JP2015112785A - ファブリック強化樹脂成形体の製造方法及びファブリック強化樹脂成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維状強化材の周囲に設けられた熱可塑性樹脂からなる被覆層とで構成された繊維状強化材を、2本以上束ねて加熱延伸し、各繊維の被覆層を融合一体化することにより得られ、各複合繊維の被覆層が融合一体化して形成されたマトリックス樹脂中に繊維状強化材が存在している線状複合材により形成したファブリック又はこのファブリックを用いたシート材を加熱する工程(加熱工程S1)と、加熱したファブリック又はシート材を、金型を用いて、冷間にて、圧縮成形又は真空成形する工程(成形工程S2)とを行って、所定形状のファブリック強化樹脂成形体を得る。
【選択図】図1
Description
前記繊維状強化材は、例えば示差走査熱量計を使用し、昇温速度を30℃/分として、融解熱量法により測定した結晶化度が60%以上のものを用いることができる。
また、前記マトリックス樹脂には融点が130℃以下のポリオレフィン系樹脂を用いることができ、前記繊維状強化材には前記ポリオレフィン系樹脂よりも融点が20℃以上高い結晶性熱可塑性樹脂を用いることができる。
前記線状複合材は、2種以上の繊維状強化材を含んでいてもよい。
前記線状複合材には、120℃における引張りヤング率が7cN/dtex以上のものを使用することができる。
一方、前記加熱する工程では、前記ファブリック又はシート材を、前記マトリックス樹脂の融点以上かつ前記繊維状強化材の融点未満の温度にすればよい。
前記シート材には、前記ファブリックを複数枚積層して前記マトリックス樹脂が溶融する温度で熱圧着したもの、或いは、1又は2枚以上の前記ファブリックと、前記マトリックス樹脂と同種の樹脂からなる樹脂シートとを積層し、前記マトリックス樹脂が溶融する温度で熱圧着したものを用いることができる。
また、前記ファブリックは、例えば平織織布である。
図3は複合繊維の構造を模式的に示す断面図である。本実施形態の樹脂成形体の製造方法で用いる線状複合材の原糸は、図3に示す繊維状強化材1の周囲に熱可塑性樹脂からなる被覆層2が設けられた複合繊維3である。この複合繊維3は、例えば溶融紡糸などにより形成することができる。
本実施形態の樹脂成形体の製造方法で用いる線状複合材は、前述した複合繊維3を、複数本束ねて加熱延伸することにより得られる。図4〜6は図3に示す複合繊維3を加熱延伸して得た線状複合材の構造例を模式的に示す断面図である。2本以上の複合繊維3を加熱延伸すると、各複合繊維3の被覆層2が融合一体化して、長手方向における断面において、マトリックス樹脂5(被覆層2を構成する熱可塑性樹脂)中に繊維強化材1が存在する構造の線状複合材が得られる。
本実施形態の樹脂成形体の製造方法で用いるファブリックは、前述した線状複合材を用いて製造されたものであり、例えば、織物、編み物又は不織布である。また、本実施形態で用いるファブリックは、前述した線状複合材を用いていればよく、異種繊維種が混繊されていてもよい。図7はファブリックの一例である平織織布を模式的に示す斜視図である。ファブリック11の組織は、特に限定されるものではなく、図7に示す平織の他、斜文織、朱子織、これらの原組織の変形組織など用途に応じて適宜選択することができる。また、ファブリックの製造方法も、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。
図2A及び図2Bに示すように、加熱工程S1では、ファブリック11又はこのファブリックを用いたシート材12を、必要に応じて裁断や積層した後、加熱する。その際、加熱方法は、特に限定されるものではなく、オーブンやホットプレートなど公知の加熱装置を使用することができる。また、必要に応じて、金属板などで挟持した状態で、ファブリック11又はシート材12を加熱してもよい。これにより、熱収縮を防止することができる。ファブリック11又はシート材12の加熱温度は、マトリックス樹脂5の融点以上かつ繊維状強化材1の融点未満の温度とすることが好ましい。これにより、形状保持性(保形性)が良好なファブリック強化樹脂成形体を得ることができる。
図8は本実施形態の方法で製造されるファブリック強化樹脂成形体の構成例を示す斜視図である。図2Cに示すように、前述した加熱工程S1で加熱したファブリック11又はシート材12を、金型13a,13bを用いて、冷間にて、圧縮成形又は真空成形する。これにより、例えば図8に示される深絞り成形体20などの略箱状体をはじめとし、各種形状のファブリック強化樹脂成形体を製造することができる。
先ず、アイソタクチックポリプロピレン(i−PP)[メルトフローレイト(MFR)=18g/10分(230℃、21.18N)、融点=165℃]からなる繊維状強化材の周囲に、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)[メルトフローレイト(MFR)=8g/10分(190℃、21.18N)、融点=117℃]からなる被覆層を設けた複合繊維を作製した。具体的には、これらの材料を、ホール数が240ホールの細孔を有する鞘芯複合紡糸ノズルを用いて、紡糸温度270℃にて、紡糸ノズルヘッド部に備え付けの溶融樹脂ギヤポンプで所定量の吐出樹脂量に計量しつつ紡糸速度60m/分で紡糸し、鞘と芯の断面積比(鞘/芯比)が35/65で、繊度が24,163dtexの複合繊維を作製した。
ギヤポンプの吐出樹脂量を調整し、紡糸速度を40m/分とし、紡糸繊度を17,809dtexとした以外は、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で、複合繊維を作製した。その後、第1延伸ローラー(G1)を40m/分、第1延槽伸温度を145℃ (高圧飽和水蒸気)、第2延伸ローラー(G2)速度を400m/分とし、全延伸倍率(G2/G1速度比)=10.00倍の条件で1段延伸した以外は、前述した複合繊維Aと同様の方法及び条件で延伸線状複合材Bを得た。
ギヤポンプの吐出樹脂量を調整し、紡糸繊度を12,544dtexとした以外は、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で、複合繊維を作製した。その後、第2延伸ローラー(G2)速度を300m/分 、第2延伸槽温度を145℃(高圧飽和水蒸気)、第3延伸ローラー(G3)速度を420m/分とし、第1延伸倍率(G2/G1速度比)を5.00倍、第2延伸倍率(G3/G2速度比)を1.40倍、全延伸倍率(G3/G1速度比)を7.00倍とした以外は、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で2段延伸し、延伸線状複合材Cを得た。
ギヤポンプの吐出樹脂量を調整し、紡糸繊度を25,045dtexとした以外は、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で、複合繊維を作製した。その後、第2延伸ローラー(G2)速度を600m/分、第3延伸ローラー(G3)速度を838m/分とし、第1延伸倍率(G2/G1速度比)を10.00倍、第2延伸倍率(G3/G2速度比)を1.40倍、全延伸倍率(G3/G1速度比)を13.97倍とした以外は、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で2段延伸し、延伸線状複合材Dを得た。
ギヤポンプの吐出樹脂量を調整し、紡糸繊度を24,959dtexとした以外は、前述した線状複合材Bと同様の方法及び条件で、複合繊維を作製した。その後、第2延伸ローラー(G2)速度を560m/分とし 、全延伸倍率(G2/G1速度比)=14.00倍の条件で延伸した以外は、前述した線状複合材Bと同様の方法及び条件で1段延伸し、延伸線状複合材Eを得た。
被覆層をエチレン―プロピレンランダム共重合体(co−PP)[メルトフローレイト(MFR)=5g/10分(190℃、21.18N)、融点=125℃]で形成したこと、及びギヤポンプの吐出樹脂量を調整して紡糸繊度を24,100dtexとしたこと以外は、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で、複合繊維を作製した。その後、前述した線状複合材Aと同様の方法及び条件で2段延伸し、延伸線状複合材Fを得た。
(1)室温
JIS L1013で規定される方法に準じて、試料長100mm、引張り速度100mm/分の条件で、株式会社島津製作所社製 オートグラフAG−100kN ISを用いて、1試料当たり5回の測定を行った。そして、その平均値から、強度(cN/dtex)、伸度(%)、ヤング率(cN/dtex)を求めた。
加熱炉を使用して120℃雰囲気下で1時間調整した後、試料をセットして、3分後(試料の温度が約2分後に120℃に達する)に、JIS L1013で規定される方法に準じて、試料長100mm、引張り速度100mm/分の条件で、株式会社島津製作所社製 オートグラフAG−100kN ISを用いて、1試料当たり5回の測定を行った。そして、その平均値から、強度(cN/dtex)、伸度(%)、ヤング率(cN/dtex)を求めた。
(1)ファブリックの作製
線状複合材Aを2本合糸して3656dtexとし、織機にて、縦横方向の原糸打ち密度をそれぞれ8.33本/25mmとして平織織布を作製した。得られた織布の面密度は244g/m2であった。
得られた平織織布を、縦横長さ1.5mの大きさに裁断し、これを3枚積層して、加熱平板(縦2m×横2m)ホットプレス機にて熱圧着ファブリックシートを作製した。シート作製の前準備として、縦横長さ1.8m、厚さ1.5mmのアルミニウム板を予めホットプレス機で所定の温度に予熱した。そして、このアルミニウム板に前述した平織織布を載せて、所定条件で熱圧着した。プレス圧解除後にアルミニウム板ごと取り出し、別途準備しておいた冷却用のアルミニウム板をこれに載せてシートを急冷した後、シートのみを取り外すことによって熱圧着ファブリックシートを作製した。その際、ホットプレス条件は、平板温度120℃、加圧1.6MPa、加圧保持時間45秒とした。また、得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.1mm、面密度681g/m2であった。
圧縮成形試験では、雄金型には、縦500mm、横700mm、高さ120mm、上部端部曲率R80mm、底部端部曲率R10mmの凸形状を有する金型を使用した。一方、雌金型には、雄金型に対応する凹形状を有する金型を使用し、雄雌金型をプレス機に装着して圧縮成形試験に使用した。なお各金型は、型内通水冷却管に冷水又は温水を通水することにより、金型温度を30℃〜70℃の範囲に維持できる状態で使用した。
織布に加えて、面密度200g/m2のLLDPE樹脂製[メルトフローレイト(MFR)=8g/10分(190℃、21.18N)、融点=117℃]シートを片面に積層した以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシート作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度865g/m2であった。
織布に加えて、面密度200g/m2のLLDPE樹脂製[メルトフローレイト(MFR)=8g/10分(190℃、21.18N)、融点=117℃]シートを介してPET樹脂製シートを片面に積層した以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度865g/m2であった。
実施例1と同様の方法で作製した織布を、加熱平板ホットプレスは行わずに3枚積層して、732g/m2相当の面密度とし、実施例1と同様の方法及び条件で圧縮成形試験を行った。その結果、室温で24時間放置後の目視観察において、箱状成形体に反りや変形は認められず、反り角度αは0°であり、良好な成形性であった。
線状複合材Bを2本合糸して3616dtexとした以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、平織織布を作製した。得られた織布の面密度は241g/m2であった。この織布を用いて、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.1mm、面密度670g/m2であった。
実施例5で作製した平織織布を使用し、実施例2と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度853g/m2であった。次に、前述した方法で作製した熱圧着ファブリックシートを、織布側の面が金型の雄側に接するように設置し、実施例1と同様の方法及び条件で圧縮成形試験を行った。その結果、室温で24時間放置後の目視観察において、箱状成形体に反りや変形は認められず、反り角度αは0°であり、良好な成形性であった。
実施例5と同様の方法で作製した織布を、加熱平板ホットプレスは行わずに3枚積層して、723g/m2相当の面密度とし、実施例1と同様の方法及び条件で圧縮成形試験を行った。その結果、室温で24時間放置後の目視観察において、箱状成形体に反りや変形は認められず、反り角度αは0°であり、良好な成形性であった。
線状複合材Fを2本合糸して3640dtexとした以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、平織織布を作製した。得られた織布の面密度は242g/m2であった。この織布を用いて、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.1mm、面密度681g/m2であった。
実施例8で作製した平織織布を使用し、実施例2と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度865g/m2であった。次に、前述した方法で作製した熱圧着ファブリックシートを、織布側の面が金型の雄側に接するように設置し、実施例1と同様の方法及び条件で圧縮成形試験を行った。その結果、室温で24時間放置後の目視観察において、箱状成形体に反りや変形は認められず、反り角度αは0°であり、良好な成形性であった。
実施例8で作製した平織織布を使用し、実施例3と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.4mm、面密度916g/m2であった。次に、前述した方法で作製した熱圧着ファブリックシートを、織布側の面が金型の雄側に接するように設置し、実施例1と同様の方法及び条件で圧縮成形試験を行った。その結果、室温で24時間放置後の目視観察において、箱状成形体に反りや変形は認められず、反り角度αは0°であり、良好な成形性であった。
実施例8と同様の方法で作製した織布を、加熱平板ホットプレスは行わずに3枚積層して、732g/m2相当の面密度とし、実施例1と同様の方法及び条件で圧縮成形試験を行った。その結果、室温で24時間放置後の目視観察において、箱状成形体に反りや変形は認められず、反り角度αは0°であり、良好な成形性であった。
線状複合材Cを2本合糸し、3628dtexとした以外は、実施例1と同様の方法及び条件で平織織布を作製した。得られた織布の面密度は、242g/m2であった。次に、この織布を使用して実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.1mm、面密度670g/m2であった。
織布に加えて、面密度200g/m2のLLDPE樹脂製[メルトフローレイト(MFR)=8g/10分(190℃、21.18N)、融点=117℃]シートを片面に積層した以外は、前述した比較例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度856g/m2であった。
線状複合材Dを2本合糸して3640dtexとした以外は、実施例1と同様の方法及び条件で、平織織布を作製した。得られた織布の面密度は243g/m2であった。次に、この織布を使用して実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.1mm、面密度670g/m2であった。
織布に加えて、面密度200g/m2のLLDPE樹脂製[メルトフローレイト(MFR)=8g/10分(190℃、21.18N)、融点=117℃]シートを片面に積層した以外は、前述した比較例3と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度855g/m2であった。
線状複合材Eを2本合糸して3620dtexとした以外は、実施例1と同様の方法及び条件で平織織布を作製した。得られた織布の面密度は241g/m2であった。次に、この織布を使用して実施例1と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.1mm、面密度669g/m2であった。
織布に加えて、面密度200g/m2のLLDPE樹脂製[メルトフローレイト(MFR)=8g/10分(190℃、21.18N)、融点=117℃]シートを片面に積層した以外は、前述した比較例5と同様の方法及び条件で、熱圧着ファブリックシートを作製した。得られた熱圧着ファブリックシートは、厚さ1.3mm、面密度853g/m2であった。
2 被覆層
3 複合繊維
4 空隙
5 マトリックス樹脂
10 線状複合材
11 ファブリック
12 シート材
13a,13b 金型
20 樹脂成形体
Claims (10)
- 加熱延伸により2本以上の複合繊維を一体化して得た線状複合材で形成されたファブリック又は前記ファブリックを用いたシート材を加熱する工程と、
加熱したファブリック又はシート材を、金型を用いて、冷間にて、圧縮成形又は真空成形する工程と、を有し、
前記複合繊維は、繊維状強化材と前記繊維状強化材の周囲に設けられた熱可塑性樹脂からなる被覆層とで構成され、
前記線状複合材は、各複合繊維の被覆層が融合一体化して前記被覆層を構成する熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂中に前記繊維状強化材が存在しているファブリック強化樹脂成形体の製造方法。 - 前記繊維状強化材は、示差走査熱量計を使用し、昇温速度を30℃/分として、融解熱量法により測定した結晶化度が60%以上である請求項1に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記マトリックス樹脂は融点が130℃以下のポリオレフィン系樹脂であり、前記繊維状強化材は前記ポリオレフィン系樹脂よりも融点が20℃以上高い結晶性熱可塑性樹脂で形成されている請求項1又は2に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記線状複合材は、2種以上の繊維状強化材を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記線状複合材は、120℃における引張りヤング率が7cN/dtex以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記加熱する工程では、前記ファブリック又はシート材を、前記マトリックス樹脂の融点以上かつ前記繊維状強化材の融点未満の温度にする請求項1〜5のいずれか1項に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記シート材は、前記ファブリックを複数枚積層して前記マトリックス樹脂が溶融する温度で熱圧着したものである請求項1〜6のいずれか1項に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記シート材は、1又は2枚以上の前記ファブリックと、前記マトリックス樹脂と同種の樹脂からなる樹脂シートとを積層し、前記マトリックス樹脂が溶融する温度で熱圧着したものである請求項1〜6のいずれか1項に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 前記ファブリックは、平織織布である請求項1〜8のいずれか1項に記載のファブリック強化樹脂成形体の製造方法。
- 2本以上の複合繊維を加熱延伸により一体化して得た線状複合材で形成されたファブリック又は前記ファブリックを用いたシート材を加熱した後、金型を用いて、冷間にて、圧縮成形又は真空成形して得られ、
前記複合繊維は、繊維状強化材と前記繊維状強化材の周囲に設けられた熱可塑性樹脂からなる被覆層とで構成され、
前記線状複合材は、各複合繊維の被覆層が融合一体化して前記被覆層を構成する熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂中に前記繊維状強化材が存在しているファブリック強化樹脂成形体。
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