JP6715085B2

JP6715085B2 - 繊維強化樹脂成形品およびその製造方法

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Publication number: JP6715085B2
Application number: JP2016106267A
Authority: JP
Inventors: 大久保　洋志; 洋志大久保
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: JP2017210575A

Description

本発明は、繊維強化樹脂成形品およびその製造方法に関する。

従来から、複合材料の一種であるＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）を含んで構成される繊維強化樹脂成形品が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、プラスチック製自動車外板用部材に、熱硬化型エポキシ変性ポリエステル樹脂または二液ポリオール硬化型ポリウレタン樹脂７０〜８５重量％およびカーボンブラック１５〜３０重量％からなる密着用塗料を塗装し、その上に、ウェットオンウェット方式で、上記密着用塗料の樹脂と同じ樹脂５５〜７６重量％、サンディング性向上用顔料４〜１０重量％および塗膜補強用顔料２０〜３５重量％からなり且つ上記サンディング性向上用顔料に対する塗膜補強用顔料の比が３〜６であるサンディング用塗料を塗装し、乾燥後表面をサンディングして、その上に上塗塗装を行うことを特徴とするプラスチック製自動車外板の塗装方法が記載されている。

特公昭６３−３６６７号公報特開平６−８８９８７号公報

しかしながら、前述のプラスチック製自動車外板用部材では、表面を平滑にサンディングする作業に時間を要するため、作業効率が悪く、製造コストの増大を招くという問題がある。

そこで、本発明は、繊維強化樹脂成形品を成形する際に表面にヒケ（凹み）が発生することを抑制することにより、表面のサンディング作業を簡素化することのできる繊維強化樹脂成形品を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、繊維層と、繊維層表面の凹凸の凹部に形成され、微細粒子と短繊維とが混在する混在層と、繊維層および混在層に含浸されるマトリックス樹脂と、を備える繊維強化樹脂成形品である。凹部における単位体積当たりのマトリックス樹脂の量は、凹凸の凸部における単位体積当たりのマトリックス樹脂の量よりも少ない。

本発明の第２の態様は、繊維強化樹脂成形品の製造方法である。この製造方法は、繊維層の表面に微細粒子を配置する工程と、成形型の内表面に短繊維を起立させて配置する工程と、繊維層の表面と成形型の内表面とを押し付けて、成形型の内表面に起立させて配置した短繊維によって微細粒子を繊維層表面の凹凸の凹部に掻き集める工程と、繊維層、微細粒子および短繊維にマトリックス樹脂を含浸させる工程と、を備える。

本発明によれば、繊維強化樹脂成形品を成形する際に表面にヒケが発生することを抑制することにより、繊維強化樹脂成形品の表面を削る作業を簡素化することができる。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の表層を拡大して示す断面図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品を、図１から図４に基づいて説明する。なお、図中、繊維層は表面の凹凸を強調して示し、表面以外の部分については図示を省略している。

繊維強化樹脂成形品１０は、例えば、フード（ボンネット）、ドアパネル、バンパー、トランクリッド、リアゲート、フェンダパネル、サイドボディパネル、ルーフパネルなど車両用構成部材に適用することができる。また、繊維強化樹脂成形品１０は、車両用構成部材に限定されず、各種構成部材に適用することが可能である。

図１に示すように、繊維強化樹脂成形品１０は、繊維の束により構成される繊維層１２と、繊維層１２表面の凹凸の凹部１３に形成され、微細粒子１５と短繊維１６とが混在する混在層１７と、繊維層１２および混在層１７に含浸されるマトリックス樹脂１９と、を備える。

繊維層１２を構成する繊維は、特に限定されず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維など、種々の繊維を用いることができる。また、炭素繊維としては、特に限定されず、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維を用いることができる。

繊維層１２の形態は、特に限定されず、織物や一方向シートなどを採用することが可能である。繊維層１２は、その表面に微細な凹凸を有しており、繊維層１２の面内方向（面と平行な方向）に凹部１３と凸部１４とが繰り返し形成される。凹部１３の最大深さは、例えば０．３ｍｍ程度である。

マトリックス樹脂１９は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂など公知の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。

微細粒子１５は、マトリックス樹脂１９よりも熱収縮しにくい材料により形成される。また、微細粒子１５は、繊維層１２に静電気により付着するものである。微細粒子１５の粒子径は、凹部１３の最大深さよりも小さい。微細粒子１５は、例えば、炭素粒子（カーボンブラック）を用いることができる。

短繊維１６は、マトリックス樹脂１９よりも熱収縮しにくい材料により形成される。また、短繊維１６は、後述する成形型２２に静電気により付着するものである。短繊維１６の長さは、凹部１３の最大深さよりも小さい。短繊維１６は、例えば、炭素繊維を用いることができる。

凹部１３（図１に符号２０で示す箇所）における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量（樹脂量）は、凸部１４先端よりも繊維層１２の面外方向外側（図１に符号２１で示す箇所）における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量よりも少ない。すなわち、凹部１３における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量は、凸部１４における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量よりも少ない。換言すると、凹部１３におけるマトリックス樹脂１９中の微細粒子１５および短繊維１６の含有量は、凸部１４におけるマトリックス樹脂１９中の微細粒子１５および短繊維１６の含有量よりも多い。凹部１３におけるマトリックス樹脂１９中の微細粒子１５および短繊維１６の含有量は、例えば１５重量％〜３０重量％程度である。

次に、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０の製造方法を説明する。

繊維強化樹脂成形品１０を製造する方法には、例えばＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形を用いることができる。

［ＲＴＭ成形の場合］
１．プリ成型
繊維層１２をプリ成型用の成形型２２内に入れて、プリ成形品２４を成型する。

まず、図２に示すように、微細粒子１５を静電気によって繊維層１２の表面に付着させる。微細粒子１５を静電気によって繊維層１２の表面に付着させることにより、微細粒子１５を繊維層１２表面に凹凸に倣ってほぼ均一に配置することができる。微細粒子１５を静電気によって繊維層１２の表面に付着させた状態で、バインダにより微細粒子１５を繊維層１２に仮固着する。すなわち、繊維層１２の表面または微細粒子１５にバインダを付加しておく。

その一方で、短繊維１６を静電気によって成形型２２の内表面に付着させる。短繊維１６を静電気によって成形型２２の表面に付着させることにより、短繊維１６を成形型２２の内表面に起立させて配置することができる。また、短繊維１６を成形型２２の内表面にほぼ均一に配置することができる。

そして、繊維層１２を成形型２２内に入れ、成形型２２内で繊維層１２を押し固める。

成形型２２内で繊維層１２を押し固める際に、成形型２２の内表面に起立させて配置した短繊維１６によって微細粒子１５が凹部１３に掻き集められ、さらに、短繊維１６が繊維層１２側に移動される。これにより、微細粒子１５および短繊維１６によって凹部１３がほぼ埋まり、凹部１３内の空隙が減少する。このため、繊維層１２表面の凹凸が平坦化される。

図３Ａに示すように、繊維層１２の表面と成形型２２の内表面とを近づけていき、繊維層１２の表面と成形型２２の内表面とを押し付ける。図３Ｂに示すように、繊維層１２表面の凹凸の凸部１４に対向する短繊維１６が凹部１３の方向に倒れ、その際に、微細粒子１５が凹部１３内に掻き出されて移動する。また、バインダの固着力によって短繊維１６が繊維層１２側に移動する。

成形型２２内で繊維層１２を押し固めた後に、プリ成形品２４を成形型２２から取り出し、バインダにより微細粒子１５および短繊維１６を繊維層１２に固着する。すなわち、微細粒子１５および短繊維１６にバインダを付加する。

２．本成型
プリ成形品２４を本成型用の成形型２５内に入れて、繊維強化樹脂成形品１０を成型する。

まず、図４Ａに示すように、プリ成形品２４を成形型２５内に入れ、図４Ｂに示すように、型締めを行う。

そして、図４Ｃに示すように、樹脂注入口からマトリックス樹脂１９を成形型２５内に注入し、プリ成形品２４にマトリックス樹脂１９を含浸させる。

図４Ｄに示すように、マトリックス樹脂１９の硬化後に、繊維強化樹脂成形品１０を成形型２５から取り出す。

凹部１３が微細粒子１５および短繊維１６によりほぼ埋められていることから、凹部１３における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量が減少し、凹部１３におけるマトリックス樹脂１９の熱収縮量が低減する。このため、繊維強化樹脂成形品１０の表面の凹凸を低減することができる。

マトリックス樹脂１９の熱収縮による繊維強化樹脂成形品１０の表面の凹み量を０．０３ｍｍ程度とすれば、塗装による繊維強化樹脂成形品１０の表面の平滑性は十分に得られる。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０は、繊維の束により構成される繊維層１２と、繊維層１２表面の凹凸の凹部１３に形成され、微細粒子１５と短繊維１６とが混在する混在層１７と、繊維層１２および混在層１７に含浸されるマトリックス樹脂１９と、を備える。凹部１３における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量は、凹凸の凸部１４における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量よりも少ない。

凹部１３が微細粒子１５および短繊維１６により埋められることから、凹部１３における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量が減少し、凹部１３におけるマトリックス樹脂１９の熱収縮量が低減する。このため、繊維強化樹脂成形品１０を成形する際に表面にヒケが発生することを抑制することにより、繊維強化樹脂成形品１０の表面を削る作業を簡素化することができる。

（２）微細粒子１５の粒子径は、凹部１３の最大深さよりも小さい。

このようにすることにより、微細粒子１５により凹部１３内だけを埋めることができ、凸部１４における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量は減少させることなく、凹部１３における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量を減少させることが可能である。

（３）本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０の製造方法は、繊維層１２の表面に微細粒子１５を配置する工程と、成形型２２の内表面に短繊維１６を起立させて配置する工程と、繊維層１２の表面と成形型２２の内表面とを押し付けて、成形型２２の内表面に起立させて配置した短繊維１６によって微細粒子１５を凹部１３に掻き集める工程と、繊維層１２、微細粒子１５および短繊維１６にマトリックス樹脂１９を含浸させる工程と、を備える。

凹部１３を微細粒子１５および短繊維１６により埋められることから、凹部１３における単位体積当たりのマトリックス樹脂１９の量が減少し、凹部１３におけるマトリックス樹脂１９の熱収縮量が低減する。このため、繊維強化樹脂成形品１０を成形する際に表面にヒケが発生することを抑制することにより、繊維強化樹脂成形品１０の表面を削る作業を簡素化することができる。

（４）微細粒子１５は、マトリックス樹脂１９よりも熱収縮しにくい材料により形成される。

このようにすることにより、繊維強化樹脂成形品１０の成型時に繊維層１２を加圧や加熱した際に、凹部１３内の微細粒子１５が熱収縮してしまうことを抑制することができる。

（５）微細粒子１５を静電気によって繊維層１２の表面に付着させることにより、繊維層１２の表面に微細粒子１５を配置する。

このようにすることにより、微細粒子１５を繊維層１２表面に凹凸に倣ってほぼ均一に配置することが可能であり、また、重力の影響を受けることなく、微細粒子１５を繊維層１２の下面や側面にも配置することが可能である。

（６）短繊維１６を静電気によって成形型２２の内表面に付着させることにより、成形型２２の内表面に短繊維１６を起立させて配置する。

このようにすることにより、短繊維１６を成形型２２の内表面にほぼ均一に配置することが可能であり、また、重力の影響を受けることなく、短繊維１６を成形型２２の下面や側面にも配置することが可能である。

（７）繊維層１２の表面または微細粒子１５にバインダを付加しておき、繊維層１２の表面と成形型２２の内表面とを押し付けたときに、バインダの固着力によって短繊維１６を繊維層１２側に移動させる。

このようにすることにより、微細粒子１５だけでなく、短繊維１６によっても凹部１３内を埋めることができ、マトリックス樹脂１９の熱収縮による繊維強化樹脂成形品１０の表面の凹み量を減らすことが可能である。

ところで、本発明の繊維強化樹脂成形品およびその製造方法は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

例えば、前述の実施形態では、繊維強化樹脂成形品の上下一対の表層のうち、一方のみに「混在層」を形成する例を示したが、これに限定されず、上下一対の表層の両方に「混在層」を形成するようにしてもよい。

１０繊維強化樹脂成形品
１２繊維層
１３凹部
１４凸部
１５微細粒子
１６短繊維
１７混在層
１９マトリックス樹脂
２２プリ成型用の成形型

Claims

繊維の束により構成される繊維層と、前記繊維層表面の凹凸の凹部に形成され、微細粒子と短繊維とが混在する混在層と、前記繊維層および前記混在層に含浸されるマトリックス樹脂と、を備え、前記凹部における単位体積当たりの前記マトリックス樹脂の量は、前記凹凸の凸部における単位体積当たりの前記マトリックス樹脂の量よりも少ない繊維強化樹脂成形品を製造する方法であって、
前記繊維層の表面に前記微細粒子を配置する工程と、
成形型の内表面に前記短繊維を起立させて配置する工程と、
前記繊維層の表面と前記成形型の内表面とを押し付けて、前記成形型の内表面に起立させて配置した前記短繊維によって前記微細粒子を前記凹部に掻き集める工程と、
前記繊維層、前記微細粒子および前記短繊維に前記マトリックス樹脂を含浸させる工程と、を備える
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
前記微細粒子は、前記マトリックス樹脂よりも熱収縮しにくい材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
前記微細粒子を静電気によって前記繊維層の表面に付着させることにより、前記繊維層の表面に前記微細粒子を配置することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
前記短繊維を静電気によって前記成形型の内表面に付着させることにより、前記成形型の内表面に前記短繊維を起立させて配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
前記繊維層の表面または前記微細粒子にバインダを付加しておき、前記繊維層の表面と前記成形型の内表面とを押し付けたときに、前記バインダの固着力によって前記短繊維を前記繊維層側に移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。