KR20150100607A - 섬유 강화 수지 시트, 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

섬유 강화 수지 시트, 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법 Download PDF

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KR20150100607A
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thermoplastic resin
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reinforced resin
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요시키 타케베
히로키 키하라
노리유키 히라노
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

강화 섬유로 구성되는 부직포의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서, 다음의 (Ⅰ) 또는 (Ⅱ) 중 어느 하나의 조건을 만족시키는 섬유 강화 수지 시트 및 그것을 사용한 일체화 성형품: (Ⅰ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 부직포를 구성하는 강화 섬유가 노출된 영역을 갖는다; (Ⅱ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)가 함침되어 있고, 상기 부직포는 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 20체적% 이하이며, 상기 시트 중에 있어서 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어진다.

Description

섬유 강화 수지 시트, 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법{FIBER-REINFORCED RESIN SHEET, INTEGRATED MOLDED PRODUCT AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 섬유 강화 수지 시트, 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
강화 섬유와 매트릭스 수지로 이루어지는 섬유 강화 플라스틱(FRP)은 경량성이나 역학 특성이 우수한 점으로부터 각종 산업 용도에 폭 넓게 이용되고 있다. 그 중에서도 열 가소성 수지를 사용한 FRP는 상술한 경량성이나 역학 특성에 추가하여 고속 성형에 의해 대량 생산을 행하는 것이 가능하며, 리사이클성도 우수한 점으로부터 최근 특히 주목을 모으고 있다.
일반적으로 FRP를 사용한 부품이나 구조체의 제조에 있어서는 복수의 부재를 일체화함으로써 제조되기 때문에 부재 또는 재료끼리를 접합하는 공정이 필요해진다. 이 접합 방법으로서는 볼트, 리벳, 나사 등의 기계적 접합 방법이나 접착제를 사용하는 접합 방법이 일반적으로 알려져 있다. 기계적 접합 방법은 범용성이 높은 방법이지만, 접합 부분의 가공 비용이나 볼트 등에 의한 중량 증가, 가공부의 응력 집중에 의한 취약화가 과제가 되는 경우가 있다. 또한, 접착제를 사용하는 접합 방법으로는 접착제의 도포 공정이 필요한 점, 접합 강도의 한계가 접착제의 강도에 의존하는 점, 접합부의 신뢰성에 만족이 얻어지지 않는 점 등이 문제가 되는 경우가 있다.
한편, 열 가소성 수지를 사용한 FRP에 특징적인 접합 방법으로서 용착 접합이 알려져 있다. 열 가소성 수지는 가열하면 용융되는 성질을 갖고, 이 성질을 이용해서 하이사이클이며 저비용으로 접합이 가능한 점으로부터 용착 접합에 관해서 활발하게 기술 개발이 진행되고 있다. 그러나, 서로 상용하지 않는 열 가소성 수지끼리는 용착 접합을 행할 수 없어서 다른 열 가소성 수지의 계면에서 용이하게 박리되어 버린다는 문제가 있다. 이에 대하여 열 경화성 수지를 사용한 FRP와 열 가소성 수지를 사용한 FRP의 계면부에 미세한 앵커링 구조를 형성시켜서 다른 수지 사이의 접착을 향상시키는 기술 및 접착제층의 강도를 규정한 발명이 개시되어 있다(특허문헌 1, 2, 3, 4, 10, 11). 이들 특허문헌에 개시된 기술은 점도가 낮은 열 경화성 수지를 사용할 것을 필요로 한다. 또한, 이들 특허문헌에서 개시된 기술에서는 열 경화성 수지측은 연속 섬유를 사용하고 있기 때문에 복잡 형상의 성형은 불가능함과 동시에 재가공도 행할 수 없다. 또한, 이들 특허문헌에 기재되는 미세한 앵커링 구조에서는 상용하지 않는 열 가소성 수지끼리에는 충분한 접착력을 발휘할 수 없다.
한편으로는 특허문헌 5에 열 가소성 수지로 이루어지는 기재에 다른 종류의 열 가소성 수지로 이루어지는 표피재를 융착 일체화하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 5에서 개시된 기술에는 강화 섬유가 사용되지 않아 성형품으로 했을 때의 강도가 낮다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 6 및 9에는 장섬유 보강재로 이루어지는 매트 형상물의 양측으로부터 다른 열 가소성 수지를 함침해서 일체화시킨 복합 재료가 개시되어 있다. 이들 특허문헌에는 강화 섬유의 종류 및 그 분산 상태에 대해서 언급되어 있지 않다.
또한, 특허문헌 8에는 섬유 기재의 양면에 폴리올레핀 수지를 함침시킨 복합 시트를 얻음으로써 열 경화성 접착제나 시멘트와의 접착성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이 특허문헌에 개시된 기술에서는 열 가소성 수지가 1종류에 한정되는 점으로부터 다른 열 가소성 수지를 사용함으로써 얻어지는 다종의 피착체와의 접착성이 한정된다.
또한, 특허문헌 12 및 13에는 거의 단섬유의 상태까지 개섬한 강화 섬유와 수지로 이루어지는 시트에 대해서 수지의 융점 이상의 온도로 가열함으로써 수지에 구속되어 있던 섬유가 기모하는 현상, 소위 스프링백을 발생시킨 다공질의 시트재를 사용해서 그 표면에 발생한 요철에 의해 FRP의 계면부에 미세한 앵커링 구조를 형성시켜서 수지끼리의 접착을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이들 특허문헌에 개시된 기술에서는 열 가소성 수지가 다공질인 시트재의 구멍에 진입함으로써 시트재끼리가 접합하고 있다고 추찰되지만, 앵커링에 관한 구멍의 형상이나 구조의 제어가 실시되어 있지 않고, 고도화되는 시장의 요구를 하기 위해서는 접합성의 향상에 대해서 추가적인 개선이 필요하다. 또한, 이들 특허문헌에 기재되는 미세한 앵커링 구조에서는 상용하지 않는 열 가소성 수지끼리에는 충분한 접착력을 발휘할 수 없다는 문제도 있다.
일본 특허 공개 2008-230238호 공보 일본 특허 공개 2008-50598호 공보 일본 특허 공개 2008-49702호 공보 일본 특허 공개 2006-205436호 공보 일본 특허 공개 2003-136553호 공보 일본 특허 공개 평 6-262731호 공보 일본 특허 공개 평 4-226346호 공보 일본 특허 공개 소 63-82743호 공보 국제 공개 제 2006/041771호 일본 특허 제 3906319호 공보 일본 특허 제 4023515호 공보 일본 특허 공개 2002-104091호 공보 일본 특허 공개 평 8-230114호 공보
그래서, 본 발명은 상술한 기술 과제를 해소하고, 서로 상용하지 않는 열 가소성 수지 사이에 있어서도 강고한 접합을 갖는 일체화 성형품을 부여할 수 있고, 다른 열 가소성 수지 재료와 용이하게 일체화할 수 있는 섬유 강화 수지 시트 및 그것을 사용한 일체화 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 다음 중 어느 하나의 구성을 채용한다.
(1) 강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서, 다음의 (Ⅰ) 또는 (Ⅱ) 중 어느 하나의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(Ⅰ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 부직포를 구성하는 강화 섬유가 노출된 영역을 갖는다;
(Ⅱ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)가 함침되어 있고, 상기 부직포는 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 20체적% 이하이며, 상기 시트 중에 있어서 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어진다.
(2) (1)에 있어서, 강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서, 상기 조건(Ⅰ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(3) (2)에 있어서, 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)은 20체적% 이하인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(4) (1)에 있어서, 강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서, 상기 조건(Ⅱ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(5) (4)에 있어서, 열 가소성 수지(A)의 가사(可使) 온도 영역 및 열 가소성 수지(B)의 가사 온도 영역은 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 갖고 중복되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 부직포는 불연속성 강화 섬유가 대략 모노필라멘트 형상으로 분산되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트 중에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도(θz)는 5° 이상인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(8) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 강화 섬유는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
(9) (2) 또는 (3)에 기재된 섬유 강화 수지 시트로 구성되는 제 1 부재에 열 가소성 수지(B)로 구성되는 별도의 성형체인 제 2 부재를 상기 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역에 열 가소성 수지(B)가 함침함으로써 접합해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
(10) (4) 또는 (5)에 기재된 섬유 강화 수지 시트 또는 그것을 포함해서 이루어지는 성형체인 제 1 부재와, 별도의 성형체인 제 2 부재를 접합해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
(11) (9) 또는 (10)에 있어서, 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)는 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
(12) 강화 섬유로 구성되는 부직포에 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)가 함침되고, 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)는 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
(13) (9) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서, 상기 제 2 부재는 사출 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 인서트 사출 성형 또는 아웃서트 사출 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
(14) (9) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서, 상기 제 2 부재는 프레스 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
(15) (9) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, 자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 상자로서 사용되는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
(발명의 효과)
본 발명의 섬유 강화 수지 시트에 의하면 본래 접합이 어려운 열 가소성 수지끼리의 접합, 구분이 다른 수지 사이의 접합에 있어서도 파스너나 접착제 등의 접합 매체를 사용하는 일 없이 강고한 접합 강도를 부여하는 일체화 성형품을 제조할 수 있다. 또한, 이러한 일체화 성형품에 있어서는 다른 열 가소성 수지에 의한 성형 재료를 사용한 하이브리드 구조를 용이하게 형성할 수 있고, 각각의 수지 특성에 의거하는 기능 부여에 의해 부가 가치가 높은 일체화 성형품으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일체화 성형품은 타부재와 용착 가능한 피착면을 포함하는 점으로부터 생산성이 우수하고, 상기 효과를 이용해서 자동차 부재, 전기·전자 기기 하우징, 항공기 부재 등의 용도에 있어서의 실장 부재로서 적합하게 적용할 수 있다.
도 1은 조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트의 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트의 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 섬유 강화 수지 시트의 확대 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 강화 섬유로 구성되는 부직포에 있어서의 섬유 다발의 중량분율의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 강화 섬유로 구성되는 부직포에 있어서의 강화 섬유의 분산 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 있어서의 성형체의 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
도 7은 본 발명에 있어서의 성형체의 다른 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
도 8은 본 발명에 있어서의 성형체의 다른 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일체화 성형품에 있어서의 계면층의 확대 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용하는 압축 전단 시험편을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용하는 인장 전단 접착 시험편을 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어지는 일체화 성형품의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어지는 일체화 성형품의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 있어서의 프리폼의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 있어서의 프리폼의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 비교예에 있어서의 프리폼의 일례를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 섬유 강화 수지 시트는 그 구성 요소로서 강화 섬유로 구성되는 부직포(이하, 강화 섬유로 구성되는 부직포를 강화 섬유 부직포라고도 칭함)를 포함한다. 여기서, 부직포란 섬유로 구성되는 면상체로서, 강화 섬유 부직포는 강화 섬유 매트의 1종이다. 강화 섬유 부직포에는 강화 섬유 이외에 분말 형상이나 섬유 형상의 수지 성분을 포함해도 좋다.
본 발명의 섬유 강화 수지 시트는 강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지고, 다음 중 어느 하나의 조건을 만족시킨다.
(Ⅰ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 부직포를 구성하는 강화 섬유가 노출된 영역을 갖는다;
(Ⅱ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)가 함침되어 있고, 상기 부직포는 강화 섬유의 체적 비율이 20체적% 이하이며, 상기 시트 중에 있어서 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어진다.
조건(Ⅰ)에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 1에 본 발명에 있어서의 조건(Ⅰ)을 만족시키는 섬유 강화 수지 시트의 일실시형태를 나타낸다. 강화 섬유의 노출이란 열 가소성 수지가 함침되어 있지 않는 상태를 나타낸다(도 1에 있어서의 강화 섬유(2)). 즉, 부직포를 구성하는 강화 섬유가 상태를 실질적으로 동일하게 해서 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 층(도 1에 있어서의 3)으로부터 돌출되어 있는 실시형태를 가리킨다. 또한, 강화 섬유가 노출된 영역이란 노출된 강화 섬유가 존재하고 있는 공간을 의미하고 있다. 이 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유와 강화 섬유 사이의 공극에 다른 열 가소성 수지(B)로 구성되는 성형 재료를 용융 함침해서 접합했을 때, 노출된 강화 섬유를 통해서 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 앵커링된 계면층을 형성하기 때문에 강화 섬유가 노출된 영역이 함침 매체로서의 기능을 갖는다. 또한, 본 발명에 있어서는 강화 섬유가 부직포의 구조를 갖고 있음으로써 일반적으로 고점도로 되는 열 가소성 수지를 용이하게 함침할 수 있다.
이어서, 조건(Ⅱ)에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 조건(Ⅱ)에서는 상기 부직포에 있어서 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 두께 방향의 한쪽측에 추가해서 두께 방향의 다른 한쪽측에도 열 가소성 수지(B)가 함침되어 있다. 도 2에서는 강화 섬유 부직포(도 2에 있어서의 강화 섬유(5))에 다른 열 가소성 수지가 함침되어 있는 상태를 나타낸다(도 2에 있어서의 열 가소성 수지(A)(7) 및 열 가소성 수지(B)(6)). 즉, 부직포를 구성하는 강화 섬유가 상태를 실질적으로 동일하게 하고, 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)가 부직포에 함침되어서 계면층을 형성하고 있는 실시형태를 가리킨다.
조건(Ⅱ)에서는 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)의 접합 강도의 관점으로부터 강화 섬유 부직포는 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 20체적% 이하이며, 상기 시트 중에 있어서 열 가소성 수지(A)와 열 가소 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어질 필요가 있다. 여기서, 도 2에 본 발명에 있어서의 조건(Ⅱ)을 만족시키는 섬유 강화 수지 시트의 일실시형태를 나타낸다.
조건(Ⅱ)에서는 강화 섬유 부직포는 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)가 서로 앵커링된 계면층을 형성하기 위한 함침 매체로서의 기능을 갖는다. 열 가소성 수지는 일반적으로 점도가 높은 것이 많고, 열 경화성 수지의 수십배~수천배 이상이다. 따라서, 조건(Ⅱ)에서는 강화 섬유 부직포는 열 가소성 수지를 용이하게 함침할 수 있는 구조인 것이 필수이며, 그러기 위해서 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)을 20체적% 이하로 할 필요가 있다.
부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이란 부직포의 단위 체적당에 포함되는 강화 섬유의 체적 함유율을 가리킨다. 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)을 상기 범위로 함으로써 부직포 중에 많은 공극부가 존재하고, 열 가소성 수지를 함침할 때의 유로가 형성되기 때문에 열 가소성 수지를 용이하게 함침할 수 있다. 이에 의해 성형체 또는 일체화 성형품에 우수한 기계 특성과 신뢰성이 부여된다. 또한, 부직포 중의 유로가 복잡화됨으로써 열 가소성 수지의 함침이 뒤얽혀 진행되고, 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 계면층에 있어서의 요철 형상을 갖는 앵커링 구조의 형성을 촉진한다. 그 때문에, 얻어지는 섬유 강화 수지 시트는 다른 수지의 강고한 접합을 갖고 있어서 성형체 또는 일체화 성형품으로 했을 때의 높은 접합 강도를 실현할 수 있다.
한편, 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 20체적%보다 클 경우, 열 가소성 수지의 함침이 곤란해지고, 높은 함침 압력의 부여나 저점도인 수지의 선택이 필요해져서 함침 수단이나 수지종의 선택지를 크게 제한하게 된다. 특히, 높은 함침 압력은 강화 섬유의 얼라인먼트를 혼란시키기 때문에 애초 소망의 구조에 있는 섬유 강화 수지 시트가 얻어지지 않을 경우가 있다. 또한, 강화 섬유수지 시트 중에 미함침이 형성되고, 이에 의한 성형체 또는 일체화 성형품에 있어서의 기계 특성이나 신뢰성이 손상된다.
부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)은 바람직하게는 15체적% 이하이며, 보다 바람직하게는 10체적% 이하이다. 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)의 하한값은 특별히 제한은 없지만, 부직포의 취급성이나 섬유 강화 수지 시트로 했을 때의 성형성 등의 실용성을 감안해서 3체적% 정도로 충분하다.
조건(Ⅰ)에서는 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm1)이 20체적% 이하인 것이 다른 성형 재료를 접합했을 때의 접합 강도의 관점, 섬유 강화 수지 시트의 취급성의 관점으로부터 바람직하다. 이러한 체적 비율(Vfm1)은 강화 섬유가 노출된 영역(부직포의 부분적인 영역)의 단위 체적당 포함되는 강화 섬유의 체적 함유율을 가리킨다. 이러한 체적 비율(Vfm1)을 상기 범위로 함으로써 강화 섬유가 노출된 영역 중에 많은 공극부가 존재하고, 일체화 성형품을 제작할 때에 피착체인 다른 성형 재료를 구성하는 열 가소성 수지(B)가 함침될 때의 유로가 형성되기 때문에 이러한 열 가소성 수지를 용이하게 함침할 수 있다. 또한, 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유 사이의 유로가 복잡화됨으로써 열 가소성 수지끼리의 계면층에 있어서 노출된 강화 섬유로부터 유래되는 앵커링 구조가 형성된다. 그 때문에, 얻어지는 일체화 성형품에 우수한 기계 특성과 신뢰성이 부여될 뿐만 아니라, 다른 열 가소성 수지에 있어서도 강고한 접합을 갖기 때문에 일체화 성형품으로 했을 때에 제 1 부재와 제 2 부재 사이에서 높은 접합 강도를 실현할 수 있다. 또한, 조건(Ⅰ)에서는 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)도 조건(Ⅱ)에 대해서 설명한 범위와 마찬가지인 것이 바람직하다.
조건(Ⅰ)에 있어서 상기 체적 비율(Vfm1)이 20체적%보다 클 경우에는 접합할 때에 열 가소성 수지(B)의 함침이 곤란해지고, 높은 함침 압력의 부여나 저점도인 수지의 선택이 필요해져서 함침 수단이나 수지종의 선택지를 크게 제한하게 된다. 특히, 높은 함침 압력은 강화 섬유의 얼라인먼트를 혼란시키기 때문에 애초 소망의 구조에 있는 일체화 성형품이 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한, 섬유 강화 수지 시트에 열 가소성 수지(B)를 함침했을 때에 미함침이 형성되고, 이에 의한 일체화 성형품에 있어서의 기계 특성이나 신뢰성이 손상되는 경우가 있다.
상기 체적 비율(Vfm1)은 15체적% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이러한 체적 비율(Vfm1)의 바람직한 하한값은 강화 섬유 부직포의 취급성이나 섬유 강화 수지 시트로 했을 때의 성형성 등의 실용성을 감안해서 5체적% 정도로 충분하다.
상기 체적 비율(Vfm)은 강화 섬유 부직포를 피검체로 해서 그 중량과 용적으로부터 측정할 수 있고, 상기 체적 비율(Vfm1)은 강화 섬유 부직포에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역을 피검체로 해서 그 중량과 용적으로부터 측정할 수 있다. 섬유 강화 수지 시트를 사용해서 강화 섬유 부직포를 피검체로서 단리하기 위해서는 섬유 강화 수지 시트를 금속 메쉬로 협지해서 열 가소성 수지 성분을 소실시켜서 잔존한 부직포, 또는 동일하게 금속제 메쉬로 협지된 상태로 열 가소성 수지가 가용인 용제에 침지해서 수지 성분을 용해시켜서 잔존한 부직포를 채취한다. 또한, 강화 섬유 부직포에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역을 피검체로서 단리하기 위해서는 섬유 강화 수지 시트로부터 커터나이프나 면도칼 등을 사용해서 열 가소성 수지 성분이 함침된 부분을 제거하고, 얻은 부직포의 부분, 즉 강화 섬유가 노출된 영역을 채취한다. 이어서, 피검체에 대해서 중량(Wm) 및 두께(tm)를 측정한다. 두께(tm)는 JIS R7602(1995)에 규정되는 「탄소 섬유 직물의 두께 측정 방법」에 준거해서 50㎪을 20초 동안 부여한 후에 측정되는 값으로 한다. 또한, 측정시에 피검체의 형태 유지가 어려운 경우에는 금속제 메쉬 너머로 두께의 측정을 행하고, 그 후 금속 메쉬분의 두께를 빼면 좋다. 피검체의 중량(Wm)은 JIS R7602(1995)에 규정되는 「탄소 섬유 직물의 단위 면적당 중량 측정 방법」에 준거해서 측정되는 값으로 한다. 피검체(강화 섬유 부직포 또는 강화 섬유가 노출된 영역)의 용적은 피검체의 면적(S)과 두께(tm)로부터 산출한 값을 사용한다. 상기에서 측정되는 중량(Wm), 두께(tm)로부터 다음 식에 의해 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)(체적%), 또는 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm1)(체적%)을 산출한다. 여기서, 식 중의 ρf는 강화 섬유의 밀도(g/㎤), S는 피검체(강화 섬유 부직포 또는 강화 섬유가 노출된 영역)의 단면적(㎠)이다.
·강화 섬유 부직포를 피검체로 할 경우:
Vfm(체적%)=(Wm/ρf)/(S×tm)×100
·강화 섬유가 노출된 영역을 피검체로 할 경우:
Vfm1(체적%)=(Wm/ρf)/(S×tm)×100
본 발명에 있어서 사용하는 부직포는 조건(Ⅰ)을 채용할 경우, 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 열 가소성 수지, 즉 열 가소성 수지(A)와 다른 성형 재료를 구성하는 열 가소성 수지, 즉 열 가소성 수지(B)와의 계면층에 있어서의 보강재로서의 기능도 갖고, 조건(Ⅱ)을 채용할 경우, 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)의 계면층에 있어서의 보강재로서의 기능도 갖는다. 여기서, 조건(Ⅰ)을 채용할 경우, 섬유 강화 수지 시트는 강화 섬유 부직포와 상기 부직포에 함침되어서 이루어지는 열 가소성 수지(A)에 의해 구성되지만, 조건(Ⅰ)을 채용할 경우의 계면층이란 상기 섬유 강화 수지 시트에 있어서 강화 섬유가 노출되어서 이루어지는 영역측의 면을 말하고, 즉 일체화 성형품으로 했을 때에 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 열 가소성 수지(A)와, 다른 성형 재료를 구성하는 열 가소성 수지(B)가 접촉해서 이루어지는 면이 되는 부분을 말한다.
상술한 체적 비율(Vfm)을 만족시키는 부직포는 강화 섬유의 입체 장해에 원인이 되는 큰 부피를 갖기 때문에 부직포의 두께 방향에 대한 섬유 배향이 발생한다. 그 때문에 섬유 강화 수지 시트의 면내 방향으로 확장되는 계면층과 강화 섬유가 일정한 각도를 형성하고, 강화 섬유가 계면층을 걸쳐서 배치될 확률이 높아진다. 이에 의해, 부하되는 전단 하중에 대하여 섬유 파단이나 계면 박리를 효과적으로 발생시킬 수 있어서 일체화 성형품으로 했을 때에 계면층에 있어서의 강고한 접합을 부여한다. 한편, 상기 체적 비율(Vfm)이 상술한 범위를 벗어날 경우, 강화 섬유가 계면층이 존재하는 면내 방향에 대하여 대략 병행하게 배치되기 때문에 보강 효과를 유효하게 활용할 수 없어 계면층에서의 전단 강도가 손상되는 경우가 있다.
상술한 기능을 보다 효과적으로 발현할 수 있는 실시형태로서 섬유 강화 수지 시트 중에 있어서의 강화 섬유나 섬유 강화 수지 시트의 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유에 대해서 그 면외 각도(θz)를 5° 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 강화 섬유의 면외 각도(θz)란 섬유 강화 수지 시트나 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 강화 섬유가 노출된 영역의 두께 방향에 대한 강화 섬유의 경사도로서, 값이 클수록 두께 방향으로 서서 기울어 있는 것을 나타내고, 0~90°의 범위에서 부여된다. 즉, 강화 섬유의 면외 각도(θz)를 이러한 범위 내로 함으로써 상술한 계면층에 있어서의 보강 기능을 보다 효과적으로 발현할 수 있고, 계면층에 보다 강고한 접합을 부여할 수 있다. 강화 섬유의 면외 각도(θz)의 상한값은 특별히 제한 없지만, 섬유 강화 수지 시트로 했을 때의 취급성의 관점으로부터 15° 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10° 이하이다.
여기서, 강화 섬유의 면외 각도(θz)는 섬유 강화 수지 시트 D의 면 방향에 대한 수직 단면의 관찰에 의거해서 측정할 수 있다. 도 3은 측정되는 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유의 면 방향에 대한 수직 단면(a)과 그 깊이 방향(b)을 나타내는 것이다. 도 3(a)에 있어서 강화 섬유(9, 10)의 단면은 측정을 간편하게 하기 위해서 타원 형상에 근사되어 있다. 여기서, 강화 섬유(9)의 단면은 타원 어스펙트비(=타원 장축/타원 단축)가 작게 보이고, 그에 대하여 강화 섬유(10)의 단면은 타원 어스펙트비가 크게 보인다. 한편, 도 3(b)에 의하면 강화 섬유(9)는 깊이 방향(Y)에 대하여 거의 평행한 경사를 갖고, 강화 섬유(10)는 깊이 방향(Y)에 대하여 일정량의 경사를 갖고 있다. 이 경우, 도 3(a)에 있어서의 단면의 강화 섬유(10)에 대해서는 섬유 강화 수지 시트의 면 방향(X)과 섬유 주축(타원에 있어서의 장축 방향)(α)이 이루는 각도(θx)가 강화 섬유의 면외 각도(θz)와 거의 동일해진다. 한편, 강화 섬유(9)에 대해서는 각도(θx)와 면외 각도(θz)가 나타내는 각도에 큰 괴리가 있어 각도(θx)가 면외 각도(θz)를 반영하고 있다고는 말할 수 없다. 따라서, 섬유 강화 수지 시트나 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역의 면 방향에 대한 수직 단면으로부터 면외 각도(θz)를 판독할 경우, 섬유 단면의 타원 어스펙트비가 일정 이상인 것에 대해서 추출함으로써 면외 각도(θz)의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
여기서, 추출 대상이 되는 타원 어스펙트비의 지표로서는 단섬유의 단면 형상이 진원(眞圓)에 가까운, 즉 강화 섬유의 장척 방향에 수직인 단면에 있어서의 섬유 어스펙트비가 1.1 이하일 경우, 타원 어스펙트비가 20 이상인 강화 섬유에 대해서 X 방향과 섬유 주축(α)이 이루는 각도를 측정하고, 이것을 면외 각도(θz)로서 채용하는 방법을 이용할 수 있다. 한편, 단섬유의 단면 형상이 타원형이나 견형(繭形) 등이며, 섬유 어스펙트비가 1.1보다 클 경우에는 보다 큰 타원 어스펙트비를 갖는 강화 섬유에 주목해서 면외 각도를 측정하는 편이 좋고, 섬유 어스펙트비가 1.1 이상 1.8 미만일 경우에는 타원 어스펙트비가 30 이상, 섬유 어스펙트비가 1.8 이상 2.5 미만일 경우에는 타원 어스펙트비가 40 이상, 섬유 어스펙트비가 2.5 이상일 경우에는 타원 어스펙트비가 50 이상인 강화 섬유를 선택해서 면외 각도(θz)를 측정하면 좋다.
본 발명에 있어서 강화 섬유는 상술한 바와 같이 그 집합체 중에 많은 공극부를 가질 필요가 있고, 이러한 실시형태를 만족시킨 후에 부직포의 형태를 취한다. 또한, 부직포를 구성하는 강화 섬유의 형태로서는 소정 길이로 절단된 유한 길이의 불연속성 강화 섬유가 부직포를 용이하게 조정할 수 있는 관점으로부터는 불연속성 강화 섬유인 것이 바람직하다.
여기서, 부직포의 형태란 강화 섬유의 스트랜드 및/또는 모노필라멘트(이하, 스트랜드과 모노필라멘트를 총칭해서 세섬도 스트랜드라 칭함)가 면 형상으로 분산된 형태를 가리키고, 초핑된 스트랜드 매트, 컨티뉴언스 스트랜드 매트, 초지 매트, 카딩 매트, 에어레이드 매트 등을 예시할 수 있다. 스트랜드란 복수개의 단섬유가 병행하게 배열되어 집합한 것이며, 섬유 다발이라고도 불린다. 부직포의 형태에 있어서 세섬도 스트랜드는 분산 상태에 통상 규칙성을 갖지 않는다. 이러한 부직포의 형태로 함으로써 부형성이 우수한 점으로부터 복잡 형상으로의 성형이 용이해진다. 또한, 부직포 중의 공극이 수지 함침의 진행을 복잡화하기 때문에 일체화 성형품으로 했을 때에 열 가소성 수지(A) 및 다른 성형 재료를 구성하는 열 가소성 수지(B)가 보다 복잡한 계면을 형성하고, 우수한 접착 능력을 발현한다.
상기 부직포 형태로서 보다 바람직한 것은 불연속성 강화 섬유가 대략 모노필라멘트 형상으로 분산된 부직포이다. 여기서, 대략 모노필라멘트 형상으로 분산된다란 부직포를 구성하는 불연속성 강화 섬유 중 필라멘트수 100개 미만의 세섬도 스트랜드가 50중량% 이상 포함되는 것을 가리킨다. 이러한 불연속성 강화 섬유가 대략 모노필라멘트 형상으로 분산되어 있음으로써 강화 섬유끼리의 입체 장해가 보다 커지고, 일체화 성형품으로 했을 때에 강화 섬유와 열 가소성 수지의 앵커링 구조가 강고한 것이 된다. 또한, 세섬도 스트랜드의 구성 단위가 작음으로써 복잡하며 또한 치밀한 섬유 네트워크 구조가 형성되고, 이로부터 유래되는 미세한 공극에 의해 일체화 성형품으로 했을 때의 계면층에 있어서의 앵커링 구조를 치밀하며 또한 깊게 얽힌 것으로 할 수 있다. 이에 의해 계면층에 의해 일체화 성형품에 있어서의 강고한 접합이 초래된다. 또한, 필라멘트수가 많은 섬유 다발에서는 그 단부가 종종 파괴의 기점이 되지만, 이러한 파괴의 기점이 되는 개소가 보다 적어지기 때문에 상술한 보강재로서의 기능이 높아지고, 보강 효율 및 신뢰성이 우수한 계면층을 형성한다. 이러한 관점으로부터 불연속성 강화 섬유의 70중량% 이상이 필라멘트수 100개 미만의 세섬도 스트랜드에서 존재하는 것이 바람직하다.
부직포를 구성하는 불연속성 강화 섬유의 필라멘트 상태는 이어서 예시하는 방법에 의해 측정된다. 섬유 강화 수지 시트를 금속 메쉬로 협지해서 열 가소성 수지 성분을 소실시켜서 잔존한 부직포를 인출한다. 인출한 상기 부직포에 대해서 중량(Wm)을 측정한 후, 시인되는 섬유 다발을 핀셋에 의해 모두 추출하고, 그들 모든 섬유 다발에 대해서 길이(Ls)를 1/100㎜의 정밀도로, 중량(Ws)을 1/100㎎의 정밀도로 측정한다. 경험칙상 시인에 의해 추출할 수 있는 섬유 다발은 필라멘트수 50개 정도까지이며, 추출되는 대부분의 섬유 다발은 필라멘트수 100개 이상의 영역에 속하고, 조각이나 잔분은 100개 미만으로 한다. 또한, 이후에 산출되는 필라멘트수의 결과에 있어서 필라멘트수가 100개 미만이 될 경우, 이에 대해서는 Ws의 적산 대상으로부터 제외한다. i번째(i=1~n)로 추출된 섬유 다발의 길이(Lsi) 및 중량(Wsi)으로부터 다음 식에 의해 섬유 다발에 있어서의 필라멘트수(Fi)를 산출한다. 여기서, 식 중에 있어서의 D는 필라멘트의 섬도(㎎/㎜)이다.
·Fi(개)=Wsi/(D×Lsi)
상기에서 산출되는 Fi를 바탕으로 섬유 다발의 선별을 행한다. 도 4는 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 부직포에 있어서 필라멘트수 50개마다의 계급별로 본 각 계급에 차지하는 중량분율의 내역을 나타낸다. 도 4에 있어서 필라멘트수가 작은 측으로부터 2계급(필라멘트 0~100개)의 막대 그래프와, 모든 막대 그래프의 총합의 비율이 필라멘트수 100개 미만의 섬유 다발의 중량분율(Rw)(wt%)에 상당한다. 이는 상기에서 실측된 수치를 사용해서 다음 식에 의해 산출할 수 있다.
·Rw(중량%)={Wm-Σ(Wsi)}/Wm×100
또한, 상기 부직포의 형태로서 특히 바람직한 것은 불연속성 강화 섬유가 모노필라멘트 형상이며, 또한 랜덤하게 분산된 부직포이다. 여기서, 모노필라멘트 형상으로 분산되어 있다란 섬유 강화 수지 시트에 있어서 임의로 선택한 불연속성 강화 섬유에 대해서 그 2차원 접촉각이 1° 이상인 단섬유의 비율이 80% 이상인 것을 가리키고, 바꿔 말하면 구성 요소 중에 있어서 단섬유 중 2개 이상이 접촉해서 병행한 다발이 20% 미만인 것을 말한다. 따라서, 여기서는 적어도 섬유 강화 수지 시트의 부직포를 구성하는 불연속성 강화 섬유에 대해서 필라멘트수 100개 이하의 섬유 다발의 중량분율(Rw)이 100%에 해당하는 것을 대상으로 한다.
여기서, 2차원 접촉각이란 상기 부직포에 있어서의 불연속성 강화 섬유의 단섬유와, 상기 단섬유와 접촉하는 단섬유로 형성되는 각도이며, 접촉하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도로 정의한다. 이 2차원 접촉각에 대해서 도면을 사용해서 더 설명한다. 도 5(a), 도 5(b)는 본 발명에 있어서의 일실시형태로서, 부직포에 있어서의 강화 섬유를 면 방향(a) 및 두께 방향(b)으로부터 관찰했을 경우의 모식도이다. 단섬유(11)를 기준으로 하면 단섬유(11)는 도 5(a)에서는 단섬유(12~16)와 교차해서 관찰되지만, 도 5(b)에서는 단섬유(11)는 단섬유(15 및 16)와는 접촉하고 있지 않다. 이 경우, 기준이 되는 단섬유(11)에 대해서 2차원 접촉 각도의 평가 대상이 되는 것은 단섬유(12~14)이며, 접촉하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도(17)이다.
2차원 접촉각을 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 섬유 강화 수지 시트의 표면이나 섬유 강화 수지 시트의 강화 섬유가 노출된 영역측의 표면으로부터 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법, 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)의 측정시와 마찬가지의 방법으로 인출한 부직포를 투과광을 이용해서 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법, 광학 현미경 또는 전자 현미경을 사용해서 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다. 또한, 섬유 강화 수지 시트를 X선 CT 투과 관찰해서 강화 섬유의 배향 화상을 촬영하는 방법도 예시할 수 있다. X선 투과성이 높은 강화 섬유의 경우에는 강화 섬유에 트레이서용 섬유를 혼합해 두거나, 또는 강화 섬유에 트레이서용 약제를 도포해 두면 강화 섬유를 관찰하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 상기 관찰 방법에 의거해서 2차원 접촉각은 다음의 순서로 측정한다. 무작위로 선택한 단섬유(도 5에 있어서의 단섬유(11))에 대하여 접촉하고 있는 모든 단섬유(도 5에 있어서의 단섬유(12~16))와의 2차원 접촉각을 측정한다. 이를 100개의 단섬유에 대해서 행하고, 2차원 접촉각을 측정한 모든 단섬유의 총 개수와 2차원 접촉각이 1° 이상인 단섬유의 개수의 비율로부터 비율을 산출한다.
또한, 불연속성 강화 섬유가 랜덤하게 분산되어 있다란 섬유 강화 수지 시트 중에서 임의로 선택한 불연속성 강화 섬유의 2차원 배향각의 평균값이 30~60°인 것을 말한다. 2차원 배향각이란 불연속성 강화 섬유의 단섬유와 상기 단섬유와 교차하는 단섬유로 형성되는 각도이며, 교차하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도로 정의한다. 이 2차원 배향각에 대해서 도면을 사용해서 더 설명한다. 도 5(a), 도 5(b)에 있어서 단섬유(11)를 기준으로 하면 단섬유(11)는 다른 단섬유(12~16)와 교차하고 있다. 여기서 교차란 관찰하는 2차원 평면에 있어서 기준으로 하는 단섬유가 다른 단섬유와 교차해서 관찰되는 상태를 의미하고, 단섬유(11)와 단섬유(12~16)가 반드시 접촉하고 있을 필요는 없고, 투영해 보았을 경우에 교차해서 관찰되는 상태에 대해서도 예외는 아니다. 즉, 기준이 되는 단섬유(11)에 대해서 보았을 경우, 단섬유(12~16) 모두가 2차원 배향각의 평가 대상이며, 도 5(a) 중에 있어서 2차원 배향각은 교차하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도(17)이다.
여기서, 섬유 강화 수지 시트로부터 2차원 배향각을 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 섬유 강화 수지 시트의 표면이나 섬유 강화 수지 시트의 강화 섬유가 노출된 영역측의 표면으로부터 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있고, 상술한 2차원 접촉각의 측정 방법과 마찬가지의 수단을 취할 수 있다. 2차원 배향각의 평균값은 다음의 순서로 측정한다. 무작위로 선택한 단섬유(도 5에 있어서의 단섬유(11))에 대하여 교차하고 있는 모든 단섬유(도 5에 있어서의 단섬유(12~16))와의 2차원 배향각의 평균값을 측정한다. 예를 들면, 어떤 단섬유에 교차하는 다른 단섬유가 다수일 경우에는 교차하는 다른 단섬유를 무작위로 20개 선택해서 측정한 평균값을 대용해도 좋다. 상기 측정에 대해서 다른 단섬유를 기준으로 해서 합계 5회 반복하고, 그 평균값을 2차원 배향각의 평균값으로서 산출한다.
불연속성 강화 섬유가 모노필라멘트 형상이며, 또한 랜덤하게 분산되어 있음으로써 상술한 강화 섬유가 대략 모노필라멘트 형상으로 분산된 부직포에 의해 부여되는 성능을 최대한까지 높일 수 있고, 계면층에 있어서 특히 우수한 접착성을 발현한다. 또한, 섬유 강화 수지 시트 및 이것을 사용한 일체화 성형품에 있어서 등방성을 부여할 수 있고, 상기 섬유 강화 수지 시트의 취급에 있어서 역학 특성의 방향성을 고려할 필요가 없는데다가 역학 특성의 방향성에 기인하는 계면층에서의 내부 응력이 작기 때문에 계면층에서의 우수한 기계 특성이 부여된다. 이러한 관점으로부터 강화 섬유의 2차원 배향각의 평균값으로서는 40~50°가 바람직하고, 이상적인 각도인 45°에 근접할수록 바람직하다.
불연속성 강화 섬유의 평균 섬유 길이(Ln)로서는 1~25㎜의 범위인 것이 바람직하다. 평균 섬유 길이(Ln)를 이러한 범위로 함으로써 강화 섬유의 보강 효율을 높일 수 있고, 섬유 강화 수지 시트를 비롯해서 일체화 성형품에 있어서 우수한 기계 특성이나 접합 강도가 부여된다. 또한, 부직포에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도의 조정이 용이해진다. 평균 섬유 길이(Ln)는 섬유 강화 수지 시트의 열 가소성 수지 성분을 소실시켜서 잔존한 강화 섬유로부터 무작위로 400개를 선택하고, 그 길이를 10㎛ 단위까지 측정하고, 그 수 평균을 산출해서 평균 섬유 길이(Ln)로서 사용한다.
본 발명에 있어서 부직포를 구성하는 강화 섬유로서는, 예를 들면 알루미늄, 황동, 스테인레스 등의 금속 섬유나 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 레이온계, 리그닌계, 피치계의 탄소 섬유나 흑연 섬유나 유리 등의 절연성 섬유나 아라미드, PBO, 폴리페닐렌술피드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌 등의 유기 섬유나 실리콘카바이트, 실리콘나이트라이드 등의 무기 섬유를 들 수 있다. 또한, 이들 섬유에 표면 처리가 실시되어 있는 것이어도 좋다. 표면 처리로서는 도전체로서 금속의 피착 처리 외에 커플링제에 의한 처리, 사이징제에 의한 처리, 결속제에 의한 처리, 첨가제의 부착 처리 등이 있다. 또한, 이들 강화 섬유는 1종류를 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상을 병용해도 좋다. 그 중에서도 경량화 효과의 관점으로부터 비강도, 비강성이 우수한 PAN계, 피치계, 레이온계 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다. 또한, 얻어지는 성형품의 경제성을 높이는 관점으로부터는 유리 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 경제성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 유리 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 성형품의 충격 흡수성이나 부형성을 높이는 관점으로부터는 아라미드 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 충격 흡수성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 아라미드 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 성형품의 도전성을 높이는 관점으로부터는 니켈이나 구리나 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다. 이들 중에서 강도와 탄성률 등의 역학적 특성이 우수한 PAN계의 탄소 섬유는 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)로서는, 예를 들면 「폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르나 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀이나 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아미드(PA), 폴리페닐렌술피드(PPS) 등의 폴리알릴렌술피드, 폴리케톤(PK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르니트릴(PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지, 액정 폴리머(LCP)」 등의 결정성 수지, 「스티렌계 수지 외에 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리염화 비닐(PVC), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트(PAR)」 등의 비결정성 수지, 그 밖에 페놀계 수지, 페녹시 수지, 또한 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리부타디엔계, 폴리이소프렌계, 불소계 수지 및 아크릴로니트릴계 등의 열 가소 엘라스토머 등이나 이들의 공중합체 및 변성체 등으로부터 선택되는 열 가소성 수지를 들 수 있다. 그 중에서도, 얻어지는 성형품의 경량성의 관점으로부터는 폴리올레핀이 바람직하고, 강도의 관점으로부터는 폴리아미드가 바람직하고, 표면 외관의 관점으로부터 폴리카보네이트나 스티렌계 수지와 같은 비결정성 수지가 바람직하고, 내열성의 관점으로부터 폴리알릴렌술피드가 바람직하고, 연속 사용 온도의 관점으로부터 폴리에테르에테르케톤이 바람직하게 사용된다.
상기 군에 예시된 열 가소성 수지는 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 엘라스토머 또는 고무 성분 등의 내충격성 향상제, 다른 충전재나 첨가제를 함유해도 좋다. 이들의 예로서는 무기 충전재, 난연제, 도전성 부여제, 결정핵제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색 방지제, 열 안정제, 이형제, 대전 방지제, 가소제, 활제, 착색제, 안료, 염료, 발포제, 제포제 또는 커플링제를 들 수 있다.
조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 강화 섬유 수지 시트는 그 섬유 체적 함유율(Vfs)이 10~40체적%인 것이 바람직하다. 여기서, Vfs는 섬유 강화 수지 시트 중에 포함되는 강화 섬유의 체적 함유율을 가리킨다. Vfs를 상기 범위로 하는 것은 강화 섬유 수지 시트를 포함하는 성형체 또는 일체화 성형품의 역학 특성의 관점으로부터 바람직하다. Vfs가 너무 높을 경우에는 부직포의 공극을 열 가소성 수지로 메울 수 없어서 섬유량에 알맞은 역학 특성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
본 발명에 있어서 열 가소성 수지(A)의 가사 온도 영역 및 열 가소성 수지(B)의 가사 온도 영역이 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 갖고 중복되는 것이 바람직하다. 즉, 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트에서는 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 열 가소성 수지(A)의 가사 온도 영역 및 열 가소성 수지(B)의 가사 온도 영역이 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 갖고 중복되는 것이 바람직하고, 조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용한 일체화 성형품에서는 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 열 가소성 수지(A)의 가사 온도 영역과 다른 성형체를 구성하는 열 가소성 수지(B)의 가사 온도 영역이 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 갖고 중복되는 것이 바람직하다. 열 가소성 수지의 가사 온도 영역이란 사용 하한 온도로부터 사용 상한 온도에 걸친 온도 영역에서 열 가소성 수지가 강화 섬유 부직포에 함침할 수 있을 정도로 용융 또는 연화되어 있고, 또한 가열에 의한 열 열화 또는 열 분해를 따르는 일이 없는 실용상의 온도 영역을 가리킨다. 상기 관계성을 만족시키는 섬유 강화 수지 시트에 있어서는 단일의 온도 조건에 있어서 제조할 수 있는 것에 추가해서 이에 의한 일체화 성형품에 있어서도 단일의 온도 조건에서의 가공이 가능해지고, 제조 공정수 삭감이나 프로세스 윈도우의 확대로 이어진다. 따라서, 중복되는 온도 범위는 그 폭이 넓을수록 좋고, 바람직하게는 15℃ 이상이며, 30℃ 정도 이상인 것이 바람직하다.
열 가소성 수지(A)의 가사 온도 영역에 있어서 사용 하한 온도를 TA1, 사용 상한 온도를 TA2로 하고, 열 가소성 수지(B)의 가사 온도 영역에 있어서 사용 하한 온도를 TB1, 사용 상한 온도를 TB2로 했을 때, 이들 온도는 이하의 규격에 준거해서 얻어진 값을 채용할 수 있다. 사용 하한 온도인 TA1, TB1은 결정성 수지의 경우, JIS K7120(1987)을 준거해서 측정한 융점을, 비결정성 수지의 경우, JIS K7206(1999)을 준거해서 측정되는 비캇 연화 온도에 100℃를 가산한 온도를 각각 TA1 및 TB1로서 취급할 수 있다. 또한, 사용 상한 온도인 TA2, TB2는 JIS K7120(1987)을 준거해서 측정되는 열 감량 곡선에 있어서 베이스 라인의 중량으로부터 1%의 감량이 확인된 온도(감량 개시점)로부터 50℃를 뺀 온도를 실용상의 사용 상한 온도(TA1 및 TB1)로서 취급할 수 있다.
본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 제조하는 방법으로서, 예를 들면 강화 섬유를 미리 스트랜드 및/또는 모노필라멘트 형상으로 분산시킨 부직포를 제조해 두고, 그 부직포에 열 가소성 수지(A)를 함침시키는 방법이 있다. 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 제조할 경우에는 열 가소성 수지(A)를 함침시킨 부직포에 열 가소성 수지(B)를 더 함침시킨다. 강화 섬유 부직포의 제조 방법으로서는 강화 섬유를 공기류에서 분산 시트화하는 에어레이드법이나 강화 섬유를 기계적으로 깎으면서 형성해서 시트화하는 카딩법 등의 건식 프로세스, 강화 섬유를 수중에서 교반해서 초지하는 래드라이트법에 의한 습식 프로세스를 공지 기술로서 들 수 있다. 상기에 있어서 강화 섬유를 보다 모노필라멘트 형상에 가깝게 하는 수단으로서는 건식 프로세스에 있어서는 개섬 바를 설치하는 방법이나, 또한 개섬 바를 진동시키는 방법, 또한 카드의 눈금을 미세하게 하는 방법이나 카드의 회전 속도를 조정하는 방법 등을 예시할 수 있다. 습식 프로세스에 있어서는 강화 섬유의 교반 조건을 조정하는 방법, 분산액의 강화 섬유 농도를 희박화하는 방법, 분산액의 점도를 조정하는 방법, 분산액을 이송시킬 때에 와류를 억제하는 방법 등을 예시할 수 있다. 특히, 본 발명에서 사용하는 강화 섬유 부직포는 습식법으로 제조하는 것이 바람직하고, 투입 섬유의 농도를 늘리거나 분산액의 유속(유량)과 메쉬 컨베이어의 속도를 조정하거나 함으로써 강화 섬유 부직포의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)을 용이하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 분산액의 유속에 대하여 메쉬 컨베이어의 속도를 느리게 함으로써, 얻어지는 강화 섬유 부직포 중의 섬유의 배향이 인취 방향을 향하기 어려워지고, 부피가 큰 강화 섬유 부직포를 제조 가능하다. 강화 섬유 부직포로서는 강화 섬유 단체로 구성되어 있어도 좋고, 강화 섬유가 분말 형상이나 섬유 형상의 매트릭스 수지 성분과 혼합되어 있거나 강화 섬유가 유기 화합물이나 무기 화합물과 혼합되어 있거나 강화 섬유끼리가 수지 성분으로 채워져 있어도 좋다.
상기 강화 섬유 부직포를 사용해서 열 가소성 수지가 용융 또는 연화되는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하고, 강화 섬유 부직포의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)를 함침시킴으로써 조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트는 얻어진다. 구체적으로는 강화 섬유 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)를 배치한 상태에서 열 가소성 수지(A)를 용융 함침시키는 방법을 예시할 수 있다.
또한, 상기 강화 섬유 부직포를 사용해서 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B) 각각이 용융 또는 연화되는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하고, 강화 섬유 부직포에 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)를 함침시킴으로써 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트는 얻어진다. 구체적으로는 강화 섬유 부직포의 두께 방향의 양측으로부터 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)를 용융 함침시키는 방법, 열 가소성 수지(A)를 포함하는 부직포와 열 가소성 수지(B)를 포함하는 부직포 각각을 용융 함침시킴과 동시에 합쳐서 일체화하는 방법을 예시할 수 있다.
또한, 상기 이들 방법을 실현하기 위한 설비로서는 압축 성형기, 더블 벨트 프레스, 캘린더 롤을 적합하게 사용할 수 있다. 배치식의 경우에는 전자이며, 가열용과 냉각용 2기를 병렬한 간헐 프레스 시스템으로 함으로써 생산성의 향상이 도모된다. 연속식의 경우에는 후자이며, 롤로부터 롤로의 가공을 용이하게 행할 수 있어서 연속 생산성이 우수하다.
조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트로 구성되는 제 1 부재에 열 가소성 수지(B)로 구성되는 다른 성형체인 제 2 부재를 상기 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역에 열 가소성 수지(B)가 함침됨으로써 접합시켜서 일체화 성형품으로 하는 점, 또는 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트 또는 그것을 포함해서 이루어지는 성형체인 제 1 부재와, 별도의 성형체인 제 2 부재를 접합시켜서 일체화 성형품으로 하는 점이 이러한 섬유 강화 수지 시트의 접합성을 유효하게 활용할 수 있는 점으로부터 바람직하다.
조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용할 경우, 일체화 성형품 중에 있어서의 계면층의 형태는 별도의 성형체인 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지(B)가 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역에 용융 함침하고, 섬유 강화 수지 시트를 구성하는 열 가소성 수지(A)와의 사이에서 앵커링해서 형성되는 것이며, 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용할 경우, 일체화 성형품 중에 있어서의 계면층의 형태는 섬유 강화 수지 시트로부터 유래된 것이다. 따라서, 본 발명의 일체화 성형품에 의하면 열 가소성 수지(A)와 실질적으로 동일한 열 가소성 수지를 기질로 하는 계층과, 열 가소성 수지(B)와 실질적으로 동일한 열 가소성 수지를 기질로 하는 계층을 포함하고, 이들이 강고한 접합이 의해 일체화되어서 이루어지는 성형품이 부여된다. 여기서, 실질적으로 동일이란 상기 수지를 구성하는 성분 중 50중량부 이상을 차지하는 성분이 공통되어 포함되는 것을 말한다. 섬유 강화 수지 시트에 포함되는 열 가소성 수지와 동일하면 보다 바람직하다.
조건(Ⅱ)을 만족시키는 섬유 강화 수지 시트를 사용해서 일체화 성형품을 제조할 경우, 우선 섬유 강화 수지 시트를 사용해서 가열 및 가압을 갖는 수단으로 성형함으로써 성형체를 얻고, 그 성형체를 제 1 부재로 해서 별도의 성형체인 제 2 부재를 접합한다. 여기서, 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지는 제 1 부재에 대하여 충분하게 용착되지 않으면 안된다. 따라서, 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지와, 제 1 부재측의 피착면을 구성하는 열 가소성 수지(A) 또는 열 가소성 수지(B)는 실질적으로 동일하며, 바람직하게는 동일하다.
이하, 이 경우에 제 1 부재로 하는 성형체의 일실시형태에 대해서 도 6, 7, 8을 사용해서 설명한다. 이 성형체는 상술한 바와 같이 열 가소성 수지(A)를 기질로 하는 계층과 열 가소성 수지(B)를 기질로 하는 계층 사이에 섬유 강화 수지 시트가 배치되어서 일체화된 구조를 형성해서 이루어진다. 상기 각각의 계층은 모두가 동일한 강화 섬유 부직포로 구성되어도 좋고, 다른 강화 섬유 부직포를 사용한 섬유 강화 수지 시트, 연속 섬유로 보강된 섬유 강화 수지 시트나 섬유로 보강되어 있지 않는 수지 시트를 사용해도 좋다. 예를 들면, 도 6의 성형체(18)에 나타내는 바와 같이 열 가소성 수지(A)를 기질로 하는 계층(19)에 연속성 강화 섬유로 구성되는 직물 기재에 의거하는 성형 재료를 사용하고, 열 가소성 수지(B)를 기질로 하는 계층(20)에 불연속성 강화 섬유로 구성되는 부직포에 의거하는 성형 재료를 사용하고, 또한 그 사이에 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트(21)를 사용해서 이루어진다. 상기 구조에 의하면 열 가소성 수지(A)를 기질로 하는 계층이 의장성과 보강 효과를 담당하고, 열 가소성 수지(B)를 기질로 하는 계층이 복잡 형상을 형성하기 위한 부형성을 담당함으로써 기능 분리가 이루어진 하이브리드 구조가 된다. 또한, 다른 형태로서 도 7, 8에 나타내는 바와 같이 열 가소성 수지(A)를 기질로 하는 계층(24, 25)에는 강화 섬유를 포함하고, 열 가소성 수지(B)를 기질로 하는 계층(26, 27)을 비강화 수지층으로 하고, 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트(28, 29)를 통해서 일체화하는 구조도 예시할 수 있다. 이에 의하면 경량화나 저비용화에 유효한 샌드위치 구조(도 7)나 외판 부재나 하우징 등에 적합한 의장성이 높은 가식 스킨 구조(도 8)를 갖는 성형체(22, 23)가 얻어진다. 또한, 열 가소성 수지에 소망의 특성을 갖는 재료를 적용함으로써 정적 특성이나 충격 특성, 내열성, 내약품성, 내흡수성, 의장성 등의 기능 부여도 가능하다.
본 발명의 일체화 성형품에 있어서 그 구성은 상기 섬유 강화 수지 시트를 포함해서 이루어지고, 상기 일체화 성형품 중에 있어서 섬유 강화 수지 시트의 열 가소성 수지(A)와, 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지(B) 또는 섬유 강화 수지 시트의 열 가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어지는 것이 접합성을 보다 우수한 것으로 하기 때문에 바람직하다. 여기서, 본 발명의 일체화 성형품에 있어서의 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 형성하는 계면층에 대해서 도 9를 사용해서 상세하게 설명한다. 도 9는 일체화 성형품을 구성하는 섬유 강화 수지 시트(30)의 면 방향(X)에 대한 수직 단면에 의거하는 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)의 계면층을 확대한 도면이다. 도 9에 있어서 열 가소성 수지(A)(31)와 열 가소성 수지(B)(32)가 강화 섬유 부직포(도시하지 않음)에 함침되어 있고, 섬유 강화 수지 시트의 두께 방향(Z)의 대략 중앙에서 면 방향(X)으로 확장되는 요철 형상을 갖는 계면층(33)이 강화 섬유 부직포를 통해서 형성되어 있다. 이러한 계면층은 두께 방향(Z)에 있어서 복수의 오목부와 볼록부를 갖고 있고, 그 중 가장 함몰이 큰 오목부(34)와 가장 돌출된 볼록부(35)의 Z 방향에 있어서의 낙차를 dmax로서 정의한다. 또한, 오목부(34)는 도면 상에 있어서 독립된 섬 형상으로 보이지만, 이것도 포함해서 가장 침입량이 깊은 부분을 요철부 각각의 최단으로 한다. 한편, 계면층에 있어서의 요철 형상 중 가장 함몰이 작은 오목부(36)와 가장 돌출이 작은 볼록부(37)의 Z 방향에 있어서의 낙차를 dmin으로서 정의한다. 여기서, dmax가 본 발명에서 말하는 최대 높이(Ry)가 되고, dmax와 dmin의 평균값이 본 발명에서 말하는 평균 거칠기(Rz)로서 정의된다.
이러한 계면층은 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 실시형태를 취함으로써 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)의 강고한 접합을 갖는 일체화 성형품이 부여된다. 또한, 상기 실시형태의 계면층에 있어서 적용하는 열 가소성 수지의 조합에 특단의 제한을 설정하지 않아도 좋다. 즉, 다른 종류의 열 가소성 수지가 강화 섬유 부직포에 있어서의 강화 섬유를 통해서 복잡하게 얽힌 앵커링 구조를 형성함으로써 다른 열 가소성 수지 사이를 기계적으로 접합하기 때문에 종래 감안해야 했던 다른 수지끼리의 상용성이나 친화성을 무시할 수 있고, 본래 공존이 어렵다는 조합이어도 용이하며 또한 강고하게 접합할 수 있는 점에 본 발명의 각별한 우위성이 있다. 이러한 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry)는 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz)는 30㎛ 이상 있으면 본 발명의 효과를 충분하게 달성하기 때문에 바람직하고, 또한 최대로 Ry 300㎛, Rz 100㎛도 있으면 본 발명의 효과를 확보하기 때문에 바람직하다.
즉, 본 발명의 일체화 성형품은 통상 조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용했을 경우에도, 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용한 경우에도, 어느 경우에도 강화 섬유 부직포에 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)가 함침되고, 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성하고 있다는 공통의 특징을 갖는다.
이러한 일체화 성형품에 있어서 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)의 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry) 및 평균 거칠기(Rz)는 일체화 성형품의 단면 관찰에 의거해서 측정하는 방법을 예시할 수 있다. 일체화 성형품의 두께 방향의 수직 단면이 관찰면이 되도록 연마된 시료를 준비한다. 상기 시료를 현미경으로 관찰함으로써 시야 중에 있어서 도 9에 상당하는 상을 확인할 수 있다. 여기서부터 상기에서 정의되는 요철 계면 중 가장 함몰이 큰 오목부와 가장 돌출이 큰 볼록부의 수직 낙차(dmax), 가장 함몰이 작은 오목부와 가장 돌출이 작은 볼록부의 수직 낙차(dmin)를 각각 측정한다. 이 조작을 다른 상에 대해서 10회 행하고, 측정되는 dmax 중 가장 큰 값을 계면층에 있어서의 요철 형상의 최대 높이(Ry)(㎛)로 할 수 있다. 또한, 측정되는 dmax 및 dmin의 총합을 N수(10회)로 나눈 값을 계면층에 있어서의 요철 형상의 평균 거칠기(Rz)로 할 수 있다.
상술한 일체화 성형품은 조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용할 경우, 그 섬유 강화 수지 시트를 제 1 부재로 해서 제 1 부재와 제 2 부재를 제 1 부재에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역과 제 2 부재가 접촉한 상태에서 가열 및 가압을 갖는 수단으로 성형함으로써 부여되고, 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용할 경우, 그 섬유 강화 수지 시트 또는 상기 성형체를 제 1 부재로 하고, 제 1 부재와 다른 성형체인 제 2 부재를 용착 접합함으로써 부여된다. 여기서, 일체화 성형품을 얻는데 있어서 부재끼리를 미리 적층해서 적층체로서 있어도 좋다. 이러한 적층 단위는 조건(Ⅰ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용할 경우에는 강화 섬유가 노출된 영역과 제 2 부재가 접촉한 상태에서 적어도 1층을 포함하면 좋고, 조건(Ⅱ)을 만족시키는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트를 사용할 경우에는 그 섬유 강화 수지 시트 중 적어도 1층을 포함하면 좋다. 그 밖의 적층 단위에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 상기한 바와 같은 다른 적층 단위를 포함하도록 함으로써 상기 적층 단위에 의거하는 각종 기능이나 특성을 부여할 수 있다. 상기 적층체에는 본 발명의 섬유 강화 수지 시트에 추가해서 다른 적층 단위를 포함할 수 있다. 이러한 적층 단위의 구성은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 연속성 강화 섬유로 보강된 UD 프리프레그, 직물 프리프레그, 불연속 강화 섬유로 보강된 GMT, SMC, 장섬유 강화 프리프레그 등의 섬유 강화 성형 기재 또는 수지 시트, 발포체 등의 비섬유 강화 성형 기재를 들 수 있다. 그 중에서도, 얻어지는 성형체의 역학 특성의 관점으로부터는 섬유 강화 성형 기재인 것이 바람직하고, 성형체의 보강 효과를 높이는 관점으로부터는 연속 섬유 강화 프리프레그이며, 성형체에 복잡 형상을 갖게 할 경우에는 부형성이 우수한 불연속 강화 프리프레그를 바람직하게 사용할 수 있다.
일체화 성형품이나 성형체를 얻기 위해서 사용할 수 있는 가열 및 가압을 갖는 일반적인 수단으로서는 프레스 성형법을 예시할 수 있다. 프레스 성형법으로서는 미리 성형 몰드를 중간 기재 또는 적층체의 성형 온도 이상으로 승온시켜 두고, 가열된 성형 몰드 내에 중간 기재 또는 적층체를 배치하고, 몰드 클로징해서 가압하고, 이어서 그 상태를 유지하면서 성형 몰드를 냉각해서 성형품을 얻는 방법, 소위 핫프레스 성형이 있다. 또한, 성형 온도 이상으로 가열된 중간 기재 또는 적층체를 중간 기재 또는 적층체의 고화 온도 미만으로 유지된 성형 몰드에 배치하고, 몰드 클로징해서 가압하고, 이어서 그 상태를 유지하면서 중간 기재 또는 적층체를 냉각해서 성형품을 얻는 방법, 소위 스탬핑 성형이나 히트앤드쿨 성형 등이 있다. 이들 프레스 성형 방법 중 성형 사이클을 빠르게 해서 생산성을 높이는 관점으로부터는 스탬핑 성형 또는 히트앤드쿨 성형이 바람직하다.
제 1 부재와 제 2 부재를 접합시키는 수단으로서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, (ⅰ) 제 1 부재와 제 2 부재를 각각 미리 성형해 두고, 양자를 접합하는 방법, (ⅱ) 제 1 부재를 미리 성형해 두고, 제 2 부재를 성형함과 동시에 양자를 접합하는 방법이 있다. 상기 (ⅰ)의 구체예로서는 제 1 부재를 프레스 성형하고, 제 2 부재를 프레스 성형 또는 사출 성형으로 제작한다. 제작한 각각의 부재를 열판 용착, 진동 용착, 초음파 용착, 레이저 용착, 저항 용착, 유도 가열 용착 등의 공지의 용착 수단에 의해 접합하는 방법이 있다. 한편, 상기 (ⅱ)의 구체예로서는 제 1 부재를 프레스 성형하고, 이어서 사출 성형 금형에 인서트하고, 제 2 부재를 형성하는 재료를 금형에 사출 성형하고, 용융 또는 연화 상태에 있는 재료의 열량으로 제 1 부재의 피착면을 용융 또는 연화시켜서 접합하는 방법이 있다. 또한, 상기 (ⅱ)의 다른 구체예로서는 제 1 부재를 프레스 성형하고, 이어서 프레스 성형 금형 내에 배치하고, 제 2 부재를 형성하는 재료를 프레스 성형 금형 내에 차징하고, 프레스 성형함으로써 상기와 마찬가지의 원리로 접합하는 방법이 있다. 일체화 성형품의 양산성의 관점으로부터는 바람직하게는 (ⅱ)의 방법이며, 사출 성형으로서 인서트 사출 성형이나 아웃서트 사출 성형 및 프레스 성형으로서 스탬핑 성형이나 히트앤드쿨 성형이 바람직하게 사용된다. 즉, 제 2 부재가 사출 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 인서트 사출 성형 또는 아웃서트 사출 성형에 의해 제 1 부재에 접합하거나, 제 2 부재가 프레스 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것이 본 발명의 일체화 성형품을 제조하는데도 특히 바람직하게 사용된다.
본 발명의 일체화 성형품은 실장 부재로서 사용할 수 있고, 실장 부재로서는, 예를 들면 「컴퓨터, 디스플레이, OA 기기, 휴대 전화, 휴대 정보 단말, 팩시밀리, 컴팩트 디스크, 포터블 MD, 휴대용 라디오 카세트, PDA(전자 수첩 등의 휴대 정보 단말), 비디오 카메라, 디지털 비디오 카메라, 광학 기기, 오디오, 에어콘, 조명 기기, 오락 용품, 완구 용품, 그 밖에 가전 제품 등의 하우징, 트레이, 섀시, 내장 부재 또는 그 케이스」 등의 전기, 전자 기기 부품, 「지주, 패널, 보강재」 등의 토목, 건재용 부품, 「각종 멤버, 각종 프레임, 각종 힌지, 각종 암, 각종 차축, 각종 차륜용 베어링, 각종 빔, 프로펠러 샤프트, 휠, 기어 박스 등의 서스펜션, 액셀 또는 스티어링 부품」, 「후드, 루프, 도어, 펜더, 트렁크 리드, 사이드 패널, 리어 엔드 패널, 어퍼 백 패널, 프론트 바디, 언더 바디, 각종 필러, 각종 멤버, 각종 프레임, 각종 빔, 각종 서포트, 각종 레일, 각종 힌지 등의 외판 또는 바디 부품」, 「범퍼, 범퍼빔, 몰, 언더 커버, 엔진 커버, 정류판, 스포일러, 카울 루버, 에어로 파트 등 외장 부품」, 「인스트루먼트 패널, 시트 프레임, 도어 트림, 필러 트림, 핸들, 각종 모듈 등의 내장 부품」 또는 「모터 부품, CNG 탱크, 가솔린 탱크, 연료 펌프, 에어 인테이크, 인테이크 매니폴드, 카뷰레터 메인바디, 카뷰레터 스페이서, 각종 배관, 각종 밸브 등의 연료계, 배기계 또는 흡기계 부품」 등의 자동차, 이륜차용 구조 부품, 「그 밖에 얼터네이터 터미널, 얼터네이터 커넥터, IC 레귤레이터, 라이트디어용 포텐셔미터 베이스, 엔진 냉각수 조인트, 에어콘용 서모스탯 베이스, 난방 온풍 플로우 컨트롤 밸브, 라디에이터 모터용 브러쉬 홀더, 터빈 베인, 와이퍼 모터 관계 부품, 디스트리뷰터, 스타터 스위치, 스타터 릴레이, 윈도우 워셔 노즐, 에어컨 패털 스위치 기판, 연료 관계 전자기 밸브용 코일, 배터리 트레이, AT 브래킷, 핸드 램프 서포트, 페달 하우징, 프로텍터, 혼 터미널, 스텝 모터 로터, 램프 소켓, 램프 리플렉터, 램프 하우징, 브레이크 피스톤, 노이즈 실드, 스페어 타이어 커버, 솔레노이드 보빈, 엔진 오일 필터, 점화 장치 케이스, 스커프 플레이트, 페이셔」 등의 자동차, 이륜차용 부품, 「랜딩 기어 팟, 윙렛, 스포일러, 엣지, 래더, 엘레베이터, 페이링, 리브」 등의 항공기용 부품을 들 수 있다. 역학 특성의 관점으로부터는 본 발명의 일체화 성형품은 자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 상자에 바람직하게 사용되고, 그 중에서도 특히 복수의 부품으로 구성되는 모듈 부재에 적합하게 사용된다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
(1) 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm1)
강화 섬유가 노출된 영역을 갖는 섬유 강화 수지 시트로부터 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율을 구하는 방법을 설명한다.
섬유 강화 수지 시트로부터 열 가소성 수지가 함침된 말단과 노출된 강화 섬유 사이에 면도칼을 대고, 주의 깊게 노출된 강화 섬유 부분을 분리하고, 그것을 스테인레스제 메쉬에 의해 끼움으로써 시료로 했다. 상기 시료에 대해서 JIS R7602(1995)에 규정되는 「탄소 섬유 직물의 두께 측정 방법」에 준거해서 50㎪을 20초 동안 부여한 후의 두께를 측정하고, 상기 두께로부터 미리 동 조건에서 측정한 스테인레스제 메쉬의 두께를 뺀 값을 강화 섬유가 노출된 영역의 두께(tm1)로 했다. 또한, 상기 시료로부터 스테인레스제 메쉬를 제거한 후, JIS R7602(1995)에 규정되는 「탄소 섬유 직물의 단위 면적당 중량 측정 방법」에 준거해서 단위 면적당 질량(Wm)을 측정했다. 얻어진 Wm1, tm1로부터 다음 식에 의해 Vfm1을 산출했다.
·Vfm1(체적%)= (Wm1/ρf1)/(S1×tm1)×100
ρf1: 강화 섬유의 밀도(g/㎤)
S1: 시료의 절단면적(㎠)
(2) 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)
부직포를 사용한 섬유 강화 수지 시트로부터 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율을 구하는 방법을 설명한다.
섬유 강화 수지 시트를 2매의 스테인레스제 메쉬(2.5㎝당 50개의 메쉬를 갖는 평직 형상)에 끼우고, 섬유 강화 수지 시트가 움직이지 않도록 나사를 조정해서 고정했다. 이것을 공기 중 500℃에서 30분간 가열해서 수지 성분을 증발시켰다. 또한, 실시예 8, 9에 대해서는 섬유 강화 수지 시트를 1-클로로나프탈렌을 사용해서 250℃에서 6시간 환류하고, 수지 시트의 수지 성분을 추출해서 잔존한 시트에 대해서 마찬가지로 증발 처리를 행하고, 나머지 수지 성분을 증발시켰다. 얻어진 부직포에 대해서 스테인레스제 메쉬는 그대로의 상태에서 나사를 제거해서 시료로 했다. 상기 시료에 대해서 JIS R7602(1995)에 규정되는 「탄소 섬유 직물의 두께 측정 방법」에 준거해서 50㎪을 20초 동안 부여한 후의 두께를 측정하고, 상기 두께로부터 미리 동 조건에서 측정한 스테인레스제 메쉬의 두께를 뺀 값을 부직포의 두께(tm)로 했다. 또한, 상기 시료로부터 스테인레스제 메쉬를 제거한 후, JIS R7602(1995)에 규정되는 「탄소 섬유 직물의 단위 면적당 중량 측정 방법」에 준거해서 단위 면적당 질량(Wm)을 측정했다. 얻어진 Wm, tm으로부터 다음 식에 의해 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)을 산출했다.
·Vfm(체적%)=(Wm/ρf)/(S×tm)×100
ρf: 강화 섬유의 밀도(g/㎤)
S: 시료의 절단면적(㎠)
(3) 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 사용 하한 온도(TA1, TB1)
사용되는 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 융점 또는 연화점을 다음과 같이 해서 평가했다. 우선, 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B) 중 결정성 수지에 대해서는 JIS K7121(1987)에 규정되는 「플라스틱의 전이 온도 측정 방법」에 준거해서 다음과 같이 해서 융점을 측정했다. 측정해야 할 열 가소성 수지(예를 들면, 필름 또는 부직포의 형상을 가짐)를 로내 온도 50℃로 제어된 진공 건조기 중에서 24시간 이상 건조시킨 후, 가늘게 재단해서 시료를 준비했다. 상기 시료에 대해서 시차 주사 열량 측정 장치(Netzsch Group Erich Netzsch GmbH & Co. Holding KG제, DSC 200F3 Maia)를 사용하여 측정해서 상기 규격에 의한 융점을 얻었다.
한편, 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B) 중 비결정성 수지에 대해서는 JIS K7206(1999)에 규정되는 「플라스틱-열 가소성 플라스틱-비캇 연화 온도(VST) 시험」의 A50법에 준거해서 다음과 같이 해서 연화점을 측정했다. 측정해야 할 열 가소성 수지의 펠렛을 로내 온도 50℃로 제어된 진공 건조기 중에서 24시간 이상 건조시킨 후, 2축 혼련기·사출기(DSM Xplore제, Micro Compounder15, 12㎖ 사출 성형기)로 성형했다. 얻어진 성형편으로부터 두께 3.2㎜, 세로 및 가로가 각각 12.5㎜인 각판을 잘라내어 이것을 시료로 했다. 상기 시료에 대해서 열 변형 온도 측정기(Toyo Seiki Kogyo Co., Ltd.제, S3-FH)를 사용하여 측정해서 상기 규격에 의한 연화점을 얻었다.
상기 조작을 3회 반복하고, 얻어진 온도의 평균값을 산출해서 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 융점 또는 연화점으로 했다. 여기서, 융점은 얻어진 온도를 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 사용 하한 온도(TA1, TB1)(℃)로서 취급하고, 연화점은 (연화점+100℃)의 온도를 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 사용 하한 온도(TA1, TB1)(℃)로서 취급했다.
(4) 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 사용 상한 온도(TA2, TB2)
섬유 강화 수지 시트에 함침되는 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 감량 개시 온도를 JIS K7120(1987)에 규정되는 「플라스틱의 열 중량 측정 방법」에 준거해서 측정했다. 섬유 강화 수지 시트의 제작에 사용한 필름 또는 부직포를 로내 온도 50℃로 제어된 진공 건조기 중에서 24시간 이상 건조시킨 후, 가늘게 재단해서 시료를 준비했다. 상기 시료를 열 중량 측정 장치(Bruker Co., Ltd.제, TG-DTA 2020SA)를 사용하여 측정해서 상기 규격에 의한 열 감량선을 취득했다. 취득한 열 감량선에 있어서 베이스 라인의 중량으로부터 1%의 감량이 확인된 온도를 본 실시예에 있어서의 감량 개시 온도로 했다. 상기 조작을 3회 반복하고, 얻어진 감량 개시 온도의 평균값을 산출해서 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)의 감량 개시 온도로 했다. 그리고, 감량 개시 온도로부터 50℃를 뺀 온도를 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)에 있어서의 실용상의 사용 상한 온도(TA2, TB2)(℃)로서 취급했다.
(5) 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfs)
섬유 강화 수지 시트의 질량(Ws)을 측정한 후, 상기 섬유 강화 수지 시트를 공기중 500℃에서 30분간 가열해서 열 가소성 수지 성분을 증발시키고, 잔존한 불연속 강화 섬유의 질량(Wf)을 측정해서 다음 식에 의해 산출했다.
·Vfs(체적%)=(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws-Wf)/ρr}×100
ρf: 강화 섬유의 밀도(g/㎤)
ρr: 열 가소성 수지의 밀도(g/㎤).
(6) 일체화 성형품의 계면층에 있어서의 요철 형상(Ry, Rz)
일체화 성형품으로부터 폭 25㎜의 소편을 잘라내고, 에폭시 수지에 포매한 후에 시트 두께 방향의 수직 단면이 관찰면이 되도록 연마해서 시료를 제작했다. 상기 시료를 레이저 현미경(Keyence Corporation제, VK-9510)으로 200배로 확대하고, 무작위로 선정한 10개소(서로의 시야는 중복되지 않음)에 대해서 촬영을 행했다. 촬영한 화상으로부터 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 형성하는 계면층을 수지의 콘트라스트에 의해 확인했다. 콘트라스트가 불선명한 경우에는 화상 처리에 의해 농담을 명확화했다. 그래도 확인이 어려운 경우에는 섬유 강화 수지 시트 또는 제 2 부재에 함침해서 이루어지는 열 가소성 수지 중 TA1 및 TB1 중 어느 하나가 저온인 열 가소성 수지만을 용융 또는 연화시킨 일체화 성형품으로부터 제작한 시료에 대해서 재차 촬영을 행해서 계면층을 확인했다. 상기에서 촬영한 10시야에 대해서 각각의 시야 중에 있어서의 요철 계면 중 가장 함몰이 큰 오목부와 가장 돌출이 큰 볼록부의 수직 낙차(dmax), 가장 함몰이 작은 오목부와 가장 돌출이 작은 볼록부의 수직 낙차(dmin)를 각각 측정했다. 이들 각 시야에 의한 10점의 dmax 중, 가장 큰 값을 계면층에 있어서의 요철 형상의 최대 높이(Ry)(㎛)로 했다. 또한, 상기에서 얻어진 dmax 및 dmin으로부터 계면층에 있어서의 요철 형상의 평균 거칠기(Rz)를 다음 식에 의해 산출했다.
·Rz(㎛)=Σ(dimax+dimin)/2n
dimax: 각 시야에 있어서의 최대 수직 낙차(i=1, 2, … 10)(㎛)
dimin: 각 시야에 있어서의 최소 수직 낙차(i=1, 2, … 10)(㎛)
n: 측정 시야수
(7) 강화 섬유 부직포에 있어서의 세섬도 스트랜드의 중량분율(Rw)
상기 (1) 또는 (2)와 마찬가지의 방법으로 섬유 강화 수지 시트로부터 강화 섬유 부직포를 인출해서 중량(Wm)을 측정했다. 이어서, 강화 섬유 부직포로부터 시인되는 섬유 다발을 핀셋에 의해 추출하고, i번째의 섬유 다발에 대해서 1/100㎜의 정밀도로 섬유 다발의 길이(Lsi), 1/100㎎의 정밀도로 섬유 다발의 중량(Wsi)을 측정했다. 이것을 강화 섬유 부직포 중에 존재하는 모든 섬유 다발(n개)에 대해서 반복했다. 얻어진 섬유 다발의 길이(Lsi) 및 중량(Wsi)으로부터 다음 식에 의해 섬유 다발에 있어서의 필라멘트수(Fi)를 산출했다.
·Fi(개)=Wsi/(D×Lsi)
Fi: 섬유 다발에 있어서의 필라멘트수의 개별값(개)(i=1~n)
Wsi: 섬유 다발의 중량(㎎)
Lsi: 섬유 다발의 길이(㎜)
D: 필라멘트 1개당 섬도(㎎/㎜)
상기에서 산출된 Fi를 바탕으로 필라멘트수가 100개 이상인 섬유 다발을 선별했다. 선별한 섬유 다발의 중량(Wsi)으로부터 다음 식에서 필라멘트수가 100개 미만인 섬유 다발의 중량분율(Rw)을 산출했다.
·Rw(중량%)={Wm-Σ(Wsi)}/Wm×100
Wm: 강화 섬유 부직포의 중량(㎎)
(8) 강화 섬유 부직포의 섬유 분산율
상기 (1) 또는 (2)와 마찬가지의 방법으로 섬유 강화 수지 시트로부터 강화 섬유 부직포를 인출했다. 얻어진 강화 섬유 부직포를 전자 현미경(Keyence Corporation제, VHX-500)을 사용해서 관찰하고, 무작위로 단섬유를 1개 선정해서 상기 단섬유에 접촉하는 다른 단섬유와의 2차원 접촉각을 측정했다. 2차원 접촉각은 접촉하는 2개의 단섬유와 이루는 2개의 각도 중 0° 이상 90° 이하의 각도(예각측)를 채용했다. 2차원 접촉각의 측정은 선정한 단섬유에 접촉하는 모든 단섬유를 대상으로 하고, 이것을 100개의 단섬유에 대해서 실시했다. 얻어진 결과로부터 2차원 접촉각을 측정한 모든 단섬유의 총 개수와 2차원 접촉 각도가 1° 이상인 단섬유의 개수로부터 그 비율을 산출해서 섬유 분산율을 구했다.
(9) 강화 섬유 부직포의 2차원 배향각
상기 (1) 및 (2)와 마찬가지의 방법으로 섬유 강화 수지 시트로부터 강화 섬유 부직포를 인출했다. 얻어진 강화 섬유 부직포를 전자 현미경(Keyence Corporation제, VHX-500)을 사용해서 관찰하고, 무작위로 단섬유를 1개 선정해서 상기 단섬유에 교차하는 다른 단섬유와의 2차원 배향각을 화상 관찰에 의해 측정했다. 배향각은 교차하는 2개의 단섬유와 이루는 2개의 각도 중 0° 이상 90° 이하의 각도(예각측)를 채용했다. 선정한 단섬유 1개당 2차원 배향각의 측정수는 20회로 했다. 마찬가지의 측정을 합계 5개의 단섬유를 선정해서 행하고, 그 평균값을 가지고 2차원 배향각으로 했다.
(10) 섬유 강화 수지 시트 중에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도(θz)
섬유 강화 수지 시트로부터 폭 25㎜의 소편을 잘라내고, 에폭시 수지에 포매한 후에 시트 두께 방향의 수직 단면이 관찰면이 되도록 연마해서 시료를 제작했다. 상기 시료를 레이저 현미경(Keyence Corporation제, VK-9510)으로 400배로 확대해서 섬유 단면 형상의 관찰을 행했다. 관찰 화상을 범용 화상 해석 소프트 상에 전개하고, 소프트에 포함된 프로그램을 이용해서 관찰 화상 중에 보이는 개개의 섬유 단면을 추출하고, 상기 섬유 단면을 내접하는 타원을 형성하고, 형상을 근사했다(이후, 섬유 타원이라 칭함). 또한, 섬유 타원의 장축 길이(α)/단축 길이(β)로 나타내어지는 어스펙트비가 20 이상인 섬유 타원에 대하여 X축 방향과 섬유 타원의 장축 방향이 이루는 각을 구했다. 섬유 강화 수지 시트의 다른 부위로부터 추출한 관찰 시료에 대해서 상기 조작을 반복함으로써 합계 600개의 강화 섬유에 대해서 면외 각도를 측정하고, 그 평균값을 섬유 강화 수지 시트의 면외 각도(θz)로서 구했다.
(11) 성형체에 있어서의 계면층의 전단 강도(τ1) 및 편차(CV1)
JIS K7092(2005)에 규정되는 「탄소 섬유 강화 플라스틱의 착시 노치 압축에 의한 층간 전단 강도 시험 방법」에 준거해서 성형체에 있어서의 계면층의 전단 강도(τ1)의 평가를 행했다. 본시험에 있어서의 압축 전단 시험편을 도 10에 나타낸다. 시험편(38)은 길이(l)가 다른 위치에서 시험편 양 표면으로부터 두께(h)의 중간 깊이(h1/2)에 도달하는 폭(w)의 노치(39)가 삽입된 형상으로서, 상기 중간 깊이(h1/2)의 위치에서 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)에 의한 계면층이 형성되어 있다. 상기 시험편을 5개 준비하고, 만능 시험기(Instron Co., Ltd.제, 만능 시험기 4201형)로 압축 시험을 행했다. 시험에 의해 얻어진 모든 데이터(n=5)의 평균값을 성형체에 있어서의 계면층의 전단 강도(τ1)(㎫)로 했다. 또한, 전단 강도의 개별값으로부터 전단 강도의 편차의 지표가 되는 CV값(CV1)을 다음 식에 의해 산출했다.
·CV1(%)={Σ(τ1i-τ1)2/n}1/2/τ1×100
τ1i: 전단 강도의 개별값(i=1, 2, … 5)(㎫)
τ1: 평균 전단 강도(㎫)
n: 전단 강도의 측정점수(개)
(12) 일체화 성형품에 있어서의 접합부의 전단 강도(τ2)
JIS K6850(1999)에 규정되는 「접착제-강성 피착재의 인장 전단 접착 강도 시험법」을 참고해서 일체화 성형품에 있어서의 접합부의 전단 강도(τ2)의 평가를 행했다. 본 시험에 있어서의 인장 전단 접착 시험편은 실시예에서 얻어지는 일체화 성형품의 평면 부분을 잘라내서 사용했다. 시험편을 도 11에 나타낸다. 시험편(40)은 길이(l)가 다른 위치에서 시험편 양 표면으로부터 두께(h)의 중간 깊이(h1/2)에 도달하는 폭(w)의 노치(41)가 삽입된 형상으로서, 상기 중간 깊이(h1/2)의 위치에서 제 1 부재와 제 2 부재의 접합부가 형성되어 있다. 상기 시험편을 5개 준비하고, 만능 시험기(Instron Co., Ltd.제, 만능 시험기 4201형)로 인장 시험을 행했다. 시험에 의해 얻어진 모든 데이터(n=5)의 평균값을 일체화 성형품에 있어서의 접합부의 전단 강도(τ2)(㎫)로 했다.
[강화 섬유 A]
폴리아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 중합체로부터 방사, 소성 처리를 행하고, 총 필라멘트수 12000개의 연속 탄소 섬유를 얻었다. 또한, 상기 연속 탄소 섬유를 전해 표면 처리하고, 120℃의 가열 공기 중에서 건조해서 강화 섬유 A를 얻었다.
이 강화 섬유 A의 특성은 다음에 나타내는 바와 같았다.
밀도: 1.80g/㎤
단섬유 지름: 7㎛
인장 강도: 4.9㎬
인장 탄성률: 230㎬
[강화 섬유 B]
폴리아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 중합체로부터 방사, 소성 처리를 행하고, 총 필라멘트수 3000개의 연속 탄소 섬유를 얻었다. 또한, 상기 연속 탄소 섬유를 전해 표면 처리하고, 120℃의 가열 공기 중에서 건조해서 강화 섬유 B를 얻었다. 이 강화 섬유 B의 특성은 다음에 나타내는 바와 같았다.
밀도: 1.76g/㎤
단섬유 지름: 7㎛
인장 강도: 3.5㎬
인장 탄성률: 230㎬
[수지 시트 A]
미변성 폴리프로필렌 수지(Prime Polymer Co., Ltd.제, "Prime Polypro"(등록상표) J106MG) 90질량%와, 산 변성 폴리프로필렌 수지(Mitsui Chemicals, Inc.제, "Admer"(등록상표) QE800) 10질량%로 구성되는 마스터 배치를 사용해서 단위 면적당 질량 100g/㎡의 시트를 제작했다. 얻어진 수지 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.
[수지 시트 B]
폴리아미드 6 수지(Toray Industries, Inc.제 "Amilan"(등록상표) CM1021T)로 구성되는 단위 면적당 질량 124g/㎡의 수지 필름을 제작했다. 얻어진 수지 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.
[수지 시트 C]
나일론 66 수지(Toray Industries, Inc.제 "Amilan"(등록상표) CM3006)로 구성되는 단위 면적당 질량 126g/㎡의 수지 필름을 제작했다. 얻어진 수지 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.
[수지 시트 D]
폴리카보네이트 수지(Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation제 "Iupilon"(등록상표) H-4000)로 구성되는 단위 면적당 질량 132g/㎡의 수지 필름을 제작했다. 얻어진 수지 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.
[수지 시트 E]
폴리페닐렌술파이드 수지(Toray Industries, Inc.제 "Torelina"(등록상표) M2888)로 구성되는 단위 면적당 질량 67g/㎡의 수지 부직포를 제작했다. 얻어진 수지 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.
[수지 시트 F]
변성 폴리페닐렌에테르 수지(Saudi Basic Industries Corporation제 "NORYL"(등록상표) PPX7110)로 구성되는 단위 면적당 질량 100g/㎡의 시트를 제작했다. 얻어진 수지 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 A]
강화 섬유 A를 카트리지 커터로 6㎜로 커팅해서 초핑된 강화 섬유를 얻었다. 물과 계면활성제(Nacalai Tesque, Inc.제, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르(상품명))로 구성되는 농도 0.1중량%의 분산매를 40ℓ 제작하고, 이러한 분산매를 초조 장치에 투입했다. 초조 장치는 회전 날개 부착 교반기를 구비한 상부의 초조조(용량 30ℓ)와, 하부의 저수조(용량 10ℓ)로 이루어지고, 초조조와 저수조 사이에는 다공 지지체를 형성하고 있다. 우선, 이러한 분산매를 교반기에서 공기의 미소 기포가 발생할 때까지 교반했다. 그 후, 소망의 단위 면적당 질량이 되도록 중량을 조정한 초핑된 강화 섬유를 공기의 미소 기포가 분산된 분산매 중에 투입해서 교반함으로써 강화 섬유가 분산된 슬러리를 얻었다. 이어서, 저수층으로부터 슬러리를 흡인하고, 다공 지지체를 통해서 탈수해서 강화 섬유 초조체로 했다. 상기 초조체를 열풍 건조기에서 150℃, 2시간의 조건 하에서 건조시켜서 단위 면적당 질량 100g/㎡의 강화 섬유 부직포 A를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-1에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 B]
강화 섬유 부직포의 단위 면적당 질량을 200g/㎡로 한 것 이외에는 강화 섬유 부직포 A와 마찬가지의 방법에 의해 강화 섬유 부직포 B를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-1에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 C]
강화 섬유 부직포의 단위 면적당 질량을 50g/㎡로 한 것 이외에는 강화 섬유 부직포 A와 마찬가지의 방법에 의해 강화 섬유 부직포 B를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-1에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 D]
강화 섬유 A를 카트리지 커터로 25㎜로 커팅해서 초핑된 강화 섬유를 얻었다. 얻어진 초핑된 강화 섬유를 80㎝ 높이로부터 자유 낙하시켜서 초핑된 탄소 섬유가 랜덤하게 분포된 강화 섬유 부직포 D를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-1에 나타낸다.
[강화 섬유 직포 E]
강화 섬유 A를 병행하게 정렬하고, 1.2개/㎝의 밀도로 한 방향으로 배열해서 시트 형상의 강화 섬유군을 형성했다. 강화 섬유 A, 1.2개/㎝의 밀도로 상기 강화 섬유군과 직교하는 방향으로 배열하고, 강화 섬유 A끼리를 교착시키고, 직기를 사용하여 평직 조직의 이방향성 직물을 형성했다. 상기 이방향성 직물을 강화 섬유 직포 E로서 취급했다. 강화 섬유 직포의 특성을 표 2-1에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 F]
강화 섬유 A를 길이 5㎜로 커팅해서 초핑된 강화 섬유를 얻었다. 초핑된 강화 섬유를 개면기에 투입해서 당초의 굵기의 강화 섬유 다발이 거의 존재하지 않는 면(綿) 형상의 강화 섬유 집합체를 얻었다. 이 강화 섬유 집합체를 직경 600㎜의 실린더 롤을 갖는 카딩 장치에 투입하고, 강화 섬유로 구성되는 시트 형상의 웹을 형성했다. 이 때의 실린더 롤의 회전수는 320rpm, 도퍼의 속도는 13m/분이었다. 이 웹을 포개서 강화 섬유 부직포 F를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-2에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 G]
회전 날개 부착 교반기의 교반을 약하게 하고, 의도적으로 섬유 분산율을 낮게 한 것 이외에는 강화 섬유 부직포 A와 마찬가지로 해서 강화 섬유 부직포 G를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-2에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 H]
강화 섬유 A를 카트리지 커터로 12㎜로 커팅해서 초핑된 강화 섬유를 얻은 것 이외에는 강화 섬유 부직포 A와 마찬가지로 해서 강화 섬유 부직포 H를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-2에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 I]
강화 섬유 B를 카트리지 커터로 15㎜로 커팅해서 초핑된 강화 섬유를 얻은 것 및 분산매에 계면활성제를 사용하지 않고, 회전 날개 부착 교반기의 교반을 약하게 해서 의도적으로 섬유 분산율을 낮게 한 것 이외에는 강화 섬유 부직포 A와 마찬가지로 해서 강화 섬유 부직포 I를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-2에 나타낸다.
[강화 섬유 직포 J]
개섬 가공을 실시한 강화 섬유 A를 병행하게 정렬하고, 1.4개/㎝의 밀도로 한방향으로 배열해서 시트 형상의 강화 섬유군을 형성했다. 보조 섬유(공중합 폴리아미드 섬유, 융점 140℃)를 3개/㎝의 밀도로 상기 강화 섬유군과 직교하는 방향으로 배치하고, 원적외선 히터로 가열함으로써 시트 형상을 유지한 일방향성 시트를 형성했다. 상기 일방향성 시트를 이형지로 끼우고, 180℃로 가열된 더블 벨트 프레스를 1㎫의 면압을 부여하면서 1m/분의 속도로 통과시키고, 상기 보조 섬유를 완전하게 용융해서 강화 섬유군이 채워진 강화 섬유 직포 J를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 직포의 특성을 표 2-2에 나타낸다.
[강화 섬유 부직포 K]
강화 섬유 A를 3㎜로 커팅하고, 초핑된 강화 섬유를 얻은 것 및 강화 섬유 부직포의 단위 면적당 질량을 100g/㎡로 한 것 이외에는 강화 섬유 부직포 A와 마찬가지의 방법에 의해 강화 섬유 부직포 K를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 부직포의 특성을 표 2-2에 나타낸다.
[PP 컴파운드]
강화 섬유 A와 수지 시트 A의 제작에 사용한 마스터 배치를 2축 압출기(The Japan Steel Works, Ltd.제, TEX-30α)를 사용해서 컴파운딩해서 섬유 함유량 30중량%의 사출 성형용 펠렛(PP 컴파운딩)을 제조했다.
[GMT]
유리 섬유 강화 폴리프로필렌 수지 성형 재료(GMT)(Quadrant Plastic Composites Japan, Ltd.제, "유니시트"(등록상표) P4038-BK31)를 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 성형해서 1.6㎜의 두께로 형성된 GMT를 얻었다.
(실시예 1)
강화 섬유 부직포 A, 열 가소성 수지로서 수지 시트 A를 [수지 시트 A/강화 섬유 부직포 A/수지 시트 A/강화 섬유 부직포 A/수지 시트 A/강화 섬유 부직포 A/강화 섬유 부직포 A]의 순서로 평면 방향으로 배치해서 적층체를 제작했다. 상기 적층체를 230℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 120초 동안 유지한 후, 3㎫의 압력을 부여해서 60초 동안 더 유지한 후, 압력을 유지한 상태로 캐비티 온도를 50℃까지 냉각하고, 금형을 열어서 도 1에 나타내는 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트를 제 1 부재로 하고, 상기 섬유 강화 수지 시트의 섬유 노출면이 접합면이 되도록 사출 성형용 금형에 인서팅하고, PP 컴파운딩을 사용해서 제 2 부재를 사출 성형해서 도 12에 나타내는 일체화 성형품(42)을 얻었다. 이 때, 사출 성형기의 실린더 온도는 200℃, 금형 온도는 60℃이었다. 본 실시예에 의한 일체화 성형품을 도 12에 나타냈다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 2)
열 가소성 수지로서 수지 시트 A 대신에 수지 시트 B를 사용하고, 적층체의 예열 온도를 240℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 3)
열 가소성 수지로서 수지 시트 A 대신에 수지 시트 C를 사용하고, 적층체의 예열 온도를 280℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 4)
열 가소성 수지로서 수지 시트 A 대신에 수지 시트 D를 사용하고, 적층체의 예열 온도를 280℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 5)
열 가소성 수지로서 수지 시트 A 대신에 수지 시트 E를 사용하고, 적층체의 예열 온도를 300℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 6)
열 가소성 수지로서 수지 시트 A 대신에 수지 시트 F를 사용하고, 적층체의 예열 온도를 280℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 7)
강화 섬유 부직포로서 강화 섬유 부직포 A 대신에 강화 섬유 부직포 B를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 8)
강화 섬유 부직포로서 강화 섬유 부직포 A 대신에 강화 섬유 부직포 C를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 얻어진 섬유 강화 수지 시트를 제 1 부재로 했다. 한편, 제 2 부재로서 GMT를 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치해서 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열했다. 이어서, 상기 섬유 강화 수지 시트의 섬유 노출면을 접합면이 되도록 120℃로 예열된 프레스 성형용 금형 내에 배치하고, 그 위에 예열이 완료된 GMT를 포개서 배치해서 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초 동안 유지해서 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 접합된 일체화 성형품(45)을 얻었다. 본 실시예에 의한 일체화 성형품을 도 13에 나타냈다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 9)
강화 섬유 부직포로서 강화 섬유 부직포 A 대신에 강화 섬유 부직포 D를 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 10)
강화 섬유 부직포와 수지 시트의 적층체의 구성을 [수지 시트 B/강화 섬유 부직포 B/수지 시트 B/강화 섬유 부직포 B/수지 시트 B/강화 섬유 부직포 B/강화 섬유 부직포 B/강화 섬유 부직포 B]의 순서로 평면 방향으로 배치하고, 적층체를 제작한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 3-1에 나타낸다.
(실시예 11)
강화 섬유 부직포 F 2매를 끼우도록 하고, 그 편측에 열 가소성 수지(A)로서 수지 시트 A를 1매, 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)로서 수지 시트 B를 1매 배치해서 적층체를 제작했다. 상기 적층체를 230℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 120초 동안 유지한 후, 3㎫의 압력을 부여해서 60초 동안 더 유지하고, 압력을 유지한 상태에서 캐비티 온도를 50℃까지 냉각하고, 금형을 열어서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 12)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 부직포 K를 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 13)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 부직포 G를 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 14)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 부직포 H를 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 15)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 부직포 I를 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 16)
강화 섬유 부직포 G 1매를 끼우도록 하고, 그 편측에 열 가소성 수지(A)로서 수지 시트 A를 1매, 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)로서 수지 시트 B를 1매 배치해서 적층체를 제작한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 17)
강화 섬유 부직포 G 1매와 열 가소성 수지(A)로서 수지 시트 A 1매를 포갠 적층체 A와, 강화 섬유 부직포 G 3매와 열 가소성 수지(B)로서 수지 시트 C 3매를 포갠 적층체 B를 3세트, 합계 4세트의 적층체를 제작했다. 이 때, 프레스 성형용 금형은 하측 몰드가 220℃, 상측 몰드가 270℃의 온도로 유지된 상태로 했다. 상기 적층체 B의 각각을 수지 시트가 상측이 되도록 해서 IR 히터에 투입하고, 수지 시트 C의 온도가 280℃에 도달할 때까지 가열했다. 적층체 B가 소정 온도에 도달하기까지의 사이에 적층체 A를 수지 시트가 금형에 접하도록 해서 하측 몰드 상에 배치하고, 병행해서 예열을 행했다. 예열이 완료된 적층체 B 모두를 금형 캐비티 내의 적층체 A에 수지 시트가 상측이 되도록 포개어 배치해서 금형을 닫고, 3㎫의 압력에서 60초 동안 유지한 후, 압력을 유지한 상태에서 캐비티 온도를 50℃까지 냉각하고, 금형을 열어서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 18)
강화 섬유 부직포 G 2매를 끼우도록 하고, 그 편측에 열 가소성 수지(A)로서 수지 시트 C를 1매, 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)로서 수지 시트 E를 2매 배치해서 적층체를 제작했다. 상기 적층체를 285℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 120초 동안 유지한 후, 3㎫의 압력을 부여해서 60초 동안 더 유지하고, 압력을 유지한 상태에서 캐비티 온도를 50℃까지 냉각하고, 금형을 열어서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(실시예 19)
강화 섬유 부직포 G 2매를 끼우도록 하고, 그 편측에 열 가소성 수지(A)로서 수지 시트 D를 1매, 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)로서 수지 시트 E를 2매 배치해서 적층체를 제작했다. 상기 적층체를 300℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 120초 동안 유지한 후, 3㎫의 압력을 부여해서 60초 동안 더 유지하고, 압력을 유지한 상태에서 캐비티 온도를 50℃까지 냉각하고, 금형을 열어서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 3-2에 나타낸다.
(비교예 1)
강화 섬유 부직포로서 강화 섬유 부직포 A 대신에 강화 섬유 직포 E를 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 4-1에 나타낸다.
(비교예 2)
강화 섬유 부직포와 수지 시트의 적층체의 구성을 [수지 시트 B/강화 섬유 부직포 A/수지 시트 B/강화 섬유 부직포 A/강화 섬유 부직포 A/수지 시트 B/강화 섬유 부직포 A/수지 시트 B]의 순서로 평면 방향으로 배치해서 적층체를 제작한 것 이외에는 실시예 2과 마찬가지로 해서 가열, 가압해서 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm1)이 0체적%인 섬유 강화 수지 시트를 얻고, 또한 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트(제 1 부재) 및 일체화 성형품의 특성을 정리해서 표 4-1에 나타낸다.
(비교예 3)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 직포 J를 3매 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 4-2에 나타낸다.
(비교예 4)
부여하는 압력을 10㎫로 한 것 이외에는 비교예 3과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 4-2에 나타낸다.
(비교예 5)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 직포 E를 3매 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 4-2에 나타낸다.
(비교예 6)
부여하는 압력을 10㎫로 한 것 이외에는 비교예 5와 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 4-2에 나타낸다.
(비교예 7)
강화 섬유 부직포 F 대신에 강화 섬유 부직포 D를 사용한 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 4-2에 나타낸다.
(비교예 8)
강화 섬유 부직포 G 1매와 열 가소성 수지(A)로서 수지 시트 A 1매를 포개어 200℃로 예열된 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 120초 동안 유지한 후, 3㎫의 압력을 부여해서 60초 동안 더 유지하고, 압력을 유지한 상태로 캐비티 온도를 50℃까지 냉각하고, 금형을 열어서 섬유 강화 수지 시트 전구체(A)를 얻었다. 이어서, 강화 섬유 부직포 G 1매과 열 가소성 수지(B)로서 수지 시트 B 1매를 포개어 230℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치하고, 이하 동일한 요령으로 섬유 강화 수지 시트 전구체(B)를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트 전구체(A) 및 (B)를 포개어 210℃로 예열된 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치하고, 재차 동일한 요령으로 섬유 강화 수지 시트를 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 시트의 특성을 표 4-2에 나타낸다.
(참고예 1~13)
적층체에 있어서의 강화 섬유 매트 및 수지 시트의 종류 및 매수가 다른 점, 금형의 설정 온도가 다른 점 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 해서 성형 기재 1~13을 제작했다. 상기 각각의 성형 기재에 있어서의 성형 조건 및 특성을 표 5에 나타낸다.
(참고예 14)
유리 섬유 강화 폴리프로필렌 수지 성형 재료(GMT)(Quadrant Plastic Composites Japan, Ltd.제, "유니시트"(등록상표) P4038-BK31)를 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 성형해서 1.6㎜의 두께로 형성된 판 형상체를 얻었다. 얻어진 판 형상체를 성형 기재로 했다. 성형 기재의 특성을 표 5에 나타낸다.
(실시예 20)
실시예 11의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 6의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 7의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 2분 동안 예열했다. 이어서, 예열 장치로부터 인출한 적층체를 120℃로 예열된 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초 동안 유지한 후, 금형을 열어서 성형체를 얻었다. 본 실시예에 의한 적층체를 도 14에 나타냈다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 21)
실시예 12의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 8의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 9의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 12와 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 22)
실시예 13의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 1의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 2의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 23)
실시예 14의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 10의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 11의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 24)
실시예 15의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 12의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 13의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 25)
실시예 18의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 1의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 2의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 26)
실시예 18의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 3의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 5의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 300℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 2분 동안 예열했다. 이어서, 예열 장치로부터 인출한 프리폼을 180℃로 예열된 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초 동안 유지한 후, 금형을 열어서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 27)
실시예 19의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 4의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 5의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 26과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(실시예 28)
실시예 12의 섬유 강화 수지 시트 2매와, 적층 단위(X)로서 참고예 2의 성형 기재 2매와, 적층 단위(Y)로서 수지 시트 A를 12매를 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 180℃로 유지된 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 1㎫의 압력을 부여한 상태에서 240초 동안 유지한 후, 금형을 50℃까지 냉각하고, 성형체를 인출했다. 이 때, 캐비티의 클리어런스는 금형이 완전하게 닫힌 상태에서 4.5㎜가 되도록 조정했다. 본 실시예에 의한 프리폼을 도 15에 나타냈다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-1에 나타낸다.
(비교예 9)
적층 단위(X)로서 참고예 6의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 7의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 여기서, 본 비교예에 의한 프리폼을 도 16에 나타냈다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 10)
적층 단위(X)로서 참고예 8의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 9의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 11)
적층 단위(X)로서 참고예 1의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 2의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 12)
적층 단위(X)로서 참고예 10의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 11의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 13)
적층 단위(X)로서 참고예 12의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 13의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 22과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 14)
적층 단위(X)로서 참고예 3의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 5의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 26과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 15)
적층 단위(X)로서 참고예 4의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 5의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 27과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 16)
적층 단위(X)로서 참고예 1의 성형 기재를 8매 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(비교예 17)
비교예 6의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 적층 단위(X)로서 참고예 1의 성형 기재 4매와, 적층 단위(Y)로서 참고예 2의 성형 기재 4매를 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체의 특성을 표 6-2에 나타낸다.
(실시예 29)
실시예 13의 섬유 강화 수지 시트 1매와 참고예 2의 성형 기재 1매를 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지의 방법으로 성형하여 길이 300㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 판 형상 성형체를 얻었다. 얻어진 판 형상 성형체로부터 길이 180㎜, 폭 70㎜의 직사각형을 잘라내어 이것을 제 1 부재로 했다. 한편, 제 2 부재의 원료로서 강화 섬유 A와 수지 시트 A의 제작에 사용한 마스터 배치를 2축 압출기(The Japan Steel Works, Ltd.제, TEX-30α)를 사용해서 컴파운딩해서 섬유 함유량 30중량%의 사출 성형용 펠렛을 제조했다. 이어서, 상기에서 제조된 제 1 부재를 섬유 강화 수지 시트측이 접합면이 되도록 사출 성형용 금형에 인서팅하고, 상기에서 조정한 사출 성형용 펠렛을 사용해서 제 2 부재를 사출 성형해서 일체화 성형품 1을 얻었다. 이 때, 사출 성형기의 실린더 온도는 200℃, 금형 온도는 60℃이었다. 본 실시예에 의한 일체화 성형품을 도 12에 나타냈다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 7에 나타낸다.
(실시예 30)
실시예 17의 섬유 강화 수지 시트로부터 길이 180㎜, 폭 70㎜의 직사각형을 잘라내어 이것을 제 1 부재로 한 것 이외에는 실시예 30과 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 7에 나타낸다.
(비교예 18)
참고예 2의 성형 기재를 2매 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지의 방법으로 성형하여 길이 300㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 판 형상 성형체를 얻었다. 이후의 순서는 실시예 29와 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 7에 나타낸다.
(비교예 19)
참고예 3의 성형 기재를 2매 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 280℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열했다. 이어서, 예열 장치로부터 인출한 프리폼을 150℃로 예열된 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초 동안 유지한 후, 금형을 열고, 길이 300㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 판 형상 성형체를 얻었다. 이후의 순서는 실시예 29와 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 7에 나타낸다.
(비교예 20)
참고예 1의 성형 기재를 2매 사용해서 프리폼을 제작한 것 이외에는 실시예 29와 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 8에 나타낸다.
(실시예 31)
실시예 13의 섬유 강화 수지 시트 1매와, 참고예 2의 성형 기재 1매를 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지의 방법으로 성형하여 길이 300㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 판 형상 성형체를 얻었다. 얻어진 판 형상 성형체로부터 길이 250㎜, 폭 160㎜의 직사각형을 잘라내어 이것을 제 1 부재로 했다. 한편, 제 2 부재로서 참고예 14의 성형 기재를 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열했다. 이어서, 제 1 부재를 수지 시트 A측이 상면이 되도록 120℃로 예열된 프레스 성형용 금형 내에 배치하고, 그 위에 예열이 완료된 성형 기재를 포개어 배치해서 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초 동안 유지하고, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 접합된 일체화 성형품을 얻었다. 본 실시예에 의한 일체화 성형품을 도 13에 나타냈다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 8에 나타낸다.
(실시예 32)
실시예 17의 섬유 강화 수지 시트로부터 길이 250㎜, 폭 160㎜의 직사각형을 잘라내어 이것을 제 1 부재로 한 것 이외에는 실시예 31과 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 8에 나타낸다.
(비교예 21)
참고예 2의 성형 기재를 2매 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 230℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분동안 예열한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지의 방법으로 성형하여 길이 300㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 판 형상 성형체를 얻었다. 이후의 순서는 실시예 31과 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 8에 나타낸다.
(비교예22)
참고예 3의 성형 기재를 2매 사용해서 프리폼을 제작했다. 상기 프리폼을 280℃로 유지된 열반 가열형 예열 장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분 동안 예열했다. 이어서, 예열 장치로부터 인출한 프리폼을 150℃로 예열된 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초 동안 유지한 후, 금형을 열고, 길이 300㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 판 형상 성형체를 얻었다. 이후의 순서는 실시예 31과 마찬가지로 해서 일체화 성형품을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 8에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
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Figure pct00007
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Figure pct00009
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Figure pct00011
Figure pct00012
실시예 1~8에 있어서 어느 것에 있어서도 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm1)이 적정 범위에서 각종 수지 시트를 편면에 함침시킨 섬유 강화 수지 시트를 얻을 수 있었다. 또한, 상기 섬유 강화 수지 시트로부터 얻은 일체화 성형품은 강화 섬유 부직포에 있어서의 노출된 강화 섬유에 의해 충분한 접합 강도를 갖고 있어서 실용에 문제가 없는 일체화 성형품을 얻을 수 있었다. 이는 강화 섬유 부직포 중의 공극부가 다른 수지의 복잡한 함침을 촉진하고, 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 거칠기(Rz)를 충분한 사이즈까지 성장시킴으로써 이상적인 계면층이 형성되어 있는 것에 추가해서 강화 섬유의 면외 각도(θz)도 적합한 실시형태에 있었기 때문에 제 2 부재 중의 열 가소성 수지와 양호한 계면층을 형성하고 있기 때문이다. 특히, 실시예 1, 2, 7, 8에 있어서는 피착체인 제 2 부재의 열 가소성 수지와 강화 섬유 시트의 열 가소성 수지의 가사 온도가 중복된 적정한 범위 내에서 일체화 성형을 실시했기 때문에 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 거칠기(Rz)를 보다 바람직한 사이즈까지 성장시킬 수 있었기 때문에 보다 우수한 접합 강도가 발현되었다. 실시예 9에 있어서는 강화 섬유가 다발 형상으로 존재하고 있기 때문에, 또한 실시예 10에 있어서는 강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm1)이 많기 때문에 실시예 2와 비교해서 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지의 상기 강화 섬유로의 함침량이 적은 것이 유래되고, 피착체와의 접합면에 있어서의 최대 높이(Ry) 및 평균 거칠기(Rz)가 낮은 값을 나타냈기 때문에 접합 강도가 낮은 것이 되었지만, 일체화 성형품으로서 형상을 유지하는 것은 가능했다.
한편, 실시예 3~6에 있어서는 제 1 부재와 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지의 가사 온도에 차가 있기 때문에 계면층의 요철량은 작은 것이 되었지만, 노출된 강화 섬유 부직포의 보강 효과에서 일체화 성형품의 접합 강도는 실용에 견딜 수 있는 것이 되었다.
그러나, 비교예 1에 있어서는 강화 섬유가 다발 형상이며 또한 연속된 상태로 존재하고 있기 때문에 제 2 부재를 구성하는 열 가소성 수지가 충분하게 함침되지 않아 접합 강도가 불충분했다. 또한, 비교예 3에 있어서는 강화 섬유 부직포를 사용했지만, 상기 강화 섬유의 노출이 없기 때문에 접합 부분의 강화 섬유에 의한 앵커링이 없어 일체화 성형품의 접합 강도가 불충분했다.
실시예 11~19는 모두 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 낮은 부직포를 사용하고 있기 때문에 함침 매체로서의 기능이 발휘되어 미함침이 없는, 또는 미소한 미함침을 포함하는 것 만으로 섬유 강화 수지 시트가 얻어졌다. 또한, 부직포 중의 공극부가 다른 수지의 복잡한 함침을 촉진하고, 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 거칠기(Rz)를 충분한 사이즈까지 성장시켰다. 그 중에서도 강화 섬유 부직포 K, G, H를 사용한 실시예 12, 13, 14에 있어서는 특히 이상적인 계면층이 형성되어 있고, 또한 강화 섬유의 면외 각도(θz)도 적합한 실시형태에 있었다. 한편, 비교예 3~7에서는 사용한 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 모두 높기 때문에 열 가소성 수지를 충분하게 함침시킬 수 없어 다량의 미함침을 포함하는 결과가 되었다. 비교예 4, 6에서는 압력을 통상보다 높게 설정해서 함침을 시험해 보았지만, 미함침이 해소되는 일이 없을 뿐만 아니라 강화 섬유의 얼라인먼트에 혼란을 발생시켰다. 이 중에서 유일하게 부직포의 형태를 비교예 7이었지만, 스트랜드 사이즈가 크기 때문에 부직포에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)을 만족스럽게 저감할 수 없어 스트랜드 내에 미함침을 잔존시키는 것이 되었다. 또한, 비교예 3~7에서는 함침이 불충분하기 때문에 계면층을 형성하기에 이르러 있지 않아 모두 계측 불능이었다. 또한, 비교예 8에서는 함침 온도가 TB1을 밑돌았기 때문에 열 가소성 수지(B)가 충분하게 용융되지 않고, 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 거칠기(Rz)를 충분한 사이즈로 형성할 수 없었다.
실시예 20~28은 상술한 실시예 11~19의 섬유 강화 수지 시트에 의거하는 계면층을 성형체에 있어서도 계승했다. 이에 기인해서 다른 수지 계면의 접합 상태의 지표가 되는 전단 강도(τ1)에 있어서 비교예 15의 단일 수지에 의한 성형체의 전단 강도(τ1)와 손색 없는 특성이 나타내어졌다. 또한, 강도 발현의 편차(CV1)도 작아 신뢰성에 있어서도 우수한 성능을 확인할 수 있었다. 실시예 15를 사용한 실시예 24는 계면층에서의 강화 섬유의 보강 효율이 다른 것과 비교해서 뒤떨어지기 때문에 전단 강도(τ1)에 있어서도 약간 뒤떨어지지만, 그래도 매트릭스 수지의 전단 강도에 가까운 값이 얻어지고 있어 다른 수지 계면의 박리에 의한 파괴가 없는 것을 알 수 있었다. 실시예 26, 27에서는 접착성이 낮은 PPS 수지가 적용되었지만, 모두 높은 전단 강도를 발현하고 있고, 계면의 앵커링 구조의 유효성이 나타내어졌다. 실시예 18에서는 열 가소성 수지 단체의 코어와 참고예 2의 성형 기재에 의한 샌드위치 구조체를 얻었지만, 여기서도 다른 수지로 구성되는 코어와 스킨 사이에 있어서 섬유 강화 수지 시트로부터 유래되는 계면층이 확실하게 형성할 수 있는 것을 확인했다.
비교예 9~15는 다른 수지로 구성되는 성형 기재 사이에 섬유 강화 수지 시트를 삽입하고 있지 않고, 모두 계면층에 있어서 충분한 앵커링 구조가 형성되어 있지 않았다. 그 때문에 전단 강도(τ1)가 낮아 비교예 16과 비교해서 절반 이하의 값이 되었다. 비교예 12는 최대 높이(Ry)가 달성되었지만, 평균 거칠기(Rz)가 불충분하며, 그 결과 전단 강도(τ1)의 발현에 불균일이 있기 때문에 평균값도 저조했다. 비교예 17에서는 섬유 강화 수지 시트로서 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 거칠기(Rz)의 사이즈가 충분하지 않은 비교예 8을 삽입했기 때문에 성형체에 있어서도 그것이 반영되어 앵커링 구조가 형성되어 있지 않았다. 그 때문에 전단 강도(τ1)도 낮은 결과가 되었다.
실시예 29, 30은 섬유 강화 수지 시트에 의해 부여된 피착면에 의해 인서트 사출 성형에 의한 일체화 성형품을 용이하게 제작할 수 있었다. 또한, 제 1 부재에 있어서 사출 성형 재료와 동일한 수지로 구성되는 피착면을 가짐으로써 접합부의 접착성도 실시예 1과 동등하며, 파괴시에도 제 1 부재 중의 계면층이 박리되는 일은 없었다. 비교예 18, 19에서는 제 1 부재에 피착면이 형성되어 있지 않기 때문에 제 2 부재와 전혀 접합할 수 없어서 시험편을 잘라낼 때에 박리가 발생했다.
실시예 31, 32도 상기와 동일하며, 스탬핑 성형에 의한 일체화 성형품을 용이하게 제작할 수 있고, 접합부의 강도도 충분했다. 비교예 21, 22는 간신히 일체화 성형품이 얻어졌지만, 약간의 하중으로 접합부가 박리되어 실용에 견딜 수 있는 수준에는 도저히 미치지 못했다.
본 발명의 섬유 강화 수지 시트 또는 그것을 사용해서 이루어지는 일체화 성형품에 의하면 적용하는 열 가소성 수지의 조합에 특단의 제한 없이 다른 수지의 하이브리드체를 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 상자 등의 폭넓은 용도에 적합하게 사용할 수 있다.
1, 4, 8, 21, 28, 29, 30, 51 : 섬유 강화 수지 시트
2, 5, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 : 강화 섬유(단섬유)
3 : 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 층
6 : 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 열 가소성 수지(B)가 함침되어서 이루어지는 층
7 : 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 층
17 : 2차원 접촉각, 2차원 배향각 18, 22, 23 : 성형체
19, 24, 25 : 열 가소성 수지(A)를 기질로 하는 계층
20, 26, 27 : 열 가소성 수지(B)를 기질로 하는 계층
31 : 열 가소성 수지(A) 32 : 열 가소성 수지(B)
33 : 섬유 강화 수지 시트의 계면층
34 : 계면층에 있어서의 가장 함몰이 큰 오목부
35 : 계면층에 있어서의 가장 돌출이 큰 볼록부
36 : 계면층에 있어서의 가장 함몰이 작은 오목부
37 : 계면층에 있어서의 가장 돌출이 작은 볼록부
38 : 전단 강도(τ1)의 평가에 제공하는 시험편
40 : 전단 강도(τ2)의 평가에 제공하는 시험편
39, 41 : 노치 42, 45 : 일체화 성형품
43, 46 : 제 1 부재 44, 47 : 제 2 부재
48, 52, 56 : 프리폼 49, 57 : 적층 단위(X)
50, 54, 58 : 적층 단위(Y)

Claims (15)

  1. 강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서,
    다음의 (Ⅰ) 또는 (Ⅱ) 중 어느 하나의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
    (Ⅰ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 부직포를 구성하는 강화 섬유가 노출된 영역을 갖는다;
    (Ⅱ) 상기 부직포의 두께 방향의 다른 한쪽측에 열 가소성 수지(B)가 함침되어 있고, 상기 부직포는 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)이 20체적% 이하이며, 상기 시트 중에 있어서 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어진다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서,
    상기 조건(Ⅰ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    강화 섬유가 노출된 영역에 있어서의 강화 섬유의 체적 비율(Vfm)은 20체적% 이하인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    강화 섬유로 구성되는 부직포의 두께 방향의 한쪽측에 열 가소성 수지(A)가 함침되어서 이루어지는 섬유 강화 수지 시트로서,
    상기 조건(Ⅱ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    열 가소성 수지(A)의 가사 온도 영역 및 열 가소성 수지(B)의 가사 온도 영역은 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 갖고 중복되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부직포는 불연속성 강화 섬유가 대략 모노필라멘트 형상으로 분산되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트 중에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도(θz)는 5° 이상인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부직포를 구성하는 강화 섬유는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 시트.
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에 기재된 섬유 강화 수지 시트로 구성되는 제 1 부재에 열 가소성 수지(B)로 구성되는 다른 성형체인 제 2 부재를 상기 섬유 강화 수지 시트에 있어서의 강화 섬유가 노출된 영역에 열 가소성 수지(B)가 함침함으로써 접합해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
  10. 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 섬유 강화 수지 시트 또는 그것을 포함해서 이루어지는 성형체인 제 1 부재와, 다른 성형체인 제 2 부재를 접합해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)는 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
  12. 강화 섬유로 구성되는 부직포에 열 가소성 수지(A) 및 열 가소성 수지(B)가 함침되고, 열 가소성 수지(A)와 열 가소성 수지(B)는 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 거칠기(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 갖고 계면층을 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서,
    상기 제 2 부재는 사출 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 인서트 사출 성형 또는 아웃서트 사출 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
  14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서,
    상기 제 2 부재는 프레스 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 상자로서 사용되는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
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