JPH01163220A - 繊維強化樹脂組成物 - 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、剛性、強度及び疲労耐久性に優れたｍＨ強化
樹脂組成物に関し、特に、繊維集束数の少ないガラス１
ａｌＩＩＩチヨツプドストランドを樹脂成分中に分散し
たｔａＨ強化樹脂組成物に関する。

［従来技術］ 従来より、ガラス繊維の単＄８維を所定の本数（通常２
００〜４００本）集束したガラス繊維ストランドを所定
の長さく通常１インチ）に切断し、熱硬化性樹脂等の樹
脂成分中に分散させ樹脂成分を含浸させることによって
強化した繊維強化樹脂組成物はシート・モールディング
・コンパウンド（以下ＳＭＯという）やバルク・モール
ディング・コンパウンド（以下ＢＭＧという）として知
られている。

このうちＳＭＣは（１）シート状で粘着性がなく取扱い
やすく生産性が高い。プリフォーム成形その他の成形法
で用いる樹脂は粘着性のある液状であるがＳＭＣは固形
となっており、切断、計量も容易で成形の自動化が可能
である。（ｉｉ）成形時、金型内での粘度低下が少なく
、複雑な形状でもガラス強化材が均一にゆきわたり、す
ぐれた物性の成形品が得られ、厚みの変化、リブ、ボス
などの成形もできる。又表面光沢がすぐれガラス繊維の
浮きたしが少ないなどの諸特徴を有する。

またＢＭＣは（＋）複雑な形状のものを一体成形できる
。（１１）成形速度が大きく量産可能である等の多くの
特徴をもつ。そして自動車部品・工業部品に使われてい
る。（「カーボンファイバ（オーム社）Ｐ１３〜Ｐ１５
（昭和５９年２月２０日発行）；「強化プラスチックハ
ンドブック」（日刊工業新聞社）Ｐ２Ｏ−Ｐ９２、Ｐ１
０５〜Ｐ１０７（昭和５０年５月１５日発行））［発明
が解決しようとする問題点］ ガラス繊維ストランドを用いて製造された従来のＳＭＣ
，ＢＭＣと、ガラス繊維を一方向へ引きそろえた一方向
繊維強化複合材料との力学特性は、弾性率、曲げ強度等
のいずれにおいても、一方向ＩＪＡＭ強化複合材料の方
が優れていることが一般に認識されている。

しかしながらＳＭＣ，ＢＭＣのもつ経済性、成形性への
評価は高く、前記一方向繊維強化複合材料を遜色のない
すぐれた特性を有するＳＭＧ、ＢＭＣの開発が強く望ま
れていた。

本発明は、ガラス繊維チョツプドストランドを樹脂成分
に充填して強化した剛性、強度及び疲労耐久性に優れた
繊維強化樹脂組成物を提供することを目的とするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の繊維強化樹脂組成物は、樹脂成分と該樹脂成分
中に分散したチョツプドストランドとからなる繊維強化
樹脂組成物において、前記チョツプドストランドは、長
さが少なくとも１７２インチで繊維集束数が１００本以
下のガラス繊維チョツプドストランドであることを特徴
とする。

ここで、チョツプドストランドとは、切断したストラン
ドのことである。本発明においては、このチョツプドス
トランドは、長さが少なくとも１／２インチで！ｌ維集
束本数が１００本以下のガラス繊維からなっている。こ
れにより樹脂組成物中に、ガラス繊維チョツプドストラ
ンドをランダムに均一分散してストランド相互間の絡み
を倍加して緻密化した構造となる。

樹脂成分とは、特殊な樹脂に限定するものでなく、代表
例として不飽和ポリエステル、エポキシ、ビニルエステ
ル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。この中へ前述の
如くチョツプドストランドが分散される。

ｌｌ維強化樹脂組成物とは、ガラスａｍ″Ｆ−ヨップド
ストランドが樹脂成分中に分散され樹脂成分と一体化さ
れているＳＭＣやＢＭＣのことである。

該樹脂組成物中のガラス繊維チョツプドストランドの配
合割合は、樹脂組成物全体を１００体積％としたとき３
０体積％以上であることが好ましい。

［実施例］ 以下、本発明のｌ！維強化樹脂組成物の実施例について
説明する。

本発明による繊維強化樹脂組成物を、１例としてＳＭＧ
の形態で製造する製造方法の概略図を第１図に示す。

〈第１実施例） 本実施例におけるＳＭＯは、長さが約１インチで繊維集
束本数が５０本のガラス繊維チョツプドストランドとこ
れを分散させた樹脂成分とからなる。

次にガラス繊維チョツプドストランドを樹脂成分中に分
散させてなる上記ＳＭＣの製造方法を説明する。

５０本のガラス繊維が集束したガラス繊維束が一中位と
なり、それを更に数十本集束したガラスミｍストランド
を一つの繊維束として巻き取ったロービング１から、ス
トランド２が引き出される。

引き出されたストランド２はガイドローラ３．４を介し
てチョッパー５へ連続的に供給される。ストランド２は
チョッパー５で所定の長さ（通常１インチ）に切断され
チョツプドストランド６となって、落下するが、その際
集束がとかれ、ストランドは最小の集束単位、即ち、５
０本のガラス繊維が集束した状態のストランドとなって
落下する。

落下したチョツプドストランド６は、第１シートロール
７から供給されるプラスチックシート７ａ上に堆積する
。なおこのプラスチックシート７ａには第１の樹脂留め
８から供給される樹脂成分が塗布されている。樹脂成分
としては、不飽和ポリエステル、硬化用有機過酸化物、
離型剤および増粘剤とで構成されている。プラスチック
シート７ａは第１図の右方向へ刻々移動しているため、
チョツプドストランド６は、プラスチックシート７ａ上
の一箇所に堆積することなく、プラスチックシート７ａ
上に均等に分布する。ただし、チョツプドストランド６
は、落下過程で、任意の方向を向くため、プラスチック
シート７ａ上では平面ランダムに分散する。−力筒２シ
ートロール９から供給されるプラスチックシート９ａが
チョツプドストランド６を上から覆う。このプラスチッ
クシーｔ−９ａにも第２の樹脂留め１０から供給される
前述と同じ樹脂成分が塗布しである。そのためチョツプ
ドストランド６の両面から樹脂が含浸する。

こうして、上下をプラスチックシート７ａ、９ａで挟持
されたチョツプドストランド６は樹脂を含浸しつつ巻き
取りロール１１により巻き取られる。

これにより単層ＳＭＣが得られる。なお、単層ＳＭＣを
所定の大きさに切り出し、プラスチックシート７ａ１９
ａを剥離し、単層ＳＭＣを積層した多層ＳＭＣとしても
よい。ＳＭＧの成形はプラスチックシート７ａ、９ａを
剥離した状態で加熱型内で加熱加圧し樹脂を硬化するこ
とにより行なう。

なお上記ガラス繊維のチョツプドストランド６の配合割
合は繊維強化樹脂組成物全体を１００体積％としたとき
約４０体積％以下になるようにした（繊維の充填分率）
。チョツプドストランド６の配合割合が４０体積％を超
えて増大すると得られるＳＭＣ成形品の剛性及び強度は
更に向上するが、その分、製造工程におけるチョツプド
ストランド６内への樹脂成分の含浸が困難となる。従っ
て配合割合は４０体積％程度にすることが好ましい。

（第２実施例） 第２実施例におけるＳＭＣは集束本数が１００本のガラ
ス繊維チョツプドストランドとこれを分散させた樹脂成
分とからなる。

ガラス繊維の最小単位の集束本数を１００本にして、本
発明の第１実施例と同様の製造方法により、ＳＭＣを製
作した。なお、第１実施例と同様、ガラス繊維チョツプ
ドストランドの配合割合を繊維強化樹脂組成物全体を１
００体積％としたとき約４０体積％になるようにした。

又、ガラス繊維の集束本数については１００本以下とし
て、その数値については特に制限を設けないが、極端に
集束本数を減らすと、ガラス繊維の配合割合を同じにし
た場合、チョツプドストランドを構成する繊維の相対的
本数が増加する。従ってＳＭＣの製造工程において落下
したチョツプドストランド密度が大きくなり、樹脂成分
が含浸しないという不具合を生じる場合がある。実用上
ガラス繊維の集束数は５０本以上が好ましい。

なお、本実施例では繊維強化樹脂組成物をＳＭＣとして
製造する場合を示したが、これに限定されず樹脂成分中
に強化繊維ストランドを３次元ランダムに分散させたＢ
ＭＣとして製造してもよい。

（実験） 次に本発明の繊維強化樹脂組成物の第１及び第２実施例
に対する比較用として従来のガラスｍ雑の集束本数が２
００本のチョツプドストランドを用いて前記第１及びぞ
第２実施例と同様の方法でＳＭＯを製造した。

上記各実施例、および比較例としての単層ＳＭＣを１０
層積層し、温１ｆ１５０℃、圧力１５０ｋＯ／Ｃ１３分
間加圧成形して厚さ３１！ｌＩｌの板状成形品を得た。

これらの成形品により曲げ剛性、曲げ強さ、疲労度、ア
コースチック・エミッションの発生開始応用力等の力学
特性を測定し、その測定結果を第１表に示した。

（以下余白） 第１表　　繊維強化樹脂組成物の配合と力学特性なお、
剛性及び強度は、幅２５＋１１１１１．厚さ３ｍｍの試
験片をスパン間８０１１１１の条件で３点曲げ試験する
ことによって求めた。またアコースチック・エミッショ
ンの計測は３点曲げ試験時に実施した。

疲労試験は、幅２Ｑｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ２２０ｍ＋
ｎの試験片を用い周波数１０Ｈｚで最低応力１　ｋｏ／
ｍｎ＋２、最大応力１０ｋｏ／ｍｍ２の引張条件で実施
し、試験片の破断に至るまでの負荷の繰返し回数を求め
た。

第１表において、力学特性の評価項目として、剛性率、
曲げ強さ、疲労試験における破断に至るまでの繰返し回
数及び曲げ試験におけるアコースチック・エミッション
の発生応力を選んだ。このうちアコースチック・エミッ
ションは材料内部のクラック発生に対応してアコースチ
ック・エミッションの発生応力が高くなるため、これに
よりクラック発生難易度が推定できる。

第１表より明らかな様に、本発明の第１実論例及び第２
実施例によるＳＭＣ成形品は従来品である比較例に対し
、剛性において約１０％、強度に、おいて約８％の改善
がみられ、疲労耐久性も１００倍近く向上していること
がわかる。

又、アコースチック・エミッションの発生応力も高く、
クラックの発生及び進展も極度に抑制されていることが
わかる。

上記の、実験によれば、従来の比較例のＳＭＣ成形品に
外力が作用すると、応力の集中が発生し、第２図に示す
ように、まず、チョツプドストランド６０内部にクラッ
ク６０ａが発生する。これは主として繊維と樹脂の界面
の剥離破壊によるものである。更に外力が増加すると、
第３図に示すように前記クランク６０ａは、一つのチョ
ツプドストランド６０と他のチョツプドストランド６０
の間に進展する〈クラック６０ｂ）。これは、チョツプ
ドストランド６０の相互間の繊維方向が異なるため、チ
ョツプドストランド６０の相互間に大きな剪断力が作用
し、その領域にチョツプドストランド６０内のクラック
６０ａが進展したことによると考えられている。つまり
ＳＭＣの成形品破壊は、まず、チョツプドストランド６
０内で界面破壊が発生し、それが起点となってチョツプ
ドストランド６０の相互の境界領域にクラック６０ｂが
発生し、最終的には破断が発生する。ここで、使用した
繊維を分析してみたところ、繊維の破壊はほとんど生じ
ていないことを見い出した。

このように破壊は、一方向繊維強化複合材料と異なり、
強化繊維−本一本の破断に基づくものではなく、チョツ
プドストランド６０の集合体における繊維と樹脂、ある
いはチョツプドストランド６０間の境界領域の破壊であ
ると考えられる。

この破壊プロセスから成形品の強度向上を考えた場合、
ｍ帷自体の強度を向上させることは有効でなく、むしろ
、ストランドの集束本数を減らし、ストランドの本数を
相対的に増加させることによってストランド間の絡みを
倍加して緻密化することによってクラックの発生進展を
抑制し、その結果として強度を向上させることが有効で
あると想定される。

［発明の効果］ 本発明の繊維強化樹脂組成物は従来のＳＭＣやＢＭＣに
比較して、集束本数の非常に少ないストランドが使用さ
れている。従って、例えば、従来の２００本集集束スト
ランドを用いたＳＭＣと、本発明における５０本集束の
ストランドを用いたＳＭＣ，ＢＭＧとを比較すると、樹
脂成分に対して同じ重量だけストランドを使用した場合
、従来のＳＭＣ，ＢＭＣの１本のストランドが本発明で
は４本に分れて分散していることになる。かつその−本
一本のストランドは非常に細い。この様に、本発明のＡ
Ｉ雑強化樹脂組成物は、非常に多くの細いストランドが
微細に分散してストランド相互間の絡みを倍加して緻密
化した構造となっている。

そのためこのｍ帷強化樹脂組成物で製造した成形品に外
力が作用すると、従来のＳＭＣやＳＭＣ成形品の様な応
力集中が少なくなるため、ストランド内クラックが発生
しにくくなる。また、ストランドが微細に分散されてい
るために、ストランドとストランドとの間の剪断応力も
平均化され剪断応力の集中もなくなりストランド間クラ
ックの発生が抑制される。仮にストランド間クラックが
発生してもストランドが細く多く分散していることと、
また微細に分散しているために容易にはクラックが進展
しにくくなっている。この様にストランドを緻密に分散
させることによって従来のＳＭＣ成形品やＳＭＣ成形品
で発生したストランド内クラック及びストランド間クラ
ックの発生及び進展が抑制され、その結果、ＳＭＣの剛
性、強度および疲労耐久性の向上が達成された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のｉｎ強化樹脂組成物の製造方法の概
略構成を示す概略図である。第２図はＳＭＣ成形品にお
けるストランド内部のクラックの発生状態を説明する説
明図である。第３図はＳＭＣ成形品におけるストランド
間のクラック発生状況を示す概略図である。 ６・・・チョツプドストランド 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 同　　　　株式会社豊田中央研究所

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂成分と該樹脂成分中に分散したチョップドス
   トランドとからなる繊維強化樹脂組成物において、 前記チョップドストランドは、長さが少なくとも１／２
   インチで繊維集束数が１００本以下のガラス繊維チョッ
   プドストランドであることを特徴とする繊維強化樹脂組
   成物。
2. （２）樹脂成分は、不飽和ポリエステル、エポキシ、ビ
   ニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂である特許請求の範
   囲第１項記載の繊維強化樹脂組成物。
3. （３）ガラス繊維チョップドストランドの配合割合は、
   樹脂組成物全体を１００体積％としたとき３０体積％以
   上である特許請求の範囲第１項記載の繊維強化樹脂組成
   物。