JPH1086287A - 複数の特定因子の影響を受けないプラスチック材の製造方法及び同製造方法に基づいて製造されたプラスチック材 - Google Patents

複数の特定因子の影響を受けないプラスチック材の製造方法及び同製造方法に基づいて製造されたプラスチック材

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JPH1086287A
JPH1086287A JP9138525A JP13852597A JPH1086287A JP H1086287 A JPH1086287 A JP H1086287A JP 9138525 A JP9138525 A JP 9138525A JP 13852597 A JP13852597 A JP 13852597A JP H1086287 A JPH1086287 A JP H1086287A
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グンケルマン アール．フランク
C Jambois John
シー．ジャンボイス ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来技術に付随する多くの問題点を解消した強
化プラスチック材の製造方法及び同製造方法に基づいて
製造された製品を提供すること。 【解決手段】本発明の方法は樹脂に浸された繊維材料を
第１のダイ38を通じて延伸させ、さらには形成された合
成物を部分的に硬化させることにより基材を形成する第
１の工程を含み、これにより基材の最終形状が維持され
る。被覆される表面はアクリル化合物を結合させるフリ
ー・ラジカル（結合位置）を形成すべく処理される。次
いで、アクリル化合物は基材上にコーティングを直接形
成すべく同基材に加えられる。コーティングは部分的に
硬化し、かつ表面処理が施された基材を押出成形クロス
ヘッド・ダイ48に通すことにより実施される。基材の硬
化が促進され、アクリル化合物コーティングは基材に対
して直接結合される。本発明は本発明の方法に基づいて
製造された繊維強化プラスチック材を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は引抜成形プラスチッ
ク材の製造に関する。より詳細には、本発明は使用環境
において日光、気候及び他の有害な因子に露出される窓
及びドア等に使用する引抜成形プラスチック材を製造す
る技術に関する。本発明の特定の焦点は耐候性、紫外線
耐性、耐久性及び装飾性を有するコーティングを備えた
繊維強化プラスチック材の製造にある。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】最も高
い紫外線耐性を有する２つのプラスチックとしては、ア
クリル樹脂及びフッ素重合体が挙げられる。両プラスチ
ックを薄い耐候性コーティングとして使用する場合、同
プラスチックには幾つかの問題点がある。フッ素重合体
は製造コストが高い。更に、フッ素重合体は物理的に柔
らかい。このため、同フッ素重合体は殆どの屋外耐候性
コーティングとしての使用が困難であり、かつ高価であ
る。
【０００３】その一方、アクリル樹脂は比較的安価であ
る。しかし、アクリル樹脂は物理的に硬く、かつ脆弱で
ある。フッ素重合体及びアクリル樹脂はいずれも溶剤型
ペイント系（Solvent-bornepaint systems）に使用され
ている。溶剤型ペイント系内において、フッ素重合体及
びアクリル樹脂はウレタン、ラテックス及びアルキド樹
脂等の更に適切な基材樹脂によって保持された着色小板
（Small pigmented platelets）を形成している。フッ
素重合体小板及びアクリル樹脂小板は紫外線耐性を有す
る。その一方、溶剤型コーティング系または水性コーテ
ィング系（即ち、ペイント）の支持体樹脂、即ち基材樹
脂は紫外線耐性を有さない。このため、同支持体樹脂、
即ち基材樹脂は前記のコーティングの寿命を制限する一
因といえる。
【０００４】更に、これらのコーティング系は揮発性有
機化合物を大量に使用する。揮発性有機化合物は環境汚
染物質として規制されているうえ、処分に高い費用を要
する。アクリル樹脂の分子量の増大にともなって、同ア
クリル樹脂の耐候性が増大することは広く知られてい
る。しかし、メルト・フロー・レート（任意の温度及び
圧力下において、任意の時間内で流動する量を示す）は
分子量の増大にともなって低下する。このため、アクリ
ル樹脂の取り扱いが容易になるに従い（即ち、高いメル
ト・フロー・レートを有する場合）、同アクリル樹脂は
耐候性が低下するとともに、脆弱になる。従って、熱可
塑性アクリル樹脂の最も一般的な耐候性用途としては、
ポリメタクリル酸メチル（以下、ＰＭＭＡと称する）等
の高い分子量を有する厚いプレクシグラス（Plexiglas
s）のシートが挙げられる（即ち、カレンダーで圧延し
た２〜１０ミルの薄いフィルムとしてのプレクシグラ
ス）。この種のフィルムはビニール等の基材フィルムと
ともにカレンダーで圧延される。ビニール等の基材フィ
ルムは更に砕け難く、かつ取扱いが容易な一方で、更に
低い耐候性を有する。例えば、高分子ＰＭＭＡは８ミル
の厚さを有する密着した２つの層（ＰＭＭＡ及びビニー
ルはそれぞれ４ミルの厚さを有する）を形成すべくビニ
ールとともに温度及び圧力を加えた状態で複数のカレン
ダー・ロール間で圧延し得る。前記の第１の例におい
て、ＰＭＭＡは厚く、かつ高価であり、さらには基材に
対して適合しにくい（加工し難い）ため、耐候性コーテ
ィングとして常には使用されない。前記の第２の例にお
いて、アクリル樹脂／ビニール・フィルムを圧延するカ
レンダーのコストと、装置のコストとは次のことを意味
する。即ち、材料の加工が更に容易である一方、他のコ
ーティング系よりも単位面積当たりのコストが高いた
め、特別、かつ高価な製品に使用し得るのみである。従
って、実用的な製造プロセスでは、熱可塑性アクリル化
合物のコーティングを繊維強化プラスチック基材に対し
て化学的に結合させることが望ましい。
【０００５】工業的に製造された各種の部品は使用時に
複数の特定因子に露出される。これらの因子は雨、雪、
風、温度限界（Temperature extremes）、紫外線及び化
学的汚染物質を含む。更に、この種の部品は各種の衝撃
に時々露出され得る。
【０００６】この種の一般的な部品としては、窓枠また
はドア・フレームが挙げられる。この種の部品は木、ビ
ニールまたは金属から常には形成されている。この種の
部品の耐久性を更に高めるとともに、前記の因子によっ
て生じる各種の制限を解消すべく、各種のコーティング
が開発され、さらには同コーティングを加える各種の方
法が開発されている。
【０００７】製品を製造する第１の方法は同時押出成形
と称される。このプロセスにおいて、ビニール等の熱可
塑性プラスチック材料はプロファイルを形成すべくフォ
ーミング・ダイを通って押出成形される。更に高価なピ
グメント、紫外線吸収材（Ultraviolet absorbers）、
即ち紫外線遮蔽材（Ultraviolet blockers）及び更に高
い耐熱性等を有する“キャップストック（Capstock）”
は更に強力な保護または装飾的なカラーを必用とする領
域に対して同時押出成形される。“キャップストック”
は類似する熱可塑性材料または適合した熱可塑性プラス
チックである。
【０００８】第２のプロセスはフィルム・ラッピングと
称される。このプロセスにおいて、熱可塑性ビニール押
出成形品または熱硬化性引抜成形品等のベース・プロフ
ァイルは非溶融状態にある固体熱可塑性フィルム内に包
まれる。固体フィルムは２つ以上のプラスチック（即
ち、アクリル樹脂及びビニール）をカレンダーで圧延し
て形成したシートであり、さらには必用なピグメント及
び紫外線吸収材、即ち紫外線遮蔽材等を含む。従って、
固体フィルムはベース・プロファイルに対する保護また
は装飾を提供する。このプロセスにおいて、固体フィル
ムはホットメルト型接着剤または溶剤型接着剤（Solven
t-based adhesive）によって所定位置に固定される。
【０００９】第３のプロセスはクロスヘッド押出成形コ
ーティング、即ちエンカプセレーション（Crosshead ex
trusion coating or encapsulation）である。このプロ
セスにおいて、成形された木等のプロファイルは同プロ
ファイルの形状に適合したダイを通って送られる。流動
性を有する熱可塑性プラスチックがダイ内に供給され
る。このプロセスでは、封入材料（Encapsulating mate
rial）及びプロファイル間に熱膨張率の違いが存在する
ため、封入材料をプロファイルに対して接着させる必用
はない。実際、熱膨張率の違いに起因して、封入材料を
プロファイルに対して接着しないことは効果的である。
【００１０】しかし、これらの方法は前記の問題を解消
していない。幾つかのケースにおいて、プロセスが実用
的である点が証明されている。しかし、別の複数のケー
スにおいて、最終製品は十分な耐久性及び紫外線等に対
する耐性を有することは証明されていない。別の問題点
としては、コスト及び時間に関する制限が挙げられる。
【００１１】本発明の目的は前記の従来技術の問題点を
解決することにある。本発明は前記の従来技術に付随す
る多くの問題点を解消した強化プラスチック材（例：ド
ア・フレーム及び窓枠の構成材料）の製造方法及び同製
造方法に基づいて製造された製品を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明はプラスチック材
を含む。プラスチック材は繊維強化熱硬化性材料（Fibe
r-reinforced, thermoset material）から形成された基
材を含む。基材はダイで成形されている。更に、アクリ
ル化合物からなるフィルムは基材に対して直接結合され
ている。この結合は基材が完全に硬化する前に行われ
る。
【００１３】本発明の１つの実施の形態において、基材
は線状繊維からなるコアを含む。プラスチック材は線状
繊維からなるコアの互いに対向する側面の少なくとも一
方に加えられた繊維からなるマットを有し得る。マット
及び線状繊維からなるコアは樹脂混合物に浸されてい
る。好ましい実施の形態において、樹脂を多量に含む表
層は高温のフォーミング・ダイに当接する表面に形成さ
れる。
【００１４】好ましい実施の形態において、基材は引抜
成形プロセスによって形成される。樹脂混合物に浸され
た繊維は高温ダイを通って引抜成形される。次いで、部
分的に硬化した基材はコーティングを施す表面にラジカ
ルを形成すべく処理される。
【００１５】次いで、押出成形クロスヘッド・ダイを使
用し得る。この種のダイは薄い耐候性フィルム、即ちコ
ーティングを形成すべく溶融アクリル化合物を基材に対
して加えるために使用できる。
【００１６】本発明の基材のほぼ理想的な熱膨張率
（３．４ｘ１０-6インチ／インチ／°Ｆ）、低い熱伝導
性、耐腐食性、構造的特性（高い比強度、高い剛性及び
水によって膨張しない点等）、製造が容易である点及び
経済的に製造できる点に起因して、同基材は引抜成形樹
脂を保護するほぼ理想的な屋外耐候性コーティング（高
分子熱可塑性アクリル化合物）を有する屋外耐候性部品
（窓枠及びドア・フレーム等）に適している。本発明は
気候に露出される領域のみをコーティングすることによ
りコーティング材料の使用を最小限に抑制し、さらには
引抜成形プロセス中にコーティングを連続的に加える。
コーティングは接着剤または結合層を使用することなく
実施される。更に、コーティングは表面に付着しないス
プレーの処分、即ちコーティングに含まれる揮発性有機
化合物の処分のために別の処理、即ち出費を要すること
なく実施される。更に、本発明はアクリル化合物コーテ
ィングをほぼ硬質の繊維強化熱硬化性基材に対して結合
することにより、アクリル樹脂を薄膜コーティングとし
て使用した際に常には生じるアクリル樹脂の脆弱性の問
題点を解消する。
【００１７】本発明は前記の強化プラスチック材を製造
する方法を含む。方法は繊維材料を第１のダイを通じて
引抜成形することにより基材を形成する第１の工程を含
む。繊維材料をダイを通じて引抜成形する前に、同繊維
材料は浴中または引抜成形ダイの入口において樹脂に浸
される。基材を形成し、かつ同基材が部分的に硬化した
後、基材上に装飾性を備えた薄い保護コーティングを形
成すべく基材の表面を処理し、さらにはアクリル化合物
を基材上に加える。基材をクロスヘッド・コーティング
・ダイに通すことにより、コーティングは部分的に硬化
し、かつ表面処理が施された基材に対して直接加えられ
る。同時に、基材を硬化し、アクリル化合物コーティン
グ層を基材に対して直接化学的に結合することが許容さ
れる。
【００１８】本発明の方法の好ましい実施の形態におい
て、繊維材料は線状繊維及び全方向性繊維（Lineal and
omnidirectional fibers）の両方を含む。そして、必
要に応じて、アクリル化合物で被覆された基材を所定の
長さに切断し得る。
【００１９】従って、本発明は繊維強化プラスチック材
の製造方法及び同製造方法に基づいて製造された繊維強
化プラスチック材を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】図面において、同一の部材は同一
の符号を用いて示す。図１は本発明の方法を実施するた
めのプロセス・ライン１０を示す。幾つかの点におい
て、プロセス・ライン１０は従来の一般的な引抜成形ラ
インと同じである。例えば、繊維供給源１２から供給さ
れた繊維はカーディング・プレート、即ち予備成形装置
１４に送られる。従来のプロセス同様、繊維は線状であ
り、さらには連続する全方向性繊維、即ち配向された繊
維からなるマット（Mats of continuous omnidirection
alor oriented fibers）を形成し得る。更に、複数のプ
ーラ組立体（Puller assemblies）１６，１８をプロセ
ス・ライン１０の出口端部に隣接して配置し得る。この
プロセス位置において、繊維は本発明に基づく各種の物
質で既に被覆されている（以下に詳述する）。そして、
加工物を各種のステーションを通じて引張ることを可能
にすべく、繊維はプーラ組立体１６，１８のクランプ２
０，２２内に供給されている。
【００２１】クランプ２０，２２は正逆両方向に移動可
能な連続ベルト２４，２６に取付けられている。クラン
プ２０，２２を有する連続ベルト２４，２６は右側スピ
ンドル３０，３２（図１において見た場合）及び左側ス
ピンドル３４，３６（図１において見た場合）上を通っ
て移動する。従って、各種のステージを通って引張られ
る材料２８に対して張力を加えるプーラ組立体のクラン
プ２０，２２が右側スピンドル３０，３２に接近した
際、同クランプ２０，２２から材料としての加工物２８
に加わる張力を解放し得る。次いで、同クランプ２０，
２２を左側スピンドル３４，３６付近の位置まで左側に
移動させ得る。そして、プーラ組立体１６，１８は張力
を加工物２８に再び加え、さらには同加工物２８を再び
引張り得る。
【００２２】複数のプーラ組立体１６，１８の運転は同
期されている。即ち、１つのプーラ組立体のクランプに
よって加えられた張力が解放される。この結果、同プー
ラ組立体のクランプを左側に戻すことができる。そし
て、次のプーラ組立体のクランプは引張り動作を継続す
る。この結果、引張成形プロセスは中断されることがな
い。
【００２３】図１は第１のダイ３８を示している。繊維
はカーディング・プレート、即ち予備成形装置１４を通
過した後で第１のダイ３８内に供給される。供給管路４
０を通過する樹脂混合物は供給メカニズム４２によりダ
イ３８に供給される。本発明は各種の樹脂混合物を引抜
成形ダイ３８に供給することを意図している。本発明に
おいて、供給される媒体は熱硬化性製品である。選択さ
れた媒体は以下に詳述するように別の媒体からなるコー
ティングを加えるまで完全に硬化しない種類の媒体であ
る。
【００２４】コーティングを施す表面の処理は部分的に
硬化した基材表面にフリー・ラジカル（結合位置）を形
成すべく行われる。基材表面のフリー・ラジカルを溶融
アクリル化合物に接触させた際、同フリー・ラジカルは
アクリル化合物コーティング上の当接する位置に対して
化学的に結合する。表面の処理はフレーム（Flame）を
用いて行うことができ、これはコロナ放電、抑圧スパー
ク（Suppressed spark）または更に好ましくはプラズマ
処理（Plasma treating）を介して実施し得る。
【００２５】押出成形機クロスヘッド・ダイ４８はプロ
セス・ライン１０に沿って加工物が移動する方向に向か
って引抜成形ダイ３８から離間した位置であって、かつ
同引抜成形ダイ３８に比較的近い位置に配置されてい
る。処理が施された繊維強化熱硬化性プラスチック加工
物２８を押出成形機クロスヘッド・ダイ４８を通じて延
伸する場合、溶融アクリル化合物は媒体供給管路５０を
通り、さらには押出成形機供給メカニズム５２により押
出成形機クロスヘッド・ダイ４８に供給される。押出成
形機ダイ４８内において、溶融アクリル化合物は繊維強
化熱硬化性樹脂マトリックス上に直接コーティングされ
る。アクリル化合物のコーティングは薄いフィルムを形
成すべく行われる。アクリル・コーティングは約４ミル
の厚さを常には有する。
【００２６】熱可塑性アクリル樹脂は更に高い耐久性を
有する製品を形成するために必用な多くの特徴を有する
よう合成される。例えば、熱可塑性アクリル樹脂は紫外
線の影響を受けないことが多くの用途において望まし
い。従って、アクリル樹脂は前記の目的を達成すべく紫
外線遮蔽材または紫外線減衰材（Ultraviolet attenuat
ors）とともに合成される。着色のためのピグメントも
一緒に合成される。同様に、アクリル樹脂は風、雨及び
雪の要因による実質的な損傷を防止する特性を有する。
【００２７】形成された製品の一般的な用途としては、
窓枠またはドア・フレームが挙げられる。この結果、基
材は所望のプロファイルに引抜成形ダイ３８内で成形さ
れる。特定の表面のみをアクリル化合物で被覆すること
が望ましい。これはプロファイルの特定の表面のみが前
記の因子に露出されるうえ、コーティングの範囲を最小
限に抑制することによりコストを低減し得ることに起因
する。従って、前記の因子に露出される表面のみをアク
リル化合物により押出成形機クロスヘッド・ダイ内で被
覆する。
【００２８】任意のケースにおいて、アクリル化合物を
加えた後、これによって形成されたフィルムは引抜成形
ダイ３８内で形成された基材に対して直接結合される。
アクリル化合物を加える間、または同アクリル化合物を
加えた直後、熱硬化性媒体の硬化が継続されるととも
に、繊維強化熱硬化性プラスチック基材に対するアクリ
ル化合物の結合が生じる。硬化は必要に応じて加工物２
８を所望の長さに切断すべくフライング・カットオフ・
ソー（Flying cut-off saw）５４を使用するポイントま
で継続される。これによって切断された長さは適切な位
置へ移動させるべくコンベア５６上に配置し得る。
【００２９】図２及び図３は前記のプロセス・ライン１
０を使用して実施される方法に基づいて製造された窓枠
等の壁の断面を示す。これらの図は線状繊維６０からな
るコア５８を有する基材を示す。繊維６４からなるマッ
ト６２はコア５８の互いに対向する２つの表面に対して
それぞれ結合されている。これらの材料は複数の繊維を
引抜成形ダイ３８内に供給する前に正しく配向させるべ
く繊維供給源１２からカーディング・プレート／予備成
形装置１４に対して供給される。コア５８及びマット６
２は引抜成形ダイ３８内に供給する前、または引抜成形
ダイ３８の入口において熱硬化性樹脂に浸される。図２
及び図３は基材の表面を形成する樹脂を多量に含む層６
６を示す。
【００３０】図２及び図３は基材のうちの樹脂を多量に
含む層６６の表面に形成された薄いフィルム層６８を示
す。これらの図において、アクリル・コーティング６８
は基材の頂面に結合された状態にある。勿論、アクリル
・コーティング６８は押出成形機クロスヘッド・ダイ４
８によって加えられたコーティングである。
【００３１】各種の形状の基材を本発明の方法により形
成し得る。製品の形状及びサイズは引抜成形ダイのオリ
フィス形状及びオリフィス・サイズによって決定され
る。前記の開示内容は多くの点において本発明を例示す
るのみである。詳細、特に部品の形状、サイズ、材料及
び配置を本発明の範囲内で変更し得る。従って、本発明
の範囲は請求の範囲に定義されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するためのプロセス・ライ
ンの簡単な側面図。
【図２】図１の２−２線における拡大部分断面図。
【図３】図２の３−３線における部分断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン シー．ジャンボイス アメリカ合衆国 58103 ノースダコタ州 ファーゴ エイス ストリート サウス 1736

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）ダイで成形した繊維強化熱硬化性
    基材と、 （ｂ）前記基材が完全に硬化する前に同基材に対して直
    接結合された熱可塑性プラスチック化合物コーティング
    とを有するプラスチック材。
  2. 【請求項２】 前記熱可塑性プラスチック化合物コーテ
    ィングはアクリル樹脂である請求項１に記載のプラスチ
    ック材。
  3. 【請求項３】 前記基材は線状繊維からなるコアを含む
    請求項２に記載のプラスチック材。
  4. 【請求項４】 前記基材は線状繊維からなるコアの互い
    に対向する２つの側面の少なくとも一方に対して加えら
    れた繊維からなるマットを有し、前記線状繊維からなる
    コア及び少なくとも１つのマットは樹脂に浸されている
    請求項３に記載のプラスチック材。
  5. 【請求項５】 前記基材は引抜成形プロセスによって形
    成されている請求項４に記載のプラスチック材。
  6. 【請求項６】 前記アクリル化合物コーティングはクロ
    スヘッド押出成形プロセスにより前記基材に加えられて
    いる請求項２に記載のプラスチック材。
  7. 【請求項７】 プラスチック材を製造する方法であっ
    て、 （ａ）樹脂浴に浸された繊維材料を第１のダイを通じて
    引抜成形することにより基材を形成する工程と、 （ｂ）フリー・ラジカルを形成すべく前記基材の表面を
    処理する工程と、 （ｃ）コーティングを前記基材の処理面上に直接形成す
    べく同基材を押出成形機クロスヘッド・ダイに通すこと
    により、アクリル化合物を前記基材の処理面に加える工
    程と、 （ｄ）基材の硬化を促進し、さらには同基材に対するア
    クリル化合物コーティングの直接結合を許容する工程と
    を含む方法。
  8. 【請求項８】 前記基材を形成する工程は線状繊維及び
    全方向性繊維の両方を引抜成形する工程を含む請求項７
    に記載の方法。
  9. 【請求項９】 アクリル化合物で被覆された基材を所定
    の長さに切断する工程を含む請求項７に記載の方法。
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