JPH04133725A - 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、熱可塑性樹
脂粉体と強化繊維との混合物を、コンベアベルトで搬送
しながら加熱、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、その後加圧下
で冷却し、樹脂と繊維とが一体化したシートとすること
ばは知られている（例えば、特開昭５９−４９９２９号
公報及び特開昭６２−２０８９１４号公報参照）。

（発明が解決しようとする課！り ところが、このような従来方法にあって、前者の公報に
記載の方法は、比重の異なる樹脂粉体と強化繊維とを気
流下で混合し落下集積させるため、樹脂と繊維との分布
が不均一となり、物性のばらつきが大きくなるという問
題がある。

また、後者の公報に記載の方法は、樹脂粉体と強化繊維
とを混合容器中で混合するため、バッチ方式となりシー
トを連続的に得ることができず生産性が悪いという問題
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連続的で良好
な生産性でもって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る工程
と、この樹脂粉体が付着した繊維束を、元の幅よりも拡
幅させた状態で所望長さに切断し、無端ベルト上に落下
させ集積させる工程と、この集積物を、上下一対の無端
ベルトで挟持し搬送しながら、加熱領域及び冷却領域を
通過させる工程とを、 包含しており、そのことにより上記の目的が達成される
。

以下、図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図は、本発明に用いられる製造装置の一
例を示し、第１図は装置の全体を示す概略側面図、第２
図は装置の前半を示す概略平面図である。

なお、図において、強化繊維束１０は便宜上ただ一本の
みが図示されて説明されているが、実際には多数本の強
化繊維束１０が並列に用いられる。

先ず、装置について説明すると、この装置はつぎのよう
に構成されている。

すなわち、この装置は、強化繊維束１０が巻回されたロ
ールをセットする巻戻しロール１０ａと、熱可塑性樹脂
粉体２が供給されている容器３０と、容器３０を通過し
た強化繊維束１０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３２と、強化繊維束１
０を拡幅するための拡幅手段３３と、巻戻しロールＬＯ
ａから強化繊維束１０を巻き戻すための引取り駆動ロー
ル３４及びビンチロール３５と、樹脂粉体２が付着した
強化繊維束工０を所望長さに切断するためのロータリー
カッター３６と、樹脂粉体２が付着した短寸法の強化繊
維束１２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４０．５０と、加熱手段６０
及び冷却手段７０とを備えている。

上記容器３０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３１が
通気孔を通って容器３０内へ供給されるように構成され
ており、容器３０に供給された樹脂粉体２はその気体３
１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３０の内部及び壁部上端には、強化繊維
束１０を案内するためのガイドロール３７が設けられて
いる。

前記の拡幅手段３３としては、図に示すように強化繊維
束１０を進行方向に対して屈曲させるように上下に離し
て配置されたガイドロール又はバー３３ａ　、　３３ｂ
や、中央へ凸状に湾曲したガイドロール又はバー等が用
いられる。拡幅手段３３として前者のガイドロール又は
バー３３ａ、３３ｂを用いる場合は、強化繊維束１ｏに
進行方向に対して３０度以上、さらに好ましくは６０度
以上の屈曲が得られるようにガイドロール又はバー３３
ａ、３３ｂを上下に離して配置するのが好ましい。

前記の無端ベルト４０．５０は、図外のモーターで駆動
ロール４１．５１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移動するように設定され
ている。下側無端ベル）４０と上側無端ベルト５０には
それぞれ移送部４０ａ　。

５０ａが形成され、移送部４０ａ　、５０ａは間隙を介
して上下に対向して配置されている。

下側無端ベルト４０の移送部４０ａは、上側無端ベルト
５０の移送部５０ａよりも長く、且つ移送部５０ａの前
端よりも前方へ延設され、上方が開放された移送部４０
ｂが形成されている。この下側無端ベルト４ｐの移送部
４０ｂは、下側無端ベルト４０の移送部４０ａを延長す
ることなく別の無端べ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４０．５
０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。

下側無端ベルト４０と上側無端ベルト５０の移送部４０
ａ　、５０ａの対向する箇所にはそれぞれ加熱手段６０
が配置され、加熱手段６０に引き続く後方には冷却手段
７０がそれぞれ配置されている。加熱手段６０は、電熱
式或いは熱風循環式の加熱炉で構成し、これらの中を無
端ベルト４０．５０を通過させる方式、或いは加熱ロー
ルで構成して無端ベルト４０．５０を挟持しつつ直接ベ
ルトを加熱する方式のものが採用される。

加熱手段６０内には上下で対応する位置に複数対のガイ
ドロール６１が配設されている。また、冷却手段７０の
内側には上下で対応する位置に複数対のガイドロール７
１が配設されている。これら複数対のガイドロール６１
．７１のクリアランスはそれぞれ調整可能に構成されて
いる。

また、冷却手段７０としては、ブロアーなどにより空気
を吹き付けて冷却する方式、或いはガイドロール７１を
冷却する方式のものが採用される。

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

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１０は、引取り駆動ロール３４とビンチロ
ール３５とにより引き取られながら、強化繊維束１０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１０はガイドロール３
７で案内されながら流動床２ａ中へ導かれる。

この流動床２ａ中で、強化繊維束１０は気体の噴出や流
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１１に分離、開繊
され、このモノフィラメント１１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１０の幅は、モノフィラメント単位に分離、開繊され
るため一般にある程度広くなる。

樹脂粉体２が付着した強化繊維束１０はスリッター３２
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３２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の付着量が調節された強化繊維束１０は、拡
幅手段３３によって元の幅、即ち樹脂粉体２が付着する
前の強化繊維束１０の幅よりも広く拡幅される。なお、
流動床２ａ中で強化繊維束１０がある程度広くなってい
る場合は、この幅よりも広く拡幅される。拡幅の程度は
一般に元の幅に対して１．２〜５０倍程度で、好ましく
は２〜５０倍程度である。拡幅が不充分であると、その
後の工程である切断、集積工程でフィラメントへの分離
が不充分で不均一となり、物性の不均一なシートとなる
。

拡幅された強化繊維束１０は、引取り駆動ロール３４と
ピンチロール３５とを通過した後、ロータリーカッター
３６で所望の長さの短寸法１２に切断され、下側無端ベ
ルト４０の移送部４０ｂ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）４
０．５０で挟持されながら移送され加熱手段６０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６１により上下の無端ベルト４０
．５０間のクリアランスを調節し、集積物３を厚み方向
に加圧するのが好ましく、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を
埋め、樹脂と強化繊維とを良好に一体化させることがで
きる。

引き続いて、ガイドロール７１により上下の無端ベルト
４０．５０間のクリアランスを調節し、加熱されている
集積物３を加圧しつつ冷却手段７０により冷却する。か
くして、所定厚みの繊維強化樹脂シート１が製造される
。

本発明で用いられる強化繊維束１０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１０が好適に用いられる。そ
して、この強化繊維束１０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、実際には多数
本が並列に使用される。

強化繊維としては、使用する樹脂粉体２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、エコノール繊維、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−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１０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以下
である。収束剤の付着量が１重量％を上回ると、流動床
２ａ中で強化繊維束１０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、集積物３を構成する短寸法に切断され
た強化繊維束１２の長さは、通常０．５〜５００腫であ
り、特に５〜１５０　ｗｉ、が好ましい。

強化繊維束１２の長さが０．５ｍを下回ると補強効果が
少なく、また５００■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２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、ポ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−塩化ビニル共重合
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■を超えると、流動床２ａ中で強化繊維束１
０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２と強化繊維束１０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。

（作用） このように、本発明においては、フィラメント間に樹脂
粉体を付着させた強化繊維束を、元の幅よりも拡幅した
状態で切断し、これを無端ベルト上に落下集積し、上下
一対の無端ベルト間に供給して加熱一体化するので、フ
ィラメント単位への分離が充分に行われ、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。ま
た、その工程が連続的に行える。

（実施例） 以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

ｌ蓬贋↓ 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４００、平均粒径１
５０μ−）　　　　　・・・・・・・・・・・・１００
重量部・ブチル錫マレエート　・・・・・・・・・・・
・　３重量部・ポリエチレンワックス・・・・・・・・
・・・・０．５重量部・ステアリルアルコール・・・・
・・・・・・・・　１重量部強化繊維束１０として、直
径２３μ−のモノフィラメント４０００本が収束されて
なる幅約８ｍｍのロービング状ガラス繊維束（収束剤付
着量約０．３重量％）を用いた。

無端ベルト４０．５０として、ガラス布強化テフロンベ
ルト（幅６００腫、厚さ約１■）を用い、また、拡幅手
段３３として、直径３０閣のガイドバー３３ａ　、３３
ｂを、強化繊維束１０が４５度及び１００度に屈曲して
進行するように配置した。

強化繊維束１０の１２本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３２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７：３となるように調整し、これを拡幅手段３
３により幅約３０■（元の幅の約３．７５倍）に拡幅し
た後、ロータリーカッター３６により長さ約２５ｍに切
断しつつ無端ベル）　４０ｂの上に落下供給した。供給
量は、幅６００　ｍの無端ベルｌ−４０ｂの中央部の約
５００　ｍの範囲に３３２０ｇ／　Ａとなるように供給
集積した。この時の集積物３の見掛は厚みは約３２−で
あった。

この集積物３を、５８０■／分の速度で移動する上下の
無端ベルト４０．５０の間に挟持しつつ、この無端ヘル
ド４０．５０の間の最小間隙をガイドロール６１により
約２．１ｍに調節し、長さ約１５００ｍで約２００℃の
熱風が循環している加熱炉６ｏ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４０．５０の間の最小間隙をガイドロー
ル７１により約２閣に調節し、冷却ブロアー７０により
冷却して繊維強化樹脂シート１を製造した。この繊維強
化樹脂シート１は幅約５００閣、厚み約２■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。

このシートの５００　ｍＸ２０００■の範囲のランダム
な５箇所より、３０閣Ｘ３０腫の試験片を切り出し、７
００℃中で５時間処理して樹脂分を燃焼除去し、ガラス
繊維の含有量を測定した。また、幅２０■×長さ１５０
■の試験片を切り出し、支点間距離１２０閤で三点曲げ
試験を行い、曲げ強度を測定した。その試験結果を第１
表に示す。

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、ペレット状ポリプロピレン
樹脂の冷凍粉砕粉体（平均粒径２００μｍ）を用い、ま
た強化繊維束１０として、直径２３μ−のモノフィラメ
ント４０００本が収束されてなる幅約８閣のロービング
状ガラス繊維束（収束剤付着量約０．３重量％）を用い
た。

無端ベル）４０．５０として、ガラス布強化テフロンベ
ルト（幅６００ｍ、厚さ約１閣）を用い、また拡幅手段
３３として、直径３０ｍ＋のガイドバー３３ａ　、３３
ｂを、強化繊維束１０が４５度及び１００度に屈曲して
進行するように配置し、このうちガイドバー３３ｂは約
２０００ａｍの半径曲率で凸状に湾曲したものを用いた
。

強化繊維束ｌＯの１０本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３２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６：４となるように調整し、これを拡幅手段３
３により幅約５０■（元の幅の約６．２５倍）に拡幅し
た後、ロータリーカッター３６により長さ約２５１に切
断しつつ無端ベル）　４０ｂの上に落下供給した。供給
量は、幅６００■の無端ベルｔ−４０ｂの中央部の約５
００閣の範囲に３６００ｇ／ｒｒｒとなるように供給集
積した。この時の集積物３の見掛は厚みは約４５閣であ
った。

この集積物３を、５００閣／分の速度で移動する上下の
無端ベルト４０．５０の間に挟持しつつ、この無端ベル
ト４０．５０の間の最小間隙をガイドロール６１により
約３．２１に調節し、長さ約１５００ｍで約２１０°Ｃ
の熱風が循環している加熱炉６０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４０．５０の間の最小間隙をガイドロー
ル７１により約３籠に調節し、冷却ブロアー７０により
冷却して繊維強化樹脂シート１を製造した。この繊維強
化樹脂シート１は幅約５００■、厚み約３ＩＩＩｌ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。

このシートの５００閣Ｘ　２０００■の範囲のランダム
な５箇所より、３０ｍＸ３０ｍの試験片を切り出し、７
００°Ｃ中で５時間処理して樹脂分を燃焼除去し、ガラ
ス繊維の含有量を測定した。また、幅２０ｍＸ長さ１５
０閣の試験片を切り出し、支点間距離１２０■で三点曲
げ試験を行い、曲げ強度を測定した。その試験結果を第
２表に示す。

第２表 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、ナイロン−６樹脂粉体（平
均粒径約８０μ１Ｉｌ）を用い、また強化繊維束１０と
して、直径７μ−のモノフィラメント６０００本が収束
されてなる幅約６ｍのロービング状ポリアクリロニトリ
ル系炭素繊維束を用いた。

無端ベルト４０．５０として、ガラス布強化テフロンベ
ルト（幅６００■、厚さ約１■）を用い、また拡幅手段
３３として、直径３０謹のガイドバー３３ａ　、３３ｂ
を、強化繊維束１０が４５度及び１００度に屈曲して進
行するように配置したものを用いた。

強化繊維束ｌＯの１０本を上記樹脂粉体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粉体
２を付着させた後、スリッター３２により過剰の樹脂粉
体を除去し、樹脂粉体と強化繊維の重量割合が７．５　
　：２．５となるように調整し、これを拡幅手段３３に
より幅約２５ｍ（元の幅の約４．１７倍）に拡幅した後
、ロータリーカッター３６により長さ約５０閣に切断し
つつ無端ベルト４０ｂの上に落下供給した。供給量は、
幅６００■の無端ベルト４０ｂの中央部約５００腫の範
囲に３７５０　ｇ　／　ｒｒｆとなるように供給集積し
た。この時の集積物３の見掛は厚みは約３０閣であった
。

この集積物３を、５００ｍ／分の速度で移動する上下の
無端ベルト４０．５０の間に挟持しつつ、この無端ベル
ト４０．５０の間の最小間隙をガイドロール６１により
約３．２　ｍｍに調節し、長さ約１５００閣で約２４０
℃の熱風が循環している加熱炉６ｏ中を通過させて樹脂
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４０．５０の間の最小間隙をガイドロー
ル７１により約３ｍに調節し、冷却ブロアー７０により
冷却して繊維強化樹脂シート１を製造した。この繊維強
化樹脂シート１は幅約５００　ｗｍ、厚み約３ｍｏ＋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。

このシートの５００　ｍＸ２０００ｍの範囲のランダム
な５箇所より、３０ｍＸ３０ｍの試験片を切り出し、７
００℃中で５時間処理して樹脂分を燃焼除去し、ガラス
繊維の含有量を測定した。また、幅２０■×長さ１５０
■の試験片を切り出し、支点間距離１２０閣で三点曲げ
試験を行い、曲げ強度を測定した。その試験結果を第３
表に示す。

第３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。また、工程が連続的に行
えるので生産性が良い。

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図及び第２図は本発明方法に用いる装置の一例を示
し、第１図は装置の全体を示す概略側面図、第２図は装
置の前半を示す概略平面図である。 １・・・繊維強化樹脂シート、２・・・熱可塑性樹脂粉
体、２ａ・・・樹脂粉体の流動床、３・・・集積物、３
３・・・拡幅手段、１０・・・強化繊維束、３６・・・
ロータリカッター、４０．５０・・・上下一対の無端ベ
ルト、６０・・・加熱手段、７０・・・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
   付着させる工程と、この樹脂粉体が付着した繊維束を、
   元の幅よりも拡幅させた状態で所望長さに切断し、無端
   ベルト上に落下させ集積させる工程と、 この集積物を、上下一対の無端ベルトで挟持し搬送しな
   がら、加熱領域及び冷却領域を通過させる工程と、 を包含する繊維強化樹脂シートの製造方法。