WO2013035705A1 - 繊維強化複合材料から構成される表面意匠性が優れた成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料から構成される成形体であって、
強化繊維体積含有率(Vf=100×強化繊維の体積/(強化繊維の体積+熱可塑性樹脂の体積))が5~80%であり、
表面にシボを有し
下記式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であることを特徴とする成形体に関するものである。
平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成されるランダムマットであって、強化繊維が25~10000g/m2の目付であり、下記式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、ランダムマット中の強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であるものを用いて、以下の工程A-1)~A-3)
A-1)ランダムマットを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点~熱分解温度、非晶性の場合はガラス転移温度~熱分解温度に加温、加圧して熱可塑性樹脂を強化繊維束内に含浸させプリプレグを得る工程
A-2)上記A-1)で得られたプリプレグを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上熱分解温度未満の温度、非晶性の場合はガラス転移温度以上熱分解温度未満の温度とし、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満、非晶性の場合はガラス転移温度未満に温度調節されたシボ加工用金型に、下記式(3)
チャージ率(%)=100×基材面積(mm2)/金型キャビティー投影面積(mm2) (3)
(ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり、金型キャビティー投影面積とは抜き方向への投影面積である)
で表されるチャージ率が5%以上となるように配置する工程
A-3)上記A-2)でシボ加工用金型に配置したプリプレグを加圧し、成形する工程
により含浸~成形を行うか、または以下の工程B-1)~B-4)
B-1)ランダムマットを下記式(3)
チャージ率(%)=100×基材面積(mm2)/金型キャビティー投影面積(mm2) (3)
(ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり、金型キャビティー投影面積とは抜き方向への投影面積である)
で表されるチャージ率が5%以上となるようにシボ加工用金型に配置する工程
B-2)シボ加工用金型を熱可塑性樹脂が結晶性の場合は熱可塑性樹脂の融点~熱分解温度、非晶性の場合は熱可塑性樹脂のガラス転移温度~熱分解温度まで昇温し、加圧して含浸する工程(第1プレス工程)
B-3)1段以上であり、最終段の圧力が第1プレス工程の圧力の1.2倍~100倍となるように加圧する工程(第2プレス工程)
B-4)熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満、非晶性の場合はガラス転移温度未満に金型温度を調節して成形する工程
により含浸~成形を行うことを特徴とする上記成形体の製造方法に関するものである。
本発明は、平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料から構成される成形体であって、
強化繊維体積含有率(Vf=100×強化繊維の体積/(強化繊維の体積+熱可塑性樹脂の体積))が5~80%であり、
表面にシボを有し、
下記式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であることを特徴とする成形体である。
強化繊維体積含有率(Vf)=100×強化繊維の体積/(強化繊維の体積+熱可塑性樹脂の体積) (4)
厚みのバラつき(%)=100×(厚みの測定値-厚みの平均値)/厚みの平均値 (5)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であることを特徴とする。
0.7×104/D2<N<1×105/D2 (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
0.7×104/D2<N<6×104/D2 (2´)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
本発明は、平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成されるランダムマットであって、強化繊維が25~10000g/m2、好ましくは25~3000g/m2の目付であり、下記式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、ランダムマット中の強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であるものを用いて、以下の工程A-1)~A-3)
A-1)ランダムマットを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点~熱分解温度、非晶性の場合はガラス転移温度~熱分解温度に加温、加圧して熱可塑性樹脂を強化繊維束内に含浸させプリプレグを得る工程
A-2)上記A-1)で得られたプリプレグを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上熱分解温度未満の温度、非晶性の場合はガラス転移温度以上熱分解温度未満の温度とし、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満、非晶性の場合はガラス転移温度未満に温度調節されたシボ加工用金型に、下記式(3)
チャージ率(%)=100×基材面積(mm2)/金型キャビティー投影面積(mm2) (3)
(ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり、金型キャビティー投影面積とは抜き方向への投影面積である)
で表されるチャージ率が5%以上となるように配置する工程
A-3)上記A-2)でシボ加工用金型に配置したプリプレグを加圧し、成形する工程により含浸~成形を行うか、または以下の工程B-1)~B-4)
B-1)ランダムマットを下記式(3)
チャージ率(%)=100×基材面積(mm2)/金型キャビティー投影面積(mm2) (3)
(ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり、金型キャビティー投影面積とは抜き方向への投影面積である)
で表されるチャージ率が5%以上となるようにシボ加工用金型に配置する工程
B-2)シボ加工用金型を熱可塑性樹脂が結晶性の場合は熱可塑性樹脂の融点~熱分解温度、非晶性の場合は熱可塑性樹脂のガラス転移温度~熱分解温度まで昇温し、加圧して含浸する工程(第1プレス工程)
B-3)1段以上であり、最終段の圧力が第1プレス工程の圧力の1.2倍~100倍となるように加圧する工程(第2プレス工程)
B-4)熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満、非晶性の場合はガラス転移温度未満に金型温度を調節して成形する工程
により含浸~成形を行うことを特徴とする、前記の成形体の製造法に関するものでもある。
以上の工程はランダムマットの製造工程に引き続き連続的に行うこともできるし、いったんランダムマットを得た後、個別に行ってもよい。
本発明の製造方法において用いられるシボ加工用金型は、当該金型のキャビティーにおいて、成形体のシボを設ける部分に相当するところに、対応するシボ形状部分を有するものである。シボの形状としては、特に制限されないが、前述のとおり、凹凸状またはシワ状であると好ましく、皮革状の凹凸またはシワであると特に好ましい。
本発明の製造方法にて用いられるランダムマットは、平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、強化繊維が25~10000g/m2、好ましくは25~3000g/m2の目付であり、前記式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、ランダムマットの繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であり、かつ強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が前記式(2)を満たすものである。ランダムマット中の強化繊維、熱可塑性樹脂、および強化繊維束(A)の詳細については、成形体を構成する繊維強化複合材料について前述したとおりであるが、以下のとおり補足する。
ランダムマットの面内において、強化繊維は特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。なお、ランダムマットにおける強化繊維の特性、つまり強化繊維束(A)の割合、強化繊維(A)中の平均繊維数、目付、等方性などは、そのランダムマットより得られた成形体においても維持される。
0.7×104/D2<N<6×104/D2 (2´)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
強化繊維体積含有率(Vf)=100×強化繊維の体積/(強化繊維の体積+熱可塑性樹脂の体積 (4)
また、量産化を考慮すると、強化繊維からなるマットに溶融状態の熱可塑性樹脂を添加して、強化繊維と熱可塑性樹脂を一体化する方法も好ましい。この方法を用いると、強化繊維中に樹脂を含浸させるプリプレグ工程に速やかに移行しやすい。
・カット工程:強化繊維をカットする工程。
・開繊工程:カットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程。
・散布工程:開繊させた強化繊維を、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂とともに散布する工程。
・カット工程
上記のカット工程における強化繊維のカット方法は、具体的には裁断機や切断機を用いて強化繊維をカットする工程である。裁断機や切断機としてはロータリーカッター等が好ましい。
所望の大きさの繊維束とするために、カットに供する強化繊維として、ストランド幅が細めのものを用いる、あるいは縦方向に切ってストランド幅を細くすることも好ましい。その場合、繊維方向に平行な刃を有したカッターを用いて、特定の繊維長にカットすると同時に繊維束を縦方向にスリットすることも好ましい。
ロータリーカッターとしては、角度を規定した螺旋状ナイフ又は分繊ナイフを用いることが好ましい。表面品位に優れる熱可塑樹脂強化用ランダムマットを得るためには、繊維の疎密斑が大きく影響する。従来のロータリーカッターでは、繊維のカットが不連続であり、そのまま散布工程に導入した場合には、繊維目付けに斑ができてしまう。そのため、角度を規定したナイフを用いて繊維を途切れる事無く、連続的にカットする事により、疎密斑の小さい塗布が可能となる。強化繊維を連続的にカットするためのナイフ角度は、使用する強化繊維の幅と、カットした後の繊維長により幾何学的に計算され、それらの関係は、下記の式(6)とすることが好ましい。
強化繊維の繊維長(刃のピッチ)=強化繊維ストランド幅×tan(90-θ) (6)
(ここで、θは周方向とナイフの配置方向のなす角である。)
上記の開繊工程はカットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程である。開繊の度合いについては、空気の圧力等により適宜コントロールする事が出来る。本発明のランダムマット製造における強化繊維開繊方法は、空気を強化繊維に吹き付ける事を特徴としている。開繊工程において好ましくは圧縮空気吹き付け孔より、風速1~1000m/sec、より好ましくは5~500m/secにて空気を直接繊維束に吹き付ける事により、より完全に強化繊維を開繊させる事ができる。具体的には強化繊維の通る管内に直径1mm程度の孔を数箇所あけ、外側より0.2~0.8MPa程度の圧力をかけ、圧縮空気を繊維束に直接吹き付けることにより、繊維束を容易に開繊する事ができる。
上記の散布工程は、開繊させた強化繊維を、繊維状又は粒子状の熱可塑性樹脂とともに散布する工程である。散布工程において、開繊させた強化繊維と、繊維状又は粒子状の熱可塑性樹脂とをテーブルやシートなどの平面上に散布することにより等方性のランダムマットを得ることができる。
散布工程において、熱可塑性樹脂の供給量は、強化繊維100質量部に対し、50~1000質量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維100質量部に対し、熱可塑性樹脂55~500質量部、更に好ましくは、強化繊維100質量部に対し、熱可塑性樹脂60~300質量部である。
強化繊維を散布するにおいては、円錐形等のテーパー管を用いることが好ましい。円錐等の管内では、空気が拡散し、管内の流速が減速し、このとき強化繊維には回転力が与えられる。このベンチュリ効果を利用して開繊させた強化繊維を好ましく拡散させ散布することができる。
上記のランダムマットの好ましい製造方法により、繊維の長軸が3次元方向に配向しているものが少なく、二次元配向性のあるランダムマットとすることができる。
本発明の製造方法において、上記の散布工程で熱可塑性樹脂を用いることなく実施して得られる、強化繊維からなるマットに、押出機等を用いて溶融した熱可塑性樹脂を一体化させる方法も好ましい方法として例示される。この方法の場合、強化繊維中に樹脂を含浸させるプリプレグ製造工程に移行しやすく、量産化に適する。また、上記の散布工程で熱可塑性樹脂を用いて得られる、ランダムマットに対して、更に溶融した熱可塑性樹脂を添加しても良い。
本発明において、前記工程A-1)~A-3)を含んで含浸~成形を行う場合、ランダムマットを熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上熱分解温度未満の温度まで、非晶性の場合はガラス転移温度以上熱分解温度未満の温度まで加熱することで、熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグを得て成形に用いる。プリプレグにおける強化繊維の形態はランダムマット中における状態を保っている。すなわち、プリプレグ中の強化繊維はランダムマットにおける繊維長や等方性、開繊程度を維持しており、上記のランダムマットに記載したものと同様である。
なお、上記のボイド率を100から差し引いた値が樹脂含浸度(%)であり、プリプレグにおいて熱可塑性樹脂が強化繊維束間に含浸している目安である。
以下、工程A-1)~A-3)により含浸~成形を行うコールドプレス法について具体的に述べる。
上記のとおり工程A-1)では、ランダムマットを、含有する熱可塑性樹脂が結晶性の場合はその融点以上熱分解温度未満、非晶性の場合はそのガラス転移温度以上熱分解温度未満に加温し、加圧して熱可塑性樹脂を強化繊維束内および強化繊維の単糸間に含浸させプリプレグを得る。得られたプリプレグは、上記含浸時の温度に保ったまま、または一旦放冷した後に再加熱して次の工程A-2)に用いる。プリプレグの温度は例えばプリプレグ表面にKタイプの熱電対を貼付け加熱炉外に設置した計測機により測定を行うことができる。
プリプレグをシボ加工用金型に配置する際、チャージ率が5%未満の場合、成形時に加圧されたプリプレグがシボ加工用金型内を流動する際、シボ加工用金型に熱を奪われやすく、目的の形状を形作る前に固化してしまう虞がある。
なお、上記のシボ加工用金型の温度は、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点-200℃以上融点-10℃以下、非晶性の場合はガラス転移温度-200℃以上ガラス転移温度-10℃以下とすることが好ましい。そうすることで、工程A-3)でプリプレグから得た成形体を形状が安定する温度まで冷却して、シボ加工用金型から取り出すことができる。
所定の圧力に到達後、前述したようにプリプレグを5~200秒加圧して成形する。より好ましい加圧時間は10~60秒である。その間にプリプレグを流動させて成形を行うと同時に、シボ加工用金型との熱交換により、形状が安定する温度まで冷却する。その後、型を開き、成形体を得る。
以下、工程B-1)~B-4)により含浸~成形を行うホットプレス法について具体的に述べる。
工程B-1)では、ランダムマットを前記式(3)で表されるチャージ率が5%以上となるようにシボ加工用金型に配置する。1枚または2~100枚の重ね合わせたランダムマットをシボ加工用金型へ配置することができる。この際、ランダムマットを予め加熱および/または加圧し、減容させてから用いても良い。重ね合わせる場合、得ようとする成形体に応じて一部、または全体を重ね合わせて用いる。ここでランダムマット端部の一部または全ての面が、シボ加工用金型のキャビティーエッジ部と接しないことが好ましい。また重ね合わせる場合、ランダムマットは全て同一の形状である必要はなく、それぞれ一部または全部が重ね合わされば良い。上記チャージ率範囲の意義、および当該範囲を外れた場合の問題については、コールドプレス法の工程A-2)のプリプレグについて述べたものと同様であり、ランダムマットをシボ加工用金型に配置する際のチャージ率は前記式(3)で5~100%が好ましく、20~95%がより好ましい。更に好ましいランダムマットのチャージ率は50~90%である。
次の工程B-3)は1段以上であり、最終段の圧力が第1プレス工程の圧力の1.2倍~100倍となるように加圧する工程(第2プレス工程)である。
第2プレス工程の合計のプレス時間は特に限定はないが、成形時間の短縮の観点から0.5~10分であることが好ましい。
以下の参考例で用いたポリアミド66(以下、PA66と略。結晶性樹脂)の融点は265℃、熱分解温度(空気中)は300℃であり、ポリプロプレン(以下、PPと略。結晶性樹脂)の融点は170℃、熱分解温度(空気中)は300℃、ポリカーボネート(以下、PCと略。非晶性樹脂)のガラス転移点は150℃、熱分解温度(空気中)は350℃であった。なお、上記の熱分解温度は、熱重量分析による測定結果である。
成形体の設計厚みは、実施例2で3.0mmとした以外は、すべて1.5mmとした。
ランダムマット作製時の、強化繊維分と樹脂分の供給量(質量基準)比をランダムマット中の強化繊維分と樹脂分との質量比とみなし、当該質量比を元に、各成分の密度を用いて、強化繊維と樹脂の体積含有率を算出した。ランダムマットにおける強化繊維体積含有率をVfで表す。
ランダムマットを10mm×10mm~100mm×100mmに切り出す。切り出したマットより、繊維束をピンセットで全て取り出し、強化繊維束(A)の束の数(I)および強化繊維束の長さ(Li)と質量(Wi)を測定し、記録する。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に質量を測定する(Wk)。質量の測定には、1/100mg(0.01mg)まで測定可能な天秤を用いる。
ランダムマットに使用している強化繊維の繊維径(D)より、臨界単糸数を計算し、臨界単糸数以上の強化繊維束(A)と、それ以外に分ける。なお、2種類以上の強化繊維が使用されている場合には、繊維の種類毎に分け、各々について測定及び評価を行う。
強化繊維束(A)の平均繊維数(N)の求め方は以下の通りである。
各強化繊維束中の繊維本数(Ni)は使用している強化繊維の繊度(F)より、次式により求められる。ここで繊度(F)には強化繊維束を構成するフィラメントの長さ辺りの質量を用いる。
Ni=Wi/(Li×F)
強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は、強化繊維束(A)の束の数(I)より、次式により求められる。
N=ΣNi/I
強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合(VR)は、強化繊維の密度(ρ)を用いて次式により求められる。
VR=Σ(Wi/ρ)×100/((Wk+ΣWi)/ρ)
成形体に含まれる強化繊維束については、500℃×1時間、炉内にて樹脂を燃焼除去した後、上記のランダムマットにおける方法と同様にして測定した。
得られた成形体に含まれる強化繊維の平均繊維長は、500℃×1時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、無作為に抽出した強化繊維100本の長さをノギスおよびルーペで1mm単位まで測定して記録し、測定した全ての強化繊維の長さ(Li、ここでi=1~100の整数)から、次式により平均繊維長(La)を求めた。
La=ΣLi/100
なお、ランダムマット中の強化繊維の平均繊維長についても上記と同様の方法で測定することができる。
成形体を500℃×1時間、炉内にて樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって強化繊維分と樹脂分の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、強化繊維と樹脂の体積含有率を算出した。成形体に関しても、含有する強化繊維体積含有率をVfで表す。
ウォータージェットを用いて成形体から試験片を切出し、JIS K 7164:2005を参考として、A&D社製のテンシロン万能試験機を用いて、引張強度および引張弾性率を測定した。試験片はA形試験片、またはこれに準じたものとした。チャック間距離は約115mm、試験速度は2mm/分とした。なお、試験片については、成形体の任意の方向(0度方向)、およびこれと直交する方向(90度方向)についてそれぞれ切出し、両方向の引張強度および引張弾性率を測定した。また、引張弾性率については、大きい方の値を小さい方の値で割った比(Eδ)を算出した。
成形体の表面意匠性を評価する目的で、低倍率の光学顕微鏡とレーザー顕微鏡を用いて成形体の表面を目視観察した。倍率は5~100倍とした。成形体が目的のシボを有し、表面意匠性が良好な場合をGood、欠陥が多く目的のシボを有しているとは言えず、表面意匠性が不良の場合をNG(No Good)とした。
プリプレグおよび成形体の樹脂含浸度は、これらにおけるボイド率を測定した後、このボイド率を100から差し引いた値を樹脂含浸度(%)として評価した。プリプレグおよび成形体のボイド率は、これらの試験片の断面を光学顕微鏡で観察し、ボイドの存在面積を観察に用いた試験片の断面積で除して算出した。観察は1つの試料あたりn=5とし、その平均値をその試料のボイド率とした。
強化繊維としての炭素繊維(東邦テナックス社製:テナックス(登録商標)STS40-24KS(繊維径7μm、繊維幅10mm))を20mm幅に広げながら、繊維長10mmにカットし、炭素繊維の供給量を301g/分でテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
また、マトリックス樹脂として、2mmにドライカットしたPA66繊維(旭化成せんい製ポリアミド66繊維:T5ナイロン、繊度1400dtex)を430g/分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。
得られたランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長(La)は10mm、式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は35Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は240であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
強化繊維としての炭素繊維(東邦テナックス社製:テナックス(登録商標)IMS60-12K(平均繊維径5μm、繊維幅6mm))を長さ20mmにカットし、炭素繊維の供給量を1222g/分でテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
またマトリックス樹脂として、平均粒径が約1mmに冷凍粉砕したPP樹脂(プライムポリマー製のポリプロピレン:プライムポリプロJ108M)を2527g/分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長20mmの炭素繊維とPPが混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は20%、強化繊維の目付は1056g/m2であった。
得られたランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長は20mm、式(1)で定義される臨界単糸数は120であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は86Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は900であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
強化繊維としてのガラス繊維(日本電気硝子社製:EX-2500(平均繊維径15μm、繊維幅9mm)を長さ50mmにカットし、ガラス繊維の供給量を412g/minでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気をガラス繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
またマトリックス樹脂として、平均粒径が約710μmに冷凍粉砕したPC樹脂(帝人化成製のポリカーボネート:パンライト(登録商標)L-1225L)を791g/分でテーパー管内に供給し、ガラス繊維と同時に散布することで、平均繊維長50mmのガラス繊維とPCが混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(ガラス繊維)体積含有率(Vf)は20%、強化繊維の目付は300g/m2であった。
得られたランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長(La)は50mm、式(1)で定義される臨界単糸数は40であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は68Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は60であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
強化繊維としての炭素繊維(東邦テナックス社製:テナックス(登録商標)STS40-24KS(繊維径7μm、繊維幅10mm))を20mm幅に広げながら、繊維長10mmにカットし、炭素繊維の供給量を301g/分でテーパー管内に導入し、テーパー管内では空気を炭素繊維に吹き付けず、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
またマトリックス樹脂として、2mmにドライカットしたPA66繊維(旭化成せんい製ポリアミド66繊維:T5ナイロン、繊度1400dtex)を430g/分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。
得られたランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長(La)は10mm、式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は100Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は24000であった。
炭素繊維を20mm幅に広げた後、縦スリット装置を用いて繊維軸方向に0.5mm幅のスリットを入れながら繊維長10mmにカットすること、およびテーパー管内での開繊のための炭素繊維への空気吹き付けを無くすこと以外は参考例1と同様の条件で操作し、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。
得られたランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長(La)は10mm、式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は90Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は1500であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
テーパー管内の空気吹き付け量を大きく低下させたこと以外は参考例1と同様にして、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は85Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は2400であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
強化繊維としての炭素繊維(東邦テナックス社製:テナックス(登録商標)STS40-24KS(繊維径7μm、繊維幅10mm)を、縦スリット装置を使用して幅2mm以下にスリットした後、繊維長20mmにカットした。カット装置は連続処理が可能なロータリーカッターを用い、装置を通過したストランドをテーパー管に導入し、空気を吹き付けて繊維束を部分的に開繊した。その後、処理した炭素繊維をテーパー管出口の下部に設置したXY方向に移動可能なテーブル上に、テーブル下部よりブロワにて吸引しながら散布して炭素繊維マットを作製した。
次いで、得られた炭素繊維マット上に、溶融したマトリックス樹脂を供給した。マトリックス樹脂としてはユニチカ社製のPA6樹脂A1030を使用し、これを押出機で溶融してT-ダイからランダムマット全面に溶融樹脂を供給した。この際、マット面上の樹脂が供給される箇所を赤外線ヒータで加熱して、樹脂の冷却固化を防ぐようにした。強化繊維の供給量301g/minに対し、PA6樹脂の供給量を450g/minとして装置を稼動し、炭素繊維とPA6からなるランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。また、ランダムマットの強化繊維の平均繊維長(La)は20mm、臨界単糸数は86であり、繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は240であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
炭素繊維のカット長を20mm、マトリックス樹脂としてユニチカ社製のPA6樹脂A1030(粉砕品。平均粒子径 約0.5mm)を供給量235g/minにて供給し、テーパー管内の空気吹き付け量を調整した以外は参考例1と同様に操作して、平均繊維長20mmの炭素繊維とPA6が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は45%、強化繊維の目付は317g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は20mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は35Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は240であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
使用するマトリックス樹脂を、冷凍粉砕した平均粒径が約1mmのポリブチレンテレフタレート樹脂(ポリプラスチックス社製ジュラネックス(登録商標)700FP:融点230℃、熱分解温度300℃)、テーパー管内への供給量を523g/minとする以外は、参考例1と同様の条件で操作を行い、平均繊維長10mmの炭素繊維とポリブチレンテレフタレート樹脂が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。
得られたランダムマットの平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、平均繊維長(La)は10mm、式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は35Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は240であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
テーパー管内の空気吹き付け量を増加させたこと以外は参考例1と同様にして、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は10Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は100であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
炭素繊維のカット長を2mmとし、テーパー管内の空気吹き付け量を減少させたこと以外は参考例1と同様にして、平均繊維長2mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は2mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は25Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は200であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
炭素繊維のカット長を200mmとし、テーパー管内の空気吹き付け量を増加させたこと以外は参考例1と同様にして、平均繊維長200mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は317g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は200mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は90Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は1500であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
炭素繊維の供給量を12160g/min、PA66の供給量を17410g/minとし、テーパー管内の空気吹き付け量を増加させたこと以外は参考例1と同様にして、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は15000g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は95Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は1700であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
炭素繊維の供給量を19g/min、PA66の供給量を27g/minとし、テーパー管内の空気吹き付け量を大幅に減少させたこと以外は参考例1と同様にして、平均繊維長10mmの炭素繊維とPA66が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維(炭素繊維)体積含有率(Vf)は30%、強化繊維の目付は23g/m2であった。得られたランダムマットの平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合は50Vol%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は500であった。ランダムマットにおける強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。
参考例1で作製したランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて300℃、4MPaで5分間ホットプレスした後、50℃まで冷却して、樹脂含浸度99%、厚み0.6mm、強化繊維(炭素繊維)体積含有率が30%、強化繊維の目付が317g/m2のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグをNGKキルンテック製のIRオーブンを用いて300℃に加熱したものを3枚重ね、金型温度を120℃に設定した、図1に示すシボ形状用のシボ加工用金型にチャージ率80%となる様に配置して10MPaの圧力で60秒間コールドプレスした。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べた結果、平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は240であった。
成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性には大差なく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて、表1に示す。
参考例2で作製したランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて220℃、3MPaで5分間ホットプレスした後、50℃まで冷却して、樹脂含浸度99%、厚み3.4mm、強化繊維(炭素繊維)体積含有率20%、強化繊維の目付が1056g/m2のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグ(複合材料基材)をNGKキルンテック製のIRオーブンを用いて220℃に加熱し、金型温度を120℃に設定した、図1に示すシボ形状用のシボ加工用金型にチャージ率90%となる様に配置して10MPaの圧力で60秒間コールドプレスした。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は20%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べた結果、平均繊維長(La)は20mm、臨界単糸数は120、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は86Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は900であった。
成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性には大差なく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて、表1に示す。
参考例3で作製したランダムマットを3枚重ね、チャージ率は80%にて、図2に示す粗いシボ形状用のシボ加工用金型に配置し、川崎油工製プレス機を用いて300℃、5MPaで7分間加圧した(第1プレス工程)後に、2分間かけて徐々に昇圧し、10MPaで1分間加圧した(第2プレス工程)。50℃まで冷却して、樹脂含浸度99%、強化繊維(ガラス繊維)体積含有率20%、強化繊維の目付が900g/m2の成形体を得た。
得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べた結果、平均繊維長(La)は50mm、臨界単糸数は40、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は68Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は60であった。
成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて、表1に示す。
参考例4で作製したランダムマットを、実施例1と同様に、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて300℃、4MPaで5分間ホットプレスした後、50℃まで冷却して、樹脂含浸度99%、厚み0.6mm、強化繊維(炭素繊維)体積含有率30%、強化繊維の目付が317g/m2のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグを、実施例1と同様に、NGKキルンテック製のIRオーブンを用いて300℃に加熱したものを3枚重ね、金型温度を120℃に設定した図1に示すシボ形状用のシボ加工用金型に、チャージ率80%となる様に配置して10MPaの圧力で60秒間コールドプレスした。
得られた成形体は、厚みが不均一で欠陥が多く、また、目的のシボを有しているとは言えず、表面意匠性が不良であった(No Good)。上記の成形体の評価結果などについて、表1に示す。
図3に示すシボ形状のシボ加工用金型を用い、プリプレグの積層枚数を5枚、チャージ率を50%とした以外は実施例1と同様にして操作を行った。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は240であった。成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表2に示す。
図4に示すシボ形状用のシボ加工用金型を用い、プリプレグの積層枚数を5枚、チャージ率を50%とした以外は、実施例1と同様にして操作を行った。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は240であった。成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表2に示す。
参考例5で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして操作を行った。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は90Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は1500であった。成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表2に示す。
参考例6で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして操作を行った。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は85Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は2400であった。成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表2に示す。
参考例7で作製したランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて260℃、3MPaで7分間ホットプレスした後、50℃まで冷却して、樹脂含浸度99%、厚み0.6mm、強化繊維(炭素繊維)体積含有率30%、強化繊維の目付が317g/m2のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグ(複合材料基材)3枚をNGKキルンテック製のIRオーブンを用いて260℃に加熱し、金型温度を120℃に設定した、図1に示すシボ形状用のシボ加工用金型にチャージ率80%となる様に配置して10MPaの圧力で60秒間コールドプレスした。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べた結果、平均繊維長(La)は20mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は240であった。成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表3に示す。
参考例8で作製したランダムマットを用い、含浸時のプレス圧力を5MPa、成形時のプレス圧力を20MPaとした以外は実施例8と同様にして操作を行った。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は45%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)は20mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は240であった。 成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表3に示す。
参考例9で作製したランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて260℃、3MPaで7分間ホットプレスした後、50℃まで冷却して、樹脂含浸度99%、厚み0.6mm、強化繊維(炭素繊維)体積含有率30%、強化繊維の目付が317g/m2のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグ(複合材料基材)3枚をNGKキルンテック製のIRオーブンを用いて260℃に加熱し、金型温度を120℃に設定した、図1に示すシボ形状用のシボ加工用金型にチャージ率80%となる様に配置して10MPaの圧力で60秒間コールドプレスした。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(Good)。成形体の平均繊維長(La)及び強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べた結果、平均繊維長(La)は10mm、臨界単糸数は86、強化繊維全量に対する強化繊維束(A)の割合は35Vol%、強化繊維束(A)の平均繊維数(N)は240であった。成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張物性に大差はなく、等方性であることを確認した。上記の成形体の評価結果などについて表3に示す。
参考例10で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして操作を行った。
得られた成形体は、厚みが不均一で欠陥が多かった。また、目的のシボを有しているとは言えず、表面意匠性が不良であった(No Good)。上記の成形体の評価結果などについて表3にまとめる。なお、本比較例の成形体については、品質が劣ることは明らかであったので引張強度や引張弾性率の測定を省略した。
参考例11で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして操作を行った。
成形性は良好であり、得られた成形体の強化繊維体積含有率(Vf)は30%であった。得られた成形体は、目的のシボを有し表面意匠性が良好なものであった(○)。しかし、成形体から切り出した基準方向、およびこれと直交する方向のそれぞれの試験片の引張弾性率には約4割の差があり、等方性があまり良くなかった。上記の成形体の評価結果などについて表3に示す。
参考例12で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして板状のプリプレグを得た。得られたプリプレグの厚みは0.5~1.2mmで不均一であった。このプリプレグを用いて成形を行っても、品質が劣る成形体しか得られないことは明らかであった。
参考例13で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして板状のプリプレグを得た。得られたプリプレグの厚みは23.5~27.8mmで不均一であった。このプリプレグを用いて成形を行っても、品質が劣る成形体しか得られないことは明らかであった。
参考例14で作製したランダムマットを用いた以外は実施例1と同様にして板状のプリプレグを得た。得られたプリプレグは炭素繊維の分布に粗密があり、不均一であった。このプリプレグを用いて成形を行っても、品質が劣る成形体しか得られないことは明らかであった。
本出願は、2011年9月6日出願の日本特許出願(特願2011-193977)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (14)
- 平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料から構成される成形体であって、
強化繊維体積含有率(Vf=100×強化繊維の体積/(強化繊維の体積+熱可塑性樹脂の体積))が5~80%であり、
表面にシボを有し、
下記式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であることを特徴とする成形体。 - 強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たす請求項1に記載の成形体。
0.7×104/D2<N<1×105/D2 (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である) - 任意の方向、およびこれと直交する方向についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比(Eδ)が1.0~1.3である請求項1または2のいずれかに記載の成形体。
- 表面のシボが、規則的な凹凸またはシワである請求項1~3のいずれかに記載の成形体。
- 強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の成形体。
- 熱可塑性樹脂がポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、およびポリエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の成形体。
- 平均繊維長が5mm以上100mm以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成されるランダムマットであって、強化繊維が25~10000g/m2の目付であり、下記式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、ランダムマット中の強化繊維全量に対する割合が20Vol%以上99Vol%以下であるものを用いて、
以下の工程A-1)~A-3)
A-1)ランダムマットを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点~熱分解温度、非晶性の場合はガラス転移温度~熱分解温度に加温、加圧して熱可塑性樹脂を強化繊維束内に含浸させプリプレグを得る工程
A-2)上記A-1)で得られたプリプレグを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上熱分解温度未満の温度、非晶性の場合はガラス転移温度以上熱分解温度未満の温度とし、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満、非晶性の場合はガラス転移温度未満に温度調節されたシボ加工用金型に、下記式(3)
チャージ率(%)=100×基材面積(mm2)/金型キャビティー投影面積(mm2) (3)
(ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり、金型キャビティー投影面積とは抜き方向への投影面積である)
で表されるチャージ率が5%以上となるように配置する工程
A-3)上記A-2)でシボ加工用金型に配置したプリプレグを加圧し、成形する工程
により含浸~成形を行うか、または以下の工程B-1)~B-4)
B-1)ランダムマットを下記式(3)
チャージ率(%)=100×基材面積(mm2)/金型キャビティー投影面積(mm2) (3)
(ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり、金型キャビティー投影面積とは抜き方向への投影面積である)
で表されるチャージ率が5%以上となるようにシボ加工用金型に配置する工程
B-2)シボ加工用金型を熱可塑性樹脂が結晶性の場合は熱可塑性樹脂の融点~熱分解温度、非晶性の場合は熱可塑性樹脂のガラス転移温度~熱分解温度まで昇温し、加圧して含浸する工程(第1プレス工程)
B-3)1段以上であり、最終段の圧力が第1プレス工程の圧力の1.2倍~100倍となるように加圧する工程(第2プレス工程)
B-4)熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満、非晶性の場合はガラス転移温度未満に金型温度を調節して成形する工程
により含浸~成形を行うことを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の成形体の製造方法。 - 強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たす請求項7に記載の成形体の製造方法。
0.7×104/D2<N<1×105/D2 (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である) - 上記A-2)におけるプリプレグ、または上記B-1)におけるランダムマットの配置場所が、シボ加工用金型の水平部(0度)または水平部となす角が70度以下の傾斜部である請求項7または8に記載の成形体の製造方法。
- シボ加工用金型に基材としてプリプレグまたはランダムマットを配置する際、得られる成形体の分岐部分となる箇所を避けて当該基材を配置する請求項7~9のいずれかに記載の成形体の製造方法。
- 前記式(3)で示されるチャージ率が5%~100%である請求項7~10のいずれかに記載の成形体の製造方法。
- 前記式(3)で示されるチャージ率が50%~90%である請求項7~10のいずれかに記載の成形体の製造方法。
- 強化繊維体積含有率(Vf=100×強化繊維の体積/(強化繊維の体積+熱可塑性樹脂の体積))が5~80%であるランダムマットを用いる請求項7~12のいずれかに記載の成形体の製造方法。
- ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の存在量が、強化繊維100質量部に対し、50~1000質量部である、請求項7~13のいずれかに記載の成形体の製造方法。
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