JP2009196145A - プレス成形方法および成形体 - Google Patents
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Abstract
強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用いたプレス成形において、作業性と成形性とを兼ね備えたプレス成形方法およびプレス成形方法で得られた成形体の提供。
【解決手段】
本発明は強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料をプレス成形する方法であって、少なくとも2種類の形状を有する成形材料(A)、(B)を積層して配置する工程、成形型の下面となる型上に積層、配置した成形材料(A)、(B)を加圧する工程を有するプレス成形方法であり、成形材料(A)が前記キャビティの有する最大面積以上の面積を有する形状、成形材料(B)が少なくとも前記凹部の開口部の投影面積以上の投影面積を有する形状の成形材料(A)、(B)を用いてプレス成形する方法である。
【選択図】図7
Description
(1)開口部とフランジ部とを有する凹部の型と、該凹部に対応する凸部を有し、該凹部の型との間でキャビティが構成される凸部の型からなる成形型を用いて、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料をプレス成形する方法であって、前記成形型の下面となる型の上に強化繊維と熱可塑性樹脂からなる、少なくとも下記2種類の形状を有する成形材料(A)、(B)を積層して配置する工程、前記成形型の下面となる型の上に積層、配置した成形材料(A)、(B)を前記成形型の上面となる型を用いて加圧する工程を有するプレス成形方法。
成形材料(A):前記キャビティの有する最大面積以上の面積を有する形状
成形材料(B):少なくとも前記凹部の開口部の投影面積以上の投影面積を有する形状
(2)前記少なくとも2種類の成形材料(A)、(B)を積層して配置する工程において、前記成形材料(A)を前記成形型の凹部側に配置する、(1)に記載のプレス方法。
成分(II):ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂およびポリアセタール樹脂の群より選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂:20〜75質量%。
である。
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12000本の炭素繊維連続束を得た。この炭素繊維連続束の特性は次の通りであった。
比重:1.8g/cm3
引張強度:4.0GPa
引張弾性率:235GPa。
成分(I)として、参考例1で得られた炭素繊維連続束を、カートリッジカッターでカットし、繊維長6.4mmのチョップド糸を得た。界面活性剤(和光純薬工業(株)社製、「n−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム」(製品名)の1.5wt%水溶液100リットルを攪拌し、予め泡立てた分散液を作製した。この分散液に、得られたチョップド糸100gを投入し、10分間撹拌した後、長さ1000mm×幅1000mmの抄紙面を有する抄紙機に流し込み、吸引により脱水して、炭素繊維からなる不織布(以下CFと略す)を得た。次に、この炭素繊維からなる不織布を150℃の温度で2時間乾燥した。
成分(II)として、ポリアミド6樹脂(東レ(株)社製、“CM1001”(登録商標))を用いた。
成分(II)として、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)社製、“QE510”)を用いた。
成分(II)として、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)社製、“QE510”)を用いた。
参考例2で得られた炭素繊維からなる不織布1枚を、参考例3で得られたPAを前記炭素繊維からなる不織布の両面に1枚ずつ挟み込み、[PA/CF/PA]の構成のシートとした。また、離型シートとしてテフロン(登録商標)シート(厚さ1mm)を用い、該シートを挟み込むように配置した。ついで、240℃の温度に加熱された上下の熱盤面から構成される油圧式プレス機の熱盤面間に配置し、5MPaでプレスした。次に、30℃の温度に温度制御された冷却盤間に配置し、5MPaで冷却プレスし、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.21mmの強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を得た。
成分(II)として、参考例4で得られたPPを用い、加熱時の上下の熱盤面の温度を200℃とした以外は、参考例5と同様の操作をおこない、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.25mmの強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を得た。
成分(II)として、参考例5で得られたPPを前記炭素繊維からなる不織布の片面に1枚重ね合わせ、[PP/CF]の構成のシートとした以外は、参考例5と同様の操作をおこない、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.10mmの強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を得た。
プレス成形に使用する金型として、下記に記す寸法を有する、凹型に図11、凸型に図12に示す金型を用いた。
・図11:W1;150mm、W2;250mm、W3;300mm、W4;100mm、W5;150mm、W6;200mm、D1;43mm、D2;3mm、H;200mm
・図12:W1;144mm、W2;300mm、W3;94mm、H1;120mm、H2;80mm。
プレス成形に使用する金型として、下記に記す寸法を有する、凹型に図13、凸型に図14に示す金型を用いた。
・図13:W1;150mm、W2;250mm、W3;300mm、W4;70mm、W5;100mm、W6;150mm、W7;200mm、D1;43mm、D2;35mm、D3;3mm、H;200mm
・図14:W1;144mm、W2;300mm、W3;67mm、W4;94mm、W5;200mm、H1;120mm、H2;80mm。
プレス成形に使用する金型として、下記に記す寸法を有する、凹型に図11、凸型に図12に示す金型を用いた。
・図11:W1;150mm、W2;250mm、W3;300mm、W4;100mm、W5;150mm、W6;200mm、D1;703mm、D2;3mm、H;1000mm
・図12:W1;144mm、W2;300mm、W3;94mm、H1;820mm、H2;720mm。
[表面外観]
A:立ち壁、深絞り、張り出し部の未充填部分、穴あき部分が無く優れた成形体の表面外観である。
B:実用上問題はないものの、立ち壁、深絞り、張り出し部にかすれ状の跡が見られる。
C:立ち壁、深絞り、張り出し部に未充填や穴あきがあり劣る。
[作業性]
AA:成形材料(A)、(B)の積層や搬送に手間取ることなく、さらに、プレス成形時に前記成形材料(A)、(B)がずれを起こすことなく、作業性に特に優れる。
A:成形材料(A)、成形材料(B)の積層や搬送の手間取ることなく特に優れる。
B:プレス成形時に成形材料(A)、(B)の積層や搬送に若干手間取るが、作業性には問題はない。
C:プレス成形時に成形材料(A)、(B)の積層や搬送に手間取り、作業性に劣る。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を以下のサイズに裁断し、それぞれ成形材料(A)、成形材料(B)とした。また、金型は参考例9を用い、金型温度を50℃に温調した。
成形材料(B):長さ160mm、幅110mm
上記成形材料(A)を3層、上記成形材料(B)を9層の順に図7に示すように成形材料(A)、(B)の端部が重ならないように積層(以下シート材と略す)をおこない、その後、該シート材の厚み方向に中心が235℃になるまで遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中で500秒間予熱した。ついで該シート材を金型キャビティ面の凹部の投影面に該シート材の該成形材料(B)が収まるように配置した。その後、直ちに20mm/秒の速度で該凸型を降下させ、該シート材をキャビティ内で充填させつつ、キャビティの厚みが3mmになるまで型締をおこなった。その後、この状態を維持するように50秒間加圧、冷却し、その後成形型を開いて、成形体を得た。
参考例6で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、それぞれ成形材料(A)、成形材料(B)とし、金型温度を80℃に温調した以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
参考例8で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を以下のサイズに裁断し、それぞれ成形材料(A)、成形材料(B)とした。また、金型は参考例9を用い、金型温度を50℃に温調した。
成形材料(B):長さ160mm、幅110mm
上記成形材料(A)を10層、上記成形材料(B)を20層の順に図7に示すように成形材料(A)、(B)の端部が重ならないように積層(以下シート材と略す)をおこない、その後、該シート材の厚み方向に中心が235℃になるまで遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中で500秒間予熱した。ついで該シート材を金型キャビティ面の凹部の投影面に該シート材の該成形材料(B)が収まるように配置した。その後、直ちに20mm/秒の速度で該凸型を降下させ、該シート材をキャビティ内で充填させつつ、キャビティの厚みが3mmになるまで型締をおこなった。
その後、この状態を維持するように50秒間加圧、冷却し、その後成形型を開いて、成形体を得た。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、金型として参考例10を用いた以外は、実施例2と同様の方法でプレス成形をおこない、図15に示すような複雑形状の成形体を得た。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、図16に示すように成形材料(A)、(B)を積層した以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、図17に示すように積層し、かつ該成形材料(B)については、凹部の開口部の60%を覆うように積層した以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
成形材料(B):長さ150mm、 幅60mm。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、図18に示すように成形材料(A)、(B)の端部を重ねて積層した以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、図8−aに示す皺押さえ部を有した成形型をもちいた以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、図10に示す皺押さえ部材を有した成形型をもちいた以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
参考例7で得た炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を用い、金型として参考例11を用いた以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、絞りの浅い形状の成形体を得た。
実施例1における、成形材料(B)と同様のサイズに裁断した炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を12枚積層した以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
実施例1における、成形材料(A)と同様のサイズに裁断した炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料を12枚積層した以外は、実施例1と同様の方法でプレス成形をおこない、成形体を得た。
2 成形型の凹部
3 成形型から形成されるキャビティ面
4 成形型から形成されるキャビティ
5 キャビティの有する最大面積
6 成形体
7 成形された立ち壁部
8 成形体
9 成形された立ち壁部(穴あき部)
10 成形されたフランジ部(未充填)
11 凹部の開口部の投影面積
12 成形材料(A)
13 成形材料(B)
14 皺押さえ部
15 皺押さえ部材
16a 皺押さえ部材
16b 皺押さえ部材
17 成形体
Claims (15)
- 開口部とフランジ部とを有する凹部の型と、該凹部に対応する凸部を有し、該凹部の型との間でキャビティが構成される凸部の型からなる成形型を用いて、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料をプレス成形する方法であって、前記成形型の下面となる型の上に強化繊維と熱可塑性樹脂からなる、少なくとも下記2種類の形状を有する成形材料(A)、(B)を積層して配置する工程、前記成形型の下面となる型の上に積層、配置した成形材料(A)、(B)を前記成形型の上面となる型を用いて加圧する工程、を有するプレス成形方法。
成形材料(A):前記キャビティの有する最大面積以上の面積を有する形状
成形材料(B):少なくとも前記凹部の開口部の投影面積以上の投影面積を有する形状 - 前記少なくとも2種類の成形材料(A)、(B)を積層して配置する工程において、前記成形材料(A)を前記成形型の凹部側に配置する、請求項1に記載のプレス方法。
- 前記成形材料(B)の面積が、前記成形材料(A)以下の面積である、請求項1または2に記載のプレス成形方法。
- 前記成形材料(B)を、前記凹部の開口部の投影面積の70%以上を覆うように配置する、請求項1〜3のいずれかに記載のプレス成形方法。
- 前記成形材料(A)の端部と前記成形材料(B)の端部が重なり合わないように積層、配置する、請求項1〜4のいずれかに記載のプレス成形方法。
- 前記成形型が、絞り部形成用の型である、請求項1〜5のいずれかに記載のプレス方法。
- 前記成形型が、その一部に前記成形材料(A)を拘束するための皺押さえ部を有する、請求項6に記載のプレス方法。
- 前記成形型が、その上面となる型と前記成形材料(A)、(B)の間に、前記成形材料(A)を拘束するための皺押さえ部材を配置する、請求項6に記載のプレス方法。
- 前記凹部の深さが10mm以上である、請求項1〜8のいずれかに記載のプレス成形方法。
- 前記成形材料を構成する熱可塑性樹脂の溶融温度以上に予熱して軟化状態とした前記成形材料を、前記成形型の下面となる型の上に配置し、次いで前記成形型を閉じて型締を行い、その後加圧冷却する、請求項1〜9のいずれかに記載のプレス成形方法。
- 前記成形材料が以下の成分(I)、成分(II)を有してなる、請求項1〜10のいずれかに記載のプレス成形方法。
成分(I):強化繊維:25〜80質量%
成分(II):ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂およびポリアセタール樹脂の群より選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂:20〜75質量% - 前記成分(I)の質量平均繊維長が1〜15mmである、請求項11に記載のプレス成形方法。
- 前記成分(I)が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、鉱物繊維から選択される少なくとも1種である、請求項11または12に記載のプレス成形方法。
- 前記成分(II)が、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルイミド樹脂から選択される少なくとも1種である、請求項11〜13のいずれかに記載のプレス成形方法。
- 自動車、電気・電子機器、家電製品、または、航空機の用途に用いられる部品・部材である、請求項1〜14のいずれかに記載のプレス成形方法により得られた成形体。
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