JP2023016365A - Method for producing molded article - Google Patents

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信夫 寺師
Nobuo Terashi
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Abstract

To provide a method capable of producing a molded article having good mechanical strength by suppressing the reduction in strength due to the orientation of a reinforcing fiber.SOLUTION: There is provided a method for producing a molded article 41 which comprises: a step of dispersing a thermosetting resin A and a reinforcing fiber B in a dispersion medium, followed by removing the dispersion medium using a papermaking method to obtain a papermaking article 11; a step of obtaining an elementary article 31 by pressing and molding the papermaking article 11; and a step of pressing, heating and curing the elementary article 31 in the direction orthogonal to the pressurization direction of the elementary article 31 to obtain a moded article 41.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a molded article.

従来、抄造体から得られる成形体は、使用する強化繊維や樹脂の種類を選択することにより所望の特性を付与でき、設計の自由度が高いことから、種々の物品に用いられている。なかでも、強化繊維を用いた抄造体およびこれから得られる成形体は、強化繊維による機械的強度が効果的に発揮されるため、軽量で高い機械的強度が得られる材料として注目されている。 Conventionally, molded articles obtained from paper-made articles can be imparted with desired properties by selecting the types of reinforcing fibers and resins used, and have a high degree of freedom in design, and are therefore used in various articles. In particular, paper-made articles using reinforcing fibers and molded articles obtained therefrom are attracting attention as materials that are light in weight and high in mechanical strength because the mechanical strength of the reinforcing fibers is effectively exhibited.

特許文献1には、特殊な装置を用い、粘性を有する分散液中にマトリックス樹脂と、強化繊維を分散させた後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、繊維強化プラスチック成形体用基材を得る方法が開示されている。 In Patent Document 1, after dispersing a matrix resin and reinforcing fibers in a viscous dispersion using a special device, the dispersion medium is removed using a papermaking method to obtain a fiber-reinforced plastic molded product. A method of obtaining the substrate is disclosed.

特開2016-37580号公報JP 2016-37580 A

しかしながら、特許文献1等の従来技術においては、抄造法により得られた抄造体はその後、上下方向(厚み方向)から加熱加圧により硬化され、製品化されるものであったため、強化繊維が層状に積層するものであった。そのため、強化繊維が抄造体の面内方向には二次元ランダムに配置しているものの、面外方向に対しては平行に配置することになる。そのため、抄造体をそのまま用いた場合、抄造体の強化繊維の層間が剥離しやすく、層間における(面内方向に対する)機械的強度が十分ではなかった。 However, in the prior art such as Patent Document 1, the paper product obtained by the paper making method is then hardened by heating and pressing from the vertical direction (thickness direction) to be commercialized, so the reinforcing fibers are layered. It was laminated to Therefore, although the reinforcing fibers are arranged two-dimensionally at random in the in-plane direction of the paper product, they are arranged parallel to the out-of-plane direction. Therefore, when the paper product is used as it is, the layers of the reinforcing fibers of the paper product are likely to separate, and the mechanical strength (in the in-plane direction) between the layers is insufficient.

そこで、本発明者は、強化繊維による高い機械的強度を得つつ、従来の抄造体の強化繊維の層間における機械的強度を向上させるべく、新たに抄造体を用いた成形体を得る観点から鋭意検討を行った。その結果、従来の抄造法で抄造体を得たのちに、抄造体を加圧成型して予備加工を行い、その後、予備加工時の加圧方向に対して直交する方向に加圧し、硬化させることによって、強化繊維の配向を低減し、強化繊維をランダムに配置させることができることを知見した。すなわち、抄造法によって、抄造方向、すなわち重力方向に堆積し層状となった強化繊維の配向に対し、これと直交する方向から加圧することで、強化繊維が配向することによって生じる強度の低下を抑制できることを見出し、本発明を完成した。 Therefore, the present inventors have been diligent from the viewpoint of obtaining a new molded article using a paper-made article in order to improve the mechanical strength between the layers of the reinforcing fibers of the conventional paper-made article while obtaining high mechanical strength due to the reinforcing fiber. Study was carried out. As a result, after obtaining a papermaking body by a conventional papermaking method, the papermaking body is subjected to pressure molding and preliminary processing, and then pressurized in a direction perpendicular to the pressure direction during preliminary processing to harden. As a result, the orientation of the reinforcing fibers can be reduced, and the reinforcing fibers can be randomly arranged. That is, by applying pressure from a direction perpendicular to the orientation of the reinforcing fibers deposited and layered in the papermaking direction, that is, the direction of gravity, the decrease in strength caused by the orientation of the reinforcing fibers is suppressed. I found that I could do it, and completed the present invention.

本発明によれば、
熱硬化性樹脂、強化繊維を分散媒中で分散した後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、抄造体を得る工程と、
前記抄造体を加圧成形することにより素形体を得る工程と、
前記素形体の加圧方向に対して直交する方向に前記素形体をさらに加圧および加熱して硬化することにより成形体を得る工程と、
を含む、成形体の製造方法が提供される。
According to the invention,
a step of dispersing a thermosetting resin and reinforcing fibers in a dispersion medium and then removing the dispersion medium using a paper making method to obtain a paper product;
a step of obtaining a green body by pressure-molding the papermaking body;
a step of further pressurizing and heating the preform in a direction perpendicular to the pressurizing direction of the preform to obtain a molded body;
A method for manufacturing a molded body is provided, comprising:

本発明によれば、強化繊維の配向による強度の低下を抑制し、機械的強度が良好な成形体の製造方法が提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the molded object with favorable mechanical strength which suppresses the fall of strength by orientation of a reinforcing fiber can be provided.

本実施形態に係る抄造体の製造方法の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the manufacturing method of the papermaking body which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る成形体の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the molded object which concerns on this embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

<成形体の製造方法>
図1は、本実施形態に係る抄造体の製造方法の一例を示す断面模式図であり、図2は、本実施形態に係る成形体の製造方法の一例を示す断面模式図である。以下、図1,2を用いて、説明する。
<Method for manufacturing molded body>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the method for producing a papermaking product according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the method for producing a molded product according to the present embodiment. Hereinafter, it demonstrates using FIG.1, 2. FIG.

本実施形態の成形体41の製造方法は、以下の工程を含む。
[工程1]熱硬化性樹脂A、強化繊維Bを分散媒中で分散した後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、抄造体11を得る工程
[工程2]抄造体11を加圧して成形することにより素形体31を得る工程
[工程3]素形体31の加圧方向に対して直交する方向に素形体31をさらに加圧および加熱して硬化することにより成形体41を得る工程
工程1~3は、この順で行われる。以下、各工程の詳細について説明する。
The manufacturing method of the molded body 41 of this embodiment includes the following steps.
[Step 1] After dispersing the thermosetting resin A and the reinforcing fiber B in a dispersion medium, the dispersion medium is removed using a paper making method to obtain a paper product 11 [Step 2] A paper product 11 is added. A step of obtaining the preform 31 by pressing and molding [Step 3] Further pressurizing and heating the preform 31 in a direction orthogonal to the pressing direction of the preform 31 to harden it, thereby obtaining a formed body 41. Steps Steps 1 to 3 are performed in this order. Details of each step will be described below.

[工程1:抄造体を得る工程]
図1は、本実施形態の抄造体11の製造方法を説明する模式断面図である。本実施形態の抄造体11の製造方法は、例えば、以下の工程を有する。
(工程1a)熱硬化性樹脂Aと、強化繊維Bを分散媒中で混合して、スラリーを調製する工程。
(工程1b)底面にメッシュを備える容器に、得られたスラリーを入れ、分散媒を分離する工程。
(工程1c)メッシュ上に残った凝集物を脱水プレスする工程。
(工程1d)乾燥させる工程。
以下、各工程について詳述する。
[Step 1: Step of obtaining a paper product]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a papermaking body 11 of this embodiment. The manufacturing method of the papermaking body 11 of the present embodiment has, for example, the following steps.
(Step 1a) A step of mixing a thermosetting resin A and a reinforcing fiber B in a dispersion medium to prepare a slurry.
(Step 1b) A step of putting the obtained slurry into a container having a mesh on the bottom to separate the dispersion medium.
(Step 1c) A step of dewatering and pressing the aggregates remaining on the mesh.
(Step 1d) A step of drying.
Each step will be described in detail below.

(工程1a)
スラリーの調製は、図1(a)に示すように、熱硬化性樹脂Aと、強化繊維Bとを分散媒中で混合、撹拌することにより行われる。上記分散媒中での混合方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、攪拌機を備える容器中で撹拌する方法を用いることができる。
(Step 1a)
As shown in FIG. 1(a), slurry is prepared by mixing and stirring thermosetting resin A and reinforcing fiber B in a dispersion medium. A known method can be used as a method of mixing in the dispersion medium, and for example, a method of stirring in a vessel equipped with a stirrer can be used.

分散媒としては限定されず、具体的には、水;エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、2-ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類;テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラールなどのエーテル類などが挙げられる。分散媒としては、上記具体例のうち、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、入手が容易であり、環境負荷が低く、安全性が高いことから、水を用いることが好ましい。 The dispersion medium is not limited, specifically water; alcohols such as ethanol, 1-propanol, 1-butanol and ethylene glycol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, 2-heptanone and cyclohexanone; ethyl acetate and acetic acid esters such as butyl, methyl acetoacetate and methyl acetoacetate; and ethers such as tetrahydrofuran, isopropyl ether, dioxane and furfural. As the dispersion medium, one or a combination of two or more of the above specific examples can be used. Among these, it is preferable to use water because it is easily available, has a low environmental impact, and is highly safe.

以下、スラリーに含まれる各種成分について説明する。 Various components contained in the slurry are described below.

・熱硬化性樹脂A
熱硬化性樹脂Aとしては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、及びポリウレタンの中から選択される一種又は二種以上が挙げられる。なかでも、高い機械的強度を得る観点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂を含むことが好ましく、フェノール樹脂を含むことがより好ましい。
・Thermosetting resin A
As the thermosetting resin A, one or more selected from phenol resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, and polyurethanes can be used. Among them, from the viewpoint of obtaining high mechanical strength, it preferably contains a phenol resin or an epoxy resin, and more preferably contains a phenol resin.

熱硬化性樹脂Aの配合量は、抄造体11全体に対して、好ましくは5体積%以上であり、より好ましくは20体積%以上であり、さらに好ましくは30体積%以上である。これにより、加工性を向上しやすくなる。
一方で、熱硬化性樹脂Aの配合量は、抄造体11全体に対して、好ましくは90体積%以下であり、より好ましくは70体積%以下であり、さらに好ましくは60体積%以下である。これにより、抄造体11の強化繊維Bによる機械的強度をより効果的に向上させることが可能となる。
The content of the thermosetting resin A is preferably 5% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and still more preferably 30% by volume or more with respect to the entire paper product 11 . This makes it easier to improve workability.
On the other hand, the blending amount of the thermosetting resin A is preferably 90% by volume or less, more preferably 70% by volume or less, and still more preferably 60% by volume or less with respect to the entire paper product 11 . As a result, the mechanical strength of the reinforcing fiber B of the paper product 11 can be improved more effectively.

・強化繊維B
本実施形態で用いられる強化繊維Bとしては、金属繊維、木材繊維、木綿、麻、羊毛などの天然繊維;レーヨン繊維などの再生繊維;セルロース繊維などの半合成繊維;ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、エチレンビニルアルコール繊維などの合成繊維;炭素繊維;ガラス繊維、セラミック繊維などの無機繊維などが挙げられるがこれらに限定されない。強化繊維Bは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
なかでも、高い機械的強度を得る観点から、炭素繊維、及び無機繊維が好ましい。
・Reinforcing fiber B
Reinforcing fibers B used in this embodiment include natural fibers such as metal fibers, wood fibers, cotton, hemp, and wool; regenerated fibers such as rayon fibers; semi-synthetic fibers such as cellulose fibers; polyamide fibers, aramid fibers, and polyimide. Synthetic fibers such as fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyester fiber, acrylic fiber, polyparaphenylene benzoxazole fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, polyacrylonitrile fiber, ethylene vinyl alcohol fiber; carbon fiber; inorganic fiber such as glass fiber and ceramic fiber etc., but not limited to these. The reinforcing fibers B may be used singly or in combination of two or more.
Among them, carbon fibers and inorganic fibers are preferable from the viewpoint of obtaining high mechanical strength.

強化繊維Bの繊維長さは、要求される特性に応じて使い分けることが望ましく、例えば、500μm以上10mm以下であることが好ましい。繊維長さを上記下限値以上とすることで、機械的強度、剛性などの特性を発現させることができる。一方、繊維長さを上記上限値以下とすることで、良好な成形加工性を確保することができる。 The fiber length of the reinforcing fiber B is desirably selected depending on the required properties, and for example, it is preferably 500 μm or more and 10 mm or less. By setting the fiber length to the above lower limit or more, properties such as mechanical strength and rigidity can be exhibited. On the other hand, by making the fiber length equal to or less than the above upper limit value, it is possible to ensure good moldability.

強化繊維Bの径は、1μm以上100μm以下であることが好ましく、5μm以上80μm以下であることがより好ましい。
強化繊維Bの径を上記下限値以上とすることで、成形体41の機械的強度を確保することができ、上記上限値以下とすることで、成形加工性を確保することができる。
The diameter of the reinforcing fiber B is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 5 μm or more and 80 μm or less.
By making the diameter of the reinforcing fiber B equal to or greater than the above lower limit value, the mechanical strength of the molded body 41 can be ensured, and by making it equal to or less than the above upper limit value, it is possible to ensure moldability.

強化繊維Bの繊維長さ及び径は、例えば、得られた抄造体11または成形体41を電子顕微鏡で観察することにより、確認することができる。さらに、平均繊維長さ、平均径は、得られた抄造体11または成形体41の表面から観察される強化繊維Bを合計で100本選び、その平均値を算出することで、求めることができる。 The fiber length and diameter of the reinforcing fibers B can be confirmed, for example, by observing the obtained paper product 11 or molded product 41 with an electron microscope. Furthermore, the average fiber length and average diameter can be obtained by selecting a total of 100 reinforcing fibers B observed from the surface of the obtained papermaking product 11 or molded product 41 and calculating the average value. .

強化繊維Bの配合量は、抄造体11に対して30~60体積%であることが好ましく、40~50体積%であることがより好ましい。
強化繊維Bの配合量を上記下限値以上とすることにより、機械的強度を向上できる。一方、強化繊維Bの配合量を上記上限値以下とすることにより、強化繊維Bの良好で均一な分散性を保持し、抄造体11および成形体41の機械的強度のバラツキを抑制できる。
The amount of reinforcing fiber B to be blended is preferably 30 to 60% by volume, more preferably 40 to 50% by volume, relative to the paper product 11 .
The mechanical strength can be improved by setting the blending amount of the reinforcing fiber B to the above lower limit or more. On the other hand, by setting the amount of the reinforcing fiber B to be equal to or less than the above upper limit value, the reinforcing fiber B can be maintained in good and uniform dispersibility, and variations in the mechanical strength of the paper product 11 and the molded product 41 can be suppressed.

・パルプ繊維
抄造体11およびスラリーは、パルプ繊維を含んでもよい。これにより、熱硬化性樹脂Aの凝集をより効果的に発生させることができる。
パルプ繊維とは、有機繊維をフィブリル化したものをいう。
有機繊維とは、天然繊維、合成繊維のうち、有機物質を主成分とする繊維の総称である。パルプ繊維としては、具体的には、リンターパルプや木材パルプ等のセルロース繊維、ケナフ、ジュート、竹などの天然繊維;パラ型全芳香族ポリアミド繊維やその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維やその共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維などの合成繊維をフィブリル化したパルプ状繊維が挙げられる。パルプ繊維は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
- Pulp fiber The paper product 11 and the slurry may contain pulp fiber. Thereby, aggregation of the thermosetting resin A can be caused more effectively.
Pulp fibers refer to fibrillated organic fibers.
Organic fiber is a general term for fibers mainly composed of organic substances among natural fibers and synthetic fibers. Specific examples of pulp fibers include cellulose fibers such as linter pulp and wood pulp; natural fibers such as kenaf, jute, and bamboo; para-type wholly aromatic polyamide fibers and their copolymers; aromatic polyester fibers; Pulp-like fibers obtained by fibrillating synthetic fibers such as sol fibers, meta-aramid fibers and their copolymers, acrylic fibers, acrylonitrile fibers, polyimide fibers, and polyamide fibers can be mentioned. The pulp fibers may be used singly or in combination of two or more.

パルプ繊維の含有量は、抄造体11全体に対して0.5体積%以上であることが好ましく、1.5体積%以上であることがより好ましく、3体積%以上であることがさらに好ましい。これにより、製造工程中における熱硬化性樹脂Aの凝集をより効果的に発生させて、さらに安定的な成形体41の製造を実現することができる。
一方、パルプの含有量は、抄造体11全体に対して、15体積%以下であることが好ましく、10体積%以下であることがより好ましく、6体積%以下であることがさらに好ましい。これにより、成形体41の機械的特性や熱的特性をより効果的に向上させることが
The content of pulp fibers is preferably 0.5% by volume or more, more preferably 1.5% by volume or more, and even more preferably 3% by volume or more, relative to the entire paper product 11 . As a result, aggregation of the thermosetting resin A can be more effectively generated during the manufacturing process, and more stable manufacturing of the molded body 41 can be realized.
On the other hand, the content of pulp is preferably 15% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, and even more preferably 6% by volume or less with respect to the entire papermaking body 11 . As a result, the mechanical properties and thermal properties of the compact 41 can be improved more effectively.

・凝集剤
抄造体11およびスラリーは、凝集剤を含んでもよい。凝集剤は、後述する抄造法を用いた抄造体11の製造方法において、熱硬化性樹脂A、強化繊維Bをフロック状に凝集させる機能を有する。このため、より安定的な抄造体11および成形体41の製造を実現することができる。
- Flocculant The paper product 11 and the slurry may contain a flocculant. The aggregating agent has a function of aggregating the thermosetting resin A and the reinforcing fibers B into flocks in the method of manufacturing the paper product 11 using the paper making method described later. Therefore, more stable production of the papermaking product 11 and the molded product 41 can be realized.

上記の凝集剤は、例えば、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、及び両性高分子凝集剤から選択される一種又は二種以上を含むことができる。このような凝集剤の例示としては、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイドなどを挙げることができる。また、凝集剤において、そのポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基などの官能基量などは、必要特性に応じて特に制限無く調整することが可能である。 The flocculant may contain one or more selected from, for example, cationic polymer flocculants, anionic polymer flocculants, nonionic polymer flocculants, and amphoteric polymer flocculants. Examples of such flocculants include cationic polyacrylamide, anionic polyacrylamide, Hoffmann polyacrylamide, Mannic polyacrylamide, amphoteric copolymerized polyacrylamide, cationic starch, amphoteric starch, polyethylene oxide, and the like. . In addition, in the flocculant, the polymer structure, molecular weight, amount of functional groups such as hydroxyl groups and ionic groups, etc. can be adjusted according to the required properties without any particular restrictions.

・ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョン
抄造体11およびスラリーは、さらに、ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョンを含むでもよい。なお、ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョンは、熱硬化性樹脂A、強化繊維B、および任意の各種成分を分散媒中で混合し、撹拌した後に添加してもよいし、上記成分と同時に混合してもよい。各種成分をより高度に分散させるために、ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョンは、上記各成分を分散媒中で混合し撹拌した後に加えるのが好ましい。
- Poly(meth)acrylic acid ester emulsion The paper product 11 and the slurry may further contain a poly(meth)acrylic acid ester emulsion. The poly(meth)acrylic acid ester emulsion may be added after mixing the thermosetting resin A, the reinforcing fiber B, and various optional components in a dispersion medium and stirring, or may be mixed at the same time as the above components. You may In order to disperse the various components to a higher degree, the poly(meth)acrylic acid ester emulsion is preferably added after mixing and stirring the above components in the dispersion medium.

・その他
本実施形態において、抄造体11およびスラリーは、例えば、特性向上を目的とした酸化防止剤や紫外線吸収剤などの安定剤、離型剤、可塑剤、難燃剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤などの紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、消泡剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤などのサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミなどの凝結剤などの添加剤から選択される一種又は二種以上を、生産条件調整や、要求される物性を発現させることを目的として含むことができる。
・Others In the present embodiment, the paper product 11 and the slurry include, for example, stabilizers such as antioxidants and ultraviolet absorbers for the purpose of improving characteristics, mold release agents, plasticizers, flame retardants, resin curing catalysts and curing agents. Accelerators, pigments, dry strength improvers, wet strength improvers, retention improvers, drainage improvers, sizing agents, antifoaming agents, rosin sizing agents for acidic paper making, neutral Addition of sizing agents such as rosin-based sizing agents for papermaking, alkylketene dimer-based sizing agents, alkenylsuccinic anhydride-based sizing agents, special modified rosin-based sizing agents, and coagulants such as aluminum sulfate, aluminum chloride, and polyaluminum chloride. One or two or more selected from agents can be included for the purpose of adjusting production conditions and expressing required physical properties.

これら各種成分はいずれも公知の方法でスラリーの中に溶解または分散させて用いられる。 These various components are used by dissolving or dispersing them in the slurry by a known method.

(工程1b)
本実施形態では、図1(b)に示すように、底面にメッシュ60を備える容器に、得られたスラリーを入れることにより、分散媒を分離する。その結果、図1(c)に示すようにメッシュ60上に、スラリー中に含まれていた凝集物がシート状に残存する。
(Step 1b)
In this embodiment, as shown in FIG. 1(b), the dispersion medium is separated by putting the obtained slurry into a container having a mesh 60 on the bottom. As a result, aggregates contained in the slurry remain in the form of a sheet on the mesh 60 as shown in FIG. 1(c).

ここで、強化繊維Bは、ある程度長さを有するため、互いに絡まり合った状態で層状に重なるようにして、メッシュ60の面上に、堆積する。 Here, since the reinforcing fibers B have a certain length, they are deposited on the surface of the mesh 60 so as to overlap each other in layers while being entangled with each other.

シート状の抄造体11の厚みは、材料スラリー中の各種成分の量を調整したり、再度スラリーを作製して分離する工程を繰り返すことによって調整することができる。 The thickness of the sheet-like papermaking body 11 can be adjusted by adjusting the amount of various components in the material slurry, or by repeating the process of preparing slurry again and separating.

また、メッシュ60の形状を適宜選択することによって、のちに得られるシート状の抄造体11の形状を調整することが可能である。 Further, by appropriately selecting the shape of the mesh 60, it is possible to adjust the shape of the sheet-like paper product 11 to be obtained later.

(工程1c)
次いで、メッシュ60上に残った凝集物を脱水プレスすることで、シート状の抄造体11を得る(図1(c))。脱水プレスの条件は、例えば、温度20℃以上30℃以下で、圧力1kgf/cm以上50kgf/cm以下とすることができる。
ここで、脱水プレスは、例えば、シート状の抄造体11の脱水率が20%以下となるように行われることが好ましい。なお、本実施形態にかかる脱水率とは、脱水処理する前に凝集物に含まれる分散媒の質量を100%としたとき、脱水処理した後の凝集物に含まれる分散媒の質量を示す。
(Step 1c)
Then, the aggregate remaining on the mesh 60 is dehydrated and pressed to obtain a sheet-like paper product 11 (Fig. 1(c)). Conditions for the dehydration press can be, for example, a temperature of 20° C. or higher and 30° C. or lower and a pressure of 1 kgf/cm 2 or higher and 50 kgf/cm 2 or lower.
Here, the dehydration press is preferably performed so that the dehydration rate of the sheet-like paper product 11 is, for example, 20% or less. Note that the dehydration rate according to the present embodiment indicates the mass of the dispersion medium contained in the aggregate after dehydration, assuming that the mass of the dispersion medium contained in the aggregate before dehydration is 100%.

(工程1d)
乾燥工程では、図2(d)に示すように、オーブン70内で凝集物を熱処理する。これにより、シート状の抄造体11から分散媒をさらに取り除く。なお、乾燥する方法としては、限定されず、オーブン70以外の方法を用いてもよい。
(Step 1d)
In the drying step, as shown in FIG. 2(d), the agglomerate is heat-treated in an oven 70. As shown in FIG. As a result, the dispersion medium is further removed from the sheet-like paper product 11 . The drying method is not limited, and a method other than the oven 70 may be used.

乾燥する温度は、熱硬化性樹脂Aの融点以上反応温度以下とすることができる。なお、反応温度とは、示差走査熱量(DSC:Differential scanning calorimetry)測定における昇温過程において、算出される反応率が0%を最初に越える温度である。ここで、反応率とは、次のように求められる。まず、硬化反応を行っていない抄造体について、DSC測定により温度プロファイルを測定する。これにより得られる硬化反応の温度プロファイルから算出される、硬化反応の発熱ピークの単位質量あたりに換算した発熱量をx[mJ/mg]とする。次いで、反応率を算出する抄造体についても、同様に、硬化反応の発熱ピークの単位質量あたりに換算した発熱量y[mJ/mg]を算出する。上記x及びyを用いて、以下の式より、反応率が求められる。
(式) (反応率)=y/x×100[%]
The drying temperature can be above the melting point of the thermosetting resin A and below the reaction temperature. The reaction temperature is the temperature at which the calculated reaction rate first exceeds 0% in the heating process in differential scanning calorimetry (DSC) measurement. Here, the reaction rate is calculated as follows. First, a temperature profile is measured by DSC measurement for a paper product that has not undergone a curing reaction. Let x [mJ/mg] be the amount of heat generated per unit mass at the exothermic peak of the curing reaction, which is calculated from the obtained temperature profile of the curing reaction. Next, for the paper product for which the reaction rate is to be calculated, similarly, the calorific value y [mJ/mg] converted per unit mass of the exothermic peak of the curing reaction is calculated. Using the above x and y, the reaction rate is obtained from the following formula.
(Formula) (reaction rate) = y/x x 100 [%]

以上の工程により、Bステージ状態のシート状の抄造体11が得られる。 Through the above steps, the sheet-like papermaking body 11 in the B-stage state is obtained.

[工程2:素形体を得る工程]
次に、抄造体11を加圧して成形することにより素形体31を得る。また、素形体31はBステージ状態が保持されている。
図2(b)に示すように、例えば、抄造体11を金型の内部に投入し、金型上方から抄造体11に対して圧力をかけ、予備成形し、素形体31を得る。また、重力方向に加圧することが好ましい。
圧力は0.01~1.5MPaが好ましく、0.05~1MPaがより好ましい。圧力を上記下限値以上とすることにより、適度な固さの素形体31が得られる。一方、圧力を上記上限値以下とすることにより、強化繊維Bが折れたり曲がったりすることを抑制することができる。
[Step 2: Step of obtaining a preform]
Next, the molded body 31 is obtained by pressurizing and molding the papermaking body 11 . Further, the preformed body 31 is held in the B-stage state.
As shown in FIG. 2(b), for example, the papermaking body 11 is put into a mold, pressure is applied to the papermaking body 11 from above the mold, and preforming is performed to obtain a green body 31. As shown in FIG. Moreover, it is preferable to apply pressure in the direction of gravity.
The pressure is preferably 0.01-1.5 MPa, more preferably 0.05-1 MPa. By setting the pressure to the above lower limit or more, the molded body 31 having appropriate hardness can be obtained. On the other hand, by setting the pressure to the upper limit value or less, it is possible to suppress the reinforcing fibers B from breaking or bending.

[工程3:成形体を得る工程]
その後、得られた素形体31をさらに加熱加圧して完全硬化させることにより成形体41を得る。硬化条件は、使用原料等によって適宜決定されるが、熱可塑性樹脂の融点以下であって、熱硬化性樹脂の硬化温度以上に加熱することが好ましい。例えば、フェノール樹脂が用いられている場合、150~200℃とすることが好ましく、160~180℃とすることがより好ましい。また、加圧条件として、圧力は、10~80MPaとすることが好ましく、30~60MPaとすることがより好ましい。また、加圧時間は、1~10分間程度が好ましい。
[Step 3: Step of obtaining molded product]
After that, the molded body 41 is obtained by further heating and pressurizing the obtained preformed body 31 to completely harden it. The curing conditions are appropriately determined depending on the raw materials used, etc., but it is preferable to heat to a temperature not higher than the melting point of the thermoplastic resin and not less than the curing temperature of the thermosetting resin. For example, when a phenolic resin is used, the temperature is preferably 150 to 200°C, more preferably 160 to 180°C. As for the pressurizing conditions, the pressure is preferably 10 to 80 MPa, more preferably 30 to 60 MPa. Also, the pressurization time is preferably about 1 to 10 minutes.

また、素形体31をいったん金型から取り出し、工程3で行った加圧方向とは異なる方向から加圧が行われるように素形体31を回転させて再度金型に戻してから、加熱加圧を行っても完全硬化させて、成形体41を得る。換言すると、重力方向に対して、90°回転させることが好ましい。これにより、素形体31中で加圧方向にいったん配向した強化繊維Bをランダム化させることができ、成形体41において強化繊維Bの配向による機械的強度の低下を抑制できる。なお、回転の程度は、作業性の観点から工程3の加圧方向、すなわち素形体31が受けた加圧方向に対して90°回転させることが好適である。 In addition, the preform 31 is once removed from the mold, the preform 31 is rotated so as to be pressurized in a direction different from the direction of pressure applied in step 3, and then returned to the mold, followed by heating and pressurization. is completely cured to obtain a molded body 41 . In other words, it is preferable to rotate 90° with respect to the direction of gravity. As a result, the reinforcing fibers B once oriented in the pressurizing direction in the preform 31 can be randomized, and a decrease in mechanical strength due to the orientation of the reinforcing fibers B in the compact 41 can be suppressed. From the viewpoint of workability, it is preferable to rotate by 90° with respect to the direction of pressure in step 3, that is, the direction of pressure applied to the preform 31 .

<成形体>
図2は、本実施形態に係る成形体の一例を示す斜視図であり、図2(b)は、図2(a)の側面の拡大図である。図2に示されるように、本実施形態の成形体41は、強化繊維Bが絡まり合いつつも、ランダムに配置されているため、高い機械的強度が得られる。
熱硬化性樹脂の含有量が、成形体41全量に対して、好ましくは20~80体積%である。
本実施形態の成形体41は、軽量かつ高い機械的強度を有するため、建築材料、自動車および航空機等の各種輸送機械、スポーツ用品等の種々の用途に広く利用できる。
<Molded body>
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the molded article according to this embodiment, and FIG. 2(b) is an enlarged side view of FIG. 2(a). As shown in FIG. 2, in the molded body 41 of the present embodiment, the reinforcing fibers B are entangled but randomly arranged, so high mechanical strength can be obtained.
The content of thermosetting resin is preferably 20 to 80% by volume with respect to the total amount of molded body 41 .
Since the molded body 41 of the present embodiment is lightweight and has high mechanical strength, it can be widely used in various applications such as building materials, various transportation machines such as automobiles and aircraft, and sporting goods.

本実施形態の成形体41は、機械的強度に優れており、なかでも高い曲げ強度を有する。曲げ強度は、公知の方法で測定することができ、例えば、エー・アンド・デイ社製「テンシロン」、島津製作所製「オートグラフ」等の測定機器を用いて測定できる。 The molded body 41 of this embodiment is excellent in mechanical strength, and has particularly high bending strength. The bending strength can be measured by a known method, for example, using a measuring instrument such as "Tensilon" manufactured by A&D and "Autograph" manufactured by Shimadzu Corporation.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.

<実施例1>
[工程1]抄造体の作製
分散媒としての水に、熱硬化性樹脂(レゾール型フェノール樹脂、住友ベークライト株式会社製「スミライトレジンPR-51723」)50重量部、強化繊維(リサイクルカーボン、平均繊維長6mm)40重量部、およびパルプ繊維(アラミド微小繊維、ダイセルファインケム株式会社製「ティアラ KY-400S」平均繊維長500~600μm)10重量部を加え、20分間撹拌して、固形分濃度0.15重量%のスラリーを得た。
得られたスラリーに、あらかじめ調製したポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョン(ハイモ株式会社製の「ハイモロック DR-9300」)を、スラリー中の固形分に対して300ppmとなるように添加し、スラリー中の固形分を凝集させた。
次いで、凝集物を含むスラリーを、30メッシュの金属網(スクリーン)で濾過し、スクリーン上に残ったシート状の凝集物を、圧力3MPaでプレスして脱水した。脱水した凝集物を、70℃で3時間乾燥させて、シート状の抄造体(300mm×300mm:厚み5mm)を得た。
<Example 1>
[Step 1] Preparation of paper product In water as a dispersion medium, 50 parts by weight of a thermosetting resin (resol-type phenolic resin, "Sumilite Resin PR-51723" manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), reinforcing fibers (recycled carbon, average Fiber length 6 mm) 40 parts by weight and pulp fibers (aramid microfibers, "Tiara KY-400S" manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd. average fiber length 500 to 600 μm) 10 parts by weight) are added, stirred for 20 minutes, and the solid content concentration is 0. A slurry of 0.15% by weight was obtained.
To the obtained slurry, a pre-prepared poly(meth)acrylic acid ester emulsion ("Himolo DR-9300" manufactured by Hymo Co., Ltd.) was added so that the solid content in the slurry was 300 ppm. of solids was agglomerated.
Next, the slurry containing the aggregates was filtered through a 30-mesh metal net (screen), and the sheet-like aggregates remaining on the screen were dewatered by pressing at a pressure of 3 MPa. The dehydrated aggregate was dried at 70° C. for 3 hours to obtain a sheet-like paper product (300 mm×300 mm: thickness 5 mm).

[工程2]素形体の作製
得られた抄造体を金型内に配置し、以下の条件で重力方向に加圧して、略直方体の素形体を得た。
・条件
圧力:0.1MPa、時間:1分
[Step 2] Production of Preformed Body The obtained papermaking body was placed in a mold and pressed in the direction of gravity under the following conditions to obtain a substantially rectangular parallelepiped preformed body.
・Conditions Pressure: 0.1 MPa, Time: 1 minute

[工程3]成形体の作製
得られた素形体を金型から取り出し、重力方向に対して90°回転させたのち、再度、金型内に配置し、以下の条件で硬化させた。
・硬化条件
温度:180℃、型締圧:30MPa、時間:10分
[Step 3] Production of Molded Body The obtained green body was taken out from the mold, rotated by 90° with respect to the direction of gravity, placed in the mold again, and cured under the following conditions.
・Curing conditions Temperature: 180°C, mold clamping pressure: 30 MPa, time: 10 minutes

<比較例1>
工程3において、素形体を回転させずに、そのまま硬化させた以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
<Comparative Example 1>
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1, except that in step 3 the molded body was cured as it was without being rotated.

得られた成形体について、以下の測定、観察を行った。結果を表1に示す。
[測定]
・曲げ強度、曲げ弾性率:成形体の厚み方向(硬化時の加圧方向)に対して直交する方向から、成形体に対して曲げ応力をかけ、測定の結果から換算した。試験機はエー・アンド・デイ社のテンシロンを用いた。
具体的には、幅b[mm]、厚さh[mm]の試験片を用いてダインスタット試験機により測定した曲げモーメントがM[kg・cm]であったとき、曲げ強度をσf[MPa]は、σf=9.8×6×10×M/(bh2)の関係から算出した。
曲げ弾性は、曲げ強度試験結果から、フックの法則(式5.2)に従い算出した。
The following measurements and observations were carried out on the obtained compact. Table 1 shows the results.
[measurement]
- Bending strength, bending elastic modulus: Bending stress was applied to the molded body from a direction perpendicular to the thickness direction of the molded body (pressing direction during curing), and converted from the measurement results. A Tensilon manufactured by A&D was used as a testing machine.
Specifically, when the bending moment measured by a Dystat tester using a test piece having a width b [mm] and a thickness h [mm] is M [kg cm], the bending strength is σf [MPa ] was calculated from the relationship σf=9.8×6×10×M/(bh2).
The flexural elasticity was calculated according to Hooke's law (Formula 5.2) from the flexural strength test results.

[観察]
各成形体の硬化時の加圧方向での断面について、光学顕微鏡観察を行って強化繊維の配向を観察した。
観察した結果、実施例1の成形体は、強化繊維の配向が観察されず、また、曲げ試験後による亀裂が分散しており、また亀裂の進行が観察されなかった。一方、比較例1の成形体は、曲げ試験による亀裂が進行し、横方向にほぼ平行な亀裂が見られた。
[observation]
The orientation of the reinforcing fibers was observed by observing the cross section of each compact in the pressurizing direction during curing with an optical microscope.
As a result of observation, in the molded article of Example 1, orientation of the reinforcing fibers was not observed, cracks were dispersed after the bending test, and no progress of the cracks was observed. On the other hand, in the molded article of Comparative Example 1, cracks progressed in the bending test, and cracks almost parallel to the lateral direction were observed.

Figure 2023016365000001
Figure 2023016365000001

11 抄造体
31 素形体
41 成形体
60 メッシュ
70 オーブン
A 熱硬化性樹脂
B 強化繊維
11 Paper product 31 Preformed product 41 Molded product 60 Mesh 70 Oven A Thermosetting resin B Reinforcing fiber

Claims (5)

熱硬化性樹脂、強化繊維を分散媒中で分散した後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、抄造体を得る工程と、
前記抄造体を加圧成形することにより素形体を得る工程と、
前記素形体の加圧方向に対して直交する方向に前記素形体をさらに加圧および加熱して硬化することにより成形体を得る工程と、
を含む、成形体の製造方法。
a step of dispersing a thermosetting resin and reinforcing fibers in a dispersion medium and then removing the dispersion medium using a paper making method to obtain a paper product;
a step of obtaining a green body by pressure-molding the papermaking body;
a step of further pressurizing and heating the preform in a direction perpendicular to the pressurizing direction of the preform to obtain a molded body;
A method for producing a molded body, comprising:
請求項1に記載された成形体の製造方法であって、
前記強化繊維の含有量が、当該抄造体に対して30~60体積%である、成形体の製造方法。
A method for producing a molded article according to claim 1,
A method for producing a molded product, wherein the content of the reinforcing fiber is 30 to 60% by volume relative to the paper product.
請求項1または2に記載の成形体の製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される1種又は2種以上を含む、成形体の製造方法。
A method for producing a molded article according to claim 1 or 2,
A method for producing a molded body, wherein the thermosetting resin contains one or more selected from the group consisting of phenol resins, epoxy resins, melamine resins, polyurethanes, and unsaturated polyester resins.
請求項1乃至3いずれか一項に記載の成形体の製造方法であって、
前記強化繊維が、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、およびエチレンビニルアルコール繊維の中から選ばれる1種または2種以上を含む、成形体の製造方法。
A method for producing a molded article according to any one of claims 1 to 3,
The reinforcing fibers include metal fibers, carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, polyamide fibers, aramid fibers, polyimide fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyparaphenylene benzoxazole fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, poly A method for producing a molded article containing one or more selected from acrylonitrile fibers and ethylene vinyl alcohol fibers.
請求項1乃至4いずれか一項に記載の成形体の製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂の含有量が、前記成形体全量に対して、20~80体積%である、成形体の製造方法。
A method for producing a molded article according to any one of claims 1 to 4,
A method for producing a molded article, wherein the content of the thermosetting resin is 20 to 80% by volume with respect to the total amount of the molded article.
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