JPH1177677A

JPH1177677A - 繊維補強熱可塑性樹脂シートの製造方法

Info

Publication number: JPH1177677A
Application number: JP23855997A
Authority: JP
Inventors: Miki Komiya; 幹小宮; Junichi Shingu; 淳一新宮; Hideki Mochizuki; 英樹望月; Matsuyo Tsukamoto; 待世塚本
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】反りが少なくて平板性が良好な繊維補強熱可
塑性樹脂シートの製造方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂を軟化点以上の温度に加熱
し、それを連続した補強繊維に含浸させ、次いで、一対
の冷却ロール５及び６で挟持、圧接して軟化点未満の温
度に冷却した後、ガイドロールに導く繊維補強熱可塑性
樹脂シートの製造方法であって、一対の冷却ロールの
内、ガイドロールの表面に沿って繊維補強熱可塑性樹脂
シートが湾曲する側の冷却ロール６が、他の冷却ロール
５との軸間距離において繊維補強熱可塑性樹脂シートの
走行方向と逆方向に、１〜２０ｍｍの距離だけずらして
設置されていることを特徴とする繊維補強熱可塑性樹脂
シートの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維補強熱可塑性
樹脂シートの製造方法に関する。詳しくは連続した補強
繊維に熱可塑性樹脂を含浸させる繊維補強熱可塑性樹脂
シートの製造方法であって、反り率の低い繊維補強熱可
塑性樹脂シートの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸させて繊
維補強熱可塑性樹脂シートを製造する方法としては、例
えば、特開昭６１−２２９５３４号公報には、繊維シー
トを熱可塑性樹脂が塗布されている塗布ロールに導い
て、繊維シートに熱可塑性樹脂を転着させた後、加熱ロ
ールに接触させて樹脂を含浸させる方法が開示されてい
る。この方法は、加熱ロールに熱可塑性樹脂が付着しや
すく、長時間滞在した場合には熱劣化し、それが繊維シ
ートに含浸することとなり、得られる繊維補強熱可塑性
樹脂シートの品質が低下する原因となる。

【０００３】また、特開平２−４８９０７号公報には、
熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱された一対のベルトの
少なくとも一方のベルトに前記熱可塑性樹脂を塗布する
と共に該塗膜を対向する一対のベルト間に導入し、繊維
シートを該一対のベルト間を通過させることにより繊維
に熱可塑性樹脂を含浸させて繊維補強シート状プリプレ
グを製造する方法が開示されている。この方法は、安定
した連続生産が可能で、含浸樹脂の劣化が少なく高性能
の繊維補強熱可塑性樹脂シートが得られる優れた方法で
ある。しかし、得られるシートに反りが生じることがあ
り、優れた平板性を有する繊維補強熱可塑性樹脂シート
の製造方法としては必ずしも満足できる方法とはいえな
い。

【０００４】原理的には、一般的に均一な溶融樹脂シー
トを平板状に保って、その表裏両面を同じ速度で冷却す
れば、得られるシートの反りはない。しかし、通常、各
種シート、フィルム等を製造する際には、樹脂シートを
冷却、搬送、引取り、巻取り等するために冷却ロール、
ガイドロール等の多数のロールを用いて、樹脂シートが
湾曲するような応力を与ている。そのため、対をなす冷
却ロールを複数組用いた場合でも、反りのない樹脂シー
トを高速下で製造することは極めて困難である。また、
溶融樹脂シートを１対の冷却ベルトコンベアーに圧接し
て冷却、成形する方法が知られているが、該方法は、広
い設置スペースを必要であり、設置コストが高くなり工
業的には実用性に乏しい。

【０００５】繊維補強熱可塑性樹脂シートは、紙、不織
布、その他の樹脂シートやフィルム等と積層して使用す
るすることが一般的である。そのため、繊維補強熱可塑
性樹脂シートは反りが少ないことが望ましい。しかし、
樹脂と補強繊維からなる複合材は、均質材に比べ、加熱
・冷却によるそれぞれの収縮率が異なるので、均質材よ
りさらに反りがないシートを製造する事が困難である。
また、繊維補強熱可塑性樹脂シートはその厚み方向にて
繊維の分布を制御することが難しい。すなわち、該シー
トの表裏面に存在する樹脂量が均一になりにくいため、
反りの程度が一定にならず、反り改善方法に柔軟性が求
められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題に鑑み、反りが少なくて平板性が良好な繊維補強熱
可塑性樹脂シートの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、熱可塑性樹脂を軟化点以上の温度に加熱して
連続した補強繊維に含浸させた後、一対の冷却ロールを
用いて挟持、圧接して冷却する際に、該一対の冷却ロー
ルの内、ガイドロールにより繊維補強熱可塑性樹脂シー
トが湾曲して曲げられる側に設置された冷却ロールがシ
ートの走行方向における負方向に特定の距離だけずらし
て設置された一対の冷却ロールを用いて冷却することに
より、上記課題が解決できることを見出し本発明に到っ
た。

【０００８】すなわち、本発明により、熱可塑性樹脂を
軟化点以上の温度に加熱し、それを連続した補強繊維に
含浸させ、次いで、一対の冷却ロール５及び６で挟持、
圧接して軟化点未満の温度に冷却した後、ガイドロール
に導く繊維補強熱可塑性樹脂シートの製造方法であっ
て、一対の冷却ロールの内、ガイドロールの表面に沿っ
て繊維補強熱可塑性樹脂シートが湾曲する側の冷却ロー
ル６が、他の冷却ロール５との軸間距離において繊維補
強熱可塑性樹脂シートの走行方向と逆方向に、１〜２０
ｍｍの距離だけずらして設置されていることを特徴とす
る繊維補強熱可塑性樹脂シートの製造方法が提供され
る。

【０００９】本発明の特徴は、熱可塑性樹脂の軟化点以
上の温度に加熱された繊維補強熱可塑性樹脂シートを冷
却する際に、一対の冷却ロールの内、ガイドロールによ
り繊維補強熱可塑性樹脂シートが湾曲して曲げられる側
に設置された冷却ロールがシートの走行方向における負
方向に特定の距離だけずらして設置された一対の冷却ロ
ールを用いて、冷却・賦形することにある。かかる構成
を採用することにより、反りが少なくて平板性が良好な
繊維補強熱可塑性樹脂シートを製造することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の概要は、熱溶融含浸工程において、並列
に引き揃えられた補強繊維に、軟化点以上の温度に加熱
された熱可塑性樹脂を含浸させた後、一対の冷却ロール
を用いて挟持、圧接して、樹脂の軟化点未満の温度に冷
却し、次いでガイドロールに導いて次工程へ搬送する、
繊維補強熱可塑性樹脂シートの製造方法である。本発明
において、熱溶融含浸工程における補強繊維への熱可塑
性樹脂の含浸方法には特に限定はなく、公知の方法で差
支えない。例えば、特開平２−４８９０７号公報等に開
示される如き方法が好ましく適用される。

【００１１】本発明に用いる一方向に連続した補強繊維
は、繊維を構成するフィラメントの集合体であるロービ
ング、ヤーン、トウという名称で知られているものであ
る。これらは複数本用いられる。フィラメントが十分長
くて、使用する条件下で溶融熱可塑性樹脂塗膜に接して
引っ張るのに十分な強さを有することが好ましい。クロ
ス材も用いることができる。好ましい材料としては、例
えば、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、ステンレス
等の金属繊維、合成樹脂繊維等が挙げられる。これらの
内、価格面、汎用性等を考慮すると、ガラス繊維がさら
に好ましい。合成樹脂繊維は、含浸させる熱可塑性樹脂
との接着性を有するように表面処理されていることが好
ましい。更に、使用する熱可塑性樹脂の溶融温度で強度
等の性能が変化しないことが必要である。合成樹脂繊維
としては、例えば、アラミド樹脂（登録商標「ケプラ
ー」等）が挙げられる。

【００１２】前記ガラス繊維や炭素繊維は、使用する熱
可塑性樹脂に合わせて樹脂との接着性を向上させるため
に繊維表面にシラン系やチタン系のカップリング剤等の
表面処理剤を塗布することが好ましい。また、熱可塑性
樹脂を含浸させる時に障害とならない範囲内でロービン
グやトウが取り扱い時にほぐれないように集束剤を用い
ることができる。

【００１３】上記の連続した補強繊維は、複数本が、例
えば機械方向の一方向に並列に配列され、互いに交叉し
ないように制御されて巾方向に広げられ、適当な厚みに
調節されて織機の経糸のようにシート状に形成される。
具体的には、連続繊維は複数のボビンに巻かれており、
各々のボビンから適当な張力をかけながら繊維が繰り出
され、機械方向の適当な巾で一列に篩の目の如き形状を
有した整列機を通してシート状に配列されることが望ま
しい。

【００１４】繊維補強熱可塑性樹脂シートの厚みは、用
いた繊維（ロービングやトウ）の太さにも依存するが、
ロービングやトウの巾方向の配列、密度によって制御で
きる。厚み精度は含浸状態のバラツキに影響するため、
５０〜５００μｍの目標厚みに対して±１０％以内が好
ましい。

【００１５】本発明に用いる熱可塑性樹脂としては、ポ
リスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン
テレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等が挙げ
られる。価格面、汎用性、耐熱性、機械的特性等を考慮
すると、ポリプロピレンが好ましい。

【００１６】なお、本発明によって得られた繊維補強熱
可塑性樹脂シート（プリプレグ）を構造強度を必要とす
る用途に用いる場合、樹脂の性能として弾性率が高く引
張り強さが大きいものが好ましく、具体例として、ポリ
エーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリフェニルサ
ルファイド、ポリイミド、ポリエーテルイミド（商標
「ＵＬＴＥＭ」）、ポリエーテルエーテルケトン等のエ
ンジニアリング樹脂等が挙げられる。

【００１７】これらの樹脂を用いる場合、予め乾燥を行
うのが好ましく、また補強繊維との接着性向上の目的で
樹脂にチタン系等のカップリング剤を添加することは更
に好ましい。熱可塑性樹脂を補強繊維に含浸させるとき
の樹脂の粘度は、５００〜５０，０００ポイズが好まし
く、より好ましくは１，０００〜５，０００ポイズであ
る。かかる樹脂粘度となる温度は熱可塑性樹脂の種類に
よって変わるが、通常、１８０〜４２０℃程度である。

【００１８】本発明において軟化点とは、メルトインデ
ックス測定機〔東洋精機（株）製、形式：メルトインデ
ックサーＳ−１１１〕を用いて、荷重５ｋｇの条件下
で、ＪＩＳＫ−７２１０に規定される方法に基づい
て、試料５ｇについて測定し、溶融熱可塑性樹脂がシリ
ンダーダイから押出される最低温度とする。

【００１９】上記した、並列に引き揃えた連続補強繊維
に熱可塑性樹脂を含浸させる熱溶融含浸工程には、軟化
点以上に加熱された熱可塑性樹脂の塗膜を有し、且つ加
熱ロールに面圧接された一対のベルト間に連続補強繊維
を通過させることを特徴とする装置を用いることができ
る。

【００２０】例えば、熱可塑性樹脂は押出機の内部で溶
融され、その先端に設けられたダイから押出され、予め
加熱された下ベルトの表面に塗布される。押出機内部の
樹脂温度は均一な樹脂塗膜が形成されるように各々の樹
脂特性に応じて決められるものである。通常、樹脂温度
は、樹脂の軟化点を以下Ｔｇとすると、〔（Ｔｇ）＋
１〕〜〔（Ｔｇ）＋２００〕℃程度である。樹脂塗膜の
巾は、並列に引き揃えた連続補強繊維の巾と同等以上で
あればよく、下ベルト上の樹脂塗膜の厚みは連続繊維の
厚みに対応した適当な厚みに調節される。この厚みは最
終的に得られた繊維補強熱可塑性樹脂シート中の樹脂含
有量の設定目標値（２０〜８０重量％）によって実験的
に求められる値である。樹脂塗膜の厚みは１０〜１００
０μｍが好ましく、より好ましくは２０〜２００μｍで
ある。樹脂塗膜の厚み精度は、上記設定厚みに対し±１
０％が好ましく、更に好ましくは±５％以内である。

【００２１】かくして、連続繊維シートは樹脂塗膜を付
与された、熱溶融含浸部の例えばベルトを介してロール
に圧接され、連続繊維に樹脂の含浸が行われる軟化点以上の温度で樹脂を含浸した繊維シートは、
〔（Ｔｇ）−１〕〜〔（Ｔｇ）−１５０〕℃の温度の一
対の冷却ロールで挟持、圧接されて軟化点未満の温度に
冷却される。従来、繊維補強熱可塑性樹脂シートの走行
速度が高速になるほど該シートの冷却は後工程のガイド
ロールによっても行われるようになるので、該シートの
表面又は裏面の偏った冷却が進行し、反りを生じ易くな
る。更に、シートにおけるガラス繊維と樹脂の状態は、
シートの断面形状でいえば、中心部にガラス繊維が集ま
り表層部に樹脂が多くなる。一般に、ガラス繊維と樹脂
の線膨張率が著しく異なる場合は、反りが生じ易い。ま
た、ガラス繊維が多い中心層が樹脂の多い表層部より薄
くなる程、反りが大きくなる。本発明は、この現象をラ
イン速度０．５〜１００ｍ／分の高速下でも以下に記載
する方法で解決するものである。

【００２２】本発明の方法を図面を用いて説明する。
〔図１〕は、熱溶融含浸部、一対の冷却ロール及びガイ
ドロールの配置関係の一例を示す、ロール軸と直交する
面の断面図である。熱可塑性樹脂１と補強繊維２は熱溶
融含浸部３に供給され、溶融した熱可塑性樹脂を含浸し
た繊維シート４となる。繊維シート４は、冷却ロール５
及び６からなる一対の冷却ロールによって挟持、圧接さ
れて冷却、賦形され、繊維補強熱可塑性樹脂シート７と
なり、ガイドロール８の表面に沿って湾曲して冷却ロー
ル６が設置された方向に曲げられて次工程に搬送され
る。

【００２３】本発明では、一対の冷却ロールの設置方法
に特徴がある。〔図１〕に記載した例では、一対の冷却
ロールの内、繊維補強熱可塑性樹脂シート７がガイドロ
ール８の表面に沿って湾曲して曲げられる側に設置され
る冷却ロール６が、繊維補強熱可塑性樹脂シート７の走
行方向と逆方向、すなわち、冷却ロール６と熱溶融含浸
部３との距離が短くなる方向にずらして設置される。繊
維補強熱可塑性樹脂シート７がガイドロール８の表面に
沿って湾曲して曲げられる方向が、〔図１〕の例と逆方
向の場合は、冷却ロール５が繊維補強熱可塑性樹脂シー
ト７の走行方向と逆方向、すなわち、冷却ロール５と熱
溶融含浸部３との距離が短くなる方向にずらして設置さ
れる。

【００２４】本発明は、上記のように繊維補強熱可塑性
樹脂シート７がガイドロール８の表面に沿って湾曲して
曲げられる方向に応じて、冷却ロール５または６の内、
いずれか一方が繊維補強熱可塑性樹脂シート７の走行方
向と逆方向に特定の距離だけずらして設置されることに
特徴がある。

【００２５】かかる構成を採用する本発明では、溶融樹
脂の冷却が進行する中で、樹脂がその軟化点近傍の温度
において形成した形状を最も保持し続け易いことを利用
するものである。熱溶融含浸工程において、軟化点以上
に加熱、溶融された該シート中の樹脂はその後、最初に
触れる冷却ロール５又は冷却ロール６により、上下両冷
却ロールとの圧接地点までの間に一方の冷却ロールによ
り軟化点以上のある温度まで冷却され、その後、両ロー
ルとの圧接点から冷却ロール５又は冷却ロール６に巻か
れ、樹脂の軟化点未満の温度まで冷却される。該シート
は両冷却ロールとの圧接点から冷却ロール５又は冷却ロ
ール６に巻かれたときの反り形状を保持し易いこととな
る。

【００２６】先ず、該シートが冷却ロールに最初に触れ
る冷却ロール５又は冷却ロール６によって、両冷却ロー
ルによる圧接点までの間で軟化点未満の温度まで冷却さ
れてしまうと、繊維間へ溶融樹脂が十分に行き渡らず両
冷却ロール５、６による圧接時に該シートの表面成形性
が悪くなる。かくして、冷却ロール５、６の軸を上記の
ように特定の距離だけ該シートの走行方向と逆方向にず
らすことで、冷却ロール部に続くガイドロール８によっ
て与えられる反りを打ち消すように該シートに逆方向の
反りを付与して最終製品の反り率をほぼ０％に調節する
ことが可能である。このずらし距離は１〜２０ｍｍの範
囲にあることが好ましい。

【００２７】一対の冷却ロールの設置位置を上記範囲の
距離でずらすことは既設の設備であっても容易に実施で
きるので、広範な装置に対応できる。従って、本発明
は、反りがなく、平板性の良好な繊維補強熱可塑性樹脂
シートの製造方法として、極めて有用である。

【００２８】

【実施例】以下、実施例を示して、本発明についてさら
に詳細に説明する。尚、実施例に示した繊維補強熱可塑
性樹脂シートの反り率は、下記方法により測定した値で
ある。（１）反り率（％）ＪＩＳＫ−６９１１に規定される方法に基づき測定す
る。試料は、一辺の長さが６５０ｍｍの正方形の試験片
を用いる。データに付した符号は、冷却部から繰り出さ
れるシートの端が上から見て中央部より跳ね上がってい
るときを（＋）とする。（２）製品内樹脂量（重量％）ＪＩＳＫ−７０５２に規定される方法に基づき測定す
る。試料片は１０ｇとし、３回の測定値の平均値を製品
内樹脂量とする。

【００２９】実施例１〔図１〕に示した装置の各部の仕様が、冷却ロール５及
び６の巾８００ｍｍ、径２００ｍｍφ、それに続くガイ
ドロール８の巾８００ｍｍ、径２００ｍｍφであるもの
を用いた。熱可塑性樹脂としてポリプロピレン〔三井東
圧化学（株）製、商品名：ノーブレン、２５０℃におけ
る粘度：約１，０００ポイズ〕を用い、連続補強繊維と
してガラス繊維〔日東紡（株）製、商品名：ロービング
ＲＳ〕を用いた。１００個のロービングから繰り出され
た連続ガラス繊維を整列させて５００ｍｍ巾の繊維シー
トとし、それに押出機のダイからシート状に吐出させた
１７５℃の溶融ポリプロピレンを熱溶融含浸部にて含浸
させた。熱溶融含浸部から繰り出された２２０℃のガラ
ス繊維補強ポリプロピレンシートは、７０℃に保った一
対の冷却ロール５及び６間を通し、１１０℃に冷却され
た。その際、冷却ロール５及び６のずらし巾は＋３ｍｍ
（冷却ロール６を冷却ロール５より３ｍｍ熱溶融含浸部
の方向にずらした）とした。ここでいうずらし巾（＋）
とは、冷却ロール５（上ロール）に対して冷却ロール６
（下ロール）軸がガラス繊維補強ポリプロピレンシート
の走行方向と逆方向にどれだけずれているかで示し、冷
却ロール６（下ロール）が冷却ロール５（上ロール）よ
り熱溶融含浸部にどれだけ近いかを示す。その後、ガイ
ドロール８を通過させ３０ｍ／分の速度で巻き取った。
得られたガラス繊維補強ポリプロピレンシートは、樹脂
量が３２重量％で厚み０．１３ｍｍであり、ＪＩＳＫ
−６９１１に基づく反り率は０％であった。主な製造条
件及び得られた結果を〔表１〕に示す。

【００３０】実施例２〜１０、比較例１〜４用いた熱可塑性樹脂及び補強繊維、冷却ロール温度、冷
却ロールのずらし巾等の主な製造条件を〔表１〕に示す
如く変化させた以外、実施例１と同様にして繊維補強熱
可塑性樹脂シートを製造した。主な製造条件及び得られ
た結果を〔表１〕に示す。尚、〔表１〕に記載したＰＰ
はポリプロピレン〔三井東圧化学（株）製、商品名：ノ
ーブレン、２５０℃における粘度：約１，０００ポイ
ズ〕、ＰＡはポリアミド〔東洋紡（株）製、商品名：東
洋紡ナイロン〕、ＬＤＰＥは低密度ポリエチレン〔三井
石油化学工業（株）製、商品名：ミラソン〕、ＰＳはポ
リスチレン〔三井東圧化学（株）製、商品名：トーポレ
ックス〕、ＰＩはポリイミド〔三井東圧化学（株）製、
商品名：オーラム〕、ＰＣはポリカーボネート〔出光石
油化学（株）、商品名：タフライト〕、ＰＥＥＫはポリ
エーテルエーテルケトン（ビクトレックス社製、商品
名：ビクトレックスＰＥＥＫ）、ＧＦはガラス繊維〔日
東紡（株）製、商品名：ロービングＲＳ〕、ＣＦは炭素
繊維〔（株）東レ製、商品名：トレカ〕を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】本発明の方法により、熱可塑性樹脂の軟
化点以上の温度に加熱された繊維補強熱可塑性樹脂シー
トを冷却する際に、一対の冷却ロールの内、ガイドロー
ルにより繊維補強熱可塑性樹脂シートが曲げられる側に
設置された冷却ロールがシートの走行方向における負方
向に特定の距離だけずらして設置された一対の冷却ロー
ルを用いて、冷却・賦形することにより、反りがなく、
平板性が良好な繊維補強熱可塑性樹脂シートを高速で連
続的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、熱溶融含浸部、一対の冷却ロール及びガイ
ドロールの配置関係の一例を示す、ロール軸と直交する
面の断面図である。

【符号の説明】

１熱可塑性樹脂２連続補強繊維３熱溶融含浸部４溶融可塑性樹脂を含浸した繊維シート５冷却ロール６冷却ロール７繊維補強熱可塑性樹脂シート８ガイドロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚本待世愛知県名古屋市南区丹後通２丁目１番地三井東圧化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂を軟化点以上の温度に加熱
し、それを一方向に連続した補強繊維に含浸させ、次い
で、一対の冷却ロール５及び６で挟持、圧接して軟化点
未満の温度に冷却した後、ガイドロールに導く繊維補強
熱可塑性樹脂シートの製造方法であって、一対の冷却ロ
ールの内、ガイドロールの表面に沿って繊維補強熱可塑
性樹脂シートが湾曲する側の冷却ロール６が、他の冷却
ロール５との軸間距離において繊維補強熱可塑性樹脂シ
ートの走行方向と逆方向に、１〜２０ｍｍの距離だけず
らして設置されていることを特徴とする繊維補強熱可塑
性樹脂シートの製造方法。
【請求項２】ライン速度が０．５〜１００ｍ／分であ
ることを特徴とする請求項１記載の繊維補強熱可塑性樹
脂シートの製造方法。