JP2018171787A

JP2018171787A - 絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材

Info

Publication number: JP2018171787A
Application number: JP2017071878A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野; Yoshihiro Iwano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-11-08

Abstract

【課題】不要な通電を抑制することができる絶縁性の熱可能性炭素繊維強化樹脂部材を得る。
【解決手段】絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０では、熱可塑性ＣＦＲＰ１８の表面が絶縁層２０、２２によって覆われるようになっている。また、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２では、炭素繊維強化樹脂部３２の表面が絶縁層３０によって覆われるようになっている。
このため、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０、１２では、炭素繊維１４、３７がそれぞれ剥き出しになることはない。また、例えば、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２において、炭素繊維強化樹脂部３２の内部にボイドが形成されたとしても、炭素繊維強化樹脂部３２の表面は絶縁層３０によって覆われるため、不要な通電は抑制され、電装周辺でも使用可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材に関する。

例えば、特許文献１には、繊維強化樹脂のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた熱可塑性炭素繊維強化樹脂のスタンピング成形による加工方法が開示されている。

特開２０１５−２２９２７９号公報

しかしながら、上記先行技術では、熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材は、導電性を有するため、当該熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材は電装周辺で使用する際には、熱可能性炭素繊維強化部材の表面を絶縁性の塗料で塗装する必要がある。

本発明は、上記事実を考慮して、不要な通電を抑制することができる絶縁性の熱可能性炭素繊維強化樹脂部材を得ることを目的とする。

請求項１に記載の絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材は、熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材の表面に、絶縁部材で形成された絶縁層が一体成形されている。

請求項１に記載の絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材では、熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材の表面に、絶縁部材で形成された絶縁層が一体成形されるため、熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材の表面に炭素繊維が剥き出しになることはなく、不要な通電が抑制される。

なお、ここでの「絶縁部材」には、樹脂部材やゴム部材が含まれる。また、ここでの「一体成形」には、熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材と絶縁部材とを重ねた状態でプレスするプレス成形や、別途成形された絶縁部材の内部に熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材を充填させる射出成形等が挙げられる。

以上説明したように、請求項１に記載の絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材では、不要な通電を抑制することができる、という優れた効果が得られる。

本実施の形態に係る絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材において、（Ａ）は、プレス成形によって形成された状態を示す断面図であり、（Ｂ）は、ブロー成形及び射出成形によって形成された状態を示す断面図である。本実施の形態に係る絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材がプレス成形によって形成されている状態を示す断面図である。（Ａ）は、本実施の形態に係る絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材の絶縁部材がブロー成形によって形成された状態を示す断面図であり、（Ｂ）は、本実施の形態に係る絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材が射出成形によって形成される状態を示す断面である。熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材同士を溶着させる際の問題点を説明するための断面図である。（Ａ）は、比較例としての熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材を示す断面図であり、（Ｂ）は板厚変化部が設けられた熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材における問題点を説明するための断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
（絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材の構成）
まず、本実施の形態に係る絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材（以下、「熱可塑性ＣＦＲＰ」という）の構成について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）には、本実施の形態に係る絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０、１２の断面図がそれぞれ示されている。

例えば、図１（Ａ）に示される絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０では、炭素繊維１４のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂（図示省略）が用いられた複数の熱可塑性ＣＦＲＰシート１６によって構成された熱可塑性ＣＦＲＰ１８の上下にＰＰ等の絶縁性の樹脂で形成された絶縁層２０、２２がそれぞれ設けられている。なお、この絶縁層２０、２２は、プレス成形によって熱可塑性ＣＦＲＰ１８と一体化されている。

例えば、樹脂シート２０と、複数の熱可塑性ＣＦＲＰシート１６と、樹脂シート２２とが積層された状態で、図２に示すプレス成形を行う金型２４によってプレスされる。これにより、樹脂シート２０と、複数の熱可塑性ＣＦＲＰシート１６と、樹脂シート２２とが一体化され、複数の熱可塑性ＣＦＲＰシートで構成された熱可塑性ＣＦＲＰ１８の表面に樹脂シート２０、２２で形成された絶縁層２０、２２がそれぞれ設けられることとなる。つまり、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０が形成される。

なお、厳密にいうと、プレス成形をする前の樹脂シート２０、２２及び複数の熱可塑性ＣＦＲＰシート１６と、プレス成形後の絶縁層２０、２２及び熱可塑性ＣＦＲＰ１８とは、形状等を含めそれぞれ異なるものであるが、説明の便宜上、同じ符号を用いて説明している。

一方、図１（Ｂ）に示される絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２では、絶縁性の樹脂で形成された樹脂部材３０の内部に炭素繊維強化樹脂部３２が設けられている。なお、ここでは、樹脂部材３０はブロー成形によって形成され、樹脂部材３０と炭素繊維強化樹脂部３２とは射出成形によって一体成形される。

具体的に説明すると、例えば、図３（Ａ）に示されるように、まず、ブロー成形用の金型３４を用い、ブロー成形によって、樹脂部材３０を成形する。そして、図３（Ｂ）に示されるように、射出成形用の金型３６を用い、金型３６内に樹脂部材３０をインサートして（いわゆるインサート成形）、当該金型３６内（樹脂部材３０内）に、炭素繊維３７が混練された熱可塑性のＣＦコンパウンド３８（炭素繊維強化樹脂部３２）を射出する。

これにより、図１（Ｂ）に示されるように、炭素繊維強化樹脂部３２が形成されると共に、当該炭素繊維強化樹脂部３２の表面には絶縁層（樹脂部材）３０が設けられることとなる。つまり、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２が形成される。

（絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰの作用及び効果）
一般に、図４の左図に示されるように、熱可塑性ＣＦＲＰ１００と熱可塑性ＣＦＲＰ１０２の溶着により、図４の右図に示す熱可塑性ＣＦＲＰ１０４を形成する場合、熱可塑性ＣＦＲＰ１００と熱可塑性ＣＦＲＰ１０２の溶着面１０４Ａから溶融樹脂１０６が流出する（いわゆるバリ）。なお、溶着面１０４Ａ及び溶融樹脂１０６は、分かりやすくするため、熱可塑性ＣＦＲＰ１００及び熱可塑性ＣＦＲＰ１０２から離した状態で図示している。

この場合、図４の右図に示されるように、熱可塑性ＣＦＲＰ１０４の溶着部１０４Ａの外縁部（ハッチング部）１０８では、樹脂の量が減少する場合がある。このような場合、当該溶着部１０４Ａでは、炭素繊維１１０の配向が崩れてしまい、その結果、熱可塑性ＣＦＲＰ１０４において、溶着強度が不安定となり、熱可塑性ＣＦＲＰ１０４として必要な強度が得られない可能性がある。

一方、図５（Ａ）に示されるように、熱可塑性ＣＦＲＰ１０４は、炭素繊維１１０が用いられているため、通電しやすくなっており、電装周辺では使用不可とされる。したがって、電装周辺で使用する場合には、絶縁性の塗料で塗装する等、コーティングなどの後処理が必要となる。

さらに、図５（Ｂ）に示される熱可塑性ＣＦＲＰ１１２のように、板厚変化部１１４が形成される場合、射出成形では、板厚変化部１１４において、ウェルドライン（図示省略）やボイド１１６が生じやすくなる。そして、ボイド１１６が生じた部位では、強度が低くなり、クラックが入りやすく、これにより、矢印で示されるように、電流がリークする可能性がある。

つまり、射出成形では、熱可塑性ＣＦＲＰ１１２の内部のボイド１１６を減少させたり、ボイド１１６の位置及び密度のコントロールをしたりすることは困難であるため、結果的に、熱可塑性ＣＦＲＰ１１２では、電流がリークする可能性がある。

これに対して、本実施形態では、プレス成形により、図１（Ａ）に示されるように、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０では、熱可塑性ＣＦＲＰ１８の表面が絶縁層２０、２２によって覆われるようになっている。また、射出成形を行った場合でも、図１（Ｂ）に示されるように、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２では、炭素繊維強化樹脂部３２の表面が絶縁層３０によって覆われるようになっている。

このため、図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、本実施形態における絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０、１２では、炭素繊維１４、３７がそれぞれ剥き出しになることはない。また、例えば、図示はしないが、図１（Ｂ）に示す絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２において、炭素繊維強化樹脂部３２の内部にボイド１１６（図５（Ｂ）参照）が形成されたとしても、炭素繊維強化樹脂部３２の表面は絶縁層３０によって覆われるため、不要な通電は抑制され、電装周辺でも使用可能である。

以上のように、プレス成形により、図１（Ａ）に示されるように、複数の熱可塑性ＣＦＲＰシート１６の表面に樹脂シート（絶縁層）２０、２２を一体成形することにより、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０が形成されることで、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０において、絶縁層２０、２２の層厚を一定に確保することができる。

また、プレス成形と同様に、射出成形によっても、図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、樹脂部材（絶縁層）３０を成形した後、樹脂部材３０に炭素繊維強化樹脂部３２を一体成形することにより、図１（Ｂ）に示す絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２が形成されることで、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１２において、絶縁層３０の層厚を一定に確保することができる。

したがって、本実施形態によれば、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０、１２において、絶縁層２０、２２、３０の厚みをそれぞれ一定に維持することで、絶縁性能を一定の状態でそれぞれ維持することができる。

また、図示はしないが、絶縁層の厚みを変えることにより、絶縁性能をコントロールすることができる。なお、ここでは、絶縁層として説明しているが、当該絶縁層はガスバリアとしても機能するため、気密性を確保することも可能である。

さらに、本実施形態では、絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ１０、１２の加工方法の一例として、プレス成形、射出成形を挙げたが、これに限るものではない。

また、本実施形態では、図１（Ａ）に示されるように、長繊維性の炭素繊維１４が図示されているが、短繊維性の炭素繊維であってもよい。さらに、本実施形態では、絶縁層を形成する部材として、樹脂シートが用いられているが、樹脂シートに代えて、樹脂フィルムが用いられてもよいのは勿論のことである。

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ（絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材）
１２絶縁性の熱可塑性ＣＦＲＰ（絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材）
１８熱可塑性ＣＦＲＰ（熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材）
２０樹脂シート（絶縁層、絶縁部材）
２２樹脂シート（絶縁層、絶縁部材）
３０樹脂部材（絶縁層、絶縁部材）
３２炭素繊維強化樹脂部（熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材）

Claims

熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材の表面に、絶縁部材で形成された絶縁層が一体成形された絶縁性の熱可塑性炭素繊維強化樹脂部材。