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JPH09109310A - 成形シート材料の製造方法、その方法によって製造される繊維強化成形シート材料およびそれを用いた安全靴の先芯 - Google Patents

成形シート材料の製造方法、その方法によって製造される繊維強化成形シート材料およびそれを用いた安全靴の先芯

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JPH09109310A
JPH09109310A JP7272632A JP27263295A JPH09109310A JP H09109310 A JPH09109310 A JP H09109310A JP 7272632 A JP7272632 A JP 7272632A JP 27263295 A JP27263295 A JP 27263295A JP H09109310 A JPH09109310 A JP H09109310A
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JP
Japan
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molded sheet
sheet material
fiber
resin
reinforced
Prior art date
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Application number
JP7272632A
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English (en)
Inventor
Yoshiharu Tanaka
嘉治 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Boseki Co Ltd
YKK Corp
Original Assignee
Nitto Boseki Co Ltd
YKK Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Boseki Co Ltd, YKK Corp filed Critical Nitto Boseki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性を低下させず、強度が大きい繊維強化
成形シート材料を提供すること。 【解決手段】 強化用繊維のモノフィラメントの束に樹
脂を含浸させたロッドを切断したペレットまたは強化用
繊維を織成した布に樹脂を含浸させた板を小片に切断し
た断片を集成して加熱加圧した成形シート材料である。
このシート材料は強化用繊維の含有量が大きいので強度
が大きく、また樹脂として分子量の小さいものを用いて
いるので成形の際の流動性が低下していない。したがっ
て、強度の高い製品ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、成形シート材料の
製造方法、その方法によって製造される繊維強化成形シ
ート材料およびそれを用いた安全靴の先芯に関する。
【０００２】
【従来の技術】合成樹脂成形品の強化繊維として用いら
れるガラス繊維には短繊維と長繊維があり、長繊維を用
いた成形品の場合には繊維が合成樹脂マトリックス中に
バラバラな方向に分散しているランダムマット状、長繊
維が織成されているクロスマット状あるいは長繊維が一
方向に揃っている一方向マット状の成形品がそれぞれ知
られている。これ等の成形品のうち、短繊維や、長繊維
のランダムマット状のものは衝撃強度が弱いので例えば
安全靴の先芯として要求されるＪＩＳ規格の条件を満足
しない。一方長繊維のクロスマット状や一方向マット状
の成形品は、流動性が悪いので成形性に問題があり、仮
に、成形しても二次加工しないと製品が出来ない場合が
あるので製造原価が高くなるという問題があった。
【０００３】例えば、ＪＩＳ規格に認定使用されている
樹脂製安全靴先芯用材料は図４の断面の説明図に示すよ
うに、中心部にクロス層１が２層、表面に成形性と流動
性を向上させるためのランダム層（スキン層）をもつ一
体構造になっている。 （ｉ）この靴先芯にはＬ級（軽作業用）：圧迫強度−４
５０ｋｇ以上、Ｓ級（普通作業用）：圧迫強度−１，１
００ｋｇ以上がある。樹脂製先芯を製作する時にＬ級の
場合：クロス層が２〜３枚、Ｓ級の場合：クロス層が４
〜８枚入ったものを使い分ける必要があり、当然クロス
が多く入ったＳ級のものは材料自身の剛性が向上するが
金型への挿入性が悪くなり、成形性、流動性はＬ級より
劣り不良率も高い。
【０００４】（ii）先芯材料はＬ級、Ｓ級各々別の級に
なりＬ級よりＳ級の方が強化層のクロス数が多くなるか
ら、当然原価も高くなる。 （iii）材料のマトリックス（母材）として強化繊維と
の密着性の良いポリアミドを使用し、強化繊維含有率が
４８〜５４％と多く、しかもポリアミド自身の吸水性
や、成形時に金型へ充填する材料の原反を正確にセット
しないと、スキン層がコア層に対して流動のバランスが
崩れて成形品にウェルドが発生して、先芯の強度が低下
する。これは吸水性による強度低下と成形品の強度の不
均一になって現われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、安全靴先芯
等の製造に用いた場合、成形性がよく、かつ、強度が大
きい製品ができるような成形シート材料の製造方法、成
形シート材料およびそれを用いた安全靴の先芯を提供し
ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、特許請求の範囲に記載のとおりの成
形シート材料の製造方法、その製造方法によって製造さ
れる繊維強化成形シート材料および安全靴の先芯であ
る。すなわち、本発明の成形シート材料の製造方法は、
まず、特定の方向に並んだ強化繊維を含有する複合成形
材料、例えば一方向に揃えた強化繊維材料に合成樹脂を
含浸したものを切断したペレットまたは強化繊維材料を
織成したものに合成樹脂を含浸したものを切断した切断
片を集成してそれを加熱、加圧して成形シート材料を製
造する。
【０００７】また上記方法によって製造される成形シー
ト材料は強化繊維材料の含有量が５５〜８０ｗｔ％であ
る。更に樹脂の分子量が１，０００〜２５，０００であ
ることが必要である。また、その樹脂としてはポリアミ
ド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサル
ファイドから選ばれた熱可塑性樹脂であり、強化繊維と
しては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊
維の中から選ばれたものが適当である。本発明の安全靴
の先芯はこのような繊維強化成形シート材料を加熱、加
圧成形して作製したものである。図１を参照して本発明
の成形シート材料の製造方法を具体的に説明すると、一
方向に揃えた強化繊維の束またはマットに合成樹脂を含
浸させてロッドまたは板にする（図１ａ）。
【０００８】このロッドまたは板を所定の大きさ、すな
わち長さ３〜５０ｍｍ、幅１〜４０ｍｍ、厚さ０．１〜
１０ｍｍの範囲の所定の大きさに切断し、ペレットまた
は切断片にする（図１ｂ）。こうして製造したペレット
または切断片を集めて所定の厚さに並べる（図１ｃ）。
それを加熱、加圧して、強化繊維がランダムな平面方向
に並んだ成形シート材料とする（図１ｄ，ｅ）。この材
料は、平面的な全方向つまりランダムに強化繊維が並ん
でおり、しかもその含有量が多いので、これを用いて靴
の先芯を作製すると、衝撃強度や圧迫強度の強い先芯が
できる。
【０００９】従来のランダムマット、すなわち、強化繊
維を合成樹脂と混合してランダムにかつ、均一に分散さ
せた材料は、例えば箱の中に強化繊維に相当する鉛筆が
ランダム状に入れてある所に合成樹脂が充填している状
態といえるのに対して、この材料は強化繊維の鉛筆が一
方向に整列している状態の間隙に合成樹脂が充填された
後、ランダム状になったものに例えることができるので
強化繊維の含有量が相対的に多い。そのため材料の流動
性が不充分になるので分子量の小さい樹脂すなわち、分
子量が１０，０００〜２５，０００のものを使用して流
動性を維持し、かつ、成形品の強度も大きいものとし
た。分子量が１０，０００未満であると強化繊維の接着
剤的な役割をしている樹脂自身の物性が低下して複合材
料全体の強度が下がり、分子量が２５，０００を超える
と流動性が悪くなる。
【００１０】また強化繊維の含有量が５５ｗｔ％未満で
あると図３より明らかなように、Ｓ級先芯の社内基準強
度１，５００ｋｇ（ＪＩＳ基準１，１００ｋｇ×安全
率）を達成しにくくなり、８０ｗｔ％を超えると相対的
に樹脂量が少なくなり、同時に強化繊維に対する接着効
果も減少して、複合材料自身の強度も低下し、且つ、強
化繊維が多くなるために成形性も悪くなる。この樹脂と
強化繊維からなる複合材料を形成する樹脂マトリックス
および強化繊維の種類としては、各々下記のものが挙げ
られる。
【００１１】・樹脂（母材：マトリックス）−ポリアミ
ド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２）、ポリ
プロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネット（ＰＣ）、ポリ
ブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサ
ルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン
（ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂を挙げることが出来、こ
のうちナイロン６、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢ
Ｔ）、ＰＰＳが粘度が低く成形しやすいので好ましい。 ・強化繊維の種類−ガラス繊維（ＧＦ）、カーボン繊維
（ＣＦ）、アラミド繊維、金属繊維等を挙げることが出
来る。
【００１２】この複合材料を加熱、加圧して繊維強化シ
ートに成形するときの加熱温度は２１０℃〜３５０℃で
ある。２１０℃未満では樹脂の溶融に時間がかかるか、
または、樹脂の種類によって溶融しないものもあり、３
５０℃を超えると樹脂の熱劣化により、材料ごとに物性
の差が大きくなる。また、加圧するとの圧力は１０ｋｇ
／ｃｍ2〜８０ｋｇ／ｃｍ2である。１０ｋｇ／ｃｍ2未
満では圧力不足のため空気を含んだボイド（気泡）が発
生し、８０ｋｇ／ｃｍ2を超えるとシート材料に過剰の
圧力がかかって、内部応力によるシート材の反り、ヒヨ
リや板厚の不均一が起る。
【００１３】こうして作製された成形シート材料を用い
て、安全靴の先芯を成形する場合、従来のように、材料
をＬ級用、Ｓ級用に各々使い分ける必要もなく、Ｌ級、
Ｓ級用の共通材料として使用出来、強度も安定した信頼
できる製品ができる。なお、図４のランダム層（スキン
層）に本発明の成形シート材料を用い、更に、クロス層
（強化層）を前記ランダム層に介在させることにより、
強度が一層大きな成形シート材料を提供することができ
る。
【００１４】
【実施例】以下、安全靴の先芯用の複合材料として最普
及している材料であるガラス繊維入りナイロン６を用い
て作製した先芯について試験をした結果を示す。ただ
し、下記表１に示した従来材は図４に示した構造のもの
でクロス層１として特殊な織物状のガラス繊維を含んだ
ポリアミド樹脂層；８ｐｌｙ（層）を用い、スキン層２
として長さ２ｉｎｃｈのランダム状ガラス長繊維４５％
を含むナイロン６の複合材料を用いたものである。下記
表に示した本発明材は長さ２５．４ｍｍのガラス繊維を
７０ｗｔ％含有するナイロン６で作製された成形シート
材料であって、その製造条件は下記のとおりである。
【００１５】シート材用のカット小片寸法；１０（Ｗ）
×２５．４（Ｌ）×０．１５（ｔ，ｍｍ）一方向材、 シート金型の寸法と金型温度；１５０×３００×３
（ｔ，ｍｍ）、２５０℃、 シート成形圧力；２５（ｋｇ／ｃｍ2） 成形時間；３０（分）
【００１６】
【表１】
【００１７】上記表１の結果から明らかなとおり、本発
明材は成形性、流動性が良好で成形品の強度が安定して
いる。上記先芯が足の発汗等による吸水をすると耐圧迫
強度が低下する。吸水率が大きくなると強度が低下す
る。その結果は図２に示すとおりである。吸水率（％）
ごとの従来材と本発明材の強度を比較すると、本発明材
のものは樹脂分が少なくて、強化繊維が多いので強度が
従来材に比較して顕著である。図３はガラス繊維強化成
形シート材料を用いた先芯において、ガラス繊維含有率
と先芯の強度（圧迫強度）との関係を示すものである。
【００１８】材料およびその成形条件は下記のとおりで
ある。 ・材料：ガラス繊維（長さ２５．４ｍｍ）／ＰＡ６ 厚さ３ｍｍのシート ・成形条件：シート予熱条件、３７０℃×２１０秒 金型温度１３０℃ 成形圧力５５０ｋｇ／ｃｍ2 図３からも明らかなとおり、本発明の繊維強化成形シー
トを用いることによって、従来の安全靴の先芯に比較し
て圧迫強度がはるかに強い先芯をつくることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法で製
造した繊維強化成形シートは強度が大きく、かつ、成形
性も優れている。したがって、この成形シートで作製し
た安全靴の先芯は極めて圧迫強度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形シート材料の製造工程の説明図、
【図２】安全靴先芯の吸水率と強度（圧迫強度）との関
係を示すグラフ、
【図３】靴先芯のガラス繊維含有率と強度（圧迫強度）
との関係を示すグラフ、
【図４】安全靴先芯の一列の断面の説明図。
【符号の説明】
１ クロス層（強化層） ２ ランダム層（スキン層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 67:00 77:00 105:06

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特定の方向に並んだ強化繊維を含有する
    複合成形材料を所定の形状に切断し、これを平面状に集
    成し、加熱、加圧することを特徴とする成形シート材料
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 複合成形材料に含有される強化繊維材料
    が一方向に並んだもの、または織成された状態であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の成形シート材料の製造
    方法。
  3. 【請求項３】 複合成形材料がペレットまたはシート状
    であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
    の成形シート材料の製造方法。
  4. 【請求項４】 複合成形材料の切断片が長さ３〜５０ｍ
    ｍ、幅１〜４０ｍｍ、厚さ０．１〜１０ｍｍであること
    を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の成形シート
    材料の製造方法。
  5. 【請求項５】 成形シート材を製造する際の加熱温度が
    ２１０〜３５０℃、加圧力が１０〜８０ｋｇ／ｃｍ2で
    あることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の成
    形シート材料の製造方法。
  6. 【請求項６】 繊維強化成形シート材料において、強化
    繊維材料の含有量が５５〜８０ｗｔ％であることを特徴
    とする繊維強化成形シート材料。
  7. 【請求項７】 樹脂の分子量が１，０００〜２５，００
    ０であることを特徴とする請求項６記載の繊維強化成形
    シート材料。
  8. 【請求項８】 樹脂がポリアミド、ポリブチレンテレフ
    タレート、ポリフェニレンサルファイドから選ばれた熱
    可塑性樹脂であり、強化繊維がガラス繊維、炭素繊維、
    アラミド繊維、金属繊維の中から選ばれた繊維であるこ
    とを特徴とする請求項６または請求項７記載の繊維強化
    成形シート材料。
  9. 【請求項９】 強化繊維材料が織成また編成されたもの
    であることを特徴とする請求項６〜８記載の繊維強化成
    形シート材料。
  10. 【請求項１０】 請求項６〜９記載の繊維強化成形シー
    ト材料を加熱、加圧成形して作製したものであることを
    特徴とする安全靴の先芯。
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