JPH02292009A - 長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法及び成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は長繊維で強化された熱可塑性樹脂組成物を射出
成形するための成形法およびこれによって得られる成形
品に関する。特に、長繊維で強化された熱可塑性樹脂組
成物の特徴を生かし、強度、剛性、耐衝撃性、寸法精度
、表面平滑性等に優れた成形品を得るための射出成形法
および成形品に関するものである。

〔従来の技術とその課題〕

引き抜き成形法、フィラメントワインディング法等によ
って得られる長繊維で強化され且つ繊維が引き揃えられ
た樹脂組成物または成形品は、長繊維の有する性質を最
大限に利用し、樹脂の強度、剛性、衝撃特性等を向上さ
せるものとして好ましいものである。従来、かかる長繊
維強化樹脂組成物または成形品は、繊維を樹脂で含浸さ
せるための容易さから、熱硬化性樹脂を基体樹脂とする
ものが殆どであったが、熱硬化性樹脂を基体樹脂とした
場合には、後でこれを反応・硬化させる工程が必要とな
り、成形加工効率（生産性）が劣るのみならず、成形品
の形状も限られたものとなるという欠点があり、汎用性
に欠けるものであった。一方、熱可塑性樹脂を基体樹脂
とした場合には、樹脂の粘度が高いため樹脂が繊維に十
分に含浸されず、その結果、繊維と樹脂が容易に分離し
、成形加工性を損ねたり、繊維による補強効果が充分に
得られないという欠点を有しており、実用性に欠けるも
のであったが、近年の含浸技術の進歩、特に装置面での
改良に伴い、熱可塑性樹脂を基体樹脂とした含浸性の良
い長職維強化樹脂組成物の製造が可能になるに至って、
にわかに注目を集めるようになってきた。

しかしながら、潜在的には極めて優れた性質を有する、
かかる長繊維強化熱可塑性樹脂組成物も、その特徴を生
かすための射出成形技術が確立されておらず、成形加工
時に、その優れた性質を損なうという問題があった。即
ち、かかる長ｕａｍ強化熱可塑性樹脂組成物を、従来か
ら知られている射出成形技術により成形すると、成形時
に繊維が折れ、その結果、長繊維強化の特徴は失われ、
短繊維強化樹脂組成物の成形品が有する物性と殆ど変わ
らないものとなってしまうという問題があり、長繊維強
化熱可塑性樹脂組成物の特徴を生かし、強度、剛性、衝
撃特性、低変形性、成形品表面状態等の一段と優れた成
形品を得るためには、成形技術の改善が必須である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、かかる課題に対し、長繊維強化熱可塑性
樹脂組成物が本来有している優れた性質を充分に生かし
、一段と優れた強度、剛性、衝撃特性、低変形性等を有
する成形品を得る為の成形方法について鋭意検討した結
果、本発明に到達した。

即ち、本発明はペレットと実質的に同一長さでかつペレ
ットの長さ方向に配列した繊維を１０〜８０重量％（組
成物中）含有する長さ３ｍｍ以上のペレット状の熱可塑
性樹脂組成物を成形するにあたり、ノズルの径を６＋ｎ
ｍ以上とした射出成形機を用いることを特徴とする長繊
維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法および、
これによって得られる成形品に関するものである。

まず初めに、本発明の成形法について説明する。

本発明の成形法は、長繊維で強化されている熱可塑性樹
脂組成物が本来有する優れた性質を生かし、強度、剛性
、衝撃特性等の高い成形品を得るという目的から考えら
れたものであり、次のような特徴を有するものである。

まず、本発明の成形法においては、ノズルの径が６ｍｍ
以上である成形機を用いることが必須である。ノズルの
径がこれより小さく、従来一般の射出成形機で採用され
てきたような２〜５ｌ！ｌｍのノズル径を有する成形機
を用いて成形したのでは、溶融した樹脂組成物の射出時
にノズル部での繊維の折損が激しく、目的とする強度、
剛性、衝撃強度等が高い成形品を得ることは出来ないこ
とが判明した。逆にノズル径の上限については特に規定
はなく、成形機のシリンダーの径等との関係で許容され
る限り大きなものとすることができる。また、好ましい
ノズルの径はシリンダー径とも関連があり、ノズル径／
シリンダー径の比で０．　１３以上の成形機を用いるの
が好ましい。

また、かかるノズル径の要件に加え、さらに成形機スク
リューの溝の深さを実質上スクリュー全長にわたり５ｍ
ｍ以上とし、少なくともフイード部においては７ｍｍ以
上とした成形機を用いることが一層有効であることが認
められた。スクリューの溝の深さを、従来の一般の射出
成形機で用いられている如く、計量８（通常は最小部）
において２〜５　ｍｍ，フィード部において４〜７ｍｍ
程度にした成形機を用いた場合には、可塑化、混練時の
スクリュ一部での繊維の折損による成形品の物性への影
響が必ずしも無視できないものとなる。スクリューの溝
深さの上限は、スクリューの径あるいは強度との関係に
おいて許容される範囲で、大きなものとすることができ
る。より好ましくは、スクリューの溝深さを実質上スク
リュー全長にわたり６．５ｍＩＩ１以上とし、少なくと
もフィード部においては８．５ｍｍ以上とした射出成形
機を用いて成形することである。

また、スクリューの溝深さ／シリンダー径の比をスクリ
ュー全長にわたり０．１以上とし、少な《ともフィード
部においては０．１４以上とした成形機を用いるのが好
ましい。

また、スクリューの長さ（し）／径（Ｄ）の比を７〜ｌ
５とした成形機を用いることも有効である。

スクリューの長さ（し）／径（Ｉ））の比が７未満では
、可塑化、混練能力が低Ｆし、逆に、スクリューの長さ
（い／径（Ｄ）の比が従来の一般の射出成形機で用いら
れている１５〜２５程度では、混練による繊維の折損が
認められ、長繊維強化組成物の優れた性質が幾分損なわ
れることになる。より好ましいスクリューの長さ（Ｌ）
／径（Ｄ）の比は９〜１３である。

また、圧縮比が１．８より小さいスクリューを用いるの
も好ましい。

本発明においては、長繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成
形するにあたり、上記の如く改良の加えられた射出成形
機を用いて成形すれば、成形時の繊維の折損が緩和され
、それだけでも強度、剛性、衝撃特性等の優れた成形品
が得られるが、更に一段と高い特性を有する成形品を得
るためには、さらに以下に述べる成形条件を採用するの
が好ましい。

まず、好ましい成形条件の１つとして、樹脂組成物を計
量、可が化するにあたって、スクリュー回転数２０〜５
０ｒｐｍ　，背圧０　〜５０ｋｇ／ｃｍ’で行うことが
挙げられる。スクリュー回転数が２Ｏｒｐｍ未満では樹
脂の計量、可塑化に時間がかかり、成形性、特に成形サ
イクルの面で劣るものとなり、逆に通常の成形で用いら
れるような５０〜２００ｒｐｍの高回転数では、繊維の
折損による物性面への影響が無視できなくなる。また、
背圧についても、一般に用いられる５０〜１００ｋｇ／
ｃｍ２では、繊維の折損により物性が幾分損なわれるこ
とは避けられない。より好ましくはＯ〜３０ｋｇ／ｃｍ
”である。

また、別の好ましい成形条件として、射出速度（スクリ
ュー前進速度）０．２〜ｌ，Ｑｍ／ｍｉｎで成形を行う
ことが挙げられる。射出速度が極めて小さい場合には成
形サイクル、充填不良等、成形性の面で劣るものとなり
、逆に通常用いられるような１〜１０ｍ／ｍｉｎでは繊
維の折損による物性面への影響は避けがたいものとなる
。

また、射出成形における樹脂温度としては、従来、Ｉ！
！維強化樹脂組成物の成形で一般的に用いられてきた樹
脂温度より、幾分高い温度とするのが好ましい。

なお、以上の説明で触れなかったその他の成形機の構造
、成形条件等については、特に制約はなく、公知の成形
機の構造、成形条件等から適宜選択して用いればよい。

次に、本発明において成形に用いられる長繊維を含有す
る熱可塑性樹脂組成物について説明する。

本発明において用いられる長繊維含有熱可塑性樹脂組成
物は、ペレットと実質的に同一長さでかつペレットの長
さ方向に配列したｍ維をｌθ〜８０重量％（組成物中）
含有する長さ３ｍｍ以上のベレフト状の組成物であり、
例えば、引き抜き成形等の製造法により得られるもので
ある。

特に長さ５ｍｍ以上のペレット状組成物を用いるのが好
ましい。

ここで、基体となる熱可塑性樹脂としては特に制約はな
く、公知の熱可塑性樹脂がいずれも使用できる。例えば
、オレフィン系重合体（ポリエチレン、ポリプロピレン
等）、アクリレートあるいはメタクリレート系重合体（
ポリメチルメタクリレート等）、ボリスチレン、ＡＳ樹
脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール、ボリアミド（ナイロ
ン６．６６等）、ポリエステル（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）、ポリカーボ
ネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリウレタン等
が挙げられる。

これらの樹脂は、グラフト、架橋等公知の方法で変性し
たものであってもよい。また、これらの樹脂を２種以上
を併用することも可能である。

また、繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、シリカ繊
維、シリカ・アルミナ繊維、硼素繊維、窒化硼素繊維、
チタン酸カリ、金属繊維、耐熱性高分子繊維等公知の磯
維がいずれも使用でき、２種以上を併用することも可能
であるが、特に好ましいのはガラス繊維、炭素繊維およ
び耐熱性高分子穢維である。かかる繊維の含有量は、組
成物中ｌＯ〜８０重量％である。繊維の含有量が１０重
量％未満では強度、剛性、衝撃強度等の十分な向上を得
ることは出来ず、８０重量％を越えると成形が著しく困
難なものとなる。特に３０〜７０重量％の高濃度の長繊
維を含有する樹脂組成物に対し本発明の成形法を適用し
た場合、その効果は顕著であり、従来の成形法の欠点で
あった繊維の折損を防止することにより、強度、剛性、
衝撃強度等の面で著しい向上が可能となり、しかも成形
不良を起こす等の問題もなく、極めて好適である。

また、本発明で用いられる長繊維強化樹脂組成物は、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
防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、難燃剤
、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、結晶化促進剤、結晶
核剤、カーボンブラック、ガラスビーズ、ガラス粉、ガ
ラスフレーク、シリカ、マイ力等の粉粒状あるいは板状
の無機充填剤等を含むものであってもよい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが
、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１〜１１および比較例１〜７ 第１表〜第３表の如き長繊維で強化された熱可塑性樹脂
組成物（いずれも引き抜き成形法によって得られた長さ
１　２ｎ＋ｎ＋のペレット状のもので、繊維長は実質上
、ペレットと同一長さ）を、同表に示した如き本発明で
規定される要件を備えた成形法により射出成形した。物
性等の評価結果を第１表〜第３表に示す。

また、比較のため、実施例で用いたものと同じ樹脂組成
物を、従来から知られた成形法で成形し評価した結果、
および、従来から知られている短繊維で強化された熱可
塑性樹脂組成物を、本発明で規定される要件を備えた成
形法で成形し評価した結果を第１表〜第３表に併記する
。

なお、評価した物性等の測定法は、以下の通りである。

引張強度、伸度：　ＡＳＴＭ　Ｄ−６３８に準拠曲げ弾
性率：　ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０に牟拠衝撃強度：　ＡＳ
ＴＭ　Ｄ−２５６に準拠分散繊維長：引張試験用の成形
片を用い、樹脂を分解除去した後、残 った繊維を、万能投影機に かけ測定した 成形品の反り：　１２０ｍｍ角で厚さ２ｍｍの平板を成
形し、その反りの具 合を肉眼観察し、相対評価 した 表面状態（粗さ）：上記成形片（平板）を肉眼で観察し
、表面の平滑性 （粗さ）を相対評価した この結果から、本発明の成形方法は、長繊維で強化され
た熱可塑性樹脂組成物の成形にあたって、特別な効果を
示すことが伺える。

〔発明の効果〕

以上の説明ならびに実施例により明らかなように、本発
明の射出成形法によれば、成形時における繊維の折損が
著しく改善され、長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物
が本来有している優れた性質を、いかんなく発揮した強
度、剛性、耐衝撃性、寸法精度、表面平滑性等の優れた
成形品を得ることが出来る極めて有用なものであり、こ
れにより長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の用途を
飛躍的に広げ得るものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ペレットと実質的に同一長さでかつペレットの長さ
   方向に配列した繊維を１０〜８０重量％（組成物中）含
   有する長さ３ｍｍ以上のペレット状の熱可塑性樹脂組成
   物を成形するにあたり、ノズルの径を６ｍｍ以上とした
   射出成形機を用いることを特徴とする長繊維を含有する
   熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。 ２　スクリューの溝の深さが実質上スクリュー全長にわ
   たり５ｍｍ以上であり、少なくともフィード部において
   はスクリューの溝の深さが７ｍｍ以上である射出成形機
   を用いる請求項１記載の長繊維を含有する熱可塑性樹脂
   組成物の射出成形法。 ３　スクリューの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比が７〜１５
   である射出成形機を用いる請求項１または２記載の長繊
   維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。 ４　スクリューの圧縮比が１．８より小さい射出成形機
   を用いる請求項１〜３のいずれか１項記載の長繊維を含
   有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。 ５　スクリュー回転数２０〜５０ｒｐｍ、背圧０〜５０
   ｋｇ／ｃｍ＾２の条件で射出成形する請求項１〜４のい
   ずれか１項記載の長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物
   の射出成形法。 ６　射出速度（スクリュー前進速度）０．２〜１．０ｍ
   ／ｍｉｎで成形する請求項１〜５のいずれか１項記載の
   長繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物の射出成形法。 ７　請求項１〜６のいずれか１項記載の長繊維を含有す
   る熱可塑性樹脂組成物の射出成形法によって得られる熱
   可塑性樹脂成形品。