JPS646019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 近年プラスチツク構造部品に対する要求が急速
に増加している。トランスミツシヨン支持体、ド
アビーム等の様な自動車構造部品を成形出来る指
向性をもつた強化樹脂シートが作られている。こ
れらの指向性をもつた強化シートは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
モジユ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ユ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れぞれが樹脂マトリツクスに
与える強度とモジユ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素繊維はしばしば
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つてカーボ
ンのストランドをフイラメント化即ちストランド
を形成しているフイ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。本発明に
より炭素ストランドを樹脂で漏らしこれをガラス
ストランドを一緒にして炭素とガラスストランド
の両者によつ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ゝで
十分に漏らされる。ついでガラスストランドはガ
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。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、炭素ストランドがフイラメントに解離する
ことを防ぎ、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附随して遭遇
する破断を起すことなくガラスと一緒とマンドレ
ルに巻くことが出来る。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。例示の
ための第１図に示されるように、６個だけのガラ
ス繊維成形パツケージ２を用いる。これらのパツ
ケージ２は図示されていないが、台またはクリー
ルに載つて居り、各パツ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に置かれている糸口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ツケージ
はそのストランド１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。ついでこれらのストランド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
有する２個のパツケージ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の表面から樹脂のダイスで拭い取
るときに蓄積される樹脂後流１４を通つて、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で一緒にされてバンド１７となり、このリ
ボンを所望厚迄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。従つてたゞ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。従つてストランド
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
の幅によつて、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
ターによつて駆動されている図示されていないシ
ヤフトで時計方向に廻転している。案内板２１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１５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つて作り出される尖鋭角であ
る。本方法によつ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１７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
よつて作られる尖鋭角である。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１７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１層が形成される。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、棒１１と
１５の下を通つ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２
１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。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3840618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。本方法において
このことはダイ１２と１３中のオリフイスの大き
さを調整することによつて達成される。一般にこ
れらのオリフイスは0.356から1.981mm（0.014から
0.078インチ）の範囲に保つのが好ましいことが
見出された。

系に供給されたグラフア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。従つて炭素ストランド
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。これによつて炭素ストランド
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。

本方法によつて作られるシート複合体及び複合
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
準で約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（50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、
典型的には成形され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。従つて実際
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ドイツチされてい
るので、樹脂複合体は成形部品を作る迄容易に取
扱い貯蔵出来る。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つて処
理して炭素繊維のストランドを作ることによつて
作られる。従つて炭素フイラメントは、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〔モダンプラスチツ
クスエンサイクロペデイア（Modern Plastics
Encyclopedia）54、10A、第172頁、1977年10
月；アドバンスドマテリアル（Advanced
Materiais）、C.Z.キヤロル−ポルツインスキイ
（C.Z.Caroll−Porczynski）、ケミカル出版社
（Chemical Publishing Co.）ニユーヨーク（N.
Y.）1974年；インダストリアルケミストリー
（Industrial Chemitry）、第７版、第342頁、ヴア
ンノストランドラインホルド社（Van Nostrand
Reinhold Co.）、ニユーヨーク（N.Y.）1974年）〕
に記載せられている。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（Celanese
Corporation）によつ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、ステアリン酸亜鉛0.5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−炭素シートを作つた。

その各々がＫ−37ガラスストランドを含有して
いる12個のガラス繊維成形パツケージをクリール
に入れた。これらのストランドは400本のガラス
フイラメントを有し、各フイラメントは0.0127mm
（0.0005インチ）の径を有している。４個のパツ
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緒にして３本のガラスリボン
を作つた。３本のガラスリボン全部を毎分30.48
〜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0.045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つて生じる樹
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
れる樹脂によつて濡らされ、ダイを通過するガラ
スリボンと物理的に一緒になり、これによつて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
案内糸口を通つた。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
行つたり来たりし、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（blank size）に切断する。

本発明を特定の具体例によつて記載したが、こ
れによつ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適用説明部分図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 樹脂−ガラスストランド及び炭素ストランド
   の複合シートの成形法において、ガラスストラン
   ドを硬化性樹脂体中に導入し、ガラスストランド
   を硬化性樹脂体を通過させてガラスストランドを
   樹脂で被覆し、被覆後ストランドをダイを通過さ
   せて過剰の樹脂を除去してガラスの樹脂含量を調
   整し、炭素ストランドを直接ダイに導入して、炭
   素ストランドをダイに含まれる樹脂で湿らせなが
   らダイ中で炭素ストランドをガラスストランドと
   物理的に一緒にし、複合されたガラス−炭素スト
   ランドをダイから案内を通過させ、回転する表面
   が所望の深さまで樹脂−ガラスストランド及び炭
   素ストランドのシートで被覆されるまで複合され
   たストランドを水平面で該表面を横切つて往復さ
   せることにより該表面上に複合されたストランド
   を巻き、未硬化状態で該表面からシートを取り出
   すことを特徴とする上記方法。