WO2020202903A1 - 繊維強化プラスチック成形体 - Google Patents

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WO2020202903A1
WO2020202903A1 PCT/JP2020/007415 JP2020007415W WO2020202903A1 WO 2020202903 A1 WO2020202903 A1 WO 2020202903A1 JP 2020007415 W JP2020007415 W JP 2020007415W WO 2020202903 A1 WO2020202903 A1 WO 2020202903A1
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WO
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resin
fiber
fiber reinforced
reinforced plastic
plastic molded
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塩崎佳祐
中山裕之
志保孝介
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東レ株式会社
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Definitions

  • the present invention is a fiber reinforced plastic molded product suitable for applications requiring light weight, high strength, high rigidity, and thinning, which are used as parts and housing parts of, for example, personal computers, OA (Office Automation) devices, and mobile phones. Regarding.
  • the housing that houses electronic devices such as notebook personal computers is a part that can be seen by the human eye and directly touched by the user's hands, the design and the appearance quality of the surface are important. Therefore, the housing is generally decorated by exterior painting, and the surface quality is controlled by strict appearance standards.
  • the diversification of designs such as clear metallic coating and pearl clear coating has progressed, and advanced coating technology is required to satisfy the surface quality, and the quality required for the surface of molded products is becoming stricter. ..
  • Patent Document 1 "at least, in a fiber reinforced plastic laminate in which a skin material made of reinforcing fibers and a matrix resin is laminated on a core material made of a resin foam having independent foam cells, a thin skin material is used.
  • a unidirectional fiber reinforced plastic layer is arranged in at least one layer of the above, the thick skin material has a laminated structure, a woven fiber reinforced plastic layer is arranged in at least one layer, and the outermost layer is woven carbon as the upper surface skin material.
  • One layer of prepreg A composed of fiber and epoxy resin, and four layers of prepreg B composed of unidirectional carbon fiber and epoxy resin are laminated under it ", which maintains rigidity and light weight. The effect of suppressing the surface appearance defect due to the generation of bubble voids, so-called bubble voids, which are generated inside the structure, and maintaining the surface state of good appearance with excellent design is disclosed.
  • a plate material (A) having a design surface on one side is arranged in a mold with at least a part separated from the member (B) inside a member (B) having a frame shape. Then, by injection molding the bonding resin (C) into the gap between the plate material (A) and the member (B), the plate material (A) and the member are at least at the outer peripheral edge of the plate material (A).
  • Structure for joining and integrating with (B) is described, whereby a plurality of structures are joined with high joining strength, the joining boundary portion has good smoothness, and the molded body is a constituent member of a plate material. The effect of being able to reduce warpage and realize weight reduction and thinning is disclosed.
  • Patent Document 3 "a composite molded product (I) in which a laminated member (II) having a sandwich structure and a resin member (III) are arranged at least a part around a plate end portion of the laminated member (II).
  • the sandwich structure has a hard member layer (IIa) and a soft member layer (IIb), and the resin member (III) is a soft member layer (III) at a joint portion between the laminated member (II) and the resin member (III).
  • IIb "a configuration in which at least a part of the convex shape is formed” is described, which discloses the effect of being lightweight, having high rigidity and high strength, and being able to reduce the wall thickness.
  • Patent Document 4 states that "in a sandwich structure composed of a skin layer and a core layer including a fluid core layer composed of discontinuous fibers and a matrix resin (C), the skin layer is a continuous fiber and a matrix resin. It is a fiber reinforced resin layer (X) composed of (A), and has a structure in which one or more layers of a unidirectional fiber reinforced resin layer and one or more woven fiber reinforced resin layers are laminated, respectively, "which is lightweight, has high strength, and has high rigidity. Therefore, the effect that a standing portion having a complicated shape such as a rib having high strength in the out-of-plane direction of the skin layer can be obtained by a simple method such as one-shot molding is disclosed.
  • a skin in a method for producing a sandwich panel composed of a core material and a skin material containing a fiber reinforced resin in which reinforcing fibers arranged on both sides of the core material are impregnated with a fiber reinforced resin.
  • the material is a fiber reinforced resin having a one-layer structure or a plurality of laminated structures, and at least one layer in the fiber-reinforced resin is a fiber-reinforced resin layer containing continuous reinforcing fibers, and the continuous reinforcing fibers.
  • the members that make up the equipment such as the housing are required to have high appearance design and smoothness.
  • a sheet-shaped fiber-reinforced base material such as a woven fabric
  • a woven fabric pattern can be arranged on the surface, but the woven fabric is in a form in which carbon fibers are wavy. Therefore, the strength such as bending rigidity may decrease.
  • the fiber reinforced plastic as a multi-layer structure with a reinforced base material and a sheet-shaped woven fabric fiber reinforced base material such as a woven fabric or a multi-axis woven fabric.
  • the structure is asymmetrically laminated in the longitudinal direction, and the molded product itself may warp due to the effect of heat shrinkage after molding.
  • Patent Document 1 In response to such a problem, in Patent Document 1 described above, by arranging a unidirectionally reinforced fiber plastic skin material on both sides of the core material, it is possible to compensate for the decrease in rigidity, and the outermost layer of the skin material It is said that by arranging the woven fabric, it is possible to maintain high rigidity and improve the appearance design, but there is a problem in reducing the warp of the molded product that is likely to occur due to the asymmetric laminated structure. There was no suggestion regarding recognition or countermeasures, and there was room for improvement.
  • the bonding resin (C) injected into the outer peripheral edge portion of the plate material (A) is intended to bond the plate material (A) and the member (B) with high strength.
  • a thermoplastic resin layer (D) is provided on the outer surface of the plate material (A), and the plate material (A) and the bonding resin (C) are bonded via the thermoplastic resin layer (D).
  • thermoplastic resin layer (D) there is room for improvement because there is no recognition of problems regarding warpage of the molded product that may occur when the thermoplastic resin layer (D) is provided and asymmetrical lamination is performed, and no suggestions regarding countermeasures thereof have been made.
  • the hard member layer (IIa) uses a sheet containing continuous reinforcing fibers arranged in one direction or a sheet containing continuous reinforcing fiber woven fabric, and a plate end portion of the laminated member (II).
  • a configuration in which the resin member (III) is injection-molded is described in the periphery, but there is no description that the laminated member (II) has an asymmetric laminated structure, and the resin member (III) to be injection-molded and the warp of the molded body are described. There was no description suggesting a relationship, and there was room for improvement as there was no recognition of issues regarding the warpage of the molded product or suggestions for countermeasures.
  • the skin layer is a fiber reinforced resin layer (X) composed of continuous fibers and a matrix resin (A), and one or more unidirectional fiber reinforced resin layers and one or more woven fiber reinforced resin layers are laminated.
  • X fiber reinforced resin layer
  • A matrix resin
  • a woven fiber reinforced resin layer is arranged on the surface layer of the skin material to form an asymmetric laminated structure.
  • Patent Document 5 describes that the strength and elastic modulus can be designed more efficiently by having the fiber-reinforced resin layer containing the reinforcing fibers aligned in one direction and the reinforcing fibers of the woven fabric as the skin material.
  • the fiber-reinforced resin layer containing the reinforcing fibers aligned in one direction and the reinforcing fibers of the woven fabric as the skin material there is no recognition of issues regarding the warpage of the molded body that may occur when a woven fiber reinforced resin layer is arranged on the surface layer of the skin material to form an asymmetric laminated structure, and no suggestions have been made regarding countermeasures, and there is room for improvement. there were.
  • the subject of the present invention is to arrange a sheet-shaped woven fiber reinforced base material on the surface of a fiber reinforced plastic molded product to impart a unique surface morphology to enhance the appearance design and asymmetry. It is an object of the present invention to provide a fiber reinforced plastic molded article having a laminated structure, which suppresses the occurrence of warpage of the molded article, realizes smoothness, and can achieve thinning, high strength and high rigidity.
  • the present invention employs the following means. That is, (1) A resin bonded to a laminated body (A) which is a planar structure made of at least a fiber reinforced resin and a part or all of the outer peripheral side surface portion and / or the outer peripheral peripheral portion of the laminated body (A). A fiber-reinforced plastic molded body composed of a member (B).
  • the laminate (A) is a sandwich in which both surfaces of the core layer (C) are sandwiched between one layer or two or more layers of unidirectional fiber reinforced plastic (D) composed of unidirectional continuous fibers and matrix resin.
  • the laminated body (A) is divided into halves in the wall thickness direction, and the resin present in the region (R1) on which the woven fiber reinforced resin (F) is laminated rather than the divided center line.
  • Am2 / Am1 is 2 to A fiber reinforced plastic molded body characterized by being in the range of 25.
  • the flexural modulus Md of the unidirectional fiber reinforced resin (D) is in the range of 100 to 500 GPa, and the flexural modulus Mf of the woven fiber reinforced resin (F) is in the range of 30 to 80 GPa, (1) to ( The fiber-reinforced plastic molded product according to any one of 3).
  • Te the wall thickness of the sandwich structural member (E) is Te (mm) and the wall thickness of the woven fiber reinforced resin (F) is Tf (mm)
  • Te / Tf is in the range of 1.2 to 40.
  • the fiber-reinforced plastic molded product according to any one of (1) to (4).
  • the wall thickness Te of the sandwich structural member (E) is in the range of 0.6 to 2 mm, and the wall thickness Tf of the woven fiber reinforced resin (F) is in the range of 0.05 to 0.5 mm, (1) to.
  • a sheet-shaped fiber-reinforced base material such as a woven fabric is arranged on the surface of the fiber-reinforced plastic molded product to impart a unique surface morphology to enhance the appearance design and asymmetric lamination.
  • a unique surface morphology to enhance the appearance design and asymmetric lamination.
  • FIG. 1 It is a process diagram which shows the manufacturing process of the fiber-reinforced plastic molded article, (A) the cross-sectional view which shows the state which arranged the laminated body (A) in the injection molding die, (B) the resin member (B) is an injection gate. It is sectional drawing which shows the state which formed the fiber-reinforced plastic molded article by injection injection from a mouth. It is a process drawing which shows the manufacturing process of the fiber reinforced plastic molded body which provided the bonding layer (G), and also bonded the resin member (B) to the flat surface part of the outer peripheral edge part of the laminated body (A), and is under press molding. It is sectional drawing which shows the state before arranging each member of the laminated body (A) in a mold.
  • the fiber reinforced plastic molded body 1 of the present invention comprises a laminated body (A) 2 which is a planar structure made of at least a fiber reinforced resin and a laminated body (A) 2.
  • a fiber-reinforced plastic molded body 1 composed of a resin member (B) 3 joined to a part or all of the outer peripheral side surface portion and / or the outer peripheral edge portion, and the laminated body (A) 2 is a core.
  • the woven fiber reinforced resin (F) 7 composed of the woven fiber and the matrix resin is laminated on the surface of any one of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5, and the laminated body (A) 2 is formed.
  • the resin member (B) 3 is divided into halves in the direction of the wall thickness 11 and exists in the region (R1) 13 on which the woven fiber reinforced plastic (F) 7 is laminated rather than the divided center line 12. Assuming that the amount is Am1 and the amount of the resin member (B) 3 existing in the region (R2) 14 on which the woven fiber reinforced plastic (F) 7 is not laminated is Am2, Am2 / Am1 is 2 to 25. It is characterized by.
  • the fiber-reinforced plastic molded product 1 of the present invention includes the laminated body (A) 2 and a part or all of the outer peripheral edge portion and / or the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2.
  • a resin member (B) 3 composed of a reinforcing fiber and a thermoplastic resin is bonded to the surface of any one of the laminates (A) 2, and a woven fiber 7a as illustrated in FIG. 2 is formed on the surface of any one of the laminates (A) 2. It has a structure in which the woven fiber reinforced resin (F) 7 used is laminated.
  • the shape pattern of the woven fabric can be made conspicuous, a unique surface morphology can be imparted, and the appearance design can be enhanced.
  • both surfaces of the core layer (C) 4 are sandwiched between the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5, and further, the woven fiber reinforced resin (F) is placed on one of the surfaces.
  • ) 7 are laminated and press-molded to prepare a laminated body (A) 2 which is a planar structure. Immediately after the completion of press-molding, there is no warp and a substantially flat shape is formed. Due to heat shrinkage, the laminated body (A) 2 may have a concave center as shown in FIG. 3 (B) and may be deformed downward in a convex shape.
  • the laminated body (A) 2 has an asymmetric laminated structure, and is considered to be affected by the heat shrinkage of the woven fiber reinforced resin (F) 7 and warp downward in a convex shape. If it is used in the housing of an electric device or the like in this state, it may come into contact with an internal electronic component or the like and cause a problem.
  • a resin member (B) is formed on the outer peripheral side surface portion and / or the outer peripheral edge portion of the laminate (A) 2 produced by press molding. ) 3 are joined.
  • the laminated body (A) 2 is divided into halves in the wall thickness direction, and the region (R2) 14 on which the woven fiber reinforced resin (F) 7 is not laminated is larger than the divided center line 12.
  • the amount of the resin member (B) 3 present in the above is constant more than the amount of the resin member (B) 3 present in the region (R1) 13 on which the woven fiber reinforced resin (F) 7 is laminated.
  • the configuration should be large.
  • the center line 12 is a line indicating the position of the central portion of the laminated body (A) 2 having a wall thickness of 11 in half.
  • Am2 / Am1 is less than 2, it may be difficult to exert the effect of offsetting the warp. If Am2 / Am1 exceeds 25, the thickness of the molded product itself becomes thick, and it may be difficult to realize thinning.
  • Am2 / Am1 is preferably 5 to 22, more preferably Am2 / Am1 is 8 to 20, and even more preferably 10 to 18. It is preferable that the resin member (B) 3 is joined to the outer peripheral side surface portion of the laminated body (A) 2 by injection molding. The amount of the resin member (B) 3 is specified by volume.
  • unidirectional continuous fiber of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 shown in FIG. 4 or 5 two or more layers of continuous fiber base materials having different fiber orientation angles of 45 degrees or 90 degrees are laminated. This makes it possible to impart a certain level of rigidity and strength as well as to reduce the thickness and weight of the molded body.
  • the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2 is a flat portion region near the outer peripheral portion of the laminated body (A) 2 of the planar structure, and is relative to the length of one side of the laminated body (A) 2. It is preferably within the range of 0 to 15% from the outer peripheral edge.
  • the outer peripheral side surface portion is an end face portion having a plane perpendicular to the plane portion of the outer peripheral portion of the laminated body (A) 2 of the planar structure.
  • the resin member (B) 3 is arranged so as to be joined to a part or all of the outer peripheral side surface portion and / or the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2.
  • a part of the resin member (B) 3 is joined to the outer peripheral side surface portion of the laminated body (A) 2
  • a part of the resin member (B) 3 is laminated. It shows a state of being joined to a part of the outer peripheral side surface portion and the outer peripheral edge portion of the body (A) 2.
  • the reinforcing fibers used for the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 and the woven fiber reinforced resin (F) 7 include high strength such as carbon fiber, glass fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, and silicon carbide fiber. , High elastic coefficient fiber and the like.
  • carbon fiber having a high specific elastic modulus which is a ratio of elastic modulus to density, for example, polyacrylonitrile (PAN) type, pitch type, and cellulose type.
  • PAN polyacrylonitrile
  • Gastric growth carbon fiber by hydrocarbon, graphite fiber and the like can be used, and two or more of these may be used in combination.
  • PAN-based carbon fiber having an excellent balance between rigidity and price is preferable. Further, in the present invention, it is preferable that the bending rigidity of the sandwich structural member (E) 6 is larger than the bending rigidity of the woven fiber reinforced resin (F) 7.
  • the sandwich structure member (E) 6 having a high flexural rigidity, the strength of the molded body 1 can be ensured, and even in the asymmetric laminated structure, the occurrence of warpage can be suppressed as much as possible.
  • Md / Mf is It is preferably 1.2 to 17.
  • Md / Mf is less than 1.2, the effect of warpage reduction may be weakened. If Md / Mf exceeds 17, the effect of warpage reduction may be weakened.
  • Md / Mf is preferably 3 to 16, more preferably 5 to 15, and even more preferably 7 to 14.
  • the flexural modulus Md of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 is 100 to 500 GPa and the flexural modulus Mf of the woven fiber reinforced resin (F) 7 is 30 to 80 GPa.
  • Md is less than 100 GPa, the laminated body (A) 2 may warp too much, and when the resin member (B) 3 is injection-molded, the bonding with the resin member (B) 3 may be insufficient. .. If Md exceeds 500 GPa, it may be difficult to handle as a base material, and the material cost may affect the product competitiveness.
  • Mf is less than 30 GPa, the strength of the molded product 1 may not be sufficiently secured. If Mf exceeds 80 GPa, the laminated body (A) 2 may warp too much, and when the resin member (B) 3 is injection-molded, the bonding with the resin member (B) 3 may be insufficient.
  • Md is preferably 120 to 480 GPa, more preferably 180 to 400 GPa, and even more preferably 220 to 320 GPa.
  • the Mf is preferably 35 to 75 GPa, more preferably 45 to 65 GPa, and even more preferably 50 to 60 GPa.
  • the thickness of the sandwich structural member (E) 6 sandwiching both surfaces of the core layer (C) 4 with the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 is set to Te (mm), and the woven fiber reinforced resin ( Assuming that the wall thickness of F) 7 is Tf (mm), Te / Tf is preferably 1.2 to 40.
  • the woven fiber reinforced resin (F) By increasing the wall thickness of the sandwich structural member (E) 6 containing the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 with respect to the wall thickness of the woven fiber reinforced resin (F) 7, the woven fiber reinforced resin (F) The influence of the heat shrinkage of 7 can be reduced.
  • Te / Tf is less than 1.2, it may be difficult to exert the effect of offsetting the warp. If Te / Tf exceeds 40, the thickness of the molded product itself becomes thick, and it may be difficult to realize thinning. Te / Tf is preferably 2 to 35, more preferably 5 to 32, and even more preferably 8 to 30.
  • the thickness Te of the sandwich structural member (E) 6 is 0.6 to 2 mm and the wall thickness Tf of the woven fiber reinforced resin (F) 7 is 0.05 to 0.5 mm. It is a range that can achieve both the effect of offsetting the warp and the realization of thinning.
  • Te is less than 0.6 mm, the strength of the molded product itself may decrease. If Te exceeds 2 mm, the thickness of the molded product itself becomes thick, and it may be difficult to realize thinning. If Tf is less than 0.05 mm, poor appearance may occur. If Tf exceeds 0.5 mm, the thickness of the molded product itself becomes thick, and it may be difficult to realize thinning.
  • Te is 0.7 to 1.8 mm
  • Tf is 0.06 to 0.4 mm
  • more preferably Te is 0.9 to 1.6 mm
  • Tf is 0.08 to 0.3 mm
  • Te is 1 to 1.4 mm
  • Tf is 0.1 to 0.2 mm.
  • the woven fiber reinforced resin (F) 7 is arranged on the outermost layer on the design surface side of the fiber reinforced plastic molded body 1. Since the woven fiber reinforced resin (F) 7 has a characteristic fiber pattern, the characteristic fiber pattern can be emphasized, and by using the woven fiber base material for the outermost layer, the shape pattern of the carbon fiber woven fabric can be seen. It can stand up and develop a novel surface pattern.
  • the resin member (B) 3 is joined and formed over the entire circumference of the outer peripheral side surface portion and / or the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2. As shown in FIGS. 1, 4 or 5, by joining the laminated body (A) 2 to the resin member (B) 3 over the entire circumference of the outer peripheral side surface portion, the molded body 1 as a whole has high bonding strength and thinning. It can be realized.
  • the resin member (B) 3 is a partial area or the entire area of the flat surface portion of the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2 on the side where the woven fiber reinforced resin (F) 7 is not laminated. It is preferable that the structure is such that the laminate (A) 2 is bonded to the laminated body (A) 2 via the bonding layer (G) 8.
  • the bonding layer (G) 8 is previously attached to the surface opposite to the surface side on which the woven fiber reinforced resin (F) 7 of the laminated body (A) 2 is laminated, and then the resin.
  • the member (B) 3 is injection-molded.
  • the laminated body (A) 2 can be bonded to the molten resin member (B) 3 via the bonding layer (G) 8 to realize high bonding strength as the molded body 1.
  • FIG. 5 shows a state in which the resin member (B) 9 is joined to the flat surface portion of the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2 via the bonding layer (G) 8.
  • a thermoplastic resin film or a non-woven fabric of a thermoplastic resin can be appropriately used.
  • the core layer (C) 4 is made of a resin foam or a porous base material made of a discontinuous fiber and a thermoplastic resin. In such a configuration, since the core layer (C) 4 is porous and has voids, it is possible to realize weight reduction and high rigidity of the molded body 1.
  • the foam examples include polyurethane resin, phenol resin, melamine resin, acrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polyetherimide resin or polymethacrylicimide resin.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • polyetherimide resin or polymethacrylicimide resin can be preferably used.
  • a resin having an apparent density lower than that of the skin layer and in particular, a polyurethane resin, an acrylic resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, a polyetherimide resin or a polymethacrylicimide resin is used. It can be preferably used.
  • a core layer precursor composed of the discontinuous fiber and the thermoplastic resin is prepared, and a softening point of the thermoplastic resin is prepared.
  • the pressurization is released, and the restoring force that tries to return to the original state when the residual stress of the discontinuous fiber is released, so-called springback, expands in the thickness direction to form voids. It is preferably a complex.
  • the discontinuous fiber used for the core layer (C) 4 the same type of reinforcing fiber as the above-mentioned continuous fiber can be used.
  • the fiber length of the discontinuous fiber is preferably 1 mm or more and less than 150 mm. If it is less than 1 mm, it is difficult to use the discontinuous fiber as a base material, while if the fiber length is 150 mm or more, the plate thickness of the molded product 1 may vary widely.
  • the thermoplastic resin used for the core layer (C) 4 the same type of resin as the above-mentioned thermoplastic resin can be used.
  • the warp of the fiber reinforced plastic molded product 1 is 2.0% or less.
  • the tensile elastic modulus of the reinforcing fibers is the point of rigidity of the molded body 1. Therefore, it is preferable to use one in the range of 200 to 850 GPa. If the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber is smaller than 200 GPa, it may not be possible to secure the required high rigidity while maintaining the light weight, and if it is larger than 850 GPa, the compressive strength of the reinforcing fiber is weak. Since it is easily broken, it is difficult to impregnate the reinforcing fibers with a matrix resin to form the fiber reinforced resin. When the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber is within the above range, it is preferable in terms of further improving the rigidity of the laminated body and improving the manufacturability of the reinforcing fiber.
  • the fiber weight content of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 is 50 to 80% by weight, and the woven fiber reinforced resin (F).
  • the fiber weight content of 7 is preferably 40 to 70% by weight.
  • the fiber weight content of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 is less than 50% by weight, it may be difficult to develop the strength of the laminate (A) 2. If the fiber weight content of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 exceeds 80% by weight, it may be difficult to handle it as a prepreg because the amount of fibers is too large. It is preferably 55 to 75% by weight, more preferably 60 to 70% by weight.
  • the fiber weight content of the woven fiber reinforced resin (F) 7 is less than 40% by weight, it may be difficult to develop the strength of the laminate (A) 2. If the fiber weight content of the woven fiber reinforced resin (F) 7 exceeds 70% by weight, the resin may be insufficient and the design after molding may be impaired. It is preferably 45 to 65% by weight, more preferably 50 to 60% by weight.
  • the fiber woven fabric contained in the woven fiber reinforced resin (F) 7 is at least one woven fabric selected from plain weave, twill weave, satin weave and satin weave.
  • the matrix resin of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 or the woven fiber reinforced resin (F) 7 is made of a thermosetting resin.
  • thermosetting resin a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, an epoxy resin, a phenol (resole type) resin, a urea-melamine resin, a polyimide resin, a maleimide resin, or a benzoxazine resin is preferably used.
  • epoxy resin is preferable from the viewpoint of mechanical properties of the molded product and heat resistance.
  • the epoxy resin is preferably contained as a main component of the resin to be used in order to exhibit its excellent mechanical properties, and specifically, it is preferably contained in an amount of 60% by weight or more per resin composition.
  • the matrix resin of the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 or the woven fiber reinforced resin (F) 7 is made of a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin is preferably at least one thermoplastic resin selected from polystyrene resin, polyamide resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene resin and polypropylene resin, and the resin components are melted and laminated.
  • the body (A) 2 can be integrated and a strong bonding strength with the resin member can be obtained.
  • thermoplastic resins can be preferably used.
  • polyester resins such as polybutylene terephthalate (PBT) resin, polytrimethylene terephthalate (PTT) resin, and liquid crystal polyester resin
  • polyolefin resins such as polybutylene resin, polyoxymethylene (POM) resin, and polyphenylene sulfide (PPS) resin.
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PVC polyvinyl chloride
  • PPE polyphenylene ether
  • PI polyimide
  • PAI polyamideimide
  • PEI polyetherimide
  • a polyolefin resin is preferable from the viewpoint of lightness of the obtained molded product
  • a polyamide resin is preferable from the viewpoint of strength
  • amorphous such as a polycarbonate resin, a styrene resin, and a modified polyphenylene ether resin from the viewpoint of surface appearance.
  • a sex resin is preferable.
  • the resin member (B) 3 is composed of discontinuous carbon fiber or glass fiber and a thermoplastic resin.
  • the laminated body (A) 2 constituting the molded body 1 and the resin member (B) 3 can be joined with high joining strength, and the warp of the molded body 1 can be reduced.
  • the thermoplastic resin is preferably at least one thermoplastic resin selected from the above-mentioned polystyrene resin, polyamide resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene resin and polypropylene resin, and the resin component is melted.
  • the laminated body (A) 2 can be integrated and a strong bonding strength with the resin member (B) 3 can be obtained.
  • the fiber weight content of the resin member (B) 3 is preferably 5 to 30% by weight. As a result, it is possible to increase the joint strength and reduce the warpage of the molded body 1. If it is less than 5% by weight, it may be difficult to secure the strength of the molded body 1, and if it exceeds 30% by weight, the filling of the resin member (B) 3 may be partially insufficient in injection molding. is there.
  • the fiber weight content is more preferably 8 to 28% by weight, still more preferably 12 to 25% by weight.
  • the weight average fiber length of the discontinuous carbon fiber or the glass fiber is preferably 0.3 to 3 mm.
  • continuous fibers and discontinuous fibers are defined.
  • the continuous fiber is a state in which the reinforcing fibers contained in the molded body 1 are substantially continuously arranged over the entire length or width of the molded body 1, and the reinforcing fibers are intermittently separated from the discontinuous fiber. It refers to the arranged mode.
  • unidirectional fiber reinforced plastics obtained by impregnating unidirectionally aligned reinforcing fibers with resin correspond to continuous fibers
  • SMC sheet molding compound
  • the pellet material used for injection molding can be classified into two types, long fiber pellets and short fiber pellets.
  • the long fibers treated in the present invention are composed of discontinuous fibers in the molded product 1. Those having a weight average fiber length of 0.3 mm or more remaining in the members are defined as short fibers, and those having a weight average fiber length of less than 0.3 mm are defined as short fibers.
  • the weight average fiber length of the discontinuous carbon fiber or glass fiber is preferably 0.4 to 2.8 mm, more preferably 0.7 to 1.5 mm, and even more preferably 0.9 to 1.2 mm.
  • the resin member (B) 3 has a standing wall-shaped portion at least partially.
  • the resin member (B) 3 arranged on the side surface portion of the molded body 1 shown in FIG. 4 or FIG. 5 is provided with a vertical wall-shaped portion 10 extending below the resin member (B) 3 to form the molded body 1 as a box-shaped body. can do.
  • FIGS. 6 to 8 The manufacturing method of the fiber reinforced plastic molded product 1 shown in FIG. 4 is illustrated in FIGS. 6 to 8.
  • a woven fiber reinforced resin (F) 7, a unidirectional fiber reinforced resin (D) 5, a core layer (C) 4 and a unidirectional fiber prepared in advance are placed on a press-molded lower die 21.
  • the reinforcing resin (D) 5 is laminated and arranged in this order to form a precursor of the laminated body (A) 2.
  • the woven fiber reinforced resin (F) 7 and the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 are in the form of a prepreg in which the reinforcing fibers are impregnated with a thermosetting resin, or in the form of a UD tape or a woven fabric containing a thermoplastic resin. It is preferable to do so.
  • the press forming upper die 22 is lowered to a position where it comes into contact with the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5, and the precursor of the laminated body (A) 2 is compression molded by a constant press pressure. Then, the laminated body (A) 2 is generated. At this time, it is also effective to interpose a release film (not shown) between the mold and the precursor of the laminate (A) 2 to assist the releasability.
  • the laminated body (A) 2 is placed between the injection molding lower mold 23 and the injection molding upper mold 24 having the space 26 for forming the resin member (B) 3. Deploy.
  • the resin member (B) 3 composed of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin is injection-molded from the injection gate port 25. As a result, the resin member (B) 3 is joined and integrated with the side surface portion of the laminated body (A) 2.
  • FIGS. 9 to 11 a method for producing a fiber-reinforced plastic molded product in which the bonding layer (G) 8 shown in FIG. 5 is provided and the resin member (B) 9 is bonded to the flat surface portion of the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2. Examples are shown in FIGS. 9 to 11. As shown in FIG. 9, a woven fiber reinforced resin (F) 7, a unidirectional fiber reinforced resin (D) 5, a core layer (C) 4, and a unidirectional fiber prepared in advance are placed on a press-molded lower die 21. The reinforced resin (D) 5 and the bonding layer (G) 8 are laminated and arranged in this order.
  • the press forming upper die 22 is lowered to a position where it comes into contact with the bonding layer (G) 8, and the laminated body (A) 2 is compression molded by a constant press pressure to form the laminated body (A). ) 2 is generated.
  • the laminated body (A) 2 is placed between the injection molding lower mold 23 and the injection molding upper mold 24 having the space 26 for forming the resin member (B) 3. Deploy.
  • the resin member (B) 3 composed of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin is injection-molded from the injection gate port 25.
  • the resin member (B) 3 is joined and integrated with the side surface portion of the laminated body (A) 2, and the flat surface portion of the outer peripheral edge portion of the laminated body (A) 2 and the resin member (B) 9 are joined and integrated.
  • G) Join and integrate via 8.
  • the fiber-reinforced plastic molded product 1 of the present invention will be described in more detail by way of examples, but the following examples do not limit the present invention.
  • a method for measuring the characteristics in the present invention and an example of material composition of each part of the molded product 1 will be described.
  • the fiber weight content of No. 3 was measured by the following method.
  • the woven fiber reinforced resin (F) 7, the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5, the core layer (C) 4 or the resin member (B) 3 to be measured from the molded body 1 is cut out, and the weight w0 (g) thereof is measured. did.
  • the cut-out sample was heated in air at 500 ° C. for 1 hour to sufficiently incinerate and remove the resin component, and the weight w1 (g) of the remaining reinforcing fiber was measured.
  • FIG. 12 shows a method of measuring the warp state of the fiber reinforced plastic molded body 1.
  • the warp of the molded body 1 was measured using a laser range finder manufactured by BOSCH.
  • the molded body 1 is placed on a flat plate 30 that is kept horizontal.
  • a reference surface 32 on which the laser range finder 31 can move is prepared above the molded body 1.
  • the distance between the reference surface 32 and both end portions 33 and 34 of the molded body 1 is measured by the laser range finder 31, and the line connecting the end portions 33 and 34 is set as the warped lower reference line 35. If the molded body 1 is, for example, a rectangle, measurement was performed on each of the four sides. The measurement location was performed by irradiating the vicinity of the outer peripheral ends of the four sides of the laminated body (A) 2 with a laser. This end portion is the end portion of the laminated body (A) 2, and does not include the resin member (B) 3.
  • FIG. 12 illustrates seven odd-numbered points.
  • L (mm) be the distance between both ends 33 and 34
  • a (mm) be the distance between the lower warp reference line 35 and the upper warp reference line 36.
  • Warp (A / L) * 100 [%] Specified in.
  • one-way prepreg (D-1) (manufactured by Toray Corporation, P3452S-15, carbon fiber weight content 67%, carbon fiber tensile elasticity 235 GPa, thickness 0.15 mm) and one-way prepreg (D) -2) (Toray Co., Ltd., P3452S-10, carbon fiber weight content 67%, carbon fiber tensile elasticity 235 GPa, thickness 0.10 mm) and one-way prepreg (D-3) (manufactured by Toray Co., Ltd.) , P12453F-16, carbon fiber weight content 67%, carbon fiber tensile elasticity 550 GPa, thickness 0.15 mm) were prepared.
  • D-4 unidirectional prepreg (manufactured by Toray Industries, Inc., P12453F-11, carbon fiber weight content 67%, carbon fiber tensile elastic modulus 550 GPa, thickness 0.10 mm) was prepared.
  • the woven fiber reinforced resin (F) 7 is composed of woven carbon fibers having a tensile elasticity of 230 GPa and an epoxy resin having a glass transition temperature of 135 ° C.
  • Core Layer (C) 4 As a porous base material, discontinuous fibers (manufactured by Toray Industries, Inc., T700S, carbon fiber number average fiber length 5 mm) and thermoplastic resin (polypropylene), A core layer (C-2) 4 having a weight content of 30% by weight of discontinuous fibers was prepared.
  • Polyester resin (“Hitrel” (registered trademark) 4057 manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.) is charged from the hopper of a twin-screw extruder and melted by the extruder. After kneading, it was extruded from a T-shaped die. Then, it was cooled and solidified by taking it up with a chill roll at 60 ° C. to obtain a polyester resin film having a thickness of 0.05 mm. This was used as the thermoplastic joint layer (G) 8.
  • Hitrel registered trademark 4057 manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.
  • Example 1 Using the one-way prepreg prepared in Material Composition Example 1-1 and the expanded polypropylene prepared in Material Composition Example 2-1 [One-way prepreg (D-1) 0 ° / One-way prepreg (D-2) 90 ° / Polypropylene foam / One-way prepreg (D-2) 90 ° / One-way prepreg (D-1) 0 °] A precursor of a 300 mm ⁇ 300 mm rectangular sandwich structural member (E) 6 laminated in this order was prepared. ..
  • the precursor of the laminated body (A) 2 was sandwiched between mold release films (not shown) and placed on a rectangular press-molded lower die 21 of 300 mm ⁇ 300 mm.
  • the die 22 was placed on the board surface having a board surface temperature of 150 ° C., the board surface was closed, and heat pressing was performed at 3 MPa. After 5 minutes had passed from the pressurization, the board surface was opened to obtain a laminated body (A-1) 2 which is a carbon fiber reinforced resin plate having a thickness of 0.5 mm and a rectangular flat plate shape having a thickness of 300 mm ⁇ 300 mm.
  • the laminated body (A-1) 2 is arranged in the space formed by the injection molding lower mold 23 and the injection molding upper mold 24, and FIG. 8 (B) ),
  • the resin member (B-1) 3 obtained in Material Composition Example 3 was injection-molded from the injection gate port 25 so that Am1 / Am2 became 20, and a fiber-reinforced plastic molded body 1 was manufactured. ..
  • Table 1 summarizes the material composition, physical property properties, etc. of the fiber-reinforced plastic molded product 1.
  • the amount of warpage shown in Table 1 represents the maximum value among the amounts of warpage on four sides. The same applies to the subsequent examples.
  • Example 2 Example 2 was carried out according to the material formulations and dimensions shown in Table 1, and the unidirectional fiber reinforced resin (D) 5 was replaced with a unidirectional prepreg (D-3) and a unidirectional prepreg (D-4). (D-3) 0 ° / unidirectional prepreg (D-4) 90 ° / expanded polypropylene / unidirectional prepreg (D-4) 90 ° / unidirectional prepreg (D-3) 0 °] The procedure was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the precursor of the rectangular sandwich structural member (E) 6 having a size of ⁇ 300 mm was prepared. The warp of the obtained fiber-reinforced plastic molded product 1 was small and was at a level where there was no problem in actual use. The results are summarized in Table 1.
  • Example 3 Example 3 was carried out under the same conditions as in Example 1 except that Tf, Am1 and Am2 were carried out according to the material formulations and dimensions shown in Table 1. The warp of the obtained fiber-reinforced plastic molded product 1 was small and was at a level where there was no problem in actual use. The results are summarized in Table 1.
  • Example 4 Example 2 was carried out according to the material formulation and dimensions shown in Table 1, and was the same as that of Example 2 except that the bonding layer (G) 8 prepared in Material Composition Example 4 was laminated on the precursor of the laminated body (A) 2. Prepared with a similar prescription.
  • the precursor of the laminated body (A) 2 is placed on the mold 21 and heated and pressed under the same conditions as in the first embodiment to have a thickness of 0.5 mm, 300 mm ⁇ .
  • a laminated body (A-4) 2 which is a carbon fiber reinforced resin plate having a rectangular flat plate shape of 300 mm was obtained.
  • the laminated body (A-4) 2 is arranged in the space formed by the injection molding lower mold 23 and the injection molding upper mold 24, and FIG. 11 (B) ),
  • the resin member (B-1) 3 obtained in Material Composition Example 3 was injection-molded from the injection gate port 25 so that Am1 / Am2 became 25 to produce a fiber-reinforced plastic molded body 1. ..
  • the warp of the obtained fiber-reinforced plastic molded product 1 was small and was at a level where there was no problem in actual use. The results are summarized in Table 1.
  • Comparative Example 1 Comparative Example 1 was performed using the material formulations and dimensions shown in Table 1. It was a molded product having a low Am2 / Am1, and the obtained fiber-reinforced plastic molded product 1 had a large warp, which caused a problem in actual use. The results are summarized in Table 1.
  • Comparative Example 2 Comparative Example 2 was performed using the material formulations and dimensions shown in Table 1. Since the molded product has a high Am2 / Am1, the thickness of the obtained fiber-reinforced plastic molded product 1 is large, and the warpage of the molded product 1 is large, which causes a problem in actual use. The results are summarized in Table 1.
  • the fiber reinforced plastic molded product of the present invention can be effectively used for automobile interior / exterior, electrical / electronic equipment housings, bicycles, structural materials for sports equipment, aircraft interior materials, transportation boxes, etc.

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Abstract

繊維強化樹脂からなる面状構造体である積層体(A)と、積層体(A)の外周側面部及び/または外周縁部の一部の領域または全領域に接合した樹脂部材(B)とから構成される繊維強化プラスチック成形体であって、積層体(A)は、コア層(C)の両表面を一方向性の連続繊維とマトリクス樹脂から構成される一方向性繊維強化樹脂(D)で挟んだサンドイッチ構造部材(E)と、一方の繊維強化樹脂(D)の表面に織物繊維とマトリクス樹脂から構成される織物繊維強化樹脂(F)が積層された構成であり、積層体(A)を肉厚方向で半等分に分割し、分割した中央線よりも織物繊維強化樹脂(F)が積層されている方の領域(R1)に存在する樹脂部材(B)の量をAm1、織物繊維強化樹脂(F)が積層されていない方の領域(R2)に存在する樹脂部材(B)の量をAm2とすると、Am2/Am1が2~25の範囲にある繊維強化プラスチック成形体。繊維強化プラスチック成形体の外観意匠性を高めるとともに、非対称積層構造でありながら、成形体の反りの発生を抑制して平滑性を実現できるとともに、薄肉化と高強度・高剛性化を実現できる。

Description

繊維強化プラスチック成形体
 本発明は、例えばパソコンやOA(Office Automation)機器、携帯電話等の部品や筐体部分として用いられる軽量、高強度・高剛性でかつ薄肉化が要求される用途に適した繊維強化プラスチック成形体に関する。
 現在、パソコン、OA機器、AV(Audio Visual)機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品などの電気・電子機器の携帯化が進むにつれ、より小型、軽量化が要求されている。その要求を達成するために、機器を構成する部品、特に筐体には、外部から荷重がかかった場合に筐体が大きく撓んで内部部品と接触、破壊を起こさないようにする必要があるため、高強度・高剛性化を達成しつつ、かつ薄肉化が求められている。
 また、ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器を内部に収容する筐体は、人目に触れ、直接使用者の手に触れる部品であるために意匠性や表面の外観品質が重要視される。そのために、筐体は一般的に外観塗装によって加飾加工され、表面品位は厳しい外観基準で管理されている。近年はクリアメタリック系塗装や、パールクリア系塗装といった意匠性の多様化が進み、表面品位を満足させるため高度な塗装技術が求められるとともに、成形品表面に要求される品位も厳しくなってきている。特に、繊維強化基材である炭素繊維の織物の形状模様を目立たせて、斬新な表面模様をセールスポイントとすることも販売促進には重要な要素と思われる。
 特許文献1では、「少なくとも、独立発泡セルを有する樹脂発泡体から構成される芯材に、強化繊維とマトリックス樹脂からなる表皮材が積層された繊維強化プラスチック積層体において、板厚の薄い表皮材の少なくとも1層に一方向繊維強化プラスチック層を配し、板厚の厚い表皮材は積層構造を備え、少なくとも1層に織物繊維強化プラスチック層を配し、上面表皮材として、最表層に織物炭素繊維とエポキシ樹脂で構成されるプリプレグAを1層、その下に一方向炭素繊維とエポキシ樹脂で構成されるプリプレグBを4層積層した構成」が記載され、これにより、剛性、軽量性を保持したまま、構造体内部に発生する気泡空隙、いわゆる気泡ボイドの発生による表面外観不良を抑制し、意匠性に優れた良外観の表面状態を保持できる効果が開示されている。
 また、特許文献2では、「フレーム形状を有する部材(B)の内側に、前記部材(B)と少なくとも一部を離間させて片側表面が意匠面である板材(A)を金型内に配置し、前記板材(A)と前記部材(B)との間の空隙に接合樹脂(C)を射出成形することにより、少なくとも前記板材(A)の外周縁部で前記板材(A)と前記部材(B)とを接合一体化させる構成」が記載され、これにより、複数の構造体が高い接合強度で接合し、その接合境界部が良好な平滑性を有し、成形体が板材の構成部材を有していても反り低減が図れ、軽量・薄肉化を実現することができる効果が開示されている。
 また、特許文献3では、「サンドイッチ構造を有する積層部材(II)と該積層部材(II)の板端部周囲の少なくとも一部に樹脂部材(III)を配した複合成形品(I)であって、該サンドイッチ構造は硬質部材層(IIa)と軟質部材層(IIb)を有し、積層部材(II)と樹脂部材(III)との接合部において、樹脂部材(III)が軟質部材層(IIb)に対し、少なくとも一部が凸形状を形成している構成」が記載され、これにより、軽量、高剛性・高強度で、薄肉化を図ることができる効果が開示されている。
 また、特許文献4には、「スキン層と、不連続繊維とマトリックス樹脂(C)とからなる流動コア層を含むコア層とから構成されるサンドイッチ構造体において、スキン層が連続繊維とマトリックス樹脂(A)とからなる繊維強化樹脂層(X)であり、一方向繊維強化樹脂層と織物繊維強化樹脂層とをそれぞれ1層以上積層させた構成」が記載され、軽量、高強度・高剛性であり、スキン層の面外方向に高強度なリブ等の複雑形状をした立設部を一発成形等の簡易な方法で得ることが出来る効果が開示されている。
 また、特許文献5では、「芯材と、該芯材の両面に配される強化繊維にマトリックス樹脂が含浸された繊維強化樹脂を含む表皮材とから構成されるサンドイッチパネルの製造方法において、表皮材が、1層の層構造または複数層の積層構造を有した繊維強化樹脂であり、該繊維強化樹脂中の少なくとも1層は連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層であり、連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層が強化繊維の織物を含む構成」が記載され、これにより、表皮材が剛性の高い繊維強化樹脂で構成され、芯材が表皮材よりも見かけ密度の小さい樹脂で構成され、全体厚みを小さくしているので、剛性を保時したままで軽量性およびX線透過性に優れる効果が開示されている。
特開2015-193119号公報 国際公開2018/110293号 特開昭61-24439号公報 国際公開2017/115640号 特開2012-76464号公報
 電気・電子機器等に用いられる筐体の表面には、筐体等の機器を構成する部材に、高い外観意匠性とともに平滑性が要求されている。例えば、織物等のシート状の繊維強化基材を繊維強化プラスチック成形体の表面に配置して特有の表面形態を付与して外観意匠性を高める試みがなされている。しかし、繊維強化プラスチック成形体において、表層に多軸織物等のシート状の織物繊維強化基材を使用すると、織物模様を表面に配することができるが、織物は炭素繊維が波打つような形態であるため、曲げ剛性等の強度が低下する場合があった。
 そのため、繊維強化プラスチックを多層構造として補強基材と織物、多軸織物等のシート状の織物繊維強化基材で構成することで一定の強度・剛性を確保することができるが、成形体が厚さ方向に非対称積層構造となり、成形後に熱収縮の影響で成形体自体に反りが生じる場合があった。
 また、この問題を解消するために、金型のキャビティを線膨張係数の差によって生じる繊維強化樹脂板材の反り変形を打ち消す形状に、予め形成する方法が開示されている(例えば、特開2015-98173号公報、特開2003-158143号公報)。しかし、金型を特注型として作る必要があり、また複数の試作を行って形状が適切かどうかを確認する必要があり、コスト増大を招く要因となっていた。
 このような問題に対し、上述した特許文献1では、芯材の両面に一方向強化繊維プラスチックの表皮材を配することにより、剛性の低下を補うことができ、また、表皮材の最外層に織物を配することにより、高剛性を保持するとともに、外観意匠性も向上させることができるとされているが、非対称積層構造とすることにより発生する可能性の高い成形体の反り低減に関してその課題認識や対策に関する示唆はなされておらず、改善の余地があった。
 また、特許文献2では、板材(A)の外周縁部に射出される接合樹脂(C)は板材(A)と部材(B)とを高い強度で接合させることを目的としたものであり、また、板材(A)の外表面に熱可塑性樹脂層(D)を設け、板材(A)と接合樹脂(C)とは熱可塑性樹脂層(D)を介して接合させる非対称積層構造の記載があるが、熱可塑性樹脂層(D)を設けて非対称積層とした際に生じる可能性のある成形体の反りに関する課題認識やその対策に関する示唆はなされておらず、改善の余地があった。
 また、特許文献3では、硬質部材層(IIa)が、一方向に配列した連続強化繊維を含んだシートや連続強化繊維織物を含んだシートを用い、また、積層部材(II)の板端部周囲に樹脂部材(III)を射出成形する構成が記載されているが、積層部材(II)を非対称積層構造とする記載はなく、射出成形される樹脂部材(III)と成形体の反りとの関係を示唆した記載もなく、成形体の反りに関する課題認識やその対策に関する示唆はなされておらず、改善の余地があった。
 また、特許文献4では、スキン層が連続繊維とマトリックス樹脂(A)とからなる繊維強化樹脂層(X)であり、一方向繊維強化樹脂層と織物繊維強化樹脂層とをそれぞれ1層以上積層させた構成とすることで、軽量、高強度・高剛性の特性を得ることができる旨の記載がなされているが、表皮材の表層に織物繊維強化樹脂層を配し非対称積層構造とした際に生じる可能性のある成形体の反りに関する課題認識やその対策に関する示唆はなされておらず、改善の余地があった。
 さらに、特許文献5では、表皮材が、一方向に引き揃えられた強化繊維や織物の強化繊維を含む繊維強化樹脂層を有することにより、より効率よく強度、弾性率を設計できると記載されているが、表皮材の表層に織物繊維強化樹脂層を配し非対称積層構造とした際に生じる可能性のある成形体の反りに関する課題認識やその対策に関する示唆はなされておらず、改善の余地があった。
 本発明の課題は、かかる従来技術の問題点に鑑み、シート状の織物繊維強化基材を繊維強化プラスチック成形体の表面に配置して特有の表面形態を付与し外観意匠性を高めるとともに、非対称積層構造でありながら、成形体の反りの発生を抑制して平滑性を実現し、かつ、薄肉化と高強度・高剛性化を達成可能な繊維強化プラスチック成形体を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用するものである。すなわち、
(1)少なくとも繊維強化樹脂からなる面状構造体である積層体(A)と、前記積層体(A)の外周側面部及び/または外周縁部の一部の領域または全領域に接合した樹脂部材(B)とから構成される繊維強化プラスチック成形体であって、
 前記積層体(A)は、コア層(C)の両表面を一方向性の連続繊維とマトリクス樹脂から構成される1層又は2層以上の一方向性繊維強化樹脂(D)で挟んだサンドイッチ構造部材(E)と、前記繊維強化樹脂(D)のいずれか一方の表面に織物繊維とマトリクス樹脂から構成される1層又は2層以上の織物繊維強化樹脂(F)が積層された構成であり、前記積層体(A)を肉厚方向で半等分に分割し、分割した中央線よりも前記織物繊維強化樹脂(F)が積層されている方の領域(R1)に存在する前記樹脂部材(B)の量をAm1、前記織物繊維強化樹脂(F)が積層されていない方の領域(R2)に存在する前記樹脂部材(B)の量をAm2とすると、Am2/Am1が2~25の範囲にあることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体。
(2)前記サンドイッチ構造部材(E)の曲げ剛性は、前記織物繊維強化樹脂(F)の曲げ剛性よりも大きい、(1)に記載の繊維強化プラスチック成形体。
(3)前記一方向性繊維強化樹脂(D)の曲げ弾性率をMd(GPa)、前記織物繊維強化樹脂(F)の曲げ弾性率をMf(GPa)、とすると、Md/Mfが1.2~17の範囲にある、(1)または(2)に記載の繊維強化プラスチック成形体。
(4)前記一方向性繊維強化樹脂(D)の曲げ弾性率Mdが100~500GPa、前記織物繊維強化樹脂(F)の曲げ弾性率Mfが30~80GPaの範囲にある、(1)~(3)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(5)前記サンドイッチ構造部材(E)の肉厚をTe(mm)、前記織物繊維強化樹脂(F)の肉厚をTf(mm)とすると、Te/Tfが1.2~40の範囲にある、(1)~(4)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(6)前記サンドイッチ構造部材(E)の肉厚Teが0.6~2mm、前記織物繊維強化樹脂(F)の肉厚Tfが0.05~0.5mmの範囲にある、(1)~(5)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(7)前記織物繊維強化樹脂(F)は繊維強化プラスチック成形体の意匠面側最外層として配されている、(1)~(6)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(8)前記樹脂部材(B)が、前記積層体(A)の外周側面部及び/または外周縁部の全周にわたって接合形成されている、(1)~(7)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(9)前記樹脂部材(B)は、前記織物繊維強化樹脂(F)が積層されていない側の前記積層体(A)の外周縁部の平面部の一部の領域または全領域に接合層(G)を介して、前記積層体(A)と接合されている、(1)~(8)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(10)前記コア層が、樹脂発泡体または不連続繊維と熱可塑性樹脂からなる多孔質基材からなる、(1)~(9)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
(11)繊維強化プラスチック成形体の反りが2%以下である、(1)~(10)のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
 本発明の繊維強化プラスチック成形体によれば、織物等のシート状の繊維強化基材を繊維強化プラスチック成形体の表面に配置して特有の表面形態を付与し外観意匠性を高めるとともに、非対称積層構造でありながら、成形体の反りの発生を抑制して平滑性を実現するとともに、薄肉化と高強度・高剛性化を実現することができる。
本発明の一実施態様に係る繊維強化プラスチック成形体の斜視図である。 本発明における織物繊維の基材の一例を示す平面図である。 本発明における積層体(A)の一例を示す断面図(A)、積層体(A)のプレス成形後、熱収縮により反りが生じた状態の一例を示す断面図(B)である。 図1のA―A‘線に沿って見た、積層体(A)の側面部に樹脂部材(B)を接合した状態の本発明に係る繊維強化プラスチック成形体の一例を示す断面図である。 積層体(A)の一方向性繊維強化樹脂(D)の表面に接合層を形成して積層体(A)の側面部及び外周縁部の平面部に樹脂部材(B)を接合した状態の本発明に係る繊維強化プラスチック成形体の一例を示す断面図である。 積層体(A)の製造工程において、プレス成形下金型に積層体(A)の各部材を配置する前の状態を示す断面図である。 プレス成形下金型とプレス成形上金型を閉じてプレス成形により積層体(A)を形成した状態を示す断面図である。 繊維強化プラスチック成形体の製造工程を示す工程図であって、(A)射出成形金型内に積層体(A)を配置した状態を示す断面図、(B)樹脂部材(B)を射出ゲート口から射出注入して繊維強化プラスチック成形体を成形した状態を示す断面図である。 接合層(G)を設けて、積層体(A)の外周縁部の平面部にも樹脂部材(B)を接合した繊維強化プラスチック成形体の製造工程を示す工程図であって、プレス成形下金型に積層体(A)の各部材を配置する前の状態を示す断面図である。 図9の工程に続く工程を示す工程図であって、プレス成形下金型とプレス成形上金型を閉じてプレス成形により積層体(A)を形成した状態を示す断面図である。 積層体(A)の外周縁部の平面部にも樹脂部材(B)を接合した繊維強化プラスチック成形体の製造工程を示す工程図であって、(A)射出成形金型内に積層体(A)を配置した断面図、(B)樹脂部材(B)を射出ゲート口から射出注入して繊維強化プラスチック成形体を成形した状態を示す断面図である。 本発明における繊維強化プラスチック成形体の反り量測定方法を示す概略説明図である。
 以下、本発明について、実施の形態とともに、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明はこれら図面や後述の実施例に何ら限定されるものではない。
 図1~5を参照しつつ説明するに、本発明の繊維強化プラスチック成形体1は、少なくとも繊維強化樹脂からなる面状構造体である積層体(A)2と、積層体(A)2の外周側面部及び/または外周縁部の一部の領域または全領域に接合した樹脂部材(B)3とから構成される繊維強化プラスチック成形体1であって、積層体(A)2は、コア層(C)4の両表面を一方向性の連続繊維とマトリクス樹脂から構成される1層又は2層以上の一方向性繊維強化樹脂(D)5で挟んだサンドイッチ構造部材(E)6と、一方向性繊維強化樹脂(D)5のいずれか一方の表面に織物繊維とマトリクス樹脂から構成される織物繊維強化樹脂(F)7が積層された構成であり、積層体(A)2を肉厚11の方向で半等分に分割し、分割した中央線12よりも織物繊維強化樹脂(F)7が積層されている方の領域(R1)13に存在する樹脂部材(B)3の量をAm1、織物繊維強化樹脂(F)7が積層されていない方の領域(R2)14に存在する樹脂部材(B)3の量をAm2とすると、Am2/Am1が2~25であることを特徴とする。
 図1に示すように、本発明の繊維強化プラスチック成形体1は、積層体(A)2と、積層体(A)2の外周縁部及び/または外周縁部の一部の領域または全領域に、強化繊維と熱可塑性樹脂から構成される樹脂部材(B)3を接合した構成であり、積層体(A)2のいずれか一方の表面に、図2に例示するような織物繊維7aを用いた織物繊維強化樹脂(F)7が積層された構成を有する。積層体(A)2の表層に織物繊維強化樹脂(F)7を配することにより、織物の形状模様を目立たせて、特有の表面形態を付与して外観意匠性を高めることができる。
 次に、図3(A)に示すように、コア層(C)4の両表面を一方向性繊維強化樹脂(D)5で挟み、さらに、いずれか一方の表面に織物繊維強化樹脂(F)7を積層し、プレス成形により、面状構造体である積層体(A)2を作成する際、プレス成形完了直後では、反りがなく略フラットな形状をなしているが、その後、冷却による熱収縮により、積層体(A)2は図3(B)に示すように中央が凹み、下に凸状に変形してしまう場合がある。これは、積層体(A)2は非対称積層構造となっているため、織物繊維強化樹脂(F)7の熱収縮の影響を受けて、下に凸状に反ってしまうものと考えられる。この状態のままで電気機器装置の筐体等に使用した場合、内部の電子部品等と接触して不具合が生じる場合がある。
 そこで、この変形を抑制するため、本願発明では、図4又は図5に示すように、プレス成形により作成した積層体(A)2の外周側面部及び/または外周縁部に、樹脂部材(B)3を接合させる。この際、積層体(A)2を肉厚方向で半等分に分割して、その分割した中央線12よりも織物繊維強化樹脂(F)7が積層されていない方の領域(R2)14に存在する樹脂部材(B)3の量を、織物繊維強化樹脂(F)7が積層されている方の領域(R1)13に存在する樹脂部材(B)3の量よりも一定の割合で多くする構成とする。このような成形体1の外周縁部及び/または外周側面部に接合する樹脂部材(B)3の接合量に偏りを持たせることにより、樹脂部材(B)3の収縮により、積層体(A)2の反りとは逆方向への応力が発生し、全体的に反りが相殺される。その結果、非対称積層であっても成形時の反りの発生を抑制することができる。図4又は図5において、中央線12は積層体(A)2の肉厚11の半等分の中央部の位置を示す線である。
 上記Am2/Am1が2未満であると、反りを相殺させる効果が発揮しにくくなる場合がある。Am2/Am1が25を超えると、成形体自体の板厚が厚くなり、薄肉化の実現が困難となる場合がある。好ましくはAm2/Am1は5~22、より好ましくはAm2/Am1は8~20、さらに好ましくは10~18である。樹脂部材(B)3は積層体(A)2の外周側面部に射出成形による接合させることが好ましい。また、上記樹脂部材(B)3の量は体積で規定する。
 また、図4又は図5に示す一方向性繊維強化樹脂(D)5の一方向性の連続繊維として、繊維配向角度が45度又は90度互いに異なる連続繊維基材を2層以上積層した構成とすることが好ましく、これにより成形体の薄肉・軽量化とともに、一定以上の剛性・強度を付与することが可能になる。
 積層体(A)2の外周縁部とは、面状構造体の積層体(A)2の外周部付近の平面部領域であり、積層体(A)2の1辺の長さに対して外周端部から0~15%の長さの範囲内であることが好ましい。外周側面部とは、面状構造体の積層体(A)2の外周部の平面部に対して垂直な面を有する端面部である。
 この積層体(A)2の外周側面部及び/または外周縁部の一部の領域または全領域に、樹脂部材(B)3が接合するように配される。図4に示す形態では樹脂部材(B)3の一部が積層体(A)2の外周側面部と接合した状態を示し、図5に示す形態では樹脂部材(B)3の一部が積層体(A)2の外周側面部及び外周縁部の一部の領域に接合した状態を示している。
 一方向性繊維強化樹脂(D)5や織物繊維強化樹脂(F)7に使用する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などの高強度、高弾性率繊維などが挙げられる。高い剛性を保持したまま軽量性を確保するために、弾性率と密度との比である比弾性率が高い炭素繊維を使用することが好ましく、例えばポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などを用いることができ、これらを2種類以上併用してもよい。好ましくは、剛性と価格のバランスに優れるPAN系炭素繊維が良い。
また、本発明において、サンドイッチ構造部材(E)6の曲げ剛性は、織物繊維強化樹脂(F)7の曲げ剛性よりも大きい構成であることが好ましい。
 曲げ剛性の大きいサンドイッチ構造部材(E)6を積層することにより、成形体1の強度を確保することができるとともに、非対称積層構造であっても反りの発生を少しでも抑えることができる。
 曲げ剛性は、剛性=弾性率×断面二次モーメントで表され、曲げやねじりに対して、部材の変形のし難さを表すものである。従って、この曲げ剛性を規定することにより、基材の厚さや形状を考慮した形で反りとの関連性を表すことができる。
 また、本発明において、一方向性繊維強化樹脂(D)5の曲げ弾性率をMd(GPa)、織物繊維強化樹脂(F)7の曲げ弾性率をMf(GPa)とすると、Md/Mfが1.2~17であることが好ましい。これにより、成形体の強度を確保することができるとともに、反りを相殺させる効果を得ることができる。
 Md/Mfが1.2未満であると、反り低減の効果が弱まる場合がある。Md/Mfが17を超えると、反り低減の効果が弱まる場合がある。Md/Mfは好ましくは3~16、より好ましくは5~15、さらに好ましくは7~14である。
 また、本発明において、一方向性繊維強化樹脂(D)5の曲げ弾性率Mdが100~500GPa、織物繊維強化樹脂(F)7の曲げ弾性率Mfが30~80GPaであることが好ましい。
 Mdが100GPa未満であると、積層体(A)2が反り過ぎる場合があり、樹脂部材(B)3を射出成形した際、樹脂部材(B)3との接合が不十分になる場合がある。Mdが500GPaを超えると、基材として取り扱いが難しくまた材料コストが影響して商品競争力が低下する場合がある。
 Mfが30GPa未満であると、成形体1の強度を十分に確保できない場合がある。Mfが80GPaを超えると、積層体(A)2が反り過ぎる場合があり、樹脂部材(B)3を射出成形した際、樹脂部材(B)3との接合が不十分になる場合がある。
 Mdは好ましくは120~480GPa、より好ましくは180~400GPa、さらに好ましくは220~320GPaである。また、Mfは好ましくは35~75GPa、より好ましくは45~65GPa、さらに好ましくは50~60GPaである。
 また、本発明において、コア層(C)4の両表面を一方向性繊維強化樹脂(D)5で挟んだサンドイッチ構造部材(E)6の肉厚をTe(mm)、織物繊維強化樹脂(F)7の肉厚をTf(mm)とすると、Te/Tfが1.2~40であることが好ましい。
 織物繊維強化樹脂(F)7の肉厚に対して、一方向性繊維強化樹脂(D)5を含むサンドイッチ構造部材(E)6の肉厚を厚くすることにより、織物繊維強化樹脂(F)7の熱収縮の影響を少なくすることができる。
 Te/Tfが1.2未満であると、反りを相殺させる効果が発揮しにくくなる場合がある。Te/Tfが40を超えると、成形体自体の板厚が厚くなり、薄肉化の実現が困難となる場合がある。Te/Tfは好ましくは、2~35、より好ましくは5~32、さらに好ましくは8~30である。
 また、本発明において、サンドイッチ構造部材(E)6の肉厚Teが0.6~2mm、織物繊維強化樹脂(F)7の肉厚Tfが0.05~0.5mmであることが好ましい。反りを相殺させる効果と薄肉化の実現を両立できる範囲である。
 Teが0.6mm未満であると成形体自体の強度が低下する場合がある。Teが2mmを超えると成形体自体の板厚が厚くなり、薄肉化の実現が困難となる場合がある。Tfが0.05mm未満であると、外観不良が発生する場合がある。Tfが0.5mmを超えると成形体自体の板厚が厚くなり、薄肉化の実現が困難となる場合がある。
 好ましくは、Teが0.7~1.8mm、Tfが0.06~0.4mm、より好ましくは、Teが0.9~1.6mm、Tfが0.08~0.3mm、さらに好ましくは、Teが1~1.4mm、Tfが0.1~0.2mmである。
 また、本発明において、織物繊維強化樹脂(F)7は繊維強化プラスチック成形体1の意匠面側最外層に配されることが好ましい。織物繊維強化樹脂(F)7は繊維模様に特徴があることから、その特徴ある繊維模様を際立たせることができ、最外層に織物繊維基材を用いることにより炭素繊維の織物の形状模様を目立たせて、斬新な表面模様を発現させることができる。
 また、本発明において、樹脂部材(B)3が、積層体(A)2の外周側面部及び/または外周縁部の全周にわたって接合形成されていることが好ましい。図1、図4又は図5に示すように、積層体(A)2の外周側面部全周にわたって樹脂部材(B)3と接合することで、成形体1全体として高い接合強度と薄肉化を実現することができる。
 また、本発明において、樹脂部材(B)3は、織物繊維強化樹脂(F)7が積層されていない側の積層体(A)2の外周縁部の平面部の一部の領域または全領域に接合層(G)8を介して、積層体(A)2と接合される構成であることが好ましい。
 図5に示すように、積層体(A)2の織物繊維強化樹脂(F)7が積層された面側と反対側の面に予め接合層(G)8を付着させておき、その後に樹脂部材(B)3を射出成形する。これにより、積層体(A)2は接合層(G)8を介して溶融した樹脂部材(B)3と接合することで成形体1として高い接合強度を実現することができる。図5では、積層体(A)2の外周縁部の平面部に樹脂部材(B)9が接合層(G)8を介して接合した状態を示す。接合層(G)8としては、熱可塑性樹脂フィルムや熱可塑性樹脂の不織布を適当に用いることができる。
 また、本発明において、コア層(C)4が、樹脂発泡体または不連続繊維と熱可塑性樹脂からなる多孔質基材からなることが好ましい。このような構成においては、コア層(C)4が多孔質で空隙を有することにより、成形体1の軽量化と高剛性化を実現することができる。
 発泡体としては、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリエーテルイミド樹脂又はポリメタクリルイミド樹脂が好適に使用できる。具体的には、軽量性を確保するためにスキン層より見かけ密度が小さい樹脂を用いることが好ましく、特に、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂又はポリメタクリルイミド樹脂が好ましく使用できる。
 また、コア層(C)4として熱可塑性樹脂と不連続繊維からなる複合体を用いる場合には、不連続繊維と熱可塑性樹脂とからなるコア層前駆体を準備し、熱可塑性樹脂の軟化点または融点以上に加熱及び加圧した後、加圧を解除し、不連続繊維の残留応力解放時に元に戻ろうとする復元力、いわゆるスプリングバックにより、厚さ方向に膨張させて空隙を形成させて複合体とすることが好ましい。
 コア層(C)4に用いる不連続繊維としては、前述した連続繊維と同様の種類の強化繊維を用いることができる。不連続繊維の繊維長は1mm以上150mm未満であることが好ましい。1mm未満である場合、不連続繊維の基材としての使用が難しく、一方、繊維長が150mm以上であると成形体1の板厚のバラつきが大きくなる場合がある。コア層(C)4に用いる熱可塑性樹脂も、前述した熱可塑性樹脂と同様の種類の樹脂を用いることができる。
 また、本発明において、繊維強化プラスチック成形体1の反りが2.0%以下であることが好ましい。これにより、本発明に係る成形体1を電子機器の筐体として用いる場合、高いフラット性を保持することができ、内部の電子部品と接触することなく、薄肉化と高強度を実現することができる。
 また、本発明では、一方向性繊維強化樹脂(D)5や織物繊維強化樹脂(F)7は、高い剛性を確保するため、その強化繊維の引張弾性率は、成形体1の剛性の点から好ましくは200~850GPaの範囲内であるものを使用することが好ましい。強化繊維の引張弾性率が、200GPaよりも小さい場合は、軽量性を保持したまま、必要な高い剛性を確保することができない場合があり、850GPaよりも大きい場合は、強化繊維の圧縮強度が弱く折れやすいため、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸し、繊維強化樹脂を成形することが困難である。強化繊維の引張弾性率が、前記範囲内であると積層体の更なる剛性向上、強化繊維の製造性向上の点で好ましい。
 また、本発明では、積層体(A)2の成形性、強度の観点から、一方向性繊維強化樹脂(D)5の繊維重量含有率が50~80重量%、織物繊維強化樹脂(F)7の繊維重量含有率が40~70重量%であることが好ましい。
 一方向性繊維強化樹脂(D)5の繊維重量含有率が50重量%未満であると、積層体(A)2の強度の発現が困難となる場合がある。一方向性繊維強化樹脂(D)5の繊維重量含有率が80重量%を超えると、繊維量が多すぎることでプリプレグとしての扱いが難しくなる場合がある。好ましくは55~75重量%、より好ましくは60~70重量%である。
 織物繊維強化樹脂(F)7の繊維重量含有率が40重量%未満であると、積層体(A)2の強度の発現が困難となる場合がある。織物繊維強化樹脂(F)7の繊維重量含有率が70重量%を超えると、樹脂が不足することで成形後の意匠性を損なう場合がある。好ましくは45~65重量%、より好ましくは50~60重量%である。
 また、本発明において、織物繊維強化樹脂(F)7に含まれる繊維織物が、平織り、綾織、繻子織及び朱子織から選択される少なくとも1つの織物であることが好ましい。
 また、本発明において、一方向性繊維強化樹脂(D)5または織物繊維強化樹脂(F)7のマトリクス樹脂が熱硬化性樹脂からなることが好ましい。
 熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール(レゾール型)樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂などを好ましく用いることができる。特に、エポキシ樹脂は、成形体の力学特性や、耐熱性の観点から好ましい。エポキシ樹脂は、その優れた力学特性を発現するために、使用する樹脂の主成分として含まれるのが好ましく、具体的には樹脂組成物当たり60重量%以上含まれることが好ましい。
 また、本発明において、一方向性繊維強化樹脂(D)5または織物繊維強化樹脂(F)7のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂からなることが好ましい。
 熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂から選択される少なくとも1つの熱可塑性樹脂であることが好ましく、樹脂成分を溶融させて積層体(A)2を一体化するとともに、樹脂部材と強固な接合強度を得ることができる。
 また、他の熱可塑性樹脂も好適に使用できる。例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)樹脂、液晶ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂や、ポリブチレン樹脂等のポリオレフィン樹脂や、ポリオキシメチレン(POM)樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂などのポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ポリサルホン(PSU)樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂などの非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、更にポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、フッ素系樹脂、およびアクリロニトリル系樹脂等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体および変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、得られる成形品の軽量性の観点からはポリオレフィン樹脂が好ましく、強度の観点からはポリアミド樹脂が好ましく、表面外観の観点からポリカーボネート樹脂やスチレン系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂のような非晶性樹脂が好ましい。
 また、本発明において、樹脂部材(B)3が、不連続炭素繊維またはガラス繊維と熱可塑性樹脂から構成されることが好ましい。これにより、成形体1を構成する積層体(A)2と樹脂部材(B)3が高い接合強度で接合するとともに、成形体1の反り低減を図ることができる。
 熱可塑性樹脂としては、前述したポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂から選択される少なくとも1つの熱可塑性樹脂であることが好ましく、樹脂成分を溶融させて積層体(A)2を一体化するとともに、樹脂部材(B)3との強固な接合強度を得ることができる。
 また、樹脂部材(B)3の繊維重量含有率は5~30重量%であることが好ましい。これにより、接合強度を高めるとともに、成形体1の反り低減を図ることができる。5重量%未満であると、成形体1の強度確保が困難になる場合があり、30重量%を超えると、射出成形において、樹脂部材(B)3の充填が一部不十分になる場合がある。繊維重量含有率は8~28重量%がより好ましく、さらに好ましくは12~25重量%である。
 また、不連続炭素繊維またはガラス繊維の重量平均繊維長は0.3~3mmであることが好ましい。ここで、連続繊維と不連続繊維について定義する。連続繊維とは、成形体1に含有された強化繊維が成形体1の全長または全幅にわたって実質的に連続して配置された様態であり、不連続繊維とは断続的に強化繊維が分断されて配置された様態のものをいう。一般的に、一方向に引き揃えた強化繊維に樹脂を含浸させた一方向繊維強化樹脂が連続繊維に該当し、プレス成形に用いるSMC(シートモールディングコンパウンド)基材、射出成形に用いる強化繊維が含有したペレット材料などが不連続繊維に該当する。
 不連続繊維の中でも射出成形に用いるペレット材料として、長繊維ペレットと短繊維ペレットの2つに分類することができるが、本発明で扱う長繊維とは成形体1のうち、不連続繊維で構成された部材中に残存した重量平均繊維長が0.3mm以上のものをいい、0.3mm未満のものを短繊維と定義する。
 樹脂部材(B)3に残存した強化繊維が長繊維であることにより、成形体1の反りの相殺効果を高めることができる。重量平均繊維長が0.3mm未満である短繊維の場合、樹脂部材(B)3の強度が低下傾向になる場合がある。重量平均繊維長が3mmを超えると樹脂粘度が高くなり、射出成形時に樹脂部材(B)3を成形金型の隅部分までに均一に充填しにくくなる場合がある。不連続炭素繊維またはガラス繊維の重量平均繊維長は、好ましくは0.4~2.8mm、より好ましくは、0.7~1.5mm、さらに好ましくは、0.9~1.2mmである。
 また、本発明において、樹脂部材(B)3が、少なくとも一部に立壁形状部を有することが好ましい。図4または図5に示す成形体1の側面部に配される樹脂部材(B)3がその下方に延在する形で立壁形状部10を具備することで成形体1を箱型形状体とすることができる。
 次に、本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法について図面を参照しながら説明する。
 図4に示した繊維強化プラスチック成形体1の製造方法について、図6~図8に例示する。図6に示すように、プレス成形下金型21上に、あらかじめ準備した織物繊維強化樹脂(F)7、一方向性繊維強化樹脂(D)5、コア層(C)4及び一方向性繊維強化樹脂(D)5をこの順に積層配置して積層体(A)2の前駆体を形成する。織物繊維強化樹脂(F)7及び一方向性繊維強化樹脂(D)5は、強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸したプリプレグの形態か、または熱可塑性樹脂が含んだUDテープまたは織物の形態とすることが好ましい。
 その後、図7に示すように、プレス成形上金型22を一方向性繊維強化樹脂(D)5と接する位置まで下降させ、一定のプレス圧により積層体(A)2の前駆体を圧縮成形して、積層体(A)2を生成する。この際、金型との積層体(A)2の前駆体との間に図示しない離型フィルムを介在させて離型性を補助させることも有効である。
 次に、図8(A)に示すように、樹脂部材(B)3を形成する空間26を有する射出成形下金型23と射出成形上金型24の間に、積層体(A)2を配置する。次に、図8(B)に示すように、強化繊維と熱可塑性樹脂から構成される樹脂部材(B)3を射出ゲート口25から射出成形する。これにより、樹脂部材(B)3が積層体(A)2の側面部と接合一体化する。
 また、図5に示した接合層(G)8を設けて、積層体(A)2の外周縁部の平面部にも樹脂部材(B)9を接合した繊維強化プラスチック成形体の製法について、図9~図11に例示する。図9に示すように、プレス成形下金型21上に、あらかじめ準備した織物繊維強化樹脂(F)7、一方向性繊維強化樹脂(D)5、コア層(C)4、一方向性繊維強化樹脂(D)5及び接合層(G)8をこの順に積層配置する。
 その後、図10に示すように、プレス成形上金型22を接合層(G)8と接する位置まで下降させ、一定のプレス圧により積層体(A)2を圧縮成形して、積層体(A)2を生成する。
 次に、図11(A)に示すように、樹脂部材(B)3を形成する空間26を有する射出成形下金型23と射出成形上金型24の間に、積層体(A)2を配置する。次に、図11(B)に示すように、強化繊維と熱可塑性樹脂から構成される樹脂部材(B)3を射出ゲート口25から射出成形する。これにより、樹脂部材(B)3が積層体(A)2の側面部と接合一体化するとともに、積層体(A)2の外周縁部の平面部と樹脂部材(B)9が接合層(G)8を介して接合一体化する。
 以下、実施例によって、本発明の繊維強化プラスチック成形体1についてより具体的に説明するが、下記の実施例は本発明を制限するものではない。まず、本発明における特性の測定方法と、成形体1の各部位の材料組成例について説明する。
(1)数平均繊維長の測定
 樹脂部材(B)3またはコア層(C)4に含有される強化繊維の数平均繊維長Lnを測定する。一体化成形体1から測定する樹脂部材(B)3またはコア層(C)4の一部を切り出し、電気炉にて空気中500℃で60分間加熱して樹脂を十分に焼却除去して強化繊維のみを分離した。分離した強化繊維から無作為に400本以上抽出した。これらの抽出した強化繊維の繊維長の測定は、光学顕微鏡を用いて行い、400本の繊維の長さを1μm単位まで測定して、下式を用いて数平均繊維長Lnを算出した。
  数平均繊維長Ln=(ΣLi)/400
   Li:繊維長(mm)
(2)繊維重量含有率の測定
 積層体(A)2を構成する織物繊維強化樹脂(F)7、一方向性繊維強化樹脂(D)5、コア層(C)4または樹脂部材(B)3の繊維重量含有率は、以下の方法により測定した。成形体1から測定する織物繊維強化樹脂(F)7、一方向性繊維強化樹脂(D)5、コア層(C)4または樹脂部材(B)3を切り出し、その重量w0(g)を測定した。次に、切り出したサンプルを空気中で500℃×1時間加熱し、樹脂成分を十分に焼却除去して残存した強化繊維の重量w1(g)を測定した。下式を用いて、繊維重量含有率(wt%)を求めた。測定はn=3で行い、その平均値を用いた。
 繊維重量含有率(wt%)=(強化繊維の重量w1/切り出しサンプルの重量w0)×100
(3)曲げ剛性、曲げ弾性率の測定
 一方向性繊維強化樹脂(D)5の曲げ弾性率Md及び織物繊維強化樹脂(F)7の曲げ弾性率MfはJIS K 7171に基づいて測定した。各部材の曲げ剛性は、前記曲げ弾性率の測定から得られた曲げ弾性率×断面二次モーメント/板幅により算出した。
(4)反りの測定
 図12に繊維強化プラスチック成形体1の反りの状態を測定する方法を示す。成形体1の反りはBOSCH社のレーザー距離計を用いて測定した。まず、成形体1を、水平を保持した平板30上に載置する。成形体1の上方にレーザー距離計31が移動できる基準面32を準備する。
 まず、レーザー距離計31により基準面32と成形体1の両最端部33、34の距離を測定し、その端部33と34を結んだ線を反り下基準線35とする。成形体1が例えば長方形であれば4辺それぞれについて測定した。測定箇所は積層体(A)2の4辺の外周端部付近にレーザーを照射して行った。この端部は積層体(A)2の端部であり、樹脂部材(B)3は含めない。
 次に、レーザー31を両端部33及び34間を一定の等間隔で移動させ、それぞれの場所での基準面32と成形体1との距離を測定する。図12では奇数点の7点を例示している。基準面32と成形体1との距離が最も短い箇所において、反り下基準線35と平行な接線を反り上基準線36とする。両端部33及び34の間の距離をL(mm)、反り下基準線35と反り上基準線36との距離をA(mm)とすると、
  反り=(A/L)*100[%]
で規定した。
(材料組成例1-1)一方向性繊維強化樹脂(D)5の調製
 PAN系炭素繊維束をシート状に一方向に配列させ、エポキシ樹脂を含浸させた一方向性繊維強化樹脂(D)5として、一方向プリプレグ(D-1)(東レ株式会社製、P3452S-15、炭素繊維の重量含有率67%、炭素繊維の引張弾性率235GPa、厚み0.15mm)と、一方向プリプレグ(D-2)(東レ株式会社製、P3452S-10、炭素繊維の重量含有率67%、炭素繊維の引張弾性率235GPa、厚み0.10mm)と、一方向プリプレグ(D-3)(東レ株式会社製、P12453F-16、炭素繊維の重量含有率67%、炭素繊維の引張弾性率550GPa、厚み0.15mm)を準備した。また、一方向プリプレグ(D-4)(東レ株式会社製、P12453F-11、炭素繊維の重量含有率67%、炭素繊維の引張弾性率550GPa、厚み0.10mm)を準備した。
(材料組成例1-2)織物繊維強化樹脂(F)7の調製
 織物繊維強化樹脂(F)7として、引張弾性率が230GPaの織物炭素繊維とガラス転移温度が135℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が198g/m、炭素繊維含有率56重量%、厚み0.10mmの織物プリプレグ(F-1)を準備した。 
(材料組成例2-1)コア層(C)4の調製
 発泡ポリプロピレン(東レ株式会社製、RC2012W)から構成されるコア層(C-1)4を準備した。
(材料組成例2-2)コア層(C)4の調製
 多孔質基材として、不連続繊維(東レ株式会社製、T700S、炭素繊維の数平均繊維長5mm)と熱可塑性樹脂(ポリプロピレン)、不連続繊維の重量含有量30重量%からなるコア層(C-2)4を準備した。
(材料組成例3)樹脂部材(B)3の調製
 射出成形用ガラス繊維ペレット(帝人株式会社製、GXV3540-UI、ガラス繊維、数平均繊維長0.2mm、ポリカーボネート樹脂、繊維重量含有率40重量%)を準備し、樹脂部材(B-1)3とした。
 射出成形用ガラス繊維ペレット(東レ株式会社製、A503-F1、ガラス繊維、数平均繊維長0.2mm)、PPS樹脂、繊維重量含有率30重量%)を準備し、樹脂部材(B-2)3とした。
(材料組成例4)接合層(G)8の調製
 ポリエステル樹脂(東レ・デュポン(株)社製“ハイトレル”(登録商標)4057)を二軸押出機のホッパーから投入し、押出機にて溶融混練した後、T字ダイから押出した。その後、60℃のチルロールで引き取ることによって冷却固化させ、厚み0.05mmのポリエステル樹脂フィルムを得た。これを熱可塑接合層(G)8として使用した。
(実施例1)
 材料組成例1-1で準備した一方向プリプレグと材料組成例2-1で準備した発泡ポリプロピレンを用いて、[一方向プリプレグ(D-1)0°/一方向プリプレグ(D-2)90°/発泡ポリプロピレン/一方向プリプレグ(D-2)90°/一方向プリプレグ(D-1)0°]の順序で積層した300mm×300mmの長方形のサンドイッチ構造部材(E)6の前駆体を準備した。次に、材料組成例1-2で準備した300mm×300mm×0.1mmtの織物プリプレグ(F-1)7の2plyをサンドイッチ構造部材(E)6の前駆体の片面に積層して積層体(A)2の前駆体を準備した。一方向性繊維強化樹脂(D)5の曲げ弾性率Mdは、コア層(C)5に積層される「一方向プリプレグ(D-1)0°/一方向プリプレグ(D-2)90°」の積層されたプリプレグ硬化物の弾性率を測定した。
 次に、図6に示すように、この積層体(A)2の前駆体を図示しない離型フィルムで挟み、300mm×300mmの長方形のプレス成形下金型21に載置した。次に、図7に示すように、プレス成形上金型22をセットした後、盤面温度150℃の盤面の上に配置し、盤面を閉じて3MPaで加熱プレスした。加圧から5分間経過した後、盤面を開き、厚み0.5mm、300mm×300mmの長方形の平板形状をした炭素繊維強化樹脂板である積層体(A-1)2を得た。
 次に、図8(A)に示すように、射出成形下金型23と射出成形上金型24とで形成される空間に、積層体(A-1)2を配置し、図8(B)に示すように、材料組成例3で得られた樹脂部材(B-1)3をAm1/Am2が20になるよう射出ゲート口25から射出成形して、繊維強化プラスチック成形体1を製造した。得られた繊維強化プラスチック成形体1の反り量を測定したところ、長方形の4辺ともに辺の長さに対して反りが0.5%以内で、実使用上問題ないレベルであった。繊維強化プラスチック成形体1の材料組成、物性特性等をまとめて表1に示す。表1に示す反りの量は4辺の反り量のうち最大値を表している。以降の実施例に関しても同様である。
(実施例2)
 実施例2は表1に示した材料処方や寸法にて行い、一方向性繊維強化樹脂(D)5として一方向プリプレグ(D-3)と一方向プリプレグ(D-4)を[一方向プリプレグ(D-3)0°/一方向プリプレグ(D-4)90°/発泡ポリプロピレン/一方向プリプレグ(D-4)90°/一方向プリプレグ(D-3)0°]の順序で積層した300mm×300mmの長方形のサンドイッチ構造部材(E)6の前駆体を準備した以外は実施例1と同様の条件にて行った。得られた繊維強化プラスチック成形体1の反りは小さく実使用上問題ないレベルであった。結果をまとめて表1に示す。
(実施例3)
 実施例3はTf、Am1、Am2を表1に示した材料処方や寸法にて行った以外は実施例1と同様の条件にて行った。得られた繊維強化プラスチック成形体1の反りは小さく実使用上問題ないレベルであった。結果をまとめて表1に示す。
(実施例4)
 実施例2は表1に示した材料処方や寸法にて行い、積層体(A)2の前駆体において、材料組成例4で準備した接合層(G)8を積層した以外は実施例2と同様の処方で準備した。
 図9及び図10に示すように、この積層体(A)2の前駆体を金型21に載置し、実施例1と同様の条件で、加熱加圧して、厚み0.5mm、300mm×300mmの長方形の平板形状をした炭素繊維強化樹脂板である積層体(A-4)2を得た。
 次に、図11(A)に示すように、射出成形下金型23と射出成形上金型24とで形成される空間に、積層体(A-4)2を配置し、図11(B)に示すように、材料組成例3で得られた樹脂部材(B-1)3をAm1/Am2が25になるよう射出ゲート口25から射出成形して、繊維強化プラスチック成形体1を製造した。得られた繊維強化プラスチック成形体1の反りは小さく実使用上問題ないレベルであった。結果をまとめて表1に示す。
(比較例1)
 比較例1は表1に示した材料処方や寸法にて行った。Am2/Am1が低い成形体であり、得られた繊維強化プラスチック成形体1の反りが大きく、実使用上問題があった。結果をまとめて表1に示す。
(比較例2)
 比較例2は表1に示した材料処方や寸法にて行った。Am2/Am1が高い成形体であり、得られた繊維強化プラスチック成形体1の肉厚が大きくなり、また、成形体1の反りが大きく、実使用上問題があった。結果をまとめて表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明の繊維強化プラスチック成形体は、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体等に有効に使用できる。
1 繊維強化プラスチック成形体
2 積層体(A)
3 樹脂部材(B)
4 コア材(C)
5 一方向性繊維強化樹脂(D)
6 サンドイッチ構造部材(E)
7 織物繊維強化樹脂(F)
7a 織物繊維の基材
8 接合層(G)
9 積層体(A)の外周縁部の平面部に接合した樹脂部材(B)
10 立壁形状部
11 積層体(A)2の肉厚
12 分割した中央線
13 織物繊維強化樹脂(F)が積層されている方の領域(R1)
14 織物繊維強化樹脂(F)が積層されていない方の領域(R2)
21 プレス成形下金型
22 プレス成形上金型
23 射出成形下金型
24 射出成形上金型
25 射出ゲート口
26 樹脂部材(B)を形成する空間
30 平板
31 レーザー距離計
32 基準面
33、34 成形体の両最端部
35 反り下基準線
36 反り上基準線

Claims (11)

  1.  少なくとも繊維強化樹脂からなる面状構造体である積層体(A)と、前記積層体(A)の外周側面部及び/または外周縁部の一部の領域または全領域に接合した樹脂部材(B)とから構成される繊維強化プラスチック成形体であって、
     前記積層体(A)は、コア層(C)の両表面を一方向性の連続繊維とマトリクス樹脂から構成される1層又は2層以上の一方向性繊維強化樹脂(D)で挟んだサンドイッチ構造部材(E)と、前記繊維強化樹脂(D)のいずれか一方の表面に織物繊維とマトリクス樹脂から構成される1層又は2層以上の織物繊維強化樹脂(F)が積層された構成であり、前記積層体(A)を肉厚方向で半等分に分割し、分割した中央線よりも前記織物繊維強化樹脂(F)が積層されている方の領域(R1)に存在する前記樹脂部材(B)の量をAm1、前記織物繊維強化樹脂(F)が積層されていない方の領域(R2)に存在する前記樹脂部材(B)の量をAm2とすると、Am2/Am1が2~25の範囲にあることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体。
  2.  前記サンドイッチ構造部材(E)の曲げ剛性は、前記織物繊維強化樹脂(F)の曲げ剛性よりも大きい、請求項1に記載の繊維強化プラスチック成形体。
  3.  前記一方向性繊維強化樹脂(D)の曲げ弾性率をMd(GPa)、前記織物繊維強化樹脂(F)の曲げ弾性率をMf(GPa)、とすると、Md/Mfが1.2~17の範囲にある、請求項1または2に記載の繊維強化プラスチック成形体。
  4.  前記一方向性繊維強化樹脂(D)の曲げ弾性率Mdが100~500GPa、前記織物繊維強化樹脂(F)の曲げ弾性率Mfが30~80GPaの範囲にある、請求項1~3のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  5.  前記サンドイッチ構造部材(E)の肉厚をTe(mm)、前記織物繊維強化樹脂(F)の肉厚をTf(mm)とすると、Te/Tfが1.2~40の範囲にある、請求項1~4のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  6.  前記サンドイッチ構造部材(E)の肉厚Teが0.6~2mm、前記織物繊維強化樹脂(F)の肉厚Tfが0.05~0.5mmの範囲にある、請求項1~5のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  7.  前記織物繊維強化樹脂(F)は繊維強化プラスチック成形体の意匠面側最外層として配されている、請求項1~6のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  8.  前記樹脂部材(B)が、前記積層体(A)の外周側面部及び/または外周縁部の全周にわたって接合形成されている、請求項1~7のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  9.  前記樹脂部材(B)は、前記織物繊維強化樹脂(F)が積層されていない側の前記積層体(A)の外周縁部の平面部の一部の領域または全領域に接合層(G)を介して、前記積層体(A)と接合されている、請求項1~8のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  10.  前記コア層が、樹脂発泡体または不連続繊維と熱可塑性樹脂からなる多孔質基材からなる、請求項1~9のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
  11.  繊維強化プラスチック成形体の反りが2%以下である、請求項1~10のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
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