JP6989352B2 - 炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法及び炭素繊維強化樹脂成形体の製造装置 - Google Patents
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Description
したがって、上記コンパウンドをプレスするだけのシンプルな成形が可能になり、CFRPのコストを下げることができる。
そして、上記製造方法によれば、リブが取り付けられた表面と反対側のパネル表面に生じ得るヒケが効果的に解消できる旨が記載されている。
また、コンパウンドを成形型に搬送、配置するためには、コンパウンドがある程度の自立性を有することが必要であり、混練機から取り出してから成形型に配置するまでの間、コンパウンドが外気にさらされて冷えるため、表面が不可避的に硬化してしまう。
また、コンパウンド表面の先に硬化した部分と、内部の後から硬化した部分との境界で屈折が生じ、流れるような形が幾重にも重なったり、練り込んだように見えるマーブル模様が発生する。
そして、上記混練材が、溶融混練されて内部が流動性を有し表面が硬化した混練材であり、プレス成形前に上記混練材に孔を形成する穿孔工程を有し、
上記孔が少なくとも混練材表面の硬化部分を貫通する複数の孔であることを特徴とする。
そして、上記搬送装置が、少なくともアームと該アームに設けられた保持部を有し、
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、内部が流動性を有し表面が硬化した混練材を上記搬送装置の保持部で持ち、上記プレス成形装置の成形型に配置してプレス成形するものであり、
上記保持部及び/又は成形型がスパイク状部材を備え、
上記スパイク状部材を混練材に刺し、少なくとも混練材表面の硬化部分を貫通する複数の孔を形成した後に、プレス成形するものであることを特徴とする。
上記製造方法は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、内部が流動性を有し表面が硬化した混練材をプレス成形して炭素繊維強化樹脂成形体を得る方法であり、プレス成形前に、少なくとも混練材表面の硬化部分を貫通する複数の孔を形成する穿孔工程を有する。
したがって、表面の硬化部分を、流動性が高いコンパウンド内に埋没させて覆い隠すことができ、上記外観不良の発生を防止することができる。
なお、通常の搬送によって生じる硬化部分の厚さは、0.5mm程度である。
意匠面はCFRPの表面形状を構成する面であり、需要者から見える面に穿孔することで、上記外観不良の発生を効率よく防止できる。
しかし、穿孔工程を成形型上で行う場合は、コンパウンド全体を貫通する孔を形成すためには、成形型にスパイク状部材の受けが必要となりコストが増加するため、成形型に配置したコンパウンドの厚さよりも若干浅いことが好ましい。
スパイク状部材が金属粒子の焼結体等、通気性を有する多孔質体であることで、スパイク状部材を介してコンパウンド内に含まれるガスを吸引し排除することができ、コンパウンド内のガスに起因する白化を防止することができる。
平均繊維長があまり長くなると炭素繊維が絡み合った凝集塊が表面に現れ易くなり外観を損なうことがある。また、平均繊維長が短すぎると成形体の機械的強度が低下し、射出成型材と同程度の強度しか得られなくなる。
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、所望の長さに調節された炭素繊維を含むコンパウンドを連続して作製できる。
上記製造装置は、図1に示すように、搬送装置1とプレス成形装置2とを備え、必要に応じて、上記スパイク状部材や成形型を加熱する図示しない加熱装置や、上記スパイク状部材を介してガスを吸引する図示しない吸引装置を有して成る。
そして、コンパウンド3を保持部12で保持し、アーム11を動かして成形型に配置する。
そして、図3に示すようにコンパウンド3に上記スパイク状部材Sを刺して持ち上げ、図4に示すように可動板121を移動させてコンパウンド3からスパイク状部材Sを抜いて成形型上に配置する。
そして、可動型22が固定型21に接近することで、図6に示すように、スパイク状部材Sがコンパウンド3に刺さって孔を形成し、さらに固定型21に接近すると、図7に示すように、スパイク状部材Sがスパイク挿入孔内に引っ込むため、スパイク状部材SによってCFRPの意匠面に孔が形成されることはない。
また、上記リターンピンRに代えて、上記スパイク状部材Sを油圧で駆動してもよい。スパイク状部材Sの駆動装置を別に設けることで、成形型の開閉と連動させずに、スパイクSの抜き刺しが可能になる。
ナイロン6(東洋紡社製:T860)を2軸混練押出機にて溶融させ、さらに溶融したナイロン6を2軸混練押出機に導き、そこへ炭素繊維(Zoltec社製:50K PX35)を引き入れ混練することでコンパウンドを得た。
そして、可動型200℃、固定型190℃、プレス圧7MPaの条件で2分間保持してCFRPを得た。
スパイク状部材を3mmの深さまで刺して複数の孔を形成する他は実施例1と同様にしてCFRPを得た。
スパイク状部材を5mmの深さまで刺して複数の孔を形成する他は実施例1と同様にしてCFRPを得た。
スパイク状部材を10mmの深さまで刺して複数の孔を形成する他は実施例1と同様にしてCFRPを得た。
スパイク状部材を刺さない他は実施例1と同様にしてCFRPを得た。
上記実施例1〜4及び比較例1のCFRPの外観を以下のように評価した。
評価結果を表1に示す。
JIS Z8730により、色差計を用いてCFRPの表面を10箇所測色し、以下の方法で成形した射出成形体を基準として色差(△E)を求めた。
上記実施例1〜4及び比較例1のCFRPの外観を観察し、流れるような形が幾重にも重なったり、練り込んだように見えるうねりやボイド等の成形不良の有無を目視確認した。
11 アーム
12 保持部
121 可動板
2 成形装置
21 固定型
22 可動型
23 プレート
3 コンパウンド
S スパイク状部材
R リターンピン
P パーティングライン面
Claims (11)
- 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む混練材をプレス成形する炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法であって、
上記混練材が、溶融混練されて内部が流動性を有し表面が硬化した混練材であり、
プレス成形前に上記混練材に複数の孔を形成する穿孔工程を有し、
上記孔が少なくとも上記混練材表面の硬化部分を貫通する孔であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。 - 上記穿孔工程が、規則的に配列した複数の孔を形成する処理であることを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。
- 少なくとも意匠面側を穿孔することを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。
- 上記穿孔工程を成形型上で行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。
- 上記混練材にスパイク状部材を刺して穿孔することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。
- 上記スパイク状部材が加熱されていることを特徴とする請求項5に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。
- 上記スパイク状部材が多孔質体であり、
上記スパイク状部材を介して上記混練材中のガスを排除することを特徴とする請求項5又は6に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。 - さらに、混練材作製工程を備え、
上記混練材作製工程が、混練機に連続炭素繊維と熱可塑性樹脂とを供給し、上記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、上記混練材を得る処理であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造方法。 - 搬送装置とプレス成形装置とを備え、
上記搬送装置が、少なくともアームと該アームに設けられた保持部を有し、
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、内部が流動性を有し表面が硬化した混練材を上記搬送装置の保持部で持ち、上記プレス成形装置の成形型に配置してプレス成形するものであり、
上記保持部及び/又は成形型がスパイク状部材を備え、
上記スパイク状部材を上記混練材に刺し、少なくとも上記混練材表面の硬化部分を貫通する孔を形成した後に、プレス成形するものであることを特徴とする炭素繊維強化樹脂成形体の製造装置。 - さらに、上記スパイク状部材を加熱する加熱装置を備えることを特徴とする請求項9に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造装置。
- 上記スパイク状部材が多孔質体であり、
さらに、上記スパイク状部材を介してガスを吸引する吸引装置を備えることを特徴とする請求項9又は10に記載の炭素繊維強化樹脂成形体の製造装置。
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