JPH10315339A - 異形断面複合材の製造方法及び異形断面複合材の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成型時に変形や破壊のない異形断面複合材の
提供 【解決手段】 熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂
に強化繊維がランダムに配置された繊維強化シート１
を、稜線部を有する異形断面に成形する成形工程におい
て、繊維強化シート１に被覆用の熱可塑性樹脂を被覆す
る異形断面複合材の製造方法であって、成形工程に入る
前に、繊維強化シート１の成型形状の稜線部分に沿っ
て、強化繊維を分離しておくことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，折り曲げ部分を有
する異形断面複合材の製造方法並びに製造装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば軒樋等のように繊維で強化
された熱可塑性樹脂の異形断面製品を製造する方法とし
ては、ランダムに配向した非連続強化繊維を熱可塑性樹
脂中に含有させてシートを連続的に形成し、其の片面又
は両面に熱可塑性樹脂を被覆する方法が知られている。
このような繊維で強化した熱可塑性樹脂の異形断面製品
の製造方法にあっては、その繊維強化シートに賦形する
場合、ロールを転動させながら繊維強化シートを押圧す
ることによって成形を行うロールフォーミングや、所定
の形状の複数のダイス状の型を通すシューフォーミング
により段階的に賦形を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、繊維強化材の
ように弾性率の高いシートを小さな曲率半径で角部を設
けると、角部の破れ或いは変形の発生、或いはスプリン
グバックにより所定形状が得られないことがある。

【０００４】このような破壊や変形を防ぐために、当該
シートを加熱して樹脂を軟化状態にしてから賦形を行う
が、シート全体の弾性率、強度が低下するために、賦形
・樹脂被覆時にシートが破壊することがある。又、加熱
温度が高すぎると、強化繊維の保持力が弱くなり、繊維
が毛羽立ったりシートの厚みが増大するという問題も発
生する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１の異形断面複合材の製造方法は、
熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に強化繊維がラ
ンダムに配置された繊維強化シートを、稜線部を有する
異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹脂を被覆する
異形断面複合材の製造方法であって、前記異形断面の成
形工程前に、前記繊維強化シートの成型形状の稜線部分
に沿って、前記強化繊維を分離しておくことを特徴とす
る。

【０００６】本発明の請求項２の異形断面複合材の製造
方法は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に強化
繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜線部
を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹脂を
被覆する異形断面複合材の製造方法であって、前記異形
断面の成形工程前に、前記繊維強化シートの成形形状の
稜線部分に沿って、前記強化繊維とマトリックス樹脂と
をあらかじめ剥離させておくことを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項３の異形断面複合材の製造
方法は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に強化
繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜線部
を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹脂を
被覆する異形断面複合材の製造方法であって、前記異形
断面の成形工程前に、前記繊維強化シートの稜線部分に
沿ってあらかじめ凹みを設けておくことを特徴とする。

【０００８】本発明の請求項４の異形断面複合材の製造
装置は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に強化
繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜線部
を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹脂を
被覆する異形断面複合材の製造装置であって、前記繊維
強化シートを異形断面に賦形する手段の前に、前記繊維
強化シートに異形断面の稜線部に予定される部位に、前
記強化繊維の応力を抑制するための筋を形成する手段が
設けられていることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項５の異形断面複合材の製造
装置は、請求項４の異形断面複合材の製造装置におい
て、前記筋を形成する手段は、前記繊維強化シートの表
面に押し当てる棒状部材と前記繊維強化シートを支える
テーブルからなることを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項６の異形断面複合材の製造
装置は、請求項４の異形断面複合材の製造装置におい
て、前記筋を形成する手段は、前記繊維強化シートの表
裏を挟圧する一対のローラからなり、この一対のローラ
の一方にリング状の凸部が形成され、一対のローラの他
方に前記凸部に対応してリング状の凹部が形成されてい
ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１〜請求項３の異形断面複合材
の製造方法並びに請求項４〜請求項６の異形断面複合材
の製造装置によれば、続けて、ロールフォーミングやシ
ューフォーミングにより賦形を行う際に、スプリングバ
ックや割れを発生することなく、希望する位置に一定の
角度で確実にシャープな角部又は曲率半径の小さい湾曲
部を設けることができ、樹脂被覆を行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
る異形断面複合材の製造方法並びに製造装置を図面に基
づいて説明する。

【００１３】図１はこの異形断面複合材の製造装置を示
したものである。この異形断面複合材の製造装置は、強
化繊維をマトリックス樹脂中に混入させた繊維強化シー
ト１を繰り広げて平らなテーブル２上に展開する。

【００１４】次に、図２に示すように、テーブル２上の
繊維強化シート１上の異形断面の稜線部と予定される部
位に、曲率半径がφ３ｍｍ以下の先端部を有する棒状部
材３の先端部を当て、繊維強化シート１を長手方向に移
動させる。この棒状部材３とテーブル２は繊維強化シー
ト１に異形断面複合材の稜線部を形成するための筋を形
成する手段を構成している。

【００１５】棒状部材３の下流側には、図１に示すよう
に、ロール３ａが配備されており、棒状部材３が筋を形
成する際に繊維強化シート１を押さえている。棒状部材
３の先端部が繊維強化シート１に押圧されると、図３に
示すように、弾性を有するテーブル２の表面が凹む。繊
維強化シート１が引かれることにより、繊維強化シート
１の異形断面の稜線部となる位置に、移動方向に沿って
溝状の筋４が形成される。

【００１６】繊維強化シート１の表面に稜線部１を形成
するための溝状の筋４が形成された後に、成形工程に入
る。この成形工程には、異形断面形状の複合材を形成す
るために、複数のフォーミングシュー５ａ〜５ｄが備え
られており、フォーミングシュー５ａ〜５ｄには繊維強
化シート１を通過させて徐々に樋状に形成する引き抜き
穴がそれぞれ形成されている。フォーミングシュー５ａ
〜５ｄを通過して樋状の矩形断面に形成された繊維強化
シート１は、樹脂を被覆するための押出金型６に導入さ
れる。押出金型６には押出金型６の側方に配置された押
出機７から被覆用の熱可塑性樹脂が押出され、樋状の異
形断面に成形された繊維強化シート１の表面に熱可塑性
樹脂が溶着する。この押出機７のホッパ８には繊維強化
シート１の表面に溶着される熱可塑性樹脂のペレットが
投入される。

【００１７】押出金型６にて繊維強化シート１の表面に
熱可塑性樹脂が溶着されて、図４に示されるような異形
断面複合材９として成型される。異形断面複合材９の芯
となる部分は繊維強化シート部分９ｂであり、繊維強化
シート部分９ｂの表面に被覆用の熱可塑性樹脂９ａが被
覆されている。

【００１８】異形断面複合材９は、樹脂を冷却して固化
する冷却サイジング部１０にて通され、冷却されて形状
が固められると共に、図示しない引き抜き手段により引
き出される。冷却サイジング部１０にて固化して引き出
された異形断面複合材９は、所定の長さに切断される。

【００１９】尚、上記の本発明に用いる熱可塑性樹脂か
らなるマトリックス樹脂に強化繊維がランダムに配置さ
れた繊維強化シートの製造方法は、特に限定されない
が、例えば、繊維状の熱可塑性樹脂と強化繊維からなる
マット状組成物を、当該熱可塑性樹脂の溶融温度以上に
加熱し、当該熱可塑性樹脂が溶融状態にあるとき加圧
し、その後冷却することにより、シート化する方法があ
る。

【００２０】強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊
維、金属繊維やウィスカー、セラミック等の無機繊維の
他に、アラミドなどの有機繊維等、通常複合素材の補強
に用いられるものであればよい。また、強化繊維の径、
長さ、形状、量は特に限定されず、必要に応じて適宜選
択される。

【００２１】強化繊維に含浸されるマトリックス樹脂と
しては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフ
ィン樹脂、及びこれらの共重合体や変性体、ポリ塩化ビ
ニル、アクリル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポ
リアミド等の汎用樹脂、エンジニアリングプラスチック
等、及びそれらの共重合体や変性体、それらのブレンド
ポリマーなど複合素材として用いられる熱可塑性樹脂で
あれば良い。

【００２２】また、押出金型において繊維強化シートの
表面を被覆する樹脂は、繊維強化シートの熱可塑性樹脂
に融着若しくは接着可能なものであれば限定されない。

【００２３】上記の実施の形態の異形断面複合材の製造
方法において、稜線部における強化繊維の分離は、局所
的に応力を与える等により、破断若しくは切断すること
ができる。局所的に応力を加える場合、異形断面の稜線
部となる部位の強化繊維とマトリックス樹脂との界面す
べてが破断している必要はなく、強化繊維の稜線部とな
る部位の長さに対して１０〜８０パーセントの部位がマ
トリックス樹脂と分離しているのが好適である。

【００２４】稜線部の長さに対して分離部分の比率が１
０パーセント未満であると、賦形時の破壊、変形に対す
る抑制効果が低く、分離部分の比率が８０パーセントを
超すと、繊維強化シートの強度低下が大きく、操作時に
破れ易くなる。

【００２５】また、上記の実施の形態の異形断面複合材
の製造方法において、強化繊維シートにおいて稜線部と
なる部位の界面を剥離させる場合には、局所的に剪断力
を与えたり、繊維強化シート作成時に強化繊維表面の一
部に樹脂との接着を阻害する材料を塗布するなどして行
うことができる。

【００２６】稜線部となる部位の強化繊維とマトリック
ス樹脂との界面すべてが剥離している必要はなく、稜線
部の長手方向における強化繊維とマトリックス樹脂との
剥離部分の比率が２０〜９０パーセントとされているこ
とが好ましい。剥離の程度が２０パーセント未満である
と、繊維強化シートの賦形時の破壊や変形に対する抑制
効果が低く、剥離の程度が９０パーセントを越えると繊
維強化シートの強度低下が大きく、操作時に破れやすく
なる。

【００２７】また、上述の製造方法においては、ゴム弾
性のあるテーブル２に繊維強化シート１を設置し、繊維
強化シート１の稜線部となる部分に、先端部にφ３ｍｍ
以下の曲率半径を持つ棒状部材３、若しくは、先端部に
角部を持つ棒状部材等を、繊維強化シート１の降伏応力
以上の力をもって押しつけた状態とし、繊維強化シート
１の長手方向に棒状部材３を移動させているが、繊維強
化シート自体を稜線部の長手方向に移動させてもよい。
これにより、強化繊維の分離を行うことができる。尚、
この工程によりシート表面が荒れた場合には繊維強化シ
ートをマトリックス樹脂軟化温度以上に加熱した後にロ
ールなどにより加熱することにより、表面の平滑性を上
げることができる。

【００２８】次に、図５は、上記の実施の形態の棒状部
材３，３に代えて、繊維強化シート１をフォーミングシ
ュー５ａ〜５ｄに通過させる前に、折曲稜線部を前処理
するロール１１，１３により繊維強化シート１を挟圧す
るものである。ロール１１の周面には半円状断面の凸部
１２が形成され、ロール１１に対応するロール１３には
凸部１２に対応する位置に、図６に示すように、凸部１
２より大きな半径の凹部１４が形成されている。繊維強
化シート１をロール１１，１３間を通過させて挟圧する
と、繊維強化シート１の表面に稜線部を形成するための
筋４が形成される。

【００２９】なお、上記の図１〜図５に示す実施の形態
の製造方法においては、繊維強化シート１を異形断面に
形成する工程前に、異形断面の稜線部となる部位に筋を
形成したが、ロール状に券回された繊維強化シート１に
予め稜線部形成用の筋を設けても良い。

【００３０】この繊維強化シート１に予め凹みを設ける
場合には、稜線部となる部位をマトリックス樹脂の軟化
温度以上に加熱し、周面に突起を形成したローラ等を稜
線部となる部位に押しつけた後、冷却固化することによ
り得られる。繊維強化シートの製造時に同時に凹みを設
けても良い。

【００３１】この凹みの大きさは繊維強化シートの厚
み、賦形時の折曲角度により適宜選択されるが、通常
０．２ｍｍであることが望ましい。凹みの大きさ０．２
ｍｍ未満であると、賦形時に破壊や変形に対する抑制効
果が低く、２ｍｍを越えると、賦形、樹脂被覆後の製品
外観へ与える影響が大きい。

【００３２】なお、例えば長さ５〜５００ｍｍの強化繊
維と熱可塑性樹脂繊維とを不織布状にランダムに配置
し、繊維強化シートの折曲稜線部となる部位にシリコン
オイルを塗布して剥離可能としておき、繊維状の熱可塑
性樹脂をその軟化温度以上に加熱した後、若しくは熱可
塑性樹脂の軟化温度に加熱しながら、一対のローラの間
に挟んで加圧してもよい。

【００３３】さらに、長さ５〜５００ｍｍの強化繊維と
熱可塑性樹脂繊維とを不織布のようにランダムに配置
し、熱可塑性樹脂の軟化温度以上の加熱した後、若しく
は熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱しながら、円周上
に凸部を持つローラ１１と凹部を持つローラ１３の間に
挟んで加圧することにより、熱可塑性樹脂と強化繊維と
を一体化させ、繊維強化シート１とすると共に、繊維強
化シート１の希望位置に予め連続して凹みを設けておく
こともできる。

【００３４】[実験例１]次に、この実施の形態の実験例
及び比較例につき説明する。

【００３５】直径１０μm、繊維長２０〜２００ｍｍの
炭素繊維と、繊維長２０〜２００ｍｍの熱可塑性ポリエ
ステル繊維（ＰＥＴ樹脂製）とをエアーにより混合し、
不織布状体のマットとする。次に、このマットを２３０
度ｃに加熱し、続けてローラにより加圧することにより
厚さ０．５ｍｍの繊維強化シート１を得た。このときの
強化繊維含有率は４０重量パーセントだった。

【００３６】この繊維含有シート１を図１、図２に示す
棒状部材３，３並びにテーブル２を用いて折り曲げ稜線
部の繊維を破断させた後、図１に示す製造装置を用いて
賦形、樹脂（ポリ塩化ビニル）被覆を行い、図４に示す
異形断面複合材９を得た。

【００３７】[実験例２]実験例２では、直径約１０μ
m、繊維長２０〜２００ｍｍの炭素繊維と繊維長約２０
〜２００ｍｍの熱可塑性ポリエステル（ＰＥＴ繊維）と
をエアーにより混合し、不織布状態のマットとした後、
２３０度Ｃに加熱し、続けてローラにより加圧すること
により厚さ０．５ｍｍの繊維強化シートを得た。このと
きの強化繊維含有率は４０重量パーセントであった。

【００３８】この繊維強化シート１を図１，２に示す装
置を用いて賦形し、樹脂（ポリ塩化ビニル）被覆を行っ
た。

【００３９】[実験例３]実験例３では、直径約１０μ
m、繊維長２０〜２００ｍｍの炭素繊維と繊維長約２０
〜２００ｍｍの熱可塑性ポリエステル（ＰＥＴ繊維）と
をエアーにより混合し、不織布状態のマットとした後、
２３０度Ｃに加熱し、続けて図５に示すローラ１１，１
３により加圧することにより厚さ０．５ｍｍの繊維強化
シートを得た。このときの強化繊維含有率は４０重量パ
ーセントであった。

【００４０】この繊維強化シート１を図１，２に示す設
備を用いて賦形、樹脂（ポリ塩化ビニル）被覆を行っ
た。

【００４１】[比較例１]比較例１は、繊維強化シート１
の折り曲げ稜線部の繊維を破断させなかった他は実験例
１と同様である。

【００４２】[評価]賦形による折り曲げ部の座屈、破壊
の観察と、樹脂被覆後の縮拡径量測定を行った。

【００４３】 [試験結果]以上の実験例と比較例とを比較すると、熱可
塑性樹脂中に非連続繊維がランダムに配置された繊維強
化シート１を角部を持つ異形断面形状に賦形する際、破
壊、変形なく安定して賦形出来、繊維強化シート１のス
プリングバックによる製品の変形を抑制することができ
た。

【００４４】

【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項３の異形断面
複合材の製造方法及び請求項４の異形断面複合材の製造
装置によれば、熱可塑性樹脂中に非連続繊維がランダム
に配置された繊維強化シートを角部を持つ異形断面形状
に対して、続けて、ロールフォーミングやシューフォー
ミングにより賦形を行う際に、繊維強化シートの割れな
どの破壊やスプリングバックによる変形を生じさせるこ
となく安定して賦形を行うことが出来、希望する位置に
一定の角度で確実にシャープな角部又は曲率半径の小さ
い湾曲部を設けることができる。また、変形が少なく異
形断面を維持できるので、軒樋や配管或いは建物の外装
用材料或いは乗り物、戸外設備などの外装材などに適用
した場合には、熱収縮の蓄積などによる損傷や変形が少
なく外観を維持する持続性が良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に関わる異形断面複合材の
製造装置の概略図

【図２】図１の製造装置のフォーミングシューの前に配
置される棒状部材の斜視図

【図３】図１，図２の棒状部材とテーブルにより繊維強
化シートに筋を形成している状態の模式図

【図４】図１の製造装置により成形された異形断面複合
材の稜線部を示す断面図

【図５】繊維強化シートの稜線となる部位に筋を形成し
ている状態のローラの斜視図

【図６】図５において繊維強化シートに形成される筋と
ローラの挟圧状態を示す部分断面図

【符号の説明】

１ 繊維強化シート ２ テーブル ３ 棒状部材 ４ 筋 ５ａ〜５ｄ フォーミングシュー ６ 押出金型 ７ 押出機 ８ ホッパ ９ 異形断面複合材 １０ 冷却サイジング部 １１ ロール １２ 凸部 １３ ロール １４ 凹部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に
   強化繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜
   線部を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹
   脂を被覆する異形断面複合材の製造方法であって、 前記異形断面の成形工程前に、前記繊維強化シートの成
   型形状の稜線部分に沿って、前記強化繊維を分離してお
   くことを特徴とする異形断面複合材の製造方法。
2. 【請求項２】熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に
   強化繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜
   線部を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹
   脂を被覆する異形断面複合材の製造方法であって、 前記異形断面の成形工程前に、前記繊維強化シートの成
   形形状の稜線部分に沿って、前記強化繊維とマトリック
   ス樹脂とをあらかじめ剥離させておくことを特徴とする
   異形断面複合材の製造方法。
3. 【請求項３】熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に
   強化繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜
   線部を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹
   脂を被覆する異形断面複合材の製造方法であって、 前記異形断面の成形工程前に、前記繊維強化シートの稜
   線部分に沿ってあらかじめ凹みを設けておくことを特徴
   とする異形断面複合材の製造方法。
4. 【請求項４】熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂に
   強化繊維がランダムに配置された繊維強化シートを、稜
   線部を有する異形断面に成形し、その周囲に熱可塑性樹
   脂を被覆する異形断面複合材の製造装置であって、 前記繊維強化シートを異形断面に賦形する手段の前に、
   前記繊維強化シートに異形断面の稜線部に予定される部
   位に、前記強化繊維の応力を抑制するための筋を形成す
   る手段が設けられていることを特徴とする異形断面複合
   材の製造装置。
5. 【請求項５】請求項４の異形断面複合材の製造装置にお
   いて、前記筋を形成する手段は、前記繊維強化シートの
   表面に押し当てる棒状部材と前記繊維強化シートを支え
   るテーブルからなることを特徴とする異形断面複合材の
   製造装置。
6. 【請求項６】請求項４の異形断面複合材の製造装置にお
   いて、前記筋を形成する手段は、前記繊維強化シートの
   表裏を挟圧する一対のローラからなり、この一対のロー
   ラの一方にリング状の凸部が形成され、一対のローラの
   他方に前記凸部に対応してリング状の凹部が形成されて
   いることを特徴とする異形断面複合材の製造装置。