JPH06218740A

JPH06218740A - 軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH06218740A
Application number: JP5013276A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ishii; 正裕石居; Koji Yamaguchi; 公二山口
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量で充分な強度を有し、しかも再生利用の
可能な繊維強化熱可塑性樹脂成形体を、生産性よく得
る。【構成】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体Ａ２、Ｂ２
を金型１の型面に、金型を閉合した際に繊維強化熱可塑
性樹脂予備成形体Ａ２、Ｂ２によってキャビティ１２が
形成せられるように装着し、キャビティ１２に溶融発泡
性熱可塑性樹脂Ｃ１を供給し、キャビティ１２の容積を
増大させて溶融発泡性熱可塑性樹脂Ｃ１を発泡させるこ
とにより発泡熱可塑性樹脂内層Ｃ２となすとともに繊維
強化熱可塑性樹脂予備成形体Ａ２、Ｂ２を繊維強化熱可
塑性樹脂外層Ｄとなし、後者で前者を一体的に包み込
み、軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体Ｅ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、軽量繊維強化熱可塑性
樹脂成形体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、繊維強化熱可塑性樹脂シート
をスタンピング成形して得られる異形の成形体は、機械
的強度、剛性及び寸法安定性に優れ、各種の構造部材と
して広く使用されている。しかし、このような成形体は
軽量性に劣る。

【０００３】そこで、例えば、軽量な繊維強化熱可塑性
樹脂製の自動車のバンパーを製造する方法として、発泡
成形体の周りに繊維を巻き付けて強化繊維層を形成し、
これを金型に入れ、この金型内へ不飽和ポリエステルの
ような硬化性樹脂液を注入し、強化繊維層に樹脂液を浸
透させて硬化し、発泡成形体の周りに繊維強化熱硬化性
樹脂からなる外層を形成する方法が知られている（特開
平２−２１５５１９号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の上記方法で製造
された自動車のバンパーは、発泡成形体の周りに繊維強
化熱硬化性樹脂からなる外層が形成されているので、軽
量でしかも充分な強度をもっている。

【０００５】ところが、発泡成形体の周りに繊維を巻き
付けて強化繊維層を形成し、つぎに強化繊維層に不飽和
ポリエステルのような硬化性樹脂液を浸透させて硬化さ
せる方法は、その作業が煩雑であるのみならず、樹脂液
の硬化に長時間を要して生産性が悪い。

【０００６】また、近年、資源の有効利用のためにプラ
スチックの再生利用が多くなってきているが、上記のよ
うな方法で得られる軽量な構造部材は、不飽和ポリエス
テルのような熱硬化性樹脂を用いているため、再生利用
ができないという難点がある。

【０００７】本発明の目的は、生産性がよく、得られた
成形体は、軽量で充分な強度を有し、しかも再生利用の
可能な繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による軽量繊維強
化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、繊維強化熱可塑性
樹脂予備成形体を金型の型面に、金型を閉合した際に繊
維強化熱可塑性樹脂予備成形体によってキャビティが形
成せられるように装着し、キャビティに溶融発泡性熱可
塑性樹脂を供給し、キャビティの容積を増大させて溶融
発泡性熱可塑性樹脂を発泡させることにより発泡熱可塑
性樹脂内層となすとともに繊維強化熱可塑性樹脂予備成
形体を繊維強化熱可塑性樹脂外層となし、後者で前者を
一体的に包み込むことを特徴とするものである。

【０００９】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体は、例え
ば、まず、強化繊維に熱可塑性樹脂の粉末を付着させて
これを加熱加圧して樹脂を溶融させて繊維に含浸させ一
体化する方法、繊維マットと熱可塑性樹脂シートとを積
層しこれを加熱加圧して樹脂を溶融させて繊維に含浸さ
せて一体化する方法等公知の方法で、繊維強化熱可塑性
樹脂シートを形成し、つぎに繊維強化熱可塑性樹脂シー
トの熱可塑性樹脂を加熱溶融し、金型表面に沿いかつキ
ャビティが形成せられるような形状に予備成形を行なう
ことにより得られる。予備成形方法は、製品である軽量
繊維強化熱可塑性樹脂成形体の要求される強度、形状に
より適宜決定されるが、スタンピング成形、プレス成形
等の圧縮成形や、真空成形、圧空成形等の熱成形方法が
採用せられる。

【００１０】繊維強化熱可塑性樹脂シートの加熱手段と
しては、赤外線ヒーターや遠赤外線ヒーターで加熱する
方法、熱風を吹き付けて加熱する方法、加熱盤に接触さ
せて加熱する方法等があげられる。加熱温度は、一般に
熱可塑性樹脂の溶融温度以上である。

【００１１】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体の金型へ
の装着方法としては、粘着剤による貼着、真空引きによ
る装着、ツメ、ピン等による装着、及び軽量繊維強化熱
可塑性樹脂成形体の成形用金型を用い、発泡性熱可塑性
樹脂用キャビティ形状の中子を用いて繊維強化熱可塑性
樹脂予備成形体を成形し、その後金型に繊維強化熱可塑
性樹脂予備成形体を残したまま中子を除く方法等があげ
られる。

【００１２】強化繊維としては、使用せられる熱可塑性
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、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
維をあげることができる。強化繊維のモノフィラメント
の直径は１〜５０μｍが好ましい。またフィラメントの
長さは繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体の要求せられる
性能及び形状等により適宜決定されるが、好ましくは５
ｍｍ以上である。５ｍｍ未満では繊維の補強効果が充分
でなく、予備成形体の端部までの繊維の充填性を考慮す
れば連続繊維よりも短繊維の方がよい。予備成形体形状
により連続繊維では成形しにくいような場合にも、短繊
維が用いられる。

【００１３】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体に用いら
れる熱可塑性樹脂は、加熱により溶融軟化する樹脂すべ
てが使用可能である。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。

【００１４】また前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
変性ポリエチレンなども使用しうる。そして、前記熱可
塑性樹脂には、安定剤、滑剤、加工助剤、可塑剤、着色
剤のような添加剤及びタルク、マイカ、炭酸カルシウム
無機充填材が配合されてもよい。

【００１５】強化繊維と熱可塑性樹脂との割合は、一般
に、強化繊維が５〜７０重量％であることが好ましい。
強化繊維が５重量％未満であると予備成形体の機械的強
度が充分でなく、７０重量％を超えると熱可塑性樹脂が
モノフィラメント繊維間に充分に含浸せずに剛性が著し
く低下する。

【００１６】発泡性熱可塑性樹脂は、上記加熱により溶
融軟化する熱可塑性樹脂に、熱により分解もしくは縮合
してガスを生成するアゾジカルボンアミド、ｐ−トルエ
ンスルホニルヒドラジド、Ｎ，Ｎ' −ジニトロソペンタ
メチレンテトラミン等の化学発泡剤、高温高圧で熱可塑
性樹脂に溶融させ常圧で発泡させるシクロペンタン、ｎ
−ヘキサン等の有機溶剤、二酸化炭素等の物理発泡剤等
が、使用せられる熱可塑性樹脂、発泡倍率等により適宜
決定せられ、熱可塑性樹脂に溶融混合して用いられる。

【００１７】発泡気泡の制御のために、発泡助剤を併用
してもよい。また、熱可塑性樹脂の溶融粘度を調節して
樹脂を良好に発泡させるために、予め熱可塑性樹脂にジ
クミルパーオキサイド等の有機過酸化物を混合するか、
または電子線やγ線等の電離性放射線を照射することに
より樹脂を架橋させてもよい。また、必要に応じて、酸
化防止剤、熱安定剤を添加してもよい。

【００１８】熱可塑性樹脂中には、無機充填材等が適宜
混合せられてもよいが、熱可塑性樹脂の割合が３０重量
％以上であることが好ましい。樹脂成分が３０重量％未
満であると、比重が増大し軽量効果が減ぜられるばかり
でなく、発泡熱可塑性樹脂内層の強度が著しく低下し、
製品である軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体全体の強度
が低下する。

【００１９】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体には、溶
融熱可塑性樹脂のために樹脂通路孔や間隙があっても差
支えない。キャビティの容積を増大させて溶融発泡性熱
可塑性樹脂を発泡させることにより発泡熱可塑性樹脂内
層となすとともに繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体を繊
維強化熱可塑性樹脂外層となし、後者で前者を一体的に
包み込むものであるが、発泡熱可塑性樹脂内層の外表面
の９０％以上が繊維強化熱可塑性樹脂外層で包まれてい
るのが好ましく、これより好ましい割合は９５％以上で
ある。９０％未満であると製品である軽量繊維強化熱可
塑性樹脂成形体全体の強度が低下する。

【００２０】発泡熱可塑性樹脂内層の比重は０．１〜
０．８が適当である。０．１未満であると強度が充分で
なく、０．８を超えると軽量化の効果がなくなる。

【００２１】繊維強化熱可塑性樹脂外層と発泡熱可塑性
樹脂内層の成形体における重量割合、成形される成形体
の形状及びその要求される強度等により成形体全体の比
重が適宜決定されるが、０．１〜１となるようにするの
が好ましい。比重が０．１未満では成形体の強度として
充分なものが得られず、また１を超えると軽量化の効果
がなくなる。

【００２２】

【作用】本発明による軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体
の製造方法は、金型の内面に、キャビティが形成せられ
るように予備成形せられた繊維強化熱可塑性樹脂予備成
形体を装着し、キャビティに溶融発泡性熱可塑性樹脂を
供給し、キャビティの容積を増大させて溶融発泡性熱可
塑性樹脂を発泡させることにより発泡熱可塑性樹脂内層
となすとともに繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体を繊維
強化熱可塑性樹脂外層となし、後者で前者を一体的に包
み込むものであるから、軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形
体の生産性がよく、しかも得られた成形体は発泡熱可塑
性樹脂内層の存在により軽量である一方、繊維強化熱可
塑性樹脂外層の存在により充分な強度を有し、さらに内
層及び外層ともに用いられているのはともに熱可塑性樹
脂であり、硬化性樹脂が用いられていないから、プラス
チックの再生利用が可能である。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を以下図面を参照するととも
に比較例と対比して説明する。

【００２４】実施例１この発明の実施に用いられるプレス成形機の金型につい
て説明する。

【００２５】図１に示す金型(1) は、上型(2) と、下型
(3) と、ポリテトラフルオロエチレン製中子(4) とより
なる。上型(2) は下方に開口部(5) を有するボックス形
であり、下型(3) は開口部(5) の幅より所定幅狭い平板
部(6) と、平板部(6) の幅方向の中央に長さ方向にのび
た立上り部(7) とを備えている。中子(4) は下型(3)と
同幅でかつ横断面が逆Ｕ形のものであり、頂壁部(8) と
その両側に設けられた垂下部(9) とを備えている。

【００２６】上記の金型を用いて軽量熱可塑性樹脂成形
体を製造する方法について説明する。

【００２７】まず、下型(3) の両側に、垂直添板(11)を
着脱自在に取り付ける。垂直添板(11)は平板部(6) より
上方に突出しかつ中子(4) の垂下部(9) と上型(2) の側
壁(10)との間隙にはめ込むことができるようになされて
いる。

【００２８】つぎに、下型(3) の立上り部(7) の上面に
これより若干幅が広くかつ長さの等しいすなわち幅８０
ｍｍ、長さ７５０ｍｍの第１繊維強化熱可塑性樹脂シー
ト（Ａ１）２枚を重ねて置き、その上から中子(4) を立
上り部(7) をまたぐように置き、さらに中子(4) の頂壁
(8) の幅中央部に第１繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ａ
１）と同寸法の第２繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ｂ
１）を置く。

【００２９】両繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ａ１）
（Ｂ１）としては、連続ガラス繊維マット（スワール状
ロービングマットにニードルパンチを施したもの）にポ
リプロピレン樹脂を溶融含浸してなる重量約２７４ｇの
ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シート（繊維含有量
４０重量％）を遠赤外線ヒーターで約２１５℃に加熱軟
化させて用い、上型(2) 、下型(3) および中子(4) もそ
れぞれ６０℃に加熱した。

【００３０】つぎに、図２に示すように、上型(2) を降
下し、１００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で３０秒間型締めし、
予備成形する。すると、第１繊維強化熱可塑性樹脂シー
ト（Ａ１）は展延されるとともに、下型(3) と中子(4)
との間隙を埋め、第１繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体
（Ａ２）となり、第２繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ｂ
１）は展延されるとともに、上型(2) と中子(4) との間
隙を埋め、第２繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ｂ
２）となる。

【００３１】予備成形後、金型(1) を開き、両添え板(1
1)を除去すると、図３に示すように、金型(1) は、第１
繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ａ２）が型面に装着
せられた下型(3) と、第２繊維強化熱可塑性樹脂予備成
形体（Ｂ２）が型面に装着せられた上型(2) とで構成さ
れることになり、金型(1) を閉じたとき、両強化熱可塑
性樹脂予備成形体（Ａ２）（Ｂ２）により、図５に示す
ようなキャビティ(12)が形成せられるようになってい
る。

【００３２】つぎに、図４に示すように、下型(3) の第
１繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ａ２）上の立上り
部(7) の上面相当位置に押出機(13)よりアキュムレータ
(14)を介して溶融発泡性熱可塑性樹脂（Ｃ１）を供給す
る。

【００３３】溶融発泡性熱可塑性樹脂（Ｃ１）として
は、２１０℃に加熱された、ホモポリプロピレン１００
重量部にアゾジカルボンアミド３重量部加えた混合物２
０４ｇを用いた。

【００３４】第１繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ａ
２）に対する溶融発泡性熱可塑性樹脂（Ｃ１）の供給直
後、図５に示すように、上型(2) を降下し、５０ｋｇ／
ｃｍ ²の圧力で１秒間型締めし、溶融発泡性熱可塑性樹
脂（Ｃ１）をキャビティ(12)の端部にまで行きわたらせ
る。その後、図６に示すように、上型(2) を若干上昇し
て発泡性熱可塑性樹脂を発泡させて成形し、図７に示す
ように、溶融発泡性熱可塑性樹脂（Ｃ１）を発泡熱可塑
性樹脂内層（Ｃ２）となす（発泡倍率約２倍）とともに
繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ａ２）（Ｂ２）を繊
維強化熱可塑性樹脂外層（Ｄ）となし、後者で前者を一
体的に包み込んだ軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体
（Ｅ）を得る。

【００３５】軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体（Ｅ）
は、横断面逆Ｕ形であり、具体的には、発泡ポリプロピ
レン樹脂内層が、ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂外
層により包み込まれたものであり、その寸法は長さが７
６０ｍｍ、幅が９０ｍｍ、高さが２９．２ｍｍで、重量
は１３００ｇであった。

【００３６】得られた軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体
（Ｅ）につき、溝を下側にして支点間距離７００ｍｍで
三点曲げ試験を行ない、破断時の荷重を測定したとこ
ろ、その値は２８０ｋｇｆであった。また、落球衝撃試
験（１０ｋｇの鉄球を５ｍの高さから中央部に落下させ
る）を行ない、その状態を調べたところ、異常はなかっ
た。

【００３７】実施例２図８に示した実施例１とほぼ同形状の固定型(15)及び移
動型(16)を用いて両繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体
（Ｆ）（Ｇ）を圧空成形により得た。すなわち、長さが
２５ｍｍのガラス繊維４０重量％で強化された厚さ４ｍ
ｍのポリプロピレン樹脂シートの片側表面に、厚さ０．
５ｍｍの架橋ポリプロピレン樹脂シートを積層した繊維
強化熱可塑性樹脂シートをクランプして、遠赤外線ヒー
ターによりポリプロピレン樹脂を２００℃に加熱し、架
橋ポリプロピレンを金型(22)の反対側となるようにして
この架橋ポリプロピレン側から空気圧を２０ｋｇ／ｃｍ
²かけて圧空成形を行なった。得られた繊維強化熱可塑
性樹脂予備成形体（Ｆ）（Ｇ）の重量は、固定型(15)用
のものが３０２ｇ、移動型(16)用のものが４５３ｇであ
った。

【００３８】両繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ｆ）
（Ｇ）を固定型(15)及び移動型(16)のそれぞれに両面テ
ープで装着する。なお、固定型(15)の２箇所に樹脂供給
用ゲート(17)を設ける（図８には１箇所しか表わされて
いない）とともに固定型(15)に装着される繊維強化熱可
塑性樹脂予備成形体（Ｆ）のゲート(17)相当部に直径１
ｃｍの樹脂通路孔(18)をあけた。

【００３９】両繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体（Ｆ）
（Ｇ）により金型(22)内に形成せられたキャビティ(19)
内に、射出成形機(20)より溶融発泡性熱可塑性樹脂
（Ｈ）を固定型(15)のスプルーランナー(21)を通して供
給する。

【００４０】溶融発泡性熱可塑性樹脂（Ｈ）としては、
２０重量％のガラス短繊維が充填されたポリプロピレン
樹脂１００重量部に炭酸ナトリウムを５重量部混合した
もの３０４ｇを２０５℃に加熱溶融したものを用いた。

【００４１】移動型(16)を図８の左方にやや移動させて
キャビティ(19)の容積を増大させて溶融樹脂（Ｈ）を発
泡させて得られた軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、
発泡ポリプロピレン樹脂内層がガラス繊維強化ポリプロ
ピレン樹脂外層で包まれたものであり、その寸法は長さ
が７６０ｍｍ、幅が９０ｍｍ、高さが２８．６ｍｍで、
重量は１０５９ｇであった。

【００４２】得られた軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体
につき、実施例１と同じ試験を行ない、破断時の荷重を
測定したところ、その値は２７９ｋｇｆであった。ま
た、実施例１と同じ落球衝撃試験を行ない、その状態を
調べたところ、異常はなかった。

【００４３】比較例実施例１で用いたと同様の繊維強化熱可塑性樹脂を５枚
重ね、中子を除いて実施例１と同じ条件で加圧成形し、
繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

【００４４】得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、
ガラス繊維強化熱可塑性樹脂が一様に分布しており、そ
の寸法は長さが７６０ｍｍ、幅が９０ｍｍ、高さが２
５．５ｍｍで、重量は１３７０ｇであった。

【００４５】この繊維強化熱可塑性樹脂成形体はにつ
き、実施例１と同様の試験を行ない、破断時の荷重を測
定したところ、その値は２２０ｋｇｆであった。また、
落球衝撃試験では破損した。

【００４６】

【発明の効果】本発明の軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形
体によれば製造方法は、生産性がよく、得られた成形体
は、軽量で充分な強度を有し、しかも再生利用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体を予備成形す
る直前の状態を示す上型と下型よりなる金型の垂直断面
図である。

【図２】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体を予備成形し
た直後の状態を示す図１の金型の垂直断面図である。

【図３】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体をそれぞれ上
型と下型に装着した状態を示す図１の金型の垂直断面図
である。

【図４】第１繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体の上に溶
融発泡熱可塑性樹脂を供給した状態を示す図３の下型の
垂直断面図である。

【図５】キャビティに溶融発泡熱可塑性樹脂を供給し型
締めした状態の図３の金型を示す垂直断面図である。

【図６】上型を若干上昇し、発泡性熱可塑性樹脂を発泡
させた状態を示す図３の金型の垂直断面図である。

【図７】製品である軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体の
一部を切り欠いた斜視図である。

【図８】キャビティに溶融発泡熱可塑性樹脂を供給し型
締めした状態の固定型と移動型よりなる金型を示す垂直
断面図である。

【符号の説明】

（Ａ２）（Ｂ２）（Ｆ）（Ｇ）：繊維強化熱可塑性樹脂
予備成形体（Ｃ１）（Ｈ）：溶融発泡性熱可塑性樹脂（Ｃ２）：発泡熱可塑性樹脂内層（Ｄ）：繊維強化熱可塑性樹脂外層（Ｅ）：軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体 (1)(22) ：金型 (12)(19)：キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｌ 9:00 4Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体を金型
の型面に、金型を閉合した際に繊維強化熱可塑性樹脂予
備成形体によってキャビティが形成せられるように装着
し、キャビティに溶融発泡性熱可塑性樹脂を供給し、キ
ャビティの容積を増大させて溶融発泡性熱可塑性樹脂を
発泡させることにより発泡熱可塑性樹脂内層となすとと
もに繊維強化熱可塑性樹脂予備成形体を繊維強化熱可塑
性樹脂外層となし、後者で前者を一体的に包み込むこと
を特徴とする軽量繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方
法。