JPH10316771A - 複合繊維強化成形体用シート材料及びその成形体 - Google Patents

複合繊維強化成形体用シート材料及びその成形体

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JPH10316771A
JPH10316771A JP9139190A JP13919097A JPH10316771A JP H10316771 A JPH10316771 A JP H10316771A JP 9139190 A JP9139190 A JP 9139190A JP 13919097 A JP13919097 A JP 13919097A JP H10316771 A JPH10316771 A JP H10316771A
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JP
Japan
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sheet material
resin
fibers
reinforcing
fiber
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JP9139190A
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Naoto Sugano
直人 菅野
Mikiya Fujii
幹也 藤井
Arata Kasai
新 河西
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Nitto Boseki Co Ltd
Original Assignee
Nitto Boseki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数種の補強繊維を用いる複合繊維強化成形
体用シート材料において、シート材中の補強繊維の混合
比が一定であり、強度のバラツキの少ない複合繊維強化
成形体用シート材料の提供を目的とする。 【解決手段】 複数種の補強繊維で補強された成形体用
シート材料の補強繊維がチョップドストランドの状態で
あり、そのチョップドストランドが一定割合で引き揃え
られた複数の補強繊維束からなり、成形体用シート材料
のマトリックスである熱可塑性樹脂中にランダムに配置
されている複合繊維強化成形体用シート材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂をマ
トリックスとするコンポジット用材料に関するものであ
り、特に複数種の補強繊維を有する複合繊維強化成形体
用シート材料に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、熱可塑性樹脂をマトリックスとす
る繊維強化成形体が広範囲に使用されるようになってき
ている。これに合わせて成形体に要求される特性も種々
の特性が求められると共に、各特性値に要求される値も
ある範囲をもって要求されるようになってきている。A
CMのように極限の強度を求められるものからそれ程の
強度を必要としないものまで、用途の広がりと共に各特
性値に対する要求範囲も広がってきている。このような
状況において、複数種の補強繊維を強化材として用いる
ことが検討されている。例えば、複数種の不連続な補強
繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状成形材料の製
造方法として、複数種の連続した補強繊維及び熱可塑性
樹脂からなる繊維をカットした後、両者を散布、積層
し、熱プレス成形により熱可塑性樹脂を含浸させシート
材料を得る方法、または、カットした複数種の補強繊維
を一定量積層したものに、熱可塑性樹脂フィルムを積層
した後、熱プレス成形により熱可塑性樹脂を含浸させシ
ート材料を得る方法等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法で得られるシート材料は、シート材中の各補強繊維の
割合を一定にすることが困難であり、また、熱可塑性樹
脂の含浸性の点から、補強繊維含有率も比較的低いもの
となってしまい、その結果得られる機械的特性について
も所望の特性が得られないことや、また、ばらつきが大
きくなる場合があるという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、前記課題
の解決のため鋭意研究の結果、複数種の補強繊維で補強
された成形体用シート材料において、補強繊維がチョッ
プドストランドの状態であり、該チョップドストランド
が一定割合で引揃えられた複数種の補強繊維束からな
り、且つ、前記成形体用シート材料のマトリックスであ
る熱可塑性樹脂中にランダムに配置されている複合繊維
強化成形体用シート材料とすることにより前記課題の解
決が可能であることを見出だしたものである。また、前
記シート材料において、チョップドストランドがマトリ
ックスである熱可塑性樹脂に含浸された状態の複合繊維
強化成形体用シート材料とすることにより、さらに良好
な課題の解決が可能であることを見出だしたものであ
る。本発明のシート材料において、補強繊維はガラス繊
維、炭素繊維、有機繊維から選ばれた組み合わせのもの
であり、補強繊維の体積含有率が20%から65%であ
ることを特徴とするものである。さらに、請求項1から
4記載のシート材料によって成形された複合繊維強化成
形体も本願発明に含まれる。
【0005】
【発明の実施の形態】本願の第一発明は、一定の割合で
引き揃えられた複数の補強繊維束をチョップドストラン
ドの状態でマトリックスである熱可塑性樹脂中にランダ
ムに配向した状態にある複合繊維強化成形体用シート材
である。本発明の成形体用シート材の材料構成として
は、マトリックスの熱可塑性樹脂としてはポリオレフィ
ン系樹脂(PP,PE等),ポリカーボネート,ポリエ
ステル,ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド,ポ
リエーテルスルホン,ポリエーテルイミド,ポリエーテ
ルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂を用いることができ
る。複数の補強繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維な
どの無機繊維と、有機繊維を組み合わせたものや、ガラ
ス繊維と炭素繊維のような無機繊維同志の組み合わせ、
または、例えば、ガラス繊維でのE−ガラス繊維とS−
ガラス繊維との組み合わせや、異なる表面処理のガラス
繊維の組み合わせ等、同種の補強繊維での仕様別の組み
合わせでもよい.
【0006】本願の第一発明の成形体用シート材は、以
下に示すような方法により製造することができる。一定
の割合で引き揃えられた複数の補強繊維束に図1及び図
2に示すようなコーティング装置を用い、繊維束の周囲
に溶融熱可塑性樹脂をコーティングする。図1は本願の
成形体用シート材の製造に用いられる樹脂被覆チョップ
ドストランドを得るためのコーティング装置の概略を示
す。コーティング装置は、複数の補強繊維の巻出し部、
押出し機6,押出し機6の先端に取り付けられたコーテ
ィング用ダイス7,冷却部13及びカッター8から構成
されている。図2は、コーティング用ダイスの中心部に
おける垂直方向の断面図を示す。巻出し部から巻出され
た複数の補強繊維2,3は引き揃えられて、コーティン
グ用ダイス7に導入される。ダイス7は押出し機6の先
端に取付けられており、押出し機6に投入された熱可塑
製樹脂4が溶融混練され、溶融樹脂4´となりダイス7
内に圧入される。
【0007】また、ダイス内に導入された補強繊維束
は、通糸部11を通りダイスの先端部である樹脂吐出部
12からダイス外に引き出される。その際、樹脂吐出部
からチューブ状に吐出された溶融樹脂に包囲されるよう
に接触し、コーティングされ樹脂被覆補強繊維束5が得
られる。コーティングされた繊維束を冷却後、カッター
8により一定長さに切断し樹脂被覆チョップドストラン
ド1が得られる。このようにして得られた樹脂被覆チヨ
ツプドストランドを移動するコンベア上に散布しマット
状とする。このマット状体を加熱プレスすることによ
り、被覆樹脂同志を融着させ本願発明の成形体用シート
材が得られる。従って、本願発明の成形体用シート材
は、被覆樹脂どうしが融着した程度でシート材を形成し
ているものから、繊維束中にほぼ完全にマトリックス樹
脂が含浸した状態で、被覆樹脂どうしが一体化した状態
のものまでをその対応として含む。 本願の請求項2の
発明は、前記した対応の中で繊維束中に樹脂が含浸した
状態の場合をいう。
【0008】このような方法で製造することにより、複
数種の補強繊維の混合割合を一定とすることができ、ま
た、樹脂のコーティング条件を制御することにより、樹
脂と補強繊維の比率もほぼ一定にすることができ、従来
技術に見られた場所による補強繊維混合比率の変動や、
樹脂含有率のバラツキを少なくすることができる。その
結果、特性値の場所によるバラツキが少なく、材料構成
からの設計強度に近い特性値を有する成形体用シート材
を得ることができ、要求強度と設計強度との間の安全率
を小さくすることができるため、価格効率の優れた成形
体を製造することができる。本願の成形体用シート材中
における複数種の補強繊維のカット長は10〜50m
m,好ましくは18〜30mm程度である。カット長が
10mmより小さい場合は、補強効果が十分に発揮され
ず、また、50mmより大きい場合は、切断された樹脂
被覆チヨツプドストランドをマット状に分散させる場合
に均一な分散をさせることが難しい。
【0009】また、本願のシート材に用いられる補強繊
維のフィラメント径は3〜27μmで、好ましくは7〜
20μmの範囲の補強繊維が用いられ、フィラメント数
としては10〜20000本、好ましくは1000〜1
5000本である。本願のシート材における補強繊維の
体積含有率は請求項4にあるように20〜65%の範囲
であり、好ましくは30〜60%である。体積含有率が
20%より小さいと補強効果が十分でなく、複数種の補
強繊維を使用する意義が薄れる。体積含有率が65%よ
り大きい場合は、樹脂の含浸が完全に行われにくくなり
65%の場合より強度特性が低下し、成形体の表面状態
も悪くなる。また、本願のシート材の厚さは0.5〜
5.0mmであり、好ましくは1.5〜4.0mmの範
囲である。本願の請求項5の成形体は、請求項1から4
の複合繊維補強成形体用シート材から成形される。用い
られている樹脂の種類により予熱され、型に挿入され熱
プレスにより賦形される。その後型から外して、又は型
内で冷却し本願の成形体が得られる。
【0010】
【実施例】 (1)補強繊維 ガラス繊維 E−ガラスロービング RS57PR481[日東紡績(株)製] フィラメント径 13μm テックス番手 570テックス 炭素繊維 T700SC [東レ(株)製] フィラメント径 7.5μm テックス番手 800テックス ガラス繊維と炭素繊維の混合比(体積比) 1:2 (2)マトリックス樹脂 ナイロン6 アミランCM1017 [東レ(株)製] (3)コーティング工程 押出し機先端に図2のようなダイスを取り付け、その中
心に,の繊維束を引き揃えて通し、ダイスの出口端
部から樹脂を吐出し、繊維束の周囲に樹脂を被覆した。
コーティング条件は、押出し機温度280℃、樹脂吐出
量63g/min、コーティング速度80m/minで
行った。 (4)シート材製造工程 (3)で得られた樹脂被覆繊維束を24mmにカット
し、そのチヨップドストランドを成形用型枠に散布した
後、成形温度270℃、成形圧力20kgf/cm2
ホールド時間20分で成形し本願の成形体用シート材を
得た。補強繊維の体積含有率は50%、厚さは3.2m
mであった。
【0011】<比較例>実施例と同様な材料を用いそれ
ぞれ個別に樹脂被覆を行った後、各チョップを混合し、
実施例と同様の成形条件で成形を行い成形体用シート材
料を得た。 [評価]実施例及び比較例で得た成形体用シート材につ
いて、曲げ試験及びIzod衝撃試験を行った。その結果
を、表1に示す。曲げ試験はJIS K 7203に準
じて行った。 サンプル ;幅25mm×長さ70mm×厚み3.2m
m 支点間距離; 51.2mm 試験速度 ; 5mm/min 衝撃試験はJIS K 7110に準じて行った。 サンプル ;幅12.7mm×長さ64mm×厚み3.
2mm(ノッチ無し)
【0012】
【表1】
【0013】
【発明の効果】本発明により、複数種の補強材を含有し
たシート状成形体用材料において、補強材割合や補強繊
維含有率のバラツキが少なく、且つ、補強繊維含有率の
比較的高いシート状成形体用材料を提供することができ
る。この結果として、本発明のシート状成形体用材料を
用いることにより、強度面やその他の特性における多様
な要求に対応することができ、更に、成形体に対する設
計強度の安全率を小さくすることができ、それだけ材料
コストを低減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願に用いられる樹脂被覆チョップドストラン
ドの製造工程図
【図2】コーティング用ダイスの断面図
【符号の説明】
1. 樹脂被覆チョップドストランド 2,3.補強繊維束 4. 熱可塑製樹脂 5. 樹脂被覆繊維束 6. 押出し機 7. コーティング用ダイス 8. カッター 11.通糸部 12.樹脂吐出部 13.冷却部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B29K 307:04 309:08 B29L 7:00

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数種の補強繊維で補強された成形体用
    シート材料において、補強繊維がチョップドストランド
    の状態であり、該チョップドストランドが一定割合で引
    揃えられた複数種の補強繊維束からなり、且つ、前記成
    形体用シート材料のマトリックスである熱可塑性樹脂中
    にランダムに配置されていることを特徴とする複合繊維
    強化成形体用シート材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のシート材料において、チ
    ョップドストランドがマトリックスである熱可塑性樹脂
    に含浸されていることを特徴とする複合繊維強化成形体
    用シート材料。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のシート材料にお
    いて、補強繊維がガラス繊維、炭素繊維、有機繊維から
    選ばれた組み合わせのものであることを特徴とする複合
    繊維強化成形体用シート材料。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載のシート材料にお
    いて、補強繊維の体積含有率が20%から65%である
    ことを特徴とする複合繊維強化成形体用シート材料。
  5. 【請求項5】 請求項1から4記載のシート材料によっ
    て成形されたことを特徴とする複合繊維強化成形体。
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