説明

樹脂射出成形品及びその成形方法

【課題】補強繊維の折損を抑制して樹脂射出成形品の強度及び面衝撃性を確保する。
【解決手段】二軸押出機1Cに熱可塑性樹脂(ペレット)Rを投入して混練溶融させるとともに、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物Aを0.5〜5重量%添加投入して均一に混入する。ロービングF1−aを二軸押出機1Cに導入して熱可塑性樹脂R及び粒状固形物Aの混練過程で切断・解繊した後、粒状固形物A及び補強繊維が混入された熱可塑性樹脂を射出成形機15Cに押し出して射出成形機15Cにより金型23に射出して樹脂射出成形品を成形する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、補強繊維を混入した樹脂射出成形品及びその成形方法の改良に関し、特に補強繊維に折損対策に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、樹脂射出成形品にガラス繊維等の補強繊維を混入して強度及び剛性を確保することが行われている。特に、最近では、補強繊維として繊維長が比較的長いものを採用することで、樹脂射出成形品の強度及び面衝撃性を大幅に向上させて構造部材にまで用途が広がっている。
【0003】
その一例として、特許文献1では、長繊維状補強材と鱗片状充填材とを混入した結晶性樹脂で射出成形された樹脂射出成形品が開示されている。
【0004】
また、特許文献2では、ガラス長繊維を含むペレットの可塑化射出に適した射出成形機が開示されている。
【特許文献1】特開2004−323559号公報(第3〜5頁)
【特許文献2】特開2004−291409号公報(段落0019欄、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、一般に使用される補強繊維は剛直な場合が多いため、繊維長が長くなると、可塑化溶融時、混練時及び射出成形時において、繊維同士が絡み合って樹脂粘度が高くなり、補強繊維が折損し易く、繊維長の長い補強繊維を用いることによる物性向上が思うように期待できない。
【0006】
この補強繊維の折損を抑制するために、上記の特許文献2では、混練力の小さな特殊スクリューを採用しているが、一般の射出成形機とは異なる特殊な射出成形機であるため、設備投資が必要でコストが高騰する。また、混練力が小さいため、他の一般の樹脂射出成形品の成形には適さず、汎用性がなくて射出成形機の生産性が良くない。
【0007】
一方、成形温度を高温にして樹脂粘度を下げることで補強繊維の折損を抑制することも行われるが、高温成形であるため樹脂が劣化し易くなり、新たに抗酸化剤を入れるなどの対策が必要でコストの高騰を招く。
【0008】
なお、上記の特許文献1では、樹脂射出成形品の反り変形を防止する観点から、充填材としてアスペクト比が5〜200、平均径が20〜700μmに設定された鱗片状のものを採用しているものであって、補強繊維の折損については何ら対策が施されていない。つまり、充填材が鱗片状でかつ径が大きいと、混練時等に補強繊維の折損頻度が高くなることを本出願人は実施形態にて後述する実験(比較例3)により経験している。
【0009】
この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、補強繊維の折損を抑制して樹脂射出成形品中の補強繊維長を長くすることにあり、その結果として樹脂射出成形品の物性、特に強度及び面衝撃性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するため、この発明は、充填材として混練時等に潤滑機能を発揮する粒状固形物を採用したことを特徴とする。
【0011】
具体的には、この発明は、樹脂射出成形品及びその成形方法を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【0012】
すなわち、請求項1〜3に記載の発明は、補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で射出成形された樹脂射出成形品に関するものであり、そのうち、請求項1に記載の発明は、上記粒状固形物は、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下、配合量が0.5〜5重量%に設定されていることを特徴とする。
【0013】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記粒状固形物は、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする。
【0014】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする。
【0015】
請求項4〜8に記載の発明は、補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で樹脂射出成形品を射出成形する成形方法に関するものであり、そのうち、請求項4に記載の発明は、補強繊維の柱状繊維束に熱可塑性樹脂を含浸してなる繊維混入ペレットを成形するペレット成形工程と、上記繊維混入ペレットを射出成形機に投入して溶融させ、当該溶融樹脂を金型に射出して樹脂射出成形品を成形する成形品成形工程と、上記ペレット成形工程時又は成形品成形工程時に、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物を0.5〜5重量%添加する固形物添加工程とを備えていることを特徴とする。
【0016】
請求項5に記載の発明は、熱可塑性樹脂にアスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物を0.5〜5重量%添加するとともに、チョップドストランド状態の補強繊維を分散させてなる繊維混入ペレットを成形するペレット成形工程と、上記繊維混入ペレットを射出成形機に投入して溶融させ、当該溶融樹脂を金型に射出して樹脂射出成形品を成形する成形品成形工程とを備えていることを特徴とする。
【0017】
請求項6に記載の発明は、二軸押出機に熱可塑性樹脂を投入するとともに、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物を0.5〜5重量%投入し、かつロービング状態の補強繊維を上記二軸押出機に導入して上記熱可塑性樹脂及び粒状固形物の混練過程で切断・解繊した後、上記粒状固形物及び補強繊維が混入された溶融状態の熱可塑性樹脂を射出成形機に押し出して該射出成形機により金型に射出して樹脂射出成形品を成形することを特徴とする。
【0018】
請求項7に記載の発明は、請求項4〜6のいずれか1項に記載の発明において、上記粒状固形物は、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする。
【0019】
請求項8に記載の発明は、請求項4〜6のいずれか1項に記載の発明において、上記補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
請求項1,4〜6に係る発明によれば、粒状固形物として、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下、配合量が0.5〜5重量%に設定されているものを採用しているため、補強繊維と熱可塑性樹脂との混練時等に上記粒状固形物が潤滑剤としての役割を果たし、樹脂粘度が高くしかも補強繊維の繊維長が比較的長くても、補強繊維の折損が抑制されて樹脂射出成形品の強度及び面衝撃性が確保される。また、粒状固形物の形状、大きさ及び配合量を特定するだけでよいため、汎用の射出成形機で樹脂射出成形品を射出成形でき、余分な設備投資が不要でコストが低減するとともに、各種の樹脂射出成形品の生産が可能で射出成形機の稼働率を高め生産性が向上する。さらに、流動性を考慮して樹脂粘度を下げるため成形温度を高くする必要もないため、熱可塑性樹脂の熱劣化がなく、熱劣化防止用の抗酸化剤の添加も不要であり、このことによってもコストが低減する。特に、請求項6に係る発明では、ペレット成形工程を省略できるため、成形サイクルが短縮されて生産効率とエネルギー効率が向上する。しかも、原料と補強繊維を混練しその場で直接樹脂射出成形品の射出成形を行うので、請求項4,5に係る発明に比べて混練力の強い二軸押出工程を必要とし、この混練力の強い二軸押出機を用いる場合、補強繊維は折損し易いが、本発明の粒状固形物を添加することで補強繊維の折損抑制効果が大きくなる。
【0021】
請求項2,7に係る発明によれば、粒状固形物が、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなるため、安価でアスペクト比が小さい粒状固形物が容易に得られる。
【0022】
請求項3,8に係る発明によれば、補強繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つを採用しているため、樹脂射出成形品の強度及び面衝撃性を効果的に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【0024】
図6は、自動車のラジエータコアとラジエータの冷却ファンを覆う,この発明の実施形態に係る樹脂射出成形品としてのシュラウドSを示す。このシュラウドSは、補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で射出成形されたものであり、特に、強度及び面衝撃性等の物性が優れている。なお、上記シュラウドSは樹脂射出成形品の一例であり、これに限らない。
【0025】
上記熱可塑性樹脂は、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン−αオレフィン共重合体、ポリブテン、ポリ−4メチルペンテン等のポリ−αオレフィンや、ポリアミド−6、ポリアミド−6,6、ポリアミド−6,10、ポリアミド−12、芳香族系ポリアミド等のポリアミドや、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル共重合体等のポリエステルや、他に、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、ポリアセタール、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド等である。そのなかでも、特に、大量に使用され安価に入手でき、かつ強度及び面衝撃性が要求される自動車分野等へ適用する観点から、ポリプロピレン、プロピレン−αオレフィン共重合体、ポリアミド−6、ポリアミド−6,6が好ましい。また、上記の2種以上からなる樹脂組成物や2種以上からなるポリマーアロイを採用することも好ましい。さらに、補強繊維との界面接着性を強化するために、不飽和酸あるいは酸無水物、珪素含有化合物等の反応性官能基あるいは極性官能基で改質された樹脂を配合したり、あるいは熱可塑性樹脂の混練過程で反応性官能基あるいは極性官能基を持つ化合物を過酸化物と共に共存させてグラフト重合させることなども有用である。熱可塑性樹脂の配合量は、特に限定されないが、樹脂射出成形品の目的・用途等を考慮して40〜95重量%の範囲で選定することが好ましい。
【0026】
上記補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つからなる。また、そのなかでも、特に大量に使用され安価なガラス繊維及び高度な強度を発揮する炭素繊維が好ましい。補強樹脂は、平均直径が5〜30μm、フィラメント集束数が400〜25000のストランドを引き揃えて紐状にしたロービングや、ストランドを3〜20mmに切断したチョップドストランドの形態で使用される。また、必要に応じてストランドをより合わせたヤーンも使用できる。補強繊維の表面は、一般的にフィラメントの束を解繊し易くするためや熱可塑性樹脂との親和性を高めるためにカップリング剤及びサイジング剤で処理されていることが好ましい。補強繊維の配合量は、特に限定されないが、5〜60重量%、好ましくは20〜50重量%である。
【0027】
上記粒状固形物は、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなる。また、そのなかでも、大量に使用され安価なタルク及び炭酸カルシウムが好ましい。この粒状固形物は、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下、配合量が0.5〜5重量%に設定されている。このことをこの発明の最大の特徴としている。粒状固形物は、板状に近いタルク等はアスペクトが小さく、より球状に近いものほど好ましい。アスペクト比が5を超えると、補強繊維間や補強繊維と押出機や射出成形機のスクリュー及び加熱シリンダ間での潤滑機能を妨げて補強繊維の折損頻度が高くなって樹脂射出成形品中の繊維長が短くなり、物性、特に面衝撃性が低下するため、アスペクト比は5以下に設定している。粒状固形物の平均粒径を10μm以下に設定しているのは、平均粒径が10μmを超えると潤滑機能が低下して補強繊維の折損頻度が高くなって樹脂射出成形品中の繊維長が短くなり、面衝撃性が低下するからであり、配合量を0.5〜5重量%に設定しているのは、配合量が0.5重量%未満では潤滑機能が十分に発揮せず、配合量が5重量%を超えると粒状固形物による熱可塑性樹脂への影響が大きくなり、特に面衝撃性が低下するからである。なお、粒状固形物は熱可塑性樹脂との親和性を保持させるため、例えばステアリンン酸やチタン系カップリング剤等による表面処理等が施されていることが好ましい。また、粒状固形物は予め熱可塑性樹脂中に練り込んだ後、補強繊維を配合してもよく、あるいは補強繊維や熱可塑性樹脂と一緒に練り込んでもよく、さらには補強繊維を含む熱可塑性樹脂を射出成形する際に添加してもよい。
【0028】
その他、必要に応じて耐熱安定剤、耐候安定剤、滑剤、帯電防止剤、スリップ剤等の添加剤や副資材を併用してもよい。
【0029】
上記シュラウドS等、強度及び面衝撃性が要求される樹脂射出成形品の成形方法を3タイプ挙げる。
【0030】
<第1の成形方法>
この成形方法では、図1に示すペレット成形工程と、図2に示す成形品成形工程とを備えている。
【0031】
まず、図1に示すように、押出機1Aのホッパ3Aに熱可塑性樹脂(ペレット)Rと必要に応じて図示しないその他添加剤等を投入する。加熱シリンダ5A内でスクリュー7Aを回転させて熱可塑性樹脂(ペレット)Rを溶融・混練させる。この溶融樹脂を加熱シリンダ5A先端に付設された含浸ダイス9に押し出す。
【0032】
一方、補強繊維のロービング原反F1からロービングF1−aを含浸ダイス9内に導入し、ロービングF1−aに溶融樹脂を含浸させる。溶融樹脂が含浸したロービングF1−aを含浸ダイス9から引き出して冷却槽11に導入して含浸樹脂を硬化させ、さらに、カッター装置13に導入して所定寸法に切断して繊維混入ペレットP1を成形する。この際、ロービングF1−aが切断され、繊維混入ペレットP1には、補強繊維が柱状繊維束F1−bとなっていて該柱状繊維束F1−bに熱可塑性樹脂が含浸している。
【0033】
次に、図2に示すように、射出成形機15Aのホッパ17に繊維混入ペレットP1と、上記ペレット成形工程で用いた熱可塑性樹脂(ペレット)Rと同じ熱可塑性樹脂Rを希釈樹脂として投入するとともに、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物Aを0.5〜5重量%添加投入する。加熱シリンダ19A内でスクリュー21を回転させて熱可塑性樹脂(ペレット)R及び繊維混入ペレットP1を溶融・混練させるとともに、粒状固形物Aを均一に混入する。当該溶融樹脂を金型23のキャビティ23aに射出して樹脂射出成形品を成形する。なお、固形物添加工程は、繊維混入ペレットP1を成形するペレット成形工程時に予め熱可塑性樹脂と共に添加してもよい。
【0034】
<第2の成形方法>
この成形方法では、図3に示すペレット成形工程と、図4に示す成形品成形工程とを備えている。
【0035】
まず、図3に示すように、二軸押出機1Bの2個のホッパ3B−1,3B−2のうち、一方のホッパ3B−1に熱可塑性樹脂(ペレット)Rを投入するとともに、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物Aを0.5〜5重量%添加投入する。また、他方のホッパ3B−2にチョップドストランド状態の補強繊維F2を投入する。加熱シリンダ5B内で二軸のスクリュー7Bを回転させて熱可塑性樹脂(ペレット)Rと補強繊維F2とを溶融・混練させるとともに、粒状固形物Aを均一に混入し、かつ補強繊維F2を溶融樹脂に均一に分散させる。この溶融樹脂を加熱シリンダ5Bから冷却槽11に押し出して硬化させた後、カッター装置13に導入して所定寸法に切断し、補強繊維F2を分散させてなる繊維混入ペレットP2を成形する。
【0036】
次に、図4に示すように、上記第1の成形方法で用いたのと同じ射出成形機15Aのホッパ17に繊維混入ペレットP2を投入し、加熱シリンダ19A内でスクリュー21を回転させて繊維混入ペレットP2を溶融・混練させ、当該溶融樹脂を金型23のキャビティ23aに射出して樹脂射出成形品を成形する。
【0037】
<第3の成形方法>
この成形方法では、図5に示すように、ペレット成形工程と成形品成形工程とを連続して行うようにしている。
【0038】
まず、図5に示すように、二軸押出機1Cのホッパ3Cに熱可塑性樹脂(ペレット)R及び必要に応じて図示しないその他添加剤等を投入するとともに、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物Aを0.5〜5重量%添加投入する。加熱シリンダ5C内で二軸のスクリュー7Cを回転させて熱可塑性樹脂(ペレット)Rを溶融・混練させるとともに、粒状固形物Aを均一に混入する。この混練過程で、上記ホッパ3Cの下流側において補強繊維のロービング原反F1からロービングF1−aを加熱シリンダ5C内に導入し、二軸のスクリュー7C外周に設けられたカットギヤ25でロービングF1−aを切断・解繊し、この切断・解繊された補強繊維を溶融樹脂に均一に分散させる。
【0039】
次に、上記二軸押出機1Cに連結管27で連結された射出成形機15Cの加熱シリンダ19C内に上記溶融樹脂を押し出してプランジャ29を前進させ、当該溶融樹脂を金型23のキャビティ23aに射出して樹脂射出成形品を成形する。
【0040】
このように樹脂射出成形品の成形原料である熱可塑性樹脂に、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下、配合量が0.5〜5重量%に設定された粒状固形物Aと補強繊維とを添加しているので、これらの混練時等に上記粒状固形物Aが潤滑剤としての役割を果たし、樹脂粘度が高くしかも補強繊維の繊維長が比較的長くても、補強繊維の折損を抑制して樹脂射出成形品中の繊維長を長くし、優れた物性、特に強度や面衝撃性の高い成形品を射出成形することができる。また、混練力の強い二軸押出機を用いる場合、補強繊維は折損し易いが、粒状固形物Aを添加することで補強繊維の折損抑制効果が大きくなる。また、補強繊維の配合量を増やすと溶融物の粘度が急激に高くなり繊維が折損して繊維長が短くなるが、粒状固形物Aを添加することにより補強繊維が高濃度で使用できるようになり強度等の物性向上にも繋がる。
【0041】
また、粒状固形物Aの形状、大きさ及び配合量を特定するだけでよいので、汎用の射出成形機で樹脂射出成形品を射出成形することができて余分な設備投資いらず、各種の樹脂射出成形品を低コストで、しかも射出成形機を効率良く使用することができる。
【0042】
さらに、流動性を考慮して樹脂粘度を下げるため成形温度を高くする必要もないので、熱可塑性樹脂の熱劣化をなくし、かつ熱劣化防止用の抗酸化剤を添加しなくてよく、このことによってもコストを低減することができる。
【0043】
特に、第3の成形方法では、第1及び第2の成形方法に比べてペレット成形工程を省略できるので、成形サイクルの短縮化により生産効率及びエネルギー効率の向上を図ることができる。しかも、原料と補強繊維を混練しその場で直接樹脂射出成形品の射出成形を行うので、第1の成形方法及び第2の成形方法に比べて混練力の強い二軸押出工程を必要とし、この混練力の強い二軸押出機1Cを用いる場合、補強繊維は折損し易いが、粒状固形物Aを添加することで補強繊維の折損抑制効果を大きくすることができる。
【0044】
また、粒状固形物Aが、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなるため、安価でアスペクト比が小さい粒状固形物を容易に得ることができる。
【0045】
さらに、補強繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つを採用しているため、樹脂射出成形品中の繊維長を長くすることが可能となり、その結果として、物性のうち特に強度及び面衝撃性を効果的に高めることができる。
【0046】
上記のことを実証するために実験を行った。そのデータを表1に示す。
【0047】
なお、表1中、熱可塑性樹脂の種類として、「PP」とはポリプロピレンのことであり、「NY6」とはポリアミド−6のことである。
【0048】
補強繊維の種類として、「GF」とは、実施例1〜5及び比較例1〜6で用いたガラス繊維のことであり、「CF」とは、実施例6〜10及び比較例7〜10で用いた炭素繊維のことである。
【0049】
補強繊維の形状として、「柱状」とは、第1の成形方法で得た樹脂射出成形品中に混入されている補強繊維の形態である。「チョップ状」とは、第2の成形方法で得た樹脂射出成形品中に混入されている補強繊維の形態である。「ロービング状」とは、第3の成形方法で得た樹脂射出成形品中に混入されている補強繊維の形態である。
【0050】
成形品の繊維長分布において「短繊維」とは繊維長が0.5mm未満のものを、「中繊維」とは繊維長が0.5mm〜1mmのものを、「長繊維」とは繊維超が1mm超のものをそれぞれ示す。繊維長の測定は、「GF」では、成形品中の樹脂を焼却除去し、篩い分けして重量を測定した後、繊維長を画像解析した。「CF」では、篩い分け時に折れてしまうため篩い分けができず、よって、成形品中の樹脂を焼却(溶解除去も可能)した後、繊維長を直接画像解析した。したがって、CFを用いている実施例6〜10及び比較例7〜10では、表1中に繊維長重量分布を記載していない。
【0051】
成形品物性において「強度」とは、射出成形機にて角板(幅:100mm、長さ:420mm、厚さ:3mm)を成形し、これをJIS K 7171に準拠して曲げ試験を行った。その評価として、◎印は300MPa超、○印は300〜250MPa、△印は250MPa未満〜150MPa、×印は150MPa未満であり、これらを目安にその中間領域も含めて以下の基準で判定した。
【0052】
判定:良← ◎>○>○〜△>△>△〜×>× →悪
成形品物性において「面衝撃性」とは、射出成形機にて角板(幅:100mm、長さ:420mm、厚さ:3mm)を成形し、室温下で重さ3.8kgfの鉄製錘を高さを変えて上記角板に落下させ、クラックが発生したときの落下高さを測定した。その評価として、○印は50cm超、△印は50〜40cm、×印は40cm未満であり、これらを目安にその中間領域も含めて以下の基準で判定した。
【0053】
判定:良← ○>○〜△>△>△〜×>× →悪
【0054】
【表1】

【0055】
このデータから以下のことが明らかとなった。
【0056】
<実施例1,2、比較例1〜4:補強繊維の形状が柱状(第1の成形方法)>
実施例1は、粒状固形物のアスペクト比が4で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が4.5μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、比較例1に比べて成形品中の短繊維の割合が19重量%と少なくて重量平均繊維長が2.71mmと長くなった。また、強度が△〜○に向上した。
【0057】
実施例2は、粒状固形物のアスペクト比が1で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が0.1μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、比較例1に比べて成形品中の短繊維の割合が22重量%と少なくて重量平均繊維長が2.85mmと長くなった。また、強度が○に向上した。
【0058】
このことは、実施例1,2では、混練時等に粒状固形物が潤滑剤の役割を果たして補強繊維を折れ難くしているからである。
【0059】
これに対し、比較例1は、粒状固形物を混入しておらず、成形品中の短繊維の割合が43重量%と実施例1,2に比べて多くて重量平均繊維長が1.88mmと短く、面衝撃性は○と良いものの、強度が△と実施例1,2に比べて悪い結果となった。このことは、混練時等に潤滑剤の役割をする粒状固形物がなく、補強繊維が短く折れてしまったからである。
【0060】
比較例2は、粒状固形物のアスペクト比が4で1〜5の範囲内にあり、平均粒径も4.5μmで10μm以下であるが、配合量が10重量%と0.5〜5重量%の範囲を大きく超えているため、比較例1,2に比べて成形品中の短繊維の割合が35重量%と多くて重量平均繊維長が2.06mmと実施例1,2に比べて短く、強度及び面衝撃性が共に実施例1,2に比べて△と悪い結果となった。このことは、潤滑剤の役割を果たす粒状固形物が添加されてはいても、配合量が多過ぎるため、混練時等に樹脂粘度が高くなって補強繊維が短く折れてしまったからである。また、多量の粒状固形物が熱可塑性樹脂の物性、特に面衝撃性を低下させている。
【0061】
比較例3は、粒状固形物の配合量が1.5重量%と0.5〜5重量%の範囲内にあるが、アスペクト比が12で1〜5の範囲を大きく超えており、平均粒径も15μmと10μmを大きく超えているため、成形品中の短繊維の割合が50重量%と非常に多くて重量平均繊維長が1.60mmと実施例1,2に比べて短く、強度が△、面衝撃性も△と共に悪い結果となった。このことは、潤滑剤の役割をする粒状固形物が添加されてはいても、アスペクト比及び平均粒径が共に大きいため、潤滑機能が十分に発揮されず、混練時等に樹脂粘度が高くなって補強繊維が短く折れてしまったからである。
【0062】
比較例4は、粒状固形物のアスペクト比が4で1〜5の範囲内にあり、平均粒径も4.5μmで10μm以下であるが、配合量が0.4重量%と0.5〜5重量%の範囲を下回っているため、成形品中の短繊維の割合が42重量%と多くて重量平均繊維長が1.86mmと実施例1,2に比べて短く、面衝撃性は○と良いものの、強度が△と実施例1,2に比べて悪い結果となった。また、粒状固形物を添加していない比較例1とほとんど同程度であり、潤滑剤の役割を果たす粒状固形物が添加されてはいても、配合量が少ないため、混練時等に樹脂粘度が高くなって補強繊維が短く折れて粒状固形物の添加効果を発揮するに至っていないからである。
【0063】
<実施例3,4、比較例5:補強繊維の形状がロービング状(第3の成形方法)>
実施例3は、粒状固形物のアスペクト比が4で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が4.5μmで10μm以下であり、配合量が2重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の短繊維の割合が20重量%と少なくて重量平均繊維長が2.02mmと長く、強度が△〜○、面衝撃性が○と良い結果が得られた。
【0064】
実施例4は、粒状固形物のアスペクト比が4で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が4.5μmで10μm以下であり、配合量が4重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の短繊維の割合が20重量%と少なくて重量平均繊維長が2.32mmと長く、強度が△〜○、面衝撃性が○と良い結果が得られた。
【0065】
このことは、実施例3,4では、混練時等に粒状固形物が潤滑剤の役割を果たして補強繊維を折れ難くしているからである。
【0066】
これに対し、比較例5は、粒状固形物を混入しておらず、成形品中の短繊維の割合が49重量%と非常に多くて重量平均繊維長が1.11mmと短く、面衝撃性は○と良いものの、強度が△と実施例3,4に比べて悪い結果となった。このことは、混練時等に潤滑剤の役割を果たす粒状固形物がなく、補強繊維が短く折れてしまったからである。また、実施例1,2及び比較例1の第1の成形方法と比較して、混練力が大きく補強繊維が折損し易い二軸押出機を持つ第3の成形方法の方が粒状固形物の添加効果が大きくなっていた。
【0067】
<実施例5、比較例6:補強繊維の形状がチョップ状(第2の成形方法)>
実施例5は、粒状固形物のアスペクト比が1で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が0.1μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の短繊維の割合が63重量%と実施例1〜4に比べて多く、重量平均繊維長が0.85mmと実施例1〜4に比べて短かった。したがって、強度及び面衝撃性が共に△という結果になった。しかし、比較例6は、粒状固形物を混入しておらず、成形品中の短繊維の割合が79重量%と実施例5に比べて多く、重量平均繊維長も実施例5に比べて0.35mmと短く、強度及び面衝撃性が共に×という悪い結果になった。このことは、粒状固形物が混練時等に潤滑剤の役割を果たしていることを物語るものであり、粒状固形物を添加していない比較例6は実施例5に比べて補強繊維が短く折れてしまったからである。
【0068】
<実施例6,7、比較例7,8:補強繊維の形状が柱状(第1の成形方法)>
実施例6は、粒状固形物のアスペクト比が4で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が4.5μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が2.19mmと長く、強度が○、面衝撃性が○〜△と良い結果が得られた。
【0069】
実施例7は、粒状固形物のアスペクト比が1で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が0.1μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が2.30mmと長く、強度が○、面衝撃性が○〜△と良い結果が得られた。
【0070】
このことは、実施例6,7では、混練時等に粒状固形物が潤滑剤の役割を果たして補強繊維を折れ難くしているからである。
【0071】
これに対し、比較例7,8は共に、粒状固形物を混入しておらず、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が比較例7では1.63mm、比較例8では1.67mmと短く、強度は○と良いものの、面衝撃性が△と実施例6,7に比べて悪い結果となった。このことは、混練時等に潤滑剤の役割を果たす粒状固形物がなく、補強繊維が短く折れてしまったからである。
【0072】
<実施例8、比較例9:補強繊維の形状がチョップ状(第2の成形方法)>
実施例8は、粒状固形物のアスペクト比が1で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が0.1μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が0.67mmと実施例1〜7に比べて短かった。したがって、強度が△、面衝撃性が△〜×という結果になった。しかし、比較例9は、粒状固形物を混入しておらず、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が実施例8に比べて0.15mmと短く、強度及び面衝撃性が共に×という悪い結果になった。このことは、粒状固形物が混練時等に潤滑剤の役割を果たしていることを物語るものであり、粒状固形物を添加していない比較例9は実施例8に比べて補強繊維が短く折れてしまったからである。
【0073】
<実施例9,10、比較例10:補強繊維の形状が柱状(第1の成形方法)>
実施例9は、粒状固形物のアスペクト比が1で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が0.1μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が2.01mmと長く、強度が◎、面衝撃性が○〜△と良い結果が得られた。
【0074】
実施例10は、粒状固形物のアスペクト比が1で1〜5の範囲内にあり、平均粒径が0.1μmで10μm以下であり、配合量が1.5重量%で0.5〜5重量%の範囲内であって、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が2.15mmと長く、強度が◎、面衝撃性が○〜△と良い結果が得られた。
【0075】
このことは、実施例9,10では、混練時等に粒状固形物が潤滑剤の役割を果たして補強繊維を折れ難くしているからである。
【0076】
これに対し、比較例10は、粒状固形物を混入しておらず、成形品中の補強繊維の重量平均繊維長が1.61mmと短く、強度は◎と良いものの、面衝撃性が△と実施例9,10に比べて悪い結果となった。このことは、混練時等に潤滑剤の役割を果たす粒状固形物がなく、補強繊維が短く折れてしまったからである。
【0077】
なお、実施例9,10及び比較例10は共に、強度が◎で他の実施例及び比較例に比べて最も良かったが、これは熱可塑性樹脂として採用したNY6(ポリアミド−6)の物性によるものである。
【産業上の利用可能性】
【0078】
この発明は、補強繊維を混入した樹脂射出成形品及びその成形方法について有用である。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】第1の成形方法におけるペレット成形工程図である。
【図2】図1のペレット成形工程で成形されたペレットを用いた成形品成形工程図である。
【図3】第2の成形方法におけるペレット成形工程図である。
【図4】図3のペレット成形工程で成形されたペレットを用いた成形品成形工程図である。
【図5】第3の成形方法における成形品成形工程図である。
【図6】自動車のラジエータに取り付けられるシュラウドの斜視図である。
【符号の説明】
【0080】
1B,1C 二軸押出機
15A,15C 射出成形機
23 金型
A 粒状固形物
F1−b 補強繊維(柱状繊維束)
F2 補強繊維
P1,P2 繊維混入ペレット
R 熱可塑性樹脂(ペレット)
S シュラウド(樹脂射出成形品)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で射出成形された樹脂射出成形品であって、
上記粒状固形物は、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下、配合量が0.5〜5重量%に設定されていることを特徴とする樹脂射出成形品。
【請求項2】
請求項1に記載の樹脂射出成形品において、
上記粒状固形物は、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする樹脂射出成形品。
【請求項3】
請求項1に記載の樹脂射出成形品において、
上記補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする樹脂射出成形品。
【請求項4】
補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で樹脂射出成形品を射出成形する成形方法であって、
補強繊維の柱状繊維束に熱可塑性樹脂を含浸してなる繊維混入ペレットを成形するペレット成形工程と、
上記繊維混入ペレットを射出成形機に投入して溶融させ、当該溶融樹脂を金型に射出して樹脂射出成形品を成形する成形品成形工程と、
上記ペレット成形工程時又は成形品成形工程時に、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物を0.5〜5重量%添加する固形物添加工程とを備えていることを特徴とする樹脂射出成形品の成形方法。
【請求項5】
補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で樹脂射出成形品を射出成形する成形方法であって、
熱可塑性樹脂にアスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物を0.5〜5重量%添加するとともに、チョップドストランド状態の補強繊維を分散させてなる樹脂混入ペレットを成形するペレット成形工程と、
上記樹脂混入ペレットを射出成形機に投入して溶融させ、当該溶融樹脂を金型に射出して樹脂射出成形品を成形する成形品成形工程とを備えていることを特徴とする樹脂射出成形品の成形方法。
【請求項6】
補強繊維と粒状固形物とを混入した熱可塑性樹脂で樹脂射出成形品を射出成形する成形方法であって、
二軸押出機に熱可塑性樹脂を投入するとともに、アスペクト比が1〜5、平均粒径が10μm以下に設定された粒状固形物を0.5〜5重量%投入し、かつロービング状態の補強繊維を上記二軸押出機に導入して上記熱可塑性樹脂及び粒状固形物の混練過程で切断・解繊した後、上記粒状固形物及び補強繊維が混入された溶融状態の熱可塑性樹脂を射出成形機に押し出して該射出成形機により金型に射出して樹脂射出成形品を成形することを特徴とする樹脂射出成形品の成形方法。
【請求項7】
請求項4〜6に記載の樹脂射出成形品の成形方法において、
上記粒状固形物は、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛及びアルミナのなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする樹脂射出成形品の成形方法。
【請求項8】
請求項4〜6に記載の樹脂射出成形品の成形方法において、
上記補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石英繊維、金属繊維、ウィスカー及びアラミド繊維のなかから選ばれた少なくとも1つからなることを特徴とする樹脂射出成形品の成形方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−242616(P2009−242616A)
【公開日】平成21年10月22日(2009.10.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−91361(P2008−91361)
【出願日】平成20年3月31日(2008.3.31)
【出願人】(390026538)ダイキョーニシカワ株式会社 (492)
【Fターム(参考)】