JP2016049621A - 切断体の製造方法、及び繊維強化樹脂の切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断刃の耐久性に優れる繊維強化樹脂材の切断方法を提供する。
【解決手段】引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断台で切断して切断体を製造する方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けた、切断体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して切断体を製造する方法、及びその切断方法に関わるものである。

近年、機械分野において、マトリクス樹脂と、炭素繊維などの強化繊維を含む、いわゆる繊維強化樹脂材が注目されている。これら繊維強化樹脂材はマトリクス樹脂内で繊維が分散されているため、引張弾性率や引張強度、耐衝撃性などに優れており、自動車等の構造部材などに検討されている。これら繊維強化樹脂材は、射出成形、圧縮成形等を用いて目的とする形状に成形できる。

一般的に、繊維強化樹脂は汎用樹脂と比較して機械強度に優れるため、機械加工が難しくなる傾向がある。特に、汎用樹脂と比較して、加工刃の耐久性が大幅に低下する事が多く、繊維強化樹脂を用いた製品の量産化を阻害する要因の一つになっていた。また、加工刃を使用しない方法として、ウォータージェットやレーザー切断などがあるが、量産を考慮すると、コストや加工時間に難がある。

特許文献１には、繊維強化樹脂材を能率よく切断する手法として、トムソン刃に炭素鋼を用い、焼き入れして硬度を高めることが提案されている。硬度上昇による耐久性の向上には効果が見られるものの、刃の加工性が低下し、大きな刃や、様々な形状の刃に対応するのが難しくなる。
特許文献２には、繊維強化プラスチック製品を解体するときに、予め燃焼ガスで加熱して軟化させた状態で高圧の水ジェットによる切断する繊維強化プラスチック製品の切断方法が記載されている。
特許文献３には、繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工に関し、成形品端面に強化繊維のバリ発生量が少なく、寸法精度高い繊維強化樹脂成形品を得るための、加工方法が記載されている。

特開２０１３−９１１２８号公報 特開昭６１−９５９００号公報 特開２００９−１７２７５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、トムソン刃に過剰な硬さを持たせる必要があり、刃先が欠けるおそれがある。
また、特許文献２の繊維強化プラスチックに用いられている樹脂は熱硬化性樹脂であるため、過剰にガス火炎しても樹脂は昇華していくが、樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、昇華する前に樹脂が軟化・溶融してしまい、適切な範囲を切断することができない。特に、繊維として炭素繊維を使用した場合は熱伝導性が良いために加熱領域が広くなり周囲が過剰に加熱されて劣化してしまうため、有効に利用できる範囲が狭くなりより一層問題となる。
更に、特許文献３の繊維強化樹脂成形板の加工においては、同一箇所を２回以上繰り返してパンチする必要があり、切断工程が多くなり、連続して切断体を得にくい。

本発明の目的は、繊維強化樹脂材を効率良く切断し、切断刃の耐久性を延ばして切断体を製造する切断体の製造方法、および繊維強化樹脂材の優れた切断方法の提供を目的とする。

本発明者は、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化樹脂材の切断方法において、切断刃の耐久性を向上すべく鋭意検討を重ねた結果、繊維強化樹脂切断時の曲げ弾性率を制御することで、目的とする製造方法、および切断方法を得ることが可能であることを見出し、本発明に到達した。
具体的には、以下の通りである。

１． 引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して切断体を製造する方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けた、切断体の製造方法。
２． 前記繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造する、前記１に記載の切断体の製造方法。
３． 前記曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−１５０〜−５０℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−５０〜＋５０℃に、繊維強化樹脂材を加熱する前記２に記載の切断体の製造方法。
４． 前記３に記載の切断体の製造方法であって、繊維強化樹脂材が０．２〜２０重量％の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱である切断体の製造方法。
５． 前記３又は４いずれか１項に記載の切断体の製造方法であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度が実質的に一定である、切断体の製造方法。
６． 強化繊維の少なくとも一部が繊維束の形状を示す前記３に記載の切断体の製造方法。
７． 強化繊維の平均繊維長が１〜１００ｍｍである前記３に記載の切断体の製造方法。
８． 強化繊維が炭素繊維である、前記３に記載の切断体の製造方法。
９． 下記式（１）で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合（Ｖｆ）が５〜８０％である前記３に記載の切断体の製造方法。
式（１） Ｖｆ＝１００×強化繊維体積／（強化繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）
１０． 引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断する切断方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けた、繊維強化樹脂材の切断方法。

本発明の切断体の製造方法によれば、切断対象物である繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を調整する事で、切断刃の耐久性を向上させることができ、連続して繊維強化樹脂材を切断して切断体を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。
［繊維強化樹脂材の曲げ弾性率の調整］
本発明の切断体の製造方法は、引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して得られるものであって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けたものである。
引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化樹脂材は、繊維強化されているため機械強度に優れる一方、曲げ弾性率が大きいため、切断刃を用いて繊維強化樹脂材を切断する際、切断刃に大きな切断抵抗がかかり、切断刃の先端は摩耗しやすい。本発明者は、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設け、切断時に繊維強化樹脂材が有する切断抵抗を低減させることで切断刃の摩耗を減らすことを見出した。

切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を、８０％にまで減少できない場合、切断刃の寿命を延ばす効果は充分ではない。反対に、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を１５％未満にまで減少させてしまうと、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維が樹脂に固定されずに流動してしまうため、切断面にバリが発生したり、繊維強化樹脂材が柔らかすぎて切断できなかったりする。
繊維強化樹脂材の曲げ弾性率の、好ましい減少割合は８０〜３０％であり、より好ましくは７５〜３５％であり、更に好ましくは７０〜４０％である。
繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減らす手段として特に制限はないが、具体的には、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−１５０〜−５０℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−５０〜＋５０℃になるように繊維強化樹脂材を加熱する手段がある。

曲げ弾性率を減らす他の手段としては、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−１５０〜−５０℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−５０〜＋５０℃になるように切断刃を加熱する手段がある。切断刃を加熱することにより、繊維強化樹脂材を切断する際に局所的に繊維強化樹脂材を加熱することができる。
曲げ弾性率を減らす他の手段としては、繊維強化樹脂材を調湿する手段も挙げられる。特に、用いる熱可塑性樹脂がポリアミドの場合、ポリアミドの吸湿により繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を適宜減らすことができる。
これらの曲げ弾性率を下げる手段の中でも、繊維強化樹脂材を加熱する手段、または切断刃を加熱する手段を、量産時においては好ましく用いる事ができる。

なお、本発明における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を減らした割合（％）の計算方法は、曲げ弾性率を減少させた後の、繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を、曲げ弾性率を減少させる前の値で除算したものである。
曲げ弾性率を減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱である場合、曲げ弾性率を減らした割合（％）の具体的な計算方法は、加熱後の繊維強化樹脂材の繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を、加熱前の繊維強化樹脂材の曲げ弾性率の値で除算したものである。

（加熱手段）
繊維強化樹脂材を加熱する場合、加熱方法に特に限定はなく、いかなる方法の利用も可能である。具体的には、熱風乾燥機や電気加熱型乾燥機を用いる方法、飽和蒸気や過熱蒸気を用いる方法、金型・ベルトコンベアー・熱ローラーなどにおいて熱板に挟む方法、赤外線・遠赤外線・マイクロ波・高周波などによる誘電加熱や、誘導加熱（ＩＨ）が例示される。

（切断時の繊維強化樹脂材の温度）
繊維強化樹脂材を加熱する場合、切断時の繊維強化樹脂材の温度変化に特に限定は無いが、切断時の繊維強化樹脂材の温度が実質的に一定であることが好ましい。
ここで、実質的に一定とは、繊維強化樹脂材の切断時の直前と直後に大きな温度低下が生じていないことを指し、概ね±２０度の範囲であれば良い。温度が実質的に一定であることにより、繊維強化樹脂材を安定して連続切断することができる。
繊維強化樹脂材の加熱後、大きな温度変化を生じるホットプレスやコールドプレス時のバリ除去のような繊維強化樹脂材の切断は、温度が実質的に一定ではなく、連続した繊維強化樹脂材の切断はできない。

［繊維強化樹脂材］
本発明で使用する繊維強化樹脂材は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む材料である。

（繊維強化樹脂材の厚み）
繊維強化樹脂材の厚みは特に限定されるものではないが、通常、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内が好ましく、０．０１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が好ましく、１〜３ｍｍの範囲内がより好ましい。繊維強化樹脂材が複数の層が積層された構成を有する場合、上記厚みは各層の厚みを指すのではなく、各層の厚みを合計した繊維強化樹脂材全体の厚みを指すものとする。

［強化繊維］
本発明に用いられる強化繊維の種類は、熱可塑性樹脂の種類や繊維強化樹脂材の用途等に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。このため、本発明に用いられる強化繊維としては、無機繊維又は有機繊維のいずれであっても好適に用いることができる。上記無機繊維としては、例えば、炭素繊維、活性炭繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、タングステンカーバイド繊維、シリコンカーバイド繊維（炭化ケイ素繊維）、セラミックス繊維、アルミナ繊維、天然繊維、玄武岩などの鉱物繊維、ボロン繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、及び金属繊維等を挙げることができる。

上記金属繊維としては、例えば、アルミニウム繊維、銅繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維、スチール繊維を挙げることができる。
上記ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｔガラス、石英ガラス繊維、ホウケイ酸ガラス繊維等からなるものを挙げることができる。
上記有機繊維としては、例えば、ポリアラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート等の樹脂材料からなる繊維を挙げることができる。

本発明においては、２種類以上の強化繊維を併用してもよい。この場合、複数種の無機繊維を併用してもよく、複数種の有機繊維を併用してもよく、無機繊維と有機繊維とを併用してもよい。複数種の無機繊維を併用する態様としては、例えば、炭素繊維と金属繊維とを併用する態様、炭素繊維とガラス繊維を併用する態様等を挙げることができる。一方、複数種の有機繊維を併用する態様としては、例えば、ポリアラミド繊維と他の有機材料からなる繊維とを併用する態様等を挙げることができる。さらに、無機繊維と有機繊維を併用する態様としては、例えば、炭素繊維とポリアラミド繊維とを併用する態様を挙げることができる。

本発明においては引張強度が２０００〜６０００ＭＰａの強化繊維を用いるため、具体的には炭素繊維、アラミド繊維、高強力ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ガラス繊維、スチール繊維を挙げる事ができ、中でも炭素繊維を好ましく用いる事ができる。
炭素繊維としては、一般的にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、石油・石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが知られているが、本発明においてはこれらのいずれの炭素繊維であっても好適に用いることができる。

（炭素繊維）
強化繊維として無機繊維を使用することが好ましい。有機繊維に比べて伸度が比較的低いために、切断する際のせん断が少なくて良いためである。
中でも、本発明においては引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いることが好ましい。強化繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は１００〜６００ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２００〜５００ＧＰａの範囲内であることがより好ましく、２３０〜４５０ＧＰａの範囲内であることがさらに好ましい。また、引張強度は２０００〜６０００ＭＰａの範囲内であることが好ましく、３０００〜６０００ＭＰａの範囲内であることがより好ましい。

（強化繊維の繊維長）
本発明に用いられる強化繊維の繊維長は、強化繊維の種類や熱可塑性樹脂の種類、複合材料中における強化繊維の配向状態等に応じて適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではない。したがって、本発明においては目的に応じて連続繊維を用いてもよく、不連続繊維を用いてもよい。
不連続繊維を用いる場合、平均繊維長は、通常、０．１ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内であることが好ましく、１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であることがより好ましい。本発明においては繊維長が互いに異なる強化繊維を併用してもよい。換言すると、本発明に用いられる強化繊維は、平均繊維長に単一のピークを有するものであってもよく、あるいは複数のピークを有するものであってもよい。

炭素繊維の平均繊維長は、ロータリーカッター等で炭素繊維を一定長に切断して用いた場合は、そのカット長が平均繊維長にあたり、これは数平均繊維長でもあり、重量平均繊維長でもある。個々の炭素繊維の繊維長をＬｉ、測定本数をｊとすると、数平均繊維長（Ｌｎ）と重量平均繊維長（Ｌｗ）とは、以下の式（２），（３）により求められる（一定カット長の場合は、数平均繊維長（Ｌｎ）の計算式（２）で重量平均繊維長（Ｌｗ）を算出していることにもなる）。
Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ ・・・式（２）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ^２）／（ΣＬｉ） ・・・式（３）
なお、本発明における平均繊維長の測定は、数平均繊維長であっても、重量平均繊維長であっても良い。

（強化繊維の繊維径）
本発明に用いられる強化繊維の繊維径は、強化繊維の種類に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。例えば、強化繊維として炭素繊維が用いられる場合、平均繊維径は、通常、３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、４μｍ〜１２μｍの範囲内であることがより好ましく、５μｍ〜８μｍの範囲内であることがさらに好ましい。一方、強化繊維としてガラス繊維を用いる場合、平均繊維径は、通常、３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。ここで、上記平均繊維径は、強化繊維の単糸の直径を指すものとする。したがって、強化繊維が繊維束状である場合は、繊維束の径ではなく、繊維束を構成する強化繊維（単糸）の直径を指す。強化繊維の平均繊維径は、例えば、ＪＩＳ Ｒ７６０７：２０００に記載された方法によって測定することができる。

（強化繊維の繊維形態）
本発明に用いられる強化繊維は、その種類の関わらず単糸からなる単糸状であってもよく、複数の単糸からなる繊維束状であってもよい。
本発明に用いられる強化繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。ここで示す繊維束とは２本以上の単糸が集束剤や静電気力等により近接している事を示す。繊維束状のものを用いる場合、各繊維束を構成する単糸の数は、各繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。
本発明に用いられる強化繊維が炭素繊維であって、炭素繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単糸の数は特に限定されるものではないが、通常、２本〜１０万本の範囲内とされる。

一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本のフィラメントが集合した繊維束状となっている。強化繊維として炭素繊維を用いる場合に、炭素繊維をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の複合材料を得ることが困難になる場合がある。このため、強化繊維として炭素繊維を用いる場合は、繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが通常である。
繊維強化樹脂材における強化繊維の配向状態としては、例えば、強化繊維の長軸方向が一方向に配列した一方向配列や、上記長軸方向が繊維強化樹脂材の板厚面内方向においてランダムに配列した２次元ランダム配列を挙げることができる。

本発明における強化繊維の配向状態は、上記一方向配列又は２次元ランダム配列のいずれであってもよい。また、上記一方向配列と２次元ランダム配列の中間の無規則配列（強化繊維の長軸方向が完全に一方向に配列しておらず、かつ完全にランダムでない配列状態）であってもよい。さらに、強化繊維の繊維長によっては、強化繊維の長軸方向が繊維強化樹脂材の面内方向に対して角度を有するように配列していてもよく、繊維が綿状に絡み合うように配列していてもよく、さらには繊維が平織や綾織などの二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組紐、強化繊維を抄紙した紙等のように配列していてもよい。

本発明における強化繊維マットとは、強化繊維が堆積し、または絡みあうなどしてマット状になったものをいう。強化繊維マットとしては、強化繊維の長軸方向が複合材料の面内方向においてランダムに配列した２次元ランダム強化繊維マットや、強化繊維が綿状に絡み合うなどして、強化繊維の長軸方向がＸＹＺの各方向においてランダムに配列している３次元ランダム強化繊維マットが例示される。

なお、繊維強化樹脂材内における強化繊維の配向態様は、例えば、繊維強化樹脂材の任意の方向、及びこれと直行する方向を基準とする引張試験を行い、引張弾性率を測定した後、測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）を測定することで確認できる。弾性率の比が１に近いほど、強化繊維が２次元ランダム配列していると評価できる。直交する２方向の弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないときに等方性であるとされ、この比が１．３を超えないときは等方性に優れていると評価される。

［炭素繊維の体積含有率（Ｖｆ）］
本発明の繊維強化樹脂に含まれる強化繊維及び熱可塑性樹脂について、式（１）で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合（Ｖｆ）に特に限定は無いが５〜８０％であることが好ましく、１０〜８０％であることがより好ましく、１０〜７０％であることが更に好ましく、２０〜５０％であることがより一層好ましく、３０〜４０％が最も好ましい。
式（１） １００×強化繊維体積／（強化繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）
強化繊維体積割合（Ｖｆ）が５％以上であれば、補強効果が十分に発現しやすくなる。反対に、Ｖｆが８０％以下であれば、得られる繊維強化樹脂材にボイドが発生しにくくなり、物性が向上しやすい。

［熱可塑性樹脂］
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、所望の強度を有する複合材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、繊維強化樹脂材の用途等に応じて適宜選択して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、複合材料の用途等に応じて所望の軟化点又は融点を有するものを適宜選択して用いることができる。通常、軟化点が１８０℃〜３５０℃の範囲内のものが用いられるが、これに限定されるものではない。

上記熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂）、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂、ビニル系樹脂等を挙げることができる。

上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等を上げることができる。
上記ビニル系樹脂としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を挙げることができる。
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）等を挙げることができる。
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６樹脂（ナイロン６）、ポリアミド１１樹脂（ナイロン１１）、ポリアミド１２樹脂（ナイロン１２）、ポリアミド４６樹脂（ナイロン４６）、ポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）、ポリアミド６１０樹脂（ナイロン６１０）等を挙げることができる。

上記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等を挙げることができる。上記（メタ）アクリル樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレートを挙げることができる。
上記ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂は１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。

［黒色顔料］
本発明における切断体の製造方法においては、繊維強化樹脂材は、０．２〜２０重量％の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱であると好ましい。
黒色顔料が繊維強化樹脂材に０．２重量％以上含んでいる場合、赤外線の吸収が良く、赤外線で加熱されやすいため、繊維強化樹脂材の温上昇が早く、量産時に有利となる。黒色顔料の添加量が２０重量％以下であれば、成形を行う時に樹脂は高粘度・高熱伝導率の状態となり、成形時の流動性が低下しにくく、成形性が悪くなりにくい。

本発明における繊維強化樹脂材に黒色顔料を含有する割合は、０．３〜１０重量％がより好ましく、０．３〜２重量％の範囲が更に好ましい。
黒色顔料としては、カーボンブラック、チタニウムブラック、フアーネスブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、アニリンブラック、スルフアブラック等からなる群より選ばれる１種類以上の黒色顔料が好ましく、特に、炭素粒子からなる黒色顔料、例えば、カーボンブラックが最も好ましい。

［その他の剤］
本発明で用いる繊維強化樹脂材中には、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。

［繊維強化樹脂材の製造方法］
本発明に用いられる繊維強化樹脂材は、一般的に公知の方法を用いて製造することができ、例えば、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレット、特開２０１３−４９２９８号公報に記載の等方性基材を好ましく用いられる。該等方性基材を使用した繊維強化樹脂は、その面内において、炭素繊維が特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。

［切断装置］
切断装置は公知のものを使用できる。例えば、切断台の上に材料を乗せて切断用のカッター刃を上下に往復運動させることで材料を押切り切断する方法や、上下に配置した刃の間に繊維強化樹脂材を乗せてせん断により切断するシャーリング装置、回転刃を使用して材料を切断する方法、超音波振動させたナイフで材料を切断する方法などがあげられる。使用する刃の材質、硬度、刃先形状などは材料の特性、厚み等に応じて適宜選択することができるが、硬度ＨＳ４０〜９８が好ましい。硬度がＨＳ４０以上の場合は、切断により摩耗しにくく耐久性が良好で、ＨＳ９８以下の場合は、靱性が損なわれにくく、刃の欠損などが発生しにくくなる。

［切断台］
本発明における切断体の製造方法（及び繊維強化樹脂材の切断方法）は、好ましくは繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造することが好ましい。切断台は公知の物を使用でき、繊維強化樹脂材を支えることができれば特に限定はない。また、本発明における切断台とは、効率よく連続して切断することを目的とするものであり、成形型内に繊維強化樹脂材を載置し、打ち抜き刃でバリ除去する、例えば日本国特開２０１１−０８４０３８や、日本国特開２０１３−９９８１７に記載のような成形型は含まないものである。
すなわち、本発明は、成形と同時に端材をトリミングするものではなく、連続して繊維強化樹脂材を切断して切断体を得るものである。

［切断体］
本発明における切断体とは、引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して製造されるものであって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けて製造されたものである。切断体に含まれる強化繊維、熱可塑性樹脂、その他添加剤は繊維強化樹脂材に含まれていたものがそのまま維持される。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）繊維強化樹脂材の曲げ弾性率はＪＩＳ Ｋ７０７４：１９８８の手法で測定し求めた。
（２）強化繊維の平均繊維長の測定は、繊維強化樹脂材を大気下で５００℃に加熱し樹脂を除去して残ったサンプルから無作為に抽出した３００本の繊維の繊維長をノギスにより１ｍｍ単位まで測定し、その平均を求めた。
（３）切断刃の寿命
各参考例、実施例、比較例に記載の繊維強化樹脂材を、切断不良が出るまで切断し、切断不良が出るまでの切断回数をカウントして評価した。

［参考例１］
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ）をナイロン系サイジング剤処理したものを使用し、熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０を用いて、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレットに記載された方法に基づき、炭素繊維目付け１８００ｇ／ｍ^２、ナイロン樹脂目付け１５００ｇ／ｍ^２である等方性材料を作成し、２４０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０ｓ間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの体積繊維含有率Ｖｆ＝４３％の炭素繊維複合材料の平板を得、これを繊維強化樹脂材１とした。

［参考例１−２］
繊維強化樹脂材１を作成する際に、カーボンブラックを繊維強化樹脂材に対して０．５重量％となるように予めナイロン６樹脂に含有させたこと以外は、参考例１と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材１−２とした。

［参考例１−３］
繊維強化樹脂材１を作成する際に、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０の代わりにポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ−１２２５Ｙ）を使用したこと以外は、参考例１と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材１−３とした。

［参考例１−４］
繊維強化樹脂材１を作成する際に、繊維体積含有率Ｖｆ＝３０％になるよう、炭素繊維目付およびナイロン樹脂目付を調整したこと以外は、参考例１と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材１−４とした。

［参考例１−５］
繊維強化樹脂材１を作成する際に、繊維体積含有率Ｖｆ＝４０％になるよう、炭素繊維目付およびナイロン樹脂目付を調整したこと以外は、参考例１と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材１−５とした。

［参考例２］
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＨＴＣ１１０（平均繊維径７μｍ、繊維長６ｍｍ）を使用し、特開２０１４−０９５０３４に記載の方法で抄紙基材を作成した。
具体的には、水と界面活性剤（ポリオキシエチレンラウリルエーテル）からなる濃度０．１重量％の分散液を作製し、この分散液と上記チョップド炭素繊維とを用いて抄紙基材の製造装置を用いて、抄紙基材を製造した。得られた複合材料の幅は５００ｍｍ、長さは５００ｍｍ、目付は１８０ｇ／ｍ^２であった。
間にポリアミドフィルム（ユニチカ製 エンブレム 厚み１５μｍ）を所定の枚数挟んだ状態で上記抄紙基材を１０枚重ねて２４０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０ｓ間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの体積繊維含有率Ｖｆ＝４３％炭素繊維複合材料の平板を得、これを繊維強化樹脂材２とした。

［参考例３］
繊維径１２μｍの炭素繊維（東邦テナックス製、引張強度４２００ＭＰａ）を３５ｍｍにカットし、カットした炭素繊維束とナイロン６短繊維（短繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ、捲縮数１２山／２５ｍｍ、捲縮率１５％）を重量比で９０：１０の割合で混合し、カーディング装置に投入した。出てきたウェブをクロスラップし、炭素繊維とナイロン６繊維とからなる目付１００ｇ／ｃｍ^２のシート状の炭素繊維集合体を形成した。
シート状の炭素繊維集合体の巻取り方向を０°とし、炭素繊維集合体を１２枚、（０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°）となるように積層し、さらに積層した炭素繊維集合体全体で、間にポリアミドフィルム（ユニチカ製 エンブレム 厚み１５μｍ）を所定の枚数挟んだ状態で、全体をステンレス板で挟み、２４０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０ｓ間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの体積繊維含有率Ｖｆ＝４３％炭素繊維複合材料の平板を得、これを繊維強化樹脂材３とした。

［実施例１］
繊維強化樹脂材１を１００℃に赤外線加熱炉内で加熱し、大阪抜型製の切断刃ＮＣＤ１２をサーボプレス機に装着し、刃の下降速度１００ｓｐｍ、加圧力２ｔｏｎの条件で切断して切断体を製造した。１００℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は２０ＧＰａであり、常温時の７０％であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は８５回であった。結果を表１に示す。

［実施例２］
繊維強化樹脂材１を１５０℃に赤外線加熱炉内で加熱した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１を切断して切断体を製造した。１５０℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は１８ＧＰａであり、常温時の６３％であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は１１３回であった。結果を表１に示す。

［実施例３］
繊維強化樹脂材１を１８０℃に赤外線加熱炉内で加熱した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１を切断して切断体を製造した。１８０℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は１２ＧＰａであり、常温時の４２％であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は１８５回であった。結果を表１に示す。

［実施例４］
繊維強化樹脂材１を作成する際に、カーボンブラックを繊維強化樹脂材に対して０．５重量％となるように予めナイロン６樹脂に含有させた繊維強化樹脂材１−２を用いたこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１−２を切断して、切断体を製造した。赤外線加熱炉内で繊維強化樹脂材１−２が１００℃までに達する時間は実施例１に比べて短く、おおよそ１０％短い時間で加熱できた。また、切断不良がでるまでの切断回数は８６回であった。結果を表１に示す。

［実施例５］
繊維強化樹脂材１の代わりに繊維強化樹脂材２を用い、繊維強化樹脂材の加熱温度を１５０℃としたこと以外は実施例１と同様にして繊維強化樹脂材２を切断して、切断体を製造した。切断不良がでるまでの切断回数は１３３回であった。結果を表１に示す。

［実施例６］
繊維強化樹脂材１の代わりに繊維強化樹脂材３を用い、繊維強化樹脂材の加熱温度を１５０℃としたこと以外は実施例１と同様にして繊維強化樹脂材３を切断して、切断体を製造した。切断不良がでるまでの切断回数は１０７回であった。結果を表１に示す。

［実施例７］
繊維強化樹脂材１を作成する際、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０の代わりにポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ−１２２５Ｙ）を使用した繊維強化樹脂材１−３を用い、繊維強化樹脂材の加熱温度を１４５℃としたこと以外は実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１−３を切断して、切断体を製造した。切断不良がでるまでの切断回数は１０２回であった。結果を表１に示す。

［実施例８］
繊維体積割合を３０％にして作成した繊維強化樹脂材１−４を調湿し、ポリアミドに含まれる水分を３．５％まで吸湿させた。吸湿後の曲げ弾性率は１９．４ＧＰａであり、吸湿前の７９％であった。切断条件を実施例１と同様に操作した結果、切断不良がでるまでの回数は７９回であった。結果を表２に示す。

［実施例９］
強化繊維として、ガラス繊維（日東紡 Ｅ−ｇｌａｓｓヤーン ＥＣＧ 繊維径９．１μｍ フィラメント数８００）を用いたこと以外は、参考例３と同様にして繊維強化樹脂材４を作成した。
繊維強化樹脂材４を、実施例６と同様にして切断して、切断体を製造した。製造不良がでるまでの切断回数は１９２回であった。

［実施例１０］
炭素繊維をクリールから巻き出し、一方向性の炭素繊維シートに、溶融樹脂吐出金型から吐出させた溶融状態のナイロン６を、炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が５０％となるように吐出量を調整してシート材の両面に乗せて、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂を一体化した。
続けて、ダブルベルトプレス装置に投入して、熱可塑性樹脂を一方向性の炭素繊維シートに含浸させた。ダブルベルトプレス装置を通過させた後、冷却して、熱可塑性樹脂の融点以下までサンプルの温度を下げ、厚み１ｍｍの繊維強化樹脂材５を得た。
繊維強化樹脂材５を１９０℃に赤外線加熱炉内で加熱し、実施例１と同様にして切断して切断体を製造した。１９０℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は１５ＧＰａであり、常温時の１５％であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は８３回であった。

［比較例１］
繊維強化樹脂材を７５℃に加熱した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１を切断した。７５℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は２５．７ＧＰａであり、常温時の９０％であった。切断不良がでるまでの切断回数は４２回であった。結果を表１に示す。

［比較例２］
繊維強化樹脂材を４０℃に加熱した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１を切断した。切断不良がでるまでの切断回数は１２回であった。結果を表１に示す。

［比較例３］
繊維強化樹脂材の加熱温度を２２０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材１を切断した。曲げ弾性率の低下が大きく、柔らかすぎて切断することができなかった。結果を表１に示す。

［比較例４］
繊維体積割合を４０％にして作成した繊維強化樹脂材１−５を用いた事以外は、実施例８と同様にして繊維強化樹脂材１−５を切断した。結果を表２に示す。

本発明の切断体の製造方法、および繊維強化樹脂材の切断方法は、切断刃の耐久性を優れたものとするのが可能となり、自動車等の構造部品等を大量生産するのに適しており、車体の軽量化などを確実なものとする。

Claims (10)

1. 引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して切断体を製造する方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けた、切断体の製造方法。
2. 前記繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造する、請求項１に記載の切断体の製造方法。
3. 前記曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−１５０〜−５０℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−５０〜＋５０℃に、繊維強化樹脂材を加熱する請求項２に記載の切断体の製造方法。
4. 請求項３に記載の切断体の製造方法であって、繊維強化樹脂材が０．２〜２０重量％の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱である切断体の製造方法。
5. 請求項３又は４いずれか１項に記載の切断体の製造方法であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度が実質的に一定である、切断体の製造方法。
6. 強化繊維の少なくとも一部が繊維束の形状を示す請求項３に記載の切断体の製造方法。
7. 強化繊維の平均繊維長が１〜１００ｍｍである請求項３に記載の切断体の製造方法。
8. 強化繊維が炭素繊維である、請求項３に記載の切断体の製造方法。
9. 下記式（１）で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合（Ｖｆ）が５〜８０％である請求項３に記載の切断体の製造方法。
   式（１） Ｖｆ＝１００×強化繊維体積／（強化繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）
10. 引張強度が１０００〜６０００ＭＰａである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断する切断方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を８０〜１５％に減少させる手段を設けた、繊維強化樹脂材の切断方法。