JPWO2018142963A1 - 繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記シート基材Aは、切込プリプレグaを一枚以上有する基材であり、
前記切込プリプレグaは、一方向に配向した強化繊維と樹脂とを有するプリプレグに対して、強化繊維を分断する複数の切込を挿入したプリプレグであり、
複数のシート基材Aを、それぞれのシート基材Aが他の一枚以上のシート基材Aと重なった重ね部及び重なっていない非重ね部を形成するように、型に配置する配置工程(A)、並びに、複数のシート基材Aを加熱・加圧する成形工程を含み、
前記重ね部と非重ね部の面積の合計を、型表面の面積に対して50〜100%とする繊維強化プラスチックの製造方法。
両面型を用いて、図1(a)のようにシート基材Aを配置して繊維強化プラスチックを製造した。シート基材Aを型に配置する配置工程(A)では、長方形のシート基材Aを切り出し、図1(b)に示すように100mm×100mmの型面に対して、シート基材A同士が重なる重ね部と、重ならない非重ね部を形成するよう、あらかじめ140℃に加熱された下型に配置した。このとき、互いに重なることで重ね部を構成する2枚のシート基材Aのうち、一方のシート基材Aの重ね部側の表面にある切込プリプレグaの強化繊維の繊維方向と、もう一方のシート基材Aの重ね部側の表面にある切込プリプレグaの強化繊維の繊維方向とが異なり、両者が交わっていた。その後、100mm×100mmの型面に対して3MPaの面圧でシート基材Aを加熱・加圧し、30分保持後脱型し、繊維強化プラスチックを製造した。
両面型を用いて、図4(a)の形状を有する繊維強化プラスチックを製造した。用いた両面型では、1.8mmの厚さの十字形のリブを最大45mmの高さまで立てることができる。シート基材Aを型に配置する配置工程(A)では、70mm×70mmのシート基材Aを二枚切り出し、図4(b)のようにシート基材A同士が重なる重ね部と、重ならない非重ね部を形成するように、予め140℃に加熱された下型に配置した。
S:炭素繊維が含まれるリブが40mm以上の高さであった。
A:炭素繊維が含まれるリブが30mm以上40mm未満の高さであった。
B:炭素繊維が含まれるリブが20mm以上30mm未満の高さであった。
C:炭素繊維が含まれるリブが10mm以上20mm未満の高さであった。
D:炭素繊維が含まれるリブが10mm未満の高さであった。
両面型を用いて、図5に示すように星形の繊維強化プラスチックを製造した。シート基材Aを型に配置する配置工程(A)では、図5の符号1で示すようにシート基材A同士が重なる重ね部と、重ならない非重ね部を形成するように、予め140℃に加熱された下型に配置した。
A:基材が型の端まで充填し、良好な表面品位を有する繊維強化プラスチックが得られた。
B:基材が型の端まで充填したが、表面に凹凸が生じた。
C:シート基材A同士は接合したが、型の端まで充填しなかった。
D:シート基材A同士が接合しなかった。
切込プリプレグaは、切込の長さが1mmで、切込が繊維方向に対して14°の角度を有し、全ての強化繊維の平均長さが25mmとなるように刃を用いてプリプレグに切込を挿入して製造した。切込の平均長さxaは1mm、切込によって分断された強化繊維の平均長さyaは25mmであり、xaとyaは条件1ya>6.0xa+10を満たしていた。切込プリプレグaを、積層構成[+45°/0°/−45°/90°]Sで積層し、60mm×50mmのサイズにカットしたものをシート基材Aとした。このシート基材Aを用いて、成形性評価1を実施した。
切込プリプレグaに挿入された切込の平均長さを3mmとしたこと以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。このとき、切込の平均長さxaは3mm、切込によって分断された強化繊維の平均長さyaは25mmであり、xaとyaは条件1ya>6.0xa+10を満たさなかった。 得られた繊維強化プラスチックは、シート基材A同士の重なり部で厚みが大きく、厚み比h1/h2は1.12であった。
シート基材Aの寸法を70mm×70mmとしたこと以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。このとき、前記重ね部と前記非重ね部の面積は型表面の面積の70%を占めていた。また、前記非重ね部の面積の合計に対する前記重ね部の面積の合計の比は0.67であった。得られた繊維強化プラスチックに対して、成形性評価1を実施した。
シート基材Aの寸法を70mm×50mmとしたこと以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。このとき、前記重ね部と前記非重ね部の面積は型表面の面積の50%を占めていた。また、前記非重ね部の面積の合計に対する前記重ね部の面積の合計の比は0.67であった。得られた繊維強化プラスチックに対して、成形性評価1を実施した。
切込プリプレグaに円形の孔を設けたこと以外は実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。半径3mmの円孔を2枚のシート基材Aがそれぞれ重ね部を形成する領域に一列に並ぶように設けた。このとき、孔の面積の合計が、孔を含む該切込プリプレグaの面積の10%であった。得られた繊維強化プラスチックに対して、成形性評価1を実施した。
配置工程(A)にて、実施例1で用いたものと同じシート基材Aの一方の表面に、使用したプリプレグに含まれる樹脂と同じものを塗布し、該樹脂が塗布されたシート基材Aの表面同士を重ね合わせて二枚を型に配置した。それ以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。このとき、型に配置する基材の合計の体積を100%とした際に、40体積%がシート基材Aであった。得られた繊維強化プラスチックに対して、成形性評価1を実施した。
切込プリプレグaを、積層構成[+45°/0°/−45°/90°]Sで積層し、シート基材Aとした。切込プリプレグaは、切込の長さが1mmで、切込がシート基材Aの長手方向に対して14°の角度を有し、全ての強化繊維の平均長さが25mmとなるように刃を用いてプリプレグに切込を挿入して製造した。このとき、切込の平均長さxaは1mm、切込によって分断された強化繊維の平均長さyaは25mmであり、xaとyaは条件1ya>6.0xa+10を満たしていた。切込プリプレグaに孔は設けなかった。このシート基材Aを用いて、成形性評価2及び成形性評価3を実施した。なお、配置工程(A)において、シート基材A以外の材料は配置しなかった。
切込プリプレグaに挿入された切込の平均長さを3mmとしたこと以外は、実施例7と同様に成形性評価2及び成形性評価3を実施した。このとき、切込の平均長さxaは3mm、切込によって分断された強化繊維の平均長さyaは25mmであり、xaとyaは条件1ya>6.0xa+10を満たさなかった。 成形性評価2では、高さ13mmのリブがたった。成形性評価3では、シート基材A同士が接合し、基材が型の端まで充填したが、表面には凹凸が見られた。また、シート基材の形状が単純形状であるため、歩留まりよく、また短時間で基材を製造することができた。
実施例7と同様のシート基材Aを配置する配置工程(A)を実施した後、シート基材Bとしてプリプレグから長手方向が25mm、幅が5mmのチョップドストランドを切り出し、型の中で70℃にし、真空引きをすることで製造したSMCを型に配置する配置工程(B)を実施し、加熱・加圧して成形性評価2及び成形性評価3を実施した。
実施例7と同様のシート基材Aを配置する配置工程(A)を実施した後、シート基材Cとして、切込プリプレグcを[0/90]3の積層構成で積層し0.9mmの厚みとしたものを配置する配置工程(C)を実施し、加熱・加圧して成形性評価2及び成形性評価3を実施した。切込プリプレグcは、切込の平均長さ1mm、切込が強化繊維の繊維方向に対して14°の角度を有し、全ての強化繊維の平均長さが12.5mmとなるように刃を用いシートリプレグに切込を挿入して製造した。切込の平均長さxcは1mm、切込によって分断された強化繊維の平均長さycは12.5mmであり、xcとycは条件2yc≦6.0xc+10を満たしていた。さらに、切込プリプレグcの面内の任意の箇所における半径5mmの円を抽出した際に、該円内に13個以上の切込が含まれていた。
実施例10で使用した切込プリプレグcの切込の平均長さを3mmとし、全ての強化繊維の平均長さを25mmとしたこと以外は、実施例10と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価2及び成形性評価3を実施した。このとき、切込プリプレグcの切込の平均長さxcは3mm、切込によって分断された強化繊維の平均長さycは25mmであり、xcとycは条件2yc≦6.0xc+10を満たしており、切込プリプレグcの切込の平均長さが、切込プリプレグaの切込の平均長さの3倍であった。
実施例10で使用した切込プリプレグcは強化繊維の繊維方向となす角θ2の絶対値が10°<θ2≦45°で、切込長さxc2が0.5mm≦xc2<5mmを満たした切込2が挿入されているが、さらに強化繊維の繊維方向となす角θ1が2°で0°≦θ1<10°を満たし、切込の平均長さxc1が20mmで、5mm≦xc1≦50mmを満たし、強化繊維の繊維方向に対して25mmの間隔で配置された切込1を、切込プリプレグcに含まれる強化繊維の50%が切込1によって分断されるように、刃を用いて切込プリプレグcに挿入した。新たに製造された切込プリプレグcに含まれる強化繊維の平均長さは0.1〜15mmを満たしていた。また、切込の平均長さは1.2mmであった。それ以外は実施例10と同様に成形性評価2及び成形性評価3を実施した。
シート基材Aを構成するプリプレグとして、切込を挿入していないプリプレグを用いたこと以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。
配置工程(A)にてシート基材Aを型に配置する際、重ね部を形成しないで型に配置したこと以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。
シート基材Aの寸法を60mm×10mmとしたこと以外は、実施例1と同様に繊維強化プラスチックを製造し、成形性評価1を実施した。このとき、重ね部と非重ね部の面積は型表面の面積の10%を占めていた。
シート基材Aを構成するプリプレグとして、切込を挿入していないプリプレグを用いたこと以外は、実施例7と同様に成形性評価2及び成形性評価3を実施した。
配置工程(A)にてシート基材Aを型に配置する際、重ね部を形成しないで型に配置したこと以外は、実施例7と同様に成形性評価2及び成形性評価3を実施した。
配置工程(A)にてシート基材Aを一枚のみ配置したこと以外は、実施例7と同様に成形性評価2及び成形性評価3を実施した。
2:非重ね部
3:重ね部
4:シート基材B又はシート基材C
5:切込1
6:切込2
7:リブ中央部
Claims (13)
- シート基材Aを用いた繊維強化プラスチックの製造方法であって、
前記シート基材Aは、切込プリプレグaを一枚以上有する基材であり、
前記切込プリプレグaは、一方向に配向した強化繊維と樹脂とを有するプリプレグに対して、強化繊維を分断する複数の切込を挿入したプリプレグであり、
複数のシート基材Aを、それぞれのシート基材Aが他の一枚以上のシート基材Aと重なった重ね部及び重なっていない非重ね部を形成するように、型に配置する配置工程(A)、並びに、複数のシート基材Aを加熱・加圧する成形工程とを含み、
前記重ね部と非重ね部の面積の合計を、型表面の面積に対して50〜100%とする繊維強化プラスチックの製造方法。 - 前記非重ね部の面積の合計に対する前記重ね部の面積の合計の比(「重ね部の面積の合計」/「非重ね部の面積の合計」)が、0.05〜0.8である、請求項1に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 切込プリプレグaの切込の平均長さxa(mm)と、切込プリプレグaの切込により分断された強化繊維の平均長さya(mm)とが、ya>6.0xa+10を満たす、請求項1又は2に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記配置工程(A)において、シート基材Aを四枚以上配置する、請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- シート基材Aが、正方形または長方形である、請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記切込プリプレグaが複数の孔を有し、
孔の面積の合計が、孔を含む該切込プリプレグaの面積の10〜50%を占める、請求項1〜5のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 - 互いに重なることで重ね部を構成する2枚のシート基材Aのうち、一方のシート基材Aの重ね部側の表面にある切込プリプレグaの強化繊維の繊維方向と、もう一方のシート基材Aの重ね部側の表面にある切込プリプレグaの強化繊維の繊維方向とが異なり、両者が交わっている、請求項1〜6のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記シート基材Aに含まれる前記切込プリプレグaが条件1を満たし、さらにシート基材Bを型に配置する配置工程(B)を有する繊維強化プラスチックの製造方法であり、
前記シート基材Bは、ランダムに配向した強化繊維と樹脂とを有する基材であり、
前記成形工程において、シート基材Bも加熱・加圧することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(条件1)
切込の平均長さxa(mm)と切込によって分断された強化繊維の平均長さya(mm)が、ya>6.0xa+10を満たす。 - 前記シート基材Aに含まれる前記切込プリプレグaが条件1を満たし、さらにシート基材Cを型に配置する配置工程(C)を有する繊維強化プラスチックの製造方法であり、
前記シート基材Cは、切込プリプレグcを一枚以上有する基材であり、
前記切込プリプレグcは、一方向に配向した強化繊維と樹脂とを有するプリプレグに対して、強化繊維を分断する複数の切込を挿入したプリプレグであり、以下の条件2を満たし、
前記成形工程において、シート基材Cも加熱・加圧することを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(条件1)
切込の平均長さxa(mm)と切込によって分断された強化繊維の平均長さya(mm)が、ya>6.0xa+10を満たす。
(条件2)
切込の平均長さxc(mm)と切込によって分断された強化繊維の平均長さyc(mm)が、yc≦6.0xc+10を満たす。 - 前記切込プリプレグcの切込の平均長さが、前記切込プリプレグaの切込の平均長さの1.5倍以上である、請求項9に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記切込プリプレグcの面内の任意の箇所における半径5mmの円を抽出した際に、該円内に13個以上の切込が含まれる、請求項9または10に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記切込プリプレグcに切込1と切込2が挿入されており、
前記切込1は、強化繊維の繊維方向となす角θ1の絶対値が0°≦θ1<10°で、切込の平均長さxc1(mm)が5mm≦xc1≦50mmを満たしており、
前記切込2は、強化繊維の繊維方向となす角θ2の絶対値が10°<θ2≦45°で、切込の平均長さxc2(mm)が0.5mm≦xc2<2mmを満たしており、
切込プリプレグc内の実質的に全ての強化繊維が、切込1または切込2によって分断されており、分断された強化繊維の長さが0.1〜15mmの長さである、請求項9〜11のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 - 型に配置する基材の合計の体積を100%とした際に、50体積%以上100体積%以下がシート基材Aである、請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
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