JPH04232028A - 熱可塑性樹脂材料の高周波融着方法 - Google Patents

熱可塑性樹脂材料の高周波融着方法

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JPH04232028A
JPH04232028A JP2409316A JP40931690A JPH04232028A JP H04232028 A JPH04232028 A JP H04232028A JP 2409316 A JP2409316 A JP 2409316A JP 40931690 A JP40931690 A JP 40931690A JP H04232028 A JPH04232028 A JP H04232028A
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fibers
conductive
frequency
frequency heating
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Tadamichi Nozawa
野沢　忠道
Toshio Herai
戸来　稔雄
Satoru Matoba
哲 的場
Takao Kimura
隆夫 木村
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Nippon Steel Corp
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂材料の高
周波融着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属を高周波誘導電流によって加熱する
、いわゆる高周波加熱は、焼き入れ、溶解、熱処理、溶
接などで広く利用されている。高周波加熱は、短時間に
効率よく加熱を行うことができるが、これは金属の優れ
た導電性によるものであり、絶縁体である熱可塑性樹脂
を加熱することはできない。熱可塑性樹脂の加工におい
て高周波加熱を利用している例には、図１に示したよう
な融着方法があり、高周波加熱体１として金属線もしく
は金網が用いられる。この場合は、高周波磁界中に存在
する金属に誘導電流を流して、発熱させることにより、
繊維強化熱可塑性樹脂シート２の融着を短時間で強固に
行うものである（特公昭６１−５９３３８号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導電
性繊維強化熱可塑性樹脂を用いることにより、熱可塑性
樹脂材料への高周波融着の適用を可能にするとともに強
固な接合を行なおうとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は、熱
可塑性樹脂材料の高周波融着に際して、導電性繊維０．
３〜３０体積％と熱可塑性樹脂粉末から構成されるマッ
ト状の不織材料である導電性繊維強化熱可塑性樹脂を高
周波加熱体として、または導電性繊維と強化繊維および
熱可塑性樹脂から構成され、導電性繊維と強化繊維を合
わせた含有量が０．３〜３０体積％のマット状の不織材
料である導電性繊維強化熱可塑性樹脂を高周波加熱体と
して用いることを特徴とする熱可塑性樹脂材料の高周波
融着方法である。さらには、高周波加熱体として、不織
材料を加熱加圧成形したシート状導電性繊維強化熱可塑
性樹脂を用いる上記熱可塑性樹脂材料の高周波融着方法
である。
【０００５】本発明は、図１に示した融着方法において
、高周波加熱体１として導電性繊維強化熱可塑性樹脂を
用い、高周波磁界中で導電性繊維に誘導電流を流して、
発熱させることにより、熱可塑性樹脂材料の融着を短時
間で強固に行うものである。金属繊維等の導電性繊維を
熱可塑性樹脂中に添加し、導電性を付与する方法におい
ては、できるだけ大きなアスペクト比（繊維長／繊維径
）の導電性繊維を均一に分散させ、効率よく導通回路の
ネットワークを形成することが望ましい。そのため本発
明では、抄造技術を応用することにより、目的とする導
電性繊維強化熱可塑性樹脂を製造する。
【０００６】本発明の不織材料は、比較的大きなアスペ
クト比の導電性繊維が熱可塑性樹脂と共に均一に分散し
ているため、導電性及び高周波加熱特性に関して優れた
性質を示す。不織材料は、繊維が熱可塑性樹脂で結合さ
れた空隙を有するマット状のもので、可撓性を有してい
るため融着に用いる場合、良好な加工性が得られる。ま
た、この不織材料を加熱加圧成形して、シート内の空隙
を制御した剛直な導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートに
おいても、不織材料の優れた電気的性質が受け継がれる
。
【０００７】抄造技術による導電性繊維強化熱可塑性樹
脂の製造工程の一例を図２に示した。導電性繊維４と粉
末状の熱可塑性樹脂５、もしくは導電性繊維と同様な形
状のガラス繊維等の強化繊維６を同時に、分散槽７内の
水中に連続的に投入する。分散槽内では、繊維と熱可塑
性樹脂を均一に分散させるために撹拌が行われ、さらに
その分散液をポンプ８によりメッシュ状のベルトコンベ
ア９の上側に設置されたヘッドボックス１０に供給する
。ヘッドボックスの下側に設置されたウェットボックス
１１内を負圧に保ち、ヘッドボックス内の分散液の吸引
、脱水を行い連続的に繊維と熱可塑性樹脂が均一に分散
したマット状複合体である不織材料１２を製造する。 この不織材料を、通風式の熱風乾燥機１３で乾燥するの
と同時に熱可塑性樹脂の一部または全部を、その軟化点
または融点以上に加熱して溶融させ、冷却して繊維を熱
可塑性樹脂で結合した不織材料とし、次いでダブルベル
トコンベア式連続プレス１４で加熱加圧を行いさらに冷
却してシート状に成形し、最終的にはリールアップ１５
を行うか、用途に応じた形状にカッター１６で切断して
、導電性繊維強化熱可塑性樹脂シート１６を製造する。
【０００８】ダブルベルトコンベア式連続プレスで加熱
加圧を行いさらに冷却して成形される導電性繊維強化熱
可塑性樹脂シートとしては、シート内の空隙を完全に除
去したもののほかに、空隙が存在しているものを提供す
ることができる。またダブルベルトコンベア式連続プレ
スを使用せず、不織材料を空隙が存在している導電性繊
維強化熱可塑性樹脂シートとして提供することもできる
。
【０００９】本発明で用いる導電性繊維は、一般的には
金属線の引き抜き延伸法等で製造され、細径化するほど
高価となる。そのため繊維径は、取扱いの容易さと経済
的な観点より３μｍφ以上とし、十分な導電性と強度を
発現させるために３０μｍφ以下とすることが望ましい
。また繊維長は、導電性と強度発現の点から３ｍｍ以上
で、均一な分散が可能な５０ｍｍ以下にすることが望ま
しい。さらに、導電性繊維強化熱可塑性樹脂の導電性を
効果的に発現させるためには、抵抗値が小さく、前記の
繊維形状の範囲で、できるだけアスペクト比の大きな導
電性繊維を選択することが望ましい。
【００１０】導電性繊維強化熱可塑性樹脂の導電性は、
導電性繊維の添加量の増大に伴い向上するが、その傾向
は導電性繊維の種類、及び形状により変化する。導電性
繊維の添加量は、マトリックスである熱可塑性樹脂によ
り、導電性繊維を十分に含浸させるために、最大３０体
積％以下にする必要がある。本発明の導電性繊維強化熱
可塑性樹脂においては、導電性繊維の添加量を高周波加
熱の適用が可能になる０．３〜３０体積％、好ましくは
０．５〜２０体積％とする。
【００１１】このような導電性繊維と共に強化繊維を添
加することは、導電性繊維強化熱可塑性樹脂の強度の向
上と、不織材料のハンドリング性を向上させる意味で効
果的である。ヘッドボックス１０で脱水された湿潤不織
材料１２が、熱風乾燥機１３で乾燥され、同時に不織材
料を構成する繊維が熱可塑性樹脂で結合されるまでのハ
ンドリング性は、強化繊維の添加による繊維含有量の増
加により、繊維間の絡みが多くなるため改良される。強
化繊維の形状は、導電性繊維と同様にコスト、補強効果
、分散性の観点から直径３〜３０μｍφ、長さ３〜５０
ｍｍであることが好ましく、その添加量も導電性繊維と
強化繊維を合わせて０．３〜３０体積％とする。
【００１２】本発明では、導電性繊維としてステンレス
鋼、銅、アルミニウム等の金属繊維のほかに炭素繊維、
金属をコーティングしたガラス繊維等の無機繊維を、強
化繊維としてガラス繊維、無機繊維、有機繊維を用いる
ことができる。この中でも導電性繊維としてはステンレ
ス鋼繊維、また併用する強化繊維としてはガラス繊維を
用いることが望ましい。繊維は、水中での良好な分散を
目的として親水性を向上させるために水溶性高分子、湿
潤剤で、強度発現を目的としてマトリックスである熱可
塑性樹脂との接着性を向上させるためにシランカプリン
グ剤等で表面処理を行うことが望ましい。
【００１３】本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、スチレン−
ブタジエン−アクリルニトリル共重合体、スチレン−ア
クリルニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビ
ニリデン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタ
ール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、
ポリフェニレンスルフィド等の樹脂であり、またこれら
の樹脂の２種類またはそれ以上の混合物をも含み、これ
らに一般的に用いられる可塑剤、熱安定剤、光安定剤、
充填材、染顔料、耐衝撃剤、増量剤、核剤、加工助剤等
を添加することもできる。
【００１４】本発明の高周波融着方法としては、図１に
示したように熱可塑性樹脂シート２の融着部に、高周波
加熱体１として導電性繊維強化熱可塑性樹脂を挿入する
のが一般的であるが、熱可塑性樹脂シート２の一方が導
電性繊維強化熱可塑性樹脂シートである場合、または導
電性繊維強化熱可塑性樹脂シート同志の場合は、高周波
加熱体１を使用せず、直接融着することも可能である。
【００１５】本発明の高周波融着の適用は、熱可塑性樹
脂材料に限らず、ガラス繊維等のフィラーを含有した強
化熱可塑性樹脂材料に対しても適用が可能である。また
、図１にはシート状材料の融着方法の一例を示したが、
本発明の導電性繊維強化熱可塑性樹脂を高周波加熱体と
して用いることにより、熱可塑性樹脂または強化熱可塑
性樹脂のプレス成形、圧空成形、射出成形等の加熱加圧
成形品同士の融着や、導電性繊維強化熱可塑性樹脂の加
熱加圧成形品と熱可塑性樹脂または強化熱可塑性樹脂の
加熱加圧成形品の融着においても適用することができる
。本発明では、導電性繊維および強化繊維ともに、マト
リックスを構成する熱可塑性樹脂に埋設しているために
、耐食性は良好であり、導電性繊維の含有量も少ないこ
とから、接合部を含む全体を軽量化することができる。
【００１６】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を詳細に説明する
。 実施例１ 導電性繊維として直径１５μｍφ、長さ２５ｍｍのステ
ンレス鋼繊維と、さらに熱可塑性樹脂として直径３ｍｍ
φの球状ペレットを粉砕し、その粉砕品をふるい分けに
より７０ｍｅｓｈ（開孔径０．２１２ｍｍ）から１０ｍ
ｅｓｈ（開孔径１．７ｍｍ）までに分級したポリプロピ
レン樹脂粉末を用いて、図２に示した抄造技術により導
電性繊維２０重量％（２．８体積％）、熱可塑性樹脂８
０重量％（９７．２体積％）の組成で、目付け量が３５
０ｇ／ｍ２　の不織材料を製造した。さらに、この不織
材料を、ホットプレス成形で空隙が除去された厚み０．
３ｍｍの導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートに成形した
。ホットプレス成形の成形条件は、不織材料の予熱を２
１０℃無負荷で５分間行い、つづいて圧力２０ｋｇｆ／
ｃｍ２　で５分間加圧し、冷却固化してシートを成形し
た。
【００１７】図１に示した高周波融着方法により、前記
の不織材料と導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートを、高
周波加熱体１として用い、板厚３．７ｍｍのポリプロピ
レン樹脂シート２の継ぎ手融着を行った。融着条件は、
４００ｋＨｚ　の高周波電流（５０ｋＷ）を２５秒間、
鋼管３に流し同時に圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２　で加圧した
。図３（ａ）に示すように、継ぎ手部１８の長さは２０
ｍｍとした。さらに、融着した継ぎ手の接合強度を測定
するために、サンプルを図３（ｂ）に示すような幅２０
ｍｍの短冊状に加工し、引張試験を行った。
【００１８】実施例２ 図１に示した高周波融着方法により、実施例１と同じ不
織材料と導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートを、高周波
加熱体１として用いて、ガラス繊維強化ポリプロピレン
樹脂シート２の継ぎ手融着を行った。融着したガラス繊
維強化ポリプロピレン樹脂シートは、直径１０μｍφ、
長さ１３ｍｍのガラス繊維４０重量％（１９．０体積％
）とポリプロピレン樹脂６０重量％（８１．０体積％）
の組成で、抄造技術により得られた不織材料をプレス成
形により空隙が除去された厚み３．７ｍｍのシートに成
形したものである。融着条件も実施例１と同様にした。 さらに、融着した継ぎ手の接合強度を測定するために、
サンプルを図３（ｂ）に示すような幅２０ｍｍの短冊状
に加工し、引張試験を行った。
【００１９】実施例３ 実施例１と同じステンレス鋼繊維と、ポリプロピレン樹
脂粉末、および強化繊維として直径１０μｍφ、長さ１
３ｍｍのガラス繊維を用いて、抄造技術により導電性繊
維２０重量％（３．３体積％）、強化繊維２０重量％（
１０．１体積％）、熱可塑性樹脂６０重量％（８６．６
体積％）の組成で目付け量が３５０ｇ／ｍ２　の不織材
料を製造した。さらに、この不織材料を、実施例１と同
じ条件でホットプレス成形し、空隙が除去された厚み０
．２５ｍｍの導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートに成形
した。
【００２０】図１に示した高周波融着方法により、前記
の不織材料と導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートを高周
波加熱体１として用いて、実施例２と同じガラス繊維強
化ポリプロピレン樹脂シート２の継ぎ手融着を行った。 融着条件は実施例１と同様にした。さらに、融着した継
ぎ手の接合強度を測定するために、サンプルを幅２０ｍ
ｍの短冊状に加工し引張試験を行った。
【００２１】比較例１ 直径１５μｍφのステンレス鋼粉末４０重量％（７．１
体積％）とポリプロピレン樹脂６０重量％（９２．９体
積％）の組成の混合物を押し出し機で混練し、さらにＴ
ダイで厚み１ｍｍシートを成形した。このシートを、実
施例１と同様に高周波加熱体１として用いて、実施例２
と同じガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シート２の継
ぎ手融着を行った。融着条件は、実施例１と同様にした
。 さらに、融着した継ぎ手の接合強度を測定するために、
サンプルを幅２０ｍｍの短冊状に加工し引張試験を行っ
た。
【００２２】比較例２ １６ｍｅｓｈ（開孔径１ｍｍ）のステンレス鋼メッシュ
を、実施例１と同様に高周波加熱体１として用いて、実
施例２と同じガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シート
２の継ぎ手融着を行った。融着条件は、実施例１と同様
にした。さらに、融着した継ぎ手の接合強度を測定する
ために、サンプルを幅２０ｍｍの短冊状に加工し引張試
験を行った。
【００２３】実施例１，２，３および比較例１，２の継
ぎ手の接合強度を表１に示した。実施例１，２では、ス
テンレス鋼繊維とポリプロピレン樹脂からなる不織材料
および導電性繊維強化熱可塑性樹脂シートを高周波加熱
体として用いて、ポリプロピレン樹脂シートとガラス繊
維強化ポリプロピレン樹脂シートの高周波融着を行った
が、その接合強度は同程度であることが確認された。実
施例３では、ステンレス鋼繊維、ガラス繊維とポリプロ
ピレン樹脂からなる不織材料および導電性繊維強化熱可
塑性樹脂シートを高周波加熱体として用いて、ガラス繊
維強化ポリプロピレン樹脂シートの高周波融着を行った
が、その接合強度は実施例２と同程度であることが確認
された。結果として本発明の場合は、比較例２のステン
レス鋼メッシュと同程度の接合強度を示した。実施例２
における強化繊維の添加の効果は、不織材料の製造工程
における湿潤不織材料のハンドリング性の向上に現れた
。すなわち、強化繊維の添加による繊維含有量の増加に
より繊維間の絡みが多くなるため、湿潤不織材料が取扱
い易くなった。
【００２４】比較例１のステンレス鋼粉末を添加したシ
ートが、その添加量が多いにもかかわらず融着しなかっ
た理由は、シートの導電性が実施例に比べて著しく劣る
ためである。実施例の抄造技術では、長いステンレス鋼
繊維が熱可塑性樹脂中で均一分散するため、効率よく導
通回路のネットワークが形成され良好な導電性が発現し
、優れた高周波加熱特性が得られたのに対し、比較例１
のステンレス鋼粉末では、導通回路のネットワーク形成
において効率が悪く、十分な高周波加熱特性を得ること
はできない。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【発明の効果】本発明では、導電性繊維強化熱可塑性樹
脂を用いることにより、熱可塑性樹脂材料の高周波融着
を、短時間で強固に実施することを可能にした。本発明
では、熱可塑性樹脂中に導電性繊維、強化繊維が埋設し
ているため、耐食性は良好であり、接合部を含めた全体
を軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高周波加熱を利用した融着方法を示す概略図で
ある。
【図２】抄造技術による導電性繊維強化熱可塑性樹脂の
製造工程の一例を示す概略図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、実施例１，２，３および比
較例１、２で継ぎ手融着を行ったサンプルとそのサンプ
ルから切り出し、引張試験を行った短冊状試験片を示す
概略図である。
【符号の説明】
１　　　　高周波加熱体 ２　　　　繊維強化熱可塑性樹脂シート、または熱可塑
性樹脂シート ３　　　　銅管 ４　　　　導電性繊維 ５　　　　熱可塑性樹脂粉末 ６　　　　強化繊維 ７　　　　分散槽 ８　　　　ポンプ ９　　　　メッシュ状ベルトコンベア １０　　ヘッドボックス １１　　ウェットボックス １２　　不織材料 １３　　熱風乾燥機 １４　　ベルトコンベア式連続プレス １５　　リールアップ １６　　カッター １７　　導電性繊維強化熱可塑性樹脂シート１８　　継
ぎ手部 １９　　短冊状試験片

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　熱可塑性樹脂材料の高周波融着に際し
    て、導電性繊維０．３〜３０体積％と熱可塑性樹脂粉末
    から構成されるマット状の不織材料である導電性繊維強
    化熱可塑性樹脂を高周波加熱体として用いることを特徴
    とする熱可塑性樹脂材料の高周波融着方法。
  2. 【請求項２】　　熱可塑性樹脂材料の高周波融着に際し
    て、導電性繊維と強化繊維および熱可塑性樹脂から構成
    され、導電性繊維と強化繊維を合わせた含有量が０．３
    〜３０体積％のマット状の不織材料である導電性繊維強
    化熱可塑性樹脂を高周波加熱体として用いることを特徴
    とする熱可塑性樹脂材料の高周波融着方法。
  3. 【請求項３】　　高周波加熱体が、不織材料を加熱加圧
    成形したシート状導電性繊維強化熱可塑性樹脂である請
    求項１または請求項２記載の熱可塑性樹脂材料の高周波
    融着方法。
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