JPH02252535A - 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上に供
給し、この混合物に圧力を加えつつ加熱する方法（特開
昭５９−４９９２９号公報）などが提案されている。

上記方法においては、熱可塑性樹脂に強化繊維が比較的
均一に分散した熱可塑性樹脂複合材を連続的に製造する
ことができる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記混合物に加える圧力が小さ過ぎると、熱
可塑性樹脂と強化繊維間に存在する気泡が抜けきらず、
熱可塑性樹脂と強化繊維が充分に接着できないという問
題がある。

また、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無端ベルト間のクリアラ
ンスを徐々に狭めることにより混合物に連続的に圧力を
加える方法が考えられるが、この方法では、混合物が幅
方向に広がり過ぎたり、製造途中でシートが破断したり
、さらに上下方向からだけの押圧のために気泡が混合物
中に残り易く、熱可塑性樹脂と強化繊維とが充分接着し
た熱可塑性樹脂複合材が得られないという問題点があっ
た。

本発明は上記問題を解決したものであり、熱可塑性樹脂
マトリックス中に強化繊維が均一に分散し、かつ強化繊
維表面にまで流動した熱可塑性樹脂が含浸し充分に接着
した繊維強化樹脂シートを連続的に製造する方法を提供
することを目的とする。

（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
動す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に通過せし
めて溶融させることにより、粉体状熱可塑性樹脂と強化
繊維とを一体化させる繊維強化熱可塑性樹脂シートの製
造方法において、該加熱領域において、少なくとも一方
が上下駆動して無端ベルトの外面を押圧する上下一対の
押圧体を、上下一対の無端ベルトを挟むように設置して
一対の押圧体間における無端ベルト間の間隙を間欠的に
変化させ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、この装置はロービング状の強化繊維ｌが巻回
されたロールをセットする巻戻しロール１０と、強化繊
維１を挟持して図の矢印方向へ回転駆動することにより
ロールエ０がら強化繊維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１７と、粉体状
熱可塑性樹脂２が供給されている容器１１と、容器１１
を通過した強化繊維１を上記ロータリーカッター１７で
所望の長さに切断し、粉体状熱可塑性樹脂２が付着した
強化繊維１を加熱手段２２側へ移送する上下一対の無端
ベルト２０．２１と、加熱手段２２の後方位置に配置さ
れた冷却ロール等の冷却手段３４と、を備尤ている。

上記容器１１の底部には多数の通気孔Ｌｌａが設けられ
ていて、気体供給路から送られた気体３がこの通気孔１
１ａを通って容器工１内部へ供給されるよう構成されて
いる。従って、容器１１内に供給された粉体状熱可塑性
樹脂２はその気体３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１１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／＋弓２．１
３．１４．１５が配設されている。

上記無端ベルト２０．２１は、複数のロールでガイドさ
れながら連続して回転移動するよう構成され、上下無端
ベル）２０．２１にはそれぞれ直線状の移送部ＺＯａ、
　２１ａが形成され、各上下無端ベル）２０，２１の移
送部２０ａｓ　２１ａ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２１の移送部２１ａは
上側の無端ベルト２０の移送部２０ａより長く、かつ上
側の無端ベルト２０の移送部２０ａ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裁置部２１
ｂが形成されている。このような無端ベルト２０．２１
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を
用いることができる。

上側及び下側の無端ベルト２０，２１の移送部２０ａ。

２０ｂの対向する箇所にはそれぞれ加熱手段２２．２２
が配置され、各加熱手段２２内に押圧体３ｏが複数個配
設されている。上側の無端ベルト２ｏの上側に配置され
た押圧体３１ａ、　３２ａｓ　３３ａと、下側の無端ベ
ルト２１の下側に配置された押圧体３１ｂ、　３２ｂ、
　３３ｂは、それぞれ上下で対応する位置に配置され、
また上下の各押圧体３０は無端ベルト２０，２１側へ近
づく状態と無端ベルト２０．２１から離れる状態とが同
期して駆動するように構成されている。無端ベルト２ｏ
、２１の移動方向の手前側の押圧体３１ａ、　３１ｂと
後方側の押圧体３３ａ、　３３　ｂは、それぞれ同時に
上下駆動を繰り返し、中間にある押圧体３２ａ、　３２
　ｂは隣接する押圧体３１ａ、　３１ｂ、　３３ａ、　
３３ｂの上下駆動方向とは逆方向に上下駆動を繰り返す
ようにそれらの駆動時期が設定されている。

各押圧体３０の先端部は、押圧の際に無端ベルト２０．
２１に永久変形を生じさせないよう曲率面となっており
、また各押圧体３０の押圧によって無端ベル）２０．２
１の連続移動が妨げられないように、各押圧体３０は無
端ベルト２０．２１に接すると、すぐ離間するよう上下
駆動する。このような押圧体３０の駆動形態としては、
例えば、高速で上下駆動するバイブレータ−のような形
態としてもよく、また上下に移動しながら、その先端部
が無端ベルト２０．２１の進行方向に回転する形態とし
てもよい。また、押圧体３０は加熱されていてもよい。

各押圧体３０の無端ベルト２０．２１の進行方向の長さ
は、無端ベルト２０．２１の連続移動を妨げないような
長さとするのが好ましい。各押圧体３０の幅方向の長さ
は特に規定はしないが、無端ベルト２０．２１の幅寸法
と略同寸法としてもよく、あるいは無端ベルト２０．２
１の幅寸法より短寸法の押圧体３０を幅方向に多数設置
し、無端ベルト２０．２１の幅方向全域を押圧できるよ
うにしてもよい。この場合には多数の押圧体３０は無端
ベルト２０．２１の幅方向ヘー列に並べる必要はなく、
ベルト移動方向へずらせてもよい。

上下に配設された押圧体３０は、第２図に示すように無
端ベル）２０，２１の移動方向に対しても複数対配置す
るのがより効果的であり、複数の押圧体対３４．３５．
３６の押圧部分が、通過する上記混合物３に対して全て
同じ位置にならないように各押圧体対３４．３５．３６
間の距離と無端ベルト２０．２１の移動速度を調整する
ことが好ましい。上下の押圧体対３４．３５．３６のう
ち、上下に駆動する押圧体は片方であっても両方であっ
てもよい。また、少なくとも一対以上の押圧体３０のク
リアランスは、混合物３の最終厚み、すなわち繊維強化
樹脂シートの所望の厚みに対して、上下一対の無端ベル
ト２０．２１間の最小クリアランスが１００％未満、最
大クリアランスが１００％を超丸るよう設定することが
好ましい。

上記冷却手段３４は、表面が平滑で断面真円形の一対の
冷却ロールで構成することができる。上下一対の冷却ロ
ール３４間のクリアランスは、繊維強化樹脂シートの所
望の厚みに略設定されている。

次に、上記装置を用いて本発明の製造方法を説明する。

連続する強化繊維１はロータリーカッター１７により引
き取られながらロール１０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１２．１
３．１４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１５を経てロータリーカッター１７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）２１の載置部２１ｂ
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２０．２１で挟持されながら移送され、加熱手段２
２に供給されて加熱され、粉体状熱可塑性樹脂２が溶融
される。同時に、上下駆動する押圧体３０によって押圧
されて上下の無端ベルト２０．２１間のクリアランスが
増減変化することにより、加熱により充分溶融流動化し
た状態の混合物３は間欠的に上下、左右及び前後方向へ
移動して剪断がかかり混合物３は練られることになる。

その結果、強化繊維１と樹脂２との合着が促進されると
共に、樹脂２と強化繊維１との間に存在する気泡は外部
へ除去される。次に、混合物３は冷却ロール３４．３４
間に送られて、ここで加圧冷却され所定厚みの繊維強化
樹脂シートが得られる。

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ストランド状態又はロ
ービング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、さらには０゜５重量％以下である
ことが好ましい。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、通常行われるザイジング処理が施
されていてもよい。

所望長さに切断された強化繊維１の長さは規定はしない
が、通常０．１ｚ３０ｃｍであり、特に０゜５−１５ｃ
＋＋＋が好ま１．い。Ｏ，１ａＩ１１未満では機械的特
性の優れた繊維強化樹脂シートが得られず、３０ｃｍを
超えると均質な繊維強化樹脂シート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１ノート、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１／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、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ｌ
また物のいずれも使用できる。粒子径と１７では平均粒
子径が２０００μ醜以下が好ましい。２０００μ爵を超
えると流動床２ａ中で強化繊維１に付着させるのが困難
となり易い。

本発明において、下側無端ベル！−２０に供給される強
化繊維１と粉体状熱可塑性樹脂２の混合割合は繊維強化
樹脂シートの必要とする物性により適宜決定されるが、
シート中の強化繊維１が５−ＴＯ容量％以下であること
が好ましい。７０容量％を上回わると樹脂が均一に含有
したシートを得ることが難しくなる。また、強化繊維１
の量が少なすぎると、機械的強度に優れた繊維強化樹脂
シートが得られない。

以上のようにして得られた繊維強化樹脂シートは、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、クリアランスが増減変化
する一対の押圧体３０．３０を用いて混合物３を周期的
に圧縮１２ているために、従来のように混合物が無端ベ
ルトの幅方向へ広がり過ぎるようなことがない。本発明
の製造方法は、ポリ塩化ビニルのように溶融樹脂を流動
させゲル化を促進させることにより優れた性能が得られ
る場合には、特に有効である。

なお、上記混合物３を無端ベルト２０．２１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２１に供給し、無端
ベルト２１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２０．２１に供給する方法
、もしくは上記したように連続状の繊維に粉体状熱可塑
性樹脂２を付着させた後で所望長さに切断して無端ベル
ト２０．２１間に供給する方法等いずれも採用できる。

」１記したように、予め熱可塑性樹脂２を強化繊維１の
モノフィラメン間に均一に分散させた状態で無端ベノＰ
　ト２０．２１間に供給する方法は、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が得られ
る点で好ま１７い。その方法としては、第１図に示され
るように、ロービング状の強化繊維１を熱可塑性樹脂２
の粉体流動床２ａ中に流通させて付着させる方法や、特
開昭５９−４９９２９号公報に記載されているようにジ
ェプト気流により強化繊維１と粉体状熱可塑性樹脂２を
混合させる方法等があげられる。

（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。

火遊ＬｆＬＬ 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。

強化繊維】として、ガラス繊維ロービング（）ィラメン
ト径２３μ重、４４００ｇ／Ｋｍ）を長さ約５ＣＩ１１
に切断して用いた。

粉体状熱可塑性樹脂２と１７て、下記配合で混合したも
のを用いた。

ポリ塩化ビニル（平均重合度８００、平均粒径３００１
ｔ１１）・・・１００重量部 安定剤・・・３重量部 滑剤・・・２重量部 強化繊維への粉体状熱可塑性樹脂の付着量を調整し、強
化繊維は１８０ｇ／分、粉体状熱可塑性樹脂は４０５ｇ
／分で無端ベルトに供給した。

第１図に示す装置において、無端ベルト２０．２１はガ
ラス布強化テフロンベルトを用い、移動速度は３００ｍ
５／分の一定速度とした。加熱手段２２は、表面温度約
３４０℃に設定された遠赤外線ヒーターを有するものと
した。複数の押圧体３０を第１図に示すように配置し、
上下の押圧体３０は１５回／分周期で無端ベルト２０，
２１を挟むようにそれぞれ上下駆動させ、そのうち押圧
体対３１ａと３１ｂ、　３３ａと３３ｂは同時に上下駆
動させ、中間の押圧体対３２ｂと３３ｂは他の押圧体対
とずらして上下駆動させた。

各押圧体３０の寸法は全て、無端ベルト２ｏ、２１の移
動方向の長さが４０ｍｍ、幅方向の長さが６０ｍｍとし
、その圧縮表面はベルト移動方向においてＲ７０の曲面
とＩまた。各押圧体３０の幅方向の間隔は６０ｍｏｉ、
移動方向の間隔は押圧体対３１ａ、　３１ｂと押圧体対
３２ａ、３２ｂ間を８０！１１％　押圧体対３２ａ、　
３２　ｂと押圧体対３３ａ。

３３ｂ間を７０ｍｍとし、押圧体３０の最大クリアラン
スは４０順、最小クリアランスは上下無端ベルト２０゜
２１の間隙が３．５ｍｍとなるように設定した。ロール
対３４．３４間のクリアランスは４．０ｗｍとした。

得られた繊維強化樹脂シートは、幅３００ｍｍ、厚み約
４．０ｍｍであり、ガラス繊維含有量は２ｏ容量％で、
樹脂が強化繊維間によく含浸したものであった。

また、繊維強化樹脂シートの曲げ試験及びアイゾツト衝
撃試験を行ったところ、曲げ強度は１８．４Ｋｇ／ｌｌ
ｌ１２、曲げ弾性率は９８０）Ｆｇ／＋ｍ２テあり、ア
イゾツト衝撃値は９２Ｋｇ−ｃｍ／　０ｍ２であった。

夫嵐且至 ガラス繊維ロービングを、約ｌａｍに切断して用いたこ
と以外は実施例１と同様に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３００ｍｍ、厚み
約４．０■であり、ガラス繊維含有量は２ｏ容量％で、
樹脂が強化繊維間によく含浸したものであった。

また、繊維強化樹脂シートの曲げ強度は１６゜１Ｋｇ７
ｍｍ２、曲げ弾性率は８７０Ｋｇ／ａｍ２、アイゾツト
衝撃値は９０Ｋｇ　−ａｍ／　ａｍ２であった。

支血皿１ 粉体状熱可塑性樹脂としてナイロン−６を用い、強化繊
維は２２５ｇ／分、粉体状熱可塑性樹脂は３００ｇ１分
で無端ベルトに供給し、遠赤外線ヒーターは表面温度約
４００℃に設定したこと以外は、実施例１と同様にして
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３００ｍｍ５厚み
約４．０ｍｍであり、ガラス繊維含有量は２５容ユ％で
、樹脂が強化繊維間によく含浸したものであった。

また、繊維強化樹脂シートの曲げ強度は１７．５Ｋｇ／
ｍ１１２、曲げ弾性率は８２０Ｋｇ／ｍｕ２、アイゾツ
ト衝撃値は９１Ｋｇ−０１１１７０ｍ２であった。

瓜校旦、 第１図に示した装置において、各押圧体を取り外したこ
と以外は、実施例１と同様に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３００　ｍＬ　厚
み約４．　Ｏ！１ｍであり、ガラス繊維含有量は２０容
ユ％で、強化繊維間に樹脂が充分含浸していないもので
あった。また、繊維強化樹脂シートの曲げ強度は７゜５
Ｋｇ／ａｍ”、曲げ弾性率は３８０Ｋｇ／ｍｍ２、アイ
ゾツト衝撃値は２１Ｋｇ−ａｍ／　０ｍ２であった。

（発明の効果） 本発明の繊維強化樹脂シートの製造方法によれば、混合
物への押圧力が強すぎて製造時に混合物がベルトの幅方
向に広がり過ぎたり、製造途中でシートが破断すること
がなく、気泡残りが少な（熱可塑性樹脂と強化繊維とが
充分接着した繊維強化樹脂シートを連続して得ることが
できる。

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。

丸−図１廊［焚説朋、 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図はその装置の加熱手段及び
押圧体部分の平面図である。

１・・・強化繊維、２・・・粉体状熱可塑性樹脂、２０
．２１・・・無端ベルト、２２・・・加熱手段、３０・
・・押圧体。

以上 出願人　、積水化学工業株式会社 代表者　廣　１）　馨

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、同方向へ移動す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
   領域に通過せしめて溶融させることにより、粉体状熱可
   塑性樹脂と強化繊維とを一体化させる繊維強化熱可塑性
   樹脂シートの製造方法において、 該加熱領域において、少なくとも一方が上下駆動して無
   端ベルトの外面を押圧する上下一対の押圧体を、上下一
   対の無端ベルトを挟むように設置して一対の押圧体間に
   おける無端ベルト間の間隙を間欠的に変化させることを
   特徴とする繊維強化樹脂シートの製造方法。