JP6413945B2 - 繊維強化プラスチック成形体用基材、繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法及び繊維強化プラスチック成形体 - Google Patents
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Description
また、特許文献2及び3に開示されたような一方向の機械的強度を高めた繊維強化プラスチック成形体においては、特定方向以外の強度が弱く問題となる場合があった。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[2]繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.65〜1.0である[1]に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
[3]繊維強化プラスチック成形体用基材における平面方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0〜0.3である[1]又は[2]に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
[4]熱可塑性樹脂は熱可塑性樹脂繊維であり、熱可塑性樹脂繊維の平均繊維径をaとし、扁平ガラス繊維の扁平断面の長径をbとした場合、a/bは0.8以下である[1]〜[3]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
[5]熱可塑性樹脂は、ポリオレフィンである[1]〜[4]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
[6]熱可塑性樹脂は、酸基含有ポリオレフィンである[1]〜[5]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
[7]強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混合したスラリーを湿式抄紙する工程を含み、強化繊維は、扁平ガラス繊維であり、湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程であり、傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.90〜0.98となるように走行することを特徴とする繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。
[8]スラリーの分散媒の25℃における粘度は、1.0〜4.0mPa・sである[7]に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。
[9][7]又は[8]に記載の製造方法で製造された繊維強化プラスチック成形体用基材。
[10][1]〜[6]及び[9]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用基材を、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の温度で加圧加熱成形することにより形成される繊維強化プラスチック成形体であって、繊維強化プラスチック成形体における厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.5〜1.0であることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体。
[11]曲げ強度の相乗平均値が200MPa以上である[10]に記載の繊維強化プラスチック成形体。
本発明は、強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化プラスチック成形体用基材に関する。本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材に用いられる強化繊維は扁平ガラス繊維である。また、繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は0.5〜1.0である。
なお、繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)は、例えば繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法等を適切に選択することによって制御することが可能である。
樹脂包埋の方法としては、電子顕微鏡観察や光学顕微鏡観察で一般的に用いられる方法を採用することができる。具体的には、繊維強化プラスチック成形体用基材を幅5mm、長さ10mmに切断し、上述した包埋用エポキシ樹脂を少なくとも試験片の表面が全て覆われるまで滴下して含浸させ、硬化させる。包埋用エポキシ樹脂の滴下は、例えばスポイト等を用いて行うことができる。
本発明では、エポキシ樹脂で包埋して、厚み方向の断面を切り出すことにより、切断時のせん断力で繊維の角度が変わってしまうことを防ぐことができる。
fp=2×Σ(cos2θi/n)−1 式(1)
ここで、θiは基準線に対する選び出した強化繊維の配向角度(i=1〜n)である。
基準線を設定する際には、まず仮基準線pを選択し、上記測定領域内に存在する視認し得る全ての強化繊維n本の角度を測定する。この場合、仮基準線pと各繊維の角度は、α(p)i(i=1〜n)で表される。
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維n本の角度を算出する。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜n)で表される。回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値の絶対値のうち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線Pとすることができる。このように決定した基準線Pから算出される繊維配向パラメーターを、厚み方向における繊維配向パラメーター(fp)とすることができる。
図1(b)では、上記の方法で決定された基準線はPで表される点線であり、各強化繊維の配向線は、各々QとRの点線で表されている。なお、図1(b)において、P'とした点線は基準線と平行な線であり、基準線Pと、各強化繊維の配向線(Q及びR)がなす角度をわかりやすく説明するための補助線である。図1(b)では、P'とQがなす角度(配向角度θ1)は0°であるため、P'とQは重なっている。また、P'とRがなす角度(配向角度θ2)はθ2として表されている。このようにして、θ1〜θnが測定される。なお、図1(b)では、強化繊維の配向状態を確認しやすくするために、強化繊維のみを図示している。
本発明では、スライドガラスで挟んだ試験片の一方の面について光学顕微鏡にて観察する。光学顕微鏡には、キーエンス社製、マイクロスコープを用い、モノフィラメントが視認できる倍率に拡大して反射光にて、または反射光と透過光を併用して繊維を観察する。本実施形態においては、たとえば上記倍率を300倍、600倍、および800倍から選択することができる。これにより、一方の面のうちの任意に選択される連続した2.0mm2の測定領域を観察し、この測定領域中に存在する視認し得る全ての繊維(繊維数はm本とする)の配向角度θiを測定する。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とする。繊維配向パラメーター(fp、以下fp値ともいう)は、上記の方法で測定した配向角度θiから以下の式(2)を用いて算出することができる。
fp=2×Σ(cos2θi/m)−1 式(2)
ただし、i=1〜mである。
そして、反対面についても同様に測定し、一方の面と反対面の平均値を求めて、これを平面方向の繊維配向パラメーター(fp)とする。なお、一方の面の測定領域と反対面の測定領域は、たとえば平面視において重なる領域である。また、一方の面および反対面のいずれの観察においても、たとえば一方の面および反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察することができる。
基準線を設定する際には、まず仮基準線pを選択し、上記測定領域内に存在する視認し得る全ての繊維m本の角度を測定する。この場合、仮基準線pと各繊維の角度は、α(p)i(i=1〜m)で表される。
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維m本の角度を算出する。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜m)で表される。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値のうち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線Pとすることができる。このように決定した基準線Pから算出される繊維配向パラメーターを、平面方向における繊維配向パラメーター(fp)とすることができる。
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、強化繊維として扁平ガラス繊維を含む。本発明で用いる扁平ガラス繊維としては、Eガラス(Electrical glass)、Cガラス(Chemical glass)、Aガラス(Alkali glass)、Sガラス(High strength glass)及び耐アルカリガラス等のガラスを溶融紡糸して扁平断面形状を有する繊維にしたものを挙げることができる。
扁平ガラス繊維としては、例えば、日東紡社製の扁平ガラス繊維(質量平均繊維長が13mm、繊維断面の長径が28μm、短径が7μm、長径/短径の比が4)を用いることができる。本発明では、上述したような扁平ガラス繊維を用いることにより、繊維強化プラスチック成形体全体の曲げ強度をさらに高めることができる。
なお、本明細書において、質量平均繊維長は、100本の繊維について測定した繊維長の平均値である。
繊維強化プラスチック成形体用基材は、熱可塑性樹脂を含む。熱可塑性樹脂は、加熱加圧処理時にマトリックス、あるいは、繊維成分の交点に結着点を形成するため、マトリックス樹脂と呼ぶこともある。このようなマトリックス樹脂繊維を用いた不織布状の繊維強化プラスチック成形体用基材は、熱硬化性樹脂を使用したシートに比べて、オートクレーブ処理が不要で、加工する際の加熱加圧成形時間が短時間ですみ、生産性を高めることができる。
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材は、バインダー成分をさらに含むことができる。この場合、バインダー成分は、繊維強化プラスチック成形体用基材の全質量に対して0.1〜10質量%となるように含有されることが好ましく、0.3〜10質量%であることがより好ましく、0.4〜9質量%であることがさらに好ましく、0.5〜8質量%であることが特に好ましい。バインダー成分の含有率を上記範囲内とすることにより、製造工程中の強度を高めることができ、ハンドリング性を向上させることができる。なお、バインダー成分の量は多くなると表面強度・層間強度共に強くなるが、逆に加熱成形時の臭気の問題が発生しやすくなる。しかし、上記の範囲においては臭気の問題はほとんど発生せず、また繰り返しの断裁工程を経ても層間剥離などを発生しない繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることができる。
本発明では、熱可塑性樹脂繊維と扁平ガラス繊維は、一定の長さにカットされたチョップドストランドであることが好ましい。また、バインダー成分として、バインダー繊維を含む場合は、バインダー繊維もチョップドストランドであることが好ましい。このような形態とすることにより、繊維強化プラスチック成形体用基材中で、各種繊維を均一に混合することができる。
本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材の製造工程は、強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維とを混合したスラリーを、湿式抄紙する工程を含む。ここで、強化繊維は、扁平ガラス繊維である。また、湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程であり、傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.90〜0.98となるように走行するものである。
本発明では、ジェットワイヤー比を上記範囲とし、「引き地合」で抄紙することにより、繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)を所望の範囲内とすることができる。また、本発明では、ジェットワイヤー比を上記範囲内とすることにより、平面方向の強化繊維の配向を所望の範囲内とすることができ、ランダム配向に近い配向とすることが可能となる。
なお、通常は、傾斜型抄紙機のワイヤーの傾斜角度を小さくした場合は、インレットの濃度が高くなるため分散性が悪化し、均質な繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることは難しくなるが、本発明では、分散性の良い扁平ガラス繊維を用いることにより、上記問題を解決している。このため、本発明では、高強度の繊維強化プラスチック成形体を成形することができる。
このように複数のサクションボックスの脱水量を調節することによっても、繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値を所望の範囲内とすることができ、繊維強化プラスチック成形体用基材における扁平ガラス繊維の密度を高めることができる。
本発明の製造工程では、上述したような各条件を調整することにより、スラリーを抄紙して得られた不織布シートの脱水速度を遅くすることが好ましい。不織布シートの脱水速度を遅くすることにより、ワイヤー付近における分散液の流れの乱れを抑制し、層流とすることができる。これにより、繊維強化プラスチック成形体用基材の厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)を所望の範囲内とすることができ、全体強度が高められた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
本発明は、上述した繊維強化プラスチック成形体用基材を、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の温度で加圧加熱成形することにより形成される繊維強化プラスチック成形体に関するものでもある。繊維強化プラスチック成形体は、繊維強化プラスチック成形体用基材を目的とする成形体の形状や成形法に合わせて任意の形状に加工することで形成される。具体的には、繊維強化プラスチック成形体は、繊維強化プラスチック成形体用基材を1枚単独、あるいは所望の厚さとなるように積層して熱プレスで加熱加圧成形したり、あらかじめ赤外線ヒーター等で予熱し、金型によって加熱加圧成形することで得られる。
曲げ強度の相乗平均値=√(FMD×FCD)
ここで、FMDはMD方向の曲げ強度を表し、FCDはCD方向の曲げ強度を表す。
本発明の繊維強化プラスチック成形体は、上述した繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形することにより成形される。繊維強化プラスチック成形体用基材は、目的とする形状や成形法に合わせて任意の形状に加工することができる。
本発明の繊維強化プラスチック成形体の用途としては、例えば、「OA機器、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、タブレットPC、デジタルビデオカメラなどの携帯電子機器、エアコンその他家電製品などの筐体」、「支柱、パネル、補強材」などの土木、建材用部品、「各種フレーム、各種車輪用軸受、各種ビーム、ドア、トランクリッド、サイドパネル、アッパーバックパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種サポート、などの外板またはボディー部品及びその補強材」、「インストルメントパネル、シートフレームなどの内装部品」、または「ガソリンタンク、各種配管、各種バルブなどの燃料系、排気系、または吸気系部品」、「エンジン冷却水ジョイント、エアコン用サーモスタットベース、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング」、などの自動車、二輪車用部品、「ウィングレット、スポイラー」などの航空機用部品、「鉄道車両用の座席用部材、外板パネル、天井パネル、エアコン等の噴出し口」などの鉄道車両用部品として好ましく用いられる。
このような用途としては、「OA機器、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、タブレットPC、デジタルビデオカメラなどの携帯電子機器、エアコンその他家電製品などの筐体に貼り付ける補強材」、「射出成形体、或いは断熱材等に用いられる発泡PP樹脂や発泡ウレタン樹脂等からなる多孔質体の成形体の貼合する補強材」、「樹脂(熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂)からなる成形体の補強材、樹脂と強化繊維からなる成形体の補強材、植物由来材料(クラフト紙、段ボール、耐油紙、絶縁紙、導電紙、剥離紙、含浸紙、グラシン紙、セルロースナノファイバーシートなど)からなるシートやモールド等の成形体の補強材」などの部材等に好適に使用される。
本発明の繊維強化プラスチック成形体は、全体強度が高いため、電気、電子機器用の筐体、自動車用の構造部品、航空機用の部品等に特に好ましく用いられる。
表1に示す割合で各繊維を含む不織布(湿式不織布)を、傾斜型抄紙機(傾斜ワイヤー型抄紙機)を用いた抄紙工程を経て製造した。
なお、扁平ガラス繊維としては、質量平均繊維長が13mm、長径が28μm、短径が7μm、比(長径/短径)が4の日東紡社製の扁平ガラス繊維を用いた。
また、酸変性PP繊維としては、質量平均繊維長が15mm、直径が表1に示すとおりの丸断面繊維のダイワボウポリテック社製のマレイン酸変性ポリプロピレン繊維「PZ−AD」(酸価:1.4mg/gKOH、融点:165℃)を用いた。バインダー(繊維状PVA)としては、クラレ社製 VPB−105を使用した。
次いで、酸変性PP繊維と、PVA繊維とを、表1の配合比(質量比)となるように投入し、回転数250rpmで攪拌を続けた。
その後、これに水を加え、固形分濃度が0.5質量%となるように調整した。
なお、実施例1では、ワイヤーの傾斜角度は7°であり、傾斜ワイヤー部分を構成するワイヤーは、125Paの差圧をかけた際の通気度が350cm3/cm2/secとなるものを使用した。そして、実施例1では、4つのサクションボックスから脱水される循環白水の総量を100とした場合の各サクションボックスの脱水量の比率を、各サクションボックスの吸引力を調整することで表1に示すとおりとなるようにした。
また、傾斜型抄紙機のワイヤーのジェットワイヤー比を循環白水の総量を制御することで表1に示す通りとなるよう調整した。このようにして、繊維強化プラスチック成形体用基材を作製した。得られた繊維強化プラスチック成形体用基材のfp値の絶対値は表1に示した。
得られた各繊維強化プラスチック成形体用基材を、7枚積層し、プレス速度を3.5cm/secで上昇させ、プレス圧を10MPaとして185℃まで昇温し、60秒加熱加圧した後、50℃に冷却して表1に記載した厚みの繊維強化プラスチック成形体を得た。
酸変性PP繊維の繊維径とインレット内の分散媒の粘度を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
酸変性PP繊維の繊維径を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例2と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
4つのサクションボックスから脱水される循環白水の総量を100とした場合の各サクションボックスの脱水量の比率を、各サクションボックスの吸引力を調整することで表1に示すとおりに変更し、インレット内の分散媒の粘度とジェットワイヤー比を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例3と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
インレット内の分散媒の粘度を表1に示す通りとした以外は、実施例4と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
4つのサクションボックスから脱水される循環白水の総量を100とした場合の各サクションボックスの脱水量の比率を、各サクションボックスの吸引力を調整することで表1に示すとおりに変更した以外は、実施例5と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
ワイヤーの通気度、ジェットワイヤー比及びインレット内の分散媒の粘度を表1に示すとおり変更した以外は、実施例6と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
インレット内の分散媒の粘度及びジェットワイヤー比を表1に示すとおりとした以外は、実施例7と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
ジェットワイヤー比及びインレット内の分散媒の粘度を表1に示すとおりに変更し、ガラス繊維を丸ガラス(オーウエンスコーニング社製 CS13JAJP195)に変更した以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
ワイヤーの傾斜角度を15°に変更し、インレット内の分散媒の粘度及びジェットワイヤー比を表1に示すとおりに変更した以外は、比較例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
ジェットワイヤー比及びインレット内の分散媒の粘度を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
ガラス繊維を丸ガラスに変更した以外は、実施例1と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用基材及び曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体を得た。
実施例・比較例で得られた繊維強化プラスチック成形体用基材を幅5mm、長さ10mmに切断し、紫外線硬化タイプの包埋用エポキシ樹脂(日本電子株式会社製、アロニックス LCA D−800)を、試験片の表面全面を覆うようにスポイトを用いて滴下して含浸させ、紫外線を照射して硬化させた。
そして、日本分光株式会社製、スライスマスター HS−1を用いて、硬化物から幅0.4mm、長さ10mmの断面観察用試験片を切り出した。なお、切断方向は、図1(a)におけるB−B'方向とした。
得られた試験片の厚み方向の断面を、キーエンス社製、マイクロスコープで、300倍に拡大して透過光にて繊維を観察した。ここでは、上記断面のうちの連続した1.5mm2の測定領域を観察した。また、試験片の観察面およびその反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察を行った。そして、上記測定領域中に存在する、観察像において視認し得る全ての繊維(繊維数はn本とする)について、後述する方法で設定した基準線に対する角度θi(i=1〜n)を測定した。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とした。そして、設定された基準線に対する繊維の角度θiから、以下の式(1)を用いて厚み方向の繊維配向パラメーターを算出した。
fp=2×Σ(cos2θi/n)−1 式(1)
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出した。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維n本の角度を算出した。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜n)で表した。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出した。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値のうち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線とした。
実施例・比較例で得られた繊維強化プラスチック成形体用基材を幅3cm×長さ3cmとなるように切り出し、この試験片をスライドガラスで挟み、当該試験片の一方の面を光学顕微鏡にて観察した。光学顕微鏡には、キーエンス社製、マイクロスコープを用い、300倍に拡大して反射光にて繊維を観察した。ここでは、上記一方の面のうちの連続した2.0mm2の測定領域を観察した。そして、この測定領域中に存在する、観察像において視認し得る全ての繊維(繊維数はm本とする)について、後述する方法で設定した基準線に対する角度θi(i=1〜m)を測定した。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とした。そして、設定された基準線に対する繊維の角度θiから、以下の式(2)を用いて厚み方向の繊維配向パラメーターを算出した。
fp=2×Σ(cos2θi/m)−1 式(2)
そして、反対面についても同様に測定し、一方の面と反対面の平均値を求めて、これを平面方向の繊維配向パラメーター(fp)とした。なお、一方の面の測定領域と反対面の測定領域は、平面視において重なる領域とした。また、一方の面および反対面のいずれの観察においても、一方の面および反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察を行った。
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出した。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維m本の角度を算出した。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜m)で表した。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出した。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値のうち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線とした。
得られた繊維強化プラスチック成形体を、JIS K 7074 「炭素繊維強化 プラスチックの曲げ試験方法」に従って、繊維の配向方向(マシンディレクション、以下MDとする)及び繊維の配向と直角方向(クロスディレクション、以下CDとする)について測定し、MD方向とCD方向の強度及び強度比測定した。
なお、曲げ強度の相乗平均値は以下の式で算出した。
曲げ強度の相乗平均値=√(FMD×FCD)
ここで、FMDはMD方向の曲げ強度を表し、FCDはCD方向の曲げ強度を表す。
以上のことから配向パラメーターを所定範囲内とすることと、扁平ガラス繊維を使用することで得られる相乗効果が顕著であることがわかる。
20 強化繊維
25 熱可塑性樹脂
40 包埋用エポキシ樹脂
45 断面観察用試験片
200 傾斜型抄紙機
201 第1のサクションボックス
202 第2のサクションボックス
203 第3のサクションボックス
204 第4のサクションボックス
210 インレット
220 傾斜ワイヤー
P 基準線
P’ 基準線と平行な線(補助線)
Q 基準線に対する強化繊維の配向線
R 基準線に対する強化繊維の配向線
Z ワイヤーの傾斜角度
Claims (9)
- 強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化プラスチック成形体用基材であって、
前記強化繊維は、扁平ガラス繊維であり、
前記繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)が0.5〜1.0であり、
前記繊維強化プラスチック成形体用基材における平面方向の繊維配向パラメーター(fp)が0〜0.3であることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体用基材。 - 前記繊維強化プラスチック成形体用基材における厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)が0.65〜1.0である請求項1に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
- 前記熱可塑性樹脂は熱可塑性樹脂繊維であり、
前記熱可塑性樹脂繊維の平均繊維径をaとし、前記扁平ガラス繊維の扁平断面の長径をbとした場合、a/bは0.8以下である請求項1又は2に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。 - 前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィンである請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
- 前記熱可塑性樹脂は、酸基含有ポリオレフィンである請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材。
- 強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混合したスラリーを湿式抄紙する工程を含み、
前記強化繊維は、扁平ガラス繊維であり、
前記湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程であり、
前記傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.90〜0.98となるように走行することを特徴とする繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。 - 前記スラリーの分散媒の25℃における粘度は、1.0〜4.0mPa・sである請求項6に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材の製造方法。
- 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体用基材を、前記熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の温度で加圧加熱成形することにより形成される繊維強化プラスチック成形体であって、
前記繊維強化プラスチック成形体における厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)が0.5〜1.0であることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体。 - 曲げ強度の相乗平均値が200MPa以上である請求項8に記載の繊維強化プラスチック成形体。
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