JPH0780182B2 - ガラス・コンティニュアスストランドマット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
(ＦＲＰ)の強化材として用いるガラス・コンティニュア
スストランドマットに関するもので、該ガラス・コンテ
ィニュアスストランドマットを反応射出成形の繊維強化
材として好適に用いられるようにするものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス・コンティニュアスストランドマ
ットは連続したガラス繊維を主として渦巻状あるいは無
方向に積み重ね、結合剤によりマット状としたものであ
る。上記ガラス・コンティニュアスストランドマットは
プレス成形を用いることにより、プリフォーム(予備成
形)を必要としない深絞り成形が可能であると共に、プ
リフォームした後に金型内に配置し、該金型内に樹脂を
注入してＦＲＰの繊維強化材として用いることも出来
る。

【０００３】上記予備成形可能なガラス・コンティニュ
アスストランドマットとしては、熱可塑性ポリエステル
を結合剤(以下、結合剤と称する)として用いたものが提
供されている。該ガラス・コンティニュアスストランド
マットはガラスの連続繊維を平板上にマット状に敷いた
後、熱可塑性ポリエステルを結合剤として付着させてい
る。上記ガラス・コンティニュアスストランドマットを
用いて予備成形する場合、ポリエステルの融点以上に昇
温して、所要の型を用いて賦形した後、ポリエステルの
融点以下に冷却し、型から離型した後も上記賦形した形
状を保つようにしている。

【０００４】上記のように、金型内に繊維強化材を配置
した状態で樹脂を注入してＦＲＰ成形品を得る方法とし
て、ナイロン、シクロペンタジエン、エポキシ、ウレタ
ン等の未反応原料液を注入し、金型内で繊維強化材に上
記原料液を含浸させつつ反応を起こさせて固化させる反
応射出成形法が提供されている。

【０００５】また、上記反応射出成型法以外のＦＲＰ成
形品の製造方法として、下記の(a)〜(c)の方法が提供さ
れている。 (a)短繊維強化材を混合して補強した熱可塑性樹脂を金
型内に射出して成形品を得る方法; (b)連続繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを加
熱・加圧して成形品を得る方法; (c)繊維強化材とマトリクス樹脂からなる熱可塑性樹脂
を混織し、加熱・加圧して成形品を得る方法。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記反応射出成形法に
よるＦＲＰ成形品の製造方法を用いる場合、上記(a)〜
(c)に列挙した他の製造方法では問題とならない反応時
に重合不良を引き起こしやすい問題がある。即ち、上記
他の製造方法では、(a)と(c)の熱可塑性樹脂を用いる場
合は樹脂の成形は既に終了しているため、反応射出成形
で問題となる反応時に生じる重合不良は問題とならな
い。また、(b)の熱硬化性樹脂を用いる場合も繊維強化
材が樹脂の硬化不良をもたらす懸念はない。

【０００７】これに対して、反応射出成形法を用いる場
合、反応時に重合阻害化合物が生成すると、該重合阻害
化合物が未反応原料液に混合している重合触媒の活性度
を奪い、重合不良を引き起こす。例えば、ＲＩＭナイロ
ンあるいはシクロペンタジエンを反応射出成形する場
合、上記重合阻害化合物の１種として、耐アルカリ性に
劣る化合物が挙げられ、これら化合物は分解して、活性
水素を生成し、活性水素は重合触媒の活性度を奪う要素
となる。

【０００８】上記予備成形したガラス・コンティニュア
スストランドマットを金型内に配置して反応射出成形法
によりＦＲＰ成形品を製造する場合、ガラス・コンティ
ニュアスストランドマットの結合剤として用いている熱
可塑性ポリエステルは、上記耐アルカリ性に劣る化合物
に該当し、反応時に分解して活性水素を生成し、上記し
たように重合不良を引き起こす問題がある。よって、従
来提供されている予備成形されたガラス・コンティニュ
アスストランドマットを繊維強化材として反応射出成形
によりＦＲＰ成形品を製造できない欠点があった。

【０００９】本発明は、上記した予備成形したガラス・
コンティニュアスストランドマットを繊維強化材として
反応射出成形でＦＲＰ成形品を製造する場合の問題を解
消せんとするもので、反応射出成形、特に、マトリクス
樹脂としてＲＩＭナイロンあるいはシクロペンタジエン
を用いる場合に利用出来る予備成形可能なガラス・コン
ティニュアスストランドマットを提供せんとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、結合剤とし
て、ＲＩＭナイロンに対して重合阻害を起こす熱可塑性
ポリエステルを用いる代わりに、重合を妨げない可溶性
ナイロンを用い、よって、該ガラス・コンティニュアス
ストランドマットを予備成形した繊維強化材を用いた反
応射出成形法によるＦＲＰ成形品の製造を可能とするも
のである。

【００１１】詳しくは、本発明は、連続したガラス繊維
を主として渦巻状あるいは無方向に積み重ねて結合剤に
よりマット状とするガラス・コンティニュアスストラン
ドマットにおいて、上記結合剤を水またはアルコールに
可溶なナイロン(以下、可溶性ナイロンと称す)として、
該ガラス・コンティニュアスストランドマットを所要形
状に予備成形して反応射出成形に用いる繊維強化材とし
ていることを特徴とするガラス・コンティニュアススト
ランドマットを提供するものである。上記反応射出成形
で得られる樹脂としてはナイロンもしくはシクロペンタ
ジエンが好適に用いられる。また、上記可溶性ナイロン
としてはアルコール可溶性ナイロンが好ましく、かつ、
該可溶性ナイロンの付着量は０.５〜１０.０％が好まし
い。

【００１２】上記可溶性ナイロンを結合剤としたガラス
・コンティニュアスストランドマットは、アルコール可
溶性ナイロンをメタノールなどのアルコールに溶解さ
せ、該溶解液に連続したガラス繊維を渦巻状あるいは無
方向に積み重ねた状態のガラス・マットを浸漬し、もし
くは平板状に広げたガラス・マットに該溶液を霧状にし
て散布した後、乾燥させて製造することも可能である。
また、ガラス連続繊維を平板上のマット状に敷いたの
ち、粉末形態にした可溶性ナイロンを振り掛け、その
後、加熱融解させてガラス繊維に付着させ、冷却して製
造することも可能である。

【００１３】上記可溶性ナイロンの付着量は、マット重
量の０.５〜１０％が最適である。0.５％以下では予備成
形性が不十分となり、また、１０％以上では成形品の強
度が低下するおそれがある。上記可溶性ナイロンとして
は、東レ製ＡＱナイロン、帝国化学産業社製トレジン等
が好適に用いられる。これらはナイロン中に存在するア
ミド基の窒素にメトキシメチル基を導入するなどの方法
で変性し、水またはアルコールに溶解する機能をもたせ
たポリアミドである。これらはペレット、粉末、溶液等
の形態で供給されており、コンティニュアスストラドマ
ットへ付着させる方法に応じて、好適な形態を選ぶこと
が可能である。また、これら可溶性ナイロンの融点は８
０〜１８５℃の範囲で選ぶことが可能であり、予備成形
の方法に応じて最適な融点のグレードを選択することが
出来る。

【００１４】上記反応射出成形法で成形されるマトリク
ス樹脂がナイロンの場合、即ち、ＲＩＭナイロンを用い
る場合、金型内に重合触媒と重合開始剤とを含む溶融し
たラクタム類を注入し、これを加熱によりポリアミド重
合とするモノマーキャスティング法により成形される。

【００１５】上記モノマーであるω−ラクタム類として
は、α−ピロリドン、α−ピペリドン、ω−エナントラ
クタム、ε−カプロラクタム、ω−カプリロラクタム、
ω−ペラルゴノラクタム、ω−デカノラクタム、ω−ウ
ンデカノラクタム、ω−ラウロラクタム、あるいはこれ
らのｃ−アルキル置換−ω−ラクタム、並びにこれらの
二種以上のω−ラクタムの混合物があげられる。また、
ω−ラクタムは必要に応じて改良成分(ソフト成分)を含
むことができる。該ソフト成分は分子中に使用する開始
剤と反応する官能基を有し、しかも、Ｔgの低い化合物
で、通常の官能基を有するポリエーテルや液状ポリブタ
ジエンなどが使用される。

【００１６】上記ω-ラクタム類として使用される市販
の原料としては、宇部興産(株)会社のＵＢＥナイロン(Ｕ
Ｘ-２１)等がある。これはアルカリ触媒とカプロラクタ
ムからなるＡ成分と、ソフト成分を含むプレポリマーと
カプロラクタムからなるＢ成分とから構成されている。

【００１７】上記重合触媒としては、水素化ナトリウム
が好ましいが、その他のナトリウム、カリウム、水素化
リチウム等の公知のω−ラクタムの重合触媒を使用する
ことが出来る。その添加量はω−ラクタムに対して０.
１〜０.５モル％の範囲が好ましい。

【００１８】また、重合開始剤(活性剤)としては、 Ｎ−
アセチル−ε−カプロラクタムが用いられるが、その他
のトリアリルイソシアヌレート、Ｎ−置換エチレンイミ
ン誘導体、１.１'−カルボニルビスアジリジン、オキサ
ゾリン誘導体、２−(Ｎ−フェニルベンズイミドイル)ア
セトアニリド、２−Ｎ−モリホリノ−シクロヘキセン−
１.３−ジカルボキサニリド等や公知のイソシアナー
ト、カルボジイミド等の化合物を用いることが出来る。
上記重合開始剤の添加量はω−ラクタムの量に対して
０.０５〜１.０モル％の範囲内にあることが好ましい。

【００１９】マトリクス樹脂としてシクロペンタジエン
樹脂を用いる場合、該シクロペンタジエン樹脂となる重
合性モノマーとしては、ジシクロペンタジエンのほか、
ジヒドロジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエ
ン、テトラシクロペンタジエン、シクロペンタジエン−
メチルシクロペンタジエン共二重体等が用いられる。

【００２０】上記シクロペンタジエン樹脂の重合触媒と
しては、タングステン、モリブデン、タンタル等のハロ
ゲン化物、オキシハロゲン化物、酸化物、有機アンモニ
ウム塩等が好適に用いられる。重合開始剤としては、周
期率表第I族〜第III族の金属のアルキル化物を中心とす
る有機金属化合物、アルコール、フェノール等の酸素含
有化合物等が好適に用いられる。

【００２１】さらに、上記重合触媒および活性剤(重合
開始剤)を含む溶液は、重合反応が非常に速く開始され
るので、成形用金型に充分に流れ込まない間に硬化が起
こることがあるため、活性調節剤としてアルキレングリ
コールまたはポリアルキレングリコールから選ばれるグ
リコール化合物のモノエーテルおよび／またはモノエス
テルが好適に用いられる。また、金型への射出に際して
は、金型温度を通常４０〜１３０℃の範囲とし、通常１
〜５分間重合反応を行うことが好ましい。

【００２２】

【作用】上記のように、本発明に係わるガラス・コンテ
ィニュアスストランドマットは結合剤として可溶性ナイ
ロンを用いているため、該ガラス・コンティニュアスス
トランドマットを予備成形したものを金型内に配置し、
該金型内にＲＩＭナイロン、シクロペンタジエン等を注
入して、ガラス・コンティニュアスストランドマットの
プリフォームに含浸しながら反応して固化させる際、可
溶性ナイロンからなる結合剤は重合を阻害しない。よっ
て、従来、ガラス・コンティニュアスストランドマット
を用いた場合には成形できなかったナイロン、シクロペ
ンタジエンをマトリクスとするＦＲＰ成形品を製造する
ことが出来る。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明に
係わるガラス・コンティニュアスストランドマット１
は、図１に示すように、ガラス連続繊維２を渦巻状ある
いは無方向に積み重ねてマット形状とし、可溶性ナイロ
ン３を結合剤として上記マット形状に保持したものから
なる。

【００２４】上記ガラス・コンティニュアスストランド
マット１の製造方法は、ガラス連続繊維を渦巻状に積み
重ねてマット形状としているだけで結合剤を付けていな
いもの(旭ファイバーグラス社製試作品)を用い、これを
例えば金網内に挟み込み、可溶性ナイロン(東レ社製
ＡＱナイロンＫ−８０：融点１４２℃)の溶解液に浸漬
し、該浸漬状態で超音波等を用いて振動を与え、その
後、溶液から引き上げて、乾燥させている。

【００２５】上記実施例では、上記可溶性ナイロンを３
％メタノール溶液で溶解しており、この溶液に浸漬し、
該浸漬状態で、５分間超音波で振動を与える。また、溶
液から引き上げた後、１夜放置して溶媒のメタノールを
乾燥させている。また、上記アルコール可溶性ナイロン
の付着量は、本実施例では２.４％としている。(熱重量
分析で測定)

【００２６】本発明に係わるコンティニュアスストラド
マットは上記製造方法に限定されず、テフロンシート上
に広げた結合剤のついていないコンティニュアスストラ
ドマットに、可溶性ナイロンＫ８０の粉末(粒径１８０
〜３５０μm)を均一に散布して後、このコンティニュア
スストラドマットをもう一層のテフロンシートで覆い、
１９０℃に加熱して粉末を融解し、ガラスに付着させた
後、冷却して作成することも出来る。尚、上記変形例で
は、可溶性ナイロンの粉末量はガラス重量の３％として
いる。

【００２７】次に、上記本発明に係わる結合剤として可
溶性ナイロンを用いたガラス・コンティニュアスストラ
ンドマットを用いた反応射出成形法によるＦＲＰ成形品
の製造方法について説明する。

【００２８】まず、図２に示すように、板形状に形状保
持しているプリフォームされたガラス・コンティニュア
スストランドマット１'を、金型１２,１３のキャビティ
１５内に配置する。キャビティ１５の型面は上記プリフ
ォーム用の上下型の型面と同様な型面としている。その
後、キャビティ１５の内部を真空ポンプ(図示せず)で減
圧しながら、 金型１２,１３を１５０℃に昇温する。

【００２９】上記金型１２、１３のキャビティ１５に、
９０℃に溶融したＲＩＭナイロン(宇部興産製ＵＸ−２
１)２０を注入する。具体的には、所要量のＲＩＭナイ
ロンを２つの容器に分けて入れ、一方には重合触媒を、
他方に重合開始剤と活性調整剤とを添加し、２種類の安
定した反応溶液を調整している。この２種類の反応溶液
を２液反応射出成形装置のミキシングヘッドで瞬間的に
混合させ、混合液を直ちに上記１５０℃に加熱した金型
のキャビティ内に注入している。

【００３０】金型に注入された混合液は、キャビティ１
５内においてプリフォームされたガラス・コンティニュ
アスストランドマットに含浸しながら反応を生じる。１
〜５分間重合反応を行って、混合液の固化が完了した
後、金型を開いて、成形されたＦＲＰを取り出してい
る。

【００３１】上記反応射出成形時において、ガラス・コ
ンティニュアスストランドマット１の結合剤として可溶
性ナイロンを用いているため、マトリクス樹脂としてＲ
ＩＭナイロンを用いた場合に重合阻害は生じない。

【００３２】

【比較例】熱可塑性ポリエステルを結合剤とするガラス
・コンティニュアスストランドマット(旭ファイバーグ
ラス社製 Ｍ８６０８−Ｘ５Ｊ)を、実施例と同様にし
てＲＩＭナイロンを用いて反応射出成形により成形し
た。上記ガラス・コンティニュアスストランドマットを
用いた場合、ＲＩＭナイロンは重合せず、重合した成形
品は得られず、成形品は重合していない状態であった。

【００３３】上記比較例の重合していない成形品と前記
本実施例に係わる成形品との性能をＪＩＳＫ７０５５に
示す３点曲げ試験方法を用いて比較した。即ち、上記実
施例に記載した方法により成形した板状試験片と、上記
比較例の重合していない成型からなる板状試験片とを設
けた。これら板状試験片は、巾１０mm×長さ１５０mm×
厚さ４mmである。上記試験片に対してサンプル支持長さ
を８０mmとして、３点曲げテストを行い曲げ弾性率と曲
げ強度とを測定した。

【００３４】その結果は下記の表１に示す通りであり、
本発明の実施例による試験片は比較例より曲げ弾性率お
よび曲げ強度とも優れていた。

【００３５】

【表１】 曲げ弾性率 kgf/mm² 曲げ強度 kgf/mm² 実施例 ７３０ ２１.２ 比較例 ２２０ ６.５

【００３６】尚、上記した本発明の実施例は板形状であ
るが、該板形状に限定されず、その他の曲面形状や箱形
状等の他形状も、公知の予備成形可能なＣＳＭと同様
に、本発明に係るガラス・コンティニュアスストランド
マットの予備成形性を利用してプリフォームを行い、金
型にセットして成形品を得ることが可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、ガラス・コンティニュアスストランドマット
の結合剤として、反応射出成形時に用いた際に重合阻害
を生じない可溶性ナイロンを用いているため、予備成形
したガラス・コンティニュアスストランドマットを用い
てＲＩＭナイロンあるいはシクロペンタジエンをマトリ
クス樹脂としてＦＲＰ成形品を成形することが出来る利
点を有する。

【００３８】マトリクス樹脂としてＲＩＭナイロンある
いはシクロペンタジエンを用いた場合、振動吸収性およ
び耐衝撃性に優れたＦＲＰ製品をすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わるガラス・コンティニュアスス
トランドマットの断面図である。

【図２】 予備成形したガラス・コンティニュアススト
ランドマットを用いて反応射出成形する状態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ ガラス・コンティニュアスストランドマット ２ ガラス繊維 ３ 結合剤 １２,１３ 金型 １５ キャビティ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続したガラス繊維を積み重ねて結合剤
   によりマット状とするガラス・コンティニュアスストラ
   ンドマットにおいて、 上記結合剤を可溶性ナイロンと
   して、該ガラス・コンティニュアスストランドマットを
   所要形状に予備成形して反応射出成形に用いる繊維強化
   材としていることを特徴とするガラス・コンティニュア
   スストランドマット。
2. 【請求項２】 上記反応射出成形で得られる樹脂がナイ
   ロンもしくはシクロペンタジエンである請求項１に記載
   のガラス・コンティニュアスストランドマット。
3. 【請求項３】 上記可溶性ナイロンが水またはアルコー
   ルに可溶なナイロンからなり、該アルコール可溶性ナイ
   ロンの付着量を０.５〜１０.０％としている前記請求項
   のいずれか１項に記載のガラス・コンティニュアススト
   ランドマット。