JP2519764B2 - 強度の改良されたスタンピング成形材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、長繊維材料と熱可塑性樹脂よりなるスタン
ピング成形可能な強度に方向性を有するスタンピング成
形材料に関するものである。

（従来の技術） 熱可塑性樹脂を繊維のマツト状物に含浸一体化してな
る組成物がスタンパブルシートとして知られている。ス
タンパブルシートを用いる成形（スタンピング成形）
は、加熱溶融したシートを加熱された一対の型の間に供
給し加圧して賦形することによりなされる。スタンピン
グ成形は、一般に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、更に比重に対する
強度と弾性率が高いことから軽量化が可能であり、自動
車産業や一般産業分野に広く用いられている。

従来、スタンパブルシートとして知られているのは、
ニードルパンチングした長繊維マツトやチヨツプドスト
ランドからなるマツトに樹脂を含浸したものである。

これらのスタンパブルシートの成形物は、物性上の方
向性が無く、機械的物性が均一であることが特徴である
が、実用に供される各種部材においては全体の機械的強
度が均一であることが必ずしも必要ではない。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。例えば梁の様な部材では、従
来の均質なスタンパブルシートを用いる場合は設計上必
要な強度を確保するため、全体として肉厚となり軽量化
が達成しにくい。

これらの問題に対処する方法として、繊維状物を一方
向に引揃えた状態で樹脂を含浸して成形し設計上必要な
量を必要部分に用いることが考えられ、これに関して幾
らかの提案がなされている。（特公昭62−13906号、特
開昭62−19429号、特開昭62−11735号等） （発明が解決しようとする課題） しかしながら一方向に引揃えられた繊維に樹脂を含浸
して用いる場合には数々の問題点がある。

そのひとつは、一方向に引揃えた繊維のみを用いて樹
脂を含浸して一体化する工程においては、繊維の配列を
乱さないで樹脂を含浸するために繊維方向に大きい張力
を与えて加熱加圧したり、もしくはあらかじめ樹脂の付
着した繊維を引揃えたのちに加熱加圧するなどの方法が
必要である。

また、樹脂として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂や
不飽和ポリエステル樹脂を用いる場合には、含浸したの
ちある程度粘度上昇させた、すなわちＢ−ステージ化や
熟成と呼ばれる工程によつて一体化した材料が繊維配列
を乱さないで取扱えるようにする必要がある。

樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、樹脂を含
浸して引揃えた繊維配列が、成形前の加熱溶融によつて
乱れないように成形型へ供給することは困難であり、含
浸される引揃えられた繊維の相互を前もってゆるくつな
ぎ合わせておくなどの必要が生じる。また別に、一方向
に引揃えられた繊維とチヨツプドストランド併用する例
においては、互に順次重ね合せた層を有するものが公知
であるが、これを用いた成形物の機械的物性は、引揃え
られた繊維方向において含有する繊維の量に相当する程
度の引張り強度の向上がみられるにすぎない。

更に、一方向に引揃えた繊維を含有するスタンパブル
シートからなる上下の層と、中間層として方向性の無い
繊維を含有するスタンパブルシートとを成形時に組合せ
て用いて機械的物性を向上することも考えられるが、こ
のような方法によれば厚みの少ない成形物を得るには非
常に薄い一方向性のスタンパブルシートが必要であり、
その製造上の困難さとともに成形時に加熱溶融した状態
で一方向に引揃えた繊維を乱さないで成形型内に供給す
ることもむづかしく更に成形時の重ね合せ作業が煩雑で
実用的でない。

本発明の目的は、従来のスタンピング成形材料にみら
れる上記欠点を改良し、その産業分野での応用範囲を広
げようとするものであり、製造が容易で、成形時の取扱
い性が良好で、かつ成形品に必要な機械物性に対して材
料を設計して用いることが可能であり、かつ一方向に引
揃えられた繊維状物の物性を効果的に利用出来るスタン
ピング成形材料を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、上記の目的は、熱可塑性樹脂により
含浸一体化された無機繊維補強材からなるスタンピング
成形材料において、該材料の最外層は無機長繊維からな
るクロス状補強材を浮み、最内層は無機繊維からなるマ
ツト状補強材を含み、最外層と最内層の中間には一方向
に引揃えられた無機繊維からなる補強材が最外層と最内
層の補強材に隣接して含まれていることを特徴とするス
タンピング成形材料を提供することによつて達成され
る。

本発明において重要な点は、一方向に引揃えられた無
機長繊維からなる補強材が方向性のない無機繊維からな
るマツト状の補強材と無機長繊維からなるクロス状の補
強材の間で保護されるように構成されているため、補強
材に熱可塑性樹脂を含浸する際に、一方向に引揃えられ
た無機長繊維からなる補強材中の繊維の配列が乱れにく
く、更に本発明のスタンピング成形材料をスタンピング
成形する際にも、同様の効果が発現するので得られた成
形品においては、特定方向の機械物性が極めて良好とな
るものである。

また、最外層にクロス状の補強材が設けられているこ
とで一方向に引揃えられた繊維の方向に対して直角の方
向の強度も改良されるという利点を有するものである。

本発明において用いられる無機繊維および無機長繊維
は、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミツクス繊
維、各種のウイスカー等であり、これらの単独又は２種
以上の繊維を用いることが可能である。更に、一方向に
引揃えられた無機長繊維には強度及び弾性率の大きい炭
素繊維、ガラス繊維や金属繊維等を用いることが望まし
い。最内層を構成するための繊維は各種の繊維を用いる
ことが可能であり、その形状は切断した繊維をマツト状
にしたものでも、あるいは長繊維からなる方向性のない
マツトを形成してニードリングしたものでもよく、これ
らを組合せてもよい。

本発明において用いられる無機長繊維からなるクロス
状補強材とは、無機長繊維のストランドを１本〜数本撚
りをかけて巻きとったヤーンで織った薄手の織物やテー
プ状のものを意味する。ここで用いられる無機長繊維と
しては種々の繊維を用いることができるが、ガラス繊
維、炭素繊維等が好適に使用されるものである。

また、本発明で用いられる繊維の径はどの様なもので
もよいが、２μ〜30μ程度のものが好ましく、繊維の表
面は用いる熱可塑性樹脂に適する接着性を与えるように
シランカツプリング剤等で処理されていることが望まし
い。

本発明において用いられる熱可塑性樹脂は、例えば、
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、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポ
リカーボネート、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリ
アリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフエニ
レンサルフアイド、ポリフエニレンオキシド、熱可塑性
ポリウレタン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン
−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等の樹脂であ
り、これらの２種又はそれ以上の混合物を含む。本発明
においては特にポリエチレンテレフタレートが好ましく
使用される。これら樹脂には、一般的に用いられる可塑
剤、熱安定剤及び光安定剤、核剤、充填剤、染顔料、内
部離型剤、加工助剤、耐衝撃剤、増量剤、粉砕した無機
繊維等を適宜添加することができる。

本発明におけるスタンピング成形材料の製造方法は特
に制限されることはなく例えば各補強繊維層の間に適当
な厚みの熱可塑性樹脂シートを置いて、加熱加圧して一
体化することにより作成することが出来る。ここで用い
る無機長繊維からなるクロス状物は厚み0.03mm〜1.0mm
程度で、単位重量25g/m²〜1000g/m²程度、一方向に引揃
えられた繊維からなる層は100g/m²〜2000g/m²程度、最
内層のマツト状の補強層は100g/m²〜4000g/m²程度が好
ましいが、必要によりその厚み、単位重量等を変更する
ことはさしつかえない。更に、熱可塑性樹脂と補強繊維
との比率は重量比で樹脂が50％〜80％程度が好ましい。

このようにして得られる本発明のスタンピング成形材
料は強度に方向性のあることを利用して多数の用途が考
えられ、例えばバンパービーム、シヤーシ等の自動車部
品、Ｉビーム等の建材、土木用品等に適用できるもので
ある。

また、本発明のスタンピング成形材料は、従来のスタ
ンピング成形材料を初め種々の成形材料と組み合わせて
使用することが可能である。

（実施例） 本発明を具体的な実施例を用いて説明するが本発明は
以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１ ガラスクロス（商品名WF110D 100BV（株）日東紡
製、厚さ0.15mm、97g/m²）と、一方向に引揃えられたガ
ラスロービングとガラス短繊維からなるマツトをそれぞ
れ300g/m²づつ積層してなる一層の無機繊維（商品名：
ラミマツトLM303KA−104（（株）日東紡製）補強材と45
0g/m²のチヨツプドストランドマツト（（株）日東紡
製、商品名MC450S）の４層を順次、第１図に示した構成
で積層して各層の間に0.2mm厚さのポリエチレンテレフ
タレート樹脂よりなるシートを重ねガラス繊維と樹脂と
の重量比で樹脂が60％となるようにしたのち、290〜300
℃に加熱して10kg/cm²の圧力で加圧含浸した。得られた
スタンピング成形材料を140℃で４時間乾燥後290℃〜30
0℃に10分加熱して、160℃に加熱された成形型で200kg/
m²の圧力でスタンピング成形した成形物の物性は一方向
に引揃えられた繊維方向の曲げ強度で40kg/mm²、繊維と
直角方向で15kg/mm²であつた。

このスタンピング成形材料は加熱溶融した状態での取
扱い上の問題もなく、また、繊維と直角方向の曲げ強度
もガラスクロスを外層に用いない成形品に比べ２倍近い
向上が認められた。（比較例２参照） 比較例１ 450g/m²のチヨツプドストランドマツト（（株）日東
紡製、商品名MC450S）の６層と0.2m/m厚さのポリエチレ
ンテレフタレート樹脂よりなるシートを順次重ね、その
重量比で樹脂60％となるようにしたのち、実施例１と同
様にしてスタンピング成形材料を得て、更に、スタンピ
ング成形物を得たのち物性を測定した。その結果曲げ強
度は25.0kg/mm²であつた。

比較例２ ガラスクロスを用いないこと以外は実施例１と同様に
してスタンピング成形物を得たが、得られた成形品の物
性は繊維方向の曲げ強度38kg/mm²で、繊維と直角の曲げ
強度は8.2kg/mm²であり、繊維と直角方向の強度が十分
得られなかった。

（発明の効果） 本発明のスタンピング成形材料は強度に方向性を有し
ており、多数の用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスタンピング成形材料の断面図であ
る。 1.熱可塑性樹脂を含浸してなる無機長繊維のクロス状補
強材の層 2.熱可塑性樹脂を含浸してなる一方向に引揃えられた無
機長繊維からなる補強材の層。 3.熱可塑性樹脂を含浸してなる無機繊維からなるマツト
状補強材の層

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂により含浸一体化された無機
   繊維補強材からなるスタンピング成形材料において、該
   材料の最外層は無機長繊維からなるクロス状補強材を含
   み、最内層は無機繊維からなるマット状補強材を含み、
   最外層と最内層の中間には一方向に引揃えられた無機長
   繊維からなる補強材が最外層と最内層の補強材に隣接し
   て含まれていることを特徴とするスタンピング成形材
   料。
2. 【請求項２】熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレー
   トである特許請求の範囲第１項記載のスタンピング成形
   材料。
3. 【請求項３】無機長繊維からなるクロス状補強材がガラ
   スクロスである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   スタンピング成形材料。
4. 【請求項４】無機繊維からなるマット状補強材がガラス
   チョップドストランドマットである特許請求の範囲第１
   項乃至第３項のいずれか１つの項に記載のスタンピング
   成形材料。
5. 【請求項５】一方向に引揃えられた無機長繊維からなる
   補強材がガラス繊維からなる補強材である特許請求の範
   囲第１項乃至第４項のいずれか１つの項に記載のスタン
   ピング成形材料。