KR20150110699A

KR20150110699A - 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 가소화 토출기

Info

Publication number: KR20150110699A
Application number: KR1020157022663A
Authority: KR
Inventors: 아키오 오노; 쇼소 니시다; 히로시 이토; 타쿠야 니야마
Original assignee: 더 재팬 스틸 워크스 엘티디
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-10-02
Also published as: EP2946903A4; CN109228408B; EP2946903A1; US10442143B2; JP5761867B2; CN105121115A; KR101684821B1; EP2946903B1; JP2014138993A; US20160001510A1; WO2014112644A1; CN109228408A

Abstract

본 발명은, 강화 섬유 소재로의 열가소성 수지의 함침을 효과적으로 진행할 수 있고, 생산성·경제성이 높은 섬유 강화된 수지 기재, 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 압출기를 제공한다. 본 발명의 제조 방법은, 강화 섬유 소재에 열가소성 수지를 함침시켜 얻어지는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지의 용융체 상에 상기 강화 섬유 소재를 탑재하여 이를 가압하고, 상기 용융 수지를 상기 강화 섬유 소재에 함침시킨 후, 상기 용융 수지를 함침시킨 강화 섬유 소재를 냉각·고체화한다.

Description

섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 가소화 토출기{MANUFACTURING METHOD FOR FIBRE-REINFORCED RESIN SUBSTRATE OR RESIN MOLDED ARTICLE, AND PLASTICIZING EXHAUSTER USED IN MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 가압하에서 강화 섬유 소재에 열가소성 수지를 함침시키는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 가소화 토출기에 관한 것이다.

수지가 섬유 강화된 섬유 강화 수지는, 가볍고 고강도를 가지며, 각종 스포츠 용품, 건축 자재, 항공기 등에 사용되고, 특수 자동차 부품 등에도 그 용도가 확대되고 있지만, 경제성, 양산성이 중시되는 일반 자동차 부품 등에 대한 그 적용은 이루어지지 않고 있다. 그러나, 환경 부하 경감이 요구되는 사회 정세의 변화에 따라 자동차 경량화 기술의 개발이 중요한 과제가 되어 있어, 섬유 강화 수지의 대량 사용이 기대되는 일반 자동차 부품에 대한 적용이 주목을 받고 있다.

섬유 강화 수지 중에서도 대량 생산, 취급의 용이함, 높은 생산성, 용도의 확대성 등을 고려하면, 강화 섬유 다발이나 강화 섬유 직물 등의 강화 섬유 소재에 열가소성 수지를 함침시킨 섬유 강화 수지가 주목된다. 그러나, 열가소성 수지는, 점도가 높기 때문에 강화 섬유 소재에 함침시키는 것이 용이하지 않고 균일한 함침이 어렵거나 기포가 잔류하는 등의 문제가 있어, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 각종 제안이 이루어지고 있다.

예컨대, 특허문헌 1에, 감압된 실링부, 온도 제어 가능한 연결부 및 용융 수지가 저류된 다이가 일련으로 연결되고, 복수의 연속 강화 섬유로 이루어지는 벨트 형상의 강화 섬유 다발이 실링부 단부의 도입구에서부터 연결부 및 다이 내의 용융 수지에 삽통되어 다이 단부로부터 인출되어 받도록 된 시트 형태 프리프레그의 제조 방법이 제안되고 있다. 이 제조 방법에 의하면, 수지가 균일하고 양호하게 함침되고, 함침 시간이 단축된다.

특허문헌 2에, 시트 형태의 강화 섬유 기재와, 열가소성 수지를, 한쌍의 롤러 사이에 도입하고, 상기 한쌍의 롤러를 회전시키면서 상기 강화 섬유 기재에 용융된 상기 열가소성 수지가 함침되는 것에 의해, 섬유 강화 수지 시트를 제조하는 방법으로, 상기 한쌍의 롤러로서, 금속제의 메인 롤러와 금속제의 가압 롤러를 사용하고, 상기 메인 롤러에 대해 상기 가압 롤러를 가압하는 것에 의해, 상기 가압 롤러의 둘레면이 메인 롤러의 둘레면 형상에 따르도록 상기 가압 롤러의 둘레면을 변형시키면서, 상기 열가소성 수지를 상기 강화 섬유 기재에 함침시키는 섬유 강화 수지 시트의 제조 방법이 제안되고 있다. 이 제조 방법에 의하면, 함침시키는 열가소성 수지에 선압이 아닌 면압을 작용시킬 수 있기 때문에, 가압의 불균일함이 없이 균일하고 양호한 함침을 진행할 수 있게 된다.

특허문헌 3에, 장섬유로 이루어지는 강화 섬유로 구성되는 강화 섬유 시트의 한쪽 면에, 열가소성 수지로 이루어지는 열가소성 수지층을 배치하고, 상기 강화 섬유 시트의 다른쪽 면에, 상기 열가소성 수지가 용융되는 온도에서 용융되지 않는 재료로 이루어지는 그물 형상 시트를 배치하여, 적층물을 얻는 배치 공정과, 상기 열가소성 수지는 용융되고, 상기 그물 형상 시트는 용융되지 않는 온도에서, 상기 적층물을 가열하는 한편 가압하여, 상기 열가소성 수지를 상기 강화 섬유 시트와 상기 그물 형상 시트에 함침하는 함침 공정을 구비하는, 섬유 강화 열가소성 수지의 제조 방법이 제안되고 있다. 이 제조 방법에 의하면, 열가소성 수지층을 두껍게 하여 공극을 적게 하는 한편, 여분의 열가소성 수지를 그물 형상 시트에 이행시킬 수 있기 때문에, 섬유 함유율이 높고 강도가 우수하며, 함유하는 열가소성 수지량이 많은 것에 기인하는 섬유 사행이 억제되고, 게다가, 보이드 등의 공극이 적고 함침성도 양호한 섬유 강화 열가소성 수지를 얻을 수 있게 된다.

일본국 특허공개공보 2012-16857호 공보 일본국 특허공개공보 2012-110935호 공보 일본국 특허공개공보 2011-224866호 공보

열가소성 수지의 점도는 온도 의존성이 있기 때문에 강화 섬유 소재로의 열가소성 수지의 함침은 온도 관리가 중요하다. 그러나, 온도 제어 만으로는 불충분하여, 함침을 촉진시키기 위해 진공이나 가압이 이용된다. 일반적으로, 설비의 규모나 작업성 등을 고려하면 특허문헌 1에 제안되어 있는 제조 방법과 같이 진공을 이용하는 방법 보다, 특허문헌 2 또는 3에 기재된 가압을 이용하는 방법이 우수하다.

특허문헌 1에 기재된 방법은, 강화 섬유가 일방향으로 연속되는 스트랜드나 프리프레그 등의 수지 기재의 제조에 한정되어, 수지 성형체의 제조는 별도로 진행해야 하는 문제가 있다. 특허문헌 2에 제안된 제조 방법은, 함침시키는 열가소성 수지에 선압이 아닌 면압을 작용시킬 수 있지만, 가압 롤러의 둘레면의 탄성 변형을 이용하여 면압을 작용시키는 것이고, 충분한 범위에 균일한 면압을 작용시키는 것은 용이하지 않다. 한편, 특허문헌 3에 기재된 제조 방법은, 가열 가압 프레스나 더블 벨트에 의해 가압을 진행하기 때문에 충분한 범위에 균일한 가압이 가능하다. 그러나, 특허문헌 3에 기재된 제조 방법은, 고체 형태로 공급되는 열가소성 수지층을 우선 균일하게 용융해야 할 필요가 있어 설비 또는 작업성에 있어서 문제가 있고, 또한 그물 형상 시트를 필수로 하기 때문에 성형체의 형상이 제한될 우려가 있다.

본 발명은, 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강화 섬유 소재로의 열가소성 수지의 함침을 효과적으로 진행할 수 있고, 생산성·경제성이 높은 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 가소화 토출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법은, 강화 섬유 소재에 열가소성 수지를 함침시켜 얻어지는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법으로, 상기 열가소성 수지의 용융체 상에 상기 강화 섬유 소재를 탑재하여 상기 강화 섬유 소재를 가압하고, 용융된 상기 열가소성 수지를 상기 강화 섬유 소재에 함침시킨 후, 용융된 상기 열가소성 수지를 함침시킨 강화 섬유 소재를 냉각·고체화한다.

상기 발명에 있어서, 열가소성 수지의 용융체는 도막이어도 좋고, 열가소성 수지의 용융체 상에 탑재된 강화 섬유 소재를 가압할 때에는, 그 강화 섬유 소재의 측면에 수지압이 작용하도록 가압하는 것이 좋다.

또한, 강화 섬유 소재를 가압할 때에는, 공기 배출용의 요철 또는 홈을 마련한 가압체를 통해 진행하는 것이 좋다.

강화 섬유 소재는, 동종 또는 이종의 소재를 적층하여 형성되는 것으로 할 수 있고, 그 재질은 탄소 섬유로 형성되는 것으로 할 수 있다.

상기 수지 기재 또는 수지 성형체는, 상기 용융체를 유지하는 받침 부재와, 공기 배출용의 요철 또는 홈을 마련한 가압체를 통해 강화 섬유 소재를 가압하는 가압 수단, 및 상기 용융체를 형성하는 T다이를 구비하는 가소화 토출기에 의해 바람직하게 제조할 수 있다.

상기 가소화 토출기에 있어서, 가압 수단은, 가압체의 공기 배출용 요철부 또는 홈부에 연통하는 진공 수단을 구비하는 것이 좋다. 또한, 강화 섬유 소재를 가열하는 가열 수단을 구비하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법은, 강화 섬유를 함유한 열가소성 수지로부터 얻어지는 용융체 상에 강화 섬유 소재를 탑재하고, 상기 강화 섬유 소재를 가압하여 용융된 상기 열가소성 수지를 상기 강화 섬유 소재에 함침시킨 후, 용융된 상기 열가소성 수지를 함침시킨 강화 섬유 소재를 냉각·고체화하는 것에 의해 실시되고, 섬유 함유율이 높은 층이 적층되어 형성되는 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면, 강화 섬유 소재로의 열가소성 수지의 함침을 효과적으로 진행할 수 있고, 생산성·경제성이 높은 섬유 강화된 수지 기재, 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 가소화 토출기를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법의 설명도이다.
도 2는, 강화 섬유 소재의 측면에 수지압을 작용시켜 함침시키는 예의 설명도이다.
도 3은, 강화 섬유 소재의 측면에 수지압을 작용시켜 함침시키는 다른 예의 설명도로, 도 3(a)는 상부 금형의 이동전의 상태를 나타내고, 도 3(b)는 상부 금형이 하부 금형과 당접한 상태를 나타낸다.
도 4는, 강화 섬유 소재로부터 배출되는 공기를 진공 수단에 의해 배기하는 수단의 설명도이다.
도 5는, 강화 섬유 소재의 측면에 수지압을 작용시켜 함침시킬 수 있는 진공 수단을 구비하는 금형의 모식도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는, 섬유 함유율이 높은 층이 적층된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법의 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 바탕으로 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법의 설명도이다. 본 발명에 따른 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법은, 강화 섬유 소재에 열가소성 수지를 함침시켜 이루어지는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법이다. 예컨대 도 1에 나타내는 바와 같이, 우선 강화 섬유 소재(1)를 열가소성 수지가 용융된 용융체(2) 위에 탑재하고 강화 섬유 소재(1)의 상면에서 상부 금형(4)에 의해 가압하여, 용융체(2)를 강화 섬유 소재(1)에 함침시킨다. 그 다음, 상기 함침시킨 강화 섬유 소재(1)를 냉각·고체화하는 것에 의해, 열가소성 수지가 함침되어 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조한다.

강화 섬유 소재(1)는, 강화 섬유 다발, 강화 섬유 직물 등을 사용할 수 있고, 특히 그 형태를 가리지 않는다. 또한, 강화 섬유 소재(1)는, 동종 또는 이종의 소재를 적층하여 이루어지는 것으로 할 수 있다. 강화 섬유 소재(1)의 재질은, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유 등의 각종 섬유를 포함할 수 있고, 특히 한정하지 않는다. 그러나, 본 발명은, 용융된 열가소성 수지가 접촉하면 그 열이 급속하게 빼앗겨 함침을 곤란하게 하는 고열전도율을 갖는 탄소 섬유 등으로 이루어지는 강화 섬유 소재(1)를 바람직하게 사용할 수 있다.

탄소 섬유는, 일반적으로 외경이 4~10㎛인 단일 섬유가 1000가닥(1k) 이상, 예컨대 1k~24k로 묶여 실 형태로 한 것(스트랜드, 강화 섬유 다발)으로 가공된다. 그리고, 강화 섬유 다발은, 종실 및 횡실로 배치되어 강화 섬유 직물로 가공되거나, 소정의 길이로 절단되어 단섬유(chopped fiber) 등으로 가공된다. 본 발명은, 이와 같은 탄소 섬유의 강화 섬유 다발, 강화 섬유 직물 혹은 단섬유, 또는 섬유를 개섬(fiber opening)하여 적층한 매트 형태의 섬유를 강화 섬유 소재(1)로서 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 열가소성 수지는 특히 한정되지 않는다. 예컨대, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리카보이네트계 수지 등 각종 수지, 또는 각종 품질의 열가소성 수지를 사용할 수 있다.

열가소성 수지의 용융체(2)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 용융된 열가소성 수지를 하부 금형(3)에 코팅한 도막에 의해 형성할 수 있다. 또한, 용융체(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 하부 금형(3)에 마련한 용융풀(5)에 용융 열가소성 수지를 도포하여 형성할 수 있다. 도막에 의해 용융체(2)를 형성하는 경우에는, 0.05mm~20mm의 두께의 용융체(2)를 바람직하게 형성할 수 있다. 또한, 용융체(2)는, 두께가 20mm~100mm인 것이어도 좋다.

본 발명은, 우선, 이와 같은 용융체(2) 위에 강화 섬유 소재(1)를 탑재한다. 용융체(2)는 점성이 있기 때문에, 강화 섬유 소재(1)는 대체로 용융체(2)의 소정 위치에 놓여진 상태가 된다. 그 다음, 상부 금형(4)에 의해 강화 섬유 소재(1)를 가압한다. 강화 섬유 소재(1)의 가압은, 강화 섬유 소재(1)가 용융체(2)를 완전히 함침할 때까지 진행하는 것이 좋다. 가압력은, 0.1~15MPa로 할 수 있다. 가압력은, 일반적으로는, 1~10MPa이고, 강화 섬유 소재(1)의 탄성률을 고려하여 필요한 압력으로 한다. 또한, 강화 섬유 소재(1)에 대한 가압의 범위, 가압의 방향, 또는 가압하는 패턴(가압 속도, 시간, 가압력과 온도)은, 대상이 되는 강화 섬유 소재(1)나 열가소성 수지에 따라 바꿀 수 있다. 또한, 가압은, 용융체(2)를 강화 섬유 소재(1)에 함침시키는 도중의 단계 또는 함침시킨 후의 냉각·고체화의 단계에서, 감압 또는 제압(除壓)할 수 있다.

강화 섬유 소재(1)의 가압에 있어서, 용융체(2)를 형성하고 있는 용융 수지는 강화 섬유 소재(1)의 저면부로부터 상방을 향해 함침되어 가고, 함침의 진행과 함께 강화 섬유 소재(1) 안에 잔류하고 있는 공기가 용융 수지와 치환되어 외부로 배출된다. 용융체(2)의 수평 방향으로의 이동은 적다. 이와 같은 가압에 의해, 용융체(2)는 강화 섬유 소재(1) 안에 균일하게 함침되고, 강화 섬유 소재(1) 안에 포함되는 공기를 효율적으로 배제할 수 있다.

용융 수지의 강화 섬유 소재(1)로의 함침과 공기의 배출을 촉진시키기 위해서는, 도 2에 나타내는 바와 같은 용융풀(5)에 형성된 용융체(2)를 사용하는 것이 좋다. 강화 섬유 소재(1)의 가압 중에, 강화 섬유 소재(1)의 측면에 수지압을 작용시킬 수 있어, 용융 수지의 강화 섬유 소재(1)로의 함침과 공기의 배출이 촉진된다.

또한, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 방법에 의해서도 강화 섬유 소재(1)의 측면에 수지압을 작용시킬 수 있다. 즉, 본 예에 있어서는, 상부 금형(4)에 사이드 프레임(7)이 마련되고, 사이드 프레임(7)은, 통상시에는 상부 금형(4)과 함께 상하로 이동하고(도 3(a)), 사이드 프레임(7)의 하면이 하부 금형(3)에 당접한 후에는 사이드 프레임(7)과 하부 금형(3)에 의해 용융풀(5)이 형성되도록 되어 있다(도 3(b)). 따라서, 하부 금형(3)에 용융 열가소성 수지를 코팅하여 용융체(2)를 형성하고, 상부 금형(4)을 하강시켜 강화 섬유 소재(1)를 가압하는 것에 의해, 강화 섬유 소재(1)의 측면에 수지압을 작용시키면서 열가소성 수지를 함침시킬 수 있다. 또한, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타낸 금형과는 달리, 하부 금형측에 사이드 프레임(7)이 있는 형태의 금형 구조여도 좋다.

강화 섬유 소재(1)의 가압은, 공기 배출용의 요철 또는 홈을 구비하는 가압체를 통해 진행하는 것이 좋다. 이에 의해, 강화 섬유 소재(1)에 잔류하는 공기를 효율적으로 배출할 수 있다. 예컨대, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상부 금형(4)에 마련한 돌출부(8)를 통해 강화 섬유 소재(1)를 가압할 수 있다. 본 예의 경우, 돌출부(8)가 가압체를 형성하고 있다. 가압체는, 상부 금형(4)에 오목부 또는 홈 등을 마련한 것으로 형성해도 좋고, 상부 금형(4)과 일체가 아닌 별개의 것이어도 좋다. 또한, 철망을 가압체로서 사용할 수 있다.

가압체에는, 그 공기 배출용의 요철 또는 홈에 연통하는 진공 수단을 마련할 수 있다. 예컨대, 도 4에 나타내는 예에 있어서는, 돌출부(8) 사이의 공간에 연통하는 진공 수단(9)이 마련되어 있다. 이 진공 수단(9)에 의해, 강화 섬유 소재(1)로부터 배출되는 공기를 효율적으로 배기할 수 있다.

도 5에 나타내는 진공 수단(9)을 구비하는 금형에 의하면, 강화 섬유 소재(1)로부터 공기를 효율적으로 배기하는 한편 강화 섬유 소재(1)의 측면에 수지압을 작용시키면서 함침을 진행할 수 있다. 도 5에 있어서, 하부 금형(3)과 스프링(16)에 지지된 슬라이드형(15)에 의해 용융풀(5)이 형성되고, 상부 금형(4), 하부 금형(3), 슬라이드형(15) 및 패킹(17)에 의해 진공 공간이 형성되도록 되어 있다. 진공 수단(9)에 의해 진공 형성을 진행하면서, 상부 금형(4)을 하강시키고 강화 섬유 소재(1)를 가압하여 용융체(2)의 함침을 진행하는 것에 의해, 치밀하고 고품질의 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다.

용융체(2)를 용융 열가소성 수지의 코팅에 의해 형성하는 경우에는, T다이를 구비하는 가소화 토출기에 의해 진행하는 것이 좋다. T다이는, 공급하는 수지의 용량, 또는, 하부 금형(3)의 상면에 공급하는 수지의 두께를 바람직하게 제어할 수 있고, 소요되는 용융체(2)를 용이하고 신속하게 형성할 수 있다. 가소화 토출기는, 수지를 가소화하여 토출할 수 있는 수단이면 좋고, 예컨대 압출기나 사출기, 플런저기 등을 사용할 수 있다.

T다이에 의해 형성된 용융체(2) 위에 탑재되는 강화 섬유 소재(1)의 온도는, T다이 토출구로부터 토출되는 용융 수지의 토출 온도의 －100℃이상 ＋100℃이하로 하는 것이 좋다. 강화 섬유 소재(1)를 이 범위의 온도로 유지하는 것에 의해, 강화 섬유 소재(1)가 탄소 섬유와 같이 열전도율이 높은 것이어도 용융체(2)의 온도 저하에 의해 함침이 곤란해지는 것을 저지할 수 있다. 열가소성 수지의 점도는, 온도에 대해 대수적으로 변화하기 때문에 강화 섬유 소재(1)의 온도 관리는 중요하다. 예컨대, 강화 섬유 소재(1)의 온도는 열가소성 수지의 열변형 온도 이상으로 하는 것이 좋다. 이에 의해, 강화 섬유 소재(1)에 접한 열가소성 수지의 점도 상승이 억제되어 열가소성 수지의 함침 성능의 저하를 억제할 수 있다.

강화 섬유 소재(1)의 온도를 적정하게 유지하기 위해, 강화 섬유 소재(1)를 가열하는 수단을 마련하는 것이 좋다. 가열 수단은, 원적외선 가열에 의한 것, 유도 가열에 의한 것, 또는 레이저 가열에 의한 것 등이 바람직하다. 이에 의해, 강화 섬유 소재(1)를 효율적으로 가열할 수 있다. 상부·하부 금형에 마련한 가열 수단에 의해 강화 섬유 소재(1)를 소정 온도로 가열할 수도 있지만, 금형은 열 용량이 크고, 또한, 수지가 함침된 강화 섬유 소재(1)의 냉각을 진행할 필요가 있기 때문에, 냉각을 효율적으로 진행하기 위해서는 강화 섬유 소재(1)를 가열하는 가열 수단을 별개로 마련하는 것이 좋다. 또한, 강화 섬유 소재(1)의 가열은, 강화 섬유 소재(1)가 용융체(2) 위에 탑재되기 전, 또는 탑재된 후 금형을 닫아 가압을 개시할 때까지로 할 수 있다. 또한, 강화 섬유 소재(1)의 가열 범위, 가열 수단의 장착 위치 등은 적절하게 결정할 수 있다.

상술한 열가소성 수지로 이루어지는 용융체(2)를 함침시킨 강화 섬유 소재(1)는, 냉각되어, 고체화된다. 그리고, 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체가 제조된다.

이상, 본 발명에 의하면, 강화 섬유 소재로의 열가소성 수지의 함침 및 강화 섬유 소재 안에 잔류하는 공기의 배출을 효과적으로 진행할 수 있고, 균질하고 고강도의 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다. 또한, 수지 성형체란, 상기 방법 또는 이하에 설명하는 방법에 의해 성형되어, 그대로 성형체로서 이용되는 것을 말한다. 수지 기재란, 이를 소재로 하여 더욱 성형·가공되는 것을 말한다.

본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은, 이하의 방법에 의하면, 섬유 함유율이 높은 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다. 즉, 이 방법은, 용융체에 미리 강화 섬유가 함유된 것을 사용한다. 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 강화 섬유를 함유시킨 열가소성 수지로 이루어지는 용융체(21) 위에 강화 섬유 소재(1)를 탑재하고, 그 강화 섬유 소재(1)를 가압하여 용융체(21)가 구비하는 용융 수지를 강화 섬유 소재(1)에 함침시킨 후, 상기 함침시킨 강화 섬유 소재(1)를 냉각·고체화한다.

용융체(21)에 함유시키는 섬유는, 예컨대 탄소 섬유의 경우는, 길이가 0.5mm~30mm인 단섬유를 사용한다. 이와 같은 탄소 섬유를 함유하는 용융체(21)는, 가소화 토출기에 의해 탄소 섬유의 체적 함유율(Vf)이 40%정도 까지인 것을 공급할 수 있다. 용융체(21)에 함유되는 탄소 섬유는, 가압 중에 열가소성 수지와 함께 강화 섬유 소재(1)에 함침되기 때문에, 본 발명에 의하면 섬유 함유율이 높은 층이 적층되어 이루어지는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다. 본 발명에 있어서, 섬유 함유율이 높은 층의 섬유 함유율은, 탄소 섬유의 경우, Vf=30%~60%로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 도 6(a)에 나타내는 하부 금형(3)을 사용하는 경우에는, 평판 형태의 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다. 도 6(b)에 나타내는 하부 금형(31)을 사용하는 경우에는, 골이 진 형상의 것 등 복잡한 형상의 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 용융체는, 꼭 하부 금형의 상면에 도포된 형태의 것이 아니어도 좋다. 예컨대, 수지제 또는 금속제의 판 등 소정의 받침 부재에 도포된 형태의 것이어도 좋다. 그리고, 그 받침 부재는, 성형된 수지 기재 또는 수지 성형체와 일체가 되어 제품의 일부를 구성하는 것이어도 좋다.

실시예

(실시예1)

도 6(a)에 나타내는 금형과, T다이를 구비하는 가소화 토출기를 사용하여 수지 기재의 성형 시험을 진행했다. 강화 섬유 소재는, 세로10cm×가로15cm×두께0.2cm인 매트 10장을 적층한 것이었다. 매트는, 탄소 섬유를 15mm 길이로 절단하고, 개섬 분산시킨 후에 적층한 것을 사용했다. 열가소성 수지는, 폴리아미드 수지를 사용했다. 상부·하부 금형 온도를 280℃로 가열한 후에, 섬유 길이가 8mm인 탄소 섬유 20vol%를 포함하는 펠릿을 용융시킨 수지를 280℃에서 용융시켜 상기 수지를 가열한 하부 금형 상에 도포한 후, 프레스의 가압력을 6MPa, 프레스의 가압 시간을 3min의 조건에서 가압하여 성형을 진행했다. 상기 성형 시험에 의해, 수지 성형체의 두께가 1.6mm이고, 탄소 섬유 체적 함유율 38%, 굽힘 강도 480MPa, 굽힘 탄성률 29GPa인 탄소 섬유에 수지가 함침된 양호한 수지 성형체가 얻어졌다.

(실시예2)

도 3에 나타내는 금형과, T다이를 구비하는 가소화 토출기를 사용하여 수지 기재의 성형 시험을 진행했다. 강화 섬유 소재는, 세로10cm×가로15cm×두께0.2cm인 매트 15장을 적층한 것이었다. 매트는, 탄소 섬유를 15mm 길이로 절단하고, 개섬 분산시킨 후에 적층한 것을 사용했다. 열가소성 수지는, 폴리아미드 수지를 사용했다. 상부·하부 금형 온도를 280℃로 가열한 후에, 280℃에서 용융시켜 상기 수지를 가열한 하부 금형 상에 도포한 후, 프레스의 가압력을 6MPa, 프레스의 가압 시간을 3min의 조건에서 가압하여 성형을 진행했다. 상기 성형 시험에 의해, 수지 성형체의 두께가 1.6mm이고, 탄소 섬유 체적 함유율 48%, 굽힘 강도 540MPa, 굽힘 탄성률 33GPa인 탄소 섬유에 수지가 함침된 양호한 수지 성형체가 얻어졌다.

(실시예3)

도 6(a)에 나타내는 금형과, T다이를 구비하는 가소화 토출기를 사용하여 수지 기재의 성형 시험을 진행했다. 강화 섬유 소재는, 세로10cm×가로15cm×두께0.2cm인 매트 10장을 적층한 것이었다. 매트는, 탄소 섬유를 15mm 길이로 절단하고, 개섬 분산시킨 후에 적층한 것을 사용했다. 열가소성 수지는, 폴리아미드 수지를 사용했다. 상부·하부 금형 온도를 280℃로 가열한 후에, 섬유 길이가 8mm인 탄소 섬유 20vol%를 포함하는 펠릿을 용융시킨 수지를 280℃에서 용융시켜 상기 수지를 가열한 하부 금형 상에 도포한 후, 프레스의 가압력을 6MPa, 프레스의 가압 시간을 3min의 조건에서 가압하여 성형을 진행했다. 상기 성형 시험에 의해, 매트부의 탄소 섬유 체적 함유율은 평균 50%, 도포부의 탄소 섬유 함유율은, 평균 30%로 탄소 섬유에 수지가 함침된 양호한 수지 성형체가 얻어졌다.

상기 실시예1~3의 성형 시험에 의해 얻어진 수지 성형체의 특성을 표 1에 정리했다. 굽힘 시험은 JIS K7074에 준거했다.

	성형품 두께 「mm」	탄소 섬유 체적 함유율「%」	굽힘 강도 [MPa]	굽힘 탄성률 [GPa]
실시예1	1.6	38	480	29
실시예2	2.1	48	540	33
실시예3	1.6	상부 평균 50% 하부 평균 30%	-	-

본 발명을 상세하게 또한 특정의 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 더할 수 있음은 당업자에게 자명하다. 본 출원은, 2013년 1월 21일 출원된 일본 특허 출원(출원번호: 2013-008834)을 기초로 하는 것이며, 그 내용은 본 발명에 참조로서 원용된다.

1: 강화 섬유 소재
2: 용융체
3: 하부 금형
4: 상부 금형
5: 용융풀
7: 사이드 프레임
8: 돌출부
9: 진공 수단
15: 슬라이드형
16: 스프링
17: 패킹
21: 용융체
31: 하부 금형

Claims

강화 섬유 소재에 열가소성 수지를 함침시켜 얻어지는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법에 있어서,
상기 열가소성 수지의 용융체 상에 상기 강화 섬유 소재를 탑재하고 상기 강화 섬유 소재를 가압하여, 용융된 상기 열가소성 수지를 상기 강화 섬유 소재에 함침시킨 후, 용융된 상기 열가소성 수지를 함침시킨 강화 섬유 소재를 냉각·고체화하는 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지의 용융체는, 도막인 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열가소성 수지의 용융체 상에 탑재된 강화 섬유 소재를 가압할 때에, 상기 강화 섬유 소재의 측면에 수지압이 작용하도록 가압하는 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 섬유 소재의 가압은, 공기 배출용의 요철 또는 홈을 마련한 가압체를 통해 진행하는 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
강화 섬유 소재는, 동종 또는 이종의 소재를 적층하여 형성되는 것인 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
강화 섬유 소재는, 탄소 섬유로 형성되는 것인 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.
열가소성 수지의 용융체를 유지하는 받침 부재와, 공기 배출용의 요철 또는 홈을 마련한 가압체를 통해 강화 섬유 소재를 가압하는 가압 수단 및, 상기 용융체를 형성하는 T다이를 구비하는 가소화 토출기.
제7항에 있어서,
상기 가압 수단은, 상기 가압체의 공기 배출용 요철부 또는 홈부에 연통하는 진공 수단을 구비하는 가소화 토출기.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 강화 섬유 소재를 가열하는 가열 수단을 구비하는 가소화 토출기.
강화 섬유를 함유한 열가소성 수지로부터 얻어지는 용융체 상에 강화 섬유 소재를 탑재하고, 상기 강화 섬유 소재를 가압하여 용융된 상기 열가소성 수지를 상기 강화 섬유 소재에 함침시킨 후, 용융된 상기 열가소성 수지를 함침시킨 강화 섬유 소재를 냉각·고체화하고, 섬유 함유율이 높은 층이 적층되어 형성되는 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체를 제조하는 방법.