JP2009242616A - 樹脂射出成形品及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図５

Description

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。

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。

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。

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。
特開２００４−３２３５５９号公報（第３〜５頁） 特開２００４−２９１４０９号公報（段落００１９欄、図１）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

判定：良← ○＞○〜△＞△＞△〜×＞× →悪

このデータから以下のことが明らかとなった。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１の成形方法におけるペレット成形工程図である。 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。 第２の成形方法におけるペレット成形工程図である。 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。 第３の成形方法における成形品成形工程図である。 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

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）

Claims (8)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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