JPH11502788A - 中空微小球を含有する成形可能な熱可塑性複合シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 分離した長い補強繊維と中空微小球との十分な混合物が熱可塑性樹脂マトリックス中に分散している、引張り応力の高い繊維で強化された複合品のプリフォーム層より、反対側の面へのリブの影響が実質的にない成形品が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 中空微小球を含有する成形可能な熱可塑性複合シート 発明の属する技術分野 本発明は、熱可塑性マトリックス、引張り応力(modulus)の高い補強繊維およ び中空微小球からなる材料の圧縮成形により製造される、十分に高密度化された 複合製品、ならびにその製造方法に関する。 発明の背景 引張り応力の高い繊維（典型的にはガラス繊維）で強化した樹脂シートまたは バルクモールディングコンパウンド材料の圧縮成形は、自動車および航空宇宙産 業において、たとえば構造的および半構造的製品を製造するのに日常的に用いら れている。引張り応力が高いとは、一般に、引張り強度が３０００mpa より大き く引張り応力が８０gpa である繊維である。欧州特許出願公開第０３４１９７７ 号（１９８９年１１月１５日に公開）は、長繊維により強化された熱可塑性部品 の圧縮成形に用いることのできる、引張り応力の高い補強繊維および熱可塑性樹 脂粒子からなる熱可塑性プリフォームシート材料を開示している。 最終的に自動車において用いることを意図された成形品は、有用な特性を合わ せて発揮して、最終的な要求を満たさなければならない。これらの特性には、剛 性、塗装後の表面の良好性、耐衝撃性、およびその他の多くの特性が含まれる。 密度が低く、かつ構造的および半構造的複合品に必要とされる他の特性を有する 部品を製造可能にすることは、使用時の燃料節約およびその他の利点につながる ため、強く要望されている。強化熱可塑性樹脂成形産業においてとりわけ要望さ れているものの一つに、リブを有するが、反対側の表面に影響するようなリブ(r ib read-through)は有していない、成形パネルを形成する手段がある。 多様なガラス、セラミック、および炭素材料から作られる中空微小球またはマ イクロバルーンは、今日のプラスチック産業においてよく知られており、エンジ ニアリング樹脂への導入用に市販されている。中空微小球は、慣用の中空でない 固形の球の利点を有する一方で、完成したエンジニアリングプラスチックコンパ ウンドおよび成形部品の重量を有意に減少させる。中空微小球は一般に、球径分 布、典型的には直径約１〜約１００ミクロンの範囲、でもって販売されている。 ニュージャージー州パーシッパニー所在のポッターズ・インダストリーズ社(Pot ters Industries Inc of Parsippany，N.J.)およびミネソタ州ポール所在のスリ ーエム社(3M Corporation of St.Paul，MN)が、市販レベルの微小球の製造者と して挙げられる。 ガラス補強剤および熱硬化性樹脂からなるモールディングコンパウンドの成分 としての中空ガラスの微小球の使用は、米国特許第5,134,016 号に記載されてい る。熱硬化性樹脂は一般に粘度が低く、また慣用のコンパウンド調製手段は、最 終的な成形部品において微小球をよく分散させるのに適している。しかし、多く のエンジニアリング熱可塑性樹脂の場合は、溶融粘度および成形圧力がより高い ために、十分混合させるためにはより強い剪断が必要である。 強化熱可塑性樹脂に微小球を導入する慣用の手段には、押し出し機内でのメル トコンパウンディングが含まれる。これは有用な技術であるが、いくつか限定が ある。たとえば、射出成形に必要とされる圧力がしばしば１０，０００psi を越 えるために、より密で壁の厚い微小球を使用しなくてはならなかった。第２に、 ペレットを得、次いで射出成形して部品を製造する慣用のスクリューメルトコン パウンディングでは、繊維とブレンドする際の摩砕と射出サイクル時の破砕のた めに、一般に非常に短い補強繊維とのブレンドに限られている。より低い圧力で フローモールディングでき、得られる成形部品への加工の際にも補強繊維の長さ が長く保たれるような、均一に分散した微小球を含有する、長繊維で強化した熱 可塑性部品の製造技術が見つかれば、非常に望ましいことであろう。また、反対 側の表面への影響が極力少ないような一体成形のリブを有する部品のモールディ ングコンパウンドおよび成形技術があれば、非常に望ましいことであろう。 発明の要旨 本発明は、長い補強繊維と組み合わせた熱可塑性マトリックスを有する、十分 に高密度化された圧縮成形品において、密度を低下させる製品および方法に関す る。本発明はまた、中程度の成形圧力で加工でき、微小球と長繊維との摩砕を最 小にする、きわめて均一に分布した中空ガラス微小球を提供する。更に本発明は 、反対側の表面への影響が極力少ないように成形された一体型リブを有するパネ ル製品の高速サイクル成形法を提供する。 本発明は、長さ約０．５cm〜約８cm、直径約５〜５０ミクロンの、引張り応力 の高い補強繊維により強化された複合材のプリフォーム層から形成される成形品 に関する。まず、分離した長い補強繊維、中空微小球、および熱可塑性マトリッ クス樹脂を水性スラリー中の成分に分散することにより、これらの成分の十分な 混合物を得る。切断された補強繊維は、細いデニールでカット長が約１mm〜約５ cmの、くせのない(uncrimped)熱可塑性樹脂のステープルファイバとサイジング 剤により接着した、並んだ多数の補強繊維の束からなっている。中空ガラス微小 球は、直径分布が１〜１００ミクロンで、平均球径が３０〜７０ミクロンの範囲 にあり、嵩密度が０．２〜０．７g/cc、破砕強度が少なくとも５００psi である 。熱可塑性繊維は、補強繊維のように、仕上げ剤であらかじめ処理して水中への 分散を容易にしてもよい。 興味深いことには、補強繊維と樹脂繊維とのスラリーブレンドは、抄紙機上で シート状に加工する際、細いガラス微小球を捕捉する手段を提供する。もしくは 、補強繊維と熱可塑性樹脂繊維はシート状にして、繊維成分と微小球との均一な ブレンドができるような方法で微小球をスプレー塗布することもできる。得られ るシートは、全ての熱可塑性繊維を溶融することにより熱的に接着させることが できる。これによって、熱可塑性樹脂のフィルムや粒子と接着し、平面的で不規 則に分散した補強繊維と中空微小粒子からなる接着した多孔性シート成型品内で 、これらの補強繊維と微小球が共に結合する。このシートの層は、網状の補強繊 維の内部で微小球分布が非常に均一であること、および熱風を通してすばやく再 加熱するのに十分なほど多孔質であるという特徴を有する。上記原料からなる シートは、一定の大きさに切って、積み重ねて再加熱し、圧縮成形用の型に移し て圧縮することで、それぞれの成分から計算したのと近い密度を有し、表面の特 性が優れている、十分に圧密化された複合品とすることができる。微小球と共に 成形したリブを有する部品は、微小球を含まない部品に較べて、リブの反対側の 表面への影響がずっと少ない。 図面の簡単な説明 図１および図１Ａは、本発明の製品を製造するためのウェット・レイイング(w et laying)法の一つの態様の概略図であり； 図２は、本発明の製品を製造するための別の態様の概略図であり； 図３は、本発明の製品を製造するための更に他の態様の概略図である。 発明の詳細な説明 図１を参照すると、本発明の製品を作るのに用いるウェット・レイイング法は 、抄紙機を利用し、一般に、高速撹拌混合槽１０、撹拌供給槽１２、傾斜ワイヤ 抄紙機１６のヘッドボックス１４、脱水部１７、および巻き上げまたは駆動スプ ール２０を含む。操作に際しては、ガラスおよび熱可塑性繊維、および中空微小 球を、高速撹拌混合槽１０内で水に分散する。得られるスラリーを、ポンプ１１ を経由して、高速撹拌混合槽から撹拌供給槽１２へ汲み出す。供給槽からの原料 は、次いでポンプ１３によりヘッドボックス１４へ汲み出し、そこで槽１５から 希釈水を添加することによりストックコンシステンシー(stock consistency)の ファクターを５〜１０低下させる。常法によりスラリーをワイヤを通して抜き出 し、脱水部の吸引溝１８上を通過させることにより脱水する。脱水シート１９は 、次いで、湿った状態で駆動スプール２０に巻き取られる。スプール２０に巻き 取られたシートは、図１Ａに概略的に示すようにして、広げて層１７とし、風乾 する。 大量生産する際に採用する別の態様、すなわち図２の態様では、実質的に図２ に示すようにして、ポンプ１６ｂを経由した脱水ボックス１６ａおよびパイプ１ ６ｃからの追加の希釈水により、スラリーのコンシステンシーのファクターを８ 〜１０低下させる。シート１９を、真空吸引溝１８上を通過させた後に、乾燥と 熱可塑性繊維の溶融によりシートの溶融接着との両方が可能となるような温度の 平型通風乾燥機３０を通して乾燥する。次いでシート１９をはさみロール５０に 通し、巻き上げ機４２によりスプールに巻き取る。 本願の複合プリフォーム層は、慣用の抄紙機上で形成する。この機械の形成部 は、傾斜ワイヤ式として知られる方式、すなわちスラリーに対してある角度（通 常は１５〜４５度）に傾斜した形成用ワイヤによりスラリーを抜き出す方式であ ることが好ましい。そのような機械は、特に中〜高程度のスラリー希釈度におい て繊維質のマットを形成可能なように設計されており、また長繊維を不織マット へ加工するのには理想的である。しかし、円筒状形成機などのその他の方式の機 械も採用することができる。シートの乾燥は、通風乾燥、接触乾燥、および放射 熱の組み合わせにより実施することができる。繊維質のマットが到達する最高温 度は、樹脂繊維の溶融を活性化させ、良好な加工性を得るマット強度を実現する のに十分でなければならない。 本発明の更に他の態様を図３に示す。操作に際しては、高速撹拌混合槽１０内 で、ガラスおよび熱可塑性繊維を水に分散させる。得られるスラリーを、ポンプ １１を経由して高速撹拌混合槽１０から撹拌供給槽１２へ汲み出す。撹拌供給槽 １７からの原料は、次いでポンプ１３によりヘッドボックス１４へ汲み出し、そ こで水槽（図示せず）からの希釈水を加えて、ストックコンシステンシーにファ クターを５〜１０低下させる。スラリーは常法によりワイヤで抜き出して、脱水 部の吸引溝１８上を通過させることにより脱水する。 次いで、ガラス微小球を湿ったプリフォーム層１９に下記の方法で添加する。 微小球を水に分散したスラリーを、供給槽６０内で調製する。分散液は、混合手 段６２により常に撹拌する。供給原料を、ポンプ６４により、プリフォームシー ト１９の上に設置された噴霧用ノズル６６へ汲み上げる。返しパイプ６８は、戻 って供給槽６０につながる。真空溝は噴霧用ノズル４６の反対側で、支持された プリフォームシート１９の下に位置して、余分な水をシート１９から除去す る。 プリフォームシートは、シートの乾燥と、熱可塑性繊維の溶融によるシートの 溶融接着の双方に十分な温度とした循環式通風乾燥機内を通過させることで乾燥 する。シート１９は、次いで、はさみロール５０に通して、巻き上げ機４２によ りスプールに巻き取る。図３に示す方式は、プリフォーム層複合品の好ましい製 造方法である。 補強繊維は、融点が熱可塑性樹脂繊維より実質的に高く引張り応力の高い繊維 のいずれからも選んでよい。そのような引張り応力の高い繊維には、ガラス繊維 、炭素繊維、ガラスウール繊維、およびデュポン社(E.I．du Pont de Nemours a nd Co.,)から入手可能なケブラー(Kevlar(登録商標))等のアラミド繊維などがあ るが、これらに限定されるものではない。補強繊維は、水中での分散度を高める のと、更に最終的な複合品中における湿潤度と熱可塑性樹脂への接着度を高める ために、サイジング剤を含んでいてもよい。ガラス用の典型的なサイジング剤に は、ガラス保護用の、低分子ポリエステルまたはポリウレタンなどのフィルム形 成剤、および、通常はアルファ−アミノプロピルトリエトキシシランなどのシラ ン化合物であるカップリング剤がある。 熱可塑性繊維は、公知の多種の熱可塑性有機材料から選んでよい。これらの熱 可塑性有機材料には、ポリプロピレン、ポリエステル、コポリエステル、ポリア ミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、液晶ポリマー などがあるが、これらに限定されるものではない。熱可塑性繊維は、任意で分散 助剤と集束していてもよい。分散助剤には、長鎖のリン酸アルキル、獣脂アルコ ールとポリエチレン酸化物との縮合物、および低分子ポリエステルがあるが、こ れらに限定されるものではない。 微小球は、ガラス、セラミック、カーボンでよく、０．２〜０．７グラム／cc の密度および少なくとも５００psi の破砕強度を有するべきである。一般に、市 販の微小球には直径の分布が表示されている。直径が１〜１００ミクロンの範囲 内であるいずれの球の組み合わせも一般に採用することができ、その中でも３０ 〜７０ミクロンの範囲にあるものが好ましい。スリーエム・コーポレーション(3 M Corp.)およびＰＱコーポレーション(PQ Corp.)は、適した微小球を製造して いる。 製造後のプリフォーム層の厚みは、通常、複合部品を作るのに直接用いるには 不十分である。典型的には、数枚のプリフォーム層をシート状にし、積み重ねて 、成形するのに十分な厚みを得る。作製したシートのいくつかを一緒に重ねて型 の中に入れ、飾り板に成形し、熱と圧力を加えて熱可塑性樹脂を再溶融・圧縮し 、次いで圧縮した構造体を圧力下で冷却することにより、物理的性質を評価する 。 プリフォーム層から、より短い成形サイクルで有用な成形品を得るには、一つ またはそれ以上の複合プリフォーム層を、プリフォーム層を介して２〜１０イン チの水圧を維持できるような強制対流オーブンに入れて加熱する。熱風をプリフ ォーム層に通して熱可塑性樹脂を再溶融させる。プリフォーム層を、適切な形の オス／メス圧縮器具（ツール）にすばやく移す。ツールを閉め、プリフォーム層 を流動させて部品を作る。ツール温度は、成形を最も効率的にするような、冷却 速度、結晶化、およびモールド・フロー(mold flow)によって選択する。 以下の実施例（部および％は特に断らない限り重量基準である）により本発明 を更に具体的に説明する。 実施例１ 以下の実施例により、補強繊維、熱可塑性樹脂繊維、および中空微小球からな るプリフォームシートを形成する方法を説明する。 以下のようにして、原料を、全容量が１５０ガロンのバード(Bird)パルプ製造 機に導入する： a) ５０ガロンの脱イオン水を入れ； b) カット長が０．２５インチで１．５デニールの、熱可塑性ポリエチレン テレフタレートのくせのないステープル繊維１．５ポンドを加え、高速撹拌器で ２分間処理して分散させることにより均一な繊維分散液を調製し； c) 次いで混合物に、長さ１インチ、１３ミクロン径のガラスウェットチョ ップ［オーウェンズ・コーニング・フォード(Owens Corning Ford)１３３Ａ型］ ０．６ポンドを、追加の６８ガロンの脱イオン水と共に徐々に 加え、内容物を更に２分間混合し；そして d) ０．９ポンドのＰＱコーポレーションＣＧ型中空微小球を加え、パルプ 製造機で更に１０分間撹拌する。 次いで、固形分重量で０．７２％のコンシステンシーとなるような希釈は更に行 わずに、パルプ製造機からポンプで中速撹拌機付き供給槽へ移す。この供給原料 を、次いで１２インチのブルーデルハウス(Bruderhaus)傾斜ワイヤ式抄紙機のヘ ッドボックスへポンプで移し、ヘッドボックス中でコンシステンシー０．０７％ まで希釈する。ヘッドボックス中の原料を、常法により形成用ワイヤで抜き出し 、吸水溝上を通過させて脱水する。ワイヤの移動速度は５fpm(フィート／分)で あり、得られるシートは、湿った状態で巻き取りロールに取り込む。次いでこの シートを、図１の装置の説明で先に開示したのと実質的に同様にして、広げて層 状にし、周囲湿度のレベルまで風乾する。乾燥したシートの重量は１平方フィー トにつきおよそ０．０５ポンドである。断面を顕微鏡観察したところ、ウェット チョップガラス繊維束は実質的に分散しており、中空微小球は樹脂および補強繊 維と均一にブレンドしていた。 実施例２ 以下は、ＰＱ社のＣＧ型「エクステンドスフェアズ(Extendospheres)」、ポリ エステルステープル繊維、およびガラス繊維を用いる配合例である。 上記成分を、慣用の撹拌機付き供給槽内で分散させる。供給槽は、２０００ガロ ンのレベルまで満たし、ポリエステルおよびガラス繊維を加え、１０分間撹拌す る。次いで供給槽を７０００ガロンのレベルまで満たし、中空ガラス球を加え、 更に１５分間撹拌する。ポリエステル繊維は１．５デニール、０．２５インチカ ット長のくせのない繊維で、水中での分散を補助するために、市販の仕上げ剤に よりおよそ２％のレベルで表面処理してある。ガラス繊維は、オーウェンズ・コ ーニングガラス繊維１３３Ａ−ＡＢで、１３ミクロン径の１．０インチウェット チョップガラスである。微小球は、ＰＱコーポレーションのＣＧ型「エクステン ドスフェアズ」である。上記から得られる、ガラスおよびポリマー繊維、ならび に微小球の均一で十分に混合された水分散液を、１２１gpm(ガロン／分)の速度 で、改良した回転式傾斜ワイヤ機の形成用ヘッドへ、ポンプで移す。この装置に おける希釈液のループ流は、１２００gpm である。形成用ワイヤの速度は２５fp m であった。得られるシートの乾燥重量は、１平方フィートにつき０．１１ポン ドである。熱風の温度を２７７℃とした３フィート径の通風乾燥機から出される 循環気流中で乾燥接着させる前に、吸引溝を用いてシートを脱水する。乾燥機は 、ポリエステル繊維を完全に溶かすのに十分な熱を与え、ガラス繊維と微小球を 溶融接着させて均一で同質なシート製品とする。製品マットの断面を顕微鏡観察 したところ、ガラスフィラメントと中空微小球の分散状態は良好であった。 実施例３ 実施例１の周囲湿度と同じレベルに乾燥した不織シートを積み重ね、秤量が１ ポンド／平方フィートの７×７インチの塊を形成し、真空オーブンで水分が０． ０２重量％となるまで乾燥する。乾燥塊は、離型剤を塗って余熱した７×７イン チの額縁型へすばやく移す。次いで型と中身を、加熱されたプラテンを用いる液 圧プレスの、プラテン間に置く。１５psi に等しい接触圧を型にかけて、型の側 面に付けた熱電対で測定して２６９℃となるまで加熱する。この温度になったと き、圧力を６００psi まで徐々に上げる。およそ６００psi で型から最初のはみ 出しが認められたら、加熱をやめ、プラテンへ向けて冷却水を出し、６００psi の圧力下で型と内容物を室温まで冷却する。次いで複合飾り板を型から取り だし、重量を量って精密に寸法を測定することにより密度を計算する。 実施例４ 撹拌した７０００ガロンの混合槽に、５０００ガロンの水を加えた。次いで、 糸状にした(spun-in)エタノックス(Ethanox)Ｅ３３０酸化防止剤を約０．７重量 ％と、糸状にした(spun-in)カーボンブラックを０．２％含有する、各フィラメ ントが２デニールで０．２５インチカット長の熱可塑性ポリエチレンテレフタレ ート繊維約２０１．４ポンドを混合槽に加えて、高速撹拌下で１０分間分散させ て、均一なスラリーを調製した。 次いで、平均径が約１３ミクロンで０．７５インチカット長のウェットチョッ プＥ−ガラス繊維ＯＣＦ１３３Ａ型４８．０ポンドを上記のスラリーに加え、更 に２０分間撹拌した。その後このスラリーのストックを、常法により、ヘッドボ ックス中での希釈によりコンシステンシーが約０．０５％となるような回転式傾 斜ワイヤ形成装置の白水循環ループに１００ガロン／分の速度で供給した。ヘッ ドボックスでは、改造したロータリー式傾斜ワイヤ形成ヘッドを用いて、乾燥時 の秤量が１平方フィートにつき約０．０９ポンドとなるようなシートを形成した 。ヘッドボックスのストックは、常法により形成用ワイヤで抜き出し、吸引溝を 通過させることにより脱水した。ワイヤ形成速度は２５fpm であり、これにより 湿ったプリフォーム層を得た。 次いで、ガラス微小球を以下のようにしてシートに添加した。スリーエムのス コッチライト(SCOTCHLITE)Ｂ３７型微小球の水スラリー懸濁液を、７５ガロンの 混合槽内で、２１．８ポンドのスリーエム（３Ｍ）の微小球と６４．３ガロンの 水を混合することにより調製した。この分散液を、常時撹拌した。原料は重力送 りで、２〜１０gpm の能力を有する２インチのモイノ社(Moyno Co.)製のポンプ へ供給した。ポンプは、ヘッドボックスと乾燥機の間で移動するシートの上に設 置されている、スプレー・システム社(Spray System Inc.)製の、ヘッド圧が４ ０psi の２gpm 噴霧器ノズルに供給するために用いた。十分量の微小球をウエブ 上に噴霧し、全体にわたって下記の重量組成を達成した。噴霧器とは反対側にあ り、支持されたシートの下にある吸引溝により、噴霧塗布した微小球から過度の 水分を除去した。微小球は主としてシートの表面に集中していたが、内部にも浸 透していた。樹脂繊維、ガラス繊維、および微小球の最終的な重量％は、それぞ れ７２．６％、１７．２％および１０．２％であり、このシートから作製した圧 密化した飾り板における計算上の容量％は、それぞれ５７．６％、７．４％およ び３０％であった。 シートを通る空気の圧力の低下が水圧約５インチであり、空気温度が２８８℃ で滞留時間を２０秒とした（ハチの巣状の）ハニカム円形オーブン(honeycomb c ircular oven)内を通過させることにより、シートを接着させる。乾燥機内で、 過度の水分がシートから除かれ、樹脂繊維成分が溶融し、粒子を形成する。 次いでプリフォームシートを以下のようにして成形する。巻きとったシートを 熱圧縮成形に適した形に変えるために、クリッカーダイ(clicker die)を用いる 。熱圧縮フロー・モールディングで約１．０ポンド／平方フィートの部品を得る ように、四角くカットした３０枚のシートを積み重ねて塊にした。熱圧縮成形を 行う前に、上記の塊を対流式オーブンに入れ、２８０℃の空気を約２００cfm（ 立方フィート／分）で塊に３０秒間通して循環させることにより、樹脂を再溶融 させ、多孔性の塊を成形可能な形に変える。加熱したプリフォーム層を、中身が 流動できるようにシアエッジを有した、圧縮成形用のマッチドメタルダイに手で 移した。ダイの温度は１５０度に維持した。圧力をかけると、プリフォーム層は 流れてダイを満たす。最終的な成形圧力は２０００psi であり、滞留時間は ６０秒であった。その後得られる部品を型からはずした。微小球を添加しないコ ントロールを、同様にして成形した。 密度勾配管法により、コントロール、および微小球を含有する成形可能なパネ ルの密度を評価した。微小球を含有する部品は、密度が１．３２グラム／立方セ ンチメートルであり、一方コントロールの密度は１．５５グラム／立方センチメ ートル、または１５％低い密度であった。 実施例５ 実施例２と同様の、回転機から通風乾燥機までを有する改良された回転式傾斜 ワイヤ・ウェット・レイ（wet lay）装置により、プリフォームシートを作製し た。原料の組成は、１．０インチカット長のガラス繊維ＯＣＦ１３３Ａ型が４９ ポンド、ＰＱコーポレーションのＣＧ型微小球が４３ポンド、および０．２５イ ンチのステープル長さに切断したポリエステル熱可塑性繊維が９２ポンドであっ た。これらの成分を５０００ガロンの水中でスラリーとし、常法によりウェット ・レイ装置の形成部に供給して、次いで吸引溝上で脱水した。その後、湿ったシ ートは、空気温度を２８８℃とした回転式強制熱風オーブンを通過させること により、ポリエステル熱可塑性繊維を溶融させ、ガラス繊維、中空球、および樹 脂粒子からなる接着した不織プリフォームシートを得た。同様にして、微小球を 含まず、ガラス繊維４０重量％とＰＥＴ樹脂６０重量％とからなる第２のプリフ ォームシートを、米国特許第5,194,106 号に従って作製した。 内側にリブを有するパイ皿成形品を、１００トンのシューラー(Schuller)プレ ス機を用いて成形した。成型用器具（ツール）は、１インチのへりがあり０．５ インチの深さのある１０インチ径のパイ皿作製用のものであった。このマッチド メタルツールを、皿の内側に幅０．１８インチ、深さ０．５インチの、２．５イ ンチ格子模様のリブができるように加工した。皿の底表面側のツール表面はなめ らかであった。ツール温度は成形時１７５℃に維持した。 部品を以下のようにして作製した。余熱および成形するものとして、微小球を 含まない５層の半径９．７５インチの円形シートと、１２層の上記した微小球を 含むシートからなるプリフォームシートとの積層品を作製した。このプリフォー ム積層品を、それにかかる圧力が水圧６〜８インチとなるように通風オーブン中 で加熱した。加熱は約６０秒行い、次いで加熱した積層品を取り出し、マッチド メタルツールを開けたところに移した。ツールのなめらかな表面側には、微小球 を含まないシートがくるようにした。ツールを閉じ、２０００psi の圧力をかけ て、プリフォーム材料を金型を満たすように流動させた。約６０秒の滞留時間の 後、ツールを開け、部品を取り出し、室温まで冷却した。次いで、リブの反対側 の表面のなめらかさを、解像度が０．０００００１インチの標準的な触針走査式 測定器により測定した。リブの影響による表面の変形は、０．０００４５インチ 以下であった。同様に、ガラス４０％／ポリエステル熱可塑性樹脂６０％とから なり微小球を含まないプリフォームシートの積層品から作製した部品について測 定したところ、０．００２０インチ以上の変形が見られた。 実施例６ 実施例５と同様の、回転機から通風乾燥機までを有する改良された回転式傾斜 ワイヤ・ウェット・レイ装置により、プリフォームシートを作製した。原料の組 成は、１．０インチカット長のガラス繊維ＯＣＦ１３３Ａ型が１５％、ＰＱコー ポレーションのＣＧ型微小球が２３％、および０．２５インチのステープル長さ に切断したポリエステル熱可塑性繊維が６５％であった。これらの固形成分の全 量は１８４ポンドであった。これらの成分を５０００ガロンの水中で約３０分間 中速撹拌してスラリーとし、常法によりウェット・レイ装置の形成部に供給して 、次いで吸引溝上で脱水した。その後、湿ったシートは、空気温度を２８８℃と した回転式強制熱風オーブン内を通過させることにより、ポリエステル熱可塑性 繊維を溶融させ、ガラス繊維、中空球、および樹脂粒子からなる、接着した不織 プリフォームシートを得た。 内側にリブを有するパイ皿成形品を、１００トンのシューラープレス機を用い て成形した。成型用器具（ツール）は、１インチのへりがあり０．５インチの深 さのある１０インチ径のパイ皿作製用のものであった。このマッチドメタルツー ルを、皿の内側に幅０．１８インチ、深さ０．５インチの、２．５インチ格子模 様のリブができるように加工した。一本のリブは、幅が０．２５インチとやや広 くなるように加工した。皿の底表面側のツール表面はなめらかであった。ツール 温度は成形時１７５℃に維持した。 部品を以下のようにして作製した。余熱および成形するものとして、積層後の 全量が３３８g となるような、微小球を含まない直径７．０インチの円形シート からなるプリフォームシートの積層品を作製した。このプリフォーム積層品を、 それにかかる圧力が水圧６〜８インチとなるように２８３℃の通風オーブン中で 加熱した。加熱は約４０秒行い、次いで加熱した積層品を取り出し、マッチドメ タルツールを開けたところに移した。ツールを閉じ、９５トンの圧力をかけて、 プリフォーム材料を金型を満たすように流動させた。約３秒の滞留時間の後、圧 力を２０トンに下げ、更に３分間滞留させた。次いで、ツールを開け、部品を取 り出し、室温まで冷却した。リブの反対側の表面のなめらかさを、解像度が０． ０００００１インチの標準的な触針走査測定器により測定した。リブの影響によ る表面の変形は、０．０００１インチ以下であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ウィークス，グレゴリー，ピー. アメリカ合衆国 19707−9684 デラウェ ア州 ホッケシン キャメロン ドライブ 108

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱可塑性樹脂の粒子により共に保持され不規則に分散した引張り応力の高い 繊維と中空微小球との通気性ウェブ(web)であって、繊維交差位置と微小球−繊 維接触位置とを包含し、前記の不規則に分散した繊維のいくつかにおいては、そ の長さに沿って、前記の繊維交差位置および微小球−繊維接触位置以外の位置に 、固化した熱可塑性樹脂の塊が付着していることを特徴とする、通気性ウェブ。 ２．ａ）１０〜４０重量％の、引張り応力の高い補強繊維の十分本質的に均一な ブレンドと、 ｂ）３０〜７０重量％の熱可塑性繊維と、 ｃ）２〜２０重量％の、直径が１〜１００ミクロンおよび嵩密度が０．２〜０ ．７グラム／立方センチメートルである中空微小球と、 を含有することを特徴とする、熱可塑性繊維と十分に混合された、引張り応力の 高い補強繊維と中空微小球とのプリフォーム層自己支持体。 ３．前記補強繊維の長さが０．５cm〜８cmであり、かつ前記中空微小球がガラス 微小球であることを特徴とする請求項１に記載のプリフォーム。 ４．前記の熱可塑性繊維がポリエチレンテレフタレート繊維であることを特徴と する請求項２に記載のプリフォーム。 ５．長さが少なくとも２mmである引張り応力の高い補強繊維１０〜３０容量％、 および直径が１〜１００ミクロンおよび破砕強度が少なくとも０．０４７９mpa である中空微小球１０〜３０容量％により強化された熱可塑性樹脂マトリックス であって、前記補強繊維と前記微小球が前記熱可塑性マトリックス中に十分かつ 均一に分散していることを特徴とする、十分に高密度化した複合構造体。 ６．前記熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレートであり、前記補強繊維がガ ラス繊維であり、そして前記微小球がガラス微小球であることを特徴とする請求 項５に記載の構造体。 ７．高密度化され、空隙度の低い、繊維強化された複合構造体の製造方法であっ て、 ａ）１０〜４０重量％の引張り応力の高い繊維と、３０〜７０重量％の熱可塑 性樹脂繊維と、２〜２０重量％の、直径が１〜１００ミクロンおよび嵩密度が０ ．２〜０．７グラム／立方センチメートルである中空微小球とを、共に水性スラ リー中で撹拌して分散させ、 ｂ）前記スラリーを多孔性のワイヤスクリーンにのせて余分な水分を除去する ことにより、工程ａ）の原料が均一に分散した湿ったシートを形成し、 ｃ）前記の湿ったシートを加熱することにより、残留する水を除去し、前記熱 可塑性樹脂繊維を溶融して樹脂を流動せしめ、前記の補強繊維および微小球に付 着させ、 ｄ）工程ｃ）の生成物を冷却して接着シートを形成し、 ｅ）前記接着シートを積層して所望の寸法および重量とし、 ｆ）得られる積層品を加熱して樹脂を再溶融させ、そして ｇ）前記微小球の破砕強度よりも低い圧力を加えることにより、加熱したプリ フォーム層の積層品を固めて、高密度化された、空隙度の低い複合物を形成する 、 工程を具えることを特徴とする製造方法。 ８．十分に高密度化され、繊維により強化された複合構造体の製造方法であって 、 ａ）１０〜５０重量％の、引張り応力の高い分離した補強繊維と、５０〜９０ 重量％の分離した熱可塑性樹脂繊維とを、共に水性スラリー中で撹拌して分散さ せ、 ｂ）前記スラリーを、移動する多孔性ワイヤスクリーンにのせて余分な水分を 除去することにより、工程ａ）の原料が均一に分散した、湿ったシートを形成し 、 ｃ）前記シートに、直径が１〜１００ミクロンおよび嵩密度が０．２〜０．７ グラム／立方センチメートルである中空微小球の水性スラリーを前記シートに衝 突させる噴霧器と、吸引溝との間を通過させ、前記シートの厚みを通して微小球 を均一に浸透させ、乾燥重量を２０％まで増やし、 ｄ）前記の湿ったシートを加熱することにより、残留する水を除去し、前記熱 可塑性樹脂繊維を溶融して樹脂を流動せしめ、前記の補強繊維および微小球に付 着させ、 ｅ）工程ｃ）の生成物を冷却して接着シートを形成し、 ｆ）前記接着シートを積層して所望の寸法および重量とし、 ｇ）得られる積層品を加熱して樹脂を再溶融させ、そして ｈ）前記微小球の破砕強度よりも低い圧力を加えることにより、加熱したプリ フォーム層の積層品を固めて、高密度化された、空隙度の低い複合物を形成する 、 工程を具えることを特徴とする製造方法。