JPWO2016143645A1 - Chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】強度を更に高めたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材及びその製造方法を提供する。【解決手段】複数の強化繊維（３ｆ）が所定方向に引き揃えられた強化繊維を、樹脂シート芯材（４）の表面に、該強化繊維（３ｆ）の引き揃えた方向が同じ方向となるように付着させて形成されている、所定の幅及び長さにチョップされた複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂（２）と、複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂（２）を平面状にランダムに重ねて配置した状態でシート状に固定するための、強化繊維同士の間に付着させてこれらを固定するための樹脂バインダとを備える。The present invention provides a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material with further enhanced strength and a method for producing the same. SOLUTION: Reinforcing fibers in which a plurality of reinforcing fibers (3f) are aligned in a predetermined direction are arranged on the surface of a resin sheet core (4), and the directions in which the reinforcing fibers (3f) are aligned are the same direction. A plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins (2) chopped to a predetermined width and length and a plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins (2) formed into a flat shape It is provided with a resin binder for fixing between the reinforcing fibers to fix them in a sheet shape in a state of being randomly stacked.
Description
本発明は繊維強化熱可塑性樹脂シート材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material and a method for producing the same.
従来、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂としてガラス繊維を強化繊維とした繊維強化熱可塑性樹脂シートには、強化繊維の形態及びその配向性の面から次のようなものが存在する。
（１）強化繊維として連続繊維を使用し、繊維が任意の配向性を持つものとして、一方向強化熱可塑性樹脂プリプレグシートを同一方向に又は強化繊維が直交又は斜交する方向に積層された繊維強化熱可塑性樹脂シートがある。このような樹脂シートは繊維の体積含有率を高くすることができる利点があり、繊維軸方向では弾性率、強度に優れた特性を有する。またシェル構造物への適用が可能である。
（２）強化繊維として連続繊維を使用し、これを織物などの強化形態として使用したものも強化繊維の体積含有率を高くすることが可能であり、（１）に記載した強化繊維の直交積層品と同様に繊維軸方向では弾性率、強度において優れている。
（３）強化繊維として連続繊維を使用する場合、一般にスワールマットと称されている強化繊維を不織布状にしたものがある。これは、上記（１），（２）の場合のように面内異方性を有しない特徴を持っているが、この場合強化繊維の繊維体積含有率がその製造方法に起因して高くすることができず、そのため弾性率や強度に限界がある。このような不織布の強化形態を持つものはスタンピング成形に供されることが主である。
（４）強化繊維として不連続繊維を使用するものとしてはチョップドストランドマットを使用するものがある。これは、例えば２５ｍｍから５０ｍｍ程度の繊維長を持つストランド（繊維束）が強化材として使用される。この場合、成形時の流動性、例えばスタンピング成形時の流動性が良好であり、シェル構造物のみならず複雑な形状への適用も容易である。Conventionally, fiber reinforced thermoplastic resin sheets using thermoplastic resin as a matrix resin and glass fibers as reinforced fibers include the following in terms of the form and orientation of the reinforced fibers.
(1) Fibers in which continuous fibers are used as reinforcing fibers, and the fibers are laminated in the same direction or in the direction in which the reinforcing fibers are orthogonal or oblique, assuming that the fibers have an arbitrary orientation There is a reinforced thermoplastic resin sheet. Such a resin sheet has an advantage that the volume content of the fiber can be increased, and has excellent elastic modulus and strength in the fiber axis direction. Moreover, application to a shell structure is possible.
(2) It is possible to increase the volume content of the reinforcing fiber using a continuous fiber as the reinforcing fiber and using this as a reinforcing form such as a woven fabric, and the orthogonal lamination of the reinforcing fibers described in (1) Like the product, the elastic modulus and strength are excellent in the fiber axis direction.
(3) When continuous fibers are used as the reinforcing fibers, some reinforcing fibers generally called swirl mats are made into a nonwoven fabric. This has the feature of not having in-plane anisotropy as in the cases (1) and (2) above, but in this case, the fiber volume content of the reinforcing fiber is increased due to the production method. Therefore, the elastic modulus and strength are limited. Such a nonwoven fabric having a reinforced form is mainly subjected to stamping molding.
(4) Some of the fibers that use discontinuous fibers as reinforcing fibers use chopped strand mats. For example, a strand (fiber bundle) having a fiber length of about 25 mm to 50 mm is used as a reinforcing material. In this case, fluidity at the time of molding, for example, fluidity at the time of stamping molding is good, and application to not only a shell structure but also a complicated shape is easy.
従来の繊維強化熱可塑性樹脂シートとして、前記（１）の場合は、例えば曲面を有する構造物の賦形性に関しては、繊維を拘束する要因がないため繊維の配向に乱れを生じやすく、強度のバラツキが生じやすい欠点がある。上記（２）の場合は、成形を最適条件で行わないとよれやしわなどが生じたり、強化繊維の配向が所望する角度をなさず、最弱断面を生ずる恐れがある。また上記（３）の場合は、連続繊維が交絡しているため、強化繊維の流動性が不足して成形品に体積含有率の分布が生じやすい欠点がある。更に上記（４）の場合、チョップドストランドマットを強化材として使用したものは、面内異方性を有しないが、体積含有率を高くできない欠点があり、弾性率、強度に限界がある。 As the conventional fiber reinforced thermoplastic resin sheet, in the case of the above (1), for example, regarding the formability of a structure having a curved surface, there is no factor that restrains the fiber, so the orientation of the fiber is likely to be disturbed, and the strength is high. There is a drawback that variations tend to occur. In the case of the above (2), there is a risk that if the molding is not carried out under the optimum conditions, wrinkles or wrinkles may occur, or the orientation of the reinforcing fibers does not form the desired angle, resulting in the weakest cross section. In the case of the above (3), since continuous fibers are entangled, there is a drawback that the flowability of reinforcing fibers is insufficient and the distribution of volume content tends to occur in the molded product. Furthermore, in the case of the above (4), the chopped strand mat used as a reinforcing material does not have in-plane anisotropy, but has a drawback that the volume content cannot be increased, and has a limitation in elastic modulus and strength.
このような繊維強化熱可塑性樹脂シートの種々な欠点に鑑み、強化繊維の重量含有率を高めるべく、強化繊維としてガラス繊維を用いた繊維強化熱可塑性樹脂シートが開発されている（例えば特許文献１、２参照）。 In view of the various drawbacks of such fiber-reinforced thermoplastic resin sheets, fiber-reinforced thermoplastic resin sheets using glass fibers as reinforcing fibers have been developed in order to increase the weight content of reinforcing fibers (for example, Patent Document 1). 2).
しかしながら、この繊維強化熱可塑性樹脂シートでは、シートの厚さを薄くすることができず、アスペクト比を高くすることができないため、強度を上げることが困難であった。さらにこの方法では、シート化するために乾式法でシート化しているため、効率が悪いという問題もあった。 However, in this fiber reinforced thermoplastic resin sheet, it is difficult to increase the strength because the thickness of the sheet cannot be reduced and the aspect ratio cannot be increased. Furthermore, in this method, since the sheet is formed by a dry method to form a sheet, there is a problem that the efficiency is low.
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明は、強度を更に高めたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such conventional problems. An object of the present invention is to provide a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material with further increased strength and a method for producing the same.
上記の目的を達成するため、本発明の第１の側面に係るチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、複数の強化繊維が所定方向に引き揃えられた強化繊維を、樹脂シート芯材の表面に、該強化繊維の引き揃えた方向が同じ方向となるように熱融着により付着させて形成されている、所定の幅及び長さにチョップされた複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂と、前記複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を平面状にランダムに重ねて配置した状態でシート状に固定するための、前記強化繊維同士の間に付着させてこれらを固定するための樹脂バインダとを備えることができる。上記構成により、樹脂バインダの量を強化繊維に対して相対的に低減して、高い機械的物性を備えるチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を得ることができる。 In order to achieve the above object, according to the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material according to the first aspect of the present invention, a reinforced fiber in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction is used as a resin sheet core material. A plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins chopped to a predetermined width and length, which are formed by adhering to the surface of the fiber by heat fusion so that the aligned direction of the reinforcing fibers is the same direction And a resin binder for fixing the plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins by attaching them between the reinforcing fibers to fix them in a sheet shape in a state where they are randomly stacked in a flat shape. Can be provided. By the said structure, the quantity of a resin binder can be reduced relatively with respect to a reinforced fiber, and a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material provided with a high mechanical property can be obtained.
また第２のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の繊維体積含有率を、５０％以上とできる。上記構成により、高い機械的物性を備えるチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を得ることができる。 Further, according to the second chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the fiber volume content of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material can be 50% or more. With the above configuration, a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material having high mechanical properties can be obtained.
さらに第３のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材が薄層であることを特徴とする。薄層であると、厚さに対し、アスペクト比３００以上の繊維長さがあれば高い機械的物性が得られる Further, the third chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is a thin layer. If it is a thin layer, high mechanical properties can be obtained if there is a fiber length with an aspect ratio of 300 or more with respect to the thickness.
さらにまた第４のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂は、該チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の断面厚さが、前記強化繊維の直径の１０倍以内に設定できる。 Furthermore, according to the fourth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin has a cross-sectional thickness of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin 10 times the diameter of the reinforced fiber. Can be set within.
さらにまた第５のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の厚さを、０．１ｍｍ以下とできる。上記構成により、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の長さを短くしてもアスペクト比を高くできるため、高い強度を備えるチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を得ることができる。 Furthermore, according to the fifth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the thickness of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin can be 0.1 mm or less. With the above configuration, the aspect ratio can be increased even if the length of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is shortened, so that a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material having high strength can be obtained.
さらにまた第６のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の長さを、１００ｍｍ以下とできる。 Furthermore, according to the sixth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the length of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin can be 100 mm or less.
さらにまた第７のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を、前記強化繊維がマトリックス樹脂である前記熱可塑性樹脂シートの両面に付着させることができる。 Furthermore, according to the seventh chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin can be adhered to both surfaces of the thermoplastic resin sheet in which the reinforced fiber is a matrix resin.
さらにまた第８のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記強化繊維を、炭素繊維とできる。 Furthermore, according to the eighth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the reinforcing fiber can be a carbon fiber.
さらにまた第９のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記樹脂バインダを、ポリビニルアルコール樹脂とできる。上記構成により、強化繊維と樹脂バインダとの界面接着性を高め、剛性を向上させることができる。 Furthermore, according to the ninth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the resin binder can be a polyvinyl alcohol resin. By the said structure, the interface adhesiveness of a reinforced fiber and a resin binder can be improved, and rigidity can be improved.
さらにまた第１０のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、該チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を加熱加圧成形した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の曲げ弾性率を、２０ＧＰａ以上とできる。 Furthermore, according to the tenth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the bending elastic modulus of the fiber reinforced thermoplastic resin molded body obtained by heating and pressing the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is 20 GPa or more. it can.
さらにまた第１１のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記樹脂バインダを均等に付着させた構成とすることができる。 Furthermore, according to the eleventh chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material, the resin binder can be evenly adhered.
さらにまた第１２のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材によれば、前記複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂同士が抄紙されて前記強化繊維同士の間に前記樹脂バインダを付着させて平面状に堆積させた状態でシート状に加工することができる。 Further, according to the twelfth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins are paper-made, and the resin binder is adhered between the reinforced fibers to form a plane. It can be processed into a sheet shape in the deposited state.
さらにまた第１３のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法によれば、複数の強化繊維を所定方向に引き揃えた強化繊維シート材を、マトリックス樹脂となる樹脂シート芯材の表面に、強化繊維の引き揃えた方向が同じ方向となるように熱融着により付着させて、シート状の繊維強化熱可塑性樹脂シート材を作成するシート形成工程と、前記繊維強化熱可塑性樹脂シート材を所定の幅及び長さにチョップして短冊形状のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を作成するチョップ工程と、前記チョップされたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を、樹脂バインダと共に水中に分散させ、平面状に堆積させた状態でシート状に加工する湿式抄紙工程とを含むことができる。これにより、表面に繊維が存在することで、樹脂バインダが繊維と繊維を点接着してチョップドテープ材を固定化し、ドレープ性が維持できる。そのため、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を賦形させる際、型への賦形性を付与できる。 Furthermore, according to the thirteenth chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material manufacturing method, a reinforcing fiber sheet material in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction is provided on the surface of the resin sheet core material serving as a matrix resin. A sheet forming step of creating a sheet-like fiber reinforced thermoplastic resin sheet material by attaching by heat fusion so that the direction in which the reinforcing fibers are aligned is the same direction, and the fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is predetermined. A chopping process for creating a strip-shaped chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin by chopping to a width and length of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin together with a resin binder in water to form a flat surface A wet papermaking step of processing into a sheet form in a deposited state. As a result, the presence of fibers on the surface allows the resin binder to bond the fibers to each other to fix the chopped tape material and maintain drape. Therefore, when shape | molding a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the shaping property to a type | mold can be provided.
さらにまた第１４のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の繊維体積含有率を、３０％以上とできる。 Furthermore, according to the fourteenth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material production method, the fiber volume content of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material can be 30% or more.
さらにまた第１５のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法によれば、前記強化繊維として、炭素繊維を用いることができる。 Furthermore, according to the fifteenth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet manufacturing method, carbon fiber can be used as the reinforcing fiber.
さらにまた第１６のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法によれば、前記樹脂バインダとしてポリビニルアルコール樹脂を用いることができる。 Furthermore, according to the sixteenth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material production method, a polyvinyl alcohol resin can be used as the resin binder.
さらにまた第１７のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法によれば、前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂に薄層のものを用いることができる。 Furthermore, according to the seventeenth chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet manufacturing method, a thin layer of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin can be used.
以下、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材及びその製造方法を例示するものであって、本発明はチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材及びその製造方法を以下のものに限定するものではない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Embodiments of the present invention will be described below. However, the following embodiments and examples illustrate a chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material and a manufacturing method thereof for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is a chopped tape. The fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material and the manufacturing method thereof are not limited to the following. Further, the present specification by no means specifies the members shown in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
本明細書において「シート材」とは、単体のシート材の他、これらを複数層に積層した積層体、マット状あるいは塊状の形態のものを含む意味で使用する。また熱可塑性樹脂補強シート材は、炭素繊維などの強化繊維がマトリックスとなる熱可塑性樹脂シートの両面又は片面に付着されている。ここで「付着」とは、強化繊維シート材の全面又は複数部分に、樹脂シート芯材を熱融着させ、強化繊維シート材と樹脂シート芯材をばらけないように一体化させることを意味する。なお、強化繊維シート材に樹脂シート芯材がわずかに含浸したような状態も、本明細書においては「付着」に含める。 In the present specification, the “sheet material” is used to mean a single sheet material as well as a laminate in which these are laminated in a plurality of layers, a mat shape or a lump shape. The thermoplastic resin reinforced sheet material is attached to both surfaces or one surface of a thermoplastic resin sheet in which reinforcing fibers such as carbon fibers are used as a matrix. Here, “attachment” means that the resin sheet core material is thermally fused to the entire surface or a plurality of portions of the reinforcing fiber sheet material, and the reinforcing fiber sheet material and the resin sheet core material are integrated so as not to be separated. To do. A state in which the reinforcing fiber sheet material is slightly impregnated with the resin sheet core material is also included in the “attachment” in this specification.
チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材は、複数の強化繊維が所定方向に引き揃えられた強化繊維を、樹脂シート芯材の表面に、この強化繊維の引き揃えた方向が同じ方向となるように熱融着により付着させて形成されている、所定の幅及び長さにチョップされた複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を、樹脂バインダでもって、平面状にランダムに重ねて配置した状態でシート状に固定している。樹脂バインダは、強化繊維同士の間に付着させてこれらを固定している。このような構成により、樹脂バインダの量を強化繊維に対して相対的に低減して、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂成形体の強度を高めることができる。ここで樹脂シート芯材には、フィルム、不織布、織編物等が適宜利用できる。また樹脂バインダも、短繊維、粒状、短冊状といった固形物の他、液状の形態のものも利用できる。 The chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is such that a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction so that the reinforcing fibers are aligned in the same direction on the surface of the resin sheet core material. A sheet in which a plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins chopped to a predetermined width and length are attached by thermal fusion and arranged in a plane and randomly stacked with a resin binder. It is fixed to the shape. The resin binder is fixed by adhering between the reinforcing fibers. With such a configuration, the amount of the resin binder can be relatively reduced with respect to the reinforcing fibers, and the strength of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin molding can be increased. Here, as the resin sheet core material, a film, a nonwoven fabric, a woven or knitted fabric or the like can be used as appropriate. As the resin binder, in addition to solid materials such as short fibers, granules, and strips, those in liquid form can also be used.
繊維強化熱可塑性樹脂シート材の繊維体積含有率（Fiber volume content：Ｖｆ）は、３０％以上とする。好ましくは５０％以上とする。 The fiber volume content (Vf) of the fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is 30% or more. Preferably it is 50% or more.
また、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂のアスペクト比が３００以上であることが好ましい。なお本明細書においてアスペクト比とは、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の厚さに対する繊維長の比を指す。 The aspect ratio of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is preferably 300 or more. In the present specification, the aspect ratio refers to the ratio of the fiber length to the thickness of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin.
チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂は、強化繊維がマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂シートの両面に付着されている。ただ、強化繊維を熱可塑性樹脂シートの片面のみに付着されたものとすることもできる。
（強化繊維）The chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is adhered to both surfaces of a thermoplastic resin sheet in which the reinforced fiber is a matrix resin. However, the reinforcing fiber may be attached to only one side of the thermoplastic resin sheet.
(Reinforced fiber)
強化繊維には、炭素繊維が利用できる。特にチョップドテープ型とすることで、炭素繊維を連続繊維とせず、不連続繊維として利用できるので成形時の型への立体賦形性に優れ、しかも強度を連続繊維並みに高められる。特に不連続繊維を用いる場合は、得られたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を、例えば１０ＭＰａ以上の高圧で成形すると、繊維が折れてしまう問題がある。これに対して、強化繊維が樹脂シートに付着されたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材は、高圧成形が必要とされず、繊維が折れない、また、低圧成形が可能なため、大型プレス機を必要としない。
（樹脂バインダ）Carbon fiber can be used as the reinforcing fiber. In particular, by using a chopped tape mold, the carbon fiber can be used as a discontinuous fiber instead of a continuous fiber, so that the three-dimensional formability to the mold at the time of molding is excellent and the strength can be increased to the same level as the continuous fiber. In particular, when discontinuous fibers are used, there is a problem that if the obtained chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is molded at a high pressure of, for example, 10 MPa or more, the fibers break. In contrast, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material in which the reinforcing fibers are attached to the resin sheet does not require high pressure molding, the fibers do not break, and low pressure molding is possible. Do not need.
(Resin binder)
樹脂バインダは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール等が利用できる。特にポリビニルアルコール樹脂（ＰＶＡ）性とすることが好ましい。これによってバインダが繊維と繊維を点接着してチョップドテープ材を固定化し、シートにドレープ性が維持できる。
（チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法）As the resin binder, polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, or the like can be used. In particular, it is preferable to use polyvinyl alcohol resin (PVA). As a result, the binder can bond the fibers to each other to fix the chopped tape material, and the drapeability can be maintained on the sheet.
(Method for producing chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material)
次にチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法について、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１において、ボビンに巻かれた炭素繊維等の強化繊維を開繊し、樹脂シート芯材の両面に、複数の強化繊維が所定方向に引き揃えられて熱融着により付着されたシート状の繊維強化熱可塑性樹脂シート材を得る（繊維強化熱可塑性樹脂シート材熱１の外観斜視図を図２に示す）。 Next, the manufacturing method of a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is demonstrated based on the flowchart of FIG. First, in step S1, a reinforcing fiber such as a carbon fiber wound around a bobbin is opened, and a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction on both surfaces of a resin sheet core material and adhered by thermal fusion. A fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material is obtained (an external perspective view of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet heat 1 is shown in FIG. 2).
次にステップＳ２において、繊維強化熱可塑性樹脂シート材１を所定の幅及び長さにスリット、及びチョップして、図３の模式断面図に示す短冊状のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を得る。 Next, in step S2, the fiber reinforced thermoplastic resin sheet material 1 is slit and chopped to a predetermined width and length to obtain a strip-shaped chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin shown in the schematic cross-sectional view of FIG.
さらにステップＳ３において、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を、湿式抄紙法でランダムに分散させて、樹脂バインダで接着してチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を得る（ステップＳ４）。以下、各工程について詳述する。
（熱可塑性樹脂補強シート材１）Further, in step S3, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is randomly dispersed by a wet papermaking method and bonded with a resin binder to obtain a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material (step S4). Hereinafter, each process is explained in full detail.
(Thermoplastic resin reinforcing sheet material 1)
図２に示す繊維強化熱可塑性樹脂補強シート材１は、芯材となる樹脂シート芯材４の両面に、強化繊維シート材３が付着されている。なお、この例では樹脂シート芯材４の両面に、強化繊維シート材３をそれぞれ付着させているが、片面のみとすることも可能である。 In the fiber reinforced thermoplastic resin reinforced sheet material 1 shown in FIG. 2, the reinforced fiber sheet material 3 is attached to both surfaces of a resin sheet core material 4 serving as a core material. In this example, the reinforcing fiber sheet material 3 is attached to both surfaces of the resin sheet core material 4, but it is also possible to use only one surface.
熱可塑性樹脂補強シート材１は、開繊された強化繊維に、芯材となる樹脂シート芯材４を熱転写することで、強化繊維と樹脂シート芯材４とを複合させたものである。樹脂シート芯材４の表面には、複数本の強化繊維が積層されて付着されている。ここでは、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の厚さは４２μｍ程度とした。
（樹脂シート芯材４）The thermoplastic resin reinforcing sheet material 1 is a composite of reinforcing fibers and the resin sheet core material 4 by thermally transferring the resin sheet core material 4 serving as a core material to the opened reinforcing fibers. A plurality of reinforcing fibers are laminated and attached to the surface of the resin sheet core material 4. Here, the thickness of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material was about 42 μm.
(Resin sheet core 4)
樹脂シート芯材４は母材（マトリックス）樹脂となるもので、熱可塑性樹脂が好適に利用できる。例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２など）、ポリアセタール、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ＡＢＳ)、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、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが使用される。また、これらの熱可塑性樹脂を２種類以上混合して、ポリマーアロイにして母材（マトリックス）樹脂として使用してもよい。 The resin sheet core material 4 serves as a base material (matrix) resin, and a thermoplastic resin can be suitably used. For example, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyamide (such as nylon 6, nylon 66, nylon 12), polyacetal, polycarbonate, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyetherimide, polyethersulfone Polyphenylene sulfide, polyether ketone, polyether ether ketone and the like are used. Further, two or more of these thermoplastic resins may be mixed to form a polymer alloy and used as a base material (matrix) resin.
強化繊維シート材３は、複数の強化繊維が所定方向に引き揃えられて熱融着により付着されている。例えば、複数本の強化繊維がサイジング剤等によりばらけないように集束している強化繊維束を複数本、シート状に引き揃えて形成されている。
（強化繊維）In the reinforcing fiber sheet material 3, a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction and adhered by heat fusion. For example, a plurality of reinforcing fiber bundles that are bundled so that a plurality of reinforcing fibers are not scattered by a sizing agent or the like are formed in a sheet shape.
(Reinforced fiber)
強化繊維３ｆとしては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン繊維、アロマティック・ポリアミド繊維等のＦＲＰに用いられる高強度・高弾性率の無機繊維や有機繊維などが挙げられる。また、これらの繊維が集束した繊維束を複数組み合せてもよい。なお、繊度については特に限定されない。 ここでは強化繊維として、炭素繊維を用いている。 Examples of the reinforcing fibers 3f include high-strength and high-modulus inorganic fibers and organic fibers used for FRP such as carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, polyoxymethylene fibers, and aromatic / polyamide fibers. A plurality of fiber bundles in which these fibers are bundled may be combined. The fineness is not particularly limited. Here, carbon fiber is used as the reinforcing fiber.
なお、熱可塑性樹脂補強シート材１は、複数の強化繊維がサイジング剤等によりばらけないように集束している強化繊維束を複数本、シート状に引き揃えて形成された樹脂シート芯材４の片面又は両面に付着させて形成されている。このため、強化繊維束の引き揃えられた状態が維持され、かつ、ばらけないようになるとともに、強化繊維束を構成する各強化繊維においても、サイジング剤等が付着している効果により、各強化繊維がばらけず、繊維の配向乱れが抑制されるとともに、毛羽が生じ難い状態となっている。 The thermoplastic resin reinforcing sheet material 1 is a resin sheet core material 4 formed by aligning a plurality of reinforcing fiber bundles that are bundled so that a plurality of reinforcing fibers are not separated by a sizing agent or the like into a sheet shape. It is formed by adhering to one side or both sides. For this reason, the aligned state of the reinforcing fiber bundle is maintained and does not come apart, and also in each reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber bundle, due to the effect that the sizing agent or the like is attached, The reinforcing fibers are not dispersed, the fiber orientation disorder is suppressed, and the fluff is hardly generated.
ここで、付着とは、樹脂シート芯材４の片面又は両面の全面又は複数部分に、強化繊維シート材３を熱融着させる、又は成形品になった際に力学的特性等に影響を与えない接着剤を薄く塗布して接着させる等して、繊維強化シート材３と樹脂シート芯材４をばらけないように一体化させることを意味する。繊維強化シート材に樹脂シート芯材を熱融着させる場合、繊維強化シート材の表層部分に樹脂シート芯材がわずかに含浸することもあるが、その場合においてもシートとしてのドレープ性は十分にあり、付着の状態にあるといえる。 Here, the adhesion means that the reinforcing fiber sheet material 3 is thermally fused to one surface or both surfaces of the resin sheet core material 4 or a plurality of portions, or the mechanical properties are affected when the resin sheet core material 4 becomes a molded product. This means that the fiber reinforced sheet material 3 and the resin sheet core material 4 are integrated so as not to be separated by, for example, thinly applying and bonding a non-adhesive adhesive. When the resin sheet core material is heat-sealed to the fiber reinforced sheet material, the resin sheet core material may be slightly impregnated in the surface layer portion of the fiber reinforced sheet material, but even in that case the drapeability as a sheet is sufficient Yes, it can be said that it is in a state of adhesion.
繊維強化シート材３の厚みを強化繊維３ｆの直径の１０倍以内にすることにより、成形品にする際、樹脂シート芯材４が強化繊維間を含浸のために流れる距離がより短くなる。複合材料の強化繊維として代表的な炭素繊維は単糸直径が０．００５〜０．０１ｍｍである。よって、強化繊維シート材３の厚さは０．０５〜０．１ｍｍ以下となる。非特許文献１のモデル計算を参考にすれば、数秒程度で樹脂シート芯材４が強化繊維束中に含浸することが期待され、短時間での成形加工が実現できるようになる。また、樹脂シート芯材４の強化繊維間を流れる距離をより短くすることにより、樹脂流れによる強化繊維の配向乱れが抑制され、強化繊維の均一分散性が向上した、ボイド（空隙）の少ない状態を得ることができる。 By making the thickness of the fiber reinforced sheet material 3 within 10 times the diameter of the reinforced fiber 3f, the distance that the resin sheet core material 4 flows between the reinforced fibers for impregnation becomes shorter when forming a molded product. A carbon fiber representative as a reinforcing fiber of the composite material has a single yarn diameter of 0.005 to 0.01 mm. Therefore, the thickness of the reinforcing fiber sheet material 3 is 0.05 to 0.1 mm or less. With reference to the model calculation in Non-Patent Document 1, it is expected that the resin sheet core material 4 will be impregnated into the reinforcing fiber bundle in about several seconds, and a molding process can be realized in a short time. In addition, by shortening the distance that flows between the reinforcing fibers of the resin sheet core material 4, the disorder of the reinforcing fibers due to the resin flow is suppressed, the uniform dispersibility of the reinforcing fibers is improved, and there are few voids Can be obtained.
繊維強化シート材３の厚さを強化繊維３ｆの直径の１０倍以内の状態にするためには、集束本数の少ない繊維束を用いる方法、又は繊維束を薄層に開繊させる方法等がある。開繊による方法は、集束本数の多い繊維束を薄い状態にすることができる。集束本数の多い繊維束は、比較的材料コストが安いため、低コスト成形品を得ることを可能とする。 In order to make the thickness of the fiber reinforced sheet material 3 within 10 times the diameter of the reinforcing fiber 3f, there are a method using a fiber bundle with a small number of bundles, a method of opening the fiber bundle into a thin layer, and the like. . The method by fiber opening can make a fiber bundle with a large number of bundles thin. A fiber bundle having a large number of bundles has a relatively low material cost, so that a low-cost molded product can be obtained.
なお、繊維強化シート材３に付着させる樹脂シート芯材４の厚み又は重量は、繊維強化シート材の目付け（単位面積あたりの重量）、及び成形品にしたときの繊維体積含有率等と関係して決められる。 The thickness or weight of the resin sheet core material 4 attached to the fiber reinforced sheet material 3 is related to the basis weight of the fiber reinforced sheet material (weight per unit area), the fiber volume content when formed into a molded product, and the like. Can be decided.
このようにして得られた繊維強化熱可塑性樹脂補強シート材１をチョップして、短冊状のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を得る。このようなチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂では強化繊維が同じ方向に揃うため、強化繊維同士が絡まった状態とならない。すなわちボイドを少なくできる。 The fiber reinforced thermoplastic resin reinforced sheet material 1 thus obtained is chopped to obtain a strip-shaped chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin. In such a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin, the reinforcing fibers are aligned in the same direction, so that the reinforcing fibers are not entangled. That is, voids can be reduced.
さらに、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を湿式抄紙法でランダムに分散させて、樹脂バインダで接着してチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材とする。具体的には、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を液状中で分散、拡散させた後、液状中の樹脂バインダによって、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂が種々の方向を向いた状態で一体化され、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材となる。 Further, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is randomly dispersed by a wet papermaking method and bonded with a resin binder to obtain a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material. Specifically, after the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is dispersed and diffused in the liquid, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is integrated in various directions by the resin binder in the liquid, It becomes a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material.
さらに、得られたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を積層し加熱加圧成形することで、チョップドテープ繊維強化熱可塑樹脂成形体（Chopped fiber Tape reinforced Thermoplastics：以下「ＣＴＴ」ともいう。）に成形する。 Furthermore, the obtained chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is laminated and heat-press molded to form a chopped tape tape reinforced thermoplastic resin (hereinafter also referred to as “CTT”). Mold.
繊維強化熱可塑性樹脂補強シート材１の強化繊維は、マトリックスとなる樹脂シート芯材４の表面に付着して表面に露出しているため、樹脂バインダが接着され易い。また、強化繊維に付着した樹脂バインダによってチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂同士が接着され一体化するものの、シート同士の密着とは異なり、表面の強化繊維同士が触れる部分での接着となるため、チョップドテープ繊維強化熱可塑樹脂シート材全体としてのドレープ性が高い。それゆえに、加熱加圧成形する際に金型にシートが沿い易く、賦形性が良いため、立体成形加工が容易である。 Since the reinforcing fibers of the fiber reinforced thermoplastic resin reinforced sheet material 1 adhere to the surface of the resin sheet core material 4 serving as a matrix and are exposed on the surface, the resin binder is easily bonded. In addition, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is bonded and integrated by the resin binder attached to the reinforced fiber, but unlike the close contact between the sheets, the reinforced fiber on the surface comes into contact with the reinforced fiber. The drapability of the tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet as a whole is high. Therefore, since the sheet is easy to follow the mold during the heat and pressure molding and the formability is good, the three-dimensional molding process is easy.
さらに強化繊維同士の接着となることで、ＣＴＴ材同士の層間は強化繊維部分となり、この強化繊維部分が連続した状態になる。よって、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を加熱加圧成形によって成形材とする際には、マトリックスとなる熱可塑性樹脂が繊維間中に含浸するとき、層間での空気が抜けやすくなって、ボイドの少ない成形材が得やすくなると考えられる。 Further, by bonding the reinforcing fibers, the interlayer between the CTT materials becomes a reinforcing fiber portion, and the reinforcing fiber portion is in a continuous state. Therefore, when the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is formed into a molding material by heat and pressure molding, when the thermoplastic resin as a matrix is impregnated between the fibers, the air between the layers becomes easy to escape, It is considered that a molding material with less voids can be easily obtained.
さらにまた、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂が薄層であると、短冊形状の長さ方向を短くできる。具体的には、厚さに対してアスペクト比３００以上の繊維長さとすることで、高い機械的物性を実現できる。チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の厚さは０．１ｍｍ以下とし、薄層の場合は０．０５ｍｍ以下とすることが好ましい。またチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の長さは、１００ｍｍ以下とすることが好ましい。 Furthermore, when the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is a thin layer, the length direction of the strip shape can be shortened. Specifically, high mechanical properties can be realized by setting the fiber length to an aspect ratio of 300 or more with respect to the thickness. The thickness of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is preferably 0.1 mm or less, and in the case of a thin layer, it is preferably 0.05 mm or less. The length of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is preferably 100 mm or less.
加えて、一般にチョプドテープ繊維強化熱可塑樹脂成形体はチョップドテープ繊維強化熱可塑樹脂が持つ熱可塑樹脂通しを加熱加圧成形し、前面を熱融着することで成形体としているため、基材のドレープ性がない。これに対して、本実施の形態に係るチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂補強シート材では、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂表面より強化繊維が突出しており、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂通しの接着は強化繊維間の交絡点を樹脂バインダで点接着するため、チョップドテープ繊維強化熱可塑樹脂シート材全体としてのドレープ性が高い。そのため、シート生産時に連続してシートの巻取りが可能であり、ロール形状での製品の生産が可能である。 In addition, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin molding is generally formed by heating and pressing the thermoplastic resin thread of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin and heat-sealing the front surface. There is no drape. On the other hand, in the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin reinforced sheet material according to the present embodiment, the reinforced fiber protrudes from the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin surface, and the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin through-bonding is Since the entanglement points between the reinforcing fibers are point-bonded with a resin binder, the draped property of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet as a whole is high. Therefore, it is possible to continuously wind the sheet during sheet production, and it is possible to produce a product in a roll shape.
さらに湿式抄紙の際に液状中でチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂が種々の方向に向いて分散し易くなり、生産性良くチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材が得られる。またチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を樹脂バインダが分散した液状中に投入することで、表面の繊維強化部分に樹脂バインダが均一に付着し易くなる。加えて、強化繊維が樹脂シート芯材４に付着しているため、液中で熱可塑性樹脂補強シート材を分散させても、強化繊維が蛇行せずに、強化繊維の引き揃え方向の乱れが極力少ない状態となり、繊維本来の強度が十分に発現し易い状態とできる。また、強化繊維同士の絡み合いを回避することで、等方性強化繊維シート材を成形する際に含有率の高い強化繊維を使用しつつも、流動性も良くして、賦形性（成形性）が向上する。
［実施例］
［参考例１］Further, the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is easily dispersed in various directions in the liquid state during wet papermaking, and a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is obtained with good productivity. Further, by introducing the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin into the liquid in which the resin binder is dispersed, the resin binder easily adheres uniformly to the fiber reinforced portion on the surface. In addition, since the reinforcing fibers are attached to the resin sheet core material 4, even if the thermoplastic resin reinforcing sheet material is dispersed in the liquid, the reinforcing fibers do not meander, and the alignment direction of the reinforcing fibers is disturbed. The state becomes as small as possible, and the original strength of the fiber can be sufficiently developed. In addition, by avoiding entanglement of reinforcing fibers, while using isotropic reinforcing fiber sheet material, while using high-strength reinforcing fibers, the flowability is improved and the formability (formability) ) Will improve.
[Example]
[Reference Example 1]
以下の材料を用いて熱可塑性樹脂多層補強シート材を製造した。
＜使用材料＞
（強化繊維束に使用した繊維束）三菱レイヨン株式会社製；ＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ、繊維直径約７μｍ、繊維本数１５０００本
（樹脂シート芯材４に使用した樹脂）三菱化学株式会社製；ナイロン６樹脂フィルム、フィルム厚み２０μｍ
＜製造工程＞A thermoplastic resin multilayer reinforcing sheet material was manufactured using the following materials.
<Materials used>
(Fiber bundle used for reinforcing fiber bundle) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd .; TR50S-15K, fiber diameter of about 7 μm, 15,000 fibers (resin used for resin sheet core material 4) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; nylon 6 resin film , Film thickness 20μm
<Manufacturing process>
（１）熱可塑性樹脂補強シート材製造装置の加熱機構の反対側に、多数本繊維束供給機構、多数本繊維束開繊機構、縦方向振動付与機構そして幅方向振動付与機構をもう１組設置した製造装置を用いて、それぞれの多数本繊維束供給機構に、強化繊維束ＴＲ５０Ｓ―１５Ｋを８本、４０ｍｍ間隔でそれぞれにセットし、それぞれの縦方向振動付与機構により各強化繊維束に縦方向の振動を与えながら、それぞれの多数本繊維束開繊機構にて各強化繊維束を幅約４０ｍｍに開繊した強化繊維開繊糸を得て、それぞれの幅方向振動付与機構により各強化繊維開繊糸を幅方向に振動させて、強化繊維開繊糸間に隙間がない、幅約３２０ｍｍ、繊維目付け（単位面積あたりの繊維重量）約２５ｇ／ｍ2の強化繊維シート材をそれぞれに連続して得た。(1) Another set of multiple fiber bundle supply mechanism, multiple fiber bundle opening mechanism, longitudinal vibration imparting mechanism, and width direction vibration imparting mechanism is installed on the opposite side of the heating mechanism of the thermoplastic resin reinforced sheet material manufacturing apparatus. Using the above manufacturing apparatus, eight reinforcing fiber bundles TR50S-15K are set in each multiple fiber bundle supply mechanism at intervals of 40 mm, and each reinforcing fiber bundle is longitudinally moved by each longitudinal vibration applying mechanism. Each of the bundles of fiber bundles is opened to obtain a reinforced fiber spread yarn having a width of about 40 mm by each of the multiple fiber bundle opening mechanisms. The fiber is vibrated in the width direction, and a reinforcing fiber sheet material having a width of about 320 mm and a fiber weight per unit area (fiber weight per unit area) of about 25 g / m 2 with no gap between the reinforcing fiber spread yarns is continuously provided. I got it.
（２）その後、連続して、加熱機構の両側からそれぞれの強化繊維シート材を供給すると同時に、強化繊維シート材の間に樹脂シート芯材４も連続して挿入し、加熱機構により、樹脂シート芯材４の両面に強化繊維シート材を貼り合わせた。このとき、加熱機構の温度は約２７０度に制御を行った。また、強化繊維シート材とともに熱硬化性ポリイミド樹脂フィルム（製品名；ユーピレックスＳ、厚み；２５μｍ、製造会社；宇部興産株式会社）を離型フィルムとして供給した。なお、各強化繊維束を開繊し強化繊維シート材に加工する速度、並びに樹脂シート芯材４の両面に強化繊維シート材を貼り合わせる加工速度とも１０ｍ／分で行った。 (2) Thereafter, the respective reinforcing fiber sheet materials are continuously supplied from both sides of the heating mechanism, and at the same time, the resin sheet core material 4 is continuously inserted between the reinforcing fiber sheet materials. A reinforcing fiber sheet material was bonded to both surfaces of the core material 4. At this time, the temperature of the heating mechanism was controlled to about 270 degrees. A thermosetting polyimide resin film (product name: Upilex S, thickness: 25 μm, manufacturer: Ube Industries, Ltd.) was supplied as a release film together with the reinforcing fiber sheet material. Note that the speed at which each reinforcing fiber bundle was opened and processed into a reinforcing fiber sheet material, and the processing speed at which the reinforcing fiber sheet material was bonded to both surfaces of the resin sheet core material 4 were 10 m / min.
（３）冷却機構から排出された基材から、離型フィルムを剥がすことにより、樹脂シート芯材４の両面に強化繊維シート材が付着した薄層熱可塑性樹脂補強材を得た。
（強度試験）(3) The release film was peeled off from the base material discharged from the cooling mechanism to obtain a thin-layer thermoplastic resin reinforcing material in which the reinforcing fiber sheet material adhered to both surfaces of the resin sheet core material 4.
(Strength test)
次に、実施例１〜４として作成したチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の強度試験を行った。ここでは、自動車用のＣＦＲＰやＣＦＲＴＰとしての応用を視野に入れた弾性率評価を行うこととする。各実施例においては、繊維長の異なるチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を用いて、試験片を作成した。実施例１〜４が試験片１〜４に対応する。各試験片における具体的な原料の配合は、以下の表１の通りである。なお表１中において（＊１）は繊維長を示している。 Next, the strength test of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material prepared as Examples 1 to 4 was performed. Here, the elastic modulus is evaluated with an application as CFRP or CFRTP for automobiles. In each Example, the test piece was created using the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin from which fiber length differs. Examples 1 to 4 correspond to the test pieces 1 to 4. The specific raw material composition in each test piece is shown in Table 1 below. In Table 1, (* 1) indicates the fiber length.
以上の実施例１〜５に係る試験片を用いて、曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ弾性率の変動係数、引張強度、引張弾性率、引張弾性率の変動係数を測定した結果を、表２に示す。さらに、曲げ強度の測定結果のグラフを図１０に、曲げ弾性率の測定結果のグラフを図１１に、曲げ弾性率の変動係数のグラフを図１２に、引張強度の測定結果のグラフを図１３に、引張弾性率の測定結果のグラフを図１４に、引張弾性率の変動係数のグラフを図１５に、それぞれ示す。 Table 2 shows the results of measuring the bending strength, the bending elastic modulus, the coefficient of variation of the bending elastic modulus, the tensile strength, the tensile elastic modulus, and the coefficient of variation of the tensile elastic modulus using the test pieces according to Examples 1 to 5 above. Shown in Further, FIG. 10 is a graph of the measurement result of the bending strength, FIG. 11 is a graph of the measurement result of the flexural modulus, FIG. 12 is a graph of the coefficient of variation of the flexural modulus, and FIG. 13 is a graph of the measurement result of the tensile strength. FIG. 14 shows a graph of the measurement results of the tensile elastic modulus, and FIG. 15 shows a graph of the coefficient of variation of the tensile elastic modulus.
ここでは、チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂として、幅１５ｍｍ、厚さ約０．１ｍｍ、長さ３５ｍｍにカットした一方向性（Uni-Directional）テープ（以下「ＵＤテープ」という。）をランダムな方向に敷き詰められた状態で固定したＣＴＴ材を使用した。そのため、厚さ２．０ｍｍの試験片では、チョップドテープが２０枚積層されていると考えられる。また、各層のテープの配置は、チョップドテープが占める面積を正方形に近似し、それらを隙間なく埋め、試験片の幅と標線間距離に対応した大きさの領域にどれだけチョップドテープが含まれるかを考えることでモデル化を行う。 Here, as a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin, a unidirectional tape (hereinafter referred to as “UD tape”) cut to a width of 15 mm, a thickness of about 0.1 mm, and a length of 35 mm is randomly oriented. A CTT material fixed in a state where it was spread over was used. Therefore, it is considered that 20 chopped tapes are laminated on a test piece having a thickness of 2.0 mm. In addition, the tape layout of each layer approximates the area occupied by chopped tape to a square, fills them without gaps, and how much chopped tape is included in the area corresponding to the width of the specimen and the distance between the marked lines Modeling by thinking about
繊維配向の異なるチョップドテープの弾性率を厚さ方向に合成するには積層板理論を導入する。まず各層の合成テンソルの要素を（１）式で導く。
ただし、
である。ＵＤテープの各物性値を、表３に示す。In order to synthesize the elastic modulus of chopped tapes with different fiber orientations in the thickness direction, a laminate theory is introduced. First, the elements of the composite tensor of each layer are derived by equation (1).
However,
It is. Table 3 shows the physical property values of the UD tape.
本実施例ではＣＴＴのランダム性を表現するため、（３）式のθｉに乱数を用いてランダムに方向性を与えた。全体の各剛性テンソルは（４）式のように、各層の剛性テンソルの平均で表される。
In the present embodiment, in order to express the randomness of CTT, the directionality was given randomly using a random number for θi in the equation (3). Each overall rigidity tensor is represented by the average of the rigidity tensors of the respective layers as shown in equation (4).
求められた全体の剛性テンソルから、積層されたチョップドテープの束の弾性率を（５）式で求める。
ただし、
である。幅方向には（７）式、長手方向には（８）式の重ね合わせの原理を用いて合成し、弾性率を計算した。
From the obtained overall rigidity tensor, the elastic modulus of the bundle of laminated chopped tapes is obtained by equation (5).
However,
It is. The elastic modulus was calculated by synthesizing using the superposition principle of equation (7) in the width direction and equation (8) in the longitudinal direction.
ただし、ａnとｂmは重み付け係数である。
（３点曲げ試験における弾性率計算）However, a n and b m are the weighting factors.
(Elastic modulus calculation in three-point bending test)
３点曲げ試験の弾性率のモデル化は、引張試験のモデルを応用して行う。引張試験と異なる計算をしなければならないのは、厚さ方向と長手方向に対するチョップドテープの位置に従って全体の弾性率への寄与度を変える点である。 The elastic modulus of the three-point bending test is modeled by applying a tensile test model. What must be calculated differently from the tensile test is that the contribution to the overall modulus of elasticity is changed according to the position of the chopped tape relative to the thickness direction and the longitudinal direction.
厚さ方向は表面に近いほど大きく曲がり、中心に位置するチョップドテープは殆ど曲がらないことから、位置を考慮した重み付けを行う。 As the thickness direction is closer to the surface, it bends more and the chopped tape located at the center hardly bends, so weighting is performed in consideration of the position.
長手方向も、圧子点に近いほど大きく曲がり支点に近い部分の曲がりは小さいため、（８）式のｂmに圧子との距離を考慮した重み付けを加える。
（実験結果と計算結果の比較）Also in the longitudinal direction, the closer to the indenter point, the greater the bending and the smaller the portion near the fulcrum, the smaller the bending. Therefore, weighting in consideration of the distance from the indenter is added to b m in equation (8).
(Comparison of experimental and calculated results)
弾性率モデルの妥当性を示すために表４で示す６条件の引張試験と表５で示す３条件の３点曲げ試験を行った。ＣＴＴに関する標準試験法はＪＩＳ等でも未だ規格化されていない。このため、引張試験では従来より、便宜的にＪＩＳの等方性及び直交異方性繊維強化プラスチックの試験条件に従って行っており、本発明でもその条件での実験を比較のために行う。また、試験片や測定範囲の大きさによってバラツキがどのように変化するのかを調べるため、厚さ、幅、標線間距離を変えた条件を用意した。 In order to show the validity of the elastic modulus model, a six-condition tensile test shown in Table 4 and a three-condition three-point bending test shown in Table 5 were performed. The standard test method for CTT has not yet been standardized by JIS or the like. For this reason, the tensile test is conventionally performed according to the test conditions of JIS isotropy and orthotropic fiber reinforced plastic for convenience, and in the present invention, the experiment under the conditions is also performed for comparison. In addition, in order to investigate how the variation varies depending on the size of the test piece and the measurement range, conditions were prepared in which the thickness, width, and distance between the marked lines were changed.
図４は実験結果と計算結果の平均弾性率を纏めたグラフであり、図５は変動係数を纏めたグラフである。グラフに表示した計算結果は、１０００回の計算結果の平均とした。 FIG. 4 is a graph summarizing the average elastic modulus of the experimental result and the calculation result, and FIG. 5 is a graph summarizing the coefficient of variation. The calculation result displayed on the graph was the average of 1000 calculation results.
平均弾性率について、結果に大きな差が見られないことから、モデルが実験結果をよく表していると言える。変動係数については、弾性率測定範囲が小さなサイズの条件において、実験結果が計算結果よりも大きな値を示している。しかし、これらの条件はＪＩＳの規格よりも小さなサイズである。また、三次元計測Ｘ線ＣＴ装置を用いて試験片の内部観察を行うと、成形によるバラツキが主原因であることが判明した。以上のことから、モデルの妥当性が確認できた。
（モデルを用いたバラツキ予測）Since there is no significant difference in the average elastic modulus, it can be said that the model well represents the experimental results. As for the coefficient of variation, the experimental result shows a larger value than the calculated result under the condition that the elastic modulus measurement range is small. However, these conditions are smaller than JIS standards. Moreover, when the inside of the test piece was observed using a three-dimensional measurement X-ray CT apparatus, it was found that the variation due to molding was the main cause. From the above, the validity of the model was confirmed.
(Dispersion prediction using models)
図５から、３点曲げ試験のバラツキは引張試験のバラツキよりも大きいため、弾性率評価として相応しい試験法は引張試験であると言える。 From FIG. 5, the variation in the three-point bending test is larger than the variation in the tensile test, so it can be said that the test method suitable for the elastic modulus evaluation is the tensile test.
図６は試験片の各寸法のバラツキに対する影響を比較したものである。どの寸法も大きくするとバラツキを小さくできるが、最も効果が大きいのは厚さであることが判る。 FIG. 6 is a comparison of the influence on the variation of each dimension of the test piece. If any dimension is increased, the variation can be reduced, but the thickness is most effective.
工業的には一般的に変動係数を５％以下にすることを求められることが多いため、５％以下を目標に試験条件をデザインすると、ＪＩＳに従った試験片サイズの条件では精度の高い結果が得られないことは図５の実験結果と計算結果両方から判る。 In general, since it is often required to make the coefficient of variation 5% or less in general, designing test conditions with a target of 5% or less results in high accuracy under test piece size conditions according to JIS. It can be seen from both the experimental results and the calculation results in FIG.
図７は幅と試験片本数を固定し、厚さと標線間距離を変化させてその変動係数をプロットしたグラフを示している。このグラフから、５％達成のためには少なくとも幅３５ｍｍ、厚さ４ｍｍ、標線間距離１００ｍｍにする必要があることが判明した。 FIG. 7 shows a graph in which the coefficient of variation is plotted while the width and the number of test pieces are fixed, the thickness and the distance between the marked lines are changed. From this graph, it has been found that in order to achieve 5%, at least the width 35 mm, the thickness 4 mm, and the distance between the marked lines need to be 100 mm.
図８は試験片本数を変えた時の平均変動係数の変化を示したものであり、試験片本数を増やしても平均変動係数を下げることができないが、平均変動係数のバラツキが小さくなることが判明した。よって、試験片本数の条件は従来のＪＩＳに従って５本以上あればよいとする。 FIG. 8 shows changes in the average coefficient of variation when the number of test pieces is changed. Even if the number of test pieces is increased, the average coefficient of variation cannot be lowered, but the variation in the average coefficient of variation may be reduced. found. Therefore, the condition for the number of test pieces may be five or more according to the conventional JIS.
図７の右側の標線間距離は自動車の部材に近いサイズになっており、変動係数は非常に小さな値となっている。このことから、自動車部材を作る場合にはＣＴＴはバラツキの小さな材料であると言える。しかし、小さな部品やコーナー部分等十分な大きさを担保できない箇所には不向きな材料である。
（テープの物性と薄層ＣＴＴの成形）The distance between the marked lines on the right side of FIG. 7 is a size close to that of an automobile member, and the coefficient of variation is a very small value. From this, it can be said that CTT is a material with little variation when manufacturing an automobile member. However, it is a material unsuitable for places such as small parts and corner portions that cannot secure a sufficient size.
(Tape properties and thin layer CTT molding)
自動車への更なる適用を図るために、バラツキを抑えた新たなＣＴＴ材を検討する。上述したモデルを用いたバラツキ予測では、試験片のサイズを大きくすることでバラツキを抑えることを考察したが、チョップドテープの寸法を小さくすることで相対的に同様の効果が得られる。 In order to further apply to automobiles, new CTT materials with reduced variation will be studied. In the variation prediction using the above-described model, it has been considered that the variation is suppressed by increasing the size of the test piece, but relatively similar effects can be obtained by reducing the size of the chopped tape.
そこで、開繊技術と抄紙の技術を応用して、薄層ＣＴＴを生成する。この材料のチョップドテープの幅は５ｍｍ、厚さは約４５μｍであり、長さは自由に変更することができる。本実施例では６ｍｍ、１２ｍｍ、１８ｍｍ、２４ｍｍの長さの異なるチョップド薄層テープから作られた薄層ＣＴＴを用いて、チョップドテープの大きさが与える諸物性、ならびにそのバラツキへの影響について調べる。 Therefore, thin-layer CTT is generated by applying the fiber opening technology and papermaking technology. The width of the chopped tape of this material is 5 mm, the thickness is about 45 μm, and the length can be freely changed. In this example, the physical properties given by the size of the chopped tape and the influence on the variation are examined using thin layer CTT made of chopped thin layer tapes having different lengths of 6 mm, 12 mm, 18 mm, and 24 mm.
はじめに薄層ＣＴＴを構成するテープ材の物性について、ＵＤ材を成形して測定をした。表６にその結果を示す。以降のモデルではこれらの値を用いて計算をした。 First, the physical properties of the tape material constituting the thin layer CTT were measured by molding a UD material. Table 6 shows the results. In the subsequent models, calculations were made using these values.
増粘させた水と界面活性剤からなる分散液中に、チョップド薄層テープ材１５ｇとＰＶＡ繊維（クラレ製「ＶＰＢ１０７-２×３」０．６ｇを分散させた後、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの抄紙面を有するシートマシンに流し込み、分散、脱水、乾燥させてシートを得た。条件はチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂の繊維長違いで４種類の２５０ｍｍ角の抄紙シートを得た。シートの坪量は２５０ｇ／ｍ2であった。その後、シート材料を積層、加熱加圧成形してＣＴＴを成形した。プレス条件を図９に示す。In a dispersion composed of thickened water and a surfactant, 15 g of chopped thin layer tape material and 0.6 g of PVA fiber (Kuraray “VPB107-2 × 3” 0.6 g are dispersed, and then a paper making surface of 250 mm × 250 mm. The sheet was poured, dispersed, dehydrated and dried to obtain a sheet, and four types of 250 mm square papermaking sheets were obtained under different fiber lengths of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin. 250 g / m was 2. then, the laminated sheet material, shown were molded CTT by heat and pressure molding. the press conditions in FIG.
また、実施例１〜４に係る試験片の曲げ強度を測定した結果を図１０に、曲げ弾性率を測定した結果を図１１に、変動係数を図１２に、それぞれ計算値と共に示す。いずれも３５ＧＰａ以上で、ほぼ４０ＧＰａ程度を達成している。このことから、試験片の長さによらず、高い強度を実現できることが確認された。１８ｍｍの変動係数の実験値が大きな値を示しているのは成形板ごとによるバラツキのためである。したがって、モデルとよく合致していると言える。また、変動係数が実験結果も計算結果も１０％以下となり、従来のＣＴＴに比べ非常に小さい値となっている。本実施の形態においては、ＣＴＴの曲げ弾性率を２０ＧＰａ以上とすることが好ましい。
（引張試験）Moreover, the result of measuring the bending strength of the test pieces according to Examples 1 to 4 is shown in FIG. 10, the result of measuring the flexural modulus is shown in FIG. 11, and the coefficient of variation is shown in FIG. All are 35 GPa or more and have achieved about 40 GPa. From this, it was confirmed that high strength could be realized regardless of the length of the test piece. The reason why the experimental value of the coefficient of variation of 18 mm shows a large value is due to variations among the molded plates. Therefore, it can be said that it is in good agreement with the model. Further, the coefficient of variation is 10% or less for both the experimental result and the calculation result, which is a very small value compared to the conventional CTT. In the present embodiment, it is preferable that the bending elastic modulus of CTT is 20 GPa or more.
(Tensile test)
次に引張試験を実施した。引張強度を測定した結果を図１３に、さらに引張弾性率を測定した結果と、その変動係数を、図１４及び図１５に示す。引張弾性率も、いずれの試験片においても３５ＭＰａ以上を達成しており、同様に高い剛性を得られていることが確認された。またこの試験においても、試験片の長さによらず、ほぼ一定の引張弾性率を達成できることが判明した。さらに変動係数も、１２ｍｍ、１８ｍｍの試験片では若干高いものの、概ね信頼性の高い結果が得られていることが確認された。 Next, a tensile test was performed. The result of measuring the tensile strength is shown in FIG. 13, and the result of measuring the tensile modulus and the coefficient of variation thereof are shown in FIGS. The tensile modulus was also 35 MPa or more in any test piece, and it was confirmed that high rigidity was obtained similarly. Also in this test, it has been found that a substantially constant tensile elastic modulus can be achieved regardless of the length of the test piece. Furthermore, although the coefficient of variation was slightly high for the 12 mm and 18 mm test pieces, it was confirmed that generally reliable results were obtained.
上記の試験の際に取得した赤外線写真を用いて初期破壊の様子を観察した。破壊が起きると図１６のように周囲よりも温度がわずかに上昇する。この結果をもとに、初期破壊箇所の繊維配向を３次元計測Ｘ線ＣＴ装置を用いて調べた。その結果、はじまりの破壊箇所には引張荷重に直角方向を向いているテープが多く含まれていることが判明した。 The state of initial destruction was observed using infrared photographs obtained during the above test. When the breakdown occurs, the temperature slightly rises from the surroundings as shown in FIG. Based on this result, the fiber orientation at the initial fracture location was examined using a three-dimensional measurement X-ray CT apparatus. As a result, it was found that many of the tapes facing the direction perpendicular to the tensile load were included in the fracture site at the beginning.
以上の通り、強度試験では量産車軽量化用を念頭に置いて、ＣＴＴ材に対して実験とモンテカルロ法を用いたシミュレーションを行い、テープの厚さ、幅、長さ、試験片形状を変更した実験結果との比較から、シミュレーション手法の妥当性が検証された。またＣＴＴ材は、自動車部材の寸法においては力学特性のバラツキが許容範囲となるものの、ＪＩＳやＩＳＯで推奨されている小型試験片では大きなバラツキが生じるケースもあることが明らかとなった。さらにテープのアスペクト比（＝長さ／厚さ）は剛性には殆ど影響しないが、応力はアスペクト比の増加と共に向上して飽和することが示された。以上の知見から、部材形状に対する最適テープ寸法の設計、並びにテープ寸法が決められた場合のバラツキも含めた部材性能の精度良い予測、等のより軽量な構造設計が可能となることが示された。
（比較例１）As described above, with the strength test in mind for weight reduction of mass-produced vehicles, experiments and simulations using the Monte Carlo method were performed on the CTT material, and the thickness, width, length, and specimen shape of the tape were changed. The validity of the simulation method was verified by comparison with the experimental results. In addition, although it has become clear that the variation in mechanical properties of the CTT material is within an allowable range in the dimensions of automobile members, there are cases where large variations may occur in small test pieces recommended by JIS and ISO. Furthermore, it was shown that the aspect ratio (= length / thickness) of the tape has little effect on the rigidity, but the stress improves and saturates as the aspect ratio increases. From the above knowledge, it has been shown that it is possible to design a lighter structure such as design of the optimal tape size for the member shape and accurate prediction of member performance including variation when the tape size is determined. .
(Comparative Example 1)
ここで、比較例１として、従来のガラス繊維をチョップしてランダムに固定したチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を作成し、強度を比較した。この比較例１に係るチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材は、強化繊維としてガラス繊維を使用しているため薄層にできず、厚層となる。また強化繊維含有率Ｖｆは、５０％であった。このようにして得られたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の曲げ強度は３２０ＭＰａ、また曲げ弾性率は１６ＧＰａであった。このことから、本発明の優位性が確認された。 Here, as Comparative Example 1, chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet materials prepared by chopping conventional glass fibers and randomly fixing them were prepared, and the strengths were compared. Since the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material according to Comparative Example 1 uses glass fibers as the reinforcing fibers, it cannot be made into a thin layer and becomes a thick layer. The reinforcing fiber content Vf was 50%. The bending strength of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material thus obtained was 320 MPa, and the bending elastic modulus was 16 GPa. From this, the superiority of the present invention was confirmed.
特に、従来の繊維強化熱可塑性樹脂シート材では強化繊維含有率Ｖｆが３０％でのばらつきを示すＣＶ値が５〜１０％であったものが、本実施例に係る薄層ＣＴＴでは１〜４％程度とできる。
（厚層チョップドテープ材の抄紙法による製造方法）In particular, in the conventional fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, the CV value indicating the variation when the reinforcing fiber content Vf is 30% is 5 to 10%, but in the thin layer CTT according to this example, the CV value is 1 to 4 %.
(Manufacturing method of thick chopped tape material by paper making method)
以上の例では、セミプリプレグ状態にある薄層のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を用いて、抄紙法でチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を製造する方法について説明した。薄層のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を用いることで、力学的物性に優れ、また均一性が向上するなどの利点が得られる。 In the above example, a method for producing a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material by a papermaking method using a thin layer of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin in a semi-prepreg state has been described. By using a thin layer of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin, advantages such as excellent mechanical properties and improved uniformity can be obtained.
ただ、本発明は薄層のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂に限定するものでなく、ある程度の厚み（〜０．１ｍｍ）を持ったチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を用いてチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を構成することもできる。以下、チョップドテープ材を抄紙法（機械抄き）で補強シート材に製造する方法について説明する。 However, the present invention is not limited to a thin layer of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin, and chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin using a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin having a certain thickness (˜0.1 mm). A resin sheet material can also be configured. Hereinafter, a method of manufacturing a chopped tape material into a reinforcing sheet material by a papermaking method (mechanical papermaking) will be described.
機械抄きの場合には、流れ方向でチョップドテープ材が配向する。ここでチョップドテープ材を、図１７の拡大断面図に示したように、一方向に延長した長方形状とした場合、配向方向が一方向に揃う傾向があり、この結果、等方性のバランスが低下する。ここで、図１８に示すようにチョップドテープ材を正方形とすることで、チョップドテープ材の分散性を改善し、力学的物性のばらつきを抑制できる。またバインダを用いてチョップドテープ材を接着させることで、繊維の蛇行やチョップドテープ材の脱落を抑制し、ドレープ性を維持した熱可塑性樹脂補強シート材を作成できる。すなわち、チョップドテープ材の幅、長さ比を制御することで、熱可塑性樹脂補強シート材の長さ方向、幅方向の力学的物性を制御できる。このため、機械抄きの場合に、熱可塑性樹脂補強シート材の力学的物性とチョップドテープ材の形状（幅：長さの比）を関連付ける。例えば、チョップドテープ材の幅：長さ＝１：１の場合（正方形の場合）、熱可塑性樹脂補強シート材の幅方向と長さ方向の力学的物性を１：１に近付けることができ、等方性の材料となる。 In the case of mechanical papermaking, the chopped tape material is oriented in the flow direction. Here, when the chopped tape material has a rectangular shape extending in one direction as shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 17, the orientation direction tends to be aligned in one direction. descend. Here, by making the chopped tape material square as shown in FIG. 18, the dispersibility of the chopped tape material can be improved, and variations in mechanical properties can be suppressed. Further, by bonding the chopped tape material using a binder, it is possible to create a thermoplastic resin reinforced sheet material that suppresses the meandering of the fibers and the dropping of the chopped tape material and maintains the drapeability. That is, by controlling the width and length ratio of the chopped tape material, the mechanical properties in the length direction and width direction of the thermoplastic resin reinforced sheet material can be controlled. For this reason, in the case of mechanical papermaking, the mechanical properties of the thermoplastic resin reinforced sheet material are associated with the shape (width: length ratio) of the chopped tape material. For example, when the width: length = 1: 1 of the chopped tape material (in the case of a square), the mechanical properties in the width direction and the length direction of the thermoplastic resin reinforcing sheet material can be brought close to 1: 1, etc. It becomes an isotropic material.
さらに、チョップドテープ材の繊維方向を制御することで、熱可塑性樹脂補強シート材の長さ方向、幅方向の力学的物性を制御することもできる。上述の通り、機械抄きの場合は、流れ方向にチョップドテープ材が配向する。そこで、製造方法上の特性とチョップドテープ材の繊維方向を関連付ける。例えば、図１９Ａに示すようにチョップドテープ材の形状を、幅：長さ＝１：５とする場合、機械抄きの場合は、流れ方向にチョップドテープ材が配向する結果、長さ方向（図において縦方向）の強度は高いものの、幅方向（図において横方向）の強度は相対的に低く、等方性が悪くなる。そこで、チョップドテープ材の繊維の方向を意図的に傾斜させることで、その等方性のバランスを取る。傾斜角度θは、熱可塑性樹脂補強シート材として得たい所期の等方性と、チョップドテープ材の縦横比で実際に得られる等方性とを考慮して設定される。さらに、チョップドテープ材は単一のものを使用するのに限られず、傾斜角度θの異なる複数種類のチョップドテープ材を混在させてもよい。例えばチョップドテープ材の縦横比が５：１の場合に、熱可塑性樹脂補強シート材の縦横の力学的物性を１：１に近付けるために、図１９Ｂに示すように、繊維方向を、長さ方向を０°とした場合のθ＝１０°傾斜させたチョップドテープ材を用いて熱可塑性樹脂補強シート材を構成することで、熱可塑性樹脂補強シート材の幅方向と長さ方向の力学的物性を１：１に近付けることができる。あるいは、繊維方向を＋１０°傾斜させた第一チョップドテープ材と、−１０°傾斜させた第二チョップドテープ材を、１：１の比率で混在させることで、等方性のバランスを維持することもできる。 Furthermore, by controlling the fiber direction of the chopped tape material, the mechanical properties in the length direction and width direction of the thermoplastic resin reinforcing sheet material can also be controlled. As described above, in the case of mechanical papermaking, the chopped tape material is oriented in the flow direction. Therefore, the characteristics on the manufacturing method are associated with the fiber direction of the chopped tape material. For example, when the shape of the chopped tape material is set to width: length = 1: 5 as shown in FIG. 19A, in the case of mechanical papermaking, the chopped tape material is oriented in the flow direction. Although the strength in the vertical direction is high, the strength in the width direction (horizontal direction in the figure) is relatively low, and the isotropic property deteriorates. Therefore, the isotropic balance is achieved by intentionally inclining the fiber direction of the chopped tape material. The inclination angle θ is set in consideration of the desired isotropic property to be obtained as the thermoplastic resin reinforcing sheet material and the isotropic property actually obtained by the aspect ratio of the chopped tape material. Further, the chopped tape material is not limited to a single material, and a plurality of types of chopped tape materials having different inclination angles θ may be mixed. For example, when the aspect ratio of the chopped tape material is 5: 1, in order to bring the vertical and horizontal mechanical properties of the thermoplastic resin reinforcing sheet material closer to 1: 1, as shown in FIG. The mechanical properties of the thermoplastic resin reinforced sheet material in the width direction and the length direction can be obtained by configuring the thermoplastic resin reinforced sheet material using a chopped tape material inclined at θ = 10 ° when the angle is 0 °. Close to 1: 1. Alternatively, the isotropic balance is maintained by mixing the first chopped tape material in which the fiber direction is inclined by + 10 ° and the second chopped tape material in which the fiber direction is inclined by −10 ° at a ratio of 1: 1. You can also.
さらに、抄紙法における流体の粘度を制御することで、熱可塑性樹脂補強シート材の長さ方向、幅方向の力学的物性を制御することもできる。 Furthermore, by controlling the viscosity of the fluid in the papermaking method, the mechanical properties in the length direction and width direction of the thermoplastic resin reinforced sheet material can also be controlled.
本発明に係るチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材及びその製造方法によれば、ＣＦＲＴＰ（Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics：炭素繊維強化熱可塑性樹脂）、ＣＦＲＴＳ（Carbon Fiber Reinforced Thermosets：炭素繊維強化熱硬化性樹脂）等に好適に利用できる。また前駆体であるプリプレグの他、プリプレグから得られる各種製品に対しても好適に利用できる。例えば、電磁波吸収及びシールド材、断熱材、電極材料等に好適に利用できる。また繊維強化樹脂成形体として、例えば乗物用の構成材料（例えば自動車、自転車、列車、航空機、ロケット、エレベーター等）、電子、電気部品の構成材料（例えばパソコン・携帯用の筐体部等）建築、土木構造体用材料、家具等において、好適に利用できる。 According to the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material and the manufacturing method thereof according to the present invention, CFRTP (Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics), CFRTS (Carbon Fiber Reinforced Thermosets). ) And the like. Moreover, it can utilize suitably also for the various products obtained from a prepreg other than the prepreg which is a precursor. For example, it can be suitably used for electromagnetic wave absorption and shielding materials, heat insulating materials, electrode materials and the like. Also, as fiber reinforced resin moldings, for example, construction materials for vehicles (for example, automobiles, bicycles, trains, airplanes, rockets, elevators, etc.), construction materials for electronic and electrical parts (for example, personal computers and portable casings, etc.) It can be suitably used in civil engineering structure materials, furniture, and the like.
１…熱可塑性樹脂補強シート材
２…チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂
３…強化繊維シート材；３ｆ…強化繊維
４…樹脂シート芯材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoplastic resin reinforcement sheet material 2 ... Chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin 3 ... Reinforcement fiber sheet material; 3f ... Reinforcement fiber 4 ... Resin sheet core material
Claims (17)
前記複数のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を平面状にランダムに重ねて配置した状態でシート状に固定するための、前記強化繊維同士の間に付着させてこれらを固定するための樹脂バインダとを備えることを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材。Reinforced fibers in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction are formed by adhering to the surface of the resin sheet core material by thermal fusion so that the aligned directions of the reinforcing fibers are the same direction. A plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins chopped to a predetermined width and length;
A resin binder for fixing the plurality of chopped tape fiber reinforced thermoplastic resins in a state where they are randomly stacked in a planar manner and fixed between the reinforcing fibers by fixing them between the reinforcing fibers. A chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material.
前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の繊維体積含有率が、３０％以上であることを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材。The chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material according to claim 1,
A chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, wherein a fiber volume content of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is 30% or more.
前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂が薄層であることを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材。The chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material according to claim 1 or 2,
The chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, wherein the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is a thin layer.
該チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材を加熱加圧成形した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の曲げ弾性率が、２０ＧＰａ以上であることを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材。The chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material according to any one of claims 1 to 9,
A chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, wherein a bending elastic modulus of a fiber reinforced thermoplastic resin molded body obtained by heating and pressing the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material is 20 GPa or more.
前記繊維強化熱可塑性樹脂シート材を所定の幅及び長さにチョップして短冊形状のチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を作成するチョップ工程と、
前記チョップされたチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂を、樹脂バインダと共に水中に分散させ、平面状に堆積させた状態でシート状に加工する湿式抄紙工程と
を含むことを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法。A reinforcing fiber sheet material in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in a predetermined direction is attached to the surface of the resin sheet core material serving as a matrix resin by heat fusion so that the aligned direction of the reinforcing fibers is the same direction. A sheet forming step of creating a sheet-like fiber reinforced thermoplastic resin sheet material;
Chopping the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet material to a predetermined width and length to create a strip-shaped chopped tape fiber-reinforced thermoplastic resin; and
A chopped tape fiber reinforced heat comprising a wet paper making process in which the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is dispersed in water together with a resin binder and processed into a sheet form in a state of being deposited in a planar shape. A method for producing a plastic resin sheet material.
前記樹脂バインダとしてポリビニルアルコール樹脂を用いてなることを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法。It is a manufacturing method of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material according to any one of claims 13 to 15,
A method for producing a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material comprising using a polyvinyl alcohol resin as the resin binder.
前記チョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂が薄層であることを特徴とするチョップドテープ繊維強化熱可塑性樹脂シート材の製造方法。It is a manufacturing method of the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material according to any one of claims 13 to 16,
The method for producing a chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin sheet material, wherein the chopped tape fiber reinforced thermoplastic resin is a thin layer.
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