JPH04146119A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法 - 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】 【発明の背景】

〈産業上の利用分野〉 本発明は、軽量で均一厚みの薄肉成形体を成形すること
ができる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法に関する
ものである。 更に詳しくは、自動車の内装部材、家具、室内装飾材及
び工芸品などの各種部品として供することかできる、軽
量で均一厚みの薄肉の複合成形体を製造するための繊維
強化熱可塑性樹脂成形体の製造法に関する。 〈従来の技術〉 従来、繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、連続又は不連続
の繊維状強化材のマットの上から熱可塑性樹脂粉体を散
布し重積するか、或いは、該マットの上に熱可塑性樹脂
のフィルム又はシートを重積する方法、若しくは、該マ
ットの上から樹脂粉体の水性分散液を流し込むか、該マ
ットを水性分散液中に浸漬した後に取り上げてマット内
に樹脂を含浸させる方法、或いは、前記強化材と前記樹
脂粉体を空気中又は水中で攪拌混合した後、マット状に
賦形する乾式又は湿式分散法などの方法によって形成し
た多孔質の複合素材、又は、これらを加熱加圧下で樹脂
を溶融させて得た無孔質又は多孔質のシート状成形体と
した複合素材を、更に加熱加圧下でプレス成形、スタン
ピング成形、フローモールディング成形などの成形を行
なうことによって製造されている。 これらの方法によって形成された複合素材は、近年熱可
塑性スタンパブルシートと呼ばれ、それを成形した成形
体は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂の成形性や耐薬
品性に優れているといった点を活かし、しかも繊維状強
化材を使用することによって、更に、剛性、耐衝撃性、
寸法安定性などの性質を向上させることかできるといっ
た利点があることから、自動車の構造部材や土建資材等
として着実に利用されるようになってきた。 〈発明か解決しようとする課題〉 しかしながら、このような複合素材から前述の如き成形
法によって繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する場合
の問題点として、 ■　雌雄両型の内部で複合素材を絞って成形するため、
圧力の分布か不均一となり易く、その結果として、素材
に破壊が生じて、薄肉成形体、例えば厚みが０．５ｍｍ
程度以下の成形体を成形することが困難であった。 ■　成形圧力として、一般に１０〜２００ｋｇ／ｃｄ、
多くは５０〜１５０ｋｇ／ｃ−の高い圧力か用いられて
いるために、高い型締力を有する大型の成形機と高圧力
に耐える高強度の型か必要であった。

【発明の概要】

く要　旨〉 発明者は、かかる複合成形体の成形における薄肉成形性
及び外観を改良するための経済的方法について種々の検
討を行なった結果、該複合成形体を加熱加圧成形する際
、雌雄両型による締付圧の代わりに、比較的低い流体圧
力を作用させて賦形することによって、薄肉軽量で、優
れた厚み均一性を有する成形体を成形することができる
との知見を得て本発明を完成するに至った。 すなわち、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造
法は、不連続の繊維状強化材と熱可塑性樹脂から形成さ
れた多孔質の複合素材より繊維強化熱可塑性樹脂成形体
を製造する方法において、前記多孔質の複合素材を予備
加熱した後、耐熱性の膜を介して加えた流体圧力によっ
て成形型に押圧して成形することを特徴とするものであ
る。 く効　果〉 不連続の繊維状強化材と熱可塑性樹脂とから形成された
複合素材を型内で加熱加圧下に成形する際、耐熱性の膜
を介して比較的低い流体圧力を作用させて成形する本発
明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法によって得ら
れる成形体は、軽量て肉厚か薄い場合でも肉厚が均一と
なる。 また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法に
おいては、成形圧力か通常１０ｋｇ／ｃｄＧ以下の低圧
で行なわれることから、大型の成形機や高強度の型を必
要とせず、更に本発明の方法によれば成形型として本質
的に雌雄いずれか一方の型を用いればよいことから、型
の製造に要する費用か著しく軽減されるという経済的利
点もある。 更に、加飾布などと積層成形する場合においては、加飾
布の嵩高さか失われて感触を損なったりすることもなく
、加飾布の毛倒れが生して望ましくない光沢か現れたり
することもない。 〔Ｉ〕複合素材 （１）原材料 （ａ）熱可塑性樹脂 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法において
用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリオキシメチレン
、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポ
リフェニレンエテル、ポリエーテルスルフォン、ポリサ
ルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテル
ケトン、或いは、これらの変性体やブレンド物等のあら
ゆる熱可塑性樹脂が適用できるが、中でも繊維状強化材
によって耐熱特性（例、熱変形温度）が顕著に向上する
結晶性樹脂を使用することが望ましい。 このような結晶性樹脂の具体例としては、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステルなどがあ
るが、特にポリプロピレン、ポリアミドが好ましい。 これら熱可塑性樹脂原料の形態としては、ベレット、パ
ウダー、フレーク、繊維、及びフィルム、シートなどが
あるか、本発明において、繊維状強化材として不連続繊
維であることか必須であること、及び、複合素材の製造
方式として、後述するように分散方式か好ましいことか
らすると、樹脂原料の形態としてはパウダーか好ましく
、特に粒径か１ｍｍ以下のパウダーか好ましい。 また、樹脂原料には、目的に応じて添加剤、フィラー、
着色剤、発泡剤、架橋剤等を添加することができる。 （ｂ）繊維状強化材 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法において
用いられる繊維状強化材としては、パルプ・木粉等の天
然繊維、ガラス繊維・カーボン繊維・金属繊維等の無機
繊維及びプラスチックス繊維、アラミツド繊維等の合成
繊維等及びそれらの混合物を挙げることができるが、特
にガラス繊維が好んで用いられる。 このような繊維状強化材の形態としては、不連続である
ことか必須であり、連続である場合には賦形が不完全と
なると共に均一厚みの成形体か得られ難くなる。従って
、その長さが３〜５０ｍｍ。 径が３〜２５μｍの不連続繊維を用いることか好ましい
。 これら繊維状強化材は用途に応じて、これらの単繊維状
、ストランド状、織物状あるいはそれらの組合せのもの
を用いることかできる。これらの繊維状強化材を表面処
理したり、改質剤を含浸したりして用いることもてきる
。 （２）複合素材の製造 前記原材料の熱可塑性樹脂および繊維状強化材とを用い
て以下に示す方法によって複合素材が形成される。 複合素材の製造法としては、前述したような公知の重積
法、含浸法、分散法等の方法が存在するが、本発明方法
での適用はいずれの製法にも制限されるものではない。 しかし、これらの中では乾式又は湿式による分散法が好
ましく、特に湿式分散法か好ましい。 乾式分散法について具体的に述べれば、前記繊維状強化
材、特にガラス繊維、例えばチョツプドストランドを予
め開繊したものを２軸のリボンブレンダーのような混合
機に投入し、これに熱可塑性樹脂粉体を添加して攪拌し
ながら混合分散させるか、又は、チョツプドストランド
と熱可塑性樹脂粉体を同時に混合機に投入し混合攪拌し
て、チョツプドストランドを開繊すると共に熱可塑性樹
脂粉体を分散させたものをマット状に形成する。 或いは、更に該マットを加熱加圧して熱可塑性樹脂を溶
融させて５００〜５０００　ｇ／ｒｒ？程度のシートに
成形する。 また、湿式分散法について具体的に述べれば、直径約１
１以下のパウダー状熱可塑性樹脂３０〜９０重量％と、
直径３〜２５μｍ１長さ３〜５０■１のガラスのチョツ
プドストランドよりなる繊維状強化材７０〜１０重量％
との混合物を、予め界面活性剤を加えて攪拌し充分に泡
立てた水中に投入し、更に攪拌を続けてチョツプドスト
ランドを開繊すると共に両者を分散させた後、フィルタ
ーを通して泡（水）を濾過して得られた混抄物（ウェブ
）を乾燥する。或いは更に該ウェブを加熱加圧して熱可
塑性樹脂を溶融させて５００〜５０００ｇ／ｎｆ程度の
シートに成形する。 （ＩＩ）繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造（１）ウェ
ブ又はシートの予備加熱 ウェブ又はシートは、通常の加熱方法、すなわち熱風炉
、赤外線ヒーター或いは熱板式ヒーターなどによって、
使用する熱可塑性樹脂の融点又は軟化点よりも通常２０
〜６０℃、好ましくは３０〜５０℃の高い温度に予熱さ
れる。該複画素材の予熱においては、多くの場合、繊維
状強化材の立上りを伴い、従って膨満した多孔質の素材
となり易いため、短時間での均一な加熱に困難を伴うこ
とがあるが、ウェブ又はシートの外表面と中央部の温度
差が通常３０℃以下、好ましくは１５℃以下となるよう
に予熱を行なうのが良い。 （２）成形用型 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法においで
は、スタンピング成形やフローモールディング成形のよ
うな雌雄二つの型を用いず、本質的に雌雄いずれか一方
の型を成形型として使用するだけで成形することかでき
る。具体的には、最終成形体の表の面が凸部を形成する
ときは凹型を、また表の面が凹部を形成するときは凸型
を用いて成形されるのか普通である。そして、型締を行
なった際、波型に相対する面は平面又は流体圧力を保持
するために箱状の形状を有するものであれば良い。また
、本発明方法においては、成形によってウェブ又はシー
トの投影面積か実質的に不変であり、型締の際、ウェブ
又はシートの全周をクランプする機構をとるか、場合に
よっては一部をクランプしないこともある。 型に相対する部材には流体圧を加えるための流体の流路
か設けられている。この流路の開口部は成形体のデザイ
ンなどにより、中央、側面など自由に設置する二とがで
きる。 型の温度を常温ないし使用する樹脂の融点又は軟化点よ
りも、通常２０℃、好ましくは５０℃低い温度にまで冷
却するための冷却機構を設けることか望ましい。 型の一部分、特に成形体のコーナーに相当する部分には
ガス抜きのための穴を設置し、流体圧力を加えたときに
、型内に残存する空気を排出できるようにすることが望
ましい。 本発明で用いる流体圧は、通常１０ｋｇ／ｃｊＧ以下と
比較的低圧であるので、型の材質には木材、石膏、プラ
スチック、金属、セラミックなど、広い範囲の素材から
選択することができる。また、型の表面仕上げは複合素
材単独で成形体を製造する場合には鏡面仕上げやエンボ
ス仕上げが、そして加飾布を重積して成形する場合には
、毛倒れを防止するためにエンボス仕上げを行なうこと
が好ましいが、特に限定はない。 （３）加圧の方法 予熱されたウェブ又はシートは、通常多孔質のマット状
であり、これに直接流体圧力を加えたのでは流体が多孔
質の複合素材を貫通して、該複合素材に力を加えて成形
を行なうことができない。 そこで、本発明では、高温においても安定で、使用する
樹脂との付着性を有せず、流体圧力によって変形自在の
耐熱性の膜を介在させて、膜面て多孔質の複合素材に力
を加えて押圧し、流体の貫通や複合素材の破壊なしに成
形して成形体を製造する。 このような耐熱性の膜としては、耐熱ゴム、又は、成形
しようとする熱可塑性樹脂よりも融点が通常３０℃以上
高い樹脂からなるものであって、膜厚か通常０．０５〜
３ｍｍ、好ましくは０．１〜２ｍｍのシート又はフィル
ム状の膜であることか望ましい。具体的には、ポリクロ
ロプレンゴム、ポリイソプレンゴム、クロロスルフォン
化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、弗
素ゴム及びシリコンゴムのような耐熱ゴムのフィルム又
はシート、使用する熱可塑性樹脂の融点以上の温度でも
安定な耐熱性樹脂のフィルム又はシートなどが使用でき
るか、製造の容易さと取り扱い易さから耐熱ゴム、特に
シリコンゴムや弗素ゴムの０．１〜２ｍｍ厚のシートが
好ましい。 耐熱性の膜は成形の都度複合素材を覆うように配置して
も良く、或いは、型に相対する部材に固定しておいても
良い。 流体圧力は一般に０．１〜１０眩／　ｃｄ　Ｇ、好まし
くは１〜３　ｋｇ　／　ｃｄ　Ｇであり、それ以下の圧
力では賦形が完全に行なわれない間に複合素材が冷却さ
れ、それ以上の圧力では成形機か大ががりとなり汎用性
に乏しくなる。また、加飾布を重積する場合にはそれ以
上の圧力では毛倒れが激しく、優れた外観の成形体が得
られない。 流体としては、圧縮空気、水、加圧油など汎用される流
体を用いることかできるが、必要な圧力と操作性から圧
縮空気が好ましい。 （４）成形体の製法 第１図に凹型を用いる際の型締状態の断面図を、第２図
に凸型を用いる際の型締状態の断面図を例示する。 必要に応じて凹型１又は凸型１′の型面に加飾材と接着
用素材（図示せず）を予め配置し、その上に予備加熱し
た複合素材７を配置する。加圧用の耐熱性膜６が型１．
１′と型に相対する部材４との間に挟持されるように型
締を行ない、通常は複合素材７の全周を型１，１′のク
ランプ部２によってクランプする。加飾したい面が成形
体の凹面、凸面のいずれであるか、毛倒れをどの程度防
止したいかなどにより、場合によっては加飾材と予熱し
た複合素材７の配置を逆にしても良い。発明者の実験に
よれば、加飾材として布を用いる場合は流体圧を加える
側に加飾布を配置した方が毛倒れが少ない。流体圧によ
って型開きが生じないよう型締力を十分大きくし、型に
相対する部材４に設けた流体の流路５から流体を適切な
圧力と速度で送入し、耐熱性膜６を介して複合素材７を
型に向かって押し付ける。不要なガスはガス抜き孔３よ
り排出される。成形後十分な冷却時間保持した後、成形
体を型から取り出す。 （５）成形体 このような本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造
法にて得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、薄肉軽
量で均一な厚みの繊維強化熱可塑性樹脂成形体であり　
このような成形体を、流体が貫通してしまうような多孔
質の複合素材を原材料として用いて、型の形状を忠実に
再現して成形できたという事実は驚くべきことで、工業
的に極めて重要なことである。

【実　験　例】

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法について
、更に具体的に説明するため、以下に実施例および比較
例を示すが、これら実験例は、本発明の目的を損わない
限り、これらに限定されるものではない。 比較例１ ポリプロピレンホモポリマー（ＪＩＳ　Ｋ７２１０によ
るメルトフローレート：２３ｇ／１０分）のペレットを
機械的に粉砕して平均粒径約３００μｍのパウダーを得
た。該パウダー６０重量％とガラスチョツプドストラン
ド（日本電気硝子型、ＥＣ８−１３−ＩＰ−１４０Ｇ、
繊維径１０μｍ、長さ１３ｍｍ）４０重量％の混合物を
、予め界面活性剤を加えて攪拌して十分に泡立てた水中
に投入し、更に８分間攪拌して分散液を調製した。 この分散液を１００メツシユ粗度の箱型フィルターに移
し、真空ポンプにより減圧下で泡を除去して、水分含有
率が約３０重量％のウェブを抄造した。 次いで、これに少量のバインダーを噴霧して１２０℃の
オーブン内で２時間乾燥して約１．５００ｇ／ゴのウェ
ブを得た。 そして、このウェブを２２ｃｍｘ１８ｃｍの大きさに切
断し、赤外線ヒーター（ヒーター表面温度３００℃、ヒ
ーターとウェブとの間隔２０ｃｍ）にて４分間予熱した
後、新井製作所製７０トン油圧プレスで、型として第１
図に示すような雌型（８０℃に温度調節）を用いて、第
３図に示されるような段階的に凹部を設けた評価用成形
体（幅１８０ｍｍｘ奥行１４０ｍｍｘ最大部分厚さ２０
ｍｍ、肉厚的１〜３ｍｍ）を、耐熱性の膜を用いずに圧
縮空気により成形した。 圧縮空気の圧力を１，３及び８　ｋｇ　／　ｃｊ　Ｇに
して成形したが、いずれも圧縮空気が複合素材の間隙を
貫通して複合素材に力を与えることができなかった。従
って、成形体の形状は予熱したウェブの形状と殆ど変わ
らなかった。 比較例２ 比較例１で抄造し乾燥したウェブを、前述の７０トン油
圧プレスにより、内寸３１ｃｍｘ３４Ｃｍ、厚み１ｍｍ
のスペイサ−を用いて、２１０℃、０　、　５　ｋｇ　
／　ｃｄ　Ｇで７分間加熱加圧しり後、圧力を１０ｋｇ
／ｃｄＧに上げて２分間プレス成形した。 その後、冷却盤に通水して１０分間冷却させてシートを
得た。 このシートを２２ｃｍＸ１８ｃｍの大きさに切断して用
いる以外は比較例１と全く同一の方法で成形体を成形し
たが、結果は比較例１と全く同様であり、成形体らしい
形状のものは得られなかった。 比較例３ ポリプロピレンとガラス連続繊維マットから成る市販の
複合シート（宇部日東化成製アズデルＰ１０３７、黒色
、３．７ｍｍ厚）を２２ｃｍＸ１８ｃｍの大きさに切断
して用いる以外は、比較例２と全く同一の方法で成形体
を成形したが、結果は比較例１及び比較例２と同じてあ
った。 実施例１〜３ ２２ｃｍＸ１８ｃｍの大きさの市販のシリコンゴムの膜
（厚み約０．５ｍｍ）を第１図に示されるように配置し
て成形する以外は比較例２と全く同様の方法で成形体を
成形した。 圧縮空気か１ｋｇ／ｃＪＧの場合（実施例１）は成形体
のコーナ一部まで完全に再現することができなかったか
、比較例１〜３からは想像できないほど忠実に型を再現
することかできた成形体が得られた。 また、圧縮空気の圧力を３ｋｇ／ｃｊＧ（実施例２）及
び８ｋｇ／ｃｊＧ　（実施例３）として成形した場合に
はコーナ一部も完全に再現することができた。 実施例４〜６ 比較例１で用いたウェブを２２ｃｍｘ１８ｃｍに切断し
たものを用いる以外は実施例１〜３と全く同一の方法で
成形体を成形し、実施例１〜３と同様の優れた成形体を
得た。 実施例７〜９ 予め金型表面に加飾用の織布（ポリアミド製、自動車内
装材の加飾に用いるもの）と、次いで熱融着用フィルム
（エチレンとアクリル酸の共重合体フィルム、９０μｍ
厚）を配置してから予熱したウェブを配置する以外は、
実施例４〜６と全く同様の方法で成形体を成形した。 成形体の形状は実施例４〜６と同様に優れたものであっ
た。なお、圧縮空気の圧力を８ｋｇ／ｃｄＧとして成形
した場合には、加飾布が若干名倒れを起こした。 実施例１０〜１２ 金型表面に先ず予熱したウェブを配置し、次いで熱融着
用フィルム、加飾用の織布をこの順序で配置する以外は
、実施例７〜９と全く同一の方法で成形体を成形した。 成形体の形状は実施例７〜９と同様優れたものであり、
いずれの圧縮空気の圧力の場合にも毛倒れは起こらず好
ましい外観を呈していた。 比較例４ 比較例３で用いた市販の複合シートを用いる以外は、実
施例１〜３と全く同一の方法で成形体を成形した。圧縮
空気の圧力８ｋｇ／ｃｄＧにおいても、成形体のコーナ
一部の再現は不完全てあり、該コーナ一部は平面部に比
較して厚肉の成形体しか得られなかった。

【図面の簡単な説明】

第１画は本発明実施例の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の
製造法における凹型の金型を用いて成形する際の型締状
態を表わす断面図であり、第２図は同じく凸型の金型を
用いて成形する際の型締状態を表わす断面図である。ま
た、第３図は本発明の実施例にて製造された繊維強化熱
可塑性樹脂成形体の斜視図を表わす。 １、凹型、１−　凸型、２：クランプ部、３：ガス抜き
孔、４：型に相対する部材、５：流体の流路、６：耐熱
性の膜、７；予備加熱した複合素材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、不連続の繊維状強化材と熱可塑性樹脂から形成され
   た多孔質の複合素材より繊維強化熱可塑性樹脂成形体を
   製造する方法において、前記多孔質の複合素材を予備加
   熱した後、耐熱性の膜を介して加えた流体圧力によって
   成形型に押圧して成形することを特徴とする繊維強化熱
   可塑性樹脂成形体の製造法。