JPH05345319A - 繊維強化熱可塑性複合材料及びその製造法 - Google Patents

繊維強化熱可塑性複合材料及びその製造法

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JPH05345319A
JPH05345319A JP4019821A JP1982192A JPH05345319A JP H05345319 A JPH05345319 A JP H05345319A JP 4019821 A JP4019821 A JP 4019821A JP 1982192 A JP1982192 A JP 1982192A JP H05345319 A JPH05345319 A JP H05345319A
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JP
Japan
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axis
fiber
composite material
fibers
molding
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JP4019821A
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English (en)
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Takeshi Kitano
武 北野
Eiji Aoki
栄次 青木
Toshiyuki Nishio
俊幸 西尾
Tsuyoshi Murata
ツヨシ 村田
Masatsugu Mochizuki
政嗣 望月
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Unitika Ltd
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Unitika Ltd
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Publication date
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  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、工業的に効率よく生産できるとと
もに、層間剥離が生じず、物性的に優れた複合材料を得
るという両方を同時に満足することを課題とするもので
ある。 【構成】 本発明は強化繊維成分となる1種類以上の少
なくともマトリックス成分よりも高い融点、及び又は分
解点を持つ高強度高弾性繊維と、マトリックス成分とな
る1種類以上の熱可塑性樹脂繊維からなる三次元織物を
成形物中間体とする繊維強化熱可塑性複合材料を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工業的に効率良く製造
でき、また、得られるものが力学的に優れた熱可塑性複
合材料である繊維強化熱可塑性複合材料及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年要求物性の多様化により、従来より
複合材料に使用されている熱硬化樹脂に加え熱可塑性樹
脂がいろいろな分野で用いられている。ここで用いられ
ている繊維強化熱可塑性複合材料は、それを得るために
経由する中間体において大きく二つに分類できる。その
一つは、中間体において既に熱可塑性樹脂と補強繊維と
が十分に接着しており、この中間体を積層した後の成形
は主に賦形であり、一般的にはテープ材と呼ばれている
ものである。もう一つは中間体が二次元の織物より成
り、織物を構成している糸が補強繊維と熱可塑性樹脂繊
維、或いは、補強繊維と熱可塑性樹脂繊維を混繊したも
の、或いは、補強繊維に熱可塑性樹脂の粉末を分散させ
たもの等が用いられ、この織物を積層した後の成形で
は、熱可塑性樹脂の補強繊維束内への樹脂の含浸、熱可
塑性樹脂と補強繊維の接着及び賦形を行うものである。
【0003】ここで前者の場合は、得られる中間体が剛
直であるため、これを積層したものを金型に入れ成形を
行うためには特殊な成形方法をとる必要があり、また、
成形中に生じるずれを防ぐためにバギング方法に工夫を
凝らす必要があり、また、成形中に生じるずれを防ぐた
めにバギング方法に工夫を凝らす必要があり、このため
作業全般が複雑となり、また技術と経験を必要とするよ
うになる。
【0004】また、後者の場合も、織物を切断しそれを
注意深く積層する必要がある。さらに金型に会わせなが
ら積層する場合では、その形状によっては織物がずれた
りするため、技術と経験を必要とする困難な作業の一つ
でもある。
【0005】更に、テープ材であれ、織物であれこれら
より得られた複合材料においては、積層された強化繊維
間になんら補強する成分がなくそのため層間剥離を生ず
る恐れがあった。
【0006】また、現在考案されている三次元織物では
総てその織物中に熱硬化性樹脂を含浸させた熱硬化樹脂
複合材料であり、熱可塑性樹脂を用いる方法に関するも
のは無かった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、工業的に効
率よく生産できるとともに、層間剥離が生じず、物性的
に優れた複合材料を得るという両方を同時に満足するこ
とを課題とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記技術
的課題を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、強化繊維成
分となる高強度高弾性率繊維と、マトリックスとなる熱
可塑性樹脂繊維より成る三次元織物を作成し、これをそ
のまま、積層することなく金型内に入れプレス成形すれ
ば所期の目的が達成される事を見いだし本発明に至っ
た。
【0009】すなわち、強化繊維成分となる1種類以上
の少なくともマトリックス成分よりも高い融点、及びま
たは分解点を持つ高強度高弾性繊維と、マトリックス成
分となる1種類以上の熱可塑性樹脂繊維からなる三次元
織物を成形物中間体とする繊維強化熱可塑性複合材料を
要旨とするものである。
【0010】また、上記複合材料を型内に入れ、熱可塑
性樹脂繊維が溶融する温度以上で高強度高弾性繊維が溶
融する温度以下でプレス成形する事によって得る製造方
法を要旨とするものである。
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。
【0012】本発明で言う強化繊維成分となるマトリッ
クス成分より高い融点、及びまたは分解点を持つ高強度
高弾性繊維とは、繊維強化材料として用いうる全ての繊
維を言うが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド
繊維、金属繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維等を挙
げることができる。また、その形態は連続長繊維及び紡
績糸である事ができる。また、実際に用いられるマトリ
ックス樹脂よりも高い融点を有し、また望まれる強度・
弾性率を達成できる場合であれば、例えばポリエステ
ル、ナイロン、PPS、PEEK等の熱可塑性繊維であ
っても良い。
【0013】また、ここで言う熱可塑性樹脂繊維とは、
特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂を熱や溶
媒等で溶かして繊維化したものをいい、熱可塑性樹脂と
しては、例えばポリオレフィン類、ポリエステル類、ポ
リアミド類、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテル・エーテ
ルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリイミド等のポ
リマーまたはコポリマー類など公知の熱可塑性樹脂を挙
げる事ができる。
【0014】次に三次元織物を得る方法について説明す
る。
【0015】ここで言う三次元織物とは基本的にはX
軸、Y軸、Z軸より成りそれぞれ直交或いは90°で交
絡しているものを指すが、X軸、Y軸、Z軸がどのよう
な角度で接しているか或いは交絡しているか限定するも
のではない。
【0016】ここでX、Y、Z軸がそれぞれ直交すると
は、X−Y面、Y−Z面、Z−X面においてそれぞれX
軸とY軸が、またY軸とZ軸が、またZ軸とX軸が交絡
せず交わっている事を指し、またそれぞれが90°で交
絡するとは、X−Y面、Y−Z面、Z−X面においてそ
れぞれX軸とY軸が、またY軸とZ軸が、またZ軸とX
軸が交絡している事を指す。
【0017】また、X軸、Y軸、Z軸はそれぞれ強化繊
維及び熱可塑性樹脂繊維より成り、これらは引き揃え、
混繊等の形態で与えられるが、これに限定されるもので
はない。
【0018】また、X軸、Y軸、Z軸を構成する強化繊
維及び熱可塑性樹脂繊維の繊度、構成本数等は望まれる
物性に応じて任意に設定する事ができる。
【0019】また、同じくX軸、Y軸、Z軸を構成する
繊維束の密度も望まれる物性に応じて任意に設定する事
ができる。
【0020】また、複合材料全体積に占める強化繊維の
体積分率、すなわちVf値も望まれる物性に応じて任意
に設定する事ができる。
【0021】また、強化繊維と熱可塑性樹脂との接着性
を改良するために、公知の方法であるカップリング剤処
理、酸化処理やプラズマ処理等を行う事も可能である。
付与の方法としては特に限定されるものではないが、糸
の状態、三次元織物の状態等で行う事ができる。
【0022】次に、この様にして得られた三次元織物を
成形する方法について述べる。
【0023】成形方法は、生産性が高く、また工程コス
トが低く、工程的にも単純であるプレス成形法を用い
る。この場合用いられる金型、通常の積層体の成形に用
いられるものよりも、三次元織物自身の厚みが大きく、
成形前後における厚みの減少率が大きいため合わせしろ
の深いものを用いる事が好ましい。この様な金型に三次
元織物をセットした後、これをプレス機熱盤間に入れ、
この状態で内部の被成形物に熱が十分伝わるように最終
成形圧の1/10程度の圧力で加圧しながら加熱を行
う。この場合減圧を行うことが好ましい。この状態で熱
可塑性樹脂繊維が溶融する温度以上で高強度高弾性繊維
が溶融する温度以下でまで昇温し、その後所期の圧力ま
で加圧を行う。この状態で樹脂の流動が完了するまで温
度・圧力を保持する。その後降温し、熱可塑性樹脂のガ
ラス転移点より温度が低くなった内部より成形品を取り
出す。得られた成形品の厚み方向の高強度高弾性繊維
は、成形品の表面に対して垂直でなく、途中で折れ曲が
ったりしているが、層間剥離を防止するという強化成分
としての働きを有している。
【0024】
【作用】X軸、Y軸、Z軸方向に強化成分とマトリック
ス成分となる熱可塑性樹脂繊維を有する三次元織物を成
形中間体とし、これをプレス成形する事により、成形体
の厚み方向に強化成分を有する成形品が、バギング等の
技術的に複雑である工程を経る事なく、工業的に効率よ
く生産する事ができる。
【0025】
【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
【0026】実施例1、2及び比較例 強化成分に炭素繊維、マトリックス成分にナイロン6を
用いる場合を示す。
【0027】まず実施例1として、成形中間体に三次元
織物を用いる場合を示す。ここで三次元織物を構成する
X軸、Y軸、Z軸の成分は以下のようである。すなわ
ち、X軸は、Z軸方向に4列より成り、それぞれは18
00dの炭素繊維2本及び1890dのナイロン6繊維2
本より成っている。またY軸は、X軸方向に37列より
成り、Z軸方向に5列より成り、それぞれは同じく18
00dの炭素繊維2本及び1890dのナイロン6繊維2
本より成っている。またZ軸は、X軸方向に36列より
成り、それぞれは同じく1800dの炭素繊維2本及び
1890dのナイロン6繊維2本より成っている。ここ
で、X軸及びZ軸の密度は10cmあたり15本であり、
またY軸の密度は10cmあたり25本とした。また、組
織的にはX軸、Y軸、Z軸がそれぞれ交絡さず直交して
いるものを用いた。
【0028】また実施例2として、上記実施例1におい
て、組織的にX軸、Y軸、Z軸がそれぞれ90°で交絡
しているものを用いた以外同一のものを用いた。
【0029】次に比較例として、成形中間体に従来の織
物を用いこれを積層する場合を示す。織物を構成する経
糸及び緯糸はそれぞれは1800dの炭素繊維2本及び
1890dのナイロン6繊維2本より成っている。ここ
で、経糸の密度は10cmあたり15本であり、また緯糸
の密度は10cmあたり25本とした。また、織物は経糸
・緯糸とも交絡したものを用い、これを5枚重ねて用い
る事とした。
【0030】成形はそれぞれの成形中間体を金型に入
れ、これをプレス成形機にて成形した。ここで金型に織
物を入れる際、三次元織物の場合はそのまま用いる事が
できたが織物を積層した場合は織物のずれを防ぐため、
一度織物を水等で濡らしてから積層するか或いは織物の
端をナイロン6のような熱可塑性樹脂繊維で互いの織物
を縫い繋ぐ必要があった。
【0031】成形条件はいずれの場合も、まずプレス成
形機内に金型をセット後10torrまで脱気を行うと同時
に5kg/cm2で加圧を行いつつ昇温を開始する。昇温速度
は10℃/minとした。その後金型温度が200℃にな
ったところで20分間この温度で保持し、その後15℃
/minにて降温し、金型温度が50℃になったところで
大気を導入するとともに加圧するのを止めた。
【0032】得られた成形物はJIS K−7073、
JIS K−7074、JIS K−7110、JIS
K−7052、JIS K−7053に従い引張強度
・弾性率、曲げ強度・弾性率、アイゾッド衝撃値、Vf
及び空洞率の測定を行った。なお、引張試験及び曲げ試
験ともY軸方向を試料長さ方向とした。
【0033】得られた物性及び生産性の優劣の結果を表
1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】実施例1及び実施例2と比較例を比較する
と、引張強度・弾性率とも実施例の方が比較例よりも高
く、また曲げ強度は実施例1は比較例と同程度であった
が、実施例2のそれは比較例よりも高かった。また、ア
イゾッド衝撃値も同じような傾向を示した。ここで、層
間剪断試験に用いられる試験片にて曲げ試験を行いその
破壊挙動を見たところ、実施例1、2に示された試料で
は剪断破壊は見受けられなかったのに対し、比較例では
剪断破壊が観察された。
【0036】これより三次元織物を成形中間体として用
いた場合、実施例1及び2に示されるように、従来の織
物を積層する比較例のような場合に比べ、物性的には同
等或いはそれ以上のものを有しており、物性的に優れ、
また成形準備時の煩雑さが無い分、生産性が高い事がわ
かる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、成形時成形中間体を積
層する必要がなく、金型内に仕込むだけで成形可能とな
り、また得られた成形品の物性も優れており、生産性と
機能性の両面を備えた複合材料を得る事ができる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年4月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】ここで前者の場合は、得られる中間体が剛
直であるため、これを積層したものを金型に入れ成形を
行うためには特殊な成形方法をとる必要があり、また、
成形中に生じるずれを防ぐためにバギング方法に工夫を
凝らす必要があり、このため作業全般が複雑となり、ま
た技術と経験を必要とするようになる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】また、後者の場合も、織物を切断しそれを
注意深く積層する必要がある。さらに金型に合わせなが
ら積層する場合では、その形状によっては織物がずれた
りするため、技術と経験を必要とする困難な作業の一つ
でもある。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0027
【補正方法】変更
【補正内容】
【0027】まず実施例1として、成形中間体に三次元
織物を用いる場合を示す。ここで三次元織物を構成する
X軸、Y軸、Z軸の成分は以下のようである。すなわ
ち、X軸は、Z軸方向に4列より成り、それぞれは18
00dの炭素繊維2本及び1890dのナイロン6繊維2
本より成っている。またY軸は、X軸方向に37列より
成り、Z軸方向に5列より成り、それぞれは同じく18
00dの炭素繊維2本及び1890dのナイロン6繊維2
本より成っている。またZ軸は、X軸方向に36列より
成り、それぞれは同じく1800dの炭素繊維2本及び
1890dのナイロン6繊維2本より成っている。ここ
で、X軸及びZ軸の密度は10cmあたり15本であり、
またY軸の密度は10cmあたり25本とした。また、組
織的にはX軸、Y軸、Z軸がそれぞれ交絡せず直交して
いるものを用いた。
───────────────────────────────────────────────────── 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 B29C 67/14 X 7310−4F C08J 5/04 7310−4F // B29K 105:06 (72)発明者 西尾 俊幸 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 村田 ツヨシ 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 望月 政嗣 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強化繊維成分となる1種類以上の少なく
    ともマトリックス成分よりも高い融点、及び又は分解点
    を持つ高強度高弾性繊維と、マトリックス成分となる1
    種類以上の熱可塑性樹脂繊維からなる三次元織物を成形
    物中間体とする繊維強化熱可塑性複合材料。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載される複合材料を型内に
    入れ、熱可塑性樹脂繊維が溶融する温度以上で高強度高
    弾性繊維が溶融する温度以下でプレス成形することを特
    徴とする繊維強化物品の製法。
JP4019821A 1992-02-05 1992-02-05 繊維強化熱可塑性複合材料及びその製造法 Pending JPH05345319A (ja)

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JP4019821A JPH05345319A (ja) 1992-02-05 1992-02-05 繊維強化熱可塑性複合材料及びその製造法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020530821A (ja) * 2017-07-25 2020-10-29 ロックツールRoctool 複雑な形状を有する複合構成要素を製造するための方法およびデバイス

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020530821A (ja) * 2017-07-25 2020-10-29 ロックツールRoctool 複雑な形状を有する複合構成要素を製造するための方法およびデバイス

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