KR20190104988A - 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 - Google Patents

섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 Download PDF

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KR20190104988A
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cutting
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유조 후지타
겐타로 아다치
다쿠야 가라키
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 복잡 형상 성형시에 높은 역학 특성과 높은 생산성을 갖는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법을 제공한다. 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 사용한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법으로서, 상기 테이프 기재 A는, 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이고, 상기 절입 프리프레그 a는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 1을 만족하고, 상기 시트 기재 B는, 랜덤하게 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 기재이고, 복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 배치 공정 (A), 시트 기재 B를 형에 배치하는 배치 공정 (B), 배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 가열·가압하는 성형 공정을 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법이다.
(조건 1)
절입의 평균 길이 xa와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya가, ya>6.0xa+10을 만족한다.

Description

섬유 강화 플라스틱의 제조 방법
본 발명은, 생산성이 양호하고, 높은 역학 특성을 갖는 섬유 강화 플라스틱에 관한 것이다.
강화 섬유와 수지를 포함하는 섬유 강화 플라스틱은, 비강도, 비탄성률이 높고, 역학 특성이 우수하다는 점, 내후성, 내약품성 등의 고기능 특성을 갖는다는 점 등으로부터 산업 용도에 있어서도 주목받아, 항공기, 우주기, 자동차, 철도, 선박, 전기 제품, 스포츠 등의 구조 용도로 전개되고, 그의 수요는 해마다 높아지고 있다.
섬유 강화 플라스틱을 생산성 양호하게 제조하는 방법으로서는, 수지가 함침된 불연속인 강화 섬유 다발을 랜덤하게 배향시킨 SMC(시트 몰드 콤파운드)를 사용한 프레스 성형을 들 수 있다. 그러나, 불연속인 강화 섬유가 랜덤하게 배향된 섬유 강화 플라스틱은 종종 강성이 부족하기 때문에, 연속 섬유와 조합하여 강성을 높이는 성형 방법이 개발되고 있다(예를 들어 특허문헌 1, 특허문헌 2 등). 이러한 조합에 의해, 고비용인 연속 섬유 재료의 사용을 가능한 한 억제하여, 목적에 따른 강성의 섬유 강화 플라스틱을 제조할 수 있다.
일본 특허 공개 제2013-176876호 공보 일본 특허 공표 제2013-544310호 공보
그러나, 특허문헌 1이나 특허문헌 2와 같이 연속 섬유를 사용한 보강으로는, 복잡 형상을 갖는 부재를 성형할 때에, 강화 섬유가 버팀으로써 주름이 발생하고, 요철이 남는 경우나, 수지 결함이 발생하는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 우수한 복잡 형상을 갖고, 고역학 특성을 발현하는 섬유 강화 플라스틱을 생산성 양호하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해, 이하의 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법을 제공한다.
1) 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 사용한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법으로서,
상기 테이프 기재 A는, 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이고,
상기 절입 프리프레그 a는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 1을 만족하고,
상기 시트 기재 B는, 랜덤하게 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 기재이고,
복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 배치 공정 (A),
시트 기재 B를 형에 배치하는 배치 공정 (B),
배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 가열·가압하는 성형 공정을 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
(조건 1)
절입의 평균 길이 xa(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya(mm)가, ya>6.0xa+10을 만족한다.
2) 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 사용한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법으로서,
상기 테이프 기재 A는, 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이고,
상기 절입 프리프레그 a는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 1을 만족하고,
상기 시트 기재 C는, 절입 프리프레그 c를 1매 이상 갖는 기재이고,
상기 절입 프리프레그 c는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 2를 만족하고,
복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 배치 공정 (A),
시트 기재 C를 형에 배치하는 배치 공정 (C),
배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 가열·가압하는 성형 공정을 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
(조건 1)
절입의 평균 길이 xa(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya(mm)가, ya>6.0xa+10을 만족한다.
(조건 2)
절입의 평균 길이 xc(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 yc(mm)가, yc≤6.0xc+10을 만족한다.
또한 이하에 있어서는, 1)에 기재된 발명을 본 발명 1이라 하고, 2)에 기재된 발명을 본 발명 2라 하고, 본 발명 1과 본 발명 2를 총칭하여 본 발명이라 한다.
본 발명에 따르면, 복잡 형상이면서 또한 우수한 역학 특성을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 생산성 양호하게 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 테이프 기재 A와 시트 기재 B의 배치의 예이다.
도 2는 절입 프리프레그 c의 절입 패턴의 일례이다.
도 3은 실시예로 제조한 섬유 강화 플라스틱의 형상의 예이다.
도 4는 실시예로 제조한 섬유 강화 플라스틱의 형상의 예이다.
본 발명자들은, 복잡 형상을 가지면서도 우수한 역학 특성을 발현하는 섬유 강화 플라스틱을 생산성 양호하게 제조 가능한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법을 제공하기 위해, 예의 검토하였다. 그리고, 형을 사용한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법에 있어서, 후술하는 바와 같이 테이프 기재 A를 배치하는 배치 공정 (A), 시트 기재 B를 형에 배치하는 배치 공정 (B), 및 가열 가압하는 성형 공정을 포함하는 방법으로 함으로써, 이러한 문제를 해결하였다. 복잡 형상으로의 추종성이 양호하고, 생산성이 양호한 시트 기재 B를 모재로 하면서, 역학 특성을 보충하는 테이프 기재 A도, 형상 추종성을 갖는 것으로 하고, 또한 빠르게 형에 배치 가능한 단순 형상으로 함으로써, 생산성을 저하시키지 않고 역학 특성을 향상시키고 있다. 복잡 형상이란, 삼차원 형상을 갖는 형상을 말한다. 상기 삼차원 형상을 형성하는 요소로서는, 표면의 요철이나 기재 적층면 면외 방향으로의 구부러짐, 두께 변화, 리브, 보스 등을 들 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 이차원 형상이어도, 부재를 투영한 정면도에 있어서 테두리에 5개 이상의 코너를 갖는 경우에는, 복잡 형상에 포함되는 것으로 한다.
본 발명에 있어서의 테이프 기재 A란, 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이다. 그리고 절입 프리프레그 a란, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 후술하는 조건 1을 만족하는 프리프레그이다. 테이프 기재 A는, 상술한 바와 같이 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이지만, 바람직하게는 절입 프리프레그 a를 복수매 갖는 테이프 형상의 기재이다.
여기서 테이프 형상이란, 평행사변형의 형상을 갖고 있으며, 평행사변형에 있어서의 긴 변의 길이가, 짧은 변의 길이의 2배 이상인 형상을 의미한다. 단, 각 변은 반드시 직선이 아니어도 되고, 곡선부를 갖고 있어도 된다. 각 변이 곡선부를 갖는 경우에는, 이 변의 양단을 연결한 선분의 길이를 변의 길이로 한다. 긴 변의 길이는, 짧은 변의 길이의 2배 이상이기만 하면 특별히 한정되지 않지만, 긴 변의 길이가 짧은 변의 길이에 대하여 지나치게 길면 취급성이 나빠지는 경우가 있기 때문에, 긴 변의 길이는 짧은 변의 길이의 100배 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 테이프 기재 A는, 모재가 되는 시트 기재 B의 역학 특성을 보강하는 역할을 갖지만, 복잡 형상을 갖는 형상을 성형할 때, 절입을 갖지 않는 일방향 프리프레그를 사용한 경우, 성형 공정에서 형에 따를 때, 형상 추종할 수 없어, 형과 일방향 프리프레그의 사이에 수지 고임부가 발생하거나, 주름 등이 발생하거나 하면 역학 특성을 살릴 수 없다. 따라서, 절입을 삽입한 절입 프리프레그로 함으로써 형상 추종성을 향상시키는 것이 바람직하다. 그러나, 절입 프리프레그는 절입의 형상이나 배치 패턴에 따라 역학 특성이 변화된다. 예를 들어, 절입의 길이(이하, 절입 길이라 하는 경우가 있다)가 짧을수록, 절입에 의해 분단되는 강화 섬유의 길이(이하, 섬유 길이라 하는 경우가 있다)가 길수록, 원래의 프리프레그의 역학 특성으로부터의 녹다운이 낮아, 높은 역학 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명에 있어서의 테이프 기재 A 중의 절입 프리프레그 a는, 절입의 평균 길이 xa(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya(mm)가, ya>6.0xa+10(이하, 조건 1이라 한다)을 만족하는 것이 바람직하다. 조건 1은, 절입의 평균 길이 xa가 길수록, 강화 섬유의 평균 길이 ya가 긴 경우가 바람직하고, 강화 섬유의 평균 길이 ya가 짧은 경우에는 절입의 평균 길이 xa가 짧은 편이 바람직한 것을 의미하고 있다. 조건 1을 만족하는 중에서도, 특히 ya가 20mm 이상인 것이, 높은 역학 특성을 발현하기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 절입의 평균 길이란, 절입 프리프레그에 삽입된 모든 절입의 길이의 평균값을 의미하지만, 실제로 모든 절입의 길이를 측정하는 것은 현실적이지 않기 때문에, 절입 프리프레그를 디지털 현미경 등의 촬영 장치를 사용하여 촬영한 화상을 사용하여 측정한 값으로부터 구한 평균값을 절입의 평균 길이로 한다. 절입의 패턴은, 얻어진 화상 상의 절입의 단부끼리를 선분으로 연결함으로써 추출할 수 있다. 그리고 선분의 길이를 절입의 길이로 하고, 합계 10개의 절입의 길이를 측정하여, 그의 평균값을 절입의 평균 길이로 한다. 절입은 직선상이어도 곡선상이어도 되지만, 절입이 곡선상인 경우에는, 그의 절입의 단부끼리를 연결한 선분의 길이를 절입의 길이로 한다.
마찬가지로 본 발명에 있어서의 강화 섬유의 평균 길이도, 절입 프리프레그 내의 모든 강화 섬유의 길이의 평균값을 의미하지만, 실제로 모든 강화 섬유의 길이를 측정하는 것은 현실적이지 않기 때문에, 절입의 평균 길이와 마찬가지로, 디지털 현미경 등의 촬영 장치를 사용하여 촬영한 화상을 사용하여 측정한 값으로부터 구한 평균값을 강화 섬유의 평균 길이로 한다. 화상 상에 있어서, 강화 섬유의 배향 방향으로 인접하는 2개의 절입 각각에 대하여, 절입의 단부끼리를 선분으로 연결하고, 절입 패턴을 추출한다. 그리고, 강화 섬유의 배향 방향에 평행한 선분간의 거리를 강화 섬유의 길이로 하고, 합계 10개의 선분간에 대하여 강화 섬유의 길이를 측정하여, 그의 평균값을 강화 섬유의 평균 길이로 한다.
테이프 기재 A는, 모재가 되는 시트 기재 B를 전체적으로 보강하기 위해, 복수매 사용하여 보강하는 것이 바람직하고, 테이프 기재 A끼리의 응력 전달이 효율적으로 행하기 위해, 도 1과 같이 테이프 기재 A끼리가 중첩되는 겹침부와 중첩되지 않는 비겹침부를 가지면서, 형에 배치하는 것이 바람직하다. 즉 본 발명에 있어서의 배치 공정 (A)는, 복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 공정이다.
본 발명 1에 사용하는 시트 기재 B는, 랜덤하게 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 기재이다. 이러한 시트 기재 B로서는, 예를 들어 SMC(시트 몰딩 콤파운드) 등과 같이 10 내지 50mm 정도의 길이를 갖는 강화 섬유 다발이 랜덤하게 배치된 기재나, 섬유가 하나하나 랜덤하게 배치된 기재 등을 들 수 있다. 시트 기재 B는, 성형 대상으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 부피에 따라 적절히 적층하고, 형으로의 투입량을 조절해도 된다. 즉 본 발명에 있어서의 배치 공정 (B)는, 시트 기재 B를 형에 배치하는 공정이지만, 배치 공정 (B)에서 사용하는 시트 기재 B의 매수나 사이즈는, 성형 대상에 따라 적절히 선택할 수 있다.
또한, 배치 공정 (A)와 배치 공정 (B)를 실시하는 순서에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 어느 쪽을 먼저 행해도 된다. 또한, 테이프 기재 A와 시트 기재 B를 동시에 배치해도 되고, 즉 배치 공정 (A)와 배치 공정 (B)를 하나의 공정 중에서 동시에 실시하는 것도 가능하다.
본 발명 1에 있어서의 성형 공정은, 배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 가열·가압하는 공정이다. 즉 성형 공정에서는, 배치 공정 (A)와 (B)를 거쳐서 배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 일체화하기 위해, 가열 가압하여, 복잡 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 제조한다. 성형 공정에 있어서 가열 가압하는 수단은, 예를 들어 프레스 성형이어도 된다.
본 발명 2는, 본 발명 1에 있어서의 시트 기재 B 대신에 시트 기재 C를 사용한 양태이다. 여기서 시트 기재 C란, 절입 프리프레그 c를 1매 이상 갖는 기재이다. 그리고 절입 프리프레그 c란, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 후술하는 조건 2를 만족한다. 시트 기재 C는, 상술한 바와 같이 절입 프리프레그 c를 1매 이상 갖는 기재이지만, 바람직하게는 절입 프리프레그 c를 복수매 갖는 기재이다. 시트 기재 C 중의 절입 프리프레그 c의 대표적인 적층 구성으로서는, 강화 섬유의 배향 방향을 0°로 한 경우에, [+45°/0°/-45°/90]2s와 같은 의사 등방 적층 구성이나, [0°/90°]2와 같은 크로스 플라이 적층 구성 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 임의로 적층해도 된다.
절입 프리프레그 c의 절입 패턴은, 복잡 형상을 갖는 형의 구석구석까지 충전시키는 유동성을 절입 프리프레그에 갖게 하기 위해, 역학 특성을 중요시한 절입 프리프레그 a와는 대극인 절입 패턴인 것이 바람직하다. 즉 절입 프리프레그 c는, 절입의 평균 길이 xc(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 yc(mm)가, yc≤6.0xc+10(이하, 조건 2라 한다)을 만족하는 것이 바람직하다. 조건 2를 만족하는 중에서도, 특히 유동성을 향상시키기 위해, yc가 20mm보다도 작은 것이 바람직하다.
본 발명 2는, 복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 배치 공정 (A), 시트 기재 C를 형에 배치하는 배치 공정 (C), 및 배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 가열·가압하는 성형 공정을 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법이다. 배치 공정 (A)에 대해서는, 본 발명 1에서 설명한 것과 동일한 공정이다.
그리고 본 발명 2에 있어서의 배치 공정 (C)는, 시트 기재 C를 형에 배치하는 공정이며, 배치 공정 (B)와 마찬가지로, 배치 공정 (C)에서 사용하는 시트 기재 C의 매수나 사이즈는, 성형 대상에 따라 적절히 선택할 수 있다.
또한 본 발명 2에 있어서의 성형 공정은, 배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 가열·가압하는 공정이다. 즉 본 발명 1에 있어서의 성형 공정과 마찬가지로, 본 발명 2에 있어서의 성형 공정에서는, 배치 공정 (A)와 (C)를 거쳐서 배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 일체화하기 위해, 프레스 성형에 의해 가열 가압하여, 복잡 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 제조한다.
또한, 배치 공정 (A)와 배치 공정 (C)를 실시하는 순서에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 어느 쪽을 먼저 행해도 된다. 또한, 테이프 기재 A와 시트 기재 C를 동시에 배치해도 되고, 즉 배치 공정 (A)와 배치 공정 (C)를 하나의 공정 중에서 동시에 실시하는 것도 가능하다.
본 발명 1은, 상술한 배치 공정 (A), 배치 공정 (B) 및 성형 공정을 포함하는 것이 특징이며, 또한 본 발명 2는, 상술한 배치 공정 (A), 배치 공정 (C) 및 성형 공정을 포함하는 것이 특징이지만, 배치 공정 (A), 배치 공정 (B), 배치 공정 (C)에 있어서 형에 투입하는 기재는, 테이프 기재 A, 시트 기재 B 혹은 시트 기재 C로 한정되지 않으며, 필요에 따라, 표면 품위를 향상시키기 위한 수지나 도료 등을 배치해도 된다.
시트 기재 B와 시트 기재 C는 어느 쪽도 양호한 유동성을 갖는 기재이지만, 비용면을 중시하면 시트 기재 B를 사용한 본 발명 1의 제조 방법이 유리하다. 그 대신에, 짧은 섬유가 포함되는 것에 기인하는 섬유 강화 플라스틱 표면의 미소한 요철은 시트 기재 C를 사용한 쪽이 작기 때문에, 본 발명 2를 사용하여 얻어진 섬유 강화 플라스틱 쪽이 표면 품위의 면에서는 유리하다. 따라서, 요구되는 비용과 품위의 밸런스로부터 어느 시트 기재를 선택하는, 즉 본 발명 1 또는 본 발명 2를 선택하는 것이 바람직하다. 혹은, 시트 기재 B와 시트 기재 C를 병용하여, 테이프 기재 A로 보강하는 구조를 선택해도 된다.
본 발명에 있어서 테이프 기재 A, 시트 기재 B, 시트 기재 C에 적용되는 강화 섬유, 즉 절입 프리프레그 a 중의 강화 섬유, 시트 기재 B 중의 강화 섬유, 절입 프리프레그 c 중의 강화 섬유는 특별히 한정되지 않으며, 유리 섬유, 케블러 섬유, 탄소 섬유, 그래파이트 섬유 또는 보론 섬유 등이어도 된다. 테이프 기재 A(절입 프리프레그 a), 시트 기재 B, 시트 기재 C(절입 프리프레그 c)에, 각각 상이한 강화 섬유를 사용해도 된다. 이 중, 비강도 및 비탄성률의 관점에서는, 탄소 섬유가 바람직하다.
강화 섬유에 함침시키는 수지, 즉, 절입 프리프레그 a 중의 수지, 시트 기재 B 중의 수지, 절입 프리프레그 c 중의 수지는 특별히 한정되지 않으며, 열가소성 수지여도 열경화성 수지여도 된다. 테이프 기재 A(절입 프리프레그 a), 시트 기재 B, 시트 기재 C(절입 프리프레그 c)에, 상이한 수지를 사용해도 된다.
열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리아미드(PA), 폴리아세탈, 폴리아크릴레이트, 폴리술폰, ABS, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리카르보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 액정 폴리머, 염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지, 실리콘 등을 들 수 있다.
열경화성 수지로서는, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 벤조옥사진 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지 및 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지의 변형 및 2종 이상의 블렌드된 수지를 사용할 수도 있다. 또한, 이들 열경화성 수지는 열에 의해 자기 경화되는 수지여도 되고, 경화제나 경화 촉진제 등을 포함하는 것이어도 된다. 내열성이나 역학 특성을 향상시키는 목적으로 필러 등이 혼합되어 있는 것이어도 된다.
절입 프리프레그 a 및 절입 프리프레그 c의 강화 섬유의 부피 함유율(Vf)에 관해서는 특별히 제한은 없으며, 적절히 선택할 수 있지만, 절입 프리프레그 a는 충분한 역학 특성을 발현하기 위해, Vf=50 내지 65％가 바람직하고, 절입 프리프레그 c는 충분한 유동성을 발현하기 위해, Vf=40 내지 60 ％가 바람직하다. 시트 기재 B를 구성하는 SMC 등도 Vf는 충분한 유동성을 발현시키는 경우에는 낮은 편이 바람직하고, 구체적인 범위로서는 Vf=30 내지 50％인 것이 바람직하다.
절입 프리프레그 a 및 절입 프리프레그 c의 제조 방법, 즉 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입하는 방법에 관해서는, 날을 표면에 배치한 회전 날에 프리프레그를 압박하여 제조해도, 톰슨 날을 사용하여 프리프레그를 간헐 프레스함으로써 제조해도, 레이저를 사용하여 제조해도 된다.
본 발명에 있어서 절입 프리프레그 a 및 절입 프리프레그 c는, 절입 프리프레그 내의 실질적으로 모든 강화 섬유가 절입에 의해 분단되어 있는 것이 바람직하다. 실질적으로 모든 강화 섬유가 절입에 의해 분단되어 있다는 것은, 분단 전의 강화 섬유(연속 섬유) 중 95％ 이상의 연속 섬유가 절입에 의해 분단되어 있는 것을 말한다(이하, 동일하다).
절입 프리프레그 내의 실질적으로 모든 강화 섬유가 절입에 의해 분단되어 있는지 여부의 확인 방법으로서는, 절입 프리프레그의 전역을 측정하여 확인하는 것은 현실적이지 않기 때문에, 10mm 폭의 샘플을 대표로 하여 추출하고, 100mm 이상의 길이의 강화 섬유를 연속 섬유로 간주하여 확인한다. 우선, 절입 프리프레그를 1층, 임의의 개소로부터 10mm×10mm의 소편을 잘라내어 경화시키고, 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 단면을 연마하여, 해당 단면의 화상을 얻는다. 그리고, 화상 처리에 의해 강화 섬유부와 수지부를 2치화하고, 단면에 포함되는 강화 섬유수(N1)를 카운트한다. 이어서, 절입 프리프레그를, 강화 섬유의 배향 방향이 200mm가 되도록, 200mm×10mm로 잘라내고, 고온에서 수지를 연소 제거한다(연소 제거법). 수지를 연소 제거하기 위한 온도는 수지종에 따라 상이하지만, 예를 들어 에폭시 수지이면 500℃이다. 그리고, 남은 강화 섬유로부터, 100mm 이상의 길이의 강화 섬유의 수(N2)를 카운트한다. N2가 N1의 5％ 이하이면, 분단 전의 연속 섬유 중, 95％의 연속 섬유가 절입에 의해 분단되었다고 간주한다.
본 발명 2의 바람직한 형태로서, 시트 기재 C가 강화 섬유의 배향 방향이 서로 직교하는 2매의 절입 프리프레그 c를 포함하는 경우에, 배치 공정 (C)에 있어서, 2매 이상의 시트 기재 C가 모두, 다른 시트 기재 C의 어느 1매 이상과 겹치도록 형에 배치하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법을 들 수 있다. 성형 대상으로 하는 섬유 강화 플라스틱이 비교적 큰 경우, 시트 기재 C는 수작업으로 취급하기 쉬운, 0.5m2보다도 작은 크기로 분할하여 형에 배치하는 것이 바람직하지만, 복수매의 시트 기재 C를 배치하는 배치 공정 (C)에 있어서, 시트 기재 C를 이격하여 배치한 경우, 유동한 시트 기재 C끼리가 접촉하는 용접선이 생겨버리면, 이 개소는 역학 특성이 크게 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 시트 기재 C를 복수매 배치하는 경우에는, 적어도 일부를 겹쳐서 배치하고, 상이한 시트 기재 C끼리의 혼합 영역을 형성시키면서 섬유 강화 플라스틱을 제조하는 것이 바람직하다. 2매 이상의 시트 기재 C가 모두, 조금 다른 시트 기재 C의 어느 1매 이상과 겹친다는 것은, 예를 들어 시트 기재 C가 평행사변형인 경우, 시트 기재의 1변이 10 내지 50mm 정도, 다른 시트 기재 C와 겹치도록 배치하는 형태를 들 수 있다. 또한, 시트 기재 C를 겹쳐서 배치하는 경우에는, 혼합 영역에 다방향으로 배향된 강화 섬유를 포함시켜, 역학 특성을 향상시키기 위해, 시트 기재 C는, 강화 섬유의 배향 방향이 서로 직교하는 2매의 절입 프리프레그 c를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명 2의 바람직한 형태로서, 시트 기재 C 중의 절입 프리프레그 c의 절입의 평균 길이가, 절입 프리프레그 a의 절입의 평균 길이의 1.5배 이상인 양태를 들 수 있다. 본 발명에 있어서 제조되는 섬유 강화 플라스틱에서는, 테이프 기재 A가 보강의 역할을 하지만, 시트 기재 C도 가능한 범위에서 높은 역학 특성을 갖는 것이 바람직하다. 그 때문에, 절입 프리프레그 a와 절입 프리프레그 c의 섬유 길이를 동일 정도로 하면서, 절입 프리프레그 c의 유동성을 절입 프리프레그 a보다도 높게 하는 방법이 생각된다. 이 때, 절입 프리프레그 a가 조건 1을, 절입 프리프레그 c가 조건 2를 만족하는 경우에도, 절입 프리프레그 c에 삽입된 절입의 평균 길이를 절입 프리프레그 a에 삽입된 절입의 평균 길이의 1.5배 이상으로 함으로써 절입 프리프레그 c에 높은 유동성을 갖게 할 수 있다. 보다 바람직하게는, 절입 프리프레그 c에 삽입된 절입의 평균 길이를 절입 프리프레그 a에 삽입된 절입의 평균 길이의 2.0배 이상이다. 절입 프리프레그 c에 삽입된 절입의 평균 길이의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 현실적인 상한은, 절입 프리프레그 a에 삽입된 절입의 평균 길이의 100배이다.
본 발명 2의 바람직한 형태로서, 절입 프리프레그 c의 면 내의 임의의 개소에 있어서의 반경 5mm의 원을 추출했을 때에, 해당 원 내에 13개 이상의 절입이 포함되는 양태를 들 수 있다. 상기 원 내에 절입이 포함된다는 것은, 해당 원 내에 절입 전체가 포함되는 상태를 말한다. 절입 프리프레그 c의 유동성을 더욱 향상시키기 위해서는, 섬유 길이를 짧게 하는 것이 효과가 있지만, 조건 2를 만족하면서도, 보다 미세하게 절입을 분산시킴으로써, 유동시에도 하나하나의 강화 섬유의 배향성을 유지하고, 역학 특성을 현저하게 저하시키지 않고 유동성을 향상시킬 수 있다. 또한, 절입을 미세하게 분산시킴으로써, 하나하나의 절입 개구를 작게 하고, 얻어지는 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위도 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 시트 기재 C에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이 절입 프리프레그 c에 절입 1(부호 3)과 절입 2(부호 4)가 삽입되어 있으며, 절입 1은, 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각 θ1의 절댓값이 0°≤θ1<10°이며, 절입의 평균 길이 xc1이 5mm≤xc1≤50mm를 만족하고 있고, 절입 2는, 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각 θ2의 절댓값이 10°<θ2≤45°이며, 절입의 평균 길이 xc2가 0.5mm≤xc2<5mm를 만족하고 있고, 절입 프리프레그 c 내의 실질적으로 모든 강화 섬유가, 절입 1 또는 절입 2에 의해 분단되어 있으며, 분단된 강화 섬유의 길이가 0.1 내지 15mm의 길이인 양태를 들 수 있다. 단, 절입 1과 절입 2의 교점 부근에서는 섬유 길이가 0.1mm보다도 짧아질 가능성이 있지만, 본 발명에서는 0.1mm보다도 짧은 강화 섬유는 절입 프리프레그 c에 포함되는 강화 섬유 전체의 부피의 5％ 미만인 경우에는, 존재를 무시할 수 있다고 간주한다.
강화 섬유의 길이가 0.1 내지 15mm인 것의 확인 방법은, 상술한 강화 섬유의 평균 길이와 마찬가지로, 디지털 현미경 등을 사용하여 촬영한 화상을 사용하여 확인할 수 있다. 절입 1 또는 절입 2에 의해서만 강화 섬유가 분단되는 경우에는, 강화 섬유의 배향 방향에 인접하는 절입간의 거리 L1을 측정하고, 절입 1과 절입 2에 의해 분단되는 강화 섬유에 대해서는, 절입 1과 절입 2에 끼인 강화 섬유의 길이 최댓값 L2를 측정한다. L1과 L2에 대하여 각각 10개소 측정하여, L1 및 L2가 15mm 이하이면 강화 섬유의 길이가 0.1 내지 15mm라고 간주한다.
절입 2가 삽입된 절입 프리프레그 c의 유동성을, 역학 특성의 현저한 저하 없이 향상시키기 위해, 강화 섬유의 섬유 방향이 이루는 각이 무한히 0°에 가까운 절입 1을 삽입하는 것이 유효하다. 절입 프리프레그 c에 있어서, θ1은 작을수록 절입 삽입 전의 프리프레그로부터의 역학 특성의 저하가 작기 때문에, 절입 2가 삽입된 절입 프리프레그 c에 절입 1을 삽입함으로써, 절입 2만이 삽입된 절입 프리프레그 c로부터의 역학 특성의 저하가 적고, 절입의 삽입량을 증가시킬 수 있다. 절입의 삽입량을 증가시킴으로써, 절입을 통해 인접하는 강화 섬유가 미끄러지는 개소가 증가하기 때문에, 유동성은 향상된다. 특히 바람직한 xc1의 범위는 5mm≤xc1≤10mm이다. 절입 1은 강화 섬유와 평행한 절입이어도 효과는 있지만, 강화 섬유를 분단하는 절입인 것이 특히 바람직하고, 1°≤θ1<10°인 것이 바람직하다. 절입 1과 절입 2는, 별도의 공정에서 삽입하여 절입 프리프레그 c를 제조해도 된다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 배치 공정 (A)에 있어서, 비겹침부의 면적의 합계에 대한 겹침부의 면적의 합계의 비(「겹침부의 면적의 합계」/「비겹침부의 면적의 합계」)가, 0.05 내지 0.8인 것을 들 수 있다. 비겹침부의 면적이 지나치게 작으면, 테이프 기재 A에 작용하는 하중끼리가 전달되기 어려워져, 보강 효과가 약해진다. 한편, 겹침부의 면적이 지나치게 크면, 시트 기재 B 혹은 시트 기재 C보다도 강성이 높은 테이프 기재 A가 복잡 형상에 추종할 수 없어 섬유 강화 플라스틱에 부족 부분이 발생하는 경우가 있기 때문에, 겹침부와 비겹침부의 면적의 비율이 적절해지도록 테이프 기재 A를 형에 배치하는 것이 중요하다. 더욱 바람직한 비겹침부의 면적의 합계에 대한 겹침부의 면적의 합계의 비는 0.1 내지 0.6이다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 서로 겹침으로써 겹침부를 형성하는 2매의 테이프 기재 A 중, 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향과, 다른 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향이 상이하며, 양자가 교차하도록, 테이프 기재 A를 배치하는 양태가 있다. 2매의 테이프 기재 A 중, 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향과, 다른 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향이 상이하며, 양자가 교차한다는 것은, 겹침부를 형성하는 상기 2매의 절입 프리프레그 a에 있어서, 한쪽의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향과, 다른 한쪽의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향이 이루는 각도 중 작은 쪽의 각도가 5° 이상이 되는 경우를 말한다. 겹침부를 형성하는 상기 2매의 절입 프리프레그 a끼리의 강화 섬유의 섬유 방향이 상이함으로써, 겹침부에 있어서 절입 프리프레그 a끼리의 마찰이 커지고, 복잡 형상 성형시에도 테이프 기재 A의 위치가 어긋나기 어렵기 때문에 바람직하다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 테이프 기재 A가, 3매 이상의 절입 프리프레그 a를 갖고, 테이프 기재 A의 길이 방향으로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a, 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여 40 내지 50°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a, 및 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여 -40 내지 -50°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a를 포함하는 양태를 들 수 있다. 특히 0.1 내지 1mm 등 비교적 두께가 얇은 성형품을 얻는 경우에, 테이프 기재 A의 두께 방향에 인접한 시트 기재 B 또는 시트 기재 C가 압출되어, 두께 방향이 테이프 기재 A만으로 구성되는 개소가 발생하는 경우가 있다. 그러한 개소의 강성은, 테이프 기재 A에 포함되는 모든 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 배향 방향이 동일하면, 이방성이 발생해버려, 바람직하지 않다. 따라서, 두께 방향이 테이프 기재 A만으로 구성되는 개소가 발생할 가능성을 고려하면, 테이프 기재 A 자신이 등방성에 가까운 강성을 갖는 것이 바람직하기 때문에, 길이 방향으로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a 뿐만 아니라, 적어도 길이 방향에 대하여 40 내지 50°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a, 및 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여 -40 내지 -50°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여, +45°와 -45°로 배향된 절입 프리프레그 a가 포함되는 것이 바람직하다. 또한 테이프 기재 A의 강성을 등방성에 가깝게 하기 위해, 길이 방향으로 90°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a를 포함하고 있어도 된다. 절입 프리프레그 a의 적층의 순서는 특별히 한정은 없다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 실시예에 기재된 발명으로 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는, "토레카(등록 상표)" 프리프레그 시트 P3052S-15(강화 섬유: T700S, 열경화성 수지: 2500, 강화 섬유의 부피 함유율: 58％)(이하, 단순히 프리프레그라 칭하는 경우, 이 프리프레그 시트를 의미한다)를 베이스로 하여 테이프 기재 A, 시트 기재 B, 시트 기재 C를 제조하고, 하기 성형성 평가 1, 강성 평가, 성형성 평가 2를 실시하였다. 얻어진 결과는 표 1에 정리하였다.
<성형성 평가 1>
양면 형을 사용하여, 도 3의 (a)의 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다. 테이프 기재 A를 형에 배치하는 배치 공정 (A)에서는, 폭 30mm의 테이프 기재 A를 형으로부터 밀려 나올 정도로 잘라내고, 도 3의 (b)와 같이 테이프 기재 A끼리를 교차하여 배치하는 것과, 섬유 강화 플라스틱의 대변에 평행한 것을, 테이프 기재 A끼리가 겹치는 겹침부와, 겹치지 않는 비겹침부를 형성하도록, 미리 140℃로 가열된 하형에 배치하였다.
비겹침부의 면적의 합계에 대한 상기 겹침부의 면적의 합계의 비가, 0.05 내지 0.8을 만족하고 있었다. 또한, 서로 겹침으로써 겹침부를 형성하는 2매의 상기 테이프 기재 A 중, 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향과, 다른 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향이 상이하며, 양자가 교차하고 있었다.
또한, 1mm 정도의 두께를 갖는 시트 기재 B 또는 시트 기재 C를 200mm×200mm로 잘라내어 형에 배치하였다. 그리고, 미리 140℃로 가열된 상형을 얹고, 프레스기를 사용하여 200mm×200mm의 면적에 대하여 6MPa의 압력으로 가압하고, 30분 유지한 후에 탈형하여, 섬유 강화 플라스틱을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 플라스틱의 품위를 이하의 4단계로 평가하였다. 평탄한 탁상에 섬유 강화 플라스틱을 놓고, 가장자리가 1mm 이상 뜨는 개소가 있으면, 휨이 발생했다고 간주하고, 감촉으로 용이하게 감지 가능한 단차가 있으면 요철이 발생했다고 간주하였다.
A: 휨도 요철도 없고, 양호한 표면 품위가 얻어졌다.
B: 휨이 발생하였지만, 요철은 없고 표면 품위는 양호하였다.
C: 테이프 기재 A와 시트 기재 B 또는 시트 기재 C의 사이에 요철이 발생하였다.
D: 기재가 형에 접촉하지 않는다는 점에서 발생하는 수지 결핍이 보인다.
<강성 평가>
성형성 평가 1에서 얻어진 섬유 강화 플라스틱에 있어서, 성형성 평가 1이 A 혹은 B였던 섬유 강화 플라스틱에 대하여, 도 3의 (c)와 같이 섬유 강화 플라스틱의 중앙을 역학 시험기를 사용하여 직경 30mm의 반구 형상의 선단을 갖는 철제의 압자로, 1mm/min의 속도로 압박하여 강성을 평가하였다. 평가 방법은, 시험력이 40N이 되는 변위 s1과, 시험력이 80N이 되는 변위 s2와, 섬유 강화 플라스틱의 압자 바로 아래의 두께 h(mm)를 사용하여, E=40/(h3×(s2-s1))을 평가 지표로 하여 얻었다.
<성형성 평가 2>
양면 형을 사용하여, 도 4의 (a)의 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다. 사용한 양면 형에서는, 1.8mm의 두께의 십자형의 리브를 최대 45mm의 높이까지 세울 수 있다. 테이프 기재 A를 형에 배치하는 배치 공정 (A)에서는, 폭10mm의 테이프 기재 A를 형으로부터 밀려 나올 정도로 잘라내고, 도 4의 (b)와 같이 테이프 기재 A끼리를 교차하여 배치하여, 테이프 기재 A끼리가 겹치는 겹침부와, 겹치지 않는 비겹침부를 형성하도록, 미리 140℃로 가열된 하형에 배치하였다. 또한, 3mm 정도의 두께를 갖는 시트 기재 B 또는 시트 기재 C를 100mm×100mm로 잘라내어 형에 배치하였다. 그리고, 미리 140℃로 가열된 상형을 얹고, 프레스기를 사용하여 100mm×100mm의 면적에 대하여 6MPa의 압력으로 가압하고, 20분 유지한 후에 탈형하여, 섬유 강화 플라스틱을 얻었다. 얻어진 리브 중앙부(부호 5의 영역)의 높이를, 이하의 5단계로 평가하였다.
S: 탄소 섬유가 포함되는 리브가 40mm 이상의 높이였다.
A: 탄소 섬유가 포함되는 리브가 30mm 이상 40mm 미만의 높이였다.
B: 탄소 섬유가 포함되는 리브가 20mm 이상 30mm 미만의 높이였다.
C: 탄소 섬유가 포함되는 리브가 10mm 이상 20mm 미만의 높이였다.
D: 탄소 섬유가 포함되는 리브가 10mm 미만의 높이였다.
(실시예 1)
테이프 기재 A는 절입 프리프레그 a가 3층이며, 테이프 기재의 길이 방향을 0°로 한 경우에 [+45°/0°/-45°]로 적층된 기재로 하였다. 절입 프리프레그 a는, 절입의 길이가 1mm이며, 절입이 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여 14°의 각도를 갖고, 모든 강화 섬유의 평균 길이가 25mm가 되도록 날을 사용하여 프리프레그에 절입을 삽입하여 제조하였다. 절입의 평균 길이 xa는 1mm, 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya는 25mm이며, xa와 ya는 조건 1 ya>6.0xa+10을 만족하고 있었다. 절입 프리프레그 a 내의 연속 섬유의 개수를 상술한 연소 제거법을 사용하여 측정한 바 0개이며, 실질적으로 모든 강화 섬유가 절입에 의해 분단되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
시트 기재 B로서, 프리프레그로부터 길이 방향이 25mm, 폭이 5mm인 촙드 스트랜드를 잘라내고, 형 중에서 70℃로 하고, 진공화를 함으로써 제조한 SMC를 사용하였다. 두께는 1mm였다.
성형성 평가 1에서는, 배치 공정 (B)에서는 시트 기재 B를 1매 배치하였다. 얻어진 섬유 강화 플라스틱은 약간 휨이 발생하였지만 눈에 띄는 성형 불량은 없었다. 강성 평가에서는, E는 14였다. 성형성 평가 2의 배치 공정 (B)에서는, 시트 기재 B를 3매 적층하고, 섬유 강화 플라스틱에는 21mm의 리브가 서 있었다.
(실시예 2)
시트 기재 B 대신에 시트 기재 C를 사용한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다. 시트 기재 C는 절입 프리프레그 c를 [0/90]3의 적층 구성으로 적층하여 0.9mm의 두께로 하였다. 절입 프리프레그 c는, 절입의 평균 길이 1mm, 절입이 강화 섬유의 배향 방향에 대하여 14°의 각도를 갖고, 모든 강화 섬유의 평균 길이가 12.5mm가 되도록 날을 사용하여 프리프레그에 절입을 삽입하여 제조하였다. 절입의 평균 길이 xc는 1mm, 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 yc는 12.5mm이며, xc와 yc는 조건 2 yc≤6.0xc+10을 만족하고 있었다. 또한, 절입 프리프레그 c의 면 내의 임의의 개소에 있어서의 반경 5mm의 원을 추출 했을 때에, 해당 원 내에 13개 이상의 절입이 포함되어 있었다. 절입 프리프레그 c 내의 연속 섬유의 개수를 상술한 연소 제거법을 사용하여 측정한 바 0개이며, 실질적으로 모든 강화 섬유가 절입에 의해 분단되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
성형성 평가 1에서는, 배치 공정 (C)에서는 시트 기재 C를 1매 배치하였다. 얻어진 섬유 강화 플라스틱은 휨도 요철도 없고 눈에 띄는 성형 불량은 없었다. 또한, 강화 섬유의 배향의 흐트러짐이나 절입의 개구도 작았다. 강성 평가에서는, E는 실시예 1보다도 컸다. 성형성 평가 2의 배치 공정 (C)에서는, 시트 기재 C를 3매 적층하고, 섬유 강화 플라스틱에는 35mm의 리브가 서 있었다.
(실시예 3)
절입 프리프레그 c를, 절입 길이 3mm, 절입이 강화 섬유의 배향 방향에 대하여 14°의 각도를 갖고, 모든 강화 섬유의 평균 길이가 25mm가 되도록 날을 사용하여 프리프레그에 절입을 삽입하여 제조한 절입 프리프레그 c로 한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다. 절입의 평균 길이 xc는 3mm, 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 yc는 25mm이며, xc와 yc는 조건 2 yc≤6.0xc+10을 만족하고 있었다. xc는 절입 프리프레그 a의 절입의 평균 길이의 1.5배 이상이었다.
성형성 평가 1에서는, 얻어진 섬유 강화 플라스틱은 휨도 요철도 없고, 눈에 띄는 성형 불량은 없었다. 강화 섬유의 배향의 흐트러짐과 절입의 개구는 실시예 2보다도 큰 것처럼 보였지만, 강성 평가에서는, E는 실시예 2보다도 약간 컸다. 성형성 평가 2의 배치 공정 (C)에서는, 시트 기재 C를 3매 적층하고, 섬유 강화 플라스틱에는 25mm의 리브가 서 있었다.
(실시예 4)
성형성 평가 1에서는 배치 공정 (C)에 있어서, 100mm×100mm의 시트 기재 C를 4매, 끝이 10mm 겹치도록 배치하여, 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다. 성형성 평가 2는 실시하지 않았다.
성형성 평가 1에서는, 이음매가 융합되고, 요철 없이 접합이 되어 있었다. 강성도 실시예 2와 동등한 값이 되었다.
(실시예 5)
성형성 평가 1에서는 배치 공정 (C)에 있어서, 실시예 4와 마찬가지로 100mm×100mm의 시트 기재 C를 4매 준비했지만, 끝이 겹치지 않도록 배치하여, 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다. 성형성 평가 2는 실시하지 않았다.
성형성 평가 1에서는, 이음매가 융합되고, 요철 없이 접합할 수 있었지만, 압자로 누름에 따라 조금 갈라진 금이 발생하였다.
(실시예 6)
실시예 2에서 사용한 절입 프리프레그 c는 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각 θ2의 절댓값이 10°<θ2≤45°이며, 절입 길이 xc2가 0.5mm≤xc2<5mm를 만족한 절입 2가 삽입되어 있지만, 또한 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각 θ1이 2°이며 0°≤θ1<10°를 만족하고, 절입의 평균 길이 xc1이 20mm이며, 5mm≤xc1≤50mm를 만족하고, 강화 섬유의 섬유 방향에 대하여 25mm의 간격으로 배치된 절입 1을, 절입 프리프레그 c에 포함되는 강화 섬유의 50％가 절입 1에 의해 분단되도록, 날을 사용하여 절입 프리프레그 c에 삽입하였다. 새롭게 제조된 절입 프리프레그 c에 포함되는 강화 섬유의 평균 길이는 0.1 내지 15mm를 만족하고 있었다. 절입 프리프레그 c 내의 연속 섬유의 개수를 상술한 연소 제거법을 사용하여 측정한 바 0개이며, 실질적으로 모든 강화 섬유가 절입에 의해 분단되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이 절입 프리프레그 c를 사용하여 실시예 2와 마찬가지로 평가를 행하였다.
성형성 평가 1에서는, 실시예 2보다도 강화 섬유의 굴곡이 보이기는 했지만, 휨이나 요철은 없이 성형할 수 있었다. 강성 평가에서는, 실시예 2와 동등한 결과가 되었다. 성형성 평가 2에서는, 실시예 2보다도 높은 42mm의 리브가 섰다.
(실시예 7)
절입 프리프레그 c를, 프리프레그에 절입 길이 1mm, 섬유 길이 2mm, 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각이 60°인 매우 미세한 절입을 삽입하였다. 절입의 평균 길이 xc는 1mm, 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 yc는 2mm이며, 조건 2 yc≤6.0xc+10을 만족하고 있었다. 또한, 절입 프리프레그 c의 면 내의 임의의 개소에 있어서의 반경 5mm의 원을 추출했을 때에, 해당 원 내에 13개 이상의 절입이 포함되어 있었다. 절입 프리프레그 c를 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는, 강화 섬유가 짧음에도 불구하고, 어느 정도 배향성을 유지한 표면 품위가 보였지만 실시예 2보다도 강화 섬유의 흐트러짐이 있었다. 강성 평가에서는, 실시예 2보다도 낮은 값이 되었다. 성형성 평가 2에서는, 우수한 유동성을 나타내고, 45mm로 다른 실시예보다도 높은 리브가 섰다.
(실시예 8)
테이프 기재 A의 적층 구성을, [0]3으로 한 것 이외는 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는, 눈에 띄는 성형 불량은 없었지만, 휨이 보였다. 두께 방향으로 테이프 기재 A만으로 형성된 개소는 보이지 않았지만, 테이프 기재 A 내가 일방향으로 강화 섬유가 배향되어 있기 때문에, 국소적으로 이방성이 강해지고 있는 것을 쉽게 상상할 수 있었다. 강성 평가에서는 높은 강성을 나타내었다. 성형성 평가 2에서는, 실시예 2와 동등한 리브의 높이를 확인할 수 있었다.
(비교예 1)
테이프 기재 A를 배치하는 배치 공정 (A)를 행하지 않은 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는 약간 휨이 보여졌지만 눈에 띄는 결함 없이 성형할 수 있었다. 강성 평가에서는, 실시예 1보다도 크게 강성이 저하되었다. 성형성 평가 2에서는, 실시예 1과 동등한 리브의 높이가 얻어졌다.
(비교예 2)
테이프 기재 A에, 절입을 삽입하지 않는 프리프레그를 사용한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는, 미세한 요철에 추종하지 않는 테이프 기재 A가 떠받쳐, 여기저기 수지 결핍이 보였다. 성형성 평가 2는 실시하지 않았다.
(비교예 3)
테이프 기재 A를 배치하는 배치 공정 (A)를 행하지 않은 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는 휨도 눈에 띄는 결함 없이 성형할 수 있었다. 강성 평가에서는, 실시예 2보다도 크게 강성이 저하되었다. 성형성 평가 2는 실시하지 않았다.
(비교예 4)
시트 기재 C를 구성하는 절입 프리프레그 c에, 테이프 기재 A에서 사용한 절입 프리프레그 a를 사용한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는 수지 결핍은 보이지 않았지만, 테이프 기재 A와 시트 기재 C의 경계에서 약간 요철이 발생하였다. 성형성 평가 2에서는, 11mm의 리브가 섰다.
(비교예 5)
테이프 기재 A를 사용하지 않고, 시트 기재 C를 구성하는 절입 프리프레그 c로서 절입을 넣지 않은 프리프레그를 사용한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.
성형성 평가 1에서는 여기저기에 수지 결핍이 보였다. 성형성 평가 2에서는, 리브에 탄소 섬유가 포함되지 않고, 수지가 착출되었다.
Figure pct00001
1: 테이프 기재 A
2: 시트 기재 B
3: 절입 1
4: 절입 2
5: 리브 중앙부

Claims (9)

  1. 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 사용한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법으로서,
    상기 테이프 기재 A는, 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이고,
    상기 절입 프리프레그 a는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 1을 만족하고,
    상기 시트 기재 B는, 랜덤하게 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 기재이고,
    복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 배치 공정 (A),
    시트 기재 B를 형에 배치하는 배치 공정 (B),
    배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 B를 가열·가압하는 성형 공정을 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
    (조건 1)
    절입의 평균 길이 xa(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya(mm)가, ya>6.0xa+10을 만족한다.
  2. 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 사용한 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법으로서,
    상기 테이프 기재 A는, 절입 프리프레그 a를 1매 이상 갖는 테이프 형상의 기재이고,
    상기 절입 프리프레그 a는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 1을 만족하고,
    상기 시트 기재 C는, 절입 프리프레그 c를 1매 이상 갖는 기재이고,
    상기 절입 프리프레그 c는, 일방향으로 배향된 강화 섬유와 수지를 갖는 프리프레그에 대하여, 강화 섬유를 분단하는 복수의 절입을 삽입한 프리프레그이며, 이하의 조건 2를 만족하고,
    복수의 테이프 기재 A를, 각각의 테이프 기재 A가 다른 1매 이상의 테이프 기재 A와 겹친 겹침부 및 겹치지 않은 비겹침부를 형성하도록, 형에 배치하는 배치 공정 (A),
    시트 기재 C를 형에 배치하는 배치 공정 (C),
    배치된 테이프 기재 A 및 시트 기재 C를 가열·가압하는 성형 공정을 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
    (조건 1)
    절입의 평균 길이 xa(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 ya(mm)가, ya>6.0xa+10을 만족한다.
    (조건 2)
    절입의 평균 길이 xc(mm)와 절입에 의해 분단된 강화 섬유의 평균 길이 yc(mm)가, yc≤6.0xc+10을 만족한다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 시트 기재 C가, 강화 섬유의 배향 방향이 서로 직교하는 2매의 절입 프리프레그 c를 포함하고,
    상기 배치 공정 (C)에 있어서, 2매 이상의 시트 기재 C가 모두, 다른 시트 기재 C의 어느 1매 이상과 겹치도록 형에 배치하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 절입 프리프레그 c의 절입의 평균 길이가, 상기 절입 프리프레그 a의 절입의 평균 길이의 1.5배 이상인, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절입 프리프레그 c의 면 내의 임의의 개소에 있어서의 반경 5mm의 원을 추출했을 때에, 해당 원 내에 13개 이상의 절입이 포함되는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절입 프리프레그 c에 절입 1과 절입 2가 삽입되어 있고,
    상기 절입 1은, 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각 θ1의 절댓값이 0°≤θ1 <10°이며, 절입의 평균 길이 xc1이 5mm≤xc1≤50mm를 만족하고 있고,
    상기 절입 2는, 강화 섬유의 섬유 방향과 이루는 각 θ2의 절댓값이 10°<θ2≤45°이며, 절입의 평균 길이 xc2가 0.5mm≤xc2<5mm를 만족하고 있고,
    절입 프리프레그 c 내의 실질적으로 모든 강화 섬유가, 절입 1 또는 절입 2에 의해 분단되어 있으며, 분단된 강화 섬유의 길이가 0.1 내지 15mm의 길이인, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배치 공정 (A)에 있어서, 상기 비겹침부의 면적의 합계에 대한 상기 겹침부의 면적의 합계의 비(「겹침부의 면적의 합계」/「비겹침부의 면적의 합계」)가, 0.05 내지 0.8인, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 겹침으로써 상기 겹침부를 형성하는 2매의 상기 테이프 기재 A 중, 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향과, 다른 한쪽의 테이프 기재 A의 겹침부측의 절입 프리프레그 a의 강화 섬유의 섬유 방향이 상이하며, 양자가 교차하고 있는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이프 기재 A가, 3매 이상의 상기 절입 프리프레그 a를 갖고,
    테이프 기재 A의 길이 방향으로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a, 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여 40 내지 50°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a, 및 테이프 기재 A의 길이 방향에 대하여 -40 내지 -50°로 강화 섬유가 배향된 절입 프리프레그 a를 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
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