JP5949895B2 - 繊維強化プラスチック成形用複合材及び繊維強化プラスチック成形体 - Google Patents
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Description
ガラス繊維及び炭素繊維から選ばれる少なくとも1種の無機繊維よりなる強化繊維成分と、限界酸素指数が25以上であり、繊維径が30μm以下で且つ前記強化繊維の繊維径の4倍以下であるスーパーエンプラ繊維よりなるマトリックス樹脂成分とを混合して不織布シートを形成する工程を有することを特徴とする繊維強化プラスチック成形用複合材(スタンパブルシート)の製造方法。
繊維径7μm、繊維長13mmのPAN系炭素繊維と、表1に示した繊維径のPPS樹脂繊維(Fiber Innovation Technology社製、繊維長13mm、限界酸素指数41)を、質量比がポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維40に対しポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂繊維60となるように計量し、水中に投入した。投入した水の量は、PAN系炭素繊維とPPS樹脂繊維の合計質量に対し200倍となるようにした(すなわち繊維スラリー濃度として0.5%)。
PPS樹脂繊維を、表1に示した繊維径であるPPS繊維(KBセーレン株式会社製、ガラス転移温度92℃、繊維長13mm、限界酸素指数41)に変更した以外は、製造例1と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を作製した。
製造例1における繊維径7μm、繊維長13mmであるPAN系炭素繊維を、繊維径が9μmであり、繊維長が18mmのガラス繊維に変更し、製造例1におけるPPS樹脂繊維(Fiber Innovation Technology社製、ガラス転移温度92℃、限界酸素指数41)を、表2に示したポリエーテルイミド(PEI)樹脂繊維(Fiber Innovation Technology社、、ガラス転移温度220℃、繊維長13mm、限界酸素指数47)に変更した以外は製造例1と同様にして、目付けが250g/m2である不織布を得た。得られたシートを、220℃の熱プレスによって加熱加圧することで、表2の通り透気度を適宜調整し、製造例6、7の繊維強化プラスチック成形用複合材を作製した。尚、製造例7は、製造例6よりも220℃熱プレスによる加熱加圧時間を短縮し、密度を低くすることによって透気度を表2の通り調整した。
製造例1におけるPPS樹脂繊維を、繊維径16μmのPPS樹脂繊維(Fiber Innovation Technology社製、ガラス転移温度92℃、繊維長13mm、限界酸素指数41)に代えるとともに、粒状PVAに代えて、ウエットウエブ形成後に表3のバインダー液をスプレー法によって表3に示されている量で添加し、加熱乾燥させた以外は、製造例1と同様にして製造例10〜15の繊維強化プラスチック成形用複合材を作製した。
製造例10〜15におけるPPS樹脂繊維を、繊維径15μmのPEI樹脂繊維(Fiber Innovation Technology社製、ガラス転移温度220℃、繊維長13mm、限界酸素指数41)に代える以外は、製造例10〜15のそれぞれに対応する製造例16〜21の繊維強化プラスチック成形用複合材を作製した。
繊維径7μm、繊維長13mmのPAN系炭素繊維と、繊維径15μmのPEI樹脂繊維(繊維長13mm)を、質量比がポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維40に対しPEI樹脂繊維60となるように計量し、水中に投入した。投入した水の量は、PAN系炭素繊維とPEI樹脂繊維の合計質量に対し200倍とした(すなわち、繊維スラリー濃度として0.5%)。
融点110℃の変性ポリエステル粒状バインダー(パウダーレジン G−120、東京インキ株式会社製)を、固形分質量濃度10%となるよう水中に分散したバインダースラリー液を作成した。このバインダースラリー液を、実施例1で作成した繊維スラリーに添加した以外は、実施例1と同様に湿式抄紙法でウエットウエブを形成し、エマルジョン液バインダーを添加して加熱乾燥することにより目付けが550g/m2である繊維強化プラスチック成形用複合材を得た。尚、変性ポリエステル粒状バインダーの固形分質量添加量は、表5に示す通りとなるようにバインダースラリー液の添加量を調整した。
実施例2において、融点110℃の変性ポリエステル粒状バインダーを、変性ポリエステル繊維状バインダー(ユニチカ製 メルティ4000)に変更した以外は、実施例2と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を得た。
実施例1において、エマルジョン液バインダーを2%濃度のPVA溶液バインダー(クラレ製 PVA117を温水に溶解し、冷却したもの)に変更し、繊維強化プラスチック成形用複合材に対するバインダーの固形分質量添加量を表5に示す通りとした以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を得た。
実施例2における変性ポリエステル粒状バインダーを、PVA粒状バインダー(ユニチカ株式会社製 OV−N)に変更した以外は、実施例2と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を製造した。
実施例5において、エマルジョン液バインダーの付与を行わず、粒状PVAバインダーの添加量を表5に示すとおり変更した以外は、実施例5と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を製造した。
比較例1において、粒状PVAバインダーの添加量を表5に示すとおり変更した以外は、比較例1と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を製造した。
比較例1〜2において、強化繊維を繊維径が9μm、繊維長が18mmのガラス繊維に変更し、強化繊維とポリエーテルイミド繊維の比率を表6に示す通りに変更した以外は、比較例1〜2と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を製造した。
メチルメタクリレート共重合体であるバインダー(日本触媒製 EMN−188E)の固形分添加量が表5に示す通りとなるようにし、変性ポリエステル繊維状バインダー(ユニチカ製 メルティ4000)の固形分添加量も表6に示す通りとなるようにした以外は実施例3と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を得た。尚、メチルメタクリレート共重合体であるバインダー(日本触媒製 EMN−188E)の固形分添加量は、該バインダー添加時のスプレー液濃度を適宜調整することにより所定の添加量となるようにした。
エマルジョン液バインダー(メチルメタクリレート共重合体、日本触媒製 EMN−188E)の固形分添加量が表6に示す通りとなるようにした以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形用複合材を製造した。尚、メチルメタクリレート共重合体であるバインダー(日本触媒製 EMN−188E)の固形分添加量は、該バインダー添加時のスプレー液濃度を適宜調整することにより所定の添加量となるようにした。
実施例11〜27において、強化繊維を繊維径が9μm、繊維長が18mmのガラス繊維に変更し、強化繊維とポリエーテルイミド繊維の比率を表6に示す通りに変更した以外は、実施例11〜27と同様にして実施例23〜44の繊維強化プラスチック成形用複合材を製造した。
A:非常に良好なもの
B:良好であり実用上問題なく取り扱えるもの
C:実用上やや問題を生じるが、製造は可能であるもの
D:表面繊維の脱落が非常に多く量産では明らかに問題を発生するもの、及びシートが破れやすくハンドリング性に劣るもの
A:全く臭気を感じないもの
B:若干臭気を感じるがほとんど気にならないもの
C:臭気を感じるが作業をする上では特に問題とならないもの
D:臭気が強いが短時間の作業であればマスク等が無くとも作業できるもの
E:臭気が強く作業する上でマスク等を必要とするもの
A:繊維の飛散が非常に少なく非常に良好なもの
B:繊維の飛散が少なく良好であり実用上問題なく取り扱えるもの
C:繊維の飛散が多く実用上やや問題を生じるが、製造は可能であるもの
D:表面繊維の脱落が非常に多く量産では明らかに問題を発生するもの
A:層間剥離が発生しなかったもの
B:若干層間強度が弱くなったが実用上差し支えがなくハンドリングできるもの
C:層間剥離が一部に発生し実用上やや問題を生じるが、取り扱いは可能であるもの
D:層間剥離が全面に発生し、ハンドリングに問題を生じるもの
2:水掻き膜状バインダー
Claims (21)
- ガラス繊維及び炭素繊維から選ばれる少なくとも1種の無機繊維よりなる強化繊維成分と、限界酸素指数が25以上であり、繊維径が30μm以下で且つ前記強化繊維の繊維径の4倍以下である熱可塑性スーパーエンプラ繊維よりなるマトリックス樹脂成分とを含有し、前記スーパーエンプラ繊維と前記強化繊維が共にチョップドストランドであり、乾式不織布法又は湿式不織布法によって不織布シートとされていることを特徴とする繊維強化プラスチック成形用複合材。
- JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.5−2に規定される透気度が200秒以下である請求項1に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記繊維強化プラスチック成形用複合材中に10質量%までの量のバインダー成分を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記繊維強化プラスチック成形用複合材中のバインダー成分が、繊維強化プラスチック成形用複合材の表層部にその多くの部分が存在するように偏在していることを特徴とする請求項3に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記バインダー成分が、前記スーパーエンプラ繊維よりなるマトリックス樹脂成分と相溶性を有し、且つ前記複合材を250℃以上430℃以下の温度で加熱加圧成形したときに前記スーパーエンプラ繊維との間に界面が存在せず一体化する樹脂成分であることを特徴とする請求項3又は4に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記スーパーエンプラ繊維の繊維径が1〜20μmである請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記スーパーエンプラ繊維がポリエーテルイミド(PEI)繊維である請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記バインダー成分がポリエチレンテレフタレート(PET)又は変性ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む請求項7記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- ガラス繊維及び炭素繊維から選ばれる少なくとも1種の無機繊維よりなる強化繊維成分と、限界酸素指数が25以上であり、繊維径が30μm以下で且つ前記強化繊維の繊維径の4倍以下である熱可塑性スーパーエンプラ繊維よりなるマトリックス樹脂成分とを混合して不織布シートを形成する工程を有することを特徴とする繊維強化プラスチック成形用複合材の製造方法。
- 前記不織布シートを形成する工程が、乾式不織布法又は湿式不織布法のいずれかの不織布形成工程であることを特徴とする請求項9に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材の製造方法。
- 前記不織布シートを形成する工程が、バインダー含有液を使用して全不織布シート中に含まれるバインダー量の多くの部分が不織布シートの表裏面の表層部分に偏在している不織布シートを形成する段階を有することを特徴とする請求項9又は10に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材の製造方法。
- バインダー成分を含有する溶液或いはエマルジョンであるバインダー含有液を、塗布法或いは含浸法により不織布シートに付与することを含む、請求項11に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材の製造方法。
- 前記不織布シートを形成する工程が、前記強化繊維成分と前記スーパーエンプラ繊維よりなるマトリックス樹脂成分を有する不織布シートを、該スーパーエンプラ繊維が部分溶融する条件下で加熱処理する段階を有することを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材の製造方法。
- 無機繊維よりなる強化繊維成分とポリエーテルイミド繊維よりなるマトリックス樹脂繊維成分と、バインダー成分を含有する不織布状シートよりなり、該不織布状シートの表層部における繊維成分同士が、主として繊維成分同士の交点に水掻き膜状に局在する前記バインダー成分によって結合されていることを特徴とする、繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記バインダー成分のうちの前記表層部における繊維成分同士の交点に水掻き膜状に局在するバインダー成分が、モノマー成分としてメチルメタクリレート及びエチルメタクリレートから選ばれる少なくとも1種を含有する共重合体を含有することを特徴とする、請求項14に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記バインダー成分の少なくとも1種が、前記ポリエーテルイミド繊維成分と加熱溶融状態で相溶性である粒子状又は繊維状の熱可塑性樹脂であることを特徴とする、請求項14又は15に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記粒子状又は繊維状の熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂及び変性ポリエステル樹脂から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項16に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 前記バインダー成分の総含有量が0.3質量%以上10質量%以下であることを特徴とする、請求項14〜17のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- バインダー成分が、モノマー成分としてメチルメタクリレート及びエチルメタクリレートから選ばれる少なくとも1種を含有する共重合体と、繊維状ポリエステル樹脂及び繊維状変性ポリエステル樹脂から選ばれる少なくとも1種の繊維状樹脂とを含有し、前記共重合体の繊維強化プラスチック成形用複合材に対する含有量が0.7〜4.0質量%であり、前記繊維状樹脂の繊維強化プラスチック成形用複合材に対する含有量が1.5質量%〜6質量%であり、バインダー成分の総含有量が8質量%以下である請求項18に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 表層部間の中間層における前記繊維成分間はポリエーテルイミド繊維成分と加熱溶融状態で相溶性である粒子状又は繊維状の熱可塑性樹脂によって接着されていることを特徴とする、請求項14〜19のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形用複合材。
- 請求項14〜20のいずれか1項の繊維強化プラスチック成形用複合材を製造するための方法であって、前記無機繊維よりなる強化繊維成分とポリエーテルイミド繊維よりなるマトリックス樹脂繊維成分とを有する不織布に、溶液型又はエマルジョン型のバインダー液を付与し、その後、不織布を急速に加熱してバインダー液の主要部を不織布表層部に移行させつつ不織布全体を乾燥させることによって、不織布の表層部の繊維成分同士の交点を水掻き膜状に局在するバインダーで結合させることを特徴とする、繊維強化プラスチック成形用複合材の製造方法。
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