JPH0788993A

JPH0788993A - 繊維強化熱可塑性樹脂シートとその製造および成形方法

Info

Publication number: JPH0788993A
Application number: JP24144693A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshida; 博史吉田; Kunitoshi Taniguchi; 邦利谷口; Hiroshi Kumagai; 寛熊谷
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】通常のプレス成形機で成形されたスタンパブ
ルシート (繊維強化熱可塑性樹脂シート) の成形品の表
面性状を、後処理を行わずに、改善する。【構成】スタンパブルシートの少なくとも片面に、熱
硬化性樹脂塗料の塗布と焼付けにより熱硬化性樹脂層を
少なくとも１層形成する。【効果】従来法と同様にスタンピング成形でき、予熱
中に強化繊維の露出や浮き出しが起こらないので、表面
性状に優れた成形品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、プレス金型での圧縮成
形（スタンピング成形）が可能であることからスタンパ
ブルシートと呼ばれる、繊維強化熱可塑性樹脂シート
（以下、本明細書でもスタンパブルシートと呼ぶことが
ある）とその製造方法および成形方法に関する。より詳
しくは、表面性状が優れた繊維強化熱可塑性樹脂シート
とその製造および成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スタンパブルシートは、その優れた軽量
化効果、機械特性、さらにはスタンピング成形により複
雑な形状の成形品を短サイクルで製造できるといった特
徴から、自動車分野を始めとして、各種産業分野への需
要が年々増加の傾向にある。スタンピング成形（シート
成形とも呼ばれる）は、スタンパブルシートを適当な寸
法に切断（即ち、ブランクカット）し、得られたシート
断片 (ブランク) を予熱して樹脂を軟化させた後、直ち
にプレス金型内に所定枚数だけ投入し、プレスすること
により行われる。

【０００３】しかし、一般にスタンパブルシート成形品
の表面には、強化繊維（一般にはガラス繊維）の露出や
予熱中の強化繊維の浮き出し等に起因する凹凸が多数存
在し、その表面性状は必ずしも良好とはいいがたい。そ
のため、スタンパブルシートは、自動車のバンパービー
ムやシートバック等の、さほど良好な表面性状が要求さ
れない用途への展開にとどまっているのが現状である。
このような状況から、スタンパブルシート成形品の表面
性状の改善は、自動車や家電製品の外板等の新規の用途
開拓のためにも強く望まれている。

【０００４】この問題を解決する手段として、特開平３
−47740 号公報では、シート断面において強化繊維の集
束数を傾斜的に変化させたシート構成を採用し、表面に
は開繊されたモノフィラメントに近い状態の繊維を配し
ている。しかし、この方法による表面性状の改善は充分
とはいいがたい。

【０００５】また、表面性状に劣った成形品の表面に塗
装を施し、表面性状を改善することも公知である。一般
にポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂は塗料に対
する親和性が良好ではないが、プライマーを塗布する等
の方法で改善することが特開平４−185614号公報に記載
されている。しかし、成形後の塗装作業は、工程の追加
によるコストの上昇を招くばかりでなく、この方法で
は、スタンパブルシート成形品の表面に見られる、成形
過程で起こる繊維の浮き出し等に起因する多数の凹凸を
改善することは困難である。

【０００６】さらに、成形後に金型を若干開き、熱硬化
性樹脂を型内に充填する方法、いわゆるインモールドコ
ート法も提案されている。しかし、この方法では、成形
機と金型の複雑化・大型化を招き、コストの上昇が避け
られないので、一般的とは言いがたい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来法の難点が解消された、即ち、後加工を行わず
に、通常のプレス成形機で表面性状が改善された成形品
を安価に得ることができる、スタンパブルシート（即
ち、繊維強化熱可塑性樹脂シート）とその製造方法を提
供することである。本発明の別の目的は、既存のスタン
パブルシートを用いて表面性状に優れた成形品を得るた
めの成形方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、スタンパ
ブルシートの表面に熱硬化性樹脂の薄層を設けると、こ
の樹脂層が強化繊維を隠蔽して、予熱時のその浮き出し
を防ぐこと、しかも表面の薄い熱硬化性樹脂層はプレス
によるスタンビンプ成形に追従できるので、従来と同様
の手法で支障なくスタンピング成形でき、成形中に表面
性状が変化せず、表面性状に優れた成形品を得ることが
できることを見い出し、本発明に到達した。

【０００９】ここに、本発明の要旨は、少なくとも１層
の熱硬化性樹脂層を表面に有することを特徴とするスタ
ンピング成形可能な繊維強化熱可塑性樹脂シートにあ
る。

【００１０】この繊維強化熱可塑性樹脂シートは、繊維
強化熱可塑性樹脂シートの表面に熱硬化性樹脂塗料の塗
布と焼付けにより少なくとも１層の熱硬化性樹脂層を形
成することにより製造できる。

【００１１】別の側面では、本発明は、繊維強化熱可塑
性樹脂シートの成形前に、その表面に熱硬化性樹脂塗料
の塗布と焼付けにより少なくとも１層の熱硬化性樹脂層
を形成することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂シー
トの成形方法にも関する。

【００１２】ここで、「熱硬化性樹脂層」とは、熱硬化
性樹脂のみからなる層でもよく、或いは顔料などの非繊
維型の添加材を含有する樹脂からなる層であってもよ
い。

【００１３】

【作用】以下、本発明の構成をその作用とともに詳述す
る。

【００１４】本発明の特徴は、繊維強化熱可塑性樹脂シ
ート（スタンパブルシート）の表面に熱硬化性樹脂層を
形成する点にあり、本体の繊維強化熱可塑性樹脂シート
については特に制限されず、従来よりスタンパブルシー
トとして公知の各種のものを利用できる。

【００１５】繊維強化熱可塑性樹脂シートのマトリック
スである熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン等のポ
リオレフィン系樹脂や、ポリエチレンテレフタレート等
の熱可塑性ポリエステル系樹脂が望ましいが、塩化ビニ
ル系、スチレン系、ポリカーボネート系、ポリアセター
ル系、ポリアミド系などの他の各種の熱可塑性樹脂も使
用できる。使用する熱可塑性樹脂のメルトインデックス
は、成形性、作業性、さらには成形品の機械特性等の観
点から、５〜500 g/10分、望ましくは80〜300g/10分の
範囲内が好ましい。

【００１６】熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用い
る場合、プロピレンの単独重合体であっても、或いはエ
チレン等の他のオレフィンとの共重合体であってもよ
い。この場合、エチレン (または他のオレフィン) の共
重合度は0.05〜50重量％、特に１〜10重量％の範囲内が
好ましい。一般に、ポリプロピレンにエチレンを共重合
すると樹脂の靱性を向上させることができる。

【００１７】塗料との親和性があまり良好ではないポリ
プロピレンなどのポリオレフィン系樹脂をマトリックス
樹脂とする繊維強化熱可塑性樹脂シートの場合、熱硬化
性樹脂塗料との界面接着性を向上させるために、使用す
るポリプロピレン樹脂の一部(0.05〜20重量％) を、マ
レイン酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、無
水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸や
その無水物等をグラフト重合させて変性しておくことが
望ましい。

【００１８】強化繊維としては、ガラス繊維以外にも、
アラミド繊維、炭素繊維等の有機繊維、金属繊維、セラ
ミック繊維等の無機繊維といった各種の繊維を使用でき
る。コストと軽量化効果の点からガラス繊維を用いるの
が一般的であるが、より軽量な材料が求められる場合に
は、炭素繊維等の有機繊維を用いることもできる。

【００１９】強化繊維の形態としては、連続および切断
したモノフィラメント、またはモノフィラメントを結束
したストランドを切断したチョップドストランド等のい
ずれであってもよい。ただし、モノフィラメント繊維を
用いると、スタンピング成形時のブランクシートの予熱
過程において、シート自体が膨張し、熱硬化性樹脂層の
表面性状が悪化する傾向があるため、チョップドストラ
ンドを用いることが好ましい。

【００２０】繊維の長さも制限されず、連続繊維であっ
てもよいが、好ましくは１〜100 mm、より好ましくは10
〜50 mm のものが、機械強度および成形時の流動性確保
の点から有利である。強化繊維は、マトリックスである
熱可塑性樹脂との界面接着強度を増すために、アミノシ
ランやエポキシシラン等のカップリング剤で処理してお
くことが一般に望ましい。

【００２１】上記の熱可塑性樹脂および強化繊維から、
公知の抄紙法または積層法により繊維強化熱可塑性樹脂
シートを作成することができる。抄紙法は、樹脂粉末と
短繊維とを水中やエマルジョン中で分散させてスラリー
化し、このスラリーから抄紙と同様の手法でシート化
し、得られたシートを熱プレスして樹脂を溶融し、繊維
と樹脂とを一体化することにより繊維強化樹脂シートを
得る方法である。

【００２２】積層法は、予め成形した熱可塑性樹脂シー
トと繊維マットとを積層し、ベルトプレスまたはロール
プレスにより樹脂の融点以上で加熱・加圧し、一体化し
たシートを得る方法である。

【００２３】抄紙法で得た繊維強化熱可塑性樹脂シート
は、強化繊維の分散性がよく、成形性には優れている
が、シートの引張強度などの強度特性は積層法に比べて
低くなる傾向がある。従って、用途や成形品の形状に応
じて、適当なシート作成方法を選択すればよい。成形品
の表面性状は、一般に抄紙法で得たシートを用いた方が
悪くなることが知られている。その意味では、抄紙法に
より作成した繊維強化熱可塑性樹脂シートに対して本発
明を適用する方が、効果がより顕著であるといえる。た
だし、積層法で得たシートでも、前述の予熱中の浮き出
しにより成形品の表面性状は悪化するので、本発明は積
層法で得た繊維強化熱可塑性樹脂シートに対しても十分
に有効である。

【００２４】本発明によれば、表面性状を改善するため
に、繊維強化熱可塑性樹脂シートの表面に熱硬化性樹脂
層を少なくとも１層設ける。この熱硬化性樹脂層は、熱
硬化性樹脂塗料の塗布と焼付けにより形成することが好
都合である。その際、塗料とシートとの界面接着性を向
上させるために、塗料を塗布する前に、繊維強化熱可塑
性樹脂シートの表面に紫外線を照射することが望まし
い。

【００２５】さらに、特に繊維強化熱可塑性樹脂シート
のマトリックス樹脂がポリプロピレン等のポリオレフィ
ン系樹脂である場合、塗料を塗布する前に、シート表面
にプライマーを塗布してもよい。ここで用いるプライマ
ーとしては、塩化ポリプロピレンやエチレン−ポリプロ
ピレン共重合体の無水マレイン酸変性体等、少なくとも
１種以上の極性基を有するポリオレフィン系高分子化合
物をトルエン等の芳香族炭化水素系溶剤等に溶解したも
のが一般的である。

【００２６】必要に応じて以上の方法で表面に前処理を
施しておいた繊維強化熱可塑性樹脂シートの表面に熱硬
化性樹脂塗料 (焼付け型塗料) を塗布する。ここで用い
る熱硬化性樹脂塗料としては、エポキシ系、ポリエステ
ル系、アクリル系、ウレタン系塗料等が使用できる。こ
れらの塗料は、成形時の予熱に耐えうる耐熱性を有する
ものが望ましい。特に、熱可塑性樹脂がポリエチレンテ
レフタレートなどのポリエステル系樹脂である場合、成
形工程での予熱温度は 200〜300 ℃に達するため、塗料
の選択には充分な配慮が必要である。このような温度に
耐える耐熱性に優れた熱硬化性樹脂塗料の例としては、
ポリエチレンテルサルフォン系塗料等が挙げられる。

【００２７】使用する熱硬化性樹脂塗料は、顔料を含有
しないクリアー塗料でもよいし、顔料を含有するもので
もよいが、繊維の隠蔽性の観点から顔料を含有するもの
が望ましい。塗布は、ロール塗装、バーコート、スプレ
ー、浸漬等の一般的な手法により行うことができる。

【００２８】塗装後に塗布したシートを加熱して、塗料
の焼付けを行い、硬化皮膜を表面に形成する。こうして
繊維強化熱可塑性樹脂シート表面に形成された硬化皮膜
は、成形時の繊維の浮き出しや露出を防止するため、表
面性状に優れた成形品が得られる。焼付けは、熱可塑性
樹脂の融点以下の温度で行うのがよい。具体的には、ポ
リプロピレン系シートの場合、塗料やエチレン共重合度
にもよるが、一般に、140 〜170 ℃で焼付けを行なうこ
とが望ましい。

【００２９】熱硬化性樹脂皮膜の厚みは、この熱硬化し
た皮膜が成形による変形に追随でき、かつ予熱中の繊維
の浮き出しを防止するのに充分な厚さであればよいが、
一般には30〜200 μｍの範囲内とすることが望ましい。
薄すぎると表面性状の改善効果がほとんど得られず、厚
すぎると成形が困難となる。一回の塗布と焼付で必要な
熱硬化性樹脂皮膜の厚みが得られない場合には、塗布と
焼付けを数回繰り返して、２層以上の熱硬化性樹脂層を
形成してもよい。その際、塗布する塗料の種類を変化さ
せてもよい。

【００３０】以上の方法で、表面性状に優れた熱硬化性
樹脂層を表面に有する、繊維強化熱可塑性樹脂シートを
得ることができる。表面の熱硬化性樹脂層は、シートの
片面のみに設けても、或いは両面ともに設けてもよい。
上述した熱硬化性塗料の塗装は、繊維強化熱可塑性樹脂
シートの製造時に行うことが、作業能率の点から有利で
ある。しかし、既存の繊維強化熱可塑性樹脂シートに対
して、ユーザーが成形前に熱硬化性塗料の塗布と焼付け
を行い、スタンピング成形することも可能である。この
場合の塗料の塗布は、ブランクカット前およびカット後
のいずれのシートに対して行ってもよい。また、焼付け
は、塗布後に直ちに行ってもよいが、成形時のブランク
の予熱工程での加熱を利用して、予熱と同時に塗料を焼
付けることもできる。

【００３１】以下、本発明で得られたシートを用いて、
プレスによるスタンピング成形により成形品を得る方法
について詳述する。

【００３２】本発明の熱硬化性樹脂表面層を有する繊維
強化熱可塑性樹脂シートは、従来のスタンパブルシート
と同様にスタンピング成形することができる。すなわ
ち、シートを所定の大きさにブランクカットした後、熱
可塑性樹脂の融点以上に予熱し、直ちにプレス金型内に
投入し、プレス成形する。

【００３３】一般に、スタンピング成形には、成形品投
影面積より小さな面積に切断したシートを型内に投入
し、材料を流動、充填させて成形品を得る方法と、成形
品投影面積と同等の面積のシートを型内に投入し、プレ
ス成形によりシートを変形させ成形品を得る方法とがあ
る。本発明の成形方法の場合、シート表面の熱硬化性樹
脂層が流動成形に適していないので、後者の成形法を適
用することが望ましい。シートの厚さ以上の厚みを有す
る成形品を得たい場合や、リブ等の複雑な形状の成形品
を得たい場合には、本発明による表面熱硬化性樹脂層を
有するシートとこの表面層を有していないシートとを重
ねて金型内に投入し、成形するとよい。

【００３４】得られる成形品の表面性状は、金型の表面
粗さにも大きく影響される。そのため、表面の熱硬化性
樹脂層が接触する金型面は、クロムメッキ等を施し、鏡
面に仕上げておくことが好ましい。シートの予熱温度
は、熱可塑性樹脂の溶融温度に依存するが、ポリプロピ
レン系の場合で150 〜220 ℃、ポリエチレンテレフタレ
ートの場合で 200〜300 ℃である。なお、熱硬化性樹脂
層が劣化しないように温度を選択することが望ましい。
金型の温度は一般に常温〜200 ℃の範囲であり、用いる
熱可塑性樹脂の結晶化温度に合わせて設定すればよい。
具体的にはポリプロピレン系の場合で40〜80℃、ポリエ
チレンテレフタレートの場合は 130〜180℃が好まし
い。

【００３５】

【実施例】

(実施例１)まず、下記の方法で繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートを作成した。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレ
ンの 0.5重量％を無水マレイン酸でグラフト変性した、
エチレン含有率 1.0重量％のポリプロピレン−エチレン
ブロック共重合体 (メルトインデックス＝100 g/10分)
を用いた。この樹脂を、冷熱プレスを用いて、温度 190
℃、圧力100 kgf/cm²で厚さ0.7 mmのシート状に成形し
た。こうして得たポリプロピレン系樹脂シート４枚と、
ガラス繊維長50 mm 、繊維径13μｍ、結束数80本、目付
量460 g/m²のチョップドストランドガラスマット３枚と
を交互に積層し、冷熱プレスを用い、温度190 ℃、圧力
100kgf/cm²で熱ラミネートし、厚さ3.3 mm、比重1.2 、
繊維含有率40重量％の繊維強化熱可塑性樹脂シートを得
た。

【００３６】こうして作成した繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートを300 mm角に切断し、紫外線を照射することによ
り、その表面の改質を行った。紫外線の照射は10 cm 間
隔で配置した120 W/cmの高圧水銀灯２本の下80 cm の所
を、シートをラインスピード5m/min の速さで５回通過
させることにより行った。

【００３７】次に、シートの表面改質を行った面に、熱
硬化性ポリエステル系塗料である日本ペイント製フレキ
コート 1000 を26番のバーコーターで塗布し、150 ℃で
10分間加熱し、塗料を硬化させた。この塗布と焼付け処
理により、繊維強化熱可塑性樹脂シートの片面に厚さ約
100 μｍの熱硬化性樹脂層が形成された。

【００３８】この熱硬化性樹脂層を有する繊維強化熱可
塑性樹脂シートを、幅250 mm、奥行き200 mmに切断し、
表面に熱硬化性樹脂層を設けていないシート(150mm角)
とともに日本碍子製の遠赤外炉 H7GS-71234 を用いて、
180 ℃に予熱した。その後、表面をクロームメッキして
鏡面に仕上げた金型内に、下型に熱硬化性樹脂層が接触
するように予熱後のシートを投入し、川崎油工製の300
トンプレス TFMP2-300を用い、プレス速度100 mm/sec、
プレス圧力200 kgf/cm²、型表面温度60℃で成形し、幅
300 mm、奥行き250 mm、深さ40mmの縁付き皿状の成形品
を得た。

【００３９】このようにして得た成形品の下型接触面
(皿状成形品の底部) は、熱硬化性樹脂層で被覆されて
おり、ガラスの浮き出しその他の原因による表面性状の
悪化は認められなかった。

【００４０】比較例として、熱硬化性樹脂層を有してい
ない繊維強化樹脂シートのみを用いて同様の成形を行っ
たところ、その表面性状はガラスの露出、浮き出しによ
る凹凸が多数認められ、平滑性に乏しい成形品が得ら
れ、本発明品の有効性が確認された。

【００４１】(実施例２)熱可塑性樹脂として、メルトイ
ンデックス130 g/10分のポリエチレンテレフタレートを
用い、実施例１と同様の試作試験を行った。まず、樹脂
ペレットを、冷熱プレスを用いて、温度 280℃、圧力10
0 kgf/cm²で厚さ0.7 mmのシート状に成形した。こうし
て得た樹脂シート４枚と実施例１で用いたのと同じチョ
ップドストランドガラスマット３枚とを交互に積層し、
冷熱プレスを用い、温度280 ℃、圧力100 kgf/cm² で熱
ラミネートし、厚さ3.3 mm、比重1.7 、繊維含有率40重
量％の繊維強化熱可塑性樹脂シートを得た。

【００４２】作成された繊維強化熱可塑性樹脂シートを
300 mm角に切断し、実施例１と同様の方法で紫外線によ
り表面改質した。次に、シートの表面改質を行った面
に、ポリエーテルサルフォン系塗料を26番のバーコータ
ーで塗布し、150 ℃で20分間加熱し塗料を硬化させた。
こうして繊維強化熱可塑性樹脂シートの片面に厚さ約10
0 μｍの熱硬化性樹脂層が形成された。

【００４３】この表面熱硬化性樹脂層を有する繊維強化
熱可塑性樹脂シートを、実施例１と同様な方法でスタン
ピング成形したところ (予熱温度は230 ℃) 、熱硬化性
樹脂層で被覆された部分にガラスの浮き出しその他の原
因による表面性状の悪化は認められなかった。

【００４４】比較例として、熱硬化性樹脂層を有してい
ない繊維強化樹脂シートのみを用いて同様の成形を行っ
たところ、その表面性状はガラスの露出、浮き出しによ
る凹凸が多数認められ、平滑性に乏しい成形品が得ら
れ、本発明品の有効性が再度確認された。

【００４５】(実施例３)市販のポリプロピレン系スタン
パブルシート (繊維長50mm、ラミネート法) に対して、
実施例１と同様に紫外線による表面改質および熱硬化性
樹脂塗料の塗布と焼付けを行い、その後に同様に切断お
よび成形したところ、実施例１と同程度に表面性状が改
善された成形品が得られた。比較例として、塗装工程な
しで同様に成形したところ、その表面はガラスの露出、
浮き出しによる多数の凹凸が認められた。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、成形工
程においてマトリックス樹脂の溶融温度より高温に予熱
されても、強化繊維の露出や浮き出しが起こらないの
で、表面性状に優れた成形品を得ることができる。その
結果、スタンパブルシートを、例えば、自動車外板とい
った人目につく部品に対しても適用することが可能とな
り、その利用分野の拡大に寄与する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１層の熱硬化性樹脂層を表面
に有することを特徴とする、スタンピング成形可能な繊
維強化熱可塑性樹脂シート。
【請求項２】繊維強化熱可塑性樹脂シートの表面に、
熱硬化性樹脂塗料の塗布・焼付けにより少なくとも１層
の熱硬化性樹脂層を形成することからなる、請求項１記
載の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。
【請求項３】繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形前
に、その表面に熱硬化性樹脂塗料の塗布・焼付けにより
少なくとも１層の熱硬化性樹脂層を形成することを特徴
とする、繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形方法。