JPH08267450A - 繊維複合シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 よれを発生させないことによって、肉厚が均
一で各モノフィラメント間への粉体状熱可塑性樹脂の含
浸不良部がない強度に優れた繊維複合シートを得る。 【構成】 多数の連続モノフィラメントよりなる並列状
繊維束F1を、粉体状熱可塑性樹脂が流動しておりかつ複
数のテンションバー11が繊維束移動方向に間隔をおいて
配置せられている流動槽６内に導き、各繊維束F1をテン
ションバー11に押圧して通過させることにより開繊する
と共に各モノフィラメントに粉体状熱可塑性樹脂を付着
させ、開繊された樹脂付着繊維の熱可塑性樹脂を加熱溶
融してシート化するにあたり、繊維束開繊工程の前に流
動槽６内で各繊維束F1をさらに複数の繊維束F1に分割
し、その後で分割繊維束F2を開繊すると共に各モノフィ
ラメントに粉体状熱可塑性樹脂を付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックやエンジ
ニアリングプラスチックの補強材料として用いられてい
るプリプレグシートや、スタンパブルシートなどの繊維
複合シートの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、繊維複合シートの製造方法とし
て、多数の連続モノフィラメントよりなる並列状繊維束
を、粉体状熱可塑性樹脂が流動しておりかつ複数のテン
ションバーが繊維束移動方向に間隔をおいて配置せられ
ている流動槽内に導き、各繊維束をテンションバーに押
圧して通過させることにより開繊すると共に各モノフィ
ラメントに粉体状熱可塑性樹脂を付着させ、つぎに、開
繊された樹脂付着繊維の熱可塑性樹脂を加熱溶融してシ
ート化した後これを冷却固化する方法が知られている
（特開平４−２４４８１２号公報及び特開平５−１６２
１３１号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法により、
例えば、図１に示すようなガラス繊維(1) と熱可塑性樹
脂(2) とよりなりかつガラス繊維含有率が１０〜５０重
量％で幅が２００ｍｍ以上の繊維複合シート(3) を製造
する場合、粉体状熱可塑性樹脂が流動している流動槽内
で各繊維束を開繊すると共に各モノフィラメントに熱可
塑性樹脂を付着させる工程において、繊維束をモノフィ
ラメント状に充分に開繊し、各モノフィラメントに充分
粉体状熱可塑性樹脂を付着させると共に各モノフィラメ
ント間にこれを侵入せしめることにより、肉厚が均一な
繊維複合シートを得ることは難しい。以下にその理由を
説明する。

【０００４】ガラスロービングとしては、直径３〜２３
μのモノフィラメントが５０〜４０００本に集束された
ものが一般的であり、シート製品の引張強度、弾性率、
線膨張係数等製品の必要物性により、モノフィラメント
の直径及びモノフィラメントの集束数は前記範囲内にお
いて適宜選択されるが、成形中のテンション及びバーに
押圧する際の摩擦により繊維が切断することを極力避
け、安定した連続成形を可能にするためには、直径の大
きいものが望まれる。また、前記必要物性を満足させる
ように、シートの単位体積当たりの絶対繊維含有量が決
められるが、モノフィラメント本数が少ないすなわち番
手の小さいロービングを用いた場合、ロービングのセッ
ト本数が増えるため交換時の工数が問題になったり、ロ
ービング製造時のロットのばらつき（バインダー付着量
差、巻き取りテンション変動によるフィラメント集束形
状差等）、さらには繰り出しテンションのばらつきによ
って、ロービング１本１本の粉体状熱可塑性樹脂の付着
量に差が生じ易く、製品の幅方向の肉厚分布が不均一に
なり、強度も劣ってしまうため、モノフィラメントが１
０００本以上のモノフィラメント本数の多いロービング
を用いるのが望ましい。

【０００５】ところが、モノフィラメント本数が多いロ
ービングを用いた場合、流動槽内で開繊及び粉体状熱可
塑性樹脂付着工程において、一度開繊したものが徐々に
元に戻り、反転して再び開繊するというような問題が発
生する。反転する際のねじれ部分を以下「よれ」と呼
ぶ。そして、モノフィラメント本数が多いロービング程
大きなよれが生じる。このよれは、ガラスロービングの
製造工程で極めて多数のブッシングの穴から引き出され
たモノフィラメントを集束させる際に発生するものであ
り、これを解消することは不可能であると考えられる。

【０００６】よれの部分には粉体状熱可塑性樹脂が含浸
しないために強度的に弱く、２次加工の際に破れ、裂け
などが生じる。また、よれの部分にはモノフィラメント
が集まるため、この部分の肉厚が極端に厚くなり、肉厚
の不均一なシートになる。

【０００７】本発明の目的は、よれを発生させないこと
によって、肉厚が均一で各モノフィラメントの間への粉
体状熱可塑性樹脂の含浸不良部がない強度に優れた繊維
複合シートの製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の連続モ
ノフィラメントよりなる並列状繊維束を、粉体状熱可塑
性樹脂が流動しておりかつ複数のテンションバーが繊維
束移動方向に間隔をおいて配置せられている流動槽内に
導き、各繊維束をテンションバーに押圧して通過させる
ことにより開繊すると共に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、開繊された樹脂付着
繊維の熱可塑性樹脂を加熱溶融してシート化する工程と
を含む繊維複合シートの製造方法において、繊維束開繊
工程の前に流動槽内で各繊維束をさらに複数の繊維束に
分割し、その後で分割繊維束を開繊すると共に各モノフ
ィラメントに粉体状熱可塑性樹脂を付着させることを特
徴とするものである。

【０００９】繊維束（ロービング）の具体例としては、
ガラス繊維束があげられる。モノフィラメントの直径は
３〜２３μｍ、特に５〜２３μｍが好適である。直径が
５μｍ未満では、上記加熱溶融工程まで引き取られる際
に生じるテンションに耐え得ず、途中で切れるし、繊維
複合シートとしての強度も得難い。また、直径が２３μ
ｍより大きいガラス繊維は工業的に入手困難である。

【００１０】モノフィラメント集束用に通常酢酸ビニ
ル、デンプン、ポリエステル等の集束剤が用いられる
が、熱可塑性樹脂と均一に一体化されるためには、モノ
フィラメント状への開繊が容易に行なわれる必要がある
ので、集束剤は少量の方がよく、通常０．１〜５％のも
のが適宜用いられる。

【００１１】繊維束のテンションの最適値は、モノフィ
ラメント直径、流動槽内におけるテンションバーの本
数、テンションバーに接する際の繊維の角度等によって
異なるが、４００〜３０００ｇｆが好適である。テンシ
ョンが４００ｇｆ未満では繊維束は開繊しにくく、３０
００ｇｆより大きければ、繊維が熱可塑性樹脂の加熱溶
融工程までの引き取りで生じるテンションに耐え得ない
場合がある。幅方向の粉体状熱可塑性樹脂の付着量が均
一になるように、流動槽内において各繊維束に同一テン
ションを加えることが望ましい。

【００１２】粉体状熱可塑性樹脂としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンなどのオレフィン重合体、塩化ビニ
ル樹脂およびその共重合体、ポリエーテルサルフォン、
ポリフェニレンサルファイドなどのエンジニアリングプ
ラスチック等があげられ、これらの熱可塑性樹脂に熱硬
化性樹脂が混合されることもある。粒子径は、１０〜３
００μｍが好適である。粒径が１０μｍ未満または粒径
３００μｍより大きくなると、各モノフィラメントへの
良好な付着状態が得られない。

【００１３】流動槽内で、１本の繊維束（ガラスロービ
ング）から分割するモノフィラメントの本数は、２〜１
０が望ましい。

【００１４】分割してもなお複数本のモノフィラメント
が束ねられた状態であるから、前記よれの問題を解消す
るには、なるべく多くの数に分割した方がよいが、１０
より多く分割するのは非常に困難であるし、分割すると
ころでフィラメントの絡まりが頻繁に発生して安定した
成形ができないので、１つの繊維束から１０に分割する
のが限度である。また、現在使用されてる繊維束の最大
モノフィラメント本数は４０００本程度であるが、５０
０本程度であればよれが発生してもその程度は軽微であ
り、製品としては問題にならない。

【００１５】分割繊維束のモノフィラメント数を極力減
らすには、粉体状熱可塑性樹脂が浮遊流動状態にある流
動床に繊維束が最初に潜り込むところと、その手前一本
目の繊維束繰り出し側のテンションバーとの間で繊維束
を分割するのが望ましい。繊維束に粉体状熱可塑性樹脂
が付着し開繊し始めるところまたはそれ以降の繊維束引
き取り側で繊維束を分割すると、モノフィラメントが絡
まり易く、安定成形ができなくなったり、シート製品に
切れたモノフィラメントの塊が混入したりする。また、
前記テンションバーより手前の繊維束繰り出し側で分割
すると、前記テンションバー上において分割繊維束が反
転し易く、その結果よれを生じる。

【００１６】繊維束の分割方法としては、所定間隔おき
に凹部を有する櫛状や、所定間隔おきに孔を有する梯子
状の繊維束分割具に繊維束を通す方法があげられる。

【００１７】繊維束分割具の材料としては、表面性が良
くて角のないものが望ましく、その具体例としては、セ
ラミック、合成樹脂、金属などがあげられる。

【００１８】繊維束分割具において、複数本のモノフィ
ラメントを通す凹部、孔などの間隙間隔は、使用する繊
維束のモノフィラメント直径、モノフィラメント本数に
よって適宜選択されるが、約１００本のモノフィラメン
トに対し、０．３〜５ｍｍが適当である。

【００１９】繊維束分割具が梯子状の場合、孔の形状
は、円形、楕円形、三角形、丸味を帯びた四角等任意で
ある。また、繊維束分割具の幅は、並列状繊維束を流動
槽に導入する際の繊維束どうしの横間隔と、分割数、開
繊幅等を考慮して適宜選択されるが、できる限り幅の広
い方が望ましい。

【００２０】繊維束を見かけ上均等に複数に分割するだ
けでよく、各分割繊維束のモノフィラメント数を同一に
する必要はないし、実際上同一にすることは不可能であ
る。流動槽内において、繊維束にさらに振動を付与する
ことが好ましい。これにより流動槽内のテンションバー
で各フィラメント間に一層粉体状熱可塑性樹脂が擦り込
まれ、開繊と粉体状熱可塑性樹脂付着が促進される。振
動の振幅、振動数、振動部材の形状を適宜調整、選択す
ることにより、所望肉厚のシート製品が得られる。

【００２１】繊維束に振動を与えるには、スクイズバー
等を繊維方向と垂直方向に配置し、これにより繊維束に
打撃を加えればよい。スクイズバーによる繊維束の振動
状態の調整は、振動振幅、打撃回数を変えることにより
行なわれるが、振動振幅が小さい場合は打撃回数を大き
くしないと効果がなく、振動振幅１〜２０ｍｍ、打撃回
数１００〜２００回／分が好適である。なお、振動の付
与位置及び付与箇所の数の制限はない。

【００２２】また、流動槽を上下に複数配置して繊維複
合シートを積層してもよいし、複数の繊維複合シート間
に織布、スワールマット、コンティニュアスマット、ク
ロスなどの加工物、不織布またはチョップドストランド
マットを介在させて多層構造としてもよい。

【００２３】各モノフィラメントに付着した粉体状熱可
塑性樹脂を加熱するには、加熱ロール、熱風、遠赤外線
などの汎用加熱源が使用できる。加熱温度は、粉体状熱
可塑性樹脂の種類や繊維複合シートの使用用途などによ
り適宜選択される。また、成形手段として、加圧工程、
冷却工程が加熱工程の後もしくは同時に加えられ、引き
取りロールによって製品である繊維複合シートが連続的
に引き取られる。

【００２４】

【作用】本発明の繊維複合シートの製造方法によれば、
繊維束開繊工程の前に流動槽内で各繊維束をさらに複数
の繊維束に分割し、その後で分割繊維束を開繊すると共
に各モノフィラメントに粉体状熱可塑性樹脂を付着させ
るものであるから、分割繊維束を開繊する際よれが生ぜ
ず、分割繊維束がテンションバーでしごかれていくうち
に、モノフィラメント状に開繊していき、各モノフィラ
メント間に充分粉体状熱可塑性樹脂が侵入する。

【００２５】

【実施例】

実施例１ 図２は、本発明の実施に用いられる繊維複合シートの製
造装置を示す。以下の説明において、前とは図２の右方
向をいうものとする。図２の装置は、流動床装置(4)
と、流動床装置(4) の後方に配置せられた複数の繊維束
ボビン(5) と流動床装置(4) の流動槽(6) の後壁の上端
後方に配置せられたガイドバー(7) と、流動槽(6) 内の
前後上方で流動床(R) の外に配置せられた前後上部テン
ションバー(8)(9)と、後上部テンションバー(9) の下方
で流動床(R) 内に配置せられた後下部テンションバー(1
0)と、流動床(R) 内の所定位置に配置された複数の中間
テンションバー(11)と、前上部テンションバー(8) の下
方で流動床(R) 内に配置されかつ上下方向に移動する振
動バー(12)と、流動床装置(4) の前方に配置された４つ
の加熱ロール(13)と、加熱ロール(13)の前方に配置され
た２つの冷却ロール(14)と、冷却ロール(14)の前方に配
置された上下一対の引き取りロール(15)と、引き取りロ
ール(15)の前方に配置せられた巻き取り機(16)とを備え
ている。なお、複数の繊維束ボビン(5) は、便宜上上下
に分けて図示したが、実際は横方向に並んで存在する。

【００２６】後上部テンションバー(9) と後下部テンシ
ョンバー(10)との間には、櫛状繊維束分割具(17)（図３
及び図４参照）が配置せられており、１つの繊維束(F1)
はその櫛歯(18)により複数に分割され、分割繊維束(F2)
は櫛歯(18)どうしの間の間隙(19)を通過するようになっ
ている。なお、櫛状繊維束分割具(17)の代わりに、図５
に示すような梯子状繊維束分割具(27)を用いてもよい。
この場合、１つの繊維束(F1)はその棧(28)により複数に
分割され、分割繊維束(F2)は棧(28)どうしの間の間隙(2
9)を通過する。

【００２７】つぎに、繊維複合シートの製造方法につい
て説明する。各ボビン(5) から多数の連続フィラメント
よりなる強化繊維束(F1)２９本を、引き取りロール(15)
により引き取り、ガイドバー(7) を経て後上部テンショ
ンバー(9) により同バー(9) の長さ方向に４０ｍｍ間隔
で配列させ、流動槽(6) へ導き、櫛状繊維分割具(17)を
通過させて各繊維束(F1)を８つに分割し、分割繊維束(F
2)とした後、各分割繊維束(F2)を流動床(R) 中を通過さ
せる。繊維束分割具(17)はポリテトラフルオロエチレン
製であり、その幅は２ｍｍ、間隙(19)どうしの間隔は３
ｍｍである。繊維束(F1)としては、ガラスロービング
（日東紡社製、モノフィラメント直径２３μｍ、モノフ
ィラメント本数４０００本）を用い、粉体状熱可塑性樹
脂としては、塩化ビニル樹脂（信越化学ＭＡ８００Ｓ、
平均粒径１００μ）を安定剤２．０ｐｈｒ、滑剤０．５
ｐｈｒとともにスーパーミキサーで混合したものを用い
た。また、流動槽(6) の底からの吹き上げ風量は、０．
１ｍ ³ ／ｓｅｃであった。分割繊維束(F2)を５本のテン
ションバー(11)に押圧して通過させることにより、モノ
フィラメント状に開繊すると共に各フィラメント間に粉
体状熱可塑性樹脂を侵入させ、さらに振動バー(12)（振
幅１０ｍｍ、１１００回／分）で粉体状熱可塑性樹脂の
付着量を調整した後、２３０℃の加熱ロール(13)へと引
き込んで開繊された樹脂付着繊維の熱可塑性樹脂を加熱
溶融してシート化し、つぎに冷却ロール(14)で常温まで
冷却して固化し、引き取りロール(15)でシートを引き取
り、巻き取り機(16)に巻き取り、図１に示すような幅１
０５０ｍｍの繊維複合シート(3) を得た。なお、成形速
度は５．０ｍ／ｍｉｎであった。

【００２８】実施例２ 幅２０ｍｍ、間隙間隔１０ｍｍのポリテトラフルオロエ
チレン製櫛状繊維束分割具で各繊維束を２つに分割した
こと以外は実施例１と同様にして繊維複合シートを得
た。

【００２９】実施例３ 幅６ｍｍ、間隙間隔５ｍｍのポリテトラフルオロエチレ
ン製櫛状繊維束分割具で各繊維束を４つに分割したこと
以外は実施例１と同様にして繊維複合シートを得た。

【００３０】比較例１ 繊維束を分割しなかったこと以外は実施例１と同様にし
て繊維複合シートを得た。

【００３１】比較例２ 繊維束として、ガラスロービング（日東紡社製、モノフ
ィラメント直径２３μｍ、モノフィラメント本数２００
０）５８本を２０ｍｍ間隔で配列したこと以外は比較例
１と同様にして繊維複合シートを得た。

【００３２】各例により得られた製品サンプルを次のよ
うに評価した。 １．製品品質安定性測定 ７時間連続運転を行ない、製品に混入するよれの発生頻
度、モノフィラメントの絡まり発生頻度を評価した。

【００３３】２．肉厚分布測定 上記サンプルをマイクロメーターを用い、１０ｍｍ間隔
で幅方向の肉厚を測定し、最大値と最小値及びばらつき
をＣＶ値で算出した。（ＣＶ値：標準偏差／平均肉厚）

【００３４】３．繊維分布測定 上記サンプルを２０ｍｍ四方に切断し、電気炉で樹脂分
を燃焼分離し、ガラスのみの重量を測定し、幅方向のば
らつきをＣＶ値で算出した。

【００３５】４．曲げ強度測定 上記サンプルを１０枚積層プレス成形し、厚みを２．５
ｍｍとして繊維垂直方向の曲げ強度をオートグラフを用
い、３点曲げ試験を行なって測定した。評価結果は、表
１のとおりである。

【００３６】

【表１】 実施例１では、繊維束分割具により絡まりが発生してい
るため、分割本数を減らしたほうが望ましい。実施例２
では、よれが発生しているので、分割数を増やしたほう
が望ましい。実施例３では、物性でみると実施例１より
やや劣るが、安定性に優れている。比較例１では、安定
性、物性ともに各実施例に比べかなり劣っている。比較
例１と比較例２の比較により、モノフィラメント本数の
少ない繊維束を多数本用いるとシートの幅方向の肉厚分
布が悪くなることがわかる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の繊維複合シートの製造方法によ
れば、繊維束を開繊する際、よれが生じないので、肉厚
分布、繊維分布が均一で各モノフィラメント間への熱可
塑性樹脂の含浸不良部が発生せず、曲げ強度に優れた繊
維複合シートが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維複合シートの横断面図である。

【図２】本発明の実施に用いられる繊維複合シートの製
造装置の垂直断面図である。

【図３】後上下テンションバー間に配置された繊維束分
割具の斜視図である。

【図４】繊維束分割具の部分拡大斜視図である。

【図５】繊維束分割具の変形例を示す平面図である。

【符号の説明】

(3) ：繊維複合シート (6) ：流動槽 (11)：テンションバー (F1)：繊維束 (F2)：分割繊維束

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の連続モノフィラメントよりなる並
   列状繊維束を、粉体状熱可塑性樹脂が流動しておりかつ
   複数のテンションバーが繊維束移動方向に間隔をおいて
   配置せられている流動槽内に導き、各繊維束をテンショ
   ンバーに押圧して通過させることにより開繊すると共に
   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、開繊された樹脂付着繊維の熱可塑性樹脂を加熱
   溶融してシート化する工程とを含む繊維複合シートの製
   造方法において、繊維束開繊工程の前に流動槽内で各繊
   維束をさらに複数の繊維束に分割し、その後で分割繊維
   束を開繊すると共に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ことを特徴とする繊維複合シートの
   製造方法。