JPH0347293B2 - - Google Patents

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JPH0347293B2
JPH0347293B2 JP60055517A JP5551785A JPH0347293B2 JP H0347293 B2 JPH0347293 B2 JP H0347293B2 JP 60055517 A JP60055517 A JP 60055517A JP 5551785 A JP5551785 A JP 5551785A JP H0347293 B2 JPH0347293 B2 JP H0347293B2
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JP
Japan
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molding
molding material
inorganic filler
thermosetting resin
molded product
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JP60055517A
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JPS61213225A (ja
Inventor
Minoru Adachi
Takashi Kizawa
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ADACHI SHIN SANGYO KK
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ADACHI SHIN SANGYO KK
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Description

【発明の詳細な説明】
<産業上の利用分野> 本発明は、エポキシ樹脂やビニルエステル系等
の不飽和ポリエステル樹脂で代表される熱硬化性
樹脂のもつ優れた機械的性質、電気的性質、寸法
安定性、耐熱性、耐薬品性などの諸特性を活かし
て、電気機器、車両及び航空機部品、船舶機器部
品、スポーツ・レジヤー用品などの各分野で広く
使用されている複合成形材料で、詳しくは熱硬化
性樹脂と炭素繊維並びに無機充填剤を主要材料と
し、これらを均一又は略均一に混合してなる炭素
繊維強化熱硬化性樹脂成形材料に関する。 <従来の技術> この種の複合成形材料として従来から実用に供
されているものに、 (1) ガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂と無機
充填剤並びに熱可塑性樹脂の粉末を主要材料と
し、これを均一又は略均一に混合してなる成形
材料、 (2) 炭素繊維とフエノール樹脂とを主要材料と
し、これらを均一又は略均一に混合してなる成
形材料、 (3) 繊維長6mm乃至25mmの炭素繊維と熱硬化性樹
脂とを主要材料とし、これらをパルク状又はシ
ート状にしたもの、例えば特公昭55−38976号
公報に開示されている如く、平均繊維長10mm以
下の炭素繊維の存在下にポリエステル樹脂重合
を行い製造された複合材料等が知られている。 <発明が解決しようとする問題点> 然し乍ら、上記従来の各成形材料による場合
は、それらによる成形品において各々次のような
欠点を有していた。 即ち、(1)の成形材料による場合は、成形時の流
動性を保持する上でガラス繊維の上限含有率が重
量百分率において35パーセント以下に制約される
ばかりでなく、成形収縮を改善する、つまり、硬
化収縮を小さくするために例えばポリエチレン粉
末などの熱可塑性樹脂の粉末を添加しているの
で、温度や圧力などの成形条件の相違によつて成
形品の寸法にばらつきを生じ易い。 更に、成形時の材料の流動状況によつてガラス
繊維の配向性が異なり、それに起因して成形収縮
量が方向により差異を生じ、成形品が歪、変形し
易い欠点がある。 (2)の成形材料による場合は、成形収縮率が小さ
い反面、硬化時に水分を発生し易く、この水分の
影響で成形品の寸法にばらつきを生じ、複雑な形
状、精密品の成形材料としては不適であり、用途
範囲が非常に狭い欠点がある。 (3)の成形材料による場合は、例えば繊維長が6
mm乃至25mmの炭素繊維を40乃至60%含有させた成
形材料、或は前記公報における如く10mm以下の炭
素繊維を5〜95重量%含有させたものでは成形収
縮が非常に小さくなるが、反面、繊維長が大きい
ため成形時の流動性に伴なう繊維の配向により、
成形収縮に方向性が生じて成形品が変形するばか
りでなく、成形品表面が粗になり、表面平滑性に
欠け、また小物の肉薄成形が不能であり、寸法精
度の面でも高い成形品を得ることができない欠点
がある。 以上の如く従来から実用に供されている成形材
料は何れのものも、近年頓みに脚光を浴び、将来
にわたつてその進歩に著しい期待が寄せられてい
る電子産業やオートメーシヨン機器分野、光関連
分野等で使用する各種デパイス、精密部品など寸
法精度、表面平滑性に対する要求度の高い成形品
には適さず、それだけ用途範囲の狭い材料であつ
た。 <問題点を解決するための手段> 本発明はかかる実情に鑑み、主要材料の配合比
並びに、それら材料の性状選定に鋭意研究を重
ね、成形品の寸法安定性および表面平滑性を著し
く改善することができる熱硬化性樹脂成形材料を
提供する点に目的を有するものであり、この目的
を達成するために本発明に係る熱硬化性樹脂成形
材料は、熱硬化性樹脂に均一又は略均一に混合す
べき炭素繊維として0.02mm乃至1mmの繊維長のも
のを使用し、かつ無機充填剤として50μm以下の
粒径のものを使用するとともに、これら炭素繊維
及び無機充填剤の配合比が重量百分率で35乃至65
パーセント及び3乃至35パーセントとした点に特
徴を有するものである。 上記の如き特徴を有する本発明に係る成形材料
の基本的な技術思想は、炭素繊維の含有率を非常
に高くすることによつて、加熱加圧成形時に繊維
と繊維との間に熱硬化性樹脂と無機充填剤とを充
填させて成形品の成形収縮率を小さくすること
と、炭素繊維を高含有することに伴なつて生じる
流動性を低下を無機充填剤の混入によつて抑制
し、適度な粘性を与えて流動性を適正化すること
と、繊維長が0.02mm乃至1mmの炭素繊維を用いる
ことによつて成形収縮率を小さくしながら繊維の
配向に伴なう成形収縮の方向性をなくすこと並び
に、粒径が50μm以下の無機充填剤を用いること
によつて成形時の流動性を適正に保ちつつ、成形
品の表面平滑性を良くする点にあり、以下これら
各点に関して本発明者らが考察し究明した事項に
ついて仔細に詳述する。 即ち、炭素繊維は熱膨張係数がPAN係で−0.1
×10-6/℃、ピツチ系で5×10-6/℃、と極めて
小さく、熱硬化性樹脂のように成形温度の高い材
料に高含有させることは成形収縮を抑制する上で
有効である。 然しながら、熱硬化性樹脂はその配合比に関係
なく硬化時に1乃至4パーセント程度の収縮を起
こすものであり、この硬化収縮によつて炭素繊維
と樹脂との間に内部応力が発生し、成形品の変形
や樹脂層に生じる細小クラツクにより成形品の強
度低下の原因になる。 本発明はこの点に鑑み、樹脂(30〜100×
10-6/℃)に比べて熱膨張係数が小さい(5〜8
×10-6/℃)無機充填剤を添加することによつて
熱硬化性樹脂の硬化収縮を小さくし、炭素繊維と
樹脂との間の内部応力の発生を緩和して成形品の
変形や強度低下を招くことなく、成形収縮を改善
できるのである。 また、本発明に使用する炭素繊維の平均繊維長
は0.02mm乃至1mmの間が最も良い。 つまり、平均繊維長が1mm以上の炭素繊維を使
用すると、成形時の流動によつて繊維の向きが一
方向に整列され、このような繊維の配向によつて
成形品の収縮の方向性が生じて変形を生じる。ま
た、平均繊維長が0.02mm以下の炭素繊維を使用す
ると、成形収縮の抑制効果が低い。 次に、本発明において使用する無機充填剤とし
ては、シリカ、カオリン、クレー、炭素カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、ドローマイト、水酸化カ
ルシウム、ウオロストナイト、硫酸バリウム等の
微粉末のほかに、モンモリロナイト、ヘクトライ
ト、バーキユライト、加水ハロイサイト、パイロ
フイライト等の粘土類、硫化タリウム等の硫化
物、りん酸水素ジルコニウム等のりん酸塩、オキ
シ塩化第二鉄等のハロゲン化物などで代表される
層状無機化合物等が考えられるが特に樹脂に対し
て優れた親和性を有し、成形時の流動性を保持し
つつかつ、成形品の強度を向上できる層状無機化
合物が好ましい。 また、無機充填剤としては、平均粒径が0.02μ
m乃至50μmのものが最も効果的である。 つまり、平均粒径が50μm以上のものを用いる
と、成形時の流動性が低下して成形性に悪影響を
及ぼすとともに、成形品の表面が粗になり、表面
平滑性にも欠ける。このことからみて、無機充填
剤としては、平均粒子径の小さいものほど好まし
く、粒子径が小さければ小さいほど実質面積が増
すので、それに比例して含有率も小さくなるが、
0.02μmよりも小さくしてもそれ以上の効果の向
上が認められない。 更に、炭素繊維の含有率については、重量百分
率で35乃至65パーセント、好ましくは40パーセン
ト以上65パーセント未満が良い。 つまり、炭素繊維を65パーセント以上含有させ
ると、成形時の金型内での流動性が低下し、特に
複雑な形状の成形品の成形が困難となり、また35
パーセント以下では成形収縮率が所期通り小さく
ならず、精密部品の成形には適用できないのであ
る。 <発明の効果> 以上詳述したように本発明は、炭素繊維の繊維
長及び無機充填剤の粒径といつた二つの主要材料
の性状選定、並びに熱硬化性樹脂を含む三つの主
要材料の配合比の選定によつて、成形時つまり硬
化時の樹脂の収縮による内部応力の発生を抑制し
て成形品の成形収縮率を、金型寸法に対して0.2
パーセント以下の小さいものにできるとともに、
成形品の変形やクラツクによる強度低下も殆んど
なく、しかも表面平滑性に優れている。加えて、
成形品の熱膨張係数は約1.3×10-5/℃位で通常
のプラスチツクに比べて極めて小さく、温度変化
による寸法変化も非常に小さくて成形品表面の面
精度と寸法安定性の面においても優れた効果があ
り、成形時の寸法精度の向上と相俟つて小物の肉
薄成形品や精密成形部品にも十分に適用できるの
である。 従つて、従来の、アルミダイカストなどのメタ
ル製品であつたものを、量産可能な成形品に置き
換えることができて、製作コストの大幅な低減並
びに製品重量の著しい軽量化が図れるといつた産
業上頗る貢献度の高い成形材料を提供できるに至
つたのである。 <実施例> 以下本発明の実施例を詳述する。
【表】 上記各材料を加温しながら均一混合したのち、
冷却粉砕した成形材料をトランスフアー成形によ
つて成形圧力600Kg/cm2、金型温度160℃で5分間
加熱して成形品を得た。
【表】 上記各材料を加温しながら均一混合したのち、
冷却粉砕した成形材料を、射出成形機によつて射
出圧力1500Kg/cm2で210℃の金型に射出し60秒加
熱して成形品を得た。
【表】 上記各材料の加温しながら均一混合した成形材
料をトランスフアー成形機によつて成形圧力600
Kg/cm2で160℃の金型に加圧注入し5分間加熱し
て成形品を得た。
【表】
【表】 上記各材料を加温しながら均一混合した成形材
料を実施例3と同一条件で成形し成形品を得た。 次に、本発明の上記各実施例と比較すべき従来
例を詳述する。
【表】 上記各材料を均一に混合した成形材料を実施例
3と同一条件で成形して成形品を得た。
【表】 上記各材料を加温しながら均一に混合した後、
冷却粉砕した成形材料をトランスフアー成形によ
つて成形圧力600Kg/cm2、金型温度160℃で5分間
加熱して成形品を得た。 従来例 3 一般に市販されている乾式不飽和ポリエステル
樹脂成形材料(ガラス繊維、平均繊維長3mmを20
%含む)を射出成形機によつて射出圧力1500Kg/
cm2で170℃の金型に射出し50秒間加熱して成形品
を得た。 以上掲げた本発明実施例1乃至4及び従来例
1、2、3による成形品評価を次表で示すが、こ
の評価に使用して成形品の形状及び金型の各部寸
法は第1図、第2図で示す通りである。 尚、成形品の測定寸法は成形材料の流れ方向と
それに対して直角方向とを1/1000mmまで測定した
ものであり、金型寸法に対する成形収縮率(パー
セント)で比較した結果を示す。
【表】 上記の成形品比較評価から明白なように、本発
明に係る成形材料による成形品は、絶対的に成形
収縮が非常に小さい上に、A、B、Hといつた三
次元方向での成形収縮率の差異が従来例のものに
比べて非常に小さい。因みに、従来例1の成形品
の成形収縮率の差異は、A:B:Hで1:17.5:
20.5であるのに対し、本発明の実施例2の成形品
では、A:B:Hで1:1.33:1.33である。この
ことは成形寸法精度が非常に高く、精密部品への
適用を裏付けるに十分な証明であり、またこれに
関連してトラスフアー成形や射出成形等といつた
量産化、それに伴なうコストダウンを実現できる
証明でもある。 尚、本明細書中の実施例2で記載したモンモリ
ロナイト複合体とは、硬化促進剤を層間に吸着さ
せた層状鉱物の1つで、含水アルミケイ酸塩の一
種でAl2O3・4siO2・nH2Oであり、別名がペント
ナイトである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は成形材料の評価のために用
いた成形品(金型)形状を示す平面図及び側面図
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 エポキシ樹脂とポリエステル樹脂とよりなる
    群から選ばれた熱硬化性樹脂と、所定繊維長の炭
    素繊維並びに所定粒径の無機充填剤とを主要材料
    とする成形材料において、前記炭素繊維の所定繊
    維長が0.02mm乃至1mmであり、無機充填剤の所定
    粒径が0.02μm以上かつ50μm如以下であつて、炭
    素繊維の配合比が重量百分率で35乃至65パーセン
    トで、無機充填剤の配合比が同じく3乃至35パー
    セントであると共に、これら各成分が加温下に均
    一混合ののち冷却粉砕されていることを特徴とす
    る熱硬化性樹脂成形材料。 2 前記無機充填剤がシリカ、カオリン、クレ
    ー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロー
    マイト、水酸化カルシウム、ウオラストナイト、
    硫酸バリウム等の微粉末から選ばれたものである
    特許請求の範囲第1項に記載の熱硬化性樹脂成形
    材料。 3 前記無機充填剤がモンモリロナイト、ヘクト
    ライト、バーミキユライト、加水ハロイサイト、
    パイロフイライト等の粘土類、硫化タリウム等の
    硫化物、りん酸水素ジルコニウム等のりん酸塩、
    オキシ塩化第2鉄等のハロゲン化物などで代表さ
    れる層状無機化合物群から選ばれたものである特
    許請求の範囲第1項に記載の熱硬化性樹脂成形材
    料。
JP5551785A 1985-03-18 1985-03-18 熱硬化性樹脂成形材料 Granted JPS61213225A (ja)

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US5679722A (en) * 1993-07-15 1997-10-21 Teijin Seiki Co., Ltd. Resin composition for production of a three-dimensional object by curing
EP3400257B1 (en) 2016-01-05 2020-10-21 Toyota Motor Europe Carbon fiber reinforced plastic material having high smoothness

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5538976A (en) * 1978-09-13 1980-03-18 Nippon Rutsubo Kk Recarburizer for iron manufacture and steel making

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