JPH0544188A - スタンピング成形材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱可塑性樹脂粉末と短繊維状強化材を用い
て、分散法により製造されるスタンピング成形材料に、
複雑な成形が容易であるとの特徴を損なうことなく、強
度や弾性率などの方向性をもたせる。 【構成】 熱可塑性樹脂粉末と短繊維状強化材とを含む
懸濁液を、懸濁液の流れの幅方向に突起状物ａを規則的
に配置した流路を通過させて、短繊維状強化材を一方向
に配向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温における剛性と低
温における耐衝撃性に優れ、かつ強度、弾性率等の諸物
性に方向性を有するスタンピング成形材料の製造方法に
関するものであり、該成形材料を賦形した成形品は自動
車内・外装部品や、建築用資材のような用途に供され
る。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂と繊維状強化材とをマット
状あるいはシート状にした組成物がスタンピング成形材
料として知られている。これらの材料の成形は、樹脂の
融点または軟化点以上に加熱したのち、一対の型の間に
成形材料を供給し加圧して賦形することによりなされ、
一般にスタンピング成形と称されている。スタンピング
成形は、成形に要する時間が短いので生産性が高く、成
形品は金属と異なり錆びず、比重に対する強度と弾性率
が高いことから軽量化が可能であり、高温における剛性
や低温における耐衝撃性に優れ、線膨張率も低いことか
ら、自動車産業や一般産業分野に広く用いられている。

【０００３】従来、熱可塑性樹脂と繊維状強化材とから
なるスタンピング成形材料を製造する方法としては、連
続した長い繊維からなるマットに熱可塑性樹脂をラミネ
ート含浸させてシート状にするいわゆるラミネート法
と、ガラス繊維のチョップドストランドのような短繊維
と、熱可塑性樹脂の繊維および／または粒子とを分散さ
せ、マット状にする方法、あるいはこのマット状物を加
熱、加圧、冷却してシート状にする、いわゆる分散法が
よく知られている。前者の例としては、ガラス織布に熱
可塑性樹脂を積層する方法（特開昭４８−６１７６８号
公報）、樹脂シートとガラス繊維マットとをエンドレス
ベルトで積層する方法（特開昭５５−７７５２５号公
報）、ガラス繊維マットを樹脂でサンドイッチして一対
の加熱加圧盤で積層する方法（特開昭５６−１４２０３
６号公報）、樹脂粉末と不連続ガラス繊維より成るマッ
トを加熱加圧する方法（特開昭５６−１１２２９号公
報）などが、また後者の例としては、ポリプロピレンに
ガラス繊維とパルプ状のポリプロピレン繊維を混合する
方法（特公昭５１−４７７５２号公報）、樹脂粉末、ガ
ラス繊維、ポリオレフィンパルプ、ラテックスおよび凝
集剤を含むことを特徴とする方法（特開昭５７−２８１
３５号公報）および、樹脂粉末、ガラス繊維、ラテック
スバインダーおよび凝集剤を含むことを特徴とする方法
（特開昭５８−５９２２４号公報）などが知られてい
る。

【０００４】これらの方法で製造されたスタンピング成
形材料は、マトリックスである熱可塑性樹脂の成形性や
耐薬品性を生かし、繊維強化による剛性、耐衝撃性、寸
法安定性などの向上と相俟って自動車の構造部材や土建
資材等に着実に利用されつつある。

【０００５】しかしながら、実用に供される各種部材に
おいては全体の機械的強度化や弾性率が均一であること
が必ずしも必要でない場合がある。すなわち、ある一定
方向に非常に大きい曲げ強度と剛性が要求されるような
部材もある。例えば梁のような部材では、従来の均質な
スタンピング成形材料を用いる場合には設計上必要な強
度や剛性を確保するため、全体として肉厚となり軽量化
が達成しにくい。また、分散法を用いたスタンピング成
形材料では、結果として強度に方向性があることがある
が（特公昭６３−５４７３５号公報）、効果ははなはだ
不十分である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる熱可
塑性樹脂と短繊維状強化材を用いた、分散法により製造
されるスタンピング成形材料において、強度や弾性率の
方向性をもたせつつ、リブ立や複雑な成形が容易である
という特徴を損なうことのない、工業部品に広く応用で
きるスタンピング成形材料の製造方法を提供しようとす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、湿式分散法に
より、熱可塑性樹脂と短繊維状強化材とを用いてスタン
ピング成形材料を製造するに際して、熱可塑性樹脂粉末
と短繊維状強化材とを含む懸濁液を、前記懸濁液の流れ
の幅方向に、突起状物を規則的に配置した流路を通過さ
せることにより、短繊維状強化材を一方向に配向させる
ことを特徴とするスタンピング成形材料の製造方法であ
る。

【０００８】本発明は、解繊された短繊維状強化材と熱
可塑性樹脂を用いたスタンピング成形材料を、湿式分散
法によって製造するに際し、部品的に強度や弾性率の方
向性を持たせる方法であり、強度や弾性率の方向性を持
たせるための強化繊維を、これまでのように連続繊維と
せずに、曲がりのない直線状の短繊維とし、熱可塑性樹
脂粉末と短繊維状強化材とを含む懸濁液を、突起状物を
規則的に配置した流路を通過させることにより、繊維状
強化材を一方向に配向させることを特徴としている。

【０００９】本発明は、短繊維状強化材と熱可塑性樹脂
粉末および必要に応じて酸化防止剤等の添加剤を、水あ
るいは気泡水などの液体中に分散、懸濁させた懸濁液
を、突起状物が懸濁液の流れの幅方向に規則的に配置さ
れている流路を通過させ、懸濁液中の短繊維状強化材を
一方向に配向させつつメッシュベルト等の多孔性部材上
に抄出し、排水する。さらに必要に応じて、抄出したマ
ット状のウェブを乾燥させ、樹脂の融点または軟化点以
上に加熱し、加圧、冷却して緻密なシート状にするスタ
ンピング成形材料の製造方法である。また必要に応じて
短繊維状強化材を一方向に配向されるための突起状物を
配した抄出し口と、短繊維状強化材を無方向に抄出す口
を上下あるいは左右に交互に配して、短繊維状強化材が
部分的に一方向に配向したスタンピング成形材料を製造
することもできる。

【００１０】本発明を実施するための湿式分散法とは、
繊維強化材と熱可塑性樹脂粉末および必要に応じて酸化
防止剤等の添加剤を、水あるいは気泡水などの液体中に
分散、懸濁させ、該懸濁液から繊維状強化材と熱可塑性
樹脂粉末とが混ざり合ったウェブを抄き出す方法であ
り、特に気泡水を分散媒に用いた方法が好ましく、例え
ば図１に示す方法が適用できる。すなわち短繊維状強化
材と樹脂粉末などの原料を回転する攪拌羽根２および１
２を備えたディスパージョンタンク１および１１で水等
の分散液中に分散混合させ、ディスパージョンタンクで
分散混合された短繊維状強化材と樹脂粉末などを含む懸
濁液をポンプ７ａ，７ｂを介して懸濁液流路３および１
３を通してメッシュベルト４上に抄き出し、ウェブと呼
ばれるマット状の層５および１５とする。このウェブを
脱水・乾燥機８にて排水・乾燥させから、巻き取り装置
９にて巻き取る。そして、解除装置１０にてこの巻き取
ったものを解除し、加熱プレス装置２０で加熱プレスし
てカッター２１で切断し緻密なシート６等の成形品とす
る。

【００１１】本発明では、１あるいは２以上の懸濁液流
路を備えた湿式分散法の製造装置を用い、少なくとも１
個の懸濁液流路の上面および／または下面に、例えば図
２に示した短繊維状強化材を一方向に揃えるための突起
状物ａを、流れの幅方向に規則的に配置し、ディスパー
ジョンタンクより送られてくる懸濁液中の繊維状強化材
を一方向に配向させつつ抄出する。

【００１２】短繊維状強化材を一方向に揃えるための突
起状物としては、例えば図２に示すように、一般に短繊
維状強化材の詰まりや流れの不均一を避けることができ
る形状が好ましく、例えば流線形、三角錐、四角錐、円
錐形等の錐形、円柱、三角柱、四角柱等の柱状、半球
状、懸濁液の流れに平行な溝状あるいはこれらの形状を
組み合わせた形状を適用することができる。図２のＡは
流線型の突起状物ａを上下の両面に配置した懸濁液流路
の例、図２のＢは溝状の突起状物ａを下面のみに配置し
た懸濁液流路の例である。なお，図においてｂは抄出し
口、ｃは懸濁液導入口である。

【００１３】突起状物の高さ（ｈ）は、突起状物ａを懸
濁液流路の上面または下面のいずれか一面のみに配した
場合には、懸濁液流路出口の高さ（Ｈ）の２％から９０
％、好ましくは５％から８０％の範囲とすることが望ま
しい。突起状物を懸濁液流路の上面および下面の両面に
配した場合には、各面の突起状物の高さ（ｈ）の合計が
懸濁液流路出口の高さ（Ｈ）の２％から９０％、好まし
くは５％から８０％の範囲とすることが望ましい。一般
に突起状物の高さが低いと、強度や弾性率の方向性が弱
くなる。逆に高いと強度や弾性率の方向性は強くなる
が、ウェブ厚みが幅方向に不均一になりやすくなる。

【００１４】突起状物の配列間隔（ｉ）は、好ましくは
短繊維状強化材の長さの１０分の１から２０倍、より好
ましくは５分の１から１５倍の範囲であり、間隔が狭す
ぎると繊維状強化材の詰まりが起きやすく、逆に広すぎ
ると強度や弾性率の方向性を得にくくなる。

【００１５】突起状物の形状、大きさおよび配列間隔
は、配向させられる短繊維状強化材の長さ、直径、開繊
の程度あるいは抄き出し速度、さらに必要とする強度や
弾性率の方向性等によって決定することが望ましい。ま
た突起状物による繊維状強化材の配向効果を十分に引き
出すためには、懸濁液を層流状態で流すことが好まし
い。

【００１６】本発明のスタンピング成形材料の製造に用
いる熱可塑性樹脂は、特に制限は無く、例えば、ポリオ
レフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポ
リアミド、ポリオキシメチレン、アクリル樹脂、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、
ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、およびこれら
の変性体やブレンド物、およびポリマーアロイ等を用い
ることができ、中でも繊維強化によって、例えば熱変形
温度などの耐熱特性が顕著に向上する結晶性樹脂が好ま
しい。樹脂の形態はペレット、パウダー、フレーク、繊
維等のいずれでもよく、製造方法に応じたものが採用さ
れる。また、原料となる熱可塑性樹脂には、目的に応じ
て酸化防止剤等の添加剤、フィラー、着色剤、架橋剤等
を添加することができる。

【００１７】本発明に用いられる短繊維状強化材は、ガ
ラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミックス繊維等の
無機繊維および、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステ
ル等の有機繊維であり、これら単独または２種以上を用
いることが可能であるが、強度及び弾性率の高い炭素繊
維やガラス繊維を用いることが好ましい。繊維の形状
は、好ましくは直径５〜３０μm で長さが３〜２００mm
の範囲が用いられる。一般に繊維径が小さいかまたは繊
維長が長いと、繊維の直線性が得られにくくなり、逆に
繊維直径が大きいか、または繊維長が短いと繊維を一方
向に配向させることが困難になる。

【００１８】樹脂と短繊維状強化材の比率は、短繊維状
強化材に対して樹脂が多すぎると、成形時に繊維の直線
性が損なわれることがあり、逆に短繊維状強化材の含有
割合が高すぎると、成形時にシート内に空隙ができるこ
とがあり、結果的に強度低下を招く恐れがあるため、短
繊維状強化材の割合は好ましくはスタンピング成形材料
全体の５〜６０体積％の範囲で使用する。本発明を実施
例によりさらに詳しく説明する。

【００１９】

【実施例】

実施例１〜４ 図１の装置を用い、懸濁液流路１３を、抄出し口の幅が
２４０mm、高さが４０mmで突起状物の無い形状にし、懸
濁液流路３を抄出し口の幅を２４０mmに揃えた他は、表
１に示したように図２に示す各形状にして、ポリプロピ
レンと各種の短繊維からなるスタンピング成形材料１〜
４を以下の手順で製造し、物性を測定した。

【００２０】ディスパージョンタンク１および１１に、
界面活性剤を含む水を攪拌し、２．５倍の体積に発泡さ
せ、この気泡水中にポリプロピレンの粉末と短繊維の１
０００本の束とを水に対して、合わせて５体積％の濃度
になるように導入し、攪拌羽根２および１２で５分間攪
拌した。次いでポリプロピレンと分散した短繊維を含ん
だ懸濁液を懸濁液流路３および１３にそれぞれ１０リッ
トル毎分で供給し、１ｍ／分で移動するメッシュベルト
４上に抄き出し、排出、乾燥してウェブを得た。ウェブ
を加熱プレスで５kg／cm² の圧力下２００℃まで２０℃
／分で加熱し、次いで６０℃／分の割合で冷却して１．
３mm厚みのシート６を得た。

【００２１】このシートをメッシュベルトの送り方向
（Ｍ方向）およびこれと直角方向（Ｔ方向）に試験片を
切り出し、懸濁液流路３から抄き出された面を上にし
て、ＪＩＳ Ｋ７２０３に従って曲げ物性を測定した。
測定結果を表１に示した。実施例１〜４のいずれもＭ方
向に高い曲げ強度と曲げ弾性率であった。

【００２２】実施例５ 懸濁液流路１３を、突起状物を配した図２のＡの形状に
し、懸濁液流路３を図２のＢの形状にした他は、実施例
１〜４と同じ方法でスタンピング成形材料としてのシー
ト６を製造し、曲げ物性を測定した。測定結果を表１に
示した。Ｍ方向に高い曲げ強度と曲げ弾性率であった。

【００２３】比較例 懸濁液流路３および１３を、突起状物が無い、実施例１
〜４の懸濁液流路１３と同じ形状にした他は、実施例１
〜４と同じ方法でスタンピング成形材料としてのシート
６を製造し、曲げ物性を測定した。測定結果を表１に示
した。Ｍ方向とＴ方向での物性の差はほとんど無かっ
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、短繊維状強化材
を一方向に配向させることができ、強度や弾性率に方向
性を有するスタンピング成形材料を得ることができる。
この方法で製造されたスタンピング成形材料は、必要な
方向に重点的に補強できる。同時に強化材が短繊維状で
あるため、加熱成形時に繊維と樹脂が同時に流れ、繊維
状強化材が成形品細部にまで行きわたる。これにより、
複雑な形状の成形品への適用が極めて容易であり、リブ
等の補強構造を有効に生かせるという特徴を同時に有
し、強度や弾性率の方向性とリブ等の補強構造を考え合
わせた効果的な製品設計が可能となり、結果として極め
て効果的な軽量化を達成することができる。これらの特
徴により、本発明で得られるスタンピング成形材料は、
成形加工することにより、例えばバンパービーム、シャ
ーシ、内装材等の自動車部品、ハウジング等の電気部
材、Ｉビーム等の建材、土木用品等に適用できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】スタンピング成形材料製造工程の概略図。

【図２】短繊維状強化材を一方向に揃えるための懸濁液
流路と突起状物の説明図。

【符号の説明】

１，１１ ディスパージョンタンク ２，１２ 攪拌羽根 ３，１３ 懸濁液流路 ４ メッシュベルト ５，１５ マット状の層 ６ シート ａ 突起状物 ｂ 抄出し口 ｃ 懸濁液導入口

【手続補正書】

【提出日】平成３年９月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】しかしながら、実用に供される各種部材に
おいては全体の機械的強度や弾性率が均一であることが
必ずしも必要でない場合がある。すなわち、ある一定方
向に非常に大きい曲げ強度と剛性が要求されるような部
材もある。例えば梁のような部材では、従来の均質なス
タンピング成形材料を用いる場合には設計上必要な強度
や剛性を確保するため、全体として肉厚となり軽量化が
達成しにくい。また、分散法を用いたスタンピング成形
材料では、結果として強度に方向性があることがあるが
（特公昭６３−５４７３５号公報）、効果ははなはだ不
十分である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる熱可
塑性樹脂と短繊維状強化材を用いた、分散法により製造
されるスタンピング成形材料において、強度や弾性率の
方向性をもたせつつ、リブ立てや複雑な成形が容易であ
るという特徴を損なうことのない、工業部品に広く応用
できるスタンピング成形材料の製造方法を提供しようと
するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】本発明は、短繊維状強化材と熱可塑性樹脂
粉末および必要に応じて酸化防止剤等の添加剤を、水あ
るいは気泡水などの液体中に分散、懸濁させた懸濁液
を、突起状物が懸濁液の流れの幅方向に規則的に配置さ
れている流路を通過させ、懸濁液中の短繊維状強化材を
一方向に配向させつつメッシュベルト等の多孔性部材上
に抄出し、排水する。さらに必要に応じて、抄出したマ
ット状のウェブを乾燥させ、樹脂の融点または軟化点以
上に加熱し、加圧、冷却して緻密なシート状にするスタ
ンピング成形材料の製造方法である。また必要に応じて
短繊維状強化材を一方向に配向させるための突起状物を
配した抄出し口と、短繊維状強化材を無方向に抄出す口
を上下あるいは左右に交互に配して、短繊維状強化材が
部分的に一方向に配向したスタンピング成形材料を製造
することもできる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】本発明を実施するための湿式分散法とは、
繊維状強化材と熱可塑性樹脂粉末および必要に応じて酸
化防止剤等の添加剤を、水あるいは気泡水などの液体中
に分散、懸濁させ、該懸濁液から繊維状強化材と熱可塑
性樹脂粉末とが混ざり合ったウェブを抄き出す方法であ
り、特に気泡水を分散媒に用いた方法が好ましく、例え
ば図１に示す方法が適用できる。すなわち短繊維状強化
材と樹脂粉末などの原料を回転する攪拌羽根２および１
２を備えたディスパージョンタンク１および１１で水等
の分散液中に分散混合させ、ディスパージョンタンクで
分散混合された短繊維状強化材と樹脂粉末などを含む懸
濁液をポンプ７ａ，７ｂを介して懸濁液流路３および１
３を通してメッシュベルト４上に抄き出し、ウェブと呼
ばれるマット状の層５および１５とする。このウェブを
脱水・乾燥機８にて排水・乾燥させてから、巻き取り装
置９にて巻き取る。そして、解除装置１０にてこの巻き
取ったものを解除し、加熱プレス装置２０で加熱プレス
してカッター２１で切断し緻密なシート６等の成形品と
する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０４Ｈ 1/58 Ｚ 7199−3Ｂ // Ｂ２９Ｋ 105:14 (72)発明者 大野 賢祐 三重県四日市市東邦町１番地 三菱油化株 式会社四日市総合研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿式分散法により、熱可塑性樹脂と短繊
   維状強化材とを用いてスタンピング成形材料を製造する
   に際して、熱可塑性樹脂粉末と短繊維状強化材とを含む
   懸濁液を、前記懸濁液の流れの幅方向に突起状物を規則
   的に配置した流路を通過させることにより、短繊維状強
   化材を一方向に配向させることを特徴とするスタンピン
   グ成形材料の製造方法。