【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生産性に優れ且つ強度・弾性率が高く成形性に優れたガラス繊維強化熱可塑性樹脂からなる圧縮成形用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、射出成形用材料やスタンパブルシ−トの様な圧縮成形用材料がある。
【０００３】
この中で、スタンパブルシ−トは射出成形用材料と比較して強化繊維長を長くすることができるため、強度・弾性率が高く、これらの温度依存性が少ないことから、自動車用材料、土木建築材料、安全用具等の産業資材として広く用いられている。
【０００４】
スタンパブルシ−トの製造方法としては、１）乾式分散法：不連続繊維と熱可塑性樹脂粒子を気相中で分散させて不織布状の堆積物（ウエブ）を形成し、これを加熱加圧してシ−ト状に固化させることにより、スタンパブルシ−トを製造する方法（例えば、特許文献１参照。）や、２）湿式分散法：抄紙技術を応用したスタンパブルシ−トの製造方法であり、不連続繊維と熱可塑性樹脂粒子を液相中で分散させて不織布状の堆積物（ウエブ）を形成し、これを加熱加圧してシ−ト状に固化させる方法（例えば、特許文献２参照。）、３）フィルムラミネ−ト法：樹脂シ−トと長繊維を加熱積層（例えば、特許文献３参照。）、４）スワ−ルマット法：熱可塑性樹脂板と強化材である例えばスワ−ル状（うずまき状）のガラス繊維マットとを積層し、加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融し、加圧してガラス繊維マット中へ前記溶融樹脂を含浸させ、加圧したまま冷却固化させる方法（例えば、特許文献４参照。）等が知られている。
【０００５】
近年ではそれぞれの特徴と生かして、ａ）表面装飾：スタンパブルシ−トの表面性を上げるもしくは、自動車用内装材として用いるために表皮一体成形を行う特許が出願されている（例えば、特許文献５参照。）。また最近では難燃処方を施したフィルムを張り合わせ、スタンパブルシ−トを難燃化する特許なども出願されている（例えば、特許文献６参照。）。
【０００６】
しかし、これらの材料はその製造方法から強化繊維の含有率を高くすることが出来ず、強化繊維の持つ強度・弾性率を十分に生かすことが出来ないため、シ−ト本来の強度・弾性率が低いという欠点を有する。この欠点を補うために次のような技術が開発されている。
【０００７】
主に主に自動車バンパ−のバンパ−ビ−ムとして用いるため、スタンパブルシ−トの片面、もしくは両面に一方向強化材を貼り合わせた特許が出願されている（例えば、特許文献７参照。）。これにより、一方向強化材の繊維軸方向では著しく強度・弾性率が向上し、スタンパブルシ−トを補強することができる。
【０００８】
軽量で高剛性の製品を得るために、スタンピング成形時に金型を完全に閉じることなく圧縮を行い、内部に空洞を存在させて板厚を増し、曲げモ−メントを大きくする手法の特許が出願されている（例えば、特許文献８参照。）。
これらの検討は、先に述べたように高い強度・弾性率を有する強化繊維を多く含有することが出来ないと言う材料本来の持つ欠点を改善するには至っていない。圧縮成形材料の強度・弾性率は強化繊維の含有率に大きく依存するため、圧縮成形材料に含まれる強化繊維の含有率を上げ、本来の強度・弾性率の向上を目的とした検討もなされている。
【０００９】
また、溶融粘度が１０００〜１５０００ポイズの範囲にある熱可塑性樹脂が一方向に引き揃えられた補強繊維に含浸した短冊状片を散布し、加熱。溶融して得られた面内において疑似等方性の板が開示されている（特許文献９参照。）。この様な短冊状片は、ガラス繊維束に樹脂を被覆し、被覆繊維束を得た後に切断して得られたと記載されている。この短冊状片は、（ａ） 厚みが０．２ｍｍ以下の範囲にあり、（ｂ） 補強繊維の方向に対して直交する方向における長さが２〜２５ｍｍの範囲にあり、（ｃ） 補強繊維の方向における長さが５〜３０ｍｍの範囲にあり、（ｄ）アスペクト比が０．１５〜１．５の範囲であることを特徴とすることが記載されている。その実施例にはガラス繊維の含有率が４０体積％であるナイロン６被覆ガラス繊維が記載されており、このテ−プ形状は幅６ｍｍ、厚み０．０９ｍｍであったと記載されている。ガラス繊維の単糸数は記載されていないが、５７５ｔｅｘ（１６００ｆｉｌ）を仮定し、その繊維体積含有率から計算を行うと幅６ｍｍ、厚さ０．０９４３ｍｍとなる。また別の実施例にはポリブチレンテレフタレ−トの被覆糸も記載されているが、形状は同じである。
【００１０】
更に、強化繊維が無撚であり、少なくとも７０％が熱可塑性樹脂で濡らされ、熱可塑性樹脂中に強化繊維が均一に分散した繊維強化熱可塑性樹脂シ−トが開示されている（特許文献１０参照。）。その実施例には、ガラスの体積含有率が４５％である幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテ−プ状材料が記載されている。この強化繊維と熱可塑性樹脂が一体化されたテ−プを切断し、これを散布、加熱・溶融、冷却・固化することによりシ−ト状物を得ると記載されている。特許文献１０にもガラス繊維束中の単糸本数は具体的に記載されていないが、１１５０ｔｅｘ（２０００ｆｉｌ）を仮定し、その体積含有率から計算を行うと幅１０ｍｍ、厚さ０．１００ｍｍとなる。
【００１１】
また、連続に引き揃えられた強化繊維に樹脂を含浸し切断した薄片を無方向で二次元に配向堆積させ加熱・溶融、冷却・固化した長繊維強化熱可塑性樹脂シ−トが示されている（特許文献１１参照。）。 本件は樹脂の含浸を促進するために開繊された繊維を用いることが有効であるとしている。このためシ−ト中の繊維重量含有率のばらつきが小さく、スプリングバックを生じさせる弾性歪みの蓄積が小さく、クリ−プや寸法安定性に優れることを開示している。しかしながら、特許文献１１には強化繊維の配向による物性の変化を検討するには至っていない。
【００１２】
また、２００〜２０００本の単糸を集束した繊維束の外周に熱可塑性樹脂をコ−ティングしてこれを切断してロッド状片を得た後に、これをランダムに撒布、堆積させ、加熱・加圧してシ−ト状物を得る方法が開示されている（特許文献１２参照。）。このロッド状片は周方向の９０％以上が熱可塑性樹脂によって覆われていると共に、ロッド内への樹脂の含浸度は７０％以下であると規定している。しかし、この様に繊維間の樹脂含浸が悪いと、繊維間にボイド残りやすく、強化繊維同士の接着性が悪いためにロッド状片から強化繊維が抜け落ち、繊維の含有率に斑ができやすくなると同時に抜け落ちた強化繊維が空中に飛散するなどして作業環境を著しく悪化させるなどの欠点を有する。
【００１３】
また、１００から２０００本の単糸を集束した繊維束に熱可塑性樹脂を９５％以上含浸し、これを円形又は楕円形に近い平均径が０．１から１．５ｍｍのロッド状とした物が開示されている（特許文献１３参照。）。しかし、単糸の本数が２０００本を越えると、繊維束が太くなるため、粘度の高い熱可塑性樹脂が単糸間に均一に含浸することが困難であるという欠点を有する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平２−１６９６３２号公報（第４〜６頁）
【特許文献２】
特公昭５５−９１１９号公報（第１頁）
【特許文献３】
特公昭６３−１５１３５号公報（第１〜２頁）
【特許文献４】
特開昭６０−３６１２７号公報（第１頁）
【特許文献５】
特開平８−２３０１１４号公報（第２頁）
【特許文献６】
特開平１１−１０５１９６号公報（第２頁）
【特許文献７】
特開平９−２１６２２５号公報（第２頁）
【特許文献８】
特開昭６０−１７９２３４号公報（第１〜２頁）
【特許文献９】
特許第２５０７５６５号公報（第１頁）
【特許文献１０】
特許第２８８５０３８号公報（第１頁）
【特許文献１１】
特許第２８７７０５２号公報（第１〜２頁）
【特許文献１２】
特開平１０−１６１０３号（第２頁）
【特許文献１３】
特開２０００−１４１５０２号公報（第２頁）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスタンパブルシ−トは強化繊維の体積含有率が低いため、その材料固有の強度・弾性率が不足するという欠点を有する。繊維体積含有率を高くするには、粘度の高い熱可塑性樹脂を強化繊維間に隙間無く浸透（含浸）させる必要がある。含浸を良好にするには、樹脂の粘度を下げるか、樹脂に高圧を掛けるか、浸透させる距離を短くするために強化繊維を十分に開繊する必要がある。
樹脂の粘度は、分子量を下げるか、溶融温度を高くすることによって可能であるが、分子量を下げると強度の低下を招き、溶融温度を高くすると樹脂の劣化を招く。
【００１６】
強化繊維一本一本の単糸レベルまで開繊を行うには限界があり、樹脂に高圧を掛けて含浸すると含浸装置の強化繊維の導入口／出口からの樹脂漏れが著しく発生するなど製造設備の問題から困難である。
よって、従来の手法では、単糸が２０００本以下の細いガラス繊維束を用いて樹脂が繊維間に浸透する距離を短くすることにより、強化繊維間への樹脂の含浸性を確保していた。
【００１７】
従来の技術で用いられている２０００本以下という本数はガラス繊維束の標準の銘柄からも制限されている。例えば一般的に用いられるガラスロ−ビングはＪＩＳ Ｒ ３４１２にその番手（単位長さ当たりの重さ）が定められている。また単糸径も銘柄によりほぼ規格化されており、１３、 １７μｍが一般的である。番手と単糸径が決まれば構成される単糸の本数は一意に決定される。
市販されているガラスロ−ビングは、例えば、５７５ｔｅｘは１６００本、１１５０ｔｅｘは２０００本、２３１０ｔｅｘは４０００本のガラス単糸から構成されている。先に述べたように従来の技術は５７５ｔｅｘもしくは１１５０ｔｅｘを用いており、全て１本のガラスロ−ビングを用いた検討からなされているといえる。
【００１８】
しかし、この様な１本のガラスロ−ビングを供給する方法では生産性が向上せず、コストが高くなると言う欠点を有する。つまり市販のガラス繊維束はある一定重量であるため、単位時間内に生産性を上げるには多数本供給を行うことが最も好ましい。単純に加工速度を同一とすればガラスロ−ビング１本供給を行うよりも２本供給することによって単位時間内の生産量は倍増する。
本発明は従来技術では不可能であったガラス繊維束の多数本供給を可能にし、具体的には２０００本以上の強化繊維を供給し、更に樹脂の劣化を起こさず、生産性を向上させ、安価に高強度・高弾性率の圧縮成形用材料を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、第１に強化繊維と熱可塑性樹脂により構成される繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であって、繊維体積含有率が３０〜６０％、平均繊維長が２０〜１００ｍｍ、任意の断面において強化繊維が同一の繊維軸方向を有する最小単位に含まれるガラス繊維の本数が２０００本以上１００００本以下であること、第２に面内の弾性波の伝播速度が３０００ｍ／ｓｅｃ以上４５００ｍ／ｓｅｃ以下であり、その角度依存による標準偏差が１００ｍ／ｓｅｃ以下であること、第３に熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱した際に、強化繊維のスプリングバックを生じないことを特徴とする圧縮成形用材料を提供するものである。
【００２０】
任意の断面における最小単位に含まれる強化繊維の本数が２０００本から１００００本であることが好ましい。この最小単位は後述のようにして求めることができる。この最小単位に含まれる強化繊維の本数が２０００本未満であると同一断面積にしめる最小単位が多くなり、最小単位が重なり合う確率が増加し、繊維の直進性が失われ特に弾性率が低下する。１００００本以上になると逆に最小単位が少なくなり、シ−トの物性に異方性が生じやすくなる。
【００２１】
ガラス繊維の繊維体積含有率が３０〜６０％であることが好ましい。体積含有率が３０％未満になると最小単位間に樹脂溜まりが生じ強度の低下を招く。また体積含有率が６０％よりも大きくなると、強化繊維間への樹脂含浸が困難になり、ボイドが発生しやすくなる。このボイドの発生により強度が低下する。
【００２２】
強化繊維の平均繊維長は２０〜１００ｍｍであることが好ましい。２０ｍｍ未満では、強化繊維全表面積で生じる接着力よりも強化繊維の強度の方が高くなり、強化繊維の強度を十分に利用できない。１００ｍｍより長くなると分散性が悪くなり、強化繊維に方向性が出やすくなるため好ましくない。また、製造条件によっては、繊維軸方向に湾曲が発生し、撒布・堆積させた後にこの湾曲が残留歪みとなりスプリングバックを生じやすくなる。この繊維長の選択は本発明による圧縮用成形材料を用いて成形する製品の形状、大きさにより十分に吟味される必要がある。一般的にはより好ましくは３０ｍｍから６０ｍｍである。
【００２３】
圧縮成形用材料の面内における弾性波の伝播速度は後述のようにして求めることができるが、この伝播速度は３０００ｍ／ｓｅｃ以上４５００ｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。３０００ｍ／ｓｅｃより遅くなると強度・弾性率に優れる圧縮成形材料を得ることができない。また、４５００ｍ／ｓｅｃより早い場合は、強度・弾性率は増加するが、３０００ｍ／ｓｅｃから４５００ｍ／ｓｅｃに見られるほどの強度・弾性率の増加は認められない。
【００２４】
伝播速度の板内での角度依存に対する標準偏差が１００ｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。弾性波の伝播速度のばらつきが小さいと言うことは、強化繊維が均一分散しており、含浸状態も良好であり、強化繊維に局所的な配向が見られないことを示す。強化繊維が均一分散しているとは、シ−ト内で強化繊維の体積含有率にばらつきがないことを示す。含浸状態が良好であるため、強度のばらつきも小さい。更に強化繊維の局所的な配向が見られないことから、強度・弾性率のばらつきの少ないシ−トを得ることができる。
【００２５】
例えば、不連続繊維であっても強化繊維に方向性があると繊維軸方向への伝播速度は速くなり、繊維軸垂直方向への伝播速度は伝播速度の遅い樹脂の影響を受け、伝播速度は小さくなる。結果としてシ−トの物性に角度依存、位置依存性が発生し、不均一な力学的挙動を示す。
【００２６】
最後に熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱した際に、強化繊維のスプリングバックを生じないことが好ましい。ここで言うスプリングバックとは、シ−トから試験片を切り出し、その上下面と周辺から強化繊維が髭状に飛び出すことを言う。スプリングバックは残留歪みの蓄積を示すため長期に渡り使用する際に開放され、成形品の反り、歪みの原因となる。さらにスタンピング成形を行う場合、髭状の繊維束が飛び出したところは、付着している樹脂が外部加熱により昇華し、強化繊維の露出を生じる。樹脂の付着が認められない強化繊維の露出は、成形品表面の品位の悪化や、破壊の起点となり強度の低下を招くため避けなければならない。
【００２７】
本発明で用いる強化繊維はガラス繊維が最も優れている。圧縮成形用材料に用いる強化繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維などの有機繊維等がある。ガラス繊維は、強度・弾性率と屈曲性に富み、表面の処理剤の最適化が容易で樹脂との接着性を良好で安価であることから、目的に合致している。ガラス繊維にはＥガラス（電気用）、Ｃガラス（耐食用）、Ｓガラス、Ｔガラス（高強度・高弾性率）等があるが、このいずれでも良い。
【００２８】
強化繊維束表面には、樹脂との接着性を良好にするためにカップリング剤や、集束性を上げるためのサイジング剤（集束剤）が塗布されていることが望ましい。また樹脂の種類によってこれらの成分を変える事が望ましい。
【００２９】
本発明の圧縮成形用材料に用いられる熱可塑性樹脂としては、ナイロン６、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン４６に代表されるポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレ−トやポリブチレンテレフタレ−トなどのポリエステル系樹脂、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエ−テルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエ−テルイミド樹脂、ポリカ−ボネ−ト樹脂などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。しかしながら耐熱性が要求される分野においては、熱可塑性樹脂がポリエステル系樹脂であることが好ましい。特に耐熱性や機械的強度、クリ−プ特性、耐薬品性、耐油性が要求される分野では、ポリエチレンテレフタレ−トがより好ましい。また加水分解防止剤、熱劣化防止剤等の添加剤を目的に応じて添加することができる。
【００３０】
更にコストや賦形時の流動性、耐水性、耐熱水性、耐化学薬品性が要求される分野には、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。更に好ましくは耐溶剤性能に優れること、プロセスウィンド−が広い事から、ポリプロピレンであることが望ましい。ポリプロピレンは、その本来持つ特性から強化繊維との接着性に乏しいことが欠点として挙げられていたが、近年、酸変性することにより接着性が改良された。そのため本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シ−トにポリプロピレンを用いる場合は、このような変性が成されていることが好ましい。摩耗性、耐油性、長期耐熱特性が必要な場合には、熱可塑性樹脂がポリアミド系樹脂であることが好ましい。吸湿が問題にならない分野では、更に好ましくはナイロン６であることが望ましい。この場合、例えば酸素雰囲気下で、加熱されると酸化劣化を起こすことがあるが、これを防止するために酸化劣化防止剤等を目的に応じて添加することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず、本願で言う最小単位とは、任意の断面において強化繊維単糸が同一の繊維軸方向を有する単糸集合体、即ち含浸繊維束の断面を言う。
最小単位は次のようにして求めることができる。シ−トの任意の断面から幅５０ｍｍ以上の試験片を採取して、観察を容易にするために断面をアルミナスラリ−もしくはダイヤモンドスラリ−を用いて研磨した後に、単糸一本一本が確認できる７５倍以上の拡大率を有する光学顕微鏡により研磨した断面を観察する。
【００３２】
繊維軸方向が同一、即ち個々の繊維断面の形状が円形であるか、楕円であるか、楕円の場合には長軸と短軸の比がほぼ同一である最小単位が明確に観察できる。この様な最小単位、即ち繊維束は互いに同一の方向を取らない、即ち無配向（ランダム）に存在するほど、互いの最小単位の境界が明確になる。
【００３３】
繊維体積含有率が低くなればなるほど、最小単位周辺に樹脂過剰の部分が存在し、最小単位の境界が明確となる。更にこの最小単位の形状が円形に近くなるほど境界は明確となる。
【００３４】
次に、弾性波の伝播速度の求め方について述べる。基本的には、シ−トに弾性波を生じさせるパルサ−と伝播した弾性波を検出するセンサ−の組み合わせにより求めることができる。この測定には市販のアコ−スティックエミッション測定装置（以下ＡＥ装置）を用いることができる。
【００３５】
シ−トの中央にパルサ−を配置し、これより単発のパルスを発生する。連続的にパルスを発生して計測することも可能であるが、その周期により、シ−ト内で弾性波が反射し、互いに干渉するので単発のパルスであることが好ましい。これを等距離においたゲインの等しい複数のセンサ−により検出する。センサ−が１本しか準備できない場合は、複数回に分けて測定することも可能である。このパルサ−からのトリガ−信号とセンサ−からの波形をストレッジオシロ等により検出し、トリガ−と波形の立ち上がりの時間差とパルサ−−センサ−間の距離により弾性波の伝播速度を算出する。
【００３６】
シ−トの含浸状態が悪いと、弾性波の減衰が大きくなり、波形の立ち上がりの検出が困難になる。よって減衰率の大きな材料の場合は、パルサ−の振幅を大きくして検出を容易にする必要がある。
【００３７】
本発明の圧縮成形用材料を製造する方法としては、１．複数本の連続強化繊維束を引き揃え開繊して熱可塑性樹脂を含浸し、所定の繊維長を有する小片に切断する工程と、２．裁断された小片を金型へ無配向、均一に撒布・堆積させる工程、３．撒布・堆積した小片を加熱・溶融、冷却・固化して圧縮成形用材料に成形する工程が必須である。以下にこれらの工程からなる方法が一例としてあげられる。
はじめに、連続強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する工程について述べる。
【００３８】
ａ）強化繊維の供給：強化繊維の供給は、ロ−ビングの内周から引き出す場合と、外周から繰り出して供給する場合が考えられる。強化繊維の供給で最も重要な技術のポイントは、無撚で供給することである。撚りが入ると強化繊維が開繊しないため、熱可塑性樹脂を含浸することが困難になる。
【００３９】
ロ−ビングの内周から強化繊維を引き出して供給する場合（内取り解舒）は、周知のように解舒撚りが発生する。例えば、内径７インチ、高さ３００ｍｍ、巻き係数４の場合、その最内周では１回／１５４ｍｍの撚りが発生する。この様な撚りは工程の中に蓄積されるため、好ましくない。この撚りの発生は、解舒に同期させてロ−ビングを回転することにより、防ぐことができる。ロ−ビングには繊度の個体差が存在するため、完全に同期させることは困難である。ロ−ビングの回転数１０回転に対し、撚り１回程度であれば、実用上問題はない。
【００４０】
外周から繰り出して供給する場合（横取り解舒）は、例えば、クリルスタンドや、市販の解舒機を用いることができる。この場合でも、耳部（ロ−ビングの側面）には耳撚りと呼ばれる撚りが入ることがある。この撚りは、強化繊維を紡糸して巻き上げるときに入るため、これを防止することは不可能である。よって外側から繰り出して供給するときには後工程での細心の注意が必要である。
【００４１】
更に外側から繰り出して供給する場合は、ロ−ビングからの解舒点に負荷がかかる。クリルスタンドを用いて解除する場合には、ロ−ビングが回転する回転モ−メントを強化繊維の引っ張り力によって与えなければならない。この張力により、解舒点の摩擦力が高くなり毛羽立ちが生じることがある。よってクリルスタンドにはベアリングを入れるなどして回転モ−メントを減少する対策が必要不可欠である。
【００４２】
市販の解舒機を用いる場合でも、巻き上げる方向と解除する方向が逆になるため、解舒点において強化繊維束間で摩擦を生じる。この為、毛羽が立ちやすい等の不具合が起こる場合がある。この毛羽などは、紡糸のワインダ−を解舒機に改造してトラバ−スを通し、強化繊維に無理がないように解除することにより防止することができる。
【００４３】
ｂ）開繊工程：強化繊維間に樹脂含浸が容易になるようにするために集束されている強化繊維束を開繊する必要がある。開繊方法には周知のように、１）金属又はセラミックの棒に強化繊維を押しつけて開繊する方法（バ−開繊）、２）金属又はセラミックのロ−ラ−に沿わせて開繊する方法（ロ−ラ−開繊）、３）強化繊維を弛ませて、繊維軸に対して垂直方向から空気を吹き付けるもしくは吸引することにより強化繊維を拡幅し開繊する方法（空気開繊）などがある。
【００４４】
１）の棒または２）のロ−ラ−の材質は強化繊維の種類に応じて十分に吟味する必要がある。硬すぎると、強化繊維表面が損傷して工程通過中に強化繊維が破断したり、必要な強度が得られないなどの不具合が生じる。柔らかすぎると、強化繊維の張力に耐えきれず、変形するなどの不具合が生じる。種々の検討の結果、ステンレスや、真鍮であればほぼ問題はない。
【００４５】
強化繊維束を開繊する場合、これを加熱雰囲気下で行うと開繊性が良好になる。強化繊維束には樹脂との接着性を良好にすると共に、ハンドリングを良くするために、サイジング剤（集束剤）と呼ばれる糊が付着している。このサイジング剤の融点以上に加熱することにより、結合力が弱まり開繊性が向上する。サイジング剤の種類にもよるが、これの融点から融点＋１００℃に加熱することが好ましい。また、軟化したサイジング剤が、強化繊維束と開繊を行う棒／ロ−ラ−との間で潤滑剤の役割を果たす効果も得ることができる。
【００４６】
強化繊維束を加熱する方法としては、開繊装置を直接加熱する方法と、輻射熱を利用する方法などがある。直接加熱する場合は、棒の中にヒ−タ−を鋳込む方法を採ることができる。ロ−ラ−の場合は、ロ−ラ−内を中空にして熱媒を通す方法や、ロ−ラ−の内側にヒ−タ−を挿入しておくなどの方法を採ることができる。輻射熱を利用する場合は、遠赤外ヒ−タ−などを設置して輻射熱を利用する方法がある。熱効率を考慮すると直接加熱の方が好ましい。
【００４７】
開繊装置へ供給するテンションも非常に重要である。テンションが低いと、強化繊維を押し広げる駆動力が小さくなり、開繊性が悪化する。逆にテンションが高すぎると、棒やロ−ラ−に擦らせる場合に摩擦力が大きくなり、強化繊維束が損傷、最悪の場合破断することがある。通常は、強化繊維の破断強度に対して０．３％〜２％程度であればよい。例えばＥ−ガラス繊維の場合、その強度は０．０２４５Ｎ／ｄｔｅｘとされており、７．３５Ｅ−５〜４．９０Ｅ−４Ｎ／ｄｔｅｘの供給テンションが必要となる。
【００４８】
供給テンションを与える方法としては、ダンサ−ロ−ラ−、フリクションテンサ−、磁気式テンサ−などがある。強化繊維束に損傷を与えなければ、いずれの場合でも良い。
【００４９】
例えば、サイジング剤の融点に対し１００℃に加熱した棒の開繊装置を用い、供給テンションを強化繊維の破断強度の１％とした場合、開繊前の強化繊維束の幅に対うる開繊後の繊維束の幅（開繊倍率）は５倍程度にすることができる。即ち厚みは１／５になり、含浸は容易となる。含浸を考慮した場合、開繊倍率は２倍から１０倍であることが好ましい。
【００５０】
強化繊維間に樹脂を含浸する方法としては、被覆含浸、溶融含浸などが考えられる。被覆含浸は溶融した樹脂を充填した樹脂浴に強化繊維を供給し、ダイスを通して引き抜く方法である。この場合、樹脂は強化繊維束の周辺部のみに付着している。繊維間への浸透は、後のシ−トにするプレス工程などで実現できる。被覆含浸は、樹脂浴中を通してダイスで引き抜く構造であるため、強化繊維間に含まれる空気の抜け道が存在しない為、含浸を良好にするのは困難である。
【００５１】
溶融含浸は、キッスロ−ル、曲面形状のダイ、樹脂浴、ダイス、ニップロ−ラ−などの組み合わせにより、強化繊維間に樹脂を完全に浸透させる方法である。
【００５２】
キッスロ−ルや曲面形状のダイは、強化繊維束の片側から樹脂を圧入するため、強化繊維間の空気が抜けやすく含浸性に優れるという特徴を有する。キッスロ−ルと曲面形状のダイを比較するとキッスロ−ルは、回転部分を含むため、その設備構造が複雑になりやすい。そして、強化繊維間への樹脂の浸透圧は、強化繊維のテンションのみによりほぼ決定されるため、樹脂を圧入し含浸を促進させるのは限界がある。その反面、曲面状のダイは曲面の一部分にスリットを有するだけであるので、構造が簡略化できる。またスリットから樹脂を吐出するため、吐出圧を制御することが可能で、キッスロ−ルよりも高圧で強化繊維間に樹脂を圧入し含浸を促進することができるため好ましい。
【００５３】
曲面形状におけるスリットの形状は開繊した強化繊維束の幅に対し同等かやや狭い幅が好ましく、その高さは０．１〜０．３ｍｍが好ましい。０．１ｍｍ以下は加工方法が無く、事実上困難である。０．３ｍｍよりも高くなると、樹脂圧が低下して好ましくない。スリットの樹脂圧はスリット背圧で１００ＫＰａから２ＭＰａ程度が好ましい。
【００５４】
強化繊維束は曲面形状のダイに接する前に含浸する樹脂の融点よりも高い温度に予熱されていることが好ましい。樹脂の融点よりも低い温度の強化繊維束が樹脂に接すると、強化繊維表面で樹脂が冷却され固化することがあり、強化繊維間への樹脂の浸透を促進することができなくなる。よって樹脂の融点から融点＋１００℃の間に予熱されていることが好ましい。
【００５５】
強化繊維束は曲面形状のダイへ複数本供給する事が好ましい。前述のように、強化繊維の撚りはいかなる方法であっても完全に避けることはできない。撚りが入ると開繊性が悪くなり、曲面形状のダイにおいて強化繊維の幅が狭くなり、スリットからの樹脂漏れが発生する。樹脂漏れが発生すると強化繊維含有率にばらつきが生じ、好ましくない。多数本の強化繊維束を供給すると、撚りの発生による曲面形状のダイからの樹脂漏れを防止することができる。これは開繊された強化繊維束を重ね合わせることにより、個々の幅のばらつきを吸収することが可能になるためである。
【００５６】
供給の本数は例えば５７５ｔｅｘのロ−ビングを用いる場合は、２本から８本、１１５０ｔｅｘであれば２本から６本、２３１０ｔｅｘであれば、２本から３本程度が好ましい。より好ましくは、ガラス繊維単糸本数が２０００本から８０００本になるように供給することである。
【００５７】
曲面形状のダイで含浸した後に樹脂浴を通すことが好ましい。この樹脂浴で僅かに含浸が促進される。また、樹脂浴の出口にダイスを取り付け強化繊維束への樹脂付着量を調整することができるが、曲面形状のダイと樹脂浴、ダイスを用いることでこの付着量の調整が容易となる。
【００５８】
強化繊維への樹脂付着量の調整を容易にするためにダイスを用いることが好ましい。ダイスの形状は特に規定しないが、ロッド状にする場合は、円形、正方形などが考えられる。より強化繊維間への樹脂の浸透が必要な場合は、ダイス内での樹脂の剪断応力が増加するように扁平化することが好ましい。この場合、楕円、もしくは幅の広いスリット形状が選択できる。
【００５９】
ダイスの平行部の長さは、樹脂の粘度により異なるが、０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましい。０．１ｍｍ未満では強化繊維間への樹脂の浸透性に劣る。１０ｍｍより大きくなるとダイス壁面と樹脂の剪断粘度による引き抜き抵抗が強化繊維の破断強度よりも大きくなることがあり、強化繊維が切断され、操業が不可能である。
【００６０】
ダイス直前での樹脂圧は１００ＫＰａから５０ＭＰａとする事が好ましい。この樹脂圧は、ダイスの形状、ダイスの平行部の長さ、樹脂の粘度により変動するので、幅の広いスリットを用いた場合は２０ＭＰａから５０ＭＰａとするのがより好ましい。
【００６１】
この様なダイスの材質は、腐食を考慮してステンレス鋼や、硬度が必要な場合は合金工具鋼を用いることができる。必要に応じてこれらに焼き入れを行い、表面硬度をさらに高めることも有効である。また、耐摩耗性を重視するときは、タングステンカ−バイドなどのセラミックを溶射、焼結することによりさらに向上する。
【００６２】
ダイスから引き抜いた樹脂が付着した強化繊維束（以下、含浸繊維束という）をニップロ−ラにより圧縮し、さらに強化繊維間への樹脂の浸透を良好にすることができる。ニップロ−ラ−はその設置位置が重要である。ダイスからニップロ−ラ−の距離が遠く、引き抜いた含浸繊維束の温度が低下するとニップロ−ラ−で押しつぶしても効果は見られない。また逆に距離が近く、含浸繊維束の温度が高いと樹脂の粘着力によって含浸繊維束がニップロ−ラ−に巻き付いて操業が困難である。明確な理由は不明であるが、ニップロ−ラ−の温度は７０℃以下、ニップロ−ラ−に接する時の含浸繊維束の表面温度は樹脂の融点−２０℃から融点＋５０℃が好ましい。ニップロ−ラ−の温度が７０℃より高くなると含浸繊維束のニップロ−ラ−への巻き付きが増加する。含浸繊維束の表面温度が融点−２０℃より低くなると、ニップロ−ラ−にかかる圧力を上げても含浸繊維束の形状は変化しない。融点＋５０℃を越えると急激に含浸繊維束のニップロ−ラ−への巻き付きが増加する。
【００６３】
この様に種々の工程を経て含浸繊維束を得ることができるが、圧縮成形用材料において、ボイドがなく強化繊維間に樹脂が浸透して、良好な含浸状態が得られるならば、被覆含浸、溶融含浸いずれでも良い。
【００６４】
得られた含浸繊維束は、イ−ストマンカッタ−や、ギロチンカッタ−、ペレタイザ−等の切断装置を用いて所定の長さに切断することができる。イ−ストマンカッタ−は、ドラムに外側に向けて刃が付いており、巻き付けた含浸繊維束の張力により切断されるため、張力の付与が重要である。ギロチンカッタ−は固定刃と移動刃の剪断で切断するため、このクリアランスが重要である。クリアランスを広く採ると切断不良が生じ、狭くすると移動刃が固定刃に擦って摩耗し、刃の耐久性が短くなる。含浸繊維束の切断状況を見ながらクリアランスを詰める必要がある。
【００６５】
以上から得られた含浸繊維束を切断した小片を、金型へ無配向、均一に撒布・体積させる工程に投入する。小片などを撒布・堆積させる方法としては、例えば連続的に生産する場合は前記工程の長手方向の裁断した小片を直接高い位置から自然落下させ、ベルトコンベア−上に堆積させる方法や、落下経路にエア−を吹き込むか、もしくは邪魔板を取り付ける方法などが考えられる。しかしながら、落下経路にエア−を吹き込むと、含浸繊維束の小片がエア−により落下経路で互いにもしくは壁面に衝突して含浸繊維束小片が避けたり、含浸繊維束の樹脂含浸度が低いと強化繊維が抜け落ちる可能性がある。特に抜け落ちた強化繊維は風綿状の毛玉になり圧縮成形用材料の物性を悪化させたり、空中を飛散して作業環境を著しく悪化させる。
【００６６】
金型へ無配向、均一に撒布・堆積させる方法としては、高所から振り落とす事が最も簡便で確実な方法である。しかしながら、無作為に撒布するだけでは、所望の圧縮成形用材料を得ることはできない。
【００６７】
均一に撒布するには、振り落とす含浸繊維束小片を時間当たり一定量供給する必要がある。一定供給が可能な方法としては、含浸繊維束をイン・ラインで切断しそのまま振り落とす方法、ベルトコンベア−とかき上げ装置を用いて含浸繊維束小片の嵩密度を揃えて供給する方法などがある。
【００６８】
時間当たりに振り落とす量は非常に重要である。金型に直接投入してバッチ成形を行う場合は、単位時間、単位面積当たりに振り落とす重量は０．０２０〜０．３０Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）程度が好ましい。含浸繊維束小片を単位時間に振り落とす量が少ない、即ち０．０２０Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）より少なくなると工程速度が遅くなり生産性が悪くなる。逆に振り落とす量が多くなる、即ち０．３０Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）より多くなると振り落とされた含浸繊維束小片が圧縮成形用材料の面外方向に配向してスプリングバックの原因となるため好ましくない。
【００６９】
撒布・堆積させた含浸繊維束小片を加熱・溶融、冷却・固化する方法には、次のような方法がある。例えば、ベルトプレスにより加熱・溶融、冷却・固化を連続して行う方法や、プレスを用いるバッチ方式等を挙げることができる。
【００７０】
プレスを用いたバッチ方式はベルトプレスによる方法よりも設備が安価であるため一般的に用いられている。熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂と異なり、樹脂を加熱するだけではなく、冷却する事が必須である。本来、含浸繊維束小片のみを加熱・冷却することが理想であるが、技術的に困難であるため、従来は、１台のプレスを用い、金型に通す熱媒・冷媒を切り替えることにより圧力下で加熱・溶融、冷却・固化が行われてきた。 しかし、この方法では金型をも加熱・冷却する必要があるため、エネルギ−の損失が大きい。
【００７１】
エネルギ−損失の回避は、加熱と冷却を分けて行うことにより実現することができる。つまり加熱用のプレスと冷却用のプレスの２台を用意し、撒布・堆積した含浸繊維束小片を加熱用から冷却用へ移動することにより、常に金型を一定温度に保つことができ、理想的な状態を得ることができる。
【００７２】
ここで問題となるのは、加熱・溶融状態にある含浸繊維束小片は餅状であり、これを移動することが困難であることである。本発明では、まず、含浸繊維束小片をアルミの箱に撒布・堆積させ、蓋をして密封する。次いでアルミ箱ごと加熱プレスに投入し、圧力を掛けながら含浸繊維束小片を溶融して相互の間に含まれる空気を抜く。そしてアルミ箱ごと冷却プレスに移動して、加圧下で冷却・固化することにより溶融した含浸繊維束小片を移動することに成功した。
【００７３】
ここで用いるアルミ箔は離型処理がなされていることが望ましい。離型剤はシリコン系など一般に市販されている物で十分である。
【００７４】
プレス成形を行う場合、重要なポイントは、金型温度、圧力、保持時間、圧縮速度の４点である。加熱プレスの金型温度は、樹脂の融点から融点＋７０℃の範囲にあることが好ましい。樹脂の融点より低くても高圧下であれば、含浸繊維束小片相互の結合を得ることもできるが、融点以上にすることで樹脂が溶融状態となり、含浸繊維束小片間に存在する空気を排出する駆動力を得ることができる。融点＋７０℃を越えると、保持時間にもよるが、樹脂の劣化が進み好ましくない。
【００７５】
圧力は撒布・堆積させた含浸繊維束小片間に含まれる空気を排出する駆動力になるため、重要である。含浸繊維束小片における樹脂含浸が良好であれば低圧で成形することができる。含浸が不良であれば、高圧が必要となる。前述のアルミ箱に詰めアルミ箱ごと成形すれば、金型のクリアランスから樹脂が流出することもなく高い圧力を掛けることができる。加熱時の圧力を３００ＫＰａから５ＭＰａにする事が好ましい。
【００７６】
加熱保持時間は、３０秒以上、２０分以下であることが好ましい。加熱する量にもよるが、３０秒以下では含浸繊維束小片の樹脂が十分に溶融しないため、シ−トの含浸が悪くなる。２０分以上になると金型に接している樹脂が劣化し、例えばポリプロピレンであれば黄変したり、ポリアミド６なら着色したりして品位が劣るため好ましくない。生産性を鑑み、より好ましくは１分以上、１０分以下である。
【００７７】
加熱プレスによる圧縮速度は１ｍｍ／ｍｉｎから５０ｍｍ／ｍｉｎが好ましい。圧縮速度が速いと含浸繊維束小片の樹脂が溶融する前にこれらが押しつぶされるため、強化繊維に歪みが蓄積されやすく、結果としてスプリングバックを生じる。１ｍｍ／ｍｉｎよりも遅くなると加熱・溶融した樹脂が含浸繊維束小片間に含まれる空気によって酸化劣化を生じることがあるため好ましくない。
【００７８】
冷却プレスの温度は融点より低い温度であれば、特に問題はないが、好ましくは室温から１５０℃が好ましい。１５０℃より高くなると、金型内で固化していても取り出した後、室温との温度差が大きいため、反りなどを発生することがある。室温より低いと、別途金型冷却用に冷媒が必要となり、設備が大掛かりになるため好ましくない。より好ましくは５０℃から１２０℃である。
【００７９】
溶融時に十分に圧縮され、空気が抜けた状態であれば、冷却時の圧力は特に規定しないが、装置などの能力により３００ＫＰａから５ＭＰａであればよい。
冷却時間も特に規定しないが、生産性との兼ね合いから、加熱時間よりも短時間であれば特に問題ない。
【００８０】
冷却プレスによる圧縮速度は速ければ早いほうが好ましい。溶融状態にある樹脂が融点よりも低い温度の金型に接すると固化が開始する。金型が閉まるのが遅いと、固化が進み、搬送中に生じるシ−トの撓みなどが保持されるため好ましくない。圧縮速度は１０ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎが好ましい。またこの範囲であれば、平面性に優れた圧縮成形材料を得ることができる。
【００８１】
アルミ箱に詰めている場合、四辺を切断するなどして圧縮成形用材料を取り出す必要がある。
【００８２】
以上のようにして得られた圧縮成形用材料は含浸性に優れ、面内に異方性が無く、スプリングバックを生じにくい特徴を持つ。
【００８３】
【実施例】
以下実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお各評価については以下の通りに行った。曲げ弾性率、曲げ強度はＪＩＳ Ｋ ７０５５に従い測定を行った。強化繊維の体積含有率は、まず、ＪＩＳ Ｋ ７０５２に準じ、厚さ３．５ｍｍ、５００ｍｍ角の圧縮成形材料の四隅と中央の５点から切り出した２ｇ以上の試験片を電子天秤を使用して１ｍｇまで正確に測定し、これを電気炉中で雰囲気温度６２５℃で、時間加熱した。炭素質が完全になくなってからデシケ−タに移して室温になるまで冷却し、焼成後の質量を１ｍｇまで測定した。焼成前後の質量からガラス繊維の重量含有率を算出した。この重量含有率と強化繊維、樹脂の密度から複合則により体積含有率を算出した。なお、ＪＩＳ Ｋ ７０５３に従い、圧縮成形用材料の空洞率を測定したところ、すべての材料で１％以下であった。
【００８４】
（実験例１）
日本電気硝子社製Ｅガラス繊維束（ＥＲ−１１５０、繊維本数２０００本）２本を横取り解舒して真鍮製丸棒（φ１０ｍｍ）７本に接触させ、繊維束を１０ｍｍに拡幅した。これに株式会社グランドポリマー社製ポリプロピレン（マレイン酸変性量０．１％）をＲ＝３０ｍｍの曲面を有するダイのスリットから、ガラス繊維束と接触角９０°を得るように供給した。その後、樹脂浴を通過させた後に矩形のダイスを通して樹脂付着量を繊維体積含有率が３０％になるように揃えた後、賦形ロ−ラ−を通して幅２５ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍのテ−プ状樹脂含浸繊維束を得た。これをイ−ストマンカッタ−を用いて切断し、繊維長２５ｍｍの短冊状の小片を得た。小片をベルトコンベアとブレードでベルトコンベア上の目付を揃え、１ｍの高さから５２０ｍｍ四方の離型処理されたアルミ箱に０．０２７Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）振り落とし、均一に撒布・堆積させた後、蓋をして、２２０℃に加熱された金型に投入し、圧力５００ＫＰａで５分間加熱・溶融した。その後、１００℃に加熱された金型に移し、圧力２ＭＰａで１分間、冷却・固化しアルミを取り除いて厚み３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００８５】
（実験例２）
繊維体積含有率が４０％であること並びに撒布速度が０．０３０Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）であること以外は実験例１同様の方法で、幅２２ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍ、繊維長２５ｍｍである含浸繊維束小片を撒布・堆積させた後に加熱・溶融、冷却・固化させて厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００８６】
（実験例３）
繊維体積含有率が４５％並びに撒布速度が０．０３２Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）であること以外は実験例１同様の方法で、幅２０ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍ、繊維長２５ｍｍである含浸繊維束小片を撒布・堆積させた後に加熱・溶融、冷却・固化させて厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００８７】
（実験例４）
繊維体積含有率が５０％並びに撒布速度が０．０３３Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）であること以外は実験例１同様の方法で、幅２０ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍ、繊維長２５ｍｍである含浸繊維束小片を撒布・堆積させた後に加熱・溶融、冷却・固化させて厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００８８】
（実験例５）
繊維体積含有率が６０％並びに撒布速度が０．０３７Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）であること以外は実験例１同様の方法で、幅２０ｍｍ、厚さ０．０７ｍｍ、繊維長２５ｍｍである含浸繊維束小片を撒布・堆積させた後に加熱・溶融、冷却・固化させて厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００８９】
（実験例６）
繊維体積含有率が７０％となるようにダイスリットの調整を行い含浸繊維束の製造を試みたが、ダイスリットで含浸繊維束が擦られて破断し、含浸繊維束を得ることができなかった。
【００９０】
（実験例７）
日本電気硝子社製Ｅガラス繊維束（ＥＲ−１１５０、繊維本数２０００本）２本を内取り解舒して真鍮製丸棒（φ１０ｍｍ）７本に接触させ、繊維束を２０ｍｍに拡幅した。これに株式会社グランドポリマー社製ポリプロピレン（マレイン酸変性量０．１％）をＲ＝３０ｍｍの曲面を有するダイのスリットから、ガラス繊維束と接触角９０°を得るように供給した。その後、樹脂浴を通過させた後に矩形のダイスを通して樹脂付着量を繊維体積含有率が５０％になるように揃えた後、賦形ロ−ラ−を通して幅２０ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得た。これをイ−ストマンカッタ−を用いて切断し、繊維長１０ｍｍの小片を得た。小片をベルトコンベアとブレードでベルトコンベア上の目付を揃え、１ｍの高さから５２０ｍｍ四方の離型処理されたアルミ箱に０．１０Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）振り落とし、均一に撒布・堆積させた後、蓋をして、２２０℃に加熱された金型に投入し、圧力５００ＫＰａで５分間加熱・溶融した。その後、１００℃に加熱された金型に移し、圧力２ＭＰａで１分間、冷却・固化しアルミを取り除いて厚み３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００９１】
（実験例８）
含浸繊維束小片の繊維長が３５ｍｍであること以外は実験例７同様の方法で、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００９２】
（実験例９）
含浸繊維束小片の繊維長が５０ｍｍであること以外は実験例７同様の方法で、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表１に示す。
【００９３】
（実験例１０）
含浸繊維束小片の繊維長が１００ｍｍであること以外は実験例７同様の方法で、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。この含浸繊維束小片は僅かに繊維軸方向に湾曲が認められ、撒布・堆積後の嵩密度が大きくなる傾向が見られた。その評価結果を表１に示す。
【００９４】
（実験例１１）
含浸繊維束小片の繊維長が１５０ｍｍであること以外は実験例７同様の方法で、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。この含浸繊維束小片は繊維軸方向に湾曲しており、撒布・堆積後の嵩密度が大きく著しく作業性が悪化した。その評価結果を表２に示す。
【００９５】
（実験例１２）
日本電気硝子社製Ｅガラス繊維束（ＥＲ−５７５、繊維本数１６００本）１本を外取り解舒して真鍮製丸棒（φ１０ｍｍ）７本に接触させ、繊維束を２０ｍｍに拡幅した。これに株式会社グランドポリマー社製ポリプロピレン（マレイン酸変性量０．１％）をＲ＝３０ｍｍの曲面を有するダイのスリットから、ガラス繊維束と接触角９０°を得るように供給した。その後、樹脂浴を通過させた後に矩形のダイスを通して樹脂付着量を繊維体積含有率が５０％になるように揃えた後、賦形ロ−ラ−を通して幅６ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得た。この場合、解舒時の耳部で発生する耳撚りの影響を受け、開繊したガラス繊維束幅に斑が生じ、ダイスリットで樹脂漏れを発生し、操業性が悪化した。これをイ−ストマンカッタ−を用いて切断し、繊維長３５ｍｍの小片を得た。小片をベルトコンベアとブレードでベルトコンベア上の目付を揃え、１ｍの高さから離型性を向上させるために敦賀フィルム株式会社製ポリプロピレンフィルム（厚さ５０μｍ）を予め投入しておいた５２０ｍｍ四方の離型処理されたアルミ箱に０．２０Ｋｇ／（ｓｅｃ・ｍ２）振り落とし、均一に撒布・堆積させた後、蓋をして、２２０℃に加熱された金型に投入し、圧力５００ＫＰａで５分間加熱・溶融した。その後、１００℃に加熱された金型に移し、圧力２ＭＰａで１分間、冷却・固化しアルミを取り除いて厚み３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。ポリプロピレンフィルムの効果によりアルミ箔を除去するときの離型性は良好であった。その評価結果を表２に示す。
【００９６】
（実験例１３）
供給するＥガラス繊維束がＥＲ−１１５０、繊維本数２０００本、１本であること以外は実験例１２同様の方法で、幅１０ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。この場合も実験例１２の場合と同様にダイスリットで樹脂漏れを発生したが、実験例１２との相対比較を行うと繊維本数が多いだけ幾分改善された。その評価結果を表２に示す。
【００９７】
（実験例１４）
供給するＥガラス繊維束がＥＲ−１１５０、４本であること以外は実験例１３同様の方法で、幅３５ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表２に示す。
【００９８】
（実験例１５）
供給するＥガラス繊維束がＥＲ−５７５、６本であること以外は実験例１３同様の方法で、幅３０ｍｍ、厚さ０．０９０ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表２に示す。
【００９９】
（実験例１６）
供給するＥガラス繊維束がＥＲ−１１５０、６本であること以外は実験例１３同様の方法で、幅５０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得、厚さ３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。この含浸繊維束は幅が大きく、搬送、撒布時に裂けることがあり、裂けた破面からガラス短繊維が脱落し、作業環境を悪化させた。評価結果を表２に示す。
【０１００】
（実験例１７）
市販の粉末含浸のスタンパブルシートを用いて検討を行った。評価結果を表２に示す。
【０１０１】
（実験例１８）
市販の抄紙法のスタンパブルシートを用いて検討を行った。評価結果を表２に示す。
【０１０２】
（実験例１９）
Ｅガラス繊維束（ＥＲ−１１５０、繊維本数２０００本）２本を内取り解舒して真鍮製丸棒（φ１０ｍｍ）７本に接触させ、繊維束を２０ｍｍに拡幅した。これにポリプロピレン（マレイン酸変性量０．１％）をＲ＝３０ｍｍの曲面を有するダイのスリットから、ガラス繊維束と接触角９０°を得るように供給した。その後、樹脂浴を通過させた後に矩形のダイスを通して樹脂付着量を繊維体積含有率が５０％になるように揃えた後、賦形ロ−ラ−を通して幅２０ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍのテ−プ状樹脂含浸束を得た。これをイ−ストマンカッタ−を用いて切断し、繊維長３５ｍｍの小片を得た。この含浸繊維束小片を全て繊維軸方向が同方向となるように手並べでアルミ箔の箱に敷き詰め、蓋をした後、２２０℃に加熱された金型に投入し、圧力５００ＫＰａで５分間加熱・溶融した。その後、１００℃に加熱された金型に移し、圧力２ＭＰａで１分間、冷却・固化しアルミを取り除いて厚み３．５ｍｍの圧縮成形用材料を得た。その評価結果を表２に、伝播速度の角度依存性を図２に示す。この圧縮成形材料は強化繊維に方向性があるため、曲げ物性に異方性が生じた。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
【表３】
【０１０６】
【発明の効果】
本発明により生産性に優れ且つ強度・弾性率が高く異方性のない、成形性に優れたガラス繊維強化熱可塑性樹脂からなる圧縮成形用材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験例における伝播速度の角度依存性である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression molding material comprising a glass fiber reinforced thermoplastic resin having excellent productivity, high strength and elastic modulus, and excellent moldability.
[0002]
[Prior art]
Fiber-reinforced thermoplastic resin composite materials include injection molding materials and compression molding materials such as stampable sheets.
[0003]
Among these, stampable sheets can have a longer reinforcing fiber length than injection molding materials, and therefore have high strength and elastic modulus, and their temperature dependency is low. Widely used as industrial materials such as materials and safety tools.
[0004]
The method for producing the stampable sheet is as follows: 1) Dry dispersion method: a discontinuous fiber and thermoplastic resin particles are dispersed in a gas phase to form a nonwoven fabric-like deposit (web), which is heated and pressed to form a sheet. A method of producing a stampable sheet by solidifying in a sheet form (for example, see Patent Document 1) and 2) a wet dispersion method: a method of producing a stampable sheet by applying a papermaking technique, wherein discontinuous fibers are used. And a thermoplastic resin particle dispersed in a liquid phase to form a nonwoven fabric-like deposit (web), which is heated and pressurized to solidify it into a sheet (for example, see Patent Document 2). ) Film laminating method: Heat lamination of resin sheet and long fiber (for example, refer to Patent Document 3). 4) Swirl mat method: Thermoplastic resin plate and reinforcing material such as swirl (vortex) Shape) with glass fiber mat Then, a method of melting the thermoplastic resin by heating, impregnating the molten resin into a glass fiber mat by applying pressure, and cooling and solidifying the resin under pressure (for example, see Patent Document 4) is known. I have.
[0005]
In recent years, a) surface decoration: a patent has been filed for enhancing the surface properties of a stampable sheet or integrally forming a skin for use as an interior material for automobiles, taking advantage of the respective features (see, for example, Patent Document 5). .). Recently, a patent or the like for applying a flame-retarded film to a stampable sheet to make it flame-retardant has been filed (for example, see Patent Document 6).
[0006]
However, these materials cannot increase the content of the reinforcing fiber due to the manufacturing method thereof, and cannot fully utilize the strength and elastic modulus of the reinforcing fiber. Is low. The following techniques have been developed to compensate for this drawback.
[0007]
A patent in which a unidirectional reinforcing material is bonded to one side or both sides of a stampable sheet has been filed mainly for use as a bumper beam of an automobile bumper (see, for example, Patent Document 7). As a result, the strength and elastic modulus in the fiber axis direction of the unidirectional reinforcing material are significantly improved, and the stampable sheet can be reinforced.
[0008]
In order to obtain a lightweight and high-rigidity product, a patent was filed for applying a method of compressing without completely closing the mold during stamping molding, increasing the thickness by increasing the thickness of the plate by making a cavity inside, and increasing the bending moment. (For example, see Patent Document 8).
These studies have not been able to improve the inherent disadvantage of the material that it cannot contain many reinforcing fibers having high strength and elastic modulus as described above. Since the strength and elastic modulus of the compression molding material greatly depend on the content of the reinforcing fiber, studies have been made to increase the content of the reinforcing fiber contained in the compression molding material and to improve the original strength and elastic modulus. I have.
[0009]
Also, a strip-like piece impregnated with a reinforcing fiber in which a thermoplastic resin having a melt viscosity in the range of 1,000 to 15,000 poises is aligned in one direction is sprayed and heated. A quasi-isotropic plate is disclosed in a plane obtained by melting (see Patent Document 9). It is described that such a strip-shaped piece was obtained by coating a glass fiber bundle with a resin, obtaining a coated fiber bundle, and then cutting. This strip-shaped piece has (a) a thickness in the range of 0.2 mm or less, (b) a length in a direction orthogonal to the direction of the reinforcing fiber in a range of 2 to 25 mm, and (c) a reinforcing fiber. Is described in the range of 5 to 30 mm in the direction, and (d) the aspect ratio is in the range of 0.15 to 1.5. The example describes a nylon 6 coated glass fiber having a glass fiber content of 40% by volume, and describes that this tape had a width of 6 mm and a thickness of 0.09 mm. Although the number of single yarns of the glass fiber is not described, assuming 575 tex (1600 fill) and calculating from the fiber volume content, the width is 6 mm and the thickness is 0.0943 mm. In another embodiment, a coated yarn of polybutylene terephthalate is described, but the shape is the same.
[0010]
Further, a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet in which the reinforcing fibers are untwisted, at least 70% of which is wetted with a thermoplastic resin, and in which the reinforcing fibers are uniformly dispersed in the thermoplastic resin is disclosed (Patent Document 10). reference.). In that example, a tape-shaped material having a width of 10 mm and a thickness of 0.1 mm in which the volume content of glass is 45% is described. It is described that a sheet in which the reinforcing fiber and the thermoplastic resin are integrated is cut, and the sheet is sprayed, heated, melted, cooled and solidified to obtain a sheet. Although the number of single yarns in the glass fiber bundle is not specifically described in Patent Document 10, assuming 1150 tex (2000 fill) and calculating from the volume content, the width is 10 mm and the thickness is 0.100 mm. .
[0011]
Further, there is shown a long fiber reinforced thermoplastic resin sheet obtained by impregnating a resin into a continuously aligned reinforcing fiber, cutting a thin piece obtained by impregnating the resin in a two-dimensional manner in a non-directional manner, heating, melting, cooling and solidifying. (See Patent Document 11). The present case states that it is effective to use fibers that have been opened to promote resin impregnation. For this reason, it discloses that the dispersion of the fiber weight content in the sheet is small, the accumulation of elastic strain which causes springback is small, and the creep and dimensional stability are excellent. However, Patent Literature 11 does not discuss the change in physical properties due to the orientation of the reinforcing fibers.
[0012]
Further, a thermoplastic resin is coated on the outer periphery of a fiber bundle obtained by bundling 200 to 2,000 single yarns, and cut to obtain a rod-shaped piece. A method for obtaining a sheet by pressurizing is disclosed (see Patent Document 12). It is specified that the rod-shaped piece is covered with a thermoplastic resin for 90% or more in the circumferential direction, and that the degree of resin impregnation in the rod is 70% or less. However, if the resin impregnation between the fibers is poor, voids are likely to remain between the fibers, and the reinforcing fibers fall off from the rod-shaped piece due to poor adhesion between the reinforcing fibers, and the fiber content tends to be uneven. At the same time, there is a drawback in that the reinforcing fibers that have fallen off are scattered in the air, thereby significantly deteriorating the working environment.
[0013]
Further, a fiber bundle obtained by bundling 100 to 2000 single yarns is impregnated with a thermoplastic resin at 95% or more, and a rod-like material having a circular or elliptical average diameter of 0.1 to 1.5 mm is obtained. It is disclosed (see Patent Document 13). However, if the number of single yarns exceeds 2,000, the fiber bundle becomes thicker, so that there is a disadvantage that it is difficult to uniformly impregnate a high-viscosity thermoplastic resin between the single yarns.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-2-169632 (pages 4 to 6)
[Patent Document 2]
JP-B-55-9119 (page 1)
[Patent Document 3]
JP-B-63-15135 (pages 1-2)
[Patent Document 4]
JP-A-60-36127 (page 1)
[Patent Document 5]
JP-A-8-230114 (page 2)
[Patent Document 6]
JP-A-11-105196 (page 2)
[Patent Document 7]
JP-A-9-216225 (page 2)
[Patent Document 8]
JP-A-60-179234 (pages 1-2)
[Patent Document 9]
Japanese Patent No. 2507565 (page 1)
[Patent Document 10]
Japanese Patent No. 2885038 (page 1)
[Patent Document 11]
Japanese Patent No. 2877052 (pages 1-2)
[Patent Document 12]
JP-A-10-16103 (page 2)
[Patent Document 13]
JP 2000-141502 A (page 2)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional stampable sheet has a disadvantage that the strength and elasticity inherent to the material are insufficient because the volume content of the reinforcing fibers is low. In order to increase the fiber volume content, it is necessary to infiltrate (impregnate) a high-viscosity thermoplastic resin between the reinforcing fibers without gaps. In order to improve the impregnation, it is necessary to lower the viscosity of the resin, apply a high pressure to the resin, or sufficiently open the reinforcing fibers in order to shorten the distance of penetration.
The viscosity of the resin can be reduced by lowering the molecular weight or raising the melting temperature. However, lowering the molecular weight lowers the strength, and raising the melting temperature lowers the resin.
[0016]
There is a limit in opening fibers to the level of single fibers of individual reinforcing fibers. When resin is impregnated by applying high pressure, resin leakage from the inlet / outlet of the reinforcing fibers of the impregnating device occurs significantly. Difficult because of the problem.
Therefore, in the conventional method, the impregnating property of the resin between the reinforcing fibers was ensured by using a thin glass fiber bundle of 2,000 or less single yarns to shorten the distance that the resin permeated between the fibers.
[0017]
The number of 2,000 or less used in the prior art is also limited by the standard brand of glass fiber bundle. For example, the number (weight per unit length) of a generally used glass roving is defined in JIS R3412. The single yarn diameter is also almost standardized by brand, and is generally 13 or 17 μm. Once the count and single yarn diameter are determined, the number of single yarns to be configured is uniquely determined.
A commercially available glass roving is composed of, for example, 1600 575 tex, 2,000 1150 tex, and 4,000 2310 tex single glass threads. As described above, the conventional technology uses 575 tex or 1150 tex, and it can be said that all the studies have been conducted using one glass roving.
[0018]
However, such a method of supplying one glass roving has a disadvantage that productivity is not improved and cost is increased. That is, since a commercially available glass fiber bundle has a certain weight, it is most preferable to supply a large number of glass fiber bundles in order to increase productivity within a unit time. If the processing speed is simply the same, the production amount per unit time is doubled by supplying two glass rovings rather than one glass roving.
The present invention enables the supply of a large number of glass fiber bundles, which was impossible with the prior art, and specifically, supplies 2,000 or more reinforcing fibers, and further improves the productivity without causing deterioration of the resin. An object of the present invention is to provide an inexpensive high-strength, high-modulus material for compression molding.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention firstly provides a fiber-reinforced thermoplastic resin composite material composed of a reinforcing fiber and a thermoplastic resin, wherein the fiber volume content is 30 to 60%, and the average fiber length is 20 to 100 mm, the number of glass fibers contained in the minimum unit having the same fiber axis direction as the reinforcing fiber in any cross section is 2,000 to 10,000, and secondly, the propagation speed of the in-plane elastic wave is 3000 m / sec or more and 4500 m / sec or less, and the standard deviation due to its angle dependence is 100 m / sec or less. Third, when heated to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin, the springback of the reinforcing fiber is reduced. It is intended to provide a material for compression molding, which does not occur.
[0020]
It is preferable that the number of reinforcing fibers included in the minimum unit in an arbitrary cross section is 2,000 to 10,000. This minimum unit can be obtained as described later. If the number of reinforcing fibers contained in the minimum unit is less than 2,000, the minimum unit having the same cross-sectional area increases, the probability that the minimum unit overlaps increases, the straightness of the fiber is lost, and the elastic modulus particularly decreases. On the other hand, when the number is more than 10,000, the minimum unit becomes smaller, and the physical properties of the sheet tend to be anisotropic.
[0021]
The fiber volume content of the glass fibers is preferably 30 to 60%. If the volume content is less than 30%, resin pools are formed between the minimum units, resulting in a decrease in strength. Further, when the volume content is more than 60%, it becomes difficult to impregnate the resin between the reinforcing fibers, and voids are easily generated. The strength decreases due to the generation of the voids.
[0022]
The average fiber length of the reinforcing fibers is preferably 20 to 100 mm. If it is less than 20 mm, the strength of the reinforcing fiber is higher than the adhesive force generated on the entire surface area of the reinforcing fiber, and the strength of the reinforcing fiber cannot be sufficiently utilized. If the length is longer than 100 mm, the dispersibility becomes poor, and the directionality of the reinforcing fibers tends to be undesirably increased. Further, depending on the manufacturing conditions, a curve is generated in the fiber axis direction, and after being scattered / deposited, the curve becomes a residual strain, which tends to cause springback. The selection of the fiber length needs to be sufficiently examined depending on the shape and size of a product to be molded using the molding material for compression according to the present invention. Generally, it is more preferably from 30 mm to 60 mm.
[0023]
The propagation speed of the elastic wave in the plane of the material for compression molding can be determined as described later, and the propagation speed is preferably 3000 m / sec or more and 4500 m / sec or less. If it is slower than 3000 m / sec, it is impossible to obtain a compression molding material having excellent strength and elastic modulus. If the speed is higher than 4500 m / sec, the strength and elastic modulus increase, but the increase in strength and elastic modulus as seen from 3000 m / sec to 4500 m / sec is not recognized.
[0024]
It is preferable that the standard deviation of the propagation speed with respect to the angle dependence in the plate is 100 m / sec or less. A small variation in the propagation velocity of the elastic wave indicates that the reinforcing fibers are uniformly dispersed, the impregnation state is good, and no local orientation is observed in the reinforcing fibers. The fact that the reinforcing fibers are uniformly dispersed means that there is no variation in the volume content of the reinforcing fibers in the sheet. Since the impregnation state is good, the variation in strength is small. Further, since no local orientation of the reinforcing fibers is observed, a sheet having a small variation in strength and elastic modulus can be obtained.
[0025]
For example, even in the case of discontinuous fibers, if the reinforcing fibers have directionality, the propagation speed in the fiber axis direction increases, and the propagation speed in the direction perpendicular to the fiber axis is affected by the resin having a low propagation speed, and the propagation speed is Become smaller. As a result, the physical properties of the sheet are angle-dependent and position-dependent, resulting in non-uniform mechanical behavior.
[0026]
It is preferable that when the thermoplastic resin is finally heated to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin, springback of the reinforcing fiber does not occur. The term "spring back" as used herein means that a test piece is cut out from a sheet, and the reinforcing fibers fly out in a beard form from the upper and lower surfaces and the periphery. Springback is released when used for a long period of time to show accumulation of residual strain, and causes warpage and distortion of a molded product. Further, in the case of performing stamping molding, the resin adhering to the place where the beard-like fiber bundle has popped out is sublimated by external heating, and the reinforcing fiber is exposed. Exposure of the reinforcing fibers to which no resin is adhering must be avoided because it deteriorates the quality of the surface of the molded product and becomes a starting point of destruction, resulting in a decrease in strength.
[0027]
As the reinforcing fiber used in the present invention, glass fiber is most excellent. Examples of the reinforcing fibers used for the compression molding material include organic fibers such as carbon fibers and aramid fibers. Glass fiber is suitable for the purpose because it is rich in strength / elasticity and flexibility, easy to optimize the surface treatment agent, good in adhesion to resin and inexpensive. The glass fiber includes E glass (for electric use), C glass (for corrosion resistance), S glass, T glass (high strength and high elastic modulus), and any of these may be used.
[0028]
The surface of the reinforcing fiber bundle is desirably coated with a coupling agent for improving the adhesiveness to the resin or a sizing agent (bundling agent) for improving the sizing property. It is desirable to change these components depending on the type of resin.
[0029]
The thermoplastic resin used for the compression molding material of the present invention includes polyamide resins such as nylon 6, nylon 12, nylon 66 and nylon 46, and polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. Resin, polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, polyether ketone resin, polyphenylene sulfide resin, polyetherimide resin, polycarbonate resin, and the like, but are not particularly limited thereto. However, in a field where heat resistance is required, it is preferable that the thermoplastic resin is a polyester resin. Particularly, in the field where heat resistance, mechanical strength, creep characteristics, chemical resistance and oil resistance are required, polyethylene terephthalate is more preferable. Further, additives such as a hydrolysis inhibitor and a thermal degradation inhibitor can be added according to the purpose.
[0030]
Further, in fields where cost, fluidity during shaping, water resistance, hot water resistance, and chemical resistance are required, the thermoplastic resin is preferably a polyolefin resin. More preferably, polypropylene is preferred because of its excellent solvent resistance and wide process window. Polypropylene has been cited as a disadvantage that it has poor adhesion to reinforcing fibers due to its inherent properties, but in recent years adhesion has been improved by acid modification. Therefore, when polypropylene is used for the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention, it is preferable that such a modification is made. When abrasion resistance, oil resistance, and long-term heat resistance are required, the thermoplastic resin is preferably a polyamide resin. In a field where moisture absorption is not a problem, nylon 6 is more preferable. In this case, for example, when heating is performed in an oxygen atmosphere, oxidative deterioration may occur. To prevent this, an antioxidant may be added according to the purpose.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the minimum unit referred to in the present application refers to a cross section of a single yarn aggregate in which a reinforcing fiber single yarn has the same fiber axis direction in an arbitrary cross section, that is, an impregnated fiber bundle.
The minimum unit can be obtained as follows. A test piece with a width of 50 mm or more was taken from an arbitrary cross section of the sheet, and the cross section was polished with alumina slurry or diamond slurry for easy observation, and then each single yarn was confirmed. The polished cross section is observed with an optical microscope having a magnifying power of 75 times or more.
[0032]
In the case where the fiber axis direction is the same, that is, the shape of each fiber cross section is circular, elliptical, or elliptical, the minimum unit in which the ratio of the major axis to the minor axis is almost the same can be clearly observed. As the minimum units, that is, the fiber bundles do not take the same direction as each other, that is, exist in a non-oriented (random) manner, the boundary between the minimum units becomes clearer.
[0033]
The lower the fiber volume content, the more resin excess exists around the minimum unit, and the boundary of the minimum unit becomes clearer. Furthermore, the boundary becomes clearer as the shape of the minimum unit becomes closer to a circle.
[0034]
Next, a method of obtaining the propagation speed of the elastic wave will be described. Basically, it can be determined by a combination of a pulser for generating an elastic wave on a sheet and a sensor for detecting the propagated elastic wave. For this measurement, a commercially available acoustic emission measuring device (hereinafter referred to as AE device) can be used.
[0035]
A pulser is arranged at the center of the sheet, and a single pulse is generated from the pulser. It is also possible to measure by continuously generating pulses, but it is preferable that the pulse is a single pulse because elastic waves are reflected in the sheet and interfere with each other depending on the period. This is detected by a plurality of sensors having equal gains at equal distances. When only one sensor can be prepared, the measurement can be performed in a plurality of times. The trigger signal from the pulser and the waveform from the sensor are detected by a stress oscilloscope or the like, and the propagation speed of the elastic wave is calculated from the time difference between the trigger and the rise of the waveform and the distance between the pulser and the sensor.
[0036]
If the sheet is not sufficiently impregnated, the attenuation of the elastic wave increases, making it difficult to detect the rise of the waveform. Therefore, in the case of a material having a large attenuation rate, it is necessary to increase the amplitude of the pulser to facilitate detection.
[0037]
The method for producing the material for compression molding of the present invention includes the following steps. 1. a step of aligning and opening a plurality of continuous reinforcing fiber bundles, impregnating with a thermoplastic resin, and cutting into small pieces having a predetermined fiber length; 2. a step of distributing and depositing the cut small pieces uniformly and non-oriented on a mold; A process of heating, melting, cooling and solidifying the scattered and deposited small pieces to form a compression molding material is essential. Hereinafter, a method comprising these steps will be exemplified.
First, a step of impregnating a continuous reinforcing fiber bundle with a thermoplastic resin will be described.
[0038]
a) Supply of reinforcing fibers: The reinforcing fibers may be supplied from the inner periphery of the roving or supplied from the outer periphery. The most important technical point in the supply of the reinforcing fiber is to supply it without twist. If twisting occurs, the reinforcing fibers do not spread, and it becomes difficult to impregnate the thermoplastic resin.
[0039]
When the reinforcing fibers are drawn out from the inner periphery of the roving and supplied (inner unwinding), unwinding twist occurs as is well known. For example, in the case of an inner diameter of 7 inches, a height of 300 mm, and a winding coefficient of 4, a twist of 154 mm occurs once at the innermost circumference. Such a twist is not preferable because it is accumulated in the process. The occurrence of the twist can be prevented by rotating the roving in synchronization with the unwinding. Since there are individual differences in fineness in roving, it is difficult to completely synchronize them. There is no problem in practical use as long as the twist is about one turn for 10 rotations of the roving.
[0040]
In the case of feeding out from the outer periphery (horizontal unwinding), for example, a krill stand or a commercially available unwinding machine can be used. Even in this case, a twist called ear twist may be formed in the ear portion (side surface of the roving). It is impossible to prevent this twist, since the twist is entered when the reinforcing fiber is spun and wound up. Therefore, when paying out and supplying from the outside, it is necessary to pay close attention to the subsequent steps.
[0041]
Further, in the case of feeding out from the outside, a load is applied to the unwinding point from the roving. In the case of releasing by using the crill stand, the rotating moment in which the roving rotates must be given by the pulling force of the reinforcing fiber. Due to this tension, the frictional force at the unwinding point is increased, and fluffing may occur. Therefore, it is indispensable for the krill stand to take measures to reduce the rotational moment by inserting a bearing or the like.
[0042]
Even when a commercially available unwinding machine is used, the winding direction and the unwinding direction are opposite, so that friction occurs between the reinforcing fiber bundles at the unwinding point. For this reason, inconveniences such as easy fluffing may occur. This fluff can be prevented by modifying the spinning winder into an unwinding machine, passing through a traverse, and releasing the reinforcing fiber without strain.
[0043]
b) Opening step: It is necessary to open the bundle of reinforcing fibers bundled in order to facilitate resin impregnation between the reinforcing fibers. As is well known in the art of fiber opening, 1) a method in which a reinforcing fiber is pressed against a metal or ceramic rod to open the fiber (bar opening), and 2) a fiber opening along a metal or ceramic roller. 3) A method of loosening the reinforcing fibers and blowing or sucking air from a direction perpendicular to the fiber axis to widen and open the reinforcing fibers (air opening). and so on.
[0044]
The material of the rod of 1) or the roller of 2) needs to be sufficiently examined according to the type of reinforcing fiber. If it is too hard, the surface of the reinforcing fiber will be damaged, causing problems such as breakage of the reinforcing fiber during the passage of the process and the inability to obtain the required strength. If it is too soft, it will not be able to withstand the tension of the reinforcing fibers and will cause problems such as deformation. As a result of various studies, there is almost no problem with stainless steel or brass.
[0045]
When opening the reinforcing fiber bundle in a heated atmosphere, the openability is improved. A glue called a sizing agent (bundling agent) is attached to the reinforcing fiber bundle in order to improve the adhesiveness to the resin and to improve the handling. By heating above the melting point of the sizing agent, the bonding strength is weakened and the spreadability is improved. Although it depends on the type of the sizing agent, it is preferable to heat from the melting point to the melting point + 100 ° C. In addition, the effect that the softened sizing agent plays a role of a lubricant between the reinforcing fiber bundle and the rod / roller for opening can be obtained.
[0046]
As a method of heating the reinforcing fiber bundle, there are a method of directly heating the opening device and a method of using radiant heat. In the case of direct heating, a method of casting a heater into a rod can be adopted. In the case of a roller, a method in which the inside of the roller is hollow and a heat medium passes therethrough, or a method in which a heater is inserted inside the roller can be used. When using radiant heat, there is a method in which a far-infrared heater or the like is installed and radiant heat is used. Considering thermal efficiency, direct heating is preferred.
[0047]
The tension supplied to the opening device is also very important. When the tension is low, the driving force for pushing out the reinforcing fibers becomes small, and the spreadability deteriorates. Conversely, if the tension is too high, the frictional force increases when the rod or roller is rubbed, and the reinforcing fiber bundle may be damaged or, in the worst case, broken. Usually, it is sufficient that the breaking strength of the reinforcing fiber is about 0.3% to 2%. For example, in the case of E-glass fiber, the strength is set to 0.0245 N / dtex, and 7.35E -5 ~ 4.90E -4 A supply tension of N / dtex is required.
[0048]
As a method of giving the supply tension, there are a dancer roller, a friction tensor, a magnetic tensor and the like. In any case, as long as the reinforcing fiber bundle is not damaged.
[0049]
For example, when using a rod opening device heated to 100 ° C. with respect to the melting point of the sizing agent and setting the supply tension to 1% of the breaking strength of the reinforcing fibers, the opening can be adjusted to the width of the reinforcing fiber bundle before opening. The width of the subsequent fiber bundle (spreading magnification) can be about 5 times. That is, the thickness is reduced to 1/5, and the impregnation becomes easy. In consideration of impregnation, the opening magnification is preferably 2 to 10 times.
[0050]
As a method of impregnating the resin between the reinforcing fibers, coating impregnation, melt impregnation, and the like can be considered. Coating impregnation is a method in which reinforcing fibers are supplied to a resin bath filled with a molten resin and drawn through a die. In this case, the resin adheres only to the peripheral portion of the reinforcing fiber bundle. The permeation between the fibers can be realized by a pressing process for forming a sheet later. Since the coating impregnation has a structure in which the resin is drawn through a resin bath with a die, it is difficult to improve the impregnation because there is no passage for the air contained between the reinforcing fibers.
[0051]
Melt impregnation is a method in which the resin is completely penetrated between the reinforcing fibers by a combination of a kiss roll, a die having a curved surface, a resin bath, a die, a nip roller, and the like.
[0052]
Kiss rolls and dies having a curved surface are characterized in that the resin is press-fitted from one side of the reinforcing fiber bundle, so that air between the reinforcing fibers easily escapes and is excellent in impregnation. Comparing the kiss roll with the die having a curved surface, the kiss roll includes a rotating part, so that the equipment structure tends to be complicated. Since the osmotic pressure of the resin between the reinforcing fibers is almost determined only by the tension of the reinforcing fibers, there is a limit to press-fitting the resin to promote the impregnation. On the other hand, since the curved die has only a slit in a part of the curved surface, the structure can be simplified. In addition, since the resin is discharged from the slit, the discharge pressure can be controlled, and the resin can be pressed into the reinforcing fibers at a higher pressure than the kiss roll to promote the impregnation, which is preferable.
[0053]
The shape of the slit in the curved surface shape is preferably equal to or slightly smaller than the width of the opened reinforcing fiber bundle, and the height thereof is preferably 0.1 to 0.3 mm. There is no processing method for 0.1 mm or less, which is practically difficult. If the height is higher than 0.3 mm, the resin pressure decreases, which is not preferable. The resin pressure of the slit is preferably about 100 KPa to about 2 MPa as the slit back pressure.
[0054]
The reinforcing fiber bundle is preferably preheated to a temperature higher than the melting point of the resin to be impregnated before coming into contact with the curved die. When the reinforcing fiber bundle at a temperature lower than the melting point of the resin comes into contact with the resin, the resin may be cooled and solidified on the surface of the reinforcing fiber, and the penetration of the resin between the reinforcing fibers cannot be promoted. Therefore, it is preferable that the preheating is performed between the melting point of the resin and the melting point + 100 ° C.
[0055]
It is preferable to supply a plurality of reinforcing fiber bundles to a die having a curved surface. As mentioned above, twisting of the reinforcing fibers cannot be completely avoided by any method. If twisting occurs, the spreadability deteriorates, the width of the reinforcing fiber becomes narrower in the curved die, and resin leakage from the slit occurs. If resin leakage occurs, the reinforcing fiber content varies, which is not preferable. When a large number of reinforcing fiber bundles are supplied, resin leakage from a die having a curved surface due to twisting can be prevented. This is because the overlapping of the opened reinforcing fiber bundles makes it possible to absorb variations in individual widths.
[0056]
For example, in the case of using 575 tex rovings, it is preferable that the number of supply is about 2 to 8, 1150 tex, 2 to 6, 2310 tex, and about 2 to 3. More preferably, it is supplied such that the number of single glass fiber yarns is from 2,000 to 8,000.
[0057]
It is preferable to pass through a resin bath after impregnation with a curved die. The impregnation is slightly promoted in this resin bath. Also, a die can be attached to the outlet of the resin bath to adjust the amount of resin adhering to the reinforcing fiber bundle. The use of a curved die, a resin bath, and a die facilitates adjustment of the amount of resin adhering.
[0058]
It is preferable to use a die in order to easily adjust the amount of the resin adhered to the reinforcing fibers. Although the shape of the die is not particularly limited, a circular shape, a square shape, and the like can be considered in the case of a rod shape. If the resin needs to penetrate more between the reinforcing fibers, it is preferable to flatten the resin so that the shear stress of the resin in the die increases. In this case, an ellipse or a wide slit shape can be selected.
[0059]
The length of the parallel portion of the die depends on the viscosity of the resin, but is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less. When the thickness is less than 0.1 mm, the permeability of the resin between the reinforcing fibers is poor. If it is larger than 10 mm, the pull-out resistance due to the shear viscosity of the die wall and the resin may be larger than the breaking strength of the reinforcing fiber, and the reinforcing fiber is cut, making it impossible to operate.
[0060]
It is preferable that the resin pressure immediately before the die is from 100 KPa to 50 MPa. Since the resin pressure varies depending on the shape of the die, the length of the parallel portion of the die, and the viscosity of the resin, it is more preferable to set the pressure to 20 MPa to 50 MPa when a wide slit is used.
[0061]
As a material of such a die, stainless steel can be used in consideration of corrosion, and when hardness is required, alloy tool steel can be used. It is also effective to harden these as necessary to further increase the surface hardness. Further, when importance is placed on wear resistance, it is further improved by spraying and sintering ceramics such as tungsten carbide.
[0062]
The reinforcing fiber bundle (hereinafter referred to as an impregnated fiber bundle) to which the resin pulled out from the die is adhered can be compressed by a Nippler to further improve the penetration of the resin between the reinforcing fibers. The installation position of the Nippler is important. If the distance between the die and the Nippler is too long and the temperature of the pulled out impregnated fiber bundle decreases, no effect is seen even if the Nippler is crushed. Conversely, if the distance is short and the temperature of the impregnated fiber bundle is high, the impregnated fiber bundle will be wrapped around the nipple roller due to the adhesive force of the resin, making operation difficult. Although the specific reason is unknown, it is preferable that the temperature of the Nippler is 70 ° C. or less, and the surface temperature of the impregnated fiber bundle at the time of contact with the Niplor is from the melting point of the resin, −20 ° C. to + 50 ° C. When the temperature of the Nippler becomes higher than 70 ° C., the winding of the impregnated fiber bundle around the Nipplor increases. When the surface temperature of the impregnated fiber bundle is lower than the melting point of −20 ° C., the shape of the impregnated fiber bundle does not change even if the pressure applied to the Nippler is increased. When the temperature exceeds the melting point + 50 ° C., the winding of the impregnated fiber bundle around the Nippler increases rapidly.
[0063]
In this way, the impregnated fiber bundle can be obtained through various processes, but in the compression molding material, if the resin penetrates between the reinforcing fibers without voids and a good impregnation state is obtained, coating impregnation, Any of melt impregnation may be used.
[0064]
The obtained impregnated fiber bundle can be cut into a predetermined length using a cutting device such as an Eastman cutter, guillotine cutter, or pelletizer. In the Eastman cutter, the drum is provided with a blade toward the outside, and is cut by the tension of the wound impregnated fiber bundle. Therefore, it is important to apply the tension. This clearance is important because the guillotine cutter cuts by shearing the fixed blade and the moving blade. If the clearance is wide, a cutting failure occurs, and if the clearance is narrow, the movable blade rubs against the fixed blade and wears, thereby reducing the durability of the blade. It is necessary to close the clearance while watching the cutting state of the impregnated fiber bundle.
[0065]
The small pieces obtained by cutting the impregnated fiber bundle obtained above are put into a mold in a process of non-orienting and evenly dispersing / volume. As a method of dispersing and accumulating small pieces, for example, in the case of continuous production, the small pieces cut in the longitudinal direction of the above process are naturally dropped directly from a high position directly, and a method of accumulating on a belt conveyor or a falling path. A method of blowing air or attaching a baffle plate can be considered. However, when air is blown into the falling path, small pieces of the impregnated fiber bundle collide with each other or the wall surface by the air to avoid small pieces of the impregnated fiber bundle. May fall off. In particular, the dropped reinforcing fibers become fluffy pills, deteriorating the physical properties of the material for compression molding, or flying in the air to significantly deteriorate the working environment.
[0066]
The simplest and most reliable method for dispersing and depositing non-oriented and uniformly on a mold is to shake off from a high place. However, a desired compression molding material cannot be obtained only by sprinkling at random.
[0067]
For uniform distribution, it is necessary to supply a small amount of impregnated fiber bundle to be shaken off per hour. As a method capable of constant supply, there are a method in which the impregnated fiber bundle is cut in-line and shaken as it is, a method in which the bulk density of the impregnated fiber bundle pieces is adjusted using a belt conveyor and a scraping device and supplied. .
[0068]
The amount shaken off per hour is very important. In the case of performing batch molding by directly charging into a mold, the weight to be shaken off per unit time and unit area is 0.020 to 0.30 kg / (sec · m). 2 ) Degree is preferred. The amount of shaking the impregnated fiber bundle small pieces per unit time is small, that is, 0.020 kg / (sec · m 2 If the number is less than the above, the process speed becomes slow and productivity becomes poor. Conversely, the amount to be shaken off increases, that is, 0.30 kg / (sec · m 2 If the number is too large, the impregnated fiber bundle pieces that have been shaken off are undesirably oriented in the out-of-plane direction of the compression molding material and cause springback.
[0069]
There are the following methods for heating / melting, cooling / solidifying the impregnated fiber bundle pieces that have been scattered and deposited. For example, a method in which heating, melting, cooling, and solidification are continuously performed by a belt press, a batch method using a press, and the like can be used.
[0070]
The batch method using a press is generally used because the equipment is less expensive than the method using a belt press. Unlike a thermosetting resin, a thermoplastic resin requires not only heating but also cooling of the resin. Originally, it is ideal to heat and cool only small pieces of impregnated fiber bundles. However, it is technically difficult to use a single press to switch the heat medium / coolant through the mold. Heating, melting, cooling, and solidification have been performed below. However, in this method, it is necessary to heat and cool the mold, so that a large energy loss occurs.
[0071]
Avoidance of energy loss can be realized by performing heating and cooling separately. In other words, preparing a press for heating and a press for cooling, and moving the small pieces of impregnated fiber bundles spread and deposited from heating to cooling, the mold can always be kept at a constant temperature. Can be obtained.
[0072]
The problem here is that the impregnated fiber bundle pieces in the heated and molten state are in the shape of rice cakes, and it is difficult to move them. In the present invention, small pieces of the impregnated fiber bundle are firstly scattered and deposited in an aluminum box, which is then sealed with a lid. Next, the aluminum box is put into a heating press, and the impregnated fiber bundle pieces are melted while applying pressure, and air contained between the pieces is released. Then, the entire aluminum box was moved to the cooling press, and the molten impregnated fiber bundle was successfully moved by cooling and solidifying under pressure.
[0073]
It is desirable that the aluminum foil used here has been subjected to a mold release treatment. A commercially available release agent such as a silicone-based release agent is sufficient.
[0074]
When performing press molding, four important points are mold temperature, pressure, holding time, and compression speed. The mold temperature of the heating press is preferably in the range from the melting point of the resin to the melting point + 70 ° C. If the pressure is lower than the melting point of the resin and the pressure is high, bonding of the impregnated fiber bundle pieces can be obtained.However, by setting the melting point or higher, the resin is brought into a molten state, and the air existing between the impregnated fiber bundle pieces is discharged. Driving force can be obtained. If the temperature exceeds the melting point + 70 ° C., it depends on the holding time, but the resin deteriorates, which is not preferable.
[0075]
The pressure is important because it becomes a driving force for discharging air contained between the impregnated fiber bundle pieces that have been scattered and deposited. If the resin impregnation in the impregnated fiber bundle pieces is good, molding can be performed at low pressure. If impregnation is poor, high pressure is required. If the above-mentioned aluminum box is packed and molded together with the aluminum box, high pressure can be applied without resin flowing out of the mold clearance. It is preferable to set the pressure at the time of heating from 300 KPa to 5 MPa.
[0076]
The heating holding time is preferably 30 seconds or more and 20 minutes or less. Although it depends on the amount of heating, if the time is less than 30 seconds, the resin of the small piece of impregnated fiber bundle is not sufficiently melted, so that the impregnation of the sheet becomes worse. If the time is longer than 20 minutes, the resin in contact with the mold is deteriorated. For example, polypropylene is yellowed, and polyamide 6 is colored. In view of productivity, the time is more preferably 1 minute or more and 10 minutes or less.
[0077]
The compression speed by the heating press is preferably from 1 mm / min to 50 mm / min. If the compression rate is high, the impregnated fiber bundle pieces are crushed before the resin is melted, so that strain is easily accumulated in the reinforcing fibers, resulting in springback. If the speed is lower than 1 mm / min, the resin heated and melted may be oxidized and deteriorated by air contained between the small pieces of the impregnated fiber bundle, which is not preferable.
[0078]
There is no particular problem as long as the temperature of the cooling press is lower than the melting point, but preferably from room temperature to 150 ° C. If the temperature is higher than 150 ° C., even if it is solidified in the mold, the temperature difference from the room temperature is large after taking out, so that warping or the like may occur. If the temperature is lower than room temperature, a cooling medium is separately required for cooling the mold, and the equipment becomes large, which is not preferable. The temperature is more preferably from 50 ° C to 120 ° C.
[0079]
The pressure at the time of cooling is not particularly limited as long as it is sufficiently compressed at the time of melting and air is released, but may be 300 KPa to 5 MPa depending on the capacity of the apparatus and the like.
Although the cooling time is not particularly specified, there is no particular problem if it is shorter than the heating time in consideration of productivity.
[0080]
The faster the compression speed by the cooling press, the better. When the resin in the molten state comes into contact with a mold at a temperature lower than the melting point, solidification starts. If the mold is closed slowly, the solidification proceeds, and the sheet bending generated during conveyance is undesirably held. The compression speed is preferably from 10 mm / min to 100 mm / min. In addition, a compression molding material having excellent flatness can be obtained in this range.
[0081]
When packed in an aluminum box, it is necessary to take out the material for compression molding by cutting four sides or the like.
[0082]
The material for compression molding obtained as described above is excellent in impregnating properties, has no in-plane anisotropy, and has characteristics of not easily causing springback.
[0083]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, each evaluation was performed as follows. The flexural modulus and flexural strength were measured according to JIS K 7055. According to JIS K 7052, first, the volume content of the reinforcing fiber was determined by using an electronic balance with a test piece of 2 g or more cut out from the four corners and the central five points of a 3.5 mm thick, 500 mm square compression molded material according to JIS K 7052. It was accurately measured to 1 mg and heated in an electric furnace at an ambient temperature of 625 ° C. for an hour. After the carbonaceous material had completely disappeared, it was transferred to a desiccator, cooled to room temperature, and the mass after firing was measured to 1 mg. The weight content of the glass fiber was calculated from the mass before and after firing. The volume content was calculated from the weight content and the densities of the reinforcing fibers and the resin according to the composite rule. In addition, according to JIS K7053, when the porosity of the material for compression molding was measured, it was 1% or less for all the materials.
[0084]
(Experimental example 1)
Two E glass fiber bundles (ER-1150, 2,000 fibers) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. were intercepted and unwound and brought into contact with seven brass round bars (φ10 mm) to widen the fiber bundle to 10 mm. Polypropylene (maleic acid modification amount: 0.1%) manufactured by Grand Polymer Co., Ltd. was supplied to this through a slit of a die having a curved surface of R = 30 mm so as to obtain a contact angle of 90 ° with the glass fiber bundle. After passing through a resin bath, the resin adhesion amount is adjusted through a rectangular die so that the fiber volume content becomes 30%, and then a 25 mm wide and 0.12 mm thick tape is formed through a shaping roller. A resin-impregnated fiber bundle was obtained. This was cut using an Eastman cutter to obtain a strip-shaped piece having a fiber length of 25 mm. The small pieces are aligned on the belt conveyor with a belt conveyor and a blade, and are placed in a release-treated aluminum box of 520 mm square from a height of 1 m to 0.027 kg / (sec · m). 2 ) After shaking off, uniformly dispersing and depositing, the lid was put, and it was poured into a mold heated to 220 ° C., and heated and melted at a pressure of 500 KPa for 5 minutes. Thereafter, the material was transferred to a mold heated to 100 ° C., cooled and solidified at a pressure of 2 MPa for 1 minute, and aluminum was removed to obtain a compression molding material having a thickness of 3.5 mm. Table 1 shows the evaluation results.
[0085]
(Experimental example 2)
The fiber volume content is 40% and the spraying speed is 0.030 kg / (sec · m 2 ), A small piece of impregnated fiber bundle having a width of 22 mm, a thickness of 0.10 mm and a fiber length of 25 mm is spread and deposited, and then heated, melted, cooled and solidified in the same manner as in Experimental Example 1. A 3.5 mm material for compression molding was obtained. Table 1 shows the evaluation results.
[0086]
(Experimental example 3)
An impregnated fiber bundle having a width of 20 mm, a thickness of 0.10 mm and a fiber length of 25 mm in the same manner as in Experimental Example 1, except that the fiber volume content is 45% and the spreading speed is 0.032 kg / (sec · m 2). After distributing and depositing the small pieces, they were heated, melted, cooled and solidified to obtain a compression molding material having a thickness of 3.5 mm. Table 1 shows the evaluation results.
[0087]
(Experimental example 4)
The fiber volume content is 50% and the spreading speed is 0.033 kg / (sec · m 2 ), A small piece of impregnated fiber bundle having a width of 20 mm, a thickness of 0.09 mm, and a fiber length of 25 mm is dispersed and deposited, then heated, melted, cooled and solidified in the same manner as in Experimental Example 1. A 3.5 mm material for compression molding was obtained. Table 1 shows the evaluation results.
[0088]
(Experimental example 5)
The fiber volume content is 60% and the spreading speed is 0.037 kg / (sec · m 2 ), A small piece of impregnated fiber bundle having a width of 20 mm, a thickness of 0.07 mm, and a fiber length of 25 mm is spread and deposited, and then heated, melted, cooled and solidified in the same manner as in Experimental Example 1. A 3.5 mm material for compression molding was obtained. Table 1 shows the evaluation results.
[0089]
(Experimental example 6)
The production of the impregnated fiber bundle was attempted by adjusting the die slit so that the fiber volume content became 70%, but the impregnated fiber bundle was rubbed and broken by the die slit, and the impregnated fiber bundle could not be obtained. .
[0090]
(Experimental example 7)
Two E glass fiber bundles (ER-1150, 2000 fibers) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. were taken in, unwound, and brought into contact with seven brass round bars (φ10 mm) to widen the fiber bundle to 20 mm. Polypropylene (maleic acid modification amount: 0.1%) manufactured by Grand Polymer Co., Ltd. was supplied to this through a slit of a die having a curved surface of R = 30 mm so as to obtain a contact angle of 90 ° with the glass fiber bundle. Then, after passing through a resin bath, the resin adhesion amount was adjusted through a rectangular die so that the fiber volume content became 50%, and then a tape having a width of 20 mm and a thickness of 0.09 mm was passed through a shaping roller. A resin impregnated bundle was obtained. This was cut using an Eastman cutter to obtain a small piece having a fiber length of 10 mm. The small pieces are aligned on a belt conveyor with a belt conveyor and a blade, and are placed in a release-treated aluminum box measuring 520 mm square from a height of 1 m at 0.10 kg / (sec · m). 2 ) After shaking off, uniformly dispersing and depositing, the lid was put, and it was poured into a mold heated to 220 ° C., and heated and melted at a pressure of 500 KPa for 5 minutes. Thereafter, the material was transferred to a mold heated to 100 ° C., cooled and solidified at a pressure of 2 MPa for 1 minute, and aluminum was removed to obtain a compression molding material having a thickness of 3.5 mm. Table 1 shows the evaluation results.
[0091]
(Experimental example 8)
A compression molding material having a thickness of 3.5 mm was obtained in the same manner as in Experimental Example 7, except that the fiber length of the impregnated fiber bundle pieces was 35 mm. Table 1 shows the evaluation results.
[0092]
(Experimental example 9)
A compression molding material having a thickness of 3.5 mm was obtained in the same manner as in Experimental Example 7, except that the fiber length of the impregnated fiber bundle small piece was 50 mm. Table 1 shows the evaluation results.
[0093]
(Experimental example 10)
A compression molding material having a thickness of 3.5 mm was obtained in the same manner as in Experimental Example 7 except that the fiber length of the impregnated fiber bundle pieces was 100 mm. The small pieces of the impregnated fiber bundle were slightly curved in the fiber axis direction, and the bulk density after spreading and deposition tended to increase. Table 1 shows the evaluation results.
[0094]
(Experimental example 11)
A compression molding material having a thickness of 3.5 mm was obtained in the same manner as in Experimental Example 7, except that the fiber length of the impregnated fiber bundle pieces was 150 mm. The small pieces of the impregnated fiber bundle were curved in the fiber axis direction, and had a large bulk density after being scattered and deposited, resulting in markedly deteriorated workability. Table 2 shows the evaluation results.
[0095]
(Experimental example 12)
One E-glass fiber bundle (ER-575, 1600 fibers) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. was taken out, unwound, and brought into contact with seven brass round bars (φ10 mm) to widen the fiber bundle to 20 mm. Polypropylene (maleic acid modification amount: 0.1%) manufactured by Grand Polymer Co., Ltd. was supplied to this through a slit of a die having a curved surface of R = 30 mm so as to obtain a contact angle of 90 ° with the glass fiber bundle. After passing through a resin bath, the resin adhesion amount is adjusted through a rectangular die so that the fiber volume content becomes 50%, and then a 6 mm wide and 0.08 mm thick tape is formed through a shaping roller. A resin impregnated bundle was obtained. In this case, the width of the opened glass fiber bundle was uneven due to the influence of the ear twist generated at the ear portion at the time of unwinding, resin leakage occurred at the die slit, and the operability deteriorated. This was cut using an Eastman cutter to obtain a small piece having a fiber length of 35 mm. The small pieces were aligned on the belt conveyor with a belt conveyor and a blade, and a 520 mm square polypropylene film (50 μm thick) made by Tsuruga Film Co., Ltd. was previously loaded in order to improve the releasability from a height of 1 m. 0.20kg / (sec.m) 2 ) After shaking off, uniformly dispersing and depositing, the lid was put, and it was poured into a mold heated to 220 ° C., and heated and melted at a pressure of 500 KPa for 5 minutes. Thereafter, the material was transferred to a mold heated to 100 ° C., cooled and solidified at a pressure of 2 MPa for 1 minute, and aluminum was removed to obtain a compression molding material having a thickness of 3.5 mm. The releasability when removing the aluminum foil was good due to the effect of the polypropylene film. Table 2 shows the evaluation results.
[0096]
(Experimental example 13)
Except that the E glass fiber bundle to be supplied is ER-1150, the number of fibers is 2,000, and one, a tape-like resin-impregnated bundle having a width of 10 mm and a thickness of 0.09 mm is obtained in the same manner as in Experimental Example 12. A material for compression molding having a thickness of 3.5 mm was obtained. In this case also, resin leakage occurred at the die slit as in the case of Experimental Example 12, but a relative comparison with Experimental Example 12 showed some improvement as the number of fibers increased. Table 2 shows the evaluation results.
[0097]
(Experimental example 14)
Except that the number of the supplied E glass fiber bundles was ER-1150 and four, the same method as in Experimental Example 13 was used to obtain a tape-like resin-impregnated bundle having a width of 35 mm and a thickness of 0.10 mm, and a thickness of 3.5 mm. Was obtained. Table 2 shows the evaluation results.
[0098]
(Experimental example 15)
A tape-shaped resin-impregnated bundle having a width of 30 mm and a thickness of 0.090 mm was obtained in the same manner as in Experimental Example 13 except that the supplied E glass fiber bundles were ER-575 and six, and the thickness was 3.5 mm. Was obtained. Table 2 shows the evaluation results.
[0099]
(Experimental example 16)
A tape-like resin-impregnated bundle having a width of 50 mm and a thickness of 0.11 mm was obtained in the same manner as in Experimental Example 13 except that the supplied E glass fiber bundles were ER-1150 and six, and the thickness was 3.5 mm. Was obtained. The impregnated fiber bundle had a large width and could be torn during transportation and spraying, and short glass fibers fell off from the broken surface, deteriorating the working environment. Table 2 shows the evaluation results.
[0100]
(Experimental example 17)
The examination was performed using a commercially available powder impregnated stampable sheet. Table 2 shows the evaluation results.
[0101]
(Experimental example 18)
The study was performed using a commercially available stampable sheet made by a papermaking method. Table 2 shows the evaluation results.
[0102]
(Experimental example 19)
Two E glass fiber bundles (ER-1150, 2,000 fibers) were taken in and unwound and brought into contact with seven brass round bars (φ10 mm) to widen the fiber bundle to 20 mm. Polypropylene (maleic acid-modified amount: 0.1%) was supplied through a slit of a die having a curved surface of R = 30 mm so as to obtain a contact angle of 90 ° with the glass fiber bundle. Then, after passing through a resin bath, the resin adhesion amount was adjusted through a rectangular die so that the fiber volume content became 50%, and then a tape having a width of 20 mm and a thickness of 0.09 mm was passed through a shaping roller. A resin impregnated bundle was obtained. This was cut using an Eastman cutter to obtain a small piece having a fiber length of 35 mm. All the small pieces of the impregnated fiber bundle are arranged side by side so that the fiber axis direction is the same, placed in an aluminum foil box, covered, placed in a mold heated to 220 ° C., and heated at a pressure of 500 KPa for 5 minutes.・ It has melted. Thereafter, the material was transferred to a mold heated to 100 ° C., cooled and solidified at a pressure of 2 MPa for 1 minute, and aluminum was removed to obtain a compression molding material having a thickness of 3.5 mm. The evaluation results are shown in Table 2, and the angle dependence of the propagation velocity is shown in FIG. Since the reinforced fibers of this compression molding material had directionality, anisotropy occurred in the bending properties.
[0103]
[Table 1]
[0104]
[Table 2]
[0105]
[Table 3]
[0106]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a compression molding material comprising a glass fiber reinforced thermoplastic resin which is excellent in productivity, has high strength and elasticity, does not have anisotropy, and has excellent moldability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an angle dependence of a propagation speed in an experimental example.
