JPH04201422A - 繊維強化樹脂成形品及びその製造法 - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明は、熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む成形品の製
造法及び成形品に関する。

（従来の技術） 繊維強化合成樹脂成形品は多数知られている。

一般には、溶融した合成樹脂中に短い強化繊維を均一に
分散させ、これを射出成形などによって成形する。この
方法では複雑な形状の成形品、大型の成形品を作ること
が可能である。

強化効果をより上げた成形品を作るために、１０論以上
の長い繊維をランダムに分散して含むマトリックス樹脂
より成る長繊維含有樹脂体を圧縮成形金型中に置き、高
速圧縮成形することも知られている。この際に、長い繊
維は樹脂と共に相当に流動する。従って、金型先端まで
数ａｎ〜５０■程度′　　樹脂が移動する場合でも、先
端部にも十分の強化繊維が存在する。ガラス繊維とポリ
プロピレンとから成るこのような長繊維含有樹脂体は、
Ａ　ｚｄｅ　１〈登録商標）として知られている。しか
し、このような長繊維含有樹脂体から圧縮成形した成形
品においては、繊維、特にその先端が表面に浮き出てお
り、はなはだしくは突出している。従って表面外観が良
くなく、しかも表面処理、たとえば塗装又はメツキを施
す場合にも障害となり、美しい外観を得るのが困難であ
る。

また、一般の繊維強化複合体において、強化繊維を成形
品中に均一に分布させるのではなく、応力がかかりやす
い個所、特に成形品の表面近傍に強化繊維を局在させる
ことが考えられる。これは、金型中に先ず強化繊維を配
し、次に合成樹脂を挿入した後に加圧加熱する二とによ
り行うことができる。しかし、この方法では、強化繊維
を成形品の所望の個所に所望の配向で配することが困難
である。特に大きな欠点は、強化繊維が成形品の表面に
浮き出てしまったり、あるいは逆に強化繊維が成形品の
奥の方に入ってしまったりしがちなことである。上記の
問題点は、複雑な形の大型の成形品を作る場合に特に顕
著になる。

（発明が解決すべき課題〉 本発明は、長繊維含有樹脂体から形成された成形品の表
面状態の問題を解決すると共に、複雑な形の大型成形品
においてでも所望の個所に所望の配向で強化繊維を配す
ることができる方法を提供することを目的とする。また
、本発明は該方法で作られた成形品及び該方法で使用す
る板状複合材を提供する。

（課題を解決する手段） 上記の成形品を作るために、本発明において特定の板状
複合材を用いる。該板状複合材は、熱可塑性樹脂のフィ
ルムと該熱可塑性樹脂よりも高い融点を持つ強化繊維ま
たは不融性の強化繊維より成る織布とを重ね、熱可塑性
樹脂の融点以上でかつ強化繊維の融点（もしあれば）よ
り下の温度に加熱して熱可塑性樹脂フィルムを溶融させ
、次に織布の平面の方向に圧力をかけることによって該
溶融樹脂を織布の繊維間に充填し、続いて冷却すること
により、熱可塑性樹脂より成るマトリックス中に織布が
存在しかつ自体の表面が熱可塑性樹脂の薄い層により被
覆されている板状複合材として作られる。

該板状複合材において、熱可塑性樹脂は織布の目の中に
圧入されてマトリックスを形成し、また織布の表面を薄
く被覆している。一般に、板状複合材の厚さは織布の厚
さに支配される。用いる樹脂フィルムの厚さは、単位面
積当りの樹脂量（フィルムを複数用いるときにはその合
計量）が、織布の目を充填しかつ織布の表裏を被覆する
に十分となるような厚さである。

一枚の織布と一枚の樹脂フィルムを重ね、十分に樹脂を
溶融させかつ十分に高い圧力で押圧すれば、樹脂は織布
の反対側にヰで達し、表と裏がほぼ同じ板状複合材が得
られる。しかし、表と裏の樹脂量が同じである必要は必
ずしもない。あるいは、−枚の織布を二枚の熱可塑性樹
脂フィルムでサンドイッチ状にはさんで加熱・押圧して
もよい。

また、上記の織布を含む板状複合材は下記の方法によっ
ても作ることができる。即ち、溶融した熱可塑性樹脂中
に織布をくぐらせ、次にスリットを通過させることによ
って所定の樹脂を織布に施与し、続いてローラによって
又はスタンピングで加圧樹脂を織布の目の中に圧入し、
最後に冷却固化する。あるいは、溶融した熱可塑性樹脂
を織布の上にコーティングし、続いてローラによって又
はスタンピングで加圧し、最後に冷却固化する。

あるいは、補強用の繊維から成る織布を織る際に、熱可
塑性樹脂から成る繊維を織り込んでおき、後にこれを該
熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、続いて加圧すること
によって熱可塑性樹脂の連続相（マトリックス）を生じ
させ、最後に冷却する。

上記の四つの方法によってつくることができる板状複合
材において、織布自体は３０〜９０重量％、好ましくは
５０〜８５重量％を占めることができる。

上記の板状複合材は必ずしも平らでなくともよく、後述
のようにこれを配する成形品表面の形に合致して湾曲し
ていてもよい。しかし、平らなものを用いても、後述の
圧縮成形工程で容易に変形できる。

熱可塑性樹脂マトリックスを成す樹脂は特に限定されな
いが、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
ステル（たとえばポリエチレンテレフタレート及びポリ
ブチレンテレフタレート）、芳香族ポリカーボネート、
ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、あるいは樹脂ア
ロイたとえば芳香族ポリカーボネート／ポリブチレンテ
レフタレート、ポリフェニレンエーテル／ポリアミドが
挙げられる。樹脂は必要に応じて安定剤、難燃剤、可塑
剤、帯電防止剤、顔料、染料、充填剤などを含んでもよ
い。

強化繊維は、フィルムの樹脂よりも高い融点をもつか又
は不融性である必要があり、たとえばガラス繊維、炭素
繊維等から選ぶことができる。特にガラス繊維が好まし
い。これらを織る技術自体は公知であり、平織、斜文織
、朱子織、からみ織など適宜の織組織とすることができ
る・編組織とすることもできるが、強化目的の点から好
ましくない。繊維には表面処理剤、特にカップリーング
剤を付与することができる。

次に成形品を作る工程について説明する。まず、織られ
ていない長い強化繊維から成るマット及び熱可塑性樹脂
マトリックスより構成される長繊維含有樹脂体を圧縮成
形金型中に置き、但し上記長繊維含有樹脂体の表面の少
なくとも一部と金型との間に上記の方法で作った板状複
合材を配し、しかる後に金型を閉じて圧縮成形すること
によって、成形品の表面近傍に強化織布を有し、成形品
の内部に長い不織強化繊維が分散している成形品を作る
。

上記で用いる長繊維含有樹脂体の樹脂は、たとえば上記
板状複合材の説明において述べた樹脂から選ぶことがで
き、両樹脂か同種類のものであることか好ましく、ある
いは互いに相容性の良いものであることが好ましい。特
に両樹脂か同一である場合か最も好ましい。なぜなら、
成形品において剥離の問題がないからである。上記した
慣用の添加剤などを含むことができる。

長い強化繊維は、たとえば上記板状複合材の説明で述べ
た強化繊維から選ぶことができる。ここで長い繊維又は
長繊維とは、平均５＋ｎｙｎ以上、好ましくは１０〜３
００　ｍｍの長さを有するものを言う。後述の圧縮成形
の際に、該長繊維はマトリックス樹脂と一緒に相当自由
に流動すべきなので、上記より長いと流動性が不十分で
ある。逆に上記より短いと強化効果が劣る。この長い繊
維は、無秩序に積み重ねられ、または互いにからみ合っ
て積み重ねられてマット状にされる。所定の厚さにする
ために、複数のマットを重ねてもよい。あるいは、長い
繊維を、ランダムではなくて方向性を持たせて積み重ね
たマットでもよい。特にガラス繊維のマットが好ましく
、たとえばダイヤモンドマット、コンティニュアスマッ
ト、ニードルマット、オーバレイマット、サーフェスマ
ットなどを用いることができる。なお、ランダムな長繊
維に加えて、繊維の一部を特定の方向に配向して加えて
もよい。

長繊維の割合は、長繊維含有樹脂体に対して２０〜６０
重量％、好ましくは３０〜５０重量％である。上記より
も繊維が少ないと、後述のように長繊維含有樹脂体を炉
で加熱して樹脂を溶融し、これを金型に移す際にバラバ
ラになってしまう。逆に上記よりも繊維が多いと、圧縮
成形の際に流動性が不良になり、金型先端において繊維
が不足する。

長繊維含有樹脂体自体は公知であり、たとえば次によう
にして作ることができる。長繊維のマットの上に溶融し
た熱可塑性樹脂を押出し、この上に別の長繊維マットを
重ね、次に熱可塑性樹脂のシート２枚でサンドイッチに
し、これを炉の中で熱可塑性樹脂の融点以上に加熱する
と、熱可塑性樹脂がマットの中に入って行く。十分な時
間の後では、熱可塑性樹脂とマットが一体となって、い
わば綿菓子に液体が付着したような状態になる。

次にこれを型で圧縮し冷却すると、目的の長繊維含有樹
脂体ができる。市販されているＡｚｄｅｌ　（登録商標
）は、３０〜５０重量％のガラス繊維マットと７０〜５
０重量％のポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリカーボネート又は後二者のアロイより成り、厚
さが３．７ｍｍであり、所望の成形品の厚さや容積に応
じて、複数枚を重ねて使用する。

次に以下で、上記の板状複合材と長繊維含有樹脂体から
成形体を作る工程について説明する。まず予め加熱炉中
で板状複合材と長繊維含有樹脂体を夫々加熱して、樹脂
を溶融させておく。このとき板状複合材は軟らかい飴の
ような状態になる。

長繊維含有樹脂体は繊維の力で元の２〜３倍の厚さに膨
れて厚い毛織毛布のようになるが、持ち上げてもバラバ
ラにはならずかつ樹脂が溶は落ちることもない。

そこで、第１図に示す金型の下型１の上に、加熱溶融し
た板状複合材３を炉から取出して素早く乗せる。板状複
合材は軟らかいので、下型の形状に沿う。次に、加熱溶
融した長繊維含有樹脂体４を炉から取出して素早く重ね
る。図では、４枚の長繊維含有樹脂体を重ねており、夫
々二枚ずつ同じ寸法である。最後に、やはり加熱溶融し
た板状複合材３′を上から被せる。（図において板状複
合材３．３′の厚さは拡大して示している。〉そして、
油圧で駆動される上型２を下降させると、まず下型１と
上型２のエツジが噛み合い、更に上型２が下降すると上
型２が上方の板状複合材３゛を押圧するので、長繊維含
有樹脂体４が金型エツジの方に流動する。このとき長繊
維が樹脂と一緒に流動するように高速で圧縮することが
重要であり、他方、板状複合材３．３′は殆ど伸びない
。

かくして上型２が所定の位置まで下降したなら、その位
置で停止し、樹脂が固化してから上型２を上げて成形品
を取出す。

上記の圧縮成形工程において、樹脂がポリプロピレンな
らば、炉での加熱は２００〜２２０’Ｃ１金型温度は２
５〜７０℃、圧力はｉｏｏ〜１８０　ｋｇ／ａｄ、加圧
速度は１３ｍｍ／秒乃至４０／′秒が好ましく、ポリブ
チレンテレフタレートならば夫々２８５〜３００℃、９
０〜１５０℃、１４０〜２５０眩／−１１７閣／秒以上
が好ましい。芳香族ポリカーボネートならば夫々２８５
〜３５０℃、９０〜１５０℃、１４０〜２５０　ｋｇ／
　ｃｘｌ、１７ｍｍ／秒以上が好ましい。加熱した板状
複合材及び長繊維含有樹脂体を炉から取り出した後に温
度が下がりすぎるのを防ぐため、作業は素早く行わねば
ならない。一般に成形時間は３０〜６０秒間である。

出来上った成形品の断面は、第２図の様であり、成形品
の上面及び下面に、熱可塑性樹脂を含浸された織布が長
繊維含有樹脂体のマトリックス樹脂と一体となって配さ
れている。即ち、この面では薄い樹脂層で被われた織布
が表面を成している。

従って、長繊維マットの繊維はこの面に存在しないので
、表面外観が良好であり、また塗装又はメツキも均一に
良好に行える。加えて、成形品は表面に織布を有するの
で屈折に対する剛性及び破壊強度が高い。成形品の全面
、片面のみ、又は任意の所望の個所に織布を配すること
ができるので、効果的に補強及び耐衝撃性の向上が図れ
る。

以上より本発明はまた、熱可塑性樹脂と強化繊維とを含
む成形品において、織られていない長い強化繊維を含む
成形されたマトリックス樹脂、及び該成形されたマトリ
ックス樹脂表面の少くとも一部に熱可塑性樹脂を含浸さ
れた強化繊維織布が上記マトリックス樹脂と一体となっ
て配されている成形品を提供する。

（実施例） １、板状複合材の製造 ガラス長繊維から成る平織布（目付６５５　ｇ　、／’
　ｒｒｆ’　）を用意した。ポリプロピレンフィルム（
厚さ０．５、、）のロール二本を用意し、該フィルムを
上記ガラス繊維織布の表と裏にサンドイッチ状に重ねな
がら加熱炉に連続的に供給し、ポリプロピレンを完全に
溶融した。炉の出口には対になっている加圧ロール２組
があり、これに織布とフィルムを通した。続けて冷却ロ
ールに通した後に得られた硬い板状の複合材を切断した
。

出来上った複合材において、ポリプロピレンがガラス繊
維織布の目を完全に埋め込んでおり、更に織布の表面を
薄いポリプロピレンの層が被っていた。表面は全く平ら
である力釈織布の組織が完全に元の通り見え、布の様で
あった。

２、成形品の製造 長繊維含有樹脂体としてＡＺｄｅｌ　（登録商標）ＰＭ
　１０４００を用いた。これはガラス繊維のランダムマ
ット４０重量％とポリプロピレン６０重量％から成る厚
さ３．７ｍｍの板である。

これを２１０℃の炉中に約３分間おくと、ポリプロピレ
ンが完全に溶け、厚さが３倍程膨れた厚い毛布状になっ
た。また、上記１で作った板状複合材二枚も同じ炉中で
約３分間置き、ポリプロピレンが溶けて表面が光ってい
る軟らかい飴状とした。

第１図に示す形の約５０℃の圧縮成形金型の下型上に、
上記の軟らかくなった板状複合材を素早く置いた。次に
、上記の加熱して膨れた長繊維含有樹脂体を素早く、し
かし注意深く炉から取出して、上記板状複合材の上に１
いた。これを合計四枚重ねた。なお、膨れた長繊維含有
樹脂体の下二枚は、下型の水平部分よりやや小さく、上
二枚は、それより更に小さい。この上に更に別の軟らか
くなった板状複合材を被せた。この手作業は、温度低下
を防ぐために素早く１０数秒で行った。なお、型に入れ
る材料の量は、キャビティ容積から概算で決め、あとは
試行錯誤で調節する。

次に、油圧プレスに接続された上型を降下させ、接触直
前から２０ｎｗｍ／秒の速度で降下させ、１２０　ｋｇ
／−の圧力で諦めた。所定の位置まで下るとリミットス
イッチにより上型は停止する。この状態で金型温調装置
により冷却した後に型を開き、成形品を取出した。

出来上った成形品は、型先端まで所定の形状を有し、切
断して検査すると先端にまで長繊維が十分達していた。

成形品の表と裏には織布が見え、しかし織布は薄い樹脂
層で被われており、織布の端で凹凸は無かった。

原料の板状複合材、長繊維含有樹脂体のみから成形した
比較品、及び本発明の成形品の特性を測定した。結果を
下記に示す。

引張強度（ｋｇ／ｃＪ＞　　　　２５００　　９８０　
　１５００引張弾性率（ｋｇ／ｃｄ＞　　２２００００
　５９７００　１０００００曲げ弾性率（嘘、／ｃＪ　
）　　１４００００　５６２００　９００００

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の成形品を作る工程を示す断面図であ
り、１は下型、２は上型、３及び３′は板状複合材、４
は長繊維含有樹脂体を示す。 第２図は、本発明の成形品の断面図である。 出　願　人：　　　日本ジ−イープラスチックス株式会
社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性樹脂と強化繊維とを含む成形品を作る方法
   において、織られていない長い強化繊維から成るマット
   及び熱可塑性樹脂マトリックスより構成される長繊維含
   有樹脂体を圧縮成形金型中に置き、但し上記長繊維含有
   樹脂体の表面の少くとも一部と金型との間に、熱可塑性
   樹脂マトリックス中に織布が存在している板状複合材を
   配し、しかる後に金型を閉じて圧縮成形することによっ
   て、成形品の表面近傍に織布を有し、成形品の内部に長
   い不織強化繊維が分散している成形品を作る方法。 ２、成形品の良好な表面外観を要すべき個所または使用
   時に引張りの応力又は衝撃がかかる個所のみに強化織布
   を配する請求項１記載の方法。 ３、マトリックスの熱可塑性樹脂と板状複合材の熱可塑
   性樹脂とが同種類のものである又は互いに相容性の良い
   ものである請求項１記載の方法。 ４、熱可塑性樹脂と強化繊維とを含む成形品において、
   織られていない長い強化繊維を含む成形されたマトリッ
   クス樹脂、及び該成形されたマトリックス樹脂表面の少
   くとも一部に熱可塑性樹脂を含浸された強化繊維織布が
   上記マトリックス樹脂と一体となって配されている成形
   品。