JP2020100156A - 積層基材およびその製造方法並びに炭素繊維強化樹脂基材 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年9月14日に、日本に出願された特願2016−179491号、及び2016年9月14日に、日本に出願された特願2016−179492号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
非特許文献1のように、軽量化やコスト減が見込めるといわれる積層構造は材料を複合化するための手段としてすでに広い分野で応用されている。このような積層構造を広く実用化している背景にはそれぞれ材料の特性を活用する方法として積層成形が容易で、かつ生産性に優れた製造方法である。基本的な積層構造はサンドイッチ構造やハイブリッド構造のような構造があり、軽量な材料をモーメントの小さい箇所に選択することよりその効果を発揮する。
また強化繊維を用いた材料である繊維強化樹脂複合材料は金属材料に比較して比強度、比剛性が優れることから、軽量化に寄与することができる。そのため炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、その高い比強度・比弾性率を使用して、航空機や自動車などの構造材料やテニスラケット、ゴルフシャフト、釣竿などの一般産業やスポーツ用途などに広く利用されてきた。
これらに用いられている強化繊維の形態としては、連続繊維を用いて作られる織物や1方向に繊維が引きそろえられたUDシート、カットした繊維を用いて作られるランダムマット、不織布がある。
維樹脂複合材料に熱可塑性樹脂をマトリックスとした複合材料があり、熱硬化性同様流動性があり3次元形状等の複雑な形状に適した成形方法である。また加工性も良いため繰り返し成形が可能である。しかし、繊維強化複合材料の部分的な機能性付与を行う場合、目的箇所に繊維を一定量保持することが難しい。
熱可塑性樹脂は一般的に熱硬化性樹脂に比べ粘度が高く、そのため繊維基材に樹脂を含浸させる時間が長く、結果として成形までのタクトが長くなるという課題があった。
[1] 炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む炭素繊維強化樹脂基材(a)と、ガラス繊維と熱可塑性樹脂を含むガラス繊維強化樹脂基材(B)を積層した積層基材であって、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)中の前記炭素繊維の含有量が前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、
前記炭素繊維強化樹脂基材(a)は、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである、積層基材。
[2] 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維と熱可塑性樹脂を含むガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着しており、下記の均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が5%以下であり、下記の均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が8%以下である積層基材。
(均一性試験方法1−1)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を3か所抽出する。
3.部分1における炭素繊維の占める面積割合(%)を各々求め、3か所の平均値(%)を算出する。
4.前記平均値(%)と各部分1の炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(1)として求める。
(均一性試験方法1−2)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を抽出する。
3.部分1を均等に9つのマスに分割し、分割した各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)を算出する。
4.各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスの炭素繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスの炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(2)として求める。
[3] 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の前記ガラス繊維の含有率が前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)の総質量に対して0質量%より大で60質量%未満であり、下記の均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が10%以下であり、下記の均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が10%以下である[2]に記載の積層基材。
(均一性試験方法2−1)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を3か所抽出する。
3.部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)を各々求め、3か所の平均値(%)を算出する。
4.前記平均値(%)と、各部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(3)として求める。
(均一性試験方法2−2)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を抽出する。
3.部分2を均等に9つのマスに分割し、分割した各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)を算出する。
4.各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスのガラス繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスのガラス繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(4)として求める。
[4] 下記界面高低差測定試験による界面高低差が2.0×10−3〜1.5mmである、[2]または[3]に記載の積層基材。
(基準面高低差測定試験)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断する。
2.切断した積層体の横方向の中心から左右25mmの範囲において、炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面から最も近い基準面部分と遠い基準面部分の炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面からの距離を測定する。
3.得られた測定値の差を、基準面高低差として求める。
[5] 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)中の前記熱可塑性樹脂繊維の平均繊維直径が20〜100μmである、[1]に記載の積層基材。
[6] 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中のガラス繊維の平均繊維長が5mm以上である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の積層基材。
[7] 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の前記熱可塑性樹脂と、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)中の前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂がポリプロピレンであり、前記ポリプロピレンの融点+20℃における前記炭素繊維強化樹脂基材(A)のMD方向の最大荷重点の伸び率が100〜150%であり、TD方向の最大荷重点の伸び率が100〜150%である、[1]または[5]に記載の積層基材。
[8] 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の前記熱可塑性樹脂と、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂がポリアミドであり、前記ポリアミドの融点+20℃における前記炭素繊維強化樹脂基材(A)のMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%である、[1]または[5]のいずれか一項に記載の積層基材。
[9] 下記試験における前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積増加率δが5.0%未満である、[1]、[5]、[7]、[8]のいずれか一項に記載の積層基材。
(面積増加率評価試験)
前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)と前記炭素繊維強化樹脂基材(a)を12cm×12cmに切り出す。
切り出したガラス繊維強化樹脂基材(B)を215℃で13分予備加熱し、ついで切出した炭素繊維強化樹脂基材(a)をガラス繊維強化樹脂基材(B)と炭素繊維強化樹脂基材(a)とが平面視で一致するように積層する。
得られた積層体を、ガラス繊維強化樹脂基材(B)が下面となるように、20cm×20cmの金枠を設けたプレス機の中央にセットし、炭素繊維強化樹脂基材(a)の樹脂の融点+20℃、5MPaで10分間プレスする。
プレス後の炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積(即ち、炭素繊維強化樹脂基材(A)の面積)を試料(α)Areaとして測定する。
下記式で炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積増加率δを算出する。
δ={(試料(α)Area−試料(β)Area)/試験片の面積}×100
試料(β)Area:試験片のプレス前の面積=144cm2
試験片の面積=144cm2
[10] 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)を3MPaの圧力印加後、除圧した際の厚みが、3MPa加圧印加前の厚みの40%以上95%以下である、[1]、[5]、[7]、[8]、[9]のいずれか一項に記載の積層基材。
[11] 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の坪量が100g/m2〜800g/m2である、[1]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]のいずれか一項に記載の積層基材。
[12] 前記繊維強化樹脂基材(a)中の炭素繊維の平均繊維長が10〜150mmである、[1]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]のいずれか一項に記載の積層基材。
[13] ガラス繊維強化樹脂基材を補強するための炭素繊維強化樹脂基材であって、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含み、炭素繊維の含有量が炭素繊維強化樹脂基材の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである、炭素繊維強化樹脂基材。
[14] 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)と、前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)を積層すること、及び120〜250℃、1〜10MPaにて加熱加圧し一体化すること、を含む、[1]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]のいずれか一項に記載の積層基材の製造方法。
[15] 炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む炭素繊維強化樹脂基材であり、前記炭素繊維強化樹脂基材中の前記炭素繊維の含有量が前記炭素繊維強化樹脂基材の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである炭素繊維強化樹脂基材。
本発明の積層基材は、図1に示すように、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む炭素繊維強化樹脂基材(a)と、ガラス繊維と熱可塑性樹脂を含むガラス繊維強化樹脂基材(B)を積層した積層基材であって、前記炭素繊維強化樹脂基材(A)中の炭素繊維の含有量が炭素繊維強化樹脂基材(a)の総質量に対して20質量%以上100質量%未満である。さらに、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)は、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである。
なお、炭素繊維強化樹脂基材(a)もしくは炭素繊維強化樹脂基材(A)がガラス繊維強化樹脂基材(B)の片面もしくは両面の全体を覆っていてもよいが、コストの観点から、炭素繊維強化樹脂基材(a)や炭素繊維強化樹脂基材(A)の使用量を抑える場合は、積層基材を成形した際に強度が求められる部分に炭素繊維強化樹脂基材(a)もしくは炭素繊維強化樹脂基材(A)が存在するように部分配置すればよい。
本発明における炭素繊維強化樹脂基材(a)は、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなり、炭素繊維強化樹脂基材(a)中の炭素繊維の含有量が炭素繊維強化樹脂基材(a)の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、好ましくは50質量%以上90質量%以下であり、より好ましくは60質量%以上80質量%以下である。炭素繊維の含有量が低すぎると炭素繊維の分散性が増加し補強効果が得られにくい。また、高すぎるとマトリックス樹脂の含浸性が低下し補強効果が得られないことや形状賦形性が悪くなる。
上述のMD方向とTD方向の最大荷重点の伸び率は、ISO9073−3に準拠して測定する。詳細な実験条件は実施例の欄で説明するが、本発明におけるMD方向の最大荷重点の伸び率およびTD方向の最大荷重点の伸び率は、実施例の欄に記載の詳細な実験条件によって求められる値である。
上記の引張応力の測定方法は、ISO9073−3に準拠して測定する。詳細な実験条件は後述に説明するが、本発明における「炭素繊維強化樹脂基材(a)中の熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃における引張応力」は、実施例の欄に記載の詳細な実験条件によって求められる値である。
前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)と前記炭素繊維強化樹脂基材(a)を12cm×12cmに切り出す。
切り出したガラス繊維強化樹脂基材(B)を215℃で13分予備加熱し、ついで切出した炭素繊維強化樹脂基材(a)をガラス繊維強化樹脂基材(B)と炭素繊維強化樹脂基材(A)とが平面視で一致するように積層する(図2)。
得られた積層体を、ガラス繊維強化樹脂基材(B)が下面となるように、20cm×20cmの金枠を設けたプレス機の中央にセットし、炭素繊維強化樹脂基材(a)の熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃、5MPaで10分間プレスする(図3)。
プレス後の炭素繊維強化樹脂基材(a)の平面視の面積を試料(α)Areaとして測定する。
下記式で炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積増加率δを算出する。
δ={(試料(α)Area−試料(β)Area)/試験片の面積}×100
上記の式において、試料(β)Areaは試験片のプレス前の面積であり、具体的には144cm2である。また、試験片の面積も具体的には144cm2である。
また、炭素繊維強化樹脂基材(a)の坪量が100g/m2〜800g/m2であることが好ましい。坪量が低すぎると補強効果が低くなり、高すぎると賦形性に影響をもたらす。炭素繊維強化樹脂基材(a)の坪量はより好ましくは200g/cm2以上であり、より好ましくは600g/cm2以下である。
なお、本発明で使用される炭素繊維強化樹脂基材(a)の厚みは、特に制限はないが、積層して加熱一体化する前の厚みとしては、一般的には0.5mmから10mmである。また、積層して加熱一体化した積層体の状態である炭素繊維強化樹脂基材(A)においては、一般的には0.1mmから2mmである。
<炭素繊維強化樹脂基材(A)>
本発明における炭素繊維強化樹脂基材(A)は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなり、炭素繊維強化樹脂基材(A)中の炭素繊維の含有量が炭素繊維強化樹脂基材(A)の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、好ましくは50質量%以上90質量%以下であり、より好ましくは60質量%以上80質量%以下である。炭素繊維の含有量が低すぎると炭素繊維の分散性が増加し補強効果が得られにくい。また、高すぎるとマトリックス樹脂の含浸性が低下し補強効果が得られないことや形状賦形性が悪くなる。
炭素繊維としては、特に限定されず、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、PITCH系炭素繊維等が挙げられる。
好ましい炭素繊維は、ISO 10618に準じて測定したストランド引張強度が1.0GPa以上9.0GPa以下で、かつストランド引張弾性率が150GPa以上1000GPa以下の炭素繊維である。より好ましい炭素繊維は、ISO 10618に準じて測定したストランド引張強度が1.5GPa以上9.0GPa以下で、かつストランド引張弾性率が200GPa以上1000GPa以下の炭素繊維である。
カーバイド(株)製ERL−4221を120g(100質量部)、日本化薬(株)カヤハード(MCD)108g(90質量部)、N,Nベンジルジメチルアミン3.6g(3質量部)及びアセトンを60g(50質量部)混合した樹脂組成物を含浸させ、次に130℃で、120分間加熱して硬化させ、樹脂含浸ストランドを得る。得られた樹脂含浸ストランドを用い、炭素繊維−樹脂含浸ヤーン試料を用いた引張特性試験方法(ISO 10618に準拠)により引張強度および引張弾性率を求め、それぞれを樹脂含浸ストランド引張強度および樹脂含浸ストランド弾性率とする。
一般に炭素繊維が長いほど機械物性に優れた構造材が得られるが、特にスタンピング成形時において、流動性が低下するために複雑な3次元形状の構造材が得られにくくなる。炭素繊維の平均繊維長が上限値以下であれば、賦形時に優れた流動性が得られ、炭素繊維とマトリックス樹脂が流動しやすい。そのため、リブやボス等の複雑な3次元形状の構造材を得ることが容易である。また、炭素繊維の平均繊維長が下限値以上であれば、機械物性に優れた構造材を製造できる。
本明細書において、平均繊維長は、以下の方法で測定することができる。
(平均繊維長の測定方法)
数平均繊維長の測定方法としては、例えば焼き飛ばし法により、繊維強化複合材料に含まれる樹脂成分を除去し、残った強化繊維を濾別した後、顕微鏡観察により測定する方法や、溶融法で繊維強化複合材料を薄く引き伸ばして強化繊維を透過観察して測定する方法がある。測定は強化繊維を無作為に400本選び出し、その長さを1μm単位まで光学顕微鏡にて測定し、ΣLi/400(Li:測定した繊維長(i=1,2,3,・・・,400)により数平均繊維長を算出する。なお、繊維強化複合材料から焼き飛ばし法等で強化繊維を摘出する方法は、得られる結果に特別な差異を生じることはない。
なお、成形品中における炭素繊維の重量平均繊維長は、例えば、成形条件などにより調整することができる。具体的には配置方法や配置サイズ等を適宜変更することにより、成形品中における炭素繊維の平均繊維長を所望の範囲とすることができる。
本明細書において、平均繊維直径は、以下の方法で測定することができる。
(平均繊維直径の測定方法)
炭素繊維の平均繊維径は、光学顕微鏡や電子顕微鏡等を用いて容易に測定することができる。例えば、基材の5,000倍の電子顕微鏡による繊維の断面写真から任意の400本の炭素繊維を選択してその繊維径を測定し、その単純平均値として求める。横断面の形状が円形でない、例えば楕円径である場合には、長径と短径の平均値を繊維径とする。
熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂は、特に限定されず、ポリアミド樹脂(ナイロン6(融点:220℃)、ナイロン66(融点:260℃)、ナイロン12(融点:175℃)、ナイロンMXD6(融点:237℃)等)、ポリオレフィン樹脂(低密度ポリエチレン(融点:95〜130℃)、高密度ポリエチレン(融点:120〜140℃)、ポリプロピレン(融点:165℃)等)、変性ポリオレフィン樹脂(変性ポリプロピレン樹脂(融点:160〜165℃)等)、ポリエステル樹脂(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)、ポリカーボネート樹脂(ガラス転移温度:145℃)、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、アクリロニトリルとスチレンの共重合体、ナイロン6とナイロン66の共重合体等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよく、2種以上をポリマーアロイとして使用とてもよい。
熱可塑性樹脂としては、炭素繊維との接着性、炭素繊維への含浸性及び熱可塑性樹脂の原料コストの各々のバランスの点から、ポリオレフィン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂及びポリカーボネート樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。紡糸性の観点から、特に好ましいのはポリプロピレン、ポリアミドである。
また、炭素繊維強化樹脂基材(A)を構成する熱可塑性樹脂と、ガラス繊維強化樹脂基材(B)の構成樹脂として使用される熱可塑性樹脂は、同一でも異なっていてもよいが、接着性の観点から、同一種のものを使用することが好ましい。具体的には、いずれもポリプロピレンであること、若しくはいずれもポリアミドであることが好ましく、特に好ましくはいずれもポリプロピレンである。
本発明におけるガラス繊維強化樹脂基材(B)は、ガラス繊維と熱可塑性樹脂からなる。ガラス繊維強化樹脂基材(B)中のガラス繊維の含有率はガラス繊維強化樹脂基材(B)の総質量に対して0質量%より大で60質量%未満であることが好ましく、より好ましくは20質量%〜50質量%であり、特に好ましくは30質量%〜50質量%である。ガラス繊維の質量比が低すぎると耐衝撃性が劣り、高すぎると流動性、賦形性が低下する。
前述のMD方向の最大荷重点の伸び率を測定する際の温度は、ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂が融点160℃のポリプロピレンである場合は180℃である。
本発明で用いるガラス繊維の平均繊維長は、1〜100mmが好ましく、3〜70mmがより好ましく、5mm以上がさらに好ましく、5〜50mmがさらに好ましく、10〜50mmが特に好ましく、10〜35mmが最も好ましい。一般にガラス繊維が長いほど機械物性に優れた構造材が得られる。
ガラス繊維の平均繊維直径は、1〜50μmが好ましく、5〜20μmがより好ましい。平均繊維直径が小さすぎると耐衝撃性が得られにくく、大きすぎると繊維が折れやすいため耐衝撃性が十分発現しない。
ガラス繊維強化樹脂基材(B)を構成する熱可塑性樹脂としては、上述の、炭素繊維強化樹脂基材(a)の熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂、として挙げたものと同様のものを使用することができる。
本発明の積層基材は、異種の繊維樹脂複合材料を積層することで起きる界面剥離が発生させないという観点から、前記炭素繊維強化樹脂基材(A)と前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着しており、下記の均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が5%以下であることが好ましい。偏差(1)の平均値は0以上であることが好ましい。具体的には、均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値は0〜5%であることが好ましい。下記の均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が8%以下であることが好ましい。均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値は0以上であることが好ましい。具体的には、均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値は0〜8%であることが好ましく、0〜5%であることがより好ましい。
偏差(1)の平均値が5%を超えるものがあったり、偏差(2)の平均値が8%以上であると、界面におけるバラツキが生じ、前記接着界面の剥離強度が落ちる。均一性試験方法1−1及び1−2による全ての偏差は、小さければ小さいほど良い。また、均一性試験方法1−2により算出される9等分したマスの炭素繊維の占める面積割合の標準偏差は、好ましくは5%以下である。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を3か所抽出する。
3.部分1における炭素繊維の占める面積割合(%)を各々求め、3か所の平均値(%)を算出する。
4.前記平均値(%)と各部分1の炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(1)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。断面の撮影は、例えばSEM(日本電子 JSM−5600)を用いて反射電子、加速電圧15kV、倍率100倍で撮影すればよい。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を3カ所抽出する(図4)。
3.部分1における炭素繊維の占める面積割合(%)を各々算出する。前記算出には、ImageJ装置を用い二値化処理を施した画像から算出する。その際の条件は、輝度タイプ:8bit、Threshold:pixe 150〜250 面積:Infinity、円度:0.0〜1.0である。
4.部分1における炭素繊維の占める面積割合(%)における3カ所平均値(%)、を算出する。
5.前記平均値(%)と各部分1の炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(1)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を抽出する。
3.部分1を均等に9分割し、分割した各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)を算出する。
4.各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスの炭素繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスの炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(2)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。断面の撮影は、均一性試験方法1−1と同様に行えばよい。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を抽出する(図4)。
3.部分1を均等に9分割し(図5)、分割した各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)を算出する。前記算出には、均一性試験方法1−1と同様に行えばよい。
4.各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスの炭素繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスの炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(2)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を3か所抽出する。
3.部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)を各々求め、3か所の平均値(%)を算出する。
4.前記平均値(%)と各部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(3)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。断面の撮影は、均一性試験方法1−1と同様に行えばよい。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を3カ所抽出する(図6)。
3.部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)を各々算出する。前記算出には、均一性試験方法1−1と同様に行えばよい。
4.部分2の3か所のガラス繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各部分2のガラス繊維の占める面積割合(%)の差を標準偏差(3)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を抽出する。
3.部分2を均等に9分割し、分割した各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)を算出する。
4.各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスのガラス繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスのガラス繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(4)として求める。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。断面の撮影は、均一性試験方法1と同様に行えばよい。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を抽出する。
3.部分2を均等に9分割し(図7)、分割した各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)を算出する。前記算出には、均一性試験方法1−1と同様に行えばよい。
4.各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスのガラス繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスのガラス繊維の占める面積割合(%)の差を標準偏差(4)として求める。
また、本発明において「炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面」とは、炭素繊維強化樹脂基材(A)の層の表面からもっとも遠い位置にある熱可塑性樹脂繊維の位置から水平に引いた線(A線)と炭素繊維強化樹脂基材(A)の層の表面からもっとも近い位置にあるガラス繊維の位置から水平に引いた線(B線)との中間位置にある水平線を基準面とする。
例えば、図8A〜8Cのように、積層基材の断面において、A線とB線とを引き、A線とB線との中間に水平線を引いてこれを基準面とする。
「炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分」とは、一辺の長さが、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%である正方形で囲まれた領域を意味する。
「基準面に隣接する部分」とは、一辺が基準面と重複する正方形で囲まれた領域を意味する。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断する。
2.切断した積層基材の横方向(断面)の中心から左右25mmの範囲において、炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面から最も近い界面部分と遠い界面部分の炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面からの距離を測定する。
3.得られた測定値の差を、界面高低差として求める(図9)。
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。切断には例えば精密切断機(池上精機 ISPP−1000)を用いることができる。断面の撮影は、例えばSEM(日本電子 JSM−5600)を用いて反射電子、加速電圧15kV、倍率30倍で撮影すればよい。
2.得られた断面写真から、積層基材の横方向(断面)の中心から左右25mmの範囲において(即ち、50mmの範囲において)、炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面から、最も近い界面部分までの距離(L1)と、炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面から、最も遠い界面部分までの距離(L2)とのを測定する(図9)。
3.得られた測定値の差(L)を界面高低差とする。
本発明の炭素繊維強化樹脂基材(A)の製造方法は、特に限定されないが、例えば熱可塑性樹脂繊維からなる綿状または捲縮をかけた状態のものに、炭素繊維を一定の長さにそろえてカットしたものを混ぜた状態で、カード機に投入して解繊混合し、ウェブを得たのち、クロスレイヤーでウェブを重ね、ニードルパンチで交絡させる方法などがある。
また上記ウェブを得る方法として、事前に解繊機で解繊を行った後にカード機に投入する方法もある。
連続スワール状ガラス繊維ストランド及び/又はチョップドガラス繊維ストランドで構成されたガラス繊維層(C)の複数層と、前記複数のガラス繊維層(C)の間に介在された熱可塑性樹脂繊維不織布層(D)との積層体を上下両面からニードルパンチ処理してガラス繊維複合マットを作製する。さらにガラス繊維強化樹脂基材は前記マットの不織布層(D)に由来しない熱可塑性樹脂繊維(E)を押出機にてシート状に形成するとともに押し出された熱可塑性樹脂シートの両面に前記マットを積層し、加熱加圧装置ローラで加熱および加圧する。不織布層(D)を構成する熱可塑性樹脂繊維が完全に溶融し、冷却固化させることでシート状のガラス繊維強化樹脂基材を作製する。
本発明の積層基材は、前述の炭素繊維強化樹脂基材(a)とガラス繊維強化樹脂基材(B)と加熱加圧することにより製造することができる。予め融点+30℃で加熱したガラス繊維強化樹脂基材(B)を芯材としてその外層に炭素繊維強化樹脂基材(A)となる炭素繊維強化樹脂基材(a)を配置し、加圧加熱可能なプレス機で以下条件の下加熱および加圧させる。その後、冷却固化させ積層基材を得る。
加熱温度は好ましくは融点−50℃以上より好ましくは融点−20℃℃以上、好ましくは融点+100℃以下より好ましくは融点+30℃以下である。具体的には、融点−50℃〜融点+100℃が好ましく、融点−20℃〜融点+50℃がより好ましい。より具体的には、120〜250℃が好ましく、150〜230℃がより好ましい。加熱温度が低すぎると炭素繊維強化樹脂基材(A)内の樹脂含浸性が落ちて補強効果が低下し、また高すぎると樹脂劣化が発生し本来の性能が得られない。
加圧は、低すぎると賦形性が低下し、高すぎると型のダメージが発生するため、好ましくは1MPa以上より好ましくは3MPa以上、好ましくは15MPa以下より好ましくは10MPa以下である。具体的には、1〜15MPaが好ましく、1〜15MPaがより好ましく、3〜10MPaがさらに好ましい。
加熱加圧する装置としては、加熱、冷却機能を有したプレス機等が挙げられる。
本発明における「最大荷重点の伸び率」は、ISO9073−3に準拠する方法にて測定した。炭素繊維強化樹脂基材(A)から幅が32.5mm、全長が230mmの試験片を採取し、万能材料試験機(インストロン社製、5982型)を用い、試験片が破断するまでの最大荷重における伸び率を測定した。この伸び率は最大荷重時の試験片の伸び(=(最大荷重時の長さ)−(つかみ間隔))のつかみ間隔に対する百分率をいう。この伸び率の測定をN=4の試験片にて行い、これら伸び率を算術平均し、それを最大荷重点の伸び率としたる。なお、測定はつかみ間隔を130mm、引張試験速度65mm/minの条件で行った。本発明における「MD方向」とは不足不生産時の流れ方向であり、「TD方向」とは、「MD方向」に直行する方向を指す。
本発明における「引張応力」は、ISO9073−3に準拠する方法にて測定した。炭素繊維強化樹脂基材(A)から幅が32.5mm、全長が230mmの試験片を採取し、万能材料試験機(インストロン社製、5982型)を用い、試験片が破断するまでの最大荷重を測定した。この最大荷重の測定をN=4の試験片にて行い、これら最大荷重を算術平均し、引張応力とした。なお、測定はつかみ間隔を130mm、引張試験速度65mm/minの条件で行った。
面積増加率評価試験に基づき、面積増加率δは以下の方法で算出した。
前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)と前記炭素繊維強化樹脂基材(a)を12cm×12cmに切り出した。
切り出したガラス繊維強化樹脂基材(B)を215℃で13分予備加熱し、ついで切出した炭素繊維強化樹脂基材(a)をガラス繊維強化樹脂基材(B)と炭素繊維強化樹脂基材(A)とが平面視で一致するように積層した。
得られた積層体を、ガラス繊維強化樹脂基材(B)が下面となるように、20cm×20cmの金枠を設けたプレス機の中央にセットし、炭素繊維強化樹脂基材(a)の樹脂の融点+20℃、5MPaで10分間プレスした。
プレス後の炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積(即ち、炭素繊維強化樹脂基材(A)の面積)を試料(α)Areaとして測定した。
下記式で炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積増加率δを算出した。
δ={(試料(α)Area−試料(β)Area)/試験片の面積}×100
上記の式において、プレス後の炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積(即ち、炭素繊維強化樹脂基材(A)の面積)を試料(α)Area、試料(β)Areaは試験片のプレス前の面積であり、具体的には144cm2である。また、試験片の面積も具体的には144cm2である。
前記面積は、ImageJ装置を用い二値化処理を施した画像から算出した。その際の条件は、輝度タイプ:8bit、Threshold:pixe 150〜250 面積:Infinity、円度:0.0〜1.0であった。
理論曲げ弾性率保持率ΔEは以下の方法で算出した。
ΔE=(E‘−E“)/E’
E‘=(1−α^3)×Ef+α^3×Ec
ここで、E‘は理論弾性率、E“は実測弾性率、αは積層基材の厚み比率(=ガラス繊維強化樹脂基材厚み/炭素繊維強化樹脂基材厚み)、Efは炭素繊維強化樹脂基材(A)の弾性率、Ecはガラス繊維強化樹脂基材(B)の弾性率を意味する。
形状賦形性評価に用いる試験片は、積層基材の製造方法と同様な成形方法を用い、炭素繊維強化樹脂基材(a)とガラス繊維強化樹脂基材(B)と加熱加圧することにより評価片を作製した。具体的には予め融点+30℃で加熱したガラス繊維強化樹脂基材(B)を芯材としてその外層に炭素繊維強化樹脂基材(A)となる炭素繊維強化樹脂基材(a)を配置し、加圧加熱可能なプレス機で加熱および加圧させた。その後、冷却固化させ積層基材を得た。その際型は図10の型を用いて評価を行った。
評価方法としては、以下のような外観評価にて行った。成形後の炭素繊維強化樹脂基材(A)において、割れや亀裂、破断が生じた場合、形状賦形性を不良と判断した。
ISO14125に準拠し、曲げ試験用試験片(幅15mm、厚み3mm、長さ80mm)を作製し、3点曲げ試験治具(圧子半径5mm)を用いて支点間距離60mmに設定し、試験速度2mm/分の試験条件にて曲げ弾性率を測定した。試験機としては、万能引張圧縮試験機50kN Model2050(インテスコ社製)を用いた。
ISO14126に準拠し、圧縮試験用試験片(幅15mm、厚み3mm、長さ80mm)を作製し、圧縮治具を用いてタブ間長さを10mmに設定し、試験速度1mm/分の試験条件にて圧縮評価を実施した。試験機としては、万能引張圧縮試験機50kN Model2050(インテスコ社製)を用いた。
ISO14130に準拠し、ショートビーム用試験片(幅20mm、厚み4mm、長さ40mm)を作製し、3点曲げ試験治具(圧子半径5mm)を用いて支点間距離8mmに設定し、試験速度1mm/分の試験条件にてショートビーム試験を実施した。試験機は、万能引張圧縮試験機50kN Model2050(インテスコ社製)を用いた。
[炭素繊維強化樹脂基材(a)の製造]
未延伸ポリプリピレン繊維を平均繊維長45mmにカットしたものと、PAN系炭素繊維(15K、平均繊維直径7μm)を平均繊維長60mmに切断したものとを、質量比で40:60となるように配合した。得られた配合物をカード機に投入し、解繊混合し、ウェブを得たのち、クロスレイヤーでウェブを重ね、ニードルパンチで交絡させて、炭素繊維強化樹脂基材(a)を製造した(MD引張伸び率:97%、TD引張伸び率:61%、MD引張応力:0.023MPa、TD引張応力:0.054MPa)。
[ガラス繊維強化樹脂基材(B)の製造]
クオドランド・プラスチック・コンポジッド・ジャパン製ガラス繊維複合材GMT(品番:P4038−BK31、Vf20%、平均繊維直径13μm、平均繊維長40mm以上)を、ガラス繊維強化樹脂基材(B)として使用した。
[積層基材と成形体の同時製造]
上記のガラス繊維強化樹脂基材(B)を設定温度215℃とした温風循環式オーブン内で13分加熱し、これを芯材として、その表裏面に上記炭素繊維強化樹脂基材(a)を重ねて配置し予め160℃に加温された金型に速やかにセットして、5MPaの圧力で5分保持し、80℃以下まで冷却し、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着している積層基材で構成された成形体を得た。
炭素繊維の混合割合を70質量%としニードルパンチで交絡させた坪量600g/m2の炭素繊維強化樹脂基材(a)を得、これを用いた以外は実施例1と同様にして、積層基材を得た。
炭素繊維の混合割合を80質量%とし、ニードルパンチで交絡させた坪量600g/m2の炭素繊維強化樹脂基材(a)を得、これを用いた以外は実施例1と同様にして、積層基材を得た。
上記ガラス繊維強化樹脂基材(B)であるGMT(実施例1で用いたGMTと同様のGMT)を設定温度215℃とした温風循環式オーブン内で13分加熱し、これを芯材として、その表裏面に上記炭素繊維強化樹脂基材(a)(実施例1で用いた炭素繊維強化樹脂基材(a))を重ねて配置し予め160℃に加温された金型に速やかにセットして、5MPaの圧力で5分保持し、80℃以下まで冷却し、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着している積層基材で構成された成形体を得た。
その成形体は均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が0.075%であり、均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が5.0%であり、さらに均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が4.3%であり、均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が10.8%であった。
上記ガラス繊維強化樹脂基材(B)であるGMT(実施例1で用いたGMTと同様のGMT)を設定温度215℃とした温風循環式オーブン内で13分加熱し、これを芯材として、その表裏面に上記炭素繊維強化樹脂基材(a)(実施例2で用いた炭素繊維強化樹脂基材(a))を重ねて配置し予め160℃に加温された金型に速やかにセットして、5MPaの圧力で5分保持し、80℃以下まで冷却し、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着している積層基材で構成された成形体を得た。
その成形体は均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が0.075%であり、均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が3.6%であり、さらに均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が4.7%であり、均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が5.92%であった。
上記ガラス繊維強化樹脂基材(B)であるGMT(実施例1で用いたGMTと同様のGMT)を設定温度215℃とした温風循環式オーブン内で13分加熱し、これを芯材として、その表裏面に上記炭素繊維強化樹脂基材(a)(実施例1で用いた同様の炭素繊維強化樹脂基材(a))を重ねて配置し予め160℃に加温された金型に速やかにセットして、5MPaの圧力で5分保持し、80℃以下まで冷却し、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着している積層基材で構成された成形体を得た。
その成形体は均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が2.9%であり、均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が8.9%であり、さらに均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が0.58%であり、均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が3.5%であった。
上記ガラス繊維強化樹脂基材(B)であるGMT(実施例1で用いたGMTと同様のGMTで質量%は64質量%)を設定温度215℃とした温風循環式オーブン内で13分加熱し、これを芯材として、その表裏面に上記炭素繊維強化樹脂基材(a)(実施例1で用いた同様の炭素繊維強化樹脂基材(a))を重ねて配置し予め160℃に加温された金型に速やかにセットして、5MPaの圧力で5分保持し、80℃以下まで冷却し、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着している積層基材で構成された成形体を得た。
その成形体は均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が0.95%であり、均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が1.8%であり、さらに均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が6.7%であり、均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が12.19%であった。
予め215℃設定の温風循環式オーブンで13分間加熱したGMT(実施例1で用いたGMTと同様のGMT)を配置し、次いでUD材(三菱レイヨン社製(品番:TR50S15L、CF51質量%、15K、平均繊維直径:7μm、坪量145g/m2))をその上に配置し、直ちに5MPaの圧力で5分保持した後、金型を80℃以下まで冷却し、積層基材を得た。
UD材の代わりにUDスリット材(三菱レイヨン社製 TR50S15L品番:CF51%、坪量145g/m2)を用いた以外は比較例1と同様にし、積層基材を得た。
比較例1と同様のUD材、GMTを用いた、積層基材を得た。
その積層基材において、均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が1.2%であり、均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が28.3%であり、さらに均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が0.22%であり、均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が11.3%であった。
1:部分1
2:部分2
(A):炭素繊維強化樹脂基材(A)
(B):ガラス繊維強化樹脂基材(B)
(a):試料(α)Area
(b):試料(β)Area
Claims (15)
- 炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む炭素繊維強化樹脂基材(a)と、ガラス繊維と熱可塑性樹脂を含むガラス繊維強化樹脂基材(B)を積層した積層基材であって、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)中の前記炭素繊維の含有量が前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、
前記炭素繊維強化樹脂基材(a)は、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである、積層基材。 - 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維と熱可塑性樹脂を含むガラス繊維強化樹脂基材(B)との隣接面が接着しており、下記の均一性試験方法1−1による偏差(1)の平均値が5%以下であり、下記の均一性試験方法1−2による偏差(2)の平均値が8%以下である積層基材。
(均一性試験方法1−1)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を3か所抽出する。
3.部分1における炭素繊維の占める面積割合(%)を各々求め、3か所の平均値(%)を算出する。
4.前記平均値(%)と各部分1の炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(1)として求める。
(均一性試験方法1−2)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接する炭素繊維強化樹脂基材(A)側の、炭素繊維強化樹脂基材(A)の厚みの50%四方に該当する部分1を抽出する。
3.部分1を均等に9つのマスに分割し、分割した各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)を算出する。
4.各マスにおける炭素繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスの炭素繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスの炭素繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(2)として求める。 - 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の前記ガラス繊維の含有率が前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)の総質量に対して0質量%より大で60質量%未満であり、下記の均一性試験方法2−1による偏差(3)の平均値が10%以下であり、下記の均一性試験方法2−2による偏差(4)の平均値が10%以下である請求項2に記載の積層基材。
(均一性試験方法2−1)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分2を3か所抽出する。
3.部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)を各々求め、3か所の平均値(%)を算出する。
4.前記平均値(%)と各部分2におけるガラス繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(3)として求める。
(均一性試験方法2−2)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断し、その断面を撮影する。
2.得られた断面写真から、炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)の基準面に隣接するガラス繊維強化樹脂基材(B)側の1.0mm×1.0mmに該当する部分1を抽出する。
3.部分2を均等に9つのマスに分割し、分割した各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)を算出する。
4.各マスにおけるガラス繊維の占める面積割合(%)より、前記9等分したマスのガラス繊維の占める面積割合の平均値(%)を算出する。
5.前記平均値(%)と各マスのガラス繊維の占める面積割合(%)の差を偏差(4)として求める。 - 下記界面高低差測定試験による界面高低差が2.0×10−3〜1.5mmである、請求項2または3に記載の積層基材。
(界面高低差測定試験)
1.炭素繊維強化樹脂基材(A)とガラス繊維強化樹脂基材(B)からなる積層基材を平面方向に対して垂直に切断する。
2.切断した積層体の横方向の中心から左右25mmの範囲において、炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面から最も近い界面部分と遠い界面部分の炭素繊維強化樹脂基材(A)の外面からの距離を測定する。
3.得られた測定値の差を、界面高低差として求める。 - 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)中の前記熱可塑性樹脂繊維の平均繊維直径が20〜100μmである、請求項1に記載の積層基材。
- 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中のガラス繊維の平均繊維長が5mm以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の積層基材。
- 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の前記熱可塑性樹脂と、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)中の前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂がポリプロピレンであり、前記ポリプロピレンの融点+20℃における前記炭素繊維強化樹脂基材(a)のMD方向の最大荷重点の伸び率が100〜150%であり、TD方向の最大荷重点の伸び率が100〜150%である、請求項1または5に記載の積層基材。
- 前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)中の前記熱可塑性樹脂と、前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂がポリアミドであり、前記ポリアミドの融点+20℃における前記炭素繊維強化樹脂基材(A)のMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%である、請求項1または5に記載の積層基材。
- 下記試験における前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積増加率δが5.0%未満である、請求項1、5、7、8のいずれか一項に記載の積層基材。
(面積増加率評価試験)
前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)と前記炭素繊維強化樹脂基材(a)を12cm×12cmに切り出す。
切り出したガラス繊維強化樹脂基材(B)を215℃で13分予備加熱し、ついで切出した炭素繊維強化樹脂基材(a)をガラス繊維強化樹脂基材(B)と炭素繊維強化樹脂基材(a)とが平面視で一致するように積層する。
得られた積層体を、ガラス繊維強化樹脂基材(B)が下面となるように、20cm×20cmの金枠を設けたプレス機の中央にセットし、炭素繊維強化樹脂基材(a)の樹脂の融点+20℃、5MPaで10分間プレスする。
プレス後の炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積を試料(α)Areaとして測定する。
下記式で炭素繊維強化樹脂基材(a)の面積増加率δを算出する。
δ={(試料(α)Area−試料(β)Area)/試験片の面積}×100
試料(β)Area:試験片のプレス前の面積=144cm2
試験片の面積=144cm2 - 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)を3MPaの圧力印加後、除圧した際の厚みが、3MPa加圧印加前の厚みの40%以上95%以下である、請求項1、5、7、8、9のいずれか一項に記載の積層基材。
- 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)の坪量が100g/m2〜800g/m2である、請求項1、5、7、8、9、10のいずれか一項に記載の積層基材。
- 前記繊維強化樹脂基材(a)中の炭素繊維の平均繊維長が10〜150mmである、請求項1、5、7、8、9、10、11のいずれか一項に記載の積層基材。
- ガラス繊維強化樹脂基材を補強するための炭素繊維強化樹脂基材であって、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含み、炭素繊維の含有量が炭素繊維強化樹脂基材の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである、炭素繊維強化樹脂基材。
- 前記炭素繊維強化樹脂基材(a)と、前記ガラス繊維強化樹脂基材(B)を積層すること、及び120〜250℃、1〜10MPaにて加熱加圧し一体化すること、を含む、請求項1、5、7、8、9、10、11、12のいずれか一項に記載の積層基材の製造方法。
- 炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む炭素繊維強化樹脂基材であり、前記炭素繊維強化樹脂基材中の前記炭素繊維の含有量が前記炭素繊維強化樹脂基材の総質量に対して20質量%以上100質量%未満であり、前記熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂の融点+20℃におけるMD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つTD方向の最大荷重点の伸び率が20〜150%、且つ引張応力が1.0×10−3〜1.0×10−1MPaである炭素繊維強化樹脂基材。
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