(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース系繊維、亜麻繊維、クズ繊維、ヤシ繊維、ジュート繊維、麻繊維、アスペン繊維、ネズ繊維から選ばれる水不溶性繊維８０〜９９．９質量％と、水溶性でかつ軟化温度が４０〜３５０℃である熱可塑性重合体０．０１〜２０質量％を含む、前記水不溶性繊維の集合体である、合成樹脂に配合するための繊維成形体。
【請求項２】
外周が５〜３５ｍｍで、長さが３〜２０ｍｍの柱状成形体である請求項１記載の繊維成形体。
【請求項３】
水不溶性繊維が、セルロース系繊維である請求項１又は２記載の繊維成形体。
【請求項４】
セルロース系繊維が、αセルロース含量が８０％以上のものである請求項３記載の繊維成形体。
【請求項５】
セルロース系繊維が、平均直径が０．１〜１０００μｍで、平均長さが０．１〜１０００ｍｍのものである請求項３又は４記載の繊維成形体。
【請求項６】
水溶性でかつ軟化温度が４０〜３５０℃である熱可塑性重合体が、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、水溶性ナイロンから選ばれるものである請求項１〜５のいずれか１記載の繊維成形体。
【請求項７】
下記の形状保持率が５０％以上で、かつ崩壊率が５０％以下である請求項１〜６のいずれか１記載の繊維成形体。
（形状保持率）
常温において、繊維成形体をポリエチレンの袋に入れ、高さ１ｍから計１０回自然落下させた後の繊維成形体の重量（Ｗ2）と、繊維成形体の初期重量（Ｗ1）を用い、次式：（Ｗ2／Ｗ1）×１００から求める。
（崩壊率）
４０〜３５０℃の温度雰囲気において、２×２×０．２ｃｍのプラスチック板により、鉛直方向から繊維成形体の初期重量（ＷA）の１０００倍量の圧力（荷重）を加え、崩壊
させたときに残った最大成形体の重量（ＷB）と初期重量を用い、次式：（ＷB／ＷA）×
１００から求める。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１記載の繊維成形体の製造法であり、水不溶性繊維８０〜９９．９質量％と、水溶性でかつ軟化温度が４０〜３５０℃である熱可塑性重合体０．０１〜２０質量％と、前記水不溶性繊維と熱可塑性重合体の合計重量１００質量部に対し５〜２００質量部となる水とを、前記熱可塑性重合体の軟化温度以上で混合した後、成形し乾燥する繊維成形体の製造法。
【請求項９】
合成樹脂１００質量部と、請求項１〜８のいずれか１で得られた繊維成形体５〜５００質量部とを溶融混練してなる樹脂組成物。
【請求項１０】
請求項９記載の樹脂組成物を成形してなる繊維強化樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂に配合するための繊維成形体、繊維成形体の製造法、樹脂組成物及び繊維強化樹脂成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
合成樹脂成形体の剛性等の機械的強度を高めるため、合成樹脂に対してガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等が配合され、各種用途に提供されている。
【０００３】
しかし、ガラス繊維や金属繊維を配合した場合、成形体の重量が増加することや、成形体を消却処分したときに燃焼残渣が残るという問題があり、炭素繊維は高価であり、製品価格を上昇させるという問題がある。
【０００４】
また、ガラス繊維等に替えて各種合成繊維を用いることもできるが、合成樹脂と混練するため押出機内にホッパーから投入する際、毛羽立って綿状になるため、押出機内に送り込み難いという問題がある。このため、デンプンやカルボキシメチルセルロース等の水溶性重合体で束ねた繊維成形体を投入する方法が採用されているが、このような繊維成形体は崩壊性が悪いので合成樹脂中に分散し難く、得られた樹脂成形体の機械的強度を低下させるという問題がある。更に、前記繊維成形体における繊維同士の結合力を弱めれば、合成樹脂中への分散性は或る程度改善されるものの、運搬時等に加えられる衝撃によって崩れてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明は、運搬等における形状保持性と、溶融混練時における崩壊性が共に優れており、合成樹脂の強化材として適した繊維成形体、前記繊維成形体の製造法、前記繊維成形体を用いた樹脂組成物、前記樹脂組成物を成形した樹脂成形体を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題の解決手段として、合成樹脂に配合する水不溶性繊維を含む繊維成形体であり、水不溶性繊維８０〜９９．９質量％と、水溶性でかつ軟化温度が４０〜３５０℃である熱可塑性重合体０．０１〜２０質量％を含む、前記水不溶性繊維の集合体である繊維成形体、前記繊維成形体の製造法、前記繊維成形体を溶融混練してなる樹脂組成物、前記樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる水不溶性繊維は、天然又は合成樹脂からなる繊維であり、セルロース系繊維、亜麻繊維、クズ繊維、ヤシ繊維、ジュート繊維、麻繊維、アスペン繊維、ネズ繊維、タンパク質繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリフルオロエチレン系繊維、ポリアクリル系繊維等を挙げることができる。
【０００８】
水不溶性繊維は可撓性の高いものが良く、上記したものの中でもセルース系繊維、亜麻繊維、クズ繊維、ヤシ繊維、ジュート繊維、麻繊維、アスペン繊維、ネズ繊維が好ましく、セルロース系繊維がより好ましい。
【０００９】
セルロース系繊維は、草木を叩解したもの、綿、麻、木綿等から得られるもの、ビスコースレーヨン、銅アンモニアレーヨン等を用いることができ、αセルロース含量が８０質量％以上のものが好ましく、９０質量％以上のものがより好ましく、９８質量％以上のものが更に好ましい。
【００１０】
セルロース系繊維は、平均直径が、好ましくは０．１〜１０００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍ、更に好ましくは１０〜５０μｍ、特に好ましくは２０〜３０μｍであり、平均長さが、好ましくは０．１〜１０００ｍｍ、より好ましくは０．２〜５００ｍｍ、更に好ましくは０．３〜５０ｍｍ、特に好ましくは０．５〜５ｍｍである。
【００１１】
本発明で用いる水溶性でかつ軟化温度が４０〜３５０℃である熱可塑性重合体は、バインダーとして、水不溶性繊維同士間を、形状保持性と崩壊性を併有する適度な結合力で束ねるように作用するものである。
【００１２】
熱可塑性重合体の軟化温度が４０℃以上であると、押出機に供給する際に繊維成形体同士が融着したり、保存運搬時に繊維成形体同士がブロッキングを生じたりすることが防止される。３５０℃以下であると、繊維成形体の崩壊性が良いので、合成樹脂への分散性が良い。
【００１３】
熱可塑性重合体は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、水溶性ナイロン等から選ばれるものを挙げることができる。
【００１４】
水不溶性繊維と熱可塑性重合体の含有割合は、水不溶性繊維が８０〜９９．９質量％、好ましくは８５〜９９質量％、より好ましくは９０〜９５質量％であり、熱可塑性重合体が０．０１〜２０質量％、好ましくは０．０５〜１０質量％、より好ましくは０．１〜５質量％である。熱可塑性重合体の含有割合が０．０１質量％以上であると、形状保持性が良いので運搬時等に繊維成形体が崩れることが防止されると共に、毛羽立ち等も防止される。２０質量％以下であると、崩壊性が良いので合成樹脂への分散性が良い。
【００１５】
繊維成形体には、必要に応じて、他の成分を配合することができる。他の成分としては、熱硬化性樹脂、配合対象となる熱可塑性樹脂、酸化防止剤、紫外線防止剤、潤滑剤、銅害防止剤、顔料、染料、帯電防止剤、発泡剤、放射線遮蔽剤等を挙げることができる。
【００１６】
本発明の繊維成形体は、外周が好ましくは５〜３５ｍｍ、より好ましくは７〜３０ｍｍ、更に好ましくは１０〜１５ｍｍであり、長さが好ましくは３〜２０ｍｍ、より好ましく３〜１０ｍｍ、更に好ましくは３〜５ｍｍである柱状成形体が好ましい。この柱状成形体の幅方向の断面形状は、円、方形、五角形以上の多角形、不定形のいずれでもよい。
【００１７】
本発明の繊維成形体は、下記の形状保持率が、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、更に好ましくは８０％以上、特に好ましくは９９％以上で、かつ崩壊率が、好ましくは５０％以下、より好ましくは４０％以下、更に好ましくは３０％以下、特に好ましくは１０％以下のものである。
【００１８】
（形状保持率）
常温において、繊維成形体をポリエチレンの袋に入れ、高さ１ｍから計１０回自然落下させた後の繊維成形体の重量（Ｗ2）と、繊維成形体の初期重量（Ｗ1）を用い、次式：（Ｗ2／Ｗ1）×１００から求める。
【００１９】
（崩壊率）
４０〜３５０℃の温度雰囲気において、２×２×０．２ｃｍのプラスチック板により、鉛直方向から繊維成形体の初期重量（ＷA）の１０００倍量の圧力（荷重）を加え、崩壊させたときに残った最大成形体の重量（ＷB）と初期重量を用い、次式：（ＷB／ＷA）×１００から求める。
【００２０】
本発明の繊維成形体は、適当な混合手段中に、水不溶性繊維、熱可塑性重合体及び水を添加混合した後、成形して得ることができる。
【００２１】
混合成形時の温度は、前記熱可塑性重合体の軟化温度以上であるが、前記熱可塑性重合体の軟化点温度〜前記温度より２０℃高い温度範囲であることが好ましい。
【００２２】
水不溶性繊維と熱可塑性重合体の配合割合は上記したとおりであり、水の添加量は、水不溶性繊維と熱可塑性重合体の合計重量１００質量部に対して、好ましくは５〜２００質量部、より好ましくは１０〜１００質量部、更に好ましくは２０〜８０質量部、特に好ましくは３０〜５０質量部である。
【００２３】
混合手段としては、ターボミル、攪拌翼付き反応釜、Ｖ型混合機、タンブラー、高速ミキサー、リボン式ミキサー、ジェット粉砕機等を用いることができ、成形手段としては、ローラー加圧式ディスクダイ付き造粒機、スクリュー押出式造粒機、スプレークーラー式造粒機、多段式円筒造粒機等を用いることができる。
【００２４】
本発明の樹脂組成物は、合成樹脂１００質量部と、繊維成形体５〜５００質量部、好ましくは１０〜１００質量部、より好ましくは２０〜５０質量部を溶融混練して得られるものである。
【００２５】
合成樹脂は熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でも良く、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、スチレン系重合体、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリエステルエーテル、ポリアミドエーテル、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等を挙げることができ、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等を挙げることができる。
【００２６】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、上記樹脂組成物を押出成形、射出成形等の周知の成形手段により、用途に応じた所望形状に成形して得られるものである。この樹脂成形体は、特に剛性等の機械的強度が要求される用途に適しており、例えば、下記の自動車に用いる各種部品を挙げることができる。
【００２７】
インストルメントパネル、メータケース、エアコン、オーディオ、グローブボックス、エアダクト、エアバッグリッド、レジスター、ピラーガーニッシュ、ルーフライナー、サンルーフスライダー、リアーパーセルシェルフ、リアトレイ、ドアトリム、ステアリングホイール、スイッチ類、スリップジョイント、ベンチレーターフィン、ワイパーレバー等の内装部品やバンパー、バンパービーム、バンパーフェイシア、ルーフ、バンパーガード、フロントフェンダー、リアーフェンダー、キャノピー、フード、ラジエーターグリル、テールゲートアウターパネル、スポイラー、サイドモール、サイドプロテクター、サイドシルガーニッシュ、カウルトップガーニッシュ、ホイールカバー、ホイールキャップ、アウトサイドハンドル、アウタドアハンドル、ピラーガーニッシュ、フェンダーミラー、リアランプ、ヘッドランプ、ランプハウジング、カウルトップベンチレーション、エンブレム、オーナメント、リヤーパネル、エアスポイラー、リアワイパーアーム、ドアミラーステイ等の外装部品やエンジンカバー、シリンダーヘッドカバーやシャーシ系のエンジンマウントやオイル・ブローバイ系のシリンダーヘッドカバー、オイルフィラーダクト、オイルフィラーキャップ、オイルリザーブタンク、プラグシール、オイルレベルゲージ、ホースコネクター、オイルセパレーター、ブローバイパイプ、オイルストレーナー、フューエルインジェクター、フューエルストレーナー、フューエルデリバリーパイプ、バキュームタンク、キャニスタや吸気系のエアクリーナーケース、エレメントホルダー、エアインレットパイプ、エアインテークダクト、過給気継手ダクト、過給気バイパスホース、インタークーラータンク、インタークーラーホース、吸気チャンバー、サージタンク、レゾネーター、インテークマニホールドや冷却系のポンプインペラー、サーモスタットカバー、ＬＬＣリザーブタンク、ＬＬＣアウトレットダクト、ＬＬＣホースコネクター、ウォータインレット、ラジエータータンク、クーリングファンやカム駆動系のカムスプロケット、テンショナーブッシュ、ベルトアイドラー、タイミングベルトカバー、チェンガイド、キャニスターや燃料系のデリバリーパイプ、燃料配管、フィルターハウジングや電装系のコネクター、ジャンクションボックス、フューズブロック、センサーハウジング、スイッチケース、角度センサーホルダー、ＡＢＳアクチュエーター、排ガスコントロールバルブ、ＥＣＵハウジング、リレーブロック、ユニットケース、ハーネスコネクター、エアフロメーターハウジング、ディストリビュータカバー、ディストリビュータローター、イグニッションコイルカバーやトランスミッションのインヒビターズウィッチ、オイルストレーナー、バキュームポンプケース、シールリング、スピードメータギア、スピードメータホルダー、アキュムレータピストン、ガバナギア、エアブリザーホース、トルクコンバーターステーター、シフトレバーベース等のエンジン回り、機構部品やリレー、パワーウィンドウギアケース・センサー、ドアロックアクチュエーター、スパイラルケーブル、コンビネーションレバー、各種スイッチ・メーターボビン・カウンター、パワーシートベース等の車体関係電装部品やブレーキ回りのブレーキブースターピストン、ピストンリング等の部品やその他のクリップ、ファスナー。
【００２８】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、その他にも、各種機械部品、電気・電子部品、摺動部品、吸音材、使用後に焼却処分する医療器具容器材、建築用の木材代替品（木目材）、通信機器用筺体、放射線遮蔽材等に用いることができる。
【００２９】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、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。
【００３０】
実施例１
水不溶性繊維として、平均直径２０μｍ、平均長さ０．８５ｍｍで、αセルロース含量が９９質量％のセルロース系繊維凝集体を用い、熱可塑性重合体としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（融点１６１℃、ガラス転移温度２６℃）（（株）クラレ製，ＣＰ−１２１０）の１質量％水溶液を用い、次の方法で繊維成形体を得た。
【００３１】
まず、セルロース系繊維凝集体をターボミル（ターボ工業（株）製の粉砕機）にかけ、単繊維状態になるまで解砕した後、ターボミルから吐出されるセルロース系繊維に熱可塑性重合体水溶液を噴霧した。このときの噴霧量は、ターボミルのセルロース系繊維の吐出量１００ｋｇ／ｈｒに対し、熱可塑性重合体水溶液が５０ｋｇ／ｈｒとした。
【００３２】
次に、セルロース系繊維と熱可塑性重合体の混合物を、そのままローラー加圧式ディスクダイ付き造粒機（（株）ダルトン製）にかけ、周囲１０ｍｍ、長さ４ｍｍの円柱状の繊維成形体を得た。これらの繊維成形体について、形状保持率及び崩壊率を測定した。なお、崩壊率の測定は、温度５０℃、繊維成形体重量２０ｇ、プラスチック（ナイロン６）板による荷重２０ｋｇで行った。結果を表１に示す。
【００３３】
実施例２
熱可塑性重合体としてポリエチレングリコール（ＰＥＧ）（分子量１０００）（保土ヶ谷化学工業（株）製，ＰＴＧ−１０００）を用いたほかは実施例１と同様にして、繊維成形体を得た。形状保持率及び崩壊率の測定結果を表１に示す。
【００３４】
比較例１
水不溶性繊維として、シランカップリング剤〔ビニル・トリス（β−メトキシエトキシ）シラン〕で処理した直径１０μｍ、長さ３ｍｍのガラス繊維（旭硝子（株）製）を用いたほかは実施例１と同様にして、繊維成形体を得た。形状保持率及び崩壊率の測定結果を表１に示す。
【００３５】
比較例２
熱可塑性重合体に替えてカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣＮａ）（ダイセル化学工業（株）製，ＣＭＣダイセル）を用いたほかは実施例１と同様にして、繊維成形体を得た。形状保持率及び崩壊率の測定結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
0005005864.tif 000002
【００３７】
表１から明らかなとおり、セルロース繊維と熱可塑性重合体からなる繊維成形体は、形状保持性と崩壊性の両方が良かった。一方、比較例１は形状保持性、崩壊性とも悪いので実用困難であり、比較例２は崩壊性が悪いので、樹脂用の配合剤としては不適である。
【００３８】
実施例３、４、比較例３、４
ホモポリプロピレン（２３０℃、２．１６ｋｇのメルトレートフローが１０ｇ／ｍｉｎ）１００質量部に対して、それぞれ実施例１、２、比較例１、２で得た繊維成形体３０質量部を混合し、スクリュー径３０ｍｍの同方向２軸押出機（シリンダー温度は１９０℃に設定）を用いて溶融混練して、ペレットを得た。
【００３９】
これらのペレットを型締め圧１００トン、スクリュー径３２ｍｍの射出成形機（シリンダー温度は１９０℃に設定）により、ＩＳＯ規格のテストピースを作製し、表２に示す各試験項目の測定を行った。測定方法の詳細は下記の通りである。結果を表２に示す。
【００４０】
引張強さ（ＭＰａ）：ＩＳＯ引張試験片（厚み４ｍｍ、全長１５０ｍｍのダンベル片）を、２３℃、湿度５０％ＲＨの状態で９０時間放置後、オリエンテック（株）製ＵＴＭ−５Ｔを用いて測定した。つかみ具間の間隔１１５ｍｍ、標線間距離５０ｍｍに設定し、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで測定した。
【００４１】
曲げ弾性率（ＭＰａ）：ＩＳＯ曲げ試験片（長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み４ｍｍ）を、２３℃、湿度５０％ＲＨの状態で９０時間放置後、オリエンテック（株）製ＵＴＭ−５Ｔを用いて測定した。支持台のＲ＝５ｍｍ、圧子のＲ＝５ｍｍ、支持点間距離６４ｍｍに設定し、試験速度２ｍｍ／ｍｉｎで測定した。
【００４２】
燃焼残渣（質量％）：オーブン中で８００℃で５分間燃焼させたときの初期重量に対する燃焼残渣重量の割合を求めた。
【００４３】
分散性：ペレットを用いて熱プレス成形し、厚さ０．５ｍｍのシートを作製し、直径が１ｍｍ以上の繊維凝集塊の有無を確認した。
【００４４】
【表２】
0005005864.tif 000003
【００４５】
実施例３、４の成形体は、ポリプロピレン中に実施例１、２の繊維成形体が均一に分散されているので、引張強さ、曲げ弾性率が優れていた。更に、比重が小さいので比較例３、４の成形体に比べて軽量であり、燃焼残渣も無かった。
【００４６】
比較例３の成形体は、分散性は良いので、引張強さ、曲げ弾性率が優れていたが、実施例１、２の成形体に比べて重く、燃焼残渣が多かった。更に、シランカップリング剤処理しているので、実施例１、２に比べて製造コストが高くなった。
【００４７】
比較例４の成形体は、分散性が悪く、繊維の凝集塊が認められ、比重も均一ではなく、幅があった。このため、引張強さ、曲げ弾性率が劣っていた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の繊維成形体は、形状保持性及び崩壊性が優れているので、合成樹脂中における分散性が良く、合成樹脂用の強化材として適している。更に、本発明の繊維成形体を配合した樹脂成形体は、軽量で機械的強度が高いので、剛性等が要求される分野の材料用として適しており、燃焼残渣も無いので、廃棄処理も容易である。