JPH03272830A - 長繊維強化熱可塑性樹脂組成物及びその製造方法 - 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】 〔１窄業にの利用分野゛・ 本発明は長繊維′（強化された熱可塑性樹脂組成物長び
その製造方法に関する。

〔従来の技術とその課題＝ 長繊維で強化された熱可塑性樹脂組成物を製造する方法
としで、近年、引き抜き成形が注目されている。中でも
、連続した強化用繊維束を引きながら、す１コスー＼ツ
ドにおいて熱可塑１生樹脂の溶融物を含浸させたのち賦
形ダイを通して所望の形状ｊご賦形する方法は、操作が
容易で、しかも繊維含有単の制御も容易である。

しかしながら、このようにりｖ１スヘッドにおいで熱可
塑性樹脂の溶融物を含浸させ賦形する方法には、得られ
る成形品の表面に毛羽法ちが生ずるとい・う大きな問題
がある。これは、樹脂の含浸に先宜って７−］われるテ
ミニ。ジョン１．３−ル等による繊維０）開繊、溶融樹
脂Ｑ）含浸を１．ヨくするためクロスヘッド内ｊご設け
ふれた商状陣璧等による繊維のしごき、溶融樹脂の粘性
抵抗等により、連続繊維束の中の一部の繊維に破断が生
じ、樹脂の含浸された連続繊維束を賦形ダイを通［２過
剰の樹脂を絞り込み？二から賦形する時、絞り込まれた
過剰樹脂が柑ｚ１的に逆方向へ流動することにともなっ
て繊維が破断点から剥離し、これが毛羽立ちとな−って
現れるものと考えられる。

かかる毛羽立ちは、繊維強化樹脂の外観を損なうのみな
らず、これを用いて射出成形等の２次加丁に供する場合
、成形加工性の劣るものとなる。例えば、毛羽立ったべ
Ｉ／フット用い゛丁則出成形する場合、ペレットの流動
性が悪いためホッパー・てブリッジングを起こし、成形
不能に陥、ったり、必便量の樹脂がスクｒＪニーに食こ
）込まず、所望の形状あるいは特性を有する成形品が得
られないという問題が生じる。また、毛羽立った部分の
繊維が折れ、飛散することにより、作業環境を損ねると
いう問題もある。

このように、連続した強化繊維束を引きな力くら・７０
スヘツドにお；）で熱可塑性樹脂の溶融物て：’Ｘ　４
する長繊維強化熱可塑性樹脂組成物０＞製造？去ｊｉ、
・廿″１雫性がよく、得られる強化構造物も優れた特性
を自′するが、毛羽−ｊ′ｌちがｊセじや１−いと′、
、）う欠点があり、その改善が望まれていた５、「課題
を解決するだめの手段； 本発明者；よ、連続した強化用繊維束４・引きｉ＞がら
、すｏスヘッドにおいで熱可塑性樹脂Ｊ）溶融物を含浸
させる長繊維強化熱可塑性樹脂組成。

物の製造法におけるかかる課題を解決し、毛羽立ちが少
なく、成形加工性の良い長繊維強化樹脂祁成物を得るた
め鋭意検討じ、た結宋、毛羽立ちの発生ずる機構を解明
し、その改近策を見出Ｉ−１木発明に到達した。

即ち、本発明は連続し、た強化用繊維束を引きながら、
クロス−・ラドにおいて熱可塑性樹脂の溶融物を含浸さ
ぜる長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法において
、クロス′・ラドで強化用繊維束に第１の熱可塑性樹脂
の溶融物を含浸させたのち、さらにその表面（こ、第１
の熱可塑性＋！ｉ１脂と同一か異なる第２の熱ａＪ塑性
樹脂の溶＠物を被覆し、賦形ダイろ湧ｊ、″ご賦形する
ことを！１！微とする長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の
製造Ｈ＞２、及′−（かかる方法により祷られる長繊維
強化熱可塑性樹脂組成物を提供するものである。

本発明を実施するにあだ、っでは、例えば第１図に示し
た方沃及コ、（装置θをＪｌ、Ｉいるのが奸ま［７く、
以ド、第１図を参鰯して一本発明を更ｊ二詳細ｊこ説明
する。勿論、本発明は、ここニー例示（また装置及び方
法のみに限定されるものこはない。

本発明において長繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造す
るにあたっては、ま４″、連続した強化用繊維束１が供
給される。用いられる強化用繊維の種類どしては持に制
約はなく、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、全屈繊維、
芳香族ポリアミド繊維等の高融点く高軟化点）繊維等が
何れも使用でき、また、その形態としでは、口・−ピン
グ、ヤーン等の連続した繊維であればいずれも使用でき
る。特に、取り扱いが容易Ｃ点でロー・ピング状のもの
が好まし７い。本発明において上記の如き繊維は、２種
以上を組み合わせて使用することも白Ｔ能である。、ま
た、これらの繊維は、樹脂との接着性をよくするため、
公知の表向処理剤で処理したものであってもよい。かか
る強化用繊維束は、次にクロスヘッドにおいて熱可塑性
樹脂の溶融物夕含浸させるに先ｊγち、予め加熱し７高
温の強化用繊維束を樹脂の溶融物と接触させるのが好ま
しく、寸たテンションｒ１−ル等により開繊し、ておく
のも好ましい。

次に、強化用繊維束はりＤスヘッドに導かれ、まず第１
の熱ｉＪｖ性樹脂の溶融物が含浸される３、含浸のため
に用いる第１の熱可塑性樹脂の強化用ｗＡ紺東に対する
割合は、「］的とする最終組成（！ｌｌｉ維含有令）及
び次の被覆工程で用いる第２の熱可塑性樹脂の量によ−
７でも変わるが、−船釣には強化用繊維束１０〜・８５
集量％に対し、第１の熱可塑性樹脂綿１１０へ一１５重
量％が含浸される。

好まし７くは強化用繊維約２１］〜８０重量％１ご対し
、約８０〜２０重量％、更に好”マ、シ＜は強化用繊維
約４０〜７５重量％に対し２、約６０〜２５Φ９％であ
る。

強化用繊維束に含浸させる第１の熱可塑性樹脂の比率が
渦中の場合は繊維束の含ｄが不′Ｉ−分とフェリ、毛羽
立ちが増大４るのみならず、これ４史に２次加］二（例
えば身・］出成１形）した時の成」う品の物性も劣るも
の１：なり、好まし、＜　フ；　Ｗ）０　％こて、繊維
束に含浸するための第１の熱可塑性樹脂としては、例え
ば、ポリエチレン、ポリプＴ１ピレン、ポリエチレンう
゛し′クタレー　トやポリブチレンテレフタレート等の
ポリエステル、ナイロン６、ナイＴ−１Ｖン６６、ナイ
ロン１１、ナイロン１２、ナイロン（ｊｌｏ、ナイロン
６１２等のポリｙ′ミド、ポリアセターノし、ポリカー
ボネート、ポリウレタン、ポリフェニレンオキサイド、
ポリフェニレンオキサイド、ポリスノｌフオン、ホリエ
ーテルウ”トン、ホリ毛・−テノｌ、’ｆミド、ポリエ
ーブルイミド等のＳ・Σ知の熱可塑性樹脂がいずれも使
用できる。、これらの樹脂は２種以にを混合しで使用し
こ〜もよい９本発明のかかる第１の熱可塑性樹脂として
は、通常、創出成形、押出成形等の各種成形加Ｉに用い
られるＪうプ；高分子量で、これを繊維に含浸した場合
、それだけで十分な補強効果を発揮１−るもｏ）ｈ＜　
ｔｉ１″ましいつ樹脂の含浸に用し）るりＬ】スヘ・ノ
ドの形状、クロス−＼ノドへの連続繊維東及こ、Ｓ第１
の熱可塑性樹脂の導入方法については特に制約：よなく
、公知の方法がいずれも適用できる。

特ｊこ好ましいクロスヘッドは、第１図ニー例ホしたよ
うに、第１の熱可塑性樹脂による台ｄ工程に、繊維束の
引取り方向と：、よぼ直角む１又は２以上の凸状障壁を
設けたものであり、−のクロスヘッドを通し２て、張力
下で繊維束を引きながら第１の熱可塑性樹脂を含浸させ
ることにより、熱可塑性樹脂のｆ＝１着した繊維束がｆ
ｆ’＋状障壁によ−ってしごかれ、繊維束に対する樹脂
の＾澄が促進される。

さて、従来より知られている、クロスヘッドを用；Ａて
熱可塑性樹脂を含浸させる長繊維強化熱１１Ｊ塑性樹脂
組戊物の製造γｌ、においては、上記のようにし２て熱
可塑性樹脂の含ｄされた連続繊維束は、直接、賦形ダイ
を湧すこまに、）、り過剰な樹脂を絞り込む・とともに
、ストランド状、テープ状、ン・−ト状あるいは特殊形
状等ｊ、ｍ　Ｆ　ニーられ、ダイかさ引き抜かれていた
６、二〇）時、賦形ダイこ・絞り込まれプニ過刺プニ樹
脂：ま、連続繊維束の引取り方向５Ｊ−は相対的に反′
＆１のノＪ向（こ流動１７、これ：こ、より生じた剪断
応力が連続繊維束（こ作用ｊ１、繊維東外！蕾の繊維の
一部を破損さｔトる１、また、賦形ダイに４５ける絞り
込みの片方（Ｊ−よ−０、でも繊維の一部が破損する。

７、二の、１″、うに１７で”７．＋−：じだ繊細の切
断点及びこれ」、−コの繊維０）開、磁あるいは含浸工
程て・牛゛じた繊維ζ）切；析点は２、寸５．；［ｊの
如き、連続繊維束の引取り、、ｌＪ四とは相対的ｊ二反
対方向ｊ、二流動４″る過剰樹脂の流れに引９．張られ
、！ｊＪ１維東からｙ、ｌＪ　Ｄする二とにより、賦形
ダイから引き取られる強化樹脂組成物の表向：、″毛羽
＼ｉちとなっで現れる。かかる毛羽立らは、従来の方法
では避けることのできない問題であ、ったっこれに対し
２本発明は、かかる毛羽−αちの問題を解決４−るため
、第１の熱可塑性樹脂が含浸された連続繊維束の表面（
′：、さらに筆２の熱可塑性樹脂の溶融物を加えこ被覆
し、賦形ダイで賦形することを特徴とする１、第２の熱
ｌｊ］′塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂９）］〜５０
重量部に幻［，２１〜５０重量部の割合で用しするのが
好まし、く、特゛に奸ま（、＜は第１の熱可塑性樹脂９
７〜７０＠量部に幻し３・−３０重窪部“で゛ある３、
第１０熱可塑性樹脂に対する第２の皇（１可塑性樹脂の
割合が過少の場合は毛１羽Ｘ１２ちＱ−）問題を改巴４
−ることはできず、逆にモの割合が過（になると２次加
圧後の柑料組成力く不Ｊ、ｊ、−ｊ、−にな１′）易く
、局部的に繊維ａ度にむら力（生じるため好まし、くな
い。第２の熱可塑性相）指の溶融物と被覆するに先送ち
、第１の熱可翠性樹１１ｉｉが含ｄされた連続１東を賦
形するこ８とは特に必要ではないツバ、第２の熱可塑性
樹脂による被覆をより効果的に行うため、〜・船釣には
賦形し、ておくのがＡｆｉｌ、い。その場合にも、この
賦形ダイにお（・する過剰樹脂の絞り込みは軒く行ヒ、
）、最絆的九樹脂の絞り込みは、第２の熱可塑性樹脂を
被覆（６，た後の賦形ダイご行うのが良く、前者賦形ダ
・イの各ノズル断面積は、後者賦形ダイの各ノズルｔＩ
Ｉ−ｍｊ積の１．２〜・：３倍とすルのが奸′よし１、
い。これ１．＝より、この段階Ｃの繊維の破断及びこれ
ｊコ、伸う毛羽法ちのもとは解消される。また、第２の
熱可塑性樹脂の溶融物ｊごよる被覆工稈長５び七の賦形
「程は、第１の熱１−１ｆ塑性樹脂：こよる含浸工程と
は別個；ご設けた装置で行ってもよいが、第１図Ｇ）如
く、第１の熱６丁塑性樹脂を含浸するためのりＨｒス・
・・ツバあるいは１ツｊ望に、」りこれを賦形Ｊるため
に設けられた賦形ダイに直結させこ゛すＴ１１１スー・
ツバを利用した被覆■〕程を１役け、強化用繊維束：こ
含浸された第１の熱６Ｊ塑性樹脂を冷却固化さ七るこ−
となく、該繊維束を被”覆Ｊ：程に送り、押出機あるい
はギヤポンプ等で第２の熱ｉ′Ｊ］’塑性樹脂の溶融物
を被覆上程に圧入し２て強化用繊維束を被覆することが
特に好ましい。ここで、被覆に用いられる第２の熱可塑
性樹脂としでは、含浸に用いられる第１の熱可塑性樹脂
として例示（、たような公知の熱可塑性樹脂がいずれも
便用できる。また、第２の艷１．Ｉ丁塑性樹脂は第１の
熱可塑性！１′脂と同じてあ、ても異なっていてもよい
。

次：ご、第２の熱可塑性樹脂が被覆された強化用織組−
東は、７賦形ダイにより過剰を溶融樹脂を絞り込みなが
ら引き抜かれ、所望の形状に賦形される。この時、賦形
ダイを通る強化ｉ１ｉ　悲稚東には第１の熱可塑性樹脂
が含浸され、イーの表洲に第２の熱６Ｊ塑性樹脂が被覆
されて１．）る、酬め、過重６　ｔ、；　１脂の綬り込
みに伴う、強化用、繊維束に対する直接的な作用は緩和
されて′おり、強い絞り込＾を行った時でさえ、従来、
樹脂含浸後、直ちに賦形ダイで賦形し！、：′時にｌｔ
じた。よ）な毛羽立ちの発′ｔは大幅ｊ二抑制される。

この６寸、うに１８、丁得られた長繊維強化樹脂組成物
は、引取りＹ】−ル５等を用いて１３Ｉき取る３、引き
取った樹脂部族ｆ！ｙ、　ｇよ、そのまま成形工程等に
移送Ｊ゛ることもてきるが、−船釣には、射出成形等に
供４−るたぬ、適当な長さに切断したベレット状とする
のが好ましい。

本発明は、上記の如く、長繊維強化熱可塑性樹脂翔戊吻
の製造方法に特徴を有するもの−こ−あり、その組成、
例えば、強化用繊維の含有９に−“）いでは特ｊ、、１
″制約はないが、強化用繊維の含ｆ］′量力＜多い場合
、例えば４０−８０重ｈ１％の場合に粕に本発明の効果
が顕著である１、一方、（１１られる強化樹脂組成物の
諸物性の面から考えると、強化、＃−１織椎の配合量と
１．ではＩｃ１−８０改量％（糸ｆ１．７ｉ見物中）が
好まし、＜、特−：Ｘ：奸→（２いのは２０へ一７０’
ｈ−渠％（組成物中）である。また、木兄ｊｌｌ　！ｍ
よって得られる樹脂組成物には、目的、用途にトタクじ
て、−゛般；ご熱可塑性樹脂に添加される各柿の物質、
例えば酸化防止剤、耐熱、安定剤、紫＋１．線吸収剤等
の安定剤、帯電防１［剤、潤滑剤、ＥｉＪ塑剤、＃製剤
、Ｎ燃剤、難燃助剤、結晶化促進剤、染料や顔料等の着
色剤等を配合づ−ることも可能ごある。これらの添加物
：ｉ、マトリックスとなる上記の如き熱′ｉ」Ｊ塑性樹
脂ｊこ予め配合された形で用いてもよし）。

〔実　施　例〕

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

実施例１及び比較例１−２ 概ね第１図の如き構成からなる装置を用い、クロスヘッ
ド１（］を通［、でガラス繊維のＴ７−ピングを連続的
に引きな力（ろりτフスヘッドの別の「］（第１の熱ｉ
’Ｊ塑性樹脂の供給部〉　８から第１０）熱可塑性樹脂
と（５，でポリプロピレン（Ｍｌ・１５）の溶融物（２
３０℃）を供給し、−テ′含ｄさせ、ノズル径５ｍｍの
賦形ダイ３で賦形したのら、第２の熱６Ｊ塑性樹脂どし
てポリプロピレン（Ｍ＋＝＝１．４）の溶ｌ物（２３０
ｔ：）を別の供給「］（第２の熱「コ丁塑性樹脂の供給
部）９より供給し含浸繊維束の表面を被覆し、さらｊコ
ノズル径３ｍｍの賦形ダイ５で賦形してストランドとし
て゛引き取り、切断し、ガラス繊維含有１４０重量％（
組成物中）で長さ１２ｍｍのペレット状組成物を得た。

含浸に用いた第１の熱可塑性樹脂（＋、＋＋・１５のポ
リプＬ」ピレン）と被覆に用いた第２の熱ｌ″ＩＪ塑性
樹脂ｃＭＩ・−１□４の＝ｆ　ＩＪプ１】ピレン）の割
合は９０　：　１０　（ｆｆｉ！ｌａ社）である。

一方、比較のため、第１図の装置から賦形ダイ３と第２
の熱１１１Ｋ］塑性樹脂’　１１ｇ−１ｉる被ｙ王稈４
を取り外し、含授丁：程２にノズル径：３ｍｒｎの賦形
ゲイ５を接続し７た装置を用い、第１の熱＝ｉＪ！’！
！性樹脂（ｙ＋＝１５のボリブ１コピトン）の溶融物（
比較例１では２３０℃、比較例２では２’ｌＯｔ）のみ
を含浸させたペレット状組成物を調製し、た１、実施例
１及び比較例１〜・２の組成１物の調製ｊこおけるスト
ランドの壬、′、１訃γ１．）状況及び得られたベレッ
トの形状を観察４るとともに、これらのペレット状組成
物を用いて試験片を射出成形し２、］パ記、の測定法で
評価１．、ｙ　ｊ、″。

結果を第１表１５．゛示４゛。

引張強度：　ＡＳＴシ＋　０６３８に準拠衝撃強度：Ａ
ＳＴＭ　Ｄ−２５６に準拠し２、ノッチイ・１きＴイジ
ツト衝撃強度を測定（試験片の 厚さ６．３ｍｍ） 尚、別途、ポリグロピし／ン（Ｍｉ・１５）と１′！リ
ブｌ〕ピレン（＋、＋＋・１．４）を実施例１と同じ割
合で混合した溶融物を用い、比較例１及び２の条件ごペ
レ７）を調製し評価し、フコが、結果は比較例１及び２
と殆ど変わることはなか−１、た。

実施例２及び比較例３〜４ 第１の熱可塑性樹脂どしてポリブチレンチＬ・フクレー
）　（＋、＋＋・１８〉　の溶融物（２５０℃）を用い
、第２の熱可塑性樹脂としてポリブチレンチレフタレ−
ト（ＭＩ＝１０＞の溶融物（２５０℃）を用いた以外は
実施例１と同様にし゛こ、実施例２のペレット状組成物
を調製し評価した。尚、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱
可塑性樹脂の割合は９０：１．０（重量比）である。

一方、比較のため、ポリブチレンチレフタレ−）　（＋
、＋＋・１８）の溶融物（比較例３では２５０℃、比較
例４では３１０℃）のみを用い、比較例１及び２と同様
にし、てペレット状組成物咥調製し評価した３゜ 評価結果を第２表に示す。

〔発明の効果〕

以上の説明並びに実施例により明らかなように、連続し
、た強化用繊維束を引きながらクロスヘッドにおいて熱
可塑性樹脂の溶融物を含浸させる長繊維強化熱可塑性樹
脂組成物の製造方法において、強化用繊維束に第１の熱
可塑性樹脂の溶融物を含浸させたのち、さらにその表面
に、第２の熱可塑性樹脂の溶融物を被覆し、賦形ダイを
通して賦形する本発明の方法によれば、従来のクロスヘ
ッドを用いた溶融引き抜き成形状では避けることのでき
なかった毛羽立ちの問題が著し２く改善され、表面が平
滑で、形状の撃。

た長繊維強化樹脂組成物が得られ６ため、これを最終製
品どする場合においても好ましく、また、これを用いて
成形加工を行う場合においても、成形部−工性が良いと
いう大きな特徴を有”する。また、本発明の方法による
長繊維強化樹脂組成物は、含浸不良による繊維のほぐれ
、飛散の問題も改善されるという２次的な効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に適用するのが好ましいり工】スヘッ
ドを用いた長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造法（及
び製造装置）の−例を示ず略本図′こある。 １・・・強化用繊維束 ２・・・第１の熱、可塑性樹脂：こよる食滞工程３・・
・賦形ダイ ４・・・第２の熱ｉ３Ｊ壓性樹脂：、二よる被覆工程５
・・・賦形ダイ ６・・・引取りロール ７・・・パレクイザー ８・・・第１の熱り塑性樹脂の供給部 ９・・・第２の熱−７１ｉＪ塑性樹脂の供給部１０・・
・クロスヘッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　連続した強化用繊維束を引きながら、クロスヘッド
   において熱可塑性樹脂の溶融物を含浸させる長繊維強化
   熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、クロスヘッド
   で強化用繊維束に第１の熱可塑性樹脂の溶融物を含浸さ
   せたのち、さらにその表面に、第１の熱可塑性樹脂と同
   一か異なる第２の熱可塑性樹脂の溶融物を被覆し、賦形
   ダイを通して賦形することを特徴とする長繊維強化熱可
   塑性樹脂組成物の製造方法。 ２　クロスヘッドが、第１の熱可塑性樹脂の溶融物によ
   る強化用繊維束の含浸工程、第１の熱可塑性樹脂の溶融
   物が含浸された強化用繊維束の表面に第２の熱可塑性樹
   脂の溶融物を被覆するための被覆工程及びこれを賦形す
   るための賦形ダイを有してなるものであり、該クロスヘ
   ッドを通して連続した強化用繊維束を引きながら、第１
   の熱可塑性樹脂の溶融物を含浸させたのち、第２の熱可
   塑性樹脂の溶融物を供給して被覆し、賦形ダイを通して
   賦形する請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂組成物
   の製造方法。 ３　第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂を９９〜
   ５０：１〜５０（重量比）の割合で使用して強化用繊維
   束の含浸及び被覆を行い、組成物中に１０〜８０重量％
   の強化用繊維を含有させる請求項１又は２記載の長繊維
   強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ４　請求項１〜３のいずれか１項記載の長繊維強化熱可
   塑性樹脂組成物の製造方法によって得られる組成物であ
   って、該組成物は、強化用繊維とこれに含浸された第１
   の熱可塑性樹脂からなる内層及びその表面に被覆され強
   化用繊維を含まない第２の熱可塑性樹脂からなる外層に
   よって形成されており、強化用繊維が樹脂組成物の長手
   方向全長にわたって実質的に連続し、且つほぼ平行な状
   態で配列していることを特徴とする長繊維強化熱可塑性
   樹脂組成物。