JPH0699431A - ウェブおよび成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】抄紙法による強化繊維と樹脂の均一分散方法を
特徴とする加熱成形用のウェブおよび該ウェブを加熱成
形して得る繊維強化樹脂シート材料の製造方法を提供す
る。 【構成】熱可塑性樹脂粉体および／または熱硬化性樹脂
粉体２０〜９０重量％と、繊維長３〜５０ｍｍの強化繊
維１０〜８０重量％とを、粘度が３〜１００センチポイ
ズの水溶性高分子の水溶液中で攪拌することにより強化
繊維を開繊し、樹脂粉体と強化繊維を均一に分散させ、
ウェブを抄造し、得られたウェブを乾燥する。ついでウ
ェブを加熱成形して繊維強化樹脂成形品を得る。 【効果】ウェブは強化繊維が十分に開繊され、樹脂粉体
が均一に分散し、強化繊維に密着しているので、操作性
に優れており加熱成形することにより、機械的強度が高
く表面性状の良好な繊維強化樹脂シート材料や最終成形
品を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂成形品を
製造するための中間材料であるウェブおよびそのウェブ
を加熱成形して得る繊維強化樹脂成形品の製造方法に関
するものであり、詳しくは機械的物性と表面性状に優れ
た成形品を与え、かつ、合理化された製造工程により、
製造コストが安価な、上記ウェブおよび成形品の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】抄紙法による繊維強化樹脂シート材料お
よびその製法に関しては、特開昭５７−２８１３５号公
報、特開昭６０−１５８２２７号公報、特開平２−５１
５３６号公報等に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の製法では、分散剤や凝集剤あるいは起泡材の添加、Ｐ
Ｈの調整、水による希釈等、各種添加剤の使用および複
雑な操作や工程を必要としている。また、発泡水性媒体
を用いる方法においては、通常の抄造設備に加えて起泡
装置を必要とするため、設備の改造を伴うという問題が
あった。

【０００４】また、これらの方法においては、強化繊維
の開繊（いわゆる繊維の解きほぐし）についてはあまり
注目しておらず、条件によっては強化繊維の開繊が必ず
しも十分でない場合があり、そのような場合には、プレ
スして得られた成形品は繊維束が浮き上がって見える等
の表面性状に問題が生ずることがあった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、強化繊維
の開繊について特に着目し、鋭意検討を重ねた結果、特
定の粘度を有する粘稠性液体中で樹脂粉体の存在下強化
繊維束を開繊して作製したウェブは、表面性状および機
械物性の優れた成形品を与えることを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００６】すなわち、第一の発明は、（１）（Ａ）樹
脂粉体２０〜９０重量％と（Ｂ）繊維長３〜５０ｍｍの
強化繊維１０〜８０重量％とを、粘度が３〜１００セン
チポイズの粘稠性液体中で攪拌することによって、強化
繊維を開繊し、樹脂粉体と強化繊維を液体中に分散さ
せ、（２）分散された（Ａ）樹脂粉体と（Ｂ）強化繊維
を含むその粘稠性液体から、樹脂粉体を含むウェブを抄
造し、（３）ついでウェブを乾燥する工程を含むことを
特徴とする繊維強化樹脂成形用の樹脂粉体を含むウェブ
の製造方法に関する。また、第二の発明は、上記の第一
の発明の方法により得られるウェブを加熱し、成形する
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法に関す
る。

【０００７】以下に、本発明について詳述する。抄紙法
によって繊維強化樹脂シート材料を製造する場合の困難
さは、繊維を十分に開繊すること、ついで、抄紙しウェ
ブを得るまでの所定の時間開繊された状態に繊維を保持
すること、および樹脂を強化繊維の間にできるだけ均一
に分散させることにある。本発明においては、これらの
点を改良するために、粘度が３〜１００センチポイズ、
好ましくは５〜３０センチポイズの粘稠性液体中で強化
繊維を開繊し、樹脂粉体と強化繊維を分散させるもので
ある。

【０００８】本発明に用いられる粘稠性液体としては、
例えば、水に各種の水溶性高分子を溶解させた系を好ま
しいものとして挙げることができる。水溶性高分子は強
化繊維と樹脂粉体の密着にも寄与するものである。

【０００９】水溶性高分子としては、例えば、馬鈴薯デ
ンプン、小麦デンプン、コーンスターチ等のデンプン質
水溶性高分子、メチルセルロース、エチルセルロース、
ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロ
ース等のセルロース系水溶性高分子、カルボキシメチル
デンプン、ジアルデヒドデンプン等のデンプン系水溶性
高分子、プルラン、キトサン、アルギン酸ナトリウム、
キサンタンガム等の多糖類系水溶性高分子、ポリエチレ
ンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルア
ミド、ポリアクリル酸等の合成水溶性高分子等を挙げる
ことができる。

【００１０】水溶性高分子は、ノニオン性、カチオン性
あるいはアニオン性を問わず、また、分子量の大小に拘
らず、粘稠性液体として３〜１００センチポイズ、好ま
しくは５〜３０センチポイズの適切な粘度範囲に調整し
て用いることができる。

【００１１】３センチポイズ以下の粘度では繊維の開繊
性が悪くなり、結果として、最終の成形品には未開繊の
繊維束が浮き上がって見えたりして、外観上不良であ
り、機械的物性も低くなってしまう。また、高粘度にな
るほど繊維の開繊性はよくなり、成形品の外観は向上す
るが、１００センチポイズ以上では、粘稠すぎるために
ウェブの脱水が不十分になり、また、ウェブに残留する
水溶性高分子が多くなり、その影響により成形品の機械
的物性が低下するので好ましくない。

【００１２】本発明に用いられる樹脂は熱可塑性樹脂ま
たは熱硬化性樹脂であって、またはこれらを混合して用
いることもできる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポ
リエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、
ポリスチレン、ゴム補強ポリスチレン、アクリロニトリ
ル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹
脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレートなどのポリエステル樹脂、ナイロン６、ナイロ
ン６６、ナイロン４６等のポリアミド樹脂、ポリフェニ
レンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル等のポリエ
ーテル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレー
ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリ
エーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリエーテルイミド等のエンジニアリ
ング樹脂、それに加えてポリカーボネート／ＡＢＳ、ポ
リフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート
／ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテ
ル／ポリブチレンテレフタレート等のブレンド系ポリマ
ー類が挙げられるが、これらに限定されるものではな
く、本発明の製造方法の工程に適合する熱可塑性樹脂は
全て対象となりうる。

【００１３】熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノー
ル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミン／フェノ
ール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂が
挙げられるが、上記と同様の主旨で必ずしもこれらに限
定されるものではない。

【００１４】本発明においては、樹脂は粉体状で用いら
れる。ここで粉体とは必ずしも微細である必要はなく、
微小な粒子状のものを包含する。樹脂粉体と強化繊維が
できるだけ均一に分散したウェブを製造するためには、
樹脂粉体はその径が好ましくは約１．５ｍｍ以下、より
好ましくは１ｍｍ以下である。また径が１．５ｍｍを越
えると、加熱成形性が悪くなり、生産性が低下し、成形
品の機械的物性が劣るようになる。

【００１５】本発明に用いられる強化繊維としては、弾
性率、強度の高い繊維が望ましい。そのような繊維とし
て主に炭素繊維、ガラス繊維、およびセラミック繊維で
代表される無機繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアミ
ド繊維およびポリエステル繊維で代表される有機繊維が
挙げられる。また、これらの繊維を２種類以上組合せて
用いることもできる。一般に、衝撃強度が必要とされる
場合には、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維が好まし
く、軽量かつ剛性が特に必要とされる場合には、１５０
００ｋｇ／ｍｍ² 以上の弾性率を有する炭素繊維が好ま
しい。本発明においては、成形品の表面性状や機械的物
性を向上させるために、強化繊維の繊維束を粘稠性液体
中で開繊した状態で使用することを特徴とする。そのた
めには、繊維束に集束剤が使われてないか、また、集束
剤が制御されて使用されている繊維束を用いるのが好ま
しい。

【００１６】本発明で使用する強化繊維は、その長さは
３〜５０ｍｍであり、好ましくは５〜３０ｍｍの範囲で
ある。３ｍｍ未満の場合、得られるウェブを製紙機械で
引っ張るに十分な機械的強度を示さず、５０ｍｍを越え
る長さでは均一分散がより困難となる。

【００１７】強化繊維の配合割合は１０〜８０重量％の
範囲であり、好ましくは２０〜６０重量％の範囲であ
る。１０重量％未満のときは強化の効果が少なく、８０
重量％を越えるときは強化繊維の隙間を樹脂で埋めるこ
とができず、成形品の機械的物性および外観が悪くな
る。

【００１８】本発明において、分散液として用いる粘稠
性液体中への樹脂粉体および強化繊維の投入順序は重要
ではなく、同時に投入してよい。攪拌に用いる装置はと
くに限定されず、例えば、パルプ離解機等を用いること
ができる。また、抄紙は公知の方法を適用することがで
きる。樹脂粉体を含むウェブを抄紙した後の分散液は粘
度変化が殆どないので、リサイクル使用が可能である。
ウェブの乾燥はとくに限定されず、公知の方法を用いる
ことができる。

【００１９】ウェブの加熱成形の方法はとくに限定され
ず公知の加熱成形法を適用することができる。例えば、
プレス成形をあげることができる。樹脂として熱可塑性
樹脂を用いた場合、プレス成形して得られたシートを中
間材料として用い、該シートに様々な成形法を適用する
ことにより各種形状の成形品を得ることができる。この
場合には、プレス成形、真空成形、スタンピング成形等
を適用することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明するが、本発明は以下の実施例によって何等限定さ
れるものではない。ここで、使用した原料について説明
する。 １．水溶性高分子およびその水溶液 （１）カルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工
業製薬（株）製、商品名：セロゲンＢＳＨ−１２）、こ
のものの０．０２％水溶液（粘度：７センチポイズ）お
よび０．０５％水溶液（粘度：１０センチポイズ）を用
いた。 （２）ポリアクリルアミド（住友化学工業（株）製、商
品名：スミフロックＦＡ−５０）このものの０．０５％
溶液（粘度：２０センチポイズ）を用いた。 （３）ポリメタクリル酸（住友化学工業（株）製、商品
名：スミフロックＦＣ−２８２）このものの０．１％溶
液（粘度：２４センチポイズ）を用いた。

【００２１】２．熱可塑性樹脂 （１）ナイロン６樹脂（ユニチカ（株）製、粉末ナイロ
ン、商品名：Ａ１０２０ＬＰ、粒度３５メッシュ（粒径
約１５０μｍ）） （２）ポリカーボネート（住友ダウ（株）製、商品名：
Ｓ−３０００Ｆ、粒度３２メッシュ（粒径約２００μ
ｍ））

【００２２】３．熱硬化製樹脂 （１）フェノール樹脂（鐘紡（株）製、粒状フェノール
樹脂、商品名：ベルパールＳ−８９０、粒径約１５〜２
０μｍ）

【００２３】４．強化繊維 （１）炭素繊維（ハーキュレス社製、商品名：ＡＳ４、
集束剤なし、繊維長１３ｍｍのチョップドストランド）

【００２４】実施例１ 粘度７センチポイズのセロゲンＢＳＨ−１２の水溶液１
０リットルに、１１．６ｇの粉末ナイロン、Ａ１０２０
ＬＰと、４．８ｇの炭素繊維ＡＳ４を投入し、撹拌機
（熊谷理機工業（株）製、標準パルプ離解機）を用い
て、毎分３０００回転で混合した。得られたスラリー
は、炭素繊維が十分に開繊され、ナイロンの粉末と共に
均一に分散していた。

【００２５】次に、両片２５０ｍｍの手抄きシートマシ
ーンにスラリーを移し入れ、減圧脱水してウェブを抄造
した。得られたウェブは開繊された炭素繊維と粉末ナイ
ロンが均一に分散しており、樹脂粉体は強化繊維に密着
して容易には離脱せず、一体物として容易に取り扱うこ
とができる操作性の良いものであった。

【００２６】ついで、ウェブを５枚積層し、１２０℃で
５時間減圧乾燥した。そのものを油圧プレスに挿入し、
２６０℃で１０分間予熱した後、２６０℃、圧力７０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² にて１０分間プレス成形し、続いて３０
℃、圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ² にて１０分間冷却して、厚
さ約１ｍｍのシートを得た。このシートは炭素繊維が十
分に開繊されているので外観的にも美しい表面をしてい
た。このシートの物性値を表１に示す。

【００２７】実施例２ 粘度１０センチポイズのセロゲンＢＳＨ−１２の水溶液
１０リットルを用いる以外は、実施例１と同じ方法と条
件でウェブついでシートを作製した。得られたウェブお
よびシートは実施例１と同様に良好であった。このシー
トの物性値を表１に示す。

【００２８】比較例１ 水溶性高分子の水溶液の代わりに、単に水道水１０リッ
トルを用いる以外は、実施例１と同じ方法と条件でウェ
ブついでシートを作製した。得られたウェブは、炭素繊
維が十分開繊されていないので、ナイロン粉末樹脂と炭
素繊維の絡みが少なく、両者は偏在しており、また、粉
末樹脂は繊維に密着していないので簡単に離脱した。ま
た、得られたシートは、炭素繊維束が浮き上がって見
え、外観的には不良であった。このシートの物性値を表
１に示す。

【００２９】実施例３ 粘度２０センチポイズのスミフロックＦＡ−５０の水溶
液１０リットルを用いる以外は、実施例１と同じ方法と
条件でウェブついでシートを作製した。得られたウェブ
およびシートは実施例１と同様に良好であった。このシ
ートの物性値を表１に示す。

【００３０】実施例４ 粘度１０センチポイズのセロゲンＢＳＨ−１２の水溶液
１０リットルを用いることと、樹脂としてポリカーボネ
ート粉末（Ｓ−３０００Ｆ）１２．５ｇを用いる以外
は、実施例１と同じ方法と条件でウェブを作製した。得
られたウェブは実施例１と同様に良好であった。このシ
ートの物性値を表１に示す。

【００３１】ついで、ウェブを５枚積層し、１２０℃で
５時間減圧乾燥した。そのものを油圧プレスに挿入し、
２８０℃で１０分間予熱した後、２８０℃、圧力１００
ｋｇ／ｃｍ² にて１０分間プレス成形し、続いて３０
℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ² にて１０分間冷却して、厚
さ約１ｍｍのシートを得た。このシートは炭素繊維が十
分に開繊されているので外観的にも美しい表面をしてい
た。このシートの物性値を表１に示す。

【００３２】実施例５ スミフロックＦＣ−２８２の水溶液を分散液として用
い、フェノール樹脂、ベルパールＳ−８９０と炭素繊維
ＡＳ４から上記の実施例と同様にして繊維強化熱硬化製
樹脂粉体を含むウェブを作成する。得られるウェブを熱
プレス成形して成形品を製造する。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】本発明の方法は抄紙に際して分散液、例
えば水溶性高分子の水溶液だけを使用するので、従来の
抄紙法に比較して複雑な工程を省略でき、簡単な設備で
すみ、使用する原料も少なく、経済性に優れたプロセス
となっている。また、本発明で用いる水溶性高分子の水
溶液はリサイクル使用が可能であるので、環境負荷が少
なく、工業的に価値の高いものである。

【００３５】また、本発明の方法により得られるウェブ
は十分に開繊された強化繊維が樹脂粉末中に均一に分散
し、水溶性高分子を介して相互に密着しているので、後
工程での操作性に優れている。このウェブを加熱成形す
ることによりシート等の各種の成形品を製造することが
できる。

【００３６】このウェブを加熱成形して得られる繊維強
化樹脂成形品は強化繊維の分散が均一であるために機械
的強度が高く、表面性状も優れている。また、樹脂粉体
として熱可塑性樹脂粉体を用いて作製したウェブを熱プ
レス成形して得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート材料
は、適度の長さの不連続繊維を使用しているので、加熱
溶融すれば流動することが可能であり、金型の末端部へ
の充填やリブの形成も容易であり、スタンパブルシート
として用いるに適した特性を有する。また、強化繊維が
熱可塑性樹脂の中に開繊されて均一に分散されているの
で機械的強度に優れ、またきれいな表面性状を有する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（１）（Ａ）樹脂粉体２０〜９０重量％
   と、（Ｂ）繊維長３〜５０ｍｍの強化繊維１０〜８０重
   量％とを、粘度が３〜１００センチポイズの粘稠性液体
   中で撹拌することによって、強化繊維を開繊し、樹脂粉
   体と強化繊維を粘稠性液体中に分散させ、（２）分散さ
   れた（Ａ）樹脂粉体と（Ｂ）強化繊維を含むその粘稠性
   液体から樹脂粉体を含むウェブを抄造し、（３）ついで
   ウェブを乾燥する工程を含むことを特徴とする繊維強化
   樹脂成形用の樹脂粉体を含むウェブの製造方法。
2. 【請求項２】粘稠性液体が水溶性高分子の水溶液である
   請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】強化繊維が１５０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上
   の弾性率を有する炭素繊維である請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の製造方法により得られるウ
   ェブを加熱成形することを特徴とする繊維強化樹脂成形
   品の製造方法。
5. 【請求項５】樹脂粉体として熱可塑性樹脂粉体を用い、
   繊維強化樹脂成形品が繊維強化熱可塑性樹脂シートであ
   る請求項４記載の方法。