JPH06320536A - 長繊維強化合成樹脂ストランドまたはペレット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 引揃えられた長繊維に合成樹脂を含浸させて
なる長繊維強化合成樹脂ストランドまたは任意長さに切
断された長繊維強化合成樹脂ペレットであって、該スト
ランドまたはペレットは、繊維含有率の高い層と、繊維
含有率の低い層によって構成されたものである。 【効果】 長繊維が束となって引き揃えられた状態を
保ったストランドまたはペレットであるため、成形品の
耐衝撃強度が良好、繊維束を含浸させるための樹脂は
低粘度のものであり、含浸スピードが速い、繊維束を
含浸させるための樹脂以外に、該樹脂の分子量不足等の
問題を補うための樹脂を使用した複合ストランドまたは
ペレットであるので高強度・高弾性の成形品が得られ
る、長繊維束が完全に樹脂に含浸しているため、毛羽
立ちが起きにくい、特に炭素繊維の様な導電性繊維を
使用すると、電気伝導度良好な成形品が得られる、等の
効果を有する長繊維強化合成樹脂ストランドまたはペレ
ットを提供することができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形、射出圧縮成
形、圧縮成形等の製造原料として使用される長繊維強化
合成樹脂ストランドまたはペレットに関し、詳細には、
含浸状態が良好でかつ繊維含有率の高い層と、樹脂リッ
チな層との複合構造を有し、高強度・高弾性の繊維強化
樹脂成形品を与える成形用ストランドまたはペレットに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ機器やＡＶ機器等をはじめとする様
々な機器のケーシング材や構造材として用いられている
プラスチック成形品に高強度・高弾性を付与し、あるい
は導電性を付与するための成形材料として、合成樹脂と
強化繊維を複合した成形用ペレットが知られている。一
般に、このような成形用ペレットは強化用短繊維をラン
ダムに樹脂含浸させたものが使用されているが、ＦＲＰ
のさらなる高強度化要求に伴ない、これら従来の短繊維
成形用ペレットでは満足のいく強化効果が得られなくな
ってきた。

【０００３】そこで、長繊維状の強化繊維を複合したペ
レットが考案され、それなりに優れた強化効果を発揮し
ている。しかし、これらの長繊維ペレットには、長繊維
が樹脂と良好な含浸状態となると、モノフィラメント状
に分散することとなって、成形品の耐衝撃強度が期待す
る程向上しないという問題があった。

【０００４】この問題を解決するために、長繊維がモノ
フィラメント状に分散しない様に繊維束状態で樹脂に含
浸させると、高分子量の樹脂の場合溶融粘度が高くなる
ので、繊維束内部まで樹脂が含浸せずに不均一となって
毛羽立ちやすくなるか、含浸に非常に時間がかかって生
産効率が悪化してしまう。また、樹脂の含浸時の雰囲気
温度を上げることで樹脂粘度を下げて含浸状態の改良を
試みると、樹脂の熱劣化が起こり成形品の強度が低下す
ることが多い。従って、ロービング状長繊維を良好な含
浸状態で、しかも高強度・高弾性を与え得るマトリック
ス樹脂中に複合した長繊維強化ペレットは得られていな
いのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】強化用長繊維を繊維束
状態で樹脂含浸させ、高強度・高弾性の成形品を与え得
る成形用原料を生産性良く提供しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明は、引揃えられた長繊維に合成樹脂を含
浸させてなる長繊維強化合成樹脂ストランドまたは任意
長さに切断された長繊維強化合成樹脂ペレットであっ
て、該ストランドまたはペレットは、繊維含有率の高い
層と、繊維含有率の低い層によって構成されたものであ
るところに要旨を有するものである。

【０００７】

【作用】本発明の成形用ストランドまたはペレットは、
上記の様に、長繊維の強化効果を最大限に発揮させるた
めに、繊維が引き揃えられた状態で良好に樹脂と含浸し
ている部分と、長繊維の含有率が低い部分とからなるこ
とを特徴としている。この繊維含有率の高い部分と低い
部分は、ストランド中で前者がコアで後者がシェルのコ
ア・シェル構造をとったり、前者が「島」で後者が
「海」のいわゆる海島構造（この場合海と島の相溶性を
問題にしているのではなく、複数の島が海の中に存在し
ている構造という意味である）となったり、サイドバイ
サイドの様に２分されていてもよいが、便宜上コア・シ
ェル構造を代表として以下の説明を進めていく。

【０００８】コア層に用いられる合成樹脂は、生産性を
低下させないように引き揃えられた長繊維束（ロービン
グ）の内部にもすばやく含浸できる樹脂、すなわち含浸
時の粘度が低い樹脂であればその素材は特に限定され
ず、従来ＦＲＰ用マトリックス樹脂として公知のエポキ
シ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノー
ル、ポリイミド等の熱硬化性樹脂、ポリアミド、ポリカ
ーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリオレフ
ィン、ポリアクリレート、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂等を使用でき
る。特別に含浸時の粘度を低くするためには、樹脂およ
び繊維の種類や製品の要求特性に応じて、樹脂を低分子
量化する、溶剤や共重合性モノマーで希釈する、含浸時
の雰囲気温度を上げる等の方法を採用すれば良いが、溶
剤や希釈性モノマーを使用するとその揮散が問題となる
ことがある。

【０００９】一方、シェル層に用いられる合成樹脂は、
コア層と同様に上記の樹脂を用いることができるが、特
にコア層に用いた樹脂の欠点を補なえる様な樹脂の使用
が好ましい。例えばコア層に低分子量樹脂や共重合性モ
ノマー成分の多い樹脂を用いた場合には、成形品の耐衝
撃性等の強度向上のために高分子量の樹脂をシェル層に
用いると良い。ここでコア層とシェル層の樹脂は分子量
や含浸時の雰囲気温度を変えることによって粘度を変化
させた同一の樹脂であっても、また溶剤の有無やポリマ
ー種自体等が違う異種組成の樹脂であってもよい。た
だ、コア層とシェル層が剥離してしまわないように、親
和性のある樹脂を選択する必要がある。

【００１０】本発明で用いられる長繊維の素材として
は、炭素繊維、ガラス繊維をはじめ、アラミド繊維、高
強力ポリエチレン、高強力ポリエステル、ボロン、炭化
ケイ素、セラミックス等公知の強化繊維が挙げられる。
コア層における長繊維含有率は合成樹脂に対して１０〜
９０％、より好ましくは３０〜６０％（重量）の範囲で
ある。長繊維量が９０％より多いと、繊維束に対して含
浸不足となって毛羽立ちやすくなり、一方１０％より少
ないと繊維強化効果が発現しない。またシェル層には繊
維が含まれる必然性はなく、好ましい繊維含有率は７０
％以下、より好ましくは６０％以下である。

【００１１】コア層とシェル層の比率は重量比で１：３
０〜３０：１、より好ましくは１：１０〜１０：１が適
切範囲である。シェル層が少ないと成形品の強度が低下
し、コア層が少ないとコア層中の繊維量も全体的に少な
くなるのでやはり成形品の強度が低下してしまう。もち
ろん、上述のコア・シェルの数値範囲は、海島構造やサ
イドバイサイド構造を採る場合にもあてはまるものとす
る。

【００１２】本発明の成形品ストランドまたはペレット
は、公知の長繊維強化ストランドまたはペレットの製法
を応用することによって得ることができる。すなわち、
一般的に実施されている長繊維強化ストランドの製法と
しては、たとえば強化用長繊維ロービングが導入される
含浸ヘッドにスクリューもしくはプランジャー型押出装
置の合成樹脂液吐出口を配置し、上記含浸ヘッド内に圧
入された溶融合成樹脂中に前記ロービングを通すことに
よって、ロービングに樹脂を含浸させながら含浸ヘッド
の出口ノズルから引取り後に巻取るものである。これを
長繊維強化ストランドとし、さらに任意の長さ（通常数
〜数十ｍｍ程度）に切断することによって長繊維強化樹
脂ペレットを得ている。

【００１３】本発明においてはこうした従来の製法を応
用し、長繊維ロービングをまずコア層用含浸ヘッドまた
は樹脂浴内へ導入してロービング内部までコア層用樹脂
を含浸させ、その後に別の含浸ヘッドまたは樹脂浴でシ
ェル層用樹脂の被覆を行なう方法や、公知の２重構造の
含浸ヘッド（クロスヘッド）を用いる方法等がある。ま
た、海島構造のストランドまたはペレットを製造する場
合には、コア層をコーティングしたロービングを複数本
集めてからシェル層の被覆を行なえば良く、サイドバイ
サイドでは、中に仕切りがあり左右または上下から別々
の溶融樹脂を圧入できる構造の含浸ヘッドを用いればよ
い。後は従来法と同様にして合成樹脂の硬化・引取り・
切断を行なう。また、撚りの有無も適宜選択できる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲
で変更を加えて実施することももちろん可能であり、そ
れらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

【００１５】実施例 下記の条件で長繊維強化合成樹脂製品成形用ペレットを
製造した後、さらに下記の条件で射出圧縮成形を行な
い、各射出圧縮成形品の物性を調べ、表１に示す結果を
得た。 （長繊維強化合成樹脂製品成形用ペレット製造条件） 長繊維ロービング：繊維径７μｍ、12,000フィラメント
のロービング３本（東レ社製炭素繊維「トレカＴ３０
０」） 含浸樹脂：コア：分子量15,000のポリカーボネート（帝
人化成社製「パンライトＬ１２５０」） 繊維含有量：４０重量％ シェル：分子量28,000のポリカーボネート 繊維含有量：０重量％ コア対シェル（重量比）１：１ ペレット長さ：６ｍｍ

【００１６】（射出圧縮成形条件） 成形機 住友重機社製「ＳＧ２２０」 シリンダー温度 ２８０〜３３０℃ 金型温度 １２０℃ スクリュー回転数 ５０ｒｐｍ スクリュー径 ４５ｍｍφ 射出速度 １００ｍｍ／ｓｅｃ 冷却時間 ３０ｓｅｃ 圧縮圧 ５００ｋｇ／ｃｍ³ 成形品形状：幅１５０ｍｍ×奥行き１５０ｍｍ×深さ２
０ｍｍの弁当箱型

【００１７】（物性試験法） 曲げ試験（曲げ強度、曲げ弾性率） 試験片 幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ クロスヘッド速度 ４ｍｍ／ｍｉｎ 支持部の丸み ２．５ｍｍＲ 押さえ部の丸み ５．０ｍｍＲ 支持部間のスパン ４０ｍｍ アイゾット衝撃強度：ＪＩＳ７１１０ 電気抵抗：ＳＲＩＳ２３０１ 電圧・電流法

【００１８】比較例１ 長繊維強化合成樹脂製品成形用ペレット製造条件を以下
の様にした以外は実施例と同様にして射出圧縮成形品を
得て、物性評価し、表１にその結果を示した。 長繊維ロービング：繊維径７μｍ、12,000フィラメント
のロービング３本 含浸樹脂：分子量15,000のポリカーボネート 繊維含有量：２０重量％ ペレット長さ：６ｍｍ

【００１９】比較例２ 長繊維強化合成樹脂製品成形用ペレット製造条件を以下
の様にした以外は実施例と同様にして射出圧縮成形品を
得て、物性評価し、表１にその結果を示した。 長繊維ロービング：繊維径７μｍ、12,000フィラメント
のロービング３本 含浸樹脂：分子量28,000のポリカーボネート 繊維含有量：２０重量％ ペレット長さ：６ｍｍ

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、以
下の効果を有する優れた長繊維強化合成樹脂ストランド
またはペレットを提供することができた。 長繊維が束となって引き揃えられた状態を保ったスト
ランドまたはペレットであるため、成形品の耐衝撃強度
が良好なものとなる。 繊維束を含浸させるための樹脂は低粘度のものであ
り、含浸スピードが速く生産性を低下させることがな
い。 繊維束を含浸させるための樹脂以外に、該樹脂の分子
量不足等の問題を補うための樹脂を使用した複合ストラ
ンドまたはペレットであるので高強度・高弾性の成形品
が得られる。 長繊維束が完全に樹脂に含浸しているため、毛羽立ち
が起きにくい。 特に炭素繊維の様な導電性繊維を使用すると、電気伝
導度良好な成形品を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 示野 医晃 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引揃えられた長繊維に合成樹脂を含浸さ
   せてなる長繊維強化合成樹脂ストランドまたは任意長さ
   に切断された長繊維強化合成樹脂製品ペレットであっ
   て、該ストランドまたはペレットは、繊維含有率の高い
   層と、繊維含有率の低い層によって構成されたものであ
   ることを特徴とする長繊維強化合成樹脂ストランドまた
   はペレット。
2. 【請求項２】 上記ストランドまたはペレットが、主と
   して長繊維および低分子量合成樹脂からなるコア層と、
   主として高分子量合成樹脂からなるシェル層によって構
   成されたものである請求項１に記載の長繊維強化合成樹
   脂ストランドまたはペレット。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のストランドまたはペレ
   ットが、主として長繊維および低分子量合成樹脂からな
   る複数の島相当部と、主として高分子量合成樹脂からな
   る海相当部によって海島構造に構成されたものである請
   求項１に記載の長繊維強化合成樹脂ストランドまたはペ
   レット。