JPH06335975A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性樹脂と補強繊維とからなる繊維強化
熱可塑性樹脂成形品の製造方法であって、連続繊維束を
構成する各繊維の一本一本に、満遍なく樹脂を付着さ
せ、これを加熱・賦形することによりマトリックス樹脂
内での繊維分布の均一性を確保し、以て品質の優れたも
のを提供する。 【構成】 流動床Ｒ内に連続繊維束２を通過させて樹脂
を付着させるに際し、流動床Ｒ内の樹脂として、小径粉
体樹脂と大径粒体樹脂との混合物を使用し、大径粒体樹
脂が具有する開繊機能により、各繊維の表面に大小の粉
粒樹脂を付着させ、流動床Ｒを出た後、樹脂付着連続繊
維７を振動バー６により振動させて、大径粒体樹脂のみ
を振るい落とし、しかる後、加熱・賦形する。かくする
ことにより、マトリックスを形成する樹脂として本来必
要な小径粉体樹脂のみが万便に付着した樹脂付着連続繊
維７を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂と補強繊
維とからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱可塑性樹脂粉体からなる流動床
中に、長尺の連続繊維束を通過させて熱可塑性樹脂を連
続繊維束に付着させ、得られた樹脂付着繊維束の複数本
を金型等を用いて加熱・賦形し、シート状、ロッド状、
パイプ状等の成形品を得る製造方法が知られている。

【０００３】この製造方法によって優れた品質の成形品
を得るには、連続繊維束中に熱可塑性樹脂粉体をできる
だけ均一に分散した状態で付着させる必要があるが、一
般市場において容易に入手できる連続繊維束は、通常ロ
ービングである。

【０００４】ところでこのロービングとは、長尺の連続
繊維の一本一本がばらばらにならないように、その多数
本を適当なバインダーで相互に軽く付着させてヤーンと
なし、更に、このヤーンの複数本を平行に並べて集束
し、同じくバインダーで相互に軽く付着させて所定の太
さの紐状にしたものであり、通常、その長尺物を巻回し
てロール状に整えられる。

【０００５】このロービングに熱可塑性樹脂粉体を付着
させるには、ロービングの巻回体を巻き戻しつつ、該熱
可塑性樹脂粉体の流動床中を通過させる方法が採用され
るが、これではロービングの表面に粉体樹脂が付着する
だけであって、これを加熱しても、ロービングの周囲に
鞘状の熱可塑性樹脂皮膜が形成されたものとなる。従っ
て、樹脂中の補強繊維の分散状態としては、芯部に繊維
が偏在した状態のものしか得られず、補強効果として非
常に劣るものである。

【０００６】このロービングに熱可塑性樹脂粉体を均一
に付着させる方法として、特公昭５２−３９８５号公報
には、熱可塑性樹脂粉体中にロービングを通過させる間
に、螺条もしくはリブを付したロッド、コーム、バー等
を用いて、ロービングを各ヤーンの状態に分離させる技
術が開示されている。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来
技術の場合でも、せいぜいヤーンの周囲に粉体が付着す
る程度であって、ヤーンを構成する一本一本の繊維の表
面に付着した状態のものは得られず、繊維の分散状態と
しては非常に粗いものである。しかも、ヤーンを構成す
る各繊維は言わばフリーの状態のままである。従って、
樹脂中の補強繊維の均一な分散と言っても自ずから限界
があり、或る一定の品質以上のものは得られないという
問題があった。また、機械的な治具を用いて強制的に解
きほぐそうとするので、繊維を損傷し、その強度を低下
させるという問題もあった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、連続繊維束を構成する各繊維の一本一本の表面に、
満遍なく樹脂を付着させ、得られた樹脂付着繊維を加熱
・賦形することにより、マトリックス樹脂内での繊維分
布の均一性を確保し、以て品質の優れたものを得る製造
方法を提供することを目的としてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明は、「熱可塑性樹脂
粉体からなる流動床中に、連続繊維束を通過させて該樹
脂を付着させ、得られた樹脂付着繊維束を加熱・賦形し
て繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造する方法におい
て、流動床を形成する熱可塑性樹脂として、連続繊維の
直径に対して、４倍以下の寸法の平均粒子径を持つ小径
粉体と、５〜２０倍の寸法の平均粒子径を持つ大径粒体
との混合物を使用し、流動床を通過した後の連続繊維束
に振動を与え、しかる後加熱・賦形することを特徴とす
る繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法」をその要旨
とするものである。

【００１０】即ち、熱可塑性樹脂粉体からなる流動床中
に、ロービング等の連続繊維を通過させて繊維に樹脂を
付着させる手段として、熱可塑性樹脂として、本来マト
リックス樹脂となる小径粉体と、繊維を開繊する機能を
有する大径粒体とを混合したものを使用し、先ず流動床
を通過中の連続繊維に対して、流動する大径粉体の働き
により繊維を開繊状態にして、一旦大小二種類の粉粒体
を一本一本の繊維に付着させ、次いで、流動床を通過し
た後の樹脂付着繊維束に振動を与え、この振動により主
として大径粒体を振るい落とし、主として小径粉体が一
本一本の繊維に付着されたものにすることを骨子とす
る。

【００１１】本発明製造方法において、流動床を形成す
る熱可塑性樹脂として、その平均粒子径を基準にして大
小二種類のものを使用する。小径粉体樹脂として連続繊
維の直径の４倍以下のものを使用する。好ましくは、２
〜３倍のものを用いる。無論、このような小径粉体樹脂
だけでは、連続繊維束を構成する個々の繊維にまで該小
径粉体樹脂を付着させることは難しく、連続繊維の分散
状態が却って悪化することが多い。

【００１２】その理由は、詳らかでないが、小径粉体樹
脂はその径が小径となればなるほど加熱・融着性に優れ
るが、逆に転動性能が悪くなり、繊維間に浸透して付着
する能力が劣るものと推察される。

【００１３】そこで、本発明者は研究の末、本来マトリ
ックス樹脂を構成する役目を果たす上記小径粉体樹脂
を、繊維間に浸透させる働きをするものとして、大径粒
体樹脂と併用することを想到したのである。この大径粒
体樹脂は、連続繊維の直径の５〜２０倍の平均粒子径、
好ましくは７〜１２倍の大径粒体樹脂を使用する。

【００１４】この大径粒体樹脂は、小径の粉体樹脂に対
して１０〜７０重量％の割合で使用し、好ましくは２０
〜５０重量％とするのがよい。かくすることにより、連
続繊維束を構成する各繊維が、殆ど無傷のままで解きほ
ぐされた状態となる。そして、連続繊維束の内部にま
で、小径粉体樹脂が大径粒体樹脂と共に浸透するのであ
る。尚、連続繊維束の繊維同士の付着力が比較的強い場
合には、このような大径粒体樹脂を小径粉体樹脂に混合
して使用することと併せて、流動床を通過中の連続繊維
束に振動を与え、開繊を促すようにしてもよい。

【００１５】更に、本発明では、一旦、大小混在した状
態で連続繊維に付着した小径粉体樹脂及び大径粒体樹脂
は、流動床を通過後に該連続繊維に振動を与えることに
より、大径粒体樹脂のみを選択的に振るい落とすのであ
る。只、篩いにかけるわけではないので、このときに大
径粒体樹脂に混じって小径粉体樹脂が脱落することもあ
り、これをできるだけ防止する為に、流動床での小径粉
体樹脂の付着量が所定量よりもやや多めになるように、
連続繊維の通過時間等を調整する。

【００１６】本発明に使用する小径粉体樹脂としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフイン系樹脂、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、ポリ
アミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネー
ト、ポリ弗化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケト
ン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、これらの樹脂
の混合物、或いはこれらの樹脂を構成する単量体同士の
共重合樹脂等も採用可能である。

【００１７】その場合の共重合樹脂の具体例としては、
エチレン−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン
共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン
−塩化ビニル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン
−スチレン三元共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレ
ン、マレイン酸変性ポリエチレン等が挙げられる。

【００１８】上記本発明に使用する小径粉体樹脂には、
必要に応じて安定剤、滑剤、加工助剤、可塑剤、着色剤
等の充填材、添加剤等が配合される。

【００１９】これらの熱可塑性樹脂のうち、重合段階で
既に前記小径粉体樹脂の粒径条件を充足しているものは
そのまま使用可能であるが、粒径の上限を外れるもの
は、例えば冷凍粉砕等の前処理によってその粒径を調整
すればよい。

【００２０】本発明に使用する大径粒体樹脂としては、
連続繊維の直径に対して５〜２０倍の寸法の平均粒子径
を持つものでなければならず、４倍を超え５倍に満たな
い範囲内のものは、上記小径粉体樹脂との区別が付き難
く、後述する流動床通過後の振動操作によって、該大径
粒体樹脂を選択的に除去することが困難である。また、
２０倍を超えるものは、流動床形成槽において、下層に
沈滞し勝ちとなり、上記小径粉体樹脂と共働して均一な
流動床を形成することが困難である。

【００２１】また、採用する大径粒体樹脂は、小径粉体
樹脂と混合した際に、該小径粉体樹脂を変質させる等の
悪影響が無い限り、必ずしも小径粉体樹脂と同じものを
使用する必要はない。また、大径粒体樹脂は、流動床通
過後の振動操作により一旦付着した連続繊維から容易に
離脱できるように、予めその表面に滑剤皮膜を施す等の
前処理を施しておくのは任意である。また、離脱除去し
た大径粒体樹脂は、回収して繰り返し使用することも可
能である。

【００２２】本発明において使用する流動床としては、
公知のものが採用可能であって、例えば、流動床形成槽
底板に近接して多孔板を配設し、槽底板と多孔板との間
隙に気体を圧送し、槽内の粉体を流動させるものが好適
である。

【００２３】本発明において、流動床に導かれる、もし
くは通過した後の連続繊維束の形態は、繰り出された後
に図１に示すガイドロール１１（ガイドバーであっても
よい）により広げられて、通常シート状にされるが、こ
のシート状繊維束に、振動を与える装置としては、公知
のものが適宜採用可能であって、例えば、モーターを駆
動源とする偏芯カムの回転を利用したもの、空気圧或い
は油圧により振動する弁体を利用したもの、高周波によ
り振動するバイブレーター等を単独で、或いは適宜組み
合わせて使用し、これら装置の振動を連続繊維に伝達さ
せればよい。

【００２４】本発明において使用する連続繊維として
は、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の溶融温度に
対して熱的安定性のある繊維が挙げられる。具体的に
は、ガラス繊維、炭素繊維、セラミックス長繊維等の無
機繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維
を挙げることができ、その直径は１〜５０μｍ、中でも
２〜３０μｍのものが好ましい。そして、本発明で使用
する連続繊維束としては、ロービングでもヤーンでも、
或いはその他の構造のものでもよく、要は、連続繊維
（モノフィラメント）の多数本（通常数百本）を集束
し、一定の番手（太さ）に揃えたものであればよく、ヤ
ーンのように、多少の撚りがかかったものでもよい。

【００２５】

【作用】本発明は、熱可塑性樹脂粉体からなる流動床中
に、ロービング等の連続繊維束を通過させて繊維間に粉
体樹脂を付着させるに際し、本来マトリックス樹脂とな
る小径粉体樹脂と、繊維束を開繊する機能を有する大径
粒体樹脂との混合物を使用したから、流動床を通過中の
連続繊維束は流動する大径粉体樹脂の働きにより連続開
繊状態となり、小径粉体樹脂と大径粒体樹脂とが、一本
一本の繊維に付着する。また、流動床を通過した後、加
熱・賦形する前の段階で、連続繊維束に振動を与えるよ
うにしたから、この振動操作により主として大径粒体樹
脂（従って通常、個々の粉体が重い樹脂）を振るい落と
すことができる。

【００２６】また、連続繊維を開繊する手段として、機
械的手段を採らないので、連続繊維を損傷することが極
めて少ない。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。

【００２８】図１は本発明製造方法の実施に用いて好適
な装置の一例を示す概略図であって、１は連続繊維束の
巻回体であり、成形方向（図１では右方向）に対して直
角方向に２０巻配設されている（図面では便宜上２巻だ
け図示している）。２は巻き戻されつつある連続繊維
束、３は流動床形成槽であって、槽底に近接して多孔板
４が設けられ、槽底からの送気孔より気体を圧送して、
その上方に入れられた粉粒体状の熱可塑性樹脂を流動さ
せて流動床Ｒを形成する。

【００２９】５、５はバイブレーターであって、その下
方に延びる吊設具に取りつけられた振動バー６を上下方
向に振動させることができる。この振動バー６は、直径
が２０ｍｍの鉄製円柱体の表面に厚さが２ｍｍのポリテ
トラフルオロエチレン（テフロン）製のチューブが被覆
されている。尚、流動床Ｒ直後のバイブレーター５は、
上下に２本の振動バー６、６を並設した構造となってお
り、この振動バー６、６間に樹脂付着連続繊維７を通過
させることにより、上下方向から振動を与えることがで
きる。

【００３０】８は加熱ロールであり、その直前には図示
しないが、２０本の樹脂付着連続繊維７、７・・の間隔
が開かないように、ガイド板が設けられている。９は引
取りロール、１０は巻取機、１１、１１・・はガイドロ
ールである。

【００３１】実施例１ 上記装置を用いて、下記の成形材料、成形条件によりシ
ート状の繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造した。 ．小径粉体樹脂 粉体状の塩化ビニル樹脂（平均粒径＝４０μｍ）１００
に対して、安定剤２．０重量部、滑剤１．０を加えて、
スーパーミキサーで混合し、凝集したもの、及び５０μ
ｍ以上の粒径のものを取り除く為に、３００メッシュの
篩いにかけて選別した。 ．大径粒体樹脂 粒体状の塩化ビニル樹脂（８０メッシュパス、１００メ
ッシュオン、平均粒径＝２００μｍ）１００に対して、
安定剤２．０、滑剤１．０を加えて、スーパーミキサー
で混合し、凝集した粒体樹脂を取り除く為に、先ず８０
メッシュ、次いで１００メッシュの篩いにかけて選別し
た。 ．混合樹脂 小径粉体樹脂：大径粒体樹脂＝７：３の割合で混合 ．補強繊維 ロービング状ガラス繊維（繊維直径＝２３μｍ、４４０
０ｔｅｘ） ．その他 各振動バーの振動数＝６００回／分、振幅＝６ｍｍと
し、加熱ロールの温度＝１８０℃、成形速度＝２ｍ／分
とした。尚、連続繊維の巻き戻し時のバックテンション
は、ガイドロールや振動バー等により、必要以上に連続
繊維が巻き戻されない程度とした。

【００３２】かくして、幅＝４００ｍｍ、平均厚み＝
０．４ｍｍ、ガラス繊維含有率＝３０容量％の繊維強化
熱可塑性樹脂製シートを製造した。得られたシートの断
面を図２に示す。同図において１２は補強繊維、１３は
マトリックス樹脂層である。

【００３３】実施例２ 小径粉体状樹脂として、粉体状の塩化ビニル樹脂（平均
粒径＝４０μｍ）を使用し、小径粉体樹脂：大径粒体樹
脂＝８：２の割合で混合したものを使用したこと以外
は、実施例１と同様にして同じ寸法のシートを製造し
た。

【００３４】実施例３ 大径粒体樹脂を振るい落とす振動バーの振動数＝８００
回／分としたこと以外は、実施例１と同様にして同じ寸
法のシートを製造した。

【００３５】実施例４ ロービング状ガラス繊維として、繊維直径＝１１μｍ、
２２００ｔｅｘのものを４０本用い、流動床中の振動バ
ーを稼働させなかったこと以外は、実施例２と同様にし
て同じ寸法のシートを製造した。

【００３６】比較例１ 小径粉体樹脂のみを用いたこと以外は、実施例１と同様
にして同じ寸法のシートを製造した。

【００３７】比較例２ 大径粒体樹脂のみを用いたこと以外は、実施例１と同様
にして同じ寸法のシートを製造した。

【００３８】比較例３ 粉粒体状の塩化ビニル樹脂として、６０μｍ：１００μ
ｍ：１３０μｍ＝１０：５０：９０の重量割合の粒度分
布を持つものを用いたこと以外は、実施例１と同様にし
て同じ寸法のシートを製造した。

【００３９】上記各実施例及び比較例で得られたシート
について、次の要領により評価試験を行い、その結果を
表１に示す。

【００４０】．肉厚測定；シートの幅方向に４０点の
測定点を設定し、マイクロメーターを用いて厚みを測定
し、変動係数（ＣＶ値）を算出した。 ．繊維目付け重量（単位面積当たりの重量）測定；各
試料毎に、一枚のサンプルとして、１ｃｍ×２ｃｍの寸
法のものをそれぞれ４０枚づつ採取し、加熱炉で樹脂成
分を燃焼させ、幅方向の繊維目付け重のＣＶ値を算出し
た。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１の結果より明らかなように、本発明製
造方法で得られたシートは、その肉厚分布、及び繊維分
布において、従来例に比し優れたものであった。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、熱可塑性樹脂粉体からなる流
動床中に、ロービング等の連続繊維束を通過させて繊維
間に粉体樹脂を付着させるに際し、本来マトリックス樹
脂となる小径粉体樹脂と、繊維を開繊する機能を有する
大径粒体樹脂との混合物を使用したから、流動床を通過
中の連続繊維は流動する大径粉体樹脂の働きにより連続
開繊状態となり、小径粉体樹脂と大径粒体樹脂とが、一
本一本の繊維に付着する。また、流動床を通過した後、
加熱・賦形する前の段階で、連続繊維に振動を与えるよ
うにしたから、この振動操作により主として比重の大き
い大径粒体樹脂を振るい落とすことができる。従って、
マトリックス樹脂内での繊維分布の均一性が確保され、
以て品質の優れたものが得られる。

【００４４】また、連続繊維を開繊する手段として、機
械的な手段を採らないので、連続繊維を損傷することが
極めて少なく、従って、製品の強度が向上し、より品質
の優れたものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明製造方法の実施に用いて好適な装置の一
例を示す概略図である。

【図２】同上装置を用いて本発明を実施した際に、得ら
れた繊維強化熱可塑性樹脂製シートの拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｒ 流動床 １ 連続繊維束の巻回体 ２ 連続繊維束 ５ バイブレーター ６ 振動バー ７ 樹脂付着連続繊維 ８ 加熱ロール ９ 引取りロール 10 巻取機 12 補強繊維 13 マトリックス樹脂層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂粉体からなる流動床中に、
   連続繊維束を通過させて該樹脂を付着させ、得られた樹
   脂付着繊維束を加熱・賦形して繊維強化熱可塑性樹脂成
   形品を製造する方法において、流動床を形成する熱可塑
   性樹脂として、連続繊維の直径に対して、４倍以下の寸
   法の平均粒子径を持つ小径粉体と、５〜２０倍の寸法の
   平均粒子径を持つ大径粒体との混合物を使用し、流動床
   を通過した後の連続繊維束に振動を与え、しかる後加熱
   ・賦形することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形
   品の製造方法。