JPH0860001A

JPH0860001A - 繊維強化熱可塑性樹脂ペレットおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0860001A
Application number: JP7146080A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Sakai; 秀敏坂井; Akihiko Watanabe; 昭彦渡邊; Motonori Hiratsuka; 元紀平塚
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】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、開繊度合および繊維長を制御
し高い生産性で、流動性、機械的性質に優れた繊維強化
熱可塑性樹脂ペレットを提供することを目的とする。【構成】繊維強化熱可塑性樹脂ペレットにおいて、ペレ
ット中の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３．５であり、重量平均繊維長が１．０ｍ
ｍから１５ｍｍであるとともに、ペレット断面中で観察
される全強化繊維の内、１０本以上集束した強化繊維が
６０％以下であることを特徴とす繊維強化熱可塑性樹脂
ペレット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強化繊維を開繊し繊維
長が制御され、成形性や機械的性質に優れた繊維強化熱
可塑性樹脂ペレット及び高い生産性のその製造方法に関
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
グ等の成形材料に適した繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化熱可塑性樹脂は、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
用途に使用されており、例えば、特公昭４１−２０７３
８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。そのため、強化繊維の繊維長
を長くして機械的性質等を改良する検討が進められ、特
公昭６３−３７６９４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
ットがある。また、特公昭４４−１６７９３号公報のご
とくガラス繊維を紐の形で螺旋押出機中にある溶融体中
に入れ適当な長さに切断する方法も知られている。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から２０ｍｍ
のペレットや特開昭６３−９５１１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。

【０００３】押出機によって、強化繊維の開繊性や繊維
長を制御しようとする試みは、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６０−８９３４
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や機械的性質が不十分
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や特公昭４４−１６
７９３号公報の方法で得られたペレットは、長い繊維長
のペレットが得られるものの、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、混練作用が小さいた
め、樹脂と強化繊維界面の接着強度が低く、機械的性質
に劣る問題点がある。そこで、強化繊維の開繊度合や繊
維長が制御され、流動性や機械的性質に優れた、高い生
産性の繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが求められてい
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、強化繊
維を単繊維近くまで開繊し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ペレットとす
る事によって、流動性や機械的性質等の上記課題を解決
できることを見出した。

【０００７】すなわち、本発明は、強化繊維を含む熱可
塑性樹脂ペレットにおいて、ペレット中の強化繊維の重
量平均繊維長（Ｌｗ）に対する数平均繊維長（Ｌｎ）の
比（Ｌｗ／Ｌｎ）が１．１から３．５であり、重量平均
繊維長が１．０ｍｍから１５ｍｍであるとともに、ペレ
ット断面で観察される全強化繊維の内、１０本以上集束
した強化繊維が６０％以下であることを特徴とする繊維
強化熱可塑性樹脂ペレットを提供するものである。更に
本発明は、スクリュおよび／またはシリンダ加工した押
出機によって、連続した強化繊維を開繊し繊維長を制御
することにより、流動性や機械的性質に優れた繊維強化
熱可塑性樹脂ペレットの高い生産性の製造方法を提供す
るものである。

【０００８】本発明の特徴は、押出機シリンダ内で集束
した連続強化繊維を高度に開繊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ペレットを提供する点にあ
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、特定の繊維長と
繊維長分布に制御する点にある。以下に、本発明を更に
詳細に説明する。

【０００９】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
は、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られる繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レットをいい、ペレット中に均一に分散した強化繊維の
重量平均繊維長（Ｌｗ）に対する数平均繊維長（Ｌｎ）
の比（Ｌｗ／Ｌｎ）が１．１から３．５、重量平均繊維
長が１．０ｍｍから１５ｍｍであり、より好ましくは
２．０ｍｍから５．０ｍｍである。重量平均繊維長が
１．０ｍｍ未満の場合は、機械的性質の向上効果が得ら
れず、１５ｍｍ以上で繊維の絡み合いのため不均一な構
造のペレット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から３．５、好ま
しくは１．２から３．５、より好ましくは、１．３から
２．５、更に好ましくは１．３から２．１である。１．
１未満では実質的に繊維長とペレット長が等しくなるプ
ルトルージョン法で製造される繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レットを示し、この場合、繊維の開繊度合が悪くなるた
め良好な流動性が得られない。また、３．５を越える
と、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。本発明におい
て重量平均繊維長および数平均繊維長は、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たも
のを顕微鏡で写真撮影し、その写真から１０００本以上
の繊維の長さを計測し、その繊維長分布から求めた。ま
た、本発明の開繊度合は、ペレット断面を顕微鏡で観察
し、観察できる全強化繊維の内で１０本以上束になった
強化繊維の本数の占める割合（１０本以上束になった強
化繊維の総本数／強化繊維の総本数×１００％）が６０
％以下であり、好ましくは３０％以下である。６０％を
越えた場合では、ペレット中での強化繊維の分散状態が
悪く良好な流動性が得られない。

【００１０】本発明のペレットを製造する方法は、上記
の規定を満足するペレットが得られる方法であれば特に
制限はないが、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シリンダ内で溶融混練すること
により繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造する方法で
ある。詳しくは、溶融した熱可塑性樹脂と連続した強化
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
リックス中の強化繊維を開繊し、繊維長を制御する方法
である。

【００１１】上述の連続した強化繊維を開繊し、繊維長
を制御するスクリュおよび／またはシリンダを加工した
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、その内部に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
出機シリンダ内に一定速度で巻き込まれ、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、上記の方法において強化繊維はスクリュフライ
トを乗り越えて前進する。従って、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
リュに巻き付いた強化繊維にスクリュとシリンダ間で
“櫛”の作用を及ぼすことができる。具体的な制御機構
部の例としては、スクリュ表面、好ましくは円柱状のス
クリュ表面やニュートラルエレメントなどの楕円状のス
クリュ表面に、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、図１ａ，ｂに示すようなスクリュ１
またはシリンダ３が好ましく、これらはスクリュ軸と垂
直方向に特定の刃先角度で凹凸を形成した刃状加工部
２、４を有している。刃状加工部２、４は図２に示すよ
うに、特定の刃先角度（θ）、凸凹形状の山頂と谷底の
高さ（ｈ）および山頂とその隣の山頂の距離、ピッチ
（ｔ）により表現し得る。特定の刃先角度（θ）は６０
度以下が望ましく特に４５度以下が好ましい。凹凸形状
の山頂と谷底の高さ（ｈ）は繊維径の３０倍以上が望ま
しく、更に好ましくは７５倍以上が望ましい。刃状加工
の刃先角度が大きすぎたり台形形状の場合や、凹凸の山
頂と谷底の高さの繊維径に対する割合が小さすぎる場合
や、また、図３ａ．ｂ．に示すような縦横に凹凸を形成
した網目状加工部６、８を有するスクリュ５やシリンダ
７では、強化繊維に対し“櫛”として及ぼす作用が小さ
くなり開繊性が悪くなったり、擦り潰し作用により繊維
長が短くなる傾向がある。刃先とそれに隣接する刃先の
距離であるピッチ（ｔ）は強化繊維径の３０から２００
倍にすることが好ましい。

【００１２】このようにして、連続した強化繊維を開繊
し、繊維長を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、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、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。

【００１３】連続した強化繊維の投入部は、熱可塑性樹
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。ま
た、連続した強化繊維の投入部は窒素などでシールし、
溶融樹脂と空気との接触を断つことが樹脂の酸化劣化を
防止する点で望ましい。

【００１４】押出機としては、特に限定する物はない
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。

【００１５】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。

【００１６】本発明においては、繊維供給後の円柱や楕
円筒等のスクリュの表面及び／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、凹凸加工部のピッチ、深さは、目的とする
制御の程度によって変更できる。また、加工を有するス
クリュと加工を有するシリンダを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を噛み合わせたり、山同志
を近接させる事もできる。図３ａは約４５度に交差する
網目状加工部６を有するスクリュ５の例、図３ｂは図３
ａと同様の網目状加工部８を有するシリンダ７の例でこ
れらの加工を施したスクリュまたはシリンダを用いるこ
とにより図１ａあるいは図１ｂに示したようなスクリュ
１あるいはシリンダ３を用いる場合に比較すると繊維長
が短くなる。スクリュ断面は楕円形の場合を例示してあ
るが、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、異なる加工を組み合わせて用い
ることもできる。更に、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から１０倍、より好ましくは０．２から５倍、
特に好ましくは０．３から３倍である。本発明は、これ
らの例に限定されるものではなく、強化繊維を単繊維に
まで開繊し、目的とする繊維長に応じて、“櫛”のごと
き機能を有する加工全てを包含する物である。

【００１７】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−アクリルニトリル共重合
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、脂肪族ナイロンにさらにテ
レフタル酸等の芳香族ジカルボン酸または芳香族ジアミ
ンを共重合した共重合体等の芳香族ポリアミド、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−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と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。

【００１８】最も好ましい樹脂は、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、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、共重合ナイロン、ポリフ
ェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂である。

【００１９】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
ことが可能であり、１種または２種以上併用することも
可能であるが、ガラス繊維や炭素繊維が最も望ましい。
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から３０μｍ、特に１から２０μｍの繊維を使用す
ることができる。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〜
２００００本集束したものがハンドリングの点で望まし
い。通常これら強化繊維のロービングは、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０．５〜７０重量％、特に好ましくは１〜６０重量％
が機械的性質や表面平滑性の点から好ましい。

【００２０】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
は、射出成形、インジェクションプレス成形、ガスアシ
スト成形や、チューブ、パイプ、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に優れる。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。

【００２１】さらに、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レットはその特性をいかし、各種ギア、センサー、コネ
クタ、ソケット、抵抗器、スイッチ、コイルボビン、コ
ンデンサ、プラグ、プリント基板、チューナー、スピー
カー、マイクロフォン、ヘッドフォン、モーター、磁気
ヘッドべーす、ＦＤＤキャリッジ、ＦＤＤシャーシ、モ
ーターブラッシュホルダーなどに代表される電気・電子
部品；テレビ、パラボラアンテナ、ＶＴＲ、アイロン、
ヘアードライヤー、炊飯器、電子レンジ、オーディオ・
レーザーディスク・コンパクトディスクなどの音響機
器、照明器具、冷蔵庫、エアコン、洗濯機、乾燥機、タ
イプライター、ワードプロセッサー、コンピューターな
どに代表される家庭・事務電気製品の部品やカバー類；
電話機、ファクシミリ、複写機、洗浄用器具、各種モー
ター、ヘルメット、机、椅子などに代表される機械・工
具関連の部品やカバー類；ゴルフのドライバーヘッドや
シャフト、剣道の胴、ラグビーやサッカーのゴール、テ
ニスラケット、船体やオール、スキーやマリン用品等に
代表されるスポーツ・レジャー関連の部品やカバー類；
顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などに代表される光学機
器・精密機械関連部品やカバー類；家具、文具、文房
具、玩具等の雑貨類；窓枠、支柱、屋根材、壁などに代
表される建築資材；インテークマニホールド、エアーイ
ンテークノズルスノーケル、燃料ポンプ、燃料関係・排
気系・吸気系各種パイプ、シリンダヘッドカバー、バン
パービーム、シートフレーム、バンパー、インスツルメ
ントパネル、ホイールキャップ、ホイールカバー、タイ
ヤホイール、バッテリートレー、燃料タンク、エンジン
冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、ラジ
エーター、ドアミラー、クランクケース、シフトレバ
ー、トランスミッションカバー、スポイラー、フレーム
や外板、ドライブシャフト、エアコン用サーモスタット
ベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエー
ターモーター用ブラッシュホルダー、ウォターポンプイ
ンペラー、タービンベイン、ワイパーモーター関係部
品、デュストリビュター、スタータースイッチ、スター
ターリレー、トランスミッション系ワイヤーハーネス、
ウィンドウォシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基
板、ヒューズ用コネクター、ホーンターミナル、電装部
品絶縁板、ステップモーターローター、ランプソケッ
ト、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキ
ピストン、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルタ
ー、点火装置ケースなどの自動車・車両関連部品やカバ
ー類、その他各種用途に有用であり、特にカバーやシャ
ーシ、ハウジング等の大型成形品用途に好適である。

【００２２】かくして得られるペレットの大きさに特に
制限はないが、通常２〜５０ｍｍのペレット長を有する
ものが好ましく用いられる。

【００２３】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。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。

【００２４】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１
２より熱可塑性樹脂を供給し、スクリュ１４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１５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１３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１６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１７によって、繊維を開繊し繊
維長を制御した後、ダイス１８を通って繊維強化熱可塑
性樹脂構造体１９を押出し、カッティングして繊維強化
熱可塑性樹脂ペレットを得る。尚、スクリュ凹凸面形成
部１７に対応するシリンダ内壁２０に、凹凸面形成部２
１を形成することも可能である。

【００２５】

【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機械特性値は、１０個の
サンプルについて測定し、その平均値を求めた。開繊度
合は、カミソリで切断したペレットの垂直断面を顕微鏡
で観察し、１０００本の繊維の内１０本以上が集束した
繊維が占める本数の割合を測定し求めた。

【００２６】アイゾット衝撃強度の評価，曲げ弾性率の
評価は、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形し各
々ＡＳＴＭＤ−２５６，ＡＳＴＭＤ−７９０に従っ
て測定した。また、流動性の評価は射出成形時の成形下
限圧を測定し、指標とした。

【００２７】ペレット中の繊維の観察は、ペレットを５
００℃の電気炉内で熱可塑性樹脂のみ燃焼させ、繊維含
有量を測定した。また、灰分の１０００本以上の繊維を
顕微鏡にて観察し、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。

【００２８】実施例１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１ａ．（ピッチ１ｍｍ、刃先角３０度、
山頂と谷底の高さ１ｍｍ）加工を施したＬ／Ｄ＝０．７
５、楕円断面のニューラルエレメントを用いた。スクリ
ュ式ペレット供給装置によって樹脂供給口に、ナイロン
６６（東レ（株）製ＣＭ３００１）を供給し、繊維投入
口から直径１３μｍ，１０００ｍ当たり１１００ｇ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２９０℃，スクリュ回転数２００ｒｐｍの条
件でストランド状に押出し、水槽内で冷却後、１０ｍｍ
長にカッティングして繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを
得た。得られたペレットのガラス繊維含量は、４５重量
％あった。繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは９０℃×２
４時間真空乾燥した後、シリンダ温度２９０℃、金型温
度８０℃で射出成形した。

【００２９】比較例１Ｌ／Ｄ＝０．７５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、強化繊維投入
口の吐出側にも設けた他は実施例１と同じ装置を使用
し、実施例１と同じナイロン６６と、実施例１と同じガ
ラスロービングを３ｍｍ長にカッティングしたチョップ
ドストランドタイプの強化繊維を用いて、公知の繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法でストランド状に押
出し、実施例１と同様に冷却し、１０ｍｍ長にカッティ
ングしてガラス繊維含有量４５重量％の繊維強化熱可塑
性樹脂ペレットを得た後乾燥し、実施例１と同じ方法で
射出成形した。

【００３０】比較例２実施例１と同様なナイロン６６とガラスロ−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１０ｍｍにカッティングし、ガラス含量４５
重量％の長繊維補強ペレットを得た。比較例１と同じく
実施例１と同じ方法で乾燥後射出成形した。

【００３１】表１のごとく、本実施例では機械特性と流
動性のバランスに優れた繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
を得ることができたが、比較例１ではペレット中の繊維
長が短いため、低い衝撃強度しか得られなかった。ま
た、比較例２ではペレット中の繊維長は長いものの、開
繊度合が悪いため射出成形時の流動性が悪かった。

【００３２】実施例２ポリブチレンテレフタレート（東レ（株）製ＰＢＴ１１
００Ｓ）と炭素繊維（東レ（株）製”トレカ”Ｔ−３０
０Ｂ）ロービングを用いた以外は実施例１と同様の方法
で、繊維含有量２０重量％、ペレット長５ｍｍの繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットを製造し１１０℃×１２時間乾
燥後、シリンダ温度２６０℃、金型温度８０℃で射出成
形した。

【００３３】比較例３実施例２の押出機において開繊性の向上を計る加工を施
した楕円断面のニュートラルエレメントの替わりにＬ／
Ｄ＝０．７５の図３ａ．（ピッチ０．５ｍｍ、刃先角３
０度、山頂と谷底の高さ０．３ｍｍ）の網目状に加工を
施した楕円断面のニュートラルスクリュエレメントを用
いた他は実施例２と同じ装置，樹脂，補強繊維を使用し
て、実施例２と同様にペレット長５ｍｍの繊維強化熱可
塑性樹脂ペレットを製造し射出成形した。

【００３４】比較例４実施例２の押出機において開繊性の向上を計る加工を施
した楕円断面のニュートラルエレメントの替わりにＬ／
Ｄ＝０．７５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
合わせて設けた他は実施例２と同じ装置，樹脂，補強繊
維を使用して、実施例２と同様にペレット長５ｍｍの繊
維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造し射出成形した。

【００３５】比較例５開繊性の向上を計る加工を施した楕円断面のニュートラ
ルエレメントを外し、強化繊維投入口から吐出側にかけ
ては全てフルフライトとしたスクリュを使用した他は実
施例２と同じ装置，樹脂，補強繊維を使用して、実施例
２と同様にペレット長５ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レットを製造し射出成形した。

【００３６】表２のごとく、本実施例の繊維強化熱可塑
性樹脂ペレットは成形時の流動性に優れ、成形品の機械
特性も高かったが、比較例３の様に網目状の加工を施し
たスクリュを使用した場合には、繊維長が短くなり機械
特性が低くなった。また、開繊性の向上を計る加工を施
したスクリュエレメントを使用しない場合には、ニーデ
ィングディスクを使用した比較例４では、ペレット中の
繊維長が短くなり成形品の機械特性は低くなった。ま
た、フルフライトスクリュを使用した比較例５では、開
繊度合が悪く流動性が悪かった。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【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した繊維強化
熱可塑性樹脂ペレットであって、射出成形や押出成形の
際の流動性や得られた成形品の機械的性質に優れた繊維
強化熱可塑性樹脂構造物を得ることが可能である。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、優れた機械的性質の繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レット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１ａは本発明で好ましい刃状の加工を施した
スクリュの斜視図、図１ｂは本発明で好ましい刃状の加
工を施したシリンダの切開斜視図である。

【図２】図２は図１で示した刃状加工を施したスクリュ
またはシリンダの刃状部分を拡大した断面側面概念図で
ある。

【図３】図３ａは網目状の加工を施したスクリュの斜視
図、図３ｂは網目状の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】

θ．刃先角度ｔ．ピッチｈ．山頂と谷底の高さ１．刃状加工部を有するスクリュ２．スクリュの刃状加工部３．刃状加工部を有するシリンダ４．シリンダ内壁の刃状加工部５．網目状加工を有したスクリュ６．スクリュの網目状加工部７．網目状加工を有するシリンダ８．シリンダ内壁の網目状加工部９．スクリュフルフライト部１０．フライト面１１．シリンダ内壁１２．第１の供給口１３．第２の供給口１４．スクリュ１５．ニーディングゾーン１６．順ネジのフルフライト１７．スクリュ凹凸面形成部１８．ダイス１９．繊維強化熱可塑性樹脂ストランド２０．シリンダ内壁２１．シリンダ内壁凹凸面形成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強化繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂ペレ
ットにおいて、ペレット中の強化繊維の重量平均繊維長
（Ｌｗ）に対する数平均繊維長（Ｌｎ）の比（Ｌｗ／Ｌ
ｎ）が１．１から３．５であり、重量平均繊維長が１．
０ｍｍから１５ｍｍであるとともに、ペレット断面中で
観察される全強化繊維の内、１０本以上集束した強化繊
維が６０％以下であることを特徴とする繊維強化熱可塑
性樹脂ペレット。
【請求項２】強化繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂ペレ
ットにおいて、ペレット中の強化繊維の重量平均繊維長
（Ｌｗ）に対する数平均繊維長（Ｌｎ）の比（Ｌｗ／Ｌ
ｎ）が１．２から３．５であることを特徴とする請求項
１記載の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項３】ペレット長が２ｍｍから５０ｍｍである請
求項１または２記載の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項４】重量平均繊維長が１．５ｍｍから５．０ｍ
ｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載
の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項５】重量平均繊維長が２．０ｍｍから５．０ｍ
ｍであることを特徴とする請求項４記載の繊維強化熱可
塑性樹脂ペレット。
【請求項６】ペレット断面中で観察される全強化繊維の
内、１０本以上集束した強化繊維が３０％以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の繊維強化
熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項７】強化繊維が、ガラス繊維および／または炭
素繊維である請求項１〜６のいずれか記載の繊維強化熱
可塑性樹脂ペレット。
【請求項８】熱可塑性樹脂がポリエチレン、ポリプロピ
レン、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、共重合ナイロン、ポリフェニ
レンスルフィド、ＡＢＳ樹脂から選ばれる少なくとも１
種類以上である請求項１〜７のいずれか記載の繊維強化
熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項９】繊維強化熱可塑性樹脂ペレット中の強化繊
維含有量が１〜６０重量％である請求項１〜８のいずれ
か記載の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項１０】繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが押出機
を用いて製造されたものであることを特徴とする請求項
１〜９のいずれか記載の繊維強化熱可塑性樹脂ペレッ
ト。
【請求項１１】熱可塑性樹脂と連続した強化繊維を押出
機シリンダ内に供給し、押出機シリンダ内で溶融した熱
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を開繊
し、繊維長を制御することにより請求項１〜１０のいず
れか記載の繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造するこ
とを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方
法。
【請求項１２】繊維を開繊し、繊維長を制御する表面異
形化加工されたスクリュが、楕円筒や円柱状のスクリュ
の表面に、凹凸加工を施したスクリュであることを特徴
とする請求項１１記載の繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
の製造方法。
【請求項１３】繊維を開繊し、繊維長を制御するスクリ
ュ表面および／またはシリンダ内壁の表面異形化加工
が、スクリュ軸と垂直方向に凹凸を形成した刃状の加工
であることを特徴とする請求項１１または１２記載の繊
維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。