JPS621527A - 樹脂シ−トの成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 近年プラスチック構造部品に対する要求が急速に増加し
ている。トランスミソシシン支持体、ドアビーム等の様
な自動車構造部品を成形出来る指向性をもった強化樹脂
シートが作られている。これらの指向性をもった強化シ
ートは６０〜８０重量パーセントの範囲のガラス量で十
字模様にマンドレル上にらせんに巻かれたガラスストラ
ンドを含有している。高ガラス含量の成形性ガラス強化
シートから成形により秀れた構造強度を有する部品を作
ることができるが、通常得られるより更によいモジュラ
ス特性を得たいと欲することがしば　・しばである、成
形部品中の炭素繊維がこれを用いる樹脂部品に良好なモ
ジュラス特性を与えるということは知られている。樹脂
中へのガラス繊維と炭素繊維のブレンドはそ丸ぞれが樹
脂マトリックスに与える強度とモジュラス特性を利用す
るのに用いられている。樹脂強化シートの製造において
炭素繊維をガラス繊維と巻くことが試みられたが炭素ス
トランドを加工するのに著しい困難に遭遇した、この様
にストランド状の炭Ｔ：繊維はしばしば樹脂浴またはダ
イ中で破断する。これは浴を進んでいるストランドに働
く粘性抗力によってカーボンのストランドをフィラメン
ト化即ちストランドを形成しているフィラメントに分離
し結局破断することとなる為によるものと思われる０本
発明により炭素ストランドを樹脂で濡らしこれをガラス
ストランドと一緒にして炭素とガラスストランドの両者
によって強化した樹脂シートを成形するのに有用な複合
ストランドを得る方法が開発せられた。

本発明方法によれば、新規な炭素ストランド及びガラス
ストランドをマンドレルに巻き樹脂シートを作る。この
シート製造方法では、ガラスストランドはガラス源から
樹脂浴中に供給されこ＼で十分に濡らされる。ついでガ
ラスストランドはダイ計量手段を通ってガラスストラン
ドに含まれる樹脂量を調整される。製造しようとする複
合体の炭素ストランドは、ガラスストランドの樹脂含量
を制限するのに使用されるダイの背面に直接供給され、
樹脂がダイから後流して来る地点で樹脂と接触する０本
方法において炭素ストランドをこの地点に供給すること
により、炭素ストランドの繊維化を防ぎ、ストランドに
良好な濡れを与え、炭素ストランドを樹脂浴に通す場合
に阻隔して遭遇する破断を起すことなくガラスと一諸に
マンドレルに巻くことが出来る０本発明の複合ストラン
ドは樹脂、多数のガラスストランド及び少くとも１本の
炭素ストランドから成る。

構造特性を有し、５５〜８８パーセントのガラスと炭素
を２０〜４５重量パーセントの樹脂を含有するガラス−
炭素樹脂強化シートを作るには、先づ炭素及びガラスの
ストランドを樹脂で被覆し、ついで廻転するマンドレル
上に巻く、添附図面を参照して本発明を説明する。

本発明の樹脂−ガラス−炭素複合体を製造するには多数
のガラスストランドを使用する０例示のための第１図に
示されるように、６個だけのガラス繊維成形パフケージ
２を用いる。これらのパフケージ２は図示されていない
が、台またはクリールに載って居り、各パフケージから
のガラスストランド１は、代表的には金属シート板であ
る壁体３に１かれている糸口４及び５から引き出される
。

第１図の例では上段のガラス成形パッケージはそのスト
ランドｌを糸口５を通らせ、下段のストランド１は糸口
４を通す、物理的に一緒にされたストランドは、２本の
ガラスリボン１′となり、樹脂タンク９の保持棒１１．
１５の下を通過する。

ついでこ九らのストランド１′と１はタンク９の前端に
在るダイ１２と１３に送られる。壁体３の上部にはそれ
ぞれ炭素ストランド８と８′を存する２個のパッケージ
１８と１８′が載せられている。炭素ストランド８と８
′は、ガラスストランド１′と１の表面から樹脂をダイ
スで拭い取るときに蓄積される樹脂後流１４を通って、
それぞれダイ１２と１３に導かれる。ダイ１３と１２を
出るまとめられたガラス−炭素ストランド１９と１９’
は、ついで送行案内２１上にある案内糸口２２で一諸に
されてバンド】７となり、このリボンを所望厚比廻転す
るマンドレル１５に巻く、複合体が所望厚に達すれば、
マンドレル１５を停止し、生成シートを表面から切り取
り、この方法を繰り返えす。

図面に一般的に図示されている方法は明らかに多くの変
化を加えられる。従ってた１′１本だけのストランドリ
ボン１７をマンドレル１５に巻く様に図示されているが
、これは単に例示のためのものである。マンドレルには
多くの平行にされた平行な複合ストランドのバンドまた
はリボンをマンドレル表面に巻くことが出来る。同様に
ストランド１′を形成するのに使用されるガラスストラ
ンドの数を変えることが出来る。従ってストランド１′
として１本を使用出来、またどんなに多くの本数もスト
ランド１′を形成するのに使用することも出来る。スト
ランド１′を形成するのに使われる本数は、典型的には
１から１０またはそれ以上の範囲にある。最終製品に所
望されるバンド１７の幅によって、バンドを形成するの
に使用されるストランドの数と径が決定される。バンド
の幅とはバンド方向に垂直に測定した幅を意味する。

図示した方法ではマンドレル１５は適当なモーターによ
ってす動されている図示されていないシャフトで時計方
向に廻転している。案内板２Ｉは水平面を往復して居り
、複合ストランド１７をマンドレル１５の表面に置く、
ストランド１７は通常所定のらせん角度でマンドレル１
５上に置かれ、最終シートに指向性のある強化特性を与
える。らせん角度はマンドレル１５の本体のバンド１７
とマンドレルの長軸に平行なマンドレル本体上の線との
交差によって作り出される尖鋭角である０本方法によっ
て作られた構造シートに対するこの角度は一般に６０か
ら８９度の範囲にある。ストランド１７に関するマンド
レルの巻き角度は、マンドレル１５の本体上のバンド１
７とマンドレルの長軸に垂直なマンドレル本体上の線と
の交差によって作ら丸る尖鋭角である。この方法の典型
的な使用においてはこの角度は３０〜１度である。

通常の操作では、マンドレル１５は操作中連続的に廻転
し、案内２１は水平面を往復し、リボンまたはバンド１
７を十字型にマンドレル１５に置き、マンドレル表面上
に複合体層を形成する。この開示には、バンド１７が両
横方向でマンドレルを被覆すればＩＮが形成される。ガ
ラスと炭素ストランドを含有する最終シートは所望の多
数の層を有し、所望の面積当り重量密度の製品を作る。

操作中樹脂タンク９は絶えず樹脂１０を補充して充分な
樹脂がタンク９中に維持され、捧１１と１５の下を通っ
てタンクを通過するガラスストランド１と１′を充分に
濡らす、このことは自動供給口と溢流系を備えて連続的
に行なうか必要な場合に人手で樹脂を加えることが出来
る。タンク９はマンドレル１５の幅により、静置される
か板２１の運動に連動して水平面を往復させることが出
来る。

本発明の樹脂シートの成形方法においては熱硬化性ポリ
エステル樹脂が用いられる０本発明に用いることの出来
る代表的ポリエステル樹脂は、ここに参考として掲げる
米国特許第３，８４０，６１８号に示され記載せられて
いる等級の樹脂である。

複合物を作る場合に重要な考慮すべき点は、最終製品の
樹脂含量の調整である０本方法においてこのことはダイ
１２と１３中のオリフィスの大きさを調整することによ
って達成される。一般にこれらのオリフィスは０．３７
６から１−９８１＋ｍ（（ＬＯ１４から０．０７８イン
チ）の範囲に保つのが好ましいことが見出さ丸た。

系に供給されたグラファイトストランドは図示される様
に壁体３から直接引出されるか、タンク９の前端に接近
して置かれたクリールから引き出すことが出来る。樹脂
タンク中への炭素ストランドの入口点が、複合物リボン
またはバンド１９．１９’を形成させるのに成功する上
で考慮すべき重要点である。炭素ストランドの滞留時間
及び抗力は最小にしてストランドの傷みまたは劣化を最
小にしなければならない、従って炭素ストランドをダイ
への入口点でまたは入口近くで、好ましくはダイの樹脂
の後流の中心領域で操作に導入することが重要である。

これによって炭素ストランドが樹脂中を引張られるとい
う過度の歪を受けることを防止し、炭素のストランドは
粘性抗力を殆んどまたは全く受ける事がなく系に導入出
来る。

本方法によって作られるシー）２１合体及び複合ストラ
ンドは、容積基準で一般に５０から５パーセントの炭素
ストランド、及び５から５０パーセントのガラスストラ
ンドを含有する。然し乍ら容積基準で杓２０から９０パ
ーセントの間のガラスと約８０から約５パーセントの間
の炭素ストランドを有することは本発明に属するもので
ある。こ　　　′れは約３５から約９８重量パーセント
の間のガラスストランドと約６５から２重量パーセント
の炭素ストランドに相当する。炭素とガラスのストラン
ドは、系に供給され毎分１５．２４と１５２．４ｍ（５
０と５００フイート）の間の範囲の速度でマンドレルに
巻かれる複合ストランドに供給される。

使用される樹脂は複合ストランドに供給され、典型的に
は成形さ丸たシートはポリエチレンの様な２層の透明シ
ートの間に置かれる。従って実際には、樹脂含有複合ス
トランドを巻く前にマンドレル表面をポリエチレンシー
トで覆う、マンドレルに必要数の層を適用すれば、マン
ドレルを停めて複合シートをもう１枚のポリエチレンシ
ートで覆い、ついでマンドレルから切り取る。複合シー
トはポリエチレン層の間にサントイ・ノチされているの
で、樹脂複合体は成形部品を作る迄容易に取汲い貯蔵出
来る。成形中複合シートに熱を加えてシート製品を熱硬
化し硬化された部品に変える。

炭素ストランドは有機繊維を熱分解によって処理して炭
素繊維のストランドを作ることによって作られる。従っ
て炭素フィラメントは、レイヨン前駆体ヤーン、ポリア
クリロニトリル等を熱分解して作られている。数種類の
これらのストランドは今日市販されて居り、文献〔モダ
ンプラスチックスエンサイクロペディア（Ｍｏｄｅｒｎ
　ＰｌａｓｔｉｃｓＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ）　　５
４、ＩＯＡ、第１７２頁、１９７７年１０月；アドバン
ストマテリアル（ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｉｓ
）、Ｃ，Ｚ、キャロルーポルツインスキイ（Ｃ，Ｚ、Ｃ
ａｒｏｌｌ−ＰＯｒｃｚｙｎｓｋｉ）　、ケミカル出版
社（Ｃｈｅｏ＋１ｃａｌ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ
、）　−−ｘ−ヨーク（Ｎ、Ｙ、）　１９７４年；イン
ダストリアルケミストリー（Ｉｎｄｕｓｔｒ４ａｌ　Ｃ
ｈｅｍｉｔｒｙ）、第７版、第３４２頁、ヴアンノスト
ランドラインホルド社（ＶａｎＮｏｓｔｒａｎｄ　Ｒｅ
１ｎｈｏｌｄ　Ｃｏ、　）　、ニューヨーク（Ｎ−Ｙ、
）１９７４年）〕に記載せられている０本発明に使用す
るのに特に有用なストランドは、セラニーズ社（Ｃｅ１
ａｎｅｓｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）によって製造
されるセリオン（ＣＥＬＩＯＮ　　（登録商標）〕と呼
ばれる炭素繊維である。

本方法の代表的な適用例としては、イソフタル酸ポリエ
ステル樹脂９０部、スチレンモノマー１０部、ステアリ
ン酸亜ｉ０．５部、第三ブチルパーベンゾエート１部を
酸化マグネシウム粘度附与剤３．５部を含む樹脂混合物
で樹脂タンクを満たして樹脂−ガラス−炭素シートを作
った。

その各々かに一３７ガラスストランドを含有している１
２個のガラス繊維成形パッケージをクリールに入れた。

これらのストランドは４００本のガラスフィラメントを
有し、各フィラメントは０、ＯＬ　２７ｍｍ　（０，Ｑ
　ＯＱ　５インチ）の径を有している。４ＮＪのパッケ
ージからストランドを引き出してこれを樹脂タンクに入
°れる前に一諸にして３木のガラスリボンを作った。３
本のガラスリボン全部を毎分３（Ｌ４８〜６０．９６ｍ
　（１００−２００フイート）の速度で連続的に樹脂タ
ンクを通過させた。上記の樹脂混合物を含有する樹脂タ
ンクには操作中終始樹脂を補給し続けた。樹脂タンクを
通過した３本のガラスストランドは各々（ＬＯ４５イン
チの径を有する３個の精密なダイスを通した。

３本の炭素ストランドをその各々が供給されているダイ
スに炭素ストランドがダイに供給されているガラスリボ
ンの表面から過剰の樹脂を拭い取る時にダイによって生
じる樹脂の後流の中心部の近くでダイに入る様にダイの
樹脂タンク側に通して系に供給された。ダイを通過する
と、炭素ストランドはダイ及び後流に含まれる樹脂によ
って濡らされ、ダイを通過するガラスリボンと物理的に
一緒になり、これによって３本の複合されたガラス−炭
素バンドまたはリボンを形成する。これらの３本の複合
リボンは廻転するマンドレル上に位置する往復案内具上
の３個の案内糸口を通った。ストランドは８５．４度の
らせん角度、４．６度の巻き角度で並列関係でマンドレ
ル表面に巻かれた。往復案内はマンドレル表面上を行っ
たり来たりし、マンドレル上に３層が置かれる迄複合ス
トランドが巻かれた。ついでマンドレルを停止し、複合
ストランド−樹脂シートを外す。完成したシートは平板
パネルを成形する為にブランクサイズ（ｂｌａｎｋｓｉ
ｚｅ）に切断する。

本発明を特定の具体例によって記載したが、これによっ
て特許請求の範囲以上に限定する意志はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の樹脂−ガラス−炭素シートを作るのに
使用される装置の透視系統図である。 第２図は第２図に示した本方法の樹脂適用部の透視拡大
図である。　。 第３図はダイ１３及び炭素ストランドの入口点を示す樹
脂通用説明部分図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラスストランドと炭素ストランドにより強化された樹
   脂シートの成形方法において、ガラスストランドを熱硬
   化性ポリエステル樹脂で被覆し、被覆されたガラススト
   ランドを計量手段を通過させて過剰樹脂を除去して重量
   基準でのガラス−樹脂含量を調整し、炭素ストランドを
   直接計量手段に導入して該炭素ストランドの繊維化を最
   小にし、炭素ストランドが計量手段を通過する時に樹脂
   で濡らせて炭素ストランドがガラスストランドと複合さ
   せ、複合されたガラスと炭素ストランドを計量手段から
   取り出してこれを廻転するマンドレル表面に向け、複合
   されたストランドを廻転表面を横切って往復させて上記
   の複合されたストランドを上記表面上に積層し、生成し
   た積層された複合ストランド樹脂複合製品を表面から切
   り出すことを特徴とする上記方法。