JP6128029B2 - 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 - Google Patents
繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6128029B2 JP6128029B2 JP2014064450A JP2014064450A JP6128029B2 JP 6128029 B2 JP6128029 B2 JP 6128029B2 JP 2014064450 A JP2014064450 A JP 2014064450A JP 2014064450 A JP2014064450 A JP 2014064450A JP 6128029 B2 JP6128029 B2 JP 6128029B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- composite material
- reinforced composite
- density region
- low density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 243
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 title claims description 230
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 124
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 67
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 63
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 48
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 22
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 16
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 16
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 11
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 11
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 11
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 9
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 7
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 7
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 6
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 4
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 34
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 18
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 16
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 16
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 9
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 3
- RFVNOJDQRGSOEL-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl octadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCCO RFVNOJDQRGSOEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000000088 plastic resin Substances 0.000 description 2
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 229920003067 (meth)acrylic acid ester copolymer Polymers 0.000 description 1
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 3-(2-phenylethenyl)furan-2,5-dione Chemical compound O=C1OC(=O)C(C=CC=2C=CC=CC=2)=C1 PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000147 Styrene maleic anhydride Polymers 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002433 Vinyl chloride-vinyl acetate copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229920006026 co-polymeric resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- SUPCQIBBMFXVTL-UHFFFAOYSA-N ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCOC(=O)C(C)=C SUPCQIBBMFXVTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 229920003146 methacrylic ester copolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Description
しかしながら、繊維強化複合材は、高強度、高弾性であるが故に、ネジや鋲等を貫通させると割れやすいという問題がある。近年は、繊維強化複合材を他の部材に固定する場合、効率化のために、下穴を開けずに直接タッピングビス、ドリルビス等で固定する方法が多用されており、このような場合、特に割れ等の欠陥が発生しやすく、問題となっていた。また、繊維強化複合材は、熱膨張率が他の材料、例えば金属などと大きく異なるため、他の材質の材料に固定すると、温度変化により固定部に局所的な応力が発生し、破損を生じることが多いという問題もある。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[2]前記低密度領域は、固定部材を貫通させるための領域であることを特徴とする[1]に記載の繊維強化複合材。
[3]前記強化繊維は、繊維径が20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上であり、弾性率が50GPa以上である繊維から構成されることを特徴とする[1]または[2]に記載の繊維強化複合材。
[4]前記強化繊維と前記熱可塑性樹脂の含有質量比率は、前記成形加工シートの全領域において略一定であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[5]前記強化繊維と前記熱可塑性樹脂の含有質量比率は、0.2:1〜10:1であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[6]前記繊維強化複合材は凹凸構造を有し、凸部の最高点が低密度領域に属することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[7]前記低密度領域が、前記繊維強化複合材中で非連続領域として形成されることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[8]前記強化繊維は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[9]前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ナイロン、ポリプロピレン、またはポリフェニレンスルフィドであることを特徴とする[1]〜[8]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[10]前記低密度領域には、さらに貫通孔が設けられていることを特徴とする[1]〜[9]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
[11]前記低密度領域と前記貫通孔の合計面積は、前記貫通孔の面積に対して1倍より大きく4倍以下であることを特徴とする[10]に記載の繊維強化複合材。
[12]強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を混合し、乾式不織布法または湿式不織布法によって不織布シートを製造する工程と、前記不織布シートを、前記熱可塑性樹脂繊維のガラス転移温度以上の温度で加熱加圧成形する工程を含み、前記加熱加圧成形する工程は、前記不織布シートの固定部材を貫通させようとする領域を平均圧力よりも低圧で加圧する工程を含むことを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。
[13]前記加熱加圧成形する工程は、凹部を有する金型を、前記不織布シートに押し当ててプレス加工をする工程を含むことを特徴とする[12]に記載の繊維強化複合材の製造方法。
[14]強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を混合し、乾式不織布法または湿式不織布法によって不織布シートを製造する工程と、前記不織布シートを複数枚積層して、前記熱可塑性樹脂繊維のガラス転移温度以上の温度で加熱加圧成形する工程を含み、前記加熱加圧成形する工程は、固定部材を貫通させようとする領域の前記不織布シートの積層枚数を減らすことにより、低密度領域とすることを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。
[15]前記固定部材を貫通させようとする領域の面積が前記不織布シートの全面積の0.001〜15%であることを特徴とする[12]〜[14]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材の製造方法。
[16]前記加熱加圧成形する工程は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度をTgとした場合に、Tg〜Tg+100℃に加熱する工程を含むことを特徴とする[12]〜[15]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材の製造方法。
[17][12]〜[16]のいずれか1項に記載の製造方法により製造された繊維強化複合材。
[18][1]〜[11]および[17]のいずれか1項に記載の繊維強化複合材を、固定部材を用いて固定対象部材に固定する固定方法であって、前記固定部材を前記繊維強化複合材の低密度領域に貫通させて、前記固定対象部材と前記繊維強化複合材を固定することを特徴とする固定方法。
[19]前記固定部材を貫通させる低密度領域の面積は、前記固定部材を前記繊維強化複合材の低密度領域に貫通させた際に形成される貫通孔の面積に対して、1倍より大きく4倍以下であることを特徴とする[18]に記載の固定方法。
[20]前記固定部材を貫通させる低密度領域の面積は、前記固定部材を前記繊維強化複合材の低密度領域に貫通させた際に形成される貫通孔の面積に対して0.5〜1倍であることを特徴とする[18]に記載の固定方法。
[21]前記固定部材を貫通させた後に、前記繊維強化複合材に低密度領域が残存しないことを特徴とする[18]に記載の固定方法。
[22][19]に記載の固定方法により得られる、前記固定対象部材に固定化された繊維強化複合材。
[23][20]に記載の固定方法により得られる、前記固定対象部材に固定化された繊維強化複合材。
本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂を含む繊維強化複合材であって、低密度領域と高密度領域を有する繊維強化複合材に関する。ここで、低密度領域の密度をPとし、高密度領域の密度をQとすると、1.5P<Qである。また、繊維強化複合材の全面積に対して、低密度領域が占める割合は0.001〜15%である。
なお、密度とは、一定領域の質量を該領域の体積で割った値を示し、低密度領域とはその密度が平均密度よりも10%以上低い領域をいう。一方、高密度領域とは低密度領域以外の領域をいう。本発明では、低密度領域の密度(P)と、高密度領域の密度(Q)は、1.5P<Qの関係となる。
また、低密度領域の面積は、繊維強化複合材の全面積に対して0.001〜15%であり、低密度領域は局所的かつ限定的に設けられている。このため、本発明の繊維強化複合材は、十分な強度を発揮することができる。加えて、本発明の繊維強化複合材は、固定部材を用いて繊維強化複合材を固定対象部材に固定する際であっても、破損等が生じることがない。これは、低密度領域に含まれる空隙が固定部材の貫入体積を吸収することと、貫入による破壊、亀裂の進行を妨げるためであると考えられる。また、低密度領域は適度に変形することにより、有効接触面積を拡大し、固定具からの応力を分散することもできる。
通常、十分な強度を有する繊維強化複合材は、固定部材を貫通させる際に、応力が高密度領域の局所に集中し、振動等で亀裂が生じることが多い。しかし、本発明では、低密度領域を局所的かつ限定的に設けているため、固定部材を貫通させる際の破損の発生を抑制することができる。また、本発明では、固定部材を用いて固定する際のハンドリング性が良好であり、本発明の繊維強化複合材と固定対象部材を容易に固定することができる。
高密度領域および低密度領域が占める割合を上記範囲内とすることにより、繊維強化複合材は、十分な強度を発揮し得ることに加えて、固定部材を用いて繊維強化複合材を固定対象部材に固定する際の破損等が抑制される。
この場合、繊維強化複合材の低密度領域と貫通孔の合計面積は、貫通孔の面積に対して1倍より大きく4倍以下であることが好ましく、1.05〜4倍であることがより好ましく、1.2〜3.5倍であることがさらに好ましい。
本発明で用いる強化繊維は、繊維強化複合材の強度を高めるために機能する。強化繊維は、繊維径が20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上であり、弾性率が50GPa以上である繊維から構成されることが好ましい。
炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等の炭素繊維を用いることができる。中でも、工業規模における生産性及び機械特性の観点から、ポリアクリロニトリル(PAN)系の炭素繊維を用いることが好ましい。
ガラス繊維にはEガラス、Sガラス等の種類があるが、その種類については特に限定されない。一般的に入手が容易なEガラスを用いるのが効率的である。
本発明の繊維強化複合材に使用する熱可塑性樹脂は、加熱加圧処理時にマトリックス、あるいは、強化繊維の交点に結着点を形成する。熱可塑性樹脂は、加熱加圧成形前は、繊維状であり、加熱加圧処理を行うことにより、溶融しマトリックス状となる。このように繊維状の熱可塑性樹脂を用いることにより、加熱加圧成形時間を短縮することができ、効率よく繊維強化複合材を成形することができる。
また、熱可塑性繊維のASTM E−662に記載の方法で測定した20分燃焼時の発煙量は30ds前後であることが好ましく、非常に発煙量が少ない繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。
なお、熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、上述した強化繊維のガラス転移温度よりも低いことが必要である。これにより、繊維強化複合材を加熱加圧処理した際に、主に高密度領域の熱可塑性樹脂のみを溶融することができ、繊維強化複合材の強度を高めることができる。
一般的に、熱可塑性樹脂としてスーパーエンプラ樹脂を用いた場合、スーパーエンプラ樹脂は溶融粘度が高いため、射出成形等の方法では強化繊維を多量に配合すると、強化繊維を均一に分散させることが難しく、強化繊維の配合比率には限界がある。しかし、本発明の繊維強化複合材では、必要とされる強度に応じて比較的自由に強化繊維とマトリックス樹脂繊維との比率を設定することができる。
本発明の繊維強化複合材は、バインダー成分をさらに含むことが好ましい。バインダー成分は、繊維強化複合材の全質量に対して0.1〜10質量%となるように含有されることが好ましく、0.3〜10質量%であることがより好ましく、0.4〜9質量%であることがさらに好ましく、0.5〜8質量%であることが特に好ましい。バインダー成分の含有率を上記範囲内とすることにより、製造工程中の強度を高めることができ、ハンドリング性を向上させることができる。なお、バインダー成分の量は多くなると表面強度・層間強度共に強くなるが、逆に加熱成形時の臭気の問題が発生しやすくなる。しかし、上記の範囲においては臭気の問題はほとんど発生せず、また繰り返しの断裁工程を経ても層間剥離などを発生しない繊維強化複合材を得ることができる。
なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方を含むことを意味し、「(メタ)アクリル酸」とは、「アクリル酸」及び「メタクリル酸」の両方を含むことを意味する。
共重合ポリエチレンテレフタレートは、融点が140℃以下のものが好ましく、120℃以下ものがより好ましい。また、特公平1−30926号公報に記載のような変性ポリエステル樹脂を使用してもよい。変性ポリエステル樹脂の具体例として、特に、ユニチカ社製商品名「メルティ4000」(繊維全てが共重合ポリエチレンテレフタレートである繊維)が好ましく挙げられる。また、上記芯鞘構造のバインダー繊維としては、ユニチカ社製商品名「メルティ4080」や、クラレ社製商品名「N−720」等が好適に使用できる。
本発明の繊維強化複合材の製造方法は、強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を混合し、乾式不織布法または湿式不織布法によって不織布シートを製造する工程と、不織布シートを、熱可塑性樹脂繊維のガラス転移温度以上の温度で加熱加圧成形する工程を含む。さらに、加熱加圧成形する工程は、不織布シートの0.001〜15%の領域を、平均圧力よりも低圧で加圧する工程を含む。
本発明では、金型の凹部の形状を様々な形状とすることにより、低密度領域の形状を自在に変更することができ、低密度領域の面積も0.001〜15%の範囲内において適宜変更することができる。
本発明は、繊維強化複合材を、固定部材を用いて固定対象部材に固定する固定方法に関する。本発明の固定方法においては、固定部材を繊維強化複合材の低密度領域に貫通させて、固定対象部材と繊維強化複合材を固定する。
一方、繊維強化複合材には、あらかじめ下穴が設けられていてもよい。本発明の固定方法は、あらかじめ設けられた下穴に固定部材を貫通させる工程を含んでいてもよい。
繊維径が6μmであり、繊維長が18mmのガラス繊維(ガラス転移温度300℃以上、弾性率80GPa)40部、繊維径15μmのポリエーテルイミド(PEI)繊維(Fiber Innovation Technology社製、繊維長12mm)50部、鞘部に変性PET(融点110℃)、芯部にPET繊維を使用した芯鞘バインダー繊維(クラレ製 N−720)10部を水中に投入した。水の量は、投入した繊維の重量に対し200倍となるとした(繊維スラリー濃度として0.5%)。
このスラリーに、分散剤として「エマノーン3199」(花王株式会社、商品名)を繊維100質量部に対し1質量部となるよう添加して攪拌し、繊維を水中に均一に分散させた繊維スラリーを調製した。
上記繊維スラリーから湿式抄紙法でウエットウエブを形成し、180℃で加熱乾燥することにより表1に示すバインダー量で目付けが450g/m2である不織布を作製した。
この不織布を、30cm角で6枚積層したのち、厚さ30mmの30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ4mmの穴を4隅と各辺中央に図5(a=28.5cm、b=30cm)のような配置で8個あけたものを片面に当てて、もう一方の面には30cm角のアルミ板を当てて、圧力2MPa、温度280℃で加熱加圧処理をした後、冷却し、繊維強化複合材を作製した。
高密度領域の密度は1.3g/cm3であり、低密度領域の密度は0.43g/cm3であった。また、低密度領域の面積の合計は、1.55cm2であり、繊維強化複合材の全面積(900cm2)に対して0.17%であった。なお、高密度領域の厚さは2mmであり、低密度領域の厚さは6mmであった。
この低密度領域をもつ、30cm角の繊維強化複合材を、1.5cm角のアルミ角パイプで作った外寸30cm角のアルミ枠の上に重ね、繊維強化複合材の八箇所の低密度領域の中心を貫通するように、それぞれ3mm径のタッピングビスをねじ込んでアルミ枠に固定した。
この不織布シートを、30cm角で3枚、30cm角のシートに4隅と各辺中央に図5のような配置で直径5mmの孔を8個あけたものを3枚、計6枚を積層したのち両面に30cm角のアルミ板を当てて、圧力2MPa、温度280℃で加熱加圧処理をした後、冷却し、繊維強化複合材を作製した。
高密度領域の密度は1.3g/cm3であり、低密度領域の密度は0.65g/cm3であった。また、低密度領域の面積の合計は、1.55cm2であり、繊維強化複合材の全面積(900cm2)に対して0.17%であった。なお、高密度領域の厚さは2mmであり、低密度領域の厚さは4mmであった。
この繊維強化複合材を、実施例1と同様にアルミ枠に固定した。
実施例1のポリエーテルイミド繊維をポリカーボネート繊維に換えた以外は実施例1と同様にアルミ枠に固定した繊維強化複合材を作製した。
繊維長6mm、繊維径7μm、弾性率240GPaの炭素繊維(東邦テナックス製HT110)(ガラス転移温度300℃以上)40部、繊維径15μmのポリエーテルイミド(PEI)繊維(Fiber Innovation Technology社製、繊維長12mm)50部、鞘部に変性PET(融点110℃)、芯部にPET繊維を使用した芯鞘バインダー繊維(クラレ製 N−720)10部を水中に投入した。水の量は、投入した繊維の重量に対し200倍となるとした(繊維スラリー濃度として0.5%)。
このスラリーに、分散剤として「エマノーン3199」(花王株式会社、商品名)を繊維100質量部に対し1質量部となるよう添加して攪拌し、繊維を水中に均一に分散させた繊維スラリーを調製した。
上記繊維スラリーから湿式抄紙法でウエットウエブを形成し、180℃で加熱乾燥することにより表1に示すバインダー量で目付けが450g/m2である不織布を作製した。
この不織布を、30cm角で6枚積層したのち、厚さ30mmの30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ2mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたものを片面に当てて、もう一方の面には30cm角のアルミ板を当てて、圧力10MPa、温度280℃で加熱加圧処理をした後、冷却し、繊維強化複合材を作製した。
高密度領域の密度は1.5g/cm3であり、低密度領域の密度は0.75g/cm3であった。また、低密度領域の面積の合計は、1.55cm2であり、繊維強化複合材の全面積(900cm2)に対して0.17%であった。なお、高密度領域の厚さは2mmであり、低密度領域の厚さは6mmであった。
この低密度領域をもつ、30cm角の繊維強化複合材を、1.5cm角のアルミ角パイプで作った外寸30cm角のアルミ枠の上に重ね、繊維強化複合材の8箇所の低密度領域の中心を貫通するように、それぞれ3mm径のタッピングビスをねじ込んでアルミ枠に固定した。
実施例1の30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ4mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたものに換えて、穴のない30cm角のアルミ板用いた以外は、実施例1と同様に、低密度領域のない繊維強化複合材を作製し、実施例1のタッピングビスと同じ位置にタッピングビスをネジ込んでアルミ枠に固定したものを作製した。
実施例1の30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ4mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたものに換えて、穴のない30cm角のアルミ板用い、圧力を0.5MPaに換えた以外は、比較例1と同様に、全体が低密度(0.65g/cm3)の厚さ4mmの繊維強化複合材を作製し、実施例1のタッピングビスと同じ位置にタッピングビスをネジ込んでアルミ枠に固定したものを作製した。
実施例3の30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ4mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたものに換えて、穴のない30cm角のアルミ板用いた以外は、実施例1と同様に、低密度領域のない繊維強化複合材を作製し、実施例1のタッピングビスと同じ位置にタッピングビスをネジ込んでアルミ枠に固定したものを作製した。
実施例4の30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ4mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたものに換えて、穴のない30cm角のアルミ板用いた以外は、実施例4と同様に、低密度領域のない繊維強化複合材(密度1.5g/cm3)を作製し、実施例1のタッピングビスと同じ位置にタッピングビスをネジ込んでアルミ枠に固定したものを作製した。
実施例4の30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ4mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたものに換えて、30cm角のアルミ板に直径5mm、深さ0.7mmの穴を4隅と各辺中央に図5のような配置で8個あけたアルミ板用いた以外は、実施例4と同様に、高密度領域の密度は1.5g/cm3であり、低密度領域の密度は1.1g/cm3である繊維強化複合材を作製し、実施例1のタッピングビスと同じ位置にタッピングビスをネジ込んでアルミ枠に固定したものを作製した。
<固定時の破損の状態>
固定箇所すなわち、タッピングビスをねじ込んだ箇所に、亀裂破損が無いかを10倍のルーペを通して目視観察し、以下の基準で評価した。
○:繊維強化複合材に破損はなかった。
△:繊維強化複合材にひび割れが生じた。
×:繊維強化複合材が割れた。
アルミ枠に固定した繊維強化複合材をアルミ枠が下側になるようにコンクリートの床に水平に置き、枠の中央垂直上方30cmの高さから直径3cmの鉄球を自然落下させて、亀裂、破損がないかを10倍のルーペを用いて目視観察し、以下の基準で評価した。
○:亀裂破損は認められなかった。
△:固定部周辺に亀裂破損が認められた。
×:繊維強化複合材に亀裂破損が認められた。
12 低密度領域
13 切り欠け部
14 高密度領域
20 固定部材
30 固定対象部材
40 穴
Claims (23)
- 強化繊維と熱可塑性樹脂を含む繊維強化複合材であって、前記繊維強化複合材は、低密度領域と高密度領域を有し、前記低密度領域の密度をPとし、前記高密度領域の密度をQとすると、1.5P<Qであり、前記繊維強化複合材の全面積に対して、前記低密度領域が占める割合は0.001〜15%であることを特徴とする繊維強化複合材。
- 前記低密度領域は、固定部材を貫通させるための領域であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材。
- 前記強化繊維は、繊維径が20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上であり、弾性率が50GPa以上である繊維から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の繊維強化複合材。
- 前記強化繊維と前記熱可塑性樹脂の含有質量比率は、前記成形加工シートの全領域において略一定であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記強化繊維と前記熱可塑性樹脂の含有質量比率は、0.2:1〜10:1であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記繊維強化複合材は凹凸構造を有し、凸部の最高点が低密度領域に属することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記低密度領域が、前記繊維強化複合材中で非連続領域として形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記強化繊維は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ナイロン、ポリプロピレン、またはポリフェニレンスルフィドであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記低密度領域には、さらに貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維強化複合材。
- 前記低密度領域と前記貫通孔の合計面積は、前記貫通孔の面積に対して1倍より大きく4倍以下であることを特徴とする請求項10に記載の繊維強化複合材。
- 強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を混合し、乾式不織布法または湿式不織布法によって不織布シートを製造する工程と、前記不織布シートを、前記熱可塑性樹脂繊維のガラス転移温度以上の温度で加熱加圧成形する工程を含み、前記加熱加圧成形する工程は、前記不織布シートの固定部材を貫通させようとする領域を平均圧力よりも低圧で加圧する工程を含むことを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。
- 前記加熱加圧成形する工程は、凹部を有する金型を、前記不織布シートに押し当ててプレス加工をする工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の繊維強化複合材の製造方法。
- 強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を混合し、乾式不織布法または湿式不織布法によって不織布シートを製造する工程と、前記不織布シートを複数枚積層して、前記熱可塑性樹脂繊維のガラス転移温度以上の温度で加熱加圧成形する工程を含み、前記加熱加圧成形する工程は、固定部材を貫通させようとする領域の前記不織布シートの積層枚数を減らすことにより、低密度領域とすることを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。
- 前記固定部材を貫通させようとする領域の面積が前記不織布シートの全面積の0.001〜15%であることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の繊維強化複合材の製造方法。
- 前記加熱加圧成形する工程は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度をTgとした場合に、Tg〜Tg+100℃に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の繊維強化複合材の製造方法。
- 請求項12〜16のいずれか1項に記載の製造方法により製造された繊維強化複合材。
- 請求項1〜11および17のいずれか1項に記載の繊維強化複合材を、固定部材を用いて固定対象部材に固定する固定方法であって、前記固定部材を前記繊維強化複合材の低密度領域に貫通させて、前記固定対象部材と前記繊維強化複合材を固定することを特徴とする固定方法。
- 前記固定部材を貫通させる低密度領域の面積は、前記固定部材を前記繊維強化複合材の低密度領域に貫通させた際に形成される貫通孔の面積に対して、1倍より大きく4倍以下であることを特徴とする請求項18に記載の固定方法。
- 前記固定部材を貫通させる低密度領域の面積は、前記固定部材を前記繊維強化複合材の低密度領域に貫通させた際に形成される貫通孔の面積に対して0.5〜1倍であることを特徴とする請求項18に記載の固定方法。
- 前記固定部材を貫通させた後に、前記繊維強化複合材に低密度領域が残存しないことを特徴とする請求項18に記載の固定方法。
- 請求項19に記載の固定方法により得られる、前記固定対象部材に固定化された繊維強化複合材。
- 請求項20に記載の固定方法により得られる、前記固定対象部材に固定化された繊維強化複合材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014064450A JP6128029B2 (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014064450A JP6128029B2 (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015187202A JP2015187202A (ja) | 2015-10-29 |
JP6128029B2 true JP6128029B2 (ja) | 2017-05-17 |
Family
ID=54429599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014064450A Active JP6128029B2 (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6128029B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6641918B2 (ja) * | 2015-11-20 | 2020-02-05 | 王子ホールディングス株式会社 | 繊維強化プラスチック成形体を用いた筐体及びその製造方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8527023D0 (en) * | 1985-11-01 | 1985-12-04 | Wiggins Teape Group Ltd | Moulded fibre reinforced plastic articles |
JPS6335862A (ja) * | 1986-07-24 | 1988-02-16 | 積水化学工業株式会社 | 繊維成形体 |
JPH074874B2 (ja) * | 1988-04-12 | 1995-01-25 | 東レ株式会社 | 繊維強化複合材からなるネジ状成形体の製造方法 |
JPH03180588A (ja) * | 1989-12-06 | 1991-08-06 | Nitto Boseki Co Ltd | ポリエーテルイミド不織布,ポリエーテルイミド―無機繊維混合不織布及びこれらの製造方法 |
JPH0483544A (ja) * | 1990-07-27 | 1992-03-17 | Hitachi Koki Co Ltd | 遠心分離機用ロータ |
JPH0569487A (ja) * | 1991-09-12 | 1993-03-23 | Teijin Ltd | 繊維強化樹脂製構造体の接続方法 |
JPH0577322A (ja) * | 1991-09-19 | 1993-03-30 | Teijin Ltd | 繊維強化プラスチツク製構造体の接続方法 |
JPH06335934A (ja) * | 1993-05-28 | 1994-12-06 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | フランジ部を有する衝撃吸収部材及びその成形方法 |
JP2005211176A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Oji Kinocloth Co Ltd | 立体模様付使いすておしぼり |
JP2006138935A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Takayasu Co Ltd | 耐熱性吸音材 |
JP6191233B2 (ja) * | 2013-05-17 | 2017-09-06 | 王子ホールディングス株式会社 | 成形加工シートおよび成形加工シートの製造方法 |
-
2014
- 2014-03-26 JP JP2014064450A patent/JP6128029B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015187202A (ja) | 2015-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6432615B2 (ja) | 繊維強化プラスチック成形用複合材及び繊維強化プラスチック成形体 | |
EP2966117B1 (en) | Carbon-fiber-reinforced thermoplastic-resin composite material and molded body using same | |
JP5915780B2 (ja) | 繊維強化熱可塑性プラスチックを用いた積層基材 | |
JP6965957B2 (ja) | 積層基材およびその製造方法並びに炭素繊維強化樹脂基材 | |
US9783244B2 (en) | Hollow structure body and vehicular component | |
JP2016104920A (ja) | 複合構造体のためのフィラメントネットワーク | |
TW201843218A (zh) | 含有纖維強化樹脂之積層體、纖維強化複合樹脂材及該等之製造方法 | |
JP6662079B2 (ja) | 繊維強化プラスチック成形体用シート | |
JP2010018724A (ja) | プリプレグ積層基材および繊維強化プラスチック | |
JP6142737B2 (ja) | 熱可塑性プリプレグ及び熱可塑性プリプレグの製造方法 | |
JP5932576B2 (ja) | 繊維強化プラスチック成形用基材 | |
Ng et al. | Mechanical characterization of aluminum sandwich structures with woven-ply pineapple leaf/glass fiber-reinforced hybrid composite core | |
JP6128029B2 (ja) | 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 | |
JP6131779B2 (ja) | 熱可塑性プリプレグ及び熱可塑性プリプレグの製造方法 | |
JP2015044319A (ja) | 繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体 | |
JP2015044317A (ja) | ハニカムサンドイッチ構造体及びハニカムサンドイッチ構造体の製造方法 | |
JP6652171B2 (ja) | 繊維強化プラスチック成形体用基材及び繊維強化プラスチック成形体 | |
JP6326738B2 (ja) | ハニカムサンドイッチ構造体及びハニカムサンドイッチ構造体の製造方法 | |
JP6256012B2 (ja) | 多層成形品 | |
JPWO2019065625A1 (ja) | 通液部材 | |
US9981447B2 (en) | Fiber-reinforced resin joined body having caulked part and manufacturing method thereof | |
JP6394732B2 (ja) | 熱可塑性プリプレグ及び熱可塑性プリプレグの製造方法 | |
JP6225557B2 (ja) | 繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体 | |
WO2017180560A1 (en) | Vehicle components formed with epoxidized chopped glass bonded to a thermoset matrix | |
JP2018009191A (ja) | 繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160715 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170302 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170314 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170327 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6128029 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |