JPS63247012A - 繊維強化熱可塑性プラスチツクの製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化熱可塑性プラスチック（以下ＦＲＴ
Ｐと略す）に関する。

〔従来の技術〕

従来よりＦＲＴＰとしては、繊維長１ｖａ以下のｇｙａ
ｍ強化のものと、コンティニアスストランドを使用した
マット状長繊維を強化材とするものが知られている。

曲者は、繊維流動性が良好で、射出成形用材料として広
汎に使用されており、成形品の外観は良好であるが強度
は低い。

一方、後者は、！ａ維流動性が悪く、主として平面形状
に近い物品を成形する、いわゆるスタンピング成形材料
として使用されており、成形品の外観は悪いが、強度は
高い。

近年、上述した２種の材料の長所を合せ持った材料、す
なわち繊維流動性が良好で、外観も良く、成形品強度が
高い材料として、２５ｍ−前後に切断した繊維を強化材
とするチョツプドヤーン系ＦＲＴＰが開発されている。

このチョツプドヤーン系Ｆ　ＲＴ　Ｐの製造法としては
、通常一方向に配向した長繊維によるシート状プリプレ
グを繊維長が２５＋＋＋ｍ前後になるように短冊状に細
かく切断し、その切断片を所望の形状に積み重ね、後述
するプレス形成、オートクレーブ成形、スタンピング成
形等を行なう方法などが用いられて・いる。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このチョツプドヤーン系ＦＲＴＰは、成
形時において繊維の流れむらや繊維配向がかならず発生
するので、強度のばらつきや成形品のソリ、ねじれが発
生し、構造材として使用する場合は信頼性の点で問題点
が多い。

また、繊維含有率を高くすると成形時の流動性が極端に
悪くなり、金型に充填しなくなるという問題点もある。

本発明は上記問題点に鑑み成されたものであり、その目
的は成形時の流動性が良好で充填不良が発生せず、かつ
成形時の繊維の流れむら等による成形後のソリ、ねじれ
および強度のばらつきの無い高品質のＦＲＴＰの製造法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行な
った結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、一方向に配列してなる補強用繊維に
熱可塑性樹脂を含浸してなるシート状プリプレグを複数
枚積み重ねて晟形する繊維強化熱可塑性プラスチックの
製造法において、該プリプレグ上に、繊維を横切る方向
で、繊維を切断する深さの切れ目を有することを特徴と
する繊維強化熱可塑性プラスチックの製造法である。

本発明に使用する熱可塑性樹脂としては、例えばポリス
チレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＳ樹脂、Ａ
ＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂（ポリアクリロニトリル、ポリス
チレン、ポリアクリル酸エステル）、ポリメチルメタク
リレート、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネー
ト、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリフェニレンオキシド、ふっ素樹脂、ポリ
フェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテル
ケトンォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリイミド、ボリアリレート等がある。

本発明に使用する補強用繊維としては、例えばガラス繊
維、カーボン繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維等が
代表的なものである。またその繊維は通常太さ３〜１３
μのモノフィラメントを３０００〜１２０００本収束し
たロービングを１００〜２００本一方向に並べたものを
用いる。

なお、従来のコンティニアスストランドまたはチョツプ
ドヤーン系を用いたプリプレグは、流動性の面から、そ
の補強用繊維の体積含有率が３０〜４０ｖｏ１％以下の
ものしか使用できなかった。しかし、本発明によれば繊
維の流動性が改善されるので、補強用繊維の体積含有率
が５５〜６５ｖｏ１％のものも使用可能であり、ＦＲＴ
Ｐの強度の向上が期待できる。

熱可塑性樹脂を補強用繊維に含浸させる方法としては種
々の手段があるが、最も一般的な方法は以下の二つであ
る。

ひとつは、溶媒に可溶な樹脂であれば、その樹脂を溶液
化して補強用繊維に含浸し、脱泡しながら溶媒を除去し
、プリプレグを作成する方法である。

もうひとつは、樹脂を加熱溶融して補強用繊維に含浸し
、脱泡し冷却してプリプレグを作成する方法である。

次に、切れ目の長さおよび位置の具体例を図面を用いて
説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明におけるプリプレグ上
の切れ目の具体例を示す平面図である。

一方向強化のシート状プリプレグ２の補強用繊維の方向
１が矢印で示され、また切れ口３が多数設けられている
。例えば第１図（Ａ）および（Ｂ）においては、切れ目
３は破線状および階段状に規則的に形成されており、各
々の切断される補強繊維の長ざが均一な一定寸法の短冊
形状のプリプレグ設片４になるように形成されている。

また、第１図（Ｃ）に示すように不規則に切れ口３を入
れた場合でも本発明の効果は生じるが、以下に述べる条
件を満たすものであれば、その効果はより顕著となる。

その条件とは、切れ目の長さが２〜ｌ０ＩＩＩ１１であ
り、切れ目と切れ目の間隙が切れ目方向において２〜３
０＋ｎｍになるように列を成し、かつその列同士の間隙
を５〜１００ｍｍにすることである。このような切れ目
の長さおよび配置は、プリプレグ３の充填性、繊維の流
動性等の面から、最も効果的になるように上述の範囲を
考慮して適宜選定すればよい。

なお、切れ目の潔さは、補強繊維が完全に切断される深
さであればよい。

第２図（Ａ）および（Ｂ）は切れ目を有するプリプレグ
の断面図である。第２図（Ａ）に示されるように切れ目
３がプリプレグ２を突抜けていれば、また第２図（Ｂ）
に示されるように切れ目３が下側の樹脂部分５には達し
ていなくとも、繊維部分６を完全に切断していれば本発
明の効果を生じさせることができる。

次に、プリプレグに切れ目を入れる手段の具体例を説明
する。

通常のプリプレグは、鋭利な刃物により切れ口を入れる
ことができる。さらに大量に処理を行なう場合は、刃を
切れ目形状通りに木板に埋め込んだ、いわゆる抜き刃を
、液圧プレスあるいはクランクプレスに装着し、プリプ
レグをプレスに装着した抜き刃の下に置き打ち抜く方法
を用いる。あるいは、刃を回転ローラーに埋め込み、こ
のローラーとゴムロールを一対とし、回転ローラーを回
転させて、ゴムロールと刃付ローラーの間にプリプレグ
を通して、連続的に切れ目を入れる方法を用いる。

次に５切れ目を入れたプリプレグを積層する時のその繊
維方向については、成形後のＦＲＴＰに求められる物性
によって適宜選択できる。例えば、水平方向の強度につ
いて等方性を有するＦＲＴＰを作製する場合は、プリプ
レグの繊維方向を例えば４５°ずつずらし、繊維方向が
偏らないように積層する。また、一方向のみ強度が必要
な場合は、繊維方向をひとつの方向にそろえて積層する
。上述のようにして積層したプリプレグの積層体をＦＲ
ＴＰ成形品にする成形法としては、従来のチョツプドヤ
ーン系ＦＲＴＰに使用する成形法を用いることができる
。

例えば、プレスに装着した金型中で前記積層体をその流
動可能温度以上に加熱しながら、１〜３００　ｋｇ／ｃ
ｍ２の圧力で、１０秒〜６０分加圧し、少なくともその
ガラス転移温度以下に冷却してから脱型する、いわゆる
プレス成形法や、真空下で脱泡し、その流動可能温度以
上に加熱した後、２０ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で賦形し
、その後少なくともガラス転移温度以下に冷却してから
脱型する、いわゆるオートクレーブ成形法などが一般的
である。

また、前記積層体をオーブン中でその流動可能温度以上
に加熱した後、その積層体あるいは上述した成形法によ
り成形された板状ＦＲＴＰを少なくともそのガラス転移
温度以下に加熱したプレス金型中に投入し、金型を短時
間で圧締し、賦形、脱泡および冷却を同時に行なう高速
成形法、いわゆるスタンピング成形法を用いることもで
きる。

さらに、本発明の成形法にはインジェクション成形品の
補強用として前記積層体または上述した成形法により成
形されたＦＲＴＰをあらかじめ金型内に挿入しておき、
インジェクション成形用樹脂と一体化する方法も含まれ
る。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、長繊維プリプレグを切断した
小さなプリプレグ切断片を多数積み重ねて成形する従来
のチョツプドヤーン系ＦＲＴＰと比較して、本発明によ
れば、長繊維プリプレグにその繊維を切断するような切
れ目を設けることにより、成形時における繊維の不規則
な流れが抑制される。その結果、成形後のソリ、ねじれ
および強度のばらつきが無くなり、高品質のＦＲＴＰが
製造できる。

さらには、繊維の不規則な流れが抑制されるので、繊維
同士のからまりが少なくなり、その結果流動性が良くな
り充填不良が無くなる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例および比較例により更に詳細に説
明する。

なお、以下の実施例および比較例に使用するプリプレグ
は特開昭６１−２２９５３５に記載されている、一方向
にシート状に引張られながら搬送される複数の繊維を樹
脂塗膜付与ロールに接触させる方法により作製したシー
ト状プリプレグを用いた。また、そのプリプレグに使用
したマトリックス樹脂、強化繊維および強化繊維の体積
含有率（Ｖｆ）を第１表に示す。

実施例１ プリプレグａを用いて、第１図（Ａ）に示すようなパタ
ーンで切れ目を設けた。

なお、その切れ目は先に述べたように切れ目の長さが５
１１１Ｉｍで、切れ目と切れ目の間隔も５１１■で、切
れ目と切ね目の列の間隔は１２．５のｌで、切れ目の深
さはプリプレグの繊維を完全に切断する深さとした。

なお、この切れ目は上記のような（Ａ）のパターンに刃
を配置した抜き刃を油圧プレスに装着して打ち抜くこと
により設けた。

次に、切れ目を設けたプリプレグを８枚積み重ね積層体
を形成した。Ｍｔ層時のプリプレグの繊維方向は、１枚
目のプリプレグの繊維方向をＯｏとし、その上に順次４
５°、９０°、１３５°、１３５°。

９０°、　４５＠、　Ｏｏと４５°ずつずらした。なお
、この積層体の厚さは１．６０１１１１である。

次に、この積層体を上記０°方向が長辺方向になるよう
に、２００ｍｍ　Ｘ　１００ｍｍの長方形状に切断した
。

次いで、この積層体を２５０＋ｏｍ　Ｘ　１５０ｍｍ　
Ｘ　１　ｍｍの平板を成形するための金型内の中央に投
入し、第２表に示す成形条件で平板状ＦＲＴＰを作製し
た。

この平板状ＦＲＴＰの長辺方向を０°方向として、その
０’、４５°、９０＠方向についての曲げ物性を測定し
た。なおその測定条件は、試験片サイズの長さ８０１■
、巾１５１！１ａ１１スパン間距Ｉ１１ｉ５０ｍｆｆｌ
、載荷スピード１１ＩｌＺ分とした。

また成形時のプリプレグの流動性の評価は、成形後、金
型内にプリプレグが完全に充填しているか否かにより行
なった。

上記の曲げ物性および流動性評価の結果について、第２
表に示す。

実施例２ プリプレグｂを使用する以外は、実施例１と全く同様に
して成形板を得た。

この成形板の強度、流動性の評価結果を第２表に示す。

実施例３ プリプレグＣを用いて、第１図（Ｂ）に示すようなパタ
ーンで切れ目を設けた。

なお、その切れ目は先に述べたように、切れ目の長さが
５１１１１で、切れ目と切れ目の間隔は、切れ目の長さ
の３倍の１５ｍｍで、切れ目の列と切れ目の列との間隔
は８ｍｍで、切れ目の深さはプリプレグの繊維を完全に
切断する深さとした。

なお、この切れ目は上記のような（Ｂ）のパターンに刃
を配置した抜き刃を、油圧プレスに装着して打ち抜くこ
とにより設けた。

この切れ目の入ったプリプレグを、実施例１と全く同様
な方法で積層体とした。この積層体を第２表に示す成形
条件で、実施例１と同様な方法で２５０１０１　Ｘ　１
５０ｍｍ　Ｘ　１　ｍｕ＋の平板を成形した。この成形
板の曲げ物性、流動性を実施例１と同様な方法で評価し
た。

その評価結果を第２表に示す。

実施例４ プリプレグｄを用いる以外は、実施例３と全く同様にし
て、成形板を得た。

この成形板の強度、流動性の評価結果を第２表に示す。

実施例５ プリプレグｅを用いて、第１図（Ｃ）に示すようなパタ
ーンで切れ目を入れた。

なお、その切れ目は先に述べたように、切れ目の長さが
５ｍｍで、切れ目と切れ目の間隔も５Ｘｎｍ■（ｎ＝１
．２．３）の範囲で任意とし、切れ目の列と切れ目の列
の間隔は５〜８ｍｍの範囲で任意とし、切れ目の深さは
プリプレグの繊維を完全に切断する深さとした。

なお、この切わ目は上記のような（Ｃ）のパターンに刃
を配置した抜き刃を、油圧プレスに装置して打ち抜くこ
とにより設けた。

この切れ目の入ったプリプレグを実施例１と同様な方法
で積層体とし、第２表に示す成形条件で、実施例１と同
様にして、２５０ｍｍ　ｘ　１５０ｏｍ　ｘ　１ｍｍの
平板を成形した。

この成形板の曲げ物性、流動性を実施例１と同様な方法
で評価した。評価結果を第２表に示す。

実施例６ プリプレグｆを使用することと、成形条件を第２表に示
す条件とする以外は実施例５と同様にして、成形板を得
、曲げ物性、流動性を評価した。

評価結果を第２表に示す。

なお、実施例１〜６における曲げ物性はほとんどばらつ
きかなく、また流動性も良好であった。

比較例１〜６ 実施例１〜６で用いたと同じプリプレグａ　％　ｆを、
その繊維方向が長辺となるような長さ２５ＩｌｌＩ、巾
５１１１１の　短冊形状に切断した。

次に、実施例１〜６で用いた金型内の中央に、実施例１
〜６の４１層体と同重量の短冊状プリプレグを、実施例
１〜６と同面積になるように積み重ね、第３表に示す条
件で２５０ｍｍＸ　１５０ｍｍ　Ｘ　Ｉ　ｌ１１ｍの平
板を形成した。

次に、実施例１〜６と同様にして、この成形板の曲げ物
性、流動性を実施例１と同様な方法で評価した。その評
価結果を第３表に示す。

この比較例１〜６は実施例１〜６と比較して０°、　４
５”　、９０°方向の強度のばらつきが大きい。また、
比較例５において充填不良が発生した。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の切れ目のパターンの種
々の具体例を示す図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の
切れ目の深さの具体例を示す断面図である。 １・・・・・・−・プリプレグの繊維方向、２・・・・
・・・・・プリプレグ、 ３・・・・・・・・・切れ目、 ４−−−−−−　・−短冊形状のプリプレグ断片、５・
・・・・・・・・樹脂部分、 ６−−　・−−−−−繊維部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向に配列してなる補強用繊維に熱可塑性樹脂
   を含浸してなるシート状プリプレグを複数枚積み重ねて
   成形する繊維強化熱可塑性プラスチックの製造法におい
   て、該プリプレグ上に、繊維を横切る方向で、繊維を切
   断する深さの切れ目を有することを特徴とする繊維強化
   熱可塑性プラスチックの製造法。
2. （２）切れ目が、長さ２〜１０ｍｍであり、かつ切れ目
   と切れ目の間隙が切れ目方向において２〜３０ｍｍであ
   る切れ目の列を成し、かつ該列同士の間隙が５〜１００
   ｍｍである特許請求の範囲第１項記載の繊維強化熱可塑
   性プラスチックの製造法。