(57)【要約】【課題】長繊維強化樹脂成形体において、顔料などの着色剤が均一に分散し、しかも樹脂の機械的強度を向上させることにある。【解決手段】１〜１５０ｍｍの繊維を含有する長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）と、着色剤および分散剤として中分子ポリマーを含み、着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂（Ｂ）とを含む樹脂材料から、直径６ｍｍ以上のノズルによる射出成形により成形してなる長繊維強化熱可塑性樹脂成形物を提供する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜１５０ｍｍの繊維を含有する長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）と、着色剤および分散剤として中分子ポリマーとを含み、着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂（Ｂ）とを含む樹脂材料から、直径６ｍｍ以上のノズルによる射出成形により成形してなる長繊維強化熱可塑性樹脂成形物。
【請求項２】
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）が、機械的に開繊された繊維束のロービングに、押出機で溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、１〜１５０ｍｍに切断して得られるペレット状で、概ね同一長さでかつ同一方向に配列した１〜１５０ｍｍの繊維を含有する材料である請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形物。
【請求項３】
分散剤である中分子ポリマーの添加量が、顔料に対して１０から２００質量％である請求項１または２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形物。
【請求項４】
１〜１５０ｍｍの繊維を含有する長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）と、着色剤および分散剤として中分子ポリマーを含み、着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂（Ｂ）とを含む樹脂材料を使用し、直径６ｍｍ以上のノズルにより射出成形することを特徴とした、長繊維強化熱可塑性樹脂成形物の成形方法。
【請求項５】
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）が、機械的に開繊された繊維束のロービングに、押出機で溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、１〜１５０ｍｍに切断して得られるペレット状で、概ね同一長さでかつ同一方向に配列した１〜１５０ｍｍの繊維を含有する材料である請求項４記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形物の成形方法。
【請求項６】
分散剤である中分子ポリマーの添加量が、顔料に対して１０から２００質量％である請求項４または５記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形物の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械的物性に優れた長繊維強化熱可塑性樹脂成形物、およびその成形体を得るための成形方法に関する。
【従来の技術】
近年、合成樹脂の機械的強度を上げるために繊維で強化された樹脂の研究例が多く見られる。中でも１ｍｍ以上の繊維を含有する長繊維含有樹脂はその得られる強度と、良好なる生産性の面から注目されるようになった。特に引き抜き成形法においては、連続したロービング状の繊維を特殊な形状のダイを通しながら機械的に開繊し、溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、適当に冷却後、所望の長さに切断するという、効果的なプロセスが特開平４−２７５０７号公報等に提案されている。この方法によれば、繊維は連続したロービング状の形態で、予め熱可塑性樹脂と充分に含浸され、更に所望の長さに切断できるため、その後使用される成形等で、繊維と樹脂との含浸のための機械的なシェアーをかける必要性を低減している。従って、引き出し成形で所望の長さに切断されたペレットは、その中に含まれる繊維の長さが、最終成形品でもかなりの長さで維持できる優位性を持つ。しかし、最終の成形品に仕上げるためにはその他に要求される機能を発揮するための添加剤の添加、それに成形時の成形機の問題等で、長繊維強化熱可塑性樹脂の本来持つ機能が発揮できず、種々の改善方法が提案されていが、更に高機能樹脂が要望されている。
提案されている例としては、特許文献１には最終成形品を製作する段階で、成形するノズル径が６ｍｍ以上である射出成形機を使用し、また長繊維強化熱可塑性樹脂と他の樹脂等の混合溶融する押出機のスクリュ−の溝の深さを規定する等で、繊維の切断防止、及びノズルでの繊維の詰まり等の問題への改善が提案されている。
【特許文献１】
特開平２−２９２００９号公報
【発明が解決しようとする課題】
長繊維強化樹脂成形体の機械的強度を向上する検討は種々なされているが、まだ充分なものは得られていない。従って、本発明の目的は、長繊維強化樹脂成形体において、顔料などの着色剤が均一に分散し、しかも樹脂の機械的強度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を達成するために鋭意検討の結果、長繊維強化樹脂組成物と、着色剤および分散剤として中分子ポリマーを含み、着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂とを含む材料を特定の射出条件により成形することにより、樹脂の機械的強度を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、１〜１５０ｍｍの繊維を含有する長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）と、着色剤および分散剤として中分子ポリマーを含み、着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂（Ｂ）とを含む樹脂材料から、直径６ｍｍ以上のノズルによる射出成形により成形してなる長繊維強化熱可塑性樹脂成形物を提供する。
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）が、機械的に開繊された繊維束のロービングに、押出機で溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、１〜１５０ｍｍに切断して得られるペレット状で、概ね同一長さでかつ同一方向に配列した１〜１５０ｍｍの繊維を含有する材料であることも含まれる。
分散剤である中分子ポリマーの添加量が、顔料に対して１０から２００質量％であってもよい。
また、本発明は、１〜１５０ｍｍの繊維を含有する長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）と、着色剤および分散剤として中分子ポリマーを含み、着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂（Ｂ）とを含む樹脂材料を使用し、直径６ｍｍ以上のノズルにより射出成形することを特徴とした、長繊維強化熱可塑性樹脂成形物の成形方法を提供する。
また、その成形方法において、長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）が、機械的に開繊された繊維束のロービングに、押出機で溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、１〜１５０ｍｍに切断して得られるペレット状で、概ね同一長さでかつ同一方向に配列した１〜１５０ｍｍの繊維を含有する材料であることも含まれる。
更に、その成形方法において、分散剤である中分子ポリマーの添加量が、顔料に対して１０から２００質量％であってもよい。
【発明の実施の形態】
本発明に使用する中分子ポリマーには次のようなものが含まれる。ポリエチレンワックス等の低分子量ポリエチレン、液状ポリプロピレン、粉末ポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン等の低分子ポリプロピレン、クマロンプラスチック、フェノキシプラスチック、ポリブテン、液状ポリブタジエン、また液状ＢＲ、液状ＳＢＲ、液状ＮＢＲ、液状ポリクロロプレン、液状ポリサルファイド、液状ポリイソプレン、液状ポリイソブチレン、液状ブチルゴム等の液状ゴム、更には石油系炭化水素樹脂等の石油樹脂等があげられる。中でも、ポリエチレンワックス等の低分子量ポリエチレン、液状ポリプロピレン、粉末ポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン等の低分子ポリプロピレンが好ましい。
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）において、使用される熱可塑性樹脂は、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、芳香族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、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。この長繊維熱可塑性樹脂組成物に使用される樹脂はマトリックス樹脂と呼ぶこともある。
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）において、使用される繊維は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、前述したガラス繊維、炭素繊維、金属繊維などである。
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）において、前記した熱可塑性樹脂および繊維以外に通常の樹脂添加剤を添加することもかまわない。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。
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）において、その組成物の製造方法は特に規定されるものではないが、例を挙げると以下のようなものがある。繊維束のロービングを引き出しながら、溶融した熱可塑性樹脂を含浸させる方法である。繊維束のロービングに樹脂を均一に含浸させるためには、繊維束は機械的に開繊され樹脂を含浸することが好ましく、繊維束を開繊する方法は、特に限定されるものではないが、クロスヘッドダイを使用することが好ましい。更に、引き出されたロービングは冷却後、所望の大きさに切断される。従って、長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）の形状はペレット状になることが多い。
使用される繊維の直径は３〜４０μｍで、一本の繊維束は１０００〜３００００本の繊維で構成される。マトリックス樹脂に対する繊維の含有量は１０〜９０質量％であり、好ましくは、２０〜８０質量％であり、特に好ましくは３０〜７０質量％である。長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）の繊維長は１〜１５０ｍｍであり、好ましくは２〜１００ｍｍであり、特に好ましくは３〜５０ｍｍである。着色剤および分散剤を予備分散される熱可塑性樹脂（Ｂ）に使用される熱可塑性樹脂は、前記した長繊維熱可塑性樹脂（Ａ）に使用されるものと同じ物が例示される。長繊維熱可塑性樹脂（Ａ）に使用されるものと、熱可塑性樹脂（Ｂ）に使用されるものは、同一であっても、異なっていてもかまわない。
着色剤に関しては、特に限定されるものではなく、通常合成樹脂に使用される染料や顔料などがあげられる。着色剤の含有量に関しては、特に限定されるものではないが、通常１〜５０質量％であり、好ましくは２〜４０質量％であり、特に好ましくは３〜３０質量％である。
また、着色剤および分散剤を予備分散される熱可塑性樹脂（Ｂ）に添加されるポリエチレンワックスの添加量は特に限定されるものではないが、少なすぎると着色剤の分散が悪くなるし、多過ぎると樹脂の機械的物性を悪化させる。好ましくは、添加された着色剤に対して１０〜２００質量％であり、より好ましくは２０〜１８０質量％であり、特に好ましくは３０〜１５０質量％である。
長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）及び着色剤が予め分散されている熱可塑性樹脂（Ｂ）の両樹脂の形状はペレットが好ましく、その体積は混合性の容易さから同程度が良い。体積比を（Ａ）／（Ｂ）で表すと０．２〜５であり、好ましくは０．４〜２．５である。
【発明の効果】
長繊維で強化された熱可塑性樹脂と、着色剤および分散剤として中分子ポリマー、例えばポリエチレンワックス、を予備分散させた熱可塑性樹脂を含む材料を使用して、特定の条件下での射出成形により、熱可塑性樹脂成形品の機械的強度を向上させた。
【実施例】
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。
調整例１　［長繊維熱可塑性樹脂組成物（Ａ）の調整］
概ね第１図の如き構成からなる装置を用い、直径１７μｍで４０００本のガラス繊維よりなるガラス繊維束のロービングを連続的に引きながら加熱した後、押出機で溶融されたポリプロピレンを、クロスヘッドダイで繊維に含浸させた。更にクロスヘッドダイの出口に取り付けた賦形ダイを通してストランドとして引き出し、空冷後、およそ１５ｍｍの長さ（ペレット断面の直径２．５ｍｍ）に裁断した。組成物中のガラス繊維の比率は４０質量％であった。
調整例２　［着色剤の予備分散した熱可塑性樹脂（Ｂ）の調整］
カーボンブラック１．５質量％、硫化亜鉛６．９質量％、ポリエチレンワックス（三洋化成製；サンワックス１３１Ｐ）３．６質量％、ポリプロピレン８８．０質量％よりなる混合された材料を、押出機に仕込み溶融混練後に押出し、３ｍｍφで長さ１５ｍｍのペレットを作成した。
調整例３　［着色剤の予備分散した熱可塑性樹脂（Ｂ）の調整］
カーボンブラック１．５質量％、硫化亜鉛６．９質量％、ポリエチレンワックス８．４質量％、ポリプロピレン８３．２質量％よりなる混合された材料を、押出機に仕込み溶融混練後に押出し、３ｍｍφで長さ１５ｍｍのペレットを作成した。
調整例４　［着色剤の予備分散した熱可塑性樹脂（Ｂ）の調整；比較の調整］
ポリエチレンワックスの代わりに金属石鹸としてステアリン酸カルシウムを３．６質量％使用した以外は調整例２と同様の操作を行った。
調整例５　［着色剤の予備分散した熱可塑性樹脂（Ｂ）の調整；比較の調整］
ポリエチレンワックスを添加しなかった以外は調整例２と同様の操作を行った。
実施例１
調整例１で作成した長繊維熱可塑性樹脂のペレット９５質量％と調整例２で作成した樹脂ペレット５質量％よりなる組成物を６ｍｍのノズルを装着した射出成形機（日本製鋼所製；機種ＪＳＷ１５０Ｅ２）に仕込み、スクリュウ回転数５０ｒｐｍ、樹脂温度２３０℃で射出成形して、試験片を作成した。
実施例２
調整例１で作成した長繊維熱可塑性樹脂のペレット９５質量％と調整例３で作成した樹脂ペレット５質量％よりなる組成物を６ｍｍのノズルを装着した射出成形機に仕込み、スクリュウ回転数５０ｒｐｍ、樹脂温度２３０℃で射出成形して、試験片を作成した。
比較例１
調整例１で作成した長繊維熱可塑性樹脂のペレット９５質量％と調整例４で作成した樹脂ペレット５質量％よりなる組成物を６ｍｍのノズルを装着した射出成形機に仕込み、スクリュウ回転数５０ｒｐｍ、樹脂温度２３０℃で射出成形して、試験片を作成した。
比較例２
調整例１で作成した長繊維熱可塑性樹脂のペレット９５質量％と調整例２で作成した樹脂ペレット５質量％よりなる組成物を３ｍｍのノズルを装着した射出成形機に仕込み、スクリュウ回転数５０ｒｐｍ、樹脂温度２３０℃で射出成形して、試験片を作成した。ノズルが３ｍｍで行なうと試験片の表面が平滑ではなかった。
（物性評価）
成形された試験片は、ＩＳＯ３１６７によるＡ形とし、引張り強さ、曲げ強さはそれぞれＩＳＯ５２７−１、ＩＳＯ１７８に準じて測定比較した。結果は表１に示したが、ポリエチレンワックスを分散剤として使用し、および射出成形において射出ノズル７ｍｍで成形したものが、機械的強度が向上したことが明確である。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、長繊維熱可塑性樹脂を製造する装置の簡略図である。押出機１に熱可塑性樹脂を仕込み、溶融された熱可塑性樹脂はクロスカットダイ３に送られる。一方、繊維束のロービング２は、クロスヘッドダイから賦形ダイ４を通過し、引抜かれる。繊維束はクロスヘッドダイで開繊され、樹脂が均一に含浸される。引き出された樹脂を含浸した繊維束は適度に空冷され、裁断機５で裁断される。
【符号の説明】
１：押出機
２：繊維束のロービング
３：クロスヘッドダイ
４：賦形ダイ
５：裁断機
【図１】
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