JPH06293036A

JPH06293036A - ガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の成形方法

Info

Publication number: JPH06293036A
Application number: JP8235093A
Authority: JP
Inventors: Tomoshige Ono; 友重尾野; Masabumi Komatsu; 正文小松; Yuichi Uchida; 祐一内田; Masahiro Wakui; 正浩涌井
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1994-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ガラス繊維強化熱可塑性樹脂を金型で成形す
る際、繊維配向の変化等があり、所望の機械的強度を得
るのが困難であるが、簡単な手段により克服する。【構成】成形物を作製するに際して、一方向に繊維を
配向させたい当該成形物の任意の平面部に、その配向さ
せたい方向に平行に、リブの幅をＷ、高さをＨとした場
合、Ｈ／Ｗ≦５の関係が成り立つ形状を有するリブ
を付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス繊維強化熱可塑
性樹脂複合材料の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガラス繊維強化樹脂複合材料は、
その強化繊維の補強効果により、高い機械特性（引張特
性、曲げ特性、衝撃特性）を有する。強化繊維による補
強効果は、繊維の含有率に依存し、含有率が高い程、補
強効果は高くなる。それ程高くない応力場で用いられる
場合には、繊維含有率の調整等で、特性を調整すること
が可能である。強い応力場で用いられる場合、その応力
方向に繊維を配向させた一方向性の繊維強化樹脂が一般
に用いられる。このような、一方向性の繊維強化樹脂の
作製方法に関しては、特開昭62−240514号公報、特開平
１−154736号公報、特開平３−180556号公報、特開平３
−180559号公報、特開平４−208405号公報、特開平４−
208406号公報、特開平４−208407号公報等にその方法が
示されている。特開昭62−240514号公報、特開平１−15
4736号公報、特開平３−180556号公報、特開平３−1805
59号公報は、ランダム配向の連続長繊維マットに樹脂を
含侵する方法において、その層間に一方向に引揃えられ
た繊維束を介在させる方法である。特開平４−208405号
公報、特開平４−208406号公報、特開平４−208407号公
報は、不連続繊維を用い、これと樹脂粒を微小気泡を含
む多孔性支持体の上で抄くことにより、シート上のウェ
ブを調整し、このウェブに熱と圧力を加えて、固化した
緻密なシート状のガラス繊維強化樹脂を製造する、いわ
ゆる抄紙法において、ヘッドボックスの構造、および吸
引口の構造を変えて、泡液の流れを制御し、繊維を一方
向に配向させる方法である。これらの方法は、ガラス繊
維強化樹脂複合材料のシート製造時に一方向に繊維を配
向させる方法である。

【０００３】また、一般にこれらガラス繊維強化樹脂に
おいては、成形時の流動によって繊維が特定の方向に配
向することが知られている。これら、ガラス繊維強化熱
可塑性樹脂は、その樹脂の軟化点もしくは融点以上の温
度で予熱後、所定の金型内に投入し、プレス成形して成
形品を得る。得られた成形品の実用特性は、素材特性だ
けでなく、その形状に大きく依存する。

【０００４】成形品中、特に高い応力が発生する部位で
は、板厚を厚くするのが一番の補強手段であるが、この
場合には、製品重量が大きくなり、繊維強化樹脂のもう
一つの特長である軽量化を妨げる方向となる。製品重量
を一定に保ちつつ、補強効果をもたせるためにその断面
形状を変えるというのは、ごく一般に知られた手法であ
る。リブ、ビーム、ハット断面等は、このような補強構
造の代表的なものである。ガラス繊維強化熱可塑性樹脂
におけるこのような補強構造における材料の流動に関し
ては、幾つかの論文が報告されている。特にリブについ
ては、「平井他、材料、30、Ｐ88(1981)」、「平井他、
Journal of JSTP 、25、Ｐ1113(1984)」、「平井他、材
料、31、Ｐ35(1982)」等に詳しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらガラス繊維強化
樹脂は、シート作製後、熱可塑性樹脂の軟化点もしくは
融点以上の温度で予熱後、目的の形状を有する金型に投
入し、プレス成形される。このような成形操作を行った
場合、シートは金型内の空間を満たすまで流動し、それ
に伴い、繊維は配向を変える。流動による繊維配向変化
は、金型形状、成形条件、素材の繊維配向によって異な
る。すなわち、如何にシート作製時に繊維を一方向に揃
えたものを作製しても、その成形方法によっては、特定
の方向に繊維を配向させた成形品を得ることができない
可能性がある。一方向連続繊維束を用いたものは、その
繊維方向には、殆ど流動せず、それと直角方向に流動す
る。この場合には、流れが均一であれば、それほど大き
な配向変化は起きない。しかし、連続繊維を用いた繊維
強化樹脂の場合、樹脂と繊維の分離が起きやすく、配向
よりむしろ分離の方が問題となる。このような成形上の
問題点に関し、従来は、経験的に、その素材シートの形
状を変えたり、寸法を変えたりし、投入方法を変えて成
形を繰り返し、必要な方向へ繊維を配向させる形状およ
び寸法を見出すか、もしくは、流動解析等の手段によっ
て金型形状を変えて必要な方向に繊維が配向するような
金型を設計する必要があった。

【０００６】本発明の目的は、このような面倒な手段を
労することなく、容易に所定の成形品中の必要な場所
で、特定の方向に強い繊維配向を有し、その方向に高い
機械的特性を有するガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材
料の製造方法を提案することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前述のよう
な、成形上の問題点、すなわち成形時における繊維配向
の変化を解決するために、任意の成形品の任意の場所の
繊維を配向させ、特定方向の応力への補強効果を持たせ
る方法を発明した。すなわち、本発明は平均長さ７〜50
mmの強化用ガラス繊維20〜70重量％と熱可塑性樹脂30〜
80重量％を含むガラス繊維強化熱可塑性樹脂を、その樹
脂の軟化点もしくは融点以上の温度で予熱後、金型内に
投入してプレス成形して成形物を作製する際に、一方向
に繊維を配向させたい当該成形物の任意の平面部に、そ
の配向させたい方向に平行に、リブの幅をＷ、高さをＨ
とした場合にＨ／Ｗ ≦ ５の関係が成り立つよう
な形状を有するリブを付けることにより、当該成形品
中、必要な場所で、特定の方向に高い繊維配向を有し、
特定の方向に高い機械的特性を有するガラス繊維強化熱
可塑性樹脂複合材料の成形方法である。

【０００８】

【作用】リブを付けることにより、リブの長手方向の特
性（特に曲げ特性）が向上することは、前述のように公
知である。また、リブ成形時に繊維が配向することにつ
いても文献に記されている。しかし、本発明のような特
定の素材構成からなるガラス繊維強化熱可塑性樹脂にお
いて、特定のリブ形状を与え、成形品中の特定部所の配
向を制御しようという試みはなされていない。

【０００９】即ち、本発明は、任意の成形品中の任意の
部所に特定のリブを付けると、リブ中の繊維が高度な配
向を示し、その結果、そのリブ付けによる補強効果より
高い補強効果を得ることができることを見出したことに
ある。上記、高配向のリブを得るためには、素材の繊維
の平均長は、７〜50mmに限定され、また繊維含有率は20
〜70重量％に限定される。繊維長が、７mm未満の場合に
は、繊維の配向に関しては問題ないが、もともとの繊維
による補強効果が小さい。特に、衝撃特性が著しく劣
る。また、繊維長が50mmを越える場合には、繊維間の絡
みが大きいため、成形時の繊維の再配向が起こりにく
く、またリブ部への流動時に繊維と樹脂が分離してしま
い、繊維による補強効果が得られない。さらに、繊維含
有率が20重量％未満の場合、もともとの繊維による補強
効果が小さく、また、繊維含有率が70重量％を越えると
繊維間の相互作用が大きく流動性に劣り、リブ部への流
入が困難となる。

【００１０】成形品中にリブを付ける場合、その形状
は、その幅をＷ、高さをＨとした場合にＨ／Ｗ≦５を満
たしている必要がある。Ｈ／Ｗ＞５の場合には、押し込
みの抵抗が大きく、リブ先端まで材料を充填することが
困難となる。また、例えマトリックス樹脂で充填されて
も、繊維と樹脂の分離がおき、先端部の繊維含有率が低
くなる。また繊維はリブの高さ方向へ配向する。これら
はすべてリブ補強効果を妨げる。

【００１１】本発明で用いる樹脂は、熱可塑性樹脂であ
ればよく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の
ポリオレフィン系の樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポ
リカーボネート系樹脂、熱可塑性ポリウレタン系樹脂、
ポリアミド系樹脂等があげられる。なお、図１は幅Ｗ、
高さＨのリブをつけた成形品の部分斜視図である。

【００１２】

【実施例】

実施例平均繊維長13mmのガラス繊維とポリプロピレンを用い、
繊維含有率40wt％のガラス繊維強化熱可塑性複合材料を
抄紙法によって得た。得られたシートを軟Ｘ線撮影し、
画像処理により繊維の配向角分布を測定した。得られた
配向角分布より、配向角分布の指標としてＪ値を求め
た。この値は、全ての繊維が基準軸に配向した場合に＋
１となり、ランダムの場合には、０、全ての繊維が基準
軸に直角方向に配向した場合に−１となる。このシート
のＪ値は０であった。このシートを用い、幅２〜５mm、
高さ６〜25mm（Ｈ／Ｗ＝２〜５）のリブをもつ平板金型
を使い、リブ付平板を成形した。このリブ部を軟Ｘ線撮
影したところリブ先端まで繊維が充填していることが確
認された。また、リブの長手方向を基準軸とし、Ｊ値を
求めたところ、 0.2〜0.6 と、もとのシートより高い配
向性を示した。また、同成形品のリブ部を切り出し、引
張試験により引張弾性率を求めたところ、その値は、も
とのシートの 1.2〜1.9 倍の値を示した。結果を表１に
示す。

【００１３】比較例実施例１で得たシートを用い、幅３mm、高さ30mmのリブ
（Ｈ／Ｗ＝10）、および幅３mm、高さ45mmのリブ（Ｈ／
Ｗ＝15）を持つ平板を平板金型でリブ付平板を成形し
た。このリブ部を軟Ｘ線撮影したところ、リブ先端まで
繊維は充填しておらず、また繊維突端の繊維配向はＪ値
で 0.2以下と低く、引張弾性率ももとのシートより低い
値を示した。

【００１４】以上の結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】本発明によって、任意の成形品の任意の
部位に特定の方向に特定の形状を有するリブを設けるこ
とでそのリブ長手方向に繊維を配向させることが可能と
なり、単にリブを付けること以上の補強効果を得ること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】幅Ｗ、高さＨのリブをつけた成形品の部分斜視
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田祐一千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者涌井正浩千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均長さ７〜50mmの強化用ガラス繊維20
〜70重量％と熱可塑性樹脂30〜80重量％を含むガラス繊
維強化熱可塑性樹脂を、その樹脂の軟化点もしくは融点
以上の温度で予熱後、金型内に投入しプレス成形して成
形物を作製する際に、一方向に繊維を配向させたい当該
成形物の任意の平面部に、その配向させたい方向に平行
に、リブの幅をＷ、高さをＨとした場合にＨ／Ｗ ≦
５の関係が成り立つような形状を有するリブを付ける
ことを特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
の成形方法。