JPH0241427A - 成形用材料の製法 - 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、自動車用途、航空機用途、一般産業用途など
に使用できる繊維強化熱可塑性樹脂成形用材料の新規な
製法に関するものである。

〔従来の技術〕

繊維強化樹脂材料には、従来からマトリクスとして熱硬
化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を使用したものが知られ
ている。しかし、近年耐衝撃性の向上、易成形性の目的
からマトリクスとして熱可塑性樹脂が盛んに使用されよ
うとしている。このような繊維強化熱回置性樹脂材料（
ＦＲＴＰ）を製造するとき、補強繊維に熱可塑性樹脂を
含浸する方法には、樹脂を溶液の形で使用するのと溶融
状態の形で使用するのと二方法がある。

溶液状態で樹脂を含浸する場合は、溶媒が必要であるが
適当な溶媒が存在しないことが多く、また溶解しえる溶
媒が存在したとしても含浸後に溶媒を除去することが必
要である。この除去を完全に行なうことはほとんど不可
能であり、これによって得られる最終複合材料中に多数
の空孔を生じ、その機械的性質を著しく低下させるので
利用する利点はほとんどない。

溶融状態で樹脂を含浸する場合は、溶媒を使用しないの
で溶液状態で樹脂を含浸する場合の欠点はない。しかし
、溶融状態にしても樹脂粘度は非常に高いので、融解し
ている樹脂に直接補強繊維を接触する（ホット・メルト
法）だけでは十分な含浸は得られない。そこで予め樹脂
をパウダー状で接触する方法（パウダー法）や補強繊維
を樹脂の水または不飽和炭化水素の懸濁液、分散液又は
乳濁液に通す方法（懸濁液法）で樹脂を補強繊維に分散
した後、溶融し浸透することが試みられている（フラン
ス特許８１２１５４５号および８００８４０６号、米国
特許２８７７５０号等）。

又、別法として補強繊維と低融点の熱可塑性繊維状マ）
　ＩＪタックス合体よりなる混合繊維マットを加熱圧縮
し、マトリックス重合体のみを溶融させて複合材料を製
造することが提案されている（特開昭５３−７３２６７
号）。

パウダー法では、一般に流動床の形の樹脂粉末から直接
に強化繊維に付着せしめ乾燥状態で運ばれる樹脂粉末を
溶融浸透する。運ばれてくる樹脂量を制御することは複
雑で面倒な事であり、量は最終の複合材の機械的性質に
変動をもたらす。さらに実際に行われる方法では、規則
的な粒度と粒子形を保持することが必要である。

樹脂粒子は団塊化せずまた粉末の流動性の点から粒子は
最適寸法にあるべきである。

仮にこのような条件が考慮されたときでさえも、流動床
を繊維が通過するときの樹脂の付着速度は上述したよう
に制御が困難であり、これによって制御しうる最終複合
材中の樹脂割合を決定することは困難である。

懸濁液法の場合でも、水性懸濁液を使用するとき水は繊
維上に層を形成し、この層は不可能でないにしても加熱
によって除去困難な吸着現象を生じ、これによって繊維
への樹脂の接着を妨害する。それは溶融含浸後得られる
材料の最終強度の実質的な低下をもたらす。

懸濁液、分散液または乳濁液に炭化水素が存在するとき
、炭化水素全部の除去を確実に行うことはほとんど不可
能であり、残存した炭化水素が溶融含浸した最終複合材
中で多数の空孔な生じせしめ、その機械的性質を著しく
低下させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は溶融状態で含浸を行う方法の一形態であるが、
上記の欠点を解決し、ドレープ性や含浸性に富み、同時
にウェブのもつ特性により複雑な曲面をもつようなＦＲ
ＴＰでも容易に成形することができる成形用材料を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは、短繊維状の補強繊維とお
なじ短繊維状の捲縮した熱可塑性樹脂繊維とを混綿し、
カード機に通してウェブ状とし、次いで熱カレンダーを
通して熱可輩性樹脂繊維の一部または全部を溶融して繊
維強化熱可塑性樹脂成形用材料を製造することにある。

本発明の補強繊維は、繊維強化樹脂に通常使用される例
えば、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊
維などの高強度、高弾性率の繊維を使用する。補強繊維
は１５〜７５１ｍに切断して使用するのが好ましい。こ
の範囲を外れた切断は、混綿時に綿状とならないばかり
か１５ｗ未満の切断では最終のＦＲＴＰの有効な機械的
特性を実現し得ない。また、補強繊維は使用前に洗浄す
るなどして容易に開繊、混綿するようにサイズ剤、油化
剤他を除去しておくことが望ましい。開繊、混純の不足
は、最終ＦＲＴＰの不均一をまねき、その有効な機械的
特性の実現をこばむ。

熱可塑性樹脂繊維には、熱可塑性樹脂を周知の溶融紡糸
あるいは溶液紡糸等により紡糸して使用する。用いる熱
可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポ
リエーテルイミド、ポリアミド、ポリイミド等が挙げら
れる。熱可輩性樹脂繊維はその繊維に適し、た方法で捲
縮をかけることが必要である。

捲縮の方法としては加熱・熱固定・解撚法、仮撚法、特
殊撚り法（特公昭３３−６６９９号）などの公知の方法
を採用できる。熱可塑性樹脂繊維は１５〜７５闘に切断
して使用するのが好ましい。使用前にサイズ剤、油剤を
洗浄するなどして除去し、繊維の開繊・混綿を容易にす
ることが好ましい。

補強繊維と捲縮した熱可塑性樹脂繊維の使用割合は、補
強繊維の重量含有割合が１０〜７０％となるようにする
ことが好ましい。成形用材料における補強繊維の含有率
はその最終複合材料の強度、弾性率を大きく左右するの
で、必要に応じて上記の範囲内で決定する。

次に、本発明の具体的な実施方法を記載する。

補強繊維と捲縮した熱可塑性樹脂繊維を容器の底部に回
転翼のある攪拌機を使用するなどして、開繊しながら混
綿して、綿状の補強繊維を捲縮した熱可塑性樹脂繊維の
混合物とする。この混合物を紡績用のカード機に通して
ウェブ状にする。これをそのまま、あるいは数枚積層し
て熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度の熱カレンダーロ
ールにかけ、一部あるいは全部を溶融して成形用材料と
する。このとき、表面をエンボス加工した熱カレンダー
ロールな使うことによって、使用したエンボスの凸部の
み溶融、固定した成形材料を得ることもできる。また捲
縮した熱可塑性樹脂よりも融点の低い樹脂から成る、一
般にバインダー繊維と呼ばれるウェブ状物と上記のウェ
ブ状物とを積層し、バインダー繊維の融点温度の熱カレ
ンダーを通すことによりて、捲縮した熱可塑性樹脂繊維
を溶融することなく一体化することもできる。このよう
にして得られた成形用材料はドレープ性が非常に優れ、
複雑な形状のＦＲＴＰを成形する場合でも型に良く沿う
。そのため成形が容易であるばかりか、均質なＦＲＴＰ
を成形することができる。

エンボスカレンダー　バインダー繊維を用いると上記の
ドレープ性はいっそう高まる。

この発明の成形用材料を使用したＦＲＴＰの成形はいか
なる方法であってもよいがたとえば次のようにして行う
。

加熱・冷却（水冷）ができる既存のホット・プレスを用
い、金型を用いて成形する。成形用材料は金型中で加圧
・加熱され、捲縮した熱可塑性樹脂繊維の溶融と補強繊
維への含浸が行なわれる。このときの加圧は５〜１５０
　ｋｇ７ｃｍ”程度であり、加熱は捲縮した熱可塑性樹
脂繊維の溶融点（軟化点）よりも１０〜１ｏｏ℃程度上
の温度が適当である。冷却は加圧したままで行い、金型
が室温に冷えるのを待ってＦＲＴＰを取り出す。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 補強繊維として、単糸数１２，０００本、目付０．８ノ
／ｍの炭素繊維（三菱レイヨン社製、パイロフィルＴ−
１）を５０ｍに切断したものを用意した。捲縮した熱可
塑性樹脂繊維としてはポリエーテルイミド繊維（ＧＥ社
製、Ｕｌｔｅｍｉｏｏｏ）を溶融紡糸したものを以下の
ような条件で捲縮して使用した。捲縮は仮撚により、２
００℃において１ｍ当り１５００回仮撚をかけ、６９ｍ
／分で捲き取った。最終のデニールは３００ｄ／４８本
であった。これを５０１１に切断し、使用した。これら
の繊維を使用に先立って９０℃の湯中で約２時間洗浄し
、油剤、サイズ剤を除去した。重量比で炭素繊維／ポリ
エーテルイミド繊維＝２０７８０の混合物を手作業によ
って混綿し、続いて紡績用カード機を通し、ウェブ状と
した。このウェブ状物の日付は４ｏｐ７．ｔであった。

これを５枚重ねて３８０℃の熱カレンダーロールを通し
、積層ウェブを得た。この積層ウェブ状物を切断し、１
００枚重し金型を用いて成形を行った。３７５℃に昇温
したのち、圧力を１５０　ｋｇ／ｃｒｒ１”にしそのま
ま５分間保持したのち、圧力を保ったまま降温し室温と
してから取り出した。得られたＦＲＴＰ板の繊維体積含
有率は１７％であった。この板厚は２」であった。試験
片（１２ｏ關Ｘ　１２．７ｎ）を切り出し、スパンを７
０１！ｘとして３点曲げ試験を行ったところ、曲げ強度
２６　ｋｇ／ｌａｘ”曲げ弾性率１．８　Ｘ　１０”　
ｋｇ７ａｘ”　であった。また断面を顕微鏡観察したと
ころ空孔はみられなかった。

〔効果〕

本発明は樹脂を繊維状として溶融前に混綿することによ
って、ホット・メルト法よりも含浸状態が良く、また、
パウダー法に（らべ目付の安定が容易で、懸濁液を洗浄
、乾燥することが不必要なので経済的であるばかりでな
く、上記のよ５な有効な機械的性質をもつ成形用材料を
製造することができる。また、不織布（ウェブ）のもつ
特性により複雑な曲面をもつＦＲＴＰを成形することが
できろ成形用材料を提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、短繊維状の補強繊維と短繊維状の捲縮した熱可塑性
   樹脂繊維とを混綿し、カード機に通してウェブ状とし、
   次いで熱カレンダーを通して熱可塑性樹脂繊維の一部ま
   たは全部を溶融することを特徴とする繊維強化熱可塑性
   樹脂成形用材料の製法。