特許 6243235 繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243235

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/04 20060101AFI20171127BHJP

   B29B 15/10 20060101ALI20171127BHJP

   B29B 11/16 20060101ALI20171127BHJP

   D21F 1/24 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/04CES

   B29B15/10

   B29B11/16

   D21F1/24

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-8881(P2014-8881)

(22)【出願日】2014年1月21日

(65)【公開番号】特開2015-137296(P2015-137296A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2017年1月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】595030354

【氏名又は名称】ケープラシート株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】林 浩正

(72)【発明者】

【氏名】花谷 誠二

(72)【発明者】

【氏名】山下 英明

【審査官】 福井 弘子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０７２１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０９４８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２６６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６５０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７５１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９７２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−００６９０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ １１／１６

Ｂ２９Ｂ １５／０８−１５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４− ５／１０

Ｃ０８Ｊ ５／２４

Ｂ２９Ｃ ４１／００−４１／３６

Ｂ２９Ｃ ４１／４６−４１／５２

Ｂ２９Ｃ ７０／００−７０／８８

Ｄ２１Ｂ １／００−１／３８

Ｄ２１Ｃ １／００−１１／１４

Ｄ２１Ｄ １／００−９９／００

Ｄ２１Ｆ １／００−１３／１２

Ｄ２１Ｇ １／００−９／００

Ｄ２１Ｈ １１／００−２７／４２

Ｄ２１Ｊ １／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性樹脂を不連続の繊維状補強材で強化した繊維強化熱可塑性樹脂シートを抄紙法によって製造する方法であって、
前記熱可塑性樹脂と前記繊維状補強材とを液状分散媒に分散させた分散液を、移動する多孔性支持体の抄造面上に連続的に供給しつつ、前記分散液を前記多孔性支持体の下側から吸引し前記分散液から前記液状分散媒を分離して前記多孔性支持体の下側に除去し、前記熱可塑性樹脂と前記繊維状補強材との混合物を前記抄造面上に残して抄紙体を連続的に得る抄紙工程を備え、
前記抄造面が水平面に対して移動方向に傾斜するように、前記多孔性支持体を水平面に対して斜め上方に向かって移動させ、
前記分散液の吸引を、前記抄造面の前記分散液との接液部分のうち移動方向下流側部分において行い、
前記抄造面の前記移動方向下流側部分への前記分散液の供給速度を、前記多孔性支持体の移動速度よりも遅くすることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。

【請求項2】

前記分散液の供給速度と前記多孔性支持体の移動速度との比を０．８以下とすることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。

【請求項3】

前記分散液の吸引を、前記抄造面の前記分散液との接液部分のうち移動方向中央よりも下流側部分において行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱可塑性樹脂と繊維状補強材とを液状分散媒に分散させた分散液から抄紙法によって繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法に係り、特に、繊維状補強材がランダム配向した繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱可塑性樹脂の成形上の特性を生かしつつ高強度、高剛性という特性を付与する手段として、繊維状補強材の添加による複合化技術が知られている。複合化技術により得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材は、軽量化と高強度及び高剛性が要求される種々の構造部材用の素材として使用される。これらの素材は、通常、マトリックスである熱可塑性樹脂の融点以上に熱せられた後に所定の形状に成形されるが、特にプレス機を用いた成形又は大型部品の成形に適する板状又はシート状の素材はスタンパブルシートと呼ばれ、その優れた機械的強度、成形加工性、量産性から自動車用構造部材や内装材を中心に需要が増加している。

【0003】

従来のスタンパブルシートの代表的な製造方法として、湿式法（抄紙法）がある。この製造方法は、微小気泡を含む界面活性剤含有水性分散媒中に熱可塑性樹脂と不連続の繊維状補強材とを分散させ、この分散液を移動する多孔性支持体（いわゆるワイヤメッシュであり、以下「メッシュベルト」と記すこともある）上で抄くことにより不織布状のウエブを調製し、このウエブを加熱加圧後に固化させてスタンパブルシートを製造する方法（特許文献１，２を参照）である。

【0004】

例えば、自動車部品のアンダーカバー等に使用するスタンパブルシートには、軽量、高強度という特性と共に、機械的強度の等方性が要求される。こうした特性を十分に発揮するためには、繊維状補強材のランダム配向化が必要とされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６０−１５８２２７号公報

【特許文献2】特公平２−４８４２３号公報

【特許文献3】特開平９−９４８２６号公報

【特許文献4】特開平８−７２１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のスタンパブルシートの製造方法（特許文献１，２）においては、熱可塑性樹脂と繊維状補強材の混合物をメッシュベルト上に抄き取る際に、前記分散液をメッシュベルトの抄造面に対してその移動方向に流すため、抄き取った繊維状補強材は不可避的に前記分散液の流れの方向に沿って抄造面移動方向に配向することとなる。そのため、抄き取った混合物（ウエブと呼ばれる）中の繊維状補強材を十分にランダム配向させることは困難であり、その結果スタンパブルシートに機械的強度の異方性が発現するという問題点があった。

【0007】

抄造面の水平面に対する傾斜を変化させたり、移動するメッシュベルトの抄造面に対して前記分散液の流れを向流方向に形成させたりして、ウエブ中の繊維状補強材をランダム配向させる技術が提案されているが（特許文献３，４を参照）、繊維状補強材のランダム配向化は十分とは言えなかった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、繊維状補強材がランダム配向した繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法は、熱可塑性樹脂を不連続の繊維状補強材で強化した繊維強化熱可塑性樹脂シートを抄紙法によって製造する方法であって、前記熱可塑性樹脂と前記繊維状補強材とを液状分散媒に分散させた分散液を、移動する多孔性支持体の抄造面上に連続的に供給しつつ、前記分散液を前記多孔性支持体の下側から吸引し前記分散液から前記液状分散媒を分離して前記多孔性支持体の下側に除去し、前記熱可塑性樹脂と前記繊維状補強材との混合物を前記抄造面上に残して抄紙体を連続的に得る抄紙工程を備え、前記抄造面が水平面に対して移動方向に傾斜するように、前記多孔性支持体を水平面に対して斜め上方に向かって移動させ、前記分散液の吸引を、前記抄造面の前記分散液との接液部分のうち移動方向下流側部分において行い、前記抄造面の前記移動方向下流側部分への前記分散液の供給速度を、前記多孔性支持体の移動速度よりも遅くすることを特徴とする。

【0009】

この繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法においては、前記分散液の供給速度と前記多孔性支持体の移動速度との比を０．８以下としてもよい。また、前記分散液の吸引を、前記抄造面の前記分散液との接液部分のうち移動方向中央よりも下流側部分において行ってもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法は、繊維状補強材がランダム配向した繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造装置の一例を説明する図である。

【図2】図１の製造装置の要部を模式的に示す部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法の一実施形態について、以下に詳細に説明する。
まず、本実施形態の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法に用いる原料である分散液について説明する。分散液は、熱可塑性樹脂と不連続の繊維状補強材とを液状分散媒に分散させたものである。液状分散媒としては、例えば、界面活性剤を含有する水が好ましい。界面活性剤を含有する水に、熱可塑性樹脂と繊維状補強材とを投入し、攪拌することにより空気の微小気泡を含ませ、分散液を調製する。

【0013】

不連続の繊維状補強材とは、繊維長が数ミリから数十ミリの、いわゆる短繊維補強材である。繊維長が短すぎると、繊維状補強材の十分な補強効果が得られにくい。一方、繊維長が長すぎると、繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形時に熱可塑性樹脂の流動性が低くなり、成形性が低下する。繊維状補強材の種類は特に限定されるものではないが、例えば、ガラス繊維，金属繊維，炭素繊維等の無機繊維や、アラミド繊維等の有機繊維等があげられる。繊維状補強材は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて併用してもよい。

【0014】

また、熱可塑性樹脂は、粉末，繊維，フレーク等の形態のものを用いることができる。熱可塑性樹脂の種類は特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリアミド，ポリエステル，ポリスチレン，ポリ塩化ビニル等があげられる。熱可塑性樹脂は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて併用してもよい。

【0015】

熱可塑性樹脂と繊維状補強材との質量比は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂と繊維状補強材の合計量中の繊維状補強材の比率を、例えば２０質量％以上７０質量％以下とすることが好ましい。繊維状補強材の比率が多すぎると、熱可塑性樹脂が繊維状補強材中に均一に含浸しにくくなると共に、繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形時に熱可塑性樹脂の流動性が低下する傾向を示す。一方、繊維状補強材の比率が少なすぎると、繊維状補強材の補強効果が低下するおそれがある。

【0016】

次に、図１，２に示す繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造装置を用いて、分散液から抄紙法によって繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法について説明する。なお、本実施形態においては、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（以下「ＰＰ」と記す）を使用し、不連続の繊維状補強材としてガラス繊維（以下「ＧＦ」と記す）を使用した例について説明する。

【0017】

ＰＰの粉末及びＧＦを、分散槽１内の界面活性剤を含有する水に所定の割合で投入し、攪拌して空気の微小気泡を含む分散液を調製する。この分散液を分散槽１からヘッドボックス２に送り込む。
ヘッドボックス２の下方には、一方向（図１，２の例では時計回り）に回転する無端ベルト状の多孔性支持体であるメッシュベルト３と、メッシュベルト３の裏面に接するサクションボックス４とが設置されている。

【0018】

無端ベルト状のメッシュベルト３は略長円形をなしており、その長軸が水平面に対して傾斜するように配されている（図１，２の例では右上がり状に配されている）。よって、メッシュベルト３を回転させると、メッシュベルト３の上面及び該上面に形成された平面状の抄造面３ａは、水平面に対して斜め上方（図１，２の例では右斜め上方）に向かって移動することとなる。また、メッシュベルト３の上面及び抄造面３ａは、水平面に対してメッシュベルト３の移動方向に傾斜することとなり、その傾斜角は仰角となる（図１，２の例では、右上がり状に傾斜することとなる）。

【0019】

一方、サクションボックス４は、メッシュベルト３の移動方向の上流側から下流側へ向かって複数（図１，２の例では６個）の小室４ａ〜４ｆに分割されており、第１室４ａから第６室４ｆまでの各小室４ａ〜４ｆともに負圧とすることが可能となっている。さらに、各小室４ａ〜４ｆには、各小室４ａ〜４ｆ内の圧力をバルブ開度によって調節して分散液の吸引量（液状分散媒である界面活性剤を含有する水の除去量）を制御するサクションバルブ７がそれぞれ設置されている。例えば、特定の小室のサクションバルブ７を全閉とすれば、抄造面３ａのうち該小室に接する領域を実質的に封止して吸引不能とすることもできる。

【0020】

ヘッドボックス２に送り込まれた分散液は、移動するメッシュベルト３の上面（抄造面）３ａ上に連続的に供給される。メッシュベルト３の下側からのサクションボックス４の吸引により、分散液から液状分散媒及び微小気泡が分離（濾過）され、液状分散媒はメッシュベルト３の下側（裏面側）に除去される。そして、ＰＰとＧＦの混合物がメッシュベルト３の抄造面３ａ上に残り、抄紙体であるウエブ８が抄造される（抄紙工程）。メッシュベルト３が回転し抄造面３ａは移動するので、ウエブ８はメッシュベルト３上で連続的に抄造される。

【0021】

得られたウエブ８は乾燥機５で乾燥し（乾燥工程）、必要に応じてコイル状に巻き取る。乾燥方法は特に限定されるものではなく、加熱乾燥、減圧乾燥、送風乾燥、又はこれらの組み合わせを用いることができる。乾燥したウエブ８に熱プレス６を用いて加熱及び加圧を施し、溶融したＰＰを冷却固化させて緻密なシート状にし（シート化工程）、必要に応じて所望の長さに切断して、ＰＰをＧＦで強化した繊維強化熱可塑性樹脂シート９を得る。

【0022】

本実施形態においては、分散液の吸引を、抄造面３ａの分散液との接液部分（図２において長さをＬと示した領域であり、ヘッドボックス２のほぼ全長に相当する領域）のうちメッシュベルト３の移動方向中央よりも下流側部分において行う。すなわち、メッシュベルト３の移動方向中央よりも上流側部分である小室４ａ〜４ｃにおいては、サクションバルブ７を閉状態として吸引を行わず、下流側部分である小室４ｄ〜４ｆにおいてのみサクションバルブ７を開状態として吸引を行う。

【0023】

このとき、ヘッドボックス２内に供給された分散液の流速は、供給直後において最も速く、分散液が下流側に流れるに従って徐々に遅くなるが、ヘッドボックス２への分散液の供給（供給速度の調節）は、抄造面３ａの前記下流側部分への分散液の供給速度Ｖ_L （単位はｍ／ｍｉｎ）がメッシュベルト３の移動速度Ｖ_W （単位はｍ／ｍｉｎ）よりも遅くなるように行われる。

【0024】

このように、供給される分散液の流速が速い前記上流側部分においては吸引を行わず、供給される分散液の流速が遅い前記下流側部分において吸引を行って、前記下流側部分において吸引濾過して抄造を行うので、ＧＦの配向が抑制され、ＧＦがランダム配向した繊維強化熱可塑性樹脂シート９を得ることができる。ＧＦのランダム配向化により、繊維強化熱可塑性樹脂シート９の機械的特性に等方性が付与される。繊維状補強材を十分にランダム配向させるためには、抄造面３ａの前記下流側部分への分散液の供給速度Ｖ_L とメッシュベルト３の移動速度Ｖ_W との比Ｖ_L ／Ｖ_W を０．８以下とすることが好ましい。

【0025】

前記下流側部分においては吸引を行わず、前記上流側部分において吸引を行うと、分散液の流速が速い前記上流側部分において抄造が行われるため、繊維状補強材が配向しやすくランダム配向化が不十分となるおそれがある。また、液状分散媒の除去が不十分となりやすく、ウエブ８の含水率が高くなるため、繊維強化熱可塑性樹脂シート９の製造中にウエブ８の断紙が生じやすくなる。

【0026】

このような本実施形態の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法においては、抄造面３ａにおける吸引領域の制御と該吸引領域への分散液の供給速度Ｖ_L の制御とに加えて、抄造面３ａを移動方向に上り勾配（仰角）とすることが、繊維状補強材のランダム配向化に大きく寄与している。すなわち、ヘッドボックス２内に供給された分散液の流速を、前記上り勾配によって容易に低下させることができるため、抄造面３ａの前記下流側部分への分散液の供給速度Ｖ_L をメッシュベルト３の移動速度Ｖ_W よりも遅くさせることが容易となる。

【0027】

傾斜角（仰角）の大きさは特に限定されるものではないが、１０°以上４５°以下とすることが好ましく、１５°以上２０°以下とすることがより好ましい。繊維状補強材をランダム配向させるためには、傾斜角を１０°以上とすることが好ましい。また、傾斜角を大きくするほど、メッシュベルト３の移動速度（すなわち抄造速度）を高めることが可能になり、ウエブ８の生産性が向上する傾向がある。ただし、実用上の見地から、傾斜角を４５°以下とすることが好ましい。

【0028】

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１，２に示す繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造装置を用いて、繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造した。その際には、抄造面３ａにおける吸引領域と、抄造面３ａの前記吸引領域への分散液の供給速度Ｖ_L とメッシュベルト３の移動速度Ｖ_W との比Ｖ_L ／Ｖ_W を、表１に示すように種々変更して抄紙を行った。なお、前記傾斜角（仰角）は１７°に統一した。

【0029】

分散液に使用する熱可塑性樹脂は平均粒径０．５ｍｍの粒状ポリプロピレンとし、不連続の繊維状補強材は直径１１μｍ、平均長さ１９ｍｍのガラス繊維とした。また、液状分散媒としては、界面活性剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの０．０８質量％水溶液を用いた。この水溶液に０．８質量％のポリプロピレンと０．６質量％のガラス繊維を添加して、分散液を調製した。

【0030】

この分散液をヘッドボックス２に送り、メッシュベルト３の抄造面３ａ（実効抄紙幅は表１に示す通り）上に、表１に示す供給流量（単位はＬ／ｍｉｎ）で供給した。また、抄造速度（メッシュベルト３の移動速度Ｖ_W ）は表１に示す通りである。さらに、吸引領域のうち最も上流側部分（すなわち、移動方向中央よりも上流側部分で吸引する場合は第１室４ａに接する領域、移動方向中央よりも下流側部分で吸引する場合は第４室４ｄに接する領域）への分散液の供給速度Ｖ_L 、及び、吸引領域のうち最も上流側部分への分散液の供給速度Ｖ_L とメッシュベルト３の移動速度Ｖ_W との比Ｖ_L ／Ｖ_W は表１に示す通りである。

【0031】

さらに、ヘッドボックス２内の分散液の液深さｈ（図２を参照）、抄造面３ａの分散液との接液部分の長さＬ（図２を参照）は表１に示す通りである。さらに、第１室４ａ〜第６室４ｆの各サクションバルブ７のバルブ開度は表１に示す通りである。

【0032】

【表1】

【0033】

このような条件で抄紙を行い、表１に示す目付量のウエブ８を抄造した。得られたウエブ８を乾燥後、温度１９０℃、圧力０．３ＭＰａの条件で加熱及び加圧し、次いで温度２０℃、圧力０．３ＭＰａの条件で冷却固化させて、緻密な繊維強化熱可塑性樹脂シート９（スタンパブルシート）を得た。得られたシートから引張試験片を作製し、抄紙の流れ方向（ＭＤ）及び幅方向（ＣＤ）の引張強度をそれぞれ測定した。そして、両引張強度の比（ＭＤ／ＣＤ）から繊維状補強材の配向比を算出した（表１を参照）。

【0034】

表１から分かるように、実施例１〜１０の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、引張強度の配向比が１前後で、機械的特性に等方性が付与されていた。それに対して比較例１〜５の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、引張強度の配向比が２前後で、機械的特性に異方性があった。これらの結果から、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法によれば、繊維状補強材がランダム配向した繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造が可能であることが分かる。

【符号の説明】

【0035】

１ 分散槽
２ ヘッドボックス
３ メッシュベルト（多孔性支持体）
３ａ 抄造面
４ サクションボックス
７ サクションバルブ
８ ウエブ
９ 繊維強化熱可塑性樹脂シート

【図1】

【図2】