JP2022100510A

JP2022100510A - 繊維強化樹脂チョップ材、繊維強化樹脂複合材及び樹脂成形品

Info

Publication number: JP2022100510A
Application number: JP2020214526A
Authority: JP
Inventors: 尚哲金森; Naotetsu Kanamori
Original assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-07-06
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: JP7390279B2

Abstract

【課題】高い強度を有するとともに柔軟な加工性により賦形性に優れ、金属の持つ機能性を発揮することができる繊維強化樹脂複合材を製造するための繊維強化樹脂チョップ材を提供することに加え、該繊維強化樹脂チョップ材、及びそれを用いた樹脂成形品を提供する。【解決手段】強化繊維１ｃを含む熱可塑性樹脂層１ａと金属層１ｂとからなる繊維強化樹脂チョップ材１であって、熱可塑性樹脂層と金属層とは、接着剤層を含まず融着一体化されて構成し、熱可塑性樹脂層は、厚さが５～２００μｍとするとともに、長手方向に向きを揃えて配列された厚さ１～３０μｍの強化繊維を含み、金属層は、厚さが１～１００μｍとし、熱可塑性樹脂層と前記金属層とが融着一体化した状態において、厚さを１０～２５０μｍ、幅を３～３０ｍｍ、長さを５～１００ｍｍとした。【選択図】図１

Description

本発明は、金属面を有する繊維強化樹脂チョップ材、及びそれを用いることにより高い強度を有しながらも軽量であってしかも柔軟な加工性を有する繊維強化樹脂複合材、及びそれを用いた樹脂成形品に関するものである。

一般的に樹脂材料は、軽量で加工が容易であるものの、金属材料と比較して弾性率が低く、引っ張りや曲げに対する強度も低いため、強度や剛性が要求される構造材としては不向きである。
そこで、樹脂材料にガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維を複合させることで、強化繊維の持つ弾性率の高さや高い引っ張り強さ等の物性を付加した繊維強化樹脂が開発され、広く用いられるようになった。

普及している繊維強度樹脂材料のひとつとして、強化繊維と樹脂シートを密着接合した繊維強化樹脂シートが挙げられる。この繊維強化樹脂シートは、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂として強化繊維束に含侵させたシートを、プレス成形するとともに加熱硬化させることで所望の形状を得ることができる。

しかし、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とした繊維強化樹脂シートは加熱硬化に時間が掛かるため、近年では製造時間短縮のため、熱硬化性樹脂に代えて、加熱により溶融し冷却によって硬化する熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とした繊維強化樹脂シートの開発が行われている。

このような熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とした繊維強化樹脂シートにおいては、量産性が高いことから、これまで金属によって構成されていた部品と置き換えることを目的として、金属と接合した機能性の繊維強化樹脂シートが開発されている（特許文献１参照）。

特開２０１９－２１７６９９号公報

しかし、特許文献１の技術では、金属で構成される第１部材が単一のシート状あるいはフィルム状の金属であるため、繊維強化樹脂シートをプレス加工する際、半径の小さな角部を有する形状や深い形状にプレス加工とすると、金属で構成される第１部材に部分的な破れや皺が発生したり、層間剥離が発生したりする場合がある。

また、強度の面から、強化繊維シートは連続繊維状の単一方向の強化繊維シートを直交方向に重ね合わせて用いたり、予め所定ピッチで交差するように平織して構成したものを用いたりするのが一般的である。しかし、前述のような形状に加工する場合、単一方向の強化繊維シートや平織の強化繊維シートは柔軟性に乏しいため、賦形性に欠ける。

このように、従来における金属層と強化繊維層とを有する繊維強化樹脂シートには、プレス加工における加工可能な形状に制限があるという問題があった。

本発明は、上記の如き問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、高い強度を有するとともに柔軟な加工性により賦形性に優れ、金属の持つ機能性を発揮することができる繊維強化樹脂複合材を製造するための繊維強化樹脂チョップ材を提供することに加え、該繊維強化樹脂チョップ材、及びそれを用いた繊維強化樹脂複合材、及びそれを用いた樹脂成形品を提供することにある。

本発明者が上記課題を解決するために採用した手段は、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む熱可塑性樹脂層と金属層とを基本構成とする繊維強化樹脂チョップ材である。

前記熱可塑性樹脂層と前記金属層とは、接着剤層を含まず融着一体化して構成されている。
接着剤層を含まないという点について詳述すると、一般的に、金属－繊維強化樹脂プリプレグは、金属箔と繊維強化樹脂シートとの間に接着剤を塗布して接着一体化して製造されるが、本発明の繊維強化樹脂チョップ材は、熱可塑性樹脂層と金属層とが接合した金属－繊維強化樹脂プリプレグを所定の寸法に裁断して構成しており、金属層と熱可塑性樹脂層と金属層との間に接着層を含まない。

この点、本発明の繊維強化樹脂チョップ材における金属－繊維強化樹脂プリプレグは、連続繊維状の強化繊維を長さ方向に向きを揃えて所定の幅で単一方向に配列した厚さ１～３０μｍの強化繊維束と、強化繊維間に含浸させるマトリックス樹脂であって、厚さが５～１００μｍの金属接着性を有する樹脂フィルムと、厚さが１～２００μｍの金属箔とから構成されている。

ここで、金属接着性とは、別個の接着剤を用いることなく、熱可塑性樹脂が固化することで分子間力や化学的結合力によって金属と接着することができることを指すが、極性官能基を持たない樹脂であっても、改質によって極性官能基が付与された場合には金属接着性を有する樹脂に含まれる。

この金属－繊維強化樹脂プリプレグの製造においては、強化繊維束、樹脂フィルム、金属シートの順に重ね合わせ、それらを加熱加圧することで、溶融した樹脂フィルムが強化繊維束に含浸又は半含浸するとともに、溶融した樹脂フィルムが金属箔と融着一体化する。このような構成とすることで、接着剤を塗布することなく金属－繊維強化樹脂プリプレグを得ることができる。
また、金属箔を両面に重ね合わせることで、両面に金属層が形成された金属－繊維強化樹脂プリプレグを得ることも可能である。

本発明の繊維強化樹脂チョップ材は、このようにして得られた前記構成の金属－繊維強化樹脂プリプレグを、厚さが１０～２５０μｍ、幅が３～３０ｍｍ、長さが５～１００ｍｍの矩形状に裁断することで、強化繊維を含む熱可塑性樹脂層と金属層とを有する繊維強化樹脂チョップ材を構成している点に特徴がある。

ここで、前記繊維強化樹脂チョップ材における強化繊維の含有量は、少なすぎると十分な強度が得られず、多すぎると強化繊維束に溶融した樹脂が十分に含侵されず十分な強度が得られないばかりか、プレス成形等における曲げや絞りによって破断し易くなる不具合を呈する。
そのため、繊維強化樹脂チョップ材における強化繊維の目付量は５～５０ｇ／ｍ^２とするのが好ましい。

上記の構成のほか、本発明においては、前記繊維強化樹脂チョップ材を、強化繊維の繊維方向を二次元方向にランダムに配向するとともに、厚さ方向に複数積層し、加熱加圧して接着一体化した中間材料としての繊維強化樹脂複合材とすることも可能である。

一般的に繊維強化樹脂シートは、強化繊維の長手方向に対しては優れた強度を有し、曲げ剛性も高くなる等の機械的物性を有するが、それと直交する方向には強度が低く、曲がりやすいという機械的物性における異方性を有する。
しかし、本発明の繊維強化樹脂複合材は、所定寸法に裁断されて形成された繊維強化樹脂チョップ材を、強化繊維の繊維方向を二次元方向にランダムに配向することで、強化繊維が一方向に揃うことなく全方向に散在するため、全方向に対して優れた強度や高い曲げ剛性等の機械的物性を有する。

また、本発明の繊維強化樹脂複合材における強化繊維は、連続繊維状ではなく、繊維強化樹脂チョップ材の長さに応じた非連続の繊維となっているため、繊維強化樹脂複合材をプレス成形する際、軟化した熱可塑性樹脂の変形に伴って、繊維強化樹脂チョップ材中の強化繊維が容易に流動したり変形したりする。

さらに、導電性の強化繊維を用いた場合には、厚さ方向に複数積層して接着一体化することで、繊維強化樹脂チョップ材中の金属層の表面同士、あるいは金属層の表面と導電性の強化繊維を接触させるように積層することとなり、繊維強化樹脂複合材全体として一枚の導電性シートのような性質を有する。

この場合、繊維強化樹脂チョップ材の積層の間に別の熱可塑性樹脂層を介することもでき、こうすることで、導電性を有する層が絶縁層を介して複数重なった構成とすることも可能である。

前記繊維強化樹脂複合材を成形することで、所定の形状の樹脂成形品を形成することが可能である。成形においては、平面的な打ち抜き加工や、立体的なプレス成形加工が好適に用いられ、深い絞りや複雑な３次元曲線を有するような形状であっても精度よく成形することができる。

本発明では、熱可塑性樹脂層と前記金属層とを、融着一体化して接着剤層を含まない構成としたことにより、繊維強化樹脂チョップ材に裁断する前の金属－繊維強化樹脂プリプレグの生産において接着剤を塗布する必要がないため、材料費を低減して製造時間を短縮することを可能としたばかりでなく、金属－繊維強化樹脂プリプレグにおける層間の密着強度の向上と均一化を実現可能とした。

また、本発明の繊維強化樹脂チョップ材は、金属層を有することにより、積層して繊維強化樹脂複合材としたときに、複数の重なり合った繊維強化樹脂チョップ材の金属層の表面同士、あるいは導電性の強化繊維を用いた場合には、金属層の表面と導電性の強化繊維が接触するため、繊維強化樹脂複合材全体として一枚の導電性シートのような性質を有する。
そのため、従来、電極板やその他金属板を用いていた各機能性部品を本発明の繊維強化樹脂チョップ材で代替することが可能となり、軽量でありながらも高強度な構造部品を得ることができる。

ここで、繊維強化樹脂複合材にした際に一面全体に金属層が表出するように構成する場合には、意匠上も繊維強化樹脂複合材全体において金属光沢を有する外観とすることができ、より一層金属部品との代替が容易となる。

また、繊維強化樹脂チョップ材の積層の間に別の熱可塑性樹脂層を介することで、導電性を有する層が絶縁層を介して複数重なった構成とした場合には、一つの部品で導電層ごとに異なった電気回路等と接続することができ、電気回路の一部として利用する上で空間の効率的な利用が可能となる。

一方、繊維強化樹脂チョップ材における、強化繊維の厚さを１～３０μｍ、熱可塑性樹脂層を厚さ５～１００μｍ、金属層の厚さを１～２００μｍとすることで、金属－繊維強化樹脂プリプレグとしたときに金属層や強化繊維束が容易に脱落することがなく、繊維強化樹脂複合材としたときに、繊維強化樹脂チョップ材同士が確実に接着一体化することができる。

また、繊維強化樹脂チョップ材の寸法においては、厚さを１０～２５０μｍ、幅を３～３０ｍｍ、長さを５～１００ｍｍの矩形状としたことで、積層して接着一体化した繊維強化樹脂複合材の曲げ加工において、強化繊維が溶融した熱可塑性樹脂中を流動したり変形したりしやすくなり、柔軟な加工が可能となるため、賦形性が向上する。
前記寸法は、大きすぎず小さすぎないため、強化繊維が二次元方向にランダムに配向しやすくなり、強度や加工性等の機械的物性が等方性となるため、構造部品として設計容易となる。

特に、プレス加工等による樹脂成形品とした場合には、深絞り部分を有する形状や、小さな半径の角部を有する形状、鋭角な曲げ形状等、複雑な形状を持った樹脂成形品とすることが可能になる。

本発明における実施例１の繊維強化樹脂チョップ材の正面図及び断面図である。本発明における実施例１の繊維強化樹脂チョップ材を用いた繊維強化樹脂複合材を表す平面図及び側面図である。本発明における実施例１の繊維強化樹脂チョップ材及び繊維強化樹脂複合材の製造方法を説明するための工程説明図である。本発明における実施例１の繊維強化樹脂複合材を用いた樹脂成形品を表す斜視図及び断面図である。

『実施例１』
本発明の実施例１について、図１～図４に基づいて説明する。なお、これらは実施例のひとつであり、本発明はこれらの図面に示す態様に限定されるものではない。

（繊維強化樹脂チョップ材の構成）
本実施例の繊維強化樹脂チョップ材１は、図１に示すように、厚さが約６０μｍ、幅が約５ｍｍ、長さが約２０ｍｍの長方形の小片であり、強化繊維1c・1c…を含む熱可塑性樹脂層1aと、それに密着結合された金属層1bとから構成されている。なお、図１の断面図は説明の便宜のため厚さ方向を拡大して表示している。

強化繊維1c・1c…は、図１の断面図に示すように、熱可塑性樹脂層1aの外側寄りの部分に分布しており、熱可塑性樹脂層1aに埋没したような構成となっている。それ故、金属層1bと強化繊維1c・1c…とは、間に熱可塑性樹脂層1aが介在することにより非接触の状態となっている。

熱可塑性樹脂層1aの強化繊維1c・1c…への含侵の程度については、本実施例では前述のとおり熱可塑性樹脂層1aの一方側に寄って埋没するように強化繊維1c・1c…が分布しているが、例えば熱可塑性樹脂層1aの全体に強化繊維1c・1c…が分布するように含侵させるようにしてもよい。この場合は、金属層1bと強化繊維1c・1c…の一部が接触した状態となる場合がある。

次に、本実施例の熱可塑性樹脂層1aは、強化繊維1c・1c…に含侵させる熱可塑性のマトリックス樹脂であり、薄肉の金属接着性を有する樹脂フィルムＰを用いて形成することができる。

本実施例では厚さ約２０μｍのＰＡ９Ｔ（ポリアミド９Ｔ）から成るフィルムを用いているが、そのほかにも、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等を用いることもできる。
また、厚さも適宜選択することができるが、強化繊維1cへの含侵後の物性等を考慮し、５～１００μｍのものを用いることが好ましい。

ＰＡ６をはじめとするポリアミド樹脂は、その末端基としてカルボキシル基を有するため、水素結合による分子間力によって金属との接着性が高い樹脂である。しかし、無極性であるＰＥ（ポリエチレン）等の樹脂であっても、表面にコロナ放電処理等の表面改質処理を施すことにより、親水性の極性官能基を生成し、濡れ性、接着性を向上させることができるため、必ずしも末端基として極性官能基を持つ樹脂を選定しなければならないことは無い。

次に、金属層1bは、金属を薄く展伸して製造された金属箔Ｍを用いて形成することができ、本実施例では厚さ約１０μｍのアルミニウム箔を用いている。
金属箔Ｍはアルミニウム箔にも、純銅、洋白、りん青銅、ベリリウム銅、真鍮、チタン、ステンレス、ニッケル、パーマロイ、42アロイ、モリブデン、ニクロム、ニオブ、タンタル、亜鉛、錫、銀、コバール、銀ロウ、鉄、ジルコニウム、鉛等の金属を用いることができるが、アルミニウム、銅、鉄、ステンレスを用いるのが好ましい。
また、厚さも適宜選択することができるが、コストと諸特性の観点から、１μｍ～３００μｍのものを用いることが好ましく、１μｍ～２００μｍのものを用いることがより好ましい。

アルミニウムは軽量かつ安価であり、美しい金属光沢を有するため、繊維強化樹脂チョップ材１としたときの意匠性を高めることができる。また、熱伝導率が高いうえ電気抵抗も低いことから、放熱目的や電気回路におけるグランド面の強化に用いることもできる。また、アルマイト処理後に染色することで、表面に種々の色彩を与えることができる。

一方、純銅箔を選択した場合には、銅は熱伝導率が極めて高いうえ電気抵抗も極めて低いことから、放熱目的や電気回路におけるグランド面の強化に好適に用いることができる。また、電界の遮断効果に優れるため、高周波の電磁ノイズのシールドに用いることもできる。

また、鉄やステンレスを選択した場合には、これらは熱伝導率が高いうえ電気抵抗も低いことから、放熱目的や電気回路におけるグランド面の強化に用いることができる。また、鉄やフェライト系ステンレスは表面を磁化することで磁気を用いた機能部品とすることもでき、磁界の遮断効果に優れるため、低周波の電磁ノイズのシールドに用いることもできる。

本実施例の金属層1bは、熱可塑性樹脂層1aと接する側の金属箔Ｍの表面にエッチング処理を施したものを用いている。エッチング処理により表面に微細な凹凸が形成され、あるいは薄い箔の場合には複数の微細な開孔が形成される。このように表面が粗面化することにより、表面から不純物を取り除くとともに、溶融した熱可塑性樹脂が凹凸や孔に入り込み固化することで、所謂アンカー効果を発揮する。それ故、分子間力や化学結合力による接着力に加え、機械的な結合力が付加され、熱可塑性樹脂層1aと金属層1bとの層間接着をより強固なものにすることができる。
粗面化処理はエッチング以外にも、研磨やレーザ処理、アルマイト処理を施すことも効果的である。

次に、本実施例の強化繊維1cは、所定の繊維を炭素化して製造された厚さ約１０μｍの炭素繊維であり、繊維強化樹脂チョップ材１の製造においては多数の単繊維から構成される無撚の炭素繊維束（フィラメント）からなる強化繊維束Ｆを用いている。この強化繊維束Ｆはポリアクリロニトリル樹脂をアクリル繊維化して炭素化したＰＡＮ系炭素繊維を約5000～50000本を纏めた炭素繊維束であり、導電性を有する。
強化繊維1cはＰＡＮ系炭素繊維以外にも、コールタール等を原料として得られるピッチ繊維を用いたピッチ系炭素繊維を用いることもできる。また、炭素繊維以外にも、非導電性のガラス繊維やアラミド繊維等を強化繊維1cとすることもできる。

加えて、強化繊維束Ｆは、前記炭素繊維束にアミノ基を有するものや、Ｎ－メトキシメチル化ナイロンを主剤とするサイジング剤を塗布したものを用いている。これらのサイジング剤は炭素繊維を被覆して収束し、炭素繊維の損傷を抑えて取扱い易くなるとともに、熱可塑性樹脂層1aとの相溶性が高いため、溶融した樹脂の炭素繊維への含侵性が良好となる。
なお、水溶性エポキシ樹脂を主原料とするサイジング剤によって被覆された炭素繊維束を用いる場合には、熱可塑性樹脂との相溶性が良くないため、溶剤等により予めサイジング剤を除去する必要がある。

本実施例のように、強化繊維1cとして炭素繊維を用いた場合には、電気抵抗の低さと電磁波遮断特性に優れるため、軽量で強度に優れるとともに、電気回路におけるグランド面の強化や電磁ノイズのシールドの効果を発揮する。

繊維強化樹脂チョップ材１における強化繊維1c・1c…の含有量は、本実施例では、繊維強化樹脂チョップ材１における強化繊維1c・1c…の目付量が３０ｇ／ｍ^２となるように構成している。この目付量は適宜変更することができ、５～５０ｇ／ｍ^２とするこのが好ましい。

（繊維強化樹脂複合材の構成）
以上の構成による本実施例の繊維強化樹脂チョップ材１を用いた、シート状の繊維強化樹脂複合材２について、図２に基づいて説明する。
本実施例の繊維強化樹脂複合材２は、図２(a)に示すように、前記繊維強化チョップ材１・１…を、強化繊維1c・1c…の繊維方向を二次元方向にランダムに配向するとともに、図２(b)に示すように、厚さ方向に複数積層し、加熱加圧して接着一体化した中間材料である。

本実施例では、複数の小片である繊維強化樹脂チョップ材１・１…を、強化繊維1c・1c…の繊維方向が二次元方向にランダムに配向するとともに、表側になる面が金属層1bである繊維強化樹脂チョップ材１と、強化繊維1c・1c…である繊維強化樹脂チョップ材１とがランダムに配置されるようにしている。

強化繊維1c・1c…の繊維方向を二次元方向にランダムに配向することで、引っ張り強さに優れる強化繊維1c・1c…の長手方向があらゆる方向に向くこととなり、疑似的に強度や曲げ剛性等の機械的物性が等方性を有するようになる。

また、各繊維強化樹脂チョップ材１・１…は、厚さ方向には少なくとも２枚以上が重なるように積層しており、繊維強化樹脂チョップ材１・１同士が、金属層1b・1b同士が接触するものや、金属層1bと強化繊維1c・1c…とが接触するものが混在した状態となっている。

このように、導電性の金属層1b・1b同士、或いは導電性の金属層1bと導電性の炭素繊維である強化繊維1c・1c…とが接触することにより、繊維強化樹脂複合材２全体として一枚の導電性シートを形成することとなり、成形することで構造部品や筐体部品とすることができるともに、その表面の導電性を利用して、電気回路におけるグランド面の強化や、選択する金属の種類によっては、電磁ノイズのシールドとして用いることもできるようになる。

本実施例では、上記のように繊維強化樹脂チョップ材１・１…を積層した状態で加圧及び加熱することにより、繊維強化樹脂チョップ材１の熱可塑性樹脂層1aが再度溶融して、積層した繊維強化樹脂チョップ材１・１…の熱可塑性樹脂層1a・1a…同士が一体となって固化することで、一枚のシート状の繊維強化樹脂複合材２が形成される。

なお、繊維強化樹脂チョップ材１・１…の熱可塑性樹脂層1a・1a…を再溶融させる方法以外にも、別個の熱可塑性樹脂からなるフィルムを密着させて、加圧及び加熱することで、溶融した樹脂と積層した繊維強化樹脂チョップ材１・１…とを融着一体化させることもできる。また、繊維強化樹脂チョップ材１・１…と別個の熱可塑性樹脂からなるフィルムを複数枚交互に積層して、多層の繊維強化樹脂複合材２としてもよい。

（繊維強化樹脂チョップ材及び繊維強化樹脂複合材の製造方法）
次に、本実施例の繊維強化樹脂チョップ材１及び繊維強化樹脂複合材２の製造方法について、図３に基づいて説明する。
まず、図３に示すように、複数本の炭素繊維からなる強化繊維束Ｆを幅方向に一定間隔で並べた後、これらの繊維束を幅広く、薄く開繊してシート状に形成している。

この開繊処理は種々の方法を用いることができる。一例として、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する流体開繊工程と、搬送される繊維束に対して接触部材を接触させたり離間させたりすることで弛張を繰り返す振動付与工程と、開繊された繊維束を幅方向に往復振動させる横振動付与工程とを含む開繊方法を採用することができる。

次に、送り出しロールＲ₄によって送り出されたマトリックス樹脂となる樹脂フィルムＰが、開繊された面状の強化繊維束Ｆに重ね合わされ、次いで、金属箔Ｍが樹脂フィルムＰに重ね合わされる。
すなわち、面状の強化繊維束Ｆ－樹脂フィルムＰ－金属箔Ｍの順序となるようにそれぞれを重ね合わせ、加熱ロールＲ₁・Ｒ₁に導入し、挟み込んで加圧及び加熱して積層一体化する。このとき、樹脂フィルムＰは、一方の面が金属箔Ｍの表面と融着一体化するとともに、他方の面が面状の強化繊維束Ｆに含侵する。

本実施例では、面状の強化繊維束Ｆの全ての強化繊維1c・1c…がマトリックス樹脂からなる熱可塑性樹脂層1aに埋没するように完全含侵させているが、強化繊維束Ｆの強化繊維1c・1c…同士が結合一体化される程度に半含侵させるようにすることもできる。
また、本実施例では、熱可塑性樹脂層1aの片側に炭素繊維1c・1c…が寄った状態となるように形成されているが、加圧及び加熱の条件を調整することにより、熱可塑性樹脂層1a全体に強化繊維1c・1c…が分布するように形成することもできる。

そして、冷却ロールＲ₂・Ｒ₂で冷却固化することで、金属－繊維強化樹脂プリプレグ３を得ることができる。
加熱ロールＲ₁・Ｒ₁のロール間距離は、冷却固化後の金属－繊維強化樹脂プリプレグ３の厚さが約６０μｍとなるように調整されており、最終的な繊維強化樹脂チョップ材１の厚さがこの段階で決定される。

次に、前記工程で得られた金属－繊維強化樹脂プリプレグ３を、５ｍｍ間隔で歯が並んだ円筒状のスリッターＳに導入し、幅約５ｍｍのテープ状に裁断する。次いで、テープ状の金属－繊維強化樹脂プリプレグ３を、幅方向に平行な歯が円弧長で２０ｍｍ間隔となるように円筒面上に並んだカッターＣに導入し、約５０ｍｍごとに裁断する。
これらスリッターＳとカッターＣとにより、金属－繊維強化樹脂プリプレグ３は幅が約５ｍｍ、長さが約２０ｍｍの長方形の小片に裁断され、繊維強化樹脂チョップ材１を得ることが出来る。

本実施例では、繊維強化樹脂チョップ材１の製造に続いて繊維強化樹脂複合材２を製造する工程を連続して行っている。図３の下方に示すように、裁断された繊維強化樹脂チョップ材１・１…は、所定の高さからベルトコンベア上に自然落下する。

このように自然落下させることで、繊維強化樹脂チョップ材１・１…を、強化繊維1c・1c…の繊維方向を二次元方向にランダムに配向するとともに、厚さ方向に複数積層させることができる。積層させる枚数は、ベルトコンベアの速度で調整することができるほか、落下する繊維強化樹脂チョップ材１・１…の一部を別のベルトコンベアで回収して、複数箇所に分けて自然落下させるようにしてもよい。

また、自然落下させることで、表側になる面が金属層1bである繊維強化樹脂チョップ材１と、強化繊維1c・1c…である繊維強化樹脂チョップ材１とがランダムに配置されるようになる。

積層される繊維強化樹脂チョップ材１・１…の面の向きについて、自然落下させる方法以外にも、カッターＣで裁断したものを続けてベルトコンベアに整然と載置して送り出し、その後ベルトを振動させる等して細かく波打たせる方法が挙げられる。

このようにすることで、繊維強化樹脂チョップ材１・１…が飛び跳ねて向きを変えるとともに重なり合うため、表裏が裏返ることなく、二次元方向のみがランダムに配向した状態を作り出すことができる。
この場合、繊維強化樹脂複合材２の一方の面が金属層1bで統一され、他方の面が強化繊維1c・1c…の模様で統一された状態とすることができるため、意匠性が向上し、外観部品として利用する場合に好適である。

そして、ベルトコンベア上に配置した加熱ロールＲ₁・Ｒ₁に導入することで、積層された繊維強化樹脂チョップ材１・１…の熱可塑性樹脂層1a・1aが再度溶融して、積層した繊維強化樹脂チョップ材１・１…の熱可塑性樹脂層1a・1a…同士が一体となる。次いで、冷却ロールＲ₂・Ｒ₂に導入することにより、溶融した熱可塑性樹脂層1a・1a…が固化し、一枚のシート状の繊維強化樹脂複合材２が形成される。

別個の熱可塑性樹脂からなるフィルムを密着させて、溶融した樹脂と積層した繊維強化樹脂チョップ材１・１…とを融着一体化させる場合には、ベルトコンベア上の加熱ロールＲ₁・Ｒ₁の前段に送り出しロールＲ₄を配置して、別個のフィルムを積層した繊維強化樹脂チョップ材１・１…上に重ね合わせることで構成することができる（図示せず）。

また、繊維強化樹脂チョップ材１・１…と別個の熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを複数枚交互に積層する場合には、落下する繊維強化樹脂チョップ材１・１…の一部を別のベルトコンベアで回収して、前段で重ね合わせた別個のフィルム上に自然落下させ、さらにその上に別個のフィルムを重ね合わせるという構成とすることで、多層の繊維強化樹脂複合材２を得ることができる（図示せず）。

なお、樹脂フィルムＰを加熱ロールＲ₁・Ｒ₁に送り出す方法として、本実施例のように巻出装置にセットしたボビンから送り出しロールＲ₄により供給する方法以外にも、押出成形装置のＴダイから樹脂フィルムＰを押し出し、この樹脂フィルムＰをフィルム冷却ロールで冷却固化した後、所定幅にスリットして加熱ロールＲ₁・Ｒ₁に送り出す連続的な工程とすることもできる（図示せず）。

（樹脂成形品の構成）
以上のような製造方法により製造された本実施例の繊維強化樹脂複合材２は、種々の加工方法により所定の形状に成形した樹脂成形品４とすることができ、例えば、図４に示すように、金型を用いて加熱及び加圧するプレス加工によって、電子部品を実装した基板Ｂを収納する電化製品のケース体とすることができる。

この樹脂成形品４は、略直方体の箱状に深く絞られており、四隅に他の構造部品とねじで固定するためのねじ穴を有するフランジ部4a・4a…が形成されるとともに、底面部には基板Ｂを載置固定するためのボス部4b・4b…が形成されている。なお、図４の断面図では基板Ｂが記載されているが、同図斜視図では基板Ｂを省略して記載している。

この点、単一方向の強化繊維シートや平織の強化繊維シートを用いた繊維強化樹脂シートをプレス成形する場合には、フランジ部4a・4a…やボス部4b・4b…のように、半径の小さな角部を有する絞り形状においては、強化繊維シートの柔軟性が乏しいため、繊維束が部分的に集中したり、分散したり、場合によっては折り重なってしまう。

しかし、本実施例の繊維強化樹脂複合材２を用いた場合には、繊維強化樹脂チョップ材１・１…を積層して接着一体化しているため、プレス加工時に溶融した熱可塑性樹脂中を強化繊維1c・1c…が流動したり変形したりしやすくなり、加工性が良好となって金型の形状に容易に追従する。そのため、賦形性が向上し、このような深い絞りや半径の小さい角部であっても寸法精度よく成形することができる。

また、本実施例の樹脂成形品４は、炭素繊維とアルミニウム箔を用いた繊維強化樹脂チョップ材１・１…が複数積層したものであるため、肉厚の薄いケース体であっても基板Ｂの保持及びその他構造物への取付けにおいて十分な強度を有するとともに、電化製品全体の軽量化に寄与する。

さらに、基板Ｂ上の電子部品から発生する熱を効率よく樹脂成形品４全体に伝導し、外気に放出することができる。
また、基板Ｂを樹脂成形品４で覆うことにより、基板Ｂ或いは電子部品から発生する電磁ノイズが外気に放射されるのを遮断することができ、金属層1bに銅系や鉄系の箔を用いた場合には、より効果的に遮断することができる。

このように、本実施例の繊維強化樹脂チョップ材１は、それを用いた繊維強化樹脂複合材２とすることで、複雑な３次元形状であっても容易に成形することができ、成形加工によって得られた樹脂成形品４は、軽量でありながら優れた強度を有するとともに、金属のもつ種々の機能性を発揮することができる。
したがって、これまで金属によってのみ構成することができた構造部品や機能性部品に取って代わることで、より高い付加価値を提供することができる。

本発明は、概ね上記のように構成されるが、本発明は図示の実施の形態に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、繊維強化樹脂複合材の片面あるいは両面に別の樹脂フィルムを融着一体化して、表面が絶縁された状態としてもよいし、色彩や模様を有する樹脂フィルムを融着一体化して、意匠性を高めた繊維強化樹脂複合材であってもよい。

また、繊維強化樹脂複合材の一部に異なる構成の繊維強化樹脂チョップ材を積層することで、部分的に物性の異なる繊維強化樹脂複合材としてもよく、いずれも本発明の技術的範囲に属する。

１繊維強化樹脂チョップ材
1a 熱可塑性樹脂層
1b 金属層
1c 強化繊維
２繊維強化樹脂複合材
３金属－繊維強化樹脂プリプレグ
４樹脂成形品
4a フランジ部
4b ボス部
Ｒ₁加熱ロール
Ｒ₂冷却ロール
Ｒ₃引き取りロール
Ｒ₄送り出しロール
Ｂ基板
Ｃカッター
Ｆ強化繊維束
Ｍ金属箔
Ｐ樹脂フィルム
Ｓスリッター

Claims

強化繊維を含む熱可塑性樹脂層と金属層とからなる繊維強化樹脂チョップ材であって、
前記熱可塑性樹脂層と前記金属層とは、接着剤層を含まず融着一体化されて構成され、
前記熱可塑性樹脂層は、厚さが５～１００μｍであるとともに、長手方向に向きを揃えて配列された厚さ１～３０μｍの強化繊維を含み、
前記金属層は、厚さが１～２００μｍであり、
前記熱可塑性樹脂層と前記金属層とが融着一体化した状態において、厚さが１０～２５０μｍ、幅が３～３０ｍｍ、長さが５～１００ｍｍであることを特徴とする繊維強化樹脂チョップ材。
前記強化繊維は、目付量が５～５０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化樹脂チョップ材
請求項１又は２に記載の複数の繊維強化樹脂チョップ材を、前記強化繊維の繊維方向が二次元方向にランダムに配向するとともに、厚さ方向に複数積層されてなる繊維強化樹脂複合材。
請求項３に記載の繊維強化樹脂複合材を用いた樹脂成形品。