JP2014055258A - プレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料(1) に含まれる熱可塑性樹脂、及び連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物(2) に含まれる樹脂の少なくとも一方の樹脂を溶融させて、熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料(1) の表面の少なくとも一部分に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなるテープ状物(2) を部分的に融着させて固定する。その後、熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料(1) とテープ状物(2) との全体を加熱プレスして平板状の一体化物を得る。次いで、プレス成形して、所望の形態をもつ成形品を得る。
【選択図】図1
Description
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたもので、その目的の一は、熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料と連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなるテープ状物が精度よく配置されたプレス成形用熱可塑性樹脂系の繊維強化複合材料を提供することにあり、その目的の二は、高品質の前記プレス成形用熱可塑性樹脂系の繊維強化複合材料を製造することができる製造方法を提供することを目的としている。
でいる。更に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物の一層の厚みが30〜300μm、幅が5〜75mm、連続強化繊維の体積含有率が20〜70%であり、それらが少なくとも一層以上積層されていることが好ましい。
し、多数本の強化繊維フィラメントからなる束状で分散していてもよい。開繊したフィラメントや束状の繊維は、熱可塑性樹脂の中に擬似等方的にランダムに分散していることが好ましい。ここでランダムな分散とは、多数本の強化繊維フィラメントからなる束として、強化繊維が特定の方向性を持たずに分散している状態、個々の強化繊維フィラメントとして、特定の方向性を持たずに分散している状態のいずれをも含む。
7052や、K 7075に準じて測定。)は20〜70%が好ましく、強化繊維の長さは5〜100mmであることが好ましい。強化繊維の体積含有率が20%以上であると、強化繊維に由来する物性を熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料1に発揮させることができる。強化繊維の体積含有率が70%以下であると、熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料1のプレス成形時の流動性が保たれる。強化繊維長が5mm以上であると成形品の物性が優れ、強化繊維の長さが100mm以下であると、熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料1のプレス成形時の流動性が優れる。
業が実施しやくなる。テープ状物の厚みが300μm以下であるとテープ自体をボビン等に巻くことができ、そのテープ状物を熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料1に積層する作業が実施しやくなる。
プ状物2とを載せて加熱プレス成形後、その金型を熱可塑性樹脂の融点或はガラス転移温度以下に冷却する方法が挙げられる。熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料1と連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなるテープ状物2とを全体的に固定する具体的な第二例として、図3に示すように、平板状の金型に、互いが部分的に固定された熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料1と連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなるテープ状物2とを挟んで、それを熱可塑性樹脂の融点或はガラス転移温度以上に加熱されたプレス機に挟んでプレス成形後、別に用意した熱可塑性樹脂の融点或はガラス転移温度以下に温度調整されたプレス機に移し変える方法が挙げられる。
図2に示すように、熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料1の上に、長さ380mmの連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる3本のテープ状物2を互いに平行になるように、且つテープ間の隙間が0mmとなるように並べた。このとき2本目のテープの中心が熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料1の中心に重なるようにした。テープ配置をそのままにして、3本のテープの両端を固定部分3として赤外線ヒーターで溶融させた後、冷却することでテープ状物2を熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料1に部分的に固定させた。
2,13を200℃に加熱されたプレス機11に挟み、圧力1MPaで5分間保圧した。その後、50℃に加熱された、図示せぬ別のプレス機に移し変えて、圧力5MPaで5分間保圧した。熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料1とテープ状物2とは全体で一体化されていた。この複合材料を270℃にセットされた赤外線ヒーターに6分入れた後、図4に示すような130℃に加熱された金型14の上に載せて、圧力20MPaで1分間保圧した。このようなプレス成形により、図5に示すような、熱可塑性樹脂系の不連続繊維強化複合材料と熱可塑性樹脂系の連続繊維強化複合材料とからなる成形品15を得た。熱可塑性樹脂系の連続繊維強化複合材料1の層は、成形品の天面部に精度よく配置されていた。
連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物2を熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料1に固定しなかった以外は、実施例1と同様な操作を実施した。天面部に配置された連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物2の精度は実施例1と比較して低下していた。
連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物2の部分的に固定する際に、図示せぬ超音波溶着機(ブランソン社製、2000LP)を使用した以外は、実施例1と同様の操作を実施した。超音波溶着時の条件は、発振時間0.2秒、保持時間0.3秒、振幅90%とした。実施例1と同様に、得られた熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料1と熱可塑性樹脂系の連続繊維強化複合材料であるテープ状物2とからなる成形品において、熱可塑性樹脂系連続繊維強化複合材料の層は、成形品の天面部に精度よく配置された。
2 (連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる)テープ状物
3 固定部分
11 プレス機
12 上金型
13 下金型
14 金型
15 成形品
Claims (9)
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料の表面の少なくとも一部分に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物が部分的に固定されていることを特徴とするプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 請求項1に記載の熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料を加熱後、冷却することにより、不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料と、連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物とが全体的に固定されていることを特徴とするプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物一層の厚みが30〜300μm、幅が5〜75mm、連続強化繊維の体積含有率が20〜70%であり、それらが少なくとも一層以上積層されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の数平均繊維長が5〜100mm、強化繊維の体積含有率が20〜70%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料が、厚みが30〜300μm、幅が5〜75mm、連続強化繊維の体積含有率20〜70%である連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物を数平均が5〜100mmに切断した物を擬似等方的に分散したものであることを特徴とする請求項4に記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料、連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物のいずれか又は双方の強化繊維が、炭素繊維を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂と、連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物に含まれる熱可塑性樹脂とが相溶性のあることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂と、連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物に含まれる熱可塑性樹脂との双方が、ポリプロピレン系樹脂或はポリアミド系樹脂であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料。
- 不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなる板状の熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂、及び/又は連続強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるテープ状物に含まれる樹脂を溶融することにより、熱可塑性樹脂系不連続繊維強化複合材料の表面の少なくとも一部分に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなるテープ状物を部分的に固定させることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のプレス成形用熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料の製造方法。
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