JPH04138219A - 長繊維含有樹脂組成物の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は繊維強化樹脂組成物の製造方法であって、この
樹脂組成物は耐クリープ、耐衝撃性を有する自動車、建
材ならびに産業資材分野の部品に利用される。

［従来の技術］ 産業資材分野の用途に用いられるプラスチックにおいて
、耐クリープ、耐衝撃性を要求される際には、繊維強化
プラスチックが用いられ、これは繊維束をプルトルージ
ョン法で樹脂を被覆する製造法あるいはマット状繊維に
樹脂を含浸する方法が採用されている。

プルトルージョン法により樹脂を被覆するためには、製
造上の制約から製造される製品に装入される繊維束のす
べてを数個に分けて束ねたものを使わざるを得す、樹脂
の繊維束中の各単繊維に対してまで被覆が充分に行なわ
れず問題があった。

その結果として、強化のための繊維と樹脂の間の接着が
不充分となり、強化プラスチック全体の剛性や引張り強
度への補強繊維の寄与が低く、強化不足となり易い欠点
があった。

このため、各単繊維間への樹脂の浸透を図るＬめマトリ
ックスとなる樹脂の分子量をさげ、Ｇｆｐｌ粘度を低く
して繊維束中への浸透性を改良し、イ充分ではあるがこ
の問題の解決を図っている。

しかしながら、樹脂の分子量を下げることは。

樹脂の繊維束への浸透の問題の解決が不充分でよるだけ
でなく、製品の長期のクリープ強度を著しく低下させ、
材料の信頼性を損なうことを招いている。

また、後者のマット状繊維に樹脂を含浸する場合にも、
同様にマット状繊維に対する樹脂の浸透を図り、結果と
して接着強度を改善するには、樹脂の分子量をさげる溶
融粘度の低下を必要とし、上記と同様の未解決の問題を
抱えている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明では、繊維強化プラスチックの耐クリープ性と耐
衝撃性の改善を図るため、各単繊維に対する樹脂の被覆
をより完全−にすると共に、従来使われている分子量よ
り高い分子量の材料を用いられるように製造工程を工夫
した長繊維含有樹脂組成物の製造方法に関する９ ［課題を解決するための手段］ 本発明は、長繊維束を帯電させて開繊した後、樹脂粉末
を付着させ、ついで加熱して樹脂粉末を溶融させ、樹脂
で長繊維を被覆させることを特徴とする長繊維含有樹脂
組成物の製造方法に間する。

なお、第１図は本発明の一つの実施態様であり、これに
限定されることはないが理解を容易にするためこれを用
いて説明する。

すなわち、繊維束は帯電装置（１）で帯電させられ、次
に樹脂粉末が充填されている流動層（２）に送られる８
ここでは被覆される樹脂が粉末状で空気によって流動層
を形成しており、帯電繊維を通過させると帯電された繊
維に樹脂粉末は付着される。ついで樹脂粉末を付着した
繊維束は加熱器を通過させることにより繊維表面に付着
した樹脂を繊維に溶融被覆させる。このようにして樹脂
被覆長繊維束が出来るが、この際必要に応し加熱ダイス
（３ｂ）では溶融付着された繊維が束ねられる。その際
にプルトルージョン法と同じ目的でストランドにしたい
場合には、引き取り穴が円形のダイスを用いて引き取り
、冷却サイプ（４）を通過させ形状固定を行なう。

一方、シート、板状あるいはＬ字型等特定の断面形状の
ものが必要な場合には、必要な幅と厚みに見合う被覆繊
維の束を目的の製品の形状をしたダイス、またパイプが
必要なら中空円筒型のダイスに通過させるに の方法によって得られた各種形状の樹脂組成物は、繊維
が均一に分布しており、また一方向に配向しているため
配向方向には高い耐クリープ性、引張り強度、剛性、耐
衝撃性を示す。

また、ペレットとする場合には、適当な太さのダイスを
通してから適宜の長さに切断することにより、繊維が均
一に分布した、特に押出機やインジェクションに際して
均一分散のため可塑化のときに繊維の切断が少なく、分
散の均一性が高いので成形体の強度、耐衝撃性について
補強効果の高い繊維含有樹脂組成物を得ることが出来る
。

本発明で帯電させるための帯電装置の加電圧は、モノフ
ィラメントの材質、繊度、繊維束の本数等種々な因子が
あるため特定することは困難であるが、一番簡便な手段
は処理すべき繊維束を通して開繊するか否か、開繊した
繊維に樹脂粉末の付着具合を見て調節するのが一番良い
ようである。

本発明で用いる長繊維は、ガラス繊維、カーボン繊維、
金属繊維、無１ａ＃化物繊維が挙げられる。

モノフィラメントは５〜１５ミクロンの径のものがよく
、望ましくは８〜１３ミクロンのものが良い。また各繊
維束は普通２０〜２０００本のモノフィラメントを結束
剤でまとめられているが。

これを強く帯電させることによっておたがいが反発し合
い、結束した束はこの帯電によって開繊され、全体のモ
ノフィラメントが均等に空間的に分散される。

この状態で樹脂付着帯、通常は樹脂粉末の流動浸漬層に
導かれ、該流動層で静電気のため繊維表面にむらなく均
一に樹脂粉末を付着することが出来る。

このように繊維束が開繊されると、樹脂粉末のモノフィ
ラメントへの付着も全位置になり、かつ加熱の際の温度
を速く上げられるので、加熱工程の時間を短くすること
ができ、生産効率を上げられるばかりでなく、樹脂と繊
維との付着を均一にさせる上でも望ましい。

しかしながら、生産性を上げるため引き取り速度を速く
する場合には繊維束はモノフィラメント２０００本位を
上限とするが、好ましくは５０本から５００本位の範囲
で結束したものを用いた方が良い。５０本より少ないと
きは高速で引き取るときに切断し易く、逆に２０００本
以上の繊維束では開繊がうまく行かず流動浸漬の際に樹
脂粉末が各モノフィラメントに均等に付着せず不均一に
なり易い６ 樹脂の付着帯は流動層に限定されるわけでないが、付着
の均一性や操作の容易性から主として用いられる。ここ
では樹脂の粉末が空圧によって流動層を形成されている
。流動層の安定性及びコーティングされたときの均一な
溶着は、樹脂粉末の粒度の平均径（Ｄ５゜）と粒度分布
ならびに粒子のアスペクト比が大きく左右している。粒
度はタイラーのふるいを用いて２００グラムを振どう機
でふるい分けする。ふるい目開きの上に残った重量を粗
い方から積算して重量平均で５０％を中心粒度Ｄ５゜と
じた。この方法で中心粒度は４０ミクロンから１２５ミ
クロン程度が良い。またその粒度分布は対数確率紙にプ
ロットすると粒度勾配から求められる。それをＤ　ｗ　
／　Ｄ　ｎで表わすと１５から５の範囲がよいが望まし
くは出来れば３以下が良い。

粒度分布が狭いほど、流動層の安定ばかりでなく、モノ
フィラメントに付着した樹脂粉末が、均一に溶けて外観
が滑らかでかつ均一にコーティングされ、後の工程の加
熱ダイスでストランド状あるいは任意の形状の製品とす
る際に未溶融物を含まないように管理し易い。粒度分布
が広いと付着した樹脂粉末間に溶けるまでの時間差が生
し、部に完全に溶融７る前に加熱炉から引き出され未溶
融物がモノフィラメント上に残存する危険がある。未溶
融物は加熱ダイスで束ねられる際に、ダイスで加熱を充
分性なっても再渚融することは困難となり長繊維含有樹
脂組成物の欠陥としてのこり製品の強度を著しく低下す
る原因となり得る。

モノフィラメントに付着した樹脂パウダーはついで加熱
により溶融され、繊維を被覆する。この際加熱は樹脂が
充分に溶融し、モノフィラメントを被覆することができ
ればその加熱方法は問わない。しかし、操作の容易性、
安定性等の見地からは加熱炉が好ましい。

加熱炉は耐火材で組まれた電気炉が一般的であり、発熱
体ニクロムあるいはカンタル線が一例としてあげられる
。繊維を加熱する温度は、その後の樹脂が溶融付着する
に充分な温度にする必要がある。例えばポリオレフィン
では２００°Ｃか６２３０℃程度が望ましく、ポリアミ
ドでは２６０℃から２９０℃が良（、帯留時間は０．３
〜３秒程度（温度と樹脂の種類により変わる。）である
。

加熱ダイスを通過させる場合には、ダイスの温度は繊維
束の太さ、付着樹脂量、ダイス間隙、樹脂粉末の種類等
により影響されるが、おおよそ加熱炉の温度±３０”Ｃ
位であり、簡単なテストで求めることが出来る。

また、カーボン繊維では、加熱炉を通過する区間、繊維
自体に通電することによって繊維自体を発熱させ、加熱
炉そのものの長さを短縮することも出来る。この方法は
均一な加熱も行なえる利点がある。

本発明に用いられる合成樹脂としては、特に制限はない
が、−Ｍ的には高密度ポリエチレン、ポリプロピレン等
のポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ）、　ポ＋）ヵー
ポネー）−（ＰＣ）、ＰＣとＡＢＳ又はＰＣとＰＡとの
ブレンド物、またはポリオキシメチレン及びＰＡとのブ
レンド物等が挙げられる。

従来の製造方法であるプルトルージョン法やマット状繊
維に樹脂を含浸させる場合は、繊維束又はマット状繊維
の中に溶融状態の高粘度の合成樹脂を圧入する形をとる
ため、樹脂そのものの粘度を低くして含浸を容易にする
必要があるところから比較的低分子量の樹脂の使用が要
求され、且つそれでもなお含浸が完全でなく、また繊維
の切断や偏在が避けることは出来なかった。

これに対し、以上の説明から容易に理解される如く、本
発明方法においては繊維束を帯電させることにより束は
効率よく開繊され、またこ辺開繊された繊維束に対して
粉末の形で樹脂粉末をモノフィラメントに付着させ、こ
れを溶融して繊維含有樹脂組成物とするのであるから、
理論的に言えば樹脂の溶融粘度は繊維への樹脂含浸につ
いては考慮する必要がないわけであって、その後の成形
加工に適切な溶融粘度のものを選ぶことが可能となった
。

このため、従来強化プラスチック製品への繊維補強性が
樹脂の低分子化と共に剛性、引張り強度等の面で不充分
であったが、本発明方法ではマドノックス樹脂も充分な
強度を持つものを選ぶことが可能となった上、マトリッ
クス樹脂への繊維の分散の均一性が高く、強度の高い製
品を得ることが出来ることとなった。

［作　用］ 本発明は、モノフィラメントの束を高電圧をかけて帯電
させ、これにより各モノフィラメント間の反発を利用し
て効率よく開繊させると共に、その帯電を利用して樹脂
粉末を効率よく均一に付着させ、ついでこれを加熱溶融
し、繊維を樹脂コーティングすることにより繊維束内部
まで均一に樹脂を浸透させる方法である。

［実施例］ （実施例１） 繊維直径が１０ミクロンで１５００本から構成されたガ
ラス繊維束（ＧＦ）を、第１図に示すような装置におい
て一３０ｋＶで帯電させ開繊した。ついでこれを樹脂粉
末の流動層に導入させる。流動層を形成している樹脂は
ポリプロピレン粉末（ｐｐ）であって、ＪＩＳ　Ｋ　７
１１３に規定する２３０℃でのメルトフローレートで１
．５ｇ／１０分である。平均粒子径は７０ミクロン、粒
度分布はＩ）　ｗ　／　Ｄ　ｎで２であった。

流動層から出たポリプロピレン粉末を付着した繊維束は
加熱炉で２００℃で加熱され、次にシート状の加熱ダイ
ス（２３０℃）を通過した後、冷却サイザーで形状保持
をされ成形体とした。

成形体は厚さ１．５ｍｍ、幅１５ｍｍで２５ｍｍの長さ
に切断した。この時の灰分分析を行なうと、ガラスの含
量は３７％であった。これをＪＩＳに７１１３に規定す
る試験法で曲げ試験を行なうと１弾性率は９３．　　Ｏ
Ｏ０Ｋｇ７０ｍ２であって、理論平均弾性率の６９％で
あった。これを再加熱してプレスで圧縮成形すると６０
．０００Ｋｇ／ａｍ２で理論弾性率の４２％であった。

成形品よりＪＩＳ　Ｋ　７１１３で規定するＪＩＳ　２
号ダンベルの試験片を切り出し、１３０℃、１５０℃及
び１７０℃の雰囲気で３０　Ｋｇ／　ｃｍ”の静荷重を
かけクリープ性能を測定し、片対数のグラフに縦軸に２
　ｍ　ｍまで変化する時間を、横軸に測定した絶対温度
の逆数をプロットし、それより６０℃、１００℃におけ
る２　ｍ　ｍの変位のクリープする時間を外挿法により
求めたところそれぞれ３２）０００時間及び３７８時間
であった。また先端の曲率が６．３５ｍｍのヘッドの落
錘試験を行なうと位置のエネルギーで破壊強度を測定し
たところ３０５　Ｋｇ／　ｃｍ″であり、高い衝撃性を
示した６（実施例２〜５） 第１表に示すような樹脂粉末メルトフローの低い材料を
用いてガラス繊維の長繊維含有樹脂組成物を製造し、こ
れを用いて実施例１と同じように成形を行ない、サンプ
ルを作りテストしたところ高いクリープ性能と耐衝撃性
を示した。

（比較例１） 実施例Ｉにおいて、樹脂粉末のメルトフローレートを３
０ｇ／Ｉ　０分のポリプロピレンを用いた他は同様に成
形体を成形し、ついでプレスで試験片を作成し、クリー
プ強度を測定したところ２ｍｍの変位に達する時間は６
０℃で１２００時間であり、１００℃では３０分であっ
た。耐クリープ強度は大幅に低下した。

また衝撃強度は樹脂の分子量が低下したため２２０Ｋｇ
−ｃｍであって、いずれも実施例１より低い結果であっ
た。

（比較例２） 実施例１と同しメルトフローレートのポリプロピレンを
用い、プルトルージョン法にてストランド状に引き取り
を行なったが、樹脂の溶融粘度が高く、繊維束内への樹
脂の浸透がうまく行かず成形は出来なかった。

（以下余白） ［発明の効果］ 本発明の長繊維含有樹脂組成物の製造方法はモノフィラ
メントの東を、帯電させることにより開繊し、この開繊
した繊維にその静電力を利用して樹脂微粉末を一旦付着
させた後、溶融してモノフィラメントを樹脂で被覆する
ため、高分子量の熱可塑性樹脂で内部まで均一にコーテ
ィングされており、これを成形して得られる長繊維を含
有する樹脂組成物成形品は、従来のプルトルージョン法
やマット状繊維含浸樹脂から得られた原料の成形品と比
較したとき、■マトリックス樹脂の分子量を大幅に高分
子量の樹脂を用いることが可能となったこと、■単繊維
に対する樹脂被覆の状態を大幅に改善できたこと、■樹
脂組成物に含まれるモノフィラメントは組成物製造に際
して折損がないこと等のため、本発明の成形品はクリー
プ特性、引張り強度、耐衝撃強度を大幅に改善でき、繊
維強化プラスチツク分野の新しい用途面へのその利用が
待たれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は長繊維樹脂被覆装置の一例である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）長繊維束を帯電させて開繊した後、樹脂粉末を付
   着させ、ついて加熱して樹脂粉末を溶融させ、樹脂て長
   繊維を被覆させることを特徴とする長繊維含有樹脂組成
   物の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、ストランド状に
   成形した樹脂組成物を切断してペレットとする長繊維含
   有樹脂組成物の製造方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、シート状又は板
   状にして繊維が一方向に配向するように成形した長繊維
   含有樹脂組成物の製造方法。
4. （４）長繊維束がガラス繊維束であり、樹脂粉末がポリ
   プロピレン、ポリアミドまたはポリカーボネートである
   特許請求の範囲第１項の長繊維含有樹脂組成物の製造方
   法。