JP2016020421A - Substrate for fiber reinforced plastic molded body and fiber reinforced plastic molded body - 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用基材及び繊維強化プラスチック成形体に関する。具体的には、本発明は、強化繊維として炭素繊維とアラミド繊維の両方を含む繊維強化プラスチック成形体用基材、及び繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体に関する。 The present invention relates to a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body and a fiber-reinforced plastic molded body. Specifically, the present invention is a fiber reinforced plastic molded body substrate containing both carbon fibers and aramid fibers as reinforcing fibers, and fiber reinforced obtained by heating and pressure molding the fiber reinforced plastic molded body substrate. The present invention relates to a plastic molded body.
炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む不織布（繊維強化プラスチック成形体用基材、以下、「繊維強化シート」ということがある。）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、既にスポーツ、レジャー用品、航空機用材料など様々な分野で用いられている。これらの繊維強化プラスチック成形体においてマトリックスとなる樹脂には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、またはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられることが多い。しかし、熱硬化性樹脂を用いた場合、熱硬化性樹脂と強化繊維を混合した不織布は冷蔵保管しなければならず、長期保管ができないという難点がある。 A non-woven fabric containing a reinforcing fiber such as carbon fiber or glass fiber (base material for fiber reinforced plastic molded body, hereinafter sometimes referred to as “fiber reinforced sheet”) is subjected to heat and pressure treatment and molded into a fiber reinforced plastic molded body. Already used in various fields such as sports, leisure goods, aircraft materials. Thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, or phenol resins are often used as the resin that forms the matrix in these fiber-reinforced plastic molded articles. However, when a thermosetting resin is used, the nonwoven fabric in which the thermosetting resin and the reinforcing fiber are mixed must be refrigerated and cannot be stored for a long time.
このため、近年は、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用い、強化繊維を含有した繊維強化シートの開発が進められている。このような熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いた繊維強化シートは、保存管理が容易であり、長期保管ができるという利点を有する。また、熱可塑性樹脂を含む不織布は、熱硬化性樹脂を含む不織布と比較して成形加工が容易であり、加熱加圧処理を行うことにより成形加工品を成形することができるという利点を有している。 For this reason, in recent years, development of a fiber reinforced sheet using a thermoplastic resin as a matrix resin and containing reinforcing fibers has been advanced. A fiber reinforced sheet using such a thermoplastic resin as a matrix resin has the advantage of easy storage management and long-term storage. In addition, a nonwoven fabric containing a thermoplastic resin is easier to mold than a nonwoven fabric containing a thermosetting resin, and has the advantage that a molded product can be molded by performing heat and pressure treatment. ing.
従来、熱可塑性樹脂は、耐薬品性・強度等、熱硬化性樹脂よりも劣るものが主流であった。しかし、近年は、耐熱性、耐薬品性などに優れた熱可塑性樹脂が盛んに開発されるようになり、これまで熱可塑性樹脂について常識とされてきた上記のような欠点が目覚ましく改善されてきている。このような熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等が挙げられる（例えば、非特許文献１）。そして、繊維強化シートにおいても、このような熱可塑性樹脂を用いた組成のものがいくつか提案されている。 Conventionally, thermoplastic resins have been inferior to thermosetting resins in terms of chemical resistance and strength. However, in recent years, thermoplastic resins excellent in heat resistance, chemical resistance, etc. have been actively developed, and the above-mentioned drawbacks that have become common sense about thermoplastic resins have been remarkably improved. Yes. Examples of such thermoplastic resins include polycarbonate (PC), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), and the like (for example, non-patent literature). 1). Several fiber reinforced sheets having a composition using such a thermoplastic resin have been proposed.
例えば、特許文献１には炭素繊維とアラミド繊維とポリカーボネート繊維を用いた繊維強化プラスチック成形体が開示されている。ここでは、炭素繊維とアラミド繊維とポリカーボネート繊維からなる不織布を、カード工程を通過させることにより繊維の方向を揃えた後、複数枚積層してニードルを打ち込み、加熱加圧することで繊維強化プラスチックを製造することが記載されている。
また、特許文献２には、アラミド繊維及びガラス繊維と、マトリックスとなるポリプロピレン樹脂を用いた抄造法スタンパブルシートが開示されている。ここでは、ポリプロピレン粒子とアラミド繊維とガラス繊維を混合、抄紙して得たウエブを加熱した後、圧縮／冷却固化することでシートを製造することが記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses a fiber-reinforced plastic molded body using carbon fiber, aramid fiber, and polycarbonate fiber. Here, a non-woven fabric made of carbon fiber, aramid fiber, and polycarbonate fiber is passed through the card process to align the direction of the fiber. It is described to do.
Patent Document 2 discloses a papermaking stampable sheet using aramid fibers and glass fibers and a polypropylene resin as a matrix. Here, it is described that a sheet is manufactured by heating and compressing / cooling and solidifying a web obtained by mixing and making paper by mixing polypropylene particles, aramid fibers and glass fibers.
ところで、こうした繊維強化シートでは、成形された成形体が優れた曲げ強度と耐衝撃性を有することが求められる。特に、繊維強化プラスチック成形体が自動車等の補強用芯材の成形に用いる場合には、特により高い曲げ強度と耐衝撃性を有することが求められる。この点に着目して、本発明者らが特許文献１及び２に記載の繊維強化シートを検討したところ、これらの繊維強化シートは、その製造工程で繊維が十分に配向されておらず、特に高い強度や耐衝撃性が得られるものではないことが判明した。
特許文献１では、繊維強化シートにする前の不織布を乾式法で作製しており、カード工程により不織布の繊維の方向を揃えるようにしている。しかし、カード工程は、シリンダーと該シリンダーの周囲に配設された複数のロールの間を、不織布を通過させるだけの工程であり、繊維の向きを十分に揃えることができない。特に、厚さ方向での断面において繊維の配向性が低くなってしまう。特許文献１に記載の繊維強化シートは、こうしたカード工程を用いて製造されたものであるため繊維が十分に配向されていないものと推測され、特に強度や耐衝撃性が高い成形体が得られるものとは言えない。
By the way, in such a fiber reinforced sheet, it is calculated | required that the shape | molded molded object has the outstanding bending strength and impact resistance. In particular, when the fiber-reinforced plastic molded body is used for molding a reinforcing core material for automobiles or the like, it is particularly required to have higher bending strength and impact resistance. Focusing on this point, the present inventors have studied the fiber reinforced sheets described in Patent Documents 1 and 2, and these fiber reinforced sheets are not sufficiently oriented in the manufacturing process, and in particular, It was found that high strength and impact resistance were not obtained.
In patent document 1, the nonwoven fabric before making it a fiber reinforced sheet | seat is produced with the dry method, and it is trying to arrange the direction of the fiber of a nonwoven fabric by a card process. However, the card process is a process in which the nonwoven fabric is simply passed between the cylinder and a plurality of rolls arranged around the cylinder, and the fiber orientation cannot be sufficiently aligned. In particular, the fiber orientation becomes low in the cross section in the thickness direction. Since the fiber reinforced sheet described in Patent Document 1 is manufactured using such a card process, it is presumed that the fibers are not sufficiently oriented, and a molded article having particularly high strength and impact resistance is obtained. Not a thing.
また、特許文献２では、繊維強化シートにする前のウエブを「抄紙」により製造することが記載されている。しかし、同文献には、抄紙条件の詳細は記載されていないが、抄紙することにより「均質なウエブ」が得られたことが記載されている。ここで、ウエブが「均質」であるということは、繊維の配向度がかなり低いことを意味しており、このことからすると同文献でいう「抄紙」とは、繊維の配向を制御していない通常の湿式抄紙であると言える。通常の湿式抄紙で製造された繊維強化シートは、厚さ方向での断面において繊維の配向度が不十分であるものと推測され、特に強度や耐衝撃性が高い成形体が得られるものではない。 Patent Document 2 describes that a web before making a fiber reinforced sheet is manufactured by “papermaking”. However, although the details of the papermaking conditions are not described in this document, it is described that a “homogeneous web” was obtained by papermaking. Here, the fact that the web is “homogeneous” means that the degree of orientation of the fibers is quite low, and from this, “papermaking” in the same document does not control the orientation of the fibers. It can be said that it is a normal wet papermaking. The fiber reinforced sheet produced by ordinary wet papermaking is presumed to have an insufficient degree of fiber orientation in the cross section in the thickness direction, and a molded article with particularly high strength and impact resistance is not obtained. .
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、優れた曲げ強度と耐衝撃性を有する繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用基材を提供することを目的として検討を進めた。 Accordingly, the present inventors provide a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body that can form a fiber-reinforced plastic molded body having excellent bending strength and impact resistance, in order to solve such problems of the prior art. We proceeded with a study for this purpose.
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、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂と、バインダー成分とを含む繊維強化プラスチック成形体用基材において、強化繊維としてアラミド繊維と炭素繊維の両方を用いるとともに、特定の条件となるように繊維強化プラスチック成形体を成形した際の繊維強化プラスチック成形体における厚み方向の繊維配向を規定することにより、優れた曲げ強度と耐衝撃性を有する繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用基材が得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of earnest studies to solve the above problems, the present inventors have reinforced a base material for a fiber-reinforced plastic molded body containing a reinforcing fiber, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component. By using both aramid fiber and carbon fiber as the fiber, and by regulating the fiber orientation in the thickness direction in the fiber reinforced plastic molded product when molding the fiber reinforced plastic molded product to meet specific conditions, excellent bending It has been found that a substrate for fiber-reinforced plastic molded body that can form a fiber-reinforced plastic molded body having strength and impact resistance can be obtained.
Specifically, the present invention has the following configuration.
［１］強化繊維と、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂と、バインダー成分とを含む繊維強化プラスチック成形体用基材であって、強化繊維は、アラミド繊維及び炭素繊維を含み、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得た厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体において、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中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得る繊維強化プラスチック成形体用基材。
［２］強化繊維の全本数のうち９０％以上が、繊維強化プラスチック成形体の中心面となす角度が±２０°以内となるように存在する繊維強化プラスチック成形体を成形し得る［１］に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［３］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が３以上となる繊維強化プラスチック成形体を成形し得る［１］又は［２］に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［４］炭素繊維の単繊維強度が４５００ＭＰａ以上である［１］〜［３］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［５］強化繊維は、炭素繊維とアラミド繊維を１：１０〜１０：１の質量比で含む［１］〜［４］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［６］アラミド繊維が、パラ型アラミド又は共重合パラ型アラミドである［１］〜［５］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［７］アラミド繊維が、共重合パラ型アラミドである［１］〜［６］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［８］熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート及びポリアミドから選ばれる少なくとも１種である［１］〜［７］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［９］ポリアミドは、ナイロン６である［８］に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
［１０］［１］〜［９］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材を、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱加圧成形することにより成形される繊維強化プラスチック成形体。
［１１］［１］〜［９］のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材を、１５０〜６００℃の温度で加熱加圧成形することにより成形される繊維強化プラスチック成形体。
［１２］衝撃強さが３０ｋＪ／ｍ2以上である［１０］又は［１１］に記載の繊維強化プラスチック成形体。
［１３］強化繊維と、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂と、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基材を製造する工程を含み、前記繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程は、円網抄紙機、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いて湿式不織布法で抄紙する工程を含み、強化繊維は、アラミド繊維及び炭素繊維を含み、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得た厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体において、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中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得る繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。
［１４］繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程は、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いる湿式不織布法で抄紙する工程を含み、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［１３］に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。
[1] A base material for a fiber-reinforced plastic molded body, comprising a reinforcing fiber, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component, wherein the reinforcing fiber includes an aramid fiber and a carbon fiber, and the fiber-reinforced plastic molded body P is the true density (g / cm 3 ) of the base material for the fiber, and Q is the bulk density (g / cm 3 ) of the fiber reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the base material for the fiber reinforced plastic molded body. In the case of the fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm obtained by heating and pressing the substrate for fiber reinforced plastic molded body so that Q / P = 0.7, A substrate for fiber-reinforced plastic molded body that can be present so that 80% or more of the angle formed with the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 °.
[2] A fiber-reinforced plastic molded body in which 90% or more of the total number of reinforcing fibers is present so that an angle formed with the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 ° can be molded into [1]. The base material for fiber reinforced plastic moldings as described.
[3] The fiber reinforced plastic molded product according to [1] or [2], in which a strength ratio of the bending strength in the first direction and the bending strength in the second direction orthogonal to the first direction is 3 or more. Substrate for fiber reinforced plastic molding.
[4] The substrate for fiber-reinforced plastic molded body according to any one of [1] to [3], wherein the single fiber strength of the carbon fiber is 4500 MPa or more.
[5] The fiber-reinforced plastic molded body substrate according to any one of [1] to [4], wherein the reinforcing fiber includes carbon fiber and aramid fiber in a mass ratio of 1:10 to 10: 1.
[6] The fiber-reinforced plastic molded article substrate according to any one of [1] to [5], wherein the aramid fiber is para-aramid or copolymer para-aramid.
[7] The substrate for fiber-reinforced plastic molded body according to any one of [1] to [6], wherein the aramid fiber is a copolymerized para-type aramid.
[8] The fiber-reinforced plastic molded article substrate according to any one of [1] to [7], wherein the thermoplastic resin is at least one selected from polyetherimide, polycarbonate, and polyamide.
[9] The fiber-reinforced plastic molded body substrate according to [8], wherein the polyamide is nylon 6.
[10] A fiber reinforced plastic molded by heat-pressing the substrate for fiber reinforced plastic molded body according to any one of [1] to [9] at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin. Molded body.
[11] A fiber-reinforced plastic molded body molded by heating and press-molding the substrate for fiber-reinforced plastic molded body according to any one of [1] to [9] at a temperature of 150 to 600 ° C.
[12] The fiber-reinforced plastic molded article according to [10] or [11], wherein the impact strength is 30 kJ / m 2 or more.
[13] A step of mixing a reinforcing fiber, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component, and producing a substrate for a fiber reinforced plastic molded body by a wet nonwoven fabric method, The process of manufacturing the material includes a process of making paper by a wet nonwoven fabric method using a circular net paper machine, a long net paper machine or an inclined wire paper machine, and the reinforcing fibers include aramid fibers and carbon fibers, and fiber reinforced plastic molding Q is the bulk density (g / cm 3 ) of the fiber reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the substrate for fiber reinforced plastic molded body, where P is the true density (g / cm 3 ) of the body substrate. In the fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm obtained by heating and pressing the substrate for fiber reinforced plastic molded body so that Q / P = 0.7, All number is 80% or more of the method for producing a fiber-reinforced plastic molded body substrate is angle between the central plane of the fiber-reinforced plastic molded body may be present such that within ± 20 ° of.
[14] The step of producing a fiber reinforced plastic molded article base material includes a step of making paper by a wet nonwoven fabric method using a long web paper machine or an inclined wire paper machine, and the wire of the long net paper machine or the inclined wire paper machine is The method for producing a base material for a fiber-reinforced plastic molded article according to [13], wherein the jet wire ratio is 0.98 or less.
本発明によれば、優れた曲げ強度と耐衝撃性を有する繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the base material for fiber reinforced plastic moldings which can shape | mold the fiber reinforced plastic molding which has the outstanding bending strength and impact resistance can be obtained.
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及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.
＜繊維強化プラスチック成形体用基材＞
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂と、バインダー成分とを含む。ここで、強化繊維はアラミド繊維及び炭素繊維を含む。さらに、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように加熱加圧成形された厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体において、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中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得る基材である。
このように、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、強化繊維として、アラミド繊維と炭素繊維の両方を含み、かつ特定の条件となるように加熱加圧成形して、強化繊維が成形体の中心面となす角度が±２０°以内で配向している。そのため、繊維強化プラスチック成形体の中心面やそれに平行な面上では、強化繊維の密度が高くなり、優れた曲げ強度と耐衝撃性が得られる。ここで、特定条件とは、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して、厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体を得る条件である。
このような繊維強化プラスチック成形体用基材を使用した繊維強化プラスチック成形体は、優れた曲げ強度と耐衝撃性を発揮することができる。
<Substrate for fiber reinforced plastic molding>
The base material for fiber-reinforced plastic molded articles of the present invention contains reinforcing fibers, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component. Here, the reinforcing fiber includes an aramid fiber and a carbon fiber. Furthermore, the base material for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention is obtained by subjecting the base material for a fiber-reinforced plastic molded body to P as the true density (g / cm 3 ), and subjecting the base material for a fiber-reinforced plastic molded body to heat-press molding. 1 mm thick fiber reinforced plastic molded product that is heat-press molded so that Q / P = 0.7, where Q is the bulk density (g / cm 3 ) of the fiber reinforced plastic molded product obtained In the above, 80% or more of the total number of reinforcing fibers is a base material that can be present so that the angle formed with the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 °.
As described above, the base material for a fiber-reinforced plastic molded body according to the present invention includes both aramid fibers and carbon fibers as reinforcing fibers, and is formed by heating and pressing so as to satisfy specific conditions, thereby forming the reinforcing fibers. The angle formed with the center plane of the body is oriented within ± 20 °. Therefore, the density of the reinforcing fibers is increased on the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body or a plane parallel thereto, and excellent bending strength and impact resistance can be obtained. Here, the specific condition is that the true density (g / cm 3 ) of the substrate for fiber reinforced plastic molding is P, and the fiber reinforced plastic molding obtained by heating and pressing the substrate for fiber reinforced plastic molding. When the bulk density (g / cm 3 ) of the body is Q, the fiber reinforced plastic molded base material is heated and pressure-molded so that Q / P = 0.7, and fiber reinforced with a thickness of 1 mm This is a condition for obtaining a plastic molded body.
A fiber-reinforced plastic molded body using such a substrate for fiber-reinforced plastic molded body can exhibit excellent bending strength and impact resistance.
また、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、繊維強化プラスチック成形体に含まれる強化繊維のうち９０％以上が、繊維強化プラスチック成形体の中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得るものであることが好ましい。これにより、繊維強化プラスチック成形体の曲げ強度及び耐衝撃性をより高めることが可能となる。 In the base material for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention, 90% or more of the reinforcing fibers contained in the fiber-reinforced plastic molded body have an angle of ± 20 ° or less with the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body. It is preferable that it can exist. Thereby, it is possible to further increase the bending strength and impact resistance of the fiber-reinforced plastic molded body.
さらに、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、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が３以上となる繊維強化プラスチック成形体を成形し得るものであることが好ましい。このように、特定方向に強度を高めた繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用基材は、自動車等の補強用芯材の成形に好ましく用いることができる。 Furthermore, the substrate for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention forms a fiber-reinforced plastic molded body in which the strength ratio between the bending strength in the first direction and the bending strength in the second direction orthogonal to the first direction is 3 or more. It is preferable that it is possible. Thus, the base material for fiber-reinforced plastic molded bodies that can form a fiber-reinforced plastic molded body with increased strength in a specific direction can be preferably used for molding reinforcing core materials for automobiles and the like.
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂と、バインダー成分とを含む混合材料であればよく、その形状は特に制限されるものではない。中でも、繊維強化プラスチック成形体用基材はシート状であることが好ましい。シート状の繊維強化プラスチック成形体用基材は全ての繊維を混合し、湿式抄紙法により１枚のシート状とするため、生産効率が高い。さらに、このような繊維強化プラスチック成形体用基材を用いることにより、効率よく繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。
以下において、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材の構成をさらに詳細に説明する。
The substrate for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention may be a mixed material containing reinforcing fibers, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component, and the shape thereof is not particularly limited. Especially, it is preferable that the base material for fiber reinforced plastic moldings is a sheet form. The base material for a sheet-like fiber-reinforced plastic molded body is high in production efficiency because all fibers are mixed and formed into one sheet by a wet papermaking method. Furthermore, by using such a substrate for fiber-reinforced plastic molded body, it becomes possible to efficiently mold a fiber-reinforced plastic molded body.
Below, the structure of the base material for fiber reinforced plastic moldings of this invention is demonstrated in detail.
［強化繊維］
強化繊維は、アラミド繊維及び炭素繊維を含み、成形される繊維強化プラスチック成形体に曲げ強度と耐衝撃性を付与する機能を有する。
本発明に用いる強化繊維は、アラミド繊維と炭素繊維の混合物であることが好ましい。
[Reinforcing fiber]
The reinforcing fibers include aramid fibers and carbon fibers, and have a function of imparting bending strength and impact resistance to the molded fiber-reinforced plastic molded body.
The reinforcing fibers used in the present invention are preferably a mixture of aramid fibers and carbon fibers.
（アラミド繊維）
強化繊維に含まれるアラミド繊維は、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る。アラミド繊維としては、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。これらのアラミド繊維は、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。
(Aramid fiber)
The aramid fiber contained in the reinforcing fiber 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 of the aramid fiber include polyparaphenylene terephthalamide, copolyparaphenylene-3,4'-oxydiphenylene terephthalamide, and polymetaphenylene isophthalamide. One type of these aramid fibers may be used alone, or two or more types may be used in combination.
本発明で用いるアラミド繊維は、メタ型アラミド、パラ型アラミド又は共重合パラ型アラミドであることが好ましく、パラ型アラミド又は共重合パラ型アラミドであることがより好ましく、共重合パラ型アラミドであることがさらに好ましい。ここで、パラ型アラミドとは各ベンゼン環がアミド基（ＣＯＮＨ）を通して直線的に連結された構造を有するアラミドをいう。 The aramid fiber used in the present invention is preferably a meta-type aramid, a para-type aramid or a copolymerized para-type aramid, more preferably a para-type aramid or a copolymerized para-type aramid, and a copolymerized para-type aramid. More preferably. Here, para-type aramid means an aramid having a structure in which each benzene ring is linearly connected through an amide group (CONH).
アラミド繊維の繊維長は、２〜１００ｍｍであることが好ましく、５〜５０ｍｍ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。アラミド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基材からアラミド繊維が脱落することを抑制することができ、かつ、曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。また、アラミド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良好な曲げ強度と耐衝撃性と外観を有する。 The fiber length of the aramid fiber is preferably 2 to 100 mm, more preferably 5 to 50 mm, and still more preferably 10 to 25 mm. By setting the fiber length of the aramid fiber within the above range, it is possible to prevent the aramid fiber from dropping off from the substrate for the fiber reinforced plastic molded body, and the fiber reinforced plastic has excellent bending strength and impact resistance. It becomes possible to mold the molded body. Moreover, the dispersibility of a reinforced fiber can be made favorable by making the fiber length of an aramid fiber in the said range. Thereby, the fiber reinforced plastic molding after heat-press molding has good bending strength, impact resistance and appearance.
アラミド繊維の繊維径は、１〜５０μｍであることが好ましく、３〜３０μｍであることがより好ましく、５〜１５μｍであることがさらに好ましい。アラミド繊維の繊維径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の曲げ強度と耐衝撃性を高めることができる。 The fiber diameter of the aramid fiber is preferably 1 to 50 μm, more preferably 3 to 30 μm, and still more preferably 5 to 15 μm. By setting the fiber diameter of the aramid fiber within the above range, the bending strength and impact resistance of the fiber-reinforced plastic molded body can be increased.
（炭素繊維）
強化繊維に含まれる炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等の炭素繊維を用いることができる。これらの炭素繊維は、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用いてもよい。また、これら炭素繊維の中でも、工業規模における生産性及び機械特性の観点から、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維を用いることが好ましい。
(Carbon fiber)
As the carbon fibers contained in the reinforcing fibers, polyacrylonitrile (PAN) -based, petroleum / coal pitch-based, rayon-based, lignin-based carbon fibers can be used. These carbon fibers may be used alone or in combination of two or more. Of these carbon fibers, polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fibers are preferably used from the viewpoint of productivity and mechanical properties on an industrial scale.
炭素繊維の繊維長は、２〜１００ｍｍであることが好ましく、５〜５０ｍｍ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。炭素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基材から炭素繊維が脱落することを抑制することができ、かつ、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。また、炭素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良好な強度と外観を有する。 The fiber length of the carbon fiber is preferably 2 to 100 mm, more preferably 5 to 50 mm, and still more preferably 10 to 25 mm. By setting the fiber length of the carbon fiber within the above range, the carbon fiber can be prevented from falling off from the base material for the fiber-reinforced plastic molded body, and a fiber-reinforced plastic molded body having excellent strength is molded. It becomes possible. Moreover, the dispersibility of a reinforced fiber can be made favorable by making the fiber length of carbon fiber into the said range. Thereby, the fiber reinforced plastic molding after heat-press molding has good strength and appearance.
炭素繊維の単繊維強度は、４５００ＭＰａ以上であることが好ましく、４７００ＭＰａ以上であることがより好ましい。単繊維強度とは、モノフィラメントの引っ張り強度をいう。このような炭素繊維を使用した場合、前述した強化繊維の繊維配向の効果との相乗効果で曲げ強度が大幅に向上する。なお、単繊維強度は、ＪＩＳ Ｒ７６０１「炭素繊維試験方法」に準じて測定することができる。 The single fiber strength of the carbon fiber is preferably 4500 MPa or more, and more preferably 4700 MPa or more. Single fiber strength refers to the tensile strength of a monofilament. When such a carbon fiber is used, the bending strength is greatly improved by a synergistic effect with the fiber orientation effect of the reinforcing fiber described above. The single fiber strength can be measured according to JIS R7601 “Test method for carbon fiber”.
炭素繊維の繊維径は特に限定されないが、概ね好ましい範囲としては５〜２０μｍが好ましい。炭素繊維の繊維径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の強度を高めることができる。 The fiber diameter of the carbon fiber is not particularly limited, but a generally preferable range is preferably 5 to 20 μm. By setting the fiber diameter of the carbon fiber within the above range, the strength of the fiber-reinforced plastic molded body can be increased.
（炭素繊維とアラミド繊維の配合比）
強化繊維は、炭素繊維とアラミド繊維を１：１０〜１０：１の質量比で含むことが好ましく、１：４〜４：１の質量比で含むことがより好ましく、１：１〜３：１の質量比で含むことがさらに好ましい。炭素繊維とアラミド繊維の質量比を上記範囲内とすることにより、曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることができる。
(Compounding ratio of carbon fiber and aramid fiber)
The reinforcing fiber preferably contains carbon fiber and aramid fiber in a mass ratio of 1:10 to 10: 1, more preferably in a mass ratio of 1: 4 to 4: 1, and 1: 1 to 3: 1. More preferably, it is contained at a mass ratio of By setting the mass ratio of the carbon fiber and the aramid fiber within the above range, it is possible to obtain a base material for a fiber reinforced plastic molded body capable of molding a fiber reinforced plastic molded body excellent in bending strength and impact resistance.
（その他の繊維）
強化繊維は、アラミド繊維及び炭素繊維の他に、さらに他種の強化繊維を含んでいてもよい。例えば、ガラス繊維や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。
(Other fibers)
The reinforcing fiber may further contain other kinds of reinforcing fibers in addition to the aramid fiber and the carbon fiber. For example, you may contain organic fiber excellent in heat resistance, such as glass fiber and PBO (polyparaphenylene benzoxazole) fiber.
（強化繊維の形状）
強化繊維は、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。
強化繊維は、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基材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。
(Reinforcing fiber shape)
The reinforcing fibers are preferably chopped strands cut to a certain length.
With such a form, the reinforcing fiber can be uniformly mixed in the substrate for a fiber-reinforced plastic molded body. 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.
（強化繊維の配向性）
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、以上のような強化繊維を含むものであり、繊維強化プラスチック成形体用基材を特定条件となるように加熱加圧成形した繊維強化プラスチック成形体中において、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中心面となす角度が±２０°以内となるように存在している点に特徴がある。ここで、特定条件とは、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して、厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体を得る条件である。
このように、繊維強化プラスチック成形体中において、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平行となるように配向している。このような繊維強化プラスチック成形体用基材を使用した繊維強化プラスチック成形体は、優れた曲げ強度と耐衝撃性を得ることができる。
(Orientation of reinforcing fibers)
The base material for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention includes the above-described reinforcing fibers, and the fiber-reinforced plastic molded body obtained by heat-pressing the base material for the fiber-reinforced plastic molded body so as to satisfy specific conditions. Among them, 80% or more of the total number of reinforcing fibers is characterized in that the angle formed with the center plane of the fiber reinforced plastic molded product is within ± 20 °. Here, the specific condition is that the true density (g / cm 3 ) of the substrate for fiber reinforced plastic molding is P, and the fiber reinforced plastic molding obtained by heating and pressing the substrate for fiber reinforced plastic molding. When the bulk density (g / cm 3 ) of the body is Q, the fiber reinforced plastic molded base material is heated and pressure-molded so that Q / P = 0.7, and fiber reinforced with a thickness of 1 mm This is a condition for obtaining a plastic molded body.
Thus, in the fiber reinforced plastic molded body, 80% or more of the reinforcing fibers are oriented so as to be parallel to the center plane of the fiber reinforced plastic molded body. A fiber-reinforced plastic molded body using such a substrate for fiber-reinforced plastic molded body can obtain excellent bending strength and impact resistance.
ここで、繊維強化プラスチック成形体の中心面とは、繊維強化プラスチック成形体の第１の表面の平均面と第２の表面の平均面の中点を結んで形成される平面を中心面という。なお、第１の表面の平均面と第２の表面の平均面の中点とは、第１の表面の特定点から第２の表面の最短距離の中点のことをいう。また、各表面の平均面とは、表面に凹凸形状がある場合は凹部と凸部の高さの平均の高さを通る面をいい、表面に凹凸形状がない場合は、各平均面は各表面のことをいう。なお、図１（ｂ）において、第１の表面の平均面はＳで、第２の表面の平均面はＴで、中心面はＵで表されている面である。 Here, the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is a plane formed by connecting the midpoints of the first surface average surface and the second surface average plane of the fiber-reinforced plastic molded body. Note that the midpoint of the average surface of the first surface and the average surface of the second surface refers to the midpoint of the shortest distance between the specific point of the first surface and the second surface. In addition, the average surface of each surface means a surface that passes through the average height of the concave and convex portions when the surface has an uneven shape, and each average surface is It refers to the surface. In FIG. 1B, the average surface of the first surface is S, the average surface of the second surface is T, and the center surface is U.
繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）であるＰは、空孔を含まない固体そのものの密度であり、理論密度と言われるものである。また、繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）であるＱは、通気性及び非通気性の双方を含む、プラスチック成形体の単位体積あたりの質量をいい、繊維強化プラスチック成形体用基材の質量を外観容積で除すことにより算出することができる。 P, which is the true density (g / cm 3 ) of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body, is the density of the solid itself that does not contain pores, and is called the theoretical density. Further, Q, which is the bulk density (g / cm 3 ) of the fiber reinforced plastic molded body, refers to the mass per unit volume of the plastic molded body including both air permeability and non-air permeability, and is used for the fiber reinforced plastic molded body. It can be calculated by dividing the mass of the substrate by the appearance volume.
繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度は、不織布を構成する繊維そのものの真密度と、その質量配合比から求めることができる。具体的には、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度は、下記計算式で算出することができる。
繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度＝（強化繊維の真密度×質量配合比％）＋（マトリックス樹脂の真密度×質量配合比）＋（バインダーの真比重×質量配合比）
The true density of the substrate for fiber reinforced plastic molding can be determined from the true density of the fibers themselves constituting the nonwoven fabric and the mass blending ratio thereof. Specifically, the true density of the base material for fiber-reinforced plastic molded body can be calculated by the following formula.
True density of substrate for fiber reinforced plastic molded article = (true density of reinforcing fiber × mass blending ratio%) + (true density of matrix resin × mass blending ratio) + (true specific gravity of binder × mass blending ratio)
また、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度は、上記方法以外に、ピクノメーター法（液相置換法）や気相置換法を用いて求めてもよい。
ピクノメーター法（液相置換法）はＪＩＳ Ｒ １６２０「ファインセラミックス粉末の粒子密度測定方法」に準拠した方法で、エタノール水溶液、ブタノール等の液に繊維強化プラスチック成形体用基材を漬け、アルキメデスの原理で、体積を測定する方法である。繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度は、繊維強化プラスチック成形体用基材の重さを上記の方法で測定した体積で除すことによって算出することができる。
また、気相置換法は、ＪＩＳ Ｒ １６２０「ファインセラミックス粉末の粒子密度測定方法」に準拠した方法で、ヘリウムガス等で置換して、体積を測定する方法である。繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度は、繊維強化プラスチック成形体用基材の重さを上記の方法で測定した体積で除すことによって算出することができる。
Moreover, you may obtain | require the true density of the base material for fiber reinforced plastic moldings using the pycnometer method (liquid phase substitution method) and a gas phase substitution method other than the said method.
The pycnometer method (liquid phase replacement method) is a method in accordance with JIS R 1620 “Method for measuring particle density of fine ceramic powder”. A base material for fiber reinforced plastic molding is immersed in a liquid such as ethanol aqueous solution or butanol. In principle, it is a method for measuring volume. The true density of the base material for fiber-reinforced plastic molded bodies can be calculated by dividing the weight of the base material for fiber-reinforced plastic molded bodies by the volume measured by the above method.
Further, the gas phase substitution method is a method based on JIS R 1620 “Method for measuring particle density of fine ceramic powder” and is a method of measuring volume by substituting with helium gas or the like. The true density of the base material for fiber-reinforced plastic molded bodies can be calculated by dividing the weight of the base material for fiber-reinforced plastic molded bodies by the volume measured by the above method.
繊維強化プラスチック成形体のかさ密度は、以下の手順で求めることができる。
（１）繊維強化プラスチック成形体用基材の目付けが、以下の通りとなるように重ねる。目付け(ｇ／ｍ2）＝真密度（ｇ／ｃｍ3）×１（ｍｍ）×１０００
（２）（１）の繊維強化プラスチック成形体用基材の積層物を所定の厚さとなるように加熱加圧成形し、得られた成形体を１０〜１５ｃｍ×１０〜１５ｃｍ程度になるように切り出す。
（３）得られた成形体の縦（ｃｍ）と横（ｃｍ）をノギスで測定する。また、厚さをマイクロメーターで四辺端部と中央部の合計５点を測定し、厚さの平均値(μｍ)を求める。
（４）成形体の質量を０．１ｇ単位で測定する。
（５）得られたデータより、下記式にてかさ密度を求める
かさ密度（ｇ／ｃｍ3）＝成形体質量（ｇ）÷（成形体長さ（ｃｍ）×成形体幅（ｃｍ）×厚さ（μｍ）×１０-4）
The bulk density of the fiber-reinforced plastic molded body can be determined by the following procedure.
(1) The base materials for fiber-reinforced plastic molded bodies are stacked so that the basis weight is as follows. Fabric weight (g / m 2 ) = true density (g / cm 3 ) × 1 (mm) × 1000
(2) The laminate of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body of (1) is heat-pressed so as to have a predetermined thickness, and the resulting molded body is about 10-15 cm × 10-15 cm cut.
(3) Measure the length (cm) and width (cm) of the obtained molded body with calipers. Also, the thickness is measured with a micrometer at a total of five points on the four sides and the center, and the average thickness (μm) is obtained.
(4) The mass of the molded body is measured in units of 0.1 g.
(5) Bulk density is calculated from the obtained data by the following formula: Bulk density (g / cm 3 ) = Mold body mass (g) ÷ (Mold body length (cm) × Mold body width (cm) × Thickness (Μm) × 10 -4 )
繊維強化プラスチック成形体用基材から繊維強化プラスチック成形体を加熱加圧成形する際には、繊維強化プラスチック成形体用基材の各表面と平行になるようにステンレス板を配置し、熱プレスを行う。ここで、使用するステンレス板は、ＪＩＳ Ｇ４３０５「冷間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯」の表１５＃４００の表面仕上げを行った厚さ２ｍｍのステンレス板である。また、熱プレス時には、スペーサー板（１ｍｍ厚板）を両端に挟むことが好ましい。これにより、厚さが１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体を成形することができる。 When heat-pressing a fiber-reinforced plastic molded body from a fiber-reinforced plastic molded body substrate, place a stainless steel plate parallel to each surface of the fiber-reinforced plastic molded body substrate, Do. Here, the stainless steel plate to be used is a stainless steel plate having a thickness of 2 mm which has been subjected to the surface finishing of Table 15 # 400 of JIS G4305 “Cold rolled stainless steel plate and steel strip”. Further, it is preferable to sandwich a spacer plate (1 mm thick plate) at both ends during hot pressing. Thereby, a fiber reinforced plastic molded product having a thickness of 1 mm can be molded.
加熱加圧成形時の熱プレス温度は、熱可塑性樹脂が結晶性熱可塑性樹脂の場合、（熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ＋３０）℃であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂が非結晶性熱可塑性樹脂の場合、加熱加圧成形時の熱プレス温度は、（熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ＋１００）℃であることが好ましい。なお、熱可塑性樹脂の融点及びガラス転移温度は、ＤＳＣ（示差走査熱量分析）で求めることができる。 When the thermoplastic resin is a crystalline thermoplastic resin, the hot pressing temperature at the time of heat and pressure molding is preferably (melting point Tm + 30 of the thermoplastic resin) ° C. Further, when the thermoplastic resin is an amorphous thermoplastic resin, the hot press temperature at the time of heat and pressure molding is preferably (glass transition temperature Tg + 100 of the thermoplastic resin) ° C. The melting point and glass transition temperature of the thermoplastic resin can be determined by DSC (differential scanning calorimetry).
例えば、下記の熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック成形体用基材の熱プレス温度は下記の通りである。ポリカーボネート及びポリエーテルイミドは非結晶性熱可塑性樹脂であり、ポリプロピレン及びナイロン６は結晶性熱可塑性樹脂である。
ポリカーボネート：ガラス転移温度Ｔｇ １４５℃、プレス温度２４５℃
ポリエーテルイミド：ガラス転移温度Ｔｇ ２１７℃、プレス温度３１７℃
ポリプロピレン：融点Ｔｍ１６０℃、プレス温度 １９０℃
ナイロン６：融点Ｔｍ２２５℃、プレス温度 ２５５℃
For example, the hot press temperature of the base material for fiber-reinforced plastic molded bodies containing the following thermoplastic resin is as follows. Polycarbonate and polyetherimide are non-crystalline thermoplastic resins, and polypropylene and nylon 6 are crystalline thermoplastic resins.
Polycarbonate: Glass transition temperature Tg 145 ° C, press temperature 245 ° C
Polyetherimide: Glass transition temperature Tg 217 ° C, press temperature 317 ° C
Polypropylene: melting point Tm 160 ° C, press temperature 190 ° C
Nylon 6: melting point Tm 225 ° C., press temperature 255 ° C.
熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック成形体用基材を熱プレスする際の加圧条件は、１０Ｍｐａ〜２０ＭＰａとすることが好ましい。この場合、加圧条件は、繊維強化プラスチック成形体の厚さが１ｍｍとなるように調節する。 It is preferable that the pressurizing condition for hot pressing a base material for a fiber reinforced plastic molded body containing a thermoplastic resin is 10 MPa to 20 MPa. In this case, the pressure condition is adjusted so that the thickness of the fiber-reinforced plastic molded body is 1 mm.
上記の条件となるように加熱加圧成形して得られた繊維強化プラスチック成形体において、中心面に対して±２０°以内となるように配向している強化繊維の割合は、好ましくは８０％以上であり、より好ましくは８５％以上であり、さらに好ましくは９０％以上であり、特に好ましくは９５％以上である。
ここで、繊維強化プラスチック成形体の中心面に対して±２０°以内となるように配向している強化繊維の割合は、繊維強化プラスチック成形体の断面を切り出して三次元計測Ｘ線ＣＴ装置にて撮影し、この撮影画像から１００〜１３０本の強化繊維を選択して中心面とのなす角度を測定することで求めることができる。
In the fiber-reinforced plastic molded body obtained by heat-press molding so as to satisfy the above-mentioned conditions, the proportion of reinforcing fibers oriented so as to be within ± 20 ° with respect to the center plane is preferably 80%. Or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
Here, the ratio of the reinforcing fibers oriented so as to be within ± 20 ° with respect to the center plane of the fiber reinforced plastic molded body is determined by cutting a cross section of the fiber reinforced plastic molded body into a three-dimensional X-ray CT apparatus And 100 to 130 reinforcing fibers are selected from the photographed image and the angle formed with the center plane can be measured.
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材から成形された繊維強化プラスチック成形体では、用途に応じて特定方向の強度を高めることができる。この場合、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も可能である。なお、第１方向とは、繊維強化プラスチック成形体用基材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。
このような繊維強化プラスチック成形体は、自動車や航空機等に用いられる一方向に機械的曲げ強度と耐衝撃性が要求される構造部品に好ましく用いられる。
In the fiber-reinforced plastic molded body molded from the substrate for fiber-reinforced plastic molded body of the present invention, the strength in a specific direction can be increased depending on the application. In this case, the strength ratio of 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 in the base material 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.
Such a fiber-reinforced plastic molded body is preferably used for structural parts that require mechanical bending strength and impact resistance in one direction used in automobiles, aircrafts, and the like.
強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体用基材の中心面と平行であって、かつ一方向に配向していることが好ましい。これにより、得られる繊維強化プラスチック成形体において、この繊維が配向している方向での強度を高めることができる。強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体用基材のいずれの方向に配向していてもよいが、繊維強化プラスチック成形体用基材のＭＤ方向（抄紙ラインの流れ方向）に配向していることが好ましい。 The reinforcing fibers are preferably parallel to the center plane of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body and oriented in one direction. Thereby, in the fiber reinforced plastic molding obtained, the strength in the direction in which the fibers are oriented can be increased. The reinforcing fiber may be oriented in any direction of the base material for fiber reinforced plastic molded body, but may be oriented in the MD direction (flow direction of the papermaking line) of the base material for fiber reinforced plastic molded body. preferable.
［マトリックス樹脂］
マトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂を含む。マトリックス樹脂に含まれる熱可塑性樹脂は、繊維強化プラスチック成形体用基材の加熱加圧処理時にマトリックス、あるいは、繊維成分の交点に結着点を成形する。このようなマトリックス樹脂を用いた不織布状の繊維強化プラスチック成形体用基材は、熱硬化性樹脂を使用した基材又はシートに比べて、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。
[Matrix resin]
The matrix resin includes a thermoplastic resin. The thermoplastic resin contained in the matrix resin forms a binding point at the intersection of the matrix or the fiber component during the heat and pressure treatment of the substrate for fiber-reinforced plastic molding. Non-woven fiber reinforced plastic molded base material using such matrix resin does not require autoclaving compared to base material or sheet using thermosetting resin, and heat and pressure molding when processing It takes less time and increases productivity.
熱可塑性樹脂は、繊維状であることが好ましい。この熱可塑性樹脂繊維は、繊維強化プラスチック成形体用基材に加熱加圧処理が行われるまでは繊維形態を維持しており、これにより基材中には空隙が存在することが好ましい。このような繊維強化プラスチック成形体用基材は、しなやかでドレープ性を有しており、巻き取り形態での保管・輸送が可能であり、ハンドリング性に優れるという特徴を有する。 The thermoplastic resin is preferably fibrous. This thermoplastic resin fiber maintains the fiber form until the heating and pressurizing treatment is performed on the substrate for fiber reinforced plastic molding, and it is preferable that voids exist in the substrate. Such a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body has the characteristics that it is flexible and has a drape property, can be stored and transported in a wound form, and has excellent handling properties.
熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、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）、ポリアミド、ポリプロピレン等を例示することができる。これらの熱可塑性樹脂は、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、これら熱可塑性樹脂の中でも、高強度の繊維強化プラスチック成形体を得るために、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリプロピレンを用いることが好ましい。さらに、熱可塑性樹脂は繊維であることが好ましく、繊維分散性が良好なポリカーボネート繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリアミド（ナイロン）繊維、ポリプロピレン繊維を用いることが好ましい。 As thermoplastic resins, polycarbonate (PC), polyetheretherketone (PEEK), polyamideimide (PAI), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), polyetherketoneketone (PEKK), polyamide, polypropylene, etc. Can be illustrated. One type of these thermoplastic resins may be used alone, or two or more types may be used in combination. Of these thermoplastic resins, polycarbonate, polyetherimide, polyamide (nylon), and polypropylene are preferably used in order to obtain a high-strength fiber-reinforced plastic molded product. Furthermore, the thermoplastic resin is preferably a fiber, and it is preferable to use polycarbonate fiber, polyetherimide fiber, polyamide (nylon) fiber, or polypropylene fiber having good fiber dispersibility.
また、上記の熱可塑性樹脂のうち、特にポリアミドは強化繊維であるアラミド繊維との接着性に優れるため好ましい。更に、ポリアミドはナイロン６であることが好ましく、ナイロン６繊維であることが接着性と強度に優れるためより好ましい。 Of the above thermoplastic resins, polyamide is particularly preferable because of its excellent adhesion to aramid fibers, which are reinforcing fibers. Further, the polyamide is preferably nylon 6, and nylon 6 fibers are more preferable because of excellent adhesion and strength.
熱可塑性樹脂が繊維の場合、熱可塑性繊維の繊維長は、２〜１００ｍｍであることが好ましく、５〜５０ｍｍ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基材から熱可塑性繊維が脱落することを抑制することができ、かつ、曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。また、熱可塑性繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、熱可塑性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良好な強度と外観を有する。
熱可塑性繊維は、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基材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。
When the thermoplastic resin is a fiber, the fiber length of the thermoplastic fiber is preferably 2 to 100 mm, more preferably 5 to 50 mm, and still more preferably 10 to 25 mm. By setting the fiber length of the thermoplastic fiber within the above range, it is possible to prevent the thermoplastic fiber from dropping off from the base material for the fiber-reinforced plastic molded body, and the fiber has excellent bending strength and impact resistance. A reinforced plastic molded body can be molded. Moreover, the dispersibility of a thermoplastic fiber can be made favorable by making the fiber length of a thermoplastic fiber into the said range. Thereby, the fiber reinforced plastic molding after heat-press molding has good strength and appearance.
The thermoplastic fibers are preferably chopped strands cut to a certain length. With such a form, the thermoplastic fiber can be uniformly mixed in the substrate for a fiber-reinforced plastic molded body. 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基材において、強化繊維と熱可塑性樹脂の質量比は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。
[Blend ratio of reinforcing fiber and thermoplastic resin]
In the base material for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention, the mass ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin 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 within the above range, a lightweight and high-strength fiber-reinforced plastic molded body can be obtained.
［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基材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・マトリックス樹脂と混合し、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、加熱加圧成形後にマトリックスとなる熱可塑性樹脂が加熱加圧成形で溶融する際に、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、マトリックス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強度となる。さらにバインダー成分に起因するマトリックス樹脂のガラス転移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 the present invention, the binder contained in the substrate for fiber-reinforced plastic molded body is generally an acrylic resin, a styrene-acrylic resin, a polyester resin, a modified polyester resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, which are generally used for nonwoven fabric production, EVA resin, urethane resin, PVA resin and the like 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. Moreover, these resin is made into fiber shape or particle shape, and said reinforcing fiber matrix It can be mixed with a resin and subjected to wet papermaking, or can be applied to a web by spraying or impregnation as an emulsion or aqueous solution.
Among these, the binder component is particularly preferably a resin component that is compatible with the resin when the thermoplastic resin that becomes the matrix after the heat and pressure molding is melted by the heat and pressure molding. When such a resin component is used as a binder, there is no interface between the matrix resin and the binder resin after the heat and pressure molding, and therefore the strength is increased. Furthermore, it has the characteristic that there is little fall of the glass transition temperature of matrix resin resulting from a binder component.
［バインダー成分の含有率］
バインダー成分は、繊維強化プラスチック成形体用基材の全質量に対して０．１〜１０質量％となるように含有されることが好ましく、０．３〜１０質量％であることがより好ましく、０．４〜９質量％であることがさらに好ましく、０．５〜８質量％であることが特に好ましい。バインダー成分の含有率を上記範囲内とすることにより、製造工程中の強度を高めることができ、ハンドリング性を向上させることができる。なお、バインダー成分の量は多くなると表面強度・層間強度共に強くなるが、逆に加熱成形時の臭気の問題が発生しやすくなる。しかし、上記の範囲においては臭気の問題はほとんど発生せず、また繰り返しの断裁工程を経ても層間剥離などを発生しない繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることができる。
[Binder component content]
The binder component is preferably contained in an amount of 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.3 to 10% by mass with respect to the total mass of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body. More preferably, it is 0.4-9 mass%, and it is especially preferable that it is 0.5-8 mass%. By making the content rate of a binder component in the said range, the intensity | strength in a manufacturing process can be raised and handling property can be improved. Note that as the amount of the binder component increases, both the surface strength and the interlayer strength increase, but conversely, the problem of odor during heat forming tends to occur. However, in the above-mentioned range, the problem of odor hardly occurs, and a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body that does not cause delamination even after repeated cutting steps can be obtained.
＜繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法＞
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材の製造工程は、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂と、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基材を製造する工程を含む。また、繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程は、円網抄紙機、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いて湿式不織布法で抄紙する工程を含む。
なお、この製造工程に用いる強化繊維はアラミド繊維及び炭素繊維を含む。また、強化繊維は、炭素繊維とアラミド繊維を１：１０〜１０：１の質量比で含むことが好ましく、１：４〜４：１の質量比で含むことがより好ましく、１：１〜３：１の質量比で含むことがさらに好ましい。
<Method for producing substrate for fiber-reinforced plastic molded article>
The manufacturing process of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body according to the present invention is a process for mixing a reinforcing fiber, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component, and manufacturing a substrate for fiber-reinforced plastic molded body by a wet nonwoven fabric method. The process of carrying out is included. Moreover, the process of manufacturing the base material for fiber reinforced plastic moldings includes the process of making paper by a wet nonwoven fabric method using a circular net paper machine, a long net paper machine, or an inclined wire paper machine.
In addition, the reinforced fiber used for this manufacturing process contains an aramid fiber and a carbon fiber. The reinforcing fiber preferably contains carbon fiber and aramid fiber in a mass ratio of 1:10 to 10: 1, more preferably in a mass ratio of 1: 4 to 4: 1. More preferably, it is contained at a mass ratio of 1: 1.
また、本発明の製造工程で得られる繊維強化プラスチック成形体用基材は、繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得た厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体において、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中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得る基材である。 The base material for a fiber-reinforced plastic molded body obtained in the production process of the present invention is defined as P, where P is the true density (g / cm 3 ) of the base material for a fiber-reinforced plastic molded body. When the bulk density (g / cm 3 ) of the fiber reinforced plastic molding obtained by heating and pressing is Q, the fiber reinforced plastic molding substrate is heated so that Q / P = 0.7. In a fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm obtained by pressure molding, 80% or more of the total number of reinforced fibers is within ± 20 ° with respect to the center surface of the fiber reinforced plastic molded body. A substrate that can be present.
プラスチック成形体用基材を製造する方法は、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。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平行となるように配向させることが可能となり、繊維強化プラスチック成形体において曲げ強度と耐衝撃性をより高めることができる。
The method for producing a substrate for a plastic molded body is a wet nonwoven fabric method in which a web is produced by removing a solvent from a fiber slurry in which fibers are dispersed in a solvent. 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 paper machine to the above range, it is possible to orient 80% or more of the reinforcing fibers so as to be parallel to the center plane of the fiber reinforced plastic molded body. The bending strength and impact resistance can be further increased.
円網抄紙機を用いて抄紙を行う場合の抄造速度は、抄速は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平行となるように配向させることが可能となり、繊維強化プラスチック成形体において曲げ強度と耐衝撃性をより高めることができる。 In the case of making paper using a circular paper machine, the paper making speed 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, it is possible to orient 80% or more of the reinforcing fibers so as to be parallel to the center surface of the fiber reinforced plastic molded body. In the fiber reinforced plastic molded body, bending strength and impact resistance are achieved. Can be further enhanced.
また、繊維強化プラスチック成形体用基材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型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基材の製造工程において、繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程は、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。なお、繊維分散性を良好にするため、傾斜ワイヤー抄紙機を用いることがより好ましい。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。 Moreover, in the process of manufacturing the base material for fiber reinforced plastic molded bodies, a long net paper machine or an inclined type paper machine may be used in addition to the circular net paper machine. That is, in the manufacturing process of the base material for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention, the process for manufacturing the base material for the fiber-reinforced plastic molded body includes a step of making a paper using a long net paper machine or an inclined wire paper machine. It may be. In order to improve the fiber dispersibility, it is more preferable to use an inclined wire paper machine. 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. .
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。これにより、繊維強化プラスチック成形体用基材の厚み方向への強化繊維の配向を抑制することができる。
こうして得られた繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形することにより、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り、曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
なお、繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程は、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。
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”. Thereby, the orientation of the reinforcing fiber in the thickness direction of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body can be suppressed.
By heating and pressing the fiber-reinforced plastic molded body thus obtained, the angle formed by the center surface of the fiber-reinforced plastic molded body and the reinforcing fiber can be oriented within ± 20 °, and the bending strength And a fiber-reinforced plastic molded article excellent in impact resistance.
The step of producing the fiber reinforced plastic molded article base material preferably includes a step of making a paper using a long web paper machine or an inclined wire paper machine, and includes a step of making a paper using an inclined wire paper machine. It is more preferable from the viewpoint of fiber dispersibility.
本発明の製造方法において、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０．９８以下、好ましくは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 the production method of the present invention, by adjusting the jet wire ratio, the fibers can be oriented in a specific direction, and the 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 0.98 or less, preferably 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 is approximately 3 to 5 or more. It is also possible to adjust. 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基材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繊維強化プラスチック成形体用基材に内添、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基材を成形する工程は、湿式不織布法で繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程と、バインダー成分を含む溶液等を繊維強化プラスチック成形体用基材に内添、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基材の表面繊維の飛散、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基材を得ることができる。 Further, in the step of manufacturing the substrate for fiber-reinforced plastic molded body, the step of internally adding, applying or impregnating the solution containing the binder component or the emulsion containing the binder component to the substrate for fiber-reinforced plastic molded body, followed by drying by heating. It is preferable to include. That is, the step of forming the substrate for fiber-reinforced plastic molded body includes the step of manufacturing the substrate for fiber-reinforced plastic molded body by a wet nonwoven fabric method, and the solution containing the binder component to the substrate for fiber-reinforced plastic molded body. It is preferable to include a step of internally adding, applying or impregnating. 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 the scattering, fluffing and dropping off of the surface fibers of the substrate for fiber reinforced plastic molding, and to obtain a substrate for fiber reinforced plastic molding having excellent handling properties. it can.
＜繊維強化プラスチック成形体＞
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、目的とする成形品の形状や成形法に合わせて任意の形状に加工することができる。繊維強化プラスチック成形体用基材は、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基材の加熱加圧成形方法を用いて加工することにより、曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチック成形体とすることができる。
<Fiber-reinforced plastic molding>
The substrate for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention can be processed into an arbitrary shape in accordance with the shape of the intended molded product and the molding method. The base material for fiber reinforced plastic molded body is a single sheet or laminated to have a desired thickness and heat-pressed with a hot press, pre-heated with an infrared heater, etc., and heated and pressed with a mold. can do. Thus, it can be set as the fiber reinforced plastic molding excellent in bending strength and impact resistance by processing using the heat press molding method of the general substrate for fiber reinforced plastic molding.
繊維強化プラスチック成形体用基材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基材を、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂のガラス転移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基材を温度１５０〜６００℃、圧力３〜４０ＭＰａで加熱加圧成形することが好ましい。なお、加熱温度は、熱可塑性樹脂繊維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。 When molding a fiber reinforced plastic molded body from a fiber reinforced plastic molded body substrate, the fiber reinforced plastic molded body substrate is heated and pressed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the matrix resin containing the thermoplastic resin. It is preferable to do. Specifically, it is preferable to heat and pressure mold the substrate for fiber reinforced plastic molding at a temperature of 150 to 600 ° C. and a pressure of 3 to 40 MPa. The heating temperature is preferably a temperature range in which the thermoplastic resin fibers flow and the reinforcing fibers do not melt.
本発明で得られる繊維強化プラスチック成形体は、力学的強度に優れ、かつ工業的に有用な生産性を兼ね備えているため、種々の用途に展開することができる。本発明の繊維強化プラスチック成形体の衝撃強さは、３０ｋＪ／ｍ2以上であることが好ましく、３５ｋＪ／ｍ2以上であることがより好ましく、４０ｋＪ／ｍ2以上であることがさらに好ましく、６０ｋＪ／ｍ2以上であることが特に好ましい。 Since the fiber-reinforced plastic molded article obtained by the present invention has excellent mechanical strength and industrially useful productivity, it can be developed for various applications. Impact strength of fiber-reinforced plastic molding of the present invention is preferably 30 kJ / m 2 or more, more preferably 35 kJ / m 2 or more, still more preferably 40 kJ / m 2 or more, 60 kJ / M 2 or more is particularly preferable.
繊維強化プラスチック成形体のＭＤ方向の曲げ強度は、３００ＭＰａ以上でることが好ましく、４００ＭＰａ以上であることがより好ましく、５００ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、６００ＭＰａ以上であることが特に好ましい。また、繊維強化プラスチック成形体のＣＤ方向の曲げ強度は、１００ＭＰａ以上でることが好ましく、１５０ＭＰａ以上であることがより好ましく、２００ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、３００ＭＰａ以上であることが特に好ましい。 The bending strength in the MD direction of the fiber-reinforced plastic molded body is preferably 300 MPa or more, more preferably 400 MPa or more, further preferably 500 MPa or more, and particularly preferably 600 MPa or more. Further, the bending strength in the CD direction of the fiber reinforced plastic molded body is preferably 100 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, further preferably 200 MPa or more, and particularly preferably 300 MPa or more.
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１〜４、７〜１４）
表１及び２に示した単繊維強度・繊維長である炭素繊維（台湾プラスチック株式会社製 ＣＳ８１５）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、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）及び繊維長１２ｍｍの共重合パラ型アラミド繊維（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社製、テクノーラ）を、表１に示した配合比となるように計量し、投入した。更に、このスラリーに、繊維スラリー濃度として０．５質量％となるよう水を投入し、バインダーとして繊維状ＰＶＡ（クラレ製 ＶＰＢ-１０５-２）をスラリー中の繊維合計質量に対し２質量％となるように計量して投入し、攪拌し、繊維を混合・分散させた。
(Examples 1-4, 7-14)
Carbon fiber (CS815 manufactured by Taiwan Plastic Co., Ltd.) having the single fiber strength and fiber length shown in Tables 1 and 2 was added to water and dissolved in advance to a concentration of 0.6% by mass as a dispersant. "Emanon 3199" (manufactured by Kao Corporation) is added so that the solid content is 1.0 mass% with respect to the carbon fiber, and water is further added so that the carbon fiber slurry concentration becomes 0.5 mass%. Diluted. 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, and a polycarbonate (PC) resin fiber (manufactured by Daiwabo Polytex Co., Ltd., fiber diameter 30 μm, fiber length 12 mm) and a copolymerized para-aramid fiber (copolyparaphenylene) having a fiber length of 12 mm. -3,4'-oxydiphenylene terephthalamide fiber (manufactured by Teijin Techno Products Co., Ltd., Technora) was weighed and added so as to have the blending ratio shown in Table 1. Furthermore, water was added to this slurry so that the fiber slurry concentration was 0.5% by mass, and fibrous PVA (Kuraray VPB-105-2) as a binder was 2% by mass with respect to the total mass of fibers in the slurry. It was weighed and added, and stirred to mix and disperse the fibers.
この繊維スラリーを傾斜ワイヤー抄紙機に連続的に流送し、ウエットウエブを製造した。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繊維強化プラスチック成形体用基材を得た。なお、傾斜ワイヤー抄紙機に繊維スラリーを流送し、ウエットウエブを製造する際、アニオン性高分子ポリアクリルアミド系増粘剤「スミフロック（ＭＴアクアポリマー株式会社製）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表１に示したとおりに調整した。
得られた各繊維強化プラスチック成形体用基材を適宜重ねて、２２０℃、１０ＭＰａの熱プレスにて、加熱加圧処理することで厚さが１ｍｍである繊維強化プラスチック成形体を得た。
This fiber slurry was continuously fed to an inclined wire paper machine to produce a wet web. Then, the base material for fiber reinforced plastic moldings 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 producing a wet web by feeding the fiber slurry to the inclined wire paper machine, an aqueous solution of the anionic polymer polyacrylamide-based thickener “Smifloc (manufactured by MT Aquapolymer Co., Ltd.)” is added as appropriate to obtain the slurry viscosity. Was adjusted in the range of 1 cps to 5 cps (B type viscometer measurement), and the jet wire ratio was adjusted as shown in Table 1 by controlling the white water circulation rate and the paper making speed.
The obtained base materials for fiber reinforced plastic molded bodies were appropriately stacked and subjected to heat and pressure treatment at 220 ° C. and 10 MPa, thereby obtaining a fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm.
（実施例５）
共重合パラ型アラミド繊維の代わりに、繊維長１２ｍｍのメタ型アラミド繊維（ポリメタフェニレンイソフタルアミド（ＭＰＩＡ）繊維、ウンジン社製、アラウィン）を用い、傾斜ワイヤー抄紙機でのジェットワイヤー比を表１に示すように変えたこと以外は、実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 5)
Instead of copolymer para-aramid fibers, meta-aramid fibers with a fiber length of 12 mm (polymetaphenylene isophthalamide (MPIA) fiber, manufactured by Unjin Co., Ltd., Alawin) were used. A fiber-reinforced plastic molded body was obtained in the same manner as in Example 4 except that the changes were made as shown in FIG.
（実施例６）
共重合パラ型アラミド繊維の代わりに、繊維長１２ｍｍのパラ型アラミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）繊維、東レ・デュポン社製、ケブラー）を用い、傾斜ワイヤー抄紙機でのジェットワイヤー比を表１に示すように変えたこと以外は、実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 6)
Instead of copolymerized para-aramid fibers, para-aramid fibers with a fiber length of 12 mm (polyparaphenylene terephthalamide (PPTA) fibers, manufactured by Toray DuPont, Kevlar) are used to determine the jet wire ratio on an inclined wire paper machine. A fiber-reinforced plastic molded body was obtained in the same manner as in Example 4 except that the changes were made as shown in Table 1.
（実施例１５）
ＰＣ樹脂繊維の代わりに、表２に示すポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂繊維（Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社、ガラス転移温度２２０℃、繊維長１３ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材を得た。得られた繊維強化プラスチック成形体用基材を適宜重ねて、３００℃、１０ＭＰａ熱プレスにて、加熱加圧処理することで厚さが１ｍｍである繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 15)
Fibers in the same manner as in Example 4 except that polyether imide (PEI) resin fibers (Fiber Innovation Technology, glass transition temperature 220 ° C., fiber length 13 mm) shown in Table 2 were used instead of PC resin fibers. A base material for reinforced plastic molding was obtained. The obtained base material for fiber reinforced plastic molded bodies was appropriately stacked, and a fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm was obtained by heating and pressing at 300 ° C. and 10 MPa hot press.
（実施例１６）
炭素繊維を、表２に示すように、単繊維強度を有するもの（東レ株式会社製 Ｔ７００）に変更し、傾斜ワイヤー抄紙機でのジェットワイヤー比を変えたこと以外は、実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 16)
As shown in Table 2, the carbon fibers were changed to those having single fiber strength (T700 manufactured by Toray Industries, Inc.), and the same procedure as in Example 4 was performed except that the jet wire ratio in the inclined wire paper machine was changed. As a result, a fiber-reinforced plastic molding was obtained.
（実施例１７）
炭素繊維を、表２に示すように、単繊維強度を有するもの（東レ株式会社製 Ｔ８００）に変更し、傾斜ワイヤー抄紙機でのジェットワイヤー比を変えたこと以外は、実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 17)
As shown in Table 2, the carbon fibers were changed to those having single fiber strength (T800 manufactured by Toray Industries, Inc.), and the same procedure as in Example 4 was performed except that the jet wire ratio in the inclined wire paper machine was changed. As a result, a fiber-reinforced plastic molding was obtained.
（実施例１８）
熱可塑性樹脂繊維を、表２に示すように、ナイロン６繊維（東レ株式会社製 「アミラン」）に変更した以外は実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材を得た。得られた繊維強化プラスチック成形体用基材を適宜重ねて、２４５℃、１０ＭＰａにて加熱加圧処理することで厚さが１ｍｍである繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 18)
As shown in Table 2, a base material for a fiber-reinforced plastic molded body was obtained in the same manner as in Example 4 except that the thermoplastic resin fiber was changed to nylon 6 fiber (“Amilan” manufactured by Toray Industries, Inc.). The obtained base material for fiber reinforced plastic molded bodies was appropriately stacked and heat-pressed at 245 ° C. and 10 MPa to obtain a fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm.
（実施例１９）
傾斜ワイヤー抄紙機を、直径７０ｃｍの円網ワイヤーを備える円網抄紙機に変更した以外は、実施例４と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Example 19)
A fiber-reinforced plastic molded body was obtained in the same manner as in Example 4 except that the inclined wire paper machine was changed to a circular paper machine equipped with a circular mesh wire having a diameter of 70 cm.
（比較例１〜３、５）
表３に示すように、繊維スラリーにアラミド繊維を添加せず、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維の質量比及び傾斜ワイヤー抄紙機でのジェットワイヤー比を変えたこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材を得た。
(Comparative Examples 1-3, 5)
As shown in Table 3, the aramid fiber was not added to the fiber slurry, and the mass ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin fiber and the jet wire ratio in the inclined wire paper machine were changed as in Example 1. As a result, a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body was obtained.
（比較例４）
表３に示すように、傾斜ワイヤー抄紙機でのジェットワイヤー比を変えたこと以外は、実施例５と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。
(Comparative Example 4)
As shown in Table 3, a fiber-reinforced plastic molded body was obtained in the same manner as in Example 5 except that the jet wire ratio in the inclined wire paper machine was changed.
［評価］
（強化繊維と繊維強化プラスチック成形体の中心面との角度の測定）
強化繊維と繊維強化プラスチック成形体の中心面となす角度は、以下の通り測定した。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、図２の白線で示したとおり、強化繊維と繊維強化プラスチック成形体の中心面とのなす角度を測定した。具体的には、繊維強化プラスチック成形体の中心面と平行な線はラインＨ（点線）で表しており、このラインＨ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の中心面となす角度が±２０°以内である繊維の占める繊維本数の割合を表１〜３に示した。
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の中心面Ｕ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の中心面となす角度が±２０°の範囲を超えている例を示している。
[Evaluation]
(Measurement of the angle between the reinforced fiber and the center plane of the fiber reinforced plastic molding)
The angle between the reinforcing fiber and the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body was measured 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 is photographed with a three-dimensional measurement X-ray CT apparatus (manufactured by Yamato Kagaku: trade name “TDM1000-IS / SP”), and is taken by a three-dimensional volume rendering software (manufactured by NVS: “VG-Studio MAX”). A cross-sectional image was obtained. Then, with respect to the obtained cross-sectional image, ten 10 μm line ridges are arbitrarily drawn in the Z-axis direction, and all the fibers that are in contact with the line are shown as white lines in FIG. The angle formed with the center plane of the molded body was measured. Specifically, a line parallel to the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is represented by a line H (dotted line), and an angle formed by the line H and the reinforcing fiber was measured. The number of fibers measured was about 100 to 130. Tables 1 to 3 show the ratios of the number of fibers occupied by the fibers whose angle formed with the center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 ° with respect to the total number of the measured reinforcing fibers.
In FIG. 1B, θ 1 is an angle between the reinforcing fiber and the center plane U of the fiber-reinforced plastic molded body within ± 20 °, and θ 2 is the center of the reinforcing fiber and the fiber-reinforced plastic molded body. An example in which the angle formed with the surface exceeds the range of ± 20 ° is shown.
（曲げ強度の測定）
得られたプラスチック成形体を、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方向の曲げ強度及び下式にて求めた相乗平均値を表１〜３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 plastic molded body was subjected to a fiber orientation direction (machine direction, hereinafter referred to as MD) and a fiber orientation direction (cross direction, hereinafter referred to as CD). Measured). Tables 1 to 3 show the bending strength in the MD direction and the CD direction, and the geometric mean value obtained by the following formula.
The geometric mean value of bending strength = √ (MD direction strength × CD direction strength)
（衝撃強さの測定）
得られた繊維強化プラスチック成形体について、ＪＩＳ Ｋ７１１１−１「シャルビー衝撃試験」に準拠した方法で測定した。ＭＤ方向及びＣＤ方向の衝撃強さ及び下式にて求めた衝撃強さの相乗平均値を表１〜３に示した。
衝撃強さ相乗平均値＝√（ＭＤ方向強度×ＣＤ方向強度）
(Measurement of impact strength)
About the obtained fiber reinforced plastic molding, it measured by the method based on JISK7111-1 "Charby impact test". Tables 1 to 3 show the geometrical average values of the impact strength in the MD direction and the CD direction and the impact strength obtained by the following formula.
Impact strength geometric mean value = √ (MD direction strength × CD direction strength)
（炭素繊維の単繊維強度の測定）
炭素繊維の単繊維強度は、ＪＩＳ Ｒ ７６０６「炭素繊維−単繊維の引張特性の試験方法」に従って測定した。
(Measurement of single fiber strength of carbon fiber)
The single fiber strength of the carbon fiber was measured in accordance with JIS R 7606 “Carbon Fiber—Test Method for Tensile Properties of Single Fiber”.
表１〜３に示すように、アラミド繊維を含むことにより、実施例１〜１９の繊維強化プラスチック成形体用基材から得られた成形体は、耐衝撃性に優れており、曲げ強度も高かった。 As shown in Tables 1 to 3, by including aramid fibers, the molded bodies obtained from the fiber reinforced plastic molded base materials of Examples 1 to 19 have excellent impact resistance and high bending strength. It was.
強化繊維と熱可塑性樹脂繊維の比率については、５０／５０に各強度の極大点が存し、これより強化繊維の比率が多くても少なくても強度は低下する傾向があるが、本実施例で採用している３０／７０〜７０／３０の範囲であれば十分に高い強度を得ることができた。また、炭素繊維とアラミド繊維の比率については、アラミドを増加させると耐衝撃強度は向上し、曲げ強度、耐衝撃強度は５０／５０を極大点に緩やかに低下する傾向があるが、１：１０〜１０：１であれば両者でよりバランスのとれた強度を得ることができる（実施例１〜４、７〜１４、比較例１〜３、５）。 Regarding the ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin fiber, there is a maximum point of each strength at 50/50, and the strength tends to decrease even if the ratio of the reinforcing fiber is larger or smaller than this, but this example In the range of 30/70 to 70/30 adopted in the above, a sufficiently high strength could be obtained. Further, regarding the ratio of carbon fiber to aramid fiber, when aramid is increased, the impact strength is improved, and the bending strength and impact strength tend to gradually decrease from 50/50 to the maximum point. If it is -10: 1, the intensity | strength which was more balanced with both can be obtained (Examples 1-4, 7-14, Comparative Examples 1-3, 5).
ジェットワイヤー比を調整することでＭＤ方向に特に強度が優れ、耐衝撃性に優れる繊維強化プラスチック成形体を得られることがわかる。繊維強化プラスチック成形体用基材の中心面と成す角度が±２０°以下である繊維の比率が９０％以上の場合、更に強度物性の優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができることがわかる（実施例４、１２〜１４、比較例４）。 It can be seen that by adjusting the jet wire ratio, it is possible to obtain a fiber-reinforced plastic molded article having particularly excellent strength in the MD direction and excellent impact resistance. It can be seen that when the ratio of the fibers having an angle of ± 20 ° or less with the center plane of the fiber reinforced plastic molded substrate is 90% or more, a fiber reinforced plastic molded product with further excellent strength properties can be obtained ( Examples 4, 12-14, comparative example 4).
ポリカーボネート繊維をＰＥＩ繊維やナイロン６繊維に変更しても良好な強度物性を有する繊維強化プラスチック成形体を得ることができた（実施例１５）。 Even if the polycarbonate fiber was changed to PEI fiber or nylon 6 fiber, a fiber-reinforced plastic molded article having good strength properties could be obtained (Example 15).
炭素繊維の単繊維強度が４５００ＭＰａ以上である場合、更に優れた強度物性を有する繊維強化プラスチック成形体を得ることができることがわかる。また、実施例１８において、熱可塑性樹脂としてナイロン６繊維を使用することで、特に優れた強度物性を有する繊維強化プラスチック成形体を得ることができることがわかる（実施例１６〜１８）。さらに、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、円網抄紙機においても問題なく抄紙されることがわかった（実施例１９）。 It can be seen that when the single fiber strength of the carbon fiber is 4500 MPa or more, it is possible to obtain a fiber-reinforced plastic molded article having further excellent strength properties. Moreover, in Example 18, it turns out that the fiber reinforced plastic molding which has the especially outstanding intensity | strength physical property can be obtained by using nylon 6 fiber as a thermoplastic resin (Examples 16-18). Furthermore, it was found that the substrate for fiber-reinforced plastic molded body of the present invention can be made without any problem even in a circular net paper machine (Example 19).
本発明によれば、優れた曲げ強度と耐衝撃性を有する繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることができる。このような曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチック成形体は、スポーツ、レジャー用品、航空機用材料など様々な分野で用いることができるため、産業上の利用可能性が高い。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the base material for fiber reinforced plastic moldings which can shape | mold the fiber reinforced plastic molding which has the outstanding bending strength and impact resistance can be obtained. Such a fiber reinforced plastic molded article excellent in bending strength and impact resistance can be used in various fields such as sports, leisure goods, and aircraft materials, and therefore has high industrial applicability.
１０ 繊維強化プラスチック成形体
２０ 強化繊維
Ｓ 第１の表面の平均面
Ｔ 第２の表面の平均面
Ｕ 中心面
10 Fiber Reinforced Plastic Molded
Claims (14)
前記強化繊維は、アラミド繊維及び炭素繊維を含み、
前記繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように前記繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得た厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体において、
前記強化繊維の全本数のうち８０％以上が、前記繊維強化プラスチック成形体の中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得る繊維強化プラスチック成形体用基材。 A base material for a fiber reinforced plastic molded article comprising a reinforced fiber, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component,
The reinforcing fiber includes an aramid fiber and a carbon fiber,
The true density (g / cm 3 ) of the base material for fiber-reinforced plastic molded body is P, and the bulk density (g / g) of the fiber-reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the base material for fiber-reinforced plastic molded body. In a fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm obtained by heating and pressure-molding the substrate for fiber reinforced plastic molded body so that Q / P = 0.7, where Q 3 is cm 3 ),
A base material for a fiber-reinforced plastic molded body in which 80% or more of the total number of the reinforcing fibers can exist so that an angle formed with a center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 °.
前記繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程は、円網抄紙機、長網抄紙機又は傾斜ワイヤー抄紙機を用いて湿式不織布法で抄紙する工程を含み、
前記強化繊維は、アラミド繊維及び炭素繊維を含み、
前記繊維強化プラスチック成形体用基材の真密度（ｇ／ｃｍ3）をＰとし、繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得られる繊維強化プラスチック成形体のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）をＱとした場合に、Ｑ／Ｐ＝０．７となるように前記繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形して得た厚さ１ｍｍの繊維強化プラスチック成形体において、前記強化繊維の全本数のうち８０％以上が、前記繊維強化プラスチック成形体の中心面となす角度が±２０°以内となるように存在させ得る繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。 Including a step of mixing a reinforcing fiber, a matrix resin containing a thermoplastic resin, and a binder component, and producing a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body by a wet nonwoven fabric method,
The step of producing the fiber-reinforced plastic molded article base material includes a step of making a paper by a wet nonwoven fabric method using a circular net paper machine, a long net paper machine or an inclined wire paper machine,
The reinforcing fiber includes an aramid fiber and a carbon fiber,
The true density (g / cm 3 ) of the base material for fiber-reinforced plastic molded body is P, and the bulk density (g / g) of the fiber-reinforced plastic molded body obtained by heating and pressing the base material for fiber-reinforced plastic molded body. In a fiber reinforced plastic molded body having a thickness of 1 mm obtained by heating and pressure-molding the substrate for fiber reinforced plastic molded body so that Q / P = 0.7, where Q 3 is cm 3 ), A method for producing a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body in which 80% or more of the total number of the reinforcing fibers can be present so that an angle formed with a center plane of the fiber-reinforced plastic molded body is within ± 20 °.
前記長網抄紙機又は前記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請求項１３に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。 The step of producing the fiber-reinforced plastic molded article base material includes a step of making paper by a wet nonwoven fabric method using a long net paper machine or an inclined wire paper machine,
The method for producing a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body according to claim 13, wherein the wire of the long net paper machine or the inclined wire paper machine travels so that a jet wire ratio is 0.98 or less.
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