JP2013043930A - 繊維強化プラスチック成形材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂コンパウンドを繊維に充分に含浸させることができ、熟成時間が短く、しかもコストを抑えることができる繊維強化プラスチック成形材料の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂コンパウンドとその増粘剤と繊維とを収納容器２に収納する。収納容器２を公転させると共に自転させて前記増粘剤を含む樹脂コンパウンドと繊維を攪拌する。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック成形材料の製造方法に関する。

特許文献１には、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）の製造方法が開示されている。この製造方法は、不飽和ポリエステル樹脂に、重合性単量体、低収縮剤、硬化剤、充填剤を配合してこれらを攪拌し、この後、増粘剤を添加し攪拌混合することで不飽和ポリエステル樹脂コンパウンドを得ている。そして、この不飽和ポリエステル樹脂コンパウンドを繊維に含浸させ、熟成して樹脂コンパウンドを増粘することによってＳＭＣを製造している。

特開２０１０−１３８３４９号公報

ところで従来の方法の場合、不飽和ポリエステル樹脂コンパウンドを繊維に十分に含浸させるには、樹脂コンパウンドの粘度は低い方が好ましいため、ＳＭＣをハンドリングすることができるまで増粘させるには、前記熟成を長時間行う必要がある。また、この熟成時間を短縮するには、比表面積が大きくて活性の高い増粘剤を用いることが考えられるが、この場合、不飽和ポリエステル樹脂コンパウンドの初期粘度が高くなり、不飽和ポリエステル樹脂コンパウンドを繊維に充分に含浸させることが難しくなる。

また、特許文献１では、重合性単量体に可溶な有機物で被覆した増粘剤を用いており、これにより増粘剤添加直後における不飽和ポリエステル樹脂コンパウンドの初期の粘度上昇を抑えている。しかし、このように増粘剤の表面を有機物で被覆するには手間やコストがかかる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、樹脂コンパウンドを繊維に充分に含浸させることができ、熟成時間が短く、しかもコストを抑えることができる繊維強化プラスチック成形材料の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の繊維強化プラスチック成形材料の製造方法は、樹脂コンパウンドとその増粘剤と繊維とを収納容器に収納し、この収納容器を公転させると共に自転させて前記増粘剤と樹脂コンパウンドと繊維を攪拌することを特徴とする。

また、前記樹脂コンパウンドは酸価１０〜５０の不飽和ポリエステル樹脂を含み、前記増粘剤はＢＥＴ比表面積４０〜２５０ｍ^２／ｇの酸化マグネシウムであることが好ましい。

本発明にあっては、樹脂コンパウンドを繊維に充分に含浸させることができ、繊維強化プラスチック成形材料の熟成時間を短くし、またコストを抑えることができる

本実施形態の攪拌装置を模式的に表した説明図である。

以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。本実施形態において製造される繊維強化プラスチック成形材料は、母材となる樹脂コンパウンドを増粘剤と共に強化用の繊維に含浸させたものである。

樹脂コンパウンドは、熱硬化性樹脂、重合性単量体、低収縮剤、硬化剤、無機充填剤、及び有機充填剤などから構成されるものであるが、これら全てから構成されるものでなくてもよい。

本実施形態の樹脂コンパウンドは、不飽和ポリエステル樹脂組成物であり、熱硬化性樹脂として酸価１０〜５０の不飽和ポリエステル樹脂を用いると増粘剤の増粘効果が生じやすいため好ましい。なお、本実施形態の樹脂コンパウンドは不飽和ポリエステル樹脂組成物であるが、その他の熱硬化性樹脂を用いても構わない。

重合性単量体としては、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂の重合に使用されるものが用いられる。具体的には、スチレン、３−メトキシ−４−ヒドロキシスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ｔ−ブチルスチレン、α−クロロスチレン、ジクロロスチレン、ジビニルベンゼンなどが用いられる。

無機増粘剤としては、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウムなどを用いることができる。これらのなかでも、酸化マグネシウムを好適に用いることができる。

無機増粘剤としては、ＢＥＴ比表面積が４０〜２５０ｍ^２／ｇのものを用いるのが好適であり、特に１００〜２００ｍ^２／ｇが好ましい。ここで、ＢＥＴ比表面積は窒素ガス吸着法により求めたものである。ＢＥＴ比表面積が４０ｍ^２／ｇ未満であると、無機増粘剤の増粘作用が低く、増粘速度が遅くなって熟成時間を短縮することが難しくなる。逆にＢＥＴ比表面積が２５０ｍ^２／ｇを超えると、無機増粘剤の作成が困難になる。なお、さらなる高活性の無機増粘剤を作成可能であれば、前記ＢＥＴ比表面積の上限に制限されるものではない。

樹脂コンパウンドの各成分及び無機増粘剤の配合量は、特に制限されるものではないが、不飽和ポリエステル樹脂８０〜１００質量部に対して、重合成単量体を０〜２０質量部、無機増粘剤を０．５〜５．０質量部、さらに低収縮剤を０〜３０質量部、硬化剤を０．５〜２．５質量部、無機充填剤を１００〜３００質量部、有機充填剤を０〜２０質量部の範囲で設定することが好ましい。ここで、不飽和ポリエステル樹脂及び低収縮剤には予め重合性単量体が３０〜７０質量％含有されているものとする。

なお、増粘剤は、あらかじめ樹脂コンパウンドに配合してから、後述する収納容器２に投入するようにしても良く、増粘剤をあらかじめ配合していない樹脂コンパウンドと、増粘剤を、別々に収納容器２に投入するようにしても良い。

繊維は特に制限されるものではなく、ガラス繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、フェノール繊維、ポリビニルアルコール繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維など、強化繊維プラスチックの製造に一般に用いられるものを使用することができる。なお、繊維の形態も特に制限されるものではなく、チョップドストランド、チョップドストランドマット、ロービング、織物などを例示することができる。

前記樹脂コンパウンドの繊維への含浸は、図１に示す攪拌装置１を用いて、樹脂コンパウンドと増粘剤と繊維を攪拌・混合することにより行われる。攪拌装置１は、前記樹脂コンパウンドと増粘剤と繊維を投入した収納容器２を公転させると共に自転させることで、前記樹脂コンパウンドと繊維で構成される被攪拌物３の攪拌・混合を行うものである。

攪拌装置１は、公転軸４、棒５、自転軸６、容器ホルダー７、及び収納容器２を備えている。

公転軸４は軸方向が鉛直であり、図示しないモーター等で構成される公転用駆動手段の駆動により図１中の矢印Ａ１に示すようにその軸心を中心に回転させることができる。

棒５は水平な直線状に形成されており、その中間部には公転軸４が連結されている。棒５は、前記公転用駆動手段を駆動して公転軸４を回転することで、公転軸４を中心に水平面で回転する。

自転軸６は棒５の両端部に設けられている。各自転軸６は棒５から公転軸４側の斜め上方に向けて突出して設けられており、鉛直方向に対して４５°傾いている。

各自転軸６の上端部には、容器ホルダー７の底部に設けられた連結部１３が回動自在に連結されている。各容器ホルダー７は対応する自転軸６に設けられた図示しないモーター等で構成される自転用駆動手段により自転軸６を中心に図１中矢印Ａ２に示すように回転する。すなわち、容器ホルダー７の回転軸線８は自転軸６の軸心と一致している。

各容器ホルダー７で保持された収納容器２は、その中心線９が対応する容器ホルダー７の回転軸線８と一致しており、自転用駆動手段により容器ホルダー７を回転したときには容器ホルダー７の回転軸線８を中心に回転（自転）する。

攪拌装置１を用いて樹脂コンパウンドと繊維を攪拌・混合する場合、まず容器ホルダー７から取り外した収納容器２に投入口１０から、増粘剤を含む樹脂コンパウンドと繊維を投入する。なお、増粘剤をあらかじめ配合していない樹脂コンパウンドを用いる場合には、増粘剤も収納容器２に投入する。

次に収納容器２を対応する容器ホルダー７に取り付ける。そして、前記公転用駆動手段を駆動して棒５を公転軸４を中心に回転すると共に、前記自転用駆動手段を駆動して各容器ホルダー７を対応する自転軸６を中心に回転する。前記公転用駆動手段による棒５の回転に伴い、棒５の両側に設けられた収納容器２は、公転軸４を中心に棒５よりも上方の水平面で公転する。同時に前記自転用駆動手段による各容器ホルダー７の回転により、収納容器２は対応する容器ホルダー７の回転軸線８を中心に自転する。すなわち、本実施形態では、公転軸４の中心軸線が公転中心線１１となり、容器ホルダー７の回転軸線８が収納容器２の自転中心線１２となる。このように収納容器２が自転・公転することで、収納容器２内に収納した樹脂コンパウンドと繊維は攪拌・混合され、これにより樹脂コンパウンドが繊維に含浸される。そして、このようにして得られた攪拌物を所定温度で熟成（養生）することにより、繊維強化プラスチック成形材料が製造される。

以上説明したように、本実施形態の繊維強化プラスチック成形材料の製造方法では、樹脂コンパウンドとその増粘剤と繊維を収納容器２に収納し、収納容器２を公転させると共に自転させて前記増粘剤と樹脂コンパウンドと繊維を攪拌する。前記収納容器２の公転及び自転による攪拌・混合能力は高く、高粘度の樹脂コンパウンドを繊維に含浸させることが可能となる。このため、増粘剤として比表面積が大きく高い活性を有するものを用いることができ、これにより繊維強化プラスチック成形材料の熟成時間を短くすることができる。また、この場合、従来のように増粘剤として重合性単量体に可溶な有機物で被覆したものを用いる必要がなく、コストを抑えることができる。

（実施例１）
酸価４０の不飽和ポリエステルと重合性単量体としてのスチレンを重量比７：３で混合された不飽和ポリエステル樹脂を得た。また、低収縮剤としてポリスチレンと重合性単量体としてのスチレンを重量比１：２で混合した溶液を得た。前記不飽和ポリエステル樹脂８０質量部、前記溶液２０質量部、炭酸カルシウム２００質量部、硬化剤１質量部、ポリエチレンパウダー３質量部、ステアリン酸亜鉛５質量部、酸化マグネシウム５．０質量部、及びガラス繊維２０質量部を用意した。そして、これらを４Ｌポリビーカーからなる収納容器２に総量が１ｋｇとなるように投入した。なお、前記炭酸カルシウム及びポリエチレンパウダーは夫々無機充填剤、有機充填剤である。また、前記酸化マグネシウムは増粘剤であり、ＢＥＴ比表面積が４０ｍ^２／ｇのものを用いた。また、前記ガラス繊維としては１インチに予めカットしたＥガラスを用いた。

次に前記収納容器２を攪拌装置１の容器ホルダー７に取り付け、自転４００ｒｐｍ、公転５００ｒｐｍによる攪拌を５分間実施した。その際、収納容器２内の温度は攪拌熱により４５℃になり、その状態のまま収納容器２を前記温度が維持できる環境下に保持することで熟成を行った。熟成は１０時間行い、２時間ごとにサンプルを作製した。

（実施例２）
酸価２０の不飽和ポリエステルを実施例１における不飽和ポリエステルに代えて用いると共に、増粘剤として、ＢＥＴ比表面積が２５０ｍ^２/ｇの酸化マグネシウムを用意し、この増粘剤０．５質量部を実施例１における増粘剤に代えて用いた。その他は実施例１と同じであり、実施例１と同条件で攪拌装置１による攪拌を実施した。その際、収納容器２内の温度は攪拌熱により４５℃になり、その状態のまま収納容器２を前記温度が維持できる環境下に保持することで熟成を行い、熟成は１０時間行い、２時間ごとにサンプルを作製した。

（実施例３）
増粘剤として、ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ^２/ｇの酸化マグネシウムを用意し、この増粘剤１．０質量部を実施例１における増粘剤に代えて用いた。その他は実施例１と同じであり、実施例１と同条件で攪拌装置１による攪拌を実施した。その際、収納容器２内の温度は攪拌熱により４５℃になり、その状態のまま収納容器２を前記温度が維持できる環境下に保持することで熟成を行った。また、熟成は１０時間行い、２時間ごとにサンプルを作製した。

（比較例１）
増粘剤を添加しない以外は実施例１と同じ配合とし、実施例１と同条件で攪拌装置１による攪拌をし、同様にサンプルを作製した。

前記実施例１乃至３及び比較例１では、攪拌直後の成形材料の含浸性を外観により判断した。また、繊維と樹脂組成物の混合後の成形材料の粘度は測定ができないため、成形材料を平板形状にプレス成形を行った後のガラス繊維の分散状態を判断した。この結果を表１に示す。

なお、前記含浸性の判断では、未含浸繊維が０％であれば◎、未含浸繊維が１０％以下であれば○、未含浸繊維が１０〜３０％であれば△、未含浸繊維が３０％以上は×とした。

また、前記成形材料のプレス成形では、３００ｍｍ角、厚み５ｍｍの金型を用いた。また、前記ガラス繊維の分散状態の把握には、平板全体の比重と平板から２０ｍｍ角に切り出した部分的比重の比較により行い、切り出し部位としては、平板角部４ヶ所、４辺中央部、及び平板中央部の計９箇所とした。そして、９ヶ所の内１ヶ所でも全体の比重の１割を下回るものがあれば不適とし、これにより合格となる必要増粘時間の把握を行った。

表１から理解できるように、実施例１乃至３では樹脂組成物を繊維に十分に含浸することができ、また、比較例１と比較して熟成時間を短くすることができる。

１ 攪拌装置
２ 収納容器

Claims (2)

1. 樹脂コンパウンドとその増粘剤と繊維とを収納容器に収納し、この収納容器を公転させると共に自転させて前記増粘剤と樹脂コンパウンドと繊維を攪拌することを特徴とする繊維強化プラスチック成形材料の製造方法。
2. 前記樹脂コンパウンドは酸価１０〜５０の不飽和ポリエステル樹脂を含み、前記増粘剤はＢＥＴ比表面積４０〜２５０ｍ^２／ｇの酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形材料の製造方法。

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