JPH08216151A

JPH08216151A - ガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料

Info

Publication number: JPH08216151A
Application number: JP2252095A
Authority: JP
Inventors: Tomoshige Ono; 友重尾野; Shigeru Takano; 高野　　茂; Seiji Hanatani; 誠二花谷
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】製品成形後に所望の方向の製品強度を強化で
きるガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の提供。【構成】平均長さ７〜20mmの強化用ガラス繊維20〜70
重量％と熱可塑性樹脂30〜80重量％を含む板状のガラス
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料１において、所定の方向
に高さ（Ｈ）≦10mm以下、高さ／幅比（Ｈ／Ｗ）≦５以
下のリブ２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス繊維強化熱可塑
性樹脂複合材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合
材料は、その強化ガラス繊維の補強効果により、高い機
械的特性（引張特性、曲げ特性、衝撃特性）を有する。
強化ガラス繊維による補強効果は、ガラス繊維の含有率
に依存し、含有率が高い程、補強効果は高くなる。それ
程高くない応力場で用いられる場合には、ガラス繊維含
有率の調整等で、特性を調整することが可能である。

【０００３】一方、強い応力場で用いられる場合、力の
かかる方向にガラス繊維を配向させた一方向性のガラス
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料が一般に用いられる。こ
のような、一方向性のガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合
材料の作製方法に関しては、特開昭62−240514号公報、
特開平１−154736号公報、特開平３−180556号公報、特
開平３−180559号公報、特開平４−208405号公報、特開
平４−208406号公報、特開平４−208407号公報等に示さ
れている。

【０００４】特開昭62−240514号公報、特開平１−1547
36号公報、特開平３−180556号公報、特開平３−180559
号公報の作製方法は、ランダム配向の連続長ガラス繊維
マットに樹脂を含浸させた層を作り、その層間に一方向
に引揃えられたガラス繊維束を介在させる方法である。
特開平４−208405号公報、特開平４−208406号公報、特
開平４−208407号公報の作製方法は、不連続ガラス繊維
を用い、これと樹脂粒を微小気泡を含む多孔性支持体の
上で抄くことにより、シート上のウエブを調製し、この
ウエブに熱と圧力を加えて、固化した緻密なシート状の
ガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を製造する、いわ
ゆる抄紙法において、ヘッドボックスの構造、および吸
引口の構造を変えて、泡液の流れを制御し、ガラス繊維
を一方向に配向させる方法である。

【０００５】すなわち、これらの方法は、ガラス繊維強
化熱可塑性樹脂複合材料のシートの製造時に一方向にガ
ラス繊維を配向させる方法である。また、一般にこれら
ガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料においては、成形
時の流動によってガラス繊維が特定の方向に配向するこ
とが知られている。これら、ガラス繊維強化熱可塑性樹
脂複合材料は、その樹脂の軟化点もしくは融点以上の温
度で予熱後、所定の金型内に投入し、プレス成形して成
形品を得る。得られた成形品の曲げ、引張り等の実用特
性は、素材特性だけでなく、その形状に大きく依存す
る。成形品中、特に高い応力が発生する部位では、板厚
を厚くするのが最も簡単な補強手段であるが、この場合
には、製品重量が大きくなり、ガラス繊維強化熱可塑性
樹脂複合材料のもう一つの特長である軽量化を妨げる要
因となる。製品重量を一定に保ちつつ、補強効果をもた
せるためにその断面形状を変えるというのは、ごく一般
に知られた手法である。リブ、ビーム、ハット断面等
は、このような補強構造の代表的なものである。ガラス
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料におけるこのような補強
構造における材料の流動に関しては、幾つかの論文が報
告されている。特に製品にリブを有する場合について
は、平井他、材料、30、P88(1981) 、平井他、Journal
of JSTP 、25、P1113(1984) 、平井他、材料、31、P35
(1982) 等に詳しく報告されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらガラス繊維強化
熱可塑性樹脂複合材料は、シート作製後、熱可塑性樹脂
の軟化点もしくは融点以上の温度で予熱後、目的の形状
を有する金型に投入し、プレス成形される。このような
成形操作を行った場合、シートは金型内の空間を満たす
まで流動し、それに伴い、ガラス繊維は配向を変える。
流動によるガラス繊維の配向状況の変化は、金型形状、
成形条件、素材のガラス繊維配向によって異なる。

【０００７】すなわち、如何にシート作製時にガラス繊
維を一方向に揃えたものを作製しても、その成形方法に
よっては、特定の方向にガラス繊維を配向させた成形品
を得ることができない可能性がある。一方向連続ガラス
繊維束を用いたものは、そのガラス繊維方向には、殆ど
流動せず、それと直角方向に流動する。この場合には、
流れが均一であれば、それほど大きな配向変化は起きな
い。しかし、連続ガラス繊維を用いたガラス繊維強化熱
可塑性樹脂複合材料の場合、熱可塑性樹脂とガラス繊維
の分離が起きやすく、配向よりむしろ分離の方が問題と
なる。

【０００８】このような成形上の問題点に関し、従来
は、経験的に、その素材シートの形状を変えたり、寸法
を変えたりし、投入方法を変えて成形を繰り返し、必要
な方向へガラス繊維を配向させる形状および寸法を見出
すか、もしくは、流動解析等の手段によって金型形状を
変えて必要な方向にガラス繊維が配向するような金型を
設計する必要があった。

【０００９】このような弊害を解決する目的で、成形時
に特定の形状のリブを特定の方向に設けることで、特定
の方向の機械特性を向上する方法が特願平５−82350 号
として出願されている。しかし、成形品によってはリブ
を設けるスペースのない場合もあり、成形品の段階でリ
ブがなくても、高い特性を有するガラス繊維強化熱可塑
性樹脂複合材料が求められていた。

【００１０】本発明は、製品成形後に所望の方向にガラ
ス繊維の配向を強化できるガラス繊維強化熱可塑性樹脂
複合材料を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、平均長さ７〜
20mmの強化用ガラス繊維20〜70重量％と熱可塑性樹脂30
〜80重量％を含む板状のガラス繊維強化熱可塑性樹脂複
合材料において、所定の方向に高さ（Ｈ）≦10mm以下、
高さ／幅比（Ｈ／Ｗ）≦５以下のリブを有していること
を特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であ
る。

【００１２】上記リブは、板の片面のみにあってもよ
く、また両面にあってもよい。いずれの場合にも、リブ
の方向は、同一方向でもよく、任意の角度をもたせても
よい。大切なのは、成形後の製品においてリブの方向
を、製品の強度を必要としている方向に揃えて成形する
ことである。上記リブの本数は、何本でもよい。多いほ
ど、特定方向への配向を増すことができる。また、リブ
の形状は、高さ10mm以下で、高さ／幅比が５以下のもの
がよい。高さが高すぎると、製造時に大きな圧力を必要
とするし、また、高さ／幅比が大きすぎると、シート作
製時にリブ中のガラス繊維の配向が逆転し、期待した方
向への配向が望めなくなる。また、リブの高さは、３mm
以上が望ましい。これ未満だと成形後のガラス繊維によ
る配向効果が小さい。

【００１３】上記材料の素材のガラス繊維長は、７〜20
mmが好ましく、またガラス繊維含有率は20〜70重量％が
好ましい。ガラス繊維長が、７mm未満の場合には、ガラ
ス繊維の配向に関しては問題ないが、もともとのガラス
繊維による補強効果が小さい。特に、衝撃特性が著しく
劣る。また、ガラス繊維長が20mmを超える場合には、繊
維間の絡みが大きいため、成形時の繊維の再配向が起こ
りにくく、またリブ部への流動時にガラス繊維と熱可塑
性樹脂が分離してしまい、ガラス繊維による補強効果が
得られない。さらに、繊維含有率が20重量％未満の場
合、もともとのガラス繊維による補強効果が小さく、ま
た繊維含有率が70重量％を超えると繊維間の相互作用が
大きく流動性に劣り、リブ部への流入が困難となる。

【００１４】本発明で用いる樹脂は、熱可塑性樹脂であ
ればよく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の
ポリオレフィン系の樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポ
リカーボネート系樹脂、熱可塑性ポリウレタン系樹脂、
ポリアミド系樹脂等があげられる。上記材料の製造方法
は、抄紙法等によってガラス繊維と熱可塑性樹脂が均一
に分散された不織布状マット（以下ウエブと呼ぶ）を加
熱し、樹脂を溶融させた後、一度、溶融状態下で加圧
し、樹脂と繊維の濡れをよくした後に、さらに所望の特
定方向に溝を切った金型で冷却固化させると同時にプレ
スにより賦形する。

【００１５】

【作用】以下、当材料を用いた成形品の作製方法、なら
びに作用・効果について詳細に述べる。前記のウエブの
任意の部所に所定のリブを付けると、リブ中のガラス繊
維は高度な配向を示す。本発明では、この効果を利用
し、新たな方向性を付与したガラス繊維強化熱可塑性樹
脂複合材料としたものである。

【００１６】当材料を樹脂の溶融する温度下で加熱し、
成形品の金型に投入し、冷却固化すると同時にプレスに
より賦形する。この時、成形後の製品の強度を必要とす
る方向と、当該リブの方向とを合わせて投入する。当該
リブは、予熱時に熱可塑性樹脂が溶融しているため、成
形時につぶれて成形後の製品には残らない。一般に、成
形時の流動により、ガラス繊維配向は、成形前後で異な
るが、リブは表層にあるため、成形時に比較的早く冷却
固化するため、あまり流動せず、この部分の配向は、保
たれたままとなる。一般に、曲げ応力は、表層に大きく
働くため、この表層にガラス繊維が高度に配向していれ
ば、高い曲げ特性を有することができる。

【００１７】上記リブは、板の片面のみにあっても、両
面にあってもよい。成形時にこの板を重ねて成形する場
合、表層にのみ、高配向繊維が存在すればよいものであ
れば、片面にリブのあるものを用いて、表層にリブがく
るようにすればよい。また、この板一枚を用いて成形す
る場合には、両面にリブのあるものを用いれば、両表層
を高配向化できる。

【００１８】図１(a) は、板の片面にのみ一方向に揃っ
たリブ２がある本発明のガラス繊維強化熱可塑性樹脂複
合材料１の斜視図であり、(b) はそのＡＡ’矢視断面図
である。また、成形された製品表裏において、それぞれ
異なる方向に応力がかかるような場合、言い換えれば、
製品表裏で強化したい方向が異なる場合には、当該複合
材料において、表裏のリブの角度を代えたものを用い、
強化方向にそれぞれのリブを向けて成形すればよい。

【００１９】本材料においては、そのリブの形状によっ
ては、リブ先端部で樹脂と繊維の分離がおき、先端部に
おける樹脂含有率が高くなっている。したがって、成形
時に表層を樹脂が覆う形となり、外観もきれいになると
いった副次的な効果もある。

【００２０】

【実施例】

（実施例）平均繊維長13mmのガラス繊維とポリプロピレ
ンを用い、繊維含有率40wt％の厚み８mmのウエブを得
た。得られたウエブの平面上部より軟Ｘ線撮影し、画像
処理により繊維の配向角θに対する配向角分布Ｈ（θ）
を測定した。得られた配向角分布Ｈ（θ）より、配向角
分布Ｈ（θ）の指標としてＪ値を求めた。

【００２１】なお、Ｊ値は得られた配向角分布Ｈ（θ）
と下記式(1) に従う配向角分布関数ｆ（θ）との最小二
乗和が最小となる値である。

【００２２】

【数１】

【００２３】Ｊ値は、全ての繊維が基準軸に配向した場
合に＋１となり、ランダムの場合には、０、全ての繊維
が基準軸に直角方向に配向した場合に−１となる。この
ウエブのＪ値は０であった。このウエブを用い、幅２〜
５mm、高さ３〜10mm（Ｈ／Ｗ＝２〜５）のリブを５本も
つ平板金型を使い、 150mm× 150mm×４mmt の表１に示
すリブ付平板を成形した。

【００２４】この材料を用い、100mm ×150mm ×４mmt
の平板を成形した。この際、リブを成形品長手方向に揃
えて成形を行った。この平板の長手方向を基準軸とし、
Ｊ値を求めたところ、表１に示すように 0.3〜 0.6と、
もとのウエブより高い配向性を示した。また、同成形品
の曲げ試験を行ったところ、22〜28kgf/mm²の値を示し
た。（比較例）実施例１で得たウエブを用い、 150mm× 150
mm×４mmt の平板を作製した。この板を用いて、100mm
×150mm ×４mmt の平板を作製した。この平板のＪ値
は、0.19で、その曲げ強度は、19kgf/mm²であった。ま
た、厚み４mm、高さ45mmのリブ付きの150mm ×150mm ×
４mmt の平板を作製し、100mm ×150mm ×４mmt の平板
を成形した。この曲げ強度は、18kgf/mm²であった。

【００２５】以上の結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明によって、一方向に高度に繊維が
配向し、さらに成形による流動による配向変化の小さい
材料が提供できるようになったので、ガラス繊維強化熱
可塑性樹脂複合材料を用いた製品の特定部位の強度を向
上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
の一例を示す、(a) は斜視図、(b) は(a) のＡＡ’矢視
断面図である。

【符号の説明】

１ガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料２リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 101:12 105:14 309:08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均長さ７〜20mmの強化用ガラス繊維20
〜70重量％と熱可塑性樹脂30〜80重量％を含む板状のガ
ラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料において、所定の方
向に高さ（Ｈ）≦10mm以下、高さ／幅比（Ｈ／Ｗ）≦５
以下のリブを有していることを特徴とするガラス繊維強
化熱可塑性樹脂複合材料。