JPH05104525A - 繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維マットに樹脂が均一且つ充分に含浸さ
れ、強度に優れた繊維強化熱可塑性樹脂シートを高い生
産性でもって製造する。 【構成】 多数のロービング状ガラス繊維束Ｆ１をポリ
塩化ビニル樹脂の配合粉末Ｒの流動床中を連続的に通過
させ、強化繊維束Ｆ１に樹脂配合粉末Ｒを付着させる。
樹脂配合粉末Ｒが付着した化繊維束Ｆ２を各繊維繰出機
７に供給し、多数のループ状となるように屈曲させて無
端ベルト１１の移送部１１ｂ上に落下させ、マット状に
集積する。この集積物Ｆ３を無端ベルト１０、１１の間
に挟持しつつ加熱炉１２の中を通過させ、樹脂配合粉末
を溶融させる。引き続いて、冷却ブロアー１３により冷
却して目的の繊維強化熱可塑性樹脂シートＳを製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分 】この発明は、スタンピング成形に
用いて好適な繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】スタンピング成形には、繊維強化熱可塑
性樹脂シートが広く使用されている。この種の繊維強化
熱可塑性シートの製法として、多数のガラス長繊維或い
は多数のガラス長繊維と有機長繊維との混合繊維を、連
続的にループ状或いは波状に屈曲させてマット状に集積
し、これにニードルパンチングを施して繊維マットを形
成し、その上下或いは層間に熱可塑性樹脂シートを積層
し、これを加熱加圧して熱可塑性樹脂シートを溶融させ
一体化する方法が知られている（例えば、特開昭５９−
７１８４７号公報参照）。

【０００３】また、このような繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートに用いる繊維マットの製法は、例えば特開昭６２−
１５３７２号公報及び特開昭６２−７８２４８号公報に
も記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来方法にあっては、繊維マットの上下或いは層間に熱
可塑性樹脂シートを積層するので、繊維マットの中に溶
融樹脂を均一に且つ充分に含浸しにくい。そのため、繊
維マットによる補強効果が充分に発揮されず、強度的に
まだ改善すべき問題がある。なお、繊維マットに溶融樹
脂を充分に含浸させるために、長時間にわたり加熱加圧
すると生産性が悪くなる。

【０００５】さらに、この従来方法は、繊維の集積物に
ニードルパンチングを施したり、熱可塑性樹脂シートを
積層したりせねばならず、このような操作は面倒で、手
間がかかるという問題もある。

【０００６】この発明は、このような問題を解決するも
のであり、その目的とするところは、繊維マットに樹脂
が均一に且つ充分に含浸され、強度に優れた繊維強化熱
可塑性樹脂シートを高い生産性でもって製造する方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の繊維強化熱可塑性樹脂樹脂シートの製造
方法は、多数の連続モノフィラメントからなる強化繊維
束に熱可塑性樹脂粉末を付着させ、これを連続的に屈曲
させてマット状に集積し、この集積物を加熱加圧して熱
可塑性樹脂粉末を溶融させ一体化するものである。

【０００８】この発明において、強化繊維束を構成する
繊維としては、使用する熱可塑性樹脂粉体の溶融温度に
おいて熱的に安定な繊維が用いられる。例えば、ガラス
繊維、炭素繊維、シリコン・チタン・炭素繊維、ボロン
繊維、微細な金属繊維等の無機繊維、アラミド繊維、エ
コノール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の
有機繊維が用いられる。特に、ガラス繊維が好適であ
る。

【０００９】強化繊維束は、連続モノフィラメントの数
百本〜数千本から構成されたストランド状又はロービン
グ状のものである。モノフィラメントの直径は１〜５０
μmが好ましい。また、モノフィラメントが収束剤によ
り収束された状態の強化繊維束を使用する場合には、収
束剤の付着量が１重量％以下が好ましい。収束剤の付着
量が１重量％を上回ると、強化繊維束をモノフィラメン
ト単位に分離するのが困難となり、樹脂粉末のモノフィ
ラメント間への含浸性が低下する。

【００１０】これ等の強化繊維束に付着させる熱可塑性
樹脂としては、加熱により軟化溶融する樹脂はすべて使
用可能である。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、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、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフ
ェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポ
リエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン等が
使用される。

【００１１】また、上記の樹脂を主成分とする共重合体
やグラフト樹脂や変成樹脂、例えば、エチレン−塩化ビ
ニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビ
ニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン−塩化ビニル共重
合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合
体、アクリル酸変成ポリプロピレン、マレイン酸変成ポ
リエチレン等も使用される。

【００１２】これ等の樹脂は、重合時に粉末状で得られ
る樹脂粉末及び粉砕機により粉末状に粉砕された樹脂粉
末が使用される。樹脂粉末の粒子径は、平均粒径が２０
００μm 以下が好ましい。平均粒径が２０００μm を超
えると、樹脂粉末をモノフィラメント間に均一に付着さ
せにくくなる。なお、樹脂粉末には、安定剤、滑剤、加
工助剤、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤のような公知の
添加剤が配合されてもよい。

【００１３】強化繊維束に樹脂粉末を付着させる割合
は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの必要とする物性によ
り適宜決定されるが、一般に、シート中の強化繊維が５
〜７０重量％の範囲にあることが好ましい。強化繊維が
７０重量％を上回ると溶融樹脂が均一に含浸しにくくな
り、逆に５重量％を下回るとシートの機械的強度が低下
する。

【００１４】強化繊維束に樹脂粉末を付着させる方法と
しては、多数の連続モノフィラメントからなる強化繊維
束を、樹脂粉末の流動床に導入する方法が好適に採用さ
れる。その他、移送される強化繊維束に向けて樹脂粉末
を噴射し、その後この強化繊維束を上下に配置されたロ
ールを屈曲させて通して張力を付加することにより、樹
脂粉末を強化繊維束に擦り込む方法なども採用される。

【００１５】樹脂粉末が付着した強化繊維束を連続的に
屈曲させてマット状に集積する方法としては、例えば、
前記の特開昭５９−７１８４７号公報、特開昭６２−１
５３７２号公報及び特開昭６２−７８２４８号公報に記
載された方法で、螺旋や円のようなループ状、波状、ラ
ンダム状など任意形状に平面的に屈曲させてマット状に
集積する方法が採用される。

【００１６】このようにして形成される繊維の集積物を
加熱加圧する方法としては、一対の無端ベルトの間に繊
維の集積物を挟み、搬送しながら加熱装置と冷却装置と
を通過させる方法が好適に採用される。その他、繊維の
集積物を熱プレスに挟み、その後冷却する方法なども採
用される。

【００１７】以下、図面を参照しながら、この発明方法
を詳しく説明する。図１は、この発明方法の一例を示す
側面図である。巻戻しロール１から多数の連続モノフィ
ラメントからなる強化繊維束Ｆ１が巻き戻され、ガイド
バー１５を経て流動槽２に導入される。図には、強化繊
維束Ｆ１が一本だけ示されているが、実際には数本〜数
十本が巻き戻され長手方向に配列されて流動槽２に導入
される。

【００１８】流動槽２には熱可塑性樹脂粉末Ｒが供給さ
れる。流動槽２の底部には多数の通気孔を有する多孔板
が設けられており、気体供給路から送られた空気や窒素
などの気体Ｇが矢印方向に多孔板の通気孔を通って流動
槽２へ噴出する。流動槽２に供給された樹脂粉末Ｒは、
この気体Ｇにより上方に吹き上げられて浮遊状態にな
り、樹脂粉末Ｒの流動床が形成される。

【００１９】流動槽２の中にもガイドバー１５が設けら
れており、強化繊維束Ｆ１は、このガイドバー１５を通
過する際に、噴出する空気や窒素などの気体圧、流動床
中の樹脂粉末に発生する静電気、樹脂粉末の擦り揉み効
果によって、モノフィラメント単位に分離、開繊され、
このモノフィラメント間に樹脂粉末が侵入して均一且つ
充分に付着する。流動槽中のガイドバー１５も強化繊維
束Ｆ１の開繊を促進させるが、この開繊をさらに促進さ
せるために、流動槽中のガイドバー１５としては、表面
にネジを切るか或いは中央部を膨出させたガイドバーを
用いるのが好ましい。

【００２０】樹脂粉末Ｒが付着した強化繊維束Ｆ２は、
ガイドバー１５を経て、上下一対のスクレーバー３の間
に移送され、このスクレーバー３の間隙を調節すること
により過剰に付着した樹脂粉末Ｒが除去され、その付着
量が調整される。樹脂粉末の付着量は、強化繊維束Ｆ２
に一定の振動を与えることにより調整することもでき
る。

【００２１】樹脂粉末の付着量が調整された強化繊維束
Ｆ２は、これが屈曲して進行するように配置された二本
のガイドバー４を経て引取り駆動ロール５、６で引取ら
れる。強化繊維束Ｆ２は、この二本のガイドバー４によ
り張力が付加され強化繊維束Ｆ２に樹脂粉末Ｒが擦り込
まれる。その後、強化繊維束Ｆ２は、幅方向に適宜間隔
をもって配設された複数の繊維繰出機７に送られる。

【００２２】この複数の繊維繰出機７は、例えば、特開
昭６２−１５３７２号公報又は特開昭６２−７８２４８
号公報に記載されたように構成されている。この複数の
繊維繰出機７の下方には、上下一対の無端ベルト１０、
１１が設置されている。この無端ベルト１０、１１は、
図外のモーターで駆動ロール１６、１７を駆動すること
により、連続して同方向へ同速度で回動するように構成
されている。上側無端ベルト１０と下側無端ベルト１１
には、それぞれ移送部１０ａと１１ａが形成され、移送
部１０ａと１１ａは間隙を介して上下に対向している。

【００２３】下側無端ベルト１１の移送部１１ａは、上
側無端ベルト１０の移送部１０ａより前方へ長く延設さ
れ、延長の移送部１１ｂが形成されている。この延長の
移送部１１ｂを形成することなく、別の無端ベルトを下
側無端ベルト１１の移送部１１ａの前方に配置してもよ
い。このような無端ベルト１０、１１は、高強度で耐熱
性のあるもの、例えば、スチールベルト、ステンレスベ
ルト、ガラス布強化テフロンベルト等で形成される。

【００２４】上側無端ベルト１０と下側無端ベルト１１
の移送部１０ａ、１１ａの対向する箇所には、それぞれ
加熱装置１２が配置され、加熱装置１２に続く後方には
冷却装置１３がそれぞれ配置されている。

【００２５】加熱装置１２は、熱風循環式或いは遠赤外
線式の加熱炉で構成され、この加熱炉内には上下対応す
る位置に複数対のガイドロール１８が配設されている。
そして、加熱炉の中を無端ベルト１０、１１が通過す方
式のものである。なお、加熱装置１２が加熱ロールで構
成され、この加熱ロールで無端ベルト１０、１１を挟持
しつつ直接ベルトを加熱する方式のものでもよい。

【００２６】また、冷却装置１３は、上下の冷却ブロア
ーで構成され、上下対応する位置に複数対のガイドロー
ル１９が配設されている。なお、冷却装置１３は水冷式
のガイドロールで構成されたものでもよい。

【００２７】複数の繊維繰出機７に供給された強化繊維
束Ｆ２は、この繊維繰出機７の作動により、螺旋や円の
ようなループ状、波状、ランダム状など任意形状に平面
的に屈曲させた状態で、下側無端ベルト１１の移送部１
１ｂに落下供給され、所定の厚みのマット状に集積され
る。その概略を斜視図で図２に示す。

【００２８】このマット状の集積物Ｆ３は、上側無端ベ
ルト１０と下側無端ベルト１１の移送部１０ａと１１ａ
の間で挟持されながら搬送され、加熱装置１２に供給さ
れる。ここで、樹脂粉末Ｒの融点或いはそれ以上の適当
な温度に加熱され、繊維のフィラメント間に溶融した樹
脂が含浸される。

【００２９】ここで、ガイドロール１８により上下の無
端ベルト１０、１１間の間隙が調節され、マット状の集
積物Ｆ３は厚み方向に適当な圧力で加圧される。この加
圧により、溶融した樹脂が流動しモノフィラメント間の
空隙が埋められ、溶融樹脂と強化繊維とが一体化され
る。引き続いて、冷却装置１３のガイドロール１９によ
り上下の無端ベルト１０、１１間の間隙が調節され、加
圧されながら適当な温度に冷却される。こうして、所望
厚みの繊維強化熱可塑性樹脂シートＳが製造される。

【００３０】

【作用】この発明方法によれば、多数の連続モノフィラ
メントからなる強化繊維束に熱可塑性樹脂粉末を付着さ
せ、これを連続的に屈曲させてマット状に集積するの
で、樹脂粉末はこのマット状の集積物の中に均一に分散
した状態となる。そして、樹脂粉末が均一に分散したマ
ット状の集積物を加熱加圧して樹脂粉末を溶融させる
と、モノフィラメント間に溶融樹脂が充分にして且つ均
一な分布で含浸される。

【００３１】

【実施例】以下、この発明の実施例及び比較例を示す。実施例１ 図１に示す方法で繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造し
た。

【００３２】熱可塑性樹脂粉末Ｒとして、ポリ塩化ビニ
ル樹脂（平均重合度４００、平均粒径１５０μm ) １０
０重量部に、グリシジルメタクリレート共重合体５重量
部及びブチル錫マレエート３重量部をスーパーミキサー
で混合した樹脂粉末を用いた。

【００３３】また、強化繊維束Ｆ１として、ロービング
状ガラス繊維束（モノフィラメントの直径１４μm 、１
１００ kｇ／km）３２本を用いた。上下無端ベルト１
０、１１として、ガラス布強化テフロンベルト（幅６０
０mm、厚さ約１mm）を用いた。

【００３４】強化繊維束Ｆ１の３２本を上記樹脂粉末Ｒ
の流動床中を連続的に通過させ、強化繊維束Ｆ１のモノ
フィラメント間に樹脂粉末Ｒを付着させた後、スクレバ
ー３により過剰の樹脂粉末を除去し、樹脂粉末と強化繊
維の重量割合が７：３となるように調整した。

【００３５】調整された強化繊維束Ｆ２を各繊維繰出機
７に供給し、概ね直径が１５０mmの円でその中心点間の
距離が７５mmの多数のループ状となるように屈曲させて
無端ベルト１１の移送部１１ｂ上に落下供給した。供給
量は、幅６００mmの無端ベルト１１の中央部の約５００
mmの範囲に３２００ｇ／ｍ² となるように供給しマット
状に集積した。この集積物Ｆ３の見掛け厚みは約２５mm
であった。

【００３６】この集積物Ｆ３を、５８０mm／分の速度で
移動する上下の無端ベルト１０、１１の間に挟持しつ
つ、この無端ベルトの間隙をガイドロール１８により
２．１mmに調節し、長さ約１５００mmで約２００℃の熱
風が循環している加熱炉１２中を通過させて樹脂粉末を
溶融させた。

【００３７】引き続いて、樹脂粉末Ｒが溶融状態にある
集積物Ｆ３を、無端ベルトの間隙をガイドロール１９に
より１．９mmに調節し、冷却ブロアー１３により冷却し
て繊維強化樹脂シートＳを製造した。この繊維強化樹脂
シートＳは、幅約５００mm、厚み約１．９mmであり、フ
ィラメント間に樹脂がよく含浸され均一に分散したシー
トであった。

【００３８】このシートの５００mm×２０００mmの範囲
のランダムな５箇所より、幅２０mm×長さ１５０mmの試
験片を切り出し、支点間距離１２０mmで三点曲げ試験を
行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。その試験結
果を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】実施例２ 図１に示す方法で繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造し
た。熱可塑性樹脂粉末Ｒとして、冷凍粉砕したポリプロ
ピレン樹脂粉末（平均粒径１３０μm ) を用いた。

【００４１】また、強化繊維束Ｆ１として、ロービング
状ガラス繊維束（モノフィラメントの直径２３μm 、４
４００ kｇ／km）３２本を用いた。上下無端ベルト１
０、１１として、ガラス布強化テフロンベルト（幅６０
０mm、厚さ約１mm）を用いた。

【００４２】強化繊維束Ｆ１の３２本を上記樹脂粉末Ｒ
の流動床中を連続的に通過させ、強化繊維束Ｆ１のモノ
フィラメント間に樹脂粉末Ｒを付着させた後、スクレバ
ー３により過剰の樹脂粉末を除去し、樹脂粉末と強化繊
維の重量割合が６：４となるように調整した。

【００４３】調整された強化繊維束Ｆ２を各繊維繰出機
７に供給し、概ね振幅が１５０mmで波長が７５mmの多数
の正弦波状となるように屈曲させて無端ベルト１１の移
送部１１ｂ上に落下供給した。供給量は、幅６００mmの
無端ベルト１１の中央部の約５００mmの範囲に２８２０
ｇ／ｍ²となるように供給集積した。この時の集積物Ｆ
３の見掛け厚みは約２５mmであった。

【００４４】この集積物Ｆ３を、５８０mm／分の速度で
移動する上下の無端ベルト１０、１１の間に挟持しつ
つ、この無端ベルトの間隙をガイドロール１８により
２．４mmに調節し、長さ約１５００mmで約２００℃の熱
風が循環している加熱炉１２中を通過させて樹脂粉末を
溶融させた。

【００４５】引き続いて、樹脂粉末Ｒが溶融状態にある
集積物Ｆ３を、無端ベルトの間隙をガイドロール１９に
より２．３mmに調節し、冷却ブロアー１３により冷却し
て繊維強化樹脂シートＳを製造した。この繊維強化樹脂
シートＳは、幅約５００mm、厚み約２．３mmであり、フ
ィラメント間に樹脂がよく含浸され均一に分散したシー
トであった。

【００４６】このシートの５００mm×２０００mmの範囲
のランダムな５箇所より、幅２０mm×長さ１５０mmの試
験片を切り出し、支点間距離１２０mmで三点曲げ試験を
行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。その試験結
果を表２に示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】比較例１ 実施例１で用いたのと同じポリ塩化ビニル樹脂の配合粉
末を、押出機により溶融押出して厚さ０．８mmの樹脂シ
ートを成形した。

【００４９】また、実施例１で用いたと同じロービング
状ガラス繊維束３２本を、実施例１で用いたのと同じ繊
維繰出機を用いて、実施例１と同じく、概ね直径が１５
０mmの円でその中心点間の距離が７５mmの多数のループ
状となるように屈曲させてマット状に集積し、これにニ
ードルパンチング（１／２インチ長×１／４インチ幅当
たり１個）を施して繊維マットを作成した。

【００５０】この繊維マットの両面に上記の樹脂シート
を積層し、この積層物を実施例１で用いた上下の無端ベ
ルト１０、１１の間に挟持し、以後は実施例１と同じ条
件で繊維強化樹脂シートを製造した。

【００５１】このシートの５００mm×２０００mmの範囲
のランダムな５箇所より、幅２０mm×長さ１５０mmの試
験片を切り出し、支点間距離１２０mmで三点曲げ試験を
行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。その試験結
果を表３に示す。

【００５２】

【表３】

【００５３】比較例２ 実施例２で用いたのと同じポリプロピレン樹脂、押出機
により溶融押出して厚さ０．９mmの樹脂シートを成形し
た。

【００５４】また、実施例２で用いたのと同じロービン
グ状ガラス繊維束３２本を、実施例２で用いたのと同じ
繊維繰出機を用いて、実施例２と同じく、概ね振幅が１
５０mmで波長７５mmの正弦波状に屈曲させてマット状に
形成し、これにニードルパンチング（１／２インチ長×
１／４インチ幅当たり１個）を施して繊維マットを作成
した。

【００５５】この繊維マットの両面に上記の樹脂シート
を積層し、この積層物を実施例２で用いた上下の無端ベ
ルト１０、１１の間に挟持し、以後は実施例２と同じ条
件で繊維強化樹脂シートを製造した。

【００５６】このシートの５００mm×２０００mmの範囲
のランダムな５箇所より、幅２０mm×長さ１５０mmの試
験片を切り出し、支点間距離１２０mmで三点曲げ試験を
行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。その試験結
果を表４に示す。

【００５７】

【表４】

【００５８】

【発明の効果】上述の通り、この発明の繊維強化熱可塑
性樹脂シートの製造方法は、多数の連続モノフィラメン
トからなる強化繊維束に熱可塑性樹脂粉末を付着させ、
これを連続的に屈曲させてマット状に集積し、この集積
物を加熱加圧して熱可塑性樹脂粉末を溶融させ一体化す
るものであって、これにより繊維マットに樹脂が均一且
つ充分に含浸され、強度に優れた繊維強化熱可塑性樹脂
シートを製造することができる。

【００５９】また、この発明方法は、従来方法のように
繊維マットの上下或いは層間に熱可塑性樹脂シートを積
層せず、またニードルパンチングを施す必要がないの
で、このような面倒で手間のかかる工程が省かれ、強度
に優れた繊維強化熱可塑性樹脂シートを高い生産性でも
って製造することができるという利点を持っている。

【００６０】そして、この発明方法により得られた繊維
強化熱可塑性樹脂シートは、各種成形品を得るためのプ
レス成形用の素材である所謂スタンパブルシートとして
好適に使用されるが、その他強靱なプレート材料として
も有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法の一例を示す側面図である。

【図２】図１において、強化繊維束を屈曲させてマット
状に集積させる状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｆ１ 強化繊維束 Ｆ２ 樹脂粉末が付着した強化繊維束 Ｆ３ 樹脂粉末が付着した強化繊維束の集積物 Ｓ 繊維強化熱可塑性樹脂シート ２ 樹脂粉末の流動槽 ７ 繊維繰出機 １０ 上側無端ベルト １１ 下側無端ベルト １２ 加熱装置 １３ 冷却装置 １８ ガイドロール １９ ガイドロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の連続モノフィラメントからなる強
   化繊維束に熱可塑性樹脂粉末を付着させ、これを連続的
   に屈曲させてマット状に集積し、この集積物を加熱加圧
   して熱可塑性樹脂粉末を溶融させ一体化することを特徴
   とする繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。