JP3317357B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形材 - Google Patents
繊維強化熱可塑性樹脂成形材Info
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
- B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
Description
クスとする繊維強化樹脂成形材に関するものである。
維強化樹脂成形材が種々市販されている。しかし、これ
らは一般的に含浸工程と賦形工程が連続している場合が
多い。このような場合では成形できる成形品の形状が限
定され、生産性効率の面より好ましくなく、また、一般
に熱可塑性樹脂の溶融粘度が高いため必ずしも良好な含
浸性が得られていない。繊維強化樹脂成形材を連続させ
ずに新たな成形品を成形する際においては現在のところ
複雑な含浸・賦形装置が必要となる。また、複雑な含浸
・賦形装置を用いても熱可塑性樹脂の溶融粘度が高いこ
とから必ずしも良好な含浸性が得られていないのが現状
であり、これらは得られる成形品の品質面からまた、生
産性効率の面からも好ましいことではない。
慮してなされたものであり、その目的は予め良好な含浸
性を有するテープ状物を用いることにより更に含浸性を
上げ、且つ様々な形状への適用が可能な柔軟性に富んだ
加工性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形材を提供する
ことにある。
の本発明の構成は、実質的にテープ状物の軸方向に沿っ
て一方向に配列した強化繊維を下記に定義する空隙率8
%以下にまで熱可塑性樹脂で含浸されてなるテープ状物
を1ないし複数本用いて該テープ状物を加熱溶融させた
後、下記の収束比にて該テープ状物を収束して得られる
繊維強化熱可塑性樹脂成形材である。 R≦0.98 R=S1/(S2×N) ここで、R :収束比(−) S1 :繊維強化熱可塑性樹脂成形材の断面積(mm2) S2:テープ状物一本当りの断面積(mm2) N :テープ状物供給本数(−) また、このようにして得られる繊維強化熱可塑性樹脂成
形材の空隙率は5%以下であり、これを用いて棒状、球
状、管状等の形状に賦形し該成形材を直接成形品として
用いることも可能である。また、該成形材をアスペクト
比1.5〜600にカットして他の成形に用いることも
可能である。尚、空隙率は、下記の方法により測定した
ものであり、つまり、テープ状物もしくは繊維強化熱可
塑性樹脂成形材をカットした後水に浸漬しその前後での
重量変化より算出した値である。 測定方法: テープ状物もしくはテープ状物から成形した繊維強化
熱可塑性樹脂成形材を所定の長さ(20〜30mm)に
カットし、まず、水に浸漬する前の重量を測定する(2
〜3g分採取)。次に、ビーカー等に水を入れてお
き、それに上記材料を漬け、真空乾燥機に入れ、常温で
10分真空状態に保つ。もし、テープ状物やテープ状物
から成形した繊維強化熱可塑性樹脂成形材の中に空隙が
あれば、真空に保たれることにより、空隙に水が浸透す
る。その後、水から測定物を取り出し、すみやかに表
面に付着した水分をふき取り、重量を測定する。これ
が、水浸漬後の重量となる。水浸漬後の重量から、水
浸漬前の重量を差し引きく。この重量が、空隙に入った
水の重量である。下記式により空隙率を求める。 空隙率(%)=(水浸漬後の材料の重量−水浸漬前の材料の重量)×100/水 浸漬前のテープ重量
説明するが、下記図面は本発明を何ら限定するものでは
ない。本発明で用いるテープ状物の構成として、その強
化繊維はガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリベ
ンゾチアゾールやポリベンゾオキサゾールなどから成る
複素環含有ポリマーから得られる繊維等の連続繊維が挙
げられる。また、熱可塑性樹脂としては、ナイロン6、
ナイロン6.6等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエス
テル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレ
フィン樹脂、また、ポリカーボネート、ポリエーテルイ
ミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン
等が挙げられる。強化繊維および熱可塑性樹脂は特に限
定されるものではない。
80容量%が好ましい。強化繊維が20容量%以下の場
合には強化効果が有効に発揮できず、また80容量%を
越えると強化繊維に樹脂が十分に含浸せず、所望の空隙
率以下にならず好ましくない。
り、6%以下が更に好ましい。空隙率が8%より大きい
場合ではテープ状物中の空気が抜け難く、溶融収束後に
得られる繊維強化熱可塑性樹脂成形材中の空隙率が下が
り難く、そのまま成形品として用いる場合や再度他の成
形に用いる場合において物性の低下が発生し好ましくな
い。また、該テープ状物はその断面形状、寸法により何
ら制限されるものではない。
るための方法の一例としての概略図を図1に示した。こ
れはクリールからテープ状物を供給し、加熱装置として
赤外線ヒーターによる輻射加熱にてテープ状物を溶融さ
せ、水中で収束・賦形させるものである。この際の加熱
方法としては輻射加熱の代わりに接触加熱、対流加熱を
用いることも可能である。その後適切な簡易な収束・賦
形ダイを用いて賦形する。この際収束・賦形ダイの代わ
りにロールを用いてもよい。
比が重要となる。その収束比は用いるテープ状物断面積
の総計に対する溶融収束後の繊維強化熱可塑性樹脂成形
材の断面積比で規定され、この比が0.98以上ではテ
ープ状物中もしくはテープ状物間の空気を除去すること
が難しく好ましくない。収束比の調整は例えば図1に示
される収束・賦形ダイ5の入口および出口のノズル系を
適宜設計することにより容易に行うことができる。尚、
収束比の下限は特に限定されないが実用上は0.5程度
以上である。この収束比が1よりも小さいと言うこと
は、前述のようにテープ状物間の空気を除去するだけで
なく、テープ状物中に含まれるボイド(空気)をも除去
する効果があることを示し、テープ状物の空隙率が8%
程度であっても最終的に得られる繊維強化熱可塑性樹脂
成型物の空隙率が5%以下になるという効果を生み出
す。この効果のメカニズムの詳細は不明であるが、もと
もとボイドの少ない物を溶融し、上述のようなノズル等
で絞ることによりノズルの中で樹脂に圧力がかかり、更
にボイドを除去するためと考えられる。また、収束比の
下限が実用上0.5以上であるというのは、テープ状物
が事実上完全な矩形ではなく、楕円、もしくはこれに類
する形状であるため、幅をノギス、厚みをマイクロメー
ターで測定し、矩形を仮定して求めた断面積と異なるた
めと考えられる。
を図1中においては水中にて収束・賦形しているが、こ
の収束・賦形工程は空気中にても可能である。また、図
1のようにして得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材は
そのまま棒状物として用いることが可能であり、また、
得られた棒状物を一定長さにカットし他の成形方法、例
えば射出成形、圧縮成形などに用いることが可能であ
る。
00が好ましい。1.5以下ではカット時に繊維強化熱
可塑性樹脂成形材の端部が乱れ、例えば射出成形に用い
ると強化繊維の破損が大きく物性低下が発生するため好
ましくない。また、600以上では他の成形法例えば圧
縮成形などに用いる際、金型内への投入時等の取扱性が
低下し好ましくない。
断面形状のものを作製することも可能である。得られる
繊維強化熱可塑性樹脂成形材の空隙率は5%以下が好ま
しい。5%以上ではそのまま成形品として用いることは
可能ではあるが欠陥等による物性の低下が生じるため好
ましくない。また、再度他の成形に用いる場合において
も強化繊維の破損による物性低下を招くため好ましくな
い。
グ、テープレーイング等に適用することも可能である。
この際にはテープ状物を溶融・収束後に適切なマンドレ
ルを設置、もしくはテープレイヤーを設置することによ
り可能となる。
め含浸されたテープ状物を用いるため含浸性が良好で且
つその賦形は極めてシンプルに行うことができる。更に
その用途も幅広く、様々な形状に適用することが可能で
ある。
明はこれらに何ら限定されるものではない。 実施例1 単糸直径13μmで1600本のモノフィラメントから
なるE−ガラス繊維に40容量%のポリプロピレンを溶
融含浸法により含浸させた空隙率5%、幅3mm、厚み
0.3mmのテープ状物を用いた。このテープ状物を図1
のように5本供給し15m/min の速度にて上下より赤
外線ヒーターで輻射加熱し溶融させたのち収束比0.8
5となるように水中にて収束・賦形ロールを用いて収束
・賦形し、これを引き取ることにより直径2mmのロッド
状繊維強化熱可塑性樹脂成形材を得た。該棒状物の空隙
率は1.3%であり且つ曲げ強度は105kg/mm2と良
好であった。
0.90にて賦形ダイをT字型に変更しT字の各辺の幅
1mm、縦横各々1.35mmの繊維強化熱可塑性樹脂成形
材を作製した。得られたT字型棒状物の空隙率は0.2
%と低く、含浸性や賦形性も良好であった。
ットしポリプロピレンペレットと混ぜ、強化繊維容量含
有率を40%とし射出成形した。得られた成形品の曲げ
強度は1900kg/mm2 、アイゾット衝撃値は28.1
kg・cm/cmと良好な機械特性を示した。
mmにカットしマッチドダイ中に供給後プレス機により圧
力を負荷することにより幅10mm、厚み2.5mmの棒を
圧縮成形にて作製した。このときの金型の温度は210
℃、加えた圧力は2kg/cm2 であった。この棒の曲げ強
度は115kg/mm2 と極めて良好であった。
フィラメントワインディングを行い収束比0.95にて
5m/min の速度で巻取った。加熱空気10の温度は2
80℃、マンドレル9および圧力ローラ8に最初に接触
する部分の表面材料温度は210℃であった。なおマン
ドレルは160℃に加熱されている。こうして表面が平
坦で且つ空隙率0.1%と、よく含浸された直径20m
m、長さ100mm、厚み3mmの管状物を得た。
ものを実施例1と同様の方法にて直径2mmの棒状繊維強
化熱可塑性樹脂成形材を得た。該棒状物の空隙率は9.
5%であり且つ曲げ強度は62kg/mm2 と低い物性であ
った。
・条件にて収束比1.0となるよう賦形ダイを直径約
2.4mmとし棒状物を作製した。得られた棒状物の空隙
率は10.9%であり且つ該ロッド状物の曲げ強度は5
9kg/mm2 と低い物性であった。
の一例である。
例である。
Claims (4)
- 【請求項1】実質的にテープ状物の軸方向に沿って一方
向に配列した強化繊維が本文中に定義する空隙率8%以
下にまで熱可塑性樹脂で含浸されてなるテープ状物を1
ないし複数本用いて該テープ状物を加熱溶融させた後、
下記の収束比にて該テープ状物を収束して得られること
を特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形材。 R≦0.98 R=S1 /(S2×N) ここで、R :収束比(−) S1 :繊維強化熱可塑性樹脂成形材の断面積(mm2) S2 :テープ状物一本当りの断面積(mm2) N :テープ状物供給本数(−) - 【請求項2】 繊維強化熱可塑性樹脂成形材の空隙率が
5%以下であることを特徴とする請求項1記載の繊維強
化熱可塑性樹脂成形材。 - 【請求項3】 繊維強化熱可塑性樹脂成形材が板状、棒
状、球状、管状等の形状を有することを特徴とする請求
項1ないし2記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材。 - 【請求項4】 繊維強化熱可塑性樹脂成形材をアスペク
ト比1.5〜600にカットして得られることを特徴と
する請求項1ないし2記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形
材。
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- 1992-04-02 JP JP08076892A patent/JP3317357B2/ja not_active Expired - Fee Related
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