JPH06254984A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的強度及び耐衝撃性を所定部分に要求せ
られる繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得る。 【構成】 ネット状繊維材料Ｎの補強すべき箇所に繊維
強化熱可塑性樹脂製棒状補強材Ｃ３を加熱後冷却するこ
とにより固定し、補強繊維材料Ｃ３を金型Ｍに配置する
とともに、金型Ｍに溶融熱可塑性樹脂Ｂを供給して成形
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定部分において機械
的強度及び耐衝撃性を補強した成形体を成形するのに好
適な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】繊維熱可塑性樹脂補強材を金型に配置し
た後、溶融熱可塑性樹脂を金型に供給して成形し、繊維
強化熱可塑性樹脂成形体を得る方法は知られている（特
開昭５８−１６８２０号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の上記繊維強化熱
可塑性樹脂成形体の製造方法では、繊維強化熱可塑性樹
脂補強材を金型に配置するのに、金型表面に両面テープ
で貼着するとか、真空引きするとかしているため、補強
材を金型に配置するのに手間を要するばかりか、成形時
に樹脂の流動等により補強材が樹脂とともに流動して成
形体の所定部分を補強できないという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、所定部分に要求される機
械的強度及び耐衝撃性を補強した繊維強化熱可塑性樹脂
成形体を効率よく得ることができる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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による繊維強化熱
可塑性樹脂成形体の製造方法は、ネット、織布および不
織布から選ばれた繊維材料の補強すべき箇所に繊維強化
熱可塑性樹脂製補強材を固定し、得られた補強繊維材料
を金型に配置するとともに、金型に溶融熱可塑性樹脂を
供給して補強繊維材料と一体化することを特徴とするも
のである。

【０００６】繊維材料は、使用される繊維強化熱可塑性
樹脂製補強材を固定して金型に配置するための移動中に
破損するようなものではなく、かつ熱可塑性樹脂の供給
温度において、繊維強化熱可塑性樹脂製補強材が溶融樹
脂の流動により移動しようとするのを充分に抑えること
ができるものであればよい。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、
金属繊維、またアラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリ
アミド繊維などの有機繊維によるネット、織布または不
織布が用いられる。これらのうちで、補強材を固定して
得られた補強繊維材料を金型に配置した後、複数の繊維
強化熱可塑性樹脂製補強材どうし間に熱可塑性樹脂を流
し込んで充填して一体化するには、ネットが最も適して
いる。

【０００７】繊維強化熱可塑性樹脂製補強材に用いられ
る強化繊維としては、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、液晶
ポリマー繊維、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。また強化繊維
の長さは５ｍｍ以上であるのが好ましい。５ｍｍ未満で
は強化繊維の補強効果が充分ではない。また強化繊維の
配向は、一方向に強度が必要な場合には、一方向に揃え
られた連続繊維が好適であり、また隅部、リブ部の補強
が必要な場合には方向のランダムな強化繊維が好適であ
る。

【０００８】補強材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。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。

【０００９】これらの熱可塑性樹脂を強化繊維によって
強化して、繊維強化熱可塑性樹脂製補強材を得る方法
は、何ら限定されるものではなく、従来公知の方法が採
用される。例えばロービング状強化繊維をそのまま、或
いは平面状に引き揃えた状態で熱可塑性樹脂粒子を付着
させ（乾燥した状態で或いは湿式法により）た後、加熱
加圧し冷却固化してもよく、また、熱可塑性樹脂中に短
強化繊維を分散させてから加熱加圧し冷却固化してもよ
い。

【００１０】なお、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。

【００１１】補強材における強化繊維と熱可塑性樹脂と
の割合は、補強材及び最終成形品の必要とする物性によ
り適宜決定されるが、補強材中の強化繊維が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
あると補強材の機械的強度が充分でなく、７０重量％を
超えると逆に補強材の強度が低下する。

【００１２】繊維強化熱可塑性樹脂製補強材の形態は、
棒状、板状、チャンネル状、アングル状その他任意であ
り、その数も目的とする最終成形品により適宜決められ
る。繊維強化熱可塑性樹脂製補強材が繊維材料に固定さ
れる所定位置は、補強繊維材料を金型に配置したとき、
最終成形体の補強すべき位置である。例えば、幅方向に
均等に補強が必要な場合には、等間隔に多数の棒状補強
材が所定間隔おきに平行に固定される。隅部またはリブ
部の補強が必要な場合には、最終成形体の隅部またはリ
ブ部相当位置に固定される。

【００１３】繊維材料に補強材を固定して補強繊維材料
を得るには、通常、補強材中の熱可塑性樹脂を溶融させ
その一部を繊維材料中に含浸・付着させて冷却・固化す
るが、場合によっては接着剤により接着してもよい。

【００１４】金型に供給する溶融熱可塑性樹脂として
は、上記の加熱により溶融軟化するものすべてが使用可
能である。また、添加剤、充填材等上記同様使用するこ
とができる。さらに、短い強化繊維及び、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を溶融させ常圧で発泡させる際に
用いるシクロペンタン、ｎ−ヘキサン等の有機溶剤、二
酸化炭素等の無機気体等の物理発泡剤等も使用すること
ができる。

【００１５】

【作用】本発明による繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製
造方法は、ネット、織布および不織布から選ばれた繊維
材料の補強すべき箇所に繊維強化熱可塑性樹脂製補強材
を固定し、得られた補強繊維材料を金型に配置するとと
もに、金型に溶融熱可塑性樹脂を供給して補強繊維材料
と一体化するものであるから、補強材を金型に配置する
のに手間がかからず、また溶融熱可塑性樹脂の流動によ
り補強材の位置がずれることがない。

【００１６】

【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。

【００１７】実施例 図１は、繊維強化熱可塑性樹脂補強材を固定したネット
状繊維材料の製造装置を示す。この明細書において、前
とは図１の右方向を、後とは同図の左方向をいうものと
する。

【００１８】図１に示されている上記装置は、流動層装
置(1) と、流動層装置(1) の後方に配置せられた複数の
強化繊維束巻き戻しロール(2) と、流動層装置(1) の前
方に配置せられたスクレーパー(3) と、スクレーパー
(3) の前方に配置せられかつ並列状に２５ｍｍの等間隔
で１５の樹脂付着繊維束通過孔を有する樹脂付着繊維束
振り分け案内部材(4) と、樹脂付着繊維束振り分け案内
部材(4) の上方に配置せられたネット状繊維材料巻き戻
しロール(5) と、スクレーパー(3) の前方に配置せられ
た上下一対のピンチ・ロール(6)(7)と、下のピンチ・ロ
ール(7) の前方に配置せられた第１加熱ロール(8) と、
第１加熱ロール(8) の上方にこれと若干間隔をおいて配
置せられた第２加熱ロール(9) と、両加熱ロール(8)(9)
の中間前方に配置せられた上下一対の冷却ロール(10)(1
1)と、下の冷却ロール(11)の前方に配置せられた駆動引
き取りロール(12)と、駆動引き取りロール(12)の上に配
置せられこれと対になっているピンチ・ロール(13)と、
両ロール(12)(13)の前方に配置された上下一対のカッタ
ー(14)(15)とよりなり、下のカッター(15)は固定、上の
カッター(14)は可動となされている。

【００１９】流動層装置(1) の槽底は多孔板で形成せら
れており、気体供給路から送られてきた空気や窒素など
の気体(G) が多孔板の下方からこれの多数の孔を通って
上方に噴出せしめられる。その結果、流動層装置(1) の
槽内に満たされた粉体状熱可塑性樹脂は噴出気体(G) に
よって流動化状態となり、流動層装置(1) には、熱可塑
性樹脂（Ａ）の流動層(a) が形成される。流動層装置
(1) の槽内前後及び槽の前後両壁の上方には、ガイド・
バー(16)が設けられている。

【００２０】強化繊維束巻き戻しロール(2) は、図１で
は１つしか示されていないが、実際は並列状に複数存在
する。

【００２１】つぎに、上記装置を用いて、繊維強化熱可
塑性樹脂製補強材を固定したネット状繊維材料を製造す
る方法について説明する。

【００２２】多数のモノフィラメントよりなる強化繊維
束（Ｆ１）を、駆動引き取りロール(12)とピンチ・ロー
ル(13)に挾んで引き取ることにより、巻き戻しロール
(2) から巻き戻し、ガイド・バー(16)により案内して流
動層(a) 中へ導く。流動層(a)中で、強化繊維束（Ｆ
１）を気体の噴出や流動層(a) 中に発生する靜電気や擦
り揉み効果等によって、モノフィラメント単位に分離、
開繊し、各モノフィラメント間に粉体状熱可塑性樹脂
（Ａ）を侵入させ、モノフィラメントに付着させる。熱
可塑性樹脂（Ａ）としては、ホモポリプロピレン樹脂の
冷凍粉砕粉体を用い、強化繊維束（Ｆ１）としては、ロ
ービング状ガラス繊維束（モノフィラメントの直径２３
μｍ、４４００ｇ／ｋｍ）を６０本用いた。

【００２３】樹脂付着繊維束（Ｆ２）を、スクレーパー
(5) を通過させ、過剰に付着した粉体状熱可塑性樹脂を
除去する。スクレーパー(5) の間隙を調整することによ
り、粉体状熱可塑性樹脂の付着量を調節し、熱可塑性樹
脂（Ａ）と強化繊維の重量割合が３：２となるように調
節した。

【００２４】さらに、樹脂付着繊維束（Ｆ２）を振り分
け案内部材(4) により１５本に振り分けた（各１本に当
初のロービング状繊維束が４本含まれている）後、その
上方の巻き戻しロール(5) から駆動引き取りロール(12)
およびピンチ・ロール(13)により巻き戻された幅４００
ｍｍのネット状繊維材料（Ｎ）と樹脂付着繊維束１５本
とを上下一対のピンチ・ロール(6)(7)により重ねる。

【００２５】ネット状繊維材料としては、ガラス繊維
で、厚み０．１ｍｍ、メッシュ網目の大きさ２ｃｍ角、
重さ２９ｇ／ｍ² のものを用いた。

【００２６】上記重ね合わせ物（Ｃ１）を第１加熱ロー
ル(8) の前側から第２加熱ロール(9) の後側を経由さ
せ、樹脂付着繊維束（Ｆ２）の熱可塑性樹脂（Ａ）を加
熱溶融し、つぎに上下一対の冷却ロール(10)(11)を通過
させる。ここで熱可塑性樹脂（Ａ）を冷却固化すること
により、その一部で繊維束（Ｆ２）をネット状繊維材料
（Ｎ）に固定する。

【００２７】最後に、繊維束固定ネット状繊維材料（Ｃ
２）を上下一対のカッター(14)(15)により順次７００ｍ
ｍに切断し、熱可塑性樹脂（Ａ）に強化繊維が一方向に
揃えられた状態で配されてなる棒状補強材（Ｆ３）（径
数ミリメートル）が２５ｍｍ間隔で並列状に固定せられ
ている補強繊維材料（Ｃ３）（図２参照）を得、これを
積み上げる。

【００２８】補強繊維材料（Ｃ３）を図３に示すような
プレス成形機の金型（Ｍ）の下型(17)の凹所に載置した
後、押出機より約２１０℃に加熱した溶融熱可塑性樹脂
（Ｂ）を下型(17)に供給し、さらに補強繊維材料（Ｃ
３）をその上に載置した後、上型(18)を降下し、２０ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力で１分間加熱してから、上型(18)を開
き、図４に示す繊維強化熱可塑性樹脂成形体（Ｘ）を得
た。この成形に要した時間は、最初の補強繊維材料（Ｃ
３）を下型(17)に載置してから脱型までで１．５分間で
あった。

【００２９】熱可塑性樹脂（Ｂ）としては、エチレン−
プロピレンブロックコポリマーを使用した。

【００３０】得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体
（Ｘ）は、幅方向に均一に棒状補強材（Ｆ３）で強化さ
れており、幅方向の機械的強度及び耐衝撃性を有してい
た。

【００３１】比較例 実施例で使用したプレス成形機の上型(18)と下型(17)と
に、それぞれ２５ｍｍ間隔で実施例に用いたのと同じ棒
状補強材（Ｆ３）を両面テープで貼着した。下型(17)に
実施例と同様溶融熱可塑性樹脂（Ｂ）を供給し、上型(1
8)を降下して圧縮成形を行なった。

【００３２】成形せられた繊維強化熱可塑性樹脂成形体
（Ｙ）は、図５に示すように溶融熱可塑性樹脂（Ｂ）の
中央部から周辺部への流動のため、棒状補強材（Ｆ３）
がほとんど下金型(17)及び上金型(18)より剥がれて両側
部に流動し、成形体（Ｙ）の中央部分には残っていなか
った。

【００３３】成形に要した時間は、棒状補強材（Ｆ３）
を下金型(17)に貼着し始めてから脱型までで９０分間で
あった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の
製造方法によれば、補強繊維材料は繊維材料の補強すべ
き箇所に補強材があらかじめ固定されているから、これ
を金型内に配置するだけでよく、従来のように両面テー
プを用いたりする手間がかからないので作業効率がよい
し、成形時溶融熱可塑性樹脂の流動により補強材が所定
位置からずれるおそれもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いられる繊維強化熱可塑性樹
脂補強材固定ネット繊維材料の製造装置の垂直断面図で
ある。

【図２】補強繊維材料の斜視図である。

【図３】補強繊維材料を金型に配置するとともに金型に
溶融熱可塑性樹脂を供給した状態を示す垂直断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例により得られた繊維強化熱可塑
性樹脂成形体の斜視図である。

【図５】比較例により得られた繊維強化熱可塑性樹脂成
形体の斜視図である。

【符号の説明】

（Ｎ）：繊維材料 （Ｆ３）：棒状補強材 （Ｘ）：繊維強化熱可塑性樹脂成形体 （Ｃ３）：補強繊維材料 （Ｂ）：熱可塑性樹脂 （Ｍ）：金型

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネット、織布および不織布から選ばれた
   繊維材料の補強すべき箇所に繊維強化熱可塑性樹脂製補
   強材を固定し、得られた補強繊維材料を金型に配置する
   とともに、金型に溶融熱可塑性樹脂を供給して補強繊維
   材料と一体化することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹
   脂成形体の製造方法。