JP7450877B2 - 繊維強化成形体 - Google Patents

Description

本発明は、天然繊維屑で強化されている繊維強化成形体に関する。

従来から、繊維強化成形体はよく知られている。マトリックス樹脂に繊維を加えると強度などの物性が高くなる利点がある。強化繊維として繊維屑を再使用することも知られている。特許文献１には、特定の合成樹脂材料から構成された廃棄プラスチック、或いは複数種類の互いに異なる合成樹脂材料から構成された複数の廃プラ群と、熱硬化性樹脂、木屑、繊維屑などを混合し成形加工することが提案されている。特許文献２には、柔軟熱可塑性樹脂に、平均繊維長が０．１～６ｍｍである合成繊維を混入させて樹脂製留め具を成形することが提案されている。特許文献３には、廃材の低密度ポリエチレン樹脂に繊維屑、木質繊維、ガラス繊維、タルク等の強化繊維を混入させる再生樹脂部品を成形することが提案されている。

特開２００６－３０５８０２号公報 特開２００４－３４６９５４号公報 特開２００３－２６１６８９号公報

しかし、前記従来技術は、混合工程及び／又は成形工程で熱により繊維が劣化してしまい、成形体の物性が低下し、外観品位も低下する問題があり、さらなる改善が求められていた。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、補強繊維の劣化を防ぎ、物性及び外観品位の高い繊維強化成形体を提供する。

本発明の繊維強化成形体は、補強繊維と熱可塑性樹脂を含む繊維強化成形体であって、前記補強繊維は精練及び／又はさらし処理されたコットン繊維屑であり、前記熱可塑性樹脂は融点が１２０～２００℃であり、前記繊維強化成形体の表面は繊維濃度が薄い部分と濃い部分が存在し、繊維柄があることを特徴とする。

本発明の繊維強化成形体は、補強繊維と熱可塑性樹脂を含み、前記補強繊維は天然繊維の繊維屑であり、前記熱可塑性樹脂は融点が１２０～２００℃であることにより、繊維の劣化を防ぎ、成形体の物性も高く維持でき、外観品位の高い繊維強化成形体を提供できる。また、繊維柄があり外観もよい繊維強化成形体を提供できる。さらに、繊維屑の有効活用ができる。

図１は本発明の一実施形態の繊維強化成形体の模式的斜視図である。 図２は同、繊維強化成形体の表面拡大写真である。

本発明の繊維強化成形体は、補強繊維と熱可塑性樹脂を含み、前記補強繊維は天然繊維の繊維屑であり、熱可塑性樹脂は融点が１２０～２００℃である。本発明は、補強繊維として天然繊維の繊維屑を選択し、マトリックス樹脂として特定融点の熱可塑性樹脂を選択して組み合わせることにより、繊維と樹脂との混合工程及び／又は成形工程で補強繊維の熱劣化を抑え、成形体の物性も高く維持でき、外観品位の高い繊維強化成形体が得られる。成形体は、繊維柄があり外観もよい繊維強化成形体となる。熱可塑性樹脂の融点が１２０～２００℃であると、成形体は熱水などに耐えることができ、食品容器、食器などにも適用できる。

前記天然繊維の繊維屑は、平均繊維長１～２０ｍｍが好ましく、より好ましくは２～１８ｍｍであり、さらに好ましくは３～１５ｍｍである。前記の範囲であれば、マトリックス樹脂の熱可塑性樹脂と均一混合しやすい。

前記天然繊維の繊維屑の添加割合は、補強繊維と熱可塑性樹脂の合計を母数としたとき、５～５５重量％が好ましく、より好ましくは１０～５０重量％であり、さらに好ましくは２０～４０重量％である。前記の範囲であれば、成形体の補強効果がより高くなり、成形体表面に繊維柄が発現しやすい。繊維柄は繊維量が少なければうっすらとした均一柄になるが、繊維量が多いと繊維が分散している部分と集中している部分が発生し、濃淡模様となる。この濃淡模様は大理石調となる。繊維の添加量が増えすぎると、混錬が均一にできなくなる可能性がある、一方、少なすぎると、成形体の補強効果が弱くなる。

前記繊維強化成形体の表面光沢率は５～３０％であるのが好ましく、さらに好ましくは６～２７％である。表面光沢率が前記の範囲であると、成形体表面のキラツキ感がなく、落ち着いた外観となる。

前記天然繊維は植物繊維のコットン（木綿）、麻、レーヨン、と動物繊維の絹、羊毛、アルパカ、アンゴラ、カシミヤ、モヘアが好ましい、より好ましくはコットンである。コットンは熱可塑性樹脂との親和性が高く、耐熱温度も高く、成形体の補強効果も高い。前記天然繊維はコットン製品の製造工程で発生する工程屑が好ましい。工程屑としては、例えば起毛工程で発生する繊維屑、裁断工程で発生する繊維屑、反毛（はんもう）工程で発生する繊維屑など様々な工程屑がある。このほか、古着などの反毛屑も使用できる。このような屑は従来廃棄していたが、回収して再使用することは資源の有効活用としての利点がある。精練及び／又はさらし工程を経たコットン繊維屑は白度が高く好ましい。繊維屑の白度が高いと、成形時に着色剤で着色する際にベースの色が安定し、着色ムラが少なくなる。前記着色剤は直接染料、建染染料、硫化染料、ナフトール染料、反応染料、酸性染料、酸性媒染染料、金属錯塩染料が好ましい。前記着色剤を加えることにより、成形体の外面品位は高くなる。また、金属、ゴム、木粉などと複合してもよい。

前記熱可塑性樹脂は、成形性がよいことからポリオレフィン系樹脂が好ましい。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン－プロピレン共重合体、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン－ビニルアルコール共重合体、エチレン-塩化ビニル共重合体、又はこれらの樹脂のブレンド体などが使用できる。ポリオレフィン系樹脂以外にもＡＢＳ樹脂などが使用できる。

前記天然繊維の繊維屑と熱可塑性樹脂は、まず両者をニーダーなどの混錬機を使用し、樹脂の溶融以上の温度で混合してコンパウンド（混合物）にし、このコンパウンドを押し出し、造粒又は粉砕してペレット化し、前記ペレットを射出成形、押し出し成形、ブロー成形、真空成形、圧縮成形、あるいはこれらの組み合わせの成形法などで成形するのが好ましい。このようにすると、天然繊維の繊維屑と熱可塑性樹脂の均一混合ができる。前記コンパウンド工程及び／又は成形工程では着色剤、各種安定剤、分散剤、相溶化剤等の添加剤を加えてもよい。また前記ペレットはマスターバッチとして使用し、成形時に新たな樹脂を加えることもできる。混錬温度及び成形温度は、熱可塑性樹脂の融点より高くする。

本発明の繊維強化成形体は、マトリックス樹脂に天然繊維の短繊維を含むため、成形収縮率が低く、引張強度、曲げ弾性率、曲げ強度が高くなる。また、光沢度も好ましく、外観も繊維柄が認められる。

以下図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態の繊維強化成形体１の模式的斜視図である。この繊維強化成形体１は食品容器であり、表面には繊維柄があり、繊維濃度が薄い部分２と濃い部分３が存在する。この繊維柄は大理石調の美観がある。

以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜材料＞
（１）補強繊維
精練及びさらし工程を経たコットン繊維屑（起毛繊維屑）を使用した。平均繊維長は２ｍｍであった。
（２）樹脂
融点１６０℃のポリプロピレン樹脂（ＰＰ）を使用した。例えば、日本ポリプロ社製“ノバテックＰＰ”、プライムポリマー社製“プライムポリプロ” 等のポリプロピレン樹脂を使用できる。この樹脂は１９０℃、２．１６ｋｇｆにおけるメルトフローレート（ＭＦＲ）は４５ｇ／１０ｍｉｎであった。
＜コンパウンド＞
ＰＰを６０重量部、繊維屑を４０重量部の割合で計量し、温度１９０℃に加熱したニーダーで溶融混錬し、押し出し、冷却して粉砕し、ペレット化した。繊維屑と熱可塑性樹脂の合計を母数としたとき、繊維屑は４０重量％であった。
＜成形＞
前記ペレットを温度１９０℃で射出成形し、図１に示す食品容器を成形した。この成形体１の表面には繊維柄があり、繊維濃度が薄い部分２と濃い部分３が存在し、大理石調の美観があった。図２は繊維強化成形体の表面拡大写真である。図２の「Ｔ６コンパウンド」名である。物性は表１にまとめて示す。

（実施例２）
実施例１のコンパウンドのペレット７５重量部に対して実施例１のＰＰペレットを２５重量部の割合で混合して射出成形した以外は実施例1と同様に実施した。繊維屑の割合は３０重量％であった。

（実施例３）
実施例１のコンパウンドのペレット５０重量部に対して実施例１のＰＰペレットを５０重量部の割合で混合して射出成形した以外は実施例1と同様に実施した。繊維屑の割合は２０重量％であった。

（比較例１）
繊維屑を含まず、ＰＰペレットを射出成形した以外は実施例1と同様に実施した。
以上の結果を表１にまとめて示す。

表１から明らかなとおり、実施例１～３は成形収縮率が低く、引張強度、曲げ弾性率、曲げ強度が高く、光沢度も好ましく、外観も繊維柄が認められた。

（実施例４）
１９０℃、２．１６ｋｇｆにおけるＭＦＲ２．５ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂（ＰＰ）を使用し、ＰＰを７０重量部、繊維屑を３０重量部とした以外は実施例１と同様に実施した。

（実施例５）
実施例４のコンパウンドのペレット６７重量部に対して実施例４のＰＰペレットを３３重量部の割合で混合して射出成形した以外は実施例４と同様に実施した。繊維屑の割合は２０重量％であった。

（実施例６）
実施例４のコンパウンドのペレット３３重量部に対して実施例４のＰＰペレットを６７重量部の割合で混合して射出成形した以外は実施例４と同様に実施した。繊維屑の割合は１０重量％であった。

表２から明らかなとおり、実施例４～６は成形収縮率が低く、引張強度、曲げ弾性率、曲げ強度が高く、光沢度も好ましく、外観も繊維柄が認められた。

本発明の繊維強化成形体は、食品容器、食器、衣類などの収納容器、住宅建材、家具、棚板、倉庫の壁、車両内の壁等に有用である。また、文房具、例えば定規、ペンが収納される外装体、ブックスタンドなどにも適用できる。

１ 繊維強化成形体
２ 繊維濃度が薄い部分
３ 繊維濃度が濃い部分

Claims (7)

1. 補強繊維と熱可塑性樹脂を含む繊維強化成形体であって、
   前記補強繊維は精練及び／又はさらし処理されたコットン繊維屑であり、
   前記熱可塑性樹脂は融点が１２０～２００℃であり、
   前記繊維強化成形体の表面は繊維濃度が薄い部分と濃い部分が存在し、繊維柄があることを特徴とする繊維強化成形体。
2. 前記コットン繊維屑は、平均繊維長が１～２０ｍｍである請求項１に記載の繊維強化成形体。
3. 前記コットン繊維屑の添加割合は、コットン繊維屑と熱可塑性樹脂の合計を母数としたとき、５～５５重量％である請求項１又は２に記載の繊維強化成形体。
4. 前記繊維強化成形体の表面光沢率は５～３０％である請求項１～３のいずれかに記載の繊維強化成形体。
5. 前記繊維強化成形体にはさらに着色剤が加えられている請求項１～４のいずれかに記載の繊維強化成形体。
6. 前記コットン繊維屑はコットン製品の製造工程またはリサイクル工程で発生する工程屑である請求項１～５のいずれかに記載の繊維強化成形体。
7. 前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系樹脂である請求項１～６のいずれかに記載の繊維強化成形体。