JPH085080B2

JPH085080B2 - 繊維強化熱可塑性プラスチツクの製造法

Info

Publication number: JPH085080B2
Application number: JP62101805A
Authority: JP
Inventors: 英男坂井; 敏行中倉; 智岸
Original assignee: 三井東圧化学株式会社
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1996-01-24
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPS63267523A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、繊維強化熱可塑性プラスチック（以下FRTP
と略す）の製造法に関する。

〔従来の技術〕

熱可塑性樹脂をマトリックスとする板状FRTPは、オー
ブン中で樹脂流動温度に加熱し、プレスに装着した金型
中に投入して急速に型締めし、賦形と冷却を同時に行な
う、いわゆるスタンピング成形することが可能である。

このような成形法に用いられる材料の補強繊維として
は、例えばコンティニアスストランドを使用したマット
状のもの、あるいはストランドもしくはヤーンを25mm前
後に切断したチョップドストランド、チョップドヤーン
をマット状にしたもの等がある。

しかしながら、織布を補強繊維とするものは、スタン
ピング成形材料としては用いられていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

織布を補強繊維とするものがスタンピング成形材料と
して用いられない理由は、そこに特有の問題点が存在す
るためである。

つまり織布はチョップドストランドやチョップドヤー
ンと異なり、その移動の自由度がほとんど無いので金型
内に均一に充填されない。また、成形後の形状つまり金
型のキャビティの形状が平板に非常に類似した形状であ
れば、スタンピング成形に限らず、後述するプレス成
形、オートクレーブ成形も可能であるのだが、その形状
が平板とは異なる形状、つまり曲面状などの三次元的な
形状であると、成形時に織布が重なり合う部分が必ず発
生し、その部分が繊維過多となり、樹脂が不足し、強度
が低下してしまう。

本発明は上記問題点に鑑み成されたものであり、その
目的は成形時の流動性が良好であり、三次元的成形にお
いても織布が重なり合わず、強度低下の無いFRTPの製造
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、以上のような問題点を解決するため鋭
意検討を行なった結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、織布状補強繊維に熱可塑性樹脂を
含浸してなるプリプレグを複数枚積み重ねて成形するFR
TPの製造法において、該繊維を切断する深さで、かつ互
いに交差することがないような切れ目を該プリプレグに
設けることを特徴とするFRTPの製造法である。

以下、本発明について詳説する。

本発明に使用する熱可塑性樹脂としては、例えばポリ
スチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、AS樹脂、AB
S樹脂、ASA樹脂（ポリアクリロニトリル、ポリスチレ
ン、ポリアクリル酸エステル）、ポリメチルメタクリレ
ート、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート、ポリフェニレンオキシド、ふっ素樹脂、ポリフェ
ニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルサル
フォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリイミド、ポリアリレート等がある。

本発明に使用する織布は、ガラス繊維、カーボン繊
維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維等のヤーンから織ら
れる。

通常織布用のヤーンは、太さ３〜15μｍのモノフィラ
メントを200〜12,000本集束しものである。テックス数
で表わすと16.8〜1000程度である。また、このヤーンを
織機により織布とする際は、縦糸、横糸共、織布巾25mm
当り５〜80本のヤーンを打ち込んで織る場合が一般的で
あり、その織り方は平織り、朱織りおよび綾織りなどが
ある。

このようにして得られた織布がガラス繊維の場合は、
ヒートクリーニングにより集束剤を除去した後、シラン
系、チタネート系、ジルコニウム系のカップリング剤で
処理する。

ガラス繊維以外の場合はエポキシ系のカップリング剤
で処理する場合が多い。

ガラス繊維の場合のカップリング剤は組み合わせる樹
脂に応じて最適なものを選ぶ必要があり、以下その具体
例を列挙する。

ナイロン樹脂であれば、γ−アミノプロピル−トリメ
トキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノ
プロピル−トリメトキシシラン等を使用する。

ポリカーボネート樹脂であれば、γ−アミノプロピル
−トリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ
−アミノプロピル−トリメトキシシラン等を使用する。

ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレ
フタレートであれば、β−（3,4−エポキシシクロヘキ
シル）エチル−トリメトキシシラン、γ−グリシドキシ
−プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルト
リメキシシラン等を使用する。

ポリエチレンまたはポリプロピレンであれば、ビニル
トリメトキシシラン、ビニル−トリス−（２−メトキシ
エトキシ）シラン、γ−メタクリロキシ−プロピルトリ
メトキシシラン等を使用する。

ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィ
ド、ポリスルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエ
ーテルケトン、ふっ素樹脂であれば、上述したカップリ
ング剤も当然使用出来るが、その他にＮ−（β−アミノ
エチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラ
ン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−
メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Ｐ−アミノフ
ェニルトリエトキシシラン等を使用できる。

ガラス繊維以外の場合は、アミン硬化型のエポキシ樹
脂をカップリング剤として処理する場合が多く、その具
体例としてはビスフェノール−Ａ−エピクロルヒドリン
樹脂、エポキシノボラック樹脂、脂環式エポキシ樹脂、
脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル型樹脂、臭素
化エポキシ樹脂等を使用することが出来る。

カップリング剤を繊維表面に施す方法は以下の通りで
ある。

すなわち、集束剤を除去した繊維に、カップリング剤
を0.1〜３重量％溶解した液を、浸漬、噴霧、塗布等の
手段により完全に含浸させる。

このカップリング剤溶液を含んだ繊維を60〜120℃で
乾燥し、カップリング剤を繊維表面に反応させる。乾燥
時間は溶媒が揮散してしまう時間で充分で15〜20分位で
ある。

カップリング剤を溶解する溶媒は、使用する表面処理
剤に応じて、pH2.0〜12.0位に調整した水を用いる場合
と、エタノール、トルエン、キシレン等を有機溶剤を単
独であるいは混合して使用する場合とがある。

熱可塑性樹脂を織布に含浸させてプリプレグとする方
法としては種々の手段があるが、最も一般的な方法は以
下の通りである。

ひとつは、溶媒に可溶な樹脂であれば、その樹脂を溶
液化して織布に含浸させ、その後、脱泡しながら溶媒を
除去し、プリプレグとする方法である。

更にひとつは、樹脂を加熱溶融して織布に含浸し、脱
泡し、冷却してプリプレグとする方法である。

このようにして得られたプリプレグに切れ目を入れる
方法としては、例えば台板中に切れ目のパターンと同一
な刃を支持固定する細溝を彫り、この細溝中に切り刃を
埋めこんだ、いわゆる抜き型を作製し、この抜き型をク
ランクプレスまたは油圧プレスに装着し、抜き型の下に
プリプレグを置き、打ち抜く方法などを用いることがで
きる。

切れ目の深さは、織布が完全に切断される深さであれ
ばよい。したがって、切れ目がプリプレグを突き抜けて
いてもよいし、あるいは織布が完全に切断されていれ
ば、下側表面の樹脂部分が切断されていなくてもかまわ
ない。

切れ目の長さおよび本数は、対象とする成形品に応じ
てプリプレグのサイズが異なるので、一概には決められ
ないが、例えば、その長さはプリプレグの最大長さの半
分以下であることが望ましく、また本数はプリプレグ１
m²当り1100本以下であることが望ましい。

上述した長さおよび本数を越える場合は、成形時に織
布が裂ける場合があり、本発明の効果が充分に発揮され
ないことがある。

また切れ目は、互いに交差することがないようにし、
切れ目に囲まれた部分が脱落しないようにする必要があ
る。

第１図（ａ）〜（ｃ）は、織布プリプレグの切れ目の
パターンの種々の具体例を示す図である。

第１図（ａ）は、二方向（織布の縦糸方向２、横糸方
向１）に、プリプレグ３の織布を切断する深さで、互い
に交差しない切れ目４を入れた一例である。

第１図（ｂ）は、四方向（織布の縦糸方向２、横糸方
向１、縦糸および横糸と45°ずれた方向）に、プリプレ
グ３の織布を切断する深さで、互いに交差しない切れ目
４を入れた一例である。

第１図（ｃ）は、織布の横糸方向１に、プリプレグ３
の織布を切断する深さで切れ目を入れた一例である。

次に、切れ目の入ったプリプレグを所望の枚数積層す
る。

この時、相互に接触するプリプレグの切れ目が重なり
合わないようにして積層すると、より効果的である。し
たがって、例えば各層を上下左右へ少しずつずらして積
層したり、各層を時計方向または反時計方向へ一定角度
ずつずらして積層するとよい。

次に、上述のようにして得た積層体を成形する。

その成形法としては、先に述べたスタンピング成形
法、すなわち上記の積層体または後述するプレス成形
法、オートクレープ成形法により得られた成形板を、樹
脂流動可能温度以上に加熱した後、ガラス転移温度以下
に加熱したプレス金型中に投入して、金型を短時間で圧
締し、プリプレグの賦形、脱泡、冷却を同時に行なう高
圧成形が用いられる。

その他の成形法としては、積層体をプレスに装着した
金型中で樹脂の流動可能温度以上に加熱しながら、成形
物表面積１cm²当り１〜300kg/cm²の圧力で、10秒〜60分
加圧し、樹脂のガラス転移温度以下に冷却してから脱型
する、いわゆるプレス成形法、あるいは真空下で樹脂流
動可能温度以上に加熱した後、20kg/cm²以下の圧力で脱
泡、賦形後、ガラス転移温度以下に冷却してから脱型す
る、いわゆるオートクレーブ成形法などを用いることが
できる。

なお、プリプレグに切れ目を入れることにより、強度
などの成形品の品質が低下することは無い。一方、切れ
目を入れないプリプレグを用いて例えば曲面状に成形し
た場合は、前述したように、織布が重なり合う部分が生
じる。その部分は、繊維過多で樹脂がほとんど存在せ
ず、荷重が加わるとその部分が優先的に破壊し、成形品
強度は、設計値より大巾に低くなってしまう。

したがって本発明のように、切れ目を入れて織布自体
が重なり合わないようにした方が、成形品としての強度
は高く、設計値に近い値が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、流動性が
良好で、三次元的成形においても織布が重なり合うこと
がなく、強度の低下のないFRTPを製造することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。

まず、実施例１〜３および比較例１〜３で使用したプ
リプレグの形成法を説明する。

（ガラスクロスの形成）太さ９μｍのガラスモノフィラメントを紡糸する際
に、でんぷん糊を集束剤として使用し、67.5テックスの
ヤーンを製造した。

このヤーンを使用し、縦糸は巾25mm当り42本、横糸は
巾25mm当り32本の打ち込み密度で平織クロスを織った。

このクロスを400℃、10時間でヒートクリーニングし
た後、γ−アミノプロピルトリメトキシシランを0.3重
量％溶解した水中を通しながら、100〜110℃の温度で10
分間乾燥してガラスクロスを得た。

（カーボンクロスの形成）カーボンクロス（東レ、♯6343）をアセトンに浸漬し
て洗浄し、空気中で風乾した後、100℃の温度で10分間
乾燥してカーボンクロスを得た。

（プリプレグの形成）特開昭61−229534に記載されている方法のように、上
下２つのベルトを介して加熱ロールで、樹脂を溶融させ
た中に織布を通し、ロールを回転させることにより、ベ
ルトを駆動させ、含浸、脱泡することにより織布を補強
材とするプリプレグを形成した。

なお、プリプレグの名称、使用した樹脂、補強繊維の
種類および織布の体積含有率（vf）を第１表に示す。

実施例１プリプレグＡを一辺300mmの正方形に切り出した。

第１図（ａ）に示したパターンで作成した抜き歯を油
圧プレスに装着し、プリプレグの織布を切断する深さに
打ち抜いて切れ目を入れた。

なお、この切れ目のパターンは、二方向（織布の縦糸
方向2,横糸方向１）に、長さ45mm、50mm、60mmの切れ目
を入れたものである。

このプリプレグ10枚を反時計方向へ45°ずつずらしな
がら積層した。

この積層体を熱風循環式乾燥機中で、270℃で５分間
予熱した。

第２図に示すような半球殻形状を成形するスタンピン
グ成形用金型を120℃に加熱し、上述したプリプレグ積
層体を270℃に予熱してから金型内に投入し、投入後10
秒以内に型締めし、40トンの加圧力で１分保圧後型開き
して、厚さ1mmの成形物を取り出した。

この成形物は、織布が重なり合わずに良好な外観であ
った。

実施例２プリプレグＢを一辺300mmの正方形に切り出した。

第１図（ｂ）に示したパターンで作成した抜き歯を油
圧プレスに装着し、プリプレグの織布を切断する深さに
打ち抜いて切れ目を入れた。

なお、この切れ目のパターンは、四方向（織布の縦糸
方向２、横糸方向１、縦糸および横糸と45°ずれた方
向）に、長さ40mm、65mm、100mmの切れ目を入れたもの
である。

このプリプレグ10枚を反時計方向へ120°ずつずらし
ながら積層した。

この積層体を実施例１と同様にしてスタンピング形成
し、厚さ1mmの半球殻形状成形物を得た。

実施例３プリプレグＣを一辺300mmの正方形に切り出した。

第１図（ｃ）に示したパターンで作成した抜き歯を油
圧プレスに装着し、プリプレグの織布を切断する深さに
打ち抜いて切れ目を入れた。

なお、この切れ目のパターンは、織布の横糸方向１に
長さ62.5mmの切れ目を入れたものである。

このプリプレグ10枚を反時計方向へ90°ずつずらしな
がら積層した。

この積層体を熱風循環式乾燥機中で、380℃で５分間
予熱した。

第２図に示す半球殻形状を成形するスタンピング成形
用金型を200℃に加熱し、上述のようにして予熱したプ
リプレグ積層体を金型内に投入し、投入後10秒以内に型
締めし、60トンの加圧力で１分保圧後、型開きして、厚
さ1mmの成形物を取り出した。

比較例１プリプレグに切れ目を入れないことを除いては、実施
例１と全く同様にして成形物を得た。

この成形物には、織布が重なり有った長さ10cm、巾５
〜10mmの部分が２箇所あり、この部分は樹脂がほとんど
なく、ガラス繊維が白化しており、成形物としては欠陥
品であった。

比較例２プリプレグに切れ目を入れないことを除いては、実施
例２と全く同様にして成形物を得た。

この成形物には、織布が重なり合った長さ10cm、巾５
〜10mmの部分が２箇所あり、この部分は樹脂がほとんど
なく、布でこするとカーボン繊維がくずれて剥離してし
まい、成形物としては欠陥品であった。

比較例３プリプレグに切れ目を入れないことを除いては、実施
例３と全く同様にして成形物を得た。

この成形物には、織布が重なり合った長さ7cm、巾５
〜10mmの部分が２箇所あり、この部分は樹脂がほとんど
なく、ガラス繊維が白化しており、成形物としては欠陥
品であった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の切れ目のパターンの種
々の具体例を示す図、第２図は実施例および比較例で用
いたスタンピング成形用金型を示す図である。１……織布横糸方向、２……織布縦糸方向３……プリプレグ、４……切れ目５……上金型ホールダー６……下金型ホールダー７……上金型本体、８……下金型本体９……上金型ヒーター、９′……下金型ヒーター 10……上金型測温穴、10′……下金型測温穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】織布状補強繊維に熱可塑性樹脂を含浸して
なるプリプレグを複数枚積み重ねて成形する繊維強化熱
可塑性プラスチックの製造法において、該繊維を切断す
る深さで、かつ互いに交差することがないような切れ目
を該プリプレグに設けることを特徴とする繊維強化熱可
塑性プラスチックの製造法。