JPH11333878A - 繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法および成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空隙を含む軽量樹脂成形品において、強度、剛
性、外観を満足するとともに、板状成形品の重量を軽減
する製造方法および成形品を提供する。 【解決手段】平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維２０〜
７０重量％と超高流動性の熱可塑性樹脂８０〜３０重量
％とからなる溶融樹脂を金型キャビティに射出し、圧縮
充填した後、可動金型を金型キャビティ容積が拡大する
方向に後退させる。ペレットと等しい長さのガラス繊維
を３０〜８０重量％含有するポリプロピレンペレット
（Ａ）とメルトインデックスが１００ｇ／１０分以上で
あるポリプロピレンペレット（Ｂ）の混合ペレットを成
形原料として成形することで、厚みが１．２〜２０ｍｍ
であって、面重量が０．４ｇ／ｃｍ² 以下の軽量成形品
が製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維含有軽量樹脂
成形品の製造方法および成形品に関し、詳しくは、軽量
化されていながら、剛性、強度にすぐれ、ヒケ、ソリ、
変形、低光沢、光沢ムラなどの外観不良の発生のない繊
維含有軽量樹脂成形品の効率的な製造方法および成形品
に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、ガラス繊維等の繊維を含有させ
ることで強化された繊維強化樹脂成形品が知られてい
る。この繊維強化樹脂成形品は、引張強度、曲げ強度、
曲げ弾性率などの機械的特性や耐熱性にすぐれているの
で、インパネコア、バンパービーム、ドアステップ、ル
ーフ・ラック、リア・クォターパネルおよびエアクリー
ナ・ケース等の自動車部品、ならびに、外壁用パネル、
間仕切壁用パネルおよびケーブル・トラフ等の建築・土
木用部材等として広く利用されている。このような繊維
強化樹脂成形品を製造するにあたり、金型の内部に繊維
を含んだ溶融樹脂を射出する射出成形方法を利用するこ
とができる。この射出成形方法によれば、複雑な形状の
ものでも成形できるうえ、所定の成形サイクルを連続し
て繰り返すことが可能なため、同一形状のものを大量生
産することができるというメリットがある。

【０００３】射出成形で成形された繊維強化樹脂成形品
は、強度や剛性を向上させるために、ガラス繊維などの
繊維量を増やすと、成形品の重量が増大するとともに、
反り変形が大きくなる傾向にある。このため、重量軽減
のために、原材料に発泡剤を混入させ、成形品となる樹
脂を発泡させながら成形を行う発泡射出成形方法が提案
されている（特開平７−２４７６７９号公報）。この発
泡射出成形方法では、軽量化を達成するために、かなり
の量の発泡剤を用いても、十分な発泡倍率を得ることは
容易でない。しかも、発泡倍率が十分得られたとして
も、成形品にシルバーが発生するなど外観が損なわれる
うえ、均一性に劣り、性能が十分確保できない場合があ
る。

【０００４】これらの問題点を解消するものとして、強
度、剛性および耐衝撃性等の機械的特性や外観品質を維
持しつつ、軽量化を図るために、（１）長さが比較的長
い繊維を含有した繊維強化樹脂ペレットを用い、含有す
る繊維によりスプリングバック現象を発生させ、このス
プリングバック現象で成形中の樹脂を膨張させ、軽量成
形品を得る膨張成形方法、（２）前記（１）における繊
維強化ペレットに発泡剤を混入させ、この発泡剤により
樹脂の膨張を補完させ、さらに成形品の軽量化を図る膨
張成形方法が提案されている（国際公開 ＷＯ９７／２
９８９６号公報）。これらの方法によれば、機械的特性
を損なわずに、成形品の軽量化を充分達成できるので、
繊維強化樹脂成形品の軽量化を図るのに有効であるとい
える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）、（２）に示した成形方法では、成形品の形状に
よっては、必ずしも良好な軽量樹脂成形品を得ることが
困難な場合がある。すなわち、軽量成形品として、面積
が比較的大きい成形品にあっては、成形品の軽量化のた
めには、溶融樹脂の金型キャビティへの充填完了時にお
いて、キャビティ厚みを２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下に
する必要性がある。しかしながら、通常の射出成形のみ
でなく、射出圧縮成形にあっても、このように薄い金型
キャビティ中に樹脂を完全に充填することは困難であ
る。

【０００６】たとえば、ポリプロピレンにあっても、成
形品の強度を考慮した、一般の射出成形用のポリプロピ
レンを原料とした場合に、溶融樹脂の流動長さ（成形品
のサイズ）にもよるが、１ｍｍ以下は不可能であった。
特に、ガラス繊維などの繊維類を含む繊維含有樹脂の場
合にはなおさらであった。すなわち、成形品の形状、た
とえば面積が大きい場合にあっても薄い金型キャビティ
に十分溶融樹脂を充填でき、ついで、膨張させて空隙率
が高く軽量化度の高い成形品の製造方法が望まれてい
る。本発明の目的は、成形品の面積が大きい場合であっ
ても、強度、剛性、耐熱性等にすぐれ、しかもヒケ、反
り、変形、低光沢、光沢ムラなど外観不良の改善された
繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法および成形品を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な状況下において、繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法
において、成形条件、成形原料と成形性、成形品物性、
外観の関係について鋭意研究を重ねた。その結果、成形
原料としての熱可塑性樹脂の溶融流動性と膨張性、成形
品の強度の関係において、射出成形や射出圧縮成形に通
常用いることのない、熱可塑性樹脂を採用することによ
り、成形性よく繊維含有軽量樹脂成形品が得られるるこ
とを見出した。また、このような、成形性の優れた原料
が、射出、圧縮充填性のみでなく、後の膨張工程での膨
張性にすぐれ、しかも強度、剛性、良外観をも合わせ達
成できることを見出し、本発明を完成したものである。

【０００８】すなわち、本発明は、 （１）平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維２０〜７０重
量％と超高流動性の熱可塑性樹脂８０〜３０重量％とか
らなる溶融樹脂を金型キャビティに射出し、圧縮充填し
た後、可動金型を金型キャビティ容積が拡大する方向に
後退させる繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法。 （２）圧縮充填されるときのキャビティ厚みが２ｍｍ以
下である上記（１）記載の繊維含有軽量樹脂成形品の製
造方法。 （３）超高流動性の熱可塑性樹脂が、繊維を含有した状
態で、厚みが２ｍｍ以下で、ノズル当たりの流動面積が
５００ｃｍ² 以上であるキャビティに射出し、圧縮され
たときキャビティを充満するに十分な流動性を有するも
のである上記（１）または（２）記載の繊維含有軽量樹
脂成形品の製造方法。 （４）熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、メ
ルトインデックスが１００ｇ／１０分以上である上記
（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂成
形品の製造方法。 （５）可動金型が金型キャビティ容積が拡大する方向に
後退を開始した後、キャビティ内の樹脂にガスを注入す
る上記（１）〜（４）のいずれかに記載の繊維含有軽量
樹脂成形品の製造方法。 （６）溶融樹脂が、２〜１００ｍｍの範囲の全長を有す
るとともに、この全長と等しい長さの繊維が互いに平行
に配列された状態となって全体の３０〜８０重量％含有
された繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）と超高流動
性熱可塑性樹脂ペレット（Ｂ）からなる原料樹脂を用い
る上記（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維含有軽量
樹脂成形品の製造方法。 （７）溶融樹脂に膨張助剤が配合されている上記（１）
〜（６）のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂成形品の
製造方法。 （８）平均繊維長が１〜１０ｍｍの繊維２０〜７０重量
％と、メルトインデックスが１００ｇ／１０分以上のポ
リプロピレン系樹脂８０〜３０重量％からなり、空隙率
が５〜９０％である繊維含有軽量樹脂成形品、および （９）板状部を有し、板状部の厚みが１．２〜２０ｍ
ｍ、その主要部の面重量が０．４ｇ／ｃｍ² 以下である
上記（８）記載の繊維含有軽量樹脂成形品を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。まず、繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法として
は、金型キャビティの容積（厚み）を縮小、拡大できる
成形金型を用い、繊維含有溶融熱可塑性樹脂を金型キャ
ビティに射出、圧縮、充填する。すなわち、射出圧縮成
形により、まず、特定の繊維含有溶融熱可塑性樹脂を初
期の金型キャビティに充填する。次いで、金型キャビテ
ィ容積を最終成形品の容積になるように、可動金型を後
退させて厚みを拡大するものである。すると溶融熱可塑
性樹脂は含有繊維の絡み合いによるスプリングバック現
象により拡大された容積に膨張し、繊維含有軽量樹脂成
形品が得られる。本発明では、この際に、特定の繊維含
有原料樹脂として、平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維
２０〜７０重量％と超高流動性の熱可塑性樹脂８０〜３
０重量％とからなる溶融樹脂を用いるものである。

【００１０】本発明の製造方法は、特に、板状部を有
し、比較的面積が大きく、板状部の主要部の面重量が低
い成形品を製造することを目的とするものである。繊維
含有軽量樹脂成形品は、繊維含有の溶融樹脂を射出圧縮
して金型キャビティに充填後にキャビティを拡大するこ
とで、溶融樹脂を膨張させて製造することはできる。し
かし、単位面積当たりの重量（面重量）は、膨張による
軽量化とは無関係であり、膨張前の溶融樹脂の面積当た
りの重量により固定するものである。したがって、真の
軽量化のためには、膨張する前の溶融樹脂の厚みを薄く
する必要性がある。

【００１１】このために、本発明の製造方法は、キャビ
ティへの溶融樹脂の充填完了時である、初期の厚みが通
常２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下、特に好まし
くは１．０ｍｍ以下の場合に適用されるものである。し
かしながら、従来の通常の射出成形用の成形樹脂原料を
用いて成形しようとしても、１ｍｍ以下のような薄肉の
キャビティの末端まで溶融樹脂を充填することはできな
かった。したがって、２ｍｍを越える厚みをいくら膨張
しても、成形品としての軽量化には自ずと限界があり、
真の軽量化の目的は達成できていない。

【００１２】本発明の成形品の製造方法における溶融樹
脂は超高流動性の熱可塑性樹脂が、繊維を含有した状態
で、成形品を成形するためのそれぞれの配合条件、成形
条件において、厚みが２ｍｍ以下で、ノズル当たりの流
動面積が５００ｃｍ² 以上である金型キャビティに射出
し、圧縮されたときキャビティを充満するに十分な流動
性を有するものであることが好ましい。

【００１３】具体的には、熱可塑性樹脂は、それぞれの
熱可塑性樹脂において、高流動性の射出成形用のメルト
インデックス（ＭＩ）の１．３倍以上であり、一般の成
形品の成形には、強度が低く使うことのない低分子量、
超高流動性である樹脂である。ＭＩは、各熱可塑性樹脂
により、測定条件が異なるので、具体的なＭＩは、熱可
塑性樹脂の種類により異なり、それぞれにより個別に決
まるものである。

【００１４】本発明が好ましく適用できるポリプロピレ
ン系樹脂においては、ＭＩは、具体的には１００ｇ／１
０分以上、好ましくは、１５０〜２０００ｇ／１０分、
より好ましくは２００〜１０００ｇ／１０分である。な
お、ＭＩの上限はその測定方法から高ＭＩは測定が実質
的にできない範囲までを含むものであり、便宜上３００
０ｇ／１０分である。なお、ポリプロピレン系樹脂のＭ
Ｉの測定は、ＪＩＳＫ ７２１０（２３０℃、２．１６
ｋｇ荷重に準じて測定された値（以下、同じ）である。

【００１５】ここにおいて、本発明で用いられる超高流
動性のポリプロピレン系樹脂は、含有する繊維の種類、
長さ、含有量、射出圧縮時のキャビティ厚み、キャビテ
ィ形状、ノズル（ゲート）からの流動長さ（面積）、成
形条件などによりＭＩを適宜選定することができる。こ
の場合に、ＭＩの異なる樹脂を混合して用いることもで
き、混合するポリプロピレンの一部のＭＩが、１００ｇ
／１０分未満であっても、全体のＭＩが、１００ｇ／１
０分以上になるようにすればよい。しかし、ＭＩは、成
形性が満足されるのであれば、極端に大きいものを用い
る必要性はない。

【００１６】本発明において、上記した熱可塑性樹脂単
独では強度の点で成形品とならない超高流動性の熱可塑
性樹脂であっても、本発明の製造方法に適用することに
より、軽量であっても強度的に十分実用的に利用可能な
成形品となる。この理由は、膨張性を付与するために特
定の長さの繊維が含有されているためと考えられる。ま
た、本発明の繊維含有軽量樹脂成形品は、平均繊維長が
１〜１０ｍｍの繊維２０〜７０重量％、メルトインデッ
クスが１００ｇ／１０分以上のポリプロピレン系樹脂８
０〜３０重量％からなり、空隙率が５〜９０％である繊
維含有軽量樹脂成形品であり、特に、板状部を有し、板
状部の厚みが１．３〜２０ｍｍ、板状部の主要部の面重
量が０．４ｇ／ｃｍ² 以下である繊維含有軽量樹脂成形
品である。すなわち、膨張による軽量化の程度に関係な
く、面積当たりの重量が０．４ｇ／ｃｍ² 以下である繊
維含有軽量樹脂成形品である。

【００１７】本発明の繊維含有軽量樹脂成形品は、板状
の薄肉を有し、板状部の厚みが１．３〜２０ｍの範囲、
一般的には、１．５〜１０ｍｍの範囲である。繊維含有
軽量樹脂成形品は、厚み方向にスキン層／膨張層／スキ
ン層からなり、膨張層も厳密には、膨張の程度の高い中
間層と膨張の程度が比較的低い両外層部分から構成され
ている。この層構造では、成形品の面積が大きい場合に
は剛性的に不足し、局部的な応力や捩じれに対しても不
十分な場合がある。この場合には、この問題を解消する
ために、両表面のスキン層を非膨張ないし低膨張の樹脂
で部分的に結合、すなわち、リブを設けることができ
る。

【００１８】また、可動金型が金型キャビティ容積が拡
大する方向に後退を開始した後、すなわち、開始時点か
ら終了時、または終了後に窒素などのガスをキャビティ
内の樹脂に注入することもできる。これにより、繊維含
有樹脂の膨張を助けるとともに、溶融熱可塑性樹脂を金
型成形面に向かって押圧することになり、樹脂が金型面
に密着した状態で冷却されるので成形品の表面にヒケが
生じない。また、このガスを流通させれば成形品の冷却
が促進され成形サイクルが短縮する。この際に、揮発性
の水などの液体を同伴させるとより冷却効果を向上する
こともできる。

【００１９】さらに、本発明の好適な製造方法として、
溶融樹脂が、２〜１００ｍｍの範囲の全長を有するとと
もに、この全長と等しい長さの繊維が互いに平行に配列
された状態となって全体の３０〜８０重量％含有された
繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）と超高流動性熱可
塑性樹脂ペレット（Ｂ）からなる原料樹脂を用いて製造
することができる。ここで、繊維含有熱可塑性樹脂ペレ
ット（Ａ）の製造方法については、後述するが、ポリプ
ロピレン系樹脂の場合のＭＩとしては、通常５０ｇ／１
０分以上の良流動性の樹脂を用いることが好ましい。

【００２０】また、繊維含有熱可塑性樹脂ペレット
（Ａ）と超高流動性熱可塑性樹脂ペレット（Ｂ）との混
合割合は、９５／５〜３０／７０（重量比）、好ましく
は９０／１０〜７０／３０である。これは、ペレット
（Ａ）中の繊維含有率、成形品における物性、成形性を
考慮して適宜決定することができる。この原料選択によ
って、スプリングバック現象にすぐれた、すなわち、射
出成形時の可塑化溶融熱可塑性樹脂中のガラス繊維など
の繊維長を長く保つとともに、分散性が良好になるため
好ましい。この原料樹脂には必要により、膨張を補完す
るために少量（５重量％以下）の膨張助剤（発泡剤）を
添加することもできる。

【００２１】本発明の繊維含有軽量樹脂成形品の軽量化
は、含有する繊維の種類や含有量、目的とする成形品の
要求特性によっても異なるが、空隙率（平均）として、
５〜９０％、好ましくは２０〜８０％の範囲で選択され
る。空隙率が５％未満では軽量化の効果が小さく、９０
％を越えると表面の平滑性が低下し、表面の緻密なスキ
ン層が薄くなり、強度的にも弱くなる。また、成形品中
の平均繊維長としては、１〜１０ｍｍの範囲、好ましく
は２〜８ｍｍである。ここで１ｍｍ未満では、繊維の絡
み合いが不十分となり、膨張性が不足するとともに、強
度、剛性、耐衝撃性の点でも好ましくない。また、１０
ｍｍを越えると分散性が十分でなくなるとともに、溶融
時の流動性が不十分となり、成形品の薄肉部や末端部に
樹脂が流れにくくなり、成形不良が発生する場合があ
る。さらに、繊維含有量としては、通常１０〜７０重量
％、好ましくは１５〜６０重量％の範囲である。１０重
量％未満では、膨張性、強度、剛性、耐熱性が十分でな
く、７０重量％を越えると溶融時の流動性が低下し、膨
張性、成形性が低下する場合がある。繊維としては、ガ
ラス繊維が最も好ましい。上記において、空隙率とは、
〔（成形品の容積−空隙を有さない場合の容積）／成形
品の容積〕×１００を示す。

【００２２】本発明に用いられる熱可塑性樹脂として
は、特に、制限はないが、例えば、ポリプロピレン、プ
ロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−エ
チレンランダム共重合体、ポリエチレン等のポレオレフ
ィン系樹脂、ポリスチレン、ゴム変性耐衝撃性ポリスチ
レン、シンジオタクチック構造を含むポリスチレンなど
のポリスチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系
樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリア
セタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ芳香族
エーテルまたはチオエーテル系樹脂、ポリ芳香族エステ
ル系樹脂、ポリスルホン系樹脂およびアクリレート系樹
脂等が採用できる。ここで、上記熱可塑性樹脂は、単独
で用いることがもできるが、二種類以上を組み合わせて
用いてもよい。

【００２３】このような熱可塑性樹脂のうち、ポリプロ
ピレン、プロピレンと他のオレフィンとのブロック共重
合体、ランダム共重合体、あるいは、これらの混合物な
どのポリプロピレン系樹脂が好ましい。なお、ポリプロ
ピレン系樹脂には、無水マレイン酸、フマル酸などの不
飽和カルボン酸、または、その誘導体で変性された酸変
性ポリオレフィン系樹脂を含有するポリプロピレン系樹
脂が好適である。また、ポリプロピレン系樹脂には、高
密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−α
−オレフィン共重合体樹脂、ポリアミド樹脂などの他の
熱可塑性樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体エラ
ストマーなどの衝撃強度改良のためのエラストマー、フ
エノール系、リン系、硫黄系などの酸化防止剤、光安定
剤、紫外線吸収剤、耐候剤、架橋剤、核剤、着色剤、短
繊維、タルク、炭酸カルシウムなどの充填剤を加えるこ
ともできる。

【００２４】つぎに、繊維としては、セラミック繊維：
ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チッ化ケ
イ素繊維、ジルコニア繊維、無機繊維：ガラス繊維、炭
素繊維、金属繊維：銅繊維、黄銅繊維、鋼繊維、ステン
レス繊維、アルミニウム繊維、アルミニウム合金繊維、
有機繊維：ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリア
リレート繊維などを例示できる。これらのなかでもガラ
ス繊維が最も好ましく用いられ、ガラス繊維に他の有機
繊維、無機繊維を併用することもできる。

【００２５】さらに、繊維含有熱可塑性樹脂の原料とし
ては、前記したように、２〜１００ｍｍの範囲の全長を
有するとともに、この全長と等しい長さの繊維が互いに
平行に配列された状態となって全体の３０〜８０重量％
含有された前記繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）ま
たは他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の１０〜
７０重量％とされたものであって、超高流動性を示すも
のであることが好ましい。繊維が互いに平行に配列され
た状態となって全体の３０〜８０重量％含有されたペレ
ットを用いれば、射出装置のスクリューで可塑化・混練
を行っても、繊維の破断が起こりにくく、また分散性も
良好となる。前記ペレット（Ａ）の使用は、キャビティ
中の溶融樹脂のスプリングバック現象が良好となるとと
もに、最終成形品中で残存する繊維長が長くなり、物性
の向上、表面外観が向上する。なお、射出成形機の可塑
化スクリューとしては、圧縮比が２．５以下、特に２以
下である比較的低いタイプの使用が、繊維の破断を抑制
する点で好ましい。

【００２６】ここで、ガラス繊維としては、Ｅ−ガラス
またはＳ−ガラスのガラス繊維であって、その平均繊維
径が２５μｍ以下のもの、好ましくは３〜２０μｍの範
囲のものが好ましく採用できる。ガラス繊維の径が３μ
ｍ未満であると、ペレット製造時にガラス繊維が樹脂に
なじまず、樹脂の含浸が困難となる一方、２０μｍを超
えると、溶融混練時に切断、欠損が起こりやすくなる。
これらの熱可塑性樹脂およびガラス繊維を用い、引き抜
き成形法等でペレットを製造するにあたり、ガラス繊維
は、カップリング剤で表面処理した後、収束剤により、
１００〜１００００本、好ましくは、１５０〜５０００
本の範囲で束ねておくことが望ましい。

【００２７】カップリング剤としては、いわゆるシラン
系カップリング剤、チタン系カップリング剤として従来
からあるものの中から適宜選択することができる。例え
ば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−
（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン等のアミノシランやエポキシシランが採用
できる。特に、前記アミノ系シラン化合物を採用するの
が好ましい。

【００２８】収束剤としては、例えば、ウレタン系、オ
レフィン系、アクリル系、ブタジエン系およびエポキシ
系等が採用でき、これらのうち、ウレタン系およびオレ
フィン系が採用できる。これらのうち、ウレタン系収束
剤は、通常、ジイソシアネート化合物と多価アルコール
との重付加反応により得られるポリイソシアネート５０
重量％以上の割合に含有するものであれば、油変性型、
湿気硬化型およびブロック型等の一液タイプ、および、
触媒硬化型およびポリオール硬化型等の二液タイプのい
ずれもが採用できる。一方、オレフィン系収束剤として
は、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性された変
性ポリオレフィン系樹脂が採用できる。

【００２９】上述のような収束剤で収束したガラス繊維
に熱可塑性樹脂を付着・含浸させることにより、ガラス
繊維を含有する樹脂ペレットが製造される。ガラス繊維
に熱可塑性樹脂を付着・含浸させる方法としては、例え
ば、溶融樹脂の中に繊維束を通し、繊維に樹脂を含浸さ
せる方法、コーティング用ダイに繊維束を通して含浸さ
せる方法、あるいは、ダイで繊維の周りに付着した溶融
樹脂を押し広げて繊維束に含浸させる方法等が採用でき
る。ここで、繊維束と樹脂とをよくなじませる、すなわ
ち濡れ性を向上するために、内周に凹凸部が設けられた
ダイの内部に、張力が加えられた繊維束を通して引き抜
くことで、溶融樹脂を繊維束に含浸させた後、さらに、
この繊維束を加圧ローラでプレスする工程が組み込まれ
た引抜成形法も採用できる。なお、ガラス繊維と溶融樹
脂とが互いによくなじむ、濡れ性のよいものであれば、
溶融樹脂がガラス繊維に容易に含浸され、ペレットの製
造が容易となるので、前述の収束剤で繊維を収束する工
程は、省略できる場合がある。ここで、互いによくなじ
ませる方法としては、樹脂に極性を付与したり、ガラス
繊維の表面にカップリング剤と反応する官能基をグラフ
トしたり、繊維束を流動パラフィンなどの溶融樹脂の溶
融温度以上の沸点を有する液状物で事前処理する方法が
有効である。

【００３０】以上のような方法で、樹脂が含浸された長
尺繊維束（ストランド等）を、繊維の長手方向に沿って
切断すれば、ペレットの全長と同じ長さの長繊維を含ん
だ樹脂ペレットを得ることができる。この際、樹脂ペレ
ットとしては、繊維束がストランドにされ、その断面形
状が略円形となった樹脂含有長尺繊維束を切断したもの
に限らず、繊維を平たく配列することにより、シート
状、テープ状またはバンド状になった樹脂含有長尺繊維
束を所定の長さに切断したものでもよい。

【００３１】また、前記原料には、５重量部以下の膨張
助剤としての発泡剤を添加することができる。発泡剤を
含有させれば、スプリングバック現象における繊維の復
元力（膨張）が不足する場合においても、発泡剤の発泡
力が繊維の復元力を補完するので、可動金型が後退する
のに応じて、成形品に応じた容積にまで繊維含有熱可塑
性溶融樹脂が確実に膨張するようになる。なお、発泡剤
の含有量が５重量部を超えると、シルバーマークが生じ
る場合があり、外観品質上の不具合が生じるおそれがあ
るうえ、成形品の内部に大きな中空部が発生し、強度や
剛性が著しく低下する場合がある。こうした理由で、発
泡剤の含有は、スプリングバック現象の補完のためであ
ることから、その含有量は、必要最低限に留めるのが好
ましい。

【００３２】具体的には、０．０１〜２、好ましくは
０．０２〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．３重
量部の発泡剤を含ませることが好ましい。ここで、発泡
剤の種類は、熱により分解してガスを発生するものであ
れば、限定されない。例えば、シュウ酸誘導体、アゾ化
合物、ヒドラジン誘導体、セミカルバジド、アジド化合
物、ニトロソ化合物、トリアゾール、尿素およびその関
連化合物、亜硝酸塩、水素化物、炭酸塩ならびに重炭酸
塩等が採用できる。さらに具体的に例示すれば、アゾジ
カルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ベンゼンスルホヒドラジ
ド、Ｎ，Ｎ−ジニトロペンタメチレンテトラミン、テレ
フタルアジド等が採用できる。発泡剤としては、これら
の化学分解発泡剤のみでなく、樹脂の溶融加熱時に気体
を発生するものであれば、水、アルコール、プロパン、
ブタン、フッ素化合物、有機溶媒などの物理発泡剤を用
いることもできる。これらの物理発泡剤は、熱可塑性樹
脂、無機粉粒体などに含浸した状態で樹脂原料に加えら
れる。

【００３３】次に、キャビティ内の繊維含有溶融熱可塑
性樹脂に注入する前記ガスとしては窒素、空気などであ
り、冷却を目的としたい場合には温度が１５℃以下、好
ましくは、０℃以下の冷却用ガスを採用するのが好まし
い。注入するガスは、窒素ガスなどの不活性ガスが好ま
しい。さらに、前記ガスは、前記繊維含有溶融熱可塑性
樹脂を可塑化して射出する射出装置のノズルの内部に設
けられたガス注入ノズル、または、前記金型の内部に設
けられたスプル、ランナーおよびキャビティのいずれか
に開口されるガス注入ピンから、溶融樹脂の内部へ注入
することができる。これらのなかでも、金型に設けられ
たガス注入ピン、特に、キャビティに開口されたガス注
入ピンから注入するのが好ましい。

【００３４】また、前記ガスの圧力としては、０．０１
〜２０ＭＰａの範囲、特に、０．１〜３ＭＰａの範囲に
設定されていることが好ましい。すなわち、注入するガ
スの圧力値は、成形品の大きさ、形状および膨張倍率、
ならびに、溶融樹脂の流動性、粘度および含有繊維量、
さらには、金型の形状等に応じて設定するものである。
一般的には、ガスの圧力をより低圧にすれば、溶融樹脂
内部に大きな中空部が発生する可能性が小さくなり、強
度確保がより確実となるうえ、溶融樹脂の表面と金型の
成形面との間へガスが漏洩しにくくなり、シルバーマー
ク等の不具合発生の可能性がより小さくなる。

【００３５】この比較的低圧でのガス注入が可能な理由
は、繊維のスプリングバック現象を利用するため、相互
に連続する多数の空隙が成形品の内部に確保されるため
である。一方、従来の短繊維での発泡剤による軽量化で
は、独立気泡しか形成することができないため、所定量
のガスを注入するには、独立気泡を膨張させる必要があ
るため、注入ガスにより大きな中空部が形成されてしま
う。すなわち大中空部によるか、連続均一分散によるか
で、軽量化の形態が全く異なる。なお、ガスの圧力が２
０ＭＰａを越えてしまうと、溶融樹脂の表面と金型成形
面との間にガスが漏れたり、大きな中空部が生じたりす
る場合が多く、シルバーマーク等の外観上の不具合や、
大きな中空部による強度低下等の機能上の不具合が発生
する可能性が高くなるが、本発明でのガス注入は、膨張
の補完であり、かかる高い圧力を必要としない。また、
成形品の冷却行程において、ガスを流通排出させて溶融
樹脂を短時間で冷却することが好ましい。

【００３６】さらに、前記金型には、成形品の表面を被
覆一体化するための表皮材を、成形前に予め装着させる
ことができる。このように、予め成形前に表皮材が装着
された金型を用いれば、表面が表皮材で被覆された繊維
強化軽量樹脂積層成形品が得られるようになる。ここ
で、表皮材としては、織布や不織布等の布、熱可塑性樹
脂シート、フイルム、熱可塑性樹脂の発泡シート、およ
び、模様等が印刷されたフィルム等の単層材、ならび
に、熱可塑性エラストマーや塩化ビニル樹脂等の表皮材
に、熱可塑性樹脂や熱可塑性樹脂の発泡体シート等から
まる裏地材を裏打ちした多層材が採用できる。なお、表
皮材は成形品に全面被覆することもできるし、部分被覆
することもできる。

【００３７】以下に本発明の繊維含有軽量樹脂成形品の
製造方法について、一実施形態を図面に基づいて説明す
るがこれらに何ら制限されるものではない。図１は、本
発明の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方法の実施態様例
を概念的に示した金型の断面図であり、成形金型のキャ
ビティの拡大、縮小の状態を示す。図１において、１は
固定金型、２は可動金型、３は金型キャビティ、４はス
プルー、５は溶融樹脂射出時の溶融樹脂、６はガス注入
口、７はガス排出口である。なお、金型キャビティの厚
みは、二点鎖線で、溶融樹脂射出開始時を、三点鎖線で
圧縮、充填完了時を、実線で成形品の容積に拡大し膨張
した時をそれぞれ示している。

【００３８】本発明の繊維含有軽量樹脂成形品の製造に
あっては、特別の機能をもった成形金型と成形装置を用
いる。すなわち、図１に示すように、固定金型１に対し
て、可動金型２を進退させて、金型キャビティの厚み
（容積）を可変とすることができるものである。図１に
示すものは、可動型でキャビィの全面を圧縮、拡張する
ものを示したが、成形品の形状によっては、主要部のみ
を進退させるものであってもよい。可動金型の進退は、
直圧式の金型開閉機構、射出成形機とは独立して可動盤
と可動金型の間、あるいは可動金型の内部に設けられた
摺動金型を進退可能にする金型移動装置を組み込むこと
によって実施可能である。

【００３９】次に、製造方法について金型の動きをもと
に説明する。まず、固定金型１と可動金型２を金型キャ
ビティ厚みがＤ１となるように圧縮代Ｃを残して型締め
して、位置決めすることにより、溶融樹脂の射出時のキ
ャビティ容積を決定する。この初期の状態の金型キャビ
ティに対して、繊維含有溶融熱可塑性樹脂は、図示しな
い可塑化装置のノズルからスプルー４を介して射出され
て溶融樹脂５となる。ついで、射出された溶融樹脂は、
通常、射出の完了前から可動金型２をキャビティ厚みが
Ｄ２の位置になるように前進させて溶融樹脂を圧縮し金
型キャビティに充填、充満させる。このためには、キャ
ビティ厚みがＤ２に相当する容積の溶融樹脂を可塑化溶
融計量したものを射出することになる。この場合の可動
金型の前進は、位置制御で行ってもよく、圧力で制御し
てもよい。圧力制御する場合には、可動金型の前進、樹
脂の圧縮完了時にクリアランスＨを残しておくことが好
ましい。これにより、射出樹脂の容積が微妙に変動して
不足した場合でも、可動金型の圧縮力が作用して、キャ
ビティ全体に確実に充満させることができる。

【００４０】成形金型には、金型キャビティの金型面の
金型温度を制御する装置（図示せず）が組み込まれる。
本発明の繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法にあって
は、金型キャビティの厚みが薄いことから、金型温度は
比較的高く設定することが好ましい。金型温度は、ポリ
プロピレン系樹脂を用いる場合には、６０〜１２０℃、
好ましくは８０〜１１０℃である。金型温度が６０℃未
満であると、溶融樹脂が成形途中に冷却が進み過ぎ、成
形可能条件が狭くなる場合がある。

【００４１】金型キャビティに充填、充満した溶融樹脂
は、可動金型による圧縮により、金型形状、金型表面の
シボなどの微細凹凸などを確実に転写する。ついで、金
型との接触部分から冷却が始まり溶融樹脂が完全に冷
却、硬化する前に、図１の実線で示す、金型キャビティ
厚みがＤ３である最終成形品の厚みとなる位置まで可動
金型２を後退させる。この可動型２の後退によって、溶
融状態の繊維含有熱可塑性樹脂は、含まれる繊維のから
みあいによる、スプリングバック現象により膨張して最
終成形品の形状になり、この膨張力によって金型壁面に
押しつけられ賦形される。ここで、可動金型の後退は、
成形条件、成形原料、金型形状によっても異なるが、溶
融樹脂の圧縮、充填、充満工程が完了し表面層の形成後
に速やかに行うことが好ましい。すなわち、冷却が進行
し、溶融樹脂の粘度が高くなると、可動金型の後退に溶
融樹脂の膨張が追随困難となり、最終成形品の容積まで
確実に賦形することができなく恐れがある。

【００４２】本発明では、成形品の軽量化の程度にもよ
るが、その膨張性の高い溶融樹脂のキャビティ内への射
出が必要であり、このためには前記したように、射出樹
脂中の繊維、たとえばガラス繊維の平均繊維長が長いこ
とが望ましい。また、空隙率の高い成形品を得るために
は、その膨張力を補完し、また、金型表面への樹脂の押
しつけ賦形による、ヒケの防止のために、少量の発泡剤
を添加することもできる。また、可動金型の後退開始後
において、ガス排出口８を閉じた状態で、ガス注入口７
から１Ｍｐａ以下の比較的低圧のガスを注入することが
できる。さらに、ガス排出口の圧力をある圧力に保ちな
がら、排出してガスを流通することで、成形品の冷却を
促進するとともに、表面のヒケ発生の防止ができる。本
発明の繊維含有軽量樹脂成形品は、一般の発泡剤を用い
た軽量化の場合の独立気泡とは異なり、溶融樹脂は含有
繊維の絡み合いの回復性により、繊維をもとに連続した
空隙が形成され、成形品の膨張部分の均一化を図りなが
ら、ガスが注入できるという大きな特徴があり、ガスの
流通で内部から冷却でき成形サイクルを大幅に短縮でき
るという特徴がある。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の効果を具体的な実施例に基づ
いて説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限
定されるものではない。 実施例１ ガラス繊維（１３μｍ：以下同じ）が平行に配列し、そ
の含有量が７５重量％、長さが１５ｍｍであるガラス繊
維強化ポリプロピレンペレット〔無水マレイン酸変性ポ
リプロピレンを３重量％含有ポリプロピレン（ＭＩ＝６
０ｇ／１０分を原料として製造〕５０重量％とポリプロ
ピレンペレット（ＭＩ＝５００ｇ／１０分）５０重量％
をドライブレンドしたものを成形用原料（全体のＭＩ＝
３００ｇ／１０分）とした。なお、ポリプロピレンのメ
ルトイッデックス（ＭＩ）は、ＪＩＳ Ｋ ７２１０
（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）に準じて測定した値で
ある。以下同じ。

【００４４】射出成形機は、型締力：８５０ｔ、ガラス
繊維の破断を少なくするために圧縮比：１．９のスクリ
ューを用いた。装置は可動金型が、金型移動装置によ
り、金型キャビティに対して進退可能になっている（図
１参照）。成形金型としては、６００×３００×（製品
厚み可変）ｍｍである平板状であり、センターダイレク
トゲートを用いた。金型温度は、９０℃に設定した。

【００４５】金型キャビティ間隙が３ｍｍになるよう
に、圧縮代を残して型締めし、キャビティ間隙が０．９
ｍｍに相当する可塑化計量された原料の溶融樹脂（樹脂
温度：２５０℃）を射出した。射出時間は１．９秒であ
った。射出開始１．５秒後に可動金型を前進させて溶融
樹脂を圧縮（２秒）充填した。圧縮完了後直ちに、可動
金型をキャビティ間隙が最終成形品の厚み２．０ｍｍに
なるまで後退させ、その後冷却し、型開きを行い、繊維
含有軽量樹脂成形品を取り出した。得られた成形品の評
価結果を表１に示した。なお、成形品中の平均ガラス繊
維長は、灰化後顕微鏡による拡大写真より求めた。

【００４６】実施例２ 実施例１において、最終成形品の厚みが、３．０ｍｍ、
可動金型の後退開始１秒後に、２ＭＰａの窒素ガスをガ
ス注入ピンより溶融樹脂へ注入した以外は実施例１と同
様にして繊維含有軽量樹脂成形品を得た。得られた成形
品の評価結果を表１に示す。

【００４７】比較例１ 実施例１において、キャビティ間隙を０．９ｍｍに固定
して、溶融樹脂を射出し、冷却後に型開きを行い成形品
を取り出した。すなわち、通常の射出成形方法を採用し
た場合である。なお、金型温度は３０℃とした。得られ
た成形品の評価結果を表１に示す。

【００４８】比較例２ 実施例１において、メルトインデックス（ＭＩ）が５０
０ｇ／１０分のポリプロピレンの代わりに、ＭＩが６０
ｇ／１０分のポリプロピレンを用いた以外は、実施例１
に準じて繊維含有軽量樹脂成形品を得た。得られた成形
品の評価結果を表１に示す。

【００４９】参考例１ 実施例１において、可動金型を前進させて樹脂を圧縮す
る時間を、２秒間から１０秒間に変更した以外は、実施
例１に準じて成形品を得た。得られた成形品の評価結果
を表１に示す。実施例１の成形品、成形条件を採用した
場合には、樹脂の圧縮時間、すなわち、可動金型の後退
迄の時間、すなわち、溶融樹脂の冷却時間が溶融樹脂の
膨張に大きく影響することが分かる。

【００５０】実施例３ ガラス繊維が平行に配列し、その含有量が７０重量％、
長さが１２ｍｍであるガラス繊維強化ポリプロピレンペ
レット〔無水マレイン酸変性ポリプロピレンを３重量％
含有ポリプロピレン（ＭＩ＝６０ｇ／１０分を原料とし
て製造〕６０重量％とポリプロピレンペレット（ＭＩ＝
３００ｇ／１０分）４０重量％をドライブレンド（全体
のＭＩ＝２００ｇ／１０分）したもの１００重量部に対
して、膨張開始剤として、発泡剤（永和化成株式会社、
ポリスレンＥＥ１１５；発泡剤含有量１０重量％）２重
量部を添加したものを成形用原料とした。

【００５１】射出成形機は、型締力：８５０ｔ、ガラス
繊維の破断を少なくするために圧縮比：１．９のスクリ
ューを用いた。装置は可動金型が、金型移動装置によ
り、金型キャビティに対して進退可能になっている。成
形金型としては、概略寸法が７２０×５００×（製品厚
み可変）ｍｍであるドアパネル型であり、センターダイ
レクトゲートを用いた。ドアパネルは図２に示す、形状
と寸法〔Ｗ１＝７２０ｍｍ、Ｗ２＝４０ｍｍ、Ｈ１＝５
００ｍｍ、Ｈ２＝２８０ｍｍ〕である。なお、金型温度
は、１００℃に設定した。

【００５２】金型キャビティ間隙が３ｍｍになるよう
に、圧縮代を残して型締めし、キャビティ間隙が０．８
ｍｍに相当する可塑化計量された原料の溶融樹脂（樹脂
温度：２６０℃）を射出した。射出時間は２．３秒であ
った。射出開始２．０秒後に可動金型を前進させて溶融
樹脂を圧縮（１秒）充填した。圧縮完了後直ちに、可動
金型をキャビティ間隙が最終成形品の厚み２．０ｍｍに
なるまで後退させた。可動金型の後退開始１秒後に、３
ＭＰａの窒素ガスをガス注入ピンより金型キャビティ内
の樹脂に注入した。その後冷却し、型開きを行い、成形
品（ドアパネル）を取り出した。得られた成形品の評価
結果を表２に示した。

【００５３】参考例２ ＭＩが６０ｇ／１０分のポリプロピレンを用い、実施例
３の金型を用い、金型温度４０℃、キャビティ厚みを
２．５ｍｍに固定して、２．５ｍｍに相当する溶融樹脂
を可塑化、計量して射出成形充填して、外観の良好なポ
リプロピレン製ドアパネルを成形した。このドアパネル
が現時点で一般的なものである。評価結果を表２に示し
た。

【００５４】比較例３ 実施例３において、ＭＩが３００ｇ／１０分の代わり
に、ＭＩが８０ｇ／１０分のポリプロピレンを用いた以
外は、実施例３に準じて成形を行い、ドアパネルを得
た。評価結果を表２に示す。 比較例４ 押出成形機により、ＭＩが３００ｇ／１０分のポリプロ
ピレンと３ｍｍのガラス繊維チョップドストランドを溶
融混練し、ガラス繊維含有量４２重量％、平均繊維長
０．４６のペレットを得た。実施例３の成形原料の代わ
りに、上記短繊維強化ポリプロピレンペレットを用いた
以外は、実施例３に準じてドアパネルを製造した。評価
結果を表２に示す。 比較例５ 実施例３において、ガラス繊維強化ポリプロピレンペレ
ットの代わりに、ＭＩが３００ｇ／１０分のポリプロピ
レンのみを用いた以外は、実施例３に準じてドアパネル
を製造した。評価結果を表２に示した。

【００５５】実施例４ ガラス繊維が平行に配列し、その含有量が７０重量％、
長さが１２ｍｍであるガラス繊維強化ポリプロピレンペ
レット〔無水マレイン酸変性ポリプロピレンを３重量％
含有ポリプロピレン（ＭＩ＝６０ｇ／１０分を原料とし
て製造〕６０重量％とポリプロピレンペレット（ＭＩ＝
１５０ｇ／１０分）４０重量％をドライブレンド（全体
のＭＩ＝１２０ｇ／１０分）したもの１００重量部に対
して、膨張開始剤として、水分を５重量％吸収した吸水
性樹脂ペレット４重量部を添加したものを成形用原料と
した。

【００５６】射出圧縮成形機、金型は実施例３と同じも
のを用い、金型温度は、１００℃に設定した。金型キャ
ビティ間隙が３ｍｍになるように、圧縮代を残して型締
めし、キャビティ間隙が１．３ｍｍに相当する可塑化計
量された原料の溶融樹脂（樹脂温度：２６０℃）を射出
した。射出時間は２．６秒であった。射出開始２．４秒
後に可動金型を前進させて溶融樹脂を圧縮（３秒）充填
した。圧縮完了後直ちに、可動金型をキャビティ間隙が
最終成形品の厚み３．０ｍｍになるまで後退させた。可
動金型の後退開始２秒後に、１ＭＰａの窒素ガスをガス
注入ピンよりキャビティ内の樹脂に注入した。その後冷
却し、型開きを行い、成形品（ドアパネル）を取り出し
た。得られた成形品の評価結果を表２に示した。

【００５７】

【発明の効果】比較的面積の大きい主要部が板状である
軽量の成形品を良好に成形できる。成形性が良好で軽量
でありながら、強度、剛性、外観にすぐれた成形品が得
られる。特に、すぐれた成形性により、射出、圧縮時の
金型キャビティの間隙を２ｍｍ以下、さらには１．５ｍ
ｍ以下とすることができ、これを膨張させるため、厚み
は厚くなるが重量変化はなく、板状成形品の面重量を小
さくできる。本発明成形品は、強度、剛性、外観を満足
するとともに、軽量化が十分達成されるため、自動車部
品などに用いられ、省資源に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方法の
実施態様例を概念的に示した金型の断面図であり、成形
金型のキャビティの拡大、縮小の状態をす。

【図２】実施例、比較例で成形した自動車用のドアパネ
ルを示す。

【符号の説明】

１：固定金型 ２：可動金型 ３：キャビティ ４：スプルー ５：溶融樹脂 ６：ガス注入口 ７：ガス排出口

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維２０〜
   ７０重量％と超高流動性の熱可塑性樹脂８０〜３０重量
   ％とからなる溶融樹脂を金型キャビティに射出し、圧縮
   充填した後、可動金型を金型キャビティ容積が拡大する
   方向に後退させる繊維含有軽量樹脂成形品の製造方法。
2. 【請求項２】圧縮充填されるときのキャビティ厚みが２
   ｍｍ以下である請求項１記載の繊維含有軽量樹脂成形品
   の製造方法。
3. 【請求項３】超高流動性の熱可塑性樹脂が、繊維を含有
   した状態で、厚みが２ｍｍ以下で、ノズル当たりの流動
   面積が５００ｃｍ² 以上であるキャビティに射出し、圧
   縮されたときキャビティを充満するに十分な流動性を有
   するものである請求項１または２記載の繊維含有軽量樹
   脂成形品の製造方法。
4. 【請求項４】熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であ
   り、メルトインデックスが１００ｇ／１０分以上である
   請求項１〜３のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂成形
   品の製造方法。
5. 【請求項５】可動金型が金型キャビティ容積が拡大する
   方向に後退を開始した後、キャビティ内の樹脂にガスを
   注入する請求項１〜４のいずれかに記載の繊維含有軽量
   樹脂成形品の製造方法。
6. 【請求項６】溶融樹脂が、２〜１００ｍｍの範囲の全長
   を有するとともに、この全長と等しい長さの繊維が互い
   に平行に配列された状態となって全体の３０〜８０重量
   ％含有された繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）と超
   高流動性熱可塑性樹脂ペレット（Ｂ）からなる原料樹脂
   を用いる請求項１〜５のいずれかに記載の繊維含有軽量
   樹脂成形品の製造方法。
7. 【請求項７】溶融樹脂に膨張助剤が配合されている請求
   項１〜６のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂成形品の
   製造方法。
8. 【請求項８】平均繊維長が１〜１０ｍｍの繊維２０〜７
   ０重量％と、メルトインデックスが１００ｇ／１０分以
   上のポリプロピレン系樹脂８０〜３０重量％からなり、
   空隙率が５〜９０％である繊維含有軽量樹脂成形品。
9. 【請求項９】板状部を有し、板状部の厚みが１．２〜２
   ０ｍｍ、その主要部の面重量が０．４ｇ／ｃｍ² 以下で
   ある請求項８記載の繊維含有軽量樹脂成形品。