JP2014505607A - 含浸性に優れた高強度複合シート製造装置及びこれを用いた高強度複合シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過酸化物を含有した高分子フィルムを用いることによって分子量分布が均一であるとともに、含浸性を向上できる高強度複合シートの製造方法について開示する。
【解決手段】本発明に係る高強度複合シートの製造方法は、補強材の一面又は両面に過酸化物を含有した高分子フィルムを付着する段階；前記過酸化物を含有した高分子フィルムが補強材に含浸されるように加熱プレスで圧着して複合材を形成する段階；及び前記の圧着された複合材を冷却プレスで冷却する段階；を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合シート製造装置及びこれを用いた複合シートの製造方法に関し、より詳細には、過酸化物を含有した高分子フィルムを用いることによって分子量分布が均一であるとともに、含浸性を向上させることができる高強度複合シート製造装置及びこれを用いた高強度複合シートの製造方法に関する。

最近、軽量化のために、金属代替用として再生プラスチック製品が使用されている。（例えば、特許文献１，２を参照）一般に、熱可塑性樹脂のみを用いて射出などの工法で成形されるプラスチック製品の場合、強度及び剛性が不足し、金属に取って代わるには困難がある。
これに対する解決策として、熱可塑性樹脂に補強材を含浸させた熱可塑性高強度プラスチック製品が金属代替用として使用されている。

一般に、熱可塑性高強度プラスチックの種類は、ガラス繊維マット熱可塑性複合材（Ｇｌａｓｓ Ｍａｔ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ：ＧＭＴ）、長繊維が補強されたペリットを用いた射出形式の複合材（Ｇｒａｎｕｌｅ―Ｌｏｎｇ Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ：Ｇ―ＬＦＴ）、ダイレクトコンパウンディングを用いた熱可塑性複合材（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ：ＬＦＴ―Ｄ）に分類することができる。

前記熱可塑性高強度プラスチックの場合、補強材として短繊維複合材の代わりに長繊維を用いることによって衝撃強度、曲げ弾性率及び曲げ強度を補強するが、バンパービーム、シートバックなどの一部の自動車部品に適用するためには、連続繊維が補強された高強度及び高剛性材料を必要としている。

このような補強材は、プラスチック複合シート形態で製造されているが、その製造方法に応じて物性の差が多く発生している。このとき、熱硬化性プラスチック複合シートの場合、ガラス繊維を製織し、含浸槽を経て複合シートを製造している。
特に、ＧＭＴの場合は、ダブルベルトプレス工法を用いてガラス繊維と高分子の含浸を誘導しているが、目標とする強度及び剛性を得られない実情にある。

特許第３０４０２２９号公報 特開平８−１８７７３８号公報

本発明の一つの目的は、高分子フィルムと補強材の含浸性を向上させることによって高強度及び高剛性を有する複合シートの製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記複合シートを製造するための装置を提供することにある。

前記の一つの目的を達成するための本発明の実施例に係る高強度複合シートの製造方法は、補強材の一面又は両面に過酸化物を含有した高分子フィルムを付着する段階；前記過酸化物を含有した高分子フィルムが補強材に含浸されるように加熱プレスで圧着して複合材を形成する段階；及び前記の圧着された複合材を冷却プレスで冷却する段階；を含むことを特徴とする。

この場合において、前記補強材は、ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維、アラミド繊維を含む有機繊維及び無機繊維から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする。
また、前記補強材の繊維平均直径は１０〜２０μｍであることを特徴とする。
また、前記補強材の繊維束は６００〜１２００ｔｅｘであることを特徴とする。

また、前記高分子フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド及びＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）を含む熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする。
また、前記熱可塑性樹脂のメルトインデックス（ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ：ＭＦI）は１〜１００ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする。

また、前記高分子フィルムは、顔料、熱安定剤、ＵＶ安定剤及び粘度調節剤から選ばれた１種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする。
また、前記高分子フィルム１００重量部に対して、前記粘度調節剤０．５〜４重量部及び残りの添加剤０．１〜１０重量部を含有し、前記粘度調節剤は前記過酸化物を含むことを特徴とする。

また、前記複合材１００重量部に対して前記補強材２０〜８０重量部を含むことを特徴とする。
また、前記複合材は、前記過酸化物を含有した高分子フィルムの外側面に付着する離型フィルムをさらに含むことを特徴とする。

前記の他の目的を達成するための本発明の実施例に係る高強度複合シート製造装置は、補強材が巻き取られる第１のロール；前記第１のロールから引き出された補強材の一面又は両面に付着する過酸化物を含有した高分子フィルムが巻き取られる第２のロール；前記第１のロール及び第２のロールから引き出された補強材に付着する過酸化物を含有した高分子フィルムを移送する移送ユニット；前記移送ユニットによって移送される過酸化物を含有した高分子フィルムが補強材に含浸されるように圧着して複合材を形成する加熱プレス；及び前記の圧着された複合材を冷却する冷却プレス；を含むことを特徴とする。

この場合において、前記複合シート製造装置は、前記過酸化物を含有した高分子フィルムの外側面に付着する離型フィルムが巻き取られる第３のロールをさらに含むことを特徴とする。
また、前記製造装置は、前記の冷却された複合材を切断する切断ユニットをさらに含むことを特徴とする。

本発明に係る高強度複合シート製造装置を用いて製造される高強度複合シートは、補強材の一面又は両面に付着する過酸化物を含有した高分子フィルムに加熱プレス及び冷却プレスによって連続的な高温圧着及び冷却が行われ、補強材に分子量分布が均一な状態で含浸が行われ得るので、機械的物性を向上できる効果を有する。

本発明の実施例に係る高強度複合シート製造装置を示した断面図である。 本発明の実施例に係る高強度複合シートの製造方法を示した工程フローチャートである。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現可能である。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。明細書全体にわたる同一の参照符号は同一の構成要素を示す。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る含浸性に優れた高強度複合シート製造装置及びこれを用いた高強度複合シートの製造方法について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る高強度複合シート製造装置を示した断面図である。
図１を参照すると、本発明の実施例に係る複合シート製造装置１００は、第１のロール１１０、第２のロール１２０、移送ユニット１４０、加熱プレス１５０、冷却プレス１６０及び切断ユニット１７０を含む。
第１のロール１１０及び第２のロール１２０には、補強材１１２と過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４がそれぞれ巻き取られる。

このとき、前記第１のロール１１０に巻かれた補強材１１２が１次的に引き出されると、前記第２のロール１２０にそれぞれ巻かれた過酸化物が含有された第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が補強材１１２の両面に２次的に付着する。前記第１及び第２のロール１１０、１２０は、互いに隣接した位置に配置することが望ましく、その位置は選択的に変更することができる。

ここで、前記補強材１１２の両面に第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が付着する場合を一つの例として説明したが、これと異なり、補強材１１２の一面に第１又は第２の高分子フィルム１２２、１２４を付着することもできる。

移送ユニット１４０は、第１のロール１１０及び第２のロール１２０から引き出された補強材１１２と過酸化物を含有する第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４を、後述した加熱プレス１５０が配置される位置に移送する。
加熱プレス１５０は、移送ユニット１４０によって移送される過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が補強材１１２に浸透され、含浸が誘導されるように高温圧着して複合材１６５を形成する。このとき、前記加熱プレス１５０は、第１のロール１１０及び第２のロール１２０が配置される第１の位置から一定間隔だけ離隔した第２の位置に配置することが望ましい。

冷却プレス１６０は、加熱プレス１５０の後方に配置され、加熱プレス１５０によって圧着された補強材１１２を一定温度に冷却する。このとき、前記加熱プレス１５０と冷却プレス１６０は、高温圧着及び低温冷却が連続工程で行われるように最大限近い位置に設置することが望ましい。
切断ユニット１７０は、冷却プレス１６０を通過する複合材１６５を規格に合わせて切断することによって複数の複合シート１８０を収得する。

また、前記高強度複合シート製造装置１００は、第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４の両面に付着する第１及び第２の離型フィルム１３２、１３４が巻き取られる第３のロール１３０をさらに含むことができる。ここで、第１又は第２の高分子フィルム１２２、１２４の外側面に第１又は第２の離型フィルム１３２、１３４を付着してもよい。

上述した構成を有する本発明の実施例に係る高強度複合シート製造装置を用いて高強度複合シートを製造する場合、補強材の両面に付着する過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルムに加熱プレス及び冷却プレスによって連続的な高温圧着及び低温冷却が行われるようになる。従って、補強材に分子量分布が均一な状態で含浸が行われ得るので、複合シートの機械的物性を向上できるという利点がある。

これに対しては、以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る含浸性に優れた高強度複合シート製造装置を用いた高強度複合シートの製造方法を通してより具体的に説明する。
図２は、本発明の実施例に係る高強度複合シートの製造方法を示した工程フローチャートである。

図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係る高強度複合シートの製造方法は、付着段階（Ｓ１１０）、圧着段階（Ｓ１２０）、冷却段階（Ｓ１３０）及び切断段階（Ｓ１４０）を含む。
付着段階（Ｓ１１０）では、補強材１１２の両面に過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４を付着する。

このとき、前記第１のロール１１０に巻き取られる補強材１１２が１次的に引き出されると、第２のロール１２０に巻き取られる過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が２次的に引き出されて補強材１１２の両面にそれぞれ付着するようになる。

次に、前記補強材１１２は、過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４の間に介在する形態で移送ユニット１４０によって加熱プレス１５０が配置される方向に移送される。
ここで、前記第１又は第２の高分子フィルム１２２、１２４の外側面には第１又は第２の離型フィルム１３２、１３４がさらに付着することができ、このような第１又は第２の離型フィルム１３２、１３４は、第３のロール１３０に巻き取ることができる。

ここで、前記補強材１１２は、ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維、アラミド繊維を含む有機繊維及び無機繊維から選ばれた１種以上を含むことができる。
前記補強材１１２の繊維平均直径は１０〜２０μｍであるとよい。
また、前記補強材１１２の繊維束は６００〜１２００ｔｅｘであるとよい。
このとき、前記補強材１１２は、複合材１００重量部に対して２０〜８０重量部を含むように含有することができる。

前記第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド及びＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）を含む熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれた１種以上を含むことができる。

特に、前記熱可塑性樹脂のメルトインデックス（ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ：ＭＦＩ）は１〜１００ｇ／１０ｍｉｎ、より望ましくは１０〜３０ｇ／１０ｍｉｎであるが、前記熱可塑性樹脂のメルトインデックスが１ｇ／１０ｍｉｎ未満であると、熱可塑性樹脂が容易に固化されて含浸性が低下するおそれがあり、その一方、前記熱可塑性樹脂のメルトインデックスが１００ｇ／１０ｍｉｎを超えると、熱可塑性樹脂が流れ落ちるという問題がある。

前記第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４は、顔料、熱安定剤、ＵＶ安定剤及び粘度調節剤から選ばれた１種以上の添加剤をさらに含むことができる。
このとき、前記第１及び第２の高分子フィルム１００重量部に対して、前記粘度調節剤０.５〜４重量部及び残りの添加剤０.１〜１０重量部を含有し、前記粘度調節剤は過酸化物を含むことができる。

ここで、前記過酸化物は、具体的に、３，６，６，９，９ペンタメチル―３ｎ―プロピル―１，２，４，５テトラオキサシクロノナン（３，６，６，９，９ｐｅｎｔａｍｅｔｈｙｌ―３ｎ―ｐｒｏｐｙｌ―１，２，４，５ｔｅｔｒａｏｘａｃｙｃｌｏｎｏｎａｎｅ）、３，６，９―トリエチル―３，６，９―トリメチル―１，４，７―トリペルオキソナン（３，６，９―ｔｒｉｅｔｈｙｌ―３，６，９―ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ―１，４，７―ｔｒｉｐｅｒｏｘｏｎａｎｅ）、２，５―ジメチル―２，５―ビス（ｔ―ブチルペルオキシ）ヘキサン（２，５―ｄｉｍｅｔｈｙｌ―２，５―ｂｉｓ（ｔ―ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ）ｈｅｘａｎｅ）などであり、これらから選ばれた１種以上を含むことが望ましい。

前記過酸化物の含量は、第１及び第２の高分子フィルム１００重量部に対して０．５〜４重量部であることが望ましい。過酸化物の含量が０．５重量部未満であると、その量が過度に少ないため十分な含浸効果を確保できなく、その一方、過酸化物の含量が４重量部を超えると、それ以上の効果上昇がなく、製造費用が過多に増大し得る。

圧着段階（Ｓ１２０）では、過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が補強材１１２に浸透され、含浸が誘導されるように加熱プレス１５０で高温圧着して複合材１６５を形成する。
冷却段階（Ｓ１３０）では、高温圧着された複合材１６５を冷却プレス１６０を用いて一定温度以下に冷却する。このとき、前記圧着段階（Ｓ１２０）と冷却段階（Ｓ１３０）は連続工程で行うことが望ましい。

このとき、本発明の場合、補強材１１２の両面にそれぞれ付着する過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が加熱プレス１５０と冷却プレス１６０を通過しながら連続的な高温圧着及び低温冷却が行われるようになる。従って、過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルム１２２、１２４が補強材１１２に素早く浸透され、含浸が誘導されると同時に、分子量が均一な状態で冷却が行われるので、優れた機械的物性を確保できるようになる。

切断段階（Ｓ１４０）では、移送ユニット１４０によって加熱プレス１５０及び冷却プレス１６０を順次通過した複合材１６５を規格に合わせて切断することによって複数の複合シート１８０を収得することができる。

以上説明したように、本発明の実施例に係る高強度複合シートの製造方法を用いて複合シートを製造する場合、補強材の両面に付着する過酸化物を含有した第１及び第２の高分子フィルムに加熱プレス及び冷却プレスによって連続的な高温圧着及び低温冷却が行われるようになる。従って、補強材に分子量分布が均一な状態で含浸が行われ得るので、複合シートの機械的物性を向上できるようになる。

［実施例］
以下、本発明の望ましい実施例を通して本発明の構成及び作用をより詳細に説明する。ただし、これは、本発明の望ましい例示として提示されたもので、如何なる意味でも、これによって本発明が制限されると解釈してはならない。
ここに記載していない内容は、この技術分野で熟練した者であれば十分に技術的に類推できるので、それについての説明は省略する。

１．高強度複合シート製造
［実施例１］
１７μｍの平均直径及び６００ｔｅｘの繊維束を有するガラス繊維の両面にメルトインデックス３５ｇ／１０ｍｉｎを有し、過酸化物（２，５―ジメチル―２，５―ビス（ｔ―ブチルペルオキシ）ヘキサン）１．０％及び残りの顔料及び熱安定剤３％を添加したポリプロピレンフィルムを付着した後、２００℃で加熱プレスで圧着し、２５℃まで冷却プレスで冷却した。
その後、冷却プレスを抜け出たガラス繊維及び過酸化物を含有したポリプロピレンフィルムを一定のサイズに切断して複合シートを製造した。

［実施例２］
前記の過酸化物を２．０％重量部使用したことを除いては、実施例１と同一の方法で複合シートを製造した。
［実施例３］
前記の過酸化物を３．０％重量部使用したことを除いては、実施例１と同一の方法で複合シートを製造した。
［実施例４］
前記の過酸化物を４．０％重量部使用したことを除いては、実施例１と同一の方法で複合シートを製造した

［比較例１］
過酸化物を添加しないことを除いては、実施例１と同一の方法で複合シートを製造した。
［比較例２］
１２μｍの平均直径及び３００ｔｅｘの繊維束を有するガラス繊維を用いることを除いては、実施例１と同一の方法で複合シートを製造した。

２．物性評価
表１は、実施例１及び比較例１、２による複合シートに対する物性評価結果を示したものである。屈曲強度及び含浸性（空隙率、Ｖｏｉｄ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ）を評価し、その結果を下記の表１に示した。ここで、前記屈曲強度は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０によって測定し、含浸性はＡＳＴＭ Ｄ２７３４による方法で測定した。

表１を参照すると、実施例１〜実施例４と比較例１を比較すると、過酸化物が樹脂の流動性を増加させると同時に、繊維束内の空隙率を効果的に減少させ、複合材の屈曲強度を増加させることを確認することができた。しかし、実施例４から分かるように、過酸化物の投入量が多すぎる場合、含浸性は増加するが、樹脂の分子量減少が過度に進められ、複合材の圧縮強度及び屈曲強度が減少する。

実施例３又は４と比較例２を比較すると、類似する屈曲強度を示すが、これは、比較例２の低密度（３００ｔｅｘ）ガラス繊維に対比して、含浸が相対的に難しい高密度（６００ｔｅｘ）のガラス繊維を使用する（実施例３又は４）にもかかわらず、同等な機械的物性を具現することができ、複合材の製造原価の削減が可能である。

前記の実験結果に基づいて、補強材の両面に過酸化物を含む高分子フィルムを挿入した状態で高温圧着及び低温冷却を連続的に行う場合、複合シートの機械的強度及び含浸性が優秀になることを確認した。
以上では、本発明の実施例を中心に説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形が可能である。このような変更と変形は、本発明が提供する技術思想の範囲を逸脱しない限り、本発明に属するものと言える。従って、本発明の権利範囲は、以下で記載する特許請求の範囲によって判断しなければならない。

１００………複合シート製造装置、１１０………第１のロール、１１２………補強材、１２０………第２のロール、１２２………第１の高分子フィルム、１２４………第２の高分子フィルム、１３０………第３のロール、１３２………第１の離型フィルム、１３４………第２の離型フィルム、１４０………移送ユニット、１５０………加熱プレス、１６０………冷却プレス、１６５………複合材、１７０………切断ユニット、１８０………複合シート。

Claims (13)

1. 補強材の一面又は両面に過酸化物を含有した高分子フィルムを付着する段階；
   前記過酸化物を含有した高分子フィルムが補強材に含浸されるように加熱プレスで圧着して複合材を形成する段階；及び
   前記の圧着された複合材を冷却プレスで冷却する段階；を含むことを特徴とする高強度複合シートの製造方法。
2. 前記補強材は、ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維、アラミド繊維を含む有機繊維及び無機繊維から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高強度複合シートの製造方法。
3. 前記補強材の繊維平均直径は１０〜２０μｍであることを特徴とする、請求項２に記載の高強度複合シートの製造方法。
4. 前記補強材の繊維束は６００〜１２００ｔｅｘであることを特徴とする、請求項２に記載の高強度複合シートの製造方法。
5. 前記高分子フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド及びＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）を含む熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高強度複合シートの製造方法。
6. 前記熱可塑性樹脂のメルトインデックス（ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ：ＭＦI）は１〜１００ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする、請求項５に記載の高強度複合シートの製造方法。
7. 前記高分子フィルムは、顔料、熱安定剤、ＵＶ安定剤及び粘度調節剤から選ばれた１種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の高強度複合シートの製造方法。
8. 前記高分子フィルム１００重量部に対して、前記粘度調節剤０．５〜４重量部及び残りの添加剤０．１〜１０重量部を含有し、前記粘度調節剤は前記過酸化物を含むことを特徴とする、請求項７に記載の高強度複合シートの製造方法。
9. 前記複合材１００重量部に対して前記補強材２０〜８０重量部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高強度複合シートの製造方法。
10. 前記複合材は、前記過酸化物を含有した高分子フィルムの外側面に付着する離型フィルムをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の高強度複合シートの製造方法。
11. 補強材が巻き取られる第１のロール；
    前記第１のロールから引き出された補強材の一面又は両面に付着する過酸化物を含有した高分子フィルムが巻き取られる第２のロール；
    前記第１のロール及び第２のロールから引き出された補強材に付着する過酸化物を含有した高分子フィルムを移送する移送ユニット；
    前記移送ユニットによって移送される過酸化物を含有した高分子フィルムが補強材に含浸されるように圧着して複合材を形成する加熱プレス；及び
    前記の圧着された複合材を冷却する冷却プレス；を含むことを特徴とする高強度複合シート製造装置。
12. 前記複合シート製造装置は、前記過酸化物を含有した高分子フィルムの外側面に付着する離型フィルムが巻き取られる第３のロールをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の高強度複合シート製造装置。
13. 前記製造装置は、前記の冷却された複合材を切断する切断ユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の高強度複合シート製造装置。