JP2015217626A - Multilayer molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化プラスチック成形体と樹脂層の多層成形品に関する。具体的には、本発明は、強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行である多層成形品に関する。 The present invention relates to a multilayer molded article of a fiber reinforced plastic molded body and a resin layer. Specifically, the present invention relates to a multilayer molded article in which the reinforcing fiber is substantially parallel to the center surface of the fiber-reinforced plastic molded body.
近年、航空機や車両などの構造材料や、電気機器の筐体部品には、軽量化が求められており、金属素材以外の成形材料に代替が進められている。特に、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む不織布を加熱加圧処理し、成形した繊維強化プラスチック成形体は、金属素材の代替材料として様々な分野で用いられている。 In recent years, structural materials such as aircraft and vehicles, and housing parts of electrical equipment have been required to be lighter, and replacement with molding materials other than metal materials has been promoted. In particular, a fiber-reinforced plastic molded body obtained by heating and pressurizing a nonwoven fabric containing reinforcing fibers such as carbon fibers and glass fibers is used in various fields as an alternative material for metal materials.
このような繊維強化プラスチック成形体には、軽量であることに加えて、優れた機械的強度を有することも求められている。このため、機械的強度を高めるために、構成の異なる2種以上のプラスチック層を積層した多層成形品の開発が進められている。例えば、特許文献1には、エポキシ化合物を含む樹脂組成物で形成されたコア層と、アクリル樹脂で形成されたスキン層からなる二層成形品が開示されている。また、特許文献2には、ポリカーボネートから構成される非繊維強化プラスチック層と、強化繊維と樹脂を含む繊維強化プラスチック層を有する成形品が開示されている。なお、特許文献2では、繊維強化プラスチック層にはエポキシ樹脂が好ましく用いられている。 Such a fiber-reinforced plastic molded body is required to have excellent mechanical strength in addition to being lightweight. For this reason, in order to increase the mechanical strength, development of multilayer molded products in which two or more types of plastic layers having different configurations are laminated is underway. For example, Patent Document 1 discloses a two-layer molded article including a core layer formed of a resin composition containing an epoxy compound and a skin layer formed of an acrylic resin. Patent Document 2 discloses a molded article having a non-fiber reinforced plastic layer made of polycarbonate and a fiber reinforced plastic layer containing reinforced fibers and a resin. In Patent Document 2, an epoxy resin is preferably used for the fiber-reinforced plastic layer.
また、多層成形品を成形する際、繊維強化プラスチック成形体の強化繊維の繊維配向がランダムであると、繊維強化プラスチック成形体の強化繊維が積層されているプラスチック層を貫通してしまうことがある。これにより、例えば、多層成形品を着色するため塗工すると、プラスチック層の強化繊維が貫通した部分から塗料の溶剤が侵入し、繊維強化プラスチック成形体内にも浸透し、多層成形品の表面に膨れが発生するという問題が発生していた。 Further, when molding a multilayer molded article, if the fiber orientation of the reinforcing fiber of the fiber reinforced plastic molded body is random, the fiber reinforced plastic molded body may penetrate the plastic layer on which the reinforcing fiber is laminated. . As a result, for example, when coating is applied to color a multilayer molded article, the solvent of the paint penetrates from the portion of the plastic layer through which the reinforcing fibers penetrate, penetrates into the fiber reinforced plastic molded body, and swells on the surface of the multilayer molded article. There was a problem that occurred.
従来技術により得られた積層タイプの成形品は、各層間の接合性が十分ではないという問題があった。また、従来技術により得られた積層タイプの成形品では、成形品の表面に膨れが発生するという問題もあり、更に、その機械的強度は十分ではなく、さらなる改善が求められていた。 The laminate-type molded product obtained by the conventional technique has a problem that the bonding property between the layers is not sufficient. In addition, the laminated type molded product obtained by the conventional technique has a problem that the surface of the molded product is swollen, and further, the mechanical strength is not sufficient, and further improvement has been demanded.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、軽量でありながらも、表面の膨れを抑え、各層間の接合性に優れかつ機械的強度がより高められた多層成形品を提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors have reduced the swelling of the surface while being lightweight, and have excellent bonding properties between layers and improved mechanical strength. The study proceeded with the aim of providing products.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、繊維強化プラスチック成形体と樹脂層を有する多層成形品であって、強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行であることとした。これより、この多層成形品が、溶剤への高い耐性を有し、各層間で高い接合性を有し、かつ高い曲げ強度が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[1]熱可塑性樹脂と強化繊維を含む繊維強化プラスチック成形体と、前記繊維強化プラスチック成形体の少なくとも一つの面に、熱可塑性樹脂からなる樹脂層を有する多層成形品であって、前記強化繊維は、前記繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行であることを特徴とする多層成形品。
[2]前記強化繊維が、前記樹脂層に貫入して接合していることを特徴とする[1]に記載の多層成形品。
[3]前記繊維強化プラスチック成形体に含まれる熱可塑性樹脂と、前記樹脂層の熱可塑性樹脂が異なることを特徴とする[1]又は[2]に記載の多層成形品。
[4]前記繊維強化プラスチック成形体に含まれる熱可塑性樹脂がポリエーテルイミド樹脂であり、前記樹脂層がポリカーボネート樹脂である[1]〜[3]のいずれか1項に記載の多層成形品。
[5]前記樹脂層の前記多層成形品に対する質量比が5%以上である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の多層成形品。
[6]熱可塑性樹脂と強化繊維を含む繊維強化プラスチック成形体用シートと、前記繊維強化プラスチック成形体用シートの少なくとも一つの面に、熱可塑性樹脂からなる樹脂層を有する多層成形品用シートであって、前記繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱加圧して得られた繊維強化プラスチック成形体において、前記強化繊維は、該繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行であることを特徴とする多層成形品用シート。
[7]前記多層成形品用シートを加熱加圧して得られる、[6]に記載の多層成形品。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have obtained a multilayer molded article having a fiber reinforced plastic molded article and a resin layer, and the reinforcing fiber is a central surface of the fiber reinforced plastic molded article. And almost parallel. From this, it has been found that this multilayer molded article has high resistance to a solvent, high bondability between the respective layers, and high bending strength, and the present invention has been completed.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] A multilayer molded article having a fiber reinforced plastic molded article including a thermoplastic resin and a reinforced fiber, and a resin layer made of a thermoplastic resin on at least one surface of the fiber reinforced plastic molded article. Is a multilayer molded article characterized by being substantially parallel to the center surface of the fiber-reinforced plastic molded body.
[2] The multilayer molded article according to [1], wherein the reinforcing fiber penetrates and is joined to the resin layer.
[3] The multilayer molded article according to [1] or [2], wherein a thermoplastic resin contained in the fiber-reinforced plastic molded body is different from a thermoplastic resin of the resin layer.
[4] The multilayer molded article according to any one of [1] to [3], wherein the thermoplastic resin contained in the fiber-reinforced plastic molded body is a polyetherimide resin, and the resin layer is a polycarbonate resin.
[5] The multilayer molded article according to any one of [1] to [4], wherein a mass ratio of the resin layer to the multilayer molded article is 5% or more.
[6] A sheet for a multilayer molded article having a fiber reinforced plastic molded sheet containing a thermoplastic resin and reinforcing fibers, and a resin layer made of a thermoplastic resin on at least one surface of the fiber reinforced plastic molded sheet. In the fiber reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the sheet for fiber reinforced plastic molded body, the reinforcing fiber is substantially parallel to the center plane of the fiber reinforced plastic molded body. Sheet for multilayer molded products.
[7] The multilayer molded article according to [6], obtained by heating and pressing the sheet for multilayer molded article.
本発明によれば、繊維強化プラスチック成形体の繊維配向が制御されているため、樹脂層を貫通する強化繊維がなく、樹脂層で溶剤が侵入するのを防止し、繊維強化プラスチック成形体の表面の膨れを抑えることができる。また、繊維配向が制御されているため、繊維強化プラスチック成形体と樹脂層との接合性が高くなり、かつ高い曲げ強度を得ることができる。このように、本発明の多層成形品は、航空機や車両などの構造材料や、電気機器の筐体部品等の様々な分野で好ましく用いられる。 According to the present invention, since the fiber orientation of the fiber-reinforced plastic molded body is controlled, there is no reinforcing fiber penetrating the resin layer, preventing the solvent from entering the resin layer, and the surface of the fiber-reinforced plastic molded body Can suppress swelling. Moreover, since the fiber orientation is controlled, the bondability between the fiber-reinforced plastic molded body and the resin layer is increased, and a high bending strength can be obtained. As described above, the multilayer molded article of the present invention is preferably used in various fields such as structural materials for aircrafts and vehicles, and housing parts for electric devices.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on representative embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In the present specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
(多層成形品)
本発明の一実施形態は、熱可塑性樹脂と強化繊維を含む繊維強化プラスチック成形体と、前記繊維強化プラスチック成形体の少なくとも一つの面に、熱可塑性樹脂からなる樹脂層を有する多層成形品である。また、繊維強化プラスチック成形体に含まれる強化繊維は、前記繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行である。
(Multilayer molded product)
One embodiment of the present invention is a multilayer molded article having a fiber reinforced plastic molded article including a thermoplastic resin and reinforcing fibers, and a resin layer made of a thermoplastic resin on at least one surface of the fiber reinforced plastic molded article. . The reinforcing fiber contained in the fiber-reinforced plastic molded body is substantially parallel to the center surface of the fiber-reinforced plastic molded body.
「繊維強化プラスチック成形体の中心面」とは、以下の通り求める(図1参照)。まず、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体(10)について、強化繊維配向方向(図1(a)のB−B’線)を切り出した。加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体(10)の表面は、拡大すると強化繊維配向方向(図1(b))に示すような凸凹があるので、凸凹の平均値から表面平均線(30、40)を求める。この表面平均線(30、40)の中間の線が中心線(50)となる。次に、もう一つの強化繊維配向方向(図1(a)のC−C’線)を切り出し、同様にして、表面平均線及び中心線を求める。最後に、B−B’線断面の中心線と、C−C’線断面の中心線から繊維強化プラスチック成形体の中心面が求められる。 The “center surface of the fiber-reinforced plastic molded body” is obtained as follows (see FIG. 1). First, the reinforcing fiber orientation direction (B-B ′ line in FIG. 1A) was cut out from the fiber-reinforced plastic molded body (10) after heat and pressure molding. Since the surface of the fiber-reinforced plastic molded body (10) after the heat and pressure molding has an uneven surface as shown in the reinforcing fiber orientation direction (FIG. 1 (b)) when enlarged, the surface average line (30 , 40). The middle line of the surface average lines (30, 40) is the center line (50). Next, another reinforcing fiber orientation direction (C-C ′ line in FIG. 1A) is cut out, and similarly, a surface average line and a center line are obtained. Finally, the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is obtained from the center line of the B-B ′ line section and the center line of the C-C ′ line section.
また、「中心面とほぼ平行」とは、繊維強化プラスチック成形体の中心面と強化繊維がなす角が±20°以内に配向することを意味する。すなわち、本発明の繊維強化プラスチック成形体においては、強化繊維の全本数のうち80%以上が、繊維強化プラスチック成形体の表面となす角度が±20°以内となるように配向していることを特徴とする。 Further, “substantially parallel to the center plane” means that the angle formed by the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body and the reinforcing fibers is oriented within ± 20 °. That is, in the fiber-reinforced plastic molded body of the present invention, 80% or more of the total number of reinforcing fibers is oriented so that the angle formed with the surface of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 °. Features.
これにより、本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体の強化繊維が中心面とほぼ平行になるよう繊維配向を制御しているので、多層成形品の成形時に、強化繊維が樹脂層を貫通することがない。これに対し、例えば、強化繊維が中心面に対し垂直方向に配向していると、多層成形品の成形時に、強化繊維が樹脂層を貫通してしまう可能性がある。
従って、本発明の一実施形態では、例えば、多層成形品に塗工をする際、塗料に含まれる溶剤が繊維強化プラスチック成形体に浸みこむのを、樹脂層により防止され、表面の膨れを抑えることができる。
Thereby, according to one embodiment of the present invention, the fiber orientation is controlled so that the reinforcing fibers of the fiber-reinforced plastic molded body are substantially parallel to the center plane. Does not penetrate. On the other hand, for example, if the reinforcing fibers are oriented in a direction perpendicular to the center plane, the reinforcing fibers may penetrate the resin layer during the formation of the multilayer molded product.
Therefore, in one embodiment of the present invention, for example, when coating a multilayer molded article, the resin layer prevents the solvent contained in the paint from penetrating into the fiber reinforced plastic molded body, and suppresses the swelling of the surface. be able to.
本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体の強化繊維が中心面とほぼ平行になるよう繊維配向を制御しているので、繊維強化プラスチック成形体の表面が繊維配向を制御していないものに比べ、表面が平滑である。そのため、繊維強化プラスチック成形体と樹脂層との接合面が大きくなり、接合性が良くなる。 According to one embodiment of the present invention, since the fiber orientation is controlled so that the reinforcing fibers of the fiber-reinforced plastic molded body are substantially parallel to the center plane, the surface of the fiber-reinforced plastic molded body does not control the fiber orientation. The surface is smoother than that. Therefore, the joint surface between the fiber reinforced plastic molded body and the resin layer becomes large, and the bondability is improved.
また、本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体の強化繊維が中心面とほぼ平行になるよう繊維配向を制御しているので、高い曲げ強度を有する。 Moreover, according to one Embodiment of this invention, since fiber orientation is controlled so that the reinforced fiber of a fiber reinforced plastic molding becomes substantially parallel to a center surface, it has high bending strength.
なお、繊維強化プラスチック成形体の第1方向の曲げ強度と、第1方向に直交する第2方向の曲げ強度の強度比は概ね3〜5以上に調整することができる。なお、第1方向とは、繊維強化プラスチック成形体用における強化繊維の配向方向をいい、第2方向とは、強化繊維の配向方向に直交する方向をいう。ここで、第1方向はMD方向であり、第2方向はCD方向であることが好ましい。これにより、特定方向の曲げ強度が十分に高められた多層成形品が得られる。また、強化繊維が一方向に配向しているため、表面にツヤがある意匠性の高い多層成形品が得られる。 The strength ratio between the bending strength in the first direction and the bending strength in the second direction orthogonal to the first direction of the fiber-reinforced plastic molded body can be adjusted to approximately 3 to 5 or more. In addition, the 1st direction means the orientation direction of the reinforced fiber for fiber reinforced plastic moldings, and the 2nd direction means the direction orthogonal to the orientation direction of a reinforced fiber. Here, the first direction is preferably the MD direction, and the second direction is preferably the CD direction. Thereby, a multilayer molded article having a sufficiently high bending strength in a specific direction can be obtained. In addition, since the reinforcing fibers are oriented in one direction, a multi-layer molded product having a glossy surface and high design properties can be obtained.
本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体に含まれる強化繊維が、樹脂層の一部に貫入して接合している。これにより、繊維強化プラスチック成形体と樹脂層の接合性を向上させることができる。 According to one embodiment of the present invention, the reinforcing fibers contained in the fiber-reinforced plastic molded body penetrate into and join a part of the resin layer. Thereby, the bondability of a fiber reinforced plastic molding and a resin layer can be improved.
本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体に含まれる熱可塑性樹脂と、樹脂層の熱可塑性樹脂の組成が異なるものである。異なる樹脂を接合する場合は、接合面の接合性が低くなるが、本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体に含まれる強化繊維が樹脂層の一部に貫入するため、所望の接合面の接合性が得られる。 According to one embodiment of the present invention, the composition of the thermoplastic resin contained in the fiber-reinforced plastic molded body and the thermoplastic resin of the resin layer are different. When different resins are bonded, the bondability of the bonding surfaces is lowered. However, according to one embodiment of the present invention, the reinforcing fibers included in the fiber-reinforced plastic molded body penetrate into a part of the resin layer, so that the desired resin is bonded. Bondability of the joint surface can be obtained.
本発明の一実施形態によると、繊維強化プラスチック成形体に含まれる熱可塑性樹脂がポリエーテルイミド樹脂であり、樹脂層がポリカーボネート樹脂である。これにより、2種類の樹脂の特性を生かすことができる。例えば、樹脂層がポリカーボネート樹脂のため、アウトサート成形に好ましく用いられるポリカーボネート樹脂との接合性が高まり、多層成形品の加工性が高まる。また、繊維強化プラスチック成形体がポリエーテルイミド樹脂であるので、多層成形品の難燃性も維持され、加工性と難燃性を有する多層成形品を得ることができる。 According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic resin contained in the fiber-reinforced plastic molded body is a polyetherimide resin, and the resin layer is a polycarbonate resin. Thereby, the characteristics of two kinds of resins can be utilized. For example, since the resin layer is a polycarbonate resin, the bondability with a polycarbonate resin preferably used for outsert molding is enhanced, and the processability of the multilayer molded product is enhanced. Further, since the fiber reinforced plastic molded body is a polyetherimide resin, the flame retardancy of the multilayer molded article is maintained, and a multilayer molded article having processability and flame retardancy can be obtained.
本発明の一実施形態によると、樹脂層の多層成形品に対する質量比が5%以上である。これにより、多層成形品の塗工によって発生する膨れを防止することができる。 According to one embodiment of the present invention, the mass ratio of the resin layer to the multilayer molded product is 5% or more. Thereby, the blister which generate | occur | produces by the coating of a multilayer molded product can be prevented.
<繊維強化プラスチック成形体>
繊維強化プラスチック成形体用は、後述する繊維強化プラスチック成形用シートを加熱加圧することで得られる。繊維強化プラスチック成形体用シートは、1枚単独、或いは所望の厚さとなるように積層して熱プレスで加熱加圧成形したり、あらかじめ赤外線ヒーター等で予熱し、金型によって加熱加圧成形することができる。このように、一般的な繊維強化プラスチック成形体用シートの加熱加圧成形方法を用いて加工することができる。
<Fiber-reinforced plastic molding>
The fiber-reinforced plastic molding can be obtained by heating and pressing a fiber-reinforced plastic molding sheet described later. The sheet for fiber reinforced plastic molded body is singly or laminated to have a desired thickness, and heat-pressed by hot press, or preheated by an infrared heater in advance, and heat-pressed by a mold. be able to. Thus, it can process using the heat press molding method of the general sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings.
繊維強化プラスチック成形体用シートから繊維強化プラスチック成形体を成形する際には、繊維強化プラスチック成形体用シートを、熱可塑性樹脂繊維のビカット軟化温度以上の温度で加熱加圧成形することが好ましい。具体的には、繊維強化プラスチック成形体用シートを、温度がビカット軟化温度−50℃〜ビカット軟化温度+250℃、圧力が3〜40MPaとなるようにして、加熱加圧成形することが好ましい。なお、加熱温度は、熱可塑性樹脂が流動する温度であって強化繊維は溶融しない温度帯であることが好ましい。
以下に、繊維強化プラスチック成形体用シート及びその構成要素について記載する。
When molding a fiber reinforced plastic molded body from a fiber reinforced plastic molded body sheet, it is preferable to heat and press mold the fiber reinforced plastic molded body sheet at a temperature equal to or higher than the Vicat softening temperature of the thermoplastic resin fiber. Specifically, it is preferable to heat and press-mold the sheet for fiber-reinforced plastic molded body so that the temperature is Vicat softening temperature −50 ° C. to Vicat softening temperature + 250 ° C. and the pressure is 3 to 40 MPa. The heating temperature is preferably a temperature range in which the thermoplastic resin flows and the reinforcing fibers are not melted.
Below, it describes about the sheet | seat for fiber reinforced plastics molded objects, and its component.
−繊維強化プラスチック成形体用シート−
繊維強化プラスチック成形用シートは、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含む。なお、必要に応じて、バインダー成分を含んでもよい。そして、本発明の一実施形態では、強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体用シートの中心面とほぼ平行に配向している。なお、繊維強化プラスチック成形体用シートの強化繊維の配向は、繊維強化プラスチック成形体の強化繊維の配向とほぼ同様であるため、本発明では、繊維強化プラスチック成形体で繊維配向を評価している。
-Sheet for fiber reinforced plastic molding-
The fiber-reinforced plastic molding sheet includes reinforcing fibers and a thermoplastic resin. In addition, you may contain a binder component as needed. And in one Embodiment of this invention, the reinforced fiber is orientated substantially parallel to the center plane of the sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings. In addition, since the orientation of the reinforcing fiber of the sheet for fiber-reinforced plastic molded body is substantially the same as the orientation of the reinforcing fiber of the fiber-reinforced plastic molded body, the fiber orientation is evaluated by the fiber-reinforced plastic molded body in the present invention. .
−強化繊維−
強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの強化繊維は、1種のみを使用してもよく、複数種を使用してもよい。また、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維等の耐熱性に優れた有機繊維を含有していてもよい。
-Reinforcing fiber-
The reinforcing fiber is preferably at least one selected from glass fiber, carbon fiber and aramid fiber. These reinforcing fibers may use only 1 type and may use multiple types. Moreover, you may contain the organic fiber excellent in heat resistance, such as a PBO (polyparaphenylene benzoxazole) fiber.
強化繊維として、例えば、炭素繊維やガラス繊維等の無機繊維を使用した場合、繊維強化プラスチック成形体用シートに含まれる熱可塑性樹脂繊維の軟化温度で加熱加圧処理することにより繊維強化プラスチック成形体を形成することが可能となる。
また、強化繊維として、アラミド繊維等の高耐熱性・高強度の有機繊維を使用した場合は、高度な平滑性の要求される精密な研磨用の機器に適する繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。アラミド等の有機繊維を強化繊維として含有する繊維強化プラスチック成形体用シートから形成される繊維強化プラスチック成形体は、一般的に強化繊維として無機繊維を使用した繊維強化プラスチック成形体用シートから形成される成形体よりも耐摩耗性に優れる。また、擦過等によって繊維強化プラスチック成形体の一部が削り取られたとしても、その削り粕が無機繊維よりも柔らかいので、被研磨物を傷つけるおそれが少ない。
For example, when inorganic fibers such as carbon fibers and glass fibers are used as the reinforcing fibers, the fiber-reinforced plastic molded body is obtained by heating and pressing at the softening temperature of the thermoplastic resin fibers contained in the fiber-reinforced plastic molded sheet. Can be formed.
In addition, when high heat-resistant and high-strength organic fibers such as aramid fibers are used as reinforcing fibers, a fiber-reinforced plastic molded sheet suitable for precision polishing equipment that requires high smoothness is obtained. be able to. A fiber-reinforced plastic molded article formed from a fiber-reinforced plastic molded sheet containing organic fibers such as aramid as a reinforcing fiber is generally formed from a fiber-reinforced plastic molded sheet using inorganic fibers as the reinforcing fiber. It has better wear resistance than molded products. Moreover, even if a part of the fiber reinforced plastic molded body is scraped off by rubbing or the like, the shaving wrinkles are softer than the inorganic fibers, and therefore there is little risk of damaging the object to be polished.
強化繊維の繊維長は、6〜60mmであることが好ましく、8〜30mmであることがよりこのましく、10〜20mmであることがさらに好ましい。強化繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック成形体用シートから強化繊維が脱落することを抑制することができ、かつ、曲げ強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を形成することが可能となる。また、強化繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、強化繊維の分散性を良好にすることができる。これにより、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体は高い曲げ強度と外観を有する。 The fiber length of the reinforcing fiber is preferably 6 to 60 mm, more preferably 8 to 30 mm, and further preferably 10 to 20 mm. By setting the fiber length of the reinforcing fiber within the above range, it is possible to suppress the dropping of the reinforcing fiber from the fiber reinforced plastic molded sheet and to form a fiber reinforced plastic molded article having excellent bending strength. It becomes possible. Moreover, the dispersibility of a reinforced fiber can be made favorable by making the fiber length of a reinforced fiber into the said range. Thereby, the fiber reinforced plastic molding after heat-press molding has high bending strength and appearance.
なお、強化繊維の繊維径は、特に限定されないが、一般的には炭素繊維、ガラス繊維共に繊維径が5〜25μm程度の繊維が好適に使用される。 The fiber diameter of the reinforcing fiber is not particularly limited, but generally, a fiber having a fiber diameter of about 5 to 25 μm is preferably used for both the carbon fiber and the glass fiber.
−熱可塑性樹脂−
熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂繊維を含む。本明細書中、「熱可塑性樹脂繊維」とは、熱可塑性樹脂のうち繊維状のもののことを言う。熱可塑性樹脂は、さらに、熱可塑性樹脂繊維以外の熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂としては、粉末やペレット、フレーク状、粒子状のもの、もしくは繊維状のものを用いることができる。この中でも、ウエブのハンドリング性や歩留まりを向上させる観点、ならびに、軟化した熱可塑性樹脂と強化繊維とを十分に絡ませ、曲げ強度と剛性を向上させる観点からは、繊維状のものが好ましい。熱可塑性樹脂繊維は、加熱加圧処理時に、熱可塑性樹脂、あるいは、繊維成分の交点に結着点を形成する。このような熱可塑性樹脂繊維を用いた不織布状の繊維強化プラスチック成形体用シートは、熱硬化性樹脂を使用したシートに比べて、オートクレーブ処理が不要で、加工する際の加熱加圧成形時間が短時間ですみ、生産性を高めることができる。
-Thermoplastic resin-
The thermoplastic resin includes thermoplastic resin fibers. In the present specification, “thermoplastic resin fiber” refers to a fibrous one of thermoplastic resins. The thermoplastic resin may further contain a thermoplastic resin other than the thermoplastic resin fiber. As the thermoplastic resin, powder, pellets, flakes, particles, or fibers can be used. Among these, a fibrous material is preferable from the viewpoint of improving the handling property and yield of the web and from the viewpoint of sufficiently entanglement of the softened thermoplastic resin and the reinforcing fiber to improve the bending strength and rigidity. The thermoplastic resin fiber forms a binding point at the intersection of the thermoplastic resin or the fiber component during the heat and pressure treatment. Compared to a sheet using a thermosetting resin, a sheet for nonwoven fiber-reinforced plastic molded body using such a thermoplastic resin fiber does not require an autoclave treatment, and the heat and pressure molding time for processing is not necessary. Productivity can be increased in a short time.
熱可塑性樹脂繊維としては、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド、ポリオレフィン(PO)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)等を例示することができる。なお、熱可塑性樹脂繊維としては、これらの繊維を単独で用いてもよく、これらの共重合体を用いてもよい。中でも、入手容易性とコスト、及び高い曲げ強度の繊維強化プラスチック成形体を得る観点から、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド及びそれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましく、特に、耐衝撃性の点でポリカーボネートを用いることが好ましい。 The thermoplastic resin fibers include polycarbonate (PC), polyamide, polyolefin (PO), polyether ether ketone (PEEK), polyamide imide (PAI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether imide (PEI), polyether ketone ketone. (PEKK) can be exemplified. In addition, as a thermoplastic resin fiber, these fibers may be used independently and these copolymers may be used. Among them, it is preferable to use at least one selected from polycarbonate, polyamide, polyolefin, polyetherimide, and a copolymer thereof from the viewpoint of availability and cost, and obtaining a fiber-reinforced plastic molded body having high bending strength. In particular, it is preferable to use polycarbonate in terms of impact resistance.
熱可塑性樹脂繊維の繊維長は、2〜60mmであることが好ましく、5〜40mmであることがより好ましく、10〜25mmであることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック成形体用シートから熱可塑性樹脂繊維が脱落することを抑制することができ、ハンドリング性に優れた繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。また、熱可塑性樹脂繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、熱可塑性樹脂繊維の分散性を良好にすることができるため、曲げ強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を形成することが可能となる。これにより、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体は高い曲げ強度と意匠性に優れた外観を有する。 The fiber length of the thermoplastic resin fiber is preferably 2 to 60 mm, more preferably 5 to 40 mm, and still more preferably 10 to 25 mm. By setting the fiber length of the thermoplastic resin fiber within the above range, the thermoplastic resin fiber can be prevented from falling off from the fiber reinforced plastic molded sheet, and the fiber reinforced plastic molded article having excellent handling properties. A sheet can be obtained. In addition, by making the fiber length of the thermoplastic resin fiber within the above range, it is possible to improve the dispersibility of the thermoplastic resin fiber, so it is possible to form a fiber-reinforced plastic molded article with excellent bending strength. It becomes. Thereby, the fiber reinforced plastic molding after heat-press molding has the appearance which was excellent in high bending strength and design nature.
熱可塑性樹脂繊維は、一定の長さにカットされたチョップドストランドであることが好ましい。熱可塑性樹脂繊維は、このような形態であることにより、繊維強化プラスチック成形体用シート中に均一に混合することができる。また、繊維の断面形状は円形に限定されず、楕円形等、異形断面のものも使用できる。 The thermoplastic resin fibers are preferably chopped strands cut to a certain length. With such a form, the thermoplastic resin fibers can be uniformly mixed in the fiber-reinforced plastic molded sheet. Moreover, the cross-sectional shape of the fiber is not limited to a circular shape, and an elliptical shape or a modified cross-sectional shape can also be used.
−強化繊維と熱可塑性樹脂の配合比−
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートにおいて、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維の質量比は10:90〜80:20であることが好ましく、20:80〜70:30であることがより好ましく、30:70〜70:30であることがさらに好ましい。強化繊維と熱可塑性樹脂繊維の質量比を上記範囲内とすることにより、軽量であり、かつ高い曲げ強度の繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
-Mixing ratio of reinforcing fiber and thermoplastic resin-
In the sheet for fiber-reinforced plastic molded body of the present invention, the mass ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin fiber is preferably 10:90 to 80:20, more preferably 20:80 to 70:30, More preferably, it is 30: 70-70: 30. By setting the mass ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin fiber within the above range, it is possible to obtain a fiber-reinforced plastic molded body that is lightweight and has high bending strength.
−バインダー成分−
バインダー成分は、繊維同士を結着して繊維の脱落を抑制する機能を有する。本発明において、繊維強化プラスチック成形体用シートに含有されるバインダーとしては、一般的に不織布製造に使用されるアクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、変性ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、EVA樹脂、ウレタン樹脂、PVA樹脂等が使用できる。なお、これらのバインダー成分は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、これらの樹脂は、繊維形状或いは粒子形状にして、上記の強化繊維・熱可塑性樹脂繊維と混合し、湿式抄紙することもできるし、エマルジョンや水溶液にして、ウエブにスプレー若しくは含浸法によって付与することもできる。
この中でも、バインダー成分は、熱可塑性樹脂が加熱加圧成形で軟化する際に、その樹脂と相溶する樹脂成分であることが特に好ましい。このような樹脂成分をバインダーとした場合、加熱加圧成形後、熱可塑性樹脂とバインダー樹脂の間に界面が存在せず一体化するため高い曲げ強度となる。さらにバインダー成分に起因する熱可塑性樹脂のビカット軟化温度の低下が少ないという特徴を持つ。
-Binder component-
The binder component has a function of binding the fibers and suppressing the dropping of the fibers. In this invention, as a binder contained in the sheet | seat for fiber reinforced plastic molded objects, the acrylic resin generally used for nonwoven fabric manufacture, a styrene-acrylic resin, a polyester resin, a modified polyester resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, EVA Resin, urethane resin, PVA resin, etc. can be used. In addition, these binder components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
In addition, these resins can be made into fiber or particle form, mixed with the above-mentioned reinforcing fiber / thermoplastic resin fiber, and wet-paper-made, or made into an emulsion or aqueous solution and applied to the web by spraying or impregnation. You can also
Among these, the binder component is particularly preferably a resin component that is compatible with the resin when the thermoplastic resin is softened by heat and pressure molding. When such a resin component is used as a binder, there is no interface between the thermoplastic resin and the binder resin after the heat and pressure molding, and the flexural strength is high because they are integrated. Furthermore, it has the characteristic that there is little fall of the Vicat softening temperature of the thermoplastic resin resulting from a binder component.
−繊維形状−
本発明で用いる熱可塑性樹脂繊維、強化繊維、バインダー繊維は、一定の長さにカットされたチョップドストランドであることが好ましい。また、繊維の断面形状は円形に限定されず、楕円形等、異形断面のものも使用できる。このような形態とすることにより、繊維強化プラスチック成形体用シート中で、各種繊維を均一に混合することができる。また、多層成形品の生産効率を高めることができる。
-Fiber shape-
The thermoplastic resin fiber, the reinforcing fiber, and the binder fiber used in the present invention are preferably chopped strands cut to a certain length. Moreover, the cross-sectional shape of the fiber is not limited to a circular shape, and an elliptical shape or a modified cross-sectional shape can also be used. By setting it as such a form, various fibers can be mixed uniformly in the sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings. Moreover, the production efficiency of the multilayer molded product can be increased.
<樹脂層>
樹脂層は、熱可塑性樹脂を含む。樹脂層に用いられる熱可塑性樹脂としては特に制限はない。樹脂層に用いられる熱可塑性樹脂の例としては、繊維強化プラスチック成形体の熱可塑性樹脂として用いられる熱可塑性樹脂繊維の熱可塑性樹脂の例と同じである。なお、樹脂層に用いられる熱可塑性樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂を単独で用いてもよく、これらの共重合体を用いてもよい。中でも、入手容易性とコストの観点から、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド及びそれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましく、特に、耐衝撃性の点でポリカーボネートを用いることが好ましい。本発明の樹脂層は、通常のプラスチックの製造に使用される任意の成形法、例えば、射出成形、中空成形、押出成形、真空成形等によって成形される。また、熱可塑性樹脂を繊維化して乾式不織布法又は湿式不織布法でシート化後、熱プレス成形したものでもよい。さらに、市販の熱可塑性樹脂のフィルム、織物、編み物でもよい。
<Resin layer>
The resin layer includes a thermoplastic resin. There is no restriction | limiting in particular as a thermoplastic resin used for a resin layer. Examples of the thermoplastic resin used for the resin layer are the same as those of the thermoplastic resin of the thermoplastic resin fiber used as the thermoplastic resin of the fiber-reinforced plastic molded body. In addition, as a thermoplastic resin used for a resin layer, these thermoplastic resins may be used independently and these copolymers may be used. Among these, from the viewpoint of availability and cost, it is preferable to use at least one selected from polycarbonate, polyamide, polyolefin, polyetherimide and copolymers thereof, and in particular, polycarbonate is used in terms of impact resistance. Is preferred. The resin layer of the present invention is molded by any molding method used for the production of ordinary plastics, for example, injection molding, hollow molding, extrusion molding, vacuum molding and the like. Alternatively, a thermoplastic resin may be made into a fiber and formed into a sheet by a dry nonwoven fabric method or a wet nonwoven fabric method, followed by hot press molding. Furthermore, a commercially available thermoplastic resin film, woven fabric, or knitted fabric may be used.
(多層成形品用シート)
熱可塑性樹脂繊維と強化繊維を含む繊維強化プラスチック成形体用シートと、繊維強化プラスチック成形体用シートの少なくとも一つの面に、熱可塑性樹脂からなる樹脂層を有する多層成形品用シートであって、繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱加圧して得られた繊維強化プラスチック成形体において、強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行である。
(Sheet for multilayer molded products)
A sheet for a multilayer molded article having a resin layer made of a thermoplastic resin on at least one surface of a sheet for a fiber reinforced plastic molded article containing a thermoplastic resin fiber and a reinforcing fiber, and a sheet for a fiber reinforced plastic molded article, In the fiber-reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the sheet for fiber-reinforced plastic molded body, the reinforcing fiber is substantially parallel to the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body.
(多層成形品の製造方法)
−繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法−
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートの製造工程は、強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を含む熱可塑性樹脂と、必要に応じてバインダー成分とを混合し、湿式不織布法によって繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程を含む。
(Manufacturing method of multilayer molded product)
-Manufacturing method of sheet for fiber reinforced plastic molding-
The process for producing the sheet for fiber-reinforced plastic molded body of the present invention comprises the steps of mixing a reinforcing fiber, a thermoplastic resin containing thermoplastic resin fibers, and a binder component as necessary, and a fiber-reinforced plastic molded body by a wet nonwoven fabric method. A process for producing a sheet for use.
また、本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する方法は、溶媒中に繊維を分散させた繊維スラリーから溶媒を除去してウエブを製造する湿式不織布法であることが好ましい。以下、湿式不織布法の好ましい条件について説明する。
湿式不織布法にて円網抄紙機を用いて抄紙を行う場合、円網抄紙機の円網の直径は50cm以上であることが好ましい。円網抄紙機の円網の直径を上記範囲とすることにより、80%以上の強化繊維を繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行となるように配向させることが可能となる。
Moreover, it is preferable that the method of manufacturing the sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings of this invention is a wet nonwoven fabric method which removes a solvent from the fiber slurry which disperse | distributed the fiber in the solvent, and manufactures a web. Hereinafter, preferable conditions of the wet nonwoven fabric method will be described.
When paper making is performed by a wet nonwoven fabric method using a circular paper machine, the diameter of the circular mesh of the circular paper machine is preferably 50 cm or more. By setting the diameter of the circular net of the circular net paper machine within the above range, it is possible to orient 80% or more reinforcing fibers so as to be substantially parallel to the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body.
円網抄紙機を用いて抄紙を行う場合の抄造速度は、3m/min以上であることが好ましく、5m/min以上であることがより好ましく、10m/min以上であることがさらに好ましい。抄造速度を上記範囲とすることにより、80%以上の強化繊維を繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行となるように配向させることが可能となる。 The paper making speed in the case of making paper using a circular paper machine is preferably 3 m / min or more, more preferably 5 m / min or more, and further preferably 10 m / min or more. By setting the paper making speed within the above range, 80% or more of the reinforcing fibers can be oriented so as to be substantially parallel to the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body.
また、繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程では、円網抄紙機の他に、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いてもよい。すなわち、本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートの製造工程において、繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程は、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いて抄紙する工程を含むものであってもよい。ここで、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いて抄紙する工程では、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.98以下となるように走行することが好ましい。
ここで、ジェットワイヤー比とは、繊維のスラリー液のインレット内における流速とワイヤー走行速度の比であり、繊維のスラリー液のインレット内の流速/ワイヤー走行速度で表される。傾斜ワイヤー抄紙機では一般に、繊維のスラリー液の流速は白水循環量の調整によって行われる。ジェットワイヤー比が1よりも大きい場合は、繊維のスラリー液の供給速度がワイヤーの走行速度よりも速く、この場合を「押し地合」という。また、ジェットワイヤー比が1よりも小さい場合は、繊維のスラリー液の供給速度はワイヤーの走行速度よりも遅く、この場合を「引き地合」という。
上述のジェットワイヤー比が0.98以下となる状態は、「引き地合」の場合である。このような場合、繊維強化プラスチック成形体の中心面と強化繊維がなす角が±20°以内に配向させることが可能となる。
なお、繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程は、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いて抄紙する工程を含むものであることが好ましく、傾斜ワイヤー抄紙機を用いて抄紙する工程を含むものであることが、繊維分散性の観点からより好ましい。
Moreover, in the process of manufacturing the sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings, you may use a long net paper machine or an inclined wire paper machine other than a circular net paper machine. That is, in the process for producing a sheet for fiber-reinforced plastic molded article of the present invention, the process for producing a sheet for fiber-reinforced plastic molded article includes a step of making a paper using a long net paper machine or an inclined wire paper machine. May be. Here, in the step of making paper using a long paper machine or an inclined wire paper machine, it is preferable that the wire of the long paper machine or the inclined wire paper machine runs so that the jet wire ratio is 0.98 or less. .
Here, the jet wire ratio is the ratio of the flow rate in the fiber slurry liquid inlet to the wire travel speed, and is represented by the flow rate in the fiber slurry liquid inlet / wire travel speed. In an inclined wire paper machine, in general, the flow rate of the fiber slurry is adjusted by adjusting the white water circulation rate. When the jet wire ratio is larger than 1, the supply speed of the fiber slurry is faster than the traveling speed of the wire, and this case is referred to as “pressing formation”. When the jet wire ratio is smaller than 1, the fiber slurry liquid supply speed is slower than the wire traveling speed, and this case is referred to as “pulling”.
The state where the above-described jet wire ratio is 0.98 or less is the case of “pull-in”. In such a case, the angle formed by the center surface of the fiber-reinforced plastic molded body and the reinforcing fiber can be oriented within ± 20 °.
In addition, it is preferable that the process of manufacturing the sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings includes the process of making paper using a long net paper machine or an inclined wire paper machine, and includes the process of making paper using an inclined wire paper machine. Is more preferable from the viewpoint of fiber dispersibility.
本発明の一実施形態では、製造方法において、ジェットワイヤー比を調整することで、繊維を特定方向に配向させ、その方向への曲げ強度をより高めることができる。繊維を特定方向に配向させるためには、ジェットワイヤー比を小さくすればよい。すなわち、ジェットワイヤー比を0.75以下とすることで、繊維強化プラスチック成形体のMD方向の曲げ強度と、CD方向の曲げ強度の強度比は概ね3〜5以上に調整することも可能である。このように、本発明の製造方法では、ジェットワイヤー比を上記範囲とすることにより、強化繊維を特定の方向に配向させ、特定方向への曲げ強度と耐衝撃性をより高めることができる。
尚、このようにジェットワイヤー比を小さくする場合、傾斜ワイヤー抄紙機においては通常、白水循環量を少なくすることでインレット内の流速を遅くしつつ、抄速を速くする方向で抄造条件を調整する。この場合、あまりに白水循環量が少ないとインレット内における繊維分散性が悪化する傾向となるが、インレット内の液面の高さを可能な限り高くすることで、白水循環量を維持しつつ流速を遅くし、ジェットワイヤー比を小さくすることができる。
In one embodiment of the present invention, by adjusting the jet wire ratio in the manufacturing method, the fibers can be oriented in a specific direction, and the bending strength in that direction can be further increased. In order to orient the fibers in a specific direction, the jet wire ratio may be reduced. That is, by setting the jet wire ratio to 0.75 or less, the strength ratio of the bending strength in the MD direction and the bending strength in the CD direction of the fiber-reinforced plastic molded body can be adjusted to approximately 3 to 5 or more. . Thus, in the production method of the present invention, by setting the jet wire ratio in the above range, the reinforcing fibers can be oriented in a specific direction, and the bending strength and impact resistance in the specific direction can be further increased.
When the jet wire ratio is reduced in this way, in the inclined wire paper machine, the paper making condition is usually adjusted to increase the paper making speed while reducing the flow rate in the inlet by reducing the white water circulation rate. . In this case, if the amount of white water circulation is too small, the fiber dispersibility in the inlet tends to deteriorate, but by increasing the liquid level in the inlet as much as possible, the flow rate can be increased while maintaining the white water circulation amount. It is possible to slow down and reduce the jet wire ratio.
さらに、繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程では、バインダー成分を含む溶液又はバインダー成分を含むエマルジョンを不織布シートに内添、塗布又は含浸させ、加熱乾燥させる工程を含むことが好ましい。すなわち、繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程は、湿式不織布法で繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程と、バインダー成分を含む溶液等を不織布シートに内添、塗布又は含浸させる工程を含むことが好ましい。さらに、内添、塗布又は含浸後には、加熱乾燥させる工程を含む。このような工程を設けることにより、繊維強化プラスチック成形体用シートの表面繊維の飛散、毛羽立ちや脱落を抑制することができ、ハンドリング性に優れた繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。 Furthermore, it is preferable that the process for producing a fiber-reinforced plastic molded sheet includes a process of internally adding, applying or impregnating a nonwoven fabric sheet with a solution containing a binder component or an emulsion containing a binder component, followed by heating and drying. That is, the process for producing a sheet for fiber reinforced plastic molded body includes a process for producing a sheet for fiber reinforced plastic molded body by a wet nonwoven fabric method, and a process for internally adding, applying or impregnating a nonwoven fabric sheet with a solution containing a binder component. It is preferable to contain. Further, after the internal addition, coating or impregnation, a step of drying by heating is included. By providing such a process, it is possible to suppress scattering, fluffing and dropping off of the surface fibers of the fiber reinforced plastic molded sheet, and to obtain a fiber reinforced plastic molded sheet having excellent handling properties.
本発明の一実施形態では、多層成形品用シートを加熱加圧して得られる。これにより、
繊維強化プラスチック成形体用シートのシート密度が低い状態で加熱加圧するため、繊維強化プラスチック成形体用シートの面上の樹脂層が繊維強化プラスチック成形体用シートに貫入して接合するため、接合性が高くなる。
In one embodiment of the present invention, a sheet for multilayer molded articles is obtained by heating and pressing. This
Since the sheet density of the fiber reinforced plastic molded sheet is heated and pressed in a low state, the resin layer on the surface of the fiber reinforced plastic molded sheet penetrates into and joins the fiber reinforced plastic molded sheet, so that the bondability Becomes higher.
加熱加圧の条件としては、特に限定されないが、熱可塑性樹脂が僅かに溶解または流動して接着できれば良い。例えば、ポリカーボネートを熱可塑性樹脂として含む場合は150〜200℃の範囲で軽く熱プレスするのが好ましい。 The heating and pressing conditions are not particularly limited as long as the thermoplastic resin can be slightly dissolved or fluidized and bonded. For example, when polycarbonate is included as a thermoplastic resin, it is preferably lightly pressed in the range of 150 to 200 ° C.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
(実施例1)
炭素繊維(東邦テナックス社製「HTC110」、カット長13mm)を水中に投入し、分散剤として予め0.6質量%濃度となるように溶解した商品名「エマノーン3199」(花王社製)を、固形分添加量として炭素繊維に対し1.0質量%となるように添加し、更に水を加えて炭素繊維スラリー濃度が0.5質量%となるように希釈した。更に、該スラリーをパルパーにて3分間攪拌し、炭素繊維を分散させた。
得られた炭素繊維スラリーを別容器に流送し、熱可塑性樹脂繊維であるポリカーボネート樹脂繊維(ダイワボウポリテックス社製、繊維径30μm、繊維長12mm)及び、バインダーである繊維状PVA(クラレ社製「VPB―105―2」)を、下記の質量比となるよう計量し、投入した。
炭素繊維/ポリカーボネート繊維/繊維状PVA=45/53/2
更に、このスラリーに、繊維スラリー濃度として0.5%となるよう水を投入し、攪拌し、繊維を混合・分散させた。
Example 1
Carbon fiber (“HTC110” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., cut length: 13 mm) was introduced into water, and the product name “Emanon 3199” (manufactured by Kao Co., Ltd.) dissolved in advance to a concentration of 0.6% by mass as a dispersant was obtained. It added so that it might become 1.0 mass% with respect to carbon fiber as solid content addition amount, Furthermore, it diluted so that carbon fiber slurry density | concentration might be 0.5 mass% by adding water. Further, the slurry was stirred with a pulper for 3 minutes to disperse the carbon fibers.
The obtained carbon fiber slurry was sent to another container, polycarbonate resin fibers (manufactured by Daiwabo Polytex Co., Ltd.,
Carbon fiber / polycarbonate fiber / fibrous PVA = 45/53/2
Furthermore, water was added to this slurry so that the fiber slurry concentration would be 0.5%, and stirred to mix and disperse the fibers.
この繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシン(傾斜型抄紙機)に連続的に流送し、ウエットウエブを成形した。その後、当該抄紙機に備えられたヤンキードライヤー及び熱風ドライヤーを用いて140℃で加熱乾燥させることで坪量235g/m2の繊維強化プラスチック成形体用シートを得た。なお、傾斜ワイヤーマシンに繊維スラリーを流送し、ウエットウエブを成形する際、アニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤「スミフロック」(MTアクアポリマー社製)の水溶液を適宜添加し、スラリー粘度を1cps〜5cpsの範囲(B型粘度計測定)で調整しながら抄造した。また、白水循環流量、及び抄速を制御することにより、ジェットワイヤー比を0.98に調整し、抄造した。
得られた各繊維強化プラスチック成形体用シートを2枚重ねて、更に樹脂層として厚さ100μm(目付け120g/m2)のポリカーボネートフィルム(東レ社製)を積層した。そして、その積層品を厚さ2mmのステンレス鋼版で上下を挟み、当該積層品の両サイドに590μm厚×15mm幅×200mm長のステンレス板をスペーサーとして配した。そして220℃、10MPaの熱プレスで5分間加熱加圧し、10MPaの圧をかけたまま70℃まで冷却することで、厚さが590μm、ポリカーボネート樹脂層の多層成形品に対する質量比率が20%であり、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
尚、前記2mm厚のステンレス鋼板は、JIS G4305 #400に準拠した表面仕上げを行った後、剥離剤としてフレコートFC55(HENKEL社製)を塗布したものである。
This fiber slurry was continuously fed to an inclined wire machine (inclined paper machine) to form a wet web. Then, the sheet | seat for fiber reinforced plastic moldings with a basic weight of 235g / m < 2 > was obtained by making it heat-dry at 140 degreeC using the Yankee dryer and hot-air dryer with which the said paper machine was equipped. In addition, when the fiber slurry is fed to the inclined wire machine to form a wet web, an aqueous solution of an anionic polyacrylamide-based thickener “Sumifloc” (manufactured by MT Aqua Polymer Co., Ltd.) is appropriately added, and the slurry viscosity is 1 cps to Papermaking was carried out while adjusting in the range of 5 cps (B-type viscometer measurement). Moreover, by controlling the white water circulation flow rate and the paper making speed, the jet wire ratio was adjusted to 0.98 to make paper.
Two sheets of each fiber reinforced plastic molded body obtained were stacked, and a polycarbonate film (manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of 100 μm (weighing 120 g / m 2 ) was further laminated as a resin layer. The laminate was sandwiched between 2 mm thick stainless steel plates, and a stainless plate of 590 μm thickness × 15 mm width × 200 mm length was arranged as a spacer on both sides of the laminate product. And by heating and pressing at 220 ° C. and 10 MPa for 5 minutes and cooling to 70 ° C. while applying 10 MPa, the thickness is 590 μm and the mass ratio of the polycarbonate resin layer to the multilayer molded product is 20%. A multilayer molded article having a density of 1.00 g / cm 3 was obtained.
The stainless steel plate having a thickness of 2 mm is obtained by applying Frecote FC55 (manufactured by HENKEL) as a release agent after surface finishing in accordance with JIS G4305 # 400.
(実施例2)
炭素繊維を、ガラス繊維(オーウエンスコーニング社製「CS13−JAJP195」、繊維長13mm、繊維径10μm)に変更した以外は実施例1と同様にして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
(Example 2)
A multilayer having a density of 1.00 g / cm 3 in the same manner as in Example 1 except that the carbon fiber is changed to glass fiber (“CS13-JAJP195” manufactured by Owens Corning, fiber length 13 mm,
(実施例3)
ポリカーボネート繊維をポリエーテルイミド繊維(クラレ社製 2.2dtex×12mm)に変更し、加熱加圧温度を300℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
(Example 3)
The density is 1.00 g / cm 3 in the same manner as in Example 1 except that the polycarbonate fiber is changed to a polyetherimide fiber (2.2 dtex × 12 mm manufactured by Kuraray Co., Ltd.) and the heating and pressing temperature is changed to 300 ° C. A multilayer molded product was obtained.
(実施例4)
抄造時のジェットワイヤー比を0.5に変更することにより、MD方向への繊維配向を高めた以外は、実施例3と同様にして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
Example 4
A multilayer molded article having a density of 1.00 g / cm 3 was obtained in the same manner as in Example 3 except that the fiber orientation in the MD direction was increased by changing the jet wire ratio at the time of papermaking to 0.5. Obtained.
(実施例5)
樹脂層となるポリカーボネートフィルムの厚さを38μm(目付け 45.6g/m2)に変更することでポリカーボネート樹脂層の多層成形品に対する質量比率を8.8%とし、スペーサーの厚さを516μmに変更することで、多層成形品の厚さを516μmとなるようにした以外は、実施例3と同様にして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
(Example 5)
By changing the thickness of the polycarbonate film used as the resin layer to 38 μm (weight per unit: 45.6 g / m 2 ), the mass ratio of the polycarbonate resin layer to the multilayer molded product is 8.8%, and the spacer thickness is changed to 516 μm. Thus, a multilayer molded product having a density of 1.00 g / cm 3 was obtained in the same manner as in Example 3 except that the thickness of the multilayer molded product was 516 μm.
(実施例6)
樹脂層となるポリカーボネートフィルムの厚さを11μm(目付け 13.2g/m2)に変更することでポリカーボネート樹脂層の多層成形品に対する質量比率を2.7%とし、スペーサーの厚さを483μmに変更することで多層成形品の厚さを483μmとした以外は、実施例3と同様にして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
(Example 6)
By changing the thickness of the polycarbonate film to be the resin layer to 11 μm (weight per unit: 13.2 g / m 2 ), the mass ratio of the polycarbonate resin layer to the multilayer molded product is 2.7%, and the spacer thickness is changed to 483 μm. Thus, a multilayer molded product having a density of 1.00 g / cm 3 was obtained in the same manner as in Example 3 except that the thickness of the multilayer molded product was changed to 483 μm.
(比較例1)
加熱加圧成形時にポリカーボネートフィルムを積層せず、繊維強化プラスチック成形品用シートを2枚重ね、スペーサーの厚さを470μmに変更することで、多層成形品の厚さを470μmとした以外は、実施例1と同様にして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
(Comparative Example 1)
Except that the polycarbonate film is not laminated at the time of heat and pressure molding, two sheets for fiber reinforced plastic molded products are stacked, and the thickness of the multilayer molded product is changed to 470 μm by changing the spacer thickness to 470 μm. In the same manner as in Example 1, a multilayer molded article having a density of 1.00 g / cm 3 was obtained.
(比較例2)
炭素繊維(東邦テナックス社製「HTC110」、カット長13mm)と、ポリカーボネート(PC)樹脂繊維(ダイワボウポリテックス社製、繊維径30μm、繊維長12mm)と、バインダーとして繊維状PVA(クラレ社製「VPB−105−2」)を用いて、これらの原料配合比が下記の質量比である坪量235g/m2の繊維強化プラスチック成形品用シートを、エアレイド法によって製造した。
炭素繊維/ポリカーボネート繊維/繊維状PVA=45/53/2
得られたプラスチック成形品用シートを用いて、実施例1と同様に加熱加圧処理をして、密度が1.00g/cm3である多層成形品を得た。
(Comparative Example 2)
Carbon fiber (“HTC110” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., cut length 13 mm), polycarbonate (PC) resin fiber (manufactured by Daiwabo Polytex Co., Ltd.,
Carbon fiber / polycarbonate fiber / fibrous PVA = 45/53/2
The obtained sheet for plastic molded article was subjected to heat and pressure treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a multilayer molded article having a density of 1.00 g / cm 3 .
(比較例3)
実施例3において、繊維強化プラスチック成形品用シートを得る際に、炭素繊維を使用せず、ポリエーテルイミド繊維と繊維状PVAを下記の質量比となるように変更した以外は、実施例3と同様にして多層成形品を得た。
ポリカーボネート繊維/繊維状PVA=98/2
(Comparative Example 3)
In Example 3, when obtaining the sheet | seat for fiber reinforced plastics molded articles, carbon fiber is not used but polyetherimide fiber and fibrous PVA were changed so that it might become the following mass ratio, and Example 3 and Similarly, a multilayer molded product was obtained.
Polycarbonate fiber / fibrous PVA = 98/2
[評価]
(繊維配向の測定)
繊維配向は、以下の通り強化繊維の方向性を評価することで行った。
まず、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体について、MD方向の断面(図1(a)のB−B’線)を切り出した。MD方向の断面のイメージ図は図1(b)に示した。この断面の強化繊維を、三次元計測X線CT装置(ヤマト科学社製:商品名「TDM1000−IS/SP」)で撮影し、三次元ボリュームレンダリングソフト(NVS社製:「VG−Studio MAX」)にて断面の画像を得た。そして、得られた断面画像について、Z軸方向に任意に10本の10μmのライン∨を引き、そのラインに接して見える繊維全てについて、ラインVに垂直に引いたラインH(点線)と強化繊維がなす角度を測定した。測定した繊維の本数は100〜130本程度とした。そして、測定した強化繊維の全本数に対する、繊維強化プラスチック成形体となす角度が±20°以内である繊維の占める繊維本数の割合を表1に示した。この割合が多いほうが、繊維強化プラスチック成形体に対して平行な繊維配合が多いこととなる。
なお、図1(b)において、θ1は、強化繊維と繊維強化プラスチック成形体となす角度が±20°以内であり、θ2は、強化繊維と繊維強化プラスチック成形体となす角度が±20°の範囲を超えている。
この角度が20°以内である繊維の個数比率を繊維配向とし、表1に記載した。
尚、この方法によれば、図2に示すとおりXY方向に50〜100μm程度の範囲で繊維配向を評価することができる。
図3に示すとおり、多層成形品が曲面形状に加工されていたとしても、このような狭い範囲で曲面加工することは困難であるため、この方法によれば、曲面形状に加工されていたとしても多層成形品の繊維配向性を適切に評価することができる。
[Evaluation]
(Measurement of fiber orientation)
Fiber orientation was performed by evaluating the directionality of the reinforcing fiber as follows.
First, a cross section in the MD direction (BB ′ line in FIG. 1A) was cut out from the fiber-reinforced plastic molded body after heat and pressure molding. An image of a cross section in the MD direction is shown in FIG. The cross-sectional reinforcing fiber was photographed with a three-dimensional measurement X-ray CT apparatus (trade name “TDM1000-IS / SP” manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.), and three-dimensional volume rendering software (manufactured by NVS: “VG-Studio MAX”). ) To obtain a cross-sectional image. Then, about the obtained cross-sectional image, arbitrarily draw ten 10 μm line ridges in the Z-axis direction, and line H (dotted line) drawn perpendicular to the line V and reinforcing fibers for all the fibers that are in contact with the line. The angle formed by was measured. The number of fibers measured was about 100 to 130. Table 1 shows the ratio of the number of fibers occupied by fibers whose angle formed with the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 ° with respect to the total number of measured reinforcing fibers. The larger this ratio, the more fiber blending is parallel to the fiber-reinforced plastic molded body.
In FIG. 1B, θ 1 is an angle between the reinforcing fiber and the fiber-reinforced plastic molded body within ± 20 °, and θ 2 is an angle between the reinforcing fiber and the fiber-reinforced plastic molded body is ± 20. ° is out of range.
The number ratio of fibers having an angle of 20 ° or less is defined as fiber orientation and is shown in Table 1.
In addition, according to this method, as shown in FIG. 2, fiber orientation can be evaluated in the range of about 50 to 100 μm in the XY direction.
As shown in FIG. 3, even if the multilayer molded product is processed into a curved surface shape, it is difficult to process a curved surface in such a narrow range. Also, the fiber orientation of the multilayer molded product can be appropriately evaluated.
(曲げ強度の測定)
得られた多層成形品を、JIS K 7074「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」に従って、繊維の配向方向(マシンディレクション、以下MDとする)及び繊維の配向と直角方向(クロスディレクション、以下CDとする)について測定した。MD方向及びCD方向の曲げ強度、MD方向とCD方向の曲げ強度比及び、下式にて求めた曲げ強度の相乗平均値を表1に示した。
曲げ強度の相乗平均値=√(MD方向強度×CD方向強度)
(Measurement of bending strength)
In accordance with JIS K7074 “Bending test method for carbon fiber reinforced plastic”, the obtained multilayer molded article was subjected to fiber orientation direction (machine direction, hereinafter referred to as MD) and fiber orientation and perpendicular direction (cross direction, hereinafter referred to as CD). Measured). Table 1 shows the bending strength in the MD direction and the CD direction, the bending strength ratio in the MD direction and the CD direction, and the geometric mean value of the bending strength obtained by the following formula.
The geometric mean value of bending strength = √ (MD direction strength × CD direction strength)
(膨れの評価)
得られた多層成形品の表面に、トルエンをスポイトを用いて0.05g滴下し、3秒後に拭き取った。そして、トルエン滴下部分の膨れが全く観察されないものはA、膨れが僅かに確認されるが膨れ発生部の境界がはっきりせず直径を測定できないものをB、膨れが明らかに観察され、ノギスで測定した場合の直径が20mm以上のものはCとして評価し、表1に示した。
(Evaluation of swelling)
0.05 g of toluene was dropped onto the surface of the obtained multilayer molded article using a dropper, and wiped off after 3 seconds. And, A where the swelling of the toluene dripping part is not observed at all is A, the swelling is slightly confirmed but the boundary of the swelling generating part is not clear and the diameter cannot be measured, B, the swelling is clearly observed and measured with a caliper Those having a diameter of 20 mm or more were evaluated as C and are shown in Table 1.
(接合面の接合性)
JAPAN TAPPI No.18に準拠した方法で多層成形品のZ軸方向引張強さを測定した後の測定片において、剥離面全面が繊維強化プラスチック成形体層内で破壊が発生したものをA、剥離面の90%以上が繊維強化プラスチック成形体層内で剥離が発生したものをB、剥離面全面において繊維強化プラスチック成形体と樹脂層の接合面が剥離したものをCとして評価し、表1に示した。
尚、この方法は多層成形品の両表面に両面粘着テープで2個の金属ブロックを接着し、この金属ブロックを引張試験機に取り付け、引張試験を行う方法である。接合面の接合性が高い場合は、樹脂層が剥離しないため繊維強化プラスチック成形体層が破壊されて破断し、接合面の接合性が低い場合は接合面が剥離する。
(Jointability of joint surface)
JAPAN TAPPI No. In the measurement piece after measuring the tensile strength in the Z-axis direction of the multilayer molded product by a method in accordance with No. 18, the entire peeled surface was A in which fracture occurred in the fiber reinforced plastic molded body layer, 90% of the peeled surface The above was evaluated as B when peeling occurred in the fiber reinforced plastic molded body layer, and as C when the joint surface between the fiber reinforced plastic molded body and the resin layer peeled over the entire peeled surface.
This method is a method in which two metal blocks are bonded to both surfaces of a multilayer molded product with a double-sided adhesive tape, the metal blocks are attached to a tensile tester, and a tensile test is performed. When the joining property of the joining surface is high, the resin layer does not peel off, so that the fiber-reinforced plastic molded body layer is broken and broken. When the joining property of the joining surface is low, the joining surface peels off.
表1に示したとおり、本発明による多層成形品は、いずれもトルエン滴下部分の膨れ発生がなく、接合面の接合性も高い。また、接合面の接合性も高い。更に、ジェットワイヤー比を0.5に設定した実施例4は、特にMD方向の曲げ強度が高まっている。
一方、樹脂層を有さない比較例1ではトルエン滴下部分の膨れが激しい。
また、上述した方法で測定した繊維配向が20°以内である繊維が少なく、繊維強化プラスチック成形体に対する角度が平行となっていない繊維が多い比較例2においても、同様にトルエン滴下部分の膨れが激しい。
更に、強化繊維を含有しない比較例3においては、曲げ強度が低い上、樹脂層とプラスチック成形体層の剥離強度が非常に弱く、実用にならなかった。
As shown in Table 1, all the multilayer molded articles according to the present invention do not cause swelling of the toluene dropping portion, and the joining property of the joining surface is high. Moreover, the joining property of a joining surface is also high. Further, in Example 4 in which the jet wire ratio is set to 0.5, the bending strength in the MD direction is particularly increased.
On the other hand, in Comparative Example 1 having no resin layer, the swelling of the toluene dropping portion is severe.
Further, in Comparative Example 2 where the number of fibers whose fiber orientation measured by the above-described method is within 20 ° is small and the number of fibers that are not parallel to the fiber-reinforced plastic molded article is large, the swelled portion of the toluene dripping portion is similarly expanded. Intense.
Furthermore, in Comparative Example 3 containing no reinforcing fiber, the bending strength was low, and the peel strength between the resin layer and the plastic molded body layer was very weak, which was not practical.
本発明によれば、繊維強化プラスチック成形体の繊維配向が制御されているため、樹脂層を貫通する強化繊維がなく、樹脂層で溶剤が侵入するのを防止し、繊維強化プラスチック成形体の表面の膨れを抑えることができる。また、繊維配向が制御されているため、繊維強化プラスチック成形体と樹脂層との接合性が高くなり、かつ高い曲げ強度を得ることができる。このように、本発明の多層成形品は、航空機や車両などの構造材料や、電気機器の筐体部品等の様々な分野で好ましく用いられる。 According to the present invention, since the fiber orientation of the fiber-reinforced plastic molded body is controlled, there is no reinforcing fiber penetrating the resin layer, preventing the solvent from entering the resin layer, and the surface of the fiber-reinforced plastic molded body Can suppress swelling. Moreover, since the fiber orientation is controlled, the bondability between the fiber-reinforced plastic molded body and the resin layer is increased, and a high bending strength can be obtained. As described above, the multilayer molded article of the present invention is preferably used in various fields such as structural materials for aircrafts and vehicles, and housing parts for electric devices.
10 繊維強化プラスチック成形体
20 強化繊維
30、40 表面平均線
50 中心線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記繊維強化プラスチック成形体の少なくとも一つの面に、熱可塑性樹脂からなる樹脂層を有する多層成形品であって、
前記強化繊維は、前記繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行であることを特徴とする多層成形品。 A fiber-reinforced plastic molded article containing a thermoplastic resin and reinforcing fibers;
A multilayer molded article having a resin layer made of a thermoplastic resin on at least one surface of the fiber-reinforced plastic molded body,
The multilayer molded article, wherein the reinforcing fiber is substantially parallel to a center surface of the fiber-reinforced plastic molded body.
前記繊維強化プラスチック成形体用シートの少なくとも一つの面に、熱可塑性樹脂からなる樹脂層を有する多層成形品用シートであって、
前記繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱加圧して得られた繊維強化プラスチック成形体において、前記強化繊維は、該繊維強化プラスチック成形体の中心面とほぼ平行であることを特徴とする多層成形品用シート。 A sheet for a fiber-reinforced plastic molded article containing a thermoplastic resin and reinforcing fibers;
A sheet for multilayer molded articles having a resin layer made of a thermoplastic resin on at least one surface of the sheet for fiber-reinforced plastic molded article,
In the fiber reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the sheet for fiber reinforced plastic molded body, the multilayered molded product is characterized in that the reinforcing fiber is substantially parallel to the center surface of the fiber reinforced plastic molded body. Sheet.
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