JP2019171575A - Fiber-reinforced resin molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は繊維強化樹脂成形体に関し、特に、熱可塑性を有する繊維強化複合材料を用いた繊維強化樹脂成形体に関する。 The present invention relates to a fiber reinforced resin molded body, and more particularly to a fiber reinforced resin molded body using a fiber reinforced composite material having thermoplasticity.
強化繊維とマトリックス樹脂とを含む繊維強化複合材料は、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れ、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有する。このことなどから、航空機や自動車の部材、建材、スポーツ用品の部材、電子・電気機器用筐体などの用途において注目され、その需要は年々高まりつつある。 A fiber reinforced composite material including a reinforced fiber and a matrix resin has high specific strength and specific elastic modulus, excellent mechanical properties, and high functional properties such as weather resistance and chemical resistance. For this reason, it has been attracting attention in applications such as aircraft and automobile parts, building materials, sports equipment parts, and casings for electronic and electrical equipment, and the demand for these parts is increasing year by year.
繊維強化樹脂成形体の筺体への適用方法としては、筺体全体を繊維強化樹脂成形体で作製する方法や、下記特許文献1〜3に記載のように繊維強化樹脂成形体と熱可塑性樹脂とを一体化する方法などが知られている。
As a method of applying the fiber reinforced resin molded body to the housing, a method of producing the entire housing with a fiber reinforced resin molded body, or a fiber reinforced resin molded body and a thermoplastic resin as described in
下記特許文献1に記載の技術は、電磁波シールド特性および薄肉・軽量化を達成するための高強度・高弾性率を有する連続繊維の炭素繊維層と、ボス、リブを含む複雑な形状を薄肉流動性の良い樹脂で形成した樹脂層とを一体化することにより、従来品より軽量で優れた性能を持つ電気・電子機器用筐体とするものである。
The technology described in the following
詳細には、特許文献1には、炭素繊維織物または一方向にシート状に並べた炭素連続繊維に樹脂を含浸した材料をプレス成形した構成のFRP(Fiber Reinforced Plastics:繊維強化樹脂)からなる第1層と、樹脂もしくは補強用短繊維を含む樹脂により射出成形、またはトランスファ成形してなる第2層とを、接着剤もしくは接着テープにより貼合せた構造が記載されている。
Specifically,
しかしながら、特許文献1の構成では、炭素繊維織物または一方向にシート状に並べた炭素連続繊維を補強材とするFRPからなる第1層と、樹脂もしくは補強用短繊維を含む樹脂からなる第2層との間で、層間剥離や、物性的な違いによる成型後の熱収縮率の差にもとづく変形を起こし易いという課題を有している。また、炭素繊維など高価な材料を使用しており、コストが高いという課題も有している。
However, in the configuration of
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、射出成型による部材の一体化が可能な繊維強化樹脂積層シートを使用することにより、この繊維強化樹脂積層シートと一体化されるべき熱可塑性樹脂成形体との接合部で親和性があるようにするとともに、一体化により得られる繊維強化樹脂成形体において、ソリやヒケなどの変形を生じないようにすることを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and should be integrated with this fiber reinforced resin laminated sheet by using a fiber reinforced resin laminated sheet capable of integrating members by injection molding. An object is to make the joint portion with the thermoplastic resin molded body have an affinity, and to prevent deformation such as warping and sinking in a fiber reinforced resin molded body obtained by integration.
本発明の繊維強化樹脂成形体は、
繊維強化樹脂積層シートと、
前記繊維強化樹脂積層シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成された熱可塑性樹脂成形体と、
前記繊維強化樹脂積層シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成されるとともに、前記繊維強化樹脂積層シートと熱可塑性樹脂成形体との間に配置されてこれら繊維強化樹脂積層シートと熱可塑性樹脂成形体とを互いに接合させている熱可塑性樹脂層と、
を有することを特徴とする。
The fiber-reinforced resin molded article of the present invention is
A fiber reinforced resin laminated sheet;
A thermoplastic resin molded body composed of a resin having a high affinity with the resin constituting the fiber-reinforced resin laminated sheet or the same resin;
The fiber reinforced resin laminate sheet is composed of a resin having a high affinity with the resin or the same resin, and is disposed between the fiber reinforced resin laminate sheet and the thermoplastic resin molded body, and these fiber reinforced resins. A thermoplastic resin layer in which the laminated sheet and the thermoplastic resin molded body are bonded to each other;
It is characterized by having.
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は、
繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、
繊維強化樹脂シートと、前記繊維強化樹脂シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成された熱可塑性樹脂成形体とを成型用の型の内部に配置し、
前記成型用の型の内部における繊維強化術シートと熱可塑性樹脂成型体との間の空間に、前記繊維強化樹脂シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂を供給して熱可塑性樹脂層を形成することで、
この熱可塑性樹脂層によって、前記繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂成形体とを互いに接合させる、
ことを特徴とする。
The method for producing a fiber-reinforced resin molded body of the present invention is as follows.
When manufacturing a fiber reinforced resin molding,
A fiber reinforced resin sheet and a thermoplastic resin molded body composed of a resin having a high affinity with the resin constituting the fiber reinforced resin sheet or the same resin are disposed inside a mold for molding,
A resin having a high affinity with the resin constituting the fiber reinforced resin sheet or the same resin is supplied to the space between the fiber reinforced sheet and the thermoplastic resin molded body in the molding die to be thermoplastic. By forming the resin layer,
By this thermoplastic resin layer, the fiber reinforced resin sheet and the thermoplastic resin molded body are bonded to each other.
It is characterized by that.
本発明によれば、繊維強化樹脂シートを射出成形で熱可塑性樹脂成形体と良好に一体化することができる。しかも、そのときに、射出成形により形成される熱可塑性樹脂層を最小限にすることができ、成形後の繊維強化樹脂成形体の収縮量を最小限にすることが出来るため、繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂層と熱可塑性樹脂成形体との境界部で発生するソリ・ヒケなどの変形を防止することができる。また、繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂層と熱可塑性樹脂成形体との境界部で発生するソリ・ヒケなどの変形を防止することができることから、従来方法よりも繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂層との境界部の面積を広くすることが出来き、強化繊維樹脂シートと熱可塑性樹脂成形体との接合力を大きくすることが出来る。 According to the present invention, the fiber reinforced resin sheet can be satisfactorily integrated with the thermoplastic resin molded body by injection molding. In addition, at that time, the thermoplastic resin layer formed by injection molding can be minimized, and the amount of shrinkage of the fiber reinforced resin molded body after molding can be minimized. It is possible to prevent deformation such as warpage and sink marks that occur at the boundary between the thermoplastic resin layer and the thermoplastic resin molded body. In addition, since it can prevent deformation such as warpage and sink marks occurring at the boundary between the fiber reinforced resin sheet, the thermoplastic resin layer, and the thermoplastic resin molded body, the fiber reinforced resin sheet and the thermoplastic resin are more than conventional methods. The area of the boundary with the layer can be increased, and the bonding force between the reinforcing fiber resin sheet and the thermoplastic resin molded body can be increased.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合もある。また、図面は、理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示す。また、図示された各構成要素の厚み、長さ等は図面作成の都合上から、実際とは異なる。なお、以下の実施の形態で示す各構成要素の形状や寸法等は一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same components may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. Further, the drawings schematically show the respective constituent elements mainly for easy understanding. In addition, the thickness, length, and the like of each illustrated component are different from the actual one for the convenience of drawing. In addition, the shape, dimension, etc. of each component shown by the following embodiment are examples, and are not specifically limited, A various change is possible in the range which does not deviate substantially from the effect of this invention.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の繊維強化樹脂成形体の一構成例の主要部を示す側断面図である。図1に示される繊維強化樹脂成形体の主要部は、繊維強化樹脂シートとしての繊維強化樹脂積層シート1と、熱可塑性樹脂成形体2とを、熱可塑性樹脂層3にて接合した構成である。繊維強化樹脂積層シート1は、ポリプロピレンを主成分とする樹脂シート1aと、芯鞘複合繊維を含む糸で構成されている織物層1bとを含む。織物層1bを構成する芯鞘複合繊維は、芯成分がポリプロピレンにて構成され、マトリックス樹脂である鞘成分が前記芯成分より低融点のポリオレフィン成分にて構成されている。樹脂シート1aと織物層1bとは、それぞれ適当数を積層することができる。図示の例では、樹脂シート1aと織物層1bとが交互に2層ずつ積層されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side sectional view showing a main part of one structural example of the fiber-reinforced resin molded body according to
上記から明らかなように、また図示されているように、熱可塑性樹脂層3は、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2との間に挟まれた形で設けられている。繊維強化樹脂積層シート1において、熱可塑性樹脂層3に接する面は、織物層1bによって構成されている。
As apparent from the above and as shown in the figure, the
熱可塑性樹脂成形体2および熱可塑性樹脂層3は、いずれも、繊維強化樹脂積層シート1を構成するポリプロピレンおよび、または低融点のポリオレフィン成分と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成されている。また、熱可塑性樹脂層3と繊維強化樹脂積層シート1との境界部4は、熱可塑性樹脂層3と熱可塑性樹脂成形体2との境界部5よりも大きな面積で形成されている。
Each of the thermoplastic resin molded
ここで、「親和性が高い樹脂」とは、互いにつながりやすい樹脂すなわち互いに密着しやすい樹脂であると定義される。詳細には、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂などが、「親和性が高い樹脂」に該当する。より詳細には、上述のように繊維強化樹脂積層シート1の樹脂シート1aがポリプロピレンを主成分とする場合には、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、ポリエステルなどの樹脂が「親和性が高い樹脂」に該当する。
Here, the “resin having high affinity” is defined as a resin that is easily connected to each other, that is, a resin that is easily adhered to each other. Specifically, polyolefin resins, polyester resins, styrene resins, and the like correspond to “high affinity resins”. More specifically, when the
図2は、本発明の実施の形態1の繊維強化樹脂成形体のための成形装置の一構成例の主要部を示す側断面図である。図2において、固定側金型10は凹状のキャビティ形成面10aを有し、可動側金型11は凹状のキャビティ形成面11aおよび11bを有する。可動側金型11の凹状のキャビティ形成面11aおよび11bは、固定側金型10の凹状のキャビティ形成面10aと共に、成形品を成形するための成形空間を形成する。可動側金型11は、キャビティ形成面11bにて構成される成形空間に連通するゲート11cを備える。
FIG. 2 is a side sectional view showing a main part of one configuration example of the molding apparatus for the fiber-reinforced resin molded body according to
図3は、本発明の実施の形態1における繊維強化樹脂成形体を構成するための繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2の断面図を示す。繊維強化樹脂積層シート1はシートそのままの平面状態のものであるか、またはシートに予め予備成形を行って所望の形状に変形させたものである。熱可塑性樹脂成形体2は、予め別途成形された、リブ・ボス等の形状を有する成形体である。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the fiber reinforced
図4は、図2に示される成形装置に繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2とを配置したときの様子を示す。詳細には、固定側金型10のキャビティ形成面10aにて形成される成形空間には繊維強化樹脂積層シート1を配置し、可動側金型11のキャビティ形成面11aにて形成される成形空間には熱可塑性樹脂成形体2を配置する。
FIG. 4 shows a state where the fiber reinforced resin laminated
図5は、図4の状態から次に成形装置の型締めを行ったときの様子を示す。このとき、可動側金型11のキャビティ形成面11bにて形成される成形空間が、密閉された空間として存在する。すなわち、この成形空間は、固定側金型10に配置された繊維強化樹脂積層シート1と、可動側金型11に配置された熱可塑性樹脂成形体2と、キャビティ形成面11bとによって形成された空間である。
FIG. 5 shows a state when the mold is clamped next from the state of FIG. At this time, the molding space formed by the
そして、この成形空間へ、繊維強化樹脂積層シート1のポリプロピレンまたは低融点のポリオレフィン成分と親和性が高い樹脂または同一の樹脂をゲート11cから射出成形することにより、図1に示される熱可塑性樹脂層3を形成する。熱可塑性樹脂層3が形成される際に、図1に示される熱可塑性樹脂層3と繊維強化樹脂積層シート1との境界部4では、熱可塑性樹脂層3を構成する樹脂が、繊維強化樹脂積層シート1のポリプロピレンおよび、または低融点のポリオレフィン成分と親和性の高い樹脂または同一の樹脂であるため、相互の樹脂が溶融して、熱可塑性樹脂層3の樹脂が、繊維強化樹脂積層シート1においてこの熱可塑性樹脂層3に接している織物層1bの中に入り込んだ状態で、境界部4を形成する。
And the thermoplastic resin layer shown in FIG. 1 is injection-molded from the
図6は、熱可塑性樹脂層3によって繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2とが一体化された状態を示す。繊維強化樹脂積層シート1の織物層1bは芯鞘複合繊維を含む糸6で構成されているが、芯鞘複合繊維における芯成分よりも低融点の鞘成分が熱処理を受けて溶融固化することで、マトリックス樹脂7が形成されている。図示のように、熱可塑性樹脂層3と繊維強化樹脂積層シート1との境界部4では、熱可塑性樹脂層3を構成する樹脂の一部が繊維強化樹脂積層シート1の織物層1bの中に入り込んでいる。これによって、境界部4は凸凹形状になっている。
FIG. 6 shows a state in which the fiber reinforced resin laminated
熱可塑性樹脂層3と熱可塑性樹脂成形体2とは、上述のように、いずれも、繊維強化樹脂積層シート1を構成するポリプロピレンおよび、または低融点のポリオレフィン成分と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成されている。すなわち互いに接合性の良好な樹脂にて構成されている。このため、熱可塑性樹脂成形体2と射出成形された熱可塑性樹脂層3との境界部5は、良好な接着状態が達成されている。
As described above, the
以上によれば、繊維強化樹脂積層シート1を射出成形で熱可塑性樹脂成形体2と一体化する方法において、射出成形により注入する熱可塑性樹脂層3の樹脂量を従来よりも少なく、最小限にすることができ、したがって成形後の繊維強化樹脂成形体の収縮量を最小限にすることができる。このため、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂層3と熱可塑性樹脂成形体2との境界部4、5で発生するソリ・ヒケなどの変形を防止することができる。また、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂層3と熱可塑性樹脂成形体2との境界部4、5で発生するソリ・ヒケなどの変形を防止することができることから、従来方法よりも強化繊維樹脂シート1と熱可塑性樹脂層3との境界部4の面積を広くすることができ、このため繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2との接合力を大きくすることができる。
According to the above, in the method of integrating the fiber reinforced resin laminated
また、熱可塑性樹脂層3と熱可塑性樹脂成形体2との境界部5の面積よりも熱可塑性樹脂層3と繊維強化樹脂積層シート1の境界部4の面積を大きくすることで、接合強度が大きくなる。
Further, by increasing the area of the
また、熱可塑性樹脂層3と繊維強化樹脂積層シート1との境界部4が図6に示すように凸凹形状になることで、境界部4の接合強度が大きくなる。
Moreover, when the
念のために接明すると、境界部5の面積とは、熱可塑性樹脂層3と熱可塑性樹脂成形体2との接触部の面積のことであり、境界部4の面積とは、熱可塑性樹脂層3と繊維強化樹脂積層シート1との接触部の面積のことである。
As a reminder, the area of the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図7を参照して、前述した実施の形態1と異なる点を主に説明する。図7は、本発明の実施の形態2における繊維強化樹脂成形体の一構成例の主要部を示す側断面図である。ここでは、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2とを接合する役割を果たす熱可塑性樹脂層3が、繊維強化樹脂積層シート1の端部1eを覆うように一体化した構成となっている。
(Embodiment 2)
In the following, the second embodiment of the present invention will be described mainly with respect to the differences from the first embodiment described above with reference to FIG. FIG. 7 is a side sectional view showing a main part of one configuration example of the fiber-reinforced resin molded body in
かかる構成によれば、熱可塑性樹脂層3が、繊維強化樹脂積層シート1の端部1eを覆う部分においては、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂層3との境界の隙間を完全になくすことができ、美観性を向上できるとともに、異物混入等の隙間があることによる不具合を解消できる。さらに、繊維強化樹脂積層シート1の端部1eの積層密着力を向上することができる。
According to such a configuration, in the portion where the
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図8を参照して、前述した実施の形態1と異なる点について主に説明する。図8は本発明の実施の形態3における繊維強化樹脂成形体の一構成例の主要部を示す側断面図である。ここでは、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2とを接合する役割を果たす熱可塑性樹脂層3が、繊維強化樹脂積層シート1の端部1eを覆うとともに、この端部1eに連なるところの、繊維強化樹脂積層シート1における熱可塑性樹脂成形体2が配置している面とは反対側の面の少なくとも一部を覆った状態で、一体化した構成されている。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described mainly with respect to differences from the first embodiment described above with reference to FIG. FIG. 8 is a side sectional view showing a main part of one configuration example of the fiber-reinforced resin molded body according to
かかる構成によれば、繊維強化樹脂積層シート1と熱可塑性樹脂成形体2とを接着剤等で一体化する方法では構成することができない、繊維強化樹脂積層シート1に対するアンダーカット形状も形成することができる。
According to such a configuration, an undercut shape for the fiber reinforced resin laminated
なお、以上説明した実施の形態1から3は、適宜組み合わせることが可能である。 The first to third embodiments described above can be combined as appropriate.
本発明にかかる熱可塑性樹脂成形体は、細かく複雑な形状を有していたり、高い剛性を有していたりするボス・リブ形状を一体で形成することができる。このため、軽量・薄型・高剛性が必要とされる様々な成形品に有用である。 The thermoplastic resin molded body according to the present invention can integrally form a boss / rib shape having a fine and complicated shape or a high rigidity. For this reason, it is useful for various molded products that require light weight, thinness, and high rigidity.
1 繊維強化樹脂積層シート(繊維強化樹脂シート)
1a ポリプロピレンを主成分とする樹脂シート
1b 織物層
1e 端部
2 熱可塑性樹脂成形体
3 熱可塑性樹脂層
4 境界部
5 境界部
6 芯鞘複合繊維
7 マトリックス樹脂
10 可動側金型
10a キャビティ形成面
11 固定側金型
11a キャビティ形成面
11b キャビティ形成面
1 Fiber reinforced resin laminate sheet (fiber reinforced resin sheet)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
繊維強化樹脂シートと、
前記繊維強化樹脂シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成された熱可塑性樹脂成形体と、
前記繊維強化樹脂シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成されるとともに、前記繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂成形体との間に配置されてこれら繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂成形体とを互いに接合させている熱可塑性樹脂層と、
を有することを特徴とする繊維強化樹脂成形体。 A fiber reinforced resin molded article,
A fiber reinforced resin sheet;
A thermoplastic resin molded body composed of a resin having a high affinity with the resin constituting the fiber-reinforced resin sheet or the same resin;
The fiber reinforced resin sheet is composed of a resin having high affinity with the resin constituting the fiber reinforced resin sheet or the same resin, and is disposed between the fiber reinforced resin sheet and the thermoplastic resin molded body. A thermoplastic resin layer that joins the thermoplastic resin molded body to each other;
A fiber-reinforced resin molded article characterized by comprising:
繊維強化樹脂シートと、前記繊維強化樹脂シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂にて構成された熱可塑性樹脂成形体とを成型用の型の内部に配置し、
前記成型用の型の内部における繊維強化術シートと熱可塑性樹脂成型体との間の空間に、前記繊維強化樹脂シートを構成する樹脂と親和性が高い樹脂または同一の樹脂を供給して熱可塑性樹脂層を形成することで、
この熱可塑性樹脂層によって、前記繊維強化樹脂シートと熱可塑性樹脂成形体とを互いに接合させる、
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。 When manufacturing a fiber reinforced resin molding,
A fiber reinforced resin sheet and a thermoplastic resin molded body composed of a resin having a high affinity with the resin constituting the fiber reinforced resin sheet or the same resin are disposed inside a mold for molding,
A resin having a high affinity with the resin constituting the fiber reinforced resin sheet or the same resin is supplied to the space between the fiber reinforced sheet and the thermoplastic resin molded body in the molding die to be thermoplastic. By forming the resin layer,
By this thermoplastic resin layer, the fiber reinforced resin sheet and the thermoplastic resin molded body are bonded to each other.
The manufacturing method of the fiber reinforced resin molding characterized by the above-mentioned.
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