JPWO2016052645A1 - 樹脂複合体 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、従来の樹脂複合体は耐熱性と耐衝撃性とが十分優れたものにはなっていないという課題を有する。
図1に示す本実施形態の樹脂複合体Aは、ポリアミド系樹脂発泡シート1と、ポリアミド系樹脂発泡シート1に積層されてポリアミド系樹脂発泡シート1と一体化された繊維強化樹脂層2とを有する。即ち、繊維強化樹脂層2は、ポリアミド系樹脂発泡シート1の表面に密着している。本実施形態の樹脂複合体Aは、加えられる衝撃力をポリアミド系樹脂発泡シート1によって円滑に吸収させることができる。本実施形態の樹脂複合体Aは、ポリアミド系樹脂発泡シート1が衝撃力によって過度に変形することがない。衝撃力によって繊維強化樹脂層2に亀裂が生じるのを抑制できるため樹脂複合体Aは優れた耐衝撃性を有する。また、ポリアミド系樹脂発泡シート1は耐熱性に優れているため、樹脂複合体Aは優れた耐熱性を有する。
(ポリアミド系樹脂発泡シート1)
ポリアミド系樹脂発泡シート1を構成しているポリアミド系樹脂としては、例えば、PA6、PA6,6、PA10、PA11、PA12、PA6,12、PA12,12、PA4,6、PA6,T、PA6,I、PA9,T、PA5M,Tなどが挙げられる。ポリアミド系樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。ポリアミド系樹脂は、例えば、ジアミン、ジカルボン酸、ω−アミノ−ω’カルボン酸の重縮合物であってもよい。又ポリアミド系樹脂は環状ラクタムの開環重合物であってもよい。
ポリアミド系樹脂発泡シート1中のポリアミド系樹脂の含有量は、耐衝撃性及び耐熱性の観点から、60質量%以上100質量%以下が好ましく、75質量%以上100質量%以下がより好ましく、85質量%以上100質量%以下がさらに好ましい。
ポリアミド系樹脂発泡シート1は、架橋剤をさらに含むことができる。架橋剤としては、公知のものが用いられ、例えば、無水ピロメリット酸などの酸二無水物、無水マレイン酸とビニルモノマーとの共重合物、多官能エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物などが挙げられる。これら架橋剤は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。ポリアミド系樹脂発泡シート1中に含まれる架橋剤の含有量は、成形性の観点から、0.05質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上3質量%以下がさらに好ましい。
樹脂複合体Aに衝撃力が加わった場合に、ポリアミド系樹脂発泡シート1の気泡壁の一部が衝撃力によって破壊し、この気泡壁の破壊が隣接する気泡壁に次々と伝播することがある。このとき、ポリアミド系樹脂発泡シート1の平均気泡径が大きすぎると、ポリアミド系樹脂発泡シート1内に存在する気泡の数が少なくなる。気泡の数が少ないポリアミド系樹脂発泡シート1は、気泡壁の破壊が繊維強化樹脂層2との界面に達しやすくなる。ポリアミド系樹脂発泡シート1の気泡壁の破壊が、ポリアミド系樹脂発泡シート1と繊維強化樹脂層2との界面に達すると、ポリアミド系樹脂発泡シート1の表面が破壊される。その結果、ポリアミド系樹脂発泡シート1と繊維強化樹脂層2との一体化が不十分なものになる。また、繊維強化樹脂層2がポリアミド系樹脂発泡シート1の表面から剥離すると樹脂複合体Aの耐衝撃性が低下するという問題を生じる。
図2に示すように、ポリアミド系樹脂発泡シート1をその幅方向の中央部において押出方向(MD:Machine Direction)に沿い且つ発泡シート面に対して垂直な面αで切断し、切断面を走査型電子顕微鏡で18〜20倍(場合によっては200倍)に拡大して撮影し、拡大写真Aを得る。なお、拡大写真Aの大きさとしては、A4用紙の大きさの1/4程度の大きさとする。
平均弦長t(mm)=60/(気泡数×写真の倍率)・・・(1)
写真の拡大倍率=スケールバー実測値(mm)/スケールバーの表示値(mm)・・・(2)
D(mm)=t/0.616・・・(3)
平均気泡径(mm)=(DMD×DTD×DVD)1/3・・・(4)
DMD:MDの気泡径(mm)
DTD:TDの気泡径(mm)
DVD:VDの気泡径(mm)
即ち、樹脂複合体Aは、ポリアミド系樹脂発泡シート1が最も薄い部位でも当該ポリアミド系樹脂発泡シート1の厚みが0.1mm以上になっていることが好ましい。
また、樹脂複合体Aは、ポリアミド系樹脂発泡シート1が最も厚い部位でも当該ポリアミド系樹脂発泡シート1の厚みが5mm以下になっていることが好ましい。
なお、このような傾向は、繊維強化樹脂材の樹脂が熱可塑性樹脂である場合よりも熱硬化性樹脂である場合に顕著となる。
ポリアミド系樹脂発泡シート1は、含有するポリアミド系樹脂が結晶化していることで、熱変形などを防止することができる。
ポリアミド系樹脂発泡シート1に含まれるポリアミド系樹脂の結晶化度は、10%以上であることが好ましい。
該ポリアミド系樹脂が結晶性を有することは、示差走査熱量計装置(例えば、株式会社 日立ハイテクサイエンス、商品名「DSC7020」)を用い確認することができる。
即ち、ポリアミド系樹脂が融解にともなう吸熱や結晶化にともなう発熱を示すことによって該ポリアミド系樹脂が結晶性を有することを確認することができる。
また、ポリアミド系樹脂発泡シート1におけるポリアミド系樹脂の結晶化度も示差走査熱量計装置を用いて確認することができる。
具体的には、ポリアミド系樹脂の結晶化度は、以下の要領で測定することができる。
但し、サンプリング方法・温度条件に関しては以下の通りとする。
試料をアルミニウム製測定容器の底にすきまのないよう試料を約5mg充てんして、窒素ガス流量20mL/minのもと、30℃から−40℃まで降温した後10分間保持し、−40℃から290℃まで昇温(1st Heating)、10分間保持後290℃から−40℃まで降温(Cooling)、10分間保持後−40℃から290℃まで昇温(2nd Heating)した時のDSC曲線を得る。なお、全ての昇温・降温は速度10℃/minで行い、基準物質はアルミナを用いる。
結晶化熱量から算出される結晶化度とは、Cooling過程にみられる結晶化ピークの面積から求められる結晶化熱量Q(J/g)を該ポリアミド系樹脂の完全結晶の理論融解熱量ΔHf(J/g)で除して求められる割合である。
結晶化熱量は装置付属の解析ソフトを用い、高温側のベースラインからDSC曲線が離れる点と、そのDSC曲線が再び低温側のベースラインへ戻る点とを結ぶ直線と、DSC曲線に囲まれる部分の面積から算出される。
つまり、結晶化度は次式より求められる。
結晶化度(%)=(Q(J/g)/ΔHf(J/g)×100
そのようなことからポリアミド系樹脂発泡シート1は、使用されているポリアミド系樹脂の種類によらず、上記のような測定を行った際に20J/g以上の結晶化熱量を示すことが好ましく、30J/g以上の結晶化熱量を示すことがより好ましい。
具体的には、(a1)ポリアミド系樹脂を押出機に供給して化学発泡剤又は物理発泡剤などの発泡剤や気泡核剤の存在下にて溶融混練し押出機から押出発泡させてポリアミド系樹脂発泡シートを製造する方法(押出発泡法)、(a2)ポリアミド系樹脂及び化学発泡剤を押出機に供給して化学発泡剤の分解温度未満にて溶融混練し押出機から発泡性樹脂シートを製造し、この発泡性樹脂シートを発泡させてポリアミド系樹脂発泡シートを製造する方法などが挙げられる。
気泡核剤としては、例えばタルク、マイカ、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カリウム、硫酸バリウム、炭酸水素ナトリウム、ガラスビーズ等の無機化合物;ポリテトラフルオロエチレン、アゾジカルボンアミド、炭酸水素ナトリウムとクエン酸の混合物等の有機化合物、窒素等の不活性ガスなどが挙げられる。これらの中でも、無機化合物ではタルク、有機化合物ではポリテトラフルオロエチレンが気泡微細化に効果が高いため好ましい。また、ポリテトラフルオロエチレンは分散させた際にフィブリル状になることで樹脂の溶融張力が上がるようになるものが特に好ましい。気泡核剤の添加量は、樹脂成分100質量部あたり、0.01質量部以上15質量部以下が好ましい。
本実施形態の樹脂複合体Aに用いられる繊維強化樹脂層2は、強化繊維に樹脂を含浸させてなるものである。含浸させた樹脂は、強化繊維同士を結着させるのに有効に作用する。これにより、繊維強化樹脂層2の機械的強度を向上させ、樹脂複合体Aの機械的強度を向上させることができる。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂とを予備重合した樹脂などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、耐衝撃性又は耐薬品性に優れていることから、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤などの添加剤が含有されていてもよい。なお、熱硬化性樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
更に、本実施形態の樹脂複合体Aによれば、ポリアミド系樹脂発泡シート1の表面に繊維強化樹脂層2が積層一体化されているので、樹脂複合体Aに加わった衝撃力は、繊維強化樹脂層2全体に伝播し拡散した上でポリアミド系樹脂発泡シート1の全体に伝達される。従って、樹脂複合体Aに加わった衝撃力は、ポリアミド系樹脂発泡シート1の全体で効率良く吸収される。よって、本実施形態の樹脂複合体Aは、優れた耐衝撃性(衝撃吸収力)を有している。このような樹脂複合体Aは、特に制限されないが、航空機、自動車、船舶、及び建築物などの構成部材や電子機器の筐体として好適に用いられる。
樹脂複合体Aの製造方法としては、特に限定されず、例えば、ポリアミド系樹脂発泡シート1の表面(片面又は両面)に、樹脂が含浸されている強化繊維を含む繊維強化樹脂材を積層して積層体を製造した後、積層体を加熱して、積層体をポリアミド系樹脂発泡シート1の厚み方向に押圧することによって、繊維強化樹脂材を繊維強化樹脂層2としてポリアミド系樹脂発泡シート1の表面に積層一体化させる方法が挙げられる。
ポリアミド系樹脂発泡シートにおける繊維強化樹脂材を積層する面は、得られる樹脂複合体Aの用途に応じて決定すればよく、特に制限されない。従って、ポリアミド系樹脂発泡シート1の少なくとも一面であってもよいし両面の何れであってもよい。得られる樹脂複合体Aの耐衝撃性を考慮すると、ポリアミド系樹脂発泡シート1の両面に繊維強化樹脂材を積層することが好ましい。
上述の如くして製造された積層体を赤外線ヒータなどで加熱しながら積層体をその厚み方向に押圧する。積層体の加熱によって、繊維強化樹脂材及びポリアミド系樹脂発泡シート1が加熱される。積層体の加熱によって、繊維強化樹脂材に含まれている樹脂を軟化させて流動性を有する状態とし、必要に応じて、繊維強化樹脂材及びポリアミド系樹脂発泡シート1を所望形状に成形する。樹脂が熱硬化性樹脂を含む場合、熱硬化性樹脂を軟化させて硬化させることなく流動性を有する状態とする。熱硬化性樹脂は、加熱によって熱硬化する前に流動性を有する状態となるので、この流動性を有する状態を維持するように温度制御する。樹脂が熱可塑性樹脂を含む場合、熱可塑性樹脂が流動性を有する状態となるように温度制御する。
示差走査熱量計装置を用いアルミニウム製測定容器の底にすきまのないよう試料を約6mg充てんして、窒素ガス流量20mL/分のもと、試料を30℃から−40℃まで降温した後に10分間に亘って保持した後、試料を−40℃から290℃まで昇温(1st Heating)し290℃に10分間に亘って保持した後に290℃から−40℃まで降温(Cooling)する。引き続き−40℃の温度で10分間に亘って保持した後に−40℃から290℃まで昇温(2nd Heating)した時のDSC曲線を得る。なお、全ての昇温速度及び降温速度は10℃/分とし、基準物質としてアルミナを用いる。
本明細書において、融点、とは、2nd Heating過程で得られたDSC曲線における吸熱ピーク温度のことをいう。
本明細書において、ガラス転移温度とは、2nd Heating過程で得られたDSC曲線より得られた中間点ガラス転移温度のことをいう。又、この中間点ガラス転移温度はJIS K7121:1987(9.3「ガラス転移温度の求め方」)に基づいて求めることができる。なお、示差走査熱量計装置としては、エスアイアイナノテクノロジー社(現、日立ハイテクサイエンス社)から商品名「DSC6220型」で市販されていた示差走査熱量計装置などを用いることができる。
即ち、樹脂複合体Aの見掛け密度は、樹脂複合体Aの総質量を樹脂複合体Aの見掛け上の体積で除して求められる。
アルミニウム板を用意し、このアルミニウム板の上面に離型剤(ケムリースジャパン社製 商品名「ケムリース2166」)を塗布して一日放置し、アルミニウム板の上面に離型処理を施した。なお、アルミニウム板上面の外周縁部には、後記する封止材7やバックバルブ11を配置するため、離型処理は施さなかった。
図5に示すように、上面に離型処理を施したアルミニウム板を押圧板6aとして用い、該押圧板6aの離型処理を施した面上に、2枚の繊維強化樹脂材21を重ね合わせたものを載置し、これらの繊維強化樹脂材21の上にポリアミド系樹脂発泡シート1を載置した。
ここで、繊維強化樹脂材21には、炭素繊維(強化繊維)からなる綾織の織物から形成された市販の炭素繊維強化樹脂材(CFRP、三菱レイヨン社製 商品名「パイロフィルプリプレグ TR3523 381GMP」、目付:200g/m2、厚み:0.23mm)を用いた。この繊維強化樹脂材21の形状は、縦16cm×横16cmの平面正方形状であった。繊維強化樹脂材21には、樹脂として熱硬化性エポキシ樹脂が含まれており、繊維強化樹脂材21中の熱硬化性エポキシ樹脂の含有量は40質量%であった。2枚の繊維強化樹脂材21は、それらの経糸の長さ方向がなす角度が90°となるように重ね合わせた。
ポリアミド系樹脂発泡シート1には、ポリアミド系樹脂としてポリアミド6(ユニチカ社製 ユニチカナイロン6 A1030BRT)が用いられ、押出発泡法によって作製されたものを用いた。該ポリアミド系樹脂発泡シート1の厚みは2.2mm、平均気泡径は390μm、接触角は68.6°、見掛け密度は0.25g/cm3であった。また、ポリアミド系樹脂発泡シート1の形状は、縦16cm×横16cmの平面正方形状であった。
また、上記とは別に、上記と同一の繊維強化樹脂材21を2枚用意し、2枚の繊維強化樹脂材21を上記と同様の要領で重ね合わせた。これらの重ね合わせた2枚の繊維強化樹脂材21をポリアミド系樹脂発泡シート1の上にさらに載置して積層体Bを作製した。
次に、押圧板6aの剥離処理を施した面上において、積層体Bの幅方向両端部の外側に一対のスペーサ(図示せず)を載置した。なお、スペーサには、5mmの厚みを有するアルミニウム板を用いた。スペーサは、後記する押圧板6bと接触する上面に予め離型処理を施しておいた。
そして、上記と同様にして、下面に剥離処理を施したアルミニウム板を押圧板6bとして用意し、積層体B及びスペーサの上に押圧板6bを載置した。
しかる後、押圧板6bの上に、この押圧板6bを全面的に被覆するように、貫通孔を有するリリースフィルム3(AIRTECH社製 商品名「WL5200B−P」)及びブリーザークロス4(AIRTECH社製 商品名「AIRWEAVE N4」)を順に積層した。ブリーザークロス4は、積層体Bの両側面(図5における左右側面)も被覆するように配置した。
ここで、リリースフィルム3は、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体フィルムから形成され、両面間に亘って貫通し且つ繊維強化樹脂材21中の熱硬化性樹脂が通過可能な貫通孔が多数、形成されているものを用いた。ブリーザークロス4は、ポリエステル樹脂繊維から構成された不織布から形成されており、熱硬化性樹脂を含浸可能に構成されているものを用いた。
次に、ブリーザークロス4の上にさらにバギングフィルム5(AIRTECH社製 商品名「WL7400」)を被せ、バギングフィルム5の外周縁部とこれに対向する押圧板6aとの間を封止材7としてシーラントテープ(AIRTECH社製 商品名「GS43MR」)を用いて気密的に接合して積層体Bをバギングフィルム5によって密封した。バギングフィルム5は、ポリアミド樹脂フィルムから構成されているものを用いた。
バギングフィルム5の一部にバックバルブ11(AIRTECH社製 商品名「VAC VALVE 402A」)を配置して積層構造体を作製した。
次に、上記積層構造体を加熱硬化試験用オートクレーブ(羽生田鉄工所社製 商品名「DL−2010」)内に供給し、積層構造体のバックバルブ11を真空ラインと接続し、該バックバルブ11から排気してバギングフィルム5で密閉された空間部8内を真空度0.10MPaに減圧した。なお、空間部8の減圧はその後も継続して行った。
しかる後、オートクレーブ内を昇温速度4℃/分にて90℃となるまで昇温し、オートクレーブ内を90℃にして、90分間に亘って積層体Bを加熱し、繊維強化樹脂材21中の熱硬化性樹脂を軟化させて繊維強化樹脂材21をポリアミド系樹脂発泡シート1の表面に沿って変形させると共に、繊維強化樹脂材21中に存在している空気を吸引、除去した。
次に、オートクレーブ内を0.3MPaのゲージ圧力に加圧して積層体Bに押圧力を加えると共に、オートクレーブ内を昇温速度4℃/分にて130℃となるまで昇温し、オートクレーブ内を130℃にして、60分間に亘って積層体Bを加熱し、繊維強化樹脂材21中の熱硬化性樹脂を硬化させると共に、繊維強化樹脂材21、21を硬化した熱硬化性樹脂によってポリアミド系樹脂発泡シート1の両面に積層一体化させて樹脂複合体Aを得た。繊維強化樹脂材21、21同士は、これに含まれている熱硬化性樹脂が硬化することによって一体化してポリアミド系樹脂発泡シート1の表面上に繊維強化樹脂層2を形成していた。なお、積層体Bへの加圧によって繊維強化樹脂材21、21中の余分な熱硬化性樹脂はリリースフィルム3の貫通孔を通じてブリーザークロス4に吸収させた。
その後、オートクレーブ内を冷却してオートクレーブ内が60℃となった時点でオートクレーブ内の加圧を解除して大気圧に戻して樹脂複合体Aを取り出した。この時、樹脂複合体における発泡層は、元の発泡シート1の厚みであった2.2mmから圧縮され、1.5mmとなっていた。
このように本実施例1の樹脂複合体Aは、ポリアミド系樹脂発泡シート1の両面に繊維強化樹脂層2、2が積層一体化されたものになっている。
ポリアミド系樹脂発泡シート1をポリアミド6(ユニチカ社製 ユニチカナイロン6 A1030BRT)製の押出発泡シートで、厚み1.1mm、平均気泡径280μm、接触角は65.7°、見掛け密度は0.24g/cm3のものを用いた以外は、実施例1と同様に樹脂複合体を作製した。
この時、一体化された複合体における発泡層は、元の発泡シート1の厚みであった1.1mmから圧縮され、0.75mmとなっていた。
まず、図6に示すように、ポリアミド系樹脂発泡シート1の下面に繊維強化樹脂材21を積層した。
ここで、ポリアミド系樹脂発泡シート1には、実施例1で使用した発泡シートを用いた。
また、ポリアミド系樹脂発泡シート1の形状は、縦350mm×横350mmの平面正方形状であった。
また、繊維強化樹脂材21には、炭素繊維からなる綾織の織物から形成された繊維基材に、熱硬化性樹脂として未硬化のエポキシ樹脂(ガラス転移温度:121℃)を40質量%含有させた繊維強化樹脂材(三菱レイヨン社製 商品名「パイロフィルプリプレグ TR3523−395GMP」、目付:200g/m2、厚み:0.23mm)を用いた。繊維強化樹脂材21の形状は、縦250mm×横250mmの平面正方形状であった。2枚の繊維強化樹脂材はそれらの経糸の長さ方向がなす角度が90°となるように重ね合わせた。また、2枚の繊維強化樹脂材同士は、これらに含まれているエポキシ樹脂によって一体化させた。
上記とは別に、上記と同一の繊維強化樹脂材を2枚用意し、2枚の繊維強化樹脂材を上記と同様の要領で重ね合わせて一体化した。この一体化された2枚の繊維強化樹脂材21を上記ポリアミド系樹脂発泡シート1の上面に積層した。
このようにして上記ポリアミド系樹脂発泡シート1の両面に繊維強化樹脂材21を積層して積層体を得た。この積層体を、圧着用器具(石崎電機製作所社製 商品名「シェアーショットアイロン SI−39S」、器具質量860g)を用いて、圧着用器具の圧着面温度が18±3℃、圧着用器具のみの重さで圧着〔559±196Pa(5.7±2gf/cm2)〕し、繊維強化樹脂材21に含まれているエポキシ樹脂によって、繊維強化樹脂材21をポリアミド系樹脂発泡シート1の両面に仮接着した。そして、仮接着した積層体の両表面に離型フィルム3(クラボウ社製 商品名「オイディス」、特殊ポリスチレン系樹脂フィルム、厚み50μm)をさらに積層して積層体Mを製造した(積層工程)。
次に、積層体Mのポリアミド系樹脂発泡シート1をその対向する二辺の縁部においてクランプ12を用いて把持した。なお、繊維強化樹脂材21は一切把持しなかった。
しかる後、積層体Mをその繊維強化樹脂材21の表面温度が150℃となるように5秒間に亘って加熱して繊維強化樹脂材21に含浸されている未硬化のエポキシ樹脂を軟化させて硬化させることなく流動性を有する状態とした。この状態において、ポリアミド系樹脂発泡シート1と繊維強化樹脂材21との仮接着は完全に解除され、繊維強化樹脂材21はポリアミド系樹脂発泡シート1上において自由に移動可能な状態である。
続いて、図6及び図7に示したように、上記積層体Mを雌雄金型41、42間に配設し、雌雄金型41、42を1分間に亘って型締めしてプレス成形した。この時、雌雄金型の型締め後クリアランスを2.5mmとなるように設定した。このプレス成形により、積層体Mのポリアミド系樹脂発泡シート1を所望形状に成形すると共に、ポリアミド系樹脂発泡シート1上にて繊維強化樹脂材21を滑らしながら所望形状に成形した。プレス成形時、積層体Mの繊維強化樹脂材21の表面温度が140℃となるように加熱し、繊維強化樹脂材21に含まれているエポキシ樹脂が流動性を保持するように制御した。
次に、積層体Mをその繊維強化樹脂材21の表面温度が140℃となるように5分間に亘って加熱して、繊維強化樹脂材21に含有されている未硬化のエポキシ樹脂を硬化させて、繊維強化樹脂材21の強化繊維同士を硬化したエポキシ樹脂で結着して繊維強化樹脂材21を繊維強化樹脂層2とし、この繊維強化樹脂層2を硬化したエポキシ樹脂によってポリアミド系樹脂発泡シート1の両面に接着させて樹脂複合体Aを製造した(硬化工程)。
しかる後、樹脂複合体Aをその繊維強化樹脂層2の表面温度が30℃以下となるまで冷却した後、図8に示すように、雌雄金型41、42を開いて樹脂複合体Aを得た。得られた樹脂複合体Aは、硬化したエポキシ樹脂によって強化繊維同士が結着され且つ雌雄金型41、42に沿って所望形状に成形された繊維強化樹脂層2がポリアミド系樹脂発泡シート1の表面に沿って全面的に密着した状態になっていた。
まず発泡シートの熱成形用の単発成形機を準備した。
該単発成形機は、上下に対向した一対の遠赤外線ヒータを具備した加熱炉と、φ250mmのエアーシリンダーを具備したプレス機とを備えている。
該プレス機は、熱成形用の金型が装着可能となっており、該金型を前記エアーシリンダーで上下に開閉し得るように構成されている。
該単発成形機は、前記加熱炉と、プレス機に装着した金型とが水平方向において隣り合うように構成されており、熱成形するシート材を水平方向に支持して加熱炉と金型との間を往来する型枠をさらに備えている。
前記プレス機に、平板成形用の金型(250mm角)をセットして、加熱炉のヒータ温度を380℃に設定し、加熱炉内の温度を昇温した。次に、ポリアミド6樹脂を含む繊維強化樹脂材として炭素繊維強化熱可塑性プリプレグ(一村産業社製CF−SS PA6−3KT2A)を用意し、実施例3と同様にポリアミド系樹脂発泡シート1をそれぞれ35cm角にカットし、該ポリアミド系樹脂発泡シート1を前記炭素繊維強化熱可塑性プリプレグ2枚で挟んだ状態として積層体を準備した。この積層体を前記単発成形機の型枠にセットした後、加熱炉内へ型枠ごと挿入し、70秒間炉内で加熱した後取出し、直ちにセットした金型で加熱された積層体を上下からプレスして60秒間保持し、板状に成形された樹脂複合体を得た。この時、単発成形機の加熱炉内上方部と下方部の雰囲気温度は、上方部310℃、下方部290℃であった。また、プレス機のエアーシリンダーへは6kgf/cm2のコンプレッサーエアーを供給した。加熱後の積層体の表面温度を日油技研工業社製「サーモラベル5E−170」(商品名)で測定すると、200℃まで黒色に変色していた。即ち、加熱炉での積層体の加熱温度が200℃以上210℃以下であることが確認できた。得られた樹脂複合体の繊維強化樹脂層2とポリアミド系樹脂発泡シート1とを剥離させると、発泡シート側の界面が材料破壊した。このことから得られた樹脂複合体は、繊維強化樹脂層2とポリアミド系樹脂発泡シート1とが強固に接着していることが確認できた。
ポリアミド6樹脂を含む繊維強化樹脂材としてガラス繊維強化熱可塑性プリプレグ(BOND LAMINATES社製 TEPEX Dynalite 102−FG290(2)/45%)を使用した以外は、実施例4と同様にして、積層体を準備した。この積層体を実施例4と同様に、単発成形機の型枠にセットした後、加熱炉内へ型枠ごと挿入し、80秒間炉内で加熱した後取出し、直ちにセットした金型で加熱された積層体を上下からプレスして40秒間保持し、板状に成形された樹脂複合体を得た。この時、単発成形機の加熱炉内上方部と下方部の雰囲気温度は、上方部310℃、下方部290℃であった。また、プレス機のエアーシリンダーへは6kgf/cm2のコンプレッサーエアーを供給した。加熱後の積層体の表面温度を日油技研工業社製「サーモラベル5E−210」(商品名)で測定すると、210℃まで黒色に変色していた。即ち、加熱炉での積層体の加熱温度が210℃以上220℃以下であることが確認できた。得られた樹脂複合体の繊維強化樹脂層2とポリアミド系樹脂発泡シート1とを剥離させると、発泡シート側の界面が材料破壊した。このことから得られた樹脂複合体は、繊維強化樹脂層2とポリアミド系樹脂発泡シート1とが強固に接着していることが確認できた。
ポリアミド系樹脂発泡シート1をポリアミド66(ユニチカ社製 ユニチカナイロン66 E2046)製の押出発泡シートで、厚み2.3mm、平均気泡径350μm、接触角は70.4°、見掛け密度は0.21g/cm3のものを用いた以外は、実施例5と同様にして積層体を準備した。この積層体を実施例5と同様に、単発成形機の型枠にセットした後、加熱炉内へ型枠ごと挿入し、100秒間炉内で加熱した後取出し、直ちにセットした金型で加熱された積層体を上下からプレスして40秒間保持し、板状に成形された樹脂複合体を得た。この時、単発成形機の加熱炉内上方部と下方部の雰囲気温度は、上方部310℃、下方部290℃であった。また、プレス機のエアーシリンダーへは6kgf/cm2のコンプレッサーエアーを供給した。加熱後の積層体の表面温度を日油技研工業社製「サーモラベル5E−210」(商品名)で測定すると、240℃まで黒色に変色していた。即ち、加熱炉での積層体の加熱温度が240℃以上250℃以下であることが確認できた。得られた樹脂複合体の繊維強化樹脂層2とポリアミド系樹脂発泡シート1とを剥離させると、発泡シート側の界面が材料破壊した。このことから得られた樹脂複合体は、繊維強化樹脂層2とポリアミド系樹脂発泡シート1とが強固に接着していることが確認できた。
まず、発泡シートの熱成形用の熱板成形機を準備した。
該熱板成形機は、上下に対向した250mm角の平板状加熱板を設置した加熱ゾーンと、成形型を取りつけた成形ソーンとを備えている。該熱板成形機は、φ125mmのエアーシリンダーにて前記加熱板を上下方向に開閉し得るように構成されている。該熱板成形機は、φ125mmのエアーシリンダーにて前記成形型を上下方向に開閉し得るように構成されている。また、該熱板成形機は、前記加熱ゾーンと、成形ゾーンとが水平方向において隣り合うように構成されており、熱成形するシート材を水平方向に支持して加熱板と成形型との間を往来する型枠をさらに備えている。
前記成形型として、マッチモールド成形用の型を用意した。
該成形型は、雄型と雌型とを閉じた際に内部に深皿形状の空間が形成されるもので、深皿を作製するためのものである。
該成形型によって作製される深皿は、側壁部にリブを有し、皿の開口部の外寸法が114mm×175mm、底部の外寸法が80mm×125mmで深さ(外寸法)が26mmのものである。
なお、皿の開口部及び底部の寸法は、リブを含めた値である。
該成形型を成形ゾーンにセットするとともに加熱板を230℃に加熱した。
次に、実施例4で得られた樹脂複合体を前記熱板成形機の型枠にセットした後、加熱ゾーンへ型枠ごと挿入し、60秒間加熱板で上下から挟み加熱した後、加熱板を上下に開放して直ちに型枠を成形ゾーンに移動させて、セットした成形型で加熱された樹脂複合体を上下からプレスして60秒間保持し、深皿形状の付与された樹脂複合体を得た。
この時、熱板成形機のエアーシリンダーへは4kgf/cm2のコンプレッサーエアーを供給した。
このように、繊維強化樹脂材に熱可塑性樹脂を用いることで、一旦樹脂複合体を形成した後に再度加熱して別形状に加工できることが確認できた。
得られた樹脂複合体Aの樹脂発泡シート1について引張破断点伸度を測定し、その結果を平均気泡径、厚み及び見掛け密度と共に表1に示す。
得られた樹脂複合体Aの繊維強化樹脂層2について、強化繊維の含有量及び厚みを、繊維強化樹脂材21の物性(積層枚数、樹脂の種類、積層方向)と共に表2、3に示す。
得られた樹脂複合体Aについて、厚み、見掛け密度、最大点エネルギー及び比吸収エネルギーを測定し、その結果を表4に示す。なお、樹脂複合体Aの見掛け密度についてはJIS K7222に準拠して測定した。また、最大点エネルギー及び比吸収エネルギーについては下記の要領で測定した。
樹脂複合体から縦25mm×横150mmの平面長方形状の試験片を5個切り出した。各試験片について、試験片の大きさ以外はJIS K7221−1:2006「硬質発泡プラスチック−曲げ試験−第1部:たわみ特性の求め方」に準拠して測定した。即ち、試験片を温度23±2℃、湿度50±5%の環境下で16時間以上に亘って維持した後、温度23±2℃、湿度50±5%の環境下で測定を行った。テンシロン万能試験機(オリエンテック社製 商品名「UCT−10T」)及び万能試験機データ処理ソフト(ソフトブレーン社製 商品名「UTPS−237S」)を用いて、圧縮速度10mm/分、加圧くさび5R(先端の曲率半径5mm)、支持台5R(先端の曲率半径5mm)として支点間距離100mmの条件下にて測定した。試験片の数は5個とした。
2 繊維強化樹脂層
3 リリースフィルム
4 ブリーザークロス
5 バギングフィルム
6a、6b 押圧板
7 封止材
8 空間部
11 バックバルブ
12 クランプ
21 繊維強化樹脂材
31 離型フィルム
41、42 雄雌金型
A 樹脂複合体
B、M 積層体
Claims (8)
- ポリアミド系樹脂発泡シートと、前記ポリアミド系樹脂発泡シートの表面に積層された繊維強化樹脂層とを有し、該繊維強化樹脂層と前記ポリアミド系樹脂発泡シートとが一体化されてなる樹脂複合体。
- 前記ポリアミド系樹脂発泡シートの平均気泡径は10μm以上1000μm以下である請求項1に記載の樹脂複合体。
- 前記ポリアミド系樹脂発泡シートの接触角は30°以上90°以下である請求項1又は2に記載の樹脂複合体。
- 前記ポリアミド系樹脂発泡シートの引張破断点伸度が50%以上200%以下である請求項1〜3の何れか1項に記載の樹脂複合体。
- 前記ポリアミド系樹脂発泡シートの厚みが0.1mm以上5mm以下である請求項1〜4の何れか1項に記載の樹脂複合体。
- 前記ポリアミド系樹脂発泡シートの見掛け密度が0.1g/cm3以上1.1g/cm3以下である請求項1〜5の何れか1項に記載の樹脂複合体。
- 前記繊維強化樹脂層中の強化繊維の含有量は30%以上80質量%以下である請求項1〜6の何れか1項に記載の樹脂複合体。
- 樹脂複合体の見掛け密度が0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下である請求項1〜7の何れか1項に記載の樹脂複合体。
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