JPH05220740A - 繊維強化熱可塑性樹脂製シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】中空粒子の均一分散による耐衝撃性向上効果と
を兼ね備えた、繊維強化熱可塑性樹脂製シート、及びそ
の繊維強化熱可塑性樹脂製シートを連続的に且つ生産性
よく製造する方法を提供する。 【構成】塩化ビニル樹脂粉末中に、長さ２５ｍｍのロー
ビングガラス繊維と、粒子径０．１μｍ〜５ｍｍの架橋
アクリルスチレン中空体とを混合した混合物Ｆ４とし
た。混合物Ｆ４を、３．９ｍｍの間隙をあけて相対向し
て一定方向に連続的に移動する押出領域３２１に送り込
み、加熱ゾーン３４、次いで冷却領域３５を通過して繊
維強化熱可塑性樹脂製シートを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械的強度や耐衝撃性
が要求される成形部品をスタンピング成形等により成形
する材料として使用するスタンパブルシート等として用
いて好適な、強靱性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂製シ
ート、及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スタンパブルシートとしては、例
えば、特開昭６１─１１２６４２号公報に記載の如く、
微小な球状フィラーを含んだ熱可塑性樹脂を母材とし、
マット状の繊維強化材とともにシート状に成形したもの
や、特開平３─４７８６９号公報に記載の如く、熱可塑
性樹脂と、補強繊維と、中空ガラス球を含む低密度熱可
塑性複合体が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の場合に
は、マット状の繊維強化材で強化されているが、球状フ
ィラーはシート表面に極在しており、耐衝撃性の向上に
は殆ど寄与しないという問題点がある。

【０００４】又、後者の場合には、補強繊維は押出機中
で混練され短繊維となってしまい、、繊維による補強効
果が期待できず、又、中空ガラス球も破壊され易く、耐
衝撃性の向上も期待することができないという問題点が
ある。

【０００５】本発明は、上記の如き従来の問題点を解消
し、長繊維による補強効果と、中空粒子の均一分散によ
る耐衝撃性向上効果とを兼ね備えた、繊維強化熱可塑性
樹脂製シート、及びその繊維強化熱可塑性樹脂製シート
を連続的に且つ生産性よく製造する方法を提供すること
を目的としてなされたのである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱可塑性樹脂
中に、長さ５ｍｍ以上の強化繊維と、粒子径０．１μｍ
〜５ｍｍの中空粒子とが分散されている繊維強化熱可塑
性樹脂製シートである。

【０００７】本発明は、粉末状熱可塑性樹脂に、長さ５
ｍｍ以上の強化繊維と、粒子径０．１μｍ〜５ｍｍの中
空粒子とを混合した混合物を、所定成形間隙をあけて相
対向して一定方向に連続的に移動する無端ベルト間に送
り込み、無端ベルトで挟持した状態で、加熱領域ついで
冷却領域を通過せしめてシート状となす繊維強化熱可塑
性樹脂製シートの製造方法である。

【０００８】本発明において、強化繊維としては、用い
られる熱可塑性樹脂の溶融温度において熱的に安定な繊
維が用いられる。具体的には、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、ポリエステル繊維、
ポリアミド繊維等の有機繊維等が挙げられる。

【０００９】強化繊維の長さは、５ｍｍ以上である必要
がある。長さが５ｍｍ未満の場合には、得られる繊維強
化熱可塑性樹脂製シートの補強効果が充分ではない。強
化繊維は、通常、直径が１〜５０μｍのモノフィラメン
トが数百〜数千本収束して繊維束しストランド状又はロ
ービング状とされたものを用いる。

【００１０】強化繊維束は、製造しようとする繊維強化
熱可塑性樹脂製シートの幅、厚み、製造速度等を考慮し
て、適宜その量が選択される。繊維束は、収束剤を使用
したものでも使用しないものでもよいが、使用したもの
である場合には、収束剤の付着量が１重量％であるもの
を用いる。収束剤の付着量が１重量％を越える場合に
は、繊維束をモノフィラメント単位に分離しにくくな
り、熱可塑性樹脂の強化繊維間への含浸性が低下する傾
向がある。

【００１１】本発明において、熱可塑性樹脂としては、
加熱により溶融軟化する樹脂すべてが使用可能であり、
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挙げられる。

【００１２】又、上記熱可塑性樹脂を主成分とする共重
合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、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、アクリル酸変性ポリプロピレン、マレイ
ン酸変性ポリエチレン等も使用することができる。

【００１３】そして、熱可塑性樹脂には、安定剤、滑
剤、加工助剤、可塑剤、着色剤等の添加剤が添加されて
もよい。又、重合時に粉末状で得られる熱可塑性樹脂
や、粉砕機により粉末状とされた熱可塑性樹脂のいずれ
も用いることができる。

【００１４】熱可塑性樹脂の粒子径としては、平均粒径
が２０００μｍ以下の粉末状のものが好ましい。２００
０μｍを越える場合には、強化繊維束のモノフィラメン
ト間に均一に含浸することが難しくなってくる。

【００１５】本発明において、中空粒子としては、用い
られる熱可塑性樹脂や、効果により適宜選択されるが、
例えば、シラスバルーン、フライアッシュバルーン等の
無機質中空粒子、スチレン─無水マレイン酸発泡中空粒
子、塩化ビニリデン─アクリロニトリル共重合中空発泡
体等の有機質中空粒子が用いられるが、架橋スチレン─
アクリル酸共重合発泡中空粒子がより好適に用いられ
る。

【００１６】中空粒子は、直径が０．１μｍ〜５ｍｍで
ある必要がある。０．１μｍ未満の場合には、粉末状の
充填材を加えるのと同じとなってしまい耐衝撃強度を向
上させる効果がなく、逆に、５ｍｍを越える場合には、
得られる繊維強化熱可塑性樹脂製シートの物性のバラツ
キが著しくなり、かえって耐衝撃強度の低下を起こして
しまう。

【００１７】熱可塑性樹脂と中空粒子の混合割合は、熱
可塑性樹脂１００重量部に対して、中空粒子０．５〜６
０重量部が好ましい。０．５重量部未満の場合には、耐
衝撃性向上の効果が充分でなく、６０重量部を越える場
合には、熱可塑性樹脂中への中空粒子の均一分散が難し
くなる傾向がある。

【００１８】

【作用】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製シートは、熱
可塑性樹脂中に、長さ５ｍｍ以上の強化繊維と、粒子径
０．１μｍ〜５ｍｍの中空粒子とが分散されていること
により、長繊維による補強効果と、中空粒子の均一分散
による耐衝撃性向上効果とを兼ね備えた、スタンパブル
シート等として用いて好適なシートである。

【００１９】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製シートの
製造方法は、粉末状熱可塑性樹脂に、長さ５ｍｍ以上の
強化繊維と、粒子径０．１μｍ〜５ｍｍの中空粒子とを
混合した混合物を、所定成形間隙をあけて相対向して一
定方向に連続的に移動する無端ベルト間に送り込み、無
端ベルトで挟持した状態で、加熱領域ついで冷却領域を
通過せしめてシート状となすことにより、連続的に且つ
生産性よく、熱可塑性樹脂中に長繊維を切断することな
く、且つ中空粒子を破壊することなく、均一に分散せし
めて、補強効果に優れ、耐衝撃強度に優れた繊維強化熱
可塑性樹脂製シートを製造することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例により、図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施例の工程を説明する
側面図である。

【００２１】まず、装置について説明すると、この装置
は、樹脂粉末含浸強化繊維供給部１と、中空粒子供給部
２と、シート成形部３とからなる。樹脂粉末含浸繊維供
給部１には、連続した強化繊維束Ｆ１が巻回されたロー
ルをセットする巻戻しロール１１と、強化繊維束Ｆ１に
含浸させる熱可塑性樹脂粉末を供給する容器１２と、容
器１２内を通過させ強化繊維束Ｆ１に付着された熱可塑
性樹脂粉末の付着量をほぼ一定化する上下一対のスクレ
ーバー１３と、樹脂粉末が含浸された強化繊維束Ｆ１を
ドライブするための駆動ロール１５及びピンチロール１
６と、樹脂粉末が含浸された強化繊維束Ｆ２を５ｍｍ以
上の所望長さに切断し、樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３
を供給するためのロータリーカッター１７とからなる。

【００２２】容器１２の底部には、多数の通気孔が設け
られており、気体供給路から送られた空気や窒素ガス等
の気体Ｇが通気孔を通って容器１２内に供給されるよう
にされている。容器１２内に充填された樹脂粉末はその
気体Ｇの噴出によって流動化した状態となり流動層Ｒが
形成される。容器１２の内部及び壁部上端には強化繊維
束Ｆ１を案内するためのガイドロール１８が設けられて
いる。

【００２３】強化繊維束Ｆ１に対する樹脂粉末の付着量
を調節するのに、上下一対のスクレーバー１３を配置
し、両者の間隔を調節し得るようにしている。尚、強化
繊維束Ｆ１に振動を与え、過剰に付着した樹脂粉末を振
動の強弱により、付着量をほぼ均一化するようにしても
よい。

【００２４】中空粒子供給部２は、ホッパー２１と、そ
の中に充填された中空粒子を定量的に搬送し落下させる
移送ベルト２０とからなる。シート成形部３は、下無端
ベルト３１及び上無端ベルト３２とを備えている。

【００２５】下無端ベルト３１上には、図１における左
側から右側に移動する一定高さの搬送路３１１が形成さ
れている。上無端ベルト３２には、下無端ベルト３１の
搬送路３１１の中途から末端にかけて、下無端ベルト３
１の搬送路３１１と所定間隙をあけてその搬送速度に同
調して移動する押圧領域３２１が設けられている。そし
て、搬送路３１１の中途から末端と押圧領域３２１との
間でシート成形領域３３が形成されている。シート成形
領域３３における左側には、加熱領域３４と、冷却領域
３５とがこの順で設けられている。

【００２６】加熱領域３４内には、上下の対応する位置
に複数対の押圧ロール３８が設けられ、冷却領域３５内
には、上下の対応する位置に複数対の押圧ロール３９が
設けられている。押圧ロール３８間、及び押圧ロール３
９間のクリアランスは調整することが可能とされてい
る。

【００２７】尚、３６，３７は夫々上無端ベルト３２、
下無端ベルト３１を同調して移動させるために設けられ
た駆動ロールである。冷却領域３５の冷却手段として
は、ブロアー等により空気を吹き付けて冷却する方式
や、押圧ロール３９を冷却する方式等が採用される。

【００２８】次に、上記の装置を用いた、本発明の繊維
強化熱可塑性樹脂製シートの製造方法の一実施例を説明
する。まず、強化繊維束Ｆ１を、駆動ロール１５とピン
チロール１６との間に挟み、ひねりがかからないように
して引き出す。この強化繊維Ｆ１をターンロール１８に
より案内して容器２内の熱可塑性樹脂粉末の充填された
流動層Ｒを通過させて、気体の噴出、流動層中に発生す
る静電気、擦り、揉み等の効果によって、強化繊維Ｆ１
はモノフィラメント単位に分離、開繊させて、そのモノ
フィラメント間に熱可塑性樹脂粉末を侵入付着させる。

【００２９】この熱可塑性樹脂粉末が付着した強化繊維
束Ｆ１を、上下一対のスクレーバー３の間を通過させる
ことにより、過剰に付着した熱可塑性樹脂粉末を除去
し、樹脂粉末が均一に含浸された強化繊維束Ｆ２とす
る。

【００３０】この強化繊維束Ｆ２を、ロータリーカッタ
ー１７により、５ｍｍ以上の所望長さに切断し、樹脂粉
末含浸切断強化繊維Ｆ３を落下させ、これを次工程のシ
ート成形部３の搬送路３１１に供給する。

【００３１】次に、ホッパー２１に充填された中空粒子
を、移送ベルト２０により、定量的に搬送し、これを樹
脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３と均一に混合するように落
下させて、次工程のシート成形部３の搬送路３１１に、
樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３と中空粒子との混合物Ｆ
４として集積させる。

【００３２】この樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３と中空
粒子を均一な混合状態とするために、シート成形部３の
搬送路３１１上に所定間隔をおいてフィンを有する回転
ロールを設けて、これにより混合するようにしてもよ
い。

【００３３】次に、この樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３
と中空粒子の混合物Ｆ４を、搬送路３１１を図１におけ
る左側から右側に移動させ、下無端ベルト３１の搬送路
３１１と所定間隙をあけてその搬送速度に同調して移動
する上無端ベルト３２の押圧領域３２１を通過させる。
この際、加熱領域３４、冷却領域３５の順で通過させ
る。加熱領域３４を通過させる間に、樹脂粉末含浸強化
繊維Ｆ３と中空粒子の混合物中の樹脂粉末が溶融され
て、押圧ロール３８間で加圧されて、切断強化繊維と中
空粒子間を埋め、次いで冷却領域３５を通過させる間
に、溶融樹脂が加圧下で冷却固化されて、切断強化繊維
と中空粒子間のバインダーをなすようシート状に成形し
て、繊維強化熱可塑性樹脂製シートを得る。

【００３４】実施例１ 図１に示す装置及び製造工程により、次の条件により繊
維強化熱可塑性樹脂製シートの成形を行った。

【００３５】熱可塑性樹脂粉末として、重合度５４０の
塩化ビニル樹脂（平均粒径１５０μｍ）１００重量部
に、ブチル錫マレエート３重量部と、グリシジルメタク
リレート共重合体５重量部を配合したものを用いた。

【００３６】中空粒子として、架橋アクリルスチレン中
空体（平均粒径０．４μｍ）を用いた。強化繊維束Ｆ１
として、ロービングガラス繊維束（モノフィラメント直
径１４μ、１１００ｇ／ｋｍ）３２本を用いた。

【００３７】下無端ベルト３１及び上無端ベルトとして
幅６００ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス繊維強化テフロンベ
ルトを用いた。強化繊維束Ｆ１を熱可塑性樹脂の充填さ
れた流動層Ｒ中を連続的に通過させて、モノフィラメン
ト間に熱可塑性樹脂粉末を付着させた後、スクレーバー
３間を通過させて過剰の熱可塑性樹脂粉末を除去し、熱
可塑性樹脂粉末と強化繊維との重量割合が７：２となる
ように調節した。

【００３８】ローターリーカッター１７により、強化繊
維の長さを２５ｍｍになるように切断した。シート成形
部３の搬送路３１１上の幅６００ｍｍの中央部５００ｍ
ｍ幅の部分に、樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３を４９５
０ｇ／ｍ² になるように連続的に供給集積した。

【００３９】又、同時に、搬送路３１１の同じ幅の部分
に、中空粒子を５５０ｇ／ｍ² になるように連続的に供
給集積した。従って、シート成形部３の搬送路３１１上
の上記幅の部分に、樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３と中
空粒子の混合物が５５００ｇ／ｍ² 、見掛けの厚さが３
５ｍｍになるように連続的に供給集積した。

【００４０】下無端ベルト３１と上無端ベルト３２とで
形成されるシート成形領域３３の間隙を押圧ロール３９
によって３．９ｍｍになるように調節し、ベルトの移動
速度を５８０ｍｍ／分をし、加熱領域３４として、２０
０℃の熱風が循環している長さ１５００ｍｍの熱風加熱
炉中を通過させ、冷却領域３５として、空気を吹き付け
る方式を採用して、シート成形を行い、幅５００ｍｍ、
厚さ３．７ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂製シートを得
た。

【００４１】このシートのランダムな５箇所より、幅２
０ｍｍ×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、曲げ弾
性率を測定した。

【００４２】また、同様に、このシートより幅１０ｍｍ
×長さ８０ｍｍの試験片を切り出し、試験片を支持台間
の距離６０ｍｍで切り欠きなしのシャルピー衝撃試験を
行った。

【００４３】その結果を表１に示す。比較例１ 中空粒子の代わりに、流動層に用いたのと同じ熱可塑性
樹脂粉末を使用し、熱可塑性樹脂粉末と強化繊維との重
量割合が４：１になるように調節したこと以外は実施例
１と同様にして、幅５００ｍｍ、厚さ３．７ｍｍの繊維
強化熱可塑性樹脂製シートを得た。

【００４４】このシートより、実施例１と同様に試験片
を切り出し、曲げ強度、曲げ弾性率、シャルピー衝撃試
験を行った。その結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】実施例２ 熱可塑性樹脂粉末として、ポリプロピレンの冷凍粉砕粉
（平均粒径１３０μｍ）を用いたこと、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、４４００ｇ／ｋｇ）８本を用いたこ
と、熱可塑性樹脂粉末と強化繊維との重量割合が５：４
になるように調節したこと、ロータリーカッター１７に
より、強化繊維の長さが５０ｍｍになるように切断した
こと、搬送路３１１上の中央部５００ｍｍ幅の部分に、
樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３を４６５０ｇ／ｍ² 、中
空粒子を５２０ｇ／ｍ² 、その合計が５０８０ｇ／
ｍ² 、見掛けの厚さが３５ｍｍになるように連続的に供
給集積したこと、下無端ベルト３１と上無端ベルト３２
とで形成されるシート成形領域３３の間隙を３．８ｍｍ
になるように押圧ロール３９によって調節したこと以外
は、実施例１と同様にして、幅５００ｍｍ、厚さ３．５
ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂製シートを得た。

【００４７】このシートより、実施例１と同様に試験片
を切り出し、曲げ強度、曲げ弾性率、シャルピー衝撃試
験を行った。その結果を表２に示す。比較例２ 中空粒子の代わりに、流動層に用いたのと同じ熱可塑性
樹脂粉末を使用し、熱可塑性樹脂粉末と強化繊維との重
量割合が３：２になるように調節したこと以外は実施例
２と同様にして、幅５００ｍｍ、厚さ３．７ｍｍの繊維
強化熱可塑性樹脂製シートを得た。

【００４８】このシートより、実施例１と同様に試験片
を切り出し、曲げ強度、曲げ弾性率、シャルピー衝撃試
験を行った。その結果を表２に示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】実施例３ 中空粒子として、塩化ビニリデン─アクリロニトリル中
空発泡体（エクスパンセル社製：商品名「ＤＥ０９
１」、平均粒径４０μｍ）を用いたこと、強化繊維束Ｆ
１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、４４００ｇ／ｋｇ）８本を用いたこ
と、熱可塑性樹脂粉末と強化繊維との重量割合が３：２
になるように調節したこと、ロータリーカッター１７に
より、強化繊維の長さが５０ｍｍになるように切断した
こと、搬送路３１１上の中央部５００ｍｍ幅の部分に、
樹脂粉末含浸切断強化繊維Ｆ３を４３６０ｇ／ｍ² 、中
空粒子を３０ｇ／ｍ² 、その合計が４３９０ｇ／ｍ² 、
見掛けの厚さが３５ｍｍになるように連続的に供給集積
したこと、下無端ベルト３１と上無端ベルト３２とで形
成されるシート成形領域３３の間隙を押圧ロール３９に
よって３．８ｍｍになるように調節したこと以外は、実
施例１と同様にして、幅５００ｍｍ、厚さ３．５ｍｍの
繊維強化熱可塑性樹脂製シートを得た。

【００５１】このシートより、実施例１と同様に試験片
を切り出し、曲げ強度、曲げ弾性率、シャルピー衝撃試
験を行った。その結果を表３に示す。

【００５２】

【表３】

【００５３】

【効果】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製シートは、上
記の如き構成とされているので、長繊維による補強効果
と、中空粒子の均一分散による耐衝撃性向上効果とを兼
ね備えた、スタンパブルシート等として用いて好適なシ
ートである。

【００５４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製シートの
製造方法は、上記の如き構成とされているので、連続的
に且つ生産性よく、熱可塑性樹脂中に長繊維を切断する
ことなく、且つ中空粒子を破壊することなく、均一に分
散せしめて、補強効果に優れ、耐衝撃強度に優れた繊維
強化熱可塑性樹脂製シートを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の工程を説明する正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 樹脂粉末含浸強化繊維供給部 ２ 中空粒子供給部 ３ シート成形部 １１ 巻戻ロール １２ 容器 １３ スクレーバー １５ 駆動ロール １６ ピンチロール １７ ロータリーカッター ２０ 移送ベルト ２１ ホッパー ３１ 下無端ベルト ３２ 上無端ベルト ３３ シート成形領域 ３４ 加熱領域 ３５ 冷却領域 ３１１ 搬送路 ３１１ 押圧領域 Ｆ１ 強化繊維束 Ｆ２ 強化繊維束 Ｆ３ 樹脂粉末含浸切断強化繊維 Ｆ４ 混合物 Ｇ 気体 Ｒ 流動層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂中に、長さ５ｍｍ以上の強
   化繊維と、粒子径０．１μｍ〜５ｍｍの中空粒子とが分
   散されていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂製
   シート。
2. 【請求項２】 粉末状熱可塑性樹脂に、長さ５ｍｍ以上
   の強化繊維と、粒子径０．１μｍ〜５ｍｍの中空粒子と
   を混合した混合物を、所定成形間隙をあけて相対向して
   一定方向に連続的に移動する無端ベルト間に送り込み、
   無端ベルトで挟持した状態で、加熱領域ついで冷却領域
   を通過せしめてシート状となすことを特徴とする繊維強
   化熱可塑性樹脂製シートの製造方法。