JPH0820021A - 繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製法および該組成物を用いた予備成形体の製法 - Google Patents
繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製法および該組成物を用いた予備成形体の製法Info
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- JPH0820021A JPH0820021A JP15391794A JP15391794A JPH0820021A JP H0820021 A JPH0820021 A JP H0820021A JP 15391794 A JP15391794 A JP 15391794A JP 15391794 A JP15391794 A JP 15391794A JP H0820021 A JPH0820021 A JP H0820021A
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Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 熱可塑性マトリックス樹脂粉末と強化用繊維
とを気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製
造するに当たり、強化用繊維の表面を、上記熱可塑性マ
トリックス樹脂と同種もしくは該マトリックス樹脂と親
和性を有する熱可塑性樹脂によって予め被覆しておく。 【効果】 マトリックスを構成する熱可塑性樹脂粉末と
強化繊維を気流中で混合する際における強化用繊維の破
断や傷付きを防止し、機械的特性、特に靭性や曲げ特
性、衝撃特性の良好な成形体を与える繊維強化樹脂組成
物および該組成物を用いた予備成形体を得ることができ
る。
とを気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製
造するに当たり、強化用繊維の表面を、上記熱可塑性マ
トリックス樹脂と同種もしくは該マトリックス樹脂と親
和性を有する熱可塑性樹脂によって予め被覆しておく。 【効果】 マトリックスを構成する熱可塑性樹脂粉末と
強化繊維を気流中で混合する際における強化用繊維の破
断や傷付きを防止し、機械的特性、特に靭性や曲げ特
性、衝撃特性の良好な成形体を与える繊維強化樹脂組成
物および該組成物を用いた予備成形体を得ることができ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、優れた機械的特性、殊
に引張強度、曲げ強度、靭性、衝撃特性等に優れた繊維
強化樹脂成形体を得るための繊維強化熱可塑性樹脂組成
物および該組成物を用いた予備成形体の製法に関するも
のあり、これらの方法によって得られる組成物あるいは
予備成形体は、自動車等の内・外装部品や家庭電化製
品、その他各種の分野に用いられる繊維強化熱可塑性樹
脂成形体の素材として有効に活用することができる。
に引張強度、曲げ強度、靭性、衝撃特性等に優れた繊維
強化樹脂成形体を得るための繊維強化熱可塑性樹脂組成
物および該組成物を用いた予備成形体の製法に関するも
のあり、これらの方法によって得られる組成物あるいは
予備成形体は、自動車等の内・外装部品や家庭電化製
品、その他各種の分野に用いられる繊維強化熱可塑性樹
脂成形体の素材として有効に活用することができる。
【0002】
【従来の技術】ポリエチレンやポリプロピレン等のポリ
オレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂をマトリックスと
し、これに強化用繊維としてガラス繊維や炭素繊維等を
複合した繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較的軽量で
且つ優れた機械的特性を有しており、しかも2次成形加
工も容易で任意の形状に加工し得るといった特徴を有し
ているところから、上記の様な用途を始めとして様々の
分野で広く用いられている。
オレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂をマトリックスと
し、これに強化用繊維としてガラス繊維や炭素繊維等を
複合した繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較的軽量で
且つ優れた機械的特性を有しており、しかも2次成形加
工も容易で任意の形状に加工し得るといった特徴を有し
ているところから、上記の様な用途を始めとして様々の
分野で広く用いられている。
【0003】他方、この種の繊維強化熱可塑性樹脂は、
一般に連続長繊維状の強化用繊維をマトリックス樹脂と
複合したものとして普及してきたが、最近では、例えば
BMCの如く連続繊維を適当な長さに切断したチョップ
ドストランドよりなる強化用繊維を熱可塑性樹脂と混合
し、様々の形状に成形加工できる様にした繊維強化樹脂
組成物もかなり汎用されてきている。そして、この様な
チョップドストランド複合タイプの繊維強化樹脂組成物
を製造する方法として、たとえ特開昭63−13555
0号公報や同63−199611号公報等に開示された
様な技術が提案されている。
一般に連続長繊維状の強化用繊維をマトリックス樹脂と
複合したものとして普及してきたが、最近では、例えば
BMCの如く連続繊維を適当な長さに切断したチョップ
ドストランドよりなる強化用繊維を熱可塑性樹脂と混合
し、様々の形状に成形加工できる様にした繊維強化樹脂
組成物もかなり汎用されてきている。そして、この様な
チョップドストランド複合タイプの繊維強化樹脂組成物
を製造する方法として、たとえ特開昭63−13555
0号公報や同63−199611号公報等に開示された
様な技術が提案されている。
【0004】この方法は、ガラス繊維集束体のチョップ
ドストランドを乱気流中で混合することにより開繊する
と共に、該混合系にマトリックスとなる熱可塑性樹脂粉
末を加えることによって均一に混合し、ガラス繊維と熱
可塑性樹脂粉末が均一に混合されたバルク状の成形用樹
脂組成物を得るものであり、このバルク状組成物は、加
熱加圧成形によって任意の形状に成形することができる
ので、今後その需要は増大してくるものと予測される。
ドストランドを乱気流中で混合することにより開繊する
と共に、該混合系にマトリックスとなる熱可塑性樹脂粉
末を加えることによって均一に混合し、ガラス繊維と熱
可塑性樹脂粉末が均一に混合されたバルク状の成形用樹
脂組成物を得るものであり、このバルク状組成物は、加
熱加圧成形によって任意の形状に成形することができる
ので、今後その需要は増大してくるものと予測される。
【0005】また、このバルク状組成物を適度に圧縮
し、その表面を加熱することにより表層部の熱可塑性樹
脂を溶融させて外皮を形成することによって型を整えた
予備成形体は、単なる繊維と樹脂粉末の混合物からなる
バルク状組成物に比べて嵩密度が大幅に高められ、搬送
や取扱にも便利であるばかりでなく、予備成形体の形状
を標準化することによって、その後の加熱加圧成形装置
への適用も容易に行なうことができるといった利点もあ
り、この様な形態での実用化も今後更に進んでいくもの
と考えられる。
し、その表面を加熱することにより表層部の熱可塑性樹
脂を溶融させて外皮を形成することによって型を整えた
予備成形体は、単なる繊維と樹脂粉末の混合物からなる
バルク状組成物に比べて嵩密度が大幅に高められ、搬送
や取扱にも便利であるばかりでなく、予備成形体の形状
を標準化することによって、その後の加熱加圧成形装置
への適用も容易に行なうことができるといった利点もあ
り、この様な形態での実用化も今後更に進んでいくもの
と考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上記の
様に強化用繊維とマトリックスを構成する樹脂粉末を気
流中で混合する方法の実用化と改良を目的としてかねて
より研究を進めているが、その研究過程で次の様な問題
が生じることをつきとめた。即ち、前述の如く強化用繊
維と熱可塑性樹脂粉末を気流中で混合する方法では、強
化用繊維として例えばガラス繊維の様に外力によって折
れたり傷つき易い素材を使用したときに、該混合工程で
強化用繊維同士の衝突や混合装置内壁への衝突、更には
樹脂粉末との衝突等により表面に傷が入ったり、あるい
は破断して短尺のものとなり、それに伴って強化用繊維
に期待される靭性や衝撃特性等の改善効果が低下し、期
待通りの物性を有する繊維強化樹脂成形体を得ることが
できない。
様に強化用繊維とマトリックスを構成する樹脂粉末を気
流中で混合する方法の実用化と改良を目的としてかねて
より研究を進めているが、その研究過程で次の様な問題
が生じることをつきとめた。即ち、前述の如く強化用繊
維と熱可塑性樹脂粉末を気流中で混合する方法では、強
化用繊維として例えばガラス繊維の様に外力によって折
れたり傷つき易い素材を使用したときに、該混合工程で
強化用繊維同士の衝突や混合装置内壁への衝突、更には
樹脂粉末との衝突等により表面に傷が入ったり、あるい
は破断して短尺のものとなり、それに伴って強化用繊維
に期待される靭性や衝撃特性等の改善効果が低下し、期
待通りの物性を有する繊維強化樹脂成形体を得ることが
できない。
【0007】特に最近では、成形体の表面平滑性や精度
を高めるため非常に細い強化用繊維を使用する傾向があ
り、また最終成形体を均質なものとするには、該混合を
十分に行なっておく必要があり、こうしたこととも相ま
って樹脂粉末との混合時における強化用繊維の破断等に
よる物性低下は軽視し得なくなるものと考えられる。
を高めるため非常に細い強化用繊維を使用する傾向があ
り、また最終成形体を均質なものとするには、該混合を
十分に行なっておく必要があり、こうしたこととも相ま
って樹脂粉末との混合時における強化用繊維の破断等に
よる物性低下は軽視し得なくなるものと考えられる。
【0008】本発明は、この様な新たな問題点に着目し
てなされたものであって、その目的は、マトリックスを
構成する熱可塑性樹脂粉末と強化用繊維を気流中で混合
する際における前述の様な強化用繊維の破断等を防止
し、それにより、機械的特性、特に靭性や衝撃特性の良
好な成形体を与える繊維強化樹脂組成物および該組成物
を用いた予備成形体の製法を確立しようとするものであ
る。
てなされたものであって、その目的は、マトリックスを
構成する熱可塑性樹脂粉末と強化用繊維を気流中で混合
する際における前述の様な強化用繊維の破断等を防止
し、それにより、機械的特性、特に靭性や衝撃特性の良
好な成形体を与える繊維強化樹脂組成物および該組成物
を用いた予備成形体の製法を確立しようとするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製
法は、熱可塑性マトリックス樹脂粉末と強化用繊維とを
気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造す
るに当たり、強化用繊維の表面を、上記熱可塑性マトリ
ックス樹脂と同種の熱可塑性樹脂、あるいは上記マトリ
ックス樹脂と親和性を有する熱可塑性樹脂によって予め
被覆しておくところに要旨が存在する。
のできた本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製
法は、熱可塑性マトリックス樹脂粉末と強化用繊維とを
気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造す
るに当たり、強化用繊維の表面を、上記熱可塑性マトリ
ックス樹脂と同種の熱可塑性樹脂、あるいは上記マトリ
ックス樹脂と親和性を有する熱可塑性樹脂によって予め
被覆しておくところに要旨が存在する。
【0010】また本発明に係る予備成形体の製法は、上
記方法によって得られる樹脂組成物を圧縮し、該圧縮体
の表層部を加熱することにより、表層部で熱可塑性マト
リックス樹脂と強化用繊維が溶融一体化された予備成形
体を得るところに特徴を有するものである。
記方法によって得られる樹脂組成物を圧縮し、該圧縮体
の表層部を加熱することにより、表層部で熱可塑性マト
リックス樹脂と強化用繊維が溶融一体化された予備成形
体を得るところに特徴を有するものである。
【0011】
【作用】上記の様に本発明では、熱可塑性マトリックス
樹脂と強化用繊維とを気流中で混合することを前提と
し、該混合時における強化用繊維の破断を防止するため
の手段として、該強化用繊維を、マトリックス樹脂と同
種の熱可塑性樹脂、あるいはマトリックス樹脂と親和性
を有する他の熱可塑性樹脂によって予め被覆しておくも
のであり、該樹脂被覆によって、その後熱可塑性マトリ
ックス樹脂粉末と混合する際における強化用繊維の破断
等が防止される。その結果、強化用繊維は混合前の原料
状態での長さを殆どそのまま維持したものとなり、それ
により、靭性や衝撃特性等において原料状態で期待され
た通りの物性を示す成形体を与える樹脂組成物を得るこ
とができ、またこれを圧縮し、その表層部を加熱して表
層部で熱可塑性マトリックス樹脂と強化用繊維を溶融一
体化することにより、同様に優れた機械的特性の成形体
を与える予備成形体を得ることができる。
樹脂と強化用繊維とを気流中で混合することを前提と
し、該混合時における強化用繊維の破断を防止するため
の手段として、該強化用繊維を、マトリックス樹脂と同
種の熱可塑性樹脂、あるいはマトリックス樹脂と親和性
を有する他の熱可塑性樹脂によって予め被覆しておくも
のであり、該樹脂被覆によって、その後熱可塑性マトリ
ックス樹脂粉末と混合する際における強化用繊維の破断
等が防止される。その結果、強化用繊維は混合前の原料
状態での長さを殆どそのまま維持したものとなり、それ
により、靭性や衝撃特性等において原料状態で期待され
た通りの物性を示す成形体を与える樹脂組成物を得るこ
とができ、またこれを圧縮し、その表層部を加熱して表
層部で熱可塑性マトリックス樹脂と強化用繊維を溶融一
体化することにより、同様に優れた機械的特性の成形体
を与える予備成形体を得ることができる。
【0012】本発明で使用する強化用繊維の種類には特
に制限がなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、金属繊
維、セラミックス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊
維、ポリエステル繊維、アクリル繊維等、更にはSiC
ウイスカーやS3 N4 ウイスカー等が全て使用でき、こ
れらは単独で使用し得るほか必要により2種以上を複合
して使用することができる。これら繊維の中でも本発明
の特徴が最も有効に発揮されるのは、例えばガラス繊維
やセラミックス繊維等の如くそれ自身耐衝撃強度が低く
衝撃力を受けた時に破断や傷つきを起こし易い繊維であ
る。
に制限がなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、金属繊
維、セラミックス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊
維、ポリエステル繊維、アクリル繊維等、更にはSiC
ウイスカーやS3 N4 ウイスカー等が全て使用でき、こ
れらは単独で使用し得るほか必要により2種以上を複合
して使用することができる。これら繊維の中でも本発明
の特徴が最も有効に発揮されるのは、例えばガラス繊維
やセラミックス繊維等の如くそれ自身耐衝撃強度が低く
衝撃力を受けた時に破断や傷つきを起こし易い繊維であ
る。
【0013】これらの強化用繊維は、フィラメント数が
ある程度多いほど強化効果の上では有効であるが、マト
リックス樹脂中への均一分散性や加熱加圧成形工程にお
ける作業性等を総合的に考えて好ましいのは、直径8〜
20μm程度のフィラメントを200〜4000本程
度、より好ましくは400〜1200本程度束ねたもの
である。繊維長さは用途に応じて変わってくるので一律
に決めることはできないが、熱可塑性樹脂粉末との均一
混合性等を考慮して一般的なのは1〜50mm程度、よ
り一般的には10〜30mm程度の範囲である。
ある程度多いほど強化効果の上では有効であるが、マト
リックス樹脂中への均一分散性や加熱加圧成形工程にお
ける作業性等を総合的に考えて好ましいのは、直径8〜
20μm程度のフィラメントを200〜4000本程
度、より好ましくは400〜1200本程度束ねたもの
である。繊維長さは用途に応じて変わってくるので一律
に決めることはできないが、熱可塑性樹脂粉末との均一
混合性等を考慮して一般的なのは1〜50mm程度、よ
り一般的には10〜30mm程度の範囲である。
【0014】またマトリックス樹脂としては、粉末状の
熱可塑性樹脂が用いられ、例えば、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ABS、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リカーボネート、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリ
アクリレート等の汎用樹脂の他、ポリスルホン、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポ
リイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性に優れた熱可塑
性樹脂を用いることもできる。もちろんこれらのポリマ
ーの一部が変性された、例えば酸変性ポリプロピレン等
であっても構わない。これらの粉末状熱可塑性樹脂は、
直径0.01〜5mm程度の球状、あるいは直径0.5
〜8mm、長さ1〜10m程度のペレット状、あるいは
断面積5〜30mm2 、長さ1〜8mm程度の直方体状
のものが使用できるが、気流中での強化用繊維との混合
工程で繊維に与える衝撃力を極力少なくするため、球状
もしくは楕円状等の如く鋭利なエッジ部が存在しない形
状のものを使用するのがよい。次に、気流中での混合に
先立って強化繊維の表面に被覆される熱可塑性樹脂につ
いて、その種類および表面被覆法を説明する。
熱可塑性樹脂が用いられ、例えば、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ABS、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リカーボネート、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリ
アクリレート等の汎用樹脂の他、ポリスルホン、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポ
リイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性に優れた熱可塑
性樹脂を用いることもできる。もちろんこれらのポリマ
ーの一部が変性された、例えば酸変性ポリプロピレン等
であっても構わない。これらの粉末状熱可塑性樹脂は、
直径0.01〜5mm程度の球状、あるいは直径0.5
〜8mm、長さ1〜10m程度のペレット状、あるいは
断面積5〜30mm2 、長さ1〜8mm程度の直方体状
のものが使用できるが、気流中での強化用繊維との混合
工程で繊維に与える衝撃力を極力少なくするため、球状
もしくは楕円状等の如く鋭利なエッジ部が存在しない形
状のものを使用するのがよい。次に、気流中での混合に
先立って強化繊維の表面に被覆される熱可塑性樹脂につ
いて、その種類および表面被覆法を説明する。
【0015】該被覆用樹脂の選択基準としては、上記気
流中での混合によりマトリックス樹脂粉末と均一に混合
できると共に、最終的に加熱加圧成形したのとの状態で
マトリックス樹脂と相互に融合乃至親和し得るものを選
ぶことが必要であり、上記マトリックス樹脂と同種の熱
可塑性樹脂、あるいは該マトリックス樹脂と親和性を有
する熱可塑性樹脂が選択使用される。従って、被覆用の
熱可塑性樹脂は、用いられるマトリックス樹脂の種類に
よって決まってくる。
流中での混合によりマトリックス樹脂粉末と均一に混合
できると共に、最終的に加熱加圧成形したのとの状態で
マトリックス樹脂と相互に融合乃至親和し得るものを選
ぶことが必要であり、上記マトリックス樹脂と同種の熱
可塑性樹脂、あるいは該マトリックス樹脂と親和性を有
する熱可塑性樹脂が選択使用される。従って、被覆用の
熱可塑性樹脂は、用いられるマトリックス樹脂の種類に
よって決まってくる。
【0016】従って、マトリックス樹脂として最も一般
的なポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン
を使用する場合は、被覆用の樹脂として同種のポリオレ
フィン系樹脂を選択するのが一般的である。この場合、
被覆用樹脂としてたとえば酸変性ポリオレフィン系樹脂
の用に極性基の導入された変性ポリオレフィン系樹脂を
使用すれば、強化繊維の表面への被覆をより効率よく行
なうことができるので好ましい。
的なポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン
を使用する場合は、被覆用の樹脂として同種のポリオレ
フィン系樹脂を選択するのが一般的である。この場合、
被覆用樹脂としてたとえば酸変性ポリオレフィン系樹脂
の用に極性基の導入された変性ポリオレフィン系樹脂を
使用すれば、強化繊維の表面への被覆をより効率よく行
なうことができるので好ましい。
【0017】これらの樹脂による繊維の被覆方法も特に
限定されないが、一般的な方法としては、該樹脂を揮発
性の有機溶剤に溶解した溶液、もしくは該樹脂を水に分
散させた水性エマルジョン(例えば該樹脂と界面活性剤
を水に分散せしめ、加熱攪拌して分散液としたもの、あ
るいは該樹脂の有機溶剤溶液を水に加えて強攪拌し分散
させたもの等)を使用し、これを繊維に含浸法、コーテ
ィング法、スプレー法等によって付着させた後、溶剤を
揮発除去する方法、更には該樹脂の微粉末を繊維と共に
加熱気流中で混合することによって繊維表面に該微粉末
を溶融付着させて被覆する方法等を採用することができ
る。これらの中でも特に好ましいのは、前者の樹脂溶液
あるいは樹脂エマルジョンを用いて表面被覆する方法で
あり、この方法であれば、比較的少ない樹脂で繊維表面
を簡単且つ均一に表面被覆することができるので好まし
い。
限定されないが、一般的な方法としては、該樹脂を揮発
性の有機溶剤に溶解した溶液、もしくは該樹脂を水に分
散させた水性エマルジョン(例えば該樹脂と界面活性剤
を水に分散せしめ、加熱攪拌して分散液としたもの、あ
るいは該樹脂の有機溶剤溶液を水に加えて強攪拌し分散
させたもの等)を使用し、これを繊維に含浸法、コーテ
ィング法、スプレー法等によって付着させた後、溶剤を
揮発除去する方法、更には該樹脂の微粉末を繊維と共に
加熱気流中で混合することによって繊維表面に該微粉末
を溶融付着させて被覆する方法等を採用することができ
る。これらの中でも特に好ましいのは、前者の樹脂溶液
あるいは樹脂エマルジョンを用いて表面被覆する方法で
あり、この方法であれば、比較的少ない樹脂で繊維表面
を簡単且つ均一に表面被覆することができるので好まし
い。
【0018】該表面被覆樹脂は、その後のマトリックス
構成樹脂粉末との気流混合時に繊維が破断したり傷つい
たりするのを防止する作用を発揮するものであり、こう
した作用を有効に発揮させるには、その付着量を繊維に
対して0.1重量%程度以上、より好ましくは0.5重
量%程度以上にすることが望まれる。尚、この樹脂被覆
量は、繊維径(即ち比表面積)によっても変わり、繊維
径の小さい繊維を使用する場合ほど比表面積は大きくな
るので、使用する樹脂の重量比率を多くすべきである。
構成樹脂粉末との気流混合時に繊維が破断したり傷つい
たりするのを防止する作用を発揮するものであり、こう
した作用を有効に発揮させるには、その付着量を繊維に
対して0.1重量%程度以上、より好ましくは0.5重
量%程度以上にすることが望まれる。尚、この樹脂被覆
量は、繊維径(即ち比表面積)によっても変わり、繊維
径の小さい繊維を使用する場合ほど比表面積は大きくな
るので、使用する樹脂の重量比率を多くすべきである。
【0019】尚この表面被覆樹脂は、その後熱可塑性樹
脂粉末と気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物
とし、あるいは更にこれを圧縮し表面を加熱して予備成
形体とした後、最終的に加熱加圧成形した後の状態で
は、マトリックス構成樹脂と融合一体化するので、その
上限については一切制限されないが、表面被覆の作業性
や効率等を考慮すると、繊維に対して10重量%程度以
下、より一般的には2重量%程度以下が好ましい。
脂粉末と気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物
とし、あるいは更にこれを圧縮し表面を加熱して予備成
形体とした後、最終的に加熱加圧成形した後の状態で
は、マトリックス構成樹脂と融合一体化するので、その
上限については一切制限されないが、表面被覆の作業性
や効率等を考慮すると、繊維に対して10重量%程度以
下、より一般的には2重量%程度以下が好ましい。
【0020】かくして表面を樹脂で被覆された繊維は、
次いで下記の様な方法により気流中で均一に混合され
る。例えば従来のBMCの如く、強化用繊維とマトリッ
クス樹脂を複合した繊維強化樹脂組成物においては、溶
融させたマトリックス構成樹脂中に強化用繊維を加え高
剪断力で強制混合する方法が一般的に採用されていた
が、この様な方法を採用すると、例えばガラス繊維の如
く脆弱な繊維では、繊維が破断してしまって複合強化効
果が有効に発現されなくなる。こうした傾向は、上記の
様にして繊維表面を樹脂で予め被覆しておいた場合でも
殆ど同じであり、結局のところ樹脂被覆の作用効果が全
く発揮されなくなる。
次いで下記の様な方法により気流中で均一に混合され
る。例えば従来のBMCの如く、強化用繊維とマトリッ
クス樹脂を複合した繊維強化樹脂組成物においては、溶
融させたマトリックス構成樹脂中に強化用繊維を加え高
剪断力で強制混合する方法が一般的に採用されていた
が、この様な方法を採用すると、例えばガラス繊維の如
く脆弱な繊維では、繊維が破断してしまって複合強化効
果が有効に発現されなくなる。こうした傾向は、上記の
様にして繊維表面を樹脂で予め被覆しておいた場合でも
殆ど同じであり、結局のところ樹脂被覆の作用効果が全
く発揮されなくなる。
【0021】そこで本発明の製造方法では、こうした高
剪断力の加わる強制混合に代えて気流中で樹脂被覆され
た繊維とマトリックスを構成する熱可塑性樹脂粉末の混
合を行なうものであり、それにより混合工程で繊維を破
断させることなく樹脂粉末と均一に混合し、繊維による
補強効果を最大限有効に発現させるものである。特に本
発明では上記の様に繊維表面を予め樹脂で被覆している
ので、従来の気流混合法を採用した時に見られる前述の
如き繊維同士あるいは樹脂粉末との衝突等によって繊維
が破断したり傷ついたりすることも防止されるので、得
られる樹脂組成物中における強化用繊維は配合前の寸法
・形状等を実質的のそのまま維持しており、該強化用繊
維の備えた補強効果を最大限に引き出すことができるの
である。
剪断力の加わる強制混合に代えて気流中で樹脂被覆され
た繊維とマトリックスを構成する熱可塑性樹脂粉末の混
合を行なうものであり、それにより混合工程で繊維を破
断させることなく樹脂粉末と均一に混合し、繊維による
補強効果を最大限有効に発現させるものである。特に本
発明では上記の様に繊維表面を予め樹脂で被覆している
ので、従来の気流混合法を採用した時に見られる前述の
如き繊維同士あるいは樹脂粉末との衝突等によって繊維
が破断したり傷ついたりすることも防止されるので、得
られる樹脂組成物中における強化用繊維は配合前の寸法
・形状等を実質的のそのまま維持しており、該強化用繊
維の備えた補強効果を最大限に引き出すことができるの
である。
【0022】気流中で混合する具体的な方法としては、
例えば、図1に示した様な気流混合装置1を用いればよ
い。即ち、円筒状の容器10の上部に取付けられた複数
のホッパー4a、4bから、表面を樹脂被覆した強化用
繊維と熱可塑性樹脂粉末を容器10内へ所定量別々もし
くは同時に供給し、容器壁面に設けたノズル3から圧縮
気体(空気、あるいは窒素や不活性ガス、水蒸気等)を
吹き込み、必要により攪拌機6によりゆっくり攪拌しな
がら、空気流主体の攪拌力によって原料を混合する。こ
の場合、ノズルを2個以上設けて気流攪拌効果を一段と
高めることも有効である。尚圧縮気体は、容器10の壁
面の適所に設けたフィルタ8から排気口9を通って外気
側へ放出される。混合条件は特に制限されないが、通常
は圧力1〜5kg/cm2 、吹き込み空気流量0.1〜
0.5kg/分程度が採用される。また必要に応じて併
用されることのある攪拌機による攪拌は、30〜100
rpm程度が好ましい。混合物は、容器10内の下部に
設けられた排出口5からバッチ的に取り出せばよい。こ
の混合物は、表面被覆繊維と熱可塑性樹脂粉末が均一に
混合されたバルク状の繊維強化樹脂組成物としてそのま
ま製品化してもよく、あるいはこれを圧縮してその表面
を加熱し表面の熱可塑性樹脂を溶融させて皮張りさせる
ことにより形状を整え、バルク状の予備成形体として製
品化することも有効である。
例えば、図1に示した様な気流混合装置1を用いればよ
い。即ち、円筒状の容器10の上部に取付けられた複数
のホッパー4a、4bから、表面を樹脂被覆した強化用
繊維と熱可塑性樹脂粉末を容器10内へ所定量別々もし
くは同時に供給し、容器壁面に設けたノズル3から圧縮
気体(空気、あるいは窒素や不活性ガス、水蒸気等)を
吹き込み、必要により攪拌機6によりゆっくり攪拌しな
がら、空気流主体の攪拌力によって原料を混合する。こ
の場合、ノズルを2個以上設けて気流攪拌効果を一段と
高めることも有効である。尚圧縮気体は、容器10の壁
面の適所に設けたフィルタ8から排気口9を通って外気
側へ放出される。混合条件は特に制限されないが、通常
は圧力1〜5kg/cm2 、吹き込み空気流量0.1〜
0.5kg/分程度が採用される。また必要に応じて併
用されることのある攪拌機による攪拌は、30〜100
rpm程度が好ましい。混合物は、容器10内の下部に
設けられた排出口5からバッチ的に取り出せばよい。こ
の混合物は、表面被覆繊維と熱可塑性樹脂粉末が均一に
混合されたバルク状の繊維強化樹脂組成物としてそのま
ま製品化してもよく、あるいはこれを圧縮してその表面
を加熱し表面の熱可塑性樹脂を溶融させて皮張りさせる
ことにより形状を整え、バルク状の予備成形体として製
品化することも有効である。
【0023】尚バルク状の予備成形体とする場合は、上
記の様にして得た均一混合物を、内面側に加熱機構(伝
熱ヒーター等)を備えた圧縮成形装置内へ装入し、該混
合物を圧縮して圧密化しその表面を加熱することにより
表面の熱可塑性樹脂粉末を溶融させ、表層部の強化繊維
と一体化してから冷却することにより表面のみを皮張り
状態とし、内部は強化用繊維と樹脂粉末が混合された状
態のままのバルク状予備成形体とすればよい。
記の様にして得た均一混合物を、内面側に加熱機構(伝
熱ヒーター等)を備えた圧縮成形装置内へ装入し、該混
合物を圧縮して圧密化しその表面を加熱することにより
表面の熱可塑性樹脂粉末を溶融させ、表層部の強化繊維
と一体化してから冷却することにより表面のみを皮張り
状態とし、内部は強化用繊維と樹脂粉末が混合された状
態のままのバルク状予備成形体とすればよい。
【0024】尚上記気流中での混合に当たり、ガラス繊
維やセラミックス繊維と金属繊維や有機繊維等を併用す
る場合は、特に気流混合工程で破断や傷つきを起こし易
いガラス繊維やセラミックス繊維のみを前述の様な方法
で表面被覆しておき、それ自身可撓性で気流混合時に破
断等を起こしにくい金属繊維や有機繊維等については
は、表面被覆することなくそのまま混合することも可能
である。
維やセラミックス繊維と金属繊維や有機繊維等を併用す
る場合は、特に気流混合工程で破断や傷つきを起こし易
いガラス繊維やセラミックス繊維のみを前述の様な方法
で表面被覆しておき、それ自身可撓性で気流混合時に破
断等を起こしにくい金属繊維や有機繊維等については
は、表面被覆することなくそのまま混合することも可能
である。
【0025】またこの混合工程では、必要に応じて、樹
脂組成物に機能性を与え或は軽量化やコスト低減などを
目的として、無機質もしくは有機質の充填材、例えばカ
ーボンブラック、炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸
カルシウム、硫酸バリウムや、カオリンクレー、石英粉
といった粘土鉱物等の無機系粉末状充填剤や、シラスバ
ルーン、ガラスバルーン、フライアッシュバルーン等の
無機系中空微粒子状充填剤、古紙、木粉、ヤシ殻粉等の
有機系粉末状充填剤、ポリスチレン系やポリエステル系
等の有機系架橋ビーズ等の1種以上を混合することも可
能である。
脂組成物に機能性を与え或は軽量化やコスト低減などを
目的として、無機質もしくは有機質の充填材、例えばカ
ーボンブラック、炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸
カルシウム、硫酸バリウムや、カオリンクレー、石英粉
といった粘土鉱物等の無機系粉末状充填剤や、シラスバ
ルーン、ガラスバルーン、フライアッシュバルーン等の
無機系中空微粒子状充填剤、古紙、木粉、ヤシ殻粉等の
有機系粉末状充填剤、ポリスチレン系やポリエステル系
等の有機系架橋ビーズ等の1種以上を混合することも可
能である。
【0026】本発明法で得られる樹脂組成物あるいは予
備成形体は、上記の様に強化用繊維が破断や傷付きを生
じることなくマトリックスを構成する樹脂粉末と均一に
混合されているので、これらを加熱加圧成形して最終成
形品を製造する際においても、加熱溶融あるいは圧縮成
形段階で高剪断力を与える必要がなく、従来公知の射出
圧縮成形機等を低トルクで使用したり、スクリューレス
の溶融押出装置等で、強化用繊維になるべくダメージを
与えない様な方法で成形を行なうことによって、前記樹
脂組成物を得る際の混合前の予備処理(即ち、樹脂によ
る表面被覆)による強化用繊維の破断および傷付き防止
効果を、一層有効に生かすことが可能となる。
備成形体は、上記の様に強化用繊維が破断や傷付きを生
じることなくマトリックスを構成する樹脂粉末と均一に
混合されているので、これらを加熱加圧成形して最終成
形品を製造する際においても、加熱溶融あるいは圧縮成
形段階で高剪断力を与える必要がなく、従来公知の射出
圧縮成形機等を低トルクで使用したり、スクリューレス
の溶融押出装置等で、強化用繊維になるべくダメージを
与えない様な方法で成形を行なうことによって、前記樹
脂組成物を得る際の混合前の予備処理(即ち、樹脂によ
る表面被覆)による強化用繊維の破断および傷付き防止
効果を、一層有効に生かすことが可能となる。
【0027】
【実施例】以下実施例によって本発明を更に詳細に説明
するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、
前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは
全て本発明の技術範囲に包含される。
するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、
前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは
全て本発明の技術範囲に包含される。
【0028】実施例1 強化繊維としてガラス繊維(繊維径:10μm、繊維
長:13mm)に、下記の方法で表面被覆処理を行な
い、マトリックス樹脂(ポリプロピレン樹脂)をガラス
繊維表面に0.7重量%付着させておく。 表面付着法1:ポリプロピレン樹脂をテトラリンに溶解
した後、これにガラス繊維を浸漬し、次いで120℃で
5分間ゆっくり攪拌しながら溶剤を揮発除去する。 表面付着法2:ポリプロピレン樹脂粉末(平均粒径:
0.1mm)とガラス繊維を圧力1.5kg/cm2 、
流量0.2kg/分、温度120℃で1分間混合し、ガ
ラス繊維表面にポリプロピレン樹脂粉末を溶融付着させ
る。 表面付着法3:水/界面活性剤/ポリプロピレン樹脂を
重量比で100/1/5の比率で混合してエマルジョン
を調製し、これにガラス繊維を含浸した後、80℃で5
分間50rpmでゆっくり攪拌しながら乾燥する。
長:13mm)に、下記の方法で表面被覆処理を行な
い、マトリックス樹脂(ポリプロピレン樹脂)をガラス
繊維表面に0.7重量%付着させておく。 表面付着法1:ポリプロピレン樹脂をテトラリンに溶解
した後、これにガラス繊維を浸漬し、次いで120℃で
5分間ゆっくり攪拌しながら溶剤を揮発除去する。 表面付着法2:ポリプロピレン樹脂粉末(平均粒径:
0.1mm)とガラス繊維を圧力1.5kg/cm2 、
流量0.2kg/分、温度120℃で1分間混合し、ガ
ラス繊維表面にポリプロピレン樹脂粉末を溶融付着させ
る。 表面付着法3:水/界面活性剤/ポリプロピレン樹脂を
重量比で100/1/5の比率で混合してエマルジョン
を調製し、これにガラス繊維を含浸した後、80℃で5
分間50rpmでゆっくり攪拌しながら乾燥する。
【0029】得られた樹脂被覆ガラス繊維とポリプロピ
レン樹脂粉末(平均粒径0.5mm、球形)を、重量比
で30/70の比率で使用し、図1に示した様な気流攪
拌装置に装入し、攪拌機を50rpmの速度で回転させ
ながら圧力1.5kg/cm 2 、流量0.2kg/分で
加圧空気を吹き込んで5分間混合した。その結果、ガラ
ス繊維と樹脂粉末が均一に混合分散されたバルキーな混
合物が得られた。
レン樹脂粉末(平均粒径0.5mm、球形)を、重量比
で30/70の比率で使用し、図1に示した様な気流攪
拌装置に装入し、攪拌機を50rpmの速度で回転させ
ながら圧力1.5kg/cm 2 、流量0.2kg/分で
加圧空気を吹き込んで5分間混合した。その結果、ガラ
ス繊維と樹脂粉末が均一に混合分散されたバルキーな混
合物が得られた。
【0030】この混合物を攪拌容器から取り出して20
0kg/cm2 で厚さ1mm×幅200mm×長さ30
0mmの矩形状に圧縮成形し、次いで220℃で4分間
加熱することにより表層部のみの樹脂粉末を溶融させて
ガラス繊維と一体化し、表面が皮張り状態の予備成形体
(密度:0.45g/cc)を得た。この予備成形体3
枚を使用し、圧力200kg/cm2 、温度110℃で
1分間圧縮成形することにより樹脂粉末の全てを溶融さ
せると共にガラス繊維と一体化させ、厚さ3mmのガラ
ス繊維強化樹脂成形体を得た。該成形体の曲げ強度は1
22MPa、衝撃強度は28kgf・cm/cm2 であ
り、優れた強度特性を有していた。
0kg/cm2 で厚さ1mm×幅200mm×長さ30
0mmの矩形状に圧縮成形し、次いで220℃で4分間
加熱することにより表層部のみの樹脂粉末を溶融させて
ガラス繊維と一体化し、表面が皮張り状態の予備成形体
(密度:0.45g/cc)を得た。この予備成形体3
枚を使用し、圧力200kg/cm2 、温度110℃で
1分間圧縮成形することにより樹脂粉末の全てを溶融さ
せると共にガラス繊維と一体化させ、厚さ3mmのガラ
ス繊維強化樹脂成形体を得た。該成形体の曲げ強度は1
22MPa、衝撃強度は28kgf・cm/cm2 であ
り、優れた強度特性を有していた。
【0031】実施例2 上記実施例1において、更に他の原料として平均粒子径
0.5mmの球状の炭酸カルシウムを使用し、ガラス繊
維/炭酸カルシウム/ポリプロピレン樹脂を重量比で2
0/10/70の比率で混合した以外は実施例1と全く
同様にして気流混合によるバルク状混合物を得、更に同
様にして表層部のみを加熱して表面が皮張り状態の予備
成形体(密度:0.5g/cc)を得た。更に、上記実
施例と全く同様にして加熱加圧成形を行なって、厚さ3
mmのガラス繊維強化樹脂成形体を得、その物性を調べ
たところ、該成形体の曲げ強度は118MPa、衝撃強
度は26kgf・cm/cm2 であり、優れた強度特性
を有していることが確認された。
0.5mmの球状の炭酸カルシウムを使用し、ガラス繊
維/炭酸カルシウム/ポリプロピレン樹脂を重量比で2
0/10/70の比率で混合した以外は実施例1と全く
同様にして気流混合によるバルク状混合物を得、更に同
様にして表層部のみを加熱して表面が皮張り状態の予備
成形体(密度:0.5g/cc)を得た。更に、上記実
施例と全く同様にして加熱加圧成形を行なって、厚さ3
mmのガラス繊維強化樹脂成形体を得、その物性を調べ
たところ、該成形体の曲げ強度は118MPa、衝撃強
度は26kgf・cm/cm2 であり、優れた強度特性
を有していることが確認された。
【0032】比較例1 前記実施例1において、表面処理を全く行なっておらな
いガラス繊維を使用した以外は全く同様にして予備成形
体の製造およびガラス繊維強化樹脂成形体の加熱加圧成
形を行なった。得られた成形体の曲げ強度は89MP
a、衝撃強度は18kgf・cm/cm2 であり、実施
例で得た成形体に比べてかなり劣るものであった。
いガラス繊維を使用した以外は全く同様にして予備成形
体の製造およびガラス繊維強化樹脂成形体の加熱加圧成
形を行なった。得られた成形体の曲げ強度は89MP
a、衝撃強度は18kgf・cm/cm2 であり、実施
例で得た成形体に比べてかなり劣るものであった。
【0033】
【発明の効果】本発明の樹脂組成物は以上の様に構成さ
れており、強化用繊維と熱可塑性マトリックス樹脂粉末
を気流中で均一に混合する際に、該強化用繊維を予めマ
トリックス樹脂と同種の樹脂、あるいは該マトリックス
樹脂と親和性を有する樹脂で被覆しておくことによっ
て、気流混合時における強化用繊維の破断や傷付きを可
及的に防止することができ、それにより強化用繊維に期
待される補強効果を最大限に生かすことができ、靭性や
曲げ特性、耐衝撃特性等の機械的特性の非常に優れた成
形体を与える繊維強化熱可塑性樹脂組成物およびその予
備成形体を提供し得ることになった。
れており、強化用繊維と熱可塑性マトリックス樹脂粉末
を気流中で均一に混合する際に、該強化用繊維を予めマ
トリックス樹脂と同種の樹脂、あるいは該マトリックス
樹脂と親和性を有する樹脂で被覆しておくことによっ
て、気流混合時における強化用繊維の破断や傷付きを可
及的に防止することができ、それにより強化用繊維に期
待される補強効果を最大限に生かすことができ、靭性や
曲げ特性、耐衝撃特性等の機械的特性の非常に優れた成
形体を与える繊維強化熱可塑性樹脂組成物およびその予
備成形体を提供し得ることになった。
【図1】本発明法で用いられる気流混合装置の一実施例
である。
である。
3 圧縮空気吹き込みノズル 4a,4b 原料投入ホッパー 5 混合物排出口 6 攪拌機 8 フィルター 9 空気排出口 10 攪拌容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 美佳 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 (72)発明者 竹田 隆子 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)
- 【請求項1】 熱可塑性マトリックス樹脂粉末と強化用
繊維とを気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物
を製造するに当たり、強化用繊維の表面を、上記熱可塑
性マトリックス樹脂と同種の熱可塑性樹脂によって予め
被覆しておくことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組
成物の製法。 - 【請求項2】 熱可塑性マトリックス樹脂粉末と強化用
繊維とを気流中で混合して繊維強化熱可塑性樹脂組成物
を製造するに当たり、強化用繊維の表面を、該マトリッ
クス樹脂と親和性を有する熱可塑性樹脂によって予め被
覆しておくことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成
物の製法。 - 【請求項3】 請求項1または2によって得られる樹脂
組成物を圧縮し、該圧縮体の表層部を加熱することによ
り、表層部で熱可塑性マトリックス樹脂と強化用繊維が
溶融一体化された予備成形体を得ることを特徴とする繊
維強化熱可塑性樹脂予備成形体の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15391794A JPH0820021A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製法および該組成物を用いた予備成形体の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15391794A JPH0820021A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製法および該組成物を用いた予備成形体の製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0820021A true JPH0820021A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15572928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15391794A Withdrawn JPH0820021A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製法および該組成物を用いた予備成形体の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820021A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011201964A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | 親水性樹脂の製造方法及びパルプ繊維複合樹脂の成形品 |
| JP2011201966A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | パルプ繊維強化樹脂の製造方法及びパルプ繊維強化樹脂 |
| JP2011201963A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | 親水性樹脂の製造方法及びパルプ繊維複合樹脂の成形品の製造方法 |
| JP2011201965A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | 親水性樹脂の製造方法及びパルプ繊維複合樹脂の成形品 |
| JP4799685B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維複合体原料 |
| JP4799683B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維強化樹脂の製造方法 |
| JP4799682B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維強化樹脂の製造方法 |
| JP4799684B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維強化樹脂の製造方法 |
| JP4832593B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-12-07 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維強化樹脂原料 |
| EP3056338A1 (en) | 2015-02-12 | 2016-08-17 | Jtekt Corporation | Fiber reinforced thermoplastic resin member |
-
1994
- 1994-07-05 JP JP15391794A patent/JPH0820021A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011201964A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | 親水性樹脂の製造方法及びパルプ繊維複合樹脂の成形品 |
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| JP2011201963A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | 親水性樹脂の製造方法及びパルプ繊維複合樹脂の成形品の製造方法 |
| JP2011201965A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | 親水性樹脂の製造方法及びパルプ繊維複合樹脂の成形品 |
| JP4799685B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維複合体原料 |
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| JP4799682B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維強化樹脂の製造方法 |
| JP4799684B1 (ja) * | 2010-11-05 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | パルプ繊維強化樹脂の製造方法 |
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| EP3056338A1 (en) | 2015-02-12 | 2016-08-17 | Jtekt Corporation | Fiber reinforced thermoplastic resin member |
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|---|---|---|---|
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