JPH0471808A - 短繊維複合シートの製造方法 - 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） 本発明は短繊維複合シートの製造方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、短繊維複合シートは、例えばエラストマーの分
野では、伝動ベルトの圧縮ゴム層、防振ゴム、緩衝材、
シール材、靴底、床材、キャタピラのカバー等に、ＦＲ
Ｐの分野では、摺動材、補強部品等の用途に利用するこ
とができ、有用である。

従来周知の製造方法では、繊維配向はランダムであるか
またはシート表面に平行な配向シートしか得られず、自
ずと用途に制限が生じていた。すなわち、上述した用途
の中には、シート等の表面に垂直な方向に短繊維か主と
して配向することにより、短繊維複合のメリット、例え
ば耐圧縮性、耐摩耗性、滑り性などが発揮される製品が
多く含まれるが、それらには用いることができないのが
現状である。

ところで、従来短繊維補強材料の繊維配向のための加工
方法としては、次のような方法が知られている。

■カレンダーによる圧延二シート長さ方向の一軸配向が
主となっている。

■押出し成形：押出し方向の一軸配向が主となる以外に
、特公昭５３−１４２３９号公報に示すように繊維を押
出し方向から外して配向させた環状押出し物を得る方法
や特公昭５８−２９２３１号公報に示すように繊維配向
の半径方向成分が繊維配向の軸方向成分を越えるポース
の製造方法が提案されているが、高度な配向が要求され
る用途に対しては十分でなく、また、均一な広幅のシー
トを得ることができない。すなわち、内側型の固定部が
材料の乱流をもたらし、部分的な配向の乱れが生じる。

■射出成形：主に材料の流動方向に繊維が配向し、全体
に亘り一定方向に配向させることは困難である。

■積層：例えば特開昭６０−２１９０３４号公報に記載
されるように、カレンダーまたは押出しによりシート長
さ方向に主に配向したシートを多数同方向に積層し、一
定幅にカットすることにより、結果として最小寸法（厚
さ）方向に生に繊維が配向したシートを得る方法は知ら
れているが、加工に手間がががり、大面積のものを得る
ことは実質上困難である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、単一の工程
で容易に、短繊維が主に厚さ方向に配向した短繊維複合
シートを製造する方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 請求項（１）の発明は、短繊維複合エラストマーを、成
形型を用いて押出すことにより短繊維複合シートに成形
する方法を前提として、上記短繊維複合エラストマーは
、熱可塑性材料と、アスペクト比が１０以上でかつ繊維
長さが１０１ｇ＋以下の短繊維とが複合されてなるとと
もに、上記短繊維複合物は、成形型通過時の粘度が２．
０×１０４〜１．０×１０７〜ｔ、ｏ　ｘｉ。

７ボイズで、下記粘度式において、成形型通過時の温度
７０〜１４０℃及び剪断子連ｆｆｄｙ／ｄｉ　　：　１
〜２００ｓｅｃ−’の領域における係数すが０．　６〜
１．０であり、 ｌｏｇ　ｙｙ　−ａ　／　Ｔ　−ｂ　−１ｏｇｆｄｙ／
ｄ＋）＋ｃη：粘度（ボイズ） ａ、ｂ、ｃ：定数 Ｔ：絶対温度じＫ） ｄｔ／ｄｔ　、剪断歪速度（ｓｅｃ　−１）上記成形型
は、下記の寸法形状を有し、ｈｏ　／ｈ、≧３ ｈ、５２ｍｍ ｇ、Ｉ１０≧３ｈ、。

ｈｏ　＝シートの厚さ方向に対応する成形型の出口の寸
法 り、：成形型内の成形流路の最小寸法部におけるｈｏに
対応する方向の寸 法 ｇ、。：成形型の出口から最小寸法部までの成形流路の
長さ 下記の式で示される短繊維の配向率が Ｈ２＞ＨｘかつＨ２〉ＨＹ である構成とする。

ｌｘ−［（１／■ｘ）／（１／Ｖｘ＋１／Ｖｙ＋１／Ｖ
ｒ）ｌｘｌｏＯＨｙ−ｆ（１／Ｖｙ）／（１／Ｖｘ＋１
／Ｖ７＋ｌ／Ｖｒ）ＩＸｌｏｏＨｚ−ｆ（１／Ｖｘ）／
（１／Ｖｗ＋ｌ／Ｖ７＋ｌ／Ｖｘ）ＩＸｌｏｏＨｘ　；
　シート長さ方向の短繊維配向率Ｈｙ；　ノート幅方向
の短ｉｌｌ配同率Ｈ２；　シート面に対し垂直（厚さ）
方向の短繊維配向率ＶＸ　　；　　１！中でのノート長
さ方向の線膨張率■ｙ；　溶剤中でのノート幅方向の線
膨張率■ｚ　；　溶剤中でのノー）ｉに対し垂！（厚さ
）方向の線膨張率請求項（２）の発明は、成形型はＴ型
ダイスである。

請求項（３）の発明は、成形型は環状ダイスである。

請求項（４）の発明は、成形型が、出口が少なくとも１
つの弧形状の出口部からなるものである。

（作用） 請求項（１）乃至請求項（４）の発明によれば、短繊維
複合エラストマーが、熱可塑性材料と、アスペクト比が
１０以上でかつ繊維長さが１０ａｌＩ１１以下の短繊維
とが複合されてなるとともに、上記短繊維複合エラスト
マーは、成形型通過時の粘度が２．ＯＸ１０４〜Ｌ、０
×１０４〜１．０×１０７ポイズで、前述した粘度式に
おいて、成形型通過時の温度７０〜１４０℃及び剪断歪
速度ｄｙ／ｄｉ　　：　１〜２００ｓｅｃ−’の領域に
おける係数すが０．　６〜１．０であり、上記成形型は
、ｈｏ／ｈ、≧３ ｈ、６２Ｍ ｐ、、。≧３ｈ。

なる寸法形状を有し、前述した式で示される短繊維の配
向率が Ｈ２＞ｌｘかつＨ２＞Ｈｙ であるので、最小寸法部で一旦短繊維複合エラストマー
の流れ方向に配向された短繊維が、最小寸法部に続く成
形流路において通路面積が急激に拡大されることで繊維
配向がシート厚さ方向に変更せしめられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明する。

まず、本発明に係る短繊維複合シートを製造するのに用
いる成形型１は、例えば第１図及び第２図に示すように
、主成形通路２から環状成形通路３を経て、半円弧状の
２つの出口部４Ａ、４Ｂを通じて流れ出るようになって
いる。環状成形通路３は、主成形通路２に連通し徐々に
半径が大きくなる第１通路３Ａと、第１通路３Ａの最大
径に略匹敵する径の第２通路３Ｂとを有し、該第２通路
３Ｂの途中には、通路断面積を絞る絞り部である最小寸
法部５（ダム部）が介設されている。なお、第１図にお
いて、ｈａはシート厚さ方向に相当する出口部４Ａ、４
Ｂの寸法、ｈ、、は最小寸法部５におけるシート厚さ方
向に相当する寸法（第２通路３Ｂ中の最小寸法）、Ω、
。は最小寸法部５から出口部４Ａ、４Ｂまでの流路長さ
を示す。

本発明に係る短繊維複合シートは、熱可塑性材料とアス
ペクト比が１０以上でかつ長さが１０ａｏａ以下の短繊
維からなり、成形型の成形通路通過時の粘度が２．ＯＸ
ＬＱ’〜１．ＯＸ１０７ポイズ、下記粘度式において、
成形型の成形通路通過時の温度及びｄ７．／ｄｔ　　：
　１〜２００ｓｅｃ”の領域における係数すが０．６〜
１．０である。

Ｏｇ　７７−　ａ　／Ｔ　−ｂ　−！ｏｇ（ｄｙ／ｄｉ
）＋　Ｃη：粘度（ボイズ） ａ、ｂ、ｃ：定数 Ｔ：絶対温度（’　Ｋ） ｄ７／ｄｔ　：剪断歪速度（ｓｅｃ　−１）熱可塑性材
料としては、■天然ゴム、スチレン・ブタジェンゴム、
クロロブレンゴム、アクリロニトリル・ブタジェンゴム
、エチレンプロピレン系ゴム等の架橋性エラストマーに
配合剤を添加したコンパウンド、■オレフィン系、エス
テル系、エーテル系、アミド系、ウレタン系などの熱可
塑性エラストマー及びそれらに配合剤を添加したコンパ
ウンド、■ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピ
レン、ナイロン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂及びそ
れらに配合剤を加えたコンパウンド等が用いられる。

また、短繊維としては、■綿、絹、羊毛等の天然繊維、
ナイロン、アラミド、ポリエステル、アクリル、ビニロ
ン等の合成繊維、グラス、炭素、シリカ、チッ化ケイ素
、アルミナ等の無機繊維及び金属繊維等が用いられる。

アスペクト比を１０以上とするのは、１０未満の場合に
は短繊維複合による補強性などの異方性効果が小さく繊
維配向による効果がほとんど認められないからであり、
また、繊維長さを１０ＩＩＩ１１以下とするのは、１０
１１Ｉｌを越えると、後述の成形型では短繊維の配向率
がＨｚ（シート面に対し垂直な方向（厚さ）方向の短繊
維配向率）　＞Ｈｘ　（シート長さ方向の短繊維配向率
）かつＨｚ＞Ｈｙ　（シート幅方向の短繊維配向率）と
なるシートを得ることが難しくなるからである。なお、
短繊維配向率Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚは次の式によって定義さ
れる。

Ｈｘ−１（１／Ｖｘ）／（１／Ｖｘ＋１／Ｖｙ＋ｌ／Ｖ
ｘ）ｌｘｌｏＯＨｙ−ｉ（１／Ｖｙ）／（１／Ｖｘ＋１
／Ｖｙ＋ｌ／Ｖｚ）Ｉ　ｘｌｏ。

Ｈｚ−（（１／Ｖｘ）／（１／Ｖｘ＋ｌ／Ｖｙ＋］／Ｖ
ｚ）！Ｘ１００Ｈｘ　：　シート長さ方向の短繊維配向
率Ｈｙ；　シート幅方向の短繊維配向率 Ｈ２；　シート面に対し垂直（厚さ）方向の短繊維配向
状態■ｘ　；　溶剤中でのシート長さ方向の線膨張率■
ｙ；　溶剤中でのシート幅方向の線膨張率■ｚ　；　溶
剤中でのシート面に対し垂直（厚さ）方向の線膨張率ま
た、上記コンパウンドは、流動性の点から、粘度ηは例
えばキャピラリ型レオメータにより温度Ｔと剪断歪速度
ｄ７／ｄｌを変量して測定され、数式的には前述した式
で表される。

■　成形型通過時の材料温度、剪断速度域での材料粘度
を２．０ＸＩＯ’〜１．０ＸＩＯ’ポイズとするのは、
２．ＯＸｌ、０’ポイズ未満では成形流路中の最小寸法
部５（最小寸法ｈａ）通過後の圧力か不足し、必要とす
る短繊維配向状態か得難いからであり、１．０ＸＩＯ７
ポイズを越えると、所望のシート形状か得難くなるから
である。

■　成形型通過時の温度領域及び剪断歪速度が１〜２０
０の歪速度域で求めた上記粘度式の係数すが０．６未満
の材料では成形型の寸法ｈａの部位から寸法ｈｏの部位
への流路拡大に伴い剪断歪速度の低下に対して、見掛は
粘度の上昇が小さく、緻密なシートを得ることが難しい
。一方、係数すが１．０を越える材料は、剪断歪速度の
低下に伴う見掛は粘度の上昇が大きく材料の流動に乱れ
が生じ、均一な短繊維配向シートが得難い。

前述した材料を用いて、ｈｏ／ｈａ≧３、ｈ層≦２（Ｉ
Ｉｌｌ）、ｐ　ｍｇｏ≧３ｈａなる寸法関係を有する成
形流路を有する成形型を使用したときのみ、Ｈｚ＞Ｈｘ
かつＨｚ＞Ｈｙの均一なシートを得ることができる。寸
法関係が、ｈｏ／ｈａ＜３、ｈ■〉２（ＩＩＩｌｌ）の
いずれの場合も主にシート面に垂直に短繊維か配向した
シートとならない。すなわち、目的とする短繊維配向状
態を得るためには、寸法り国の部位で一旦成形流路の方
向に平行に短繊維を配向させた後、寸法ｈｏの部位から
寸法ｈｒＡの一部位に至るまでの成形流路の通路面積の
拡大により短繊維をシート面に垂直な方向に配向させる
必要かあり、そのための条件としてｈ　ｏ　／　ｈ　ｍ
　≧３、ｈｌｌ≦２　（ｉｍ）が必要である。なお、ｊ
７ｓ＋ｏ＜３ｈａの場合、寸法ｈｏの部位以後の材料に
かかる圧力が不足し、十分に緻密なシートを得ることが
できない。

また、成形型の出口開口部の形状は、上記成形型の成形
流路の条件を満たすものであれば、成形型の型形状は任
意であり、Ｔ型ダイスであっても、環状ダイスであって
も目的物を得ることができる。

さらに、目的とする配向状態を有する均一なシトを得る
ためには、成形型の出口が、１ケまたは複数の弧状の出
口部からなるものが有利である。

すなわち、Ｔ型ダイスでは、中央部と端部との流速及び
繊維配向の制御のために精度の高い型設計及び条件設定
を必要とする。一方、環状ダイスでは、内ダイスを内部
の成形流路中で固定する必要があり、固定部が流路の一
部をさえぎるために、その後部に位置する材料融合（流
れが再び合わされる部分）部のシート厚さ方向及び繊維
配向状態が他の一般的部分と同一でなくなる問題がある
。

それらに対し、弧状の開口部を有する成形型を使用すれ
ば、均一なシートを容易に得ることができる。

一実験１− 押出機の先端に第１図及び第２図に示す２個の円弧形状
の開口部４Ａ、４Ｂを有する成形型１を取付け、次の配
合材料による押出しシートを得た。

クロロブレンゴム　　　　　　　１００重量部ステアリ
ン酸　　　　　　　　　　　　２軟化剤　　　　　　　
　　　　　　変量老化防止剤　　　　　　　　　　　　
２酸化マグネシウム　　　　　　　　　４酸化亜鉛　　
　　　　　　　　　　　５カーボンブラツク　　　　　
　　　変量ポリエステル繊維　　　　　　　　変種・変
量成形型１はｈａ　−０，５ｍｍ、ｈｏ　−５１１ＩＳ
Ｄ　ＩＩ。

＝４０ｍｍのものを使用した。ポリエステル繊維はフィ
ラメント径が２４μｍのものを使用した。配合混線物の
粘度は温度７０〜１４０℃及び剪断歪速度ｄγ／ｄｉが
１〜２００の領域にて、キャピラリー型レオメータを用
いて測定し、係数すを求めた。

短繊維配向率Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚは押出しシートを１６０
℃で１５分加硫し、一定寸法にカットし、トルエンに４
８時間浸漬した後の線膨張率により求めた。結果は、表
１に示す。

一実験２− 実験１と同一の材料を用い、ｈ■、ｈＯｌｇＩＩＯを変
えた実験１と同一の構造を型を用いて押出しを行い、配
向率Ｈｚ、Ｈｘ、Ｈｙを測定した結果を、第３図及び第
４図に示す。

実験３− 第５図に示す構造で成形通路１１ａを有するＴ型ダイス
１１、及び第６図及び第７図に示す外ダイ１２と内ダイ
１３とからなり成形通路１４ａを有する環状ダイス１４
にて押出し成形を行った。

第７図にて内ダイ１３は３本の支持部１３ａで固定され
ており、その支持部１３ａの通過後の材料の合流部につ
いて、そのような支持部１３ａのない通常部とは別に測
定した。

その結果を表２に示す。

表２ （発明の効果） 請求項（１）乃至請求項（４）の発明によれば、最小寸
法部で一旦流れ方向に配向された短繊維か、最小寸法部
に続く成形通路において通路面積が急拡大され、繊維が
シート厚さ方向に変更せしめられることになるので、シ
ート厚さ方向に短繊維が配向された短繊維複合シートを
容易に連続して製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図及び第２図は成形
型の断面図及び正面図、第３図及び第４図は試験結果を
示す図、第５図はＴ型ダイスの断面図、第６図は環状ダ
イスの断面図、第７図は第６図の■−■線における断面
図である。 １・・・・・・成形型 ２・・・・・・主成形通路（成形通路）３・・・・・・
環状通路 ４Ａ、４Ｂ・・・・・・出口部 ５・・・・・・最小寸法部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）短繊維複合エラストマーを、成形型を用いて押出
   すことにより短繊維複合シートに成形する方法であって
   、 上記短繊維複合エラストマーは、熱可塑性材料と、アス
   ペクト比が１０以上でかつ繊維長さが１０ｍｍ以下の短
   繊維とが複合されてなるとともに、 上記短繊維複合物は、成形型通過時の粘度が２．０×１
   ０＾４〜１．０×１０＾７ポイズで、下記粘度式におい
   て、成形型通過時の温度７０〜１４０℃及び剪断歪速度
   ｄγ／ｄｔ：１〜２００ｓｅｃ＾−＾１の領域における
   係数ｂが０．６〜１．０であり、ｌｏｇη＝ａ／Ｔ−ｂ
   ・ｌｏｇ（ｄγ／ｄｔ）＋ｃη：粘度（ポイズ） ａ、ｂ、ｃ：定数 Ｔ：絶対温度（゜Ｋ） ｄγ／ｄｔ：剪断歪速度（ｓｅｃ＾−＾１）上記成形型
   は、下記の寸法形状を有し、 ｈ＿ｏ／ｈ＿ｍ≧３ ｈ＿ｍ≦２ｍｍ ｌ＿ｍ＿ｏ≧３ｈ＿ｍ ｈ＿ｏ：シートの厚さ方向に対応する成形型の出口の寸
   法 ｈ＿ｍ：成形型内の成形流路の最小寸法部におけるｈ＿
   ｏに対応する方向の寸法 ｌ＿ｍ＿ｏ：成形型の出口から最小寸法部までの成形流
   路の長さ 下記の式で示される短繊維の配向率が Ｈ＿ｚ＞Ｈ＿ｘかつＨ＿ｚ＞Ｈ＿ｙ であることを特徴とする短繊維複合シートの製造方法。 Ｈ＿ｘ＝｛（１／Ｖ＿ｘ）／（１／Ｖ＿ｘ＿＋＿１／Ｖ
   ＿ｙ＿＋＿１／Ｖ＿ｚ）｝×１００Ｈ＿ｙ＝｛（１／Ｖ
   ＿ｙ）／（１／Ｖ＿ｘ＿＋＿１／Ｖ＿ｙ＿＋＿１／Ｖ＿
   ｚ）｝×１００Ｈ＿ｚ＝｛（１／Ｖ＿ｚ）／（１／Ｖ＿
   ｘ＿＋＿１／Ｖ＿ｙ＿＋＿１／Ｖ＿ｚ）｝×１００Ｈｘ
   ；シート長さ方向の短繊維配向率 Ｈ＿ｙ；シート幅方向の短繊維配向率 Ｈ＿ｚ；シート面に対し垂直（厚さ）方向の短繊維配向
   率Ｖ＿ｘ；溶剤中でのシート長さ方向の線膨張率Ｖ＿ｙ
   ；溶剤中でのシート幅方向の線張率 Ｖ＿ｚ；溶剤中でのシート面に対し垂直（厚さ）方向の
   線膨張率（２）成形型はＴ型ダイスであるところの請求
   項（１）記載の短繊維複合シートの製造方法。 （３）成形型は環状ダイスであるところの請求項（１）
   記載の短繊維複合シートの製造方法。 （４）成形型は、出口が少なくとも１つの弧形状の出口
   部からなるところの請求項（１）記載の短繊維複合シー
   トの製造方法。