JPH0584739A - 繊維複合シートとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 芯材層と被覆層の接着強度が大きくしかも強
化繊維による補強及び低熱伸縮性効果を保持した長尺繊
維複合成形品を得ることのできる芯材用繊維複合シート
を提供する。 【構成】 繊維複合シート(1) は、熱可塑性樹脂(2) に
連続強化繊維(3) が一方向にそろえられた状態で配され
ており、シート(1) 全体に連続強化繊維(3) を切断する
ことなく多数の貫通孔(4) があけられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維複合シートとその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂に連続強化繊維が一方向に
そろえられた状態で配されている繊維複合シートは、長
尺繊維複合成形品などの芯材として用いられる。長尺繊
維複合成形品は、高剛性及び低熱伸縮性を有しているの
で、パイプ、雨樋などとして用いられている。

【０００３】ところで、長尺繊維複合成形品の連続的製
造方法として、芯材としての繊維複合シートを所定横断
面形状に加熱賦形した後、これをクロスヘッド・ダイに
導いて全面に熱可塑性樹脂を被覆してから冷却固化する
方法をすでに出願人において提案した。このようにして
得られた成形品における芯材層と被覆層の接着強度は、
成形品の曲げ強度、せん断強度及び剥離強度に影響す
る。そこで、この接着強度をより増大することが要請さ
れていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる芯材層と被覆層
の接着強度を大きくするには、（イ）芯材表面に接着剤
を塗布する方法および（ロ）パンチングなどにより芯材
に多数の貫通孔をあける方法が考えられる。

【０００５】上記（イ）の方法は、芯材の全表面に均一
に接着剤を塗布しなければならず、工程上面倒である。
また（ロ）の方法は、貫通孔を介して芯材層両面の被覆
層どうしの熱可塑性樹脂がつながるので、接着強度自体
は増すが、パンチングなどで貫通孔をあける際に連続強
化繊維が切断するため、強化繊維による補強効果及び低
熱伸縮性効果が失なわれることになる。

【０００６】本発明の目的は、上記の問題を解決した繊
維複合シートとその連続的製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による繊
維複合シートは、熱可塑性樹脂に連続強化繊維が一方向
にそろえられた状態で配されている繊維複合シートにお
いて、シート全体に連続強化繊維を切断することなく多
数の貫通孔があけられていることを特徴とするものであ
る。

【０００８】請求項２の発明による繊維複合シートの製
造方法は、多数の連続強化繊維に粉体状熱可塑性樹脂を
付着させる工程と、多数の樹脂付着連続強化繊維を全体
としてシート状となして一対の加熱ロールを通過させ、
熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程と、樹脂が溶融もしく
は半溶融状態にあるシート状物に複数の針状突起物によ
り貫通孔をあける工程と、貫通孔があけられた状態を保
持せしめながらシート状物を冷却する工程とを含むこと
を特徴とするものである。

【０００９】複数の針状突起物は、繊維複合シートを連
続的に製造する関係上、冷却ロールに放射状に設けられ
たものを用いることが好ましい。針状突起物の比熱が小
さい場合は、溶融状態にある熱可塑性樹脂を固化させる
ことなく貫通孔をあけることができるが、比熱が大きい
場合は熱可塑性樹脂が針状突起物により冷却固化し、強
化繊維が刺込まれた針状突起物に押しのけられて樹脂中
を移動し得なくなるので、このような際には、針状突起
をヒータなどの加熱手段により加熱しながら貫通孔をあ
けるとよい。針状突起物の横断面形状は、貫通孔のあけ
易さ及び強化繊維の押しのけ易さの点から、円形、シー
ト状物の移動方向に長い楕円形や菱形が適当である。針
状突起物の長さは、製造すべき繊維複合シートの肉厚、
針状突起物の強度、針状突起物を設ける冷却ロールの径
を考慮して適宜決められる。

【００１０】強化繊維としては、ガラス繊維、カーボン
繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維等の単独もしくはそ
れぞれを組合わせたロービング状の長尺繊維をあげるこ
とができる。なお、前記長尺繊維に織布、粗布、ネット
等の加工物を必要に応じて組合わせることができる。

【００１１】熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂、
ポリエチレン、ポリプロピレン等オレフィン系樹脂の
他、ポリフェニレンサルファイド等のエンジニアリング
プラスチックが用いられる。

【００１２】繊維複合シート中の繊維量は、理論上その
上限が９０容量％であるが、５〜５０容量％が適当であ
る。

【００１３】

【作用】請求項１の発明による繊維複合シートは、熱可
塑性樹脂に連続強化繊維が一方向にそろえられた状態で
配されているシート全体に多数の貫通孔があけられてい
るので、このシートを芯材としてその全面に熱可塑性樹
脂を被覆した長尺繊維複合成形品を製造した場合、貫通
孔を介して芯材層両面の被覆層どうしの熱可塑性樹脂が
つながるので、接着強度が増大する。

【００１４】また、シート全体に多数の貫通孔があけら
れているにもかかわらず、連続強化繊維が切断されてい
ないので、強化繊維による補強効果及び低熱伸縮性効果
が失なわれない。

【００１５】請求項２の発明による繊維複合シートの製
造方法は、多数の連続強化繊維に粉体状熱可塑性樹脂を
付着させ、樹脂付着連続強化繊維を全体としてシート状
となして一対の加熱ロールを通過させ、熱可塑性樹脂を
加熱溶融し、樹脂が溶融もしくは半溶融状態にあるシー
ト状物に複数の針状突起物により貫通孔をあけるもので
あるから、針状突起物をシート状物に刺込んだ際、強化
繊維は針状突起物により溶融樹脂中を干渉しない位置ま
で押しのけられる。

【００１６】また、貫通孔があけられた状態を保持せし
めながらシート状物を冷却するものであるから、シート
状物に加わるテンションなどにより貫通孔が塞がるおそ
れがない。

【００１７】

【実施例】以下の説明において、前とは図３及び図４の
右方向をいうものとする。

【００１８】図１には、請求項１の発明の実施例が示さ
れている。

【００１９】図１の繊維複合シート(1) は、熱可塑性樹
脂(2) に連続強化繊維(3) が一方向にそろえられた状態
で配されており、シート(1) 全体に連続強化繊維(3) を
切断することなく多数の貫通孔(4) があけられているも
のである。

【００２０】図２には、図１のシート(1) を芯材層(1A)
に用いかつその両面に熱可塑性樹脂被覆層(5) を備えた
シート状長尺繊維複合成形品(6) が示されている。芯材
層(1A)の両面に接着せられた被覆層(5) どうしの熱可塑
性樹脂は、貫通孔(4) を介してつながっている。図中、
(7) はこのつなぎ部を示す。

【００２１】図３には、請求項２の発明の実施に用いら
れる繊維複合シートの製造装置が示されている。

【００２２】図３の装置は、上下の流動床装置(8) と、
各流動床装置(8) の後方に配置せられた複数の強化繊維
束巻き戻しロール(9) と、各流動床装置(8) の槽の前後
上方、槽内及び槽の上部前方に配置せられたガイド・バ
ー(10)と、上下の流動床装置(8) の中間前方に配置せら
れたネット状面材巻き戻しロール(11)と、ネット状面材
巻き戻しロール(11)の前方に配置せられた二対の加熱ロ
ール(12)(13)と、前側の一対の加熱ロール(13)における
下部ロールの前方に配置せられかつ多数の鉄製針状突起
物(14)を放射状に備えた冷却ロール(15)と、この冷却ロ
ール(15)の前方に配置せられたガイド・ロール(16)と、
ガイド・ロール(16)の前方に配置せられた巻き取りロー
ル(17)とを備えている。

【００２３】冷却ロール(15)の直径は２２５mmであり、
針状突起物(14)は基端の直径が２mm、高さが１０mmの円
錐形のものである。針状突起物(14)どうしの冷却ロール
(15)の円周方向における角度は４５°、軸方向における
間隔は５mmである。

【００２４】つぎに、請求項２の発明の実施例について
説明する。

【００２５】各巻き戻しロール(9) から多数の連続フィ
ラメントよりなる強化繊維束(F1)２０本を、巻き取りロ
ール(17)によりひねりが生じないようにしながら巻き戻
し、各流動床装置(8) の粉体状熱可塑性樹脂流動床(R)
中を通過させ、強化繊維束(F1)を開繊しながら各フィラ
メントに粉体状熱可塑性樹脂を付着させる。すなわち多
数の連続強化繊維(3) に粉体状熱可塑性樹脂を付着させ
る。粉体状熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル−酢酸ビ
ニル共重合体を用い、強化繊維としてはロービング状ガ
ラス繊維を用いた。

【００２６】上下の多数の樹脂付着連続強化繊維(F2)を
加熱ロール(12)(13)に導くのであるが、それまでにガイ
ド・バー(10)によりこれらが全体としてシート状になる
ようにそろえる。他方巻き戻しロール(11)からガラス繊
維よりなる厚み０．１３mmのネット状面材(N)を、シー
ト状となされた上下の多数の樹脂付着連続強化繊維(F2)
に連続的に送り込み、３者を表面温度２００℃の加熱ロ
ール(12)(13)により加熱加圧して一体化するとともに、
熱可塑性樹脂を加熱溶融し、樹脂が溶融状態にあるシー
ト状物(F3)を冷却ロール(15)の下側にそわせてこれを抱
くように通過させることにより、多数の直径約２mmの針
状突起物(14)でシート状物(F3)に円形貫通孔(4) をロー
ル軸方向に５mm間隔であけかつ貫通孔(4) があけられた
状態を保持せしめながらシート状物(F3)を冷却し、厚み
０．４mm、幅１００mm、貫通孔(4) の直径１．９mmの繊
維複合シート(1) を形成して巻き取りロール(17)に巻き
取る。

【００２７】図４には、図３の装置で製造された繊維複
合シート(1) を芯材として用いたシート状繊維複合成形
品の製造装置が示されている。

【００２８】図４の装置は、繊維複合シート巻き戻しロ
ール(23)と、巻き戻しロール(23)の前方に配置された上
下一対のヒータ(18)と、ヒータ(18)の前方に配置されか
つ押出機(19)に接続されたクロスヘッド・ダイ(20)と、
クロスヘッド・ダイ(20)の前方に配置されたサイジング
・ダイ(21)と、サイジング・ダイ(21)の前方に配置され
た引取機(22)とを備えている。

【００２９】上記のようにして製造せられた繊維複合シ
ート(1) を巻き戻しロール(23)に移し、これを巻き戻し
つつヒーター(18)で１８０℃の温度に加熱してから押出
機(19)に接続されたクロスヘッド・ダイ(20)に挿入し、
その周囲全面に熱可塑性樹脂を１８０℃で溶融押出しし
て厚さ１．４mmに被覆し、続いてサイジング・ダイ(21)
を通過させて冷却固化し、得られたシート状繊維複合成
形品(6) を引取機(22)で順次引取る。得られた成形品
(6) の肉厚は１．４mmであった。

【００３０】上記成形品の繊維方向の曲げ強度と線膨張
係数を測定した。曲げ強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７２
０３の硬質プラスチックの曲げ試験方法に準じ、上記成
形品から１５×８０mmに切断した試験片を支点間距離５
６mm、クロスヘッド移動速度５mm／min でテンシロンＵ
ＳＴ−５Ｔ（オリエンテック製）により行なった。ま
た、線膨張係数の測定は、ＡＳＴＭ．Ｂ６９６の熱膨張
係数の試験法に準じ、上記成形品から５×２０mmに切断
した試験片をＴＭＡ測定装置（セイコー電子工業製）に
より行なった。測定結果は、それぞれ９．５kg／mm² 及
び３．０×１０^-5／℃であった。

【００３１】比較例１ 針状突起物のない冷却ロールを用いた以外はすべて上記
実施例と同様にした。得られた繊維複合シートの肉厚は
０．４mm、塩化ビニル樹脂を被覆した成形品の肉厚は
１．４mmであった。

【００３２】この成形品の繊維方向の曲げ強度と線膨張
係数は、それぞれ８．７kg／mm² 及び３．０×１０^-5／
℃であった。

【００３３】比較例２ 比較例１の繊維複合シートに、後から直径１．９mmの貫
通孔を５mm間隔であけ、上記同様に塩化ビニル樹脂を被
覆し、肉厚１．４mmの成形品を得た。

【００３４】この成形品の繊維方向の曲げ強度と線膨張
係数は、それぞれ９．０kg／mm² 及び３．８×１０^-5／
℃であった。

【００３５】比較例３ 冷却ロールから冷却水を抜き、加熱オイルを流して針状
突起物を備えた加熱ロールとし、このロールと巻き取り
ロールとの間に冷却ロールを配置した以外は上記実施例
と同様にした。加熱ロールの表面温度は２００℃、冷却
ロールの表面温度は２５℃であった。

【００３６】製造された繊維複合シートの肉厚は０．４
mm、幅は１００mmであり、５mm間隔でくぼみが見られた
が、貫通孔は見られなかった。これに上記同様塩化ビニ
ル樹脂を被覆し、肉厚１．４mmの成形品を得た。

【００３７】この成形品の繊維方向の曲げ強度と線膨張
係数を測定したところ、それぞれ８．８kg／mm² 及び
３．０×１０^-5／℃であった。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明による繊維複合シートに
よれば、このシートを芯材としてその全面に熱可塑性樹
脂を被覆した長尺繊維複合成形品を製造した場合、貫通
孔を介して芯材層両面の被覆層どうしの熱可塑性樹脂が
つながるので、接着強度が増大し、成形品の曲げ強度、
剥離強度、せん断強度が大となる。

【００３９】また、強化繊維が貫通孔の存在にもかかわ
らず切断されないで連続状態を保ち、強化繊維による補
強効果及び低熱伸縮性効果が失なわれていないから、強
化繊維が切断されているものに比べて成形品の長手方向
の剛性が大きく、線膨張係数が小さくて耐久性に優れて
いる。

【００４０】請求項２の発明による繊維複合シートの製
造方法によれば、針状突起物をシート状物に刺込んだ
際、強化繊維は針状突起物により溶融もしくは半溶融樹
脂中を干渉しない位置まで押しのけられるから、強化繊
維を切断することなく針状突起物によりシート状物に貫
通孔をあけることができる。

【００４１】また、シート状物に加わるテンションなど
により貫通孔が塞がるおそれがないから、所定の貫通孔
が正確に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施例を示す一部を切欠いた
繊維複合シートの部分平面図である。

【図２】図１の繊維複合シートを芯材層に用いたシート
状繊維複合成形品の横断面図である。

【図３】請求項２の発明の実施に使用される繊維複合シ
ートの製造装置の側面図で、流動床装置は垂直断面で示
されている。

【図４】図３の装置で製造せられた繊維複合シートを用
いてシート状繊維複合成形品を製造する状態を示す側面
略図である。

【符号の説明】

(1) 繊維複合シート (2) 熱可塑性樹脂 (3) 連続強化繊維 (4) 貫通孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂に連続強化繊維が一方向に
   そろえられた状態で配されている繊維複合シートにおい
   て、シート全体に連続強化繊維を切断することなく多数
   の貫通孔があけられていることを特徴とする繊維複合シ
   ート。
2. 【請求項２】 多数の連続強化繊維に粉体状熱可塑性樹
   脂を付着させる工程と、多数の樹脂付着連続強化繊維を
   全体としてシート状となして一対の加熱ロールを通過さ
   せ、熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程と、樹脂が溶融も
   しくは半溶融状態にあるシート状物に複数の針状突起物
   により貫通孔をあける工程と、貫通孔があけられた状態
   を保持せしめながらシート状物を冷却する工程とを含む
   ことを特徴とする繊維複合シートの製造方法。