JPH04208417A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品及びその成形方法 - 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］ 本発明は繊維強化熱可塑性樹脂シートと連続した強化繊
維束を用いて、自動車用バンパービームなどの高強度の
繊維強化熱可塑性樹脂成形品を圧縮成形法で成形する方
法及びその方法により得た成形品に関する。

［従来の技術］ 高強度の繊維強化熱可塑性樹脂成形品を得るための従来
の方法としては、例えば特開昭５６−１４６７２１号公
報に示すように、金型の内側面の周辺部に強度向上用付
加材料を設置または固定しつる段差もしくは溝を有する
金型内に、強度強化用材料（鉄、セラミックなど）を設
置し、ついで成形温度に加熱された長繊維クラスファイ
バー配合熱可塑性樹脂材料を配置した後に金型を閉じて
プレス成形を行う方法がある。

また、特開昭６２−２４０５１４号公報には、一方向に
引き揃えした補強長繊維と長繊維マットとの積層体に熱
可塑性樹脂を含浸せしめた一方向繊維強化熱可塑性樹脂
シートの製造とそのシートを使った剛性や耐衝撃性に優
れ、且つ、軽量化されたバンパービームの製造法が提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 高強度を得るために、強度向上用部材を繊維強化熱可塑
性樹脂の成形物の端に仕込む方法である特開昭５６−１
４６７２１号の技術は、力学的にも経済的にも優れた方
法であるが、金型構造上、金型に強度向上用部材を設置
するための溝が必ずしも作れるとは限らない問題がある
。また、金型の溝に強度向上材を設置すると、金型と接
した部分へ加熱された長繊維グラスファイバー配合熱可
塑性樹脂材料かうまく流れていかず、強度向上材を包み
込めずに強化向上部材か表面に露出し、外観上の不都合
を生しる恐れがある。

また、特開昭６２−２４［１５１４号の一方向繊維強化
熱可塑性樹脂シートを使って成形品をつくる場合、上記
従来法の金型形状の問題と表面への強化材露出の問題は
解決するが、一方向に引き揃えした補強長繊維と長繊維
マットとの積層体に熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート
を作る必要があり、その補強繊維マットへの熱可塑性樹
脂の含浸が、抄紙法でつくる繊維がほぼランダムに配向
した繊維強化熱可塑性樹脂シート（以下は抄紙法スタン
パブルシートと略称する）の場合は困難であるという問
題が生ずる。

抄紙法スタンパブルシートの場合、熱可塑性樹脂粉末と
長さ３〜５０ｍｍのチョツプドｉａｍを分散させた不織
布状のウェブが得られ、このウェブと一方向に引き揃え
した補強長繊維マットを熱可塑性樹脂が溶融する温度で
ホットプレスして熱融着により張り合わせる必要がある
が、特開昭６２−２４０５１４号のラミネート法と違っ
て、抄紙法スタンパブルシートの場合は、不織布の繊維
のなかにある熱可塑性樹脂粉末は溶融した時に、不織布
の各繊維の表面張力幼果で引き止められるため、ホット
プレス時に十分に浸み出さず、一方向に引き揃えした補
強長繊維マットへの含浸が十分でないという開運を生ず
る。

また、ホットプレスによる樹脂の浸み出しを強化して補
強繊維マットへの含浸を十分に行うために、ホットプレ
ス圧を上げると、ウェブ中の熱可塑性樹脂が流動し、一
方向に引き揃えした補強長繊維が曲がったりゆがんだり
するために、補強繊維による強度発現が不十分になる恐
れも生ずる。

本発明は、このような従来法の不都合を解消し、且つ抄
紙法スタンパブルシートを用いる際の問題点を解決し、
高強度の繊維強化熱可塑性樹脂成形品及びその成形方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る成形品は、繊維強化熱可塑性ｓ１脂シート
を加熱溶融し金型にて成形して得た成形品において、強
度を必要とする縁部分に、好ましくはシートと同種の樹
脂を含浸させた連続強化繊維の束を一体に囲繞してなる
ことを特徴とする。

また、本発明は、自動車用のバンパービームなどの高強
度の部材を、抄紙法スタンパブルシートを用いて成形す
るに際して、連続強化繊維の束、望ましくは、当該シー
トと同種の熱可塑性樹脂で含浸させた連続強化繊維の束
と、抄紙法スタンパブルシートを加熱し、熱可塑性樹脂
を溶融状態にし、続いて金型上へ当該シートと当該繊維
束を位置させる時、当該繊維束を当該シートに包み込み
、且つ、当該繊維束が包み込みの端付近に来るようにし
て、圧縮成形をすることを特徴とする成形方法である。

さらに、本発明は、金型に位置させる当該シートの辺の
部分、望ましくは、端より５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に当
該繊維束を位置させ、その上に当該シートと同じ大きさ
のシートを重ねた状態にして、圧組成形をすることを特
徴とする成形方法である。

［作用］ 成形物の強度、特に曲げ強度を左右するのは、成形物の
端、または辺の強度である。特に、Ｕ字形の長尺構造の
自動車用バンパービーム状の形状の場合、ビームに掛か
る力によフて生ずる最大応力は端部分に発生する。本発
明によれば、その成形物の端に強度の高い連続強化繊維
の束を重点的に位置させることができる。また、本発明
では強化材としての連続繊維束が、チョツプド繊維で強
化した熱可塑性樹脂で包まれているので、外観上の問題
がないたけでなく、強度上も強化材との界面が外部に露
出していないだけ有利となる。また、強化材としての連
続繊維束を望ましくは当該シートと同種の樹脂に含浸さ
せておけば、抄紙法スタンパブルシートとの接合強度が
高くなるためにさらに、成形物としての高強度が得られ
る。

しかも、本発明では抄紙法では困難な一方向に引き揃え
た連続繊維と繊維強化熱可塑性樹脂シートの張り合わせ
が不要となる。また、端の部分には連続繊維束が位置す
るか、成形物の中心付近に位置する部分は、成形性の良
い抄紙法スタンパブルシートであるために成形上複雑な
形にも対応できるようになる。また、成形物の強度発現
に効果のある端にだけ連続強化繊維束が位置しているの
で、シート全体に連続強化繊維束が分布する従来例に比
し、強度上は少々劣るがより少ない連続強化繊維束で効
果的な補強効果が得られる。

本発明の重要な点は、連続強化繊維束をスタンパブルシ
ートの端に包み込んで金型に位置して成形することにあ
る。単純にスタンパブルシートの外側に連続強化繊維束
を位置させたり、スタンパブルシートの端部分に連続強
化繊維束を乗せて成形する方法では、圧縮成形時の流動
で連続強化繊維束が曲がったり、ランダム繊維の入った
スタンパブルシートの方が先に流動して、成形後の成形
物の端に連続強化繊維束が位置しなくなフたすし、良計
な強度発現効果が期待できない。

本発明では、連続強化繊維束とスタンパブルシートを加
熱し、熱可塑性樹脂を溶融状態にし、圧縮成形時に熱融
着させる方法であり、圧縮成形時の強大な成形圧力が有
効に利用できるため、連続強化１ｉＡＭ束への熱可塑性
樹脂の含浸が十分に行われ、接合強度が高くなる効果を
有する。特に、連続強化繊維束を前置フて、熱可塑性樹
脂で含浸させている場合は更に接合が完全になり、成形
物としての強度発現が更に安定して得られる。

また、本発明によれば、Ｕ字形の長尺の成形物の端へ連
続強化繊維束を位置できるが、これ以外に、両端に連続
強化繊維束を包み込んだシートを平面的にほぼ直角にず
らして２組み重ねて金型に位置させて、圧縮成形させる
ことで、箱型の成形物の４辺に連続強化繊維束を埋め込
むことが可能になる。また、連続強化繊維束は必要に応
じて複数本包み込むことができる。

連続強化繊維束を包み込む方法以外に、連続強化繊維束
を金型に位置させる当該シートの辺の部分、望ましくは
、端より５ｍｍ〜３０Ｉ１ｍｌの範囲に当該繊維束を位
置させ、その上に当該シートと同じ大きさのシートを重
ねた状態にして、圧縮成形をすることでも、成形物の辺
に連続強化繊維束を埋め込むこともできる。連続強化繊
維束を置く位置として端より５Ｉｍｍ以下の所では、成
形時の熱可塑性樹脂の流動で連続強化繊維束が曲がった
り、連続強化繊維束が成形物の表面に露出するなどの不
都合を生ずるし、３００１１１以上では成形物の端に連
続強化繊維束が位置しなくなるため、連続強化繊維束に
よる強化効率が低下する。また、シートを重ねた間に当
該繊維束を位置せず、単数のシートの上か下に置く方法
では、成形時の熱可塑性樹脂の流動で連続強化繊維束が
曲がったり、連続強化繊維束が成形物の表面に露出する
などの不都合を生ずる。

つづいて、図面で本発明を説明する。

第１図は、Ｕ字形の成形物の圧縮成形法の模式的な断面
図で示したもので、加熱した抄紙法スタンパブルシート
２の端を折り曲げ、その折り曲げ部２ａに加熱した連続
強化繊維束１を挿入してから下金型４の上に位置させて
、上金型３で圧縮する状態を示している。この例では、
連続強化繊雑束２を２本端に包み込んだスタンパブルシ
ートｌの組を１組示しているが、成形品の板厚に応じて
、この組を必要に応じて重ねることは差支えない。

第２図は、第１図の方法で成形したＵ字形成形物５を示
すもので、断面を切ってみるとほぼランダム方位を持つ
チョツプド繊維で強化された熱可塑性樹脂の辺の部分に
、熱可塑性樹脂で十分に含浸された連続強化繊維束６が
位置していることを示している。

第３図は、例えばバッテリートレイや収納ケースに適し
た箱形成形物の成形法を示しており、連続繊維束１を両
端に包み込んだスタンパブルシート２の組を、２組直角
にずらして組合せ下金型４上に位置させた状態を示す。

この状態で第１図と同様に上金型により圧縮成形するも
のである。

第４図は、第３図の方法で成形した箱形の成形物７を示
すもので、箱としての強度発現に有効な４辺に、連続強
化繊維束６が埋め込まれていることを示している。

第５図は、連続強化繊維束１をスタパブルシート２ｂの
辺の部分、望ましくは、嶋より５ａｌＩ１１〜３０ＩＩ
Ｉ＋の範囲に当該！１ｌＩ１束を位置させ、その上に当
該シート２ｂと同じ大きさのシート２ｃを重ねた状態に
して圧縮成形する方法を示す図である。

［実施例］ 設定条件：成形物としては第６図の箱型（又はＵ字形）
形状が得られる金型を用いた。第６図の成形物の強度評
価は第６図の成形物を間隔５００ｍｍの支点で支え、そ
の中間点２５ｈｍ位置を押し曲げる３点曲げ試験で曲げ
強度を測定した。曲げ強度は、抄紙法スタンパブルシー
トで作った成形物の強度を１．０として比率で示した。

・遠赤外線ヒーターを２６０℃に設定、シート表面温度
が２２０℃になる加熱条件 ・連続強化繊維束はガラス繊維で、太さ１０ｕｍ、繊維
の数は約２０００本で、熱可塑性樹脂として、ポリプロ
ピレンを５０％含浸させた連続長さの束を長さ５５０＋
ａｍに切って使用。

・第１図、第５図の成形法で用いる繊維強化熱可塑性樹
脂シート、および比較材として用いるシートとしては抄
紙法スタンパブルシートを用い、強化繊維としてガラス
を用い大さ１ｏＩＪＩｌｌ、長さ１３ｍｍのチョツプド
ストランドを単繊維となるまで抄紙法で分散させたもの
を用い、マトリックスの熱可塑性樹脂としてはポリプロ
ピレンを用い、ガラス繊維含有率は３０％のものを用い
た。

−従来法１としてラミネート法を用い一方向の連続繊維
で強化したスタンパブルシートについては、ガラス含有
率４０％、連続ガラス繊維が２０％で、残り２０％がラ
ンダム方位を持つガラス繊維で熱可塑性樹脂としては、
ポリプロピレンを用いている。

・また従来法２としては、抄紙法スタンパブルシートを
用い、連続強化繊維束を成形物の端になる部分に前景っ
て置いておく方法を取った。

下記の表に示すように、本発明に係る成形品は、いずれ
も曲げ強度に優れ、表面外観も問題がなかった。

［発明の効果コ ■成形物の強度向上 抄紙法スタンパブルシートでも連続強化繊維束て強化し
た成形品が作れる。抄紙法スタンパブルシートでは、ラ
ンタム方位に配向した繊維は容易に作ねるがその作り方
から考えて連続強化繊維束を抄紙工程で入れるのはかな
り困難であり、後で、貼り合わせるのも余り効果的でな
いが、本発明ではこれが容易に達成できる。

０表面品質の向上 金型に前置って、連続強化繊維束を置いておき、成形時
に繊維強化熱可塑性樹脂シートと熱融着を図る方法では
、含浸が十分に行かないだけでなく、置いておいた束の
金型側への熱可塑性樹脂の流動が十分でないために、表
面に当該のｍ線束が露出するため外観上好ましくないが
、本発明ではこのような不都合が全くない。

■成形性および経済性の向上 連続繊維束か成形品全体にわたって分布していないので
、成形時に複雑な形に対して十分対応できると共に、少
ない繊維束で有効な補強が行われるので、高強度の成形
品が比較的低コストで得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形方法の−・例を説明するための概
略図、第２図は第１図の方法によフて得た成形品の例を
示す斜視図、第３図は本発明の他の成形方法を示す概略
図、第４図は第３図の方法によって得た成形品の例を示
す斜視図、第５図は本発明のさらに別の成形方法を示す
概略図、第６図は本発明の実施例における曲げ試験状況
の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維強化熱可塑性樹脂シートを加熱溶融し金型にて
   成形して得た成形品において、強度を必要とする縁部分
   に、連続強化繊維の束を一体に囲繞してなることを特徴
   とする繊維強化熱可塑性樹脂成形品。 ２、連続繊維の束は、シートと同種の樹脂を含浸させた
   ものである請求項１記載の成形品。 ３、抄紙法にて得た繊維強化熱可塑性樹脂シートを加熱
   してその縁部分を折り曲げ、この折り曲げ個所に連続繊
   維の束を挿入した後、金型により前記繊維強化熱可塑性
   樹脂シートを加熱溶融して所望の形状に成形したことを
   特徴とする請求項１又は２記載の繊維強化熱可塑性樹脂
   成形品を成形する方法。 ４、折り曲げ個所に連続繊維の束を挿入したシートを平
   面的にほぼ直角にずらして２枚重ねあわせた後金型によ
   り加熱溶融することよりなる請求項３記載の方法。 ５、抄紙法にて得た２枚の繊維強化熱可塑性樹脂シート
   間にて該シートの端より５〜３０ｍｍの範囲の位置に連
   続繊維の束を挟んだ後、金型により前記繊維強化熱可塑
   性樹脂シートを加熱溶融して所望の形状に成形したこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の繊維強化熱可塑性樹
   脂成形品を成形する方法。