JP2014062336A - Method for producing semifinished product for fiber-reinforced plastic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱可塑性繊維と強化繊維を含む混合不織布から、熱可塑的変形繊維により強化された半製品を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a semi-finished product reinforced with thermoplastic deformed fibers from a mixed nonwoven fabric containing thermoplastic fibers and reinforcing fibers.
炭素繊維を強化材として使用した複合材料は、引張強度・引張弾性率が高く、線膨張係数が小さいので寸法安定性に優れることおよび、耐熱性、耐薬品性、耐疲労特性、耐摩耗性、電磁波シールド性、Ｘ線透過性にも優れることから、炭素繊維を強化材として使用した繊維強化プラスチックは、自動車、スポーツ・レジャー、航空・宇宙、一般産業用途に幅広く適用されている。 Composite materials using carbon fiber as a reinforcing material have high tensile strength / tensile modulus, low coefficient of linear expansion, so excellent dimensional stability, heat resistance, chemical resistance, fatigue resistance, wear resistance, The fiber reinforced plastic using carbon fiber as a reinforcing material has been widely applied to automobiles, sports / leisure, aviation / space, and general industrial applications because of its excellent electromagnetic shielding properties and X-ray transparency.
しかしながら、かかる耐衝撃性繊維強化プラスチックは、剛性に優れるが耐衝撃性に劣る問題があった。耐衝撃性向上のために、繊維強化プラスチックをセラミックスあるいは金属と積層する複合体構造などが提案されているが、一般的にこれらの複合構造体は重量増加を伴うものであった。 However, such an impact-resistant fiber reinforced plastic has a problem that it is excellent in rigidity but inferior in impact resistance. In order to improve impact resistance, composite structures in which fiber reinforced plastics are laminated with ceramics or metal have been proposed, but generally these composite structures are accompanied by an increase in weight.
また、炭素繊維に耐衝撃性に優れる他の有機繊維を併用することにより、耐衝撃性が向上することも提案されている。他の有機繊維の併用方法としては、炭素繊維フィラメントと他の有機繊維を混編、混織する方法や、炭素繊維および他の繊維をフィラメント状態のまま開繊し、シート状にしたものを積層した後、マトリックス樹脂のシート材とともにプレス等の技術手段により成型する方法、あるいは、炭素繊維および他の繊維を６ｍｍ以下の長さにカッティングしたカットファイバーを熱可塑性樹脂にコンパウンドの後、射出成型する方法などが挙げられる（特許文献１及び２等）。 It has also been proposed that impact resistance is improved by using carbon fiber in combination with another organic fiber having excellent impact resistance. As other organic fiber combination methods, carbon fiber filaments and other organic fibers are mixed knitted and woven, or carbon fibers and other fibers are opened in a filament state and laminated into a sheet. After that, it is molded by a technical means such as a press together with a matrix resin sheet material, or a cut fiber obtained by cutting carbon fibers and other fibers to a length of 6 mm or less is compounded into a thermoplastic resin and then injection molded. And the like (Patent Documents 1 and 2, etc.).
フィラメント繊維による成型方法の場合、強度、剛性の高いハイグレードな繊維強化プラスチックの製造が可能であるものの、成型にかかるコストが非常に高く、一部の用途にのみ展開されているのが実状である。一方、射出成型を用いる方法では、加工特性に優れ、安価な繊維強化プラスチックが製造できるものの、添加する繊維が短くなり、剛性、耐衝撃性の面で十分な性能を得ることが困難であった。 In the case of the molding method using filament fibers, it is possible to produce high-grade fiber reinforced plastics with high strength and rigidity, but the cost of molding is very high, and it is actually deployed only in some applications. is there. On the other hand, the method using injection molding has excellent processing characteristics and can produce inexpensive fiber-reinforced plastics, but the added fibers are shortened, and it is difficult to obtain sufficient performance in terms of rigidity and impact resistance. .
発明の目的は、このような維強化プラスチックを安定して大量に供給することが可能となる繊維強化プラスチック用の半製品の製造方法を提供することにある。具体的には、一様な分布の空気孔を含み、優れた特性であってかつあらゆる方向で非常に再現可能な特性を有する完成品を提供するために容易に作り変えることができる、熱可塑性繊維と強化繊維からなる歪みのない半製品を製造する簡単な連続方法を提供することである。 An object of the invention is to provide a method for producing a semi-finished product for fiber reinforced plastic, which can stably supply a large amount of such fiber reinforced plastic. Specifically, thermoplastics that contain uniform distribution of air holes, can be easily reworked to provide finished products with excellent properties and very reproducible properties in all directions It is to provide a simple continuous process for producing undistorted semi-finished products consisting of fibers and reinforcing fibers.
本発明者が検討した結果、炭素繊維と、耐熱有機繊維とを特定の形態で、強化繊維としてプラスチック中に配した繊維強化プラスチックは、剛性や耐衝撃性が著しく向上することを見出した。また、炭素繊維、耐熱有機繊維、熱可塑性繊維を巧みに組み合わせた不織布を用いて成形を行うことで、上記繊維強化プラスチックを容易に成形できることを見出した。 As a result of the study by the present inventors, it has been found that a fiber reinforced plastic in which carbon fibers and heat-resistant organic fibers are arranged in a specific form in a plastic as a reinforcing fiber is remarkably improved in rigidity and impact resistance. Moreover, it discovered that the said fiber reinforced plastic can be easily shape | molded by shape | molding using the nonwoven fabric which combined the carbon fiber, the heat resistant organic fiber, and the thermoplastic fiber skillfully.
かくして本発明によれば、熱可塑性繊維および強化繊維を含む、熱的に変形可能な半製品を製造する方法であって、該強化繊維が、炭素繊維、または、炭素繊維および耐熱性有機繊維を含み、下記の（１）から（３）の工程を順に経て熱的に変形可能な半製品を製造する方法が提供される。
（１）炭素繊維：耐熱有機繊維が重量比で１００：０〜４０：６０、強化繊維：熱可塑性繊維が重量比で５：９５〜７０：３０となるようそれぞれの繊維を混合し、連続マットを作成する工程
（２）ニードリング、湿式抄造、または加熱処理により、それぞれの繊維を少なくとも一部で交絡または接合した混合不織布を成形する工程
（３）混合不織布を、加圧または加熱加圧し、半製品を成形する工程
Thus, according to the present invention, there is provided a method for producing a thermally deformable semi-finished product comprising thermoplastic fibers and reinforcing fibers, the reinforcing fibers comprising carbon fibers or carbon fibers and heat-resistant organic fibers. A method of manufacturing a semi-finished product that can be thermally deformed through the following steps (1) to (3) in order is provided.
(1) Carbon fibers: heat-resistant organic fibers are mixed at a weight ratio of 100: 0 to 40:60, reinforcing fibers: thermoplastic fibers are mixed at a weight ratio of 5:95 to 70:30, and the continuous mat is mixed. (2) forming a mixed nonwoven fabric in which at least a portion of each fiber is entangled or joined by needling, wet papermaking, or heat treatment (3) pressurizing or heat-pressing the mixed nonwoven fabric, Process for forming semi-finished products
本発明は、熱可塑性繊維および強化繊維を含む、熱的に変形可能な半製品を製造する方法であって、該強化繊維が、炭素繊維、または、炭素繊維および耐熱性有機繊維を含み、下記の（１）から（３）の工程を順に経て熱的に変形可能な半製品を製造する方法。
（１）炭素繊維：耐熱有機繊維が重量比で１００：０〜４０：６０、強化繊維：熱可塑性繊維が重量比で５：９５〜７０：３０となるようそれぞれの繊維を混合し、連続マットを作成する工程
（２）ニードリング、湿式抄造、または加熱処理により、それぞれの繊維を少なくとも一部で交絡または接合した混合不織布を成形する工程
（３）混合不織布を、加圧または加熱加圧し、半製品を成形する工程
The present invention is a method for producing a thermally deformable semi-finished product comprising thermoplastic fibers and reinforcing fibers, the reinforcing fibers comprising carbon fibers or carbon fibers and heat-resistant organic fibers, A method of manufacturing a semi-finished product that can be thermally deformed through the steps (1) to (3) in order.
(1) Carbon fibers: heat-resistant organic fibers are mixed at a weight ratio of 100: 0 to 40:60, reinforcing fibers: thermoplastic fibers are mixed at a weight ratio of 5:95 to 70:30, and the continuous mat is mixed. (2) forming a mixed nonwoven fabric in which at least a portion of each fiber is entangled or joined by needling, wet papermaking, or heat treatment (3) pressurizing or heat-pressing the mixed nonwoven fabric, Process for forming semi-finished products
以下、構成について説明する。
（１）炭素繊維：耐熱有機繊維が重量比で１００：０〜４０：６０、強化繊維：熱可塑性繊維が重量比で５：９５〜７０：３０となるようそれぞれの繊維を混合し、連続マットを作成する工程
本発明に用いる強化繊維は、炭素繊維、または、炭素繊維および耐熱有機繊維を含む。上記耐熱有機繊維は、融点、軟化点、または熱分解開始温度が２５０℃以上の耐熱性有機繊維であることが好ましい。特に、炭素繊維のみを用いるか、耐衝撃性を高めるため、炭素繊維と耐熱性有機繊維とを併用することが望ましい。
The configuration will be described below.
(1) Carbon fibers: heat-resistant organic fibers are mixed at a weight ratio of 100: 0 to 40:60, reinforcing fibers: thermoplastic fibers are mixed at a weight ratio of 5:95 to 70:30, and the continuous mat is mixed. The reinforcing fiber used in the present invention contains carbon fiber, or carbon fiber and heat-resistant organic fiber. The heat-resistant organic fiber is preferably a heat-resistant organic fiber having a melting point, a softening point, or a thermal decomposition starting temperature of 250 ° C. or higher. In particular, it is desirable to use only carbon fibers or to use carbon fibers and heat-resistant organic fibers in combination in order to improve impact resistance.
この際、炭素繊維：耐熱性有機繊維は重量比で、好ましくは１００：０〜４０：６０、より好ましくは９０：１０〜４０：６０、さらに好ましくは７０：３０〜４０：６０である。炭素繊維の割合が少ないと曲げ強度や曲げ弾性率といった優れた機械的特性が得られ難くなる傾向にある。一方で、耐熱性有機繊維を上記割合で含有させることにより耐衝撃性を向上させる上で有利である。 Under the present circumstances, carbon fiber: heat-resistant organic fiber is a weight ratio, Preferably it is 100: 0-40: 60, More preferably, it is 90: 10-40: 60, More preferably, it is 70: 30-40: 60. When the proportion of carbon fiber is small, excellent mechanical properties such as bending strength and flexural modulus tend to be difficult to obtain. On the other hand, it is advantageous to improve impact resistance by containing the heat-resistant organic fiber in the above ratio.
本発明における炭素繊維とは、引張強度３０００ＭＰａ以上、弾性率２００ＧＰａ以上の炭素繊維が好ましい。前記炭素繊維の原料としては特に限定するものではないが、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等が例示できる。これらの炭素繊維のうち、取扱性能、製造工程通過性能に適したＰＡＮ系炭素繊維が特に好ましい。また、玄武岩繊維などの無機繊維に置き換えることも可能である。 The carbon fiber in the present invention is preferably a carbon fiber having a tensile strength of 3000 MPa or more and an elastic modulus of 200 GPa or more. Although it does not specifically limit as a raw material of the said carbon fiber, A polyacrylonitrile (PAN) type | system | group carbon fiber, a pitch type | system | group carbon fiber, a rayon type | system | group carbon fiber etc. can be illustrated. Of these carbon fibers, PAN-based carbon fibers suitable for handling performance and production process passing performance are particularly preferred. It can also be replaced with inorganic fibers such as basalt fibers.
本発明における炭素繊維の形態は、加工性の観点から、カットファイバー（短繊維）であることが好ましく、なかでも高い剛性を保持するために、繊維長は好ましくは１０〜１５０ｍｍ、より好ましくは２０〜１００ｍｍであり、さらに好ましくは２０〜８０ｍｍ、さらにより好ましくは２０〜６０ｍｍである。また、同様の観点から、繊維径は好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは５〜８０μｍ、さらに好ましくは５〜６０μｍである。 The form of the carbon fiber in the present invention is preferably a cut fiber (short fiber) from the viewpoint of processability, and the fiber length is preferably 10 to 150 mm, more preferably 20 in order to maintain high rigidity. It is -100 mm, More preferably, it is 20-80 mm, More preferably, it is 20-60 mm. From the same viewpoint, the fiber diameter is preferably 5 to 100 μm, more preferably 5 to 80 μm, and still more preferably 5 to 60 μm.
本発明で耐熱有機繊維とは、特に限定されるものではなく、例えば、芳香族ポリアミド（アラミド）、芳香族ポリエーテルアミド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどが好ましく使用できる。なかでも耐衝撃性、生産性、価格などからアラミド繊維が好ましく使用できる。また、炭素繊維と同時に加工する際の加工性の観点から、カットファイバー（短繊維）であることが好ましく、なかでも高い耐衝撃性を保持するために、繊維長は好ましくは２０〜１５０ｍｍ、より好ましくは２０〜１２０ｍｍ、さらに好ましくは３５〜８０ｍｍ、よりさらに好ましくは３５〜６０ｍｍである。 In the present invention, the heat-resistant organic fiber is not particularly limited. For example, aromatic polyamide (aramid), aromatic polyether amide, polyparaphenylene benzobisoxazole, polybenzimidazole, polyimide, polyether ether ketone, Polyetherimide and the like can be preferably used. Among these, aramid fibers can be preferably used from the viewpoint of impact resistance, productivity, and price. Moreover, from the viewpoint of workability when processing simultaneously with carbon fibers, cut fibers (short fibers) are preferable, and in order to maintain high impact resistance, the fiber length is preferably 20 to 150 mm. Preferably it is 20-120 mm, More preferably, it is 35-80 mm, More preferably, it is 35-60 mm.
本発明におけるアラミド繊維とは、芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分、もしくは芳香族アミノカルボン酸成分から構成される芳香族ポリアミド、又はこれらの芳香族共重合ポリアミドからなるポリマーであり、例えばポリパラフェニレンテレフタルアミド、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミドなどが例示できるがこれらに限定されるものではないが、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドが、耐衝撃性の点から好ましい。 The aramid fiber in the present invention is an aromatic polyamide composed of an aromatic dicarboxylic acid component and an aromatic diamine component, or an aromatic aminocarboxylic acid component, or a polymer composed of these aromatic copolyamides. Examples include, but are not limited to, paraphenylene terephthalamide, copolyparaphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide, and polymetaphenylene isophthalamide, but copolyparaphenylene 3,4'-oxy. Diphenylene terephthalamide is preferred from the viewpoint of impact resistance.
本発明における熱可塑性繊維とは、熱可塑性樹脂を原料とし、すべての紡糸可能な熱可塑性樹脂により溶融紡糸によって得られる繊維状物であって、原料となる熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、線形ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ならびに対応する共重合体および熱可塑性樹脂のブレンド、およびポリアリレート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミドおよびポリエーテルケトン等の高い耐熱性を有するポリマーが含まれ好ましく使用されるが、この限りではない。 The thermoplastic fiber in the present invention is a fibrous material obtained by melt spinning using a thermoplastic resin as a raw material and all spinnable thermoplastic resins. Examples of the thermoplastic resin used as a raw material include polyethylene and polypropylene. High heat resistance such as polyolefins, polyamides, linear polyesters, thermoplastic polyurethanes, polycarbonates, polyacetals, and blends of corresponding copolymers and thermoplastic resins, and polyarylates, polysulfones, polyimides, polyetherimides and polyether ketones However, the present invention is not limited to this.
上記の熱可塑性樹脂は、ＩＳＯ １１３３に準拠して３００℃、荷重１．２ｋｇにて測定した、メルトボリュームフローレイトが、好ましくは１２〜６０ｃｍ３／１０分、より好ましくは１６〜４０ｃｍ３／１０分、さらに好ましくは１６〜３０ｃｍ３／１０分であることが好ましい。上記の溶融特性を有することにより、熱可塑繊維を溶融した際、強化繊維の繊維間に該樹脂が十分に含浸し、さらに得られる繊維強化プラスチックの剛性、耐衝撃性が容易となる。特に、熱可塑性樹脂としてポリカーボネート樹脂を用いる場合、上記メルトボリュームフローレイトを有する樹脂を用いることで、より顕著な効果得られることがわかった。 The thermoplastic resin has a melt volume flow rate of preferably 12 to 60 cm 3/10 min, more preferably 16 to 40 cm 3/10 min, measured at 300 ° C. and a load of 1.2 kg in accordance with ISO 1133. More preferably, it is 16-30 cm <3> / 10 minutes. By having the above melting characteristics, when the thermoplastic fiber is melted, the resin is sufficiently impregnated between the fibers of the reinforcing fiber, and the rigidity and impact resistance of the resulting fiber reinforced plastic are facilitated. In particular, it has been found that when a polycarbonate resin is used as the thermoplastic resin, a more remarkable effect can be obtained by using the resin having the melt volume flow rate.
本発明における熱可塑性繊維の形態は、また、炭素繊維や耐熱有機繊維と同時に加工する際の加工性の観点から、カットファイバー（短繊維）であることが好ましく、繊維長は好ましくは２０〜１５０ｍｍ、より好ましくは３０〜１００ｍｍ、さらに好ましくは３５〜８０ｍｍ、よりさらに好ましくは３５〜６５ｍｍである。また、同様の観点から、繊維径は、好ましくは５〜１５０μｍ、より好ましくは５〜１００μｍ、さらに好ましくは５〜６０μｍである。 The form of the thermoplastic fiber in the present invention is preferably a cut fiber (short fiber), and the fiber length is preferably 20 to 150 mm from the viewpoint of processability when processing simultaneously with carbon fiber and heat-resistant organic fiber. More preferably, it is 30-100 mm, More preferably, it is 35-80 mm, More preferably, it is 35-65 mm. From the same viewpoint, the fiber diameter is preferably 5 to 150 μm, more preferably 5 to 100 μm, and still more preferably 5 to 60 μm.
本発明においては、強化繊維：熱可塑性繊維は、重量比で５：９５〜７０：３０であり、好ましくは２０：８０〜６０：４０である。強化繊維の重量比が５重量％未満では、十分な力学的特性、すなわち曲げ強度や、曲げ弾性率を得ることができず、一方、熱可塑性樹脂の重量比が３０重量％未満では、熱可塑性繊維を溶融し十分に繊維間に含浸させて繊維強化プラスチックを成形するのが難しくなる。 In the present invention, the reinforcing fiber: thermoplastic fiber is in a weight ratio of 5:95 to 70:30, preferably 20:80 to 60:40. If the weight ratio of the reinforcing fibers is less than 5% by weight, sufficient mechanical properties, that is, bending strength and flexural modulus cannot be obtained. On the other hand, if the weight ratio of the thermoplastic resin is less than 30% by weight, thermoplasticity is not obtained. It becomes difficult to mold the fiber reinforced plastic by melting and sufficiently impregnating the fibers between the fibers.
（２）ニードリング、湿式抄造、または加熱処理により、それぞれの繊維を少なくとも一部で交絡または接合した混合不織布（以下、基材と称することがある）を成形する工程
本発明では、上記の強化繊維と熱可塑性繊維を混合し不織布として半製品を成形する。強化繊維を予めマトリックス樹脂となる熱可塑性繊維と混合することにより、均一な基材を作成可能であり、例えばポリカーボネート樹脂のように溶融時の粘度が高い樹脂であっても、強化繊維近傍にマトリックス樹脂を存在させることが可能となるため、強化繊維とマトリックス樹脂を容易に密着させることができる。
(2) A step of forming a mixed nonwoven fabric (hereinafter sometimes referred to as a base material) in which each fiber is entangled or joined at least in part by needling, wet papermaking, or heat treatment. A semi-finished product is formed as a non-woven fabric by mixing fibers and thermoplastic fibers. It is possible to create a uniform base material by mixing the reinforcing fibers with the thermoplastic fibers that become the matrix resin in advance. Even if the resin has a high viscosity at the time of melting, such as a polycarbonate resin, the matrix is located near the reinforcing fibers. Since the resin can be present, the reinforcing fibers and the matrix resin can be easily adhered.
本発明で用いる半製品は、不織布の形態であることが好ましく、ニードリングにより繊維同士を交絡させたり、加熱処理により繊維同士を接合（接着）させたりする乾式不織布、湿式抄造による湿式不織布のいずれもが使用可能であるが、剛性、耐衝撃性を特に要求される製品においては、繊維長の長いことが有益であるため、乾式不織布法にて作成することがより好ましい。また、繊維は開繊機、カードなどの工程により繊維を開繊、混合することができるが、この際、一方向に引き揃えられることが剛性、耐衝撃性をより向上させる。 The semi-finished product used in the present invention is preferably in the form of a non-woven fabric. Either a dry non-woven fabric that entangles fibers by needling or joins (adheses) fibers by heat treatment, or a wet non-woven fabric by wet papermaking. Although it can be used, it is more preferable to produce by a dry non-woven fabric method because a long fiber length is beneficial in a product that particularly requires rigidity and impact resistance. In addition, the fibers can be opened and mixed by a process such as a spreader or a card. In this case, the fibers can be aligned in one direction to further improve rigidity and impact resistance.
一方、湿式抄造による湿式不織布法においては、完成した繊維強化プラスチックの剛性面では劣るものの、黒鉛、セラミックなどに代表されるフィーラーを同時に添加することにより、耐熱性、導電性、蓄熱性、伝熱性、電磁波遮蔽性などの新たな機能を追加した繊維強化プラスチックの作成が可能であり、非常に有用である。 On the other hand, in the wet nonwoven fabric method by wet papermaking, although the rigidity of the finished fiber reinforced plastic is inferior, heat resistance, conductivity, heat storage, heat transfer properties can be improved by adding a filler represented by graphite, ceramic, etc. at the same time. It is possible to create a fiber reinforced plastic to which new functions such as electromagnetic wave shielding properties are added, which is very useful.
本発明の好ましい実施形態では、熱可塑性繊維と強化繊維の平均長さの差は、最大２５％、好ましくは最大１０％、特には最大３％異なっている。
この繊維長さの一致は、半製品の製造中に、半製品の不均質性（すなわちガラスが豊富な領域とポリマーが豊富な領域）を生じさせる繊維の分離が起こらないという長所を有する。このことは繊維が空気集積プロセスで混合される場合に特に重要である。
In a preferred embodiment of the invention, the difference in the average length of the thermoplastic and reinforcing fibers differs by a maximum of 25%, preferably a maximum of 10%, in particular a maximum of 3%.
This fiber length matching has the advantage that during the production of the semi-finished product, there is no separation of the fibers that results in the inhomogeneity of the semi-finished product (i.e. the glass rich region and the polymer rich region). This is particularly important when the fibers are mixed in an air accumulation process.
繊維の混合は、空気集積プロセスまたはカージングプロセスにより行なうことができる。これらのプロセスは織物技術において周知である。カージングプロセスの間に、繊維が大量の水（例えば１５％以内）を含むこともできる。混合により、２００〜２５００ｇ／ｍ２、特に２５０〜１８００ｇ／ｍ２の単位面積当たり重量を有する不織布の連続バンドを成形することができる。 The mixing of the fibers can be done by an air accumulation process or a cursing process. These processes are well known in the textile art. During the casing process, the fiber can also contain a large amount of water (eg, within 15%). By mixing, a continuous band of nonwoven fabric having a weight per unit area of 200 to 2500 g / m 2 , particularly 250 to 1800 g / m 2 can be formed.
得られた混合不織布を、その後、好ましくは一方又は両方の側でニードリングすることにより、好ましくは絡み合わせて固化する。これは従来のニードリング織機でフェルト針を用いて遂行可能である。ニードリングは強化繊維の破損を引き起こし、その結果、平均繊維長さは減少する。他方、ニードリングは混合不織布を固め、その結果、不織布をプロセスの以降のステップで問題なく扱うことができる。さらに、ニードリングは、強化繊維を部分的にｚ方向に向け、それによってロフト（再加熱時の加圧した半製品の復元）を制御することができる。強化繊維がｚ方向に配向するさらなる結果として、本発明の半製品から形成される完成品もまたこの方向に強化される。原則として、加熱手段（例えば赤外線照射あるいは熱風により）により統合固化を行なうことも可能であるが、この場合、熱可塑性繊維は完全に溶解させるべきではなく、半完成製品が取り扱いと輸送を容易にするのに十分な統合固化を有する程度に、表面的にのみ溶解させることが好ましい。 The resulting mixed nonwoven is then preferably entangled and solidified, preferably by needling on one or both sides. This can be accomplished using a felt needle on a conventional needling loom. Needling causes breakage of the reinforcing fibers, resulting in a decrease in average fiber length. On the other hand, needling hardens the mixed nonwoven so that the nonwoven can be handled without problems in subsequent steps of the process. Furthermore, needling allows the reinforcing fibers to be partially directed in the z direction, thereby controlling the loft (recovery of the pressurized semi-finished product upon reheating). As a further result of the reinforcing fibers being oriented in the z direction, the finished product formed from the semi-finished product of the invention is also reinforced in this direction. In principle, it is also possible to carry out integrated solidification by means of heating (for example by means of infrared radiation or hot air), but in this case the thermoplastic fibers should not be completely dissolved and the semi-finished product is easy to handle and transport It is preferred to dissolve only on the surface to the extent that it has sufficient integrated solidification.
さらに本発明では、前記（１）から（２）の工程に続き、（３）の工程において、混合不織布を、加圧または加熱加圧するか、熱可塑性繊維の融点の軟化点を超える温度で加熱および加圧し、半製品を成形する工程を行うことが望ましい。 Further, in the present invention, following the steps (1) to (2), in the step (3), the mixed nonwoven fabric is pressurized or heated and pressurized or heated at a temperature exceeding the softening point of the melting point of the thermoplastic fiber. It is desirable to perform a step of forming a semi-finished product by applying pressure.
上記工程では、混合不織布を、その後、好ましくは連続オーブン中でまたは赤外線照射により、熱可塑性樹脂の軟化温度を超える温度まで加熱する。温度は好ましくは軟化温度を超えて２０℃〜６０℃の温度であり、ポリプロピレン繊維の場合は温度が１８０℃〜２２０℃、特に１９０〜２１０℃が好ましい。一方、ポリカーボネート繊維の場合は温度が１８０℃〜２６０℃、特に１９０〜２５０℃が好ましい。 In the above step, the mixed nonwoven fabric is then heated, preferably in a continuous oven or by infrared irradiation, to a temperature above the softening temperature of the thermoplastic resin. The temperature preferably exceeds the softening temperature and is 20 ° C to 60 ° C. In the case of polypropylene fiber, the temperature is preferably 180 ° C to 220 ° C, particularly 190 ° C to 210 ° C. On the other hand, in the case of polycarbonate fiber, the temperature is preferably 180 ° C to 260 ° C, particularly 190 to 250 ° C.
熱可塑性溶融物は容易に個々のフィラメントを「含浸」し、大多数のガラス繊維束が個々のフィラメントへと開放されない上述のＧＭＴ法におけるよりも、大いに良好でより一様なガラス繊維の含浸が得られる。ＧＭＴ法の場合は例えばＧＭＴの半製品から製造された完成品の均質性が不良となる。 The thermoplastic melt easily “impregnates” the individual filaments, resulting in much better and more uniform glass fiber impregnation than in the GMT method described above, where the majority of glass fiber bundles are not released into individual filaments. can get. In the case of the GMT method, for example, the homogeneity of a finished product manufactured from a semi-finished product of GMT becomes poor.
さらに本発明においては、工程（４）で、加熱直後、加熱した混合不織布をプレスすることが好ましい。上記プレスでは、加熱プレスツールおよび冷却プレスツールを連続使用し、混合不織布を加圧することが好ましい。加圧条件としては、プレス圧力は８０ｋＰａ（０．８バール）未満であることが好ましく、４〜４０ｋＰａ（０．０５〜０．５バール）更に好ましい。またプレス時間は、少なくとも３秒間加圧することが好ましい。また、加熱プレスツールでは、滞留時間は好ましくは５〜６０秒である。しかし、冷却プレスツールでは、滞留時間は数分を超える場合がある。８０ｋＰａ（０．８バール）より高い圧力では空気孔含有量が低くなる。好ましくは、例えばテフロン（登録商標）コーティングされたガラスかアラミド織物で作られた２本の回転織物ベルトに圧力プレートが使用され、ベルトは圧力プレートに沿って摺動し、混合不織布を運搬する。加熱プレスツールは、８０℃よりも高い温度に、特に１００〜２２０℃に加熱され、冷却プレスツールは３０℃未満に、特に１５℃〜２５℃に保たれる。好ましくは、ステップＤでは、加熱ロール対は加熱プレスツールからさらに上流に位置し、冷却ロール対は加熱プレスツールからさらに下流に位置している。 Furthermore, in the present invention, it is preferable to press the heated mixed nonwoven fabric immediately after heating in the step (4). In the said press, it is preferable to press a mixed nonwoven fabric continuously using a heating press tool and a cooling press tool. As pressurization conditions, the press pressure is preferably less than 80 kPa (0.8 bar), more preferably 4 to 40 kPa (0.05 to 0.5 bar). Moreover, it is preferable to press for a press time for at least 3 seconds. Moreover, in a hot press tool, the residence time is preferably 5 to 60 seconds. However, with a cold press tool, the residence time may exceed several minutes. At pressures higher than 80 kPa (0.8 bar), the air hole content is low. Preferably, a pressure plate is used for two rotating fabric belts, for example made of Teflon-coated glass or aramid fabric, which slides along the pressure plate and carries the mixed nonwoven fabric. The hot press tool is heated to a temperature above 80 ° C., in particular 100 to 220 ° C., and the cold press tool is kept below 30 ° C., in particular 15 ° C. to 25 ° C. Preferably, in Step D, the heating roll pair is located further upstream from the heating press tool, and the cooling roll pair is located further downstream from the heating press tool.
加熱ロール対は、主として機能層を提供し、かつ同層を加熱された混合不織布に適用する役割をする。この目的には１０Ｎ／ｍｍ未満の低い線形（すなわち「ライン」）圧力で十分である。特に１５０℃〜２００℃に加熱されるプレスツールは、強化繊維を熱可塑性溶解物中へプレスすると共に、強化繊維を十分な程度まで濡らす。同プレスツールは空気の一部を外に追い出しもする。冷却ロール対は、好ましくは１０〜５０Ｎ／ｍｍの線形圧力で部分的に統合固化された半製品上に機能層をしっかりとプレスし、その結果、機能層は半製品に結合される。さらに、必要な場合、冷却ロール対は厚さのさらなる減少を引き起こすように設定することができる。復元力がもはや作用できないように、熱可塑性溶解物が冷却プレスツールにより完全に固化される。いかなる機能層を製品に堅く融合してもよく、半製品がこのように統合固化される。 The heated roll pair mainly serves to provide a functional layer and to apply the same layer to the heated mixed nonwoven fabric. A low linear (or “line”) pressure of less than 10 N / mm is sufficient for this purpose. In particular, a press tool heated to 150 ° C. to 200 ° C. presses the reinforcing fibers into the thermoplastic melt and wets the reinforcing fibers to a sufficient extent. The press tool also drives some of the air out. The chill roll pair preferably presses the functional layer firmly onto the partially integrated solidified semi-finished product at a linear pressure of 10-50 N / mm so that the functional layer is bonded to the semi-finished product. Further, if necessary, the chill roll pairs can be set to cause further reduction in thickness. The thermoplastic melt is completely solidified by the cold press tool so that the restoring force can no longer act. Any functional layer may be tightly integrated into the product, and the semi-finished product is thus consolidated and solidified.
プレス操作は、得られた半製品が２５〜７５体積％、特に３５〜６５体積％の間の空気孔（「空隙」）含有量を有するような温和な条件下で行なわれる。この事実により、緻密化されたまたはほとんど緻密化された半製品に対して、この製品は例えばプレスツールで加熱成形することにより容易に加工することができる。熱可塑性マトリクスによりガラス繊維が上述のように一様に含浸されるため、空気孔は半製品中に均質的に分布する。これ
は、空気孔が不規則に分布し、開放されていないガラス繊維束およびマトリックス塊を含む膨張ＧＭＴとは対照的である。
The pressing operation is carried out under mild conditions such that the resulting semi-finished product has an air pore (“void”) content between 25 and 75% by volume, in particular between 35 and 65% by volume. Due to this fact, for a semi-finished product that is densified or almost densified, this product can be easily processed, for example by thermoforming with a press tool. Since the glass fibers are uniformly impregnated as described above by the thermoplastic matrix, the air holes are uniformly distributed in the semi-finished product. This is in contrast to expanded GMT, which contains irregularly distributed air holes and unopened glass fiber bundles and matrix masses.
必要な場合、プレス動作同時に機能層を加熱した混合不織布の一方又は両方の側と接触させ、一緒に加圧する。これらの追加の層は、装飾層であってもよいし、薄い繊維不織布、熱可塑性フィルム、または織物シートであってもよい。 If necessary, the functional layer is brought into contact with one or both sides of the heated mixed nonwoven fabric simultaneously with the pressing operation and pressed together. These additional layers may be decorative layers, thin fiber nonwovens, thermoplastic films, or woven sheets.
生じた平坦な半製品は好ましくは０．５ｍｍ〜１０ｍｍの厚さ、特に１．０〜５．０ｍｍの厚さを有している。特定の用途の場合、厚さが５．０ｍｍを超える場合もあり得る。半製品中の強化繊維の平均長さ（重量平均）は２０〜１２０ｍｍで、好ましくは２５〜１００ｍｍ、特に好ましくは２５〜５０ｍｍである。 The resulting flat semi-finished product preferably has a thickness of 0.5 mm to 10 mm, in particular a thickness of 1.0 to 5.0 mm. For certain applications, the thickness can exceed 5.0 mm. The average length (weight average) of the reinforcing fibers in the semi-finished product is 20 to 120 mm, preferably 25 to 100 mm, and particularly preferably 25 to 50 mm.
本発明により製造された半製品は、巻き取られて格納されるか、あるいは例えば４００〜３０００ｍｍ×３００〜２３００ｍｍの寸法を有するプレートへ直ちにカットされ得る。半製品は三次元完成部品を形成するために熱可塑的に処理されてもよい。そうするために、最初に軟化温度を超える温度まで切断片を適切に切断し、次に作り変えられる。その際に、半製品は、ニードリングされた繊維不織布の復元力により膨張し、空気孔含有量が大きいほど、半製品は大きく膨張する。例えば、その元の厚さの２倍より大きく、好ましくは三倍よりも多く膨張した半製品は、緻密化されたプレートよりも熱成形中に非常に容易に作り変えることができる。再成型の際、半製品は通常２部から成る型によって加圧されるか、あるいは深絞りにより成型される。 The semi-finished product produced according to the present invention can be wound up and stored, or it can be immediately cut into plates having dimensions of, for example, 400-3000 mm × 300-2300 mm. The semi-finished product may be thermoplastically processed to form a three-dimensional finished part. In order to do so, the cut piece is first appropriately cut to a temperature above the softening temperature and then reshaped. At that time, the semi-finished product expands due to the restoring force of the needless fiber nonwoven fabric, and the larger the air hole content, the larger the semi-finished product expands. For example, a semi-finished product that has expanded more than twice its original thickness, preferably more than three times, can be made much easier during thermoforming than a densified plate. During remolding, the semi-finished product is usually pressed by a two-part mold or molded by deep drawing.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these examples.
［実施例１］
熱可塑性繊維は、ポリカーボネート樹脂（帝人化成製 パンライトＬ−１２２５Ｌ メルトボリュームフローレイト １８ｃｍ３／１０分間）を２９０℃にて溶融押し出しし、直径３０μｍのポリカーボネート繊維を得た。得られたポリカーボネート繊維を５１ｍｍにカットして得た。このポリカーボネート繊維と、繊維径１２μｍ長さ５１ｍｍの炭素繊維（東邦テナックス製、引張強度４２００ＭＰａ）とを均質に混合し、連続空気集積プロセスで連続ウェブ（マット）化した。ポリカーボネート繊維と炭素繊維の重量比は６０：４０であった。１１８０ｇ／ｍ２の単位面積当たり重量を有する得られた不織布ウェブを、ニードル織機で片側からニードリングした。幅がわずかに２ｍｍを超える予め緻密化したウェブ気流オーブンで約１９０℃まで加熱してポリカーボネート繊維を溶融し、その後すぐに加熱したダブルベルトラミネート装置上に搬送した。そこで溶融ポリカーボネート繊維を約５０ｋＰａ（約０．５バール）の圧力で１５秒間加圧した。ラミネート装置の温度は、ウェブの中心をポリカーボネートの軟化点よりも高い温度を維持すると共にポリカーボネートが炭素繊維を均質に浸透できるように、約１５０℃とした。他方、比較的圧力が低いため、三次元にランダムに配向された炭素繊維は部分的に圧力に抵抗し、その結果、ウェブ内に空隙の一定部分が維持された。続いてウェブを、２０℃に保持した冷却ダブルベルトラミネート装置に導入し、そこでウェブを２０ｋＰａ（０．２バール）の圧力で９０秒間保持し、ポリカーボネートを固化させた。２．２ｍｍの厚さを有する得られた半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。炭素繊維の平均長さは５０ｍｍであった。厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 1]
Thermoplastic fibers, polycarbonate resin (Teijin Chemicals Ltd., Panlite L-1225L melt volume flow rate 18cm 3/10 minutes) was melt-extruded at 290 ° C., to obtain a polycarbonate fibers with a diameter of 30 [mu] m. The obtained polycarbonate fiber was cut into 51 mm. This polycarbonate fiber and a carbon fiber having a fiber diameter of 12 μm and a length of 51 mm (Toho Tenax, tensile strength of 4200 MPa) were homogeneously mixed and formed into a continuous web (mat) by a continuous air accumulation process. The weight ratio of polycarbonate fiber to carbon fiber was 60:40. The resulting nonwoven web having a weight per unit area of 1180 g / m 2 was needling from one side with a needle loom. The polycarbonate fibers were melted by heating to about 190 ° C. in a pre-densified web airflow oven with a width of only over 2 mm, and then immediately transported onto a heated double belt laminator. The molten polycarbonate fiber was then pressed for 15 seconds at a pressure of about 50 kPa (about 0.5 bar). The temperature of the laminator was about 150 ° C. so that the center of the web was maintained above the softening point of the polycarbonate and the polycarbonate was able to penetrate the carbon fibers homogeneously. On the other hand, due to the relatively low pressure, the carbon fibers randomly oriented in three dimensions partially resisted the pressure, so that a constant portion of voids was maintained in the web. The web was then introduced into a cooled double belt laminator maintained at 20 ° C. where the web was held at a pressure of 20 kPa (0.2 bar) for 90 seconds to solidify the polycarbonate. The obtained semi-finished product having a thickness of 2.2 mm was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average length of the carbon fiber was 50 mm. The thickness was 0.9 mm and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例２］
実施例１において、強化繊維として、繊維径１２μｍ長さ５１ｍｍのアラミド繊維（コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維）（帝人テクノプロダクツ製 テクノーラ（商標）、引張強度３４００ＭＰａ）と繊維径１２μｍ長さ５１ｍｍの炭素繊維（東邦テナックス製、引張強度４２００ＭＰａ）とが重量比１０：９０の混率とし、同様の操作をおこなった。ポリカーボネート固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍであった。結合固化された後、厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 2]
In Example 1, as a reinforcing fiber, an aramid fiber (copolyparaphenylene-3,4′-oxydiphenylene terephthalamide fiber) having a fiber diameter of 12 μm and a length of 51 mm (Technola (trademark) manufactured by Teijin Techno Products, tensile strength of 3400 MPa) and The same operation was carried out with a carbon fiber having a fiber diameter of 12 μm and a length of 51 mm (made by Toho Tenax, tensile strength of 4200 MPa) at a mixing ratio of 10:90 by weight. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polycarbonate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average fiber length was 50 mm. After being bonded and solidified, the thickness was 0.9 mm and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例３］
実施例２において、アラミド繊維と炭素繊維とを重量比３０：７０の混率とし、同様の操作をおこなった。ポリカーボネート固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍ未満であった。十分に結合固化された後、厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 3]
In Example 2, the aramid fiber and the carbon fiber were mixed at a weight ratio of 30:70, and the same operation was performed. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polycarbonate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average length of the fiber was less than 50 mm. After sufficiently solidifying, the thickness was 0.9 mm and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例４］
実施例２において、アラミド繊維と炭素繊維とを重量比６０：４０の混率とし、同様の操作をおこなった。ポリカーボネート固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍであった。十分に統合固化された後の、厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 4]
In Example 2, the aramid fiber and the carbon fiber were mixed at a weight ratio of 60:40, and the same operation was performed. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polycarbonate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average fiber length was 50 mm. After being fully integrated and solidified, the thickness was 0.9 mm and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例５］
実施例３において、熱可塑性繊維を直径１８μｍのポリプロピレン繊維とし、同様の操作をおこなった。ポリプロピレン固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍ未満であった。十分に結合固化された後の、厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５０体積％でああった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 5]
In Example 3, the thermoplastic fiber was changed to a polypropylene fiber having a diameter of 18 μm, and the same operation was performed. A semi-finished product having a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying polypropylene was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average length of the fiber was less than 50 mm. After sufficient bonding and solidification, the thickness was 0.9 mm and the void ratio was 50% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例６］
実施例３において、熱可塑性繊維を直径１２μｍのポリエチレンテレフタレート繊維とし、同様の操作をおこなった。ポリエチレンテレフタレート固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍ未満であった。十分に結合固化された後の、厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５３体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 6]
In Example 3, the thermoplastic fiber was changed to polyethylene terephthalate fiber having a diameter of 12 μm, and the same operation was performed. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying polyethylene terephthalate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average length of the fiber was less than 50 mm. After sufficient bonding and solidification, the thickness was 0.9 mm and the void ratio was 53% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例７］
実施例３において、熱可塑性繊維を直径１４μｍのポリアミド繊維とし、同様の操作をおこなった。ポリアミド固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍであった。十分に結合固化された後の厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５４体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 7]
In Example 3, the thermoplastic fiber was changed to a polyamide fiber having a diameter of 14 μm, and the same operation was performed. A semi-finished product having a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polyamide was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average fiber length was 50 mm. After sufficiently solidified, the thickness was 0.9 mm, and the void ratio was 54% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例８］
実施例３において、アラミド繊維を直径１４μｍのポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維 引張強度５８００ＭＰａ）とし、同様の操作をおこなった。ポリカーボネート固化後にえら得た厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５１ｍｍであった。結合固化された後の厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 8]
In Example 3, the aramid fiber was changed to a polyparaphenylene benzobisoxazole fiber (PBO fiber, tensile strength 5800 MPa) having a diameter of 14 μm, and the same operation was performed. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polycarbonate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average fiber length was 51 mm. The thickness after bonding and solidification was 0.9 mm, and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例９］
実施例３において、アラミド繊維を直径１２μｍのポリパラフェニレンテレフタラミド繊維（ＰＰＴＡ繊維、引張強度ＭＰａ）とし、同様の操作をおこなった。ポリカーボネート固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５２ｍｍであった。十分に統合固化された後の厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 9]
In Example 3, the aramid fiber was changed to polyparaphenylene terephthalamide fiber (PPTA fiber, tensile strength MPa) having a diameter of 12 μm, and the same operation was performed. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polycarbonate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average fiber length was 52 mm. The thickness after sufficiently solidifying was 0.9 mm and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［実施例１０］
実施例３において、アラミド繊維を直径１４μｍのポリエーテルエーテル繊維ポリゼンゾオキサゾール繊維とし、同様の操作をおこなった。ポリカーボネート固化後に得られた厚さ２．２ｍｍの半製品を、タテ２ｍ、ヨコ２ｍのサイズにカットした。繊維の平均長さは５０ｍｍ未満であった。十分に結合固化された後の、厚さは０．９ｍｍ、空洞率は５５体積％であった。プレートは強度が高く、歪みがなく、例えば産業用ロボットが取り扱う設備でも取り扱いや輸送が容易である。
[Example 10]
In Example 3, the aramid fiber was changed to a polyether ether fiber polyzenzooxazole fiber having a diameter of 14 μm, and the same operation was performed. A semi-finished product with a thickness of 2.2 mm obtained after solidifying the polycarbonate was cut into a size of 2 m in length and 2 m in width. The average length of the fiber was less than 50 mm. After sufficient bonding and solidification, the thickness was 0.9 mm and the void ratio was 55% by volume. The plate has high strength and is not distorted. For example, it can be easily handled and transported even in equipment handled by an industrial robot.
［比較例１］
２００×３００ｍｍのドラム寸法を有する実験用カレンダー機と幅を合わせるために、実施例１に示したのと同じ不織布ウェブを、２５０ｍｍ幅のロールに切断した。フリースを気流オーブンを通過させることにより１８０℃まで加熱し、次に、カレンダースリットに導入した。２つのローラを４０℃の表面温度に調節し、線形圧力は３００Ｎ／ｍｍであり、回転速度は５ｍ／分であった。プレスしたウェブは、高圧によって引き起こされた１００％の伸びを示し、極端な形状の歪みと繊維配向により使用することができなかった。さらなる試みでは、線形負荷を５０Ｎ／ｍｍに減らし、開演速度を２ｍ／分まで減らした。加圧したウェブ極端な形状の歪みと繊維配向により使用することができなかった。温度、圧力および回転速度が変えてさらなる試みを行ったが、形状の歪みと内部張力のないプレートを製造することは可能ではなかった。
[Comparative Example 1]
The same nonwoven web as shown in Example 1 was cut into 250 mm wide rolls in order to match the width with a laboratory calender having a drum size of 200 × 300 mm. The fleece was heated to 180 ° C. by passing it through an airflow oven and then introduced into the calendar slit. The two rollers were adjusted to a surface temperature of 40 ° C., the linear pressure was 300 N / mm, and the rotation speed was 5 m / min. The pressed web exhibited 100% elongation caused by high pressure and could not be used due to extreme shape distortion and fiber orientation. In a further attempt, the linear load was reduced to 50 N / mm and the starting speed was reduced to 2 m / min. Pressurized web could not be used due to extreme shape distortion and fiber orientation. Further attempts were made at varying temperatures, pressures and rotational speeds, but it was not possible to produce plates without shape distortion and internal tension.
［比較例２］
１２３０ｇ／ｍ２の重量と１００ｍｍの炭素繊維長さを有する２つのニードリング済み炭素繊維マットに、３００ｋＰａ（３バール）の圧力でダブルバンドプレスの加熱領域で溶解ポリプロピレン（重量２８００ｇ／ｍ２）を含浸させた。次の冷却領域では、ラミネートを、スチールバンドと基板の間のほとんど圧力がない接触で冷却した。スチールバンド間の既に溶融されたポリカーボネートと一緒に、炭素繊維マットを膨張させた。ラミネートが簡単に除去されるように、多孔ラミネートの表面温度を１１０℃以下に減少させた。生じた半製品は、３０重量％のガラス繊維含有量と０．７ｇ／ｃｍ３の密度を有し、それは５０体積％の空孔含有量に相当した。３９５０ｇ／ｍ２の重量は、軽量要素または自動車の内部部品として適用するには大きすぎた。
[Comparative Example 2]
Two needled carbon fiber mats with a weight of 1230 g / m 2 and a carbon fiber length of 100 mm are impregnated with melted polypropylene (weight 2800 g / m 2) in the heating zone of a double band press at a pressure of 300 kPa (3 bar) I let you. In the next cooling zone, the laminate was cooled with little pressure contact between the steel band and the substrate. The carbon fiber mat was expanded along with the already melted polycarbonate between the steel bands. The surface temperature of the porous laminate was reduced below 110 ° C. so that the laminate was easily removed. The resulting semi-finished product had a glass fiber content of 30% by weight and a density of 0.7 g / cm 3 , which corresponded to a void content of 50% by volume. The weight of 3950 g / m 2 was too large to be applied as a lightweight element or an internal part of an automobile.
完成品は、自動車、鉄道、および航空機の部品として輸送部門で使用されるだけでなく、乗物本体の部品として、または大面積のパネルおよび家具部品としても使用可能である。さらに、補強用、摩擦・摺動用、自動車、船舶などの産業用部品、電気・電子機器、ＡＶ機器、ＯＡ機器、建築用の部品・部材、建材、建具、パッキン類又はシール類などにも好適に用いることができる。 The finished products are not only used in the transportation sector as parts of automobiles, railways and aircraft, but can also be used as parts of vehicle bodies or as large area panels and furniture parts. Furthermore, it is also suitable for industrial parts such as reinforcement, friction / sliding, automobiles, ships, electrical / electronic equipment, AV equipment, OA equipment, construction parts / members, building materials, joinery, packings, seals, etc. Can be used.
Claims (13)
（１）炭素繊維：耐熱有機繊維が重量比で１００：０〜４０：６０、強化繊維：熱可塑性繊維が重量比で５：９５〜７０：３０となるようそれぞれの繊維を混合し、連続マットを作成する工程
（２）ニードリング、湿式抄造、または加熱処理により、それぞれの繊維を少なくとも一部で交絡または接合した混合不織布を成形する工程
（３）混合不織布を、加圧または加熱加圧し、半製品を成形する工程 A method for producing a thermally deformable semi-finished product comprising a thermoplastic fiber and a reinforcing fiber, the reinforcing fiber comprising carbon fiber, or carbon fiber and heat-resistant organic fiber, wherein the following (1) The manufacturing method of the semi-finished product which can thermally deform through the process of (3) in order.
(1) Carbon fibers: heat-resistant organic fibers are mixed at a weight ratio of 100: 0 to 40:60, reinforcing fibers: thermoplastic fibers are mixed at a weight ratio of 5:95 to 70:30, and the continuous mat is mixed. (2) forming a mixed nonwoven fabric in which at least a portion of each fiber is entangled or joined by needling, wet papermaking, or heat treatment (3) pressurizing or heat-pressing the mixed nonwoven fabric, Process for forming semi-finished products
Priority Applications (1)
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| JP2012206336A JP2014062336A (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Method for producing semifinished product for fiber-reinforced plastic |
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|---|---|---|---|---|
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-
2012
- 2012-09-19 JP JP2012206336A patent/JP2014062336A/en active Pending
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