JPH0639834A - 繊維強化熱可塑性樹脂複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 合成樹脂廃棄物を再利用して環境保護や資源
の有効利用を計った繊維強化熱可塑性樹脂複合材料。 【構成】 Ａ）合成樹脂含有スクラップの機械的粉砕物
５〜７０重量％、Ｂ）熱可塑性樹脂粉体１５〜８５重量
％及びＣ）不連続強化繊維５〜７０重量％（Ａ）、
Ｂ）、およびＣ）成分の和は１００重量％）を、湿式又
は乾式分散法によってマット状に形成するか、或いは、
それを加圧下で加熱してシート状に成形した複合素材と
したことを特徴とする、合成樹脂含有スクラップを再利
用した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂製品を成型する
際に副生するトリム（バリ）や、各種産業界において広
く使用された合成樹脂製品のスクラップを無駄なく有効
に活用した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料に関するもの
である。詳しくは、自動車部品、電気部品、包装資材な
どの合成樹脂を含有するスクラップ、或いはこれらの部
品や資材を射出成形、押出成形、シートモールディング
などの各種成形方法によって成形する際に副生するトリ
ムなどのスクラップを廃棄したり焼却したりせずに回収
して、強化繊維を含む熱可塑性樹脂複合材料に混合する
ことによって再利用した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、成形時に副生されトリムや不良品
については、著しく汚染されたり夾雑物が混入されてい
ない限り、一般に破砕したり溶融するなどして原料の一
部として少量混入させて再利用することが行なわれてい
た。しかしながら、実際には２種以上の素材を併用して
成形する場合などにおいては、トリムへ異種素材が混入
するなどによって品質にバラツキが生じて製品の品質を
著るしく低下させることから再利用することができなか
ったり、再利用が困難な形態のトリムであったり、製品
に不良品が頻繁に発生することから、再利用を経済的に
実施することができず、結局のところ廃棄していること
が多かった。また、ライフサイクルを終了した工業部品
や包装資材などの合成樹脂を含有するスクラップについ
ては、その一部を回収して、低品位の用途に利用される
ものに混入されてはいるが、その多くは焼却・埋め立て
などの方法で廃棄しているのが現状である。しかし、近
年、環境保護や資源有効利用の観点から、これら合成樹
脂廃棄物を再利用しようとする動きが盛んになっている
が、いまだに決定的な手段が見出されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、使用済の
合成樹脂含有スクラップ及び製品を製造する際に得られ
るトリムや不良品（以下本発明においてはこれらを「合
成樹脂含有スクラップ」と称する。）の再利用を著しく
困難にさせている原因としては、これら合成樹脂含有ス
クラップの回収の困難性と共に、回収されたスクラップ
の仕訳の具体的方法がないことを挙げることができる。
しかし、このような煩雑な仕訳の操作を省略し、各種合
成樹脂を混在させたまま再生する手段が提供できるなら
ば、スクラップにされている量が莫大なことからする
と、資源利用への貢献は計り知れないものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

〔発明の概要〕発明者は、かかる課題を解決するために
鋭意研究を重ねた結果、機械的に粉砕した合成樹脂含有
スクラップを、熱可塑性樹脂粉体及び強化繊維と共に湿
式又は乾式分散法によってマット状に形成すれば、該ス
クラップをマット中に均一に分散することができ、各種
合成樹脂を混在させたまま繊維強化熱可塑性樹脂複合材
料として再生することができるとの知見を得て本発明を
完成するに至った。すなわち、本発明の合成樹脂含有ス
クラップを再利用した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
は、Ａ）合成樹脂含有スクラップの機械的粉砕物５〜７
０重量％、Ｂ）熱可塑性樹脂粉体１５〜８５重量％及び
Ｃ）不連続強化繊維５〜７０重量％（Ａ）、Ｂ）、およ
びＣ）成分の和は１００重量％である。）を、湿式又は
乾式分散法によってマット状に形成するか、或いは、そ
れを加圧下で加熱してシート状に成形した複合素材とし
たことを特徴とするものである。

【０００５】〔発明の具体的説明〕 〔Ｉ〕原材料 （１）合成樹脂含有スクラップの機械的粉砕物 （ａ）合成樹脂含有スクラップ 本発明において用いられる合成樹脂含有スクラップとし
ては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフ
ィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポ
リアミド、ポリオキシメチレン、アクリル樹脂、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、
ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性
樹脂、または、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタ
ン樹脂などの熱硬化性樹脂、或いは、それらの変性体や
ブレンド物や積層体及びそれらに添加剤、フィラー、着
色剤、発泡剤、架橋剤などを添加したものをカレンダー
成形、射出成形、押出成形、圧縮成形、シートモールデ
ィング、バルクモールディング等、その他の合成樹脂成
形法によって成形体を製造する際に副生されるトリムや
不良品、または得られた製品の使用済スクラップなどを
挙げることができる。勿論、塗装やメッキされた樹脂製
品、布で加飾された樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品も
使用できる。

【０００６】（ｂ）合成樹脂含有スクラップの粉砕 回収された合成樹脂含有スクラップは、経済的で収率の
高い機械的粉砕法によって５mm程度以下、望ましくは２
mm以下の細片になるまで粉砕される。上記機械的粉砕法
としては、バンバリー、クラッシャーミルなどの方法に
よって行なうことができる。粉砕は一般に−４０〜＋１
３０℃で行なわれる。しかし、機械的粉砕が困難なスク
ラップの場合には、液体チッソやドライアイスで予め温
度を下げてから粉砕することもできるし、合成樹脂含有
スクラップが複数の合成樹脂からなる場合には、分別す
ることなく−１０〜−４０℃の低温室で冷やしてから粉
砕することもできる。もちろん別々に粉砕したスクラッ
プをブレンドして用いてもよい。合成樹脂以外のスクラ
ップを併用する場合については、これと、合成樹脂含有
スクラップとを混合したまま粉砕処理してもよく、もち
ろん別々に粉砕してブレンドしてもよい。上記合成樹脂
含有スクラップには、合成樹脂のスクラップ、或るい
は、一部合成樹脂以外の材料のスクラップ、すなわち
布、紙、塗料、接着剤、シール剤、ガラス繊維、ロック
ウールなどが一般に３０重量％以下であれば含まれてい
てもかまわない。但し、熱可塑性樹脂粉体及び不連続強
化繊維と混合し、湿式又は乾式分散法によって複合素材
を製造するのに先立って粉砕工程を経るので、通常の粉
砕によって容易に粉砕されないような異物、例えば金属
板、石板を含むのは好ましくない。

【０００７】（２）熱可塑性樹脂粉体 本発明の合成樹脂含有スクラップを再利用する繊維強化
熱可塑性樹脂複合材料において用いられる熱可塑性樹脂
粉体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポ
リオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ
樹脂、ポリアミド、ポリオキメチレン、アクリル樹脂、
ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエー
テル、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリ
エーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱
可塑性樹脂、それらの変性体やブレンド物などのあらゆ
る熱可塑性樹脂が適用できるが、中でも繊維状強化材に
よって耐熱特性（例えば、熱変形温度）が顕著に向上す
る結晶性樹脂を使用することが望ましい。このような結
晶性樹脂の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリアミド、ポリエステルなどを挙げることがで
きるが、特にポリプロピレンを使用することが好まし
い。これら熱可塑性樹脂材料の形態としては、ペレッ
ト、パウダー、フレーク、繊維などを挙げることができ
るが、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の製造工
程中に湿式又は乾式分散方式を用いてマットを形成する
ことからすると、パウダー状のものが好ましく、特に粒
径１mm以下のパウダー状のものが好ましい。また、該熱
可塑性樹脂材料には目的に応じて添加剤、フィラー、着
色剤、発泡剤、架橋剤などを添加することができる。

【０００８】（３）不連続強化繊維 本発明の合成樹脂含有スクラップを再利用する繊維強化
熱可塑性樹脂複合材料において用いられる不連続強化繊
維としては、パルプ、木粉などの天然繊維、ガラス繊
維、カーボン繊維、金属繊維などの無機繊維及びプラス
チックス繊維、アラミッド繊維などの合成繊維など及び
それらの混合物を挙げることができるが、これらの中で
は特にガラス繊維を用いることが好ましい。このような
強化繊維の形態としては、本発明の繊維強化熱可塑性樹
脂複合材料の製造工程中に、湿式又は乾式分散法を用い
てマットを形成することからすると、長さが３〜５０m
m、特に６〜２５mm、径が３〜２５μｍ、特に６〜２０
μｍの不連続繊維を用いることが好ましい。この不連続
繊維の長さが上記範囲より短かかったり、径が上記範囲
より太かったりすると、複合材料の剛性が発現し難いの
で好ましくない。また、長さが上記範囲よりも長かった
り径が上記範囲よりも細かったりすると、分散方式を用
いてマット状の複合材料を製造する際の生産性を阻害す
るので好ましくない。

【０００９】〔II〕複合材料の製造 上記原材料の熱可塑性樹脂粉体、不連続強化繊維及び合
成樹脂含有スクラップを用いて以下の方法によりマット
状或いはシート状の複合材料を製造する。 （１）マット状複合材料の製造 一般に複合材料は、ラミネート法、含浸法、分散法など
の製造法によって製造されているが、本発明において
は、分散法を用いることが重要である。上記ラミネート
法や含浸法では、融点などの著しく異なる複数の素材の
比較的大きな粒子を均一に分散させることが困難であ
り、得られる製品に良好な品質のものが得られ難い。し
かし、湿式又は乾式分散法によって得られたものは、全
体に均一に分散させることができるので良好な品質のも
のが得られる。本発明においてマット状の複合材料を製
造するのに採用される湿式分散法について具体的に述べ
れば、Ａ）合成樹脂含有スクラップの粉砕物５〜７０重
量％、Ｂ）直径約１mm以下の熱可塑性樹脂粉体１５〜８
５重量％、及びＣ）直径約３〜２５μｍ、長さ３〜５０
mmのガラスのチョップドストランドよりなる不連続強化
繊維５〜７０重量％を配合させた混合物を、予め界面活
性剤を加えて攪拌し充分に泡立てた水中に投入し、更に
攪拌を続けて分散させた後、フィルターを用いて水及び
泡（水）を槇過させることによって得られた混抄物（ウ
ェブ）を乾燥する。これによってマット状の複合材料が
得られる。

【００１０】（２）シート状複合材料の製造 上記マット状複合材料の製造によって得られたマット状
のウェブを加熱して、前記熱可塑性樹脂の一部を溶融さ
せ、加圧・冷却して５００〜５，０００ｇ／ｍ² 程度の
シートに成形する。湿式又は乾式分散法によるウェブを
加熱・冷却してシートとする場合、熱可塑性樹脂粉体は
充分溶融させるが、合成樹脂スクラップの粉砕物（及び
合成樹脂以外のスクラップの粉砕物）は必ずしも溶融さ
せる必要はない。

【００１１】（３）量 比 本発明における繊維強化熱可塑性樹脂複合材料中のＡ）
合成樹脂含有スクラップの粉砕物の混合割合は５〜７０
重量％であり、５重量％以下ではスクラップ再生利用技
術としての価値が低下し、また、強度向上の寄与が少な
い。７０重量％以上では樹脂が熱硬化性樹脂を素材とし
ているとシート状複合材料の二次加工性が低下し、シー
ト状複合材料の外観も低下し、シート状複合材料の強度
なども低下する。本発明における繊維強化熱可塑性樹脂
複合材料中のＢ）熱可塑性樹脂粉体の混合割合は１５〜
８５重量％であり、１５重量％以下では不連続強化繊維
と合成樹脂スクラップの粉砕物とを繋ぎ合わせる力が不
足し、８５重量％以上では複合素材としての性能が不足
する。また、該複合材料中のＣ）不連続強化繊維の混合
割合は５〜７０重量％であり、５重量％以下では複合素
材としての性能が不足し、７０重量％以上ではシート状
複合材料の二次加工性が低下し、シート状複合材料の外
観も低下する。

【００１２】〔III 〕複合材料 一般的に合成樹脂含有スクラップをバージンの熱可塑性
樹脂にブレンドして射出や押出成形を行なうと、スクラ
ップとバージンの樹脂との相溶性が欠けるため、或るい
はスクラップに樹脂以外の異物、例えば塗料、ガラス繊
維が介在していたりするため。成形品の品質外観、特に
機械的強度が著しく低下することが多い。しかしなが
ら、本発明の分散法によって得られる複合材料は繊維強
化合成樹脂スクラップの複合材料中の含量が７０％以下
の場合には、Ｂ）熱可塑性樹脂粉体とＣ）不連続強化繊
維のみから製造した複合材料と比較して、機械的強度が
向上するという驚くべき結果を発揮することができる。
かかる分散法により得られた複合材料の強度向上は、極
めて均一に分散した適切な長さの不連続強化繊維の存在
と、スクラップが機械粉砕され、そのスクラップ細片の
表面積が増したことによりＣ）不連続強化繊維との絡み
が向上したことによって発現したものと推測され、かな
りの量の異質物が混在していてもその機械的強度が向上
することは全く予測できないことであった。

【００１３】

【実施例】本発明の合成樹脂含有スクラップを再生利用
した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料について、具体的に
説明するため、以下に実施例及び比較例を示すが、これ
ら実験例は、本発明の目的を損なわない限り、これらに
限定されるものではない。 参考例１マット状複合材料の製造 ポリプロピレンホモポリマー（三菱油化（株）製ＴＸ−
１２７７、ＪＩＳ−Ｋ７２１０によるメルトフローレー
ト２５ｇ／１０分、融点１６４〜１６７℃）のペレット
を機械的に粉砕して平均粒径３５０μｍのパウダーを得
た。該パウダー８０重量％と、ガラスのチョップドスト
ランド（日本電気硝子（株）製商品名、ＥＣＳ−１３−
ＩＰ−１６９Ｇ）２０重量％とを、予め界面活性剤を加
えて攪拌して充分に泡立てた水中に投入し、更に８分間
攪拌してポリプロピレンとガラス繊維の均一な分散液を
調整した。この分散液を１００メッシュ粗度の箱型フィ
ルターに移し、真空ポンプにより減圧下で泡を除去し、
水分含有率約３０重量％のウェブを抄造した。シート状複合材料の製造 次いで、これに少量のバインダーを噴霧して１２０℃の
オーブン内で２時間乾燥した後、７０トンの縦型油圧プ
レスにより内寸３１cm×３４cm、厚さ３mmのスペーサー
を用い、２１０℃の温度、０．５kgf ／cm² の圧力下で
７分間加熱・加圧した後、該圧力を１０kgf ／cm² に上
昇させて２分間プレス成形した。その後、冷却盤に通水
し１０分間冷却して、シート状の複合材料を得た。評 価 このシートから試験片を切り出し、ＪＩＳ−Ｋ７１１３
による２３℃の曲げ強度・曲げ弾性率、ＪＩＳ−Ｋ７１
１０による２３℃のアイゾット衝撃強度（ノッチ付）及
びＪＩＳ−Ｋ７２０７による熱変形温度（１８．５kgf
／cm² ）を測定した。その結果を表１に示す。

【００１４】参考例２〜４ ポリプロピレンパウダーとガラス繊維の混合割合を、そ
れぞれパウダー７０重量％、（参考例２）、６０重量％
（参考例３）、５０重量％（参考例４）、及び繊維３０
重量％（参考例２）、４０重量％（参考例３）、５０重
量％（参考例４）とした以外は、参考例１と全く同様の
方法でシート状複合材料（ＧＦ−ＰＰ）を成形した。シ
ート状の複合材料の物性の評価結果を表１に示す。

【００１５】比較例１および２ ポリプロピレンパウダー７０重量％（比較例１）又は５
０重量％（比較例２）と、参考例３で作成したシート状
の複合材料（ＧＦ−ＰＰ）を機械粉砕により約２mm径の
細変にしたもの３０重量％（比較例１）、または５０重
量％（比較例２）とをそれぞれ混合したものを、型締力
１５０トンの射出成形機を用いて樹脂温度２３０℃、射
出圧力５００kgf ／cm² で成型し、１５cm×１５cm、厚
さ３mmのシート状の複合材料を得た。このシート状複合
材料の物性の評価結果を表１に示す。

【００１６】比較例３ ポリプロピレンパウダー７５重量％とチョップストラン
ド（日本電気硝子（株）製商品名ＥＣＳ−１３−ＩＰ−
１６９Ｇ）２５重量％とを、予め界面活性剤を加えて撹
拌して充分に泡立てた水中に投入し、更に８分間撹拌し
てポリプロピレンとガラス繊維の均一な分散液を調整し
た。この分散液を１００メッシュ粗度の箱型フィルター
に移し、真空ポンプにより減圧下で泡を除去し、水分含
有約３０重量％のウェブを抄造した。次いで、これに少
量のバインダーを噴霧して１２０℃のオーブン内で２時
間乾燥した後、７０トンの縦型油圧プレスにより内寸３
１cm×３４cm。、厚さ３mmのスペーサーを用い、２１０
℃の温度、０．５kgf ／cm² の圧力下で７分間加熱・加
圧した後、該圧力を１０kgf ／cm² に上昇させて２分間
プレス成形した。その後、冷却盤に通水し１０分間冷却
して、シート状の複合材料を得た。このシートから試験
片を切り出し、ＪＩＳ−ｋ７１１３による２３℃の曲げ
強度・曲げ弾性率、ＪＩＳ−Ｋ７１１０による２３℃の
アイゾット衝撃強度（ノッチ付）及びＪＩＳ−Ｋ７２０
７による熱変形温度（１８．５kgf ／cm² ）を測定し
た。その結果を表１に示す。

【００１７】実施例１および２ 三菱油化（株）試作品Ｘ１７８０Ｑ（プラントでつくら
れた重合パウダー３００μｍ粉径）ポリプロピレンパウ
ダー３０重量％（実施例１）又は１８重量％（実施例
２）、ガラス繊維２０重量％（実施例１）又は１２重量
％（実施例２）および参考例３で作成したシート状複合
材料を機械粉砕により約２mm径の細片にしたもの５０重
量％（実施例１）または７０重量％（実施例２）とをそ
れぞれ混合したものを用いる以外は、比較例３と全く同
様の方法でシート状複合材料を得て、これを成形した。
該シート状複合材料の物性評価結果を表１に示す。

【００１８】実施例３ ポリプロピレンパウダー２０重量％、ガラス繊維３０重
量％、弱電機器部品として使われているガラス繊維強化
ポリエチレンテレワタレート樹脂成型品（ＧＦ−ＰＥ
Ｔ：ガラス繊維含量約２０重量％、２mm厚さ）を機械粉
砕により約２mm径の細片にしたもの５０重量％を混合し
たものを用いる以外は、比較例３と全く同様の方法でシ
ート状の複合材料を得て、これを成形した。該シート状
複合材料の物性の評価結果を表１に示す。

【００１９】実施例４および５ ポリプロピレンパウダー３０重量％（実施例４）または
２０重量％（実施例５）、ガラス繊維４０重量％および
自動車内装部品として使用されているポリエステル（７
０重量％）−ポリアミド（３０重量％）混抄の不織布を
機械粉砕により約２mm長さの短繊維にしたもの３０重量
％（実施例４）又は４０重量％（実施例５）をそれぞれ
混合したものを用いる以外は、比較例３と全く同様の方
法でシート状の複合材料を得て、これを成形した。該シ
ート状の複合材料の物性の評価結果を表１に示す。

【００２０】実施例６および７ ポリプロピレンパウダー４８重量％（実施例６）、４４
重量％（実施例７）及び、ガラス繊維２２重量％（実施
例６）、１６重量％（実施例７）及び、塗装したシート
モールディングコンパウンド（ＳＭＣ）、繊維分４０重
量％製自動車外装部品を機械粉砕により約２mm径の細片
にしたもの３０重量％（実施例６）、４０重量％（実施
例７）とをそれぞれ混合したものを用いる以外は、比較
例３と全く同様の方法でシート状の複合材料を得て、こ
れを成形した。該シート状の複合材料の物性の評価結果
を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】合成樹脂スクラップを機械的粉砕法によ
って細片としたものを、熱可塑性樹脂粉体及び不連続強
化繊維と混合し、湿式又は乾式分散法によってマット
状、或いは、それに熱と圧力を加えたシート状の複合素
材とした繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、その機械的強
度が向上する。本発明によれば、熱可塑性樹脂粉体と同
一種類の熱可塑性樹脂を含有するスクラップは勿論のこ
と、熱可塑性樹脂粉体とは異なる種類の熱可塑性樹脂を
含有するスクラップ、二種以上の熱可塑性樹脂を含むス
クラップ、熱硬化性樹脂を含有するスクラップ及び一部
合成樹脂以外の成分を含むスクラップの再生利用が可能
であり、しかも、スクラップの混合割合などを適正化す
れば、最終製品の品質は熱可塑性樹脂粉体と不連続強化
繊維のみから湿式又は乾式分散法によって製造した製品
の品質と比較して遜色ないものにすることができ、高品
位の工業部品などへの応用が可能であるため、工業的に
極めて有益な方法である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０６Ｎ 7/02 7141−4Ｆ // Ｂ２９Ｋ 105:12 Ｂ２９Ｌ 7:00 4Ｆ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ａ）合成樹脂含有スクラップの機械的粉砕
   物５〜７０重量％、Ｂ）熱可塑性樹脂粉体１５〜８５重
   量％及びＣ）不連続強化繊維５〜７０重量％（Ａ）、
   Ｂ）およびＣ）成分の和は１００重量％）を、湿式又は
   乾式分散法によってマット状に形成するか、或いは、そ
   れを加圧下で加熱してシート状に成形した複合素材とし
   たことを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料。
2. 【請求項２】合成樹脂含有スクラップが前記熱可塑性樹
   脂粉体とは異種の熱可塑性樹脂である請求項１に記載の
   複合材料。
3. 【請求項３】Ａ）合成樹脂含有スクラップがガラス繊維
   補強熱硬化性樹脂のスクラップ機械粉砕物である請求項
   １に記載の複合材料。