JP6695693B2 - 繊維強化樹脂材料、その製造方法及び繊維強化樹脂材料を用いた繊維強化樹脂成形体 - Google Patents
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Description
(1)本発明に係る繊維強化樹脂材料は、熱可塑性樹脂と一方向に配列された強化繊維の束とを含む繊維強化樹脂材料であって、前記熱可塑性樹脂が反応型樹脂である。
(2)本発明に係る繊維強化樹脂材料において、前記熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂であるとよい。
(3)本発明に係る繊維強化樹脂材料において、前記強化繊維は、炭素繊維であるとよい。
(4)本発明に係る繊維強化樹脂材料において、前記繊維強化樹脂材料の繊維軸方向の長さは、5〜500mmであるとよい。
(5)本発明に係る繊維強化樹脂材料において、前記繊維強化樹脂材料の厚みは、0.15mm以上であるとよい。
(6)本発明に係る繊維強化樹脂材料において、前記強化繊維の束を構成する強化繊維の単繊維の本数は、1000本以上であるとよい。
(7)本発明に係る繊維強化樹脂材料において、繊維体積含有率(Vf値)は、20〜80%であるとよい。
(8)本発明に係る繊維強化樹脂成形体は、上記いずれかに記載の繊維強化樹脂材料を用いて得られたものである。
(9)本発明に係る繊維強化樹脂成形体は、上記いずれかに記載の繊維強化樹脂材料を加熱及び加圧して成形してなるものである。
(10)本発明に係る繊維強化樹脂成形体において、繊維体積含有率(Vf値)は、20〜80%であるとよい。
本実施の形態に係る繊維強化樹脂材料は、熱可塑性樹脂と一方向に配列された強化繊維の束とを含む繊維強化樹脂材料であって、前記熱可塑性樹脂が反応型樹脂である。
本実施の形態の熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリエステル等の熱可塑性樹脂であって、架橋剤や触媒、重合開始剤、重合促進剤などの硬化剤を添加したり加熱したりすることにより、反応が開始又は反応が促進等され、硬化する反応型樹脂であり、硬化した後も熱可塑性を有するものである。熱可塑性樹脂としては、分子構造が直鎖状のものが好ましい。また、これらの熱可塑性樹脂は複数種のものを配合して用いてもよい。
本実施の形態の強化繊維は、無機繊維、有機繊維、金属繊維又はこれらを複合して用いたものが挙げられる。具体的には、強化繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイト繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維、ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、ポリビニルアルコール(PVA繊維)、ステンレス、鉄などが挙げられる。
次に、本実施の形態の繊維強化樹脂材料の好ましい一製造方法について説明を行う。なお、本実施の形態の繊維強化樹脂材料の製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。なお、先に説明を行ったものと重複する事項については一部説明を省略又は簡略化する。
次に、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体について説明を行う。なお、先に説明を行ったものと重複する事項については一部説明を省略又は簡略化する。
次に、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の好ましい一製造方法について説明を行う。なお、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造方法は以下の方法に限定されるものではない。また、先に説明を行ったものと重複する事項については一部説明を省略又は簡略化する。
実施例1では、一方向に配列された強化繊維の束として、炭素繊維の単繊維を24000本束ねたものを用いた(PAN系炭素繊維:東レ株式会社製のトレカ(登録商標)T700SC)。
・熱可塑性エポキシ樹脂(反応型樹脂:DENATITE TPEP−AA−MEK−05B:ナガセケムテックス株式会社製) 100部
・硬化剤(XNH6850RIN−K:ナガセケムテックス株式会社製) 6.5部
・メチルエチルケトン 10部
実施例2では、テープ状の繊維強化樹脂材料を炭素繊維の軸方向に対しほぼ垂直に10〜15mmの長さとなるようにカットし、長さ10〜15mm、幅4mm、厚み0.38mmの断面がラグビーボールをつぶしたような偏平な形状でチップ状繊維強化樹脂材料とした以外は、実施例1と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。なお、得られた繊維強化樹脂材料中の炭素繊維の長さは、炭素繊維が長繊維であるので繊維強化樹脂材料の長さと同じで、10〜15mmである。
実施例3では、一方向に配列された強化繊維の束として、炭素繊維の単繊維を60000本束ねたものを用いた(PAN系炭素繊維フィラメント:三菱レイヨン株式会社製のパイロフィル#TRH50 60M)。
・熱可塑性エポキシ樹脂(反応型樹脂:DENATITE XNR6850V:ナガセケムテックス株式会社製) 100部
・硬化剤(DENATITE XNH6850V:ナガセケムテックス株式会社製) 6.5部
・メチルエチルケトン 200部
比較例1では、実施例1と同様の炭素繊維を開繊して得られた織物に対し、実施例1と同様の熱可塑性樹脂溶液を付与し、乾燥及び熱処理することで板状の繊維強化樹脂成形体を得た。さらに、この繊維強化樹脂成形体を複数重ね合わせて、真空プレス機を用いて200℃、20MPaで5分間の加熱及び加圧を行うことで、厚さ1.3mmの板状の繊維強化樹脂成形体を得た。
実施例1、実施例2及び比較例1で得られた板状の繊維強化樹脂成形体を10cm×10cmにカットし、それぞれハンマーで叩いたところ、実施例1の繊維強化樹脂成形体は、2回叩いてもほとんど変化は見られなかった。また、実施例2の繊維強化樹脂成形体は、1回叩いた時点で変形して変形した部分の角が少し割れたが、部分的に層状のうろこ状に剥がれるような割れ方であるので、割れた部分の切断面は鋭利ではなかった。
Claims (19)
- 繊維強化樹脂成形体に用いられる繊維強化樹脂材料であって、
熱可塑性樹脂と一方向に配列された強化繊維の束とを含み、
前記熱可塑性樹脂が反応型樹脂であり、
前記繊維強化樹脂材料の長さが5〜500mmであり、
前記繊維強化樹脂材料の厚みが0.3mm以上であり、
前記強化繊維の束の内部にまで前記熱可塑性樹脂が浸透している
繊維強化樹脂材料。 - 前記熱可塑性樹脂がエポキシ樹脂である請求項1記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記強化繊維が炭素繊維である請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記繊維強化樹脂材料の厚みが0.38mm以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記繊維強化樹脂材料の幅が1mm以上10mm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記繊維強化樹脂材料の幅が300mm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記繊維強化樹脂材料の幅を1とした場合、前記繊維強化樹脂材料の繊維軸方向の長さが1.5以上、50.0以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記熱可塑性樹脂のガラス転移点が90〜200℃である請求項1〜7のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記強化繊維の束を構成する強化繊維の単繊維の本数が1000本以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記強化繊維の束が開繊されている請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記強化繊維の束が開繊されていない請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 繊維体積含有率(Vf値)が20〜70%である請求項1〜11のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 前記繊維強化樹脂材料の形状が、シート状、テープ状、柱状、紐状、粒状、又は、チップ状である請求項1〜12のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料を用いて得られた繊維強化樹脂成形体。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂材料を加熱及び加圧して成形してなる繊維強化樹脂成形体。
- 前記繊維強化樹脂材料に含まれる強化繊維の束は、短冊状であり、
当該繊維強化樹脂成形体は、前記短冊状の強化繊維の束が3次元にランダムに積層された積層構造を有する
請求項14または15に記載の繊維強化樹脂成形体。 - 繊維体積含有率(Vf値)が20〜70%である請求項14〜16のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂成形体。
- 繊維強化樹脂成形体に用いられる繊維強化樹脂材料の製造方法であって、
一方向に配列された強化繊維の束に、反応型の熱可塑性樹脂及び当該熱可塑性樹脂を溶解及び/又は分散するための溶剤を含む熱可塑性樹脂溶液を付与した後、乾燥及び/又は熱処理を行い、
前記繊維強化樹脂材料の長さが5〜500mmであり、
前記繊維強化樹脂材料の厚みが0.3mm以上であり、
前記強化繊維の束の内部にまで前記熱可塑性樹脂が浸透している
繊維強化樹脂材料の製造方法。 - 前記熱可塑性樹脂溶液の粘度が、5〜1000mPa・sである請求項18に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
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