JPH02112916A - 繊維強化熱可塑性コンポジットの成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、繊維強化された熱可塑性コンポジットの成
形ノｊ法に関するものであり、特に補強繊維と熱可塑性
樹脂繊維との混繊糸からなる／Ｉｉを加熱して圧縮域１
１ニする方υ；に関するものである。

［従来の技術］ 長繊維により強化したプラスチックコンポジットは、航
空宇宙用を中心としたいイ）ゆるアドバンストコンポジ
ットと、船舶、浴槽ユニット、自動車等に使用される汎
用ＦＲＰとに大別される。両者とも、通常、マトリック
スの樹脂としては、熱硬化型の樹脂が使用されており、
前者のコンポジットではエポキシ樹脂が、後者のコンポ
ジットでは不飽和ポリエステル樹脂が用いられている。

このように、マトリックス樹脂として熱硬化型樹脂を用
いた場合の共通的な欠点は、成形後に硬化処理が必要で
あること、および靭性に欠けることである。

マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いれば、上記
のような欠点を改良することができるが、この場合熱可
塑性樹脂を加熱溶融して連続強化繊維に含浸させなけれ
ばならない。しかしながら、熱可塑性樹脂の溶融粘度が
高いことから、この含浸は技術的に大変困難なものとな
る。比較的ルーズに集合しランダムに配列させた長繊維
マツＩ・に熱可塑性樹脂を含浸してプラスチックコンポ
ジットとする方法が行なわれているが、この方法では、
補強Ｅｌ　ｔＵの含釘率を高めることができず、また捕
強謙維のシート而方向の配向度等が低いため、力学的な
強度を十分に高くすることができないという欠点があっ
た。

このような間）ｊを解消するため、最近では、！＋［ｉ
強嶽維と熱ロエ塑性樹脂繊維とを混合して、混繊糸とし
、この混繊糸を編んで布にしたものを加熱し圧縮成形し
て長繊維強化のプラスチックコンポジットとする方法が
試みられている。このような）Ｊ法によれば、補強繊維
のまわりの熱可塑性樹脂繊維を溶融してマトリックス樹
脂とするものであるため、従来技術的に困難な−１−程
であった溶歳樹脂の含浸が不要であり、また補強繊維の
含有率を高めることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の混繊の方法では、混繊
状態において補強繊維および熱可塑性樹脂繊維のそれぞ
れの間に空隙が存在しており、加熱して熱ｉｒｊ塑性樹
脂繊維を溶融させると、このような繊維間の空隙が樹脂
中に埋められたままの状態で成形されてしまうという問
題点があった。このため、補強繊維とマトリックス樹脂
との濡れか十分ではなかったり、あるいはマトリックス
樹脂中に存在するボーＣドにより、本来発揮され１りる
十分に高い強度を得ることができなかった。

この発明のト１的は、このような従来の問題点を解消し
、力学的強度の高い強靭な成形品を効率的に製造するこ
とのできる成形方法を提１！（することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の成形方法では、補強ｍ　Ｈｆｆｉと熱可’Ｊ
ｆＪ性樹脂繊維との混繊糸からなる６ｉを、減圧下で加
熱し、熱可塑性樹脂繊維か溶融流動する温度で圧縮成形
する方法である。

この発明で用いられる熱可塑性樹脂ＱＲＭとしては、た
とえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテ
レフタレート、ナイロン６６、ポリプロピレン、仝芳香
族；ｆｋ品型ポリエステル、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン ものが挙げられる。繊維の配向度は、特に限定されるも
のではなく、高度に分子配向している延伸糸、中程度に
分子配向している半延伸糸、分子配向が低い未延伸糸な
どのいずれでもよい。しかしながら、次の混繊工程に耐
え得る程度の力学特性をＨしていることが必要である。

特に好ましい熱可塑性樹脂繊維の典型的な具体例として
は、いわゆるポリエチレンテレフタレートの部分的配向
ヤーン（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ　　ＯｒｉｅｎｔｅｄＹａ
ｒｎ）が挙げられる。補強繊維としては、プラスチック
の強化材として一般的に用いられている繊維状強化材を
用いることができる。たとえば、典型的な例として、カ
ーボン繊維、ガラス繊維アラミド繊維等の連続糸などが
挙げられる。

補強繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混繊する方法は、この
発明において特に限定されるものではない。たとえば、
補強繊維と熱可塑性樹脂繊維とを引き揃えて静電気的に
開繊させながら両者のｉｐ繊維同士を絡合させる方法や
、引き揃えて空気噴出乱流中を通過させて開繊絡合させ
る方法などのような従来のツノ法を使用することができ
る。

以上のようにして得られる；ｉｊ　繊糸から４ｉを形成
する方法も、この発明においては特に限定されるもので
はない。また、６ｉの形態としては、通常の平織物、朱
子織、インターロック織物、編布や、いわゆる多軸積層
（Ｈｉ等か挙げられる。中でも、多軸積層／Ｉｉが最も
好ましい。多軸積層布は、互いに異なった角度に一輔配
向して引き揃えられた糸か１、！２数層に積層されて一
体化された（Ｅｉである。このような多軸積層布として
、たとえば二軸を直交させて積層したものや、０°／４
５°／９０°／−４５°の四軸にそれぞれ揃えた層を積
層させたもの舌が知られている。このような多軸積層布
においては、糸が直線的に配列しているため、ル織物等
に比べて、有効に補強効果を発揮することかできる。ま
た、（＋ｉを立体的に賦形加工する場合、層間の糸軸の
角度を容易に変角することができ、さらに層内の糸の間
隔を自由に拡げるこができるので、このような多軸積層
布を用いれば立体賦形加工を容品に行なうことができる
。このような場合に、／１ｉの一体化に使用するスティ
ッチ糸は、６ｉを溶融プレスするときに溶歳するような
熱可塑性樹脂からなる糸であることが好ましく、さらに
熱可塑性樹脂繊維と同じ樹脂のスティッチ糸を用いるこ
とが好ましい。

４１は１枚または複数枚を積層させて使用することがで
きる。また、布と他の材質のシートとを積層させて成形
することもできる。この場合、成形品の１７．滑性向上
、告色、耐候性向上、装飾効果付与、電磁波シールド性
付与等の［１的で、これらの機能をＨするフィルムやシ
ートを積層させることかできる。このようなフィルム等
は予め布の間に積層させておいてもよく、また成形の際
に布の上に積み重ね成形してもよい。熱可塑性樹脂を含
有するフィルムを用いる場合には、熱可塑性樹脂繊維と
同じ材質の樹脂のものを用いることが好まし０゜ この発明における減圧は、缶が含む空気を除くことを目
的とするもので、成形機全体を減圧にしてもよいし、金
型内部だけを減圧にしてもよい。

また減圧は布を加熱する前、ｆｌｌをｆＭ成する繊維が
軟化する温度域にまで加熱しながら、あるいは溶歳温度
域まで加熱しながらかけることができるが、効果的に空
気を除くには、布の形態を保ちながら軟化点以下の温度
に加熱して減圧するのが望ましい。減圧レベルは、大気
圧以下であればよいが、一般には４００Ｔｏ　ｒ　ｒ以
下である。

この発明において圧縮成形に使用される金型は、特に限
定されるものではないが、少なくとも溶融した熱ｉｒＪ
塑性樹脂繊維との接触によっても問題が生じない程度の
耐熱性および耐久性を有することが必要である。好まし
い圧縮成形方法として、開放金型による成形方法を挙げ
ることができる。この方法は、布の表面に、フィルムや
金属箔等の通過性の少ないシートを載せ、気体による圧
力をかけて加圧成形する）ｊ法である。この場合、４１
はそのまま開放金型の上に載せて成形してよいが、成形
の際金型に沿って布に皺等ができるのを防止するために
は、市を裁断して接合し、金型の形状に添わせて金型の
上に置き成形するのが好ましい。

特に、雄金型の上に載せる場合にはこの方法が好ましい
。また、テープ状に布を裁断し、これを適当な接着剤等
を開して金型の上に積層して成形してもよい。また、バ
グを用いて加圧してもよいし、マンナトダイ法で圧縮成
形してよい。

この発明において布にχ・１して行なう加熱は、たとえ
ば赤外線ヒータ等による外部からの加熱が考えられるか
、（（１を均一に昇温させるためには、布を通電させる
ことによって布を自己発熱させることか特に望ましい。

（＋ｊを自己発熱させるためには、たとえば（（ｉにｒ
・め電気抵抗線等を均一に分６ｉさせておき、この電気
抵抗線等に通電し、抵抗発熱によって昇とさせる方法や
、あるいは金属粉等を（Ｈｉの中に添加して誘導加熱す
る方法や、高周波による誘電加熱等の方法かある。

また、この発明においては、当然のことであるが、加熱
により溶融した熱可塑性樹脂繊ｉｌＬが補強繊維のまわ
りに移動し均一化するよう圧縮成形の時間を適宜考慮す
る必要がある。

［発明の作用効果］ この発明の成形方法では、布を減圧下で加熱し、布巾の
空気を抜きながら圧縮成形している。このため、従来の
ようなマトリックス樹脂中でのボイド欠陥を減少させる
ことができ、より高い補強効果が得られ、力学的特性を
向上させて強靭な熱＋ｉＪ塑性コンポジットを得ること
ができる。

特に、多軸積層布を用い、熱可塑性樹脂からなるスティ
ッチ糸を使用した場合には、立体賦）１う加工か可能な
シートにすることができる。

また、この発明は、補強繊維と熱可塑性樹脂繊維との混
織糸からなる（Ｈｉを用いているため、ＳＭＣ１射出成
形品、スタンパブルシート等に比べ、補強繊維の分／Ｉ
ｉ状態が均一であり、高度に制御された形態をとること
ができるので、使用口的に適合するような設計で成形品
を得ることかできる。

［実施例］ 実施例１ 補強繊維として、直径１２　Ｉｔ　ｍの表面処理か施さ
れているＥガラス繊維の５２５０デニールの連続した１
１１糸を用い、熱Ｆ＋Ｊ塑性樹脂繊維として、直径１８
μｍのポリエチレンテレフタレートｍ　ＩＩＩの２２７
０デニールの連続した単糸を用いて、それぞれの１本ず
つを組合わせて混繊した。混織方法としては、ラスラン
法を用い、ポリエチレンフタレート繊維がガラス繊維に
対し０．３％オーバフィードされるように供給し、流体
圧力を０．５１ｃｇ／ｃｍ２、混繊加工速度を１００　
ｍ　ｍ　／分として混繊した。

ｊｑられた混繊糸を、糸軸方向０’、４５°、９０°　
−４５°、および０°と順次配向を変えて層状にし聞届
した。各層の糸密度は５〜６本／Ｃｌ１１とした。積層
したものをポリエチレンテレフタレートの連続フィラメ
ント（７５Ｄ／３６フイラメント）でスティッチし、目
付け２．５ｋｇ／ｍ２の０．５ｍ幅の多軸積層経編布を
得た。この布を２３０℃×５分加熱し、熱固定処理した
。

以上のようにして得られた／＋７を長手方向に２０Ｃ０
１幅で切出し、長さ２．５ｍ、幅０．７５ｍのボート用
の雄状開放型に、ポリエステルベースの両面接着テープ
で部分的に仮留めしながら、３層に積層した。約３ｃｍ
の重なりしろを付けながら積層した後、さらにその上に
アルミ泊を積層した。

これをオートクレーブ内に入れ、０．０１気圧まで減圧
した後、周波数１０ＭＣ，出力２０１ｃ　ｗの高周波電
源により誘電加熱し、約２０分かけて２８０℃まで昇温
させた。その後、５気圧の空気をオートクレーブ内に導
入し加圧成形して、軽量かつ強靭なボートを１９だ。

実施例２ ポリエチレンテレフタレート繊維として、単糸の直径が
１８μｍで、２２７０デニールの連続糸１本を用い、補
強磁層として単糸の直径が１２７７ｍであるＥガラスｍ
ｔｆの５２５０デニールの連続糸１本を用いて、混繊糸
を作製した。ガラス繊維の表面には、予め、ビニールシ
ランカップリング剤とポリエステル系接着剤をアニオン
系活性剤で乳化した表面処理剤を、ガラス繊維に対して
０゜４％となるように付与している。

混繊の方法としては、タスラン加工法により混繊した。

混繊条件は、ポリエチレンテレフタレート繊維をガラス
繊維に対して０．３９６のオーバーフィードとなるよう
に供給し、混繊加工速度は１００ｍ１ｔｎｔ口、流体圧
力は５．〔月ｃｇ／ａｍ２となるように混繊した。

得られた混誠糸を糸軸方向０”（マンンｈ゛向）、糸軸
方向４５°、糸すｒｈ方向９０°　（幅方向）、糸軸方
向−４５°、および糸軸方向０°のそれれぞれの層を形
成した。各層の糸密度は５〜６本／インチとした。これ
らの５層をポリエチレンテレフタレート連続フィラメン
ト（７５Ｄ／３６フイラメント）でスティッチして一体
化し、口付け２゜５　ｋ　ｇ　７口１２の０．５ｍ幅の
多情積層経編布を得た。布マシン方向の長さ４０ｃｍ、
布幅方向の長さ２０ｃｍとなるように多軸積層布を切出
し、この多軸積層布の端部をピンで固定して、６０Ｔ。

「「の減圧下で１６０℃Ｘ３０分加熱空気で加熱した後
、引き続きビンで固定したまま赤外線ヒータで２８０℃
まで昇温し、直ちに加圧プレスして厚み２．５ｍｍのｇ
４４層化ポリエチレンテレフタレートのシートを得た。

得られたシートについて力学的特性を測定したところ、
Ｏｉの長手方向において、曲げ強度８４　ｋ　ｇ　ｆ　
／　ｍ…２、曲げ弾性率３４８０ｋｇｆ／…ｌ１１２、
アイゾツト衝撃値１３５ｋｇ　ｆ−ａｍ／ｃｍという（
直がｉ！Ｉられｔこ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）補強繊維と熱可塑性樹脂繊維との混繊糸からなる
   布を、前記熱可塑性樹脂繊維が溶融流動する温度にまで
   加熱して圧縮成形する方法であって、 前記布を減圧下で加熱し、圧縮成形することを特徴とす
   る、繊維強化熱可塑性コンポジットの成形方法。