JPH04135714A - 繊維複合シートの製造方法 - Google Patents

繊維複合シートの製造方法

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JPH04135714A
JPH04135714A JP2259786A JP25978690A JPH04135714A JP H04135714 A JPH04135714 A JP H04135714A JP 2259786 A JP2259786 A JP 2259786A JP 25978690 A JP25978690 A JP 25978690A JP H04135714 A JPH04135714 A JP H04135714A
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Masahiro Ishii
正裕 石居
Kiyoyasu Fujii
藤井 清康
Masami Nakada
中田 雅己
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、強靭なプレート材料、各種製品を得るため
のプレス成形用素材であるいわゆるスタンパブルシート
などに使用される繊維複合シートの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
繊維複合シートを製造する方法として、粉体状熱可塑性
樹脂と強化繊維との混合物を、コンベア・ベルトで搬送
しながら加熱、加圧して熱可塑性樹脂を溶融させるとと
もに、その樹脂を強化繊維間に含浸させ、その後加圧下
で冷却し、樹脂と繊維とが一体化したシートとすること
は知られている(特開昭59−49929号公報及び特
開昭62〜208914号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課局〕
上記前者の方法では、比重の異なる粉体状熱可塑性樹脂
と強化繊維とを気流下で混合し、落下させて集積するた
め、樹脂と繊維との分布か不均一となり、物性のばらつ
きか大きくなるという問題がある。また上記後者の方法
では、粉体状熱可塑性樹脂と強化繊維とを混合容器中で
混合するため、バッチ方式とならざるを得ず、シートを
連続的に得ることかできなくて生産性が悪いという問題
がある。
この発明の目的は、強化繊維がモノフィラメント単位で
分散しかつモノフィラメント相互間にまで熱可塑性樹脂
が充分に含浸し、しかも熱可塑性樹脂と繊維との分布が
均一で、物性のばらつきの少ない繊維複合シートを連続
的に製造する方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の繊維複合シートの製造方法は、上記の目的を
達成するために、多数の連続モノフィラメントよりなる
強化繊維束を、粉体状熱可塑性樹脂の流動層中を通過さ
せ、繊維束の各モノフィラメントに粉体状熱可塑性樹脂
を付着させる工程と、樹脂付着繊維束を所定長さに切断
する工程と、切断樹脂付着繊維束を、表面に多数の針状
突起を存する少なくとも1つの回転ロールに上方から接
触させた後、所定間隔をおいて対向せしめられた上下無
端ベルトの間隙への送り込み部上に落下させて集積する
工程と、切断樹脂付着繊維束集積物を両派端ベルトの間
隙へ送り込み、これを移動する両派端ベルトで挾みなが
ら加熱領域及び冷却領域を通過させてンート状となす工
程とを含むことを特徴とするものである。
強化繊維としては、使用せられる熱可塑性樹脂の溶融温
度において熱的に安定な繊維が用いられる。具体的には
、ガラス繊維、炭素繊維、シリコン・チタン・炭素繊維
、ボロン繊維、微細な金属繊維などの無機繊維、アラミ
ド繊維、エコノール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミ
ド繊維などの有機繊維をあげることができる。
モノフィラメントの直径は1〜50μ恒が好ましい。多
数の連続モノフィラメントを強化繊維束とするさいに収
束剤を使用しても使用しなくてもよいが、使用する場合
には、収束剤の付着量が1重量%以下が好ましく、さら
に好ましくは0.5重量%以下である。収束剤の付着量
が1重量%を超えると、流動層中で繊維束をモノフィラ
メント単位に分離するのか困難となり、熱可塑性樹脂の
モノフィラメント相互間への含浸性が低下する。
強化繊維束は、連続するモノフィラメントか数百〜数千
から構成されたストランド状またはロービング状のもの
である。そしてこの強化繊維束は、製造する繊維複合シ
ートの幅、厚み、製造速度などを考慮して、通常多数並
列にして使用される。
粉体状熱可塑性樹脂としては、加熱により軟化溶融する
樹脂がすべて使用可能である。例えば、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ
アミド、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、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキ
サイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテル
ケトンなどが使用される。また上記熱可塑性樹脂を主成
分とする共重合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、例え
ばエチレン塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン
共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン
−塩化ビニル共重合体、アクリロニトリル−ブタジェン
−スチレン共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン、
マレイン酸変性ポリエチレンなども使用しうる。そして
rrFJ記熱可塑性樹脂には、安定剤、滑剤、加工助剤
、可塑剤、着色剤のような添加剤が配合されてもよい。
また重合時に粉体状で得られる熱可塑性樹脂及び粉砕機
により粉体状となされる熱可塑性樹脂のいずれも使用で
きる。粒子径としては、平均粒径が2000μ−以下が
好ましい。平均粒径が2000μmを超えると、流動層
中で強化繊維束の各モノフィラメントに粉体状熱可塑性
樹脂を均一に付着させにくくなる。
粉体状熱可塑性樹脂と強化繊維との混合割合は、繊維複
合シートの必要とする物性により適宜決定されるが、シ
ート中の強化繊維が5〜70重量%であることが好まし
い。強化繊維が5重量%未満ではシートの機械的強度が
充分でなく、70重量%を超えると熱可塑性樹脂が均一
に含浸したシートが得にくい。
切断樹脂付着繊維束の長さは、通常0.5〜500■で
あり、特に5〜150amが好ましい。
切断樹脂付着繊維束の長さが0.5mm未満ではシート
の補強効果が少なく、また500aa+を超えると均質
な繊維複合シートを得ることが困難となる。
〔作   用〕
この発明による繊維複合シートの製造方法は、まず、多
数の連続モノフィラメントよりなる強化繊維束を、粉体
状熱可塑性樹脂の流動層中を通過させるから、流動層中
で、気体の噴出や流動層中に発生する静電気や粉末状熱
可塑性樹脂の擦り揉みによって、強化繊維はモノフィラ
メント単位に分離、開繊され、モノフィラメント相互間
に粉体状熱可塑性樹脂か侵入し、静電気的に各モノフィ
ラメントに捕捉されて付着する。
そして、樹脂付着繊維束を所定長さに切断し、切断樹脂
付着繊維束を、表面に多数の針状突起を有する少なくと
も1つの回転ロールに上方から接触させるから、繊維束
のフィラメントが均一に分散する。このようにフィラメ
ントを均一に分散せしめられた切断樹脂付着繊維束を、
所定間隔をおいて対向せしめられた上下無端ベルトの間
隙への送り込み部上に落下させて集積し、切断樹脂付着
繊維束集積物を両無端ベルトの間隙へ送り込み、これを
移動する両無端ベルトで挾みながら、加熱領域及び冷却
領域を通過させるから、熱可塑性樹脂がモノフィラメン
ト相互間にまで充分含浸する。その結果、熱可塑性樹脂
と繊維との分布が均一となる。
〔実 施 例〕
実施例1 まず、この発明の実施に使用する装置につき、図面を参
照して説明する。以下の説明において、前とは第1図の
右方向をいうものとする。
第1図に示す繊維複合シート製造装置は、強化繊維束(
Fl)が巻回されている巻戻しロール(1)と、その前
方に配置されかつ粉体状熱可塑性樹脂の満たされた槽を
備えている流動層装置(2)と、流動層装置(2)の前
方に配された上下−対のスクレーバー〈3)と、スクレ
ーパー(3)の前方に配された拡幅手段(4)と、拡幅
手段(4)の前方に配されかつ巻戻しロール(1)から
強化繊維束(Fl)を巻き戻すための引き取り駆動ロー
ル(5)及びピンチ・ロール(6)と、ピンチ・ロール
(6)の前下方で引き取り駆動ロール(5)と対峙せし
められたロータリー・カッター(7)と、駆動ロール(
5)及びロータリー・カッター(7)の下方に配された
表面に多数の針状突起(8)を有する回転ロール(9)
と、所定間隔をおいて対向せしめられた上下無端ベルト
(10)(11)と、両無端ベルト(10)(11)の
対向移送部(lea) (11a)に対して後側から順
次配された加熱手段(12)及び冷却手段(13)とを
備えており、下無端ベルト(II)の後部が上無端ベル
ト(11)より後方に突出せしめられ、その移送部(1
1a)の後方延長部分が一対の回転ロール(8)(9)
の下方に位置せしめられ、両無端ベル) (10)(1
1)の間隙への送り込み部(11b)となされている。
なお、上記移送部(Ila)を延長して送り込み部(1
1b)とする代わりに、別の無端ベルトを同し場所に配
置して送り込み部を設けてもよい。
流動層装置(2)の槽底は多孔板(14)で形成せられ
ており、気体供給路から送られてきた空気や窒素などの
気体(G)が多孔板(14)の下方からこれの多数の孔
を通って上方に噴出せしめられる。その結果、流動層装
置(2)の槽内に満たされた粉体状熱可塑性樹脂は噴出
気体(G)によって流動化状態となり流動層(R)が形
成される。
流動層装置! (2)の槽内及びその前後壁上端には、
繊維束(PL)を案内するためのガイド・ロール(15
)が設けられている。
拡幅手段(4)としては、固定バーが用いられている。
第2図には、表面に多数の針状突起(8)を有する回転
ロール(9)か拡大して示されている。
針状突起(8)相互の間隔は、切断樹脂付着繊維束(F
3)か必ず針状突起<8)と接触するように一定となさ
れるか、その長さ、太さおよび相互間隔は、切断樹脂付
着繊維束(F3)の長さ及び量により適宜決定せられる
。この針状突起付き回転ロール(9)は図示のように1
本たけてもよいか、必要に応して前後一対、斜め下方に
順次ずらせて複数対または複数本配してもよい。
両無端ベルト(10)(11)は、モーター(図示略)
で上下各複数のプーリー(1B)(ビ)のうち上下各1
つを駆動することにより、連続して同方向へほぼ同速度
で移動するようになされている。また上無端ベルト(1
0)の移送部(10a)の後部は、後上向きに傾斜せし
められており、上下移送部(10a) (11a)の間
隙か後方に向かって広がっている。上下無端ベルト(1
0)(11)は、高強度で耐熱性のある、例えばスチー
ル、ステンレス、ガラス布強化テフロンなどで形成され
る。
加熱手段(12)としては、電熱式または熱風循環式の
加熱炉が用いられ、これらの中を上下無端ベルト(10
)(11)を通過させてもよいし、或いは上下無端ヘル
ド(10)(II)の移送部(l Oa) (I la
)を上下より押さえかつ直接加熱する複数対の加熱ロー
ルか用いられてもよい。加熱手段(12)内及び上下冷
却手段(13)の内側には、上下対応位置に複数対のガ
イド・ロール(18)(19)かそれぞれ配設されてお
り、複数対のガイド・ロール(1g)(19)の間隙は
、それぞれ調整可能となされている。冷却手段(13)
としては、上下無端ベルト(10)(11)の移送部(
loa) (11a)に対し、空気を吹き付けて冷却す
るブロアーが用いられる。なお、ガイド・ロール(19
)自体が冷却されるようにしてもよい。
上記装置を用い、巻き戻しロール(1)から多数の連続
モノフィラメントよりなる強化繊維束(Pi)12本を
、引き取り駆動ロール(5)及びピンチ・ロール(6)
によりひねりが生しないようにしなから巻き戻し、粉体
状熱可塑性樹脂の流動層(1?)中を通過させ、繊維束
(Fl)の各モノフィラメントに粉体状樹脂を付着させ
る。
粉体状熱可塑性樹脂としては、スーパー・ミキサーで予
め下記配合により混合したものを用いた。
ポリ塩化ビニル樹脂(平均重合度400、平均粒径]5
0μm)   ・・・・100重量部ブチル錫マレエー
ト   ・・・ 3重量部ポリエチレンワックス  ・
・・0.5重量部ステアリルアルコール  ・・・・1
重量部強化繊維束(Fl)としては、直径23μmのモ
ノフィラメント4000本が収束されてなる幅約8mm
のロービング状ガラス繊維束(収束剤付着;約0.3重
量%)を用いた。
樹脂付着繊維束(F2)を上下一対のスクレーバー(3
)間を通過させ、スクレーバー(3)により過剰の粉体
状熱可塑性樹脂を除去し、粉体状熱可塑性樹脂と強化繊
維の重量割合が7・3となるように調整する。このよう
に上下一対のスクレーバー(3)の間隙を調節すること
により、粉体状熱可塑性樹脂の付if ffiを調整す
ることができる。
樹脂付着量か調整された樹脂付着繊維束(F2〉を拡幅
手段(4)によって元の幅、すなわち樹脂付着前の強化
繊維束(Fl)の幅よりも広くする。
拡幅の程度は一般に元の幅に対して1.2〜50倍程度
で、好ましくは2〜50倍程度であるか、ここでは元の
幅の約3,75倍の幅3011I11に拡幅する。
拡幅された樹脂付着繊維束(F2)を、引き取り駆動ロ
ール(5)及びピンチ・ロール(6)間を通過させ、つ
ぎにロータリー・カッター(7〉により長さ約25■に
切断し、短寸法の切断樹脂付着繊維束(F3)とする。
切断樹脂付着繊維束(F3)を、表面に多数の針状突起
(8〉を有する回転ロール(9)に上方から接触させ、
モノフィラメント単位にまで開繊し、均一に分散させた
後、上下無端ベルl−(10)(11)の間隙への送り
込み部(11b)の上に自然落下させ集積する。集積量
は、幅600II1mの下無端ヘルド(11)の送り込
み部(11b)の中央部において、約500mmの範囲
にわたり3320 g / m 2となるようにした。
このときの集積物(F4)の見掛は厚みは約32mta
であった。
針状突起付き回転ロール(9)としては、周長180 
am、幅600+amのロールに、直径1m1s長さ3
0IIfflの針状突起を、周方向に20mm、幅方向
に201の間隔で、ロール表面に対し垂直に設けたもの
を用い、その周速を50mとした。
また上下無端ベルト(10)(11)には、幅6001
n11、厚さ約1mmのガラス布強化テフロン・ベルト
を用いた。
切断樹脂付着繊維束集積物(F4)を、580■/分の
速度で移動する上下無端ベルト(10)(11)で挾み
ながら、両無端ベルト(10)(11)の間の最小間隙
を上下ガイド・ロール(18)により約2゜1 mal
ニ調節して切断樹脂付着繊維束集積物(F4)を厚み方
向に加圧して長さ約1500amで約200℃の熱風が
循環している加熱手段としての加熱炉(I2)中を通過
させ、粉体状熱可塑性樹脂を溶融させてフィラメントF
目互間に溶融樹脂を含浸させる。集積物(F4)を厚み
方向に加圧することにより、溶融した熱可塑性樹脂か流
動してモノフィラメント相互間の空隙を埋め、熱可塑性
樹脂と強化繊維とが確実に一体化するのである。
引き続いて、溶融状態にある樹脂と強化繊維の混合物を
、上下無端ベルト(10)(11)間の最小間隙を上下
ガイド・ロール(19)により約21に調節して加圧し
、そして冷却手段としての冷却ブロアー(1’()Iこ
より冷却し、繊維複合樹脂ンート(S)を得た。この繊
維複合樹脂シート(S)は、幅約500 mm、厚み約
2■てあって、フィラメント相互間には熱可塑性樹脂が
よく含浸しており、かつフィラメントか均一に分散して
いた。
500maX2000+++mの上記繊維複合シートの
5箇所より、30mtnX 30IWfflの試験片を
無作為に切り出し、700℃中で5時間処理して樹脂分
を燃焼除去し、ガラス繊維の含有量を測定した。また同
じ< 20+aIIX 150mmの試験片を切り出し
、支点間距離120mmで三点曲げ試験を行ない、曲げ
強度を測定した。その試験結果を第1表に示す。
第1表 実施例2 この実施例では、粉体状熱可塑性樹脂として、ペレット
状ポリプロピレン樹脂の冷凍粉砕粉体(平均粒径200
μII)を用い、また強化繊維束(Pi)として、直径
23μ■の七ノフィラメント4000本が収束されてな
る幅約8■のロービング状ガラス繊維束(収束剤付着量
約0.3重量%)10本を用いた。
また、針状突起付き回転ロールとしては、周長180+
am、幅600Iのロールに、直径1゜5■、長さ40
n+iの針状突起を、周方向に301、幅方向に30f
f111の間隔で、ロールの回転方向接線に対し60″
の角度を有するように設けたものを用い、その周速を2
5mとした。
実施例1と同し工程を経て得られた樹脂付着繊維束(F
2)を、上下一対のスクレーバー(3)間を通過させ、
スクレーパー(3)により過剰の粉体状熱可塑性樹脂を
除去し、粉体状熱可塑性樹脂と強化繊維の重量割合が6
:4となるように調整する。
樹脂付@量が調整された繊維束(F2)を拡幅手段(4
)によって元の幅の約6.25倍の幅50■−に拡幅す
る。
拡幅された樹脂付着繊維束(F3)を、ロータリー・カ
ッター(7)により長さ約25amに切断し、短寸法の
切断樹脂付着繊維束(F3)とする。
切断樹脂付着繊維束(F3)を、表面に上記針状突起(
8)を有する回転ロール(9)に上方から接触させた後
、上下無端ベルト(10)(+1)の間隙への送り込み
部(11b)の上に落下させ集積する。
集積量は、幅600+mmの下無端ベルト(11)の送
り込み部(11b)の中央部において、約50o■の範
囲にわたり3600 g / m 2となるようにした
。このときの集積物(F4)の見掛は厚みは約45+a
iであった。
切断樹脂付着繊維束集積物(F4)を、500■/分の
速度で移動する実施例1と同し構造の上下無端ベルト(
10)(11)で挾みなから、両無端ベルト(10)(
11)の間の最小間隙を上下ガイドロール(18)によ
り約3.21に調節し、長さ約15QC)■で約210
℃の熱風が循環している加熱炉(12)中を通過させて
粉体状熱可塑性樹脂を溶融させ、フィラメント相互間に
溶融樹脂を含浸させる。
引き続いて、溶融状態にある樹脂と強化繊維の混合物を
、上下無端ベルト(10) (11)間の最小間隙を上
下ガイド・ロール(19)によす約3 mml:調節し
、冷却ブロアー(13)により冷却して繊維複合樹脂シ
ート(S)を得た。この繊維B a樹脂シート(S)は
、幅約5001、厚み約31であって、フィラメント相
互間には熱可塑性樹脂がよく含浸しており、かつフィラ
メントか均一に分散していた。
実施例1と同様にして、上記繊維複合シートのガラス繊
維の含1iiffi及び曲げ強度を測定した。
その試験結果を第2表に示す。
第2表 実施例3 この実施例では、粉体状熱可塑性樹脂として、ナイロン
−6樹脂粉体(平均粒径約80μm)を用い、また強化
繊維束として、直径7μmのモノフィラメント6000
本か収束されてなる幅約6mnのロービング状ポリアク
リロニトリル系炭素繊維東10本を用いた。
また針状突起付き回転ロールとしては、周長600■、
幅600nmのロールに、直径2 +n+n。
長さ501inの針状突起を周方向に40mm、幅方向
に30m1の間隔で、ロール回転方向接線に対し60°
の角度を有するように設けたものを用い、その周速を5
0mとした。
実施例1と同様の工程を経て得られた樹脂付着繊維束(
F2)を、上下一対のスクレーパー(3)間を通過させ
、スクレーパー(3)により過剰の粉体状熱可塑性樹脂
を除去し、粉体状熱可塑性樹脂と強化繊維の重量割合が
7.5:2.5となるように調整する。
樹脂付着量が調整された繊維束(F2)を拡幅手段(4
)によって元の幅の約4.17倍の幅25amに拡幅す
る。
拡幅された樹脂付着繊維束(F2)を、ロータリー・カ
ッター(7)により長さ約50mmに切断し、短寸法の
切断樹脂付着繊維束(F3)とする。
切断樹脂付着繊維束(F3)を、表面に上記針状突起(
8)を有する回転ロール(9〉に上方から接触させた後
、上下無端ベルト(10) (11)の間隙への送り込
み部(flb)の上に落下させ集積する。
集積量は、幅600a+nの下無端ベルト(11)の送
り込み部(Llb)の中央部において、約500mmの
範囲にわたり3750 g / m 2となるようにし
た。このときの集積物(F4)の見掛は厚みは約30m
rr+であった。
切断樹脂付着繊維束集積物(F4)を、500■/分の
速度で移動する実施例1と同じ上下無端ベルト(10)
 (11)で挾みなから、両無端ベルト(10)(11
)の間の最小間隙を上下ガイド・ロール(IB)により
約3.21に調節し、長さ約15001D11で約24
0℃の熱風が循環している加熱炉(12)中を通過させ
て粉体状熱可塑性樹脂を溶融させ、フィラメント相互間
に溶融樹脂を含浸させた。
引き続いて、溶融状態にある樹脂と強化繊維の混合物を
、上下無端ベルト(10)(11)間の最小間隙を上下
ガイド・ロールによりさらに約31に調節し、冷却ブロ
アー(19)により冷却して繊維複合樹脂シート(S)
を得た。この繊維複合樹脂シート(S)は、幅約500
11II111厚み約3INI11であって、フィラメ
ント相互間には熱可塑性樹脂がよく含浸しており、かつ
フィラメントか均一に分散していた。
実施例1と同様にして、上記繊維複合シートのガラス繊
維の含有量及び曲げ強度を測定した。
その試験結果を第3表に示す。
第3表 〔発明の効果〕 この発明の製造方法によれば、強化組維かモノフィラメ
ント単位で良好に分散し、かつ強化繊維がモノフィラメ
ント相互間にまで樹脂が充分に含浸するため、強化繊維
の補強効果か高くて優れた物性を有し、しかも強化繊維
と樹脂の分布が均一となるので、物性の均一な繊維複合
シートが得られる。また工程か連続的であるから生産性
もよい。
【図面の簡単な説明】 図面は二の発明の実施に用いられる装置を示すもので、
第1図は装置全体の垂直側断面略図、第2図は表面に多
数の針状突起を有する回転ロールの拡大斜視図である。 (Fl)・・・強化繊維束、(F2)・・・樹脂付着繊
維束、(F3)・・・切断樹脂付着繊維束、(F4)・
・・切断樹脂付着繊維束集積物、(8)・・・針状突起
、(9)・・回転ロール、(10)・・・上無端ベルト
、(11)・・・下無端ベルト、(11b)・・・送り
込み部、(12)・・・加熱手段、(13)・・・冷却
手段、(S)・・・′m維複合シート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a)多数の連続モノフィラメントよりなる強化繊維束(
    F1)を、粉体状熱可塑性樹脂の流動層(R)中を通過
    させ、繊維束(F1)の各モノフィラメントに粉体状熱
    可塑性樹脂を付着させる工程と、 b)樹脂付着繊維束(F2)を所定長さに切断する工程
    と、 c)切断樹脂付着繊維束(F3)を、表面に多数の針状
    突起(8)を有する少なくとも1つの回転ロール(9)
    に上方から接触させた後、所定間隔をおいて対向せしめ
    られた上下無端ベルト(10)(11)の間隙への送り
    込み部(11b)上に落下させて集積する工程と、 d)切断樹脂付着繊維束集積物(F4)を両無端ベルト
    (10)(11)の間隙へ送り込み、これを移動する両
    無端ベルト(10)(11)で、挾みながら、加熱領域
    及び冷却領域を通過させてシート状となす工程 とを含む繊維複合シートの製造方法。
JP2259786A 1990-09-27 1990-09-27 繊維複合シートの製造方法 Expired - Lifetime JPH0745136B2 (ja)

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