JP3572823B2

JP3572823B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JP3572823B2
Application number: JP25433396A
Authority: JP
Inventors: 覚船越; 秀夫西野
Original assignee: Tokai Chemical Industries Ltd
Current assignee: Tokai Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH10100174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の改良された製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マトリックスである熱可塑性樹脂の溶融温度以上に予備加熱して軟化状態にある繊維強化熱可塑性樹脂シートをシート形状を保ちながら雌雄一対からなる金型間に供給し、次いでプレス成形して所望の形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することはよく知られている。
【０００３】
しかし、この方法により、起伏が複雑に組み合わさった形状や、部分的に深い凹部や高い凸部が存在する形状のような成形体を製造する場合には、繊維強化熱可塑性樹脂シートの当該部分がプレス過程で金型形状に円滑に追随せず、得られた成形体の当該部分に皺が生じたりして外観に劣るという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明者らは、予備加熱により軟化された繊維強化熱可塑性樹脂シートをプレス成形して繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法において、目的とする成形体が起伏が複雑に組み合わさったような形状や、部分的に深い凹部や高い凸部が存在するような形状の場合であっても、成形体の当該部分に皺が生じることもなく、表面外観の良好な繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法について検討の結果、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、開放状態にある雌雄両金型の、雌雄いずれか一方の金型のキャビティ面に、樹脂の溶融温度以上に予熱して軟化状態にある繊維強化熱可塑性樹脂シートを配置し、次いで両金型を閉じて型締を行い、その後冷却して繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法であって、前記シートに用いられる強化繊維の繊維長が３〜５０ｍｍの短繊維であり、金型成形面の凹凸部に対応する位置に、予熱により軟化している状態で、前記シート厚みの２分の１以上の深さで、加熱した熱刃により切れ目を設けた該シートを配置し、該シートを押し広げながら金型キャビティ内に充満させて、該シートの厚み以下に型締することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明方法の原料である繊維強化熱可塑性樹脂シートとは、短繊維からなる強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂シートであれば特に制限されない。たとえば短繊維の強化繊維束に溶融熱可塑性樹脂を付着させ、加圧して得られるシート、短繊維の強化繊維に粉末状熱可塑性樹脂を分散させ、これを加熱、加圧して得られるシート、短繊維の強化繊維と熱可塑性樹脂粉末を水中に均一に分散、混合した懸濁液から抄造して得られる不織材料を加熱、加圧して得られるシート、（抄造法）などの従来より公知の種々のシートが挙げられる。これらの中で、熱可塑性樹脂と強化繊維の分散性および混合割合の自由性のほか予熱による厚み方向への膨張倍率が高く、最終製品厚みの調整が容易であったり、成形体がリブやボスなどの突起形状を有している場合にはそのような突起形状にも均一に強化繊維が充填可能であるなどの多くの利点を有する抄造法による繊維強化熱可塑性樹脂シートが好ましく使用される。
【０００７】
このような繊維強化熱可塑性樹脂シートに用いられる強化繊維としてはステンレス繊維などの金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの無機質繊維、アラミド繊維などの有機質繊維、あるいはこれらの混合繊維が例示され、必要とする特性に応じて適宜選択されるが、特にガラス繊維は低コストで、高い補強効果が得られるため、最も好ましく使用される。抄造法により繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する場合、強化繊維としては、繊維長が３〜５０ｍｍの短繊維のものを使用し、特に５ｍｍ以上の繊維が好ましい。繊維径は１〜５０μｍ、特に３〜３０μｍの繊維が好適に使用される。また、繊維強化熱可塑性樹脂シート中の強化繊維含量はそれぞれの目的に応じて適宜選択されるが、一般的には強化繊維含量が少なくなるにつれて膨張倍率が小さく、含量が大きくなると膨張倍率が大きくなるが、含量が多くなると機械的強度が低下したり、それ自体の形状保持性が低下するため、通常は１０〜７０重量％の範囲である。このような強化繊維は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造時におけるマトリックス樹脂と密着性を向上させるために、繊維表面にサイジング処理が施されていてもよい。
【０００８】
繊維強化熱可塑性樹脂シートのマトリックス樹脂としては押出成形、射出成形、プレス成形等で通常使用されている熱可塑性樹脂であればいずれも適用可能であり、、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン・ブタジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、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、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、スチレン・アクリロニトリル共重合体などの一般的な熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、これらの混合物あるいはこれらの熱可塑性樹脂を使用したポリマーアロイおよびこれらの変性物を挙げることができ、本発明において熱可塑性樹脂とはこれらを全て包含するものである。
このような熱可塑性樹脂中には安定剤、顔料、充填剤などの通常配合される各種の配合剤が任意に含まれていてもよい。
【０００９】
以下、このような繊維強化熱可塑性樹脂シートを原料として繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する本発明の方法について述べる。
本発明において使用される金型は、図４に示されるように、プレス装置（図示せず）に取り付けられた雌雄一対（１、２）から構成され、通常その一方、場合によってはその両方が金型の開閉方向に移動可能（図では、雄金型は固定され、雌金型が移動可能となっている）となっている。
これらの金型は製品形状に応じたキャビティ面を有しており、図４では製品形状に対応して、雄金型のキャビティ面には凹部（３）が、雌金型のキャビティ面には凸部（４）がそれぞれ局部的に設けられている。
【００１０】
このような金型を開放状態とし、雄金型（２）のキャビティ面上に、予熱により軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シート（５）を載置する。（図４）予熱により軟化状態にある繊維強化熱可塑性樹脂シート（５）には、雄金型（２）の凹部（３）に対応する位置に、凹部の形状に対応した切れ目（６）が設けられている。この切れ目（６）は、その後の型締過程において凹部（３）にシートが引き込まれる際に、シートを凹部に引き込まれ易くして、凹部周辺のシート材に皺が発生するのを防止することが目的であり、切れ目の深さはシート厚みの２分の１以上の深さで、金型成形面の凹部の形状や凹部の深さなどによって適宜選択されるが、シートの表面から裏面まで完全に到達していてもよい。
【００１１】
切れ目（６）の形状は金型成形面の凹部の形状に対応して、成形過程において皺の発生を防止するように適宜決定され、特に限定されない。
例えば図１にその上面図を、図２に図１で示す成形体（７）をＡ──Ａ’で切断したときの切断面を示すような、その一部に長方形の凹部形状（８）を有するような成形体（７）を製造する場合、それを成形する金型の一方の金型の成形面にはこれに対応する断面が四角形の凹部（３）が設けられているが、切れ目（６）はこの凹部（３）の四角形に対応して対角線状に×字型に設けたり〔図４Ａ〕、コの字型に設けたり〔図４Ｂ〕、切れ目の始点と終点が同一になるように、すなわち、ロの字型のようにして凹部とその周辺部を完全に分離するように設けたり〔図４Ｃ〕、あるいはＨ字型に設けたり〔図４Ｄ〕してもよく、その形状は任意である。
【００１２】
かかる切れ目（６）は、予熱により軟化状態になったシートに形成される。切れ目を入れる方法としては、加熱した熱刃によって切れ目を入れる。具体的には、予熱により軟化状態にある繊維強化熱可塑性樹脂シートに、切れ目の形状に作られた熱刃を用いて切れ目を形成する。この方法は、作業性、安定性、切れ目の仕上がりおよび切刃の耐久性などの点で好適である。尚、かかる方法により繊維強化熱可塑性樹脂シートに切れ目を入れた場合、切れ目部分においては強化繊維同士は切断されるが、該シートの予熱状態においては樹脂同士は軽い融着状態にあるため、たとえ切れ目の始点と終点が同一になるように、かつ切れ目の深さがシートの厚みの全部であるような場合であっても、切れ目に囲まれた部分がシートから脱落することはない。
【００１３】
繊維強化熱可塑性樹脂シートの予熱は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂が劣化を引き起こさず、しかも十分な流動性をもつ温度になるまで行われ、その方法としてはオーブン等で加熱する方法や赤外線加熱による方法などの通常の方法で行われる。
ここで、適切な予熱温度は強化繊維やマトリックスである熱可塑性樹脂の種類の相違など対象とする繊維強化熱可塑性樹脂シートにより異なるが、例えば、強化繊維としてガラス繊維を、マトリックス樹脂としてポリプロピレン系樹脂を用いた繊維強化熱可塑性樹脂シートの場合には１８０〜２５０℃の範囲に予熱することが好ましい。この例の場合に、この範囲以下の温度ではマトリックス樹脂の十分な流動性が得られず、また、これ以上の温度では繊維強化熱可塑性樹脂シートに熱劣化が生じるのみならず、ハンドリングが困難となる。
【００１４】
尚、表皮材を貼合する場合に、成形品の片面に表皮材を貼合する場合には表皮材側となる雌雄いずれか一方の金型のキャビティ面と繊維強化熱可塑性樹脂シートの間に表皮材を、また、成形品の両面に表皮材を貼合する場合には、雌雄両方の金型の成形面と繊維強化熱可塑性樹脂シートの間にそれぞれ表皮材を配置しておけばよいが、通常は成形品の片側面に表皮材が貼合されることが多い。
前者の場合、一般には予熱により軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シートの上に表皮材を載置するか、予熱により軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シートを載置した金型面とは反対の金型の成形面の所定の位置に表皮材が固定されるが、熱による表皮材のダメージを防止するために、型締時まで予熱により軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シートと表皮材が直接に接触することのない後者の方法が望ましい。表皮材は、成形品の表面加飾、クッション性の付与、断熱効果の付与などそれぞれの目的に応じて適宜選択されるが、予熱により軟化状態にある繊維強化熱可塑性樹脂シートの熱によって溶融したり破れたりしないような耐熱性を有することが必要である。
このような表皮材としては、例えば紙、織布、不織布、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーのシートもしくはフィルム、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーのシート状発泡体などの単独あるいはこれらの組み合わせからなる積層体が使用され、これら表皮材の表面にはその目的に応じてシボ等の凹凸模様や印刷などが施されていてもよい。
【００１５】
このような予熱された繊維強化熱可塑性樹脂シートは、通常、シートが載置されている金型キャビティ面の投影面積と同等ないしはそれよりも小さくなるように金型キャビティ面に載置される。
ここで、金型キャビティ面の投影面積とは、金型の開閉方向からみた２次元での平面積であって、キャビティ面に凹凸が形成されている場合には、当然その展開面積よりは小さい。
【００１６】
雄金型（２）のキャビティ面上に切れ目（６）を有する予熱により軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シート（５）を載置したのち、型締を開始する。（図５）
予熱により軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シートは、型締により金型キャビティ内に押し広げられ、流動してキャビティ内に完全に充満される。（図６）
型締完了後、この状態を保ちつつ冷却し、雌雄両金型を開放して成形体を取り出すことにより、金型キャビティ面に設けられた成形体のリブやボス等の突起物に対応する凹凸部に繊維強化熱可塑性樹脂樹脂が完全に充填され、しかもその部分に皺などが生じることもなく、樹脂と強化繊維が完全に密着した成形体を製造することができる。
尚、成形体の形状によっては、載置する予熱した繊維強化熱可塑性樹脂シートの大きさや型締圧を調整することにより、樹脂と強化繊維間に一部空隙が生じるような多孔質の成形体を製造することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、金型成形面に深い凹部や高い凸部があっても、繊維強化熱可塑性樹脂シートはその形状に対応した形状の切れ目によって、成形過程においてこれらの凹凸部にスムーズに追随するため、起伏が複雑に組合わさった形状や、局部的に深い凹部や高い凸部を有するような製品形状であっても、当該部分において皺が発生することもなく、表面外観に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することができ、同時に多孔性の成形体とすることもできるため、得られた成形体は軽量かつ高強度の成形体として各種の構造部材、表皮貼合もしくは非貼合の内装部材として各種用途に幅広く使用される。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明がこれによって限定されるものでないことはいうまでもない。
【００１９】
実施例１
図４〜図６に示される工程に従って、以下の方法より繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造した。
抄造法により製造された、１０〜５０ｍｍの繊維長のガラス繊維を４０重量％含むガラス繊維強化ポリプロピレンシート（ケープラシート株式会社製、目付け４３００ｇ／ｍ^２、厚さ４ｍｍ）を、雄金型（２）のキャビティ面の投影面積よりもやや小さい大きさになるように切断し、その後、２１５℃になるまでオーブン中で３５０秒間加熱し、厚さ約６ｍｍにまで厚み方向に膨張した予熱シート（６）を得た。
この予熱シート（６）の、該シートを金型キャビティ面に載置したときの金型キャビティ面に設けた凹部（３）に対応する位置に、凹部に対して対角線状になるように熱刃によって素早く裏面にまで達する切れ目を入れた。
切れ目を入れた予熱シート（６）を雄金型（２）のキャビティ面上に載置したのち、直ちに２０ｍｍ／秒の速度で雌金型（１）を降下させ（図５）、予熱シートをキャビティ内で押し広げてキャビティ内に充満させつつ、キャビティクリアランスが３ｍｍになるまで型締を行った（図６）のち、この状態を維持するように５０秒間加圧、冷却し、その後両金型を開いて、図１、図２に示す形状のガラス繊維強化ポリプロピレン成形体を得た。
得られた成形体の凹部周辺には皺の発生もなく、表面外観は良好であった。
【００２０】
実施例２
表面にシボ加工を施し、裏面に厚さ０．２ｍｍのウーリーナイロンを裏打ちした厚さ０．８ｍｍの塩化ビニル積層シートを、雌金型のキャビティ面と同形状に予備賦形し、これを予め雌金型のキャビティ面に両面テープで固定する以外は実施例１と同様にしてガラス繊維強化ポリプロピレン成形体を得た。
得られた成形体はその表面にシボ面の美しい表皮材が貼合されており、凹部周辺には皺の発生もなく、表面外観は良好であった。
【００２１】
比較例１
予熱シートに切れ目を設けないこと以外は実施例１と同様にしてガラス繊維強化ポリプロピレン成形体を製造した。
得られた成形体の凹部周辺には皺が発生し、表面外観は良好とは言えなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】その一部に長方形の凹部形状を有する成形体の上面図である。
【図２】図１に示される成形体をＡ──Ａ’で切断したときの切断面を示す。
【図３】成形体の凹部形状が四角形である場合の切れ目の形状の例を示すものである。
【図４】本発明の方法による製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図５】本発明の方法による製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図６】本発明の方法による製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
【符号の説明】
１：雌金型２：雄金型
３：金型凹部４：金型凸部
５：予熱繊維強化熱可塑性樹脂シート６：切れ目
７：繊維強化熱可塑性樹脂成形体８：成形体凹部

Claims

開放状態にある雌雄両金型の、雌雄いずれか一方の金型のキャビティ面に、樹脂の溶融温度以上に予熱して軟化状態にある繊維強化熱可塑性樹脂シートを配置し、次いで両金型を閉じて型締を行い、その後冷却して繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法であって、前記シートに用いられる強化繊維の繊維長が３〜５０ｍｍの短繊維であり、金型成形面の凹凸部に対応する位置に、予熱により軟化している状態で、前記シート厚みの２分の１以上の深さで、加熱した熱刃により切れ目を設けた該シートを配置し、該シートを押し広げながら金型キャビティ内に充満させて、該シートの厚み以下に型締することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
繊維強化熱可塑性樹脂シートの切れ目が、その始点および終点が同一である連続した切れ目である請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
雌雄いずれか一方または両方の金型のキャビティ面と繊維強化熱可塑性樹脂シートの間に表皮材を配置してなる請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
予備賦形された表皮材を雌雄いずれか一方または両方の金型のキャビティ面に固定してなる請求項３に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。