JP2697077B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法

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正人 松本
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は自動車外板パネル、自動車用構造材、バッテ
リートレイ等の自動車部品、アクセス・ブロア等の建築
用材料などの工業材料に供する繊維強化熱可塑性樹脂成
形品の製造方法に関する。詳しくは繊維配向等による変
形が著しく少なく、表面外観の良好な繊維強化成形品を
成形と同時に強化する方法で得る成形方法に関する。
(従来の技術) 従来、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を得るにいくつか
の技術が知られ工業的技術として実際に使われている。
代表的な方法は、短繊維強化ペレットを用いて射出成形
等の一般的成形法で繊維強化成形品を製造する方法であ
る。また、ペレット製造時のペレット切断長さとほぼ同
じ長さの中繊維長の繊維で強化された熱可塑性樹脂ペレ
ットを用い、射出成形等で繊維強化成形品を製造する方
法もある。
一方、近年、繊維強化熱可塑性樹脂シートを再加熱
し、プレス成形により製品を得る、いわゆるスタンパブ
ル・シートの技術が注目されている。スタンパブル・シ
ートの技術は強化に用いられる繊維により、2つに大別
される。1つは、数ミリ〜100ミリ長さの単繊維と熱可
塑性樹脂粉末を湿式、又は乾式で混合し、加熱、ロール
プレスを経てスタンパブルシートを製造し、このシート
を予備加熱後、プレスして繊維強化成形品を得る方法で
ある。(例えば特開昭57−28135号公報。)もう一方の
スタンパブルシート技術は、長繊維強化スタンパブル・
シートである。この方法では、編んだ長繊維マットに溶
融した熱可塑性樹脂を押出ラミネーションし、ロール・
プレスを経てスタンパブルシートを製造、このシートを
予備加熱し、プレス成形で繊維強化成形品を製造する。
(従来技術の課題) 従来の技術はそれぞれ固有の技術、経済性の問題点を
有している。繊維強化成形品の製造法として最も一般的
に普及している短繊維強化ペレット法は、成形性、デザ
イン対応性、コスト等は他の技術に比較し優位であるが
繊維強化の最大の目的である機械的強度の向上、特に耐
衝撃強度の点で効果が低いという欠点を有している。こ
の理由は、繊維と樹脂の混合、分散過程、すなわち造粒
時、および成形時の2回の可塑化、混練工程で繊維は著
しく切断されるためである。さらに成形過程で、繊維は
溶融樹脂とともに金型内を流動するために、成形品中に
繊維配向が残り成形品が大きく変形する欠点も有してい
る。又、繊維、特に無機繊維の場合、造粒、成形等で使
用される押出機、射出成形機のスクリュー、シリンダー
部を著しく摩耗させることもコストの点から大きな問題
となる。
一方、中繊維長、強化ペレットの製造工程は特殊な押
出機ヘッドを必要とし、又生産性も短繊維強化ペレット
に比較し低下するため、コストの高い製品となる。さら
に成形品中の繊維配向による変形、スクリュー,シリン
ダー等の摩耗は短繊維ペレットの場合と同様である。
中及び長繊維長の繊維強化スタンパブルシートでは、
成形品中に残留する繊維が、原料として用いられた繊維
の長さをそのまま保つためきわめて高い機械的強度が得
られる。しかしながら中繊維長の単繊維強化スタンパブ
ルシートの技術においては、熱可塑性樹脂原料は粉末で
なければならず、製品は粉砕コストのため割高となる。
さらに抄紙機、ロール・プレス、予熱器など高価で特殊
な設備を要する。成形品内の繊維配向は、成形時に溶融
樹脂と共に一部の繊維が流れるため、繊維強化ペレット
の場合より少ないが、発生し、成形品を変形させること
がある。
長繊維スタンパブルシートの場合、成形時に溶融した
樹脂のみ流動し、繊維が流れないために成形品外周部が
樹脂のみの部分が発生し、強度的に安定しない。又、集
束した繊維を用いるため表面外観の粗いものしか得られ
ない。さらに中繊維長のスタンパブルシートと同様に繊
維織機、押出機、ロール・プレス、予熱機などの高価で
特殊な設備を要する。
(課題を解決するための手段) この様に従来の技術は機械的物性、変形、外観、コス
トなどにそれぞれ問題点を持ち、工業的技術としては十
分なものと言えない。本願発明者らはこれらの問題点を
克服する成形加工技術を開発すべく鋭意研究を進めてき
たがついに以下に述べる工業的にすぐれた、かつ低コス
トの繊維強化熱可塑性樹脂成形品の新しい製造方法を開
発するに至った。すなわち本発明は、少なくとも2枚以
上重ね合わされた多孔性繊維質シートの間に溶融した熱
可塑性樹脂を供給し、樹脂供給圧力および/またはプレ
ス圧力により、繊維質シートの空隙を通し、両側最外層
の多孔性繊維質シートの表面まで溶融樹脂を浸透させ、
成形することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形品
の製造方法である。
本発明においては、複数枚の多孔性繊維シートを置
き、溶融樹脂を繊維質シートの間に供給し、加圧成形す
ると成形品全面が均一に繊維により強化され、繊維が切
断されることがなく、又溶融樹脂が層中央から外表面に
向って流れるため、成形品内に気泡が残らず、きわめて
補強効果の高い成形品が得られる。また成形過程で繊維
が溶融樹脂と共に流動することがないため繊維配向もみ
られず、そのために成形品のそり、変形等がなく、さら
に複数枚重な合わせた多孔性繊維質シートの最外層に不
連続の単繊維シートを用いることにより、工業製品とし
て要求の高い外観がなめらかで美しい樹脂表面を有する
製品を得ることができる。本発明はこの様に従来技術に
ない、成形時に繊維強化のできる画期的な成形技術であ
る。
以下、本発明における成形方法の例を図面を用いて説
明する。
その一例は、第8図に示すように、未閉鎖の金型内に
複数の多孔性繊維質シートを載置し、金型内の供給口を
通じて、溶融樹脂を繊維質シート層間に供給する際、樹
脂が供給される層より供給口側のシートの供給口と同じ
位置に、溶融樹脂が通過するのに十分な大きさの穴をも
うけ、該穴を通じて溶融樹脂を供給しながら、又は供給
終了後、金型を閉じ成形をおこなう方法である。又、閉
鎖した金型に繊維質シートを載置し、該穴を通し溶融樹
脂を供給する方法でも成形することができる。
また、第2図に示すように未閉鎖の金型に、溶融樹脂
が供給される層の一方の側の繊維質シートを載置し、金
型外の供給口から溶融樹脂をシート上に供給し、しかる
後他方の繊維質シートを溶融樹脂上に置き、金型を閉鎖
し、加圧、冷却を行なって繊維強化成形品を得ることも
できる。
他に、第3図に示すように、金型内の溶融樹脂供給口
が複数繊維質シートの層間に位置する、閉鎖又は未閉鎖
の金型を用いても繊維強化成形品を得ることができる。
本発明に用いられる多孔性繊維質シートの材質はガラ
ス繊維、カーボン繊維、ステンレス繊維等の無機繊維、
又、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維
等の有機繊維及び無機、有機繊維の混合物を使用するこ
とができる。特にガラス繊維の場合は低コストで高い補
強効果が得られる。繊維の直径は1μm〜50μmの一般
的に得られる繊維を使用することができる。一方最外層
に用いる不連続の単繊維シートの繊維の長さは100mm以
下であり、単繊維シートの製造上又、得られる機械的強
度から、さらに好ましくは1〜50mmである。
本願発明に用いられる繊維は単繊維および数十本から
数百本の単繊維を集束剤で集束した集束繊維のいずれも
使用することができる。又本願発明における多孔性繊維
質シートはシート形状を保持するため3〜50wt%のポリ
ビニルアルコール、エポキシ樹脂等の凝結剤を用いたも
のを使用してもよい。
本願発明に用いられる熱可塑性樹脂はポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ABS
樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボ
ネート、ポリエチレンテレフタレート等の一般的熱可塑
性樹脂及びこれらの混合物、ポリマーアロイ等が用いら
れる。さらにこれらの熱可塑性樹脂には熱安定剤、紫外
線防止剤、などの添加剤、又、着色剤、無機充填剤など
を含んでいてもよい。
本願発明で成形に用いる複数の繊維質シートは同質の
ものの組合せでも、又異質のものの組合せでも良く、用
途、要求性能に応じて組合せ方を選択することができ
る。
又、本願発明において、その成形過程において溶融樹
脂は多孔性繊維シートの間隙を圧力により流動していく
が流動抵抗が大きくかつ特に無機繊維の場合は繊維によ
り熱をうばわれ樹脂温度の低下が大きいため流動性が低
下し、成形品表面までの樹脂の浸透性が不十分となるこ
とがある。これを防ぐため用いる繊維質シートを金型内
に載置する前に例えば60℃以上に予備加熱しておくこと
も効果的である。
(実施例) 以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定
されるものではない。なお、実施例中の成形品の試験法
は、以下の通りである。
曲げ試験:JIS・K7203 3点支持法 落錘衝撃試験:第5図に示す装置を用いて実施した。
ガラス繊維強化成形品から切り出した50mm×50mm×2m
m厚のテストピース(14)上に撃芯(12)を置き、荷重
(11)を上方から撃芯(12)上に落下させ、テストピー
スが破壊される時の荷重(11)の最低高さをもって破壊
高さとし、下式により得られた破壊エネルギーをもって
衝撃強度とした。
破壊エネルギー(Kg・cm)=荷重(Kg)×破壊高さ
(cm) 成形品の変形:第4図の箱形成形品の底面を下にして平
板上に置き4つの角部をおのおの別々に平板上に押えつ
けた時、残りの角部で最も平板より離れた高さをもって
成形品の変形量とした。
成形品の表面外観:表面粗さ計(東洋精密(株)製、超
粗さ計SURFCOM)を用いて成形品の表面粗さを測定し
た。
(実施例1) 横供給の射出部をもつ、200トンの型締力を有する竪
型プレス成形機を使用し、成形テストを実施した。金型
は上、下2つの部分から成り、下型の中央部に直径2mm
の溶融樹脂の直接金型内供給口をもつ、製品肉厚2.0m
m、製品寸法200mm長さ×200mm巾×40mm高さの箱形製品
(図2)の型を用いた。
多孔性繊維質シートとしては、ガラス長繊維を集束し
たロービングを方向性がないように重ねあわせてシート
としたVETROTEX社製UnifiloシートU605−450を用いた。
この繊維質シートを2枚重ね、下側の繊維質シートの、
金型の溶融樹脂供給口の位置に直径10mmの穴を作成し、
下金型上に載置した。繊維質シートを60℃に予熱し、該
穴を通して繊維質シートの層間に溶融した熱可塑性樹脂
(住友化学工業(株)製、住友ノーブレンAX568:ポリプ
ロピレン樹脂、メルトフローインデックス65g/10分)を
供給し、成形時に樹脂にかかる圧力を100Kg/cm2で成形
をおこなった。第1表に示す如く、機械的強度のきわめ
て高い成形品が得られた。
実施例2〜6 多孔性繊維質シートとして、第1表に示すように同種
又は異種のシートを二枚積層させた積層シートを上側層
および下側層それぞれに使用したこと、ならびに、予熱
温度を同表に示す条件とした以外は、実施例1と同じ様
にして箱型成形品を得た。機械的強度および表面外観の
優れた成形品が得られた。
実施例7 第1表に示す多孔性繊維質シートを用いて行なった。
まず、下側の繊維質シートを下金型上に載置し、60℃に
予熱した後、このシート上にポータブル押出機(神戸製
鋼社製、アキュムレータ付、シリンダー径50mmφ)によ
り、金型外部から溶融樹脂を供給、次いで、上側繊維質
シートを該溶融樹脂上に置き、金型を閉じ成形を行なっ
た。第1表に示す通り、成形品の機械的強度、外観共に
優れたものであった。
(比較例1〜2) 熱可塑性樹脂として、住友ノーブレンAX568及びガラ
ス繊維充填ポリプロピレンペレット、住友ノーブレンGH
H43(住友化学社製)ガラス繊維含有量30wt%)を使用
し、多孔性繊維質シートは使用しなかった以外は、実施
例1と同一条件で成形し、成形品物性、外観、変形性等
を実施例で得られた成形品と比較評価した。
(発明の効果) 上述の如く、本発明による繊維強化成形技術を用いる
と成形と同時に強化できるため、従来法に比較しきわめ
て低コストで長繊維強化成形品を容易に得ることがで
き、又製品の要求性能に応じて各種の繊維の組合せが可
能で自動車部品、家電部品、建築用材料等の広範囲な用
途分野の繊維強化製品を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は、本発明の成形方法を示す装置の縦の断面
図である。 1……上金型、5……溶融樹脂 2……下金型、6……溶融樹脂供給口 3……多孔性繊維質シート、7……ポータブル押出機 4……多孔性繊維質シート 第4図は、本発明の実施例の方法でつくった成形品の斜
視図である。 第5図は、本発明の実施例にて使用した衝撃試験装置の
縦の断面図である。 11……荷重、14……テストピース 12……撃芯、15……テストピース支持具 13……撃芯先端R1/2インチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼井 信裕 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友 化学工業株式会社内 (72)発明者 松原 重義 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭46−16453(JP,A) 特開 平2−261612(JP,A) 特開 昭61−152417(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2枚以上重ね合わされた多孔性
    繊維質シートの間に溶融した熱可塑性樹脂を供給し、樹
    脂供給圧力および/またはプレス圧力により、繊維質シ
    ートの空隙を通し、両側最外層の多孔性繊維質シートの
    表面まで溶融樹脂を浸透させ、成形することを特徴とす
    る繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法
  2. 【請求項2】最外層の多孔性繊維質シートが不連続の単
    繊維から成る解繊された繊維質シートであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の繊維強化熱可塑性樹
    脂成形品の製造方法
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ES90102573T ES2076236T3 (es) 1989-02-10 1990-02-09 Metodo para producir un articulo moldeado de resina termoplastica reforzado con fibras.
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