(57)【要約】【課題】成形時の強化繊維の開繊性が良好な長繊維強化樹脂ペレット及びその組成物、並びに外観に優れたこれらの成形体を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂及び強化繊維を含み、下記（１）〜（４）を満たす長繊維強化樹脂ペレット、及びこのペレットに、熱可塑性樹脂を配合してなる長繊維強化樹脂組成物。（１）ペレット厚が、１．２〜２．１ｍｍ（２）ペレット長が、４〜１１ｍｍ（３）熱可塑性樹脂のメルトインデックス（樹脂温２３０℃、荷重２１．１８Ｎ）が、８０〜３００ｇ／１０分（４）強化繊維の含有量が、３０〜５５ｗｔ％【選択図】      図２
2004300293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂及び強化繊維を含み、下記（１）〜（４）を満たす長繊維強化樹脂ペレット。
（１）ペレット厚が、１．２〜２．１ｍｍ
（２）ペレット長が、４〜１１ｍｍ
（３）前記熱可塑性樹脂のメルトインデックス（樹脂温２３０℃、荷重２１．１８Ｎ）が、８０〜３００ｇ／１０分
（４）前記強化繊維の含有量が、３０〜５５ｗｔ％
【請求項２】
前記強化繊維の方向と、前記ペレット長の方向とが平行である請求項１に記載の長繊維強化樹脂ペレット。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、酸変性ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂であり、前記強化繊維が、シランカップリング剤で処理された、繊維径６〜２０μｍのガラス繊維である請求項１又は２に記載の長繊維強化樹脂ペレット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の長繊維強化樹脂ペレットに、熱可塑性樹脂を配合してなる長繊維強化樹脂組成物。
【請求項５】
さらに、色剤を含む熱可塑性樹脂を、０．４ｗｔ％以上含む請求項４に記載の長繊維強化樹脂組成物。
【請求項６】
前記色剤が、着色力８０％以上（ＪＩＳ  Ｋ６２１７）のカーボンブラックである請求項５に記載の長繊維強化樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の長繊維強化樹脂ペレット、又は請求項４〜６のいずれか一項に記載の長繊維強化樹脂組成物を成形してなる成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長繊維強化樹脂ペレット及びその組成物、並びにこれらの成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属やエンジニアリングプラスチックの代替材料として、繊維強化樹脂組成物が知られており、これを用いて、様々な用途で製品化が行われている。
しかし、この組成物に含まれる強化繊維は、開繊性が不十分なことが多く、これによって、未開繊の部分、即ち、繊維が開かず、固まりとなった部分が多くなると、成形体の外観が悪化してしまい、その結果、使用が制限されてしまう。
強化繊維の開繊性を向上させるためには、例えば、強化繊維の長さを短くすればよいが、この方法では、得られる成形体の物性が低下するという問題が発生する。
【０００３】
一方、強化繊維の長さをより長く保持できれば、得られる成形体には、高強度、高耐熱性が期待できる。強化繊維の長さを長く保持する方法としては、ペレットに剪断応力がかからないように、ゲートを広げたり、スクリューのＬ／Ｄや溝深さを工夫したり、背圧をかけずに射出成形したりする方法等が知られている。しかし、これらの方法では、強化繊維が開繊し難くなり、上記のように、得られる成形体の外観が悪化するという問題が発生する。
【０００４】
このように、成形体の物性向上、即ち、強化繊維の長さを長く保持することと、成形体の外観向上、即ち、強化繊維の開繊性を向上させることは相反しており、これらを同時に満たすことは、現状では非常に困難である。
尚、これらを同時に満たす試みも行われているが（特許文献１参照）、成形条件等によっては、さらなる改良が必要と考えられた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７６３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、成形時の強化繊維の開繊性が良好な長繊維強化樹脂ペレット及びその組成物、並びに外観に優れたこれらの成形体を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、繊維強化樹脂では、強化繊維の熱容量が大きく、溶けるのに時間がかかること、樹脂の粘度が高いこと、ペレット長が長いことが開繊性に影響を与えていることを見出した。そして、これらの知見から、ペレットの形状、樹脂成分の流動性及び繊維成分の含有量を同時に制御することが有効であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様によれば、熱可塑性樹脂及び強化繊維を含み、下記（１）〜（４）を満たす長繊維強化樹脂ペレットが提供される。
（１）ペレット厚が、１．２〜２．１ｍｍ
（２）ペレット長が、４〜１１ｍｍ
（３）熱可塑性樹脂のメルトインデックス（樹脂温２３０℃、荷重２１．１８Ｎ）が、８０〜３００ｇ／１０分
（４）強化繊維の含有量が、３０〜５５ｗｔ％
【０００９】
本発明の第二の態様によれば、上記の長繊維強化樹脂ペレットに、熱可塑性樹脂を配合してなる長繊維強化樹脂組成物が提供される。
【００１０】
本発明の第三の態様によれば、上記の長繊維強化樹脂ペレット、又は上記の長繊維強化樹脂組成物を成形してなる成形体が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の長繊維強化樹脂ペレットについて説明する。
本発明のペレットは、熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む。
熱可塑性樹脂のメルトインデックス（樹脂温２３０℃、荷重２１．１８Ｎ）は、８０〜３００ｇ／１０分、好ましくは１００〜２００ｇ／１０分である。この値が８０ｇ／１０分未満になると、成形時に開繊し難くなる。一方、３００ｇ／１０分を超えると、ペレットの強度が低下する恐れがある。
メルトインデックスを上記範囲に調節するためには、例えば、熱可塑性樹脂の製造時において、重合時に水素濃度を調節するなどして分子量を調整する、過酸化物で分解する、又はメルトインデックスの異なる樹脂をブレンド又は混練すればよい。
熱可塑性樹脂の製造方法としては、例えば、特開平１１−０７１４３１号公報、特開２００２−２３４９７６号公報、特開２００２−２４９６２４号公報に記載のポリプロピレン樹脂組成物の製造方法のような、公知の製造方法を用いることができる。
【００１２】
熱可塑性樹脂の種類は、メルトインデックスが上記範囲内であれば特に制限されないが、例えば、エチレン単独重合体等のエチレン系樹脂、プロピレン単独重合体等のプロピレン系樹脂、エチレン−プロピレンブロック共重合体等のエチレン−プロピレン共重合体系樹脂等のポリオレフィン系樹脂、アタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン等のポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。また、上記ポリオレフィン系樹脂に、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸及び／又はその誘導体をグラフトさせた酸変性ポリオレフィン系樹脂を用いることもできる。これらは一種単独で用いてもよく、また、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明では、熱可塑性樹脂として、好ましくは、酸変性ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂を用いる。
【００１３】
強化繊維の含有量は３０〜５５ｗｔ％、好ましくは４０〜５２ｗｔ％である。
この値が３０ｗｔ％未満になると、強化繊維マスターバッチとしての商業価値が小さくなる。一方、５５ｗｔ％を超えると、成形時の開繊性が悪くなる。
【００１４】
強化繊維の種類としては特に制限されないが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維等の無機繊維、金属繊維、有機繊維等を用いることができる。これらは一種単独で用いてもよく、また、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これら強化繊維は、アミノシランやエポキシシラン等のシランカップリング剤で処理されていることが好ましい。また、繊維径は、６〜２０μｍが好ましく、１４〜１８μｍがより好ましい。
本発明では、強化繊維として、好ましくは、上記シランカップリング剤で処理された、繊維径６〜２０μｍのガラス繊維を用いる。
【００１５】
本発明のペレットは、ペレット厚（最も薄い部分の厚み）が、１．２〜２．１ｍｍ、好ましくは１．６〜１．８ｍｍである。この厚みが１．２ｍｍ未満になると、ペレットの生産効率が落ちる。一方、２．１ｍｍを超えると、成形時に開繊し難くなる。
また、ペレット長が、４〜１１ｍｍ、好ましくは４〜８ｍｍである。この長さが４ｍｍ未満になると、そのペレットを射出成形して得られる成形体の強度が低下する。一方、１１ｍｍを超えると、成形時の開繊性が悪くなる。
【００１６】
本発明のペレットは、強化繊維の方向と、ペレット長の方向とが平行であることが好ましい。ここで、平行とは、強化繊維の方向と、ペレット長の方向とが実質的に平行であることを意味し、本発明では、これらの方向が完全に平行な場合だけでなく、ペレット中に、これらの方向が平行でない部分を一部含む場合も含まれる。
【００１７】
本発明のペレットの製造方法は、特に制限されないが、好ましくは、ロービングタイプの強化繊維に、熱可塑性樹脂を含浸させた後、引抜成形し、所望のペレット長に切断する方法を用いる。強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させる方法については特に制限されず、例えば、ロービングを樹脂粉体流動床中に通した後、樹脂の融点以上に加熱する方法（特公昭５２−３９８５号公報）、クロスヘッドダイを用いて、ロービングに溶融熱可塑性樹脂を含浸させる方法（特開昭６２−６０６２５号公報、同６３−１３２０３６号公報、同６３−２６４３２６号公報、特開平１−２０８１１８号公報）、熱可塑性樹脂繊維を用い、これと強化繊維ロービングとを同時に集束した後、樹脂の融点以上に加熱する方法（特開昭６１−１１８２３５号公報）、ダイ内部に複数のロッドを配置し、これにロービングをじぐざぐ状に巻き掛けて開繊させ、溶融樹脂を含浸させる方法（特開平１０−２６４１５２号公報）等が挙げられる。これらのうち、特開平１０−２６４１５２号公報の方法が好ましい。
【００１８】
ペレットの製造時には、ペレット厚を、ダイ出口の孔径及び形状により調節することができる。例えば、ダイ出口の形状を、楕円形にすることにより、ペレット厚を薄くすることができる。
また、ペレット厚は、溶融樹脂が含浸したロービングの冷却条件（例えば、冷却槽の通過時間や水温等）によっても調節することができる。
一般に、冷却槽とペレタイザの間には巻き取り用ロールがあり、このロールが、樹脂が含浸したロービングを引張りながら巻き取っている。このとき、ロービングは、二本のロール間に巻き取られるため、例えば、冷却槽の通過時間を短くして冷却を緩くすると、ロービングが少し潰れて、ペレット厚は小さくなる。一方、水温を下げて冷却をきつくすると、ロービングはあまり潰れないので、ペレット厚は大きくなる。
【００１９】
次に、本発明の長繊維強化樹脂組成物について説明する。
本発明の組成物は、上記の長繊維強化樹脂ペレットに、熱可塑性樹脂を配合したものである。
ここで用いる熱可塑性樹脂としては、上述した樹脂と同様のものが挙げられる。好ましくは、ポリオレフィン系樹脂であり、より好ましくはポリプロピレン系樹脂である。
本発明の組成物では、各成分の配合割合は特に制限されず、成形体の用途等に応じて適宜調節することができる。
【００２０】
本発明の組成物は、好ましくは、色剤を含む熱可塑性樹脂を０．４ｗｔ％以上、好ましくは０．８ｗｔ％以上含む。
色剤としては、例えば、カーボンブラック、硫化亜鉛等が挙げられる。
これら色材の着色力（ＪＩＳ  Ｋ６２１７）は、好ましくは８０％以上、より好ましくは１１０％以上である。着色力が８０％未満になると、強化繊維の未開繊部が目立ち易くなる場合がある。このように、色剤又はその着色力は、成形体中に存在する未開繊繊維の目立ち難さに影響する。
本発明では、色剤として、好ましくは、着色力８０％以上のカーボンブラックを用いる。
【００２１】
熱可塑性樹脂としては、上述した樹脂と同様のものが挙げられる。好ましくは、ポリオレフィン系樹脂であり、より好ましくは、ポリプロピレン系樹脂及びポリエチレン系樹脂である。熱可塑性樹脂には、上記色剤が、好ましくは１〜５０％、より好ましくは２０〜４０％含まれている。
本発明では、このような色剤を含む熱可塑性樹脂を、マスターバッチとして配合することが好ましい。
【００２２】
本発明の組成物には、その目的を損なわない範囲で、酸化防止剤、帯電防止剤、分散剤、滑剤、難燃剤、光安定剤、紫外線吸収剤、増核剤等の添加剤；重炭酸ナトリウム、アゾジカルボンアミド等の発泡剤；タルク、マイカ等の無機フィラー等を必要に応じて配合することができる。
【００２３】
本発明の組成物の製造方法は特に制限されず、例えば、樹脂組成物の製造に一般的に用いられる装置を用い、各成分を混合、又は混合した後、溶融混練することにより製造することができる。混合及び溶融混練の条件は、特に制限されず、使用される材料の種類等に応じて適宜調節することができる。
【００２４】
本発明のペレット及び組成物は、射出成形、押出成形その他の方法で成形することができる。本発明では、これらを、好ましくは射出成形法で成形する。射出成形を行う場合には、金型の構造（流路のサイズ）、キャビティ形状、スクリュー形状（Ｌ／Ｄ）、ゲート形状等を変えることにより、強化繊維の開繊性を調節することができる。
これらは、ペレット厚、ペレット長、熱可塑性樹脂の流動性、及び強化繊維の含有量が同時に制御されているため、成形時の強化繊維の開繊性が良好であり、特に、通常では開繊し難い条件、例えば、フィルムゲートで、フルフライトスクリューを用いて、背圧をかけずに射出成形した場合であっても、強化繊維は良好な開繊性を示す。このように、本発明のペレット及び組成物は、幅広い成形機、金型、成形条件に対応することができる。
【００２５】
本発明のペレット及び組成物を成形して得られる成形体は、強化繊維が十分に開繊しているので、外観に優れている。また、強化繊維の長さが長く保持されているので、従来品と同等又はそれ以上の物性が維持されている。
本発明の成形体は、例えば、自動車部品（フロントエンド、ファンシェラウド、クーリングファン、エンジンアンダーカバー、エンジンカバー、ラジエターボックス、サイドドア、バックドアインナー、バックドアアウター、外板、ルーフレール、ドアハンドル、ラゲージボックス、ホイールカバー、ハンドル）、二輪・自動車部品（ラゲージボックス、ハンドル、ホイール）、住宅関連部品（温水洗浄便座部品、浴室部品、椅子の脚、バルブ類、メーターボックス）、電動工具部品、草刈り機ハンドル、ホースジョイント等の用途に好適である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
本実施例で使用した材料は、以下の通りである。
［長繊維強化樹脂ペレットの調製時に用いた材料］
（１）熱可塑性樹脂
表１に示すプロピレン単独重合体又はエチレン・プロピレン共重合体（ＰＰ−Ａ〜ＰＰ−Ｇ）と、酸変性ポリプロピレン（ＰＰ−Ｋ）との混合物を用いた。これらの物性を表１に示す。
尚、ＰＰ−Ａ〜ＰＰ−Ｆは、出光石油化学（株）製、Ｊ−３０００Ｇ（商品名）（ＰＰ−Ｈ）に、表１に示す割合で過酸化物（化薬アクゾ製、パーカドックス１４（商品名））を添加し、溶融混練して製造した（過酸化物とＰＰ−Ａ〜ＰＰ−Ｆを合わせて１００重量％とした）。また、ＰＰ−Ｇは、市販品（出光石油化学（株）製、Ｊ−６０８３ＨＰ（商品名））をそのまま用いた。
【００２７】
【表１】
2004300293.tif 000003
【００２８】
上記物性の測定方法は、以下の通りである。
メルトインデックス（ＭＩ）
樹脂温２３０℃、荷重２１．１８Ｎで測定した。
【００２９】
アイソタクチック分率
重合体を１，２，４−トリクロロベンゼンと重ベンゼンの９０：１０（容量比）混合溶液に溶解し、１３Ｃ−ＮＭＲ（日本電子（株）製、商品名：ＬＡ−５００）を用いて、１３０℃でプロトン完全デカップリング法により測定したメチル基のシグナルを用いて定量した。
【００３０】
分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を下記の装置及び条件で行い、測定した。
（ＧＰＣ測定装置）
カラム：ＴＯＳＯＧＭＨＨＲ−Ｈ（Ｓ）ＨＴ
検出器：液体クロマトグラム用ＲＩ検出器  ＷＡＴＥＲＳ  １５０Ｃ
（測定条件）
溶媒：１，２，４−トリクロロベンゼン
温度：１４５℃
流速：１．０ミリリットル
試料濃度：２．２ｍｇ／ミリリットル
注入量：１６０マイクロリットル
検量線：Ｕｎｉｖｅｓａｌ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
解析プログラム：ＨＴ−ＧＰＣ（Ｖｅｒ．１．０）
【００３１】
（２）強化繊維
ガラス繊維（旭ファイバーグラス製、グラスロン（商品名））を用いた。
【００３２】
［長繊維強化樹脂組成物の調製時に用いた材料］
（１）熱可塑性樹脂
表１に示すプロピレン単独重合体又はエチレン・プロピレン共重合体（ＰＰ−Ｈ〜ＰＰ−Ｊ）を用いた。
尚、これらの樹脂のうち、ＰＰ−Ｉは、ＰＰ−Ａ〜ＰＰ−Ｆと同様の方法で製造した。また、ＰＰ−Ｊは、市販品（出光石油化学（株）製、Ｊ−３０５４ＨＰ（商品名））をそのまま用いた。
（２）色剤を含む熱可塑性樹脂
表２に示すカーボンブラックマスターバッチ（ＣＭＢ−Ａ及びＣＭＢ−Ｂ）を用いた。これらは、表２に示すベース樹脂及びカーボンブラックをブレンドした後、バンバリーミキサーで溶融混練し、単軸押出機で造粒して調製した。
【００３３】
【表２】
2004300293.tif 000004
【００３４】
実施例１〜２０、比較例１〜１０
図１に示すペレット製造装置を用いて長繊維強化樹脂ペレットを製造した。
尚、この図において、１０はダイ、２０はダイ１０へ熱可塑性溶融樹脂を供給する押出機、３０は繊維束Ｆのロール、４０はダイ１０に引き込まれる繊維束Ｆに一定の張力を与えるテンションロール群、５０はダイ１０から引き出された溶融樹脂含浸繊維束を冷却するための冷却手段、６０は繊維束の引き出しロール、７０は引き出された溶融樹脂含浸繊維束をカットして繊維強化樹脂ペレットとするペレタイザである。この装置では、三本のそれぞれ独立した繊維束Ｆに、溶融樹脂を同時に含浸させている。
具体的な製造条件は、以下の通りである。
・ダイ：５０ｍφ押出機の先端に取り付け、含浸部に四本のロッドを直線状に配置。
・繊維束：アミノシランで表面処理された繊維径１３μ又は１６μのガラス繊維を１７０本束ねたガラスロービング。
・予熱温度：２００℃
・熱可塑性樹脂：表１に示すＰＰ−Ａ〜ＰＰ−Ｇ  １００重量部と、ＰＰ−Ｋ  １重量部とをブレンドして溶融。
・溶融温度：２９０℃
・ロッド：四本６ｍｍ（直径）×３ｍｍ（長さ）
・傾斜角度：２５度
上記条件下において、テンションロール群で繊維束の量を調整しつつダイ内に送り込み含浸を行い、その後、ダイから引き出して冷却し、ペレタイザで、図２に示す形状のペレットを得た。結果を表３〜表５に示す。
【００３５】
次に、得られたペレットに、ガラス繊維量が４０ｗｔ％となるように、熱可塑性樹脂（ＰＰ−Ｈ〜ＰＰ−Ｊ）を、表３〜表５に示す割合でブレンドして、長繊維強化樹脂組成物を調製した。
このとき、実施例１１では、ペレットを、熱可塑性樹脂とブレンドせず、また、実施例１４〜１７及び比較例９〜１０では、カーボンブラックマスターバッチ（ＣＭＢ−Ａ、ＣＭＢ−Ｂ）を、表４及び表５に示す割合でさらにブレンドした。
【００３６】
次に、射出成形機（東芝機械製、ＩＳ８０ＥＰＮ（商品名））を用いて、上記のペレット又は組成物から、１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×３ｍｍの平板状の成形体を１０枚作成した。
この射出成形機では、金型としてフィルムゲートを用い、スクリューとしてフルフライトスクリューを用いた。また、樹脂温２２０℃、型温４０℃、背圧０．３ＭＰａ、射出速度３５％の条件で成形を行った。
【００３７】
これら成形体の未開繊部の数を目視で数えた。また、これらの数を規格化するため、実施例１の成形体（Ａ）の未開繊数を１００として、その他の実施例及び比較例の成形体（Ｂ）の未開繊数との比率を、未開繊指数として求めた。即ち、未開繊指数＝（Ｂの未開繊数）÷（Ａの未開繊数）×１００とした。この未開繊指数が１２０以下であれば、得られた成形体は、外観に優れているといえる。また、特に良外観が要求される場合は、８０以下であることが好ましい。結果を表３〜５に示す。
【００３８】
【表３】
2004300293.tif 000005
【００３９】
【表４】
2004300293.tif 000006
【００４０】
【表５】
2004300293.tif 000007
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、成形時の強化繊維の開繊性が良好な長繊維強化樹脂ペレット及びその組成物、並びに外観に優れたこれらの成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペレット製造装置の模式図である。
【図２】本発明の長繊維強化樹脂ペレットの模式図である。
【符号の説明】
１０  ダイ
２０  押出機
３０  繊維束Ｆのロール
４０  テンションロール群
５０  冷却手段
６０  引き出しロール
７０  ペレタイザ
【図１】
2004300293.tif 000008
【図２】
2004300293.tif 000009