JPH04163109A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱加圧成形に用いられる繊維強化熱可塑性
樹脂成形素材の製造方法に関するものである。本発明に
よる繊維強化熱可塑性樹脂成形素材を用いた成形品は、
自動車を中心とした産業用部品に広く使用される。

［従来の技術］ 最近、金属のプレス成形加工で製造されていた部品、例
えば自動車のフロントエンドリテーナ−、シートシェル
、ランプハウジング、バクテリートレイ、バンパービー
ム等が、繊維強化熱可塑性樹脂のプレス成形品に代替さ
れる傾向にある。

繊維強化熱可塑性樹脂の特徴は、加熱したシート状成形
素材を室温あるいは加熱した成形型内に挿入し短時間で
圧縮成形することにより、製品の肉厚を部分的に変化さ
せたり、ボス５　リブ等が付加された複雑な成形品を製
造することができ、さらにその成形品か高い機械的強度
を有し、軽量である等の点にある。

この繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の製造方法
は、次の２つに分類することかできる。

■ラミネート法：ニードリング（複数本のストランド状
強化繊維に針を突き刺し、互いに絡まり合わせる工程）
を行ったマット状のストランド強化繊維と熱可塑性樹脂
を積層し、ダブルベルトコンヘア式連続プレスのスチー
ルベルトの間に連続的に挿入し、加熱、加圧を行い、さ
らに冷却してシート状成形素材を製造する方法（特開昭
４８〜８０１７２号公報、特開昭５２−４０５５８号公
報、特開昭５５−７７５２５号公報）、および ■抄造法：抄造技術を応用して、長さ３■■から５０１
程度に切断された強化繊維と粉末状の熱可塑性樹脂を均
一に分散した不織材料を製造し、この不織材料を原料と
し加熱、加圧を行いさらに冷却してシート状成形素材を
製造する方法（特開昭４９−１３４０３号公報、特開昭
４９−１４７０４号公報）である。

これらのシート状成形素材は、加熱加圧成形する際に重
要なこととして、複雑な成形品において強化繊維が熱可
塑性樹脂と分離することなく流動し、また成形品の表面
に強化繊維が浮き上がることによる外観の低下が生しな
いようにすることが要求される。

ラミネート法て製造されたシート状成形素材の場合は、
マット中のストランド強化繊維がニードリング処理によ
り拘束されているため、成形型内で流動する際に強化繊
維と熱可塑性樹脂か分越しやすいという問題が生じる。

一方、抄造法で製造されたシート状成形素材の場合は、
均一に分散した不連続の強化＆ＩＮか相互の束縛の少な
い状態て熱可塑性樹脂中に存在するため、上記の問題を
生しることなく均質な成形品を得ることかできる。しか
し、抄造法て製造された不織材料は、強化繊維がランダ
ムに配向しているために、非常に嵩高いという性質を示
す。不織材料の厚みは、強化繊維の形状と抄造条件によ
り異なるが、繊維強化熱可塑性樹脂のプレス成形て一般
的に用いられる空隙を除去したシートに比へて１０倍程
度の厚みを有している。

シート状成形素材は、成形前にマトリックスを構成する
熱可塑性樹脂の軟化点または融、ｔＦｉ以上に加熱され
るが、その際に熱可塑性樹脂の強化繊維に対する結合力
か弱まるため強化繊維か元に戻ろうとするスプリングバ
ックによりシートの膨張か発生する。この膨張は、シー
トの表面から始まり次第に熱か板厚中心部に及ぶにつれ
て全体的に膨張し、それと共にシート内に断熱空気層が
形成されるため熱伝導率か低下する。この結果、シート
板厚中心部の熱可塑性樹脂の温度上昇が阻害されること
による成形時の流動性の低下と、シート表面が局部的に
加熱されるため熱可塑性樹脂が熱分解することにより劣
化し、強化繊維か浮き上かり、成形品の外観の悪化と強
度低下という問題を引き起こす。

シート状成形素材の表面と板厚中心部の温度差を大きく
しないための加熱方法として、加熱炉の雰囲気温度を低
く設定し、長い時間をかけて加熱する方法をとることも
できるが、工業的には成形のサイクルタイムが長くなり
、場合によってはシート表面の熱可塑性樹脂の熱劣化が
生じることもあり十分な対策（はなり難い。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上記の欠点を除去した加熱効率の高い
繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の製造方法を提
供するものである。

［［を解決するための手段］ 本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂を主成分として、抄
造技術により得られる不織材料を加熱、加圧し、さらに
冷却して繊維強化熱り塑性樹脂成形素材を製造する方法
において、不織材料が複数本に集束された強化繊維束も
しくは、単一の繊維の状態で分散している強化繊維と複
数本に集束された強化繊維束の混合体から構成されてい
ることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法で
ある。

抄造法による繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の
製造１程の一例を第１図に示した。直径３４ｍφから＋
１０４ｍφで、長さ３ＩＩＩ１１から５０１１ＩＩＩｌ
程度に切断された強化繊維１と粉末状の熱可塑性樹脂２
を分散ＷＩ３内の水中に連続的に投入する。分散槽内で
は、強化繊維と熱ｌ■塑性樹脂を均一（分散させるため
に攪拌か行われ、さらにその分散液をポンプ４によりメ
ツシュ状のへルトコンヘア５のＬ側に設置されたヘット
ボックス６に供給する。ヘットボックスの下側に設置さ
れたウェットボックス７内を負圧に保ち、ヘッドボック
ス内の分散液の吸引、脱水を行い連続的に強化繊維と熱
可塑性樹脂の複合体である不織材料８を製造する。この
不織材料を、通風式の熱風乾燥機９で乾燥し、次いでダ
ブルへルトコンヘア式連続ブレス１ｏで加熱、加圧を行
いさらに冷却してシート状に成形し、最終的には加熱加
圧成形に必要とされる１１法に応した形状にカッター１
１て切断して、繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材
１２を製造する。

繊維強化熱可ｑＪｉ性樹脂シート状成形素材としては、
シート内の空隙を完全に除去したもののほかに、空隙か
存在しているものを提供することかできる。また、ダブ
ルへルトコンヘア式連続プレスを使用せず、不織材料を
熱風乾燥機で乾燥するのと同時に熱可塑性樹脂の一部ま
たは全部を、その軟化点または融点以上に加熱して、熱
ｉＴ塑性樹脂を溶融させ、冷却して強化繊維を熱可塑性
樹脂で結合した、空隙か存在しているシート状成形素材
も提供することかてきる。空隙が存在しているシート状
成形素材は、原料配合および加熱加圧条件により容易に
曲げることかできるようになるため、リールアップを行
いコイルとして製品を提供することもてきる。

このようなシート状成形素材は、Ｔ程省略によりコスト
低ドに結びつき、またシートの板厚方向に通気性を付与
することかできるため、加熱加圧成形に従来よく用いら
れる遠赤外線加熱のほかに、通風式加熱装置を用いても
短時間で効率よく加熱することがてきる。

従来の抄造法に用いられる強化繊維は、氷中ての分散性
を向上させるために水溶性高分子５拐滑剤て、マトリッ
クスを構成する熱可塑性樹脂との接着性を向−卜させる
ためにシランカップリング剤て表面処理か施されている
。そのため、繰下強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の
原料として、第２図に示したような強化線［１と粉末状
の熱可塑性樹脂２か均一に分散し、非常に嵩高い性質を
示す不織材料か得られる。

本発明では、抄造法により製造される不織材料の嵩密度
を上げるために、従来使用されている強化繊維の替わり
に、強化繊維か複数本に集束された強化繊維束を使用す
るかもしくは、強化繊維と強化繊維束を混合して使用す
る。強化繊維束中の繊維は、シランカップリング剤の他
に、水中で分散しないことを目的としてウレタン系、酢
酸ビニル系等のバインダーで強固に集束されている。強
化繊維と強化繊維束を混合して使用した場合は。

第３図に示したような強化繊維１と強化繊維束１３およ
び粉末状の熱可塑性樹脂３が均一に分散した不織材料が
得られる。

本発明により嵩密度を上げた不織材料を原料として製造
される繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材は、加熱
時の強化繊維のスプリングバックが抑えられるため、シ
ート膨張が小さくなり、加熱効率か向上し、均一加熱に
より優れた成形時の流動性と成形品外観の改善を図るこ
とかできる。

強化繊維束の使用によるシート膨張の抑制効果は、不織
材料を構成する強化繊維全体の割合で変化するか、強化
繊維束の集束本数とその混合割合が増加することにより
向」二１−る。しかし、強化繊維束の集束本数とその混
合割合の増加に伴い、強化繊維束の表面露出による成形
品外観の低Ｆか生しるため、直径３Ｉφから３０１φで
、長さ３ｍｍから５０ｍｍ程度に切断された強化繊維か
１０本から１０００本に集束された強化繊維束を成形用
途に応して混合割合を決定し、不織材料を製造すること
か望ましい。

本発明に用いられる原料の熱可塑性樹脂は、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジ
ェン−アクリルニトリル共重合体、スチレン−アクリル
ニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブヂレンテレフタレ
ート、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリフ
ェニレンスルフィト等の樹脂であり、またこわらの２神
類またはそれ以トの混合物をも含み、これらに一般的に
用いられるＬＩＩ塑剤、熱安定剤、光安定剤、充填材、
染顔料、耐＃撃剤、増量材、核剤、加］−助剤、ガラス
短繊維等を添加することかできる。

本発明では、強化繊維としてガラス繊維、炭素繊維、金
属ｔＩａ＃Ｉのほか無機編紐、有機繊維か用いられ、そ
の形状か直径が３Ｂ＋φから３０ｕＩＩｌφて、長さ３
■から５０１１Ｉ１１程度に切断したものが望ましい。

本発明で得られたＭｌ維強化熱可塑性樹脂シート状成形
素材は、−数的な加熱加圧成形用素材として優れた性能
を示すが、圧空成形等においてもその加熱特性の改善に
より有益な結果がもたらされる。

［実施例］ 以下実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 強化繊維として水溶性高分子、拐滑剤、シランカップリ
ング剤で処理された直径１０ｕ＋ｅφ、長さ２５Ｉのガ
ラス繊ＭＡと、シランカップリング剤、ウレタンバイン
ダーて直１％１１０１Ｊφ、長さＩ　３ｍｍのガラス繊
維か６７本に集束されているガラス繊維束Ｂを用いて、
抄造法により全体の強化編紐が４０ｗＬ％とポリプロピ
レン樹脂ｆｉ０ｗｊ％の組成で、［１付１ｉ）か４５０
０ｇ／ｍ’の不織材料を製造した。

ポリプロピレン樹脂は、直径３１ｍ！Ｉｌφの球状のベ
レットを粉砕し、その粉砕品をふるい分けにより７０ｍ
ｃｓｈ　（開孔径０．２１２ｎ＋ｓ　）からｌＯｍｅｓ
ｈ　（開孔径１．７＋ｅ＋ｎ　）まてに分級した粉末を
用いた。不純材料を構成するガラス繊ＭＡとガラス繊維
束Ｂの混合割合を表１に示した。これらの不織材料を原
料として、ホットプレス成形で空隙か除去された厚み３
．７ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形した。

ホットプレス成形の条件は、不織材料の予熱を２１０℃
無負荷で１０分間行い、つついて圧力２０Ｊｆ／ｃｍ２
で５分間加圧し、冷却固化してシートを成形した。また
、加熱時のシート表面と板厚中心部の温度差を測定する
ために、不純材料の表面と中心部にあらかじめ熱電対を
挿入してシートを成形した。これらのシートを遠赤外線
加熱炉でシートの表面−度か２２０℃に昇温するまで加
熱し、加熱後のシート厚みおよびシート表面と板厚中心
部の温度差を測定した。

表１　強化繊維の混合割合（ｗＬ％） ガラス繊維Ａとガラス繊維束Ｂの混合により製造された
不純材料は、第３図に示したようにガラス繊維Ａは単一
の繊維の状態で、ガラス繊維束Ｂは集束された状態でポ
リプロピレン樹脂粉末と共に均一に分散し、その嵩密度
はガラス繊維束Ｂの混合割合の増加に伴い大きくなった
。

実施例１て得られたシートの加熱実験の結果を第４図に
示した。ガラス繊ｉＡ４０ｗｔ％とポリプロピレン樹脂
粉末６０ｗｔ％で構成されている不純材料を原料として
成形されたシートは、ガラス繊組Ａのスプリングバック
が大きいために加熱後のシート厚みは約１２ｎ＋曙で、
初期厚みの３．７ｍｍの３．２程度度まで膨張した。こ
のため、シートの熱伝導性は著しく低下し、シートの表
面と板ＪＩＩ中心部の温度差は５５℃てあり、板厚中心
部の温度は、ポリプロピレン樹脂の融点に近い１６５℃
であった。また、加熱シートの表面のポリプロピレン樹
脂の熱劣化か発生し、ガラス繊維か浮き上がるという現
象が認められた。このようなシートては、繊組強化熱ｉ
ｉＪ塑性樹脂の成形において要求される良好な流動性と
成形品外観を提（ｊ４することは不可能である。

ガラス繊維束Ｂの混合により、その繊組強化熱可塑性樹
脂シートの加熱特性が改良されることが確認された。シ
ート膨張の抑制効果は、ガラス繊維束Ｂの混合割合の増
加に伴い向上した。シート膨張の低下により、シート表
面と板Ｊ’Ｘ中心部の温度差が減少し、加熱シートの表
面のポリプロピレン樹脂の熱劣化も抑えられることが観
察された。

しかし、ガラス繊維束Ｂの混合割合の増加により、成形
品表面におけるその露出か目立つようになる。強化繊維
の含有量が４０ｗＬ％のＭＡＮ強化熱り塑性樹脂シート
を成形素材として用いた場合、その成形用途で変化する
が、ガラス繊ｅｌｌ　Ａ　ｈ）２０ｗｌ％、ガラス繊維
束Ｂか２０ｗＬ％、ポリプロピレン樹脂か６０冑１％の
組成にすることにより、複雑な形状の加熱加圧成形にお
いて良好な流動性と成形品外観を得ることができる。

（実施例２） 実施例１て用いたガラス繊維Ａとポリプロピレン樹脂、
さらにガラス繊維束Ｂと同しガラス繊維、表面処理を施
した集束本数だけが異なるガラス繊維束Ｃ（集束本数２
００本）およびカラス繊維束Ｄ（集束本数５００本）を
用いて、抄造法により目付頃が４５００ｇ／＋ｗ２の不
織材料を製造した。不織材料の組成は、ガラス繊維Ａか
２０ｗｔ％、ガラス繊維束ＣまたはＤが２０ｗｔ％、ポ
リプロピレン樹脂か６０ｗＬ％に調製した。これらの不
純材料を原料として、ホットプレス成形により実施例１
と同じ成形条件で、厚み３．７ｍｍの！＆ｌ１強化熱可
塑性樹脂シートを成形した。さらに、シートを遠赤外線
加熱炉てシートの表面温度か２２０℃に昇温するまで加
熱し、加熱後のシート厚みおよびシート表面と板Ｐｙ中
心部の温度差を測定した。

実施例Ｉのガラス繊ＭＢの結果を併せて実施例２の結果
を第５図に示した。

カラス繊維束の集束本数の増加により、その繊維強化熱
１丁塑性樹脂シートの加熱特性が改善され、加熱加圧成
形における流動性も向上することか確認された。

［発明の効果］ 本発明により、抄造法による強化繊維と勢可〒性樹脂の
複合体である不織材料を原料とした繊維強化熱６丁塑性
樹脂シート状成形素材の加熱特性が改良された。本発明
で得られた繊維強化熱ｒｉＴ塑性樹脂シート状成形素材
は、成彩時の加熱において強化繊維のスプリンタハック
によるシート膨張が抑えられているため加熱効率が改善
され、シートの均一加熱により良好な流動性か発現し、
その成形品の外観も改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、抄造法による繊維強化熱０■塑性樹脂シート
の製造］Ｌ稈の一例を示す概略図。第２図は、従来の繊
維強化熱可塑性樹脂シートの製造に用いられる不織材料
の概略図。第３図は、本発明の繊維強化熱０■塑性樹脂
シートの製造に用いられる不織材料の概略図。第４．５
図は、編紐強化熱可塑性樹脂シートを加熱した時のシー
ト膨張およびシート表面と板厚中心部の温度差を示した
図である。 １・・・強化繊維、２・・・熱可塑性樹脂粉末、３・・
・分散槽、４・・・ポンプ、５・・・メツシュ状へルト
コンヘア、６・・・ヘットボックス、７・・・ウェット
ボックス、８・・・不純材料、９・・・熱風乾燥機、１
ｏ・・・ヘルドコンヘア式連続プレス、１１・・・カッ
ター、１２・・・繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素
材、１３・・・強化繊維束。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、強化繊維と熱可塑性樹脂を主成分として、抄造技術
   により得られる不織材料を加熱、加圧し、さらに冷却し
   て繊維強化熱可塑性樹脂成形素材を製造する方法におい
   て、不織材料が複数本に集束された強化繊維束もしくは
   、単一の繊維の状態で分散している強化繊維と複数本に
   集束された強化繊維束の混合体から構成されていること
   を特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形素材の製造方法
   。