JPH02252534A - 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
塑性樹脂と強化繊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５９−４９Ｈ９号公報、
特開昭６２−２１２１１０号公報に開示されている。

特に、特開昭５９−４９９２９号公報に開示されている
ように、予めモノフィラメント単位に分離した強化繊維
と粉体状熱可塑性樹脂との混合物をコンベアベルトある
いはダブルコンベアで搬送しつつ加熱・加圧し、熱可塑
性樹脂を溶融含浸させた後、加圧下で冷却し、樹脂と繊
維が一体化したシートを連続的に得る方法は、強化繊維
がモノフィラメント単位で分散し、かつ強化繊維のモノ
フィラメント間にまで樹脂が充分に含浸しているので、
強化繊維の補強効果が高く優れた物性を有するシートが
得られる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来から行われている方法では、粉体状
熱可塑性樹脂と強化繊維の混合物を搬送工程及び加熱工
程へ供給する段階において、粉体状熱可塑性樹脂と強化
繊維とが分離し易（、粉体状熱可塑性樹脂と強化繊維と
の割合を均一に保ちつつ供給することが困難であった。

このため、従来の方法で得られたシートは熱可塑性樹脂
と強化繊維との割合が不均一となりやすく、物性のばら
つきの一因となっていた。

本発明は上記問題を解決したものであり、その目的とす
るところは、強化繊維がモノフィラメント単位で分散し
、かつ強化繊維のモノフィラメント間にまで樹脂が充分
含浸し、しかも熱可塑性樹脂と強化繊維との割合が均一
で物性のばらつきの少ない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。

（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、多数の連続
するモノフィラメントより構成される強化繊維束を、流
動化された粉体状熱可塑性樹脂の中を通過させ、該繊維
束のモノフィラメントに該粉体状熱可塑性樹脂を付着さ
せる工程と、該粉体状熱可塑性樹脂が付着した強化繊維
束を、粉体状熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱して樹
脂をモノフィラメントに融着させる工程と、該樹脂が融
着した強化繊維束を所望長さに切断し、同方向に移動し
ている上下一対の無端ベルト間に供給する工程と、該上
下一対の無端ベルト間で該樹脂が融着した強化繊維を搬
送して、加熱領域及び冷却領域を通過させる工程と、を
包含しており、そのことにより上記目的が達成される。

第１図及び第２図は本発明に用いられる製造装置の一例
を示し、第１図は装置の概略側面図、第２図は装置の概
略平面図を示している。

まず、この繊維強化樹脂シートの製造装置について説明
すると、この装置は強化繊維束ｌＯが巻回されたロール
をセットする巻戻しロールｆｏａと、強化繊維束ｌＯを
挟持して図の矢印方向へ回転駆動することにより巻戻し
ロール１０ａから強化繊維束１０を巻戻す引き取りロー
ル３フと、粉体状熱可塑性樹脂２が供給されている容器
３０と、容器３０を通過した強化繊維束１０に付着した
粉体状熱可塑性樹脂２の付着量をほぼ一定とするスリッ
ター３２と、強化繊維束１０に付着した粉体状熱可塑性
樹脂２を加熱溶融させる第１の加熱手段３５と、樹脂が
付着された強化繊維束１０を所望の長さに切断するロー
タリーカッター３６と、粉体状熱可塑性樹脂２が付着し
た短寸法の強化繊維１２を第２の加熱手段６０側へ移送
する上下一対の無端ベルト４０．５０を有する移送手段
６と、第２の加熱手段６０の後方位置に配置された冷却
手段７０と、を備えている。

上記容器３０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３１が通気孔を通って容
器３０内部へ供給されるよう構成されており、従って容
器３０内に供給された粉体状熱可塑性樹脂２はその気体
３１の噴出によって流動化した状態となり流動床２ａが
形成される。容器３０の内部及び壁部上端には強化繊維
束１０をガイドするガイドロール３８が架設されている
。

上記第１の加熱手段３５としては、赤外線ヒーターや遠
赤外線ヒーター等の輻射式熱源により加熱する方式のも
の、電熱式あるいは熱風循環式の加熱炉で構成したもの
、強化繊維束ｌＯを上下から挟むように設置された加熱
ロールにより加熱する方式のもの等が採用され、ここで
は特に加圧手段は必要としない。

上記移送手段６は、図外の駆動源（モーター）により駆
動ロール４１．４１を駆動することにより所定速度で連
続して回転移動する下側無端ベルト４０と、同様に駆動
ロール５１．５１を駆動することにより所定速度で連続
して回転移動する上側無端ベル）５０とを有している。

下側無端ベルト４０と上側無端ベルト５０とは同方向へ
ほぼ同速度で移動するように設定されている。下側無端
ベルト４０及び上側無端ベルト５０にはそれぞれ移送部
４０ａ、　５０ａが形成され、移送部４０ａと移送部５
０ａ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４０の移送部４０ａは上側無端ベルト５
０の移送部５０ａより長く、かつ移送部５０ａ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４０ｂが形成されている。このような無端ベルト
４０．５０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４０と上側無端ベルト５０の移送部４０
ａ、　５０ａの対向する箇所にはそれぞれ第２の加熱手
段６０．６０が配置され、加熱手段６０の後方位置には
冷却手段７０が配置されている。第２の加熱手段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）４０，５０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４０、５０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。

各加熱手段６０内には上下で対応する位置に複数のガイ
ドロール６１が配設されている。また、加熱手段６０の
ベルト移動方向側には上下で対句するように複数対のが
イドロール７１．７１が配置され、上下一対のガイドロ
ールフ１．７１間のクリアランスは調整可能に構成され
いる。上記冷却手段７としてはブロアー等によりエアー
を吹き付は冷却する方式のもの、ガイドロールフ１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。

第２図に示すように、多数のモノフィラメント１１より
構成される強化繊維束１０は引き取りロール３７により
引き取られながらロールｌａの外側からひねりがかから
ないように巻戻され、強化繊維束１０はガイドロール３
８でガイドされながら流動床２ａ中へ導かれる。ここで
は、強化繊維束１０は、気体の噴出、流動床２ａ’中に
発生する静電気及び粉体状熱可塑性樹脂２の擦り揉み効
果等によって、モノフィラメン）１１単位に分離（解繊
）され、強化繊維束１０のモノフィラメント１１．１１
・・・間に粉体状熱可塑性樹脂２が侵入し静電気的に付
着する。粉体状熱可塑性樹脂２が付着した強化繊維束１
０はスリッター３２間を通過することで、過剰に付着し
た粉体状熱可塑性樹脂２が除去される。スリッター３２
の間隙を調整することにより粉体状熱可塑性樹脂２の付
着量を調整することができる。また、強化繊維束ＩＯに
振動を与え、過剰の粉体状熱可塑性樹脂２を除去しても
よい。この場合には与える振動の強弱により付着量を調
整することができる。

粉体状熱可塑性樹脂２の付着量が調整された強化繊維束
１０は、次に第１の加熱手段３５中を通され、モノフィ
ラメント１１に付着した粉体状熱可塑性樹脂２を一旦溶
融させることでモノフィラメント１１に融着させる。そ
の後、ロータリーカッター３６にて所望の長さに切断さ
れ、樹脂２が融着した短寸法の強化繊維１２は下側無端
ベルト４０の載置部４０ｂ上に落下供給されて所定厚み
に集積される。この集積体３は上下一対の無端ベルト４
０，５０で挟持されながら移送され第２の加熱手段６０
へ供給されて、熱可塑性樹脂２の融点以上の温度で加熱
されることにより再び溶融して強化繊維間に溶融樹脂が
含浸される。ここで、ガイドロール６１．６１により無
端ベルト４０．５０間のクリアランスを調節し、集積体
３を厚み方向に加圧するのが好ましく、溶融Ｉまた熱可
塑性樹脂２を流動させることによりモノフィラメント１
１間の空隙を埋め、樹脂と強化繊維とを一体化させるこ
とができる。

続いて、ガイドロール７１により上下の無端ベルト４０
．５０間の間隙を調整し加圧しつつ、冷却手段７０によ
り冷却して、所定厚みの繊維強化樹脂シート１が得られ
る。

本発明で用いられる強化繊維束ｌＯは連続するモノフィ
ラメントが数百〜数千水から構成されたストランド状あ
るいはロービング状の繊維束が好ましく用いられる。そ
の強化繊維は、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定等の無機繊維、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１〜５０μ田が好ましい。また、モノフィラメントが
収束剤により収束された状態の強化繊維束ｌＯを使用す
る場合には、収束剤の付着量が１重量％以下が好ま１．
＜、さらに好ましくは０．５重量％以下である。収束剤
の付着量が１重量％を上回ると流動床２ａ中で強化繊維
束１０をモノフィラメント単位に分離するのが困難とな
り、樹脂のモノフィラメント１１間への含浸が低下する
。本発明において、無端ベルト４０．５０間に供給され
る強化ｍ維１２の長さは通常０．５＝　５００ｍｍであ
り、特に５＝１５０ｍｍが好ましい。

０、５ｍｉを下回ると補強効果が少なく、また５００ｍ
ｍを超えると均質な繊維強化樹脂シート１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ず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、
ポリブチレジテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリフェニレンづルファイド、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、エヂレンー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、メチｌノン−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レン等が用いられる。い
ずれの場合も安定剤、潤滑剤、加工助剤、可塑剤、染料
、顔料のような添加剤がブレンドされてよい。また、言
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。粒子径としては、平均粒子
径が２０００μ璽以下が好ま１．い。２０００１１ｍを
超えると流動床２ａ中で強化繊維束１０のモノフィラメ
ント１１間に均一に付着させるのが困難となり易い。

本発明において、熱可塑性樹脂２と強化繊維の混合割合
は繊維強化樹脂シート１の必要とする物性により適宜決
定されるが、シート１中の強化繊維が５〜７０重量％で
あることが好まＩ２い。７０重量％を上回ると樹脂が均
一に含浸したシート１が得にくくなり、少なくなると機
械的強度が低下する。

このように、本発明においては、樹脂２が融着した状態
の強化繊維１２を無端ベルト４０．５０ｖＪに供給する
ので、供給の際に熱可塑性樹脂２と強化繊維とが分離し
てそれらの割合が変わることがなく、均質な強化シート
ｌを得ることができる。しかも、溶融樹脂は解繊された
各モノフィラメント１１に付着しているので、溶融樹脂
が強化繊維束ｌＯのモノフィラメント１１間にまでよく
含浸して樹脂と強化繊維との接着が充分となり、機械的
強度の高い繊維強化樹脂シート１が得られる。

（実施例） 次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

尖量り１上 第１図及び第２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　　μｌ１１）・・・１００重量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重量部 強化繊維束１０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繊維（収束
剤付着置駒０．３重景％、２２００ｇ／Ｋｌａ）を用い
た。

無端ベルトａｏ４　ｓｏとして、ガラス布強化テフロン
ベルト（幅６００１１１％厚み約１　ａｍ）を用いた。

強化繊維束１０を上記粉体状熱可塑性樹脂２の流動床２
ａ中を連続的に通過させ、モノフィラメント１１．１１
間に粉体状熱可塑性樹脂２を付着させた後、スリッター
３２により過剰の粉体状熱可塑性樹脂２を除去し、粉体
状熱可塑性樹脂２と強化繊維の重量割合が７：３となる
ように調整した後、遠赤外線ヒータ−３５により加熱し
、粉体状熱可塑性樹脂２を溶融させモノフィラメント１
１に融着さゼた。

この強化繊維束１０をロータリーカッター３６により長
さ約３０ｎ＋ｍに切断しつつ無端ベルト４０の載置部４
０ｂ上に供給した。°供給量は、幅６００ｍｍの無端ベ
ルト４０の中央部約４５ｈａの範囲に、３３２０ｇ／＋
ｍ”となるようにランダムに供給集積した。この時の、
集積体３の見かけ厚みは約２３ｍｍであった。

上記のように無端ベルト４０上に供給された集積体３を
、５８０ｍｍ／分の速度で移動する無端ベルト４０と５
０の間に挟持搬送しつつ、長さ約１５００ａ＋ｍで約２
００℃の熱風が循環している加熱炉６０中を通過させ、
粉体状熱可塑性樹脂を溶融させた。この時、無端ベルト
４０．５０の最小間隙距離をガイドロール６１により約
２．１ｍｍになるように調節し、集積体３を厚み方向に
加圧しつつ熱可塑性樹脂を溶融させた。

続いて、熱可塑性樹脂が溶融状態にある集積体３を、ガ
イドロール７１により無端ベルト４０．５０の間隙距離
約２１１１に保ち加圧しつつ、冷却ブロアー７０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５００ｍｍ、厚み
約２ｍｍでありζ　モノフィラメント間に樹脂がよく含
浸したシートであった。

得られたシートの５００ｍｍＸ　２０００ｎ＋ｍの範囲
のランダムな５箇所より、 ■３０ＩＩＩＩ１１×３０１１１１の試験片を切り出し
、７００℃中で５時間処理し、樹脂分を燃焼除去し、試
験片中のガラス繊維量を測定した。

０幅２０Ｉｌｌｌ１１長さ１５０■の曲げ試験片を切り
出し、支点開用Ｍ１２０ｍｍで３点曲げ試験を行い、曲
げ強度を測定した。

■月Ｓ　Ｋ　７１１０１．：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。

上記■■■の試験結果を表１に示す。

（以下余白） 表１ 第１図に示した装置において、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、強
化繊維束１０として直径７μｍのモノフィラメントが６
０００本収束されてなるストランド状ＰＡＮ系炭素繊維
を用いた。

無端ベルト４０．５０は実施例１と同じガラス布強化テ
フロンベルト（幅６００１１１１％厚み約１　ｍｍ）を
用いた。

炭素繊維を、上記粉体状熱可塑性樹脂２の流動床ｚａ中
を連峰−的に通過させ、モノフィラメント１１間に粉体
状熱可塑性樹脂２を付着させた後、スリッター３２によ
り過剰の粉体状熱可塑性樹脂２を除去し、粉体状熱可塑
性樹脂２と強化繊維の重量割合が７．５：　２．５とな
るように調節した後、遠赤外線ヒーター３５により加熱
し、粉体状熱可塑性樹脂２を溶融させモノフィラメント
１１に融着させた。この強化繊維束１０をロータリーカ
ッター３６により長さ約５０ｍｍに切断しつつ無端ベル
）４０の載置部４０ｂ上に供給した。供給量は、幅６０
０ｍｍの無端ベル）４０の中央部約４５０＋ａｍの範囲
に、３７５０ｇ／ｍ”となるようにランダムに供給集積
した。この時の、集積体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４０上に供給された集積体３を
、４９０＋ａｍ／％の速度で移動する無端ベル１−４０
と５０の間に挟持搬送しつつ、長さ約１５００ｍｍで約
２゜０℃の熱風が循環している加熱炉６０中を通過させ
、粉体状熱可塑性樹脂を溶融させた。この時、無端ベル
ト４０．５０の最小間隙距離をガイドロール６１により
約３．２１になるように調節し、集積体３を厚み方向に
加圧しつつ熱可塑性樹脂を溶融させた。

続いて、熱可塑性樹脂が溶融状態にある集積４３を、ガ
イドロール７１により無端ベル１−４０．５０の間隙距
離約３ｍｍに保ち加圧しつつ、冷却ブロアー７０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！・は、幅約５００ｍｍ、厚
み約３１であり、モノフィラメント間に樹脂がよく含浸
したシートであった。

また、得られたシートより実施例１と同様の各試験片を
切り出し、炭素繊維量、曲げ強度及び１イソ′ット衝撃
強度を実施例工と同様に試験１７た。結果を表２に示す
。

表２ 体状熱可グ性樹脂２を付着させ、スリッター３２を通過
させ、粉体状熱可塑性樹脂２をモノフィラメント１１に
融着させなかった（遠赤外線ヒーター３５により加熱し
ない）こと以外は、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５００　ｍｍ、厚
み約２１であった。

また、得られたシートより実施例１と同様の各試験片を
切り出し、炭素繊維量、曲げ強度及び７（ソ゛フト衝撃
強度を実施例１と同様に試験した。結果を表３に示す。

表３ 里箆皿１ 実施例１において、モノフィラメント１１間に粉（発明
の効果） 本発明の製造方法によれば、強化繊維がモノフィラメン
ト単位で分散しているため強化繊維の補強効果が高く優
れた物性を有し、かつ強化繊維と樹脂の割合が均一であ
るので、物性の均一な繊維強化樹脂シートが得られる。

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。

土−１ｊ匡］酊［鷺敬咀 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
た装置の概略側面図、第２図はその装置の平面図である
。

１０・・・強化繊維、２・・・粉体状熱可塑性樹脂、３
・・・集積体、４０．５０・・・無端ベルト、３５・・
・第１の加熱手段、６０・・・第２の加熱手段、７０・
・・冷却手段。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の連続するモノフィラメントより構成される強
   化繊維束を、流動化された粉体状熱可塑性樹脂の中を通
   過させ、該繊維束のモノフィラメントに該粉体状熱可塑
   性樹脂を付着させる工程と、該粉体状熱可塑性樹脂が付
   着した強化繊維束を、粉体状熱可塑性樹脂の溶融温度以
   上に加熱して樹脂をモノフィラメントに融着させる工程
   と、該樹脂が融着した強化繊維束を所望長さに切断し、
   同方向に移動している上下一対の無端ベルト間に供給す
   る工程と、 該上下一対の無端ベルト間で該樹脂が融着した強化繊維
   を搬送して、加熱領域及び冷却領域を通過させる工程と
   、 を包含する繊維強化樹脂シートの製造方法。