JPH0137503B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ガラス繊維で補強された熱可塑性合
成樹脂複合シートに関し、詳しくは熱可塑性合成
樹脂の粉体を分散付着させた開繊されたガラス不
連続繊維の綿状体から形成されたマツトを熱可塑
性合成樹脂の融（軟化）点以上の温度に加熱しな
がら、あるいは加熱した後、マツト中の気体が存
在しなくなるか、少なくとも連続気孔として存在
しなくなるまで加圧することからなるガラス繊維
で補強された熱可塑性合成樹脂複合シートの製法
に関する。 本明細書において使用される用語「開繊」と
は、ガラス単繊維が数十本乃至数百本集束結合さ
れた繊維束すなわちストランドあるいは、このス
トランドによりをかけて所定本数を合撚したヤー
ンなどに外力をかけて解きほごす操作をいう。さ
らに、用語「開繊されたガラス繊維」には、スト
ランドやヤーンを製造中に中間製品として製造さ
れるガラス単繊維群（フイラメント）も包含され
る。 従来、ガラス繊維強化熱可塑性合成樹脂複合シ
ートの製法には、下記のような方法がある。 (イ) 切断したガラス繊維を熱可塑性合成樹脂と混
練し、押出機などを用いるシートに成形する方
法。 (ロ) 比較的ガラス繊維の織密度の低い織布（例え
ば、目抜平織クロス）などに、その開口部を通
して溶融した２枚の熱可塑性合成樹脂シートを
貼り合わせる方法。 (ハ) ガラス繊維の不織布（例えば、チヨツプドス
トランドマツトやコンテイニユアスストランド
マツトなど）に溶融した熱可塑性合成樹脂を含
浸させる方法。 しかしながら、上記の従来技術にはそれぞれ次
のような欠点がある。(イ)法は混練及びシート成形
工程でガラス繊維の破壊が起り、高強度の製品が
得られ難い。例えば、６mmの長さのガラス繊維
（チヨツプドストランド）をバンバリーミキサー
で熱可塑性合成樹脂と混練し、押出機で成形した
シートは、ガラス繊維の長さがほとんど２mm以下
に切断され、しかもこのような方法によるとガラ
ス繊維がほとんどシートの経方向に配向されるた
め、経緯強度の不釣合が生ずる。(ロ)法には(イ)法の
ような欠点はないが、ガラス繊維が密な織布では
熱可塑性合成樹脂の含浸が困難になるので、熱可
塑性合成樹脂には低溶融粘度のもの、ガラス繊維
には製織密度の粗なものの使用が必要になる。こ
のようなクロスは高価になるばかりでなく、熱可
塑性合成樹脂に対するガラス繊維の使用量が低く
おさえられるので強度の大きいシートが得られ難
くなる。(ハ)法では、熱可塑性合成樹脂の含浸をよ
くするために、ガラス繊維集束数の少ないストラ
ンドやチヨツプドストランドが一般に使用され、
含浸工程は(ロ)の方法より容易であるがまだ充分と
はいえず、厚手のマツトに含浸させることは至難
で、例えば２mm以上の厚手のシートを製造するた
めには、薄手のマツトに含浸させたシートを幾層
も積層することが必要になる。さらに、(ロ)、(ハ)両
法には表面の平滑なシートが得られ難いという共
通の欠点があるが、これは両法共にストランドや
ロービングというかなりの径のある繊維束を使用
するために溶融含浸された樹脂が固化する際に収
縮し、いわゆるヒケという現象が発生するためで
ある。 本発明者らは、従来技術に付帯する上記の欠点
を総合的に解消したガラス繊維補強熱可塑性合成
樹脂シートの製造方法を鋭意研究の結果本発明に
到達した。すなわち本発明は、粒径が１mm以下の
熱可塑性合成樹脂の粉体100重量部を、繊維長２
〜50mmの範囲の不連続なガラス繊維５〜300重量
部と開繊しながら混合撹拌するか、もしくは開繊
された該繊維と混合撹拌し、均一に分散せしめて
なる綿状体マツトを、該熱可塑性合成樹脂の融点
又は軟化点以上の温度に加熱しながら、あるいは
加熱後に、マツト中の気体（空気）が存在しなく
なるか、少なくとも連続気孔として存在しなくな
るまで加圧することを特徴とする平滑なガラス繊
維補強熱可塑性合成樹脂シートの製法である。 本発明の方法で得られるガラス繊維補強熱可塑
性合成樹脂シートには次のような特徴がある。 (1) 得られるシートは、開繊されたガラスの不連
続繊維が製造工程中に破壊されることなく均一
に分散されるので、表面は平滑で、経緯の強合
に不釣合がなく、しかも衝撃強度、引張強度な
どの機械的強度が優れている。 (2) ガラス繊維に対する合成樹脂の分散付着量を
広範囲に変動させることができるので、得られ
るシートのガラス繊維含有量も大巾に変更でき
る。例えば、合成樹脂100重量部に対してガラ
ス繊維を300重量部を混入させることも可能で、
従つて優れた強度を有するシートが容易に得ら
れる。 (3) 熱可塑性合成樹脂は粉体であることが条件
で、そのほかに特に限定がないので、樹脂の適
応範囲が広い。 (4) ガラス繊維として、市販の比較的安価なロー
ビング、ストランド及びあらかじめこれを切断
したチヨツプドストランドを使用できるので、
経済的に有利である。 (5) ガラスの不連続繊維と熱可塑性合成樹脂との
組合せであるので、成形された複合シートをさ
らにプレス成形（スタンピング成形）によつて
任意の形状に賦形することができる。 (6) 厚さ１mm以下の薄手のシートから、４mm以上
の厚手のシートまで、任意に、容易に製造でき
る。 以下、本発明の構成を詳細に記載する。 本発明に使用するガラス繊維には市販の製品が
用いられる。中でも、ガラスの単繊維（フイラメ
ント）を数十本乃至数百本引きそろえ、ポリ酢酸
ビニル、ポリエステル、エポキシ樹脂などの糊剤
で集束したストランド及びこれをさらに数本乃至
数十本引きそろえて巻取つたロービングが最も好
ましく、これらは所定の長さに切断して使用す
る。このほか、ストランドを各種の長さに切断し
た市販のチヨツプドストランドを利用するのも便
利である。その他ストランドによりをかけて所定
の本数を合撚したヤーンも使用できるが、開繊の
容易さの点からは前者の方が好ましい。 本発明の製品は、表面が平滑で均質の強度の大
きいシートを目的とするので、使用する集束され
たストランドはできるだけ解きほぐして綿状にす
るため、開繊する必要がある。従つて、ストラン
ドには集束剤の使用量の少ない、いわゆるソフト
タイプのストランドを使用するのが好ましく、ス
トランドが強固に集束されている場合には、あら
かじめ溶剤で集束剤を除去するのが良い。一方、
本発明には、一般には市販されていないストラン
ドなどの製造時に中間製品として得られるフイラ
メントを切断して使用することも可能である。こ
れらの使用にあたつては熱可塑性合成樹脂との結
合力を高めるために、あらかじめシラン系やボラ
ン系のカツプリング剤で表面処理するのが好まし
い。 本発明に使用するガラス繊維は比較的長めに切
断されたものを使用するが、その長さは少なくと
も２mm以上が必要で、好ましくは３mm以上であ
る。長さ２mm未満のガラス繊維を使用すると、そ
れを熱可塑性合成樹脂と混練して押出機で成形し
て得られる従来のシートと同程度の強度のものし
か得られなく好ましくない。一方、長さの上限に
ついては特に明確な限定はないが、ガラス繊維の
長さを50mmを超えるものにしても特に強度が増大
するものでもなく、例えばこの長さが100mm以上
にもなると、逆に開繊及び合成樹脂粉体の分散操
作が困難になるので好ましくない。 本発明に使用される熱可塑性合成樹脂には特に
限定はなく、ポリオレフイン系樹脂、ポリスチレ
ン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアクリル
酸系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂などが使用される。
ガラス繊維との結合力を更に高めるために、これ
ら樹脂を化学的に変成して使用することもでき
る。本発明の方法で得られるシートの付加価値を
高めるため、例えば難撚性を付与するには樹脂に
難燃化処理を施し、耐熱性を付与するには熱架橋
性の樹脂粉末をガラス繊維に分散付着させ成形時
に架橋させるなどの処理を施すことも可能であ
る。 本発明では、熱可塑性合成樹脂には必ず粉末を
使用するが、その粒径は１mm以下、好ましくは
0.5mm以下である。粒径が１mm以上を超えると、
合成樹脂はその自重で沈降し、ガラス繊維の綿状
体中に均一に分散されない。この合成樹脂粉体に
は、一般のペレツト状、ビーズ状製品あるいは成
形品の廃棄物などを機械粉砕して使用してもよい
が、合成樹脂の製造工程中で得られる粉末を使用
するのが経済性から考えて最も有利である。 本発明の方法に使用されるガラス繊維量は熱可
塑性合成樹脂100重量部に対し、５〜300重量部、
好ましくは10〜200重量部である。この量が５重
量部未満ではガラス繊維による補強効果がほとん
ど認められず、300重量部を超えるとガラス繊維
が合成樹脂によつて完全に包まれたシートが得ら
れない。 次に、本発明のガラス繊維で補強された熱可塑
性合成樹脂複合シートの製法の実施態様を記載す
る。本発明の方法は、ガラスの連続繊維を切断、
開繊した後、熱可塑性合成樹脂粉体を付着させ、
あるいは切断したガラス繊維を開繊しながら熱可
塑性合成樹脂粉体と混合撹拌して熱可塑性合成樹
脂粉体を分散付着させた綿状体を、ほぼ均一な厚
みのマツト状に整形した後、熱可塑性合成樹脂の
融（軟化）点以上の温度に加熱し、少なくとも空
気の連続気孔が存在しなくなるまで加圧し、冷却
する方法である。ガラス繊維、例えばチヨツプド
ストランドをあらかじめ開繊したもの、あるいは
切断したストランドヤーンを開繊したものなどを
２軸のリボンブレンダーのような混合機に装入
し、これに熱可塑性合成樹脂粉体を添加して撹拌
しながら混合付着させるか、またはチヨツプドス
トランドと合成樹脂粉末を同時に混合撹拌して、
チヨツプドストランドが開繊される過程で合成樹
脂粉体が徐々に混合付着させる方法で、熱可塑性
合成樹脂粉体を綿状体に分散付着させる。このよ
うに、ガラス繊維の綿状体に熱可塑性合成樹脂粉
体が均一に分散付着される機構は、ガラス繊維綿
状体の繊維の絡み合いの中に合成樹脂粉体が包み
込まれる効果のほかに、混合中に摩擦によつて発
生した静電気的な力が作用しているとも推定され
る。従つて、本発明に帯電防止剤処理を施したガ
ラス繊維の使用は避けるべきである。 次に、得られたガラス綿状体に熱可塑性合成樹
脂粉体が分散付着されたマツトを合成樹脂の融
（軟化）点以上の温度に加熱しながら、あるいは
加熱後に加圧する。この際の加圧の程度はできる
だけ高いのが好ましく、実際的にはマツト中に存
在している気体（空気）が完全に追い出されてマ
ツト中に存在しなくなるか、少なくとも連続気孔
として存在しなくなるまで、すなわち通気性がな
くなるまで溶融加圧する。シート中に残存する空
隙（独立気孔）はシートの物性、すなわち機械的
強度を劣化させるので、溶融加圧はできるだけ高
温、高圧で行なうのが好ましい。 上述した、合成樹脂粉体を分散、付着させたガ
ラス繊維の綿状体をマツト状に成形して加熱、加
圧してシートとする方法は、回分法、連続法いず
れによつても実施できる。回分法で行なう場合
は、所定の寸法の金型に合成樹脂粉体を分散、付
着させたガラス繊維の綿状体を充てんし、外部か
ら加熱、加圧した後冷却して取り出す方法が採用
される。連続法で行なう場合は、例えばベルトコ
ンベヤーの上にガラス繊維の綿状体を連続して供
給してマツト状にし、外部から加熱しながら上部
に設置した無端ベルトで暫時圧縮したり、あるい
は数本の加熱ロールを通して圧縮してシートに成
形した後、冷却ロールで冷却して引き取る方法な
どが採用される。 以上詳述したように、本発明の方法によつて得
られるガラス繊維で補強された熱可塑性合成樹脂
の複合シートは、表面が平滑で均質の機械的強度
の大きいシートであるので、板材として広範囲の
用途に利用されるほか、ガラスの不連続繊維が均
一に分散されているので、マツトドメタルダイな
どを用いてさらに熱成形して種々の形状の製品に
賦形する原材料、すなわちスタンパブルシートに
供することもできる。 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １ 熱可塑性合成樹脂にポリプロピレン（商品名：
「三井ノーブレンJHH（Ｇ）」・三井東圧化学社製）
の粉体（粒径20メツシユ以下）100重量部とガラ
ス繊維に長さ６mmのチヨツプドストランド（商品
名「CS6PE−612」・日東紡積社製）20重量部を
使用し、両者をビーカーの中に入れて２本の撹拌
棒でチヨツプドストランドに摩擦力を与えながら
撹拌混合したところ、チヨツプドストランドは
徐々に開繊されて綿状体となり、これにポリプロ
ピレン粉体がほぼ均一に分散付着された混合物が
得られた。 次に、長辺250mm、短辺150mm、深さ3.5mmの金
枠に前記混合物135gをほぼ同じ厚みのマツト状
に積み上げ、その上下を２枚のおさえ鉄板でふた
をした。それを100トンの油圧プレスに装入し、
220℃で５分間予熱した後、220℃で５分間100
Kg／cm²Ｇの圧力で加圧し、次いでこれを別の油圧
プレスに移して100Kg／cm²Ｇの圧力で５分間35℃
で冷却した。得られたシートは、開繊された長さ
６mmのガラス繊維がほぼ均一に分散されたポリプ
ロピレンシート（厚さ3.5×長さ250×幅150mm）
であつた。このシートについて測定した引張強度
とアイゾツト衝撃強度の結果を第１表に示す。 比較例 １ 実施例１と同一のガラス繊維とポリプロピレン
を実施例１と同一比率でブラベンダープラストグ
ラフミキサーに装入し、180℃で５分間混練した。
得られた混練物を実施例１と同じ方法でプレス成
形したところ、混練中にほとんど0.2〜１mmの長
さに切断されたガラス繊維が均一に分散されたポ
リプロピレンシートが得られた。このシートの引
張強度とアイゾツト衝撃強度を第１表に示した
が、いずれも実施例１よりも著しく劣る値であつ
た。 実施例 ２ 実施例１で使用したのと同一のポリプロピレン
粉体100重量部とチヨツプドストランド67重量部
を、実施例１と同一の方法で撹拌混合し、その
160gを用いて実施例１と同様にしてシートを作
成した。得られたシートは開繊された長さ６mmの
ガラス繊維がほぼ均一に分散されたポリプロピレ
ンシートであつた。この引張強度とアイゾツト衝
撃強度を第１表に示したが、その値は実施例１を
幾分上回わる値であつた。 実施例 ３ 実施例１で使用したのと同一のポリプロピレン
100重量部とガラス繊維に長さ25mmのチヨツプド
ストランド（商品名：「CS−25Z−700」・日東紡
績社製）の集束剤をアセトンで除去したストラン
ド67重量部を使用して、実施例１と同様にして撹
拌混合し、その160gを用いて実施例１と同様の
方法でシートを作成した。得られたシートは開繊
された長さ25mmのガラス繊維がほぼ均一に分散さ
れたポリプロピレンシートであつた。この引張強
度とアイゾツト衝撃強度を第１表に示したが、い
ずれも最高値を示した。 実施例 ４ 熱可塑性合成樹脂に高密度ポリエチレン（商品
名：「スタフレンＥ−891」・日本石油化学社製）
の粉体（粒径20メツシユ以下）100重量部と実施
例１で使用したのと同一のチヨツプドストランド
100重量部を使用し、実施例１と同様の方法で撹
拌混合し、その180gを用いて実施例１と同様の
方法でシートを作成した。得られたシートは開繊
された長さ６mmのガラス繊維がほぼ均一に分散さ
れたポリエチレンシートであつた。この引張強度
とアイゾツト衝撃強度を第１表に示した。 実施例 ５ 熱可塑性合成樹脂にポリスチレンの成形品を機
械粉砕し20メツシユの篩を通した粉体100重量部
と実施例１で使用したのと同一のチヨツプドスト
ランド300重量部を使用して実施例１と同様にし
て撹拌混合し、その240gを用いて実施例１と同
様の方法でシートを作成した。得られたシートは
開繊された長さ６mmのガラス繊維がほぼ均一に分
散されたポリスチレンシートであつた。

【表】 比較例 ２ 実施例５と同じポリスチレン粉体100重量部を
市販のガラス繊維チヨツプドストランドマツト
（商品名「MC450A−104」日東紡績社製）300重
量部の上に均一にのせ、これを鉄製の２枚の押さ
え板ではさんで実施例１と同じプレス条件でシー
トを作成した。得られたシート（厚さ0.4mm×200
mm×200mm）はチヨツプドストランドマツトに対
するポリスチレンの浸透が不充分で下面はガラス
繊維がむき出しになつていた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粒径が１mm以下の熱可塑性合成樹脂の粉体
   100重量部を、繊維長２〜50mmの範囲の不連続な
   ガラス繊維５〜300重量部と開繊しながら混合撹
   拌するか、もしくは開繊された該繊維と混合撹拌
   し、均一に分散せしめてなる綿状体マツトを、該
   熱可塑性合成樹脂の融点又は軟化点以上の温度に
   加熱しながら、あるいは加熱後に、マツト中の気
   体（空気）が存在しなくなるか、少なくとも連続
   気孔として存在しなくなるまで加圧することを特
   徴とする平滑なガラス繊維補強熱可塑性合成樹脂
   シートの製法。