JP7443324B2 - ペレットの製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、特許文献2では、柔軟性繊維に張力を付与した状態で、溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、ストランド状に引き取り、カットすることによってペレットを製造している。しかしながら、本発明者が検討を行ったところ、柔軟性繊維は、柔軟であるがゆえに、引き取り速度を早くすると、繊維が切れてしまうことが分かった。そのため、ペレットの生産性が問題となる。そこで、ペレットを製造するに際し、熱可塑性樹脂と柔軟性繊維を溶融混練することが考えられる。
一方、熱可塑性樹脂と柔軟性繊維からなるストランドをカットしてペレットにする場合、繊維が柔軟であるため、カットの際に毛羽立ちが残ってしまっていた。毛羽立ちは、ハンドリング性を低下させ、成形時にブロッキングなどを起こす原因ともなり得る。
本発明は、かかる課題を解決することを目的とするものであって、生産性が高く、かつ、得られるペレットの毛羽立ちが目立たないペレットを製造する方法を提供することを目的とする。
<1>熱可塑性樹脂100質量部と、ポリエステル系繊維、アラミド系繊維、ポリアミド系繊維およびステンレス系繊維から選択される柔軟性繊維15~50質量部とを溶融混練してなる樹脂組成物を、ダイからストランド状に吐出させ、冷却した後、回転刃と固定刃を有する切断装置で切断することを含み、前記回転刃と固定刃のクリアランスが0.01~0.06mmである、ペレットの製造方法。
<2>前記冷却した後、切断を連続して行う、<1>に記載のペレットの製造方法。
<3>前記切断したストランド状の樹脂組成物をさらに切断することを含む、<1>または<2>に記載のペレットの製造方法。
<4>前記柔軟性繊維の数平均繊維長が、3~12mmである、<1>~<3>のいずれか1つに記載のペレットの製造方法。
<5>前記熱可塑性樹脂および柔軟性繊維は、二軸押出機によって溶融混練する、<1>~<4>のいずれか1つに記載のペレットの製造方法。
<6>前記ダイの吐出穴の形状は、非円形である、<1>~<5>のいずれか1つに記載のペレットの製造方法。
<7>前記溶融混練の後、面積が15~150mm2の吐出穴から、ストランド状に樹脂組成物を吐出させる、<1>~<6>のいずれか1つに記載のペレットの製造方法。
<8>前記溶融混練の後、吐出穴を1~4つ有するダイから、ストランド状に樹脂組成物を吐出させる、<1>~<7>のいずれか1つに記載のペレットの製造方法。
<9>溶融状態にある熱可塑性樹脂に、柔軟性繊維を配合した後に混練することを含む、<1>~<8>のいずれか1つに記載のペレットの製造方法。
本発明で用いる熱可塑性樹脂は、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリカーボネート樹脂とポリスチレン樹脂の混合物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂のアロイ、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂のアロイ、熱可塑性ポリエステル樹脂、メチルメタクリレート/アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合樹脂、メチルメタクリレート/スチレン共重合樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ゴム強化ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ乳酸系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。本発明では、ポリカーボネート樹脂、ポリカーボネート樹脂とポリスチレン樹脂の混合物、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂の少なくとも1種を含むことが好ましく、ポリカーボネート樹脂およびポリアセタール樹脂の少なくとも1種を含むことがより好ましく、ポリアセタール樹脂を含むことがさらに好ましい。
本発明のペレットの製造方法では、熱可塑性樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明で用いるポリアセタール樹脂は、アセタール構造-(-O-CRH-)n-(但しRは水素原子、有機基を示す。)を繰り返し構造に有する高分子であり、通常はRが水素原子であるオキシメチレン基(-CH2O-)を主たる構成単位とするものである。本発明に用いるポリアセタール樹脂は、この繰り返し構造のみからなるアセタールホモポリマー以外に、前記オキシメチレン基以外の繰り返し構成単位を1種以上含むコポリマー(ブロックコポリマーを含む)やターポリマー等も含み、さらには線状構造のみならず分岐、架橋構造を有していてもよい。
本発明で用いるポリカーボネート樹脂としては特に制限されず、芳香族ポリカーボネート、脂肪族ポリカーボネート、芳香族-脂肪族ポリカーボネートのいずれも用いることができる。中でも芳香族ポリカーボネートが好ましく、さらに、芳香族ジヒドロキシ化合物をホスゲンまたは炭酸のジエステルと反応させることによって得られる熱可塑性芳香族ポリカーボネート重合体または共重合体がより好ましい。
本発明で用いる樹脂組成物は、柔軟性繊維を含む。柔軟性繊維としては、ポリエステル系繊維、アラミド系繊維、ポリアミド系繊維およびステンレス系繊維から選択され、ポリエステル系繊維およびステンレス系繊維が好ましく、ポリエステル系繊維がより好ましい。
樹脂組成物に配合する柔軟性繊維は、連続繊維であっても、短繊維であってもよく、短繊維が好ましい。
樹脂組成物に配合する柔軟性繊維の数平均繊維長の下限値は、3mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがより好ましく、8mm以上であることがさらに好ましい。前記数平均繊維長の上限は、12mm以下であることが好ましく、11mm以下であることがより好ましい。
樹脂組成物に配合する柔軟性繊維の数平均繊維径は、特に定めるものではないが、2μm以上であることが好ましく、4μm以上であることがより好ましく、6μm以上であることがさらに好ましい。前記数平均繊維径の上限は、30μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。
本発明で用いる柔軟性繊維は、表面処理剤や集束剤を有していてもよいし、有していなくてもよい。
上記樹脂組成物は、柔軟性繊維を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
ポリエステル系繊維を構成するポリエステル系樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリトリエチレンテレフタレート(PTT)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂およびポリブチレンナフタレート(PBN)樹脂等が挙げられる。これらの中では、特にポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂が好ましい。
ポリエステル系繊維は、ポリエステル系樹脂が90質量%以上を占めることが好ましく、95質量%以上を占めることがより好ましい。
ポリエステル系繊維には、ポリエステル系樹脂の他、熱安定剤、酸化防止剤などの一般的樹脂添加剤が含まれていてもよい。また繊維には表面処理がされていても、いなくてもよい。
上記樹脂組成物は、本発明の目的を損なわない範囲内で、従来公知の任意の添加剤や充填剤を含んでいてもよい。本発明に用いる添加剤や充填剤としては、帯電防止剤、紫外線吸収剤、耐候剤、光安定剤、炭素繊維、ガラス繊維、ガラスフレーク、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、チタン酸カリウムウイスカー、顔料等が挙げられる。これらの詳細は、特開2017-025257号公報の段落0113~0124の記載を参酌することができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
上記樹脂組成物には、柔軟性繊維の強化繊維、例えば、炭素繊維およびガラス繊維を実質的に含まない構成とすることもできる。実質的に含まないとは、上記樹脂組成物における柔軟性繊維以外の強化繊維の含有量が、柔軟性繊維の含有量の30質量%以下であることをいい、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下、一層好ましくは3質量%以下、より一層好ましくは1質量%以下であることをいう。
熱可塑性樹脂の溶融温度は、熱可塑性樹脂の融解温度以上で適宜定めることができる。熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、溶融温度は、融点Tm+240~Tm+80℃の範囲が好ましく、Tm+220~Tm+120℃の範囲がより好ましく、Tm+195~Tm+155℃の範囲がさらに好ましい。熱可塑性樹脂を2種以上含む場合、混合物の平均のTmを基準に考える。熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合、溶融温度は、ガラス転移温度Tg+240~Tg+80℃の範囲が好ましく、Tg+200~Tg+100℃の範囲がより好ましく、Tg+180~Tg120℃の範囲がさらに好ましい。熱可塑性樹脂を2種以上含む場合、混合物の平均のガラス転移温度Tgを基準に考える。
熱可塑性樹脂に、柔軟性繊維を配合する際に用いる混合機はニーダー、バンバリーミキサー、押出機等が例示され、押出機が好ましく、二軸押出機がより好ましい。二軸押出機を用いることにより、長時間の安定な供給を達成可能になる。
押出機を用いる場合、スクリューピッチは、35mm以上であることが好ましく、35~45mmであることがより好ましい。
特に、1つの二軸押出機で、最初に熱可塑性樹脂を投入して溶融し、次いで、柔軟性繊維を投入して混練することが好ましい。
本発明では、前記溶融混練の後、面積が15~150mm2の吐出穴から、ストランド状に樹脂組成物を吐出させることが好ましい。このような面積とすることにより、ストランドの押出性をより向上させることができる。吐出穴の面積とは、ストランドが押出される部分の面積をいい、通常は、ストランドの断面積は、吐出穴の面積に応じて定まる。
吐出穴の面積の下限は、20mm2以上であることが好ましく、30mm2以上であることがより好ましく、40mm2以上であることがさらに好ましい。このような構成とすることにより、繊維の絡まりによりダイ穴が閉塞することをより効果的に防ぐことが可能になる。また、吐出穴の面積の上限は、150mm2以下であることが好ましく、145mm2以下であることがより好ましく、140mm2以下であることがさらに好ましい。このような構成とすることにより、ダイ穴が大きすぎて冷却やカッティングに不具合が生じることをより効果的に防ぐことが可能になる。
ダイ中の吐出穴の数は、1~4が好ましい。このような構成とすることにより、ストランドから均一に吐出させることで生産性をより向上させることができる。
ダイの吐出穴の数が1つの場合、ダイの吐出穴の形状は、非円形、例えば、長円形や楕円形が好ましい。非円形とすることにより、ストランドをカットしやすくなる。特に、本発明では、吐出穴の面積が、ガラス繊維などを含むペレットに比べて大きい方が好ましいため、内部が十分に冷却せずに切断する場合も想定される。このような場合に、ダイの吐出穴の形を非円形とすることにより、切断をより容易にすることができる。本発明では、ダイの吐出穴が楕円形または長円形の場合、長径が短径の3倍以上であることが好ましく、3~5倍であることがより好ましく、3.5~4.5倍であることがさらに好ましい。
ダイの吐出穴の数が2つ以上の場合、ダイの吐出穴の形状は、円形が好ましいが、非円形であってもよいことは言うまでもない。
その後、冷却したストランドを連続して切断して製造することが好ましい。すなわち、吐出したストランドをそのままカットすることが好ましい。ストランドの切断は、また、冷却直後に切断せずに、時間を空けて行ってもよい。
本発明でストランドを切断する方法としては、回転刃と固定刃を有する、ストランドの一般的な切断装置を用いることができる。
回転刃と固定刃のクリアランスとは、回転刃の最も先の部分が、固定刃の先の部分に最も近づくときの、両者の距離をいう。本発明では、回転刃と固定刃のクリアランスの下限は、0.02mm以上であることが好ましい。また、回転刃と固定刃のクリアランスの上限は、0.05mm以下であることが好ましく、0.04mm以下であることがより好ましい。
また、回転刀のすくい角は、25~45°であることが好ましく、25~35°であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、不完全な切断や切断面からの繊維の飛び出し、毛羽立ちをより効果的に防ぐことが可能になる。
本発明では、上記の通り切断したストランド状の樹脂組成物をさらに切断してもよい。特に、ダイの吐出穴が長円形または楕円形であるなど、非円形断面の場合、ペレットは、ストランドの吐出方向に垂直な方向にさらに切断することが好ましい。このような構成とすることにより、ペレット中の繊維を長くより残すことが可能になる。2度目の切断は、1回目の切断と同様に回転刃と固定刃を備えた切断装置により行うことが好ましい。
本発明におけるペレットの数平均ペレット長は、ペレットのカット長が一定の場合、カット長が数平均ペレット長となる。
本発明の製造方法で得られるペレットは、各種成形法で成形して成形品として用いられる。
成形品の形状としては、特に制限はなく、成形品の用途、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、板状、プレート状、ロッド状、シート状、フィルム状、円筒状、環状、円形状、楕円形状、歯車状、多角形形状、異形品、中空品、枠状、箱状、パネル状のもの等が挙げられる。本発明の成形品は、完成品であってもよいし、部品であってもよい。
摺動部品の具体的な例としては例えば、電気・電子機器、事務機器、車両(自動車)、産業機器等で要求されている高品質化を目的とした、歯車、回転軸、軸受け、各種ギア、カム、メカニカルシールの端面材、バルブなどの弁座、Vリング、ロッドパッキン、ピストンリング、ライダーリング等のシール部材、圧縮機の回転軸、回転スリーブ、ピストン、インペラー、ローラー等の摺動部品が挙げられる。
熱可塑性樹脂(主材)
ポリアセタール樹脂(POM):トリオキサンと1,3-ジオキソランとのオキシメチレンコポリマーであり、オキシエチレンユニット1.5mol%を含有するポリアセタール樹脂(MI:50g/10分)(溶融指数(MI)は、ASTM-D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重下の条件での測定値である。)、融点:166℃
ポリカーボネート樹脂(PC):(三菱エンジニアリングプラスチックス社製、ユーピロン/S-3000(粘度平均分子量22000)
ポリエステル系繊維(PET):ユニチカ社製、ユニチカES 、数平均繊維長:10mm
ステンレス系繊維(SUS):ベカルト社製、BU11(カット品)、数平均繊維長:6mm
二軸押出機(日本製鋼所製、TEX44αII)を用いて、シリンダー温度190℃、スクリュー回転数200rpmの条件でポリアセタール樹脂(POM)を溶融させた後、表1に示す質量割合となるように、ポリエステル系繊維(PET)を添加し、溶融混練したのち、表1に示す面積の吐出穴を、表1に示す吐出穴数を有するダイを用いて、ストランド状に押出し、ペレタイザーにて回転刃(すくい角30°)と固定刃のクリアランスが表1に示す距離となる条件で、ペレット長6mmに切断することでペレットを製造した。
二軸押出機(日本製鋼所 TEX44αII)を用いて、シリンダー温度280℃、スクリュー回転数200rpmの条件でポリカーボネート樹脂(PC)を溶融させた後、表1に示す質量割合となるように、ステンレス系繊維(SUS)を添加し、溶融混練したのち、表1に示す面積の吐出穴を、表1に示す吐出穴数を有するダイを用いて、ストランド状に押出し、ペレタイザーにて回転刃(すくい角30°)と固定刃のクリアランスが表1に示す距離となる条件で、ペレット長6mmに切断することでペレットを製造した。
実施例1~3、比較例1、比較例2について、断面の毛羽立ちを以下のように評価した。
A評価:断面の毛羽立ちがほぼ無く、ハンドリングに支障がない
B評価:断面の毛羽立ちが発生し、ハンドリングが困難なレベルである。
C評価:押出自体が不可能な状況である。
実施例1~3、比較例1、比較例2について吐出量を時間当たりの製品取得重量で評価した。
単位は、1時間当たりの量(kg/hr)として示した。
上記実施例1、実施例2、比較例1~3で得られたペレットを80℃で3時間乾燥した後、射出成形機(東芝機械社製「EC100SX」)を用いて、シリンダー温度195℃、金型温度90℃の条件で射出成形し、ISO179に準拠した厚さ4mm、幅10mm、長さ80mmのノッチ付き試験片を作製した。実施例3については、シリンダー温度190℃(POM成形時)または290℃(PC成形時)、金型温度60℃の条件で射出成形し、同様の形状の試験片を作製した。得られた試験片について温度23℃でISO179に準拠したシャルピー衝撃強さ(単位:kJ/m2)を測定した。
これに対し、クリアランスが大きい場合、断面が毛羽立ってしまった(比較例1、3)。また、柔軟性繊維を配合しない場合、ペレットの断面の毛羽立ちは見られなかったが、機械的強度が劣っていた(比較例2)。
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂100質量部と、ポリエステル系繊維、アラミド系繊維、ポリアミド系繊維およびステンレス系繊維から選択される柔軟性繊維15~50質量部とを溶融混練してなる樹脂組成物を、ダイからストランド状に吐出させ、冷却した後、回転刃と固定刃を有する切断装置で切断することを含み、前記回転刃と固定刃のクリアランスが0.01~0.06mmであり、前記ダイの吐出穴の形状が非円形であり、
前記溶融混練の後、面積が30~150mm 2 の吐出穴から、ストランド状に樹脂組成物を吐出させる、ペレットの製造方法。 - 前記冷却した後、切断を連続して行う、請求項1に記載のペレットの製造方法。
- 前記切断したストランド状の樹脂組成物をさらに切断することを含む、請求項1または2に記載のペレットの製造方法。
- 前記柔軟性繊維の数平均繊維長が、3~12mmである、請求項1~3のいずれか1項に記載のペレットの製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂および柔軟性繊維は、二軸押出機によって溶融混練する、請求項1~4のいずれか1項に記載のペレットの製造方法。
- 前記溶融混練の後、吐出穴を1~4つ有するダイから、ストランド状に樹脂組成物を吐出させる、請求項1~5のいずれか1項に記載のペレットの製造方法。
- 溶融状態にある熱可塑性樹脂に、柔軟性繊維を配合した後に混練することを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載のペレットの製造方法。
- 前記ダイの吐出穴の形状が長円形または楕円形である、請求項1~7のいずれか1項に記載のペレットの製造方法。
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