JPH04163108A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形素材の製造方法 - 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、加熱加圧成形に用いられる繊維強化熱ｉ■塑
性樹脂成形素材の製造方法に関するものである。本発明
による繊維強化熱可塑性樹脂成形素材を用いた成形品は
、自動車を中心とした産業用部品に広く使用される。

［従来の技術］ 最近、金属のプレス成形前玉で製造されていた部品、例
えば自動車のフロントエンドリテーナ−、ジ−トンエル
、ランプハウジンク、ハラデリートレイ、バンパービー
ム等か、繊維強化熱可塑性樹脂のプレス成形品に代替さ
れる傾向にある。

繊維強化熱可塑性樹脂の特徴は、加熱したシート状成形
素材を室温あるいは加熱した成形型内に挿入し短時間で
圧縮成形することにより、製品の肉厚を部分的に変化さ
せたり、ボス、リブ等か付加された複雑な成形品を製造
することかてき、さらにその成形品が高い機械的強度を
有し、軽量である等の点にある。

この繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の製造方法
は、次の２つに分類することができる。

■ラミネート法二ニードリング（複数本のストランド状
強化繊維に針を突き刺し、互いに縮まり合わせる工程）
を行ったマット状のストランド強化繊維と熱可塑性樹脂
を積層し、ダブルベルトコンベア式連続プレスのスチー
ルベルトの間に連続的に挿入し、加熱、加圧を行い、さ
らに冷却してシート状成形素材を製造する方法（特開昭
４８−８０１７２号公報、特開昭５２−４０５５８号公
報、特開昭５５−７７５２５号公報）、および ■抄造法二抄造技術を応用して、長さ３ｍ…から５０社
程度に切断された強化繊維と粉末状の熱可塑性樹脂を均
一に分散した不織材料を製造し、この不織材料を原料と
し加熱、加圧を行いさらに冷却してシート状成形素材を
製造する方法（特開昭４９＝１月０３号公報、特開昭４
９−１４７０４号公報）である。

これらのシート状成形素材は、加熱加圧成形する際に重
要なこととして、複雑な成形品において強化ＭＩＭか熱
可塑性樹脂と分離することなく流動し、また成形品の表
面に強化ＭＩＭが浮き上がることによる外観の低下が生
しないようにすることが要求される。

ラミネート法て製造されたシート状成形素材の場合は、
マット中のストランド強化繊維・がニードリング処理に
より拘束されているため、成形型内で流動する際に強化
繊維と熱可塑性樹脂が分離しやすいという問題が生しる
。

一方、抄造法で製造されたシート状成形素材の場合は、
均一に分散した不連続の強化繊維か相互の束縛の少ない
状態で熱可塑性樹脂中に存在するため、上記の問題を生
じることなく均質な成形品を得ることがてきる。しかし
、抄造法で製造され、た不織材料は、強化Ｉ！！維がラ
ンダムに配向しているために、非常に嵩高いという性質
を示す。不織材料の厚みは、強化繊維の形状と抄造条件
により異なるが１Ｍ！維強化熱可塑性樹脂のプレス成形
て一般的に用いられる空隙を除去したシートに比べてＪ
θ倍程度の厚みを有している。

シート状成形素材は、成形前にマトリックスを構成する
熱可塑性樹脂の軟化点または融点以上に加熱されるが、
その際に熱可塑性樹脂の強化繊維に対する結合力が弱ま
るため強化繊維が元に戻ろうとするスプリングバックに
よりシートの膨張が発生する。この膨張は、シートの表
面から始まり次第に熱が板厚中心部に及ぶにつれて全体
的に膨張し、それと共にシート内に断熱空気層が形成さ
れるため熱伝導率が低下する。この結果、シート板厚中
心部の熱可塑性樹脂の温度上昇が阻害されることによる
成形時の流動性の低下と、シート表面が局部的に加熱さ
れるため熱可塑性樹脂が熱分解することにより劣化し、
強化繊維が浮き上かり、成形品の外観の悪化と強度低下
という問題を引き起こす。

シート状成形素材の表面と板厚中心部の温度差を大きく
しないための加熱方法として、加熱炉の雰囲気温度を低
く設定し、長い時間をかけて加熱する方法をとることも
できるが、工業的には成形のサイクルタイムが長くなり
、場合によってはシート表面の熱可塑性樹脂の熱劣化が
生じることもあり十分な対策にはなり難い。

［発明か解決しようとする。！題］ 本発明の目的は、上記の欠点を除去した加熱効率の高い
繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の製造方法を提
供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂を主成分として、抄
造技術により得られる不織材料を加熱、加圧し、さらに
冷却して繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材を製造
するに先立って、不純材料をその熱可塑性樹脂の軟化点
または融点以下の温度で、圧下刃として面圧の場合５ｋ
ｇｆ／ｃｍ２以上、線圧の場合］Ｏｋｇｆ／ｃ＋ｎ以上
で機械的に圧下することを特徴とする繊維強化熱可塑性
樹脂の製造方法である。

本発明で、繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材を製
造するに当たって、抄造技術を応用する場合は、第１図
に示したような、長さ３■ｍから５０■程度に切断され
た強化繊維１と粉末状の熱可塑性樹脂２を均一に分散し
た不織材料を原料として用いる。抄造法による繊維強化
熱可塑性樹脂シート状成形素材の製造工程の一例を第２
図に示した。強化繊維１と粉末状の熱可塑性樹脂２を分
散ＷＩ３内の水中に連続的に投入する。分散槽内では、
強化繊維と熱可塑性樹脂を均一に分散させるために攪拌
か行われ、さらにその分散液をポンプ４によりメツシュ
状のベルトコンベア５の上側に設置されたヘッドボック
ス６に供給する。ヘットボックスの下側に設置されたウ
ェットボックス７内を負圧に保ち、ヘッドボックス内の
分散液の吸引、脱水を行い連続的に強化繊維と熱可塑性
樹脂の複合体である不織材料８を製造する。この不織材
料を、通風式の熱風乾燥機９で乾燥し、次いてダブルへ
ルトコンヘア式連続ブレス１０で加熱、加圧を行いさら
に冷却してシート状に成形し、最終的には加熱加圧成形
に必要とされる寸法に応じた形状にカッター日で切断し
て、繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材１２を製造
する。

繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材としては、シー
ト内の空隙を完全に除去したもののほかに、空隙が存在
しているものを提供することができる。また、ダブルへ
ルトコンヘア式連続プレスを使用せず、不織材料を熱風
乾燥機で乾燥するのと同時に熱可塑性樹脂の一部または
全部を、その軟化点または融点以トに加熱して、熱可塑
性樹脂を溶融させ、冷却して強化繊維を熱可塑性樹脂で
結合した、空隙が存在しているシート状成形素材を提供
することもできる。空隙が存在しているシート状成形素
材は、原料配合割合および加熱加圧条件により容易に曲
げることができるようになるため、リールアップを行い
コイルとして製品を提供することもできる。

このようなシート状成形素材は、工程省略によりコスト
低下に結びつき、またシートの板厚方向に通気性を付与
することかできるため、加熱加圧成形に従来よく用いら
れる遠赤外線加熱のほかに、通風式の加熱装置を用いて
も短時間で効率よく加熱することができる。

本発明で不織材料を機械的に圧下する方法としては、バ
ッチ方式でも連続的に行ってもよく第３図（ａ）に示す
ようなブレス圧下、同図（ｂ）に示すような１個または
複数個のロールを利用したロール圧下、または同図（ｃ
）に示すようなダブルベルトコンベア式連続プレスのベ
ルトまたはキャタピラ−を介してロール圧下を行う装置
等を用いることができる。本発明における不織材料を圧
下する工程は、例えば前述の′ｆＪＺ図の抄造法による
繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の製造工程にお
いては、ヘッドボックスとタプルベルトコンへア式連続
プレスの間て行うか、ダブルベルトコンベア式連続プレ
スにおいて、熱可塑性樹脂の軟化点または融点以下の温
度で必要な圧力で直接行ってもよい。または、これらの
工程を併用してもよい。

本発明における不織材料への圧下は、強化繊維の一部に
若干の破損を生ずる事があるが、その嵩密度を上げる効
果がある。圧下処理が行われた不純材料を原料として製
造される繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材は、加
熱時の強化繊維のスプリングバックが抑えられるため、
シートの膨張が小さくなり加熱効率が向上し、均一加熱
により優れた流動性と成形品外観の改善を図ることがで
きる。

本発明の効果は、不純材料への圧下刃が面圧の場合５ｋ
ｇｆ／ｃＩｍ”、線圧の場合１０ｋｇｆ／ｃｍから発現
し始め、圧下刃を増大することにより向上する。シート
状成形素材のｉｌｌを抑制するためには、強化繊維の含
有量が多くなるに従って大きな圧力が必要になり、圧下
時の不織材料の温度により廣なるが、製品強度の低下に
結びつく著しい強化繊維の破損を避けるためには、圧下
刃を面圧の場合２００ｋｇｆ／ｃｍ”　、線圧の場合３
００ｋｇｆ／ｃｍ以下にすることが望ましい。また、不
純材料の圧下は、−回だけでなく複数回行ってもよい。

ロール圧下を行う場合は、ロール形状による不織材料と
ロールとの接触面積の変化およびロール回転数により、
シート状成形素材の膨張の抑制効果が変動するため、圧
Ｆ装置の設計および圧下刃の設定は、製造されるシート
状成形素材の用途に応じて、あらかじめ予備的な実験を
行って最適条件を決定することが望ましい。

本発明に用いられる原料の熱可塑性樹脂は、ポリエチレ
ン、ボップロピレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジ
ェン−アクリルニトリル共重合体、スチレン−アクリル
ニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、
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、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリフ
ェニレンスルフィト等の樹脂であり、またこれらの２種
類またはそれ以上の混合物をも含み、これらに一般的に
用いられる可塑剤、熱安定剤、光安定剤、充填材、染顔
料、耐衝撃剤、増量材、核剤、加工助剤、ガラス短繊維
等を添加することができる。

本発明では、強化繊維としてガラス短繊維、炭素繊維、
金属繊維のばか無機繊維、有機繊維が用いられ、その形
状か直径が３μｌφから３０μｌφで、長さ３１Ｉ−か
ら５０■ｌ程度に切断したものが望ましい。

本発明で得られた繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素
材は、−・般的な加熱加圧成形用素材として優れた性能
を示すか、圧空成形等においてもその加熱特性の改善に
より有益な結果かもたらされる。

［実施例］ 以下実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 強化繊維として直径ＩＯμｍφ、長さ２５＋＋＋ｅのガ
ラス繊維と、熱可塑性樹脂として直径３ａｍφの球状の
ベレットを粉砕し、その粉砕品をふるい分けにより７０
ｆｅｓｈ　（開孔径０．２１２ｍ＋ｓ　）からＩＯｍｅ
ｓｈ　（開孔径１．７ｍｍ　）まてに分級したポリプロ
ピレン樹脂粉末を用いて、抄造法により強化繊維４０ｗ
ｔ％と熱可塑性樹脂６０ｗｊ％の組成て、目付晴が４５
００ｇ／ｎ”の不織材料を製造した。この不純材料を、
室温でそれぞれ５　、１０．３０．５０．　＋００ｋｇ
ｆ／ｃｍ２の圧力て１分間ブレス圧下を行い、さらにホ
ットプレス成形て空隙が除去された厚み３．７ｖｎｍの
繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形した。ホットプレス
成形の条件は、不純材料の予熱を２１０℃無負荷で１０
分間行い、続いて圧力２０ｋｇｆ／ｃｍ２て５分間加圧
し、冷却固化してシートを成形した。また、加熱時のシ
ート表面と板厚中心部の温度差を測定するために、不純
材料の表面と中心部にあらかじめ熱電対を挿入してシー
トを成形した。これらのシートを遠赤外線加熱炉でシー
トの表面温度が２２０℃に昇温するまで加熱し、加熱後
のシート厚みおよびシート表面部と板厚中心部の温度差
を測定した。

（比較例１） 実施例１と同じ不織材料を用いて圧下処理を行わず、直
接ホットプレスにより実施例１と同し成形条件で厚み３
．７ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形した。こ
のシートを実施例１と同様に加熱し、加熱後のシート厚
みおよびシート表面部と板厚中心部の温度差を測定した
。

実施例１と比較例１で得られたシートの加熱実験の結果
を第４図に示した。比較例では、強化繊維のスプリング
バックが大きいために加熱後のシート厚みは約１２■■
で、初期厚みの３．７−−の３．２倍程度まで膨張した
。このため、シートの熱伝導性は著しく低下し、シート
の表面と板厚中心部の温度差は５５℃であり、板Ｊ’Ｊ
中心部の温度は、ポリプロピレン樹脂の融点に近い１６
５℃であった。また、加熱シートの表面ではポリプロピ
レン樹脂の熱劣化か発生し、ガラスＨＩＭが浮き上がる
という現象が認められた。このようなシートでは、Ｍｌ
維強化熱可塑性樹脂の成形において要求される良好な流
動性と成形品外観を提供することは不可能である。

実施例１の結果は、本発明の不純材料の機械的な圧下に
より、その繊維強化熱可塑性樹脂シートの加熱特性が改
良されたことを示している。シート膨張の抑制効果は、
不織材料への圧下刃５ｋｇｆ／ｃｍ２から発現し、圧下
刃が増大するに従って向。トした。シート膨張の低下に
より、表面と板厚中心部の温度差が減少し、加熱シート
表面のポリプロピレン樹脂の熱劣化も抑えられることが
観察され　′だ。実施例１の場合では、強化繊維の含有
量が４０ｗｔ％の繊維強化熱可塑性樹脂シートにおいて
、プレスの圧下刃を３ｏｋｇｆ／ｃ■２以上にすること
により、加熱加圧成形に良好な流動性と成形品外観を得
ることかできた。

（実施例２） 実施例１と同じ不織材料を、室温で直径１４０　腸■φ
のロールで圧下刃をそれぞれ線圧５．１０．３０゜５０
、１００．１３０ｋｇｆ／ｃｍに設定してロール圧下を
行い、さらにホットプレスにより実施例１と同じ成形条
件で厚み３．７ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂シートを成
形した。これらのシートを、実施例１と同様に加熱し、
加熱後のシート厚み及びシート表面部と板厚中心部の温
度差を測定した。

実施例２の結果を第５図に示したが、実施例１と同様に
不織材料のロール圧下により、その繊維強化熱可塑性樹
脂シートの加熱特性が改良されることを確認した。シー
ト膨張の抑制効果は、不織材料の圧下刃が線圧１０ｋｇ
ｆ／ｃｍがら発現し、圧下力が増大するに従って向上し
た。実施例２では、実施例１のプレス圧下刃：ｌＯｋｇ
ｆ／ｃｍ２と同程度のシート膨張の抑制効果を得るため
には、線圧５０ｋｇｆ／ｃｍのロール圧下刃か必要であ
った。これは、ロールの圧下刃によるシート膨張の抑制
効果がシートの強化繊維の含有量のほかに、不織材料と
ロールとの接触面積、ロール回転数により変化するため
であると考えられる。

（実施例３） 実施例１と同じ原料を用いて、抄造法により強化繊維４
０ｗｔ％と熱可塑性樹脂６０ｗｔ％の組成で、目付量が
３０００ｇ／ｍ２の不織材料を製造した。この不純材料
を、室温でそれぞれ５　、　＋０．３０．５０．１００
ｋｇｆ／ｃｆｉＩ２の圧力で１分間ブレス圧下を行い、
さらにホットプレス成形でシート内に空隙が５０％存在
する厚み５１１ＩＩの繊維強化熱可塑性樹脂シートを成
形した。ホットプレス成形の条件は、不純材料の予熱を
２１０℃無負荷で５分間行い、つづいて圧力５ｋｇｆ／
ｃｍ２で３分間加圧し、冷却固化してシートを成形した
。これらのシートを、実施例１と同様に加熱し、加熱後
のシート厚み及びシート表面部と板厚中心部の温度差を
測定した。

（比較例２） 実施例３と同じ不織材料を用いて圧下処理を行わず、直
接ホットプレスにより実施例３と同じ成形条件でシート
内に空隙が５０％存在する厚み５ａ＋ｍの繊維強化熱可
塑性樹脂シートを成形した。このシートを実施例１と同
様に加熱し、加熱後のシート厚みおよびシート表面部と
板厚中心部の温度差を測定した。

実施例３と比較例２で得られたシートの加熱実験の結果
を第６図に示した。実施例１の結果と同様に、不織材料
のブレス圧下により、その繊維強化熱可塑性樹脂の加熱
特性が改良されていることが確認された。しかし、比較
例２および実施例３における不織材料の圧下刃がＩＯｋ
ｇｆ／ｃｍ２以下のシートでは、表面のポリプロピレン
樹脂が非常に熱劣化され易いことが確認された。これは
、シート内に最初から５０％の断熱空気層か存在してい
るので、実施例１と比較例１の空隙を除去したシートに
比へて遠赤外線加熱のような放射加熱では、加熱効率が
低いためであると考えられる。

実施例３の場合では、強化繊維の含有量が４０ｗｔ％の
繊維強化熱可塑性樹脂シートにおいて、プレスの圧下刃
を３０ｋｇｆ／ｃｍ２以上にすることにより、シート表
面のポリプロピレン樹脂の劣化を抑えることかでき、加
熱加圧成形に良好な流動性と成形品外観を得ることがで
きた。

また、実施例３と比較例２の繊維強化熱可塑性樹脂シー
トはいずれも、板厚方向において通気性があるため、加
熱空気かシートを通過する熱風加熱炉では、短時間に効
率よく加熱することができることを確認した。

［発明の効果］ 本発明により、抄造法による強化繊維と熱可塑性樹脂の
複合体である不織材料を原料とした繊維強化熱可塑性樹
脂シート状成形素材の加熱特性が改良された。本発明で
得られた繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材は、成
形時の加熱において強化繊維のスプリングバックによる
シート膨張が抑えられているため加熱効率か改善され、
シートの均一加熱により良好な流動性が発現し、その成
形品の外観も改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形
素材の製造に用いられる不織材料の概略図。第２図は、
抄造法による繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素材の
製造工程の一例を示す概略図、第３図（ａ）〜（ｃ）は
、不織材料を圧下する装置の概略図。第４図〜第６図は
、いずれも繊維強化熱可塑性樹脂シートを加熱した時の
シート膨張およびシート表面と板厚中心部の温度差を示
した図である。 １・・・強化繊維、２・・・熱可塑性樹脂粉末、３・・
・分散梢、４・−ポンプ、５・・・メツシュ状ベルトコ
ンベア、６・・・ヘッドボックス、７・・・ウェットボ
ックス、８・・・不織材料、９・・・熱風乾燥機、　１
０−・・ベルトコンベア式連続プレス、１１・・・カッ
ター、１２−・・繊維強化熱可塑性樹脂シート状成形素
材、１３−プレス盤、１４−・・ロール、１５・・・ス
チールベルトまたはキャタピラ−０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強化繊維と熱可塑性樹脂を主成分として、抄造技術
   により得られる不織材料を加熱、加圧し、さらに冷却し
   て繊維強化熱可塑性樹脂成形素材を製造するに先立って
   、不織材料をその熱可塑性樹脂の軟化点または融点以下
   の温度で、圧下刃として面圧の場合５ｋｇｆ／ｃｍ＾２
   以上、線圧の場合１０ｋｇｆ／ｃｍ以上で機械的に圧下
   することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形素材の
   製造方法。 ２、不織材料の圧下手段としてプレス圧下、ロール圧下
   、さらにはダブルベルトコンベア式連続プレスのベルト
   またはキャタピラーを介したロール圧下のいずれか、ま
   たはそれらの組み合わせを用いる請求項１記載の繊維強
   化熱可塑性樹脂成形素材の製造方法。