JPWO2013094702A1 - 成形体の製造方法及び成形体 - Google Patents

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Abstract

広範な熱可塑性樹脂を用いることができ、生産性に優れ、プレス成形時のプリプレグの流動性を損なうことなく、ウェルド部の外観改善と強度を向上させた成形体を製造する方法を提供することにある。平均繊維長3〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでなる、厚みが0.3mm〜5.0mmのプリプレグの少なくとも3枚を、1)加熱し、2)互いに接するP層及びQ層を含む少なくとも2層を構成するように配置し、その後、3)プレスして1つの成形体を製造する方法であって、P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)は少なくとも一部が重なるように配置し、かつ同じ層中の2枚以上のプリプレグは接しないように配置することを特徴とする成形体の製造方法。

Description

本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでなる複数のプリプレグを積層してなる成形体の製造方法であり、プリプレグの高い流動性を維持した状態でウェルド強度の向上と制御をすることが可能となるものである。
強化繊維と熱可塑性樹脂を複合化した材料をプレスして賦形する代表的な成形加工法にはコールドプレス法などがある。この方法ではあらかじめ、ある大きさの材料を赤外線ヒーターなどで溶融状態まで加熱し、金型内でプレスし、材料を流動させることで成形体を得ることができる。しかし、この方法では材料を2箇所以上の場所に配置しその材料同士が突き当たった箇所(以下ウェルドまたはウェルド部と称する)では成形体の表面品位の低下や、物性が極端に低下するという問題があった。
成形体の大きさが小さい場合には材料の配置の方法により、ウェルド部を作らないような成形体を作ることが出来るが、成形体が大型化するにつれて、ウェルド部は不可避となってくる。ウェルド部の表面品位や強度の改善方法として様々な検討がなされている。
特許文献1では特定の組成の熱可塑性樹脂を用いることでウェルド部の強度の向上を図るものであるが、使用できる熱可塑性樹脂の組成が限定されており、他の樹脂系での成形には適用できないという課題がある。
特許文献2では成形体の表面にシボ加工を施しウェルド部の外観を改善するものであり、射出成形で成形された成形体を超音波振動装置により材料をプレス金型の中で再溶融させることを特徴とする。しかし、かかる方法では工程が2工程必要であり、生産性の面で課題がある。
日本国特開2007−291161号公報 日本国特開2011−56795号公報
プレス成形において、プリプレグ等の成形材料を流動させ、成形体にウェルド部を形成させる成形を行う場合にはウェルド部の強度の低下と外観の不良が問題となり、ウェルド部を形成しないような成形にすると流動性が低下するという課題が残る。本発明はこれらの課題を改善する成形体の製造方法を提供するものである。
すなわち本発明の目的は、広範な熱可塑性樹脂を用いることができ、生産性に優れ、プレス成形時のプリプレグの流動性を損なうことなく、ウェルド部の外観改善と強度を向上させた成形体を製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、特定のプリプレグを用い、かかるプリプレグの複数枚を特定の配置の仕方で2層以上に積層することにより、本発明に至ったものである。
すなわち本発明は、平均繊維長3〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでなる、厚みが0.3mm〜5.0mmのプリプレグの少なくとも3枚を、1)加熱し、2)互いに接するP層及びQ層を含む少なくとも2層を構成するように配置し、その後、3)プレスして1つの成形体を製造する方法であって、P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)は少なくとも一部が重なるように配置することを特徴とする成形体の製造方法、である。
本発明により、広範な熱可塑性樹脂を用いることができ、生産性に優れ、プレス成形時のプリプレグの流動性を低下させることなく成形体の任意の場所にウェルド部を形成し、当該ウェルド部の外観改善とウェルド部の強度に優れた成形体の製造方法、及び成形体を提供することができる。
更に、本発明により、ウェルド部の外観と強度を改善できるため、大型の成形体を製造することも可能である。
また、本発明により、ウェルド部の強度を任意に、かつ所望の部分で変更、制御することが可能となるため、成形体が激しい衝撃を受けた場合に、任意の箇所(ウェルド部)で破壊が起こり、かつ、当該箇所は通常の使用には充分な強度を有するという、例えば自動車用ボンネットやエアバックカバー等に極めて好適な特性の成形体を製造することが可能である。
本発明におけるプリプレグの配置方法の具体例を表わす模式図(断面図) 実施例1で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図) 実施例2、6、7で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図) 実施例3で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図) 実施例4で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図) 実施例5で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図) 比較例1で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図) 比較例2で成形したプリプレグの配置図(断面図および上面図)
[プリプレグの配置方法]
本発明において、プリプレグの配置は、互いに接する少なくとも2層を構成するように配置する。本発明では、これら2層をP層、Q層と呼ぶ。本発明では、このP層及びQ層を含む積層数が2層以上であれば特に制限は無いが、好ましいプリプレグの積層数は2層〜8層であり、3層以上であるとより好ましく3〜8層であると更に好ましい。積層数が8層以下であれば積層に時間がかからずプリプレグが放熱しにくいため、良好な成形体が得られやすく、好ましい。
さらに、P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)は重なるように配置し、かつ同じ層中に2枚以上のプリプレグ(例えばP層であれば、p1、p2、・・・)が存在する場合には、かかるプリプレグ(p1、p2)は互いに接しないように配置することが必要である。同じ層中で、全ての隣り合うプリプレグが触れたり重なったりしてしまうと本発明の目的に合致しなくなる。
ここで、「層」とは、1枚のプリプレグの高さ(厚さ)領域のことを言う。
また、「同じ層」とは、1つの層のことを指しており、「同じ層中に2枚以上のプリプレグが存在する」とは、1つの層中に2枚以上のプリプレグが存在することを言う。
上記のようにプリプレグを配置することにより、プレス(成形)時に、同じ層中に接しないように配置された2枚以上のプリプレグが流動することが好ましい。なお、このプレス成形時に、1枚だけでP層またはQ層を構成しているプリプレグも流動しても良く、つまりは、2枚以上のプリプレグが接しないように配置された層と、プリプレグ1枚で構成された層のいずれもが流動しても良い。
本発明の製造方法においては、上記のように、同じ層中の2枚以上のプリプレグを接しないように配置することによって、該プリプレグをプレス時に流動させ、成形体にウェルド部を形成することが好ましい。このようにしてウェルド部が形成されたものであると、前述のような特徴を有し用途に適した成形体となり好ましい。プレス時に各プリプレグが流動して、金型内に複数の溶融プリプレグの流れが生じそれらが合流する箇所が成形体のウェルド部となる。2枚以上のプリプレグの形状や配置を調整し、成形体の任意の箇所にウェルド部を形成することができる。
同じ層中に存在するプリプレグの枚数は2枚〜10枚であることが好ましい。より好ましくは2枚〜4枚である。同じ層中に存在するプリプレグの枚数が10枚以下であれば、ウェルド部の発生箇所が多くならないため、本発明の効果である強度の制御が行ないやすいため、好ましい。
P層およびQ層を用いた層構成の配置としては、(a)P層は1枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で2層以上を構成する配置、(b)P層は1枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成する配置、(c)P層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、Q層は1枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成する配置、または(d)P層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成する配置が好ましいものとして例示される。
具体的には図1の図1−1〜図1−9に示すような配置方法を採用することが出来るが、本発明はこれに限られるものではない。本発明では「P層」、「Q層」という表現は各層を区別するためだけのものである。なお。図1−1等に示すように、1枚のプリプレグで構成される層がある配置方法においては、P層を1枚のプリプレグで構成される層、Q層を2枚以上のプリプレグで構成される層とした。なお、図1−8に示すように、P層及びQ層の双方が2枚以上のプリプレグで構成される配置方法も当然本発明に包含される。
P層中のプリプレグp1とQ層中のプリプレグq1とは、互いに接する側の面のp1またはq1の面積に対して10%〜99%が重なるように配置することが好ましい。重なる面積がp1の面積に対して10%以上であるとウェルド部の強度向上の効果が得られやすく好ましい。互いに接する側の面のp1またはq1の面積に対して40%〜90%が重なるように配置することがより好ましい。また、各P層とQ層の面積の重なりは同一である必要はなく、各層により異なっていても良い。
以下1)〜9)に、プリプレグの配置方法の具体例(断面図)を説明する。特に示さない限り、各図における各プリプレグの奥行きの長さは同じである。
1)積層数がP層とQ層の2層であり、そのうちのQ層に層中に接していない2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が80%で配置されているものである(図1−1)。
2)積層数がP層とQ層からなる3層であり、中間層に相当するQ層に、接していない2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が90%で配置されているものである(図1−2)。
3)積層数がP層とQ層からなる3層であり、そのうちの最外層に相当するQ層のそれぞれの層中に2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が90%で配置されているものである(図1−3)。
4)積層数が5層であり、そのうちの最外層に相当するQ層と中間層に相当するQ層のそれぞれの層中に2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が75%で配置されているものである(図1−4)。
5)積層数が5層であり、そのうちの中間層に相当するQ層にそれぞれ2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が70%で配置されているものである(図1−5)。
6)積層数がP層とQ層からなる3層であり、中間層に相当するQ層に接していない3枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が80%で配置されているものである(図1−6)。
7)積層数が5層であり、そのうちの中間層に相当するQ層にそれぞれ2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が50%で配置されているものである(図1−7)。
8)積層数がP層とQ層の2層であり、P層及びQ層中に、互いに接していない2枚のプリプレグが存在し、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が80%で配置されているものである(図1−8)。
9)積層数がP層とQ層の2層であり、そのうちのQ層に層中に接していない2枚のプリプレグが存在し、キャビティに段差がある金型を用いて、Q層中の1枚のプリプレグがP層に重なるようにし、且つ、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が60%で配置されているものである(図1−9)。
なお、図1−9に示すように、P層を構成する少なくとも1枚のプリプレグを配置し、ついでQ層を構成する少なくとも1枚のプリプレグを、P層を構成するプリプレグに重なるように配置する方法も本発明に包含される。
[プリプレグの構成]
本発明のプリプレグに含まれる強化繊維は特に制限はなく、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ステンレス繊維、アルミナ繊維、鉱物繊維などの無機繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエーテルスルホン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリアリレート繊維、ポリケトン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維などの有機繊維が例示される。なかでも成形体に強度や剛性が求められる用途において炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。なかでも炭素繊維が、軽量でありながら強度に優れた複合材料が提供できる点で好ましく、特にポリアクリロニトリル系繊維を前駆体とする炭素繊維(以下、ポリアクリロニトリル系炭素繊維またはPAN系炭素繊維と略称することがある)が好ましい。
強化繊維の平均繊維径には特に限定はないが、例えば、炭素繊維の場合、好ましい平均繊維径は3〜12μmであり、より好ましくは5〜7μmである。ポリエステル繊維の場合は、好ましい平均繊維径は10〜50μmであり、より好ましくは15〜35μmである。
プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂の種類としては、特に限定されないが、例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂(AS樹脂)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS樹脂)、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂(例えば、ポリアミド6樹脂、ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド46樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド610樹脂)、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂)、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂などが挙げられる。
熱可塑性樹脂として好ましくはポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂およびこれらの樹脂から選ばれる2種類以上の混合物からなる群から選択された少なくとも1種であり、より好ましくは、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂およびこれらの樹脂から選ばれる2種類以上の混合物からなる群から選択された少なくとも1種であり、更に好ましくはポリアミド樹脂である。
本発明に用いるプリプレグは、強化繊維の繊維束内および単糸間には熱可塑性樹脂が含浸していることが好ましく、その含浸度は90%以上であることがより好ましい。強化繊維への樹脂の含浸度は95%以上であることが更に好ましい。含浸度が90%以上であれば複合材料および成形体の物性が求められるレベルに到達しやすいため好ましい。
なお、本発明の目的を損なわない範囲で、プリプレグに機能性の充填材や添加剤を含有させても良い。例えば、有機/無機フィラー、難燃剤、耐UV剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤などが挙げられるが、この限りではない。特に電子・電気機器用途や自動車用途においては、高い難燃性が要求されることがあるため、熱可塑性樹脂に難燃剤を含有させることが好ましい。難燃剤の例としては、公知のものが使用でき、本発明の熱可塑性組成物に難燃性を付与できる物であれば特に限定はされない。具体的には、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン化合物、有機アルカリ金属塩、有機アルカリ土類金属塩、臭素系難燃剤等を挙げることができ、これらの難燃剤は単独で使用しても良いし、複数を併用して用いても良い。難燃剤の含有量は、物性、成形性、難燃性のバランスから樹脂100質量部に対して1〜40質量部とすることが好ましく、1〜20質量部とすることがさらに好ましい。
本発明におけるプリプレグは、平均繊維長3〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでなり、好ましくは強化繊維が25〜10000g/mの目付けであることが好ましく、25〜3000g/mの目付けであることがより好ましい。
本発明におけるプリプレグは、下記式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)を含み、かつ当該プリプレグ中の繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合が20Vol%以上99Vol%未満であることが好ましく、20Vol%以上90Vol%未満であることがより好ましい。
さらに上記条件に加え、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことが好ましい。
臨界単糸数=600/D (1)
0.7×10/D<N<1×10/D (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
本発明におけるプリプレグには、強化繊維束(A)以外の強化繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在することが好ましい。すなわち本発明で用いられるプリプレグには、平均繊維径に依存して定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束の存在量を20Vol%以上99Vol%未満とする、強化繊維の開繊程度がコントロールされた特定本数以上の強化繊維からなる強化繊維束と、それ以外の開繊された強化繊維を特定の比率で含むことが好ましい。強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合が20Vol%以上であれば、機械物性に優れた成形体が得られやすいため好ましい。強化繊維束(A)の割合が99Vol%未満であれば、繊維の交絡部が局部的に厚くなりにくく、薄肉のものが得られやすいため好ましい。
また本発明で用いられるプリプレグでは、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が上記式(2)を満たすことが好ましい。
具体的には、プリプレグの強化繊維が炭素繊維であり、炭素繊維の平均繊維径が5〜7μmである場合、臨界単糸数は86〜120本となり、炭素繊維の平均繊維径が5μmである場合、繊維束中の平均繊維数は280〜4000本の範囲となるが、なかでも600〜1600本であることが好ましい。炭素繊維の平均繊維径が7μmの場合、繊維束中の平均繊維数は142〜2040本の範囲となるが、なかでも300〜800本であることが好ましい。
強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が0.7×10/Dより大きい場合、高い繊維体積含有率(Vf)を得られやすいため好ましい。また強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が1×10/D未満の場合、局部的に厚い部分が生じにくく、ボイドが発生しにくいため好ましい。
本発明におけるプリプレグの厚さは、0.3mm〜5.0mmである。プリプレグの厚さが0.3mm未満では、成形時に流動し難くなり好ましくない。また、プリプレグの厚さが5.0mmより厚いと成形時に均一に加熱することが困難になり好ましくない。均一な加熱を容易に行い、かつ、より良好な流動性を持たせるという観点からは、プリプレグの厚さは1.0mm〜3.0mmが好ましく、1.5mm〜2.5mmがより好ましい。
本発明におけるプリプレグに含まれる強化繊維は不連続であり、平均繊維長3〜100mmである。本発明で用いるプリプレグはある程度長い強化繊維を含んで強化機能が発現できる事を特徴とし、好ましくは強化繊維の平均繊維長が5mm以上100mm以下であり、より好ましくは5mm以上50mm以下であり、更に好ましくは8mm以上50mm以下であり、より一層好ましくは15mm以上80mm以下であり、更には10mm以上30mm以下が好ましい。
本発明におけるプリプレグに含まれる強化繊維は、マット状になっているもの(強化繊維マット)であると好ましく、特に強化繊維を散布して堆積させたり、湿式抄紙法を用いたりして得られる強化繊維マットであると好ましい。この強化繊維マットに熱可塑性樹脂を混合または積層などしたものをプリプレグの前駆体として用いることができる。本発明においてこのプリプレグの前駆体をランダムマットと称することがある。
強化繊維マットとしては、その含有する強化繊維が、前記の強化繊維束(A)の割合や、平均繊維数(N)に関する式(2)を満たすものが好ましいが、これら条件を満たさないもの、例えば、強化繊維を完全に開繊して単糸状にしたものや、未開繊の強化繊維をマット状にしたものであっても良い。
[プリプレグの製造工程]
プリプレグの製造方法としては特に制限は無いが、例えば、強化繊維と熱可塑性樹脂とを重ね合わせた状態のものや、強化繊維マットに熱可塑性樹脂の紛体を混合したものなどを加熱し加圧することにより得ることができる(以下、含浸成形体ということがある)。加熱温度としては、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上の温度まで、非晶性の場合はガラス転移温度以上である。加熱方法としてはオイル、電気ヒーター、誘導加熱、蒸気等を用いることができ、それらを組み合わせて用いることもできる。加圧方法は加圧機、例えばプレス機による加圧、スチールベルトによる加圧、ローラーによる加圧等を用いることができるが、安定的な含浸成形体を得るためにはプレス機を用いることが好ましい。
加熱・加圧完了後、当該含浸成形体の温度を固化温度以下まで冷却する。この時圧力はかけていてもかけていなくても構わないが、均一な含浸成形体を得るためには冷却している間も圧力をかけることが好ましい。
本発明におけるプリプレグは熱可塑性樹脂が完全に含浸したものを用いなくても良く、含浸率50%〜100%のものを用いることが出来るが好ましくは完全含浸させたものを用いるのが良い。ここで、含浸率とは含浸成形体の体積を100%とし、含浸成形体に含まれる空気の体積を求め、含浸成形体の体積から減算することで求めることが出来る。
[複合成形体の製造工程]
本発明における複合成形体は、具体的には以下のコールドプレス工程i)〜v)を含む方法を順に行うことで、好ましく得ることができる。
i)上記プリプレグを溶融温度以上まで加熱する。この時プリプレグは、前記の[プリプレグの配置方法]に記載の方法に配置したのち加熱してもよいし、加熱と同時に配置しても良いし、加熱後に配置しても良いが、プリプレグを均一に加熱でき、成形性が安定することから、当該プリプレグを加熱した後に所望の位置に配置することが好ましい。また、溶融温度以上とは、プリプレグを構成する熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点以上、非晶性樹脂の場合はガラス転移温度以上である。加熱方法としては、例えば赤外線ヒーター、熱風循環式ヒーター、誘導加熱を用いることができるが、均一な加熱と加熱速度を迅速にすることができる赤外線ヒーターを使用することが好ましい。なお、上記プリプレグを配置する場所は、以降に説明するように、金型内など、プレス成形するところである。
また、複数枚配置する上記プリプレグは、強化繊維の含有割合が同じもののみ用いても、異なるものを用いてもよい。さらに、大きさも全て同一であっても、一部異なっていてもよい。
ii)加熱及び所望の位置に配されたプリプレグをプレス成形するため、通常、プリプレグを金型内へ配置する。このときの金型の温度としては熱可塑性樹脂の固化温度以下、つまりは熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は結晶化温度以下、非晶性樹脂の場合はガラス転移温度以下であれば特に制限は無いが、成形工程を安定化させるためとプリプレグの温度低下を防止するために温度調節をすることが好ましく、一定温度で保持しても温度を上げ下げしても良い。
iii)ついで、金型の型締めをする。型締め完了後、金型内に配されたプリプレグの熱交換を行い十分に固化をさせるため、所定の圧力を加え一定時間、例えば通常数秒〜数分間保持する。圧力としては例えば0.5〜30MPaである。プリプレグは金型内で流動し金型の形状に賦形される。
iv)ついで、型開きをして、エジェクタピンにより成形体を取り出す。
v)これにより金型内から、成形された複合成形体を取り出すことができる。
なお、金型を、プリプレグ中の熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱することにより、プリプレグも該溶融温度以上としてプレス成形を行う、いわゆるホットプレス成形も本発明の製造方法において採用することができる。その際のプレス成形の圧力もコールドプレスと同様の条件を採用することができる。
本発明の製造方法におけるプレス成形時のプリプレグの温度の上限については、特に厳密なものは無いが、該プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂の分解温度以下であると好ましく、当該分解温度としては空気中の熱分解温度を例示することができる。
[成形体]
本発明によれば、例えば上記のようにプリプレグを配置することで、プリプレグの高い流動性を維持した状態でウェルド強度の向上と制御をすることが可能となる。特に強度では、同一層内がすべて1枚のプリプレグのみから成形された成形体の強度を100(%)としたときに、前記[プリプレグの配置方法]の方法でプリプレグを配置して得られた成形体のウェルド部の強度(相対値)が20〜90(%)であると、プリプレグの配置方法により任意に強度を制御することが出来るということであり好ましい。なお上記の強度として代表的なものは引張強度や曲げ強度が挙げられる。
加えて同一層内がすべて1枚のプリプレグのみから成形された成形体の弾性率を100(%)としたときに、前記[プリプレグの配置方法]の方法でプリプレグを配置して得られた成形体のウェルド部の弾性率(相対値)が60〜100(%)であると、強度の低下と比較すると弾性率の低下は小さく配置方法による影響を受けにくいことを意味し好ましい。そのため成形体の剛性は維持し、ウェルド部の強度を任意に設計することができる。このことにより、本発明は、衝突等の衝撃により、破壊させたい箇所を選択的に破壊できるような特性の求められる成形体を製造するのに適用することができる。かかる成形体は、例えば自動車用のボンネットやエアバックカバー等に好ましく使用することが出来る。上記の弾性率として代表的なものは引張弾性率や曲げ弾性率が挙げられる。
なお、上記の強度や弾性率の基準として述べた、同一層内がすべて1枚のプリプレグのみから成形された成形体とは、本発明の製造方法によって、P層またはQ層の少なくともいずれかの同一層内で、2枚以上のプリプレグを接しないように配置して得られた成形体と同形状の成形体を、同様のプリプレグを同一層内で1枚のみ用いて得たものであることは言うまでもない。
本実施例において、強化繊維としてはPAN系炭素繊維束を用いた。その他詳細については下記に示す。
<成形体>
以下の実施例および比較例における成型体は、300mm×200mm、厚み3mm〜5mmであり、当該成形体に対応する寸法の金型を用いてプレス成形を行った。
<成形体のウェルド部の評価方法>
以下の実施例および比較例にて得られた成形体について、特に記載のない条件に関しては、JIS K−7164に従いウェルド部が中央になるように引張試験片を切り出して引張試験を行い、引張強度および引張弾性率を求めた。比較例1についても、同一層内がすべて1枚のプリプレグのみの配置にて成形を行なって得られた、ウェルド部が無いだけで形状は他の実施例・比較例と同じ成形体(比較例1)について、上記と同様に引張試験を行い、その引張強度および引張弾性率をそれぞれ100%とし、他の実施例および比較例の引張強度の相対値(%)および引張弾性率の相対値(%)を算出した。
[製造例1]
炭素繊維束(東邦テナックス社製:テナックスIMS60−12K(平均繊維径5μm、繊維幅6mm))を長さ20mmにカットし、炭素繊維の供給量を1222g/minでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布し、テーブルを所定の速度で移動させ、炭素繊維の目付が後記の値となるように調整した。またマトリックス樹脂として、2mmにドライカットしたPA66繊維(旭化成せんい製のポリアミド66繊維:T5ナイロン(繊度1400dtex)融点265℃、熱分解温度(空気中)300℃)を3000g/minでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長20mmの炭素繊維とポリアミド66が混合された、プリプレグの前駆体(ランダムマット)を得た。上記手順により、炭素繊維の目付が300g/mと380g/mの2種類のランダムマットを得た。これらのランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長は20mm、上記式(1)で定義される臨界単糸数は120であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は86Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は900であった。炭素繊維の目付が300g/mのランダムマットを2枚重ねて平板形状の金型へ配置し、300℃、3MPaで5分加圧し、100℃まで金型を冷却し厚み1.7mmのプリプレグを作製し、炭素繊維の目付が380g/mのランダムマット1枚を平板形状の金型へ配置し、300℃、3MPaで5分加圧し、100℃まで金型を冷却し厚み1mmのプリプレグを作製した。なお、プリプレグにおける炭素繊維の平均繊維長、強化繊維束(A)の割合、平均繊維数(N)は、上記ランダムマットにおける値と同じである。
[製造例2]
炭素繊維束(東邦テナックス社製:テナックスSTS40−24KS(平均繊維径7μm、繊維幅12mm))を長さ20mmにカットし、炭素繊維の供給量を1222g/minでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布し、テーブルを所定の速度で移動させ、炭素繊維の目付が後記の値となるよう調整した。またマトリックス樹脂として、ポリカーボネート樹脂(帝人化成社製パンライト、ガラス転移温度150℃、熱分解温度(空気中)340℃)を3000g/minでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長20mmの炭素繊維とポリカーボネート樹脂が混合されたプリプレグ前駆体(ランダムマット)を得た。得られたランダムマットの炭素繊維の目付は300g/mであり、平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長は20mm、上記式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、ランダムマットの繊維全量に対する割合は60Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は500であった。得られたランダムマットを2枚重ねて平板形状の金型へ配置し、310℃、3MPaで5分加圧し、100℃まで金型を冷却し厚み1.7mmのプリプレグを作製した。
なお、プリプレグにおける炭素繊維の平均繊維長、強化繊維束(A)の割合、平均繊維数(N)は、上記ランダムマットにおける値と同じである。
[製造例3]
炭素繊維束(東邦テナックス社製:テナックスSTS40−24KS(平均繊維径7μm、繊維幅12mm))を長さ20mmにカットし、炭素繊維の供給量を1222g/minでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布し、テーブルを所定の速度で移動させ、炭素繊維の目付が後記の値となるよう調整した。またマトリックス樹脂として、PBT(ポリブチレンテレフタレート、ポリプラスチックス社製デュラネックス融点220℃、熱分解温度(空気中)300℃)を3000g/minでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長20mmの炭素繊維とPBT樹脂が混合されたプリプレグ前駆体(ランダムマット)を得た。得られたランダムマットの炭素繊維の目付は300g/mであり、平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長は20mm、上記式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、ランダムマットの繊維全量に対する割合は50Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は400であった。得られたランダムマットを2枚重ねて平板形状の金型へ配置し、270℃、2.5MPaで5分加圧し、100℃まで金型を冷却し厚み1.7mmのプリプレグを作製した。
なお、プリプレグにおける炭素繊維の平均繊維長、強化繊維束(A)の割合、平均繊維数(N)は、上記ランダムマットにおける値と同じである。
[実施例1]
製造例1で作製した厚み1.7mmのプリプレグ3枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図2の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が80%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み3.0mmの成形体を取り出した。得られた成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、Q層側の表面には線状のウェルド部(ウェルドライン)が確認できたが凹凸は無く、P層側の表面ではウェルドラインはほとんど目立たなかった。
[実施例2]
製造例1で作製した厚み1.7mmのプリプレグ4枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図3の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が90%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.9mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面ではウェルドラインは目立たなかった。
[実施例3]
製造例1で作製した厚み1.0mmのプリプレグ8枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図4の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が75%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.2mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面ではウェルドラインを確認することができたが凹凸は無かった。
[実施例4]
製造例1で作製した厚み1.7mmのプリプレグ5枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図5の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が80%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.7mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面ではウェルドラインが目立たなかった。
[実施例5]
製造例1で作製した厚み1.0mmのプリプレグ7枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図6の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が50%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.5mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面ではウェルドラインが少し確認できたが凹凸は無く、外観は良好であった。
[実施例6]
製造例2で作製した厚み1.7mmのプリプレグ4枚を赤外線加熱炉で表面温度が310℃になるまで加熱し、図3の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が90%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は120℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.9mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面ではウェルドラインは目立たなかった
[実施例7]
製造例3で作製した厚み1.7mmのプリプレグ4枚を赤外線加熱炉で表面温度が280℃になるまで加熱し、図3の通り配置した。この時、P層に配置したプリプレグのQ層側の面の面積を100%として、Q層に配置したプリプレグのP層に重なる面積が90%になるように配置した。配置後、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.9mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面ではウェルドラインは目立たなかった。
[比較例1]
製造例1で作製した厚み1.7mmのプリプレグ3枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図7の通り、P層のみで3層配置しプリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み5.0mmの成形体を取り出した。成形体の引張試験を行った結果を表1に示す。
[比較例2]
製造例1で作製した厚み1.7mmのプリプレグ6枚を赤外線加熱炉で表面温度が300℃になるまで加熱し、図8の通り、Q層のみで3層配置し、プリプレグを金型内へ搬送し10MPaで1分間加圧した。この時の金型温度は130℃であった。1分経過後、金型を開き、厚み4.6mmの成形体を取り出した。成形体のウェルド部の引張試験を行った結果を表1に示す。また、成形体の表面はウェルドラインが確認でき、凹凸があった。
Figure 2013094702
以上より、ウェルド部が無い比較例1(100%)および通常の積層でウェルドを作る比較例2に対し、本発明によれば、上記実施例1〜7のように、ウェルド部が無い場合に比べて弾性率の低下が少なく、またウェルド部を所望の位置に設定でき、かつ強度を任意の値に設計することができる。
本発明によれば、広範な熱可塑性樹脂を用いることができ、生産性に優れ、プレス成形時のプリプレグの流動性を低下させることなく成形体の任意の場所にウェルド部を形成し、当該ウェルド部の外観改善とウェルド部の強度に優れた成形体の製造方法、及び成形体を提供することができる。更に、本発明により、ウェルド部の外観と強度を改善できるため、大型の成形体を製造することも可能である。また、本発明により、ウェルド部の強度を任意に、かつ所望の部分で変更、制御することが可能となるため、成形体が激しい衝撃を受けた場合に、任意の箇所(ウェルド部)で破壊が起こり、かつ、当該箇所は通常の使用には充分な強度を有するという、例えば自動車用ボンネットやエアバックカバー等に極めて好適な特性の成形体を製造することが可能である。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2011年12月22日出願の日本特許出願(特願2011−281508)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明者らは、特定のプリプレグを用い、かかるプリプレグの複数枚を特定の配置の仕方で2層以上に積層することにより、本発明に至ったものである。
すなわち、上記の本発明の課題は、下記の手段によって達せられる。
<1>
平均繊維長3〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでなる、厚みが0.3mm〜5.0mmのプリプレグの少なくとも3枚を、1)加熱し、2)互いに接するP層及びQ層を含む少なくとも2層を構成するように配置し、その後、3)プレスして1つの成形体を製造する方法であって、P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)は少なくとも一部が重なるように配置し、かつ同じ層中の2枚以上のプリプレグは接しないように配置し、同じ層中の接しないように配置された2枚以上のプリプレグをプレス時に流動させ、
プレス時に、P層またはQ層の少なくともいずれかの同一層内で、接しないように配置された2枚以上の前記プリプレグの流動により、成形体にウェルド部を形成することを特徴とする成形体の製造方法。
<2>
前記プリプレグを溶融温度以上まで加熱するのと同時に、又は、溶融温度以上に加熱した後にプリプレグを金型に配置し、かつプリプレグを配置する際の金型の温度が、前記熱可塑性樹脂が、結晶性樹脂の場合は結晶化温度以下、非結晶性樹脂の場合はガラス転移温度以下であることを特徴とする<1>に記載の成形体の製造方法。
<3>
前記強化繊維がマット状であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の成形体の製造方法。
<4>
P層は1枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で2層以上を構成するように配置される、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<5>
プリプレグを、全体で3層以上を構成するように配置する、<1>〜<4>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<6>
P層は1枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成するように配置される、<1>〜<5>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<7>
P層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、Q層は1枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成するように配置される、<1>〜<5>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<8>
P層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で2層以上を構成するように配置される、<1>〜<5>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<9>
P層を構成する少なくとも1枚のプリプレグを配置し、ついでQ層を構成する少なくとも1枚のプリプレグを、P層を構成するプリプレグに重なるように配置する、<1>〜<8>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<10>
P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)とは、互いに接する側の面のp1またはq1の面積に対して10〜99%が重なるように配置する、<1>〜<9>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<11>
プリプレグは、下記式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)を含み、かつ、当該プリプレグ中の繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合が20Vol%以上99Vol%未満である、<1>〜<10>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
臨界単糸数=600/D (1)
(ここで、Dは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
<12>
プリプレグにおける強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たす<11>に記載の成形体の製造方法。
0.7×10 /D <N<1×10 /D (2)
(ここで、Dは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
<13>
強化繊維が、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種である<1>〜<12>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<14>
プリプレグにおける強化繊維と熱可塑性樹脂の存在比が強化繊維100容量部に対して、熱可塑性樹脂100〜1000容量部であることを特徴とする<1>〜<13>のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
<15>
<1>〜<14>にいずれか1項に記載の成形体の製造方法により得られる成形体であって、そのウェルド部の強度が、同一層内がすべて1枚のプリプレグのみから成形された成形体の強度を100%とした場合、20〜90%であることを特徴とする成形体。
<16>
前記ウェルド部に凹凸が無いことを特徴とする<15>に記載の成形体。
本発明は上記<1>〜<16>に記載した事項に関するものであるが参考のためにその他の事項についても記載した。

Claims (15)

  1. 平均繊維長3〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでなる、厚みが0.3mm〜5.0mmのプリプレグの少なくとも3枚を、1)加熱し、2)互いに接するP層及びQ層を含む少なくとも2層を構成するように配置し、その後、3)プレスして1つの成形体を製造する方法であって、P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)は少なくとも一部が重なるように配置し、かつ同じ層中の2枚以上のプリプレグは接しないように配置することを特徴とする成形体の製造方法。
  2. 同じ層中の接しないように配置された2枚以上のプリプレグをプレス時に流動させることを特徴とする、請求項1に記載の成形体の製造方法。
  3. プレス時に、P層またはQ層の少なくともいずれかの同一層内で、接しないように配置された2枚以上の前記プリプレグの流動により、成形体にウェルド部を形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の成形体の製造方法。
  4. P層は1枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で2層以上を構成するように配置される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  5. プリプレグを、全体で3層以上を構成するように配置する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  6. P層は1枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成するように配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  7. P層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、Q層は1枚のプリプレグを用い、全体で3層以上を構成するように配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  8. P層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、Q層は少なくとも2枚のプリプレグを用い、全体で2層以上を構成するように配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  9. P層を構成する少なくとも1枚のプリプレグを配置し、ついでQ層を構成する少なくとも1枚のプリプレグを、P層を構成するプリプレグに重なるように配置する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  10. P層中のプリプレグ(p1)とQ層中のプリプレグ(q1)とは、互いに接する側の面のp1またはq1の面積に対して10〜99%が重なるように配置する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  11. プリプレグは、下記式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)を含み、かつ、当該プリプレグ中の繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合が20Vol%以上99Vol%未満である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
    臨界単糸数=600/D (1)
    (ここで、Dは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
  12. プリプレグにおける強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たす請求項11に記載の成形体の製造方法。
    0.7×10/D<N<1×10/D (2)
    (ここで、Dは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
  13. 強化繊維が、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項1〜12のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  14. プリプレグにおける強化繊維と熱可塑性樹脂の存在比が強化繊維100容量部に対して、熱可塑性樹脂100〜1000容量部であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  15. 請求項1〜14にいずれか1項に記載の成形体の製造方法により得られる成形体であって、そのウェルド部の強度が、同一層内がすべて1枚のプリプレグのみから成形された成形体の強度を100%とした場合、20〜90%であることを特徴とする成形体。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140370245A1 (en) * 2011-12-22 2014-12-18 Teijin Limited Method for Manufacturing Shaped Product, and Shaped Product
CN104669753A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 一种超轻质高抗冲高耐磨热塑性复合板材及其制备方法
JP6243299B2 (ja) * 2014-06-16 2017-12-06 ヒエン電工株式会社 樹脂成形品の補修方法及びその補修用樹脂材料
JP6280839B2 (ja) * 2014-08-22 2018-02-14 本田技研工業株式会社 繊維強化樹脂接合体の製造方法
EP3195994B1 (en) 2014-09-17 2022-08-03 Toray Industries, Inc. Fiber-reinforced resin molding material
KR20170084276A (ko) 2014-11-14 2017-07-19 바스프 에스이 완성품 제조 방법
WO2019107247A1 (ja) * 2017-11-29 2019-06-06 帝人株式会社 複合材料、成形体の製造方法、及び複合材料の製造方法
US10618210B2 (en) 2018-05-30 2020-04-14 Corning Incorporated High capacity print station, method of making a polymer composite part, and polymer composite part
DE102018009379A1 (de) * 2018-11-30 2020-06-04 Airbus Operations Gmbh Neues Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise flächigen Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007015203A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Toray Ind Inc プリフォーム用基材、プリフォーム、およびこれらを用いた繊維強化複合材料構造物
JP2009274412A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Toray Ind Inc 不連続繊維からなる一方向シート基材の製造方法
JP2011178891A (ja) * 2010-03-01 2011-09-15 Teijin Ltd 炭素繊維複合材料

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3957943A (en) * 1971-11-09 1976-05-18 Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha Method for producing glass fiber reinforced plastic molded articles with decorative patterns and article produced thereby
CA1291934C (en) * 1988-08-10 1991-11-12 Hisashi Masuda Method and apparatus for laminating thermoplastic sheets
JPH11274833A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Mitsubishi Electric Corp 平面アンテナ用サンドイッチパネル
JP2002248620A (ja) * 2001-02-26 2002-09-03 Toray Ind Inc 繊維強化プラスチック成形用基材および繊維強化プラスチックの成形方法
JP2007291161A (ja) 2006-04-21 2007-11-08 Toray Ind Inc 熱可塑性樹脂組成物およびそれからなる成形品
JP4891011B2 (ja) * 2006-09-13 2012-03-07 帝人株式会社 補強材・放熱材に適する炭素繊維集合体
JP2009007406A (ja) * 2007-06-26 2009-01-15 Panasonic Electric Works Co Ltd プリプレグ、多層回路基板、プリント配線板及びプリント配線板の製造方法
JP2011056795A (ja) 2009-09-10 2011-03-24 Kanto Auto Works Ltd プラスチック成形品の製造装置及びその製造方法
CA2843843C (en) * 2011-08-03 2015-09-08 Teijin Limited Method for manufacturing shaped product by low-pressure molding
US20140370245A1 (en) * 2011-12-22 2014-12-18 Teijin Limited Method for Manufacturing Shaped Product, and Shaped Product
KR20130090115A (ko) * 2012-02-03 2013-08-13 삼성테크윈 주식회사 솔더 레지스트층을 형성하는 방법 및 그 솔더 레지스트층을 구비한 인쇄회로기판
JP6324738B2 (ja) * 2014-01-27 2018-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007015203A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Toray Ind Inc プリフォーム用基材、プリフォーム、およびこれらを用いた繊維強化複合材料構造物
JP2009274412A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Toray Ind Inc 不連続繊維からなる一方向シート基材の製造方法
JP2011178891A (ja) * 2010-03-01 2011-09-15 Teijin Ltd 炭素繊維複合材料

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