JP6523859B2 - 切断体の製造方法、及び繊維強化樹脂の切断方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、繊維強化プラスチック製品を解体するときに、予め燃焼ガスで加熱して軟化させた状態で高圧の水ジェットによる切断する繊維強化プラスチック製品の切断方法が記載されている。
特許文献3には、繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工に関し、成形品端面に強化繊維のバリ発生量が少なく、寸法精度高い繊維強化樹脂成形品を得るための、加工方法が記載されている。
また、特許文献2の繊維強化プラスチックに用いられている樹脂は熱硬化性樹脂であるため、過剰にガス火炎しても樹脂は昇華していくが、樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、昇華する前に樹脂が軟化・溶融してしまい、適切な範囲を切断することができない。特に、繊維として炭素繊維を使用した場合は熱伝導性が良いために加熱領域が広くなり周囲が過剰に加熱されて劣化してしまうため、有効に利用できる範囲が狭くなりより一層問題となる。
更に、特許文献3の繊維強化樹脂成形板の加工においては、同一箇所を2回以上繰り返してパンチする必要があり、切断工程が多くなり、連続して切断体を得にくい。
具体的には、以下の通りである。
前記曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度変化が±20度の範囲である、
切断体の製造方法。
<2> 前記繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造する、前記<1>に記載の切断体の製造方法。
<3> 熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−150〜−50℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−50〜+50℃に、繊維強化樹脂材を加熱する前記<2>に記載の切断体の製造方法。
<4> 前記<3>に記載の切断体の製造方法であって、繊維強化樹脂材が0.2〜20重量%の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱である切断体の製造方法。
<5> 強化繊維の少なくとも一部が繊維束の形状を示す前記<3>に記載の切断体の製造方法。
<6> 強化繊維の平均繊維長が1〜100mmである前記<3>に記載の切断体の製造方法。
<7> 強化繊維が炭素繊維である、前記<3>に記載の切断体の製造方法。
<8> 下記式(1)で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合(Vf)が5〜80%である前記<3>に記載の切断体の製造方法。
式(1) Vf=100×強化繊維体積/(強化繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
<9> 予備加熱された材料を金型内に移動させ、1工程の型締め操作に於いて賦形と打ち抜き、または、トリミングの同時成形によって得られた切断体を除く、<1>乃至<8>に記載の切断体の製造方法。
<10> 引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断する切断方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設け、
前記曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度変化が±20度の範囲である、
繊維強化樹脂材の切断方法。
なお、本発明は上記<1>〜<10>に関するものであるが、参考のためその他の事項(たとえば下記1.〜10.に記載した事項など)についても記載した。
1. 引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して切断体を製造する方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設けた、切断体の製造方法。
2. 前記繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造する、前記1に記載の切断体の製造方法。
3. 前記曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−150〜−50℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−50〜+50℃に、繊維強化樹脂材を加熱する前記2に記載の切断体の製造方法。
4. 前記3に記載の切断体の製造方法であって、繊維強化樹脂材が0.2〜20重量%の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱である切断体の製造方法。
5. 前記3又は4いずれか1項に記載の切断体の製造方法であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度が実質的に一定である、切断体の製造方法。
6. 強化繊維の少なくとも一部が繊維束の形状を示す前記3に記載の切断体の製造方法。
7. 強化繊維の平均繊維長が1〜100mmである前記3に記載の切断体の製造方法。
8. 強化繊維が炭素繊維である、前記3に記載の切断体の製造方法。
9. 下記式(1)で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合(Vf)が5〜80%である前記3に記載の切断体の製造方法。
式(1) Vf=100×強化繊維体積/(強化繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
10. 引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断する切断方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設けた、繊維強化樹脂材の切断方法。
[繊維強化樹脂材の曲げ弾性率の調整]
本発明の切断体の製造方法は、引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して得られるものであって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設けたものである。
引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化樹脂材は、繊維強化されているため機械強度に優れる一方、曲げ弾性率が大きいため、切断刃を用いて繊維強化樹脂材を切断する際、切断刃に大きな切断抵抗がかかり、切断刃の先端は摩耗しやすい。本発明者は、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設け、切断時に繊維強化樹脂材が有する切断抵抗を低減させることで切断刃の摩耗を減らすことを見出した。
繊維強化樹脂材の曲げ弾性率の、好ましい減少割合は80〜30%であり、より好ましくは75〜35%であり、更に好ましくは70〜40%である。
繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減らす手段として特に制限はないが、具体的には、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−150〜−50℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−50〜+50℃になるように繊維強化樹脂材を加熱する手段がある。
曲げ弾性率を減らす他の手段としては、繊維強化樹脂材を調湿する手段も挙げられる。特に、用いる熱可塑性樹脂がポリアミドの場合、ポリアミドの吸湿により繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を適宜減らすことができる。
これらの曲げ弾性率を下げる手段の中でも、繊維強化樹脂材を加熱する手段、または切断刃を加熱する手段を、量産時においては好ましく用いる事ができる。
曲げ弾性率を減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱である場合、曲げ弾性率を減らした割合(%)の具体的な計算方法は、加熱後の繊維強化樹脂材の繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を、加熱前の繊維強化樹脂材の曲げ弾性率の値で除算したものである。
繊維強化樹脂材を加熱する場合、加熱方法に特に限定はなく、いかなる方法の利用も可能である。具体的には、熱風乾燥機や電気加熱型乾燥機を用いる方法、飽和蒸気や過熱蒸気を用いる方法、金型・ベルトコンベアー・熱ローラーなどにおいて熱板に挟む方法、赤外線・遠赤外線・マイクロ波・高周波などによる誘電加熱や、誘導加熱(IH)が例示される。
繊維強化樹脂材を加熱する場合、切断時の繊維強化樹脂材の温度変化に特に限定は無いが、切断時の繊維強化樹脂材の温度が実質的に一定であることが好ましい。
ここで、実質的に一定とは、繊維強化樹脂材の切断時の直前と直後に大きな温度低下が生じていないことを指し、概ね±20度の範囲であれば良い。温度が実質的に一定であることにより、繊維強化樹脂材を安定して連続切断することができる。
繊維強化樹脂材の加熱後、大きな温度変化を生じるホットプレスやコールドプレス時のバリ除去のような繊維強化樹脂材の切断は、温度が実質的に一定ではなく、連続した繊維強化樹脂材の切断はできない。
本発明で使用する繊維強化樹脂材は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む材料である。
繊維強化樹脂材の厚みは特に限定されるものではないが、通常、0.01mm〜100mmの範囲内が好ましく、0.01mm〜5mmの範囲内が好ましく、1〜3mmの範囲内がより好ましい。繊維強化樹脂材が複数の層が積層された構成を有する場合、上記厚みは各層の厚みを指すのではなく、各層の厚みを合計した繊維強化樹脂材全体の厚みを指すものとする。
本発明に用いられる強化繊維の種類は、熱可塑性樹脂の種類や繊維強化樹脂材の用途等に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。このため、本発明に用いられる強化繊維としては、無機繊維又は有機繊維のいずれであっても好適に用いることができる。上記無機繊維としては、例えば、炭素繊維、活性炭繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、タングステンカーバイド繊維、シリコンカーバイド繊維(炭化ケイ素繊維)、セラミックス繊維、アルミナ繊維、天然繊維、玄武岩などの鉱物繊維、ボロン繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、及び金属繊維等を挙げることができる。
上記ガラス繊維としては、Eガラス、Cガラス、Sガラス、Dガラス、Tガラス、石英ガラス繊維、ホウケイ酸ガラス繊維等からなるものを挙げることができる。
上記有機繊維としては、例えば、ポリアラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート等の樹脂材料からなる繊維を挙げることができる。
炭素繊維としては、一般的にポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、石油・石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが知られているが、本発明においてはこれらのいずれの炭素繊維であっても好適に用いることができる。
強化繊維として無機繊維を使用することが好ましい。有機繊維に比べて伸度が比較的低いために、切断する際のせん断が少なくて良いためである。
中でも、本発明においては引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維を用いることが好ましい。強化繊維としてPAN系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は100〜600GPaの範囲内であることが好ましく、200〜500GPaの範囲内であることがより好ましく、230〜450GPaの範囲内であることがさらに好ましい。また、引張強度は2000〜6000MPaの範囲内であることが好ましく、3000〜6000MPaの範囲内であることがより好ましい。
本発明に用いられる強化繊維の繊維長は、強化繊維の種類や熱可塑性樹脂の種類、複合材料中における強化繊維の配向状態等に応じて適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではない。したがって、本発明においては目的に応じて連続繊維を用いてもよく、不連続繊維を用いてもよい。
不連続繊維を用いる場合、平均繊維長は、通常、0.1mm〜500mmの範囲内であることが好ましく、1mm〜100mmの範囲内であることがより好ましい。本発明においては繊維長が互いに異なる強化繊維を併用してもよい。換言すると、本発明に用いられる強化繊維は、平均繊維長に単一のピークを有するものであってもよく、あるいは複数のピークを有するものであってもよい。
Ln=ΣLi/j ・・・式(2)
Lw=(ΣLi2)/(ΣLi) ・・・式(3)
なお、本発明における平均繊維長の測定は、数平均繊維長であっても、重量平均繊維長であっても良い。
本発明に用いられる強化繊維の繊維径は、強化繊維の種類に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。例えば、強化繊維として炭素繊維が用いられる場合、平均繊維径は、通常、3μm〜50μmの範囲内であることが好ましく、4μm〜12μmの範囲内であることがより好ましく、5μm〜8μmの範囲内であることがさらに好ましい。一方、強化繊維としてガラス繊維を用いる場合、平均繊維径は、通常、3μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。ここで、上記平均繊維径は、強化繊維の単糸の直径を指すものとする。したがって、強化繊維が繊維束状である場合は、繊維束の径ではなく、繊維束を構成する強化繊維(単糸)の直径を指す。強化繊維の平均繊維径は、例えば、JIS R7607:2000に記載された方法によって測定することができる。
本発明に用いられる強化繊維は、その種類の関わらず単糸からなる単糸状であってもよく、複数の単糸からなる繊維束状であってもよい。
本発明に用いられる強化繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。ここで示す繊維束とは2本以上の単糸が集束剤や静電気力等により近接している事を示す。繊維束状のものを用いる場合、各繊維束を構成する単糸の数は、各繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。
本発明に用いられる強化繊維が炭素繊維であって、炭素繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単糸の数は特に限定されるものではないが、通常、2本〜10万本の範囲内とされる。
繊維強化樹脂材における強化繊維の配向状態としては、例えば、強化繊維の長軸方向が一方向に配列した一方向配列や、上記長軸方向が繊維強化樹脂材の板厚面内方向においてランダムに配列した2次元ランダム配列を挙げることができる。
本発明の繊維強化樹脂に含まれる強化繊維及び熱可塑性樹脂について、式(1)で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合(Vf)に特に限定は無いが5〜80%であることが好ましく、10〜80%であることがより好ましく、10〜70%であることが更に好ましく、20〜50%であることがより一層好ましく、30〜40%が最も好ましい。
式(1) 100×強化繊維体積/(強化繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
強化繊維体積割合(Vf)が5%以上であれば、補強効果が十分に発現しやすくなる。反対に、Vfが80%以下であれば、得られる繊維強化樹脂材にボイドが発生しにくくなり、物性が向上しやすい。
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、所望の強度を有する複合材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、繊維強化樹脂材の用途等に応じて適宜選択して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、複合材料の用途等に応じて所望の軟化点又は融点を有するものを適宜選択して用いることができる。通常、軟化点が180℃〜350℃の範囲内のものが用いられるが、これに限定されるものではない。
上記ビニル系樹脂としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を挙げることができる。
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)等を挙げることができる。
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド6樹脂(ナイロン6)、ポリアミド11樹脂(ナイロン11)、ポリアミド12樹脂(ナイロン12)、ポリアミド46樹脂(ナイロン46)、ポリアミド66樹脂(ナイロン66)、ポリアミド610樹脂(ナイロン610)等を挙げることができる。
上記ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
本発明における切断体の製造方法においては、繊維強化樹脂材は、0.2〜20重量%の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱であると好ましい。
黒色顔料が繊維強化樹脂材に0.2重量%以上含んでいる場合、赤外線の吸収が良く、赤外線で加熱されやすいため、繊維強化樹脂材の温上昇が早く、量産時に有利となる。黒色顔料の添加量が20重量%以下であれば、成形を行う時に樹脂は高粘度・高熱伝導率の状態となり、成形時の流動性が低下しにくく、成形性が悪くなりにくい。
黒色顔料としては、カーボンブラック、チタニウムブラック、フアーネスブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、アニリンブラック、スルフアブラック等からなる群より選ばれる1種類以上の黒色顔料が好ましく、特に、炭素粒子からなる黒色顔料、例えば、カーボンブラックが最も好ましい。
本発明で用いる繊維強化樹脂材中には、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐UV剤、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。
本発明に用いられる繊維強化樹脂材は、一般的に公知の方法を用いて製造することができ、例えば、WO2012/105080パンフレット、特開2013−49298号公報に記載の等方性基材を好ましく用いられる。該等方性基材を使用した繊維強化樹脂は、その面内において、炭素繊維が特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。
切断装置は公知のものを使用できる。例えば、切断台の上に材料を乗せて切断用のカッター刃を上下に往復運動させることで材料を押切り切断する方法や、上下に配置した刃の間に繊維強化樹脂材を乗せてせん断により切断するシャーリング装置、回転刃を使用して材料を切断する方法、超音波振動させたナイフで材料を切断する方法などがあげられる。使用する刃の材質、硬度、刃先形状などは材料の特性、厚み等に応じて適宜選択することができるが、硬度HS40〜98が好ましい。硬度がHS40以上の場合は、切断により摩耗しにくく耐久性が良好で、HS98以下の場合は、靱性が損なわれにくく、刃の欠損などが発生しにくくなる。
本発明における切断体の製造方法(及び繊維強化樹脂材の切断方法)は、好ましくは繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造することが好ましい。切断台は公知の物を使用でき、繊維強化樹脂材を支えることができれば特に限定はない。また、本発明における切断台とは、効率よく連続して切断することを目的とするものであり、成形型内に繊維強化樹脂材を載置し、打ち抜き刃でバリ除去する、例えば日本国特開2011−084038や、日本国特開2013−99817に記載のような成形型は含まないものである。
すなわち、本発明は、成形と同時に端材をトリミングするものではなく、連続して繊維強化樹脂材を切断して切断体を得るものである。
本発明における切断体とは、引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して製造されるものであって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設けて製造されたものである。切断体に含まれる強化繊維、熱可塑性樹脂、その他添加剤は繊維強化樹脂材に含まれていたものがそのまま維持される。
(1)繊維強化樹脂材の曲げ弾性率はJIS K7074:1988の手法で測定し求めた。
(2)強化繊維の平均繊維長の測定は、繊維強化樹脂材を大気下で500℃に加熱し樹脂を除去して残ったサンプルから無作為に抽出した300本の繊維の繊維長をノギスにより1mm単位まで測定し、その平均を求めた。
(3)切断刃の寿命
各参考例、実施例、比較例に記載の繊維強化樹脂材を、切断不良が出るまで切断し、切断不良が出るまでの切断回数をカウントして評価した。
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)STS40−24KS(平均繊維径7μm)をナイロン系サイジング剤処理したものを使用し、熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン6樹脂A1030を用いて、WO2012/105080パンフレットに記載された方法に基づき、炭素繊維目付け1800g/m2、ナイロン樹脂目付け1500g/m2である等方性材料を作成し、240℃で90s間予熱後、2.0MPaの圧力をかけながら180s間、240℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で50℃まで冷却し、厚さ2mmの体積繊維含有率Vf=43%の炭素繊維複合材料の平板を得、これを繊維強化樹脂材1とした。
繊維強化樹脂材1を作成する際に、カーボンブラックを繊維強化樹脂材に対して0.5重量%となるように予めナイロン6樹脂に含有させたこと以外は、参考例1と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材1−2とした。
繊維強化樹脂材1を作成する際に、ユニチカ社製のナイロン6樹脂A1030の代わりにポリカーボネート(帝人株式会社製:L−1225Y)を使用したこと以外は、参考例1と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材1−3とした。
繊維強化樹脂材1を作成する際に、繊維体積含有率Vf=30%になるよう、炭素繊維目付およびナイロン樹脂目付を調整したこと以外は、参考例1と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材1−4とした。
繊維強化樹脂材1を作成する際に、繊維体積含有率Vf=40%になるよう、炭素繊維目付およびナイロン樹脂目付を調整したこと以外は、参考例1と同様に繊維強化樹脂材を作成し、繊維強化樹脂材1−5とした。
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)HTC110(平均繊維径7μm、繊維長6mm)を使用し、特開2014−095034に記載の方法で抄紙基材を作成した。
具体的には、水と界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)からなる濃度0.1重量%の分散液を作製し、この分散液と上記チョップド炭素繊維とを用いて抄紙基材の製造装置を用いて、抄紙基材を製造した。得られた複合材料の幅は500mm、長さは500mm、目付は180g/m2であった。
間にポリアミドフィルム(ユニチカ製 エンブレム 厚み15μm)を所定の枚数挟んだ状態で上記抄紙基材を10枚重ねて240℃で90s間予熱後、2.0MPaの圧力をかけながら180s間、240℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で50℃まで冷却し、厚さ2mmの体積繊維含有率Vf=43%炭素繊維複合材料の平板を得、これを繊維強化樹脂材2とした。
繊維径12μmの炭素繊維(東邦テナックス製、引張強度4200MPa)を35mmにカットし、カットした炭素繊維束とナイロン6短繊維(短繊維繊度1.7dtex、カット長51mm、捲縮数12山/25mm、捲縮率15%)を重量比で90:10の割合で混合し、カーディング装置に投入した。出てきたウェブをクロスラップし、炭素繊維とナイロン6繊維とからなる目付100g/cm2のシート状の炭素繊維集合体を形成した。
シート状の炭素繊維集合体の巻取り方向を0°とし、炭素繊維集合体を12枚、(0°/90°/0°/90°/0°/90°)となるように積層し、さらに積層した炭素繊維集合体全体で、間にポリアミドフィルム(ユニチカ製 エンブレム 厚み15μm)を所定の枚数挟んだ状態で、全体をステンレス板で挟み、240℃で90s間予熱後、2.0MPaの圧力をかけながら180s間、240℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で50℃まで冷却し、厚さ2mmの体積繊維含有率Vf=43%炭素繊維複合材料の平板を得、これを繊維強化樹脂材3とした。
繊維強化樹脂材1を100℃に赤外線加熱炉内で加熱し、大阪抜型製の切断刃NCD12をサーボプレス機に装着し、刃の下降速度100spm、加圧力2tonの条件で切断して切断体を製造した。100℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は20GPaであり、常温時の70%であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は85回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材1を150℃に赤外線加熱炉内で加熱した以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1を切断して切断体を製造した。150℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は18GPaであり、常温時の63%であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は113回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材1を180℃に赤外線加熱炉内で加熱した以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1を切断して切断体を製造した。180℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は12GPaであり、常温時の42%であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は185回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材1を作成する際に、カーボンブラックを繊維強化樹脂材に対して0.5重量%となるように予めナイロン6樹脂に含有させた繊維強化樹脂材1−2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1−2を切断して、切断体を製造した。赤外線加熱炉内で繊維強化樹脂材1−2が100℃までに達する時間は実施例1に比べて短く、おおよそ10%短い時間で加熱できた。また、切断不良がでるまでの切断回数は86回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材1の代わりに繊維強化樹脂材2を用い、繊維強化樹脂材の加熱温度を150℃としたこと以外は実施例1と同様にして繊維強化樹脂材2を切断して、切断体を製造した。切断不良がでるまでの切断回数は133回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材1の代わりに繊維強化樹脂材3を用い、繊維強化樹脂材の加熱温度を150℃としたこと以外は実施例1と同様にして繊維強化樹脂材3を切断して、切断体を製造した。切断不良がでるまでの切断回数は107回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材1を作成する際、ユニチカ社製のナイロン6樹脂A1030の代わりにポリカーボネート(帝人株式会社製:L−1225Y)を使用した繊維強化樹脂材1−3を用い、繊維強化樹脂材の加熱温度を145℃としたこと以外は実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1−3を切断して、切断体を製造した。切断不良がでるまでの切断回数は102回であった。結果を表1に示す。
繊維体積割合を30%にして作成した繊維強化樹脂材1−4を調湿し、ポリアミドに含まれる水分を3.5%まで吸湿させた。吸湿後の曲げ弾性率は19.4GPaであり、吸湿前の79%であった。切断条件を実施例1と同様に操作した結果、切断不良がでるまでの回数は79回であった。結果を表2に示す。
強化繊維として、ガラス繊維(日東紡 E−glassヤーン ECG 繊維径9.1μm フィラメント数800)を用いたこと以外は、参考例3と同様にして繊維強化樹脂材4を作成した。
繊維強化樹脂材4を、実施例6と同様にして切断して、切断体を製造した。製造不良がでるまでの切断回数は192回であった。
炭素繊維をクリールから巻き出し、一方向性の炭素繊維シートに、溶融樹脂吐出金型から吐出させた溶融状態のナイロン6を、炭素繊維の体積割合(Vf)が50%となるように吐出量を調整してシート材の両面に乗せて、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂を一体化した。
続けて、ダブルベルトプレス装置に投入して、熱可塑性樹脂を一方向性の炭素繊維シートに含浸させた。ダブルベルトプレス装置を通過させた後、冷却して、熱可塑性樹脂の融点以下までサンプルの温度を下げ、厚み1mmの繊維強化樹脂材5を得た。
繊維強化樹脂材5を190℃に赤外線加熱炉内で加熱し、実施例1と同様にして切断して切断体を製造した。190℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は15GPaであり、常温時の15%であった。また、切断不良がでるまでの切断回数は83回であった。
繊維強化樹脂材を75℃に加熱した以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1を切断した。75℃における繊維強化樹脂材の曲げ弾性率は25.7GPaであり、常温時の90%であった。切断不良がでるまでの切断回数は42回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材を40℃に加熱した以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1を切断した。切断不良がでるまでの切断回数は12回であった。結果を表1に示す。
繊維強化樹脂材の加熱温度を220℃としたこと以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂材1を切断した。曲げ弾性率の低下が大きく、柔らかすぎて切断することができなかった。結果を表1に示す。
繊維体積割合を40%にして作成した繊維強化樹脂材1−5を用いた事以外は、実施例8と同様にして繊維強化樹脂材1−5を切断した。結果を表2に示す。
Claims (10)
- 引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断して切断体を製造する方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設け、
前記曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度変化が±20度の範囲である、
切断体の製造方法。 - 前記繊維強化樹脂材を切断台で切断して製造する、請求項1に記載の切断体の製造方法。
- 熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点−150〜−50℃、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移点−50〜+50℃に、繊維強化樹脂材を加熱する請求項2に記載の切断体の製造方法。
- 請求項3に記載の切断体の製造方法であって、繊維強化樹脂材が0.2〜20重量%の黒色顔料を含み、繊維強化樹脂材を加熱する手段が赤外線加熱である切断体の製造方法。
- 強化繊維の少なくとも一部が繊維束の形状を示す請求項3に記載の切断体の製造方法。
- 強化繊維の平均繊維長が1〜100mmである請求項3に記載の切断体の製造方法。
- 強化繊維が炭素繊維である、請求項3に記載の切断体の製造方法。
- 下記式(1)で定義される、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維体積割合(Vf)が5〜80%である請求項3に記載の切断体の製造方法。
式(1) Vf=100×強化繊維体積/(強化繊維体積+熱可塑性樹脂体積) - 予備加熱された材料を金型内に移動させ、1工程の型締め操作に於いて賦形と打ち抜き、または、トリミングの同時成形によって得られた切断体を除く、請求項1乃至8いずれか1項に記載の切断体の製造方法。
- 引張強度が1000〜6000MPaである強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂材を切断する切断方法であって、切断の際に繊維強化樹脂材の曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段を設け、
前記曲げ弾性率を80〜15%に減少させる手段が、繊維強化樹脂材の加熱であって、切断時の繊維強化樹脂材の温度変化が±20度の範囲である、
繊維強化樹脂材の切断方法。
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