(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維の体積比率が４０〜６０％の該ガラス繊維と熱可塑性樹脂繊維との複合繊維糸からなる連続繊維糸を配設して、前記連続繊維糸が複数並列されている第１の連続繊維糸群からなる第１の繊維糸層と、前記第１の連続繊維糸群に斜交する前記連続繊維糸が複数並列されている第２の連続繊維糸群からなる第２の繊維糸層と、前記第２の連続繊維糸群と反対方向から前記第１の連続繊維糸群に斜交する前記連続繊維糸が複数並列されている第３の連続繊維糸群からなる第３の繊維糸層とを備える連続繊不織布を得て、
次いで、前記連続繊維不織布を１枚または複数枚重ね、加熱加圧成形するシート状のスタンパブルシートの製造方法。
【請求項２】
前記連続繊維不織布において、前記第１の連続繊維糸群に直交する前記連続繊維糸が複数並列されている第４の連続繊維糸群からなる第４の繊維糸層を備える請求項１に記載のスタンパブルシートの製造方法。
【請求項３】
前記連続繊維不織布において、前記複合繊維糸同士を仮接着または絡ませて、前記連続繊維不織布の形態を保持させ、
次いで、前記連続繊維不織布を１枚または複数枚重ね、加熱加圧成形する請求項１または請求項２に記載のスタンパブルシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形材に供される連続繊維不織布、および該連続繊維不織布を用いた繊維強化熱可塑性樹脂成形材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維と熱可塑性樹脂および充填剤からなるシート状の成形材はスタンパブルシートとして知られ、スタンピング成形が可能である。スタンピング成形は、成形材を予め加熱し柔らかくした後、加熱された金型内に供給し、加圧して賦形する成形方法で、短い成形時間・少ない設備投資・成形品の軽量化などの利点があり、熱可塑性樹脂の特徴を活かした成形方法である。
従来、スタンパブルシートとしては、ニードルパンチ加工した連続繊維マットやチョップドストランドマットに熱可塑性樹脂を含浸した成形材が知られている。しかし、一般に熱可塑性樹脂は溶融粘度が高いため、強化繊維への樹脂含浸性が悪く、強化繊維の含有率をあげると益々樹脂含浸性が低下してしまう。そのため、これらの成形材を用いた繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、機械的強度の方向性が小さい特徴があるが、強化繊維の含有率を上げることができず、成形品を肉厚にしなければ満足できる機械的特性を得ることができないことがある。
【０００３】
そこで、強化繊維糸織布と熱可塑性樹脂フィルムとを積層したシートや、強化繊維糸に熱可塑性樹脂を被覆処理した樹脂被覆強化繊維糸からなる織布を積層したシートを成形材とすることも行われている。これらの成形材は、強化繊維の含有率を上げることができるが、製織工程が必要であり、強化繊維と熱可塑性樹脂の含浸性を高めるには限界があり、また織布の織り方向に対し斜め方向に対する十分な機械的強度が得られない問題がある。
【０００４】
一方、連続繊維糸からなる連続繊維不織布に関し、特開昭６３−６６３６２号には、強化繊維糸に熱融着糸を撚り合わせた合わせ糸からなり、この合わせ糸の配設方向が互いに直交または斜交する経糸方向と緯糸方向からなる不織布が開示されている。しかし、この不織布においては、熱融着糸は不織布の形態保持のためにあり、マトリックス樹脂の含浸性が低下しない程度の量を限界に強化繊維に巻き付かせているにすぎず、機械的強度の方向性を小さくすることに関しては織布のそれ以上の効果は期待できない。
【０００５】
また、特開平８−３２５９１４号には、強化繊維としてのガラス長繊維と熱可塑性樹脂長繊維とを、異なる供給装置より不織布上に吹き出す成形用基材の製造方法が開示されている。しかし、これは台紙としての不織布、およびガラス長繊維と熱可塑性樹脂長繊維の専用の供給装置を必要とする。
【０００６】
さらに、特開平１１−２００５９号には強化繊維糸を熱可塑性樹脂で被覆処理した樹脂被覆強化繊維糸を経材、緯材および互いに逆方向に交差する２方向の斜交材の４軸方向に配設し、各材の交点において各材が融着した連続繊維不織布、およびこの連続繊維不織布を用いた繊維強化熱可塑性樹脂成形材が開示されている。この連続繊維不織布は優れた特性を有するが、強化繊維糸への樹脂被覆処理工程を必要とし、また樹脂被覆強化繊維糸は剛性が強く、連続繊維不織布の坪量を高めるには限界があり、さらなる作業効率の向上・機械的特性の向上が望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、機械的強度が高く、しかもその方向性が小さい優れた機械的特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形材すなわちスタンパブルシートを得るための連続繊維不織布を用いた成形材の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明において、繊維強化熱可塑性樹脂成形材に供される不織布は、連続繊維糸からなる連続繊維不織布であり、前記連続繊維糸は強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との複合繊維糸からなり、前記強化繊維の体積比率が４０〜６０％であることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明における連続繊維不織布は、機械的特性を高めるために、連続繊維糸が複数並列されている第１の連続繊維糸群からなる第１の繊維糸層と、前記第１の連続繊維糸群に斜交する連続繊維糸が複数並列されている第２の連続繊維糸群からなる第２の繊維糸層と、前記第２の連続繊維糸群と反対方向から前記第１の連続繊維糸群に斜交する連続繊維糸が複数並列されている第３の連続繊維糸群からなる第３の繊維糸層と、を備えた、いわゆる３軸組布の形態をなす連続繊維不織布である。
【００１０】
さらに、機械的強度の方向性をより小さくするために、上述の３軸組布の形態をなす連続繊維不織布において、さらに第１の連続繊維糸群に直交する連続繊維糸が複数並列されている第４の連続繊維糸群からなる第４の繊維糸層を備えた、いわゆる４軸組布の形態をなす連続繊維不織布が好ましい。
【００１１】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材すなわちスタンパブルシートの製造方法は、上述の連続繊維不織布を１枚または複数枚重ね、加熱加圧成形することを特徴とする製造方法であり、成形時にシート状や粉末状などの熱可塑性樹脂を添加することなく、連続繊維不織布を加熱加圧するだけで成形することができる。
【００１２】
また、本発明の連続繊維不織布において、複合繊維糸を配設した後、不織布の形態保持のため、熱可塑性樹脂を溶融し複合繊維糸同士を仮接着させたり、またはニードルパンチ加工により複合繊維糸同士を絡ませることが望ましい。ニードルパンチ加工によって得た連続繊維不織布は、熱による熱可塑性樹脂の酸化などの悪影響を抑えることができる。
【００１３】
本発明における複合繊維糸は、上述の連続繊維不織布の形態保持ができればよく、下に示す（ａ）〜（ｃ）のいずれの形態から適宜選定すればよい。
（ａ）強化繊維と熱可塑性樹脂繊維を繊維の状態でコーミングルした混繊糸。
（ｂ）強化繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸を撚り合わせた合撚糸。
（ｃ）強化繊維糸に熱可塑性樹脂繊維糸を単に合わせただけ、または巻き付けた合わせ糸。
【００１４】
本発明における連続繊維糸は、不織布の内部において実質的に切断されていない繊維糸であり、強化繊維の繊維長が長い。また、複合繊維糸からなり、熱可塑性樹脂が繊維の形態で比較的均一に強化繊維の周囲に存する。そのため、本発明の連続繊維不織布は、強化繊維の含有率が高いにもかかわらず、樹脂含浸性に優れ、これを用いて成形した成形材の機械的強度を高めることができる。
【００１５】
また、複合繊維糸からなる連続繊維不織布は、強化繊維糸の周囲に樹脂が被覆されている樹脂被覆強化繊維糸からなる連続繊維不織布に比べ、成形材を得るための成形工程において、強化繊維糸内部の空気が抜けやすいため、連続繊維不織布の樹脂含浸性を高めることができ、優れた機械的特性を有する成形材を得ることができる。
【００１６】
なお、本発明における強化繊維の体積比率は、次式（１）であらわすことができる。
Ｖ１＝（Ｗ１／ρ１）／（Ｗ１／ρ１＋Ｗ２／ρ２）×１００        式（１）
ただし、Ｖ１；強化繊維の体積比率（％）
Ｗ１；強化繊維の重量（ｇ）
ρ１；強化繊維の真比重
Ｗ２；熱可塑性樹脂繊維の重量（ｇ）
ρ２；熱可塑性樹脂繊維の真比重
強化繊維の体積比率が４０％未満の場合は強化繊維の含有量が低下し、６０％を超える場合は強化繊維への熱可塑性樹脂の含浸性が低下し、双方の場合とも満足する成形材の機械的強度が得られないことがある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の連続繊維不織布における強化繊維は長繊維の形態であり、強化繊維としては、ガラス繊維を挙げることができる。強化繊維の番手は特に限定するものではなく、連続繊維不織布の用途などにより選定すればよい。
【００１８】
本発明の連続繊維不織布における熱可塑性樹脂繊維を構成する熱可塑性樹脂として、ナイロン６・ナイロン１２・ナイロン６６・芳香族ナイロンなどのポリアミド樹脂、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などのポリエステル樹脂、ポリエチレン・ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂などを挙げることができる。なお、前記熱可塑性樹脂繊維に着色剤、充填剤、安定剤、難燃剤、帯電防止剤、結晶化剤などを適宜添加してもよい。
【００１９】
以下、本発明の一形態である４軸組布の形態をなす連続繊維不織布に関し、その製造装置および製造方法について、図１および図２により説明する。
【００２０】
（１）４軸組布の製造装置
連続繊維不織布の製造装置は、主として、進行方向に循環するコンベア３と、コンベア３の進行方向に対し角度−αの傾きをもってコンベア３の上に架設された２本１組のトラバースガイド４、４’、およびコンベア３の進行方向に対し角度αの傾きをもってコンベア３の上に架設された２本１組のトラバースガイド９、９’と、コンベアの進行方向に平行な状態を保ちながら、トラバースガイド４、４’に沿って、往復運動するトラバース具５、およびトラバースガイド９、９’に沿って、往復運動するトラバース具１０、から構成されている。
【００２１】
コンベア３は、進行方向に対する両端には糸掛け用ピン１、１’を一定のピッチで立設したピン配列２、２’を有する。
さらに、トラバース具５には斜交糸および緯糸とされる複合繊維糸７が挿通される複数のガイド管６があり、トラバース具１０には斜交糸および緯糸とされる複合繊維糸１２が挿通される複数のガイド管１１があり、ガイド管６および１２はコンベア３に立設されたピン配列２、２’と等ピッチで配列されている。
【００２２】
また、図２に示すように、コンベア３の図中左方には、コンベア３に供給するための経糸用の複合繊維糸１４、および１５が各々巻回された経糸用ローラが配置されている。また、ガイド９、９’の図中右方には、熱ローラ１６および加圧ローラ１７が設けられている。
【００２３】
（２）連続繊維不織布の製造方法
図１、図２に示す連続繊維不織布製造装置により、連続繊維不織布を製造するには、経糸１４をコンベア３上に供給しながら、コンベア３を進行方向に循環させる。複合繊維糸７、１２をトラバース具５、１０に設けられたガイド管６、１１に挿通して、トラバース具５、１０を往復運動させる。トラバース具５、１０が方向転換する際に、各複合繊維糸を糸掛け用ピン１、１’に引っ掛ける。この際、コンベア３の循環速度、トラバース具５、１９の往復運動速度、およびコンベア３に対するトラバースガイド４、４’および９、９’の角度を調製することにより、斜交糸の角度を±４５°または９０°に調整でき、経糸の上に経糸に斜交する斜交糸および経糸に直交する緯糸を配設した連続繊維糸集合体１３を形成することができる。さらに、連続繊維糸集合体１３上に経糸１５を供給し、熱ローラ１６に密着して、糸掛け用ピン１、１’から外し、熱ローラ１６によって所定の温度に加熱し、複合繊維糸に含む熱可塑性樹脂を溶融する。その後、加圧ローラ１７によって押さえつけられ、複合繊維糸同士が圧着され、４軸組布である連続繊維不織布が形成される。
【００２４】
また、３軸組布の形態をなす連続繊維不織布は、上述の連続繊維不織布製造装置のトラバースガイド４、４’の角度−α、および９、９’の角度αを調整することで形成することができる。また、トラバースガイド４、４’または９、９’のいずれか一方のみを使用し、その角度を９０°にしても、形成することができる。
【００２５】
【実施例】
（１）４軸組布の作成
［実施例１］
強化繊維として５７０ｔｅｘのガラス繊維ロービング（日東紡績（株）製商品名；ＲＳ５７ＰＲ４８１）に、熱可塑性樹脂繊維として２８０ｔｅｘのナイロン６繊維（フィラメント径４８μｍ、フィラメント本数１２３本）を単に合わせた合わせ糸を複合繊維糸とし、この複合繊維糸を経糸、緯糸および斜交糸として図１、図２に示す装置により、一本おきに上下に配設した経糸の間に緯糸、斜交糸を挟み込み、熱ローラと加圧ローラの間を通すことにより、熱可塑性樹脂繊維を熱融着させ、経糸、緯糸および斜交糸の各糸が仮接着した４軸組布を作成し、実施例１の連続繊維不織布を得た。
得られた連続繊維不織布において、各糸の配列本数は、縦糸方向が３０本／１０ｃｍ、緯糸方向が２９本／１０ｃｍ、２方向の斜交糸方向が各々２２本／１０ｃｍであり、坪量は７０３ｇ／ｍ２であった。
【００２６】
［比較例１］
強化繊維として５７０ｔｅｘのガラス繊維ロービング（日東紡績（株）製商品名；ＲＳ５７ＰＲ４８１）に、熱可塑性樹脂としてナイロン６を被覆処理し、８４０ｔｅｘの樹脂被覆強化繊維糸を得た。
この樹脂被覆強化繊維糸を経糸、緯糸および斜交糸として図１、図２に示す装置により、一本おきに上下に配設した経糸の間に緯糸、斜交糸を挟み込み、熱ローラと加圧ローラの間を通すことにより、熱可塑性樹脂を熱融着させ、経糸、緯糸および斜交糸の各糸が仮接着した４軸組布を作成し、比較例１の連続繊維不織布を得た。
得られた連続繊維不織布において、各糸の配列本数は、縦糸方向が２０本／１０ｃｍ、緯糸方向が１９本／１０ｃｍ、２方向の斜交糸方向が各々１４本／１０ｃｍであり、坪量は５６３ｇ／ｍ２であった。
【００２７】
（２）積層板の作成
実施例１の連続繊維不織布を３枚重ね、また比較例１の連続繊維不織布を４枚重ね、各々を温度２７０℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ２で、１０分間加熱加圧成形し、実施例１および比較例１の積層板を得た。
実施例１の積層板の厚さは１．２ｍｍであり、比較例１の積層板の厚さは１．３ｍｍであった。
なお、比較例１の連続繊維不織布において、樹脂被覆繊維糸の剛性が強すぎるため、４軸組布の坪量を実施例１の連続繊維不織布と同程度にすることはできなかった。そのため、積層板における単位面積当たりの強化繊維の含有量を実施例１と比較例１をほぼ等しくするために、実施例１の積層板は連続繊維不織布を３枚積層して作成し、比較例１の積層板は連続繊維不織布を４枚積層して作成した。
【００２８】
（３）積層板の機械的特性の評価
実施例１および比較例１の積層板を、経糸方向（０゜方向）・緯糸方向（９０゜方向）・斜交糸方向（±４５゜方向）について、ＪＩＳ  Ｋ７０５５に基づき、曲げ強さおよび曲げ弾性率について測定した。
測定結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003972542.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
本発明における複合繊維糸は樹脂被覆強化繊維糸に比べ、剛性が弱いため、連続繊維糸からなる不織布を作成した際、容易に強化繊維の坪量を高くすることができる。また、本発明の連続繊維不織布において、熱可塑性樹脂は強化繊維糸を被覆しているのではなく、繊維として強化繊維と複合繊維糸をなすため、ニードルパンチ加工が容易に行うことができる。そのため、この複合繊維糸からなる連続繊維不織布を用いた繊維強化熱可塑性樹脂成形材は、優れた機械的特性を得ることができ、かつ成形工程でマトリックス樹脂を添加する必要がないため、成形工程を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続繊維不織布の製造装置の平面図
【図２】本発明に係る連続繊維不織布の製造装置の側面図
【符号の説明】
１、１’    糸掛け用ピン
２、２’    ピン配列
３          コンベア
４、９      トラバースガイド
５、１０    トラバース具
６、１１    ガイド管
７、１２    緯糸および斜交糸用の複合繊維糸
８、１３    連続繊維糸集合体
１４、１５    経糸用の複合繊維糸
１６          熱ローラ
１７          加圧ローラ
１８          ４軸組布の形態をなす連続繊維不織布
【図１】
0003972542.tif 000003
【図２】
0003972542.tif 000004