WO2016158436A1 - 繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法 - Google Patents

繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法 Download PDF

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WO2016158436A1
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fiber
reinforcing
reinforcing fiber
molding material
resin molding
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馬場健太
本橋哲也
三好且洋
橋本貴史
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東レ株式会社
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    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C08J2363/10Epoxy resins modified by unsaturated compounds

Definitions

  • the present invention relates to a fiber reinforced resin molding material and a method for producing the same, and in particular, achieves a good balance between good fluidity of the material when molded using the molding material and excellent mechanical properties of the molded product after molding. It is related with the fiber reinforced resin molding material which can be made, and its manufacturing method.
  • a fiber-reinforced resin molding material composed of a bundle of discontinuous reinforcing fibers (for example, carbon fibers) (hereinafter sometimes referred to as fiber bundle) and a matrix resin (for example, thermosetting resin)
  • a matrix resin for example, thermosetting resin
  • Patent Document 1 discloses a molding material in which the number of filaments of a chopped fiber bundle in the molding material is defined within a range of 10,000 to 700,000. In such a molding material, a fiber bundle is disclosed. Since the number of filaments is large, the reinforcing fibers can be efficiently moved in the form of fiber bundles together with the resin during molding, so that excellent fluidity can be obtained. When breaking, there is a high possibility that stress concentration occurs at the end portion of the fiber bundle in the molded product, and it is not suitable for molding a molded product that requires high mechanical properties.
  • Patent Document 2 discloses a fiber reinforced resin in which a fiber bundle that has been split so that the number of single yarns is 100 or less is disclosed. Since the number of single yarns in the bundle is small, the reinforcing fibers are well dispersed in the molded product, and the possibility of stress concentration occurring at the end of the fiber bundle in the molded product is reduced and the mechanical properties of the molded product are improved. On the other hand, there is a possibility that the fluidity as high as expected cannot be obtained during molding.
  • the fiber reinforced resin molding material using a fiber bundle having a relatively large number of single yarns has a high production efficiency and tends to obtain excellent fluidity during molding, but the mechanical properties of the molded product are inferior.
  • fiber reinforced resin molding materials using fiber bundles having a relatively small number of single yarns tend to have high mechanical properties of molded products, but hardly have high fluidity during molding.
  • the object of the present invention is to pay attention to the above-mentioned tendency in the prior art, and a fiber-reinforced resin molding material capable of balancing both good fluidity during molding and excellent mechanical properties of the molded product in a balanced manner. And providing a manufacturing method thereof.
  • a fiber-reinforced resin molding material is a fiber-reinforced resin molding material including at least a discontinuous bundle of reinforcing fibers and a matrix resin, and the bundle of reinforcing fibers.
  • a reinforced fiber assembly A having a shape formed by cutting a continuous reinforcing fiber strand after the continuous reinforcing fiber strand has been subjected to splitting processing to completely divide the strand into a plurality of bundles; and
  • the fiber-reinforced resin molding material comprising both the reinforcing fiber aggregate B1 having an insufficient unbroken fiber shape and / or the reinforcing fiber aggregate B2 having a shape not subjected to the split fiber treatment.
  • a continuous reinforcing fiber strand is formed in the molding material after being subjected to split fiber processing for completely dividing the strand into a plurality of bundles and then cut.
  • Reinforcing fiber assembly A having a shape (that is, a reinforcing fiber assembly A having a relatively small number of single yarns by splitting treatment) and reinforcing fiber assembly B1 having a shape not subjected to splitting treatment, and / or
  • the reinforcing fiber assembly B2 having a shape of an unsplit fiber part where the split fiber processing is insufficient (that is, the reinforcing fiber assembly B having a relatively large number of single yarns) is included, and the fiber (I) The ratio of the weight of the reinforcing fiber aggregate B1 to the total weight of the reinforcing fibers in the reinforced resin molding material, or (ii) the reinforcing fiber aggregate relative to the total weight of the reinforcing fibers in the fiber reinforced resin molding material.
  • Percentage of the total weight of B1 and the reinforcing fiber assembly B2 are both are a form comprising a specific range 50 to 95%.
  • the reinforcing fiber assembly A having a small number of single yarns can contribute to the improvement of the mechanical properties of the molded product after molding, and the reinforcing fiber assembly B having a large number of single yarns can contribute to the improvement of fluidity at the time of molding.
  • the weight ratio of the aggregate B within a specific range, the fluidity and the mechanical characteristics are balanced as the characteristics within the target range.
  • the ratio of the total weight of the reinforcing fiber aggregate B1 to the total weight of the reinforcing fiber aggregate B1 and the reinforcing fiber aggregate B2 is in a range exceeding 4%.
  • the proportion of the weight of the reinforcing fiber aggregate B1 is less than 4%, there is a high possibility that stress concentration occurs at the aggregate end portion of the reinforcing fiber aggregate B2, and the mechanical characteristics may be deteriorated.
  • the proportion of the weight of the reinforcing fiber assembly B1 is 100%, stress concentration is less likely to occur due to the smooth transmission of stress at the part of the reinforcing fiber assembly B1 that has undergone partial splitting treatment. Mechanical properties can be expected.
  • the average fiber length of the reinforcing fiber assembly A and the reinforcing fiber assembly B is preferably in the range of 5 to 100 mm. If the average fiber length is less than 5 mm, the reinforcing effect of the molded product with reinforcing fibers may be insufficient, and if the average fiber length exceeds 100 mm, good flow becomes difficult during molding and fluidity decreases. Or the reinforcing fiber may bend easily.
  • the number of single yarns of each reinforcing fiber assembly A is preferably in the range of 800 to 10,000. If the number of single yarns of the reinforcing fiber assembly A is less than 800, high mechanical properties of the molded product can be easily obtained, but there is a possibility that the fluidity during molding is greatly reduced, and if it exceeds 10,000, Although improvement in fluidity can be expected, there is a risk that stress concentration is likely to occur in the molded product, so that sufficiently high mechanical properties may not be expected, and the reinforcing fiber assembly A and the reinforcing fiber formed through split fiber processing The difference from the aggregate B becomes unclear, and the basic concept of the present invention that attempts to mix these reinforcing fiber aggregates A and B may be impaired.
  • the type of reinforcing fiber used is not particularly limited, and any reinforcing fiber such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, or a combination thereof can be used.
  • the effect of the present invention is particularly great when the reinforcing fiber is made of carbon fiber.
  • thermosetting resin As the matrix resin in the fiber-reinforced resin molding material according to the present invention, either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used.
  • the present invention also provides a method for producing the fiber reinforced resin molding material as described above. That is, the method for producing a fiber-reinforced resin molding material according to the present invention is a method for producing a fiber-reinforced resin molding material containing at least a discontinuous bundle of reinforcing fibers and a matrix resin, the bundle of reinforcing fibers.
  • a reinforcing fiber assembly A formed by cutting a continuous reinforcing fiber strand after the splitting process for completely dividing the strand into a plurality of bundles is performed, and the splitting process is insufficient
  • the amount of the reinforcing fiber assembly B used is (I) the ratio of the weight of the reinforcing fiber assembly B1 to the total weight of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced resin molding material, or (ii) the reinforcing fibers relative to the total weight of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced resin molding material.
  • Percentage of the total weight of the reinforcing fiber assembly B2 and aggregate B1 is also a method characterized by controlling so as to fall in the range 50-95% at any.
  • the fiber-reinforced resin molding material and the method for producing the same according to the present invention it is possible to achieve a good balance between good fluidity during molding and excellent mechanical properties of the molded product. Moreover, since large tow having a large number of single yarns can be used as the strands of continuous reinforcing fibers for producing the reinforcing fiber assemblies A and B, it is possible to improve productivity and reduce manufacturing costs.
  • the present invention relates to a fiber reinforced resin molding material comprising at least a discontinuous bundle of reinforcing fibers and a matrix resin, wherein the bundle of reinforcing fibers includes a plurality of strands of continuous reinforcing fibers.
  • the ratio of the weight, or (ii) the ratio of the total weight of the reinforcing fiber aggregate B1 and the reinforcing fiber aggregate B2 to the total weight of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced resin molding material is 50 to 95%.
  • a method for producing a fiber-reinforced resin molding material comprising at least a discontinuous bundle of reinforcing fibers and a matrix resin, wherein the reinforcing fiber assembly is continuous.
  • Reinforcing fiber assembly A having a shape formed by cutting a reinforcing fiber strand after being subjected to split fiber processing for completely dividing the strand into a plurality of bundles, and unsplit fiber in which the split fiber processing is insufficient
  • the usage amount of the reinforcing fiber assembly B is (i 50)
  • the ratio of the weight of the reinforcing fiber aggregate B1 to the total weight of the reinforcing fibers in the material, or (ii) the ratio of the total weight of the reinforcing fiber aggregate B1 and the reinforcing fiber aggregate B2 is 50.
  • the reinforcing fiber assembly A and the reinforcing fiber assembly B are formed, for example, as shown in FIG.
  • the vertical direction of the paper surface of FIG. 1 indicates the direction in which the continuous reinforcing fibers of the strand extend.
  • the split fiber treatment for completely dividing the strand 1 into a plurality of bundles when viewed in the width direction of the strand 1 is performed.
  • the split fiber portion 2 is formed, and the undivided fiber portion 3 that has not been subjected to the split fiber treatment or / and the unsplit fiber portion 3 that is not sufficiently split. After this split fiber processing is performed, as shown in FIG.
  • FIG. 1 (B) when the strand 1 is cut at the position of the cutting line 4, the split fiber processing is performed as shown in FIG. 1 (C).
  • Reinforced fiber assembly A (5) formed after being cut, reinforcing fiber assembly B1 (6) including an unsplit part that is not sufficiently split, and unsplit Reinforcing fiber assembly B2 (7) including the split fiber portion is formed.
  • the reinforcing fiber aggregate B1 (6) and the reinforcing fiber aggregate B2 (7) are formed is illustrated in FIG. 1C, the reinforcing fiber aggregate is dependent on the split fiber processing or the position of the cutting line.
  • the body B2 (7) may not be formed.
  • the reinforcing fiber assembly B includes both (i) the reinforcing fiber assembly B1 (6) and (ii) both the reinforcing fiber assembly B1 (6) and the reinforcing fiber assembly B2 (7). Any of the above may be used.
  • a number of reinforcing fiber assemblies A and reinforcing fiber assemblies B formed as described above are used, and the amount of the reinforcing fiber assembly B used is (i) the total weight of the reinforcing fibers in the material.
  • the ratio of the total weight of the reinforced fiber assembly B2 including the unbroken fiber part that has not been subjected to the fiber treatment is controlled to be in the range of 50 to 95%, and the fiber reinforced resin molding together with the matrix resin. It is used for forming the material.
  • FIG. 2 is a graph in which the horizontal axis represents the number of single yarns in the reinforcing fiber assembly, and the vertical axis represents the total weight of the reinforcing fiber assembly having the same number of single yarns.
  • the example shown in FIG. 2 includes a relatively small number of single yarns.
  • the reinforcing fiber assembly A and the reinforcing fiber assembly B composed of a relatively large number of single yarns are shown as examples each having a weight-related peak on the horizontal axis.
  • the integrated value of the area under the curve of the curve shown in this graph is considered to correspond to the total weight of the reinforcing fibers in the material, and the integrated value of the area under the curve in the region of a certain number of single yarns or more is the aggregate of reinforcing fibers. This is considered to correspond to the weight of the body B.
  • the amount of the reinforcing fiber assembly B used is (i) the ratio of the weight of the reinforcing fiber assembly B1 including the unseparated fiber portion where the split fiber treatment is insufficient, or (ii) with respect to the total weight of the reinforcing fibers in the material.
  • the type of the reinforcing fiber used is not particularly limited, and any reinforcing fiber such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber or a combination thereof can be used,
  • the effect of the present invention is particularly great when the reinforcing fiber is made of carbon fiber.
  • the average fiber diameter is preferably 3 to 12 ⁇ m, more preferably 5 to 9 ⁇ m.
  • a method for sizing treatment of reinforcing fibers a method in which carbon fibers are immersed in a solution in which a resin is dispersed in water or a solvent and then dried is preferable.
  • the type of resin used as the sizing agent is not particularly limited, but is preferably compatible with the matrix resin, and is preferably the same type of resin as the matrix resin.
  • thermosetting resin and thermoplastic resin can be used, and there is no particular limitation on the material of the thermosetting resin used for the carbon fiber composite material, It can be appropriately selected within a range in which the mechanical properties as a molded product are not significantly reduced.
  • vinyl ester resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, epoxy acrylate resin, urethane acrylate resin, phenoxy resin, alkyd resin, urethane resin, maleimide resin, cyanate resin, and the like can be used.
  • the material of the thermoplastic resin is not particularly limited, and can be appropriately selected as long as the mechanical properties as a molded product are not greatly deteriorated.
  • polyolefin resins such as polyethylene resin and polypropylene resin
  • polyamide resins such as nylon 6 resin and nylon 6,6 resin
  • polyester resins such as polyethylene terephthalate resin and polybutylene terephthalate resin
  • polyphenylene sulfide resin polyether A resin such as a ketone resin, a polyether sulfone resin, or an aromatic polyamide resin
  • the continuous fiber subjected to the split fiber processing according to the present invention is a continuous reinforcing fiber having a portion torn into a plurality of fiber bundles, for example, periodically from a direction perpendicular to the fiber longitudinal direction of the continuous reinforcing fiber
  • continuous fiber subjected to split fiber processing can be obtained by blowing air locally, but the split fiber processing method is not particularly limited thereto.
  • the strand of continuous reinforcing fiber that has been subjected to split fiber treatment is subjected to a cutting step of cutting to a predetermined length as shown in FIG. 1 (B) described above, but the cutting method in this cutting step is also particularly limited.
  • a method of intermittently cutting the strand at a predetermined pitch in the longitudinal direction using a mechanical cutter can be employed.
  • a reinforcing fiber assembly including a reinforcing fiber assembly A formed by being cut after being subjected to split fiber processing, and an unsplit fiber part that is not sufficiently split.
  • the reinforced fiber aggregate B2 including the body B1 and / or the unbroken part that has not been subjected to the split fiber treatment is dispersed, for example, so as to form a nonwoven fabric of the reinforced fiber aggregate.
  • the ratio of the total weight of each is controlled so as to fall within the range of 50 to 95% in all cases, and the control to this range is performed by reinforcing fiber assembly A, reinforcing fiber assembly B1, and reinforcing fiber assembly B2. Can be separately collected and mixed at a predetermined ratio.
  • the weight content of the reinforcing fiber with respect to the total weight of the fiber reinforced tree molding material is preferably in the range of 30 to 60%, and preferably in the range of 35 to 50%. More preferred.
  • the fiber length of the reinforcing fiber assembly according to the present invention is measured with a precision of 1 mm or less using a microscope or a caliper. Further, when the fiber lengths of the single yarns in the reinforcing fiber assembly are not uniform, the fiber length is calculated geometrically. For example, in a cutting step, a certain reinforcing fiber assembly cut obliquely with respect to the fiber direction. When the body exists, the average value of the longest fiber length and the shortest fiber length in the reinforcing fiber assembly can be regarded as the fiber length of the reinforcing fiber assembly. In addition, the average fiber length of the reinforcing fiber aggregate is preferably in the range of 5 to 100 mm, and more preferably in the range of 10 to 80 mm. The fiber length distribution may be a single fiber length or a mixture of two or more.
  • the weight of the reinforcing fiber assembly according to the present invention can be measured by measuring the weight of each reinforcing fiber assembly from the collected sample and counting them, but is preferably measured with an accuracy of 1/100 mg or less. .
  • the number of single yarns in the reinforcing fiber assembly in the present invention is calculated by the following formula (1).
  • the reinforcing fiber assembly A in the fiber-reinforced resin molding material according to the present invention may contain a small amount of an assembly obtained by further dividing the assembly in the cutting step, the spreading step, and the resin impregnation step after the split fiber treatment.
  • Each of the reinforcing fiber assemblies A preferably has a single yarn number in the range of 800 to 10,000, and further, the difference between the upper and lower limit numbers arbitrarily set in the range is within 1,000.
  • the range ⁇ is set, it is preferable that the number of aggregates and the aggregate total weight of the aggregates A within the range ⁇ are the largest in the range of 800 to 10,000 single yarns.
  • the reinforcing fiber aggregate B in the fiber-reinforced resin molding material according to the present invention may contain a small amount of aggregates obtained by further dividing the aggregate in the cutting step, the spreading step, and the resin impregnation step after the split fiber treatment. It is preferable that all the reinforcing fiber assemblies having a single yarn number larger than the reinforcing fiber assembly A having a predetermined number of single yarns in the fiber reinforced resin molding material are regarded as the reinforcing fiber assembly B.
  • the reinforcing fiber aggregate B1 in the fiber-reinforced resin molding material according to the present invention includes an unsplit part where the split fiber treatment is insufficient at at least one end in the fiber direction of the reinforcing fiber aggregate B1. It is preferable that the width of the end portion in the fiber vertical direction is widened.
  • the ratio B (%) of the weight of the reinforcing fiber assembly B to the total weight of carbon fibers of the fiber-reinforced resin molding material according to the present invention is calculated by the following formula (2).
  • Weight ratio B weight of reinforcing fiber assembly B / total carbon fiber weight in fiber reinforced resin molding material ⁇ 100 (2)
  • the ratio B1 (%) of the total weight of the reinforcing fiber assembly B1 to the total weight of the reinforcing fiber assembly B1 and the reinforcing fiber assembly B2 (total weight of the reinforcing fiber assembly B) of the fiber-reinforced resin molding material according to the present invention is as follows. Calculated according to equation (3).
  • Weight ratio B1 weight of reinforcing fiber assembly B1 / total weight of reinforcing fiber assembly B1 and reinforcing fiber assembly B2 in the fiber-reinforced resin molding material (total weight of reinforcing fiber assembly B) ⁇ 100 (3 )
  • the unit of length of fiber bundle (fiber length) is mm, and the unit of weight is g.
  • the carbon fibers and thermosetting resins used in Examples and Comparative Examples are as follows.
  • Carbon fiber carbon fiber “Panex (registered trademark) R 35 Tow” manufactured by Zoltek (fiber diameter 7.2 ⁇ m, strand 50K (K is 1,000 fibers), tensile strength 4,137 MPa)
  • Matrix resin Vinyl ester resin (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd., “Delaken” (registered trademark))
  • Curing agent tert-butyl peroxybenzoate (Nippon Yushi Co., Ltd., “Perbutyl Z” (registered trademark)) Thickener: Magnesium oxide (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., MgO # 40)
  • a 100 mm ⁇ 100 mm sample was cut out from the fiber reinforced resin molding material, and the sample was heated in a furnace at 600 ° C. for 1 hour to remove the resin. Subsequently, the weight of the carbon fiber in the fiber reinforced resin molding material was measured by measuring the weight of the sample from which the resin was removed. Further, all the reinforcing fiber aggregates were taken out of the sample using tweezers, and the weight of each reinforcing fiber aggregate was measured. A balance capable of measuring up to 1/100 mg was used for measuring the weight. Subsequently, the fiber length of each reinforcing fiber assembly taken out using tweezers was measured to the 1 mm unit using a caliper. The number of single yarns in each reinforcing fiber assembly was calculated by the following formula (1).
  • Number of single yarns in each reinforcing fiber assembly weight of assembly (g) ⁇ fiber length (m) / fineness (g / m) (1)
  • a reinforcing fiber assembly having an arbitrary number of single yarns in a certain range by splitting treatment was defined as a reinforcing fiber assembly A, and the total weight of the assembly A was weighed. Further, the reinforcing fiber assembly having a larger number of single yarns than the reinforcing fiber assembly A was defined as a reinforcing fiber assembly B, and the total weight of the assembly B was measured. The ratio (%) of the weight of the reinforcing fiber assembly B to the total weight of all carbon fibers in the fiber reinforced resin molding material was calculated by the following formula (2).
  • Weight ratio weight of reinforcing fiber assembly B / weight of all carbon fibers in fiber reinforced resin molding material ⁇ 100 (2)
  • a reinforcing fiber assembly in which the width of the assembly in the fiber vertical direction was partially widened was defined as a reinforcing fiber assembly B1, and the total weight of the assembly B1 was measured.
  • the ratio B1 (%) of the total weight of the reinforcing fiber aggregate B1 to the total weight of the reinforcing fiber aggregate B1 and the reinforcing fiber aggregate B2 (total weight of the reinforcing fiber aggregate B) in the fiber reinforced resin molding material is expressed by the following formula: Calculated according to (3).
  • Weight ratio B1 weight of reinforcing fiber assembly B1 / total weight of reinforcing fiber assembly B1 and reinforcing fiber assembly B2 in the fiber-reinforced resin molding material (total weight of reinforcing fiber assembly B) ⁇ 100 (3 )
  • Mold No. that can produce flat plate 1 was used.
  • a fiber reinforced resin molding material is used as a mold no. After being placed in the center of 1 (charge rate is about 50%), it is cured under a pressure of 10 MPa with a pressure press machine under conditions of about 130 ° C. for 6 minutes to obtain a 300 ⁇ 400 mm flat plate. It was. Five test pieces (total of 10 pieces) of 100 x 25 x 1.6 mm were cut from the flat plate at 0 degree (flat direction of the flat plate is 0 degree) and 90 degrees, respectively, and measured according to JIS K7074 (1988). Carried out.
  • Example 1 As the carbon fiber, the aforementioned “Panex R 35 Tow” was used. A continuous carbon fiber strand subjected to split fiber treatment is sprayed periodically and locally under predetermined conditions from a direction perpendicular to the fiber longitudinal direction of the continuous carbon fiber so as to be uniformly dispersed. As a result, a discontinuous carbon fiber nonwoven fabric having isotropic fiber orientation was obtained. A rotary cutter was used as the cutting device. The distance between the blades was 30 mm. Moreover, the basis weight of the discontinuous carbon fiber nonwoven fabric was 1 kg / m 2 .
  • a sheet-like fiber reinforced resin molding material was obtained by impregnating a discontinuous carbon fiber nonwoven fabric with a resin in which 100 parts by weight of a matrix resin, 1 part by weight of a curing agent and 7 parts by weight of a thickening agent were impregnated with a roller.
  • the fiber-reinforced resin molding material had a carbon fiber weight content of 40% and a density of 1.46 g / cm 3 .
  • the measurement result of the weight ratio B was 55%, and the measurement result of the weight ratio B1 was 100%.
  • a fiber reinforced resin molding material is used as a mold no. As a result of cutting out a test piece from the flat plate obtained by molding No.
  • the bending strength was 420 MPa.
  • a fiber reinforced resin molding material is used as a mold no. In the molded product obtained by molding according to No. 2, some fine wrinkles were generated on the surface, but lack of thickness and swelling were not observed, and the surface appearance was good.
  • Example 2 The weight ratio B1 was 8%, and the others were the same as in Example 1.
  • the present invention can be applied to any fiber-reinforced resin molding material for which good flowability during molding and excellent mechanical properties of a molded product are desired to be balanced.

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Abstract

 少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、前記強化繊維の束状集合体が、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された形状を有する強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を含み、前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%の範囲にあることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料である。成形の際の良好な流動性と成形品の優れた力学特性とをバランス良く両立させることが可能な繊維強化樹脂成形材料と、その製造方法を提供する。

Description

繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法
 本発明は、繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法に関し、とくに、成形材料を用いて成形する際の材料の良好な流動性と、成形後の成形品の優れた力学特性とを、バランス良く両立させることが可能な繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法に関する。
 不連続の強化繊維(例えば、炭素繊維)の束状集合体(以下、繊維束ということもある。)とマトリックス樹脂(例えば、熱硬化性樹脂)からなる繊維強化樹脂成形材料を用いて、加熱、加圧成形により、所望形状の成形体を成形する技術が知られている(例えば、特許文献1~5)。このような従来の繊維強化樹脂成形材料において、繊維強化樹脂成形材料中の繊維束が所定のストランドから形成された、ある一定の単糸数の繊維束からなる場合、単糸数が多い繊維束からなる成形材料では、成形の際の流動性には優れるが成形品の力学特性は劣る傾向がある。
 例えば特許文献1には、成形材料中のチョップド繊維束のフィラメント本数が10,000~700,000本の範囲内で規定された成形材料が開示されており、このような成形材料では、繊維束のフィラメント本数が多いため成形の際には樹脂とともに強化繊維が繊維束の形態で効率よく移動できるため優れた流動性が得られるが、この成形材料による成形後の成形品については、成形品が破断する際に成形品中の繊維束端部部位などで応力集中が発生する可能性が高く、高力学特性が要求される成形品の成形に適していない。
 一方、例えば特許文献2には、単糸数が100本以下となるように分繊された繊維束が用いられた繊維強化樹脂が開示されているが、上記特許文献1に開示の形態に比べ繊維束の単糸数が少ないため、成形品中で強化繊維が良好に分散し、成形品中の繊維束端部部位などで応力集中が発生する可能性が低くなって成形品の力学特性が高められる反面、成形の際には期待したほど高い流動性が得られないおそれが残されている。
特開2013-202890号公報 特開2008-174605号公報 特開2009-191116号公報 特開2010-163536号公報 国際公開第2014/021315号
 上述の如く、比較的単糸数の多い繊維束を用いた繊維強化樹脂成形材料では、生産効率もよく、成形の際に優れた流動性が得られる傾向にあるが、成形品の力学特性は劣る傾向があり、比較的単糸数の少ない繊維束を用いた繊維強化樹脂成形材料では、逆に、成形品の力学特性には優れるものの、成形の際の流動性は高くし難いという傾向がある。
 そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における傾向に着目し、成形の際の良好な流動性と成形品の優れた力学特性とをバランス良く両立させることが可能な繊維強化樹脂成形材料と、その製造方法を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料は、少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、前記強化繊維の束状集合体が、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された形状を有する強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を含み、前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%の範囲にあることを特徴とするものからなる。
 このような本発明に係る繊維強化樹脂成形材料においては、成形材料中に、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された形状を有する強化繊維集合体A(すなわち、割繊処理により比較的少ない単糸数からなる強化繊維集合体A)と、割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B2(すなわち、比較的多い単糸数からなる強化繊維集合体B)との両方が含まれる形態とされ、かつ、繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%と特定の範囲になる形態とされる。単糸数の少ない強化繊維集合体Aは、成形後の成形品の力学特性の向上に寄与でき、単糸数の多い強化繊維集合体Bは、成形の際の流動性の向上に寄与でき、強化繊維集合体Bの重量割合を特定の範囲内に制御することで、これら流動性と力学特性とが、目標とする範囲内の特性として、バランス良く両立されることになる。
 また、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料において、強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2の総重量に対する強化繊維集合体B1の総重量の割合が4%を超える範囲にあることが好ましい。強化繊維集合体B1の重量の割合が4%未満では、強化繊維集合体B2の集合体端部部位で応力集中が発生する可能性が高くなり、力学特性が低下するおそれがある。また、強化繊維集合体B1の重量の割合が100%では、強化繊維集合体B1の一部割繊処理を施された部位で応力伝達が円滑に行われることにより応力集中が生じにくくなって高い力学特性が期待できる。
 上記本発明に係る繊維強化樹脂成形材料においては、強化繊維集合体Aおよび強化繊維集合体Bの平均繊維長としては、5~100mmの範囲にあることが好ましい。平均繊維長が5mm未満では、強化繊維による成形品の補強効果が不十分になるおそれがあり、平均繊維長が100mmを超えると、成形の際に良好な流動が困難になって流動性が低下したり、強化繊維が曲がりやすくなったりするおそれがある。
 また、上記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体Aにおいて、各々の強化繊維集合体Aの単糸数が、800~10,000本の範囲にあることが好ましい。強化繊維集合体Aの単糸数が800本未満では、成形品の高い力学特性は得られやすいものの、成形の際の流動性の低下が大きくなる可能性があり、10,000本を超えると、流動性の向上は望めるものの、成形品中に応力集中が生じやすくなって十分に高い力学特性が期待できなくなるおそれがあるとともに、割繊処理を介して形成される強化繊維集合体Aと強化繊維集合体Bとの差が不明瞭になり、これら強化繊維集合体A、Bを混在させようとする本発明の基本概念が損なわれるおそれがある。
 また、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料において、使用される強化繊維の種類はとくに限定されず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維やこれらの組み合わせ等、任意の強化繊維の使用が可能であるが、強化繊維が炭素繊維からなる場合に、とくに本発明による効果が大きい。
 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料におけるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用可能である。
 さらに、本発明は、上記のような繊維強化樹脂成形材料の製造方法についても提供する。すなわち、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法は、少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、前記強化繊維の束状集合体として、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を用い、強化繊維集合体Bの使用量を、前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれにおいても50~95%の範囲に入るように制御することを特徴とする方法からなる。
 このように、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法によれば、成形の際の良好な流動性と成形品の優れた力学特性とをバランス良く両立させることが可能になる。しかも、強化繊維集合体A、Bを作製するための連続強化繊維のストランドとして単糸数の多いラージトウを使用可能であるので、生産性の向上や製造コストの低減をはかることも可能になる。
本発明における強化繊維集合体Aと強化繊維集合体Bの形成の一例を示す概略平面図である。 繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体の分布の一例を示すグラフである。
 以下に、本発明について、実施の形態とともに詳細に説明する。
 本発明は、少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、前記強化繊維の束状集合体が、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を含み、前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%の範囲にあることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料、および、少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、上記強化繊維集合体として、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された形状を有する強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を用い、強化繊維集合体Bの使用量を、(i)材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれにおいても50~95%の範囲に入るように制御することを特徴とする繊維強化樹脂成形材料の製造方法に関する。
 本発明においては、上記強化繊維集合体Aと強化繊維集合体Bは、例えば図1に示すように形成される。図1の紙面の上下方向がストランドの連続強化繊維の延びる方向を示している。図示例では、図1(A)に示すように、連続強化繊維のストランド1の長手方向において、該ストランド1を該ストランド1の幅方向に見て複数の束に完全分割する割繊処理が施された割繊部2と、割繊処理が施されていない未割繊部3、または/および、割繊処理が不十分な未割繊部3とが形成される。この割繊処理が施された後、図1(B)に示すように、切断線4の位置でストランド1が切断されると、図1(C)に示すように、割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体A(5)と、割繊処理が不十分な未割繊部を含む強化繊維集合体B1(6)と、割繊処理が施されていない未割繊部を含む強化繊維集合体B2(7)とが形成される。なお、図1(C)では強化繊維集合体B1(6)と強化繊維集合体B2(7)とが形成される例を図示したが、割繊処理や切断線の位置によっては、強化繊維集合体B2(7)が形成されない場合もあり得る。すなわち、強化繊維集合体Bには、(i)強化繊維集合体B1(6)のみ存在する場合と、(ii)強化繊維集合体B1(6)と強化繊維集合体B2(7)との両方が存在する場合の、いずれであってもよい。
 上記のように形成された多数の強化繊維集合体Aと強化繊維集合体Bとの両方が用いられ、強化繊維集合体Bの使用量が、材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記割繊処理が不十分な未割繊部を含む強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記割繊処理が施されていない未割繊部を含む強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%の範囲に入るように制御されて、マトリックス樹脂ととともに繊維強化樹脂成形材料の成形に供される。
 上記成形に供される繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体の分布の一例を示すと、例えば図2に示すようになる。図2は、横軸を強化繊維集合体中の単糸数、縦軸を同じ単糸数の強化繊維集合体の総重量としたグラフであり、図2に示す例は、比較的少ない単糸数からなる強化繊維集合体Aと、比較的多い単糸数からなる強化繊維集合体Bとが、それぞれ、横軸上に重量に関するピークを有している例として示されている。このグラフで示された曲線の曲線下の面積の積分値が、材料中の強化繊維の総重量に相当すると考えられ、ある単糸数以上の領域における曲線下の面積の積分値が、強化繊維集合体Bの重量に相当すると考えられる。強化繊維集合体Bの使用量は、この材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記割繊処理が不十分な未割繊部を含む強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記割繊処理が施されていない未割繊部を含む強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%の範囲に入るように制御される。
 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料において、使用される強化繊維の種類はとくに限定されず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維やこれらの組み合わせ等、任意の強化繊維の使用が可能であるが、強化繊維が炭素繊維からなる場合に、とくに本発明による効果が大きい。また炭素繊維の場合、平均繊維径は3~12μmが好ましく、より好ましくは5~9μmである。
 強化繊維のサイジング処理の方法としては、樹脂を水又は溶媒中に分散させた溶液中に炭素繊維を浸漬させた後、乾燥させる方法が好ましい。サイジング剤として用いる樹脂の種類はとくに限定されないがマトリックス樹脂と相溶性を有することが好ましく、マトリックス樹脂と同種の樹脂であることが好ましい。
 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料におけるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用可能であり、炭素繊維複合材料に用いる熱硬化性樹脂の材料としては特に制限は無く、成形品としての機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノシキ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などを用いることができる。中でも、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂のいずれか、もしくはこれらの混合物からなることが好ましい。
 熱可塑性樹脂の材料としても特に制限は無く、成形品としての機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6樹脂、ナイロン6,6樹脂等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等の樹脂を用いることができる。中でも、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂のいずれかからなることが好ましい。
 本発明に係る割繊処理を施された連続繊維とは連続強化繊維が複数の繊維束に引き裂かれた部分を有することであり、例えば、連続強化繊維の繊維長手方向に垂直な方向から周期的かつ局部的にエアを吹き付けることにより割繊処理を施された連続繊維を得ることができるが、前記割繊処理方法は特にこれに限定されない。
 割繊処理を施された連続強化繊維のストランドは、前述の図1(B)に示したように、所定長に切断する切断工程に供されるが、この切断工程における切断方法としてもとくに限定されず、例えば、機械的なカッターを用いてストランドを長手方向に所定のピッチで断続的に切断する方法を採用できる。
 前述の図1(C)に示したように、割繊処理を施された後切断されて形成された強化繊維集合体Aと、割繊処理が不十分な未割繊部を含む強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない未割繊部を含む強化繊維集合体B2は、例えば強化繊維集合体の不織布を形成するように散布される。この散布工程で形成される不織布においては、前述の如く、強化繊維の総重量に対する(i)強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2との総重量の割合がいずれにおいても50~95%の範囲に入るように制御されるが、この範囲への制御は、強化繊維集合体Aと、強化繊維集合体B1と、強化繊維集合体B2とを別々に採取し、それらを所定の割合で混合することも可能であるが、上記割繊処理の条件とその後に行う切断処理の条件において、例えば、連続強化繊維のストランドの総平面積に対する割繊処理部の面積の割合と、切断長とを考慮して、略正確に(i)強化繊維集合体B1のみ、または(ii)強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2の強化繊維総重量に対する重量割合を推測することが可能であり、この重量割合が上記所定の範囲に入るように割繊処理の条件と切断処理の条件を設定すれば、切断処理後に得られた全強化繊維集合体を単にそのまま散布するだけで所望の不織布を得ることが可能である。
 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料において、前記繊維強化樹成形材料の総重量に対する強化繊維の重量含有率が30~60%の範囲にあることが好ましく、35~50%の範囲にあることがより好ましい。
 本発明に係る強化繊維集合体の繊維長はマイクロスコープまたはノギス等を使用して1mm単位以下の精度で測定されることが望ましい。また、強化繊維集合体中の単糸において各々の繊維長が均一でない場合は、繊維長は幾何学的に算出され、例えば、切断工程において、繊維方向に対し斜めに切断されたある強化繊維集合体が存在する場合、強化繊維集合体中の最長繊維長と最短繊維長の平均値を強化繊維集合体の繊維長とみなすことができる。また、強化繊維集合体の平均繊維長としては、5~100mmの範囲にあることが好ましく、10~80mmの範囲にあることがより好ましい。また、繊維長の分布としては、単一の繊維長であっても構わないし、2種類以上の混合であっても構わない。
 本発明に係る強化繊維集合体の重量は、採取したサンプルから各強化繊維集合体の重量を測定し、それらを集計することで測定できるが、1/100mg以下の精度で測定されることが好ましい。
 本発明における強化繊維集合体中の単糸数は下記式(1)により算出する。
強化繊維集合体中の単糸数(本)=集合体の重量(g)×繊維長(m)/繊度(g/m)・・・(1)
 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体Aは、割繊処理後における切断工程および散布工程および樹脂含浸工程において前記集合体がさらに分割された集合体を少量含む場合があるが、各々の強化繊維集合体Aは単糸数が800~10,000本の範囲にあることが好ましく、さらには、前記範囲において任意に設定される上下限本数の差が1,000本以内となる範囲αを設定した際に、該範囲α内にある前記集合体Aの集合体数と集合体総重量が単糸数が800~10,000本の範囲において最も多くなることが好ましい。
 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体Bは、割繊処理後における切断工程および散布工程および樹脂含浸工程において前記集合体がさらに分割された集合体を少量含む場合があるが、繊維強化樹脂成形材料中の所定範囲の単糸数を有する強化繊維集合体Aより単糸数が多い強化繊維集合体は全て強化繊維集合体Bとみなすことが好ましい。
 また、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体B1は、前記強化繊維集合体B1の繊維方向における少なくとも一方の端部に割繊処理が不十分な未割繊部を含むことが好ましく、前記端部の繊維垂直方向における幅が拡幅していることが好ましい。
 本発明による繊維強化樹脂成形材料の炭素繊維総重量に対する強化繊維集合体Bの重量の割合B(%)は下記式(2)により算出する。
重量割合B=強化繊維集合体Bの重量/繊維強化樹脂成形材料中の全炭素繊維重量×100・・・(2)
 本発明による繊維強化樹脂成形材料の強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2の総重量(強化繊維集合体Bの総重量)に対する強化繊維集合体B1の総重量の割合B1(%)は下記式(3)により算出する。
重量割合B1=強化繊維集合体B1の重量/繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2の総重量(強化繊維集合体Bの総重量)×100・・・(3)
 以下に実施例について説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
 特に、注記が無い限り、繊維強化樹脂成形材料やその試料について、繊維束(繊維長)の長さの単位はmm、重量の単位はgである。なお、実施例、比較例で用いた炭素繊維や熱硬化性樹脂は以下のとおりである。
 炭素繊維:Zoltek社製の炭素繊維“ Panex(登録商標) R 35 Tow”(繊維径7.2μm、ストランド50K(Kは1,000本)、引張強度4,137MPa)
 マトリックス樹脂:ビニルエステル樹脂(ダウ・ケミカル(株)製、“デラケン”(登録商標))
 硬化剤: tert-ブチルパーオキシベンゾエート(日本油脂(株)製、“パーブチルZ”(登録商標))
 増粘剤:酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、 MgO#40)
[繊維強化樹脂成形材料の重量割合の求め方]
 まず、繊維強化樹脂成形材料から100mm×100mmの試料を切り出し、前記試料を600℃×1時間、炉内にて加熱し樹脂を除去した。続いて、樹脂を除去した試料の重量を測定することにより、繊維強化樹脂成形材料中の全炭素繊維の重量を測定した。さらに、前記試料より強化繊維集合体をピンセットを用いて全て取り出し、各々の強化繊維集合体において重量を測定した。重量の測定には1/100mgまで測定可能な天秤を用いた。続いて、ピンセットを用いて取り出した各々の強化繊維集合体において繊維長をノギスを使用して1mm単位まで測定した。各強化繊維集合体中の単糸数を下記式(1)により算出した。
各強化繊維集合体中の単糸数(本)=集合体の重量(g)×繊維長(m)/繊度(g/m)・・・(1)
 繊維強化樹脂成形材料中に強化繊維集合体において、割繊処理によりある範囲の任意の単糸数とされた強化繊維集合体を強化繊維集合体Aとし、前記集合体Aの総重量を計量した。また、強化繊維集合体Aより単糸数が多い強化繊維集合体を強化繊維集合体Bとし、前記集合体Bの総重量を計量した。繊維強化樹脂成形材料中の全炭素繊維総重量に対する前記強化繊維集合体Bの重量の割合(%)を下記式(2)により算出した。
重量割合=強化繊維集合体Bの重量/繊維強化樹脂成形材料中の全炭素繊維重量×100・・・(2)
 また、前記強化繊維集合体Bにおいて、前記集合体の繊維垂直方向における幅が一部拡幅した強化繊維集合体を強化繊維集合体B1とし、前記集合体B1の総重量を計量した。繊維強化樹脂成形材料中の前記強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2の総重量(強化繊維集合体Bの総重量)に対する強化繊維集合体B1の総重量の割合B1(%)を下記式(3)により算出した。
重量割合B1=強化繊維集合体B1の重量/繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2の総重量(強化繊維集合体Bの総重量)×100・・・(3)
 [力学特性の評価方法]
 平板を制作することが可能である金型No.1を用いた。繊維強化樹脂成形材料を金型No.1の中央部に配置(チャージ率にして50%程度)した後、加圧型プレス機により10MPaの加圧のもと、約130℃×6分間の条件により硬化させ、300×400mmの平板を得た。平板より0度(平板長手方向を0度)と90度方向から、それぞれ100×25×1.6mmの試験片を5片(合計10片)を切り出し、JIS K7074(1988年)に準拠し測定を実施した。
 [流動特性の評価方法]
 凹凸部およびリブ形成用の溝を有する金型No.2を使用した。繊維強化樹脂成形材料を金型No.2の中央部に配置(チャージ率にして50%程度)した後、加圧型プレス機により10MPaの加圧のもと、約130℃×6分間の条件により硬化させ、成形品を得た。成形品に対し下記表1に示す評価項目について目視観察をすることで、各々の成形品に対し総合的に流動特性の評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[実施例1]
 炭素繊維として、前述した“ Panex R 35 Tow”を使用した。連続炭素繊維の繊維長手方向に垂直な方向から所定の条件で周期的かつ局部的にエアを吹き付けることにより割繊処理を施された連続炭素繊維ストランドを切断して均一分散するように散布することにより、繊維配向が等方的である不連続炭素繊維不織布を得た。切断装置にはロータリー式カッターを用いた。刃の間隔は30mmとした。また、不連続炭素繊維不織布の目付は1kg/mであった。
 不連続炭素繊維不織布にマトリックス樹脂100重量部と硬化剤1重量部と増粘剤7重量部を配合された樹脂を、ローラーで含浸させることによりシート状の繊維強化樹脂成形材料を得た。繊維強化樹脂成形材料の炭素繊維重量含有率は40%、密度は1.46g/cmであった。また、重量割合Bの測定結果は55%であり、重量割合B1の測定結果は100%であった。繊維強化樹脂成形材料を金型No.1により成形して得られた平板から試験片を切り出しJIS K7074(1988年)に準拠し測定を行った結果、曲げ強度は420MPaであった。また、繊維強化樹脂成形材料を金型No.2により成形して得られた成形品において、表面に一部極微小なシワが発生したが、欠肉および膨れは観察されず、表面外観も良好であった。
[実施例2]
 重量割合B1を8%とし、それ以外は実施例1と同様とした。
[比較例1]
 重量割合Bを3%、重量割合B1を0%とし、それ以外は実施例1と同様とした。
 [比較例2]
 重量割合B1を0%とし、それ以外は実施例1と同様とした。
 [比較例3]
 重量割合Bを97%、重量割合B1を0%とし、それ以外は実施例1と同様とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、本発明による実施例1、2においては、比較例1、2、3に比べ、成形の際の良好な流動性と成形品の優れた力学特性とをバランス良く両立させることができた。
 本発明は、成形の際の良好な流動性と成形品の優れた力学特性とをバランス良く両立させることが望まれるあらゆる繊維強化樹脂成形材料に適用できる。
1 連続強化繊維のストランド
2 割繊部
3 未割繊部
4 切断線
5 強化繊維集合体A
6 強化繊維集合体B1
7 強化繊維集合体B2

Claims (7)

  1.  少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、前記強化繊維の束状集合体が、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された形状を有する強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を含み、前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する(i)前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記繊維強化樹脂成形材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれも50~95%の範囲にあることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料。
  2.  前記強化繊維集合体B1と強化繊維集合体B2との総重量に対する、強化繊維集合体B1の総重量の割合が4%を超える範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の繊維強化樹脂成形材料。
  3.  前記強化繊維集合体Aおよび強化繊維集合体B1および強化繊維集合体B2の平均繊維長が5~100mmの範囲にある、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂成形材料。
  4.  前記強化繊維集合体Aの単糸数が800~10000本の範囲にある、請求項1~3のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料。
  5.  前記強化繊維が炭素繊維からなる、請求項1~4のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料。
  6.  前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなる、請求項1~5のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料。
  7.  少なくとも不連続の強化繊維の束状集合体とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、前記強化繊維の束状集合体として、連続強化繊維のストランドが該ストランドを複数の束に完全分割する割繊処理を施された後切断されて形成された形状を有する強化繊維集合体Aと、前記割繊処理が不十分な未割繊部の形状を有する強化繊維集合体B1、または/および、前記割繊処理が施されていない形状を有する強化繊維集合体B2との両方を用い、強化繊維集合体Bの使用量を、(i)材料中の強化繊維の総重量に対する前記強化繊維集合体B1の重量の割合、または(ii)前記強化繊維集合体B1と前記強化繊維集合体B2との総重量の割合が、いずれにおいても50~95%の範囲に入るように制御することを特徴とする繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
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