JP4569010B2

JP4569010B2 - 射出成形用ペレットの製造方法および射出成形用ペレット

Info

Publication number: JP4569010B2
Application number: JP2001034091A
Authority: JP
Inventors: 和志小笛; 新河西
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP2002234028A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形品を成形するために射出成形機に用いられるペレットおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形用材料として、従来から、ガラス繊維で熱可塑性樹脂を強化したペレットが用いられている。そして、例えば特開平１０−１４６８２６号公報には、このようなペレット（射出成形用強化体）の製造方法が開示されている。この方法では、まず、繊維織物の表面に顆粒状の熱可塑性樹脂を散布供給し、次いで、繊維織物をローラプレスを通過させる。このローラプレス内を通過する際に上下から挟み込む加熱ロール及び冷却ロールによって繊維織物には加熱処理と冷却処理が順に施され、繊維織物に散布された熱可塑性樹脂が固化する。その後、粉砕機で切断されて、６ミリ角程度の小片（ペレット）が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、射出成形品には衝撃強度を高めることが望まれている。しかしながら、例えば上記公報記載の製造方法で得られたペレットや従来の繊維強化ペレット或いはガラスロービング等を用いた長繊維強化ペレットを用いた射出成形品では、このような要望に応えられる程度の耐衝撃性を得ることができなかった。
【０００４】
本発明は、このような背景の下でなされたものであり、射出成形品の耐衝撃性を高くすることができる射出成形用ペレットおよびこの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、射出成形に用いられるペレットの製造方法において、長尺状のガラス繊維織物を樹脂槽の内部の溶融した熱可塑性樹脂中を搬送するとともに、搬送中に、ガラス繊維織物の下面のみを圧接するための下面用圧接部と、当該下面用圧接部よりも下方に位置すると共にガラス繊維織物の上面のみを圧接するための上面用圧接部と、が搬送方向に沿って交互に設けられた圧接領域を、ガラス繊維織物を通過させ、圧接領域をガラス繊維織物を通過させた後に、ガラス繊維織物を切断してペレットを形成し、圧接領域を通過したガラス繊維織物は、搬送方向と略直交する方向に折り返されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る射出成形用ペレットによれば、圧接領域を通過する際に、ガラス繊維織物は、搬送中の所定の位置において上下双方から同時に圧接されることはなく、下面用圧接部又は上面用圧接部のいずれかによって片面側から圧接される。このため、本発明では、上下から同時に圧接されるような場合と比較して、ガラス繊維織物中の空気が圧接部の反対側に逃げ出しやすくなり、ガラス繊維織物の各フィラメントの間に熱可塑性樹脂が含浸し易い。これにより、得られるペレットはボイドが少なくなり、耐衝撃性の高いものとなる。
【０００７】
また、本発明では、射出成形用ペレットは、いわゆる太番手のロービングでなく細番手の経糸及び緯糸を織って成るガラス繊維織物で形成される。このため、ガラス繊維織物に対して搬送のための引張り力が加えられても、ガラス繊維織物には織られた形状を保持しようとする力が働くため、ガラス繊維織物は搬送方向と直交する方向に窄まりにくい。これにより、ガラス繊維織物の各フィラメントの間に熱可塑性樹脂が含浸し易くなる。従って、ペレットのボイドはさらに少なくなり、耐衝撃性の高いものとなる。
【０００８】
さらに、射出成形ペレットのなかに含まれるガラス繊維織物は経糸と緯糸が織られて繊維同士の拘束力が強くなっているため、射出成形時に射出成形機のスクリューで混練されても、ガラス繊維束（フィラメントの束）及びガラス繊維束の交叉点を射出成形品に残すことができる。このため、射出成形品の耐衝撃性は高いものとなる。
【０００９】
また、本発明の射出成形用ペレットの製造方法において、圧接領域を通過したガラス繊維織物は、搬送方向と略直交する方向に折り返されている。
【００１０】
射出成形品に含まれるガラス繊維の繊維長を長くすることで、成形品の耐衝撃性を高めることができる。ところが、単にペレットの長さ方向及び幅方向のサイズを大きくしてガラス繊維の繊維長を長くすることを試みても、次のような問題が生じることを本発明者らは見出した。すなわち、射出成形機のホッパからスクリューが内装されたシリンダ内にペレットを自重によって入り込ませようとしても、サイズが大きい射出成形用ペレットや著しく嵩密度が低い射出成形用ペレットでは、スクリュー溝への投入が不安定になりホッパへ跳ね返されて、スクリューでのペレット搬送効率が劣ってしまう。この結果、射出成形機の計量時間が長くなることから混練時間が長くなり、補強繊維がさらに切断され易くなり、射出成形品のなかのガラス繊維の残存繊維長が短くなってしまう。
【００１１】
これに対して、本発明のようにガラス繊維織物を折り返して幅方向のサイズをコンパクトにすることで、スクリュー溝に入り込ませ易いペレットとすることができる。しかも、ペレットは折り返されているため、幅方向（搬送方向と略直交する方向）のサイズが小さくても、当該幅方向のガラス繊維長は長くできる。これにより、射出成形機の混練時間を短くでき、且つ、もともと繊維長の長いガラス繊維束を持っているため、このペレットで成形される射出成形品は、繊維長の長いガラス繊維束が残存することになり、耐衝撃性の高いものとなる。
【００１２】
また、本発明の射出成形用ペレットは、射出成形に用いられるペレットであって、ガラス繊維織物とこれに含浸させた熱可塑性樹脂とを有し、ガラス繊維織物が折り返されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る射出成形用ペレットは、折り返されてコンパクトにされているため、本発明の製造方法の説明で述べたように、射出成形機の混練時間を短くでき、且つ、含まれるガラス繊維長が長くなっている。このため、このペレットで成形される射出成形品は、繊維長の長いガラス繊維、ガラス繊維束、及びガラス繊維束の交点形状が残存することになり、耐衝撃性の高いものとなる。また、ガラス繊維織物の幅を広げたり、織り密度を高めることで、更に長いガラス繊維長を残存させることができ、耐衝撃性を一層向上させることができる。さらに、上記のように射出成形時の混練時間が短いことから、射出成形品外観の色相も変色しにくい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る射出成形用ペレットの製造方法および射出成形用ペレットの好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態の射出成形用ペレット（以下、「ペレット」と略す）１を製造するためのペレット製造装置１０を示す概略構成図であり、図２は、図１のII-II方向の断面図である。ペレット製造装置１０には、長尺状のガラス繊維織物Ｌが巻き付けられたドラム２と、ドラム２から搬送されてきたガラス繊維織物Ｌにナイロン等の溶融した熱可塑性樹脂（以下、「溶融樹脂」と略す）４を含浸させるための樹脂槽３０と、溶融樹脂４が含浸されたガラス繊維織物Ｌの断面形状を整え樹脂量を調整するダイ６と、ダイ６によって定められたガラス繊維織物Ｌの形状を保持するためにガラス繊維織物Ｌを冷却する冷却部８と、ガラス繊維織物ＬをＸ方向に搬送するための搬送ローラ１２と、冷却部８を通過したガラス繊維織物Ｌをカッターにより切断して複数のペレット１を得る切断部１４と、が上流（図中左側）から下流（図中右側）に向けて設けられている。
【００１６】
図３は、ドラム２の近傍の斜視図である。この図に明示されるように、本実施形態でペレット１の強化材となるガラス繊維織物Ｌは、複数本の経糸Ｌ₁及び緯糸Ｌ₂を平織りにして形成されている。経糸Ｌ₁はガラス繊維織物Ｌの搬送方向（Ｘ方向）に沿い、緯糸Ｌ₂がこれと直交する方向（Ｙ方向）に沿うように構成されている。また、経糸Ｌ₁及び緯糸Ｌ₂は、それぞれ複数本のガラスフィラメントを集束剤で束ねることで形成されている。
【００１７】
再び図１及び図２を参照して、ペレット製造装置１０の構成を説明する。樹脂槽３０には、押出し機（図示省略）から押し出される溶融樹脂４を内部に受け入れるための樹脂導入口３４が形成されている。
【００１８】
また、樹脂槽３０には、ガラス繊維織物Ｌを圧接して開繊すると共に、開繊したガラス繊維織物Ｌに溶融樹脂４を含浸させるための直径３ｍｍ程度の圧接ロッドが複数本並置されている。圧接ロッドは上下２段に設けられ、上段及び下段にそれぞれ１０個ずつ配されている。また、各圧接ロッドは、樹脂槽３０の筐体に対して位置決め固定され、移動及び回転をしないようにされている。そして、符号３２ｂを付した圧接ロッドの上部は、ガラス繊維織物Ｌの下面（図１の下側）のみを圧接するための下面用圧接部とされ、符号３２ａを付したローラの下部は、下面用圧接部の下方に位置するとともにガラス繊維織物の上面のみを圧接するための上面用圧接部とされている。図１に示すように、下面用圧接部と上面用圧接部は、ガラス繊維織物Ｌの搬送方向Ｘに沿って交互に存在している。このように下面用圧接部と上面用圧接部が設けられた領域を、圧接領域と称する。
【００１９】
ダイ６の中央部には、ガラス繊維織物Ｌを冷却部８側へ引き出すための出口６ａが形成されている。この出口６ａの断面形状は円形とされ、その直径は、ガラス繊維織物Ｌの横幅（Ｙ方向の長さ）よりも短くされている。具体的には、ガラス繊維織物Ｌの横幅が５ｍｍ〜５０ｍｍの場合に、出口６ａの直径を約１ｍｍ〜約５ｍｍにすることが好ましい。但し、この出口６ａの直径の値は、樹脂量、ガラス繊維織物の種類及び形状等によって適宜設定される。ダイ６の出口６ａをこのような形状にすることの効果については後述する。
【００２０】
次に、本実施形態のペレット製造装置１０によって、射出成形用ペレット１を製造する方法を説明する。
【００２１】
まず、樹脂導入口３４から樹脂槽３０内に押出し機等により溶融樹脂４を導入し、各圧接ロッド３２ａ，３２ｂまで溶融樹脂４が行き渡るようにする。次いで、搬送ローラ１２を駆動させて、ドラム２に巻返されたガラス繊維織物Ｌを引き出し、圧接領域を搬送し始める。
【００２２】
ガラス繊維織物Ｌは、圧接領域の各圧接ロッド３２ａ，３２ｂに順に接しながらジグザグに搬送される。この際、ガラス繊維織物Ｌは、搬送ローラ１２の引張り力によって、圧接ロッド３２ｂの下側用圧接部においてその下面を圧接されると共に、内部に溶融樹脂４が含浸される。また、ガラス繊維織物Ｌは、圧接ロッド３２ａの上側用圧接部においてその上面を圧接され、内部に溶融樹脂４が含浸される。つまり、ガラス繊維織物Ｌは、搬送中に上下双方から同時に圧接されることはなく、下面用圧接部又は上面用圧接部のいずれかによって片面側から圧接されることになる。
【００２３】
樹脂槽３０内で溶融樹脂４が含浸された後、ガラス繊維織物Ｌは、ダイ６の断面円形の出口６ａから引き出される。この際、ダイ６を冷却部８側から見た図４に示すように、ガラス繊維織物Ｌは、出口６ａの内周面に沿って、搬送方向Ｘと略直交する方向（Ｙ方向）に折り返される。
【００２４】
そして、出口６ａから引き出されたガラス繊維織物Ｌは、冷却部８でその形状のまま固化された後、切断部１４によって所定の長さに切断され、図５に示すペレット１が完成する。ペレット１の長さは、用いる射出成形機の寸法にもよるが、３ｍｍ〜２５ｍｍ程度が好ましく、さらには７〜１２ｍｍ程度にすることが好適である。
【００２５】
ここで、本実施形態では上述のように、樹脂槽３０においてガラス繊維織物Ｌに溶融樹脂４を含浸させる際に、上側または下側の一方から交互に圧接する。このため、本実施形態では、上下から同時に圧接されるような場合と比較して、ガラス繊維織物Ｌ中の空気が圧接部の反対側に逃げ出しやすくなり、ガラス繊維織物Ｌの経糸Ｌ₁及び緯糸Ｌ₂のフィラメントの間に溶融樹脂４が含浸し易い。これにより、得られるペレット１はボイドが少なくなり、耐衝撃性の高いものとなる。
【００２６】
また、本実施形態では、ペレット１は、いわゆるロービングでなく経糸Ｌ₁及び緯糸Ｌ₂を織って成るガラス繊維織物Ｌで形成される。このため、ガラス繊維織物Ｌに対して搬送ローラ１２の引張り力が加えられても、ガラス繊維織物Ｌには織られた形状を保持しようとする力が働くため、ガラス繊維織物Ｌは搬送方向Ｘと直交する方向（Ｙ方向）に窄まりにくい。これにより、ガラス繊維織物Ｌの経糸Ｌ₁及び緯糸Ｌ₂のフィラメントの間に溶融樹脂４が含浸し易くなる。従って、ペレット１のボイドはさらに少なくなり、耐衝撃性の高いものとなる。
【００２７】
図６を参照して、本実施形態のさらなる効果を説明する。図６は、ペレット１を用いて射出成形を行う射出成形機の一部を示す図である。同図には、ペレット１が供給されるホッパ５２、シリンダ５４、及び、シリンダ５４に回転自在に内装されたスクリュー５６が示されている。スクリュー５６には、溝部５６ａの周囲に螺旋状の凸部５６ｂが形成されている。このような構成のもと射出成形を行うにあたっては、ホッパ５２からスクリュー５６の溝部５６ａ内にペレット１が送り込まれ、スクリュー５６の回転に伴ってペレット１が混練される。ここで、本実施形態では、ペレット１のなかに含まれるガラス繊維織物Ｌは経糸Ｌ₁と緯糸Ｌ₂が織られて繊維同士の拘束力が強くなっているため、射出成形時にスクリュー５６で混練されても、射出成形品に含まれるガラス繊維織物は織物形状を保持したままになり易い。このため、成形品の耐衝撃性は高いものとなる。
【００２８】
さらに、例えば平板状のペレットの長さ方向及び幅方向のサイズを大きくしたような場合は、スクリュー５６の凸部５６ｂのエッジ部分によってホッパ５２へ跳ね返されて、なかなか凸部と凸部の間の溝部５６ａに入り込ませることができない。この結果、射出成形機の計量時間が長くなって混練時間が長くなることからその分ペレットが切断され易くなり、成形品のなかのガラス繊維の残存繊維長が短くなってしまう。これに対して、本実施形態のようにガラス繊維織物Ｌを折り返して幅方向（Ｙ方向）のサイズをコンパクトにすることで、ペレット１は、スクリュー５６の凸部と凸部の間の溝部５６ａにスムースに入り込む。しかも、ペレット１は折り返されているため、幅方向（Ｙ方向）のサイズが小さくても、当該幅方向のガラス繊維長は長くなっている。つまり、射出成形機の計量時間が短くなることで混練時間を短縮でき、且つ、含まれるガラス繊維長が長くなっているため、このペレット１で成形される射出成形品は、繊維長の長いガラス繊維が残存することになり、耐衝撃性の高いものとなる。
【００２９】
特に、ペレット１の横方向（Ｙ方向）に存在する緯糸Ｌ₂の長さは、ガラス繊維織物Ｌの幅を広くすることで、切断部１４のカッターの間隔に相当するペレット１の長さよりも長くすることができる。すなわち、従来のＬＦＰ（ロングファイバーペレット）は、カッターによる切断長がペレット中の繊維長であったのに対し、本実施形態では、切断長よりも長い繊維を射出成形品に含ませることができる。また、ガラス繊維織物Ｌの幅や織り密度を変えることで、自由に横方向のガラス繊維の割合や長さを調節することができる。
【００３０】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。本実施例では、衝撃値の評価と色相評価を行った。
【００３１】
まず、ガラスクロステープを上下順に樹脂槽内のロッドで圧接しながら熱可塑性樹脂を含浸させ、冷却後にカッターで切断してペレットを作製した。また、ペレットは、出口寸法が異なる２種類のダイを樹脂槽に装着することで、２種類作製した。以下に、ペレットの作製条件を示す。
＜使用材料＞
ガラスクロステープ（ガラス繊維織物）
製品名：日東紡製ＴＥＡ１３平織りタイプ
テープ寸法：幅１３ｍｍ×厚さ０．１０ｍｍ
テープ織密度：縦２８本／２５ｍｍ、緯３８本／２５ｍｍ
熱可塑性樹脂
製品名：アミラン、ナイロン−６（東レ製）
品種：ＣＭ１００７
＜樹脂槽＞
ロッド数：９本
（ガラスクロステープを各ロッド間を上下に交叉させながら搬送させた）
ダイ出口：
（実施例１）
断面形状：長方形
断面寸法：幅１４ｍｍ×クリアランス０．３ｍｍ
（実施例２）
断面形状：円形
断面寸法：直径２．３５ｍｍ
＜ペレット＞
（実施例１）
形状：平板状
寸法：厚さ０．２５ｍｍ×幅１２ｍｍ×長さ１０ｍｍ
ガラス含有量：約４３重量％
（実施例２）
形状：丸棒状（折り返されている）
寸法：直径３ｍｍ（外径）×長さ１０ｍｍ
ガラス含有量：約３０重量％
実施例１のペレットは、出口形状が長方形のダイを用いて形成されたものであり、実施例２のペレットは、出口形状が円形のダイを用いて形成されたものである。実施例２のペレットは、断面円形のダイを通過する際に搬送方向と直交する方向に折り返され、丸棒状となった。
【００３２】
次に、以上のようにして得られた２種類のペレットを用いて射出成形を行い、試験片を作製した。射出成形の条件および作製した試験片の寸法は、以下の通りである。
射出成形機：日精樹脂工業株式会社製−ＰＳ６０Ｅ９ＡＮＥ
成形温度：２６０℃
金型温度：８０℃
射出圧力：４０ｋｇ／ｃｍ²
試験片サイズ：厚さ１２．７ｍｍ×幅３．４ｍｍ×長さ６４．０ｍｍ
（ノッチなし）
【００３３】
そして、得られた試験片を用いて、アイゾット衝撃試験（ＪＩＳＫ７１１０に準ずる）を行った。衝撃実験は以下の条件で行った。
ひょう量：１５０ｋｇｆ・ｃｍ
ハンマー持上げ角度：１５０゜
試験機名：アイゾット衝撃試験機（株）東洋精機製作所
【００３４】
表１に、衝撃試験の評価結果を示す。尚、ガラス含有量および衝撃値については、５つの試験片についての平均値を示し、平均残存繊維長については、１０００本の繊維の平均値を示す。
【００３５】
【表１】

表１に示すように、実施例１の平板状ペレットで作製した試験片よりも、実施例２の丸棒状ペレットで作製した試験片の方が衝撃値が高いことが判る。また、実施例２の方が実施例１よりもＣｖが小さく、各試験片間で衝撃値のバラツキが小さいことが判る。さらに、平均残存繊維長についても、実施例２の方が実施例１よりも長かった。
【００３６】
次に、試験片の色相評価について説明する。色相評価には、日本電色工業（株）社製Ｚ−Σ８０の色差計を使用した。評価基準にはｂ値を用いた。ｂ値は、サンプル（ナイロン）の色が黄色に近くなるにつれて高くなり、青色に近くなるにつれて低くなる。また、真白なプラスチックからなる部材を標準サンプルとして用いた。表２に、評価結果を示す。
【００３７】
【表２】

表２に示すように、実施例１よりも実施例２の方がｂ値が小さく、試験片の劣化が少ないことが判る。これは、実施例１よりも実施例２の方が射出成形機の混練時間が短く、ペレットが加熱される時間が短かったことに起因しているためである。
【００３８】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、下面用圧接部と上面用圧接部が存在しさえすれば、圧接ロッドは二段に配列する必要はない。例えば、圧接ロッドを一列に配置し、これに沿ってガラス繊維織物をジグザグに搬送させてもよい。この場合、あるロッドの上部が下面用圧接部となり、その隣のロッドの下部が上面用圧接部となる。
【００３９】
また、射出成形用ペレットの製造方法に関する発明においては、ダイの出口は必ずしも断面円形でなくてもよく、長方形状等としてもよい。
【００４０】
さらに、射出成形用ペレットを折り返すにあたって、折り返し角度は９０゜以上あればよい。
【００４１】
また、ガラス繊維織物は平織りに限られず、朱子織り、ななこ織り等の他の如何なる形態でもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る射出成形用ペレットの製造方法および射出成形用ペレットによれば、射出成形品の耐衝撃性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペレット製造装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のII-II方向の断面図である。
【図３】ペレット製造装置のドラム近傍の斜視図である。
【図４】ダイの出口の形状を説明するために用いた図である。
【図５】本発明の射出成形用ペレットを示す斜視図である。
【図６】本発明の射出成形用ペレットを射出成形機のホッパからスクリューに導入する際の説明図である。
【符号の説明】
１…射出成形用ペレット、２…ドラム、４…溶融樹脂、６…ダイ、６ａ…ダイの出口、８…冷却部、１０…ペレット製造装置、１２…搬送ローラ、１４…切断部、３０…樹脂槽、３２ａ…圧接ロッド（上側圧接部）、３２ｂ…圧接ロッド（下側圧接部）、３４…樹脂導入口、５２…ホッパ、５４…シリンダ、５６…スクリュー、５６ａ…溝部、５６ｂ…凸部、Ｆ…ガラスフィラメント、Ｌ…ガラス繊維織物、Ｌ₁…経糸、Ｌ₂…緯糸、Ｘ…ガラス繊維織物の搬送方向。

Claims

射出成形に用いられるペレットの製造方法において、
長尺状のガラス繊維織物を樹脂槽の内部の溶融した熱可塑性樹脂中を搬送するとともに、
前記搬送中に、前記ガラス繊維織物の下面のみを圧接するための下面用圧接部と、当該下面用圧接部よりも下方に位置すると共に前記ガラス繊維織物の上面のみを圧接するための上面用圧接部と、が搬送方向に沿って交互に設けられた圧接領域を、前記ガラス繊維織物を通過させ、
前記圧接領域を前記ガラス繊維織物を通過させた後に、前記ガラス繊維織物を切断してペレットを形成し、
前記圧接領域を通過した前記ガラス繊維織物は、前記搬送方向と略直交する方向に折り返されていることを特徴とする射出成形用ペレットの製造方法。
射出成形に用いられるペレットであって、
ガラス繊維織物とこれに含浸させた熱可塑性樹脂とを有し、
前記ガラス繊維織物が折り返されていることを特徴とする射出成形用ペレット。