JPH02252533A - 繊維強化樹脂シートの製造方法 - 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） 本発明は、強化繊維間に熱可塑性樹脂が含浸−体化され
た繊維強化樹脂シートの製造方法に関し、機械的強度等
に優れた繊維強化樹脂シートを連続して得ることができ
る繊維強化樹脂シートの製造方法に関する。

（従来の技術） 繊維強化樹脂シートを製造する方法として、粉体状熱可
塑性樹脂と強化ｍ維との混合物をコンベアベルトあるい
はダブルベルトプレスで搬送しつつ加熱、加圧して熱可
塑性樹脂を溶融させると共に、その樹脂を強化繊維間に
含浸させ、その後、加圧下で冷却し、樹脂と繊維とが一
体化したシートを連続的に得る方法が、例えば特開昭４
８−７３４７６号公報、特開昭５９−４９９２９号公報
、特開昭６２−２１２００号公報に開示されており、こ
の方法は比較的長い繊維により強化・された樹脂シート
の連続製造方法として有効である。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来から行われているように、溶融した熱可塑
性樹脂と強化繊維との混合物を厚み方向に加圧するだけ
では、混合物中のエアーが抜は難く、得られたシートは
気泡を含んだものとなり易い。このようなシートは樹脂
と強化繊維との接着が充分でなく、物、性の劣るシート
となる。

熱可塑性樹脂と強化繊維との接着性をよくするために、
加熱領域中で上下一対のベルト間のクリアランスを徐々
に狭め、混合物に連続的に圧力を加える方法も考えられ
るが、この方法では混合物が幅方向に広がり過ぎて所望
厚みのシートが得られないという欠点があり、またこの
方法においても厚み方向からだけの加圧となるため、気
泡の抜けが充分ではない等の問題があった。

さらに、ポリ塩化ビニルのように、溶融状態で剪断力を
かけ樹脂をゲル化させることにより樹脂特性が発揮され
る樹脂を用いた場合には、従来技術のように厚み方向の
加圧だけでは充分なゲル化状態が得られず、物性の劣っ
たシートとなる問題があった。

本発明は上記問題を解決したものであり、その目的は、
気泡の抜けを充分行って熱可塑性樹脂と強化繊維との接
着性を上げ、優れた物性を有する繊維強化樹脂シートを
連続的に製造する方法を提供することにある。本発明の
他の目的は、樹脂を充分にゲル化させることのできる繊
維強化樹脂シートの連続製造方法を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明の繊維強化樹脂シートの製造方法は、粉体状熱可
塑性樹脂と短寸法の強化繊維との混合物を、同方向へ移
動し、かつ互いに移動速度の異なる上下一対の無端ベル
ト間に供給し、該混合物を該上下一対の無端ベルトで挟
持しつつ加熱領域を通過せしめて該粉体状熱可塑性樹脂
を溶融させた後、加圧下で冷却することを特徴としてお
り、そのことにより上記目的が達成される。

第１図は本発明に用いられる製造装置の一例を示したも
のであり、この装置は強化繊維１が巻回されたロールを
セットする巻戻しロール１ａと、強化繊維１を挟持上で
図の矢印方向へ回転駆動することにより巻戻１７０−ル
１ａから強化繊維１を巻戻し、かつ強化繊維１を所望寸
法に切断するロータリーカッター７２と、粉体状熱可塑
性樹脂２が供給されている容器７０と、容器７０を通過
した強化繊維１を上記ロータリーカッター７２で所望長
さに切断し、粉体状熱可塑性樹脂２が付着した短寸法の
強化繊維１°を加熱手段４０側へ移送する無端ベルト１
０．２０．３０を有する移送手段６と、加熱手段４０の
後方位置に配置されたブロアー５０．５０よりなる冷却
手段７と、を備えている。

上記容器７０の底部には多数の通気孔が設けられていて
、気体供給路から送られた気体７１がこの通気孔を通っ
て容器７０内部へ供給されるよう構成されており、従っ
て容器７０内に供給された粉体状熱可塑性樹脂２はその
気体７１の噴出によって流動化した状態となり流動床２
ａが形成される。容器７０の内部及び壁部上端には強化
繊維１をガイドするガイドロール７３が配設されている
。

上記移送手段６は、複数のガイドロール２１．２１・・
・でガイドされながら所定速度で連続して回転移動する
下側無端ベルト２０と、同様に複数のガイドロール１１
．１１・・・でガイドされながら所定速度で連続して回
転移動する上側の前部無端ベルト１０と、複数のガイド
ロール３１．３１・・・でガイドされながら所定速度で
連続して回転移動する上側の後部無端ベルト３０とを有
′している。

下側無端ベルト２０と前部無端ベルト１０とは異なる速
度で移動するように設定され、下側無端ベルト２０と後
部無端ベルト３０とはほぼ同速度で移動するように設定
されている。互いに移動速度の異なる上下一対の無端ベ
ルト１０．２０の移動速度は使用する熱可塑性樹脂２の
種類及び加熱手段４０の加熱能力等により適宜決定され
るが、一方の無端ベルトの移動速度は他方の無端ベルト
の移動速度の３０〜９８％が好ましく、さらに好ましく
は５０〜９５％である。３０％を下回ると、強化繊維１
と粉体状熱可塑性樹脂２とが混合された混合物３の安定
的な搬送が困難となり、９８％を上回ると混合物３に剪
断力を作用させる効果が得られない。

下側の無端ベルト２０及び前後部無端ベルト１０．３０
にはそれぞれ略直線状の移送部２０ａ、、　１０ａ、　
３０ａが形成され、移送部２０ａと移送部１０ａ、　３
０　ａは間隙を介して上下に対向゛して配置されている
。下側の無端ベルト２０の移送部２０ａは前部無端ベル
トｌＯの移送部１０ａより長く、かつ移送部１０ａの前
端よりも前方へ延設されていて、延出端部に上方が解放
する載置部２０ｂが形成されている。このような無端ベ
ルト２０．１０．３０は高強度で耐熱性のあるもの、例
えば、スチールベルト、ステンレスベルト、ガラス布強
化テフロンベルト等で形成することができる。

下側無端ベルト２０と前部無端ベルト１０の移送部２０
ａｓ　１０ａの対向する箇所にはそれぞれ加熱手段４０
．４０が配置され、各加熱手段４０内にガイドロール１
２が複数個配設されている。加熱手段４０としては、電
熱式あるいは熱風循環式の加熱炉で構成して、これらの
中をベルトエ０．２０を通過させる方式、あるいは加熱
ロールで構成してベルト１０．２０を挟持しつつ直接ベ
ルトを加熱する方式のものが用いられ得る。前部無端ベ
ルト１０の上側に配置されたガイドロール１２と、下側
の無端ベルト２０の下側に配置されたガイドロール１２
は、それらの間のクリアランスが調整できるように構成
されている。

加熱手段４０のベルト移送方向側には冷却手段７とガイ
ドロール２２が配置されている。冷却手段７はブロアー
５０によりエアーを吹き付は冷却する方式のもの、ガイ
ドロール２２を冷却ロールとする方式等が採用され得る
。

次に、上記装置を用いて本発明の製造方法を説明する。

強化繊維１はロータリーカッター７２により引き取られ
ながらロール１ａの外側よりひねりがかからないように
巻戻され、強化繊維１はガイドロール７３でガイドされ
ながら流動床２ａ中へ導かれ、粉体状熱可塑性樹脂・２
が付着される。粉体状熱可塑性樹脂２が付着した強化繊
維１はガイドロール７３を経てロータリーカッター７２
にて所望の長さに切断される。粉体状熱可塑性樹脂２が
付着した短寸法の強化繊維１°は、下側の無端ベルト２
０の載置部２０ｂ上に落下供給される。この混合物３は
上下一対の無端ベルト２０．１０で挟持されながら移送
され加熱手段４０に供給されて、粉体状熱可塑性樹脂２
の融点以上の温度で加熱されることにより溶融１２て、
強化繊維１間に溶融樹脂が含浸される。ここで、ガイド
ロール１２．１２により無端ベルト１０．２０間のクリ
アランスを調節し、混合物３を厚み方向に加圧するのが
好ましい。

続いて、樹脂が溶融状態にある混合物３を互いに同速度
で移動する無端ベル）２０，３０間に送って溶融混合物
３を各ロール２２．３１で挟持すると共に、加圧下で冷
却手段７緊より冷却して所定厚みの繊維強化樹脂シート
４が得られる。

本発明で用いられる強化繊維１は、使用する粉体状熱可
塑性樹脂２の溶融温度において熱的に安維等の無機繊維
、アラミド繊維、エコノール繊維、ポリエステル繊維、
ポリアミド繊維等の有機繊維が好適に用いられ、モノフ
ィラメントの直径は１〜５０μｍが好ましい。これらの
強化繊維１はモノフィラメント状態のもの、あるいは多
数のモノフィラメントを収束した状態のものいずれでも
使用できる。収束された状態の繊維を用いる場合には、
樹脂のモノフィラメント間への含浸を容易にするために
、収束剤の付着・量が１重量％以下が好ましく、さらに
好ましくは０．５ｆｉｆ！％以下である。また、強化繊
維１は樹脂との接着強度を向上させるために、通常行わ
れるサイジング処理が施されていてもよい。この繊維は
予め所望長さに切断されても）でも、また連続状の繊維
を所望長さに切断しつつ用いてもよい。本発明に用いら
れる強化繊維１の長さは規定はしないが、通常０．５〜
５００ｍ＋ｍであり、特に５〜１５０ｍｍが好ましい。

０．５ｍｍを下回ると補強効果が少なく、また５００１
１Ｉ１１を超えると均一な繊維強化樹脂シート４を得る
ことが困難となる。

本発明で用いられる粉体状熱可塑性樹脂２は、加熱によ
り軟化溶融する樹脂はすべて使用可能である。例えば、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
スチレン、ポリアミド、ポリスチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイド、ポリ
フェニレンオキシド、ポリフェニレンエーテル、ポリエ
ーテルエーテルケトン等、及び、これらの樹脂を主成分
とする共重合体やグラフト化合物及びブレンド物、例え
ば、エチレン−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチ
レン共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレ
タン−塩化ビニル共重合体、スチレン−ブタジェン−ア
クリロニトリル共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレ
ン、マレイン酸変性ポリエチｌ／ン等が用いられる。い
ずれの場合も安定剤、潤滑剤、加工助剤、可望剤、染料
、顔料のような添加剤がブレンドされてよい。また、重
合時に粉体状で得られる物及び粉砕機により粉体状とし
た物のいずれも使用できる。粒子径と１、では、平均粒
子径が２０００μ謙以下が好ましい。２０００μｍを超
えると強化繊維との混合が不均一となり易い。また、強
化繊維と混合１．た際に強化繊維のフィラメント間にま
で侵入できず得られた繊維強化樹脂シート４は強化繊維
への樹脂の含浸の悪いものとなり易い。

本発明において、下側無端ベルト２０に供給される強化
機Ｎ１と粉体状熱可塑性樹脂２の混合割合は繊維強化樹
脂シート４の必要とする物性により適宜決定されるが、
シート４中の強化繊維が５−７０重量％であることが好
ましい。７０重量％を上回ると樹脂が均一に含浸したシ
ート４が得にくくなり、少なくとも機械的強度が低下す
る。

このように、本発明においては、互いに移動速度の異な
る無端ベル）２０，１０間に混合物３を挟持搬送しつつ
粉体状熱可塑性樹脂を溶融させるので、混合物３は熱可
塑性樹脂が溶融した状態で上下面より剪断変形を受けな
がら搬送されることとなり、従来技術のように単に厚み
方向に加圧する方法に比べて混合物３が溶融前に含むエ
アーが非常に抜は易いのである。すなわち、溶融樹脂と
強化繊維が充分混合されるために溶融樹脂が強化繊維の
モノフィラメント周囲及びモノフィラメント間にまでよ
く含浸し、その結果モノフィラメント間あるいはモノフ
ィラメントど樹脂との間に存在するエアーは外部へ除去
され、樹脂ど強化繊維の接着が充分となる。また、溶融
樹脂が充分な剪断を受１ｊるので、粉体状熱可塑性樹脂
同志の融着及びゲル化が充分に行われる。

以上のようにして得られた繊維強化樹脂シート４は、熱
可塑性樹脂が充分流動しているため、熱可塑性樹脂中に
強化繊維が均一に分散し、かつ充分接着した強度の高い
ものである。また、本発明では、移動速度の異なる一対
の無端ベルトを用いて混合物３に練り作用を与えている
ために、従来のように混合物３に強い押圧力を作用させ
ることがなく混合物３が無端ベルトの幅方向へ広がり過
ぎることもない。

なお、上記混合物３を無端ベルト２０に供給する方法と
しては、所望長さに切断した強化繊維１を粉体状熱可塑
性樹脂２と別々に無端ベルト２０．１０間に供給し、無
端ベルト２０上で粉体状熱可塑性樹脂２と混合する方法
、所望長さに切断した強化繊維１と粉体状熱可塑性樹脂
２とを予め混合して無端ベルト２０に供給する方法、も
しくは上記したように粉体状熱可塑性樹脂２を付着させ
た強化繊維１を無端ベルト２０に供給する方法等いずれ
も採用できる。

供給に当たっては、モノフィラメント単位に分離された
強化繊維１間に粉体状熱可塑性樹脂が分散された状態で
無端ベルト２０．１０間に供給するのが、強化繊維１の
補強効果が高く物性の均一な繊維強化樹脂シート４が得
られる点で好ましい。このような供給方法の一例として
は、第１図に示したように、モノフィラメント状あるい
は多数のモノフィラメントが収束されたストランド状又
はロービング状の連続強化繊維１を必要量、エアー等に
より流動化された粉体状熱可塑性樹脂２の流動床２ａを
連続的に流通させてモノフィラメント間に粉体状熱可塑
性樹脂２を付着させた後、ロータリーカッター７２で所
望長さに切断しつつ無端ベルト２０の載置部２Ｏｂ上に
供給する方法が採用される。多数のモノフィラメントが
収束された状態の連続強化繊維１を使用する場合には、
前述のように収束剤の付着量が１重量％以下が好ましく
、さらに好ましくは０．５重量％以下である。１重量％
を上回ると流動床ｚａ中で強化繊維１をモノフィラメン
ト単位に分離するのが困難となる。また、第２図に示す
ように、上記下側無端ベルト２０及び前部無端ベルトｌ
Ｏの後方位置において、冷却手段７として冷却ロール５
１．５Ｆを複数対配設し、ここで加圧と冷却を行うよう
にしてもよい。

（実施例） 次に、本発明を実施例に基づいて説明する。

夾皇謂± 第１図に示した装置を用いて繊維強化樹脂シートを製造
した。

粉体状熱可塑性樹脂２として、下記配合をスーパーミキ
サーで予め混合した粉体状混合物を用いた。

ポリ塩化ビニル樹脂（平均重合度４００、平均粒径１５
０　　μｍ）・・・１００重１部 ブチル錫マレエート系安定剤・・・３重量部ポリエチレ
ンワックス・・・０．５重量部ステアリルアルコール・
・・１　重ｆｆｉ部強化繊維として、直径１３μｍのモ
ノフィラメントが多数収束されてなるロービング状ガラ
スｍ維（収束剤付着置駒０．３重量％、２２００ｇ／に
＋＋）を用いた。

無端ベルト１０．２０．３０として、ガラス布強化テフ
ロンベルト（幅６００關、厚み約１　＋ａｍ）を用いた
。

強化繊維１を上記粉体状熱可塑性樹脂２の流動床ｚａ中
を通過させ、モノフィラメント間に粉体状熱可塑性樹脂
２を付着させた後、ロータリー力・ツタ−７２により長
さ約３０ｍｍに切断しつつ無端ベルト２０の載置部２０
ａ上に供給した。供給皿は、幅６００ｍｍノ無１４ヘル
ド２０の中央部約４５０Ｈの範囲に、ガラス繊維置駒９
９６ｇ／ｍ２、粉体状熱可塑性樹脂盟約２３２４ｇ／、
２となるように供給した。このとき、混合物３の見かけ
厚みは約２３ｍｍであった。

上記のように無端ベル）２０上に供給された混合物３を
、５４ｈｍ／分の速度で移動する無端ベルトｉ。

と６００１１ＩＩｌｌ／分の速度で移動する無端ベルト
２ｏの間に挟持搬送しつつ、長さ約１５００ａｍで約２
００℃の熱風が循環している加熱炉４０中を通過させ、
粉体状熱可塑性樹脂２を溶融させた。このとき、無端ベ
ルト１０．２０の最小間隙距離をガイドロール１２によ
す約２、２ｍｍになるように調節した。

続いて、熱可塑性樹脂２が溶融状態にある混合物３を、
間隙距離約２１に調整された６０ｈ＋ｍ／分の速度で移
動する無端ベルト３ｏ、２０間に挟持し、加圧しつつ冷
却ブロアー５０により冷却して繊維強化樹脂シートを得
た。

得られた繊維強化樹脂シートは、幅約ＳＯＯ順、厚み約
２ｍ＋ｏであり、モノフィラメント間に樹脂がよく含浸
した気泡を含まないものであった。ガラス繊維含有量は
３０重量％で比重は１．６６であった。

得られたシートより幅２０關、長さｌ　５０ｍ＋＋の曲
げ試験片を切り出し、支点間距離１２ｈｍで３点曲げ試
験を行い、曲げ強度を測定した。また、シートよりＪＩ
Ｓ　Ｋ　７１１０に準拠した１号Ａ試験片を切り出し、
アイゾツト衝撃試験を行った。曲げ強度は１８１［ｇ／
ｍｍ２、アイゾツト衝撃強度はｌ５Ｋｙ、　−ａｍ／　
μｍ２であった。

爽血匠主 粉体状熱可塑性樹脂２としてナイロン−６（平均粒子径
約８０μｍ）を用いた。

強化繊維１として直径７μｍのモノフィラメントが多数
収束されてなるストランド状ＰＡＮ系炭素繊維（モノフ
ィラメント数６００本／ストランド）を用いた。

無端ベル）１０，２０．３０は実施例１と同様に、ガラ
ス布強化テフロンベルト（幅６００ｍｍ、厚み約ＩＩＩ
１ｍ）を用いた。

強化繊維１を上記粉体状熱可塑性樹脂２の流動床２ａ中
を通過させ、モノフィラメント間に粉体状熱可塑性樹脂
２を付着させた後、ロータリーカッター７２により長さ
約５０ｍｍに切断しつつ無端ベルト２０の載置部２Ｏａ
上に供給した。供給量は、幅６００ｍｍの無端ベルト２
０の中央部約４５ｈ＋ｍの範囲に、炭素繊維ｍ約９３７
ｇ／ｍ２、粉体状熱可塑性樹脂盟約２ａｘ２ｇ／ｍ２と
なるように供給した。このとき、混合物３の見かけ厚み
は約３０ｍｍであった。

上記のように無端ベルト２０上に供給された混合物３を
、４４０ａｍ／分の速度で移動する無端ベルト１０と５
００ｍｍ／分の速度で移動する無端ベルト２０の間に挟
持搬送しつつ、長さ約１５００ｍｍで約２４０℃の熱風
が循環している加熱炉４０中を通過させ、粉体状熱可塑
性樹脂２を溶融させた。このとき、無端ベルト１０．２
０の最小間隙距離をガイドロール１２により約３．５ｍ
ｍになるように調節した。

続いて、粉体状熱可塑性樹脂２が溶融状態にある混合物
３を、間隙距離約５ａｍに調整された５００ｍｍ／分の
速度で移動する無端ベルト３０．２０間に挟持し、加圧
しつつ冷却ブロアー５０により冷却して繊維強化樹脂シ
ートを得た。

得られた繊維強化樹脂シートは、幅約５００順、厚み約
３１であり、モノフィラメント間に樹脂がよく含浸した
気泡を含まないものであった。炭素繊維含有量は２５重
量％で、比重は１．２５であった。

また、得られたシートより幅２０龍、長さ１５０ｍｍの
曲げ試験片を切り出（７、実施例１と同様に曲げ試験を
及びアイゾツト衝撃試験を行ったところ、曲げ強度ハ２
５）（ｇ／＋ａｍ”、アイゾツト衝撃強度は１１１５Ｋ
ｇ−ＣＩｌｌ／Ｃ１１２であった０ ル蚊皿１ 実施例１において、無端ベル）１０の移動速度を６００
ＩｌｌＩｌ１分とし、無端ベルト２０と同速度とした以
外は、実施例１と同様に操作して繊維強化樹脂シートを
得た。

得られた繊維強化樹脂シートは、幅約５００ｍ翫厚み約
２＋ａｍであり、直径０．５〜１１１０１の気泡を多数
含むものであつた。ガラス繊維含有量は約３０止爪％、
比重は１，６３であった。

得られたシー、トより幅２０１１１１％　長さ１５０Ｉ
の曲げ試験片を切り出し、実施例１と同様に曲げ試験を
及びアイゾツト衝撃試験を行ったところ、曲げ強度は１
０Ｋｇ／ｍｍ”、アイシソ！・衝撃強度は４５Ｋｇ−０
１１１７０ｍ２であった。

（発明の効果） 本発明の製造方法によれば、上下の無端ベルト間の移動
速度を異ならせるだｌノの簡単な構成で、強化繊維に樹
脂がよく含浸した気泡を含まない繊維強化樹脂シートが
得られる。このシートは強化繊維と樹脂との接着性がよ
く、しかも内部気泡が少ないので、従来の方法によって
得られるシートに比較して優れた物性を有する。

本発明で得られたシートは、特に強度及び耐衝撃性に優
れたプレート材料として有益であるばかりでなく、プレ
ス成形用の素材であるスタンパブルシートとしても利用
できる。

九−図」源口旧止縁説亙 第１図は本発明の繊維強化樹脂シートの製造方法に用い
た装置の概略説明図、第２図は本発明の繊維強化樹脂シ
ートの製造方法に用いた他の装置の概略説明図である。

１・・・強化繊維、２・・・粉体状熱可辺性樹脂、３・
・・混合物、１０．２０・・・無端ベルト、４０・・・
加熱手段、７・・・冷却手段。

以上 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、粉体状熱可塑性樹脂と短寸法の強化繊維との混合物
   を、同方向へ移動し、かつ互いに移動速度の異なる上下
   一対の無端ベルト間に供給し、該混合物を該上下一対の
   無端ベルトで挟持しつつ加熱領域を通過せしめて該粉体
   状熱可塑性樹脂を溶融させた後、加圧下で冷却すること
   を特徴とする繊維強化樹脂シートの製造方法。