(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維状の熱可塑性樹脂と、ランダム配向したカーボン短繊維よりなり、所要断面形状に賦形されてなるシートの表裏に、第２の熱可塑性樹脂を押出被覆してなる積層成形品。
【請求項２】
上記シートを構成する熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレート樹脂である請求項１に記載の積層成形品。
【請求項３】
短繊維状の熱可塑樹脂とカーボン短繊維とを混合したマット状の連続複合体を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、連続的に加熱加圧／冷却加圧することにより、前記カーボン短繊維が熱可塑性樹脂内に三次元状に配向してなる連続シートを製造し、次いでその連続シートを所要断面形状に連続的に賦形してその表裏に第２の熱可塑性樹脂を押出被覆することを特徴とする積層成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補強芯材を熱可塑性樹脂で被覆した、低伸縮性と剛性に優れた積層成形品と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂、例えば塩化ビニル樹脂は、汎用プラスチックの中で耐水、難燃性に優れ、機械的性質も良好であり、しかも価格も比較的安価であることから、建築部材の材料として広く採用されている。
【０００３】
例えば雨樋は、従来、硬質の塩化ビニル樹脂を用いた押出成形により成形されるのが一般的である。また、このような塩化ビニル樹脂の伸縮性と耐熱性を向上させるために、特開昭５７−３３６６０号公報には、金属板の表裏を塩化ビニル樹脂で被覆した構造を持つ雨樋に関する開示がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、塩化ビニル樹脂は、難燃性ではあるものの耐熱温度が６０〜７０℃であり、また、線膨張係数が７．０×１０-3（１／℃）と大きい。そのため、このような塩化ビニル樹脂を雨樋の材料として用いた場合、雨樋は軒先に取り付けられる関係上、直射日光などの熱により変形しやすく、また、熱伸縮によるひび割れやそりが発生して雨樋としての機能を果たし得なくなる恐れがあるなど、長期にわたる使用に際しての信頼性に乏しいという問題があった。
【０００５】
一方、上記した特開昭５７−３３６６０号公報に開示されている構造の雨樋によれば、低伸縮性および耐熱性は向上するものの、切断面より錆が発生したり、製品が重くなるといった問題がある。
【０００６】
また、塩化ビニル樹脂をはじめとする樹脂からなる成形品は、その材料の性質上、静電気を帯びる。そのため、成形時や製品の梱包時および保管時において、製品に埃やゴミ等が付着し、美観を損ねるという問題もある。
【０００７】
本発明の第１の目的は、低伸縮性で耐熱性に優れ、しかも軽量で錆の発生の恐れがなく、特に雨樋などの屋外に用いる建築部材等に適用するのに適した積層成形品を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、上記の目的を達成しながら、静電気による埃やゴミ等が付着しにくい積層成形品を提供することにある。更に、本発明の第３の目的は、以上のような積層成形品を連続的に容易に製造することのできる積層成形品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の積層成形品は、短繊維状の熱可塑性樹脂と、ランダム配向したカーボン短繊維よりなり、所要断面形状に賦形されてなるシートの表裏に、第２の熱可塑性樹脂を押出被覆してなる構成を採用している。
【００１０】
更に、上記シートを構成する熱可塑性樹脂は、強度、耐熱性、寸法安定性に優れたポリチエレンテレフタレート樹脂とすることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
請求項１〜請求項２に係る発明の構成によれば、線膨張係数の小さいカーボン短繊維をランダム配向させて、ポリエチレンテレフタレート樹脂をはじめとする耐熱性、寸法安定性に優れた熱可塑性樹脂を混合させたシートを所要断面形状に賦形して芯材とすることにより、積層成形品としての耐熱性並びに低伸縮性が向上し、雨樋等の屋外に用いられる部材に適用して、直射日光等による熱によっても変形や割れ、そり等が発生しにくく、長期使用に対しての信頼性の高い製品とすることができる。
【００１２】
また、芯材のシートはカーボン短繊維をランダムに配向しているが故に、積層成形品の強度は各方向に均一に補強されることになり、機械的強度にも優れたものとなる。
【００１３】
更に、カーボン短繊維は導電性を有しているので、同カーボン短繊維を用いてランダム配向させたシートを芯材とすることより、積層成形品の表面の熱可塑性樹脂層が帯電しても、芯材が導電性を有するが故に、積層成形品全体としては帯電せず、埃やゴミ等の付着を防止することができる。
【００１４】
一方、請求項３に係る発明の積層成形品の製造方法は、短繊維状の熱可塑樹脂とカーボン短繊維とを混合したマット状の連続複合体を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、連続的に加熱加圧／冷却加圧することにより、前記カーボン短繊維が熱可塑性樹脂内に三次元状に配向してなる連続シートを製造し、次いでその連続シートを所要断面形状に連続的に賦形してその表裏に第２の熱可塑性樹脂を押出被覆することによって特徴づけられる。
【００１５】
この請求項３の発明に係る製造方法によれば、カーボン短繊維と、短繊維状の熱可塑性樹脂とを混合したマット状の連続複合体を、連続的に加熱加圧／冷却加圧することによって、カーボン短繊維がランダム配向した連続シートが得られる。また、その連続シートを製品に要求される所要の断面形状に連続的に賦形しつつその表裏に熱可塑性樹脂を押出被覆することで、請求項１に係る発明の積層成形品を連続的に得ることができる。
【００１６】
ここで、本発明において芯材を構成するシートに用いられるカーボン短繊維としては、その繊維長および繊維径は、芯材の必要性能により適宜に選択されるが、繊維長としては１００μｍ〜１００ｍｍ、繊維径は５〜５０μｍの範囲で用いられる場合が多い。
【００１７】
また、本発明における芯材に用いられる熱可塑性樹脂は、芯材の性能およびこれに押出被覆する熱可塑性樹脂との界面融着性等から適宜に選択されるが、上記したポリエチレンテレフタレート樹脂をはじめとするポリエステル樹脂や、アクリル樹脂、ポリエチレン、ナイロン樹脂、塩化ビニル樹脂等を用いることができる。
【００１８】
芯材におけるカーボン短繊維の含有量、目付量、肉厚、比重については、積層成形品の必要品質、成形性により適宜に選択されるが、例えば、含有量は２０〜６０体積％、目付量は２００〜７００ｇ／ｍ2 とすることが好ましく、また、芯材の肉厚は０．１〜１．５ｍｍ、比重は０．２〜１．４の範囲で使用される場合が多い。
【００１９】
また、芯材を覆う第２の熱可塑性樹脂の材質としては、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、およびそれらの共重合体、ナイロン樹脂などの耐候性のよい樹脂を用いることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明方法を適用した積層成形品の製造工程の説明図で、（Ａ）は芯材成形装置を、（Ｂ）は芯材賦形押出被覆装置を示している。
【００２１】
芯材成形装置１は、ランダムに配向したカーボン短繊維と、短繊維状の熱可塑性樹脂とを混合してなるマットＭを繰り出すための繰り出し機１１と、その繰り出し機１１から繰り出されたマットＭを加熱して、マットＭ内の熱可塑性樹脂を溶融させるための加熱炉１２と、その加熱炉１２を経たマットＭを加熱加圧する加熱プレスロール１３と、その加熱プレスロール１３に隣接配置された冷却プレスロール１４、およびその冷却プレスロール１４を経て得られるシートＳを巻き取るための巻き取り機１５を主たる構成要素としている。
【００２２】
以上の芯材成形装置１により、繰り出し機１１のロールに巻回された連続的なマットＭが、連続的に加熱・加圧された後に冷却・加圧されることにより、熱可塑性樹脂内にカーボン短繊維がランダムに配向された連続的な複合体であるシートＳが得られる。
【００２３】
なお、以上の芯材成形装置１において、加熱プレスロール１３および冷却プレスロール１４については、ベルトを用いた加熱加圧／冷却加圧や、キャタピラを用いた加熱加圧／冷却加圧方式を採用することもでき、用いる材料に応じて適宜に選択される。
【００２４】
一方、芯材賦形押出被覆装置２は、上記した芯材賦形装置１により製造されたシートＳを巻回したロールから、そのシートＳを繰り出すための繰り出し機２１と、その繰り出し機２１から繰り出されたシートＳを所要の断面形状に賦形するための賦形装置２２と、賦形後のシートＳの表裏両面に第２の熱可塑性樹脂を押出すための押出被覆金型２３と、その押出被覆金型２３を経た積層体を冷却してサイジングするための冷却サイジング装置２４、および、その冷却サイジング装置２４を経て得られる製品Ｗを引き取るための引取機２５を主たる構成要素としている。
【００２５】
ここで、芯材賦形装置２２は、例えばロールやブロック状のシューにより、シートＳを徐々に所要断面形状に賦形していく装置であり、シートＳを構成する熱可塑性樹脂の材質によっては、局部的に熱を与えたり、全体的に熱を与えながら賦形することもあり、材料によって適宜に選択される。
【００２６】
また、押出被覆金型２３は、クロスヘッドダイによって芯材である賦形後のシートＳの表裏両面に連続的に溶融状態の第２の熱可塑性樹脂Ｐを押出し、シートＳの両面を熱可塑性樹脂Ｐで被覆できるようになっている。
【００２７】
【実施例】
次に、以上の製造装置を用いて、実際に積層成形品を製造した例について、比較例とともに述べる。
【００２８】
（実施例１）
芯材となるシートＳを製造するためのマットＭは、カーボン繊維の短繊維（繊維長１〜４０ｍｍ、繊維径１０μｍ）に、熱可塑性樹脂としてポリエチレンテレフタレート樹脂を短繊維化したものをエアにより混合してマット状にしたものを用いた。そのマットＭを連続的に加熱加圧および冷却加圧を施すことによってシートＳを得た。
【００２９】
このシートＳの厚みは０．５ｍｍ、そのカーボン繊維の含有率は４０体積％であり、図２に模式的断面図を示すように、熱可塑性樹脂Ｐ内にカーボン短繊維Ｃがランダムに配向していることが確認された。
【００３０】
また、芯材を覆う熱可塑性樹脂としては塩化ビニル樹脂を用い、押出被覆金型２３により芯材の表裏両面に溶融した塩化ビニル樹脂を押出被覆することにより、図３に模式的な部分切欠斜視図を示すように、芯材１００の表裏両面が塩化ビニル樹脂層（熱可塑性樹脂層）２００で覆われた積層成形品を得た。
【００３１】
（比較例１）
ロービング状のカーボン繊維にポリエチレンテレフタレート樹脂を含浸させた一方向強化のシートを芯材として用い、実施例と同様に賦形してその表裏両面に塩化ビニル樹脂を押出被覆した。
【００３２】
（比較例２）
塩化ビニル樹脂を押出成形することにより、図３に示したものと同等の断面輪郭形状を持つ成形品を一体成形した。
【００３３】
（実施例および各比較例の評価）
（１）積層成形品の成形安定性
実施例と比較例１において用いた芯材の賦形時における安定性を比較すると、実施例の芯材は賦形時に座屈、割れがなかったのに対し、比較例１の芯材は賦形時に座屈および破壊が発生した。また、実施例においては押出被覆後の変形や強度変化がなかったのに対し、比較例１では押出被覆後に変形した。
【００３４】
（２）芯材の相違による積層成形品の横方向強度
実施例で得た製品は全体に均一な強度を示したのに対し、比較例１で得た製品は、繊維配向していない横方向の強度は樹脂単体品と同等強度以下であった。
【００３５】
（３）成形品の熱伸縮による反り、割れ
実施例で得た製品と、比較例２で得た製品について、野外での熱変形の有無を評価した。
熱変形の有無は、５％以上変位した場合を有、それ未満では無としたところ、実施例の製品は変形なしであったのに対し、比較例２の製品は側面部分が外側へ倒れる熱変形が有った。
【００３６】
（４）成形品引張強度
実施例の製品と比較例２の製品の引張強度を測定した結果を〔表１〕に示す。
【００３７】
【表１】
0003884524.tif 000002
【００３８】
この〔表１〕から明らかなように、短繊維状のカーボン繊維をランダム配向した芯材を用いた実施例製品では、比較例２の製品に対して引張弾性率が約１．８倍となり、剛性に優れた積層成形品が得られることが確かめられた。
【００３９】
（５）帯電性
実施例製品と比較例２で得た製品の帯電性を調査したところ、比較例２の製品は塩化ビニル樹脂の帯電により埃やゴミが付着したが、実施例製品は芯材にランダム配向しているカーボン繊維が導電性を有しているために、製品全体としては電気的に中和されて帯電することがなく、埃やゴミの付着が大幅に緩和されることが確認できた。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の積層成形品によれば、熱可塑性樹脂中にカーボン短繊維がランダム配向したシートを芯材として、その表裏両面を第２の熱可塑性樹脂層で覆った構造を有しているため、任意方向への引張強度が高く、均質で高剛性の積層成形品が得られるとともに、カーボン短繊維の低伸縮性の故に、耐熱性の高い積層成形品が得られ、屋外での使用によっても直射日光等によって変形しにくい積層成形品となる。更に、カーボン短繊維が導電性を有していることで、帯電しにくく埃やゴミの付着しにくい積層成形品が得られる。
【００４１】
また、本発明の積層成形品の製造方法によれば、短繊維状の熱可塑樹脂とカーボン短繊維とを混合したマット状の連続複合体を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、連続的に加熱加圧、冷却加圧することによって、カーボン短繊維が熱可塑性樹脂内にランダム配向した繊維強化熱可塑性樹脂シートを連続的に成形し、そのシートを所望の断面形状に賦形しながらその表裏両面に第２の熱可塑性樹脂を押出被覆するから、任意の断面形状を有し、かつ、上記した構造を持つ本発明の積層成形品を容易かつ効率的に製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した積層成形品の製造工程の模式的説明図で、（Ａ）は芯材成形装置、（Ｂ）は芯材賦形押出被覆装置をそれぞれ表す図
【図２】  実施例により得られたシートＳの構造を示す模式的断面図
【図３】  実施例により得られた積層成形品の構造を示す模式的部分切欠斜視図
【符号の説明】
１  芯材成形装置
１１  繰り出し機
１２  加熱炉
１３  加熱プレスロール
１４  冷却プレスロール
１５  巻き取り機
２  芯材賦形押出被覆装置
２１  繰り出し機
２２  賦形装置
２３  押出被覆金型
２４  冷却サイジング装置
２５  引取機
１００  芯材
２００  塩化ビニル樹脂層（熱可塑性樹脂層）
Ｍ  マット
Ｓ  シート
Ｃ  カーボン繊維
Ｐ  熱可塑性樹脂
Ｗ  製品
【図１】
0003884524.tif 000003
【図２】
0003884524.tif 000004
【図３】
0003884524.tif 000005