JPH032011A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法 - 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〉 本発明は自動車外板パネル、自動車用構造材、バッテリ
ートレイ等の自動車部品、アクセス・プロア等の建築用
材料などの工業材料に供する繊維強化熱可塑性樹脂成形
品の製造方法に関する。詳しくは、繊維配向等による変
形が著しく少なく、表面外観の良好な繊維強化成形品を
成形と同時に強化する方法で得る成形方法に関する。

〈従来の技術〉 従来、繊維強化熱可塑性樹脂シートを得るにいくつかの
技術が知られ工業的技術として実際に使われている０代
表的な方法は、短繊維強化ベレットを用いて射出成形等
の一般的成形法で繊維強化成形品を製造する方法である
。また、ベレット製造時のペレット切断長さとほぼ同じ
長さの中繊維長の繊維で強化された熱可塑性樹脂ベレッ
トを用い、射出成形等で繊維強化成形品を製造する方法
もある。

一方、近年、繊維強化熱可塑性樹脂シートを再加熱し、
プレス成形により製品を得る、いわゆるスタンパブルシ
ートの技術が注目されている。スタンパブルシートの技
術は、強化に用いられる繊維により、２つに大別される
。１つは、数ミリ−１００ミリ長さの単繊維と熱可塑性
樹脂粉末を湿式、または乾式で混合し、加熱、ロールプ
レスを経てスタンパブルシートを製造し、このシートを
予備加熱後、プレスして繊維強化成形品を得る方法であ
る。（例えば特開昭５７−２８１３５号公報）、もう一
方のスタンパブルシート技術は、長繊維強化スタンパブ
ルシートである。この方法では、罐んだ長繊維マットに
溶融した熱可塑性樹脂を押出ラミネーションし、ロール
・プレスを経てスタンパブルシートを製造、このシート
を予備加熱し、プレス成形で繊維強化成形品を製造する
。

〈従来技術の課題〉 従来の技術はそれぞれ固有の技術、経済性の問題点を有
している。繊維強化成形品の製造法として最も一般的に
普及している短繊維強化ベレット法は、成形性、デザイ
ン対応性、コスト等は他の技術に比較し優位であるが繊
維強化の最大の目的である機械的強度の向上、特に、耐
衝撃強度の点で効果が低いという欠点を有している。こ
の理由は、繊維と樹脂の混合、分散過程、すなわち造粒
時、および成形時の２＠の可塑化、混練工程で繊維は著
しく切断されるためである。さらに成形過程で繊維は溶
融樹脂とともに金型内を流動するために、成形品中に繊
維配向が残り成形品が大きく変形しやすい欠点も有して
いる。又、繊維、特に無機繊維の場合、造粒、成形等で
使用される押出機、射出成形機のスクリュー、シリンダ
一部を著しく摩耗させることもコストの点から大きな問
題となる。

一方、中繊維長強化ペレットを使用した成形品の製造工
程は特殊な押出機ヘッドを必要とし、又、生産性も短繊
維強化ベレットに比較し低下するため、コストの高い製
品となる。さらに成形品中の繊維配向による変形、スク
リュー、シリンダー等の摩耗は短繊維ベレットの場合と
同様である。

中および長繊維長の繊維強化スタンパブルシートでは、
成形品中に残留する繊維が、原料として用いられた繊維
の長さをそのまま保つためきわめて高い機械的強度が得
られる。しかしながら中繊維長の単繊維強化スタンパブ
ルシートの技術においては、熱可塑性樹脂原料は粉末で
なければならず、製品は粉砕コストのため割高となる。

さらに抄紙機、ロール・プレス、予熱器など高価で特殊
な設備を要する。成形品内の繊維配向は、成形時に溶融
樹脂と共に一部の繊維が流れるため、繊維強化ベレット
の場合より少ないが、発生し、成形品を変形させること
がある。

長繊維スタンパブルシートの場合、成形時に溶融した樹
脂のみ流動し、繊維が流れないために成形品外周部が樹
脂のみの部分が発生し、強度的に安定しない。又、集束
した繊維を用いるため表面外観の粗いものとなりやすい
、さらに中繊維のスタンパブルシートと同様に繊維織機
、押出機、ロール・プレス、予熱機などの高価で特殊な
設備を要する。

く課題を解決するための手段〉 このように、従来の技術は機械的物性、変形、外観、コ
ストなどにそれぞれ問題点を持ち、工業的技術としては
十分なものと言えない０本願発明者らはこれらの問題点
を克服する成形加工技術を開発すべく鋭意研究を進めて
きたがついに以下に述べる工業的にすぐれた、かつ低コ
ストの繊維強化熱可塑性樹脂成形品の新しい製造方法を
開発するに至った。すなわち本発明は、少なくとも２枚
以上重ね合わされた多孔性繊維質シートの間に溶融した
熱可だ性樹脂を供給し、樹脂供給圧力および／またはプ
レス圧力により、該繊維質シートの空隙を通し、最外層
として配設された連続の単繊維からなる多孔性繊維質シ
ートの表面まで溶融樹脂を浸透させ成形することを特徴
とする繊維強化熱可塑性成形品の製造方法である。

本発明においては、複数枚の多孔性繊維質シートを置き
、供給口側の多孔性繊維質シートに設けられた穴を通し
て溶融樹脂を繊維質シート層間に供給し、加圧成形する
と成形品全面が均一に繊維により強化され、繊維が切断
されることがなく、又、溶融樹脂がシート層間からシー
ト層内に浸透し、最外シート表面に向かって流れるため
、成形品内に気泡が残らず、きわめて補強効果の高い成
形品が得られる。また成形過程で繊維が溶融ｍ脂と共に
流動することがないため繊維配向も見られず、そのため
に成形品のそり、変形等がなく、さらに複数枚重ね合わ
された多孔性繊維質シートの最外層に連続の単繊維シー
トを用いることにより工業製品としての要求の高い外観
がなめらかで優れた機械的強度を有する深絞り製品を得
ることができる０本発明はこのように従来技術にない、
成形時に繊維強化のできる画期的な成形技術である。

以下、本発明における成形方法の例を図面を用いて説明
する。

その−例は、第１図に示すように、未閉鎖の金型内に複
数の多孔性繊維質シートを載置し、金型内の供給口を通
じて、溶融樹脂を該繊維質シート層間に供給する際、樹
脂が供給される層より供給口側のシートの供給口と同じ
位置に、溶融樹脂が通過するのに十分な大きさの穴を設
け、該穴を通じて溶融樹脂を供給しながら、又は供給終
了後、金型を閉じ成形を行う方法である。又、閉鎖した
金型に多孔性繊維質シートを載置し、該穴を通し溶融樹
脂を供給する方法でも成形することができる。

また、第２図に示すように未閉鎖の金型に、溶融樹脂が
供給される層の一方の側の多孔性繊維質シートを載置し
、金型外の供給口から溶融樹脂をシート上に供給し、し
かる後、他方の多孔性繊維質シートを溶融樹脂上に置き
、金型を閉鎖し、加圧、冷却を行って繊維強化成形品を
得ることもできる。

他に、第３図に示すように、金型内の溶融樹脂供給口が
複数の多孔性繊維質シートの眉間に位置する、閉鎖また
は未閉鎖の金型を用いても繊維強化成形品を得ることが
できる。

本発明に用いられる多孔性繊維質シートの材質はガラス
繊維、カーボン繊維、ステンレス繊維等の無機繊維、又
、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等
の有機繊維及び無機・有機繊維の混合物を使用すること
ができる。特にガラス繊維の場合は低コストで高い補強
効果が得られる。繊維の直径は１μｍ〜５０μｍの一般
的に得られる繊維を使用することができる。又、該多孔
性繊維質シートはシート形状を保持するために３〜５０
−ｔ％のポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の凝結
剤を用いたものを使用してもよい。

本願発明に用いられる熱可塑性樹脂はポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ
樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボ
ネート、ポリエチレンテレフタレート等の一般的な熱可
塑性樹脂およびこれらの混合物、ポリマーアロイ等が用
いられる。さらに、これらの熱可塑性樹脂には熱安定剤
、紫外線防止剤などの添加剤、又、着色剤、無機充填剤
などを含んでいてもよい。

本願発明で成形に用いる複数の多孔性繊維質シートは同
質のものの組合せでも、又異質のものの組合せでも良く
、用途、要求性能に応じて組合せ方を選択することがで
きる。

又、本願発明において、その成形過程において溶融樹脂
は多孔性繊維質シートの間隙を圧力により流動していく
が流動抵抗が大きくかつ特に無機繊維の場合は繊維によ
り熱を奪われ樹脂温度の低下が大きいため流動性が低下
し、成形品表面までの樹脂の浸透性が不十分となること
がある。これを防ぐために用いる繊維質シートを金型間
に載置する前に例えば６０°Ｃ以上に予備加熱しておく
ことも効果的である。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない、なお、実施例中の成形品の試験法は
、以下の通りである。

曲げ試験：ＪＩＳ　　Ｋ７２０３に準拠し３点支持法で
行った。

落錘衝撃試験：第５図に示す装置を用いて実施した。

ガラス繊維強化成形品から切り出し た５　０＋ａａｘ　５０ｍｍｘ　２ｔｎｗ＋厚のテスト
ピース（１４）上に堅忍（１２）を 置き、荷重（１１）を上方がら堅忍 （１２）上に落下させ、テストピー スが破壊される時の荷重（１１）の 最低高さをもって破壊高さとし、得 られた破壊エネルギーをもって衝撃 強度とした。

破壊エネルギー（ｋｇ−ｃｍ） ＝荷重（ｋｇ）　ｘ破壊高さ（ｃｌｌ）成形品の変形：
第４図の箱型成形品の底面を下にして平板上に置き４つ
の角部をおの おの別々に平板上に押さえつけた時、 残りの角部で最も平板より離れた高 さをもって成形品の変形量とした。

成形品の表面外観二表面粗さ計（東洋精密■製、超粗さ
計ＳＵＲＦＣＯＭ）を用いて 成形品の表面粗さを測定した。

また成形装置としては、横供給の射出部を持ち２００ト
ンの型締力を有する竪型プレス成形機を使用し、成形テ
ストを実施した。金型は凸型状の上型および凹型状の下
型の２つの部分から成り、下型の中央部に直径２ＩＩｌ
１１１の溶融樹脂の直接全型内供給口をもつ、製品肉厚
２．　　Ｏｍｍ、製品寸法２００１＋Ｉｍ長さＸ２００
ｍｍ巾Ｘ４０ｍｍ高さの箱型製品（第４図）の型を用い
た。

（実施例１） ビニルシラン０．２重量％を収束剤として添加した直径
１０μｍのガラス繊維、約２０００本を収束した繊維束
を上下２個の金属ロールの間を通過させ、ロールの繊維
入り口側または出口側にブロワ−を用いて３〜５ｍ１１
＋／　ｓｅｃの風速の空気を繊維束にあて、繊維束を解
繊する。この解繊された繊維を外周に木枠をもうけた鉄
板の上に、均一で異方性がないように積層・充填し、シ
ートの凝結剤としてその上からポリビニルアルコールの
１０％水溶液を散布し、その後木枠を取りはずし、２０
０°Ｃの熱プレス内で乾燥およびシート化を行い、ガラ
ス長繊維の単繊維不礒布シー）（２００ｇ／ｌ）を多孔
性繊維質シートとして得た。

この多孔性繊維質シートを４枚重ね、下側の２枚の多孔
性繊維質シートの金型の溶融樹脂供給口の位置に直径１
０ｍｍの穴を作成し、６０″Ｃに予熱後下金型上に載置
した（第１図（Ａ））。液穴を通して繊維質シートの眉
間に溶融した熱可塑性樹脂（住人化学工業■製、住人ノ
ープレンＡＸ５６８：ポリプロピレン樹脂、メルトフロ
ーインデックス６５ｇ／１０分）を供給し、成形時にか
かる圧力を１００ｋｇ／ｃｍ”として成形を行った（第
１図（Ｂ））、第１表に示す如く、機械的強度のきわめ
て商い成形品が得られた。

（比較例１〜２） 熱可塑性樹脂として、住人ノーブレンＡＸ５６８または
ガラス繊維充填ポリプロピレンペレント、生麦ノーブレ
ンＧＨＨ４３Ｃ住友化学工業■製、ガラス繊維含有量３
０ｗｔ％）を使用し、多孔性繊維質シートは使用しなか
った以外は、実施例１と同一条件で成形し、成形品物性
、外観、変形性等を実施例で得られた成形品と比較評価
した。

第１表に示す如く、強度が劣っているか又は変形が大き
いものであった。

〈発明の効果〉 上述の如く、本発明による繊維強化成形技術を用いると
成形と同時に強化できるため、従来法に比較しきわめて
低コストで、特に機械的強度の優れた繊維強化成形品を
容易に得ることができ、また製品の要求性能に応じて各
種の繊維の組合せが可能で自動車部品、家電部品、建築
用材料等の広範囲な用途分野の繊維強化製品を提供する
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、本発明の成形方法を示す装置の縦の断面
図である。 １、上金型　　　　　　　２．下金型 ３、多孔性繊維質シート ４、多孔性繊維質シート ５、溶融樹脂　　　　　　６．溶融樹脂供給ロア、ポー
タプル押出機 第４図は、本発明の実施例の方法でつ（った成形品の斜
視図である。 第５図は、本発明の実施例にて使用した衝撃試験装置の
縦の断面図である。 １１、荷重　　　　　　　１２．堅忍 １３、替芯先端Ｒ１／２インチ １４、テストピース １５、テストピース支持具 （Ａ） （Ａ） 第 図 （Ｂ） （Ｂ） Ｚ金、１１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２枚以上重ね合わされた多孔性繊維質
   シートの間に溶融した熱可塑性樹脂を供給し、樹脂供給
   圧力および／またはプレス圧力により、該繊維質シート
   の空隙を通し、最外層として配設された連続の単繊維か
   らなる多孔性繊維質シートの表面まで溶融樹脂を浸透さ
   せ成形することを特徴とする繊維強化熱可塑性成形品の
   製造方法。
2. （２）連続の単繊維がガラス繊維であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の繊維強化熱可塑性成形品
   の製造方法。