JP6928200B1 - 繊維強化樹脂物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形が行われる3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程による3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱は、前記3Dプリント造形物を加熱する加熱装置と前記3Dプリント造形物とが非接触で行われる
方法を提案する。
繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形が行われる3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程による3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱は誘導加熱による
方法を提案する。
繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形が行われる3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程による3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱は赤外線照射による
方法を提案する。
繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形が行われる3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程による3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱はレーザー照射による
方法を提案する。
繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形が行われる3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程による3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱はマイクロ波照射による
方法を提案する。
要件A:前記3Dプリント造形物は平板状物
要件B:厚さが1.5cm以下
要件C:1≦{(厚さが最も厚い個所の厚さ)/(厚さが最も薄い個所の厚さ)}≦2
赤外線照射方式に拠る場合、照射面と厚みの比率が20〜500(単位はmm)の場合、加熱時における温度ムラが少なかった。
赤外線照射方式が採用された場合は、前記繊維が導電性繊維でなければならない要件は不要である。強化用途に用いられる繊維ならば如何なる繊維でも良い。前記繊維の選択の自由度が高い。
要件D:記3Dプリント造形物は立体形状物
要件E:前記立体形状物は最大厚さが1.5cm以上の部分を有する
要件F:2≦{(厚さが最も厚い個所の厚さ)/(厚さが最も薄い個所の厚さ)
前記立体形状物の一例として、断面が略L字形状物、略H字形状物、或いは略T字形状物、又は略凸形状物が挙げられる。勿論、前記形状が一部に存在する物であっても良い。前記「厚さが最も厚い個所の厚さ」は、前記断面略L字形状の場合には、垂直方向部分(|)の長さである。前記「厚さが最も薄い個所の厚さ」は、前記断面略L字形状の場合には、水平方向部分(−)の厚さである。前記の如きの形状物の場合、レーザー照射方式の採用は前記赤外線照射方式の採用よりも好ましかった。
照射面の厚みの最大値と最小値との比が5〜40の場合、及び/又は、照射面と最大厚みとの比が5〜40(単位はmm)の場合、レーザー照射装置の採用が好ましかった。
レーザー照射方式が採用された場合は、前記繊維が導電性繊維でなければならない要件は不要である。強化用途に用いられる繊維ならば如何なる繊維でも良い。前記繊維の選択の自由度が高い。
要件G:前記3Dプリント造形物は立体形状物
要件H:前記立体形状物は突起部(例えば、鋭角状の突起部(例えば、端縁に鋭角状の突起部))を有する
鋭角状突起部を有する立体形状物としては、例えば歯車形状物が挙げられる。前記鋭角状突起部は、図4からも判る通り、鋭角状突起部の先端部が欠けた形状の場合も含まれる。
マイクロ波照射方式が採用された場合は、前記繊維が導電性繊維でなければならない要件は不要である。強化用途に用いられる繊維ならば如何なる繊維でも良い。前記繊維の選択の自由度が高い。
構成材料として、繊維強化プラスチックではなく、プラスチックのみ(非強化プラスチック)が用いられた場合、前記加圧工程がない場合と、前記加圧工程が追加された場合とで、付加製造技術製品の機械的特性に大きな差は認められなかった。
ところが、繊維強化プラスチック製品の場合には、加圧工程の有無によって、製品の機械的特性に大きな差が認められた。
本発明者は、機械的強度が向上した理由を次のように考えている。付加製造技術で得られた繊維強化プラスチック製品は、ボイド(気泡)が、内部に出来ている。前記ボイドの発生は繊維に起因したと考えられる。前記ボイドの存在によって、製品の機械的強度の向上度が低かったと考えられた。ところが、付加製造技術工程後の製品が加圧(特に、加熱・加圧)された場合、前記ボイドが減少(或いは、消滅)し、機械的強度の向上が得られたと考えられた。
樹脂(熱可塑性樹脂)としてXD10(三菱ガス化学(株)製)が用いられた。前記XD10は次のようにして得られた。反応容器(撹拌機、分縮器、全縮器、温度計、滴下ロート、窒素導入管、及びストランドダイを具備)内に、セバシン酸(伊藤製油(株)製TAグレード)10kg(49.4mol)、及び酢酸ナトリウム/次亜リン酸ナトリウム・一水和物(モル比=1/1.5)11.66gが入れられた。窒素置換が十分に行われた。この後、少量の窒素気流下で、系内が撹搾されながら、加熱溶融(〜170℃)が行われた。混合キシリレンジアミン6.647kg(メタキシリレンジアミン34.16mol、パラキシリレンジアミン14.64mol、三菱ガス化学(株)製)が溶融したセバシン酸に攪拌下で滴下された。生成する縮合水を系外に排出しながら、2.5時間掛けて、240℃まで昇温した。滴下終了後、内温を上昇させ、250℃に達した時点で反応容器内が減圧された。更に内温を上昇させて255℃で20分間、溶融重縮合反応が継続された。この後、系内が窒素で加圧された。得られた重合物がストランドダイから取り出され、ペレット化が行われた。これにより、ポリアミド樹脂XD10が得られた。前記ポリアミド樹脂XD10の融点は213℃であった。数平均分子量は15400であった。前記XDが真空乾燥機で乾燥された。この乾燥XDが、単軸押出機(30mmφのスクリューを有する)で、溶融押出された。Tダイ(500mm幅)による押出成形が行われた。対ロール(ステンレス製、表面は凹凸状シボ、ロール温度70℃、ロール圧0.4MPa)によりフィルムが得られた。このフィルムは表面にシボを有していた。前記フィルムの端部がスリットされた。キャストフィルム(厚み20μm、500mm幅)が得られた。
前記実施例1において、加熱・加圧工程が省略された以外は、同様に行われた。
前記実施例1において、前記炭素繊維が用いられなかった以外は、同様に行われた。
前記実施例1において、前記炭素繊維が用いられず、かつ、加熱・加圧工程が省略された以外は、同様に行われた。
前記図1の3Dプリント造形物が金型に入れられた。前記高周波電磁誘導加熱装置による加熱が前記3Dプリント造形物に対しては行われなかった。前記金型が加熱された。前記3Dプリント造形物の温度は300℃であった。この後、前記サーボプレス装置が用いられ、加圧(温度:300℃、圧力:10MPa、時間:10秒)が行われた。
表−2
前記実施例1に準じて行われた。3Dプリント造形物(環状体(図2参照)。外径(直径):30cm。内径(直径):25cm。厚さ:1mm。)が、金型に入れられる前に、赤外線ヒーター(ヘレウス株式会社製)によって、300℃に加熱された。この後、前記サーボプレス装置が用いられ、加圧(温度:300℃、圧力:10MPa、時間:10秒)が行われた。
前記実施例1に準じて行われた。3Dプリント造形物(断面凸形状体(図3参照)。水平な底面板部の幅:1.5cm。奥行方向の長さ:2cm。厚さ:3mm。底面板部の下面から垂直板部の上端面までの高さ:2cm。)が得られた。前記図3の製品(3Dプリント造形物)が、金型に入れられる前に、レーザー照射モジュール(Ningbo Xinrui Laser Technology Co.,Ltd.製)によって、300℃に加熱された。この後、前記サーボプレス装置が用いられ、加圧(温度:300℃、圧力:10MPa、時間:10秒)が行われた。
前記実施例1に準じて行われた。3Dプリント造形物(歯車形状部材(図4参照)が得られた。前記図4の製品(3Dプリント造形物)が、金型に入れられる前に、マイクロ波照射装置(ミクロ電子株式会社製)が用いられて、300℃に加熱された。この後、前記サーボプレス装置が用いられ、加圧(温度:300℃、圧力:10MPa、時間:10秒)が行われた。
上記実施例では熱可塑性樹脂が用いられた例であった。前記熱可塑性樹脂の代わりにシアネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製開発品、TA-1500、25℃で固体状の熱硬化性樹脂)が用いられて、前記の場合と同様に行われた。但し、前記加熱手段(高周波電磁誘導装置など)による加熱温度は230℃であった。熱硬化性樹脂が用いられた本例では、金型は、予め、前記熱硬化性樹脂の硬化温度(180℃)に加熱されていた。熱硬化性樹脂が用いられた本例の場合も同様な傾向が確認できた。
前記熱可塑性樹脂の代わりにベンゾオキサジン樹脂(四国化成工業株式会社製、製品名P−d型ベンゾオキサジン)が用いられて、付加製造技術が実施された。その際、巻き取られている前記複合材は加熱によって巻癖が解除されながら巻き出された。それ以外は前記の場合と同様に行われた。但し、前記加熱手段(高周波電磁誘導装置など)による加熱温度は210℃であった。熱硬化性樹脂が用いられた本例では、金型は、予め、前記熱硬化性樹脂の硬化温度(175℃)に加熱されていた。熱硬化性樹脂が用いられた本例の場合も同様な傾向が確認できた。
前記熱可塑性樹脂の代わりにフェノール樹脂(アイカ工業株式会社製、製品名BRM−416T)が用いられて、同様に行われた。但し、前記加熱手段(高周波電磁誘導装置など)による加熱温度は190℃であった。熱硬化性樹脂が用いられた本例では、金型は、予め、前記熱硬化性樹脂の硬化温度(160℃)に加熱されていた。熱硬化性樹脂が用いられた本例の場合も同様な傾向が確認できた。
前記熱可塑性樹脂の代わりにフェノール樹脂(アイカ工業株式会社製、製品名BRM−416T)が用いられて、炭素繊維の割合が60体積%であった以外は実施例7と同様に行われた。熱硬化性樹脂が用いられた本例の場合も同様な傾向が確認できた。
Claims (17)
- 平均繊維長0.1m以上の繊維からなる繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形物を得る3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程に続いて3Dプリント造形物を加圧する加圧工程とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱は、前記3Dプリント造形物を加熱する加熱装置と前記3Dプリント造形物とが非接触で行われる
方法。 - 平均繊維長0.1m以上の繊維からなる繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形物を得る3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程に続いて3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱は誘導加熱による
方法。 - 平均繊維長0.1m以上の繊維からなる繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形物を得る3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程に続いて3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱は赤外線照射による
方法。 - 平均繊維長0.1m以上の繊維からなる繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形物を得る3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程に続いて3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱はレーザー照射による
方法。 - 平均繊維長0.1m以上の繊維からなる繊維強化樹脂物の製造方法であって、
繊維と樹脂とが用いられて3Dプリンターにより造形物を得る3Dプリンティング工程と、
前記3Dプリンティング工程に続いて3Dプリント造形物を加圧する加圧工程
とを具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度で行われる工程であり、
前記樹脂が軟化している温度への加熱はマイクロ波照射による
方法。 - 前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化している温度は(前記樹脂の軟化温度−100℃)〜(前記樹脂の軟化温度+300℃)である
請求項1〜請求項5いずれかの方法。 - 前記加熱が誘導加熱による場合、前記繊維は導電性繊維である
請求項1,2,6いずれかの方法。 - 前記加熱が赤外線照射による場合の3Dプリント造形物は、
厚さが1.5cm以下の平板状物であり、
1≦{(厚さが最も厚い個所の厚さ)/(厚さが最も薄い個所の厚さ)}≦2である
請求項1,3,6いずれかの方法。 - 前記加熱がレーザー照射による場合の3Dプリント造形物は、
最大厚さが1.5cm以上の部分を有する立体形状物であり、
2≦{(厚さが最も厚い個所の厚さ)/(厚さが最も薄い個所の厚さ)}である
請求項1,4,6いずれかの方法。 - 前記加熱がマイクロ波照射による場合の3Dプリント造形物は、
端縁に鋭角状突起部を有する立体形状物である
請求項1,5,6いずれかの方法。 - 前記樹脂が熱可塑性樹脂である
請求項1〜請求項10いずれかの方法。 - 前記樹脂が熱硬化性樹脂である
請求項1〜請求項10いずれかの方法。 - 前記繊維が炭素繊維である
請求項1〜請求項12いずれかの方法。 - 繊維長が3cm以上の繊維を含む
請求項1〜請求項13いずれかの方法。 - 前記3Dプリンターによる前記3Dプリント造形物が成形型のキャビティ内に位置して前記3Dプリント造形物および前記成形型と加熱装置とが非接触で前記3Dプリント造形物の樹脂が軟化する温度に加熱された3Dプリント造形物が前記キャビティ内で加圧される
請求項1〜請求項12いずれかの方法。 - 前記樹脂および繊維が用いられて3Dプリンターにより造形された3Dプリント造形物と、キャビティを有する成形型とを用意する準備工程を具備する
請求項1〜請求項15いずれかの方法。 - 試験片(長さ:100mm 幅:15mm 厚さ:2mm)の曲げ強度が1000MPa以上で、曲げ弾性率が80GPa以上の繊維強化樹脂物を製造する方法である
請求項1〜請求項16いずれかの方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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