JPH05154900A - 曲面成形物及びその製造方法 - Google Patents

曲面成形物及びその製造方法

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JPH05154900A
JPH05154900A JP3349447A JP34944791A JPH05154900A JP H05154900 A JPH05154900 A JP H05154900A JP 3349447 A JP3349447 A JP 3349447A JP 34944791 A JP34944791 A JP 34944791A JP H05154900 A JPH05154900 A JP H05154900A
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JP
Japan
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fiber
curved surface
molded article
thermoplastic resin
fibers
Prior art date
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JP3349447A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Shibata
達也 柴田
Akira Goto
陽 後藤
Shigekazu Kimura
繁和 木村
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Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Publication date
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  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長繊維強化熱可塑性樹脂からなる、寸法精度
の高い曲面成形物を提供する。 【構成】 炭素繊維からなる長繊維織編物の間に耐熱性
の短繊維よりなるマット及び/又は不織布を積層し、こ
れに熱可塑性樹脂を含浸させて一体化した複合シート
を、所定の曲面形状を有する一対の金型に挟持して加熱
加圧することにより寸法精度の高い曲面成形物を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強化繊維と熱可塑性樹
脂とが一体化された曲面成形物及び該曲面成形物の製造
方法に関するものである。更に詳しくは上記の如き成形
物であって、その寸法精度、成形性、後加工性が改良さ
れた複合材料曲面成形物並びに該曲面成形物を生産性よ
く製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高い機械物性や、電気特性、電波特性等
が要求される曲面形状を有する複雑な形状の成形物は、
炭素繊維の長繊維織編物に熱硬化性樹脂を含浸させ半硬
化した、いわゆるプリプレグを、所定形状を有する型の
上に積層する方法(ハンドレイアップ法)によって製造
されている。また、炭素繊維の織編物やマットを型の中
にセットした後、熱硬化性の液状樹脂を注入し、反応硬
化させ成形物を得る方法(RTM法)も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、行われているハ
ンドレイアップ法では、強化繊維含有率の高い物性の優
れた成形物がかなり自由な形状で得られる半面、プリプ
レグの積層に多大な労力を有し、且つ、樹脂の硬化に伴
う収縮のため、寸法変化を生じ、得られる成形物形状は
型形状と微妙に異なるものとなる。このため、成形物に
高い寸法精度が要求される場合には、成形硬化後、形状
を修正する必要が生じるが、この段階ではすでに樹脂が
硬化しているので、もっぱら機械加工に頼らざるを得
ず、ここでも多大な労力を要する。
【0004】RTM法では、成形に要する労力はハンド
レイアップ法より改善されているものの、型内にセット
した織編物へ熱硬化性の液状樹脂を注入する関係上、成
形物中の強化繊維含有率は低くならざるを得ず、得られ
る成形物は物性的に劣った物となる。さらに樹脂の硬化
収縮に伴う寸法変化はハンドレイアップ法より大とな
り、高い寸法精度を持つ成形物を得ることは極めて困難
となる。
【0005】成形物における優れた寸法精度を実現する
目的で、使用する樹脂を硬化収縮を伴わない熱可塑性樹
脂に変更することは充分に考えられる。この場合、熱可
塑性樹脂の溶融粘度が高いため、RTM法による成形は
難しく、短繊維強化樹脂のインジェクション成形又はあ
らかじめ樹脂を含浸させた繊維強化シートのスタンピン
グ成形が実用的に採用し得る成形方法である。しかし、
前者の短繊維強化インジェクション法では成形時に強化
繊維の流動配向が生じ、成形物各部における熱収縮に差
異が生じるため、寸法精度の劣った成形物となる。一
方、後者の繊維強化シートのスタンピング法では、長繊
維織編物強化シートの場合、成形時のシートの変形が抑
制されるために、曲面を有する複雑形状物の成形は極め
て困難であって、実際上短繊維強化シートしか利用でき
ないこととなり、物性の劣った成形物しか得られない。
【0006】それ故、本発明の目的は、長繊維強化熱可
塑性樹脂からなる、優れた物性と成形性とを兼備した、
寸法精度の高い複合材料曲面成形物及びそれを工業的に
製造する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱可塑性
樹脂の優れた成形性に着目し、その問題点を解決すべ
く、種々研究を重ねた結果、炭素繊維の長繊維織編物の
間に耐熱性の短繊維より成るマット及び/又は不織布を
積層し、これに熱可塑性樹脂を含浸・一体化した複合シ
ートを使用することにより、成形性が向上し、所定の曲
面形状を有する一対の金型の間に該シートを供給し、加
熱・加圧することにより、物性の優れた曲面成形物を高
い寸法精度で効率的に製造できることを見い出し、本発
明を完成するに至った。
【0008】本発明に於て、炭素繊維の長繊維織編物と
しては、平織、綾織、朱子織、ニット、一方向引揃えス
テッチ材等が使用できるが、均一性、変形性の観点より
平織が最も好ましい。
【0009】本発明では、上記の織編物を少くとも2枚
用意し、耐熱性の短繊維マット/不織布を挟み込むよう
に該マット/不織布の上下に積層するが、この際、該織
編物の積層枚数はそれぞれ1枚に限定されず、上下対称
となるように複数枚ずつ積層してもかまわない。
【0010】本発明に於て、マット/不織布を構成する
耐熱性の短繊維としては、樹脂の含浸温度、成形温度で
熱的に溶融もしくは劣化しない材質の繊維を用いる必要
がある。含浸温度は、一般的に成形温度より高く、使用
する熱可塑性樹脂および含浸方法によって異なるが、通
常は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂のガラス転移点
(Tg)+(100〜200℃)の範囲内の温度であ
り、かような含浸温度に耐える繊維としては、例えば、
ガラス繊維等の無機繊維、ポリメタフェニレンイソフタ
ルアミド系繊維等のメタ系アラミド繊維、ポリパラフェ
ニレンテレフタルアミド系繊維等のパラ系アラミド繊
維、ポリアクリロニトリル繊維、セルロース繊維等が挙
げられ、就中「コーネックス」、「ノメックス」等の商
標名で知られるメタ系アラミド繊維が最も好ましい。こ
の理由は、定かではないが、メタ系アラミド繊維のもつ
優れた耐熱性とともに適度な柔軟性が成形性を向上させ
るためと考えられる。
【0011】耐熱性の短繊維からなるマット/不織布の
形態は構成繊維が適度な交絡を有するものが好ましく、
この観点からは、短繊維マットよりケン縮糸を使用した
不織布の方が好ましく、さらにはニードルパンチを施し
た物の方が好ましい。
【0012】これは、樹脂含浸において、不織布中の適
度な繊維間交絡が短繊維の流失を防止し、且つ繊維の絡
み合いにより生じる嵩高保持性が熱可塑性樹脂含浸シー
トの成形性を向上させるためである。
【0013】本発明に使用する熱可塑性樹脂としては、
市販されている全ての樹脂を使用することが可能である
が、特殊な用途を除いては、通常のエンジニアリングプ
ラスチックスを使用するのが、コスト、操作温度の両面
から好ましく、就中、ポリカーボネート、ナイロン6,
ナイロン66,ポリブチレンテレフタレート(PB
T)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエ
チレン―2,6―ナフタレートが好ましい。
【0014】本発明では、以上の様な炭素繊維の長繊維
織編物と、短繊維からなるマット/不織布との積層物に
熱可塑性樹脂を含浸一体化させてシート状とするが、こ
れは例えば、通常知られている熱圧プレス、ダブルベル
トプレス等を使用し、熱可塑性樹脂のガラス転移点の
(Tg)+(100〜200℃)の温度,10〜100
kg/cm2 の圧力で加熱、加圧する手段により達成さ
れる。次に、かくして得られた樹脂含浸シートを、(T
g)+(50〜150℃)の温度に予熱し、しかる後
(Tg)+(30〜80℃)の温度に加熱された所定の
曲面形状を有する一対の金型を備えるマッチドメタルダ
イに投入し、10〜200kg/cm2 、好ましくは2
0〜100kg/cm2の圧力で加圧して目的とする形
状に賦形する。金型温度がこれより低いと、シートの変
形に無理が生じ、部分的な裂けが生じたり、必要な寸法
精度が得られなくなったりする。金型温度がこれより高
いと、過度の流動が生じ、長繊維織編物の乱れが生じ、
成形物の寸法精度が低下する場合が生じる。加圧に際し
ては、段階的に圧力をかけることも可能であり、また放
圧、加圧を繰返す操作を加えても良い。
【0015】かくして、目的の形状に成形されたシート
は、金型内で熱可塑性樹脂のTg以下の温度まで加圧下
で冷却した後、取り出す。Tg以上の温度で取り出すこ
とは成形物に歪を発生させるため、好ましくない。
【0016】本発明の曲面成形物は、寸法精度を高め且
つ構造強度を増す目的で、周囲を折り曲げ、リブを建て
ることが出来る。この場合、周囲に建てるリブは、一辺
にわたって均一であることが望ましい。特に一辺の長さ
が10cmを越える場合、リブが建っていない部分が不
均一に存在すると、精密な曲面精度が得られなくなる場
合がある。
【0017】
【発明の効果】この様にして得られた複合材料曲面成形
物は、精密な3次元曲面精度が要求される用途に極めて
有用であり、例えば、レーザードームカバー、車載用又
は固定用のパラボラアンテナ、車輌等の風防具、電気製
品のハウジング、屋根材等の分野に適している。また、
本発明による曲面成形物は、成形後、寸法修正が必要と
なった場合でも熱を加えることにより、容易に修正する
ことが可能であり、例えば上記の如き用途に使用するに
際し、取付時等に適宜寸法修正ができるという利点を有
する。
【0018】
【実施例】以下実施例を挙げ、本発明を、さらに詳細に
説明する。なお、この実施例では短繊維の不織布として
ポリメタフェニレンイソフタルアミド系繊維からなるニ
ードルパンチ不織布を用い熱可塑性樹脂としてポリカー
ボネートフィルムを用いているが、本発明はこれに限定
されるものではない。
【0019】
【実施例1】炭素繊維の長繊維織物[東レ(株)「トレ
カT―300」平織、6d/本、経糸3000本、緯糸
3000本]の2層/2層間に、耐熱性の短繊維の不織
布としてポリメタフェニレンイソフタルアミド系短繊維
からなるニードルパンチ不織布[帝人(株)製,「コー
ネックス」目付55g/m2 ]の4層を積層して、さら
に熱可塑性樹脂としてTg=145℃のポリカーボネー
ト・フィルム[帝人化成(株)製,「パンライト」13
0μm]の各1層を長繊維織物及び耐熱性の不織布の
各層間に、さらに積層体の上下両表面に積層し、この積
層体を平金型に投入した。しかる後、熱圧プレスを使用
して、温度290℃,40kg/cm2 の圧力下で加
熱、加圧することによりポリカーボネート樹脂が各層に
含浸一体化した長繊維織物強化シートを得た。
【0020】かくして得られた強化シートは、所定形状
サイズに切断され、温度240℃に予熱後、直ちに温度
210℃に加熱された半径400mm、R200 の曲面及
び全周リブ構造を付与した扇形形状の一体のマッチドメ
タルダイに投入後、加圧/除圧を数回くり返して脱気を
行い、次に150kg/cm2 の圧力下で10分間加圧
して賦形した。そして、120℃以下まで加圧下で冷却
したのち加圧を開放して、曲面及びリブを有する扇形形
状の表面性良好な曲面成形物を取り出した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B29K 105:06 B29L 31:34 4F

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素繊維からなる長繊維織編物の間に耐
    熱性の短繊維からなるマット及び/又は不織布が積層さ
    れたものを熱可塑性樹脂で含浸・一体化した複合シート
    を、所定の曲面形状を有する一対の金型を使用し、加熱
    ・加圧することにより得られた曲面成形物。
  2. 【請求項2】 成形物の周囲を折り曲げることにより、
    全周にリブ構造を形成したことを特徴とする請求項1記
    載の曲面成形物。
  3. 【請求項3】 炭素繊維の長繊維織編物が平織であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の曲面成形物。
  4. 【請求項4】 耐熱性の短繊維が、ガラス繊維、メタ系
    アラミド繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアクリロニト
    リル繊維、セルロース繊維より選ばれる少くとも1種の
    短繊維であることを特徴とする請求項1,2又は3記載
    の曲面成形物。
  5. 【請求項5】 熱可塑性樹脂が、ポリエステル、ポリア
    ミド、ポリカーボネートより選ばれる少くとも1種の樹
    脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記
    載の曲面成形物。
  6. 【請求項6】 炭素繊維の長繊維織編物の間に耐熱性の
    短繊維からなるマット及び/又は不織布が積層配置され
    且つ熱可塑性樹脂で含浸一体化された複合シートを予熱
    し、該熱可塑性樹脂のガラス転移点+(30〜80℃)
    の温度に加熱したマッチドメタルダイを使用して、10
    〜200kg/cm2 の圧力で加圧し、しかる後、該熱
    可塑性樹脂のガラス転移点以下の温度に冷却し、圧力を
    開放して成形物を取り出すことを特徴とする曲面成形物
    の製造方法。
JP3349447A 1991-12-09 1991-12-09 曲面成形物及びその製造方法 Pending JPH05154900A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013173334A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Ibaraki Kogyo Kk 立体添加物付き繊維強化プラスチック成形体の成形方法
JP2014141002A (ja) * 2013-01-23 2014-08-07 Rosecc:Kk 繊維強化複合材製の構造部材の成形方法
JP2018154064A (ja) * 2017-03-21 2018-10-04 三菱ケミカル株式会社 複合材料の成形方法および成型品

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