JP6643126B2 - Method for manufacturing press-formed body and apparatus for manufacturing press-formed body - Google Patents
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Description
本発明は、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する方法およびプレス成形体の製造装置に関するものである。
より詳しくは、本発明は、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料を、成形型内で流動させ、圧縮成形してプレス成形体を製造するにあたり、成形時の流動性に優れ、プレス成形体の形状自由度が向上する製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, and an apparatus for manufacturing a press-formed body.
More specifically, the present invention is to flow a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin in a mold, and to produce a press-molded body by compression molding, which is excellent in fluidity during molding, The present invention relates to a manufacturing method in which the degree of freedom in shape of a press-formed body is improved.
炭素繊維で強化された複合材料は、その高い比強度・比弾性率を利用して、航空機や自動車などの構造材料や、テニスラケット、ゴルフシャフト、釣竿などの一般産業やスポーツ用途等に広く利用されてきた。これらに用いられる炭素繊維の形態としては、連続繊維を用いて作られる織物や、1方向に繊維が引き揃えられたUDシート、カットした繊維(不連続繊維)を用いて作られるランダムシート、不織布等がある。 Composite materials reinforced with carbon fiber are widely used in structural materials such as aircraft and automobiles, and in general industries such as tennis rackets, golf shafts, fishing rods, and fishing poles, as well as sports applications, utilizing their high specific strength and specific elastic modulus. It has been. Examples of the form of carbon fibers used for these include a woven fabric made using continuous fibers, a UD sheet in which fibers are aligned in one direction, a random sheet made using cut fibers (discontinuous fibers), and a nonwoven fabric. Etc.
近年、従来の熱硬化性樹脂に代わり、熱可塑性樹脂をマトリクスに用いた複合材料が注目されている。例えば、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂を含浸させた成形用材料を熱可塑性樹脂の軟化点(可塑化温度)以上に加熱し、融点以下もしくはガラス転移温度以下に調整された成形型に投入後、型締めにて賦形する成形方法が開発されている(特許文献1、2)。
In recent years, a composite material using a thermoplastic resin for a matrix instead of a conventional thermosetting resin has attracted attention. For example, a molding material impregnated with discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin is heated to a temperature higher than the softening point (plasticization temperature) of the thermoplastic resin, and then poured into a mold adjusted to a melting point or lower or a glass transition temperature or lower. A molding method for shaping by mold clamping has been developed (
特許文献1には、特定形態の不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂を含んだ流動しやすい成形材料をプレス成形することにより、表面が平滑であり、均一な厚さを有する成形体およびその製造方法が記載されている。
特許文献2には、成形機やユーティリティー設備の容量が大きくするのを防ぐため、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材料を低圧成形して流動させ、複雑形状や大型の成形体を製造する技術が提案されている。
特許文献3には、溶融熱可塑性樹脂のプレス開始から圧縮速度が最大速度に達するまでの加速領域を制御することにより、表面転写性に優れた表面外観の良好な成形品を得る方法が記載されている。
Patent Document 2 discloses that a molding material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin is formed by low-pressure molding and fluidized to prevent the capacity of a molding machine or utility equipment from increasing, thereby producing a complex shape or a large-sized molded body. A technology to do this has been proposed.
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、成形時の複合材料の挙動は考慮されておらず、より一層流動させることで、より複雑な形状に対応出来るか、必ずしも明確ではなかった。同様に、特許文献2に記載の発明では、流動開始圧力に達する時間が考慮されていないため、より複雑な形状に対応できるかどうか、必ずしも明確ではなかった。
また、特許文献3は熱可塑性樹脂のプレス成形に関する技術であり、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料には、そのまま適応できない。
However, the invention described in
したがって本発明の課題は、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスしてプレス成形体を製造する方法に関するものであり、かかる従来技術の問題点を解消し、さまざまな形状に対応できる形状自由性に優れるプレス成形体の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a press-formed body by cold pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin, and to solve the problems of the conventional technology and to improve various shapes. It is an object of the present invention to provide a method for producing a press-formed body having excellent shape flexibility, which can cope with the problem.
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
<1>
不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する方法であって、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含むプレス成形体の製造方法。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、最大圧力Pmと平均保圧Pkとが、0.5<Pk/Pm<1.0であり、式(1)及び式(2)はそれぞれ下記に示すものである。
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
<2>
圧力Pm、Pfと、時刻t1、t2との関係が、式(3)を満たす、<1>に記載のプレス成形体の製造方法。
式(3) 4<(Pm−Pf)/(t2−t1)<7500 [MPa/sec]
<3>
最大圧力Pmが、5〜50MPaである<1>又は<2>に記載のプレス成形体の製造方法。
<4>
不連続炭素繊維の平均繊維長が1mm〜100mmの範囲内である<1>〜<3>いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
<5>
式(6)で定義される複合材料に含まれる炭素繊維体積割合が10〜70Vol%である<1>〜<4>いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
式(6) Vf=100×炭素繊維体積/(炭素繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
<6>
熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である<1>〜<5>いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
<7>
不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する装置であって、前記コールドプレスは、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含み、成形型の開閉機に、増速装置を設置したプレス成形体の製造装置。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、最大圧力Pmと平均保圧Pkとが、0.5<Pk/Pm<1.0であり、式(1)及び式(2)はそれぞれ下記に示すものである。
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
<8>
成形型の開閉機に、増速装置を設置した製造装置を用いる、<1>〜<6>いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
本発明は上記<1>〜<8>に関するものであるが、本明細書にはその他の事項についても参考のため記載した。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by the following means, and have reached the present invention.
<1>
A method for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, which satisfies the formulas (1) and (2) and includes the
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However, the maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk satisfy 0.5 <Pk / Pm <1.0, and the equations (1) and (2) are as follows.
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
<2>
<1> The method for producing a press-formed body according to <1>, wherein a relationship between the pressures Pm and Pf and times t1 and t2 satisfies Expression (3).
Formula (3) 4 <(Pm−Pf) / (t2−t1) <7500 [MPa / sec]
<3>
The method for producing a press-formed body according to <1> or <2>, wherein the maximum pressure Pm is 5 to 50 MPa.
<4>
The method for producing a press-formed body according to any one of <1> to <3>, wherein the average fiber length of the discontinuous carbon fibers is in the range of 1 mm to 100 mm.
<5>
The method for producing a press-formed product according to any one of <1> to <4>, wherein the volume ratio of carbon fibers contained in the composite material defined by the formula (6) is 10 to 70 Vol%.
Formula (6) Vf = 100 × volume of carbon fiber / (volume of carbon fiber + volume of thermoplastic resin)
<6>
The method for producing a press-formed body according to any one of <1> to <5>, wherein the thermoplastic resin is a polyamide resin.
<7>
An apparatus for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, wherein the cold press satisfies the formulas (1) and (2) and comprises the following steps: An apparatus for manufacturing a press-formed body, including 1 to 5, wherein a speed increasing device is installed in a mold opening and closing machine.
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However, the maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk are 0.5 <Pk / Pm <1.0, and the equations (1) and (2) are as follows.
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
<8>
The method for manufacturing a press-formed body according to any one of <1> to <6>, wherein a manufacturing apparatus having a speed increasing device installed in a mold opening / closing device is used.
The present invention relates to the above <1> to <8>, but other matters are described in this specification for reference.
1. 不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する方法であって、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含むプレス成形体の製造方法。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
2. 圧力Pm、Pfと、時刻t1、t2との関係が、式(3)を満たす、前記1に記載のプレス成形体の製造方法。
式(3) 4<(Pm−Pf)/(t2−t1)<7500 [MPa/sec]
3. 最大圧力Pmと平均保圧Pkとが、
0.5<Pk/Pm<1.0である前記1又は2に記載のプレス成形体の製造方法。
4. 最大圧力Pmが、5〜50MPaである前記1〜3いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
5. 不連続炭素繊維の平均繊維長が1mm〜100mmの範囲内である前記1〜4いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
6. 式(6)で定義される複合材料に含まれる炭素繊維体積割合が10〜70Vol%である前記1〜5いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
式(6) Vf=100×炭素繊維体積/(炭素繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
7. 熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である前記1〜6いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
8. 不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する装置であって、前記コールドプレスは、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含み、成形型の開閉機に、増速装置を設置したプレス成形体の製造装置。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
9. 成形型の開閉機に、増速装置を設置した製造装置を用いる、前記1〜7いずれか1項に記載のプレス成形体の製造方法。
1. A method for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, which satisfies the formulas (1) and (2) and includes the
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However,
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
2. 2. The method for producing a press-formed body according to the above 1, wherein the relationship between the pressures Pm and Pf and the times t1 and t2 satisfies the expression (3).
Formula (3) 4 <(Pm−Pf) / (t2−t1) <7500 [MPa / sec]
3. The maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk are
3. The method for producing a press-formed body according to 1 or 2, wherein 0.5 <Pk / Pm <1.0.
4. 4. The method for producing a press-formed body according to any one of the
5. The method for producing a press-formed body according to any one of the
6. The method for producing a press-formed body according to any one of the
Formula (6) Vf = 100 × volume of carbon fiber / (volume of carbon fiber + volume of thermoplastic resin)
7. 7. The method for producing a press-formed body according to any one of 1 to 6, wherein the thermoplastic resin is a polyamide resin.
8. An apparatus for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, wherein the cold press satisfies the formulas (1) and (2) and comprises the following steps: An apparatus for manufacturing a press-formed body including a mold opening / closing device and a speed-increasing device.
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with an average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However,
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
9. 8. The method for producing a press-formed body according to any one of 1 to 7 above, wherein a production apparatus having a speed increasing device installed in a mold opening / closing device is used.
本発明におけるプレス成形体の製造方法、又はプレス成形体の製造装置を用いた場合、加圧開始の直後に複合材料は流動開始圧力に達するため、複合材料が流動し、かつその流動速度が速いため、非流動面と流動面をほぼ同時に加圧できる。この結果、成形型への充填性が飛躍的に高まるため、非流動面と流動面が同程度に加圧され、プレス成形体の形状自由度が大幅に改善される。
したがって、複雑な立体構造であっても、本発明におけるプレス成形体の製造方法、又はプレス成形体の製造装置を用いた場合、複合材料をプレスする際、比較的長い距離を複合材料が流動でき、突起部や細い空間まで複合材料を充填することが可能となる。
In the case of using the method for manufacturing a press-formed body in the present invention, or the apparatus for manufacturing a press-formed body, since the composite material reaches the flow start pressure immediately after the start of pressurization, the composite material flows, and the flow speed is high. Therefore, the non-flow surface and the flow surface can be pressurized almost simultaneously. As a result, the filling property of the molding die is remarkably increased, so that the non-fluid surface and the fluid surface are pressed to the same degree, and the degree of freedom of the shape of the press molded body is greatly improved.
Therefore, even with a complicated three-dimensional structure, when the method for manufacturing a press-formed body or the apparatus for manufacturing a press-formed body according to the present invention is used, when a composite material is pressed, the composite material can flow over a relatively long distance. In addition, it is possible to fill the composite material up to the protrusions and the narrow spaces.
本発明におけるプレス成形体の製造方法は、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する方法であって、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含むものである。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒未満の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
The method for producing a press-formed body according to the present invention is a method for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, wherein formulas (1) and (2) are obtained. It satisfies and includes the following
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: a step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is less than 1 second.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However,
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
[炭素繊維]
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。
[Carbon fiber]
As the carbon fiber, generally, polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, petroleum / coal pitch-based carbon fiber, rayon-based carbon fiber, cellulose-based carbon fiber, lignin-based carbon fiber, phenol-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber Although fibers and the like are known, any of these carbon fibers can be suitably used in the present invention.
なかでも、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。炭素繊維としてPAN系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は100GPa〜600GPaの範囲内であることが好ましく、200GPa〜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2000MPa〜10000MPaの範囲内であることが好ましく、3000MPa〜8000MPaの範囲内であることがより好ましい。 Among them, in the present invention, it is preferable to use polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber from the viewpoint of excellent tensile strength. When using a PAN-based carbon fiber as the carbon fiber, its tensile modulus is preferably in the range of 100 GPa to 600 GPa, more preferably in the range of 200 GPa to 500 GPa, and in the range of 230 to 450 GPa. Is more preferred. Further, the tensile strength is preferably in the range of 2000 MPa to 10000 MPa, and more preferably in the range of 3000 MPa to 8000 MPa.
本発明に用いられる炭素繊維は、表面にサイジング剤が付着しているものであってもよい。サイジング剤が付着している炭素繊維を用いる場合、当該サイジング剤の種類は、炭素繊維及びマトリックス樹脂の種類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。 The carbon fiber used in the present invention may have a sizing agent attached to the surface. When a carbon fiber to which a sizing agent is attached is used, the type of the sizing agent can be appropriately selected according to the types of the carbon fiber and the matrix resin, and is not particularly limited.
[炭素繊維の形態]
(繊維長)
本発明に用いられる炭素繊維は不連続であればよく、その繊維長は炭素繊維の種類や熱可塑性樹脂の種類、複合材料中における炭素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。不連続炭素繊維の平均繊維長は、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く、5〜80mmが更に好ましく、10〜80mmがより一層好ましく、10〜60mmが最も好ましい。平均繊維長が500mm以下であると、複合材料の流動性が大幅には低下せず、プレス成形体の形状自由度が向上する。一方、平均繊維長が0.1mm以上であれば、複合材料及び圧縮成形体の機械強度が低下しにくいため好ましい。
[Form of carbon fiber]
(Fiber length)
The carbon fiber used in the present invention may be discontinuous, and its fiber length can be appropriately determined according to the type of the carbon fiber, the type of the thermoplastic resin, the orientation state of the carbon fiber in the composite material, and the like. And is not particularly limited. The average fiber length of the discontinuous carbon fiber is usually preferably in the range of 0.1 mm to 500 mm, more preferably in the range of 1 mm to 100 mm, still more preferably 5 to 80 mm, and more preferably 10 to 80 mm. Even more preferred is 10 to 60 mm. When the average fiber length is 500 mm or less, the fluidity of the composite material does not significantly decrease, and the degree of freedom of the shape of the press-formed body is improved. On the other hand, when the average fiber length is 0.1 mm or more, the mechanical strength of the composite material and the compression-molded body is not easily reduced, so that it is preferable.
本発明においては繊維長が互いに異なる炭素繊維を併用してもよい。換言すると、本発明に用いられる炭素繊維は、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。
炭素繊維の平均繊維長は、例えば、複合材料から無作為に抽出した100本の繊維の繊維長を、ノギス等を用いて1mm単位まで測定し、下記式(5)に基づいて求めることができる。平均繊維長の測定は、繊維長の長いものを重視するように計算した重量平均繊維長(Lw)で測定することが好ましい。
In the present invention, carbon fibers having different fiber lengths may be used in combination. In other words, the carbon fiber used in the present invention may have a single peak in the average fiber length, or may have a plurality of peaks.
The average fiber length of the carbon fiber can be determined based on the following formula (5), for example, by measuring the fiber length of 100 fibers randomly extracted from a composite material to a unit of 1 mm using calipers or the like. . The average fiber length is preferably measured by a weight average fiber length (Lw) calculated so as to place importance on a long fiber length.
個々の炭素繊維の繊維長をLi、測定本数をjとすると、数平均繊維長(Ln)と重量平均繊維長(Lw)とは、以下の式(4)、(5)により求められる。
Ln=ΣLi/j ・・・式(4)
Lw=(ΣLi2)/(ΣLi) ・・・式(5)
なお、繊維長が一定長の場合は数平均繊維長と重量平均繊維長は同じ値になる。
複合材料からの炭素繊維の抽出は、例えば、複合材料に対し、500℃×1時間程度の加熱処理を施し、炉内にて樹脂を除去することによって行うことができる。
Assuming that the fiber length of each carbon fiber is Li and the measured number is j, the number average fiber length (Ln) and the weight average fiber length (Lw) are obtained by the following equations (4) and (5).
Ln = ΣLi / j Equation (4)
Lw = (ΣLi 2 ) / (ΣLi) Equation (5)
When the fiber length is constant, the number average fiber length and the weight average fiber length have the same value.
The extraction of carbon fibers from the composite material can be performed, for example, by subjecting the composite material to a heat treatment at about 500 ° C. for about one hour and removing the resin in a furnace.
(繊維径)
本発明に用いられる炭素繊維の繊維径は、炭素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。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。
ここで、上記平均繊維径は、炭素繊維の単糸の直径を指すものとする。したがって、炭素繊維が繊維束状である場合は、繊維束の径ではなく、繊維束を構成する炭素繊維(単糸)の直径を指す。炭素繊維の平均繊維径は、例えば、JIS R−7607:2000に記載された方法によって測定することができる。
(Fiber diameter)
The fiber diameter of the carbon fiber used in the present invention may be appropriately determined according to the type of the carbon fiber, and is not particularly limited. The average fiber diameter is usually preferably in the range of 3 μm to 50 μm, more preferably in the range of 4 μm to 12 μm, and still more preferably in the range of 5 μm to 8 μm.
Here, the average fiber diameter indicates the diameter of a single yarn of carbon fibers. Therefore, when the carbon fiber is in the form of a fiber bundle, it indicates not the diameter of the fiber bundle but the diameter of the carbon fiber (single yarn) constituting the fiber bundle. The average fiber diameter of the carbon fibers can be measured, for example, by the method described in JIS R-7607: 2000.
(繊維体積割合)
本発明において、下記式(6)で定義される複合材料に含まれる炭素繊維体積割合(以下、単に「Vf」ということがある)に特に限定は無いが、複合材料における炭素繊維体積割合(Vf)は、10〜70Vol%であることが好ましい。
式(6) Vf=100×炭素繊維体積/(炭素繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
複合材料における炭素繊維体積割合(Vf)が10Vol%以上の場合、所望の機械物性が得られやすい。一方、Vfが70Vol%以下の場合、プレス成形体を作成する際、成形材料の流動性が低下せず、成形時に所望の形状を得られやすい。複合材料中における炭素繊維体積割合(Vf)のより好ましい範囲は20〜60Vol%であり、さらに好ましい範囲は30〜50Vol%である。
(Fiber volume ratio)
In the present invention, the carbon fiber volume ratio (hereinafter sometimes simply referred to as “Vf”) contained in the composite material defined by the following formula (6) is not particularly limited, but the carbon fiber volume ratio (Vf) in the composite material is as follows. ) Is preferably from 10 to 70% by volume.
Formula (6) Vf = 100 × volume of carbon fiber / (volume of carbon fiber + volume of thermoplastic resin)
When the carbon fiber volume ratio (Vf) in the composite material is 10 Vol% or more, desired mechanical properties are easily obtained. On the other hand, when Vf is 70 Vol% or less, the fluidity of the molding material does not decrease when a press-formed body is prepared, and a desired shape can be easily obtained at the time of molding. A more preferable range of the carbon fiber volume ratio (Vf) in the composite material is 20 to 60% by volume, and a further preferable range is 30 to 50% by volume.
[複合材料の厚み]
本発明に用いられる複合材料の厚みは特に限定されるものではないが、複合材料の厚みが厚くなるほど、複合材料の熱容量が大きくなるため、工程1で加熱した後、可塑化温度以下に低下するまでの時間が延びる。したがって、複合材料の厚みは0.01mm以上が好ましい。
反対に、複合材料の厚みが薄くなると、複合材料の熱容量が小さくなるため、工程1で加熱した後に温度が下がり易く、成形可能時間が相対的に短くなる。
ただし、本発明の方法を用いれば、複合材料厚みが比較的薄い場合であっても、短い成形可能時間でプレス成形することが可能となり、従来は難しかった薄物であってもプレス成形体を製造することができる。
複合材料の厚みは、0.01以上100mm未満の範囲内がより好ましく、0.1mm以上10mm未満の範囲内が更に好ましく、1mm以上5mm未満の範囲内がより一層好ましい。
なお、本発明に用いられる複合材料が、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複合材料全体の厚みを指すものとする。
本発明に用いられる複合材料は、単一の層からなる単層構造を有するものであってもよく、又は複数層が積層された積層構造を有するものであってもよい。複合材料が積層構造を有する態様としては、同一の組成を有する複数の層が積層された態様であってもよく、又は互いに異なる組成を有する複数の層が積層された態様であってもよい。
[Thickness of composite material]
The thickness of the composite material used in the present invention is not particularly limited, but as the thickness of the composite material increases, the heat capacity of the composite material increases. The time until is extended. Therefore, the thickness of the composite material is preferably 0.01 mm or more.
Conversely, when the thickness of the composite material is reduced, the heat capacity of the composite material is reduced, so that the temperature is easily lowered after heating in
However, if the method of the present invention is used, even if the thickness of the composite material is relatively small, it is possible to press-mold in a short molding time, and it is possible to produce a press-formed body even with a conventionally difficult thin material. can do.
The thickness of the composite material is more preferably in the range of 0.01 to less than 100 mm, more preferably in the range of 0.1 to 10 mm, and still more preferably in the range of 1 to 5 mm.
When the composite material used in the present invention has a configuration in which a plurality of layers are stacked, the thickness does not refer to the thickness of each layer, but refers to the total thickness of the composite material obtained by adding the thickness of each layer. I do.
The composite material used in the present invention may have a single-layer structure composed of a single layer, or may have a laminated structure in which a plurality of layers are laminated. The mode in which the composite material has a laminated structure may be a mode in which a plurality of layers having the same composition are stacked, or a mode in which a plurality of layers having different compositions are stacked.
[複合材料の大きさ]
本発明に用いられる複合材料の大きさは特に限定されるものではない。複合材料が大きくなるほど、大きな成形圧力が必要になるが、本発明の製造方法を用れば大きな設備の増加をすることなく成形を可能にできる。この観点から、複合材料の表面の面積が0.5m2以上であることが好ましく、1m2以上であることがより好ましく、2m2以上であることが更に好ましく、3m2以上であればより一層好ましい。
[Size of composite material]
The size of the composite material used in the present invention is not particularly limited. As the size of the composite material increases, a higher molding pressure is required. However, using the production method of the present invention enables molding without increasing a large facility. In this respect, the surface area of the composite material is preferably 0.5 m 2 or more, more preferably 1 m 2 or more, still more preferably 2 m 2 or more, and more preferably 3 m 2 or more. preferable.
(炭素繊維の繊維形態)
本発明に用いられる炭素繊維は、その種類に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。
(Fiber form of carbon fiber)
The carbon fibers used in the present invention may be in the form of a single yarn composed of a single yarn, regardless of the type thereof, or may be in the form of a fiber bundle composed of a plurality of single yarns.
The reinforcing fibers used in the present invention may be in the form of a single thread only, may be in the form of a fiber bundle only, or may be a mixture of both. The fiber bundle shown here indicates that two or more single yarns are close to each other due to a sizing agent, electrostatic force, or the like. When a fiber bundle is used, the number of single yarns constituting each fiber bundle may be substantially uniform in each fiber bundle, or may be different.
本発明に用いられる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。
一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本のフィラメントが集合した繊維束状となっている。炭素繊維をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の複合材料を得ることが困難になる場合があるため、繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが通常である。
複合材料における炭素繊維の配向状態としては、例えば、炭素繊維の長軸方向が一方向に配列した一方向配列や、上記長軸方向が複合材料の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。
When the carbon fibers used in the present invention are in the form of a fiber bundle, the number of single yarns constituting each fiber bundle is not particularly limited, but is usually in the range of 2 to 100,000.
In general, carbon fibers are in a fiber bundle shape in which thousands to tens of thousands of filaments are gathered. If the carbon fiber is used as it is, the entangled portion of the fiber bundle becomes locally thick and it may become difficult to obtain a thin composite material. Therefore, the fiber bundle is used by widening or opening. Is usually the case.
Examples of the orientation state of the carbon fibers in the composite material include, for example, a unidirectional arrangement in which the major axis directions of the carbon fibers are arranged in one direction and a two-dimensional random arrangement in which the major axis directions are randomly arranged in the in-plane direction of the composite material. Can be mentioned.
本発明における強化繊維の配向状態は、上記一方向配列又は2次元ランダム配列のいずれであってもよい。また、上記一方向配列と2次元ランダム配列の中間の無規則配列(炭素繊維の長軸方向が完全に一方向に配列しておらず、かつ完全にランダムでない配列状態)であってもよい。さらに、炭素繊維の繊維長によっては、炭素繊維の長軸方向が複合材料の面内方向に対して角度を有するように配列していてもよく、繊維が綿状に絡み合うように配列していてもよく、さらには繊維が平織や綾織などの二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組紐、強化繊維を抄紙した紙等のように配列していてもよい。 The orientation state of the reinforcing fibers in the present invention may be any of the above-described unidirectional arrangement or two-dimensional random arrangement. In addition, an irregular arrangement between the one-way arrangement and the two-dimensional random arrangement (a state in which the major axis directions of the carbon fibers are not completely arranged in one direction and are not completely random) may be employed. Further, depending on the fiber length of the carbon fibers, the carbon fibers may be arranged so that the major axis direction has an angle with respect to the in-plane direction of the composite material, and the fibers are arranged so as to be intertwined in a cotton-like manner. The fibers may be arranged in a bidirectional woven fabric such as a plain weave or a twill weave, a multiaxial woven fabric, a nonwoven fabric, a mat, a knit, a braid, a paper made of reinforcing fibers, and the like.
本発明における炭素繊維は、炭素繊維マットの状態であっても良い。炭素繊維マットとは、炭素繊維が堆積し、または絡みあうなどしてマット状になったものをいう。炭素繊維マットとしては、炭素繊維の長軸方向が複合材料の面内方向においてランダムに配列した2次元ランダム炭素繊維マットや、炭素繊維が綿状に絡み合うなどして、強化繊維の長軸方向がXYZの各方向においてランダムに配列している3次元ランダム炭素繊維マットが例示される。 The carbon fiber in the present invention may be in a state of a carbon fiber mat. The carbon fiber mat refers to a carbon fiber mat that is deposited or entangled to form a mat. As the carbon fiber mat, the two-dimensional random carbon fiber mat in which the major axis direction of the carbon fibers is randomly arranged in the in-plane direction of the composite material, or the major axis direction of the reinforcing fibers is such that the carbon fibers are entangled in a cotton-like manner. An example is a three-dimensional random carbon fiber mat that is randomly arranged in each of the XYZ directions.
なお、複合材料における炭素繊維の2次元ランダム配列の配向態様は、例えば、複合材料の任意の方向、及びこれと直交する方向を基準とする引張試験を行い、引張弾性率を測定した後、測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比(Eδ)を測定することで確認できる。弾性率の比が1に近いほど、炭素繊維が2次元ランダム配列していると評価できる。直交する2方向の弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が2を超えないときに等方性であるとされ、この比が1.3を超えないときは等方性に優れていると評価される。
炭素繊維の配置の方向を制御する手法として特に限定は無いが、具体的には炭素繊維の形状に繊維束を使用する手法、複合材料の製造時にエアレイド法、カーディング法、抄紙法を用いる事で達成できる。
The orientation of the two-dimensional random arrangement of the carbon fibers in the composite material is measured, for example, by performing a tensile test based on an arbitrary direction of the composite material and a direction orthogonal to the direction, and measuring the tensile elastic modulus. It can be confirmed by measuring a ratio (Eδ) obtained by dividing a larger one of the values of the tensile elastic modulus by a smaller one. As the elastic modulus ratio approaches 1, it can be evaluated that the carbon fibers are two-dimensionally randomly arranged. It is considered isotropic when the ratio of the larger of the values of the elastic modulus in the two orthogonal directions divided by the smaller does not exceed 2, and isotropic when the ratio does not exceed 1.3. It is evaluated as excellent.
There is no particular limitation on the method of controlling the direction of the arrangement of the carbon fibers.Specifically, a method using a fiber bundle in the shape of the carbon fiber, an air laid method, a carding method, and a papermaking method when manufacturing a composite material are used. Can be achieved.
[熱可塑性樹脂]
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、プレス成形体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(可塑化温度)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(可塑化温度)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。
[Thermoplastic resin]
The thermoplastic resin used in the present invention is not particularly limited as long as a composite material having a desired strength can be obtained, and may be appropriately selected and used depending on the use of the press-formed body. it can. The thermoplastic resin is not particularly limited, and a resin having a desired softening point (plasticizing temperature) or melting point can be appropriately selected and used depending on the use of the composite material. Usually, those having a softening point (plasticization temperature) in the range of 180 ° C to 350 ° C are used, but the present invention is not limited to this.
熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂(ポリオキシメチレン樹脂)、ポリカーボネート樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂等を挙げることができる。 Examples of the thermoplastic resin include polyolefin resin, polystyrene resin, polyamide resin, polyester resin, polyacetal resin (polyoxymethylene resin), polycarbonate resin, (meth) acrylic resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyimide resin, and polyether nitrile. Resins, phenoxy resins, polyphenylene sulfide resins, polysulfone resins, polyketone resins, polyetherketone resins, thermoplastic urethane resins, fluororesins, thermoplastic polybenzimidazole resins, and the like can be given.
上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、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。上記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等を挙げることができる。上記(メタ)アクリル樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート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。
Examples of the polyolefin resin include a polyethylene resin, a polypropylene resin, a polybutadiene resin, a polymethylpentene resin, a vinyl chloride resin, a vinylidene chloride resin, a vinyl acetate resin, and a polyvinyl alcohol resin. Examples of the polystyrene resin include a polystyrene resin, an acrylonitrile-styrene resin (AS resin), and an acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin). Examples of the polyamide resin include polyamide 6 resin (nylon 6),
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は1種類のみであってもよく、2種類以上であってもよい。2種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点(可塑化温度)又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。 The thermoplastic resin used in the present invention may be only one kind or two or more kinds. As an embodiment in which two or more kinds of thermoplastic resins are used in combination, for example, an embodiment in which thermoplastic resins having different softening points (plasticization temperatures) or melting points are used in combination, or a thermoplastic resin in which average molecular weights are different from each other are used in combination Although an aspect etc. can be mentioned, it is not limited to this.
[プレス成形体の製造方法]
本発明におけるプレス成形体の製造方法は、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する方法であって、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含むものである。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒未満の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 50 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
[Manufacturing method of press-formed body]
The method for producing a press-formed body according to the present invention is a method for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, wherein formulas (1) and (2) are obtained. It satisfies and includes the following
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: a step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is less than 1 second.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However,
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2): 50 <Pk × (t3-t2) <5400 [MPa · sec]
(コールドプレス)
本発明におけるコールドプレスとは、工程1において、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の可塑化温度以上に加熱された複合材料を、可塑化温度未満に設定された成形型に配置し、工程2〜4において成形型を型締めすることにより、可塑化温度以下に冷却して成形するプレス方法をいう。
熱可塑性樹脂の可塑化温度は、DSC(Differential Scanning Calorimetry)により求めことができる。昇温速度10℃/minで測定し、得られたDSC曲線における融解ピークのピークトップを可塑化温度とする。
可塑化温度以下とは、成形型の温度が成形材料を構成する熱可塑性樹脂の固化温度より20℃〜100℃低い温度の範囲内で行われることが可塑化した、成形材料の賦形のしやすさや、成形体の表面外観の観点から好ましい。例えば、熱可塑性樹脂としてポリアミド6樹脂を用いる場合は、120℃〜160℃の範囲内、ポリプロピレン樹脂を用いる場合は80℃〜120℃の範囲内が好ましい態様として例示出来る。
(Cold press)
In the cold press in the present invention, in
The plasticization temperature of the thermoplastic resin can be determined by DSC (Differential Scanning Calorimetry). The measurement is performed at a heating rate of 10 ° C./min, and the peak top of the melting peak in the obtained DSC curve is defined as the plasticization temperature.
The plasticizing temperature or lower means that the temperature of the mold is plasticized within a range of 20 ° C to 100 ° C lower than the solidification temperature of the thermoplastic resin constituting the molding material. It is preferable from the viewpoint of ease and the surface appearance of the molded article. For example, when the polyamide 6 resin is used as the thermoplastic resin, the preferred embodiment is in the range of 120 ° C to 160 ° C, and when the polypropylene resin is used, the preferred embodiment is in the range of 80 ° C to 120 ° C.
(プレス成形)
プレス成形とは、加工機械および型、工具等を用いて金属、プラスチック材料、セラミックス材料などに例示される各種材料に曲げ、剪断、圧縮等の変形を与えて成形体を得る方法であるが、その成形形態として絞り、深絞り、フランジ、コールゲート、エッジカーリング、型打ちなどが例示される。また、プレス成形の方法としては、型を用いて成形を行う金型プレス法、ラバープレス法(静水圧成形法)などが例示される。上記プレス成形の方法のなかでも、成形圧力、温度の自由度の観点から、金属製の型を用いて成形を行なってもよい。
(Press molding)
Press molding is a method of bending, shearing, and compressing various materials exemplified by metals, plastic materials, ceramic materials, and the like using a processing machine and a mold, a tool, and the like to obtain a molded body. Examples of the forming form include drawing, deep drawing, flange, cold gate, edge curling, and stamping. Examples of the press molding method include a die press method in which molding is performed using a mold and a rubber press method (hydrostatic molding method). Among the above-mentioned press molding methods, molding may be performed using a metal mold from the viewpoint of freedom of molding pressure and temperature.
(工程1〜5)
1.工程1
工程1は加熱した複合材料を成形型に配置する工程である。ここで、加熱した複合材料とは、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の可塑化温度(軟化点)以上に加熱した複合材料をいう。また、複合材料を配置する成形型の温度は、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の可塑化温度未満に設定されている。
加熱した複合材料は搬送され、開放された成形型の下型へ配置される。加熱された成形材料は人手、ロボットなどで搬送し、開放された成形型へ配置される。搬送に際しては、作業上の安全面や、プレス成形が行われる成形型への成形材料の配置精度の観点から、適宜、人手やロボットが選択される。
(
1.
The heated composite material is conveyed and placed in the lower mold of the opened mold. The heated molding material is conveyed by hand, a robot, or the like, and placed in an open molding die. At the time of transportation, a human hand or a robot is appropriately selected from the viewpoint of safety in operation and the accuracy of disposing the molding material in a molding die on which press molding is performed.
2.工程2
工程2は複合材料をプレスする工程であって、加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒未満の工程である。
2. Step 2
Step 2 is a step of pressing the composite material, in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is less than 1 second.
2.1 加圧開始時刻t0
図1(a)にプレス型内圧力と時刻の関係を示す。工程2は時刻t0からt1までをさし、工程2における加圧開始時刻t0とは、成形型の上型が複合材料に接してから、成形機の圧力の出力値に、圧力が計測された時刻をさす。
複合材料の種類にもよるが、加圧開始時刻t0は、必ずしも成形型の上型が複合材料に接した時刻と同一時刻とは限らない。不連続炭素繊維を含む複合材料は、繊維の配向の程度にも依存するが、加熱による軟化でスプリングバックする傾向がある。例えば複合材料が加熱された後、スプリングバックにより厚みが、厚み方向にα%膨張した場合、上型が複合材料に接しても、成形機の圧力の出力値に、圧力は小さすぎて計測されない。
2.1 Pressurization start time t0
FIG. 1A shows the relationship between the pressure in the press die and the time. Step 2 refers to a period from time t0 to time t1, and the pressurization start time t0 in step 2 is that the pressure was measured to the output value of the pressure of the molding machine after the upper mold of the molding die was in contact with the composite material. Time.
Although depending on the type of the composite material, the pressurization start time t0 is not always the same as the time when the upper mold of the molding die contacts the composite material. Composite materials containing discontinuous carbon fibers tend to spring back due to softening by heating, depending on the degree of fiber orientation. For example, if the thickness is expanded by α% in the thickness direction due to springback after the composite material is heated, even if the upper mold is in contact with the composite material, the pressure is not measured because the pressure output value of the molding machine is too small. .
図3(a)は、複合材料の加熱前の厚みをhとし、スプリングバックした割合をαとしたとき、厚みがh(1+α)に膨張している複合材料を、成形型の下型に配置しているのを示すものである。このスプリングバックした複合材料をプレス成形する場合、上型が下降し、スプリングバックにより膨張した複合材料の厚み(hα)を上型が抑え込んだ(図3(b))後に、成形機の圧力の出力値に、圧力が計測される。
ただし、スプリングバックを全く生じない複合材料は、このような現象が起きないので成形型の上型が複合材料に接した時刻に圧力が計測されるので、該時刻が加圧開始時刻t0となる。
FIG. 3 (a) shows that when the thickness of the composite material before heating is represented by h and the ratio of springback is represented by α, the composite material whose thickness has expanded to h (1 + α) is arranged in the lower die of the molding die. This is what you do. When press-forming the spring-backed composite material, the upper die is lowered, and after the upper die suppresses the thickness (hα) of the composite material expanded by the spring back (FIG. 3B), the pressure of the molding machine is reduced. The pressure is measured at the output value.
However, in the case of a composite material that does not generate springback at all, such a phenomenon does not occur, and the pressure is measured at the time when the upper mold contacts the composite material, and this time is the pressurization start time t0. .
2.2 流動開始圧力Pf
工程2における流動開始圧力Pfとは、上型によって複合材料が加圧されることにより、加熱前の複合材料の厚みから更に薄くなり、複合材料が流動し始める圧力をいう。例えば図3(c)は、複合材料が流動している模式図である。
複合材料303−1と上型301、複合材料303−1と下型302とが接触している面は、成形型が可塑化温度以下であるので、接触した時刻に熱可塑性樹脂が固化し、非流動面となる。
2.2 Flow start pressure Pf
The flow start pressure Pf in the step 2 refers to a pressure at which the composite material starts to flow when the thickness of the composite material before heating is further reduced by pressing the composite material with the upper mold. For example, FIG. 3C is a schematic diagram in which the composite material is flowing.
The surface where the composite material 303-1 and the
一方、複合材料303−1の内部は可塑化温度以上を維持しており、プレス圧力の上昇により、複合材料303−2(図3(c)の横線を引いた部分)のように、複合材料が流動する。このとき、複合材料303−2と上型301とが接触している面、複合材料303−2と下型302とが接触している面は、流動面(図3(e)の304)を形成する。
流動開始圧力Pfは、複合材料の種類によって一義的にきまる圧力であり、プレス条件によって大きく変化するものでは無い。
流動開始圧力Pfは、本発明者らの測定の結果、複合材料の厚みが厚い程、炭素繊維体積割合(Vf)が大きいほど、大きくなる傾向にある。
On the other hand, the inside of the composite material 303-1 is maintained at a temperature higher than the plasticizing temperature, and the composite material 303-2 (the portion drawn with a horizontal line in FIG. Flows. At this time, the surface where the composite material 303-2 and the
The flow start pressure Pf is a pressure uniquely determined by the type of the composite material, and does not greatly change depending on the pressing conditions.
As a result of the measurement by the present inventors, the flow start pressure Pf tends to increase as the thickness of the composite material increases and as the volume ratio of carbon fiber (Vf) increases.
2.3 時刻t0から時刻t1までが1秒以下
本発明において、加圧開始時刻t0から流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下である場合、非流動面(図3(e)の305)が形成されて加圧されてから、流動面(図3(e)の304)が形成されて加圧されるまでの時間が極めて短く、流動面が形成される直前まで複合材料の図3(c)303−2部分の温度は可塑化温度以上を維持できる。
2.3 Time from time t0 to time t1 is 1 second or less In the present invention, when the time from pressurization start time t0 to time t1 at which flow start pressure Pf is reached is 1 second or less, the non-flow surface (see FIG. The time from the formation and pressurization of 305) to the formation of the flow surface (304 in FIG. 3 (e)) and the pressurization are extremely short, and the diagram of the composite material is shown just before the formation of the flow surface. The temperature of the 3 (c) 303-2 portion can be maintained at or above the plasticization temperature.
2.4 式(1)の説明
本発明における流動開始圧力Pfと、時刻t1は、式(1)を満たすものである。
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(1)は、図1(b)「時刻−プレス型内圧力」の関係図において、時刻t0から時刻t1までのグラフの傾き(図1(b)の103)を意味する。Pf/t1の値が大きい程、単位時間あたりに複合材料に加わる力は大きくなる。好ましいPf/t1の値は、4<Pf/t1≦5000であり、より好ましくは4<Pf/t1≦200である。
Pf/t1の値が4以下であると成形性が低下するという問題が生じ、7500以上であると装置や金型が破損するという問題が生じるため好ましくない。
2.4 Description of Equation (1) The flow start pressure Pf and time t1 in the present invention satisfy Equation (1).
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Equation (1) means the slope (103 in FIG. 1B) of the graph from time t0 to time t1 in the relationship diagram of FIG. The force applied to the composite material per unit time increases as the value of Pf / t1 increases. A preferred value of Pf / t1 is 4 <Pf / t1 ≦ 5000, and more preferably 4 <Pf / t1 ≦ 200.
If the value of Pf / t1 is 4 or less, there is a problem that the moldability is deteriorated. If the value of Pf / t1 is 7500 or more, there is a problem that the device and the mold are damaged, which is not preferable.
3.工程3
工程3は、複合材料をプレスする工程であって、時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程である。
最大圧力Pmとは、成形機の圧力の出力値に、計測される圧力が最大になる時の圧力であり、上型を高速で下降させると、図1(a)の時刻t2に示すようにピーク値を示すことが多い。
本発明において、圧力Pm、Pfと、時刻t1、t2との関係に特に限定は無いが、好ましくは式(3)を満たすことが好ましい。
式(3) 4<(Pm−Pf)/(t2−t1)<7500 [MPa/sec]
式(3)は、図1(b)「時刻−プレス型内圧力」の関係図において、時刻t1からt2までのグラフの傾き(図1(b)の105)を意味する。(Pm−Pf)/(t2−t1)の値が大きい程、単位時間あたりに複合材料に加わる力は大きくなる。好ましい(Pm−Pf)/(t2−t1)の値は、12<(Pm−Pf)/(t2−t1)<7500であり、より好ましくは20<(Pm−Pf)/(t2−t1)<7500である。
(Pm−Pf)/(t2−t1)の値が4より大きいと、成形性が向上し、成形品の中央部と末端で厚み差が発生するという問題が生じにくい。7500未満であると装置や金型が破損するという問題が生じにくいため好ましい。
なお、式(3)を好ましい値にするためには、成形型の開閉機に、増速装置を設置すると良い。
3.
The maximum pressure Pm is the pressure at which the measured pressure reaches the maximum value in the output value of the pressure of the molding machine. When the upper mold is lowered at high speed, as shown at time t2 in FIG. It often shows peak values.
In the present invention, the relationship between the pressures Pm and Pf and the times t1 and t2 is not particularly limited, but preferably satisfies Expression (3).
Formula (3) 4 <(Pm−Pf) / (t2−t1) <7500 [MPa / sec]
Equation (3) means the slope (105 in FIG. 1B) of the graph from time t1 to t2 in the relationship diagram of “time-pressure in press die” in FIG. The greater the value of (Pm-Pf) / (t2-t1), the greater the force applied to the composite material per unit time. The preferred value of (Pm-Pf) / (t2-t1) is 12 <(Pm-Pf) / (t2-t1) <7500, and more preferably 20 <(Pm-Pf) / (t2-t1). <7500.
When the value of (Pm−Pf) / (t2−t1) is greater than 4, the moldability is improved, and the problem that a difference in thickness occurs between the center and the end of the molded article is less likely to occur. If it is less than 7,500, the problem of damage to the apparatus and the mold is unlikely to occur, so that it is preferable.
In order to make the expression (3) a preferable value, it is preferable to install a speed increasing device in the opening and closing device of the molding die.
本発明における最大圧力Pmに達する時刻に特に限定は無いが、好ましい時刻t2は、t1から3秒以内であり、より好ましくは2秒以内であり、更に好ましくは1.0以内であり、0.6秒以内が最も好ましい。工程3における最大圧力Pmに達する時刻t2が、流動開始圧力Pfに達する時刻t1から3秒以下であれば、生産性の向上という観点から好ましい。
また、最大圧力Pmの値に特に限定は無いが、5〜50MPaが好ましく、10〜30MPaがより好ましい。
There is no particular limitation on the time at which the maximum pressure Pm is reached in the present invention, but the preferred time t2 is within 3 seconds from t1, more preferably within 2 seconds, even more preferably within 1.0, and 0. Most preferably within 6 seconds. It is preferable from the viewpoint of improving productivity that the time t2 when the maximum pressure Pm is reached in the
The value of the maximum pressure Pm is not particularly limited, but is preferably 5 to 50 MPa, more preferably 10 to 30 MPa.
4.工程4
4.1 保圧工程
工程4は、平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程であり、工程2〜3でおおよその賦形をした後の保圧工程に相当し、成形体の形状を安定化させる工程である。平均保圧Pkの間、保圧Pkは、t2からおおよそ1秒経過した後(最大圧力Pmに達した点から1秒経過した後)、1秒間での加圧力が4%以上変動していないものであることが好ましい。
また、t2からおおよそ1秒経過した後、残りの保圧工程全体においては、10%以上保圧を変動させない事が好ましい。好ましくは5%以上変動しない事であり、更に好ましくは4%以上変動しない事である。このように圧力の変動量を制御する手法として特に限定はないが、具体的には圧縮成形条件として定圧条件とする事、適切に賦形できる条件、例えば成形機の上型位置を制御できる成形機で賦形する事が挙げられる。
4. Step 4
4.1 Packing Step Step 4 is a packing step in which the composite material is pressed from time t2 to time t3 with the average packing pressure Pk, and corresponds to the packing step after rough shaping in
Further, it is preferable that the holding pressure is not fluctuated by 10% or more in the remaining remaining holding pressure steps after approximately one second has elapsed from t2. Preferably, it does not fluctuate by 5% or more, and more preferably, it does not fluctuate by 4% or more. There is no particular limitation on the method of controlling the amount of pressure fluctuation as described above. Specifically, the compression molding condition is set to a constant pressure condition, and a condition capable of appropriately shaping, for example, a forming process capable of controlling the upper mold position of a forming machine. Forming by machine.
最大圧力Pmと平均保圧Pkとの関係に特に限定は無いが、0.5<Pk/Pm<1.0であることが好ましく、0.5<Pk/Pm<0.9であることがより好ましく、0.5<Pk/Pm<0.8であることが更に好ましい。
Pk/Pm<1.0であると、成形型内の成形材料が高温の状態で賦形することができ、成形製品の表面転写性が向上するので好ましく、0.5<Pk/Pmであると、設備上の限界の観点から好ましい。
より具体的な平均保圧Pkとしては、0.1〜50MPaの範囲内であることが可塑化した成形材料の賦形のしやすさや、成形体の厚み制御のしやすさ、プレス成形体の表面性や型内における充填性など、形状安定化の観点から好ましい。とりわけ、5MPa〜30MPaの範囲内がプレス成形機の設備コストの観点から好ましい。
なお、最大圧力Pm、平均保圧Pkとは、成形型の開口部のキャビティの投影面積にかかる加圧力をいう。
The relationship between the maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk is not particularly limited, but is preferably 0.5 <Pk / Pm <1.0, and is preferably 0.5 <Pk / Pm <0.9. More preferably, 0.5 <Pk / Pm <0.8.
When Pk / Pm <1.0, the molding material in the molding die can be shaped at a high temperature, and the surface transferability of the molded product is improved. Therefore, 0.5 <Pk / Pm. This is preferable from the viewpoint of limitations on equipment.
More specifically, the average dwell pressure Pk is in the range of 0.1 to 50 MPa, the ease of shaping of the plasticized molding material, the ease of controlling the thickness of the molded body, and the ease of press molding. It is preferable from the viewpoint of shape stabilization such as surface property and filling property in a mold. In particular, the range of 5 MPa to 30 MPa is preferable from the viewpoint of equipment cost of the press molding machine.
The maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk refer to the pressure applied to the projected area of the cavity at the opening of the mold.
4.2 式(2)の説明
本発明において、平均保圧Pk、時刻t3、時刻t2との関係は、式(2)を満たす。
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
Pk×(t3−t2)は、図1(b)の斜線で例示する面積部分に該当する。Pk×(t3−t2)の値が式(2)の範囲内であれば、非流動面と流動面での表面意匠性に差が生じず、外観が良好な成形体を製造できる。
Pk×(t3−t2)の下限は、50[MPa・sec]以上が好ましく、100[MPa・sec]以上がより好ましく、150[MPa・sec]以上が更に好ましく、200[MPa・sec]以上がより一層好ましい。
一方上限は、4000[MPa・sec]以下が好ましく、2000[MPa・sec]以下がより好ましく、500[MPa・sec]以下が更に好ましい。
4.2 Description of Expression (2) In the present invention, the relationship between the average dwell pressure Pk, time t3, and time t2 satisfies expression (2).
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
Pk × (t3-t2) corresponds to the area illustrated by the oblique lines in FIG. When the value of Pk × (t3−t2) is within the range of the expression (2), there is no difference in surface design between the non-flow surface and the flow surface, and a molded article having good appearance can be manufactured.
The lower limit of Pk × (t3−t2) is preferably 50 [MPa · sec] or more, more preferably 100 [MPa · sec] or more, even more preferably 150 [MPa · sec] or more, and 200 [MPa · sec] or more. Is even more preferred.
On the other hand, the upper limit is preferably 4000 [MPa · sec] or less, more preferably 2000 [MPa · sec] or less, and even more preferably 500 [MPa · sec] or less.
4.3 保圧工程での固化
図3(d)は、表面が固化し流動が停止している模式図である。図3(c)でプレスしたことにより流動が開始しているのを模式的に表すが、図3(c)の303−2の部分が、冷却により固化し、図3(d)の303−3のような固化表面を形成する。
4.3 Solidification in pressure-holding step FIG. 3D is a schematic diagram in which the surface is solidified and the flow is stopped. FIG. 3 (c) schematically shows the start of the flow by pressing. The portion 303-2 in FIG. 3 (c) solidifies by cooling, and the portion 303-3 in FIG. 3 (d) is solidified. A solidified surface such as 3 is formed.
5.工程5
工程5は、冷却後、成形型を開放し、成形型から成形体を取り出す工程である。
工程4と工程5の間に、工程5を補助する目的で、エジェクタを動作させる工程が含まれていた場合、成形作業の簡素化、成形トラブルなどを防止できるという点で好ましい。
また、エジェクタは、圧縮空気をブローする方式、機械的な構造部材により突き上げる方式のいずれも好ましく用いることができる。
5. Step 5
Step 5 is a step of opening the mold after cooling and removing the molded body from the mold.
If a step of operating the ejector is included between Step 4 and Step 5 for the purpose of assisting Step 5, it is preferable in that the molding operation can be simplified and a molding trouble can be prevented.
As the ejector, any of a method of blowing compressed air and a method of pushing up with a mechanical structural member can be preferably used.
本発明のプレス成形体の製造方法は、工程1〜5を工程1、工程2、工程3、工程4、工程5の順に含むものであるが、その他の工程を含んでいてもよい。
The method for producing a press-formed body of the present invention includes
6.まとめ
以上、説明した製造方法を用いることで、成形体の形状自由性が向上する。これは、急速に複合材料を流動して賦形させるため、複合材料の温度が可塑化温度以下になる前に賦形を完了できる事を意味する(図5参照)。
6. Conclusion By using the manufacturing method described above, the shape flexibility of the molded body is improved. This means that shaping can be completed before the temperature of the composite material becomes equal to or lower than the plasticizing temperature because the composite material is rapidly fluidized and shaped (see FIG. 5).
(従来のコールドプレス)
従来のコールドプレスは、図1(a)「プレス型内圧力−時刻との関係」でいう、点線102を示していたものであり、流動開始までに時間がかかっていた。
この結果、流動面が形成される時刻が遅れ、流動面をプレス成形する時には複合材料が可塑化温度を下回っており、良好な表面意匠性を確保するのが不十分であった。
すなわち、複合材料が流動する前に複合材料が可塑化温度以下に冷めてしまうものであった(図4参照)。
なお、図1(a)「プレス型内圧力−時刻との関係」でいう、実線101は、本発明のプレス成形の一例の挙動を示す。
(Conventional cold press)
The conventional cold press shows the dotted
As a result, the time at which the flow surface was formed was delayed, and when the flow surface was press-molded, the composite material was below the plasticization temperature, and it was insufficient to ensure good surface design.
That is, the composite material was cooled below the plasticizing temperature before the composite material flowed (see FIG. 4).
The
[プレス成形装置]
本発明におけるプレス成形装置は、不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料をコールドプレスして、プレス成形体を製造する装置であって、前記コールドプレスは、式(1)、(2)を満たし、かつ以下の工程1〜5を含むものである。
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec]
ここで、複合材料のコールドプレス、工程1〜5、式(1)、(2)は既に上述した通りである。以下に、好ましいプレス成形装置の態様を記載する。
[Press molding equipment]
The press-forming apparatus according to the present invention is an apparatus for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, wherein the cold press is performed according to the following formulas (1) and (2). ) And includes the following
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However,
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
Here, the cold pressing of the composite material, steps 1 to 5, and formulas (1) and (2) are as described above. Hereinafter, preferred embodiments of the press molding apparatus will be described.
本発明におけるプレス成形の製造の際、コールドプレスに用いる成形型の開閉動作挙動に注目すると良い。成形型を開閉する機構に限定は無いが、例えばトグル式または直圧式があり、動力源としては油圧またはサーボモーターなど各種の機構および動力が知られている。本発明における「工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程」を実現するために、成形型内に配置した複合材料をコールドプレスする際、数秒単位の短い時間でプレス圧力を上昇させる必要がある。そのため、高速なサーボモーターを用いた成形型開閉機や、油圧回路に吐出量の大きな油圧ポンプまたは、増速装置を設置した成形型開閉機を用いると好ましいが、特に増速装置としてアキュムレータータンクを設置した油圧直圧式成形型開閉機を用いることが好適である。 In the production of the press molding in the present invention, it is good to pay attention to the opening and closing operation behavior of the molding die used for the cold press. The mechanism for opening and closing the mold is not limited. For example, there is a toggle type or a direct pressure type, and various mechanisms and power such as a hydraulic or servomotor are known as power sources. In order to realize the “step 3: the step of reaching the maximum pressure Pm at the time t2” in the present invention, it is necessary to increase the press pressure in a short time of a few seconds when cold pressing the composite material arranged in the mold. There is. Therefore, it is preferable to use a mold opening / closing device using a high-speed servomotor, a hydraulic pump having a large discharge rate in a hydraulic circuit, or a molding mold opening / closing device equipped with a speed increasing device. It is preferable to use a hydraulic direct pressure type mold opening / closing device provided with a.
より具体的には、アキュムレータータンクは、アキュムレータータンク内に油圧を蓄圧し成形型を型締めする際にタンク内の油圧を開放する開放することで、一時的に成形型内の昇圧速度を向上できる。また、油圧直圧式成形型開閉機は、高圧力を長時間保持できる観点からも、好ましく用いることができる。
増速装置としてアキュムレータータンクを用いる場合、アキュムレータータンクを開放するタイミングと、アキュムレータータンクの容量とが重要である。平面上のプレス成形体を得る場合、成形型の上型が複合材料に接触するタイミングで増速効果が発現されることが好ましい。油圧の圧力伝達時間遅れなどを考慮すると、複合材料の厚みより0〜5mmの上側位置に、成形型の上型が到達したタイミングでアキュムレータータンクを開放すると、アキュムレータータンクの容量が小容量で足りるので好ましい。
More specifically, the accumulator tank is configured to accumulate oil pressure in the accumulator tank and release the oil pressure in the tank when clamping the mold, thereby temporarily increasing the pressure increase speed in the mold. Can be improved. Further, the hydraulic direct pressure type mold opening and closing machine can be preferably used from the viewpoint of maintaining high pressure for a long time.
When an accumulator tank is used as the speed increasing device, the timing of opening the accumulator tank and the capacity of the accumulator tank are important. When obtaining a press-formed body on a flat surface, it is preferable that the speed-up effect is exhibited at the timing when the upper mold of the mold contacts the composite material. In consideration of the hydraulic pressure transmission time delay, etc., when the accumulator tank is opened at the timing when the upper mold of the mold reaches the upper position of 0 to 5 mm from the thickness of the composite material, the capacity of the accumulator tank is small. It is preferable because it is sufficient.
一方、凹凸を有する立体形状のプレス成形体を得る場合、成形型の型締めと共に成形体形状に沿って複合材料が引込まれて折り曲げられる事に起因した、皺が発生する場合がある。皺を均一にしたプレス成形体を得るためには、上述の引込まれや、折り曲げが始まるタイミングでアキュムレータータンクを開放し、成形型の上型を増速することが好ましい。
上記の複合材料が引込まれて折り曲げられる事に起因した皺を、成形型の型締めにて解消するには、低圧高速できる小径油圧シリンダーを用いて高速で成形型の型締めを行い、発生した皺を潰しながらアキュムレータータンクを開放することが、過度な圧力は必要なく、設備的にも好ましい。
On the other hand, when obtaining a three-dimensional press molded body having irregularities, wrinkles may be generated due to the fact that the composite material is drawn in and bent along the shape of the molded body together with the closing of the molding die. In order to obtain a press-formed body with uniform wrinkles, it is preferable to open the accumulator tank at the timing when the above-described drawing or bending starts, and increase the speed of the upper mold.
In order to eliminate the wrinkles caused by the above-mentioned composite material being drawn in and bent by the mold clamping of the mold, the mold was clamped at high speed using a small-diameter hydraulic cylinder capable of low pressure and high speed. Opening the accumulator tank while crushing wrinkles does not require excessive pressure, and is preferable in terms of equipment.
アキュムレータータンクを制御する方法としては、例えば成形型の上型のスライド位置による位置制御方法が好ましいし、より簡易な方法としては、油圧の圧力の制御でも制御することができる。具体的には、上記の成形型の型締めと共に成形体形状に沿って複合材料が引込まれて折り曲げられる事に起因した皺を潰すには、従来は大きな圧力が必要であったが、上記の低圧高速できる小径油圧シリンダーの油圧が所定の圧力に達したタイミングでアキュムレータータンクを開放する方法を用いれば製造装置に具備されたシリンダーの大きな圧力は必要ではなくなる。この時、油圧伝達時間遅れを発生させないように、油圧伝達時間が短い小型の成形機が好適である。 As a method for controlling the accumulator tank, for example, a position control method based on the sliding position of the upper die of the molding die is preferable, and as a simpler method, control can be performed by controlling hydraulic pressure. Specifically, in order to crush wrinkles caused by the composite material being drawn in and bent along the shape of the molded body together with the mold clamping of the molding die, conventionally a large pressure was required, If the method of opening the accumulator tank at the timing when the hydraulic pressure of the small-diameter hydraulic cylinder capable of low pressure and high speed reaches a predetermined pressure is used, a large pressure of the cylinder provided in the manufacturing apparatus is not required. At this time, a small molding machine with a short hydraulic transmission time is suitable so as not to cause a hydraulic transmission time delay.
[成形型の構造]
本発明に用いる成形型は、特に製品形状を限定するものではないが、シャーエッジ構造を有し、成形型を完全に閉じたときに、成形型内部のキャビティが密閉空間となる構造を有することが好ましい。
成形型内部のキャビティが密閉された空間を形成することによって、容易にプレス成形体端部まで均一の外観を有する成形体を得ることが可能になる。
ただし、本発明の成形体の製造方法を用いれば、いわゆるオープンキャビティでも比較的良好な表面意匠性を有する成形体を製造することができる。密閉空間となる構造とならない、いわゆるオープンキャビティを用いた場合、複合材料が流動する先端は成形型に接触することなく流動するので、従来は流動面と非流動面で同一の外観を有するのは難しかった。しかしながら、本発明の成形体の製造方法を用いることによって、オープンキャビティを用いた場合であっても、流動面と非流動面が、ほぼ同時に加圧されるため、流動面と非流動面の表面意匠性に比較的差が無い成形体を製造ができる。
[Structure of mold]
The mold used in the present invention does not particularly limit the product shape, but has a shear edge structure, and has a structure in which the cavity inside the mold becomes a closed space when the mold is completely closed. Is preferred.
By forming a space in which the cavity inside the molding die is closed, it is possible to easily obtain a molded product having a uniform appearance up to the end of the press molded product.
However, if the method for producing a molded article of the present invention is used, a molded article having relatively good surface design can be produced even in a so-called open cavity. In the case of using a so-called open cavity that does not have a structure that becomes a closed space, the tip where the composite material flows flows without contacting the mold, so conventionally, the flowing surface and the non-flow surface have the same appearance. was difficult. However, even when an open cavity is used, the flow surface and the non-flow surface are almost simultaneously pressurized by using the method for manufacturing a molded body of the present invention. It is possible to produce a molded article having relatively no difference in design.
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の参考例で用いた原料は以下の通りである。なお、分解温度は、熱重量分析による測定結果である。
・PAN系炭素繊維
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)
・ポリアミド6
以下、PA6と略。結晶性樹脂、融点225℃、分解温度(空気中)300℃。
・ポリプロプレン
以下、PPと略。結晶性樹脂、融点170℃、分解温度(空気中)300℃。
・ポリカーボネート
以下、PCと略。非晶性樹脂、ガラス転移点150℃、分解温度(空気中)420℃。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, the raw materials used in the following Reference Examples are as follows. The decomposition temperature is a measurement result by thermogravimetric analysis.
・ PAN-based carbon fiber Toho Tenax Co., Ltd. carbon fiber “TENAX” (registered trademark) STS40-24KS (average fiber diameter 7 μm)
・ Polyamide 6
Hereinafter, abbreviated as PA6. Crystalline resin, melting point 225 ° C, decomposition temperature (in air) 300 ° C.
・ Polypropylene Hereinafter, abbreviated as PP. Crystalline resin, melting point 170 ° C, decomposition temperature (in air) 300 ° C.
・ Polycarbonate: Abbreviated as PC. Amorphous resin, glass transition point 150 ° C, decomposition temperature (in air) 420 ° C.
(1)炭素繊維体積割合(Vf)の分析
複合材料を500℃×1時間、炉内にて熱可塑性樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって炭素繊維分と熱可塑性樹脂の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積割合を算出した。プレス成形体に関しても、含有する炭素繊維体積割合をVfで表す。
式(6) Vf=100×炭素繊維体積/(炭素繊維体積+熱可塑性樹脂体積)
(1) Analysis of Carbon Fiber Volume Ratio (Vf) The composite material is burned and removed from the thermoplastic resin in a furnace at 500 ° C. for 1 hour, and the mass of the sample before and after the treatment is weighed to determine the carbon fiber content and thermoplasticity. The mass of the resin was calculated. Next, using the specific gravity of each component, the volume ratio of the carbon fiber and the thermoplastic resin was calculated. The volume ratio of the carbon fiber contained in the press-formed body is also represented by Vf.
Formula (6) Vf = 100 × volume of carbon fiber / (volume of carbon fiber + volume of thermoplastic resin)
(2)複合材料に含まれる炭素繊維の平均繊維長の分析
複合材料に含まれる炭素繊維の平均繊維長は、500℃×1時間程度、炉内にて熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した炭素繊維100本の長さをノギスおよびルーペで1mm単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ(Li、ここでi=1〜100の整数)から、次式により重量平均繊維長(Lw)を求めた。
Lw=(ΣLi2)/(ΣLi) ・・・ 式(5)
なお、プレス成形体中の炭素繊維の平均繊維長についても上記と同様の方法で測定することができる。
(2) Analysis of average fiber length of carbon fiber contained in composite material The average fiber length of carbon fiber contained in composite material is about 500 ° C. × about 1 hour, after removing thermoplastic resin in a furnace, at random. The length of 100 extracted carbon fibers was measured and recorded with a caliper and a loupe up to a unit of 1 mm, and from the measured lengths of all carbon fibers (Li, where i = 1 to 100), the following formula was used. To determine the weight average fiber length (Lw).
Lw = (ΣLi 2 ) / (ΣLi) Equation (5)
The average fiber length of the carbon fibers in the press-formed body can be measured by the same method as described above.
(3)プレス成形体の表面意匠性の評価
プレス成形体の表面の表面意匠性(平滑性)を評価する目的で、成形体表面を目視、光学顕微鏡、および手で触れて評価した。
excellent:非流動部と流動部における表面Raの比率(非流動部/流動部)が0.8〜1.0の範囲内である。目視評価では、表面における炭素繊維への樹脂の含浸が不十分な(ドライな)部位やシワなどがなく、平滑な表面であった。
good:非流動部と流動部における表面Raの比率(非流動部/流動部)が0.5〜0.8の範囲内である。
better:非流動部と流動部における表面Raの比率(非流動部/流動部)が0.1〜0.5の範囲内である。目視評価では、わずかにドライな部位やシワが見られたり、ざらつきがあったりした。
bad:非流動部と流動部における表面Raの比率(非流動部/流動部)が0.1以下の範囲内である。目視評価では、ドライな部位やシワが多く見られたり、成形体表面に凸凹があったりして、重大不良であった。
ただし、表面意匠性の評価が「bad」であるプレス成形体であっても、意匠性を考慮する必要がない部分などに使用する場合は問題なく使用することができる。
(3) Evaluation of surface design of press-formed product For the purpose of evaluating the surface design (smoothness) of the surface of the press-formed product, the surface of the formed product was evaluated visually, with an optical microscope, and touched by hand.
excellent: The ratio of the surface Ra in the non-fluid part and the fluid part (non-fluid part / fluid part) is in the range of 0.8 to 1.0. In the visual evaluation, the surface was smooth without any (dry) portions or wrinkles on the surface of the carbon fiber where the resin was not sufficiently impregnated with the resin.
good: The ratio of the surface Ra between the non-fluid part and the fluid part (non-fluid part / fluid part) is in the range of 0.5 to 0.8.
Better: The ratio of the surface Ra in the non-fluid portion and the fluid portion (non-fluid portion / fluid portion) is in the range of 0.1 to 0.5. In the visual evaluation, slightly dry parts and wrinkles were observed, and roughness was observed.
bad: The ratio of the surface Ra between the non-fluid portion and the fluid portion (non-fluid portion / fluid portion) is within the range of 0.1 or less. In the visual evaluation, there were many dry parts and wrinkles, and there were irregularities on the surface of the molded product, and the result was seriously poor.
However, even if it is a press-formed body whose surface design property is evaluated as “bad”, it can be used without any problem when it is used for a part where the design property does not need to be considered.
(4)成形性の評価
成形性を評価する目的で、プレス成形体の形状観察を実施した。
excellent:成形体端部まで炭素繊維と熱可塑性樹脂が欠陥なく充填され、末端部から0〜10mmの範囲で厚みが均一であるものを最良品とした。
good:成形体の端部まで炭素繊維と熱可塑性樹脂が充填され、欠陥が見られない場合を良好とした。
better:一部に欠けや不良が見られる場合を不良とした。
bad:欠けや不良が多い場合を重大不良とした。
(4) Evaluation of Formability In order to evaluate the formability, the shape of the press-formed body was observed.
excellent: The best product was one in which the carbon fiber and the thermoplastic resin were filled without defects up to the end of the molded body and had a uniform thickness in the range of 0 to 10 mm from the end.
good: The case where the carbon fiber and the thermoplastic resin were filled to the end of the molded body and no defect was observed was evaluated as good.
Better: A case where chipping or defect was observed in a part was regarded as defective.
bad: A case where there were many chips or defects was regarded as a serious defect.
[参考例1]
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2.6mmの炭素繊維体積割合(Vf)=35%の複合材料の平板を得、これを複合材料1とした。また、平均繊維長は30mm、面内等方性(Eδ)は1.1であった。複合材料1の大きさは1.2m×1.2mであった。
[Reference Example 1]
As the reinforcing fiber, a fiber obtained by treating a carbon fiber “Tenax” (registered trademark) STS40-24KS (average fiber diameter: 7 μm) manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. with a nylon-based sizing agent is used. As a thermoplastic resin, nylon 6 manufactured by Unitika Ltd. is used. Using resin A1030, an isotropic material having a carbon fiber weight of 1800 g / m 2 and a nylon resin weight of 1500 g / m 2 was prepared based on the method described in WO2012 / 105080 pamphlet, and after preheating at 240 ° C. for 90 seconds. And hot pressing at 240 ° C. for 180 s while applying a pressure of 2.0 MPa.
Then, it was cooled to 50 ° C. in a pressurized state to obtain a 2.6 mm-thick composite material flat plate having a carbon fiber volume ratio (Vf) of 35%. The average fiber length was 30 mm, and the in-plane isotropy (Eδ) was 1.1. The size of the
[参考例2、3]
複合材料の炭素繊維体積割合(Vf)を30%、40%としたこと以外は参考例1と同様に複合材料を作成し、それぞれ複合材料2、複合材料3とした。
[Reference Examples 2 and 3]
A composite material was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the carbon fiber volume ratio (Vf) of the composite material was set to 30% and 40%, respectively, to obtain a composite material 2 and a
[参考例4]
熱可塑性樹脂を、帝人社製のポリカーボネート“パンライト”(登録商標)L 1225WPに変更した以外は参考例1と同様に複合材料を作成し、複合材料4とした。
[Reference Example 4]
A composite material was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the thermoplastic resin was changed to Polycarbonate “PANLITE” (registered trademark) L1225WP manufactured by Teijin Limited, and was designated as Composite Material 4.
[参考例5、6、7]
複合材料の厚さを1mm、5mm、10mmとしたこと以外は参考例1と同様に複合材料を作成し、それぞれ複合材料5、6、7とした。
[Reference Examples 5, 6, 7]
A composite material was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the thickness of the composite material was set to 1 mm, 5 mm, and 10 mm, and the composite material was used as composite materials 5, 6, and 7, respectively.
[参考例8]
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2014−09503号公報に記載の方法で抄紙基材を作成する。
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、抄紙基材を製造する。得られた複合材料の幅は500mm、長さは500mm、目付は180g/m2である。
得られた抄紙基材の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の炭素繊維体積割合(Vf)=20%の炭素繊維複合材料の平板を得、これを複合材料8とする。
[Reference Example 8]
As a reinforcing fiber, a papermaking base material was prepared by the method described in JP-A-2014-09503, using Toho Tenax Co., Ltd. carbon fiber "TENAX" (registered trademark) HTC110 (average fiber diameter 7 μm, fiber length 6 mm). I do.
Specifically, a dispersion of water and a surfactant (polyoxyethylene lauryl ether) having a concentration of 0.1% by weight was prepared, and a manufacturing apparatus for a papermaking base material was prepared using the dispersion and the carbon fiber. To produce a papermaking substrate. The obtained composite material has a width of 500 mm, a length of 500 mm, and a basis weight of 180 g / m 2 .
A predetermined number of polyamide films (Emblem made by Unitika, 15 μm in thickness) are sandwiched between the obtained papermaking substrates, ten of the above papermaking substrates are stacked, preheated at 240 ° C. for 90 seconds, and then subjected to a pressure of 2.0 MPa. Then, hot pressing was performed at 240 ° C. for 180 seconds. Then, it is cooled to 50 ° C. in a pressurized state to obtain a flat plate of a carbon fiber composite material having a carbon fiber volume ratio (Vf) of 20% with a thickness of 2 mm.
[プレス成形体の製造]
[実施例1]
1.工程1
NGKキルンテック株式会社製の樹脂シート加熱装置(型式H7GS−73408)を用いて、ポリアミド6(熱可塑性樹脂)の可塑化温度以上である290℃に加熱した複合材料1を、150℃に設定した成形型(オープンキャビティ)の下型に設置させ、平板のプレス成形体を作成した。また、成形機には増速装置(中村工機製の型式TL350−220−20)を設置した。
2.工程2
川崎油工株式会社製2000tf(20000kN)成形機(型式TMP2−2000)を用いて、加圧速度100mm/secで成形金型の上型を下降させ、上型を複合材料に接触させて加圧開始し、加圧開始時刻t0から0.025sec(時刻t1)で流動開始圧力Pfである5MPaに到達させた。なお、加圧開始時刻t0は、成形機の圧力の出力値に、圧力が計測された時刻とした。
3.工程3
流動開始圧力Pfに達した後、更に成形型の上型を下降させることで加圧し、加圧開始時刻t0から0.2sec(時刻t2)で、30MPa(最大圧力Pm)に達した。
4.工程4
最大圧力Pmに達した後、複合材料1を10sec間(時刻t3−時刻t2)、20MPa(平均保圧Pk)の状態にした。
5.工程5
成形型の上型を上昇させて成形型を完全に開放した後、エジェクターロッドにより作成したプレス成形体を下型から脱型させ、プレス成形体を取り出した。取り出したプレス成形体は、上記の通り、表面意匠性と成形性を、それぞれ評価した。
結果を表1に示す。
[Manufacture of pressed compacts]
[Example 1]
1.
Using a resin sheet heating device (model H7GS-73408) manufactured by NGK Kiln Tech Co., Ltd., molding the
2. Step 2
Using a 2000 tf (20,000 kN) molding machine (model TMP2-2000) manufactured by Kawasaki Yuko Co., Ltd., the upper mold is lowered at a pressing speed of 100 mm / sec, and the upper mold is brought into contact with the composite material and pressed. The flow was started, and the flow was started to reach the flow start pressure Pf of 5 MPa at 0.025 sec (time t1) from the pressurization start time t0. The pressurization start time t0 was the time when the pressure was measured in the output value of the pressure of the molding machine.
3.
After the pressure reached the flow start pressure Pf, the upper mold was further lowered to lower the pressure, and the pressure reached 30 MPa (maximum pressure Pm) in 0.2 sec (time t2) from the press start time t0.
4. Step 4
After reaching the maximum pressure Pm, the
5. Step 5
After the upper mold was lifted to completely open the mold, the press-formed body produced by the ejector rod was released from the lower mold, and the press-formed body was taken out. The removed press-formed body was evaluated for surface design and formability as described above.
Table 1 shows the results.
[実施例2〜6]
工程2における時間t1を、それぞれ0.125[sec]、0.25[sec]、0.5[sec]、0.75[sec]、1.0[sec]とし、
工程3における時刻t2を、それぞれ0.7[sec]、1.2[sec]、2.0[sec]、3.5[sec]、4.0[sec]、最大圧力Pmをそれぞれ25[MPa]、23[MPa]、22[MPa]、22[MPa]、20[MPa]としたこと以外は実施例1と同様にプレス成形して実施例2〜6を実施し、プレス成形体をそれぞれ得た。
結果を表1に示す。
なお、実施例6は参考例Aに読み替えるものとする。
[Examples 2 to 6]
The time t1 in the process 2 is set to 0.125 [sec], 0.25 [sec], 0.5 [sec], 0.75 [sec], 1.0 [sec], respectively.
The time t2 in the
Table 1 shows the results.
In addition, Example 6 should be read as Reference Example A.
[比較例1]
工程2における時間t1を、1.25[sec]とし、工程3における時刻t2を、5.0[sec]、最大圧力Pmを20[MPa]としたこと以外は実施例1と同様にプレス成形して、比較プレス成形体を得た。
得られたプレス成形体は、成形体の末端部が未充填状態となり、成形性の評価、表面意匠性の評価はともにbadとなった。
結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Press molding was performed in the same manner as in Example 1 except that the time t1 in the step 2 was 1.25 [sec], the time t2 in the
In the obtained press-formed body, the end portion of the formed body was in an unfilled state, and the evaluation of the moldability and the evaluation of the surface design were both bad.
Table 1 shows the results.
[実施例7〜8]
保圧時間(t3−t2)を、それぞれ40[sec]と30[sec]としたこと以外は実施例1と同様にプレス成形して実施例7〜8を実施し、プレス成形体を得た。
結果を表1に示す。
[Examples 7 and 8]
Press molding was performed in the same manner as in Example 1 except that the dwelling time (t3-t2) was set to 40 [sec] and 30 [sec], respectively, and Examples 7 and 8 were performed to obtain a press molded body. .
Table 1 shows the results.
[実施例9]
工程3における時刻t2を、0.7[sec]、最大圧力Pmを12[MPa]、平均保圧Pkを10[MPa]としたこと以外は実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表1に示す。
[Example 9]
Press molding was performed in the same manner as in Example 3, except that the time t2 in
[実施例10]
保圧時間(t3−t2)を5.0[sec]にしたこと以外は、実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表1に示す。
[Example 10]
Press molding was performed in the same manner as in Example 3 except that the pressure holding time (t3-t2) was set to 5.0 [sec] to obtain a press molded body. Table 1 shows the results.
[実施例11]
工程3における時刻t2を、1.1[sec]、最大圧力Pmを11[MPa]、平均保圧Pkを10[MPa]としたこと以外は、実施例4と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表1に示す。
[Example 11]
Press molding was performed in the same manner as in Example 4, except that the time t2 in
[比較例2]
保圧時間(t3−t2)を1.0[sec]としたこと以外は実施例11と同様にプレス成形して、比較プレス成形体を得た。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Press molding was performed in the same manner as in Example 11 except that the dwelling time (t3-t2) was set to 1.0 [sec] to obtain a comparative press molded body. Table 1 shows the results.
[実施例12〜13]
工程1において、複合材料をそれぞれ300℃、280℃に加熱したこと以外は、実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Examples 12 and 13]
In
[実施例14〜16]
複合材料2〜4を用いたこと以外は、実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Examples 14 to 16]
Press molding was performed in the same manner as in Example 3 except that the composite materials 2 to 4 were used to obtain a press molded body. Table 2 shows the results.
[実施例17]
複合材料5を用いたこと以外は、実施例1と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Example 17]
Press molding was performed in the same manner as in Example 1 except that the composite material 5 was used to obtain a press molded body. Table 2 shows the results.
[実施例18]
最大圧力Pmを7[MPa]、平均保圧Pkを5[MPa]、工程3における時刻t2を0.04[sec]としたこと以外は、実施例17と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Example 18]
Press molding was performed in the same manner as in Example 17, except that the maximum pressure Pm was 7 [MPa], the average holding pressure Pk was 5 [MPa], and the time t2 in
[比較例3]
最大圧力Pmを6[MPa]、平均保圧Pkを4[MPa]、工程3における時刻t2を0.035[sec]としたこと以外は、実施例17と同様にプレス成形して、比較プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Comparative Example 3]
Press molding was performed in the same manner as in Example 17, except that the maximum pressure Pm was 6 [MPa], the average holding pressure Pk was 4 [MPa], and the time t2 in
[実施例19]
複合材料6を用いたこと以外は、実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Example 19]
Press molding was performed in the same manner as in Example 3 except that the composite material 6 was used to obtain a press molded body. Table 2 shows the results.
[実施例20]
最大圧力Pmを35[MPa]、平均保圧Pkを30[MPa]、保圧時間(t3−t2)を120[sec]、工程3における時刻t2を1.8[sec]としたこと以外は、実施例19と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Example 20]
Except that the maximum pressure Pm was 35 [MPa], the average dwell pressure Pk was 30 [MPa], the dwell time (t3-t2) was 120 [sec], and the time t2 in
[実施例21]
複合材料7を用いたこと以外は、実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Example 21]
Press molding was performed in the same manner as in Example 3 except that the composite material 7 was used to obtain a press molded body. Table 2 shows the results.
[実施例22]
最大圧力Pmを35[MPa]、工程3における時刻t2を1.8[sec]、平均保圧Pkを30[MPa]、保圧時間(t3−t2)を180[sec]としたこと以外は、実施例21と同様にプレス成形して、プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
[Example 22]
Except that the maximum pressure Pm was 35 [MPa], the time t2 in
[比較例4]
保圧時間(t3−t2)を185[sec]としたこと以外は、実施例22と同様にプレス成形して、比較プレス成形体を得た。結果を表2に示す。
得られた成形体の成形性、表面意匠性はexcellentであるものの、成形時間が長すぎるため、製造工程上好ましく無く、比較例とした。
[Comparative Example 4]
Press molding was performed in the same manner as in Example 22 except that the dwell time (t3-t2) was set to 185 [sec], to obtain a comparative press molded body. Table 2 shows the results.
Although the moldability and surface design of the obtained molded body were excellent, the molding time was too long, which was not preferable in the production process, and was used as a comparative example.
[実施例23]
複合材料8を用いたこと以外は、実施例3と同様にプレス成形して、プレス成形体を得る。
[Example 23]
Press molding is performed in the same manner as in Example 3 except that the composite material 8 is used to obtain a press molded body.
[実施例24]
増速装置を使用しないでプレスし、工程3における時刻t2が5.0[sec]となったこと以外は、実施例4と同様にプレス成形して、プレス成形体を得る。
[Example 24]
Pressing is performed without using a speed increasing device, and press molding is performed in the same manner as in Example 4 except that time t2 in
[実施例25]
出来るだけ高速にプレス成形することを目的に、時刻t1を、1.0×10−3 [sec]、時刻t2を0.05にする以外は実施例7と同様にプレス成形する。この際、機械精度の問題より最大圧力を計測する事はできない。
なお、実施例25は参考例Bに読み替えるものとする。
[Example 25]
Press molding is performed in the same manner as in Example 7, except that time t1 is set to 1.0 × 10 −3 [sec] and time t2 is set to 0.05 for the purpose of performing press molding as fast as possible. At this time, the maximum pressure cannot be measured due to the problem of mechanical accuracy.
In addition, Example 25 should be read as Reference Example B.
[比較例5]
時刻t0から時刻t1に達する時間までを、6.5×10-4 [sec]まで短くしようとしたが、成形機が壊れそうになったため、実験を中止した。
[Comparative Example 5]
An attempt was made to shorten the time from time t0 to time t1 to 6.5 × 10 −4 [sec], but the experiment was stopped because the molding machine was about to break.
本発明の複合材料を用いて得られるプレス成形体は、薄肉化や等方化が可能であるので、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構造部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等に用いることができる。 The press-formed body obtained by using the composite material of the present invention can be thinned and isotropic, so that various constituent members, for example, an inner plate of an automobile, an outer plate, a structural member, various electric products, and a machine It can be used for frames, housings, and the like.
101:「時刻−プレス型内圧力」の関係における、本願発明の一形態を実線示したもの
102:「時刻−プレス型内圧力」の関係における、従来のプレス成形体の製造方法を点線で示したもの
103:Pf/t1の傾きを示したもの
104:Pk×(t3−t2)の範囲を示したもの
105:(Pm−Pf)/(t2−t1)の傾きを示したもの
301:プレス成形体の製造方法に用いる成形型の上型の例
302:プレス成形体の製造方法に用いる成形型の下型の例
303:成形型に配置した複合材料の例
h:加熱前の複合材料の厚み
h(1+α):スプリングバックして膨らんだ際の膨張率をαとしたときの、複合材料の厚み
303−1:複合材料
303−2:複合材料の流動を示した例
303−3:可塑化温度以下となった熱可塑性樹脂表面
304:流動面
305:非流動面
101: A solid line showing one embodiment of the present invention in the relationship of "time-pressure in press die" 102: A dotted line shows a conventional method for manufacturing a press-formed body in the relationship of "time-pressure in press die" 103: Pf / t1 slope 104: Pk × (t3-t2) range 105: (Pm-Pf) / (t2-t1) slope 301: Press Example 302 of upper mold of mold used for manufacturing method of molded article: Example of lower mold of mold used for manufacturing method of pressed molded article 303: Example of composite material arranged in mold h: Example of composite material before heating Thickness h (1 + α): thickness of the composite material 303-1: composite material 303-2: flow rate of the composite material when the expansion rate when expanded by springback is α 303-3: plasticity Thermoplastic resin below Surface 304: flow surface 305: Non-current surface
Claims (8)
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、最大圧力Pmと平均保圧Pkとが、0.5<Pk/Pm<1.0であり、式(1)及び式(2)はそれぞれ下記に示すものである。
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec] A method for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, which satisfies the formulas (1) and (2) and includes the following steps 1 to 5 A method for manufacturing a press-formed body.
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However, the maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk satisfy 0.5 <Pk / Pm <1.0, and the equations (1) and (2) are as follows.
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
式(3) 4<(Pm−Pf)/(t2−t1)<7500 [MPa/sec] The method for manufacturing a press-formed body according to claim 1, wherein a relationship between the pressures Pm and Pf and the times t1 and t2 satisfies Expression (3).
Formula (3) 4 <(Pm−Pf) / (t2−t1) <7500 [MPa / sec]
式(6) Vf=100×炭素繊維体積/(炭素繊維体積+熱可塑性樹脂体積) The method for producing a press-formed body according to any one of claims 1 to 4 , wherein a volume ratio of carbon fibers contained in the composite material defined by the formula (6) is 10 to 70 Vol%.
Formula (6) Vf = 100 × volume of carbon fiber / (volume of carbon fiber + volume of thermoplastic resin)
工程1:加熱した複合材料を成形型に配置する工程。
工程2:加圧開始時刻t0から、流動開始圧力Pfに達する時刻t1までが1秒以下の工程。
工程3:時刻t2において、最大圧力Pmに達する工程。
工程4:平均保圧Pkで複合材料を時刻t2から時刻t3までプレスする保圧工程。
工程5:成形型を開放し、成形体を成形型から取り出す工程。
ただし、最大圧力Pmと平均保圧Pkとが、0.5<Pk/Pm<1.0であり、式(1)及び式(2)はそれぞれ下記に示すものである。
式(1) 4 < Pf/t1 < 7500 [MPa/sec]
式(2) 45 < Pk×(t3−t2) < 5400 [MPa・sec] An apparatus for cold-pressing a composite material containing discontinuous carbon fibers and a thermoplastic resin to produce a press-formed body, wherein the cold press satisfies the formulas (1) and (2) and comprises the following steps: An apparatus for manufacturing a press-formed body, including 1 to 5, wherein a speed increasing device is installed in a mold opening and closing machine.
Step 1: a step of placing the heated composite material in a mold.
Step 2: A step in which the time from the pressurization start time t0 to the time t1 when the flow start pressure Pf is reached is 1 second or less.
Step 3: a step of reaching the maximum pressure Pm at time t2.
Step 4: a pressure holding step of pressing the composite material from time t2 to time t3 with the average holding pressure Pk.
Step 5: a step of opening the mold and removing the molded body from the mold.
However, the maximum pressure Pm and the average holding pressure Pk satisfy 0.5 <Pk / Pm <1.0, and the equations (1) and (2) are as follows.
Formula (1) 4 <Pf / t1 <7500 [MPa / sec]
Formula (2) 45 <Pk × (t3−t2) <5400 [MPa · sec]
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