JPH06254848A - 熱可塑性プリプレグ織物及びそれらの積層成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 連続補強繊維の一本のトウに熱可塑性樹脂を
含浸させテープ状にしたトウプリプレグを経糸及び緯糸
として使用する熱可塑性プリプレグ織物及びそれらを複
数枚重ね合わせて成形することによって得られる積層成
形体。 【効果】 本発明の熱可塑性プリプレグ織物は取扱い性
及び成形性が良好であり，更にそれらの積層成形体には
ボイドが無いので自動車材料，電気・電子材料，建築材
料，航空機材料などとして使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，熱可塑性プリプレグ織
物及びそれらの積層成形体に関するものである。更に詳
しく言えば，柔軟で屈曲性（ドレープ性）のある取扱い
易い熱可塑性複合材料用成形素材と，それらを積層成形
して得られる計量，高強度，高弾性の熱可塑性複合材料
成形体に関するものである。

【０００２】本発明の熱可塑性プリプレグ織物はハンド
リングや金型へのセットなどがし易く，かつ曲面成形に
適している等優れた特長がある。更に得られる成形品は
良好な物性を呈することから自動車材料，電気・電子材
料，建築材料，航空機材料として使用することができ
る。

【０００３】

【従来技術及びその課題】熱可塑性樹脂をマトリックス
とする複合材料は，その優れた靭性，成形性，貯蔵安定
性，補修性，リサイクル性などのために近年著しい脚光
を浴びている。熱可塑性複合材料の成形に使用する基本
的な成形素材は，熱可塑性プリプレグシートであり，こ
れらを積層して成形することによって複合材料が得られ
る。このような熱可塑性プリプレグシートは，従来よく
知られている熱可塑性プリプレグシートと比べると，剛
直で取扱いにくくまた曲面形状にフィットさせることが
難しい等の欠点がある。

【０００４】これらを改良する方法として，マトリック
ス熱可塑性樹脂を繊維にして強化繊維と複合化するコミ
ングルド・ヤーン及びコウーヴン・クロス法や，パウダ
ー状にして強化繊維にコート，付着させる方法などが提
案されている。これらの方法は前記した熱可塑性プリプ
レグシートの欠点を解決し，しなやかで屈曲性のある成
形素材を提供することはできるが，成形時に樹脂の繊維
中への含浸と賦形とを同時に行なうことが必要である。
従って，ボイドのない成形品を得るためには，高い成形
圧力や，長い時間が求められ，繊維配列の乱れや樹脂の
劣化が起こり易いと言う問題点が生じてしまう。一方，
これらの問題点を避けるために，樹脂が予め含浸されて
いる通常の熱可塑性プリプレグシートの成形条件（低い
成形圧力，短い成形時間など）を適用すれば，含浸が不
十分でボイドの多い成形品が得られ，実用に供すること
はできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は，柔軟で取扱い易く，かつ成形性が良好でボイドの無
い成形品を与える熱可塑性複合材料用の成形素材とその
結果得られるそれらの積層成形体を提供することによっ
て，従来技術が抱えていた問題点を解決することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では，熱可塑性プ
リプレグ織物及びそれらの積層成形体を提供することに
よって，上記したその目的を達成しようとするものであ
る。すなわち，本発明は，連続補強繊維の一本のトウに
熱可塑性樹脂を含浸してテープ状にしたトウプリプレグ
を経糸及び緯糸として使用してなる熱可塑性プリプレグ
織物及び，それらを複数枚重ね合わせて成形することに
よって得られる熱可塑性プリプレグ織物積層成形体を提
供するものである。

【０００７】本発明で使用するトウプリプレグは，連続
補強繊維の一本のトウに熱可塑性樹脂を含浸してテープ
状にしたものである。この場合，含浸法としては特に制
限はなく，従来公知の各種方法が採用できる。すなわ
ち，樹脂を溶液やエマルジョンにして含浸した後溶剤や
水分を除去する方法，樹脂を粉末，フィルム，糸にして
補強繊維間に導入した後，樹脂を溶融して含浸させる方
法，溶融状態の樹脂を直接繊維に含浸させる方法（例え
ば溶融したシート状の樹脂と繊維を重ね合わせた後樹脂
を繊維中へ圧入するもの，溶融した樹脂中へ繊維を導入
した後ダイを通して引き抜くものなど）などである。こ
れらの中でも，特に押出機につけたクロスヘッドダイを
使用して行なう溶融引抜法が代表的な方法である（本発
明者らも既に特願平４−２２７７０６号として出願し
た）。

【０００８】本発明に述べる連続補強繊維としては，ガ
ラス繊維，アラミド繊維，ポリエチレン繊維，液晶ポリ
マー繊維，ポリフェニレンサルファイド繊維，アルミナ
繊維，炭素繊維，ケイ素繊維，金属繊維あるいはこれら
の組み合わせなど公知のものが挙げられる。これらの繊
維（モノフィラメント）は直径が４〜２０μｍのものが
一般的である。これらの繊維には，樹脂との親和性を向
上させるための公知の表面処理が施されるのが普通であ
る。本発明では前記連続補強繊維は一本のトウの形態で
使用される。トウは多数本，代表的には１０００〜１５
０００本程度のモノフィラメントを集束したものであ
る。この場合，集束剤としては公知のものが用いられ
る。

【０００９】本発明に記載する熱可塑性樹脂としては通
常よく知られている熱可塑性樹脂が挙げられる。例え
ば，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスチレン，ポ
リ塩化ビニル，ポリメチルメタクリレート，ナイロン
６，ナイロン６６，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，ポリフェ
ニレンオキサイド，ポリアセタール，ポリスルホン，ポ
リエーテルスルホン，ポリアリレート，ポリフェニレン
サルファイド，ポリエーテルエーテルケトン，液晶芳香
族ポリエステル，ポリイミドなど及びそれらの共重合
体，変性体そして前記の二種類以上のブレンド物などで
ある。またこれらの使用に際しては，公知の添加剤，改
質剤，充填剤などを添加することは差しつかえない。

【００１０】本発明に述べるトウプリプレグはテープ状
を呈している。一般的な形状として幅１〜１０ｍｍ，厚
み１００〜５００μｍである。プリプレグ織物製造には
特に幅の均一性が求められ，ばらつきは±１０％以内が
必要である。また，製織性の点から，余り厚い物は適当
でなく前記の範囲が望ましい。その組成に関しては，全
体の中で連続補強繊維が１５〜６５体積％好ましくは２
０〜６０体積％，熱可塑性樹脂が３５〜８５体積％好ま
しくは４０〜８０体積％である。

【００１１】連続補強繊維の割合が１５体積％より少な
いと，その結果得られる成形体の物性が低く，実用に供
し得ない。また，上記の値が６５体積％よりも多いと，
成形が難しく良好な成形品が得られにくい。

【００１２】本発明は，上記したトウプリプレグを経糸
及び緯糸として製織を行ない，熱可塑性プリプレグ織物
を製造する。織組織に関しては，平織り，綾織り，朱子
織り等の平面二軸織物が挙げられる。糸の密度に関して
述べると，トウプリプレグは間隙が大きくならないよう
に並べることが必要である。間隙が大きくなると成形し
た場合の繊維の乱れや分散不良が起き易い。織密度は使
用するトウプリプレグにより異なるが，実用的な範囲は
１〜２５本／２５ｍｍである。

【００１３】製織に使用できる織機としては特に制限は
ないが，トウプリプレグは通常の糸と比べて剛直である
ためレピア織機が適している。

【００１４】以上が熱可塑性プリプレグ織物であるが，
本発明のもう一つはこれら熱可塑性プリプレグ織物を複
数枚重ね合わせて成形することにより得られる熱可塑性
プリプレグ織物積層成形体である。この成形法として
は，オートクレーブ成形，ホットプレス成形，スタンピ
ング成形，ダイアフラム成形など公知のものが適用でき
る。温度，圧力，時間などの成形条件は，使用する熱可
塑性プリプレグ織物（樹脂，連続補強繊維，組成，織組
織，形状など）や積層構成及び採用する成形方法によっ
て変わるので一概には言えないが，繊維配列の乱れ，ボ
イド，樹脂の劣化等が生じないよう最適条件を選択すべ
きである。また，特に樹脂が結晶性の場合は冷却速度が
物性に著しい影響を与えるので注意を要する。

【００１５】このようにして得られる本発明の熱可塑性
プリプレグ織物積層成形体は，その組成に関して述べれ
ば，連続繊維が１５〜６５体積％好ましくは２０〜６０
体積％，熱可塑性樹脂が３５〜８５体積％好ましくは４
０〜８０体積％の割合から構成される。連続補強繊維の
割合が１５体積％より少ないと成形体の物性が低く，ま
た６５体積％より多いとボイドや繊維の分散不良が生じ
易く望ましくない。

【００１６】

【実施例】以下実施例及び比較例を挙げて，本発明の内
容を詳細に説明する。ここに述べる全ての例を通じて行
なわれた評価方法について記述する。

【００１７】（１）繊維含有率（体積含有率） 樹脂を加熱分解させて求めた。 （２）曲げ特性 インストロン社製万能材料試験機モデル１１８５を使用
し，ＡＳＴＭ Ｄ２３４４に従って行なった（三点曲げ
試験）。測定は経糸方向及び緯糸方向それぞれを試験片
長さ方向として行なった。 （３）樹脂の含浸状態 積層成形体を長さ１ｃｍ程度にカットしたものを不飽和
ポリエステル樹脂で包埋し，断面を研磨機（日本地科学
社製システム試料研磨機Ｌ−１０００）を用いて精密研
磨後，光学顕微鏡で観察した。

【００１８】参考例１ 熱可塑性トウプリプレグの製造 ガラス繊維（日本電気硝子製，繊維径１７μｍ，１１５
０テックス，アミノシラン処理），低分子量無水マレイ
ン酸変性ポリプロピレン（三洋化成製，商品名ユーメッ
クス１００１，数平均分子量１５０００，酸価２６ｍｇ
ＫＯＨ／ｇ）及び，ポリプロピレン（宇部興産製ＵＢＥ
ポリプロＪ９５０ＨＫ，メルトフローインデックス５
０）を用い，特願平４−２２７７０６号に記載された方
法によって幅７ｍｍ，厚み２００μｍ，ガラス繊維含有
率２８％のトウプリプレグを製造した。

【００１９】実施例１ 参考例１で製造したトウプリプレグを経糸，緯糸に用い
平織り織物を手織り機によって作成した。織密度は経糸
３．８本／２５ｍｍ，緯糸３．５本／２５ｍｍであっ
た。この織物は柔軟でドレープ性に富み，かつ形状がし
っかり保持されているため，ハンドリング性は良好であ
った。

【００２０】実施例２ 参考例１で製造したトウプリプレグを経糸，緯糸に用い
綾織り織物を手織り機によって作成した。織密度は経糸
３．８本／２５ｍｍ，緯糸４．０本／２５ｍｍであっ
た。この織物は柔軟でドレープ性に富み，かつ形状がし
っかり保持されているため，ハンドリング性は良好であ
った。

【００２１】実施例３ 参考例１で製造したトウプリプレグを経糸，緯糸に用い
５枚朱子織り織物を手織り機によって作成した。織密度
は経糸３．８本／２５ｍｍ，緯糸４．２本／２５ｍｍで
あった。この織物は柔軟でドレープ性に富み，かつ形状
がしっかり保持されているため，ハンドリング性は良好
であった。

【００２２】実施例４ 参考例１で製造したトウプリプレグを経糸，緯糸に用い
８枚朱子織り織物を手織り機によって作成した。織密度
は経糸３．８本／２５ｍｍ，緯糸４．２本／２５ｍｍで
あった。この織物は柔軟でドレープ性に富み，かつ形状
がしっかり保持されているため，ハンドリング性は良好
であった。

【００２３】実施例５ 実施例１で作成した熱可塑性プリプレグ織物を織り方向
一定の方向に揃うように４枚重ね合わせ，プレス成形す
ることにより熱可塑性プリプレグ織物積層成形体を得
た。成形条件は１６０℃で１０分間加圧せずに予熱した
後，１ＭＰａの圧力で１分間加圧し，更に加圧したまま
で２０℃の水を金型へ導入して冷却固化させるというも
のであった。得られた積層成形体の３点曲げ試験を行な
い物性の評価を行なった。曲げ試験は経糸方向，緯糸方
向それぞれに対して行なった。得られた評価結果を表１
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施例６〜８ 実施例５において，熱可塑性プリプレグ織物としてそれ
ぞれ実施例２〜４で作製した織物を使用した以外は全く
同様にして，積層成形体を成形した。得られた積層材の
評価結果を表１に示す。

【００２６】比較例１ 参考例１で製造したトウプリプレグをドラムワインディ
ング法（テープワインディング法）によってホットブラ
スターを用いて加熱（２５０℃）しながら，ドラム（径
４００ｍｍ）に巻取り，（周速３ｍ／分），幅３５０ｍ
ｍ，長さ１２６０ｍｍ，厚み２５０μｍの一方向シート
を作製した。このシートは，剛直でしなやかさが無いも
のであった。

【００２７】 参考例２：一方向性シート積層材の成形と評価 実施例５において，熱可塑性プリプレグ織物の代わりに
比較例１で作製した一方向性シートを用いた以外は同様
にしてプレス成形を行ない，一方向積層材を得た。この
評価結果を表１に示す。

【００２８】以上の結果から明らかなように，本発明の
熱可塑性プリプレグ織物は柔軟でドレープ性があり，か
つハンドリング性も良好である。そして，これらは低
圧，短時間でボイドのない成形品にすることができる。
また，得られた成形品は，従来公知の一方向性シート積
層材料と異なり，材料の縦横により物性が変わることな
く，優れた物性を示す。

【００２９】

【発明の効果】従来の技術では不可能であった柔軟でハ
ンドリング性が良く，かつ成形性が良好な（低圧力，短
時間で成形できる）でしかもボイドの無い成形品を製造
できる熱可塑性複合材料成形素材を提供する。このよう
な複合材料は，優れた物性を有するために，自動車材
料，電気・電子材料，建築材料，航空機材料などとして
使用するのに適している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続補強繊維の一本のトウに熱可塑性樹
   脂を含浸してテープ状にしたトウプリプレグを経糸及び
   緯糸として使用してなる熱可塑性プリプレグ織物。
2. 【請求項２】 連続補強繊維の一本のトウに熱可塑性樹
   脂を含浸してテープ状にしたトウプリプレグを経糸及び
   緯糸として使用してなる熱可塑性プリプレグ織物を複数
   枚重ね合わせて成形することによって得られる熱可塑性
   プリプレグ織物積層成形体。