JP6477114B2 - Fiber reinforced thermoplastic resin laminate and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂積層体に関し、成形性と力学特性のバランスに優れ、しかも安価な繊維強化プラスチック積層体に関する。さらに詳しくは、スタンピング成形時の複雑な形状への賦形性に優れ、短時間で成形可能であり、構造部材として機械強度を維持し、例えば航空機部材、自動車部材、スポーツ用具等に好適に用いられる繊維強化プラスチック積層体に関する。   The present invention relates to a fiber reinforced thermoplastic resin laminate, and more particularly to a fiber reinforced plastic laminate which is excellent in balance between moldability and mechanical properties and is inexpensive. More specifically, it is excellent in shaping into a complicated shape at the time of stamping molding, can be molded in a short time, maintains mechanical strength as a structural member, and is suitably used for aircraft members, automobile members, sports equipment, etc. The present invention relates to a fiber reinforced plastic laminate.

炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる炭素繊維強化熱可塑性プラスチックは、比強度、比剛性に優れているため、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。繊維強化熱可塑性プラスチックの成形方法としては、プリプレグと称される連続した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめた中間基材を積層し、プレス等で加熱加圧することにより目的の形状に賦形するスタンピング成形が最も一般的に行われている。これにより得られた繊維強化プラスチックは、連続した強化繊維を用いているので優れた力学物性を有する。また連続した強化繊維は規則的に配列することで、必要とする力学物性に設計することが可能であり、力学物性のばらつきも小さい。しかしながら、炭素繊維が高価であるため、経済性について課題があり、さらに、連続した強化繊維であるゆえに流動性が低いため、3次元形状等の複雑な形状を形成することは難しく、主として平面形状に近い部材に限られ、更なる改良が求められている。   Carbon fiber reinforced thermoplastics made of carbon fiber and thermoplastic resin are widely used in electrical / electronic applications, civil engineering / architecture applications, automotive applications, aircraft applications and the like because of their excellent specific strength and specific rigidity. As a method for molding fiber-reinforced thermoplastics, an intermediate base material impregnated with a thermoplastic resin is laminated on continuous reinforcing fibers called prepregs, and shaped into a desired shape by heating and pressing with a press or the like. Stamping is most commonly performed. The fiber reinforced plastic obtained in this way has excellent mechanical properties because it uses continuous reinforcing fibers. Further, by arranging the continuous reinforcing fibers regularly, it is possible to design the required mechanical properties, and the variation in the mechanical properties is small. However, since carbon fiber is expensive, there is a problem with respect to economy, and since it is a continuous reinforcing fiber, fluidity is low, so it is difficult to form a complicated shape such as a three-dimensional shape, mainly a planar shape. There is a demand for further improvement.

この問題を解決するために狭い幅のテープ状のプリプレグを一定の長さに切断したチップ状のプリプレグを平面上に分散させることにより、スタンピング成形性にすぐれた流動性のよいシートを得る方法が開示されている(例えば、文献1)。しかしながら一定幅と長さをもったチップ状のプリプレグを完全にランダムな方向に平板上へ配置することは極めて難しく、そのため同一シート内においても場所や向きによって力学物性が異なるという問題があった。   In order to solve this problem, there is a method for obtaining a sheet having excellent fluidity and excellent stamping formability by dispersing a chip-like prepreg obtained by cutting a tape-like prepreg having a narrow width into a predetermined length on a flat surface. It is disclosed (for example, Document 1). However, it is extremely difficult to dispose a chip-shaped prepreg having a certain width and length on a flat plate in a completely random direction, and therefore, there is a problem that mechanical properties vary depending on the location and orientation even in the same sheet.

また、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグに切込を入れることにより、短時間成形が可能であり、成形時には優れた賦形性を示し、繊維強化プラスチックとしたときに優れた力学物性を発現するとされる基材が開示されている(例えば、文献2,3)。しかしながらLFT−Dと比較すると力学特性は高く、かつそのばらつきが小さくなるものの、構造材として適用するには十分な強度とは言えなかった。   In addition, by cutting into a prepreg made of continuous fiber and thermoplastic resin, it can be molded in a short time, exhibits excellent formability during molding, and exhibits excellent mechanical properties when used as a fiber reinforced plastic. Then, a base material is disclosed (for example, Documents 2 and 3). However, compared with LFT-D, the mechanical properties are high and the variation is small, but the strength is not sufficient for application as a structural material.

また切込形状を最適化することにより上述の強度やそのばらつきを改良する方法が示されている(例えば,文献4,5,6)。しかしながらこの方法によると力学特性とばらつきの改良はみられるが、高価な炭素繊維の配合量が多いため、経済性の課題については解決されていない。又、さらにスタンピング成形性が不十分であるため、リブ、ボス等の3次元形状への賦形性に問題があるため、その対策として、スタンピング成形時の予熱工程で、シートの加熱時間を長くする必要があるが、その場合プリプレグの熱分解が起こりやすくなり、分解ガスが発生したり、成形品の力学特性や外観の低下が生じるという問題があった。   In addition, a method for improving the above-described strength and its variation by optimizing the cutting shape is disclosed (for example, Documents 4, 5, and 6). However, according to this method, improvement in mechanical properties and variation can be seen, but since the amount of expensive carbon fiber is large, the economical problem has not been solved. In addition, since the stamping formability is insufficient, there is a problem with the formability to three-dimensional shapes such as ribs and bosses. As a countermeasure, the sheet heating time is increased in the preheating process during stamping molding. However, in this case, there is a problem that the prepreg is likely to be thermally decomposed to generate decomposition gas, and the mechanical properties and appearance of the molded product are deteriorated.

上述のような材料の欠点を埋めるべく、安価な樹脂両面(コア)に繊維強化複合材(スキン)を積層したサンドイッチ積層構造体が数多く記載されている(例えば、文献7)。力学特性を確保しつつ軽量性を高めることが出来るものの、3次元形状等の複雑な形状の成形性に問題があり、スタンピング成形時の加圧工程で、高圧にする必要があるが、その場合、コアとスキンが分離し易いため、繊維分布にムラを生じてしまうため、成形品の場所や向きによって、力学特性が異なるという問題があった。   A number of sandwich laminate structures in which fiber reinforced composite materials (skins) are laminated on both sides of an inexpensive resin (core) have been described (for example, Reference 7) in order to fill the drawbacks of the above materials. Although lightness can be improved while ensuring mechanical properties, there is a problem with the moldability of complicated shapes such as three-dimensional shapes, and it is necessary to increase the pressure in the pressurization process during stamping molding. Since the core and the skin are easily separated, the fiber distribution is uneven, and there is a problem that the mechanical properties differ depending on the location and orientation of the molded product.

特開平07−164439号公報JP 07-164439 A 特開昭63−247012号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-247010 特開昭63−267523号公報JP-A 63-267523 特開2008−207544号公報JP 2008-207544 A 特開2008−207545号公報JP 2008-207545 A 特開2009−286817号公報JP 2009-286817 A WO2006/028107WO2006 / 028107

本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであって、構造材に適用可能な優れた力学特性を有しながら、力学特性のばらつきが小さく、さらに複雑な形状への賦形性に優れるので、短時間で成形可能でしかも安価な繊維強化プラスチック積層体を提供することにある。   The present invention seeks to solve the problems associated with the prior art as described above, and has excellent mechanical properties applicable to structural materials, while having small variations in mechanical properties and more complicated shapes. It is to provide a fiber-reinforced plastic laminate that can be molded in a short time and is inexpensive.

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、少なくとも3層構造を有し、両表面層に優れた力学特性を持つ(A)層と、中間層に優れたスタンピング成形性を持つ(B)層を重ねた積層体を用いることにより、成形性と力学特性のバランスに優れ、しかも安価な炭素繊維強化プラスチック積層体が得られることを見出した。即ち、本発明の要旨は以下の[1]〜[12]に存する。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has at least a three-layer structure (A) layer having excellent mechanical properties in both surface layers, and excellent stamping moldability in the intermediate layer. It was found that a carbon fiber reinforced plastic laminate having an excellent balance between moldability and mechanical properties and being inexpensive can be obtained by using a laminate in which the (B) layer having the above structure is used. That is, the gist of the present invention resides in the following [1] to [12].

[1] 少なくとも3層構造を有する積層体であって、両表面層に下記(A)層を有し、両表面層の間に下記(B)層を有する繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [1] A fiber reinforced thermoplastic resin laminate having at least a three-layer structure, the following (A) layer on both surface layers, and the following (B) layer between both surface layers.

(A)層:一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したプリプレグからなる積層体であって、前記プリプレグは、強化繊維を横切る方向に強化繊維を切断する深さの切込を有し、(A)層を構成する複数のプリプレグは、プリプレグに含まれる強化繊維の方向が疑似等方となるよう積層されているか、もしくは、0度であるプリプレグと90度であるプリプレグが交互に積層されている。   (A) Layer: A laminate composed of a prepreg in which a reinforced fiber oriented in one direction is impregnated with a thermoplastic resin, and the prepreg has a depth of cut to cut the reinforced fiber in a direction crossing the reinforced fiber. (A) The prepregs constituting the layer (A) are laminated such that the directions of the reinforcing fibers contained in the prepreg are pseudo-isotropic, or the prepregs at 0 degrees and the prepregs at 90 degrees are alternately arranged. Are stacked.

(B)層:熱可塑性樹脂組成物からなるシートおよび/または充填物含有熱可塑性樹脂組成物からなるシートであって、熱可塑性樹脂の融点TmBは、前記(A)層のプリプレグを構成する熱可塑性樹脂の融点TmA以上である。   (B) Layer: A sheet made of a thermoplastic resin composition and / or a sheet made of a filler-containing thermoplastic resin composition, and the melting point TmB of the thermoplastic resin is the heat constituting the prepreg of the layer (A). It is the melting point TmA or more of the plastic resin.

[2] (A)層と(B)層を積層した積層体を、(A)層の熱可塑性樹脂の融点TmA+50℃以上に加熱し、加熱した積層体を下記(式1)で算出されるチャージ率40〜100%で積層体を設置し、次いで加圧することによって製造される成形体において、チャージ部の強化繊維の充填率(Vf1)を流動部の強化繊維の充填率(Vf2)で除した値が、1.5以下である上記[1]に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。
チャージ率(%)=積層体面積(mm)/金型キャビティの表面積(mm)×100 ・・・(式1)
[2] The laminate obtained by laminating the (A) layer and the (B) layer is heated to the melting point TmA + 50 ° C. or higher of the thermoplastic resin of the (A) layer, and the heated laminate is calculated by the following (formula 1). In a molded product produced by placing a laminate at a charge rate of 40 to 100% and then pressing, the reinforcing fiber filling rate (Vf1) in the charge part is divided by the reinforcing fiber filling rate (Vf2) in the fluid part. The fiber reinforced thermoplastic resin laminate according to the above [1], wherein the measured value is 1.5 or less.
Charge rate (%) = laminate body area (mm 2 ) / surface area of mold cavity (mm 2 ) × 100 (Formula 1)

[3] 前記(B)層で用いられる熱可塑性樹脂の融点TmBと(A)層で用いられる熱可塑性樹脂の融点TmAとが、下記(式2)を満たす上記[1]または[2]に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。
TmB−TmA≧30 ・・・(式2)
[3] In the above [1] or [2], the melting point TmB of the thermoplastic resin used in the layer (B) and the melting point TmA of the thermoplastic resin used in the layer (A) satisfy the following (formula 2). The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate described.
TmB−TmA ≧ 30 (Formula 2)

[4] (A)層の厚みの総和を(B)層の厚みの総和で除した値が、0.1以上3以下である上記[1]から[3]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [4] The fiber reinforcement according to any one of [1] to [3], wherein a value obtained by dividing the total thickness of the (A) layer by the total thickness of the (B) layer is 0.1 or more and 3 or less. Thermoplastic resin laminate.

[5] 各々の表面層の厚みが0.1mm以上、1.5mm以下であり、(A)層の厚みの総和が2.5mm以下である、上記[1]から[4]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [5] The thickness of each surface layer is 0.1 mm or more and 1.5 mm or less, and the sum of the thicknesses of (A) layers is 2.5 mm or less, in any one of [1] to [4] above The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate described.

[6] (A)層を構成するプリプレグの切込が直線状であって、切込と炭素繊維の角度が30°以上60°以下であり、プリプレグ1mあたりの切込長の総和が20m以上、250m以下である、上記[1]から[5]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。 [6] (A) The cuts of the prepreg constituting the layer are linear, the angle between the cut and the carbon fiber is 30 ° or more and 60 ° or less, and the total cut length per 1 m 2 of the prepreg is 20 m. The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of [1] to [5] above, which is 250 m or shorter.

[7] (A)層を構成する強化繊維の平均繊維長が、10mm以上50mm以下である上記[6]に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [7] The fiber reinforced thermoplastic resin laminate according to the above [6], wherein the average fiber length of the reinforcing fibers constituting the layer (A) is 10 mm or more and 50 mm or less.

[8] (A)層を構成する強化繊維の体積含有率が、20%以上60%以下である上記[1]から[7]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [8] The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of [1] to [7], wherein the volume content of the reinforcing fibers constituting the layer (A) is 20% to 60%.

[9] (A)層を構成する強化繊維が炭素繊維である上記[1]から[8]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [9] The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of [1] to [8], wherein the reinforcing fibers constituting the layer (A) are carbon fibers.

[10] 前記(A)層を構成する強化繊維の単繊維繊度が、0.5dtex以上、2.4dtex以下の炭素繊維である上記[1]から[9]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [10] The fiber reinforced heat according to any one of [1] to [9], wherein the single fiber fineness of the reinforcing fibers constituting the layer (A) is a carbon fiber of 0.5 dtex or more and 2.4 dtex or less. Plastic resin laminate.

[11] 前記(A)層を構成する強化繊維の繊維束のフィラメント数が、3,000本以上100,000本以下である上記[1]から[10]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   [11] The fiber reinforced heat according to any one of [1] to [10], wherein the number of filaments in the fiber bundle of the reinforcing fibers constituting the layer (A) is 3,000 or more and 100,000 or less. Plastic resin laminate.

[12] (A)層および(B)層を、(A)層を構成する熱可塑性樹脂組成物および(B)層を構成する熱可塑性樹脂組成物の軟化点もしくは融点以上に加熱することにより融着する上記[1]から[11]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体の製造方法。   [12] By heating the (A) layer and the (B) layer above the softening point or melting point of the thermoplastic resin composition constituting the (A) layer and the thermoplastic resin composition constituting the (B) layer. The manufacturing method of the fiber reinforced thermoplastic resin laminated body in any one of said [1] to [11] to fuse | melt.

本発明によれば、構造材に適用可能な優れた力学特性を有しながら、力学特性のばらつきが小さく、さらに複雑な形状への賦形性に優れるので、短時間で成形可能でしかも安価な炭素繊維強化プラスチック積層体を得ることが出来る。   According to the present invention, while having excellent mechanical properties applicable to structural materials, variation in mechanical properties is small, and furthermore, it is excellent in formability to complex shapes, so that it can be molded in a short time and is inexpensive. A carbon fiber reinforced plastic laminate can be obtained.

以下、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂積層体の製造方法、シートについて詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing method and sheet of the fiber-reinforced thermoplastic resin laminate of the present invention will be described in detail.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂積層体は、少なくとも3層構造を有する積層体であって、両表面層に下記(A)層を用い、両表面層の間に下記(B)層を用いることを特徴とする。   The fiber reinforced thermoplastic resin laminate of the present invention is a laminate having at least a three-layer structure, wherein the following (A) layer is used for both surface layers, and the following (B) layer is used between both surface layers: It is characterized by.

(A)層:一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したプリプレグからなる積層体であって、前記プリプレグは、強化繊維を横切る方向に強化繊維を切断する深さの切込を有し、(A)層を構成する複数のプリプレグは、プリプレグに含まれる強化繊維の方向が疑似等方となるよう積層されているか、もしくは、0度であるプリプレグと90度であるプリプレグが交互に積層されている。   (A) Layer: A laminate composed of a prepreg in which a reinforced fiber oriented in one direction is impregnated with a thermoplastic resin, and the prepreg has a depth of cut to cut the reinforced fiber in a direction crossing the reinforced fiber. (A) The prepregs constituting the layer (A) are laminated such that the directions of the reinforcing fibers contained in the prepreg are pseudo-isotropic, or the prepregs at 0 degrees and the prepregs at 90 degrees are alternately arranged. Are stacked.

(B)層:熱可塑性樹脂組成物からなるシートおよび/または充填物含有熱可塑性樹脂組成物からなるシートであって、熱可塑性樹脂の融点TmBは、前記(A)層のプリプレグを構成する熱可塑性樹脂の融点TmA以上である。   (B) Layer: A sheet made of a thermoplastic resin composition and / or a sheet made of a filler-containing thermoplastic resin composition, and the melting point TmB of the thermoplastic resin is the heat constituting the prepreg of the layer (A). It is the melting point TmA or more of the plastic resin.

また、(A)層と(B)層を積層した積層体を、(A)層の熱可塑性樹脂の融点TmA+50℃以上に加熱し、加熱した積層体を下記(式1)で算出されるチャージ率40〜100%で積層体を設置し、次いで加圧することによって製造される成形体において、チャージ部の強化繊維の充填率(Vf1)を流動部の強化繊維の充填率(Vf2)で除した値が、1.5以下である上記[1]に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体が好ましい。即ち、チャージ部と流動部での強化繊維の充填率の差が小さい方が材質的に均一で好ましい。
チャージ率(%)=積層体面積(mm)/金型キャビティの表面積(mm)×100 ・・・(式1)
Further, the laminate obtained by laminating the (A) layer and the (B) layer is heated to the melting point TmA + 50 ° C. or higher of the thermoplastic resin of the (A) layer, and the heated laminate is calculated by the following (formula 1). In a molded body produced by installing the laminate at a rate of 40 to 100% and then pressing, the filling rate (Vf1) of reinforcing fibers in the charge part was divided by the filling rate (Vf2) of reinforcing fibers in the fluid part The fiber reinforced thermoplastic resin laminate according to the above [1] having a value of 1.5 or less is preferred. In other words, it is preferable that the difference in the filling rate of the reinforcing fibers in the charge part and the fluid part is smaller in terms of material.
Charge rate (%) = laminate body area (mm 2 ) / surface area of mold cavity (mm 2 ) × 100 (Formula 1)

本発明において、チャージ部とは元々積層体が存在していた部分を指し、流動部とは、加熱加圧により積層体の一部が流動して、新たに成形された部分を指す。   In the present invention, the charge portion refers to a portion where the laminate was originally present, and the fluid portion refers to a portion that is newly formed by flowing part of the laminate due to heat and pressure.

((A)層)
本発明の積層体に用いることができる(A)層には、一方向に引き揃えられて平面状に配列された強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されてなるプリプレグを用いることが必要である。このプリプレグに切込を入れることにより連続繊維を切断したものを2枚以上積層することにより(A)層に用いられるプリプレグ積層体を得られる。前記プリプレグに含まれる強化繊維は、20〜60体積%(強化繊維の体積含油率:20%以上60%以下)が好ましく、さらに好ましくは30〜50体積%(強化繊維の体積含油率:30%以上50%以下)である。前記プリプレグの厚さは、特に制限は無いが、賦形性と強度向上効果を兼ね備える観点から、50〜300μmが好ましく、さらに好ましくは100〜200μmである。
((A) layer)
For the layer (A) that can be used in the laminate of the present invention, it is necessary to use a prepreg obtained by impregnating a thermoplastic resin into reinforcing fibers that are aligned in one direction and arranged in a plane. A prepreg laminate used for the layer (A) can be obtained by laminating two or more pieces obtained by cutting continuous fibers by cutting into the prepreg. The reinforcing fiber contained in the prepreg is preferably 20 to 60% by volume (volume oil content of reinforcing fiber: 20% to 60%), more preferably 30 to 50% by volume (volume oil content of reinforcing fiber: 30%). More than 50%). The thickness of the prepreg is not particularly limited, but is preferably 50 to 300 μm, and more preferably 100 to 200 μm, from the viewpoint of combining formability and strength improvement effect.

(熱可塑性樹脂)
本発明に用いることができるプリプレグに用いことができる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、(メタ)アクリル酸エステル/スチレン共重合体、アクリロニトリル/スチレン共重合体、スチレン/無水マレイン酸共重合体、ABS、ASA、AES等のスチレン系樹脂;ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリフェニレンエーテル系樹脂;ポリオキシメチレン系樹脂;ポリスルフォン系樹脂;ポリアリレート系樹脂;ポリフェニレンスルフィド系樹脂;熱可塑性ポリウレタン系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ−4−メチルペンテン、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/ブテン共重合体等のポリオレフィン系樹脂;エチレン/酢酸ビニル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン/無水マレイン酸共重合体、エチレン/アクリル酸共重合体等のα−オレフィンと各種単量体との共重合体類;ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、脂肪族グリコール/脂肪族ジカルボン酸共重合体等の脂肪族ポリエステル系樹脂;生分解性セルロース、ポリペプチド、ポリビニルアルコール、澱粉、カラギーナン、キチン・キトサン質等の生分解性樹脂が挙げられる。強度と加工性の観点から、結晶性樹脂が好ましく、さらに好ましくはポリアミド系樹脂である。さらに必要に応じて、種々の樹脂添加剤を配合する事ができる、樹脂添加剤としては、例えば着色剤、酸化防止剤、金属不活性剤、カーボンブラック、造核剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐衝撃性改質剤、溶融張力向上剤、難燃剤等が挙げられる。
(Thermoplastic resin)
Examples of the thermoplastic resin that can be used in the prepreg that can be used in the present invention include polystyrene, (meth) acrylic acid ester / styrene copolymer, acrylonitrile / styrene copolymer, and styrene / maleic anhydride copolymer. Styrene resins such as ABS, ASA and AES; acrylic resins such as polymethyl methacrylate; polycarbonate resins; polyamide resins; polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate; polyphenylene ether resins; Resin; polysulfone resin; polyarylate resin; polyphenylene sulfide resin; thermoplastic polyurethane resin; polyethylene, polypropylene, polybutene, poly-4-methylpentene, ethylene / propylene Polymers, polyolefin resins such as ethylene / butene copolymers; ethylene / vinyl acetate copolymers, ethylene / (meth) acrylic acid ester copolymers, ethylene / maleic anhydride copolymers, ethylene / acrylic acid copolymers Copolymers of α-olefins such as polymers and various monomers; Aliphatic polyester resins such as polylactic acid, polycaprolactone, aliphatic glycol / aliphatic dicarboxylic acid copolymers; biodegradable cellulose, polypeptides And biodegradable resins such as polyvinyl alcohol, starch, carrageenan, and chitin / chitosan. From the viewpoint of strength and workability, a crystalline resin is preferable, and a polyamide-based resin is more preferable. Furthermore, if necessary, various resin additives can be blended. Examples of resin additives include colorants, antioxidants, metal deactivators, carbon black, nucleating agents, mold release agents, lubricants, Antistatic agents, light stabilizers, ultraviolet absorbers, impact modifiers, melt tension improvers, flame retardants and the like.

(強化繊維)
本発明の(A)層を構成する強化繊維((A)層を構成するプリプレグに用いることができる強化繊維)としては、強化繊維の種類は特に限定されず、無機繊維、有機繊維、金属繊維、またはこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維が使用できる。無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維などが挙げられる。有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のナイロン繊維、ポリエステルなどが挙げられる。金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維を挙げられ、また金属を被覆した炭素繊維でもよい。これらの中では、最終成形物の強度等の機械特性を考慮すると、炭素繊維が好ましい。また、強化繊維の平均繊維直径は、1〜50μmであることが好ましく、5〜20μmであることがさらに好ましい。
(Reinforced fiber)
As the reinforcing fiber constituting the layer (A) of the present invention (the reinforcing fiber that can be used for the prepreg constituting the layer (A)), the kind of the reinforcing fiber is not particularly limited, and inorganic fiber, organic fiber, metal fiber. Alternatively, a reinforcing fiber having a hybrid configuration in which these are combined can be used. Examples of the inorganic fiber include carbon fiber, graphite fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber, tungsten carbide fiber, boron fiber, and glass fiber. Examples of organic fibers include aramid fibers, high density polyethylene fibers, other general nylon fibers, and polyesters. Examples of the metal fibers include fibers such as stainless steel and iron, and may be carbon fibers coated with metal. Among these, carbon fibers are preferable in consideration of mechanical properties such as strength of the final molded product. Moreover, it is preferable that the average fiber diameter of a reinforced fiber is 1-50 micrometers, and it is more preferable that it is 5-20 micrometers.

((A)層を構成する炭素繊維((A)層を構成するプリプレグを構成する炭素繊維:以下短に「炭素繊維」という。))
以下の「炭素繊維」の各種値は、本発明における強化繊維の値と読み替えることができる。
((A) Carbon fiber constituting layer (carbon fiber constituting prepreg constituting (A) layer: hereinafter referred to as “carbon fiber”))
The various values of the following “carbon fiber” can be read as the value of the reinforcing fiber in the present invention.

炭素繊維には特に制限は無く、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特にPANを原料としたPAN系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。これらは市販品として入手できる。   The carbon fiber is not particularly limited, and any carbon fiber such as polyacrylonitrile (PAN), petroleum / coal pitch, rayon, and lignin can be used. In particular, PAN-based carbon fibers using PAN as a raw material are preferable because they are excellent in productivity and mechanical properties on an industrial scale. These are available as commercial products.

炭素繊維束としては、総繊度は好ましくは200〜7000テックスである。フィラメント数は、1,000本以上であればよく、好ましくは3000本以上である。また一般には100,000本以下が好ましく、より好ましくは60000本以下である。そして、炭素繊維束としての強度は、1〜10GPaが好ましく、5〜8GPaであることがさらに好ましい。また、弾性率は100〜1,000GPaが好ましく、200〜600GPaであることがさらに好ましい。   The total fineness of the carbon fiber bundle is preferably 200 to 7000 tex. The number of filaments may be 1,000 or more, preferably 3000 or more. Moreover, generally 100,000 or less is preferable, More preferably, it is 60000 or less. The strength of the carbon fiber bundle is preferably 1 to 10 GPa, more preferably 5 to 8 GPa. The elastic modulus is preferably 100 to 1,000 GPa, more preferably 200 to 600 GPa.

なお、炭素繊維束の強度および弾性率とは、JIS−R7608の方法で測定される強度と、弾性率とを言う。又、本発明における単繊維繊度(平均単繊維繊度)は、特に制限はないが、0.5〜2.4dtexであることが好ましい。   In addition, the intensity | strength and elastic modulus of a carbon fiber bundle say the intensity | strength measured by the method of JIS-R7608, and an elastic modulus. The single fiber fineness (average single fiber fineness) in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 2.4 dtex.

本発明の積層体に用いることができプリプレグに用いことができる炭素繊維は、表面処理、特に電解処理されたものが好ましい。表面処理剤としては、例えば、エポキシ系サイジング剤、ウレタン系サイジング剤、ナイロン系サイジング剤、オレフィン系サイジング剤等が挙げられる。表面処理することによって、引張り強度、曲げ強度が向上するという利点が得られる。プリプレグの製造方法としては、一方向に引き揃えられた強化繊維に、不織布状、フィルム状、シート状などの熱可塑性樹脂を重ね、加熱加圧する事で含浸する方法が挙げられる。   The carbon fiber that can be used in the laminate of the present invention and can be used in the prepreg is preferably subjected to surface treatment, particularly electrolytic treatment. Examples of the surface treatment agent include an epoxy sizing agent, a urethane sizing agent, a nylon sizing agent, and an olefin sizing agent. By performing the surface treatment, an advantage that tensile strength and bending strength are improved can be obtained. As a method for producing a prepreg, a method of impregnating a reinforcing fiber aligned in one direction with a thermoplastic resin such as a nonwoven fabric, a film, or a sheet and heating and pressurizing the resin can be used.

本発明の(A)層に用いることができるプリプレグは、例えばフィルム状とした熱可塑性樹脂を二枚準備し、その二枚の間に強化繊維をシート状に並べた強化繊維シートを挟み込み、加熱及び加圧を行うことにより得ることができる。より具体的には、2枚の熱可塑性樹脂からなるフィルムを送り出す、2つのロールから二枚のフィルムを送り出すとともに、強化繊維シートのロールから供給される強化繊維シートを二枚のフィルムの間に挟み込ませた後に、加熱及び加圧する。加熱及び加圧する手段としては、公知のものを用いることができ、二個以上の熱ロールを利用したり、予熱装置と熱ロールの対を複数使用したりするなどの多段階の工程を要するものであってもよい。ここで、フィルムを構成する熱可塑性樹脂は一種類ある必要はなく、別の種類の熱可塑性樹脂からなるフィルムを、上記のような装置を用いてさらに積層させてもよい。   The prepreg that can be used for the layer (A) of the present invention is prepared by, for example, preparing two sheets of thermoplastic resin in the form of a film, sandwiching a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in a sheet shape, and heating And by applying pressure. More specifically, two films are sent out from two rolls of a film made of thermoplastic resin, and a reinforcing fiber sheet supplied from a roll of reinforcing fiber sheets is placed between the two films. After sandwiching, heat and pressurize. As a means for heating and pressurizing, known means can be used, which requires a multi-step process such as using two or more heat rolls or using multiple pairs of preheating devices and heat rolls. It may be. Here, the thermoplastic resin constituting the film does not have to be one type, and a film made of another type of thermoplastic resin may be further laminated using the apparatus as described above.

上記加熱温度は、熱可塑性樹脂の種類にもよるが、通常、100〜400℃であることが好ましい。一方、加圧時の圧力は、通常0.1〜10MPaであることが好ましい。この範囲であれば、プリプレグに含まれる強化繊維の間に、熱可塑性樹脂を含浸させることができるので好ましい。また、本発明の積層基材に用いることができるプリプレグは、市販されているプリプレグを用いることもできる。   Although the said heating temperature is based also on the kind of thermoplastic resin, it is preferable that it is 100-400 degreeC normally. On the other hand, the pressure during pressurization is preferably 0.1 to 10 MPa. If it is this range, since it can be made to impregnate a thermoplastic resin between the reinforced fiber contained in a prepreg, it is preferable. Moreover, the prepreg which can be used for the laminated base material of this invention can also use the prepreg marketed.

本発明に用いられる(A)層を構成する強化繊維と熱可塑性樹脂組成物を含むプリプレグは、強化繊維を横切る方向に強化繊維を切断する深さの切込を有し、切込と強化繊維の角度θは、好ましくは60度以下、更に好ましくは30度以上、60度以下であり、かつ、プリプレグ1mあたりの切込長さの総和1aが20m以上であり、、通常250m以下、好ましくは150m以下、より好ましくは100m以下であることが、炭素繊維強化プラスチック積層体の成形性、と力学特性のバランスが良いという点で好ましい。 The prepreg comprising the reinforcing fiber constituting the layer (A) and the thermoplastic resin composition used in the present invention has a depth of cut that cuts the reinforcing fiber in a direction crossing the reinforcing fiber. Is preferably 60 degrees or less, more preferably 30 degrees or more and 60 degrees or less, and the total cutting length 1a per prepreg 1 m 2 is 20 m or more, usually 250 m or less, preferably Is preferably 150 m or less, more preferably 100 m or less, in terms of a good balance between moldability and mechanical properties of the carbon fiber reinforced plastic laminate.

前記切込の形状は直線状である必要はない。曲線を用いることで、同一切込角度と同一繊維長でありながら、1mあたりの切込長の総和1aを大きくすることが出来る。この場合、高い力学特性を維持しつつ成形性の向上が期待出来る。 The shape of the notch need not be linear. By using the curve, the total cutting length 1a per 1 m 2 can be increased while maintaining the same cutting angle and the same fiber length. In this case, improvement in moldability can be expected while maintaining high mechanical properties.

本発明の積層基材に含まれるプリプレグは、切断された強化繊維の長さLは特に制限されるものではないが、力学特性と流動性の観点から、5mm以上、100mm以下が好ましい。特に十分な力学物性とスタンピング成形時のリブ等の薄肉部への流動を両立させるためには10mm以上50mm以下がさらに好ましい。   In the prepreg contained in the laminated base material of the present invention, the length L of the cut reinforcing fiber is not particularly limited, but is preferably 5 mm or more and 100 mm or less from the viewpoint of mechanical properties and fluidity. In particular, 10 mm or more and 50 mm or less is more preferable in order to achieve both sufficient mechanical properties and flow to a thin portion such as a rib during stamping molding.

本発明で用いることができるプリプレグは、レーザーマーカー、カッティングプロッタや抜型等を利用して切込を入れることにより得ることができるが、前記切込がレーザーマーカーを用いて施されたものであると、曲線やジグザグ線など複雑な切込を高速に加工できるという効果があるので好ましく、また、前記切込がカッティングプロッタを用いて施されたものであると、2m以上の大判のプリプレグ層を加工できるという効果があるので好ましい。さらに、前記切込が抜型を用いて施されたものであると、高速に加工が可能であるという効果があるので好ましい。   The prepreg that can be used in the present invention can be obtained by making a cut using a laser marker, a cutting plotter, a cutting die, or the like, and the cut is made using a laser marker. It is preferable because it has the effect of being able to process complex incisions such as curves and zigzag lines at high speed, and if the incisions are made using a cutting plotter, a large prepreg layer of 2 m or more is processed. Since there exists an effect that it can do, it is preferable. Furthermore, it is preferable that the cut is made by using a punching die because there is an effect that processing can be performed at high speed.

本発明の(A)層に用いられる強化繊維と熱可塑性樹脂組成物を含むプリプレグ積層体は、複数のプリプレグを強化繊維の方向が疑似等方となるように積層されていることが、積層体の異方性を小さくする点で好ましい。   The prepreg laminate including the reinforcing fiber and the thermoplastic resin composition used for the layer (A) of the present invention is a laminate in which a plurality of prepregs are laminated so that the directions of the reinforcing fibers are pseudo-isotropic. This is preferable in terms of reducing the anisotropy.

本発明の(A)層に用いられる炭素繊維と熱可塑性樹脂組成物を含むプリプレグ積層体は、プリプレグに含まれる強化繊維の方向が0度であるプリプレグと90度であるプリプレグが交互に積層されていることが積層体の異方性を小さくする点で好ましい。   In the prepreg laminate including the carbon fibers and the thermoplastic resin composition used in the layer (A) of the present invention, the prepregs in which the direction of the reinforcing fibers contained in the prepreg is 0 degrees and the prepregs that are 90 degrees are alternately laminated. It is preferable in terms of reducing the anisotropy of the laminate.

((B)層)
本発明に用いられる(B)層を構成する熱可塑性樹脂としては、(A)層に用いられる熱可塑性樹脂よりも融点の高いものを用いる。例えば、ポリスチレン、(メタ)アクリル酸エステル/スチレン共重合体、アクリロニトリル/スチレン共重合体、スチレン/無水マレイン酸共重合体、ABS、ASA、AES等のスチレン系樹脂;ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリフェニレンエーテル系樹脂;ポリオキシメチレン系樹脂;ポリスルフォン系樹脂;ポリアリレート系樹脂;ポリフェニレンスルフィド系樹脂;熱可塑性ポリウレタン系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ−4−メチルペンテン、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/ブテン共重合体等のポリオレフィン系樹脂;エチレン/酢酸ビニル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン/無水マレイン酸共重合体、エチレン/アクリル酸共重合体等のα−オレフィンと各種単量体との共重合体類;ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、脂肪族グリコール/脂肪族ジカルボン酸共重合体等の脂肪族ポリエステル系樹脂;生分解性セルロース、ポリペプチド、ポリビニルアルコール、澱粉、カラギーナン、キチン・キトサン質等の生分解性樹脂が挙げられる。その中でも、融点が高く、耐ドローダウン性に優れるため、スタンピング成形時の予熱工程後、金型に積層体シートをチャージし易く、ハンドリングに優れている点より、ポリアミド系樹脂もしくはポリカーボネート樹脂が好ましい。
((B) layer)
As the thermoplastic resin constituting the (B) layer used in the present invention, one having a melting point higher than that of the thermoplastic resin used for the (A) layer is used. For example, polystyrene, (meth) acrylic ester / styrene copolymer, acrylonitrile / styrene copolymer, styrene / maleic anhydride copolymer, styrene resin such as ABS, ASA, AES; acrylic such as polymethyl methacrylate Polycarbonate resins; Polyamide resins; Polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate; Polyphenylene ether resins; Polyoxymethylene resins; Polysulfone resins; Polyarylate resins; Polyphenylene sulfide resins; Plastic polyurethane resin; Polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polybutene, poly-4-methylpentene, ethylene / propylene copolymer, ethylene / butene copolymer; ethylene / vinyl acetate Copolymers of α-olefin and various monomers such as ethylene copolymer, ethylene / (meth) acrylic acid ester copolymer, ethylene / maleic anhydride copolymer, ethylene / acrylic acid copolymer; Aliphatic polyester resins such as polylactic acid, polycaprolactone, aliphatic glycol / aliphatic dicarboxylic acid copolymer; biodegradable resins such as biodegradable cellulose, polypeptide, polyvinyl alcohol, starch, carrageenan, chitin / chitosan Is mentioned. Among them, a polyamide-based resin or a polycarbonate resin is preferable because it has a high melting point and excellent resistance to drawdown, so that it is easy to charge the laminate sheet to the mold after the preheating process at the time of stamping molding and is excellent in handling. .

さらに必要に応じて、種々の樹脂添加剤を配合する事ができる、樹脂添加剤としては、例えば着色剤、酸化防止剤、金属不活性剤、カーボンブラック、造核剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐衝撃性改質剤、溶融張力向上剤、難燃剤等が挙げられる。   Furthermore, if necessary, various resin additives can be blended. Examples of resin additives include colorants, antioxidants, metal deactivators, carbon black, nucleating agents, mold release agents, lubricants, Antistatic agents, light stabilizers, ultraviolet absorbers, impact modifiers, melt tension improvers, flame retardants and the like.

さらに必要に応じて充填物を有していても良く、具体的には、種々の無機充填剤を配合することができる。無機充填剤としては、特に限定はないが、例えばガラス繊維、炭素繊維などの繊維状フィラ―、タルク、マイカ、黒鉛などの板状フィラー、炭酸カルシウム、シリカなどの粒状フィラーなどが挙げられる。好ましくは繊維状フィラ―または板状フィラーであり、さらに好ましくは繊維状フィラ―(強化繊維)である。異方性のあるフィラーの方が、特定方向の強度を上げやすい。これらのフィラーは、複数を同時に用いても構わない。   Furthermore, you may have a filler as needed, and specifically, various inorganic fillers can be mix | blended. The inorganic filler is not particularly limited, and examples thereof include fibrous fillers such as glass fibers and carbon fibers, plate fillers such as talc, mica, and graphite, and particulate fillers such as calcium carbonate and silica. A fibrous filler or a plate-like filler is preferable, and a fibrous filler (reinforced fiber) is more preferable. An anisotropic filler is easy to increase the strength in a specific direction. A plurality of these fillers may be used simultaneously.

本発明の成形品に用いることができる(B)層の熱可塑性樹脂としては、市販品を用いても良い。例えばポリアミド樹脂としては、デュポン社製101F、ダイセル・エポニック社製C2000(いずれも製品名)などが挙げられる。   A commercially available product may be used as the thermoplastic resin of the layer (B) that can be used for the molded product of the present invention. For example, examples of the polyamide resin include DuPont 101F and Daicel Eponic C2000 (both are product names).

本発明の成形品に用いることができる(B)層の熱可塑性樹脂の融点TmBは、(A)層で用いられる熱可塑性樹脂の融点TmA以上で、更に、30℃以上融点が高いことが好ましい。即ち、下記(式2)を満たすことが好ましい。
TmB−TmA≧30 ・・・(式2)
The melting point TmB of the thermoplastic resin of the (B) layer that can be used for the molded product of the present invention is not less than the melting point TmA of the thermoplastic resin used in the (A) layer, and preferably has a high melting point of 30 ° C. or higher. . That is, it is preferable to satisfy the following (Formula 2).
TmB−TmA ≧ 30 (Formula 2)

(A)層で用いられる熱可塑性樹脂no融点TmAより低いと、繊維分布が大きくなり、構造材に適した強度や剛性が得られない。   When the temperature is lower than the thermoplastic resin no melting point TmA used in the (A) layer, the fiber distribution becomes large, and the strength and rigidity suitable for the structural material cannot be obtained.

本発明で用いられる(A)層の厚みの総和を(B)層の厚みの総和で除した値が0.1以上3以下で、更に好ましくは0.3以上2以下である。上記の値が3以上では、流動性が低下し、3以上では十分な強度や剛性が得られない。   The value obtained by dividing the total thickness of the (A) layer used in the present invention by the total thickness of the (B) layer is from 0.1 to 3, more preferably from 0.3 to 2. If the above value is 3 or more, the fluidity is lowered, and if it is 3 or more, sufficient strength and rigidity cannot be obtained.

(繊維強化プラスチック積層体の製造方法)
本発明の繊維強化プラスチック積層体は、一方向に配向した強化繊維と熱可塑性樹脂組成物を含むプリプレグ積層体のA層と、熱可塑性樹脂組成物のB層を軟化点もしくは融点以上で加熱加圧して一体化する方法が挙げられる。
(Manufacturing method of fiber reinforced plastic laminate)
The fiber reinforced plastic laminate of the present invention is obtained by heating and heating a layer A of a prepreg laminate containing reinforced fibers oriented in one direction and a thermoplastic resin composition and a layer B of the thermoplastic resin composition at a softening point or higher than the melting point. The method of pressing and integrating is mentioned.

具体的には、通常の装置、例えば加熱プレス機を用いて行うことができ、その際に用いる金型については、所望の形状を有するものを用いることができる。金型の材質についても、ホットスタンピング成形で通常用いられるものを採用することができ、金属製のいわゆる金型を用いることができる。具体的に本工程は、例えば前記積層体を金型内に配置して、加熱及び加圧することにより行うことができる。   Specifically, it can be carried out using a normal apparatus, for example, a heating press, and a mold having a desired shape can be used as the mold used at that time. As the material of the mold, those usually used in hot stamping molding can be adopted, and a so-called metal mold can be used. Specifically, this step can be performed, for example, by placing the laminate in a mold and heating and pressing.

前記加熱においては、積層体に含まれる熱可塑性樹脂の種類にもよるが、100〜400℃で加熱することが好ましく、さらに好ましくは150〜350℃で加熱することが好ましい。また、前記加熱に先立って、予備加熱を行ってもよい。予備加熱については、通常150〜400℃、好ましくは200〜380℃で加熱することが好ましい。   In the heating, although it depends on the type of thermoplastic resin contained in the laminate, it is preferably heated at 100 to 400 ° C, more preferably 150 to 350 ° C. Prior to the heating, preliminary heating may be performed. About preheating, it is preferable to heat at 150-400 degreeC normally, Preferably it is 200-380 degreeC.

前記加圧において積層体にかける圧力としては、好ましくは0.1〜10MPaであり、より好ましくは0.2〜2MPaである。この圧力については、プレス力を積層基材の面積で除した値とする。   As a pressure applied to a laminated body in the said pressurization, Preferably it is 0.1-10 MPa, More preferably, it is 0.2-2 MPa. The pressure is a value obtained by dividing the pressing force by the area of the laminated base material.

上記加熱及び加圧する時間は、0.1〜30分間であることが好ましく、さらに好ましくは0.5〜10分間である。また、加熱及び加圧の後に設ける冷却時間は、0.5〜30分間であることが好ましい。   The heating and pressurizing time is preferably 0.1 to 30 minutes, more preferably 0.5 to 10 minutes. Moreover, it is preferable that the cooling time provided after a heating and pressurization is 0.5 to 30 minutes.

上記ホットスタンピング成形を経た本発明にかかる一体化した炭素繊維強化熱可塑性プラスチック積層体の厚さは、0.5〜10mmであることが好ましい。   The thickness of the integrated carbon fiber reinforced thermoplastic laminate according to the present invention that has undergone the hot stamping molding is preferably 0.5 to 10 mm.

なお、前記加熱及び加圧は、金型と上記積層体との間に潤滑剤が存在する条件下で行ってもよい。潤滑剤の作用により、前記加熱及び加圧時に上記積層基材を構成するプリプレグに含まれる炭素繊維の流動性が高まるため、炭素繊維の間への熱可塑性樹脂の含浸を高まるとともに、得られる積層体において炭素繊維の間及び炭素繊維と熱可塑性樹脂の間におけるボイドを低減させることができるからである。   In addition, you may perform the said heating and pressurization on the conditions where a lubricant exists between a metal mold | die and the said laminated body. Due to the action of the lubricant, the fluidity of the carbon fibers contained in the prepreg constituting the laminated base material during the heating and pressurization is increased, so that the impregnation of the thermoplastic resin between the carbon fibers is increased and the resulting lamination is obtained. This is because voids between the carbon fibers and between the carbon fibers and the thermoplastic resin in the body can be reduced.

前記潤滑剤としては、例えばシリコーン系潤滑剤やフッ素系潤滑剤を用いることができる。また、これらの混合物を用いてもよい。シリコーン系潤滑剤としては、高温環境で用いることができる耐熱性のものが好ましく用いられる。より具体的には、メチルフェニルシリコーンオイルやジメチルシリコーンオイルのようなシリコーンオイルを挙げることができ、市販されているものを好ましく用いることができる。フッ素系潤滑剤としては、高温環境で用いることができる耐熱性のものが好ましく用いられる。そのようなものの具体例としては、パーフルオロポリエーテルオイルや三フッ化塩化エチレンの低重合物(重量平均分子量500〜1300)のようなフッ素オイルを用いることができる。   As the lubricant, for example, a silicone-based lubricant or a fluorine-based lubricant can be used. Moreover, you may use these mixtures. As the silicone-based lubricant, a heat-resistant one that can be used in a high-temperature environment is preferably used. More specifically, silicone oils such as methylphenyl silicone oil and dimethyl silicone oil can be exemplified, and commercially available ones can be preferably used. As the fluorine-based lubricant, a heat-resistant one that can be used in a high temperature environment is preferably used. As specific examples of such a material, fluorine oil such as perfluoropolyether oil or a low polymer of ethylene trifluoride chloride (weight average molecular weight 500 to 1300) can be used.

上記潤滑剤は、上記積層体の片側若しくは両側の表面上、前記金型の片側もしくは両側の表面上または上記積層体及び金型の双方の片側若しくは両側の表面上に、潤滑剤塗布装置などの適当な手段によって供給されてもよいし、予め金型の表面上に塗布しておいてもよい。中でも積層体の両側の表面に潤滑剤が供給される態様が好ましい。   The lubricant is applied on one or both surfaces of the laminate, on one or both surfaces of the mold, or on one or both surfaces of both the laminate and the mold. It may be supplied by appropriate means, or may be applied in advance on the surface of the mold. Among these, a mode in which the lubricant is supplied to the surfaces on both sides of the laminate is preferable.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例記載に何ら限定されるものではない。尚、実施例1は参考例である。 Following is a more detailed description of the present invention through examples, the present invention is not intended to be limited to the description of Example. Example 1 is a reference example.

(スタンピング成形性評価)
ヒーター温度を380℃に設定した遠赤外線ヒーター式加熱装置(NGKキルンテック株式会社製、製品名:H7GS−71289)を用いて、200mm×200mmに裁断した厚み1.5mmの積層体シート2枚を、互いに重ならないようにして、4分から5分間加熱して軟化させる。
(Stamping formability evaluation)
Using a far-infrared heater type heating device (NGK Kiln Tech Co., Ltd., product name: H7GS-71289) with a heater temperature set at 380 ° C., two laminate sheets having a thickness of 1.5 mm cut into 200 mm × 200 mm, Heat to soften for 4 to 5 minutes without overlapping each other.

厚み1.5mmで、300×300mmの平板の金型を使用した500tプレス機(川崎油工株式会社製、製品名:FMP2−500)を用いて、積層体シート2枚を重ねた状態で金型の中央部にチャージした後、チャージ時間25s、金型温度150℃、成形圧力10MPa、成形時間1分の条件で、プレス成形を行い、300mm×300mmの厚み1.5mmの成形品を得る。   Using a 500 ton press machine (product name: FMP2-500, manufactured by Kawasaki Yoko Co., Ltd.) using a flat plate mold of 300 × 300 mm with a thickness of 1.5 mm, the two laminated sheets are stacked in a gold state. After charging the central part of the mold, press molding is performed under the conditions of a charge time of 25 s, a mold temperature of 150 ° C., a molding pressure of 10 MPa, and a molding time of 1 minute to obtain a molded product of 300 mm × 300 mm and a thickness of 1.5 mm.

上記成形品から、チャージ部と流動部2箇所でサンプルを切出し、密度を測定し、炭素繊維体積含有率Vf(%)を算出する。   From the molded product, a sample is cut out at two places of the charge part and the fluid part, the density is measured, and the carbon fiber volume content Vf (%) is calculated.

又、上記成形品から、チャージ部と流動部2箇所にて、長さ100mm、幅25mmの大きさで、繊維配向方向に対し、0°に切出して試験片を作製した。JIS K−7074に規定する試験方法に従い、万能試験機(インストロン社製、製品名:4465型)を用いて、標点間距離を80mmとし、クロスヘッド速度5.0mm/分で3点曲げ試験を行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を算出する。測定した試験片の数はn=3とし、その平均値から強度及び弾性率とする。尚、2箇所の曲げ弾性率の値が共に30GPa以上のものを繊維分布が小さく、剛性に優れるものとして○、1箇所でも曲げ弾性率が30GPa以下のものがあると、繊維分布が大きく、剛性が劣るとして×とする。   Further, from the molded product, a test piece was produced by cutting out at 0 ° with respect to the fiber orientation direction with a length of 100 mm and a width of 25 mm at the charge part and the fluid part. According to the test method specified in JIS K-7074, using a universal testing machine (Instron, product name: Model 4465), the distance between the gauge points is 80 mm, and the crosshead speed is 5.0 mm / min. A test is performed to calculate the bending strength and the flexural modulus. The number of test specimens measured is n = 3, and the average value is taken as the strength and elastic modulus. It should be noted that if the bending elastic modulus values at two locations are both 30 GPa or more, the fiber distribution is small and the rigidity is excellent. ○ If there is a bending elastic modulus of 30 GPa or less even at one location, the fiber distribution is large and the rigidity is high. X is assumed to be inferior.

(プレプレグの製造)
炭素繊維(三菱レイヨン製、製品名:パイロフィルTR−50S15L)を、強化繊維の方向が一方向となるように平面状に引き揃えて目付が72.0g/mである強化繊維シートとする。この強化繊維シートの両面を、ナイロン6のフィルム(ナイロン6:宇部興産社製、製品名:1013B、厚み:40μ)で挟み、カレンダロールを複数回通して、熱可塑性樹脂を強化繊維シートに含浸し、炭素繊維体積含有率(Vf)が34%、厚さが0.125mmのプリプレグを得る。
(Prepreg production)
Carbon fiber (manufactured by Mitsubishi Rayon, product name: Pyrofil TR-50S15L) is made into a reinforcing fiber sheet having a basis weight of 72.0 g / m 2 by aligning the reinforcing fibers in a plane so that the direction of the reinforcing fibers is one direction. Both sides of this reinforcing fiber sheet are sandwiched between nylon 6 films (Nylon 6: manufactured by Ube Industries, product name: 1013B, thickness: 40μ), and a calender roll is passed multiple times to impregnate the reinforcing fiber sheet with thermoplastic resin. Thus, a prepreg having a carbon fiber volume content (Vf) of 34% and a thickness of 0.125 mm is obtained.

(実施例1)
得られたプリプレグを、300mm角に切り出し、サンプルカット機(レザック製、製品名:L−2500)を用いて表1に示すように一定間隔で切込を入れた。その際、シートの端部より5mm内側部分を除き、強化繊維の長さL=25.0mm一定、平均切込長l=14.1mmになるよう、繊維を切断する切込と強化繊維のなす角度θ=45°の切込加工を施し、プリプレグ(以後、PPGと略)を得た。この際1mあたりの切込長の総和la=56.6mである。
Example 1
The obtained prepreg was cut into a 300 mm square and cut using a sample cutting machine (manufactured by Rezac, product name: L-2500) at regular intervals as shown in Table 1. At that time, except for the inner part of the sheet 5 mm from the end of the sheet, the length of the reinforcing fiber L = 25.0 mm is constant and the average cutting length l = 14.1 mm is formed by cutting the fibers and the reinforcing fibers. A prepreg (hereinafter abbreviated as PPG) was obtained by performing a cutting process at an angle θ = 45 °. At this time, the total length of cuts per 1 m 2 is la = 56.6 m.

300mm角で深さ1.5mmの印籠金型内に、表1記載のようにPPGと厚み0.5mmのナイロン6シート(ナイロン6:宇部興産製、製品名:1013B)を重ねて、加熱し、圧縮成形機(神藤金属工業所製、製品名:SFA−50HH0)を用いて、高温側プレスにて250℃、油圧指示0MPaの条件で7分間保持し、次いで同一温度にて油圧指示2MPa(プレス圧0.55MPa)の条件で7分間保持後、金型を冷却プレスに移動させ、30℃,油圧指示5MPa(プレス圧1.38MPa)にて3分間保持することで炭素繊維強化プラスチック積層体シートを得る
上記シートを用いて、スタンピング成形性を評価する。
PPG and 0.5 mm thick nylon 6 sheet (Nylon 6: manufactured by Ube Industries, product name: 1013B) as shown in Table 1 are stacked in a 300 mm square and 1.5 mm deep stamping mold and heated. , Using a compression molding machine (product name: SFA-50HH0, manufactured by Shindo Metal Industries, Ltd.), holding at a high temperature side press for 7 minutes under the conditions of 250 ° C. and a hydraulic pressure instruction of 0 MPa, then a hydraulic pressure instruction of 2 MPa at the same temperature ( After holding for 7 minutes under the condition of a press pressure of 0.55 MPa, the mold is moved to a cooling press and held for 3 minutes at 30 ° C. and a hydraulic pressure indication of 5 MPa (press pressure of 1.38 MPa) to provide a carbon fiber reinforced plastic laminate. Obtaining a sheet Using the above sheet, stamping moldability is evaluated.

(実施例2)
表1記載のようにPPGと厚み0.5mmのナイロン66シート(ナイロン66:デュポン製、製品名:101F)を重ねた以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維強化プラスチック積層体を作製し、評価を行う。尚、この際の表面層に使用したPPGの1mあたりの切込長の総和1a=154.5mである。
(Example 2)
A carbon fiber reinforced plastic laminate was prepared in the same manner as in Example 1 except that PPG and 0.5 mm thick nylon 66 sheet (nylon 66: manufactured by DuPont, product name: 101F) were stacked as shown in Table 1. And evaluate. In addition, the sum total of the cut length per 1 m 2 of PPG used for the surface layer at this time is 14.5 = 154.5 m.

(比較例1)
表1記載のようにPPGと厚み0.5mmのナイロン12シート(ナイロン12:ダイセル・エポニック製、製品名:L1600)を重ねた以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維強化プラスチック積層体を作製し、評価を行う。尚、この際の表面層に使用したPPGの1mあたりの切込長の総和1a=154.5mである。
(Comparative Example 1)
A carbon fiber reinforced plastic laminate in the same manner as in Example 1 except that PPG and 0.5 mm thick nylon 12 sheet (nylon 12: manufactured by Daicel Eponic, product name: L1600) were stacked as shown in Table 1. Are manufactured and evaluated. In addition, the sum total of the cut length per 1 m 2 of PPG used for the surface layer at this time is 14.5 = 154.5 m.

1より明らかなように、実施例1と2は、繊維分布が小さく力学特性は、良好である。これに対し、比較例1は繊維分布が大きく、力学特性に劣るので、構造材としては不適である。   As is clear from FIG. 1, Examples 1 and 2 have a small fiber distribution and good mechanical properties. On the other hand, Comparative Example 1 is unsuitable as a structural material because of its large fiber distribution and poor mechanical properties.

Claims (8)

少なくとも3層構造を有する積層体であって、両表面層に下記(A)層を有し、両表面層の間に下記(B)層を有する繊維強化熱可塑性樹脂積層体。
(A)層:一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したプリプレグからなる積層体であって、前記プリプレグは、強化繊維を横切る方向に強化繊維を切断する深さの切込を有し、(A)層を構成する複数のプリプレグは、プリプレグに含まれる強化繊維の方向が疑似等方となるよう積層されているか、もしくは、0度であるプリプレグと90度であるプリプレグが交互に積層されている。
且つ、前記切込が直線状であって、切込と強化繊維の角度が30°以上60°以下であり、プリプレグ1m あたりの切込長の総和が20m以上、250m以下であり、
前記強化繊維の平均繊維長が、10mm以上50mm以下である。
(B)層:熱可塑性樹脂組成物からなるシートおよび/または充填物含有熱可塑性樹脂組成物からなるシートであって、熱可塑性樹脂の融点TmBは、前記(A)層のプリプレグを構成する熱可塑性樹脂の融点TmA以上であり、
前記熱可塑性樹脂の融点TmBと(A)層で用いられる熱可塑性樹脂の融点TmAとが、下記(式2)を満たす。
TmB−TmA≧30 ・・・(式2)
A laminate having at least a three-layer structure, the fiber reinforced thermoplastic resin laminate having the following (A) layer on both surface layers and the following (B) layer between both surface layers.
(A) Layer: A laminate composed of a prepreg in which a reinforced fiber oriented in one direction is impregnated with a thermoplastic resin, and the prepreg has a depth of cut to cut the reinforced fiber in a direction crossing the reinforced fiber. (A) The prepregs constituting the layer (A) are laminated such that the directions of the reinforcing fibers contained in the prepreg are pseudo-isotropic, or the prepregs at 0 degrees and the prepregs at 90 degrees are alternately arranged. Are stacked.
In addition, the incision is linear, the angle between the incision and the reinforcing fiber is not less than 30 ° and not more than 60 °, and the total incision length per 1 m 2 of the prepreg is not less than 20 m and not more than 250 m,
The average fiber length of the reinforcing fibers is 10 mm or more and 50 mm or less.
(B) Layer: A sheet made of a thermoplastic resin composition and / or a sheet made of a filler-containing thermoplastic resin composition, and the melting point TmB of the thermoplastic resin is the heat constituting the prepreg of the layer (A). Ri der melting point TmA or more thermoplastic resins,
The melting point TmB of the thermoplastic resin and the melting point TmA of the thermoplastic resin used in the layer (A) satisfy the following (Formula 2).
TmB−TmA ≧ 30 (Formula 2)
(A)層の厚みの総和を(B)層の厚みの総和で除した値が、0.1以上3以下である請求項1に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。   The fiber reinforced thermoplastic resin laminate according to claim 1, wherein a value obtained by dividing the total thickness of the (A) layer by the total thickness of the (B) layer is 0.1 or more and 3 or less. 各々の表面層の厚みが0.1mm以上、1.5mm以下であり、(A)層の厚みの総和が2.5mm以下である、請求項1又は2に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。 The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to claim 1 or 2 , wherein the thickness of each surface layer is 0.1 mm or more and 1.5 mm or less, and the total thickness of the (A) layers is 2.5 mm or less. . (A)層を構成する強化繊維の体積含有率が、20%以上60%以下である請求項1からのいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。 (A) The fiber reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the volume content of the reinforcing fibers constituting the layer is 20% or more and 60% or less. (A)層を構成する強化繊維が炭素繊維である請求項1からのいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。 The fiber reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of claims 1 to 4 , wherein the reinforcing fibers constituting the layer (A) are carbon fibers. 前記(A)層を構成する強化繊維の単繊維繊度が、0.5dtex以上、2.4dtex以下の炭素繊維である請求項1からのいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。 The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of claims 1 to 5 , wherein the single fiber fineness of the reinforcing fibers constituting the layer (A) is 0.5 dtex or more and 2.4 dtex or less. 前記(A)層を構成する強化繊維の繊維束のフィラメント数が、3,000本以上100,000本以下である請求項1からのいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体。 The fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of claims 1 to 6 , wherein the number of filaments in the fiber bundle of reinforcing fibers constituting the layer (A) is 3,000 or more and 100,000 or less. 請求項1から7のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂積層体を製造する方法であって、
(A)層および(B)層を、(A)層を構成する熱可塑性樹脂組成物および(B)層を構成する熱可塑性樹脂組成物の軟化点もしくは融点以上に加熱することにより融着する繊維強化熱可塑性樹脂積層体の製造方法。
A method for producing the fiber-reinforced thermoplastic resin laminate according to any one of claims 1 to 7,
The (A) layer and the (B) layer are fused by heating above the softening point or melting point of the thermoplastic resin composition constituting the (A) layer and the thermoplastic resin composition constituting the (B) layer. The manufacturing method of a fiber reinforced thermoplastic resin laminated body.
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