(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、異種の繊維による長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造する方法において、その混合比率及び繊維濃度を適宜変更可能な、ブレンダ−等によるブレンド作業を省略できる効率的な長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、繊維束のロービングを引きながら、溶融された熱可塑性樹脂中で繊維ロービングに張力をかけて開繊し、熱可塑性樹脂を含浸後、賦形ダイにより繊維濃度を調節して冷却し、裁断により３〜５０ｍｍのペレット状とすることにより製造される長繊維強化熱可塑性樹脂構造体において、複数の繊維種を同時に含浸し、それぞれの繊維ロービングをそれぞれ個別の出口から引取り、含浸ダイでは、それぞれの繊維の開繊幅を５〜４０ｍｍに調節することを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供することによる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維束のロービングを引きながら、溶融された熱可塑性樹脂中で繊維ロービングに張力をかけて開繊し、熱可塑性樹脂を含浸後、賦形ダイにより繊維濃度を調節して冷却し、裁断により３〜５０ｍｍのペレット状とすることにより製造される長繊維強化熱可塑性樹脂構造体において、複数の繊維種を同時に含浸し、それぞれの繊維ロービングをそれぞれ個別の出口から引取り、含浸ダイでは、それぞれの繊維の開繊幅を５〜４０ｍｍに調節することを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。
【請求項２】
複数の繊維種の繊維ロービングが繊維径５〜５０μｍであり、しかも１０００本から１５０００本の微細繊維の集合体である繊維束であることを特徴とした請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。
【請求項３】
繊維種が、少なくともガラス繊維、炭素繊維、無機繊維、有機繊維から選ばれた複数種の繊維束であることを特徴とした請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を少なくとも含む材料を使用した長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法。
【請求項５】
成形する時に使用する押出機等のスクリュウの背圧が１０ｋｇ／ｃｍ2以下で行なうことを特徴とした請求項４記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の繊維束を引きながら熱可塑性樹脂を含浸することにより製造される長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長繊維強化熱可塑性樹脂構造体は、長繊維に樹脂を効果的に含浸することにより、熱可塑性樹脂の物性を極めて改善し、その樹脂としての活用範囲を飛躍的に拡大した。その長繊維強化熱可塑性樹脂構造体は特許文献１にも記載があるように、繊維束を引きながら開繊し、溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、賦形して余剰の樹脂を除き、冷却後、適当な長さにカッティングして得られる。該公報には、樹脂を含浸する前に繊維は適切なサイジング剤にてサイジング処理しておくことが、樹脂を含浸する上で重要である由も記載されている。
【０００３】
熱可塑性樹脂にも多くの種類があるが、繊維にも多くの種類がある。熱可塑性樹脂は単一種類ではその機能が不十分であると、異種の樹脂を組み合わせることによりその樹脂の弱点をカバーすることが可能である。特許文献２には変性ポリオレフィンとポリアミドを樹脂混合して、繊維含浸する方法が紹介されている。樹脂の混合は長繊維強化樹脂構造体の製造方法においては容易であり、例えば、予め異種の樹脂ペレットを混合して押出機にかけて長繊維強化樹脂製造用のクロスヘッドダイへ仕込むことで繊維に含浸されて製造される。
【０００４】
しかし、繊維もそれぞれ長所欠点を有し、それを補うために繊維種の異なる長繊維強化樹脂構造体（ペレット）をブレンダ−等にて混合して使用されることある。近年、種々の機能を要求されて異種繊維のペレットを混合することが増えてきた。長繊維強化樹脂構造体は通常、連続的に生産できる効率化された装置にて製造されており、異種の繊維種ペレットの混合物は連続に製造されたそれぞれのペレットを別な系統で混合している。長繊維強化樹脂構造体製造用装置以外に煩雑なプロセスが入るためコスト等の問題がある。例えば、ガラス長繊維強化樹脂が最も一般的な品種ではあるが、ガラス繊維強化樹脂は曲げ弾性強度において炭素繊維には劣るが、そのコスト面では圧倒的にガラスが経済的であり、混合することにより機能と経済性の最適点を求めている。また、金属繊維は導電性に優れるが、繊維による樹脂強化することは出来ず、ガラスや炭素繊維等との混合によって初めて工業的な応用が可能となっている。
【特許文献１】特開平３−１８１５２８号公報
【特許文献２】特開平６−１９２４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、異種の繊維による長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造する方法において、その混合比率及び繊維濃度を適宜変更可能な、ブレンダ−等によるブレンド作業を省略できる効率的な長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意検討した結果、異種の長繊維ロービングを特定の開繊幅に開繊し、熱可塑性樹脂を含浸し、ペレット化することで、異種繊維による混合長繊維強化熱可塑性樹脂構造体が極めて均一に混合された状態で得られること見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなはち本発明の目的は、繊維束のロービングを引きながら、溶融された熱可塑性樹脂中で繊維ロービングに張力をかけて開繊し、熱可塑性樹脂を含浸後、賦形ダイにより繊維濃度を調節して冷却し、裁断により３〜５０ｍｍのペレット状とすることにより製造される長繊維強化熱可塑性樹脂構造体において、複数の繊維種を同時に含浸し、それぞれの繊維ロービングをそれぞれ個別の出口から引取り、含浸ダイでは、それぞれの繊維の開繊幅を５〜４０ｍｍに調節することを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明の目的は、複数の繊維種の繊維ロービングが繊維径５〜５０μｍであり、しかも１０００本から１５０００本の微細繊維の集合体である繊維束であることを特徴とした前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供することにある。
【０００９】
さらにまた、本発明の目的は、繊維種が、少なくともガラス繊維、炭素繊維、無機繊維、有機繊維から選ばれた複数種の繊維束であることを特徴とした前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供することにある。
【００１０】
さらに本発明の他の目的は、前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を少なくとも含む材料を使用した長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法を提供することにある。
【００１１】
また本発明の他の目的は、成形する時に使用する押出機等のスクリュウの背圧が１０ｋｇ／ｃｍ2以下で行なうことを特徴とした前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法を提供することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異種の長繊維による強化樹脂構造体の製造を、余分な工程であるバッチ的なブレンド作業を実施することなく、繊維束のロービングを引き取りながら、開繊し、樹脂を含浸する連続プロセスにおいて、同時に生産されることが可能となり、特性の異なる異種の繊維の混合された長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の効率的な製造方法を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの強化繊維としては、使用するマトリックス樹脂よりも弾性率が高い繊維であれば、下記に挙げた繊維に限定されるものではなく、周知のいずれの繊維も強化繊維として使用可能である。例えば、Ｅ−ガラス、Ｄ−ガラス等のガラス繊維；ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維；ボロン繊維、鉱物繊維等の無機繊維；ステンレス、黄銅等の金属繊維；超高分子量ポリエチレン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、液晶性芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維、ポリ−ｍ−フェニレンイソフタルアミド繊維等のアラミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、綿、ジュート等のセルロース繊維等の有機繊維などが挙げられる。特に本発明の適用が好ましい繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、有機繊維等である。
【００１４】
また、各繊維はそれぞれの特性に応じたサイジング剤でサイジング処理をされたものを使用することも好ましい。
【００１５】
さらに、使用される繊維束において、一本一本の微細繊維の径は通常５〜５０μｍであり、好ましくは７〜４０μｍである。微細繊維の径が小さすぎると強度が上がらない。また、５０μｍより大きくなると、柔軟性が劣り成形時に繊維が破断しやすくなる。繊維束の微細繊維の本数は通常１０００本〜１５０００本であり、好ましくは２０００本から１３０００本である。繊維束の微細繊維の本数は製造上、取り扱いやすさで決められたものである。
【００１６】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットのマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であれば全ての樹脂が使用可能である。例えば、一般用ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、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熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル、塩素化ポリプロピレン等のハロゲン含有ポリオレフィン樹脂、６−ナイロン、 ６，６−ナイロン、 ４，６−ナイロン、１１−ナイロン、１２−ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエチルアクリレート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスルホン酸系樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の汎用樹脂からスーパーエンプラまで全ての熱可塑性樹脂及びこれらの２種類以上からなるアロイ樹脂が使用可能である。アロイを形成する樹脂は、ここに挙げた熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、周知の他の熱可塑性樹脂及びそれらの２種類以上のアロイ樹脂が使用可能である。特に本発明の適用が好ましい熱可塑性樹脂としては、安価なポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ハロゲン含有ポリオレフィン系樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂を複数混合使用することも好ましい。
【００１７】
また、本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットのマトリックス樹脂は、特定の変性剤で変性して繊維への含浸性を向上させたものを使用することが好ましい。特にポリオレフィンは以下に示した変性剤でグラフト変性したものが好ましい。グラフト変性原料の変性剤としては不飽和カルボン酸、及びその誘導体が用いられる。不飽和カルボン酸、及びその誘導体としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の無水物や、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコン酸、クロトン酸等を用いる。好ましくは無水マレイン酸、無水イタコン酸等の無水物が良い。
【００１８】
また、そのベースとなるポリオレフィンは、様々なものがあげられるが、好ましくは低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン−１、ポリメチルペンテン−１、エチレンとα−オレフィンとの共重合体(エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、エチレン−ブテン−１共重合体など)、エチレンとビニル化合物との共重合体（エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸（エステル）−α、β−不飽和カルボン酸（誘導体）三元共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体など）あるいはこれらの混合物があげられる。
【００１９】
ポリオレフィンの変性は、原料ポリオレフィンと変性剤である不飽和カルボン酸、及びその誘導体をラジカル発生剤、例えば重合開始剤を添加して、１００℃以上に加熱混合してグラフト重合させる。添加される変性剤の量はポリオレフィンに対して０．１〜１０重量％、好ましくは０．２〜８重量％、特に好ましくは０．３〜５重量％程度である。また、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造において、変性マトリックス樹脂は未変性のポリオレフィンと混合使用することも可能である。変性量が０．１重量％より少ないと繊維への含浸性が劣り、１０重量％以上になるとポリオレフィンとしての強度が損なわれる。
【００２０】
長繊維強化熱可塑性樹脂構造体に含まれる長繊維の繊維長は３〜１００ｍｍであり、好ましくは、５〜８０ｍｍであり、特に好ましくは７〜５０ｍｍである。３ｍｍ以下では、成形体にする段階で更に繊維が切断されるため、長繊維特有の物理的強度が得られない。また、１００ｍｍより長くなると、成形時において、押出機等への取扱いで混合しにくくなり不都合を生ずる可能性が出て来る。
【００２１】
繊維の含有量については、通常１０〜７０重量％であり、好ましくは１５〜６５重量％、特に好ましくは、２０〜６０重量％程度である。また、賦形ダイの穴径を変更することで、異種の繊維毎に濃度を変更することも可能である。
長繊維強化熱可塑性樹脂構造体に含まれる長繊維の繊維長は３〜１００ｍｍであり、好ましくは、５〜８０ｍｍであり、特に好ましくは７〜５０ｍｍである。３ｍｍ以下では、成形体にする段階で更に繊維が切断されるため、長繊維特有の物理的強度が得られない。また、１００ｍｍより長くなると、成形時において、押出機等への取扱いで混合しにくくなり不都合を生ずる可能性が出て来る。
【００２２】
また、目的に応じて所望の特性を付与するため、一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の物質、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、結晶核剤等を配合することも可能である。また、ガラスフレーク、マイカ、ガラス粉、ガラスビーズ、タルク、クレー、アルミナ、カーボンブラック、ウォラストナイト等の板状、粉粒状、の無機化合物、ウィスカー等を併用しても良い。
【００２３】
また、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造に使用される長繊維ロービングは、樹脂含浸用のダイの中で開繊された状態になることが必要である。開繊はダイの中にある、例えば、凹凸やバーを往復することで形成されるが、その幅はダイの入口にあるテンションロールのテンションの程度により決定される。一本の繊維ロービングは通常５〜４０ｍｍで開繊されるが、好ましくは７〜３５ｍｍ、特に好ましくは８〜３０ｍｍ程度である。開繊幅が小さいと樹脂含浸が充分には出来ず、開繊幅が４０ｍｍを超えると繊維に対するテンション（張力）が大きすぎて、繊維の切断が起こることもある。
【００２４】
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造に使用される樹脂含浸用のダイには、繊維を開繊させるための凹凸が必要であるが、山と谷からなる形状や、交互に段違いに設置されたバーを応用することが多い。
【００２５】
樹脂を含浸した後、含浸ダイからの出口に繊維含有量を制御するための賦形ダイが通常設置される。賦形ダイにはロービングを所望の形状にするための孔が開いている。樹脂含浸したロービングはその孔を通り、余剰な樹脂はそこでしごかれて所望の繊維濃度としている。孔の形状は通常丸であるが、三角や四角、多角形でも可能である。また、シート状に引くことも可能である。
【００２６】
更に本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を成形するに当たって、その成形方法としては押出成形、射出成形、ブロー成形、押出ブロー成形、射出ブロー成形、インフレーション成形、スタンピングモールド成形、圧縮成形、ビーズ成形等が挙げられる。なかでも、射出成形が好ましい。
【００２７】
例えば、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を使用して射出成形する条件として、通常はスクリュウ形式の押出機等が使用されるが、その攪拌強度の指標となる背圧が１０ｋｇ／ｃｍ2以下で行なうことで充分であるし、好ましくは５ｋｇ／ｃｍ2、特に好ましくは０ｋｇ／ｃｍ2である。これにより、成形体中の平均繊維長は２ｍｍとすることが出来た。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。
【００２９】
［実施例使用繊維］
ガラス繊維；径１７μｍのガラス単繊維４０００本の束にサイジング処理したもの。
炭素繊維；東邦テナックス(株)製、ベスファイトＳＴＳ−２４Ｋ−Ｆ３０１。
ステンレス繊維；径１１μｍのステンレス単繊維７０００本の繊維束。サイジング処理はしていない。
ペレットの均一性評価は、およそ２００個のペレットを採取して、それぞれの繊維種のペレットの個数を数えて、総数で除して比率（％）を求めた。
【００３０】
［変性結晶性ポリプロピレン樹脂の調整］
ポリオレフィン１００重量部に対し、無水マレイン酸１．５重量部、スチレン０．５重量部、開始剤として１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン０．０８重量部及び安定剤であるイルガノックス１０１０を０．１重量部をヘンシェルミキサーで均一に混合後、二軸押出し機で温度270℃、平均滞留時間０．８分で溶融混合し、変性ポリオレフィン樹脂を得た。無水マレイン酸の含有量は０．５９重量％であった。
【００３１】
（実施例１）
図１に示すような構造の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を用いた。繊維束ロービングは１０本平行して引取りできる装置を使用した。ガラス繊維束５本を上段のテンションロールを通し、炭素繊維５本を下段のテンションロールに同様に通し、両方の繊維束をクロスヘッドダイ６の繊維の入り口に導き、クロスヘッドダイを通して１０個の孔の開いた賦形ダイ７から１０本の繊維束を引き抜き冷却装置、更には引き取り機からペレタイザー１０に導いた。変性結晶性ポリプロピレン樹脂は押出し機等で溶融し、クロスヘッドダイの溶融樹脂入口５からクロスヘッドダイ６に注入された。各繊維束は開繊幅がおよそ１５ｍｍになるように、上下のテンションロールにて張力をかけて、樹脂含浸が実施された。余分な樹脂は賦形ダイでしごきとり各繊維の含量が５０重量％となるように賦形ダイの孔の大きさを決定した。繊維束の引取り速度は１０ｍ／分とした。樹脂含浸後のロービングは冷却され、ペレタイザーにて長さ１２ｍｍとなるようにカッティングされた。ペレタイザーから排出されるペレット（構造体）の混合比率を１０分毎に測定した。ガラス繊維のペレットの数はいずれも５０±２％以内となり、非常に均一混合された異種混合繊維の樹脂ペレットが得られた。
【００３２】
（実施例２）
炭素繊維の代わりにステンレス繊維を使用した以外は実施例１と同様な操作を実施した。得られたペレットの均一性評価は、１０分毎の測定でガラス繊維のペレットの数はいずれも５０±２％以内となった。
【００３３】
（比較例１）
図２に示すような構造の装置にて、ガラス繊維と炭素繊維の繊維含有量５０重量％のペレットをそれぞれ別に製造した。それぞれ製造された長繊維強化樹脂ペレットをそれぞれ１００，０００個づつ回転ブレンダー（正規の名称はありますか）に仕込み、回転ブレンドを実施した。開始後、１０分毎に３回サンプリングして、そのそれぞれの個数を数えた。３回目でもガラス繊維のペレットは４１％、４３％、５７％と、均一にすることは出来なかった。３０分ブレンドした段階で、ペレットの繊維が毛羽立ってきたので、これ以上のブレンドは中止した。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】２種類の繊維束からそれぞれ異なったテンションロールにより、各繊維に適切なテンションをかけて、クロスヘッドダイに送られ、その内部で溶融樹脂が含浸される装置である。
【図２】通常使用される装置であり、図１に比較して繊維種は単一であるため、テンションロールは１つである。その他詳細は図１と同じであり割愛する。
【符号の説明】
【００３５】
１  金属繊維束
２  その他の繊維束
３  テンションロール
４  テンションロール
５  溶融樹脂入口
６  クロスヘッドダイ
７  賦形ダイ
８  冷却装置
９  引き取り機
１０  ペレタイザー
【図１】
2006167982.tif 000003
【図２】
2006167982.tif 000004