JP2001105431A - シートモールディングコンパウンド - Google Patents
シートモールディングコンパウンドInfo
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Abstract
がなく、かつ強化材の含有率がSMCの幅方向において
実質的に均一であり、クラックなどの欠陥が生じること
なく優れた強度と強度の均一性を有する成形品を与える
SMCを提供すること。 【解決手段】 熱硬化性樹脂組成物にガラス繊維を強化
材として配合し、増粘してなるSMCにおいて、SMC
の全幅にわたってガラス長繊維または連続ガラス繊維が
無方向に分散され、かつSMCの全幅をXmmとした場
合、幅方向の両端部分には、該端縁から内側へ0.05
×Xmm〜0.3×Xmmまでの範囲の幅で、ガラス短
繊維が分散されていることを特徴とするSMC。
Description
く、かつ強度の均一性に優れたシートモールディングコ
ンパウンド(以下、SMCと称する)に関する。
に、長さが通常は80mm以下、最も多くの場合は長さ
が25mm前後である比較的短いガラス繊維切断物、即
ちガラスチョップドストランド(以下、CSと称する)
を強化材として含有させ、増粘してなるシート状の成形
材料で、所望の大きさに裁断してプレス成形機の金型に
入れて加圧および加熱するだけで成形品が得られるもの
である。
を成形して得た成形品の場合、特に水タンクパネル、ケ
ーシング、自動車部品、ハウジングなどに代表される構
造部材として適用するには、成形品の強度が不十分であ
るので、このような用途においてでも適用可能な十分な
強度を有する成形品を得るために、長さが比較的長いガ
ラス長繊維または連続ガラス繊維を強化材として用いた
SMC(以下、L−SMCと称する)が知られている。
は、強化材としての長さが500〜4000mmのガラ
ス繊維を渦状無方向に分散させたL−SMCが開示され
ており、特開平5−301221号公報には、強化材と
しての連続ガラス繊維を無方向に分散させたL−SMC
が開示されている。
長いガラス長繊維または連続ガラス繊維との両者を併用
したL−SMCも知られており、例えば、特開昭59−
24726号公報には、長さ80mm以上(好ましくは
120〜2000mm)の比較的長いガラス長繊維と長
さ10〜50mmのCSとを強化材として併用したL−
SMCが開示されており、特開平5−301220号公
報には、連続ガラス繊維と長さ12〜50mmのCSと
を強化材として併用したL−SMCが開示されている。
Cは、一般的に次のような方法によって連続的に製造さ
れている(図1参照)。即ち、2枚の熱可塑性樹脂フィ
ルムの一方に熱硬化性樹脂組成物を塗布して樹脂層を形
成させ、その樹脂層の上に強化材であるガラス繊維を散
布して強化材層を形成させる。また、他方の熱可塑性樹
脂フィルムにも熱硬化性樹脂組成物を塗布して樹脂層を
形成させた後、二つの樹脂層で強化材層がサンドイッチ
されるように両者を重ね合わせる。続いて、これをロー
ルプレス装置やベルトプレス装置を用いて狭圧して熱硬
化性樹脂組成物を強化材に含浸させ、所定量を巻き取る
か、折り畳むかしてから包装した後、所定時間の熟成を
経て熱硬化性樹脂組成物を増粘させてSMCとする。
としてのCSを用いたSMCの場合には、ガラス繊維の
長さが比較的短いので、樹脂層の上にCSを散布する量
がSMCの全幅にわたって均一になるように制御しやす
い。しかし、L−SMCの場合にはガラス繊維の長さが
長いので、幅方向の両端部分においては、樹脂層の端縁
と強化材層の端縁とを一致させて、強化材の含有率を幅
方向の中央部分と一致させるように制御することが難し
い。故に、樹脂層の端縁から強化材がはみ出してしまっ
たり、逆に、強化材の散布量が少なくなってL−SMC
の両端部分に熱硬化性樹脂組成物の比率が高い(強化材
の含有率が低い)部分が生じる場合が多かった。後者の
場合に具体的には、図4に示すように、L−SMCの幅
を1000mmとした場合、その幅の両端から内側へ2
00mm前後までの範囲の幅において、中心側から両端
に向かって強化材の含有率が、幅方向の中央部分の正規
の値から次第に低下していく傾向にあった。
み出してしまったL−SMCでは、成形に際して強化材
がはみ出した部分を切除してから成形する必要があるた
め、作業が煩雑であるとともに、製品の歩留まりが低く
なるという問題があった。一方、両端部分に強化材の含
有率が低い部分が生じたL−SMCでは、成形して得た
成形品の末端(周縁部分)に微細なクラック(ヘアーク
ラック)が発生し、成形品の強度や外観が損なわれると
いう問題があった。
(厚さ)を小さくすれば、幅方向の中央部分と両端部分
との強化材含有率の差も小さくなる(含有率の低下の度
合いが小さくなる)ので、成形品のヘアーラックの発生
を抑えることができる。しかしながら、L−SMCの単
位面積重量を小さくすると、成形する際に金型へより多
くの枚数のL−SMCを装入しなければならず、成形時
の作業性や生産性を著しく損ねるという問題が生じてし
まう。
的長いガラス長繊維または連続ガラス繊維との両者を併
用したL−SMCであっても、上記と同様の問題が避け
られない。また、両端部分において低くなっている強化
材(ガラス繊維)の含有率を中央部分での正規の強化材
の含有率と同じ値にしようとして、L−SMCの全幅に
わたってCSの散布量を増やすと、中央部分においては
強化材含有率が高くなり過ぎて、樹脂組成物がガラス繊
維に含浸し難くなって、得られる成形品の強度が低下し
たり、外観が悪くなったりするという問題もあった。
Cにおいて、ガラス繊維への樹脂組成物の含浸度合いを
高めるために、強化材(ガラス繊維)の含有率を全体的
に下げることも考えられるが、この場合には、得られる
成形品の機械的強度が低下してしまうので、現実的な対
策にはなり得ない。従って、本発明の目的は、SMCに
おいて、強化材の幅方向のはみ出しがなく、かつ強化材
の含有率がSMCの幅方向において全体的に実質的に同
一であり、クラックなどの欠陥が生じることなく優れた
強度と強度の均一性を有する成形品を与えるSMCを提
供することである。
組成物にガラス繊維を強化材として配合し、増粘してな
るSMCにおいて、SMCの全幅にわたってガラス長繊
維または連続ガラス繊維が無方向に分散され、かつSM
Cの全幅をXmmとした場合、幅方向の両端部分には、
該端縁から内側へ0.05×Xmm〜0.3×Xmmま
での範囲の幅で、ガラス短繊維が分散されていることを
特徴とするSMCを提供する。
本発明を詳細に説明する。本発明のSMCは、図1のA
部の幅方向の拡大断面図である図2に示されるように、
上下の樹脂層の間に、強化材であるガラス長繊維または
連続ガラス繊維22およびガラス短繊維21がサンドイ
ッチ構造状に包含されている。また、図1のB部の拡大
平面図である図3に示すように、ガラス長繊維または連
続ガラス繊維32が、SMCの全幅にわたって無方向に
分散しており、かつ幅方向両端部にはガラス短繊維31
が分散され、SMCの幅全体にわたってガラス繊維の含
有率が実質的に同一になるようにされている。
るように、SMCの幅方向の両端部にはガラス長繊維ま
たは連続ガラス繊維が存在しないように描かれている
が、実際には、ガラス長繊維または連続ガラス繊維は、
これらの繊維がSMCの両端縁からはみ出さないように
分散されているので、SMCの両端部にはある程度の含
有率でガラス長繊維または連続ガラス繊維が存在してい
る。
は、SMCを成形し、本発明の目的が達成される範囲で
あれば、ガラス繊維の含有率に差があっても許容される
ことを意味し、具体的には両端部分のガラス繊維の総含
有率は「中央部分のガラス繊維の含有率±15重量%、
好ましくは±10重量%」の範囲である。例えば、SM
Cの幅方向中央部分のガラス繊維の含有率が40重量%
であれば、SMCの両端部分のガラス繊維の総含有率が
25〜55重量%、好ましくは30〜50重量%になる
ようにすればよい。ここで、両端部分のガラス繊維の
「総含有率」とは、ガラス長繊維または連続ガラス繊維
と、ガラス短繊維との両者を合わせた含有率のことであ
る。
て本発明をさらに詳しく説明する。本発明で使用する熱
硬化性樹脂組成物とは、熱硬化性樹脂に必要に応じて充
填材やその他の添加剤を配合したものであって、従来公
知のSMCに使用されている熱硬化性樹脂組成物と同様
である。例えば、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エ
ポキシ樹脂などが用いられるが、好ましくは不飽和ポリ
エステル樹脂、ビニルエステル樹脂が用いられる。これ
らの熱硬化性樹脂には通常スチレンなどのモノマー成分
が添加されており、さらに必要に応じてポリスチレンな
どの非反応性の熱可塑性樹脂などが添加され、最終的な
組成物はペースト状となっている。
の割合で混合使用されるが、通常の混合比率は、熱硬化
性樹脂100重量部に対して200重量部以下である。
充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化アル
ミニウム、ガラス微粉末、ガラスバルーンなどが用いら
れるが、通常は、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム
が使用される。さらに熱硬化性樹脂組成物中には、必要
に応じて、重合開始剤、離型剤、着色剤、低収縮剤、増
粘剤およびその他の公知の添加剤を適宜含有させること
ができ、これらは常法に従って混合使用される。
維として、フィラメント径が直径で6〜16μmである
フィラメントを多数集束させて得た、番手が500〜5
000g/km(Tex)であるガラス繊維が好ましく
用いられる。すなわち、フィラメント径が6μm未満で
は、ガラス繊維自体の生産性が低く、コスト高となり現
実的でない。また、16μmを超える場合には、フィラ
メントの比表面積が減り、熱硬化性樹脂との接触面積が
少なくなって、成形品の強度が低下する場合がある。
未満の場合、SMCに必要とされるガラス繊維含有率を
得るためには多数のガラス繊維本数が必要となり、ガラ
ス繊維を散布した強化材の層が嵩高なものとなって、熱
硬化性樹脂組成物の含浸がしずらくなり、未含浸部分が
生じ、この部分が加圧成形後、内部剥離を生じる原因に
なることがあるため、成形品の強度に悪影響を及ぼしや
すい。また、番手が5000g/kmを超える場合に
は、ガラス繊維が太すぎて、ガラス繊維のSMC内にお
ける分布が不均一になり易く、この場合も成形品の強度
が不均一となり易い。
すように、上記の如きガラス繊維として長さが異なる2
種のガラス繊維21および31、ならびに22および3
2を用いる。SMC23,33の全幅わたって分散させ
るガラス繊維は、500〜4000mmのガラス長繊維
または連続ガラス繊維(切断されておらず、連続してい
るガラス繊維)である。このガラス長繊維の長さが50
0mm未満であると、このガラス長繊維をSMC内にお
いて無方向に均一に分散させることが難しく、4000
mmを超えると切断装置が大掛かりなものになってしま
って現実的ではない。なお、連続ガラス繊維であれば、
切断装置を用いることなく、連続ガラス繊維を無方向に
均一に分散させることができる。
100mmであり、好ましくは25〜50mmである。
長さが5mm未満の場合には、SMCの両端部分に相当
する成形品の部分の強度が局部的に弱くなる。一方、1
00mmを超えると、樹脂層の端縁と強化材層の端縁と
を一致させるように散布状態を制御することが難しくな
る。
(A)およびガラス短繊維(B)のSMCに対する含有
率は、ガラス繊維全体としてSMC全体の重量を基準に
20〜60重量%であることが好ましく、より好ましく
は25〜40重量%である。ガラス繊維の含有率が、S
MCに対して20重量%未満では、所望の強度の成形品
を得ることができず、60重量%を超えると、SMC製
造時において熱硬化性樹脂組成物のガラス繊維への含浸
が難しく、未含浸部で加圧成形後、成形品の内部剥離を
生ずるなど、成形品に対して強度的に悪影響を及ぼす場
合があり、実際的でない。
繊維全体を100重量部とした場合に、ガラス長繊維ま
たは連続ガラス繊維Aとガラス短繊維Bとの重量比は
A:B=60〜95:40〜5、好ましくは50〜8
0:50〜20であり、前述の通りSMCの全幅にわた
りガラス繊維の含有率を実質的に同一に近づけるように
することが好ましい。散布する幅にもよるが、ガラス長
繊維または連続ガラス繊維Aの比率が高すぎると、得ら
れるSMCの幅方向端縁からガラス長繊維または連続ガ
ラス繊維Aがはみ出したり、中央部のガラス長繊維また
は連続ガラス繊維Aの含有率が高くなり過ぎ、後の加工
が煩雑であったり、また、幅方向端部のガラス繊維含有
率が相対的に低下し、全幅にわたってガラス繊維の含有
率を平均化するのが難しい。一方、ガラス長繊維または
連続ガラス繊維Aの比率が低過ぎると、成形品の強度の
向上が少ない。
Cの全幅をXmm(例えば1000mm)とした場合、
ガラス短繊維Bを配合する幅方向の両端部分の幅Yは、
該端縁から内側へY=0.05×Xmm〜0.3×Xm
m(例えば50〜300mm)までの範囲の幅であり、
好ましくはY=0.15×Xmm〜0.25×Xmmま
での範囲の幅である。幅Yが広すぎる時には、SMCの
幅方向中央部分の周辺にガラス繊維含有率が高くなり過
ぎる部分ができて、樹脂組成物の未含浸部分が生じて、
最終的に得られる成形品の強度が不足したり外観が悪化
し、また、幅Yが狭すぎると、両端部分にガラス繊維含
有率が低い部分ができて、本発明の効果を充分に得るこ
とができない。
0〜1200mmであり、単位面積当たりの重量は2〜
8kg/m2であることが好ましい。このような単位面
積当たりの重量とすることにより、材料の歩留が向上す
るとともに、成形時に成形装置へのSMCのチャージの
自由度が向上し、作業性が向上する
に長さが異なる2種のガラス繊維AおよびBを用いる以
外は、従来公知のSMCの製造装置を一部変更して行な
うことができる。図1は本発明で使用するSMC製造装
置の一例を示す概略図である。本装置では、樹脂タンク
1,3に前述の熱硬化性樹脂組成物2,4を仕込み、樹
脂タンク1,3から供給された樹脂組成物2,4をドク
ターナイフ5,7により熱可塑性樹脂フィルム(例え
ば、ポリエチレンフィルムなど)6,8の内面上に塗布
してフィルム上に樹脂層を形成する。
塗布した樹脂層の上にケーキ9から引き出された連続ガ
ラス繊維10を互いに反対方向に回転する2つのロール
からなるガラス繊維供給装置11によって、樹脂層の両
端縁から連続ガラス繊維12がはみ出さないように無方
向にできるだけ均一に散布させる。この際、連続ガラス
繊維12に代えてガラス長繊維を用いる場合には、ガラ
ス繊維供給装置11をロービングカッター(C部の拡大
変更図参照)に変更し、切断刃13aを有するカッター
ロール13とピンチロール14との組み合わせにより連
続ガラス繊維10を所定の長さに切断して、連続ガラス
繊維12の場合と同様にガラス長繊維を無方向に均一に
散布させればよい。
装置16においてロービングカッター17で切断して得
られたガラス短繊維18を、上記熱可塑性樹脂フィルム
8の樹脂層上の両側端部に所定の幅で散布させ、次いで
上記2枚の熱可塑性樹脂フィルム6,8の樹脂層が形成
された内面同士を重ね合わせ、脱泡・含浸ロール19に
てガラス繊維強化材に樹脂組成物を含浸および混入した
後、巻取ロール20により巻取り、熟成および増粘を行
い、本発明のSMCを得ることができる。なお、ガラス
長繊維または連続ガラス繊維とガラス短繊維を散布およ
び分散させる順番は、上述の順番でも、あるいは逆で
も、同時若しくは交互に2層以上重ねて分散させてもよ
い。
に、熱硬化性樹脂組成物2,4による樹脂層を形成する
方法としては、前述のドクターナイフ5,7による方法
以外にもカーテンコート、シャワーコートおよびスプレ
ーコートなどが使用できる。本発明のSMCの製造にお
いて、ガラス繊維の供給装置11,16に用いる各1対
のロールは、通常のゴム製ロールでもよいが、少なくと
も一方が金属あるいは硬質プラスチック製である方が、
ガラス繊維を滑ることなく引き出す上で好ましく、さら
に好ましくは、金属あるいは硬質プラスチック製ロール
の長手方向に溝または突起を有するものを用いるのがよ
い。
の供給方法としては、この他にも以下の方法が考えられ
る。すなわち、小型の互いに逆方向に回転する各1対の
ロールによって、ガラス繊維を供給しながら、SMC製
造装置の幅方向にこの供給装置を往復させる、あるい
は、この供給装置をSMC製造装置の幅方向に複数個並
べることにより、樹脂層上にガラス繊維を散布させる方
法である。この場合のロールも、少なくとも一方が金属
あるいは硬質プラスチック製であることが、ガラス繊維
を滑ることなく引き出すうえで好ましい。
共にノズルからガラス長繊維または連続ガラス繊維を吹
き出しながら、このノズルをSMC製造装置の幅方向に
往復させるか、あるいはSMC製造装置の幅方向に複数
個のノズルを設けて樹脂組成物にガラス長繊維または連
続ガラス繊維を散布させてよい。
らに具体的に説明する。下記の材料および方法を用い
て、表1に記載のようにそれぞれ製造条件を変えて実施
例および比較例のSMCを得た。
を以下の量比で混合した組成物を使用した。 ・不飽和ポリエステル樹脂(樹脂固形分約60重量%、スチレンモノマー約40 重量%) 78重量部 ・ポリスチレン溶液(ポリスチレン約30重量%、スチレンモノマー約70重量 %) 12重量部 ・顔料 5重量部 ・硬化剤(触媒、TBPB) 1重量部 ・離型剤(ステアリン酸亜鉛) 3重量部 ・充填剤(炭酸カルシウム) 100重量部 ・増粘剤(酸化マグネシウム) 0.6重量部
径:11μm、番手:1084g/kmの連続ガラス繊
維を長さ:1000mmに切断したものを使用し、樹脂
層の両端部からはみ出さないようにして樹脂層の全幅に
わたって散布した。ガラス短繊維としては、フィラメン
ト径:13μm、番手:4800g/kgのガラスロー
ビングを長さ:25mmに切断したものを使用して、樹
脂層の両端部分の端縁から内側へ200mmまでの幅に
散布した。
のポリエチレンフィルム6,8の内面に前記熱硬化性樹
脂組成物2,4による幅1000mm、厚み約1mmの
樹脂層を形成しつつ、フィルム8に形成した樹脂層の全
幅にわたって前記ガラス長繊維を散布し、樹脂層の両端
部分の端縁から内側に向けて200mmの幅に前記ガラ
ス短繊維を散布した。その後は図1に示すように常法に
従って、表1に示す単位面積当たりの重量およびガラス
繊維含有率の本発明のSMCを製造した。
維の散布量を変えた以外は実施例1と同様にして、表1
に示す単位面積当たりの重量およびガラス繊維含有率の
本発明のSMCを製造した。
維の散布を樹脂層の全幅にわたって行なった以外は、実
施例1と同様にして、表1に示す単位面積当たりの重量
およびガラス繊維含有率の比較例のSMCを製造した。
維の散布量を変え、かつガラス短繊維の散布を樹脂層の
全幅にわたって行なった以外は、実施例1と同様にし
て、表1に示す単位面積当たりの重量およびガラス繊維
含有率の比較例のSMCを製造した。 (比較例3)実施例1においてSMCの単位面積当たり
の重量およびガラス長繊維の散布量を変え、かつガラス
短繊維の散布を行なわなかった以外は、実施例1と同様
にして、表1に示す単位面積当たりの重量およびガラス
繊維含有率の比較例のSMCを製造した。
維の散布を行なわなかった以外は、実施例1と同様にし
て、表1に示す単位面積当たりの重量およびガラス繊維
含有率の比較例のSMCを製造した。
のSMCを1000×1000mmに裁断したものを、
実施例1、2、比較例1、2、4では4枚重ね、比較例
3では7枚重ねて、上型=135℃、下型=145℃の
金型へ装入して、成形圧力:100kg/cm2で加熱
加圧成形して評価用のサンプルとした。成形品の形状は
矩形の浅い箱型であり、成形品の厚みは4mmとした。
の含浸度合い) カッターナイフを用いて、各SMCを厚さ方向の中央か
ら引き剥がし、その表面(引き剥がす前は内側だった
面)を目視によって観察し、ガラス繊維への樹脂の含浸
度合いを評価する。ガラス繊維が白く浮き出ている部分
は、樹脂が含浸していない部分なので、そのような部分
がある場合には「×(不良)」、無い場合には「○
(良)」と評価した。 SMCの端部の状態 SMCの端部からガラス繊維がはみ出しているか否かを
確認して、はみ出していない場合には「適正」とした。
場合には「○」と評価し、外観に欠点(膨れ、クラッ
ク、反り、波打ちなど)があったり、成形品の表面に光
沢が無い場合には「×」と評価した。 成形品の端部のクラック 矩形の浅い箱型である成形品の端部(箱型の開口部の外
周部分の縁の周辺)を目視で観察し、微細なクラック
(ヘアークラック)の有無を確認した。 成形品の曲げ強さ JIS K 7055に準拠した方法で測定した。上記
の評価結果を下記表1に示す。
1および2ではガラス含有率30〜40重量%で、含浸
不良のないSMCが得られたが、ガラス繊維の含有率が
両端部では適正であるが、中央部では高い比較例1で
は、SMCに含浸不良があり、成形品に膨れが発生し
た。また、全体的にガラス含有率を下げた比較例2で
は、含浸不良はないが、ガラス含有率が低いために、成
形品の強度が実施例に比べて低く目的の強度が得られな
かった。また、実施例2では良好なSMCが得られた
が、比較例3では、SMCの単位面積重量が低いため
に、端部のガラス含有率の低下が少なく良好なSMCが
得られるが、単位面積重量が低いことが成形作業におい
てSMCのチャージ枚数(プライ数)を増加させざるを
得ず、作業性に劣っている。また、実施例1および2で
は成形品の末端にヘアークラックは発生しなかったが、
比較例1および4では成形品末端にヘアークラックが発
生し、良好な成形品は得られなかった。
いて、強化材の幅方向のはみ出しがなく、かつ強化材の
含有率がSMCの幅方向において実質的に同一であり、
クラックなどの欠陥が生じることなく優れた強度と強度
の均一性を有する成形品を与えるSMCを提供すること
ができる。また、SMC中のガラス繊維の単位面積当た
りの重量を向上させることができるので、成形品の端部
に髪の毛状のヘアークラックが発生することがなく、成
形品に優れた強度を与えることができる。
明する図。
解的に説明する図。
説明する図。
Claims (5)
- 【請求項1】 熱硬化性樹脂組成物にガラス繊維を強化
材として配合し、増粘してなるシートモールディングコ
ンパウンド(SMC)において、SMCの全幅わたって
ガラス長繊維または連続ガラス繊維が無方向に分散さ
れ、かつSMCの全幅をXmmとした場合、幅方向の両
端部分には、該端縁から内側へ0.05×Xmm〜0.
3×Xmmまでの範囲の幅で、ガラス短繊維が分散され
ていることを特徴とするSMC。 - 【請求項2】 ガラス長繊維の長さが500〜4000
mmであり、かつガラス短繊維の長さが5〜100mm
である請求項1に記載のSMC。 - 【請求項3】 上記幅方向の両端部におけるガラス長繊
維または連続ガラス繊維(A)と、ガラス短繊維(B)
とが、A:B=60〜95:40〜5の重量比である請
求項1または2に記載のSMC。 - 【請求項4】 SMCの単位面積当たりの重量が2〜8
kg/m2である請求項1〜3の何れか1項に記載のS
MC。 - 【請求項5】 ガラス繊維の含有率がSMCの全幅にわ
たって実質的に同一である請求項1〜4の何れか1項に
記載のSMC。
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1999
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