JP2001310325A - 成形シート及び安全靴先芯並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作が容易な強化繊維入り成形シート並
びに安全靴先芯を提供することを目的とする。 【解決手段】 熱可塑性樹脂と強化繊維とからなる成形
シートおよび安全靴先芯において、熱可塑性樹脂が２４
０〜３００℃の全領域で粘度が２００〜１０００ポアズ
の範囲内であることを特徴とする。強化繊維の平均長さ
は８〜５０ｍｍ、熱可塑性樹脂の体積含有率は２１〜７
０％であることが好ましい。又、その成形は熱圧成形に
よって行われ、成形温度は２００〜３００℃、加圧力は
１０〜８０ｋｇ／ｃｍ²が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホットスタンピン
グ成形や、高速圧縮成形に用いられる繊維強化熱可塑性
樹脂よりなる、機械的強度を要求される分野に適用して
好適な成形用シート並びに安全靴先芯に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホットスタンピング成形や高速圧
縮成形に用いられる繊維強化熱可塑性樹脂の成形用シー
ト材料は、チョップドストランドマット、フィラメント
マット、不織布等の、それぞれ単一形態の補強材で補強
した繊維強化熱可塑性樹脂で構成されている。又、最近
では強化繊維を揃えた一方向性の補強材で補強されたス
タンピング成形用のシート材料も開発されている。

【０００３】一方安全靴の靴先芯は、重量物の落下に対
する保護のために靴の甲の部分の強度が極めて重要視さ
れており、材質としては鋼製のものが主に実用化されて
いる。しかし、鋼製のものは重量が大であるため、着用
者にとって作業性が問題となる。そこで、最近になっ
て、ガラス繊維等の補強用長繊維で補強した熱可塑性樹
脂製のものが、軽量化のため提案されている。例えば、
実公昭６１−４２４０２号公報には、ガラス長繊維を熱
可塑性樹脂マトリックスで複合した基材を用い加熱加圧
成形した安全靴先芯が提案されている。また、実開昭６
２−６４３０４号公報には、グロス、糸、編組、マット
等の形態の長繊維を用い、プレス成形、射出成形等によ
って成形した靴先芯が提案されている。

【０００４】これ等の成形品のうち、短繊維や、長繊維
のランダムマット状のものは衝撃強度が弱いので例えば
安全靴の先芯として要求されるＪＩＳ規格の条件を満足
しない。一方長繊維のクロスマット状や一方向マット状
の成形品は、流動性が悪いので成形性に問題があり、仮
に、成形しても二次加工しないと製品が出来ない場合が
あるので製造原価が高くなるという問題があった。

【０００５】例えば、ＪＩＳ規格に認定使用されている
樹脂製安全靴先芯用材料は図３の断面の説明図に示すよ
うに、中心部にクロス層１が２層、表面に成形性と流動
性を向上させるためのランダム層（スキン層）２をもつ
一体構造になっている（特許第２５６７８２８号参
照）。

【０００６】（ｉ）この靴先芯にはＬ級（軽作業用）：
圧迫強度−４５９ｋｇ以上、Ｓ級（普通作業用）：圧迫
強度−１，０２０ｋｇ以上、Ｈ級（重作業用）：圧迫強
度１，５３１ｋｇがある。樹脂製先芯を製作する時にＬ
級の場合：クロス層が２〜３枚、Ｓ級の場合：クロス層
が４〜８枚入ったものを使い分ける必要があり、当然ク
ロスが多く入ったＳ級のものは材料自身の剛性が向上す
るが金型への挿入性が悪くなり、成形性、流動性はＬ級
より劣り不良率も高い。

【０００７】（ii）先芯材料はＬ級、Ｓ級各々別の級に
なりＬ級よりＳ級の方が強化層のクロス数が多くなるか
ら、当然原価も高くなる。

【０００８】（iii）材料のマトリックス（母材）とし
て強化繊維との密着性の良いポリアミドを使用し、強化
繊維含有率が４８〜５４％と多く、しかもポリアミド自
身の吸水性や、成形時に金型へ充填する材料の原反を正
確にセットしないと、スキン層がコア層に対して流動の
バランスが崩れて成形品にウェルドが発生して、先芯の
強度が低下する。これは吸水性による強度低下と成形品
の強度の不均一になって現われる。

【０００９】又、シート材料を成形品の形状によりその
都度各々の寸法にカットする必要があり、カット後のシ
ート材料を遠赤外線加熱炉で溶融軟化後、金型に投入す
る場合、型形状に沿うように機械で投入しなければなら
ないので、作業性や歩留りの低下や工程管理上作業が繁
雑になる傾向にあった。そして、強化繊維に樹脂が良く
含浸していることもあって、剛性があるものの、耐屈曲
性が非含浸又は半含浸のものより劣る問題点があった。

【００１０】その後シートをカットして成形する寸法の
問題点を解決するため、特定の方向に並んだ強化繊維を
含有する複合成形材料を所定の形状に切断し、これを平
面状に集成、加熱、加圧して成形する方法を開発した。
しかしこの方法でも最初から樹脂が強化繊維に含浸して
いるので、製品の耐屈曲性の問題は残り、又、耐圧迫や
耐衝撃クッション性を変えることができない。又、前記
複合成形材料は円筒状で長さが１１ｍｍ程度と長い。こ
のような形態のものは計量して集積した場合に、ランダ
ム方向に重なりにくく同一方向に配行する傾向にあり、
成形品の物性は繊維方向に強いが繊維方向からみた９０
°の方向には弱くなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、製
作が容易な強化繊維入り成形体を提供することを目的と
し、又、強度に優れた安全靴先芯を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、特許請求の範囲に記載した下記のと
おりである。 （１）熱可塑性樹脂と強化繊維とからなる成形シートに
おいて、熱可塑性樹脂が２４０〜３００℃の全領域で粘
度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内であること
を特徴とする成形シート。

【００１３】（２）熱可塑性樹脂と強化繊維とからなる
安全靴先芯において、熱可塑性樹脂が２４０〜３００℃
の全領域で粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲
内であることを特徴とする安全靴先芯。

【００１４】（３）強化繊維と２４０〜３００℃の全領
域で粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内であ
る熱可塑性樹脂とを成形型内に充填し、シート状に成形
することを特徴とする成形シートの製造方法。

【００１５】（４）強化繊維と２４０〜３００℃の全領
域内で粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内で
ある熱可塑性樹脂とを成形型内に充填し、安全靴先芯を
製造することを特徴とする安全靴先芯の製造方法。

【００１６】（５）前記（１）〜（４）のいずれかにお
いて、強化繊維の平均繊維長さが８〜５０ｍｍであるこ
と。

【００１７】（６）前記（１）〜（４）のいずれかにお
いて、熱可塑性樹脂の体積含有率が２１〜７０％である
こと。

【００１８】（７）前記（１）〜（４）のいずれかにお
いて、熱可塑性樹脂がポリアミド、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレ
ンの中から選ばれた樹脂であり、強化繊維がガラス繊
維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維の中から選ばれ
た繊維であること。

【００１９】（８）前記（１）又は（３）において、成
形シートの厚みが２〜１０ｍｍであること。

【００２０】（９）前記（３）又は（４）において、成
形体は熱圧成形により成形され、その成形温度が２００
〜３００℃、加圧力が１０〜８０ｋｇ／ｃｍ²であるこ
と。

【００２１】（１０）前記（３）において成形されたシ
ートをさらに安全靴先芯用成形型内に配し、安全靴先芯
を製造することを特徴とする安全靴先芯の製造方法。

【００２２】すなわち、本発明では、溶融粘度が２４０
〜３００℃の領域で２００〜１０００Ｐの範囲内である
熱可塑性樹脂を用いることにより、成形シート、安全靴
先芯の製造に際し、流動性が向上すると共に成形性も向
上する。成形シート、安全靴先芯にあっては、材料の流
動性及び成形性が良好であることにより、不良率の低減
につながると共に歩留まりが向上する。さらには流動性
が良好であることにより、強度的なばらつきが少なくな
ると共に薄肉化を行うことも可能になり、より軽量化を
行うことができる。また、このような成形シートから安
全靴先芯を成形する場合、成形シートの切断等の二次加
工を少なくすることができる。以上のことから、本発明
では、製品及び製造面においてコストの低減を計ること
ができる。

【００２３】なお、熱可塑性樹脂が２４０〜３００℃の
領域とは、まず、成形に際しては設定温度に常に保つこ
とは困難であり、そのために必要な温度管理幅及び効率
的に成形が可能な温度幅である。２４０℃未満の場合、
成形に時間がかかると共に、３００℃を超える場合は熱
劣化が生じ易くなると共に焼き付きや炭化といった問題
が生じるためである。

【００２４】上記熱可塑性の温度領域は、用いる熱可塑
性樹脂によっては２００〜３００℃の広い幅でも構わな
い。すなわち、少なくとも２４０〜３００℃の領域で上
記溶融粘度であれば、２００〜２４０℃の範囲でも上記
溶融粘度であっても構わない。ただし、２００℃未満の
場合、溶融されにくくなり、樹脂が逆に流動性がなくな
り不適となる。

【００２５】熱可塑性樹脂としては、ポリアミド（ナイ
ロン６、ナイロン６６、ナイロン１２）、ポリプロピレ
ン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレン
テレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイ
ド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可
塑性樹脂及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）と
ポリカーボネート（ＰＣ）とのポリマーアロイ等を挙げ
ることができるが、中でもポリアミド（ナイロン６）、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートが
好ましく用いられる。

【００２６】強化繊維としては、ガラス繊維（ＧＦ）、
炭素繊維（ＣＦ）、アラミド繊維、金属繊維（スチール
繊維、ステンレス繊維）が好適に用いられる。

【００２７】強化繊維の平均繊維長さは、熱可塑性樹
脂、強化繊維の流動性及び強化繊維の分散性を考慮した
場合、８〜５０ｍｍであることが好ましい。

【００２８】熱可塑性樹脂の体積含有率（Ｖｏｌ．％）
は、日本工業規格の安全靴（ＪＩＳＴ ８１０１）につ
いて、軽作業用Ｌ種及び普通作業用Ｓ種の規格に規定さ
れる性能を有するためには、２１〜７０Ｖｏｌ．％の範
囲にすることが重要である。

【００２９】成形シートの厚みは、特に強度と軽量化等
を考慮した場合、２〜１０ｍｍとすることが好ましい。

【００３０】本発明は、製品としては２つの態様があ
り、上述に記載のような条件を備えた成形シートと同じ
く上述に記載のような条件を備えた安全靴先芯とがあ
る。成形シートにあっては、これを成形し例えば安全靴
先芯として提供される。この場合、成形シート及び安全
靴先芯のそれぞれにおいても、上述に記載のような条件
を備えている。なお、成形シートにより成形されるもの
は、安全靴先芯には限られない。

【００３１】本発明の製造方法は、具体的には３つの方
法がある。第一に、強化繊維と熱可塑性樹脂とを成形型
内に充填し、成形シートを製造する成形シートの製造方
法。第二に、強化繊維と熱可塑性樹脂とを成形型内に充
填し、安全靴先芯を製造する安全靴先芯の製造方法。第
三に、まず、強化繊維と熱可塑性樹脂とを成形型内に充
填し、成形シートを作製し、次に、これを安全靴先芯用
成形型内に配し、安全靴先芯を製造する安全靴先芯の製
造方法。なお、成形シートおよび安全靴先芯成形に際
し、その熱圧成形を行うための条件は、成形温度が２０
０℃〜３００℃、加圧力が１０〜８０ｋｇ／ｃｍ²であ
ることが好ましい。

【００３２】強化繊維は、溶融された強化繊維（例えば
ガラス繊維）を溶融紡糸し、これを集束することにより
得られる。このようにして得られた強化繊維の束は、所
定の長さに切断され本発明の材料として用いられる。こ
の時、強化繊維の束が強化繊維のみからなるものを用い
る場合、強化繊維に撚りがあるものが好ましい。なお、
熱可塑性樹脂を強化繊維の束に含浸させたものも使用す
ることができ、この場合、強化繊維の撚りは、特に関係
しない。

【００３３】また、成形シートから安全靴先芯を製造す
る場合、成形シートの形状は、安全靴先芯の形状を展開
した複雑形状としないまでも（裁断するまでもなく）、
図２に示すような長方形（イ）又は正方形（ロ）といっ
た単純形状にて行うことができる。

【００３４】図１は、熱可塑性樹脂中で比較的粘度が低
いナイロン６をもとに、一般的に用いられている従来材
と本発明に使用した材料（本発明材）とについて、樹脂
の溶融粘度の比較を行ったものである。従来材は２５０
℃以下の領域においてその溶融粘度が１０００Ｐを越
え、溶融粘度が１０００Ｐ以下の領域が狭いと共に高温
度側であることが分かる。一方、本発明に用いた材料は
従来材に比較し、全体的に溶融粘度が１０００Ｐ以下の
領域が２３０〜３００℃の広い範囲であることが分か
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例及び比較例
について説明する。 実施例１ 図１で使用したのと同様のナイロン６と長さ約１ｉｎｃ
ｈ（２５．４ｍｍ）に切断された強化繊維の束とを成形
シート成形用型内に充填し、厚さ４ｍｍの単層からなる
成形シートを作製した。次に、これを図２（イ）に示さ
れるような長方形状に切断し、切断された成形シートは
樹脂が軟化するまで遠赤外線ヒータで予備加熱を行っ
た。その後、予備加熱した切断された成形シートを安全
靴先芯用成形型内に配し、成形温度２５０℃、圧力２５
ｋｇ／ｃｍ²の条件で安全靴先芯を作製した。作製され
たものは、外観上、充填不良等の問題が見られなかっ
た。なお、Ｌ種（級）は、ガラス繊維の体積率を３５Ｖ
ｏｌ．％と、Ｓ種（級）は、ガラス繊維の体積率を４５
Ｖｏｌ．％とした。

【００３６】比較例１ 図３に示した構造のものでクロス層１として特殊な織物
状のガラス繊維を含んだポリアミド樹脂層；８ｐｌｙ
（層）を用い、スキン層２として長さ２ｉｎｃｈのラン
ダム状ガラス長繊維４５ｗｔ％（体積率２８Ｖｏｌ％）
（例えばＬ種）を含むナイロン６の複合材料（成形シー
ト）を用いたものである（特許第２５６７８２８号参
照）。

【００３７】比較例２ 長さ１ｉｎｃｈのガラス繊維を７０ｗｔ％（体積率５０
Ｖｏｌ％）（例えばＳ種）含有するナイロン６で作製さ
れた成形シートである（特開平９−１０９３１０号実施
例参照）。

【００３８】なお、比較例１、２において、Ｌ種
（級）、Ｓ種（級）は、ガラス繊維の含有量により調整
を行った。また、成形シートは、本発明のように長方形
状に切断したものを用い、安全靴先芯を作製した場合、
未充填部分が生じたため、図２（ハ）（ニ）に示す安全
靴先芯を展開したような複雑形状とした。安全靴先芯の
製造工程は、その条件は多少異なるものの、本発明と同
様に行った。

【００３９】このようにして得られた安全靴先芯につい
て、耐圧迫強度の比較を行った。その結果を表１に示
す。表１によれば、本発明品及び比較例ともＪＩＳ基準
をクリアーしている。また、本発明品は、比較例１、２
に比べ最大及び最小強度的に劣る部分があるものの、最
大強度を最小強度との格差である強度差が非常に小さく
全体的に強度のバランスが取れているということができ
る。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【発明の効果】本発明の成形シート並びに安全靴先芯
は、２４０〜３００℃の全領域で粘度が２００〜１００
０Ｐの範囲内である熱可塑性樹脂を用いることにより、
製造に際し流動性が向上すると共に成形性も向上する。
このことは、製品不良率の低減につながると共に歩留ま
りが向上する。流動性が向上することによって、材料の
配合が均一となり、強度的なばらつきが少なくなると共
に薄肉化を行うことも可能となり、より軽量化すること
ができる。このような成形シートから安全靴先芯を成形
する場合には、成形シートの切断等の二次加工を少なく
することができるのでコストの低減も行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】樹脂材料の溶融粘度の比較試験結果を示すグラ
フである。

【図２】本発明の成形シートの形状を示す。

【図３】比較例１の成形シートの構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ クロス層 ２ スキン層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 101:12 Ｂ２９Ｋ 101:12 105:06 105:06 Ｃ０８Ｌ 23:10 Ｃ０８Ｌ 23:10 67:00 67:00 77:00 77:00 81:02 81:02 (72)発明者 藤井 幹也 福島県福島市佐倉下字一本杉20番地 日東 紡績株式会社福島工場内 (72)発明者 菅野 直人 福島県福島市郷野目字東１番地 日東紡績 株式会社福島工場内 Ｆターム(参考） 4F050 BC01 BF06 HA23 HA59 HA60 HA63 HA71 HA85 4F072 AA01 AA04 AA06 AA08 AB06 AB09 AB10 AB11 AB14 AD04 AD37 AD44 AD46 AG03 AH04 AH05 AH23 AJ01 AJ04 AK05 AK14 AL01 AL04 4F201 AA11 AA24 AA29 AA34 AB16 AB18 AB25 AH67 AR02 AR06 AR17 BA03 BC01 BC02 BC12 BC15 BC37 BD02 BM07 BM14 4F204 AA11 AA25 AA29 AA34 AD02 AD03 AD04 AD16 AD25 AG01 AH67 AR03 AR06 FA01 FB01 FB11 FB22 FF01 FF05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂と強化繊維とからなる成形
   シートにおいて、熱可塑性樹脂が２４０〜３００℃の全
   領域で粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内で
   あることを特徴とする成形シート。
2. 【請求項２】 熱可塑性樹脂と強化繊維とからなる安全
   靴先芯において、熱可塑性樹脂が２４０〜３００℃の全
   領域で粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内で
   あることを特徴とする安全靴先芯。
3. 【請求項３】 強化繊維と２４０〜３００℃の全領域で
   粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内である熱
   可塑性樹脂とを成形型内に充填し、シート状に成形する
   ことを特徴とする成形シートの製造方法。
4. 【請求項４】 強化繊維と２４０〜３００℃の全領域内
   で粘度が２００〜１０００ポアズ（Ｐ）の範囲内である
   熱可塑性樹脂とを成形型内に充填し、安全靴先芯を製造
   することを特徴とする安全靴先芯の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、強化
   繊維の平均繊維長さが８〜５０ｍｍであること。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかにおいて、熱可
   塑性樹脂の体積含有率が２１〜７０％であること。
7. 【請求項７】 請求項１〜４のいずれかにおいて、熱可
   塑性樹脂がポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、
   ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレンの中から
   選ばれた樹脂であり、強化繊維がガラス繊維、炭素繊
   維、アラミド繊維、金属繊維の中から選ばれた繊維であ
   ること。
8. 【請求項８】 請求項１又は３において、成形シートの
   厚みが２〜１０ｍｍであること、
9. 【請求項９】 請求項３又は４において、成形体は熱圧
   成形により成形され、その成形温度が２００〜３００
   ℃、加圧力が１０〜８０ｋｇ／ｃｍ²であること。
10. 【請求項１０】 請求項３において成形されたシートを
    さらに安全靴先芯用成形型内に配し、安全靴先芯を製造
    することを特徴とする安全靴先芯の製造方法。