JP2013193243A - Method of manufacturing fiber reinforced resin molding - Google Patents

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勝 舘山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing fiber reinforced resin molding capable of performing press forming with high fluidity by using a stampable base material with reinforced fibers favorably dispersed.SOLUTION: In a method of manufacturing fiber reinforced resin molding, when press forming the fiber reinforced resin material that a plurality of reinforced fiber mats are laminated and impregnated with a thermoplastic resin in a cavity formed between mutually facing molds, while sticking a leading end side part of an inner layer of the fiber reinforced resin material extruded toward a lateral side of the cavity to an inner face of the cavity when press forming, a succeeding part of the inner layer is fluidized to charge the fiber reinforced resin material into the cavity.

Description

本発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法に関し、とくに、強化繊維を含有したスタンパブル基材を用いてプレス成形することにより繊維強化樹脂成形体を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a fiber reinforced resin molded body, and more particularly to a method for producing a fiber reinforced resin molded body by press molding using a stampable base material containing reinforcing fibers.

強化繊維を含有した熱可塑性樹脂からなるスタンパブル基材を用いて加熱、プレス成形することにより繊維強化樹脂成形体を製造する方法が知られている(例えば、特許文献1、2)。このような従来の技術においては、プレス成形時に良好な流動性を発現できるスタンパブル基材として、例えばチョップドガラス繊維を分散させて樹脂で板状(シート状)に形成したガラス繊維強化熱可塑性樹脂からなるスタンパブルシートなどが使用されている。   A method for producing a fiber-reinforced resin molded body by heating and press-molding using a stampable base material made of a thermoplastic resin containing reinforcing fibers is known (for example, Patent Documents 1 and 2). In such a conventional technique, as a stampable base material capable of expressing good fluidity during press molding, for example, from a glass fiber reinforced thermoplastic resin formed into a plate shape (sheet shape) by dispersing chopped glass fibers. Stampable seats that are used are used.

しかしながら、上記のような流動性の良好なスタンパブル基材を用いたプレス成形による繊維強化樹脂成形体を製造においては、プレス成形時の強化繊維の分散が悪いため、成形体の強度、剛性の発現率が低いという問題がある。   However, in the production of a fiber reinforced resin molded article by press molding using a stampable base material having good fluidity as described above, the strength and rigidity of the molded article are manifested due to poor dispersion of the reinforcing fibers during press molding. There is a problem that the rate is low.

一方、抄紙法で強化繊維を良好に分散させたスタンパブル基材も知られているが、この種の従来のスタンパブル基材を用いると、成形体の強度、剛性は発現できるものの、プレス成形時の流動性が低いため、基材を所望の形態まで流動させて所望の形態の成形体を成形することが困難となることがあり、また、低い流動性のため生産性を向上しにくいという問題がある。   On the other hand, a stampable base material in which reinforcing fibers are well dispersed by a papermaking method is also known. However, when this type of conventional stampable base material is used, the strength and rigidity of the molded body can be expressed, but at the time of press molding Since the fluidity is low, it may be difficult to mold the molded body of the desired form by flowing the base material to the desired form, and it is difficult to improve the productivity due to the low fluidity. is there.

特開平6−320538号公報JP-A-6-320538 特開2007−313726号公報JP 2007-313726 A

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術に鑑み、強化繊維を良好に分散させたスタンパブル基材を用い、高い流動性をもってプレス成形を行うことが可能であり、それによって所望の成形体を高い生産性をもって製造可能な繊維強化樹脂成形体の製造方法を提供することにある。   In view of the above-described prior art, it is therefore an object of the present invention to use a stampable base material in which reinforcing fibers are well dispersed, and to perform press molding with high fluidity. Is to provide a method for producing a fiber-reinforced resin molded product that can be produced with high productivity.

上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形することにより、繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる前記繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、前記繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填することを特徴とする方法からなる。   In order to solve the above-described problems, a method for producing a fiber-reinforced resin molded body according to the present invention includes forming a fiber-reinforced resin material in which a plurality of reinforcing fiber mats are laminated and impregnated with a thermoplastic resin between molds facing each other. When the fiber-reinforced resin molded body is manufactured by press molding in the cavity, the tip side portion of the inner layer of the fiber-reinforced resin material extruded toward the side of the cavity at the time of press molding is formed on the inner surface of the cavity. The fiber reinforced resin material is filled in the cavity by causing the subsequent portion of the inner layer to flow while being attached to the cavity.

すなわち、本発明におけるプレス成形に使用される繊維強化樹脂材(つまり、従来のスタンパブル基材に対応する繊維強化樹脂材)は、複数の比較的薄い強化繊維マットの積層体に熱可塑性樹脂を含浸させたものからなり、この繊維強化樹脂材が、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形される。プレス成形時には、キャビティ内に配置されていた繊維強化樹脂材は、キャビティの側方に向かって押し出されるように流動されるが、このとき、繊維強化樹脂材はその内層側部分が外層側部分に比べキャビティの側方に向かってより大きく(より遠くに)押し出されようとする。そして、押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分がキャビティの内面に貼りつかされながら該内層の後続部分を流動させて、つまり、キャビティの内面に貼りつかされた内層の先端側部分からUターンして戻る経路に沿って内層の後続部分が流動してくるように、繊維強化樹脂材が順次キャビティ内に充填されていく。このような、押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させる流動状態を、本願では「ベアフロー」と呼ぶこととする。このようなベアフローを実現することにより、複数の比較的薄い強化繊維マットの積層体に熱可塑性樹脂を含浸させたものからなる繊維強化樹脂材は、比較的薄い層状の状態で各層状部が先端部に向けてU字状に折り返すように、キャビティ内でキャビティの側方に向かって順次円滑に充填されていく。したがって、キャビティ内の所定の領域内への優れた流動性が実現される。そして、強化繊維を良好に分散させた比較的薄い強化繊維マットの積層体を用いて繊維強化樹脂材を形成しておくことにより、上記の優れた流動性を実現しつつ、成形体における強化繊維の良好な分散状態の実現も可能になる。強化繊維の良好な分散により成形体の高い強度、剛性が確保され、優れた流動性により所望の形態の成形体を高い生産性をもって製造可能となる。   That is, the fiber reinforced resin material (that is, the fiber reinforced resin material corresponding to the conventional stampable base material) used for press molding in the present invention is impregnated with a thermoplastic resin in a laminate of a plurality of relatively thin reinforcing fiber mats. The fiber reinforced resin material is press-molded in a cavity formed between molds facing each other. At the time of press molding, the fiber reinforced resin material arranged in the cavity is flowed so as to be pushed out to the side of the cavity, but at this time, the fiber reinforced resin material has its inner layer side portion changed to the outer layer side portion. Compared to the side of the cavity, it tends to be pushed out larger (farther). And while the front end side portion of the inner layer of the fiber reinforced resin material to be extruded is stuck to the inner surface of the cavity, the subsequent portion of the inner layer flows, that is, the front end side portion of the inner layer stuck to the inner surface of the cavity The fiber reinforced resin material is sequentially filled into the cavity so that the subsequent portion of the inner layer flows along the path that returns from the U-turn. In this application, a fluid state in which the leading portion of the inner layer of the fiber reinforced resin material extruded is adhered to the inner surface of the cavity and the subsequent portion of the inner layer flows is referred to as “bear flow”. By realizing such a bare flow, a fiber reinforced resin material made of a laminate of a plurality of relatively thin reinforcing fiber mats impregnated with a thermoplastic resin has a relatively thin layered state in which each layered portion has a tip. In the cavity, it is gradually and smoothly filled toward the side of the cavity so as to be folded in a U shape toward the part. Therefore, excellent fluidity into a predetermined region in the cavity is realized. Then, by forming a fiber-reinforced resin material using a laminate of relatively thin reinforcing fiber mats in which reinforcing fibers are well dispersed, the above-described excellent fluidity is achieved, and the reinforcing fibers in the molded body It is also possible to realize a good dispersion state. High strength and rigidity of the molded body are ensured by good dispersion of the reinforcing fibers, and a molded body of a desired form can be manufactured with high productivity by excellent fluidity.

上記本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法においては、上記ベアフローは、基本的に、繊維強化樹脂材を構成する各強化繊維マット層毎に生じる。上記のような優れた流動性を実現するためには、繊維強化樹脂材の内層は、比較的薄い層状の状態で各層状部が先端部に向けてU字状に折り返すように流動されることが好ましく、そのためには、繊維強化樹脂材の各強化繊維マット層を0.5mm以下の厚みで積層することが好ましい。強化繊維マット層が厚すぎると、U字状の折り返し流動状態が得られにくくなる。   In the method for producing a fiber-reinforced resin molded body according to the present invention, the bare flow basically occurs for each reinforcing fiber mat layer constituting the fiber-reinforced resin material. In order to realize the excellent fluidity as described above, the inner layer of the fiber reinforced resin material is flowed so that each layered portion is folded in a U shape toward the tip in a relatively thin layered state. For that purpose, it is preferable to laminate each reinforcing fiber mat layer of the fiber reinforced resin material with a thickness of 0.5 mm or less. When the reinforcing fiber mat layer is too thick, it becomes difficult to obtain a U-shaped folded flow state.

また、本発明においては、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の曲げ剛性(EI)が2.8E−7N・cm2以下であることが好ましい。曲げ剛性(EI)がこれよりも高いと、上記のような各層状部のU字状折り返し流動における各層状部の剛性が高くなるため、U字状折り返し流動が生じにくくなり、目標とするベアフローが得られにくくなる。ただし、強化繊維の曲げ剛性(EI)が低すぎると、成形後の成形体の剛性が低くなるおそれがあるので、成形体の剛性の設計目標に照らし合わせて、上記範囲内で適切に曲げ剛性を選択することが望ましい。強化繊維の繊維径に関しては、このような適切な曲げ剛性の範囲を満足するように、選択されればよい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the bending rigidity (EI) of the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material is 2.8E-7N * cm < 2 > or less. If the bending rigidity (EI) is higher than this, the rigidity of each layered portion in the U-shaped folded flow of each layered portion as described above increases, so that the U-shaped folded flow hardly occurs, and the target bear flow Is difficult to obtain. However, if the flexural rigidity (EI) of the reinforcing fiber is too low, the rigidity of the molded body after molding may be lowered. Therefore, in view of the design target of the rigidity of the molded body, the bending rigidity is appropriately within the above range. It is desirable to select. The fiber diameter of the reinforcing fiber may be selected so as to satisfy such an appropriate bending rigidity range.

また、本発明においては、プレス成形時の型温度が上記熱可塑性樹脂の融点より低いことが好ましく、より具体的には、上記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で、融点より低いことが好ましい。このような型温度の設定により、熱可塑性樹脂のなんか状態を最適な状態に保ち、上記繊維強化樹脂材の望ましい流動状態を実現できる。   Moreover, in this invention, it is preferable that the die temperature at the time of press molding is lower than melting | fusing point of the said thermoplastic resin, More specifically, it is preferable that it is more than the glass transition temperature of the said thermoplastic resin and lower than melting | fusing point. By setting the mold temperature in this way, it is possible to maintain a desired state of the thermoplastic resin and realize a desirable flow state of the fiber reinforced resin material.

また、本発明においては、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均繊維長が10〜50mmの範囲にあることが好ましい。平均繊維長がこの範囲よりも長いと、成形体の高い強度、剛性を得ることは可能になるものの、プレス成形時の流動性が悪くなるおそれがあり、この範囲よりも短いと、成形体の強度、剛性が低くなるおそれがある。   Moreover, in this invention, it is preferable that the average fiber length of the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material exists in the range of 10-50 mm. If the average fiber length is longer than this range, it is possible to obtain high strength and rigidity of the molded body, but the fluidity during press molding may be deteriorated. There is a risk that strength and rigidity are lowered.

また、本発明において、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の種類としてはとくに限定されないが、強化繊維の存在により成形体の強度、剛性を高めることが基本的な目標であることを考慮すれば、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の少なくとも1種を含むことが好ましい。   Further, in the present invention, the type of the reinforcing fiber of the fiber reinforced resin material is not particularly limited, but considering that the basic goal is to increase the strength and rigidity of the molded body due to the presence of the reinforcing fiber, For example, it is preferable to include at least one of carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber.

また、本発明においては、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均径としては特に限定されず、上述の如く好ましい曲げ剛性を達成できるように、例えば1〜50μmの範囲から適宜選定すればよい。   Moreover, in this invention, it does not specifically limit as an average diameter of the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material, What is necessary is just to select suitably from the range of 1-50 micrometers so that preferable bending rigidity can be achieved as mentioned above.

また、本発明において、繊維強化樹脂材を構成する複数の強化繊維マットの形成方法としては、特に限定されないが、次のような方法によることが好ましい。例えば、少なくとも上記繊維強化樹脂材の内層として積層される強化繊維マットは、カーディング法で製造されることが好ましい。カーディング法で製造すると、強化繊維の主な配向方向を特定の方向に制御することが可能になるので(換言すれば、強化繊維の配向方向に意図的に異方性を持たせることが可能になるので)、例えば、前述のU字状折り返し流動に沿う方向に強化繊維を配向させることも可能であるし(この場合には、前述の如く、強化繊維の剛性を低く設定して強化繊維の剛性がU字状折り返し流動の妨げにならないようにすることが好ましい)、前述のU字状折り返し流動に沿う方向と直角の方向に配向させ、U字状折り返し流動の際に強化繊維の剛性が実質的に影響しないようにすることも可能である。カーディングの具体的な手法については、後述の実施例で例示する。   In the present invention, the method for forming the plurality of reinforcing fiber mats constituting the fiber reinforced resin material is not particularly limited, but the following method is preferable. For example, at least a reinforcing fiber mat laminated as an inner layer of the fiber reinforced resin material is preferably manufactured by a carding method. When the carding method is used, the main orientation direction of the reinforcing fiber can be controlled in a specific direction (in other words, the orientation direction of the reinforcing fiber can be intentionally made anisotropic. For example, it is possible to orient the reinforcing fibers in the direction along the above-mentioned U-shaped folded flow (in this case, the reinforcing fibers are set with a low rigidity as described above, and thus the reinforcing fibers). It is preferable that the rigidity of the reinforcing fiber does not interfere with the U-shaped folded flow), and is oriented in a direction perpendicular to the direction along the U-shaped folded flow. It is also possible to prevent from substantially affecting. A specific method of carding will be exemplified in an example described later.

また、この場合、上記カーディング法で製造した強化繊維マットの配向度が1.5以上であることが好ましい。配向度の測定方法については後述する。強化繊維マットの配向度の平均値が1.5以上になるようにカーディングを行うことにより、意図的に所望の異方性を持たせて強化繊維を配向させることが可能になり、その意図的な配向を目標とする流動性や成形体の強度、剛性に適合させて設定することが可能になる。   In this case, the degree of orientation of the reinforcing fiber mat produced by the carding method is preferably 1.5 or more. A method for measuring the degree of orientation will be described later. By carrying out carding so that the average value of the orientation degree of the reinforcing fiber mat is 1.5 or more, the reinforcing fibers can be intentionally oriented with a desired anisotropy. It is possible to set in accordance with the fluidity aiming at specific orientation and the strength and rigidity of the molded body.

また、本発明においては、例えば、上記繊維強化樹脂材の強化繊維マットの少なくとも2層を0/90°に積層することも好ましい。これは、強化繊維の剛性が前述のU字状折り返し流動にとって抵抗となる方向に強化繊維が配向されている強化繊維マット層と実質的に抵抗とならない方向に強化繊維が配向されている強化繊維マット層とを組み合わせ、目標とするU字状折り返し流動を生じやすくすることと、最終成形体における強度、剛性の異方性を極力解消することとの、両方をバランスさせた形態である。   Moreover, in this invention, it is also preferable to laminate | stack at least 2 layers of the reinforced fiber mat of the said fiber reinforced resin material at 0/90 degree, for example. This is because the reinforcing fiber is oriented in the direction in which the reinforcing fiber is not substantially resistant to the reinforcing fiber mat layer in which the reinforcing fiber is oriented in the direction in which the rigidity of the reinforcing fiber is resistant to the U-shaped folded flow. It is a form in which both a mat layer and a target U-shaped folding flow are easily generated and strength and rigidity anisotropy in the final molded body are eliminated as much as possible.

また、本発明においては、例えば、上記繊維強化樹脂材の最表層として積層される強化繊維マットについては、抄紙法で製造することができる。抄紙法では、カーディングと異なり、強化繊維は実質的にランダムな方向に配置される。繊維強化樹脂材の最表層は、前述のU字状折り返し流動に寄与しなくてもよい層で、プレス成形後にも成形体の最表層として残る可能性が高い層であるので、繊維強化樹脂材の最表層として積層される強化繊維マットを抄紙法で製造しておくことにより、プレス成形の際の優れた流動性を損なうことなく、成形体表面の見栄え等を高めることが可能になる。   In the present invention, for example, the reinforcing fiber mat laminated as the outermost layer of the fiber reinforced resin material can be manufactured by a papermaking method. In the papermaking method, unlike carding, the reinforcing fibers are arranged in a substantially random direction. The outermost layer of the fiber reinforced resin material is a layer that does not need to contribute to the aforementioned U-shaped folded flow, and is a layer that is highly likely to remain as the outermost layer of the molded body even after press molding. By producing the reinforcing fiber mat laminated as the outermost layer by the papermaking method, it is possible to improve the appearance of the surface of the molded body without impairing the excellent fluidity during press molding.

このように、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法によれば、強化繊維が良好に分散された繊維強化樹脂材を優れた流動性をもってプレス成形することができ、それによって所望の形態の繊維強化樹脂成形体を高い生産性にて製造することができる。また、強化繊維の良好な分散により成形体の高い強度、剛性を確保でき、優れた流動性により繊維強化樹脂成形体を高精度で成形できるとともに、バリなし成形等も可能になり、優れた流動性による成形の容易化と相俟って製造コストの低減も可能になる。   Thus, according to the method for producing a fiber-reinforced resin molded body according to the present invention, a fiber-reinforced resin material in which reinforcing fibers are well dispersed can be press-molded with excellent fluidity, and thereby a desired form. The fiber-reinforced resin molded product can be produced with high productivity. In addition, high strength and rigidity of the molded product can be secured by good dispersion of the reinforcing fibers, and fiber reinforced resin molded products can be molded with high precision by excellent fluidity, and burr-free molding is also possible. The manufacturing cost can be reduced in combination with facilitation of molding due to the property.

本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の流動状態の一例を示す、本発明の実施例に対応した模式図である。It is the schematic diagram corresponding to the Example of this invention which shows an example of the flow state of the fiber reinforced resin material at the time of press molding in the manufacturing method of the fiber reinforced resin molding which concerns on one embodiment of this invention. 従来の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の流動状態の一例を示す、本発明の比較例1、2、4に対応した模式図である。It is the schematic diagram corresponding to the comparative examples 1, 2, and 4 of this invention which shows an example of the flow state of the fiber reinforced resin material at the time of press molding in the manufacturing method of the conventional fiber reinforced resin molded object. 従来の別の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の流動状態の一例を示す、本発明の比較例3に対応した模式図である。It is a schematic diagram corresponding to the comparative example 3 of this invention which shows an example of the flow state of the fiber reinforced resin material at the time of press molding in the manufacturing method of another conventional fiber reinforced resin molded object. 本発明におけるカーディング工程に用いる装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus used for the carding process in this invention. 配向度測定用サンプルの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the sample for orientation degree measurement. 測定用サンプルをX線CTで撮影した3次元画像データから分割したブロック状の微小領域の概略斜視図およびそれに座標軸を設定した場合の模式図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of a block-shaped minute region obtained by dividing a measurement sample from three-dimensional image data obtained by X-ray CT, and a schematic diagram when coordinate axes are set thereto. 設定した座標軸に対して、一つの軸からある角度φの走査線を平行に引いた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which pulled the scanning line of the angle (phi) from one axis | shaft in parallel with respect to the set coordinate axis. 微小領域内にある炭素繊維と走査線が交わる部分の平均横切長を求める様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the average crossing length of the part where the carbon fiber in a micro area | region and a scanning line cross | intersect is calculated | required. 平均横切長を走査線の角度の関数としてプロットしたグラフである。FIG. 6 is a graph plotting average cross length as a function of scan line angle. FIG. 複数の平均横切長を走査線の角度の関数としてプロットする様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that several average crossing length is plotted as a function of the angle of a scanning line. 平均横切長を走査線の角度φの関数でプロットしたグラフにおいて、長径a、短径b、長径の角度φを求める様子を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing how to obtain a major axis a, a minor axis b, and a major axis angle φ 0 in a graph in which the average crossing length is plotted as a function of the scanning line angle φ. 炭素繊維がランダムに配向している場合と完全に一方向に配向している場合の、平均横切長を走査線の角度φの関数でプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the average transverse length by the function of the angle (phi) of a scanning line in the case where the carbon fiber is orientated at random, and when it is completely oriented in one direction. X線CT画像全体に対して微小領域を移動する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a micro area | region is moved with respect to the whole X-ray CT image. 配向度の平均値を測定、算出した一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example which measured and calculated the average value of the degree of orientation. 本発明の実施例で作製したCFRPシートを用いたプレス成形の様子を示す概略構成図(A)およびその時のCFRPシートと金型キャビティの寸法を示す概略平面図(B)である。It is the schematic block diagram (A) which shows the mode of press molding using the CFRP sheet produced in the Example of this invention, and the schematic plan view (B) which shows the dimension of the CFRP sheet and mold cavity at that time.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法では、複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形することにより、繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、つまり、ベアフローで流動させて、繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the method for producing a fiber-reinforced resin molded body according to the present invention, a fiber-reinforced resin material in which a plurality of reinforcing fiber mats are laminated and impregnated with a thermoplastic resin is press-molded in a cavity formed between molds facing each other. Thus, when manufacturing a fiber reinforced resin molded body, the tip side portion of the inner layer of the fiber reinforced resin material extruded toward the side of the cavity at the time of press molding is stuck to the inner surface of the cavity, and the subsequent of the inner layer The portion is made to flow, that is, made to flow by bare flow, and the fiber-reinforced resin material is filled into the cavity.

例えば、図1に模式的に示すように、複数の強化繊維マット1(図1には、含浸させ勢多樹脂との一体化層として示してある)を積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材2を、互いに対向する型間(金型3、4間)に形成されたキャビティ5内でプレス成形する。このプレス成形時に、キャビティ5の側方に向かって(例えば図1の右側に向かって)押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層2aの先端側部分が順次キャビティ5の内面5aに貼りつかされながら該内層2aの後続部分がキャビティ5の側方に向かって流動され、ベアフロー状態が現出される。矢印Pで示す金型3のプレスの進行に伴い、このようなベアフローが進行し、それに伴って、繊維強化樹脂材2がキャビティ5内に充填されていく。   For example, as schematically shown in FIG. 1, fiber reinforced fibers in which a plurality of reinforcing fiber mats 1 (shown as an integrated layer with impregnated resin in FIG. 1) are laminated and impregnated with a thermoplastic resin. The resin material 2 is press-molded in a cavity 5 formed between molds facing each other (between molds 3 and 4). At the time of the press molding, the tip side portion of the inner layer 2a of the fiber reinforced resin material extruded toward the side of the cavity 5 (for example, toward the right side in FIG. 1) is sequentially stuck to the inner surface 5a of the cavity 5. A subsequent portion of the inner layer 2a flows toward the side of the cavity 5, and a bare flow state appears. As the press of the mold 3 indicated by the arrow P progresses, such a bare flow advances, and the fiber reinforced resin material 2 is filled in the cavity 5 accordingly.

このようなベアフロー、すなわち、押し出されてくる繊維強化樹脂材2の内層2aの先端側部分がキャビティ5の内面5aに貼りつかされながら該内層5aの後続部分が、キャビティ5の内面5aに貼りつかされた内層2aの先端側部分からUターンして戻る経路に沿って流動してくるような流動状態が実現されることにより、各内層2aがキャビティ5内でキャビティ5の側方に向かって充填されていく。各内層2aは比較的薄い強化繊維マット1を用いた比較的薄い繊維強化樹脂材層からなるので、容易にU字状の流動経路を実現でき、ベアフローを介して、各内層2aが順次円滑にキャビティ5内の所定のプレス成形領域内へと充填されていく。したがって、プレス成形される繊維強化樹脂材2全体としての優れた流動性が実現される。   Such a bare flow, that is, the tip side portion of the inner layer 2a of the fiber reinforced resin material 2 to be extruded is stuck to the inner surface 5a of the cavity 5, and the subsequent portion of the inner layer 5a is stuck to the inner surface 5a of the cavity 5. Each inner layer 2a is filled in the cavity 5 toward the side of the cavity 5 by realizing a flow state in which the fluid flows along a path returning from the leading end portion of the inner layer 2a. It will be done. Since each inner layer 2a is made of a relatively thin fiber reinforced resin material layer using a relatively thin reinforcing fiber mat 1, a U-shaped flow path can be easily realized, and each inner layer 2a can be smoothly and smoothly passed through a bare flow. A predetermined press molding region in the cavity 5 is filled. Therefore, the excellent fluidity | liquidity as the fiber reinforced resin material 2 whole press-molded is implement | achieved.

図2は、比較のために示した従来の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の層状フローによる流動状態の一例を示しており、本発明の比較例1、2、4における流動状態に対応している。すなわち、金型6、7間でプレス成形される繊維強化樹脂材8は、その各内層8aがキャビティ9内でキャビティ9の側方に向かって順次層状に押し出され、キャビティ9内に充填されていく。   FIG. 2 shows an example of the flow state by the layered flow of the fiber reinforced resin material during press molding in the conventional method for producing a fiber reinforced resin molded body shown for comparison, and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention. 4 corresponds to the flow state. That is, the fiber reinforced resin material 8 that is press-molded between the molds 6 and 7 is such that each inner layer 8a is sequentially pushed out in layers toward the side of the cavity 9 in the cavity 9, and is filled in the cavity 9. Go.

図3は、比較のために示した従来の別の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材のファウンテンフローによる流動状態の一例を示しており、本発明の比較例3における流動状態に対応している。すなわち、金型10、11間でプレス成形される繊維強化樹脂材12は、その厚み方向中央部がキャビティ13内でキャビティ13の側方に向かって張り出すように押し出され、キャビティ13内に充填されていく。   FIG. 3 shows an example of a flow state by fountain flow of a fiber reinforced resin material at the time of press molding in another conventional method for producing a fiber reinforced resin molded body shown for comparison, and Comparative Example 3 of the present invention. It corresponds to the flow state in. That is, the fiber reinforced resin material 12 press-molded between the molds 10 and 11 is extruded so that the central portion in the thickness direction protrudes in the cavity 13 toward the side of the cavity 13, and fills the cavity 13. It will be done.

図1に示したような本発明におけるベアフロー状態を確実に実現するためには、繊維強化樹脂材を構成する複数の強化繊維マットのそれぞれを、とくに上記内層2aに対応する強化繊維マットを、比較的薄いマット層に形成し(例えば、0.5mm以下のマット層に形成し)、かつ、望ましくは、成形すべき繊維強化樹脂成形体に応じて最適な配向度(例えば、1.5以上の配向度)を有するマット層に形成することが好ましい。そのためには、例えば、少なくとも上記繊維強化樹脂材の内層として積層される強化繊維マットは、カーディング法で製造されることが好ましい。また、カーディング法で製造すると、強化繊維の主な配向方向を特定の方向に制御することが可能になるので(換言すれば、強化繊維の配向方向に意図的に異方性を持たせることが可能になるので)、成形すべき繊維強化樹脂成形体に応じて最適な配向度を有するマット層に形成することが可能になる。   In order to reliably realize the bare flow state in the present invention as shown in FIG. 1, each of the plurality of reinforcing fiber mats constituting the fiber reinforced resin material, in particular, the reinforcing fiber mat corresponding to the inner layer 2 a is compared. A thin mat layer (for example, a mat layer having a thickness of 0.5 mm or less) and, desirably, an optimum degree of orientation (for example, 1.5 or more depending on the fiber-reinforced resin molded body to be molded) It is preferable to form a mat layer having a degree of orientation. For that purpose, for example, at least a reinforcing fiber mat laminated as an inner layer of the fiber reinforced resin material is preferably manufactured by a carding method. In addition, when the carding method is used, the main orientation direction of the reinforcing fiber can be controlled to a specific direction (in other words, the orientation direction of the reinforcing fiber is intentionally made anisotropic. Therefore, it is possible to form a mat layer having an optimum degree of orientation according to the fiber-reinforced resin molded body to be molded.

以下に、本発明において好適なカーディング法に関し、強化繊維マットを炭素繊維からなるシート状基材として形成する場合について説明する。本発明でいうカーディングとは、例えば、不連続な炭素繊維の集合体をくし状のもの等で概略同一方向に力を加えることにより、不連続な炭素繊維の方向を揃えたり、炭素繊維の方向を揃えるとともに炭素繊維を開繊する操作のことをいう。一般的には針状の突起を表面に多数備えたロール及び/またはのこぎりの刃状の突起を有するメタリックワイヤを巻きつけたロールを有するカーディング装置を用いて行う。カーディング装置全体の具体例については後述する。かかるカーディングを実施するにあたっては、炭素繊維が折れるのを防ぐ目的で炭素繊維がカーディング装置の中に存在する時間(滞留時間)を短くすることが好ましい。具体的にはカーディング装置のシリンダーロールに巻かれたワイヤー上に存在する炭素繊維をできるだけ短時間で下流のドッファーロールに移行させることか好ましい。従って、かかる移行を促進するためにシリンダーロールの回転数は、例えば300rpm以上といった高い回転数で回転させることが好ましい。また、同様の理由で、ドッファーロールの表面速度は、例えば10m/分以上といった速い速度が好ましい。また、同様に炭素繊維へのダメージを減らし、かつ、シリンダーロールやワーカーロール、ストリッパーロール(後述の具体的構成例参照)等の表面に炭素繊維が押し付けられて沈み込むのを防ぐために、各ロール間のクリアランスを通常の有機繊維をカーディングする場合と比較してある程度広くすることが重要である。例示するならシリンダーロールやワーカーロール、ストリッパーロールそれぞれの間のクリアランスを0.5mm以上とすることが好ましく、さらには0.7mm以上とすることが好ましく、さらには0.9mm以上とすることが好ましい。   The case where a reinforcing fiber mat is formed as a sheet-like substrate made of carbon fibers will be described below with respect to a carding method suitable for the present invention. Carding as used in the present invention refers to, for example, applying a force in approximately the same direction with an aggregate of discontinuous carbon fibers in a comb shape or the like, or aligning the directions of discontinuous carbon fibers, An operation to align the direction and open the carbon fiber. Generally, it is carried out using a carding apparatus having a roll having a large number of needle-like projections on the surface and / or a roll around which a metallic wire having a saw-like projection of a saw is wound. A specific example of the entire carding apparatus will be described later. In carrying out such carding, it is preferable to shorten the time (residence time) in which the carbon fiber is present in the carding apparatus in order to prevent the carbon fiber from being broken. Specifically, it is preferable to transfer the carbon fiber present on the wire wound around the cylinder roll of the carding apparatus to the downstream doffer roll in the shortest possible time. Therefore, in order to promote such a transition, the rotation speed of the cylinder roll is preferably rotated at a high rotation speed such as 300 rpm or more. For the same reason, the surface speed of the doffer roll is preferably a high speed such as 10 m / min or more. Similarly, in order to reduce the damage to the carbon fiber and prevent the carbon fiber from being pressed and sinking on the surface of a cylinder roll, a worker roll, a stripper roll (refer to a specific configuration example described later), each roll It is important to make the clearance between them relatively wide as compared with the case of carding ordinary organic fibers. For example, the clearance between the cylinder roll, worker roll, and stripper roll is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more, and further preferably 0.9 mm or more. .

図4は、カーディング装置の一例を示しており、カーディング装置21は、シリンダーロール22と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイクインロール23と、テイクインロール23とは反対側の下流側においてシリンダーロール22の外周面に近接して設けられたドッファーロール24と、テイクインロール23とドッファーロール24との間においてシリンダーロール22の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール25と、ワーカーロール25に近接して設けられたストリッパーロール26と、テイクインロール23と近接して設けられたフィードロール27及びベルトコンベアー28とから主として構成されている。   FIG. 4 shows an example of the carding device. The carding device 21 includes a cylinder roll 22, a take-in roll 23 provided on the upstream side near the outer peripheral surface, and a take-in roll 23. A doffer roll 24 provided close to the outer peripheral surface of the cylinder roll 22 on the opposite downstream side, and provided close to the outer peripheral surface of the cylinder roll 22 between the take-in roll 23 and the doffer roll 24. A plurality of worker rolls 25, a stripper roll 26 provided close to the worker roll 25, a feed roll 27 and a belt conveyor 28 provided close to the take-in roll 23 are mainly configured.

ベルトコンベアー28上に、例えば不連続な炭素繊維29の集合体が供給され、不連続な炭素繊維29はフィードロール27の外周面、次いでテイクインロール23の外周面を介してシリンダーロール22の外周面上に導入される。この段階までは、不連続な炭素繊維29は綿状の形態になっている。シリンダーロール22の外周面上に導入された綿状の炭素繊維の一部は、各ワーカーロール25の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維は各ストリッパーロール26によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール22の外周面上に戻される。フィードロール27、テイクインロール23、シリンダーロール22、ワーカーロール25、ストリッパーロール26のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維が針の作用により単繊維状に開繊されると同時に大半の炭素繊維の配向方向が特定の方向、つまり、シリンダーロール22の回転方向に揃えられる。かかる過程を経て開繊され繊維の配向が進められた炭素繊維は、炭素繊維集合体の一形態であるシート状のウエブ30としてドッファーロール24の外周面上に移動する。さらに、ウエブ30を、その幅を所定幅まで狭めながら引き取ることにより、本発明で言う不連続な炭素繊維(強化繊維)からなるシート状基材の強化繊維マットが形成される。   For example, an aggregate of discontinuous carbon fibers 29 is supplied onto the belt conveyor 28, and the discontinuous carbon fibers 29 pass through the outer peripheral surface of the feed roll 27 and then the outer peripheral surface of the take-in roll 23. Introduced on the surface. Until this stage, the discontinuous carbon fibers 29 are in a cotton-like form. A part of the cotton-like carbon fiber introduced on the outer peripheral surface of the cylinder roll 22 is wound around the outer peripheral surface of each worker roll 25, but this carbon fiber is peeled off by each stripper roll 26 and again the cylinder roll 22. It is returned to the outer peripheral surface of. A large number of needles and protrusions are present on the outer peripheral surface of each of the feed roll 27, take-in roll 23, cylinder roll 22, worker roll 25, and stripper roll 26. Are opened into a single fiber shape by the action of the needle, and at the same time, the orientation direction of most of the carbon fibers is aligned with a specific direction, that is, the rotation direction of the cylinder roll 22. The carbon fiber that has been opened through such a process and whose fiber orientation has been advanced moves onto the outer peripheral surface of the doffer roll 24 as a sheet-like web 30 that is one form of the carbon fiber aggregate. Further, by pulling the web 30 while narrowing the width to a predetermined width, a reinforcing fiber mat of a sheet-like substrate made of discontinuous carbon fibers (reinforcing fibers) referred to in the present invention is formed.

上記のようなカーディングにおいては、不連続な炭素繊維29の集合体は、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、不連続な有機繊維、とくに熱可塑性樹脂繊維を混合してカーディングを行うこともできる。特に、カーディングする際に熱可塑性樹脂繊維を添加することは、カーディングでの炭素繊維の破断を防ぐことができるので好ましい。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維集合体では、カーディング中に、炭素繊維が切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。そこで、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、炭素繊維が切れにくく、炭素繊維が脱落しにくい炭素繊維集合体を形成することができる。また、このような有機繊維、とくに熱可塑性樹脂繊維を混合してカーディングを行い、カーディング後に、有機繊維の少なくとも一部を溶融させた後、プレスを施すようにすることも好ましい。すなわち、適度に少ない量の有機繊維を混合しておき、炭素繊維に配向度の平均値が所定の範囲内になるように異方性を意図的に持たせて配向した状態で有機繊維の少なくとも一部を溶融させることにより、有機繊維に所定の配向度を有するシート状基材の形態を保持するためのバインダーの役目を担わせ、その状態でプレスを施すことにより、保持された形態を有機繊維を介して適度に固定することも好ましい。   In the carding as described above, the aggregate of the discontinuous carbon fibers 29 may be composed of only carbon fibers, but the discontinuous organic fibers, particularly thermoplastic resin fibers, are mixed to perform carding. It can also be done. In particular, it is preferable to add thermoplastic resin fibers when carding, because the carbon fibers can be prevented from breaking during carding. Since carbon fiber is rigid and brittle, it is difficult to be entangled and easily broken. Therefore, in the carbon fiber aggregate which consists only of carbon fiber, there exists a problem that a carbon fiber is easy to cut during carding, or a carbon fiber tends to drop out. Therefore, by including thermoplastic resin fibers that are flexible, difficult to break, and easily entangled, it is possible to form a carbon fiber aggregate in which the carbon fibers are hardly cut and the carbon fibers are not easily dropped. It is also preferable to perform carding by mixing such organic fibers, particularly thermoplastic resin fibers, and after the carding, at least a part of the organic fibers is melted and then pressed. That is, an organic fiber in a moderately small amount is mixed, and at least the organic fiber is oriented in a state in which the carbon fiber is oriented with anisotropy intentionally so that the average value of the orientation degree is within a predetermined range. By melting a part of the organic fiber, the organic fiber can serve as a binder for maintaining the form of the sheet-like substrate having a predetermined degree of orientation. It is also preferable to fix it moderately through fibers.

上記のように炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは50〜95質量%、より好ましくは70〜95質量%である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維強化プラスチックとしたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を混合させた際の熱可塑性樹脂繊維の役割が期待できないか、小さくなる。   When the thermoplastic resin fibers are included in the carbon fiber aggregate as described above, the carbon fiber content in the carbon fiber aggregate is preferably 50 to 95 mass%, more preferably 70 to 95 mass%. is there. If the proportion of carbon fiber is low, it will be difficult to obtain high mechanical properties when carbon fiber reinforced plastic is used, and conversely if the proportion of thermoplastic resin fiber is too low, the above-mentioned carbon fiber aggregate will contain thermoplastic resin fibers. The role of the thermoplastic resin fiber when mixing is not expected or becomes smaller.

また、上述の熱可塑性樹脂繊維による、絡み合いの効果をより高めるためには、熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与しておくことが好ましい。捲縮の程度は、特に限定されないが、一般的には捲縮数5〜25山/25mm程度、捲縮率3〜30%程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。   Moreover, in order to further enhance the entanglement effect by the above-described thermoplastic resin fibers, it is preferable to crimp the thermoplastic resin fibers. The degree of crimping is not particularly limited, but generally, thermoplastic resin fibers having a number of crimps of about 5 to 25 crests / 25 mm and a crimping rate of about 3 to 30% can be used.

かかる熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料は、炭素繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂との組み合わせにより適宜選択することが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を低下させないので好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a material of this thermoplastic resin fiber, It can select suitably in the range which does not reduce the mechanical characteristic of a carbon fiber reinforced plastic largely. For example, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon 6, nylon 6,6, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyether ketone, polyether sulfone, aromatic polyamide, etc. A fiber obtained by spinning a resin of the above can be used. The material of the thermoplastic resin fiber is preferably selected as appropriate in combination with a matrix resin of carbon fiber reinforced plastic. In particular, a thermoplastic resin fiber using the same resin as the matrix resin, a resin compatible with the matrix resin, or a resin having high adhesiveness with the matrix resin is preferable because it does not deteriorate the mechanical properties of the carbon fiber reinforced plastic.

次に、本発明における強化繊維の配向度の測定方法について、炭素繊維の場合を例にとって説明する。
1.使用した装置:
X線CT:ヤマト科学社製 TDM1000−IS
Next, the method for measuring the orientation degree of the reinforcing fibers in the present invention will be described taking the case of carbon fibers as an example.
1. Equipment used:
X-ray CT: TDM1000-IS manufactured by Yamato Science Co., Ltd.

2.配向度を計算するソフトウエア:
ラトックシステムエンジニアリング社製TRI−3D VOL R8.0
2. Software for calculating orientation:
TRI-3D VOL R8.0 manufactured by Ratoku System Engineering Co., Ltd.

3.本発明におけるカーディング後の不連続な炭素繊維からなるシート状基材から、図5に示すような5×9×0.35mmのサイズの測定用サンプル41を取り出し、それを基台42上に載せて、2.55×2.55×0.35mmの範囲について配向度の測定、演算を行った。なお、図5におけるサンプル41の配向方向は、カーディングの方向と一致している。 3. A measurement sample 41 having a size of 5 × 9 × 0.35 mm as shown in FIG. 5 is taken out from the sheet-like base material composed of discontinuous carbon fibers after carding in the present invention, and is placed on the base 42. The orientation degree was measured and calculated for a range of 2.55 × 2.55 × 0.35 mm. Note that the orientation direction of the sample 41 in FIG. 5 coincides with the carding direction.

4.配向度の測定、演算
(1)図6に示すように上記サンプルをX線CTで撮影した3次元画像データ43を微小なブロック状の領域44に分割する。ただし、微小領域の大きさは、炭素繊維の大きさとの兼ね合いで適宜調整すればよい。
4). Measurement and Calculation of Orientation Degree (1) As shown in FIG. 6, the three-dimensional image data 43 obtained by photographing the above sample with X-ray CT is divided into minute block-shaped regions 44. However, the size of the minute region may be appropriately adjusted in consideration of the size of the carbon fiber.

(2)図6に示すように、上記3次元画像データ43から一つの微小領域44を取り出し、座標軸を設定する。ここでは、わかりやすくするため、X、Y軸の二次元で説明する。 (2) As shown in FIG. 6, one minute area 44 is extracted from the three-dimensional image data 43, and a coordinate axis is set. Here, in order to make it easy to understand, the description will be made in two dimensions of the X and Y axes.

(3)次に、図7に示すように、設定した座標軸に対して、一つの軸からある角度φの走査線45を平行に引く。走査線のピッチは、炭素繊維の大きさとの兼ね合いで適宜調整すればよい。 (3) Next, as shown in FIG. 7, with respect to the set coordinate axis, a scanning line 45 of an angle φ is drawn in parallel from one axis. The pitch of the scanning lines may be adjusted as appropriate in consideration of the size of the carbon fiber.

(4)次に、図8に示すように、微小領域44内にある炭素繊維46と、走査線45が交わる部分の平均長さ(=平均横切長L1)を求める。実際には複数の繊維があるので、走査線15と交わる部分の平均長さを求める。 (4) Next, as shown in FIG. 8, the average length (= average crossing length L1) of the portion where the carbon fiber 46 in the minute region 44 and the scanning line 45 intersect is obtained. Since there are actually a plurality of fibers, the average length of the portion that intersects the scanning line 15 is obtained.

(5)次に、図9に示すように、平均横切長L1を、走査線15の角度φの関数として、別のグラフにプロットする(図9では、走査線45のある角度φ1についてプロットされている)。 (5) Next, as shown in FIG. 9, the average transverse length L1 is plotted on another graph as a function of the angle φ of the scanning line 15 (in FIG. 9, plotted for an angle φ1 of the scanning line 45). Have been).

(6)次に、図10に示すように、走査線45の角度φを変更して、上記(4)(5)の操作を繰り返し、原点からの距離を平均横切長として、走査線の角度φの関数でプロットする。図10には、平均横切長L1、平均横切長L2についてプロットした図を示してある。 (6) Next, as shown in FIG. 10, the angle φ of the scanning line 45 is changed, and the above operations (4) and (5) are repeated. Plot as a function of angle φ. In FIG. 10, the figure plotted about average crossing length L1 and average crossing length L2 is shown.

(7)次に、図11に示すように、平均横切長を走査線の角度φの関数でプロットしたグラフにおいて、長径a、短径b、長径の角度φを求める。長径の角度φを主配向方向、長径と短径の比a/bを本発明における配向度と定義する。本発明では、この配向度の平均値を所定の範囲内に制御することが好ましい。ちなみに、炭素繊維が完全にランダムに配向している場合には、上記図11に示したグラフは、図12(A)に示すように真円になる(ランダム配向:a/b=1)。一方、炭素繊維が完全に一方向に配向している場合には、上記図11に示したグラフは、図12(B)に示すように直線になる(完全配向:a/b=∞)。 (7) Next, as shown in FIG. 11, in the graph in which the average transverse length is plotted as a function of the scanning line angle φ, the major axis a, minor axis b, and major axis angle φ 0 are obtained. The major axis angle φ 0 is defined as the main orientation direction, and the ratio a / b between the major axis and the minor axis is defined as the degree of orientation in the present invention. In the present invention, it is preferable to control the average value of the degree of orientation within a predetermined range. Incidentally, when the carbon fibers are completely randomly oriented, the graph shown in FIG. 11 becomes a perfect circle as shown in FIG. 12A (random orientation: a / b = 1). On the other hand, when the carbon fibers are perfectly oriented in one direction, the graph shown in FIG. 11 is a straight line as shown in FIG. 12B (complete orientation: a / b = ∞).

(8)次に、図13に示すように、微小領域44を移動して、X線CT画像43の全体に対して上記(2)〜(7)の作業を繰り返す。なお、移動の際に、移動前の領域とオーバーラップさせると、良い場合がある。 (8) Next, as shown in FIG. 13, the micro region 44 is moved, and the operations (2) to (7) are repeated for the entire X-ray CT image 43. When moving, it may be preferable to overlap the area before the movement.

上記の手法により、配向角、本発明における配向度の平均値を測定、算出した一例(本発明における好ましい範囲内)を、図14に例示する。   FIG. 14 illustrates an example (within a preferred range in the present invention) in which the orientation angle and the average value of the orientation degree in the present invention are measured and calculated by the above method.

実施例1
炭素繊維(表1には「」と略記、「T700S」、東レ(株)製、密度1.8g/cm、直径7μm、フィラメント数12000本)を20mmに切断した後、開綿機に投入して開繊された炭素繊維を得た。この開繊された炭素繊維を再度開綿機に投入し、綿状の炭素繊維を得た。この綿状の炭素繊維を直径600mmのシリンダーロールを有する図4に示したような構造を有するカーディング装置に投入し、炭素繊維からなるシート状のウエブを形成した。このときのシリンダーロールの回転数は350rpm、ドッファーロールの速度は15m/分であった。このカーディング工程において、炭素繊維の脱落やカーディング装置のロールへの巻き付きは発生しなかった。クロスラッパーにてこのウエブを積層した後、50本/cm2のニードルパンチを施した炭素繊維不織布を得た。このときのクロスラッパーの振り幅は1.2m、炭素繊維不織布の巻き取り速度は1m/分であった。この炭素繊維不織布の配向度は2.2であった。この炭素繊維不織布を0°/90°に複数枚積層し、ベース樹脂としてナイロン6樹脂(「CM1001」、東レ(株)製)を含浸し、繊維体積含有率Vf30%の200×300×2mmtの繊維強化熱可塑性樹脂基材AとしてのCFRPシートを作製した。作製したCFRPシート(基材)を2枚予熱炉で中心温度が260℃になるまで加熱した後、図15に示すように、150℃に温調した金型51にCFRPシート52を2枚重ねてキャビティ53の中央にチャージし、15MPaの圧力で、ベアフローを伴ったプレス成形を実施した。
Example 1
Carbon fiber (abbreviated as “” in Table 1, “T700S”, manufactured by Toray Industries, Ltd., density 1.8 g / cm 3 , diameter 7 μm, number of filaments 12,000) is cut into 20 mm and then put into a cotton opening machine As a result, an opened carbon fiber was obtained. The opened carbon fiber was again put into a cotton opening machine to obtain a cotton-like carbon fiber. This cotton-like carbon fiber was put into a carding apparatus having a structure as shown in FIG. 4 having a cylinder roll having a diameter of 600 mm to form a sheet-like web made of carbon fiber. The rotation speed of the cylinder roll at this time was 350 rpm, and the speed of the doffer roll was 15 m / min. In this carding process, the carbon fiber was not dropped off or wound around the roll of the carding apparatus. After laminating this web with a cross wrapper, a carbon fiber nonwoven fabric having a needle punch of 50 / cm 2 was obtained. The swing width of the cross wrapper at this time was 1.2 m, and the winding speed of the carbon fiber nonwoven fabric was 1 m / min. The degree of orientation of this carbon fiber nonwoven fabric was 2.2. A plurality of carbon fiber nonwoven fabrics are laminated at 0 ° / 90 °, impregnated with nylon 6 resin (“CM1001”, manufactured by Toray Industries, Inc.) as a base resin, and 200 × 300 × 2 mmt of fiber volume content Vf 30%. A CFRP sheet as a fiber reinforced thermoplastic resin substrate A was produced. After heating the produced CFRP sheet (base material) in a preheating furnace until the center temperature reaches 260 ° C., two CFRP sheets 52 are stacked on a mold 51 adjusted to 150 ° C. as shown in FIG. Then, the center of the cavity 53 was charged, and press molding with bare flow was performed at a pressure of 15 MPa.

このプレス成形において、キャビティに基材が完全充填した場合を○、未充填が発生した場合を×として流動性を評価した。   In this press molding, the fluidity was evaluated by ◯ when the substrate was completely filled in the cavity and x when unfilled.

また、成形性の評価については、作製したCFRPシートを2枚予熱炉で中心温度が260℃になるまで加熱した後、150℃に温調した金型に2枚重ねてキャビティ中央にチャージし15MPaの圧力でプレス成形を実施した時、金型降下が終了した後のプレス時間と冷却時間の合計が60秒以内で成形品の離型が可能で取り出し後大きな変形がないものを○、離型しないものあるいは大きな変形が生じるものは×と判定した。   For the evaluation of formability, two CFRP sheets prepared were heated in a preheating furnace until the center temperature reached 260 ° C., and then two sheets were stacked on a mold temperature-controlled at 150 ° C. and charged in the center of the cavity. When the press molding is performed at a pressure of ○, the total of the press time and cooling time after the mold lowering is finished is within 60 seconds. Those that did not, or those that caused large deformations were judged as x.

実施例1の条件およびプレス成形の評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the conditions of Example 1 and the evaluation results of press molding.

実施例2〜5
実施例1に比べ、実施例2では強化繊維(炭素繊維)の曲げ剛性を変更し、実施例3、4ではベース樹脂をポリプロピレン、PPS(ポリフェニレンサルファイド)に変更するとともに金型温度あるいは成形温度を変更し、実施例5では金型温度および成形温度と強化繊維(炭素繊維)の曲げ剛性を変更して、実施例1と同様の条件でプレス成形を実施した。プレス成形の条件および評価結果を併せて表1に示す。
Examples 2-5
Compared to Example 1, in Example 2, the bending stiffness of the reinforcing fiber (carbon fiber) was changed, and in Examples 3 and 4, the base resin was changed to polypropylene and PPS (polyphenylene sulfide) and the mold temperature or molding temperature was changed. In Example 5, press molding was performed under the same conditions as in Example 1 by changing the mold temperature and molding temperature and the bending rigidity of the reinforcing fibers (carbon fibers). The press molding conditions and evaluation results are also shown in Table 1.

比較例1〜4
比較例1、2、4では、図2に示したような層状フローの流動条件で、比較例3では図3に示したようなファウンテンフローの流動条件で、プレス成形を実施した。なお、比較例3における繊維強化熱可塑製樹脂基材Hの製造方法は以下の通りである。炭素繊維(「T700S」、東レ(株)製、密度1.8g/cm、直径7μm、フィラメント数24000本)を6mmにカットし、ナイロン6樹脂(「CM1001」、東レ(株)製)ペレットとブレンドして、2軸押出機(日本製鋼所製 TEX30α)で溶融混錬してVf30%、数平均繊維長0.3mmのペレットを得た。得られたペレットを熱プレスして200×300×2mmtのCFRPシートを得た。これら比較例1〜4におけるプレス成形の条件および評価結果を併せて表1に示す。
Comparative Examples 1-4
In Comparative Examples 1, 2, and 4, press molding was performed under the flow condition of the laminar flow as shown in FIG. 2, and in Comparative Example 3 under the flow condition of the fountain flow as shown in FIG. In addition, the manufacturing method of the fiber reinforced thermoplastic resin base material H in the comparative example 3 is as follows. Carbon fiber (“T700S”, manufactured by Toray Industries, Inc., density 1.8 g / cm 3 , diameter 7 μm, number of filaments 24,000) cut to 6 mm, nylon 6 resin (“CM1001”, manufactured by Toray Industries, Inc.) pellets And were kneaded with a twin screw extruder (TEX30α manufactured by Nippon Steel Works) to obtain pellets having a Vf of 30% and a number average fiber length of 0.3 mm. The obtained pellets were hot pressed to obtain a CFRP sheet of 200 × 300 × 2 mmt. Table 1 shows the press molding conditions and evaluation results in Comparative Examples 1 to 4.

Figure 2013193243
Figure 2013193243

本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、スタンパブル基材を用いてプレス成形することにより成形体を製造するあらゆる方法に適用できる。   The method for producing a fiber-reinforced resin molded body according to the present invention can be applied to any method for producing a molded body by press molding using a stampable substrate.

1 強化繊維マット
2 繊維強化樹脂材
2a 内層
3、4 金型
5 キャビティ
5a 内面
6、7 金型
8 繊維強化樹脂材
8a 内層
9 キャビティ
10、11 金型
12 繊維強化樹脂材
13 キャビティ
21 カーディング装置
22 シリンダーロール
23 テイクインロール
24 ドッファーロール
25 ワーカーロール
26 ストリッパーロール
27 フィードロール
28 ベルトコンベアー
29 不連続な炭素繊維
30 シート状のウエブ
41 測定用サンプル
42 基台
43 3次元画像データ
44 微小領域
45 走査線
46 炭素繊維
51 金型
52 CFRPシート
53 キャビティ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reinforcing fiber mat 2 Fiber reinforced resin material 2a Inner layer 3, 4 Mold 5 Cavity 5a Inner surface 6, 7 Mold 8 Fiber reinforced resin material 8a Inner layer 9 Cavity 10, 11 Mold 12 Fiber reinforced resin material 13 Cavity 21 Carding device 22 Cylinder roll 23 Take-in roll 24 Doffer roll 25 Worker roll 26 Stripper roll 27 Feed roll 28 Belt conveyor 29 Discontinuous carbon fiber 30 Sheet-shaped web 41 Measurement sample 42 Base 43 Three-dimensional image data 44 Micro area 45 Scanning line 46 Carbon fiber 51 Mold 52 CFRP sheet 53 Cavity

Claims (11)

複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形することにより、繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる前記繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、前記繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填することを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。   When manufacturing a fiber-reinforced resin molded body by press-molding a fiber-reinforced resin material in which a plurality of reinforcing fiber mats are laminated and impregnated with a thermoplastic resin, in a cavity formed between molds facing each other, press While the tip side portion of the inner layer of the fiber reinforced resin material that is extruded toward the side of the cavity during molding is stuck to the inner surface of the cavity, the subsequent portion of the inner layer is caused to flow to A method for producing a fiber-reinforced resin molded product, characterized by being filled in. 前記繊維強化樹脂材の各強化繊維マット層を0.5mm以下の厚みで積層する、請求項1に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding of Claim 1 which laminates | stacks each reinforcing fiber mat layer of the said fiber reinforced resin material with the thickness of 0.5 mm or less. 前記繊維強化樹脂材の強化繊維の曲げ剛性(EI)が2.8E−7N・cm2以下である、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。 The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding of Claim 1 or 2 whose bending rigidity (EI) of the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material is 2.8E-7N * cm < 2 > or less. プレス成形時の型温度が前記熱可塑性樹脂の融点より低い、請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-3 whose die temperature at the time of press molding is lower than melting | fusing point of the said thermoplastic resin. 前記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均繊維長が10〜50mmの範囲にある、請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-4 which exists in the range whose average fiber length of the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material is 10-50 mm. 前記繊維強化樹脂材の強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の少なくとも1種を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-5 in which the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material contains at least 1 sort (s) of carbon fiber, glass fiber, and an aramid fiber. 前記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均径が1〜50μmの範囲にある、請求項1〜6のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-6 which exists in the range whose average diameter of the reinforced fiber of the said fiber reinforced resin material is 1-50 micrometers. 少なくとも前記繊維強化樹脂材の内層として積層される前記強化繊維マットをカーディング法で製造する、請求項1〜7のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-7 which manufactures the said reinforcing fiber mat laminated | stacked as an inner layer of the said fiber reinforced resin material at least by the carding method. 前記カーディング法で製造した強化繊維マットの配向度が1.5以上である、請求項8に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding of Claim 8 whose orientation degree of the reinforcing fiber mat manufactured by the said carding method is 1.5 or more. 前記繊維強化樹脂材の強化繊維マットの少なくとも2層を0/90°に積層する、請求項1〜9のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-9 which laminates | stacks at least 2 layers of the reinforced fiber mat of the said fiber reinforced resin material at 0/90 degree. 前記繊維強化樹脂材の最表層として積層される強化繊維マットを抄紙法で製造する、請求項1〜10いずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。   The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding in any one of Claims 1-10 which manufactures the reinforced fiber mat laminated | stacked as the outermost layer of the said fiber reinforced resin material by a papermaking method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104775315A (en) * 2014-12-24 2015-07-15 上海马拉宝商贸有限公司 Pulp processing device
JP2015182080A (en) * 2014-03-20 2015-10-22 株式会社エイチアンドエフ Molding machine for frp and molding method of frp sheet using the same

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