JPH02270521A - 繊維強化プラスチック材料による成形品の成形方法 - 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） 本発明は、繊維強化プラスチック材料による成形品の成
形方法に関する。欧州特許公開第０１４８７６０号公報
には、非圧縮の粒子プラスチック（特に熱可塑性）材料
と比較的短い強化用繊維、。

代表的には長さが５０ミリメートル以下の繊維から成る
透過性シート状材料を形成する方法が記載されている。

プラスチック成分が溶融状態にされ、十分に強化繊維が
湿潤される中間処理の後には、その材料はチル成形に好
適と成り、繊維強化プラスチック成形品に成形される。

種々様々な中間の処理ルートが使用され得る。

前記欧州特許公開公報に記載のシート状熱可塑性材料は
、英国特許明細書第１１２９７５９号又は同第１３２９
４０９号に記載の方法で製せられる。即ち、発泡装置に
よって気体が界面活性剤を含む水性媒体に微細な泡状と
して分散され、その気体を含む水性発泡分散液が製せら
れる方法である。粒状プラスチック材料と長さ７から５
０ａｍまでのガラス単繊維は繊維構ｊ１２０から７０％
までの範囲で発泡分散液に分散されている。その分散液
は、孔を有する支持体、例えば抄紙機の長網上に析出し
、後に圧縮される繊維材料の母体ウェブが形成される。

この繊維は欧州特許公開公報第０１４８７６２号公報に
定義された高弾性率の不連続単繊維である。

高弾性率とは、その繊維構造から形成される圧縮シート
の弾性率よりも実質的に高い弾性率である。この範鴫に
入る繊維はガラス、炭素、セラミックの繊維類及びケブ
ラー（Ｋｃｖｌａｒ）及びノメックス（Ｎｏｓｅｘ　）
商品名で市販のアラミド樹脂のような繊維を含み、一般
には１０．０００メガパスカルよりも高い弾性率である
。

例えば、前述の特許公開第０１４８７８０号公報に記載
されているように、透過性物質は熱と圧力に供せられ、
冷却されて圧縮シートを形成する。成形前に、シートが
再加熱されると、プラスチック成分が柔軟になり、応力
が繊維強化材に加えられると、シートは緩和して再発泡
し、その後にチル成形される。

この方法に代わって、欧州特許公開第０２５５３１６号
公報に記載された方法では、シート状材料が加熱され、
冷却ニップロールに通される。得られた透過性発泡シー
トは、チル成形の前に欧州特許公開第０１４８７８２号
公報に記載の方法に従って空気加熱される。

短い単繊維が出発物質に使用−されると、溶融熱可塑性
樹脂とともに容易に流れ、成形型内で加圧されると、両
者が連行されるという利点がある。

このため成形中に繊維分布が著しく均一になるので、特
に複雑な成形でも成形構造にばらつきのない強化材が形
成される。

チル成形方法では、装填材料はプラスチック成分の溶融
温度以上に予熱され、成形型はプラスチック成分の固化
温度よりも低温度に制御され、その成形型にこのプラス
チック材料が装填される。

成形圧が急速に加温項材料に加えられ、装填材料のプラ
スチック及び繊維材料がプラスチック構成材料の同化の
始まる前に成形型内に流される。

チル成形は非強化プラスチック材料を成形する周知の方
法であるが、この方法が短繊維強化プラスチック材料に
使用されると、最終成形品の表面に損傷が発生する恐れ
がある。

欧州特許公開第０１４８７［ｉ０号公報に記載された出
発物質の製造方法では、構成繊維は一般にシート面に配
向されるが、シート表面に繊維が突出している場合には
その表面に損傷が生じる。横方向にプラスチックが流れ
ると、その再配向が起きる。

以下、表面損傷の現象は「チルマーク形成」として呼称
される。試験では、チル成形型と予熱された強化プラス
チック材料との温度差が減少されると、即ち成形型の温
度が上昇すると、チルマークは減少するか、又は消失す
る。しかし、不都合なそりが成形品に生じ、エネ°ルギ
ーは著しく使用され、成形サイクル時間も長びき、生産
性は低下する。成形型をエポキシ樹脂で形成しても良い
が、その樹脂は低熱電導率であるので、成形サイクルに
長時間を要して生産性を悪化させる。更にこの種の成形
型は、高成形圧を必要とする場合には必ずしも好適では
ない。

本発明は、前述の欠点を克服する成形方法を提供するも
のである。

この発明は、成形品をプラスチック材料及び長さがおよ
そ５０ミリメートル以下の強化用繊維から成るシート状
装填材料で成形する方法であって、シート材料が成形温
度に加熱され、その材料がプレス成形型内でチル成形さ
れる方法を含む。この方法は、成形型よりも熱電導率の
低い熱遮断材をシート状材料の表面と成形型の少なくと
も一部との間に介在させ、チルマークを成形品の表面に
形成させずにその熱遮断材が成形後に成形品の表面から
分離できる方法である。

成形型の表面と装填材料との間に低熱電導率の遮断材が
挿入されると、熱勾配が十分に減少され、チルマークが
生じる前に流し成形されることが判明した。熱遮断材の
厚さはその熱電導率、プレス操作の速度、成形材料の性
質、装填材料と成形型との温度差で定められる。

この発明の１つの態゛様として、成形型がこの熱遮断材
で塗被されるものであって、この熱遮断材は例えばエナ
メル、セラミック又は高分子材料で良い。

本発明の別の態様としては、熱遮断材が各プレス操作後
に成形型から離脱自在なインサートでも良い。この構成
ではインサートは各プレス操作後に再使用される。熱遮
断材は、好ましくは模様表面を有し、成形表面に型押し
効果を生じさせる。

好ましくは、熱遮断材は成形型の２表面以上に設けられ
る。

シート状装填材料は、欧州特許公開第０１４８７６０号
公報、欧州特許公開第０１４８７６２号公報又は欧州特
許公開第０２５５３１６号公報に記載の方法で形成され
る。好ましくは、熱遮断材は熱電導率がおよそ１．０ワ
ット／メーター度Ｃ以下、即ちおよそ０．５ワット／メ
ーター度Ｃ以下でも良い。

この発明の方法は、種々のパラメータ、例えば熱電導率
、熱遮断材の厚さ、成形型の温度、プレス速度、成形材
料の温度、繊維含有量で左右される。

本発明は、前述の方法によって形成される成形品を含み
、この発明によって改良した外観の成形品が製せられる
。本発明は種々の方法で実施され、いくつかの実施例が
例として説明されている。添付図には、前述の試験結集
で得られたいくつかが示されている。

（実　施　例） 成形品が、プラスチック材料と強化短繊維（以下ＦＲＰ
と称する）か、ら成る圧縮又は予め発泡されたシート状
材料で成形される際には、このシート状材料は、高分子
母材の融点以上に予熱される。

圧縮シートでは、グラスファイバーウェブは固体母材の
拘束から解放され、その圧縮厚はおよそ２倍に膨張され
る。発泡ウェブは溶融ポリマーを含み、ポリマーの融点
以下の温度に維持されたチル型に移送され、加圧されて
流し成形される。例えば、ポリプロピレンを成形する際
には、成形型はポリマーの融点よりかなり低いおよそ６
０〜７０度Ｃの温度に保たれる。装填材料の熱は成形型
に急速に敬逸し、成形品を固化させる。

このように成形された成形品の表面には、３種類の特別
の領域、即ち一部チルマーク領域、二次チルマーク領域
及び外部領域が示されている。第１図ではポリプロピレ
ンが、温度６０℃に保ったチル成形プレスの上成形型２
と下成形型３との間に挟装され、そのポリプロピレンか
ら成る予熱された発泡ＦＲＰ材料ｌが示されている。熱
発泡材料に流れが生じ、最終成形品に一部チルマークが
形成される前にプレスが先ず型締めされると、その熱発
泡装填材料ｌの表面が急速に冷却される。装填材料の繊
維成分の一般延伸は線４で示され、表面の一部チルマー
ク５の位置が示されている。成形圧が加えられると、装
填材料の溶融ポリプロピレンがコアー領域から流れれ始
め、その繊維がポリマーの流れ方向に整列し、第２図７
の如く、成形品の中心面から分岐する。この繊維は、−
次チルマーク５を囲む成形面と接触すると、二次チルマ
ーク領域６を形成する。

第３図に示した如く、更に型締めされると、そのポリマ
ーの流れは一般には８で示したように成形面に平行とな
る。繊維は一般にはポリマーの流れ方向に整列し、更に
開放した繊維構造を形成するため、ポリマーはその表面
を流れる。その外部領域９が示されている。装填材料の
熱面が成形型と接触し、急速に冷却され、繊維が横方向
に最少移動させられ、−次チルマーク領域５が生じる。

−次チルマーク領域の形成は顕微鏡写真で示されており
、繊維分布の規則性が、成形前の装填材料の発泡表面と
成形後の一次チルマーク領域５との間に示されている。

二次チルマーク領域６の顕微鏡写真比較検査によって繊
維の分布型が示され、いつくかの繊維が成形面から突設
されていることを示す。

装填材料から成る物質は、欧州特許公開第０１４８７６
０号公報に記載された如く、強化用繊維をシート面に平
行に配する周知の方法によって製せられた。成形中に二
次チルマーク領域に対して傾斜する繊維では、第１図、
第２図、第３図に示した如く、ポリマーの流れが明らか
に装填材料のコアーから生じた。外部領域９の顕微鏡写
真検査には、その繊維が全て流れ方向に整列され、ポリ
マーを多量に含む装填材料の表面が示されている。

この領域の繊維は一次或いは二次のチルマーク領域より
も更に開放した構造を示す。この開放構造によってポリ
マーは表面に更に容易に到達できる。

外部領域で達成された表面仕上げは十分な品質であるが
、−次及び二次チルマーク領域の表面はガラスを多量に
含み、許容できない欠陥を生じる。

−次及び二次チルマーク形成は、装填材料とチル成形型
との間に成形型よりも低熱電導率の熱遮断材層を介在さ
せて防止される。熱遮断材層とは成形型の永々ライナー
、又は独立した層から成り、この独立した層は各成形作
業後に除かれ、廃棄物再利用のため保持される。

繊維強化ポリプロピレン装填材料が成形型によって温度
８０℃で成形される場合には、ポリカーボネート、ポリ
イミド樹脂、又はポリエーテルエーテルケトンの５００
ミクロン厚のフィルムが最適結果を示した。

調成形型の熱電導性は、このフィルムの０．１−０．２
ＢＬｕ／フイ一ト時度Ｆであった。フィルムの耐熱Ｊ＆
を天性は装填材料硬化を過渡的に制御した。このため溶
融ポリマーは十分に装填材料表面に流れれ、成形サイク
ルを延長させず、チルマーク形成が阻止される。

第４図は本発明の１つの成形方法を示す。プレスの上成
形型１０と下成形型１１が示されている。成形型１０及
び１１は６０℃〜７０℃で制御される。成形される装填
材料１２はシート状のポリプロピレンの母材から成り、
その母材に不連続ガラス単繊維を分散させて製せられる
。この材料は圧縮状態から２２０−２３０℃まで加熱さ
れ、発泡された。

下成形型Ｕは成形品の外表面を形成し、熱遮断材１３を
有してい、る。この遮断材１３は、成形型に塗膜が形成
されたもので良く、成形工程中にこの成形型に融着しな
い、例えばエナメル、セラミックス又はポリマーの塗膜
で良い。熱遮断材は、装填材料と不相溶で成形品との融
合や付着が生じない高分子フィルムの取出しインサート
で良い。

プレスが型締めされて成形品が成形される際には、熱遮
断材１３は装填材料から金型への熱の伝導を制御するの
で、その材料内部で塑性流れが生じ、チルマーク形成が
阻止される。他には、成形型の温度を上昇させてのみこ
のチルマーク形成が阻止されるが、エネルギーコストが
高められ、成形サイクル時間が長くなる。

第５図及び第６図に示した如く、冷却後、型１０又は１
１が開放され、装填材料１２で成形した成形品１４が取
出される。熱遮断材１３が第５図に示された塗膜１８ａ
で形成される場合には、この膜は必ず成形型に固着する
。熱遮断材１３が第６図に示したインサート１３ｂであ
る場合には、このインサートは取外せる。

好ましくは、熱遮断材料が塗膜又はインサートであって
も、模様表面を有すると、装填材料から成形した成形品
表面に模様の写った仕上げを形成する。前述の工程では
、成形型の一方の表面のみ、即ち成形型１１の表面に熱
遮断材が設けられているが、チルマークが成形品の両面
に形成されないのが好ましい場合には、更に前述の種類
の塗膜又はインサートが上成形型１０と装填材料との間
に熱遮断材として供される。

一部チルマークの厳密性は、使用された熱遮断材の厚さ
と比例する。この厳密性は、成形型の最初の装填材料の
表面領域に相当する成形品のその領域を光沢測定して得
られた。

ポリイミド樹脂、ポリカーボネート又はポリエーテルエ
ーテルケトンの熱遮断フィルムの種々の厚さのフィルム
は、０．２〜０．４ワット／メーター／度Ｃの熱電導率
を有し、種々の厚さのフィルムは各々プレスにインサー
トされた。装填材料は、直径Ｈμのガラス単繊維３０％
とポリプロピレン７％とから成り、欧州特許公開第０１
４８７８０号公報に記載の如く形成された。この装填材
料は２２０℃まで加熱され、フィルム上に載置された。

プレスサイクルは、第４図及び第６図に示された如く、
上述のように一般的に作動された。プレス温度は６０℃
であった。冷却後にプレスが開放され、フィルムが棄却
され、成形品の表面領域が光沢測定された。３種類のフ
ィルムは稲々の厚さを有し、その厚さのフィルムは光沢
測定され、その結果は表１に示されている。その測定は
シーン・インストルメント（Ｓｈｅｅｎ　１ｎｓｔｒｕ
ｓｅｎｔｓ　）社の光沢計を使用し、１８０２８１３及
び＾ＳＴＭ　Ｄ５２３規格に従って測定された。

表１ ７４ルム厚　　　　　　光　　沢　　％μｍ　　ポリカ
ーボネート　　ポツィ！Ｆ　　樹脂　　　ポリエーテル
エーテルケトン ５００　　　　　　８Ｂ ｅｏｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　フ４　　　
　　　　６９１０００　　　　　　　　　　　　　　　
６ｇ別々にプロットされる場合、表１に示された３種類
の物質の結果は類似の型を示す。第７図にはこの結果は
平均曲線で集合的に示されている。第７図では、チルマ
ークの厳密性が減少するに従って、光沢の％が増加し、
その厳密性は、フィルムの表面特性ではなくてその厚さ
にのみ関係する。

任意の装填材料が、特定の装填量、成形温度及び特定の
型締め速度で成形される。遮断フィルムの厚さが定めら
れ、成形中に装填材料が極めて急速に硬化されるのが妨
げられ、チルマーク形成は阻止される。

上述の装填材料では、特定の装填量と成形温度において
プレスは第１段階で型締め速度枚秒９８ミリメートル、
第２段階（圧縮）では型締め速度枚秒４ミリメートルで
あった。断熱フィルム厚さ約３００μから５０１μが歯
用された場合、チルマークは許容レベルまで減少した。

チルマークの厳密性は別の測定方法、即ちタリサーフ・
う（Ｔａｌｙｓｕｒ４　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）　ｔｌＡ
定方法＋８０標準４２８７及び４２８８による。

表２には、異なる種類の熱遮断層を使用し、そのチルマ
ークの厳密性を比較するために実施された多数の試験結
果が示されている。全ての試験はウェブを使用して実施
された。そのウェブは直径１１μのグラスファイバー３
０％及びポリプロピレン７０笈から成り、欧州特許公開
第０１４１１７６０号公報に記載の方法で形成された。

そのウェブは２２０℃に予熱され、プレスは６０℃に予
熱された。このプレスは第１段階で型締め速度９ｇＩＩ
Ｉｍ／秒及び第２（圧縮）段階で型締め速度４ｖａｒａ
／速度を有している。

試験１ チルマークの厳密性は、プレスを高温度で作動させると
ほぼ減少するが、このため重大な不利益がエネルギー使
用法に生じ、プレスサイクル時間が緩慢になる。

試験２（対照） この試験は、チルマークの厳密性（装填領域内の異なる
平滑性で測定される）を示す。このチルマークは、プレ
スが熱遮断層なしに商業用に利用できる作動温度で使用
されるため、生じる。

試験３及び４ これらの試験は、断熱層インサートの使用で生じたチル
マーク厳密性の減少を示す。このインサートはシリコン
塗布クラフト紙厚さ６０μｍとポリカーボネートフィル
ム厚さ５００μｍから成る。

試験５及びに れらの試験は、熱遮断インサートが成形型の塗膜に形成
されたために生じるチルマーク厳密性の減少を示す。成
形型の塗膜は熱伝導性０．２〜０．４ワット／メーター
度Ｃ（０，１〜０．３８ｔｕ／フィート／時度Ｆ） 塗膜は各々、 ＨＡＬＡＲ（エチレン−クロロトリフルオロ−エチレン
） 公称厚４５０μｍで塗布 ＰＥＥＫ　（ポリエーテルエーテルケトン）公称厚３０
０μｍで塗布 から成る。

試験７ この試験は、熱遮断材が成形型に塗膜として適用される
効果を示す。その塗膜は比較的洗いプラッシュで塗布し
た酸化アルミニウム（Ａｌ１　（ｈ　）熱伝導性１．６
ワット／メートル度Ｃ（０，９Ｂｔｕ／フイ一ト／時度
Ｆ）を有する。塗膜の公称厚は１７５μｍであって、市
販のユニオンカーバイド社の塗料ＬＡ２が使用された。

表面模様は他の試験よりも荒いが、成形型の「型押し」
によってその模様は装填領域内では極めて均一に見えた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は短繊維強化プラスチック材料がプレスに装填さ
れている状態の直径方向の側面図、第２図はプレスが一
部型締めされている第１図の類似図、 第３図はプレスが更に型締めされている第１及び第２図
の類似図、 第４図は予熱された材料と、熱遮断材とを低いプレス成
形用金型に装填させたプレスの直径方向の側面図、 第５図は熱遮断材が、低いプレス成形型に塗布された塗
膜から成る第４図の類似図、 第６図は熱遮断材がプレス操作後に廃棄、或いは再使用
されるインサートから成る別の配置を示す第４図の類似
図、 第７図はフィルム厚と光沢の関係をグラフで示した図で
ある。 １・・・装填材料　　２・・・上成形型　　３・・・下
成形型Ｆ１０．４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕プラスチック材料と長さ約５０ミリメートル以下
   の強化用繊維とから成るシート状材料から成形品が成形
   される方法であって、そのシート状材料が成形温度に加
   熱され、プレス成形型内で成形され、成形品の表面のチ
   ルマーク発生を防止させるために、成形型よりも低熱電
   導率の熱遮断材が、シート状材料の表面と成形型の少な
   くとも一部とに介在し、前記熱遮断材が成形後に成形面
   から分離できることを特徴とする成形方法。 〔２〕熱遮断材が成形型内壁に塗膜として配置される請
   求項１に記載の方法。 〔３〕塗膜がエナメル、セラミック或いは高分子材料で
   あることを特徴とする請求項２に記載の方法。 〔４〕熱遮断材が各プレス操作後に成形型から取り外せ
   るインサートから成ることを特徴とする請求項１に記載
   の方法。 〔５〕インサートが後続のプレス操作に少なくとも１回
   再使用されることを特徴とする請求項４に記載の方法。 〔６〕熱遮断材が、成形面に型押し効果を付与する模様
   面を有することを特徴とする請求項１から５に記載の方
   法。 〔７〕断熱層材が成形型の２個以上の表面に供せられる
   ことを特徴とする請求項１から６項のいずれか１項に記
   載の方法。 〔８〕シート状材料が欧州特許公開第０１４８７６０号
   公報、欧州特許公開第０１４８７６２号公報又は欧州特
   許公開第０２５５３１６号公報に記載の方法によって形
   成されることを特徴とする請求項１から７までのいずれ
   か１項に記載の方法。 〔９〕熱遮断材の熱電導率が約１．０ワット／メーター
   度Ｃ以下であることを特徴とする請求項１から８までの
   いずれか１項に記載の方法。 〔１０〕熱遮断材の熱電導率が０．５ワット／メーター
   度Ｃ以下であることを特徴とする請求項９に記載の方法
   。 〔１１〕請求項１から１０項までのいずれか１項の方法
   によって形成されることを特徴とする成形品。