JP5114736B2 - Ｓｍｃシート材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＭＣシート材の製造方法に関する。

ＳＭＣシート材として、未硬化の熱硬化性樹脂からなるシート材本体にガラス短繊維等を分散させたものが知られている。かかるＳＭＣシート材は、プレス加工等により住宅関連部品、自動車関連部品、その他の工業部品を製造する複合材料として広く用いられている。

特許文献１には、シート材本体にガラス短繊維を分散させたＳＭＣシート材により外観の優れる自動車外装部品を製造する方法が開示されている。

特許文献２には、キャリアフイルム上に塗布された不飽和ポリエステル樹脂上にガラス繊維を切断して散布し、それを他のキャリアフィルムに塗布された不飽和ポリエステル樹脂で挟んでＳＭＣシート材を製造する方法が開示されている。
特公平２−３４３０８号公報 特表２００２−５１５０８０号公報

ところで、上記のＳＭＣシート材をプレス成形して製品を製造した場合、ＳＭＣシート材において、中央部分に比較して周縁部分の材料流動が著しく、その結果、製品におけるＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分と周縁部分に対応した部分とで曲げ強度に差が生じる。

また、上記のＳＭＣシート材をプレス成形して得られた製品は、剛性が乏しく、破壊が脆性的に起こる。

本発明の目的は、ＳＭＣシート材から製造される製品において、ＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分と周縁部分に対応した部分との曲げ強度の差を小さくすると共に、高剛性、高強度、且つ高靱性な物性を得ることである。

本発明に係るＳＭＣシート材の製造方法は、
上流側から下流側に向けて送られるキャリアシート（１４）上に未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物からなる下側樹脂層（１１ａ）を設けるステップと、
前記下側樹脂層（１１ａ）上に長さが１２．７〜６３．５ｍｍの下側短繊維（１３）を散布するステップと、
前記下側樹脂層（１１ａ）上に散布した前記下側短繊維（１３）の上に繊維シート（１２）を設けるステップと、
前記繊維シート（１２）上に長さが１２．７〜６３．５ｍｍの上側短繊維（１３）を散布するステップと、
前記繊維シート（１２）上に散布した前記上側短繊維（１３）の上に未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物からなる上側樹脂層（１１ｂ）を設けるステップと、
前記繊維シート（１２）に前記下側及び上側樹脂層（１１ａ，１１ｂ）の熱硬化性樹脂を機械的に含浸させるステップと、
を上流側から順に実行することを特徴とする前記上側及び下側短繊維（１３）の含有量が２０〜６５質量％であるＳＭＣシート材の製造方法である。

本発明によれば、シート材本体に繊維シートが埋設されるので、製造される製品において、ＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分と周縁部分に対応した部分との曲げ強度の差を小さくすることができ、しかも、高剛性、高強度、且つ高靱性な物性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施形態に係るＳＭＣシート材１０を示す。

このＳＭＣシート材１０は、未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物からなるシート材本体１１の中間層に、シート材本体１１の熱硬化性樹脂が含浸した繊維シート１２が埋設されたものである。そして、このＳＭＣシート材１０では、シート材本体１１における繊維シート１２の少なくとも一方側に、短繊維１３が分散して配設されている（図１では両側に配設されている。）。なお、このＳＭＣシート材１０には、両側にキャリアシート１４が貼設されている。

このＳＭＣシート材１０によれば、シート材本体１１に繊維シート１２が埋設されているので、それによって当該ＳＭＣシート材１０をプレス成形して成形品（製品）を成形する際、短繊維１３の配向が阻害されて異方性発現が抑制され、その結果として、製造される製品において、ＳＭＣシート材１０の中央部分に対応した部分と周縁部分に対応した部分との曲げ強度の差を小さくすることができ、しかも、高剛性、高強度、且つ高靱性な物性を得ることができる。

このＳＭＣシート材１０において、シート材本体１１は、例えば、全体厚さが１〜５ｍｍに形成されている。シート材本体１１における繊維シート１２の一方側及び他方側は、同一厚さに形成されていても、異なる厚さに形成されていてもどちらでもよい。また、シート材本体１１における繊維シート１２の一方側及び他方側は、同一樹脂組成物で形成されていても、異なる樹脂組成物で形成されていてもどちらでもよい。

シート材本体１１を構成する樹脂組成物は、マトリックス樹脂として未硬化の熱硬化性樹脂を含む。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。樹脂組成物は、単一種の熱硬化性樹脂を含んで構成されていても、複数種の熱硬化性樹脂を含んで構成されていてもどちらでもよい。樹脂組成物は、その他に、硬化剤、触媒、充填材、顔料、増粘剤、離型剤等を含む。

繊維シート１２は、厚さが例えば０．１〜０．６ｍｍ／シートに形成されている。繊維シート１２の含有割合は、例えば５〜３０質量％である。

繊維シート１２は、例えば、織布、組物（平打）、編物等で構成されている。これらのうち、シート材本体に短繊維のみを混入させたＳＭＣシート材に比較して著しく曲げ強度及び曲げ弾性率の高い製品を得ることができることから、非伸縮性の織布及び組物であることが好ましい。繊維シート１２を構成する織布としては、例えば、平織物、綾織物、朱子織物等が挙げられ、これらを構成する経糸及び緯糸は、フィラメント数が、ガラス繊維製の場合、例えば１００〜４００本であり、カーボン繊維製の場合、例えば１０００〜２４０００本である。また、繊維シート１２を構成する織布は、織り密度が例えば９０〜４００ｇ／ｍ^２である。

繊維シート１２を構成する繊維材料としては、例えば、ＰＢＯ繊維やアラミド繊維などの有機繊維、金属繊維やガラス繊維やカーボン繊維などの無機繊維が挙げられる。繊維シート１２は、単一種の繊維材料で構成されていても、複数種の繊維材料で構成されていてもどちらでもよい。

繊維シート１２を構成する繊維材料は、カップリング剤による表面処理が施されたものであってもよい。かかる表面処理が施されていることにより、シート材本体１１と繊維シート１２との間に優れた密着性を得ることができる。

短繊維１３は、例えば、長さが１２．７〜６３．５ｍｍ、繊維径が、ガラス短繊維の場合９〜１５μｍ、カーボン短繊維の場合５〜７μｍに形成されている。短繊維１３の含有割合は、例えば２０〜６５質量％である。シート材本体１１における繊維シート１２の両側に短繊維１３が配設される場合、繊維シート１２の一方側及び他方側において、シート材本体１１に対する短繊維１３の含有割合が同一であっても、異なっていてもどちらでもよい。

短繊維１３を構成する繊維材料としては、例えば、ＰＢＯ繊維やアラミド繊維などの有機繊維、金属繊維やガラス繊維やカーボン繊維などの無機繊維が挙げられる。短繊維１３は、単一種の繊維材料で構成されていても、複数種の繊維材料で構成されていてもどちらでもよい。シート材本体１１における繊維シート１２の両側に短繊維１３が配設される場合、繊維シート１２の一方側及び他方側において、短繊維１３の繊維材料が同一であっても、異なっていてもどちらでもよい。

短繊維１３は、カップリング剤による表面処理が施されたものであってもよい。かかる表面処理が施されていることにより、シート材本体１１と短繊維１３との間に優れた密着性及びシート材本体１１における短繊維１３の優れた分散性を得ることができる。

以上のＳＭＣシート材１０を用いて製品をプレス成形する場合、まず、キャリアシート１４が付いたままのＳＭＣシート材１０からチャージ面積率が例えば５０〜８０％となるように必要量を切り出す。

次いで、キャリアシート１４を剥がしたＳＭＣシート材１０を金型の一方の型に所定枚数積層してセットした後、それを挟むように他方の型を配する。

次いで、金型を、例えば、型合わせ方向に５〜１２ＭＰａの圧力を負荷すると共に、１２０〜１６０℃の温度下に０．５〜１．０分／１ｍｍ厚保持する。このとき、金型内において、熱硬化性樹脂及び短繊維１３が流動すると共に熱硬化性樹脂の硬化が進行する。

そして、しかる後、金型を開き、製品を取り出す。

次に、このＳＭＣシート材１０の製造方法について説明する。

図２は、ＳＭＣシート材製造装置２０を示す。

このＳＭＣシート材製造装置２０は、上流側から順に、下側フィルム供給部２１、下側樹脂供給部２２、下側短繊維供給部２３、繊維シート供給部２４、上側短繊維供給部２５、貼合部２６、樹脂含浸部２７、及びＳＭＣ巻取部２８が設けられ、また、貼合部２６上方の樹脂含浸部２７寄りに上側樹脂供給部３０が設けられ、さらに、樹脂含浸部２７の上方に上側フィルム供給部２９が設けられている。

下側フィルム供給部２１は、巻物取付部材を有しており、そこに取り付けたキャリアシート１４の巻物からキャリアシート１４を下流側に向かって供給するように構成されている。

同様に、上側フィルム供給部２９は、巻物取付部材を有しており、そこに取り付けたキャリアシート１４の巻物から上側樹脂供給部３０に向かって供給するように構成されている。

下側樹脂供給部２２は、樹脂供給部材（不図示）及びドクターブレード２２ａを有しており、下側フィルム供給部２１から送られるキャリアシート１４上に、樹脂供給部材から未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を幅方向に渡って供給すると共に、それをドクターブレード２２ａで厚さ調整し、キャリアシート１４上に所定厚さの下側樹脂層１１ａを形成するように構成されている。

上側樹脂供給部３０は、樹脂供給部材（不図示）及びドクターブレード３０ａを有しており、上側フィルム供給部２９から送られるキャリアシート１４上に、樹脂供給部材から未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を幅方向に渡って供給すると共に、それをドクターブレード３０ａで厚さ調整し、キャリアシート１４上に所定厚さの上側樹脂層１１ｂを形成するように構成されている。

下側短繊維供給部２３は、一対の引き込みローラ２３ａ及びカットローラ２３ｂを有しており、図示しない繊維供給源から延びる繊維ロービングを一対の引き込みローラ２３ａで引き込み、それをカットローラ２３ｂで所定繊維長に順次カットし、そのカットした短繊維１３を下側樹脂供給部２２から送られてくるキャリアシート１４上の下側樹脂層１１ａ上に幅方向に渡って散布するように構成されている。

繊維シート供給部２４は、一対の引き込みローラ２４ａ及び敷設ローラ２４ｂを有しており、図示しない繊維シート供給源から延びる繊維シート１２を一対の引き込みローラ２４ａで引き込み、それを敷設ローラ２４ｂで下側短繊維供給部２３から送られてくるキャリアシート１４上の短繊維１３が散布された下側樹脂層１１ａ上に敷設するように構成されている。

上側短繊維供給部２５は、一対の引き込みローラ２５ａ及びカットローラ２５ｂを有しており、図示しない繊維供給源から延びる繊維ロービングを一対の引き込みローラ２５ａで引き込み、それをカットローラ２５ｂで所定繊維長に順次カットし、そのカットした短繊維１３を繊維シート供給部２４から送られてくるキャリアシート１４上に敷設された繊維シート１２上に幅方向に渡って散布するように構成されている。

貼合部２６は、上下に配された案内ローラ２６ａ及び貼合ローラ２６ｂを有しており、上側樹脂供給部３０から送られてくるキャリアシート１４上に上側樹脂層１１ｂが設けられたものを案内ローラ２６ａで下方に案内し、それを貼合ローラ２６ｂで上側短繊維供給部２５から送られてくるキャリアシート１４上の短繊維１３が散布された繊維シート１２上に貼り合わせてシート状の複合体を形成するように構成されている。

樹脂含浸部２７は、上下に配設され、各々、複数のローラにメッシュベルトが掛け渡された一対のベルト駆動装置２７ａ，２７ｂを有しており、貼合部２６から送られてくるシート状の複合体をメッシュベルトで上下から狭持押圧してしごき、繊維シート１２に樹脂組成物を含浸させると共に脱泡してＳＭＣシート材１０を形成するように構成されている。

ＳＭＣ巻取部２８は、巻取ローラを有しており、樹脂含浸部２７から送られてくる両側にキャリアシート１４が貼設されたＳＭＣシート材１０を巻取ローラで巻き取るように構成されている。

（試験評価サンプル）
＜実施例＞
短繊維を繊維シートの両側に配した上記実施形態と同様のＳＭＣシート材を作製し、これを実施例とした。材料構成は以下の通りである。

シート材本体を構成する樹脂組成物として、ビニルエステル樹脂（昭和高分子社製 商品名：リポキシＨ６００）をマトリックス樹脂とし、そのビニルエステル樹脂１００質量部に対して、有機過酸化物硬化剤（日本油脂社製 商品名：パーブチルＺ）１．０質量部、重合禁止剤（精工化学社製 商品名：ＴＢＨ）０．６質量部、増粘剤（ダウ・ケミカル社製 商品名：Ｉ・１４３Ｌ）１３．０質量部、及び内部離型剤（アデカファイン社製 商品名：ＺＮＳ・Ｐ）５．０質量部を配合したものを用いた。

繊維シートとして、カーボン繊維の平織物（東レ社製 商品名：トレカクロス，織り密度：３１５ｇ／ｍ^２）を用いた。

短繊維として、ガラス短繊維（セントラルグラスファイバー社製 商品名：ＥＲＳ４８００，繊維長２５．４ｍｍ）を用いた。ガラス短繊維の含有量を３９質量％とした。

＜比較例１＞
繊維シートを設けなかったことを除いて、実施例と同一の構成のＳＭＣシート材を作製し、これを比較例１とした（ガラス短繊維の含有量：３９質量％）。

＜比較例２＞
繊維シートを設けず、また、ガラス短繊維の代わりにカーボン短繊維（東レ社製 商品名：トレカＴ７００，繊維長２５．４ｍｍ）を用い、そして、その含有量を５０質量％としたことを除いて、実施例と同一の構成のＳＭＣシート材を作製し、これを比較例２とした。

（試験評価方法）
実施例、比較例１及び２のそれぞれについて、３枚積層したＳＭＣシート材を、１４５℃の上型及び１３０℃の下型で挟み、そこに１０ＭＰａの圧力を負荷して６００秒間保持し、板状のサンプル成形品をプレス成形した。

サンプル成形品におけるＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分及び周縁部分に対応した部分のそれぞれから、ＪＩＳ Ｋ７０５５「ガラス繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」に準じて、曲げ試験用の試験片を切り出した後、インストロン型万能試験機（インストロン社製）を用いて三点曲げ試験を実施し、曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ破壊撓み、及び破壊エネルギーを求めた。なお、三点曲げ試験は撓み速度１ｍｍ／分で行った。曲げ強度は、試験片が破壊した瞬間における曲げ応力である。曲げ弾性率は、比例限度内における曲げ応力とこれに対応する撓みの比である。曲げ破壊撓みは、曲げ強度に対応する撓みである。破壊エネルギーは、試験片が破壊するまでに要するエネルギーである。

（試験評価結果）
図３は、サンプル成形品におけるＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分及び周縁部分に対応した部分のそれぞれの曲げ強度を示す。

この結果から、実施例のＳＭＣシート材によれば、繊維シートを有さない比較例１及び２に比べて、ＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分と周縁部分に対応した部分との曲げ強度の差が小さい成形品を得ることができることが分かる。

図４は、サンプル成形品の中央部分の撓み量と曲げ応力との関係を示す。また、表１は、サンプル成形品の中央部分の曲げ破壊強さ、曲げ弾性率、曲げ破壊撓み、及び破壊エネルギーを示す。

これらの結果から、実施例のＳＭＣシート材によれば、繊維シートを有さない比較例１及び２に比べて、曲げ強度及び曲げ弾性率が著しく高いサンプル成形品を得ることができることが分かる。

本発明は、ＳＭＣシート材の製造方法について有用である。

実施形態に係るＳＭＣシート材の断面図である。 実施形態に係るＳＭＣシート材の製造方法を示す説明図である。 サンプル成形品におけるＳＭＣシート材の中央部分に対応した部分及び周縁部分に対応した部分のそれぞれの曲げ強度を示すグラフである。 サンプル成形品の撓み量と曲げ応力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ ＳＭＣシート材
１１ シート材本体
１１ａ 下側樹脂層
１１ｂ 上側樹脂層
１２ 繊維シート
１３ 短繊維
１４ キャリアシート

Claims (1)

1. 上流側から下流側に向けて送られるキャリアシート（１４）上に未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物からなる下側樹脂層（１１ａ）を設けるステップと、
   前記下側樹脂層（１１ａ）上に長さが１２．７〜６３．５ｍｍの下側短繊維（１３）を散布するステップと、
   前記下側樹脂層（１１ａ）上に散布した前記下側短繊維（１３）の上に繊維シート（１２）を設けるステップと、
   前記繊維シート（１２）上に長さが１２．７〜６３．５ｍｍの上側短繊維（１３）を散布するステップと、
   前記繊維シート（１２）上に散布した前記上側短繊維（１３）の上に未硬化の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物からなる上側樹脂層（１１ｂ）を設けるステップと、
   前記繊維シート（１２）に前記下側及び上側樹脂層（１１ａ，１１ｂ）の熱硬化性樹脂を機械的に含浸させるステップと、
   を上流側から順に実行することを特徴とする前記上側及び下側短繊維（１３）の含有量が２０〜６５質量％であるＳＭＣシート材の製造方法。

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