JP2985788B2

JP2985788B2 - 長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造法

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Publication number: JP2985788B2
Application number: JP8227762A
Authority: JP
Inventors: 昌道田口
Original assignee: ASAHI FUAIBAAGURASU KK
Current assignee: ASAHI FUAIBAAGURASU KK
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JPH1052820A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続した無機繊維
束に熱可塑性樹脂を含浸させ、所定長さに切断してなる
長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料（Ｌ−ＦＲＴＰ）の製
造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、チ
ョップドストランドと熱可塑性樹脂とを混練してペレッ
ト化した成形材料に比べて、繊維長が長い状態に保たれ
ているので、得られる熱可塑性樹脂成形品の補強効果に
優れている。

【０００３】長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、例え
ば特公昭52-10140号公報等に示されるように、連続した
無機繊維束を含浸ダイ（溶融樹脂槽）に供給して、溶融
した熱可塑性樹脂を塗布又は含浸させ、含浸ダイの出口
に設けられた所定の口径のノズル、スリット又はダイス
を通して余分の熱可塑性樹脂を取り除いて所定の繊維含
有率にすると共に所定形状に賦形し、冷却した後、所定
の長さに切断してペレット状等の形状の切断物とするこ
とにより製造されている。

【０００４】こうして得られた長繊維強化熱可塑性樹脂
成形材料は、所望の繊維含有率となるように無機繊維を
含有しない熱可塑性樹脂と混合し、必要に応じて着色
剤、その他の添加剤等を添加した後、射出成形等の方法
により所望の形状に成形して成形品とされる。なお、成
形時等における長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の移送
には、空気流等の流体による搬送手段が用いられること
が多い。

【０００５】しかしながら、上記のような従来の方法に
より製造された長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、無
機繊維束に熱可塑性樹脂が充分には含浸されにくく、繊
維束を構成する単繊維間に空隙が生じたり、切断物の外
周面に無機繊維が露出することが多く、また、切断によ
って切断物の端面の無機繊維も露出していた。したがっ
て、このような長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を、空
気流等の流体に乗せて移送すると、切断物の外周面又は
端面から無機繊維が脱落して毛羽が発生しやすく、毛羽
が発生すると、移送に支障をきたして生産性が低下し、
また、成形品の外観も悪くなるという問題があった。

【０００６】また、無機繊維束に熱可塑性樹脂が充分に
含浸されないので、成形時に熱可塑性樹脂中に無機繊維
が均一に分散しにくく、得られた成形品の機械的物性が
低下し、外観も悪くなるという問題があった。

【０００７】このような問題を解決するため、例えばUS
P4,439,387号、特開昭63-264326 号公報、特開平6-2548
56号公報等には、含浸ダイに導入された無機繊維束を、
含浸ダイ内部に設けた突起、ローラ等に接触させて、張
力をかけることにより開繊して、無機繊維束への熱可塑
性樹脂の含浸性を向上させるようにした長繊維強化熱可
塑性樹脂成形材料の製造法が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、USP4,4
39,387号、特開昭63-264326 号公報、特開平6-254856号
公報等に開示された方法は、無機繊維束を突起、ローラ
等に接触させて張力をかけて開繊するので、摩擦によっ
て無機繊維束を構成する単繊維の一部が切れて毛羽とな
り、この毛羽が含浸ダイのノズル等につまり、ひいては
ノズル等を塞いでしまい、無機繊維束の引張抵抗が増大
して、無機繊維束が破断し、生産が停止してしまうとい
う問題があった。また、突起、ローラ等に接触させた際
の張力が弱い場合には十分に開繊せず、したがって、熱
可塑性樹脂の含浸性が十分に向上しないという問題があ
った。なお、無機繊維としてガラス長繊維を用いたガラ
ス長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料のガラス繊維含有率
は、一般的には20〜80重量％であるが、上記のような製
造時及び移送時等の毛羽発生による問題は、特に、ガラ
ス繊維を50重量％以上の高い割合で含有する場合に起こ
りやすい。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、製造時及び移送時等に毛羽が発生し
にくく、熱可塑性樹脂成形品を射出成形等の方法により
成形した際に、マトリックスとしての熱可塑性樹脂への
無機繊維の分散性に優れ、得られる熱可塑性樹脂成形品
の機械的物性、外観を向上させることができる長繊維強
化熱可塑性樹脂成形材料の製造法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１は、連続した無機繊維束に熱可塑性樹
脂を塗布又は含浸させ、所定の長さに切断して切断物と
した後、該切断物をおおむね接触しないように分散させ
た状態で、前記熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱し
て、前記切断物に塗布又は含浸させた前記熱可塑性樹脂
を溶融させ、次いで冷却することを特徴とする長繊維強
化熱可塑性樹脂成形材料の製造法を提供するものであ
る。

【００１１】本発明の第２は、本発明の第１において、
前記切断物をコンベア上に載置し、このコンベアを振動
させることにより前記切断物をおおむね接触しないよう
に分散させる長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造法
を提供するものである。

【００１２】本発明の第３は、本発明の第１又は２にお
いて、前記無機繊維束としてガラス繊維束を用い、繊維
含有率を50重量％以上とする長繊維強化熱可塑性樹脂成
形材料の製造法を提供するものである。

【００１３】なお、本発明において、切断物をおおむね
接触しないように分散させた状態とは、切断物に塗布又
は含浸させた熱可塑性樹脂を溶融させたとき、大部分の
切断物が互いにくっつくことなく、個々に分離した状態
を維持できるように分散させた状態を意味する。

【００１４】本発明の第１によれば、切断物をおおむね
接触しないように分散させた状態で、熱可塑性樹脂の溶
融温度以上に加熱することにより、切断物に塗布又は含
浸させた熱可塑性樹脂が溶融して、切断物の外周面及び
端面に浸み出すと共に、切断物の単繊維間にも浸透す
る。この場合、切断物中の無機繊維束は、切断前の連続
無機繊維束の状態と比較して繊維束としての拘束力が著
しく低くなり、溶融した熱可塑性樹脂の表面張力によっ
て単繊維が比較的自由に切断物中で移動するので、溶融
樹脂が単繊維間へ容易に浸透し、単繊維間の空隙がなく
なり、無機繊維束への樹脂の含浸性が向上すると考えら
れる。

【００１５】したがって、連続した無機繊維束に熱可塑
性樹脂を塗布又は含浸させる工程において、無機繊維束
を開繊させて樹脂の含浸性を高めるために、無機繊維束
を突起やローラに接触させて強い張力をかけなくても、
後の加熱工程において樹脂の含浸性を高めることができ
るため、熱可塑性樹脂の塗布又は含浸工程における毛羽
の発生を低減し、生産性を向上させることができる。

【００１６】また、得られた長繊維強化熱可塑性樹脂成
形材料は、外周面及び端面が溶融した熱可塑性樹脂で被
覆されているので、空気流等の流体に乗せて移送しても
無機繊維が脱落せず、毛羽の発生が少ない。更に、熱可
塑性樹脂成形品を製造するときに、無機繊維がマトリッ
クスである熱可塑性樹脂中に均一に分散し、成形品の機
械的物性を向上させ、外観を良好にすることができる。

【００１７】本発明の第２によれば、切断物をコンベア
上に載置し、このコンベアを振動させることにより切断
物をおおむね接触しないように分散させるので、切断物
が容易に均一に分散され、切断物同士をおおむね接触し
ないように分散させた状態で、加熱して熱可塑性樹脂を
溶融させることができ、したがって、切断物同士が接合
してしまうことが防止できる。

【００１８】本発明の第３によれば、無機繊維束として
ガラス繊維束を用い、繊維含有率を50重量％以上とした
ことにより、無機繊維束への熱可塑性樹脂の含浸性の向
上、毛羽発生の低減等の効果をより顕著に得ることがで
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明において連続した無機繊維
束としては、長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料に通常使
用されているものを用いることができ、例えば、ガラス
繊維、カーボン繊維等の無機繊維束を、所定の形状、例
えば太鼓状又は円筒状等に巻き取った回巻体から引き出
されるものが好ましく用いられる。なお、無機繊維とし
てガラス繊維を用いると、コスト的にも有利であるので
より好ましい。

【００２０】また、無機繊維束としての単繊維の集束本
数は、100 〜20000 本程度が、熱可塑性樹脂を塗布又は
含浸させやすいので好ましい。なお、比較的集束本数の
少ない無機繊維束を、複数本引き揃えて使用してもよ
い。

【００２１】なお、一般的に、ガラス繊維には、使用時
の毛羽や静電気の発生を抑えてハンドリング性を改善す
るためや、塗布又は含浸させる熱可塑性樹脂との接着性
の改善のために、種々のバインダーが付与されている
が、バインダーの種類は、塗布又は含浸させる熱可塑性
樹脂の種類に応じて選択することが好ましい。

【００２２】本発明において熱可塑性樹脂としては、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、ポリアミド、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、ポリスチレン、ポリアクリル
ニトリル、ポリアセタール、ポリエーテルイミド、ポリ
カーボネート等が好ましく用いられる。これらの樹脂
は、単独で用いてもよく、２種以上の混合物又は共重合
体として用いてもよい。また、熱可塑性樹脂には、用途
や成形条件等に応じて、着色剤、改質剤、無機繊維以外
の充填剤等、公知の添加剤を配合してもよく、これら
は、常法にしたがって混練、使用することができる。

【００２３】なお、本発明において、長繊維強化熱可塑
性樹脂成形材料の繊維含有率は、特に限定されないが、
本発明の効果を顕著に出すには、繊維含有率を50重量％
以上とすることが好ましい。すなわち、繊維含有率が50
重量％以上の場合、熱可塑性樹脂の含浸性の低下、毛羽
の発生という問題が起こりやすいが、本発明の方法によ
れば、繊維含有率が50重量％でも、熱可塑性樹脂の含浸
性を向上させ、毛羽発生を低減できるからである。

【００２４】本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料
の製造方法は、例えば図１に示すような製造ラインによ
って実施することができる。すなわち、図示しない回巻
体から引き出した連続した無機繊維束１を含浸ダイ４に
導入する。含浸ダイ４には、押出機３から溶融した熱可
塑性樹脂２が供給され、無機繊維束１に熱可塑性樹脂が
含浸される。熱可塑性樹脂を含浸された無機繊維束１
は、ダイス５を通して引き出され、それによって余分な
熱可塑性樹脂２を除去されて所定の繊維含有率とされる
と共に所定形状に賦形されて、長繊維強化熱可塑性樹脂
６となる。

【００２５】次いで、こうして得られた長繊維強化熱可
塑性樹脂６を、冷却槽７で冷却し、引き取り機８で引き
取った後、ペレタイザー９で、ペレット状に切断して切
断物１０ａを得る。なお、ここまでの工程は、従来の一
般的な長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造工程と同
様であり、この切断物１０ａが、従来の一般的な長繊維
強化熱可塑性樹脂成形材料に相当する。

【００２６】本発明においては、続いて、上記のように
して得られた切断物１０ａを、ペレタイザー９と連設さ
れたコンベア１１上に送り、図示しない振動機によりコ
ンベア１１を振動させて、切断物１０ａがコンベア１１
上で互いにほとんど接触しない程度に分散した状態と
し、加熱器１２を備えた加熱槽１３に通して、熱可塑性
樹脂２の溶融温度以上に加熱する。その結果、切断物１
０ａに含浸された熱可塑性樹脂２が溶融し、切断物１０
ａの外周や端面に浸出すると共に、切断物１０ａ中の無
機繊維束の単繊維間にも浸透する。その後、切断物１０
ａを冷却器１４により冷却し、スクレーパー１５により
コンベア１１から掻き取って長繊維強化熱可塑性樹脂成
形材料１０ｂを得る。この長繊維強化熱可塑性樹脂成形
材料１０ｂは、切断物１０ａの外周面及び端面のほぼ全
体が、熱可塑性樹脂２で被覆された状態をなしている。

【００２７】切断物１０ａを、ペレタイザー９から、加
熱槽１３に運搬する方法は、コンベア１１による方法以
外でもよく、例えば空気流等の流体に乗せて運搬する方
法、自由落下による方法等であってもよい。なお、コン
ベア１１を用いる方法を採用する場合には、コンベア１
１表面を、シリコン樹脂、フッ素樹脂等で処理しておく
と、切断物１０ａの熱可塑性樹脂２を加熱溶融させた
後、冷却して長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料１０ｂと
した際に、コンベア１１上から掻き取りやすくなるので
好ましい。

【００２８】加熱槽１３の加熱器１２としては、特に限
定されないが、例えば熱風発生器、赤外線式ヒーター等
が好ましく採用される。加熱温度及び時間は、切断物１
０ａに含浸された熱可塑性樹脂２が、溶融して切断物１
０ａの外周や端面を被覆すると共に、内部の単繊維間に
浸透するのに十分な温度及び時間であって、かつ、熱可
塑性樹脂が劣化しない程度の温度及び時間とすることが
好ましい。なお、加熱槽１３内は、空気雰囲気でもよい
が、熱可塑性樹脂２の劣化を防止するため、窒素ガス等
の不活性ガス雰囲気としてもよい。

【００２９】また、冷却器１４による冷却方法は、回収
したときに少なくとも切断物同士が融着しない温度以下
まで冷却できる方法であればよいが、例えば冷風、冷水
を用いる方法等が好ましく採用される。また、冷却器１
４での強制冷却によらず、常温にて放冷する方法でもよ
い。

【００３０】なお、上記の例では、連続した無機繊維束
１に熱可塑性樹脂２を塗布又は含浸する方法として、無
機繊維束１に溶融した熱可塑性樹脂２を含浸する溶融含
浸法を採用したが、その他の方法を採用することもでき
る。例えば、熱可塑性樹脂エマルジョン、熱可塑性樹脂
粉末を水又はその他の溶媒に分散させたスラリー、又は
熱可塑性樹脂を溶媒に溶解させた溶液を、無機繊維束に
含浸させるか、又はロールコータ等で塗布した後、分散
媒又は溶媒を蒸発させる方法等を採用することができ
る。また、熱可塑性樹脂粉末を無機繊維束に付着させた
後、必要に応じて樹脂を加熱溶融、冷却する方法等を採
用することもできる。ただし、取扱性やコストの面か
ら、溶融含浸法が好ましい。

【００３１】

【実施例】

実施例１図１に示した製造ラインによる前述した方法に従って、
長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を製造した。連続無機
繊維束１としては、シランカップリング剤と変性ポリプ
ロピレンとを主成分とするバインダーを付与した繊維径
13μｍのＥガラス単繊維を800 本集束させ、更にこの繊
維束を８本引き揃えたものを用い、熱可塑性樹脂２とし
ては、ポリプロピレンを用い、含浸ダイ４、冷却槽７、
引き取り機８、ペレタイザー９は、従来から使用されて
いる通常のものを用いて、含浸ダイ４の出口のダイス５
の径2.0mm 、引き取り速度30ｍ／分、ペレタイザー９で
のカット長さ６mmとして、切断物１０ａを得た。

【００３２】次に、得られた切断物１０ａを、表面にフ
ッ素樹脂加工を施したコンベア１１上に載置し、コンベ
ア１１を振動させて切断物１０ａ同士がおおむね接触し
ないように分散させた。この状態で、赤外線式ヒーター
からなる加熱器１２を設けた雰囲気温度200 ℃の加熱槽
１３中に、切断物１０ａを導入し、１分間滞留させて加
熱した後、エアーコンプレッサーからなる冷却器１４か
ら冷風を吹きつけて約40℃まで冷却した後、スクレーパ
ー１５によりコンベア１１から掻き取って、長繊維強化
熱可塑性樹脂成形材料１０ｂを得た。この長繊維強化熱
可塑性樹脂成形材料１０ｂのガラス含有率は、51重量％
であった。

【００３３】この長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、
外周面及び端面のほぼ全体がポリプロピレンで被覆さ
れ、無機繊維が容易にばらけないように保持されてい
た。

【００３４】実施例２実施例１において、連続した無機繊維束として、実施例
１と同様のガラス繊維束を10本引き揃えたものを用い、
あとは実施例１と同様にして、ガラス含有率60重量％の
長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。

【００３５】この長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料も、
外周面及び端面のほぼ全体がポリプロピレンで被覆さ
れ、無機繊維が容易にばらけないように保持されてい
た。

【００３６】実施例３実施例１において、連続した無機繊維束として、実施例
１と同様のガラス繊維束を13本引き揃えたものを用い、
あとは実施例１と同様にして、ガラス含有率73重量％の
長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。

【００３７】この長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料も、
外周面及び端面のほぼ全体がポリプロピレンで被覆さ
れ、無機繊維が容易にばらけないように保持されてい
た。

【００３８】比較例１実施例１において、切断物１０ａを得る工程までを同様
に行い、切断物１０ａを加熱する工程以下は行わずに、
ガラス含有率51重量％の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材
料を得た。

【００３９】この長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、
外周面の一部と、端面の大部分に、ガラス繊維が露出し
た状態であった。

【００４０】比較例２実施例２において、切断物１０ａを得る工程までを同様
に行い、切断物１０ａを加熱する工程以下は行わずに、
ガラス含有率60重量％の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材
料を得た。

【００４１】この長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料も、
外周面の一部と、端面の大部分に、ガラス繊維が露出し
た状態であった。

【００４２】比較例３実施例３において、切断物１０ａを得る工程までを同様
に行い、切断物１０ａを加熱する工程以下は行わずに、
ガラス含有率73重量％の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材
料を得た。

【００４３】この長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料も、
外周面の一部と、端面の大部分に、ガラス繊維が露出し
た状態であった。

【００４４】試験例実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた長繊維強化熱
可塑性樹脂成形材料を、それぞれ所定量のポリプロピレ
ンと混合した後、射出成形して、ガラス含有率約20重量
％の試験片を得た。

【００４５】得られた試験片について、ガラス繊維の分
散状態を目視により観察し、束状に見えるガラス繊維束
を未分散とみなしてその個数を数えた。また、それぞれ
の試験片の機械的物性として、引張り強さと曲げ強さと
を、ASTM D 638及びASTM D 790に従って測定した。

【００４６】また、実施例１〜３及び比較例１〜３で得
られた長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料それぞれ10kgず
つを、ホッパーローダー（商品名「BS-700」、加藤理機
製）を用いて、風速20m/秒の空気流によって、内径38mm
φの塩化ビニルチューブ中を３ｍ移送し、移送中に発生
した毛羽をホッパーローダー吸引口に設けた100 メッシ
ュの金網で捕集して、その重量を測定した。これらの結
果を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１の結果から、実施例１〜３及び比較例
１〜３の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を空気流によ
り移送した場合、毛羽の発生量は、実施例においても比
較例においてもガラス含有率の高いものほど多くなる
が、同じガラス含有率のものを比較すると、実施例のも
のは、比較例のものよりかなり少ないことがわかる。

【００４９】また、実施例１〜３及び比較例１〜３の長
繊維強化熱可塑性樹脂成形材料に、ポリプロピレンを混
合して、ほぼ同じガラス含有率になるようにした試験片
においては、繊維の未分散個数を比較すると、実施例１
〜３のものはいずれも０であるのに対して、比較例１〜
３のものはいずれも未分散のものがあり、長繊維強化熱
可塑性樹脂成形材料としてのガラス繊維含有率が高いも
のほど未分散のものが多いことがわかる。また、引張り
強さ、曲げ強さとも、実施例１〜３の試験片のほうが比
較例１〜３の試験片より優れていることがわかる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の長繊維強
化熱可塑性樹脂成形材料の製造法によれば、連続した無
機繊維束に熱可塑性樹脂を塗布又は含浸させ、所定の長
さに切断して切断物とした後、この切断物をおおむね接
触しないように分散させた状態で熱可塑性樹脂の溶融温
度以上に加熱し、切断物に塗布又は含浸させた樹脂を溶
融させた後、冷却するので、空気流等の流体により移送
した際の毛羽の発生が少なく、また、成形時にマトリッ
クスとなる熱可塑性樹脂への無機繊維の分散性が向上
し、機械的物性、外観が向上した成形品を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製
造法を実施するための製造ラインの一例を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１無機繊維束２熱可塑性樹脂３押出機４含浸ダイ５ダイス６長繊維強化熱可塑性樹脂７冷却槽８引き取り機９ペレタイザー１０ａ切断物１０ｂ長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料１１コンベア１２加熱器１３加熱槽１４冷却器１５スクレーパー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続した無機繊維束に熱可塑性樹脂を塗
布又は含浸させ、所定の長さに切断して切断物とした
後、該切断物をおおむね接触しないように分散させた状
態で、前記熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱して、前
記切断物に塗布又は含浸させた前記熱可塑性樹脂を溶融
させ、次いで冷却することを特徴とする長繊維強化熱可
塑性樹脂成形材料の製造法。
【請求項２】前記切断物をコンベア上に載置し、この
コンベアを振動させることにより前記切断物をおおむね
接触しないように分散させる請求項１記載の長繊維強化
熱可塑性樹脂成形材料の製造法。
【請求項３】前記無機繊維束としてガラス繊維束を用
い、繊維含有率を50重量％以上とする請求項１又は２記
載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造法。