JPH07237264A - 不連続繊維複合材料の低圧熱成形 - Google Patents

不連続繊維複合材料の低圧熱成形

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JPH07237264A
JPH07237264A JP6247361A JP24736194A JPH07237264A JP H07237264 A JPH07237264 A JP H07237264A JP 6247361 A JP6247361 A JP 6247361A JP 24736194 A JP24736194 A JP 24736194A JP H07237264 A JPH07237264 A JP H07237264A
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fiber
range
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ウォルター・ジェイ・リー
Christina Downey
クリスティナ・ダウニイ
Joseph F Kamienski
ジョセフ・エフ・カミエンスキ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化複合材料から成形品を低圧で製造す
る方法を提供する。 【構成】 繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造する上
で、(a) 熱可塑性樹脂と０．１〜１．０インチの範囲内
の長さを有するガラス繊維とから成る繊維強化熱可塑性
樹脂シートを前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より高
い温度に加熱し、(b) 次いで、１０〜２５ポンド／平方
インチの範囲内の圧力を加える。シートの全重量を基準
とし、熱可塑性樹脂は６０〜８０重量％、チョップトガ
ラス繊維は２０〜４０重量％である。又、加熱以前に、
前記シートに非強化熱可塑性樹脂フィルムを付着させて
も良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化熱可塑性樹脂複
合材料の成形品の製造方法に関するものであって、更に
詳しく言えば、補強用繊維を含有する熱可塑性樹脂複合
材料の成形品を製造するための低圧熱成形方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】固体重合体および補強材を含有する水性
スラリーから繊維強化複合材料を製造するための水利用
方法は公知である。この点に関しては、欧州公告第０１
４８７６０及び０１４８７６１号、１９８４年１月１７
日付けのWessling等の米国特許第４４２６４７０号、並
びに１９７３年２月１３日付けのGatward 等の米国特許
第３７１６４４９号の明細書を参照されたい。一般に、
これらの繊維強化複合材料は繊維、重合体および（所望
に応じて使用される）結合剤を含有する均質な混合物か
ら成るものであって、それらは可融性の固体有機重合
体、補強材および（所望に応じて使用される）ラテック
ス結合剤を含有する希薄な水性スラリーを予備成形する
ことによって製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】補強材としては、黒
鉛、金属繊維、芳香族ポリアミド、セルロースおよびポ
リオレフィン繊維のごとき有機および無機材料が開示さ
れているが、典型的には1/8 〜１インチ（約３．２〜２
５．４ｍｍ）の長さを有するチョップトグラスストラン
ドまたは一般に1/32〜1/8 インチ（約０．７９〜３．２
ｍｍ）の長さを有するミルドグラスファイバーのごとき
ガラス繊維が使用される。かかる補強用繊維を含む複合
材料から最終の成形品を製造する際には、所望の形状を
成すように複合材料を流れさせるため、高圧（たとえ
ば、約１０００ｐｓｉ以上の圧力）下で複合材料に射出
成形または圧縮成形が施されてきた。
【０００４】それ故、低圧を用いて繊維強化複合材料か
ら成形品を製造するための方法が要望されているのであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、低圧
（たとえば、１０〜１５ｐｓｉの圧力）を用いて繊維強
化熱可塑性樹脂複合材料の成形品を製造するための方法
が提供される。かかる方法は、粒子状を成す水不溶性か
つ可融性の固体有機重合体および補強用のチョップトガ
ラス繊維を含有する希薄な水性スラリーを調製し、それ
の固形分を連続シート（またはマット）状に集積させ、
かかるシートを脱水乾燥し、次いでかかるシートを高温
に加熱してから低圧下で成形する諸工程から成ってい
る。
【０００６】
【実施例】本発明の方法は、(1) 水性媒質、(2) 好適な
実施の態様において使用される結合剤（通例は陰イオン
性または陽イオン性の結合電荷を含有するラテックスか
ら少なくとも部分的に成るもの）、(3) 粒子状を成す可
融性の有機重合体、(4) 補強用繊維、および(5) 所望に
応じて使用される凝集剤を必要とする。
【０００７】本発明の方法を実施する際には、先ず最初
に、可融性有機重合体の粒子および補強用繊維を含有す
る希薄な水性スラリーが調製される。かかるスラリーを
撹拌してから多孔質の支持体上に一様に広げ、そして水
を排出させることにより、湿潤マットが形成される。こ
の湿潤マットを所望に応じて加圧ロールに通し、次いで
（たとえば、一連の加熱された乾燥ロールに通して）乾
燥することにより、乾燥マットが得られる。所望に応
じ、この乾燥マットは円筒上に巻取られるか、あるいは
平面状のシート素材として回収される。次に、かかる乾
燥マットに対して所期の用途に応じた各種の処理（たと
えば、圧縮成形による製品化）が施される。所望に応
じ、希薄な水性スラリー中には結合剤が使用され、また
ラテックス結合剤の電荷と反対の電荷を有する高分子凝
集剤を用いて撹拌時に固形分が凝集させられる。適当な
結合剤および凝集剤は、１９８４年１月１７日付けのWe
ssling等の米国特許第４４２６４７０号明細書中に記載
されている。また、本発明において使用し得る適当なラ
テックスとしては、１９７７年１１月１日付けのGibbs
等の米国特許第４０５６５０１号明細書中に記載された
ものが挙げられる。
【０００８】本発明は、通常は固体状態にある可融性の
有機重合体を必要とする。ここで言う「可融性」とは、
重合体粒子が加熱下で変形しかつ合体して一体構造物を
形成し得ることを意味する。かかる可融性の有機重合体
は熱可塑性樹脂であることが好ましいが、熱硬化性樹脂
であってもよい。本発明における可融性の有機重合体
は、疎水性かつ水不溶性の付加重合体であることが望ま
しい。かかる重合体は粒子状のものであるが、粉末また
は分散物のいずれの状態にあってもよい。適当な可融性
の有機重合体は付加重合体および縮合重合体を含んでい
て、その実例としてはポリエチレン、超高分子量ポリエ
チレン、塩素化ポリエチレン、エチレンとアクリル酸と
の二元共重合体、ポリプロピレン、ナイロン（ポリアミ
ド）、ポリエステル（たとえば、ポリブチレンテレフタ
レート）、アクリロニトリルとブタジエンとスチレンと
の三元共重合体、ポリ塩化ビニル、高率の塩化ビニリデ
ンおよびそれと共重合可能な低率の少なくとも１種の他
のα，β−エチレン性不飽和単量体から成る二元共重合
体、芳香族ポリカーボネート、並びにスチレンの単独重
合体または共重合体（たとえば、スチレン−アクリロニ
トリル共重合体）が挙げられる。一般に、かかる重合体
の粒子は１〜４００ミクロンの範囲内の粒度を有するの
が有利である。かかる重合体（熱可塑性樹脂）は、一般
に乾燥重量基準でスラリー中の固形分の約６０〜９０重
量％（好ましくは６０〜８０重量％）を占める量で使用
される。それに対応して、最終の複合材料はそれの全重
量を基準として６０〜９０重量％（好ましくは６０〜８
０重量％）の量で重合体を含有することになる。特に好
適な有機重合体はポリプロピレン粉末である。勿論、重
合体のブレンドも使用することができる。
【０００９】補強用繊維は、０．１〜１．０インチ好ま
しくは1/8 〜１インチ（約３．２〜２５．４ｍｍ）の長
さを有するチョップトガラス繊維である。かかるガラス
繊維は加熱によって清浄にするのが有利である。また、
耐衝撃性を改善するため、たとえばポリオレフィン樹脂
またはデンプンの薄い被膜を設置することによってかか
るガラス繊維に融和性を付与することもできる。かかる
ガラス繊維に対しては、当業界において公知のサイズ剤
またはカップリング剤を用いて表面処理を施すことが好
ましい。このような補強用ガラス繊維は、乾燥重量基準
でスラリー中の固形分の約１０〜約４０重量％（好まし
くは２０〜４０重量％）の量で使用される。それに対応
して、最終の複合材料はそれの全重量を基準として１０
〜４０重量％（好ましくは２０〜４０重量％）の量でガ
ラス繊維を含有することになる。
【００１０】本発明の方法および複合材料において使用
される補強用ガラス繊維は、それらの少なくとも９５％
が２インチ未満、好ましくは１．５インチ未満、そして
より好ましくは１．１インチ未満の長さを有するような
分布状態を示すものである。複合材料の成形品を製造す
るための本発明方法は、先ず最初に上記のごとくにして
シートを形成し、かかるシートを熱可塑性樹脂の軟化点
〔ガラス転移温度（ポリプロピレンについては１４０
℃）〕より高い温度に加熱し、次いで〔所望に応じて着
脱自在のラバーバッグを使用しながら真空吸引および
（または）加圧を行うことにより〕加熱されたシートに
１０〜２５ポンド／平方インチ好ましくは１０〜１５ポ
ンド／平方インチの範囲内の圧力を加えて最終の成形品
を製造する諸工程を含んでいる。
【００１１】本発明の複合材料はまた、所望に応じてそ
の他各種の成分を含有することができる。すなわち、所
望ならば、二酸化ケイ素〔ノバサイト(Novacite)〕、Ｃ
ａＣＯ3 、ＭｇＯ、ＣａＳｉＯ3 （ケイ灰石）および雲
母のごとき充填剤を比較的少ない量（たとえば、１０〜
３３重量％の量）で本発明の複合材料中に配合すること
ができる。また、不透明性および（または）色を付与す
るために顔料または染料を添加することもできる。更に
また、酸化防止剤、紫外線安定剤、増粘剤、発泡剤、消
泡剤、殺菌剤、電磁波吸収剤などのごとき各種の添加剤
を使用することもできる。
【００１２】かかる複合材料の成形品を製造するために
は、可融性重合体の粒子、補強材および水を混合撹拌し
てスラリーを調製し、このスラリーを脱水して連続マッ
トを形成し、マットを乾燥し、得られたシート状の複合
材料を加熱して熱可塑性樹脂をそれの軟化点にまで昇温
し、次いでかかる複合材料の低圧成形を行えばよい。そ
の後、かかる複合材料の成形品を打抜くことによって最
終製品を得ることができる。
【００１３】このような方法を簡便かつ好適に実施する
ためには、先ず最初に補強材を水中で撹拌して一様に分
散させ、次いで可融性重合体を徐々に添加し、そしてこ
れらの材料を撹拌することによってスラリーが調製され
る。水、可融性重合体および補強材並びに所望に応じて
使用されるラテックス結合剤および凝集剤から成るこの
スラリーは、それの全重量を基準として０．０１〜５重
量％の全固形分含量を有することが好ましく、また０．
０２〜０．５重量％の全固形分含量を有することがより
好ましい。
【００１４】脱水によるマット形成操作は、漉き桁ある
いは長網または円網抄紙機のごとき任意適宜の抄紙装置
を用いて実施することができる。マットを乾燥して脱水
シートを形成した後、平形プレスで加圧するか、あるい
はカレンダーロールに通すことによって該シートを圧縮
することが望ましい場合もある。かかるシートの圧縮
は、それの引張強さおよび引裂強さを増大させるため特
に有用である。なお、マットの乾燥は室温下での風乾ま
たはオーブン乾燥によって実施することができる。
【００１５】加熱は、放射加熱、対流加熱または伝導加
熱によって達成することができる。成形品を製造するた
めには、マッチドダイ、加圧バッグ、プラグまたは空気
圧を使用することができる。空気圧成形に際しては、真
空および（または）加圧媒体の漏れを防止するために
（空気を通さない）不透過層が必要とされる。かかる不
透過層は非強化樹脂シートまたはフィルム（たとえば、
０．０６〜０．１２５インチの厚さを有するアクリル樹
脂シート）から成ればよいのであって、これは外観改善
層として組込むことができる。あるいはまた、着脱自在
のラバーバッグ（たとえば、シリコーンバッグまたはネ
オプレンバッグ）を使用することもできる。
【００１６】上記を要約すると、本発明によれば、繊維
強化熱可塑性樹脂シートから成形品を製造するための低
圧熱成形方法が開示される。この場合のシートは、熱可
塑性樹脂と０．１〜１．０インチの範囲内の長さを有す
るチョップトガラス繊維とから成っている。かかるシー
トを樹脂のガラス転移温度より高い温度に加熱し、次い
で加熱されたシートに１０〜２５ｐｓｉの範囲内の圧力
を加えることによって該シートから所望の成形品が製造
される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 33/12 ＬＨＴ 67/00 ＬＮＺ 69/00 ＬＰＮ // Ｂ２９Ｋ 101:12 309:08 (72)発明者 クリスティナ・ダウニイ アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、メ イナード、ハワード・ロード、21番 (72)発明者 ジョセフ・エフ・カミエンスキ アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ピ ッツフィールド、インペリアル・アベニュ ー、145番

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a) シートの全重量を基準として６０〜
    ８０重量％の熱可塑性樹脂およびシートの全重量を基準
    として２０〜４０重量％のチョップトガラス繊維から成
    りかつ前記チョップトガラス繊維が０．１０〜１．０イ
    ンチの範囲内の長さを有するような繊維強化複合材料シ
    ートを形成し、 (b) 前記シートを前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よ
    り高い温度に加熱し、 (c) 次いで、加熱された前記シートに１０〜２５ポンド
    ／平方インチの範囲内の熱成形圧力を加えることによっ
    て繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造する、諸工程を含
    む、繊維強化熱可塑性樹脂成形品の低圧製造方法。
  2. 【請求項２】 前記圧力が１０〜１５ポンド／平方イン
    チの範囲内にある請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記シートが空気遮断層として非強化樹
    脂フィルムを含む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記圧力が前記シートの一方の側に真空
    を生み出すことによって発生される請求項３記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン、ポ
    リカーボネート、ポリブチレンテレフタレートおよびそ
    れらのブレンドから成る群より選ばれる請求項１記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記フィルムが０．０６０〜０．１２５
    インチの範囲内の厚さを有する請求項３記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記フィルムがポリメチルメタクリレー
    トから成る請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 シートの全重量を基準として６０〜８０
    重量％の熱可塑性樹脂およびシートの全重量を基準とし
    て２０〜４０重量％のチョップトガラス繊維から成る繊
    維強化シートの低圧成形方法において、 (a) 前記シートに非強化熱可塑性樹脂フィルムを付着さ
    せ、 (b) 前記シートを前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よ
    り高い温度に加熱し、 (c) 次いで、前記シートに１０〜２５ポンド／平方イン
    チの範囲内の圧力を加えることによって前記シートから
    成形品を製造する、諸工程を含む方法。
  9. 【請求項９】 (a) 熱可塑性樹脂と０．１〜１．０イン
    チの範囲内の長さを有するガラス繊維とから成る繊維強
    化熱可塑性樹脂シートを前記熱可塑性樹脂のガラス転移
    温度より高い温度に加熱し、 (b) 次いで、１０〜２５ポンド／平方インチの範囲内の
    圧力を加えることによって前記シートから成形品を製造
    する、両工程を含む方法。
JP6247361A 1993-10-15 1994-10-13 不連続繊維複合材料の低圧熱成形 Withdrawn JPH07237264A (ja)

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US13851393A 1993-10-15 1993-10-15
US138513 1993-10-15

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