JPH06297487A - 繊維複合シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】幅方向に肉厚が均一で、外観及び強度に優れた
繊維複合シートの製造方法を提供する。 【構成】強化繊維束Ｆ１に帯電装置３よりコロナ放電を
行い、各モノフィラメントに同一の極性電荷を付与す
る。この強化繊維束Ｆ１を樹脂粉体を充填した流動槽３
内に導き、流動槽３内に設けたバー３２に押圧力１ｋｇ
ｆ／ｃｍの押圧状態にして摺動し、強化繊維束Ｆ１をモ
ノフィラメント状に開繊させつつ強化繊維に樹脂粉体を
付着する。脂粉体が過剰に付着した強化繊維Ｆ２を流動
槽２より導出し、除電装置４により粉体樹脂の極性電荷
を一部除去し、過剰の樹脂粉体を除去して、幅方向に均
一な厚さになるように樹脂粉体の付着量を調整する。こ
れを、２００℃に加熱した加熱ロール４に導き、１ｋｇ
／ｃｍの圧力にて加圧してシート化し、冷却ロール６を
経て、繊維複合シート８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、プラスチックやエンジ
ニアリングプラスチックの補強材料として用いられるプ
レプリグシートや、スタンパブルシート等の繊維複合シ
ートの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、繊維強化熱可塑性樹脂シートの製
造方法としては、例えば、特開平３─１９３４１６号公
報に記載の如く、ロービング繊維に静電気を付与するこ
とにより開繊した後これを流動床に導入し、ターンバー
に押し付けて均一に開繊し、これに樹脂粉を含浸して薄
い帯状体となし、この帯状体を加熱ロール、加熱炉、冷
却炉を経て帯状のプレプリグを得る方法が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の如き従
来の方法においては、静電気を付与したロービング繊維
を流動床に導入し樹脂粉を含浸させる際に、樹脂粉はロ
ービング繊維の静電気とは逆の電荷を必然的に帯びるこ
とになるので、相互間に電気的な吸引力が働いて、ロー
ビング繊維に過剰の樹脂粉が付着し易い。このため、目
的とする肉厚の繊維複合シートを得るためには、流動床
を通過した後で過剰に付着した樹脂粉を適度に除去する
必要がある。

【０００４】そこで、例えば、特開平３─１９３４１５
号公報に記載の如き、振動ガイド又はバーに通してその
振動ガイドロール又はバーを上下に繰り返し振動させて
機械的に樹脂粉を除去しようとしても、ロービング繊維
の幅方向に均一な厚さとなるように樹脂粉を除去するこ
とが難しく、肉厚分布が均一なシートを得ることができ
ないという問題点があった。

【０００５】本発明は上記の如き従来の問題点を解消
し、幅方向に肉厚が均一で、外観及び強度に優れた繊維
複合シートの製造方法を提供することを目的としてなさ
れたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、まず、多数の
連続モノフィラメントよりなる絶縁性強化繊維束に、同
一の極性電荷を付与する工程を有する。

【０００７】本発明において、絶縁性強化繊維束（ロー
ビング）（以下、強化繊維束という）としては、樹脂粉
体の溶融温度において熱的に安定な電気絶縁性を有する
ものが好適に使用され、例えば、ガラス繊維等の無機繊
維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維が
挙げられる。

【０００８】強化繊維束のモノフィラメントの直径は、
１〜５０μｍが好ましく、２〜３０μｍが特に好まし
い。直径が１μｍ未満の場合には、加熱溶融工程までの
引き取りで生じる張力に耐え得る強度が得られず、又、
得られる繊維複合シートの強度が充分でなく、逆に、５
０μｍを超える場合には、流動槽中で樹脂粉体を付着さ
せるに充分な開繊状態にすることができず、付着不足と
なり、繊維複合シートとして要求される強度が得られな
い。

【０００９】強化繊維束は、フィラメントの集合を通常
酢酸ビニル、デンプン、ポリエステル等の結束剤により
結束して繊維束とされるが、強化繊維に樹脂粉体を均一
に付着されるためには、モノフィラメント状への開繊が
容易である必要があり、収束剤は少ない方がよく、その
量は通常０．１〜５％が好ましい。

【００１０】強化繊維束に同一の極性電荷を与える方法
としては、帯電装置を使用する。その帯電装置として
は、例えば、コロナ放電装置を使用することができる。
コロナ放電装置の電極間を強化繊維束を通過させつつ、
両電極間にコロナ放電を行うことにより、電極間の空気
中の酸素分子や窒素分子がイオン化され、強化繊維束に
イオンが付着して、強化繊維束の各モノフィラメントに
同一の極性電荷を付与することができる。尚、電極から
放電する電荷は、強化繊維束に同一の極性電荷を付与で
きれば充分であり、正極性でも負極性でも構わない。

【００１１】電極から放電する電荷量としては、帯電装
置の電圧の大きさ、電極の形状、電極間の距離、気圧、
湿度等により左右されるが、強化繊維束が１ＫＶ以上の
電荷量となるような電荷量とするのが好ましく、更に好
ましくは強化繊維束が５〜２０ＫＶの電荷量となるよう
な電荷量とするのが更に好ましい。強化繊維束の電荷量
が１ＫＶ未満の場合には、後述するモノフィラメント間
の反発力や樹脂粉体の吸引力が小さい。

【００１２】本発明においては、樹脂粉体が充填された
流動槽内にて、流動槽内に設けられたバーに押圧状態に
て摺動させて、強化繊維束をモノフィラメント状に開繊
させつつ強化繊維とは反対の極性電荷を帯びた樹脂粉体
を強化繊維に付着させる工程を有する。

【００１３】樹脂粉体としては、例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、塩化ビニル樹
脂、アクリル樹脂、ポリスチレン及びスチレンと他の単
量体との共重合体、ポリエーテルサルフォン、ポリフェ
ニレンサルファイド等のエンジニアリングプラスチッ
ク、これらの熱可塑性樹脂の混合樹脂、熱硬化性樹脂と
の混合樹脂等が挙げられる。

【００１４】樹脂粉体の粒子径は、１０〜３００μｍが
好ましい。粒子径が、１０μｍ未満の場合には、流動状
態にすると、粉体の飛散が激しくなり、流動状態の調節
が難しくなり、逆に、３００μｍを超える場合には、フ
ィラメントが粉体の粒子径以上に開繊しにくくなるし、
又、流動槽の流動状態も悪くなるため、フィラメント間
への樹脂粉体の付着状態が悪くなる。

【００１５】流動槽内にて樹脂粉体を流動状態にする方
法としては、樹脂粉体を充填した流動槽の底面より流動
ガスを吹き上げる方法や、流動槽の底面部を振動させる
方法等が挙げられる。尚、流動ガスとしては、空気、窒
素ガス等の中性ガスが好ましい。

【００１６】強化繊維束をバーに押圧状態にて摺動させ
る場合における、強化繊維のバーに対する押圧力として
は、強化繊維のフィラメントの直径により最適値は異な
るが、０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍが好ましい。押圧力が
０．１ｋｇｆ／ｃｍ未満の場合には、強化繊維束が開繊
しにくく、逆に、５ｋｇｆ／ｃｍを超える場合には、強
化繊維が加熱溶融工程までの引き取りや振動に耐えるこ
とができず破断するおそれがある。

【００１７】上記押圧力を付与するには強化繊維束にテ
ンションをかけるのが好ましく、一般に０．５〜３ｋｇ
ｆ／本のテンションをかければよい。

【００１８】流動槽内において、強化繊維はバーの擦り
揉みと、付与された極性電極によるモノフィラメント間
の反発力により、モノフィラメント状に開繊されるとと
もに、樹脂粉体が機械的にモノフィラメント間に押し込
められ、同時に、樹脂粉体は極性電荷を帯びた強化繊維
と接触することにより必然的に強化繊維とは反対の極性
電荷を帯びるので、その電気的な吸引力によりフィラメ
ントの周囲に付着する。

【００１９】本発明においては、樹脂粉体が過剰に付着
した強化繊維を流動槽外に導出して、樹脂粉体の極性電
荷を一部除電して過剰に付着した樹脂粉体を除去する工
程を有する。

【００２０】強化繊維には樹脂粉体が過剰に付着してい
るので、目的とする肉厚を有し且つ幅方向に肉厚が均一
な繊維複合シートを得るためには、どうしても過剰に付
着した樹脂粉体を強化繊維の幅方向に均一な厚さになる
ように除去しなければならない。

【００２１】本発明においては、強化繊維に過剰に付着
した樹脂粉体を除去する方法として、樹脂粉体の極性電
荷を一部除電する方法を採用する。そして、除去装置と
しては、上の帯電装置と同様の装置を使用することがで
きる。即ち、強化繊維に付着している樹脂粉体は、帯電
装置により強化繊維に付与された電荷と反対の極性電荷
を帯びているので、強化繊維に付着したのと同一の極性
電荷であって、それよりも電荷量の小さい極性電荷を与
えてやることにより、粉体樹脂の極性電荷を一部除電す
ることができる。これにより強化繊維に過剰に付着した
樹脂粉体は強化繊維に対する電気的な吸引力が弱められ
て、強化繊維の幅方向に厚さが均一になるように除去す
ることができる。

【００２２】尚、除電の電荷量は、除電装置の電圧の大
きさ、電極の形状、電極間の距離、気圧、湿度等により
その効果は変化するため、流動床中で付着した樹脂粉体
量及び目的とする肉厚によって除電装置の出力を逐次調
整することにより行うが、帯電の電荷量よりも小さく、
且つ、一般的には、５ＫＶ以下とするのが好ましい。

【００２３】本発明においては、樹脂粉体が適正量付着
した強化繊維を加熱溶解してシート化する工程を有す
る。フィラメントに付着した樹脂粉体を加熱溶融する方
法としては、加熱ロール、熱風、遠赤外線等の凡用加熱
源が使用できる。加熱温度は、樹脂粉体の種類、加熱時
間、繊維複合シートの用途等により適宜選択される。

【００２４】加熱溶融した樹脂粉体が付着した強化繊維
をシート化する方法としては、加熱手段が加熱ロールの
場合には、樹脂粉体が付着した強化繊維を加熱ロールに
通すことによりシート化することができ、加熱手段が熱
風、遠赤外等の場合には、プレスベルトに通すこにより
シート化する方法等が適宜採用される。加熱溶融してシ
ート化されたものを冷却する方法としては、冷却ロー
ル、ブロア等が使用できる。

【００２５】以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の繊維複合シートの製造方法の例の工程
を説明する側面図である。まず、最初の工程において、
ボビン１１より繰り出した多数のモノフィラメントより
なる強化繊維束Ｆ１を、帯電装置（コロナ放電装置）２
の電極２１、２１間に通過させつつコロナ放電すること
により、強化繊維束Ｆ１に同一の極性電荷を与える。

【００２６】次の工程にて、強化繊維束Ｆ１に同一の極
性電荷したものを流動槽３内に導く。流動槽３は、容器
３１内の底部に、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３１内に供給されるようにされている。容
器３１内に充填された樹脂粉体は、その気体Ｇの噴出に
よって流動化した状態となり、流動床Ｒが形成される。

【００２７】容器３１内の底部には、強化繊維束Ｆ１を
押圧状態にて摺動させるバー３２、３２、３２が設けら
れている。又、容器３１の側壁部上部付近に強化繊維束
を案内するためのガイドバール３３、３３が設けられて
いる。

【００２８】強化繊維束Ｆ１を、流動槽３内にて、流動
槽内に設けられたバー３２、３２、３２にじぐざぐ状に
通し押圧状態にて摺動させて、バーの擦り揉みと、付与
された極性電極によるモノフィラメント間の反発力によ
り、強化繊維束Ｆ１をモノフィラメント状に開繊すると
ともに、樹脂粉体のモノフィラメント間への機械的な押
し込め、同時に、極性電荷を帯びた強化繊維に接触する
ことにより必然的に強化繊維とは反対の極性電荷を帯び
た粉体樹脂を、強化樹脂に電気的な吸引力により付着さ
せる。

【００２９】過剰に樹脂粉体が付着した強化繊維を流動
槽３より導出し、強化繊維束Ｆ２を、除電装置４の電極
４１、４１間に通過させつつコロナ放電することによ
り、樹脂粉体の一部を除電する。これにより、強化繊維
に過剰に付着した樹脂粉体を強化繊維の幅方向にその厚
さが均一になるように除去する。

【００３０】次の工程にて、樹脂粉体が適正量付着した
強化繊維Ｆ３を、加熱ロール５に導き、シート化する。
このシートを冷却ロール６を経て、巻取キャビティ７に
て巻き取り、図２に示す如く、樹脂層８１中に強化繊維
８２が均一に分散埋設され、幅方向に均一な厚さを有す
る繊維複合シート８を得る。

【００３１】

【作用】本発明の繊維複合シートの製造方法は、多数の
連続モノフィラメントよりなる絶縁性強化繊維束に、同
一の極性電荷を付与した後、樹脂粉体が充填された流動
槽内にて、流動槽内に設けられたバーに押圧状態にて摺
動させて、強化繊維束をモノフィラメント状に開繊させ
つつ強化繊維とは反対の極性電荷を帯びた樹脂粉体を強
化繊維に付着させることにより、バーの擦り揉みと、付
与された極性電極によるモノフィラメント間の反発力に
より、強化繊維束Ｆ１をモノフィラメント状に開繊する
とともに、樹脂粉体のモノフィラメント間に機械的に押
し込め、同時に、極性電荷を帯びた強化繊維に接触する
ことにより必然的に強化繊維とは反対の極性電荷を帯び
た粉体樹脂を、強化樹脂に電気的な吸引力によっても付
着させることができ、この樹脂粉体が過剰に付着した強
化繊維を流動槽外に導出して、樹脂粉体の極性電荷を一
部除電して過剰に付着した樹脂粉体を除去することによ
り、強化繊維に過剰に付着した樹脂粉体を強化繊維の幅
方向にその厚さが均一になるように除去することがで
き、この樹脂粉体が適正量付着した強化繊維を加熱溶解
してシート化することにより、幅方向に肉厚が均一で、
外観及び強度に優れた繊維複合シートを得ることができ
る。

【００３２】

【実施例】実施例１ 図１を参照して説明した工程により、図２に示す如き幅
４００ｍｍの繊維複合シート８の製造を行った。強化繊
維束として、ガラスロービング（日東紡社製、商品名
「＃４４００」、繊維直径２３μｍ、モノフィラメント
４０００本の束）１２本を用いた。樹脂粉体としては、
塩化ビニル樹脂粉体（信越化学社製、商品名「ＭＡ８０
０Ｓ」、平均粒径１５０μｍ）１００重量部に、ジブチ
ル錫ジマレエート１．５重量部と、ポリエチレンワック
ス０．５重量部を添加し、スーパーミキサーにて混合し
たものを用いた。

【００３３】強化繊維束１２本を２段になるように、２
組み並べ、流動槽３に入る手前にて、コロナ放電装置か
らなる帯電装置２によりコロナ放電を行って、強化繊維
束Ｆ１の各モノフィラメントに−１０ＫＶの同一極性電
荷を付与した。

【００３４】この強化繊維束Ｆ１を樹脂粉体を充填した
流動槽３内に導き、流動槽３内に設けられたバー３２、
３２、３２に押圧力１ｋｇｆ／ｃｍの押圧状態にして摺
動させて、バー３２、３２、３２の擦り揉みと、各フィ
ラメントの電気的反発力により、強化繊維束Ｆ１をモノ
フィラメント状に開繊させつつ強化繊維に樹脂粉体を過
剰に付着させた。

【００３５】次に、樹脂粉体が過剰に付着した強化繊維
Ｆ２を、流動槽３より導出した位置にて、除電装置４に
より−５ＫＶの電荷量の極性電荷を負荷して、粉体樹脂
の極性電荷を一部除去し、過剰の樹脂粉体を除去して、
幅方向に均一な厚さになるように樹脂粉体の付着量を調
整した。

【００３６】幅方向に均一な厚さになるように樹脂粉体
を付着した強化繊維を、２００℃に加熱した加熱ロール
５に導き、１ｋｇ／ｃｍの圧力にて加圧してシート化
し、冷却ロール６を経て、巻取機７にて２．０ｍ／ｍｉ
ｎの速度にて巻き取り、平均肉厚０．４５ｍｍの繊維複
合シート８を得た。

【００３７】得られた繊維複合シートについて、肉厚Ｃ
Ｖ値、繊維含有ＣＶ値、曲げ強度を測定した。その結
果、肉厚ＣＶ値は７．０％、繊維含有ＣＶＣＶ値は７．
５％、曲げ強度４．８ｋｇ／ｍｍ² であった。

【００３８】尚、肉厚ＣＶ値は、得られた繊維複合シー
トから、幅方向に４０分割し、マイクロメーターを用い
て肉厚を測定し算出した。繊維含有ＣＶ値は、幅方向に
４０分割したものを長さ５０ｍｍに切断して、サンプル
を作製し、このサンプルを電気炉にて樹脂分を燃焼分離
し、ガラスのみの重量を測定した。曲げ強度は、上記サ
ンプルを５枚積層してプレス成形し、繊維垂直方向の曲
げ強度をオートグラフを用いて、３点曲げ試験を行って
測定した。

【００３９】比較例１ コロナ放電装置からなる帯電装置によりコロナ放電を行
わなかったこと以外は実施例１と同様にして、実施例１
と同様の繊維複合シートを得た。得られた繊維複合シー
トについて、肉厚ＣＶ値、繊維含有ＣＶ値、曲げ強度を
測定した。その結果、肉厚ＣＶ値は９．５％、繊維含有
ＣＶ値は１１．０％、曲げ強度４．２ｋｇ／ｍｍ² であ
った。

【００４０】比較例２ 除電装置除電装置により、樹脂粉体の電荷を除去して過
剰の樹脂粉体を除去する代わりに、振動バーに振幅 ｍ
ｍ、振動数 Ｈｚの振動を与えて過剰の樹脂粉体を振る
い落としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例１
と同様の繊維複合シートを得た。得られた繊維複合シー
トについて、肉厚ＣＶ値、繊維含有ＣＶ値、曲げ強度を
測定した。その結果、肉厚ＣＶ値は８．５％、繊維含有
ＣＶ値は１０．５％、曲げ強度４．３ｋｇ／ｍｍ² であ
った。

【００４１】

【発明の効果】本発明の繊維複合シートの製造方法は、
上記の如き構成とされているので、幅方向に肉厚が均一
で、外観及び強度に優れた繊維複合シートを得ることが
できる。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維複合シートの製造方法の一例の工
程を説明する側面図である。

【図２】本発明により得られた繊維複合シートの一例を
示す断面図である。

【符号の説明】

Ｆ１ 強化繊維束 ２ 帯電装置 ３ 流動槽 ４ 除電装置 ５ 加熱ロール ６ 冷却ロール ７ 巻取装置 ３２ バー

───────────────────────────────────────────────────── 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 7:00 4Ｆ

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よりなる絶
   縁性強化繊維束に、同一の極性電荷を付与する工程と、
   樹脂粉体が充填された流動槽内にて、流動槽内に設けら
   れたバーに押圧状態にて摺動させて、強化繊維束をモノ
   フィラメント状に開繊させつつ強化繊維とは反対の極性
   電荷を帯びた樹脂粉体を強化繊維に付着させる工程と、
   樹脂粉体が過剰に付着した強化繊維を流動槽外に導出し
   て、樹脂粉体の極性電荷を一部除電して過剰に付着した
   樹脂粉体を除去する工程と、樹脂粉体が適正量付着した
   強化繊維を加熱溶解してシート化する工程からなること
   を特徴とする繊維複合シートの製造方法。