JP2014177117A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的小面積で小型の部材同士を高い接合強度を持って接合一体化することで、比較的大面積で大型の成形体を小型の成形装置で効率よく成形でき、目標とするサイズの成形体を安価に安定して製造できるようにした繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材と第２の部材が、それらの一部が溶融を介して互いに接合されることにより一体化された成形体であって、第１の部材と第２の部材はランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維で強化された熱可塑性樹脂からなり、第１の部材と第２の部材の接合部が断面において傾斜構造を有することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体、およびその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法に関し、とくに、比較的小面積で小型の部材同士を高い接合強度を持って接合一体化することで、比較的大面積で大型の成形体を効率よく安価に製造できるようにした繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法に関する。

従来から、比較的大面積で大型の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形する方法として、スタンピング成形が知られている。スタンピング成形には、予熱基材を型内にセットし、プレス圧で基材を流動させて賦形するプレスフロー成形と、キャビティ面積より大型のシート基材を金型にセットし絞り賦形するプレス成形法がある（例えば、特許文献１）。プレスフロー成形は樹脂流動に高いプレス圧が必要となるため、大型の成形機が必要となる。一方、プレス成形は比較的低圧で成形可能であるが、成形品より大きいシート基材が必要となる。大型のシート基材では基材コストが高くなるとともに、大型のシート基材を成形するための製造装置が大きくなり、製造コストが大幅にアップすることが問題となっていた。

このような問題に対処するために、比較的小面積で小型の部材同士を接合一体化することで、比較的大面積で大型の成形体を製造する方法が考えられるが、単に部材の端面同士を突き合わせて接合するだけでは、接合部に十分に高い強度が得られにくく、接合一体化された成形体に局部的に強度や剛性の低い部位が生じるおそれがある。

なお、樹脂含浸前の強化繊維基材の段階で基材を小型化しておき、強化繊維基材同士を部分的に重ね合わせてより大型の強化繊維基材を作製し、作製された強化繊維基材に樹脂を含浸させて成形体を成形する方法も知られているが（例えば、特許文献２）、樹脂含浸による成形を行う段階では、やはり大型の成形装置が必要となり、製造コストアップの問題は基本的には解消されない。

特開２００９−１１３３６９号公報 特開２０１０−１５０３６８号公報

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、比較的小面積で小型の部材同士を高い接合強度を持って接合一体化することで、比較的大面積で大型の成形体を小型の成形装置で効率よく成形でき、目標とするサイズの成形体を安価に安定して製造できるようにした繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびそ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、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、少なくとも投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材と第２の部材が、それらの一部が溶融を介して互いに接合されることにより一体化された繊維強化熱可塑性樹脂成形体であって、前記第１の部材と第２の部材はランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維で強化された熱可塑性樹脂からなり、第１の部材と第２の部材の接合部が断面において傾斜構造を有することを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、第１の部材と第２の部材はともに、ランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維で強化された熱可塑性樹脂の成形時の流動性の良い材料の部材からなるので、例えば部分的に重ね合わせてスタンピング成形しても、その良好な流動性により、重ね合わせ部は容易に所定の形状に形成される。そして、第１の部材と第２の部材の接合部は、その接合部が断面において傾斜構造を有するように構成されているので、単なる部材の端面同士が接合されている場合に比べ、はるかに高い接合強度を有する。この傾斜構造が適切に設定されることにより、傾斜構造を有する接合部に、接合部以外の一般部と同等、さらにはそれ以上の強度、剛性を持たせることが可能になる。最終的に得られる成形体は、少なくとも第１の部材と第２の部材の接合一体化構造体として得られるので、第１の部材と第２の部材のそれぞれは比較的小面積で小型の部材に形成しておけばよく、それらの接合部あるいはその周辺部を含むそれらの接合部においてのみ接合、成形操作を行うことも可能となって、目標とする比較的大面積で大型の成形体を小型の成形装置で効率よく安定して成形できるようになる。その結果、接合部の強度低下を伴うことなく、むしろ接合部の強度向上を達成しつつ、所望サイズの繊維強化熱可塑性樹脂成形体を安価に得ることができるようになる。

上記本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、上記接合部の機械特性として、例えば引張弾性率が接合部以外の一般部の引張弾性率の１．１〜１．５倍であることが好ましい。すなわち、接合部の引張弾性率が、一般部に比べて有意差をもって高くなっている形態である。このようにすれば、第１の部材と第２の部材が接合一体化された繊維強化熱可塑性樹脂成形体全体としても、部分的な強度低下の懸念を払拭しつつ、十分に高い機械特性を有することができる。

上記のような高い接合部の機械特性を達成するためには、傾斜構造に構成される接合部において、上記第１の部材と第２の部材の最大接合距離が少なくとも３０ｍｍ以上であることが好ましい。この最大接合距離の概念については、図面を参照しつつ後述する。

また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、第１の部材と第２の部材の最大接合距離をＬ（ｍｍ）、前記第１の部材及び第２の部材において部材厚さの厚い方の部材の部材の厚さをｔ（ｍｍ）とすると、次数（１）の関係を有することが好ましい。
１５≦Ｌ／ｔ≦５０ （１）
すなわち、厚さの薄い繊維強化熱可塑性樹脂成形体同士を接合するときは、厚さの厚い繊維強化熱可塑性樹脂成形体同士を接合する場合に比べて、接合距離を短くしても一定の接合強度を保持することができ、逆に厚さの厚い繊維強化熱可塑性樹脂成形体同士を接合するときは、厚さの薄い繊維強化熱可塑性樹脂成形体同士を接合する場合に比べて、接合距離を長くすることで一定の接合強度を保持することができるので、厚さによって接合距離を上記の関係を有するように調整することにより、オーバースペックになることによるコストアップを防ぐことができる。

また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、第１の部材と第２の部材の接合部の断面において、少なくとも傾斜角度の異なる接合部位が複数存在する構造とすることもできる。すなわち、第１の部材と第２の部材が、溶融して互いに接合する際に、金型に基材を設置した際に金型に直接触れる基材表面の樹脂が先に固化するため、少なくとも傾斜角度の異なる接合部位が複数存在する構造とすることができる。この傾斜角度の異なる複数の接合部位の存在が、引張りや曲げ等の衝撃に受けた際に衝撃力を分散でき、応力緩和により、接合強度がより強化できる効果がある。

また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、上記第１の部材と第２の部材を構成する強化繊維としては特に限定されないが、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つ以上からなる。とくに、成形体に高い機械特性が求められる場合には、炭素繊維を含むことが好ましい。

本発明に用いる炭素繊維は既知の方法で製造された炭素繊維であればいずれでも使用可能であるが、ＰＡＮ系およびピッチ系炭素繊維で繊維径が５〜１５μｍがコストと取り扱い性の観点から好適に用いられる。

ガラス繊維はＥガラス、Ｃガラス、ＡＲガラスからなるガラス繊維であればいずれでも使用可能であるが、コストの観点からＥガラスが好適に用いることができる。ガラス繊維の繊維径は６〜２０μｍが好適に用いられ、断面形態は円形の他に楕円や矩形などの扁平ガラスも使用可能である。

アラミド繊維はp-フェニレンジアミンとテレフタル酸クロリドから共縮重合して得られるパラ系アラミド繊維あるいはm-フェニレンジアミンとイソフタル酸クロリドから共縮重合して得られるメタ系アラミド繊維いずれも使用可能であり、１００〜１００００ｄｔｅｘの繊維が好適に用いることができる。

また、上記第１の部材と第２の部材は、強化繊維がランダムに配向した強化繊維層に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂材、例えば、シート状繊維強化熱可塑性樹脂材からなることが好ましい。このような繊維強化熱可塑性樹脂材では、例えば、部材同士を部分的に重ね合わせた状態で容易にスタンピング成形することが可能である。

この場合、スタンピング成形等における材料の流動性を良好に保つために、上記強化繊維層を構成する強化繊維の繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあることが好ましい。

本発明における熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、成形容易性の面から、とくにスタンピング成形の容易性の面から、例えば、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドのいずれかから選ばれる少なくとも一つからなることが好ましい。

また、上記本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、熱可塑性樹脂としてポリアミドを使用し、さらにポリアミドに無機系の酸化防止剤を配合させることが好ましい。熱可塑性樹脂に無機系の酸化防止剤を添加することで耐熱性が向上されることにより、繋ぎ成形時におけるスタンパブル基材加熱時に生じる樹脂の酸化劣化を防止し、繋ぎ成形品の界面部の接着強度をより一層上昇させることができる。

本発明に用いるポリアミドは環状ラクタムの開環重合またはω−アミノカルボン酸の重縮合で得られるナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２やジアミンとジカルボン酸の重縮合で得られるナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭ５Ｔ、ナイロンＭＸＤ６、２種以上のジアミンとジカルボン酸の重縮合で得られるナイロン６６・６・Ｉ、ナイロン６６・６・１２などの共重合ナイロンなどが好適に使用することができる。特にナイロン６、６６、６１０は機械的特性とコストの観点から好ましい。

配合量としては、ポリアミド１００重量部に対して、無機系の酸化防止剤を０．０１〜１重量部配合することが好ましい。０．０１重量部よりも少ないと、耐熱性向上の効果が得にくく、１重量部よりも多いと著しい改善に寄与しない。

無機系の酸化防止剤として、ハロゲン化銅あるいはその誘導体から構成されているものが例示でき、特にポリアミドに対してはヨウ化銅を使用することで耐熱性向上の効果が発揮される。

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、ランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維を有し、少なくとも投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材と第２の部材を、それらの一部を溶融を介して互いに接合することにより一体化する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、第１の部材と第２の部材を、それらの一部を重ね合わせてプレス成形型内に配置するとともに、重ね合わせ部の最大接合距離を３０ｍｍ以上としてスタンピング成形し、該スタンピング成形を、第１の部材と第２の部材の接合部が断面において傾斜構造となるように行うことを特徴とする方法からなる。

このような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おいても、上記接合部の引張弾性率が接合部以外の一般部の引張弾性率の１．１〜１．５倍となるように成形することが好ましい。

このように、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法によれば、比較的小面積で小型の第１の部材と第２の部材をそれらの接合部において高い接合強度を持って接合一体化することが可能になり、かつ、この接合一体化による成形を比較的小型の成形装置で効率よく行うことが可能になり、比較的大面積で大型の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を、望ましい機械特性を持たせて、安価に安定して製造することができる。

本発明の一実施態様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断面図である。 従来技術と本発明とを含む各種成形体を比較して示した概略断面図である。 本発明における最大接合距離の概念を例示した各種重ね合わせ形態の概略平面図である。 本発明における接合部の断面形態を例示した各種形態の概略断面図である。 図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の形態に対応させて例示した引張応力特性の概念図である。 本発明の成形体の接合部における引張弾性率の目標範囲を例示した引張弾性率特性の概念図である。

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。
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように製造される。図１（Ａ）に示すように、ランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維を有し、少なくとも投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材１と第２の部材２を、それらの一部を重ね合わせるとともに、重ね合わせ部３の最大接合距離が３０ｍｍ以上となるようにプレス成形型４内に配置する。この重ね合わせ部３を有する状態で、プレス成形型４を閉じて、第１の部材１と第２の部材２を重ね合わせ部３で接合するようにスタンピング成形し、該スタンピング成形を、第１の部材１と第２の部材２の接合部５が断面において傾斜構造となるように行う（図１（Ｂ））。このようなスタンピング成形によって、本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体６が成形される。

このようにスタンピング成形され、断面が傾斜構造の接合部５を有する本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体６を、従来構造を含む各種形態と比較して図２に示す。図２（Ａ）に示す形態は、単なる部材の端面同士を接合した、接合部における接合距離が０ｍｍの場合の繊維強化熱可塑性樹脂成形体１１（従来技術）であり、図２（Ｂ）に示す形態は、接合部における接合距離が小さい場合の（０〜３０ｍｍ未満の場合の）繊維強化熱可塑性樹脂成形体１２であり、接合点から他の接合点まで略直線状の接合形態である。これらに対し、図２（Ｃ）に示す形態が、上述の最大接合距離が３０ｍｍ以上となるようにスタンピング成形された本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体６を示しており、傾斜角度の異なる箇所が存在する接合構成である。この接合構造は、接合点付近においては、垂直に近い形での接合構造であり、接合中央部付近では水平に近い形での接合構造であり、他の接合点付近において垂直に近い形での接合構造が例示されている。

ここで、上述の最大接合距離とは、以下のような概念である。例えば、図３に各種形態を例示するように、図３（Ａ）に示す矩形状の第１の部材１と第２の部材２の端面が平行となるように重ね合わされた形態では、重ね合わせ部３の接合距離は一様であり、それを最大接合距離としてそれが３０ｍｍ以上となるように重ね合わされればよい。図３（Ｂ）に示すように、第２の部材２１が第１の部材１よりも狭幅の場合には、その第２の部材２１の第１の部材１への重ね合わせ部２２における接合距離がそのまま最大接合距離となり、それが３０ｍｍ以上となるように重ね合わされればよい。図３（Ｃ）に示すように、第２の部材２１が第１の部材１に対し斜めに配置されて重ね合わされる場合には、重ね合わせ部２３における投影長さとしての図示の接合距離が最大接合距離となり、それが３０ｍｍ以上となるように重ね合わされればよい。図３（Ｄ）に示すように、第２の部材２が第１の部材１に対し斜めに配置されて重ね合わされる場合には、三角形状の重ね合わせ部２４における、第１の部材１の端面から最も離れた部位までの距離が最大接合距離となり、それが３０ｍｍ以上となるように重ね合わされればよい。図３（Ｅ）に示すように、第２の部材２５の端縁形状が波形状等の複雑に変化した形状の場合には、その複雑な形状の重ね合わせ部２６における、第１の部材１の端面から最も離れた部位までの距離が最大接合距離となり、それが３０ｍｍ以上となるように重ね合わされればよい。

このようにスタンピング成形された本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体における第１の部材１と第２の部材２の接合部は、断面において傾斜構造とされ、かつ、上記のような最大接合距離が所定量以上（好ましくは３０ｍｍ以上）となっていればよい。具体的な傾斜構造としては、各種形態と採り得るが、代表的には、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すような形態となる。図４（Ａ）、（Ｂ）における３１、３２は、成形体の表面に現れた断面における接合点を示している。

図１で示した方法により、投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材１と第２の部材２が、それらの一部が重ね合わされてプレス成形型４内に配置された後、第１の部材１と第２の部材２を重ね合わせ部３で接合するようにスタンピング成形することにより、その接合部５が断面において傾斜構造となるように繊維強化熱可塑性樹脂成形体６を成形することができ、このように成形された繊維強化熱可塑性樹脂成形体６は、例えば概念図として図５、図６に例示するように、高い引張強度（引張応力）と引張弾性率を示す。なお、図５、６に示す熱可塑性樹脂組成物１、２とは、後述する表１に示す熱可塑性樹脂組成物１、２を指す。

すなわち図５に、例えば図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の形態に対応させて、それぞれ同一サイズの第１の部材１と第２の部材２を用いて繊維強化熱可塑性樹脂成形体を作製し、引張試験機で第１の部材１と第２の部材２を両側に引っ張って測定した場合の引張応力を相対比較値として示した特性を例示するように、図２の（Ａ）、（Ｂ）の形態では低い引張応力しか示さなかったが、図２の（Ｃ）の形態、つまり本発明に係る形態では、所定量以上（３０ｍｍ以上）の最大重ね合わせ量としてスタンピング成形し接合部の断面傾斜構造を実現したことにより、はるかに高い引張応力を達成できる。

また、図６に、上記最大重ね合わせ量と最終的に得られる引張弾性率との関係を例示するように、最大重ね合わせ量を３０ｍｍ以上とすることにより、接合部以外の一般部に比べ、１．１〜１．５倍の範囲の引張弾性率を得ることが可能になる。

次に、本発明をより具体的な実施例、比較例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。先ず、実施例、比較例で用いた特性、測定方法について説明する。

（１）不連続繊維マットの製法
不連続繊維マット１について説明する。炭素繊維１を繊維長１０ｍｍにカットし、カットした炭素繊維とナイロン６短繊維（短繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ、捲縮数１２山／２５ｍｍ、捲縮率１５％）を質量比で８０：２０の割合で混合して繊維集合体を生成し、その繊維集合体をカーディング装置に投入した。出てきたウェブをクロスラップし、炭素繊維とナイロン６繊維とからなる目付１００ｇ／ｃｍ^２のシート状の炭素繊維シートを形成した。得られた炭素繊維シートをプレス機に設置し、２０ＭＰａの圧力で５秒間加圧し不連続繊維マット１を得た。

（２）熱可塑樹脂組成物
熱可塑樹脂組成物を(表１)に示す。表１において列は用いた熱可塑性樹脂組成物Noを示す。行は上段から、ポリアミド種、その次の欄は熱可塑性樹脂組成物中における熱可塑性樹脂の重量部、その次の欄は熱可塑性樹脂組成物中における無機系の酸化防止剤の重量部をそれぞれ示す。

熱可塑性樹脂組成物Ｎｏ．１は、熱可塑性樹脂として、ポリアミド樹脂（「ＣＭ２００１」、相対粘度(ηｒ)＝２．８、東レ（株）製）を使用した。さらに良好な実施例として熱可塑性樹脂組成物Ｎｏ．２は、熱可塑性樹脂として、熱可塑性樹脂組成物Ｎｏ．１と同じポリアミド樹脂を使用し、さらに、無機系の酸化防止剤であるヨウ化銅（ＣｕＩ）を、ポリアミド樹脂１００重量部に対して、０．０１５重量部配合した。

（３）スタンパブル基材の作製
次にスタンパブル基材について説明する。上記した不連続繊維マット１の巻取り方向を０°とし、不連続繊維マット１を１２枚、（０°／９０°／０°／９０°／０／９０°）ｓとなるように積層し、さらに積層した不連続繊維マット１中の炭素繊維と熱可塑性樹脂組成物の重量比が４０：６０となるように熱可塑性樹脂組成物フィルムを積層した後に、全体をステンレス板で挟み、２６０℃で９０秒間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０秒間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍのスタンパブル基材を得た。繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブル基材中の炭素繊維の配合量は、成形方法、用途等によって異なる。しかし、コストパフォーマンスの観点から１０〜９０ 質量％の範囲が好ましく、３０〜７０質量％がより好ましい。炭素繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブル基材に対する炭素繊維の配合量は、ポリアミド樹脂フィルムと炭素繊維とを任意の割合で積層することにより調整することができる。

（４）スタンパブル基材中の炭素繊維の含有率（Ｖｆ）
スタンパブル基材から約２ｇのサンプルを切り出し、その質量を測定した。その後、サンプルを５００℃に加熱した電気炉の中で１時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却してから、残った炭素繊維の質量を測定した。炭素繊維の質量に対する、マトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばす前のサンプルの質量に対する比率を測定し、炭素繊維の含有率とした。

（５）本発明の実施例、比較例で用いた炭素繊維１。
繊維径７μｍ、引張弾性率２３０ＧＰａでフィラメント数が１２０００本の連続した炭素繊維束に対し、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル１００％成分（分子量＝６７０）の水系サイジング剤を炭素繊維束に１．０重量％付着させ炭素繊維１を得た。

（６）引張試験
ＪＩＳ Ｋ７１６４に従って、繋ぎ成形品の引張試験を行った。判定記号の「◎」は、重ね合わせ成形品の重ね合わせ部の引張強度および引張弾性率が非常に高い値を示し、実使用上問題ないレベルである。判定記号の「○」は、重ね合わせ成形品の重ね合わせ部の引張強度および引張弾性率が比較的高い値を示し、実使用上略問題ないレベルである。判定記号の「×」は、引張強度が低く、また引張弾性率が低いため、実使用上問題の出る可能性のあるレベルである。

（７）スタンパブル成形による重ね合わせ成形品の作製
寸法３００ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍのスタンパブル基材２枚を一定の長さで一部を重ね合わせ、基材中心温度が２６０℃になるまで予熱後、１５０℃に昇温したプレス盤に配し、１０ＭＰａで３０秒間加圧してスタンピング成形し、一部が重ね合わされた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体である重ね合わせ成形品の特性等を表２に示す。

表２において、列は得られた重ね合わせ成形品Noを示す。行は上段から、表１で示した熱可塑性樹脂組成物Noおよびスタンパブル基材中におけるその配合重量割合（重量％）を示す。その次の欄は、不連続繊維マットのスタンパブル基材中におけるその配合重量割合（重量％）を示す。その次の欄は、重ね合わせ成形時にスタンパブル基材を重ね合わせた接合距離を示す。実施例または比較例では重ね合わせた接合距離が０ｍｍ〜１５０ｍｍのサンプルを作製し例示した。重ね合わせ成形品Ｎｏ１〜４は、熱可塑性樹脂組成物No１を使用し、接合距離を、それぞれ１００ｍｍ、５０ｍｍ、３０ｍｍ、０ｍｍの長さで重ね合わせをして重ね合わせ成形品を得た。重ね合わせ成形品Ｎｏ５〜７は、樹脂組成物にヨウ化銅（CuI）を添加した熱可塑性樹脂組成物No２を使用し、接合距離を、それぞれ１００ｍｍ、５０ｍｍ、１０ｍｍの長さで重ね合わせをして重ね合わせ成形品を得た。重ね合わせ成形品Ｎｏ８〜１０は、熱可塑性樹脂組成物Ｎｏ１を使用し、基材厚みを変えて、接合距離を、それぞれ７．５ｍｍ、７５ｍｍ、１５０ｍｍの長さで重ね合わせをして重ね合わせ成形品を得た。得られた重ね合わせ成形品の引張試験を行い、得られた引張強度、引張弾性率を表３に示す。

表３において、列は実施例または比較例を示す。行は上段から、表２で示した重ね合わせ成形品Ｎｏ、その次の欄にはその重ね合わせ成形品の特性を示す。重ね合わせ成形品の特性では引張強度（ＭＰａ）、引張弾性率（ＧＰａ）、判定を示す。

(実施例１)
重ね合わせ成形品Ｎｏ１は、重ね合わせ成形時の接合距離を１００ｍｍとした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ１の接合部断面は図２（Ｃ）に示すような傾斜構造であった。接合点付近での接合部の傾斜角度は水平に対して１３°、他の接合点付近での接合部の傾斜角度は１０°、接合部の中央部での接合部の傾斜角度は２°であった。引張試験を行った結果、引張強度はそれぞれ４３０MPaと高い値を示し、引張弾性率においても２９．１GPaと、一般部の１．１倍以上の高い値を示したため、判定を◎とした。

（実施例２）
重ね合わせ成形品Ｎｏ２は、重ね合わせ成形時の接合距離を５０ｍｍとした以外は実施例１と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ２の接合部断面は図２（Ｃ）に示すような傾斜構造であった。接合点付近での接合部の傾斜角度は水平に対して１３°、他の接合点付近での接合部の傾斜角度は１０°、接合部の中央部での接合部の傾斜角度は２．５°であった。引張強度は３２１MPaと２００MPa以上の値を示し、引張弾性率においても２８．２MPaと一般部の１．１倍以上の高い値を示したため、判定を◎とした。

（実施例３）
重ね合わせ成形品Ｎｏ３は、重ね合わせ成形時の接合距離を３０ｍｍとした以外は実施例１と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ３の接合部断面は図２（Ｂ）に示すような傾斜構造であった。接合点から他の接合点まで略直線状の接合構造であり、その傾斜角度は水平に対して５°であった。引張強度は２２０MPaの値を示し、引張弾性率においても２６．３MPaを示した。判定を○とした。

（比較例１）
重ね合わせ成形品Ｎｏ４は、重ね合わせ成形時の接合距離を０ｍｍとした以外は実施例１と同様とした。接合距離が０ｍｍであると得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ４の接合部断面は図２（Ａ）に示すような傾斜を持たない構造であった。引張強度、引張弾性率において低い値を示し、判定を×とした。

（実施例４）
重ね合わせ成形品Ｎｏ５は、熱可塑性樹脂組成物に熱可塑性樹脂組成物Ｎｏ２を用いた以外は実施例１と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ５の接合部断面は図２（Ｃ）に示すような傾斜構造であった。接合点付近での接合部の傾斜角度は水平に対して１２°、他の接合点付近での接合部の傾斜角度は１０°、接合部の中央部での接合部の傾斜角度は２°であった。熱可塑性樹脂組成物にヨウ化銅を添加することにより、重ね合わせ成形品Ｎｏ５の接合部の引張強度は４５５MPaと高い値を示し、さらに弾性率においても２９．６MPaと一般部の１．１倍以上の非常に高い値を示したため、判定を◎とした。

（実施例５）
重ね合わせ成形品Ｎｏ６は、重ね合わせ成形時の接合距離を５０ｍｍとした以外は実施例４と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ６の接合部断面は図２（Ｃ）に示すような傾斜構造であった。接合点付近での接合部の傾斜角度は水平に対して８５°、他の接合点付近での接合部の傾斜角度は８５°、接合部の中央部での接合部の傾斜角度は５°であった。接合距離が５０ｍｍであっても引張強度は４３４MPaの高い値を示し、弾性率においても２８．４MPaと一般部の１．１倍以上の高い値を示したため、判定を◎とした。

（実施例６）
重ね合わせ成形品Ｎｏ７は、重ね合わせ成形時の接合距離を３０ｍｍとした以外は実施例４と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ７の接合部断面は図２（Ｂ）に示すような傾斜構造であった。接合点から他の接合点まで略直線状の接合構造であり、その傾斜角度は水平に対して４°であった。引張強度は３５５MPaの値を示し、引張弾性率においても２６．５MPaを示し、判定を◎とした。ポリアミド樹脂にヨウ化銅を配合した熱可塑性樹脂を用いた繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、ヨウ化銅が添加されていない熱可塑性樹脂成形体よりも接合部の引張強度はさらに高い引張強度が得られ、より効果的であった。

（実施例７）
重ね合わせ成形品Ｎｏ８は、基材厚みを０．５ｍｍ、重ね合わせ成形時の接合距離を７．５ｍｍとした以外は実施例３と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ７の接合部断面は図２（Ｂ）に示すような傾斜構造であった。接合点から他の接合点まで略直線状の接合構造であり、その傾斜角度は水平に対して４°であった。引張強度は２１９MPaの値を示し、引張弾性率においても２５．８MPaを示し、判定を○とした。

（実施例８）
重ね合わせ成形品Ｎｏ９は、基材厚みを５ｍｍ、重ね合わせ成形時の接合距離を７５ｍｍとした以外は実施例３と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ７の接合部断面は図２（Ｂ）に示すような傾斜構造であった。接合点から他の接合点まで略直線状の接合構造であり、その傾斜角度は水平に対して４°であった。引張強度は２１５MPaの値を示し、引張弾性率においても２５．６MPaを示し、判定を○とした。

（実施例９）
重ね合わせ成形品Ｎｏ１０は、基材厚み１０ｍｍ、重ね合わせ成形時の接合距離を１５０ｍｍとした以外は実施例３と同様とした。得られた重ね合わせ成形品Ｎｏ７の接合部断面は図２（Ｂ）に示すような傾斜構造であった。接合点から他の接合点まで略直線状の接合構造であり、その傾斜角度は水平に対して５°であった。引張強度は２１８MPaの値を示し、引張弾性率においても２５．５MPaを示し、判定を○とした。

このように基材厚みを変化させても一定の接合距離を持って重ね合わせてスタンピング成形し、接合部において水平に対して８５°以下の断面傾斜構造を得ることにより、比較的高い引張強度、引張弾性率を保持でき、実使用上略問題ないレベルの繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得ることができた。

本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体およびその製造方法は、あらゆる繊維強化熱可塑性樹脂一体化構造体に適用でき、とくに、シート状のスタンパブル基材同士の接合一体化に好適なものである。

１ 第１の部材
２ 第２の部材
３ 重ね合わせ部
４ プレス成形型
５ 接合部
６ 繊維強化熱可塑性樹脂成形体（本発明）
１１、１２ 繊維強化熱可塑性樹脂成形体（本発明外）
２１、２５ 第２の部材
２２、２３、２４、２６ 重ね合わせ部
３１、３２ 接合点

Claims (14)

1. 少なくとも投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材と第２の部材が、それらの一部が溶融を介して互いに接合されることにより一体化された繊維強化熱可塑性樹脂成形体であって、
   前記第１の部材と第２の部材はランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維で強化された熱可塑性樹脂からなり、第１の部材と第２の部材の接合部が断面において傾斜構造を有することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
2. 前記接合部の引張弾性率が接合部以外の一般部の引張弾性率の１．１〜１．５倍である、請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
3. 前記第１の部材と第２の部材の最大接合距離が少なくとも３０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
4. 前記第１の部材と第２の部材の最大接合距離をＬ（ｍｍ）、前記第１の部材および第２の部材において部材厚さの厚い方の部材の部材厚さをｔ（ｍｍ）とした場合、次式（１）の関係を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
   １５≦Ｌ／ｔ≦５０ （１）
5. 前記第１の部材と第２の部材の接合部の断面において、少なくとも傾斜角度の異なる接合部位が複数存在する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
6. 前記第１の部材と第２の部材を構成する強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維のいずれかから選ばれる１つ以上からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
7. 前記第１の部材と第２の部材は強化繊維がランダムに配向した強化繊維層に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂材からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
8. 前記強化繊維層を構成する強化繊維の繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある、請求項７に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
9. 前記熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドのいずれかから選ばれる少なくとも一つからなる、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
10. 前記熱可塑性樹脂がポリアミドであり、さらに該ポリアミドに無機系の酸化防止剤が配合されている、請求項９に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
11. ポリアミド１００重量部に対して、無機系の酸化防止剤が０．０１〜１重量部配合されている、請求項１０に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
12. 無機系の酸化防止剤がハロゲン化銅あるいはその誘導体から構成されている、請求項１０または１１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
13. ランダムに配向した不連続繊維からなる強化繊維を有し、少なくとも投影面積が０．２５ｍ^２以上の第１の部材と第２の部材を、それらの一部を溶融を介して互いに接合することにより一体化する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、
    第１の部材と第２の部材を、それらの一部を重ね合わせてプレス成形型内に配置するとともに、重ね合わせ部の最大接合距離を３０ｍｍ以上としてスタンピング成形し、該スタンピング成形を、第１の部材と第２の部材の接合部が断面において傾斜構造となるように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。
14. 前記接合部の引張弾性率が接合部以外の一般部の引張弾性率の１．１〜１．５倍となるように成形する、請求項１３に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

Images