JPH02160509A

JPH02160509A - 繊維強化複合材の製造方法

Info

Publication number: JPH02160509A
Application number: JP31670488A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yamamoto; 山本　和芳; Kiyoyasu Fujii; 藤井　清康
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1988-12-15
Publication date: 1990-06-20

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）本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂とが一体化された繊
維強化複合材の製造方法に関する。

（従来の技術）ロービング状の連続する強化繊維を粉体状熱可塑性樹脂
中を通過させ、強化繊維に粉体状熱可塑性樹脂を保持さ
せた後、連続的に加熱ゾーンを通過させて粉体状熱可塑
性樹脂を溶融させることにより、強化繊維と熱可塑性樹
脂とを一体化させる繊維強化複合材の製造方法は広く知
られている（特公昭５２−３９８５号公報、特開昭５８
−５０１９４３号公報、特開昭６３−２７２０８号公報
参照）。

（発明が解決しようとする課Ｒ）これらの方法において得られた繊維強化複合材は、強化
繊維のフィラメントが一方向に引き揃えられているため
、繊維の折り曲げ方向に対しては非常に優れた強度を示
すが、繊維間方向、つまり繊維強化複合材の幅方向及び
厚み方向の強度は不十分で、繊維の長手方向に沿った割
れ伸展等が起こり易いという欠点があった。

本発明は上記欠点を解決するものであり、その目的とす
るところは、強化繊維のフィラメントが一方向に揃えら
れていて曲げ方向に対する強度が高い上に、幅方向及び
厚み方向の強度も高く、繊維の長手方向に沿って割れ等
を生じることのない繊維強化複合材の製造方法を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）本発明の繊維強化複合材の製造方法は、粉体状熱可塑性
樹脂と繊維状微小充填材の混合組成物の中を、多数の連
続するフィラメントより構成されるロービング状の強化
繊維を通過させてフィラメント間に混合組成物を保持さ
せた後、これを熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱し、
次いで冷却することを特徴としており、そのことにより
上記目的が達成される。

第１図は本発明に用いられる製造装置の一例を示したも
のである。

この製造装置は、ロービング状の強化繊維１が巻回され
たロール１ａをセットする巻戻しロール１０と、粉体状
熱可塑性樹脂と繊維状微小充填材の混合組成物２が供給
されている容器２０と、容器２０を通過した強化繊維１
を引き取るピンチロール１１と、強化繊維１がピンチロ
ール１１で引き取られる途中に配設されており、強化繊
維１を押圧することにより、強化繊維１を所定幅に広げ
る押圧ロール４０と、強化繊維１の上下面に一対配設さ
れており、強化繊維ｌに保持された過剰の粉体状熱可塑
性樹脂と繊維状微小充填材の混合組成物２を除去してそ
の保持量を一定にするスリッター５０．５１と、強化繊
維ｌに保持された上記混合組成物２を溶融させる遠赤外
線加熱炉６０と、加熱された混合組成物２を押圧して強
化繊維１と一体化させる加熱ロール６１と、を備えてい
る。

容器２０の底部には多数の通気孔２５が設けられており
、気体供給路２１から送られた気体がこの通気孔２５を
通って容器２０の内部へ送られるようになっている。従
って、容器２０内に入れられた上記混合組成物２は、そ
の気体の噴出によって流動化した状態となり流動床２６
が形成されている。容器２０の壁の上端部及び内部には
、強化繊維１を案内するガイドロール２２．２３．２４
が配設されている。

次に、上記製造装置を用いて本発明の製造方法を説明す
る。

強化繊維１の端部はピンチロール１１で挟持されていて
、ピンチロール１１の駆動により強化繊維１は所定速度
で引き取られてロール１ａの外側より撚りがかからない
ように順次巻戻される。そして、強化繊維１はガイドロ
ール２２．２３．２４で案内されて容器２０内に導かれ
る。容器２０内には粉体状熱可塑性樹脂と繊維状微小充
填材の混合組成物２が入れられており、容器２０内を通
過する強化繊維ｌのフィラメント間に混合組成物２が侵
入して保持される。特に、上記したように、容器２０内
に通気孔２５から気体を噴出させて流動床２６を形成す
ることにより、それらの気体の噴出及び混合組成物２の
衝突等によって強化繊維１はフィラメント状に開繊され
易くなり、混合組成物２を強化繊維１のフィラメント間
に容易に侵入させることができる。

また、強化繊維１の開繊装置等を用いて、容器２０内で
強化繊維１を機械的に開繊するようにしてもよい。

次に、混合組成物２が保持された強化繊維１は、ロール
４０で押え付けられながら通過することで一定幅の帯状
に広げられ、引き続いて、強化繊維１がスリッター５０
．５１の上下面を通過する際に過剰の混合組成物２は除
去され、その保持量が一定とされる。引き続いて、上記
混合組成物２が保持された強化繊維１は遠赤外線加熱炉
６０に供給され、ここで加熱されて粉体状熱可塑性樹脂
が溶融する。

その後、加熱ロール６１を通過する際に、上記溶融した
熱可塑性樹脂が上下両面から押圧される結果、この溶融
樹脂が強化繊維１及び微小充填材側へ押し込まれて溶融
樹脂と繊維状微小充填材及び強化繊維ｌとが一体化され
る。次いで、ピンチロール１１を通過して冷却されるこ
とにより、薄帯状プリプレグの形態で繊維強化複合材が
得られる。

本発明で用いられるロービング状の連続した強化繊維１
としては、ガラス繊維、炭素繊維、微細な金属線等の無
機繊維や、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミ
ド繊維等の有機繊維が用いられ、通常繊維径２〜４０μ
ｍのフィラメントを数百〜数十１本同方向に束ねて構成
された連続する繊維である。また、強化繊維Ｉは樹脂と
の接着強度を向上させるために通常行われるサイジング
処理が施されていても良い。また、使用する粉体状熱可
塑性樹脂の溶融温度において熱的に安定な繊維が選ばれ
る。

本発明で用いられる粉体状熱可塑性樹脂は、ボリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、
ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンサ
ルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等の熱により
軟化溶融する樹脂が総て使用可能である。また、これら
の熱可塑性樹脂の混合物も使用し得る。安定剤、潤滑剤
、加工助剤、可塑剤、染料、顔料のような添加剤を、熱
可塑性樹脂に配合しても良い。この粉体状熱可塑性樹脂
の平均粒子径は、１０００μｍ以下が好ましい。

粉体状熱可塑性樹脂の平均粒子径が１０００μｍを上回
ると流動床中での粉体の流動が好適に起こらず、ロービ
ング状の連続強化繊維のフィラメント間への熱可塑性樹
脂の付着が困難となる傾向にある。

本発明で用いられる繊維状微小充填材は、ガラス繊維、
炭素繊維等の無機繊維のミルドファイバ、あるいは窒化
ケイ素、炭化ケイ素、チタン酸カリウム等のウィスカー
が好適に用いられる。この繊維状微小充填材の平均アス
ペクト比（Ｌ／Ｄ）は５以上であるのが好ましい。平均
アスペクト比が５を下回ると、繊維状としての機能がな
くなり、繊維強化複合材の幅及び厚み方向に対する強度
が充分得られない。また、繊維状微小充填材の繊維長は
１０〜１０００μｍの範囲が好ましい。繊維長が１００
０μｍを上回ると、流動床２６中での粉体の流動が好適
に起こらず、ロービング状の強化繊維１のフィラメント
間に繊維状微小充填材が充分付着しない。

１０μｍを下回ると繊維状としての機能がなくなり、繊
維強化複合材の幅及び厚み方向に対する強度が充分得ら
れない。

また、繊維状微小充填材は、粉体状熱可塑性樹脂と繊維
状微小充填材との混合組成物２中において１〜３０容量
％の範囲で含有されるのが良い。１容量％を下回ると、
繊維状微小充填材の添加効果が小さいため繊維強化複合
材の幅及び厚み方向に対する強度が充分得られず、３０
容量％を上回ると熱可塑性樹脂の結合力が低下し、強化
繊維１への熱可塑性樹脂の含浸性が損なわれる傾向にあ
る。

上記流動床２６を形成するための気体としては、通常空
気が用いられ、コンプレッサーやブロアー等から供給さ
れる。必要に応じて窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アル
ゴン等の不活性気体が用いられる。

なお、本発明の他の製造方法として、混合組成物２が保
持された強化繊維１を、粉体状熱可塑性樹脂の溶融温度
以上の温度に加熱された所望形状のスリットを有する金
型中を通過させることにより、溶融樹脂と微小充填材及
び混合組成物２と強化繊維１とを一体化させつつ所望の
横断面形状を有する長尺の繊維強化複合材を得ても良い
。

本発明によって得られた繊維強化複合材は、強化繊維ｌ
を構成するフィラメントが開繊した状態で一方向に配向
しているため強化繊維１の曲げ方向の強度が高く、また
繊維状微小充填材がランダムに配向した状態で樹脂によ
り一体化しているため強化繊維ｌの長手方向に沿った割
れ進展がなく、繊維間方向、つまり繊維強化複合材の幅
及び厚み方向の強度も高いものである。

このようにして得られた繊維強化複合材は、種々の形状
に成形することができ、単独であるいは複数枚を積層し
、又は他の部材と積層して板材、管等に用いることがで
きる。

（実施例）以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

実】ｌ粗Ｌ〈使用材料〉強化繊維としてガラス繊維ロービング（フィラメント径
２２μｍ　、　４４００ｇ／ｋｍ）を１本用いた。粉体
状熱可塑性樹脂と繊維状微小充填材との混合組成物とし
て下記配合で混合したものを用いた。

ステアリルアルコールポリオレフィンワックス・・・　１重量部・・・　１重量部く製造条件〉第１図に示した装置を用いて薄帯状の繊維強化複合材（
プリプレグとも称される）を製造した。

容器２０は硬質ポリ塩化ビニル製のものを用い、容器２
０内に上記混合組成物２を投入した。コンプレッサーに
より容器２０底部の通気孔２５がら空気を容器２０内へ
噴出させて流動床２６を形成した。

上記ロービング１の引き取り速度は、ピンチロール１１
にて１５０ｃａ＋／ｓｉｎの一定速度とした。加熱炉６
０は表面温度約３４０℃に設定された赤外線ヒーターを
有するものを用いた。加熱ロール６１の温度は１９０℃
に設定した。

得られた薄帯状の繊維強化複合材は幅約３０１ｎｆｌ＋
、厚み約０．５　ｍｍであった。また、連続製造中に繊
維強化複合材は、その強化繊維間方向に分かれることも
なかった。

得られた繊維強化複合材を数枚積層してプレス成形によ
り厚み２．０　ｍの一方向強化板を得、この強化板の曲
げ試験及びデュポン衝撃試験を行ったところ、曲げ強度
は４０ｋｇ／ＩＩｗ＋”であり、衝撃強度は５５ｋｇ−
Ｃ１１であった。

１１拠ｌく使用材料〉強化繊維としてガラス繊維ロービング（フィラメント径
２２μ餉、４４００ｇ／ｋｍ）を１本用いた。粉体状熱
可塑性樹脂と繊維状微小充填材との混合組成物として、
下記配合で混合したものを用いた。

ナイロン−６（平均粒子径８０μｍ）・・・９０重量部
チタン酸カリウムウィスカー（平均長さ５０μｍ直径１μｌ１１）　　　・・・１０
重量蔀く製造条件〉実施例１と同様に、容器２０内に流動床２６を形成した
装置を用い、以下の条件で薄帯状の繊維強化複合材を製
造した。ロービング１の引き取り速度は、ピンチロール
１１にて１５０ｃｍ／ｍｉｎの一定速度とした。加熱炉
６０は表面温度約３８０°Ｃに設定された赤外線ヒータ
ーを有するものとした。加熱ロール６１の温度は２２５
°Ｃに設定した。

得られた薄帯状繊維強化複合材は幅約４０ｍｍ、厚み約
０．５　ｍｍであった。また、連続製造中に薄帯状繊維
強化複合材は、その強化繊維間方向に分かれることもな
かった。

得られた繊維強化複合材を数枚積層してプレス成形によ
り厚み２．０　ｔｒｔｔａの一方向強化板を得、この強
化板の曲げ試験及びデュポン衝撃試験を行ったところ、
曲げ強度は５５ｋｇ／ｍｍ″であり、衝撃強度は６５ｋ
ｇ−Ｃｆｆｉであった。

災施尉主〈使用材料〉強化繊維としてＰＡＮ系炭素炭素繊維ロービングィラメ
ント径８μｍ、フィラメント数６０００本）を１本用い
た。粉体状熱可塑性樹脂と繊維状微小充填材との混合組
成物として、下記配合で混合したものを用いた。

〈製造条件〉実施例１と同様に、容器２０内に流動床２６を形成した
装置を用い、以下の条件で薄帯状の繊維強化複合材を製
造した。ロービング１の引き取り速度は、ピンチロール
１１にて１２０ｃｍ／ｓｉｎの一定速度とした。加熱炉
６０は表面温度約３５０℃に設定された赤外線ヒーター
を有するものとした。加熱ロール６１は２００°Ｃに設
定した。

得られた薄帯状の繊維強化複合材は幅約２０ｍｍ、厚み
約０．５日であった。また、連続製造中に繊維強化複合
材は、その強化繊維間方向に分かれることもなかった。

得られた繊維強化複合材を数枚積層してプレス成形によ
り厚み２．０　ａｍの一方向強化板を得、この強化板の
曲げ試験及びデュポン衝撃試験を行ったところ、曲げ強
度は６５ｋｇ／＋ｖｍ”であり、衝撃強度は６５ｋｇ−
ｃｔａであった。

１較■ 〈使用材料〉強化繊維としてＰＡＮ系炭素炭素繊維ロービングィラメ
ント径８μｍ、フィラメント数６０００本）を１本用い
た。粉体状熱可塑性樹脂と繊維状微小充填材の混合組成
物として、下記配合で混合したものを用いた。

（以下余白）ブチル錫含硫黄系安定剤　　　・・・　３重量部ステア
リルアルコール　　　　・・・　１重量部ポリオレフィ
ンワックス　　　・・・　１重量部〈製造条件〉実施例１と同様に、容器２０内に流動床２６を形成した
装置を用い、以下の条件で薄帯状の繊維強化複合材を製
造した。

ロービングｌの引き取り速度は、ピンチロール１１にて
１２０ｃｍ１０＋ｉｎの一定速度とした。加熱炉６０は
表面温度約３５０″Ｃに設定された赤外線ヒーターを有
するものとした。加熱ロール６１は２００°Ｃに設定し
た。

得られた薄帯状の繊維強化複合材は幅約３０皿、厚み約
ＩＩＩＩ！ｉであった。また、繊維強化複合材は連続製
造中に強化繊維の繊維方向に沿って分かれる割れ進展が
あった。

得られた繊維強化複合材を数枚積層してプレス成形によ
り厚み２．Ｏｒｍの一方向強化板を得、この強化板の曲
げ試験及びデュポン衝撃試験を行ったところ、曲げ強度
は１５ｋｇ／ｍｍ”であり、衝撃強度は５ｋｇ−ｃ涌で
あった。

（発明の効果）このように、本発明の製造方法によれば、強化繊維のフ
ィラメントが一方向に揃えられていて曲げ方向の強度が
高く、しかも微小充填材が配向しない状態で熱可塑性樹
脂とともに一体化されていて幅方向及び厚み方向の強度
も高く、繊維の長手方向に沿った割れ等の生じない繊維
強化複合材を得ることができる。

４　　パ　　の　　　な蕾゛Ｈ第１図は本発明に用いる製造装置の一実施例を示す概略
図である。

１・・・強化繊維、２・・・混合組成物。

以上

Claims

【特許請求の範囲】

１、粉体状熱可塑性樹脂と繊維状微小充填材の混合組成
物の中を、多数の連続するフィラメントより構成される
ロービング状の強化繊維を通過させてフィラメント間に
混合組成物を保持させた後、これを熱可塑性樹脂の溶融
温度以上に加熱し、次いで冷却することを特徴とする繊
維強化複合材の製造方法。