JP3772644B2 - ガラスチョップドストランドマット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラス繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰという）の補強材等に用いられるガラスチョップドストランドマット及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスチョップドストランドマットは、ガラスストランドを所定長に切断して作製された多数本のガラスチョップドストランドを、均等無秩序にシート状に堆積した後、その上から結合剤として、粉末ポリエステル樹脂を散布し、次いでこれらの粉末ポリエステル樹脂を加熱溶融してからプレス成形し、冷却固化させたり、あるいはシート状堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布後、乾燥することによって製造される。
【０００３】
このようにして製造されたチョップドストランドマットは、小型船、浄化槽、バスタブ、遊園地の乗り物等のＦＲＰ成形品の補強材として用いられる。
【０００４】
通常、チョップドストランドマットに使用されるガラスストランドは、ブッシングより紡糸された数百本から数千本のガラスフィラメントの表面に集束剤を塗布し、これらのガラスフィラメントをギャザリングシュウによって複数に分糸集束することによって得られる。その後、複数に分糸集束されたガラスストランドは、トラバースを経て同一のケーキに巻き取られる。
【０００５】
トラバースの回転軸は、ワインダー軸に対して平行で、トラバースが、左右に往復運動しながら回転運動をすることによって、ガラスストランドがコレットに綾掛けして巻き取られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トラバースが往復運動における左右の折り返し付近に位置するとき、ギャザリングシュウによって複数に分糸集束されたガラスストランドがトラバースの端部に片寄り、ガラスストランド同士の間隔が狭くなり、ストランド同士が密着し、一部のストランドが結合し、平均ストランド番手の整数倍のガラスストランドになる。このように結合して太くなったガラスストランドを多数含むガラスストランドを使用して、ガラスチョップドストランドマットを作製すると、マットの目付のばらつきが大きくなるため、ＦＲＰ成形品の機械的強度のばらつきが増大し、ＦＲＰ成形品の品質が安定しなくなる。
【０００７】
また、このガラスストランドの結合を防ぐためには、ギャザリングシュウのコーム幅を広げることによって、ガラスストランドの間隔を広げることが有効であると考えられるが、コーム幅を広げると、ギャザリングシュウが長くなり、トラバースが、往復運動における左右の折り返し付近に位置するとき、ガラスストランドがトラバースから外れてしまい、正常に巻き取る事ができなくなり、事実上、ガラスストランドの結合を防ぐことは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたものであり、ガラスストランドが一部結合しても、マットの目付のばらつきが少なく、それを用いて作製したＦＲＰ成形品の品質が安定するチョップドストランドマットとその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく、種々の実験を行った結果、本発明のガラスチョップドストランドマットは、ストランド太さが平均ストランド番手の整数倍に偏在することなく、広範囲に散在したガラスストランドからなることによって、マットの目付のばらつきが少なくなり、ＦＲＰ成形品の品質が安定することを見いだし、本発明を提案するに至った。
【００１０】
即ち、本発明のチョップドストランドマットは、ガラスフィラメントが集束されたガラスストランドから切断された多数のガラスチョップドストランドがシート状に堆積しており、該ガラスチョップドストランド同士がプレスされて結合剤で接着されたガラス繊維強化プラスチック用のガラスチョップドストランドマットであって、平均ストランド番手の整数倍の９０〜１１０％のストランド太さを有するガラスストランドの本数が、全ガラスストランドの本数の５０％以下となるガラスストランドから構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
また、ギャザリングシュウを工夫することにより、ストランド太さが平均ストランド番手の整数倍に偏在することなく、広範囲に散在したガラスストランドを得られるようになることを見出し、本発明を提案するに至った。
【００１２】
即ち、本発明のチョップドストランドマットの製造方法は、ギャザリングシュウによって複数に分糸集束したガラスストランドを所定長に切断して作製した多数のガラスチョップドストランドを均等無秩序にシート状に堆積した後、各ガラスチョップドストランドを接着させるガラスチョップドストランドマットの製造方法において、ギャザリングシュウが二種以上の先端幅と同一のコーム幅を有することを特徴とする。尚、先端幅は、ギャザリングシュウの溝の開口幅を指し、コーム幅は、隣接する溝の最深部間の幅を指す。
【００１３】
【作用】
本発明のガラスチョップドストランドマットは、ガラスフィラメントが集束されたガラスストランドから切断された多数のガラスチョップドストランドがシート状に堆積しており、該ガラスチョップドストランド同士がプレスされて結合剤で接着されたガラス繊維強化プラスチック用のガラスチョップドストランドマットであって、平均ストランド番手の整数倍の９０〜１１０％のストランド太さを有するガラスストランドの本数が、全ガラスストランドの本数の５０％以下となるガラスストランドから構成されてなるため、マットの目付のばらつきが少なくなり、ＦＲＰ成形品の品質が安定する。
【００１４】
即ち、ストランド太さが平均ストランド番手の整数倍に偏在することなく、広範囲に散在してなると、極度にマットの目付が小さくなる部分がなく、ストランド太さの分布に応じて目付が変化するため、目付のばらつきが小さくなり、ＦＲＰ成形品の機械的強度のばらつきが小さくなるからである。
【００１５】
また、本発明においては、使用するガラスチョップドストランドの平均ストランド番手を１０〜５０テックスとすることが好ましい。
【００１６】
即ち、平均ストランド番手が１０テックスより小さいガラスストランドを得るには、直径の非常に小さなガラスフィラメントを紡糸したり、ガラスストランド１本当りのガラスフィラメントの集束本数を少なくする必要があるが、このようなガラスフィラメントやガラスストランドを製造する場合、紡糸時に切断しやすく、材料コストの上昇につながるため好ましくない。また５０テックスより大きいガラスストランドは、ストランドが太いため、ストランド分布が不均一になりやすく、マットに穴があいたり、マットの引っ張り強度が低下しやすいため好ましくない。
【００１７】
さらに本発明においては、ガラスチョップドストランドの長さを２５〜１００ｍｍとすることが好ましい。
【００１８】
即ちストランド長が、２５ｍｍより短いと、ガラスチョップドストランドマットの引っ張り強度が低下しやすく、１００ｍｍより長いと、マットを構成するガラスチョップドストランドの分散が不均一になりやすく、マットに穴があきやすくなる。
【００１９】
尚、ガラスチョップドストランド同士を結合させるための結合剤は、粉末ポリエステル樹脂に限定されず、その形態は、繊維状、シート状、フィルム状等であっても良く、またポリエステル以外に、ポリプロピレン、酢酸ビニル、アクリル、エポキシ等の樹脂素材も使用可能である。
【００２０】
また、本発明のガラスチョップドストランドマットの製造方法は、二種以上の先端幅と同一のコーム幅を有するギャザリングシュウを使用するため、ガラスフィラメントが集束されたガラスストランドから切断された多数のガラスチョップドストランドがシート状に堆積しており、該ガラスチョップドストランド同士がプレスされて結合剤で接着されたガラス繊維強化プラスチック用のガラスチョップドストランドマットであって、平均ストランド番手の整数倍の９０〜１１０％のストランド太さを有するガラスストランドの本数が、全ガラスストランドの本数の５０％以下となるストランドを作製できる。
【００２１】
即ち、本発明のギャザリングシュウを使用すると、ストランド太さが平均ストランド番手の整数倍に偏在することなく、広範囲に散在してなるガラスストランドを作製できるため、マットの目付のばらつきが小さくなり、ＦＲＰ成形品の品質が安定するからである。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
表１に、本発明の実施例と比較例を示す。また、図１、５には、それぞれ実施例及び比較例のギャザリングシュウの平面図を示す。図２にガラスストランドの製造工程を、図４にガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す。図３、６には実施例、比較例のストランド太さ分布を示す。
【００２４】
（実施例）
まず、直径１１μｍのガラスフィラメントに集束剤（固形分５０質量％の酢酸ビニルエマルジョンを６．０質量％、メタクリル系シランカップリング剤を０．３質量％、カチオン系潤滑剤を０．３質量％、イオン交換水を９３．４質量％）を付着量が０．４質量％となるように塗布した後、本発明のギャザリングシュウ１０を使用して分糸集束させ、トラバース２１を経由し、ガラスストランド２２としてから、巻き取り（図２）、ガラスケーキ２３を得た後、所定時間乾燥した。尚、ここで使用したギャザリングシュウ１０は、図１に示すような形状を有しており、先端幅が、Ｔ１＝１８ｍｍ、Ｔ２＝３８ｍｍ、Ｔ３＝１０ｍｍ、Ｔ４＝２６ｍｍ、Ｔ５＝２０ｍｍ、Ｔ６＝３２ｍｍ、コーム幅が、Ｃ＝２４ｍｍであった。
【００２５】
また、この様にして作製したガラスストランド２２は、図３に示すようなストランド太さ分布を示し、また、ストランド太さが平均ストランド番手の整数倍の９０〜１１０％の範囲内にあるストランドの本数は、全ストランドの本数に対して３２％であった。
【００２６】
平均ストランド番手は、ガラスフィラメントの直径、フィラメントの総数をギャザリングシュウの溝の数で割ったフィラメント数及びガラスの密度から算出し、各ストランド太さは、ストランドを１ｍに切断し、その重量を測定することによって求めた。
【００２７】
この乾燥されたケーキ２３の内層からガラスストランド２２を解舒し、チャンバー４１の天井部分に取り付けられた複数個の切断機４２に送り込み、長さ２インチに切断した。各切断機は、カッターローラー４３とゴムローラー４４から構成され、互いに回転するカッターローラー４３とゴムローラー４４の間にガラスストランド２２が送り込まれることによって切断される。
【００２８】
チャンバー４１の底部には、第１の搬送コンベア４５が配置され、長さ２インチに切断されたガラスストランド２２を、第１の搬送コンベア４５の上で均一になるように分散、シート状に堆積してからチャンバー４１の外へ搬送し、次の第２の搬送コンベア４６に搬送した。第２の搬送コンベア上で移動するガラスチョップドストランド上に散布機４７によって粉末ポリエステル樹脂（花王株式会社製ニュートラック５１４）を、付着量が３質量％となるように均一に散布した後、次の第３の搬送コンベア４８に搬送した。第３の搬送コンベア４８の途中には、加熱炉４９が配置され、粉末ポリエステル樹脂が散布されたガラスチョップドストランドのシート状堆積物が、加熱炉中に移動して所定温度で加熱されることによって、粉末ポリエステル樹脂が軟化、溶融した。次いでこのガラスチョップドストランドを、加熱炉４９の外部に移動した後、水冷ロール５０の間を通して冷却、プレスを行い、これにより溶融していた粉末ポリエステル樹脂が固化し、ガラスチョップドストランドマット５１が作製され、その後、巻き取り機５２によって巻き取った。
【００２９】
このガラスチョップドストランドマットを補強材として、不飽和ポリエステル樹脂をマトリックス樹脂として使用し、ハンドレイアップ成形法によりガラス繊維含有率が３３質量％の平板状ＦＲＰ成形品を得た。
【００３０】
比較例は、先端幅（Ｔ＝２４ｍｍ）とコーム幅（Ｃ＝２４ｍｍ）が一定のギャザリングシュウ（図５）を用い、実施例と同様にしてガラスストランドを作製した。この様にして作製したガラスストランドは、図６に示すようなストランド太さ分布を示し、また、ストランド太さが平均ストランド番手の整数倍の９０〜１１０％の範囲内にあるストランドの本数は、全ストランドの本数に対して８３％であった。
【００３１】
次に、実施例と同様にしてガラスチョップドストランドマット及び平板状ＦＲＰ成形品を作製した。
【００３２】
マットの目付は、ガラスチョップドストランドマットを３００ｍｍ角に切断し、ＪＩＳ Ｒ−３４１１に基づき測定し、ｎ＝３６での目付最大偏差率（％：（標準偏差／平均値）×１００）をもって目付のばらつきの尺度にした。尚、目付最大偏差率が小さいほど、目付のばらつきが小さいことを示す。
【００３３】
また、ＦＲＰ成形品の曲げ強度は、ＪＩＳ Ｋ−７０５５に基づき測定し、サンプル数ｎ＝１０に対する平均値Ｘ及び標準偏差σn-1を算出した。ＦＲＰ成形品の曲げ強度のばらつきは、標準偏差σn-1で表し、σn-1が小さいほど、曲げ強度のばらつきが小さいことを示す。
【００３４】
【表１】
表１から明らかなように、実施例は、マットの目付のばらつきが小さく、それを用いて作製したＦＲＰ成形品の曲げ強度のばらつきが小さく、ＦＲＰ成形品の品質が安定する。それに対し、比較例は、マットの目付のばらつきが大きく、それを用いて作製したＦＲＰ成形品の曲げ強度のばらつきが大きく、ＦＲＰ成形品の品質が安定しない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガラスチョップドストランドマットは、ガラスフィラメントが集束されたガラスストランドから切断された多数のガラスチョップドストランドがシート状に堆積しており、該ガラスチョップドストランド同士がプレスされて結合剤で接着されたガラス繊維強化プラスチック用のガラスチョップドストランドマットであって、使用したガラスストランドの太さが、平均ストランド番手の整数倍に偏在することなく、広範囲に散在しているため、マットの目付のばらつきが小さく、それを用いて作製したＦＲＰ成形品の機械的強度のばらつきが小さく、小型船、浄化槽、バスタブ、遊園地の乗り物等のＦＲＰ成形品の品質を安定させることが可能である。
【００３７】
また、本発明の方法によると、二種以上の先端幅と同一のコーム幅を有するギャザリングシュウを使用するため、ＦＲＰ成形品の品質を安定させることが可能となる、ガラスストランドの太さが、平均ストランド番手の整数倍に偏在することなく、広範囲に散在したガラスストランドを作製可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例のギャザリングシュウの説明図。
【図２】ガラスストランドの製造工程の説明図。
【図３】実施例のストランド太さ分布を示すグラフ。
【図４】ガラスチョップドストランドマットの製造工程の説明図。
【図５】比較例のギャザリングシュウの説明図。
【図６】比較例のストランド太さ分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１０ 本発明のギャザリングシュウ
２１ トラバース
２２ ガラスストランド
２３ ガラスケーキ
４１ チャンバー
４２ 切断機
４３ カッターローラー
４４ ゴムローラー
４５ 第１の搬送コンベア
４６ 第２の搬送コンベア
４７ 散布機
４８ 第３の搬送コンベア
４９ 加熱炉
５０ 水冷ロール
５１ ガラスチョップドストランドマット
５２ 巻き取り機
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６ 先端幅
Ｃ コーム幅
Claims (2)
- ガラスフィラメントが集束されたガラスストランドから切断された多数のガラスチョップドストランドがシート状に堆積しており、該ガラスチョップドストランド同士がプレスされて結合剤で接着されたガラス繊維強化プラスチック用のガラスチョップドストランドマットであって、
平均ストランド番手の整数倍の９０〜１１０％のストランド太さを有するガラスストランドの本数が、全ガラスストランドの本数の５０％以下となるガラスストランドから構成されてなることを特徴とするガラスチョップドストランドマット。 - ギャザリングシュウによって複数に分糸集束したガラスストランドを所定長に切断して作製した多数のガラスチョップドストランドを均等無秩序にシート状に堆積した後、各ガラスチョップドストランドを接着させるガラスチョップドストランドマットの製造方法において、ギャザリングシュウが二種以上の先端幅と同一のコーム幅を有することを特徴とするガラスチョップドストランドマットの製造方法。
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