JP2013189634A - 繊維強化複合材料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化複合材料において、熱可塑性樹脂は、連続強化繊維4を被覆する第1の熱可塑性樹脂5と第1の熱可塑性樹脂5とメルトフローレートが異なる第2の熱可塑性樹脂6からなる。そして、第1の熱可塑性樹脂5のメルトフローレートが第2の熱可塑性樹脂6のメルトフローレートよりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
(繊維強化材料の作製)
サイジング剤処理のみを施した8本の連続炭素繊維トウ(15K、幅7mm)を引き揃えた後、引き揃えた繊維トウに対して熱可塑性樹脂エマルジョンを含浸した。なお、熱可塑性樹脂エマルジョンとしては、JIS K7210(温度:240℃、荷重:21.18N)に準拠して測定されたMFRが1850g/10minの共重合ナイロン樹脂を主成分とする水系エマルジョンを使用した。
作製した繊維強化材料を複数枚、並列させて、半田ごてを使用して部分接着し、20cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を10枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が同一の方向(並行する方向)に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、20cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:48g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが20cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度、6MPaの圧力で40分間、熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。
次いで、静強度として、曲げ強度試験を、JIS K7074(炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法)に準拠して行った。具体的には、万能材料試験機(島津製作所製(株)製、商品名:オートグラフAG−10KNE)を使用して、3点曲げ法により、曲げ強度〔MPa〕の測定を行い、作製した繊維強化複合材料の静強度を評価した。なお、厚みが1mm、長さ60mm、幅15mmの試験片を使用し、支点間距離を40mmに設定して行った。以上の結果を表1に示す。
熱プレス処理時間を8.5分としたこと以外は、上述の実施例1と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。その後、上述の実施例1と同様にして、曲げ強度試験の評価を行った。以上の結果を表1に示す。
まず、上述の実施例1と同様にして、テープ状の繊維強化材料(幅:49mm、厚み:0.170mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:12%)を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、24cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を8枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向(並行する方向)に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、24cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:48g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが25cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度で10分間加熱後、245℃の温度、6MPaの圧力で5分間、熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。
まず、上述の実施例1と同様にして、テープ状の繊維強化材料(幅:48mm、厚み:0.20mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:14%)を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、24cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を8枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向(並行する方向)に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、24cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:48g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが25cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度で10分間加熱後、245℃の温度、6MPaの圧力で5分間、熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。
まず、上述の実施例1と同様にして、テープ状の繊維強化材料(幅:41mm、厚み:0.28mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:24%)を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、24cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を8枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向(並行する方向)に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、24cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:48g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが25cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度で10分間加熱後、245℃の温度、6MPaの圧力で5分間、熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。
まず、上述の実施例1と同様にして、テープ状の繊維強化材料(幅:50mm、厚み:0.15mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:6%)を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、24cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を8枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向(並行する方向)に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、24cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:48g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが25cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度で10分間加熱後、245℃の温度、6MPaの圧力で5分間、熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。
上述の実施例1と同様にして、テープ状の繊維強化材料(幅:49mm、厚み:0.170m、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:12%)を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、24cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を8枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が直行する方向に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、24cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:48g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層し、この積層体を、大きさが25cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度で10分間加熱後、245℃の温度、6MPaの圧力で5分間、熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は40%であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は32%、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は8%であった。即ち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は25%であった。
次いで、耐衝撃性試験をJIS K7085(炭素繊維強化プラスチックの多軸衝撃試験方法)に準拠して行った。具体的には、熱プレス処理を行った厚みが1mmの繊維強化複合材料を100×100mmに切り出して試験片とし、この試験片を70℃で8時間、乾燥させ、23℃に温調された試験室で、温度が一定になるまで1時間放置した。その後、耐衝撃性試験機(東洋精機製作所(株)製、商品名:GRAPHIC IMPACTTESTER B)を使用して、落錘衝撃試験を行った。そして、全吸収エネルギー〔J〕を測定し、作製した繊維強化複合材料の耐衝撃性を評価した。なお、試験機におけるホルダー径を76mm、ストライカー径を12.7mm、ウェイト重量を6.5kg、落下高さを100cm、及び衝撃速度を4.4m/secに設定して行った。以上の結果を表2に示す。
熱可塑性樹脂エマルジョンが含浸された連続炭素繊維トウを絞る際の絞り力を調整して作製したテープ状の繊維強化材料(幅:48mm、厚み:0.20mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:14%)を用いたこと以外は、上述の実施例7と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。
熱可塑性樹脂エマルジョンが含浸された連続炭素繊維トウを絞る際の絞り力を調整して作製したテープ状の繊維強化材料(幅:41mm、厚み:0.28mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:24%)を用いたこと以外は、上述の実施例7と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。
熱可塑性樹脂エマルジョンの濃度を調整して作製したテープ状の繊維強化材料(幅:50mm、厚み:0.15mm、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率:6%)を用いたこと以外は、上述の実施例7と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。
(繊維強化複合材料の作製)
サイジング剤処理のみを施した連続炭素繊維トウ(15K、幅7mm)を並列させて、その端部を固定し、20cm角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、シート状の繊維強化材料を10枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が同一の方向に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に熱可塑性樹脂シートとして、20cm角のナイロン布(ナイロン6、MFR:32g/10min)により形成された平織りの布(厚み:約0.1mm)を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層し、さらに上下最外層に1枚のナイロン布を重ねた。この積層体を大きさが20cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度、6MPaの圧力で40分間熱プレス処理を行い、厚みが1mmの繊維強化複合材料を作製した。なお、樹脂体積含有率は43%であった。
熱プレス処理時間を8.5分としたこと以外は、上述の比較例1と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。次いで、上述の実施例1と同様にして、曲げ強度試験を行った。以上の結果を表1に示す。
連続炭素繊維にMFRが24g/10minであるナイロン6樹脂を含浸させた熱可塑性プリプレグ(30cm角、厚さ0.125mm)を24cm角に切り出し、プリプレグの連続強化繊維が直交する方向に配列されるように、プリプレグを8枚重ねて配置した。この積層体を、大きさ25cm角、厚みが1mmの型に入れ、245℃の温度で10分間加熱後、245℃の温度、6MPaの圧力で5分間、熱プレス処理を行い、厚みが2mmの繊維強化複合材料を作製した。なお、樹脂体積含有率は43%であった。次いで、上述の実施例1と同様にして、曲げ強度試験の評価を行うとともに、上述の実施例7と同様にして、耐衝撃性試験を行った。以上の結果を表1、表2に示す。
2 繊維強化材料
3 熱可塑性樹脂シート
4 連続強化繊維
5 第1の熱可塑性樹脂
6 第2の熱可塑性樹脂
7 繊維トウ
10 繊維強化複合材料
12 熱可塑性樹脂エマルジョン
20 繊維強化複合材料
30 製造装置
31 連続強化繊維引き揃え部
32 エマルジョン含浸槽
33 絞り部
34 熱処理部
35 冷却部
36 巻取部
Claims (9)
- 連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化複合材料において、
前記熱可塑性樹脂は、前記連続強化繊維を被覆する第1の熱可塑性樹脂と、該第1の熱可塑性樹脂とメルトフローレートが異なる第2の熱可塑性樹脂からなり、前記第1の熱可塑性樹脂のメルトフローレートが前記第2の熱可塑性樹脂のメルトフローレートよりも大きいことを特徴とする繊維強化複合材料。 - JIS K7210(温度:240℃、荷重:21.18N)に準拠して測定された前記第1の熱可塑性樹脂のメルトフローレートが500g/10min以上3000g/10min以下であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料。
- JIS K7210(温度:240℃、荷重:21.18N)に準拠して測定された前記第2の熱可塑性樹脂のメルトフローレートが1g/10min以上100g/10min以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の繊維強化複合材料。
- 前記繊維強化複合材料における前記第1の熱可塑性樹脂の体積が、前記第2の熱可塑性樹脂の全体の体積に対して5%以上80%以下であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
- 前記第1の熱可塑性樹脂と前記第2の熱可塑性樹脂が、同一系統の樹脂であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
- 前記第1及び前記第2の熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
- 前記連続強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
- 第1の熱可塑性樹脂を連続強化繊維間の隙間に含浸する工程と、
前記第1の熱可塑性樹脂のメルトフローレートよりも小さいメルトフローレートを有する第2の熱可塑性樹脂を前記第1の熱可塑性樹脂を含浸した連続強化繊維間の隙間に含浸する工程と
を少なくとも備えることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。 - 前記第1の熱可塑性樹脂をエマルジョンの形態で前記連続強化繊維間の隙間に含浸させることを特徴とする請求項8に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
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