JP6075094B2 - リブ構造を有する成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
h:成形材料の厚み(mm)
Ln:強化繊維の数平均繊維長(mm)
i.無作為に選択した強化繊維である単糸(図9における単繊維4−1)に対して交差している全ての単繊維(図1における単繊維4−2〜4−7)との二次元配向角の平均値を測定する。たとえばある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に20本選び測定した平均値を代用してもよい。
ii.上記iの測定を別の単繊維に着目して合計5回繰り返し、その平均値を二次元配向角の平均値として算出する。本発明での強化繊維の二次元配向角の平均値は10〜80度であることが好ましい。より好ましくは20〜70度であり、さらに好ましくは30〜60度であり、理想的な角度である45度に近づくほど好ましい。二次元配向角の平均値が10度未満または80度より大きいと、強化繊維が束状のまま多く存在していることを意味しており、力学特性が低下するだけでなく、二次元の等方性が損なう場合や、厚み方向の強化繊維が無視できず積層工程での経済的負担が大きくなる場合がある。
工程(I)において、少なくとも前記プリフォームを構成する成形材料(A)および/または(B)を0.1〜10mmの厚みの範囲で分割し、別々に加熱し、前記熱可塑性樹脂を軟化温度あるいは融点以上にすることが好ましい。成形材料あるいはプリフォームの厚みが厚い場合や、加熱により膨張、あるいは厚み方向にスプリングバックする成形材料では、加熱効率は低減するが、積層した成形材料を分割して加熱することにより、1つの積層体の厚みが小さくなることで加熱時間の短縮を図ることができるため、好ましい。より好ましくは分割された成形材料またはプリフォームの厚みが0.1〜5mmであり、さらには0.1〜2mmであることが好ましい。分割された成形材料またはプリフォームは、金型へ配置する工程までに最終形態のプリフォームに形成されることができる。
実施例に用いた測定方法を下記する。
試料として、サイジング剤が付着している炭素繊維束をおよそ5g採取し、耐熱性の容器に投入した。次に、この容器を120℃で3時間乾燥した。デシケータ中で室温まで冷却後、秤量した質量をw1(g)とした。続いて、容器ごと、窒素雰囲気中で、450℃で15分間加熱後、同様にデシケータ中で室温まで冷却後、秤量した質量をw2(g)とした。以上の処理を経て、炭素繊維のサイジング剤の付着量を下式(5)を用いて求めた。なお、測定は3回行い、その平均値を付着量として採用した。
液中置換法にて計測。強化繊維の密度ρfとする。
各成形材料の高さh(mm)をマイクロメーターにて測定する。23℃の温度雰囲気下に10分間放置した成形材料を、約100mm間隔で無作為に測定し、その10点の平均値を採用した。
成形材料の伸長率を測定する。まず、成形材料から直径150mmの円盤を切り出した。厚みを2.0mmに調整した円盤状の成形材料を測定サンプルとし、遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中に配置し、10分間予熱した。この際、マルチ入力データ収集システム(キーエンス(株)社製、NR−600)を用いて、サンプルの表面かつ円盤の中央に熱電対を設置し、熱履歴を計測した。計測した温度が、樹脂単体の融点+35℃であることを確認した後、オーブンから取り出したサンプルを下金型の上に配置し、上金型を降下させ、面圧20MPaでプレス成形した。この状態で1分間加圧、冷却した後、上金型を上昇させ、成形品を得た。得られた成形品はほぼ真円の円盤形状であった。
成形材料より測定用の試験片として、長さ250mm±1mm、幅25±0.2mmの引張用試験片を切り出す。試験片は、任意の方向を0°方向とした場合に+45°、−45°、90°方向の4方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数はn=5とし、平均値を引張強度とした。測定する成形品における0°、+45°、−45°、90°の4方向全てにおいて測定される引張強度のうち、最大値をσcMax、最小値をσcMinとし、それらの比を引張強度比(σcMax/σcMin)とした。JIS K−7073(1988)に規定する試験方法に従い、標準間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定した。なお、測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。
5cm角に切り出した成形材料をアルミホイルで包み、これを空気中500℃で1時間加熱し、樹脂成分を焼き飛ばした。成形材料を包んだアルミホイルを開き、顕微鏡のステージの上に配置した。得られた強化繊維からなる基材を顕微鏡で観察し、無作為にある単繊維を1本選定し、該単繊維に交差する別の単繊維との二次元配向角を画像観察より測定した。配向角は交差する2つの単繊維とのなす2つの角度のうち、0°以上90°以下の角度(鋭角側)を採用した。選定した単繊維1本あたりの二次元配向角の測定数はn=20とした。同様の測定を合計5本の単繊維を選定しておこない、その平均値を二次元配向角とした。
面板表面を目視にて観察し、以下の基準で評価した。A、Bが合格であり、Cが不合格である。
A:面板にかすれ状の跡、穴あきが無く、優れた表面外観である。
B:実用上問題はないものの、面板の一部にかすれ状の跡が見られる。
C:面板に未充填や穴あき、全体的にかすれがあり劣る。
成形品のリブ側を上面にし、面板面を平らな台に接地させ、接地面から面板面までの最大高さを測定した。成形品面板のソリは小さいことが好ましいため、測定した最大高さが10mm未満を合格とした。
リブ部を目視にて観察し、以下の基準で評価した。リブへは材料が完全に充填していることが好ましい観点から、AA、A、Bを合格とした。
AA: 完全充填、かつ樹脂リッチ部なし、かつかすれ跡なし
A:完全充填、かつ樹脂リッチ部なし、かつ一部かすれ状の跡あり
B:樹脂リッチ部はあるが、完全充填
C:80%以上100%未満の充填量
D:80%未満の充填量
成形品より測定用の試験片を切り出し、ISO178法(1993)に従い曲げ強度を測定した。切り出し部は成形品の端部を避け、できるだけ中央付近の面板部で、リブがない面板部分を用いた。試験片は各面部において、任意の方向を0°方向とした場合に+45°、−45°、90°方向の4方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数はn=5とし、平均値を曲げ強度とした。測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。
成形品のリブ部から切り出したサンプルを用いて、ISO1183(1987)に準拠して比重ρr1(g/cm3)を測定した。測定サンプル数は、n=3とした。切り出し位置は、リブ付け根から5mm内側を基準とし、幅10mm×長さ50mmのサイズに切り出した。ここで、空気中で測定したサンプルの重量の平均値を重量w6(g)とする。
マルチ入力データ収集システム(キーエンス(株)社製、NR−600)を用いて、予熱時における成形材料の温度を測定する。積層された奇数(2n−1)枚の成形材料の温度を測定する場合は、中間(n枚目)に位置する成形材料の表面かつ端に熱電対を取り付ける。また、積層数が偶数(2n)枚の場合は、n枚目とn+1枚目の間に位置する、n枚目の表面かつ端に熱電対を取り付ける。ただし、サイズが異なる成形材料を用いる場合は、面積が最も大きい成形材料のみを対象とし、積層数をカウントして熱電対を設置する。なお、1枚の成形材料を予熱する場合は、その成形材料の表面かつ端に熱電対を取り付け、測定を行う。
マルチ入力データ収集システム(キーエンス(株)社製、NR−600)を用いて、成形材料に接近する金型と成形材料とが接触する時点において、成形材料の表面温度を測定する。熱電対の取り付け箇所は、接近する金型に対して、最近傍の成形材料の金型側に位置する表面かつ端である。
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12000本の炭素繊維連続束を得た。該炭素繊維連続束に浸漬法によりサイジング剤を付与し、120℃の温度の加熱空気中で乾燥しPAN系炭素繊維束を得た。このPAN系炭素繊維束の特性は次の通りであった。
単位長さ当たりの質量:0.83g/m
比重:1.8g/cm3
引張強度:4.0GPa
引張弾性率:235GPa
サイジング種類:ポリオキシエチレンオレイルエーテル
サイジング付着量:2質量%
(参考例2)チョップド炭素繊維束1
カートリッジカッターを用いて、参考例1の炭素繊維をカットし、繊維長9mmのチョップド炭素繊維束を得た。
参考例2と同様にして、繊維長6mmのチョップド炭素繊維束2を得た。
参考例2と同様にして、繊維長100mmのチョップド炭素繊維束3を得た。
参考例2と同様にして、繊維長3mmのチョップド炭素繊維束4を得た。
日東紡製、商品名 CS13G−874
単繊維径;10μm
比重:2.5g/cm3
繊維長:13mm(カタログ値)
プライムポリマー(株)社製、“プライムポリプロ”(登録商標)J105G、融点160℃
三井化学(株)社製、“アドマー” (登録商標) QE510、融点160℃
東レ(株)社製、“アミラン” (登録商標)CM1001、融点225℃
界面活性剤(和光純薬工業(株)社製、「n−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム」(製品名))の1.5wt%水溶液100リットルを攪拌し、予め泡立てた分散液を作製した。この分散液に、参考例2で得られたチョップド炭素繊維束1を投入し、10分間撹拌した後、長さ500mm×幅500mmの抄紙面を有する抄紙機に流し込み、吸引により脱水後、150℃の温度で2時間乾燥し、炭素繊維からなる炭素繊維マット1を得た。
参考例10と同様にして、参考例3で得られたチョップド炭素繊維束2を用いて、炭素繊維からなる炭素繊維マット2を得た。
参考例10と同様にして、参考例4で得られたチョップド炭素繊維束3を用いて、炭素繊維からなる炭素繊維マット3を得た。
参考例10と同様にして、参考例6のチョップドガラス繊維を用いて、ガラス繊維からなるガラス繊維マットを得た。
参考例7の無変性ポリプロピレン樹脂90質量%と、参考例8の酸変性ポリプロピレン樹脂10質量%を用意し、これらをドライブレンドした。このドライブレンド品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(500mm幅)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、ポリプロピレン樹脂フィルムを得た。
参考例9のナイロン6樹脂を、参考例14と同様に溶融混練し、ナイロン6樹脂フィルムを得た。
参考例10で得られた炭素繊維マット1と参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとを交互積層し、積層体を用意した。金属製のツール板の上に離型シートで挟んだ積層体を載せ、さらに上にツール板を配置した。離型シートとしてテフロン(登録商標)シート(厚さ1mm)を用いた。ついで、210℃に加熱された上下の熱盤面から構成される油圧式プレス機の熱盤面間に該積層体を配置し、面圧5MPaでプレスした。次に、80℃の温度に温度制御された別の油圧式プレス機に搬送し、冷却盤間に配置後、面圧5MPaで冷却プレスを行い、炭素繊維マットとポリプロピレン樹脂からなる長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が33.3wt%の成形材料1を得た。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例11で得られた炭素繊維マット2と参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み2.0mm、繊維重量分率が14.8wt%の成形材料2を得た。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例10で得られた炭素繊維マット1と参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が18.2wt%の成形材料3を得た。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例10で得られた炭素繊維マット1と参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が57.1wt%の成形材料4を得た。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例12で得られた炭素繊維マット3と参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が33.3wt%の成形材料5を得た。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例11で得られた炭素繊維マット2と参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が33.3wt%の成形材料6を得た。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例10で得られた炭素繊維マット1と参考例15で得られたナイロン6樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が28.6wt%の成形材料7を得た。ただし、プレス機の熱盤面温度は250℃とした。その他の材料特性は、表1に示す。
参考例16と同様にして、参考例13で得られたガラス繊維マットと参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み0.5mm、繊維重量分率が64.9wt%の成形材料8を得た。その他の材料特性は、表2に示す。
参考例16と同様にして、参考例13で得られたガラス繊維マットと参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムとからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み2.0mm、繊維重量分率が2.7wt%の成形材料9を得た。その他の材料特性は、表2に示す。
参考例7の無変性ポリプロピレン樹脂90質量%と、参考例8の酸変性ポリプロピレン樹脂10質量%を用意し、ドライブレンドを行った。200℃の二軸押出機で該ドライブレンド品を溶融混練させた後、該押出機のサイドフィーダーから参考例3で得られたチョッブド炭素繊維束2を投入し、さらに混練した。該押出機にて溶融混練した後、T字ダイ(500mm幅)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0.5mmのCF/PPシートを得た。
参考例25と同様にして、参考例3で得られたチョッブド炭素繊維束2と参考例9で得られたナイロン6樹脂とからなる、長さ500mm、幅500mm、厚み2.0mm、繊維重量分率が28.6wt%の成形材料11を得た。ただし、プレス機の熱盤面温度は250℃とした。その他の材料特性は、表2に示す。
金属製のツール板の上に離型シート(テフロン(登録商標)、厚さ1mm)を配置し、さらに参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルムを上に配置した。該ポリプロピレン樹脂フィルムの上に参考例5のチョップド炭素繊維束4をランダムに散りばめ、炭素繊維束がランダム方向に分布していることを目視で確認した。さらに、その上に参考例14で得られたポリプロピレン樹脂フィルム、離型シート、ツール板の順番で配置した。
図1に示す、面板と一文字のリブからなる形状を有した成形品を得るための、対向する一対の金型であり、下記に示す寸法を有する。また、上金型(開口金型)、下金型(対向金型)の寸法をそれぞれ図10、11に示す。
・図10:W1;2mm、W2;199mm、W3;199mm、W4;400mm、W5;500mm、W6;200mm、W7;300mm、H1;10mm、H2;20mm、H3;120mm
・図11:W1;392mm、W2;500mm、W3;192mm、W4;300mm、H1;7mm、H2;150mm
図12に示す、面板と十字のリブからなる形状を有した、対向する一対の金型であり、下記に示す寸法を有する。また、上金型(開口金型)、下金型(対向金型)の寸法をそれぞれ図13、11に示す。
・図13:W1;2mm、W2;199mm、W3;199mm、W4;400mm、W5;500mm、W6;200mm、W7;300mm、W8;2mm、H1;10mm、H2;20mm、H3;120mm
・図11:W1;392mm、W2;500mm、W3;192mm、W4;300mm、H1;7mm、H2;150mm
(実施例1)
参考例16で得た成形材料1と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料1、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料1は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。成形材料1、成形材料10を以下の寸法に裁断し、成形材料1を8枚、成形材料10を10枚用意した。
成形材料1:長さ440mm、幅220mm
成形材料10:長さ200mm、幅20mm
次に成形材料のプリフォームとして、2枚の成形材料1の上にリブの真上の位置に成形材料10を10枚配置した。この積層体をプリフォーム1Aとする。また、成形材料1を2枚積層した積層体をプリフォーム1Bとし、3体用意した。成形金型は参考例27を用い、金型温度を80℃に温調した。
参考例16で得た成形材料1と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料1、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料1は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。成形材料1、成形材料10を以下の寸法に裁断し、成形材料1を4枚、成形材料10を1枚用意した。
成形材料1:長さ440mm、幅220mm
成形材料10:長さ440mm、幅220mm
下金型の凸部の上に参考例25で得た成形材料10を配置し、その上に前記プリフォーム2Aを配置する以外は、実施例2と同様にしてプリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品は、面板のソリがやや大きくなっていた。また、リブ部は完全に充填していたが、表面の一部にかすれ状の跡が見られた。特性および評価結果は、まとめて表3に記載した。
下金型の凸部の上に前記プリフォーム2Aを配置し、その上に参考例25で得た成形材料10、プリフォーム2Aの順で配置する以外は、実施例2と同様にしてプリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の面板部にソリはほぼなく、表面外観も良好であった。また、リブ部の一部にかすれ状の跡が見られたが、充填は十分であった。特性および評価結果は、まとめて表3に記載した。
実施例1と同様にして、参考例16で得た成形材料1と参考例25で得た成形材料10とを裁断した。ただし、成形材料1は長さ320mm、幅200mmのサイズに裁断し、10枚用意した。
参考例20で得た成形材料5と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料5、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料5は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。
参考例21で得た成形材料6と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料6、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料6は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。
参考例18で得た成形材料3と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料3、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料3は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。
参考例19で得た成形材料4と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料4、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料4は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。
成形材料10が長さ200mm、幅2mmのサイズであること以外は、実施例1と同様にしてプリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。天板の表面外観は良好であったが、リブ部に樹脂リッチが見られた。その他は良好な成形品であった。特性および評価結果は、まとめて表4に記載した。
成形材料10が長さ200mm、幅60mmのサイズであること以外は、実施例1と同様にしてプリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。リブ部の一部にかすれ跡があったが、完全充填していた。天板の表面外観は良好であった。特性および評価結果は、まとめて表5に記載した。
成形材料10が長さ200mm、幅140mmのサイズであること以外は、実施例1と同様にしてプリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。リブ部の一部にかすれ跡があったが、完全充填していた。しかし、天板は等方性がやや低くなっていた。特性および評価結果は、まとめて表5に記載した。
参考例16で得た成形材料1と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料1、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料1は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。成形材料1、成形材料10を以下の寸法に裁断し、成形材料1−1を7枚、成形材料1−2を2枚、成形材料10を10枚用意した。
成形材料1−1:長さ440mm、幅220mm
成形材料1−2:長さ190mm、幅200mm
成形材料10:長さ200mm、幅20mm
まず、参考例16で得た成形材料1を長さ200mm、幅20mmに裁断した1枚を、実施例13のプリフォーム13Aに配置する成形材料10の上にさらに積層し、プリフォーム14Aとした。プリフォーム13Aの代わりにプリフォーム14Aを用いた以外は、実施例13と同様にして、予熱、プリフォームおよび成形を行い、成形品を得た。天板、リブ部ともに良好な表面外観であり、得られた成形品にソリは見られなかった。さらに、リブへは材料が完全に充填しており、樹脂リッチ部は見られない非常に良好な成形品であった。特性および評価結果は、まとめて表5に記載した。
実施例13で裁断した成形材料1−1に対して、上金型における開口部の開口位置に位置する領域かつ成形材料1−1の中央に切り込み処理を施したものを、成形材料1−1−1とする。切り込み長さは200mmである。成形材料1−1の代わりに成形材料1−1−1を用いた以外は、実施例14と同様にして予熱、プリフォームおよび成形を行い、成形品を得た。天板、リブ部ともに良好な表面外観であり、得られた成形品にソリは見られなかった。さらに、リブへは材料が完全に充填しており、樹脂リッチ部は見られない非常に良好な成形品であった。特性および評価結果は、まとめて表5に記載した。
参考例18で得た成形材料3と参考例17で得た成形材料2とを用いた。ここで、成形材料3、成形材料2の濃度パラメーターpから、成形材料3は成形材料(A)に、成形材料2は成形材料(B)に分類される。
実施例1で裁断した成形材料1、成形材料10の端材と参考例7の無変性ポリプロピレン樹脂とを200℃の二軸押出機に投入し、溶融混練させた。混練物をT字ダイから押出した後、参考例25と同様にして長さ500mm×幅500mに裁断したCF/PPフィルムを用いてプレス成形を行い、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる長さ500mm、幅500mm、厚みが2.0mmの成形材料13を得た。材料特性は表6に示す。
参考例16で得た成形材料1と参考例17で得た成形材料2とを用いた。ここで、成形材料1、成形材料2の濃度パラメーターpから、成形材料1は成形材料(A)に、成形材料2は成形材料(B)に分類される。
参考例16で得た成形材料1と参考例27で得た成形材料12とを用いた。ここで、成形材料1、成形材料12の濃度パラメーターpから、成形材料1は成形材料(A)に、成形材料12は成形材料(B)に分類される。
参考例22で得た成形材料7と参考例26で得た成形材料11とを用いた以外は、実施例1と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。なお、遠赤外線ヒーターを調整し、成形材料の温度を250℃にした。ここで、成形材料7、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料7は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。得られた成形品は、リブ部の一部にかすれ状の跡が見られたが、その他は良好な表面外観であり、またソリは見られなかった。さらに、リブへは材料が完全に充填しており、樹脂リッチ部は見られない良好な成形品であった。特性および評価結果は、まとめて表6に記載した。
参考例23で得た成形材料8と参考例24で得た成形材料9とを用いた以外は、実施例1と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。ここで、成形材料7、成形材料8の濃度パラメーターpから、成形材料7は成形材料(A)に、成形材料8は成形材料(B)に分類される。得られた成形品は、天板の表面外観は良好であったが、リブ部に樹脂リッチが見られた。特性および評価結果は、まとめて表7に記載した。
面圧5MPaでプレス成形した以外は、実施例1と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品は、面板部の表面外観、ソリともに良好であった。リブ部は樹脂リッチ部が生じていたものの、完全充填であった。特性および評価結果は、まとめて表7に記載した。
面圧35MPaでプレス成形した以外は、実施例1と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品は、曲げ強度でやや劣るものの、面板部の表面外観、ソリともに良好であった。また、リブ部はかすれ状の跡もなく、完全充填であり、良好あった。特性および評価結果は、まとめて表7に記載した。
面圧50MPaでプレス成形した以外は、実施例1と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品は、曲げ強度の面内ばらつき、曲げ強度でやや劣るものの、面板部の表面外観、ソリともに良好であった。また、リブ部はかすれ状の跡もなく、完全充填であり、良好あった。特性および評価結果は、まとめて表7に記載した。
実施例1のプリフォーム1Cの形態で、遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中で予熱した。プリフォーム1Cに設置した熱電対の温度が210℃に達するのに20分間要した。予熱後のプリフォーム1Cを用いて、実施例1と同様にして成形を行った。得られた成形品は、天板にかすれ状の跡もなく、ソリはほぼ生じていなかった。リブ部の一部にかすれ状の跡が見られたが、完全充填であった。特性および評価結果は、まとめて表7に記載した。
実施例1と同様にして、実施例1のプリフォーム1Aが1体、プリフォーム1Bが3体を、遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中に個別に配置し、10分間予熱した。各プリフォームの成形材料に設置した熱電対の温度が210℃に達していることを確認した後、オーブン中でプリフォーム1Bの上にプリフォーム1Aを積層したものをプリフォーム1D、またプリフォーム1Bを2体積層したものをプリフォーム1Eとした。
参考例16で得た成形材料1と参考例25で得た成形材料10とを用いた。ここで、成形材料1、成形材料10の濃度パラメーターpから、成形材料1は成形材料(A)に、成形材料10は成形材料(B)に分類される。成形材料1、成形材料10を以下の寸法に裁断し、成形材料1を16枚、成形材料10を10枚用意した。
成形材料1:長さ210mm、幅220mm
成形材料10:長さ200mm、幅20mm
成形材料10を5枚用いた以外は、実施例1と同じにして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。天板部は良好な表面外観であり、得られた成形品にソリは見られなかった。また、リブ部へは樹脂リッチ部が見られたものの、完全充填していた。特性および評価結果は、まとめて表8に記載した。
参考例29の十字リブ成形用金型を用いた以外は、実施例15と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。ただし、開口部に配置する成形材料10は、十字形状の開口部に合わせたサイズに裁断したものを用いた。成形材料どうしが重ならないことを確認して、プリフォームを作製した。得られた成形品の天板は、ソリはほぼなく、良好な表面外観を有していた。リブには、樹脂リッチ部はあるものの、完全充填であった。天板は等方性がやや低くなっていた。特性および評価結果は、まとめて表8に記載した。
成形材料(B)に成形材料13を用いた以外は、実施例29と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の天板は、ソリはほぼなく、良好な表面外観を有していた。リブは、樹脂リッチ部がなく、完全充填であった。天板は等方性がやや低くなっていた。特性および評価結果は、まとめて表11に記載した。
成形材料(A)の上金型における開口部の開口位置に位置する領域に、切り込み長さ200mmの切り込みを入れたこと以外は、実施例17と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の天板は、ソリはほぼなく、良好な表面外観を有していた。リブは、樹脂リッチ部がなく、完全充填であった。天板は等方性がやや低くなっていた。特性および評価結果は、まとめて表11に記載した。
成形材料(A)の上金型における開口部の開口位置に位置する領域に、切り込み長さ200mmの切り込みを入れたこと以外は、実施例19と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の天板は、ソリはほぼなく、良好な表面外観を有していた。リブは、樹脂リッチ部がなく、完全充填であった。天板は等方性がやや低くなっていた。特性および評価結果は、まとめて表11に記載した。
成形材料(A)の上金型における開口部の開口位置に位置する領域に、切り込み長さ200mmの切り込みを入れたこと以外は、実施例20と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の天板は、ソリはほぼなく、良好な表面外観を有していた。リブは、樹脂リッチ部がなく、完全充填であった。天板は等方性がやや低くなっていた。特性および評価結果は、まとめて表11に記載した。
参考例16で得られた成形材料1のみを用いた。成形材料1を長さ440mm、幅220mmの寸法に裁断し、8枚用意した。
参考例25で得られた成形材料10のみを用いた。成形材料10を長さ440mm、幅220mmの寸法に裁断し、2枚用意した以外は、比較例1と同様にして、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の面板の表面外観は良好であり、またソリもほぼ見られなかった。しかし、面板の曲げ強度が乏しかった。リブへの充填および表面外観は良好であった。特性および評価結果は、まとめて表9に記載した。
参考例16で得られた成形材料1のみを用いた。成形材料10の代わりに成形材料1を用いた以外は、実施例1と同様にしてプリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の面板の表面外観は良好であり、またソリも見られなかった。また、天板の等方性は比較例1より優れた。しかし、リブには、樹脂リッチ部はあるものの、完全充填であった。また、繊維充填率が劣っていた。特性および評価結果は、まとめて表9に記載した。
参考例18で得られた成形材料3と参考例19で得られた成形材料4とを用いた。ここで、成形材料3、成形材料4の濃度パラメーターpから、成形材料3および成形材料4ともに成形材料(A)に分類される。
実施例1と同様にして、参考例16で得た成形材料1と参考例25で得た成形材料10とを裁断した。ただし、成形材料1は長さ200mm、幅200mmのサイズに裁断し、16枚用意した。
予熱時の成形材料の温度を140℃とする以外は、実施例1と同様にして、プリフォーム、予熱を行った。予熱後のプリフォームを確認したところ、成形材料に含まれるポリプロピレン樹脂が溶融しておらず、成形できなかった。特性および評価結果は、まとめて表10に記載した。
金型温度を30℃とする以外は、実施例20と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の面板部は、全体的にかすれが見られ、外観に劣る。リブ部は、一部にかすれ状の跡が見られたが、完全充填であった。特性および評価結果は、まとめて表10に記載した。
金型温度を210℃とする以外は、実施例20と同様にして、プリフォーム、予熱および成形を行い、成形品を得た。得られた成形品の面板部は、全体的にかすれが見られ、外観に劣った。また、曲げ強度の面内ばらつきが劣っていた。リブ部は、一部にかすれ状の跡が見られたが、完全充填であった。特性および評価結果は、まとめて表10に記載した。
2 一文字リブ成形用金型の凸部の型
3 開口部(斜線領域)
4−1,4−2,4−3,4−4,4−5,4−6,4−7,4−8,7,8 単繊維
5−1,5−2,5−3,5−4,5−5,5−6,5−7,5−8 繊維束
6−1,6−2,9 流動単位
10 成形品の投影面(斜線部)
11 開口部の投影面(斜線部)
12 二次元配向角
Claims (23)
- 不連続な強化繊維と熱可塑性樹脂を含み、次の一般式(1)で表される濃度パラメーターpが1×104以上であって1×108以下であるシート状の成形材料(A)と、不連続な強化繊維と熱可塑性樹脂を含み、次の一般式(1)で表される濃度パラメーターpが1×101以上であって前記成形材料(A)の濃度パラメーターの0.1倍以下であるシート状の成形材料(B)を含むプリフォームを、リブ構造を形成するための開口部を有する開口金型とそれに対向する対向金型とを用いてプレス成形してリブ構造を有する成形品を製造するにあたり、前記成形材料(A)の面積を成形品の投影面積の70%以上とし、主にリブ部を形成する前記成形材料(B)を前記開口部の投影位置に配置する、リブ構造を有する成形品の製造方法。
h:成形材料の厚み(mm)
Ln:強化繊維の数平均繊維長(mm) - 前記プレス成形が、以下の工程(I)〜(IV)を含む、請求項1に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
工程(I):プリフォームを、該プリフォームに含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度あるいは融点以上に加熱する工程。
工程(II):工程(I)で加熱したプリフォームを搬送し、金型に配置する工程。
工程(III):熱可塑性樹脂の軟化温度あるいは融点より20℃〜150℃低い温度を有する金型を型締めすることにより、プリフォームを加圧冷却する工程。
工程(IV):冷却後、金型を開放し、金型から成形品を取り出す工程。 - 前記プリフォームは、前記成形材料(A)と前記成形材料(B)とが積層されてなる、請求項1または2に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記プリフォームを、前記成形材料(A)が対向金型側になるように、配置する、請求項3に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(B)がプリフォームの中間層に積層され、前記成形材料(A)が、前記開口金型側にも配置される、請求項4に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(B)に含まれる強化繊維の数平均繊維長Lbが、前記リブ構造のリブ厚みTrの2倍以下である、請求項1〜5のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(B)の面積が、前記開口部の開口面積の1〜50倍である、請求項1〜6のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(A)が、前記成形材料(B)と前記開口金型との間に配置され、前記成形材料(A)には前記開口部の投影面の領域に貫通部を有する、請求項1〜7のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(A)の面積が、前記成形品の投影面積よりも大きい、請求項1〜8のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記プリフォームに含まれる成形材料(B)の総体積Vbが、前記開口部のキャビティ体積Vrより大きい、請求項1〜9のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂の軟化温度あるいは融点より35℃高い温度において、成形材料(A)の伸長率R(%)が100%以上350%未満であり、成形材料(B)の伸長率R(%)が350%以上1000%未満である、請求項1〜10のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(A)に含まれる強化繊維は、強化繊維単糸(a)と該強化繊維単糸(a)と交差する強化繊維単糸(b)とで形成される二次元配向角の平均値が10〜80度である、請求項1〜11のいずれかに記載のプリフォームを用いたリブ構造を有する成形品を製造する方法。
- 前記成形材料(A)は、測定方向による最大引張強度σMaxが最小引張強度σMinの2倍以下である、請求項1〜12のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(A)に含まれる強化繊維は、数平均繊維長が2〜20mmである、請求項1〜13のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(B)に含まれる強化繊維は、数平均繊維長が0.1〜2mmである、請求項1〜14のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(B)が、前記成形材料(A)を製造または加工する過程で得られる端材を含む、請求項1〜15のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記成形材料(A)が、厚み0.1〜1mmの成形素材料を積層単位として含む、請求項1〜16のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記強化繊維がポリアクリロニトリル系炭素繊維である、請求項1〜17のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記工程(III)の型締めに際し、プリフォームと該プリフォームに接近する金型とが接触する時点において、当該接近する金型側のプリフォームの表面温度が前記熱可塑性樹脂の軟化温度あるいは融点より20℃以上高い、請求項2に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記工程(III)において、成形品の投影面にかかる加圧力が10〜40MPaの範囲である、請求項2に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記工程(I)において、前記プリフォームを構成する成形材料(A)および/または成形材料(B)を0.1〜10mmの厚みの範囲で分割し、別々に加熱し、熱可塑性樹脂を軟化温度あるいは融点以上にする、請求項2に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 前記工程(I)と前記工程(II)の間に、最終形態のプリフォームを形成する工程を含む、請求項2に記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
- 得られる成形品は、リブ構造の高さHr(mm)が、リブ構造が付随している面板部厚みH0(mm)の3倍以上である、請求項1〜22のいずれかに記載のリブ構造を有する成形品の製造方法。
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