JPH0359038A - 熱可塑性複合材料前駆体およびその製造方法 - 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） 本発明は連続ガラス繊維と熱可塑性連続繊維とを混繊し
た熱可塑性複合材料前駆体の製造方法および、混繊され
た熱可塑性複合材料前駆体に関するものである。

（従来の技術） 従来、熱可塑性複合材料前駆体を得るためには、補強繊
維間に熱可塑性樹脂マ）　ＩＪソックス溶融させて含浸
する方法が知られているが、このように含浸した熱可塑
性複合材料前駆体のテープは極めて剛く、複雑な形状の
モールドに沿わして湾曲成形をすることが困難であった
。そこで、上記欠点を解決するために、熱可塑性連続繊
維を連続補強繊維の周囲に巻き付ける方法が、英国特許
ＧＢ２１０５２４７、特開昭８０−５８６４５などに開
示されている。しかしながら、この方法で得られた熱可
塑性複合材料前駆体を成形加工し、熱可塑性繊維を溶融
させ、補強繊維間に熱可塑性樹脂マトリックスを十分含
浸させるには１．十分な時間と十分な圧力を要し、成形
のサイクルタイムが長くなり、しいてはコスト高となる
。そのため、この問題を解決するため熱可塑性連続繊維
と補強繊維を混繊し、熱可塑性複合材料前駆体を得る方
法が特開昭８０−２０９０３３、特開昭６０−２０９０
３４、特開昭８２−１３５５３７、特開昭６３−１５４
７４５に開示されている。

（発明が解決しよろとする課題） 上記、特開昭ｆ３０−２０９０３３、特開昭８０−２０
９０３４には連続補強繊維と熱可塑性連続繊維を混繊す
る方法として、ガス混合手段、ロッドを用いる方法が開
示されている。また、特開昭ｆ３２−１３５５３７には
エアーノズルを用いる方法が開示されている。しかし、
いずれの方法においても一度巻き取った補強繊維および
熱可塑性繊維を再度解舒し混繊している。このような場
合には、補強繊維および熱可塑性繊維が収束しており、
上記方法で混繊を行っても、高い混繊度の熱可塑性複合
材料前駆体を得るのは非常に困難である。このことは、
すなわち、成形後の成形品中の補強繊維間への熱可塑性
樹脂マトリックスの含浸性に劣る。また、熱可塑性樹脂
を十分含浸させるには十分な時間、十分な圧力で成形す
ることが必要となる。一方、熱可塑性複合材料前駆体中
の補強繊維の含有率を高めた場合、熱可塑性繊維を十分
に補強繊維間に均一分散させなければ、成形品中での補
強繊維に偏りが生じ、また、補強繊維が熱可塑性樹脂マ
）　ＩＪソックスよって十分濡れず、物性が著しく低下
する。上記の方法では、このような補強繊維の含有率が
高い場合、均一に熱可塑性繊維を分散させ、混繊するの
は非常に困難である。

（課題を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、鋭意研究した結果、本発明
に至った。即ち、本発明は、１、連続ガラス繊維と熱可
塑性連続繊維とを混繊した熱可塑性複合材料前駆体にお
いて、該前駆体中の連続ガラス繊維の含有量が３０〜９
０重量％であり、該前駆体の混繊度が５０％以上である
ことを特徴とする熱可塑性複合材料前駆体および２　連
続ガラス繊維と熱可塑性連続繊維を含有する熱可塑性複
合材料前駆体を製造する方法において、前記熱可塑性連
続繊維の紡糸工程における該繊維の未収束繊維束に、前
記連続ガラス繊維の未収束繊維束を重ね合わせ、必要に
より絡合付与装置内を通過させ、前記両繊維の混繊繊維
束を得、次いで前記熱可塑性連続繊維の融点よりも５０
″Ｃ以上低い温度で熱処理することを特徴とする熱可塑
性複合材料前駆体の製造方法である。

以下に本発明の詳細な説明する。本発明に用いられる熱
可塑性連続繊維としては、ポリオレフィン、ビニル系ポ
リマー　ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサ
ルファイド、ポリエーテルケトン、ポリ・エーテル・エ
ーテル・ケトンなどがあげらるが、溶融紡糸できる熱可
塑性高分子物質であればいずれでもよい。通常この熱可
塑性高分子物質を融点以上の温度で溶融し、ノズルより
押し出して紡糸し、冷却し、オイリングローラ−などで
油剤などの処理剤を付与し巻き取るのである。本発明で
は、この油剤などの処理剤を付与する　前、または後の
位置へ連続ガラス繊維を重ね合わせる。この状態では、
熱可塑性連続繊維はほとんど収束しておらず、単糸段階
に容易に分離し連続ガラス繊維と均一に混合することが
可能である。本発明に用いられる連続ガラス繊維は、無
撚のものならいずれでもよい。特に望ましくは、ガラス
を溶融しブッシングより押し出し、冷却固化し、収束剤
の付与されていない状態の連続ガラス繊　維を、溶融糸
中（紡糸直後でオイリングローラ−により油剤が付与さ
れたのみの状態）の熱可塑性連続繊維に重ね合わせ巻き
取るのがよい。このとき固化した連続ガラス繊維に熱可
塑性樹脂マトリックスとの接着を高める処理剤を付与す
るのが望ましい。このように、ガラス繊維を紡糸し、同
時に熱可塑性繊維をも紡糸し、紡糸中に両繊維を重ね合
わせることにより、両繊維が単糸段階に分離し、均一に
混合することが可能である。このような場合、紡糸速度
はガラス繊維に合わせて、２０００ｍ／分ぐ、らいで行
うのがよい。しかし、このような速度では、熱可塑性連
続繊維の熱収縮率が大きく、加熱成形時に形態を乱すこ
とになる。そこで、巻き取った後で熱処理し、熱収縮率
を小さクシ、同時に乾燥を行う。また、連続ガラス繊維
としては１、通常の処理をされた市販のロービングなど
も使用可能であるが、この場合、ロービングを横取り解
舒し、撚が入らないようにし、重ね合わせる前にガラス
繊維をエアーノズル、溝付きローラー、静電気などで開
繊し、より均一に混合できるようにするのが望ましい。

また、ロービングではなく、ガラス繊維を紡糸後巻き取
らず、処理剤を付与してから缶に振り落とした物でもよ
い。この場合も上記のような開繊方法を用いるのがよい
。重ね合わせる前、または後に付与する油剤などの処理
剤は、静電気防止剤や、滑剤なと巻き取りを可能にする
ようなものである。さらに、ガラス繊維と熱可塑性樹脂
マトリックスとの接着を高める処理剤を含んでいてもよ
い。このような混繊方法に」れば、ガラス繊維含有率を
高めても混繊度を高くできる。本発明で用いる混繊度と
は以下の式で求められる。

これは、混繊された熱可塑性複合材料前駆体の断面を顕
微鏡下で写真に撮影し評価するものである。連続ガラス
繊維の含有率を３０〜９０重量％特に５０重量％以上の
場合、通常の方法では均一に混繊できない。

本発明では、連続ガラス繊維含有率が３０〜９０重量％
、特に望ましくは５０〜７０重量％であっても、混繊度
が５０％以上であるので成形品の物性はなんら悪影響を
受けない。このような熱可塑性複合材料前駆体を得るに
は、上記の発明の方法が最も好ましいが、繊維加工に用
いられるエアーノズルによる方法でも、混繊度５０％以
上を達成可能なら用いることができる。

本発明の混繊方法は、熱可塑性連続繊維を紡糸後、巻き
取る前に連続ガラス繊維を重ね、−緒に巻き取ることに
よって混繊が進み、かつ高い混繊度を有する熱可塑性複
合材料前駆体を得ることが可能である。本発明の極めて
有効な実施例としては、第１図に示すように、熱可塑性
連続繊維７を紡糸ノズルｅより溶融紡糸し、それと同時
に連続ガラス繊維２をブッシング１より溶融紡糸する。

連続ガラス繊維２が冷却固化した後に、接着性を高める
処理剤、すなわちカップリング剤とその他添加剤を、処
理剤付与ローラ３で付与する。−方、静電気防止剤、滑
剤等の油剤をオイリングローラ−８もしくはオイリング
ローラ−９によって付与する。重ね合わせローラー４で
、熱可塑性連続繊維７、連続ガラス繊維２を重ね合わせ
、巻き取り機５で巻き取る。このように、両繊維を巻き
取る前に重ね合わせることにより、各々の繊維が収束し
ておらず、単糸段階に分離し、均一に混繊され、高い混
繊度の熱可塑性複合材料前駆体が得られるのである。特
にガラス繊維含有率が高い場合には有効であり、熱可塑
性連続繊維が均一に分散、混繊され５０％以上の高混繊
度の熱可塑性複合材料前駆体が得られる。必要に応じ、
インターレースなどの絡合付与装置を用い混繊度を高く
することも有効である。一方、速度は、通常のガラス繊
維の紡糸速度、すなわち１０００　ｍ　／　ｍｌｎ〜３
０００ｍ／−ｉ−に合わせると良い。しかし、このよう
な速度では熱可塑性連続繊維が、未延伸糸とＰＯＹの中
間程度の比較的高い熱収縮率を有し、成形時の温度で収
縮を起こし、成形品に悪影響を及ぼす。そこで巻き取っ
た後に熱可塑性連続繊維の融点より５０℃以上低い温度
で１０時間以上熱処理をする。これは同時に、熱可塑性
複合材料前駆体に付与された、処理剤、油剤等の水分を
乾燥させることも兼ねている。本発明の別の有効な実施
例としては、第２図に示すように、熱可塑性連続繊維１
１を紡糸ノズル１０より溶融紡糸し、方、連続ガラス繊
維１２として紡糸後、通常の市販品と同じ処理を施し、
巻き取らずに、缶１３に振り落とした物を用いる。これ
を取り出し開繊用エアーノズル１４、もしくは溝付きロ
ーラ１５、さらには静電気開繊装置等で均一にガラス繊
維１２を広げる。これを重ね合わせローラ１Ｂで熱可塑
性連続繊ｍ、１１と重ね合わせる。この謀オイリングロ
ーラーエフもしくは１８で巻き取り、さらに、操業性向
上のための油剤を付与する。その後、巻き取り機１８で
巻き取り、熱処理を行う。この場合、ガラス繊維１２は
缶１３に振り落とした物でもよく、ロービングでもよい
。しかしロービングの場合は撚が入らないように横取り
解舒する必要がある。このように熱可塑性連続繊維を紡
糸して巻き取る前に連続ガラス繊維を重ね合わせること
で、熱可塑性連続繊維が均一に分散し高混繊度の熱可塑
性複合材料前駆体が得られる。

また、ガラス繊維含有率が高い場合には特に有効であり
、熱可塑性連続繊維が均一に分散混繊され、５０％以上
の高混繊度の熱可塑性複合材料前駆体が得られる。一方
、本発明の連続ガラス繊維含有率３０〜９０重量％、望
ましく重量５０〜７０％且つ、混繊度６０％以上の熱可
塑性複合材料前駆体は、高ガラス繊維含有率でありなが
ら、成形後の熱可塑性樹脂マトリックスの含浸性に優れ
、曲げ、引張、衝撃等の物性にも優れるのである。通常
、これほど高いガラス繊維含有率では、熱可塑性樹脂マ
トリックス不足となり、熱可塑性樹脂マトリックスの偏
りや、ガラス繊維の偏りが生じ、物性に悪影響を及ぼす
が、本発明の混繊度５０％以上を達成することにより、
高いガラス繊維含有率でも熱可塑性樹脂マトリックスの
偏りや、ガラス繊維の偏りを生じず、物性の面で非常に
優れる。

（実施例） 第１図に示すように、連続ガラス繊維１を４００ホール
のブッシング２より溶融押し出し、紡糸し、処理剤付与
ローラ３でア主ノシラン系のシランカップリング剤とエ
ポキシ系の接着助剤を付与し、一方ポリエチレンテレフ
タレートを４８×３ホールのノズル６より溶融紡糸し、
オイリングローラ−３で静電気防止剤を付与した。紡糸
したガラス繊維２とポリエチレンテレフタレート繊維７
を、重ね合わせローラー４で重ね合わせ、２０００ｍ／
−の速度で巻き数機５に巻き取った。巻き取った後、１
８０℃の温度で１５時間乾燥熱処理を行った。この混繊
された熱可塑性複合材料前駆体のガラス繊維は、単糸径
１３μ、約１８０Ｔｘでアリ、ポリエチレンテレフタレ
ート繊維は、４．８ｄ／ｆ、６９１．２ｄであり、ガラ
ス繊維含有率は、約７０重量％であった。この熱可塑性
複合材料前駆体の断面を顕微鏡下で写真に撮影し、混繊
度を求めたところ７５％であった。この熱可塑性複合材
料前駆体を糸密度、経１４本／　ｉ　ｎ　％緯１６本／
ｉ　ｎ１目付は約３００　ｇ／＋／の平織物にした。こ
の平織物を１００１角に切り出し、２０枚積層し、２θ
Ｏ″Ｃの１０　ｃｍ角の金型内で１分間、３０　ｋｇ／
　Ｃ１１の圧力でプレス成形した。得られた熱可塑性複
合材料は、厚さ３ｍ■であった。これを１５ｍｍ幅に切
り出し、ＪＩＳ　　Ｋ７０５５に従って曲げ試験を行っ
たところ、曲げ強度’７８　ｋｇ　ｆ　／ｄ１曲げ弾性
率５８００　ｋｇ　ｆ　／−であった。

この試験片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ
、ガラス繊維が均一に分散しており、どのガラス繊維も
ポリエチレンテレフタレート樹脂で含浸されていた。

比較例 実施例と同じブッシング、ノズルを用いて、ガラス繊維
とポリエチレンテレフタレート繊維を紡糸し、別々に巻
き取った。各々、実施例と同じ処理剤、油剤を付与した
。これを別ラインでインターレーサーを用いて混繊を行
った。速度は８０ｍ／ｌｌｂ＋で行った。実施例と同様
に混繊度を求めたところ、４２％であった。この混繊さ
れた熱可塑性複合材料前駆体を実施例と同じ平織物にし
、プレス成形し、熱可塑性複合材料を得た。実施例と同
様にＪＩＳ　　Ｋ７０５５に従って曲げ試験を行った。

曲げ強度４８　ｋｇ　ｆ　／　ｄ　、曲げ弾性率２３０
０ｋｇ　ｆ　／−であった。この試験片の断面を走査型
電子顕微鏡で観察したところ、ガラス繊維が部分的に固
まっており、一方、ポリエチレンテレフタレートも部分
的に固まっていて、ポリエチレンテレフタレートで含浸
されていないガラス繊維が多く見られた。

（発明の効果） 本願発明の熱可塑性複合材料前駆体の製造方法によれば
、連続ガラス繊維と熱可塑性連続繊維との混繊を連続ガ
ラス繊維の高含有率においても非常に混繊度にすること
ができ、この前駆体を用いて得られた熱可塑性複合材料
の成形品は、熱可塑性樹脂マトリックスの偏りやガラス
繊維の偏りがないため、強度、外観等に欠点のない優れ
た特性の成形品とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の熱可塑性複合材料前駆体
の製造方法の例を示す概略図である。 １・・連続ガラス繊維、　　　２・・ブッシング。 ３・・処理剤付与ローラー ４・・重ね合わせローラー ５・・巻き取り機、　　　　　６・・紡糸ノズル。 ７　・・熱可塑性連続繊維（ｇｖＩｆし：／ｌし７ル−
ト）。 ８・・オイリングローラ−５８・・オイリングローラ−
１０・・紡糸ノズル（熱可塑性繊維用）。 １１・・熱可塑性連続繊維、１２・・連続ガラス繊維。 １３・・缶、　　　　　　　　１４・・開繊エアーノズ
ル。 １５・・開繊ローラー、　　　１６・・重ね合わせロー
ラー１７・・オイリングローラ− １８・・オイリングローラ− １９・・巻取り機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続ガラス繊維と熱可塑性連続繊維とを混繊した熱
   可塑性複合材料前駆体において、該前駆体中の連続ガラ
   ス繊維の含有量が３０〜９０重量％であり、該前駆体の
   混繊度が５０％以上であることを特徴とする熱可塑性複
   合材料前駆体。 ２、連続ガラス繊維と熱可塑性連続繊維を含有する熱可
   塑性複合材料前駆体を製造する方法において、前記熱可
   塑性連続繊維の紡糸工程における該繊維の未収束繊維束
   に、前記連続繊維の未収束繊維束を重ね合わせ、必要に
   より絡合付与装置内を通過させ、前記両繊維の混繊繊維
   束を得、次いで前記熱可塑性連続繊維の融点よりも５０
   ℃以上低い温度で熱処理することを特徴とする熱可塑性
   複合材料前駆体の製造方法。