JP2013221114A - Resin sheet made of carbon fiber composite resin material, resin molded product and method for manufacturing the same - Google Patents
Resin sheet made of carbon fiber composite resin material, resin molded product and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013221114A JP2013221114A JP2012094611A JP2012094611A JP2013221114A JP 2013221114 A JP2013221114 A JP 2013221114A JP 2012094611 A JP2012094611 A JP 2012094611A JP 2012094611 A JP2012094611 A JP 2012094611A JP 2013221114 A JP2013221114 A JP 2013221114A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resin
- sheet
- resin sheet
- molded product
- carbon fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、炭素繊維が熱可塑性樹脂に配合されてなる高配向の炭素繊維複合樹脂材料からなる樹脂シート、ならびに樹脂成形品およびその製造方法に関わるものである。 The present invention relates to a resin sheet made of a highly oriented carbon fiber composite resin material in which carbon fibers are blended with a thermoplastic resin, a resin molded product, and a method for producing the same.
高性能の炭素繊維は、鉄と比較すると比重で1/4、比強度で10倍の物性を有するといわれる。また、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性に優れており、特に強度・弾性率が通常の合成高分子に比較して著しく高いという特徴を利用し、特に航空・宇宙用途、建築・土木用途、スポーツ・レジャー用途などの様々な分野で広く活用されている。 High-performance carbon fibers are said to have physical properties that are 1/4 the specific gravity and 10 times the specific strength compared to iron. In addition, it has excellent wear resistance, heat resistance, heat stretchability, acid resistance, and electrical conductivity. Especially, it uses the characteristics that its strength and elastic modulus are remarkably higher than those of ordinary synthetic polymers. It is widely used in various fields such as space use, construction / civil engineering use, sports / leisure use.
近年は原油の高騰、環境負荷、原発問題などから、省エネルギーやCO2排出抑制を考慮したエネルギーの効率的使用方法が注目されており、特に列車・自動車・二輪車・自転車などの人・モノの移動体における材料分野において、強度・弾性率を維持したまま軽量化することが望まれている。 In recent years, due to soaring crude oil prices, environmental impact, and nuclear power plant issues, attention has been focused on efficient use of energy in consideration of energy conservation and CO 2 emission control. Especially, the movement of people and goods such as trains, automobiles, motorcycles, and bicycles In the field of materials in the body, it is desired to reduce the weight while maintaining the strength and elastic modulus.
このような事情の下で従来から繊維強化複合材料が活用されていたが、近年、炭素繊維と樹脂の複合材料は特に飛躍的に発達しており、その適用用途は自動車部材のみならず、建築材および補強材などの大型部品や精密機器、電子機器といった小型部品など多岐に亘っている。それに伴い、成形品において、単なる平面形状だけでなく、曲面や凹凸形状、絞り形状を有するものなど複雑な構造が求められている。さらには価格面での優位性、物性面など様々な形状への適用が要求されている。 Under these circumstances, fiber reinforced composite materials have been used in the past, but in recent years, composite materials of carbon fiber and resin have been particularly rapidly developed, and their application is not limited to automobile parts, but also for construction. There are a wide variety of large parts such as materials and reinforcing materials, and small parts such as precision equipment and electronic equipment. Accordingly, in the molded product, not only a simple planar shape but also a complicated structure such as a curved surface, a concavo-convex shape, or a drawing shape is required. Furthermore, application to various shapes such as superiority in price and physical properties is required.
また、従来の炭素繊維強化複合材料には熱硬化性樹脂が用いられていたが、その取扱いには非常に高度な技術と設備が必要であった。また、低温下での保存のための低音設備やオートクレーブのための高温高圧設備など、高価な設備が必要となっていた。 In addition, thermosetting resins have been used in conventional carbon fiber reinforced composite materials, but handling them requires very advanced technology and equipment. In addition, expensive equipment such as low-frequency equipment for storage at low temperatures and high-temperature and high-pressure equipment for autoclaves are required.
通常、炭素繊維強化複合材料を、高い力学特性が必要な用途に適用する際には、連続した炭素繊維で強化された成形品が使用されることが多い。しかしながら、このような連続繊維で強化された成形品は、炭素繊維による織込みや束などによる拘束が非常に強い。そのために、曲面や凹凸形状、絞り形状を有するものなど複雑な構造への賦形に対応させようとすると、起伏な部分や曲面において、整列されていた炭素繊維の束や織りが乱れ、特に炭素繊維の強度・弾性率が高くなるほど、炭素繊維が追従できずに熱硬化性樹脂の樹脂溜まりなどの不具合が生じる恐れがある。 Usually, when a carbon fiber reinforced composite material is applied to an application requiring high mechanical properties, a molded product reinforced with continuous carbon fibers is often used. However, such a molded product reinforced with continuous fibers is very restrained by weaving or bundling with carbon fibers. For this reason, when trying to support shaping to a complicated structure such as a curved surface, uneven shape, or drawn shape, the bundles and weaves of aligned carbon fibers are disturbed in the undulating portion and curved surface, especially carbon. As the strength and elastic modulus of the fiber increase, the carbon fiber cannot follow and there is a risk that problems such as a resin pool of a thermosetting resin may occur.
そこで、曲面構造等の複雑な構造への賦形性を高めるために、強度の低下を容認しつつ炭素繊維を短く切断して、繊維の拘束を抑制する手段がとられている。さらに、取扱いが非常に難しい熱硬化性樹脂に代えて、後からの加工がしやすい熱可塑性樹脂が用いられるようになった。しかしながら、炭素繊維を短く切断すると力学特性が低下するため、成形品を適用できる範囲が制限されていた。また、その成形方法も射出成形など限られたものであった。 Therefore, in order to improve the formability to a complicated structure such as a curved surface structure, a measure is taken to suppress the fiber restraint by cutting the carbon fiber short while allowing a decrease in strength. Further, instead of thermosetting resins that are very difficult to handle, thermoplastic resins that are easy to process later have been used. However, when carbon fibers are cut short, the mechanical properties are lowered, so the range in which a molded product can be applied has been limited. Also, the molding method is limited to injection molding.
特許文献1には、絞り形状や凹凸形状の成形性を高める技術が開示されており、連続した強化繊維束間に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの積層体の片面に、300μm〜10mmの厚みの熱可塑性樹脂シートを配置し、減圧真空成形を行うことで賦形性に優れる効果が発現されると記載されている。しかしながら、単純に熱可塑性樹脂シートを片面に配置するだけでは、その部分は賦形するが、強化繊維束間と熱硬化性樹脂部分は、複雑な形状に対応できないばかりか、プリプレグの積層体が厚くなった場合には賦形性に劣るなど、効果は十分ではない。
特許文献2には、未硬化の熱硬化性マトリックス樹脂(A)を連続した強化繊維束(B)に含浸させて得たプリプレグ(I)と、熱可塑性樹脂(C)からなるシート状基材(II)とを用いる複合材料の製造方法であって、少なくとも下記(a)〜(c)の工程を含む複合材料の製造方法が開示されている。
(a)複数のプリプレグ(I)とシート状基材(II)とを、該シート状基材(II)が該プリプレグ(I)の少なくとも1つの層間に存在するように積層して積層基材(III)を作製する工程。
(b)プレス成形用の上下金型の表面を、下式(1)を満足する温度Tに調整して、前記積層基材(III)を該上下金型の内部に配置する工程。
式(1):T1≦T≦T2
T1:直径20mm径パラレルプレートによる発生トルク0.005Jでのシート状基
材(II)の溶融粘度η1が1×106Pa・sとなる温度。
T2:直径20mm径パラレルプレートによる発生トルク0.005Jでのシート状基
材(II)の溶融粘度η2が1×104Pa・sとなる温度。
(c)前記上下金型を型締めして、所望の形状に成形硬化する工程。
(A) A plurality of prepregs (I) and a sheet-like substrate (II) are laminated so that the sheet-like substrate (II) exists between at least one layer of the prepreg (I). A step of producing (III).
(B) A step of adjusting the surface of the upper and lower molds for press molding to a temperature T satisfying the following formula (1) and disposing the laminated base material (III) inside the upper and lower molds.
Formula (1): T1 ≦ T ≦ T2
T1: Temperature at which the melt viscosity η1 of the sheet-like substrate (II) is 1 × 10 6 Pa · s at a torque generated by a parallel plate of 20 mm in diameter of 0.005 J.
T2: a temperature at which the melt viscosity η2 of the sheet-like substrate (II) is 1 × 10 4 Pa · s at a generated torque of 0.005 J by a 20 mm diameter parallel plate.
(C) A step of clamping the upper and lower molds to form and harden them into a desired shape.
しかしながら、熱硬化性のマトリックスの炭素繊維強化層と熱可塑性シートからなる層において、熱可塑性シートの融点まで温度を上げた後に温度降下させても、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂が完全に接合するのでなく、強度の低下と同時に工程が長くなり、その結果マトリックス層の貯蔵による費用と管理が発生する。また、このような材料は複雑な形状への加工には不向きであり、プリプレグの積層体が厚くなった場合には賦形性に劣るなど、効果は十分ではない。 However, in a layer composed of a carbon fiber reinforced layer of a thermosetting matrix and a thermoplastic sheet, the thermosetting resin and the thermoplastic resin are completely bonded even if the temperature is lowered after the temperature is raised to the melting point of the thermoplastic sheet. Rather, the process is lengthened at the same time as the strength is reduced, resulting in costs and management due to storage of the matrix layer. Further, such a material is not suitable for processing into a complicated shape, and the effect is not sufficient, such as inferior formability when the prepreg laminate becomes thick.
特許文献3には、少なくとも以下の構成要素[A]、[B]、[C]および[D]から構成されてなる繊維強化複合材料であって、少なくとも構成要素[A]、[B]および[C]から構成される複合層1と、少なくとも構成要素[B]、[C]および[D]から構成される複合層2が交互に層形成されており、複合層1には構成要素[D]を含まない領域があり、複合層2の平均層厚みが10〜50μmであることを特徴とする繊維強化複合材料が開示されている。
Patent Document 3 discloses a fiber reinforced composite material composed of at least the following components [A], [B], [C] and [D], and includes at least the components [A], [B] and The
[A]フィラメント数が6,000〜70,000本である炭素繊維束、
[B]少なくとも以下の構成要素[B−1]および[B−2]を含む熱硬化性樹脂組成物
が硬化されてなる硬化物、
[B−1]エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹
脂から選ばれる少なくとも1種を含む熱硬化可能な樹脂、
[B−2]構成要素[B−1]を硬化させうる成分、
[C]体積平均粒子径が1〜500nmであるコアシェルポリマー粒子、
[D]分子内にアミド基、スルホニル基、イミド基から選ばれる結合基を1種以上含有す
る非晶性熱可塑性樹脂。
[A] a carbon fiber bundle having 6,000 to 70,000 filaments,
[B] A cured product obtained by curing a thermosetting resin composition containing at least the following components [B-1] and [B-2],
[B-1] Thermosetting resin containing at least one selected from epoxy resin, cyanate resin, bismaleimide resin, benzoxazine resin,
[B-2] a component capable of curing the component [B-1],
[C] Core-shell polymer particles having a volume average particle diameter of 1 to 500 nm,
[D] An amorphous thermoplastic resin containing in the molecule at least one linking group selected from an amide group, a sulfonyl group, and an imide group.
しかしながら、主成分が熱硬化性樹脂であるため、結合基を1種以上含有している状態では、後加工をする際に複雑な形状に賦形することが非常に難しかった。さらに、熱可塑性樹脂の含有割合が少ないので、後々に加熱により溶融してリサイクルすることは難しかった。 However, since the main component is a thermosetting resin, it is very difficult to form a complicated shape when post-processing in a state where one or more linking groups are contained. Furthermore, since the content ratio of the thermoplastic resin is small, it was difficult to melt and recycle by heating later.
特許文献4には、強化用短繊維と熱可塑性樹脂とを含む予備成形体の複数個を金型内に層状に配置し、加熱・加圧成形して繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体を製造する方法において、下記a〜d、gの特徴を有する技術が開示されている。
In
a.金型として、少なくとも2個の分割型を有する金型を用い、
b.複数個の予備成形体のうち、少なくとも1個は強化用短繊維が一方向に揃えられている一方向予備成形体を用い、
c.一方向予備成形体を、金型の、上記成形体において一方向強化を図りたい部位を成形するキャビティに隣接して配置した後、
d.金型を加熱して予備成形体の熱可塑性樹脂を溶融するとともに分割型を相対的に移動させ、
g.一方向予備成形体に含まれている強化用短繊維を溶融熱可塑性樹脂とともに流動させてその流動の方向に配向させる。
a. As a mold, a mold having at least two divided molds is used.
b. Of the plurality of preforms, at least one unidirectional preform with reinforcing short fibers aligned in one direction is used,
c. After the unidirectional preform is placed adjacent to the cavity for molding the part of the mold where the unidirectional reinforcement is desired in the molded body,
d. Heat the mold to melt the thermoplastic resin of the preform and move the split mold relatively,
g. The reinforcing short fibers contained in the unidirectional preform are flowed together with the molten thermoplastic resin and oriented in the flow direction.
この方法では、熱可塑性樹脂を含む複数個の予備成形体のうち、少なくとも1個は強化用短繊維が一方向に揃えられている一方向予備成形体を用いて、プレスした後に加熱するので、流動した炭素繊維が一方向に配向される。そのため、所定方向の力には耐久性があるが異なる方向からの力には弱いので、成形品の形状によっては容易に割れることもある。 In this method, at least one of a plurality of preforms containing a thermoplastic resin is heated after pressing using a unidirectional preform in which reinforcing short fibers are aligned in one direction. The flowing carbon fibers are oriented in one direction. For this reason, the force in a predetermined direction is durable, but the force from a different direction is weak, so that it may be easily cracked depending on the shape of the molded product.
また、特許文献5には、プリフォームドヤーンによる積層方法が記載されている。この方法は、熱可塑性繊維のフィラメントとプリフォームドヤーンを織物状に編み込んだ後に、得られたシートを最終製品であるC/Cコンポジットシートに必要な枚数だけ重ね、これをホットプレスで約300〜900℃の温度条件下で常圧〜300kgf/cm2の圧力を加えて成形するものである。次いで、成形品を約700〜1200℃の温度で炭化させ、さらに約1500〜3000℃の温度で黒鉛化させることにより、C/Cコンポジットを得ることができる。しかし、この方法によると熱可塑性樹脂が熱分解し炭化後に気化してしまうので、一旦形を作ると修正ができない。さらに熱可塑性樹脂が残っていないのでリサイクル活用することが非常に難しい。
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、炭素繊維複合樹脂材料からなる樹脂シート、および当該樹脂シートを用いて良好に賦形することができる樹脂成形品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a resin sheet made of a carbon fiber composite resin material and a resin molded product that can be well shaped using the resin sheet, in view of the problems of the prior art.
上記課題を達成するために、本発明に係る樹脂シート、ならびに樹脂成形品およびその製造方法は、以下の構成を有する。 In order to achieve the above object, a resin sheet according to the present invention, a resin molded product, and a manufacturing method thereof have the following configurations.
(1)平均繊維長(本数平均)0.1〜10mmの炭素繊維が熱可塑性樹脂に2〜60%の割合で配合され、一の方向に沿って前記炭素繊維が65〜95%の割合で配向している炭素繊維複合樹脂材料からなることを特徴とする樹脂シート。 (1) Carbon fiber having an average fiber length (number average) of 0.1 to 10 mm is blended in the thermoplastic resin at a rate of 2 to 60%, and the carbon fiber is at a rate of 65 to 95% along one direction. A resin sheet comprising an oriented carbon fiber composite resin material.
(2)1枚あたり0.05〜10mmの厚みを有する複数枚の前記炭素繊維複合樹脂材料からなる平板から構成され、前記平板の一辺方向に沿って前記炭素繊維が65〜95%の割合で配向している(1)の樹脂シート。 (2) It is comprised from the flat plate which consists of a plurality of the said carbon fiber composite resin material which has a thickness of 0.05-10 mm per sheet | seat, The said carbon fiber is a ratio of 65-95% along the one-side direction of the said flat plate. The oriented resin sheet (1).
(3)前記平板が、互いに接する平板間で前記炭素繊維が異なる方向に沿って配向するように積層されている(2)の樹脂シート。 (3) The resin sheet according to (2), wherein the flat plates are laminated so that the carbon fibers are oriented in different directions between the flat plates in contact with each other.
(4)前記平板が、互いに接する平板間で前記炭素繊維が異なる方向に沿って配向するように延設されている(2)または(3)の樹脂シート。 (4) The resin sheet according to (2) or (3), wherein the flat plate extends so that the carbon fibers are oriented along different directions between the flat plates in contact with each other.
(5)帯状に形成された前記平板が格子状に編まれている(2)〜(4)の樹脂シート。 (5) The resin sheet of (2) to (4), wherein the flat plate formed in a belt shape is knitted in a lattice shape.
(6)0.01〜5%の空隙率を有する(1)〜(5)の樹脂シート。 (6) The resin sheet of (1) to (5) having a porosity of 0.01 to 5%.
(7)上記(1)〜(6)の樹脂シート上に、熱可塑性フィルムが積層されてなることを特徴とする樹脂成形品。 (7) A resin molded product, wherein a thermoplastic film is laminated on the resin sheet of (1) to (6) above.
(8)上記(1)〜(5)の樹脂シートをプレスするプレス工程を実施する樹脂成形品の製造方法であって、前記樹脂シートの空隙率が、前記プレス工程により0.01〜50%の範囲内の値(空隙率B)から0.01〜5%の範囲内の値(空隙率A)に低減されることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。 (8) A method for producing a resin molded product, wherein the pressing step of pressing the resin sheet of the above (1) to (5) is performed, wherein the porosity of the resin sheet is 0.01 to 50% by the pressing step. A method for producing a resin molded product, wherein the value is reduced from a value within the range (voidage B) to a value within the range of 0.01 to 5% (voidage A).
(9)前記プレス工程を、前記樹脂シートの表面温度が前記熱可塑性樹脂の融点よりも10〜100℃高い状態にて実施する(8)の樹脂成形品の製造方法。 (9) The method for producing a resin molded product according to (8), wherein the pressing step is performed in a state where the surface temperature of the resin sheet is higher by 10 to 100 ° C. than the melting point of the thermoplastic resin.
(10)前記樹脂シートを加熱する加熱工程を、前記プレス工程と併せて実施する(9)の樹脂成形品の製造方法。 (10) The method for producing a resin molded product according to (9), wherein a heating step for heating the resin sheet is performed in combination with the pressing step.
(11)前記樹脂シートを加熱する加熱工程を、前記プレス工程の前に実施する(9)または(10)の樹脂成形品の製造方法。 (11) The method for producing a resin molded product according to (9) or (10), wherein a heating step of heating the resin sheet is performed before the pressing step.
本発明の樹脂シートを用いることにより、プレス成形時において、炭素繊維複合樹脂材料を複雑化された形状に賦形することができる。また、炭素繊維が異なる方向に沿って配向するように積層または延設することで、力学特性にも優れた樹脂成形品を得ることができる。 By using the resin sheet of the present invention, the carbon fiber composite resin material can be shaped into a complicated shape during press molding. Further, by laminating or extending the carbon fibers so that they are oriented along different directions, a resin molded product having excellent mechanical properties can be obtained.
さらに、別途作製した熱可塑性フィルムを樹脂シート上に接合することで、外観の意匠性を高めることができる。また樹脂シート形成材料のほとんどが熱可塑性樹脂なのでそのリサイクルも容易となる。 Furthermore, the external appearance design can be enhanced by bonding a separately produced thermoplastic film onto the resin sheet. In addition, since most of the resin sheet forming material is a thermoplastic resin, it can be easily recycled.
以下、本発明の樹脂シート、ならびに樹脂成形品およびその製造方法について、具体的に説明する。 Hereinafter, the resin sheet of the present invention, the resin molded product, and the manufacturing method thereof will be specifically described.
炭素繊維複合樹脂材料からなる樹脂シートを構成するユニットとしての樹脂シート(単層シート1)は、図1(a)に示すような外観を呈し、炭素繊維が熱可塑性樹脂に2〜60%の割合で配合され、シートの縦方向に炭素繊維が65%〜95%の割合で、好ましくは75%〜90%の割合で配向するように形成されている。炭素繊維の長さは0.1mm〜10mmであることが好ましく、0.1mm〜3mmであることがさらに好ましい。また、熱可塑性樹脂の含浸割合は5%〜60%であることが好ましく、15%〜40%であることがさらに好ましい。単層シート1の厚みは0.05mm〜10mmであることが好ましく、0.1mm〜2mmであることがさらに好ましい。
A resin sheet (single layer sheet 1) as a unit constituting a resin sheet made of a carbon fiber composite resin material has an appearance as shown in FIG. 1 (a), and the carbon fiber is 2 to 60% of the thermoplastic resin. The carbon fibers are blended at a ratio, and the carbon fibers are oriented in a ratio of 65% to 95%, preferably 75% to 90% in the longitudinal direction of the sheet. The length of the carbon fiber is preferably 0.1 mm to 10 mm, and more preferably 0.1 mm to 3 mm. The impregnation ratio of the thermoplastic resin is preferably 5% to 60%, and more preferably 15% to 40%. The thickness of the
図3に示すような樹脂シート1〜3中の炭素繊維の配向状態(炭素繊維の配向方向10を破線で示した。)を測定するための方法はすでに多く知られており、たとえば特開平6−160257号公報に記載がある。シートの横方向の断面を観察すると、繊維の断面は楕円形をなすことがわかる。この楕円形の長径の長さをb、短径の長さをaとし、FRPの強化方向に対する断面の傾きをθとすると、強化方向からの繊維の傾きαはα=|θ−cos−1(a/b)|で表される。αを全繊維、または一部の繊維について求めて統計処理を施すことにより、配向角度やうねりの状態を測定するといった方法もある。ここでは、炭素繊維の配向度合いの測定は島津製作所マイクロフォーカスX線 CT装置(SMX−100CT)を用いVGStudio MAX(日本ビジュアルサイエンス)を使って読み込み繊維長を探し出しExfact Analysis for Fiber(日本ビジュアルサイエンス)を使って解析した。
Many methods for measuring the orientation state of the carbon fibers in the
また、樹脂シートを製造するにあたって、以下の(A)〜(C)に記載される方法で製造されたチップが用いられる。 Moreover, when manufacturing a resin sheet, the chip | tip manufactured by the method described in the following (A)-(C) is used.
(A)熱可塑性樹脂を含浸させた100本〜10万本の炭素繊維の束を、熱硬化性樹脂や熱硬化性樹脂からなる収束剤にて収束させたのち、低粘度の熱可塑性樹脂でコートし、これを3〜10mmの長さにカットしチップ化する。このように軸中心方向に炭素繊維の束を収束した形に配置されたチップは、例えば特開2002−187127号公報や特開2006−175787号公報に記載した方法にて製造することもできる。 (A) After a bundle of 100 to 100,000 carbon fibers impregnated with a thermoplastic resin is converged with a sizing agent comprising a thermosetting resin or a thermosetting resin, a low viscosity thermoplastic resin is used. Coat and cut this into 3 to 10 mm lengths to make chips. Thus, the chip | tip arrange | positioned in the form which converged the bundle | flux of the carbon fiber in the axial center direction can also be manufactured by the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-187127 or 2006-175787, for example.
(B)2軸の押出機を用いて、熱可塑性樹脂とカットした炭素繊維をホッパーから投入し、溶融混合した後2〜4mm径の丸穴を複数有するダイスを通して吐出し、水冷または空冷後に、これを3〜10mmの長さにカットしチップ化する。このチップはチップ中でランダムに繊維が配向している。 (B) Using a twin-screw extruder, the thermoplastic resin and the cut carbon fiber are introduced from a hopper, melt-mixed, and then discharged through a die having a plurality of round holes with a diameter of 2 to 4 mm. After water cooling or air cooling, This is cut into a length of 3 to 10 mm to form a chip. In this chip, fibers are randomly oriented in the chip.
(C)2軸の押出機を用いて、熱可塑性樹脂をホッパーから投入したのち、樹脂が十分に溶融した状態で、スクリュー中間付近でボビン巻きの炭素繊維フィラメントを投入して混合した後、2〜4mm径の丸穴を複数有するダイスを通して吐出し、水冷または空冷後に、これを3〜10mmの長さにカットしチップ化する。このチップはチップ中でランダムに繊維が配向している。 (C) Using a twin-screw extruder, after the thermoplastic resin is charged from the hopper, the bobbin-wrapped carbon fiber filament is charged and mixed in the vicinity of the middle of the screw in a state where the resin is sufficiently melted. It is discharged through a die having a plurality of round holes having a diameter of ˜4 mm, and after water cooling or air cooling, this is cut into a length of 3 to 10 mm to form a chip. In this chip, fibers are randomly oriented in the chip.
(A)〜(C)の方法で製造されたチップを押出機のホッパーから投入し、一軸または二軸の押出機で温度を熱可塑性樹脂の融点+10〜40℃の範囲で溶融しながら、炭素繊維の束を解繊しながら短辺0.5mm〜5mmの長方形に開口したダイスを通して吐出する。 Chips produced by the methods (A) to (C) are introduced from the hopper of an extruder, and carbon is melted in the range of the melting point of the thermoplastic resin +10 to 40 ° C. with a single or twin screw extruder. It discharges through the die | dye opened to the rectangle of 0.5 mm-5 mm of short sides, opening a fiber bundle.
なお、チップをホッパーに投入する際には、成分の異なる熱可塑性樹脂や、同じ成分でも粘度の異なる熱可塑性樹脂を投入して、粘度調整や炭素繊維の含有割合を制御することもできる。 In addition, when throwing a chip | tip into a hopper, the thermoplastic resin from which a component differs, or the thermoplastic resin from which a viscosity is different also in the same component can be thrown in, and a viscosity adjustment and the content rate of carbon fiber can also be controlled.
ダイスから吐出されて解繊された炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂は、一定温度に調節された2つ以上のロール間に挟まれ、またはステンレス製のベルト間に挟まれて加熱圧縮されることで樹脂シートが得られる。 A thermoplastic resin containing carbon fibers discharged from a die and defibrillated is sandwiched between two or more rolls adjusted to a constant temperature, or sandwiched between stainless steel belts and heated and compressed. A resin sheet is obtained.
得られた樹脂シートにおいて、見かけ上の密度Cをエクトロンテック高精度電子比重計 EW-300SGにて測定した。 In the obtained resin sheet, the apparent density C was measured with an Extron Tech high precision electronic hydrometer EW-300SG.
樹脂シートの真の密度Dは、炭素繊維含有率をE、炭素繊維密度をF、熱可塑性樹脂含有率をG、熱可塑性樹脂密度をHとして、D=100×F×H/(E×F+G×H)で求められる。 The true density D of the resin sheet is D = 100 × F × H / (E × F + G, where E is the carbon fiber content, F is the carbon fiber density, G is the thermoplastic resin content, and H is the thermoplastic resin density. XH).
このとき樹脂シートにおいて、見かけ上の密度Cは真の密度Dの98%〜60%の範囲内であり、好ましくは98%〜80%であり、さらに好ましくは98%〜90%である。 At this time, in the resin sheet, the apparent density C is in the range of 98% to 60% of the true density D, preferably 98% to 80%, and more preferably 98% to 90%.
空隙率の測定は、真密度とかさ密度から算出する方法もあるが、ここではX線解析を用いて測定した。この他に、特許第2954745号公報に記載の空隙率測定方法や測定器も知られている。 There is a method of calculating the porosity from the true density and the bulk density, but here, the porosity was measured using X-ray analysis. In addition, a porosity measuring method and measuring instrument described in Japanese Patent No. 2945745 are also known.
得られた樹脂シートの空隙率は、好ましくは、0.01%〜50%の範囲内、さらに好ましくは1%〜30%であり、さらに好ましくは2%〜15%である。 The porosity of the obtained resin sheet is preferably within a range of 0.01% to 50%, more preferably 1% to 30%, and further preferably 2% to 15%.
樹脂シートの製造に用いられる熱可塑性樹脂はポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン)でもよく、またポリアミド(例えばナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、芳香族ナイロン)でもよく、ポリイミド、ポリアミドイミド、またはポリカーボネート、またはポリエステル(例えば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、ポリプロピレンテレフタレート)でもよく、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォキサイド、ポリテトラフルオロエチレン、アクロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ポリオキシメチレンでもよい。さらに、上記熱可塑性樹脂の誘導体や、上記熱可塑性樹脂の共重合体、さらにそれらの混合物でもよい。
The thermoplastic resin used for the production of the resin sheet may be a polyolefin (for example, polyethylene, polypropylene, polybutylene, polystyrene) or a polyamide (for example, nylon 6,
また、図1(b)〜(c)に示すように、樹脂材料からなる平板シートが2シート以上、より好ましくは4シート以上積層されており、かつ接しているシート同士の炭素繊維の配向方向が縦横に交差していることが好ましい。積層されて熱プレスされた樹脂シート(積層シート)の炭素繊維の配向方向が十字に交差することで、積層シートにおいては縦横の方向性なくランダムに炭素繊維が配向するので、シート全体の強度があがり、ウィークポイントが少なくなる。 Moreover, as shown in FIGS. 1B to 1C, the orientation direction of the carbon fibers between the sheets in which two or more, more preferably four or more flat sheets made of a resin material are laminated and in contact with each other. Are preferably crossed vertically and horizontally. The orientation of the carbon fibers in the laminated and hot-pressed resin sheet (laminated sheet) intersects the cross, so that in the laminated sheet, the carbon fibers are randomly oriented without any vertical or horizontal orientation. Going up, there will be fewer week points.
さらに、図6(a)〜(c)に示すように、平板シートを平面上の縦横に配向方向を交差させながら並べて、平板シート面積の1倍〜100倍の面積を有する樹脂シート(延設シート)を製造することができる。実用性・汎用性の観点から望ましいサイズは、平板シートの1枚当たり面積の1倍〜20倍、あるいは1倍〜10倍である。 Furthermore, as shown to Fig.6 (a)-(c), it arrange | positions flat sheet | seats, making an orientation direction cross | intersect on the plane vertically and horizontally, and has a resin sheet (extension) of 1 times-100 times the area of a flat sheet Sheet) can be manufactured. A desirable size from the viewpoints of practicality and versatility is 1 to 20 times, or 1 to 10 times the area of one flat sheet.
また、図8(a)に示すように、平板シートを帯状(リボン状)に切断して、縦横に配向方向を交差させながら格子状に編み込み、図8(b)〜(c)に示すように必要に応じて積層してもよい。ここで帯(リボン)とは、平板シートを縦方向に、電動丸刃カッターやカッターなどでスリット(切断)したものである。帯の長さは特に規定されないが、格子状に編み込むため帯の長さは200mm〜1,000,000mmが好ましく、さらには200mm〜50,000mm、あるいは200mm〜5,000mmが好ましい。また帯の幅は5mm〜200mmが好ましく、さらに10mm〜50mmが好ましい。 Further, as shown in FIG. 8 (a), the flat sheet is cut into a strip shape (ribbon shape) and knitted in a lattice shape while crossing the orientation directions vertically and horizontally, as shown in FIGS. 8B to 8C. May be laminated as necessary. Here, the band (ribbon) is obtained by slitting (cutting) a flat sheet in the longitudinal direction with an electric round blade cutter or a cutter. The length of the band is not particularly limited, but the length of the band is preferably 200 mm to 1,000,000 mm, more preferably 200 mm to 50,000 mm, or 200 mm to 5,000 mm in order to knit in a lattice shape. The width of the band is preferably 5 mm to 200 mm, more preferably 10 mm to 50 mm.
樹脂シートにおいて、見かけ上の密度Iはエクトロンテック高精度電子比重計 EW−300SGにて測定した。 In the resin sheet, the apparent density I was measured with an Extron Tech high precision electronic hydrometer EW-300SG.
樹脂シートの真の密度Jは、炭素繊維含有率をK、炭素繊維密度をL、熱可塑性樹脂含有率をM、熱可塑性樹脂密度をNとして、J=100×L×N/(K×L+M×N)である。このとき樹脂シートの見かけ上の密度Iは、真の密度Dの100%〜85%、好ましくは100%〜95%、さらに好ましくは100%〜97%である。 The true density J of the resin sheet is J = 100 × L × N / (K × L + M, where K is the carbon fiber content, L is the carbon fiber density, M is the thermoplastic resin content, and N is the thermoplastic resin density. × N). At this time, the apparent density I of the resin sheet is 100% to 85% of the true density D, preferably 100% to 95%, and more preferably 100% to 97%.
熱プレスの方式は流動成形方式と非流動成形方式とに大きく分けられるが、いずれの成形方式も採用可能であり、用途や生産速度、収率などに起因して使い分けることができる。 The hot press method can be broadly divided into a fluid molding method and a non-fluid molding method, and any of these molding methods can be adopted, and can be used properly depending on the application, production rate, yield, and the like.
流動成形方式の熱プレスにおいては、平板シートを、接しているシート同士の炭素繊維配向方向が縦横に交差するように積層し、プレス機の金型(上型、下型)内に配置した後、金型を閉じて1MPaから30MPaの圧力を付与した後に、熱可塑性樹脂の融点より10℃〜100℃高い温度まで、好ましくは、熱可塑性樹脂の融点より20〜60℃高い温度まで加熱する。非晶性の熱可塑性樹脂を用いる場合はガラス転移温度+20℃〜200℃まで加熱することが好ましい。このとき、各平板シートの内部まで十分に熱が伝わるように加熱することが必要である。
In the fluid molding type hot press, after flat sheets are stacked so that the carbon fiber orientation directions of the sheets in contact with each other intersect vertically and horizontally, and placed in the press mold (upper mold, lower mold) After the mold is closed and a pressure of 1 MPa to 30 MPa is applied, the mold is heated to a
続いて、樹脂固化温度以下まで冷却した後、金型を開いて熱プレスされた樹脂シートの成形品を得る。金型の加熱時間やプレス時間、冷却時間は熱可塑性樹脂の溶融、固化の進み具合によって適宜調整すればよい。また、金型は予め熱可塑性樹脂の溶融温度よりも50℃低い温度から熱可塑性樹脂の溶融温度よりも100℃高い温度までの温度範囲内で温めておいても良い。
Subsequently, after cooling to below the resin solidification temperature, the mold is opened to obtain a molded product of the resin sheet that is hot pressed. What is necessary is just to adjust suitably the heating time of a metal mold | die, press time, and cooling time according to the progress of melting and solidification of a thermoplastic resin. The mold may be preheated in a temperature range from a
非流動成形方式の熱プレスにおいては、平板シートを熱可塑性樹脂の融点より10℃〜100℃高い温度まで、好ましくは熱可塑性樹脂の融点より20〜60℃高い温度まで加熱する。非晶性の熱可塑性樹脂を用いる場合はガラス転移温度+20℃〜200℃まで加熱することが好ましい。このとき、平板シートの内部まで十分に熱が伝わるように加熱されていることが必要である。
In the non-fluid molding hot press, the flat sheet is heated to a
さらにプレス機の上型、下型の金型内に加熱された平板シートを、接しているシート同士が炭素繊維の配向方向が縦横に交差するように積層配置し、1MPa〜30MPaの圧力を付与した後に金型を開くことにより、熱プレスされた樹脂シートの成形品を得る。金型の加熱時間やプレス時間、冷却時間は熱可塑性樹脂の溶融、固化の進み具合によって適宜調整すればよい。また、金型は予め熱可塑性樹脂の固化温度よりも50℃〜30℃低い温度まで温めることが好ましい。金型の温度が融点より150℃以上高い温度であると、樹脂が冷却しにくくシートが固化しない恐れがある。また、樹脂の分解温度以上では、成形品が分解する恐れがある。 Furthermore, a flat sheet heated in the upper and lower molds of the press machine is laminated so that the contacting sheets cross each other in the vertical and horizontal directions of the carbon fiber, and a pressure of 1 MPa to 30 MPa is applied. After that, the mold is opened to obtain a molded product of the heat-pressed resin sheet. What is necessary is just to adjust suitably the heating time of a metal mold | die, press time, and cooling time according to the progress of melting and solidification of a thermoplastic resin. Moreover, it is preferable to heat a metal mold | die beforehand to the temperature lower 50 to 30 degreeC than the solidification temperature of a thermoplastic resin. If the temperature of the mold is higher than the melting point by 150 ° C. or more, the resin is difficult to cool and the sheet may not be solidified. Moreover, there exists a possibility that a molded article may decompose | disassemble above the decomposition temperature of resin.
流動成形方式の熱プレスは、金型内部で樹脂が流動するので、より複雑な構造の製品や薄肉を得る際に有効である。 The fluid molding type hot press is effective in obtaining a product having a more complicated structure or a thin wall because the resin flows inside the mold.
非流動成形方式の熱プレスは、樹脂の流動性が小さいので、単純な構造や肉厚製品を得る際に有効である。 The non-fluid molding type hot press is effective in obtaining a simple structure and a thick product because the fluidity of the resin is small.
平板シートの積層枚数は、金型の空洞厚みや加熱された樹脂の状態によって適宜決めればよい。 The number of laminated flat sheets may be appropriately determined depending on the cavity thickness of the mold and the state of the heated resin.
さらに、上記方法で得られた樹脂シートの上面や下面、または上下両面に熱可塑性フィルムを積層させて樹脂成形品を得るためには、例えば、樹脂シートの上面や下面、または上下両面に熱可塑性フィルムを積層した状態にて金型内で熱接着することができる。このとき熱可塑性フィルムは、成形前後に接着剤や超音波により樹脂シートに接着してもよく、再度熱接着しても良い。 Furthermore, in order to obtain a resin molded product by laminating a thermoplastic film on the upper surface, lower surface, or both upper and lower surfaces of the resin sheet obtained by the above method, for example, thermoplastic on the upper surface, lower surface, or both upper and lower surfaces of the resin sheet. The film can be heat-bonded in the mold with the films laminated. At this time, the thermoplastic film may be adhered to the resin sheet with an adhesive or ultrasonic waves before and after molding, or may be thermally bonded again.
図4は、図2における平板シート4の製造装置を示す概略断面構成図である。炭素繊維に低粘度の熱可塑性樹脂が含浸された樹脂材料33を、溶融押出成形により一軸や二軸の押出機にかけ、細幅口間隔のダイス32から押し出された樹脂材料33を加熱されたロール34(加熱されたステンレスベルトプレスでもよい)に挟み込んで平板シート36を得る。すなわち樹脂材料33を細幅口間隔から押し出すことで、樹脂材料33中の炭素繊維は樹脂材料33の流れ方向に沿って強制的に配列されるが、炭素繊維は低粘度の樹脂の中で自由に動こうとするので、スプリングバックして樹脂を押し広げる。その結果、樹脂材料33中には空隙が多く含まれるようになる。そこで、樹脂が固化する前に加熱した加熱ロール34で挟み込むことで強制的にシート化された平板シート36を得ることができる。
4 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an apparatus for producing the
このとき若干の1%から10%空隙が残り、炭素繊維が流れ方向に強く配向した平板シート36が得られる。この平板シート36自体は空隙が比較的多いので、実用性を高めるために別途に熱プレスしたり、加熱されたステンレスベルトでプレスを行うこともできる。しかしながら、平板シート36自体では、繊維が縦方向に配列しているので、縦方向の物性、引張強度や曲げ強度などは非常に強いが、逆に幅方向には比較的弱くなる。さらに、単純な熱可塑樹脂に比べると幅方向強度は保持されているものの、平板シート36に空隙が多いと上記物性も低下傾向になるので、例えば平板シート36を2層以上、好ましくは4層以上積層し、上下の平板シート同士の炭素繊維の配向方向が縦横に交差するように、縦方向と横方向で平板シート36の向きを縦横互い違いにする。
At this time, a
この平板シート36を上記の様な2つの流動成形や非流動成形の熱プレス方法にて熱圧着させると、平面上において炭素繊維が格子状に配向し、縦横どちらの強度も向上する。
When the
また、複数の平板シート36を、図7(a)に示すように平面上に敷き詰めて並べ、隣接するシートの炭素繊維の配向方向が縦横に交差するように平板シート36の向きを縦方向と横方向で互い違いにする。この複数の平板シート36が平面上に並べられた状態で、図7(b)〜(c)に示すように、例えば2層以上、さらに好ましくは4層以上積層し、上下のシート同士は炭素繊維の配向方向が縦横に交差するように平板シート36の向きを縦方向と横方向で互い違いにする。
Further, as shown in FIG. 7A, a plurality of
この結果、平板シート36の単位面積よりも広い面積のシートを作製することができる。さらに、互いに隣接する部分を重ねたり、平板シート36のつなぎ目が上下の層で同じ位置にならないように積層することで、つなぎ目の強度低下を抑えることができる。
As a result, a sheet having an area larger than the unit area of the
また、図5に示すように、平板シート36を帯状に切断し、該帯を縦横交差させながら図8〜9に示すように格子状に組み合わせ、必要に応じて図9(b)〜(c)に示すように積層することで、炭素繊維の配向は縦横に配置され、つなぎ目が折り重なるようになる。さらに、格子状に編まれた帯のつなぎ目が上下の層で同じ位置に形成されないようにすることで、つなぎ目の強度低下を抑えることができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
各実施例および比較例において、特に示した試験条件以外は、基本的に実施例1に準じるものとする。また、特に記載しない限り、樹脂シート中の炭素繊維含有率は使用するチップ中の炭素繊維含有率に等しいものとし、炭素繊維密度は1.80g/cm3、樹脂シート中の熱可塑性樹脂含有率は100%から「樹脂シート中の炭素繊維含有率%」を差し引いた値に等しいものとする。樹脂シート中の熱可塑性樹脂密度は、ナイロン6で1.14g/cm3、ナイロン66で1.14g/cm3、ポリプロピレンで0.90g/cm3、アクロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)で1.05g/cm3、ポリフェニレンサルファイド(PPS)で1.35g/cm3である。 In each example and comparative example, the test conditions are basically the same as those in example 1 except for the test conditions specifically indicated. Unless otherwise specified, the carbon fiber content in the resin sheet is equal to the carbon fiber content in the chip used, the carbon fiber density is 1.80 g / cm 3 , and the thermoplastic resin content in the resin sheet Is equal to a value obtained by subtracting “% of carbon fiber content in resin sheet” from 100%. Thermoplastic resin density in the resin sheet, 1.14 g / cm 3 with nylon 6, 1.14 g / cm 3 nylon 66, polypropylene 0.90 g / cm 3, with acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) 1.05 g / cm 3, a 1.35 g / cm 3 in polyphenylene sulfide (PPS).
(実施例1)
ナイロン6中に平均繊維長さ(本数平均)1mmの炭素繊維を30%含有するチップを、1軸の押出機に投入し、250℃で混練しながら、ギアポンプで計量しながら図4に示すようなダイス32(開口サイズ:2mm×200mm)に溶融された炭素繊維複合樹脂材料33を流し込む。吐出された樹脂材料33を150℃のヒーターで加熱されたロール間幅1mmの2つの加温されたニップロール34間に流し、製品幅210mmで厚み1.05mmの平板シート36を得た。平板シート36は縦方向に1000mmでカットし、耳幅200mmに裁断した。
Example 1
As shown in FIG. 4, a chip containing 30% carbon fiber having an average fiber length (number average) of 1 mm in nylon 6 is put into a single-screw extruder, kneaded at 250 ° C., and measured with a gear pump. A molten carbon fiber
得られた平板シート36の空隙率(空隙率B)は8.07%であった。炭素繊維の配向率は縦方向に92%であった。
The obtained
曲げ強度の測定にあたっては、JIS規格 K 7161に準じてテンシロン製引っ張り試験機(RTF−1350)を使用した。測定された曲げ強度は、縦方向で330MPa、横方向で200MPaであった。 In measuring the bending strength, a Tensilon tensile tester (RTF-1350) was used according to JIS standard K7161. The measured bending strength was 330 MPa in the vertical direction and 200 MPa in the horizontal direction.
得られた平板シート36を200mm×200mmの大きさにカットし、図2(b)に示される2枚の平板シート5を、図12に示すように、280℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、この2枚を重ねて炭素繊維配向が縦横に直交するように80℃の温水で温度調節された200mm×200mmの金型内に、2枚重ねた平板シート5を配置する。
The obtained
金型83を用いて平板シート5を10MPaで5分間プレスし、金型83を開放することで、図1(b)に示される2層の樹脂シート(積層シート2)を得る。積層シート2は、大きさ200mm×200mm、厚み1.96mm、空隙率(空隙率A)0.51%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく、それぞれ410MPaと400MPaであった。
The
(実施例2)
実施例1記載の平板シート36を200mm×200mmの大きさにカットした4枚を積層し、上下の隣接するシート間で繊維配向が縦横に直交するように200mm×200mmの金型83内に、図2(c)に示される4枚重ねた平板シート6を配置する。
(Example 2)
Laminating four sheets obtained by cutting the
金型83を予め250℃にヒーターで加熱し、金型83を閉じ平板シート6を12MPaで5分間プレスしたのち、100℃以下まで冷水で冷却する。金型83を開放することで、図1(c)に示される4層の樹脂シート(積層シート3)を得る。積層シート3は大きさ200mm×200mm、厚み3.94mm、空隙率(空隙率A)0.31%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく420MPaと415MPaであった。
The
(実施例3)
実施例1記載の平板シート36を200mm×200mmの大きさにカットし、200mm×200mmの金型83内に、図2(a)に示されるように平板シート4を非積層状態にて配置する。
(Example 3)
The
金型83を予め250℃にヒーターで加熱し、金型83を閉じ平板シート4を12MPaで5分間プレスしたのち、100℃以下まで冷水で冷却する。金型83を開放することで、図1(a)に示される樹脂シート(単層シート1)を得る。単層シート1は大きさ200mm×200mm、厚み0.98mm、空隙率(空隙率A)0.30%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向で370MPa、横方向で260MPaであった。
The
(実施例4)
ナイロン66中に平均繊維長さ5mmの炭素繊維を25%含有するチップを、1軸の押出機に投入し、290℃で混練しながら、ギアポンプで計量しながらダイス32に流し込む。吐出された炭素繊維を含む樹脂を180℃のヒーターで加熱されたロール間幅1mmの2つのロール34間に流し、製品幅210mmで厚み1.03mmの平板シート36を得た。平板シート36は縦方向に200mmの大きさにカットし、耳幅200mmに裁断した。
Example 4
A chip containing 25% of carbon fiber having an average fiber length of 5 mm in
得られた平板シート36の空隙率(空隙率B)は7.28%であった。炭素繊維の配向率は縦方向に90%であり、曲げ強度は縦方向390MPa、横方向250MPaであった。
The obtained
得られた平板シート36を200mm×200mmの大きさにカットした12枚を、図7(b)に示されるように、上に6枚、下に6枚の2層に積層し、上下左右の隣接するシート間で繊維配向が縦横に直交するように600mm×400mmの金型内に6枚並べ広げた2枚重ねの平板シート48を配置する。
As shown in FIG. 7B, 12 sheets obtained by cutting the obtained
金型を予め310℃にヒーターで加熱し、金型を閉じ12MPaで5分間プレスしたのち、100℃以下まで冷水で冷却する。金型を開放することで、図6(b)に示すように6枚並べ広げて熱プレスした2層の樹脂シート(積層シート51)を得る。積層シート51は、大きさ600mm×400mm、厚さ1.92mm、空隙率(空隙率A)0.38%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく480MPaと460MPaであった。
The mold is heated in advance to 310 ° C. with a heater, the mold is closed, pressed at 12 MPa for 5 minutes, and then cooled to 100 ° C. or lower with cold water. By opening the mold, a two-layered resin sheet (laminated sheet 51) obtained by heat-pressing the six sheets as shown in FIG. 6B is obtained. The
(実施例5)
実施例4記載の200mm×200mmの大きさにカットした平板シート36の24枚を310℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、図7(c)に示すように、各層に6枚ずつ4層に積層し、上下左右の隣接するシート間で繊維配向が縦横に直交するように600mm×400mmの金型内に6枚並べ広げた平板シート49を2枚重ねて配置する。金型を10MPaで5分間プレスし、金型を開放することで、図6(c)に示すように、6枚並べ広げて熱プレスした2層の樹脂シート(積層シート52)を得る。積層シート52は、大きさ600mm×400mm、厚さ3.86mm、空隙率(空隙率A)0.53%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく485MPaと470MPaであった。
(Example 5)
Twenty-four
(実施例6)
ABS中に平均繊維長さ0.8mmの炭素繊維を20%含有するチップを、1軸の押出機に投入して230℃で混練し、ギアポンプで計量しながらダイス32に流し込む。吐出された炭素繊維を含む樹脂材料33を100℃のヒーターで加熱されたロール間幅1mmの2つのロール34間に流し、製品幅216mmで厚み0.95mmの平板シート36を得た。平板シート36は縦方向に1000mmの長さにカットし、耳幅200mmに裁断した。
(Example 6)
A chip containing 20% carbon fiber having an average fiber length of 0.8 mm in ABS is put into a single-screw extruder, kneaded at 230 ° C., and poured into a die 32 while being measured by a gear pump. The discharged
得られた平板シート36の空隙率(空隙率B)は8.33%であった。炭素繊維の配向率は縦方向に94%であり、曲げ強度は縦方向150MPa、横方向110MPaであった。
The obtained
得られた1層の平板シート36を、図5に示すように、回転刃39で50mm×1000mmの帯状の平板シート38にカットし、格子状に編んで残りはカットする。この格子状に編まれた平板シート61を260℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、図9(b)に示すように、縦横に直交するように400mm×400mmの金型内に格子状に編まれた2枚重ねの平板シート62を配置する。金型で平板シート62を10MPaで5分間プレスし、金型を開放することで、図8(b)に示すように、格子状に編まれた熱プレスした4層の樹脂シート(格子編みシート65)を得る。格子編みシート65は、大きさ400mm×400mm、厚さ3.54mm、空隙率(空隙率A)0.43%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく250MPaと240MPaであった。
As shown in FIG. 5, the obtained one-layer
(実施例7)
実施例6記載の帯状の平板シート38を格子状に編み、残りはカットする。この格子状に編まれた平板シート38を用いて、図9(c)に示すように、縦横に直交するように400mm×400mmの金型内に格子状に編まれた4枚重ねの平板シート63を配置する。金型を予め230℃にまでヒーターで加熱し、金型を閉じ平板シート63を12MPaで5分間プレスしたのち、100℃以下まで冷水で冷却する。金型を開放することで、図8(c)に示すように、格子状に編まれた熱プレスした8層の樹脂シート(格子編みシート66)を得る。格子編みシート66は、大きさ400mm×400mm、厚さ7.02mm、空隙率(空隙率A)0.32%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく255Paと250MPaであった。
(Example 7)
The strip-shaped
(実施例8)
図10に示すように、実施例1記載の平板シート36を200mm×200mmの大きさにカットした2枚を積層し、上下の隣接するシート間で繊維配向が縦横に直交するように総面積285mm×210mmの箱状の入れ子を有する金型を構成するプレス上型71とプレス下型72の間に、2枚重ねの平板シート5を配置し金型を閉じる。
(Example 8)
As shown in FIG. 10, two sheets obtained by cutting the
金型を予め250℃にヒーターで加熱し、閉じたプレス金型73にて12MPaで平板シート5を5分間プレスしたのち、100℃以下まで冷水で冷却する。金型を開放することで、炭素繊維複合樹脂材料からなり、曲面部分を有する箱状の熱プレス成形品78が得られる。厚みは1.21mm、空隙率(空隙率A)は0.11%である。曲げ強度は405MPaであった。
The mold is heated in advance to 250 ° C. with a heater, and the
(実施例9)
図11に示すように、実施例4記載の300mm×200mmの大きさにカットした平板シート36を4枚、310℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、2層に積層し、上下左右の隣接するシート間で繊維配向が縦横に直交するように総面積285mm×210mmの箱状の入れ子を有する金型を構成するプレス上型71とプレス下型72の間に、2枚重ねた平板シート5を配置し金型を閉じる。さらに金属薄膜が配列された厚さ0.1mmのポリエステルシート68を平板シート5上に重ねて、金型を10MPaで5分間プレスし、金型を開放することで、表面に金属光沢を有する炭素繊維複合樹脂材料からなり、曲面部分を有する箱状の熱プレス成形品79が得られた。この熱プレス成型品79の厚みは1.22mm、空隙率(空隙率A)は0.62%であり、曲げ強度は420MPaであった。
Example 9
As shown in FIG. 11, four
(実施例10)
ポリプロピレン中に平均繊維長さ2mmの炭素繊維を30%含有するチップを1軸の押出機に投入し、210℃で混練しながら、ギアポンプで計量しながらダイス32に流し込む。吐出された炭素繊維を含む樹脂材料33を80℃のヒーターで加熱されたロール間幅1mmの2つのロール34間に流し、製品幅215mmで厚み1.08mmの平板シート36を得た。平板シート36は縦方向に1000mmの長さにカットし、耳幅200mmに裁断した。得られた平板シート36の空隙率(空隙率B)は2.56%であった。炭素繊維の配向率は縦方向に89%であった。曲げ強度は縦方向80MPa、横方向50MPaであった。
(Example 10)
Chips containing 30% carbon fiber with an average fiber length of 2 mm in polypropylene are put into a single-screw extruder and poured into a die 32 while being kneaded at 210 ° C. and measured with a gear pump. The discharged
得られたポリプロピレンの平板シート36を、大きさ200mm×200mmにカットし、2枚重ねて、実施例1記載のナイロン6の2枚重ねの平板シート5とともに280℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、この合計4枚を重ねて炭素繊維の配向が縦横に直交するように80℃の温水で温度調節された200mm×200mmの金型内に配置する。
The obtained polypropylene
金型で平板シートを10MPaの圧力で5分間プレスし、金型を開放することで4層の樹脂シート(積層シート3)を得る。積層シート3は、大きさ200mm×200mm、厚み1.99mm、空隙率(空隙率A)0.32%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく310MPaと290MPaであった。 The flat sheet is pressed with a mold at a pressure of 10 MPa for 5 minutes, and the mold is opened to obtain a four-layer resin sheet (laminated sheet 3). The laminated sheet 3 is a hot press-formed product having a size of 200 mm × 200 mm, a thickness of 1.99 mm, and a porosity (void ratio A) of 0.32%. The bending strength was 310 MPa and 290 MPa with no significant difference in the vertical and horizontal directions.
(実施例11)
ポリフェニレンサルファイド中に平均繊維長さ0.5mmの炭素繊維を30%含有するチップを1軸の押出機に投入して340℃で混練し、ギアポンプで計量しながらダイス32に流し込む。吐出された炭素繊維を含む樹脂材料33を200℃のヒーターで加熱されたロール間幅1mmの2つのロール34間に流し、製品幅212mmで厚み1.08mmの平板シート36を得た。平板シート36は、縦方向に長さ1000mmでカットし、耳幅200mmに裁断した。得られた平板シート36の空隙率(空隙率B)は7.07%であった。炭素繊維の配向率は縦方向に88%であった。曲げ強度は縦方向580MPa、横方向350MPaであった。
(Example 11)
A chip containing 30% carbon fiber having an average fiber length of 0.5 mm in polyphenylene sulfide is put into a single screw extruder, kneaded at 340 ° C., and poured into a die 32 while being measured by a gear pump. The discharged
得られたポリフェニレンサルファイドの平板シート36を、大きさ200mm×200mmにカットし、380℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、この4枚を図2(c)に示すように重ねて、炭素繊維配向が縦横に直交するように、ヒーターで130℃に温度調節された250mm×250mmの金型内に、4枚重ねの平板シート6を配置する。
The obtained polyphenylene sulfide
金型で平板シート6を20MPaで5分間プレスし、金型を開放することで4層の樹脂シート(積層シート3)を得る。積層シート3は225mm×225mmで面積が26%の割合で広げられており、厚み1.61mm、空隙率(空隙率A)0.34%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく730MPaと720MPaであった。 The flat sheet 6 is pressed with a mold at 20 MPa for 5 minutes, and the mold is opened to obtain a four-layer resin sheet (laminated sheet 3). The laminated sheet 3 is a hot press-molded product having a thickness of 1.61 mm and a void ratio (void ratio A) of 0.34%. The bending strength was 730 MPa and 720 MPa with no significant difference in the vertical and horizontal directions.
(比較例1)
実施例1記載のチップを用いて射出成形し、縦100mm×横100mm×厚さ1.04mmの平板シート90をサイドゲートで作製した。平板シート90の空隙率は1.23%であった。炭素繊維の配向率は、放射状の傾向で縦方向に55%であった。曲げ強度は縦方向180MPa、横方向170MPaと低かったが、これは炭素繊維が成形中に切断されたためと思われる。
(Comparative Example 1)
Injection molding was performed using the chip described in Example 1, and a
得られた平板シート90を、図13に示すように4枚を280℃の遠赤外線ヒーターで5分加熱し、この4枚を2層に重ね、80℃の温水で温度調節された200mm×200mmの金型の上型81と下型82の間に配置する。
As shown in FIG. 13, four sheets of the obtained
金型83を閉じた状態で、10MPaの圧力で平板シート90を5分間プレスし、金型を開放することで樹脂シート(延設シート91)を得る。延設シート91は大きさ200mm×200mm、厚み2.07mmで、空隙率は1.29%の熱プレス成形品である。曲げ強度は縦方向、横方向で大差なく170MPaと155MPaであった。
With the
本発明に係る樹脂シートは、高い力学特性が必要な用途において、複雑な構造への曲面構造の賦形性が要求される場面でも広く利用可能である。 The resin sheet according to the present invention can be widely used in applications where high mechanical properties are required, even in cases where it is required to form a curved structure into a complex structure.
1 単層シート
2、3、17、69、91 積層シート
4〜6、36、38、47〜49、61〜63、90 平板シート
10 配向方向
50〜52 延設シート
64〜66 格子編みシート
32 ダイス
33 樹脂材料
34 ロール
35a、35b 切断位置
37 単層シートの流れ方向
39 回転刃
68 ポリエステルシート
71、81 上型
72、82 下型
73、83 金型
78、79 樹脂成形品
DESCRIPTION OF
Claims (11)
The manufacturing method of the resin molded product of Claim 9 or 10 which implements the heating process which heats the said resin sheet before the said press process.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012094611A JP2013221114A (en) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | Resin sheet made of carbon fiber composite resin material, resin molded product and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012094611A JP2013221114A (en) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | Resin sheet made of carbon fiber composite resin material, resin molded product and method for manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013221114A true JP2013221114A (en) | 2013-10-28 |
Family
ID=49592334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012094611A Pending JP2013221114A (en) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | Resin sheet made of carbon fiber composite resin material, resin molded product and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013221114A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101436454B1 (en) | 2014-04-01 | 2014-09-01 | (주)대성사 | Method for pressing a cfrtp |
JP2016098271A (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Manufacturing method of prepreg |
JP2016141074A (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-08 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Method for producing molded product |
WO2018088471A1 (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 株式会社イハラ合成 | Carbon fiber reinforced plastics extruded material and method for manufacturing same |
JP6368874B1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-08-01 | アイティテクノ 株式会社 | Manufacturing method of molded products |
US20190001529A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Fanuc Corporation | Manufacturing method of resin composite plate |
US10357937B2 (en) | 2015-07-07 | 2019-07-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Fiber laminate, method for manufacturing fiber laminate, and fiber reinforced composite |
CN113183492A (en) * | 2021-04-02 | 2021-07-30 | 太原理工大学 | Rolling process of stainless steel/carbon fiber/stainless steel laminated plate |
CN114474772A (en) * | 2022-01-28 | 2022-05-13 | 山东鲁化森萱新材料有限公司 | Preparation method of high-strength high-toughness polyformaldehyde product |
-
2012
- 2012-04-18 JP JP2012094611A patent/JP2013221114A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101436454B1 (en) | 2014-04-01 | 2014-09-01 | (주)대성사 | Method for pressing a cfrtp |
JP2016098271A (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Manufacturing method of prepreg |
JP2016141074A (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-08 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Method for producing molded product |
US10357937B2 (en) | 2015-07-07 | 2019-07-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Fiber laminate, method for manufacturing fiber laminate, and fiber reinforced composite |
WO2018088471A1 (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 株式会社イハラ合成 | Carbon fiber reinforced plastics extruded material and method for manufacturing same |
JPWO2018088471A1 (en) * | 2016-11-11 | 2018-11-08 | 株式会社イハラ合成 | Carbon fiber reinforced resin extruded material and method for producing the same |
US20190001529A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Fanuc Corporation | Manufacturing method of resin composite plate |
CN109203627A (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 发那科株式会社 | The manufacturing method of resin composite plates |
US10766206B2 (en) | 2017-06-29 | 2020-09-08 | Fanuc Corporation | Manufacturing method of resin composite plate |
CN111716865A (en) * | 2017-06-29 | 2020-09-29 | 发那科株式会社 | Method for manufacturing resin composite board |
JP2019025890A (en) * | 2017-07-25 | 2019-02-21 | アイティテクノ 株式会社 | Production method of molding |
JP6368874B1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-08-01 | アイティテクノ 株式会社 | Manufacturing method of molded products |
CN113183492A (en) * | 2021-04-02 | 2021-07-30 | 太原理工大学 | Rolling process of stainless steel/carbon fiber/stainless steel laminated plate |
CN113183492B (en) * | 2021-04-02 | 2023-01-13 | 太原理工大学 | Rolling process of stainless steel/carbon fiber/stainless steel laminated plate |
CN114474772A (en) * | 2022-01-28 | 2022-05-13 | 山东鲁化森萱新材料有限公司 | Preparation method of high-strength high-toughness polyformaldehyde product |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013221114A (en) | Resin sheet made of carbon fiber composite resin material, resin molded product and method for manufacturing the same | |
JP5920690B2 (en) | Pre-preg sheet material and manufacturing method thereof | |
JP6085798B2 (en) | COMPOSITE MATERIAL FOR 3D SHAPE FORMING AND ITS MANUFACTURING METHOD | |
CA2775053C (en) | Thermoplastic composites and methods of making and using same | |
TWI447009B (en) | Method for preparing composite pre-impregnated substrate, laminated substrate and fiber reinforced plastic | |
TWI547364B (en) | Carbon fiber reinforced composite material and its manufacturing method | |
JP6965957B2 (en) | Laminated base material, its manufacturing method, and carbon fiber reinforced resin base material | |
JP6883527B2 (en) | Manufacturing method of fiber reinforced resin molded product | |
JP2013176876A (en) | Manufacturing method of molding | |
JP2015166130A (en) | Method for producing fiber-reinforced plastic | |
JP2015051629A (en) | Method for producing laminate substrate and laminate substrate | |
JPH01297238A (en) | Fiber-reinforced thermoplastic resin composite body formed from flexible thin-layer laminating type prepreg | |
JP6435696B2 (en) | Method for producing laminated substrate | |
JP2020515442A (en) | Method for manufacturing a flat composite member and composite member manufactured thereby | |
CN106671538B (en) | Thermoplastic composite material with semi-closed honeycomb sandwich structure and preparation method thereof | |
JP5608818B2 (en) | Carbon fiber composite material, molded product using the same, and production method thereof | |
WO2020031771A1 (en) | Reinforced fiber tape material and production method therefor, fiber reinforced resin molded body and reinforced fiber layered body using reinforced fiber tape material | |
JP5864324B2 (en) | Method for producing fiber reinforced composite | |
JP5598931B2 (en) | Fiber reinforced resin substrate, method for producing resin molded body, and resin processing machine for implementing the method | |
JP7267466B2 (en) | COLD-PRESS MOLDED PRODUCT CONTAINING CARBON FIBER AND GLASS FIBER, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
KR101263976B1 (en) | Method For Preparing Composite Sheet Having Excellent Ecomomical Efficiency And Physical Property, Apparatus Thereof And Composite Sheet Prepared Therefrom | |
JP2014087963A (en) | Method for producing molded part | |
JP2023140384A (en) | Method for manufacturing fiber-reinforced composite material | |
AU2010298260B2 (en) | Thermoplastic composites and methods of making and using same | |
JP2020185773A (en) | Laminate, automobile component, and automobile wheel, as well as, manufacturing method of laminate |