JP2971967B2 - 繊維補強樹脂シートの製造法及び装置 - Google Patents

繊維補強樹脂シートの製造法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、連続繊維に熱可塑性樹
脂を含浸した繊維補強樹脂シートの製造法及び装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】繊維に熱可塑性樹脂を熱溶融含浸させて
繊維補強樹脂シートを製造する方法としては、特開平1
−61561号公報に記載のごとき、繊維シートを、熱
可塑性樹脂の軟化点以上に加熱され、且つ該熱可塑性樹
脂塗膜を有するベルトを含む一対のベルト間に通して、
熱可塑性樹脂を含浸させる方法が公知である。
【0003】しかしながら、前記特開平1−61561
号公報に記載の方法では、樹脂含有率の高い繊維補強熱
可塑性樹脂シートを得ようとして、一対のベルト間の間
隙を広げて、ベルト間隙を広げた分に相当する樹脂を供
給すると、補強繊維が押し潰されないので繊維束内部へ
の樹脂の含浸が十分になされないばかりか、樹脂がベル
トの間からはみ出してしまい、はみ出した樹脂の熱分解
物がベルトと熱ロールの間に蓄積し運転が不可能にな
り、樹脂含有率の高い繊維補強熱可塑性樹脂シートを製
造することが出来ないという問題点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来技術が持っている欠点が解決された樹脂含有率の高い
樹脂含浸性に優れた繊維補強熱可塑性樹脂シートの製造
法及び製造装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に至ったもので
あり、熱可塑性樹脂を補強繊維に熱溶融含浸し、繊維
補強樹脂シートを製造する方法において、熱溶融含浸工
程の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂が溶融状態にあ
る最終段階で、樹脂シート上に熱可塑性樹脂粉末を直接
供給し、樹脂シートの樹脂含有率を調整することを特徴
とする繊維補強樹脂シートの製造法、熱可塑性樹脂を
補強繊維に熱溶融含浸し、繊維補強樹脂シートを製造す
る装置において、熱溶融含浸工程の樹脂シートを構成す
る熱可塑性樹脂が溶融状態にある最終段階で、樹脂シー
ト上に熱可塑性樹脂粉末を直接供給する構成であること
を特徴とする繊維補強樹脂シートの製造装置である。
【0006】本発明に於て使用する補強繊維とは、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を単独で又は
複数用いるもので、フィラメントが充分に長くて、使用
する条件で溶融熱可塑性樹脂塗膜に接して引っ張るのに
充分な強さを有するものである。好ましい材料として
は、ガラス繊維、炭素繊維、高弾性の合成樹脂繊維が挙
げられるが、無機繊維の炭化ケイ素繊維、アルミナ繊
維、チタン繊維、ボロン繊維及びステンレス繊維等の金
属繊維を用いることが出来る。
【0007】合成繊維は、含浸する熱可塑性樹脂と接着
性を有する様に表面処理されていることが好ましく、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。合成繊維としては、例えば
アラミド繊維(登録商標「ケプラー」)等が挙げられ
る。
【0008】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密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、ロービン
グやトウが取扱時にほぐれないように集束剤を用いるこ
とは取扱上好ましい。
【0009】本発明において連続繊維は、複数本が、例
えば機械方向の一方向に並列に配置され、お互いに交叉
しないように制御されて巾方向に広げられ、適当な厚み
に調整されて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
当な巾で一列にふるいの目のごと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好ましい。
【0010】シートの厚みは用いた繊維の太さにも依存
するが、ロービングやトウの巾方向の配列、密度によっ
て制御出来る。厚み精度は含浸状態のバラツキに影響す
るため、目標厚みに対して±10%以内が好ましい。特
に厚みは10μmより大きくすれば繊維の破断を防止で
き、一方1000μmより薄くすると樹脂の含浸度が高
くなりボイドが少なくなり成形欠陥が生じない。
【0011】かくして得られたシートは各ロービングや
トウが交叉しないように各ロービングやトウにも均一な
張力が付与されることが必要である。
【0012】次に該シートに熱可塑性樹脂を含浸するに
於て、用いられる熱可塑性樹脂は、ポリスチレン、ポリ
塩化ビニル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ナ
イロン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポ
リエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリイミド等が用いられるが、これらに限定されない。
これらの樹脂を用いる場合、予め乾燥を行うのが好まし
い。
【0013】熱可塑性樹脂は押出機で溶融され、押出機
先端に設けられたダイから押し出され、加熱された例え
ば下ベルトの表面に塗布される。樹脂温度は均一な樹脂
塗膜を形成する様、各々の樹脂特性に応じて決められる
ものである。樹脂塗膜の巾は繊維シートの巾と同等以上
であればよく、塗膜の厚みは繊維シートの厚みに対応し
て適当な厚みに調整される。この厚みは、最終的に得ら
れた繊維補強樹脂シート中の樹脂含有率の目標設定によ
って実験的に決められる値である。一方、厚み精度は巾
方向の前記した樹脂含有量に大きく影響するために、設
定厚みに対して±10%が好ましく、更に好ましくは、
±5%以内がよい。
【0014】かくして繊維シートは樹脂塗膜を付与され
た、例えば下ベルトを介してロールに圧接され、繊維に
樹脂の含浸が開始される。樹脂塗膜が繊維シートを構成
するフィラメント間を通り、繊維シートの裏面まで達す
ることによって含浸が達成される。
【0015】樹脂を塗布された繊維シートは、次いで上
下ベルトに挟まれた状態で例えば1個又は2個以上の加
熱ロールに圧接され含浸を向上させた後、含浸装置部分
から引き出される。これらの加熱ロールの温度は含浸さ
れる樹脂の軟化点以上である。本明細書において軟化点
とはメルトインデックス測定機を用いて荷重5kgで測
定し得る最低の温度をいう。このようにして得られた繊
維シートの繊維含有率は通常60〜90重量%である。
【0016】含浸装置部分から引き出された直後の繊維
補強熱可塑性樹脂シートを構成する樹脂は軟化点以上で
あり、この状態で微粉末の樹脂を繊維シート上に均一に
連続的に塗布することにより繊維シートが持っている熱
で樹脂微粉末を該シート上に固定化することが出来る。
この時に使用する微粉末樹脂の平均粒度は1〜2000
μmのものを使用することが出来るが、繊維含有率を微
妙に調整すること、塗布時にノズルの詰まりの無い作業
性を考慮すると、30〜100μmが好ましい。尚、粒
径は球形の場合はその直径をいい、球形以外の場合、投
影面積を円に換算して求めたものである。
【0017】微粉末樹脂を樹脂シートに塗布する手段と
しては、繊維シートの熱量を放散させるような、空気圧
送式、静電塗装式は望ましくなく、振動ふるい式、ロー
ルコーター式等が好ましい。含浸装置部分から引き出さ
れた直後の繊維補強熱可塑性樹脂シートの放熱を防止す
る目的で含浸装置出口から、微粉末樹脂供給部分まで断
熱壁を設けること、或は、積極的に加熱をする為の炉を
設けることは樹脂シートと微粉末樹脂との一体化を促進
するのでさらに好ましい。この様にして60〜90wt
%の繊維含有率で含浸装置から引き出されてきた繊維シ
ートを10〜60wt%の繊維含有率に調整することが
出来る。
【0018】次に本発明の詳細を図面に示した代表的実
施例にて説明する。
【0019】図1は、本発明の一実施態様を示す概略側
面図である。
【0020】図1に示すごとく、本発明法を実施するた
めの製造装置は繊維繰り出し部1、供給部2、樹脂含浸
部3、微粉末熱可塑性樹脂供給部4、および引き取り部
5とから成る。
【0021】繊維繰り出し部1は、架台6に取り付けら
れた複数のボビン7に巻かれた連続繊維8を必要な繊維
数だけ繰り出す機能を有するものである。連続繊維8は
ガイドロール9で水平に並べられ、整列機10により任
意繊維間隔及び任意の厚みに整列されて繊維シート11
を形成する。整列機10は額縁状の枠に多数の鋼線を張
ったもので、連続繊維8は該鋼線の間隙を一本ずつ通る
ことにより整列させられる。
【0022】次に繊維シート11はブレーキ12を有す
る張力調整ロール13により巾全体に亘り均一な張力に
制御され、樹脂含浸部3に供給される。張力調整ロール
13の表面は摩擦抵抗による張力調整が行い易いように
材質としてゴム等を用いることが好ましい。張力は特に
規制は無く、繊維シート11が樹脂含浸部3の含浸過程
において繊維間の乱れが無い程度であればよい。繊維シ
ート11は樹脂含浸部3に入り、押出機(図示せず)で
可塑化された熱可塑性樹脂をダイ14を経由して表面に
該樹脂の薄膜が塗布された下ベルト15と接触し、かつ
該ベルト15を介して加熱ロール17に圧接されて該樹
脂を含浸し、次いで上ベルト16を介して加熱ロール1
8に、さらに下ベルト15を介して加熱ロール19に圧
接され樹脂の含浸を行わせしめた後、微粉末熱可塑性樹
脂供給部4に入る。ダイ14及び17、18、19、2
0、21、22、23は使用する熱可塑性樹脂の溶融粘
度に応じた温度に加熱されており、加熱方法としては伝
熱ヒーター又は誘導加熱ロール等が適している。尚、ロ
ール24、25はベルトの張力を調整するものであり、
加熱する必要はない。ロール17と20、ロール18と
21、ロール19と22の各々向き合う一対のロールは
その間隔を調整することが出来る機構が付属しており、
使用する補強繊維の種類、補強繊維の含有率に応じて間
隔を変えることができる。
【0023】2個のロール19、22はモーター26に
より駆動され各ロールは同一周速で回転し上下ベルトは
これらのロールの回転により搬送される。
【0024】次いで、繊維シート11は、微粉末熱可塑
性樹脂供給部4に送られる。微粉末熱可塑性樹脂供給部
4は、熱可塑性樹脂貯蔵タンク27から、搬送機28に
より計量タンク29に送られ、所定量の熱可塑性樹脂を
計量し、この樹脂を振動篩30により繊維シート上に均
一に散布し、繊維シートの持っている熱エネルギーによ
り一体化させる。散布する熱可塑性樹脂の量を調整する
ことにより、繊維シートの繊維含有率を任意に調整出来
ることが可能である。保温装置31は繊維シートの温度
が放熱により低下しないように、電気ヒーター等を熱源
とした炉であり、特に高温の軟化点を持つ熱可塑性樹脂
を扱うときには有効である。この様にして得られた繊維
補強樹脂シートは引き取り部5の引き取りロール32で
張力をかけながら引き取られ、巻き取り軸34に巻き取
られる。33は引き取りロール32と巻き取り軸34の
駆動モーターである。
【0025】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。
【0026】実施例1 図1に示した装置の各部の仕様がボビン数100個、押
出機30mmφ、ロール17〜25の巾400mm、ロ
ール径240mm、上下ベルト15、16の厚み0.6
mm、巾350mmのものを用いた。熱ロール17と2
3、18と21、及び19と22の間隔を調整して、上
ベルトと下ベルトの間隙を0.4mmにした。連続繊維
はガラス繊維(フィラメント径13μm、1800本集
束)を用い、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を
用いた。前記100個のボビンから繰り出された連続繊
維を整列させて200mm巾の繊維シートと成した。一
方、押出機で200℃に加熱溶融されたポリプロピレン
樹脂を、コートハンガーダイから230℃に加熱された
ロール23上で2m/分の速度で移動する下ベルトに塗
膜厚さ100μmで塗布した。100kgの張力をかけ
られた前記繊維シートは、上下ベルト15、16に挟ま
れた状態で230℃に加熱されたロール17〜22間を
図1に示した状態で通過させて繊維シート内にポリプロ
ピレン樹脂を含浸せしめ、ガラス含有率測定用サンプル
とするため、巻き取りロール34に繊維補強樹脂シート
を巻き上げながら運転を継続した。次いで、振動篩30
に樹脂貯蔵タンクから110g/分の割合で、100μ
mのポリプロピレン樹脂微粉末を供給しながら、振動篩
を振動させながら繊維シート上に樹脂を均一に散布し繊
維シートの熱で樹脂を一体化させ巻き取りロール34に
巻き上げた。こうして得られた2種類の繊維補強樹脂シ
ートの繊維含有率と樹脂の含浸状態、及び運転状態とを
運転条件と合わせて表1に示した。
【0027】実施例2 実施例1において樹脂の種類、繊維の種類、及び操作条
件を表1に示すごとく変化させ繊維補強樹脂シートを得
た。この様にして得られた繊維補強樹脂シートの繊維含
有率と樹脂の含浸状態、及び運転状態とを運転条件と合
わせて表1に示した。
【0028】比較例 実施例1と同様の装置を使用し、熱ロール17と23、
18と21、及び19と22の間隔を調整して、上ベル
トと下ベルトの間隔を0.8mmにし、微粉末熱可塑性
樹脂供給部4を使用せず、下ベルトに塗布するポリプロ
ピレン樹脂塗膜の厚さを700μmとする以外は、実施
例1と同様な操作条件で繊維補強樹脂シートを得た。こ
の様にして得られた繊維補強樹脂シートの繊維含有率と
樹脂の含浸状態、及び運転状態とを運転条件と合わせて
表1に示した。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】本発明の方法及び装置によれば、含浸性
に優れた繊維補強樹脂シートを任意の繊維含有率で得る
ことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を示す概略側面図を示す。
【符号の説明】
1 繊維繰り出し部 2 供給部 3 樹脂含浸部 4 微粉末熱可塑性樹脂供給部 5 引き取り部 6 架台 7 ボビン 8 連続繊維 9 ガイドロール 10 整列機 11 繊維シート 12 ブレーキ 13 張力調整ロール 14 ダイ 15 下ベルト 16 上ベルト 17〜23 加熱ロール 24〜25 ベルト張力調整ロール 26 駆動モーター 27 熱可塑性樹脂貯蔵タンク 28 搬送機 29 計量タンク 30 振動篩 31 保温装置 32 引き取りロール 33 駆動モーター 34 巻き取り軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B29L 7:00 (72)発明者 益田 操 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 岸 智 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 丸子 千明 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 田邉 浩史 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三 井東圧化学株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29B 15/10 - 15/14 B29B 11/16 B29C 67/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性樹脂を補強繊維に熱溶融含浸し、
    繊維補強樹脂シートを製造する方法において、熱溶融含
    浸工程の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂が溶融状態
    にある最終段階で、樹脂シート上に熱可塑性樹脂粉末を
    直接供給し、樹脂シートの樹脂含有率を調整することを
    特徴とする繊維補強樹脂シートの製造法。
  2. 【請求項2】熱可塑性樹脂を補強繊維に熱溶融含浸し、
    繊維補強樹脂シートを製造する装置において、熱溶融含
    浸工程の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂が溶融状態
    にある最終段階で、樹脂シート上に熱可塑性樹脂粉末を
    直接供給する構成であることを特徴とする繊維補強樹脂
    シートの製造装置。
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KR20190107753A (ko) * 2015-03-10 2019-09-20 화이바 레인포스드 써모플라스틱스 비.브이. 일방향성 섬유-강화 테이프의 제조방법

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