专利名称：天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有天然纤维作为强化用纤维且消除所带的静电的除静电性能优异的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体。
背景技术：
热塑性树脂注塑成型体为以热塑性树脂颗粒(热塑性树脂组合物)作为成型原料，将其注塑成型而得到的成型体(成型品)。热塑性树脂注塑成型体廉价、轻量且生产性优异，因此广泛用于汽车部件、电气·电子制造领域、包装·容器领域等各种的民生部件用途。但是，热塑性树脂组合物通常电绝缘性高，容易带静电，因此热塑性树脂组合物上容易附着尘埃，当热塑性树脂组合物所带的静电被放电时，有可能对周边机器引起不良影响 (例如，电子部件的误动作)。从而，为了对成型体赋予不带静电或者能迅速除去静电的性能，已知将含有金属纤维等的导电性纤维或者含有炭黑等的导电性填充材料的热塑性树脂组合物作为成型原料而使用。另一方面，在树脂领域中，与各产业领域同样，出于对地球环境的关心，正在推进成为温暖化原因的(X)2的削减活动(树脂原料的回收、PET瓶或汽车保险杠的回收等)，其中，以能够固定(X)2以及能够与树脂组合使用为理由，属于天然纤维的黄麻、洋麻、竹纤维等作为强化树脂用纤维引人注目。于是，提出了含有天然纤维作为强化用纤维的纤维强化热塑性树脂颗粒(例如， 日本专利公开公报特开200H61844号)，但以往并不知道具有迅速消除所带的静电的除静电性能的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体。
发明内容
因此，本发明的技术问题在于提供消除所带的静电的除静电性能优异的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体，其为以含有天然纤维作为强化用纤维的天然纤维强化热塑性树脂颗粒作为成型原料进行注塑成型而得到的成型体。为了解决前述技术问题，本申请中的发明采用了下述技术手段。本发明为天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体，其为以含有天然纤维作为强化用纤维的天然纤维强化热塑性树脂颗粒作为成型原料进行注塑成型而得到的成型体，其中， 所述成型体中的天然纤维含有率为20重量％以上60重量％以下，且所述成型体中的天然纤维平均长度为1.5mm以上4. Omm以下，根据JIS L 1094所规定的半衰期测定法测定的静电压半衰期不足40秒。根据本发明，可得到消除所带的静电的除静电性能优异的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体，其为以含有天然纤维作为强化用纤维的天然纤维强化热塑性树脂颗粒作为成型原料进行注塑成型而得到的成型体。
图1为表示通过拉出法制造本发明涉及的天然纤维强化热塑性树脂颗粒的制造装置的一个例子的构成说明图。
具体实施例方式下面一边参照附图，一边对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的实施方式只是将本发明具体化的一个例子，并不是用于限定本发明的技术范围。本发明涉及的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体(以下，有时简称为天然纤维强化树脂注塑成型体)发挥消除所带的静电的除静电性能的机理尚不明确。作为前述可发挥除静电性能的理由，可认为作为天然纤维强化树脂注塑成型体中存在的天然纤维的构成成分的、纤维素等具有官能团的化合物所致的导电(电荷移动)作用、或天然纤维含有的水分所致的导电作用是主要原因。推测这些作用不是因在成型体中天然纤维以独立的粒子存在而发挥，而是因某种程度以上的长纤维在成型体中相互接触而发挥整个成型体的导电性 (除静电性能)。在本发明中，作为天然纤维，可列举出麻纤维(亚麻、苎麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、大麻、洋麻等)、竹纤维(孟宗竹、日本竹等)、苎麻、椰子纤维、棉、木棉、棕榈、稻杆、麦杆、菠萝纤维等，它们可单独使用，也可根据需要适当组合多种使用。前述例示的天然纤维中，出于入手的容易性、供给的稳定性、价格竞争力等的方面，特别优选麻纤维或竹纤维。在本发明中，作为母体树脂而使用的热塑性树脂的种类无特别限定，只要是具有热塑性的即可。例如，可使用聚烯烃系树脂[聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、直链低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)等]；聚酰胺系树脂[聚酰胺4、聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺11、聚酰胺12、芳香族聚酰胺等]；聚酯系树脂[聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚乳酸等]；聚碳酸酯系树脂；聚苯乙烯系树脂；丙烯酸系树脂；AS树脂；ABS树脂；PPS树脂；POM树脂等的均聚树脂、共聚树脂、或者联用它们2种以上而成的混合树脂等。从这些热塑性树脂中选择使用树脂时，可考虑天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体的要求特性等进行选择。但是，在以天然纤维为强化用纤维的本发明中，如果注塑成型时暴露于高温，则有时该天然纤维发生热分解或热劣化而无法获得所期望的除静电性能，且有损作为增强材料的机能。为此，作为热塑性树脂，优选选择熔融软化温度为220°C左右以下，更优选200°C左右以下，特别优选180°C左右以下的热塑性树脂。前述热塑性树脂中，考虑注塑成型体的物性、成本等方面，特别优选聚烯烃系树脂[聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、直链低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯 (LDPE)、丁烯-1、己烯-1、辛烯-1等的α-烯烃，或者它们的共聚物等]；用不饱和羧酸或其衍生物改性的改性聚烯烃系树脂；聚乳酸；乙烯-乙酸乙烯酯树脂(EVA)；或者它们的2 种以上的混合树脂。再说，作为前述改性所用的不饱和羧酸或其衍生物，可列举出丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸和这些酸的酯、马来酸酐、衣康酸酐等，其中特别优选的可列举出马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯。
为了改善这些热塑性树脂与天然纤维的密合性，在不妨碍呈示所期望的除静电性能的范围内，可联用对天然纤维和热塑性树脂二者密合性良好的各种改性树脂。作为该改性树脂，例如对聚丙烯等的聚烯烃系树脂，马来酸酐改性聚烯烃、噁唑啉改性聚烯烃、甲基丙烯酸缩水甘油酯改性聚烯烃等是有效的，将其适量联用，则可进一步提高注塑成型体的机械物性。这些改性聚烯烃系树脂的优选添加量，相对于聚烯烃系树脂为0. 1 15重量％ (质量％)、更优选0.2 12重量％、特别优选0.5 10重量％。在不妨碍呈示所期望的除静电性能的范围内，根据注塑成型体的用途或其他的要求特性，可在热塑性树脂中添加无机填料或各种添加剂。作为该无机填料，可列举出滑石、 碳酸钙、氢氧化钙、硫酸钡、云母、硅酸钙、粘土、高岭土、二氧化硅、氧化铝、硅灰石、碳酸镁、 氢氧化镁、氧化钛、氧化锌、硫化锌等，它们可单独添加，也可根据需要组合添加2种以上。 另外，作为前述各种添加剂，可列举出分散剂、润滑剂、增粘剂、阻燃剂、抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、结晶化促进剂(成核剂)、增塑剂、颜料、染料等，它们也可根据需要联用 2种以上。接着，对于制造本发明涉及的天然纤维强化热塑性树脂颗粒(以下，有时简称为天然纤维强化树脂颗粒)的方法进行说明。作为制造天然纤维强化树脂颗粒的方法，可获得长纤维强化树脂颗粒的后述的拉出法是理想的。其理由是可实现注塑成型体的优异的除静电性能，并且在生产性或生产成本上是占优的。但是，也可以采用其他的方法。例如，可列举出将切断为规定长度的天然纤维、和热塑性树脂颗粒投入于双螺杆混炼挤出机，使热塑性树脂熔融而与该天然纤维混炼，将其挤出并冷却固化，将得到的物质切断为规定长度的方法。该方法中，与拉出法不同，可得到短纤维强化树脂颗粒。下面，对于通过前述拉出法制造天然纤维强化树脂颗粒的方法进行说明。图1为表示通过拉出法制造本发明涉及的天然纤维强化热塑性树脂颗粒的制造装置的一个例子的构成说明图。图1中，1为将非连续的天然纤维纺织成纱的天然纤维短纤纱(强化用纤维)，从各筒管5输出的数根的天然纤维短纤纱1构成的天然纤维短纤纱束(强化用纤维束)2被导入至含浸头(含浸模头)8内。筒管5的下游侧设有内藏螺杆7的挤出机6、和由该挤出机6连续供给熔融树脂(熔融的热塑性树脂)3、且导入天然纤维短纤纱束2的前述含浸头 (熔融树脂浴容器)8。该含浸头8内配设有用于使熔融树脂3含浸于连续导入的天然纤维短纤纱束2的数个含浸辊9。含浸头8的出口安装有模头(模头喷嘴)10，该模头(模头喷嘴)10用于决定在赋予捻回的状态下从含浸头8拉伸的含浸树脂的天然纤维短纤纱束(含浸树脂的强化用纤维束)构成的截面为圆形的丝束4的线径。在安装有该模头10的含浸头8的下游侧设置有用于在冷却水中将由含浸头8拉出的丝束4冷却的冷却装置11。在该冷却装置11的正下游侧，设有具有对含浸树脂的天然纤维短纤纱束赋予捻回的机能和拉伸来自上游侧的丝束4的机能的加捻机12。在加捻机 12的下游侧还设有将丝束4切断为规定长度并颗粒化的切粒机14。加捻机12由一对加捻辊13A、i;3B构成。加捻辊13A、13B分别被配置于平行的平面(水平面)上，且具有在与各平面正交的方向的视点上相互交差的旋转轴、夹着丝束4地对向配置。具体而言，图1的上侧的加捻辊13A的旋转轴线与下侧的加捻辊13B的旋转轴线，并不是朝向与丝束4的拉伸方向(行进方向)正交的方向，而是以俯视时与拉伸方向相反的方向，且成相同角度地错开规定角度的方式设定。通过这些加捻辊13A、13B，对含浸树脂的天然纤维短纤纱束加捻，并且赋予了该捻回的含浸树脂的天然纤维短纤纱束(丝束) 被拉伸。在这样构成的制造装置中，首先，天然纤维短纤纱束2被导入含浸头8内。然后， 该天然纤维短纤纱束2沿着各含浸辊9，在充满有由挤出机6供给的高温的熔融树脂3的含浸头8内行进。树脂在经过含浸头8的过程中被含浸于天然纤维短纤纱束2，结果形成含浸树脂的天然纤维短纤纱束。该含浸树脂的天然纤维短纤纱束上，根据加捻辊13A、13B的加捻动作，在该加捻辊13A、i;3B与含浸头8内的下游侧的含浸辊9之间被赋予捻回。这样，使天然纤维短纤纱束2含浸熔融树脂3，并且对该含浸树脂的天然纤维短纤纱束赋予捻回，连续地拉伸由含浸头8赋予捻回的含浸树脂的天然纤维短纤纱束构成的丝束4。由含浸头8经模头10连续拉伸的丝束4被冷却装置11冷却固化后，被导入至进行加捻动作和拉伸的加捻辊13A、13B。被导入至加捻机12的下游侧且截面为圆形的丝束4 被切粒机14切断为规定长度，由此成为天然纤维强化树脂颗粒。通过这种拉出法，使天然纤维短纤纱束含浸熔融树脂，并且对该含浸树脂的天然纤维短纤纱束加捻，由此促进熔融树脂向天然纤维短纤纱束的含浸，形成良好的含浸状态。 因此，由拉出法得到的天然纤维强化树脂颗粒的注塑成型性(纤维的分散性等)提高，结果注塑成型体可获得良好的除静电性能。此处，丝束的捻数可考虑颗粒制造上的运转操作性或生产性等来决定。捻距为10 200次/m的范围是理想的。如果捻数不足10次/m时， 则赋予捻回所致的张力增强不充分，并且由短纤纱分离的短纤维混入熔融树脂浴中，从而附着于颗粒或含浸于颗粒，其注塑成型体的除静电性能容易产生差异。另一方面，如果捻数超过200次/m变得过多，则由于熔融树脂对天然纤维短纤纱束的含浸变得不充分，颗粒中残留未含浸部，因此其注塑成型体中无法充分分散天然纤维，结果注塑成型体中无法发挥充分的除静电性能。当天然纤维在注塑成型体中的分散不充分时，则天然纤维容易露出至注塑成型体表面，无法获得良好的外观。再说，将非连续的天然纤维纺织成纱的天然纤维短纤纱中，有“Z捻”和“S捻”，通常使用Z捻。在制出本发明涉及的天然纤维强化树脂颗粒的情况下，如果使由加捻辊赋予天然纤维短纤纱的捻向、例如相对于Z捻的天然纤维短纤纱设为S捻的方向时，则在含浸头内的含浸过程中天然纤维短纤纱的捻回稍微复原，因此可更有效地进行熔融树脂的含浸， 其注塑成型体的除静电性能进一步提高，因此优选。本发明涉及的天然纤维强化树脂注塑成型体，需要满足注塑成型体中的天然纤维含有率(成型体中存在的天然纤维相对于注塑生成体总重量的重量比)在于20重量％以上60重量％以下的范围。若成型体中的天然纤维含有率不足20重量％，则天然纤维过少， 注塑成型体的体积固有电阻有增大的倾向，无法充分发挥除静电性能，或者局部容易产生除静电性能大的差异。另一方面，若天然纤维含有率超过60重量％，则天然纤维强化树脂的流动性降低，注塑成型性变差，天然纤维无法充分分散于成型体中(未含浸部残留)、天然纤维易于露出至成型体表面，从而基于这些原因难以得到具有良好的外观和除静电性能的注塑成型体。注塑成型体中的天然纤维，需要满足其天然纤维平均长度在于1. 5mm以上4. Omm 以下的范围。若注塑成型体中存在的天然纤维的平均长度不足1.5mm，则成型体中的纤维之间的接结(entanglement，接点)变少，注塑成型体的体积固有电阻增大，因此无法充分发挥除静电性能。另一方面，若天然纤维平均长度超过4. 0mm，则注塑成型性变差，天然纤维无法在成型体中充分地分散(未含浸部残留)，天然纤维容易露出至成型体表面，从而基于这些原因难以得到具有良好的外观和除静电性能的注塑成型体。残留于最终成型品的纤维的长度可根据成型法或成型条件改变。这是因为根据成型法或成型条件不同，纤维的折损的水平发生变化。因此，必须通过根据成型法调整原料纤维的长度或成型条件，以使纤维平均长度处于所期望的范围内。实际的工序大致如下。在以竹纤维等的原本短纤维的物质为材料而使用的情况下，对这种纤维进行解碎或筛分或者进行它们二者以制出规定纤维长范围的纤维后，将其与树脂混合，由此制成天然纤维强化树脂颗粒。在该混合的过程中，发生第1折损。将该天然纤维强化树脂颗粒注塑成型时，发生第2折损。因此，在注塑成型后为了纤维平均长度达到所期望的范围，将第 1、第2折损估计在内，设定通过解碎或筛分或者它们二者而得到的纤维长范围。在以黄麻等的原本长纤维的物质为材料而使用的情况下，天然纤维强化树脂颗粒的长度成为与纤维长大致相等。此处，实际的颗粒长为6mm 12mm。在将该天然纤维强化树脂颗粒注塑成型过程中发生折损。考虑该折损，调整成型法或成型条件，以使成型体的纤维平均长度达到所期望的范围。再说，由天然纤维强化树脂颗粒制出本发明的天然纤维强化树脂注塑成型体时的注塑成型方法，只要可得到满足前述的规定的成型体就无特别限定。即，以含有20重量％ 以上60重量％以下的天然纤维的天然纤维强化树脂颗粒作为成型原料，可以采用通常的方法来直接进行注塑成型，或者也可以采用所谓的母炼胶法。母炼胶法是预先制备具有更高的天然纤维含有率的颗粒，在注塑成型过程中，一边将该颗粒用该颗粒所使用的母体树脂同一素材的树脂颗粒进行稀释，一边进行注塑成型，由此制出具有规定的天然纤维含有率的成型体的方法。如上那样地通过使成型体中的天然纤维含有率满足20重量％以上60重量％以下且天然纤维的平均长度满足1. 5mm以上4. Omm以下的范围，并且还通过调整根据JIS L 1094(纺织品和针织品的带电性能试验方法)规定的半衰期测定法测定的静电压半衰期为不足40秒，可以获得消除所带的静电的除静电性能优异的天然纤维强化树脂注塑成型体。换言之，为了获得目标除静电性能，使根据JIS L 1094(纺织品和针织品的带电性能试验方法)所规定的半衰期测定法测定的静电压半衰期不足40秒是必要的。为了实现这个目标，在成型体中的天然纤维含有率为20重量％以上60重量％以下的范围内、且天然纤维的平均长度为1.5mm以上4. Omm以下的范围内，需要进一步调整成型体中的天然纤维的含有率和天然纤维的平均长度使得达到这种静电压半衰期。具体而言，天然纤维根据其种类和制造条件，所含有的物质和其含水率也不同。因此，为了使静电压半衰期达到不足40 秒的成型体中的天然纤维的含有率和天然纤维的平均长度的范围，由使用的天然纤维的种类和制造条件所决定，不能一概而论。另外，细分条件来规定成型体中的天然纤维的含有率和天然纤维的平均长度实际上也是困难的。因此，规定了“根据JIS L 1094(纺织品和针织品的带电性能试验方法)所规定的半衰期测定法测定的静电压半衰期不足40秒”这一条件。
再说，JIS L 1094所规定的半衰期测定法，是使特定形状的试验片在电晕放电场带电后，测定直到该初始静电压(初始电位)衰减为1/2的时间(半衰期)的方法。JIS L 1094所规定的半衰期测定法为纺织品和针织品的静电衰减特性评价方法所规定的方法，通常也作为容易带静电的塑料材料的除电特性的评价方法使用。(实施例)制得了天然纤维的种类、天然纤维的含有率以及天然纤维的平均长度不同的天然纤维强化树脂注塑成型体，并测定了其静电压半衰期。[热塑性树脂]使用了 Y和Z的2种热塑性树脂。热塑性树脂Y是聚丙烯(BC05G:日本聚丙烯公司(Japan Polypropylene Corporation)制)、与在其中以重量比计配合5%的马来酸改性聚丙烯(Youmex 1001 三洋化成工业公司制)而成的。前述马来酸改性PP是为了提高树脂与天然纤维的界面接着性和含浸性而使用的。热塑性树脂Z为聚乳酸(Lacea H-100J 三井化学公司制)。[强化用纤维]作为强化用纤维使用了 J和B的2种天然纤维。天然纤维J为黄麻短纤纱 (K16.5(漂白)叠查库(Tesac)公司制)。天然纤维B为竹纤维，其中，B-I为平均纤维径 90 μ mX平均纤维长20mm，B-2为平均纤维径90 μ mX平均纤维长5mm。前述竹纤维为印度尼西亚产的竹材，经过干燥一爆碎一粉碎一筛分的工序而制成。[天然纤维强化树脂颗粒的制造方法]拉出法通过前述的拉出法制造了颗粒(颗粒径3. 0mm，颗粒长8mm)。挤出法 一边用双螺杆混炼挤出机熔融热塑性树脂，一边用侧面进料机向其供给适量的竹纤维，将二者混炼，将其用双螺杆混炼挤出机挤出后，将冷却的产物切断，由此制造了颗粒(颗粒径4. 0mm，颗粒长5mm)。[天然纤维强化树脂注塑成型体]将如表1所示的各颗粒分别作为成型原料，用合模力100吨的注塑成型机，制成了长200mmX宽IOOmmX厚4mm的平板状的注塑成型体。[静电压半衰期的测定]从前述各平板状注塑成型体的中央部切出长、宽长度各为50mm的试验片后，依照 JIS L 1094所规定的半衰期测定法，测定了该试验片的静电压半衰期(静电压(静电)半衰期测定装置日本斯达铁公司(Nippon Static Co. , Ltd.)制)。即，使用半衰期测定装置测定了静电压半衰期，所述装置具备旋转台、带电用探针以及静电压测定用探针，所述旋转台可以固定试验片并且可以旋转固定好的试验片，所述带电用探针和所述静电压测定用探针配置于在旋转台的直径上夹着该旋转台的中心的2点上。所述装置在试验片通过带电用探针下面的过程中，根据针电极所致的电晕带电的原理，使所述试验片带电，旋转半周后，让所述试验片通过测定用探针的下面。具体而言，以外加电压IOkV带电30秒后，测定了由初始电位降至电位为一半的时间(半衰期)。试验温度是23°C，试验湿度是50%。测定结果见表1。[纤维平均长度的测定]用溶剂溶解成型体的树脂后，通过显微镜观察残留的纤维，测定了足够多的纤维
权利要求
1.一种天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体，其特征是以含有天然纤维作为强化用纤维的天然纤维强化热塑性树脂颗粒作为成型原料进行注塑成型而得到的成型体，其中，所述成型体中的天然纤维含有率为20重量％以上60重量％以下，且所述成型体中的天然纤维平均长度为1. 5mm以上4. Omm以下，根据JIS L 1094所规定的半衰期测定法测定的静电压半衰期不足40秒。
2.如权利要求1所述的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体，其特征在于，所述天然纤维为选自麻纤维和竹纤维中的1种或2种。
全文摘要
本发明提供消除所带的静电的除静电性能优异的天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体。所述天然纤维强化热塑性树脂注塑成型体是以含有天然纤维作为强化用纤维的天然纤维强化热塑性树脂颗粒作为成型原料进行注塑成型而得到的成型体，其中，所述成型体中的天然纤维含有率为20～60重量％且天然纤维平均长度为1.5～4.0mm，根据JIS L 1094所规定的半衰期测定法测定的静电压半衰期不足40秒。
文档编号C08K7/02GK102317050SQ20088011778
公开日2012年1月11日 申请日期2008年11月26日 优先权日2007年11月30日
发明者多代直行, 奥野健太郎, 山本淳, 田中达也, 菊池直树, 藤浦贵保, 长冈猛 申请人:大和合成株式会社, 株式会社神户制钢所