JPH03264314A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法 - 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】 〔発明の背景〕 〈産業上の利用分野〉 本発明は高温における剛性と低温における耐衝撃性に優
れ、外観が著しく改良された繊維強化熱可塑性樹脂成形
体の製造法に関するものである。

詳しくは、熱可塑性樹脂と繊維状強化材とを主成分とす
る複合素材を成形する際、少なくともその外表面の一部
に網状物を重積して成形することによって、外観が著し
く改良され、高温における剛性と低温における耐衝撃性
に優れた、自動車の内・外装部品や、弱電部品などの工
業用部品として供することができる複合シート及び複合
成形品を製造するための繊維強化熱可塑性樹脂成形体の
製造法に関する。

〈従来の技術〉 従来、繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、連続又は不連続
の繊維状強化材のマット上に熱可塑性樹脂粉体を散布し
重積するか樹脂のフィルム又はシートを重積する方法、
マット上から樹脂粉体の水性分散液を流し込むかマット
を水性分散液に浸漬してマット中に樹脂を含浸する方法
、或いは強化材と樹脂粉体を空気中又は水中で攪拌混合
した後マット状に賦形する乾式又は湿式分散法、などで
形成した多孔質の複合素材、或いは、これらを加熱加圧
下で樹脂を溶融させて無孔質又は多孔質のシート状成形
体とした複合素材を、加熱加圧下でブレス底形、スタン
ピング成形、フローモールディング成形などをすること
によって複合シート又は特定の形状に賦形された複合成
形品として製造されている。

これらの方法によって形成された複合素材は、近年熱可
塑性スタンパブルシートと呼ばれ、マトリックスとなる
熱可塑性樹脂の成形性や耐薬品性を活かし、しかも繊維
状強化材による剛性、耐衝撃性、寸法安定性などを向上
することができることと相俟って、その成形体は、自動
車の構造部材や土建資材等として着実に利用されるよう
になってきた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、それらの殆どのものは、複合素材から複
合シートあるいは複合成形品などの成形体を製造（スタ
ンピング成形法、フローモールディング成形など）する
際に、繊維状強化材の一部がシートや成形品の外表面に
浮き上り、該繊維状強化材に沿った色調の異なる模様（
フリーズマーク）が発生して、外観を悪化させて商品価
値を低下させたり、表面の平滑度が損われているために
、総じて目につきにくい部材への利用が中心となってい
る。

このような繊維状強化材の浮き上りを防止するために、
複合素材の外表面に樹脂のシート又はフィルムを重積し
て成形する方法も実用化されている。しかし、複雑な形
状の成形品の成形などでは、樹脂の流動に伴って、局部
的な繊維状強化材の浮き上りが避けられていないのが現
状である。特に、フローモールディング成形においては
、成形品のデザインに応じて複数枚の予熱したブランク
を金型内にフィードして成形体することが多いので、ブ
ランクの継ぎ目の部分において繊維状強化材の浮き上り
が生じ易い。

一方、フリーズマークは、繊維状強化材の含有量が少い
場合（例、１０〜２０重量％）や、繊維状強化材の表面
を適切なカップリング剤で予め処理した場合に若干改良
される傾向にあるが、外観の要求される用途には適用さ
れ難いものである。

また、フローモールディング成形においては、通常、樹
脂の溶融点よりはるかに低い温度に保たれた型の内部を
樹脂が流動するに伴って、フリーズマークの程度が著し
く悪化することが多かった。

〔発明の概要〕

く要　旨〉 発明者は、かかる複合シートや複合成形品の外観の改良
について種々検討した結果、該シート及び該成形品を製
造する際、加熱・加圧による成形の過程で、複合素材の
外表面の少なくとも一部に網状物を重積して成形するこ
とにより、該網状物が成形体の表面付近に埋設されて、
繊維状強化材が該シートや成形品の外表面へ浮き上って
くるのを防止することができるとの知見を得て本発明を
完成するに至った。

すなわち、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造
法は、繊維状強化材と熱可塑性樹脂とから形成された複
合素材を金型内で加熱加圧下に成形して繊維強化熱可塑
性樹脂成形体を製造する方法において、前記複合素材の
外表面の少なくとも一部に網目間隔が３＋＋＋ｒａ以下
の網状物を重積して成形することを特徴とするものであ
る。

く効　果〉 繊維状強化材と熱可塑性樹脂とから形成された複合素材
の外表面の少なくとも一部に網目間隔が３關以下の網状
物を重積して金型内で加熱加圧成形して得られた本発明
の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、表面に繊維状強化材
が浮き出たり、突出したりしておらず、極めて平滑な成
形体であることから、塗装、印刷、メツキなどの表面加
工を施すことが容易となり、工業用外装部品としても使
用可能であり、しかも該成形体は繊維強化材によって補
強されていることから、剛性、耐衝撃性、寸法安定性、
耐熱性に優れたものであり工業的に極めて有益な材料で
ある。

〔発明の詳細な説明〕

〔Ｉ〕複合素材 （１）原材料 （ａ）熱可塑性樹脂 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法において
用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリオキシメチレン
、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポ
リフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、ポリ
サルフオン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテ
ルケトン、或いは、これらの変性体やブレンド物等のあ
らゆる熱可塑性樹脂が適用できるが、中でも繊維状強化
材によって耐熱特性（例、熱変形温度）が顕著に向上す
る結晶性樹脂を使用することが望ましい。

このような結晶性樹脂の具体例としては、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステルなどがあ
るが、特にポリプロピレン、ポリアミドが好ましい。

これら熱可塑性樹脂原料の形態としては、ペレット、パ
ウダー、フレーク、繊維、及びフィルム、シートなどが
あるが、後記複合素材の製造方式、例えば重積方式、含
浸方式、分散方式などのそれぞれの製造方式に応じて適
宜最適なものか選択される。

本発明において、複合素材の製造方式として、後述する
ように分散方式が好ましいことからすると、樹脂原料の
形態としてはパウダーが好ましく、特に粒径が１ｍｍ以
下のパウダーが好ましい。

また、樹脂原料には、目的に応じて添加剤、フィラー、
着色剤、発泡剤、架橋剤等を添加することができる。

（ｂ）繊維状強化材 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法において
用いられる繊維状強化材としては、バルブ・木粉等の天
然繊維、ガラス繊維・カーボン繊維・金属繊維等の無機
繊維及びプラスチックス繊維、アラミツド繊維等の合成
繊維等及びそれらの混合物を挙げることができるが、特
にガラス繊維が好んで用いられる。

このような繊維状強化材の形態としては、複合素材の製
造方式として後述するように分散方式が好ましいことか
らすると、長さが３〜５０ｍｍ、径が３〜２５μｍの不
連続繊維を用いることが好ましい。

これら繊維状強化材は用途に応じて、これらの単繊維状
、ストランド状、織物状あるいはそれらの組合せのもの
を用いることができる。これらの繊維状強化材を表面処
理したり、改質剤を含浸したりして用いることもできる
。

〈２〉複合素材の製造 前記原材料の熱可塑性樹脂および繊維状強化材とを用い
て以下に示す方法により複合素材を成形する。

複合素材の製造法としては、前述したような重積法、含
浸法、分散法等が存在するが、本発明の適用はいずれの
製法にも制限されるものではない。

これらの中で乾式又は湿式による分散法が好ましく、特
に湿式分散法が好ましい。

乾式分散法について具体的に述べれば、前記繊維状強化
材、特にガラス繊維、例えばチョツプドストランドをあ
らかじめ開繊したものを２軸のリボンブレンダーのよう
な混合機に投入し、これに熱可塑性樹脂粉体を添加して
攪拌しながら混合分散させるか、またはチョツプドスト
ランドと熱可塑性樹脂粉体を同時に混合機に投入し混合
攪拌して、チョツプドストランドを開繊すると共に熱可
塑性樹脂粉体を分散させたものをマット状に形成する。

或いは更に該マットを加熱加圧して熱可塑性樹脂を溶融
させて５００〜５０００ｇ／ｒ＆程度のシートに成形す
る。

また、湿式分散法について具体的に述べれば、直径約１
ｎ以下のパウダー状熱可塑性樹脂５０〜９０重量％と、
直径３〜２５μｍ、長さ３〜５０ｍｍのガラスのチョツ
プドストランドよりなる繊維状強化材５０〜１０重量％
との混合物を、予め界面活性剤を加えて攪拌し充分に泡
立てた水中に投入し、更に攪拌を続けてチョツプドスト
ランドを開繊すると共に両者を分散させた後、フィルタ
ーを通して泡（水）を濾過して得られた混抄物（ウェブ
）を乾燥する。或いは更に該ウェブを加熱加圧して熱可
塑性樹脂を溶融させて ５００〜５０００ｇ／ｒｒｆ程度のシートに成形する。

［ＩＩ）繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造（１）網状
物 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造性において
は、前記複合素材を各種成形体（素材としての成形体を
含む。）に成形すると、得られた成形体表面が粗面化し
たものしか得られないので、該素材の外表面の少なくと
も一部に網目間隔が３１１１１以下、好ましくは０．１
〜１關の網状物を重積して成形することが重要である。

前記網状物としては、木綿・麻等の天然繊維、ガラス繊
維・セラミックス繊維・カーボン繊維・金属繊維等の無
機繊維及びプラスチック繊維・アラミツド繊維等の合成
繊維等の繊維状物質を網状に構成したものを挙げること
ができる。また、このような繊維を原料とせず、例えば
金属板、プラスチックス板等に穴あけ加工を施して網状
としたものも本発明の網状物に含まれる。

このような網状物は、複合素材の成形加工の際に、熱可
塑性樹脂を溶融状態にさせるような温度においても、溶
融したり、原形をとどめない程に変形したりすることな
く、また溶融樹脂が網状物の網目を通過して成形体の外
表面に浸み出すことができ、しかも繊維状強化材の浮き
出しを防止することができるような網目の大きさを有し
ているものであることが必要である。

該網状物は成形体の形状によって適度に変形したり、伸
縮し得るメリヤス織などの網状物であることが好適であ
り、モールのように特殊な加工を施した繊維から成る網
状物は特殊な表面外観が好まれる用途に適している。

（２〉網状物の重積 網状物を重積して成形することにより、該網状物を成形
体中に埋設するには、次に示す方法による。

複合素材に後加工を施すことなくそのまま使用したり、
曲げ加工などの簡単な後加工を施す場合、或いはスタン
プ成形、フローモールディング成形等の成形加工での変
形を受ける度合か低い場合には、複合素材を加熱加圧下
で複合素材シートに成形する段階で複合素材に重積して
網状物を素材シート内にを埋設することが好ましい。

フローモールディング成形等の成形加工によって、デザ
インの複雑な成形体に成形するような場合で、前記網状
物を予め複合素材シート内に埋設しておいたのでは網状
物の破壊や変形か生じて所期の効果が得られないときや
、或いは局部的に外観を改良すればよいときは、該成形
体の成形加工を行なう段階で複合素材に重積して埋設す
ることが望ましい。

特にブローモールディング成形においては、加熱したブ
ランクを複数枚、成形体のデザインに応じてフィードす
ることが多く、予め網状物を埋設したブランクを用いた
としても、ブランクとブランクの継ぎ目の部分でのフリ
ーズマークの発生が予想されるので、このような場合、
フローモールディング成形のときに複数枚のブランク全
体を覆うように網状物をブランク上に重積して成形すれ
ばフリーズマークを防止することができる。

また、網状物は複合素材の表裏両面に重積して成形する
ことにより埋設してもよいが、例えば裏面にリブ、ボス
等が存在して網状物により繊維状強化材のリブ、ボスへ
の流入が妨げられるのを嫌うときは、リブ、ボス等の存
在しない面にのみ埋設してもよい。

また、湿式又は乾式分散法によって製造されたウェブな
どを複合素材シート成形工程を省略して直接成形体とす
る場合において、特にフリーズマークの発生が激しいか
、その成形加工の段階で網状物を重積し埋設することに
よって顕著な外観改良を達成することができる。

（３）成形体の製造 網状物を重積して成形することによって埋設するための
条件としては、成形加工時の加える圧力が重要となる。

成形加工では、使用する熱可塑性樹脂の融点より通常２
０〜６０℃、好ましくは３０〜５０℃高い温度での加熱
がなされるが、その時の圧力があまり小さすぎると網状
物の網目を熱可塑性樹脂が通過できず、網状物がシート
や成形体の内部に埋設されず表面に残存するため外観悪
化の別の要因となる。成形加工工程では通常０、　５〜
４００ｋｇ／ｃｄ、好ましくは１〜３５０ｋｇ／Ｃ−程
度の圧力が加えられるが、網状物を適切に埋設するため
には、３　ｋｇ　／　ｃｄ以上、好ましくは１０）ｃｇ
／ｃ−以上の圧力で成形することが好ましい。

このように本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造
法において製造された繊維強化熱可塑性樹脂成形体の驚
くべき外観の改良を達成できたのは、ガーゼのような一
見脆弱と思えるものであっても、網目の形状か適切であ
れば繊維の浮き上りを防止し得、従って、外表面に熱可
塑性樹脂に富んだ薄い層を形成することかできるためで
ある。

〔実験例〕

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法について
、具体的に説明するため、以下に実施例および比較例を
示すが、これら実験例は、本発明の目的を損わない限り
、これらに限定されるものではない。

比較例１ ポリプロピレンホモポリマー（ＪＩＳ　Ｋ７２１０によ
るメルトフローレート：２３ｓｒ／１０分）の黒色ペレ
ットを機械的に粉砕して平均粒径的３００μｍのパウダ
ーを得た。

該パウダーを、予め界面層性剤を加えて攪拌して十分に
泡立てた水中に投入し、更に８分間攪拌してポリプロピ
レンパウダー分散液を調製した。

このポリプロピレンパウダー分散液を１００メツシユ粗
度の箱型フィルターに移し、真空ポンプにより減圧下で
泡を除去し、水分含有率約３０重量％のウェブを抄造し
た。

次いで、これに少量のバインダーを噴霧して１２０℃の
オーブン内で２時間乾燥した後、新井製作所製７０トン
油圧プレスにより内寸３１ｃｍＸ３４ｃｍ、厚み３ｍ＋
ｓのスペーサーを用い、２１０℃、０、　５ｋｇ／ｃ−
で７分間加熱加圧した後、圧力を１０ｋｇ／ｃｄに上げ
て２分間プレス成形した。その後、冷却盤に通水し１０
分間冷却して、シートを得た。

このシートは極めて平滑で優れた光沢を有していた。こ
のシートから試験片を切り出し、ＪＩＳ−に７１１３に
よる２３℃の曲げ弾性率、ＪＩＳ−に７１１０による２
３℃のアイゾツト衝撃強度及びＡＳＴＭ−Ｄ６９８によ
る２３℃〜１００℃間の線膨脹係数を測定したところ、
曲げ弾性率が１１，５００ｋｇｆ／ｃ−、アイゾツト衝
撃強度か２−８ｋｇ　ｆ−ａｍ／ｃｍ、線膨脹係数が１
４　Ｘ　１０’／”Ｃであった。

比較例２ ポリプロピレンパウダーの代りに、ポリプロピレンパウ
ダー８０重量％とガラスチョツプドストランド（日本電
気硝子型、ＥＣＳ−１３−ＩＰ−１４（ＩＧ）　２０重
量％の混合物を、十分に泡立てた水に投入する以外は、
比較例１と全く同様の方法にて複合シートを成形した。

この複合シートの表面にはガラス繊維が僅かに浮き上り
、若干のフリーズマークが発生した。

しかし、この複合シートの曲げ弾性率は４２．０００な
ｆ／ｃｄ、アイゾツト衝撃強度は２７ｋｇｆ−印／ｃＩ
Ｉ＋、線膨脹係数は４　Ｘ　１０−５／”Ｃであり、物
性の改良効果は顕著なものであった。

比較例３ ガラスチョツプドストランドの含量を４０重量％とした
以外は、比較例２と全く同様の方法で複合シートを成形
した。

該複合シートの表面にはガラス繊維が全面に浮き出し、
著しいフリーズマークが発生した。

このシートの曲げ弾性率は５６，０００ｋｇｆ／Ｃ−、
アイゾツト衝撃強度は７８ｋｇｆ−ＣＩＩＩ／ｃｌＴ１
１線膨脹係数は２．３Ｘ１０５／’Ｃであった。

実施例１ 乾燥したウェブをプレス成形するに当り、ウェブの上面
全面に市販の医用ガーゼ（網目間隔約１關）を予め黒色
に染色したちの１枚を重ねる以外は、比較例３と全く同
様の方法で複合シートを成形した。

該複合シートの表面には全くガラス繊維の浮き上りがな
く、フリーズマークも認められず、比較例１の複合シー
トに近い光沢を呈した。しかし、ガーゼを埋設しなかっ
た下面は比較例３と同様の悪い外観を呈していた。

この複合シートの物性を測定したところ、曲げ弾性率が
５４．　０００ｋｇｆ　／ｃｄ、アイゾツト衝撃強度が
８２ｋｇｆ−ｃｌＴｌ／ｃＩＴｌ、線膨脹係数が１．９
×１０５／℃であった。

実施例２ ２１０℃で２分間プレス成形する圧力及び加圧冷却する
時の圧力を３　）ｃｇ　／　ｃ−とする以外は実施例１
と全く同様の方法で複合シートを成形した。

該複合シートの外観と物性は実施例１とほとんど変わら
なかった。

実施例３ ガーゼの代りに１００メツシユのステンレス網（網目間
隔的０．１５ｍｍ）を用いる以外は実施例１と全く同様
の方法で複合シートを成形した。

該複合シートの外観は実施例１と同程度に優れたもので
あった。該複合シートの曲げ弾性率は９８、　０００ｋ
ｇ　ｆ　／ｃｄ、線膨脹係数は１．７×１０−５／’Ｃ
であり、アイゾツト衝撃試験では試片が破壊せず極めて
高強度のものであった。

比較例４ 比較例１で作成したシートを１５ＣＩＩＩＸ１１ＣＤ＋
の大きさに切断し、赤外線ヒーター（ヒーター表面温度
３００℃、ヒーターとシートとの間隔２００＋１１）に
て４分間予熱した後、前述の７０トン油圧プレスとフロ
ーモールディング用テスト金型を用いて第１図に示すよ
うなＡ面が凸部、Ｂ面が凹部を形成し、Ｃ部が凸部のコ
ーナ一部を示す成形品を成形した。この時に加えた圧力
は３００）ｃｇ／ｃ−であり、金型には７０℃の温水を
通水した。

該成形品の表面外観は、比較例１とほとんど変わらず良
好なものであった。

なお、第１図における成形品の１は強化繊維の充填特性
を観察するための高さ２０ｍｍのボスで、直径は７．５
及び３關の３種が設けられている。

２は樹脂の流動によって生ずるウェルドの強度を測定す
るための孔部て直径１０．８．６及び４ｍｍの４種が設
けられている。

実施例４ 実施例１にて成形したガーゼを片面に埋設した複合シー
トを用い、ガーゼを埋設した面が成形品のＡ面に相当す
るように成形した以外′は比較例４と全く同様の方法で
複合成形品を成形した。

該成形品のＡ面の平坦な部分はフリーズマークかなく良
好な外観を呈したが、コーナ一部（Ｃ部）ではガーゼの
破壊によりガラス繊維の浮き上りとフリーズマークが僅
かに認められた。又、Ｂ面の表面は実施例１の裏面より
悪くなった。

実施例５ 比較例３にて成形した複合シートを用い、フローモール
ディングの際に、型締め直前に予熱したシートの成形品
のＡ面に相当する面全体に黒色のガーゼを重ねる以外は
比較例４と全く同様の方法にて複合成形品を成形した。

該成形品のＡ面の外観はコーナ一部にもフリーズマーク
がなく、極めて良好であった。Ｂ面の外観は実施例１の
裏面より悪くなった。

実施例６ 比較例３で成形した複合シートを用い、フローモールデ
ィングの際に、予熱したシートの両面に黒色のガーゼを
重ねる以外は比較例４と全く同様の方法で複合成形品を
成形した。

該成形品のＡ、Ｂ面共フリーズマークが殆ど認められす
、優れた外観を呈していた。但し、Ｂ面のボスの先端部
には若干のフリーズマークが発生していた。

比較例５ 市販のポリプロピレンとガラス長繊維マットから成る複
合シート（宇部日東化成製アズデルＰ１０３８、黒色、
３．７加厚）を用いる以外は、比較例４と全く同様の方
法で複合成形品を成形した。

該成形品の全面に実施例５による成形品のＢ面と同様の
著しいフリーズマークが観察された。

実施例７ フローモールディングの際、予熱したシートの両面に黒
色のガーゼを重ねる以外は、比較例５と全く同様の方法
で複合成形品を成形した。

該成形品の外観は、フリーズマークが全くなく優れたも
のであった。

比較例６ 比較例３で作成した乾燥ウェブを用いる以外は、比較例
４と全く同様の方法で複合成形品を成形した。

該成形品の外観は実施例５による成形品のＢ面よりもは
るかに悪いものであった。

実施例８ フローモールディングの際、型締め直前に予熱したウェ
ブの成形品のＡ面に相当する面金面に黒色のガーゼを重
ねる以外は比較例６と全く同様の方法で複合成形品を成
形した。

該成形品のＡ面の外観は実施例５と同程度に極めて良好
であったが、Ｂ面の外観は比較例６による成形品のＢ面
と同様に悪いものであった。

実施例９ 実施例１で成形したガーゼを片面に埋設した複合シート
を１７ｃｍＸ１２．５ｃｍの大きさに切断し、比較例４
と同一の赤外線ヒーターで４分間予熱し、前述の７０ト
ン油圧プレスとスタンピング成形用テスト金型を用いて
第２図に示すようなり面が凸部、Ｅ面が凹部を示し、ガ
ーゼの埋設面がＤ面となるようにして複合成形品を成形
した。この時に加えた圧力は１００ｋｇ／ｃ−であり、
金型には７０℃の温水を通水した。

得られた成形品のＤ面の外観は実施例４による成形品の
Ａ面の平坦な部分と同程度に良好であったが、Ｅ面は実
施例４による成形品のＢ面と同程度に悪いものであった
。

なお、第２図における成形品の３は素材の絞り成形特性
を観察するためのくぼみで、深さは２０．１２及び８Ｉ
１ｍの３種が設けられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にて製造された繊維強化熱可塑
性樹脂成形体の評価を行なうための、フローモールディ
ングテスト用複合成形品の斜視図を表わし、第２図はそ
のスタンピングテスト用複合成形品の斜視図を表わす。 １・・・ボス、２・・・孔部、３・・・くぼみ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維状強化材と熱可塑性樹脂とから形成された複合素材
   を金型内で加熱加圧下に成形して繊維強化熱可塑性樹脂
   成形体を製造する方法において、前記複合素材の外表面
   の少なくとも一部に網目間隔が３ｍｍ以下の網状物を重
   積して成形することを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹
   脂成形体の製造法。