JP6167707B2 - 射出成形装置およびガラス繊維強化樹脂の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形装置およびガラス繊維強化樹脂の製造方法に関する。

ガラス繊維が含まれた溶融樹脂を射出成形することによってガラス繊維強化樹脂を製造する技術が開発されている。

特許文献１は、二軸押出機を用いてガラス繊維のロービング剤を熱可塑性樹脂に混練した後に混練物を射出シリンダに供給して射出成形することによってガラス繊維強化樹脂を製造する射出成形装置を開示する。この射出成形装置によれば、二軸押出機内で、ロービング剤から得られるストランド状のガラス繊維と熱可塑性樹脂との混練物に、アスペクト比が１〜５、平均粒径が１０μｍ以下の粒状固形物が添加される。粒状固形物が潤滑剤の役割を果たすことにより二軸押出機内及び射出シリンダ内でのガラス繊維の過剰な折損が抑制される。

特開２００９−２４２６１６号公報

（発明が解決しようとする課題）
図６は、ガラス繊維強化樹脂中に含まれるガラス繊維の繊維長とガラス繊維強化樹脂の材料特性（剛性、強度、耐衝撃性）との関係を表すグラフである。図６において、横軸がガラス繊維の繊維長、縦軸がガラス繊維強化樹脂の材料特性の大きさを表す。図６に示すように、ガラス繊維の繊維長が長くなればなるほど、ガラス繊維強化樹脂の剛性（ｍｏｄｕｌｕｓ）、強度（ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、耐衝撃性（ｉｍｐａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）といった材料特性が向上することがわかる。

ガラス繊維が含まれる樹脂を、射出シリンダ内で通常の圧縮比（圧縮比＝２．０〜４．０）を有するフルフライトスクリューを用いて混練した場合、スクリューの回転によりガラス繊維に作用するせん断力でガラス繊維が過剰に折損される。例えば、射出シリンダに供給される前のガラス繊維の長さ（繊維長）が１０ｍｍであった場合、射出される樹脂中に含まれるガラス繊維の繊維長は１〜２ｍｍである。上記特許文献１に記載のような潤滑性固形粒子の添加によって、ガラス繊維の折損の度合いは多少は改善されるが、スクリューの回転によるせん断力がガラス繊維の折損に及ぼす影響が多大であるため、上記したような改善策を施しても、繊維長がせいぜい２〜３ｍｍ程度に延びるにすぎない。このため成形されたガラス繊維強化樹脂の強度等の材料特性を十分に向上させることができなかった。

本発明は、射出成形時に樹脂中に含まれるガラス繊維の過剰な折損を抑え、これにより十分に材料特性が向上したガラス繊維強化樹脂を成形することができる射出成形装置およびそのようなガラス繊維強化樹脂の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、基端側から先端側にかけて、第１ゾーン、第２ゾーンおよび第３ゾーンが形成されており、第１ゾーンの圧縮比が２．０以上であり、第２ゾーンおよび第３ゾーンの圧縮比が１．０以上２．０未満である射出スクリューと、この射出スクリューを収容する射出シリンダと、射出スクリューが射出シリンダ内で回転することにより、無極性の樹脂が第１ゾーン、第２ゾーンおよび第３ゾーンを通過するように、無極性の樹脂を射出シリンダ内に供給する第１供給手段と、射出スクリューが射出シリンダ内で回転することにより、ストランド状のガラス繊維束が第１ゾーンを通過せずに第２ゾーンおよび第３ゾーンを通過するように、ストランド状のガラス繊維束を射出シリンダ内に供給する第２供給手段と、射出スクリューが射出シリンダ内で回転することにより、無極性の樹脂とストランド状のガラス繊維束を構成するガラス繊維とを接着させるためのバインダ剤が第１ゾーンおよび第２ゾーンを通過せずに第３ゾーンを通過するように、バインダ剤を前記射出シリンダ内に供給する第３供給手段と、を備える射出成形装置を提供する。

この場合において、第１供給手段は、無極性の樹脂を射出シリンダ内に供給するために射出シリンダに開口した第１開口部を有する第１ホッパであり、第１開口部は、射出シリンダの壁面であってそこから射出シリンダ内に供給された無極性の樹脂が第１ゾーン、第２ゾーンおよび第３ゾーンを通過するような位置に開口しているのがよい。また、第２供給手段は、ストランド状のガラス繊維束を射出シリンダ内に供給するために射出シリンダに開口した第２開口部を有する第２ホッパであり、第２開口部は、射出シリンダの壁面であってそこから射出シリンダ内に供給されたストランド状のガラス繊維束が第１ゾーンを通過せずに第２ゾーンおよび第３ゾーンを通過するような位置に開口しているのがよい。また、第３供給手段は、バインダ剤を射出シリンダ内に供給するために射出シリンダに開口した第３開口部を有する第３ホッパであり、第３開口部は、射出シリンダの壁面であってそこから射出シリンダ内に供給されたバインダ剤が第１ゾーンおよび第２ゾーンを通過せずに第３ゾーンを通過するような位置に開口しているのがよい。

また、本発明は、基端側から先端側にかけて、第１ゾーン、第２ゾーンおよび第３ゾーンが形成されており、第１ゾーンの圧縮比が２．０以上であり、第２ゾーンおよび第３ゾーンの圧縮比が１．０以上２．０未満である射出スクリューと、射出スクリューを収容する射出シリンダとを備える射出成形装置を用いたガラス繊維強化樹脂の製造方法であり、射出スクリューを射出シリンダ内で回転させることにより、第１ゾーンにて無極性の樹脂を混練および溶融させるとともに第２ゾーンに送り出す第１工程と、第２ゾーンにて無極性の樹脂にストランド状のガラス繊維束を混入させるとともに、射出スクリューを射出シリンダ内で回転させることにより、第２ゾーンにてストランド状のガラス繊維束を解束させ、解束されたガラス繊維を無極性の樹脂中に分散させてガラス繊維含有溶融樹脂を形成し、形成したガラス繊維含有溶融樹脂を第３ゾーンに送り出す第２工程と、第３ゾーンにて、無極性の樹脂とガラス繊維とを接着させるためのバインダ剤をガラス繊維含有溶融樹脂に混入させるとともに、射出スクリューを射出シリンダ内で回転させることにより、第３ゾーンにて、バインダ剤を介して無極性の樹脂とガラス繊維とを接着させて、ガラス繊維接着溶融樹脂を形成する第３工程と、ガラス繊維接着溶融樹脂を金型内に射出してガラス繊維強化樹脂を形成する第４工程と、を含む、ガラス繊維強化樹脂の製造方法を提供する。

本発明によれば、無極性の樹脂が射出スクリューの第１ゾーン、第２ゾーン、第３ゾーンを通過する。第１ゾーンの圧縮比は２．０以上であるため、第１ゾーンを通過する無極性の樹脂は射出スクリューが射出シリンダ内で回転することによって十分に混練されるとともに溶融される。こうして第１ゾーンにて混練および溶融された無極性の樹脂が第２ゾーンに送り出される（第１工程）。

また、ストランド状のガラス繊維束が射出スクリューの第１ゾーンを通過せずに第２ゾーンおよび第３ゾーンを通過する。したがって、ストランド状のガラス繊維束は、射出スクリューが射出シリンダ内で回転することによって第２ゾーンにて解束される。また、解束されたガラス繊維が第１ゾーンから送り込まれてきた無極性の樹脂に混入し、無極性の樹脂中に均一に分散する。ここで、第２ゾーンの圧縮比は１．０以上であり且つ２．０未満である。つまり第２ゾーンの圧縮比は低い。換言すれば、第２ゾーンは低圧縮スクリューにより構成される。したがって、この第２ゾーンでガラス繊維が無極性の樹脂に混練される際には、射出スクリューの回転によってストランド状のガラス繊維束が解束されて解束されたガラス繊維が無極性の樹脂中に均一に分散されるものの、圧縮比が低いためにガラス繊維の折損は極力防止される。このようにして、第２ゾーンで折損が極力防止されたガラス繊維が均一に分散した無極性の樹脂（ガラス繊維含有溶融樹脂）が形成される。そして、形成されたガラス繊維含有溶融樹脂が第３ゾーンに送り出される（第２工程）。

また、無極性の樹脂とガラス繊維とを接着させるためのバインダ剤が射出スクリューの第１ゾーンおよび第２ゾーンを通過せずに第３ゾーンを通過する。したがって、バインダ剤は、射出スクリューが射出シリンダ内で回転することによって、第３ゾーンにて、ガラス繊維含有溶融樹脂に混練される。このバインダ剤の添加によって、無極性の樹脂とガラス繊維が強固に接着される。ここで、第３ゾーンの圧縮比は１．０以上であり且つ２．０未満である。つまり第３ゾーンの圧縮比は低く、第３ゾーンは低圧縮スクリューにより構成される。したがって、この第３ゾーンでバインダ剤がガラス繊維含有溶融樹脂に混練される際には、射出スクリューの回転によってバインダ剤が均一に分散されるものの、圧縮比が低いためにガラス繊維の折損が極力防止される。このようにして、第３ゾーンで無極性の樹脂にガラス繊維が接着したガラス繊維接着溶融樹脂が形成される（第３工程）。

そして、第３ゾーンで形成されたガラス繊維接着溶融樹脂が金型内に射出されることによって、ガラス繊維強化樹脂が形成される（第４工程）。

したがって、第１ゾーン、第２ゾーン、及び第３ゾーンを経て射出成形されたガラス繊維強化樹脂中にはガラス繊維が均一に分散するとともに、均一に分散したガラス繊維がバインダ剤により樹脂に強固に接着している。さらに、ガラス繊維強化樹脂中のガラス繊維は第１ゾーンを通過せずに、低圧縮比の第２ゾーン及び第３ゾーンを通過するため、射出スクリューの回転によるガラス繊維の折損が極力防止される。そのため本発明に係る射出成形装置を用いて形成されるガラス繊維強化樹脂中のガラス繊維の繊維長は、従来のガラス繊維強化樹脂中に含まれるガラス繊維の繊維長よりも長いことが期待される。よって、十分に強度等の材料特性が向上したガラス繊維強化樹脂を製造することができる。

第１ゾーンの圧縮比は上述のように２．０以上である。圧縮比が２．０未満であると、樹脂が十分に混練および溶融されない。また、第２ゾーンおよび第３ゾーンの圧縮比は上述のように１．０以上２．０未満である。第２ゾーンおよび第３ゾーンの圧縮比が２．０以上であると、射出スクリューの回転によりガラス繊維が過剰に折損するためガラス繊維強化樹脂の材料特性が悪化する。また、第２ゾーンを形成するスクリューの溝深さは、深いほど良い。

第２ゾーンのＬ／Ｄは、第３ゾーンのＬ／Ｄよりも大きくされているのがよい。これによれば、第２ゾーンのＬ／Ｄを比較的長く取ることにより、溶融樹脂中にガラス繊維を十分均一に分散させることができる。また、射出スクリュー全体のＬ／Ｄは２０〜３０であるのがよい。

また、バインダ剤は、無極性の樹脂とガラス繊維とを接着させる機能を有する。この場合、ストランド状のガラス繊維束はガラス繊維およびガラス繊維に結合したカップリング剤を含み、バインダ剤は、カップリング剤に結合する官能基を有し、且つ無極性の樹脂と相性の良い材料で形成されているのがよい。好ましくは、バインダ剤は、無極性の樹脂と同じ材料で形成され、且つ、カップリング剤に結合する官能基を持つ化合物で変性されている変性樹脂であるのがよい。

この場合、無極性の樹脂はポリプロピレン樹脂であり、ストランド状のガラス繊維束に含まれるカップリング剤がアミノシランカップリング剤であり、バインダ剤が無水マレイン酸変性ポリプロピレンであるのがよい。これによれば、バインダ剤がアミノシランカップリング剤およびポリプロピレン樹脂に結合することによって、確実にガラス繊維と樹脂（ポリプロピレン樹脂）とを結合することができる。

本発明の実施形態に係る射出成形装置を示す概略図である。 射出スクリューの一例を示す側面図である。 無水マレイン酸変性ＰＰをバインダ剤として、ガラス繊維がポリプロピレン樹脂に接着されるメカニズムを示す図である。 本実施形態の射出成形装置を用いてガラス繊維強化樹脂成形品を製造した場合における成形品内のガラス繊維の繊維長の平均値と、従来技術に係る射出成形装置を用いてガラス繊維強化樹脂成形品を製造した場合における成形品内のガラス繊維の繊維長の平均値とを比較したグラフである。 分散性評価試験結果を示すグラフである。 樹脂中に含まれる強化繊維の繊維長と、その強化繊維が含まれる樹脂成形材料の材料特性（剛性、強度、耐衝撃性）との関係を表すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る射出成形装置を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る射出成形装置１は、射出スクリュー１０と、射出シリンダ２０と、第１ホッパ３１と、第２ホッパ３２と、第３ホッパ３３とを備える。なお、図１において、型締装置、射出シリンダ２０の加熱ヒータ、動作制御装置、温度制御装置等の付帯設備の構成は公知であるので省略されている。

射出スクリュー１０は、軸状に形成され、その基端（図１において右端）から先端（図１において左端）にかけてスクリュー羽が形成されている。射出スクリュー１０の基端に駆動ユニット４１が接続される。駆動ユニット４１は例えば電動モータを備え、射出スクリュー１０を軸周り回転させるための駆動力を発生する。

射出シリンダ２０は所定の軸方向に向かって延びるように構成され、その内部には円柱状の内部空間が形成される。射出シリンダ２０の内部空間内に射出スクリュー１０が射出シリンダ２０と同軸的に収容される。射出シリンダ２０の先端（図１において左端）にはノズル２１が取付けられていて、このノズル２１から射出シリンダ２０と射出スクリュー１０との間の溶融樹脂が金型ＭＯに向けて射出される。射出された溶融樹脂は金型ＭＯ内のキャビティに充填される。なお、射出シリンダ２０の外周には図示しない加熱ヒータが取付けられていて、この加熱ヒータを作動させて射出シリンダ２０を加熱させることにより、射出シリンダ２０内の溶融樹脂の温度を所望の温度に設定することができる。

図２は、射出シリンダ２０内の射出スクリュー１０の一例を示す側面図である。図２に示すように、射出スクリュー１０は、その基端側（下流側）から先端側（上流側）にかけて、フィードゾーン１１、コンプレッションゾーン１２（第１ゾーン）、分散ゾーン１３（第２ゾーン）、接着ゾーン１４（第３ゾーン）が形成されている。本実施形態において、フィードゾーン１１の圧縮比は１．０である。コンプレッションゾーン１２の圧縮比は２．０以上であるのがよい。本実施形態において、コンプレッションゾーン１２の圧縮比は３．０である。分散ゾーン１３の圧縮比は１．０以上であり且つ２．０未満であるのがよい。本実施形態において分散ゾーン１３の圧縮比は１．２である。接着ゾーン１４の圧縮比も１．０以上であり且つ２．０未満であるのがよい。本実施形態において接着ゾーン１４の圧縮比は１．２である。すなわち、分散ゾーン１３および接着ゾーン１４は、圧縮比が２．０未満の低圧縮スクリューである。

また、フィードゾーン１１のＬ／Ｄは３であり、コンプレッションゾーン１２のＬ／Ｄは８であり、分散ゾーン１３のＬ／Ｄは５であり、接着ゾーン１４のＬ／Ｄは４である。なお、射出スクリュー１０の先端にミキシングエレメントを取り付けても良い。使用可能なミキシングエレメントとして、マドック型、ピン型、ダルメージ型等のミキシングエレメントが挙げられる。このうち、ピン型のミキシングエレメントが、ガラス繊維を折損させないという面から好ましい。また、射出スクリュー１０全体で見た場合におけるＬ／Ｄは２０である。

図１に示すように、第１ホッパ３１、第２ホッパ３２および第３ホッパ３３が射出シリンダ２０の上部に取り付けられる。第１ホッパ３１には、粒状であり、無極性の樹脂であるポリプロピレン樹脂Ｒが外部から投入される。また、第１ホッパ３１は、投入されたポリプロピレン樹脂Ｒを射出シリンダ２０内に供給するために射出シリンダ２０に開口した第１開口部３１ａを有する。第１開口部３１ａは、射出スクリュー１０のフィードゾーン１１と射出シリンダ２０の内壁とにより囲まれた空間に開口する。つまり、第１開口部３１ａは、射出シリンダ２０の壁面であって射出スクリュー１０のフィードゾーン１１に面する位置に形成される。したがって、第１開口部３１ａを通って射出シリンダ内に供給されたポリプロピレン樹脂Ｒは射出スクリュー１０のフィードゾーン１１に落下する。フィードゾーン１１に落下したポリプロピレン樹脂Ｒは、射出シリンダ２０内で射出スクリュー１０が回転することにより、フィードゾーン１１、コンプレッションゾーン１２、分散ゾーン１３、および接着ゾーン１４をこの順に通過する。

第２ホッパ３２には（チョップド）ストランド状のガラス繊維束Ｓが外部から投入される。ここで、「ストランド状のガラス繊維束」とは、非常に微小な径（例えば７μｍ）及び所定の長さ（例えば１０ｍｍ）の複数本のガラス繊維が収束剤により結合されることによって形成されたガラス繊維の束である。本実施形態では、約３０００本〜２４０００本のガラス繊維が収束剤により結合されて束ねられたストランド状のガラス繊維束Ｓを用いた。このガラス繊維束Ｓの幅は約１０ｍｍ程度であり、各ガラス繊維の繊維長は約１０ｍｍ程度である。また、ガラス繊維束Ｓは、複数のガラス繊維と、複数のガラス繊維を束ねるための収束剤と、各ガラス繊維の表面に結合したアミノシランカップリング剤を有する。アミノシランカップリング剤は、ガラス繊維と熱可塑性樹脂との接着を良好にするために、ガラス繊維の表面に結合されている。アミノシランカップリング剤は、ガラス繊維をポリプロピレン樹脂に接着させる際に良く用いられるが、ポリプロピレン樹脂は無極性であるため、アミノシランカップリング剤のみでは十分にガラス繊維をポリプロピレン樹脂に接着させることができない。

また、第２ホッパ３２は、投入されたストランド状のガラス繊維束Ｓを射出シリンダ２０内に供給するために射出シリンダ２０に開口した第２開口部３２ａを有する。第２開口部３２ａは、射出スクリュー１０の分散ゾーン１３と射出シリンダ２０の内壁とにより囲まれた空間に開口する。つまり、第２開口部３２ａは、射出シリンダ２０の壁面であって射出スクリュー１０の分散ゾーン１３に面する位置に形成される。したがって、第２開口部３２ａを通って射出シリンダ２０内に供給されたストランド状のガラス繊維束Ｓは射出スクリュー１０の分散ゾーン１３に落下する。分散ゾーン１３に落下したストランド状のガラス繊維束Ｓは、射出シリンダ２０内で射出スクリュー１０が回転することにより、フィードゾーン１１およびコンプレッションゾーン１２を通過せずに、分散ゾーン１３および接着ゾーン１４をこの順に通過する。

第３ホッパ３３には、ガラス繊維とポリプロピレン樹脂とを接着させるためのバインダ剤としての無水マレイン酸変性ポリプロピレン（以下、無水マレイン酸変性ＰＰ）が投入される。投入される無水マレイン酸変性ＰＰは粒状である。また、第３ホッパ３３は、投入された無水マレイン酸変性ＰＰを射出シリンダ２０内に供給するために射出シリンダ２０に開口した第３開口部３３ａを有する。第３開口部３３ａは、射出スクリュー１０の接着ゾーン１４と射出シリンダ２０の内壁とにより囲まれた空間に開口する。つまり、第３開口部３３ａは、射出シリンダ２０の壁面であって射出スクリュー１０の接着ゾーン１４に面する位置に形成される。したがって、第３開口部３３ａを通って射出シリンダ２０内に供給された無水マレイン酸変性ＰＰは射出スクリュー１０の接着ゾーン１４に落下する。接着ゾーン１４に落下した無水マレイン酸変性ＰＰは、射出シリンダ２０内で射出スクリュー１０が回転することにより、フィードゾーン１１、コンプレッションゾーン１２、分散ゾーン１３を通過せずに、接着ゾーン１４を通過する。

なお、第２ホッパ３２の第２開口部３２ａは、ストランド状のガラス繊維束Ｓが分散ゾーン１３のできるだけ上流側（射出スクリュー１０の基端側）に供給されるように、分散ゾーン１３と射出シリンダ２０の内壁とにより囲まれた空間の上流側に開口するように形成されている。また、第３ホッパ３３の第３開口部３３ａは、無水マレイン酸変性ＰＰが接着ゾーン１４のできるだけ上流側に供給されるように、接着ゾーン１４と射出シリンダ２０の内壁とにより囲まれた空間の上流側に開口するように形成されている。

バインダ剤としての無水マレイン酸変性ＰＰは、ガラス繊維の表面に結合したアミノシランカップリング剤に結合する官能基を有する。また、無水マレイン酸変性ＰＰの主成分はポリプロピレン樹脂であるため、ポリプロピレン樹脂と相性がよく、これに接着する。図３は、無水マレイン酸変性ＰＰをバインダ剤として、ガラス繊維がポリプロピレン樹脂に接着されるメカニズムを示す図である。図３に示すように、ガラス繊維中のケイ素がアミノシラン（結合剤）と共有結合する。また、アミノシランのアミノ基と無水マレイン酸変性ＰＰの持つカルボキシル基がイオン結合する。さらに、無水マレイン酸変性ＰＰがポリプロピレン樹脂に接着する。このような結合形態によって、無水マレイン酸変性ＰＰをバインダ剤として、ポリプロピレン樹脂がガラス繊維に接着される。

次に、上記構成の射出成形装置１を用いた射出成形方法について説明する。

まず、射出シリンダ２０の外周に取付けられている図示しない加熱ヒータを作動させて、射出シリンダ２０内の温度を所望の温度に加熱する。射出シリンダ２０内の温度を所望の温度に加熱した後に、駆動ユニット４１を駆動させて、射出シリンダ２０内で射出スクリュー１０を回転させる。また、第１ホッパ３１にポリプロピレン樹脂Ｒを外部から投入し、第２ホッパ３２にストランド状のガラス繊維束Ｓを外部から投入し、さらに第３ホッパ３３に無水マレイン酸変性ＰＰを外部から投入する。

第１ホッパ３１に投入されたポリプロピレン樹脂Ｒは、第１開口部３１ａを通って、射出シリンダ２０内に供給される。開口部３１ａは、射出スクリュー１０のフィードゾーン１１に面する位置に設けられるので、射出シリンダ２０内に供給されたポリプロピレン樹脂Ｒは射出スクリュー１０のフィードゾーン１１上に落下する。したがって、フィードゾーン１１に落下したポリプロピレン樹脂Ｒは加熱ヒータの熱により加熱されるとともに射出スクリュー１０が射出シリンダ２０内で回転することにより先端側に進み、やがて、フィードゾーン１１からコンプレッションゾーン１２に送り出される。

フィードゾーン１１からコンプレッションゾーン１２に進入したポリプロピレン樹脂Ｒは、このコンプレッションゾーン１２にて射出スクリュー１０に混練される。ここで、コンプレッションゾーン１２の圧縮比は３．０である。したがって、コンプレッションゾーン１２にてポリプロピレン樹脂Ｒに強いせん断力が作用し、ポリプロピレン樹脂Ｒが十分に混練される。また、このような混練と同時に加熱ヒータにより加熱されるために、ポリプロピレン樹脂Ｒは溶融する。このようにしてコンプレッションゾーン１２で十分に混練・溶融されたポリプロピレン樹脂は、射出シリンダ２０内での射出スクリュー１０の回転により先端側に送られる。そして、十分に混練・溶融されたポリプロピレン樹脂Ｒが、コンプレッションゾーン１２から分散ゾーン１３に送り出される（第１工程）。

第２ホッパ３２に投入されたストランド状のガラス繊維束Ｓは、第２開口部３２ａを通って射出シリンダ２０内に供給される。第２開口部３２ａは、射出スクリュー１０の分散ゾーン１３に面する位置に設けられるので、射出シリンダ２０内に供給されたストランド状のガラス繊維束Ｓは射出スクリュー１０の分散ゾーン１３上に落下する。分散ゾーン１３上に落下したストランド状のガラス繊維束Ｓは、射出スクリュー１０の回転によるせん断力を受けて解束されて、ガラス繊維に分解される。

分散ゾーン１３にて解束されたガラス繊維は、コンプレッションゾーン１２から分散ゾーン１３に送り込まれてきたポリプロピレン樹脂に混入される。そして、射出シリンダ２０内で射出スクリュー１０が回転することにより、ガラス繊維がポリプロピレン樹脂に均一に分散される。このようにしてガラス繊維が均一に分散されたポリプロピレン樹脂を、本明細では、「ガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂」と呼ぶ。

ガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂中に均一分散したガラス繊維は、分散ゾーン１３を通過する際に射出スクリュー１０の回転によるせん断力を受けるが、分散ゾーン１３の圧縮比は１．２であって非常に低いため、ガラス繊維はほとんど折損されない。そのためガラス繊維長が十分長い状態が維持される。こうして形成されたガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂は、射出スクリュー１０の回転により先端側に送られ、やがて、分散ゾーン１３から接着ゾーン１４に送り出される（第２工程）。

第３ホッパ３３に投入された無水マレイン酸変性ＰＰは、第３開口部３３ａを通って射出シリンダ２０内に供給される。第３開口部３３ａは、射出スクリュー１０の接着ゾーン１４に面する位置に設けられるので、射出シリンダ２０内に供給された無水マレイン酸変性ＰＰは射出スクリュー１０の接着ゾーン１４上に落下する。接着ゾーン１４に落下した無水マレイン酸変性ＰＰは、この接着ゾーン１４にて、分散ゾーン１３から接着ゾーン１４に送られてきたガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂に混入される。そして、射出スクリュー１０の回転により、無水マレイン酸変性ＰＰがガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂中に均一に分散される。また、この接着ゾーン１４にて、無水マレイン酸変性ＰＰをバインダ剤としてガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂中のガラス繊維とポリプロピレン樹脂が強固に接着される。こうして無水マレイン酸変性ＰＰを介してガラス繊維が接着されたポリプロピレン樹脂を、本明細書では、「ガラス繊維接着溶融ポリプロピレン樹脂」と呼ぶ。接着ゾーン１４内のガラス繊維接着溶融ポリプロピレン樹脂は、射出シリンダ２０内での射出スクリュー１０の回転により先端側に移動され、やがて、接着ゾーン１４からその先の部分に送り出される（第３工程）。

そして、接着ゾーン１４よりも先の部分に送り込まれたガラス繊維接着溶融ポリプロピレン樹脂が、射出スクリュー１０の前進移動によって、射出シリンダ２０のノズル２１から射出され、金型ＭＯ内に充填される。金型ＭＯ内に充填後、保圧、保冷工程を経て、金型ＭＯ内のポリプロピレン樹脂成形品が取り出される。こうして、ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂が射出成形により製造される。

図４は、上記した本実施形態の射出成形装置１を用いてガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を製造した場合における成形品中のガラス繊維の繊維長の平均値（シミュレーション値）と、従来技術に係る射出成形装置を用いてガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を製造した場合における成形品内のガラス繊維の繊維長の平均値とを比較したグラフである。図４に示すように、従来技術に係る射出成形装置を用いた場合、成形品中のガラス繊維の繊維長は２〜３ｍｍであるのに対し、本実施形態に係る射出成形装置を用いた場合、成形品中のガラス繊維の繊維長が４〜１０ｍｍである。このことから、本実施形態に係る射出成形装置を用いることにより、成形品中のガラス繊維の繊維長を長くすることができ、その結果、成形品の強度等の材料特性を向上できることがわかる。

（分散性評価試験）
ガラス繊維強化樹脂中のガラス繊維の分散性を評価するために、次のような試験を行った。
下記の表１に示す材料配合比でブレンドした２種類の原材料（サンプル１、２）を用意し、それぞれのサンプルを通常のフルフライトスクリューのフィードゾーンに供給し、同一条件で射出成形した。成形後、成形品に存在するガラス繊維束（解束していないガラス繊維束）の単位体積当たりの個数をカウントした。その結果を図５に示す。

図５からわかるように、サンプル１においては成形品の単位体積当たりに６．４個のガラス繊維束の存在を確認できたが、サンプル２においてガラス繊維束の存在は確認されなかった。この理由は以下のように考えられる。すなわち、サンプル１には無水マレイン酸変性ＰＰがガラス繊維と共にポリプロピレン樹脂に混入しているので、射出スクリューから受けるせん断力でガラス繊維が解束してポリプロピレン樹脂内に十分に分散する前に、無水マレイン酸変性ＰＰがポリプロピレン樹脂とガラス繊維束とを接着してしまう。接着されてしまったガラス繊維束はそれ以上分散することができない。その結果、成形品にガラス繊維束が存在する。これに対し、サンプル２には無水マレイン酸変性ＰＰが混入されていないため、ガラス繊維束は射出スクリューから受けるせん断力によって十分に解束される。このため成形品にガラス繊維束は存在せず、ガラス繊維束が解束したガラス繊維が均一にポリプロピレン樹脂内に分散されるのである。

しかしながら、サンプル２においてはガラス繊維がポリプロピレン樹脂内に均一分散されるものの、無水マレイン酸変性ＰＰが混入されていないために、ガラス繊維がポリプロピレン樹脂に十分に接着されていない。そのため成形品の強度が低い。これに対し、本実施形態では、サンプル２のように均一にガラス繊維が分散されたポリプロピレン樹脂を射出スクリュー１０の分散ゾーン１３で形成し、その後に接着ゾーン１４にて無水マレイン酸変性ＰＰを混入させて、ガラス繊維とポリプロピレン樹脂とを強固に接着させている。つまり、ガラス繊維束を十分に解束させて、溶融ポリプロピレン樹脂に均一にガラス繊維を分散させた後に、無水マレイン酸変性ＰＰを混入させて、ポリプロピレン樹脂とガラス繊維とを接着させている。したがって、均一にガラス繊維が分散するとともに、十分にポリプロピレン樹脂とガラス繊維とを接着させることができる。それに加え、ガラス繊維は射出スクリューのコンプレッションゾーン１２を通過せずに、低圧縮比の分散ゾーン１３および接着ゾーン１４のみを通過するため、射出スクリュー１０の回転によりガラス繊維に作用するせん断力が比較的弱く、それ故、ガラス繊維の折損を大幅に抑えることができる。すなわち、本実施形態で示した射出成形装置１を用いてガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を成形すれば、ポリプロピレン樹脂中にガラス繊維を均一に分散させることができ、均一に分散されたガラス繊維をポリプロピレン樹脂に強固に接着させることができ、なお且つガラス繊維の繊維長を従来に比べて長くすることができる。よって、強度等の材料特性が十分に向上したガラス繊維強化樹脂を射出成形することができるのである。

以上のように、本実施形態の射出成形装置１は、射出スクリュー１０と、射出シリンダ２０と、第１ホッパ３１（第１供給手段）と、第２ホッパ３２（第２供給手段）と、第３ホッパ３３（第３供給手段）とを備える。射出スクリュー１０には、その基端側から先端側にかけて、コンプレッションゾーン１２（第１ゾーン）、分散ゾーン１３（第２ゾーン）および接着ゾーン１４（第３ゾーン）が形成されている。コンプレッションゾーン１２の圧縮比は２．０以上であり、分散ゾーン１３および接着ゾーン１４の圧縮比は１．０以上２．０未満である。射出シリンダ２０は射出スクリュー１０を収容する。第１ホッパ３１は、射出スクリュー１０が射出シリンダ２０内で回転することにより、無極性の樹脂であるポリプロピレン樹脂Ｒがコンプレッションゾーン１２、分散ゾーン１３および接着ゾーン１４を通過するように、ポリプロピレン樹脂Ｒを射出シリンダ２０内に供給する。第２ホッパ３２は、射出スクリュー１０が射出シリンダ２０内で回転することにより、ストランド状のガラス繊維束Ｓがコンプレッションゾーン１２を通過せずに分散ゾーン１３および接着ゾーン１４を通過するように、ストランド状のガラス繊維束Ｓを射出シリンダ２０内に供給する。第３ホッパ３３は、射出スクリュー１０が射出シリンダ２０内で回転することにより、ポリプロピレン樹脂とガラス繊維とを接着させるためのバインダ剤としての無水マレイン酸変性ＰＰがコンプレッションゾーン１２および分散ゾーンを通過せずに接着ゾーン１４を通過するように、無水マレイン酸変性ＰＰを射出シリンダ２０内に供給する。

また、第１ホッパ３１は、ポリプロピレン樹脂Ｒがコンプレッションゾーン１２、分散ゾーン１３および接着ゾーン１４をこの順に通過するように、射出シリンダ２０のうち射出スクリュー１０のフィードゾーン１１に面する位置に開口する第１開口部３１ａを有する。第２ホッパ３２は、ストランド状のガラス繊維束Ｓがコンプレッションゾーン１２を通過せずに分散ゾーン１３および接着ゾーン１４をこの順に通過するように、射出シリンダ２０のうち射出スクリュー１０の分散ゾーン１３に面する位置に開口する第２開口部３２ａを有する。第３ホッパ３３は、無水マレイン酸変性ＰＰがコンプレッションゾーン１２および分散ゾーン１３を通過せずに接着ゾーン１４を通過するように、射出シリンダ２０のうち接着ゾーン１４に面する位置に開口する第３開口部３３ａを有する。

また、本実施形態に係るガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂の製造方法は、射出スクリュー１０を射出シリンダ２０内で回転させることにより、コンプレッションゾーン１２にてポリプロピレン樹脂Ｒを混練および溶融させるとともに分散ゾーン１３に送り出す第１工程と、分散ゾーン１３にてポリプロピレン樹脂Ｒにストランド状のガラス繊維束Ｓを混入させるとともに、射出スクリュー１０を射出シリンダ２０内で回転させることにより、分散ゾーン１３にてストランド状のガラス繊維束Ｓを解束させ、解束されたガラス繊維をポリプロピレン樹脂Ｒ中に分散させてガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂を形成し、形成したガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂を接着ゾーン１４に送り出す第２工程と、接着ゾーン１４にて、無水マレイン酸変性ＰＰをガラス繊維含有溶融ポリプロピレン樹脂に混入させるとともに、射出スクリュー１０を射出シリンダ２０内で回転させることにより、接着ゾーンにて、無水マレイン酸変性ＰＰを介してポリプロピレン樹脂とガラス繊維とを接着させて、ガラス繊維接着溶融ポリプロピレン樹脂を形成する第３工程と、ガラス繊維接着溶融ポリプロピレン樹脂を金型ＭＯ内に射出してガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を形成する第４工程と、を含む。

本実施形態によれば、射出成形装置１を用いてガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を製造することにより、ガラス繊維が均一に分散させることができるとともに、均一に分散されたガラス繊維が無水マレイン酸変性ＰＰを介してポリプロピレン樹脂に強固に接着する。さらに、ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂中のガラス繊維は、射出スクリュー１０のコンプレッションゾーン１２を通過せずに、低圧縮比の分散ゾーン１３及び接着ゾーン１４を通過してから射出されるため、射出スクリュー１０の回転によるガラス繊維の折損が極力防止される。そのため本実施形態に係る射出成形装置１を用いて成形されるガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂中のガラス繊維の繊維長は、従来のガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂中に含まれるガラス繊維の繊維長よりも長い。よって、十分に強度等の材料特性が向上したガラス維強化ポリプロピレン樹脂を製造することができる。

また、分散ゾーン１３のＬ／Ｄは、接着ゾーン１４のＬ／Ｄよりも大きくされている。このため溶融したポリプロピレン樹脂中にガラス繊維を十分均一に分散させることができる。また、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを用いているため、この無水マレイン酸変性ポリプロピレンをバインダ剤として確実にガラス繊維と樹脂（ポリプロピレン樹脂）とを接続することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、射出スクリュー１０のコンプレッションゾーン１２の圧縮比を３．０としたが、２．０以上であれば良い。同様に、射出スクリュー１０の分散ゾーン１３および接着ゾーン１４の圧縮比を１．２としたが、１．０以上２．０未満であればよい。また、その範囲内であれば、分散ゾーン１３の圧縮比と接着ゾーン１４の圧縮比は異なっていても良いし同じでもよい。また、上記実施形態では、無極性の樹脂としてポリプロピレン樹脂を例示したが、それ以外の無極性の樹脂でもよい。この場合、バインダ剤として、その樹脂と同じ材料であり、且つガラス繊維に結合した化合物に結合可能な官能基を持つ化合物を用いると良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…射出成形装置、１０…射出スクリュー、１１…フィードゾーン、１２…コンプレッションゾーン（第１ゾーン）、１３…分散ゾーン（第２ゾーン）、１４…接着ゾーン（第３ゾーン）、２０…射出シリンダ、２１…ノズル、３１…第１ホッパ（第１供給手段）、３１ａ…第１開口部、３２…第２ホッパ（第２供給手段）、３２ａ…第２開口部、３３…第３ホッパ（第３供給手段）、３３ａ…第３開口部、４１…駆動ユニット、ＭＯ…金型

Claims (5)

1. 基端側から先端側にかけて、第１ゾーン、第２ゾーンおよび第３ゾーンが形成されており、前記第１ゾーンの圧縮比が２．０以上であり、前記第２ゾーンおよび前記第３ゾーンの圧縮比が１．０以上２．０未満である射出スクリューと、
   前記射出スクリューを収容する射出シリンダと、
   前記射出スクリューが前記射出シリンダ内で回転することにより、無極性の樹脂が前記第１ゾーン、前記第２ゾーンおよび前記第３ゾーンを通過するように、前記無極性の樹脂を前記射出シリンダ内に供給する第１供給手段と、
   前記射出スクリューが前記射出シリンダ内で回転することにより、ストランド状のガラス繊維束が前記第１ゾーンを通過せずに前記第２ゾーンおよび前記第３ゾーンを通過するように、前記ストランド状のガラス繊維束を前記射出シリンダ内に供給する第２供給手段と、
   前記射出スクリューが前記射出シリンダ内で回転することにより、前記無極性の樹脂と前記ストランド状のガラス繊維束を構成するガラス繊維とを接着させるためのバインダ剤が前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンを通過せずに前記第３ゾーンを通過するように、前記バインダ剤を前記射出シリンダ内に供給する第３供給手段と、を備える射出成形装置。
2. 基端側から先端側にかけて、第１ゾーン、第２ゾーンおよび第３ゾーンが形成されており、前記第１ゾーンの圧縮比が２．０以上であり、前記第２ゾーンおよび前記第３ゾーンの圧縮比が１．０以上２．０未満である射出スクリューと、前記射出スクリューを収容する射出シリンダとを備える射出成形装置を用いたガラス繊維強化樹脂の製造方法であり、
   前記射出スクリューを前記射出シリンダ内で回転させることにより、前記第１ゾーンにて無極性の樹脂を混練および溶融させるとともに前記第２ゾーンに送り出す第１工程と、
   前記第２ゾーンにて前記無極性の樹脂にストランド状のガラス繊維束を混入させるとともに、前記射出スクリューを前記射出シリンダ内で回転させることにより、前記第２ゾーンにてストランド状のガラス繊維束を解束させ、解束されたガラス繊維を前記無極性の樹脂中に分散させてガラス繊維含有溶融樹脂を形成し、形成した前記ガラス繊維含有溶融樹脂を前記第３ゾーンに送り出す第２工程と、
   前記第３ゾーンにて、前記無極性の樹脂と前記ガラス繊維とを接着させるためのバインダ剤を前記ガラス繊維含有溶融樹脂に混入させるとともに、前記射出スクリューを前記射出シリンダ内で回転させることにより、前記第３ゾーンにて、前記バインダ剤を介して前記無極性の樹脂と前記ガラス繊維とを接着させて、ガラス繊維接着溶融樹脂を形成する第３工程と、
   前記ガラス繊維接着溶融樹脂を金型内に射出してガラス繊維強化樹脂を形成する第４工程と、
   を含む、ガラス繊維強化樹脂の製造方法。
3. 請求項２に記載のガラス繊維強化樹脂の製造方法において、
   前記ガラス繊維束はガラス繊維およびガラス繊維に結合したカップリング剤を含み、
   前記バインダ剤は、前記カップリング剤に結合する官能基を有するとともに前記無極性の樹脂と相性の良い材料で形成されている、ガラス繊維強化樹脂の製造方法。
4. 請求項３に記載のガラス繊維強化樹脂の製造方法において、
   前記バインダ剤は、前記無極性の樹脂と同じ材料で形成され、且つ前記カップリング剤に結合する官能基を持つ化合物で変性されている変性樹脂である、ガラス繊維強化樹脂の製造方法。
5. 請求項３または４に記載のガラス繊維強化樹脂の製造方法において、
   前記無極性の樹脂はポリプロピレン樹脂であり、
   前記カップリング剤はアミノシランカップリング剤であり、
   前記バインダ剤は無水マレイン酸変性ポリプロピレンである、ガラス繊維強化樹脂の製造方法。
   

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