DE102016103427B4 - Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei das Verfahren die Gleichungen (1) und (2) erfüllt und die Schritte 1 bis 5 aufweist:Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form;Schritt 2 ist ein Schritt, bei dem man 1 Sekunde oder weniger zwischen einem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 verstreichen lässt, bei dem ein Fließbeginndruck Pf erreicht wird;Schritt 3 ist ein Schritt des Erreichens eines Maximaldrucks Pm bei einem Zeitpunkt t2;Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 gepresst wird; undSchritt 5 ist ein Schritt des Öffnens der Form und des Entnehmens eines Formprodukts aus der Form;4<Pf/t1<7500 [MPa/s],und45<Pk×(t3−t2)<5400 [MPa⋅s].wobei der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk 0,5<Pk/Pm<1,0 erfüllen.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, sowie auf eine Herstellvorrichtung für das Pressformprodukt.
• Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Herstellverfahren, bei dem sichergestellt ist, dass bei Herstellung eines Pressformprodukts, indem man ein Verbundmaterial, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, in eine Form einströmen lässt, und das Material dann kompressionsgeformt wird, die Fließfähigkeit beim Formen hervorragend ist und der Freiheitsgrad bezüglich der Formgebung eines Pressformprodukts erhöht ist.
• STAND DER TECHNIK
• Kohlefaserverstärkte Verbundmaterialien werden weitverbreitet eingesetzt für Strukturwerkstoffe von Flugzeugen, Kraftfahrzeugen und dergleichen, oder für Anwendungen in allgemeinen Industrien, bei Sportarten oder dergleichen, wie etwa für Tennisschläger, Golfschäfte und Angelruten, indem man sich seine hohe spezifische Festigkeit und hohe spezifische Elastizität zunutze macht. Die hierfür verwendete Form der Kohlefaser umfasst ein aus durchgehenden Fasern hergestelltes Gewebe, ein UD-Flächengebilde, das sich aus unidirektional angeordneten Fasern zusammensetzt, ein regelloses Flächengebilde aus geschnittenen Fasern (diskontinuierlichen Fasern), ein Vlies, oder dergleichen.
• In den letzten Jahren gewinnen Verbundmaterialien mehr und mehr an Aufmerksamkeit, bei denen als Grundmasse ein thermoplastisches Harz anstelle eines herkömmlichen duroplastischen Harzes verwendet wird. Es ist zum Beispiel ein Formverfahren entwickelt worden, bei dem ein mit diskontinuierlichen Kohlefasern imprägniertes Formmaterial und ein thermoplastisches Harz auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunkts (Plastifizierungstemperatur) des thermoplastischen Harzes erwärmt werden, in eine Form gegeben werden, die auf eine Temperatur nicht über den Schmelzpunkt bzw. nicht über die Glasübergangstemperatur eingestellt ist, und dann durch Formspannverschluss geformt werden (Patentdokumente 1 und 2).
• Patentdokument 1 beschreibt ein Formprodukt mit einer glatten Oberfläche und einer gleichmäßigen Dicke, das erhalten wird, indem ein leicht fließfähiges Formmaterial pressgeformt wird, das diskontinuierliche Kohlefasern in spezifischer Form und ein thermoplastisches Harz enthält, sowie ein Herstellverfahren hierfür.
• In Patentdokument 2 wird ein technisches Verfahren zur Herstellung eines kompliziert geformten oder großvolumigen Formprodukts vorgeschlagen, indem ein Niederdruckformvorgang angewendet und dabei die Strömung eines diskontinuierliche Karbonfasern und ein thermoplastisches Harz enthaltenden Formmaterials so ermöglicht wird, dass eine Zunahme der Kapazität einer Formmaschine oder Nutzanlage verhindert ist.
• Patentdokument 3 beschreibt ein Verfahren zum Erhalten eines Formprodukts mit einer hervorragenden Oberflächenübertragbarkeit und einem guten Oberflächenerscheinungsbild, indem der Beschleunigungsbereich ab dem Beginn des Pressens eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes bis zu dem Punkt, an dem die Kompressionsrate eine Höchstrate erreicht, gesteuert wird.
• In dem Dokument MAHLKE, M.: Zur Technologie der Verarbeitung Glasmattenverstärkter Thermoplaste. Dissertation an der TH Aachen, 1989 sind Handhabungskonzepte beschrieben, um Zuschnitte zu bearbeiten. Unter anderem ist eine Handhabung in einer Formpressklasse beschrieben, in welcher der Zuschnitt von einer Beschickvorrichtung mittels eines Greifers auf eine untere Presswerkzeughäfte abgelegt wird. Darüber hinaus werden weitere Verarbeitungsmöglichkeiten, wie eine nichtisotherme Umformung, beschrieben.
• In dem Dokument BREUER, U.; Neitzel, M.: High speed stamp forming of thermoplastic composite sheets. In: Polymers and Polymer Composites, Vol. 4, 1996, No. 2, S. 117-123. -ISSN 0967-3911 ist ein Verarbeiten von gewebeverstärkten Polymerverbundwerkstoffen beschrieben, bei dem Hochgeschwindigkeits-Herstellungs- und Formungsprozesse durchgeführt werden. Dabei wird ein nicht-isothermer Stempelformungsprozess mit niedrigem Zyklus und zugehörigen Verarbeitungsparametern beschrieben.
• [Verwandte Technik]
• [Patentdokumente]
• Patentdokument 1: JP 2013- 52 602 A
• Patentdokument 2: WO 2013/ 018 920 A1
• Patentdokument 3: JP H09- 104 025 A
• [Zusammenfassung der Erfindung]
• [Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen]
• Die in Patentdokument 1 beschriebene Erfindung berücksichtigt jedoch nicht das Verhalten eines Verbundmaterials während des Formens, und es ist nicht unbedingt klar, ob es das Verfahren durch Erhöhen der Fluidität mit einem komplizierteren Profilteil aufnehmen kann. In ähnlicher Weise wird bei der in Patentdokument 2 beschriebenen Erfindung nicht die Zeit bis zum Erreichen des Fließbeginndrucks in Betracht gezogen, und es ist nicht ganz klar, ob dieses technische Verfahren mit einem komplizierten Profilteil fertigwerden kann.
• Patentdokument 3 ist ein technisches Verfahren, das sich auf die Pressformung eines thermoplastischen Harzes bezieht, und kann nicht direkt auf ein Verbundmaterial angewandt werden, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält.
• Dementsprechend bezieht sich das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Probleme jener herkömmlichen technischen Verfahren zu lösen und ein Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts bereitzustellen, das einen hervorragenden Freiheitsgrad bei der Formgebung aufweist und mit mannigfaltigen Profilteilen klarkommen kann.
• [Mittel zur Lösung der Probleme]
• Als Ergebnis intensiver Untersuchungen haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass die vorgenannte Aufgabe durch die folgenden Mittel gelöst werden kann, und beruhend auf dieser Erkenntnis wurde die vorliegende Erfindung geschaffen.
1. 1. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei das Verfahren die Gleichungen (1) und (2) erfüllt und die Schritte 1 bis 5 aufweist:
   • Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form;
   • Schritt 2 ist ein Schritt, bei dem man 1 Sekunde oder weniger zwischen einem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 verstreichen lässt, bei dem ein Fließbeginndruck Pf erreicht wird;
   • Schritt 3 ist ein Schritt des Erreichens eines Maximaldrucks Pm bei einem Zeitpunkt t2;
   • Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 gepresst wird; und
   • Schritt 5 ist ein Schritt des Öffnens der Form und des Entnehmens eines Formprodukts aus der Form; $$4<\text{Pf/t1<7500}\left[\text{MPa/s}\right],$$
     
     und $$45<\text{Pk}\times \left(\text{t3}-\text{t2}\right)<5400\left[\text{MPa}\cdot \text{s}\right],$$
     
   • wobei der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk 0,5<Pk/Pm<1,0 erfüllen.
2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach 1, wobei eine Beziehung zwischen den Drücken Pm und Pf und den Zeitpunkten t1 und t2 folgende Gleichung (3) erfüllt: $$4<\left(\text{Pm-Pf}\right)/\left(\text{t2}-\text{t1}\right)<7500\left[\text{MPa/s}\right].$$
   
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach 1 oder 2, wobei der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk 0,5<Pk/Pm<0,9 erfüllen.
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem von 1 bis 3, wobei der Maximaldruck Pm zwischen 5 und 50 MPa liegt.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem von 1 bis 4, wobei eine mittlere Faserlänge der diskontinuierlichen Kohlefasern 1 bis 100 mm beträgt.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem von 1 bis 5, wobei ein Volumenanteil der im Verbundmaterial enthaltenen Kohlefasern, definiert durch Gleichung (6), 10 bis 70 Vol.-% beträgt: $$\begin{array}{l}\text{Vf}=100\times \text{Volumen der Kohlefasser}/(\text{Volumen der}\\ \text{Kohlefasser}÷\text{Volumen des thermoplastishen Harz}\text{es}).\end{array}$$
   
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem von 1 bis 6, wobei es sich bei dem thermoplastischen Harz um ein Polyamidharz handelt.
8. 8. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem von 1 bis 7 unter Verwendung einer Herstellvorrichtung, bei der eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung in einer Formöffnungs- und -schließmaschine vorgesehen ist.
• Weitere Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 9 bis 10 angegeben.
• [Vorteil der Erfindung]
• Bei Verwendung des Herstellverfahrens für ein Pressformprodukt oder der Herstellvorrichtung für ein Pressformprodukt der vorliegenden Erfindung erreicht das Verbundmaterial einen Fließbeginndruck unmittelbar nach Beginn der Druckbeaufschlagung, sodass das Fließen des Verbundmaterials mit einer hohen Fließgeschwindigkeit ermöglicht ist, wodurch die nicht fluidisierte Oberfläche und die fluidisierte Oberfläche im Wesentlichen zur selben Zeit mit Druck beaufschlagt werden können. Dies führt zu einer deutlich gesteigerten Formfülleigenschaft, im Ergebnis werden die nicht fluidisierte Oberfläche und die fluidisierte Oberfläche bis auf dasselbe Niveau druckbeaufschlagt, und der Freiheitsgrad bezüglich der Formgebung eines Pressformprodukts ist deutlich verbessert.
• Dementsprechend kann selbst im Fall einer komplizierten dreidimensionalen Struktur, wenn das Herstellverfahren eines Pressformprodukts oder die Herstellvorrichtung eines Pressformprodukts gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Verbundmaterial eine relativ lange Strecke fließen, während es dabei gepresst wird, und selbst Vorsprünge und schmale Räume können mit dem Verbundmaterial gefüllt werden.
• Figurenliste
• [1A] Eine erläuternde Ansicht von Eigenschaften, die das Herstellverfahren eines Pressformprodukts der vorliegenden Erfindung betreffen.
• [1B] Eine erläuternde Ansicht von Eigenschaften, die das Herstellverfahren eines Pressformprodukts der vorliegenden Erfindung betreffen.
• [2] Eine erläuternde Ansicht, in der der Zusammenhang zwischen der verstrichenen Zeit und der Bewegungsgeschwindigkeit eines oberen Formteils bei Herstellung eines Pressformprodukts gezeigt ist.
• [3A] Eine schematische Ansicht, wenn das Verbundmaterial in eine Form eingelegt ist.
• [3B] Eine schematische Ansicht, die den Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 zeigt.
• [3C] Eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Verbundmaterial fließt, nachdem der Fließbeginnzeitpunkt t1 durchlaufen wurde.
• [3D] Eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Verbundmaterial fließt, nachdem der Fließbeginnzeitpunkt t1 durchlaufen wurde.
• [3E] Eine schematische Ansicht, die eine fluidisierte Oberfläche und eine nicht fluidisierte Oberfläche zeigt.
• [4] Eine schematische Ansicht, die einen Fall zeigt, bei dem ein herkömmliches Herstellverfahren eines Pressformprodukts verwendet wird.
• [5] Eine schematische Ansicht, die einen Fall zeigt, bei dem das Herstellverfahren eines Pressformprodukts der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
• [Art zur Ausführung der Erfindung]
• Bei dem Herstellverfahren eines Pressformprodukts der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei das Verfahren die Gleichungen (1) und (2) erfüllt und die Schritte 1 bis 5 umfasst:
• Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form;
• Schritt 2 ist ein Schritt, bei dem man 1 Sekunde oder weniger zwischen einem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 verstreichen lässt, bei dem ein Fließbeginndruck Pf erreicht wird;
• Schritt 3 ist ein Schritt des Erreichens eines Maximaldrucks Pm bei einem Zeitpunkt t2;
• Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 gepresst wird; und
• Schritt 5 ist ein Schritt des Öffnens der Form und des Entnehmens eines Formprodukts aus der Form;
$$4<\text{Pf}/\text{t1}<7500\left[\text{MPa/s}\right],$$

und $$45<\text{Pk}\times \left(\text{t3}-\text{t2}\right)<5400\left[\text{MPa}\cdot \text{s}\right].$$

• [Kohlefaser]
• Als Kohlefaser sind Kohlefasern auf der Basis von Polyacrylnitril (PAN), Kohlefasern auf Basis von Erdöl oder Steinkohlenpech, Kohlefasern auf Grundlage von Chemieseide, auf Zellulose beruhende Kohlefasern, auf Lignin beruhende Kohlefasern, auf Phenol beruhende Kohlefasern, unter Dampf gezüchtete Kohlefasern, und dergleichen allgemein bekannt, und in der vorliegenden Erfindung können beliebige dieser Kohlefasern in geeigneter Weise eingesetzt werden.
• Unter anderem wird in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Kohlefaser auf der Basis von Polyacrylnitril (PAN) verwendet, was auf ihre hervorragende Zugfestigkeit zurückzuführen ist. Im Falle der Verwendung einer PAN-basierten Kohlefaser als Kohlefaser beträgt deren Zugmodul vorzugsweise 100 bis 600 GPa, bevorzugter 200 bis 500 GPa, und noch bevorzugter 230 bis 450 GPa. Die Zugfestigkeit beträgt vorzugsweise 2000 bis 10000 MPa, bevorzugter 3000 bis 8000 MPa.
• Bei der Kohlefaser zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es sich um eine Kohlefaser handeln, bei der ein Schlichtmittel an deren Oberfläche in Anhaftung gebracht ist. Im Falle der Verwendung einer Kohlefaser mit klebend aufgebrachtem Schlichtmittel kann die Art des Schlichtmittels gemäß den Typen der Kohlefaser und eines Grundmasseharzes in zweckentsprechender Weise ausgewählt werden und ist nicht ausdrücklich eingeschränkt.
• [Form der Kohlefaser]
• (Faserlänge)
• Die Kohlefaser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann ausreichend sein, solange sie diskontinuierlich ist, und deren Faserlänge kann entsprechend der Art der Kohlefaser, der Art des thermoplastischen Harzes, des Ausrichtungszustands der Kohlefasern im Verbundmaterial oder dergleichen zweckentsprechend bestimmt werden und ist nicht ausdrücklich eingeschränkt. Die mittlere Faserlänge der diskontinuierlichen Kohlefasern beträgt für gewöhnlich vorzugsweise 0,1 bis 500 mm, bevorzugter 1 bis 100 mm, noch bevorzugter 5 bis 80 mm, noch bevorzugter 10 bis 80 mm, und am bevorzugtesten 10 bis 60 mm. Wenn die mittlere Faserlänge 500 mm oder weniger beträgt, ist der Freiheitsgrad bei der Formgebung eines Pressformprodukts erhöht, ohne die Fließfähigkeit des Verbundmaterials wesentlich zu reduzieren, und wenn die mittlere Faserlänge 0,1 mm oder mehr beträgt, wird die mechanische Festigkeit des Verbundmaterials und eines kompressionsgeformten Produkts in vorteilhafter Weise voraussichtlich nicht absinken.
• In der vorliegenden Erfindung können Kohlefasern mit voneinander unterschiedlichen Faserlängen in Kombination verwendet werden. Anders ausgedrückt, die Kohlefaser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann eine Kohlefaser mit einer Einzelspitze für die mittlere Faserlänge oder eine Kohlefaser mit mehreren Spitzen sein.
• Die mittlere Faserlänge der Kohlefaser kann auf Grundlage der folgenden Formel (5) bestimmt werden, indem man die Faserlängen von zufällig entnommenen 100 Fasern bis hinunter auf eine Einheit von 1 mm mittels eines Messschiebers oder dergleichen misst. Die mittlere Faserlänge wird vorzugsweise als gewichtsgemittelte Faserlänge (Lw) gemessen, um den Fasern mit großer Faserlänge Bedeutung beizumessen.
• Wenn die Faserlänge einzelner Kohlefasern Li ist und die Anzahl von gemessenen Kohlefasern j ist, dann werden die anzahlgemittelte Faserlänge (Ln) und die gewichtsgemittelte Faserlänge (Lw) nach den folgenden Gleichungen (4) und (5) bestimmt: $$\text{Ln}={\displaystyle \sum \text{Li/j}}$$

  

  $$\text{Lw}={\left({\displaystyle \sum \text{Li}}\right)}^2/\left({\displaystyle \sum \text{Li}}\right)$$

  
• Wenn die Faserlänge eine feste Länge ist, dann nehmen hierbei die anzahlgemittelte Faserlänge und die gewichtsgemittelte Faserlänge denselben Wert an. Die Gewinnung der Kohlefasern aus dem Verbundmaterial kann zum Beispiel unter Anwendung einer Wärmebehandlung des Verbundmaterials (bei Bedingungen von ungefähr 500°C für die Dauer von 1 Stunde) und durch Entfernen des Harzes in einem Ofen durchgeführt werden.
• (Faserdurchmesser)
• Der Faserdurchmesser der Kohlefaser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann zweckentsprechend ja nach Art der Kohlefaser bestimmt werden und ist nicht ausdrücklich eingeschränkt. Der mittlere Faserdurchmesser beträgt für gewöhnlich vorzugsweise 3 bis 50 µm, bevorzugter noch 4 bis 12 µm, und am meisten bevorzugt liegt er zwischen 5 und 8 µm.
• Der mittlere Faserdurchmesser, wie in dieser Beschreibung verwendet, gibt den Durchmesser einer Einzelfaser der Kohlefasern an. Wenn die Kohlefasern in Form eines Faserbündels vorliegen, gibt der Faserdurchmesser dementsprechend nicht den Durchmesser des Faserbündels, sondern den Durchmesser einer Kohlefaser (Einzelfaser) an, aus denen sich das Faserbündel zusammensetzt. Der mittlere Faserdurchmesser der Kohlefasern kann durch das Verfahren gemessen werden, das zum Beispiel in JIS R-7607:2000 beschrieben ist.
• (Faservolumenanteil)
• In der vorliegenden Erfindung ist der Volumenanteil (nachstehend manchmal einfach mit „Vf“ bezeichnet) der im Verbundmaterial enthaltenen Kohlefaser, durch die folgende Gleichung (6) definiert, nicht ausdrücklich eingeschränkt, wobei jedoch der Kohlefaservolumenanteil (Vf) im Verbundmaterial vorzugsweise 10 bis 70 Vol.-% beträgt: $$\begin{array}{l}\text{Vf}=100\times \text{Volumen der Kohlefasser}/(\text{Volumen der}\\ \text{Kohlefasser}÷\text{Volumen des thermoplastishen Harz}\text{es})\end{array}$$

  
• Wenn der Kohlefaservolumenanteil (Vf) im Verbundmaterial 10 Vol.-% oder mehr beträgt, darf man gewünschte mechanische Eigenschaften erwarten. Wenn dagegen Vf bei 70 Vol.-% oder darunter liegt, ist bei der Herstellung eines Pressformprodukts die Fließfähigkeit des Formmaterials nicht vermindert, und es wird beim Formen ohne Weiteres eine gewünschte Formgestaltung erhalten. Der Kohlefaservolumenanteil (Vf) im Verbundmaterial liegt bevorzugter zwischen 20 und 60 Vol.-%, noch bevorzugter zwischen 30 und 50 Vol.-%.
• [Dicke des Verbundmaterials]
• Die Dicke des Verbundmaterials zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, wobei jedoch in dem Maße, wie die Dicke des Verbundmaterials zunimmt, die Wärmekapazität des Verbundmaterials größer wird, was zu einer Erhöhung der Zeit nach dem Erwärmen in Schritt 1 führt, bis die Temperatur auf die Plastifizierungstemperatur abfällt oder unter diese sinkt. Aus diesem Grund beträgt die Dicke des Verbundmaterials vorzugsweise 0,01 mm oder mehr.
• Wenn dagegen die Dicke des Verbundmaterials klein ist, ist die Wärmekapazität des Verbundmaterials reduziert, und die Temperatur nach der Erwärmung in Schritt 1 wird aller Voraussicht nach abfallen, wobei im Ergebnis die verfügbare Formzeit relativ kurz ist. Wenn jedoch das Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann sogar ein Verbundmaterial mit einer relativ geringen Dicke in einer kurzen verfügbaren Formzeit pressgeformt werden, und ein Pressformprodukt kann hergestellt werden, selbst wenn es sich dabei um ein dünnes Material handelt, das auf herkömmlichem Wege bisher schwierig zu erhalten war.
• Die Dicke des Verbundmaterials beträgt bevorzugter Weise 0,01 mm bis unter 100 mm, bevorzugter 0,1 mm bis unter 10 mm, und noch bevorzugter beträgt sie 1 mm bis unter 5 mm.
• Wenn das Verbundmaterial zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung einen Aufbau hat, bei dem mehrere Schichten übereinandergelegt sind, gibt die Dicke nicht die Dicke jeder Schicht an, sondern die Dicke des gesamten Verbundmaterials, die sich aus der Aufaddierung der Dicken der jeweiligen Schichten ergibt.
• Das Verbundmaterial zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann eine Einzelschichtstruktur haben, die aus einer einzelnen Schicht besteht, oder kann eine geschichtete Struktur aufweisen, bei der mehrere Schichten übereinandergelegt sind. Die Ausführungsform, bei der das Verbundmaterial eine geschichtete Struktur hat, kann eine Ausführungsform sein, bei der mehrere Schichten mit derselben Zusammensetzung übereinandergeschichtet sind, oder eine Ausführungsform, bei der mehrere Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen übereinandergeschichtet sind.
• [Größe des Verbundmaterials]
• Die Größe des Verbundmaterials zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist nicht ausdrücklich eingeschränkt. In dem Maße, wie die Größe des Verbundmaterials zunimmt, wird ein höherer Formdruck erforderlich, aber wenn das Herstellverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird die Formung machbar, ohne eine große Anlage hinzufügen zu müssen. Von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet beträgt die Oberfläche des Verbundmaterials vorzugsweise 0,5 m² oder mehr, bevorzugter 1 m² oder mehr, noch bevorzugter 2 m² oder mehr, und noch mehr bevorzugt 3 m² oder mehr.
• (Faserform der Kohlefaser)
• Die Kohlefaser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann in Einzelfaserform vorliegen, die aus einer einzelnen Faser besteht, oder kann in Faserbündelform vorliegen, die sich aus mehreren Einzelfasern zusammensetzt, und zwar ungeachtet der Art der Kohlefaser.
• Die Verstärkungsfaser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann sich aus nur einer Faser in Einzelfaserform zusammensetzen, aus nur einer Faser in Faserbündelform, oder aus einer Mischform von.beiden. Der Begriff „Faserbündel“, auf den hier Bezug genommen wird, gibt an, dass zwei oder mehr Einzelfasern unter Verwendung eines Schlichtmittels, einer elektrostatischen Kraft oder dergleichen angenähert werden. Bei Verwendung einer Faser in Faserbündelform kann die Anzahl der Einzelfasern, die jedes Faserbündel bilden, im Wesentlichen gleich sein, oder kann sich zwischen den jeweiligen Faserbündeln voneinander unterscheiden.
• In dem Falle, bei dem die Kohlefaser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung in Faserbündelform vorliegt, ist die Anzahl der Einzelfasern, die jedes Faserbündel bilden, nicht ausdrücklich beschränkt, aber beträgt üblicherweise 2 bis 100.000.
• Die Kohlefaser liegt im Allgemeinen in Faserbündelform vor, bei der mehrere tausend bis mehrere zehntausend Filamente zusammengefasst sind. Wenn die Kohlefaser in ihrem Ausgangszustand verwendet wird, wird der Umschlingungsbereich von Faserbündeln lokal recht dick, und ein dünnwandiges Verbundmaterial kann schwerlich erhalten werden. Deshalb wird die Kohlefaser üblicherweise nach Ausbreiten oder Öffnen des Faserbündels verwendet.
• Der Ausrichtungszustand der Kohlefasern im Verbundmaterial umfasst zum Beispiel eine unidirektionale Anordnung, bei der die Hauptachsenrichtungen der Kohlefasern in einer Richtung angeordnet sind, und eine zweidimensionale Zufallsanordnung, bei der die vorstehend erwähnten Hauptachsenrichtungen in den ebeneninternen Richtungen des Verbundmaterials zufällig angeordnet sind.
• Der Ausrichtungszustand der Verstärkungsfasern in der vorliegenden Erfindung kann entweder die vorstehend beschriebene unidirektionale Anordnung oder die zweidimensionale Zufallsanordnung sein, oder kann auch eine regellose Anordnung sein (ein Anordnungszustand, bei dem die Hauptachsenrichtungen der Kohlefasern weder vollständig in einer Richtung angeordnet noch vollständig randomisiert sind), die zwischen der unidirektionalen Anordnung und der zweidimensionalen Zufallsanordnung liegt. Zusätzlich können je nach der Faserlänge der Kohlefaser die Fasern so angeordnet sein, dass die Hauptachsenrichtung der Kohlefaser einen Winkel in Bezug auf die ebeneninterne Richtung des Verbundmaterials hat, können so angeordnet sein, dass die Fasern baumwollartig verwoben sind, oder können des Weiteren wie ein bidirektionales Gewebe angeordnet sein, das als Leinwandbindung oder Köperbindung verwoben ist, oder ein multiaxiales Gewebe, ein Vlies, eine Matte, ein Gewirke, ein Gelege oder ein Papier darstellen, das durch Papierherstellung einer Verstärkungsfaser erhalten wird.
• Die Kohlefaser in der vorliegenden Erfindung kann im Zustand einer Kohlefasermatte vorhanden sein. Eine Kohlefasermatte gibt ein Material an, bei dem die Kohlefasern so abgelegt oder verwoben sind, dass sie die Form einer Matte annehmen. Beispiele für eine Kohlefasermatte umfassen eine zweidimensionale regellose Kohlefasermatte, bei der die Hauptachsenrichtungen der Kohlefasern in den ebeneninternen Richtungen des Verbundmaterials zufallsbestimmt angeordnet sind, und eine dreidimensionale regellose Kohlefasermatte, bei der die Kohlefasern zum Beispiel baumwollartig verwoben sind und die Hauptachsenrichtungen der Verstärkungsfasern in jeder der XYZ-Richtungen zufallsbestimmt angeordnet sind.
• Hierbei lässt sich die Ausrichtungsart der zweidimensionalen Zufallsanordnung der Kohlefasern im Verbundmaterial zum Beispiel durch Ausführung eines Zugtests bestätigen, der auf einer beliebigen Richtung des Verbundmaterials und einer hierzu senkrechten Richtung beruht, durch Messen der darin vorliegenden Zugmoduln, und durch Bestimmung eines Verhältnisses (Eδ), das erhalten wird, indem von den gemessenen Werten des Zugmoduls der größere Wert durch den kleineren Wert geteilt wird. Je mehr sich das Verhältnis der Zugmoduln dem Wert 1 annähert, desto eindeutiger kann die Kohlefaser als zweidimensional zufallsbestimmt angeordnet eingestuft werden. Wenn das Verhältnis, das erhalten wird, indem von den in zwei orthogonalen Richtungen gemessenen Werten der Zugmoduln der größere Wert durch den kleineren Wert geteilt wird, den Wert 2 nicht übersteigt, wird die Anordnung als isotropisch eingestuft, und wenn dieses Verhältnis den Wert 1,3 nicht übersteigt, wird die Isotropie als hervorragend bewertet.
• Das technische Verfahren zur Steuerung der Anordnungsrichtung der Kohlefasern ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, wobei im Konkreten die Steuerung durch ein technisches Verfahren erzielt werden kann, bei dem eine Kohlefaser in Form eines Faserbündels verwendet wird, oder durch Einsatz eines Luftstromaufbringungs-Verfahrens, eines Kardierverfahrens oder eines Papierherstellungsverfahrens bei der Herstellung des Verbundmaterials.
• [Thermoplastisches Harz]
• Das thermoplastische Harz zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, solange ein Verbundmaterial mit einer gewünschten Festigkeit erhalten werden kann, und das thermoplastische Harz kann gemäß dem beabsichtigten Verwendungszweck oder dergleichen des Pressformprodukts in zweckentsprechender Weise ausgewählt und verwendet werden. Das thermoplastische Harz ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, und ein thermoplastisches Harz mit einem gewünschten Erweichungspunkt (Plastifizierungstemperatur) oder Schmelzpunkt kann je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck oder dergleichen des Verbundmaterials in zweckmäßiger Weise ausgewählt und verwendet werden. Üblicherweise wird ein thermoplastisches Harz mit einem Erweichungspunkt (einer Plastifizierungstemperatur) von 180°C bis 350°C verwendet, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht hierauf beschränkt ist.
• Das thermoplastische Harz umfasst ein Polyolefinharz, ein Polystyrolharz, ein Polyamidharz, ein Polyesterharz, ein Polyacetalharz (Polyoxymethylenharz), ein Polycarbonatharz, ein Methacrylharz, ein Polyarylatharz, ein Polyphenylenetherharz, ein Polyimidharz, ein Polyethernitrilharz, ein Phenoxyharz, ein Polyphenylensulfidharz, ein Polysulfonharz, ein Polyketonharz, ein Polyetherketonharz, ein thermoplastisches Urethanharz, ein Harz auf Fluorbasis, ein thermoplastisches Polybenzimidazolharz, oder dergleichen.
• Das Polyolefinharz umfasst zum Beispiel ein Polyethylenharz, ein Polypropylenharz, ein Polybutadienharz, ein Polymethylpentenharz, ein Vinylchloridharz, ein Vinylidenchloridharz, ein Vinylacetatharz, und ein Polyvinylalkoholharz. Das Polystyrolharz umfasst beispielsweise ein Polystyrolharz, ein Acrylnitril-Styrol-Harz (AS-Harz), und ein AcrylnitrilButadien-Styrol-Harz (ABS-Harz). Das Polyamidharz umfasst zum Beispiel ein Polyamid-6-Harz (Nylon 6), ein Polyamid-11-Harz (Nylon 11), ein Polyamid-12-Harz (Nylon 12), ein Polyamid-46-Harz (Nylon 46), ein Polyamid-66-Harz (Nylon 66), und ein Polyamid-610-Harz (Nylon 610). Das Polyesterharz umfasst zum Beispiel ein Polyethylenterephthalatharz, ein Polyethylennaphthalatharz, ein Polybutylenterephthalatharz, ein Polytrimethylenterephthalatharz, und ein Flüssigkristallpolyester. Das Methacrylharz umfasst zum Beispiel ein Polymethylmethacrylat. Das Polyphenylenetherharz umfasst beispielsweise einen modifizierten Polyphenylenether. Das Polyimidharz umfasst beispielsweise ein thermoplastisches Polyimid, ein Polyamidimidharz, und ein Polyetherimidharz. Das Polysulfonharz umfasst zum Beispiel ein modifiziertes Polysulfonharz und ein Polyethersulfonharz. Das Polyetherketonharz umfasst zum Beispiel ein Polyetherketonharz, ein Polyetheretherketonharz und ein Polyetherketonketonharz. Das Harz auf Fluorbasis umfasst zum Beispiel Polytetrafluorethylen.
• Das thermoplastische Harz zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann nur eine Art eines Harzes oder zwei oder mehr Arten von Harzen darstellen. Die Ausführungsform, bei der zwei oder mehr Arten von thermoplastischen Harzen in Kombination verwendet werden, umfasst zum Beispiel eine Ausführungsform, bei der thermoplastische Harze in Kombination verwendet werden, die sich in ihrem Erweichungspunkt (in der Plastifizierungstemperatur) oder in ihrem Schmelzpunkt voneinander unterscheiden, und eine Ausführungsform, bei der thermoplastische Harze in Kombination verwendet werden, die sich bezüglich des mittleren Molekulargewichts voneinander unterscheiden, ist aber nicht darauf beschränkt.
• [Herstellverfahren des Pressformprodukts]
• Das Herstellverfahren eines Pressformprodukts in der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei das Verfahren die Gleichungen (1) und (2) erfüllt und die Schritte 1 bis 5 umfasst:
• Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form;
• Schritt 2 ist ein Schritt, bei dem man 1 Sekunde oder weniger zwischen einem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 verstreichen lässt, bei dem ein Fließbeginndruck Pf erreicht wird;
• Schritt 3 ist ein Schritt des Erreichens eines Maximaldrucks Pm bei einem Zeitpunkt t2;
• Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 gepresst wird; und
• Schritt 5 ist ein Schritt des Öffnens der Form und des Entnehmens eines Formprodukts aus der Form;
$$4<\text{Pf}/\text{t1}<7500\left[\text{MPa/s}\right],$$

und $$45<\text{Pk}\times \left(\text{t3}-\text{t2}\right)<5400\left[\text{MPa}\cdot \text{s}\right].$$

• (Kaltpressen)
• Das wie in der vorliegenden Erfindung verwendete Kaltpressen gibt ein Pressverfahren an, bei dem ein Verbundmaterial, das bis auf nicht weniger als die Plastifizierungstemperatur des im Verbundmaterial enthaltenen thermoplastischen Harzes erwärmt wird, in Schritt 1 in eine Form eingelegt wird, die auf unter die Plastifizierungstemperatur eingestellt ist, und dann in den Schritten 2 bis 4 geformt wird, indem die Form in Spannverschluss gebracht und bis auf nicht über die Plastifizierungstemperatur abgekühlt wird.
• Die Plastifizierungstemperatur des thermoplastischen Harzes kann durch DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie) bestimmt werden. Das Harz wird bei einer Temperaturanstiegsrate von 10°C/min vermessen, und der Spitzenhöchstwert einer Schmelzspitze in einer erhaltenen DSC-Kurve wird als Plastifizierungstemperatur erhalten.
• Der Begriff „nicht über der Plastifizierungstemperatur“ gibt an, dass angesichts der Leichtigkeit der Formgebung des plastifizierten Formmaterials und des Oberflächenerscheinungsbilds des Formprodukts die Form vorzugsweise auf eine Temperatur eingestellt wird, die um 20°C bis 100°C niedriger liegt als die Verfestigungstemperatur des das Formmaterial bildenden thermoplastischen Harzes. Die bevorzugte Ausführungsform umfasst zum Beispiel einen Bereich von 120°C bis 160°C bei Verwendung eines Polyamid-6-Harzes als thermoplastisches Harz und einen Bereich von 80°C bis 120°C bei Verwendung eines Polypropylenharzes.
• (Pressformen)
• Das Pressformen ist ein Verfahren zum Erhalten eines Formprodukts, indem verschiedene Materialien, darunter zum Beispiel ein Metall, ein Kunststoffmaterial oder ein keramisches Material, einer Verformung wie zum Beispiel Biegung, Abscheren oder Kompression unterzogen werden, und zwar durch Verwendung einer Bearbeitungsmaschine, einer Form, eines Werkzeugs oder dergleichen, und Beispiele für die Formgebungsart umfassen Ziehen, Tiefziehen, Bördeln, Sickenbildung, Randeinrollen und Stanzen. Beispiele für das Verfahren zur Pressformung umfassen ein Pressverfahren mit Metallform, bei der die Formgebung mittels einer Form vonstatten geht, und ein Gummipressverfahren (hydrostatisches Pressformverfahren). Bei diesen Verfahren zur Pressformung kann angesichts des Formdrucks und des Freiheitsgrads bei der Temperatur die Formgebung mittels einer aus Metall hergestellten Form erfolgen.
• (Schritte 1 bis 5)
• 1. Schritt 1
• Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form. Mit dem Ausdruck „erwärmtes Verbundmaterial“, wie er hier verwendet wird, ist ein Verbundmaterial gemeint, das auf nicht unter die Plastifizierungstemperatur (Erweichungstemperatur) des thermoplastischen Harzes erwärmt wird, das im Verbundmaterial enthalten ist. Zusätzlich wird die Temperatur der Form, in die das Verbundmaterial eingelegt wird, auf unter die Plastifizierungstemperatur des thermoplastischen Harzes eingestellt, das im Verbundmaterial enthalten ist.
• Das erwärmte Verbundmaterial wird transportiert und in das untere Formteil einer geöffneten Form eingelegt. Das erwärmte Formmaterial wird zum Beispiel durch die Hand einer Person oder mittels eines Roboters transportiert und in eine geöffnete Form eingelegt. Bei dem Transport wird angesichts der Arbeitssicherheit oder Anordnungsgenauigkeit des Formmaterials in einer Form, in der die Pressformung ausgeführt wird, die Hand einer Person oder ein Roboter in entsprechender Weise ausgewählt.
• 2. Schritt 2
• Schritt 2 ist ein Schritt des Pressens des Verbundmaterials, und ein Schritt, weniger als 1 Sekunde zwischen dem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 verstreichen zu lassen, bei dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird.
• 2.1 Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0
• 1A bildet den Zusammenhang zwischen dem Druck in einer Pressform und der Zeit ab. Schritt 2 gibt den Ablauf vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 an, und der Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 in Schritt 2 gibt die Zeit an, bei der ein Druck am Ausgangsdruckwert einer Formmaschine gemessen wird, nachdem das obere Formteil einer Form in Kontakt mit dem Verbundmaterial gelangt ist.
• Je nach Art des Verbundmaterials ist der Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 nicht notwendigerweise gleich dem Zeitpunkt, an dem das obere Formteil der Form in Kontakt mit dem Verbundmaterial gelangt. Je nach dem Grad der Faserorientierung tendiert das diskontinuierliche Kohlefasern enthaltende Verbundmaterial dazu, eine Rückfederung zu erfahren, was sich aus der Erweichung durch Erwärmung ergibt. Wenn sich nach Erwärmen des Verbundmaterials die Dicke aufgrund der Rückfederung beispielsweise um α% in Dickenrichtung ausdehnt, ist der Druck, selbst wenn das obere Formteil in Kontakt mit dem Verbundmaterial gelangt, zu klein, um am Ausgangsdruckwert der Formmaschine gemessen zu werden.
• 3A stellt einen Aufbau dar, bei dem unter der Annahme, dass die Dicke vor Erwärmung des Verbundmaterials gleich h ist und ein Verhältnis der durch Rückfederung verursachten Volumenzunahme gleich α ist, ein Verbundmaterial mit einer auf h(1+(α) erweiterten Dicke in das untere Formteil einer Form eingelegt ist. Wenn dieses Verbundmaterial, das eine Rückfederung durchgemacht hat, pressgeformt wird, wird der Druck am Ausgangsdruckwert der Formmaschine gemessen, nachdem das obere Formteil um die Dicke (hα) des Verbundmaterials niedergedrückt wurde, das sich aufgrund der Rückfederung ausgedehnt hat (3B).
• Ein derartiges Phänomen tritt jedoch nicht bei einem Verbundmaterial auf, das überhaupt keine Rückfederung erfährt, und da der Druck zu dem Zeitpunkt gemessen wird, an dem das obere Formteil der Form in Kontakt mit dem Verbundmaterial gelangt, entspricht der vorstehende Zeitpunkt dem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0.
• 2.2 Fließbeginndruck Pf
• Der Fließbeginndruck Pf in Schritt 2 gibt einen Druck an, bei dem das Verbundmaterial zu fließen beginnt, nachdem das Verbundmaterial durch das obere Formteil mit einer Druckkraft beaufschlagt wurde, um die Dicke des Verbundmaterials im Vergleich zu derjenigen vor der Erwärmung weiter zu reduzieren. So ist beispielsweise 3C eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das Verbundmaterial fließt.
• Bei der Fläche, an der sich das Verbundmaterial 303-1 und das obere Formteil 301 berühren, und der Fläche, an der sich das Verbundmaterial 303-1 und das untere Formteil 302 berühren, handelt es sich um nicht fluidisierte Oberflächen, weil diese Oberflächen der Form auf einer Temperatur nicht über der Plastifizierungstemperatur liegen und das thermoplastische Harz zu dem Zeitpunkt, an dem es damit in Kontakt kommt, verfestigt ist.
• Andererseits wird das Innere des Verbundmaterials 303-1 auf nicht unter der Plastifizierungstemperatur gehalten, und aufgrund eines Anstiegs des Pressdrucks fließt das Verbundmaterial, wie durch das Verbundmaterial 303-2 (schraffierter Abschnitt in 3C) gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt bildet sich an der Oberfläche, wo das Verbundmaterial 303-2 und das obere Formteil 301 in Kontakt sind, und an der Oberfläche, wo das Verbundmaterial 303-2 und das untere Formteils 302 in Kontakt sind, eine fluidisierte Oberfläche (304 von 3E).
• Der Fließbeginndruck Pf ist ein Druck, der durch die Art des Verbundmaterials eindeutig bestimmt ist, und er ändert sich auch nicht wesentlich entsprechend den Pressbedingungen.
• Von den vorliegenden Erfindern ausgeführte Messungen haben bestätigt, dass mit einem größer werdenden Kohlefaservolumenanteil (Vf) der Fließbeginndruck Pf tendenziell höher wird.
• 2.3 Eine Sekunde oder weniger zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1
• Wenn die Länge der Zeit zwischen dem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird, 1 Sekunde oder weniger beträgt, ist in der vorliegenden Erfindung die Zeit von dem Ereignis, bei dem eine nicht fluidisierte Oberfläche (305 von 3E) gebildet und mit Druck beaufschlagt wird, bis zu dem Ereignis, bei dem eine fluidisierte Oberfläche (304 von 3E) gebildet und mit Druck beaufschlagt wird, sehr kurz, und die Temperatur des in 3C zu sehenden Bereichs 303-2 des Verbundmaterials kann bis unmittelbar vor der Entstehung der fluidisierten Oberfläche auf nicht unter der Plastifizierungstemperatur gehalten werden.
• 2.4 Beschreibung der Gleichung (1)
• In der vorliegenden Erfindung erfüllen der Fließbeginndruck Pf und der Zeitpunkt t1 die Formel (1): $$4<\text{Pf}/\text{t1}<7500\left[\text{MPa/s}\right],$$

  
• Die Gleichung (1) steht für den Gradienten (103 in 1B) einer Kurve vom Zeitpunkt t0 zum Zeitpunkt t1 im Verhältnisdiagramm „Zeit-Druck in der Pressform“ von 1B. In dem Maße, wie der Wert von Pf/t1 größer wird, ist die auf das Verbundmaterial aufgebrachte Kraft pro Zeiteinheit höher. Der Wert Pf/t1 beträgt vorzugsweise 4<Pf/t1≤5000, bevorzugter 4<Pf/t1≤200.
• Wenn der Wert von Pf/t1 bei 4 oder darunter liegt, wird ein Problem der Reduzierung der Formbarkeit verursacht, und wenn er bei 7500 oder darüber liegt, wird ein Problem verursacht, dass die Vorrichtung oder die Metallform einen Bruchschaden erleidet, was beides nicht wünschenswert ist.
• 3. Schritt 3
• Schritt 3 ist ein Schritt des Pressens des Verbundmaterials und ein Schritt des Erreichens des Maximaldrucks Pm zum Zeitpunkt t2.
• Der Maximaldruck Pm ist ein Druck zu dem Zeitpunkt, an dem der am Ausgangsdruckwert einer Formmaschine gemessene Druck seinen Höchstwert annimmt, und wenn das obere Formteil mit hoher Geschwindigkeit nach unten bewegt wird, tritt oftmals ein wie beim Zeitpunkt t2 in 1A abgebildeter Spitzenwert auf.
• In der vorliegenden Erfindung ist der Zusammenhang zwischen den Drücken Pm und Pf und den Zeitpunkten t1 und t2 nicht ausdrücklich eingeschränkt, aber erfüllt vorzugsweise die Gleichung (3): $$4<\left(\text{Pm-Pf}\right)/\left(\text{t2}-\text{t1}\right)<7500\left[\text{MPa/s}\right]$$

  
• Gleichung (3) steht für den Gradienten (105 in 1B) einer Kurve vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 im Verhältnisdiagramm „Zeit-Druck in der Pressform“ von 1B. In dem Maße, wie (Pm-Pf)/(t2-t1) größer wird, wird die auf das Verbundmaterial pro Zeiteinheit aufgebrachte Kraft höher. Der Wert von (Pm-Pf)/(t2-t1) beträgt vorzugsweise 12<(Pm-Pf)/(t2-t1)<7500, noch bevorzugter 20<(Pm-Pf)/(t2-t1)<7500.
• Wenn der Wert von (Pm-Pf)/(t2-t1) größer als 4 ist, ist die Formbarkeit erhöht, und ein Problem bezüglich der Herstellung eines Dickenunterschieds zwischen dem mittleren Teil und dem distalen Ende eines Formprodukts tritt kaum auf. Wenn der Wert unter 7500 liegt, wird das Problem, dass die Vorrichtung oder die Metallform einen Bruchschaden erleidet, vorteilhafterweise kaum mehr auftreten, was wünschenswert ist.
• Hierbei kann, um einen vorzuziehenden Wert in Formel (3) zu erhalten, eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung in der Formöffnungs- und -schließmaschine vorgesehen werden.
• In der vorliegenden Erfindung ist die Zeit bis zum Erreichen des Maximaldrucks Pm nicht ausdrücklich eingeschränkt, aber der Zeitpunkt t2 liegt vorzugsweise innerhalb von 3 Sekunden ab t1, bevorzugter innerhalb von 2 Sekunden, noch bevorzugter innerhalb von 1,0 Sekunden, und am meisten bevorzugt innerhalb von 0,6 Sekunden. Wenn der Zeitpunkt t2, an dem der Maximaldruck Pm in Schritt 3 erreicht wird, 3 Sekunden oder weniger vom Zeitpunkt t1 entfernt ist, bei dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird, ist dies vom Standpunkt der Erhöhung der Produktivität aus gesehen bevorzugt.
• Der Wert des Maximaldrucks Pm ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, beträgt aber vorzugsweise 5 bis 50 MPa, bevorzugter 10 bis 30 MPa.
• 4. Schritt 4
• 4.1 Druckhalteschritt
• Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 gepresst wird, und entspricht einem Druckhalteschritt nach der groben Formausgestaltung des Verbundmaterials in den Schritten 2 und 3, und stellt auch einen Schritt der Stabilisierung der Gestalt des Formprodukts dar. Während des Prozesses bei dem mittleren Haltedruck Pk wird vorzugsweise durch diesen Haltedruck Pk 1 Sekunde lang verhindert, dass die Druckkraft um 4% oder mehr schwankt, nachdem ungefähr 1 Sekunde ab t2 verstrichen ist (nachdem ab dem Punkt der Erreichung des Maximaldrucks Pm 1 Sekunde verstrichen ist).
• Wenn ab dem Zeitpunkt t2 ungefähr 1 Sekunde verstrichen ist, wird ferner vorzugsweise verhindert, dass der Haltedruck um 10% oder mehr schwankt, bevorzugter noch wird verhindert, dass er um 5% oder mehr schwankt, noch bevorzugter wird verhindert, dass er um 4% oder mehr schwankt, und zwar über den gesamten verbleibenden Druckhalteschritt hinweg. Das technische Verfahren zur Steuerung des Schwankungsbetrags des Drucks auf diese Art und Weise ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, aber umfasst insbesondere eine Technik, eine konstante Druckbedingung als Kompressionsformbedingung zu verwenden, und eine Technik, die Formgebung mittels einer Formmaschine auszuführen, welche die Bedingung für eine zweckentsprechende Ausformung bereitzustellen in der Lage ist, also zum Beispiel die Position des oberen Formteils der Formmaschine steuern kann.
• Der Zusammenhang zwischen dem Maximaldruck Pm und dem mittleren Haltedruck Pk ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, aber beträgt vorzugsweise 0,5<Pk/Pm<1,0, bevorzugter 0, 5<Pk/Pm<0,9, und noch bevorzugter 0,5<Pk/Pm<0,8.
• Wenn Pk/Pm<1,0 erfüllt ist, kann das Formmaterial in der Form in einem Hochtemperaturzustand gebildet werden, und die Oberflächenübertragbarkeit eines Formprodukts ist vorteilhafterweise erhöht, und 0,5<Pk/Pm wird angesichts der Begrenzungen der Anlage bevorzugt.
• Konkret ausgedrückt liegt der mittlere Haltedruck Pk vorzugsweise zwischen 0,1 und 50 MPa angesichts der erleichterten Formgebung des plastifizierten Formmaterials, der leichten Steuerung der Dicke des Formprodukts und der Formstabilisierung, sowie auch im Hinblick auf die Oberflächeneigenschaft des Pressformprodukts oder der Fülleigenschaft in der Form. Vor allem angesichts der Anlagenkosten der Pressformmaschine beträgt der mittlere Haltedruck insbesondere 5 bis 30 MPa.
• Hierbei geben der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk eine Druckbeaufschlagungskraft an, die auf eine projizierte Fläche des Hohlraums in der Öffnung der Form aufgebracht wird.
• 4.2 Beschreibung der Formel (2)
• In der vorliegenden Erfindung erfüllt der Zusammenhang zwischen dem mittleren Haltedruck Pk, dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t2 die folgende Gleichung (2): $$45<\text{Pk}\times \left(\text{t3}-\text{t2}\right)<5400\left[\text{MPa}\cdot \text{s}\right].$$

  
• Pk×(t3-t2) entspricht dem Flächenabschnitt, der durch diagonale Linien in 1B dargestellt ist. Wenn der Wert von Pk×(t3-t2) im Bereich von Gleichung (2) liegt, entsteht zwischen der nicht fluidisierten Oberfläche und der fluidisierten Oberfläche kein Unterschied bezüglich des Oberflächenerscheinungsbilds, und es kann ein Formprodukt mit einem guten äußerlichen Erscheinungsbild hergestellt werden.
• Die Untergrenze von Pkx(t3-t2) liegt vorzugsweise bei 50 [MPa•s] oder darüber, bevorzugter bei 100 [MPa•s] oder darüber, noch bevorzugter bei 150 [MPa•s] oder darüber, und noch bevorzugter bei 200 [MPa•s] oder darüber.
• Andererseits beträgt die Obergrenze vorzugsweise 4000 [MPa•s] oder weniger, bevorzugter 2000 [MPa•s] oder weniger, noch bevorzugter 500 [MPa•s] oder weniger.
• 4.3 Verfestigung beim Druckhalteschritt
• 3D ist eine schematische Ansicht, die den Zustand zeigt, bei dem die Oberfläche verfestigt ist, um den Materialfluss zu stoppen. Während in 3C schematisch der durch das Pressen ausgelöste Fließvorgang abgebildet ist, ist der Abschnitt 303-2 in 3C aufgrund der Abkühlung verfestigt und bildet eine verfestigte Oberfläche, die in 3D mittels 303-3 gezeigt ist.
• 5. Schritt 5
• Schritt 5 ist ein Schritt, bei dem nach dem Abkühlen die Form geöffnet und ein Formprodukt aus der Form entnommen wird. In dem Fall, bei dem zwischen Schritt 4 und Schritt 5 ein Schritt der Betätigung eines Auswerfers vorgesehen ist, um in Schritt 5 unterstützend einzuwirken, ist dies dahingehend vorteilhaft, dass der Formvorgang vereinfacht und Formprobleme etc. verhindert werden können.
• Was den Auswerfer anbelangt, so kann vorzugsweise sowohl ein Verfahren des Einblasens von Druckluft als auch ein Verfahren des Hochdrückens des Produkts durch ein mechanisches Strukturbauteil verwendet werden.
• Das Herstellverfahren eines Pressformprodukts der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte 1 bis 5 in der Reihenfolge Schritt 1, Schritt 2, Schritt 3, Schritt 4 und Schritt 5, und kann auch noch weitere Schritte umfassen.
• 6. Schlussfolgerung
• Der Freiheitsgrad bei der Formgebung des Formprodukts ist erhöht, wenn das auf den vorherigen Seiten beschriebene Herstellverfahren angewendet wird. Da ein Verbundmaterial schnell fluidisiert und gebildet wird, bedeutet dies, dass die Formgebung abgeschlossen werden kann, bevor die Temperatur des Verbundmaterials auf die Plastifizierungstemperatur oder darunter abfällt (siehe 5).
• (Herkömmliches Kaltpressen)
• Das herkömmliche Kaltpressen ist durch eine gestrichelte Linie 102 in „Zusammenhang zwischen dem Druck in der Pressform und der Zeit“ von 1A angegeben, und benötigt Zeit, bis das Fließen einsetzt.
• Infolgedessen ist die Zeit zur Ausbildung einer fluidisierten Oberfläche verlängert, und die Temperatur des Verbundmaterials ist auf unter die Plastifizierungstemperatur abgefallen, wenn eine fluidisierte Oberfläche pressgeformt wird, und genügt nicht, um ein gutes Oberflächenerscheinungsbild zu gewährleisten.
• Das heißt, dass sich die Temperatur des Verbundmaterials bis auf die Plastifizierungstemperatur oder darunter reduziert, bevor das Verbundmaterial fließt (siehe 4).
• In „Zusammenhang zwischen dem Druck in der Pressform und der Zeit“ von 1A gibt die durchgezogene Linie 101 das Verhalten in einem Beispiel der Druckformung der vorliegenden Erfindung an.
• [Pressformvorrichtung]
• Die Pressformvorrichtung in der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei das Kaltpressen die Gleichungen (1) und (2) erfüllt und die Schritte 1 bis 5 umfasst, wobei die Vorrichtung eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung aufweist, die in einer Formöffnungs- und -schließmaschine vorgesehen ist:
• Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form;
• Schritt 2 ist ein Schritt, bei dem man 1 Sekunde oder weniger zwischen einem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 verstreichen lässt, bei dem ein Fließbeginndruck Pf erreicht wird;
• Schritt 3 ist ein Schritt des Erreichens eines Maximaldrucks Pm bei einem Zeitpunkt t2;
• Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 gepresst wird; und
• Schritt 5 ist ein Schritt des Öffnens der Form und des Entnehmens eines Formprodukts aus der Form;
$$4<\text{Pf}/\text{t1}<7500\left[\text{MPa/s}\right],$$

und $$45<\text{Pk}\times \left(\text{t3}-\text{t2}\right)<5400\left[\text{MPa}\cdot \text{s}\right].$$

• Hierbei verhält es sich mit dem Kaltpressen des Verbundmaterials, den Schritten 1 bis 5 und den Gleichungen (1) und (2) wie bereits vorstehend beschrieben. Eine bevorzugte Ausführungsform der Pressformvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
• In der vorliegenden Erfindung sollte das Hauptaugenmerk auf das Öffnungs- und Schließverhalten der Form zur Verwendung beim Kaltpressen zum Zeitpunkt der Herstellung eines Pressformprodukts gelegt werden. Der Mechanismus zum Öffnen und Schließen der Form ist nicht eingeschränkt, umfasst aber beispielsweise eine Kniehebelbauart und eine Direktdruckbauart, und was die Energiequelle anbelangt, so sind verschiedene Mechanismen und Antriebskräfte wie zum Beispiel Hydraulikdruck oder Servomotoren bekannt. Um in der vorliegenden Erfindung den „Schritt 3: ein Schritt der Erreichung des Maximaldrucks Pm zum Zeitpunkt t2“ zu erzielen, muss beim Kaltpressen des in eine Form eingelegten Verbundmaterials der Pressdruck in kurzer Zeit in einigen Sekunden erhöht werden. Infolgedessen sollte vorzugweise eine Formöffnungs- und -schließmaschine verwendet werden, die sich eines Hochgeschwindigkeits-Servomotors bedient, es sollte eine Hydraulikdruckpumpe mit einer großen Verdrängungsmenge in einem Hydraulikdruckkreis eingesetzt werden, oder eine Formöffnungs- und - schließmaschine verwendet werden, in der eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung vorgesehen ist. Unter anderem wird vorzugsweise eine Formöffnungs- und -schließmaschine in Hydraulikdruck-Direktdruckbauart verwendet, bei der als Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung ein Sammeltank vorgesehen ist.
• Genauer gesagt, wird Hydraulikdruck im Sammeltank akkumuliert, und beim spannenden Verschließen der Form wird der Hydraulikdruck im Tank abgelassen, wodurch der Sammeltank die Druckanstiegsrate vorübergehend erhöhen kann. Darüber hinaus kann die Formöffnungs- und -schließmaschine in Hydraulikdruck-Direktdruckbauart vorzugsweise auch von dem Standpunkt her verwendet werden, dass ein hoher Druck für lange Zeit aufrechterhalten werden kann.
• Im Falle der Verwendung eines Sammeltanks als Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung sind die zeitliche Steuerung des Öffnens des Sammeltanks und das Aufnahmevermögen des Sammeltanks wichtig. Falls ein flaches Pressformprodukt erhalten wird, wird der Geschwindigkeitserhöhungseffekt vorzugsweise dann ausgeübt, wenn das obere Formteil der Form in Kontakt mit dem Verbundmaterial gelangt. Wenn man z.B. die Verzögerung durch die Hydraulikdruck-Übertragungszeit in Betracht zieht, wird der Sammeltank vorzugsweise dann geöffnet, wenn das obere Formteil der Form an einer Position ankommt, die 0 bis 5 mm höher liegt als die Dicke des Verbundmaterials, weil das Aufnahmevermögen des Sammeltanks klein sein kann.
• Wenn dagegen ein kubisches Pressformprodukt mit Aussparungen und Vorsprüngen erhalten wird, können manchmal Falten entstehen, die daraus resultieren, dass das Verbundmaterial in Verbindung mit dem Zusammenfahren der Form eingezogen und entlang der Kontur des Formprodukts gefaltet wird. Um ein Pressformprodukt mit gleichmäßigen Falten zu erhalten, wird der Sammeltank vorzugsweise dann geöffnet, wenn das vorstehend beschriebene Einziehen oder Falten gerade beginnt, um so das obere Formteil der Form schneller zu machen.
• Um etwaige Falten, die auf das Einziehen und Falten des Verbundmaterials zurückzuführen sind, beim Zusammenfahren der Form zu beseitigen, ist es vorzuziehen, das Zusammenfahren der Form mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung eines kleindurchmessrigen Hydraulikdruckzylinders auszuführen, der einen Niederdruck-Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausführen kann, und den Sammeltank zu öffnen, während die entstandenen Falten geglättet werden, weil ein übermäßig hoher Druck nicht benötigt wird und dies vorteilhaft angesichts der maschinellen Ausstattung ist.
• Das Verfahren zum Steuern des Sammeltanks besteht vorzugsweise zum Beispiel in einem Positionssteuerverfahren, bei dem die Gleitposition des oberen Formteils der Form verwendet wird, und als einfacheres Verfahren kann der Sammeltank auch durch die Drucksteuerung des Hydraulikdrucks gesteuert werden. Konkret ausgedrückt ist ein großer Druck erforderlich, um Falten zu glätten, die sich daraus ergeben, dass in Verbindung mit dem Zusammenfahren der Form das Verbundmaterial eingezogen und entlang der Kontur des Formprodukts gefaltet wird, aber wenn das Verfahren angewendet wird, den Sammeltank dann zu öffnen, wenn der Hydraulikdruck des zu einem Niederdruck-Hochgeschwindigkeitsbetrieb fähigen kleindurchmessrigen Hydraulikdruckzylinders einen vorbestimmten Druck erreicht, ist kein großer Druck eines in der Herstellvorrichtung vorgesehenen Zylinders erforderlich. Dabei ist eine kleinformatige Formmaschine mit einer kurzen Hydraulikdruck-Übertragungszeit bevorzugt, um auf diese Art und Weise keinen Zeitverlust bezüglich der Hydraulikdruck-Übertragungszeit zu erzeugen.
• [Aufbau der Form]
• Die Gestalt des Produkts ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, und die Form zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise eine Scherkantenstruktur und einen Aufbau, bei dem, wenn die Form vollständig geschlossen ist, der Hohlraum innerhalb der Form zu einem umschlossenen Raum wird.
• Da der Hohlraum innerhalb der Form einen umschlossenen Raum bildet, lässt sich mühelos ein Formprodukt gewinnen, das bis hin zu einem Endteil des Pressformprodukts ein einheitliches Aussehen hat.
• In diesem Zusammenhang macht es die Verwendung des Herstellverfahrens eines Formprodukts der vorliegenden Erfindung möglich, auch dann ein Formprodukt mit einem relativ guten Oberflächenaussehen herzustellen, wenn ein sogenannter offener Hohlraum verwendet wird. Im Falle der Verwendung eines sogenannten offenen Hohlraums, bei dem nicht das Schema der Bildung eines umschlossenen Raums verfolgt wird, fließt das Verbundmaterial, ohne dass man das vordere Ende des Fließstroms in Kontakt mit der Form gelangen lässt, und auf herkömmliche Art war es schon immer schwierig, dass an der fluidisierten Oberfläche und an der nicht fluidisierten Oberfläche dasselbe Erscheinungsbild besteht, aber wenn das Herstellverfahren eines Formprodukts der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden die fluidisierte Oberfläche und die nicht fluidisierte Oberfläche im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt druckbeaufschlagt, sodass ein Formprodukt hergestellt werden kann, das im Wesentlichen keinen Unterschied mehr in der Oberflächenerscheinung zwischen der fluidisierten Oberfläche und der nicht fluidisierten Oberfläche zeigt.
• Beispiele
• Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im Einzelnen durch Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht hierauf beschränkt ist. Die in den nachstehenden Referenzbeispielen verwendeten Ausgangsmaterialien sind wie folgt. Hierbei ist die Zersetzungstemperatur ein Messergebnis einer thermogravimetrischen Analyse.
• Kohlefaser auf PAN-Basis:
• Kohlefaser „TENAX“ (eingetragenes Warenzeichen) STS40-24KS, hergestellt von Toho Tenax Co., Ltd. (mittlerer Faserdurchmesser: 7 µm).
• Polyamid 6:
• Nachstehend einfach als PA6 bezeichnet; kristallines Harz, Schmelzpunkt: 225°C, Zersetzungstemperatur (an Luft): 300°C.
• Polypropylen:
• Nachstehend einfach als PP bezeichnet; kristallines Harz, Schmelzpunkt: 170°C, Zersetzungstemperatur (an Luft): 300°C.
• Polycarbonat:
• Nachstehend einfach als PC bezeichnet; amorphes Harz, Glasübergangstemperatur: 150°C, Zersetzungstemperatur (an Luft): 420 °C.
• (1) Analyse des Kohlefaservolumenanteils (Vf)
• Das Verbundmaterial wurde in einem Ofen unter Bedingungen von 500°C/1 Stunde behandelt, um das thermoplastische Harz durch Verbrennung zu entfernen, und es wurde die Masse des Probestücks vor und nach der Behandlung gewogen, wobei die Massen des Kohlefaserteils und des thermoplastischen Harzes berechnet wurden. Als Nächstes wurden die Volumenanteile der Kohlefaser und des thermoplastischen Harzes mittels der spezifischen Dichte jedes Bestandteils berechnet. In Bezug auf das Pressformprodukt wird der Volumenanteil der enthaltenen Kohlefaser auch durch Vf angegeben. $$\begin{array}{l}\text{Vf}=100\times \text{Volumen der Kohlefasser}/(\text{Volumen der}\\ \text{Kohlefasser}÷\text{Volumen des thermoplastishen Harz}\text{es}).\end{array}$$

  
• (2) Analyse der mittleren Faserlänge der im Verbundmaterial enthaltenen Kohlefasern
• In Bezug auf die mittlere Länge der im Verbundmaterial enthaltenen Kohlefasern werden - nach Entfernung des thermoplastischen Harzes in einem Ofen bei Bedingungen von ungefähr 500°C/1 Stunde - die Längen von zufällig entnommenen 100 Fasern bis hinunter zu einer Einheit von 1 mm durch Verwendung eines Messschiebers und einer Lupe gemessen und dann aufgezeichnet, und aus den Längen (Li, wobei i eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist) aller gemessenen Kohlefasern wird die gewichtsgemittelte Faserlänge (Lw) entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt: $$\text{Lw}=\left({{\displaystyle \sum \text{Li}}}^2\right)/\left({\displaystyle \sum \text{Li}}\right)$$

  
• Die mittlere Faserlänge der Kohlefasern im Pressformprodukt kann auch durch dasselbe Verfahren wie vorstehend beschrieben gemessen werden.
• (3) Bewertung des Oberflächenerscheinungsbilds des Pressformprodukts
• Zum Zwecke der Bewertung des Oberflächenerscheinungsbilds (der Glattheit) an der Oberfläche des Pressformprodukts wurde die Oberfläche des Formprodukts mit dem Auge, durch ein optisches Mikroskop und durch Berührung mit der Hand bewertet.
• Exzellent: Das an der Oberfläche bestehende Ra-Verhältnis (nicht fluidisierter Teil/fluidisierter Teil) im nicht fluidisierten Teil und fluidisierten Teil reicht von 0,8 bis 1,0; bei der Bewertung mit dem Auge war an der Oberfläche kein (trockener) Bereich mit unzureichender Imprägnierung der Kohlefaser mit dem Harz feststellbar, es waren keine Falten oder dergleichen feststellbar, und es war eine glatte Oberfläche vorhanden.
• Gut: Das an der Oberfläche bestehende Ra-Verhältnis (nicht fluidisierter Teil/fluidisierter Teil) im nicht fluidisierten Teil und fluidisierten Teil reicht von 0,5 bis 0,8.
• Besser: Das an der Oberfläche bestehende Ra-Verhältnis (nicht fluidisierter Teil/fluidisierter Teil) im nicht fluidisierten Teil und fluidisierten Teil reicht von 0,1 bis 0,5; bei der optischen Bewertung konnten in geringem Maße trockene Bereiche bzw. Falten oder eine leichte Rauigkeit festgestellt werden.
• Schlecht: Das an der Oberfläche bestehende Ra-Verhältnis (nicht fluidisierter Teil/fluidisierter Teil) im nicht fluidisierten Teil und fluidisierten Teil beträgt 0,1 oder weniger; bei der Bewertung mittels des Auges konnte man viele trockene Bereiche oder Falten feststellen, und die Oberfläche des Formprodukts war uneben, was also zu schweren Mängeln führt.
• Jedoch kann selbst ein Pressformprodukt mit einer Oberflächenerscheinung, die als „schlecht“ bewertet wurde, problemlos verwendet werden, wenn es z.B. in einem Teilbereich genutzt wird, bei dem auf das Oberflächenerscheinungsbild keine Rücksicht genommen zu werden braucht.
• (4) Bewertung der Formbarkeit
• Zum Zwecke der Bewertung der Formbarkeit wurde eine Formbetrachtung des Pressformprodukts ausgeführt.
• Exzellent: Das Produkt wurde dann als am besten eingestuft, wenn das Formprodukt auch im Endbereich mit den Kohlefasern und dem thermoplastischen Harz gefüllt war und keine Defekte zeigte, und die Dicke im Bereich von 0 bis 10 mm vom distalen Teil entfernt gleichmäßig war.
• Gut: Das Produkt wurde als gut eingestuft, wenn das Produkt auch im Endteil mit Kohlefaser und thermoplastischem Harz gefüllt war und keine Defekte zeigte.
• Besser: Das Produkt wurde als fehlerhaft eingestuft, wenn sich Abplatzungen ergaben oder teilweise fehlerbehaftete Stellen beobachtet werden konnten.
• Schlecht: Das Produkt wurde als schwer mängelbehaftet eingestuft, wenn viele Abplatzungen oder fehlerhafte Stellen festgestellt wurden.
• Referenzbeispiel 1
• Als Verstärkungsfaser wurde die Kohlefaser „Tenax“ (eingetragenes Warenzeichen) STS40-24KS (mittlerer Faserdurchmesser: 7 µm) verwendet, hergestellt von Toho Tenax Co., Ltd., die mittels eines auf Nylon basierenden Schlichtemittels behandelt wurde, und als thermoplastisches Harz wurde ein Nylon-6-Harz A1030 verwendet, hergestellt von Unitika Ltd., ein isotropes Material mit einem Kohlefaser-Flächengewicht von 1800 g/m² und einem Nylonharz-Flächengewicht von 1500 g/m², wurde auf Grundlage des in der Druckschrift WO2012/105080 beschriebenen Verfahrens hergestellt, wobei dieses Material 90 Sekunden lang bei 240°C vorgewärmt und dann 180 Sekunden lang bei 240°C unter Aufbringung eines Drucks von 2,0 MPa heißgepresst wurde.
• Anschließend wurde das Material im druckbeaufschlagten Zustand auf 50°C abgekühlt, um eine flache Lage eines Verbundmaterials mit einer Dicke von 2,6 mm und einem Kohlefaservolumenanteil (Vf)=35% zu erhalten, wobei dieses Material als Verbundmaterial 1 bezeichnet ist. Die mittlere Faserlänge betrug 30 mm, und die ebeneninterne Isotropie(Eδ) betrug 1,1. Die Größe des Verbundmaterials 1 betrug 1,2 m × 1,2 m.
• Referenzbeispiele 2 und 3
• Verbundmaterialien wurden auf dieselbe Art wie im Referenzbeispiel 1 vorbereitet, mit Ausnahme dessen, dass der Kohlefaservolumenanteil (Vf) des Verbundmaterials auf 30% und 40% abgeändert wurde, wobei diese Verbundmaterialien dann als Verbundmaterial 2 bzw. Verbundmaterial 3 bezeichnet wurden.
• Referenzbeispiel 4
• Ein Verbundmaterial wurde auf dieselbe Art wie im Referenzbeispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dessen, dass das thermoplastische Harz auf Polycarbonat „Panlite“ (eingetragenes Warenzeichen) L-1225WP abgeändert wurde, hergestellt von Teijin Limited und bezeichnet als Verbundmaterial 4.
• Referenzbeispiele 5, 6 und 7
• Verbundmaterialien wurden auf dieselbe Art wie im Referenzbeispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dessen, dass die Dicke der Verbundmaterialien auf 1 mm, 5 mm und 10 mm abgeändert wurden, wobei diese Verbundmaterialien als Verbundmaterial 5, 6 bzw. 7 bezeichnet werden.
• Referenzbeispiel 8
• Für die Verstärkungsfaser wurde die Kohlefaser „Tenax“ (eingetragenes Warenzeichen) HTC110 verwendet (mittlerer Faserdurchmesser: 7 µm, Faserlänge: 6 mm), hergestellt von Toho Tenax Co., Ltd., und es wurde ein Papierherstellungs-Grundmaterial durch das in JP-A-2014-09503 beschriebene Verfahren hergestellt.
• Im Einzelnen wurde eine Flüssigdispersion hergestellt, die aus Wasser und einem oberflächenaktiven Stoff (Polyoxyethylenlaurylether) bestand und eine Konzentration von 0,1 Gew.-% hatte, und mittels dieser Flüssigdispersion und der vorstehend genannten Kohlefaser wurde ein Papierherstellungs-Grundmaterial mittels einer Herstellvorrichtung für Papierherstellungs-Grundmaterial hergestellt. Die Breite des erhaltenen Verbundmaterials betrug 500 mm, die Länge betrug 500 mm und das Flächengewicht betrug 180 g/m².
• In dem Zustand, gemäß dem eine vorbestimmte Anzahl von Lagen einer Polyamidfolie (EMBLEM, hergestellt von Unitika Ltd., Dicke: 15 µm) sandwichartig zwischen den erhaltenen Papierherstellungs-Grundmaterialien eingeschlossen wurden, wurden 10 Lagen des Papierherstellungs-Grundmaterials übereinandergelegt, 90 Sekunden lang bei 240°C vorgewärmt und dann 180 Sekunden lang bei 240°C unter Aufbringung eines Drucks von 2,0 MPa heißgepresst. Danach wurde der geschichtete Körper im druckbeaufschlagten Zustand auf 50°C abgekühlt, um ein flaches Gebilde aus einem Kohlefaser-Verbundmaterial mit einer Dicke von 2 mm und einem Kohlefaservolumenanteil (Vf)=20% zu erhalten, wobei diese flache Platte als Verbundmaterial 8 bezeichnet wird.
• Herstellung des Pressformprodukts
• Beispiel 1
• 1. Schritt 1
• Das Verbundmaterial 1 wurde auf 290°C erwärmt, was nicht unter der Plastifizierungstemperatur von Polyamid 6 (thermoplastisches Harz) liegt, indem eine Harzschicht-Erwärmungsvorrichtung verwendet wurde (Modell: H7GS-73408), hergestellt von NGK Kiln Tech, Corp., und in das untere Formteil einer Form (offener Hohlraum) eingelegt wurde, die auf 150°C eingestellt war, und dann wurde ein flächiges Pressformprodukt hergestellt. In einer Formmaschine war eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung (Modell: TL350-220-20, hergestellt von Nakamura Koki Co., Ltd.) bereitgestellt.
• 2. Schritt 2
• Unter Verwendung einer Formmaschine (Modell: TMP2-2000) mit einer Kapazität von 2000 t (20000 kN), hergestellt von Kawasaki Hydromechanics Corp., wurde das obere Formteil der metallischen Form mit einer Druckbeaufschlagungsrate von 100 mm/s nach unten bewegt, die Druckbeaufschlagung wurde gestartet, indem das obere Formteil in Kontakt mit dem Verbundmaterial gebracht wurde, und innerhalb von 0,025 Sekunden (Zeitpunkt t1) ab dem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 wurden 5 MPa erreicht, was dem Fließbeginndruck Pf entspricht. Hierbei wurde der Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 als Zeitpunkt definiert, bei dem der Druck am Ausgangsdruckwert der Formmaschine gemessen wurde.
• 3. Schritt 3
• Nach Erreichen des Fließbeginndrucks Pf wurde das obere Formteil der Form weiter nach unten bewegt, um einen Druck auszuüben, und innerhalb von 0,2 Sekunden (Zeitpunkt t2) ab dem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 wurden 30 MPa (Maximaldruck Pm) erreicht.
• 4. Schritt 4
• Nach Erreichen des Maximaldrucks Pm wurde das Verbundmaterial 1 für 10 Sekunden (Zeitpunkt t3-Zeitpunkt t2) im Zustand bei 20 MPa (mittlerer Haltedruck Pk) gehalten.
• 5. Schritt 5
• Das obere Formteil der Form wurde nach oben bewegt, um die Form vollständig zu öffnen, mittels eines Ausstoßstabs wurde ein hergestelltes Pressformprodukt vom unteren Formteil abgelöst, und das Pressformprodukt wurde entnommen. Das entnommene Pressformprodukt wurde wie vorstehend beschrieben jeweils hinsichtlich des Oberflächenerscheinungsbilds und der Formbarkeit bewertet.
• Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Beispiele 2 bis 6
• Die Beispiele 2 bis 6 wurden unter Ausführung des Pressformens in derselben Art und Weise wie in Beispiel 1 verwirklicht, außer dass der Zeitpunkt t1 in Schritt 2 auf 0,125 [s], 0,25 [s], 0,5 [s], 0,75 [s] bzw. 1,0 [s] abgeändert wurde, der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 0,7 [s], 1,2 [s], 2,0 [s], 3,5 [s] bzw. 4,0 [s] abgeändert wurde, und der Maximaldruck Pm auf 25 [MPa], 23 [MPa], 22 [MPa], 22 [MPa] bzw. 20 [MPa] abgeändert wurde, und dabei wurden jeweilige Pressformprodukte erhalten.
• Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Vergleichsbeispiel 1
• Ein als Vergleich dienendes Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung in derselben Art und Weise wie in Beispiel 1 vonstatten ging, mit Ausnahme dessen, dass der Zeitpunkt t1 in Schritt 2 auf 1,25 [s] abgeändert wurde, der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 5,0 [s] abgeändert wurde, und der Maximaldruck Pm auf 20 [MPa] abgeändert wurde.
• Bei dem so erhaltenen Pressformprodukt befand sich der distale Bereich des Formprodukts in einem unzureichend gefüllten Zustand, und sowohl die Bewertung der Formbarkeit als auch die Bewertung des Oberflächenerscheinungsbilds ergaben die Einstufung „schlecht“.
• Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Beispiele 7 und 8
• Die Beispiele 7 und 8 wurden durch Ausführung der Pressformung in derselben Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Druckhaltezeit (t3-t2) auf 40 [s] bzw. 30 [s] abgeändert wurde, und hierbei wurden Pressformprodukte erhalten.
• Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Beispiel 9
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 durchgeführt wurde, außer dass der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 0,7 [s] abgeändert wurde, der Maximaldruck Pm auf 12 [MPa] abgeändert wurde, und der mittlere Haltedruck Pk auf 10 [MPa] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Beispiel 10
• Es wurde ein Pressformprodukt erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 erfolgte, außer dass die Druckhaltezeit (t3-t2) auf 5,0 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Beispiel 11
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 4 vonstatten ging, außer dass der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 1,1 [s] abgeändert wurde, der Maximaldruck Pm auf 11 [MPa] abgeändert wurde, und der mittlere Haltedruck Pk auf 10 [MPa] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Vergleichsbeispiel 2
• Ein als Vergleich dienendes Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 11 ausgeführt wurde, mit Ausnahme dessen, dass die Druckhaltezeit (t3-t2) auf 1,0 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Beispiele 12 und 13
• Pressformprodukte wurden erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 ausgeführt wurde, außer dass in Schritt 1 das Verbundmaterial auf 300°C bzw. 280°C erwärmt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiele 14 bis 16
• Pressformprodukte wurden erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 vonstatten ging, außer dass die Verbundmaterialien 2 bis 4 verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiel 17
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 erfolgte, außer dass das Verbundmaterial 5 verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiel 18
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 17 erfolgte, außer dass der Maximaldruck Pm auf 7 [MPa] abgeändert wurde, der mittlere Haltedruck Pk auf 5 [MPa] abgeändert wurde, und der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 0,04 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Vergleichsbeispiel 3
• Ein als Vergleich dienendes Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 17 durchgeführt wurde, außer dass der Maximaldruck Pm auf 6 [MPa] abgeändert wurde, der mittlere Haltedruck Pk auf 4 [MPa] abgeändert wurde, und der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 0,035 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiel 19
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 durchgeführt wurde, außer dass das Verbundmaterial 6 verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiel 20
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 19 durchgeführt wurde, außer dass der Maximaldruck Pm auf 35 [MPa] abgeändert wurde, der mittlere Haltedruck Pk auf 30 [MPa] abgeändert wurde, die Druckhaltezeit (t3-t2) auf 120 [s] abgeändert wurde, und der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 1,8 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiel 21
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 vonstatten ging, außer dass das Verbundmaterial 7 verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Beispiel 22
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 21 ausgeführt wurde, mit Ausnahme dessen, dass der Maximaldruck Pm auf 35 [MPa] abgeändert wurde, der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 1,8 [s] abgeändert wurde, der mittlere Haltedruck Pk auf 30 [MPa] abgeändert wurde, und die Druckhaltezeit (t3-t2) auf 180 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Vergleichsbeispiel 4
• Ein als Vergleich dienendes Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 22 durchgeführt wurde, mit Ausnahme dessen, dass die Druckhaltezeit (t3-t2) auf 185 [s] abgeändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle gezeigt.
• Die Formbarkeit und das Oberflächenerscheinungsbild des erhaltenen Formprodukts waren „exzellent“, aber da eine zu lange Formdauer hinsichtlich des Produktionsprozesses nachteilig ist, wird dieses unter Vergleichsbeispiel eingereiht.
• Beispiel 23
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 durchgeführt wurde, außer dass das Verbundmaterial 8 verwendet wurde.
• Beispiel 24
• Ein Pressformprodukt wurde erhalten, indem die Pressformung auf dieselbe Weise wie in Beispiel 4 durchgeführt wurde, mit Ausnahme dessen, dass das Pressen ohne Verwendung einer Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung ausgeführt und der Zeitpunkt t2 in Schritt 3 auf 5,0 [s] abgeändert wurde.
• Beispiel 25
• Das Pressformen wurde auf dieselbe Art wie in Beispiel 7 durchgeführt, außer dass zum Zwecke der Durchführung der Pressformung bei einer möglichst hohen Geschwindigkeit der Zeitpunkt t1 auf 1,0×10^-3 [s] abgeändert wurde und der Zeitpunkt t2 auf 0,05 Sekunden abgeändert wurde. Dabei konnte der Maximaldruck aufgrund eines Problems bezüglich der Maschinengenauigkeit nicht gemessen werden.
• Vergleichsbeispiel 5
• Es wurde versucht, die Zeit bis zum Erreichen des Zeitpunkts t1 nach dem Zeitpunkt t0 auf 6,5×10^-4 [s] zu reduzieren, aber da der Formmaschine ein Bruchschaden drohte, wurde das Experiment abgebrochen.
• Tabelle 1

  		Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5
  Verbundmaterial		Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1
  Dicke h	[mm]	2, 6	2, 6	2, 6	2,6	2, 6
  Vf	[%]	35	35	35	35	35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6	PA6	PA6	PA6
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundmaterials	[°C]	290	290	290	290	290
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf	[MPa]	5	5	5	5	5
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird	[s]	0,025	0,125	0,25	0,5	0,75
  Pf/t1	[MPa/s]	200	40	20	10	6,7
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm	[MPa]	30	25	23	22	22
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[s]	0,2	0,7	1,2	2,0	3,5
  (Pm-Pf) / (t2-t1)	[MPa/s]	143	35	19	11	6
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	20	20	20	20	20
  Pk/Pm		0,67	0,80	0,87	0,91	0,91
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	10	10	10	10	10
  Pk×(t3-t2)		200	200	200	200	200
  Form
  Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung		verwendet	verwendet	verwendet	verwendet	verwendet
  Bewertung des Pressformprodukts
  Formbarkeit		exzellent	exzellent	exzellent	gut	besser
  Oberflächenerscheinungsbild		exzellent	exzellent	gut	besser	besser

  Tabelle 1 (Fortsetzung)

  		Beispiel 6	Vergleichsbeispiel 1	Beispiel 7	Beispiel 8
  Verbundmaterial		Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1
  Dicke h	[mm]	2, 6	2, 6	2, 6	2,6
  Vf	[%]	35	35	35	35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6	PA6	PA6
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundmaterials	[°C]	290	290	290	290
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf	[MPa]	5	5	5	5
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird	[s]	1,0	1,25	0,025	0,025
  Pf/t1	[MPa/s]	5	4	200	200
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm	[MPa]	20	20	30	30
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[s]	4,0	5,0	0,2	0,2
  (Pm-Pf) / (t2-t1)	[MPa/s]	5	4	143	143
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	20	20	20	20
  Pk/Pm		1,0	1,0	0,67	0,67
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	10	10	40	30
  Pkx (t3-t2)		200	200	800	600
  Form
  Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung		verwendet	verwendet	verwendet	verwendet
  Bewertung des Pressformprodukts
  Formbarkeit		besser	schlecht	exzellent	exzellent
  Oberflächenerscheinungsbild		schlecht	schlecht	exzellent	exzellent

  Tabelle 1 (Fortsetzung)

  		Beispiel 9	Beispiel 10	Beispiel 11	Vergleichsbeispiel 2
  Verbundmaterial		Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1
  Dicke h	[mm]	2, 6	2,6	2,6	2, 6
  Vf	[%]	35	35	35	35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6	PA6	PA6
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundmaterials	[°C]	290	290	290	290
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf	[MPa]	5	5	5	5
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird	[s]	0,25	0,25	0,5	0,5
  Pf/t1	[MPa/s]	20	20	10	10
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm	[MPa]	12	23	11	11
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[s]	0,7	1,2	1,1	1,1
  (Pm-Pt) / (t2-t1)	[MPa/s]	16	19	10	10
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	10	20	10	10
  Pk/Pm		0,83	0,87	0,91	0,91
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	10	5,0	10	1,0
  Pkx (t3-t2)		100	100	100	10
  Form Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung		verwendet	verwendet	verwendet	verwendet
  Bewertung des Pressformprodukts
  Formbarkeit		gut	gut	besser	schlecht
  Oberflächenerschelnungsbild		besser	besser	besser	schlecht

• Tabelle 2

  		Beispiel 12	Beispiel 13	Beispiel 14	Beispiel 15	Beispiel 16
  Verbundmaterial		Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 1	Verbundmaterial 2	Verbundmaterial 3	Verbundmaterial 4
  Dicke h	[mm]	2, 6	2, 6	2, 6	2, 6	2, 6
  Vf	[%]	35	35	30	40	35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6	PA6	PA6	PC
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundmaterials	[°C]	300	280	290	290	290
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt	[MPa]	5	5	5	5	5
  t1,an dem der Fließbeginndruckt Pf erreicht wird	[s]	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
  Pf/t1	[MPa/s]	20	20	20	20	20
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt	[MPa]	23	23	23	23	23
  t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[s]	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
  (Pm-Pf) / (t2-t1)	[MPa/s]	19	19	19	19	19
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	20	20	20	20	20
  Pk/Pm		0,87	0,87	0,87	0,87	0,87
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	10	10	10	10	10
  Pkx (t3-t2)		200	200	200	200	200
  Form
  Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung		verwendet	verwendet	verwendet	verwendet	verwendet
  Bewertung des Pressformprodukts
  Formbarkeit		exzellent	gut	exzellent	gut	exzellent
  Oberflächenerscheinungsbild		exzellent	besser	exzellent	gut	exzellent

  Tabelle 2 (Fortsetzung)

  		Beispiel 17	Beispiel 18	Vergleichsbeispiel 3	Beispiel 19	Beispiel 20
  Verbundmaterial		Verbundmaterial 5	Verbundmaterial 5	Verbundmaterial 5	Verbundmaterial 6	Verbundmaterial 6
  Dicke h	[mm]	1	1	1	5	5
  Vf	[%]	35	35	35	35	35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6	PA6	PA6	PA6
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundma-	[°C]	290	290	290	290	290
  terials
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf	[MPa]	5	5	5	5	5
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird	[s]	0,025	0,025	0,025	0,25	0,25
  Pf/t1	[MPa/s]	200	200	200	20	20
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm	[MPa]	30	7	6	23	35
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[MPa] [s]	0,2	0,04	0,035	1,2	1,8
  (Pm-Pt) / (t2-t1)	[MPa/s]	143	133	100	19	19
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	20	5	4	20	30
  Pk/Pm		0,67	0,71	0,67	0,87	0,86
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	10	10	10	10	120
  Pk× (t3-t2)		200	50	40	200	3600
  Form
  Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung		verwendet	verwendet	verwendet	verwendet	verwendet
  Bewertung des Pressformprodukts
  Formbarkeit		exzellent	gut	schlecht	exzellent	exzellent
  Oberflächenerscheinungsbild		gut	gut	schlecht	exzellent	exzellent

  Tabelle 2 (Fortsetzung)

  		Beispiel 21	Beispiel 22	Vergleichsbeispiel 4	Beispiel 23	Beispiel 24
  Verbundmaterial		Verbundmaterial 7	Verbundmaterial 7	Verbundmaterial 7	Verbundmaterial 8	Verbundmaterial 1
  Dicke h	[mm]	10	10	10	2	2, 6
  Vf	[%]	35	35	35	20	2, 6 35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6	PA6	PA6	PA6
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundmaterials	[°C]	290	290	290	290	290
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf	[MPa]	5	5	5	5	5
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird	[s]	0,25	0,25	0,25	0,25	0,5
  Pf/t1	[MPa/s]	20	20	20	20	10
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 dem zum Zeitpunkt	[MPa]	23	35	35	23	22
  t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[s]	1, 2	1, 8	1, 8	1, 2	5, 0
  wird (Pm-Pt) / (t2-t1)	[MPa/s]	19	19	19	19	4
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	20	30	30	20	20
  Pk/Pm		0,87	0,86	0,86	0,87	1
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	10	180	185	10	0,91 10
  Pk× (t3-t2)		200	5400	5550	200	200
  Form
  Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung		verwendet	verwendet	verwendet	verwendet	keine
  Bewertung des PressformDrodukts
  Formbarkeit		exzellent	exzellent	exzellent	besser	besser
  Oberflächenerscheinungsbild		exzellent	exzellent	exzellent	besser	schlecht

• Tabelle 3

  		Beispiel 25	Vergleichsbeispiel 5
  Verbundmaterial		1	1
  Dicke h	[mm]	2,6	2,6
  Vf	[%]	35	35
  thermoplastisches Harz	-	PA6	PA6
  Pressbedingungen
  Erwärmungstemperatur des Verbundmaterials	[°C]	290	290
  <Schritt 2>
  Fließbeginndruck Pf	[MPa]	5	5
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum
  Zeitpunkt t1, an dem der Fließbeginndruck Pf erreicht wird	[s]	0,001	0,00065
  Pf/t1	[MPa/s]	5000	7692
  <Schritt 3>
  Maximaldruck Pm	[MPa]	Erfassungsgrenze oder darüber	-
  vom Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, an dem der Maximaldruck Pm erreicht wird	[s]	0,05	-
  (Pm-Pf) / (t2-t1)	[MPa/s]	-	-
  <Schritt 4>
  mittlerer Haltedruck Pk	[MPa]	20	-
  Pk/Pm		Erfassungsgrenze oder darüber	-
  Druckhaltezeit t3-t2	[s]	40	-
  Pk×(t3-t2)		800	-
  Form
  Geschwindigkeitserhöhungsv orrichtung		verwendet	verwendet
  Bewertung des Pressformprodukts
  Formbarkeit		exzellent	-
  Oberflächenerscheinungsbild		exzellent	-

• Industrielle Anwendbarkeit
• Ein unter Verwendung des Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung erhaltenes Pressformprodukt kann dünnwandig oder isotrop sein und deshalb für verschiedene Strukturbauteile verwendet werden, z.B. für eine Innenplatte, eine Außenplatte, ein Strukturbauteil von Kraftfahrzeugen, für verschiedene elektrische Erzeugnisse oder für ein Gestell, ein Gehäuse oder derartige Teile von Maschinen.
• Bezugszeichenliste

101

Eine durchgezogene Linie, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Zusammenhang „Zeit-Druck in der Pressform“ zeigt

102

Eine unterbrochene Linie, die ein herkömmliches Herstellverfahren eines Pressformprodukts in dem Zusammenhang „Zeit-Druck in der Pressform“ zeigt

103

Gradient von Pf/t1

104

Bereich von Pk×(t3-t2)

105

Gradient von (Pm-Pf)/(t2-t1)

301

Beispiel für das obere Formteil der Form zur Verwendung im Herstellverfahren eines Pressformprodukts

302

Beispiel für das untere Formteil der Form zur Verwendung im Herstellverfahren eines Pressformprodukts

303

Beispiel für das in die Form eingelegte Verbundmaterial

h

Dicke des Verbundmaterials vor dem Erwärmen

h(1+α)

Dicke des Verbundmaterials unter der Annahme, dass der Ausdehnungskoeffizient im ausgedehnten Zustand durch Ausführen der Rückfederung gleich α ist

303-1

Verbundmaterial

303-2

Ein Beispiel, welches das Fließen des Verbundmaterials zeigt

303-3

Oberfläche des thermoplastischen Harzes, die auf nicht über lastifizierungstemperatur abgekühlt ist

304

Fluidisierte Oberfläche

305

Nicht fluidisierte Oberfläche

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts durch Kaltpressen eines Verbundmaterials, das diskontinuierliche Kohlefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei das Verfahren die Gleichungen (1) und (2) erfüllt und die Schritte 1 bis 5 aufweist: Schritt 1 ist ein Schritt des Einlegens eines erwärmten Verbundmaterials in eine Form; Schritt 2 ist ein Schritt, bei dem man 1 Sekunde oder weniger zwischen einem Druckbeaufschlagungs-Beginnzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 verstreichen lässt, bei dem ein Fließbeginndruck Pf erreicht wird; Schritt 3 ist ein Schritt des Erreichens eines Maximaldrucks Pm bei einem Zeitpunkt t2; Schritt 4 ist ein Druckhalteschritt, bei dem das Verbundmaterial bei einem mittleren Haltedruck Pk vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 gepresst wird; und Schritt 5 ist ein Schritt des Öffnens der Form und des Entnehmens eines Formprodukts aus der Form; $$4<\text{Pf}/\text{t1}<7500\left[\text{MPa/s}\right],$$

   

   und $$45<\text{Pk}\times \left(\text{t3}-\text{t2}\right)<5400\left[\text{MPa}\cdot \text{s}\right].$$

   

   wobei der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk 0,5<Pk/Pm<1,0 erfüllen.
2. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach Anspruch 1, wobei eine Beziehung zwischen den Drücken Pm und Pf und den Zeitpunkten t1 und t2 folgende Gleichung (3) erfüllt: $$4<\left(\text{Pm-Pf}\right)/\left(\text{t2}-\text{t1}\right)<7500\left[\text{MPa/s}\right]$$

   
3. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk 0,5<Pk/Pm<0,9 erfüllen.
4. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Maximaldruck Pm zwischen 5 und 50 MPa liegt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine mittlere Faserlänge der diskontinuierlichen Kohlefasern 1 bis 100 mm beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Volumenanteil der im Verbundmaterial enthaltenen Kohlefasern, definiert durch Gleichung (6), 10 bis 70 Vol.-% beträgt: $$\begin{array}{l}\text{Vf}=100\times \text{Volumen der Kohlefasser}/(\text{Volumen der}\\ \text{Kohlefasser}÷\text{Volumen des thermoplastishen Harz}\text{es})\text{.}\end{array}$$

   
7. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei dem thermoplastischen Harz um ein Polyamidharz handelt.
8. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung einer Herstellvorrichtung, bei der eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung in einer Formöffnungs- und -schließmaschine vorgesehen ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Maximaldruck Pm und der mittlere Haltedruck Pk 0,5<Pk/Pm<0,8 erfüllen.
10. Verfahren zur Herstellung eines Pressformprodukts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Oberfläche des Verbundmaterials 0,5 m² oder mehr beträgt.

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