JPH0780834A - 繊維強化熱可塑性樹脂構造物、その製造方法およびその製造用押出機 - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂構造物、その製造方法およびその製造用押出機

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JPH0780834A
JPH0780834A JP5301445A JP30144593A JPH0780834A JP H0780834 A JPH0780834 A JP H0780834A JP 5301445 A JP5301445 A JP 5301445A JP 30144593 A JP30144593 A JP 30144593A JP H0780834 A JPH0780834 A JP H0780834A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、熱可塑性樹脂と均一に分散した強化
繊維を含み、特定の繊維長分布と繊維長の繊維強化熱可
塑性樹脂構造物を提供するものであり、更に本発明は、
スクリュおよび／またはシリンダ加工された押出機によ
って、連続した補強繊維の開繊度合および繊維長を制御
することにより、高い生産性で、流動性、機械的性質お
よび表面平滑性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂構造物の
製造方法・装置を提供することを目的とする。 【構成】熱可塑性樹脂と強化繊維を含み、均一に分散し
た強化繊維の重量平均繊維長と数平均繊維長の比が１．
１から３であり、重量平均繊維長が２ｍｍから１５ｍｍ
であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂構造物、
その製造方法およびその製造用押出機。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強化繊維の開繊度合や
繊維長が制御され、成形性、機械的性質や表面平滑性に
優れた繊維強化熱可塑性樹脂構造物及び高い生産性のそ
の製造法や装置に関する。更に詳しくは、自動車のシリ
ンダヘッドカバー、バンパービーム、シートフレーム、
インスツルメントパネル、ホイールキャップ、バッテリ
ートレー等や、ＯＡや家電機器のシャーシや筐体等、更
には、工具ハウジング等に好適な、繊維強化されたペレ
ットおよび射出成形品、ブロー成形品、チューブ、パイ
プやシート、更には熱成形用シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化熱可塑性構造体は、その優れた
機械的性質を活かして、自動車部品やＯＡ機器等の種々
の用途に使用されている。特に、強化繊維長を長くし機
械的性質等改良する検討が進められており、例えば、繊
維強化熱可塑性ペレット構造体の場合、特公昭４１−２
０７３８号公報のごときチョップドストランドを押出機
を用いて混練する方法では強化繊維が破損してしまい良
好な機械的性質を発現しないため、特公昭６３−３７６
９４号公報のごときプルトルージョン法（引抜成形法）
によって連続した強化繊維のロービングを熱可塑性樹脂
で被覆し、所定の長さに切断するペレット構造体が主流
となっている。また、特開平３−７３０７号公報のごと
く、抄紙法や乾式不織布法によって均一に分散した繊維
長３〜２０ｍｍのペレット構造体や特開昭６３−９５１
１号公報のごとく前もって樹脂パウダとガラス繊維をヘ
ンシェルミキサ等で混合後、ラム式押出機で溶融するペ
レット構造体も知られている。また、熱成形用シート構
造体の場合も、特公昭６３−１５１３５号公報のような
ガラス繊維マットのラミネート法や特公平４−４０３７
２号公報のごとき７ｍｍ〜５０ｍｍの不連続単繊維を含
む抄紙法によるシート構造体が知られている。
【０００３】押出機によって、強化繊維の開繊性や繊維
長を制御しようという試みは、特開昭５８−５６８１８
号公報のごとく二軸押出機の第二の供給口からガラスロ
ービングを供給して単繊維化する方法、特開昭６０−２
２１４６０号公報のごとき強化された材料や特開平４−
１２５１１０号公報のように混練装置内で切断された短
繊維を分散させた材料や特公平４−８０８１０号公報の
ようにピストン運動を利用して混練する方法が知られて
いる。また、スクリューやシリンダ加工された押出機と
しては、特公昭６２−５７４９１号公報のように、有機
フィラーを擦り潰すために多数の突起を有する開繊混練
領域を設けたスクリュ、特公昭６３−５６８４５号公報
のように無機物添加剤等を破砕するため凹凸加工したバ
リアー型ミキシング部のスクリュや特公昭６０−８９３
４号公報のように熱可塑性樹脂を混練するため特殊加工
されたシリンダやスクリュからなる混練要素が知られて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構造体では強化繊維長は長くなるものの、開繊度合や混
練作用が不十分となるため流動性、機械的性質や表面平
滑性が不十分であるばかりで無く、生産性も低い。特
に、プルトルージョン法で得られたペレット構造体は一
定の繊維長であるばかりでなく、繊維の開繊度合も悪い
ため、プレス成形すると樹脂と繊維が分離してしまった
り、射出成形時の流動性も悪いという課題がある。ま
た、抄紙法の場合は、繊維破損が無く単繊維レベルまで
分散した均質な成形品が得られるものの、樹脂と強化繊
維界面の混練作用が小さいため、接着強度が低く、機械
的性質に劣る問題点がある。また、ガラスマットのラミ
ネ−ト法は機械的性質は優れるものの、流動性が悪く、
コーナー部等に繊維が流れない課題がある。そこで、強
化繊維の開繊度合や繊維長が制御され、流動性、機械的
性質や表面平滑性に優れた、高い生産性の繊維強化熱可
塑性構造物が求められている。
【０００５】一般に押出機を用いると高い生産性が得ら
れるが、特開昭５８−５６８１８号公報、特開昭６０−
２２１４６０号公報、特開平４−１２５１１０号公報や
特公平４−８０８１０号公報の方法では、強化繊維の開
繊度合と繊維長が十分に制御できず、スクリュの混練作
用を強化すると繊維長が短くなり機械的性質が低下して
しまい、混練を弱くすると開繊度合が不十分で強化繊維
が不均一となる問題点がある。更に、特公昭６２−５７
４９１号公報、特公昭６３−５６８４５号公報や特公昭
６０−８９３４号公報は、単に無機や有機物フィラーを
擦り潰したり、熱可塑性樹脂を混練する設計になってい
るため、強化繊維の開繊度合と繊維長を制御できない課
題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、開繊度
合を制御して強化繊維を均一に分散させると共に、その
重量平均繊維長を長く保ったまま、混練作用によって特
定の繊維長分布の繊維強化熱可塑性樹脂構造物とする事
によって、流動性、機械的性質や表面平滑性等の上記課
題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、
熱可塑性樹脂と強化繊維を含み、均一に分散した強化繊
維の重量平均繊維長と数平均繊維長の比が１．１〜３で
あり、重量平均繊維長が２ｍｍ〜１５ｍｍであることを
特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂構造物を提供するもの
である。
【０００７】更に本発明は、熱可塑性樹脂と連続した強
化繊維を押出機で溶融混練することにより繊維強化熱可
塑性樹脂構造物を製造する方法において、溶融した熱可
塑性樹脂と強化繊維とをスクリュ表面および／またはシ
リンダ内壁の少なくとも一部が表面異形化加工されたス
クリュおよび／またはシリンダで形成される制御機構部
を通過させることにより、異形化加工表面の櫛作用で熱
可塑性樹脂マトリックス中における強化繊維の開繊度合
および／または繊維長を制御することを特徴とする繊維
強化熱可塑性樹脂構造物の製造方法およびスクリュおよ
びシリンダを備えた繊維強化熱可塑性樹脂構造物製造用
押出機において、供給される連続した強化繊維を櫛けず
ることにより開繊度合、繊維長の制御が可能な異形化加
工表面を有するスクリュおよび／またはシリンダを含む
制御機構部を設けた繊維強化熱可塑性樹脂構造物製造用
押出機を提供するものである。
【０００８】本発明の特徴は、開繊度合を制御して強化
繊維を均一に分散させると共に、長い繊維長を保ったま
ま、混練作用によって特定の繊維長分布の構造物を提供
する点にあり、更にスクリュ式押出機に強化繊維の開繊
度合や繊維長の制御機構部を設け、その機構部が連続し
た強化繊維に対し”櫛”として作用することによって、
繊維の開繊度合、特定の繊維長と繊維長分布を制御する
点にある。以下に、本発明を更に詳細に説明する。
【０００９】本発明の構造物とは、ブロー成形品、棒状
（チューブ、パイプなどの中空状のものを含む）やシー
ト状の形状を有する構造物、さらには熱成形用シート等
の繊維強化熱可塑性構造物、自動車のシリンダーヘッド
カバー等の射出成形や押出等の種々の成形に用い得る繊
維強化熱可塑性ペレット構造物、および、本発明の製造
方法を適用した射出成形品をいう。
【００１０】構造物中に均一に分散した強化繊維の重量
平均繊維長と数平均繊維長の比が１．１〜３、重量平均
繊維長が２ｍｍ〜１５ｍｍであり、より好ましくは４．
５ｍｍ〜１２ｍｍである。重量平均繊維長が２ｍｍ未満
の場合は、機械的性質の向上効果が得らず、１５ｍｍ以
上で繊維の絡み合いのため不均一な構造物となるため好
ましくない。また、重量平均繊維長と数平均繊維長の比
は、１．１〜３、好ましくは、１．３〜２．５、更に好
ましくは１．３〜２．１である。１．１未満では混練作
用が小さく、樹脂と繊維の界面の接着性が不十分なため
良好な機械的性質や流動性が得られず、３を越えると長
い繊維が増え、繊維のからみあいのため不均一な流動に
なり、均一な成形品が得られないため望ましくない。ま
た、本発明の均一な分散とは、構造物を溶融圧縮した際
に強化繊維と樹脂が分離しない状態を言い、単繊維にま
で分散した状態から、数１０本程度まで、好ましくは５
本程度まで結束した状態までを包含する。
【００１１】上記の熱成形用シート構造物とは、均一に
分散した強化繊維の重量平均繊維長と数平均繊維長の比
が１．１〜３であり、重量平均繊維長が２ｍｍ〜１５ｍ
ｍ、より好ましくは繊維長の比が１．３〜２．５であり
繊維長が４．５ｍｍ〜１２ｍｍのシート状のスタンピン
グ成形等に有用な繊維強化熱可塑性樹脂構造物である。
強化繊維はシート平面にほぼランダムに向いているが、
条件によっては流動方向に向いている比率が高くなる。
【００１２】棒状構造物とは、直径が約１〜８ｍｍ程度
の丸棒、矩形等の任意断面の棒や中空の棒状物である。
【００１３】本発明の繊維強化ペレット構造物は上記シ
ートや棒状等の構造物をペレタイザーやシートカッタで
ペレット化した構造物である。上記シートをペレタイズ
する場合は、縦横にカッティング（切断）するが、棒状
構造物は一方向のみにカッティング（切断）すれば良く
繊維破損が少ないため、棒状構造物をペレタイズするこ
とが望ましい。ペレット構造物のペレット長および繊維
長は特に限定するものではないが、繊維長を長くするた
め、ペレット長は、通常、カッティング前の繊維強化熱
可塑性樹脂構造物の重量平均繊維長の１／２以上であ
り、なかでも１５ｍｍ以下程度が望ましい。更に、本発
明のペレットの特徴として、ペレット中の重量平均繊維
長は棒状物などの繊維長よりも短くなり、通常ペレット
長の０．９以下、場合によっては０．７以下となる。
【００１４】更に、本発明のペレット構造物は、圧縮成
形、射出成形や押出成形等の公知の成形に使用できる。
圧縮成形を除けば、射出成形、押出成形に通常用いられ
るスクリュ式成形機では、成形により強化繊維の繊維長
や分布が変化するため、本発明のペレット構造物におい
ては、ペレット構造物中の繊維長や分布を規定するもの
であり、射出成形、押出成形後の成形品の繊維長や分布
を規定するものではない。
【００１５】本発明の構造物を製造する方法は、公知の
方法を組合せて製造することができるが、これら公知の
方法では多段プロセスとなり高い生産性の方法とは言え
ず、最も好ましい方法は、熱可塑性樹脂と連続した強化
繊維を押出機で溶融混練することにより繊維強化熱可塑
性樹脂構造物を製造する方法において、溶融した熱可塑
性樹脂と強化繊維とをスクリュ表面および／またはシリ
ンダ内壁の少なくとも一部が表面異形化加工されたスク
リュおよび／またはシリンダで形成される制御機構部を
通過させることにより、異形化加工表面の櫛作用で熱可
塑性樹脂マトリックス中における強化繊維の開繊度合お
よび／または繊維長を制御することを特徴とする繊維強
化熱可塑性樹脂構造物の製造方法である。
【００１６】本発明の連続した強化繊維の開繊度合や繊
維長を制御するスクリュおよび／またはシリンダ加工さ
れた押出機とは、単軸または多軸のスクリュ式の押出機
であって、その内部連続した強化繊維の開繊度合や繊維
長の制御機構部を含む押出機を言う。連続した強化繊維
は、スクリュフライトとシリンダ間の剪断力によって押
出機中に巻き込まれ、スクリュに巻き付きながら前進す
る。通常樹脂はスクリュの溝を流動するが、本発明の強
化繊維はスクリュフライトを乗り越えて前進する。スク
リュ断面を見た場合、フライト部は全周の一部であるた
め、この巻き込まれ速度とスクリュ最外周の周速は、図
１のごとく、一定のずれを生じる。図１はスクリュ径３
０ｍｍの二軸押出機とポリエチレンテレフタレートを使
用してガラスロービング巻き込まれ速度とスクリュ回転
数の関係を示したグラフである。従って、巻き付いた強
化繊維より、相対的に速く動くスクリュ外周部やシリン
ダ内壁に種々の加工をほどこすことによって、スクリュ
とシリンダ間で強化繊維に”櫛”の作用を及ぼすことが
できる。
【００１７】具体的な制御機構部の例としては、スクリ
ュのフライト上、混練部または、円や楕円筒部の少なく
とも一部に、凹凸加工を施す事が挙げられる。凹凸を形
成する方法は特に制限はないが、切削加工、研削加工、
ブラスト加工等を採用することができる。また、凹凸の
形態としては、溝や突起を形成した櫛型、特定の角度で
溝や突起を形成したもの、さらには縦横に溝を形成し網
目状に加工したものなどが含まれる。突起の先端は、鋭
角にする事が望ましく、台形形状にして、擦り潰し作用
を及ぼすと、繊維長が極端に短くなるため好ましくな
い。強化繊維の繊維長を長く、単繊維に開繊する場合
は、スクリュの一部にフライトを持たない円や楕円筒を
設け、その円周上に円周方向に平行な突起を設ける事が
望ましく、そのピッチを小さく取れば良い。また、比較
的束の繊維を残したい場合は、そのピッチを大きく取る
か、円周方向にランダムな突起や溝を設ければ良い。こ
のようにして、連続した強化繊維を目的とする開繊度合
や繊維長に制御する事ができる。上記制御機構部は、連
続した強化繊維の投入部に隣接して、設ける事が望まし
い。投入部から離れ過ぎると、特開昭６１−２１１３６
７号公報に記載のごとく、強化繊維が制御機構部に到達
する前に、通常のスクリュフライトとシリンダ間で擦り
切れてしまい、繊維長や開繊度合の制御が困難となるた
め、望ましくない。また、特開平４−１２５１１０号公
報に記載のごとく、投入部以降に通常の混練部や逆流部
を設けると、そこで強化繊維が破損するため望ましくな
い。投入部と制御機構部間に混練部を設けると、前述と
同様に強化繊維が切れてしまい、制御できなくなる。更
に、制御機構部以降に混練部を設けた場合も、特に繊維
長を短くしたい場合を除けば、繊維が破損してしまうた
め望ましくない。
【００１８】連続した強化繊維の投入部は、樹脂の溶融
部よりも下流に設け、溶融した樹脂中に投入する。樹脂
と同時に投入すると、樹脂の溶融時に繊維が切れてしま
い、制御できなくなるため好ましくない。一般的には、
繊維投入口として押出機のベント口を利用する事ができ
る。
【００１９】押出機としては、特に限定する物ではない
が、特にユニット構造の二軸押出機のような多軸の押出
機が簡便である。多軸押出機としては、最も一般的な二
軸押出機が好ましく、同方向、異方向、噛み合い型、非
噛み合い型、どのタイプでも良い。また、スクリュとし
ても、深溝や浅溝、１条、２条、３条ネジ等が利用でき
る。二軸押出機は、単軸押出機に比較すると、樹脂供給
量とスクリュ回転数を独立に制御できるため、強化繊維
の添加量を制御しやすい。また、ユニット構造であれ
ば、開繊度合や繊維長の制御機構部を設けやすく、かつ
その位置も変えやすい点で有利である。
【００２０】また、樹脂や繊維から発生する揮発成分や
強化繊維が抱き込む気泡による、物性の低下や外観不良
を防止する目的から、開繊度合や繊維長の制御機構部以
降に、脱気口を設けることが望ましい。脱気する場合
は、脱気口の上流部を、公知の短フライトピッチや浅溝
のスクリュ、更に逆フライトやニーディングディスクを
使用して、シールする事が望ましいが、それによって強
化繊維の破損が起こらないようにする必要がある。
【００２１】本発明においては繊維供給後のスクリュの
フライト上、混練部または、円や楕円筒部等の少なくと
も一部及び／又はシリンダの内壁の少なくとも一部に凹
凸を施した制御機構部を設けることが重要であり、次の
例が挙げられる。
【００２２】図２ａ、ｃ、ｅは本発明で好ましい加工を
施した楕円筒部の側面図であり、図２ｂ、ｄ、ｆは本発
明で好ましい加工を施したシリンダの切開斜視図であ
る。図２ａはシリンダとスクリュ外径間０．１〜５ｍｍ
程度のクリアランスを有するスクリュの例であり、円周
方向に特定ピッチおよび深さの突起を有している。ピッ
チ、深さは、目的とする制御の程度によって変更でき、
ピッチが狭いと単繊維化しやすくなり、長いと繊維束が
残りやすくなる。また、ｂ．は同様な加工をシリンダに
施した例で、ａ．ｂ．各々単独で用いたり、組み合わせ
て用いることもできる。組み合わせて用いるときは、突
起の山と谷を各々噛み合わせたり、山同志を近接させる
事もできる。ｃ．やｄ．は約４５度に交差する溝の例
で、ａ．に比較すると繊維長が短くなる傾向を示す。ま
た、ｅ．やｆ．はランダムに突起を設けた例で、束の繊
維が残りやすくなる。また、スクリュ断面は円形の場合
を例示してあるが、楕円形状も可能で、特に噛み合い型
の二軸押出機の場合は、セルフクリーニング性を維持す
るために、楕円形状が望ましい。また、加工を部分的に
施したり、異なる加工を組み合わせて用いることもでき
る。更に、開繊度合や繊維長の制御のために、制御機構
部の長さを変えたり、必要に応じ両端部で径を変えた
り、ピッチや深さの異なる突起を組み合わせて用いるこ
ともできる。好ましい制御機構部の長さは、スクリュ径
の０．１〜１０倍、より好ましくは０．２〜５倍であ
る。図３ａ、ｃ、ｅはスクリュフライト上に好ましい加
工を施した二条ネジのスクリュの側面図であり、図３
ｂ、ｄ、ｆは内壁面に好ましい加工を施したシリンダの
切開斜視図である。これらは、図２の例よりも繊維束を
残したい場合に有効である。また、一条や三条等の多条
ネジにも適用できる。本発明は、これらの例に限定され
るものではなく、目的とする開繊度合や繊維長に応じ
て、”櫛”のごとき機能を有する加工全てを包含する物
である。更に、多軸スクリュの場合は、１本のスクリュ
のみ、又は全てのスクリュ等任意の本数に加工すること
ができる。
【００２３】本発明で使用される熱可塑性樹脂は、押出
機によって成形することができる熱可塑性樹脂であれば
特に制限はなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレ
ン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合
体、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６やナイロ
ン６６等の脂肪族ナイロン、脂肪族ナイロンとテレフタ
ル酸等の共重合体である芳香族ポリアミド、各種共重合
ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリ
メチルメタアクリレート、ポリスルホン、ポリフェニレ
ンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリエス
テルおよびそれらの共重合体、それらポリエステルをハ
ードセグメントしポリテトラメチレングリコール等のポ
リエーテルやポリカプロラクトン等のポリエステルをソ
フトセグメントとする共重合ポリエステル、特公平３−
７２０９９号公報に記載されているようなサーモトロピ
ック液晶ポリマ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリエ
ーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリウ
レタン、ポリエーテルアミドおよびポリエステルアミド
等が挙げられ、これらは単独または２種以上組み合わせ
て用いることも可能である。
【００２４】最も好ましい樹脂は、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘ
キサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフ
タレート共重合系液晶ポリマ、ナイロン１１、ナイロン
１２、ナイロン６、ナイロン６６、芳香族ナイロン、ポ
リフェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂である。
【００２５】本発明に使用される連続した強化繊維とし
ては、連続した単繊維を集束したロービングを使用する
ことが望ましい。強化繊維としては、通常樹脂の補強用
として用いられているものならば特に限定されるもので
はなく、ガラス繊維，炭素繊維，金属繊維および有機繊
維（ナイロン、ポリエステル、アラミド、ポリフェニレ
ンスルフィド、液晶ポリマ、アクリル等）等を使用する
ことが可能であるが、ガラス繊維や炭素繊維が最も望ま
しい。
【００２６】これら強化繊維の種類に依存して、開繊度
合や繊維長の制御し易さが異なる。ガラス繊維の場合
は、一般に使用されているＥガラスや高強度・高弾性率
のＴガラスが好適である。炭素繊維の場合は、ガラス繊
維よりも折れ易い傾向を示すため、制御機構部の長さを
短くしたり、より高強度や高弾性率の炭素繊維を用い
て、繊維長や開繊度合を制御する事が望ましい。
【００２７】更に、有機繊維の場合は、一般に極めて破
損しにくいため、繊維長が制御しにくい傾向を示す。こ
の破損し易さは、繊維の種類や強度に依存するため、ス
クリュ加工形状と組み合わせて、繊維長を制御する必要
が有る。
【００２８】また、繊維径は通常樹脂の補強用として使
用されるものであれば特に限定されるものではなく、好
ましくは、直径１〜２０μｍの繊維を使用することがで
きる。特に１〜９μｍ程度の細径繊維の機械的性質向上
効果が大きい。繊維の集束本数においても特に限定され
るものはないが、単繊維やモノフィラメントを１０〜２
００００本集束したものがハンドリングの点で望まし
い。
【００２９】通常これら強化繊維のロ−ビングは、樹脂
との界面接着性向上のためのシランカップリング剤等の
表面処理を行って使用することもできる。例えば、ポリ
エステル樹脂に対しては、特公平４−４７６９７号公報
等公知の表面処理を行うことができる。これらの表面処
理は、前もって処理した強化繊維を用いても良いし、強
化繊維を押出機に投入する直前に行って、連続的に本発
明の構造体を製造することもできる。熱可塑性樹脂と繊
維の比率は、特に限定されるものではなく、最終使用目
的に応じて任意の組成比で繊維強化熱可塑性樹脂組成物
及び成形品を製造することができるが、好ましくは、繊
維の含有量が０．５〜９０重量％、さらに好ましくは、
１〜７０重量％が、機械的性質や表面平滑性の点から好
ましい。
【００３０】本発明の繊維強化熱可塑性構造物は、特定
の開繊度合および繊維長制御機構部を設けた押出機とス
トランドダイを用いて、棒状構造物を押出し、ペレタイ
ズする事によって得られる繊維強化熱可塑性ペレット構
造物にできる。このペレット構造物は、射出成形、イン
ジェクションプレス成形、チューブ、パイプやシート等
の押出成形、ブロー成形等公知の成形法で成形でき、従
来のプルトルージョン法よりも流動性や外観に優れた成
形品が得られる。成形の際は、強化繊維の破損を押さえ
るため、ノズルやゲート形状を大きくし、成形機スクリ
ュの溝深さをペレットサイズ以上とする事が望ましい。
更に本発明は、シートダイを用い、ポリッシングロール
や圧延ロール、更にはダブルベルトプレス等を用いて得
られるシート構造物も包含する。この際、繊維マットや
他の熱可塑性や架橋樹脂シートと積層することもでき
る。シートの場合は、極力単繊維化する事が望ましく、
スタンピング成形等の流動性が良く、外観の良好な成形
品が得られる。また、本発明は、本発明の制御機構を射
出成形機、ブロー成形機、チューブやパイプ、シート成
形機のスクリュやシリンダに設け、開繊度合と繊維長を
制御すると同時に、成形して得られる各種構造物をも包
含する。
【００３１】本発明の製造方法の特徴として、公知の熱
可塑性樹脂のアロイ化や種々の添加剤等の添加が同時に
行える点が挙げられる。
【００３２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂構造物に
は、目的に応じ所望の特性を付与するため、一般に熱可
塑性樹脂に用いられる公知の物質、例えば、酸化防止
剤、耐熱安定剤、紫外線吸収剤などの公知の安定剤、帯
電防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料や含量等の着色剤、
潤滑剤、可塑剤、結晶化促進剤、結晶核剤等を配合する
事ができる。また、ガラスフレーク、ガラス粉、ガラス
ビーズ、シリカ，モンモリナイト、石英、タルク，クレ
ー、アルミナ、カーボンブラック、ウオラストナイト、
マイカ、炭酸カルシウム、金属粉等の無機充填剤を同時
に配合することも可能である。
【００３３】次に本発明の製造方法の具体例を図で説明
する。図４は本発明で好ましく使用される二条ネジスク
リュ式二軸押出機の全体断面図であり、第１の供給口４
より熱可塑性樹脂を供給し、スクリュ６によって押出し
方向に搬送されながら溶融され、ニーディングゾーン７
にて完全に熱可塑性樹脂を溶融する。その後、強化繊維
の投入口５よりロービング状態の繊維を供給して、順ネ
ジのフルフライト８で構成されたスクリュによって溶融
樹脂と繊維はスクリュ先端へと送られる。投入口に隣接
した制御機構部９によって、繊維を開繊し繊維長を制御
した後、ダイス１０を通って繊維強化熱可塑性樹脂構造
物１１を得る。尚、スクリュ凹凸面形成部９に対応する
シリンダ内壁１２に、凹凸面形成部１３を形成すること
も可能である。
【００３４】
【実施例】以下に実施例によって本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例、比較例中で示される各物性値は、１０個のサン
プルについて測定した。
【００３５】アイゾット衝撃強度の評価方法は、ＡＳＴ
Ｍ Ｄ−２５６に従って測定し、曲げ弾性率の評価はＡ
ＳＴＭ Ｄ−７９０に従って測定した。シートの場合
は、シートから試験片を切り出して測定した。組成物中
の繊維の観察は、成形品の一部を５００℃の電気炉内で
熱可塑性樹脂のみ燃焼させ、繊維含有量と繊維長を測定
した。繊維長は、重量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維
長（Ｌｎ）を求め、分布Ｌｗ／Ｌｎを求めた。尚、成形
品のコーナー部分についても同様に燃焼させ繊維含有量
を測定した。繊維の開繊度合については、厚み１ｍｍに
加工した構造物を軟Ｘ線写真で観察し、濃淡ムラの部分
が３ｍｍ角超ある場合をＸ、３ｍｍ以下の場合を△、無
い場合を○として判定した。また、シート押出時の吐出
安定性は、部分的にダイ詰まりを発生する場合をＸ、シ
ート幅方向に吐出速度にムラがある場合を△、無い場合
を○として判定した。
【００３６】樹脂の相対粘度は、オルソクロロフェノー
ルに０．５ｇ／ｄｌの濃度で溶解した後、２５℃で測定
した。
【００３７】実施例１−２、比較例１−３ 図４のごとく押出し方向に２つの供給口を有するスクリ
ュ径３０ｍｍ，Ｌ／Ｄ４５．５の同方向回転２軸押出機
（（株）日本製鋼所製ＴＥＸ３０）を用い、２条ネジで
相互の噛み合い３．５ｍｍのスクリュを使用し、第一の
樹脂供給口と強化繊維投入口の間にＬ／Ｄ＝１の４５度
に傾いた５枚のニーディングディスクからなるスクリュ
エレメントを、順逆の順番に組み合わせて設けた。強化
繊維投入口の吐出側にＬ／Ｄ＝１のフルフライトスクリ
ュを介して、図２ａ．（ピッチ１ｍｍ、先端角３０度）
加工を行ったＬ／Ｄ＝０．７５、楕円断面のニュートラ
ルエレメントを用いて制御機構部とした。スクリュ式ペ
レット供給装置によって樹脂供給口に、ポリエチレンテ
レフタレートペレット（相対粘度１．３５）を供給し、
繊維投入口から直径１７μｍ，１０００ｍ当たり２２０
０ｇのガラスロービング（日本電気硝子（株）製）を導
入し、シリンダ温度２８０℃，スクリュ回転数２００ｒ
ｐｍの条件で、厚み４ｍｍ，幅５０ｍｍのダイスからシ
ート状に押出し、キャスティングロールで冷却後、繊維
強化シ−トを得た。得られたシートのガラス繊維含量
は、２５ｗｔ％あった。比較のため、上記ポリエチレン
テレフタレートパウダと繊維径１７μｍ、繊維長１３ｍ
ｍのチョップドストランドを用い、特開平３−７３０７
号公報と同様な抄紙法で、ガラス繊維含量２５ｗｔ％の
多孔質のウエブシートを作成した。このウエブを５枚重
ね、約２８０℃でプレス成形し、シートを得た（比較例
１）。また、特開昭６３−９５１１号公報と同様な方法
で、比較例１と同様のポリエチレンテレフタレートとガ
ラス繊維をヘンシェルミキサで混合後、ラム式押出機に
よりシ−ト状に押出し、ガラス繊維含量２５％のシート
を得た（比較例２）。更に、実施例と同様なポリエチレ
ンテレフタレートとガラスロービングを用い、公知のク
ロスヘッドダイ式プルトルージョン法で、ペレット長１
３ｍｍにカッティングし、ガラス含量２５ｗｔ％の長繊
維補強ペレットを得た。このペレットを約２８０℃で、
シート状にプレス成形した（比較例３）。
【００３８】表１のごとく、シートの繊維長や分布およ
び機械的性質を測定したところ、本実施例では優れた機
械的性質が得られたが、比較例１、２では、溶融混練に
よって特定の繊維長分布が得られないため、繊維長が長
いにもかかわらず、低い衝撃強度しか得られなかった。
また、比較例３では、ガラスロービングが開繊していな
いため、プレス成形で樹脂とガラス繊維が分離してしま
い均一なシートが得られず、機械的性質が測定できなか
った。
【００３９】実施例２−４、比較例４−５ 強化繊維投入口の吐出側に隣接して図２ａ．（ピッチ
０．５ｍｍ，先端角６０度）、図２ｅ．（Ｒｚ＝９０μ
ｍ）の加工を行ったＬ／Ｄ＝０．７５、楕円断面のニュ
ートラルエレメントおよび図３ｅ．（セレーション加
工、溝深さ１ｍｍ）の加工を行ったＬ／Ｄ＝１の順フル
フライトエレメントを用い、スクリュ回転数１５０ｒｐ
ｍの条件押出した以外は、実施例１と同様に、シート状
に押出しキャスティングロールで冷却後、繊維強化シー
トを得た。比較のため、実施例４の加工した順フルフラ
イトエレメントの代わりに加工を行わない順フルフライ
ト（比較例４）および実施例２の加工したニュートラル
エレメントの代わりに加工しないニュートラルエレメン
ト（比較例５）を用いたシートも同様に成形した。表２
のごとく、比較例４、５ではダイス圧力が高く吐出ムラ
が生じ、シート中のガラス繊維の開繊度合にムラがあっ
たが、本実施例では良好なシートが得られた。
【００４０】実施例５、比較例５−６ ガラス繊維含量を４５ｗｔ％とし、シートの代わりに４
ｍｍ径の丸棒に押出し、約１０ｍｍ長にペレタイズした
以外は、実施例２と同様に、長繊維補強ペレットを製造
した。比較のため、実施例５と同様のスクリュアレンジ
で、１０ｍｍ長のチョップドストランドを繊維投入口か
ら添加する方法（比較例６）、１０ｍｍ長のチョップド
ストランドを用いて、実施例１と同様なニーディングデ
ィスクを繊維投入口以降にも用いる方法（比較例７）、
更に公知のプルトルージョン法でペレットを製造した
（比較例８）。
【００４１】表３のごとく、比較例６の場合はチョップ
ドストランドがスクリュに巻付かないため開繊せず、ダ
イ詰まりを発生しペレタイズできなかった。また、比較
例８はストランドの引取速度を速くすると切断してしま
うため生産性が悪く、射出成形時の流動性にも劣った。
本実施例のペレットは成形時の流動性が良く、射出成形
品の繊維長が短いにも拘らず、機械的性質がプルトルー
ジョン法並みであった。
【００４２】実施例６、比較例９ フルフライトスクリュを有する射出成形機のベント口吐
出口側隣接位置に、Ｌ／Ｄ＝１の図２ｅ．およびｆ．の
加工（溝深さ，ピッチ各１ｍｍ）を施したスクリュおよ
びシリンダを用い、ホッパからポリブチレンテレフタレ
ート樹脂（相対粘度１．４５）を、ベント口から実施例
１のガラスロービングを供給し約２５０℃で射出成形し
た。また、加工を施さない場合と比較した（表４）。本
実施例は成形時の流動性が良く、成形品外観不良も発生
しなかった。
【００４３】実施例７、比較例１０ フルフライトスクリュのブロー成形機を用いた以外は、
実施例６と同様にブロー成形を行った。また、実施例７
において加工を施したフルフライトスクリュのかわりに
加工を施さないフルフライトスクリュを用いた場合と比
較した。本実施例では、溶融パリソンの中のＬｗ＝４．
９ｍｍ、Ｌｗ／Ｌｎ＝２．１であり、吐出が安定し良好
な成形品が得られたが、比較例では、Ｌｗ＝８．９ｍ
ｍ、Ｌｗ／Ｌｎ＝３．４で、パリソンが垂直に垂れず左
右に触れるため、大量のバリが発生した。
【００４４】実施例８−１１、比較例１１−１３ ピッチ１ｍｍの図ａ．のスクリュエレメント、ポリブチ
レンテレフタレートを用いた以外は実施例５と同様に、
繊維含量を変えた５ｍｍ長のペレットを製造し、射出成
形して物性を測定した（表５）。比較のため繊維投入口
から投入する代わりに、樹脂投入口からガラスロービン
グを投入した。本発明のペレット構造物では、良好な物
性が得られた。
【００４５】実施例１２−１５、比較例１４ 炭素繊維（東レ製”トレカ”Ｔ−３００Ｂ）ロ−ビング
を用いた以外は実施例５と同様の方法で、繊維含量を変
え３ｍｍ長のペレットを製造し、射出成形した。また、
比較のために繊維投入口から投入するかわりに樹脂投入
口からも投入した（表６）。本発明のペレット構造物で
は繊維長が長く良好な物性が得られた。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】
【００５０】
【表５】
【００５１】
【表６】
【００５２】
【発明の効果】以上の説明および実施例から明らかなよ
うに、本発明では、開繊度合を制御して強化繊維を均一
に分散させると共に、その重量平均繊維長を長く保った
まま、混練作用によって特定の繊維長分布にする事によ
って、流動性、機械的性質や表面平滑性等に優れた繊維
強化熱可塑性樹脂構造物を得ることが可能であり、更に
連続した強化繊維がスクリュに巻き込まれることおよ
び、スクリュ外周及び／またはシリンダ内面に施した加
工によって、連続した強化繊維に櫛作用を及ぼし、強化
繊維の開繊度合や繊維長を制御できる事を見出だした。
これにより、従来得られなかった高い生産性と成形時の
良流動性、優れた機械的性質や表面特性の繊維強化熱可
塑性構造物を得ることが可能であり、極めて工業的な価
値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、スクリュ径３０ｍｍの二軸押出機とポ
リエチレンテレフタレートを使用して、ガラスロービン
グの巻き込まれ速度とスクリュ回転数の関係を示したグ
ラフである。破線は最外周スクリュフライトの周速、実
線はロービングの巻き込まれ速度を示す。
【図２】図２は本発明で好ましい加工を施したスクリュ
およびシリンダの切開斜視図である。
【図３】図３ａ、ｃ、ｅは本発明で好ましい加工を施し
たスクリュの側面図であり、図３ｂ、ｄ、ｆは本発明で
好ましい加工を施したシリンダーの切開斜視図である。
【図４】図４は本発明で好ましく使用される供給口を２
ケ設けた押出機の全体断面図である。
【符号の説明】
１．スクリュフルフライト部 ２．フライト面 ３．シリンダ内壁 ４．第１の供給口 ５．第２の供給口 ６．スクリュ ７．ニーディングゾーン ８．順ネジのフルフライト ９．スクリュ凹凸面形成部 １０．ダイス １１．繊維強化熱可塑性樹脂構造物 １２．シリンダ内面 １３．凹凸面形成部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｋ 7/14 ＫＣＫ Ｃ０８Ｌ 101/00 ＬＳＹ // Ｂ２９Ｋ 105:12

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱可塑性樹脂と強化繊維を含み、均一に分
    散した強化繊維の重量平均繊維長と数平均繊維長の比が
    １．１〜３であり、重量平均繊維長が２．０ｍｍ〜１５
    ｍｍであることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂構造
    物。
  2. 【請求項２】重量平均繊維長が４．５ｍｍ〜１２ｍｍで
    あることを特徴とする請求範囲第１項記載の繊維強化熱
    可塑性樹脂構造物。
  3. 【請求項３】繊維強化熱可塑性樹脂構造物がシート状、
    棒状の形状を有するものである請求項１または２記載の
    繊維強化熱可塑性樹脂構造物。
  4. 【請求項４】繊維強化熱可塑性樹脂構造物が押出成形に
    より得られたものである請求項１または２記載の繊維強
    化熱可塑性樹脂構造物。
  5. 【請求項５】請求項３または４記載の繊維強化熱可塑性
    樹脂構造物をカッティングして得られる繊維強化熱可塑
    性ペレット構造物。
  6. 【請求項６】ペレット長が、カッティング前の繊維強化
    熱可塑性樹脂構造物の重量平均繊維長の１／２以上であ
    り、ペレット中の重量平均繊維長がペレット長の０．９
    以下であることを特徴とする請求項５記載の繊維強化熱
    可塑性ペレット構造物。
  7. 【請求項７】熱可塑性樹脂と連続した強化繊維を押出機
    で溶融混練することにより繊維強化熱可塑性樹脂構造物
    を製造する方法において、溶融した熱可塑性樹脂と強化
    繊維とをスクリュ表面および／またはシリンダ内壁の少
    なくとも一部が表面異形化加工されたスクリュおよび／
    またはシリンダで形成される制御機構部を通過させるこ
    とにより、異形化加工表面の櫛作用で熱可塑性樹脂マト
    リックス中における強化繊維の開繊度合および／または
    繊維長を制御することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹
    脂構造物の製造方法。
  8. 【請求項８】スクリュおよびシリンダを備えた繊維強化
    熱可塑性樹脂構造物製造用押出機において、供給される
    連続した強化繊維を櫛けずることにより開繊度合、繊維
    長の制御が可能な異形化加工表面を有するスクリュおよ
    び／またはシリンダを含む制御機構部を設けた繊維強化
    熱可塑性樹脂構造物製造用押出機。
  9. 【請求項９】強化繊維の重量平均繊維長と数平均繊維長
    の比が１．１〜３であり、重量平均繊維長が２ｍｍ〜１
    ５ｍｍであることを特徴とする請求項６記載の製造法に
    より得られた繊維強化熱可塑性樹脂構造物。
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