JP2022170769A - 繊維強化樹脂材料及びその製造方法並びに繊維強化樹脂構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
上記特許文献2は、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂及び相容化剤を溶融混錬してなる熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂としてMnが350,000以上であるもの、ポリアミド樹脂として主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有するもの、を採用することにより、優れた耐衝撃性を発揮できることを開示している。
上記特許文献3は、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂及び相容化剤を溶融混錬してなる熱可塑性樹脂組成物をマトリックス樹脂として採用することにより、割れ難い繊維強化材料及び構造体が得られることを開示している。
上記特許文献4及び5は、炭素繊維強化プラスチックにおいて、表面に熱可塑性樹脂粒子を吸着した炭素繊維を採用することにより、熱可塑性樹脂との界面接着性を向上できることを開示している。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、従来に比べて、より割れ難い繊維強化樹脂材料及びその製造方法並びに繊維強化樹脂構造体を提供することを目的とする。
[1]本発明の繊維強化樹脂材料は、繊維集合層と熱可塑性樹脂層とが交互に位置した積層構造を有する繊維強化樹脂材料であって、
前記繊維集合層は、表面に熱可塑性樹脂粒子が付着した連続繊維の集合物であり、
本繊維強化樹脂材料は、一面側が他面側より高伸度であることを要旨とする。
[2]本発明の繊維強化樹脂材料では、前記一面側に位置する前記熱可塑性樹脂層と、前記他面側に位置する前記熱可塑性樹脂層とを異なるものにできる。
[3]本発明の繊維強化樹脂材料では、前記一面側に位置する前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂を、ポリアミド及びポリオレフィンを含んだ複合樹脂にすることができる。
[4]本発明の繊維強化樹脂材料では、前記一面側の繊維含有率と、前記他面側の繊維含有率とを異なるものにできる。
[5]本発明の繊維強化樹脂材料では、前記連続繊維を炭素繊維にすることができる。
[6]本発明の繊維強化樹脂材料では、前記熱可塑性樹脂粒子を構成する熱可塑性樹脂がポリアミドを含むものとすることができる。
[7]本発明の繊維強化樹脂構造体は、本発明の繊維強化樹脂材料からなることを要旨とする。
[8]本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、前記繊維集合層となる前記連続繊維のシート状物と、前記熱可塑性樹脂層となる樹脂シートと、を前記積層構造が得られるように積層する積層工程と、
前記積層工程を経て得られた積層物を積層方向へ加熱圧縮する熱圧工程と、を備えることを要旨とする。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法によれば、従来に比べて、より優れた割れ難さを有する繊維強化樹脂材料及び繊維強化樹脂構造体を得ることができる。
本発明の繊維強化樹脂材料(1)は、繊維集合層(12)と熱可塑性樹脂層(11)とが交互に位置した積層構造を有する繊維強化樹脂材料(1)である。また、上記繊維集合層(12)は、表面に熱可塑性樹脂粒子(122)が付着した連続繊維(121)の集合物である。更に、本発明の繊維強化樹脂材料(1)は、一面側(1b)が他面側(1a)より高伸度である(図1及び図2参照)。
結着樹脂は、後述する熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂と同じ樹脂であってもよいし、異なる樹脂であってもよい。更に、異なる樹脂である場合、熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂と成分樹脂(例えば、ポリアミド、ポリオレフィン等)が共通した結着樹脂(共通した成分樹脂を有する結着樹脂)でもよいし、共通する成分樹脂を有さない結着樹脂であってもよい。
尚、繊維集合層12内に熱可塑性樹脂層11が含浸された場合、本繊維強化樹脂材料1では、結果的に、熱可塑性樹脂が含浸された繊維集合層12と、含浸されずに残存された熱可塑性樹脂層11と、が交互に位置した積層構造が得られることになるが、この積層構造も結果的に、繊維集合層12と熱可塑性樹脂層11とが交互に位置した積層構造といえる。
尚、繊維集合層12の層厚は、走査型電子顕微鏡観察で測定できる。より具体的には、繊維強化樹脂材料の積層方向の断面を拡大した静止画像内において、任意の10ヶ所の厚さを実測し、その平均値を当該層厚とすることができる。
無機繊維としては、炭素繊維、活性炭繊維、ガラス繊維、セラミック繊維(ケイ酸塩、チタン酸塩、アルミナ等)、金属繊維、ボロン繊維などが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
有機繊維としては、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。このうち、合成繊維としては、合成樹脂を繊維形状に賦形した繊維が挙げられる。このような合成樹脂製繊維としては、ポリアミド樹脂繊維(脂肪族ポリアミド(ナイロン繊維など)、芳香族ポリアミド(アラミド繊維、商品名「ケブラー」など)等)、ポリエステル樹脂繊維(脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維など)等)、ポリオレフィン樹脂繊維(高分子量ポリオレフィン(商品名「ダイニーマ」など)等)、ポリベンズアゾール樹脂繊維(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維(商品名「ザイロン」など)等)が挙げられる。
更に、繊維の形態は限定されず、スパンヤーンであってもよく、フィラメントヤーンであってもよく、これらを併用してもよい。更に、モノフィラメントを用いてもよく、マルチフィラメントを用いてもよく、これらを併用してもよい。
炭素繊維の種類は限定されず、PAN(ポリアクリロニトリル)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
炭素繊維束(トウ)を構成する炭素繊維の本数は限定されず、例えば、1000本以上とすることができる。この本数は、更に、1000本以上50000本以下とすることができ、更に1500本以上40000本以下とすることができ、更に2000本以上30000本以下とすることができる。
炭素繊維の太さは限定されないが、例えば、平均直径を1000nm以上30000nm以下、更には1000nm以上10000nm以下とすることができる。
尚、炭素繊維の表面には、サイジング剤が付着されていてもよいが、熱可塑性樹脂粒子の付着性を向上させる観点からは、サイジング剤は付着されていないことが好ましい。炭素繊維の表面にサイジング剤が付着されている場合、サイジング除去剤(例えば、アセトン、2-ブタノン(メチルエチルケトン)、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等)を用いて除去することが好ましい。
そして、樹脂粒子122は、例えば、炭素繊維表面の30~100面積%、更には60~99面積%に付着させることができる。
尚、樹脂粒子122の平均粒径は、走査型電子顕微鏡観察で測定できる。より具体的には、走査型電子顕微鏡を用いて拡大した静止画像内において、連続繊維121に付着している任意の20個の樹脂粒子の最大径を実測し、その平均値を当該平均粒径とすることができる。
尚、樹脂層11の層厚は、走査型電子顕微鏡観察で測定できる。より具体的には、繊維強化樹脂材料の積層方向の断面を拡大した静止画像内において、任意の10ヶ所の厚さを実測し、その平均値を当該層厚とすることができる。
また、本繊維強化樹脂材料では、汎用性、耐衝撃性、加工性等の観点からは、上述の各ポリアミドのなかでも、PA6、PA66等を選択できる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、環境性(カーボンニュートラル)及び持続可能性の観点からは、上述の各ポリアミドのなかでも、植物由来ポリアミド(植物由来の単量体を用いたポリアミド)を選択できる。植物由来ポリアミドとしては、PA11、PA610、PA612、PA614、PA1010、PA1012、PA10T等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
また、ポリプロピレンには、プロピレン単独重合体、及び、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体が含まれる。このうち、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体を構成する、他のオレフィンとしては、前述の各種オレフィン(但し、プロピレンを除く)が挙げられる。また、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体は、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよい。尚、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体は、全構成単位数のうちの50%以上がプロピレンに由来する。
また、POの分子量は限定されず、例えば、10000以上700000以下とすることができ、100000以上600000以下とすることができ、200000以上550000以下とすることができる。
この分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量である。また、ポリオレフィンとしてホモポリマーを用いる場合、重量平均分子量の値は、各々数平均分子量の値へ読み換えることができる。
より詳しくは、上記(1)特開2013-147646号公報に開示された複合樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、及び相容化剤を溶融混練してなり、ポリアミド樹脂は、PA11、PA610、PA614、PA1010及びPA10Tのうちの少なくとも一種の植物由来ポリアミド樹脂であり、相容化剤は、酸変性されたオレフィン系熱可塑性エラストマーであり、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂及び相容化剤の合計100質量%に対して、ポリアミド樹脂の含有量が1質量%以上80質量%以下であり、ポリオレフィン樹脂の含有量が5質量%以上75質量%以下であり、相容化剤の含有量が1質量%以上30質量%以下である熱可塑性樹脂である。
また、上記(2)国際公開2018-021569号パンフレットに開示された複合樹脂は、ポリオレフィン樹脂と、ポリアミド樹脂と、ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマー(即ち、相容化剤)と、を配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350000以上であり、ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有する熱可塑性樹脂である。
更に、上記(3)特開2018-123284号公報に開示された複合樹脂は、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、及び、ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマー(相容化剤)を配合してなる熱可塑性樹脂である。
尚、変性エラストマーは、複合樹脂内において、未反応の変性エラストマーとして含まれてもよく、ポリアミドとの反応物として含まれてもよく、これらの両方の形態で含まれてもよい。
反応性基は、変性前のエラストマー(未変性エラストマー)に対して、変性により導入することができる。具体的には、エラストマーの酸変性物、エラストマーのエポキシ変性物、及び、エラストマーのオキサゾリン変性物等が挙げられる。これらのなかでも、エラストマーの酸変性物が好ましく、更には、酸無水物又はカルボン酸によるエラストマーの変性物であることがより好ましい。
変性エラストマーは、分子の側鎖又は末端に、酸無水物基又はカルボキシル基を有することが特に好ましい。酸変性量は特に限定されず、例えば、1分子の変性エラストマーに含まれる酸無水物基又はカルボキシル基の数は、1以上であることが好ましく、より好ましくは2以上50以下、更に好ましくは3以上30以下、特に好ましくは5以上20以下である。
これらの変性エラストマーは、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
オレフィン系エラストマーとしては、炭素数が3~8のα-オレフィンに由来する構造単位を含むα-オレフィン系共重合体であることが好ましく、エチレン・α-オレフィン共重合体、α-オレフィン共重合体、α-オレフィン・非共役ジエン共重合体、又は、エチレン・α-オレフィン・非共役ジエン共重合体とすることができる。これらのうち、エチレン・α-オレフィン共重合体、α-オレフィン共重合体、及びエチレン・α-オレフィン・非共役ジエン共重合体が特に好ましい。
芳香族ビニル化合物としては、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン等のアルキルスチレン;p-メトキシスチレン、ビニルナフタレン等が挙げられる。
また、共役ジエン化合物としては、ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、メチルペンタジエン、フェニルブタジエン、3,4-ジメチル-1,3-ヘキサジエン、4,5-ジエチル-1,3-オクタジエン等が挙げられる。
また、カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等が挙げられる。
尚、変性エラストマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
熱安定剤としては、ヒンダードアミン系化合物等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物等が挙げられる。
帯電防止剤としては、ノニオン系化合物、カチオン系化合物、アニオン系化合物等が挙げられる。
難燃剤としては、ハロゲン系化合物、リン系化合物(窒素含有リン酸塩化合物、リン酸エステル等)、窒素系化合物(グアニジン、トリアジン、メラミン又はこれらの誘導体等)、無機化合物(金属水酸化物等)、ホウ素系化合物、シリコーン系化合物、硫黄系化合物、赤リン系化合物等が挙げられる。
難燃助剤としては、アンチモン化合物、亜鉛化合物、ビスマス化合物、水酸化マグネシウム、粘土質珪酸塩等が挙げられる。
尚、本繊維強化樹脂材料は、上述の積層構造のみからなってもよいが、非積層構造を含んでもよい。非積層構造は、例えば、樹脂層の10倍以上の厚さを有する熱可塑性樹脂のみからなる部位等が挙げられる。しかしながら、本繊維強化樹脂材料は、積層構造のみからなることによって、より優れた機械特性を発揮できると考えられる。
そして、積層構造において、伸度が大きい層域は、軟質であり、最大強度が相対的に小さくなる。その反対に、伸度が小さい層域は、硬質であり、最大強度が相対的に大きくなる。このため、相対的に伸度が高い層域を一面側1bに配し、相対的に伸度が低い層域を他面側1aに配すると、一面側1bが他面側1aより高伸度になり、最大応力到達後に徐々に応力が低下するという機械特性を付与できる。即ち、繊維強化樹脂材料1に対して靭性を付与できると考えられる。
(1)一面側1bに位置する熱可塑性樹脂層11と、他面側1aに位置する熱可塑性樹脂層11とが異なることによって、一面側1aと他面側1bとの伸度を異ならせることができる(図1a参照)。
(2)一面側1bの繊維含有率と、他面側1aの繊維含有率とが異なることによって、一面側1bと他面側1aとの伸度を異ならせることができる(図1b参照)。
更に具体的に示せば、前述した熱可塑性樹脂のうち、一面側1bに位置する熱可塑性樹脂として、ポリアミドとポリオレフィンとの複合樹脂(ポリアミドと比較して高伸度である)を利用し、他面側1aに位置する熱可塑性樹脂として、ポリアミド(複合樹脂と比較して高強度である)を利用することで実現できる。
また、この組み合わせでは、複合樹脂はポリアミドを含有ことから、ポリアミドとの優れた親和性を発揮できる。このため、これら2種の熱可塑性樹脂を利用しても、両者が接する境界域における剥離を抑制できると考えられる。加えて、連続繊維121に付着される樹脂粒子122として、例えば、ポリアミド粒子を選択した場合、連続繊維121と複合樹脂との親和性を向上させ、連続繊維121とポリアミドとの親和性を向上させることができる。
このような繊維含有率が低い繊維集合層は、熱可塑性樹脂内に含まれる連続繊維量が相対的に少ない(密度が低い)繊維集合層であるため、熱可塑性樹脂の性質がより強く発現される層となる。即ち、連続繊維の量が少ないことで、伸度が高い繊維集合層となる。一方、繊維含有率が高い繊維集合層は、熱可塑性樹脂内に含まれる連続繊維量が相対的に多い(密度が高い)繊維集合層であるため、熱可塑性樹脂の性質がより発現され難い層となる。即ち、連続繊維の量が多いことで、伸度が低い繊維集合層となる。
これら上述の構成であれば、繊維集合層12と樹脂層11とを強固に結合させることができ、得られる本繊維強化樹脂材料1の一体性を向上させることができる。これにより、複数の異なる材料から構成されながらも、全体として一体の材料として機能させることができる。そのうえで、一面側1bが他面側1aより高伸度であることにより、優れた靭性を発揮させることができる。
このような繊維強化樹脂材料1では、一面側1bを他面側1aよりも高伸度にしつつ、伸度の傾斜を実現できる。加えて、異なる熱可塑性樹脂同士が接する界面を実質1つの界面にまで軽減することができる。このため、特に優れた機械特性を得ることができる。具体的には顕著に高い曲げ応力と曲げ弾性率とを並立させることができる。更には、顕著に高い曲げ応力と曲げ弾性率と破壊歪とを並立させることができる。
例えば、後述する実施例にも示す通り、本繊維強化樹脂材料として、連続繊維121として炭素繊維を選択し、樹脂粒子122としてポリアミドを選択し、樹脂層11を構成する熱可塑性樹脂として、前述した複合樹脂とポリアミド(特にポリアミド6)とを選択し、複合樹脂からなる厚さ10~250μmの樹脂シート(211)6層と、ポリアミドからなる厚さ50~150μmの樹脂シート(221)6層と、炭素繊維である連続繊維121からなるシート状物212、222と、を用いて、炭素繊維含有率が20~60体積%となる積層構造を有する繊維強化樹脂材料1を得た場合、曲げ応力300MPa以上(更に350MPa以上650MPa以下、更に450MPa以上600MPa以下)、曲げ弾性率30GPa以上(更に35GPa以上65GPa以下、更に40GPa以上55GPa以下)、破壊歪3mm%以上(更に3.5mm%以上6.0mm%以下、更に3.8mm%以上5.7mm%以下)の繊維強化樹脂材料を得ることができる。
また、(2)PA6と相容化剤(特に酸変性オレフィン系エラストマー)との溶融混錬物と、数平均分子量が350000以上(更には450000以上)のポリオレフィンとの複合樹脂を選択することができる。この複合樹脂では、PA6とPOと相容化剤との合計を100質量%とした場合に、PA6を15質量%以上65質量%以下(更には35質量%以上55質量%以下)、POを15質量%以上65質量%以下(更には20質量%以上45質量%以下)、相容化剤を5質量%以上35質量%以下(更には10質量%以上30質量%以下)で用いることができる。
更に、(3)PAと相容化剤(特に酸変性オレフィン系エラストマー)との溶融混錬物と、ポリオレフィンとの複合樹脂であって、PAを母相とした相とPOを母相とした相との両方が存在する共連続相構造を有する複合樹脂を選択することができる。この複合樹脂では、PAとPOと相容化剤との合計を100質量%とした場合に、PAを15質量%以上70質量%以下(更には35質量%以上65質量%以下)、POを15質量%以上65質量%以下(更には20質量%以上50質量%以下)、相容化剤を5質量%以上35質量%以下(更には7質量%以上30質量%以下)で用いることができる。
前述した繊維強化樹脂材料は、どのように製造してもよいが、積層工程と熱圧工程とを備える方法により製造することができる。
このうち、積層工程は、繊維集合層12となる連続繊維121のシート状物12’と、熱可塑性樹脂層11となる樹脂シート11’と、を積層構造が得られるように積層する工程である。
また、熱圧工程は、積層工程を経て得られた積層物1’を積層方向へ加熱圧縮する工程である(図3参照)。
上記「樹脂シート(11’)」は、熱可塑性樹脂層11の樹脂分である熱可塑性樹脂が含まれたシート状のものである。この樹脂シート11’を構成する熱可塑性樹脂については前述の通りであり、実質的には、繊維強化樹脂材料となる前後において変化されない。
また、各積層時には、熱圧工程以前にシート同士が離間されないように、シート同士を接着する接着剤等を介在させてもよいし、介在させなくてもよい。
また、1枚の繊維強化樹脂材料1を得るに際して、複数回の熱圧工程を課す場合には、各々工程における加熱温度及び加圧圧力は、同じであってもよく異なってもよい。
本発明の繊維強化樹脂構造体は、前述した繊維強化樹脂材料からなる。この繊維強化樹脂構造体は、繊維強化樹脂成形体といい換えることができる。
本繊維強化樹脂構造体の用途は特に限定されないが、例えば、自動車、鉄道車両、船舶及び飛行機等の外装材、内装材、構造材(ボディシェル、車体、航空機用胴体)及び衝撃吸収材等として用いることができる。これらのうち自動車用品としては、自動車用外装材、自動車用内装材、自動車用構造材、自動車用衝撃吸収材、エンジンルーム内部品等が挙げられる。
[1]使用材料について
(1-1)シート状物WPA6(PA6粒子)
連続繊維121としてPA6粒子が付着された炭素繊維を用いた。基炭素繊維として東邦テナックス社製の品名「HTS40」(24K)を用いた。この基炭素繊維の表面のサイジング材を除去した後、下記に示すコロイド液に浸漬して30秒間、30Vで電気泳動を行い、PA6粒子122が、基炭素繊維表面の約30~100面積%に付着された連続繊維121のシート状物WPA6(12’)を得た。
コロイド液:PA6粒子(平均粒径12μm)750mg、水75g、界面活性剤(ドデシル硫酸ナトリウム・SDS)400mg、塩化カリウム50mgを含んだ液体。
連続繊維121としてPMMA粒子が付着された炭素繊維を用いた。基炭素繊維として東邦テナックス社製の品名「HTS40」(24K)を用いた。この基炭素繊維の表面のサイジング材を除去した後、下記に示すコロイド液に浸漬して30秒間、30Vで電気泳動を行い、PMMA粒子122が、基炭素繊維表面の約30~100面積%に付着された連続繊維121のシート状物WPMMA(12’)を得た。
コロイド液:PMMA粒子(平均粒径0.25μm)750mg、水75g、界面活性剤(ドデシル硫酸ナトリウム・SDS)400mg、塩化カリウム50mgを含んだ液体。
連続繊維として樹脂粒子が付着されていない炭素繊維を用いた。基炭素繊維として東邦テナックス社製の品名「HTS40」(24K)を用いた。この炭素繊維を引き揃えて並べて、シート状物WNON(12’)として用いた。
樹脂シートSPA6:PA6(東レ株式会社製、品名「CM1001」)ペレットを熱プレスにより厚さ70~110μmに成形したシート(11’)。
複合材料C1:PPとPA11と相容化剤とのPP母相を有する複合材料(トヨタ紡織株式会社製)、具体的には、ポリプロピレン(重量平均分子量320000のホモポリマー)と、PA11(アルケマ社製、品名「リルサン BMN O」、重量平均分子量18000)と、相容化剤(無水マレイン酸変性エチレン・ブテン共重合体、三井化学株式会社製、品名「タフマー MH7020」)と、を質量割合55%:25%:20%で溶融混錬した複合材料(PA11及び相容化剤の溶融混錬物とPPとの溶融混錬物)。
樹脂シートS1C1:複合材料C1を厚さ50μmに成形したシート(11’)。
樹脂シートS2C1:複合材料C1を厚さ160μmに成形したシート(11’)。
樹脂シートS3C1:複合材料C1を厚さ200μmに成形したシート(11’)。
複合材料C2:PPとPA6と相容化剤とのPP及びPAの両母相(共連続相)を有する複合材料(トヨタ紡織株式会社製)、具体的には、ポリプロピレン(重量平均分子量320000のホモポリマー)と、PA6(重量平均分子量18000)と、相容化剤(無水マレイン酸変性エチレン・ブテン共重合体、三井化学株式会社製、品名「タフマー MH7020」)と、を質量割合32.5%:42.5%:25%で溶融混錬した複合材料(PA6及び相容化剤の溶融混錬物とPPとの溶融混錬物)。
樹脂シートSC2:複合材料C2を厚さ160μmに成形したシート(11’)。
複合材料C3:PPとPA6と相容化剤とのPA母相を有する複合材料(トヨタ紡織株式会社製)、具体的には、ポリプロピレン(重量平均分子量520000のホモポリマー)と、PA6(重量平均分子量18000)と、相容化剤(無水マレイン酸変性エチレン・ブテン共重合体、三井化学株式会社製、品名「タフマー MH7020」)と、を質量割合32.5%:42.5%:25%で溶融混錬した複合材料(PA6及び相容化剤の溶融混錬物とPPとの溶融混錬物)。
樹脂シートSC3:複合材料C3を厚さ160μmに成形したシート(11’)。
熱可塑性ポリウレタンエラストマー樹脂:大倉工業株式会社製、品名「シルクロン ET80」。
樹脂シートSTPU:TPUを厚さ150μmに成形したシート(11’)。
(1-1)積層構造Aを有する繊維強化樹脂材料
図7(c)の積層構造A(比較例の積層構造)となるよう、図7(a)~(b)の通り、4枚の樹脂シートSPA6、8枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例1及び2の積層構造Aを有する繊維強化樹脂材料を得た(図7参照)。
図8(c)の積層構造B(比較例の積層構造)となるよう、図8(a)~(b)の通り、4枚の樹脂シートSPA6、8枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例3及び4の積層構造Bを有する繊維強化樹脂材料を得た(図8参照)。
図9(c)の積層構造C(比較例の積層構造)となるよう、図9(a)~(b)の通り、4枚の樹脂シートSPA6、8枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例5~8の積層構造Cを有する繊維強化樹脂材料を得た(図9参照)。
図10(c)の積層構造D(比較例の積層構造)となるよう、図10(a)~(b)の通り、4枚の樹脂シートSPA6、8枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例9及び10の積層構造Dを有する繊維強化樹脂材料を得た(図10参照)。
図6(e)の積層構造Eとなるよう、4枚の樹脂シートSPA6、8枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例11及び12の積層構造E(実施例の積層構造)を有する繊維強化樹脂材料を得た(図6e参照)。
図5(b)の積層構造Eとなるよう、6枚の樹脂シートSPA6、6枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例13及び14の積層構造E(実施例の積層構造)を有する繊維強化樹脂材料を得た(図4及び図5参照)。
尚、実際には、図4(a)に示す通り、6枚の樹脂シートSPA6(211)と5枚のシート状物WPA6(212)とを交互に積層して得られた第1積層物を加熱圧縮して第1積層構造21’を得る。更に、図4(b)に示す通り、6枚の樹脂シートS2c2(221)と5枚のシート状物WPA6(222)とを交互に積層して得られた第2積層物を加熱圧縮して第2積層構造22’を得る。その後、図5(a)に示す通り、第1積層構造21’と第2積層構造22’とを積層して更に加熱圧縮して、積層構造Eを有する繊維強化樹脂材料1を得る。この積層構造Eを有する繊維強化樹脂材料1を、単純化して表すと図5(b)のように、一面側1bに第2積層構造22が位置し、他面側1aの第1積層構造21が位置された繊維強化樹脂材料1となる。
図5(b)を上下反転させた積層構造Fとなるよう、6枚の樹脂シートSPA6、6枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例15及び16の積層構造F(実施例の積層構造)を有する繊維強化樹脂材料を得た(図4及び図5参照)。
図5(b)の積層構造Eとなるよう、表2に示す1~6枚の樹脂シートSPA6、表2に示す6~11枚の樹脂シートS2c1、10枚のシート状物WPA6を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行い、実験例11~14及び実験例19~26の積層構造E(実施例の積層構造)を有する繊維強化樹脂材料を得た(図4、図5及び図6参照)。尚、図4及び図5は、樹脂シートSPA6を6枚、樹脂シートS2C1を6枚、各々用いた例を示している。
また、同様の作製方法により、12枚の樹脂シートS2c1及び10枚のシート状物WPA6を用いた実験例17~18(比較例の積層構造)の繊維強化樹脂材料を得た。
表3に示す各樹脂シート、表3に示す各シート状物を積層した後、温度230℃且つ圧力0.3~5.0MPaの条件で加熱及び加圧を行って実験例29~50の積層構造G(比較例の積層構造)を有する繊維強化樹脂材料を得た。
JIS K7074に準じて、試験片(幅12mm、厚さ2.4mm、長さ100mm)を支点間距離80mm、曲げ速度5mm/分にて、3点曲げ試験を行い、曲げ応力、曲げ弾性率及び破壊歪を測定し、各々表1~3に示した。
1a:他面、1b;一面、
11;熱可塑性樹脂層、11’;樹脂シート、
12;繊維集合層、12’;シート状物、
121;連続繊維(基連続繊維)、122;樹脂粒子、
21、22;積層部、21’、22’;積層部となる積層物、
211;樹脂シート、
212;シート状物。
Claims (8)
- 繊維集合層と熱可塑性樹脂層とが交互に位置した積層構造を有する繊維強化樹脂材料であって、
前記繊維集合層は、表面に熱可塑性樹脂粒子が付着した連続繊維の集合物であり、
本繊維強化樹脂材料は、一面側が他面側より高伸度であることを特徴とする繊維強化樹脂材料。 - 前記一面側に位置する前記熱可塑性樹脂層と、前記他面側に位置する前記熱可塑性樹脂層とが異なる請求項1に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記一面側に位置する前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂が、ポリアミド及びポリオレフィンを含んだ複合樹脂である請求項2に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記一面側の繊維含有率と、前記他面側の繊維含有率とが異なる請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記連続繊維が、炭素繊維である請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記熱可塑性樹脂粒子を構成する熱可塑性樹脂がポリアミドを含む請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
- 請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の繊維強化樹脂材料からなることを特徴とする繊維強化樹脂構造体。
- 請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法であって、
前記繊維集合層となる前記連続繊維のシート状物と、前記熱可塑性樹脂層となる樹脂シートと、を前記積層構造が得られるように積層する積層工程と、
前記積層工程を経て得られた積層物を積層方向へ加熱圧縮する熱圧工程と、を備えることを特徴とする繊維強化樹脂材料の製造方法。
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