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特開2024-83725グラスウールシート、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂複合材、及びその製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024083725
(43)【公開日】2024-06-24
(54)【発明の名称】グラスウールシート、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂複合材、及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
B29B 15/08 20060101AFI20240617BHJP
C08L 101/00 20060101ALI20240617BHJP
C08K 7/14 20060101ALI20240617BHJP
B29K 105/12 20060101ALN20240617BHJP
【ＦＩ】
B29B15/08
C08L101/00
C08K7/14
B29K105:12
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022197701
(22)【出願日】2022-12-12
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-09-08
(71)【出願人】
【識別番号】522482485
【氏名又は名称】有限会社マー・ファクトリー
(74)【代理人】
【識別番号】100149799
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 陽一郎
(72)【発明者】
【氏名】原田 正道
(72)【発明者】
【氏名】袁 飛
(72)【発明者】
【氏名】柳 彦汀
(72)【発明者】
【氏名】何 常湘
【テーマコード（参考）】
4F072
4J002
【Ｆターム（参考）】
4F072AA02
4F072AA08
4F072AB09
4F072AB14
4F072AB15
4F072AC15
4F072AD04
4F072AD53
4F072AG03
4F072AG05
4F072AH23
4F072AK15
4F072AK16
4F072AL01
4F072AL02
4F072AL11
4J002AA011
4J002BB021
4J002BB111
4J002BC021
4J002BC031
4J002BC061
4J002BD031
4J002BD151
4J002BF021
4J002BG061
4J002BK001
4J002BN151
4J002CB001
4J002CF061
4J002CF071
4J002CF161
4J002CG011
4J002CH071
4J002CH091
4J002CL001
4J002CM041
4J002CN011
4J002CN031
4J002DL006
4J002FA046
4J002FB146
4J002FD016
4J002GN00
(57)【要約】
【課題】
高強度のグラスウールを用いたグラスウールシート、ガラス繊維を含む、従来よりも高い剛性を有する熱可塑性樹脂複合材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、熱可塑性樹脂複合材中の平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上である熱可塑性樹脂複合材。
【選択図】図１
高強度のグラスウールを用いたグラスウールシート、ガラス繊維を含む、従来よりも高い剛性を有する熱可塑性樹脂複合材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、熱可塑性樹脂複合材中の平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上である熱可塑性樹脂複合材。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂とグラスウール由来のガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上である熱可塑性樹脂複合材。
【請求項2】
前記ガラス繊維の繊維引張強度は、９００ＭＰａ以上である、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項3】
シランカップリング剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項4】
前記ガラス繊維に対するシランカップリング剤の量が０．２重量％以上、２．０重量％以下である、請求項３に記載の熱可塑性樹脂複合材料
【請求項5】
表面被覆剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項6】
前記ガラス繊維に対する前記表面被覆剤の量が１．０重量％以上、５．０重量％以下である請求項５に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項7】
前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）の一種又は複数から構成されている、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項8】
平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下であり、繊維引張強度が９００ＭＰａ以上であるガラス繊維を含むグラスウールから構成されるグラスウールシートであって、
前記グラスウールシートは、厚みが０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下である、グラスウールシート。
前記グラスウールシートは、厚みが０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下である、グラスウールシート。
【請求項9】
湿式抄造法または乾式抄造法によって製造される請求項８に記載のグラスウールシート。
【請求項10】
請求項８又は９に記載のグラスウールシートを、一辺の長さ２～３０ｍｍの略矩形状に切断したグラスウールシートチップ。
【請求項11】
熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維の平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下である、熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下のガラス繊維を含むグラスウールを製造する工程と、
前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下であるグラスウールシートを製造する工程と、
前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールシートチップを製造する工程と、
前記グラスウールシートチップを加熱した熱可塑性樹脂に混合する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下のガラス繊維を含むグラスウールを製造する工程と、
前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下であるグラスウールシートを製造する工程と、
前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールシートチップを製造する工程と、
前記グラスウールシートチップを加熱した熱可塑性樹脂に混合する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、グラスウールシート、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂複合材、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プラスチックは、軽量であるという特徴を生かして幅広くさまざまな用途に用いられている。しかしながら、弾性率が小さいために構造材としてはあまり用いられていない。軽量化は幅広い分野で求められており、例えば自動車分野では金属をプラスチックに置き換えて、軽量化による燃料消費量低減が進められている。構造材として使用する場合、前述のようにプラスチック自体は弾性率が小さいため、高弾性及び高強度であるグラスファイバーやカーボンファイバーが補強材として用いられている。
【0003】
このような繊維補強複合材は、自動車部品に限らず、電気・電子部品、航空機部品、船舶部品、建築資材などの幅広い分野に利用されている。さらなる軽量化要求があり、より薄肉化が試みられているが、一般的に補強材として使用されているグラスファイバーの繊維径は１０～１８μｍであり、射出成形により厚みが１ｍｍ以下の薄肉成形品を作製する際、繊維が均一に分散しにくいために反りが発生する場合があり、また、繊維が表面に浮き出して外観平滑性が損なわれるという問題がある。グラスファイバーの繊維径を数μｍ程度に細くすることでこの問題は解決可能であるが、大幅に生産性を低下させなければ安定生産出来ないため大幅なコストアップとなる。
【0004】
ガラス繊維の態様としては、前述のような、機械的巻取り法により製造されるグラスファイバーと、遠心法や火焔法により製造されるグラスウールが挙げられる。グラスウールはグラスファイバーに比べ経済的に、繊維径を数μｍ程度に細くして製造することができる。特許文献１には、射出成形による薄肉成形品作製時の課題を解決する複合形成材料として、遠心法および／または火焔法により製造され、混錬前の平均繊維長が３００～１０００μｍ、繊維径が３～６μｍであるガラス短繊維と熱可塑性樹脂を混錬した複合形成材料が開示されている。
さらに、特許文献２には、補強効果を改善するために、ガラス短繊維を熱可塑性樹脂温度に対し、－１５０～＋５０℃になるように加熱した上で、熱可塑性樹脂に投入することを特徴とした複合形成材料の製造方法が開示されている。
さらに、特許文献２には、補強効果を改善するために、ガラス短繊維を熱可塑性樹脂温度に対し、－１５０～＋５０℃になるように加熱した上で、熱可塑性樹脂に投入することを特徴とした複合形成材料の製造方法が開示されている。
【0005】
これらの文献に記載のグラスウールは嵩高なため、予めカッターミルなどで３００～１０００μｍに切断して嵩密度を高めてから二軸押出混錬機などへ投入している。一般的に繊維材料を熱可塑性樹脂などの補強材として用いる場合、繊維長と繊維径の比であるアスペクト比（繊維長／繊維径）が大きいほど補強効果に優れることが知られている。特許文献２では、複合形成材料中の繊維長を長くするために、あらかじめガラス短繊維を加熱してから熱可塑性樹脂に投入しているが、複合形成材料中の繊維長が最大でも３００μｍであり、補強効果をさらに高めるには、複合形成材料中の繊維長をより長くする必要がある。
【0006】
特許文献３には、遠心法により製造されたグラス繊維を湿式成形プロセスにより、シート状、ブロック状、及びストリップ状に製造したガラス繊維群と熱可塑性樹脂を含む、ガラス繊維強化樹脂複合材料が開示されている。しかしながら、本発明者が確認したところ、熱可塑性樹脂と混錬する前の繊維長を先行技術より数倍長くしても、ガラス繊維強化樹脂複合材料中のガラス繊維の長さがあまり改善されておらず、補強効果の改善は十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第５４１６６２０号公報
【特許文献2】特許第５２２０９３４号公報
【特許文献3】中国特許出願公開公報 ＣＮ１１２７５９７９４Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであって、高強度のグラスウールを用いたグラスウールシート、ガラス繊維を含む、従来よりも高い剛性を有する熱可塑性樹脂複合材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意研究を行った結果、遠心法によるグラスウール製造時に圧縮空気を効果的に作用させ、ガラス繊維を急冷することにより、熱可塑性樹脂との混錬の際、回転するスクリューの剪断力によって切断されにくくなるガラス繊維を製造することができることを見出し、さらにそのグラスウール又はグラスウールシートを熱可塑性樹脂に補強材として混練することにより、補強効果の高い熱可塑性樹脂複合材を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、以下を包含する。
［１］ 熱可塑性樹脂とグラスウール由来のガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上である熱可塑性樹脂複合材。
［２］ 前記ガラス繊維の繊維引張強度は、９００ＭＰａ以上である、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［３］ シランカップリング剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［４］ 前記ガラス繊維に対するシランカップリング剤の量が０．２重量％以上、２．０重量％以下である、［３］に記載の熱可塑性樹脂複合材料
［５］ 表面被覆剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［６］ 前記ガラス繊維に対する前記表面被覆剤の量が１．０重量％以上、５．０重量％以下である［５］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［７］ 前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）の一種又は複数から構成されている、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［８］ 平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下であり、繊維引張強度が９００ＭＰａ以上であるガラス繊維を含むグラスウールから構成されるグラスウールシートであって、
前記グラスウールシートは、厚みが０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下である、グラスウールシート。
［９］ 湿式抄造法または乾式抄造法によって製造される［８］に記載のグラスウールシート。
［１０］ ［８］又は［９］に記載のグラスウールシートを、一辺の長さ２～３０ｍｍの略矩形状に切断したグラスウールシートチップ。
［１１］ 熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維の平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下である、熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下のガラス繊維を含むグラスウールを製造する工程と、
前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下であるグラスウールシートを製造する工程と、
前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールシートチップを製造する工程と、
前記グラスウールシートチップを加熱した熱可塑性樹脂に混合する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
即ち、本発明は、以下を包含する。
［１］ 熱可塑性樹脂とグラスウール由来のガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上である熱可塑性樹脂複合材。
［２］ 前記ガラス繊維の繊維引張強度は、９００ＭＰａ以上である、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［３］ シランカップリング剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［４］ 前記ガラス繊維に対するシランカップリング剤の量が０．２重量％以上、２．０重量％以下である、［３］に記載の熱可塑性樹脂複合材料
［５］ 表面被覆剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［６］ 前記ガラス繊維に対する前記表面被覆剤の量が１．０重量％以上、５．０重量％以下である［５］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［７］ 前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）の一種又は複数から構成されている、［１］に記載の熱可塑性樹脂複合材。
［８］ 平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下であり、繊維引張強度が９００ＭＰａ以上であるガラス繊維を含むグラスウールから構成されるグラスウールシートであって、
前記グラスウールシートは、厚みが０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下である、グラスウールシート。
［９］ 湿式抄造法または乾式抄造法によって製造される［８］に記載のグラスウールシート。
［１０］ ［８］又は［９］に記載のグラスウールシートを、一辺の長さ２～３０ｍｍの略矩形状に切断したグラスウールシートチップ。
［１１］ 熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維の平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下である、熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下のガラス繊維を含むグラスウールを製造する工程と、
前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下であるグラスウールシートを製造する工程と、
前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールシートチップを製造する工程と、
前記グラスウールシートチップを加熱した熱可塑性樹脂に混合する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明の熱可塑性樹脂複合材は、高強度のグラスウールから構成されるグラスウールシートを補強材としており、グラスウール自体が高強度であることに加えて、グラスウールが高強度であるため押出混錬機などで熱可塑性樹脂に添加した際にグラスウールが切断されにくく、得られる熱可塑性樹脂複合材に含まれるガラス繊維の繊維長が３００～６００μｍと長くなり、またアスペクト比が５０以上の状態で分散されている。そのため、引張強度、曲げ強度、衝撃強度などの物理特性が従来のグラスウールを含む熱可塑性樹脂複合材よりも向上し、熱可塑性樹脂単体では困難な構造材としての使用が可能となる。高強度のグラスウールは、例えば、遠心法による製造時に圧縮空気をガラス繊維に作用させ、効果的に急冷強化することにより製造することができる。
【0011】
また、本発明の熱可塑性樹脂複合材は、用いる補強材がグラスウールシートであり、一般的な熱可塑性樹脂補強材であるグラスファイバーに比べて繊維径が細いため、熱可塑性樹脂中に均一に分散し、反りや表面平滑性を改善出来るので、コネクターやソケットなどの電機・電子薄肉部品に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、グラスウールシート、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂複合材及びその製造方法について説明するが、本発明はこの説明に限定されるものではなく、当業者が従来技術を用いて適宜設計変更できるものとする。
【0014】
本発明者らは、遠心法によりグラスウールを製造する際に、圧縮空気を効果的に作用させ、ガラス繊維を急冷強化し、繊維引張強度を向上させると共に繊維長を長くした高強度のグラスウールを用いたグラスウールシート、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂複合材及びその製造方法を提案する。以下、詳細について述べる。
【0015】
［グラスウール］
本明細書において、グラスウールとは、ガラス繊維でできた綿状の素材であり、高温で溶融したガラスを遠心力等で延伸し、綿状に細かく繊維化したものである。
グラスウールの製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば遠心法によるグラスウール製造時に圧縮空気を効果的に作用させ、ガラス繊維を急冷することにより得られるグラスウールである。このグラスウールを用いることにより、熱可塑性樹脂との混錬の際、回転するスクリューの剪断力によって切断されにくく、より繊維が長い状態で樹脂中に残存することができる。
本明細書において、グラスウールとは、ガラス繊維でできた綿状の素材であり、高温で溶融したガラスを遠心力等で延伸し、綿状に細かく繊維化したものである。
グラスウールの製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば遠心法によるグラスウール製造時に圧縮空気を効果的に作用させ、ガラス繊維を急冷することにより得られるグラスウールである。このグラスウールを用いることにより、熱可塑性樹脂との混錬の際、回転するスクリューの剪断力によって切断されにくく、より繊維が長い状態で樹脂中に残存することができる。
【0016】
グラスウールを構成するガラス繊維の平均繊維径は、１μｍ以上、８μｍ以下である。好ましくは、２μｍ以上、７μｍ以下であり、より好ましくは、３μｍ以上、６μｍ以下である。平均繊維径が１μｍ未満の場合、経済的な製造コストが高くなる可能性がある。平均繊維径が８μｍを超える場合、繊維引張強度が高くならず、補強効果が十分でなくなる場合がある。
【0017】
グラスウールの平均繊維長は、２０００μｍ以上、６０００μｍ以下である。好ましくは、２５００μｍ以上、６０００μｍ以下であり、より好ましくは、３０００μｍ以上、６０００μｍ以下である。平均繊維長が２０００μｍ未満の場合、熱可塑性樹脂複合材中の繊維長さが短くなり、十分な補強効果が得られない。繊維長は長いほど高い補強効果が得られるので好ましいが、湿式抄造法によりグラスウールシートを製造する場合、グラスウールを多量の水（重量比で１０～５０倍）に分散させてスラリーを作製する際に撹拌羽根とそれにより発生する水流により切断され、平均繊維長は６０００μｍ以下になってしまう。
グラスウールの繊維引張強度は、９００ＭＰａ以上である。好ましくは１０００ＭＰａ以上であり、より好ましくは、１１００ＭＰａ以上である。繊維引張強度が９００ＭＰａ未満の場合、押出混錬機のスクリューの剪断力によって繊維が切断されて短くなることと相まって、十分な熱可塑性樹脂補強効果が得られない。
グラスウールシートに用いられるグラスウールの原料となるガラスとして、リサイクルガラスが挙げられるが、これに限定されるものではない。
グラスウールの繊維引張強度は、９００ＭＰａ以上である。好ましくは１０００ＭＰａ以上であり、より好ましくは、１１００ＭＰａ以上である。繊維引張強度が９００ＭＰａ未満の場合、押出混錬機のスクリューの剪断力によって繊維が切断されて短くなることと相まって、十分な熱可塑性樹脂補強効果が得られない。
グラスウールシートに用いられるグラスウールの原料となるガラスとして、リサイクルガラスが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【0018】
［グラスウールシート及びグラスウールチップ］
本明細書において、グラスウールシートは、上記グラスウールを用いて、例えば、湿式抄造法または乾式抄造法で製造した抄造品である。したがって、グラスウールシートは、前記グラスウールを構成するガラス繊維から実質的に構成されている。
本明細書において、グラスウールシートは、上記グラスウールを用いて、例えば、湿式抄造法または乾式抄造法で製造した抄造品である。したがって、グラスウールシートは、前記グラスウールを構成するガラス繊維から実質的に構成されている。
【0019】
グラスウールシートの厚さは、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下である。好ましくは１．０ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。厚さが３．０ｍｍを超える場合、グラスウールシートの密度を高くできにくくなり、含まれる空気量が増えるので、熱可塑性樹脂複合材中にボイドが発生する危険性が高まる。抄造後乾燥前に高圧プレスなどによりグラスウールシートの密度を高めることも可能であるが、高圧プレス時に繊維が破断して短くなってしまうリスクがある。
グラスウールシートの密度は、１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下である。好ましくは１５０ｋｇ／ｍ３以上、２５０ｋｇ／ｍ３以下である。
グラスウールシートは適切な手段で裁断し、グラスウールチップにすることができる。
本発明のグラスウールシートを裁断したグラウスールチップの形状は、略矩形、矩形、正方形が挙げられる。
本発明のグラスウールシートを裁断したグラウスールチップの形は略矩形に限定されるものではないが、略矩形のグラスウールチップの場合の大きさは、好ましくは一片の長さが２～３０ｍｍ、より好ましくは５～１０ｍｍである。一片の長さが２ｍｍ未満の場合、繊維長＜２０００μｍとなり、熱可塑性樹脂の補強効果が不十分になる。一片の長さが３０ｍｍを超える場合、押出混錬機への時間当たりの投入量が減ってしまうことに加え、投入量のバラツキが大きくなり複合材の品質が不均一になってしまう。
一般的に繊維材料を熱可塑性樹脂などの補強材として用いる場合、繊維長と繊維径の比であるアスペクト比（繊維長／繊維径）が大きいほど補強効果に優れることが知られている。しかしながら、繊維長を長くすると、グラスウールの密度が低くなり、ボイドが発生する。本明細書における熱可塑性樹脂複合材は、熱可塑性樹脂と混錬するグラスウールをグラスウールシートチップにすることにより、グラスウールの密度が高くなり、ボイドの発生が抑制されるため、繊維長を長くすることが可能となる。また、グラスウールシートチップは形状が一定であるため、二軸押出混練機への投入量が安定し、熱可塑性樹脂複合材の品質が安定する。
図５は熱可塑性樹脂と混錬する前のグラスウールの写真で、図５（ａ）はカッターミルで解砕されたグラスウールの写真、図５（ｂ）はグラスウールシートをカッティングマシーンで裁断したグラスウールシートチップの写真である。
グラスウールシートの密度は、１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下である。好ましくは１５０ｋｇ／ｍ３以上、２５０ｋｇ／ｍ３以下である。
グラスウールシートは適切な手段で裁断し、グラスウールチップにすることができる。
本発明のグラスウールシートを裁断したグラウスールチップの形状は、略矩形、矩形、正方形が挙げられる。
本発明のグラスウールシートを裁断したグラウスールチップの形は略矩形に限定されるものではないが、略矩形のグラスウールチップの場合の大きさは、好ましくは一片の長さが２～３０ｍｍ、より好ましくは５～１０ｍｍである。一片の長さが２ｍｍ未満の場合、繊維長＜２０００μｍとなり、熱可塑性樹脂の補強効果が不十分になる。一片の長さが３０ｍｍを超える場合、押出混錬機への時間当たりの投入量が減ってしまうことに加え、投入量のバラツキが大きくなり複合材の品質が不均一になってしまう。
一般的に繊維材料を熱可塑性樹脂などの補強材として用いる場合、繊維長と繊維径の比であるアスペクト比（繊維長／繊維径）が大きいほど補強効果に優れることが知られている。しかしながら、繊維長を長くすると、グラスウールの密度が低くなり、ボイドが発生する。本明細書における熱可塑性樹脂複合材は、熱可塑性樹脂と混錬するグラスウールをグラスウールシートチップにすることにより、グラスウールの密度が高くなり、ボイドの発生が抑制されるため、繊維長を長くすることが可能となる。また、グラスウールシートチップは形状が一定であるため、二軸押出混練機への投入量が安定し、熱可塑性樹脂複合材の品質が安定する。
図５は熱可塑性樹脂と混錬する前のグラスウールの写真で、図５（ａ）はカッターミルで解砕されたグラスウールの写真、図５（ｂ）はグラスウールシートをカッティングマシーンで裁断したグラスウールシートチップの写真である。
【0020】
［表面処理剤］
グラスウールは無機材料であり、一方、熱可塑性樹脂は有機材料であるため、グラスウールと熱可塑性樹脂は接着性が低い。そのため、グラスウールを表面処理して、熱可塑性樹脂と混錬することが好ましい。
グラスウールは無機材料であり、一方、熱可塑性樹脂は有機材料であるため、グラスウールと熱可塑性樹脂は接着性が低い。そのため、グラスウールを表面処理して、熱可塑性樹脂と混錬することが好ましい。
【0021】
グラスウールの表面処理剤として、シランカップリング剤及び／または表面被覆剤が挙げられる。
シランカップリング剤としては、従来から用いられているものであれば特に限定されず、複合材料を構成する熱可塑性樹脂との反応性、熱安定性等を考慮して決めれば良く、例えば、アミノシラン系、エポキシシラン系、アリルシラン系、ビニルシラン系等のシランカップリング剤が挙げられる。
シランカップリング剤としては、従来から用いられているものであれば特に限定されず、複合材料を構成する熱可塑性樹脂との反応性、熱安定性等を考慮して決めれば良く、例えば、アミノシラン系、エポキシシラン系、アリルシラン系、ビニルシラン系等のシランカップリング剤が挙げられる。
【0022】
表面被覆剤としては、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等の公知のものが挙げられる。
【0023】
グラスウールの表面処理方法としては、表面処理剤を含む液体をグラスウールに噴霧するスプレー法、表面処理剤を含む液体にグラスウールを沈めるディッピング法等が挙げられる。
本発明のグラスウールシートは湿式抄造工程において、表面処理剤としてシランカップリング剤及び／または表面被覆剤がディッピングにより塗布される。
本発明のグラスウールシートに塗布されるシランカップリング剤の量は好ましくはグラスウールに対して０．２重量％以上、２．０重量％以下である。より好ましくは０．２５重量％以上、０．４重量％以下である。シランカップリング剤の量が０．２重量％未満の場合、繊維表面に完全被覆できない可能性が有り、熱可塑性樹脂との密着性を損なう危険性が有る。シランカップリング剤の量が２．０重量％を超える場合、過剰被覆であり、コストアップになる場合がある。
本発明のグラスウールシートに塗布される表面被覆剤の量は、好ましくはグラスウールに対して１．０重量％以上、５．０重量％以下である。より好ましくは１．３重量％以上、３重量％以下である。表面被覆剤の量が１．０重量％未満の場合、シランカップリング剤の場合と同様、繊維表面を完全被覆できない可能性が有り、効果を落としてしまうリスクが有る。表面被覆剤の量が５．０重量％を超える場合、過剰被覆であり、コストアップになる場合がある。
本発明のグラスウールシートは湿式抄造工程において、表面処理剤としてシランカップリング剤及び／または表面被覆剤がディッピングにより塗布される。
本発明のグラスウールシートに塗布されるシランカップリング剤の量は好ましくはグラスウールに対して０．２重量％以上、２．０重量％以下である。より好ましくは０．２５重量％以上、０．４重量％以下である。シランカップリング剤の量が０．２重量％未満の場合、繊維表面に完全被覆できない可能性が有り、熱可塑性樹脂との密着性を損なう危険性が有る。シランカップリング剤の量が２．０重量％を超える場合、過剰被覆であり、コストアップになる場合がある。
本発明のグラスウールシートに塗布される表面被覆剤の量は、好ましくはグラスウールに対して１．０重量％以上、５．０重量％以下である。より好ましくは１．３重量％以上、３重量％以下である。表面被覆剤の量が１．０重量％未満の場合、シランカップリング剤の場合と同様、繊維表面を完全被覆できない可能性が有り、効果を落としてしまうリスクが有る。表面被覆剤の量が５．０重量％を超える場合、過剰被覆であり、コストアップになる場合がある。
【0024】
［グラスウール、グラスウールシート、グラスウールチップの製造方法］
まず、グラスウールの製造方法について図１に示すガラス繊維化装置（グラスウール製造装置）の概略を用いて説明する。溶融ガラス１を、側壁２１に１ｍｍ程度の小孔２２を数千から数万個有するスピナ２の中に導入する。スピナ２を毎分１０００～３０００回転で高速回転させると、遠心力により小孔２２から溶融ガラス１が微細化されて飛び出し、一次繊維７１が作製される。作製された一次繊維７１（繊維径は数十～数百μｍ）は、バーナーガスジェット噴き出し口４より噴出する、バーナー３により燃焼室５で燃焼されたＬＮＧやＬＰＧ燃焼ガスジェットにより細繊維化され、グラスウール７が製造される。グラスウール７の繊維径は、このバーナーガスジェットの温度及び速度、すなわち燃焼量調節により制御され、バーナーガスジェットの温度や速度は、繊維化されたガラスの状態により適宜選択される。
製造されたグラスウール７は、スピナ２の外側に設置されたエアリング６の下面６１に多数設けられた、１～数ｍｍ程度のエアリング圧縮空気吹き出し口６２から下方に吹き出される圧縮空気により冷却されながら、ガラス繊維化装置Ｄの下方に設置された集綿コンベア（図示しない）に導かれる。
まず、グラスウールの製造方法について図１に示すガラス繊維化装置（グラスウール製造装置）の概略を用いて説明する。溶融ガラス１を、側壁２１に１ｍｍ程度の小孔２２を数千から数万個有するスピナ２の中に導入する。スピナ２を毎分１０００～３０００回転で高速回転させると、遠心力により小孔２２から溶融ガラス１が微細化されて飛び出し、一次繊維７１が作製される。作製された一次繊維７１（繊維径は数十～数百μｍ）は、バーナーガスジェット噴き出し口４より噴出する、バーナー３により燃焼室５で燃焼されたＬＮＧやＬＰＧ燃焼ガスジェットにより細繊維化され、グラスウール７が製造される。グラスウール７の繊維径は、このバーナーガスジェットの温度及び速度、すなわち燃焼量調節により制御され、バーナーガスジェットの温度や速度は、繊維化されたガラスの状態により適宜選択される。
製造されたグラスウール７は、スピナ２の外側に設置されたエアリング６の下面６１に多数設けられた、１～数ｍｍ程度のエアリング圧縮空気吹き出し口６２から下方に吹き出される圧縮空気により冷却されながら、ガラス繊維化装置Ｄの下方に設置された集綿コンベア（図示しない）に導かれる。
【0025】
図１のＡはバーナーガスジェット噴き出し口４と圧縮空気を吹き出すエアリング圧縮空気吹き出し口６２との距離を示し、以下、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａと称する。
エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａは、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である。２０ｍｍ以下にすることで繊維引張強度を高めるとともに繊維長を長くすることができる（図２、図３）。エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが２０ｍｍを超える場合では、圧縮空気圧力を変化させても繊維引張強度および繊維長は変わらない。これは圧縮空気がグラスウールの飛行方向を変える以外にはほとんど作用していないことを示している（図２及び３参照）。１０ｍｍ未満ではスピナ側壁を冷却してしまい、繊維径が太くなったり、スピナ内部の溶融ガラスが結晶化してスピナ孔を閉塞させて安定生産の支障となる危険性がある。
エアリングの圧縮空気圧力は０．１ＭＰａ以上、０．５ＭＰａ以下である。
エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａは、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である。２０ｍｍ以下にすることで繊維引張強度を高めるとともに繊維長を長くすることができる（図２、図３）。エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが２０ｍｍを超える場合では、圧縮空気圧力を変化させても繊維引張強度および繊維長は変わらない。これは圧縮空気がグラスウールの飛行方向を変える以外にはほとんど作用していないことを示している（図２及び３参照）。１０ｍｍ未満ではスピナ側壁を冷却してしまい、繊維径が太くなったり、スピナ内部の溶融ガラスが結晶化してスピナ孔を閉塞させて安定生産の支障となる危険性がある。
エアリングの圧縮空気圧力は０．１ＭＰａ以上、０．５ＭＰａ以下である。
【0026】
グラスウールシートの製造方法の一例を図４に示す。
まず、グラスウール７を水中で攪拌し、分散させる（Ｓ１）。次に、水に分散させた状態のグラスウールをメッシュベルト上に載せ、グラスウールシートを形成しながら運搬する（Ｓ２）。ここで、グラスウールシートは、運搬されながら、シランカップリング剤及び／または表面被覆剤等の表面処理剤を滴下などにより塗布し（Ｓ３）、乾燥機で水分を蒸発させて乾燥したグラスウールシートを製造する。なお、乾燥されたグラスウールシートはカッティングマシーン等によりグラスウールチップに裁断する（Ｓ５）。
まず、グラスウール７を水中で攪拌し、分散させる（Ｓ１）。次に、水に分散させた状態のグラスウールをメッシュベルト上に載せ、グラスウールシートを形成しながら運搬する（Ｓ２）。ここで、グラスウールシートは、運搬されながら、シランカップリング剤及び／または表面被覆剤等の表面処理剤を滴下などにより塗布し（Ｓ３）、乾燥機で水分を蒸発させて乾燥したグラスウールシートを製造する。なお、乾燥されたグラスウールシートはカッティングマシーン等によりグラスウールチップに裁断する（Ｓ５）。
【0027】
［熱可塑性樹脂複合材］
本明細書において、熱可塑性樹脂複合材とは、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂とは異なる材料を一体的に組み合わせた材料であり、本明細書においては、熱可塑性樹脂とガラス繊維を組み合わせた材料である。また、熱可塑性樹脂複合材に含まれるガラス繊維は、本明細書のグラスウール、グラスウールシート又はグラスウールチップ由来のガラス繊維である。
本明細書において、熱可塑性樹脂複合材とは、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂とは異なる材料を一体的に組み合わせた材料であり、本明細書においては、熱可塑性樹脂とガラス繊維を組み合わせた材料である。また、熱可塑性樹脂複合材に含まれるガラス繊維は、本明細書のグラスウール、グラスウールシート又はグラスウールチップ由来のガラス繊維である。
【0028】
本発明の熱可塑性樹脂複合材はガラス繊維で強化されているため、強度が高いことが特徴である。具体的には、引張強度、曲げ強度及び衝撃強度は、従来のグラスウール等を使用した熱可塑性樹脂複合材のそれらよりも高い値を示す。
ガラス繊維と熱可塑性樹脂を組み合わせる方法としては、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂を繊維に含浸させる方法、繊維と熱可塑性樹脂を混錬する方法等が挙げられるが、中でもすでに説明したグラスウールチップを熱可塑性樹脂に混練する方法が好ましい。
ガラス繊維と熱可塑性樹脂を組み合わせる方法としては、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂を繊維に含浸させる方法、繊維と熱可塑性樹脂を混錬する方法等が挙げられるが、中でもすでに説明したグラスウールチップを熱可塑性樹脂に混練する方法が好ましい。
【0029】
本発明の熱可塑性樹脂複合材は、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であるガラス繊維を含む。本発明の熱可塑性樹脂複合材に含まれるグラスウール由来のガラス繊維は、遠心法によるグラスウール製造時に圧縮空気を効果的に作用させ、ガラス繊維を急冷することにより強化され、熱可塑性樹脂との混錬の際、回転するスクリューの剪断力によって切断されにくく、より繊維が長い状態で樹脂中に残存することができる。
熱可塑性樹脂複合材中のガラス繊維の平均繊維長の下限は、好ましくは３００μｍより大きく、より好ましくは３１０μｍ以上であり、さらに好ましくは３２０μｍ以上であり、さらにいっそう好ましくは３３０μｍ以上である。平均繊維長が大きいほど、熱可塑性樹脂の強度を高めることができる。
熱可塑性樹脂複合材中のガラス繊維の平均繊維長の下限は、好ましくは３００μｍより大きく、より好ましくは３１０μｍ以上であり、さらに好ましくは３２０μｍ以上であり、さらにいっそう好ましくは３３０μｍ以上である。平均繊維長が大きいほど、熱可塑性樹脂の強度を高めることができる。
【0030】
グラスウールを構成するガラス繊維の平均繊維径は、すでに記載したグラスウールの特徴と同様であり、１μｍ以上、８μｍ以下である。好ましくは、２μｍ以上、７μｍ以下であり、より好ましくは、３μｍ以上、６μｍ以下である。
【0031】
熱可塑性樹脂複合材中のグラスウール由来のガラス繊維のアスペクト比は、５０以上である。好ましくは７０以上であり、より好ましくは１００以上である。アスペクト比が５０未満の場合、十分な補強効果が得られない。
本発明の熱可塑性樹脂複合材の成形品の形状は特に限定されない。
本発明の熱可塑性樹脂複合材の成形品の形状は特に限定されない。
【0032】
熱可塑性樹脂複合材を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等が挙げられ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）が好ましい。これらは単独で或いは複数を組み合わせて用いられる。
【0033】
熱可塑性樹脂複合材の製造時に、熱可塑性樹脂と混錬するグラスウールの添加量は熱可塑性樹脂複合材全体に対して１０重量％以上、６０重量％以下である。なお、グラスウールは、グラスウールチップとして添加されることが好ましい。
【0034】
熱可塑性樹脂複合材は、補強材として繊維径の細いグラスウールを使用しているので、射出成形により薄肉成形品（例えば、厚みが１ｍｍ以下のもの）を作製する際の、反りの発生が抑制され、また、繊維が表面に浮き出して外観平滑性が損なわれることが無く、コネクターやソケットなどの電機・電子薄肉部品に使用できる。また、遠心法によりグラスウールを製造する際に、圧縮空気を効果的に作用させ、ガラス繊維を急冷強化し、繊維引張強度向上させると共に繊維長を長くした高強度のグラスウールを補強材としているので、引張強度、曲げ強度、衝撃強度などの物理特性が向上し、これにより、熱可塑性樹脂単体では困難な構造材としての使用が可能となる。
【0035】
熱可塑性樹脂複合材は、ガラス繊維と熱可塑性樹脂を組み合わせた材料であるが、本発明の目的を損なわない範囲で、公知の紫外線吸収剤、安定剤、酸化防止剤、可塑剤、着色剤、整色剤、難燃剤、帯電防止剤、蛍光増白剤、つや消し剤、衝撃強度改良剤等の添加剤を配合することもできる。
【0036】
［熱可塑性樹脂複合材の製造方法］
熱可塑性樹脂複合材は、熱可塑性樹脂及び上記の表面処理されたグラスウールシートチップ、並びに必要に応じて添加される各種添加剤を、単軸又は多軸の押出混錬機、ニーダー、ミキシングロ－ル、バンバリ－ミキサ－等の公知の溶融混練機を用いて、例えば２００～４００℃の温度で溶融混練することで製造することができる。製造装置については特に限定されないが、二軸押出混錬機を用いて溶融混練することが簡便で好ましい。混練された複合材は、金型に直接射出成形されてもよいし、ペレットにしてから射出成形してもよい。
熱可塑性樹脂複合材は、熱可塑性樹脂及び上記の表面処理されたグラスウールシートチップ、並びに必要に応じて添加される各種添加剤を、単軸又は多軸の押出混錬機、ニーダー、ミキシングロ－ル、バンバリ－ミキサ－等の公知の溶融混練機を用いて、例えば２００～４００℃の温度で溶融混練することで製造することができる。製造装置については特に限定されないが、二軸押出混錬機を用いて溶融混練することが簡便で好ましい。混練された複合材は、金型に直接射出成形されてもよいし、ペレットにしてから射出成形してもよい。
【0037】
本発明の熱可塑性樹脂複合材の製造方法は、熱可塑性樹脂とガラス繊維とを含み、熱可塑性樹脂複合材に含まれるガラス繊維の平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下である、熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下であるグラスウールを製造する工程と、前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ３以上、３００ｋｇ／ｍ３以下であるグラスウールシートを製造する工程と、前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールチップを製造する工程と、前記グラスウールチップと加熱した熱可塑性樹脂とを混練する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法である。
本発明の熱可塑性樹脂複合材の成形方法として、射出成形、ホットプレス成形、ハイブリット成形、ブロー成形等が挙げられる。
以下、具体的に説明するが、本発明は、この説明に限定されるものではない。
二軸押出混練機のミキサ温度を所定の温度に加熱し、試料投入口から熱可塑性樹脂ペレットを、グラスウールシートチップを定量フィーダーを併設したサイドフィーダーにより二軸押出混錬機に投入し、混練して複合材ペレットを作製する。ペレット状にした熱可塑性樹脂複合材を、射出成形することにより、熱可塑性樹脂複合材成形品を作製する。
グラスウールシートチップは定量フィーダーを備えたサイドフィーダーから二軸押出混錬機に投入するが、チップの投入方法として、サイドフィーダーの代わりに押出混錬機に対し鉛直方向からスクリューフィーダ―を介して投入しても良く、定量フィーダーを省いても構わない。
本発明の熱可塑性樹脂複合材の成形方法として、射出成形、ホットプレス成形、ハイブリット成形、ブロー成形等が挙げられる。
以下、具体的に説明するが、本発明は、この説明に限定されるものではない。
二軸押出混練機のミキサ温度を所定の温度に加熱し、試料投入口から熱可塑性樹脂ペレットを、グラスウールシートチップを定量フィーダーを併設したサイドフィーダーにより二軸押出混錬機に投入し、混練して複合材ペレットを作製する。ペレット状にした熱可塑性樹脂複合材を、射出成形することにより、熱可塑性樹脂複合材成形品を作製する。
グラスウールシートチップは定量フィーダーを備えたサイドフィーダーから二軸押出混錬機に投入するが、チップの投入方法として、サイドフィーダーの代わりに押出混錬機に対し鉛直方向からスクリューフィーダ―を介して投入しても良く、定量フィーダーを省いても構わない。
【0038】
以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
【実施例0039】
（実施例１）
［ペレットの作製］
熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂（中石化Ｔ３０Ｓ）を使用した。予めＰＰ樹脂は、三洋化成工業（株）ユーメックス１００１を２重量％添加してマレイン化した。補強材として使用したグラスウールは、遠心法により製造し、製造時にエアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが１５ｍｍ、圧縮空気圧力が０．３Ｍｐａで、平均繊維径は３．０μｍであった。
なお、遠心法は次の通り行った。１１００℃の溶融ガラス１を、スピナ２に、毎時３００ｋｇで導入し、スピナ２を毎分３０００回転で高速回転させた。作製された一次繊維７１に、温度１４５０℃のバーナーガスジェットを吹き付け細繊維化した。
また、本明細書の実施例及び比較例の繊維強度測定は、「ＪＩＳＲ３４２０：２０１３ ７．４ 定速荷重変形引張試験方法」に準じて行った。
［ペレットの作製］
熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂（中石化Ｔ３０Ｓ）を使用した。予めＰＰ樹脂は、三洋化成工業（株）ユーメックス１００１を２重量％添加してマレイン化した。補強材として使用したグラスウールは、遠心法により製造し、製造時にエアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが１５ｍｍ、圧縮空気圧力が０．３Ｍｐａで、平均繊維径は３．０μｍであった。
なお、遠心法は次の通り行った。１１００℃の溶融ガラス１を、スピナ２に、毎時３００ｋｇで導入し、スピナ２を毎分３０００回転で高速回転させた。作製された一次繊維７１に、温度１４５０℃のバーナーガスジェットを吹き付け細繊維化した。
また、本明細書の実施例及び比較例の繊維強度測定は、「ＪＩＳＲ３４２０：２０１３ ７．４ 定速荷重変形引張試験方法」に準じて行った。
【0040】
上記グラスウールを湿式抄造法により、得られたグラスウールを水中で攪拌、分散させ、メッシュベルト上に載せ、シートを形成した。形成したシートに、グラスウールに対して０．３重量％のエポキシシラン（Ｓｉｌｑｕｅｓｔ Ａ－１８７ モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）を塗布し、２００℃の乾燥機で水分を蒸発させ、グラスウールシートを作製した。得られたグラスウールシートの密度は１５０ｋｇ／ｍ３、厚みは２ｍｍであった。
【0041】
グラスウールシートを２００℃で乾燥させた後、カッティングマシーンにより裁断し５ｍｍ角のチップとした。グラスウールの平均繊維長は２５２０μｍであった。
【0042】
マレイン化したポリプロピレン（ＰＰ）樹脂に、熱可塑性樹脂複合材中の割合が３０重量％となるようにグラスウールシートチップを添加し、混練して熱可塑性樹脂複合材（実施例１）を作製した。グラスウールチップの投入は、定量フィーダーを併設したサイドフィーダーにより行った。
【0043】
得られた熱可塑性樹脂複合材を５００℃で１時間加熱してＰＰ樹脂を加熱焼失させた後のグラスウールの繊維長をＦＡＳＥＰにより８００本測定した。その結果、平均繊維長は５１０μｍ、アスペクト比は１７０であった。表１および図６に測定結果を示す。
【0044】
（実施例２）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを１０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．２Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例１と同様な方法でグラスウールシートチップを作製した後、熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２９１０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを１０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．２Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例１と同様な方法でグラスウールシートチップを作製した後、熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２９１０μｍであった。
【0045】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。その結果、平均繊維長は５４５μｍ、アスペクト比は１８１．７であった。
【0046】
（実施例３）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例１と同様な方法でグラスウールシートチップを作製した後、熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２３２０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例１と同様な方法でグラスウールシートチップを作製した後、熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２３２０μｍであった。
【0047】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。その結果、平均繊維長は４６８μｍ、アスペクト比は１５６であった。
【0048】
（比較例１）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例１と同様な方法でグラスウールシートチップを作製した後、熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は１８９０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例１と同様な方法でグラスウールシートチップを作製した後、熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は１８９０μｍであった。
【0049】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。その結果、平均繊維長は２８３μｍ、アスペクト比は９４．３であった。
【0050】
（比較例２）
グラスウール製造条件を、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａとして、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールをカッターミルで平均繊維長９５０μｍに切断した後、二軸押出混錬機で実施例１と同様に熱可塑性樹脂複合材を作製した。
尚、シランカップリング剤は、特許文献１に基づき、繊維化直後にスプレーノズルを用いて実施例１と同量を塗布した。
グラスウール製造条件を、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａとして、平均繊維径３．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールをカッターミルで平均繊維長９５０μｍに切断した後、二軸押出混錬機で実施例１と同様に熱可塑性樹脂複合材を作製した。
尚、シランカップリング剤は、特許文献１に基づき、繊維化直後にスプレーノズルを用いて実施例１と同量を塗布した。
【0051】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。その結果、平均繊維長は１２８μｍ、アスペクト比は４２．７であった。
【0052】
実施例１乃至３、比較例１及び２で作製した熱可塑性樹脂複合材ペレット中の繊維長とアスペクト比を表１に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
グラスウールを急冷強化した繊維を補強材とすることにより、複合材中の平均繊維長が従来技術によるものより長く、アスペクト比も大幅に大きくなることが確認された。
【0055】
［強度試験］
実施例１乃至３および比較例１及び２で作製した熱可塑性樹脂複合材の引張強度（ＡＳＴＭＤ６３８）、曲げ強度（ＡＳＴＭＤ７９０）、および衝撃強度（ＡＳＴＭＤ２５６）を測定した。試験片は、各強度試験法が規定するサイズのものを使用した。
具体的な強度試験は下記の通りである。なお、本明細書に記載の熱可塑性樹脂複合材の強度試験は、いずれも下記の方法に従って実施した。
実施例１乃至３および比較例１及び２で作製した熱可塑性樹脂複合材の引張強度（ＡＳＴＭＤ６３８）、曲げ強度（ＡＳＴＭＤ７９０）、および衝撃強度（ＡＳＴＭＤ２５６）を測定した。試験片は、各強度試験法が規定するサイズのものを使用した。
具体的な強度試験は下記の通りである。なお、本明細書に記載の熱可塑性樹脂複合材の強度試験は、いずれも下記の方法に従って実施した。
【0056】
（引張強度）
引張強度はＡＳＴＭＤ６３８に従って測定した。島津製作所社製の万能試験機 型式ＡＧ－Ｉを用い、引張速度５．０ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間隔８０ｍｍの条件で、熱可塑性樹脂複合材の試験片の引張強度を測定した。
引張強度はＡＳＴＭＤ６３８に従って測定した。島津製作所社製の万能試験機 型式ＡＧ－Ｉを用い、引張速度５．０ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間隔８０ｍｍの条件で、熱可塑性樹脂複合材の試験片の引張強度を測定した。
【0057】
（曲げ強度）
曲げ強度はＡＳＴＭＤ７９０に従って測定した。島津製作所社製の万能試験機 型式ＡＧ－Ｉを用い、支点間６４ｍｍ、ヘッドスピード５．０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、熱可塑性樹脂複合材の試験片の曲げ強度を測定した。
曲げ強度はＡＳＴＭＤ７９０に従って測定した。島津製作所社製の万能試験機 型式ＡＧ－Ｉを用い、支点間６４ｍｍ、ヘッドスピード５．０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、熱可塑性樹脂複合材の試験片の曲げ強度を測定した。
【0058】
（衝撃強度）
衝撃強度はＡＳＴＭＤ２５６に従って測定した。ＣＥＡＳＴ社製の万能振子式衝撃試験機 型式６５４５／０００型を用い、アイゾット衝撃試験方法により衝撃強度を測定した。
衝撃強度はＡＳＴＭＤ２５６に従って測定した。ＣＥＡＳＴ社製の万能振子式衝撃試験機 型式６５４５／０００型を用い、アイゾット衝撃試験方法により衝撃強度を測定した。
【0059】
表２に各強度試験結果を示す。尚、各測定値は、測定数＝５の平均値である。
【表2】
【0060】
引張強度、曲げ強度、衝撃強度のいずれも比較例より大きく、補強効果が改善された。これは、グラスウールを急冷強化により高強度化したため、押出混錬機により熱可塑性複合材を作製時に繊維が切断されにくくなって、複合材中の繊維長が長く、アスペクト比も大きくなったためと推定できる。
【0061】
（実施例４）
［ペレットの作製］
熱可塑性樹脂としてＰＯＭ（ジュラコン Ｍ－９０―４４ ポリプラスチック社製）を使用した。補強材として使用したグラスウールは、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが１５ｍｍ、圧縮空気圧力が０．３Ｍｐａの条件で作製したものであり、バーナーガスジェット温度が１４００℃以外の条件は実施例1と同様であった。グラスウールの引張強度は１９００Ｍｐａ、平均繊維径は３．５μｍであった。
［ペレットの作製］
熱可塑性樹脂としてＰＯＭ（ジュラコン Ｍ－９０―４４ ポリプラスチック社製）を使用した。補強材として使用したグラスウールは、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが１５ｍｍ、圧縮空気圧力が０．３Ｍｐａの条件で作製したものであり、バーナーガスジェット温度が１４００℃以外の条件は実施例1と同様であった。グラスウールの引張強度は１９００Ｍｐａ、平均繊維径は３．５μｍであった。
【0062】
上記グラスウールを湿式抄造法により、密度が２００ｋｇ／ｍ３であり、厚みが１．０ｍｍのグラスウールシートを作製した。実施例１と同様に、湿式抄造時に表面処理剤をディッピングにより塗布した。表面処理剤は、グラスウールに対してアミノシラン（Ｓｉｌｑｕｅｓｔ Ａ－１１００ モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）とエポキキシシラン（Ｓｉｌｑｕｅｓｔ Ａ－１８７ モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）をそれぞれ０．１５重量％、合計０．３重量％を塗布した。
【0063】
グラスウールシートを２００℃で乾燥させた後、カッティングマシーンにより裁断し８ｍｍ角のチップとした。グラスウールの平均繊維長は２８６０μｍであった。
【0064】
実施例１と同じ方法でグラスウール添加率４０重量％の熱可塑性樹脂複合材を作製し、熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を測定した。結果を表３に記載する。
【0065】
（実施例５）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを１０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．２Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例４と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２９６０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを１０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．２Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例４と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２９６０μｍであった。
【0066】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。結果を表３に記載する。
【0067】
（実施例６）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口位置を２０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例４と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２４９０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口位置を２０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例４と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２４９０μｍであった。
【0068】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。結果を表３に記載する。
【0069】
（比較例３）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口位置を２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａとして、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例４と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は１７２０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口位置を２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａとして、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例４と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は１７２０μｍであった。
【0070】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。結果を表３に記載する。
【0071】
（比較例４）
グラスウール製造条件を、比較例３と同じにして、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。シランカップリング剤は、比較例２と同様な方法で実施例４と同量を塗布した。このグラスウールをカッターミルで平均繊維長９５０μｍに切断した後、二軸押出混錬機で実施例４と同様に熱可塑性樹脂複合材を作製した。
グラスウール製造条件を、比較例３と同じにして、平均繊維径３．５μｍのグラスウールを作製した。シランカップリング剤は、比較例２と同様な方法で実施例４と同量を塗布した。このグラスウールをカッターミルで平均繊維長９５０μｍに切断した後、二軸押出混錬機で実施例４と同様に熱可塑性樹脂複合材を作製した。
【0072】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。結果を表３に記載する。
【0073】
［強度試験］
実施例４乃至６および比較例３及び４で作製した熱可塑性樹脂複合材の引張強度（ＡＳＴＭＤ６３８）、曲げ強度（ＡＳＴＭＤ７９０）、および衝撃強度（ＡＳＴＭＤ２５６）を測定した。試験片は、各強度試験法が規定するサイズのものを使用した。
表３に各強度試験結果を示す。尚、各測定値は、測定数＝５の平均値である。
実施例４乃至６および比較例３及び４で作製した熱可塑性樹脂複合材の引張強度（ＡＳＴＭＤ６３８）、曲げ強度（ＡＳＴＭＤ７９０）、および衝撃強度（ＡＳＴＭＤ２５６）を測定した。試験片は、各強度試験法が規定するサイズのものを使用した。
表３に各強度試験結果を示す。尚、各測定値は、測定数＝５の平均値である。
【0074】
【表3】
【0075】
引張強度、曲げ強度、衝撃強度のいずれも比較例より大きく、補強効果が改善された。これは、ＰＰ樹脂複合材と同様にグラスウールを急冷強化により高強度化したため、押出混錬機により熱可塑性複合材を作製時に繊維が切断されにくくなって、複合材中の繊維長が長く、アスペクト比も大きくなったためと推定できる。
【0076】
（実施例７）
［ペレットの作製］
熱可塑性樹脂として液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂（ポリプラスチック社製、品番非公開）を使用した。補強材として使用したグラスウールは、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが１０ｍｍ、圧縮空気圧力が０．２Ｍｐａで製造したものであり、バーナーガスジェット温度が１３５０℃以外の他の条件は実施例1と同様であった。グラスウールの引張強度は１１９０Ｍｐａ、平均繊維径は４．０μｍであった。
［ペレットの作製］
熱可塑性樹脂として液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂（ポリプラスチック社製、品番非公開）を使用した。補強材として使用したグラスウールは、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａが１０ｍｍ、圧縮空気圧力が０．２Ｍｐａで製造したものであり、バーナーガスジェット温度が１３５０℃以外の他の条件は実施例1と同様であった。グラスウールの引張強度は１１９０Ｍｐａ、平均繊維径は４．０μｍであった。
【0077】
上記グラスウールを湿式抄造法により、密度は２５０ｋｇ／ｍ３であり、厚みは１．０ｍｍのグラスウールシートを作製した。実施例１と同様に、湿式抄造時に表面処理剤をディッピングにより塗布した。表面処理剤は、エポキシシラン（Ｓｉｌｑｕｅｓｔ Ａ－１８７ モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）０．３重量％、エポキシ樹脂（ＡＤＥＫＡ社製ＥＭ０５８）１．０重量％であった。
【0078】
グラスウールシートを２００℃で乾燥させた後、カッティングマシーンにより裁断し１０ｍｍ角のチップとした。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２９３０μｍであった。
【0079】
実施例１と同じ方法でグラスウール添加率４０重量％の熱可塑性樹脂複合材を作製し、熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を測定した。結果を表４に記載する。
【0080】
（実施例８）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例７と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２４３０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２０ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例７と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２４３０μｍであった。
【0081】
実施例７と同じ方法で熱可塑性樹脂複合材を作製し、熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を測定した。結果を表４に記載する。
【0082】
（実施例９）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを１５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例７と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２５１０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを１５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに変更し、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例７と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は２５１０μｍであった。
【0083】
実施例１と同じ方法で熱可塑性樹脂複合材を作製し、熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を測定した。結果を表４に記載する。
【0084】
（比較例５）
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａとして、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例７と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は１９８０μｍであった。
グラスウール製造条件として、エアリング圧縮空気吹き出し口距離Ａを２５ｍｍ、圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａとして、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。このグラスウールを使用して、実施例７と同様な方法で熱可塑性樹脂複合材を作製した。尚、熱可塑性樹脂に混錬前のグラスウールの平均繊維長は１９８０μｍであった。
【0085】
（比較例６）
グラスウール製造条件を、比較例５と同じにして、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。シランカップリング剤および表面被覆剤は、比較例２と同様な方法で実施例７と同量を塗布した。このグラスウールをカッターミルで平均繊維長９５０μｍに切断した後、二軸押出混錬機で実施例７と同様に熱可塑性樹脂複合材を作製した。
グラスウール製造条件を、比較例５と同じにして、平均繊維径４．０μｍのグラスウールを作製した。シランカップリング剤および表面被覆剤は、比較例２と同様な方法で実施例７と同量を塗布した。このグラスウールをカッターミルで平均繊維長９５０μｍに切断した後、二軸押出混錬機で実施例７と同様に熱可塑性樹脂複合材を作製した。
【0086】
得られた熱可塑性樹脂複合材中の繊維長を実施例１と同じ方法で測定した。結果を表４に記載する。
【0087】
［強度試験］
実施例７乃至９および比較例５及び６で作製した熱可塑性樹脂複合材の引張強度（ＡＳＴＭＤ６３８）、曲げ強度（ＡＳＴＭＤ７９０）、および衝撃強度（ＡＳＴＭＤ２５６）を測定した。試験片は、各強度試験法が規定するサイズのものを使用した。
表４に各強度試験結果を示す。尚、各測定値は、測定数＝５の平均値である。
実施例７乃至９および比較例５及び６で作製した熱可塑性樹脂複合材の引張強度（ＡＳＴＭＤ６３８）、曲げ強度（ＡＳＴＭＤ７９０）、および衝撃強度（ＡＳＴＭＤ２５６）を測定した。試験片は、各強度試験法が規定するサイズのものを使用した。
表４に各強度試験結果を示す。尚、各測定値は、測定数＝５の平均値である。
【0088】
【表4】
【0089】
引張強度、曲げ強度、衝撃強度のいずれも比較例より大きく、補強効果が改善された。
【産業上の利用可能性】
【0090】
本発明によれば、急冷強化によるグラスウールの高強度化により、熱可塑性樹脂複合材に含まれるガラス繊維の繊維長を従来の熱可塑性樹脂複合材より長くできるので、熱可塑性樹脂複合材の物理特性を向上できる。これにより、熱可塑性樹脂複合材の構造材としての応用範囲が広がる他、より一層の薄肉軽量化への貢献が期待される。
【0091】
符号の説明
Ｄ ガラス繊維化装置（グラスウール製造装置）
１ 溶融ガラス
２ スピナ
２１ 側壁
２２ 小孔
３ バーナー
４ バーナーガスジェット噴き出し口
５ 燃焼室
６ エアリング
６１ 下面
６２ エアリング圧縮空気吹き出し口
７ グラスウール
７１ 一次繊維
Ａ エアリング圧縮空気吹き出し口距離
Ｄ ガラス繊維化装置（グラスウール製造装置）
１ 溶融ガラス
２ スピナ
２１ 側壁
２２ 小孔
３ バーナー
４ バーナーガスジェット噴き出し口
５ 燃焼室
６ エアリング
６１ 下面
６２ エアリング圧縮空気吹き出し口
７ グラスウール
７１ 一次繊維
Ａ エアリング圧縮空気吹き出し口距離
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-03-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂とグラスウール由来のガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上であって、
前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１０００ＭＰａ以上である、熱可塑性樹脂複合材。
前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１０００ＭＰａ以上である、熱可塑性樹脂複合材。
【請求項2】
シランカップリング剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項3】
前記ガラス繊維に対するシランカップリング剤の量が０．２重量％以上、２．０重量％以下である、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項4】
表面被覆剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項5】
前記ガラス繊維に対する前記表面被覆剤の量が１．０重量％以上、５．０重量％以下である請求項４に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項6】
前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）の一種又は複数から構成されている、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項7】
前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１１００ＭＰａ以上である、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項8】
前記ガラス繊維は、１００ｋｇ／ｍ
３
以上、３００ｋｇ／ｍ
３
以下の密度を有するグラスウールチップとして、前記熱可塑性樹脂複合材に含まれる、請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項9】
請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下のガラス繊維を含むグラスウールを製造する工程と、
前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ ３ 以上、３００ｋｇ／ｍ ３ 以下であるグラスウールシートを製造する工程と、
前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールシートチップを製造する工程と、
前記グラスウールシートチップを加熱した熱可塑性樹脂に混合する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
平均繊維長が２０００μｍ以上、６０００μｍ以下のガラス繊維を含むグラスウールを製造する工程と、
前記グラスウールから構成される、密度が１００ｋｇ／ｍ ３ 以上、３００ｋｇ／ｍ ３ 以下であるグラスウールシートを製造する工程と、
前記グラスウールシートを同一形状に切断し、グラスウールシートチップを製造する工程と、
前記グラスウールシートチップを加熱した熱可塑性樹脂に混合する工程とを含む、熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】2023-06-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂とグラスウール由来のガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上であり、前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１０００ＭＰａ以上である、熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
前記グラスウールは、
スピナーに溶融ガラスを導入する工程と、
スピナーを回転させることにより、前記スピナーの側壁の小孔から溶融ガラスを射出する工程と、
燃焼ガス吹き出し口から、前記射出した溶融ガラスに燃焼ガスを噴出する工程と、
スピナーの回転軸に対して前記燃焼ガス吹き出し口よりも外側に配置されるエアリング圧縮空気吹き出し口から、燃焼ガスに接触した後の溶融ガラスに圧縮空気を吹き付ける工程とを含み、
前記燃焼ガス噴出方向と、前記圧縮空気の吹き付け方向は平行であり、
前記燃焼ガス噴き出し口と、前記エアリング圧縮空気吹き出し口との距離が、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である、グラスウールの製造方法によって得られる、
熱可塑樹脂複合材の製造方法。
前記グラスウールは、
スピナーに溶融ガラスを導入する工程と、
スピナーを回転させることにより、前記スピナーの側壁の小孔から溶融ガラスを射出する工程と、
燃焼ガス吹き出し口から、前記射出した溶融ガラスに燃焼ガスを噴出する工程と、
スピナーの回転軸に対して前記燃焼ガス吹き出し口よりも外側に配置されるエアリング圧縮空気吹き出し口から、燃焼ガスに接触した後の溶融ガラスに圧縮空気を吹き付ける工程とを含み、
前記燃焼ガス噴出方向と、前記圧縮空気の吹き付け方向は平行であり、
前記燃焼ガス噴き出し口と、前記エアリング圧縮空気吹き出し口との距離が、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である、グラスウールの製造方法によって得られる、
熱可塑樹脂複合材の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造方法によって得られる熱可塑性樹脂複合材。
【請求項3】
シランカップリング剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項4】
前記ガラス繊維に対するシランカップリング剤の量が０．２重量％以上、２．０重量％以下である、請求項３に記載の熱可塑性樹脂複合材料。
【請求項5】
表面被覆剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項6】
前記ガラス繊維に対する前記表面被覆剤の量が１．０重量％以上、５．０重量％以下である請求項５に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項7】
前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）の一種又は複数から構成されている、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項8】
前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１１００ＭＰａ以上である、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項9】
前記ガラス繊維は、１００ｋｇ／ｍ
３
以上、３００ｋｇ／ｍ
３
以下の密度を有するグラスウールチップとして、前記熱可塑性樹脂複合材に含まれる、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【手続補正書】
【提出日】2023-07-25
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂とグラスウール由来のガラス繊維とを含み、前記ガラス繊維は、平均繊維径が１μｍ以上、８μｍ以下であり、平均繊維長が３００μｍ以上、６００μｍ以下であり、アスペクト比が５０以上であり、前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１０００ＭＰａ以上である、熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
前記グラスウールは、
スピナーに溶融ガラスを導入する工程と、
スピナーを回転させることにより、前記スピナーの側壁の小孔から溶融ガラスを射出する工程と、
燃焼ガス吹き出し口から、前記射出した溶融ガラスに燃焼ガスを噴出する工程と、
スピナーの回転軸に対して前記燃焼ガス吹き出し口よりも外側に配置されるエアリング圧縮空気吹き出し口から、燃焼ガスに接触した後の溶融ガラスに圧縮空気を吹き付ける工程とを含み、
前記燃焼ガス噴出方向と、前記圧縮空気の吹き付け方向は平行であり、
前記燃焼ガス噴き出し口と、前記エアリング圧縮空気吹き出し口との距離が、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である、グラスウールの製造方法によって得られ、
前記熱可塑性樹脂複合材の製造方法は、前記グラスウールから構成され、１００ｋｇ／ｍ ３ 以上、３００ｋｇ／ｍ ３ 以下の密度を有するグラスウールチップと、加熱した前記熱可塑性樹脂とを混錬する工程を含む、熱可塑樹脂複合材の製造方法。
前記グラスウールは、
スピナーに溶融ガラスを導入する工程と、
スピナーを回転させることにより、前記スピナーの側壁の小孔から溶融ガラスを射出する工程と、
燃焼ガス吹き出し口から、前記射出した溶融ガラスに燃焼ガスを噴出する工程と、
スピナーの回転軸に対して前記燃焼ガス吹き出し口よりも外側に配置されるエアリング圧縮空気吹き出し口から、燃焼ガスに接触した後の溶融ガラスに圧縮空気を吹き付ける工程とを含み、
前記燃焼ガス噴出方向と、前記圧縮空気の吹き付け方向は平行であり、
前記燃焼ガス噴き出し口と、前記エアリング圧縮空気吹き出し口との距離が、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である、グラスウールの製造方法によって得られ、
前記熱可塑性樹脂複合材の製造方法は、前記グラスウールから構成され、１００ｋｇ／ｍ ３ 以上、３００ｋｇ／ｍ ３ 以下の密度を有するグラスウールチップと、加熱した前記熱可塑性樹脂とを混錬する工程を含む、熱可塑樹脂複合材の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造方法によって得られる熱可塑性樹脂複合材。
【請求項3】
シランカップリング剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項4】
前記ガラス繊維に対するシランカップリング剤の量が０．２重量％以上、２．０重量％以下である、請求項３に記載の熱可塑性樹脂複合材料。
【請求項5】
表面被覆剤を前記ガラス繊維の表面処理剤として含む、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項6】
前記ガラス繊維に対する前記表面被覆剤の量が１．０重量％以上、５．０重量％以下である請求項５に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項7】
前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）の一種又は複数から構成されている、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。
【請求項8】
前記ガラス繊維の繊維引張強度は、１１００ＭＰａ以上である、請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材。