JPWO2014162873A1 - サンドイッチ積層体、サンドイッチ構造体とそれを用いた一体化成形品およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材を、スキン形成層およびコア形成層に用いてなるサンドイッチ積層体であって、少なくともコア形成層に用いるシート状中間基材が加熱膨張性を有し、スキン形成層を構成する熱可塑性樹脂(A)の可使温度域およびコア形成層を構成する熱可塑性樹脂(B)の可使温度域が、5℃以上の温度範囲を持って重複し、かつ、熱可塑性樹脂(A)が熱可塑性樹脂(B)の可使温度域の下限では溶融しない温度領域を有する、サンドイッチ積層体。
・強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂(B)を含浸せしめたシート状中間基材をコア形成層に用い、連続した強化繊維に熱可塑性樹脂(A)を含浸せしめたシート状中間基材をスキン形成層に用いてなるサンドイッチ積層体であって、少なくとも、コア形成層に用いるシート状中間基材が加熱膨張性を有し、スキン形成層を構成する熱可塑性樹脂(A)の可使温度域およびコア形成層を構成する熱可塑性樹脂(B)の可使温度域が、5℃以上の温度範囲を持って重複し、かつ、熱可塑性樹脂(A)が熱可塑性樹脂(B)の可使温度域の下限では溶融しない温度領域を有する、サンドイッチ積層体。
・強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材を、スキン層およびコア層に用いてなるサンドイッチ構造体であって、スキン層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア層を構成する熱可塑性樹脂(B)が、最大高さRy50μm以上、平均粗さRz30μm以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなり、かつ、前記コア層は、熱可塑性樹脂(B)により被覆された強化繊維を支持体として構成され、連続した空隙を有する構造を形成してなる、サンドイッチ構造体。
・強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をコア層に用い、連続した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いてなるサンドイッチ構造体であって、スキン層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア層を構成する熱可塑性樹脂(B)が、最大高さRy50μm以上、平均粗さRz30μm以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなり、かつ、前記コア層は、熱可塑性樹脂(B)により被覆された強化繊維を支持体として構成され、連続した空隙を有する構造を形成してなる、サンドイッチ構造体。
強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材を、コア層に用い、連続した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いてなるサンドイッチ構造体において、スキン層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア層を構成する熱可塑性樹脂(B)が、最大高さRy50μm以上、平均粗さRz30μm以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなり、かつ、前記コア層は熱可塑性樹脂(B)により被覆された強化繊維を支持体として構成する連続した空隙を有する構造を形成してなる、サンドイッチ構造体。
・前記した、いずれかのサンドイッチ積層体を加熱し、コア形成層を所定の膨張倍率で膨張せしめる、サンドイッチ構造体の製造方法。
・前記した、いずれかのサンドイッチ構造体を製造する方法であって、少なくとも以下工程[1]および[2]を有する、サンドイッチ構造体の製造方法。
工程[1]:熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)のそれぞれが溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、熱可塑性樹脂(A)を、強化繊維からなるマットないし連続した強化繊維に含浸せしめてスキン形成層とし、熱可塑性樹脂(B)を、強化繊維からなるマットに含浸せしめてコア形成層とする工程、
工程[2]:次いで、スキン形成層およびコア形成層を加熱された状態で厚み調整をすることによりコア形成層を膨張させる工程。
・前記した、いずれかのサンドイッチ構造体、または前記した製造方法で製造されるサンドイッチ構造体からなる第1の部材と、別の成形体からなる第2の部材とを接合してなる、一体化成形品。
・前記した一体化成形品を製造する方法であって、第2の部材が射出成形による成形体であり、第2の部材をインサート射出成形ないしアウトサート射出成形により第1の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。
・前記した、いずれかの一体化成形品を製造する方法であって、第2の部材がプレス成形による成形体であり、第2の部材をプレス成形により第1の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。
工程[1]:熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)のそれぞれが溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、熱可塑性樹脂(A)を、強化繊維マットないし連続した強化繊維に含浸せしめてスキン形成層とし、熱可塑性樹脂(B)を、強化繊維マットに含浸せしめてコア形成層とする工程、
工程[2]:次いで、スキン形成層およびコア形成層を加熱された状態で厚み調整をすることによりコア形成層を膨張させる工程。
サンドイッチ積層体に含浸される熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)の融点ないし軟化点を次のようにして評価した。まず、熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)のうち結晶性樹脂については、JIS K7121(1987)に規定される「プラスチックの転移温度測定方法」に準拠して融点を測定した。サンドイッチ積層体の作製に用いたシートないし不織布を、炉内温度50℃で制御された真空乾燥機中で24時間以上乾燥させた後、細かく裁断して試料を準備した。この試料について、示差走査熱量測定装置(NETZSCH社製、DSC 200F3 Maia)を用いて、前記規格による融点を得た。
サンドイッチ積層体に含浸される熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)の減量開始温度を、JIS K7120(1987)に規定される「プラスチックの熱重量測定方法」に準拠して測定した。サンドイッチ積層体の作製に用いたシートないし不織布を、炉内温度50℃で制御された真空乾燥機中で24時間以上乾燥させた後、細かく裁断して、試料を準備した。この試料について、熱重量測定装置(Bruker社製、TG−DTA 2020SA)を用いて、前記規格による熱減量線を取得した。取得した熱減量線においてベースラインの重量から1%の減量が確認された温度を本実施例における減量開始温度とした。上記操作を3回繰り返し、得られた減量開始温度の平均値を算出して、熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)の減量開始温度とした。そして、減量開始温度から50℃を差し引いた温度を、熱可塑性樹脂(A、B)における実用上の使用上限温度TA2、TB2(℃)として扱った。
サンドイッチ積層体の質量Wsを測定したのち、該サンドイッチ積層体を空気中500℃で30分間加熱して熱可塑性樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Wfを測定し、次式により算出した。
・Vf(体積%)=(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws−Wf)/ρr}×100
ρf:強化繊維の密度(g/cm3)
ρr:熱可塑性樹脂の密度(g/cm3)。
サンドイッチ積層体またはサンドイッチ構造体から幅25mmの小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋したうえで、シート厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。この試料をレーザー顕微鏡(キーエンス(株)製、VK−9510)で200倍に拡大し、無作為に選定した10ヶ所(互いの視野は重複しない)について、撮影をおこなった。撮影した画像から、熱可塑性樹脂(A)と熱可塑性樹脂(B)とが形成する界面層を、樹脂のコントラストにより確認した。コントラストが不鮮明な場合は、画像処理により濃淡を明確化した。それでも確認が難しい場合は、サンドイッチ積層体またはサンドイッチ構造体に含浸してなる熱可塑性樹脂のうち、TA1およびTB1のいずれか低温な熱可塑性樹脂のみを溶融または軟化させたサンドイッチ積層体またはサンドイッチ構造体から作製した試料について再度、撮影をおこない、界面層を確認した。上記にて撮影した10視野について、それぞれの視野中における凹凸界面のうち、最も窪みの大きい凹部と最も突出の大きい凸部との垂直落差dmax、最も窪みの小さい凹部と最も突出の小さい凸部との垂直落差dminをそれぞれ測定した。これら各視野による10点のdmaxのうち、最も大きい値を界面層における凹凸形状の最大高さRy(μm)とした。また、上記にて得られたdmaxおよびdminから、界面層における凹凸形状の平均粗さRzを、次式により算出した。
・Rz(μm)=Σ(dimax+dimin)/2n
dimax:各視野における最大垂直落差(i=1、2、・・・10)(μm)
dimin:各視野における最小垂直落差(i=1、2、・・・10)(μm)
n:測定視野数
サンドイッチ積層体またはサンドイッチ構造体から幅25mmの小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した上で、シート厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。前記試料をレーザー顕微鏡(キーエンス(株)製、VK−9510)で400倍に拡大し、繊維断面形状の観察をおこなった。観察画像を汎用画像解析ソフト上に展開し、ソフトに組み込まれたプログラムを利用して観察画像中に見える個々の繊維断面を抽出し、該繊維断面に内接する楕円を設け、繊維断面の形状を近似した(以降、繊維楕円と呼ぶ)。さらに、繊維楕円の長軸長さα/短軸長さβで表されるアスペクト比が20以上の繊維楕円に対し、X軸方向と繊維楕円の長軸方向の為す角を求めた。サンドイッチ積層体またはサンドイッチ構造体の異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計600本の強化繊維について面外角度を測定し、その平均値を面外角度θzとして求めた。
サンドイッチ積層体について、JIS K6850(1999)に規定される「接着剤−剛性被着材の引張せん断接着強さ試験法」を参考して、界面層をせん断荷重にて破壊し、その破壊様相を観察することで、サンドイッチ積層体におけるスキン形成層とコア形成層の接合状態評価をおこなった。本試験における試験片は、実施例で得られるサンドイッチ積層体を切り出して使用した。試験片を図5に示す。試験片25は長さlの異なる位置にて、試験片両表面からスキン形成層の厚さhに到達する幅wの切欠き26が挿入された形状であって、前記スキン形成層の中央から長さb(6.25mm)の位置にてスキン形成層とコア形成層との接合部が形成されている。前記試験片を5本用意し、万能試験機(インストロン社製、万能試験機4201型)にて引張方向に負荷することでせん断荷重を加え、試験片を破壊した。次いで破壊した試験片における破壊された側の面を目視にて観察することで接合部の接合状態評価とした。
・凝集破壊:スキン形成層とコア形成層の界面近傍で破壊し、かつ、スキン形成層およびコア形成層のいずれかの表層に一方の層を構成する成分が付着した状態。
・コア形成層破壊:コア形成層のみが破壊した状態。
・全体破壊:スキン形成層とコア形成層が同一にして破壊した状態。
・界面層破壊:スキン形成層とコア形成層の界面近傍で破壊し、かつ、スキン形成層およびコア形成層のいずれかの表層に一方の層を構成する成分が付着せず剥離した状態。
サンドイッチ構造体について、(6)サンドイッチ積層体における界面層の接合状態と同様に、その破壊様相を観察することで、サンドイッチ構造体におけるスキン層とコア層の接合状態評価をおこなった。
・コア層破壊:コア層の中央近傍で破壊した状態。
・スキン層破壊:スキン層のみが破壊した状態。
・全体破壊:スキン層とコア層が同一にして破壊した状態。
一体化成形品について、JIS K6850(1999)に規定される「接着剤−剛性被着材の引張せん断接着強さ試験法」を参考して、一体化成形品における接合部のせん断強度τ2の評価をおこなった。本試験における試験片は、実施例で得られる一体化成形品の平面部分を切り出して使用した。試験片を図9に示す。試験片37は長さlの異なる位置にて、試験片各表面から第1の部材の厚さh1に到達する幅wの切欠き38および第2の部材の厚さh2に到達する幅wの切欠き39が挿入された形状であって、前記試験片の中央から長さb(6.25mm)の位置にて第1の部材と第2の部材との接合部が形成されている。前記試験片を5本用意し、万能試験機(インストロン社製、万能試験機4201型)にて引張試験をおこなった。試験により得られた全てのデータ(n=5)の平均値を、一体化成形品における接合部のせん断強度τ2(MPa)とした。
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12000本の連続炭素繊維を得た。さらに該連続炭素繊維を電解表面処理し、120℃の加熱空気中で乾燥して強化繊維Iを得た。この炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
密度:1.80g/cm3
単繊維径:7μm
引張強度:4.9GPa
引張弾性率:230GPa
未変性ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製、“プライムポリプロ”(登録商標)J707G)90質量%と、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製、“アドマー”(登録商標)QB510)10質量%とからなるマスターバッチを用いて、目付100g/m2のシートを作製した。得られたシートの特性を表1に示す。
ポリアミド6樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM1021T)からなる目付124g/m2の樹脂シートを作製した。得られたシートの特性を表1に示す。
ナイロン66樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM3006)からなる目付126g/m2の樹脂シートを作製した。得られたシートの特性を表1に示す。
ポリカーボネート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製“ユーピロン”(登録商標)H−4000)からなる目付132g/m2の樹脂シートを作製した。得られたシートの特性を表1に示す。
ポリフェニレンサルファイド樹脂(東レ(株)製“トレリナ”(登録商標)M2888)からなる目付67g/m2の樹脂不織布を作製した。得られたシートの特性を表1に示す。
変性ポリフェニレンエーテル樹脂( SABIC(株)製“NORYL”(登録商標)PPX7110)からなる目付100g/m2のシートを作製した。得られたシートの特性を表1に示す。
強化繊維Iを長さ5mmにカットし、チョップド強化繊維を得た。チョップド強化繊維を開綿機に投入して当初の太さの強化繊維束がほとんど存在しない、綿状の強化繊維集合体を得た。この強化繊維集合体を直径600mmのシリンダーロールを有するカーディング装置に投入し、強化繊維からなるシート状のウエブを形成した。このときのシリンダーロールの回転数は320rpm、ドッファーの速度は13m/分であった。このウエブを重ねて強化繊維マット(5mmマット)を得た。得られた強化繊維マットの特性を表2に示す。
強化繊維Iをカートリッジカッターで3mmにカットし、チョップド強化繊維を得た。水と界面活性剤(ナカライテスク(株)製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(商品名))からなる濃度0.1重量%の分散媒を40リットル作製し、斯かる分散媒を抄造装置に投入した。抄造装置は、回転翼付き攪拌機を備えた上部の抄造槽(容量30リットル)と、下部の貯水槽(容量10リットル)からなり、抄造槽と貯水槽の間には多孔支持体を設けてある。まず、斯かる分散媒を攪拌機にて空気の微小気泡が発生するまで撹拌した。その後、所望の目付となるように、重量を調整したチョップド強化繊維を、空気の微小気泡が分散した分散媒中に投入して攪拌することにより、強化繊維が分散したスラリーを得た。次いで、貯水層からスラリーを吸引し、多孔支持体を介して脱水して強化繊維抄造体とした。前記抄造体を熱風乾燥機にて150℃、2時間の条件下で乾燥させ、強化繊維マット(3mmマット)を得た。得られた強化繊維マットの特性を表2に示す。
強化繊維Iをカートリッジカッターで6mmにカットし、チョップド強化繊維を得た以外は、3mmマットと同様にして、強化繊維マット(6mmマット)を得た。得られた強化繊維マットの特性を表2に示す。
強化繊維Iをカートリッジカッターで12mmにカットし、チョップド強化繊維を得た以外は、3mmマットと同様にして、強化繊維マット(12mmマット)を得た。得られた強化繊維マットの特性を表2に示す。
強化繊維Iをカートリッジカッターで25mmにカットし、チョップド強化繊維を得た。得られたチョップド強化繊維を80cm高さから自由落下させて、チョップド炭素繊維がランダムに分布した、強化繊維マット(25mmマット)を得た。得られた強化繊維マットの特性を表2に示す。
開繊加工を施した強化繊維Iを並行に引き揃え、1.4本/cmの密度で一方向に配列してシート状の強化繊維群を用いた一方向性シートを形成し、強化繊維マット(UD基材)を得た。得られたUD基材の特性を表2に示す。
開繊加工を施した強化繊維Iを並行に引き揃え、1.4本/cmの密度で一方向に配列してシート状の強化繊維群を形成した。補助繊維(共重合ポリアミド繊維、融点140℃)を、3本/cmの密度で、前記強化繊維群と直交する方向に配置し、遠赤外線ヒーターにて加熱することで、シート状を保持した一方向性シートを形成した。前記一方向性シートを離型紙で挟み、180℃に加熱されたダブルベルトプレスを1MPaの面圧を付与しながら1m/分の速度にて通過させ、前記補助繊維を完全に溶融し、強化繊維群が目止めされたUDプリプレグを得た。
強化繊維Iを並行に引き揃え、1.2本/cmの密度で一方向に配列してシート状の強化繊維群を形成した。強化繊維Iを、1.2本/cmの密度で、前記強化繊維群と直交する方向に配列し、強化繊維同士を交錯させ、織機を用いて平織組織の二方向性織物基材を形成し、強化繊維マット(織物基材)を得た。得られた織物基材の特性を表2に示す。
強化繊維IとPA6シートの作製に用いたマスターバッチとを、2軸押出機(日本製鋼所(株)製、TEX−30α)を用いてコンパウンドし、繊維含有量30重量%の射出成形用ペレット(PAコンパウンド)を製造した。
ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料(GMT)(Quadrant社製、“ユニシート”(登録商標)P4038−BK31)を実施例1と同様の方法にて成形し、1.6mmの厚みに形成された強化繊維マット(GMT)を得た。
強化繊維マットとして5mmマット、熱可塑性樹脂(A)としてPA6シート、熱可塑性樹脂(B)としてPPシートを、[熱可塑性樹脂(A)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(A)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(A)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(A)]の順番に配置し、積層前駆体を作製した。次いで、以下のプレス成形条件(I)〜(III)を経ることによりサンドイッチ積層体を得た。
(I)前記積層前駆体を、230℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)金型キャビティを開放してサンドイッチ積層体を取り出す。
強化繊維マットとして6mmマットを用いた以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを、熱可塑性樹脂(A)としてPA66シート、熱可塑性樹脂(B)としてPA6シートを用いて、250℃に予熱したプレス成形用金型キャビティに配置した以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、熱可塑性樹脂(A)としてPPSシート、熱可塑性樹脂(B)としてPA66シートを用い、285℃に予熱したプレス成形用金型キャビティに配置した以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、熱可塑性樹脂(A)としてPPSシートを、熱可塑性樹脂(B)としてPCシートを用いた以外は、実施例4と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、熱可塑性樹脂(A)としてPPEシートを用いた以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして3mmマットを用いた以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして12mmマットを用いた以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
強化繊維マットとして25mmマットを用いた以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
スキン形成層に用いる強化繊維マットとしてUD基材を用いた。UD基材については強化繊維の連続方向を0°と規定し、0°に対して直交方向を90°と規定した。コア形成層に用いる強化繊維マットは5mmマットを用いた。熱可塑性樹脂(A)はPA6シート、熱可塑性樹脂(B)はPPシートを用いた。これらを、[熱可塑性樹脂(A)/UD基材(0°)/熱可塑性樹脂(A)/UD基材(90°)/熱可塑性樹脂(B)/5mmマット/熱可塑性樹脂(B)/5mmマット/5mmマット/熱可塑性樹脂(B)/5mmマット/熱可塑性樹脂(B)/UD基材(90°)/熱可塑性樹脂(A)/UD基材(0°)/熱可塑性樹脂(A)]の順番に配置し、積層前駆体を作製した以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
スキン形成層に用いる強化繊維マットは織物基材を用いた。コア形成層に用いる強化繊維マットは5mmマットを用いた。熱可塑性樹脂(A)はPA6シート、熱可塑性樹脂(B)はPPシートを用いた。これらを、[熱可塑性樹脂(A)/熱可塑性樹脂(A)/織物基材/熱可塑性樹脂(B)/5mmマット/熱可塑性樹脂(B)/5mmマット/熱可塑性樹脂(B)/熱可塑性樹脂(B)/織物基材/熱可塑性樹脂(A)/熱可塑性樹脂(A)]の順番に配置し、積層前駆体を作製した以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−1に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPPシートを用いた以外は、実施例1と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−2に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPPシートを用いた以外は、実施例2と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−2に示す。
熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)としてPA66シートを用いた以外は、実施例3と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−2に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPPシートを、熱可塑性樹脂(B)としてPA6シートを用いた以外は、実施例2と同様にしてサンドイッチ積層体を得た。得られたサンドイッチ積層体の特性を表3−2に示す。
強化繊維マットとして5mmマット、熱可塑性樹脂(A)としてPA6シート、熱可塑性樹脂(B)としてPPシートを、[熱可塑性樹脂(A)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(A)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(B)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(A)/強化繊維マット/熱可塑性樹脂(A)]の順番に配置し、積層前駆体を作製した。次いで、以下の(I)、(II)のプレス成形条件を経ることによりサンドイッチ積層体を得た。
(I)前記積層前駆体を、230℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
(II)次いで、120秒間保持したのち、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)上記(II)の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、サンドイッチ構造体を得る際の膨張倍率が3倍となるように調整する。
(IV)その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(V)金型を開いてサンドイッチ構造体を取り出す。
強化繊維マットとして6mmマットを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを、熱可塑性樹脂(A)としてPA66シート、熱可塑性樹脂(B)としてPA6シートを用いて、積層前駆体を250℃に予熱したプレス成形用金型キャビティに配置した以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、熱可塑性樹脂(A)としてPPSシートを、熱可塑性樹脂(B)としてPA66シートを用い、積層前駆体を285℃に予熱したプレス成形用金型キャビティに配置した以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、熱可塑性樹脂(A)としてPPSシートを、熱可塑性樹脂(B)としてPCシートを用いた以外は、実施例15と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、熱可塑性樹脂(A)としてPPEシートを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして3mmマットを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして12mmマットを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、サンドイッチ構造体を得る際の膨張倍率を金属スペーサーにより1.5倍となるように調整した以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
強化繊維マットとして6mmマットを用い、サンドイッチ構造体を得る際の膨張倍率を金属スペーサーにより10倍となるように調整した以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
実施例10で作製した積層前駆体を用い、実施例12で採用したプレス成形条件(I)〜(V)を経ることで、サンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
実施例11で作製した積層前駆体を用い、実施例12で採用したプレス成形条件(I)〜(V)を経ることで、サンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−1に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPPシートを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−2に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPPシートを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−2に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPA66シートを、熱可塑性樹脂(B)としてPA66シートを用いた以外は、実施例14と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−2に示す。
熱可塑性樹脂(A)としてPPシートを、熱可塑性樹脂(B)としてPA6シートを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−2に示す。
強化繊維マットとして25mmマットを用いた以外は、実施例12と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体の特性を表4−2に示す。
実施例13のサンドイッチ構造体(縦300mm×横300mm)から、長さ180mm、幅70mmの長方形を切り出し、これを第1の部材32とした。一方、第2の部材33としてPAコンパウンドを用いた。次いで、上記にて製造された第1の部材を、サンドイッチ構造体側が接合面となるように射出成形用金型にインサートして、PAコンパウンドを用いて、第2の部材を射出成形し、図7に示すような一体化成形品31を得た。このとき、射出成形機のシリンダー温度は280℃、金型温度は60℃であった。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
実施例19のサンドイッチ構造体を第1の部材とした以外は、実施例24と同様にして図7に示すような一体化成形品31を得た。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
実施例22のサンドイッチ構造体を第1の部材とした以外は、実施例24と同様にして図7に示すような一体化成形品31を得た。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
実施例23のサンドイッチ構造体を第1の部材とした以外は、実施例24と同様にして図7に示すような一体化成形品31を得た。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
比較例6のサンドイッチ構造体を第1の部材とした以外は、実施例24と同様にして図7に示すような一体化成形品31を得た。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
比較例8のサンドイッチ構造体を第1の部材とした以外は、実施例24と同様にして図7に示すような一体化成形品31を得た。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
比較例9のサンドイッチ構造体を第1の部材とした以外は、実施例24と同様にして図7に示すような一体化成形品31を得た。得られた一体化成形品の特性を表5に示す。
実施例13のサンドイッチ構造体(縦300mm×横300mm)から、長さ250mm、幅160mmの長方形を切り出し、これを第1の部材35とした。一方、第2の部材36として、UDプリプレグを180℃に保持された熱盤加熱型予熱装置に配置して、0.1MPaの圧力を付与しながら1分間予熱した。次いで、第1の部材を、PPシート側が上面となるように120℃に予熱されたプレス成形用金型内に配置し、その上に予熱が完了したUDプリプレグを重ねて配置して金型を閉じ、15MPaの圧力を付与した状態で120秒間保持して、第2の部材をプレス成形により接合された図8に示すような一体化成形品34を得た。得られた一体化成形品の特性を表6に示す。
第1の部材として実施例22のサンドイッチ構造体を用い、GMTを第2の部材とし、GMTの予熱を200℃に保持された熱板加熱型予熱装置に配置して、0.1MPaの圧力を付与しながら1分間予熱した以外は、実施例28と同様にして図8に示すような一体化成形品34を得た。得られた一体化成形品の特性を表6に示す。
第1の部材として実施例23のサンドイッチ構造体を用い、UDプリプレグを第2の部材とした以外は、実施例28と同様にして図8に示すような一体化成形品34を得た。得られた一体化成形品の特性を表6に示す。
2、9 熱可塑性樹脂(B)
3、8 熱可塑性樹脂(A)
4、15、16、17、18、19、20、23、24 強化繊維(単繊維)
5 熱可塑性樹脂(A)を貫通する強化繊維
6 熱可塑性樹脂(B)を貫通する強化繊維
10 サンドイッチ積層体およびサンドイッチ構造体の界面層
11 界面層における最も窪みの大きい凹部
12 界面層における最も突出の大きい凸部
13 界面層における最も窪みの小さい凹部
14 界面層における最も突出の小さい凸部
21 二次元接触角、二次元配向角
25、37 引張せん断接合試験片
29、32、35 サンドイッチ構造体
26、38、39 切欠き
27 スキン層
28 コア層
30 空隙
31、34 一体化成形品
33、36 第2の部材
101 スキン形成層(またはスキン層)
102 コア形成層(またはコア層)
Claims (18)
- 強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材を、スキン形成層およびコア形成層に用いてなるサンドイッチ積層体であって、少なくともコア形成層に用いるシート状中間基材が加熱膨張性を有し、スキン形成層を構成する熱可塑性樹脂(A)の可使温度域およびコア形成層を構成する熱可塑性樹脂(B)の可使温度域が、5℃以上の温度範囲を持って重複し、かつ、熱可塑性樹脂(A)が熱可塑性樹脂(B)の可使温度域の下限では溶融しない温度領域を有する、サンドイッチ積層体。
- 強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂(B)を含浸せしめたシート状中間基材をコア形成層に用い、連続した強化繊維に熱可塑性樹脂(A)を含浸せしめたシート状中間基材をスキン形成層に用いてなるサンドイッチ積層体であって、少なくとも、コア形成層に用いるシート状中間基材が加熱膨張性を有し、スキン形成層を構成する熱可塑性樹脂(A)の可使温度域およびコア形成層を構成する熱可塑性樹脂(B)の可使温度域が、5℃以上の温度範囲を持って重複し、かつ、熱可塑性樹脂(A)が熱可塑性樹脂(B)の可使温度域の下限では溶融しない温度領域を有する、サンドイッチ積層体。
- マットに含有される強化繊維が、スキン形成層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア形成層を構成する熱可塑性樹脂(B)とで形成される界面層を貫通してなる、請求項1または2に記載のサンドイッチ積層体。
- スキン形成層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア形成層を構成する熱可塑性樹脂(B)が、最大高さRy50μm以上、平均粗さRz30μm以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなる、請求項1〜3のいずれかに記載のサンドイッチ積層体。
- 前記マットは、不連続性強化繊維が略モノフィラメント状に分散してなる、請求項1〜4のいずれかに記載のサンドイッチ積層体。
- 前記マットは、不連続性強化繊維がモノフィラメント状かつランダムに分散してなる、請求項1〜4のいずれかに記載のサンドイッチ積層体。
- 前記界面層における強化繊維の面外角度θzが5°以上である、請求項3〜6のいずれかに記載のサンドイッチ積層体。
- マットを構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項1〜7のいずれかに記載のサンドイッチ積層体。
- 熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)が、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、PPS系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂の群から選択される組合せである、請求項1〜8のいずれかに記載のサンドイッチ積層体。
- 強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材を、スキン層およびコア層に用いてなるサンドイッチ構造体であって、スキン層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア層を構成する熱可塑性樹脂(B)が、最大高さRy50μm以上、平均粗さRz30μm以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなり、かつ、前記コア層は、熱可塑性樹脂(B)により被覆された強化繊維を支持体として構成され、連続した空隙を有する構造を形成してなる、サンドイッチ構造体。
- 強化繊維からなるマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をコア層に用い、連続した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いてなるサンドイッチ構造体であって、スキン層を構成する熱可塑性樹脂(A)とコア層を構成する熱可塑性樹脂(B)が、最大高さRy50μm以上、平均粗さRz30μm以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなり、かつ、前記コア層は、熱可塑性樹脂(B)により被覆された強化繊維を支持体として構成され、連続した空隙を有する構造を形成してなる、サンドイッチ構造体。
- 請求項1〜9のいずれかに記載のサンドイッチ積層体を加熱し、コア形成層を所定の膨張倍率で膨張せしめる、サンドイッチ構造体の製造方法。
- 膨張倍率が1.5〜10倍である、請求項12に記載のサンドイッチ構造体の製造方法。
- 請求項10または11記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、少なくとも以下工程[1]および[2]を有する、サンドイッチ構造体の製造方法。
工程[1]:熱可塑性樹脂(A)および熱可塑性樹脂(B)のそれぞれが溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、熱可塑性樹脂(A)を、強化繊維からなるマットないし連続した強化繊維に含浸せしめてスキン形成層とし、熱可塑性樹脂(B)を、強化繊維からなるマットに含浸せしめてコア形成層とする工程、
工程[2]:次いで、スキン形成層およびコア形成層を加熱された状態で厚み調整をすることによりコア形成層を膨張させる工程。 - 請求項10または11に記載のサンドイッチ構造体、または請求項12〜14のいずれかに記載の製造方法で製造されるサンドイッチ構造体からなる第1の部材と、別の成形体からなる第2の部材とを接合してなる、一体化成形品。
- 自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材および輸送用箱体からなる群より選ばれる実装部材として用いられる請求項15に記載の一体化成形品。
- 請求項15または16に記載の一体化成形品を製造する方法であって、第2の部材が射出成形による成形体であり、第2の部材をインサート射出成形ないしアウトサート射出成形により第1の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。
- 請求項15または16に記載の一体化成形品を製造する方法であって、第2の部材がプレス成形による成形体であり、第2の部材をプレス成形により第1の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。
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