JP2014172241A5

JP2014172241A5 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法

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Publication number: JP2014172241A5
Application number: JP2013045348A
Authority: JP
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2033-03-07

Description

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関し、とくに、リブ等の立設部分を有する場合にあっても立設部分が容易にかつ確実に所望の形状や強度に成形され得る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、プレス成形におけるプレス圧を適切に抑えつつ、リブ等の立設部分を備えた所望の３次元形状を有する成形体を容易にかつ確実に成形でき、しかも、その立設部分とその他の部分との境界部においても強化繊維による十分な補強効果を発現させて成形体全体として高い機械特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、まず、本発明において製造目標とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体の基本構成は、プレスによって成形され、面形状形成部分から面外方向に立ち上がる少なくとも一つの立設部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、該成形体が、強化繊維がランダムに配向された強化繊維層を有する繊維強化熱可塑性樹脂層から構成され、該繊維強化熱可塑性樹脂層の前記強化繊維層が、前記面形状形成部分と前記立設部分の内部との間で連続して延在しているものからなる（第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体と言うこともある）。ここで、強化繊維層を構成する個々の強化繊維は、流動性を良好に保つために、後述の如く所定長さの不連続繊維でよいが、それらによって構成される強化繊維層が、上記面形状形成部分と上記立設部分の内部との間で連続して延在していることが重要である（以下の別の形態においても同じである）。

このような第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、成形体を構成する繊維強化熱可塑性樹脂層の強化繊維層が、面形状形成部分と立設部分の内部との間で（つまり、面形状形成部分と立設部分の内部とにわたって）連続して延在しているので、面形状形成部分と立設部分との間に実質的に強化繊維層の境界部が存在せず、この部分も他部分と同様、強化繊維の存在により十分に補強されることになる。したがって、全体として高い機械特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体が実現される。

上記第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、少なくとも２層以上の繊維強化熱可塑性樹脂層の積層構造を有する形態とすることが好ましい。すなわち、複数の繊維強化熱可塑性樹脂層の強化繊維層が、面形状形成部分と立設部分の内部との間で連続して延在している構成とされることにより、立設部分やそれと面形状形成部分との境界部分の、さらには成形体全体としてのより高い機械特性が確保される。

上記第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、上記強化繊維層を構成する強化繊維としてはとくに限定されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維のいずれかから選ばれる１つ以上である形態を採用できる。

そして、本発明において製造目標とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、プレスによって成形され、面形状形成部分から面外方向に立ち上がる少なくとも一つの立設部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、該成形体が、強化繊維がランダムに配向された第１の強化繊維層を有する第１の繊維強化熱可塑性樹脂層と該第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面に積層され第２の強化繊維層を有する第２の繊維強化熱可塑性樹脂層とから構成され、前記立設部分において前記第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が破断されているとともに、前記第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の前記第１の強化繊維層が、前記面形状形成部分と前記立設部分の内部との間で連続して延在しているものからなる（第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体と言うこともある）。

すなわち、前述の第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体では、１種の繊維強化熱可塑性樹脂層から構成されていたが、上記本発明において製造目標とする第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体では、その繊維強化熱可塑性樹脂層を第１の強化繊維層を有する第１の繊維強化熱可塑性樹脂層として用い、その上に積層された第２の強化繊維層を有する第２の繊維強化熱可塑性樹脂層を用いて構成され、プレス成形時に立設部分においてその第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が破断されて、第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の第１の強化繊維層が、面形状形成部分と立設部分の内部との間で（つまり、面形状形成部分と立設部分の内部とにわたって）連続して延在している形態の成形体とされる。換言すれば、第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の表面に積層されていた比較的弱い第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が立設部分において破断されて、その破断部分を通して、第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の第１の強化繊維層が、面形状形成部分と立設部分の内部との間で連続して延在している形態である。このような形態では、第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が破断されるまでは、第１、第２の繊維強化熱可塑性樹脂層の積層構成により、最終成形前の所望の形態がより確実に維持され、第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が破断されたときに、第１の繊維強化熱可塑性樹脂層がその破断部分を通して容易に立設部分の内部へと流動されることになるので、目標とするプレス成形がより容易に行われ、かつ、破断部分と立設部分の位置が対応しているので、最終成形形状もより容易にかつ正確に目標とする形状に成形されることになる。さらに、第２の繊維強化熱可塑性樹脂層の破断により、第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の立設部分の内部への流動も容易化されているので、プレス成形におけるプレス圧の抑制も可能となっている。その結果、所望の３次元形状で所望の補強形態を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体が一層容易にかつ確実に得られることになる。

上記第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、上記第２の繊維強化熱可塑性樹脂層の引張強度が上記第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の引張強度の０．３倍以上１倍未満であることが好ましい。０．３倍未満では、第２の繊維強化熱可塑性樹脂層の破断前の第１、第２の繊維強化熱可塑性樹脂層の積層形態の維持が難しくなるおそれがあり、１倍以上であると、確実に第２の繊維強化熱可塑性樹脂層に所定の破断を発生させることが難しくなるおそれがある。

上記のような第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、次のような方法によって製造できる。すなわち、第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、面形状形成部分から面外方向に立ち上がる少なくとも一つの立設部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレスによって成形する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、強化繊維がランダムに配向された強化繊維層を有する繊維強化熱可塑性樹脂層を、下型と昇降可能な上型とからなるプレス成形型内に配置するとともに加熱溶融させ、しかる後に、前記上型を下降させて、前記繊維強化熱可塑性樹脂層の前記強化繊維層が前記面形状形成部分と前記立設部分の内部との間で連続して延在するようにプレス成形を行う方法からなる。

また、上記第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、次のような本発明に係る方法によって製造できる。すなわち、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、面形状形成部分から面外方向に立ち上がる少なくとも一つの立設部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレスによって成形する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、強化繊維がランダムに配向された第１の強化繊維層を有する第１の繊維強化熱可塑性樹脂層と該第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面に積層され第２の強化繊維層を有する第２の繊維強化熱可塑性樹脂層とを、下型と昇降可能な上型とからなるプレス成形型内に配置するとともに加熱溶融させ、しかる後に、前記上型を下降させて、前記立設部分において前記第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が破断され、かつ、前記第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の前記第１の強化繊維層が前記面形状形成部分と前記立設部分の内部との間で連続して延在するようにプレス成形を行うことを特徴とする方法からなる。

このように、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、リブ等の立設部分を備えた３次元形状を有する成形体を、その立設部分とその他の部分との境界部においても強化繊維による十分な補強効果を発現させて成形体全体として高い機械特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体として容易に成形できる。

とくに上記第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造において、プレス成形におけるプレス圧を適切に小さく抑えつつ、リブ等の立設部分を備えた３次元形状を有する成形体を、その立設部分とその他の部分との境界部においても強化繊維による十分な補強効果を発現させ、成形体全体としても高い機械特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体としてより容易にかつより確実に成形することができる。

前述の第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法を示す概略構成図である。図１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法における成形動作を順に示した概略構成図である。前述の第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法（本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法）を示す概略構成図である。図２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法における成形動作を順に示した概略構成図である。従来の繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法を示す概略構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
まず図１、図２に、前述の第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法の一実施態様を示す。図において、１はプレス成形型３の下型、２は上型を示しており、プレス成形型３の上型２は、面形状形成部分から面外方向に立ち上がる少なくとも一つの立設部分としてのリブ部分を成形するためのリブ形成部４を有している。所定の繊維長（例えば、前述の１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある繊維長）の強化繊維がランダムに配向された強化繊維層を有する繊維強化熱可塑性樹脂層５が、プレス成形型３内に配置される（図２（Ａ））するとともに加熱溶融され、しかる後に、上型１が下降、加圧されてプレス成形が行われる（図２（Ｂ））。このとき、図１にも示すように、繊維強化熱可塑性樹脂層５の上記強化繊維層が、面形状形成部分６と上記立設部分としてのリブ形成部４の内部との間で連続して延在するようにプレス成形が行われて、リブを備えた目標とする３次元形状を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体７（第１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体）が成形される。

図３、図４は、前述の第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法（本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法）の一実施態様を示している。図において、下型１、上型２、プレス成形型３、立設部分としてのリブ形成部４の構成は、実質的に上述の実施態様と同じである。本実施態様では、所定の繊維長（例えば、前述の１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある繊維長）の強化繊維がランダムに配向された第１の強化繊維層を有する第１の繊維強化熱可塑性樹脂層（図１、図２に示した繊維強化熱可塑性樹脂層５と実質的に同じもの）と該第１の繊維強化熱可塑性樹脂層５の少なくとも片面に（図示例では片面に）積層され第２の強化繊維層を有する第２の繊維強化熱可塑性樹脂層１１とが、プレス成形型３内に配置される（図４（Ａ））するとともに加熱溶融され、しかる後に、上型１が下降、加圧されてプレス成形が行われる（図４（Ｂ））。このとき、図３にも示すように、上記立設部分において第２の繊維強化熱可塑性樹脂層１１が破断され、その破断部分を通して第１の繊維強化熱可塑性樹脂層５がリブ形成部４の内部へと押し込まれて充填され、第１の繊維強化熱可塑性樹脂層５の上記第１の強化繊維層が面形状形成部分６と上記立設部分としてのリブ形成部４の内部との間で連続して延在するようにプレス成形が行われて、リブを備えた目標とする３次元形状を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体１２（第２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体）が成形される。

上記両実施態様においては、リブを備えた３次元形状を有する成形体７，１２が、そのリブ形成部４と面形状形成部分６との境界部においても強化繊維層が連続して延在されているので、強化繊維による十分な補強効果が発現され、成形体全体として高い機械特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体７，１２が容易にかつ確実に成形される。

本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、リブ等の立設部を有しプレス成形されるあらゆる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造に適用できる。

Claims

面形状形成部分から面外方向に立ち上がる少なくとも一つの立設部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレスによって成形する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、強化繊維がランダムに配向された第１の強化繊維層を有する第１の繊維強化熱可塑性樹脂層と該第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面に積層され第２の強化繊維層を有する第２の繊維強化熱可塑性樹脂層とを、下型と昇降可能な上型とからなるプレス成形型内に配置するとともに加熱溶融させ、しかる後に、前記上型を下降させて、前記立設部分において前記第２の繊維強化熱可塑性樹脂層が破断され、かつ、前記第１の繊維強化熱可塑性樹脂層の前記第１の強化繊維層が前記面形状形成部分と前記立設部分の内部との間で連続して延在するようにプレス成形を行うことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。