JPH0780836A - 繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 朱子織物を強化材としたスタンパブルシート
の製造において、朱子織物強化材の格子点ズレ発生を抑
えることにより、朱子織物強化材のレイアップ作業を容
易にし、熱可塑性樹脂の朱子織物強化材への溶融含浸時
の織糸の泳ぎ出しに起因する目寄れを抑え、スタンパブ
ルシートの製品有効サイズが大きく、且つ、ブランク材
切り抜き歩留の高いスタンパズルシートを提供する。 【構成】 強化材を、朱子織部分１の経糸方向の両端部
４が平織部分２となっている朱子織物とし、且つマトリ
ックス材を熱可塑性樹脂としたスタンパブルシートとす
る。前記朱子織物強化材の経糸方向の両端部以外の残り
の二辺を耳糸３で強固にかがることにより、より一層、
格子点のズレを防ぐことができる。朱子織物強化材は、
炭素繊維織物とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強化材を朱子織物と
し、マトリックス材を熱可塑性樹脂としたスタンパブル
シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維やアラミド繊維などのハイテク
繊維で強化した繊維強化樹脂成形品は、比強度、比剛
性、耐久性などに優れることから、航空・宇宙関連を始
め、一般産業、スポーツ・レジャー用途にも急速に普及
しつつある。

【０００３】従来、これら繊維強化樹脂成形品のマトリ
ックス樹脂として、補強材が連続繊維の場合は熱硬化性
樹脂、短繊維の場合は熱可塑性樹脂を用いるといった区
別がなされてきた。

【０００４】しかしながら、熱可塑性樹脂は、事実上ラ
イフが無限であり、成形時間を短くできるなどの特長に
加え、リサイクル可能であることから、地球環境問題、
とりわけ産業廃棄物などのゴミ問題がクローズアップさ
れるに及んで注目されている。そして、近年、熱可塑性
樹脂は、短繊維だけではなく、連続繊維で強化した複合
材料への応用においても、盛んに検討されるようになっ
た。

【０００５】このように連続繊維を強化材とし、熱可塑
性樹脂をマトリックスとした繊維強化熱可塑性樹脂成形
品を製造するには、まず連続繊維で強化した繊維強化熱
可塑性樹脂シートとしてスタンパブルシートを予め作製
し、次にこれを適当な形状に切り抜いてブランク材と
し、最後にブランク材を所定の型枠に入れて、プレス成
形により各種形状に賦形して複合成形品を製造する方法
がある。

【０００６】この繊維強化熱可塑性樹脂シートは、板金
のようにプレス成形できることから、スタンパブルシー
トと一般に呼ばれている。前記スタンパブルシートの製
造方法には、マトリックス樹脂と強化材織物を交互積層
し、ホットプレスを用いて加熱・加圧することにより、
該熱可塑性樹脂を溶融させ、強化材織物に含浸一体化さ
せる方法があり、この方法は、いわゆるフィルムスタッ
キング法と呼ばれている。この方法に用いられる強化材
織物の組織には、平織、綾織、朱子織などがある。

【０００７】これらの織物のうち朱子織は、他の織物、
例えば、平織等と比較して格子点数が少ないため、格子
点のズレや格子形状の変形が起こりやすいという一般的
な性質を持っている。従って、朱子織物を強化材とした
熱可塑性樹脂スタンパブルシートは、それを用いて賦型
する際に、型の複雑な形状にも強化材織物がよく追従
し、良好な深絞り形状物を与えるという特徴を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ホットプレスによるス
タンパブルシートの製造には、一般に金型を使用せず、
マトリックス材としての熱可塑性樹脂と強化材としての
織物の積層物をステンレス板で上下から挟み、スペーサ
ーで厚み決めをしながらホットプレスを行なうことが多
く、このときに溶融した樹脂のフローが起こりやすい。
強化材として朱子織物を使用した場合、朱子織物は他の
繊維、例えば、平織物等と比較して格子点が少ないた
め、前記樹脂フローに伴って、織糸の泳ぎだしを抑制し
にくいという問題点がある。また、この織糸の泳ぎだし
のため、スタンパブルシートの製品としての有効サイズ
が減少するという問題がある。

【０００９】溶融粘度が高い熱可塑性樹脂を強化材織物
に含浸させる際には、成形圧力を熱硬化性樹脂系の場合
と比べてかなり高くしているが、この成形圧力が高いこ
とも、織糸の泳ぎだし及び強化材織物の目寄れを助長し
ている。なお、成形温度や成形圧力を調整した場合、目
寄れを小さくすることはできるが、この場合樹脂含浸性
が低下し、好ましくない。

【００１０】また、スタンパブルシートの製造において
は、強化材としての朱子織物は、他の織物と比べて格子
点が少ないため格子点のズレが発生しやすく、この格子
点のズレのためレイアップ作業に時間がかかるという問
題点がある。

【００１１】本発明は、上記した問題に鑑み鋭意検討し
た結果なされたもので、朱子織物を強化材としたスタン
パブルシートの製造において、朱子織物強化材の格子点
ズレ発生を抑えることにより、朱子織物強化材のレイア
ップ作業を容易にし、熱可塑性樹脂の朱子織物強化材へ
の溶融含浸時の織糸の泳ぎ出しに起因する目寄れを抑
え、スタンパブルシートの製品有効サイズが大きく、且
つ、ブランク材切り抜き歩留の高いスタンパズルシート
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るために、本発明は、強化材が経糸方向の両端部が平織
になっている朱子織物であり、且つマトリックス材が熱
可塑性樹脂であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹
脂スタンパブルシートとするものである。

【００１３】また本発明は、前記強化材の経糸方向の両
端部以外の残りの二辺が強固にかがってあることを特徴
とする繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートとする
ものである。

【００１４】また本発明は、前記強化材が、炭素繊維織
物であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂スタン
パブルシートとするものである。

【００１５】本発明による繊維強化熱可塑性樹脂スタン
パブルシートは、強化材としての朱子織物、及び熱可塑
性樹脂フィルムを、各々ホットプレスの熱盤サイズに合
わせたり、製作したい繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブ
ルシートの仕様に合わせて切断した後、これらの材料を
交互に積層し、ホットプレス成形することによって得ら
れる。

【００１６】図１は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂ス
タンパブルシートに使用する強化材を示す。この強化材
は、糸の格子点が少ない朱子織部分１を主体としてい
る。朱子織部分１自体は、ドレープ性及び深絞り成形性
に優れる反面、目寄れや織糸の解けを生じやすいが、本
発明においては、経糸方向端部４における全巾に渡っ
て、平織部分２を設けることにより、格子点のズレを発
生し難くしている。また、経糸方向端部４以外の残りの
二辺を耳糸３で強固にかがることにより、目寄れや織糸
の解けの問題の解決を図っている。

【００１７】したがって、本発明における前記の強化材
織物を用いて繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシート
を製造する場合、織物格子点のズレ発生が抑えられ、強
化材織物のレイアップ作業性の著しい向上が図れる。そ
れとともに、強化材織物と熱可塑性樹脂シートとからな
る積層物のプレス成形時に発生する織物の目寄れを抑え
ることができ、得られる繊維強化熱可塑性樹脂スタンパ
ブルシートの製品有効サイズを大きくすることができ
る。

【００１８】本発明による強化材織物は、炭素繊維、ア
ラミド繊維、ガラス繊維、シリコンカーバイド繊維、ア
ルミナ繊維などを、単独または２種類以上組み合わせて
用いることができる。例えば、２種類の異なる糸を経
糸、緯糸に使用して交織織物とすることもできる。ま
た、ブランク材切り抜き時に捨て去る平織部分の緯糸
を、安価な繊維に切り換えることも可能である。

【００１９】強化材織物の巾及び長さと、該強化材織物
の大部分を占める朱子織部分の長さ、織糸密度、及び目
付は、ホットプレスの熱盤サイズ、製作したい繊維強化
熱可塑性樹脂スタンパブルシートの仕様にあわせて任意
に設定できる。

【００２０】一方、平織部分の長さは、強化材織物の
巾、朱子織部分の長さ、平織部分の織糸の種類、織糸密
度及び目付によって異なる。すなわち、強化材織物のレ
イアップ作業は、強化材織物のサイズが大きいほど困難
になる。また、強化材織物に対する熱可塑性樹脂の溶融
含浸時の樹脂フロー量は、繊維強化熱可塑性樹脂スタン
パブルシートのサイズが大きくなるほど多くなる。

【００２１】したがって、強化材織物のレイアップ時の
格子点のズレや、熱可塑性樹脂の溶融含浸時の織糸の泳
ぎだし及び目寄れを抑制するために、繊維強化熱可塑性
樹脂スタンパブルシートサイズが大きくなるほど、平織
部分はより大きく、緻密に製織されなくてはならない。
しかし、前述の如く平織部分は、ブランク材切り抜き時
に捨て去る部分であるから、大きすぎたり、緻密であり
すぎることは好ましくない。

【００２２】一般的なサイズの繊維強化熱可塑性樹脂ス
タンパブルシートを与える強化材織物で、炭素繊維を織
糸とし、巾６０〜１２０ｃｍ、朱子織部分の長さ６０〜
２４０ｃｍとした場合、平織部分は、織糸密度１００〜
１５００本／ｍ、目付５０〜７００ｇ／ｍ² 長さ（片
側）０．５〜２．０ｃｍとすればよい。

【００２３】強化材織物は、通常、経糸を織物の巾及び
織糸、織糸密度に応じて所定本数配し、１０００ｍ長程
度を１ロットとして織られる。

【００２４】本発明による強化材織物は、前述の如く、
用いるホットプレスの熱盤サイズにあわせて、巾及び朱
子織部分、平織部分の長さを決めて織る。織物の巾は、
織機の設定を変えることにより変更でき、朱子織部分と
平織部分の長さの設定は、パンチカードでほぼ自在に制
御できる。

【００２５】本発明では、連続して織られた強化材織物
を所定サイズに切断して用いるため、後で切断する際の
目印になるよう、製織時に糸の種類を変えて、全巾に渡
りステッチを施すこともできる。例えば、炭素繊維の黒
に対し、白いガラス繊維、黄色いアラミド繊維を使用す
るとよい目印になる。織機は、通常、複数のシャトルを
有し、自在に糸の種類を切り換えることができる。

【００２６】本発明に用いられる熱可塑性樹脂には、例
えばポリカーボネート、ナイロン６、ナイロン１２、ポ
リエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、
ポリウレタンなどが挙げられる。これらの樹脂からなる
樹脂フィルムをレイアップ時に、織物と任意の割合で積
層することにより、所望する、厚み及び繊維体積混入率
の繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートを得ること
ができる。

【００２７】

【実施例】

〔実施例１〕東邦レーヨン（株）製ＰＡＮ系高強度炭素
繊維「ベスファイトＨＴＡ ７−３Ｋ」（商品名）（直
径７μ×３０００フィラメント）を用いて、下記の表１
に示す仕様の炭素繊維織物Ａ（平織で織物の経糸方向に
２ｃｍ織り、８枚朱子織に切り換えて同９８ｃｍ織る。
この繰り返しを５０回繰り返した後、最後に平織で同２
ｃｍ織る。）を作製した。

【００２８】次に、上記炭素繊維織物Ａ、ポリカーボネ
ート樹脂フィルム（２００μ厚）をそれぞれ１ｍ角のシ
ートに切断した。炭素繊維織物Ａの切断の際は、平織部
分が各１ｃｍずつ織物両端に配されるようにした。炭素
繊維織物Ａのシート（図１参照）を６枚、ポリカーボネ
ート樹脂フィルムのシートを７枚用意し、該樹脂フィル
ムと炭素繊維織物Ａを交互に積層した。これらのレイア
ップ作業性は良好であった。

【００２９】上記積層物を、予め離型処理を施したステ
ンレス板で挟み、ホットプレス熱盤上にセットし、同じ
く予め離型処理を施した鋼製スペーサーを使用して、約
２．７ｍｍ厚の繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシー
トを作製した。成形条件は、成形圧力をＰ１（ｋｇ／ｃ
ｍ² ）とし、成形温度をｔ１（℃）とし、加熱を開始す
る前の温度をｔ０（℃）とし、成形すべき設定温度に到
達した時を加圧開始時θ１とし、冷却開始時をθ２とし
た場合において、下記の表２及び図２に示したとおりに
行なった。

【００３０】すなわち、ホットプレスは、加熱開始温度
ｔ０（℃）から被成形物をｔ１（℃）となるまで加熱
し、この設定温度に到達した時点θ１で成形圧力Ｐ１
（ｋｇ／ｃｍ² ）で加圧を開始する。この加圧継続中、
θ２に到達した時点で、加圧を継続したままで冷却を開
始する。冷却温度がｔ０（℃）に達した時点θ３で圧力
を開放する。前記成形温度ｔ１（℃）、成形圧力Ｐ１
（ｋｇ／ｃｍ² ）、及びθ１からθ２までの保持時間
（θ２−θ１）の具体的な数値は下記の表２に示す通り
である。

【００３１】このような成形処理によって得られた繊維
強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートの評価を下記の表
２に示す。実施例１の繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブ
ルシートは、目寄れ発生部分がシート端部から５ｍｍ程
度（平織組織内）におさまっており、８枚朱子織部分は
全く乱れていなかった。次に、ＡＳＴＭ Ｄ２７３４に
準処して内部ボイド率を測定したところ、ボイド率は
０．９％と低く、樹脂含浸性に優れていることが確認さ
れた。

【００３２】〔比較例１〕下記の表１に示す仕様の東邦
レーヨン（株）製ＰＡＮ系高強度炭素繊維「ベスファイ
トＷ−３１２１」（商品名）（８枚朱子織）、ポリカー
ボネート樹脂フィルム（２００μ厚）をそれぞれ１ｍ角
のシートに切断した。炭素繊維織物のシートを６枚、ポ
リカーボネート樹脂フィルムのシートを７枚用意し、該
樹脂フィルムのシートと炭素繊維織物のシートを交互に
積層した。格子点のズレが発生するためにレイアップ作
業性は悪く、前記実施例１の約２倍の時間を要した。

【００３３】上記積層物を、予め離型処理を施したステ
ンレス板で挟み、ホットプレス熱盤上にセットし、同じ
く予め離型処理を施した鋼製スペーサーを使用して、約
２．７ｍｍ厚のスタンパブルシートを作製した。成形条
件は、下記の表２、図２に示したとおりである。

【００３４】得られた繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブ
ルシートの評価を下記の表２に示す。比較例１の繊維強
化熱可塑性樹脂スタンパブルシートは、目寄れ発生部分
がシート端部から２０〜２５ｍｍもあった。

【００３５】

【表１】 〔比較例２〜５〕前記比較例１と同様にして、東邦レー
ヨン（株）製ＰＡＮ系高強度炭素繊維「ベスファイトＷ
−３１２１」（商品名）（８枚朱子織）、ポリカーボネ
ート樹脂フィルム（２００ミクロン厚）を用意し、それ
ぞれ１ｍ角に切断した。

【００３６】炭素繊維織物のシート６枚、ポリカーボネ
ート樹脂フィルムのシート７枚を、該樹脂フィルムのシ
ートと炭素繊維織物のシートが交互になるように積層し
た。レイアップ作業性は悪く、前記実施例１の約２倍の
時間を要した。

【００３７】上記積層物を、前記比較例１と同様にして
ホットプレス熱盤上にセットし、前記比較例１より低め
の成形温度、成形圧力を与えて、目寄れを抑制する検討
を行なった。成形条件は、下記の表２、図２に示したと
おりである。

【００３８】得られた得られた繊維強化熱可塑性樹脂ス
タンパブルシートの評価を下記の表２に示す。

【００３９】

【表２】 比較例２〜５の繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシー
トによれば、成形温度（ｔ１）及び成形圧力（ｐ１）を
低めに設定することにより、樹脂フロー及び目寄れを比
較的小さく抑えることが可能になる見通しを得た。しか
し、表２に示された比較例２〜５のスタンパブルシート
の評価によれば、これらの成形条件で作製したスタンパ
ブルシートは、いずれもボイド率が高く、樹脂含浸性に
劣ることが分かる。

【００４０】一方、保持時間（θ２−θ１）を長くする
ことで、含浸性が改善される方向にあるが、その効果は
小さく生産性の観点から好ましくないと判断される。

【００４１】〔実施例２〜６〕前記実施例１と同様にし
て炭素繊維織物Ａを作製した。また、下記の表３に示す
各種樹脂フィルムを用意し、それぞれ１ｍ角に切断し
た。炭素繊維織物Ａのシートを６枚、樹脂フィルムのシ
ートを（２００ミクロン厚相当を１セットとして）７セ
ット用意した。該樹脂フィルムのシート１セットと炭素
繊維織物Ａのシート１枚とを交互に積層した。レイアッ
プ作業性は良好であった。

【００４２】上記積層物を、前記実施例１と同様にして
成形し、２．７ｍｍ厚の繊維強化熱可塑性樹脂スタンパ
ブルシートを得た。成形条件は、下記の表３、図２に示
したとおりである。得られた繊維強化熱可塑性樹脂スタ
ンパブルシートの評価を下記の表３に示す。

【００４３】

【表３】 表３によれば、本実施例２〜６の繊維強化熱可塑性樹脂
スタンパブルシートは、目寄れ発生部分がシート端部か
ら５ｍｍ程度（平織組織内）におさまっており、８枚朱
子織部分は全く乱れていなかった。また、前記実施例１
と同様にして実施したボイド率測定の結果、ボイド率は
どれも１％前後と低い値を示し、樹脂含浸性が良好であ
ることが認められた。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、強化材が経糸方向の両端部が
平織になっている朱子織物であり、且つマトリックス材
が熱可塑性樹脂である繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブ
ルシートとすることにより、スタンパブルシート製造時
における朱子織物強化材の格子点ズレ発生を抑えること
ができる。そのためスタンパブルシートの作製時の朱子
織物強化材のレイアップ作業が容易に行なえ、熱可塑性
樹脂の朱子織物強化材への溶融含浸時の織糸の泳ぎ出し
に起因する目寄れを抑え、スタンパブルシートの製品有
効サイズが大きく、且つ、ブランク材切り抜き歩留の高
いスタンパブルシートを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシ
ートに使用する強化材を示す。

【図２】実施例、比較例に適用した成形条件を示す。

【符号の説明】

１ 朱子織部分 ２ 平織部分 ３ 耳糸 ４ 経糸方向端部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化材が経糸方向の両端部が平織であ
   り、且つ残りの二辺が強固にかがってある織物であり、
   且つマトリックス材が熱可塑性樹脂であることを特徴と
   する繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシート。
2. 【請求項２】 前記強化材が炭素繊維織物であることを
   特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂スタン
   パブルシート。