JP2697142B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は自動車外板パネル、自動車用構造材、バッテ
リートレイ等の自動車部品、アクセス・ブロア等の建築
用材料などの工業材料に供する繊維強化熱可塑性樹脂成
形品の製造方法に関する。詳しくは、繊維配向等による
変形が著しく少なく、表面外観の良好な繊維強化成形品
を成形と同時に強化する方法で得る成形方法に関する。
<従来の技術> 従来、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を得るにいくつか
の技術が知られ工業的技術として実際に使われている。
代表的な方法は、短繊維強化ペレットを用いて射出成形
等の一般的成形法で繊維強化成形品を製造する方法であ
る。また、ペレット製造時のペレット切断長さとほぼ同
じ長さの中繊維長の繊維で強化された熱可塑性樹脂ペレ
ットを用い、射出成形等で繊維強化成形品を製造する方
法もある。
一方、近年、繊維強化熱可塑性樹脂シートを再加熱
し、プレス成形により製品を得る、いわゆるスタンパブ
ルシートの技術が注目されている。スタンパブルシート
の技術は、強化に用いられる繊維により、2つに大別さ
れる。1つは、数ミリ〜100ミリ長さの単繊維と熱可塑
性樹脂粉末を湿式、または乾式で混合し、加熱、ロール
プレスを経てスタンパブルシートを製造し、このシート
を予備加熱後、プレスして繊維強化成形品を得る方法で
ある。(例えば特開昭57−28135号公報)。もう一方の
スタンパブルシート技術は、長繊維強化スタンパブルシ
ートである。この方法では、編んだ長繊維マットに溶融
した熱可塑性樹脂を押出ラミネーションし、ロール・プ
レスを経てスタンパブルシートを製造、このシートを予
備加熱し、プレス成形で繊維強化成形品を製造する。
<従来技術の課題> 従来の技術はそれぞれ固有の技術、経済性の問題点を
有している。繊維強化成形品の製造法として最も一般的
に普及している短繊維強化ペレット法は、成形性、デザ
イン対応性、コスト等は他の技術に比較し優位であるが
繊維強化の最大の目的である機械的強度の向上、特に、
耐衝撃強度の点で効果が低いという欠点を有している。
この理由は、繊維と樹脂の混合、分散過程、すなわち造
粒時、および成形時の2回の可塑化、混練工程で繊維は
著しく切断されるためである。さらに成形過程で繊維は
溶融樹脂とともに金型内を流動するために、成形品中に
繊維配向が残り成形品が大きく変形しやすい欠点を有し
ている。又、繊維、特に無機繊維の場合、造粒、成形等
で使用される押出機、射出成形機のスクリュー、シリン
ダー部を著しく摩耗させることもコストの点から大きな
問題となる。
一方、中繊維長強化ペレットを使用した成形品の製造
工程は特殊な押出機ヘッドを必要とし、又、生産性も短
繊維強化ペレットに比較し低下するため、コストの高い
製品となる。さらに成形品中の繊維配向による変形、ス
クリュー、シリンダー等の摩耗は短繊維ペレットの場合
と同様である。
中および長繊維長の繊維強化スタンパブルシートで
は、成形品中に残留する繊維が、原料として用いられた
繊維の長さをそのまま保つためきわめて高い機械的強度
が得られる。しかしながら中繊維長の単繊維強化スタン
パブルシートの技術においては、熱可塑性樹脂原料は粉
末でなければならず、製品は粉砕コストのため割高とな
る。さらに抄紙機、ロール・プレス、予熱器など高価で
特殊な設備を要する。成形品内の繊維配向は、成形時に
溶融樹脂と共に一部の繊維が流れるため、繊維強化ペレ
ットの場合より少ないが、発生し、成形品を変形させる
ことがある。
長繊維スタンパブルシートの場合、成形時に溶融した
樹脂のみ流動し、繊維が流れないために成形品外周部が
樹脂のみ部分が発生し、強度的に安定しない。又、集束
した繊維を用いるため表面外観の粗いものとなりやす
い。さらに中繊維のスタンパブルシートと同様に繊維織
機、押出機、ロール・プレス、予熱機などの高価で特殊
な設備を要する。
<課題を解決するための手段> このように、従来の技術は機械的物性、変形、外観、
コストなどにそれぞれ問題点を持ち、工業的技術として
は十分なものと言えない。本願発明者らはこれらの問題
点を克服する成形加工技術を開発すべく鋭意研究を進め
てきたがついに以下に述べる工業的にすぐれた、かつ低
コストの繊維強化熱可塑性樹脂成形品の新しい製造方法
を開発するに至った。すなわち本発明は、少なくとも2
枚以上重ね合わされた多孔性繊維質シートの間に溶融し
た熱可塑性樹脂を供給し、樹脂供給圧力および/または
プレス圧力により、該繊維質シートの空隙を通し、最外
層として配設された連続の単繊維からなる多孔性繊維質
シートの表面まで溶融樹脂を浸透させ成形することを特
徴とする繊維強化熱可塑性成形品の製造方法である。
本発明においては、複数枚の多孔性繊維質シートを置
き、供給口側の多孔性繊維質シートに設けられた穴を通
して溶融樹脂を繊維質シート層間に供給し、加圧成形す
ると成形品全面が均一に繊維により強化され、繊維が切
断されることがなく、又、溶融樹脂がシート層間からシ
ート層内に浸透し、最外シート表面に向かって流れるた
め、成形品内に気泡が残らず、きわめて補強効果の高い
成形品が得られる。また成形過程で繊維が溶融樹脂と共
に流動することがないため繊維配向も見られず、そのた
めに成形品のそり、変形等がなく、さらに複数枚重ね合
わされた多孔性繊維質シートの最外層に連続の単繊維シ
ートを用いることにより工業製品としての要求の高い外
観がなめらかで優れた機械的強度を有する深絞り製品を
得ることができる。本発明はこのように従来技術にな
い、成形時に繊維強化のできる画期的な成形技術であ
る。
以下、本発明における成形方法の例を図面を用いて説
明する。
その一例は、第1図に示すように、未閉鎖の金型内に
複数の多孔性繊維質シートを載置し、金型内の供給口を
通じて、溶融樹脂を該繊維質シート層間に供給する際、
樹脂が供給される層より供給口側のシートの供給口と同
じ位置に、溶融樹脂が通過するのに十分な大きさの穴を
設け、該穴を通じて溶融樹脂を供給しながら、又は供給
終了後、金型を閉じ成形を行う方法である。又、閉鎖し
た金型に多孔性繊維質シートを載置し、該穴を通し溶融
樹脂を供給する方法でも成形することができる。
また、第2図に示すように未閉鎖の金型に、溶融樹脂
が供給される層の一方の側の多孔性繊維質シートを載置
し、金型外の供給口から溶融樹脂をシート上に供給し、
しかる後、他方の多孔性繊維質シートを溶融樹脂上に置
き、金型を閉鎖し、加圧、冷却を行って繊維強化成形品
を得ることもできる。
他に、第3図に示すように、金型内の溶融樹脂供給口
が複数の多孔性繊維質シートの層間に位置する、閉鎖ま
たは未閉鎖の金型を用いても繊維強化成形品を得ること
ができる。
本発明に用いられる多孔性繊維質シートの材質はガラ
ス繊維、カーボン繊維、ステンレス繊維等の無機繊維、
又、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維
等の有機繊維及び無機・有機繊維の混合物を使用するこ
とができる。特にガラス繊維の場合は低コストで高い補
強効果が得られる。繊維の直径は1μm〜50μmの一般
的に得られる繊維を使用することができる。又、該多孔
性繊維質シートはシート形状を保持するために3〜50wt
%のポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の凝結剤を
用いたものを使用してもよい。
本願発明に用いられる熱可塑性樹脂はポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ABS
樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボ
ネート、ポリエチレンテレフタレート等の一般的な熱可
塑性樹脂およびこれらの混合物、ポリマーアロイ等が用
いられる。さらに、これらの熱可塑性樹脂には熱安定
剤、紫外線防止剤などの添加剤、又、着色剤、無機充填
剤などを含んでいてもよい。
本願発明で成形に用いる複数の多孔性繊維質シートは
同質のものの組合せでも、又異質のものの組合せでも良
く、用途、要求性能に応じて組合せ方を選択することが
できる。
又、本願発明において、その成形過程において溶融樹
脂は多孔性繊維質シートの間隙を圧力により流動してい
くが流動抵抗が大きくかつ特に無機繊維の場合は繊維に
より熱を奪われ樹脂温度の低下が大きいため流動性が低
下し、成形品表面までの樹脂の浸透性が不十分となるこ
とがある。これを防ぐために用いる繊維質シートを金型
間に載置する前に例えば60℃以上に予備加熱しておくこ
とも効果的である。
<実施例> 以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定
されるものではない。なお、実施例中の成形品の試験法
は、以下の通りである。
曲げ試験:JIS K7203に準拠し3点支持法で行った。
落錘衝撃試験:第5図に示す装置を用いて実施した。
ガラス繊維強化成形品から切り出した50mmx50mmx2mm
厚のテストピース(14)上に撃芯(12)を置き、荷重
(11)を上方から撃芯(12)上に落下させ、テストピー
スが破壊される時の荷重(11)の最低高さをもって破壊
高さとし、得られた破壊エネルギーをもって衝撃強度と
した。
破壊エネルギー(kg・cm) =荷重(kg)x破壊高さ(cm) 成形品の変形:第4図の箱型成形品の底面を下にして平
板上に置き4つの角部をおのおの別々に平板上に押さえ
つけた時、残りの角部で最も平板より離れた高さをもっ
て成形品の変形量とした。
成形品の表面外観:表面粗さ計(東洋精密(株)製、超
粗さ計SURFCOM)を用いて成形品の表面粗さを測定し
た。
また成形装置としては、横供給の射出部を持ち200ト
ンの型締力を有する竪型プレス成形機を使用し、成形テ
ストを実施した。金型は凸型状の上型および凹型状の下
型の2つの部分から成り、下型の中央部に直径2mmの溶
融樹脂の直接金型内供給口をもつ、製品肉厚2.0mm、製
品寸法200mm長さX200mm巾X40mm高さの箱型製品(第4
図)の型を用いた。
(実施例1) ビニルシラン0.2重量%を収束剤として添加した直径1
0μmのガラス繊維、約2000本を収束した繊維束を上下
2個の金属ロールの間を通過させ、ロールの繊維入り口
側または出口側にブロワーを用いて3〜5mm/secの風速
の空気を繊維束にあて、繊維束を解繊する。この解繊さ
れた繊維を外周に木枠をもうけた鉄板の上に、均一で異
方性がないように積層・充填し、シートの凝結剤として
その上からポリビニルアルコールの10%水溶液を散布
し、その後木枠を取りはずし、200℃の熱プレス内で乾
燥およびシート化を行い、ガラス長繊維の単繊維不織布
シート(200g/m2)を多孔性繊維質シートとして得た。
この多孔性繊維質シートを4枚重ね、下側の2枚の多
孔性繊維質シートの金型の溶融樹脂供給口の位置に直径
10mmの穴を作成し、60℃に予熱後下金型上に載置した
(第1図(A))。該穴を通して繊維質シートの層間に
溶融した熱可塑性樹脂(住友化学工業(株)製、住友ノ
ーブレンAX568:ポリプロピレン樹脂、メルトフローイン
デックス65g/10分)を供給し、成形時にかかる圧力を10
0kg/cm2として成形を行った(第1図(B))。第1表
に示す如く、機械的強度のきわめて高い成形品が得られ
た。
(比較例1〜2) 熱可塑性樹脂として、住友ノーブレンAX568またはガ
ラス繊維充填ポリプロピレンペレット、住友ノーブレン
GHH43(住友化学工業(株)製、ガラス繊維含有量30wt
%)を使用し、多孔性繊維質シートは使用しなかった以
外は、実施例1と同一条件で成形し、成形品物性、外
観、変形性等を実施例で得られた成形品と比較評価し
た。
第1表に示す如く、強度が劣っているか又は変形が大
きいものであった。
<発明の効果> 上述の如く、本発明による繊維強化成形技術を用いる
と成形と同時に強化できるため、従来法に比較しきわめ
て低コストで、特に機械的強度の優れた繊維強化成形品
を容易に得ることができ、また製品の要求性能に応じて
各種の繊維の組合せが可能で自動車部品、家電部品、建
築用材料等の広範囲な用途分野の繊維強化製品を提供す
ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は、本発明の成形方法を示す装置の縦の断面
図である。 1……上金型、2……下金型 3……多孔性繊維質シート 4……多孔性繊維質シート 5……溶融樹脂、6……溶融樹脂供給口 7……ポータブル押出機 第4図は、本発明の実施例の方法でつくった成形品の斜
視図である。 第5図は、本発明の実施例にて使用した衝撃試験装置の
縦の断面図である。 11……荷重、12……撃芯 13……撃芯先端R1/2インチ 14……テストピース 15……テストピース支持具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 重義 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭46−16453(JP,A) 特開 平2−261612(JP,A) 特開 昭61−152417(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2枚以上重ね合わされた多孔性
    繊維質シートの間に溶融した熱可塑性樹脂を供給し、樹
    脂供給圧力および/またはプレス圧力により、該繊維質
    シートの空隙を通し、最外層として配設された連続の単
    繊維からなる多孔性繊維質シートの表面まで溶融樹脂を
    浸透させ成形することを特徴とする繊維強化熱可塑性成
    形品の製造方法。
  2. 【請求項2】連続の単繊維がガラス繊維であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の繊維強化熱可塑性
    成形品の製造方法。
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