JPH08118489A - 繊維強化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ソリ、ネジレ及び波打ちがなく、また、寸法
安定性が良く、かつ、樹脂の変化がなく、更に、電気特
性の良い、繊維強化熱可塑性樹脂シート材料を、短時間
で製造する方法を提供することである。 【構成】 シ−ト状補強繊維の裏表に結晶性熱可塑性樹
脂フイルムを、該樹脂の融点〜（融点＋１５０℃）の温
度、かつ、５〜３０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で含浸させて、
補強繊維体積含有率４０〜７０％の含浸シートを製造
し、次ぎに、得られた含浸シートの裏表に結晶性熱可塑
性樹脂フィルムを、融点〜（融点＋３０℃）の温度で、
かつ、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で熱圧着させて製
造することを特徴とする、補強繊維体積含有率５〜４０
％の繊維強化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化熱可塑性樹脂シ
ート材料の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明
は、電子材料の分野に使用できる、繊維強化熱可塑性樹
脂シート材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで熱可塑性樹脂のフィルム又はシ
ートは各産業用途に使用されてきた。更に、近年ポリエ
ーテルエーテルケトン及びポリフェニレンスルフィド等
に代表される、機械特性、難燃性、耐薬品性等に優れた
高性能熱可塑性樹脂が次々に開発されるに及んで電子材
料の分野にも使用の拡大が期待されている。最近ではガ
ラス繊維にスーパーエンジニアリングプラスチックを含
浸させたシートがプリント基板、パラボラアンテナの成
形材料として開発されている。

【０００３】しかし、シートを電子材料として用いる為
には、シートの寸法安定性がよく、更に、ソリ、ネジ
レ、及び、波打ちの無いことが重要な要件となってい
る。また、シートの電気特性を向上させる為シート補強
材であるガラス繊維含有率を低く抑える必要がある。更
に、これらの要件を同時に満たすシートを製造するには
補強繊維に熱可塑性樹脂を完全含浸させ、なおかつ、補
強繊維をできたシート厚みの中心に配置させなくてはな
らない。しかし、熱ローラーや熱プレスを用いると、積
層物が厚くなると、溶けた樹脂が成形圧力ではみだし
て、シートの中心がずれ、かつ、ガラス繊維含有率が高
くなる問題があった。そのため、含浸圧着が不十分で、
目的の性質をもつシートを到底、製造することができな
かった。

【０００４】そこで、そのようなシートを製造する為に
は、通常、特別なオートクレーブ型成形機を用いる方法
が必要であった。しかし、それにも拘らず、補強繊維強
化熱可塑性樹脂シート材料を短時間で製造しようとする
と含浸が不十分となり、含浸性を良くしようとすると、
高熱が必要となり、その結果、樹脂の劣化がおこる問題
があった。そこで、この方法においては、樹脂の劣化を
防止するため融点付近の低い温度で含浸させる。しか
し、樹脂を完全に含浸させるには、高圧で長い成形時間
が必要とする。その結果、シートの生産に極めて長い時
間がかかるという問題点があった。また、長時間かかる
結果、樹脂のある程度の変化は、避けられないという問
題があった。

【０００５】以上のように、この目的の繊維強化熱可塑
性樹脂シート材料には、 ｉ） 特別なオートクレーブ型成形機を用いなければ
ならないこと； ｉｉ） 製造時間と含浸性、及び樹脂の劣化と含浸性、
等の相反する要素があること； ｉｉｉ）シートの寸法安定性、ソリ、ネジレ、及び波打
ち等の厳しい性能が要求されること； ｉｖ） 電気特性の性能を向上させるため、ガラス繊維
含有率をコントロールしなければならないこと； 等の技術的問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高性
能の電子材料の部材として採用するのに適した特性をも
つ、繊維強化熱可塑性樹脂シート材料を、短時間で製造
する方法を提供することである。すなわち、ソリ、ネジ
レ及び波打ちがなく、また、寸法安定性が良く、かつ、
樹脂の変化がなく、更に、電気特性の良い、繊維強化熱
可塑性樹脂シート材料を、短時間で製造する方法を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明者らは、電子材料用
部材を開発するため、生産性良く、優れた繊維強化熱可
塑性樹脂シート材料を製造する方法を鋭意検討した。そ
して、製造した繊維強化熱可塑性樹脂シート材料の特性
を調べた。その結果、驚くべきことに、ある種の２段階
製造方法を用いると、短時間で、優れた繊維強化熱可塑
性樹脂シートを得られることを見出だした。すなわち、
その繊維強化熱可塑性樹脂シートは、ソリ、ネジレ及び
波打ちがなく、かつ、熱収縮率が小さいばかりでなく、
樹脂の変化も、従来より著しく少なくなることを見出だ
した。本発明は、かかる知見により達成されたものであ
る。

【０００８】以下に本発明を詳細に説明する。本発明
は；含浸シートが補強繊維の裏表に熱可塑性樹脂を含浸
させてできるシートであり、該含浸シートの裏表に熱可
塑性樹脂を熱圧着させて製造することを特徴とする繊維
強化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法である。

【０００９】本発明で用いる熱可塑性樹脂とは加熱によ
り適当の温度で軟化、溶融する樹脂であれば特に制限は
ない。例示すれば、スーパーエンジニアリングプラスチ
ック、汎用エンジニアリングプラスチックを使用でき
る。電子材料としては、スーパーエンジニアリングプラ
スチックが好ましい。スーパーエンジニアリングプラス
チックとしては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルスルホンが好ましい。汎用エン
ジニアリングプラスチックとしては、ポリアミド、ポリ
カーボネートが好ましい。汎用樹脂としては、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等が好ましい。本発明で用いる熱
可塑性樹脂は、形状としては結晶性熱可塑性樹脂フィル
ムが好ましい。

【００１０】本発明で用いる補強繊維とは、いわゆるガ
ラス繊維、アラミド繊維等の一般に電子材料向けに用い
られているものであれば特に制限はない。この補強繊維
は繊維径が３〜１３μ、集束本数が１〜１２０００本で
あることが好ましい。補強繊維の形状は、シート状が好
ましい。シート状補強繊維の形態は一方向材、織布、不
織布が好ましい。補強繊維の単位面積当たりの重量は１
０−５００ｇ／ｍ² であることが好ましい。補強繊維を
ガラス繊維とした場合、あらかじめ、表面処理剤で処理
しておくことが好ましい。そのような表面処理剤として
は、アミノシラン、エポキシシラン、カチオニックシラ
ン、ウレイドシランが好ましい。

【００１１】本発明の方法により製造した繊維強化熱可
塑性樹脂シートは、補強繊維と熱可塑性樹脂の補強繊維
体積含有率（以下、Ｖｆと記載することもある）が５〜
４０％であることが好ましい。

【００１２】本発明に用いる含浸シートは、通常、補強
繊維の裏表に熱可塑性樹脂を含浸させて製造できる。ま
た、本発明の方法により製造した繊維強化熱可塑性樹脂
シート材料を、原料の含浸シート材料として、さらにそ
のまま使用しても良い。

【００１３】本発明で用いる含浸シートは、熱可塑性樹
脂を補強繊維に容易に含浸出来る粘度まで加熱溶融さ
せ、その溶融した熱可塑性樹脂を補強繊維に熱プレス、
熱ローラー等により加圧し含浸させて製造できる。含浸
の時の温度は、好ましくは、該樹脂の融点〜（融点＋１
５０℃）、更に好ましくは、該樹脂の（融点＋２０℃）
〜（融点＋６０℃）である。温度が高すぎると樹脂が分
解しやすく、温度が低いと含浸するのに時間が掛かり過
ぎるからである。

【００１４】含浸の時の圧力は、好ましくは５〜３０ｋ
ｇ／ｃｍ² 、さらに好ましくは１０〜２０ｋｇ／ｃｍ²
である。圧力が高いと、成形時、樹脂フローを起こし希
望のＶｆに合わせることができない。また、成形品に内
部応力が発生し、この成形品を高温下に置いた時、寸法
が大きく変化する。圧力が低いと含浸が不十分となり、
耐熱性が低下し、熱収縮率が大きくなる。

【００１５】含浸の時間は、熱ローラーを使用する場
合、通常、１０秒〜１分かかり、熱プレスを使用する場
合、通常、１分〜１時間かかる。

【００１６】できた含浸シートは、通常、補強繊維体積
含有率が４０〜７０％になる。次ぎに、本発明の繊維強
化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法では、得られた含
浸シートの裏表に熱可塑性樹脂を熱圧着させて行う。こ
の時、熱プレスや熱ローラーを用いることができる。ま
た、この時用いる熱可塑性樹脂は、含浸シートを製造す
るとき使用した熱可塑性樹脂と同種類のものを用いると
良い。溶融接着しやすいからである。この時用いる熱可
塑性樹脂の厚さは、５〜２００μｍであることが好まし
い。

【００１７】本発明の方法では、含浸シートの裏表に、
熱可塑性樹脂を積層し熱可塑性樹脂の融点〜（融点＋３
０℃）、好ましくは融点〜（融点＋１０℃）の温度で加
熱成形し、目的Ｖｆの繊維強化熱可塑性樹脂シート材料
を製造すると良い。熱可塑性樹脂が非晶質の場合には、
製造温度は、Ｔｇ点〜（Ｔｇ＋１００℃）が好ましい。

【００１８】加熱成形の温度が低いと熱可塑性樹脂が圧
着出来る状態とならず、成形後、熱可塑性樹脂フィルム
がシートから剥離する恐れが有る。温度が高すぎると、
熱可塑性樹脂の溶融粘度分布にばらつきが生じ、シート
厚み方向のＶｆが不均一となり、補強繊維の波打ちが発
生する。また、加熱成形の圧力は１０〜５０ｋｇ／ｃｍ
² が好ましい。圧力が高いと、成形品に内部応力が発生
し、この成形品を高温に置いた時、寸法が大きく変化す
る。時間は、通常、熱ローラーの場合、３０秒〜３分、
熱プレスで３分〜１時間かかる。

【００１９】本発明により製造された繊維強化熱可塑性
樹脂シート材料は、通常、厚さが１０μｍ〜４ｍｍであ
る。

【００２０】

【作用】本方法では、補強繊維と熱可塑性樹脂とから薄
い積層物を作り、薄い状態で含浸させるので、熱効率が
良い条件で含浸させておくことができる。その結果、短
時間で、かつ、低い温度で、予め含浸性の良い含浸シー
トを製造可能である。次ぎに、その含浸シート表面の熱
可塑性樹脂部分と新たな熱可塑性樹脂部分とを加熱圧着
し溶融接着することにより、目的の繊維強化熱可塑性樹
脂シート材料を製造することができる。その結果、本発
明により製造した繊維強化熱可塑性樹脂シート材料は含
浸性が良く、かつ、補強繊維体積含有率を簡単に変える
ことができ、更に、厚みが十分なものとなる。これによ
り、その繊維強化熱可塑性樹脂シート材料は、優れた電
気的特性及び外観上の特徴を持つと考える。

【００２１】

【実施例】実施例で用いるガラス繊維は、アミノシラン
で表面処理してから用いた。すなわち、アミノシラン
（日本ユニカー製、Ａ−１１００）の０．５％水溶液を
作成し、ガラス繊維を浸漬させ、１１０℃、５分で熱風
乾燥して前処理した。 実施例１ シート状ガラス繊維、日東紡績製ガラスクロスWEA05E 1
04（単位面積当り重量４８ｇ／ｍ² ）の裏表に東レ製ト
レリナ（ポリフェニレンスルフィド、厚さ１６μｍ、融
点２８６℃）を積層し熱プレス中、３２０℃の温度、１
０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１０分加圧してポリフェニレン
スルフィド含浸シートを成形した。次にそのシートの表
裏に東レ製トレリナ（ポリフェニレンスルフィド、厚さ
２５μｍ）を積層し熱プレス中、２９０℃の温度、３０
ｋｇ／ｃｍ² の圧力化１０分加圧して厚さ１００μｍの
繊維強化ポリフェニレンスルフィドシート材料を製造し
た。

【００２２】本実施例で得られた繊維強化ポリフェニレ
ンスルフィドシート材料は、表１に示すように熱収縮率
がきわめて小さく寸法安定性に優れ、外観も波打ち等が
なく良好であった。寸法安定性は、熱収縮率を指標とし
て調べた。熱収縮率はシートサンプルを１００×１００
ｍｍにカットし１８０℃で６０分キュアの前後寸法変化
を測定しその変化率とした。又、外観はシートにソリ、
ネジレ、波打ちの無い物を○とし、有る物を×とした。
樹脂の状態は、熱分析で変化の度合いを調べた。熱分析
でほとんど変化のない場合は○、少しある場合は△、極
端にある場合は×として評価した。

【００２３】実施例２ シート状ガラス繊維、日東紡績製ガラスクロスWEA05E 1
04（単位面積当り重量４８ｇ／ｍ² ）の裏表に三井東圧
化学製ポリエーテルエーテルケトン（厚さ１６μｍ、３
４３℃）を積層し熱プレス中、３８０℃の温度、１０ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力で１０分加圧してポリエーテルエーテ
ルケトン含浸シートを成形した。次にそのシートの裏表
に三井東圧化学製ポリエーテルエーテルケトン（厚さ２
５μｍ）を積層し熱プレス中、３５０℃の温度、３０ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力で１０分加圧して厚さ１００μｍの繊
維強化ポリフェニレンスルフィドシート材料を製造し
た。本実施例で得られた繊維強化ポリエーテルエーテル
ケトン材料は、実施例１のものと同様の結果を示した。
それを表１に示す。

【００２４】比較例１ シート状ガラス繊維、日東紡績製ガラスクロスWEA05E 1
04（単位面積当り重量４８ｇ／ｍ² ）の裏表に東レ製ト
レリナ（ポリフェニレンスルフィド、厚さ４５μｍ）を
積層し熱プレス中、３２０℃の温度、１０ｋｇ／ｃｍ²
の圧力で２０分加圧してポリフェニレンスルフィド含浸
シートを成形した。この比較例１で得られたポリフェニ
レンスルフィド含浸シートは表１に示すように熱収縮率
が大きく寸法安定性に劣り、又、外観も波打ちが認めら
れた。また、樹脂の変化も見られた。

【００２５】比較例２ シート状ガラス繊維、日東紡製ガラスクロスWEA05E 104
（単位面積当り重量４８ｇ／ｍ² ）の裏表に東レ製トレ
リナ（ポリフェニレンスルフィド、厚さ４５μｍ）を積
層しオートクレーブ中、２９５℃の温度、１５ｋｇ／ｃ
ｍ² の圧力化１８０分加圧して繊維強化ポリフェニレン
スルフィドシート材料を製造した。この比較例２で得ら
れた繊維強化ポリフェニレンスルフィドシート材料は表
１に示すように熱収縮率が小さく耐熱性が優れていた。
又、外観も波打ちがなく良好であった。しかし、樹脂の
状態は、少し変化が認められた。また、成形時間が実施
例１の４. ５倍かかっており、生産性は大きく低下し
た。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明によって、以下のような、繊維強
化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法が提供された。 ｉ） 通常の熱プレスや熱ローラーを用いて製造可能
である。 ｉｉ） 製造時間を極めて短くできる。 ｉｉｉ）補強繊維と熱可塑性樹脂との含浸が極めて良
い。 ｉｖ） 樹脂の変化がほとんどない。 ｖ） 熱収縮率がきわめて小さく、その結果、寸法安
定性に優れている。 ｖｉ） ソリ、ネジレ、及び波打ち等の外観が良い。 ｖｉｉ）ガラス繊維含有率を調製しやすく、電気特性の
優れたシートを製造できる。

【００２８】その結果、本発明の方法により製造される
繊維強化熱可塑性樹脂シート材料は、電子材料の分野に
使用すると、優れた性質を持つことができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含浸シートが補強繊維の裏表に熱可塑性
   樹脂を含浸させてできるシートであり、該含浸シートの
   裏表に熱可塑性樹脂を熱圧着させて製造することを特徴
   とする繊維強化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法。
2. 【請求項２】 補強繊維の裏表に熱可塑性樹脂を含浸さ
   せて含浸シートを製造し、更に、得られた含浸シートの
   裏表に熱可塑性樹脂を熱圧着させて製造することを特徴
   とする繊維強化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法。
3. 【請求項３】 シ−ト状補強繊維の裏表に結晶性熱可塑
   性樹脂フィルムを、該樹脂の融点〜（融点＋１５０℃）
   の温度、かつ、５〜３０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で含浸させ
   て、補強繊維体積含有率４０〜７０％の含浸シートを製
   造し、次ぎに、得られた含浸シートの裏表に結晶性熱可
   塑性樹脂フィルムを、融点〜（融点＋３０℃）の温度
   で、かつ、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で熱圧着させ
   て製造することを特徴とする、補強繊維体積含有率５〜
   ４０％の繊維強化熱可塑性樹脂シート材料の製造方法。
4. 【請求項４】 含浸シートが補強繊維の裏表に熱可塑性
   樹脂を含浸させてなるシートであり、該含浸シートの裏
   表に熱可塑性樹脂を熱圧着させてなる繊維強化熱可塑性
   樹脂シート材料。