KR20170132209A - 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료이며, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체가, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 포함하고, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료이다. 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 밸런스 좋게 양립시키는 것이 가능한 섬유 강화 수지 성형 재료와, 그 제조 방법을 제공한다.

Description

섬유 강화 수지 성형 재료 및 그 제조 방법

본 발명은 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 성형 재료를 사용하여 성형할 때의 재료의 양호한 유동성과, 성형 후의 성형품의 우수한 역학 특성을, 밸런스 좋게 양립시키는 것이 가능한 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

불연속의 강화 섬유(예를 들어, 탄소 섬유)의 다발상 집합체(이하, 섬유 다발이라고 하는 경우도 있음)와 매트릭스 수지(예를 들어, 열경화성 수지)를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 사용하여, 가열, 가압 성형에 의해, 원하는 형상의 성형체를 성형하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 5). 이와 같은 종래의 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 섬유 다발이 소정의 스트랜드로 형성된, 어느 일정한 단사수의 섬유 다발을 포함하는 경우, 단사수가 많은 섬유 다발을 포함하는 성형 재료에서는, 성형 시의 유동성은 우수하지만 성형품의 역학 특성은 떨어지는 경향이 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는 성형 재료 중의 촙드 섬유 다발의 필라멘트 개수가 10,000 내지 700,000개의 범위 내에서 규정된 성형 재료가 개시되어 있고, 이와 같은 성형 재료에서는 섬유 다발의 필라멘트 개수가 많기 때문에 성형 시에는 수지와 함께 강화 섬유를 섬유 다발의 형태로 효율적으로 이동할 수 있기 때문에 우수한 유동성이 얻어지지만, 이 성형 재료에 의한 성형 후의 성형품에 대해서는, 성형품이 파단될 때에 성형품 중의 섬유 다발 단부 부위 등에서 응력 집중이 발생할 가능성이 높아, 고역학 특성이 요구되는 성형품의 성형에 적합하지 않다.

한편, 예를 들어 특허문헌 2에는 단사수가 100개 이하가 되도록 분섬된 섬유 다발이 사용된 섬유 강화 수지가 개시되어 있지만, 상기 특허문헌 1에 개시된 형태에 비해 섬유 다발의 단사수가 적기 때문에, 성형품 중에서 강화 섬유가 양호하게 분산되고, 성형품 중의 섬유 다발 단부 부위 등에서 응력 집중이 발생할 가능성이 낮아져 성형품의 역학 특성이 높여지는 반면, 성형 시에는 기대한 만큼 높은 유동성을 얻을 수 없을 우려가 남겨져 있다.

일본 특허 공개 제2013-202890호 공보 일본 특허 공개 제2008-174605호 공보 일본 특허 공개 제2009-191116호 공보 일본 특허 공개 제2010-163536호 공보 국제 공개 제2014/021315호

상술한 바와 같이, 비교적 단사수가 많은 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 생산 효율도 좋고, 성형 시에 우수한 유동성이 얻어지는 경향이 있지만, 성형품의 역학 특성은 떨어지는 경향이 있고, 비교적 단사수가 적은 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 반대로, 성형품의 역학 특성은 우수하지만, 성형 시의 유동성은 높게 하기 어렵다는 경향이 있다.

그래서 본 발명의 과제는 상기와 같은 종래 기술에 있어서의 경향에 착안하여, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 밸런스 좋게 양립시키는 것이 가능한 섬유 강화 수지 성형 재료와, 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료는, 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료이며, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체가, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 포함하고, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.

이와 같은 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서는, 성형 재료 중에, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 A(즉, 섬유 분할 처리에 의해 비교적 적은 단사수를 포함하는 강화 섬유 집합체 A)와, 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2(즉, 비교적 많은 단사수를 포함하는 강화 섬유 집합체 B)의 양쪽이 포함되는 형태가 되고, 또한 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%로 특정한 범위가 되는 형태가 된다. 단사수가 적은 강화 섬유 집합체 A는 성형 후의 성형품의 역학 특성의 향상에 기여할 수 있고, 단사수가 많은 강화 섬유 집합체 B는 성형 시의 유동성의 향상에 기여할 수 있고, 강화 섬유 집합체 B의 중량의 비율을 특정한 범위 내로 제어함으로써, 이것들 유동성과 역학 특성이, 목표로 하는 범위 내의 특성으로서, 밸런스 좋게 양립되게 된다.

또한, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량에 대한 강화 섬유 집합체 B1의 총 중량의 비율이 4%를 초과하는 범위에 있는 것이 바람직하다. 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율이 4% 미만에서는, 강화 섬유 집합체 B2의 집합체 단부 부위에서 응력 집중이 발생할 가능성이 높아지고, 역학 특성이 저하될 우려가 있다. 또한, 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율이 100%에서는, 강화 섬유 집합체 B1의 일부 섬유 분할 처리가 실시된 부위에서 응력 전달이 원활하게 행해짐으로써 응력 집중이 발생하기 어려워져 높은 역학 특성을 기대할 수 있다.

상기 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서는, 강화 섬유 집합체 A 및 강화 섬유 집합체 B의 평균 섬유 길이로서는, 5 내지 100㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다. 평균 섬유 길이가 5㎜ 미만에서는, 강화 섬유에 의한 성형품의 보강 효과가 불충분해질 우려가 있고, 평균 섬유 길이가 100㎜를 초과하면, 성형 시에 양호한 유동이 곤란해져 유동성이 저하되거나, 강화 섬유가 구부러지기 쉬워지거나 할 우려가 있다.

또한, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체 A에 있어서, 각각의 강화 섬유 집합체 A의 단사수가 800 내지 10,000개의 범위에 있는 것이 바람직하다. 강화 섬유 집합체 A의 단사수가 800개 미만에서는, 성형품의 높은 역학 특성은 얻어지기 쉽지만, 성형 시의 유동성의 저하가 커질 가능성이 있고, 10,000개를 초과하면, 유동성의 향상은 요망되지만, 성형품 중에 응력 집중이 발생하기 쉬워져 충분히 높은 역학 특성을 기대할 수 없게 될 우려가 있음과 함께, 섬유 분할 처리를 통해 형성되는 강화 섬유 집합체 A와 강화 섬유 집합체 B의 차가 불명료해져, 이들 강화 섬유 집합체 A, B를 혼재시키려고 하는 본 발명의 기본 개념이 손상될 우려가 있다.

또한, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 사용되는 강화 섬유의 종류는 특별히 한정되지 않고, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유나 이들의 조합 등, 임의의 강화 섬유의 사용이 가능하지만, 강화 섬유가 탄소 섬유를 포함하는 경우에, 특히 본 발명에 의한 효과가 크다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서의 매트릭스 수지로서는, 열경화성 수지, 열가소성 수지 모두 사용 가능하다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법에 대해서도 제공한다. 즉, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법은, 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법이며, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체로서, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 사용하고, 강화 섬유 집합체 B의 사용량을, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 어느 것에 있어서든 50 내지 95%의 범위에 들어가도록 제어하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다.

이와 같이, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그 제조 방법에 의하면, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 밸런스 좋게 양립시키는 것이 가능해진다. 또한, 강화 섬유 집합체 A, B를 제작하기 위한 연속 강화 섬유의 스트랜드로서 단사수가 많은 라지 토우(large tow)를 사용 가능하므로, 생산성의 향상이나 제조 비용의 저감을 도모하는 것도 가능해진다.

도 1은 본 발명에 있어서의 강화 섬유 집합체 A와 강화 섬유 집합체 B의 형성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체의 분포의 일례를 나타내는 그래프이다.

이하에, 본 발명에 대하여, 실시 형태와 함께 상세하게 설명한다.

본 발명은 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료이며, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체가, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 포함하고, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료 및 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법이며, 상기 강화 섬유 집합체로서, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 사용하고, 강화 섬유 집합체 B의 사용량을, (i) 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 어느 것에 있어서든 50 내지 95%의 범위에 들어가도록 제어하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서는, 상기 강화 섬유 집합체 A와 강화 섬유 집합체 B는, 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같이 형성된다. 도 1의 지면의 상하 방향이 스트랜드의 연속 강화 섬유가 연장되는 방향을 나타내고 있다. 도시예에서는, 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 연속 강화 섬유의 스트랜드(1)의 길이 방향에 있어서, 해당 스트랜드(1)를 해당 스트랜드(1)의 폭 방향에서 볼 때 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 섬유 분할부(2)와, 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 섬유 미분할부(3) 또는/및 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부(3)가 형성된다. 이 섬유 분할 처리가 실시된 후, 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 절단선(4)의 위치에서 스트랜드(1)가 절단되면, 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이, 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 강화 섬유 집합체 A(5)와, 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B1(6)과, 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B2(7)가 형성된다. 또한, 도 1의 (C)에서는 강화 섬유 집합체 B1(6)과 강화 섬유 집합체 B2(7)가 형성되는 예를 도시했지만, 섬유 분할 처리나 절단선의 위치에 따라서는, 강화 섬유 집합체 B2(7)가 형성되지 않는 경우도 있을 수 있다. 즉, 강화 섬유 집합체 B에는 (i) 강화 섬유 집합체 B1(6)만 존재하는 경우와, (ii) 강화 섬유 집합체 B1(6)과 강화 섬유 집합체 B2(7)의 양쪽이 존재하는 경우의 어느 것이어도 된다.

상기와 같이 형성된 다수의 강화 섬유 집합체 A와 강화 섬유 집합체 B의 양쪽이 사용되고, 강화 섬유 집합체 B의 사용량이, 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%의 범위에 들어가도록 제어되고, 매트릭스 수지와 함께 섬유 강화 수지 성형 재료의 성형에 제공된다.

상기 성형에 제공되는 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체의 분포의 일례를 나타내면, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이 된다. 도 2는 횡축을 강화 섬유 집합체 중의 단사수, 종축을 동일한 단사수의 강화 섬유 집합체의 총 중량으로 한 그래프이고, 도 2에 나타내는 예는 비교적 적은 단사수를 포함하는 강화 섬유 집합체 A와, 비교적 많은 단사수를 포함하는 강화 섬유 집합체 B가, 각각 횡축 위에 중량에 관한 피크를 갖고 있는 예로서 나타나 있다. 이 그래프로 나타난 곡선의 곡선 아래의 면적의 적분값이, 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 상당한다고 생각되고, 어느 단사수 이상의 영역에 있어서의 곡선 아래의 면적의 적분값이, 강화 섬유 집합체 B의 중량에 상당한다고 생각된다. 강화 섬유 집합체 B의 사용량은 이 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%의 범위에 들어가도록 제어된다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 사용되는 강화 섬유의 종류는 특별히 한정되지 않고, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유나 이들의 조합 등, 임의의 강화 섬유의 사용이 가능하지만, 강화 섬유가 탄소 섬유를 포함하는 경우에, 특히 본 발명에 의한 효과가 크다. 또한 탄소 섬유의 경우, 평균 섬유 직경은 3 내지 12㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 9㎛이다.

강화 섬유의 사이징 처리의 방법으로서는, 수지를 물 또는 용매 중에 분산시킨 용액 중에 탄소 섬유를 침지시킨 후, 건조시키는 방법이 바람직하다. 사이징제로서 사용하는 수지의 종류는 특별히 한정되지 않지만 매트릭스 수지와 상용성을 갖는 것이 바람직하고, 매트릭스 수지와 동종의 수지인 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서의 매트릭스 수지로서는, 열경화성 수지, 열가소성 수지 모두 사용 가능하고, 탄소 섬유 복합 재료에 사용하는 열경화성 수지의 재료로서는 특별히 제한은 없고, 성형품으로서의 기계 특성을 크게 저하시키지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 예시하면, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 우레탄아크릴레이트 수지, 페녹시 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지, 말레이미드 수지, 시아네이트 수지 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지의 어느 것, 혹은 이들의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다.

열가소성 수지의 재료로서도 특별히 제한은 없고, 성형품으로서의 기계 특성을 크게 저하시키지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 예시하면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 등의 폴리올레핀계 수지, 나일론6 수지, 나일론6,6 수지 등의 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르 술폰 수지, 방향족 폴리아미드 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 폴리아미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리페닐렌술피드 수지의 어느 것을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 섬유 분할 처리가 실시된 연속 섬유란 연속 강화 섬유가 복수의 섬유 다발로 인열된 부분을 갖는 것이고, 예를 들어 연속 강화 섬유의 섬유 길이 방향에 수직인 방향으로부터 주기적이고 또한 국부적으로 에어를 분사함으로써 섬유 분할 처리가 실시된 연속 섬유를 얻을 수 있지만, 상기 섬유 분할 처리 방법은 특별히 이것에 한정되지 않는다.

섬유 분할 처리가 실시된 연속 강화 섬유의 스트랜드는, 전술한 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 소정 길이로 절단하는 절단 공정에 제공되지만, 이 절단 공정에서의 절단 방법으로서도 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 기계적인 커터를 사용하여 스트랜드를 길이 방향으로 소정의 피치로 단속적으로 절단하는 방법을 채용할 수 있다.

전술한 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이, 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 강화 섬유 집합체 A와, 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 섬유 미분할부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B2는, 예를 들어 강화 섬유 집합체의 부직포를 형성하도록 살포된다. 이 살포 공정에서 형성되는 부직포에 있어서는, 상술한 바와 같이, 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이 어느 것에 있어서든 50 내지 95%의 범위에 들어가도록 제어되지만, 이 범위로의 제어는 강화 섬유 집합체 A와, 강화 섬유 집합체 B1과, 강화 섬유 집합체 B2를 따로따로 채취하고, 그것들을 소정의 비율로 혼합하는 것도 가능하지만, 상기 섬유 분할 처리의 조건과 그 후에 행하는 절단 처리의 조건에 있어서, 예를 들어 연속 강화 섬유의 스트랜드의 총 평면적에 대한 섬유 분할 처리부의 면적의 비율과, 절단 길이를 고려하여, 대략 정확하게 (i) 강화 섬유 집합체 B1만, 또는 (ii) 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 강화 섬유 총 중량에 대한 중량 비율을 추측하는 것이 가능하고, 이 중량 비율이 상기 소정의 범위에 들어가도록 섬유 분할 처리의 조건과 절단 처리의 조건을 설정하면, 절단 처리 후에 얻어진 전체 강화 섬유 집합체를 단순히 그대로 살포하는 것만으로 원하는 부직포를 얻는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료의 총 중량에 대한 강화 섬유의 중량 함유율이 30 내지 60%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 35 내지 50%의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 관한 강화 섬유 집합체의 섬유 길이는 현미경 또는 노기스 등을 사용하여 1㎜ 단위 이하의 정밀도로 측정되는 것이 바람직하다. 또한, 강화 섬유 집합체 중 단사에 있어서 각각의 섬유 길이가 균일하지 않은 경우는, 섬유 길이는 기하학적으로 산출되고, 예를 들어 절단 공정에 있어서, 섬유 방향에 대하여 비스듬히 절단된 어느 강화 섬유 집합체가 존재하는 경우, 강화 섬유 집합체 중의 최장 섬유 길이와 최단 섬유 길이의 평균값을 강화 섬유 집합체의 섬유 길이라고 간주할 수 있다. 또한, 강화 섬유 집합체의 평균 섬유 길이로서는, 5 내지 100㎜의 범위에 있는 것이 바람직하고, 10 내지 80㎜의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 섬유 길이의 분포로서는, 단일의 섬유 길이어도 상관없고, 2종류 이상의 혼합이어도 상관없다.

본 발명에 관한 강화 섬유 집합체의 중량은 채취한 샘플로부터 각 강화 섬유 집합체의 중량을 측정하고, 그것들을 집계함으로써 측정할 수 있지만, 1/100㎎ 이하의 정밀도로 측정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서의 강화 섬유 집합체 중의 단사수는 하기 식 (1)에 의해 산출한다.

강화 섬유 집합체 중의 단사수(개)=집합체의 중량(g)×섬유 길이(m)/섬도(g/m)…(1)

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체 A는 섬유 분할 처리 후에 있어서의 절단 공정 및 살포 공정 및 수지 함침 공정에 있어서 상기 집합체가 더 분할된 집합체를 소량 포함하는 경우가 있지만, 각각의 강화 섬유 집합체 A는 단사수가 800 내지 10,000개의 범위에 있는 것이 바람직하고, 나아가, 상기 범위에서 임의로 설정되는 상하한 개수의 차가 1,000개 이내가 되는 범위 α를 설정했을 때에, 해당 범위 α 내에 있는 상기 집합체 A의 집합체수와 집합체 총 중량이 단사수가 800 내지 10,000개의 범위에서 가장 많아지는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체 B는 섬유 분할 처리 후에 있어서의 절단 공정 및 살포 공정 및 수지 함침 공정에 있어서 상기 집합체가 더 분할된 집합체를 소량 포함하는 경우가 있지만, 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 소정 범위의 단사수를 갖는 강화 섬유 집합체 A보다 단사수가 많은 강화 섬유 집합체는 모두 강화 섬유 집합체 B라고 간주하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체 B1은 상기 강화 섬유 집합체 B1의 섬유 방향에 있어서의 적어도 한쪽의 단부에 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 단부의 섬유 수직 방향에 있어서의 폭이 넓어지고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 섬유 강화 수지 성형 재료의 탄소 섬유 총 중량에 대한 강화 섬유 집합체 B의 중량의 비율 B(%)는 하기 식 (2)에 의해 산출한다.

중량 비율 B=강화 섬유 집합체 B의 중량/섬유 강화 수지 성형 재료 중의 전체 탄소 섬유 중량×100…(2)

본 발명에 의한 섬유 강화 수지 성형 재료의 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량(강화 섬유 집합체 B의 총 중량)에 대한 강화 섬유 집합체 B1의 총 중량의 비율 B1(%)은 하기 식 (3)에 의해 산출한다.

중량 비율 B1=강화 섬유 집합체 B1의 중량/섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량(강화 섬유 집합체 B의 총 중량)×100…(3)

실시예

이하에 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다.

특히, 주기가 없는 한, 섬유 강화 수지 성형 재료나 그 시료에 대하여, 섬유 다발(섬유 길이)의 길이의 단위는 ㎜, 중량의 단위는 g이다. 또한, 실시예, 비교예에서 사용한 탄소 섬유나 열경화성 수지는 이하와 같다.

탄소 섬유: Zoltek사제의 탄소 섬유 "Panex(등록 상표) R35 Tow"(섬유 직경 7.2㎛, 스트랜드 50K(K는 1,000개), 인장 강도 4,137㎫)

매트릭스 수지: 비닐에스테르 수지(다우ㆍ케미컬(주)제, "데라켄"(등록 상표))

경화제: tert-부틸퍼옥시벤조에이트(니혼 유시(주)제, "퍼부틸Z"(등록 상표))

증점제: 산화마그네슘(교와 가가쿠 고교(주)제, MgO#40)

[섬유 강화 수지 성형 재료의 중량의 비율의 구하는 방법]

먼저, 섬유 강화 수지 성형 재료로부터 100㎜×100㎜의 시료를 잘라내고, 상기 시료를 600℃×1시간, 노 내에서 가열하여 수지를 제거했다. 계속해서, 수지를 제거한 시료의 중량을 측정함으로써, 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 전체 탄소 섬유의 중량을 측정했다. 또한, 상기 시료로부터 강화 섬유 집합체를 핀셋을 사용하여 모두 취출하고, 각각의 강화 섬유 집합체에 있어서 중량을 측정했다. 중량의 측정에는 1/100㎎까지 측정 가능한 천칭을 사용했다. 계속해서, 핀셋을 사용하여 취출한 각각의 강화 섬유 집합체에 있어서 섬유 길이를 노기스를 사용하여 1㎜ 단위까지 측정했다. 각 강화 섬유 집합체 중의 단사수를 하기 식 (1)에 의해 산출했다.

각 강화 섬유 집합체 중의 단사수(개)=집합체의 중량(g)×섬유 길이(m)/섬도(g/m)…(1)

섬유 강화 수지 성형 재료 중에 강화 섬유 집합체에 있어서, 섬유 분할 처리에 의해 어느 범위의 임의의 단사수가 된 강화 섬유 집합체를 강화 섬유 집합체 A라고 하고, 상기 집합체 A의 총 중량을 계량했다. 또한, 강화 섬유 집합체 A보다 단사수가 많은 강화 섬유 집합체를 강화 섬유 집합체 B라고 하고, 상기 집합체 B의 총 중량을 계량했다. 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 전체 탄소 섬유 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B의 중량의 비율(%)을 하기 식 (2)에 의해 산출했다.

중량 비율=강화 섬유 집합체 B의 중량/섬유 강화 수지 성형 재료 중의 전체 탄소 섬유 중량×100…(2)

또한, 상기 강화 섬유 집합체 B에 있어서, 상기 집합체의 섬유 수직 방향에 있어서의 폭이 일부 확장된 강화 섬유 집합체를 강화 섬유 집합체 B1이라고 하고, 상기 집합체 B1의 총 중량을 계량했다. 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 상기 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량(강화 섬유 집합체 B의 총 중량)에 대한 강화 섬유 집합체 B1의 총 중량의 비율 B1(%)을 하기 식 (3)에 의해 산출했다.

중량 비율 B1=강화 섬유 집합체 B1의 중량/섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량(강화 섬유 집합체 B의 총 중량)×100…(3)

[역학 특성의 평가 방법]

평판을 제작하는 것이 가능한 금형 No.1을 사용했다. 섬유 강화 수지 성형 재료를 금형 No.1의 중앙부에 배치(충전율로 하여 50% 정도)한 후, 가압형 프레스기에 의해 10㎫의 가압 하, 약 130℃×6분간의 조건에 의해 경화시켜, 300×400㎜의 평판을 얻었다. 평판으로부터 0도(평판 길이 방향을 0도)와 90도 방향으로부터, 각각 100×25×1.6㎜의 시험편을 5편(합계 10편)을 잘라내고, JIS K7074(1988년)에 준거하여 측정을 실시했다.

[유동 특성의 평가 방법]

요철부 및 리브 형성용의 홈을 갖는 금형 No.2를 사용했다. 섬유 강화 수지 성형 재료를 금형 No.2의 중앙부에 배치(충전율로 하여 50% 정도)한 후, 가압형 프레스기에 의해 10㎫의 가압 하, 약 130℃×6분간의 조건에 의해 경화시켜, 성형품을 얻었다. 성형품에 대하여 하기 표 1에 나타내는 평가 항목에 대하여 눈으로 관찰을 함으로써, 각각의 성형품에 대하여 종합적으로 유동 특성의 평가를 행하였다.

[실시예 1]

탄소 섬유로서, 전술한 "Panex R 35 Tow"를 사용했다. 연속 탄소 섬유의 섬유 길이 방향에 수직인 방향으로부터 소정의 조건에서 주기적 또한 국부적으로 에어를 분사함으로써 섬유 분할 처리가 실시된 연속 탄소 섬유 스트랜드를 절단하고 균일 분산하도록 살포함으로써, 섬유 배향이 등방적인 불연속 탄소 섬유 부직포를 얻었다. 절단 장치에는 로터리식 커터를 사용했다. 날의 간격은 30㎜로 했다. 또한, 불연속 탄소 섬유 부직포의 단위 면적당 중량은 1㎏/㎡였다.

불연속 탄소 섬유 부직포에 매트릭스 수지 100중량부와 경화제 1중량부와 증점제 7중량부가 배합된 수지를, 롤러로 함침시킴으로써 시트상의 섬유 강화 수지 성형 재료를 얻었다. 섬유 강화 수지 성형 재료의 탄소 섬유 중량 함유율은 40%, 밀도는 1.46g/㎤였다. 또한, 중량 비율 B의 측정 결과는 55%이고, 중량 비율 B1의 측정 결과는 100%였다. 섬유 강화 수지 성형 재료를 금형 No.1에 의해 성형하여 얻어진 평판으로부터 시험편을 잘라내고 JIS K7074(1988년)에 준거하여 측정을 행한 결과, 굽힘 강도는 420㎫이었다. 또한, 섬유 강화 수지 성형 재료를 금형 No.2에 의해 성형하여 얻어진 성형품에 있어서, 표면에 일부 극미소한 주름이 발생했지만, 언더필 및 팽창은 관찰되지 않고, 표면 외관도 양호했다.

[실시예 2]

중량 비율 B1을 8%로 하고, 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 했다.

[비교예 1]

중량 비율 B를 3%, 중량 비율 B1을 0%로 하고, 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 했다.

[비교예 2]

중량 비율 B1을 0%로 하고, 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 했다.

[비교예 3]

중량 비율 B를 97%, 중량 비율 B1을 0%로 하고, 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 했다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예 1, 2에 있어서는, 비교예 1, 2, 3에 비해, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 밸런스 좋게 양립시킬 수 있었다.

본 발명은 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 밸런스 좋게 양립시키는 것이 요망되는 모든 섬유 강화 수지 성형 재료에 적용할 수 있다.

1 : 연속 강화 섬유의 스트랜드
2 : 섬유 분할부
3 : 섬유 미분할부
4 : 절단선
5 : 강화 섬유 집합체 A
6 : 강화 섬유 집합체 B1
7 : 강화 섬유 집합체 B2

Claims (7)

1. 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료이며, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체가, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 포함하고, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 (i) 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 모두 50 내지 95%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 강화 섬유 집합체 B1과 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량에 대한, 강화 섬유 집합체 B1의 총 중량의 비율이 4%를 초과하는 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강화 섬유 집합체 A 및 강화 섬유 집합체 B1 및 강화 섬유 집합체 B2의 평균 섬유 길이가 5 내지 100㎜의 범위에 있는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 섬유 집합체 A의 단사수가 800 내지 10000개의 범위에 있는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 섬유가 탄소 섬유를 포함하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스 수지가 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
7. 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법이며, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체로서, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 섬유 분할 처리가 실시된 후 절단되어 형성된 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 A와, 상기 섬유 분할 처리가 불충분한 섬유 미분할부의 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B1, 또는/및 상기 섬유 분할 처리가 실시되어 있지 않은 형상을 갖는 강화 섬유 집합체 B2의 양쪽을 사용하고, 강화 섬유 집합체 B의 사용량을, (i) 재료 중의 강화 섬유의 총 중량에 대한 상기 강화 섬유 집합체 B1의 중량의 비율, 또는 (ii) 상기 강화 섬유 집합체 B1과 상기 강화 섬유 집합체 B2의 총 중량의 비율이, 어느 것에 있어서든 50 내지 95%의 범위에 들어가도록 제어하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.

Images