WO1994003322A1 - Molded laminate and method of producing the same - Google Patents

Molded laminate and method of producing the same Download PDF

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Hideo Sakai
Kojiro Motai
Satoru Kishi
Katsuyuki Morita
Nobuyuki Hosoyama
Hiroshi Tanabe
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Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to a hollow laminated molded article made of a fiber-reinforced thermoplastic resin and a method for producing the same.
  • molded articles made of resin are mainly formed by laminating fiber-reinforced, low-molecular-weight thermosetting resin plates and then heat-molding them.
  • thermosetting resin has a low molecular weight, so it emits odors such as styrene monomer odor when the resin is an unsaturated polyester resin and amine odor when the resin is an epoxy resin during the manufacturing operation, which has a bad effect on the human body.
  • odors such as styrene monomer odor when the resin is an unsaturated polyester resin and amine odor when the resin is an epoxy resin during the manufacturing operation, which has a bad effect on the human body.
  • the resin and the reinforcing fiber are not integrated during lamination, they are likely to be displaced and wrinkled during molding. For this reason, molding requires considerable technology, and it takes a considerable amount of time to cure the molded product. Therefore, there is a problem that this molding device is extremely expensive and the manufacturing cost is also high.
  • Examples of the method include a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-268682, entitled "Method and Apparatus for Continuously Forming Fiber-Reinforced Resin Molded Article". Is heated and softened, and then press-molded at high pressure in a mold with a press machine, that is, a predetermined number of fiber reinforced resin plates are laminated on the surface of a male or female mold, the mold is closed and the resin flows. After pressurizing while heating above the allowable temperature, the resin is cooled to a temperature below the glass transition temperature of the resin and then released by a press molding method, or a piled fiber reinforced resin plate is put into a mold, which is then placed under vacuum.
  • An autoclave molding method and the like are known in which a mold is heated to a temperature higher than the flowable temperature and then defoamed, and then the temperature in the mold is lowered to room temperature and demolded.
  • the cross-sectional shape of the molded product becomes an open curve.
  • shell-shaped molded products such as box-shaped and dish-shaped products can be manufactured, hollow cylindrical shaped products with a closed cross section cannot be manufactured.
  • a laminated body of a fiber reinforced resin plate in which a resin is melted is wound around a core mold, molded, and then put together with the core mold into a mold, and then pressed.
  • a method in which after pressurizing while heating in a machine or under vacuum, cooling, taking out the molded product, and removing the core is a method in which after pressurizing while heating in a machine or under vacuum, cooling, taking out the molded product, and removing the core.
  • a hollow cylindrical molded product is generally divided into a plurality of parts, molded, assembled into a hollow cylindrical body, and their edges are joined together with a bolt nut or adhesive. Or, it is manufactured by heating and crimping the joint surface.
  • a method has the problem of complicating the manufacturing process because multiple parts must be individually molded, assembled, and their edges joined together.
  • the method using ultrasonic waves cannot raise the temperature of the joint surface if the thickness of the joint is 0.5 mm or more, and the method using friction heat damages the reinforcing fibers on the joint surface
  • the method using a hot plate has the problem that the resin other than the joint surface also melts, causing uneven strength and lowering the overall strength. It is difficult to manufacture a hollow cylindrical molded product without losing strength at cost. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to produce a hollow fiber-reinforced thermoplastic resin molded article without using bolt nuts or adhesives, without impairing the strength of the joint surface, and easily producing a fiber-reinforced thermoplastic resin. It is intended to provide a laminated molded product of a resin plate and a method for producing the same.
  • the above-mentioned object is achieved by connecting the longitudinal edges of at least one long laminate obtained by laminating fiber-reinforced thermoplastic resin plates containing reinforcing fibers having a volume content of 30% or more and 85% or less in layers. This is attained by a hollow cylindrical laminated molded product formed by overlapping. Thus, this laminated molded product is heated by heating at least one laminate formed by laminating fiber-reinforced thermoplastic resin plates containing reinforcing fibers having a volume content of 30% or more and 85% or less. A step of degassing air contained in the layers by bringing the thermoplastic resin into a molten state;
  • thermoplastic resin Disposing the laminate in which the thermoplastic resin is in a molten state around a molding tool having a desired cross-sectional shape
  • the laminated body is closely attached to the outer peripheral surface of the forming tool so that the peripheral area of each laminated body overlaps with the peripheral area of the adjacent laminated body and wraps the forming tool in a closed state in a loop shape. Joining and integrating the laminates of
  • a hollow tool having a vent hole in a peripheral wall is used, and after the step of bringing the heated laminated body into close contact with the outer peripheral surface of the forming tool and completing the integration, in the process of cooling, While the temperature of the body is equal to or lower than the melting point of the thermoplastic resin and equal to or higher than the softening point, compressed air is supplied into the molding tool, and the outer peripheral surface of the molding tool and the inner peripheral surface of the laminated body are extruded by the air pushed out from the ventilation holes. It is recommended that an air layer be formed in the middle to release the integrated laminate from the outer peripheral surface of the forming tool, and then a step of removing the forming tool be performed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a square molded product obtained by the method of the present invention
  • FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which a plurality of laminates are arranged at opposing positions on the outside of the forming tool.
  • FIG. 3 shows the state in which the upper laminate shown in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a procedure of stacking the laminate
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the upper laminate and the lower laminate are welded
  • FIG. 5 is a perspective view of a molding tool having a vent
  • FIG. 7 is a perspective view showing a square cylindrical forming tool having a brace inside
  • FIG. 8 is a perspective view showing a forming tool used in another embodiment according to the present invention
  • FIG. 9 is laminated on the forming tool of FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method of winding the body
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the laminate has been wound around the forming tool of FIG. 8, FIG.
  • FIG. 11 is a front view of a molding tool used in still another embodiment according to the present invention
  • FIG. 12 is a side view thereof
  • FIG. 13 is a diagram showing a laminate of the molding tools shown in FIGS. 11 and 12.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a method of winding and molding
  • FIG. 14 is an end view of a laminated molded product manufactured by using the molding tool. Best mode for carrying out the invention
  • the molding material used in the present invention is a unidirectional fiber-reinforced thermoplastic made of a fiber sheet in which continuous fibers are aligned in one direction, and impregnated with a thermoplastic resin capable of low-pressure molding.
  • a resin plate hereinafter, referred to as a prepreg
  • a prepreg a multidirectional fiber-reinforced thermoplastic resin plate obtained by impregnating a woven fabric such as a plain weave, a satin weave, and a twill weave with the above resin is used.
  • prepregs are laminated singly or in combination to have a desired fiber orientation and thickness, and the laminate is heated and compressed in advance of the forming step to remove air existing between the prepregs. This makes it possible to improve the physical properties of the obtained molded article.
  • the thickness of this prepreg is usually about 0.05 mm to 1 mm, but if it is too thin, the prepreg will be easily torn at the time of lamination, the number of laminations will increase, and the work efficiency will deteriorate, and it will be too thick. When molded together with a molding tool, the repulsive force of each layer becomes large, making it difficult to bend and making good shaping impossible. It is desirable to be 0.6 mm or less.
  • the fibers used as the above-mentioned aggregates include glass fiber, carbon fiber, and aramide fiber (registered trademark). Synthetic resin fibers such as “Kepler”, etc.), inorganic fibers such as gay carbon fibers, and metal fibers such as titanium fibers, boron fibers, and stainless steel, but are not necessarily limited to these.
  • thermoplastic resin impregnated between the aggregate fibers includes polystyrene, polyvinyl chloride, high-density polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyether sulfone, and polysulfone.
  • Polyether imide (trade name "ULTEM"), polyester ether ketone, polyphenylene sulfide, and the like, but are not necessarily limited thereto.
  • the above-mentioned heating step is provided before the shaping step of the laminated body. This is to perform deaeration between the prepregs and sufficiently laminate heat for facilitating processing in the next step. It plays a role in giving to the body. That is, the method for forming a fiber-reinforced thermoplastic resin laminate having a closed cross section to be obtained in the present invention is as follows: the thermoplastic resin is in a heat-melted state, and the laminate is heated by its own heat to another laminate. The method uses welding and integration.
  • thermoplastic resin plate containing no reinforcing fiber cannot maintain its flatness in a heated and molten state, and it is more difficult to shape it. Therefore, in such a case, the shaping is performed in a closed mold or in a softened state at or above the melting point of the thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin laminate of the present invention since the resin is impregnated in the three-dimensional structure of the fiber composed of the prepreg refined in layers, the thermoplastic resin is melted, and the resin alone becomes a fluid state. Even so, the shape of the laminate is maintained, so that the laminate can be shaped by applying an external force to the laminate in the subsequent shaping step.
  • thermoplastic resin maintains its molten state even after shaping, if the laminate in a similar state is pressed, the thermoplastic resin on the joint surface will fuse together and then solidify upon cooling, resulting in two The bonding surface of the laminate is completely integrated, and a high-strength bonding surface of the same quality as the portion of the laminate other than the bonding surface can be formed.
  • the fiber-reinforced thermoplastic resin plate constituting the laminate used in the present invention preferably contains a reinforcing fiber having a volume content of 30% or more and 85% or less, and more preferably contains a volume of the fiber. Since a material having a ratio of 40 to 80% has appropriate moldability, a desirable molded product can be obtained by using this.
  • the resin needs to have an appropriate resin viscosity. It is recommended that the viscosity be 100 poise or more and 300 poises or less, because the fibers may flow out from the space, the arrangement of the fibers may be disturbed, and if the fiber is too high, molding may be difficult.
  • 1 and 2 are the upper laminate and the lower laminate in which the thermoplastic resin is in a molten state
  • 3 is a hollow rectangular tube-shaped molding tool with both end faces closed
  • 4 and 4 'are molding tools. 3 is provided above both side surfaces of the upper laminate 1 and is reciprocated up and down so that both edges of the upper laminate 1 are in close contact with both sides thereof.
  • 5 is a repellent plate for molding the lower laminate 2.
  • 6 is an air layer
  • 1 ' is an upper laminate in which the thermoplastic resin is in a softened state
  • 2' is a lower laminate in which the thermoplastic resin is in a softened state.
  • the upper laminate 1 arranged in contact with the upper surface 3c of the molding tool 3 and the lower laminate 2 arranged in contact with the lower surface 3d of the molding tool 3 are as described above.
  • a heating step in a stage before the arrangement air existing between the prepregs is removed in advance, and after the laminates 1 and 2 are formed in a rectangular shape, heat is applied to enable welding.
  • the laminate is heated to a temperature above the glass transition point of the thermoplastic resin.
  • the claws 4 and 4 ′ are lowered, the upper laminate 1 is bent along the forming tool 3, and both edges thereof are brought into close contact with both side surfaces 3 a and 3 b of the forming tool 3,
  • the flipping plate 5 is rotated to fold both edges of the lower laminate 2 along both edges of the upper laminate 1, as shown in FIG. As described above, the overlapping portion of the upper laminate 1 and the lower laminate 2 is crimped.
  • both edges of the laminates 1 and 2 are welded to each other to form a hollow cylindrical body. After that, the mixture is cooled and solidified to obtain a hollow cylindrical molded product of a fiber-reinforced thermoplastic resin laminate.
  • the molding tool 3 be used repeatedly so that the molded product can be easily extracted from the molding tool 3.
  • a large number of ventilation holes 3 e are provided on the peripheral wall of the molding tool 3, and an air injection port 3 f for injecting compressed air into the molding tool 3 is provided on one end surface.
  • compressed air is injected into the molding tool 3 from the air injection port 3 mm.
  • the compressed air escapes from the vent 3 e of the molding tool 3 and enters between the outer peripheral surface of the molding tool 3 and the inner peripheral surface of the molded article, and as shown in FIG. Since it is formed, the molded product can be easily released from the molding tool 3.
  • a laminated molded product was manufactured by the above method under the following manufacturing conditions.
  • a cross-shaped iron plate brace 8a and one of the brace 8a are fitted almost in any one of the triangular grooves of the cross-section, and the edge of the brace 8a that comes into contact when it is set in the groove.
  • a substantially triangular prism-shaped temporary fixing member 8b having a step portion capable of forming a gap of a constant depth with either one of the molding tools shown in FIG. 8,
  • One edge of the pre-heated laminate 80 similar to that of Example 1 is hooked on one side of the brace 8a, and a temporary fixing member 8b is placed thereon, and one edge of the laminate 80 is temporarily fixed member 8
  • the laminated body 80 is locked by fitting it into contact with the step of b, and the free end of the laminated body 80 is applied around the brace 8a while applying a constant tension as shown in Fig. 9. Wrap until overlapping as shown in Fig. 0, crimp the overlapping part, cool down, and remove the temporary fastening member 8b. Took to produce a structure having a diagonal brace 8 a to. Since the structure manufactured in this example is a combination of a laminated molded product and a cross-shaped brace, this method is lighter and more lightweight than the structure of Example 2. A structure having the same rigidity as the structure was obtained.
  • the molding tool shown in FIG. 11 is used.
  • This molding tool has a support frame 9 having circular holes 9a at four corners of two opposing rectangular plates and a cutout 9b at a pair of opposing sides, and four ends of the support frame 9 at both ends.
  • the same laminated body 92 as in Example 1 preheated to the four supporting round bars 90 supported by the supporting frame 9 is subjected to a constant tension until the edges overlap as shown in FIG.
  • the present invention is configured as described above, when the laminated molded product according to the present invention and the method for producing the same are used, a hollow laminated molded product composed of a fiber-reinforced thermoplastic resin plate is used with a bolt nut and an adhesive. Without reducing the strength of the joint surface, it can be manufactured by a simplified processing process.

Description

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積 層 成 形 品 及 び そ の 製 造 方 法 技 術 分 野
本発明は繊維補強熱可塑性樹脂から成る中空の積層成形品及びそれを製造する 方法に関する。 背 景 技 術
従来、 樹脂製の成形品は、 主に繊維補強された低分子量の熱硬化性樹脂板を積 層し、 加熱成形して成るものである。
然しながら、 熱硬化性樹脂は、 低分子量であるため、 製造作業時に、 その樹脂 が不飽和ポリエステル樹脂の場合にはスチレンモノマー臭、 エポキシ樹脂の場合 にはァミン臭といった臭気を発し、 人体に悪影響を及ぼすという問題がある。 また、 積層に際しても樹脂と補強繊維とが一体化されていないため、 成形の途 中でこれらがずれ易く、 皺が寄り易い。 そのため、 成形には可なりの技術を要し、 また、 成形品の硬化にもかなりの時間を要するため、 この成形装置は極めて高価 になり、 製造コストも高くなるという問題がある。
そこで、 取扱いが比較的容易な熱可塑性樹脂を用いた繊維補強樹脂板を使用し た成形品の製造が試みられている。
これには、 「繊維補強樹脂成形体の連続賦形方法及びその装置」 と題する特開 平 1 一 2 8 6 8 2 3号公報に記載の方法のほか、 一般的には、 繊維補強樹脂板を 加熱軟化したのちプレス機にて金型内で高圧で加圧成形する方法、 即ち、 雄型又 は雌型の表面に繊維補強樹脂板を所定の枚数積層し、 型を閉じて樹脂の流動可能 温度以上に加熱しながら加圧した後、 樹脂のガラス転移温度以下に冷却し、 脱型 するプレス成形法や、 積曆した繊維補強樹脂板を金型内に投入し、 それを真空下 で流動可能温度以上に加熱して賦型、 脱泡した後、 金型内の温度を室温まで下げ て脱型するォートクレーブ成形法等が知られている。
これらの方法では、 一般にその成形品の断面形状が開曲線となるような例えば 箱形や皿形などの殻状の成形品は製造できるが、 断面が閉曲線となる中空筒状の 成形品を製造することができなレ、。
このような中空筒状の成形品を製造する方法としては、 心型に樹脂が溶融して いる繊維補強樹脂板の積層体を巻き付けて成形し、 それを心型ごと金型に投入し、 プレス機又は真空下で加熱しながら加圧した後、 冷却して成形品を取り出し、 心 型を抜き取る方法がある。
然しながら、 しわや弛みができないよう積層体を心型に巻き付けることは高度 な技術が必要であり、 また、 加圧しながら加熱した後、 冷却するという工程には 長時間を要するため、 製造コス卜が高くなるという問題がある。
このため、 一般的に中空筒状の成形品は、 複数に分割して成形し、 これらを中 空筒状体になるよう組み立てて、 それらの辺縁同士をボルトナツ トゃ接着剤で接 合するか、 又は、 その接合面を加熱し、 圧着することにより製造されている。 然し がら、 このような方法では、 複数の部品を個別に成形し、 組み立て、 そ の辺縁同士を接合しなければならないため、 製造工程が複雑になるという問題が める。
また、 ボルトナッ ト等の機械的な接合方法に於いては、 接合部分に応力が集中 するため、 用途によっては補強装置を設けなければならないという問題があり、 接着剤等の化学的な接合方法に於レ、ては、 界面剥離が発生するという問題があり、 さらに、 ポリプロピレン樹脂に適した接着剤はないという問題がある。
また、 加熱溶融して圧着する方法に於いては、 超音波を使用する方法、 接合面 に振動を与えることにより発生する摩擦熱を使用する方法、 熱板を使用する方法 等があるが、 超音波を使用する方法は、 接合部の厚みが 0. 5 m m以上であると接 合面の温度を上昇させることができず、 また、 摩擦熱を使用する方法は、 接合面 の補強繊維が損傷するため全体的な強度を低下させ、 さらに、 熱板を使用する方 法は、 接合面以外の樹脂も溶融し、 強度むらを発生させて全体的な強度を低下さ せるという問題があり、 低コストで強度を損なわずに中空筒状の成形品を製造す るとは困難である。 発 明 の 開 示
本発明の目的は、 中空の繊維補強熱可塑性樹脂成形品を製造するにあたって、 ボルトナッ トや接着剤を使用することなく、 接合面の強度を損なうことなく、 簡 略に製造し得る繊維補強熱可塑性樹脂板の積層成形品及びその製造方法を提供す ることにめる。
上記の目的は、 容積含有率で 3 0 %以上 8 5 %以下の補強繊維を含む繊維補強 熱可塑性樹脂板を層状に積層して成る少なくとも一枚の長尺の積層体の長手方向 縁辺を互いに重ね接ぎして成る中空筒状の積層成形品によって達成される。 . 而して、 この積層成形品は、 容積含有率で 3 0 %以上 8 5 %以下の補強繊維を 含む繊維補強熱可塑性樹脂板を層状に積層して成る少なくとも一枚の積層体を加 熱し、 その熱可塑性樹脂を溶融状態にして層間に含まれる空気の脱気を行うステ ップと、
上記熱可塑性樹脂が溶融状態にある積層体を、 所望の断面形状を有する成形具 の周囲に配置するステップと、
上記積層体を、 各積層体の辺縁領域が隣接する他の積層体の辺縁領域と互いに 重なり合ってループ状に閉じた状態で成形具をくるむよう成形具の外周面に密着 させ、 一体以上の積層体を互いに接合、 一体化させるステップと、
上記一体化した積層体を冷却するステップと、
から成る積層成形品の製造方法によって得られる。
なお、 上記成形具として、 周壁に通気孔を有する中空のものを用い、 上記加熱 した積層体を成形具の外周面に密着させ一体化させるステップの完了後、 これを 冷却する過程において、 上記積層体の温度がその熱可塑性樹脂の融点以下軟化点 以上にある間に、 成形具内へ圧縮空気を供給し、 上記通気孔から押し出される空 気によって成形具の外周面と積層体の内周面の間に空気層を形成せしめて上記一 体化した積層体を成形具の外周面から離型せしめ、 然る後、 成形具を抜き取るス テップを実行するようにすることが推奨される。 図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は本発明方法によって得られる角型成形品の一例を示す斜視図、 図 2は 2 枚の積層体を成形具の外側の相対する位置に配した状態を示す説明図、 図 3は図 2に示した上側の積層体を成形具の側面に当接させ更にその上に下側の積層体を 重ねる手順を示す説明図、 図 4は上側積層体と下側積層体が溶着せしめられた状 態を示す説明図、 図 5は通気孔を有する成形具の斜視図、 図 6は通気孔を有する 成形具を用いて 2つの積層体を溶着一体化したのち成形具に圧縮空気を送り込み 成形具の外周面と積層体の内周面間に空気層を形成した状態を示す断面図、 図 7 は内部に筋交いを有する四角筒状の成形具を示す斜視図、 図 8は本発明に係る他 の実施例に用いられる成形具を示す斜視図、 図 9は図 8の成形具に積層体を巻き 付ける方法を示す断面図、 図 1 0は図 8の成形具に積層体を巻き付け終わった状 態を示す断面図、 図 1 1は本発明に係るさらに他の実施例に用いられる成形具の 正面図、 図 1 2はその側面図、 図 1 3は図 1 1及び図 1 2に示した成形具に積層 体を巻き付け、 成型する方法を示す断面図、 図 1 4はその成形具により製造され る積層成型品の端面図である。 発 明 を実施す る た め の最 良 の 態様
本発明で用いる成形用材料としては、 連続繊維を一方向に引き揃えた繊維シー トを骨材とし、 これに低圧成形が可能であるような熱可塑性樹脂を含浸させた一 方向繊維補強熱可塑性樹脂板 （以下、 プリプレグという） や、 平織、 朱子織、 綾 織等の織布に上記樹脂を含浸させた多方向繊維補強熱可塑性樹脂板 （以下、 プリ プレグという） が用いられる。 これらのプリプレグは単独で、 或いは組合せて所 望の織維配向、 厚さとなるよ うに積層し、 これらの積層体を成形工程に先立つ てあらかじめ加熱圧縮することにより、 プリプレグ間に存在する空気の脱気が可 能となり、 得られる成形品の物性を向上させ得るものである。
このプリプレダの厚さは通常 0. 0 5 mmから 1 mm程度であるが、 これが薄す ぎると、 積層時にプリプレグが裂け易くなると共に、 積層枚数が多くなり、 作業 効率が悪くなり、 また、 厚すぎると、 成形具に添わせて成形するときに、 各層の 反発力が大きくなつて曲げにく くなり、 良好な賦型ができなくなるため、 本発明 に用いるものとしては、 0. 0 8 mm以上 0. 6 m m以下であることが望ましい。 上記骨材となる繊維としては、 ガラス繊維、 炭素繊維、 ァラミ ド織維 （登録商 標 「ケプラー」 等） 等の合成樹脂繊維、 炭化ゲイ素繊維等の無機繊維、 チタン織 維、 ボロン繊維、 ステンレス等の金属繊維が挙げられるが、 必ずしもこれらに限 定されるものではない。
一方、 上記骨材繊維間に含浸せしめられる熱可塑性樹脂としては、 ポリスチレ ン、 ポリ塩化ビニール、 高密度ポリエチレン、 ポリプロピレン、 ポリカーボネ一 ト、 ポリブチレンテレフ夕レート、 ポリエチレンテレフ夕レート、 ポリエーテル サルフォン、 ポリサルフォン、 ポリエーテルイミ ド （商標 「U L T E M」 ） 、 ポ リエ一テルエーテルケトン、 ポリフヱニレンサルファイ ド等が挙げられるが、 必 ずしもこれらに限定されるものではない。
本発明においては、 積層体の賦形工程の前に前述の加熱工程を設けるが、 これ は、 プリプレグ間の脱気を行うとともに、 次工程での加工を容易にするための熱 を充分に積層体に与える役割を果たす。 即ち、 本発明で得ようとする閉断面形状 の繊維補強熱可塑性樹脂積層体の成形方法は、 熱可塑性樹脂が加熱溶融状態にあ つて、 積層体が自己の保有する熱をもって他の積層体と溶着一体化する方法をと つている。
一般に、 補強繊維を含有しない熱可塑性樹脂板は加熱溶融状態ではその平板性 を保ち得ないし、 ましてゃ賦形することは困難である。 従って、 このような場合 閉じられた金型内で賦形するか、 もしくは熱可塑性樹脂の融点以上の軟化した状 態で賦形が行われる。 然しながら本発明の繊維補強樹脂積層体は層状に精罾され たプリプレグで構成される繊維の立体構造の中に樹脂が含浸されているので、 熱 可塑性樹脂が溶融し、 樹脂単独では流動状態になっても、 積層体の形状が保持さ れ、 そのため、 次工程の賦形工程でこの積層体に外力を加えて賦型をすることが できるようになる。 更に熱可塑性樹脂が賦形後もその溶融状態を維持しているの で、 同様の状態の積層体を圧着すれば、 接合面の熱可塑性樹脂は互いに溶着し、 そののち冷却固化すれば 2つの積層体の接合面は完全に一体化され接合面以外の 積層体の部分と同質の、 かつ高強度の接合面を形成することができる。
従って、 前記プリプレグの積層体にあって繊維の容積含有率が 3 0 %より少な い場合には、 樹脂の流動が著しく、 適切な賦形ができなくなり、 又、 繊維の容積 含有率が 8 5 %を超えると樹脂含有量が過少となり、 望ましい成形品が得られな 一 b 一 い。 従って、 本発明において使用される積層体を構成する繊維補強熱可塑性樹脂 板は、 容積含有率で 3 0 %以上 8 5 %以下の補強繊維を含むものが好ましく、 よ り望ましくは繊維の容積含有率が 4 0〜8 0 %のものが適切な成形加工性を有す るので、 これを用いれば望ましい成形品が得られる。
また、 積層体の熱可塑性樹脂が溶融している間に賦型及び接合を行うので、 こ の樹脂には適切な樹脂粘度が必要であるが、 この粘度が低すぎると樹脂が補強繊 維の間から流出したり、 その繊維の配列が乱れたりし、 また、 高すぎると成形し 難くなるため、 その粘度は 1 0 0ポアズ以上 3 0 0 0ポアズ以下とすることが推 奨される。
以下、 図面により本発明方法に就いて説明する。
図中、 1及び 2は熱可塑性樹脂が溶融状態にある上側積層体及び下側積層体、 3は両端面が閉じられた中空の横置き四角筒状の成形具、 4及び 4 ' は成形具 3 の両側面の上方に設けられ、 その両側面に上側積層体 1の両辺縁を密着させるよ う上下に往復移動する成形用の爪、 5は下側積層体 2の成形用の撥ね板、 6は空 気層、 1 ' は熱可塑性樹脂が軟化状態にある上側積層体、 2 ' は熱可塑性樹脂が 軟化状態にある下側積層体である。
而して、 図 2に示す如く成形具 3の上面 3 cに接して配置される上側積層体 1 及び成形具 3の下面 3 dに接して配置される下側積層体 2は、 前記の如く、 配置 する前の段階の加熱工程で、 あらかじめプリプレグ間に存在する空気が除去され、 かつ積層体 1及び 2が陚形された後に溶着を可能とする熱量が付与される。 積層 体は熱可塑性樹脂のガラス転移点以上の温度まで加熱される。
このとき、 成形具 3の上部に配置された上側積層体 1の両辺緣部近傍は下方に 撓み、 成形具 3の両側面 3 a及び 3 bに若干接近する。
次に、 図 3に示す如く、 爪 4及び 4 ' を下降させ、 上側積層体 1を成形具 3に 沿って折り曲げ、 その両辺縁を成形具 3の両側面 3 a及び 3 bに密着させ、 次い で、 爪 4及び 4 ' を上昇させた後、 撥ね板 5を回動させて下側積層体 2の両辺縁 を上側積層体 1の両辺縁に沿って折り重ね、 図 4に示される如く、 上側積層体 1 と下側積層体 2の重なった部分を圧着する。
以上の如く して、 積層体 1及び 2の両辺縁を互いに溶着し中空筒状体を形成し た後、 冷却固化させることにより繊維補強熱可塑性樹脂積層体の中空筒状成形品 を得ることができる。
而して、 上記の如き成形品を大量生産する場合には、 成形具 3を繰り返し利用 できるようにし、 成形具 3から成形品を容易に抜き取り得るようにすることが望 ましい。
そのため、 図 5に示す如く、 成形具 3の周壁に多数の通気孔 3 eを設け、 一方 の端面に成形具 3内に圧縮空気を注入する空気注入口 3 f を設けておき、 成形具 3の周囲に設けられた中空筒状の成形品の温度が溶融点以下軟化点以上まで下が つたときに空気注入口 3 ίから成形具 3内へ圧縮空気を注入する。 然るときは、 圧縮空気が成形具 3の通気口 3 eから抜けて成形具 3の外周面と成形品の内周面 との間に侵入し、 図 6に示されるように空気層 6を形成するので、 成形具 3から 成形品を簡単に離型することができる。
以下に、 本発明の実施例を、 比較例と対比して示す。
〔実施例 1〕
上記の方法で下記の製造条件に基づいて積層成形品を製造した。
〔製造条件〕
熱可塑性樹脂 ポリプロピレン
補強繊維 ガラス繊維
繊維含有率 5 0 % (容積含有率）
プリプレダの厚さ 0 . 1 8 8 m m
プリプレグの積層数…一 1 6枚
積層体の厚さ 3 m m
加熱温度 2 5 0 °Cで 5分間
加熱温度での樹脂粘度… 1 5 0 0ポアズ
この実施例では良好な閉断面成形品が得られた。
〔比較例 1〕
下記の製造条件に基づいて、 実施例 1 と同様に積層成形品を製造した。
〔製造条件〕 1
- 8 - 熱可塑性樹脂 ボリプロピレン
補強繊維 ガラス繊維
繊維含有率 2 0 % (容積含有率）
プリプレダの厚さ 0 . 2 5 m m
プリプレグの積層数…一 1 2枚
積層体の厚さ 3 m m
加熱温度 2 5 0 °Cで 5分間
加熱温度での樹脂粘度… 1 5 0 0ポアズ
この比較例に於いては、 繊維含有率が 3 0 %以下であったため成形工程におい て積層体が一定の形状を維持できず、 成形具の外形に対応する所期の成形品が得 られなかった。
〔比較例 2〕
下記の製造条件に基づいて、 実施例 1 と同様に積層成形品を製造した。
〔製造条件〕
熱可塑性樹脂 ポリプロピレン
補強繊維 ガラス繊維
繊維含有率 5 0 % (容積含有率）
プリプレグの厚さ 1 . 5 m m
プリプレダの積層数…… 2枚
積層体の厚さ 3 m m
加熱温度 2 5 (TCで 5分間
加熱温度での樹脂粘度… 1 5 0 0ポアズ
この比較例に於いては、 使用するプリプレグが厚すぎるため、 うまく成型する ことができず、 積層成形品の表面が凸凹になった。
〔比較例 3〕
下記の製造条件に基づいて、 実施例 1 と同様に積層成形品を製造した。
〔製造条件〕 _
熱可塑性樹脂 ポリプロピレン
補強繊維 ガラス繊維
繊維含有率 5 0 % (容積含有率）
プリプレグの厚さ 0 . 2 5 m m
プリプレダの積層数 - -… 1 2枚
積層体の厚さ 3 m m
加熱温度 2 5 0 °Cで 5分間
加熱温度での樹脂粘度… 6 5 0ポアズ
この比較洌に於いては、 樹脂粘度が低すぎるため、 溶融した樹脂は補強繊維か ら流れ落ちてしまい、 成形具の外形に対応する積層成型品を製造することはでき なかった。
〔比較例 4〕
下記の製造条件に基づいて、 実施例 1 と同様に積層成形品を製造した。
〔製造条件〕
熱可塑性樹脂 ポリプロピレン
補強繊維 ガラス繊維
繊維含有率 5 0 % (容積含有率）
プリプレグの厚さ 0 . 2 5 m m
プリプレダの積層数一… 1 2枚
積層体の厚さ 3 m m
加熱温度 2 5 0 °Cで 5分間
加熱温度での樹脂粘度… 5 5 0 0ポアズ
この比較例に於いては、 樹脂粘度が高すぎるため、 樹脂が溶融した積層体を成 形具に追従させることができず、 成形具の外形に対応する積層成型品を製造する ことはできなかった。
〔実施例 2〕
薄い鉄板 7 a製の中空の四角柱を鉄の筋交い 7 bで補強して成る、 図 7に示さ - 1 o - れた成形具を使用し、 実施例 1 と同様な条件で積層体を成形し、 成形具を抜かな いでそのまま冷却した構造体を製造した。
この実施で製造された構造体は、 積層成形品と成形具とが組み合わされたもの であるため、 この方法では、 全てを鉄板から製造するよりは軽量で、 剛性の高い 構造体が得られた。 〔実施例 3〕
この実施例は、 断面十文字型の鉄板製筋交い 8 aと、 筋交い 8 aのいずれか一 の断面三角形の溝に概ね密着して収まり、 かつ、 溝に収めたときに接する筋交い 8 aの辺縁のどちらか一方との間に一定の深さの隙間を形成し得る段部を有する 略三角柱状の仮留め部材 8 bとから成る、 図 8に示された成形具を使用するもの であり、 予熱された実施例 1 と同様の積層体 8 0の一辺縁を筋交い 8 aの一辺縁 に引っ掛け、 その上から仮留め部材 8 bを、 その積層体 8 0の一辺縁が仮留め部 材 8 bの段部に接するよう嵌め込んで積層体 8 0を係止し、 図 9に示されるよう に積層体 8 0を一定の張力を加えながら筋交い 8 aの周囲に、 その自由端が図 1 0に示されるように重複するまで巻き付け、 その重複部を圧着した後、 冷却し、 さらに、 仮留め部材 8 bを抜き取って筋交い 8 aを有する構造体を製造した。 この実施例で製造された構造体は、 積層成形品と断面十文字型の筋交いとが組 み合わされたものであるため、 この方法では、 実施例 2の構造体よりも軽量で、· かつ、 その構造体と同様の剛性を有する構造体が得られた。
〔実施例 4〕
この実施例では、 図 1 1に示した成形具を用いる。 この成形具は、 対向する二 枚の矩形板の四隅に円形孔 9 aを設け、 対向する一組の辺に切欠部 9 bとを設け て成る支持枠 9と、 両端を支持枠 9の四隅の円形孔 9 aで着脱自在に支持される ステンレススチール製の 4本の支持丸棒 9 0と、 支持枠 9に支持された支持丸棒 9 0と平行に、 かつ、 支持枠 9の切欠部 9 bに嵌め込まれる移動丸棒 9 1 とから 成る。 支持枠 9に支持された 4本の支持丸棒 9 0に予熱された実施例 1 と同様の 積層体 9 2を、 図 1 3に示されるようにその辺縁同士が重複するまで一定の張力 を加えながら巻き付け、 移動丸棒 9 1を支持枠 9の切欠部 bに嵌め込んだ後、 冷 却し、 支持丸棒 9 0を抜き取ると共に移動丸棒 9 1を後退させて、 図 1 4に示さ れる如き異形断面を有する積層成形品を製造した。
この実施例では、 良好な積層成形品が得られた。 発 明 の 効 果
本発明は上記の如く構成されるから、 本発明に係る積層成型品及びその製造方 法によるときは、 繊維補強熱可塑性樹脂板から成る中空の積層成形品を、 ボルト ナツ トゃ接着剤を使用せず、 接合面の強度を損なうことなく、 かつ簡略化された 加工工程により製造し得るものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 低圧成形可能な容積含有率で 3 0 %以上 8 5 %以下の補強繊維を含む繊維補 強熱可塑性樹脂板を層状に積層して成る少なくとも一枚の長尺の積層体 （ 1 , 2 ) の長手方向縁辺を互いに重ね接ぎして成る中空筒状の積層成型品。
2. 補強繊維が織布である請求の範囲第 1項に記 ¾の積層成形品。
3. 補強繊維が一方向に引き揃えられている請求の範囲第 1項に記載の積層成形
ΠΠο
4. 繊維補強熱可塑性樹脂板の厚さが 0 . 0 5 m m以上 1 m m以下である請求の 範囲第 1項ないし第 3項の何れか一に記載の積層成形品。
5. 繊維補強熱可塑性樹脂板の溶融状態にある樹脂の溶融粘度が、 1 0 0 0ポア ズ以上 5 0 0 0ポアズ以下である請求の範囲第 1項ないし第 4項のいずれか一に 記載の積層成形品。
6. 低圧成形可能な容積含有率で 3 0 %以上 8 5 %以下の補強繊維を含む繊維補 · 強熱可塑性樹脂板を層状に積層して成る少なくとも一枚の積層体 （ 1 , 2 ) を加 熱し、 その熱可塑性樹脂を溶融状態にして層間に含まれる空気の脱気を行うステ ップと、
上記熱可塑性樹脂が溶融状態にある積層体 （ 1， 2 ) を、 所望の断面形状を有 する成形具 （ 3 ) の周囲に配置するステップと、
上記積層体 （ 1 , 2 ) を、 各積層体の辺縁領域が隣接する他の積層体の辺縁領 域と互いに重なり合ってループ状に閉じた状態で成形具 （3 ) をくるむよう成形 具の外周面に密着させ、 一体以上の積層体 （ 1， 2 ) を互いに接合、 一体化させ るステップと、
上記一体化した積層体を冷却するステップと、 から成る積層成型品の製造方法。
7. 冷却した後、 成形具 （3) を抜き取るステップを含む請求の範囲第 6項に記 載の積層成形品の製造方法。
8. 成形具が、 棒状体である請求の範囲第 6項又は第 7項に記載の積層成形品の 製造方法。
9. 成形具が、 中空筒状体である請求の範囲第 6項又は第 7項に記載の積層成形 品の製造方法。
10. 成形具 （3) として、 周壁に通気孔 （3 e) を有する中空の成形具を用い、 加熱した一体以上の積層体 （ 1 , 2) を成形具の外周面に密着させ一体化させる ステップの完了後、 これを冷却する過程において、 積層体の温度がその熱可塑性 樹脂の融点以下軟化点以上にある間に、 成形具 （3) 内へ圧縮空気を供給し、 通 気孔 （3 e) から押し出される空気によって成形具の外周面と積層体の内周面の 間に空気層 （ 6) を形成せしめて一体化した積層体を成形具の外周面から離型せ しめ、 然る後、 成形具 （ 3) を抜き取るステップを実行する請求の範囲第 9項に 記載の積 Jg成形品の製造方法。
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