JPH04201420A - ガラス繊維強化樹脂成形品の製造法 - 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】 〔産業上の利用分有〕 本発明は自動車のバンパービーム、トランスミッション
メンバー、ラジェーターサポートメンバー、ステアリン
グメンバー等耐衝撃性、強度、耐熱性が要求される部品
に適したガラス繊維強化樹脂成形品の製造法に関する。

〔従来技術〕

一般に成形品においては特定の方向の強度や耐衝撃性が
要求される場合かある。例えばバンパービームではその
長さ方向である。

これまでバンパービーム、トランスミッションメンバー
等は高張力鋼で製造されている。これを本発明は軽量化
と経済性の観点からガラス繊維強化樹脂成形品で代替し
ようとするものである。

ガラス繊維強化樹脂成形品にはガラス短繊維と樹脂を混
和し、成形したものがあるが、これは繊維がランダム方
向に配列しているので、ある方向のみを特に強化するこ
とはできない。

またガラスマットにポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を
含浸し、スタンピング成形することも知られている。し
かし、ガラスマットはすべての繊維か一方向には配列し
ていないので、やはり上記と同様の問題か生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように従来一方向のみを特に強化した成形品の製
造は困難であった。また一方向に配列したガラス長繊維
と樹脂との組成物のみをスタンピング成形することは流
動性か悪いので、種々の形状の成形品は得られない。ま
た単純な形状でも反りが大きくなり、商品価値かない。

本発明は一方向を強化したガラス繊維強化樹脂成形品を
スタンピング成形により流動性よく成形する方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明は一方向に配列されたガラス長繊維と樹脂との組
成物（Ａ）と、特定の長さのガラス短繊維と樹脂との組
成物（Ｂ）を併用することを特徴とし、これによってガ
ラス長繊維を一方向に保ったまま流動性よくスタンピン
グ成形を可能としたものである。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明で用いるガラス長繊維は直径５〜２０即のものか
適し、好ましくは８〜１３−である。この繊維を例えば
２０００本程度束ねて、これに熱可塑性樹脂を含浸して
棒状のストランド組成物（Ａ）を得る。

含浸方法は公知のプルトルージョン法か用いられる。ス
トランドの長さは目的とする成形品により定め、例えば
バンパーであればその長さ方向の強度が必要なので、ス
トランドの長さはバンパーの長さと同じであれば望まし
いが、６０９６以上であれば十分に目的か達せられる。

含浸後のガラス繊維含有量は２０〜６０重量％か適し、
３０〜５０重量％か好ましい。

熱可塑性樹脂としてはポリオレフィン、ポリエステル、
ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ノリ
ルあるいはノリルとポリアミドとのブレンド物などが用
いられる。− 上記のポリオレフィンとしては（１）３０℃の温度に於
てキシレン可溶分が多くとも５．０重量％である単独重
合体、（２＞３０°Ｃの温度に於てキシレン可溶分か多
くとも５重量０６てあり、かつプロピレンの共重合割合
か２５〜７５重量Ｏｂであるエチレン−プロピレンラン
ダム共重合体、（３）エチレンの共重合割合が１〜ＩＯ
重量％であるプロピレン−エチレンランダム共重合体の
１種又は２種以上の組成物か使用できるか、合成を高め
るためにはエチレン−プロピレンランダム共重合体単独
は避けた方がよい。これらの熱可塑性樹脂のメルトフロ
ーレイトは２３０℃で０．３〜２００ｇ／１０分の範囲
、好ましくは１〜１００ｇ／１０分の範囲のものがよい
。

ガラス短繊維と樹脂との組成物のガラス短繊維は長さが
２〜２５＋ａ＋ｓである。太さについては上記長繊維と
同じでよい。また樹脂の種類、含有量も同様である。従
ってこの組成物（Ｂ）のつくり方としては上記長繊維組
成物を２〜２５關に切断すればよい。

成形は公知のスタンピング成形であり、例えばバンパー
ビームでは上記のストランド組成物（Ａ）をバンパービ
ームの金型内に繊維の長さ方向をバンパービームの長さ
方向にして、配列し、その上に組成物（Ｂ）を加える。

この場合組成物（１３）は押出成形機で加熱混練され、
上記金型内に供給される。

この間に短繊維は切断されて短かくなり、特に１０ｍｕ
を越えるようなものは、元の長さの半分程度になる。

製品の種類に応じて（Ａ）と（Ｂ）を所定の割合に定め
、スタンピング成形する。この割合は一般的には（Ａ）
／　（Ｂ）の重量比で１．０〜４５か適当である。

〔作　　用〕

本発明において組成物ＣＢ）は重要な役割を果し、成形
品の強度等を弱めることなく、流動性よくスタンピング
成形を可能とするものである。この組成物（Ｂ）はそれ
自体ガラス繊維の強化作用を保ちながら、押出成形機等
により、スタンピング成形の金型に供給でき、かつスタ
ンピング成形時の系全体に流動性を付与するものである
。

ガラス短繊維は長さが２ｎ未満ては繊維による補強効果
か小さい。通常の押出成形機を用いた場合、組成物中の
２關のガラス繊維は０．３１程度になるか、実用上の補
強効果は保たれる。一方２５關を越えると組成物（Ｂ）
の押出成形機による供給が困難であり、またスタンピン
グ成形時の組成物の流動性か悪くなる。

［成形及び評価方法］ 試作したバンパービームは長さ１５００ｍ＋ｓ、幅２５
０關である。その重量は約４ｋｇ（比重１．１７）であ
る。

これを成形する手順としてますスタンピングマシーンの
金型上に組成物（Ａ）３ｋｇを長さ方向に配置し、赤外
線加熱炉を通して２１５℃に加熱し、ついでその上に組
成物（Ｂ）をスタンピングマシーンの押出機をコンピュ
ーターで制御しながら溶融押出して配置する。金型を降
下させ圧縮流動させる。

そのときの圧力は単位面積当りｌｏＯｋｇ／ｃ−であっ
てその全荷重は２００トンであった。衝突試験は自動車
の車体が１０００ｋｇを想定し、１３００ｋｇペンシュ
ラム（衝突治具）を用いて衝突時の速度が５マイル／ｈ
ｒて行った。また同トｌの成形品を用いてこの衝突試験
で衝突の衝撃に耐えられる材料は静荷重の座屈荷重でｌ
Ｏトンを上回ることが経験的に分かっている。従って静
荷重での座屈試験で衝突試験を予測することかできる。

［実施例１〜６コ バンパービームを成形する金型で１０００ｍｍのガラス
長繊維ストランドの樹脂組成物（Ａ）および１３ｍｍの
同組成物（Ｂ）を用意して、先に述べたような手順で成
形を行った。そのときの両者の重量比は実施例１は（−
Ａ）／　（Ｂ）　＝’３／　Ｉであってガラス含量は（
＾）、　（Ｂ）とも４０重ｆｆ１９６である。この成形
品の５マイル／ｈｒ衝突試験は正面、側面衝突とも衝撃
による破壊は認められなかった。また静荷重試験でその
座屈強度は１１．８　トンであり、衝撃強度と静荷重強
度との対応かあることが分かった。更に繊維の一方向配
列による強度が成形流動によって低下する度合を見るべ
くバンパービームの中央部と両側部から引張り試験片を
切り出しその強度を測定した。これによると材料の低下
度合は１６％であり成形流動による一方向の強度低下か
少ないことか認められた。実施例２〜６においては組成
物（Ａ）と組成物（Ｂ）との重量比を表−１に示すよう
に変更して成形し、その衝突性能並びに上記各部位での
機械的強度を測定した。その結果引張り強度の変化は少
なく一方向配列か流動にともなう成形で低下する度合が
少ないことが分かった。

なお、ここで用いた樹脂はＭＦＲか８０ｇ／１０分く２
３０°Ｃ）のポリプロピレン単独重合体８２重量％とエ
チレン−プロピレンランダム共重合体１８重量９６から
なる組成物である。この共重合体のプロピレンの共重合
割合は４０重量％である。そして組成物のＶ　Ｆ　Ｒは
４０ｇ／１０分く２３０℃）である。

［比較例１コ 実施例１に於て材料の構成を（Ａ）／　（Ｂ）　−ｏ、
ｇになるように配合し成形を行った。そのときの衝突試
験では３，８マイル／ｈｒの速度を越えると衝撃破壊か
生じる。またそのときの静荷重での座屈試験では８１０
０ｋｇ　ｆてあり経験的な規格値の水準に達しない。ま
た製品の各部位を切り出して引張り試験を行うと各部位
での引張り強度のばらつきは少ないかそのものの強度か
低く衝撃に耐えられないことか分かった。

［比較例２］ 実施例１に於て長繊維ロングペレット（ａ）単独で成形
を行うと成形品はツイストして製品として目的を達しえ
ない。但し成形品を治具に取り付けて衝突試験を行うと
７．６マイル／ｈｒ迄の衝突時の衝撃に耐えられる。ま
た静的荷重による座屈試験を行うと１３トンと高い強度
を示すか製品としての反りの大きい点で商品価値を失っ
て意味かない。

［比較例３コ ガラスマット（芯部が一方向配向）からつくられたスタ
ンパブルシートのガラス含量が４０重量％の材料で、引
張り強度がガラス繊維の配向方向で１３００ｋｇ／ｃｄ
、直角方向で４３０ｋｇ　ｆ　／　ｃＪのものを用いて
赤外線加熱でシート温度を２１５℃になるように加熱し
た。加熱したシートをプレスに装着した金型内に投入し
、圧縮成形を行った。成形圧力は５００トンで単位面積
当りの成形圧力１３３ｋｇ／ｃｄであった。製品を用い
て衝突試験を行ったところ正面からの衝突では５マイル
／ｈｒの速度に充分耐えられるが側面からの衝突では２
．５マイル／ｈｒの速度しか耐えられないことが分かっ
た。また静荷重試験で座屈強度を測定すると１３．９　
トンであった。

製品から引張り試験片を切り出してその強度を測定する
と中央部に比べ先端部での強度低下率は６６．７％で、
成形流動によって一方向の配向が薄れ製品の強度が大幅
に低下していることが分かった。

製品の形状によって流動経路が大きい部位については一
方向に強化された特性が著しく低下し易い。

また成形圧力もおおよそ長繊維複合材料に比べて２倍近
く必要であり成形性も悪い。また製品のリブの部位につ
いて引張り強度を測定すると２３０ｋｇ　／　ｃｄとウ
ェルドによる強度の低下が著しい。その断面を観察する
とガラスマットのためリブにガラス繊維が流入しないた
め樹脂のみか充填されウェルドを形成することが分かっ
た。

〔発明の効果〕 １）衝撃強度が著しく大きい。

２）ガラス繊維が配向している方向の引張り強度がガラ
スマットを使用した場合に比べ２倍以上である。

３）成形品の各部位では特性変動が少ない。これは成形
流動による繊維の配向乱れが少ないことを示す。

４）ガラス短繊維の樹脂組成物が所定量配合されている
ので流動性（成形性）がよく、またその成形品は反りを
生じない。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形品の強度を必要とする一方向に配列されたガ
   ラス長繊維と熱可塑性樹脂の組成物（Ａ）と、長さ２〜
   ２５ｍｍのランダムな方向を持つガラス短繊維と熱可塑
   性樹脂組成物（Ｂ）とを（Ａ）／（Ｂ）を重量比で１．
   ０〜４．５にしてスタンピング成形することを特徴とす
   るガラス繊維強化樹脂成形品の製造法。
2. （２）ガラス長繊維の長さが強度を必要とする方向の成
   形品の長さの６０％以上であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のガラス繊維強化樹脂成形品の製造
   法。
3. （３）（Ａ）中のガラス長繊維の量が２０〜６０重量％
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載のガラス繊
   維強化樹脂成形品の製造法。