JP6119876B2 - 繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、上記強化繊維集合体が、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体Aと、少なくとも上記割繊処理が不十分な未割繊部を含み、両端部の少なくとも一方には、実質的に割繊処理に起因する切込みを有する強化繊維集合体Bとの両方を含み、材料中の強化繊維の総重量に対する上記強化繊維集合体Bの重量の割合が5〜50%の範囲にあることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料に関する。このような本発明に係る繊維強化樹脂成形材料は、例えば、上記強化繊維集合体Aと上記強化繊維集合体Bとの両方を用い、強化繊維集合体Bの使用量を、材料中の強化繊維の総重量に対する上記強化繊維集合体Bの重量の割合が5〜50%の範囲に入るように制御することによって製造できる。
強化繊維集合体中の単糸数(本)=集合体の重量(g)×繊維長(m)/繊度(g/m)
・・・(1)
重量割合=強化繊維集合体Bの重量/繊維強化樹脂成形材料中の全強化繊維重量×100
・・・(2)
特に、注記が無い限り、繊維強化樹脂成形材料やその試料について、繊維束(繊維長)の長さの単位はmm、重量の単位はgである。なお、実施例、比較例で用いた炭素繊維や熱硬化性樹脂は以下のとおりである。
炭素繊維:Zoltek社製の炭素繊維“Panex(登録商標) R 35 Tow”(繊維径7.2μm、ストランド50K(Kは1,000本)、引張強度4,137MPa)
マトリックス樹脂:ビニルエステル樹脂(ダウ・ケミカル(株)製、“デラケン”(登録商標))
硬化剤: tert−ブチルパーオキシベンゾエート(日本油脂(株)製、“パーブチル(登録商標)Z”)
増粘剤:酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、MgO#40)
まず、繊維強化樹脂成形材料から100mm×100mmの試料を切り出し、前記試料を600℃×1時間、炉内にて加熱し樹脂を除去した。続いて、樹脂を除去した試料の重量を測定することにより、繊維強化樹脂成形材料中の全炭素繊維の重量を測定した。さらに、前記試料より強化繊維集合体をピンセットを用いて全て取り出し、各々の強化繊維集合体において重量を測定した。重量の測定には1/100mgまで測定可能な天秤を用いた。続いて、ピンセットを用いて取り出した各々の強化繊維集合体において繊維長をノギスを使用して1mm単位まで測定した。各強化繊維集合体中の単糸数を下記式(1a)により算出した。
各強化繊維集合体中の単糸数(本)=集合体の重量(g)×繊維長(m)/繊度(g/m)・・・(1a)
重量割合=強化繊維集合体Bの重量/繊維強化樹脂成形材料中の全炭素繊維重量×100・・・(2a)
平板を制作することが可能である金型No.1を用いた。繊維強化樹脂成形材料を金型No.1の中央部に配置(チャージ率にして50%程度)した後、加圧型プレス機により10MPaの加圧のもと、約130℃×6分間の条件により硬化させ、300×400mmの平板を得た。平板より0度(平板長手方向を0度)と90度方向から、それぞれ100×25×1.6mmの試験片を5片(合計10片)を切り出し、JIS K7074(1988年)に準拠し測定を実施した。
凹凸部およびリブ形成用の溝を有する金型No.2を使用した。繊維強化樹脂成形材料を金型No.2の中央部に配置(チャージ率にして50%程度)した後、加圧型プレス機により10MPaの加圧のもと、約130℃×6分間の条件により硬化させ、成形品を得た。成形品に対し下記表1に示す評価項目について目視観察をすることで、各々の成形品に対し総合的に流動特性の評価を行った。
炭素繊維として、前述した“ Panex(登録商標) R 35 Tow”を使用した。連続炭素繊維の繊維長手方向に垂直な方向から所定の条件で周期的かつ局部的にエアを吹き付けることにより割繊処理を施された連続炭素繊維ストランドを切断して均一分散するように散布することにより、繊維配向が等方的である不連続炭素繊維不織布を得た。切断装置にはロータリー式カッターを用いた。刃の間隔は30mmとした。また、不連続炭素繊維不織布の目付は1kg/m2であった。
割繊処理条件を調整し、強化繊維集合体Bの重量割合を5%とした以外は実施例1と同様にした。
割繊処理条件を調整し、強化繊維集合体Bの重量割合を50%とした以外は実施例1と同様にした。
ロータリー式カッターの刃の間隔を調整し、強化繊維集合体A、および強化繊維集合体Bの平均繊維長を5mmとした以外は実施例1と同様にした。
ロータリー式カッターの刃の間隔を調整し、強化繊維集合体A、および強化繊維集合体Bの平均繊維長を100mmとした以外は実施例1と同様にした。
割繊処理条件を調整し、強化繊維集合体Aの範囲αにおける単糸数を1,000本とした以外は実施例1と同様にした。
割繊処理条件を調整し、強化繊維集合体Aの範囲αにおける単糸数を10,000本とした以外は実施例1と同様にした。実施例1〜7における結果を表2に示す。
強化繊維集合体Bの重量割合を100%とし、それ以外は実施例1と同様とした。
強化繊維集合体Bの重量割合を0%とし、それ以外は実施例1と同様とした。比較例1、2における結果を表3に示す。
2 割繊部
3 未割繊部
4 切断線
5 強化繊維集合体A
6 強化繊維集合体B
Claims (6)
- 少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、前記強化繊維の束状集合体が、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体Aと、少なくとも前記割繊処理が不十分な未割繊部を含む強化繊維集合体Bとの両方を含み、前記強化繊維集合体Bの両端部の少なくとも一方には、実質的に割繊処理に起因する切込みを有し、さらに、材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体Bの重量の割合が5〜50%の範囲にあることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料。
- 前記強化繊維集合体Aおよび強化繊維集合体Bの平均繊維長が5〜100mmの範囲にある、請求項1に記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 前記強化繊維集合体Aの単糸数が800〜10,000の範囲にある、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 前記強化繊維が炭素繊維からなる、請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなる、請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、前記強化繊維の束状集合体として、連続強化繊維のストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体Aと、少なくとも前記割繊処理が不十分な未割繊部を含み、両端部の少なくとも一方には、実質的に割繊処理に起因する切込みを有する強化繊維集合体Bとの両方を用い、強化繊維集合体Bの使用量を、材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体Bの重量の割合が5〜50%の範囲に入るように制御することを特徴とする繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
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