JPWO2016167349A1 - 繊維強化複合材料成形品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年4月17日に、日本に出願された特願2015−084918号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
該繊維強化複合材料の製造方法としては、例えば、以下の方法が知られている。繊維長50mm程度の強化繊維を用いて形成した圧縮可能な繊維基材を金型内に配置し、熱可塑性樹脂を射出した後に金型内の容積を縮小して、圧縮しつつ繊維基材に熱可塑性樹脂を含浸させて繊維強化複合材料を得る(特許文献1)。該方法によれば、複雑な形状の繊維強化複合材料を製造できる。しかし、該繊維強化複合材料は、熱可塑性樹脂成形品等の別の部材と組み合わせる場合に、それらの境界面の接着強度を充分に高めることが難しい。
[1]熱可塑性樹脂(x1)、及び繊維長3mm以上100mm未満の強化繊維(x2)を含む繊維強化樹脂基材(X)と、熱可塑性樹脂(y1)、及び繊維長0.02mm以上3mm未満の強化繊維(y2)を含む樹脂組成物(Y)とを金型内で一体に成形して繊維強化複合材料成形品を製造する方法であって、
前記繊維強化樹脂基材(X)中に存在する強化繊維の総体積に対する前記強化繊維(x2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、前記繊維強化樹脂基材(X)の繊維体積含有率が15〜50体積%であり、
前記樹脂組成物(Y)中に存在する強化繊維の総体積に対する前記強化繊維(y2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、前記樹脂組成物(Y)の繊維体積含有率が5〜25体積%であり、
前記繊維強化樹脂基材(X)の表面の少なくとも一部で前記強化繊維(x2)が露出した状態で、前記繊維強化樹脂基材(X)と前記樹脂組成物(Y)とを一体に成形する成形工程を有する、繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[2]前記成形工程の前に、前記強化繊維(x2)が露出していない前記繊維強化樹脂基材(X)を加熱し、該繊維強化樹脂基材(X)の表面の少なくとも一部で前記強化繊維(x2)を露出させる露出工程を有する、[1]に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[3]前記成形工程において、前記樹脂組成物(Y)を金型内に射出して成形する、[1]又は[2]に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[4]前記金型内に前記繊維強化樹脂基材(X)を配置した状態で、前記金型によって前記繊維強化樹脂基材(X)を賦形しながら、又は賦形した後に前記樹脂組成物(Y)を射出する、[3]に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[5]前記成形工程において、前記繊維強化樹脂基材(X)と前記樹脂組成物(Y)とをプレス成形により一体に成形する、[1]又は[2]に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[6]前記熱可塑性樹脂(x1)の少なくとも一部が繊維状である、[1]〜[5]のいずれかに記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[7]前記繊維強化樹脂基材(X)が、厚さ方向に圧縮可能な繊維強化樹脂基材(X1)である、[1]〜[6]のいずれかに記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
[8]強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有し、第1層、第2層及び第3層をこの順に備える繊維強化複合材料成形品であって、
前記第1層は、層の厚さが300μm以上であり、当該層内に存在する強化繊維の総体積に対する、繊維長3mm以上100mm未満の強化繊維(x2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、繊維体積含有率Vf1が15〜50体積%である層であり、
前記第2層は、層の厚さが100〜1500μmであり、当該層内に存在する強化繊維の総体積に対する、前記強化繊維(x2)の合計体積の割合が33体積%超であり、かつ繊維長0.02mm以上3mm未満の強化繊維(y2)の合計体積の割合が67体積%未満である層であり、
前記第3層は、層の厚さが300μm以上であり、当該層内に存在する強化繊維の総体積に対する、前記強化繊維(y2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、繊維体積含有率Vf3が5〜25体積%である層である、繊維強化複合材料成形品。
[9]前記第1層と前記第3層が前記第2層を介して接続されている、[8]に記載の繊維強化複合材料成形品。
[10]前記第1層の繊維体積含有率Vf1と、前記第2層の繊維体積含有率Vf2と、前記第3層の繊維体積含有率Vf3とが下式(1)の条件を満たす、[8]又は[9]に記載の繊維強化複合材料成形品。
Vf3<Vf2<Vf1 ・・・(1)
本発明の繊維強化複合材料成形品においては、繊維強化樹脂基材からなるインサート部分と、該部分と一体に成形される一体成形部分との境界部分における接着強度が高い。
本発明の繊維強化複合材料成形品は、強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有し、第1層、第2層及び第3層をこの順に備える繊維強化複合材料成形品である。
第1層23は、熱可塑性樹脂、及び繊維長3mm以上100mm未満の強化繊維(x2)を含む層である。
強化繊維(x2)としては、繊維強化複合材料成形品において通常使用されているものであれば特に限定されず、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維、又はこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維が使用できる。無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。有機繊維としては、アラミド繊維等が挙げられる。金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維が挙げられ、また金属を被覆した炭素繊維でもよい。これらの中では、繊維強化複合材料成形品の強度等の機械物性を考慮すると、炭素繊維が好ましい。強化繊維(x2)としては、1種の強化繊維を単独で使用してもよく、2種以上の強化繊維を併用してもよい。
第2層22は、熱可塑性樹脂、強化繊維(x2)、及び繊維長0.02mm以上3mm未満の強化繊維(y2)を含む層である。第2層には、強化繊維(x2)及び強化繊維(y2)以外の強化繊維が含まれていてもよい。
第3層21は、熱可塑性樹脂及び強化繊維(y2)を含む層である。第3層には、強化繊維(y2)以外の強化繊維が含まれていてもよい。強化繊維(y2)以外の強化繊維としては、例えば、強化繊維(x2)が挙げられる。
Vf3<Vf2<Vf1 ・・・(1)
本発明の繊維強化複合材料成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂(x1)、及び繊維長3mm以上100mm未満の強化繊維(x2)を含む繊維強化樹脂基材(X)と、熱可塑性樹脂(y1)、及び繊維長0.02mm以上3mm未満の強化繊維(y2)を含む樹脂組成物(Y)とを金型内で一体に成形して繊維強化複合材料成形品を製造する方法である。本発明の繊維強化複合材料成形品の製造方法を用いれば、前記した本発明の繊維強化複合材料成形品を得ることができる。本発明の製造方法により製造される繊維強化複合材料成形品は、繊維強化樹脂基材(X)で形成されたインサート部分と、インサート部分と一体となった一体成形部分とを備える。
繊維強化樹脂基材(X)は、熱可塑性樹脂(x1)、及び強化繊維(x2)を含む基材である。繊維強化樹脂基材(X)としては、例えば、強化繊維(x2)を含む繊維基材に、熱可塑性樹脂(x1)が含浸された基材が挙げられる。また、繊維強化樹脂基材(X)としては、強化繊維(x2)と熱可塑性樹脂(x1)からなる繊維とからなる繊維基材を用いてもよい。このように、繊維強化樹脂基材(X)においては、熱可塑性樹脂(x1)の少なくとも一部を繊維状としてもよい。該繊維基材の表面において、熱可塑性樹脂(x1)が含浸されず、強化繊維(x2)と繊維状の熱可塑性樹脂(X2)が混在している部分では、強化繊維(x2)が露出している。なお、本発明においては、熱可塑性樹脂(x1)からなる繊維は強化繊維に含まれないものとする。
繊維強化樹脂基材(X)には、目的の繊維強化複合材料成形品の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等の添加剤を含有させてもよい。
本発明において、厚さ方向に圧縮可能な繊維強化樹脂基材とは、23℃において、2MPaで圧縮したときの圧縮率PAが30%以上である繊維強化樹脂基材を意味する。繊維強化樹脂基材(X1)の一部に熱可塑性樹脂(x1)が含浸されている場合の圧縮率PAは、樹脂含浸部分を除いて算出した値、すなわち未含浸部分のみについて測定された値を意味するものとする。
なお、圧縮率は、JIS L1913に準拠した圧縮率Pと定義し、繊維強化樹脂基材(X1)のJIS L1913における初荷重を加えた時の厚さをT0、任意の圧力を加えた時の厚さをT1とし、P=(T0−T1)/T0×100により算出される。繊維強化樹脂基材(X1)の一部に熱可塑性樹脂(x1)が含浸されている場合の圧縮率は、熱可塑性樹脂(x1)の含浸部分の厚さをT2として、P=(T0−T1)/(T0−T2)×100により算出される。熱可塑性樹脂(x1)の含浸部分の厚さT2は、繊維強化樹脂基材(X1)の断面を鏡面研磨した後、光学顕微鏡観察により計測することができる。
繊維強化樹脂基材(X1)の一部に熱可塑性樹脂(x1)が含浸されている場合の圧縮率PBは、樹脂含浸部分を除いて算出した値を意味するものとする。
例えば、一部に熱可塑性樹脂(x1)が含浸された繊維強化樹脂基材(X1)を用いて、金型内で繊維強化樹脂基材(X1)を熱可塑性樹脂(x1)の軟化温度以上に加熱して賦形する場合には、その加熱によって厚さ方向に圧縮可能になる繊維強化樹脂基材(X11)を用いることができる。
強化繊維(x2)、又は、強化繊維(x2)及び熱可塑性樹脂(x1)からなる繊維を組み合わせて用いた不織布からなる繊維基材を製造する方法としては、例えば、エアレイド法、カーディング法、抄紙法等が挙げられる。
不織布からなる繊維基材に熱可塑性樹脂(x1)を含浸させる方法としては、例えば、熱可塑性樹脂(x1)で形成された樹脂フィルムを不織布の一方の面側に積層し、熱可塑性樹脂(x1)を加熱して溶融させつつ、圧縮成形機により加圧して含浸させる方法等が挙げられる。圧縮成形機としては、例えば、ダブルベルトプレス、カレンダーロール等が挙げられる。
樹脂組成物(Y)は、熱可塑性樹脂(y1)及び強化繊維(y2)を含む樹脂組成物である。
熱可塑性樹脂(y1)としては、特に限定されず、例えば、繊維強化複合材料成形品の説明において挙げた熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂(y1)としては、インサート部分と一体成形部分の境界部分における接着強度が高くなる点から、繊維強化樹脂基材(X)に含まれる熱可塑性樹脂繊維(x1)と同じ樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂(y1)としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
繊維強化樹脂基材(X)に使用する強化繊維(x2)の繊維長と、樹脂組成物(Y)中の強化繊維(y2)の繊維長に充分に差がある場合、樹脂組成物(Y)中の強化繊維(y2)の前記割合は、繊維強化複合材料成形品の第3層について測定した強化繊維の総体積に対する強化繊維(y2)の合計体積の割合から推定できる。
成形工程では、金型内に繊維強化樹脂基材(X)が配置され、かつ繊維強化樹脂基材(X)の少なくともその表面の一部で強化繊維(x2)が露出した状態で、繊維強化樹脂基材(X)と樹脂組成物(Y)とを一体に成形する。
該態様においては、金型を閉じて繊維強化樹脂基材(X)を賦形した後に、一旦金型を開き、その状態で樹脂組成物(Y)を射出し、再度金型を閉めて樹脂組成物(Y)を加圧しつつ繊維強化樹脂基材(X)と一体に成形することが好ましい。これにより、金型内に供給される樹脂組成物(Y)が加圧されやすくなり、繊維強化樹脂基材(X)の強化繊維(x2)の露出部分に樹脂組成物(Y)を充分に含浸させやすくなる。
また、この場合、金型を一旦開くためのエネルギー消費を低減できる点、成形時間の短縮が可能である点、もしくは金型の機械設計を簡略化できる点から、金型を型締めして繊維強化樹脂基材(X)を賦形した後に、樹脂組成物(Y)を射出する際の射出圧によって金型が一旦開かれるようにすることが好ましい。
金型100は、上面側に凹部112が形成された下型110と、下方に突き出る凸部122が設けられた上型120とを備える。上型120には、凸部122の下面から樹脂を射出するための樹脂流路124が形成されている。上型120を下型110に近接させて金型100を閉じたときに、金型100内における凹部112と凸部122との間に、目的の繊維強化複合材料成形品の形状と相補的な形状のキャビティが形成されるようになっている。
次いで、図3に示すように、上型120を下型110に近接させて金型100を閉じ、繊維強化樹脂基材(X)10を賦形しつつ、樹脂組成物(Y)12を繊維強化樹脂基材(X)10の露出部分10cに含浸させながら一体に成形する。熱可塑性樹脂(x1)及び熱可塑性樹脂(y1)が固化した後に金型100を開き、繊維強化複合材料成形品1を取り出す。
特に、厚さ方向に圧縮可能な繊維強化樹脂基材(X1)を用いれば、基材中の空隙が大きいために、成形工程において繊維長が0.02〜3.0mmの強化繊維(y2)が強化繊維(x2)の露出部分に入り込みやすく、インサート部分と一体成形部分との境界部分の接着強度を高める効果が充分に得られやすい。
本発明の繊維強化複合材料成形品の製造方法においては、事前に賦形した繊維強化樹脂基材(X)を金型内に配置して樹脂組成物(Y)の射出成形又はプレス成形を行ってもよい。
本発明の製造方法により製造する繊維強化複合材料成形品の形状は、特に限定されない。例えば、一体成形部分にリブ、ボス等を形成してもよい。
[製造例A1]
ロータリーカッターを用い、強化繊維(x2)として、炭素繊維(三菱レイヨン社製、パイロフィルTR 50S、比重1.82)を繊維長12mmにカットして、チョップド炭素繊維を作製した。また、熱可塑性樹脂(x1)である酸変性ポリプロピレン樹脂(三菱化学製モディックP958V、MFR50、比重0.91)からなる繊維を繊維長3mmにカットして、チョップドポリプロピレン繊維を作製した。質量濃度0.12%のポリエチレンオキシド水溶液115kgに対し、チョップドポリプロピレン繊維を0.63kgを投入し、撹拌機を用いて十分に撹拌した。続いて、チョップド炭素繊維を0.54kg投入し、10秒間撹拌して、分散液を得た。得られた分散液を100cm角のメッシュ枠に流し込み、ポリエチレンオキシド水溶液をろ過した後、120℃の乾燥機内にて水分を完全に除き、繊維体積含有率が30体積%(繊維質量含有率:46質量%)で目付が1.17kg/m2の繊維強化樹脂基材(X−1)を得た。繊維強化樹脂基材(X−1)中に存在する強化繊維の総体積に対する強化繊維(x2)の合計体積の割合が100体積%である。繊維強化樹脂基材(X−1)の比重と目付から算出される理論厚さは1.0mmである。
製造例A1で得られた繊維強化樹脂基材(X−1)を30cm角に切り出し、300mm角で深さ15mmの印籠金型内に配置して、200℃まで加熱した後、多段プレス機(神藤金属工業所製圧縮成形機、製品名:SFA−50HH0)で加熱・加圧した。加熱・加圧の条件は、盤面の温度を200℃、圧力を0.2MPa、加熱・加圧の時間を2分間とした。次いで、同一の圧力で室温まで冷却し、厚さ1mmの繊維強化プラスチック板(i)を得た。繊維強化プラスチック板(i)においては、表面に強化繊維(x2)が露出していなかった。
図6に例示した金型200と、移動式IRヒーターと、東洋機械金属(株)製の射出成形装置ET−80HR2を用いて繊維強化複合材料成形品を製造した。金型200は、下面側に凹部212が形成された上型210と、上方に突き出る凸部222が設けられた下型220とを備えている。下型220には、凸部222の上面から樹脂を射出するための樹脂流路224が形成されている。上型210を下型220に近接させて金型200を閉じたときに、金型200内における凹部212と凸部222との間に、目的の繊維強化複合材料成形品の形状と相補的な形状のキャビティ(キャビティー厚さ2mm)が形成されるようになっている。
樹脂組成物(Y−1)の代わりに、強化繊維(y2)を含まない樹脂組成物としてポリプロピレン樹脂(商品名「ノバテックSA06GA」、日本ポリプロ社製、軟化温度:165℃)を用いた以外は、実施例A1と同様にして2mm厚の繊維強化複合材料成形品(F−2)を得た。
繊維強化樹脂基材(X−1)の代わりに製造例A2で得られた繊維強化プラスチック板(i)を用い、移動式IRヒーターによる加熱を省いた以外は、実施例A1と同様にして、2mm厚の繊維強化複合材料成形品(F−3)を得た。
各例で得た強化複合材料成形品から縦10mm×横10mmのサイズの試験片を切り出した。ただし、強化複合材料成形品の厚さが10mmを超える場合は、厚さが10mm以下となるように、かつ繊維強化樹脂基材(X)で形成された部分と樹脂組成物(Y)で形成された部分の境界部分が残るように、厚さ方向の一方又は両方の表層部分をカットする。
Vf=40μm×(繊維半径)×(繊維半径)×(円周率)×(単位空間に存在する点の数)÷(単位空間の体積)×100
得られた繊維強化複合材料成形品から25.4mm長×6.3mm幅×2mm厚の試験片を切り出し、ASTM D2344に準拠して層間せん断強度(ILSS)を測定した。
実施例A1及び比較例A1、A2の結果を表1に示す。
繊維長が50mmの炭素繊維を用い、カーディング法により、強化繊維(x2)として平均繊維長25mmの炭素繊維を含み、目付が300g/m2である炭素繊維不織布を製造する。
熱可塑性樹脂(x1)として酸変性ポリプロピレン樹脂(商品名「モディックP958V」、三菱化学社製、軟化温度:165℃)を用いた目付が200g/m2のフィルムを炭素繊維不織布の片方の面に配置し、カレンダーロールに複数回通して加熱と加圧を行い、樹脂を炭素繊維不織布に含浸させて厚さ470μmの繊維強化樹脂基材(X1−1)を得る。該繊維強化樹脂基材(X1−1)においては、厚さ方向の熱可塑性樹脂(x1)を含浸させた側と反対側は樹脂が含浸されていない未含浸部分となっており、強化繊維(x2)が露出している。繊維強化樹脂基材(X1−1)における熱可塑性樹脂(x1)が含浸された部分の厚さは330μmであり、未含浸部分の厚さは140μmである。該繊維強化樹脂基材(X1−1)は圧縮可能な基材であり、圧縮率PAが50%であり、圧縮率PBが57%である。繊維強化樹脂基材(X1−1)中に存在する強化繊維の総体積に対する強化繊維(y2)の合計体積の割合は100体積%である。
図1に例示した金型100を用いて、繊維強化複合材料成形品を製造する。
下型110の凹部112内に、製造例B1で得られる繊維強化樹脂基材(X1−1)を、未含浸部分を上にして配置する。次いで、赤外線ヒーターによって前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を210℃に加熱した後、金型100を閉じて、前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を賦型する。
炭素繊維強化ポリプロピレン樹脂ペレット(商品名「パイロフィルペレットPP−C−10A」、三菱レイヨン社製、炭素繊維含有量:10質量%、軟化温度:165℃、平均繊維長:0.6mm)を樹脂組成物(Y−2)とする。樹脂組成物(Y−2)中に存在する強化繊維の総体積に対する強化繊維(y2)の合計体積の割合は100体積%である。該樹脂組成物(Y−2)を210℃に加熱して溶融状態として、上型120の樹脂流路124から金型100内の空間に射出し、繊維強化樹脂基材(X−1)の強化繊維(x2)の露出部分に含浸させつつ、繊維強化樹脂基材(X−1)と一体に成形し、2mm厚の繊維強化複合材料成形品(F−4)を得る。この繊維強化複合材料成形品(F−4)における強化繊維(y2)である炭素繊維の繊維長は0.2〜0.75mmであり、平均繊維長は0.5mmである。
図1に例示した金型100を用いて、繊維強化複合材料成形品を製造する。
熱可塑性樹脂(y1)としてポリプロピレン樹脂(商品名「ノバテックSA06GA」、日本ポリプロ社製、軟化温度:165℃)85質量部と、繊維長が25mmの炭素繊維(商品名「パイロフィル炭素繊維トウTR 50S」、三菱レイヨン社製)15質量部とを二軸押出し混練し、樹脂組成物(Y−3)を得る。この樹脂組成物(Y−3)中における強化繊維(y2)である炭素繊維の平均繊維長は0.75mmである。樹脂組成物(Y−3)中に存在する強化繊維の総体積に対する強化繊維(y2)の合計体積の割合は100体積%である。
下型110の凹部112内に、製造例B1で得られる繊維強化樹脂基材(X1−1)を、強化繊維(x2)の露出部分を上にして配置する。次いで、赤外線ヒーターによって前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を210℃に加熱した後、金型100が少し開かれている状態で、210℃に加熱して溶融状態とした前記樹脂組成物(Y−3)を、上型120の樹脂流路124から前記繊維強化樹脂基材(X1−1)上に射出する。
次いで、金型100を閉じ、前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を賦型しつつ、前記樹脂組成物(Y−3)を前記繊維強化樹脂基材(X1−1)の強化繊維(x2)の露出部分に含浸させながら繊維強化樹脂基材(X1−1)と一体に成形し、2mm厚の繊維強化複合材料成形品(F−5)を得る。この繊維強化複合材料成形品(F−5)における強化繊維(y2)である炭素繊維の繊維長は0.1〜1.3mmであり、平均繊維長は0.6mmである。
図1に例示した金型100を用いて、繊維強化複合材料成形品を製造する。
熱可塑性樹脂(y1)としてポリプロピレン樹脂(商品名「ノバテックSA06GA」、日本ポリプロ社製、軟化温度:165℃)75質量部と、繊維長が25mmの炭素繊維(商品名「パイロフィル炭素繊維トウTR 50S」、三菱レイヨン社製)25質量部とを二軸押出し混練し、樹脂組成物(Y−4)を得る。この樹脂組成物(Y−4)中の強化繊維(y2)である炭素繊維の平均繊維長は0.75mmである。樹脂組成物(Y−4)中に存在する強化繊維の総体積に対する強化繊維(y2)の合計体積の割合は100体積%である。
下型110の凹部112内に、製造例B1で得られる繊維強化樹脂基材(X1−1)を、未含浸部分を上にして配置する。次いで、赤外線ヒーターによって前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を210℃に加熱した後、金型100を閉じて、前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を賦型する。
次いで、金型100を少し開き、その状態で、210℃に加熱して溶融状態とした前記樹脂組成物(Y−4)を、上型120の樹脂流路124から前記繊維強化樹脂基材(X1−1)上に射出する。
次いで、金型100を閉じ、前記繊維強化樹脂基材(X1−1)を賦型しつつ、前記樹脂組成物(Y−4)を前記繊維強化樹脂基材(X1−1)の強化繊維(x2)の露出部分に含浸させながら繊維強化樹脂基材(X1−1)と一体に成形し、2mm厚の繊維強化複合材料成形品(F−6)を得る。この繊維強化複合材料成形品(F−6)における強化繊維(y2)である炭素繊維の繊維長は0.07〜1.3mmであり、平均繊維長は0.6mmである。
樹脂組成物(Y−2)の代わりに、強化繊維(y2)を含まない樹脂組成物としてポリプロピレン樹脂(商品名「ノバテックSA06GA」、日本ポリプロ社製、軟化温度:165℃)を用いる以外は、実施例B1と同様にして2mm厚の繊維強化複合材料成形品(F−7)を得る。
繊維強化複合材料成形品中の強化繊維(y2)の平均繊維長は、以下の方法で測定する。繊維強化複合材料成形品をオーブンに入れて500℃で2時間焼成し、樹脂を焼き飛ばした後、得られた灰分を水中に均一に分散させる。その分散水をシャーレに採り、乾燥させた後に光学顕微鏡により観察し、強化繊維(y2)の繊維長を無作為に1000本計測する。そして、下式によりその質量平均値を算出して強化繊維(y2)の平均繊維長とする。
平均繊維長=Σ(Mi2×Ni)/Σ(Mi×Ni)
ただし、前記式中、Miは計測される繊維長(mm)であり、Niは繊維長Mi(mm)の強化繊維(y2)の個数である。
各例における成形体のインサート部分と一体成形部分の境界面での接着強度は、以下のようにして評価する。
繊維強化複合材料成形品から12.7mm幅×120mm長に試験片を切り出し、JIS K7074に準拠した曲げ試験を実施する。その試験から得られるひずみ−応力曲線の最初の応力降伏点が基材破壊であるものを「〇」、インサート部分と一体成形部分の境界面での界面剥離であるものを「×」とする。
評価結果を表2に示す。
2 インサート部分
3 一体成形部分
4 平板部
5 側板部
6 境界部分
10 繊維強化樹脂基材(X)
10a 強化繊維(x2)
10b 熱可塑性樹脂(x1)
10c 露出部分
12 樹脂組成物(Y)
12a 熱可塑性樹脂(y1)
12b 強化繊維(y2)
21 第3層
22 第2層
23 第1層
100 金型
110 下型
112 凹部
120 上型
122 凸部
124 樹脂流路
Claims (10)
- 熱可塑性樹脂(x1)、及び繊維長3mm以上100mm未満の強化繊維(x2)を含む繊維強化樹脂基材(X)と、熱可塑性樹脂(y1)、及び繊維長0.02mm以上3mm未満の強化繊維(y2)を含む樹脂組成物(Y)とを金型内で一体に成形して繊維強化複合材料成形品を製造する方法であって、
前記繊維強化樹脂基材(X)中に存在する強化繊維の総体積に対する前記強化繊維(x2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、前記繊維強化樹脂基材(X)の繊維体積含有率が15〜50体積%であり、
前記樹脂組成物(Y)中に存在する強化繊維の総体積に対する前記強化繊維(y2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、前記樹脂組成物(Y)の繊維体積含有率が5〜25体積%であり、
前記繊維強化樹脂基材(X)の表面の少なくとも一部で前記強化繊維(x2)が露出した状態で、前記繊維強化樹脂基材(X)と前記樹脂組成物(Y)とを一体に成形する成形工程を有する、繊維強化複合材料成形品の製造方法。 - 前記成形工程の前に、前記強化繊維(x2)が露出していない前記繊維強化樹脂基材(X)を加熱し、該繊維強化樹脂基材(X)の表面の少なくとも一部で前記強化繊維(x2)を露出させる露出工程を有する、請求項1に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
- 前記成形工程において、前記樹脂組成物(Y)を金型内に射出して成形する、請求項1又は2に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
- 前記金型内に前記繊維強化樹脂基材(X)を配置した状態で、前記金型によって前記繊維強化樹脂基材(X)を賦形しながら、又は賦形した後に前記樹脂組成物(Y)を射出する、請求項3に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
- 前記成形工程において、前記繊維強化樹脂基材(X)と前記樹脂組成物(Y)とをプレス成形により一体に成形する、請求項1又は2に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂(x1)の少なくとも一部が繊維状である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
- 前記繊維強化樹脂基材(X)が、厚さ方向に圧縮可能な繊維強化樹脂基材(X1)である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
- 強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有し、第1層、第2層及び第3層をこの順に備える繊維強化複合材料成形品であって、
前記第1層は、層の厚さが300μm以上であり、当該層内に存在する強化繊維の総体積に対する、繊維長3mm以上100mm未満の強化繊維(x2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、繊維体積含有率Vf1が15〜50体積%である層であり、
前記第2層は、層の厚さが100〜1500μmであり、当該層内に存在する強化繊維の総体積に対する、前記強化繊維(x2)の合計体積の割合が33体積%超であり、かつ繊維長0.02mm以上3mm未満の強化繊維(y2)の合計体積の割合が67体積%未満である層であり、
前記第3層は、層の厚さが300μm以上であり、当該層内に存在する強化繊維の総体積に対する、前記強化繊維(y2)の合計体積の割合が67体積%以上であり、繊維体積含有率Vf3が5〜25体積%である層である、繊維強化複合材料成形品。 - 前記第1層と前記第3層が前記第2層を介して接続されている、請求項8に記載の繊維強化複合材料成形品。
- 前記第1層の繊維体積含有率Vf1と、前記第2層の繊維体積含有率Vf2と、前記第3層の繊維体積含有率Vf3とが下式(1)の条件を満たす、請求項8又は9に記載の繊維強化複合材料成形品。
Vf3<Vf2<Vf1 ・・・(1)
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