JP6085798B2 - 3次元形状成形用複合材及びその製造方法 - Google Patents
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そのため、割れや皺が発生しやすい部分に対応して、積層体に予め切り込みや切り欠きを形成しておき、割れや皺の発生を防止することが考えられるが、積層体に切り込みや切り欠きを形成すると強化繊維を切断することになり、成形品の強度低下が避けられない。
<スキン層となるシートの構成>
長繊維:炭素繊維束(繊維数15000本、繊維径7μm、開繊糸)
熱可塑性樹脂材料:ポリアミド6(MFR=30)
体積含有率:60.8%
炭素繊維束を開繊し、開繊糸にポリアミド6を含浸させた一方向のシートを、45°/0°/−45°/90°の配向角度で多軸に積層させた多層シートである。
<コア層の使用材料>
(材料1)
短繊維ペレット
短繊維:炭素短繊維(繊維長6mm、繊維径7μm、比重1.45)
熱可塑性樹脂材料:ポリアミド6(MFR=30)
ポリアミド6に炭素短繊維を混合し、ペレットを作成した。当該ペレットに占める炭素短繊維の体積含有率は23%である。
(材料2)
短繊維ペレット
短繊維:炭素短繊維(繊維長7mm、繊維径7μm、比重1.39)
熱可塑性樹脂材料:ポリアミド6(MFR=40)
ポリアミド6に炭素短繊維を混合し、ペレットを作成した。当該ペレットに占める炭素短繊維の体積含有率は15%である。
図5に示す製造装置により作成した。コア層の材料を押出機10で混合し、Tダイ11から厚さ500μm、幅300mmで成形した。押出されたシート材C(コア層に対応)が溶融状態の間に、その両面にシート材S1(スキン層に対応)を重ね合わせ、一対の加熱ロール12により圧接積層し複合材を製造した。コア層の材料1を使用した複合材を複合材1とし、材料2を複合材2とする。
得られた成形用複合材は、厚さが844μmで、コア層の厚さが500μm、コア層の両面に形成されたスキン層の厚さがそれぞれ172μmであった。スキン層には、厚さ43μmの長繊維のシート材が4枚積層されており、各シート材は、45°/0°/−45°/90°の配向角度で多軸に積層されていた。複合材の繊維の体積含有率は、複合材1では38.4%、複合材2では33.4%であった。図7は、成形用複合材の切断面を拡大して撮影した写真である。
図8は、容器状に成形された成形品の側面の外表面を撮影した写真である。成形品の側面は、曲面状に形成されているが、割れや皺は確認されなかった。また、底面と側面との境界部分は角部に形成されているが、角部にも割れや皺は確認されなかった。また、側面及び角部では、長繊維がほとんどばらつくことなく引き揃えられた状態が維持されていることが確認できた。
比較例として、コア層の代わりにスキン層となるシート材を4枚用い、全体で6枚のシート材を積層一体化した複合材を実施例と同様に容器状の成形品に成形した。図9は、比較例の成形品の側面の外表面を撮影した写真である。曲面状に形成された側面には、割れや皺が多数生じており、実施例の成形品のようにきれいに成形できなかった。
実施例の成形品の角部を含む部分を切断して複合材と同様に強度を測定したところ、複合材とほぼ同程度の強度を備えており、強度が維持されていることが確認できた。
Claims (7)
- 強化繊維となる長繊維を面状に引き揃えてマトリックス樹脂となるMFRが0.1g/10min〜40g/10minの熱可塑性樹脂材料により一体形成されたスキン層と、面状に分布する短繊維をマトリックス樹脂となるMFRが1g/10min〜60g/10minで前記スキン層の熱可塑性樹脂材料より大きい熱可塑性樹脂材料により一体形成されたコア層とを積層一体化して構成されており、前記スキン層は、前記長繊維を所定方向に引き揃えたシート材を多軸に積層している3次元形状成形用複合材。
- 前記スキン層は、前記熱可塑性樹脂材料が前記長繊維に含浸状態又は半含浸状態で一体形成されている請求項1に記載の3次元形状成形用複合材。
- 前記コア層は、繊維長が0.5mm〜8.0mmの短繊維が3%〜50%の体積含有率で全体に分布している請求項1又は2に記載の3次元形状成形用複合材。
- 前記スキン層の厚さは0.04mm〜0.32mmであり、前記コア層の厚さは0.1mm〜1.0mmである請求項1から3のいずれかに記載の3次元形状成形用複合材。
- マトリックス樹脂となるMFRが1g/10min〜60g/10minの熱可塑性樹脂材料及び短繊維を混合してシート状に押出成形し、強化繊維となる長繊維を面状に引き揃えて多軸に積層しマトリックス樹脂となるMFRが0.1g/10min〜40g/10minで押出成形したシート材の熱可塑性樹脂材料より小さい熱可塑性樹脂材料により一体形成されたシート材を押出成形したシート材に重ね合わせて熱融着させて積層一体化する3次元形状成形用複合材の製造方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載の成形用複合材を3次元形状に成形した成形品。
- 前記成形用複合材を複数枚積層して3次元形状に成形した請求項6に記載の成形品。
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