(57)【要約】【課題】機械的強度が優れた成形体が得られる繊維強化樹脂組成物の提供。【解決手段】（Ａ）熱可塑性樹脂４０〜９０質量％、（Ｂ）レーヨン繊維６０〜１０質量％を含有しており、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂中に（Ｂ）成分のレーヨン繊維（但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く）が分散されたものであり、（Ｂ）成分のレーヨン繊維が繊維径５〜３０μｍ、繊維長１〜３０ｍｍのものである、繊維強化樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）熱可塑性樹脂４０〜９０質量％、（Ｂ）レーヨン繊維６０〜１０質量％を含有しており、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂中に（Ｂ）成分のレーヨン繊維（但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く）が分散されたものであり、
（Ｂ）成分のレーヨン繊維が繊維径５〜３０μｍ、繊維長１〜３０ｍｍのものである、繊維強化樹脂組成物。
【請求項２】
繊維強化樹脂組成物が造粒物である、請求項１記載の繊維強化樹脂組成物。
【請求項３】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維が繊維長２〜１５ｍｍのものである請求項１記載の繊維強化樹脂組成物。
【請求項４】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維が繊維長２〜８ｍｍのものである請求項１記載の繊維強化樹脂組成物。
【請求項５】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維が、Ｘ線配向度が８６％以上のものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂組成物。
【請求項６】
（Ａ）成分の熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂又はポリアミド系樹脂である請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂組成物の製造方法であって、
攪拌手段として回転羽根を有するミキサーに、（Ｂ）成分のレーヨン繊維（但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く）を入れて攪拌する工程、
前記ミキサー内に（Ａ）成分の熱可塑性樹脂を入れた後に攪拌することで、発生した摩擦熱により（Ａ）成分の熱可塑性樹脂を溶融させて、（Ｂ）成分のレーヨン繊維に（Ａ）成分の熱可塑性樹脂が付着した混合物を得る工程、
前記混合物を冷却しながら低速攪拌する工程、
を有する繊維強化樹脂組成物の製造方法。
【請求項８】
前記ミキサーが、ヘンシェルミキサーまたはバンバリーミキサーである、請求項７記載の繊維強化樹脂組成物の製造方法。
【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成形体が得られる繊維強化樹脂組成物と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量化の目的で金属代替品として樹脂成形体が使用されているが、その機械的強度を高めるため、繊維が配合された樹脂組成物を成形することが知られている。
特許文献１には、熱可塑性ポリマーに平均径が５〜２０μmであり、数加重平均長が２００〜８００μmであるセルロース系人工繊維を配合した複合材料の発明が記載されている。
セルロース系人工繊維として、実施例ではＴＥＮＣＥＬ（登録商標）が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３−５０３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、機械的強度に優れた成形体が得られる繊維強化樹脂組成物と、その製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、課題の解決手段として、
（Ａ）熱可塑性樹脂４０〜９０質量％、（Ｂ）レーヨン繊維６０〜１０質量％を含有しており、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂中に（Ｂ）成分のレーヨン繊維（但し、レーヨン繊維を含む樹脂含浸繊維束は除く）が分散されたものであり、
（Ｂ）成分のレーヨン繊維が繊維径５〜３０μｍ、繊維長１〜３０ｍｍのものである、繊維強化樹脂組成物と、その製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の繊維強化樹脂組成物から得られた成形体は、（Ｂ）成分のレーヨン繊維の繊維長が長い状態で含有されているため、優れた機械的強度を有している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
＜繊維強化樹脂組成物＞
〔（Ａ）成分〕
（Ａ）成分の熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。
（Ａ）成分の熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂から選ばれるものを含むものが好ましく、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂から選ばれるものがより好ましい。
【０００８】
ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン、高密度、低密度及線状低密度ポリエチレン、ポリ−１−ブテン、ポリイソブチレン、エチレンとプロピレンの共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（原料としてのジエン成分が１０質量％以下）、ポリメチルペンテン、エチレン又はプロピレン（５０モル％以上）と他の共重合モノマー（酢酸ビニル、メタクリル酸アルキルエステル、アクリル酸アルキルエステル、芳香族ビニル等）とのランダム、ブロック、グラフト共重合体等を用いることができる。これらの中でもポリプロピレンが好ましい。
【０００９】
（Ａ）成分としてポリオレフィン系樹脂を使用するときは、（Ｂ）成分のレーヨン繊維と混ざりやすくするため、酸変性ポリオレフィンを併用することが好ましい。
酸変性ポリオレフィンとしては、マレイン酸変性ポリオレフィン（マレイン酸変性ポリプロピレン）、無水マレイン酸変性ポリオレフィン（無水マレイン酸変性ポリオレフィン）が好ましい。
（Ａ）成分として酸変性ポリオレフィンを併用するとき、（Ａ）成分中の酸量（酸変性ポリオレフィンに含まれる酸の（Ａ）成分中の量）が、無水マレイン酸換算で平均０．００５〜０．５質量％の範囲になるように配合することが好ましい。
【００１０】
ポリアミド系樹脂としては、脂肪族ポリアミドと芳香族ポリアミドから選ばれるものが好ましい。
脂肪族ポリアミドとしては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６９、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド４６、ポリアミド１１、ポリアミド１２等を挙げることができる。
芳香族ポリアミドとしては、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジアミン又は脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジアミンから得られるもの、例えば、ナイロンMXD（メタキシリレンジアミンとアジピン酸）、ナイロン6T（ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸）、ナイロン6I（ヘキサメチレンジアミンとイソフタル酸）、ナイロン9T（ノナンジアミンとテレフタル酸）、ナイロンM5T（メチルペンタジアミンとテレフタル酸）、ナイロン10T（デカメチレンジアミンとテレフタル酸）を挙げることができる。
これらの中でも、ポリアミド６、ポリアミド６９、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２等の脂肪族ポリアミドが好ましい。
【００１１】
［（Ｂ）成分］
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、Lenzinger Berichte 87（2009）ｐ98-ｐ105に記載されたものを使用することができ、例えば、ビスコースレーヨン、ポリノジック、モダール、キュプラ、リヨセル（テンセル）、BocellやFORTIZAN（〔CELANESE社製〕レーヨンアセテートを延伸した後、アルカリでケン化させて得られる繊維）等を使用することができる。
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、レーヨン繊維単独からなるものであり、レーヨン繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて一体化させたものは含まれない。
【００１２】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、成形体の機械的強度を高めるため、繊維径が５〜３０μｍのものであり、好ましくは６〜２０μｍ、より好ましくは７〜１５μmのものである。
【００１３】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、成形体の機械的強度を高めるため、繊維長１〜３０ｍｍのものであり、好ましくは２〜１５ｍｍ、より好ましくは２〜８ｍｍのものである。
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、製造工程において加えられる物理的力により生じる粉状のものを含むこともあるため、組成物中の（Ｂ）成分のレーヨン繊維に含まれる９０質量％以上が繊維長１〜３０ｍｍの範囲であるものが好ましく、繊維長２〜１５ｍｍの範囲にあるものがより好ましく、繊維長２〜８ｍｍの範囲にあるものがさらに好ましい。
（Ｂ）成分のレーヨン繊維の繊維長は、製造時に使用する原料としての長さである。
【００１４】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維のＸ線配向度は、８６％以上のものが好ましく、９０％以上のものがより好ましい。
ここでＸ線配向度は、特開平９−３１７４４号公報の段落番号００１２と段落番号００１３や特開平９−２５６２１６号公報の段落００２０から段落００２１の数式から求められるものである。
【００１５】
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、セルロース分子が繊維の長手方向に高配向した（Ｘ線配向度が８６％以上）ものであり、引張弾性率が高く、樹脂との界面強度も高く、繊維としての特性にも優れるために、繊維強化樹脂用の繊維として非常に優れている。
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、結晶性が高い天然セルロース繊維等に比べると繊維表面の活性が強く反応性が高い。よって、（Ｂ）成分を含有することによる効果をより高めるため、（Ａ）成分として酸変性ポリオレフィンを併用することが好ましい。（Ａ）成分として酸変性ポリオレフィンのような官能基含有樹脂を含有することで、（Ｂ）成分のレーヨン繊維と（Ａ）成分の樹脂との界面強度がより高くなり、物性がさらに向上されるとともに、長い繊維を使用することによる物性向上効果もさらに大きくなる。
【００１６】
組成物中における（Ａ）成分の熱可塑性樹脂と（Ｂ）成分のレーヨン繊維の合計量中の割合は、
（Ａ）成分が４０〜９０質量％、（Ｂ）成分が６０〜１０質量％、
（Ａ）成分４０〜８０質量％、（Ｂ）成分６０〜２０質量％が好ましく、
（Ａ）成分５０〜７０質量％で（Ｂ）成分５０〜３０質量％がより好ましい。
【００１７】
本発明の組成物は、本発明の課題を解決できる範囲内で、公知の他の難燃剤及び難燃助剤、熱安定剤、滑剤、光安定剤、酸化防止剤、着色剤、離型剤、帯電防止剤を含有することができる。
【００１８】
本発明の組成物は、（Ｂ）成分のレーヨン繊維に溶融した（Ａ）成分の熱可塑性樹脂が付着したものが固化した造粒物（球状の造粒物）であることが好ましい。
本発明の組成物が造粒物であるとき、粒径は１〜３０ｍｍの範囲であるものが好ましく、３〜２０ｍｍの範囲であるものがより好ましく、５〜１８ｍｍの範囲であるものがさらに好ましい。
粒径が１０ｍｍ以上であると、成形体の機械的強度を向上させる効果が得られ、３０ｍｍ以下であると、射出成形機を使用して成形するとき、射出成形機への供給が安定する。
【００１９】
＜繊維強化樹脂組成物の製造方法＞
上記した本発明の繊維強化樹脂組成物の製造方法を工程ごとに説明する。
第１工程にて、攪拌手段として回転羽根を有するミキサーに、（Ｂ）成分のレーヨン繊維を入れて攪拌する。
（Ｂ）成分のレーヨン繊維は、レーヨン繊維単独からなるものであり、レーヨン繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて一体化させたものは含まれない。
製造原料として使用するレーヨン繊維は、繊維径が５〜３０μｍで、長さが１〜３０ｍｍ程度のものであればよい。
【００２０】
ミキサーは、攪拌手段として回転羽根を有するものであればよく、好ましくは加温手段を有しているものである。
例えば、三井鉱山（株）製ヘンシェルミキサー、ＦＭ２０Ｃ／Ｉ（容量２０Ｌ）、（株）カワタ製スーパーミキサー、ＳＭＶ−２０（容量２０Ｌ）、（株）森山製作所  加圧ニーダー（DR3-10MB-E）を用いることができる。
【００２１】
回転羽根は、通常、上羽根と下羽根の２枚構成、あるいは上羽根、中間羽根、下羽根の３枚構成であるが、その枚数に制約はない。また、羽根の形状に制約はないが、たとえば上羽根には混練用タイプ、下羽根には高循環・高負荷用、中間羽根を使用する場合は溶融液用を用いる。
【００２２】
第１工程では、攪拌時の回転羽根の平均周速が１０〜１００ｍ／秒の範囲で攪拌することが好ましく、より好ましくは平均周速が１０〜９０ｍ／秒、更に好ましくは平均周速が１０〜８０ｍ／秒で攪拌する。
【００２３】
次に第２工程にて、前記ミキサー内に（Ａ）成分の熱可塑性樹脂を入れた後に攪拌することで、発生した摩擦熱により（Ａ）成分の熱可塑性樹脂を溶融させて、（Ｂ）成分のレーヨン繊維に（Ａ）成分の熱可塑性樹脂が付着した混合物を得る。
第１工程と第２工程は、ミキサーの攪拌を停止することなく、連続した１つの工程にすることができる。
【００２４】
第２工程の攪拌により摩擦熱が発生してミキサー内が昇温するため、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂が溶融し、（Ｂ）成分のレーヨン繊維に付着して、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂と（Ｂ）成分のレーヨン繊維との混合物が得られる。
【００２５】
第２工程では、攪拌時の回転羽根の平均周速が１０〜１００ｍ／秒の範囲で攪拌することが好ましく、より好ましくは平均周速が１０〜９０ｍ／秒、更に好ましくは平均周速が１０〜８０ｍ／秒で攪拌する。
攪拌を継続するとミキサー内の温度が上昇し続け、モーターの動力が上昇する。この動力の上昇及びミキサー内の温度に応じて攪拌速度を徐々にあるいは一気に減速して回転数を低下させることが好ましく、平均周速が前記範囲になるようにする。
【００２６】
この状態で撹拌を継続した場合、再び動力が上昇するので、連結する次の第３工程で使用する冷却ミキサーに混合物を排出する。このとき、この混合物では、（Ｂ）成分のレーヨン繊維が（Ａ）成分の熱可塑性樹脂中にほぼ均一に付着している。
【００２７】
第２工程では、ミキサー内の昇温を補助して、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂と（Ｂ）成分のレーヨン繊維との混合物の製造を容易にするため、加温手段により、ミキサーを加温することもできる。
このときの温度は１２０〜１４０℃程度が好ましい。
【００２８】
第３工程において、第２工程で得られた（Ａ）成分と（Ｂ）成分の混合物を冷却しながら低速攪拌する。
この工程の処理により、前記混合物を固化する（固化により造粒する）。第３工程では、ミキサーの冷却効率を高めるため、第１工程と第２工程で用いたミキサーとは別のミキサー（好ましくは冷却手段を有しているもの）を用いることが好ましい。
【００２９】
第３工程では、攪拌時の回転羽根の平均周速が１〜３０ｍ／秒の範囲で攪拌することが好ましく、より好ましくは平均周速が２〜２５ｍ／秒、更に好ましくは平均周速が３〜２５ｍ／秒で攪拌する。第３工程の攪拌速度は、第１工程及び第２工程の攪拌速度よりも小さい。
【００３０】
第３工程における処理は、（Ａ）成分の熱可塑性樹脂と（Ｂ）成分のレーヨン繊維との混合物が、成形用の材料として取り扱いできる程度に固化された時点を第３工程の処理の終了とすることができる。
なお、摩擦熱の発生により、ミキサー内の温度が上がりすぎると一旦固化された（Ａ）成分の熱可塑性樹脂が再溶融してしまうため、第３工程においても、ミキサー内の温度を管理することが好ましい。
【００３１】
このような各工程の処理により、（Ｂ）成分のレーヨン繊維に溶融状態の（Ａ）成分の熱可塑性樹脂が付着したものが固化した組成物（造粒物）が得られる。
なお、（Ｂ）成分のレーヨン繊維はガラス繊維や炭素繊維と比べると柔らかいこと、上記した製造方法を適用した場合には、押出機により溶融混練してペレットを得た場合と比べてレーヨン繊維が折れ難いことから、製造原料として繊維長さ１〜３０ｍｍの範囲内のレーヨン繊維を使用した場合、得られた組成物（造粒物）の繊維長さは実質的には変化が小さいものと考えられる。
【００３２】
なお、上記した製造方法は、例えば特開２００７−８４７１３号公報の段落番号００１３〜００４１、同公報の実施例１、特開２００８−１５０４９２号公報の段落番号００２３〜００４３、同公報の実施例に記載の製造方法を応用することができる。
（Ａ）成分および（Ｂ）成分以外の添加剤を添加するときは、第２工程において添加するか、第３工程終了後に添加することができる。
【００３３】
また、組成物が造粒物であるとき、必要に応じて、さらに押出機に前記造粒物を供給し溶融混練して、ストランド状に押し出した後に切断して、ペレット（円柱形状）にすることもできる。
このペレットの外径は、１〜１０ｍｍの範囲が好ましく、２〜８ｍｍの範囲がより好ましく、２〜６ｍｍの範囲がさらに好ましい。
このペレットの長さは、１〜３０ｍｍの範囲が好ましく、２〜１５ｍｍの範囲がより好ましく、２〜８ｍｍの範囲がさらに好ましい。
【００３４】
本発明の組成物から得られる成形体は、軽量で機械的強度が高いため、電気・電子機器、通信機器、自動車、建築材料、日用品等の各種分野で使用されている金属部品の代替品として使用することができ、特に各種機器のハウジング、板状の外装材として好適である。
【実施例】
【００３５】
実施例１〜３、比較例１、２
［第１工程］
ヒーターミキサー（上羽根：混練用タイプ、下羽根：高循環・高負荷用、ヒーター及び温度計付き、容量２０Ｌ、品名ヘンシェルミキサーＦＭ２０Ｃ／Ｉ、三井鉱山（株）製）を１４０℃に加温し、表１に示す繊維長の（Ｂ）成分のレーヨン繊維や比較用（Ｂ）成分を投入し、平均周速５０ｍ／秒で攪拌した。
【００３６】
［第２工程］
続いて、表１に示す（Ａ）成分のポリプロピレン樹脂（酸変性ＰＰを含む）とその他の成分を同じヒーターミキサー内に投入した後、平均周速５０ｍ／秒で攪拌を続けた。このときのモーターの動力は２．５ｋＷであった。
約１０分経過時点において、動力が上がり始めた。さらに１分後、動力が４Ａに上昇したので、周速を２５ｍ／ｓの低速に落とした。さらに、低速の攪拌の継続により、動力が再度上昇し始めた。
低速回転開始１分３０秒後、動力は５ｋＷに達したので、ミキサーの排出口を開け、接続する冷却ミキサーに排出した。
【００３７】
［第３工程］
冷却ミキサー〔回転羽根：冷却用標準羽根，水冷手段（２０℃）及び温度計付き，容量４５Ｌ，クーラーミキサー〕平均周速１０ｍ／秒で攪拌を開始し、ミキサー内の温度が８０℃になった時点で攪拌を終了した。この工程により、（Ａ）成分のポリプロピレンと（Ｂ）成分のレーヨン繊維の混合物は固化して、直径が１５ｍｍ程度の球状の造粒物（組成物）が得られた。
【００３８】
＜（Ａ）成分＞
ＰＰ（ポリプロピレン）：Ｊ１３９（（株）プライムポリマー製）
酸変性ＰＰ：ＵＭ１００１（三洋化成工業（株）製）、無水マレイン酸５％
【００３９】
＜（Ｂ）成分＞
・レーヨン繊維１：Bocellを繊維長６ｍｍにカットしたもの、繊維径１２μｍ、Ｘ線配向度９３％
・レーヨン繊維２：Bocellを繊維長４ｍｍにカットしたもの、繊維径１２μｍ、Ｘ線配向度９３％
・レーヨン繊維３：Bocellを繊維長２ｍｍにカットしたもの、繊維径１２μｍ、Ｘ線配向度９３％
（比較（Ｂ）成分）
・レーヨン繊維４：TENCEL FCP（Lenzing社製）繊維長０．６ｍｍ、繊維径１０μｍ、Ｘ線配向度９１％
・セルロース繊維１：NDP-T（日本製紙（株）），繊維径２０μｍ、
【００４０】
＜その他の成分＞
酸化防止剤１：Irganox 1010 (BASFジャパン（株）)
酸化防止剤２：IRGAFOS 168 (BASFジャパン（株）)
滑剤：ステアリン酸カルシウム
【００４１】
＜測定方法＞
（レーヨン繊維のＸ線配向度）
Ｘ線配向度は，透過法で求めた。シンチレーションカウンターを（１０１）面の回折角度に相当する２θ＝２０．１°に固定し，繊維束を入射Ｘ線に対し垂直に回転させ，方位角ψの回折Ｘ線強度を測定し、E.Ott、M.Spurlin編「Cellulose and Cellulose Derivatives」2nd.ed、Vol.II,Interscience lishers, New York(1954)に記載される次式により算出した。式中、ψ1/2 は、方位角度(degrees)で表した半値幅である。
ｆｃ（％）＝｛（１−（ψ1/2/180））×１００
【００４２】
（機械的強度測定用の試験片作製方法）
下記条件にてISO多目的試験片A型形状品（厚み４ｍｍ）を作製して、下記の各測定用の試験片とした。
装置：（株）三菱重機工業製，２６５／１００ＭＳＩＩ
シリンダー温度２００℃
金型温度：８０℃
スクリュー径：３６mm
【００４３】
（１）引張強さ（ＭＰａ）：ＩＳＯ５２７に準拠して測定した。
（２）伸び率（％）：ＩＳＯ５２７に準拠して測定した。
（３）曲げ強さ（ＭＰａ）：ＩＳＯ１７８に準拠して測定した。
（４）曲げ弾性率（ＭＰａ）：ＩＳＯ１７８に準拠して測定した。
（５）比弾性率：曲げ弾性率／密度
（６）シャルピー衝撃強度（ｋＪ／ｍ2）：ＩＳＯ１７９／１ｅＡに準拠して、ノッチ付きシャルピー衝撃強さを測定した。
（７）荷重たわみ温度（℃）：ＩＳＯ７５に準拠して測定した。
【００４４】
【表１】
2014221848.tif 000002
【００４５】
表１中、（Ａ）成分と（Ｂ）成分は質量％、他の成分は（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対する質量部表示。
表１から確認できるとおり、（Ｂ）成分のレーヨン繊維を含んでいる実施例の成形体は、比較例の成形体と比べると高い機械的強度を有していた。