JP5415320B2

JP5415320B2 - 繊維強化樹脂用シート及びこれを用いた繊維強化樹脂成形体

Info

Publication number: JP5415320B2
Application number: JP2010036092A
Authority: JP
Inventors: 充利藤; 歴堀本; 忠玄田中
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP2011168936A

Description

本発明は、不織布と補強用繊維を含む繊維強化樹脂用シート及びこれを用いた繊維強化樹脂成形体に関する。

ガラス、炭素(カーボン)、アラミド等の強化繊維を用いた繊維強化樹脂(ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics)は、高強度、軽量等の特色を生かして、パイプ、パネル、壁材、タンク、各種スポーツ用品、航空機産業、住宅資材、建築資材、輸送資材などに広く応用されている。ＦＲＰの成形方法としては、例えば下記の方法が知られている（非特許文献１）。
（１）ハンドレイアップ法、スプレーアップ法などの接触圧成形法
（２）真空バッグ法、加圧バッグ法、オートクレーブ法、インフュージョン法、レジンインジェクト法、コールドプレス法などの低圧成形法
（３）マッチドダイ法、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）法、バルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）法、スタンピング法などの高圧成形法
（４）フィラメントワインディング（ＦＷ）法、引き抜き法、連続積層法などの連続成形法

従来技術として、ガラス繊維に樹脂を含浸させてプリプレグとする際に、ガラスクロスの端面を突き合せ、この突き合せ部の片面に樹脂フィルムと補強用ガラスクロスを積層して圧着する提案がある（特許文献１）。また、補強用繊維基材の端部を重ね、その間に接着剤を介在させる提案もある（特許文献２）。

特開平１０−１８１７３号公報特開２００３−１６６１６４号公報

大阪市立工業試験所ら、「プラスチック読本」，プラスチック・エージ、１９９２年８月１５日、２６８−２７５頁

本発明者らは、鋭意研究の結果、特許文献１の方法は樹脂フィルムを使用しているため、マトリックス樹脂が補強繊維内に浸入しにくいという問題があること、及び、特許文献２の方法は、補強用繊維基材の端部を重ねるため、段差ができてしまい、この部分の形状と強度が不均一になること、という課題を見出した。

本発明の繊維強化樹脂用シートは、不織布と繊維基材を含む繊維強化樹脂用シートであって、前記繊維基材を構成する繊維は少なくとも一方向に揃えられ、前記繊維基材端面は突き合わされており、突き合わせ部の少なくとも一面に前記不織布が配置され、前記不織布と前記繊維基材とは、前記不織布表面に付与された接着層により一体化されており、前記表面に接着層が付与された不織布は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１５０〜７００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の範囲の通気量を有することを特徴とする。

本発明の繊維強化樹脂成形体は、前記繊維強化樹脂用シートとマトリックス樹脂を含むことを特徴とする。

本発明は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１５０〜７００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の範囲の通気量を有する、表面に接着層が付与された不織布を、繊維基材端面の突き合わせ部の少なくとも一面に接着層により一体化することにより、繊維基材の端部に段差がなく、かつ補強用繊維内に樹脂が均一に浸透し易く、均一な物性の成形品を得ることができる。すなわち、通気量が前記の範囲の不織布は、マトリックス樹脂が通過しやすく繊維内に樹脂が均一に浸透し易い。また、繊維基材の端部に段差がないため、この部分の形状及び強度は均一となる。これらの相乗効果により、均一な物性の成形品が得られる。

図１は本発明の一実施例における繊維強化樹脂用シートの斜視図である。図２は別の実施例における繊維強化樹脂用シートの斜視図である。図３は本発明の一実施例における繊維強化樹脂用シートの断面図である。

本発明は、不織布と繊維基材を含む繊維強化樹脂用シートで構成される。繊維基材を構成する繊維は少なくとも一方向に揃えられている。繊維を一方向に揃えた繊維基材としては、例えば構成繊維を一方向に揃えたスダレ状基材、織物、編物、組物又は多軸挿入たて編物がある。この繊維基材端面は突き合わされている。突き合わせにより、段差は形成されない。突き合わせ部の少なくとも一面に不織布が配置され、不織布と繊維基材とは、不織布表面に付与された接着層により一体化されている。この一体化は、マトリックス樹脂を浸入させる成形時まで、所定の形状を保つことができる程度であればよい。成形後は繊維とマトリックス樹脂との一体化により、所定の強度が保たれる。

前記不織布は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１５０〜７００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の範囲の通気量を有する。さらに好ましい通気量は２００〜４００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の範囲である。これにより、繊維内にマトリックス樹脂が均一に浸透し易く、均一な物性の成形品を得ることができる。１５０ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）未満の通気量では、気泡の巻込みにより、繊維内にマトリックス樹脂が均一に浸透しにくくなる。７００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の超える通気量では、不織布の強度が低下し、取り扱い性が低下する。

前記繊維強化樹脂用シートは板状、管状、その他任意の形状に形成できる。

前記不織布は、スパンレース不織布又はスパンボンド不織布であることが好ましい。スパンレース不織布又はスパンボンド不織布は、薄くてマトリックス樹脂の通過性も良好である。とくに好ましくは、バインダーを用いないスパンレース不織布又はスパンボンド不織布である。バインダー、すなわち接着成分となる合成樹脂が、最終的に得られるＦＲＰ成形体の強度物性に悪影響を及ぼす恐れがある。なお、不織布には通気量調整のためにメッシュ孔を設けても良い。

前記不織布の目付けは、１０ｇ／ｍ²を超え５０ｇ／ｍ²以下の範囲であることが好ましい。さらに好ましい目付けは、２５〜４０ｇ／ｍ²の範囲である。前記の目付けであれば強度保持とマトリックス樹脂の通過性向上の両立を図れる。

本発明においては、繊維強化樹脂用シートとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形体を得るため、前記樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂は、成形前の原料段階においては、粘度が低く、繊維に浸入しやすく、成形しやすい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、メタクリレート系樹脂、フェノール系樹脂等がある。熱可塑性樹脂であっても使用することはできる。熱可塑性樹脂としては、オレフィン系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリエステル系樹脂等がある。

本発明の繊維基材は、構成繊維を一方向に揃えたスダレ状基材、織物、編み物、組物又は多軸挿入たて編み物などを使用する。これらの中間体は、最終成形体に使用するためのプリプレグとすることもできる。スダレ状基材、織物、編み物、多軸挿入たて編み物は、シート状に成形して使用でき、スダレ状基材、組み物はパイプ状に成形して使用できる。織物及び編み物の組織は、公知のいかなる組織でも使用できる。繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエステル繊維などから適宜一種又は複数組み合わせて使用できる。繊維基材を構成する繊維は単繊維直径０．５〜５０μｍのものを一方向に引き揃えたものが好ましい。

次に図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における繊維強化樹脂用シート１０の斜視図であり、図３は同断面図である。一方向に引き揃えられた繊維１１は編み糸１２によってスダレ状に編まれ、繊維基材１３を構成している。繊維基材１３，１３の端面は、段差ができないように突き合わされている。突き合わせ部１４の少なくとも一面に不織布１５が配置されている。不織布１５にはメッシュ孔１６が開いているのが好ましい。不織布１５と繊維基材１３とは、不織布１５表面に付与された接着層１７により貼りあわされている。この不織布１５は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１５０〜７００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の範囲の通気量を有する。

図２は別の実施例における繊維強化樹脂用シート９の斜視図である。このシート９は、多軸挿入たて編み物の概念斜視図である。繊維が一方向に引き揃えられたシート１ａ〜１ｆが複数枚方向を異ならせて積層され、編針６に掛けられたステッチング糸７，８によって厚さ方向にステッチング（結束）され、一体化されている。このような多軸挿入たて編み物を繊維補強シートとし、マトリックス樹脂と一体成形する。この多軸状の積層シートは、多方向に補強効果の優れた繊維強化プラスチックを得ることが可能となる。ステッチング糸の代わりに、又は併用してバインダーを用いても良い。

以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例においては、図１及び図３に示すような構造の繊維強化樹脂用シート１０を作製した。まず、ガラスフィラメント（単繊維直径１５μｍ）を一方向に引き揃えて１束の繊維１１とし、編み糸１２によってスダレ状に編んで繊維基材１３（長さ３００ｍｍ、幅１５０ｍｍ）とした。２枚の繊維基材１３，１３の端面は、段差ができないように突き合わせ、突き合わせ部１４の少なくとも一面に不織布１５（長さ３００ｍｍ、幅１００ｍｍ）を配置した。なお、この配置によれば１枚の繊維基材には、長さ３００ｍｍ、幅５０ｍｍで不織布１５が積層されることとなる。この不織布は、目付け３０ｇ／ｍ²のバインダーなしのポリエステル製スパンレース不織布であった。不織布１５の一面に、目付け２０ｇ／ｍ²のポリエステル系樹脂ホットメルトフィルム状接着剤１７を塗布し、これで繊維基材１３と貼り合わせた。前記接着層付き不織布１５の通気量は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で２７５ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）であった。

ステンレス板のうえに、不織布１５で接続された繊維基材（２枚合わせて、長さ３００ｍｍ、幅３００ｍｍ）を載置した。その上からフィルムを被せ、インフュージョン成形を行った。なお、インフュージョン成形とは、上型にフィルムを使用し下型とフィルムの気密性を保ち、真空圧によって樹脂充填、含浸させるクローズモールド成形法である。使用する樹脂は、市販の不飽和ポリエステル樹脂であり、硬化剤として市販のＭＥＫＰＯ（メチルエチルケトンパーオキサイド）を用いた。

得られた成形品を、接続断面が分かるように切断し、断面状態を観察した。得られた成形品は、気泡の巻き込みも少なく、均一な含浸状態であった。

（比較例１）
実施例１のスパンレース不織布に代えて、スパンボンド不織布（バインダーなし、目付け６０ｇ／ｍ²）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。なお、接着層付き不織布の通気量は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１２０ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）であった。得られた成形品を、接続断面が分かるように切断し、断面状態を観察した。得られた成形品は、気泡の巻き込みが多く、不均一な含浸状態であった。

（実施例２）
実施例１のスパンレース不織布に代えて、スパンレース不織布（バインダーなし、目付け２０ｇ／ｍ²）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。なお、接着層付き不織布の通気量は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で４５０ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）であった。得られた成形品は、気泡の巻き込みも少なく、均一な含浸状態であった。ただし、繊維基材の強度が弱くなり、実生産において取扱いが難しいものであった。

（実施例３）
実施例１のスパンレース不織布に代えて、スパンボンド不織布（バインダーなし、目付け４５ｇ／ｍ²）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。なお、接着層付き不織布の通気量は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１９０ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）であった。得られた成形品を、接続断面が分かるように切断し、断面状態を観察した。得られた成形品は、気泡の巻き込みが見られたが、比較的均一な含浸状態であった。

（実施例４）
実施例１のスパンレース不織布に代えて、スパンボンド不織布（バインダーなし：目付け３５ｇ／ｍ²）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。なお、接着層付き不織布の通気量は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で３５０ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）であった。得られた成形品を、接続断面が分かるように切断し、断面状態を観察した。得られた成形品は、気泡の巻き込みも少なく、均一な含浸状態であった。

（比較例２）
実施例１のスパンレース不織布に代えて、スパンレース不織布（バインダーなし、目付け１０ｇ／ｍ²）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。なお、接着層付き不織布の通気量は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で７５０ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）であった。得られた成形品は、気泡の巻き込みも少なく、均一な含浸状態であった。ただし、繊維基材の強度が弱くなり、実生産において取扱いが不能なものであった。

本発明の繊維強化樹脂成形体は、パネル、壁材、タンク、各種スポーツ用品、航空機産業、住宅資材、建築資材、輸送資材などに広く利用することができる。

１ａ〜１ｆ繊維強化樹脂用複合糸
６編針
７，８ステッチング糸
９，１０，２０繊維強化樹脂用シート
１１一方向に引き揃えられた繊維
１２編み糸
１３繊維基材
１４突き合わせ部
１５不織布
１６メッシュ孔
１７接着層

Claims

不織布と繊維基材を含む繊維強化樹脂用シートであって、
前記繊維基材を構成する繊維は少なくとも一方向に揃えられ、
前記繊維基材端面は突き合わされており、突き合わせ部の少なくとも一面に前記不織布が配置され、
前記不織布と前記繊維基材とは、前記不織布表面に付与された接着層により一体化されており、
前記表面に接着層が付与された不織布は、ＪＩＳＬ１０９６、１９９９．８．２７．１Ａ法で規定されるフラジール法で１５０〜７００ｃｍ³／（ｃｍ²・Ｓ）の範囲の通気量を有することを特徴とする繊維強化樹脂用シート。
前記繊維強化樹脂用シートは板状に形成され、前記繊維基材の端面には段差がない請求項１に記載の繊維強化樹脂用シート。
前記不織布は、スパンレース不織布である請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂用シート。
前記不織布の目付けは、１０ｇ／ｍ²を超え５０ｇ／ｍ²以下の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂用シート。
前記繊維基材は、構成繊維を一方向に揃えたスダレ状基材、織物、編物、組物及び多軸挿入たて編物から選ばれる少なくとも一つである請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂用シート。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂用シートとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形体。
前記樹脂は、熱硬化性樹脂である請求項６に記載の繊維強化樹脂成形体。