JPWO2009142291A1 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体 - Google Patents

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Abstract

連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料を一体化した繊維強化熱可塑性樹脂成形体で、機械的特性に優れ、リブやボス等を有する複雑形状の成形品においても、成形性が優れ、かつ生産性の高い繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することを課題とするものである。連続繊維強化熱可塑性複合材料がテープ状プリプレグから得られる織物または多層積層布からなり、非連続繊維強化熱可塑性複合材料がテープ状プリプレグを所定の長さに切断した短冊状物からなるものを一体成形することにより、上記課題を達成することを見出した。

Description

本発明は、2つの部材を一体化した繊維強化熱可塑性樹脂成形体に関する。さらに詳しくは、該成形体片面が連続繊維強化熱可塑性複合材料からなる部材と該成形体反対面が非連続繊維強化熱可塑性複合材料からなる部材が一体化した成形体を形成していることで、軽量で機械的強度が優れ、複雑な形状の成形が可能となり、生産性も極めて優れ、かつ該成形体全体が熱可塑性樹脂のため再生利用が可能である繊維強化熱可塑性樹脂成形体に関するものである。特に自動車部材、パソコン等の筐体、ロボット部材等に適するものである。
連続繊維で強化された繊維強化樹脂としては熱硬化性樹脂による繊維強化樹脂(FRP)が航空機、鉄道車両、自動車などの輸送機器用途やテニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿等の用途で軽量化と力学特性が要求される構造材として広く使用されている。しかしながら、これらのFRP部品の中で比較的単純な形状であるゴルフシャフトや釣り竿、ロールやパイプ等では、比較的生産性の高いフィラメントワインデング法やシートワインデング法で製造出来るが、複雑な形状を有するFRP製品は、多くがオートクレーブ成形やレジントランスファーモールデング(RTM)成形法およびハンドレイアップ成形法で製造されることが多く、成形品を大量生産するには生産性が極めて低いという問題点がある。
そのためFRPと非連続繊維強化熱可塑性複合材を張り合わせて一体化することにより、複雑形状を持つ成形品の成形性と生産性を高めることが提案されている。
特開2006−44262公報 しかしながらFRPと非連続繊維強化熱可塑性複合材料を張り合わせて一体化した成形品は廃棄する場合、多くの問題点を含んでいる。FRP製品は再生利用が極めて困難であり、漁船やプレジャーボート等では廃船が各地に放置され、社会問題化している。上記の特開2006−44262公報の熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の一体化成形品でも大部分が熱硬化性樹脂による繊維強化樹脂であり、再生利用が極めて困難であると考えられる。
一方、繊維強化した熱可塑性樹脂シート材料を用いたスタンピング成形は、FRPと比較して成形サイクルが短く、成形性が優れている。また、成形品は粉砕、溶融することにより再使用が可能であり、環境保護という観点から望ましい材料である。しかしながら、スワール状連続繊維や不連続繊維からなる不織布マットなどに熱可塑性樹脂を含浸した繊維強化熱可塑性樹脂シート材料をスタンピング成形した成形品は強化繊維の含有率を大きくすることが困難なため、強度や剛性等の機械的特性が比較的低い。特に、寸法の高いリブや肉厚の薄いリブ等を有する複雑な形状の成形品では、強化繊維の含有率が低い上に、強化繊維同志が絡んでいるため、樹脂と強化繊維が分離して流動する傾向があり、強度が更に低下し、成形品の機械的特性が場所によってばらつくという問題点がある。また、織物を強化繊維として用いた繊維強化熱可塑性樹脂シート材料から得られる成形品は強度や弾性率等は良好であるが、複雑な形状を有する成形品、特にリブやボス等の突起物を有する成形品は連続繊維では形状に追従できず、不十分な成形品しか得られないという問題点があった。
連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料を一体化した繊維強化熱可塑性樹脂成形体で、機械的特性に優れ、リブやボス等の突起物を有する複雑形状の成形品においても、成形性が優れ、品質の安定した、生産性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、連続繊維強化熱可塑性複合材料がテープ状プリプレグから得られる織物または多軸積層布からなり、非連続繊維強化熱可塑性複合材料がテープ状プリプレグを所定の長さに切断した短冊状物からなるものを一体成形することにより、上記目的を達成することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、(1)繊維強化熱可塑性樹脂成形体であって、該成形体の片面が連続繊維強化熱可塑性複合材料を含む部材Aからなり、該成形体の反対面が非連続繊維強化熱可塑性複合材料を含む部材Bからなり、部材Aと部材Bが一体化した成形体を形成していることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体。(2)繊維強化熱可塑性樹脂成形体における非連続繊維強化熱可塑性複合材料からなる部材Bには突起物が形成されていることを特徴とする前記(1)記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。(3)繊維強化熱可塑性樹脂成形体における片面全体が連続繊維強化熱可塑性複合材料からなる部材Aから形成されていることを特徴とする前記(1)〜(2)のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。(4)連続繊維強化熱可塑性複合材料がテープ状プリプレグから得られる織物または多軸積層布であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。(5)非連続繊維強化熱可塑性複合材料が、平均繊維長10〜60mmの強化繊維を含有してなることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。(6)繊維強化熱可塑性樹脂成形体における強化繊維の体積含有率が20%〜60%であることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。(7)繊維強化熱可塑性樹脂成形体の部材B側に形成される突起物の高さは3mm以上であり、かつ強化繊維が均一に分散されていることを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
本発明における繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料を一体化して成形することによって、優れた機械的特性を有し、かつ、突起物がある複雑な形状の成形品を一体成形で得られる。また、成形サイクルが短く、生産性が優れているので大量生産が可能である。また、成形品は粉砕、再溶融することにより再使用が可能であり、環境保護という観点からも望ましい材料である。よって、本発明による繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、機械的強度や生産性が要求され、複雑な形状を有する自動車部材、パソコン等の筐体、ロボット部材等の幅広い分野で使用することができる。従って産業界に寄与すること大である。
以下、本発明を具体的に説明する。本発明における連続繊維強化熱可塑性複合材料および非連続繊維強化熱可塑性複合材料は、いずれもテープ状プリプレグをベースに作られている。テープ状プリプレグは強化用の連続繊維束に熱可塑性樹脂を含浸したものである。連続繊維束は無撚で、フィラメント数は1600本〜60000本、より好ましくは1600〜24000本である。またフィラメントの直径は3〜30μm、より好ましくは6〜20μmであるが、特にこの範囲に限定されるものではない。テープ状プリプレグの形状は特に限定されるものではなく、連続繊維強化熱可塑性複合材料や非連続繊維強化熱可塑性複合材料の必要とする特性によって使い分けることが出来る。
テープ状プリプレグの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば押出機の先端にクロスヘッドダイを取り付け、連続繊維束に溶融樹脂を含浸させる方式などがあり、特にテープ形状を一定に保って、樹脂の含浸性を向上させるために加圧賦形ロールを用いることが好ましい。連続繊維束の開繊率と樹脂の溶融粘度および加圧賦形ロールの加圧条件等によってテープ状プリプレグの強化繊維の含有率や空隙率が決定される。そのためテープ状プリプレグの形状は強化繊維の含有率や空隙率と関連する場合が多い。
テープ状プリプレグの空隙率は極めて重要であり、高い空隙率のテープ状プリプレグを使用すると製品の成形過程において完全に含浸することが出来ず、成形品にボイドが残り機械的強度が低下し好ましくない。従って、テープ状プリプレグの空隙率は8%以下が必要であり、好ましくは5%以下である。このテープ状プリプレグの空隙率とはテープ状プリプレグを長さ10mmに切断し、それを2g程度集め、水に浸漬後の重量増加分を元のテープ状プリプレグの重量で除した値である。この測定では水に界面活性剤を少量加えるとテープ状プリプレグが水に浸漬しやすくなる。当然のことながら、秤量の時には表面の水分を充分拭いて除去することが必要である。
テープ状プリプレグの強化繊維の体積含有率Vfは、20%〜60%が好ましい。更に好ましくは、30%〜60%である。強化繊維の体積含有率Vfが20%以下の場合には成形体の強化効率が低く好ましくない。また 強化繊維の体積含有率Vfが60%以上になるとテープ状プリプレグの製造工程で空隙率が高くなり、成形品にボイドが残り、成形品の機械的強度が低下するため、好ましくない。
本発明のテープ状プリプレグに用いられる強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、PBO繊維、セラミックス繊維、金属繊維等の連続繊維が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの繊維を2種類以上併用しても良い。これらの強化繊維は熱可塑性樹脂との接着性を良くするために、表面処理がなされているものが好ましい。例えば ガラス繊維ではマトリックスとなる熱可塑性樹脂との反応基を持つシランカップリング剤で表面処理するとガラス繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の機械的強度が大きく向上することが知られている。これらの強化繊維の中でも、ガラス繊維、炭素繊維は、表面処理剤の最適化が容易であり、樹脂との接着性が良好であることから好ましい。
本発明のテープ状プリプレグに用いられる熱可塑性樹脂としては各種ポリエチレン、ポリプロピレンおよびその共重合体や変性体を含むポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、MXD6等を含むポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリナフタレンテレフタレート等を含む熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトンおよび各種の熱可塑性エラストマー等を挙げる事ができるが、これらに限定されるものではない。また、2種類以上の熱可塑性樹脂を併用することが出来る。熱可塑性樹脂の中でも、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂は、耐衝撃性、耐溶剤性、耐摩耗性、耐油性等に優れ、コスト的にも他の熱可塑性樹脂に比べて有利であるため、特に好ましい。ポリオレフィン系樹脂の代表であるポリプロピレンは、成形性にも優れており、非常に扱いやすい樹脂であるが、その反面、強化繊維との接着性に乏しいことが欠点として挙げられていたが、近年、酸変性することにより接着性が改良されることが知られている。そのため、本発明の繊維強化熱可塑性複合材料を構成する樹脂にポリプロピレンを用いる場合は、このような酸変性がなされていることが好ましい。また、必要に応じて他の添加剤を配合することも出来る。
本発明のテープ状プリプレグに用いられる熱可塑性樹脂はテープ状プリプレグを製造する時に各熱可塑性樹脂に適する耐熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、変性剤等を必要に応じて添加することができる。また、本発明の目的を損なわない範囲で、他の樹脂や充填剤等を添加できる。
本発明のテープ状プリプレグは繊維強化熱可塑性樹脂成形体の中間体であるが、高い強化繊維の含有率を有し、かつ空隙率が低い。この優れたテープ状プリプレグを用いて作製されたシート状材料は、その後の成形工程において低い成形圧力で容易に高強度、高弾性率を持つ優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得ることが出来る。
本発明における連続繊維強化熱可塑性複合材料は、テープ状プリプレグ材料を用いて作られている。テープ状プリプレグは既に、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸しているので、連続繊維強化熱可塑性複合材料はこのテープ状プリプレグの配列方法と成形する製品寸法に合わせて、裁断および配置をすることで得ることができる。
テープ状プリプレグは強化繊維が一軸方向に配列しているので、テープ状プリプレグの配置方向は極めて重要である。本発明における連続繊維強化熱可塑性複合材料はテープ状プリプレグから得られる織物または多軸積層布によって構成される。織物とはテープ状プリプレグを縦、横に織り込んだもので、強化繊維の方向が縦と横方向に配列している。
一方、多軸積層布とはテープ状プリプレグが縦、横以外に、例えば縦方向に対して45度傾いた方向にテープ状プリプレグを配列したものである。この多軸積層布は、成形する製品で最も強度が必要とする方向にテープ状プリプレグを配列することが出来るので、強化繊維の補強効率が最もすぐれた強化形態である。また、原理的には360度、全方向に強化繊維を配列した多軸積層布を製作することが可能である。
テープ状プリプレグから作られる連続繊維強化熱可塑性複合材料の中で、織物はテープ状プリプレグが織り込まれているため、成形する寸法に裁断してもテープ状プリプレグがバラけて形状が崩れることはない。一方、多軸積層布は成形する寸法に裁断するとテープ状プリプレグの一部がバラけてしまう。そのため多軸積層布を作製した後、テープ状プリプレグを何らかの方法で仮止めを行い、一体化することが必要である。仮止め方法としては超音波発信機を用いたスポット溶着やスティッチングを施すことにより、テープ状プリプレグのバラけを防止することが出来る。また、テープ状プリプレグを仮止めを行い、一体化することにより成形サイクルを短縮することが出来ると共に、最終成形品の強度バラツキが減少し、成形品の品質を均一なものとすることが出来る。
本発明における非連続繊維強化熱可塑性複合材料はテープ状プリプレグを所定の長さに切断した短冊状のプリプレグの薄片をランダムな方向に分散、堆積したものを加熱、成形することによって得られる。
テープ状プリプレグの切断する長さは10mm〜60mmであり、好ましくは20mm〜50mmである。強化繊維はテープ状プリプレグの長さ方向に配列されているため、短冊状に切断されたテープ状プリプレグの長さが強化繊維の長さとほぼ等しくなる。
切断する長さが10mm以下では強化繊維の補強効率が低く好ましくない。一方、切断する長さが60mm以上では成形品のリブやボス等の突起物に強化繊維が均一に流入することが困難になる場合が多い。特にリブ等の先端が1〜2mmと薄い場合や50mm以上の長いリブやボスを持つ成形品においては、繊維の流入が少なくなり、リブ先端部の補強効果が低下する場合があり好ましくない。
本発明の非連続繊維強化熱可塑性複合材料では成形品の突起物の形状、大きさおよび高さ等の形状によって、2種類以上の長さの短冊状テープ状プリプレグを使用することも出来る。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に形成される突起物とは、成形体表面より突起しているものである。具体的な例としてはリブ、ボス、直方体や立方体などがあげられるが、それらに限定されるものではなく、複雑な形状も含まれる。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体から得られる成形品は、片面に3mm以上の高さを持つ突起物を有する複雑な成形品で、かつ該成形品には高い強度、弾性率やタフネス等が要求される成形品を製造するのに適するものである。そのため連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料を組み合わせることによって、複雑な形状を有する製品形状と高い力学的な要求特性を満たす成形品の製造が可能となる。
本発明の製造法は特に限定されるものではないが、次のような工程で成形品の製造を行うことが出来る。テープ状プリプレグを所定に長さに切断した短冊状の薄片を、リブやボス等の突起物を形成する金型の下型にランダムな向きに配列させてチャージする。特にリブやボスの大きさや深さによって、テープ状プリプレグの切断した短冊状の長さや下型にチャージするプリプレグの量等を調節する必要がある。
次に、その上にテープ状プリプレグから得られた織物または多軸積層布を少なくとも1層積層した後、上型を閉じ、電磁誘導加熱によって熱可塑性樹脂の融点より高い温度まで加熱し、所定の圧力下で保持した後、冷却水により金型を冷却することにより成形品を取り出すことが出来る。
本発明において製造法は特に限定されるものではないが、電磁誘導加熱によってチャージしたプリプレグを加熱溶融する方式は、金型に材料をチャージする際の材料の取り扱いのし易さ等で好ましい製造方法である。勿論、連続繊維強化および非連続繊維強化の複合材料をそれぞれ、あらかじめシート状材料にしておき、別々に加熱溶融することにより、従来のスタンピング成形により、一体成形することもできる。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料を組み合わせて製造されるが、連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料の熱可塑性樹脂が同じ樹脂から出来ていることが最も好ましいが、必ずしも同一樹脂に限定されるものではない。異なった樹脂の組み合わせでも、樹脂同士が相容性を有し、溶融接合が可能であれば使用することが出来る。例えば、ポリプロピレンとポリエチレン、ナイロン6とナイロン66、PETとPBT等の同種類樹脂の組み合わせである。一方、マレイン酸変性ポリプロピレンとナイロン6の組み合わせのように、金型内で溶融圧縮している僅かな時間で反応が進み、一体化するような樹脂の組み合わせであれば異種の熱可塑性樹脂を使用することも出来る。
以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
また以下に実施例、比較例において示した試料や物性値は、下記のような試料の作製法や試験法で行った。
・連続繊維強化熱可塑性複合材料はガラス繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂にマレイン酸変性ポリプロピレンを使用し、体積含有率Vfが50%のテープ状プリプレグを用い、多軸積層布を作製した。
・非連続繊維強化熱可塑性複合材料はガラス繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂にマレイン酸変性ポリプロピレンを使用し、体積含有率Vfが50%のテープ状プリプレグを用い、30mmの長さに切断した短冊状のプリプレグを使用した。
・成形品は図1に示した「リブ付き平板」の金型を使用し、上記の連続繊維強化熱可塑性複合材料および非連続繊維強化熱可塑性複合材料を金型のキャビティーに装入し、上型を閉じて、電磁誘導加熱で約250℃に加熱、加圧した後、金型を冷却して成形品を取り出した。
・成形品の曲げ強度は成形品の図1に示したa、b、c、dの各部位から試料を切り出し、ISO178に準じて測定した。
・ガラス繊維の体積含有率Vfは図1に示したa、b、c、dの各部位から試料を切り出し、電気炉で625℃に加熱し、樹脂成分を完全に除去した後、残ったガラス繊維の重量から計算して測定した。
実施例1は連続繊維強化熱可塑性複合材料である平織物と非連続繊維強化熱可塑性複合材料である30mmの長さに切断したテープ状プリプレグからなる成形品である。また、比較例1は連続繊維強化熱可塑性複合材料である平織物のみを使用した成形品であり、比較例2は非連続繊維強化熱可塑性複合材料である30mmの長さに切断したテープ状プリプレグからなる成形品である。
評価結果は表1に示した。
実施例1では成形品の平板部分は主にテープ状プリプレグで織った織物(平織)からなる成形品であり、そのため平板部分を示すa部位の強度が極めて高い。一方、リブ部分は主に30mmの長さに切断されたテープ状プリプレグからなる成形品であり、リブの先端にあたるd部位でもカラス繊維の体積含有率Vfが40%以上あり、リブの先端まで強化繊維が充填されており、強度も高い値を示している。
比較例1では成形品の平板部分は主にテープ状プリプレグで織った織物(平織)のみからなる成形品である。織物の補強効果が高いため、平板部分を示すa部位の強度は高い。しかしながら、リブ部分に強化繊維が入り込めないため、b部位ではガラス繊維の体積含有率Vfが20%となり、更にc部位やd部位ではガラス繊維の体積含有率Vfが0%となり、樹脂のみの強度しか得られなかった。
比較例2では非連続繊維強化熱可塑性複合材料である30mmの長さに切断されたテープ状プリプレグからなる成形品である。流動性が優れるため、リブ部分にも強化繊維が充填されている。しかしながら、最も強度を必要とするa部位の平板部分では強度が低く、織物によって補強された成形品に対して著しく見劣りがする。
本発明における繊維強化熱可塑性樹脂成形体は連続繊維強化熱可塑性複合材料と非連続繊維強化熱可塑性複合材料を一体化して成形することによって優れた機械的特性を有し、かつ、リブやボス等の突起物を有する複雑な形状の成形品を一体成形で成形できる。また、成形サイクルが短く、生産性が優れているので大量生産が可能である。さらにまた、成形品は、粉砕、再溶融することにより再使用が可能であり、環境保護という観点から望ましい材料である。よって、機械的強度や生産性が要求され、複雑な形状を有する自動車部材、航空機部材、二輪車部材、自転車等の輸送機器用途、電子機器やパソコン等の筐体およびロボット部材等の幅広い分野で使用することができる。したがって、産業界に寄与すること大である。
リブ付き平板 図1a ; 平面図(裏面)、 図1b ; 側面図(b) 図1c ; 側面図(c)
L1 リブの高さ (50mm)
L2 リブの幅 (50mm)
L3 平板の厚み (3mm)
L4 リブの厚み 根元(3mm)、先端(1mm) 付け根のR(3mm)
平板部分の寸法 ; 110×70×3mm

曲げ強度、ガラス繊維含有率の測定部位は次の部位である。
a ;平板部分
b ;中心が5mm部分のところを測定
c ;中心が20mm部分のところを測定
d ;中心が40mm部分のところを測定

Claims (7)

  1. 繊維強化熱可塑性樹脂成形体であって、該成形体の片面が連続繊維強化熱可塑性複合材料を含む部材Aからなり、該成形体の反対面が非連続繊維強化熱可塑性複合材料を含む部材Bからなり、部材Aと部材Bが一体化した成形体を形成していることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
  2. 繊維強化熱可塑性樹脂成形体における非連続繊維強化熱可塑性複合材料からなる部材Bには突起物が形成されていることを特徴とする請求項1記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
  3. 繊維強化熱可塑性樹脂成形体における片面全体が連続繊維強化熱可塑性複合材料からなる部材Aから形成されていることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
  4. 連続繊維強化熱可塑性複合材料がテープ状プリプレグから得られる織物または多軸積層布であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
  5. 非連続繊維強化熱可塑性複合材料が、平均繊維長10〜60mmの強化繊維を含有してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
  6. 繊維強化熱可塑性樹脂成形体における強化繊維の体積含有率が20%〜60%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
  7. 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の部材B側に形成される突起物の高さは3mm以上であり、かつ強化繊維が均一に分散されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10183421B2 (en) 2016-09-16 2019-01-22 General Electric Company Molding method

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2801081A1 (en) 2010-06-22 2011-12-29 Ticona Llc Thermoplastic prepreg containing continuous and long fibers
JP2012051151A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Toray Ind Inc 繊維強化成形体
JP2012148443A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Toyota Motor Corp リブ付き構造の繊維強化樹脂材とその製造方法
EP2669081B1 (en) * 2011-01-28 2019-05-29 Teijin Limited Joint body of carbon fiber reinforced composite material
JP5968600B2 (ja) * 2011-06-14 2016-08-10 三菱レイヨン株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂成形品とその製造方法、および複合体とその製造方法
JP5655746B2 (ja) * 2011-09-08 2015-01-21 トヨタ自動車株式会社 繊維強化樹脂材の製造方法
JP5884426B2 (ja) * 2011-11-16 2016-03-15 東レ株式会社 繊維強化複合材料および繊維強化複合材料の製造方法。
JP5967084B2 (ja) * 2011-12-26 2016-08-10 東レ株式会社 炭素繊維基材、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料
WO2013118689A1 (ja) * 2012-02-09 2013-08-15 東レ株式会社 炭素繊維複合材料
JP2013176876A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Teijin Ltd 成形体の製造方法
US9393745B2 (en) * 2012-05-15 2016-07-19 Hexcel Corporation Over-molding of load-bearing composite structures
JP6184069B2 (ja) * 2012-09-13 2017-08-23 三菱ケミカル株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法
JP6136381B2 (ja) * 2013-03-07 2017-05-31 東レ株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法
US20160101543A1 (en) * 2013-12-03 2016-04-14 The Boeing Company Hybrid Laminate and Molded Composite Structures
JP5910649B2 (ja) * 2014-02-21 2016-04-27 トヨタ自動車株式会社 繊維強化複合材およびその製造方法
JP6567255B2 (ja) * 2014-05-30 2019-08-28 東洋紡株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂成形体
JP5896048B2 (ja) * 2015-01-30 2016-03-30 東レ株式会社 熱可塑性基材およびそれを用いた繊維強化成形体の製造方法
JP6602552B2 (ja) * 2015-04-14 2019-11-06 国立大学法人岐阜大学 成形体の製造方法
US11951724B2 (en) 2019-03-19 2024-04-09 Mitsui Chemicals, Inc. Fiber-reinforced resin article, method for manufacturing same, and laminate including same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH059301A (ja) * 1990-12-17 1993-01-19 Nippon Steel Corp スタンピング成形材料およびスタンピング成形品
JP2000167863A (ja) * 1998-12-09 2000-06-20 Toyobo Co Ltd ウェルド補強方法
JP4959101B2 (ja) * 2003-03-17 2012-06-20 東洋紡績株式会社 繊維強化熱可塑性複合成形品およびその成形方法
JP5153052B2 (ja) * 2004-05-12 2013-02-27 本田技研工業株式会社 繊維強化プラスチックおよび、その製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10183421B2 (en) 2016-09-16 2019-01-22 General Electric Company Molding method

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