JPH04133704A - 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一体化され
た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、多数の連続
するモノフィラメントより構成される強化繊維束を、カ
ッターロールで所望長さに切断し、これを熱可塑性樹脂
粉体と混合し、この混合物をコンベアベルト上に集積し
、この集積物を加熱加圧して熱可塑性樹脂を溶融させる
とともに、その樹脂を強化繊維間に含浸させ、樹脂と繊
維とが一体化したシートとする方法が知られている（例
えば、特開昭５８−１３１０２８号公報及び特開昭６２
−２１２１１０号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような従来方法にあっては、予め所望長
さに切断された強化繊維束と熱可塑性樹脂とを混合する
ため、強化繊維束のモノフィラメント間に熱可塑性樹脂
を均−且つ充分に含浸させることは容易でない。

そこで、本発明者は、多数の連続するモノフィラメント
より構成される強化繊維束を、流動化された熱可塑性樹
脂粉体の中を通過させることにより、繊維束に樹脂粉体
を付着させると、強化繊維束のモノフィラメント間に上
記樹脂粉体を均−且つ充分に含浸させることができるこ
とを見出した。

この場合、熱可塑性樹脂粉体が付着した強化繊維束を、
従来のカッターロールで所望長さに切断するが、繊維に
樹脂粉体が付着しているとカッターロールの刃に樹脂や
繊維が付着して詰まり、繊維束を長時間にわたり連続的
に円滑に切断できなくなることがわかった。

カッターロールの刃に詰まった樹脂や繊維をブラシで除
去すると、ブラシに繊維が絡み綿状の塊となってこれが
切断された繊維束に混入して、品質が低下する。また、
カッターロールの刃部に空気などの気体を集中的に吹き
付けて刃に詰まった樹脂や繊維を除去すると、カッター
ロールの表面に不均一な気渣が生じ、これが切断された
繊維束の集積物に悪影響を及ぼして、樹脂と繊維との分
布が不均一となり、得られるシートの物性のばらつきが
大きくなるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するもので、その目的と
するところは、強化繊維がモノフィラメント単位で分散
し、且つ強化繊維のモノフィラメント間にまで樹脂が充
分に含浸し、しかも樹脂と繊維との分布が均一で、物性
のばらつきの少ない繊維強化樹脂シートを製造する方法
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の繊維強化樹脂シートの製造方法は、多数の連続
するモノフィラメントより構成される強化繊維束を、流
動化された熱可塑性樹脂粉体の中を通過させ、この繊維
束のモノフィラメントに上記樹脂粉体を付着させ、この
樹脂粉体が付着した繊維束を、カッターロールで所望長
さに切断し、これを集積し加熱加圧して繊維強化樹脂シ
ートを製造する方法であって、上記カッターロールの周
面に設けられた多数の貫通孔から気体を外方へ噴出させ
ながら、上記樹脂粉体が付着した繊維束を所望長さに切
断することを特徴としており、そのことにより上記の目
的が達成される。

本発明で用いられる強化繊維束としては、連続するモノ
フィラメントが数百〜数千から構成されたストランド状
或いはロービング状の繊維束が好適に用いられる。そし
て、この強化繊維束は、製造する繊維強化樹脂シートの
幅、厚み、製造速度等を考慮して、一般に多数本が並列
に使用される。

強化繊維としては、使用する熱可塑性樹脂粉体の溶融温
度において熱的に安定な繊維が用いられる。例えば、ガ
ラス繊維、炭素繊維、シリコン・チタン・炭素繊維、ボ
ロン繊維、微細な金属繊維等の無機繊維、アラミド繊維
、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の有機繊維が好
適に用いられる。

モノフィラメントの直径は１〜５０μ園が好ましい。ま
た、モノフィラメントが収束剤により収束された状態の
強化繊維束を使用する場合には、収束剤の付着量が１重
量％以下が好ましく、さらに好ましくは０．５重量％以
下である。収束剤の付着量が１重量％を上回ると、樹脂
の流動床中で強化繊維束をモノフィラメント単位に分離
するのが困難となり、樹脂のモノフィラメント間への含
浸性が低下する。

本発明において、カッターロールで所望長さに切断され
る強化繊維束の長さは、通常０．５〜５００■であり、
特に５〜１５０　ｗｍが好ましい。切断された強化繊維
束の長さが０．５閣を下回ると補強効果が少なく、また
５００閣を上回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。

また、本発明で用いられる熱可塑性樹脂粉体は、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、ポリエチレンテレフタレート
、ポリブチレンテレフタレート、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
リフェニレンオキサイド、ボリエーテルスルホン、ポリ
エーテルエーテルケトン等が使用される。

また、上記の樹脂を主成分とする共重合体やグラフト樹
脂やブレンド樹脂、例えばエチレン−塩化ヒニル共重合
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、アク
リロニトリル−ブタジェン−スチレン共重合体、アクリ
ル酸変成ポリプロピレン、マレイン酸変成ポリエチレン
等も使用される。

そして、これらの樹脂には、安定剤、滑剤、加工助剤、
可塑剤、着色剤のような添加剤が配合されてもよい。ま
た、重合時に粉体状で得られる樹脂及び粉砕機により粉
体状とした樹脂のいずれも使用できる。粒子径としては
、平均粒径が２０００μ−以下が好ましい。平均粒径が
２０００μ端を超えると、樹脂の流動床中で強化繊維束
のモノフィラメント間に均一に付着させにくくなる。

本発明において、樹脂粉体と強化繊維束との混合割合は
、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が５〜７０重量％である
ことが好ましい。強化繊維が７０重量％を上回ると樹脂
が均一に含浸したシートが得にくくなり、逆に５重量％
を下回るとシートの機械的強度が低下する。

以下、図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に用いられる製造装置の一例を示す概
略側面図である。この装置は、強化繊維束１が巻回され
たロールをセットする巻戻しロール１０と、熱可塑性樹
脂粉体２が供給されている容器２０と、容器２０を通過
した強化繊維束１に付着した樹脂粉体２の付着量をほぼ
一定に調整するためのスリッター３０と、巻戻しロール
１０から強化繊維束１を巻き戻すためのゴム製の引取り
駆動ロール４０及びピンチロール４１と、樹脂粉体２が
付着した強化繊維束を所望長さに切断するカッターロー
ル５０と、樹脂粉体２が付着した短寸法の強化繊維束を
集積させ、この集積物３を挟持し搬送するための上下一
対の無端ベルト６０．６１と、加熱手段７０及び冷却手
段８０とを備えている。

上記容器２０の底部には多数の通気孔が設けられていて
、気体供給路から送られた空気や窒素などの気体が矢印
方向に通気孔を通って容器２０内へ供給されるように構
成されており、容器２０内に供給された樹脂粉体２はそ
の気体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２０の内部及び壁部上端には、強化
繊維束１を案内するためのガイドロール２１が設けられ
ている。

前記カッターロール５０は、第２図（ａ）　、（ｂ）に
その要部を斜視図で示すように、金属製の円筒状ロール
の周面に一定の配置で設けられた多数の切断刃５１及び
多数の貫通孔５２と、円筒状ロールの内部に一定の配置
で設けられたスリット状ノズル５３とから構成されてい
る。なお、他のカッターロール５０゛　　としては、第
３図に示すように、円筒状ロールを金枠に取り付けた金
網で構成し、その網目を貫通孔５２”とし、第２図と同
様な多数の切断刃５１′及びスリット状ノズル５３″　
を有するものが使用され得る。

このようなカッターロール５０．５０′　において、ス
リット状ノズル５３．５３′　は、円筒状ロールの長さ
とほぼ同じ長さで、円筒状ロールの回転によってその位
置は変わらず、相対的に円筒状ロールの内周面にスリッ
ト部分が順次内接するように固定されている（固定手段
は図示せず）。

したがって、スリット状ノズル５３．５３°のスリット
部分が内接している部分の円筒状ロールの貫通孔５２．
５２゛　から、気体が噴出することになる。

多数の貫通孔５２．５２′　は、円筒状ロールの周面に
均一に設けられてもよいが、凝集性の強い樹脂が使用さ
れる場合は多数の切断刃５１．５１゛の付は根に集中的
に設けるのが望ましい。また、多数の貫通孔５２．５２
”から噴出させる気体の量は、切断刃５１．５１”に詰
まる樹脂や繊維が除去できる程度に適当に調節される。

また、噴出させる気体の方向は、円筒状ロールの垂直下
方向が望ましいが横方向或いは斜め方向であってもよい
。

いずれにしても、除去される樹脂や繊維が幅方向に均一
に落下するように気体の噴出方向を設定する。また、カ
ッターロール５０．５０゛　が一回転する間に詰まった
樹脂及び繊維が除去されるようにするのが望ましい。な
お、カッターロールは上例に限定されない。例えば、第
２図において、スリット状ノズル５３を使用することな
く、円筒状ロールの周面に設けられた多数の貫通孔５２
の全部から気体が噴出するように構成したものも使用さ
れ得る。

前記の無端ベルト６０．６１は、図外のモーターで駆動
ロール６２．６３を駆動することにより、連続して同方
向へほぼ同速度で回転移動するように設定されている。

上側無端ベルト６０と下側無端ベルト６１にはそれぞれ
移送部６０ａ　、６１ａが形成され、移送部６０ａ　、
６１ａは間隙を介して上下に対向して配置されている。

下側無端ヘルド６１の移送部６１ａは、上側無端ヘルド
６０の移送部６０ａよりも長く、且つ移送部６１ａの前
端よりも前方へ延設され、上方が開放された移送部６１
ｂが形成されている。この下側無端ベルト６１の移送部
６１ｂは、場合によっては、下側無端ベルト６１の移送
部６１ａを延長することなく別の無端ベルトを下側に配
置することにより形成することもできる。このような無
端ベルト６０．６１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
テフロンベルト等で形成することができる。

上側無端ベル）６０と下側無端ベルト６１の移送部６０
ａ　、６１ａの対向する箇所にはそれぞれ加熱手段７０
が配置され、加熱手段７０に引き続く後方には冷却手段
８０がそれぞれ配置されている。加熱手段７０は、図示
のように熱風循環式或いは電熱式の加熱炉で構成し、こ
れらの中を無端ベルト６０．６１を通過させる方式のも
のが好適に採用される。その他、加熱ロールで構成して
無端ベルト６０．６１を挟持しつつ直接ベルトを加熱す
る方式のものも採用され得る。

加熱手段７０内には上下で対応する位置に複数対のガイ
ドロール７１が配設されている。また、冷却手段８０は
、上下に対応する一対の冷却ガイドロールで構成されて
いる。この冷却ガイドロールは複数対であってもよい。

そして、上下に対応するガイドロール７１と冷却ガイド
ロール８０のクリアランスは、それぞれ調整可能になさ
れている。なお、冷却手段８０としては、ブロアー等に
より空気を吹き付けて冷却する方式のものも採用され得
る。

なお、集積物３の加熱加圧手段は上例に限定されない０
例えば、カッターロール５０．５０゛　で所望長さに切
断され、樹脂粉体が付着した強化繊維束を一旦貯蔵し、
これをプレス型内に集積してプレスにより加熱加圧する
方式も採用され得る。但し、この場合はバッチ方式とな
り連続的にシートを製造できないので、あまり好ましい
方式ではない。

次ぎに、上記の装置を用いた本発明の繊維強化樹脂シー
トの製造方法を説明する。

第１図に示すように、多数のモノフィラメントより構成
される強化繊維束１は、引取り駆動ロール４０とピンチ
ロール４１とにより引き取られながら、強化繊維束１が
巻回されたロールからひねりが掛からないように巻き戻
される。そして、この強化繊維束１はガイドロール２１
で案内されながら流動床２ａ中へ導かれる。なお、図に
おいて、強化繊維束１は便宜上ただ一本のみを図示して
説明しているが、一般に多数本の強化繊維束１が並列に
用いられる。

この流動床２ａ中で、強化繊維束１は空気や窒素などの
気体の噴出や流動床２ａ中に発生する静電気や樹脂粉体
２の擦り揉み効果等によって、モノフィラメント単位に
分離、開繊され、このモノフィラメント間に樹脂粉体２
が侵入し静電気的に捕捉されて付着する。この場合、強
化繊維束１の幅は、モノフィラメント単位に分離、開繊
されるためある程度広くなる。樹脂粉体２が付着した強
化繊維束１はスリッター３０間を通過することで、過剰
に付着した樹脂粉体２が除去される。スリッター３０の
間隙を調整することにより、樹脂粉体２の付着量が調節
される。

樹脂粉体２が付着した強化繊維束１は、引取り駆動ロー
ル４０とピンチロール４１とを通過した後、カッターロ
ール５０で所望長さの短寸法に切断され、下側無端ベル
ト６１の移送部６１ｂ上に落下供給されて所定の厚みに
集積される。この集積物３は上下一対の無端ベルト６０
．６１で挟持されながら移送され加熱手段７０へ供給さ
れて、樹脂粉体２の融点以上の温度で加熱されることに
よりフィラメント間に溶融樹脂が含浸される。

ここで、ガイドロール７１により上下の無端ベルト６０
．６１間のクリアランスが調節され、集積物３が厚み方
向に加圧され、この加圧により溶融した樹脂粉体２を流
動させることによりモノフィラメント間の空隙が埋めら
れ、樹脂と強化繊維とが良好に一体化される。引き続い
て、冷却手段の冷却ガイドロール８０により上下の無端
ベルト６０．６１間のクリアランスが調節され、加熱さ
れている集積物３が加圧されながら冷却される。かくし
て、所定厚みの繊維強化樹脂シート４が製造される。

（作用） このように、熱可塑性樹脂粉体が付着した強化繊維束を
、カッターロールで所望長さに切断するに際し、カッタ
ーロールの表面に設けられた多数に貫通孔より気体を内
方から外方へ噴出させると、カッターに詰まっている樹
脂や繊維が噴出する気体圧により良好に外方へ吹き飛ば
される。この場合、気流はカンタ−ロールに沿って外方
へ均一となり、切断された繊維束の集積物に悪影響を及
ぼさない。

そして、このようにして所望長さに切断され強化繊維束
を集積しこれを加熱加圧すると、流動床での樹脂粉体に
よる繊維束の開繊効果と相俟ってフィラメント間に樹脂
が充分にして且つ均一な分布で含浸される。

（実施例） 以下、本発明の実施例及び比較例を示す。

支施史上 第１図及び第２図に示す装置を用いて繊維強化樹脂シー
トを製造した。熱可塑性樹脂粉体２として、下記配合を
スーパーミキサーで予め混合した樹脂配合粉体を用いた
。

・ポリ塩化ビニル樹脂（平均重合度８００、平均粒径３
００μｉｗ）　　　　・・・・・・・・・・・・１００
重量部・ジブチル錫マレエート・・・・・・・・・・・
・　３重量部・ポリエチレンワックス・・・・・・・・
・・・・　２重量部強化繊維束１として、直径２３μ閣
のモノフィラメントが多数収束されてなるロービング状
ガラス繊維束（４４００ｇ　７ｍ、収束剤付着量約０．
３重量％）を用いた。

カッターロール５０のノズル５３は幅５００■で空気が
垂直真下に噴出するように配置した。また、無端ベル）
６０．６１として、ガラス布強化テフロンベルト（幅６
００閣、厚さ約１閤）を用いた。

多数の強化繊維束１を上記樹脂配合粉体２の流動床２ａ
中を連続的に通過させ、モノフィラメント間に樹脂配合
粉体２を付着させた後、スリッター３０により過剰の樹
脂配合粉体を除去し、樹脂配合粉体と強化繊維の重量割
合が８：２となるように調整し、全体の幅が４５０■と
なるようにカッターロール５０へ供給した。

これをカッターロール５０により空気を内方から外方へ
垂直真下に噴出させながら、長さ約５０■に切断しつつ
下側無端ベルトの移送部６１ｂの上に落下供給した。供
給量は、集積物３の見掛は厚みが約２４閣となるように
、幅６００閣の下側無端ベルトの移送部６１ｂの中央部
約４５０園の範囲に供給集積した。

この集積物３を、５８０ｍ／分の速度で移動する上下の
無端ベルト６０．６１の間に挟持しつつ、この無端ベル
ト６０．６１の間の間隙をガイドロール７１により始め
から順に約１１閤、約６閣、約３■に調節し、表面温度
が約３４０°Ｃの遠赤外線ヒーターを備えた長さ約１５
００ｍで加熱炉７０中を通過させて樹脂配合粉体２を溶
融させた。

引き続いて、樹脂配合粉体２が溶融状態にある集積物３
を、無端ベルト６０．６１の間に挟持しつつ、無端ベル
ト６０．６１の間隙を冷却ガイドロール８０により約２
ｍｌに調節し、冷却して繊維強化樹脂シート４を製造し
た。この繊維強化樹脂シート４は、輻約４５０　ｍ、厚
み約２．２閣であり、フィラメント間に樹脂がよく含浸
し、フィラメントが均一に分散したシートであった。

この繊維強化樹脂シートから任意の三箇所で長手方向に
２００　ｍの長さに切断して、長さ２００■×幅４５０
■のサンプルを三枚（Ｎｏ、１、律２、随３とする）を
採取した。このサンプルを幅方向７５鵬に切断し６等分
（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆとする）して、それぞれにつ
いて、秤量値、曲げ強度、曲げ弾性率、アイゾツト衝撃
値を測定した。その結果を第１表に示す。

なお、曲げ強度および曲げ弾性率は、ＪＩＳ　Ｋ７２０
３に準拠し、輻２０ｗＸ長さ１００■の試験片を切り出
し、支点間距離６０閣として測定した。また、アイゾツ
ト衝撃値は、１号Ａ試験片を切り出し、ＪＩＳ　Ｋ　７
１１０に準拠して測定した。

スＪ１殊又 実施例１において、強化繊維束１を、直径１３μ閣のモ
ノフィラメントが多数収束されてなるロービング状ガラ
ス繊維束（１１００ｇ　／ｈ、収束剤付着量約０．３重
量％）に変更した。また、カッターロール５０による切
断長さを２５閣に変更した。

それ以外は実施例１と同様に行った。その結果を第２表
に示す。

１１貫ｌ 実施例１において、カッターロール５０ヲ、第３図に示
すように、３６メツシユ、線径０．５閣の金網を補強枠
に円筒状に巻いたものに変更した。

それ以外は実施例１と同様に行った。その結果を第３表
に示す。

上玉ｌ カッターロール５０を、気体噴出孔のない従来カッター
ロールに変更し、外方から切断刃に向けてジェットブロ
ワ−により空気を集中的に吹き付けた。それ以外は実施
例工と同様に行った。

その結果を第４表に示す。

（実施例１） 第１表 （実施例２） 第２表 （実施例３） 第３表 （比較例） 第４表 （発明の効果） 上述の通り、本発明の製造方法によれば、強化繊維がモ
ノフィラメント単位で良好に分散し、且つ強化繊維のモ
ノフィラメント間にまで樹脂が充分に含浸されるため、
強化繊維の補強効果が高く優れた物性を有し、しかも樹
脂粉体が付着した強化繊維がカッターロールにより円滑
に切断されて強化繊維と樹脂の分布が均一となるので、
物性の均一な繊維強化樹脂シートが得られる。

そして、本発明方法により得られた繊維強化樹脂シート
は、特に強靭なプレート材料として有用であるばかりで
なく、各種製品を得るためのプレス成形用の素材である
所謂スタンパブルシートとしても好適に使用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる装置の一例を示す概略側面
図、第２図（ａ）、（ｂ）はカッターロールの一例を示
す要部斜視図、第３図はカッターロールの他の例を示す
要部斜視図である。 １・・・強化繊維束、２・・・熱可塑性樹脂粉体、２ａ
・・・樹脂粉体の流動床、３・・・集積物、４・・・繊
維強化樹脂シート、５０．５０′・・・カッターロール
、５１゜５１゛・・・カッターロールの刃、５２．５２
’・・・カッターロールの貫通孔、６０．６１・・・上
下一対の無端ベルト、７０・・・加熱手段、８０・・・
冷却手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の連続するモノフィラメントより構成される強
   化繊維束を、流動化された熱可塑性樹脂粉体の中を通過
   させ、この繊維束のモノフィラメントに上記樹脂粉体を
   付着させ、この樹脂粉体が付着した繊維束を、カッター
   ロールで所望長さに切断し、これを集積し加熱加圧して
   繊維強化樹脂シートを製造する方法であって、 上記カッターロールの周面に設けられた多数の貫通孔か
   ら気体を外方へ噴出させながら、上記樹脂粉体が付着し
   た繊維束を所望長さに切断することを特徴とする繊維強
   化樹脂シートの製造方法。