(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂繊維と、モノフィラメント径が１〜５０μｍの強化繊維とを互いに絡めた不織布状態のマット状物とし、該マット状物に振動を与えながら該マット状物を前記熱可塑性樹脂繊維の溶融温度以上に加熱し、前記熱可塑性樹脂繊維を一旦粒子状に溶融して強化繊維中に分散させ、溶融状態にある粒子状熱可塑性樹脂を前記強化繊維の互いに絡み合った接点に移行させた後、加圧、冷却し、シートとすることを特徴とする繊維複合シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、強化繊維間を熱可塑性樹脂で接合した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、繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法としては、強化繊維からなるマット状物に振動を与えながら熱可塑性樹脂の粉体を振り掛けまぶしながら加熱溶融させ強化繊維間を接合していた。
【０００３】
また、繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造法としては、強化繊維からなるマット状物の両表面に熱可塑性樹脂からなるフィルムを重ね合わせ、上下一対のベルトにて挟み込み、移送しつつ、熱可塑性樹脂フィルムが溶融する温度に加熱すると共に、加圧し、溶融した熱可塑性樹脂を補強繊維からなるマット状物の繊維の間隙に侵入させることにより、強化繊維と熱可塑性樹脂とを一体化させる製造方法（特開昭６４−７７６６４号）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者では、振動を与えていたとしても強化繊維に粉体が当たり、均一な分散が難しく場所による熱可塑性樹脂の過不足が出来、均質な繊維強化熱可塑性樹脂シートが出来なかった。
【０００５】
また、後者では、強化繊維の間隙に溶融した熱可塑性樹脂を十分に浸透させるため熱可塑性樹脂の溶融状態での樹脂粘度を低くする必要があり、低くすると、溶融した樹脂がその表面張力により滴状に凝集してしまうため、樹脂の分布が不均一になったり、全く樹脂の存在しない部分が生じるといった問題があった。
【０００６】
そこで、この発明は、このような問題に鑑みて、熱可塑性樹脂が強化繊維に均質に行き渡り、均質で高強度の繊維複合シートを得ることが出来る繊維複合シートの製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１の発明は、熱可塑性樹脂繊維と、モノフィラメント径が１〜５０μｍの強化繊維とを互いに絡めた不織布状態のマット状物とし、該マット状物に振動を与えながら該マット状物を前記熱可塑性樹脂繊維の溶融温度以上に加熱し、前記熱可塑性樹脂繊維を一旦粒子状に溶融して強化繊維中に分散させ、溶融状態にある粒子状熱可塑性樹脂を前記強化繊維の互いに絡み合った接点に移行させた後、加圧、冷却し、シートとすることを特徴とする繊維複合シートの製造方法としている。
【０００８】
【作用】
請求項１の発明は、熱可塑性樹脂と、モノフィラメント径が１〜５０μｍの強化繊維とを互いに絡めた不織布状態のマット状物とし、該マット状物に振動を与えながらこれを加熱し、繊維状であった熱可塑性樹脂を一旦粒子状にし、離れていた強化繊維間を結合させ、あるいは既に出来ている接点に移動させ、粒状となった熱可塑性樹脂をほぼ均一に分散させ、この状態でマット状物を加圧しながら冷却して凝固させることにより、強化繊維を熱可塑性樹脂で強固に接合した繊維複合シートを得ることが出来る。
【０００９】
【実施例】
以下、この実施に用いた装置の図面を参考に、この発明を説明する。
【００１０】
図１において、１は繰り出し機であり、不織布混合物試料ａ〜ｆを巻き付けており、繰り出し機１に対向した位置には加工後の繊維複合シートを巻き取る巻き取り機２が設けられている。この繰り出し機１と巻き取り機２との間には、振動装置３，加熱炉４，温調炉６，及び冷却ロール１０が順次配置されている。
【００１１】
振動装置３は、溶融した熱可塑性樹脂の移動を促進させ且つ熱可塑性樹脂の偏在をなくし均一にする。加熱炉４内には、多数の赤外線ヒーター５が対向して設けられており、熱可塑性樹脂を溶融する。温調炉６には、プレスロール７，電熱ヒーター８，ブロアー９が設けられ、温風を送り込み、炉内を熱可塑性樹脂の凝固前の軟粘度状態に保持する温度にし、プレスロール７で加圧し、シートを目的の厚さに設定する。冷却ロール１０は、中に温水を通すなどしてシートを適当な温度に調整する。
【００１２】
熱可塑性樹脂繊維
成形に用いられる熱可塑性樹脂は、繊維状に加工でき、その樹脂の溶融する温度に加熱した際には、表面張力により粒子状に凝集するものであれば、特には限定されない。例として、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやオキシベンゾイル構造等を持つポリエステル系樹脂、ナイロン６等のポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂もしくはそれらの共重合体や他の樹脂との混合物等が挙げられる。
【００１３】
強化繊維
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維等の有機繊維、金属繊維等、通常樹脂の強化に用いられるものであれば特に限定されないが、熱可塑性樹脂の加工温度にて、繊維として形状が保持できないものは不適である。
【００１４】
強化繊維のモノフィラメント径は、１〜５０μｍ、好ましくは２〜３０μｍである。その理由は、モノフィラメント径が１μｍ未満だと繊維が折れやすく、取り扱いが困難であり、また、モノフィラメント径が５０μｍを超えると強化繊維間に樹脂を含浸させることが困難であり、繊維強化シートとしての性能を充分に発揮させることができないからである。
【００１５】
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合物の製造方法
不織布状混合物の製造方法は限定されない。
【００１６】
例として、熱可塑性樹脂繊維と強化繊維とをエアにて混合積層し、互いに絡めた不織布状態のマット状物とし、必要とあればニードルパンチングにて一体化させる方法などが挙げられる。
【００１７】
不織布状混合物の加熱方法
不織布状混合物の溶融温度以上への加熱方法は、材料、温度、速度などから適宜最適な方法が選択される。熱風、遠赤外線、誘電加熱等、特に限定されないが、ここでは赤外線ヒーター５が用いられている。
【００１８】
不織布状混合物の溶融温度以上での加熱時間は、熱可塑性樹脂繊維が滴状に変形するのに充分な時間であればよい。材料により必要時間は変化するが、ポリプロピレン樹脂で、２３０℃で１２秒以上、ポリエチレンテレフタレート樹脂で、２５０℃で１０秒以上である。
【００１９】
不織布状混合物への振動付与方法
不織布状混合物に振動を与えながら加熱し、熱可塑性樹脂繊維の切断、滴状化、強化繊維の交わる点への局在化を促進することにより、より効率的に成形後のシートの強度を発現させることができる。
【００２０】
振動条件としては、振幅は数十μｍから数ｍｍの範囲であり、この範囲を下回ると繊維同士の接点への粒子状となった樹脂の移行が効率的に行われずに、またこの範囲を超えると交点に移行した樹脂をその位置に保持できなくなる。振動数についても同様な理由で、数百Ｈｚ〜数ＭＨｚの範囲が好適である。
【００２１】
不織布状混合物の温調方法
熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱炉４で加熱された不織布状混合物を、熱可塑性樹脂の溶融温度以下、軟化温度以上への冷却温調方法は、特に限定されないが、空冷法が簡便である。ここでは、温調炉６でブロアー９からの空気を電熱ヒーター８で暖めた温風で行っている。
【００２２】
不織布状混合物の加圧冷却方法
不織布状混合物の冷却固化方法としては、適切な温度に温調された冷却ロール１０にて、加圧冷却して所定厚さに凝固させる方法が通常用いられるが、特に限定されない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
不織布状混合物試料の種類
本発明の実施に使用される不織布状混合物試料を以下のように制作する。ここで強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との比率は、体積換算で全不織布状混合物試料ａ〜ｆにおいてほぼ同一になるように設定する。
【００２４】
＜不織布状混合物試料ａ＞
繊維径約１０μｍ、平均長さ５０ｍｍの炭素繊維（ＣＦ）と繊維径約２０μｍ、平均長さ約５０ｍｍのポリエステル（ＰＥＴ）繊維（溶融温度２２５℃）の不織布状混合物
厚み約１２ｍｍ
CＦ：ＰＥＴ＝約５０：５０（ｗｔ％）
繊維目付量  約４５０ｇ／ｍ2
＜不織布状混合物試料ｂ＞
繊維径約１８μｍ、平均長さ５０ｍｍのガラス繊維（ＧＦ）（Ｅガラス）と繊維径約２０μｍ、平均長さ約５０ｍｍのポリエステル（ＰＥＴ）繊維（溶融温度２２５℃）の不織布状混合物
厚み約１２ｍｍ
ＧＦ：ＰＥＴ＝約５９：４１（ｗｔ％）
繊維目付量  約５５０ｇ／ｍ2
＜不織布状混合物試料ｃ＞
繊維径約１０μｍ、平均長さ５０ｍｍの炭素繊維（ＣＦ）と繊維径約２０μｍ、平均長さ約５０ｍｍのポリアミド（ナイロン（Ｎｙｌ）６６）繊維（溶融温度２６５℃）の不織布状混合物
厚み約１２ｍｍ
CＦ：ＰＥＴ＝約５５：４５（ｗｔ％）
繊維目付量  約４１０ｇ／ｍ2
＜不織布状混合物試料ｄ＞
繊維径約１８μｍ、平均長さ５０ｍｍのガラス繊維（Ｅガラス）と繊維径約２０μｍ、平均長さ約５０ｍｍのポリアミド（ナイロン６６）繊維（溶融温度２６５℃）の不織布状混合物
厚み約１２ｍｍ
ＧＦ：Ｎｙｌ＝約６４：３６（ｗｔ％）
繊維目付量  約５００ｇ／ｍ2
＜不織布状混合物試料ｅ＞
繊維径約１０μｍ、平均長さ５０ｍｍの炭素繊維（ＣＦ）と繊維径約２０μｍ、平均長さ約５０ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）繊維（溶融温度１１０℃）の不織布状混合物
厚み約１２ｍｍ
ＣＦ：ＰＰ＝約６１：３９（ｗｔ％）
繊維目付量  約３７０ｇ／ｍ2
＜不織布状混合物試料ｆ＞
繊維径約１８μｍ、平均長さ５０ｍｍのガラス繊維（Ｅガラス）と繊維径約２０μｍ、平均長さ約５０ｍｍのポリプロピレン繊維（溶融温度１１０℃）の不織布状混合物
厚み約１２ｍｍ
ＧＦ：ＰＰ＝約６９：３１（ｗｔ％）
繊維目付量  約４７０ｇ／ｍ2
［実施例１］
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合物試料ａを図１に示す設備を用いてシート化を行った。
【００２５】
振動装置３で繰り出し機１から加熱炉４の出口までの振動付与ゾーンにおいて、不織布状混合物試料ａを振幅１００μｍ、振動数５０ＫＨｚにて振動を与えつつ、加熱炉４の加熱溶融ゾーンに導入通過させた。
【００２６】
加熱溶融ゾーン：赤外線ヒーター５の遠赤外線により炉内雰囲気温度を約２８５℃に加熱保持。不織布状混合物試料ａは２８０℃以上に昇温されて約１５秒かけて加熱溶融ゾーンを通過。
【００２７】
シート化ゾーン：ブロアー９及び電熱ヒーター８により温風で温調炉６内を雰囲気温度を約１８０℃に保持し、ロール間のクリアランス約０．４ｍｍのプレスロール７（ロール表面温度約１８０℃）により加圧し、シートに成形。
【００２８】
冷却固化ゾーン：表面温度約２５℃に温度調節された冷却ロール１０（線圧約２０ｋｇｆ／ｃｍ）により冷却し、熱可塑性樹脂を凝固させる。
【００２９】
［実施例２］
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合試料ｂを用いた他は実施例１と同様である。
【００３０】
［実施例３］
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合試料ｃを図１に示す設備を用いてシート化を行った。下記条件以外は実施例１と同様である。
【００３１】
加熱溶融ゾーン：遠赤外線により炉内温度を約２９０℃に保持。不織布状混合物試料ｃは２８５℃以上に昇温されて約１５秒かけて加熱溶融ゾーンを通過。
【００３２】
シート化ゾーン：ブロアー９及び電熱ヒーター８により炉内雰囲気温度を約１９０℃に保持し、ロール間クリアランス約０．４ｍｍのプレスロール７（ロール表面温度約１９０℃）により加圧しシートに成形。
【００３３】
冷却固化ゾーン：表面温度約２５℃に温度調節された冷却ロール１０（線圧約２０ｋｇｆ／ｃｍ）により冷却し、熱可塑性樹脂を凝固させる。
【００３４】
［実施例４］
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合試料ｄを用いた他は、実施例３と同様である。
【００３５】
［実施例５］
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合試料ｅを図１に示す設備を用いてシート化を行った。下記条件以外は実施例１と同様である。
【００３６】
加熱溶融ゾーン：遠赤外線により炉内温度を約２２０℃に保持。不織布状混合物試料ｅは２１０℃以上に昇温されて約１５秒かけて加熱溶融ゾーンを通過。
【００３７】
シート化ゾーン：ブロアー９及び電熱ヒーター８により炉内雰囲気温度を約１００℃に保持し、ロール間クリアランス約０．４ｍｍのプレスロール７（ロール表面温度約１００℃）により加圧しシートに成形。
【００３８】
冷却固化ゾーン：表面温度約２５℃に温度調節された冷却ロール１０（線圧約２０ｋｇｆ／ｃｍ）により冷却し、熱可塑性樹脂を凝固させる。
【００３９】
［実施例６］
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との不織布状混合試料ｆを用いた他は実施例５と同様である。
【００４０】
［比較実施例１］
振動を付与しなかったこと以外は実施例１と同様である。
【００４１】
［比較実施例２］
振動を付与しなかったこと以外は実施例２と同様である。
【００４２】
［比較実施例３］
振動を付与しなかったこと以外は実施例３と同様である。
【００４３】
［比較実施例４］
振動を付与しなかったこと以外は実施例４と同様である。
【００４４】
［比較実施例５］
振動を付与しなかったこと以外は実施例３と同様である。
【００４５】
［比較実施例６］
振動を付与しなかったこと以外は実施例４と同様である。
【００４６】
実施例１〜６、比較実施例１〜６で得られたシートの厚み及び引張弾性率を評価した。
【００４７】
【表１】
0003913854.tif 000002
【００４８】
【効果】
以上説明してきたように、請求項１の発明は、熱可塑性樹脂が粉体でなく繊維とし不織布状態のマット状物としているため、強化繊維に均質に行き渡り、均質で高強度の繊維複合シートを得ることが出来る繊維複合シートの製造方法を提供することが出来る。
【００４９】
また、繊維を一旦粒子状に溶融させ、粒子状の熱可塑性樹脂を強化繊維の接点に移行させて強化繊維の接点を接合するため、より一層確実に接合できる。
【００５０】
さらに、繊維が折れにくく、取り扱いやすく、しかも樹脂の含浸も良いので樹脂の含浸状態が良く、一層高強度なシートが得られる。
【００５１】
また、振動を加えることにより、粒子状の熱可塑性樹脂を強化繊維の接点に移行することを促進させ、接合するため、より一層確実に且つ強固に接合できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の繊維複合シートの製造方法を実施する装置の概略説明図である。
【符号の説明】
３    振動装置
４    加熱炉
５    赤外線ヒーター
６    温調炉
７    プレスロール
１０  冷却ロール
【図１】
0003913854.tif 000003