JP2011174057A - 繊維強化成形材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、次の第1a工程、第2a工程、第3a工程および第4a工程を含む繊維強化成形材料の製造方法などを用いることを特徴とする;第1a:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工する工程;第2a:第1a工程で得られた強化繊維基材(A1)1〜70質量部に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を0.1〜10質量部を付与する工程;第3a:第2a工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)に、熱可塑性樹脂(C)を複合化して、強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%および熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を含む繊維強化成形材料を得る工程;第4a:第3a工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。
【選択図】なし
Description
第1a:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工する工程
第2a:第1a工程で得られた強化繊維基材(A1)1〜70質量%に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を0.1〜10質量%付与する工程
第3a:第2a工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)に、熱可塑性樹脂(C)が20〜98.9質量%となるように複合化して、繊維強化成形材料を得る工程
第4a:第3a工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。
第1b:側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)が0.1〜10質量%付着した、不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A2)に加工する工程
第2b:第1b工程で得られた強化繊維基材(A2)1〜70質量%に、熱可塑性樹脂(C)が20〜98.9質量%となるように複合化して、繊維強化成形材料を得る工程
第3b:第2b工程で得られた繊維強化成形材料を1〜30m/分の速度で引き取る工程。
第1c:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工すると同時に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を前記強化繊維基材(A1)に0.1〜10質量%付与する工程
第2c:第1c工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)1〜70質量%に、熱可塑性樹脂(C)が20〜98.9質量%となるように複合化して、繊維強化成形材料を得る工程
第3c:第2c工程で得られた繊維強化成形材料を1〜30m/分の速度で引き取る工程。
方法a:分散媒体に不連続な強化繊維束を投入する工程(i)と、前記強化繊維束を構成する強化繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程(ii)と、前記スラリーより分散媒体を除去して強化繊維基材(A1)を得る工程(iii)とを少なくとも有し、前記工程(ii)で調製されるスラリー中の強化繊維の質量含有率をC1とし、前記工程(iii)開始時のスラリー中の強化繊維の質量含有率をC2とした場合に、C1/C2が0.8以上1.2以下とする。
第1a:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工する工程
第2a:第1a工程で得られた強化繊維基材(A1)1〜70質量部に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を0.1〜10質量部を付与する工程
第3a:第2a工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%に、熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を複合化して、繊維強化成形材料を得る工程
第4a:第3a工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。
n:スラリー単位体積当たりに含まれる強化繊維の本数
L:強化繊維の長さ
D:強化繊維の直径。
強化繊維の分散が阻害されにくく、強化繊維を良好に分散させる観点および、強化繊維基材(A1)を熱可塑性樹脂と複合させた場合に効率的に補強効果を発現することができる観点からは、強化繊維基材(A1)に占める強化繊維の割合は、80質量%以上100質量%以下であることが好ましく、90質量%以上100質量%以下であることがより好ましい。この場合、後の工程において強化繊維基材に、熱可塑性樹脂を含浸させる割合が多くなる。
CED=1.15×Σ{P(n)×CE(n)}/Σ(P(n)×M(n))(n=1〜m)
CE(n)は、(メタ)アクリル系単量体単位(n)の化学構造CS(n)から計算された凝集エネルギーを意味する。また同様に、M(n)は(メタ)アクリル系単量体単位(n)の分子量を、P(n)は(メタ)アクリル系重合体中の(メタ)アクリル系単量体単位(n)のモル分率を意味する。ここで、CS(n)は、(メタ)アクリル系単量体単位(n)の化学構造、すなわち単量体のC=C二重結合が開いた状態の化学構造である。また、係数1.15は、(メタ)アクリル系単量体単位の比重を表す。
第1b:強化繊維束1〜70質量部に対して、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)が0.1〜10質量部付着した不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A2)に加工する工程
第2b:第1b工程で得られた(メタ)アクリル系重合体が付与された強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%と、熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を複合化して、繊維強化成形材料を得る工程
第3b:第2b工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。
第1c:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工すると同時に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を前記強化繊維基材(A1)に、強化繊維基材(A1)1〜70質量部に対して0.1〜10質量部付与し、(メタ)アクリル系重合体が付与された強化繊維基材(A2)を得る工程
第2c:第1c工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%と、熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を複合化して、繊維強化成形材料を得る工程
第3c:第2c工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。
強化繊維束A1は、下記のようにして製造した。
単繊維直径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8g/cm3
引張強度:4.2GPa
引張弾性率:230GPa
O/C:0.10
サイジング剤種類:ポリオキシエチレンオレイルエーテル
サイジング剤付着量(注4):1.5質量%。
強化繊維束A2は、下記のようにして製造した。
単繊維直径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8g/cm3
引張強度:4.2GPa
引張弾性率:230GPa
O/C:0.10
サイジング剤種類:ポリオキシエチレンオレイルエーテル
サイジング剤付着量:0.6質量%。
強化繊維束A3は、下記のようにして製造した。
総フィラメント数:24,000本
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8g/cm3
引張強度:4.2GPa
引張弾性率:230GPa
O/C:0.20
サイジング剤種類 :ポリオキシエチレンオレイルエーテル
サイジング剤付着量:1.5質量%。
強化繊維束A4には、日東紡製、商品名 PF−E001を用いた。
強化繊維束A5は、下記のようにして製造した。
単繊維直径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8g/cm3
引張強度:4.2GPa
引張弾性率:230GPa
O/C:0.10
サイジング種類剤:(メタ)アクリル系重合体B1
サイジング付着量:0.5質量%。
撹拌装置、温度センサー、還流冷却器およびモノマー滴下口がついた1L四つ口フラスコに、イオン交換水137.4gを仕込み、脱気および窒素ガスのバブリングを数回繰り返し溶存酸素濃度が2mg/L以下になるまで脱酸素した後、昇温を開始した。以後の乳化重合工程では、窒素ガスの吹き込みを継続した。
メタクリル酸n−ブチル60.0g、メタクリル酸イソボルニル36.0g、アクリル酸1.0gおよびメタクリル酸2−エチルヘキシル3.0gからなる(メタ)アクリル単量体混合物100gを用いた以外は、(メタ)アクリル系重合体B1と同様にして、(メタ)アクリル系重合体B2を15.0質量%含むエマルジョンを製造した。
メタクリル酸メチル29.0g、アクリル酸シクロヘキシル60.0g、アクリル酸1.0gおよびメタクリル酸2−ヒドロキシエチル10.0gからなる(メタ)アクリル単量体混合物100gを用いた以外は、(メタ)アクリル系重合体B1と同様にして、(メタ)アクリル系重合体B3を15.0質量%含むエマルジョンを製造した。
メタクリル酸メチル30.0g、アクリル酸シクロヘキシル50.0g、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル10.0gおよびN−(2−メタクリロイルオキシエチル)エチレンウレア10.0gからなる(メタ)アクリル単量体混合物100gを用いた以外は、(メタ)アクリル系重合体B1と同様にして、(メタ)アクリル系重合体B4を15.0質量%含むエマルジョンを製造した。
メタクリル酸メチル30.0g、アクリル酸シクロヘキシル50.0gおよびN−2−ヒドロキシエチルアクリルアミド20.0gからなる(メタ)アクリル単量体混合物100gを用いた以外は、(メタ)アクリル系重合体B1と同様にして、(メタ)アクリル系重合体B5を15.0質量%含むエマルジョンを製造した。
メタクリル酸メチル35.0g、メタクリル酸n−ブチル54.0g、アクリル酸1.0gおよびメタクリル酸2−エチルヘキシル10.0gからなる(メタ)アクリル単量体混合物100gを用いた以外は、(メタ)アクリル系重合体B1と同様にして、(メタ)アクリル系重合体B6を15.0質量%含むエマルジョンを製造した。
ナカライテスク製のポリビニルアルコール(重合度2000)を用いた。
三井化学(株)製、“アドマー(登録商標)”QE510を用いた。その物性は下記の通りである。
比重:0.91
融点:160℃。
東レ(株)製、“アミラン(登録商標)”CM1001を用いた。その物性は下記の通りである。
比重:1.13
融点:225℃。
東レ(株)製、“トレリナ(登録商標)”A900を用いた。その物性は下記の通りである。
比重:1.34
融点:278℃。
強化繊維束の引張強度および引張弾性率は、日本工業規格(JIS)−R−7601「樹脂含浸ストランド試験法」に記載された手法により、求めた。ただし、測定する炭素繊維の樹脂含浸ストランドは、“BAKELITE(登録商標)”ERL4221(100質量部)/3フッ化ホウ素モノエチルアミン(3質量部)/アセトン(4質量部)を、炭素繊維に含浸させ、130℃、30分で硬化させて形成した。また、ストランドの測定本数は、6本とし、各測定結果の平均値を、その炭素繊維の引張強度、引張弾性率とした。
強化繊維束の表面酸素濃度(O/C)は、X線光電子分光法により次の手順に従って求めた。まず、溶剤で炭素繊維表面の付着物などを除去した炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた。X線源としてA1Kα1、2を用い、試料チャンバー中を1×108Torrに保った。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1Sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202cVに合わせた。K.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことによりC1Sピーク面積を求めた。K.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことによりO1Sピーク面積を求めた。
試料として、サイジング剤が付着している炭素繊維約5gを採取し、耐熱性の容器に投入した。次にこの容器を120℃で3時間乾燥した。吸湿しないようにデシケーター中で注意しながら室温まで冷却後、秤量した質量をW1(g)とした。続いて、容器ごと、窒素雰囲気中で、450℃で15分間加熱後、同様にデシケーター中で吸湿しないように注意しながら室温まで冷却後、秤量した質量をW2(g)とした。以上の処理を経て、炭素繊維へのサイジング剤の付着量を次の式により求めた。
付着量(質量%)=100×{(W1−W2)/W2}
なお、測定は3回行い、その平均値を付着量として採用した。
繊維強化成形材料10kgを製造するのに要する時間を測定し、以下の基準で判定した。
A:30分未満
B:30分以上60分未満
C:60分以上120分未満
D:120分以上。
得られた強化繊維基材(A2)の任意の部位より、50mm×50mmの正方形状に基材を切り出して顕微鏡にて観察した。10本以上の炭素繊維の単繊維が束状になった状態、すなわち分散が不十分な炭素繊維の束の個数を測定した。この手順で20回の測定をおこない、その平均値をもって、分散が不十分な炭素繊維の束の個数を評価した。判定は以下の基準で判定した。
A:分散が不十分な炭素繊維の束の個数1個未満
B:分散が不十分な炭素繊維の束の個数1個以上5個未満
C:分散が不十分な炭素繊維の束の個数5個以上10個未満
D:分散が不十分な炭素繊維の束の個数10個以上。
得られた繊維強化成形材料を200mm×200mmに切り出して、120℃で1時間乾燥させた。乾燥後の繊維強化成形材料を4枚積層し、熱可塑性樹脂(C)が酸変性ポリプロピレン樹脂の場合は温度230℃、ポリアミド6樹脂の場合は温度250℃、PPS樹脂の場合は温度300℃とし、圧力30MPaで5分間プレス成形し、圧力を保持したまま50℃まで冷却して厚み1.0mmの成形品を得た。成形品から試験片を切り出し、ISO1183(1987)に基づいて成形品の比重ρを測定した。次いで成形品から試験片を切り出し、ISO527−3法(1995)に従い引張強度を測定した。試験片は、任意の方向を0°方向とした場合に、0°、+45°、−45°、90°方向の4方向について切り出して試験片を作製した。それぞれの方向について測定数はn=5とし、全ての測定値(n=20)の平均値を引張強度σcとした。測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。得られた結果より次式により、成形品の比強度を算出した。
成形品の比強度=σc/ρ
判定は成形品の比強度をもとに以下の基準で判定した。
AAA:比強度350MPa以上
AA:比強度325MPa以上350MPa未満
A:比強度300MPa以上325MPa未満
B:比強度275MPa以上300MPa未満
C:比強度250MPa以上275MPa未満
D:比強度250MPa未満。
得られた繊維強化成形材料を200mm×200mmに切り出して、120℃で1時間乾燥させた。乾燥後の繊維強化成形材料を4枚積層し、熱可塑性樹脂(C)が酸変性ポリプロピレン樹脂の場合は温度230℃、ポリアミド6樹脂の場合は温度250℃、PPS樹脂の場合は温度300℃とし、圧力30MPaで5分間プレス成形し、圧力を保持したまま50℃まで冷却して厚み1.0mmの成形品を得た。成形品から試験片を切り出し、ISO178法(1993)に従い曲げ弾性率を測定した。試験片は、任意の方向を0°方向とした場合に、0°、+45°、−45°、90°方向の4方向について切り出して試験片を作製した。それぞれの方向について測定数はn=5とし、全ての測定値(n=20)の平均値を曲げ弾性率Ecとした。測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。得られた結果より次式により、成形品の比剛性を算出した。
成形品の比剛性 =Ec1/3/ρ(ρ:成形品の比重)
判定は成形品の比剛性をもとに以下の基準で判定した。
A:比剛性2.20以上
B:比剛性2.00以上2.20未満
C:比剛性1.50以上2.00未満
D:比剛性1.50未満。
成形品の引張強度の評価結果の変動係数(CV値)を評価した。判定は変動係数(CV値)をもとに以下の基準で判定した。
A:変動係数5未満
B:変動係数5以上10未満
C:変動係数10以上15未満
D:変動係数15以上。
強化繊維基材(A2)より、任意の方向を0°方向とした場合に、0°、+45°、−45°、90°方向の4方向について幅12.5mm、長さ200mmの試験片を作製した。速度1.6mm/分の引張速度で引張試験し、強化繊維基材(A2)の破断時の荷重を幅12.5mmで除して、引張強力(N/cm)を測定した。それぞれの方向について測定数はn=5とし、全ての測定値(n=20)の平均値を引張強力とした。
図2に示す装置3を用いて、強化繊維基材(A2)を製造した。装置3は、分散槽4、抄紙槽6、および、供給槽9を備えている。分散槽4は、直径500mmの円筒形状の容器であり、容器下部に開口コック5を備える。抄紙槽6は、底部に幅300mmの抄紙面7を有するメッシュコンベア8を備える。供給槽9は、(メタ)アクリル系重合体(B)のエマルジョンを強化繊維基材(A1)11に供給する。供給槽9には開口コック5を備える。(メタ)アクリル系重合体(B)のエマルジョン付与部10はカーテンコート式であり、強化繊維基材(A1)11上に均一に(メタ)アクリル系重合体のエマルジョンを散布可能である。分散槽4の上面の開口部には撹拌機12が付属し、開口部から強化繊維束13および分散媒体2を投入可能である。
図4に示す装置21を用いて、繊維強化成形基材を製造した。装置21は、装置3に装置20が一体化された装置である。装置21を用いて、強化繊維束と分散媒体を継続的に投入し、全工程をオンラインで実施した以外は、実施例1と同様にして、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表2に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)の配合量を0.4質量%とした以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表2に示した。
図5の装置22を用いて、繊維強化成形基材を製造した。装置22は、装置21の抄紙部分の構造がカード機23に置き換わった装置である。装置22を用いて、カード機23部分に強化繊維束として強化繊維束A2を継続的に投入し、全工程をオンラインで実施した以外は、実施例2と同様にして、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表2に示した。
分散槽4におけるスラリー中の強化繊維の濃度を0.04質量%とし、抄紙槽6において分散媒体2を継続供給してスラリー中の強化繊維の濃度を0.02質量%に薄めた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表2に示した。
分散槽4におけるスラリー中の強化繊維の濃度を1.5質量%とした以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表2に示した。
分散槽4におけるスラリー中の強化繊維の濃度を0.1質量%とした以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表3に示した。
分散槽4におけるスラリー中に強化繊維と熱可塑性樹脂のカット繊維とを投入し、強化繊維の濃度を0.02質量%、熱可塑性樹脂のカット繊維(単繊維繊度3dtex、カット長6mm)の濃度を0.03質量%とし、固形成分の合計濃度を0.05質量%とし、クリール16より供給される熱可塑性樹脂C1の不織布を用いずに、ダブルベルトプレス装置19に導入した以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表3に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)として(メタ)アクリル系重合体B2を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表3に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)として(メタ)アクリル系重合体B3を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表3に示した。
強化繊維束として強化繊維束A3を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表3に示した。
強化繊維束として強化繊維束A4を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表3に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)として(メタ)アクリル系重合体B4を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表4に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)として(メタ)アクリル系重合体B5を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表4に示した。
熱可塑性樹脂(C)として熱可塑性樹脂C2を用い、ダブルベルトプレス装置19では、前半部にて温度を250℃とした以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表4に示した。
熱可塑性樹脂(C)として熱可塑性樹脂C3を用い、ダブルベルトプレス装置19では、前半部にて温度を300℃とした以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表4に示した。
図5の装置22において、(メタ)アクリル系重合体(B)の供給槽9を用いずに、予め(メタ)アクリル系重合体(B)を付与した強化繊維束A5を、カード機23部分に継続的に投入した以外は、実施例4と同様にして、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表5に示した。
図4の装置21において、(メタ)アクリル系重合体(B)の供給槽9を用いずに、予め(メタ)アクリル系重合体(B)を付与した強化繊維束A5を用いた以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表5に示した。
図7の装置26を用いて、繊維強化成形基材を製造した。装置26は、装置22の(メタ)アクリル系重合体(B)のエマルジョンの供給槽9が、カード機23部分に設置され、強化繊維基材(A1)の作製と同時に(メタ)アクリル系重合体(B)を強化繊維基材(A1)に付与することができる装置である。装置26を用いて、カード機23部分に強化繊維束として強化繊維束A1を継続的に投入した以外は、実施例4と同様にして、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表6に示した。
図8の装置27を用いて、繊維強化成形基材を製造した。装置27は、装置21の(メタ)アクリル系重合体(B)のエマルジョンの供給槽9が、分散槽4部分に設置されている装置である。分散槽4に(メタ)アクリル系重合体(B)を継続的に供給することが可能であり、強化繊維基材(A1)の作製と同時に(メタ)アクリル系重合体(B)を強化繊維基材(A1)に付与することができる。装置26を用いて、分散槽4に(メタ)アクリル系重合体(B)を継続的に供給したこと以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表6に示した。
図6の装置25を用いて、強化繊維基材(A2)を製造した。装置6は、分散槽4、抄紙槽6および供給槽9を備えている。分散槽4は、容器下部に開口コック5を備える直径500mmの円筒形状の容器である。抄紙槽6は、底部に300mm角の正方形の抄紙面7を有するメッシュシート24を備える槽である。供給槽9は、(メタ)アクリル系重合体(B)のエマルジョンを強化繊維基材(A1)11に供給する。供給槽9には開口コック5を備える。(メタ)アクリル系重合体(B)のエマルジョン付与部10は開口コック出口が可動式であり、強化繊維基材(A1)11上に均一に(メタ)アクリル系重合体のエマルジョンが散布可能である。分散槽4の上面の開口部には撹拌機12が付属し、開口部から強化繊維束13および分散媒体2を投入可能である。なお、装置6は、バッチ式の製造装置であり、強化繊維基材(A1)の引き取りはできない。メッシュシート24の抄紙面7上に強化繊維基材(A1)11が形成された後、(メタ)アクリル系重合体(B)を付与する。(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材を装置25から取り出し、乾燥機に入れて乾燥させることで、強化繊維基材(A2)を得る。
(メタ)アクリル系重合体(B)を付与しなかったこと以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表6に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)として(メタ)アクリル系重合体B6を用いたこと以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表6に示した。
(メタ)アクリル系重合体(B)のかわりにポリビニルアルコールB7を用いたこと以外は、実施例2と同様に処理を行い、繊維強化成形材料を得た。材料の配合量と各工程における実施条件および得られた強化繊維基材と繊維強化成形材料との評価結果を、表6に示した。
2 分散媒体
3 強化繊維基材(A1)、(A2)の製造装置
4 分散槽
5 開口コック
6 抄紙槽
7 抄紙面
8 メッシュコンベア
9 (メタ)アクリル系重合体(B)の供給槽
10 (メタ)アクリル系重合体のエマルジョン付与部
11 強化繊維基材(A1)
12 撹拌機
13 強化繊維束
14 乾燥機
15 強化繊維基材(A2)
16 クリール
17 繊維強化成形材料
18 巻取機
19 ダブルベルトプレス装置
20 繊維強化成形材料の製造装置
21 強化繊維基材(A1)、(A2)、繊維強化成形材料の製造装置
22 強化繊維基材(A1)、(A2)、繊維強化成形材料の製造装置
23 カード機
24 メッシュシート
25 強化繊維基材(A1)、(A2)、繊維強化成形材料の製造装置
26 強化繊維基材(A1)の製造装置
Claims (16)
- 次の第1a工程、第2a工程、第3a工程および第4a工程を含む繊維強化成形材料の製造方法;
第1a:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工する工程;
第2a:第1a工程で得られた強化繊維基材(A1)1〜70質量部に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を0.1〜10質量部を付与する工程;
第3a:第2a工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)に、熱可塑性樹脂(C)を複合化して、強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%および熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を含む繊維強化成形材料を得る工程;
第4a:第3a工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。 - 次の第1b工程、第2b工程および第3b工程を含む繊維強化成形材料の製造方法;
第1b:強化繊維束1〜70質量部に対して、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)が0.1〜10質量部付着した、不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A2)に加工する工程;
第2b:第1b工程で得られた(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%に、熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を複合化して、繊維強化成形材料を得る工程;
第3b:第2b工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。 - 次の第1c工程、第2c工程および第3c工程を含む繊維強化成形材料の製造方法;
第1c:不連続な強化繊維束をシート状の強化繊維基材(A1)に加工すると同時に、側鎖に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体(B)を前記強化繊維基材(A1)に、強化繊維基材(A1)1〜70質量部に対して0.1〜10質量部付与し、(メタ)アクリル系重合体が付与された強化繊維基材(A2)を得る工程;
第2c:第1c工程で得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)1.1〜80質量%に、熱可塑性樹脂(C)20〜98.9質量%を複合化して、繊維強化成形材料を得る工程;
第3c:第2c工程で得られた繊維強化成形材料を1m/分以上の速度で引き取る工程。 - 前記強化繊維基材(A1)が、以下の方法aにより加工された得られた短繊維ランダム配向基材である、請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法;
方法a:分散媒体に不連続な強化繊維束を投入する工程(i)と;
前記強化繊維束を構成する強化繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程(ii)と;
前記スラリーより分散媒体を除去して強化繊維基材(A1)を得る工程(iii)とを含み;かつ、
前記工程(ii)で調製されたスラリー中の強化繊維の質量含有率をC1とし、前記工程(iii)開始時のスラリー中の強化繊維の質量含有率をC2とした場合に、C1/C2が0.8以上1.2以下とする。 - 前記第2a工程、1b工程および1c工程のいずれかの工程において得られた、(メタ)アクリル系重合体(B)が付与された強化繊維基材(A2)を、引張強力が1N/cm以上の状態として引き取る、請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記工程(ii)で調製されるスラリー中の固形成分濃度が0.001〜1質量%である、請求項4または5に記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 工程(i)において分散媒体と強化繊維束とが分散槽に継続的に投入され、前記工程(i)から工程(iii)までが継続的に実施される、請求項4〜6のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 全工程がオンラインで実施されてなる、請求項1〜7のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記強化繊維基材(A2)における固形分の質量のうち、強化繊維の割合が80質量%以上100質量%以下である、請求項1〜8のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記第1a工程、1b工程および1c工程のいずれかの工程において、強化繊維基材(A1)を加工する際に、熱可塑性樹脂(C)を繊維状または粒子状の形態にて強化繊維基材(A1)中に混合する、請求項1〜8のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記第4a工程、3b工程および3c工程のいずれかの工程の後に、得られた繊維強化成形材料を長さ方向、幅方向ともに1〜30mmにカットする工程を有する、請求項1〜10のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記(メタ)アクリル系重合体(B)の凝集エネルギー密度CEDが385MPa以上である、請求項1〜11のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記(メタ)アクリル系重合体(B)を構成する(メタ)アクリル系単量体が、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基が、水素および/または1級炭素原子に結合した(メタ)アクリル系単量体が60質量%以上である、請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記強化繊維が炭素繊維である、請求項1〜13のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記炭素繊維のX線光電子分光法により測定される表面酸素濃度O/Cが0.05〜0.5である、請求項14に記載の繊維強化成形材料の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂(C)が、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテルおよびPEEKより選ばれる少なくとも1種を含む熱可塑性樹脂である、請求項1〜15のいずれかに記載の繊維強化成形材料の製造方法。
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