JP2000238142A - 強化繊維入り成形用材料およびそれを用いた成形体の製造方法並びに安全靴先芯 - Google Patents

強化繊維入り成形用材料およびそれを用いた成形体の製造方法並びに安全靴先芯

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嘉治 田中
Takahito Takizawa
孝人 滝沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で強度の高い成形体を歩留りよく成形す
ることができる成形用材料並びに成形方法を提供する。 【解決手段】 強化繊維１の束を樹脂層２で均一に被覆
してなり、少なくとも長さ方向の２面が平坦面３である
短長形をした強化繊維入り成形用材料、および該成形用
材料の一定量を加熱して仮成形し、該仮成形した材料を
成形型内に入れて、加熱、加圧成形する方法であり、安
全靴先芯のような軽量で強度高い成形品を歩留まりよく
提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば安全靴先芯
のような強度の高い成形体を提供するための強化繊維入
り成形用材料およびそれを用いた成形体の製造方法並び
に安全靴先芯に関する。
【０００２】
【従来の技術】合成樹脂成形品の強化繊維として用いら
れるガラス繊維には短繊維と長繊維があり、長繊維を用
いた成形品の場合には繊維が合成樹脂マトリックス中に
バラバラな方向に分散しているランダムマット状、長繊
維が織成されているクロスマット状あるいは長繊維が一
方向に揃っている一方向マット状の成形品がそれぞれ知
られている。
【０００３】これ等の成形品のうち、短繊維や、長繊維
のランダムマット状のものは衝撃強度が弱いので例えば
安全靴の先芯として要求されるＪＩＳ規格の条件を満足
しない。一方長繊維のクロスマット状や一方向マット状
の成形品は、流動性が悪いので成形性に問題があり、仮
に、成形しても二次加工しないと製品が出来ない場合が
あるので製造原価が高くなるという問題があった。
【０００４】例えば、ＪＩＳ規格に認定使用されている
樹脂製安全靴先芯用材料は図９の断面の説明図に示すよ
うに、中心部にクロス層２１が２層、表面に成形性と流
動性を向上させるためのランダム層（スキン層）２２を
もつ一体構造になっている。 （ｉ）この靴先芯にはＬ級（軽作業用）：圧迫強度−４
５９ｋｇ以上、Ｓ級（普通作業用）：圧迫強度−１，０
２０ｋｇ以上、Ｈ級（重作業用）：圧迫強度１，５３１
ｋｇがある。樹脂製先芯を製作する時にＬ級の場合：ク
ロス層が２〜３枚、Ｓ級の場合：クロス層が４〜８枚入
ったものを使い分ける必要があり、当然クロスが多く入
ったＳ級のものは材料自身の剛性が向上するが金型への
挿入性が悪くなり、成形性、流動性はＬ級より劣り不良
率も高い。
【０００５】（ii）先芯材料はＬ級、Ｓ級各々別の級に
なりＬ級よりＳ級の方が強化層のクロス数が多くなるか
ら、当然原価も高くなる。 （iii）材料のマトリックス（母材）として強化繊維と
の密着性の良いポリアミドを使用し、強化繊維含有率が
４８〜５４％と多く、しかもポリアミド自身の吸水性
や、成形時に金型へ充填する材料の原反を正確にセット
しないと、スキン層がコア層に対して流動のバランスが
崩れて成形品にウェルドが発生して、先芯の強度が低下
する。これは吸水性による強度低下と成形品の強度の不
均一になって現われる。
【０００６】又、シート材料を成形品の形状によりその
都度各々の寸法にカットする必要があり、カット後のシ
ート材料を遠赤外線加熱炉で溶融軟化後、金型に投入す
る場合、型形状に沿うように機械で投入しなければなら
ないので、作業性や歩留りの低下や工程管理上作業が繁
雑になる傾向にあった。そして、強化繊維に樹脂が良く
含浸していることもあって、剛性があるものの、耐屈曲
性が非含浸又は半含浸のものより劣る問題点があった。
【０００７】その後シートをカットして成形する寸法の
問題点を解決するため、特定の方向に並んだ強化繊維を
含有する複合成形材料を所定の形状に切断し、これを平
面状に集成、加熱、加圧して成形する方法を開発した。
しかしこの方法でも最初から樹脂が強化繊維に含浸して
いるので、製品の耐屈曲性の問題は残り、又、耐圧迫や
耐衝撃クッション性を変えることができない。又、前記
複合成形材料は円筒状で長さが１１ｍｍ程度と長い。こ
のような形態のものは計量して集積した場合に、ランダ
ム方向に重なりにくく同一方向に配行する傾向にあり、
成形品の物性は繊維方向に強いが繊維方向からみた９０
°の方向には弱くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、製
作が容易で、しかも耐屈曲性に優れた強化繊維入り成形
体を提供することを目的とし、又、強度に優れた安全靴
先芯を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、特許請求の範囲に記載した下記のと
おりである。
【００１０】（１）強化繊維の束を樹脂層で均一に被覆
してなり、少なくとも長さ方向の２面が平坦面である短
長形をしたことを特徴とする強化繊維入り成形用材料。 （２）長さ３〜５０ｍｍ、幅１〜４０ｍｍ、厚さ０．１
〜１０ｍｍである前記（１）記載の強化繊維入り成形用
材料。
【００１１】（３）強化繊維の含有率が４５〜８０ｗｔ
％である請求項１記載の強化繊維入り成形用材料。 （４）樹脂がポリアミド、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポ
リエチレンテレフタレートから選ばれた熱可塑性樹脂で
あり、強化繊維がガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊
維、金属繊維の中から選ばれた繊維である前記（１）記
載の強化繊維入り成形用材料。
【００１２】（５）強化繊維の束を樹脂層で均一に被覆
してなり、少なくとも長さ方向の２面が平坦面である短
長形のペレット材料の一定量を仮成形し、該仮成形した
材料を成形型内に入れて、加熱、加圧成形することを特
徴とする強化繊維入り成形体の製造方法。 （６）強化繊維の束を樹脂層で均一に被覆してなり、少
なくとも長さ方向の２面が平坦面である短長形の成形用
材料を集成固化してなる安全靴先芯。
【００１３】本発明の強化繊維入り成形用材料Ｍの一例
を図１ないし図３に示す。強化繊維１の束を樹脂層２で
均一に被覆したもので、全体は扁平な形状をした短長形
であり、上下に平坦面３，３を有している。強化繊維１
の束は長繊維を平行に束ねたものでよく、一部撚りをか
けたものでもよい。
【００１４】この場合、樹脂層２の形成は、射出、コー
ティング、フィルム被覆のいずれでもよい。又、ｌ＝３
〜５０ｍｍ、ｗ＝１〜４０ｍｍ、ｔ＝０．１〜１０ｍｍ
が良く、強化繊維の含有量は４５〜８０ｗｔ％が良い。
【００１５】図４は他の例で外形は角柱状に近い形状を
したものである。この場合は平坦面４は４面となってい
る。そして、円形の強化繊維１の束に射出にて樹脂層２
を形成している。この場合のｌ，ｗ，ｔの価及び強化繊
維の含有量は図１〜３の場合に準ずる。その他、長さ方
向に平坦面が少なくとも２面以上ある形状であればよ
い。平坦面が少なくとも２面以上とするのは、もし一面
のみの平坦面である場合には、成形の際に型内に成形用
材料Ｍを次々に落下させると、先に落下している成形用
材料の上に、次に落下する成形用材料の非平坦面部が当
った場合に、安定が悪く、ずれ落ちる傾向が強くなり、
結果的に、先の成形用材料Ｍと後の成形用材料Ｍとの繊
維方向が揃うこととなる。一方、平坦面が２面以上ある
と、後から落下する成形用材料Ｍの平坦面のいずれか
が、先の成形用材料Ｍ上にずれ落ちることなく、落下し
たままの角度をもって積重なる傾向が強くなる。したが
って、そのまま、加熱、押圧成形すると、繊維の絡合状
態が均一となって、成形品の強度が増大する。
【００１６】樹脂層２としては、ポリアミド（ナイロン
６、ナイロン６６、ナイロン１２）、ポリプロピレン
（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテ
レフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド
（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可
塑性樹脂及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）と
ポリカーボネート（ＰＣ）とのポリマーアロイ等を挙げ
ることができるが、中でもポリアミド（ナイロン６）、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートが
粘度が低く成形しやすいので好ましく用いられる。
【００１７】強化繊維１としては、ガラス繊維（Ｇ
Ｆ）、カーボン繊維（ＣＦ）、アラミド繊維、金属繊維
（スチール繊維、ステンレス繊維）が好適に用いられ
る。次に製造方法について具体的に述べる。
【００１８】典型的には、本発明の成形用材料を用い、
これを（イ）計量、（ロ）加熱加圧、（ハ）金型投入、
（ニ）成形、（ホ）二次加工、（ヘ）完成の順で成形す
る。まず第一の方法は、図５に示すように、加熱体５を
付設した圧縮型６内に計量した成形用材料Ｍを集積し、
シリンダ７を圧下して、加熱、加圧して仮成形する。仮
成形した集合体８を図６に示すように、エジェクタ９に
よって、圧縮型６外に取出す。ついで、図７に示すよう
に、上型１０、下型１１よりなる成形型１２の下型１１
の成形部１３内に上記集合体８を投入し、これを上型１
０をもって所定の形状に押圧成形する。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例として、安
全靴の先芯用の複合材料の製造を強化繊維としてガラス
繊維を用い、樹脂層としてポリアミド（ナイロン６）を
用いた例について説明する。
【００２０】ガラス繊維の長繊維を幅約１．９ｍｍ、厚
さ約０．４ｍｍの偏平状に束ねて連続的に引出し、表面
にポリアミド樹脂（ナイロン６）層を幅約２〜３ｍｍ、
約０．５〜１．２ｍｍの厚さに均一にコーティングす
る。これを長さ約１ｉｎｃｈ（２５．４ｍｍ）に切断し
て成形用材料とする。この時のガラス繊維含有率は５０
ｗｔ％である。
【００２１】得られた成形用材料を図５に示すように圧
縮型６内に計量して集積し、加熱体５で加熱してシリン
ダ７を圧下し、樹脂層を融着して仮成形した集合体８を
つくる。これを図６に示すように型外に排出し、ついで
図７に示すように成形型１２の下型１１の成形部１３内
に上記集合体８を投入し、上型１０を押下して所定形状
の安全靴先芯を得た。
【００２２】比較例１として、直径約２ｍｍの断面円形
で長さ１１ｍｍのガラス繊維の含有率が５０ｗｔ％の樹
脂浸透型成形材料を用いて実施例と同様に成形して、安
全靴先芯とした。
【００２３】又、比較例２として、ガラス繊維を織成し
た布にポリアミド樹脂を含浸させた板を長さ約１ｉｎｃ
ｈ（２５．４ｍｍ）の小片に切断したガラス含有率が約
５０ｗｔ％の成形用材料を集成して加熱加圧して安全靴
先芯とした。上記、実施例並びに比較例１，２で成形し
た先芯の強度データを表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】上記表１のデータから判るように、実施例
の場合は強化繊維の含有量の比較的少ないＬ級に近い材
料（含有量５０ｗｔ％）を用いながら、Ｓ級先芯のＪＩ
Ｓ基準並びにそれより上の社内基準をクリアしている。
一方、比較例１の場合は、最小の圧迫強度がＪＩＳ基準
を下廻り、平均では社内的に規定した社内基準を下廻っ
ている。比較例２の場合は、最小圧迫強度が社内基準を
下廻っている。
【００２６】一方、強化繊維の含有量が多いＳ級用材量
で成形すると、強度は十分満足した値を示すが、先芯は
強化繊維の含有率が６５ｗｔ％と多いので重くなり、軽
量化が十分に行えないこととなる。逆に本発明は強化繊
維の含有量が比較的少ないＬ級材料に近い材料でＳ級先
芯を成形することができ強度を満足するとともにより一
層軽くなる。
【００２７】図８には成形時の加熱温度と加熱時間、加
圧力によって被覆された樹脂層の樹脂分が強化材料の束
のすき間等に含浸するが、この場合のガラス繊維中の樹
脂分の含浸率と成形された靴先芯との関係を調べたもの
で、その変化に応じた先芯単体の２２ｍｍ隙間時の圧迫
強度（○で表示、ｋｇ）と衝撃試験時の先芯の高さ（△
で表示、ｍｍ）の関係をグラフで示した。このグラフか
ら、成形時において、強化繊維の束内への樹脂の含浸率
が８０％を超えると高い圧迫強度を示すが甲部分に破壊
が生じ、又、４０％未満では強度不足になるので、成形
後に強化繊維の束内へ含浸する適正な含浸率の範囲は実
施例の場合４０〜８０％であり、成形においては、この
点を充分に注意する必要がある。なお、前記において、
残りの２０〜６０％樹脂分は、樹脂層として残っている
ものを指す。例えば、本実施例は前記ガラス繊維含有率
５０ｗｔ％の成形用材料を用いているが、含浸率５０％
の場合、樹脂（ナイロン６）が５０ｗｔ％であり、２５
ｗｔ％がガラス繊維の束内に含浸し、残りの２５ｗｔ％
がガラス繊維束を被覆する樹脂層の形態を維持している
こととなる。
【００２８】
【発明の効果】本発明の成形材料は、計量がし易く、成
形に用いた場合に、製品の大きさに合せやすく、バリ取
り等の２次加工を最小限にすることができて材料の歩留
りが向上する。又、偏平面が２面以上あるので、型内に
落下して集積する場合に落下したままの位置にとどまる
率が高く、強化繊維の方向が揃うことが少ないので製品
内における強化繊維の絡合が十分となり、強度が向上す
る。強化繊維が束になって樹脂被覆の中に存在するの
で、組成のバラツキが少なく、又、強化繊維の破損が少
ない。又、製造方法の発明では、前述の本発明の成形用
材料特性を利用して、軽量で強度の高い製品を得ること
ができると共に、加熱、加圧時の温度と時間を制御する
ことによって、強化繊維間への樹脂の含浸率を変化さ
せ、安全靴の先芯でいえば、強化繊維の含有量の比較的
少ないＬ級の材料を用いてＳ級に近い強度までの製品を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形用材料の一例の斜視図である。
【図２】図１の長さ方向断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の成形用材料の他の例の斜視図である。
【図５】本発明の製造方法に用いる圧縮型の一例を示す
断面図である。
【図６】集合体を圧縮型より排出する状態を示す断面図
である。
【図７】成形型の一例を示す断面図である。
【図８】本発明において樹脂の含浸率と強度との関係を
示すグラフである。
【図９】ＪＩＳ規格に認定されている先芯用材料の断面
説明図である。
【符号の説明】
１ 強化繊維 ２ 樹脂層 ３ 平坦面 ４ 平坦面 ５ 加熱体 ６ 圧縮型 ７ シリンダ ８ 集合体 ９ エジェクタ １０ 上型 １１ 下型 １２ 成形型 １３ 成形部
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F050 AA01 AA06 BC01 BC03 BC47 BF12 HA22 HA37 HA59 HA63 HA71 JA23 4F100 AB01A AD11A AG00A AK01B AK07B AK42B AK46B AK47A AK57B BA02 CA23A DD31 DG01A DG04A DH01 GB71 JB16B JK01 JL02 JL03 4F205 AA29 AD04 AD16 AG03 AH67 HA08 HA14 HA25 HA34 HA37 HA43 HB01 HC02 HC16 HF01 HF24 HG03 HK03 HK04 HK16 HK31 HL17 HL25 HT03 HT13 HT23 HT26

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 強化繊維の束を樹脂層で均一に被覆して
    なり、少なくとも長さ方向の２面が平坦面である短長形
    をしたことを特徴とする強化繊維入り成形用材料。
  2. 【請求項２】 長さ３〜５０ｍｍ、幅１〜４０ｍｍ、厚
    さ０．１〜１０ｍｍである請求項１記載の強化繊維入り
    成形用材料。
  3. 【請求項３】 強化繊維の含有率が４５〜８０ｗｔ％で
    ある請求項１記載の強化繊維入り成形用材料。
  4. 【請求項４】 樹脂がポリアミド、ポリブチレンテレフ
    タレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレ
    ン、ポリエチレンテレフタレートから選ばれた熱可塑性
    樹脂であり、強化繊維がガラス繊維、炭素繊維、アラミ
    ド繊維、金属繊維の中から選ばれた繊維である請求項１
    記載の強化繊維入り成形用材料。
  5. 【請求項５】 強化繊維の束を樹脂層で均一に被覆して
    なり、少なくとも長さ方向の２面が平坦面である短長形
    の成形用材料の一定量を仮成形し、該仮成形した材料を
    成形型内に入れて、加熱、加圧成形することを特徴とす
    る強化繊維入り成形体の製造方法。
  6. 【請求項６】 強化繊維の束を樹脂層で均一に被覆して
    なり、少なくとも長さ方向の２面が平坦面である短長形
    の成形用材料を集成固化してなる安全靴先芯。
JP11043769A 1999-02-22 1999-02-22 強化繊維入り成形用材料およびそれを用いた成形体の製造方法並びに安全靴先芯 Pending JP2000238142A (ja)

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