JP2022067557A - 引抜成形品 - Google Patents
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Abstract
【課題】凹みや擦れが少ない良外観の引抜成形品を安定的に提供する。【解決手段】互いに交差する経糸と緯糸からなる織物基材を積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形してなる引抜成形品であって、最外層に配置される前記織物基材を構成する一の経糸は、隣接する他の経糸と並んで積層方向内側で一の緯糸と交差する交差点を必ず有することを特徴とする引抜成形品。例えば、前記経糸が、緯糸と交差する全交差点のうち半分以上の交差点において、隣接する他の経糸と並んで積層方向内側で一の緯糸と交差する。【選択図】図１
Description
本発明は、織物基材の積層体に樹脂を含浸させてなる引抜成形品に関する。
強化繊維と成形用樹脂からなる成形品は、軽量で優れた力学特性を有するために、スポーツ用品用途、航空宇宙用途および一般産業用途に広く用いられている。成形品の製造方法としては、射出成形法、押出成形法、プリプレグ法、オートクレーブ法、引抜成形法等の方法が適用される。
なかでも引抜成形法は、特許文献１に記載されるように、強化繊維と成形用樹脂を金型に連続的に通して含浸させつつ連続的に引き抜くことにより製造する製造方法であり、繊維強化複合材料を連続的に成形できるという利点を有する。
引抜成形法では通常、一方向に引き揃えられた強化繊維が引抜方向に沿って加熱成形金型に引き込まれる（特許文献２）。このようにして得られる引抜成形体は、引抜方向に配向した強化繊維を含むため、引抜方向の強度に優れる。しかし、該引抜成形体は、引抜方向以外の方向の強度は充分ではない。
このため、引抜成形法においては、図４に示すような引抜成形装置を用いて、織物に成形用樹脂を含浸させることにより高強度の成形品を効率的に製造することが期待されている。しかしながら織物を用いた引抜成形法では、図５（Ａ）に示すような織物組織を有する織物基材が金型内面に沿って引き抜かれるため、成形方向に連続した織物基材のヘコミに沿って発生する成形用樹脂の硬化物が金型内面に滞留し、硬化物引抜成形工程において成形品に凹みや擦れを生じさせる恐れがあった。
そこで本発明の課題は、凹みや擦れが少ない良外観の引抜成形品を安定的に提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る引抜成形品は、互いに交差する経糸と緯糸からなる織物基材を積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形してなる引抜成形品であって、最外層に配置される前記織物基材を構成する一の経糸は、隣接する他の経糸と並んで積層方向内側で一の緯糸と交差する交差点を必ず有することを特徴とするものからなる。このような本発明に係る引抜成形品によれば、最外層の織物基材の隣接する２本以上の経糸と積層方向外側で交差し積層体の最表面側に配置される緯糸が、金型内面に付着する樹脂を引抜成形工程においてかき取ることができるので、樹脂硬化物が金型内部に溜まることを効果的に防止することができる。
上記引抜成形品において、前記経糸が、緯糸と交差する全交差点のうち半分以上の交差点において、隣接する他の経糸と並んで積層方向内側で一の緯糸と交差することが好ましい。金型内面に付着する樹脂をかき取るスクレーパとして機能する緯糸が、一本の経糸内の半分以上の交差点に存在することにより、樹脂の硬化物が金型内部に溜まることをより効果的に防止することができる。
本発明によれば、織物基材積層体の最表面に配置される緯糸が金型内部への樹脂硬化物滞留を防止することができるので、凹みや擦れが生じにくく優れた外観を有する引抜成形品が提供可能である。
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る引抜成形品の最外層に配置される織物基材の織物組織を示す。引抜成形品を製造するにあたっては、図４に示す引抜成形装置１に織物基材２がセットされ、織物基材２が中子／賦形治具３を用いて複数層に束ねられた上でヒータを備えた金型４に引き込まれ、別途注入された成形用樹脂５と混合される。成形用樹脂５は金型４内で織物基材２に含浸されて硬化し、金型４から引き抜かれ、カッター６で所定の長さに切断されることにより引抜成形品となる。
図１は、本発明の一実施態様に係る引抜成形品の最外層に配置される織物基材の織物組織を示す。引抜成形品を製造するにあたっては、図４に示す引抜成形装置１に織物基材２がセットされ、織物基材２が中子／賦形治具３を用いて複数層に束ねられた上でヒータを備えた金型４に引き込まれ、別途注入された成形用樹脂５と混合される。成形用樹脂５は金型４内で織物基材２に含浸されて硬化し、金型４から引き抜かれ、カッター６で所定の長さに切断されることにより引抜成形品となる。
図１（Ａ）は朱子織の織物組織を有する織物基材の外観表面図であり、矢印は引抜成形工程における引抜方向を示している。経糸は引抜方向と一致するように配置されており、積層された織物基材の最外層おもて面には経糸よりも緯糸が多く露出している。なお、織物組織の表記方法を説明する便宜上、図１（Ｂ）の模式図と対応する繰り返し単位を白枠で囲んである。
図１（Ｂ）は朱子織の織物組織を示しており、白枠で囲んだ図１（Ａ）の繰り返し単位を模式的に表記したものである。黒マスは経糸と緯糸の交差点のうち、経糸が最外層おもて面に露出し、緯糸が最外層裏面に隠れる交差点を示している。逆に白マスは、経糸が最外層裏面に隠れ、緯糸が最外層おもて面に露出する交差点を示している。隣接する白マスの間に記載された縦長の楕円は、最外層裏面（積層方向内側）で緯糸と交差する二本の経糸が隣接する部位を示す。当該部位において、積層体の引き抜き時に緯糸が金型内面と接触しながら移動するので、経糸間のヘコミに沿って発生する成形用樹脂の硬化物が金型内面に滞留した場合であっても当該部位で当該成形用樹脂硬化物をかき取ることができる。
図２（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の他の実施態様に係る引抜成形品の最外層に配置される織物基材の織物組織のバリエーションを示す模式図である。当該模式図は、図１（Ｂ）と同様の方法で織物組織の繰り返し単位を模式的に表記したものであり、図２（Ａ）は２／１綾織、図２（Ｂ）は２／２綾織、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）の２／２綾織を裏返したものを示す。図１に示した朱子織の織物基材と同様に、縦長の楕円で示した部位の緯糸が金型内面と接触しながら移動するので、経糸間に樹脂硬化物が溜まって金型内面に付着した場合であっても樹脂硬化物をかき取ることができる。
図３（Ａ）～（Ｆ）は、本発明のさらに他の実施態様に係る引抜成形品の最外層に配置される織物基材の織物組織のバリエーションを示す模式図である。当該模式図は、図１（Ｂ）と同様の方法で織物組織の繰り返し単位を模式的に表記したものであり、図３（Ａ）は３／１綾織、図３（Ｂ）は４枚３飛び朱子織、図３（Ｃ）は５枚２飛び朱子織、図３（Ｄ）は５枚３飛び朱子織、図３（Ｅ）は７枚２飛び朱子織、図３（Ｆ）は８枚３飛び朱子織を示す。図３においては、縦長の楕円で示した部位が織物基材の経糸方向に５割以上の頻度で現れるので、金型内面に付着した樹脂硬化物を確実にかき取ることができる。
本発明の効果が損なわれない限りにおいて、織物基材に用いられ得る繊維の種類に特に限定又は制限はない。例としては、Ｓガラス、Ｓ－１ガラス、Ｓ－２ガラス、Ｓ－３ガラス、Ｅ－ガラス、及びＬガラス繊維などのガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維などの有機繊維、並びに天然／バイオ繊維が挙げられる。特に、炭素繊維を用いる場合、格段に高い強度及び剛性を有し、軽量でもある繊維強化プラスチック成形品が得られる。適切な炭素繊維の例は、東レ株式会社製の、約２００～２５０ＧＰａの標準的弾性率を有する炭素繊維（“トレカ”（登録商標）Ｔ３００、Ｔ３００Ｂ、Ｔ４００ＨＢ、Ｔ７００ＳＣ、Ｚ６００）、約２５０～３００ＧＰａの中間的弾性率を有する炭素繊維（“トレカ”（登録商標）Ｔ８００ＳＣ、Ｔ８００ＨＢ、Ｔ８３０ＨＢ、Ｔ１０００ＧＢ、Ｍ３０ＳＣ）、又は３００ＧＰａ超の高い弾性率を有する炭素繊維（“トレカ”（登録商標）Ｍ３５ＪＢ、Ｍ４０ＪＢ、Ｍ４６ＪＢ、Ｍ５０ＪＢ、Ｍ５５Ｊ、Ｍ５５ＪＢ、Ｍ６０ＪＢ）である。これらの炭素繊維の中でも、引張強度が４５００ＭＰａ以上、及び１．５％以上の伸びを有する炭素繊維を経糸に用いることが好ましい。成形中の糸切れが発生しにくいことから、より成形が容易である。これらの繊維は、表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理などがある。また、これらの繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
織物基材に用いられる炭素繊維のフィラメント数は、１０００～５００００本の範囲のいずれでも良い。フィラメント数が５００００本を上回ると成形時に樹脂含浸が難しいことがある。フィラメント数は、特に３０００、６０００、１２０００本のものが価格、製織性の面で好ましい。
繊維強化樹脂は、強化繊維とマトリクス樹脂を含んで構成されるが、マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール（レゾール型）樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。なかでも、炭素繊維との接着性や、成形体の力学特性、成形性を考慮すると、ビニルエステル樹脂を用いることが好ましい。
また、繊維強化樹脂の炭素繊維の重量繊維含有率が１５～８０重量％の範囲であることが好ましい。含有量が１５重量％未満であると、耐荷重性や剛性が失われ所定の目的の機能を果たすことできない。重量含有量が８０重量％を超えると、前記繊維強化樹脂中にボイドが発生する問題が生じやすくなり、成形が困難となる。長尺品などで高弾性率かつ高強度が必要となる場合には、重量含有量の管理許容範囲を小さく設定することが好ましく、好ましくは重量含有率が３０～７５重量％、さらに好ましくは４０～７５重量％である。
［実施例１］
図４に示した引抜成形装置を用いて、図３（Ｂ）の織物組織（４枚３飛び朱子織）を有する織物基材を複数積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形して引抜成形品を製造した。
図４に示した引抜成形装置を用いて、図３（Ｂ）の織物組織（４枚３飛び朱子織）を有する織物基材を複数積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形して引抜成形品を製造した。
凹みの発生した面を基準面としてデプスゲージを用いて凹み深さを測定したところ、目視可能な凹みはなく良好な外観を呈しており、デプスゲージを移動させて測定した凹み深さは最外層の織物基材厚みに対して５％未満であった。結果を表１に示す。
［比較例１］
図４に示した引抜成形装置を用いて、図５（Ｂ）の織物組織（平織）を有する織物基材を複数積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形して引抜成形品を製造した。
図４に示した引抜成形装置を用いて、図５（Ｂ）の織物組織（平織）を有する織物基材を複数積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形して引抜成形品を製造した。
凹みの発生した面を基準面としてデプスゲージを用いて凹み深さを測定したところ、意匠面（最表面）に経糸方向に沿って凹みが発生しており、その深さは最外層の基材厚みに対して９０％以上であった。結果を表１に示す。
本発明に係る引抜成形品は、強度や軽量性が求められる各種素材として広く利用可能である。
１ 引抜成形装置
２ 織物基材
３ 中子／賦形治具
４ 金型
５ 成形用樹脂
６ カッター
２ 織物基材
３ 中子／賦形治具
４ 金型
５ 成形用樹脂
６ カッター
Claims (2)
- 互いに交差する経糸と緯糸からなる織物基材を積層して樹脂を含浸させたものを経糸方向に引き抜きながら成形してなる引抜成形品であって、最外層に配置される前記織物基材を構成する一の経糸は、隣接する他の経糸と並んで積層方向内側で一の緯糸と交差する交差点を必ず有することを特徴とする引抜成形品。
- 前記経糸が、緯糸と交差する全交差点のうち半分以上の交差点において、隣接する他の経糸と並んで積層方向内側で一の緯糸と交差する、請求項１に記載の引抜成形品。
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- 2020-10-20 JP JP2020176310A patent/JP7514474B2/ja active Active
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