JPH09309171A - 繊維強化複合材料及びそれから作製された安全靴先芯 - Google Patents
繊維強化複合材料及びそれから作製された安全靴先芯Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強化繊維の含有率を多くし、樹脂含有率を下
げても成形品の強度低下や外観不良を生ずることがな
く、成形性に優れた軽量で高強度の繊維強化複合材料、
及びそれから作製された耐圧迫強度の大きな安全靴の先
芯を提供する。 【解決手段】 繊維強化複合材料は、強化繊維５ａの織
物もしくは編物又は一方向性の強化繊維で補強された複
数枚の繊維強化熱可塑性樹脂４ａの層（クロスマット
層）２からなるコア層１と、その両側面に一体的に接合
されたランダム状の強化繊維５ｂで補強された繊維強化
熱可塑性樹脂４ｂの層（ランダムマット層）３とからな
る。クロスマット層に用いる熱可塑性樹脂としては、ラ
ンダムマット層で用いる熱可塑性樹脂の軟化点よりも低
い熱可塑性樹脂を用いる。このような繊維強化複合材料
を加熱、加圧成形して安全靴先芯を作製することによ
り、ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に合格する高強
度の安全靴先芯が得られる。
げても成形品の強度低下や外観不良を生ずることがな
く、成形性に優れた軽量で高強度の繊維強化複合材料、
及びそれから作製された耐圧迫強度の大きな安全靴の先
芯を提供する。 【解決手段】 繊維強化複合材料は、強化繊維５ａの織
物もしくは編物又は一方向性の強化繊維で補強された複
数枚の繊維強化熱可塑性樹脂４ａの層（クロスマット
層）２からなるコア層１と、その両側面に一体的に接合
されたランダム状の強化繊維５ｂで補強された繊維強化
熱可塑性樹脂４ｂの層（ランダムマット層）３とからな
る。クロスマット層に用いる熱可塑性樹脂としては、ラ
ンダムマット層で用いる熱可塑性樹脂の軟化点よりも低
い熱可塑性樹脂を用いる。このような繊維強化複合材料
を加熱、加圧成形して安全靴先芯を作製することによ
り、ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に合格する高強
度の安全靴先芯が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度の繊維強化
複合材料に関し、特に、ホットスタンピング成形、高速
圧縮成形や、比較的厚手の深絞りの立体形状を有する成
形品への成形に好適に用いることができ、また、軽量で
しかも機械的強度を要求される分野の用途に好適に用い
ることができる繊維強化複合材料に関する。本発明はま
た、その繊維強化複合材料を成形して得られる靴先芯に
関し、特に、靴、ブーツなどに適用して靴先を構造的に
補強し、靴の安全性を高める安全靴先芯に関する。
複合材料に関し、特に、ホットスタンピング成形、高速
圧縮成形や、比較的厚手の深絞りの立体形状を有する成
形品への成形に好適に用いることができ、また、軽量で
しかも機械的強度を要求される分野の用途に好適に用い
ることができる繊維強化複合材料に関する。本発明はま
た、その繊維強化複合材料を成形して得られる靴先芯に
関し、特に、靴、ブーツなどに適用して靴先を構造的に
補強し、靴の安全性を高める安全靴先芯に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ホットスタンピング成形や高速圧
縮成形に用いられる繊維強化熱可塑性樹脂の成形用シー
ト材料は、チョップドストランドマット、フィラメント
マット、不織布等、それぞれ単一形態の補強材で補強し
た繊維強化熱可塑性樹脂で構成されている。また、強化
繊維を引き揃えてなる一方向性の補強材で補強されたス
タンピング成形用のシート材料も開発されている。一
方、安全靴における先芯は、重量物の落下に対する保護
のために靴の甲の部分の強度がきわめて重要視されてい
るため、鋼製のものしか実用化されていない。しかしな
がら、鋼製の先芯を用いた安全靴は重量が大きくなるた
め、着用者の作業性が問題となる。最近になって、安全
靴の軽量化を図るため、ガラス繊維等の補強用長繊維で
補強した熱可塑性樹脂製のものが提案されている。
縮成形に用いられる繊維強化熱可塑性樹脂の成形用シー
ト材料は、チョップドストランドマット、フィラメント
マット、不織布等、それぞれ単一形態の補強材で補強し
た繊維強化熱可塑性樹脂で構成されている。また、強化
繊維を引き揃えてなる一方向性の補強材で補強されたス
タンピング成形用のシート材料も開発されている。一
方、安全靴における先芯は、重量物の落下に対する保護
のために靴の甲の部分の強度がきわめて重要視されてい
るため、鋼製のものしか実用化されていない。しかしな
がら、鋼製の先芯を用いた安全靴は重量が大きくなるた
め、着用者の作業性が問題となる。最近になって、安全
靴の軽量化を図るため、ガラス繊維等の補強用長繊維で
補強した熱可塑性樹脂製のものが提案されている。
【０００３】しかしながら、マットや不織布で補強した
成形用シート材料から作った成形品は、強度が低く、そ
のため、安全靴先芯のように高強度を要求される用途に
は適さない。また、このシート材料を深絞り成形する
と、シート材料に大きく引き伸ばされる部分が生じ、そ
の部分では補強材も引き伸ばされるため、強度が低下し
たり肉厚が薄くなるという問題があり、この点からも安
全靴先芯には適していない。一方、一方向性の補強材で
補強されたシート材料では、当然のことながら、成形品
の強度に方向性が生じ、安全靴先芯のように方向性に関
係なく高強度を要求される成形品の製造には適していな
い。
成形用シート材料から作った成形品は、強度が低く、そ
のため、安全靴先芯のように高強度を要求される用途に
は適さない。また、このシート材料を深絞り成形する
と、シート材料に大きく引き伸ばされる部分が生じ、そ
の部分では補強材も引き伸ばされるため、強度が低下し
たり肉厚が薄くなるという問題があり、この点からも安
全靴先芯には適していない。一方、一方向性の補強材で
補強されたシート材料では、当然のことながら、成形品
の強度に方向性が生じ、安全靴先芯のように方向性に関
係なく高強度を要求される成形品の製造には適していな
い。
【０００４】前記のような問題を解決するために、本出
願人らは先に、強化繊維からなる織物又は編物で補強さ
れた繊維強化熱可塑性樹脂層の両側面に、強化繊維から
なるランダムマット状物で補強された繊維強化熱可塑性
樹脂層とを接合したサンドイッチ構造、あるいはその逆
の構造の成形用シート材料を提案している（特開平５−
１４７１４６号）。このシート材料の基本構造の一例は
図１に示すとおりであり、母材（マトリックス）の熱可
塑性樹脂４ａがガラス繊維等の強化繊維５ａからなる織
物又は編物で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層２（以
下、クロスマット層という）をコア層１もしくは強化層
とし、その両側面に熱可塑性樹脂４ｂがストランド状の
強化繊維５ｂで補強された繊維強化熱可塑性樹脂層３
（以下、ランダムマット層という）をスキン層もしくは
流動層として一体的に接合した３層構造を有する。な
お、図１に示す例の場合、クロスマット層２の枚数（ｐ
ｌｙ数）は２枚である。また、前記特開平５−１４７１
４６号には、一つのシート材料を構成するコア層１とス
キン層３には、接着性の点から原則として同一種類のマ
トリックス樹脂を使用することが教示されている。この
ような構造のシート材料を用いることにより、ホットス
タンピング成形や高速圧縮成形で立体形状に成形する場
合に、しわや折り目を発生させることがなく、また強度
に方向的な差異のない成形品を製造することが可能とな
る。
願人らは先に、強化繊維からなる織物又は編物で補強さ
れた繊維強化熱可塑性樹脂層の両側面に、強化繊維から
なるランダムマット状物で補強された繊維強化熱可塑性
樹脂層とを接合したサンドイッチ構造、あるいはその逆
の構造の成形用シート材料を提案している（特開平５−
１４７１４６号）。このシート材料の基本構造の一例は
図１に示すとおりであり、母材（マトリックス）の熱可
塑性樹脂４ａがガラス繊維等の強化繊維５ａからなる織
物又は編物で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層２（以
下、クロスマット層という）をコア層１もしくは強化層
とし、その両側面に熱可塑性樹脂４ｂがストランド状の
強化繊維５ｂで補強された繊維強化熱可塑性樹脂層３
（以下、ランダムマット層という）をスキン層もしくは
流動層として一体的に接合した３層構造を有する。な
お、図１に示す例の場合、クロスマット層２の枚数（ｐ
ｌｙ数）は２枚である。また、前記特開平５−１４７１
４６号には、一つのシート材料を構成するコア層１とス
キン層３には、接着性の点から原則として同一種類のマ
トリックス樹脂を使用することが教示されている。この
ような構造のシート材料を用いることにより、ホットス
タンピング成形や高速圧縮成形で立体形状に成形する場
合に、しわや折り目を発生させることがなく、また強度
に方向的な差異のない成形品を製造することが可能とな
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記シート材料は、軽
量でありながら、安全靴先芯の規格（ＪＩＳ Ｔ８１０
１革製安全靴Ｌ種（軽作業用）：圧迫強度４５０ｋｇ以
上）に合致した強度を有する。しかしながら、最近で
は、安全靴先芯の性能のさらなる向上が要求されてお
り、ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種（普通作業用）
に規定する１，１００ｋｇ以上の圧迫強度に耐えるもの
が望まれている。当然のことながら、ＪＩＳ規格Ｓ種に
規定される要求を満たすためには、材料自体の強度レベ
ルに高いものが要求されるため、材料構成が複雑とな
り、しかも、ランダムマット層やクロスマット層中の強
化繊維の含有量も高くしなければならない。
量でありながら、安全靴先芯の規格（ＪＩＳ Ｔ８１０
１革製安全靴Ｌ種（軽作業用）：圧迫強度４５０ｋｇ以
上）に合致した強度を有する。しかしながら、最近で
は、安全靴先芯の性能のさらなる向上が要求されてお
り、ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種（普通作業用）
に規定する１，１００ｋｇ以上の圧迫強度に耐えるもの
が望まれている。当然のことながら、ＪＩＳ規格Ｓ種に
規定される要求を満たすためには、材料自体の強度レベ
ルに高いものが要求されるため、材料構成が複雑とな
り、しかも、ランダムマット層やクロスマット層中の強
化繊維の含有量も高くしなければならない。
【０００６】前記したシート材料を用いてより高強度が
要求されるＪＩＳ規格Ｓ種の安全靴先芯を作製しようと
する場合、強度保持用のクロスマット層として８〜１０
枚以上含むものが必要となる。このように材料中のラン
ダムマット層よりもクロスマット層の枚数がかなり多く
なると、剛性が増して金型への挿入性が悪くなると共
に、成形時の流動性が悪くなってショート・ショットの
傾向が大きくなる。また、強度向上のためにコア層中の
クロスマット層の枚数が多くなると、シート材料作製時
に、空気を巻き込んだボイドの発生が多くなる傾向にあ
り、このようなシート材料を用いて製造した成形品にフ
クレを生じたり、外観不良や強度低下やバラツキを生じ
易いという問題がある。さらに、シート材料のマトリッ
クス樹脂として強化繊維との密着性の良いナイロン糸等
のポリアミドを用いた場合、ポリアミド自体の吸水性の
ために、シート材料を成形する際に金型へ充填する材料
の原反を厳密に設定しないと、材料の流動バランスが崩
れて、成形品にウエルドの発生が見られたり、強化繊維
クロスの位置ずれ等によって先芯の強度の低下やバラツ
キを生ずるといった問題がある。
要求されるＪＩＳ規格Ｓ種の安全靴先芯を作製しようと
する場合、強度保持用のクロスマット層として８〜１０
枚以上含むものが必要となる。このように材料中のラン
ダムマット層よりもクロスマット層の枚数がかなり多く
なると、剛性が増して金型への挿入性が悪くなると共
に、成形時の流動性が悪くなってショート・ショットの
傾向が大きくなる。また、強度向上のためにコア層中の
クロスマット層の枚数が多くなると、シート材料作製時
に、空気を巻き込んだボイドの発生が多くなる傾向にあ
り、このようなシート材料を用いて製造した成形品にフ
クレを生じたり、外観不良や強度低下やバラツキを生じ
易いという問題がある。さらに、シート材料のマトリッ
クス樹脂として強化繊維との密着性の良いナイロン糸等
のポリアミドを用いた場合、ポリアミド自体の吸水性の
ために、シート材料を成形する際に金型へ充填する材料
の原反を厳密に設定しないと、材料の流動バランスが崩
れて、成形品にウエルドの発生が見られたり、強化繊維
クロスの位置ずれ等によって先芯の強度の低下やバラツ
キを生ずるといった問題がある。
【０００７】従って、本発明の目的は、前記したような
問題がなく、ランダムマット層やクロスマット層中の強
化繊維の含有率を多くし、樹脂含有率を下げても成形品
の強度低下や外観不良を生ずることがなく、成形性に優
れた軽量でしかも高強度の繊維強化複合材料を提供する
ことにある。さらに本発明の目的は、このような繊維強
化複合シート材料から作製された軽量で、かつ耐圧迫強
度の大きな安全靴の先芯、より特定的には、安全靴先芯
の規格（ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種）に合格す
る高強度の安全靴先芯を提供することにある。
問題がなく、ランダムマット層やクロスマット層中の強
化繊維の含有率を多くし、樹脂含有率を下げても成形品
の強度低下や外観不良を生ずることがなく、成形性に優
れた軽量でしかも高強度の繊維強化複合材料を提供する
ことにある。さらに本発明の目的は、このような繊維強
化複合シート材料から作製された軽量で、かつ耐圧迫強
度の大きな安全靴の先芯、より特定的には、安全靴先芯
の規格（ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種）に合格す
る高強度の安全靴先芯を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、強化繊維の織物もしくは編物又は
一方向性の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂
層（クロスマット層と総称する）と、ランダム状の強化
繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層（ランダムマ
ット層と総称する）とが一体的に接合された繊維強化複
合材料であって、上記クロスマット層に用いた熱可塑性
樹脂の軟化点が、上記ランダムマット層で用いた熱可塑
性樹脂の軟化点よりも低いことを特徴とする繊維強化複
合材料が提供される。好適な態様においては、前記クロ
スマット層の少なくとも１枚（１ｐｌｙ）が一方向織り
された強化繊維又は一方向性の強化繊維で補強された繊
維強化熱可塑性樹脂層からなる。一方、ランダムマット
層としては、その中の強化繊維の含有量が４５〜８０重
量％であることが望ましく、また、強化繊維が、線径９
〜２３μｍ、カット長さ１／２インチ（１２．７ｍｍ）
〜２インチ（５０．８ｍｍ）の繊維、特にガラス繊維で
あることが好ましい。さらに本発明によれば、上記のよ
うな繊維強化複合材料を加熱、加圧成形して作製した安
全靴先芯も提供される。
に、本発明によれば、強化繊維の織物もしくは編物又は
一方向性の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂
層（クロスマット層と総称する）と、ランダム状の強化
繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層（ランダムマ
ット層と総称する）とが一体的に接合された繊維強化複
合材料であって、上記クロスマット層に用いた熱可塑性
樹脂の軟化点が、上記ランダムマット層で用いた熱可塑
性樹脂の軟化点よりも低いことを特徴とする繊維強化複
合材料が提供される。好適な態様においては、前記クロ
スマット層の少なくとも１枚（１ｐｌｙ）が一方向織り
された強化繊維又は一方向性の強化繊維で補強された繊
維強化熱可塑性樹脂層からなる。一方、ランダムマット
層としては、その中の強化繊維の含有量が４５〜８０重
量％であることが望ましく、また、強化繊維が、線径９
〜２３μｍ、カット長さ１／２インチ（１２．７ｍｍ）
〜２インチ（５０．８ｍｍ）の繊維、特にガラス繊維で
あることが好ましい。さらに本発明によれば、上記のよ
うな繊維強化複合材料を加熱、加圧成形して作製した安
全靴先芯も提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の繊維強化複合材料は、ク
ロスマット層に用いる熱可塑性樹脂として、ランダムマ
ット層で用いる熱可塑性樹脂よりも軟化性が高い、すな
わち軟化点が低い樹脂を用いることを基本的な特徴とし
ている。繊維強化熱可塑性樹脂の多層複合シート材料の
場合、従来、層間接着強度の点からクロスマット層とラ
ンダムマット層のマトリックス樹脂として同一の熱可塑
性樹脂を用いることが一般に行われている。しかしなが
ら、クロスマット層中に埋設されている強化繊維クロス
（織物、編物、一方向マット）は、強化繊維が網目状に
錯綜しているため、あるいは繊維間が密接しているた
め、多層複合シート材料作製時の加熱によっても、強化
繊維クロス内での樹脂の流動性が抑制されてしまう。そ
のため、クロスマット層とランダムマット層のマトリッ
クス樹脂として同一の熱可塑性樹脂を用いた場合、樹脂
の流動性が悪くなる。その結果、前記したように、多層
複合シート材料作製時にボイド発生が多くなる傾向にあ
り、また、このようなシート材料を用いて製造した成形
品にフクレを生じたり、外観不良や強度の低下、バラツ
キを生じ易いという問題がある。
ロスマット層に用いる熱可塑性樹脂として、ランダムマ
ット層で用いる熱可塑性樹脂よりも軟化性が高い、すな
わち軟化点が低い樹脂を用いることを基本的な特徴とし
ている。繊維強化熱可塑性樹脂の多層複合シート材料の
場合、従来、層間接着強度の点からクロスマット層とラ
ンダムマット層のマトリックス樹脂として同一の熱可塑
性樹脂を用いることが一般に行われている。しかしなが
ら、クロスマット層中に埋設されている強化繊維クロス
（織物、編物、一方向マット）は、強化繊維が網目状に
錯綜しているため、あるいは繊維間が密接しているた
め、多層複合シート材料作製時の加熱によっても、強化
繊維クロス内での樹脂の流動性が抑制されてしまう。そ
のため、クロスマット層とランダムマット層のマトリッ
クス樹脂として同一の熱可塑性樹脂を用いた場合、樹脂
の流動性が悪くなる。その結果、前記したように、多層
複合シート材料作製時にボイド発生が多くなる傾向にあ
り、また、このようなシート材料を用いて製造した成形
品にフクレを生じたり、外観不良や強度の低下、バラツ
キを生じ易いという問題がある。
【００１０】これに対し、本発明者らの研究によれば、
クロスマット層とランダムマット層とを積層した構造、
特に複数のクロスマット層をコア層とし、その両側面に
ランダムマット層を配したような構造の多層複合シート
材料においては、クロスマット層に用いる熱可塑性樹脂
の軟化点がランダムマット層に用いる熱可塑性樹脂の軟
化点よりも低い場合に、多層複合シート材料作製時の強
化繊維クロス内での樹脂の流動性を確保でき、高い層間
接着強度が得られると共に、ボイドを発生する恐れも少
ないことが見い出された。しかも、多層複合材料中の強
化繊維の含有率を高めることができるので、軽量でしか
も高強度の材料となる。
クロスマット層とランダムマット層とを積層した構造、
特に複数のクロスマット層をコア層とし、その両側面に
ランダムマット層を配したような構造の多層複合シート
材料においては、クロスマット層に用いる熱可塑性樹脂
の軟化点がランダムマット層に用いる熱可塑性樹脂の軟
化点よりも低い場合に、多層複合シート材料作製時の強
化繊維クロス内での樹脂の流動性を確保でき、高い層間
接着強度が得られると共に、ボイドを発生する恐れも少
ないことが見い出された。しかも、多層複合材料中の強
化繊維の含有率を高めることができるので、軽量でしか
も高強度の材料となる。
【００１１】また、本発明の繊維強化複合材料を用いて
成形品を製造する場合、成形時の流動性に優れるため、
成形品にフクレや外観不良、強度の低下やバラツキを生
ずることがない。また、シート材料の強度に方向性がな
くしかも強化繊維の含有率が高いため、成形後にも均一
な高い強度を保持し、しかも吸湿による強度低下も抑制
される。かくして、軽量であり、成形品全体にわたって
高い強度を有し、しかも良好な外観の立体形状の成形品
を製造することができる。特に、本発明の繊維強化複合
シート材料を用いて安全靴先芯を成形した場合、ＪＩＳ
Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に規定する１，１００ｋｇ
以上の圧迫強度に耐え、しかも靴中の足の発汗による吸
湿によっても強度低下がそれ程生じない軽量な安全靴先
芯を製造することができる。
成形品を製造する場合、成形時の流動性に優れるため、
成形品にフクレや外観不良、強度の低下やバラツキを生
ずることがない。また、シート材料の強度に方向性がな
くしかも強化繊維の含有率が高いため、成形後にも均一
な高い強度を保持し、しかも吸湿による強度低下も抑制
される。かくして、軽量であり、成形品全体にわたって
高い強度を有し、しかも良好な外観の立体形状の成形品
を製造することができる。特に、本発明の繊維強化複合
シート材料を用いて安全靴先芯を成形した場合、ＪＩＳ
Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に規定する１，１００ｋｇ
以上の圧迫強度に耐え、しかも靴中の足の発汗による吸
湿によっても強度低下がそれ程生じない軽量な安全靴先
芯を製造することができる。
【００１２】以下、添付図面を参照しながら本発明につ
いてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の繊維強化
複合材料の好適な層構成の一例を示している。この材料
は、母材（マトリックス）の熱可塑性樹脂４ａが強化繊
維５ａの織物又は編物により補強された複数枚のクロス
マット層２からなり、材料に主として耐衝撃性、低吸水
性を付与する強度保持用のコア層１と、該コア層１の両
側面に一体的に接合され、熱可塑性樹脂４ｂがその中に
ランダム状に含有されている強化繊維５ｂにより補強さ
れた主として流動性、成形性を付与するランダムマット
層（スキン層もしくは流動層）２とから構成されてい
る。
いてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の繊維強化
複合材料の好適な層構成の一例を示している。この材料
は、母材（マトリックス）の熱可塑性樹脂４ａが強化繊
維５ａの織物又は編物により補強された複数枚のクロス
マット層２からなり、材料に主として耐衝撃性、低吸水
性を付与する強度保持用のコア層１と、該コア層１の両
側面に一体的に接合され、熱可塑性樹脂４ｂがその中に
ランダム状に含有されている強化繊維５ｂにより補強さ
れた主として流動性、成形性を付与するランダムマット
層（スキン層もしくは流動層）２とから構成されてい
る。
【００１３】図２に示す材料の層構造は、ランダムマッ
ト層／コア層（クロスマット層）／ランダムマット層で
あるが、各層の配列を逆にしたクロスマット層／ランダ
ムマット層／クロスマット層の３層構造や、クロスマッ
ト層／ランダムマット層の２層構造とすることもでき
る。しかしながら、材料の成形性や成形品の外観などの
点からは、ランダムマット層の数が多いランダムマット
層／クロスマット層／ランダムマット層の層構造が好ま
しい。なお、用途によってはランダムマット層／クロス
マット層／ランダムマット層／クロスマット層の４層構
造や、ランダムマット層／クロスマット層／ランダムマ
ット層／クロスマット層／ランダムマット層又は各層の
配列を逆にした５層構造あるいはそれ以上の多層構造と
することもできる。また、クロスマット層の枚数や材料
全体の厚さは用途に応じて適宜設定できるが、あまりに
クロスマット層の枚数が多過ぎたり厚みが厚過ぎると流
動性や成形性を損ない易くなるので、一つのクロスマッ
ト層の枚数は一般に１０枚以下が適当であり、好ましく
は５〜８枚である。
ト層／コア層（クロスマット層）／ランダムマット層で
あるが、各層の配列を逆にしたクロスマット層／ランダ
ムマット層／クロスマット層の３層構造や、クロスマッ
ト層／ランダムマット層の２層構造とすることもでき
る。しかしながら、材料の成形性や成形品の外観などの
点からは、ランダムマット層の数が多いランダムマット
層／クロスマット層／ランダムマット層の層構造が好ま
しい。なお、用途によってはランダムマット層／クロス
マット層／ランダムマット層／クロスマット層の４層構
造や、ランダムマット層／クロスマット層／ランダムマ
ット層／クロスマット層／ランダムマット層又は各層の
配列を逆にした５層構造あるいはそれ以上の多層構造と
することもできる。また、クロスマット層の枚数や材料
全体の厚さは用途に応じて適宜設定できるが、あまりに
クロスマット層の枚数が多過ぎたり厚みが厚過ぎると流
動性や成形性を損ない易くなるので、一つのクロスマッ
ト層の枚数は一般に１０枚以下が適当であり、好ましく
は５〜８枚である。
【００１４】クロスマット層２及びランダムマット層３
の母材（マトリックス）として用いる熱可塑性樹脂４
ａ，４ｂとしては、ポリアミド（ナイロン６，ナイロン
６６，ナイロン１２）、ポリアミドアロイ、ポリプロピ
レン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレ
ンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファ
イド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ＰＢＴ／ＰＣアロイ等を挙げることができ、これ
らの中でも特にナイロン６（ＰＡ−６）、ポリアミドア
ロイ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフ
ェニレンサルファィド（ＰＰＳ）が好ましい。ポリアミ
ドアロイとしては、ナイロンを複数種混合し、ナイロン
６よりも軟化点を低くしたものなどが挙げられる。本発
明においては、前記したように、クロスマット層２に用
いる熱可塑性樹脂４ａの軟化点が、ランダムマット層３
に用いる熱可塑性樹脂４ｂの軟化点よりも低くなるよう
に樹脂選定を行う必要がある。
の母材（マトリックス）として用いる熱可塑性樹脂４
ａ，４ｂとしては、ポリアミド（ナイロン６，ナイロン
６６，ナイロン１２）、ポリアミドアロイ、ポリプロピ
レン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレ
ンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファ
イド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ＰＢＴ／ＰＣアロイ等を挙げることができ、これ
らの中でも特にナイロン６（ＰＡ−６）、ポリアミドア
ロイ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフ
ェニレンサルファィド（ＰＰＳ）が好ましい。ポリアミ
ドアロイとしては、ナイロンを複数種混合し、ナイロン
６よりも軟化点を低くしたものなどが挙げられる。本発
明においては、前記したように、クロスマット層２に用
いる熱可塑性樹脂４ａの軟化点が、ランダムマット層３
に用いる熱可塑性樹脂４ｂの軟化点よりも低くなるよう
に樹脂選定を行う必要がある。
【００１５】クロスマット層２に用いる補強用の織物又
は編物を構成する強化繊維の種類としては、ガラス繊維
（ＧＦ）、カーボン繊維（ＣＦ）、アラミド繊維、金属
繊維（例えばスチール繊維）等を挙げることができ、こ
れらの中でもガラス繊維が安価であり、製品コストの面
においては有利である。クロスマット層に補強用の織物
を用いる場合、少なくとも１枚の一方向織りされた織物
を用いる。一方向織り織物としては、質量が１７０〜４
００ｇ／ｍ2 で、一方向の糸量が織物全体の糸量の７０
〜９０％、反対方向の糸量が３０〜１０％であるような
織物が望ましい。質量が１７０ｇ／ｍ2 より小さくなる
と、織物の強度が小さくなるため十分な補強効果が得ら
れず、また、４００ｇ／ｍ2 より大きい場合は、樹脂の
含浸が不十分になり易い。織物を用いる場合における織
り組織としては、朱子織、綾織、平織等を挙げることが
でき、そのうち、朱子織が好適である。朱子織は、緯糸
が、経糸を１本の次に複数本（２本、３本、４本など）
まとめて織る順序で織ったもの、例えば、図３に示すよ
うに、経糸１１を１本、２本、１本、２本…の順に緯糸
１２で織ったものであり、１本ずつ織ったものに比べて
繊維が移動しやすい。そのため、立体形状に加圧成形す
る際に、その立体形状に沿って、或る程度繊維が移動し
て無理な張力がかからなくなり、結果的に均質な製品が
得られる。また、一方向性の強化繊維で補強された繊維
強化熱可塑性樹脂をクロスマット層として用いることも
できる。例えば、強化繊維と樹脂繊維を引き揃え、全体
を加熱加圧することにより、一方向性の強化繊維で補強
されたクロスマット層が得られる。クロスマット層２に
おける強化繊維の含有量としては、通常３０〜８０重量
％に選定され、特に５０〜６５重量％が好ましい。
は編物を構成する強化繊維の種類としては、ガラス繊維
（ＧＦ）、カーボン繊維（ＣＦ）、アラミド繊維、金属
繊維（例えばスチール繊維）等を挙げることができ、こ
れらの中でもガラス繊維が安価であり、製品コストの面
においては有利である。クロスマット層に補強用の織物
を用いる場合、少なくとも１枚の一方向織りされた織物
を用いる。一方向織り織物としては、質量が１７０〜４
００ｇ／ｍ2 で、一方向の糸量が織物全体の糸量の７０
〜９０％、反対方向の糸量が３０〜１０％であるような
織物が望ましい。質量が１７０ｇ／ｍ2 より小さくなる
と、織物の強度が小さくなるため十分な補強効果が得ら
れず、また、４００ｇ／ｍ2 より大きい場合は、樹脂の
含浸が不十分になり易い。織物を用いる場合における織
り組織としては、朱子織、綾織、平織等を挙げることが
でき、そのうち、朱子織が好適である。朱子織は、緯糸
が、経糸を１本の次に複数本（２本、３本、４本など）
まとめて織る順序で織ったもの、例えば、図３に示すよ
うに、経糸１１を１本、２本、１本、２本…の順に緯糸
１２で織ったものであり、１本ずつ織ったものに比べて
繊維が移動しやすい。そのため、立体形状に加圧成形す
る際に、その立体形状に沿って、或る程度繊維が移動し
て無理な張力がかからなくなり、結果的に均質な製品が
得られる。また、一方向性の強化繊維で補強された繊維
強化熱可塑性樹脂をクロスマット層として用いることも
できる。例えば、強化繊維と樹脂繊維を引き揃え、全体
を加熱加圧することにより、一方向性の強化繊維で補強
されたクロスマット層が得られる。クロスマット層２に
おける強化繊維の含有量としては、通常３０〜８０重量
％に選定され、特に５０〜６５重量％が好ましい。
【００１６】ランダムマット層３に用いる補強用のラン
ダム状強化繊維の形態としては、ガラスペーパーのよう
な不織布の形態、チョップドストランドマットのような
形態、フィラメントマットのような形態、コンティニュ
アスストランドマットのような形態を挙げることができ
るが、これらの中でもチョップドストランドマットの形
態が流動性や成形性の点で好ましい。これらのランダム
マット状物を構成する強化繊維の材料としても、ガラス
繊維（ＧＦ）、カーボン繊維（ＣＦ）、アラミド繊維、
金属繊維等を挙げることができ、これらの中でもガラス
繊維が安価であるため一般に用いられる。
ダム状強化繊維の形態としては、ガラスペーパーのよう
な不織布の形態、チョップドストランドマットのような
形態、フィラメントマットのような形態、コンティニュ
アスストランドマットのような形態を挙げることができ
るが、これらの中でもチョップドストランドマットの形
態が流動性や成形性の点で好ましい。これらのランダム
マット状物を構成する強化繊維の材料としても、ガラス
繊維（ＧＦ）、カーボン繊維（ＣＦ）、アラミド繊維、
金属繊維等を挙げることができ、これらの中でもガラス
繊維が安価であるため一般に用いられる。
【００１７】ランダムマツト状物としてチョップドスト
ランドマットを用いる場合には、それを構成するチョッ
プドストランドの長さは適宜選定できるが、１／２イン
チ（１２．７ｍｍ）〜２インチ（５０．８ｍｍ）とする
ことが好ましい。チョップドストランドが１／２インチ
よりも短いと、補強効果が低下し、一方、２インチより
も長過ぎると樹脂マトリックス中に均一に分散させ難
く、また成形性も悪くなり易い。また、強化繊維の長さ
を１／２〜２インチとすることにより、ランダムマット
層３における強化繊維の含有率を４５〜８０重量％まで
上げることができる。このような多量の強化繊維を含有
しても、材料が金型内で多少の位置ずれをしても流動性
が良く、かつ、強化繊維を多量に含むこの層が強度のバ
ラツキをカバーする役割も果たす。当然のことながら、
強化繊維の含有率を高くした場合、繊維長さが２インチ
の場合よりも１／２インチに近い短い場合の方が成形性
は良くなる。
ランドマットを用いる場合には、それを構成するチョッ
プドストランドの長さは適宜選定できるが、１／２イン
チ（１２．７ｍｍ）〜２インチ（５０．８ｍｍ）とする
ことが好ましい。チョップドストランドが１／２インチ
よりも短いと、補強効果が低下し、一方、２インチより
も長過ぎると樹脂マトリックス中に均一に分散させ難
く、また成形性も悪くなり易い。また、強化繊維の長さ
を１／２〜２インチとすることにより、ランダムマット
層３における強化繊維の含有率を４５〜８０重量％まで
上げることができる。このような多量の強化繊維を含有
しても、材料が金型内で多少の位置ずれをしても流動性
が良く、かつ、強化繊維を多量に含むこの層が強度のバ
ラツキをカバーする役割も果たす。当然のことながら、
強化繊維の含有率を高くした場合、繊維長さが２インチ
の場合よりも１／２インチに近い短い場合の方が成形性
は良くなる。
【００１８】また、強化繊維、特にガラス繊維の線径
は、９〜２３μｍの範囲が好ましい。線径が９μｍに満
たない強化繊維では、線径が細くなるので強化繊維の表
面積が増加し、繊維表面全体の濡れ性を良くするために
樹脂量も多く必要となる。また、線径が小さくなるに従
い、ストランド内への樹脂の含浸が悪くなり、成形品に
ボイドが残り易くなる。従って、強化繊維含有量が低下
することやボイドの残留が増加することにより、成形品
の強度が低下する。一方、強化繊維の線径が２３μｍよ
り大きくなると、繊維自体のしなやかさや流動性が低下
し、また脆くなる。従って、例えば成形品が靴先芯の場
合、靴先芯の折れ曲がり部分への強化繊維の分布が悪く
なり、その部分の樹脂分が多くなって必要強度が出にく
くなる。
は、９〜２３μｍの範囲が好ましい。線径が９μｍに満
たない強化繊維では、線径が細くなるので強化繊維の表
面積が増加し、繊維表面全体の濡れ性を良くするために
樹脂量も多く必要となる。また、線径が小さくなるに従
い、ストランド内への樹脂の含浸が悪くなり、成形品に
ボイドが残り易くなる。従って、強化繊維含有量が低下
することやボイドの残留が増加することにより、成形品
の強度が低下する。一方、強化繊維の線径が２３μｍよ
り大きくなると、繊維自体のしなやかさや流動性が低下
し、また脆くなる。従って、例えば成形品が靴先芯の場
合、靴先芯の折れ曲がり部分への強化繊維の分布が悪く
なり、その部分の樹脂分が多くなって必要強度が出にく
くなる。
【００１９】本発明の繊維強化複合シート材料の材料全
体の厚さは、これらのシート材料を成形して作る最終製
品に要求される厚さ及び成形性等を考慮して定めるもの
であるが、通常１〜１５ｍｍ程度であり、好ましくは
１．５〜１０ｍｍである。また、スキン層とコア層の比
率、あるいはランダムマット層とクロスマット層の比率
も、最終製品に要求される性質や成形性等を考慮して適
宜選定することができる。
体の厚さは、これらのシート材料を成形して作る最終製
品に要求される厚さ及び成形性等を考慮して定めるもの
であるが、通常１〜１５ｍｍ程度であり、好ましくは
１．５〜１０ｍｍである。また、スキン層とコア層の比
率、あるいはランダムマット層とクロスマット層の比率
も、最終製品に要求される性質や成形性等を考慮して適
宜選定することができる。
【００２０】本発明の繊維強化複合シート材料は、通
常、各コア層１及びスキン層３となるシート材をそれぞ
れ別個に成形し、その後、それらのシート材をプレス等
によって所定の温度（約２００〜５５０℃）に加熱しな
がら約３〜２００ｋｇ／ｃｍ2の面圧で所定時間加圧
し、接合することによって製造できる。この際、コア層
１又はスキン層３を形成するために予め成形されるシー
ト材は、補強材（強化繊維の織物、編物、チョップドス
トランドマット等）に樹脂が完全に含浸し、気泡の殆ど
無い形態のシート材であってもよいし、あるいは補強材
とマトリックス樹脂とが適当に接着しただけで内部に空
隙が残っている形態のシート材であってもよい。後者の
シート材を用いる場合には、接合工程において加圧加熱
を充分行うことにより、補強材中に樹脂を充分含浸させ
ることができる。あるいはまた、コア層１とスキン層３
を構成する各補強材及びマトリックス樹脂フィルムを所
定の順序で重ね、全体を加圧加熱することにより、コア
層とスキン層を同時に全体的に接合し、シート材料を製
造することもできる。
常、各コア層１及びスキン層３となるシート材をそれぞ
れ別個に成形し、その後、それらのシート材をプレス等
によって所定の温度（約２００〜５５０℃）に加熱しな
がら約３〜２００ｋｇ／ｃｍ2の面圧で所定時間加圧
し、接合することによって製造できる。この際、コア層
１又はスキン層３を形成するために予め成形されるシー
ト材は、補強材（強化繊維の織物、編物、チョップドス
トランドマット等）に樹脂が完全に含浸し、気泡の殆ど
無い形態のシート材であってもよいし、あるいは補強材
とマトリックス樹脂とが適当に接着しただけで内部に空
隙が残っている形態のシート材であってもよい。後者の
シート材を用いる場合には、接合工程において加圧加熱
を充分行うことにより、補強材中に樹脂を充分含浸させ
ることができる。あるいはまた、コア層１とスキン層３
を構成する各補強材及びマトリックス樹脂フィルムを所
定の順序で重ね、全体を加圧加熱することにより、コア
層とスキン層を同時に全体的に接合し、シート材料を製
造することもできる。
【００２１】クロスマット層２として使用するシート材
の成形に使用するマトリックス樹脂の形態としては、フ
ィルム、パウダー、繊維等を挙げることができ、中で
も、コスト、取り扱いの容易さの点でフィルムが適す
る。また、補強用の織物又は編物にはマトリックスに適
した表面処理を施すことが好ましい。例えば、ガラス繊
維の場合であれば、アミノシラン、エポキシシラン、メ
タクリルシラン、クロロシラン等のシランカップリング
剤で常法により表面処理が行われる。このような表面処
理を施した織物又は編物にマトリックス樹脂フィルムを
重ね、加熱加圧することにより、補強用の織物又は編物
とマトリックス樹脂とからなるシート材を形成でき、そ
れをクロスマット層２として使用できる。
の成形に使用するマトリックス樹脂の形態としては、フ
ィルム、パウダー、繊維等を挙げることができ、中で
も、コスト、取り扱いの容易さの点でフィルムが適す
る。また、補強用の織物又は編物にはマトリックスに適
した表面処理を施すことが好ましい。例えば、ガラス繊
維の場合であれば、アミノシラン、エポキシシラン、メ
タクリルシラン、クロロシラン等のシランカップリング
剤で常法により表面処理が行われる。このような表面処
理を施した織物又は編物にマトリックス樹脂フィルムを
重ね、加熱加圧することにより、補強用の織物又は編物
とマトリックス樹脂とからなるシート材を形成でき、そ
れをクロスマット層２として使用できる。
【００２２】一方、ランダムマット層３として使用する
シート材の成形に使用するマトリックス樹脂の形態とし
ても、フィルム、パウダー、繊維等があるが、このう
ち、コスト、取り扱いの容易さの点で繊維が適する。繊
維形態のマトリックス樹脂を用いる場合には、例えば、
強化繊維と樹脂繊維とを引き揃え、チョップドストラン
ドに切断し、マット状とし、全体を加熱加圧することに
より、チョップドストランドマットとマトリックス樹脂
とからなるシート材を形成できる。また、強化繊維のチ
ョップドストランドと樹脂繊維のチョップドストランド
を一緒にカーディングしてフィラメントマットを形成
し、それを加熱加圧することでフィラメントマットとマ
トリックス樹脂とからなるシート材を形成できる。この
ようにして作成したシート材はランダムマット層３とし
て使用できる。なお、樹脂繊維と混合して使用する強化
繊維としてガラス繊維を用いる場合には、ガラス繊維の
樹脂に対する接着性を高め、かつ樹脂の良好な含浸性を
高めるために、少量（数％以下）のエポキシ樹脂や、γ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドオ
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルトリメトキシシラン、ビニルトリ−β−メトキ
シエトキシシラン等のシランカップリング剤、テトラエ
チレンペンタミンジステアレート、低分子量ポリエチレ
ンエマルジョン等の潤滑剤を添加することもできる。
シート材の成形に使用するマトリックス樹脂の形態とし
ても、フィルム、パウダー、繊維等があるが、このう
ち、コスト、取り扱いの容易さの点で繊維が適する。繊
維形態のマトリックス樹脂を用いる場合には、例えば、
強化繊維と樹脂繊維とを引き揃え、チョップドストラン
ドに切断し、マット状とし、全体を加熱加圧することに
より、チョップドストランドマットとマトリックス樹脂
とからなるシート材を形成できる。また、強化繊維のチ
ョップドストランドと樹脂繊維のチョップドストランド
を一緒にカーディングしてフィラメントマットを形成
し、それを加熱加圧することでフィラメントマットとマ
トリックス樹脂とからなるシート材を形成できる。この
ようにして作成したシート材はランダムマット層３とし
て使用できる。なお、樹脂繊維と混合して使用する強化
繊維としてガラス繊維を用いる場合には、ガラス繊維の
樹脂に対する接着性を高め、かつ樹脂の良好な含浸性を
高めるために、少量（数％以下）のエポキシ樹脂や、γ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドオ
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルトリメトキシシラン、ビニルトリ−β−メトキ
シエトキシシラン等のシランカップリング剤、テトラエ
チレンペンタミンジステアレート、低分子量ポリエチレ
ンエマルジョン等の潤滑剤を添加することもできる。
【００２３】本発明の繊維強化複合材料は、例えば安全
靴先芯、織機の綜絖枠の芯材など、軽量でしかも高い強
度が要求される種々の製品の成形用シート材料として用
いることができる。特に深絞り成形及び高強度が要求さ
れる用途にきわめて好適であり、典型的な用途として安
全靴先芯を挙げることができる。図４は、本発明の繊維
強化複合シート材料を用いて成形した安全靴先芯の一例
を示している。先芯２０は、使用に際して爪先を覆うよ
うに安全靴の爪先部に合ったドーム状の形状を有する。
先芯２０のドーム状部２１の下端縁には内側に向けられ
たスカート部２２が一体に成形されている。このような
安全靴先芯の成形方法としては、前記特開平５−１４７
１４６号に記載されているような方法など、公知の方法
を用いることができる。
靴先芯、織機の綜絖枠の芯材など、軽量でしかも高い強
度が要求される種々の製品の成形用シート材料として用
いることができる。特に深絞り成形及び高強度が要求さ
れる用途にきわめて好適であり、典型的な用途として安
全靴先芯を挙げることができる。図４は、本発明の繊維
強化複合シート材料を用いて成形した安全靴先芯の一例
を示している。先芯２０は、使用に際して爪先を覆うよ
うに安全靴の爪先部に合ったドーム状の形状を有する。
先芯２０のドーム状部２１の下端縁には内側に向けられ
たスカート部２２が一体に成形されている。このような
安全靴先芯の成形方法としては、前記特開平５−１４７
１４６号に記載されているような方法など、公知の方法
を用いることができる。
【００２４】本発明の材料を用いて安全靴先芯等を製造
する場合の好適な材料構成を表１に示す。
する場合の好適な材料構成を表１に示す。
【表１】 材料の強度を保持するための強化層として、材料の剛性
を高める効果を有するガラス繊維を織成したクロス又は
一方向性のガラス繊維で補強したクロスマット層を用い
る場合、前記したように成形時に材料の流動性が低下し
てしまう。また、安全靴先芯のような深絞り成形を行う
場合、材料の剛性が高いと成形時に金型内への挿入性が
悪くなるために、クロスマット層の母材として、材料溶
融のときにランダムマット層の母材として用いたナイロ
ン６よりも軟化性を高くしたポリアミドアロイ等を使用
し、材料全体をハイブリッド（混成物）化したものを使
用する必要がある。
を高める効果を有するガラス繊維を織成したクロス又は
一方向性のガラス繊維で補強したクロスマット層を用い
る場合、前記したように成形時に材料の流動性が低下し
てしまう。また、安全靴先芯のような深絞り成形を行う
場合、材料の剛性が高いと成形時に金型内への挿入性が
悪くなるために、クロスマット層の母材として、材料溶
融のときにランダムマット層の母材として用いたナイロ
ン６よりも軟化性を高くしたポリアミドアロイ等を使用
し、材料全体をハイブリッド（混成物）化したものを使
用する必要がある。
【００２５】また、クロスマット層における強化繊維ク
ロスの枚数（ｐｌｙ数）も、金型内への挿入性と成形品
におけるボイドの発生に影響があり、表１に示すよう
に、同等の強度を達成する場合に、クロスマット層とラ
ンダムマット層に同一のマトリックス樹脂（ナイロン
６）を用いた比較材においては強化繊維クロスが８枚以
上必要であったが、本発明材の場合には５〜８枚（５枚
以上）で同等以上の強度を達成することができた。さら
に、クロスマット層における強化繊維クロスの形態は先
芯の要求特性（特に、ＪＩＳ規格Ｓ種の耐圧迫強度：
１，１００ｋｇ以上）に特に関係があり、比較材の平織
りクロスに代えて、トルコ朱子織り、又はトルコ朱子織
り＋表面処理済み（日東紡績（株）のＮＫＢ処理）の平
織りクロス、あるいは一方向材のものを使用することに
より、高い耐圧迫強度を有し、充分にＪＩＳ規格Ｓ種の
要求を満たすことができた。従って、コア層に含まれる
クロスマット層の少なくとも１枚、好ましくは半数以上
は、トルコ朱子織りされた又は一方向性の強化繊維で補
強されたクロスマット層であることが望ましい。
ロスの枚数（ｐｌｙ数）も、金型内への挿入性と成形品
におけるボイドの発生に影響があり、表１に示すよう
に、同等の強度を達成する場合に、クロスマット層とラ
ンダムマット層に同一のマトリックス樹脂（ナイロン
６）を用いた比較材においては強化繊維クロスが８枚以
上必要であったが、本発明材の場合には５〜８枚（５枚
以上）で同等以上の強度を達成することができた。さら
に、クロスマット層における強化繊維クロスの形態は先
芯の要求特性（特に、ＪＩＳ規格Ｓ種の耐圧迫強度：
１，１００ｋｇ以上）に特に関係があり、比較材の平織
りクロスに代えて、トルコ朱子織り、又はトルコ朱子織
り＋表面処理済み（日東紡績（株）のＮＫＢ処理）の平
織りクロス、あるいは一方向材のものを使用することに
より、高い耐圧迫強度を有し、充分にＪＩＳ規格Ｓ種の
要求を満たすことができた。従って、コア層に含まれる
クロスマット層の少なくとも１枚、好ましくは半数以上
は、トルコ朱子織りされた又は一方向性の強化繊維で補
強されたクロスマット層であることが望ましい。
【００２６】表１に示されているように、先芯性能を満
足できるクロスマット層（コア層）の好適な構成は、コ
ア層を構成する一方向織り織物の引張強度（ｋｇｆ／２
５ｍｍ）が縦方向（先芯の親指側から小指側への方向）
で２００以上、横方向（先芯の爪先方向）で３０以上で
あり、また、織り密度（本／２５ｍｍ）は縦方向で４０
以上、横方向で２５以上であり、またガラス質量は２１
５（ｇ／ｍ2 ）以上である。以上のことから、本発明に
よる繊維強化複合材料は、ランダムマット層中のガラス
繊維の長さと含有率（ｗｔ％）、及びクロスマット層
（コア層）の枚数（ｐｌｙ数）や織り密度（本／２５ｍ
ｍ）等を変えることにより、成形品の強度を自由に変え
ることができ、また複雑な形状の成形品の成形にも充分
に対応できることが明らかである。
足できるクロスマット層（コア層）の好適な構成は、コ
ア層を構成する一方向織り織物の引張強度（ｋｇｆ／２
５ｍｍ）が縦方向（先芯の親指側から小指側への方向）
で２００以上、横方向（先芯の爪先方向）で３０以上で
あり、また、織り密度（本／２５ｍｍ）は縦方向で４０
以上、横方向で２５以上であり、またガラス質量は２１
５（ｇ／ｍ2 ）以上である。以上のことから、本発明に
よる繊維強化複合材料は、ランダムマット層中のガラス
繊維の長さと含有率（ｗｔ％）、及びクロスマット層
（コア層）の枚数（ｐｌｙ数）や織り密度（本／２５ｍ
ｍ）等を変えることにより、成形品の強度を自由に変え
ることができ、また複雑な形状の成形品の成形にも充分
に対応できることが明らかである。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の繊維強化複合材料の安全靴の
先芯用材料としての物性、強度等の効果を具体的に確認
した幾つかの例を実施例として示すが、本発明が下記実
施例に限定されるものでないことはもとよりである。下
記表２に示すような構成の２枚のランダムマット層の間
にコア層（クロスマット層）を挟んだ状態で型枠に入
れ、これを上下鏡面板に挟んでプレス内に配置し、温度
約２６０℃、圧力約１００ｋｇ／ｃｍ2 の条件で加熱加
圧し、繊維強化複合シート材料を製造した。なお、ラン
ダムマット層としては、母材としてナイロン６を用い、
ガラス繊維の含有率（ｗｔ％）を表２に変えたものを使
用した。得られたシート材料の物性を表２に併せて示
す。
先芯用材料としての物性、強度等の効果を具体的に確認
した幾つかの例を実施例として示すが、本発明が下記実
施例に限定されるものでないことはもとよりである。下
記表２に示すような構成の２枚のランダムマット層の間
にコア層（クロスマット層）を挟んだ状態で型枠に入
れ、これを上下鏡面板に挟んでプレス内に配置し、温度
約２６０℃、圧力約１００ｋｇ／ｃｍ2 の条件で加熱加
圧し、繊維強化複合シート材料を製造した。なお、ラン
ダムマット層としては、母材としてナイロン６を用い、
ガラス繊維の含有率（ｗｔ％）を表２に変えたものを使
用した。得られたシート材料の物性を表２に併せて示
す。
【表２】
【００２８】次に、前記各シート材料から成形した先芯
について、ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に規定す
る１，１００ｋｇの圧迫荷重をかけたときの爪先の隙間
の変化を調べた。その結果を表３に示す。
について、ＪＩＳ Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に規定す
る１，１００ｋｇの圧迫荷重をかけたときの爪先の隙間
の変化を調べた。その結果を表３に示す。
【表３】 表２及び表３に示す結果から明らかなように、ランダム
マット層中のガラス繊維含有率とコア層の強化繊維クロ
スの構成を変えたことにより、明らかに強度に差異が生
じていることがわかる。
マット層中のガラス繊維含有率とコア層の強化繊維クロ
スの構成を変えたことにより、明らかに強度に差異が生
じていることがわかる。
【００２９】前記各シート材料から成形した先芯につい
て、種々の吸水率において、爪先の隙間高さが２２ｍｍ
の時の圧迫強度を測定した。その結果を図５に示す。ま
た、先芯に１，１００ｋｇの圧迫荷重をかけた時の隙間
高さの吸水率による変化を図６に示す。なお、例Ｎｏ．
１の最大吸水率は５％、例Ｎｏ．３及びＮｏ．５の最大
吸水率は４％であった。先芯は、靴内での足の発汗によ
る吸湿で圧迫強度が低下し、吸水率により明らかに強度
の差が出る。図５及び図６から明らかなように、全体的
にガラス繊維の含有率が高く、また、コア層がトルコ朱
子織りのガラス繊維で補強されたクロスマット層を含む
例Ｎｏ．３及びＮｏ．５の先芯が、例Ｎｏ．１の先芯に
比べて強度低下が少なかった。
て、種々の吸水率において、爪先の隙間高さが２２ｍｍ
の時の圧迫強度を測定した。その結果を図５に示す。ま
た、先芯に１，１００ｋｇの圧迫荷重をかけた時の隙間
高さの吸水率による変化を図６に示す。なお、例Ｎｏ．
１の最大吸水率は５％、例Ｎｏ．３及びＮｏ．５の最大
吸水率は４％であった。先芯は、靴内での足の発汗によ
る吸湿で圧迫強度が低下し、吸水率により明らかに強度
の差が出る。図５及び図６から明らかなように、全体的
にガラス繊維の含有率が高く、また、コア層がトルコ朱
子織りのガラス繊維で補強されたクロスマット層を含む
例Ｎｏ．３及びＮｏ．５の先芯が、例Ｎｏ．１の先芯に
比べて強度低下が少なかった。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、本発明の繊維強化複合材
料は、クロスマット層に用いる熱可塑性樹脂として、ラ
ンダムマット層で用いる熱可塑性樹脂よりも軟化性が高
い、すなわち軟化点が低い樹脂を用いているため、多層
複合シート材料作製時の強化繊維クロス内での樹脂の流
動性を確保でき、高い層間接着強度が得られると共に、
ボイドを発生する恐れも少なく、しかも、多層複合材料
中の強化繊維の含有率を高めることができるので軽量で
しかも高い強度を有する。また、成形性を重視した材料
から強度を重視した材料まで、幅広い物性の材料が得ら
れ、材料選択の融通性が広くなる。
料は、クロスマット層に用いる熱可塑性樹脂として、ラ
ンダムマット層で用いる熱可塑性樹脂よりも軟化性が高
い、すなわち軟化点が低い樹脂を用いているため、多層
複合シート材料作製時の強化繊維クロス内での樹脂の流
動性を確保でき、高い層間接着強度が得られると共に、
ボイドを発生する恐れも少なく、しかも、多層複合材料
中の強化繊維の含有率を高めることができるので軽量で
しかも高い強度を有する。また、成形性を重視した材料
から強度を重視した材料まで、幅広い物性の材料が得ら
れ、材料選択の融通性が広くなる。
【００３１】また、本発明の繊維強化複合材料を用いて
成形品を製造する場合、成形時の流動性に優れるため、
成形品にフクレや外観不良、強度の低下やバラツキを生
ずることがない。また、シート材料の強度に方向性がな
くしかも強化繊維の含有率が高いため、成形後にも均一
な高い強度を保持し、しかも吸湿による強度低下も抑制
される。かくして、軽量であり、成形品全体にわたって
高い強度を有し、しかも良好な外観の立体形状の成形品
を製造することができる。特に、本発明の繊維強化複合
シート材料を用いて安全靴先芯を成形した場合、ＪＩＳ
Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に規定する１，１００ｋｇ
以上の圧迫強度に耐え、しかも靴中の足の発汗による吸
湿によっても強度低下がそれ程生じない軽量な安全靴先
芯が得られる。
成形品を製造する場合、成形時の流動性に優れるため、
成形品にフクレや外観不良、強度の低下やバラツキを生
ずることがない。また、シート材料の強度に方向性がな
くしかも強化繊維の含有率が高いため、成形後にも均一
な高い強度を保持し、しかも吸湿による強度低下も抑制
される。かくして、軽量であり、成形品全体にわたって
高い強度を有し、しかも良好な外観の立体形状の成形品
を製造することができる。特に、本発明の繊維強化複合
シート材料を用いて安全靴先芯を成形した場合、ＪＩＳ
Ｔ８１０１革製安全靴Ｓ種に規定する１，１００ｋｇ
以上の圧迫強度に耐え、しかも靴中の足の発汗による吸
湿によっても強度低下がそれ程生じない軽量な安全靴先
芯が得られる。
【図１】従来の成形用シート材料の構造を示す概略部分
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の繊維強化複合材料の構造例を示す概略
部分断面図である。
部分断面図である。
【図３】朱子織りの概略説明図である。
【図４】本発明の安全靴先芯の一例を示す概略斜視図で
ある。
ある。
【図５】先芯の爪先の隙間高さが２２ｍｍの時の圧迫強
度の吸水率による変化を示すグラフである。
度の吸水率による変化を示すグラフである。
【図６】先芯に１，１００ｋｇの圧迫荷重をかけた時の
爪先の隙間高さの吸水率による変化を示すグラフであ
る。
爪先の隙間高さの吸水率による変化を示すグラフであ
る。
１ コア層 ２ クロスマット層 ３ ランダムマット層（スキン層） ４ａ，４ｂ 熱可塑性樹脂 ５ａ，５ｂ 強化繊維 ２０ 先芯
Claims (6)
- 【請求項１】 強化繊維の織物もしくは編物又は一方向
性の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層と、
ランダム状の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹
脂層とが一体的に接合された繊維強化複合材料であっ
て、上記強化繊維の織物もしくは編物又は一方向性の強
化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層に用いた熱
可塑性樹脂の軟化点が、上記ランダム状の強化繊維で補
強された繊維強化熱可塑性樹脂層で用いた熱可塑性樹脂
の軟化点よりも低いことを特徴とする繊維強化複合材
料。 - 【請求項２】 前記強化繊維の織物もしくは編物又は一
方向性の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層
の少なくとも１枚が、一方向織りされた強化繊維又は一
方向性の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂層
からなることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複
合材料。 - 【請求項３】 前記ランダム状の強化繊維で補強された
繊維強化熱可塑性樹脂層中の強化繊維の含有量が４５〜
８０重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の繊維強化複合材料。 - 【請求項４】 前記ランダム状の強化繊維で補強された
繊維強化熱可塑性樹脂層中の強化繊維が、線径９〜２３
μｍ、カット長さ１／２インチ〜２インチの繊維である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載
の繊維強化複合材料。 - 【請求項５】 前記強化繊維の織物もしくは編物又は一
方向性の強化繊維で補強された複数の繊維強化熱可塑性
樹脂層の積層体と、その両側面に一体的に接合されたラ
ンダム状の強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂
層とからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
か一項に記載の繊維強化複合材料。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の
繊維強化複合材料を加熱、加圧成形して作製した安全靴
先芯。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149719A JPH09309171A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 繊維強化複合材料及びそれから作製された安全靴先芯 |
| FR9706156A FR2748965B1 (fr) | 1996-05-22 | 1997-05-21 | Materiau composite renforce par des fibres et coquille de protection des orteils pour chaussures de securite faite de ce materiau |
| CNB971131074A CN1147397C (zh) | 1996-05-22 | 1997-05-21 | 纤维增强复合材料和由其制造的安全鞋鞋头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149719A JPH09309171A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 繊維強化複合材料及びそれから作製された安全靴先芯 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09309171A true JPH09309171A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15481331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8149719A Pending JPH09309171A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 繊維強化複合材料及びそれから作製された安全靴先芯 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09309171A (ja) |
| CN (1) | CN1147397C (ja) |
| FR (1) | FR2748965B1 (ja) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR100491800B1 (ko) * | 1997-06-11 | 2005-09-13 | 미도리안젠 가부시키가이샤 | 안전화용경량선심 |
| US7178267B2 (en) | 2003-12-12 | 2007-02-20 | Polyworks, Inc. | Method for forming footwear structures using thermoforming |
| JP2007253573A (ja) * | 2006-03-25 | 2007-10-04 | Teijin Techno Products Ltd | 表面平滑性に優れたハイブリッド複合材料とその成形方法。 |
| WO2012105716A1 (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | 帝人株式会社 | 車両骨格部材 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE10114560A1 (de) * | 2001-03-24 | 2002-09-26 | Uvex Arbeitsschutz Gmbh | Schutzschuh, Sicherheitsschuh bzw. -stiefel |
| CH696682A5 (fr) * | 2003-12-09 | 2007-09-28 | Lange Int Sa | Chaussure de sport résistante et recyclable. |
| CN100381087C (zh) * | 2003-12-10 | 2008-04-16 | 大樱企业股份有限公司 | 复合材料鞋头的制造方法及其制成的鞋头结构 |
| CN1989862B (zh) * | 2005-12-30 | 2010-05-05 | 上海杰事杰新材料股份有限公司 | 一种安全防护用鞋头及其制造方法 |
| JP2019093685A (ja) * | 2017-11-28 | 2019-06-20 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | 繊維強化積層体及びその製造方法 |
| WO2022179693A1 (en) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | GÖSSEL, Thorsten | Protective cap for footwear |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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