JPH07100828A

JPH07100828A - 強化繊維と樹脂粉末の混合物、シートおよび成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH07100828A
Application number: JP24481893A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kurotobi; 義樹黒飛; Toshiharu Yamabayashi; 稔治山林; Koji Yamatsuta; 浩治山蔦
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【構成】容器上部に位置し上方に向けて開放した排出
口、容器内部に位置する高速気流噴射ノズルおよび強化
繊維束と樹脂粉末の供給口を有する容器中に、切断され
た強化繊維束および樹脂粉末を供給しつつ高速気流噴射
ノズルから高速気流を噴射することにより、強化繊維束
を開繊するとともに、開繊された強化繊維と樹脂粉末を
混合して、得られた混合物を排出口より排出することを
特徴とする強化繊維と樹脂粉末の混合物の製造方法、該
強化繊維と樹脂粉末の混合物を加熱、加圧することを特
徴とする繊維強化樹脂製成形体成形用のシートの製造方
法、および、該シートを加熱、加圧することを特徴とす
る繊維強化樹脂製成形体の製造方法。【効果】強化繊維束をモノフィラメント状に開繊すると
ともに、開繊された強化繊維と樹脂粉末を均一に混合す
ることができる効率的な連続処理プロセスを提供する。
この製造方法を用いることにより、機械的性質が均一
で、かつ平滑で表面性の良好な繊維強化樹脂成形体を低
コストで得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂製成形体
を製造するための中間材料である強化繊維と樹脂粉末の
混合物、該混合物を加熱、加圧する繊維強化樹脂製成形
体成形用のシートおよび該シートを加熱、加圧する繊維
強化樹脂製成形体の製造方法に関する。さらに詳しく
は、強化繊維がモノフィラメント状に開繊され、かつ、
樹脂粉末と均一に混合される混合工程を特徴とする繊維
強化樹脂製成形体成形用のシートおよびそれから得られ
る成形体の効率的な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、連続長繊維マットまたはチョップ
ドストランドに熱可塑性樹脂を加熱、加圧して含浸した
繊維強化樹脂製成形体成形用シートを成形することによ
り、強化繊維を切断することなく、優れた機械的物性を
有する成形体を得る、いわゆるスタンピング成形法が注
目されている。しかし、この方法により得られるシート
を用いてスタンピング成形した場合、強化繊維の流動が
十分でなく、成形体のリブやボスなどの先端部まで強化
繊維が充填されにくいという欠点を有している。また、
チョップドストランドを用いる場合、その取扱いを容易
にするために強化繊維が集束されており、その結果とし
て最終的に得られる成形体の表面性が劣るという欠点も
有している。

【０００３】これらの欠点を解消するために、均一な長
さの、集束された強化繊維（以下、強化繊維束というこ
とがある）を開繊する方法として、水中で強化繊維束と
樹脂粉末をスラリー状にして混合した後、抄紙して、つ
いで脱水、乾燥することにより繊維強化樹脂製成形体成
形用のシートを得る、いわゆる抄紙法がある。しかしな
がら、この方法は混合、抄紙後に多量の水分を除く必要
があるため製造コストの面で不利である。

【０００４】一方、高速気流を利用して強化繊維を開繊
し、強化繊維と樹脂粉末を均一分散させる方法として、
特開昭６３−１３５５５０号公報に記載の方法が知られ
ているが、この方法はバッチ方式のため大量生産用のプ
ロセスとしては必ずしも効率的でないという問題があ
る。また、設備上の問題点として開繊・分散容器の一部
がフィルター構造となっており、この部分から気流が抜
ける構造であるため、繊維や樹脂が付着し易く、この部
分に蓄積する混合物は開繊が不十分で不均一な分散とな
る、といった問題を有している。また、特開昭５９−４
９９２９号公報に記載の方法も知られているが、この方
法では、高速気流の乱気流中で開繊・分散される時間が
短いため、強化繊維の開繊が必ずしも不十分でない場合
があり、不均一な分散となり易いという問題を有してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、機械
的性質が均一で良好で、かつ表面性、特に表面平滑性に
優れた繊維強化樹脂製成形体を得るための、強化繊維と
樹脂粉末が均一に分散した混合物、それから得られる繊
維強化樹脂製成形体成形用のシートさらにそれから得ら
れる繊維強化樹脂製成形体を効率的に、かつ低コストで
製造する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決するために鋭意検討を行った結果、強化繊維を開
繊するとともに強化繊維と樹脂粉末を均一に混合するこ
とができる特定の構造を有する混合装置を用いる方法を
見出し、本発明を完成するに到った。

【０００７】すなわち、本発明はつぎに記す発明からな
る。（１）容器上部に位置し上方に向けて開放した排出口、
容器内部に位置する高速気流噴射ノズルおよび強化繊維
束と樹脂粉末の供給口を有する容器中に、切断された強
化繊維束および樹脂粉末を供給しつつ高速気流噴射ノズ
ルから高速気流を噴射することにより、強化繊維束を開
繊するとともに、開繊された強化繊維と樹脂粉末を混合
して、得られた混合物を排出口より排出することを特徴
とする強化繊維と樹脂粉末の混合物の製造方法。

【０００８】（２）高速気流を容器内部で下方に向けて
噴射することを特徴とする前記（１）記載の強化繊維と
樹脂粉末の混合物の製造方法。（３）樹脂粉末として熱可塑性樹脂粉末を用いることを
特徴とする前記（１）記載の強化繊維と樹脂粉末の混合
物の製造方法。（４）前記（１）、（２）または（３）記載の方法によ
り得られた強化繊維と樹脂粉末の混合物を加熱、加圧す
ることを特徴とするシートの製造方法。（５）前記（４）記載の方法により得られたシートを加
熱、加圧することを特徴とする繊維強化樹脂製成形体の
製造方法。

【０００９】本発明に用いられる強化繊維としては、成
形体の高剛性、高強度を達成するために、弾性率、強度
の高い繊維が望ましい。具体的には、炭素繊維、ガラス
繊維、アルミナ質繊維、シリコンカーバイド繊維、シリ
カ繊維、ボロン繊維等の無機繊維；芳香族ポリアミド繊
維、芳香族ポリエステル繊維、高強度ポリエチレン繊維
等の有機繊維を例示することができる。これらの繊維は
２種類以上を組合わせて用いることもできる。

【００１０】強化繊維の原料としては長繊維の強化繊維
束を用いることができる。最終的に目的とする繊維強化
樹脂製成形体の機械的性質の均一化、表面性の向上のた
めに集束剤の使用されていない強化繊維束を用いるのが
好ましい。強化繊維束は本発明の混合工程に導入される
前に適切な長さに切断して用いられる。長繊維を切断し
ながら導入する方法または予め切断された繊維を用いる
方法いずれも採用し得る。

【００１１】強化効果を最大限に発揮し、開繊、分散お
よび成形を容易にするために、切断後の強化繊維の数平
均長さは、好ましくは１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好
ましくは２ｍｍ以上２５ｍｍ以下、もっとも好ましくは
２ｍｍ以上１３ｍｍ以下である。１ｍｍ未満の場合は強
化効果が発現されにくく、５０ｍｍを越える場合は分散
性が悪くなる。

【００１２】樹脂への強化繊維の配合割合は特に限定さ
れるものではないが、最終的な繊維強化樹脂製成形体に
おいて５〜５０体積％の範囲が好適である。５体積％未
満のときは強化効果の発現が顕著でなく、５０体積％を
越えるときは成形時の流れが阻害されることにより成形
性が悪くなり、表面欠陥等の原因となるので好ましくな
い。

【００１３】本発明に用いられる樹脂としては、熱可塑
性樹脂または熱硬化性樹脂いずれも用いることができ
る。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプ
ロピレン樹脂、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリメチルメタ
クリレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ふっ素樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂（ナイ
ロン６、６．６、６．１０、６．１１、６．１２等）、
ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルフォン樹
脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等を例示す
ることができる。

【００１４】また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ジア
リルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ケイ素樹脂等を例示することができる。これ
らの樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の区別なく２
種類以上組み合わせて用いることもできる。

【００１５】樹脂は粉末状、好ましくは微細な粉末状で
用いられる。強化繊維との混合をできるだけ均一にする
ためには、樹脂粉末の数平均粒子径は１０μｍ以上１ｍ
ｍ以下であることが好ましい。

【００１６】本発明の製造方法について、用いられる装
置を具体的に図１および図２に例示して説明する。ただ
し、本発明の主旨を越えない限り、本発明は以下に述べ
る装置に限定されるものではない。開繊、分散が行われ
る容器（３）の水平方向の断面は、中心軸に対して対称
な内面形状を有し、その角は適当な曲率を持ったものが
好ましく、円形がより好ましい。該容器の内径および高
さは必要とする処理能力に応じて適切に選ぶことができ
る。内径に対する高さの比率は、好ましくは１：１〜
１：３の範囲である。該容器にはその上部に上方に向け
て開放した排出口（７）があり、その内径は容器の内径
の１／３以下に絞ってあることが好ましい。

【００１７】高速気流噴射ノズル（６）の先端は該容器
の内部に位置している。特に容器の内部の中心に位置す
るように設置されているのが好ましく、中心軸に沿って
真下に向いており、高速気流を下方に向けて噴射できる
構造がより好ましい。強化繊維の長繊維（１）はチョッ
パー（４）により切断されて容器（３）に強化繊維の供
給口（８）より供給され、樹脂粉末（２）は定量フィー
ダー（５）により樹脂粉末の供給口（９）より容器
（３）に供給される。強化繊維の供給口（８）および樹
脂粉末の供給口（９）は容器（３）の下部に位置してい
るのが好ましい。容器（３）内に供給された、切断され
た強化繊維束と樹脂粉末は高速気流噴射ノズル（６）か
ら下方に向けて噴射される高速気流に曝され、強化繊維
束は開繊され、樹脂粉末との混合が行われる。開繊され
た強化繊維と樹脂粉末の混合物は高速気流に乗り排出口
（７）から捕集容器（１０）に導かれる。発生した気流
は吸引装置（１３）により外部へ排出される。該混合物
は定速移動装置（１２）により移動する集積箱（１１）
に落下して堆積物としての混合物（１４）が得られる。
吸引装置（１３）は集塵機能を有していることが好まし
い。また、上記の定速移動装置（１２）および集積箱
（１１）を無端ベルト（ベルトコンベア）方式に変える
ことにより簡単に効率的な連続プロセスとすることがで
きる。得られた強化繊維と樹脂粉末の混合物を加熱，加
圧して繊維強化樹脂製成形体成形用のシートとすること
ができる。さらに該シートを加熱，加圧して繊維強化樹
脂製成形体を得ることができる。加熱、加圧の条件は用
いる樹脂の特性に応じて適切に選ばれる。

【００１８】容器内に噴射される高速気流は特に限定さ
れるものではなく、空気、窒素などが挙げられる。高速
気流の流速は容器の容量や気流の流量にも依存するが５
０〜１０００ｍ／秒が好ましい。５０ｍ／秒より遅いと
強化繊維と樹脂粉末を開繊、分散するに十分でなく、１
０００ｍ／秒より早いときは均一に分散させることが困
難になる。より好ましくは１００〜５００ｍ／秒であ
る。また、高速気流の量は１分間当たり容器の５倍量以
上が好ましい。５倍量より少ないと強化繊維と樹脂粉末
を開繊、分散するに不十分である。切断された強化繊維
と樹脂粉末の容器への供給は、それらの供給口のノズル
を、高速気流噴射ノズルの先端の近傍に、かつ高速気流
噴射ノズルから噴射される高速気流の流れ方向に直角に
なるように配置することにより、吸引力により容易に行
なうことができる。また、定量フィダーを用いて容器内
部に供給することもできる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳しく
説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定さ
れるものではない。

【００２０】実施例１（強化繊維と樹脂粉末の混合）図１に示すように内径３８０ｍｍ、高さ５７０ｍｍの５
０リットルのポリエチレン製ビンの上部に内径１０５ｍ
ｍの上方に向けて開放された排出口（７）を有する開繊
・分散容器（３）に炭素繊維（１）（住化ハーキュレス
社製、商品名：マグナマイトＡＳ−４、ノーサイズ品）
を、容器（３）の底部より１５０ｍｍ、中心より１０ｍ
ｍの位置にチョッパー（４）で６ｍｍ長さに切断しなが
ら３５ｇ／分の速度で供給した。ＡＢＳ樹脂粉末（２）
（住友ダウ社製、商品名クララスチックＳＸＤ２２０、
数平均粒径１５０μｍ）は容器（３）の底部より１５０
ｍｍ、中心より１８５ｍｍのところに定量フィーダー
（５）により１８５ｇ／分の速度で定量供給した。高速
気流は圧縮空気を使用し、内径７．９ｍｍの高速気流噴
射ノズル（６）より、容器（３）の中心軸上、底部より
２００ｍｍのところより真下に向け、２８０ｍ／秒の流
速で、８００リットル／分で連続噴射することにより、
混合物を連続的に作製した。

【００２１】容器（３）上には内径１０５ｍｍ、高さ３
５０ｍｍのパイプ、その上部に内径１０５ｍｍのエル
ボ、先端に開口部が幅３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのテー
パー管を継ぎ排出口（７）とした。捕集容器（１０）は
幅５００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、高さ２０００ｍｍと
し、排出口先端を捕集容器（１０）の頂部より１００ｍ
ｍ下のところに設置した。捕集容器（１０）の下部には
幅５００ｍｍ、高さ３００ｍｍの集積箱（１１）を置
き、混合物の排出方向と同一方向に２５ｃｍ／分の速度
で定速移動装置（１２）により定速移動させ、捕集容器
（１０）の頂部に吸引装置（１３）を設置し、開繊・分
散に使用した高速気流を吸引し、混合物（１４）を重力
落下させ堆積させた。

【００２２】実施例２（シートの作製）この混合物を熱間２２０℃、１５ｋｇｆ／ｃｍ²で１０
分間プレスした後、冷間（室温）、１５ｋｇｆ／ｃｍ²
で１０分間プレスを行い、４８０×５００×１．５ｍｍ
のシートを得た。このシートより２０×２０×１．５ｍ
ｍの小片を５０ケ切り出し単位面積当たりの重量を測定
した結果、平均０．１６３ｇ／ｃｍ²、ＣＶ値３．１％
であり、均一なシートが得られた。

【００２３】実施例３（シートからの成形体の成形とそ
の評価）上記シートより１１０×１１０×１．５ｍｍの試験片を
切り出し、１５５℃に設定した遠赤外線加熱炉にて８分
間加熱し、ホットブランクを作製した。図２に示す、リ
ブ〔厚さ０．５ｍｍ、高さ９ｍｍ〕（１６）、ボス〔外
径４ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ１０ｍｍ〕（１７）を有す
る成形体〔縦１１４ｍｍ、横１０２ｍｍ、深さ２０ｍ
ｍ〕（１５）の成形用金型をホットプレス機にセット
し、１６０℃に加温した。上記ホットブランクを加熱炉
から取り出し、開放した金型上に載置し、プレス圧力８
０ｋｇｆ／ｃｍ²、加圧時間１分の条件で成形した。つ
いで金型に付属の水冷管により金型を９５℃まで冷却し
て成形体を取り出した。得られた成形体は、リブ、ボス
および側面の先端にも強化繊維と樹脂が均一に充填され
ており、表面粗さもＲａで０．１と良好であった。この
成形体から曲げ試験用のテストピースを切り出し、曲げ
強度および曲げ弾性率を測定し、その結果を表１に示
す。テストピースの形状は１５×６０×１ｍｍ、試験条
件はスパン４０ｍｍ、曲げ速度５ｍｍ／分とした。この
結果、複合則に準ずる強度、弾性率が得られ高性能な成
形体であることが分かった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】強化繊維束をモノフィラメント状に開繊
するとともに、開繊された強化繊維と樹脂粉末を均一に
混合することができる効率的な連続処理プロセスを提供
する。本発明の製造方法を用いることにより、機械的性
質が均一で、かつ平滑な表面性の良好な繊維強化樹脂成
形体を低コストで得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を実施するときに用いられる
装置の一例を表す。

【図２】本発明の製造方法より得られたシートを用いて
成形して得られた成形体の一例の平面図、正面図および
側面図を表す。

【符号の説明】

１：強化繊維束２：樹脂粉末３：開繊、分散用の容器４：チョッパー５：定量フィーダー６：高速気流噴射ノズル７：排出口８：強化繊維の供給口９：樹脂粉末の供給口１０：捕集容器１１：集積箱１２：定速移動装置１３：吸引装置１４：混合物１５：成形体１６：リブ１７：ボス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器上部に位置し上方に向けて開放した排
出口、容器内部に位置する高速気流噴射ノズルおよび強
化繊維束と樹脂粉末の供給口を有する容器中に、切断さ
れた強化繊維束および樹脂粉末を供給しつつ高速気流噴
射ノズルから高速気流を噴射することにより、強化繊維
束を開繊するとともに、開繊された強化繊維と樹脂粉末
を混合して、得られた混合物を排出口より排出すること
を特徴とする強化繊維と樹脂粉末の混合物の製造方法。
【請求項２】高速気流を容器内部で下方に向けて噴射す
ることを特徴とする請求項１記載の強化繊維と樹脂粉末
の混合物の製造方法。
【請求項３】樹脂粉末として熱可塑性樹脂粉末を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の強化繊維と樹脂粉末の
混合物の製造方法。
【請求項４】請求項１、２または３記載の方法により得
られた強化繊維と樹脂粉末の混合物を加熱、加圧するこ
とを特徴とするシートの製造方法。
【請求項５】請求項４記載の方法により得られたシート
を加熱、加圧することを特徴とする繊維強化樹脂製成形
体の製造方法。