KR101861875B1 - 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품 - Google Patents

탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품 Download PDF

Info

Publication number
KR101861875B1
KR101861875B1 KR1020137007774A KR20137007774A KR101861875B1 KR 101861875 B1 KR101861875 B1 KR 101861875B1 KR 1020137007774 A KR1020137007774 A KR 1020137007774A KR 20137007774 A KR20137007774 A KR 20137007774A KR 101861875 B1 KR101861875 B1 KR 101861875B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
molded article
sheet
reinforced plastic
reinforced
Prior art date
Application number
KR1020137007774A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130141468A (ko
Inventor
겐야 오까다
고스께 시호
마사나리 모리우찌
Original Assignee
도레이 카부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도레이 카부시키가이샤 filed Critical 도레이 카부시키가이샤
Publication of KR20130141468A publication Critical patent/KR20130141468A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101861875B1 publication Critical patent/KR101861875B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/202—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres arranged in parallel planes or structures of fibres crossing at substantial angles, e.g. cross-moulding compound [XMC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a general shape other than plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/10—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by a fibrous or filamentary layer reinforced with filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/28—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer impregnated with or embedded in a plastic substance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/248—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using pre-treated fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/54—Yield strength; Tensile strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/718—Weight, e.g. weight per square meter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24132—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in different layers or components parallel

Abstract

본 발명은 연속 탄소 섬유 다발이 소정의 한 방향으로 배치된 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트를 포함하는 적어도 2층 이상의 적층체로 이루어지는 성형품으로서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 의장면에서의 탄소 섬유에 대해서 관찰했을 때, 탄소 섬유의 각도가 상기 소정의 한 방향에 대하여 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의, 의장면의 전체에 대한 면적 비율이 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 관한 것이다. 본 발명은 의장면에서 탄소 섬유가 균일하게 배향되어, 우수한 외관 의장성을 갖는 성형품을 제공할 수 있다.

Description

탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품{CARBON-FIBER-REINFORCED PLASTIC MOLDED ARTICLE}
본 발명은 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 관한 것으로서, 특히, 의장면에서 탄소 섬유가 균일하게 배향되어 있어, 우수한 외관 의장성을 갖는 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 관한 것이다.
종래의 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에서는, 예를 들면 한방향 탄소 섬유 프리프레그를 적층하여 성형하는 경우에, 탄소 섬유 다발을 한 방향으로 정렬시킨 프리프레그였다고 해도, 탄소 섬유 다발의 부분적인 위치의 변동이나, 탄소 섬유 다발 내의 탄소 섬유 단사가 부분적으로 집합한 것의 비틀림이 표면에 존재하여, 성형체로 가공했을 때에 외관 품위의 균일성의 시점에서 보면 의장성이 부족한 것밖에 없었다. 이 변동이나, 비틀림 등의 섬유 배향의 흐트러짐은, 성형체 표면에의 광의 입사각에 따라서 보이는 양상을 변화시켜 외관 품위에 불쾌감을 제공하여, "스키터리니스(skitteriness)", "글레어(glare)", "위치 변동" 등으로 불리며 경원되고 있었다.
이러한, 이른바 외관 얼룩을 피하기 위해서 도장 등을 실시하여 왔지만, 중량이 증가하는데다가, 탄소 섬유의 의장성을 발휘할 수 없기 때문에, 내부 상태를 알 수 있는 투명 또는 반투명한 도장을 실시하는 용도에는 한층더 의장성 개선이 요망되고 있었다.
성형품의 물성이나 외관을 손상시키지 않기 위해서, 프리프레그에 이용하는 에폭시 수지 조성물의 경화 특성이나 점도 특성을 최적화하는 기술은 알려져 있지만(예를 들면, 특허문헌 1), 상기한 것과 같은 의장면에서의 탄소 섬유 다발의 위치의 변동이나 탄소 섬유의 배향의 흐트러짐에 따른 외관 품위 저하의 문제의 해소에까지 주의를 기울인 기술은 발견되지 않는다. 또한, 표면을 글래스 스크림 클로스로 은폐하여(예를 들면, 특허문헌 2) 얼룩을 알 수 없게 하는 수법은 있었지만, 효과는 작고, 탄소 섬유의 의장성을 발휘하기 위해서는, 탄소 섬유 자체의 배향의 흐트러짐 등의 개선이 필요하였다.
일본 특허 공개 제2004-99814호 공보 미국 공개 특허 제2009-0110872호 명세서
따라서 본 발명의 과제는, 특히, 성형품의 의장면에서의 탄소 섬유 다발의 위치의 변동이나 탄소 섬유의 배향의 흐트러짐에 따른 외관 품위 저하의 문제점에 주목하여, 의장면에서 탄소 섬유가 균일하게 배향되어 있어, 우수한 외관 의장성을 갖는 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품은, 연속 탄소 섬유 다발이 소정의 한 방향으로 배치된 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트를 포함하는 적어도 2층 이상의 적층체로 이루어지는 성형품으로서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층(最表層)의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 상기 의장면에서의 탄소 섬유에 대해서 관찰했을 때, 탄소 섬유의 각도가 상기 소정의 한 방향에 대하여 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의, 상기 의장면의 전체에 대한 면적 비율이 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.
본 발명에서는, 2층 이상의 적층체로 이루어지는 성형품에 있어서, 특히 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 주목하여, 그의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소가 20％ 이하로 되어 있다. 즉, 의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 비율이 0.5％ 이상 되는 개소는, 상술한 탄소 섬유의 배향의 흐트러짐에 따른 "스키터리니스" 등으로 불리는 외관 품위의 저하를 야기할 우려가 높지만, 이러한 개소의 의장면의 전체에 대한 면적 비율이 20％ 이하로 억제된다. 이러한 개소의 의장면의 전체에 대한 면적 비율이 10％ 이하이면 보다 바람직하다. 이와 같이, 외관 품위의 저하를 야기할 우려가 높은 개소의 비율을 낮게 억제함으로써, 성형품 전체로서 양호한 의장면이 확보되어, 양호한 외관 의장성이 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서, 상기한 바와 같은 우수한 의장면을 보다 확실하게 달성하기 위해서는, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 섬유 단위 면적당 중량이 30 g/㎡ 이상 100 g/㎡ 이하인 것이 바람직하고, 또한 40 g/㎡ 이상 80 g/㎡ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 100 g/㎡ 이하의 낮은 단위 면적당 중량으로 함으로써, 탄소 섬유가 보다 균일하게 넓어지기 쉬워져서, 목표로 하는 성형품의 우수한 의장성이 한층 달성되기 쉬워진다. 또한, 섬유 단위 면적당 중량을 30 g/㎡ 이상으로 함으로써, 탄소 섬유를 균일하게 넓힐 때에 단사가 진직성(眞直性)을 유지하기 쉽다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서, 상기한 바와 같은 우수한 의장면을 보다 확실하게 달성하기 위해서는, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 수지 함유율은, 15 질량％ 이상 50 질량％ 이하가 바람직하고, 20 질량％ 이상 40 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 수지 함유율을 15 질량％ 이상으로 함으로써, 성형체를 제조했을 때에 수지를 표면에 균일하게 존재시키기 쉬워진다. 이러한 관점에서, 더욱 바람직하게는 20 질량％ 이상이다. 또한, 수지 함유율을 50％ 이하로 함으로써, 성형시의 수지의 유동성에 의해서 섬유 배향이 흐트러지는 것을 억제할 수 있다. 이러한 관점에서, 더욱 바람직하게는 40 질량％ 이하이다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서는, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에서의 탄소 섬유 다발 1개가 300 tex 이하인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 성형품의 우수한 의장면을 달성하기 위해서는, 상기 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트 부분이 되는 프리프레그를 제조하는 단계에서 연속 탄소 섬유 다발에 장력을 가하는 것이 유효하고, 그것에 의하여 프리프레그의 단계에서도 탄소 섬유 다발의 위치의 변동을 억제하거나 탄소 섬유의 배향의 흐트러짐을 억제하거나 하는 것이 가능하게 되지만, 탄소 섬유 다발이 너무 굵으면, 이러한 억제 효과가 적어질 우려가 있기 때문에, 탄소 섬유 다발 1개당 섬도를 300 tex 이하로 해두는 것이 바람직하다. 탄소 섬유 다발 1개당 섬도의 하한은 특히 한정되지 않지만, 프리프레그의 제조에 있어서 90 tex 정도 이상 되면 충분하다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서는, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 탄소 섬유의 인장 탄성률이 270 GPa 이상인 것이 바람직하다. 즉, 사용되는 탄소 섬유로서, 연속 탄소 섬유 다발로 하기 위해서 장력이 가해졌을 때에 소정의 한 방향으로 깨끗히 정렬되기 쉬운 인장 탄성률이 270 GPa 이상인 탄소 섬유가 이용된다. 이와 같이 하면, 성형 후에 상기 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트 부분이 되는 프리프레그의 제조 공정에서, 상기 연속 탄소 섬유 다발에 장력이 걸릴 때에, 탄소 섬유 다발의 위치의 변동이 생기기 어렵게 됨과 동시에, 탄소 섬유 다발 내의 탄소 섬유의 배향에도 흐트러짐이 생기기 어려워진다. 이러한 상태를 유지하여 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트 부분 형성용의 프리프레그가 제작되고, 그것이 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트로서 적층되어 성형품이 성형되게 된다. 따라서, 성형된 성형품의 의장면에서도, 탄소 섬유 다발의 위치의 변동이 적고, 탄소 섬유의 배향의 흐트러짐도 작게 억제되어, 보다 우수한 의장면이 현출된다.
본 발명에 이용되는 탄소 섬유로서는, 피치계, 폴리아크릴로니트릴계 등의 탄소 섬유가 이용되는데, 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유가 비교적 인장 강도가 높아 바람직하다. 바람직한 탄소 섬유 다발의 인장 강도는 3500 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 4500 MPa 이상이다. 이러한 범위를 선택함으로써, 얻어지는 복합체의 경량화가 가능해진다.
이하, 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트 부분이 되는 프리프레그에 대해서 더욱 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서는, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그를 제조하는 단계에서, 탄소 섬유를 균일하게 확폭시킬 필요가 있고, 균일한 확폭을 얻기 위해서는, 탄소 섬유 다발 내의 단사의 갯수는 15000올 이하가 바람직하다. 이러한 관점에서, 보다 단사수가 적을 것이 요구되지만, 단사수가 적어지면 목적으로 하는 프리프레그를 얻기 위해서 보다 많은 탄소 섬유 다발을 사용하여, 탄소 섬유 다발을 균일한 장력으로 정렬시켜 제조해야만 하여 공업적으로 난도가 증가한다고 생각되기 때문에, 현실적으로는 500올 이상이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 1000올 이상 7000올 이하이다.
본 발명에 따른 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그에 사용되는 수지 성분으로서는, 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중의 어느 것도 사용할 수 있다. 열경화성 수지인 경우, 성형품의 강성, 강도가 우수하고, 열가소성 수지인 경우, 성형품의 충격 강도, 리사이클성이 우수하다. 이러한 열경화성 수지로서는, 예를 들면 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시, 페놀, 레졸, 우레아·멜라민, 폴리이미드 등이나, 이들의 공중합체, 변성체, 및/또는 2종 이상 블렌드한 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 내충격성 향상을 위해 상기 열경화성 수지에 엘라스토머 또는 고무 성분을 첨가할 수도 있다.
또한, 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그 중의 탄소 섬유를 균일하게 넓힌다는 관점에서, 프리프레그 원료의 탄소 섬유의 실폭은, 프리프레그에 있어서의 탄소 섬유 다발 1개당의 목표폭에 대하여 작게 감아 올려진 패키지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 너무 가는 실폭의 사조(絲條)는 사용하지 않으로써, 개섬 시에 얼룩을 발생시키는 일없이 프리프레그를 제조할 수 있다. 보다 바람직하게는 목표폭에 대하여 95％ 이하, 더욱 바람직하게는 90％ 이하이고, 25％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30％ 이상이다. 여기서 목표폭이란 프리프레그 전체 너비를 탄소 섬유 사용 갯수로 나눈 폭을 말한다. 이 값을 90％ 미만으로 함으로써, 프리프레그화 시에 실이 넓어지더라도 인접하는 사조와 간섭하는 것이 적어, 단사의 진직성이 유지되어, 균일한 두께로 확대성의 프리프레그를 제조할 수 있다. 탄소 섬유의 실폭은, 탄소 섬유 섬도, 필라멘트수, 탄소 섬유 제조 시의 표면 처리 이후의 공정 조건, 특히 감아 올리기 조건의 설정에 의해 적절하게 설정하고, 이 범위의 사조를 선정함으로써 달성할 수 있다.
본 발명의 프리프레그의 제조 방법으로서는, 한 방향으로 실을 정렬하기 위해 실에 장력을 부여할 수 있는 것으로서, 수지 함침 전에 탄소 섬유 다발을 확폭할 수 있는 기능을 구비하고 있는 것이면 특별히 제한을 받는 것이 아니다. 단, 압축 공기를 분무하여, 탄소 섬유 다발을 확폭하는 설비는 탄소 섬유 다발 내에 단사의 교락을 발생시킬 가능성이 있기 때문에, 롤 등에 의한 개섬 수단을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같이 제조된 탄소 섬유 시트의 폭은, 각 탄소 섬유 다발에 0.5 내지 6 cN/tex의 장력을 가하고, 바람직하게는 1.5 내지 3 cN/tex의 장력을 가함으로써, 전체 섬유 다발의 폭이, 프리프레그의 시트폭에 대하여 80 내지 98％, 바람직하게는 85 내지 95％에 있도록 하면 좋다. 85％ 이상으로 함으로써, 수지 함침 중에 탄소 섬유 시트가 무리하게 밀어 넣은 수지에서 크게 이동한다는 현상을 막을 수 있어, 탄소 섬유의 진직성이 유지된다. 또한, 95％ 이하로 함으로써, 수지 함침 중의 탄소 섬유의 두께 방향의 이동이 손상되는 것에 의해 진직성이 저하되는 것을 억제하고, 게다가, 단사의 중첩에 의한 진직성 저하도 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품은, 의장면을 형성하는 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그를 최표층에 적층하고, 그 밖의 층은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 최표층과 동일한 프리프레그 또는 다른 재료를 적층하여, 성형함으로써 얻어진다. 동일한 프리프레그를 적층하면 사용하는 재료가 1개로 끝나고, 적층 시에 오류가 없어 바람직하다. 동일한 프리프레그의 단위 면적당 중량이 낮은 경우에는, 필요한 두께의 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻기 위해서 많은 매수를 적층하게 되는 점에서, 탄소 섬유의 종류나 단위 면적당 중량이 상이한 프리프레그를 이용하는 것도, 적층 작업 시간의 단축이나 비용의 관점에서도 바람직하다. 또한, 그 밖의 층에 수지 시트나 발포 수지 시트, 경량의 금속 시트 등을 이용하여, 최표층의 반대측의 최표층에 탄소 섬유 강화 시트를 이용하는 샌드위치 구조로 하는 것도, 경량화나 비용의 관점에서 바람직하다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품은, 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그와 그 밖의 층을 포함하는 적층체가, 적층체의 중심에서 양표층으로 향해서 대칭이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 여기서 대칭이 되도록 배치한다란, 예를 들면 탄소 섬유 강화 시트를 적층할 때, 적층체의 매수가 짝수인 경우에는, 그 적층 매수의 반에 대응하는 탄소 섬유 강화 시트의 접하는 면에 대하여 대칭이 되도록 배치되는 것을 말하며, 홀수인 경우에는 중심에 배치되는 탄소 섬유 강화 시트에 대하여 그의 양측에 배치되는 탄소 섬유 강화 시트가 대칭으로 배치되는 것이다. 또한, 각각의 탄소 섬유 강화 시트의 섬유 배향도 대칭으로 되도록 배치되는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 동일한 직조직으로 이루어지는 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그를 6층 적층(짝수)하는 경우, 섬유 배열 방향이 위로부터 0°/90°/0°/0°/90°/0°가 되도록 적층시킬 수 있다. 또한, 한방향 연속 탄소 섬유 강화 프리프레그를 7층 적층(홀수)하는 경우, 섬유 배열 방향이 위로부터 0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°가 되도록 적층시킬 수 있다. 이와 같이 대칭으로 배치하면, 휘어짐이나 굽어짐이 없는 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품이 얻어진다. 반대로 대칭으로 배치하지 않으면, 강화 섬유 다발의 배향에 의해서 휘어짐이나 굽어짐을 발생시키는 원인이 된다. 그 때문에, 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그는 최표층과 반대측의 최표층에도 적층되는 것이 바람직하다. 또한, 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 탄소 섬유 단위 면적당 중량이 낮은 경우에는, 최표층과 반대측의 최표층에 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 프리프레그를 적층하여, 위로부터 0°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/0°가 되도록 적층시킴으로써, 의장면을 형성하는 최표층과 아래의 2층째가 동일 방향이 되어, 2층째의 프리프레그의 요철이 최표층의 의장성에 제공하는 영향을 작게 할 수 있는 점에서 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품은, 다른 부재와 접착시키는 경우에 접착성을 향상시키는 목적으로, 의장면을 형성하는 최표층과 반대측의 최표층에 접착 개재 시트를 적층시킬 수 있다. 이 접착 개재 시트로서는, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, EVA 수지(에틸렌-아세트산비닐 공중합 수지), 스티렌계 수지, PPS(폴리페닐렌술피드)계 수지를 포함하는 시트 등을 들 수 있다. 또한 이들의 변성체일 수도 있다. 이들 열가소성 수지는, 단체로 사용할 수도 있고, 이들의 공중합체 또는 블렌드 중합체로서 2종 이상을 병용할 수도 있다.
여기서, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 핸드레이업 성형법, 스프레이업 성형법, 진공백 성형법, 가압 성형법, 오토클레이브 성형법, 프레스 성형법, 트랜스퍼 성형법 등의 열 경화 수지를 사용한 방법, 및 프레스 성형, 스탬핑 성형법 등의 열가소성 수지를 사용한 방법을 들 수 있다. 특히, 공정성, 역학 특성의 관점에서 진공백 성형법, 프레스 성형법, 트랜스퍼 성형법 등이 바람직하게 이용된다.
본 발명에 따른 프리프레그를 최표층에 적층한 적층체를 이용하여 성형을 행함으로써, 성형 시에 특히 프리프레그의 탄소 섬유 방향으로 장력을 가하는 것 없이 성형하더라도, 탄소 섬유 다발의 미세한 변동이나 배향의 흐트러짐이 발생하는 것 없이, 의장성이 우수한 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조 시에는, 소정의 형상을 얻기 위해서 압력을 가하면서 성형할 필요가 있어, 예를 들면 프레스 성형 등에 있어서는, 프레스 압력 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 성형하는 것이 바람직하다. 압력이 너무 낮으면, 프레스 금형으로 제조한 소정의 두께의 성형품이 얻어지지 않게 되고, 압력이 너무 높으면 수지가 흐르게 되어, 의장면을 구성하는 최표층에 핀홀 등의 수지 결손이 발생하는 등 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서는, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층 상에 추가로 단위 면적당 중량 15 g/㎡ 이하의 수지 시트가 설치되어 있는 구성을 채용할 수도 있다. 이 수지 시트로서는, 예를 들면 수지의 부직포 시트를 사용할 수 있다. 수지 시트의 수지의 종류는 특히 한정되지 않고, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용할 수 있다. 이러한 수지 시트는, 본질적으로 성형품의 강도나 강성을 담당하는 것이 아니기 때문에, 얇은 것이면 되고, 따라서, 단위 면적당 중량 15 g/㎡ 이하의 낮은 단위 면적당 중량의 수지 시트이면 된다. 이러한 수지 시트를 부가함으로써, 상기 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 의해서 형성되는 의장면에 예로 들어 극히 약간의 명암부가 생겨 있었다고 해도 그 명암부는 외관상, 수지 시트에 의해서 차폐 가능해져, 보다 확실하게 명암부가 나타나지 않는 우수한 외관 의장면이 실현된다. 이 수지 시트는 최종적인 최표층을 형성하게 되는데, 이 수지 시트가 단위 면적당 중량 15 g/㎡를 초과하여 너무 두꺼워지면, 내층의 탄소 섬유가 보이지 않게 될 우려가 있고, 또한 부직포를 이용하는 경우에는 수지가 의장면에 감돌지 않아 표면 외관이 악화할 우려가 있다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 플라스틱 성형품은, 예를 들면 그대로도 의장성이 우수한 케이스로서 사용할 수 있지만, 제2 부재와 접합하여 일체화한 케이스로 할 수도 있다. 상술한 제2 부재로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 열가소성 수지 등이 바람직하게 이용된다. 일체화의 수법으로서는, 접착제 등을 이용하여 접착시킬 수 있다. 또한, 상술한 본 발명에 따른 탄소 섬유 플라스틱 성형품의 의장면과 반대측의 최표층에 접착 개재 시트를 적층하고 있는 경우에는, 일체화의 수법으로서 접착 개재 시트를 구성하는 열가소성 수지의 융점 이상의 공정 온도에서 별도의 부재를 접착하고, 이어서 냉각함으로써 접합하는 수법을 들 수 있다. 또한, 제2 부재로서 열가소성 수지를 용융시켜 접착시키는 수법으로서는, 예를 들면 열용착, 진동 용착, 초음파 용착, 레이저 용착, 인서트 사출 성형, 외부 삽입 사출 성형을 들 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품은, 상술한 바와 같은 외관 의장성의 결함이 나타나지 않는 우수한 의장면이 요구되는 모든 성형품에 적용 가능하고, 예를 들면 각종 분야에서의 케이스로서 적합한 것이다. 특히 전기·전자 제품의 케이스에 적용하면 매우 우수한 의장면을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 따르면, 의장면에서의 탄소 섬유 다발의 위치의 변동이나 탄소 섬유의 배향의 흐트러짐에 따른 외관 품위 저하가 매우 적은 우수한 외관을 나타내는 의장면을 얻을 수 있어, 우수한 외관 의장성을 갖는 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제공할 수 있다. 특히 본 발명을 케이스에 적용하면, 그 케이스를 갖는 제품의 상품 가치를 대폭 높이는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에서의 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품의 샘플의 의장면을 관찰하는 수법을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 화상 처리가 예를 도시하는 설명도이다.
도 3은 도 2의 화상 처리에 계속되는 화상 처리가 예를 도시하는 설명도이다.
이하에, 본 발명에 대해서, 실시 형태와 동시에 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품에 있어서는, 성형품은 연속 탄소 섬유 다발이 소정의 한 방향으로 배치된 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트를 포함하는 적어도 2층 이상의 적층체로 이루어지는데, 이 중 특히, 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 의장면에서의 탄소 섬유에 대해서 관찰했을 때, 탄소 섬유의 각도가 상기 소정의 한 방향에 대하여 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의, 의장면의 전체에 대한 면적 비율이 20％ 이하인 것으로 되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 바람직하게는, 이 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 탄소 섬유 단위 면적당 중량이 30 g/㎡ 이상 100 g/㎡ 이하인 것이 이용된다. 또한, 바람직하게는 상술한 바와 같이, 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 수지 함유율이 15 질량％ 이상 50 질량％가 되고, 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에서의 탄소 섬유 다발 1개의 섬도가 300 tex 이하가 된다. 또한, 바람직하게는, 상술한 바와 같이, 프리프레그의 제조 공정에서 탄소 섬유 다발에 0.5 내지 6 N/tex의 장력을 부여하여 정렬시킴으로써 탄소 섬유 다발에 수지를 함침시키기 전에 탄소 섬유 다발을 미리 목적폭의 80 내지 98％까지 확폭하는 공정을 거쳐 제조된 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트가 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층에 이용된다. 또한, 이 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 탄소 섬유로서, 인장 탄성률이 270 GPa 이상인 탄소 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 성형품의 의장면을 형성하는 최표층 상에 추가로 수지 시트가 설치되는 경우에는, 단위 면적당 중량 15 g/㎡ 이하의 수지 시트가 되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 본 발명에서의 외관 특성으로서의 「의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의 비율」을 화상 처리에 의해 구하는 수법에 대해서 설명한다.
예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, 연속 탄소 섬유 다발을 갖는 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트를 포함하는 적어도 2층 이상의 적층체로 이루어지는 성형품으로서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층이 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트로 형성된 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품의 샘플 (1)을, 소정의 수조 (2)의 수중에 가라앉히고, 상측에서 광학 현미경 (3)으로 샘플 (1)의 의장면을 관찰한다.
이 경우의 측정 조건은, 예를 들면 이하와 같다.
측정 장치: KEYENCE VHX-500
렌즈: VH-Z20R
화상 시야 범위: 3.04×2.28 mm
배율: 100배
해상도: 1600×1200 화소
측정 갯수: 25 point 이상(랜덤)
촬영 방법: 섬유가 주로 0°(수평 방향)을 향하도록 촬영
촬영에 의해 취출한 화상을 다음과 같이 처리한다. 화상 처리의 실시 환경은 예를 들면 이하와 같다.
OS: Windows(등록상표) XP
CPU: Celeron 2.8 GHz
Memory: 512 MB
사용 소프트: 화상 처리 라이브러리 HALCON(Ver.8.0 MVTec사 제조)
우선, 화상 처리(1)를 이하의 절차로 행한다.
처리 전 화상(0)의 판독→ 노이즈 제거→ 윤곽 강조→ 2값화→ 팽창·수축→ 세선화
→ 150 화소(0.285 mm) 이상의 길이의 섬유를 추출(추출 화상(1))(실제로는 착색된 섬유로서 추출된다.)
처리 전 화상(0)과 추출 화상(1)의 예를 도 2에 도시하였다.
다음으로, 도 3에 도시한 바와 같은 화상 처리(2)를 이하의 절차로 행한다.
상기 추출 화상(1)에서 추출된 각 섬유에 대해서, 섬유의 각도를 산출하고, 수평 방향(0° 방향)에 대하여 ±3° 이상 기울어진 섬유 (10)을 추출한다(이 추출 화상(2)에 있어서는, 실제로는 착색에 의해 강조되어 ±3° 이상 기울어진 섬유 (10)이 추출됨).
다음으로, 상기 추출 화상(1), (2)에서 추출된 섬유의 면적을 각각 계산하여, 하기 식을 이용하여 상기한 ±3° 이상 기울어진 섬유 (10)의 비율을 산출한다.
±3° 이상 기울어진 섬유의 비율(％)=
[추출 화상(2)에서 추출된 섬유의 면적(화소수)/추출 화상(1)에서 추출된 섬유의 면적(화소수)]×100
상기한 바와 같이 관찰한 화상 전부(25점 이상)에 대해서, 기울어진 섬유의 비율을, 예를 들면 표 1(표 1에서는, 후술한 실시예 1, 2, 비교예 1에 대해서 예시하고 있음)에 나타낸 바와 같이 산출한다. 그리고, 의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소가 몇％ 있는지의 발생률을 계산한다(발생률에 대해서도, 표 1에 예시되어 있음).
Figure 112013026377733-pct00001
또한, 후술한 실시예, 비교예에서는, 상기한 의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의 발생률에 따른 의장 외관의 평가에 대해서, 발생률이 10％ 이하인 경우를 ◎(특히 우수함), 10％를 초과하고 20％ 이하인 경우를 ○(우수함), 20％를 초과한 경우를 ×(의장 외관이 좋지 않음)로 하여 순위를 부여하였다.
또한, 각 실시예, 비교예에서는, 아울러 이용한 탄소 섬유의 인장 강도(MPa), 인장 탄성률(GPa), 탄소 섬유 다발의 섬도(tex), 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 프리프레그에 대해서, 섬유 단위 면적당 중량(g/㎡), 섬유 함유량(중량％), 프리프레그 제조 시에 탄소 섬유 다발에 부여된 장력(cN/tex), 탄소 섬유 개섬 후의 실폭(mm), 프리프레그 가공 후의 실폭(mm), 확폭률(％)을 측정하고, 또한 수지 시트가 최표층 상에 설치되는 경우에는 그의 단위 면적당 중량(g/㎡)도 측정하였다.
실시예
이하에, 본 발명을 실시예, 비교예에 기초하여 설명한다.
실시예 1
아크릴로니트릴 99.5몰％, 이타콘산 0.5몰％를 포함하는 고유 점도[η]가 1.80인 아크릴로니트릴계 중합체를 20 질량％ 포함하는 디메틸술폭시드 용액을 방사 원액으로 하여, 공경이 0.15 mmφ인 6000 홀의 구금을 이용하여 일단 공기 중에 토출하고, 10℃로 온도 조절된 디메틸술폭시드 35％ 수용액을 포함하는 응고욕에 도입하여 응고실을 얻었다. 상기 응고실을 수세·연신 후, 아미노 변성 실리콘 분산물을 주성분으로 한 계면활성제를 부여한 후, 건조 치밀화를 행하고, 스팀 연신 장치를 이용하여 연신을 행하고, 원형 단면으로 표면 평활한 전구체 섬유를 권취하였다.
이 전구체를 탄화 공정에 제공하고, 꼬임이 들어가지 않도록 해서(解舒)하면서 무꼬임 내염화하고, 최고 온도 1900℃에서 장력 5 g/탄화사 tex로 탄화하였다. 그 후, 동일 장력으로 연속하여 양극 산화하여 매트릭스와의 친숙성을 부여한 후, 사이징을 부여하고, 건조함으로써, 섬도 250 tex, 필라멘트수 6000, JIS R7608: 2007에 따라서 측정한 스트랜드 강도 5490 MPa, 탄성률 295 GPa, 보빈 상의 실폭 3.5 mm의 탄소 섬유를 얻었다.
미쯔비시 가가꾸 제조 jER1005F: 20 질량부, jER828: 80 질량부를 용융 혼련하고, 40 내지 60℃에서 미쯔비시 가가꾸 제조 DICY-7: 5 질량부, CVC 스페셜티 케미컬즈 제조 오미큐어 24:4.2 질량부를 가하고 혼련하여 수지 조성물을 얻었다.
이 수지 조성물을 담지 시트에 도포하여 프리프레그용 수지 시트를 얻었다.
상기 탄소 섬유 다발을 1.9 cN/tex의 장력으로 정렬시키고, 복수 롤러를 갖는 다단식 확폭 장치를 사용하여 탄소 섬유 시트를 얻어, 표 2에 나타내는 조건으로 탄소 섬유 강화 프리프레그를 얻었다. 이 한방향 탄소 섬유 강화 프리프레그를 소정의 크기로 컷트하여, 최표층 1층째, 8층째에 이용하고, 내층(2 내지 7층째)에는 도레이(주) 제조의 P3052S 프리프레그(탄소 섬유 단위 면적당 중량 150 g/㎡)를 이용하여, 합계 8층의 적층체를 형성하였다. 적층 구성은 탄소 섬유 성형품의 길이방향을 0°로 한 때에, 0°/0°/90°/0°/0°/90°/0°/0°가 되도록 적층시켰다. 이 적층체를 이형 필름 사이에 끼운 것을, 적층체 내의 공기를 뽑을 목적으로 5분간 탈기를 행한 후, 프레스 성형하여(금형 온도 150℃, 압력 1.5 MPa, 경화 시간 20분, 프레스 후의 목표 두께 0.8 mm), 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻었다. 프리프레그를 컷트하고 나서, 성형까지 특히 프리프레그의 탄소 섬유를 정렬시킬 목적으로 장력을 가하는 것과 같은 것은 행하고 있지 않다. 상기 각 조건과, 얻어진 성형품의 특성(의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의 발생률)과, 그것에 기초하는 외관 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 2 내지 8, 비교예 1 내지 8
상기 실시예 1에 대하여 탄소 섬유의 인장 탄성률이나, 탄소 섬유 다발의 섬도, 프리프레그에 있어서의 탄소 섬유 단위 면적당 중량이나 수지 함유율, 제조 시의 장력, 확폭률, 의장면에 수지 시트(단위 면적당 중량 15 g/㎡ 이하의 PET 부직포)를 설치한 경우 등의 다른 조건의 적어도 하나를 변경한 경우(실시예 2 내지 8, 비교예 1 내지 8)의 시험 결과를 표 2, 표 3에 나타내었다.
Figure 112013026377733-pct00002
Figure 112013026377733-pct00003
표 2, 표 3에 나타낸 바와 같이, 탄소 섬유의 인장 탄성률, 탄소 섬유 다발의 섬도, 프리프레그에 있어서의 탄소 섬유 단위 면적당 중량이나 함유율, 제조 시의 장력 등을 본 발명에서 규정한 바람직한 조건으로 함으로써, 성형 중에도 탄소 섬유 다발이 흐트러지는 일없이 성형품이 우수한 의장 외관이 얻어지는 것을 알 수 있었다(실시예 1, 3, 5 내지 8). 또한 수지 시트를 설치한 경우에는, 그의 단위 면적당 중량이 본 발명에서 규정한 바람직한 조건 내이면, 의장면에서의 탄소 섬유의 각도가 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의 발생률이 저하되어, 성형품의 특성이 좋아졌다(실시예 2, 4). 한편, 프리프레그에 있어서의 탄소 섬유 단위 면적당 중량이나 함유율, 제조 시의 장력 등이 본 발명에서 규정한 바람직한 조건 내에 없는 경우에는, 의장 외관이 좋아지지 않았다(비교예 1, 3 내지 8). 이러한 성형품에 또한 수지 시트를 설치했다고 해도, 의장 외관이 개선되는 경우는 없었다(비교예 2).
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품은, 우수한 의장면이 요구되는 모든 성형품에 적용할 수 있고, 특히, 케이스로서 적합한 것이다.
1: 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품의 샘플
2: 수조
3: 광학 현미경
10: ±3° 이상 기울어진 섬유

Claims (8)

  1. 연속 탄소 섬유 다발이 소정의 한 방향으로 배치된 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트를 포함하는 적어도 2층 이상의 적층체로 이루어지는 성형품으로서,
    상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층(最表層)의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 상기 의장면에서의 탄소 섬유에 대해서 관찰했을 때, 탄소 섬유의 각도가 상기 소정의 한 방향에 대하여 3° 이상 기울어져 있는 탄소 섬유의 비율이 0.5％ 이상 되는 개소의, 상기 의장면의 전체에 대한 면적 비율이 20％ 이하이고,
    탄소 섬유 다발에 0.5 내지 6 cN/tex의 장력을 부여하여 정렬시킴으로써, 상기 탄소 섬유 다발에 수지를 함침시키기 전에 상기 탄소 섬유 다발을 미리 목적폭의 80 내지 98％까지 확폭하는 공정을 거쳐 제조된 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트가 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층에 이용되고 있는, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 단위 면적당 섬유 중량이 30 g/㎡ 이상 100 g/㎡ 이하인, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트의 수지 함유율이 15 질량％ 이상 50 질량％ 이하인, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
  4. 제1항에 있어서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에서의 탄소 섬유 다발 1개의 섬도가 300 tex 이하인, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층의 한방향 연속 탄소 섬유 강화 시트에 이용되는 탄소 섬유의 인장 탄성률이 270 GPa 이상인, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
  7. 제1항에 있어서, 상기 성형품의 의장면을 형성하는 최표층 상에 추가로 단위 면적당 중량 15 g/㎡ 이하의 수지 시트가 설치되어 있는, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
  8. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 케이스로서 성형되어 있는, 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품.
KR1020137007774A 2010-12-13 2011-12-01 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품 KR101861875B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2010-276880 2010-12-13
JP2010276880 2010-12-13
PCT/JP2011/077749 WO2012081406A1 (ja) 2010-12-13 2011-12-01 炭素繊維強化プラスチック成形品

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130141468A KR20130141468A (ko) 2013-12-26
KR101861875B1 true KR101861875B1 (ko) 2018-05-28

Family

ID=46244515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137007774A KR101861875B1 (ko) 2010-12-13 2011-12-01 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20130280479A1 (ko)
EP (1) EP2653292A4 (ko)
JP (1) JP5915929B2 (ko)
KR (1) KR101861875B1 (ko)
CN (1) CN103201087B (ko)
CA (1) CA2821246A1 (ko)
TW (1) TWI545004B (ko)
WO (1) WO2012081406A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2013356368B2 (en) * 2012-12-07 2017-08-03 Hanwha Azdel, Inc. Articles including untwisted fibers and methods of using them
US9481117B2 (en) * 2013-08-13 2016-11-01 Teijin Limited Manufacturing method of decorative molded article and decorative molded article
FR3020777B1 (fr) * 2014-05-09 2017-01-20 Plastic Omnium Cie Empilage de couches de matiere plastique renforcee pour moulage de piece
KR101627622B1 (ko) 2014-06-10 2016-06-08 중앙대학교 산학협력단 탄소 섬유 강화 플라스틱, 이의 제조방법 및 이의 성형품
JP6523859B2 (ja) * 2014-08-28 2019-06-05 帝人株式会社 切断体の製造方法、及び繊維強化樹脂の切断方法
CN104262900B (zh) * 2014-09-12 2016-04-20 吉林大学 单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法
USD809445S1 (en) 2014-11-04 2018-02-06 Spartech Llc Vehicle floor mat with applied surface pattern
USD779833S1 (en) 2014-11-04 2017-02-28 Polyone Designed Structures And Solutions Llc Plastic sheet with a surface pattern
GB2549955A (en) * 2016-05-03 2017-11-08 4A Mfg Gmbh Membrane plate structure for generating sound waves
EP3339356B1 (en) * 2016-12-20 2019-10-30 Sika Technology Ag An article of thermosetting epoxy resin composition and carbon fibre fabric, and reinforced structural component made therewith
WO2020111091A1 (ja) * 2018-11-28 2020-06-04 三菱ケミカル株式会社 クロスプリプレグ、クロスプリプレグの製造方法、繊維強化樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品の製造方法
JP6725027B2 (ja) * 2019-03-14 2020-07-15 王子ホールディングス株式会社 多層成形品、及び多層成形品用シート
JP6725026B2 (ja) * 2019-03-14 2020-07-15 王子ホールディングス株式会社 多層成形品
AU2020268559A1 (en) * 2019-05-09 2021-12-16 Teijin Carbon Europe Gmbh Multiaxial textile fabric with discontinuous intermediate layer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005014600A (ja) 2003-06-02 2005-01-20 Toray Ind Inc 一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法
JP2007231073A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Toray Ind Inc 難燃性炭素繊維強化複合材料およびその製造方法
JP2007291283A (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Toray Ind Inc 一方向炭素繊維プリプレグ材およびその製造方法
JP2009256831A (ja) 2008-04-17 2009-11-05 Toray Ind Inc 炭素繊維前駆体繊維および炭素繊維の製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004099814A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Toray Ind Inc プリプレグおよび繊維強化複合材料
TWI304321B (en) * 2002-12-27 2008-12-11 Toray Industries Layered products, electromagnetic wave shielding molded articles and method for production thereof
CN100421924C (zh) * 2002-12-27 2008-10-01 东丽株式会社 层压品及其制造方法
PL1737633T3 (pl) * 2004-03-31 2012-12-31 Toho Tenax Europe Gmbh Przędza impregnowana żywicą epoksydową i jej zastosowanie do wytwarzania preformy
JP4128165B2 (ja) * 2004-08-31 2008-07-30 弘治 大石橋 拡繊装置
WO2008020628A1 (fr) * 2006-08-18 2008-02-21 Fukui Prefectural Government Stratifiés moulés à renfort multiaxial et leur procédé de production
FR2910838B1 (fr) * 2006-12-27 2009-03-06 Conception & Dev Michelin Sa Procede et dispositif de fabrication d'un anneau composite
JP5572947B2 (ja) * 2007-06-04 2014-08-20 東レ株式会社 成形材料、および、繊維強化プラスチック、ならびに、これらの製造方法
US7790637B2 (en) 2007-10-31 2010-09-07 Apple Inc. Composite laminate having an improved cosmetic surface and method of making same
DE102008042363B4 (de) * 2008-09-25 2022-09-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Erzeugung eines Fahrzeug-Differenzmoments
ES2453666T3 (es) * 2008-09-29 2014-04-08 Kuraray Co., Ltd. Artículo laminado resistente al impacto, proceso para producir el mismo, y material resistente al impacto
US20110319525A1 (en) * 2009-03-25 2011-12-29 Yuki Maeda Epoxy resin composition, prepreg, carbon fiber reinforced composite material, and housing for electronic or electrical component
JP5326170B2 (ja) * 2009-05-25 2013-10-30 福井県 繊維束の開繊方法及び開繊糸シート並びに繊維補強シートの製造方法
KR101841797B1 (ko) * 2010-12-13 2018-03-23 도레이 카부시키가이샤 탄소 섬유 프리프레그 및 그의 제조 방법, 탄소 섬유 강화 복합 재료

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005014600A (ja) 2003-06-02 2005-01-20 Toray Ind Inc 一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法
JP2007231073A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Toray Ind Inc 難燃性炭素繊維強化複合材料およびその製造方法
JP2007291283A (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Toray Ind Inc 一方向炭素繊維プリプレグ材およびその製造方法
JP2009256831A (ja) 2008-04-17 2009-11-05 Toray Ind Inc 炭素繊維前駆体繊維および炭素繊維の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2821246A1 (en) 2012-06-21
CN103201087B (zh) 2016-01-20
WO2012081406A1 (ja) 2012-06-21
KR20130141468A (ko) 2013-12-26
JPWO2012081406A1 (ja) 2014-05-22
TW201231257A (en) 2012-08-01
US20130280479A1 (en) 2013-10-24
EP2653292A1 (en) 2013-10-23
EP2653292A4 (en) 2014-09-03
TWI545004B (zh) 2016-08-11
JP5915929B2 (ja) 2016-05-11
CN103201087A (zh) 2013-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101861875B1 (ko) 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품
JP6807854B2 (ja) 繊維強化複合材
TWI547371B (zh) 碳纖維強化熱可塑性樹脂複合材料、使用其的成型體、以及電子設備框體用構件
KR101841797B1 (ko) 탄소 섬유 프리프레그 및 그의 제조 방법, 탄소 섬유 강화 복합 재료
EP2759387B1 (en) Reinforced fiber / resin fiber composite, and method for manufacturing same
JP2007055162A (ja) 炭素繊維複合材料成形体
KR101299777B1 (ko) 탄소 섬유 함유 적층 성형체 및 그의 제조 방법
JP7007630B2 (ja) セルロースナノファイバーを配合した炭素繊維強化プラスチック
Sharba et al. Effects of processing method, moisture content, and resin system on physical and mechanical properties of woven kenaf plant fiber composites
KR101659591B1 (ko) 하이브리드 세라믹 섬유강화 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 하이브리드 세라믹 섬유강화 복합재료
JP5847033B2 (ja) 炭素繊維ステッチ基材、およびそれを用いたウエット・プリプレグ
Dobah et al. Thermoformability characterisation of Flax reinforced polypropylene composite materials
KR101905555B1 (ko) 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법
JP4940644B2 (ja) ２軸ステッチ基材およびプリフォーム
JP2012241183A (ja) 繊維複合材料およびそれを用いたサンドイッチ材
EP3388215B1 (en) Sandwich panel, method for producing unidirectional prepreg, and method for producing sandwich panel
JPWO2010147231A1 (ja) 強化繊維シート材
JP4962632B2 (ja) 多層基材、プリフォームおよびプリフォーム製造方法
JP2010202824A (ja) 面状複合体
KR102366434B1 (ko) 강화 섬유 복합 재료
EP3951044A1 (en) Method for manufacturing an opened carbon fiber bundle, and fiber reinforced composite material
JP6364798B2 (ja) 補強繊維織物及びその製造方法
JP2012251043A (ja) 糸条、シート状の強化繊維基材、プリフォーム及び繊維強化複合材料の製造方法
JP5280982B2 (ja) 繊維強化複合材料
JP2013032487A (ja) 強化繊維基材およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant