(57)【要約】【課題】  本発明の目的は長繊維強化熱可塑性樹脂成形品を、その特徴である曲げ強度、剛性等をパイプ状成形品に対しても適用させ、更にはパイプ状製品の反りやたわみなどを改善する方法を提供することにある。【解決手段】    強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られるパイプ成形品であって、長さ方向に２つ以上のウエルドを有する長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品とその製造方法を提供することにある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られるパイプ成形品であって、長さ方向に２つ以上のウエルドを有する長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品。
【請求項２】
前記パイプ成形品の外径が５〜３００ｍｍである請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品。
【請求項３】
前記パイプ成形品の長さが２０〜１０００ｍｍである請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品。
【請求項４】
長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂又は酸変性ポリオレフィン樹脂である請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品。
【請求項５】
強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られるパイプ成形品の製造方法であって、パイプ成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートが２つ以上であることを特徴として射出成形する長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットから形成された、曲げ強度、剛性等の機械的特性に優れ、且つ反りやたわみなどの変形の少ないパイプ成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂は、金属代替やエンジニアリングプラスチック代替に利用されるように、非強化の樹脂に比べて著しく機械的強度が向上している。また、成形品に含まれる強化繊維の、長さ（Ｌ）と断面径（Ｄ）の比（アスペクト比）が高いほど、成形品の機械的強度は、上限界を有するが、向上する。また、強化繊維を配向させる技術としては、連続した強化繊維を一軸に配向させたまま溶融樹脂を含浸させてシート化したものや不連続の強化繊維を不織布とし溶融樹脂を含浸させてシート化したもの等を、単一又は積層させて成形する方法が用いられ、例えば小型〜中型船舶の外殻をなす筐体部や樹脂製浴槽などに対して適用されてきた。しかしこれら成形方法による成形品は、成形工程の煩雑さや材料自体の値段により、多くの場合、金属製の製品より高価なものになってしまう。
【０００３】
また、溶融樹脂の射出成形や圧縮成形のように、大量に低コストで成形することが出来る繊維強化樹脂成形材料として、連続した強化繊維をカットしてチョップドストランドとし、押出機内で樹脂と混練して成形するいわゆる短繊維強化樹脂による成形方法と、連続した強化繊維に溶融樹脂を含浸させて得られるストランドを円柱状や角柱状に賦形し、一般的には６ｍｍ〜２５ｍｍの長さにカットしてなる長繊維強化熱可塑性樹脂（ＬＦＲＰ）ペレットを製造し、そのペレットを押出機で熔融し成形する方法とがある。短繊維強化樹脂は繊維のアスペクト比が小さく、強度は長繊維強化樹脂ほどの強度は期待できない。近年、この長繊維強化樹脂ペレットによる各種の成形品が用いられ、その特徴は合成樹脂を金属の強度まで近づけたことにより産業界への貢献も大きい。
【０００４】
更に、パイプ状成形品についても近年新しい用途が増えて、特に複写機やプリンターなどの事務機器ではその要求精度は厳しいものがある。パイプ状成形品の製造方法に関して特許文献１や特許文献２などの提案はあるが、充分なものとはいえない。更に、長繊維強化樹脂ペレットを使用して、その機能を充分に発揮させる方法に関しても未だに報告されたものはない。
【特許文献１】特開平８−０３４０４８号公報
【特許文献２】特開平９−２８６０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は長繊維強化熱可塑性樹脂成形品を、その特徴である曲げ強度、剛性等をパイプ状成形品に対しても適用させ、更にはパイプ状製品の反りやたわみなどを改善する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを熔融し射出成形してパイプ状成形品を得る方法において、１方向より複数のゲートから熔融樹脂をキャビティー内に射出することで、曲げ強度や剛性のみならず、パイプ状成形品の反りやたわみなどを改善する方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られるパイプ成形品であって、長さ方向に２つ以上のウエルドを有する長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品を提供する。
【０００８】
更に本発明は、前記パイプ成形品の外径が５〜３００ｍｍである前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品を提供する。
【０００９】
また本発明は、前記パイプ成形品の長さが２０〜１０００ｍｍである前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品を提供する。
【００１０】
更にまた本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂又は酸変性ポリオレフィン樹脂である前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品を提供する。
【００１１】
本発明はまた、強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られるパイプ成形品の製造方法であって、パイプ成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートが２つ以上であることを特徴として射出成形する長繊維強化熱可塑性樹脂パイプ成形品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、パイプ状成形品の曲げ強度は剛性を向上することに加えて、その成形品の反りやたわみなどを改善することで、金属パイプが使われていた分野に熱可塑性樹脂の適用を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明のパイプ成形品とは、縦横比（部材長さ／太さ）が３以上、一般的には５以上である長尺のパイプ部材である。
【００１４】
パイプ成形品の断面形状としては、円形、楕円形、多角形（三角形、正方形、六角形等の正多角形、矩形）等であり、それらの近似形でもかまわない。その太さとしては、最大の対角線（円であれば直径、楕円であれば長径）が３〜２００ｍｍ、好ましくは４〜１５０ｍｍ、特に好ましくは５〜１００ｍｍである。太さが３ｍｍ未満では強度が不足し、２００ｍｍを超えると強化繊維の配向が形成できなくなり、強度が低下する。また、パイプ成形品の長さについては使用目的により自由に選択できるが、２ｍを超えると強度が低下するため、通常、１〜２００ｃｍ、好ましくは２〜１５０ｃｍ、特に好ましくは３〜１００ｃｍ程度である。
【００１５】
パイプ成形品の肉厚としては特に限定されるものではないが、通常は０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１．０〜１５ｍｍ、特に好ましくは２．０〜１０ｍｍ程度である。本発明のパイプ成形品は複数のウエルドで強化されるため通常より肉厚を薄くすることが可能であり、経済的である。
【００１６】
また、本発明では、パイプ成形品の射出成形に際し、パイプ成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートを介して射出成形することが、繊維を配向させて、優れた強度を得るために必須である。例えば、パイプ成形品の長手方向の中間点に相当する部位にゲートを設けたり、パイプ成形品の両端に相当する部位に２つのゲートを設けて、射出成形しては、繊維の配向が不十分となる。しかも、パイプ成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートは２つ以上必要である。
【００１７】
次に、本発明のパイプ成形品の原料である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットについて説明する。
【００１８】
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（特に、酸により変性された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。
【００１９】
特に本発明の適用が好ましい熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、酸変性ポリオレフィン樹脂（無水マレイン酸変性ポリプロピレン等）などである。
【００２０】
成形する時は、長繊維で強化された樹脂だけで成形することもできるし、繊維を含まない通常の樹脂との混合による成形も好ましいものである。繊維を含まない通常の樹脂としては前記したマトリックス樹脂と同じものが使用できる。
【００２１】
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いずれの繊維でも使用可能であり、特に限定されるものではない。例えば、無機繊維として、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、鉱物繊維等が挙げられ、金属繊維として、ステンレス、黄銅等が挙げられ、有機繊維として、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、ボロン繊維、ポリフェニレンベンゾチアゾール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ジュート等のセルロース繊維等が挙げられる。特に本発明において好ましく使用される繊維は、補強効果や価格の点でガラス繊維や炭素繊維などが挙げられる。これらの強化繊維にはロービングにしたときにほぐれ難くするために樹脂と相性の良い適当なサイジング剤を使用することも好ましい。
【００２２】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット中の強化繊維の含有量は、２０〜８０重量％である。強化繊維の含有量が少なすぎると補強効果が小さいばかりでなく、強化繊維が樹脂中に異物として作用するために衝撃強度が低下するなどの影響がある。また、強化繊維の含有量が多くなりすぎると流動性が低下し、成形性が悪くなってしまう。
【００２３】
使用する強化繊維の径は６〜３０μｍの範囲のものが好ましい。
【００２４】
本発明における長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造する方法である引抜き成形法としては、周知の技術（特開平３−３１４４１７号公報等）を使用することが可能である。長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造法は、ここに挙げた方法に限定されるものではなく、多くの様々な特許に見られる公知の技術（強化繊維のロービング形状、プラー方法、強化繊維の余熱方法、開繊方法、熱可塑性樹脂と強化繊維との含浸方法、樹脂含浸後の賦形方法、冷却方法、カッティング方法等）等が全て使用可能である。
【００２５】
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長さとしては３〜５０ｍｍの範囲が好ましいが、特に４〜２５ｍｍの長さのペレットが好ましい。長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットのアスペクト比としては２〜２０が好ましい。
【００２６】
本発明のパイプ成形品は、上記長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを原料とし、所望の形状の金型を用い、且つパイプ成形品の一端に相当する部位に設けられた２つ以上のゲートから溶融した上記ペレットを射出成形することにより成形される。
【００２７】
ここで、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂の場合、射出成形時の射出成形機シリンダー温度を３２０〜３３０℃に設定し、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂が酸変性ポリオレフィン樹脂の場合、射出成形時の射出成形機シリンダー温度を２８０〜２９０℃に設定するのが好ましい。射出成形時の成形温度（シリンダー温度）を通常より高めに設定することにより、繊維と熱可塑性樹脂がより強固に結合し、射出成形後の成形品の機械的物性が著しく向上する。
【００２８】
このようにして得られる本発明の長繊維により強化されたパイプ成形品は、繊維強化されていないパイプ成形品に対して、機械的強度例えば、衝撃強度及び剛性は優れている。更に反り変形やたわみについても繊維強化されていない樹脂による成形品に比較して改善されるが、射出成形において、射出するゲートをパイプの同一端から２つ以上にすることで２つ以上のウエルドを長さ方向に有することでその改善は飛躍的なものとなる。ウエルドとは射出された熔融樹脂が、異方向から流れてきて合流した点で発生する接合部のことで、そのウエルドは目視で観察される。表面が滑らかで見にくい場合は表面を削っていくと明確となる。
【００２９】
このようにして得られた本発明のパイプ成形品は反り率（反り／パイプ成形品の長さ）として０．００１以下で、たわみは２ｍｍ以下を達成できる。それぞれの測定手段は実施例の中で示したものによる。
【実施例】
【００３０】
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。
［反り測定］
長さ３００ｍｍのパイプ成形品を定盤上に静置して、中央部の反りを測定した。図１参照。
［たわみ測定］
長さ３００ｍｍ以上のパイプ成形品を幅３００ｍｍの２つの支点にかけて中点に５ｋｇの加重をかけた時のたわみを測定した。
実施例１
ガラス繊維ロービング（旭ファイバーグラス（株）製）を強化繊維とし、ナイロン６６（宇部興産製）をマトリックス樹脂とし、引抜き成形法で、ペレット長１１ｍｍ、直径約３ｍｍで、ガラス繊維含有量４０重量％のガラス長繊維強化ナイロンのペレットを製造した。このペレットを原料として、シリンダー温度２８０〜３００℃に設定した射出成形機（（株）日本製鋼所製、Ｊ−１５０ＥＩＩ）にて、外径１８ｍｍ、肉厚３ｍｍで長さ３００ｍｍのパイプを射出成形した。ゲートはパイプ成形品の一端に相当する部位に２つ設けた。金型温度は８０℃とした。射出成形後、４８時間以上状態調整（２３℃、相対湿度５０％）し、パイプ成形品を定盤上に静置して反りを測定した。反りの測定は、図１に示すように、反りの最も発生するパイプ成形品の中央部で行った。同一ロットで５個のパイプ成形品について測定を繰り返し、５点合計の平均値を反り量とした。
【００３１】
その結果、反りは５０μmであり、パイプ成形品の反り率（反り／パイプ成形品の長さ）は、
０．０５（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝１．７×１０-4
であった。
【００３２】
また、長さ４００ｍｍのパイプを成形し、支点間の距離３００ｍｍで中点に５ｋｇの加重をかけたときのたわみを測定したところ０．７ｍｍであった。
実施例２
マトリックス樹脂としてナイロン６（宇部興産製）を使用した以外は実施例１と同様にしてパイプ成形品を成形した。このパイプ成形品の反りは５０μm、反り率１．７×１０-4であり、たわみは０．７ｍｍであった。
実施例３
ガラス繊維ロービング（日本電気硝子（株）製Ｅ−ガラス）を強化繊維とし、マトリックス樹脂として酸変性ポリプロピレン（アトフィナ社製ＯＲＥＶＡＣ  ＣＡ１００、マレイン酸１．０重量％変性）５重量％と未変性ポリプロピレン９５重量％の混合樹脂を使用し、シリンダー温度を２８０〜２９０℃とした以外は実施例１と同様にしてパイプ成形品を成形した。このパイプ成形品の反りは５０μm、反り率１．７×１０-4であった。また、たわみは０．８ｍｍであった。
比較例１〜３
実施例１〜３と同様にして、パイプ成形品を成形した。但し、射出成形はゲートの数を１つとした。
【００３３】
これらのパイプ成形品の反りを測定したところ、それぞれ１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．０ｍｍであり、
パイプ成形品の反り率（反り／パイプ成形品の長さ）は、
１．５（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝０．００５（比較例１）
２．０（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝０．００７（比較例２）
２．０（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝０．００７（比較例３）
であり、たわみは
２．２ｍｍ（比較例１）、２．３ｍｍ（比較例２）、２．５ｍｍ（比較例３）
であった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】パイプ状成形品を定盤の上において反りを測定する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  パイプ状成形品
２  定盤
３  反り測定箇所
【図１】
2007320090.tif 000003