JP6804051B2 - 炭素繊維強化樹脂成形体及び該炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
そして、リブ形成用凹部を有する下型と上記リブ形成用凹部に対応する箇所に凸部を有する上型とを用いてシート状の繊維強化樹脂をプレスし、上型の凸部によってリブ形成用凹部内に繊維強化樹脂を押し込むことで、上記リブ形成用凹部内に繊維強化樹脂が充填されてリブを形成でき、作業性を向上できる旨が記載されている。
そして、少なくとも、プレスされた面の面内方向に立体複雑形状領域と略平板状領域とを有し、上記立体複雑形状領域が立体的な補強構造と偏肉部とを有し、該補強構造と該偏肉部とが連続しており、
上記混練材の所定温度における流動性が、上記立体複雑形状領域を形成した混練材よりも上記略平板状領域を形成した混練材が低く、
上記略平板状領域を形成した混練材の平均繊維長が、10mm以上100mm以下であり、
上記立体複雑形状領域を形成した混練材の平均繊維長が、以下の式(1)の範囲内で6.5mm以上略平板状領域を形成する混練材の平均繊維長未満を満たすことを特徴とする。
また、本発明の車両用フロアパネルは、熱可塑性樹脂と炭素繊維との混練材に由来する炭素繊維強化樹脂成形体で成る。
そして 少なくとも、立体複雑形状領域と略平板状領域とを有し、
上記立体複雑形状領域は、上記略平板状領域の一端から立ち上がり、該立体複雑形状領域の設けられた補強構造が、上記立ち上がる方向に延びており、
上記混練材の所定温度における流動性が、上記立体複雑形状領域を形成した混練材よりも上記略平板状領域を形成した混練材が低く、
上記略平板状領域を形成した混練材の平均繊維長が、10mm以上100mm以下であり、
上記立体複雑形状領域を形成した混練材の平均繊維長が、以下の式(1)の範囲内で6.5mm以上略平板状領域を形成する混練材の平均繊維長未満を満たすことを特徴とする。
平均繊維長(mm)≦50(mm)/アスペクト比 ・・・式(1)
但し、式(1)中、アスペクト比は、炭素繊維強化樹脂成形体に形成されたリブ高さ(mm)/リブ厚み(mm)又はボス高さ(mm)/ボス径(mm)であり、1を超え50以下を表わす。
そして、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含み所定温度における流動性が異なる複数の混練材を金型に配置しプレス成形する工程を有し、
上記金型が、面内方向に立体複雑形状領域と略平板状領域とを備え、
上記立体複雑形状領域が立体的な補強構造と偏肉部とを有し、該補強構造と該偏肉部とが連続したものであり、
上記立体複雑形状領域に配置する混練材の流動性が、上記略平板状領域に配置する混練材の流動性よりも低く、
上記略平板状領域を形成した混練材の平均繊維長が、10mm以上100mm以下であり、
上記立体複雑形状領域を形成した混練材の平均繊維長が、以下の式(1)の範囲内で6.5mm以上略平板状領域を形成する混練材の平均繊維長未満を満たすことを特徴とする。
また、本発明の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂成形体で成る車両用フロアパネルの製造方法である。
そして、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含み所定温度における流動性が異なる複数の混練材を金型に配置しプレス成形する工程を有し、
上記金型が、立体複雑形状領域と略平板状領域とを有し、
上記立体複雑形状領域は、上記略平板状領域の一端から立ち上がり、該立体複雑形状領域の設けられた補強構造が、上記立ち上がる方向に延びており、
上記立体複雑形状領域に配置する混練材の流動性が、上記略平板状領域に配置する混練材の流動性よりも低く、
上記略平板状領域を形成した混練材の平均繊維長が、10mm以上100mm以下であり、
上記立体複雑形状領域を形成した混練材の平均繊維長が、以下の式(1)の範囲内で6.5mm以上略平板状領域を形成する混練材の平均繊維長未満を満たすことを特徴とする。
平均繊維長(mm)≦50(mm)/アスペクト比 ・・・式(1)
但し、式(1)中、アスペクト比は、炭素繊維強化樹脂成形体に形成されたリブ高さ(mm)/リブ厚み(mm)又はボス高さ(mm)/ボス径(mm)であり、1を超え50以下を表わす。
上記炭素繊維強化樹脂成形体は、その外形方向に立体複雑形状領域と略平板状領域とを有する。
そして、上記立体複雑形状領域の炭素繊維強化樹脂が流動性の高い混練材に由来し、上記略平板状領域の炭素繊維強化樹脂が上記立体複雑形状領域の混練材よりも流動性が低いコンパウンドに由来するものである。
また、上記「略平板状領域」としては、例えば、上記補強形状や複雑な形状がなく、形状が急激な変化がない領域をいい、平板のみではなく曲面や成形性に影響を与えない範囲の小さな凹凸を有していてもよい。
また、その他のプレス圧がかかり易くコンパウンドが充填され易い領域には、成形性よりも材料の物性を優先して流動性が低いコンパウンドを用いて成形する。
したがって、炭素繊維の繊維含有量を大きく変えることはできず、CFRPの実用的な繊維含有量は50〜60重量%の範囲であることから、炭素繊維の繊維含有量によってコンパウンドの流動性を大きく変えることは困難である。
0.5(mm)≦平均繊維長(mm)≦50(mm)/アスペクト比 ・・・式(1)
但し、式(1)中、アスペクト比は、炭素繊維強化樹脂成形体に形成されたリブ高さ(mm)/リブ厚み(mm)又は ボス高さ(mm)/ボス径(mm)であり、1を超え50以下を表わす。
なお、本発明においてリブ又はボスの厚さとは、リブやボスを成形する金型の凹部の入口、すなわち開口部の厚さをいい、リブ又はボスの高さとは上記金型の凹部の深さをいう。
また、上記略平板状領域の炭素繊維の平均繊維長の上限は、炭素繊維強化樹脂成形体の略平板状領域を形成できれば特に制限はないが、実用的な上限は、100mm程度である。
具体的には、熱可塑性樹脂を溶融混合している2軸押し出し混練機内に、ボビンに巻かれた連続する長い炭素繊維をボビンから巻きだしながら連続して導入する。そして、熱可塑性樹脂と混練しながらスクリューのせん断力により炭素繊維を適度な長さに切断し、混練機から押し出すことで、所望の長さの炭素繊維を含むコンパウンドを連続して作製できる。
熱可塑性樹脂(ナイロン6)と炭素繊維を2軸押し出し混練機で溶融混練し、重量平均繊維長が6.5mmの炭素繊維を50重量%含む高流動コンパウンドAを得た。
高流動コンパウンドAを冷却固化したときのヤング率(E)は15GPaであった。
また、混練条件及び炭素繊維の供給量を変えて、重量平均繊維長が15mmの炭素繊維を60重量%含む高物性コンパウンドBを得た。
高物性コンパウンドBを冷却固化したときのヤング率(E)は32GPaであった。
図1に車両用フロアパネルの表側(乗員側)から見た斜視図、図2に車両用フロアパネルの裏面側から見た斜視図を示す。図1、2中、網掛けで示す領域が立体複雑形状領域1、白抜きで示す領域が略平板状領域2であり、11はリブ、12は偏肉部である。
この車両用フロアパネルのリブは高さが10mm、厚さが2mmであり、アスペクト比が5であった。
高流動コンパウンドAと高物性コンパウンドBを表1に示すように配置し、プレスして車両用フロアパネルを作製した。
高物性コンパウンドBのみを用いて車両用フロアパネルを作製した。
高流動コンパウンドAのみを用いて車両用フロアパネルを作製した。
上記実施例1、比較例1,2の車両用フロアパネルを図3に示すように切断し、2辺を固定して、図3中矢印で示す位置に150kgの荷重をかけてフロアパネル裏面側の撓み量を計測した。
評価結果を表1に示す。
11 リブ
12 偏肉部
2 略平板状領域
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂と炭素繊維との混練材に由来する炭素繊維強化樹脂成形体で成る車両用フロアパネルであって、
少なくとも、プレスされた面の面内方向に立体複雑形状領域と略平板状領域とを有し、
上記立体複雑形状領域が立体的な補強構造と偏肉部とを有し、該補強構造と該偏肉部とが連続しており、
上記混練材の所定温度における流動性が、上記立体複雑形状領域を形成した混練材よりも上記略平板状領域を形成した混練材が低く、
上記略平板状領域を形成した混練材の平均繊維長が、10mm以上100mm以下であり、
上記立体複雑形状領域を形成した混練材の平均繊維長が、以下の式(1)の範囲内で6.5mm以上略平板状領域を形成する混練材の平均繊維長未満を満たすことを特徴とする車両用フロアパネル。
平均繊維長(mm)≦50(mm)/アスペクト比 ・・・式(1)
但し、式(1)中、アスペクト比は、炭素繊維強化樹脂成形体に形成されたリブ高さ(mm)/リブ厚み(mm)又はボス高さ(mm)/ボス径(mm)であり、1を超え50以下を表わす。 - 上記補強構造が、プレスされた面に対して上記偏肉部とは反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用フロアパネル。
- 上記立体複雑形状領域を構成する熱可塑性樹脂の樹脂種と上記略平板状領域を構成する熱可塑性樹脂の樹脂種が同じであることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用フロアパネル。
- 熱可塑性樹脂と炭素繊維との混練材に由来する炭素繊維強化樹脂成形体で成る車両用フロアパネルであって、
少なくとも、立体複雑形状領域と略平板状領域とを有し、
上記立体複雑形状領域は、上記略平板状領域の一端から立ち上がり、該立体複雑形状領域の設けられた補強構造が、上記立ち上がる方向に延びており、
上記混練材の所定温度における流動性が、上記立体複雑形状領域を形成した混練材よりも上記略平板状領域を形成した混練材が低く、
上記略平板状領域を形成した混練材の平均繊維長が、10mm以上100mm以下であり、
上記立体複雑形状領域を形成した混練材の平均繊維長が、以下の式(1)の範囲内で6.5mm以上略平板状領域を形成する混練材の平均繊維長未満を満たすことを特徴とする車両用フロアパネル。
平均繊維長(mm)≦50(mm)/アスペクト比 ・・・式(1)
但し、式(1)中、アスペクト比は、炭素繊維強化樹脂成形体に形成されたリブ高さ(mm)/リブ厚み(mm)又はボス高さ(mm)/ボス径(mm)であり、1を超え50以下を表わす。 - 上記立体複雑形状領域を構成する熱可塑性樹脂の樹脂種と上記略平板状領域を構成する熱可塑性樹脂の樹脂種が同じであることを特徴とする請求項4に記載の車両用フロアパネル。
- 熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂成形体で成る上記請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の車両用フロアパネルの製造方法であって、
熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含み所定温度における流動性が異なる複数の混練材を金型に配置しプレス成形する工程を有し、
上記金型が、面内方向に立体複雑形状領域と略平板状領域とを備え、
上記立体複雑形状領域が立体的な補強構造と偏肉部とを有し、該補強構造と該偏肉部とが連続したものであり、
上記立体複雑形状領域に配置する混練材の流動性が、上記略平板状領域に配置する混練材の流動性よりも低いことを特徴とする車両用フロアパネルの製造方法。 - 熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂成形体で成る上記請求項4又は5に記載の車両用フロアパネルの製造方法であって、
熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含み所定温度における流動性が異なる複数の混練材を金型に配置しプレス成形する工程を有し、
上記金型が、立体複雑形状領域と略平板状領域とを有し、
上記立体複雑形状領域は、上記略平板状領域の一端から立ち上がり、該立体複雑形状領域の設けられた補強構造が、上記立ち上がる方向に延びており、
上記立体複雑形状領域に配置する混練材の流動性が、上記略平板状領域に配置する混練材の流動性よりも低いことを特徴とする車両用フロアパネルの製造方法。 - さらに、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを混練機内に導入し、熱可塑性樹脂を溶融混練すると共に上記炭素繊維を切断して上記混練材を得る工程を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の車両用フロアパネルの製造方法。
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