JP2012051225A - 繊維強化熱可塑性樹脂シートの圧縮成形方法 - Google Patents
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Abstract
ランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂から切削した複合材料を金型で圧縮成形する方法において、機械的性質の異方性が少なく、使用した複合材料の機械的性質が変形方向や場所によらず維持される方法を提供する。
【解決手段】
シート上の任意のx軸方向とこれに直交するy軸方向にそれぞれ切削した試験片の曲げ弾性率の比が4/5〜5/4であるランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートから切削した複合材料を金型の凹部に少なくとも一層配置して圧縮成形する方法において、金型の凹部の水平面への投影図において、最も長い軸をx軸とし、この中点と直交する軸をy軸とし、この金型の凹部のx軸とy軸の長さをそれぞれa,bとしたとき、複合材料のx軸方向の長さm,y軸方向の長さnが0.8≦m/a<1.0および0.8≦n/b<1.0を満足する。
【選択図】なし
Description
(1)シート上の任意のx軸方向とこれに直交するy軸方向にそれぞれ切削した試験片の曲げ弾性率の比が4/5〜5/4であるランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートから切削した複合材料を金型の凹部に少なくとも一層配置して圧縮成形する方法において、金型の凹部の水平面への投影図において、最も長い軸をx軸とし、この中点と直交する軸をy軸とし、この金型の凹部のx軸とy軸の長さをそれぞれa,bとしたとき、複合材料のx軸方向の長さm,y軸方向の長さnが下記式(i)および(ii)を満足することを特徴とする方法:
0.8≦m/a<1.0 (i)
0.8≦n/b<1.0 (ii)
(2)a/bが2.0以上であることを特徴とする(1)に記載の方法。
(3)シート上の任意のx軸方向とこれに直交するy軸方向にそれぞれ切削した試験片の曲げ弾性率の比が4/5〜5/4であるランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートから切削した複合材料を金型の凹部に少なくとも一層配置して圧縮成形する方法において、金型の凹部の水平面への投影図において、最も長い軸をx軸とし、この中点と直交する軸をy軸とし、この金型の凹部のx軸とy軸の長さをそれぞれa,bとしたとき、複合材料のx軸方向の長さm,y軸方向の長さnが下記式(iii)を満足することを特徴とする方法:
0.7≦(m×n)/(a×b)<1.0 (iii)
(4)ランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートが、無撚で長さ10〜50mmの強化繊維50〜85質量%、および熱可塑性樹脂50〜15質量%からなり、一軸方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸して得られたプリプレグテープを10〜50mmにカットし、その短冊をランダムに配置した後、予備加熱成形し、強化繊維を実質的に無方向に分散したものであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)プリプレブテープが、1000〜30000本を集束した強化繊維からなり、短冊が、10〜50mmの長さと同じかまたはこれより小さい幅を有することを特徴とする(4)に記載の方法。
本発明の方法では、ランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートから切削した複合材料を予備成形体として使用する。このランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性シートは、シート上の任意のx軸方向とこれに直交するy軸方向に切削した試験片の曲げ弾性率の比が4/5〜5/4、好ましくは85/100〜100/85である。この場合の試験片切削の軸方向はシート面上の任意の方向でよい。曲げ弾性率の比が上記範囲から逸脱した繊維強化熱可塑性樹脂シートを予備成形体として圧縮成形すると、予備成形体の曲げ弾性率が低い方向に流れにくく、曲げ弾性率が高い方向に流れやすくなる。強化繊維は流れ方向に配向しやすいから、このような曲げ弾性率の異方性の高い予備成形体に基づく成形品は、弾性率の差が予備成形体のそれより拡大し、異方性が大きくなる。繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚さは特に限定されないが、流動性の方向依存性を小さくするためには1〜10mm、好ましくは2〜7mm、特に2〜5mmが好ましい。
0.8≦m/a<1.0 (i)
0.8≦n/b<1.0 (ii)
0.7≦(m×n)/(a×b)<1.0 (iii)
(m×n)/(a×b)が0.7未満の場合または1.0以上の場合、上記と同様の理由から好ましくない。(m×n)/(a×b)の下限値は0.75以上が好ましく、上限値は0.95未満が好ましい。
6000本の炭素繊維からなるロービング(東邦テナックス社IMS40)を4kg/Hになる速度で拡張開繊して含浸台のダイヘッドに供給した。ポリアミド6樹脂(東洋紡績製T802、融点227℃、1.2kg荷重下のメルトフローレート42g/10min)を、270℃に温度調節されたスクリュー式押し出し機のホッパーに投入し、溶融樹脂をギアポンプにより2kg/H計量して、含浸台のダイヘッドに供給した。含浸台で加圧含浸、脱泡後、幅10mm・高さ0.2mmのダイから含浸被覆されたテープ状プリプレグを押し出し、空冷固化した後、枷に巻き取った(炭素繊維67質量%、ポリアミド6樹脂32質量%)。
熱可塑性樹脂の種類や配合比、テープ状プリプレグ形状、プリプレグシートから切り出した前駆体のサイズおよび圧縮成形条件を表1に示したように変更した以外は、実施例1と全く同様にプリプレグを作製した後、箱型成形品を成形した。成形品から得られた試験片について、実施例と全く同様に、ダインシュタット衝撃強度、灰分を測定した。得られた試験データを成形条件とともに表1に示す。
熱可塑性樹脂の種類や配合比、テープ状プリプレグ形状、プリプレグシートから切り出した前駆体のサイズおよびスタンピング成形条件を表2に示したように変更した以外は、実施例1と全く同様にプリプレグを作製した後、箱型成形品を成形した。なお、比較例1は、テープ状プリプレグを35mmにカットして得た短冊の長さ方向を意図的に、x方向に配置してプリプレグシートを得た。そのプリプレグシートのy方向の曲げ弾性率は、x方向のそれの0.3倍であった。成形品から得られた試験片について、実施例と全く同様に、ダインシュタット衝撃強度、灰分を測定した。得られた試験データを成形条件とともに表2に示す。
MAH:ポリプロピレンW101(住友化学製)98.5質量部に、ジクミルパーオキサイド(日本油脂社製パークミルD)0.5質量部、粉末化した無水マレイン酸(ナカライテスク社製)2質量部を予備混合して、190℃に温度調節された二軸押出機のホッパーに供給して、スクリュウ80回転/分にて溶融反応して得たストランドを水槽で冷却固化して得られた無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MFR50g/min)、融点165℃
T802:ポリアミド樹脂PA6(東洋紡績製、250℃におけるMFR73g/10min,融点227℃)
EMC700:ポリブチレンテレフタレート(東洋紡績製、250℃におけるMFR60g/10min、融点225℃)
GF−R:ガラス繊維ロービング(日本電気硝子製、AR2500H−103、31ストランド)
CF−R:炭素繊維、東邦テナックス製、IMS40(単繊維径6.4μm、6000フィラメント)
Claims (5)
- シート上の任意のx軸方向とこれに直交するy軸方向にそれぞれ切削した試験片の曲げ弾性率の比が4/5〜5/4であるランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートから切削した複合材料を金型の凹部に少なくとも一層配置して圧縮成形する方法において、金型の凹部の水平面への投影図において、最も長い軸をx軸とし、この中点と直交する軸をy軸とし、この金型の凹部のx軸とy軸の長さをそれぞれa,bとしたとき、複合材料のx軸方向の長さm,y軸方向の長さnが下記式(i)および(ii)を満足することを特徴とする方法:
0.8≦m/a<1.0 (i)
0.8≦n/b<1.0 (ii) - a/bが2.0以上であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- シート上の任意のx軸方向とこれに直交するy軸方向にそれぞれ切削した試験片の曲げ弾性率の比が4/5〜5/4であるランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートから切削した複合材料を金型の凹部に少なくとも一層配置して圧縮成形する方法において、金型の凹部の水平面への投影図において、最も長い軸をx軸とし、この中点と直交する軸をy軸とし、この金型の凹部のx軸とy軸の長さをそれぞれa,bとしたとき、複合材料のx軸方向の長さm,y軸方向の長さnが下記式(iii)を満足することを特徴とする方法:
0.7≦(m×n)/(a×b)<1.0 (iii) - ランダム強化タイプ繊維強化熱可塑性樹脂シートが、無撚で長さ10〜50mmの強化繊維50〜85質量%、および熱可塑性樹脂50〜15質量%からなり、一軸方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸して得られたプリプレグテープを10〜50mmにカットし、その短冊をランダムに配置した後、予備加熱成形し、強化繊維を実質的に無方向に分散したものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- プリプレブテープが、1000〜30000本を集束した強化繊維からなり、短冊が、10〜50mmの長さと同じかまたはこれより小さい幅を有することを特徴とする請求項4に記載の方法。
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