JPH07503912A - リサイクル可能な成型高モジュラス繊維強化熱可塑性構造物及びその製法 - Google Patents

リサイクル可能な成型高モジュラス繊維強化熱可塑性構造物及びその製法

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JPH07503912A JP5514782A JP51478293A JPH07503912A JP H07503912 A JPH07503912 A JP H07503912A JP 5514782 A JP5514782 A JP 5514782A JP 51478293 A JP51478293 A JP 51478293A JP H07503912 A JPH07503912 A JP H07503912A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 リサイクル可能な成型高モジユラス繊維強化熱可塑性構造物及びその製法 発明の分野 本発明は、改良された外観を有するリサイクル可能な高モジユラス繊維強化複合 構造物に関する。
金属パーツと組み合わせてプラスチック成分を使用することは、自動車の生産に おいて一般的である。樹脂と強化材料との混合物は、シート成型フンパウンド、 5ICsとして使用され、それは成型されて種々の造形品を形成する。一般に高 品質塗面が要求される用途では、高充填熱硬化性5IICsが使用されている。
強化複合構造物を提供する上での長年にわたる問題は、塗装したときA級の仕上 がりを生じる構造物を製造することに存する。これらの構造物、例えば自動車車 体パネルは、組立工場においてスチールパネルと一緒に処理することができなけ ればならない。それらは、最高金属温度が30分もの間200℃に達する可能性 があり表面塗装が基体と堅固に密着してA級の外観を保持する組立工場の条件、 塗装及び焼き付けに耐えるものでなければならない。処理後、車体パネルはスチ ール製の隣接するパーツの外観と同じような外観を持たなければならない。それ らはまた、種々の地理的なマーケットセグメントに見らされる広い範囲の温度極 値にわたって最高品質の取り付は及び仕上がりを維持するために良好な寸法安定 性をもたなければならない。5IICsを使用するときには、熱硬化性基材中低 分子量モノマーの放出のために外観の問題、例えば“ペイントポツプ”が生じる 。その上絶えず増大する関心事は、製造の間及び製造後使用の際材料が容易にリ サイクル可能であるかどうかということである。例えば、樹脂成分を再溶融又は 解重合することができるかどうかである。熱硬化性5IICsは、再溶融又は解 重合できないという意味でリサイクル可能でない。
発明の概要 上記の問題を解決する本発明の生成物は、固化された熱可塑性樹脂により保持さ れた無作為に分散された高モジユラス強化繊維よりなる自己支持性の多孔性ウェ ブの複数の層から製造された基材よりなる複合構造物を製造することによってつ (られる。これらの層を加熱してプレモールド形態を得、それを次に型に入れて 熱可塑性樹脂を流動、固化及び結晶化させる。得られた強化熱可塑性基材を型の 中で熱硬化性樹脂含有組成物の薄い被膜で被覆する。
本発明の複合材料構造物を製造する際、多孔性ウェブの層を積み重ねてバットを 形成させ、それを熱対流炉中で加熱してバットを成型可能な形態に変換する。層 の数は、最終の所望の成型パーツの厚さをもとにした所定の成型装填材料量を得 るように、プレカット造形品を計量することによって決定される。次に成型可能 な形態のものを加熱された型に入れる。型を閉じ、圧力をかけてプレフォーム結 晶化させる。成型操作が完了すると、型の半分ずつを分離し、そして(又は)圧 力を解放して熱硬化性樹脂含有被覆材料を導入する。
次に型を閉じ、加圧下に、材料を成型されたブレレフオームの表面にひろげる。
被覆組成物を硬化させるのに十分な時間加圧下の加熱を継続する。驚くべきこと に、熱硬化性組成物は、強化成型熱可塑性基材にしっかり密着し、すぐれた外観 を示す。
ブレレフオームを調製するのに使用されるバットは、5〜50重量%のガラス繊 維及び50〜95重量%の熱可塑性樹脂よりなる。バットは、空気透過性であり 、繊維の交錯場所で繊維を囲む熱可塑性樹脂の凝固した小球体によって交錯場所 に一緒に保持されている無作為に分散された高モジュラス繊維の空気透過性ウェ ブからっ(られる。
無作為に分散された繊維の中は、交鎖以外の場所でその長さに沿った場所で固化 熱可塑性樹脂のビーズ様小滴が接着しているものもある。上記のウェブの製造は 、1990年lθ月31日出願のGeary及びWeeksの米国特許出願筒0 7/606.651号及び1898年11月15日公開のヨーロッパ特許出願0 341977に開示されている。
本発明の生成物は、狂いがなく、きわめて円滑な表面を有し、すぐれた物理的特 性を示す複合構造物である。熱硬化性樹脂含有表面被膜は、強化成型熱可塑性基 材の表面に強く接着する。この構造物が自動車車体パネルに使用され、塗装され るとき、塗装面はA級と評価される。表面被膜の品質は、市販の画像鮮明度(D OI)計を使用して測定することができる。光検出器からの反射光強度が散乱角 の関数として測定される。散乱関数が短(かつ広い場合には、表面は低いDOI を有するといわれる。散乱が限定される場合には、表面は高いDOIを有する。
DOI計は、スペクトル角かられずかに離れた区域における反射光を検出する。
検出される光が小さい場合には、鮮明度は高い。DOIは、0から100までの 尺度で測定され、100は円滑度の最高レベルである。
当該技術において周知である塗装手順を本発明の構造物の場合に使用することが できる。それらは、スチールパーツと並んで塗装してよい。例えば、表面にプラ イマコート及びトップコートを施してよく、又は場合によってはベースコート/ クリアーコート仕上げ塗りを施してよい。塗料を塗った後に乾燥炉に入れる場合 、「ペイントポツプ」は生じないが、5IICsを使用する際には、低分子量モ ノマーの放出のため「ペイントポツプ」に遭遇する。
図面の簡単な説明 図1は本発明のため方法によって得られる複合材料構造物の断面の模式図である 。
発明の詳細な説明 図面を参照すると、図1は、熱硬化性樹脂含有被膜12で被覆されている強化熱 可塑性基材10を示す。得られた複合パーツは多層の塗料14で被覆されている 。
本発明の方法を実施する際、多孔性バットが強化繊維と熱可塑性樹脂繊維成分と の密な均質のブレンドから形成される。強化繊維は、任意の高モジュラス繊維、 例えばポリアミド、ガラス、炭素、ポリエステル及び高温ナイロンであってよい 。少なくとも100.000Mパスカルのモジュラスが好ましい。強化繊維は一 致した長さのものか、又は種々の長さの繊維の混合物であってよい。一般に1〜 gcmの範囲の長い繊維が好ましい。
熱可塑性樹脂繊維は、任意の熱可塑性樹脂又は施用に適した数種の熱可塑性樹脂 の組み合わせであってよい。適当な熱可塑性樹脂の例は、ポリエチレン、ポリプ ロピレン、ポリエステル、コポリエステル、ナイロン6、ナイロン6/6、ナイ ロン11、ナイロン12及びJ2を含むポリアミド、ポリエーテルエーテルケト ン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリメチルフェニレ ン、ポリアクリレート及びフッ化ポリビニリデンを包含するが、これらに限定さ れない。
熱可塑性繊維のデニール及び長さは、単一の繊維の容積が、成る範囲内、好まし くは1.5X10”〜l0XIO−−冨3であるように選ばれ、これは加熱され ると約0.5X10”〜1 x 10−−m’の範囲の小球容積を生じる。容積 範囲が与えられると、熱可塑性繊維の直径は、一般に経済的に考察して選ばれる 。例えば、最も経済的なポリエステルステーブルは、フィラメントあたりデニー ル(DPF)は1.5である。一般に、1〜50冨膳の長さ及び0.5より大き いDPFが好ましい。
密にブレンドされたウェブが高モジュラスかつ熱可塑性の繊維から形成される。
形成されたウェブの基礎重量は、平方フィートあたり0.005〜0゜2ボンド (0,244〜0.98kg/■りの範囲である。形成されたウェブは、対流加 熱炉を通して乾燥し、そして熱可塑性繊維を溶融して構造物を結び付ける小球を 形成させる。この溶融工程は、通常のウェブ処理に十分な実質的な強度を持つウ ェブを生じ、成型のために準備される後の対流加熱のために望まれる高多孔性を 有するウェブを得るのにきわめて重要である。
熱硬化性樹脂含有被覆組成物は、不飽和樹脂であり、橋かけによって不溶性かつ 不融性にされる。このような樹脂は、当該技術において周知であり、INTER SCIENCE PUBLISHERS、INC,、New Yorkにより1 961年発行された”5ynthetic Re5ins” 7章に5oren son及びCa園pbellによって開示されている型のものであることができ る。例えは、ポリエステル/アクリル/ビニルモノマー樹脂を包含する。
ポリエステル/アクリル/ビニルモノマーの種々の組み合わせはきわめて多い。
またMcGraw tlill、 Ne+w Yorkにより発行されたMOD ERNPLASTICS ENCYCLOPEDI^、1989年版に記載され ている種々のアルキド及び不飽和ポリエステル樹脂も使用することができる。
熱硬化性被覆組成物は、充填又は配合して成型に望ましい粘度及び流れ特性を得 、得られる被膜に所望の物理特性を付与することができる。このような充填剤又 は配合成分の例としては、粘土、タルク、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウ ム、炭酸カルシウム及び珪酸カルシウム等の充填剤、離型剤、着色剤、例えば赤 色酸化鉄、酸化チタン、カーボンブラック、有機有色顔料、例えばフタロシアニ ンブルー又はグリーン、抗分解剤、UV吸収剤、珪酸カルシウム、中空ガラス又 は樹脂ミクロ球、増粘剤、防止剤等である。充填剤含量が高いと、高粘土を生じ 、流れ及び取り扱いが困難になることがあるので、使用には注意すべきである。
好ましい熱硬化性樹脂含有組成物はGenglaz+Jの商標でGenCorp Inc、により販売されているスチレン含有改質アクリル樹脂混合物よりなる。
本発明中漬用される好ましい強化用繊維は、5〜50ミクロンの直径及び1〜8 C11の切断長を有する常法で作られたガラスストランドからなるガラス繊維で ある。当該産業において普通であるように、このようなガラスは、長さを切り揃 え、防湿容器中“湿式”で得意先に出荷される。好ましい材料は、133Aのラ ベルでOvens−CorningFiberglass(OCF)によって販 売されているものである。
本発明を実施するために好ましい成型法は圧縮成型である。シートの積み重ねを 層にして合わせる。この積み重ね物を強制空気熱対流炉に入れ、熱可塑性樹脂の 融点より上で1分未満加熱する。次に加熱されたプレフォームを圧縮型に入れ、 型の温度を熱可塑性樹脂成分を結晶化させる温度に調節する。十分な圧力をかけ てプレフォームを流動成型して型に充填する。好ましくは30〜60分の保圧時 間の後型を開く。型を開いた後なるべく早く、プレフォームの上面上厚さ3〜1 0ミル(0,076〜0.254mm)の層を作り出すのに十分な量の熱硬化性 樹脂含有成分を型中に導入する。被覆された構造物を熱硬化性樹脂含有成分を硬 化させるのに十分な時間加圧下に型に入れておく。被覆された構造物を取り扱い のため十分に冷却し、次に型から取り出す。
圧縮成型においては、型の中の被覆組成物の装填材料を被覆される表面に置くの に十分に型を開かなければならない。他の型の成型、例えば射出成型においては 、型は、装填材料を挿入するのに十分に開かれる、即ち被膜の所望の厚さに等し い量だけ開いて、成分の射出を可能にするか、又は型中の圧力に対抗して射出を 行うことができる。
本発明の方法の好ましい一実施態様においては、上述した型の多孔性ウェブは、 ガラス繊維からなり、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を所定の形に プレカットする。このプレカットされた材料のいくつかの層(15〜25層)を 積み重ねて成型材料を作り上げる。
次にこの成型材料を特別に設計された熱対流炉に入れ、熱可塑性樹脂を再溶融さ せる。この予熱は285〜320℃の空気温度で行われ、30〜90秒を要する 。装填材料を通る加熱空気の流れ(速度)は毎分150〜400フイート(毎分 45.72〜121.92m)の範囲であり、平均厚さの成型材料の場合には装 填材料の厚さを通しての圧力低下は7水インチである。
樹脂が再溶融された後、炉から成型材料を取り出し、圧縮成型用型に入れる。ポ リエチレンテレフタレート樹脂を使用するときには、型表面温度は、典型的には 150〜175℃である。装填サイズは、典型的には成型されるパーツの輪郭面 積の40〜lOO%である。成型材料上で型が閉じられるとき、2000psi (13,8Mパスカル)又はそれ以上の型圧が達成されるべきであり、これは典 型的にはパーツ形成工程が績いている間維持される。型の保圧は、パーツの厚さ によってきまり、典型的には30〜60秒である。
パーツ形成工程が完了すると、熱硬化性樹脂含有材料を使用する型内被覆の使用 によつて表面の強化が達成される。上に開示されたとおり、被覆は手動又は自動 射出により行うことができる。
手動操作においては、パーツ形成工程が完了すると型の半分ずつが分離される。
成型パーツの表面は、この段階において、例えばパリがないことが肝要である。
型内被覆を触媒とプレミックスして被覆されるパーツの表面上に注ぐ。使用され る被覆の量は、典型的には被覆されるパーツの表面平方インチあたり0.06〜 0.229 (0,0093〜0.0341 g / cyxりである。これは 、3〜lOミル(0,076〜0.254sn)の被膜厚さを与える。次に型を 閉じ、1000psi (6,9Mパスカル)以下(500〜800psi(3 ,5〜5.5Mパスカル)が最適である)の型圧が達成される。この型圧は、型 内被覆を成型パーツの表面上に流動させる。型保圧は、使用される特定の被覆系 によってきまり、15〜60秒である。次に型を開き、パーツを取り出す。
この複合パーツは、周知の操作を使用してスチールパーツと共に組み立て、塗装 することができる。使用することができる多くの適当な塗料組成物のうちには米 国特許4.816.500、米国特許4.954.559、米国特許5.051 .209に開示されているものがある。
オートメーション化された方法においては、パーツ形成工程が完了すると、圧力 を解き、型の半分ずつをわずかに分離する。次に型の表面にまたがる射出ボート を通して予め触媒添加されている被覆組成物を注入する。ここでも、被覆の量に ついては同じルールが適用される。注入の直後、型を閉じて1000psi(6 ,9Mパスカル)以下の型圧とし、型保圧時間は、ここでも使用されている被覆 組成物の特定の型によって決まり、15〜60秒である。次に型を開き、ノ(− ツを取り出す。
本発明の方法は、自動車パーツ、例えばグリル及びヘッドランプ組立物、デツキ フード、フェンダ−、ドアパネル及び屋根を成型したり、並びに種々のプラスチ ック物品、例えば食品トレー、アプライアンス及び電気部品の製造及び、又後か ら塗料を施用するために表面の円滑度が要求される他の応用において使用するこ とができる。
本発明の型内被覆生成物は、リサイクル可能である。回収された熱可塑性生成物 の特性は、熱硬化性樹脂含有被膜の存在によって悪影響を受けない。
本発明を更に次の実施例によって例示する。、実施例中別示しない限り部及びパ ーセントは重量による。全明細書を通して国際単位(SI units)で報告 されている単位は、イギリス系から国際単位系(SI System)に変換さ れテイル。
実施例 実施例 1 自己支持性の多孔性バットを、スパンデニール1.5を有するポリエチレンテレ フタレー) (PUT)から製造した。繊維を174インチ(0,635c露) のステープル長に変え、約0.5ミル(0,013mm)の直径を有する1イン チの長さのガラス繊維と密に混合した。上の成分を水中でスラリーとし、抄紙機 ヘッドボックスから移動ベルトに、次に乾燥機に導いた。マットは、40.7重 量%のガラ繊維(Ovens CorningFiberglass″K”)  、57.2重量%のPET繊維及び9.1重量%の低融点コポリエステルバイン ダー繊維よりなっていた。スラリーに1.0重量%の量のC1ba Geigy の抗酸化剤、Irganox■101Oを添加した。22fp■(6,71■p m)のベルト速度及び195℃のヒータ一温度を使用してPET繊維を部分溶融 させた。約0.1711b/平方フイート(8,35kg/cmりの基本重量及 び0.54重量%のコンシスチンシーを有するバットが得バットを熱対流炉に入 れ、毎分約350フイート(106,68■/分)で熱空気をバットに通しなが ら285℃の温度で30秒間加熱してPET成分を溶融した。次にバットを15 0〜180℃の温度において圧縮成型用型に1分間入れて構造物を結晶化させた 。型圧を1.500〜2.500psi(10,34〜17.24Mパスカル) に調整した。型を開いて成型構造物の外面を露出させた。
型を開いた後できるだけ早く、成型構造物の露出されている表面にGenCor p Inc、により商標GENGLAZE@ EC600で販売されている熱硬 化性スチレン含有改質アクリル樹脂被覆材料を0.14 g /平方インチ(2 17,95q / mりの量で施用した。約200−1000psi(1,4〜 6.9Mパスカル)の低圧において部分真空下に型を再び閉じて被覆材料を成型 構造物の表面上に分布させた。60秒後型を開いて被覆構造物を取り出した。被 膜は均一に分布され、6ミルの厚さを有し、きわめて円滑な表面を持っていた。
実施例 2 バットのガラス繊維含量を25重量%に下げ、バインダー繊維を使用せず、ポリ エチレンテレフタレート繊維含量を75重量%に上げ、そしてC1ba Gei gyの抗酸化剤、Irganox@1330を0.25重量%の量で使用し、ベ ルト速度を25fps(7,62■/1)に上げ、そしてヒータ一温度を280 ℃に上げた点のほかは実施例1中記載された操作を繰り返した。シートは0.0 91 lb/平方フィート(0,444kg/mりの基本重量を有する。
打抜型を使用してロール処理したバットを熱圧縮成型に適した形態に変えた。バ ットとして積み重ねられた20のシートよりなるプレフォームは、熱圧縮成型す ると約1.0〜1.51b/平方フイート(0,488〜0.732 y /  cmりのパーツ重量を得た。
熱圧縮成型の前にバットを熱対流炉に入れ、熱空気を約350フイート/分(1 06,68m/分)で30秒間285℃においてバットに循環させて多孔性バッ トを成型可能な形態に変換した。この可撓性メルトを150〜180℃の型温度 において1分間型に入れて結晶化構造物を得た。
型圧は、2000psi(13,8Mパスカル)に調整された。
型を開いた後なるべく早く、成型構造物の露出表面にGENGLAZE@EC6 00よりなる樹脂被覆材料を0.14 y /平方インチ(217,95y /  mりの量で施用した。約200〜1000psi (1,4〜6.9Mパスカ ル)の低圧において部分真空下に型を再び閉じて被覆材料を成型構造物の表面上 に分布させた。60秒後型を開いて被覆構造物を取り出した。被覆は6ミルの厚 さを有していた。きわめて円滑な被覆表面が得られた。
本発明の方法によって得られた生成物をBendix表面プロフィル計、モデル No、 21、針頭Bendix T−231及び探針直径0.0004インチ を使用することができる。
(0,01016m口)を使用して試験し、表面ざらつきをめた。本発明の生成 物は、0.25インチ(6,35■■)のスパン上50マイクロ−インチ(0, 00127mm)未満の表面ざらつき最大偏差を有することが見いだされた。
熱硬化性樹脂含有被膜の熱可塑性基材への接着をIn5tron引張試験機を使 用して試験した。直径1.596インチ(4,05ct)、2平方インチ(12 ,9c■りの表面積を有する2つの金属シリンダーを、試験試料の各側に2部分 ペースト接着剤、Dexter Hysol■接着剤、EA934N^を使用し て結合させた。接着剤が硬化したとき、この小片をIn5tron試験機中引き 離した。試験試料は、実施鋼中記載された方法によって製造された。試験の結果 を次の表に示す。
試料 1 2452 16.9 被膜が基材から分離試料 2 2379 16 .4 被膜が基材から分離試料 3 2810 19.4 基材の離層本発明を 定義する目的で、「接着値」という語は、25.00069可逆荷重セル又は均 等物を使用するIn5tron引張試験機、モデル1127番を使用して測定さ れ、psi(パスカル)で報告された表面被膜と基材との間の結合の引張強度を 意味する。本発明の生成物は、1o00psi(6,9Mパスカル)より大きい 接着値を有する。工業応用において有用である許容される製品を提供するために はこの接着値が得られなければならない。接着値をめる試験を実施する際、基材 を離層させるのに要する力より大きい結合強度を有する任意の適当な接着剤補正 書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 平成6年8月19日

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.a)固化された熱可塑性樹脂により保持された無作為に分散された高モジュ ラス強化繊維よりなる自己支持性の多孔性ウエブの複数の層よりなるバットを加 熱してバットを成型可能な形態に変換し; b)この成型可能な形態を加熱された型中に入れ、そして該成型可能な形態のも のを加圧下に流動させて熱可塑性樹脂成分を実質的に結晶化させ、 c)結晶化された構造物の少なくとも1つの面に隣接して熱硬化性樹脂含有被覆 材料を型中に導入し、そして該型を加圧下に加熱して該1つの面上に実費的に均 一な被膜を得、d)該接覆材料を硬化させるのに十分な時間彼覆された構造物を 型中で保圧し、そして e)改良された外観を有する成型されたパーツを回収することを特徴とする改良 された外観を有するリサイクル可能な強化複合構造物の製法。
  2. 2.該熱可塑性樹脂がポリエステルである請求項1記載の方法。
  3. 3.該高モジュラス強化繊維が該成型可能な形態の5〜50重量%よりなるガラ ス繊維である請求項1記載の方法。
  4. 4.該ガラス繊維が1〜10cmの長さ及び5〜50ミクロンの直径を有し、該 熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレートである請求項3記載の方法。
  5. 5.熱可塑性樹脂中無作為に分散された高モジュラス強化繊維よりなる基材及び 該基材の表面に接着された薄い熱硬化性樹脂含有被膜を有し、該熱可塑性樹脂が 実質的に結晶化した状態であり、該被膜がきわめて円滑な表面を有し、そして該 基材の表面に粘り強く接着している複合構造物。
  6. 6.熱可塑性樹脂中無作為に分散された高モジュラス強化繊維よりなる基材及び 該基材の表面に接着された薄い熱硬化性樹脂含有被膜を有し、該熱可塑性樹脂が 実質的に結晶化した状態であり、該被膜が被覆された表面について0.25イン チ(6、35mm)のスパンにわたって50マイクロインチ(0.00127m m)未満の表面ざらつき最大偏差及び1000psi(6.9Mパスカル)を超 える被膜対基材接着値を有する複合構造物。
  7. 7.該被膜が約0.076〜0.26mmの厚さを有する請求項6記載の構造物 。
  8. 8.該強化繊維がガラス繊維であり、そして該熱可塑性樹脂がポリエステル樹脂 である請求項7記載の構造物。
  9. 9.該熱硬化性樹脂がアクリルペースのビニルポリマー組成物である請求項8記 載の構造物。
  10. 10.該薄い熱硬化性樹脂含有被膜の表面に塗料の多層を有する請求項8記載の 構造物。
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