JP2018145222A - Fiber-reinforced composite material and method for producing fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強化繊維複合材および強化繊維複合材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a reinforcing fiber composite material and a method for producing a reinforcing fiber composite material.
例えば航空機や自動車等に用いられる構造材料には、さらなる軽量化が求められている。 For example, structural materials used for airplanes and automobiles are required to be further reduced in weight.
このような構造材料として、例えば、ガラス繊維等の強化繊維と、樹脂と、を混合させてなる繊維強化樹脂が知られている。このような繊維強化樹脂では、繊維が3次元のあらゆる方向を向いて相互に絡まることにより、全体として補強が図られている。 As such a structural material, for example, a fiber reinforced resin obtained by mixing a reinforced fiber such as glass fiber and a resin is known. In such a fiber reinforced resin, the fibers are reinforced as a whole by being entangled with each other in all three-dimensional directions.
近年、構造材料には機械的強度をさらに高めつつ、大型化にも対応させることが求められている。 In recent years, structural materials have been required to increase the mechanical strength and cope with an increase in size.
そこで、抄造体(複合成形体)を用いることにより、構造材料の高強度化を図ることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Thus, it has been proposed to increase the strength of the structural material by using a papermaking body (composite molded body) (see, for example, Patent Document 1).
一方、抄造体の大型化を図るためには、製造装置の大型化が必要であり、設備投資の負担が大きいことが課題になっている。 On the other hand, in order to increase the size of the papermaking body, it is necessary to increase the size of the manufacturing apparatus, and the burden of equipment investment is a problem.
そこで、抄造体のような繊維強化樹脂の部材同士を接続することによって、構造材料を効率よく大型化することが検討されている。 Thus, it has been studied to efficiently increase the size of the structural material by connecting fiber reinforced resin members such as papermaking.
しかしながら、繊維強化樹脂の部材同士を接続した場合、接続部において機械的強度が低下し易いことが懸念されている。 However, when fiber reinforced resin members are connected to each other, there is a concern that the mechanical strength tends to decrease at the connection portion.
本発明の目的は、接続部を含んでいても機械的強度が高い強化繊維複合材およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a reinforcing fiber composite material having a high mechanical strength even when a connection portion is included, and a method for manufacturing the same.
このような目的は、下記(1)〜(9)の本発明により達成される。
(1) 第1繊維と第1樹脂とを含有する第1部材と、
第2繊維と第2樹脂とを含有する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とが接続されている接続部と、
を有し、
前記接続部の密度が前記第1部材の密度および前記第2部材の密度よりも高いことを特徴とする強化繊維複合材。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (9) below.
(1) a first member containing a first fiber and a first resin;
A second member containing a second fiber and a second resin;
A connecting portion to which the first member and the second member are connected;
Have
The reinforcing fiber composite material, wherein the density of the connection portion is higher than the density of the first member and the density of the second member.
(2) 前記第1部材は、空孔を含んでいる上記(1)に記載の強化繊維複合材。
(3) 前記第2部材は、空孔を含んでいる上記(2)に記載の強化繊維複合材。
(2) The reinforcing fiber composite material according to (1), wherein the first member includes pores.
(3) The reinforcing fiber composite material according to (2), wherein the second member includes pores.
(4) 前記接続部は、前記第1繊維と前記第1樹脂とを含有し前記第1部材よりも密度が高い第1高密度部と、前記第2繊維と前記第2樹脂とを含有し前記第2部材よりも密
度が高い第2高密度部と、を含んでいる上記(3)に記載の強化繊維複合材。
(4) The connection portion includes a first high-density portion containing the first fiber and the first resin and having a higher density than the first member, the second fiber, and the second resin. The reinforcing fiber composite material according to (3), including a second high-density portion having a density higher than that of the second member.
(5) 前記第1高密度部と前記第2高密度部との界面の面積は、前記第1部材と前記第1高密度部との界面の面積および前記第2部材と前記第2高密度部との界面の面積よりも大きい上記(4)に記載の強化繊維複合材。 (5) The area of the interface between the first high-density portion and the second high-density portion is the area of the interface between the first member and the first high-density portion, and the second member and the second high-density portion. The reinforcing fiber composite material according to the above (4), which is larger than the area of the interface with the part.
(6) 前記第2部材および前記接続部は、一方が凹部を含み、他方が前記凹部に嵌る凸部を含む形状をなしている上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の強化繊維複合材。 (6) The reinforcing fiber according to any one of (1) to (5), wherein one of the second member and the connection portion includes a concave portion and the other includes a convex portion that fits into the concave portion. Composite material.
(7) 前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方は、抄造体である上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の強化繊維複合材。 (7) The reinforcing fiber composite material according to any one of (1) to (6), wherein at least one of the first member and the second member is a papermaking body.
(8) 第1繊維と第1樹脂とを含有する第1母材、および、第2繊維と第2樹脂とを含有する第2母材を用意する工程と、
前記第1母材の一部と前記第2母材の一部とを重ねて圧縮し、前記第1母材の一部と前記第2母材の一部とが接続されてなる接続部を得る工程と、
を有することを特徴とする強化繊維複合材の製造方法。
(8) preparing a first base material containing a first fiber and a first resin, and a second base material containing a second fiber and a second resin;
A connecting portion formed by compressing a part of the first base material and a part of the second base material, and connecting a part of the first base material and a part of the second base material; Obtaining a step;
The manufacturing method of the reinforced fiber composite material characterized by having.
(9) 前記第1母材および前記第2母材を用意する工程は、発泡するプロセスを含む抄造法によって前記第1母材および前記第2母材を作製する工程である上記(8)に記載の強化繊維複合材の製造方法。 (9) In the step (8), the step of preparing the first base material and the second base material is a step of producing the first base material and the second base material by a papermaking method including a foaming process. The manufacturing method of the reinforced fiber composite material of description.
本発明によれば、接続部を含んでいても機械的強度が高い強化繊維複合材が得られる。
また、本発明によれば、上記強化繊維複合材を効率よく製造することができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a reinforced fiber composite material having high mechanical strength even if the connection portion is included.
Moreover, according to this invention, the said reinforced fiber composite material can be manufactured efficiently.
以下、本発明の強化繊維複合材および強化繊維複合材の製造方法について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the reinforcing fiber composite material of the present invention and the method for producing the reinforcing fiber composite material will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<強化繊維複合材>
まず、本発明の強化繊維複合材の実施形態について説明する。
<Reinforced fiber composite>
First, an embodiment of the reinforcing fiber composite material of the present invention will be described.
図1は、本発明の強化繊維複合材の実施形態を示す斜視図であり、図2は、図1に示す強化繊維複合材に各部の部分拡大図を追加した図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the reinforcing fiber composite material of the present invention, and FIG. 2 is a view in which a partial enlarged view of each part is added to the reinforcing fiber composite material shown in FIG.
図1、図2に示す強化繊維複合材1は、第1部材2と、第2部材3と、これらを接続する接続部4と、を有している。すなわち、第1部材2および第2部材3は、これらの間に接続部4が介在することによって接続されている。
The reinforcing fiber composite material 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a
また、接続部4の密度は、第1部材2の密度および第2部材3の密度よりも高くなっている。
Further, the density of the
このような強化繊維複合材1は、接続部4の密度を第1部材2や第2部材3よりも高めることによって、第1部材2と第2部材3とが強固に接続される。その結果、より大型で機械的強度が高い強化繊維複合材1が容易に実現されることとなる。
In such a reinforced fiber composite material 1, the
以下、強化繊維複合材1の各部について詳述する。
(第1部材)
まず、第1部材2について説明する。
Hereinafter, each part of the reinforcing fiber composite material 1 will be described in detail.
(First member)
First, the
第1部材2は、第1樹脂21および第1繊維22を含んでいる。このような第1部材2は、第1樹脂21のマトリックスに第1繊維22が分散することによって複合化され、高い機械的特性を示す。以下、第1繊維22および第1樹脂21についてさらに詳述する。
The
−第1繊維−
第1繊維22は、第1部材2の機械的特性を高めることに寄与する。また、第1繊維22は、一般に第1樹脂21よりも熱伝導性が高いため、第1部材2の熱伝導性を高めることにも寄与する。
-First fiber-
The
このような第1繊維22としては、例えば、繊維糸または長い繊維束を所定の長さに切断することによって得られたものが用いられる。
As such
第1繊維22の平均長さは、特に限定されないが、1mm以上であるのが好ましく、2mm以上であるのがより好ましく、4mm以上であるのがさらに好ましい。第1繊維22の平均長さを前記範囲内に設定することにより、第1部材2の機械的特性を十分に高めることができる。特に第1樹脂21の機械的特性が比較的低い場合であっても、第1繊維22によってそれを十分に補うことができる。その結果、機械的特性が特に良好な第1部材2が得られる。
Although the average length of the
第1繊維22の平均長さの上限値は、特に限定されないが、例えば100mm以下であるのが好ましく、50mm以下であるのがより好ましい。これにより、第1部材2を製造するにあたって第1繊維22を分散媒に分散させるとき、その分散性が良好になる。その結果、均質な構造の成形体が得られるため、最終的に機械的特性に優れた第1部材2が得られる。
Although the upper limit of the average length of the
なお、第1繊維22の平均長さとは、第1部材2の第1樹脂21を溶解する等して取り出された任意の100本以上の第1繊維22について、その長さを測定し、平均した値のことをいう。
The average length of the
一方、第1繊維22の平均径は、特に限定されないが、1〜100μm程度であるのが好ましく、5〜80μm程度であるのがより好ましい。第1繊維22の平均径を前記範囲内に設定することにより、第1部材2の機械的特性を高めつつ、第1部材2を製造するときの成形性を高めることができる。
On the other hand, the average diameter of the
なお、第1繊維22の平均径とは、第1部材2の第1樹脂21を溶解する等して取り出された任意の100本以上の第1繊維22について、その径を測定し、平均した値のことをいう。
Note that the average diameter of the
また、第1繊維22の径に対する長さの比(長さ/径)は、10以上であるのが好ましく、100以上であるのがより好ましい。これにより、第1繊維22が上記のような効果をより確実に発揮する。
Further, the ratio of the length to the diameter of the first fibers 22 (length / diameter) is preferably 10 or more, and more preferably 100 or more. Thereby, the
このような第1繊維22としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アルミニウム繊維、銅繊維、ステンレス鋼繊維、黄銅繊維、チタン繊維、鋼繊維、リン青銅繊維のような金属繊維、綿繊維、絹繊維、木質繊維のような天然繊維、アルミナ繊維のようなセラミック繊維、全芳香族ポリアミド(アラミド)、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリカーボネート、全芳香族ポリアゾメチン、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリ(パラ−フェニレンベンゾビスチアゾール)(PBZT)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ(パラ−フェニレン−2,6−ベンゾビスオキサゾール)(PBO)のような有機繊維等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を含むもの(複数種の繊維が混在したもの)が用いられる。
Examples of such
このうち、第1繊維22として、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維のような無機繊維を用いることにより、第1部材2の機械的特性を特に高めることができる。
Among these, the mechanical properties of the
なお、第1繊維22には、必要に応じて、カップリング剤処理、界面活性剤処理、紫外線照射処理、電子線照射処理、プラズマ照射処理等の表面処理が施されていてもよい。
The
このうち、カップリング剤としては、例えば、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランのようなアミノ基含有アルコキシシラン、およびそれらの加水分解物等が挙げられ、これらのうちの少なくとも1種を含むものが用いられる。 Among these, examples of the coupling agent include N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, and γ-aminopropylmethyl. Amino groups such as dimethoxysilane, γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldiethoxysilane Containing alkoxysilanes, hydrolysates thereof, and the like, and those containing at least one of these are used.
一方、前述した有機繊維を用いることにより、第1部材2のさらなる軽量化を図ることができる。また、有機繊維とは言ってもその機械的特性はさまざまであり、無機繊維よりも高い機械的特性を有するものも多い。したがって、有機繊維の最適な選択によって、軽量化と高い機械的特性とを高度に両立させた強化繊維複合材1を実現することが可能である。
On the other hand, further weight reduction of the
また、無機繊維と有機繊維とを併用することにより、無機繊維によってもたらされる効果と、有機繊維によってもたらされる効果と、を両立させることができ、より付加価値の高い強化繊維複合材1を実現することができる。 Moreover, the combined use of the inorganic fiber and the organic fiber makes it possible to achieve both the effect brought about by the inorganic fiber and the effect brought about by the organic fiber, thereby realizing a reinforced fiber composite material 1 with higher added value. be able to.
第1部材2における第1繊維22の含有量は、特に限定されないが、第1樹脂21の5〜300体積%程度であるのが好ましく、10〜150体積%程度であるのがより好ましく、20〜90体積%程度であるのがさらに好ましい。第1繊維22の含有量を前記範囲内に設定することにより、第1樹脂21と第1繊維22との量的なバランスが最適化されるため、第1部材2の機械的特性を特に高めることができる。すなわち、第1繊維22の含有量が前記下限値を下回ると、第1繊維22の含有量が相対的に不足するため、第1樹脂21の組成や第1繊維22の長さ、構成材料等によっては、第1繊維22による補強作用が低減し、第1部材2の機械的特性が低下するおそれがある。一方、第1繊維22の含有量が前記上限値を上回ると、第1樹脂21の含有量が相対的に不足するため、第1樹脂21の組成や第1繊維22の長さ、構成材料等によっては、第1繊維22同士を結着するという第1樹脂21の作用が低減し、第1部材2の機械的特性が低下するおそれがある。
Although content of the
なお、図3に示す第1繊維22の形状は、一例であり、図示したような直線状には限定されず、いかなる形状であってもよい。
In addition, the shape of the
また、第1繊維22は、第1部材2中においていかなる方向に配向していてもよいが、好ましくは表面と平行になるように配向しているのが好ましい。これにより、第1部材2の表面の引張方向において靭性を高めることができる。また、第1部材2の表面の耐摩耗性や硬度も高くなる。
Further, the
−第1樹脂−
第1樹脂21は、第1部材2に成形性や保形性を付与したり、第1繊維22同士を結着するバインダーとして機能したりする。したがって、第1樹脂21としては、このような機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、メラミン系樹脂、ポリウレタン、ビスマレイミド系樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリアミド系樹脂(例えばナイロン等)、熱可塑性ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(例えばポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリカーボネート、ポリエステル系樹脂(例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂(例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等)、変性ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミドのような熱可塑性樹脂等が挙げられる。なお、第1樹脂21には、これらのうちの1種が含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。
-First resin-
The
第1樹脂21は、特にフェノール系樹脂、エポキシ系樹脂およびビスマレイミド系樹脂のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、第1部材2の機械的特性および耐熱性を特に高めることができる。
The
このうち、フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、アリールアルキレン型ノボラック樹脂のようなノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油のような変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等が挙げられる。 Among these, as the phenol resin, for example, phenol novolak resin, cresol novolak resin, bisphenol A novolak resin, novolak type phenol resin such as arylalkylene type novolak resin, unmodified resole phenol resin, tung oil, linseed oil, walnut oil Examples thereof include resol type phenol resins such as modified oil-modified resol phenol resins.
これらの中でも、コストおよび成形性の観点から、ノボラック型フェノール樹脂が好ましく用いられる。 Among these, a novolac type phenol resin is preferably used from the viewpoint of cost and moldability.
フェノール樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、1000〜15000程度であるのが好ましい。なお、フェノール樹脂の重量平均分子量が前記下限値を下回ると、第1樹脂21の粘度が低くなり過ぎて製造時の成形が難しくなるおそれがある。一方、フェノール樹脂の重量平均分子量が前記上限値を上回ると、第1樹脂21の粘度が高くなり過ぎて製造時の成形性が低下するおそれがある。
Although the weight average molecular weight of a phenol resin is not specifically limited, It is preferable that it is about 1000-15000. In addition, when the weight average molecular weight of a phenol resin is less than the said lower limit, there exists a possibility that the viscosity of the
フェノール樹脂の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定されたポリスチレン換算の重量平均分子量として求めることができる。 The weight average molecular weight of the phenol resin can be determined as a weight average molecular weight in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型のようなビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型のようなノボラック型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型、臭素化フェノールノボラック型のような臭素化型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン型エポキシ樹脂等が挙げられる。 Examples of the epoxy resin include bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type, bisphenol F type and bisphenol AD type, novolac type epoxy resins such as phenol novolak type and cresol novolak type, brominated bisphenol A type, brominated phenol. Examples thereof include brominated epoxy resins such as novolak type, biphenyl type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, and tris (hydroxyphenyl) methane type epoxy resins.
これらの中でも、高流動性や成形性等の観点から、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。 Among these, bisphenol type epoxy resins and novolac type epoxy resins are preferably used from the viewpoints of high fluidity and moldability.
また、比較的分子量の低いビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂がより好ましく用いられる。 Further, bisphenol A type epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, and cresol novolak type epoxy resins having a relatively low molecular weight are more preferably used.
さらに、耐熱性の観点から、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂がさらに好ましく用いられ、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン型エポキシ樹脂が特に好ましく用いられる。 Furthermore, from the viewpoint of heat resistance, phenol novolac type epoxy resins and cresol novolac type epoxy resins are more preferably used, and tris (hydroxyphenyl) methane type epoxy resins are particularly preferably used.
ビスマレイミド系樹脂としては、例えば、分子鎖の両末端にマレイミド基を有する樹脂であれば、特に限定されないが、ベンゼン環を有するものが好ましく、下記一般式(1)で表されるものがより好ましく用いられる。 The bismaleimide-based resin is not particularly limited as long as it is a resin having maleimide groups at both ends of the molecular chain, for example, those having a benzene ring are preferable, and those represented by the following general formula (1) are more preferable. Preferably used.
ただし、ビスマレイミド系樹脂は、分子鎖の両末端以外にマレイミド基を有していてもよい。 However, the bismaleimide resin may have a maleimide group in addition to both ends of the molecular chain.
ここで、有機基とは、炭素原子以外の原子を含んでいてもよい炭化水素基であり、炭素原子以外の原子としてはO、S、N等が挙げられる。 Here, the organic group is a hydrocarbon group that may contain atoms other than carbon atoms, and examples of atoms other than carbon atoms include O, S, and N.
R5は、好ましくはメチレン基と芳香環とエーテル結合(−O−)とが任意の順序で結合した主鎖構造を有し、主鎖上に置換基および側鎖の少なくとも一方を有していてもよい。主鎖構造に含まれるメチレン基と芳香環とエーテル結合との合計数は15個以下である。上記の置換基または側鎖としては、例えば、炭素数3個以下の炭化水素基、マレイミド基、フェニレン基等が挙げられる。 R 5 preferably has a main chain structure in which a methylene group, an aromatic ring, and an ether bond (—O—) are bonded in any order, and has at least one of a substituent and a side chain on the main chain. May be. The total number of methylene groups, aromatic rings and ether bonds contained in the main chain structure is 15 or less. Examples of the substituent or side chain include a hydrocarbon group having 3 or less carbon atoms, a maleimide group, and a phenylene group.
ビスマレイミド系樹脂としては、例えば、N,N’−(4,4’−ジフェニルメタン)ビスマレイミド、ビス(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン、2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、m−フェニレンビスマレイミド、p−フェニレンビスマレイミド、4−メチル−1,3−フェニレンビスマレイミド、N,N’−エチレンジマレイミド、N,N’−ヘキサメチレンジマレイミド等が挙げられる。 Examples of bismaleimide-based resins include N, N ′-(4,4′-diphenylmethane) bismaleimide, bis (3-ethyl-5-methyl-4-maleimidophenyl) methane, and 2,2-bis [4- (4-maleimidophenoxy) phenyl] propane, m-phenylenebismaleimide, p-phenylenebismaleimide, 4-methyl-1,3-phenylenebismaleimide, N, N′-ethylenedimaleimide, N, N′-hexamethylene Examples thereof include dimaleimide.
また、第1樹脂21とともに、必要に応じて硬化剤が併用される。
例えば、第1樹脂21としてノボラック型フェノール樹脂が用いられる場合、硬化剤としては、通常、ヘキサメチレンテトラミンが用いられる。
A curing agent is used in combination with the
For example, when a novolac type phenol resin is used as the
また、例えば、第1樹脂21としてエポキシ樹脂が用いられる場合、硬化剤としては、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、ジシアミンジアミドのようなアミン化合物、脂環族酸無水物、芳香族酸無水物のような酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂のようなポリフェノール化合物、イミダゾール化合物等が用いられる。
For example, when an epoxy resin is used as the
これらの中でも、取り扱い性や環境面の観点から、ノボラック型フェノール樹脂が好ましく用いられる。特に、エポキシ樹脂としてフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、およびトリス(ヒドロキシフェニル)メタン型エポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤としては、硬化物の耐熱性がより向上し易いという観点から、ノボラック型フェノール樹脂が好ましく用いられる。 Among these, a novolak type phenol resin is preferably used from the viewpoints of handleability and environmental aspects. In particular, when using a phenol novolac type epoxy resin, a cresol novolac type epoxy resin, and a tris (hydroxyphenyl) methane type epoxy resin as an epoxy resin, as a curing agent, from the viewpoint that the heat resistance of the cured product is easily improved, A novolac type phenol resin is preferably used.
また、例えば、第1樹脂21としてビスマレイミド系樹脂が用いられる場合、硬化剤としては、イミダゾール化合物が用いられる。
なお、硬化剤としては、上述したもののうちの1種または2種以上が用いられる。
For example, when a bismaleimide resin is used as the
In addition, as a hardening | curing agent, the 1 type (s) or 2 or more types of what was mentioned above are used.
一方、第1樹脂21は、特に熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。これにより、第1部材2の成形性を特に高めることができ、より寸法精度が高い第1部材2が得られる。
On the other hand, the
さらに、第1樹脂21は、熱可塑性樹脂の中でもスーパーエンジニアリングプラスチックを含むことが好ましい。これにより、熱可塑性樹脂がもたらす効果に加え、高い機械的特性という効果が付加されることとなる。なお、スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂等が挙げられる。
Further, the
第1樹脂21の融点は、特に限定されないが、200〜400℃であるのが好ましく、210〜390℃であるのがより好ましく、260〜380℃であるのがさらに好ましい。このような融点の第1樹脂21を用いることにより、第1部材2の機械的特性および耐熱性を十分に高めることができる。これにより、耐熱性に優れた強化繊維複合材1が得られる。
Although melting | fusing point of the
なお、第1樹脂21の融点が前記下限値を下回ると、第1部材2の構成やその他の部位の構成によっては、強化繊維複合材1の高温時の寸法精度が低下するおそれがある。一方、第1樹脂21の融点は前記上限値を上回ってもよいが、それに伴って一部の物性(例えば耐衝撃性等)が低下するおそれがある。
If the melting point of the
ここで、第1樹脂21の融点は、原則として結晶融点のことであり、例えば、示差走査熱量計(DSC−2920、TAインスツルメント社製)により測定できる。
Here, the melting point of the
また、第1樹脂21に結晶融点が存在せずガラス転移温度が存在する場合には、本発明における第1樹脂21の融点はガラス転移温度も含むものとする。このガラス転移温度も、上記の示差走査熱量計により測定可能である。
Further, when the
さらに、第1樹脂21が熱硬化性樹脂の場合であって結晶融点もガラス転移温度も存在しない場合には、本発明における第1樹脂21の融点は熱硬化性樹脂の硬化物の耐熱温度も含むものとする。この耐熱温度は、JIS K 6911:1995の熱可塑性プラスチック一般試験方法に規定されている荷重たわみ温度とする。
Further, when the
−パルプ−
第1部材2は、必要に応じてパルプを含んでいてもよい。パルプとは、フィブリル構造を有する繊維材料であり、上記第1繊維22とは異なるものである。パルプは、例えば繊維材料を機械的または化学的にフィブリル化することによって得ることができる。
-Pulp-
The
また、強化繊維複合材1を抄造法によって製造するとき、材料の凝集性を高めることができるので、効率よく安定的に抄造することができる。 In addition, when the reinforcing fiber composite material 1 is manufactured by a papermaking method, the cohesiveness of the material can be increased, so that the paper can be efficiently and stably made.
パルプとしては、例えば、リンターパルプ、木材パルプのようなセルロース繊維、ケナフ、ジュート、竹のような天然繊維、パラ型全芳香族ポリアミド繊維(アラミド繊維)およびその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維およびそれらの共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維のような有機繊維等をフィブリル化したものが挙げられ、これらのうちの少なくとも1種が用いられる。 Examples of the pulp include cellulose fibers such as linter pulp and wood pulp, natural fibers such as kenaf, jute and bamboo, para-type wholly aromatic polyamide fibers (aramid fibers) and copolymers thereof, aromatic polyester fibers, Examples include fibrillated organic fibers such as polybenzazole fibers, meta-type aramid fibers and copolymers thereof, acrylic fibers, acrylonitrile fibers, polyimide fibers, polyamide fibers, and at least one of these is Used.
また、第1部材2におけるパルプの含有量は、特に限定されないが、第1樹脂21の0.5〜10質量%程度であるのが好ましく、1〜8質量%程度であるのがより好ましく、1.5〜5質量%程度であるのがさらに好ましい。これにより、機械的特性や熱伝導性がより良好な第1部材2を実現することができる。
Further, the content of the pulp in the
また、パルプの平均径は、第1繊維22の平均径より小さいことが好ましく、具体的には0.01〜2μm程度であるのが好ましい。
Moreover, it is preferable that the average diameter of a pulp is smaller than the average diameter of the
また、パルプの平均長さは、特に限定されないが、0.1〜100mm程度であるのが好ましく、0.5〜10mm程度であるのがより好ましい。 Moreover, although the average length of a pulp is not specifically limited, It is preferable that it is about 0.1-100 mm, and it is more preferable that it is about 0.5-10 mm.
なお、パルプのフィブリル化の指標としては、BET比表面積が用いられる。パルプのBET比表面積は、特に限定されないが、3〜25m2/g程度であるのが好ましく、5〜20m2/g程度であるのがより好ましい。これにより、パルプ同士あるいはパルプと第1繊維22との絡み合いを十分に確保しつつ、強化繊維複合材1を抄造法によって製造するときには抄造安定性を図ることができる。
The BET specific surface area is used as an index for fibrillation of pulp. BET specific surface area of the pulp is not particularly limited, and is preferably about 3~25m 2 / g, and more preferably about 5 to 20 m 2 / g. Thereby, papermaking stability can be aimed at, when manufacturing the reinforced fiber composite material 1 with a papermaking method, fully ensuring the entanglement of pulp or the pulp and the
−凝集剤−
第1部材2は、必要に応じて凝集剤を含んでいてもよい。
-Flocculant-
The
凝集剤としては、例えば、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤等が挙げられ、これらのうちの少なくとも1種が用いられる。 Examples of the flocculant include a cationic polymer flocculant, an anionic polymer flocculant, a nonionic polymer flocculant, and an amphoteric polymer flocculant, and at least one of these is used.
より具体的には、例えば、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。 More specifically, for example, cationic polyacrylamide, anionic polyacrylamide, Hoffman polyacrylamide, mannic polyacrylamide, amphoteric copolymerized polyacrylamide, cationized starch, amphoteric starch, polyethylene oxide and the like can be mentioned.
また、第1部材2における凝集剤の含有量は、特に限定されないが、第1樹脂21の0.01〜1.5質量%程度であるのが好ましく、0.05〜1質量%程度であるのがより好ましく、0.1〜0.5質量%程度であるのがさらに好ましい。これにより、第1部材2を例えば抄造法により製造するとき、脱水処理等を容易かつ安定的に行うことができ、最終的に均質で機械的特性に優れた第1部材2が得られる。
Further, the content of the flocculant in the
−その他の添加剤−
第1部材2は、必要に応じてその他の添加剤を含んでいてもよい。
-Other additives-
The
かかる添加剤としては、例えば、充填材、金属粉、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、離型剤、可塑剤、硬化触媒、硬化助剤、顔料、耐光剤、帯電防止剤、抗菌剤、導電剤、分散剤等が挙げられ、これらのうちの少なくとも1種が用いられる。 Examples of such additives include fillers, metal powders, antioxidants, ultraviolet absorbers, flame retardants, mold release agents, plasticizers, curing catalysts, curing aids, pigments, light resistance agents, antistatic agents, and antibacterial agents. , Conductive agents, dispersants and the like, and at least one of them is used.
このうち、硬化助剤としては、例えば、イミダゾール化合物、三級アミン化合物、有機リン化合物、酸化マグネシウム等が挙げられる。 Among these, examples of the curing aid include imidazole compounds, tertiary amine compounds, organic phosphorus compounds, and magnesium oxide.
また、充填材には、例えば、無機充填材、有機充填材等が用いられる。具体的な構成材料としては、例えば、酸化チタン、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウムのような酸化物類、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素のような窒化物類、硫酸バリウム、硫酸鉄、硫酸銅のような硫化物類、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムのような水酸化物類、カオリナイト、タルク、天然マイカ、合成マイカのような鉱物類、炭化ケイ素のような炭化物類等が挙げられる。さらに、これらの粉末にカップリング剤処理のような表面処理が施されたものであってもよい。 In addition, as the filler, for example, an inorganic filler, an organic filler, or the like is used. Specific examples of constituent materials include oxides such as titanium oxide, alumina, silica, zirconia, magnesium oxide, and calcium oxide, nitrides such as boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride, barium sulfate, and sulfuric acid. Sulfides such as iron and copper sulfate, hydroxides such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, minerals such as kaolinite, talc, natural mica and synthetic mica, carbides such as silicon carbide, etc. Is mentioned. Further, these powders may be subjected to a surface treatment such as a coupling agent treatment.
また、充填材として、金属粉、ガラスビーズ、ミルドカーボン、グラファイト、ポリビニルブチラール、木粉等が用いられてもよい。 Moreover, metal powder, glass beads, milled carbon, graphite, polyvinyl butyral, wood powder, etc. may be used as the filler.
また、離型剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等が挙げられる。 Moreover, as a mold release agent, a zinc stearate, a calcium stearate, a magnesium stearate etc. are mentioned, for example.
また、カップリング剤としては、例えば、エポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等が挙げられる。 Moreover, as a coupling agent, an epoxy silane coupling agent, a cationic silane coupling agent, an aminosilane coupling agent, a titanate coupling agent etc. are mentioned, for example.
また、難燃剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムのような金属水酸化物、アンチモン化合物、ハロゲン化合物、リン化合物、窒素化合物、ホウ素化合物等が挙げられる。 Examples of the flame retardant include metal hydroxides such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, antimony compounds, halogen compounds, phosphorus compounds, nitrogen compounds, and boron compounds.
(第2部材)
次に、第2部材3について説明する。
(Second member)
Next, the
第2部材3は、第1部材2と同様、樹脂と繊維とを含んでおり、第1部材2との接続相手となる部材であるが、その構成は第1部材2と同様であってもよいし、異なっていてもよい。すなわち、強化繊維複合材1は、第1部材2を単純に大型化することを意図して第1部材2にそれと同様の構成である第2部材3を接続することによって得られたものであってもよいし、部分的に異なる物性をもたせることを意図して第1部材2にそれとは異なる構成の第2部材3を接続することによって得られたものであってもよい。
Similar to the
第1部材2と第2部材3とが接続部4を介して接続されることにより、強化繊維複合材1の大型化を容易に図ることができる。このため、従来であれば、大型の設備を用いて例えば第1部材2そのものを大型化することによって、強化繊維複合材の大型化を図っていたのに対し、本発明では、第1部材2と第2部材3とを接続することによって、大型の設備を用いることなく、強化繊維複合材1の大型化を図ることができる。
By connecting the
第2部材3は、第2樹脂31および第2繊維32を含んでいる。このような第2部材3は、第2樹脂31のマトリックスに第2繊維32が分散することによって複合化され、高い機械的特性を示す。以下、第2繊維32および第2樹脂31についてさらに詳述する。
The
−第2繊維−
第2繊維32は、第2部材3の機械的特性を高めることに寄与する。また、第2繊維32は、一般に第2樹脂31よりも熱伝導性が高いため、第2部材3の熱伝導性を高めることにも寄与する。
-Second fiber-
The
このような第2繊維32としては、例えば、第1繊維22として挙げたもののうち、1種または2種以上を含むものが用いられる。
As such
また、第2繊維32は、第1繊維22と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
Further, the
第2繊維32を第1繊維22とは異ならせる場合、その繊維の組み合わせとしては例えば、一方を有機繊維とし他方を無機繊維とする組み合わせ、双方が有機繊維であるものの種類が互いに異なる組み合わせ、双方が無機繊維であるものの種類が互いに異なる組み合わせ、一方を相対的に長い繊維とし他方を相対的に短い繊維とする組み合わせ、一方を相対的に太い繊維とし他方を相対的に細い繊維とする組み合わせ、一方を絶縁性の繊維とし他方を導電性の繊維とする組み合わせ等が挙げられる。
When the
このうち、一方を絶縁性の繊維とし他方を導電性の繊維とする組み合わせを採用することにより、絶縁性を有する部材と導電性を有する部材とを強固に接続してなる強化繊維複合材1が得られる。このような強化繊維複合材1は、それぞれの特性を活かした付加価値の高い複合材になるとともに、機械的強度が高いという利点も活かすことができる。 Among these, the reinforcement fiber composite material 1 formed by firmly connecting a member having insulation and a member having conductivity by adopting a combination in which one is an insulating fiber and the other is a conductive fiber. can get. Such a reinforced fiber composite material 1 becomes a high-value-added composite material utilizing each characteristic, and can also take advantage of the high mechanical strength.
また、第1部材2における第1繊維22の含有率と、第2部材3における第2繊維32の含有率と、は互いに同じであっても互いに異なっていてもよい。
Moreover, the content rate of the
−第2樹脂−
第2樹脂31としては、特に限定されず、第1樹脂21として前述したもののうち、1種または2種以上を含むものが用いられる。
-Second resin-
The
また、第2樹脂31は、第1樹脂21と同じ種類の樹脂であってもよいし、異なる種類の樹脂であってもよい。
Further, the
また、第2部材3における第2樹脂31の含有率と、第2部材3における第2樹脂31の含有率と、は互いに同じであっても互いに異なっていてもよい。
Further, the content ratio of the
−パルプ−
第2部材3は、必要に応じてパルプを含んでいてもよい。
-Pulp-
The
第2部材3に添加されるパルプとしては、例えば、第1部材2に添加されるパルプとして挙げたもののうち、1種または2種以上が用いられる。
As a pulp added to the
また、第2部材3に添加されるパルプは、第1部材2に添加されるパルプと同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
In addition, the pulp added to the
また、第1部材2におけるパルプの含有率と、第2部材3におけるパルプの含有率と、は互いに同じであっても互いに異なっていてもよい。
Further, the pulp content in the
−凝集剤−
第2部材3は、必要に応じて凝集剤を含んでいてもよい。
-Flocculant-
The
第2部材3に添加される凝集剤としては、例えば、第1部材2に添加される凝集剤として挙げたもののうち、1種または2種以上が用いられる。
As a flocculant added to the
また、第2部材3に添加される凝集剤は、第1部材2に添加される凝集剤と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
The flocculant added to the
また、第1部材2における凝集剤の含有率と、第2部材3における凝集剤の含有率と、は互いに同じであっても互いに異なっていてもよい。
Further, the content of the flocculant in the
−その他の添加剤−
第2部材3は、必要に応じてその他の添加剤を含んでいてもよい。
-Other additives-
The
第2部材3に添加される添加剤としては、例えば、第1部材2に添加される添加剤として挙げたもののうち、1種または2種以上が用いられる。
As an additive added to the
また、第2部材3に添加される添加剤は、第1部材2に添加される添加剤と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
Further, the additive added to the
また、第1部材2における添加剤の含有率と、第2部材3における添加剤の含有率と、は互いに同じであっても互いに異なっていてもよい。
Further, the additive content in the
(接続部)
次に、接続部4について説明する。
(Connection part)
Next, the
接続部4は、前述したように、第1部材2と第2部材3との間に介在し、これらを接続している。
As described above, the connecting
接続部4の密度は、第1部材2の密度および第2部材3の密度の双方よりも高くなっている。これにより、接続部4の機械的強度が高められるため、第1部材2と第2部材3との界面において構造上の連続性が失われている場合でも、第1部材2と第2部材3とを強固に接続することができる。その結果、大型化を図りつつ、接続部4を含んでいても機械的強度の高い強化繊維複合材1が得られる。
The density of the
接続部4は、好ましくは繊維と樹脂とを含む複合材で構成されている。これにより、機械的強度を高め易いため、接続部4としての機能がより向上する。
The
また、接続部4は、前述した第1樹脂21と第1繊維22とを含む部位、および、前述した第2樹脂31と第2繊維32とを含む部位、のうちの一方または双方を有しているのが好ましい。これにより、第1部材2または第2部材3と接続部4との構造上の連続性が高まるため、強化繊維複合材1における機械的強度をより高めることができる。
Moreover, the
そして、接続部4は、第1樹脂21と第1繊維22とを含み、かつ、第1部材2よりも密度が高い第1高密度部41を有することが好ましい。同様に、接続部4は、第2樹脂31と第2繊維32とを含み、かつ、第2部材3よりも密度が高い第2高密度部42を有することが好ましい。このような第1高密度部41および第2高密度部42の双方を有することにより、接続部4は、第1部材2と第2部材3の双方との間で構造上の連続性を有するものとなる。その結果、強化繊維複合材1の全体における構造上の連続性が確保されることとなり、機械的強度を特に高めることができる。
The connecting
第1高密度部41の密度は、第1部材2の密度より高ければよいが、双方の間に十分な差が確保されることが好ましい。具体的には、第1高密度部41の空孔率(空孔の体積占有率)と第1部材2の空孔率とを比較したとき、第1高密度部41の空孔率は、第1部材2の空孔率よりも低ければよく、その差は2%以上であるのが好ましく、5%以上50%以下であるのがより好ましく、10%以上50%以下であるのがさらに好ましい。空孔率の差を前記範囲内に設定することにより、接続部4による接続強度を高めつつ、機械的強度のバランスが崩れるのを抑制することができる。すなわち、第1高密度部41の空孔率と第1部材2の空孔率との差が前記下限値を下回ると、双方の密度差が小さくなり過ぎるため、接続部4による接続強度を十分に高められないおそれがある。一方、空孔率の差が前記上限値を上回ると、第1部材2の機械的強度が低下し易くなり、強化繊維複合材1の全体における機械的強度の低下を招くおそれがある。
Although the density of the 1st
また、同様に、第2高密度部42の密度は、第2部材3の密度より高ければよいが、双方の間に十分な差が確保されることが好ましい。具体的には、第2高密度部42の空孔率と第2部材3の空孔率とを比較したとき、第2高密度部42の空孔率は、第2部材3の空孔率よりも低ければよく、その差は2%以上であるのが好ましく、5%以上50%以下であるのがより好ましく、10%以上50%以下であるのがさらに好ましい。空孔率の差を前記範囲内に設定することにより、接続部4による接続強度を高めつつ、機械的強度のバランスが崩れるのを抑制することができる。すなわち、第2高密度部42の空孔率と第2部材3の空孔率との差が前記下限値を下回ると、双方の密度差が小さくなり過ぎるため、接続部4による接続強度を十分に高められないおそれがある。一方、空孔率の差が前記上限値を上回ると、第2部材3の機械的強度が低下し易くなり、強化繊維複合材1の全体における機械的強度の低下を招くおそれがある。
Similarly, the density of the second high-
なお、第1高密度部41と第2高密度部42との界面43(図1、2参照)では、各部を構成する要素が相互に混在していてもよい。例えば、第1樹脂21や第1繊維22は、第2高密度部42側に入り込んでいてもよいし、一方、第2樹脂31や第2繊維32は、第1高密度部41側に入り込んでいてもよい。
In addition, in the interface 43 (refer FIG. 1, 2) of the 1st
また、第1高密度部41と第2高密度部42との界面43は、いかなる向きで広がる面であってもよい。図1、2に示す例では、第1高密度部41と第2高密度部42との界面43は、板状をなす第1部材2が広がる平面および板状をなす第2部材3が広がる平面とほぼ平行な面を含んでいる。換言すれば、図1、2に示す接続部4は、板状をなしており、その厚さを2つに分割する面を界面43として、第1高密度部41と第2高密度部42とが接している。このような界面43は、第1部材2と第2部材3とを接続するにあたって、比較的広い面積を確保し易い。このため、このような界面43を含む接続部4は、強化繊維複合材1の機械的強度をより高めることに寄与する。
Further, the
一方、第1高密度部41と第2部材3との界面44(図1、2参照)でも、各部を構成する要素が相互に混在していてもよい。例えば、第1樹脂21や第1繊維22は、第2部材3側に入り込んでいてもよいし、一方、第2樹脂31や第2繊維32は、第1高密度部41側に入り込んでいてもよい。
On the other hand, at the interface 44 (see FIGS. 1 and 2) between the first high-
また、第2高密度部42と第1部材2との界面45(図1、2参照)でも、同様である。例えば、第2樹脂31や第2繊維32は、第1部材2側に入り込んでいてもよいし、一方、第1樹脂21や第1繊維22は、第2高密度部42側に入り込んでいてもよい。
The same applies to the interface 45 (see FIGS. 1 and 2) between the second high-
ここで、第1部材2と第1高密度部41との界面を、界面46とする(図1、2参照)。この界面46を境にして密度が異なるものの、含まれる繊維や樹脂等は界面46を挟んで同じである。
Here, the interface between the
また、第2部材3と第2高密度部42との界面を、界面47とする(図1、2参照)。この界面47を境にして密度が異なるものの、含まれる繊維や樹脂等は界面47を挟んで同じである。
Further, the interface between the
前述した第1高密度部41と第2高密度部42との界面43の面積は、これらの界面46の面積および界面47の面積よりも小さくてもよいが、好ましくはこれらの界面46の面積および界面47の面積よりも大きくなるように設定される。これにより、強化繊維複合材1の全体において機械的強度をより高めることができる。すなわち、界面46や界面47では、それらを挟んで繊維や樹脂がそれぞれ同じであるため、面積が小さくても接続強度が比較的高い。一方、界面43では、それを挟んで繊維や樹脂が異なることもあるため、面積を大きくすることによって接続強度を補う必要がある。したがって、界面43の面積を、界面46の面積や界面47の面積よりも大きくすることにより、各界面における機械的強度のバランスが図られることとなり、強化繊維複合材1の全体において機械的強度をより高めることができる。
The area of the
なお、界面43の面積は、界面46の面積の1.1倍以上であるのが好ましく、1.5倍以上であるのがより好ましく、2倍以上であるのがさらに好ましい。同様に、界面43の面積は、界面47の面積の1.1倍以上であるのが好ましく、1.5倍以上であるのがより好ましく、2倍以上であるのがさらに好ましい。これにより、各界面における機械的強度のバランスをより最適化することができる。その結果、機械的強度の観点において弱点を特に減らすことができ、強化繊維複合材1の全体における機械的強度を特に高めることができる。このとき、上限値は特に設定されないが、界面43が大きくなり過ぎることによって接続部4の大型化を招き、ひいては強化繊維複合材1の重量化を招くことを考慮すると、10000倍以下程度であるのが好ましく、5000倍以下程度であるのがより好ましい。
The area of the
また、第1部材2は、緻密体であってもよいが、好ましくは空孔23を含んでいる(図2参照)。これにより、第1部材2の軽量化が図られるため、軽量でかつ機械的強度が高い強化繊維複合材1が得られる。第1部材2が空孔23を含む場合、その空孔率(空孔の体積占有率)は5%以上90%以下程度であるのが好ましく、10%以上80%以下程度であるのがより好ましく、15%以上70%以下程度であるのがさらに好ましい。これにより、第1部材2の機械的強度を維持しつつ、十分な軽量化を図ることができる。その結果、軽量でかつ機械的強度の高い強化繊維複合材1が得られる。
The
また、第2部材3は、緻密体であってもよいが、好ましくは空孔33を含んでいる(図2参照)。これにより、第2部材3の軽量化が図られるため、軽量でかつ機械的強度が高い強化繊維複合材1が得られる。第2部材3が空孔33を含む場合、その空孔率(空孔の体積占有率)は5%以上90%以下程度であるのが好ましく、10%以上80%以下程度であるのがより好ましく、15%以上70%以下程度であるのがさらに好ましい。これにより、第2部材3の機械的強度を維持しつつ、十分な軽量化を図ることができる。その結果、軽量でかつ機械的強度の高い強化繊維複合材1が得られる。
The
なお、これらの空孔率は、第1部材2や第2部材3の断面において求められる空孔23や空孔33の面積率によって代替可能である。
These porosity ratios can be replaced by the area ratios of the
また、これらの空孔23、33は、それぞれ、その1つ1つまたは複数個が連結したものが系外と隔離されている空間(独立気泡)であってもよく、系外と連通している空間(連続気泡)であってもよい。
Further, each of these
このうち、特に限定されるものではないが、独立気泡が連続気泡よりも多いことが好ましい。これにより、空孔を含んでいても第1部材2、第2部材3および接続部4の機械的強度がより低下し難くなる。これは、独立気泡が圧壊し難いので、それに伴って曲げ等による機械的強度が低下し難いことによる。
Among these, although there is no particular limitation, it is preferable that there are more closed cells than open cells. Thereby, even if it contains a void | hole, the mechanical strength of the
なお、独立気泡が連続気泡より多いとは、断面を拡大観察したとき、独立気泡が占める面積の合計が、連続気泡が占める面積の合計より大きい状態をいう。 The term “the number of closed cells is larger than that of open cells” refers to a state in which the total area occupied by closed cells is larger than the total area occupied by open cells when the cross section is enlarged and observed.
また、これらの空孔23、33の平均径は、特に限定されないが、2〜500μm程度であるのが好ましく、5〜300μm程度であるのがより好ましい。これにより、空孔23、33を含めることによる軽量化と、空孔23、33に伴う機械的強度の低下を抑制すること、を両立させることができる。すなわち、空孔23、33の平均径が前記下限値を下回る場合、空孔率を高め難くなるため、強化繊維複合材1の軽量化が不十分になるおそれがある。一方、空孔23、33の平均径が前記上限値を上回る場合、空孔23、33が屈折や亀裂等の起点になり易くなるため、機械的強度の低下が生じるおそれがある。
Moreover, the average diameter of these
なお、空孔23、33の平均径は、断面から空孔23、33の面積と同じ面積を持つ円を仮想したとき、その円の直径(円相当径)として求められる。
The average diameter of the
また、第1部材2および第2部材3は、それぞれいかなる方法で製造されたものであってもよいが、これらの少なくとも一方は抄造体であるのが好ましい。抄造体は、繊維を含む分散液を抄きとることによって得られる、繊維が分散した構造体である。このような抄造体によれば、比較的長い繊維同士が絡み合っているため、機械的強度をより高め易い。したがって、繊維の含有量を抑えたり、空孔率を高めたりした場合でも、機械的強度の高い強化繊維複合材1が得られる。
Moreover, although the
なお、繊維を含む構造体は、抄造体以外(例えば、繊維フィラーを含む組成物の射出成形体、押出成形体等)も知られているが、特に長い繊維を均一に分散させた構造体を得やすいという観点からも、抄造体が好ましく用いられる。 It is to be noted that structures containing fibers are known other than paper products (for example, injection-molded articles, extruded articles, etc. of compositions containing fiber fillers). Particularly, a structure in which long fibers are uniformly dispersed is used. A papermaking body is also preferably used from the viewpoint that it is easy to obtain.
また、接続部4についても、上記と同様、抄造体であるのが好ましい。これにより、接続部4についても機械的強度が高められるため、第1部材2と第2部材3との接続強度を特に高めることができる。
Moreover, it is preferable that the
以上、強化繊維複合材1について説明したが、この強化繊維複合材1はあらゆる構造体に適用可能である。一例として、輸送機器用内装材を例示することができる。具体的には、キャビン天井パネル、キャビン内装パネル、キャビン床面、コックピット天井パネル、コックピット内装パネル、コックピット床面、手荷物ロッカー壁、収納ロッカー壁、ドア内張、窓カバー、機長席、副操縦士席、客室乗務員用座席、乗客座席のような各種座席、化粧室用内装材等の各種航空機用内装材の他、自動車用内装材、船舶用内装材、鉄道用内装材、宇宙船用内装材等が挙げられる。このような輸送機器用内装材は、いずれも、安全性と輸送効率の観点から、軽量であるとともに高い機械的強度が要求される。このため、強化繊維複合材1が特に好適に用いられる。 As mentioned above, although the reinforced fiber composite material 1 was demonstrated, this reinforced fiber composite material 1 is applicable to all structures. As an example, an interior material for transportation equipment can be exemplified. Specifically, cabin ceiling panel, cabin interior panel, cabin floor, cockpit ceiling panel, cockpit interior panel, cockpit floor, baggage locker wall, storage locker wall, door lining, window cover, captain's seat, co-pilot Seats, passenger cabin seats, various seats such as passenger seats, various interior materials for aircraft such as restroom interior materials, automotive interior materials, marine interior materials, railroad interior materials, spacecraft interior materials, etc. Is mentioned. All such interior materials for transport equipment are required to be lightweight and have high mechanical strength from the viewpoint of safety and transport efficiency. For this reason, the reinforced fiber composite material 1 is particularly preferably used.
なお、強化繊維複合材1は、これらの輸送機器用内装材の全体に適用されてもよく、一部のみに適用されてもよい。 In addition, the reinforced fiber composite material 1 may be applied to the entirety of these interior materials for transport equipment, or may be applied to only a part thereof.
ここで、強化繊維複合材1は、以下のような特性を有することが好ましい。
まず、強化繊維複合材1の曲げ強度は、特に限定されないが、30〜400MPa程度であるのが好ましく、50〜350MPa程度であるのがより好ましく、60〜300MPa程度であるのがさらに好ましい。これにより、接続部4を含んでいても十分に機械的特性が高い強化繊維複合材1が得られる。すなわち、大型化と機械的強度とを両立させた強化繊維複合材1が得られる。
Here, it is preferable that the reinforcing fiber composite material 1 has the following characteristics.
First, the bending strength of the reinforcing fiber composite 1 is not particularly limited, but is preferably about 30 to 400 MPa, more preferably about 50 to 350 MPa, and further preferably about 60 to 300 MPa. Thereby, even if the
なお、強化繊維複合材1の曲げ強度は、室温(25℃)において、ISO178:2001に規定されている試験方法に準じて測定される。このときの曲げ方向は、界面44または界面45を引っ張る応力が発生する方向とする。例えば、図1の場合、接続部4を保持した状態で、第1部材2と第2部材3の双方を下方に押すようにすればよい。
In addition, the bending strength of the reinforcing fiber composite material 1 is measured at room temperature (25 ° C.) according to a test method defined in ISO 178: 2001. The bending direction at this time is a direction in which a stress that pulls the
また、強化繊維複合材1の比強度は、特に限定されないが、50〜400MPa・(g/cm3)−1程度であるのが好ましく、100〜390MPa・(g/cm3)−1程度であるのがより好ましく、150〜380MPa・(g/cm3)−1程度であるのがさらに好ましい。これにより、軽量化と機械的特性の向上との両立が図られた強化繊維複合材1が得られる。なお、比強度が前記下限値を下回ると、重い割には曲げ強度が小さいといえるので、例えば軽量化と高い機械的特性の双方を求められる産業分野の強化繊維複合材1としては不適当になるおそれがある。一方、比強度が前記上限値を上回ると、軽い割には曲げ強度が大きいといえるが、その他の物性とのバランスによっては耐衝撃性が低下したり、製造条件によるバラツキが出やすくなるため、製造歩留まりを高め難くなったりするおそれがある。 The specific strength of the reinforcing fiber composite 1 is not particularly limited, but is preferably about 50 to 400 MPa · (g / cm 3 ) −1 , and is about 100 to 390 MPa · (g / cm 3 ) −1 . More preferably, it is about 150 to 380 MPa · (g / cm 3 ) −1 . Thereby, the reinforced fiber composite material 1 in which both reduction in weight and improvement in mechanical properties are achieved can be obtained. If the specific strength falls below the lower limit, it can be said that the bending strength is small for a heavy weight, so that, for example, it is inappropriate as a reinforced fiber composite material 1 in the industrial field where both weight reduction and high mechanical properties are required. There is a risk. On the other hand, if the specific strength exceeds the above upper limit value, it can be said that the bending strength is large for light weight, but depending on the balance with other physical properties, the impact resistance is reduced, and variations due to manufacturing conditions are likely to occur. It may be difficult to increase the manufacturing yield.
なお、強化繊維複合材1の比強度は、曲げ強度(単位:MPa)を密度(単位:g/cm3)で除することによって求められる。 The specific strength of the reinforcing fiber composite 1 is determined by dividing the bending strength (unit: MPa) by the density (unit: g / cm 3 ).
また、強化繊維複合材1の比弾性率は、特に限定されないが、2〜30GPa・(g/cm3)−1程度であるのが好ましく、3〜25GPa・(g/cm3)−1程度であるのがより好ましく、4〜20GPa・(g/cm3)−1程度であるのがさらに好ましい。これにより、軽量化と機械的特性の向上との両立が図られた強化繊維複合材1が得られる。 Further, specific modulus of the reinforcing fiber composite material 1 is not particularly limited, but is preferably 2~30GPa · (g / cm 3) about -1, 3~25GPa · (g / cm 3) about -1 It is more preferable that it is about 4 to 20 GPa · (g / cm 3 ) −1 . Thereby, the reinforced fiber composite material 1 in which both reduction in weight and improvement in mechanical properties are achieved can be obtained.
なお、強化繊維複合材1の比弾性率は、曲げ弾性率(単位:GPa)を密度(単位:g/cm3)で除することによって求められる。そして、曲げ弾性率は、室温(25℃)において、ISO178:2001に規定されている試験方法に準じて測定される。 In addition, the specific elastic modulus of the reinforced fiber composite material 1 is obtained by dividing the bending elastic modulus (unit: GPa) by the density (unit: g / cm 3 ). And a bending elastic modulus is measured according to the test method prescribed | regulated to ISO178: 2001 at room temperature (25 degreeC).
<強化繊維複合材の製造方法>
次に、図1に示す強化繊維複合材1の製造方法の一例(本発明の強化繊維複合材の製造方法の実施形態)について説明する。
<Method for producing reinforcing fiber composite>
Next, an example of the manufacturing method of the reinforcing fiber composite material 1 shown in FIG. 1 (embodiment of the manufacturing method of the reinforcing fiber composite material of the present invention) will be described.
図3〜図10は、それぞれ図1に示す強化繊維複合材1を製造する方法(本発明の強化繊維複合材の製造方法の実施形態)を説明するための図である。 3-10 is a figure for demonstrating the method (embodiment of the manufacturing method of the reinforced fiber composite material of this invention) which manufactures the reinforced fiber composite material 1 shown in FIG. 1, respectively.
本実施形態に係る強化繊維複合材1を製造する方法は、発泡するプロセスを含む抄造法によって第1母材20および第2母材30を作製する(用意する)工程と、第1母材20の一部201と第2母材30の一部301とを重ねて圧縮し、第1母材20の一部201と第2母材30の一部301とが接続されてなる接続部4を得る工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。
The method for producing the reinforcing fiber composite material 1 according to the present embodiment includes the steps of preparing (preparing) the
[1]第1母材および第2母材を作製する(用意する)工程
[1−1]まず、第1樹脂21と第1繊維22とこれらを分散させる分散媒51とを含む第1分散液61を調製する(図3参照)。調製した第1分散液61は、十分に撹拌、混合される。なお、第1分散液61には、必要に応じて、前述した凝集剤やパルプ、その他の添加剤等が添加されていてもよい。
[1] Step of preparing (preparing) a first base material and a second base material [1-1] First dispersion including
本工程における第1樹脂21の形状は、特に限定されず、例えば、略球形粒子状、薄膜粒子状等の粒子状(粉状)または繊維状とされる。これにより、後述する抄造において、第1繊維22とともに第1樹脂21を抄きとることができる。その結果、第1樹脂21と第1繊維22とを均一に絡み合わせることができ、均質な第1母材20を得ることができる。この第1母材20は、その後の加圧成形を経ることにより、第1部材2および第1高密度部41となる。
The shape of the
なお、第1樹脂21が熱硬化性樹脂を含む場合、その熱硬化性樹脂は半硬化状態であることが好ましい。半硬化の熱硬化性樹脂は、第1母材20を製造後、加熱、加圧によって所望の形状に成形されて硬化に至る。これにより、熱硬化性樹脂の特性を生かした強化繊維複合材1が得られることとなる。
In addition, when the
一方、第1繊維22としては、例えば第1樹脂21よりも融点が高い繊維が用いられてもよい。このような第1繊維22を用いることにより、後述する工程において第1母材20を加熱しつつ加圧成形するとき、第1樹脂21のみを選択的に溶融させることができる。これにより、第1樹脂21を第1繊維22の周辺で溶融、分散させることができ、均質な強化繊維複合材1が得られる。
On the other hand, as the
第1繊維22の融点は、第1樹脂21の融点よりも高ければよいが、その差は10℃以上であるのが好ましく、50℃以上であるのがより好ましい。
The melting point of the
また、分散媒51としては、第1樹脂21や第1繊維22を溶解させ難く、かつ、第1樹脂21や第1繊維22を分散させる過程において揮発し難いものが好ましく用いられる。また、脱溶媒させ易いものが好ましく用いられる。かかる観点から、分散媒51の沸点は50〜200℃程度であるのが好ましい。
In addition, as the
分散媒51としては、例えば、水、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノール、エチレングリコールのようなアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノンのようなケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチルのようなエステル類、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラールのようなエーテル類等が挙げられ、これらのうちの少なくとも1種が用いられる。
Examples of the
これらの中でも、水が好ましく用いられる。水は、入手が容易であり、環境負荷が低く安全性も高いことから、分散媒51として有用である。
Among these, water is preferably used. Water is useful as the
また、第1分散液61における分散媒51の含有量は、特に限定されないが、固形分総量に対して10質量倍以上1000質量倍以下程度であるのが好ましい。
The content of the
また、第1部材2に空孔23を形成する場合には、第1分散液61に熱膨張性を有するマイクロカプセル52を添加する。このマイクロカプセル52は、加熱されたときに膨張し、空孔23となる。すなわち、発泡するプロセスを含む抄造法によって、最終的に、第1母材20および第2母材30を作製するようにしてもよい。
In addition, when the
この熱膨張性を有するマイクロカプセル52とは、揮発性の液体発泡剤を、ガスバリア性を有する熱可塑性シェルポリマーによりマイクロカプセル化した粒子である。このようなマイクロカプセル52は、次のようなメカニズムにより、発泡剤として機能するものである。マイクロカプセル52が加熱されると、カプセルの外殻が軟化しつつ、カプセルに内包した液体発泡剤が気化し圧力が増加する。その結果、カプセルが膨張し、中空球状粒子が形成される。この中空球状粒子は、加圧成形後においても残存するため、結果的に空孔の形成に寄与する。
The
液体発泡剤としては、例えば、イソペンタン、イソブタン、イソプロパン等といった低沸点の炭化水素が挙げられる。 Examples of the liquid blowing agent include low boiling point hydrocarbons such as isopentane, isobutane, and isopropane.
熱可塑性シェルポリマーとしては、例えば、ポリアクリロニトリル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニリデン−メチルメタクリレート共重合体、塩化ビニリデン−エチルメタクリレート、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート等が挙げられ、これらを単独で用いても2種類以上を組み合わせて用いるようにしてもよい。 Examples of the thermoplastic shell polymer include polyacrylonitrile, vinylidene chloride-acrylonitrile copolymer, vinylidene chloride-methyl methacrylate copolymer, vinylidene chloride-ethyl methacrylate, acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
マイクロカプセル52としては、例えば、エクスパンセル(日本フェライト社製)、マイクロスフェアーF50、マイクロスフェアーF60(以上、松本油脂製薬社製)、アドバンセルEM(積水化学工業社製)といった市販品を用いることができる。
Examples of the
マイクロカプセル52の添加量は、第1樹脂21の0.05〜10質量%程度とするのが好ましく、0.1〜5質量%程度とするのがより好ましい。
The addition amount of the
[1−2]次に、調製した第1分散液61を抄造する。これにより、第1抄造素形体20aを得る(図5(b)参照)。
[1-2] Next, the prepared
具体的には、まず、図4に示すように、底面にフィルター71が設けられた容器70を用意する。
Specifically, first, as shown in FIG. 4, a
次に、容器70内に第1分散液61を供給する。そして、第1分散液61中の分散媒51を、フィルター71を介して容器70の底面から外部へ排出する。これにより、第1分散液61中の分散質である第1樹脂21と第1繊維22とマイクロカプセル52とが、多少の分散媒51とともに、図5(a)に示すようにフィルター71上に残存する(抄造)。この残存物を乾燥させることにより、図5(b)に示す第1抄造素形体20aが得られる。
Next, the
なお、第1抄造素形体20aには、必要に応じて、第1樹脂21より融点が低い熱可塑性樹脂(以下、「低融点樹脂」という。)が含まれていてもよい。この低融点樹脂が含まれることにより、第1抄造素形体20aやその後の工程で得られる中間体の保形性をより高めることができる。すなわち、第1抄造素形体20aが加圧成形における加熱温度よりも低温で加熱されたとき(例えば乾燥等)、低融点樹脂が溶融して第1繊維22同士、第1樹脂21同士または第1樹脂21と第1繊維22との間を結着する。これにより、第1抄造素形体20aやその他の中間体はその形状を維持し易くなる。その結果、最終的に得られる強化繊維複合材1についても、寸法精度や機械的特性が低下し難くなる。また、第1抄造素形体20aが型崩れし難くなるため、第1抄造素形体20aを把持し易くなり、可搬性が高くなる。これにより、第1抄造素形体20aを例えば成形型内に配置する作業を容易に行うことができる。
Note that the
溶融する前の低融点樹脂の形状は、特に限定されず、略球形粒子状、薄膜粒子状等の粒子状(粉状)をなしていてもよく、繊維状をなしていてもよい。 The shape of the low melting point resin before melting is not particularly limited, and may be in the form of particles (powder) such as substantially spherical particles or thin film particles, or may be in the form of fibers.
また、第1抄造素形体20aにおける低融点樹脂の含有量は、特に限定されないが、0.5〜30体積%程度であるのが好ましく、1〜20体積%程度であるのがより好ましく、2〜10体積%程度であるのがさらに好ましい。これにより、前述した効果を損なうことなく、低融点樹脂を添加することによる第1抄造素形体20aやその他の中間体の保形性を高めるという効果が必要かつ十分に確保される。
Further, the content of the low melting point resin in the
低融点樹脂の融点は、第1樹脂21の融点から10〜250℃程度低いのが好ましく、50〜200℃程度低いのがより好ましい。このような融点の差があることにより、低融点樹脂が乾燥等の工程において溶融するとともに、高温で加熱された際には熱分解して除去され易くなる。このため、低融点樹脂が持つ機能を最大限に発揮させることができる。すなわち、第1抄造素形体20aが高温で加熱される前においては低融点樹脂がその形状を維持させるように働き、第1抄造素形体20aが高温で加熱された後においては機械的特性の低下を抑制することができる。
The melting point of the low melting point resin is preferably about 10 to 250 ° C. lower than the melting point of the
なお、このようにして得られた第1抄造素形体20aは、分散媒51を含んでいても、含んでいなくてもよい。
In addition, the 1st
[1−3]次に、第1抄造素形体20aを成形型72のキャビティー721内に配置する(図6参照)。このとき、キャビティー721の容積は、第1抄造素形体20aの体積より大きくなるように設定される(ショートショット)。
[1-3] Next, the
続いて、第1抄造素形体20aを加熱する。これにより、マイクロカプセル52が膨張し、それに伴って第1抄造素形体20aの体積も増加する。その結果、第1抄造素形体20aの膨張圧力によってキャビティー721が充填され、成形されることとなる(図7参照)。
Subsequently, the
第1抄造素形体20aを加熱する条件は、特に限定されないが、140〜270℃の加熱温度で5分〜2時間程度の時間加熱するのが好ましい。
The conditions for heating the
また、マイクロカプセル52が膨張したときの第1抄造素形体20aの膨張圧力は、特に限定されないが、1〜5MPa程度であるのが好ましい。
以上のようにして目的の形状に成形されてなる第1母材20が得られる(図8参照)。
Further, the expansion pressure of the first papermaking shaped
As described above, the
なお、第1抄造素形体20aを加熱したとき、第1樹脂21の一部が溶融してもよい。これにより、溶融した第1樹脂21によって第1母材20の保形性をより高めることができるので、第1母材20が把持し易くなり、可搬性が高くなるとともに、その後の工程におけるハンドリング性が良好になる。また、第1樹脂21が熱可塑性樹脂である場合には、第1樹脂21の全部が溶融してもよい。
In addition, when the 1st
[1−4]次に、第2樹脂31と第2繊維32とこれらを分散させる分散媒51とを含む第2分散液を調製する。なお、この第2分散液は、第1分散液61と同様に調製されるので、その説明は省略する。
[1-4] Next, a second dispersion liquid containing the
次に、調製した第2分散液を抄造し、第2抄造素形体を得る。この第2抄造素形体も、第1抄造素形体20aと同様に調製されるので、その説明は省略する。
Next, the prepared second dispersion is subjected to papermaking to obtain a second papermaking shape. Since this second papermaking feature is also prepared in the same manner as the
次に、調製した第2抄造素形体を用いて、第2母材30が得られる(図8参照)。この第2母材30は、第1母材20と同様に調製されるので、その説明は省略する。
Next, the 2nd preform |
[2]接続部を得る工程
[2−1]まず、第1母材20の一部201と第2母材30の一部301とを重ねて、積層体を得る(図8、図9参照)。なお、図9では、説明の便宜のため、第1母材20の一部201の表面に斜線を付している。
[2] Step of Obtaining Connection Part [2-1] First, a
このとき、第1母材20の一部201や第2母材30の一部301の重なり量は、前述した接続部4における第1高密度部41と第2高密度部42との界面43の面積を左右することになる。このため、この重なり量は、最終的に得られる強化繊維複合材1の大きさや比重、必要な機械的強度等を考慮して適宜設定される。
At this time, the overlapping amount of the
また、第1母材20の一部201および第2母材30の一部301は、それぞれ厚さが一定であってもよいが、部分的に異なっていてもよい。
Further, the
[2−2]次に、得られた積層体を、第1母材20と第2母材30とを互いに近づけるように圧縮しつつ加熱する(図8参照)。これにより、第1母材20の一部201と第2母材30の一部301とが接続されてなる接続部4が得られる。その結果、図10に示す強化繊維複合材1が得られる。
[2-2] Next, the obtained laminate is heated while compressing the
積層体を圧縮するときには、図8に示すように、平板状の成形型74と成形型75とで積層体を挟み、成形型74と成形型75とを互いに近づけつつ、圧縮する。このとき、同時に加熱する。
When compressing the laminate, as shown in FIG. 8, the laminate is sandwiched between a flat plate-shaped
これにより、第1母材20の一部201と、第2母材30の一部301は、積層体における厚さが相対的に厚いため、優先的に圧縮される。この圧縮により、第1母材20の一部201に含まれる空孔23、および、第2母材30の一部301に含まれる空孔33は、潰されることによって減容または消滅する。その結果、第1母材20の一部201および第2母材30の一部301は、それぞれ厚さが半分程度になるまで圧縮される。
Thereby, the
一方、第1母材20の一部201以外の他部202と、第2母材30の一部301以外の他部302は、積層体における厚さが相対的に薄いため、遅れて圧縮される。ただし、図8の例では、第1母材20の厚さと第2母材30の厚さとがほぼ同程度であるため、ほとんど圧縮されない。その結果、第1母材20の他部202および第2母材30の他部302は、圧縮完了後においても、それぞれ元の厚さをほぼ維持することとなる。
On the other hand, the
このように空孔23を含む第1母材20や空孔33を含む第2母材30は、圧縮の際に大きく潰れることによって、可塑性を示し、この可塑性が良好な接続強度を発揮する一因にもなる。
Thus, the 1st preform |
なお、必要に応じて、圧縮後の強化繊維複合材1の厚さを規制するスペーサー76を成形型74と成形型75との間に配置するようにしてもよい。このようなスペーサー76を介在させることにより、成形型74と成形型75との距離を規制することができるので、第1母材20および第2母材30の圧縮幅を制御することができる。その結果、第1母材20や第2母材30が過剰に圧縮されてしまうのを防止して、目的とする厚さの強化繊維複合材1が得られることとなる。
In addition, you may make it arrange | position the
また、積層体は、圧縮されるとともに加熱されるので、第1母材20に含まれる第1樹脂21が溶融し、第1繊維22同士の間に流れ込む。その後、第1樹脂21が硬化または固化することにより、第1樹脂21によって第1繊維22同士が結着される。これにより、第1母材20の一部201は、圧縮された状態で硬化または固化し、図10に示す第1高密度部41となる。また、第1母材20の他部202は、空孔23を含んだままで硬化または固化し、図1に示す第1部材2となる。
Moreover, since a laminated body is compressed and heated, the
さらに、第2母材30に含まれる第2樹脂31が溶融し、第2繊維32同士の間に流れ込む。その後、第2樹脂31が硬化または固化することにより、第2樹脂31によって第2繊維32同士が結着される。これにより、第2母材30の一部301は、圧縮された状態で硬化または固化し、図10に示す第2高密度部42となる。また、第2母材30の他部302は、空孔33を含んだままで硬化または固化し、図10に示す第2部材3となる。
Further, the
以上のようにして第1高密度部41と第2高密度部42とを含む接続部4が得られる。そして、接続部4を介して第1部材2と第2部材3とが接続されてなる強化繊維複合材1が得られる。
As described above, the
このときの加熱温度は、第1樹脂21や第2樹脂31の組成等に応じて適宜設定されるが、一例として150〜350℃程度であるのが好ましく、160〜300℃程度であるのがより好ましい。
The heating temperature at this time is appropriately set according to the composition of the
また、このときの加熱時間は、加熱温度に応じて適宜設定されるが、1〜180分程度であるのが好ましく、5〜60分程度であるのがより好ましい。 Moreover, although the heating time at this time is suitably set according to heating temperature, it is preferable that it is about 1 to 180 minutes, and it is more preferable that it is about 5 to 60 minutes.
また、このときの加圧力は、加熱温度や加熱時間に応じて適宜設定されるが、0.05〜80MPa程度であるのが好ましく、0.1〜60MPa程度であるのがより好ましい。 Moreover, although the applied pressure at this time is suitably set according to heating temperature and heating time, it is preferable that it is about 0.05-80 MPa, and it is more preferable that it is about 0.1-60 MPa.
(変形例)
次に、本実施形態に係る強化繊維複合材の製造方法の変形例について説明する。
(Modification)
Next, the modification of the manufacturing method of the reinforced fiber composite material which concerns on this embodiment is demonstrated.
図11は、図9に示す実施形態に係る強化繊維複合材の製造方法の変形例を説明するための図である。 FIG. 11 is a diagram for explaining a modification of the method for manufacturing the reinforcing fiber composite material according to the embodiment shown in FIG. 9.
図11は、第1母材20の一部201と第2母材30の一部301とを重ねるときの一部201の平面視形状が図9とは異なるが、それ以外は図9と同様である。なお、図11では、説明の便宜のため、第1母材20の一部201の表面に斜線を付している。
FIG. 11 is the same as FIG. 9 except for the shape in plan view of the
具体的には、図11に示す第1母材20の一部201は、平面視においてアンカー形状をなしている部分を含んでいる。本明細書におけるアンカー形状とは、第2母材30側に向かって突出する形状のことを指す。このようなアンカー形状を含むことにより、強化繊維複合材1は、接続部4と第2部材3とが互いに噛み合った構造を含むものとなる。
Specifically, a
この噛み合った構造とは、すなわち、第1母材20の一部201が突出している方向に直交する方向において、接続部4と第2部材3とが交互に並んでいる構造である。このような構造によれば、接続部4と第2部材3との接触面積をより広く確保することができる。その結果、接触面の摩擦抵抗がより大きくなるため、第1部材2と第2部材3との接続強度がより強化された強化繊維複合材1が得られる。
The meshed structure is a structure in which the
なお、このアンカー形状は、特に限定されないが、例えば、図11に示すように、第2母材30側に向かって突出し、かつ、突出先端部の幅よりも突出基端部の幅が狭くなっている形状であってもよい。このような形状であれば、突出先端部が第2母材30に対して係止されることとなる。これにより、特に第1部材2と第2部材3とを引っ張る方向への荷重に対して十分な耐力が生じる。その結果、第1部材2と第2部材3との接続強度をさらに高めることができる。
The anchor shape is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 11, the anchor shape protrudes toward the
また、図11に示すようにして製造された強化繊維複合材1は、第1母材20の一部201と第2母材30の一部301とによって接続部4が形成される。この接続部4は、突出する形状(凸部を含む形状)をなしているため、第2部材3が有する凹部を含む形状に対して嵌ることとなる。このような凹部に凸部が嵌ったような構造は、双方の接触面積を特に広くすることができる。このため、とりわけ接続強度が高い強化繊維複合材1が得られる。
In the reinforcing fiber composite 1 manufactured as shown in FIG. 11, the
図12は、図9に示す実施形態に係る強化繊維複合材の製造方法の別の変形例を説明するための図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining another modification of the method for manufacturing the reinforcing fiber composite material according to the embodiment shown in FIG. 9.
図12では、第1母材20、第2母材30、第3母材40および第4母材50を接続している。そして、第1母材20の一部は、第2母材30の一部および第3母材40の一部と重なっている。また、第2母材30の一部は、第4母材50の一部と重なっている。また、第3母材40の一部は、第4母材50の一部と重なっている。
In FIG. 12, the
また、図12に示すように、第1母材20の一部および第4母材50の一部は、それぞれアンカー形状をなす部分を含んでいる。
In addition, as shown in FIG. 12, a part of the
一方、図12では陰に隠れているが、第2母材30の一部および第3母材40の一部も、それぞれアンカー形状をなす部分を含んでいる。
On the other hand, although hidden behind in FIG. 12, a part of the
このような3つ以上の母材(図12では4つの母材)を接続することによっても、強化繊維複合材1を製造することができる。 The reinforced fiber composite material 1 can also be manufactured by connecting three or more base materials (four base materials in FIG. 12).
なお、このような配置で母材同士を接続すると、接続部の形状は、母材同士の間を延びる帯状になる。また、この接続部は、格子状に広がることとなる。格子状とは、延在方向が互いに異なる2組の並列する帯状の接続部同士が交差している状態のことをいう。このような格子状に広がる接続部を有することにより、強化繊維複合材1は、機械的強度がより高いものとなる。 Note that when the base materials are connected in such an arrangement, the shape of the connecting portion becomes a strip shape extending between the base materials. Moreover, this connection part will spread in a grid | lattice form. The lattice shape means a state in which two sets of parallel strip-shaped connecting portions having different extending directions intersect each other. By having the connection part spreading in such a lattice shape, the reinforcing fiber composite material 1 has higher mechanical strength.
以上、本発明の強化繊維複合材および強化繊維複合材の製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although the reinforced fiber composite material of this invention and the manufacturing method of the reinforced fiber composite material were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
例えば、本発明の強化繊維複合材は、前記実施形態に任意の要素が付加されたものであってもよい。 For example, the reinforcing fiber composite material of the present invention may be obtained by adding an arbitrary element to the embodiment.
また、本発明の強化繊維複合材の製造方法は、前記実施形態に任意の工程を付加したものであってもよく、前記実施形態の各工程の順序を入れ替えたものであってもよい。 Moreover, the manufacturing method of the reinforced fiber composite material of this invention may add the arbitrary process to the said embodiment, and may replace the order of each process of the said embodiment.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.強化繊維複合材の製造
(実施例1)
[1]まず、レゾール型フェノール樹脂(住友ベークライト株式会社製、品番PR−51723)と、アラミド繊維(帝人株式会社製、品番T32PNW、平均長さ6mm、平均径12μm)と、アラミドパルプ(デュポン社製、品番パラアラミドパルプ)と、熱膨張性マイクロカプセルと、を水に加え、ディスパーザーで20分間撹拌した。ここでは、固形分濃度0.6質量%の分散液を得た。なお、配合比は表1に示す通りである。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of reinforcing fiber composite (Example 1)
[1] First, resol type phenolic resin (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., product number PR-51723), aramid fiber (manufactured by Teijin Ltd., product number T32PNW, average length 6 mm, average diameter 12 μm), and aramid pulp (DuPont) Manufactured, product number para-aramid pulp) and thermally expandable microcapsules were added to water and stirred for 20 minutes with a disperser. Here, a dispersion having a solid content concentration of 0.6% by mass was obtained. The blending ratio is as shown in Table 1.
次に、得られた第1分散液に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド、分子量1000000)を、上述した固形分(第1分散液の水以外の成分)に対して0.2質量%の割合で添加し、固形分を凝集させた。 Next, a flocculant (polyethylene oxide, molecular weight 1000000) dissolved in water in advance in the obtained first dispersion is 0.2% with respect to the above-described solid content (components other than water in the first dispersion). It added in the ratio of the mass%, and solid content was aggregated.
次に、30メッシュの金属網を用いて得られた凝集物から水を除去した。そして、金属網上に残存した凝集物を脱水プレスし、さらに70℃で3時間乾燥させて、第1抄造素形体を得た。 Next, water was removed from the agglomerates obtained using a 30 mesh metal net. Then, the agglomerate remaining on the metal net was subjected to dehydration press and further dried at 70 ° C. for 3 hours to obtain a first papermaking shape.
次に、得られた第1抄造素形体を成形型内に配置し、180℃で10分間加熱した。これにより、熱膨張性マイクロカプセルを膨張させ、空孔を含む母材を得た。このときの成形型中の内圧は2MPaであった。 Next, the obtained first papermaking body was placed in a mold and heated at 180 ° C. for 10 minutes. As a result, the thermally expandable microcapsule was expanded to obtain a base material containing pores. The internal pressure in the mold at this time was 2 MPa.
[2]次に、上記のようにして作製した母材を2つ用意し、一方を第1母材とし、他方を第2母材として、これらを以下のようにして接続した。なお、各母材は縦60mm×横60mm×厚さ15mmの板状とした。 [2] Next, two base materials prepared as described above were prepared, and one was used as a first base material and the other was used as a second base material, and these were connected as follows. In addition, each base material was made into the plate shape of length 60mm x width 60mm x thickness 15mm.
まず、第1母材の一部と第2母材の一部とが重なるように、双方を配置した。なお、重なり幅は20mmとした。 First, both were arrange | positioned so that a part of 1st base material and a part of 2nd base material might overlap. The overlapping width was 20 mm.
次に、これらを平板状の成形型で挟み、加熱しつつ圧縮した。このときの加熱条件は、温度200℃、時間10分間とし、加圧力は10MPaとした。 Next, these were sandwiched between flat plate molds and compressed while being heated. The heating conditions at this time were a temperature of 200 ° C., a time of 10 minutes, and a pressure of 10 MPa.
この加圧により、第1母材の一部と第2母材の一部とが一体化して接続部が形成され、強化繊維複合材が得られた。 By this pressurization, a part of the first base material and a part of the second base material were integrated to form a connection portion, and a reinforced fiber composite material was obtained.
(比較例1)
図13は、比較例1の強化繊維複合材を示す斜視図である。
(Comparative Example 1)
13 is a perspective view showing a reinforcing fiber composite material of Comparative Example 1. FIG.
第1母材と第2母材とを重ねるように配置するのではなく、母材の端面同士を突き合わせるように(重なり幅がゼロになるように)して配置した状態で、加熱しつつ圧縮して製造するようにした以外は、実施例1と同様にして強化繊維複合材1’を得た。 Rather than arranging the first base material and the second base material so as to overlap each other, heating is performed while the end surfaces of the base materials are arranged so as to abut each other (so that the overlap width is zero). A reinforced fiber composite material 1 ′ was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was manufactured by compression.
(実施例2〜11および比較例2〜5)
複合成形体の製造条件を表1または表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして強化繊維複合材を得た。
(Examples 2-11 and Comparative Examples 2-5)
A reinforced fiber composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the production conditions of the composite molded body were changed as shown in Table 1 or Table 2.
2.強化繊維複合材の評価
2.1 外観等の評価
各実施例および各比較例の強化繊維複合材について、外観や密度、空孔率等を評価した。
2. 2.1 Evaluation of Reinforcing Fiber Composite Material 2.1 Evaluation of Appearance, etc. With respect to the reinforcing fiber composite material of each example and each comparative example, the appearance, density, porosity and the like were evaluated.
まず、強化繊維複合材の厚さについては、第1母材および第2母材の厚さがほぼ維持されていた。また、第1部材および第2部材については、それぞれの母材の空孔率がほぼ維持されていた。 First, with respect to the thickness of the reinforcing fiber composite material, the thicknesses of the first base material and the second base material were substantially maintained. Moreover, about the 1st member and the 2nd member, the porosity of each base material was substantially maintained.
一方、接続部の空孔率については、第1母材や第2母材の空孔率からの減少が認められた。このことから、接続部では、第1部材や第2部材よりも高密度化が図られていることが明らかとなった。 On the other hand, regarding the porosity of the connecting portion, a decrease from the porosity of the first base material and the second base material was observed. From this, it has been clarified that the connection portion has higher density than the first member and the second member.
2.2 曲げ強度の評価
次に、各実施例および各比較例の強化繊維複合材について、JIS K 7074−1988 A法に準拠した方法により、曲げ強度を測定した。
2.2 Evaluation of flexural strength Next, the flexural strength was measured for the reinforcing fiber composites of the examples and comparative examples by a method based on the JIS K 7074-1988 A method.
なお、3点曲げ試験における圧子の位置は、接続部に合わせるようにした。また、測定温度は25℃とした。
測定結果を表1に示す。なお、測定結果は、測定数5の平均値とした。
In addition, the position of the indenter in the three-point bending test was adjusted to the connection part. The measurement temperature was 25 ° C.
The measurement results are shown in Table 1. The measurement result was an average value of 5 measurements.
2.3 曲げ弾性率の評価
次に、各実施例および各比較例の強化繊維複合材について、JIS K 7074−1988に準拠した方法により、曲げ弾性率を測定した。
2.3 Evaluation of Flexural Modulus Next, the flexural modulus of each of the reinforcing fiber composites of each Example and each Comparative Example was measured by a method based on JIS K7074-1988.
なお、測定温度は25℃とした。
測定結果を表1に示す。なお、測定結果は、測定数5の平均値とした。
The measurement temperature was 25 ° C.
The measurement results are shown in Table 1. The measurement result was an average value of 5 measurements.
表1、2から明らかなように、各実施例の強化繊維複合材は、曲げ強度および曲げ弾性率が相対的に大きいことが認められた。なお、各比較例の強化繊維複合材では、曲げ弾性率が小さ過ぎるために測定することができなかった。 As is clear from Tables 1 and 2, it was recognized that the reinforcing fiber composites of the respective examples had relatively high bending strength and bending elastic modulus. In addition, in the reinforced fiber composite material of each comparative example, since the bending elastic modulus was too small, it was not able to measure.
一方、各実施例の強化繊維複合材のうち、接続部以外の部分(第1部材および第2部材)では母材の空孔率と同等程度の比較的大きい空孔率が維持されていた。このため、各実施例の強化繊維複合材は、接続部を含んでいるとしても、比重に対する曲げ強度や曲げ弾性率が大きいことが認められた。 On the other hand, among the reinforcing fiber composite materials of the respective examples, the portions (first member and second member) other than the connection portion maintained a relatively large porosity that is comparable to the porosity of the base material. For this reason, even if the reinforced fiber composite material of each Example included the connection part, it was recognized that the bending strength with respect to specific gravity and a bending elastic modulus are large.
1 強化繊維複合材
1’ 強化繊維複合材
2 第1部材
3 第2部材
4 接続部
20 第1母材
20a 第1抄造素形体
21 第1樹脂
22 第1繊維
23 空孔
30 第2母材
31 第2樹脂
32 第2繊維
33 空孔
40 第3母材
41 第1高密度部
42 第2高密度部
43 界面
44 界面
45 界面
46 界面
47 界面
50 第4母材
51 分散媒
52 マイクロカプセル
61 第1分散液
70 容器
71 フィルター
72 成形型
74 成形型
75 成形型
76 スペーサー
201 一部
202 他部
301 一部
302 他部
721 キャビティー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reinforcement fiber composite material 1 'Reinforcement
Claims (9)
第2繊維と第2樹脂とを含有する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とが接続されている接続部と、
を有し、
前記接続部の密度が前記第1部材の密度および前記第2部材の密度よりも高いことを特徴とする強化繊維複合材。 A first member containing a first fiber and a first resin;
A second member containing a second fiber and a second resin;
A connecting portion to which the first member and the second member are connected;
Have
The reinforcing fiber composite material, wherein the density of the connection portion is higher than the density of the first member and the density of the second member.
前記第1母材の一部と前記第2母材の一部とを重ねて圧縮し、前記第1母材の一部と前記第2母材の一部とが接続されてなる接続部を得る工程と、
を有することを特徴とする強化繊維複合材の製造方法。 Preparing a first base material containing a first fiber and a first resin, and a second base material containing a second fiber and a second resin;
A connecting portion formed by compressing a part of the first base material and a part of the second base material, and connecting a part of the first base material and a part of the second base material; Obtaining a step;
The manufacturing method of the reinforced fiber composite material characterized by having.
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