JPH04115907A - 繊維強化シート材料の製法 - 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、スタンピング成形用等に好適な熱可塑性合成
樹脂および無機繊維よりなるシート材料の製法に関し、
詳しくは、熱可塑性合成樹脂粉体１００重量部、長さ　
２＃以上で不連続の無機繊維束２〜３００重量部および
粘度が１０〜１００，０００センチポイズの粘稠性液体
０．５〜２０重量部をほぼ均一に混合撹拌し、得られた
混合物を該熱可塑性合成樹脂の融点または軟化点以上の
温度で加圧下、加熱することを特徴とする繊維強化シー
ト材料の製法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ガラス繊維や炭素繊維等の無機繊維強化熱可塑性
合成樹脂シートの製法には下記のような方法がある。

（Ａ）切断した無機繊維束を熱可塑性合成樹脂と混練し
、押出機等を用いてシートに成形する方法。

（Ｂ）無機繊維束の織布等に、その開口部を通して溶融
した２枚の熱可塑性合成樹脂シートを貼り合わせる方法
。

（Ｃ）無機繊維束の不繊布（例えばコンティニュアスス
トランドマットやスワールマット等）に溶融した熱可塑
性合成樹脂を含浸させる方法。

しかし、上記の従来の技術には各々次のような欠点があ
る。（Ａ）法は混練およびシート成形工程で無機繊維の
破壊が起こり高強度のシートが得られ難い。例えば、６
＃の長さのガラスチョツプドストランドを熱可塑性合成
樹脂と混練し、押出機で成形したシートは、ガラス繊維
の長さか殆ど１ｍｍ以下に切断されてしまう。（Ｂ）法
には通常の無機繊維不織布では熱可塑性合成樹脂の含浸
が困難であるので、目抜き平織りクロスのような織り密
度の低いクロスが必要となる。このようなりロスは高価
であるばかりでなく、熱可塑性合成樹脂に対する無機繊
維の使用量が低く抑えられるので強度の高いシートが得
られ難い。（Ｃ）法は含浸工程か（Ｂ）法より容易であ
るが、表面の平滑なシートか得られにくい。また、得ら
れたシートをスタンピング成形等の手段で最終製品に賦
形する場合（このような用途に使用されるシートをスタ
ンパブルシートと言う）、無機繊維が移動しにくいので
、リブやボス等を有する製品には不適当である。

本発明者らは、既に従来技術における上記の欠点を解消
したシートの製法を提案している（特公平１−１１２２
９号公報）。同公報に記載されている発明は、粒径か１
ｍｍ以下の熱可塑性合成樹脂粉体１００重量部を、繊維
長２〜５０ｍの不連続なガラス繊維５〜３００重量部と
開繊しながら混合撹拌するか、もしくは開繊されたガラ
ス繊維と混合撹拌し、均一に分散せしめてなる綿状体マ
ットを、該熱可塑性合成樹脂の融点または軟化点以上の
温度に加熱しながら、あるいは加熱後に、マット中の気
体（空気）が存在しなくなるまで加圧することを特徴と
する平滑なガラス繊維補強熱可塑性合成樹脂シートの製
法に関するものである。なお、ここて使用される「開繊
」とは、無機単繊維か数十水ないし数百本集束結合され
た繊維束、すなわちストランドあるいはこれに撚りをか
けて、所定本数を合撚したヤーン等に外力をかけて解き
ほくす操作をいう。

上記発明の方法は表面が平滑で機械的強度か優れている
シートを安価に提供するものであり、得られたシートを
スタンピング成形するような場合、無機繊維か不連続で
あるためリブやボスの中に繊維が十分に流入し強度の強
い成形品が得られる等の多くの利点を有している。しか
し、この方法は無機繊維束が開繊されているため熱可塑
性合成樹脂との混合物（綿状体マット）は嵩高い（見掛
密度が低い）こと、両者が静電気的引力により付着混合
されているのみであるので熱可塑性合成樹脂粉体が分離
飛散しやすく、また粉体の粒径も　１厘以下では自重で
沈降しやすいこと等の生産時の取扱上に課題を残してい
た。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来技術に付帯する上記の欠点を総合的に解
決した繊維強化シート材料の製法、すなわち外観、機械
的強度に優れ、成形性の良いシート材料を生産性良く安
価に製造する方法を提供することを目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、熱可塑性合成樹脂粉体１００重量部、長さ　
２ｍｍ以上で不連続の無機繊維束２〜３００重量部およ
び粘度が１０〜１００，０００センチポイズの粘稠性液
体０．５〜２０重量部をほぼ均一に混合撹拌し、得られ
た混合物を該熱可塑性合成樹脂の融点または軟化点以上
の温度で加圧下、加熱することを特徴とする繊維強化シ
ート材料の製法である。

本発明に使用する無機繊維の代表的なものはガラス繊維
および炭素繊維である。これらは単繊維を数十水ないし
数百本引き揃え、集束剤で束ねたストランドおよびこれ
を数本ないし数十水纏めて巻取ったロービングが使用さ
れる。これらは所定の長さに切断しながら使用するか、
ストランドが所定の長さに切断された市販のチョツプド
ストランドを使用する。

本発明では無機繊維の分散度合を上げ表面品質や機械的
物性を向上させるため、無機繊維束の一部または大部分
を開繊した状態で使用することか好ましい。このために
は集束剤の量をコントロールした無機繊維束を使用する
ことか好ましい。また、該無機繊維と熱可塑性合成樹脂
との親和性を増し物性を向上させるために、表面処理（
例えばガラス繊維の場合はシラン系のカップリング剤等
）を施したものが好ましい。

本発明で使用する無機繊維はその長さが少なくとも２ｍ
以上が必要で、好ましくは３＃以上である。長さ　２Ｉ
ｒｎ未満の無機繊維を使用すると、それを熱可塑性合成
樹脂と混練して押出機で成形して得られる従来のシート
と同程度の強度のものしか得られない。長さの上限につ
いては明確な限度はないか、５０ｍを超えても特に強度
が増大するものでもなく、１００＃以上にもなると逆に
分散不良を起こすことがある。

本発明に使用される熱可塑性合成樹脂は特に限定はなく
、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエス
テル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹
脂、ポリアクリルエステル系樹脂、ポリカーボネート系
樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレンオキサイド
系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリケト
ン系樹脂、ポリイミド系樹脂等、およびこれら複数種を
組み合わせたポリマーブレンドやアロイ等か使用される
。

なお、本発明において好適に使用されるポリオレフィン
系樹脂には、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポ
リエチレン、ポリブテン−１、ポリメチルペンテン−１
等か挙げられる。また、ＰＰにはエチレンやその他のバ
イアーオレフィンとの共重合体、またポリエチレンには
プロピレンやその他のバイアーオレフィンおよび酢酸ビ
ニルやアクリル酸エステルのような有極性モノマーとの
共重合体等も含まれる。

これら熱可塑性合成樹脂は無機繊維との結合力を高める
ために、化学的に変性して使用することもできる。また
、曲げ弾性率のような機械的強度を更に向上させるため
に、タルクや炭酸カルシウム等の無機粉体を予め熱可塑
性合成樹脂粉体に配合しておくか、無機繊維束と混合す
る際に添加することも可能である。当然ながら、この製
法により得られた製品が使用される際に要求される各種
の性能を確保するために、酸化防止剤、耐候剤、帯電防
止剤、滑剤、可塑剤、難燃剤等の各種添加剤も予め熱可
塑性合成樹脂粉体に配合しておくか、無機繊維束と混合
する際に添加することも可能である。

本発明で使用する熱可塑性合成樹脂粉体の平均粒径は、
好ましくは２ｍ以下、更に好ましくは１．５ｍ以下であ
る。粒径が２＃超では、粘稠性液体を使用しても粉体は
その自重で沈降し均一な混合物が得られない場合がある
。この合成樹脂粉体には、一般のベレット状、ビーズ状
製品あるいは成形品の粉砕物を使用してもよいが、熱可
塑性合成樹脂の製造工程中で得られる粉末を使用するこ
とが経済性の点で最も有利である。なお、平均粒径はＪ
ＩＳ篩により粒径分布を測定し、その中位径をもって表
示する。

本発明で使用する粘稠性液体は、その粘度が１０〜１０
０，０００センチポイズ、好ましくは５０〜１，０００
センチポイズのものか使用される。粘度か１０センチポ
イズ未満であると混合物の嵩が高く、また粉体が飛散し
やすくなりシートの製造工程上支障を来す。１，０００
センチポイズを超えると流動性が悪くなるので、有機溶
剤で希釈して使用しなければならない場合がある。また
、１００，０００センチポイズを超えると無機繊維と熱
可塑性合成樹脂粉体がべとついて均一な混合物が得られ
ない。このような粘稠性液体を例示すると、液状ポリブ
テン、液状ポリブタジェン、ポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール、液状エチレン・プロピレン
ゴム、その他フタル酸誘導体で代表される可塑剤、ホス
ファイト系やフェノール系化合物で代表される安定剤、
鉱油系、合成系および植物系オイル、またポリアクリル
酸ソーダやポリアクリルアミド等の水溶性樹脂の水溶液
、シリカゾル等が挙げられる。前記のように、粘稠性液
体に対し粘度を調整するために、有機溶剤や水で希釈し
て使用することも可能である。この場合、シートにする
ために加圧下、加熱する際あるいはその前に溶剤や水を
蒸発させておく必要かある。

本発明に使用される無機繊維の量は熱可塑性合成樹脂１
００重量部に対し、２〜３００重量部、好ましくは１０
〜２００重量部である。この量か２重量部未満では無機
繊維による補強効果がほとんど認められず、３００重量
部を超えると無機繊維の隙間を熱可塑性合成樹脂で完全
に埋めた強度、外観の良好なシートが得られない。

本発明に使用される粘稠性液体の量は熱可塑性合成樹脂
１００重量部に対し、０．５〜２０重量部、好ましくは
１〜１０重量部である。この量か０．５重量部未満では
混合物の嵩が高くなり、また粉体か飛散しやすくなるた
め加圧下の加熱工程で支障を来たす。一方、２０重量部
を超えると機械的強度が低下し繊維強化シートとしての
特徴が損なわれる。

次に、本発明の製法について記載する。無機繊維束とし
て、例えばガラス繊維のチョツプドストランド、熱可塑
性合成樹脂、例えばＰＰの粉体、およびポリブテンのよ
うな粘稠性液体を混合機の中で撹拌混合する。この際、
無機繊維束は撹拌力により一部または大部分か開繊する
ことが好ましい。開繊か不十分であると無機繊維と熱可
塑性合成樹脂の分散が均一にならず、また得られたシー
トの表面か粗くなり商品価値を低下させることかある。

本発明では、リボン型ブレンダーや揺動型ミキサー等も
使用されるが、最も好ましい混合機は容器の底部に回転
翼のある混合機である。この形式の混合機としてはヘン
シェルミキサー（商品名；三井三池製作所製）やスーパ
ーミキサー（商品名：周円製作所製）等が知られている
。この混合機を用いると無機繊維束の開繊が容易で数十
秒ないし数分で混合物を得ることができる。

本発明で上記した３種の材料を混合機の中に投入する順
序は、これら全てを一括投入して撹拌してもよいが、ま
ず無機繊維束と熱可塑性合成樹脂の粉体を投入し、撹拌
しなから粘稠性液体を徐々に滴下したほうが均一な混合
物か得られる。

次に、得られた混合物をマット状に成形後、加圧下、加
熱してシートにする。回分式の場合は加熱プレス機を用
いればよいが、連続式で生産性を高めるには、まず混合
物を打綿機のようなフリースフォーマ−で連続したマッ
トに成形した後、ダブルベルトプレス等の連続加圧機で
加圧しつつ加熱する。加熱する温度は熱可塑性合成樹脂
の融点または軟化点以上であることが必要である。加圧
する際、混合物中の空気が追い出されて、強度の優れた
シートになるのに充分な圧力および時間をかける必要が
ある。

［発明の効果］ 本発明で得られたシートは、繊維長の長い無機繊維が熱
可塑性合成樹脂の中に均一に分散されているので機械的
強度および剛性が高く、開繊度合をコントロールするこ
とにより表面品質の優れたものとなるので繊維強化シー
ト材料として好ましい特性を有している。従って、この
シートをそのまま板材として使用することもできるが、
適度の長さの不連続繊維がランダムに分散している構造
を持っているため、加熱溶融すれば流動することが可能
であり、プレス機を用いて各種の形状に賦形する、いわ
ゆるスタンパブルシートとして好適に使用できる。

本発明の方法によれば、混合物を得る際に粘稠性液体を
使用するため、熱可塑性合成樹脂の粉体として粘稠性液
体を使用しない時より、粒径の大きい粉体が使用できそ
の適用範囲が拡大されるほか、混合時の粉体の飛散か少
なく、また得られた混合物の嵩が低いので、その後の取
扱が容易になる等の生産性が大幅に改善できる。

［実施例コ 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ここ
で使用した素材は以下の通りである。

く熱可塑性合成樹脂〉 ＰＰ−１・・・ポリプロピレン、日本石油化学社製、８
石ポリプロＪ　　１８０Ｐ、　ＰＰ製造工程で直接得ら
れた粉体、平均粒径０．６ａｍ ＰＰ−２・・・ポリプロピレン、日本石油化学社製、８
石ポリプロＪ　　１８０Ｇ　（ベレット）、ＰＰペレッ
トを機械粉砕した粉体、平均粒径１．２ｍｍＨＤＰＥ・
・・高密度ポリエチレン、日本石油化学社製、日石スタ
フレンＥ７９２Ｊ、高密度ポリエチレン製造工程で得ら
れた粉体、平均粒径ｏ、２ＩｎＩｎく無機繊維束〉 ＧＦ−１・・・富士ファイバーグラス社製、ＦＥＳ−１
３−１２５０、長さ１３＃のガラス繊維チョツプドスト
ランド ＧＦ−２・・・富士ファイバーグラス社製、ＦＥＳ６−
１２５０、長さ　６ＩｎＩｎのガラス繊維チョツプドス
トランド 〈粘稠性液体〉 ＰＢ−１・・・液状ポリブテン、日本石油化学社製、８
石ポリブテンＬＶ−１００、粘度１７０センチポイズ ＰＢ−２・・・液状ポリブテン、日本石油化学社製、白
石ポリブテンＨＶ−３００．粘度２５，０００センチポ
イズ、１００重量部にｎ−ヘキサン８０重量部で希釈し
た溶液 ＬＰＢ・・液状ポリブタジェン、日本石油化学社製、８
石ポリブタジェンＢ−７００、粘度３００センチポイズ 実施例ｌ ＰＰ−１を１００重量部およびＧＦ−１を６７重量部使
用し、混合機（容量２０）のスーパーミキサー周円製作
所製）に投入し、毎分１，３００回転で２分間撹拌しな
がらＰＢ−１を３重量部徐々に滴下した。得られた混合
物はＧＦ−１か大部分が開繊され分散状態も良好であっ
た。

次に、長辺２５０＃、短辺１５０＃、厚さ　３，５＃の
鉄製型枠に前記混合物１３５ｇをほぼ同じマット状に積
み上げ、その上下を２枚の押え鉄板で蓋をした。それを
１００トンの油圧プレスに挿入し　２２０℃で５分間予
熱した後、２２０℃で５分間、１０（Ｕ９／ｃｉの圧力
て加圧し、次いでこれを別の油圧プレートに移して３５
℃、　１００Ｋｇ／ｃｄで５分間冷却した。

得られたシートはガラス繊維か均一に分散し表面光沢か
良かった。このシート物性値を第１表に示す。

比較例Ｉ ＰＢ−１を滴下しないこと以外は、実施例１と同じ方法
でシートを製造した。実施例１より混合物の嵩が高いた
め、プレスする際に型枠がらの材料のはみ出しか多く、
気泡が多く表面光沢の劣るシートか得られた。このシー
トの物性値を第１表にボす。

実施例２ ｐｐ−２を１００重量部、ＣＦ−１を６７重量部および
ＰＢ−１を４重量部使用し、実施例１と同じ方法でシー
トを製造した。得られたシートの外観は良好であった。

このシートの物性値を第１表に示す。

比較例２ ＰＢ−１を滴下しないこと以外は、実施例２と同じ方法
でシートを製造した。混合物の取扱い時に、実施例２よ
りＰＰ粉体の飛散が激しく外観の良好なシートが得られ
なかった。このシートの物性値を第１表に示す。

実施例３ ＰＰ−１を１００重量部、ＧＦ−２を２０重量部および
ＰＢ−２を５重量部使用し、実施例１と同じ方法でシー
トを製造した。但し、混合物をプレスする前に、ｎ−へ
キサンを蒸発させるために　１時間常温で放置した。得
られたシートの外観は良好であった。このシートの物性
値を第１表に示す。

実施例４ ＰＰ−２を１００重量部、ＧＦ−１を１００重量部およ
びＰＢ−１を１０重量部使用し、実施例１と同じ方法で
シートを製造した。得られたシートの外観は良好であっ
た。このシートの物性値を第１表に示す。

実施例５ ＰＰ−１を１００重量部、ＧＦ−１を６７重量部および
ＬＰＢを３重量部使用し、実施例１と同じ方法でシート
を製造した。得られたシートの外観は良好であった。こ
のシートの物性値を第１表に示す。

実施例６ ＨＤＰＥを１００重量部、ＧＦ−２を１００重量部およ
びＰＢ−１を３重量部使用し、実施例１と同じ方法でシ
ートを製造した。得られたシートの外観は良好であった
。このシートの物性値を第１表に示す。

なお、第１表に示される物性値の評価は、引張降伏強さ
およびアイゾツト衝撃値について行ない、引張降伏強さ
はＡＳＴＭ　　Ｄ−６３８に準拠して行ない、またアイ
ゾツト衝撃値（ノツチ付）はＡＳＴＭ　　Ｄ−２５６に
準拠して行なった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性合成樹脂粉体１００重量部、長さ２ｍｍ以
   上で不連続の無機繊維束２〜３００重量部および粘度が
   １０〜１００，０００センチポイズの粘稠性液体０．５
   〜２０重量部をほぼ均一に混合し、得られる混合物を該
   熱可塑性合成樹脂の融点または軟化点以上の温度で加圧
   下、加熱することを特徴とする繊維強化シート材料の製
   法。 ２、熱可塑性合成樹脂粉体１００重量部、長さ２ｍｍ以
   上で不連続の無機繊維束２〜３００重量部および粘度が
   １０〜１００，０００センチポイズの粘稠性液体０．５
   〜２０重量部を底部に回転翼を有する容器内で撹拌し、
   得られる混合物を該熱可塑性合成樹脂の融点または軟化
   点以上の温度で加圧下、加熱することを特徴とする繊維
   強化シート材料の製法。 ３、熱可塑性合成樹脂粉体１００重量部、長さ２ｍｍ以
   上で不連続の無機繊維束２〜３００重量部および粘度が
   １０〜１００，０００センチポイズの粘稠性液体０．５
   〜２０重量部を該無機繊維束の一部または大部分が開繊
   するまで撹拌することを特徴とする請求項１または２に
   記載の繊維強化シート材料の製法。