のシランカップリング剤が挙げられる。具体的には、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
また、シランカップリング剤の配合割合としては、ポリプロピレン樹脂１００質量部に対し、好ましくは０．０１〜１０質量部、より好ましくは０．０５〜７質量部である。
【００１６】
（その他の成分）
本発明においては、更にその他の成分として、射出成形体の成形加工性、環境適応性を向上させるために添加剤を樹脂組成物に配合してもよく、その様な添加剤としては、耐熱安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、金属腐食抑制剤、滑剤、難燃剤、核剤、分散剤、加工安定剤等を挙げることができる。これらの添加剤は溶融混練等により、成分である高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットに予め配合しておくことが好ましい。
【００１７】
（射出成形時の混合）
樹脂組成物を溶融混練して得られた高流動性ポリプロピレン樹脂ペレットに、ガラス繊維を混合する。混合は、タンブラーやダブルコーンミキサー等の既存の混合装置を用いられる。
本発明において用いられるガラス繊維は、一般に、市販のものを適宜使用することができる。ガラス繊維の平均直径としては、好ましくは８〜２０μｍ、より好ましくは９〜１５μｍであり、ガラス繊維の平均長さとしては、好ましくは２〜１５ｍｍ、より好ましくは３〜９ｍｍであり、一繊維束中にこの繊維を１００〜４，０００本含む繊維束として用いるのが好ましい。
ガラス繊維の平均直径が８μｍ未満では、価格が高く経済性に劣り、２０μｍを超えると機械的強度が不十分であり、汎用性にも欠けるおそれがある。また、ガラス繊維の平均長さが２ｍｍ未満では、優れた機械的強度を発揮するものが得られなく、１５ｍｍを超えると分散性が悪くなり、樹脂成形体に解繊不良が発生するおそれがある。
【００１８】
（射出成形時の配合割合）
上記原料の配合割合は、高流動性ポリプロピレン樹脂ペレット１００質量部に対し、ガラス繊維が、好ましくは５〜１００質量部、より好ましくは１０〜７０質量部である。ガラス繊維の量が５質量部未満では、満足する機械的強度が得られないおそれがある。一方、１００質量部を超えると、ガラス繊維同士の接触によるガラス繊維の切断が生じ、効果が薄い。
【００１９】
（射出成形）
上記混合を行った後、混合物を射出成形機のホッパーに投入して直接成形するが、インラインスクリュー式の射出成形機であれば特に限定されるものではない。射出成形条件は、スクリュー背圧を低くすることでガラス繊維に掛かる剪断応力が小さくなりガラス繊維の折損を抑制でき、機械的強度が上がるが、ガラス繊維の解繊状態が悪くなり外観に影響が発生するため、分散性と機械的強度のバランスのとれた背圧設定等を行うことが好ましい。
例えば、インラインスクリュー式射出成形機等を使用し、成形温度２００〜２３０℃、金型温度３０〜６０℃、背圧２〜１２ＭＰａ、軽量回転数７０〜２２０ｍｉｎ―１、射出速度２０〜１００ｍｍ／ｓ、最大射出圧力４０〜１２０ＭＰａの条件で、樹脂成形品を製造することが可能である。
【実施例】
【００２０】
以下に示す実施例及び比較例によって、本発明を更に具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ポリプロピレン樹脂（住友化学株式会社製Ｕ５０１Ｅ１、ＭＦＲ：１２５ｇ／１０分、丸型ペレット）１００質量部、樹脂変性剤としてアルキルフェノール樹脂（荒川化学工業株式会社製タマノル１０１０Ｒ、粉状、「タマノル」は登録商標。）１質量部、過酸化物（日油株式会社製、パークミルＤ、粉状、「パークミル」は登録商標。）０．４質量部、ガラス繊維密着性向上剤として無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂（アクゾ株式会社製、カヤブリット００６ＰＰ）１質量部を含む樹脂組成物を予備混合した。予備混合した樹脂組成物を二軸押出機へ供給し、均一に溶融混練後、ストランド状に押出し、冷却後ストランドカッターを用いて切断し、直径１ｍｍ、長さ７ｍｍの高流動性ペレットを得た（これを高流動ＰＰと言う）。
【００２１】
次いで、前記高流動ＰＰを７０質量部及びガラス繊維（日東紡績株式会社製ＣＳ（Ｆ）３ＰＥ−９５７Ｓ、平均繊維直径１３μｍ、平均長さ３ｍｍ）を３０質量部秤量し、予備混合し、樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物をファナック社製インラインスクリュー式射出成形機（α−１００ｉＡ）へ供給し、成形温度２３０℃、金型温度４０℃、背圧２ＭＰａ、軽量回転数７０ｍｉｎ―１、射出速度２０ｍｍ／ｓ、最大射出圧力８０ＭＰａの条件下にて、樹脂成形品を作製した。
前記樹脂成形品を、ＪＩＳ準拠物性測定用テストピースとし（これをＧＦＰＰ−１と言う）、以下に示す評価方法により、引張り特性、シャルピー衝撃強度を求めた。それらの値を表１に示す。
【００２２】
（引張り特性）
ＪＩＳ−Ｋ７１１３に準拠して、以下の条件で、引張弾性率及び引張強度を測定した。
・装置：万能試験機  ＡＧ−１型  株式会社島津製作所製
・引張試験片：ＪＩＳ−Ｋ７１６２  １Ａ形のダンベル試験片
・測定温度：２５℃
【００２３】
（シャルピー衝撃強度）
ＪＩＳ−Ｋ７１１０に準拠して、以下の条件で、シャルピー衝撃強度を測定した。
・装置：デジタル衝撃試験機  ＤＧ−ＵＢ型  株式会社東洋精機製作所製
・ハンマ：２．５Ｊ
・試験片寸法：中央部に深さ２ｍｍのノッチ（切り欠き）を入れた測定用テストピース（長さ８０×幅１０ｍｍ×厚さ４ｍｍ）
【００２４】
（実施例２）
ガラス繊維の平均長さを３ｍｍから６ｍｍ（日東紡績株式会社製ＣＳ（Ｆ）６ＰＥ−９５７Ｓ、平均繊維直径１３μｍ、平均長さ６ｍｍ）に変更したこと以外は、実施例１と同様にしてＪＩＳ準拠物性測定用テストピースを得て（これをＧＦＰＰ−２と言う）、物性評価を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
（比較例１）
ポリプロピレン樹脂（住友化学株式会社製Ｕ５０１Ｅ１、ＭＦＲ：１２５ｇ／１０分、丸型ペレット）１００質量部、アルキルフェノール樹脂（荒川化学工業株式会社製タマノル１０１０Ｒ、粉状）１質量部、過酸化物（日油株式会社製、パークミルＤ、粉状）０．４質量部含む樹脂組成物を予備混合した。
予備混合した樹脂組成物７０質量部と、３０質量部のガラス繊維（日東紡績株式会社製ＣＳ（Ｆ）３ＰＥ−９５７Ｓ、平均繊維直径１３μｍ、平均長さ３ｍｍ）を二軸押出機のメインフィーダとサイドフィーダにそれぞれ投入し、均一に溶融混練後、ストランド状に押出し、冷却後ストランドカッターを用いて切断し、直径１ｍｍ、長さ７ｍｍの円筒状のペレットを得た。その後、実施例１と同様にして、前記ペレットを射出成形し、樹脂成形品を作製した。前記樹脂成形品を、ＪＩＳ準拠物性測定用テストピース（これをＧＦＰＰ−３と言う）とし、物性評価を行った。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2014227475.tif 000002
【００２７】
表１から明らかなように、本発明の実施例１と比較例１を比較すると、本発明により引張弾性率、引張強度及びシャルピー衝撃強度が高い樹脂成形品が得られることがわかる。すなわち、比較例１のように、ポリプロピレン樹脂を高流動性ポリプロピレン樹脂ペレット（高流動ＰＰ）とせず、ポリプロピレン樹脂とガラス繊維とを直接混合すると、その混練過程における剪断応力により、ガラス繊維の切断が発生し、張弾性率、引張強度及びシャルピー衝撃強度が低下することがわかる。
さらに実施例１と実施例２を比較すると、平均長さ３ｍｍのガラス繊維より６ｍｍのガラス繊維を使用した方が、引張強度、シャルピー衝撃強度が高い樹脂成形品が得られることがわかる。