JP2012035534A - Fiber-reinforced thermoplastic resin molded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体に関し、とくに、金型を用いたプレス成形によって効率よく所望形状に成形された繊維強化熱可塑性樹脂成形体に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced thermoplastic resin molded body composed of reinforcing fibers and a thermoplastic resin, and more particularly to a fiber-reinforced thermoplastic resin molded body that is efficiently molded into a desired shape by press molding using a mold.
等方性に優れた機械特性(例えば、剛性)を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形、とくにリブ部等の肉厚が変化した部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形には、比較的短い繊維長の強化繊維をランダムに分散させた熱可塑性樹脂の使用が有効であることが知られている(例えば、特許文献1、2)。しかし、これら特許文献1、2に開示の成形技術では、例えば短繊維の強化繊維を含む樹脂ペレットを溶融、混練し、溶融樹脂中に強化繊維を分散させた状態にて成形型内に射出あるいは押し出すようにしており、比較的成形サイクルの長い、つまり、短時間での成形が難しい成形方法を前提としている。したがって、この成形技術は、成形サイクルの面から、大量生産が求められる成形品の製造には適していない。
For molding a fiber reinforced thermoplastic resin molded article having mechanical properties (for example, rigidity) with excellent isotropic properties, particularly for molding a fiber reinforced thermoplastic resin molded article having a portion with a changed thickness such as a rib part, It is known that the use of a thermoplastic resin in which reinforcing fibers having a relatively short fiber length are randomly dispersed is effective (for example, Patent Documents 1 and 2). However, in the molding techniques disclosed in these
一方、短時間で効率よく成形可能な方法として、スタンピング成形等の金型内での成形用基材のプレス成形による成形技術が知られている。この技術は、加熱されている基材を金型内にて所定形状にプレス成形するものであるが、成形品に高い等方性が求められる場合には、通常、短繊維の強化繊維をマット状に配したスタンピング用マット基材が用いられる。しかしこのマット基材は通常シート状基材であるため、本発明で対象としているリブを有する成形体の成形には、そのままでは適用が難しい。 On the other hand, as a method that enables efficient molding in a short time, a molding technique by press molding of a molding substrate in a mold such as stamping molding is known. In this technique, a heated base material is press-molded into a predetermined shape in a mold. When high isotropy is required for a molded product, a short fiber reinforced fiber is usually matted. A stamping mat base material arranged in a shape is used. However, since this mat base material is usually a sheet-like base material, it is difficult to apply as it is to the molding of a molded article having ribs, which is a subject of the present invention.
高い等方性を達成するために、最近、短繊維の強化繊維の樹脂中での分散性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体が開発された(特許文献3、4)。これら特許文献3、4には、各種の用途等については記載されているものの、この強化繊維の分散性に優れた成形体が、より具体的にどのような形状の製品に適しているのか、さらには、金型によるプレス成形を前提とした、上述のスタンピング成形等のような短時間での成形サイクルが可能な成形技術をどのような形状にまで適用できるのかの適用限界、とくにリブを有する成形体への適用限界については、必ずしも明示されてはいない。 In order to achieve high isotropy, a fiber reinforced thermoplastic resin molded article having excellent dispersibility of short fiber reinforced fibers in a resin has recently been developed (Patent Documents 3 and 4). Although these Patent Documents 3 and 4 describe various uses and the like, more specifically, what shape is suitable for a product having a shape excellent in dispersibility of the reinforcing fiber, Furthermore, it has an application limit, especially ribs, to what shape a molding technique capable of a molding cycle in a short time such as the above-mentioned stamping molding on the premise of press molding with a mold. The application limit to the molded body is not necessarily specified.
そこで、本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、基本的に優れた軽量性と高剛性とを発現可能な繊維強化熱可塑性樹脂成形体を、とくに、均一な物性、中でも高い等方性を有する成形体とし、かつ、短時間で効率よく成形できる優れた量産性を備えた成形体とすることができる技術を提供するとともに、その技術がどのような成形品形状に適用できるのかを明確にし、より具体的な用途への展開を可能にすることにある。 Therefore, in view of the above situation, the object of the present invention is to provide a fiber-reinforced thermoplastic resin molded article that can exhibit basically excellent lightness and high rigidity, in particular, uniform physical properties, especially high isotropy. In addition to providing a technology that can be made into a molded product having excellent properties and capable of forming a molded product with excellent mass productivity that can be molded efficiently in a short time, and what kind of molded product shape the technology can be applied to The purpose is to clarify and enable deployment to more specific applications.
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、強化繊維15〜80重量%と熱可塑性樹脂20〜85重量%からなる成形体であって、該強化繊維が単繊維状に分散されており、かつ該強化繊維の重量平均繊維長(Lw)が0.5〜10mmの範囲にあり、本明細書中で定義される該強化繊維の配向パラメータ(fp)が−0.25〜0.25の範囲にある繊維強化熱可塑性樹脂成形体からなり、少なくとも成形体の一面上に該面に沿う方向に延びるリブを有し、該リブの高さhが0.5〜120mmの範囲にあることを特徴とするものからなる。なお、強化繊維の配向パラメータ(fp)のより好ましい範囲は、−0.15≦fp≦0.15である。また、本発明では、リブの個数はとくに限定されず、単数の場合はもちろんのこと、2個以上のいかなる複数であってもよい。 In order to solve the above problems, a fiber-reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention is a molded body composed of 15 to 80% by weight of reinforcing fiber and 20 to 85% by weight of thermoplastic resin, and the reinforcing fiber is a single body. The fiber is dispersed and the weight average fiber length (Lw) of the reinforcing fiber is in the range of 0.5 to 10 mm, and the orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber defined in this specification is − It consists of a fiber reinforced thermoplastic resin molded product in the range of 0.25 to 0.25, and has a rib extending in a direction along the surface on at least one surface of the molded product, and the height h of the rib is 0.5. It consists of what is characterized by existing in the range of -120 mm. A more preferable range of the orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber is −0.15 ≦ fp ≦ 0.15. In the present invention, the number of ribs is not particularly limited, and may be any number of two or more as well as a single number.
このような本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、成形体の繊維強化熱可塑性樹脂中の重量平均繊維長(Lw)が0.5〜10mmの範囲にある強化繊維が単繊維状に分散されており、後述するように定義される該強化繊維の配向パラメータ(fp)が−0.25〜0.25の範囲にあるため、極めて良好に単繊維状に分散されているので、とくに均一な物性を有し、高い等方性を有する機械特性(とくに剛性)が達成されている。そして、強化繊維が単繊維状に極めて良好に分散されているので、成形しようとする成形体の形状が多少凹凸を有するものであっても、形状の精度や均一な機械特性を実質的に損なうことなく、金型を用いたプレスによる一発成形を行うことが可能になる。とくに、成形体がリブを有する場合、そのリブの高さhを0.5〜120mmの範囲内に制限することにより、金型を用いたプレスによる、とくに後述のような各種プレス成形方法により、短時間で効率よく所望の成形体を成形できるようになり、量産性に優れた製造技術を提供できる。プレス成形によってより確実に所定形状の成形体を得るためのより好ましいリブ高さhの範囲は、10〜60mmの範囲である。 In such a fiber reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention, the reinforcing fiber having a weight average fiber length (Lw) in the range of 0.5 to 10 mm in the fiber reinforced thermoplastic resin of the molded body is a single fiber. Since the orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber defined as described later is in the range of -0.25 to 0.25, it is very well dispersed in the form of a single fiber. In particular, it has uniform physical properties and high isotropic mechanical properties (particularly rigidity). And since the reinforcing fibers are very well dispersed in the form of single fibers, even if the shape of the molded product to be molded has some irregularities, the accuracy of the shape and uniform mechanical properties are substantially impaired. Therefore, it is possible to perform one-shot molding by pressing using a mold. In particular, when the molded body has ribs, by restricting the height h of the ribs within a range of 0.5 to 120 mm, by a press using a mold, particularly by various press molding methods as described later, A desired molded body can be efficiently molded in a short time, and a manufacturing technique excellent in mass productivity can be provided. A more preferable range of the rib height h for obtaining a molded body having a predetermined shape more reliably by press molding is a range of 10 to 60 mm.
上記本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、とくに強化繊維の単繊維状への均一な分散が重要となるが、この均一な分散をより確実に達成するためには、上記強化繊維の単繊維状への分散が、抄紙プロセスを用いて行われていることが好ましい。例えば、通常の不織布製造の場合のように繊維を端に散布するのではなく、液中(例えば、水中)で強化繊維を攪拌等により均一に分散させ、液を抜いてその均一分散状態をそのまま樹脂中に固める等の手法を採ることが好ましい。このような抄紙プロセスを用いて強化繊維を単繊維状に分散させることにより、より確実に配向パラメータ(fp)を−0.25〜0.25の範囲内に収めることが可能になり、均一な機械特性を有し、所定形状のリブを有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体が、プレス成形により優れた量産性をもって製造できるようになる。 In the fiber-reinforced thermoplastic resin molded article according to the present invention, it is particularly important to uniformly disperse reinforcing fibers into single fibers. In order to achieve this uniform dispersion more reliably, the reinforcing fibers Is preferably dispersed using a papermaking process. For example, instead of spreading the fibers at the end as in the case of normal nonwoven fabric production, the reinforcing fibers are uniformly dispersed in the liquid (for example, in water) by stirring, etc., and the liquid is drained to leave the uniform dispersion state as it is. It is preferable to adopt a technique such as hardening in a resin. By dispersing the reinforcing fibers into a single fiber using such a papermaking process, the orientation parameter (fp) can be more reliably kept within the range of −0.25 to 0.25, and uniform. A fiber-reinforced thermoplastic resin molded article having mechanical properties and having a rib having a predetermined shape can be manufactured with excellent mass productivity by press molding.
また、本発明では、以下のような形状のリブを有する場合にも、問題なく成形できるようになる。例えば、上記リブの該リブ延在方向と直交する方向の横断面において、上記一面からのリブ立ち上がり面の角度θが、該一面に対して20〜90°の範囲にあるリブを有する場合にも、目標とする形状の成形体への成形が可能である。このような角度θのリブを有する成形体の成形は、従来の通常のスタンピング用マット基材を用いたプレスでは、成形できなかったものである。上記リブ立ち上がり面の角度θのより好ましい範囲は、30〜90°である。 Moreover, in this invention, even when it has a rib of the following shapes, it can shape | mold without a problem. For example, in the case where the rib has a rib in which the angle θ of the rib rising surface from the one surface is in the range of 20 to 90 ° with respect to the one surface in the cross section in the direction perpendicular to the rib extending direction of the rib. It is possible to form a molded body having a target shape. Molding of a molded body having such ribs having the angle θ cannot be molded by a press using a conventional ordinary stamping mat base material. A more preferable range of the angle θ of the rib rising surface is 30 to 90 °.
また、上記リブの頂部におけるリブ幅dとしては、0.5〜200mmの範囲にあることが好ましい。より好ましくは、0.5〜100mmの範囲、さらに好ましくは、1〜10mmの範囲である。0.5〜200mmの範囲内であれば、問題なくプレス成形可能である。 The rib width d at the top of the rib is preferably in the range of 0.5 to 200 mm. More preferably, it is the range of 0.5-100 mm, More preferably, it is the range of 1-10 mm. If it is in the range of 0.5 to 200 mm, press molding is possible without problems.
また、上記成形体の上記リブ以外の部位の厚みtとしては、例えば0.8〜10mmの範囲内であれば、問題なく所望形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体がプレス成形可能である。好ましくは、厚みtは1〜5mmの範囲内にあり、より好ましくは、例えば2〜3.5mmの範囲内にある。 Moreover, as thickness t of parts other than the said rib of the said molded object, if it exists in the range of 0.8-10 mm, for example, the fiber reinforced thermoplastic resin molded object of a desired shape can be press-molded without a problem. Preferably, the thickness t is in the range of 1-5 mm, more preferably in the range of 2-3.5 mm, for example.
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体においては、強化繊維の種類はとくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の各種強化繊維、さらには異種の強化繊維を組み合わせたハイブリッド構成も使用できる。例えば、強化繊維として炭素繊維を含む場合、高い剛性、強度を期待できる。強化繊維としてガラス繊維を含む場合、高い軽量性を期待できる。 In the fiber reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention, the type of the reinforcing fiber is not particularly limited, and a hybrid configuration in which various reinforcing fibers such as carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber, and further different types of reinforcing fibers are combined. Can be used. For example, when carbon fiber is included as the reinforcing fiber, high rigidity and strength can be expected. When glass fiber is included as the reinforcing fiber, high lightness can be expected.
また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体のマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂もとくに限定されず、使用可能な樹脂を例示すると、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66等)、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ABS、液晶ポリエステルや、アクリロニトリルとスチレンの共重合体等を挙げることができる。これらの混合物でもよい。また、ナイロン6とナイロン66との共重合ナイロンのように共重合したものであってもよい。さらに得たい成形品の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、その他酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等を添加しておくことができる。 Further, the thermoplastic resin as the matrix resin of the fiber-reinforced thermoplastic resin molded article according to the present invention is not particularly limited, and examples of usable resins include polyamide (nylon 6, nylon 66, etc.), polyolefin (polyethylene, polypropylene). Etc.), polyester (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc.), polycarbonate, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, polystyrene, ABS, liquid crystal polyester, and acrylonitrile Examples include styrene copolymers. A mixture of these may also be used. Moreover, what was copolymerized like the copolymer nylon of nylon 6 and nylon 66 may be used. Furthermore, depending on the required properties of the molded product to be obtained, flame retardants, weather resistance improvers, other antioxidants, heat stabilizers, UV absorbers, plasticizers, lubricants, colorants, compatibilizers, conductive fillers, etc. It can be added.
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、各種のプレス成形法によって成形可能である。具体的には、後述の実施の形態で詳しく説明するが、例えば、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形体成形用の中間基材を予熱装置内で加熱し、加熱した基材を金型内に搬送し、金型内で基材をプレスにより成形した後、冷却固化する第1の成形プロセスを用いて成形することができる。 The fiber reinforced thermoplastic resin molding according to the present invention can be molded by various press molding methods. Specifically, as will be described in detail in the following embodiments, for example, an intermediate base material for molding formed of reinforcing fibers and a thermoplastic resin is heated in a preheating device, and the heated base material is placed in a mold. Then, after forming the substrate by pressing in a mold, it can be formed using a first forming process in which it is cooled and solidified.
あるいは、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形体成形用の中間基材を金型内に配置し、金型を前記熱可塑性樹脂の融点以上に昇温するとともに金型内で基材をプレスにより成形し、プレス圧を保持したまま金型を冷却する第2の成形プロセスを用いて成形することができる。この第2の成形プロセスは、急速加熱、急速冷却可能で、短時間成形が可能であるため、本発明における好ましい成形プロセスである。 Alternatively, an intermediate substrate for molding a molded body composed of reinforcing fibers and a thermoplastic resin is placed in the mold, the mold is heated to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin, and the substrate is pressed in the mold. Molding can be performed using a second molding process in which the mold is cooled while maintaining the press pressure. This second molding process is a preferable molding process in the present invention because it can be rapidly heated and cooled, and can be molded in a short time.
あるいは、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形体成形用の中間基材を予熱装置内で加熱するとともに金型を前記熱可塑性樹脂の融点以上に昇温し、前記加熱した基材を金型内に搬送し、金型内で基材をプレスにより成形すると同時に金型を冷却して基材を冷却固化する第3の成形プロセスを用いて成形することができる。 Alternatively, an intermediate substrate for molding a molded body composed of reinforcing fibers and a thermoplastic resin is heated in a preheating device, the mold is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin, and the heated substrate is placed in the mold. Then, the substrate can be molded by pressing in the mold, and at the same time, the mold can be cooled and molded using a third molding process in which the substrate is cooled and solidified.
なお、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、上記3つの成形プロセスに限定されることなく、金型の加熱や冷却等、各プロセスを適切に選択することができる。 The fiber-reinforced thermoplastic resin molded body of the present invention is not limited to the above three molding processes, and each process such as heating and cooling of a mold can be appropriately selected.
このような本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の用途としては、とくに限定されず、展開可能な各種用途については後述するが、本発明はとくに、優れた量産性が要求されるルーフ部品に適用して好適なものである。 The use of the fiber-reinforced thermoplastic resin molded article according to the present invention is not particularly limited, and various applications that can be developed will be described later, but the present invention is particularly a roof part that requires excellent mass productivity. It is suitable for application to.
このように、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体によれば、繊維強化熱可塑性樹脂が本来有する優れた軽量性と高い機械特性(とくに、高剛性)とを良好に発現させつつ、とくに、均一な物性、中でも高い等方性を有する成形体を実現でき、しかも、この成形体を短時間で効率よく優れた量産性をもって成形することができる。さらに、プレス成形による実質的に一発成形にて製造できるリブ付き成形体の形状の範囲を明確に提示でき、本発明をより具体的な用途における成形品の製造に確実に供することが可能になる。 As described above, according to the fiber-reinforced thermoplastic resin molded article according to the present invention, the excellent lightness and high mechanical properties (particularly, high rigidity) inherently possessed by the fiber-reinforced thermoplastic resin are favorably expressed. In addition, a molded article having uniform physical properties, particularly high isotropy, can be realized, and the molded article can be molded efficiently and with excellent mass productivity in a short time. Furthermore, it is possible to clearly present the range of the shape of the molded body with ribs that can be manufactured by substantially one-shot molding by press molding, making it possible to reliably provide the present invention for the production of molded products in more specific applications. Become.
以下に。本発明について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、強化繊維15〜80重量%と熱可塑性樹脂20〜85重量%からなる成形体であって、該強化繊維が単繊維状に分散されており、かつ該強化繊維の重量平均繊維長(Lw)が0.5〜10mmの範囲にあり、本明細書中で定義される該強化繊維の配向パラメータ(fp)が−0.25〜0.25の範囲(好ましくは、−0.15〜0.15の範囲)にある繊維強化熱可塑性樹脂成形体からなり、少なくとも成形体の一面上に該面に沿う方向に延びるリブを有し、該リブの高さhが0.5〜120mmの範囲にあることを特徴とするものである。
less than. The present invention will be described in detail along with preferred embodiments.
The fiber-reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention is a molded body composed of 15 to 80% by weight of reinforcing fibers and 20 to 85% by weight of thermoplastic resin, and the reinforcing fibers are dispersed in a single fiber shape. And the weight average fiber length (Lw) of the reinforcing fiber is in the range of 0.5 to 10 mm, and the orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber as defined herein is -0.25 to 0.25. A rib-reinforced thermoplastic resin molded body in the range (preferably in the range of -0.15 to 0.15), and having a rib extending in a direction along the surface on at least one surface of the molded body. The height h is in the range of 0.5 to 120 mm.
ここで、上記強化繊維の重量平均繊維長(Lw)と、配向パラメータ(fp)とその評価方法について説明する。 Here, the weight average fiber length (Lw), the orientation parameter (fp), and the evaluation method thereof will be described.
(1)重量平均繊維長(Lw)の測定方法
成形材料あるいは繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、マトリックス樹脂(熱可塑性樹脂)を溶解させる溶媒によりマトリックス樹脂を十分溶解させた後、濾過などの公知の操作により強化繊維と分離する。マトリックス樹脂を溶解する溶媒が無い場合は、成形材料あるいは繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、500℃の温度で2時間加熱し、熱可塑性樹脂繊維を焼き飛ばして強化繊維を分離する。分離した強化繊維を、無作為に400本抽出し、光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にてその長さを1μm単位まで測定し繊維長とし、次式により重量平均繊維長(Lw)を求める。
・重量平均繊維長(Lw)=Σ(Li×Wi/100)
・Li:測定した繊維長(i=1、2、3、・・・、400)
・Wi:繊維長さLiの繊維の重量分率(i=1、2、3、・・・、400)
なお、無作為に抽出する測定強化繊維本数を400本以上とすれば、算出される強化繊維の重量平均繊維長(Lw)の値にはほぼ変化がなくなる。
(1) Measuring method of weight average fiber length (Lw) After cutting out a part of a molding material or a fiber reinforced thermoplastic resin molding and sufficiently dissolving the matrix resin with a solvent for dissolving the matrix resin (thermoplastic resin), It isolate | separates from a reinforced fiber by well-known operation, such as filtration. When there is no solvent for dissolving the matrix resin, a part of the molding material or the fiber-reinforced thermoplastic resin molded body is cut out and heated at a temperature of 500 ° C. for 2 hours to burn off the thermoplastic resin fibers and separate the reinforcing fibers. . 400 separated reinforcing fibers are randomly extracted, and the length is measured to the unit of 1 μm with an optical microscope or a scanning electron microscope to obtain the fiber length, and the weight average fiber length (Lw) is obtained by the following formula.
Weight average fiber length (Lw) = Σ (Li × Wi / 100)
Li: measured fiber length (i = 1, 2, 3,..., 400)
Wi: Weight fraction of fiber with fiber length Li (i = 1, 2, 3,..., 400)
If the number of measured reinforcing fibers randomly extracted is 400 or more, the calculated value of the weight average fiber length (Lw) of the reinforcing fibers hardly changes.
(2)配向パラメータ(fp)とその評価方法
繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面を、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の表面から100μmの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。
また、成形材料を一部切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、成形材料表面を成形材料の表面から100μmの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。
繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の観察用試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に400本の強化繊維を選び出す。強化繊維の研磨面は一般的に楕円形となっており、この楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。次に、角度の基準とする基準直線を任意に1本設定し、基準直線に対する選び出した強化繊維の配向方向のなす角度(以下、配向角度αiと略す。)を全て測定する。配向角度αiは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、0°以上180°未満の角度のこととする。この配向角度αiを用いて、次式により繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向パラメータ(fp)を求める。
fp=2×Σ(cos2αi/400)−1
・αi:測定した配向角度(i=1、2、3、・・・、400)
また、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の「配向パラメータ」の測定用試験片としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および成形体の厚み変化がない部分を用いた。
強化繊維のランダム配置の指標として、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向パラメータ(fp)を測定し、以下の4段階で評価した。○○と○が合格であり、△と×が不合格である。
○○:fpが「−0.15≦fp≦0.15」である。
○:fpが「−0.25≦fp<−0.15」、あるいは「0.15<fp≦0.25」である。
△:fpが「−0.35≦fp<−0.25」、あるいは「0.25<fp≦0.35」である。
×:fpが「−1≦fp<−0.35」、あるいは「0.35<fp≦1」である。
(2) Orientation parameter (fp) and its evaluation method A part of the fiber reinforced thermoplastic resin molded body is cut out, the cut specimen is embedded in an epoxy resin, and the surface of the fiber reinforced thermoplastic resin molded body is fiber reinforced. An observation test piece is prepared by polishing from the surface of the thermoplastic resin molded body to a depth of 100 μm.
Further, a part of the molding material is cut out, the cut out test piece is embedded in an epoxy resin, and the surface of the molding material is polished to a depth of 100 μm from the surface of the molding material to prepare an observation test piece.
A fiber reinforced thermoplastic resin molded article or a test piece for observing a molding material is observed with an optical microscope, and 400 reinforcing fibers are selected at random. The polished surface of the reinforcing fiber is generally elliptical, and the major axis direction of this ellipse is taken as the fiber orientation direction. Next, one reference straight line as an angle reference is arbitrarily set, and all the angles formed by the orientation directions of the selected reinforcing fibers with respect to the reference straight line (hereinafter, abbreviated as the orientation angle αi) are measured. The orientation angle αi is an angle of 0 ° or more and less than 180 °, which is obtained by measuring an angle in a counterclockwise direction with respect to the reference straight line. Using this orientation angle αi, the orientation parameter (fp) of the fiber-reinforced thermoplastic resin molding or molding material is obtained by the following equation.
fp = 2 × Σ (cos2αi / 400) −1
Αi: measured orientation angle (i = 1, 2, 3,..., 400)
In addition, as a test piece for measuring the “orientation parameter” of a fiber reinforced thermoplastic resin molded article or molding material, avoid the end of the fiber reinforced thermoplastic resin molded article or molding material, and try to avoid bosses, ribs, And the part without the thickness change of a molded object was used.
The orientation parameter (fp) of a fiber reinforced thermoplastic resin molded article or molding material was measured as an index of random arrangement of reinforcing fibers, and evaluated in the following four stages. ○○ and ○ are acceptable, and Δ and × are unacceptable.
◯: fp is “−0.15 ≦ fp ≦ 0.15”.
○: fp is “−0.25 ≦ fp <−0.15” or “0.15 <fp ≦ 0.25”.
Δ: fp is “−0.35 ≦ fp <−0.25” or “0.25 <fp ≦ 0.35”.
X: fp is “−1 ≦ fp <−0.35” or “0.35 <fp ≦ 1”.
本発明におけるリブ付き繊維強化熱可塑性樹脂成形体の具体的な形状例を図1に示す。図1は、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体をルーフ部品に適用した場合の一例を示しており、その断面を示している。図1において、1は、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体としてのルーフ部品全体を示しており、本実施例では、同じ横断面形状のリブ2が成形体の一面(内面)に2つ設けられている。ただし、このリブ2の個数は必要に応じて任意の個数に変更でき、また、複数のリブを有する場合、各リブの横断面形状は同じであっても、互いに異なっていてもよい。
A specific example of the shape of the ribbed fiber-reinforced thermoplastic resin molding in the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows an example of a case where the fiber-reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention is applied to a roof part, and shows a cross section thereof. In FIG. 1, 1 shows the entire roof part as a fiber-reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention. In this embodiment,
このルーフ部品1を構成する繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、強化繊維15〜80重量%と熱可塑性樹脂20〜85重量%の成形体からなる。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体中における強化繊維(例えば、炭素繊維)は、単繊維状に分散されており、この単繊維状への分散は、とくに、抄紙プロセスを用いて行われている。繊維強化熱可塑性樹脂成形体中における強化繊維の重量平均繊維長(Lw)は0.5〜10mmの範囲にあり、上述の如く定義される該強化繊維の配向パラメータ(fp)は−0.25〜0.25の範囲、好ましくは−0.15〜0.15の範囲にある。そして、成形体の一面上に該面に沿う方向に延びるように一体に設けられたリブ2の高さhが0.5〜120mmの範囲内、好ましくは10〜60mmの範囲内に設定されている。
The fiber reinforced thermoplastic resin molded body constituting the roof part 1 is composed of a molded body of 15 to 80% by weight of reinforcing fibers and 20 to 85% by weight of thermoplastic resin. The reinforcing fibers (for example, carbon fibers) in the fiber-reinforced thermoplastic resin molded body are dispersed in the form of single fibers, and the dispersion into the single fibers is particularly performed using a papermaking process. The weight average fiber length (Lw) of the reinforcing fibers in the fiber reinforced thermoplastic resin molded product is in the range of 0.5 to 10 mm, and the orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers defined as described above is −0.25. It is in the range of ˜0.25, preferably in the range of −0.15 to 0.15. And the height h of the
また、上記リブ2の該リブ延在方向と直交する方向の横断面(図1に示した断面)において、上記成形体の一面からのリブ立ち上がり面(リブ側面)の角度θは、該一面に対して20〜90°の範囲、好ましくは30〜90°の範囲にある。リブ2の頂部におけるリブ幅dとしては、0.5〜200mmの範囲、好ましくは0.5〜100mmの範囲、さらに好ましくは1〜10mmの範囲にある。また、成形体の上記リブ2以外の部位の厚みtは、0.8〜10mmの範囲内、好ましくは1〜5mmの範囲内、より好ましくは2〜3.5mmの範囲内にある。
Further, in the transverse cross section (the cross section shown in FIG. 1) of the
このような特定の範囲内に成形体形状を規定することにより、金型を用いたプレス成形により所望の繊維強化熱可塑性樹脂成形体からなるパネル1を、短時間で効率よく、実質的に一発成形できる。 By defining the shape of the molded body within such a specific range, the panel 1 made of a desired fiber-reinforced thermoplastic resin molded body can be effectively and substantially reduced in a short time by press molding using a mold. Can be molded.
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形においては、前述の如く、繊維強化熱可塑性樹脂中の強化繊維が例えば抄紙プロセスを用いて単繊維状に分散されていることが重要であり、とくに強化繊維の配向パラメータ(fp)が−0.25〜0.25の範囲にあることが必要である。そして、このように強化繊維が単繊維状に分散された繊維強化熱可塑性樹脂の予備成形体からなる中間基材を用い、金型を用いたプレス成形は、例えば以下の図2〜図4に示すような第1〜第3の成形プロセスにより行われる。 In the molding of the fiber-reinforced thermoplastic resin molding according to the present invention, as described above, it is important that the reinforcing fibers in the fiber-reinforced thermoplastic resin are dispersed into a single fiber using, for example, a papermaking process, In particular, the orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber needs to be in the range of -0.25 to 0.25. Then, using an intermediate base material made of a preform of a fiber reinforced thermoplastic resin in which reinforcing fibers are dispersed in a single fiber shape as described above, press molding using a mold is performed, for example, in FIGS. 2 to 4 below. The first to third molding processes are performed as shown.
図2に第1の成形プロセスの一例を示す。図2に示すように、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形体成形用の中間基材11(図示例では、複数のシート状基材の積層体)を予熱装置12内で加熱し、加熱した基材11をプレス装置13内に設置された金型14内に移送し、金型14内で基材11をプレスして所定形状に成形した後、成形した基材11を冷却固化する。このような第1の成形プロセスを用いて目標とする形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を効率よく実質的に一発成形することができる。
FIG. 2 shows an example of the first molding process. As shown in FIG. 2, an intermediate base material 11 (in the illustrated example, a laminate of a plurality of sheet-like base materials) for forming a molded body made of reinforcing fibers and a thermoplastic resin was heated in a
図3に第2の成形プロセスの一例を示す。図3に示すように、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形体成形用の中間基材21(図示例では、複数のシート状基材の積層体)を直接、プレス装置22内に設置された金型23内に投入、配置し、金型23を基材21の熱可塑性樹脂(マトリックス樹脂)の融点以上まで昇温するとともに金型23内で基材21をプレスして所定形状に成形し、閉じられた金型23のプレス圧を保持したまま金型23を冷却し、冷却後に金型23を開いて成形体を取り出す。このような第2の成形プロセスを用いて目標とする形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を効率よく実質的に一発成形することができる。この第2の成形プロセスでは、金型23の急速加熱、急速冷却により短時間成形が可能である。
FIG. 3 shows an example of the second molding process. As shown in FIG. 3, an intermediate base material 21 (in the illustrated example, a laminate of a plurality of sheet-like base materials) for forming a molded body made of reinforcing fibers and a thermoplastic resin is directly installed in the
図4に第3の成形プロセスの一例を示す。図4に示すように、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形体成形用の中間基材31(図示例では、複数のシート状基材の積層体)を予熱装置32内で加熱するとともに、プレス装置33内に設置された金型34を基材31の熱可塑性樹脂の融点以上に昇温しておき、予熱装置32で加熱した基材31を昇温されている金型34内に移送し、金型34内で基材31をプレスにより所定形状に成形すると同時に金型34を冷却して基材31を冷却固化する。このような第3の成形プロセスを用いて目標とする形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を効率よく実質的に一発成形することができる。この第3の成形プロセスでは、金型34を基材31の搬入前に予め加熱しておくので、成形プロセス全体としての時間短縮が可能である。
FIG. 4 shows an example of the third molding process. As shown in FIG. 4, an intermediate base material 31 (in the illustrated example, a laminate of a plurality of sheet-like base materials) for forming a molded body made of reinforcing fibers and a thermoplastic resin is heated in a
このように、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、各種の成形プロセス、とくに上記の第1〜第3の成形プロセスを用いて効率よく成形することが可能である。なお、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、上記3つの成形プロセスに限定されることなく、金型の加熱や冷却等、各プロセスを適切に選択することができる。 Thus, the fiber-reinforced thermoplastic resin molded body according to the present invention can be efficiently molded using various molding processes, particularly the first to third molding processes described above. The fiber-reinforced thermoplastic resin molded body of the present invention is not limited to the above three molding processes, and each process such as heating and cooling of a mold can be appropriately selected.
このように効率よく成形可能な本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、とくに優れた量産性が求められる用途に好適なものである。本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の用途としては、例えば、「パソコン、ディスプレイ、OA機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルMD、携帯用ラジオカセット、PDA(電子手帳などの携帯情報端末)、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品などの筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース」などの電気、電子機器部品、「支柱、パネル、補強材」などの土木、建材用部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム、プロペラシャフト、ホイール、ギアボックスなどの、サスペンション、アクセル、またはステアリング部品」や、「フードやルーフパネル、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、アッパーバックパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの、外板、またはボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツなど外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュールなどの内装部品」、または「モーター部品、CNGタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマニホールド、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、各種配管、各種バルブなどの燃料系、排気系、または吸気系部品」などの自動車、二輪車用の各種車両用構造部品、「その他、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ICレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、エンジン冷却水ジョイント、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、バッテリートレイ、ATブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、スペアタイヤカバー、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、スカッフプレート、フェイシャー」などの自動車、二輪車用の各種車両用部品、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ」などの各種航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点より、電気、電子機器用の筐体、土木、建材用のパネル、自動車用の構造部品、航空機用の部品に好ましく用いられる。とりわけ、力学特性および等方性の観点より、自動車、二輪車用の構造部品に好ましく用いられる。 Thus, the fiber reinforced thermoplastic resin molding which can be shape | molded efficiently is suitable for the use for which especially the outstanding mass productivity is calculated | required. Examples of the use of the fiber-reinforced thermoplastic resin molding according to the present invention include “PC, display, OA equipment, mobile phone, personal digital assistant, facsimile, compact disc, portable MD, portable radio cassette, PDA (electronic notebook). Such as portable information terminals), video cameras, digital video cameras, optical equipment, audio, air conditioners, lighting equipment, entertainment equipment, toy products, other household appliances, etc., trays, chassis, interior members, or their cases Electrical and electronic equipment parts, civil engineering and construction material parts such as `` posts, panels, reinforcements '', `` various members, various frames, various hinges, various arms, various axles, various wheel bearings, various beams, propeller shafts, Suspension, accelerator, or steering components such as wheels, gearboxes " “Hood, roof panel, door, fender, trunk lid, side panel, rear end panel, upper back panel, front body, underbody, various pillars, various members, various frames, various beams, various supports, various rails, various hinges, etc. Outer panel or body parts "," Bumper, bumper beam, molding, under cover, engine cover, current plate, spoiler, cowl louver, aero parts, exterior parts "," instrument panel, seat frame, door trim, pillar trim " , Interior parts such as handles, various modules "or" motor parts, CNG tank, gasoline tank, fuel pump, air intake, intake manifold, carburetor main body, carburetor spacer , Various piping, various fuel systems such as various valves, exhaust systems, or intake system components ", various vehicle structural components for motorcycles," others, alternator terminals, alternator connectors, IC regulators, potentiometer bases for light vehicles , Engine coolant joint, thermostat base for air conditioner, heating hot air flow control valve, brush holder for radiator motor, turbine vane, wiper motor related parts, distributor, starter switch, starter relay, window washer nozzle, air conditioner panel switch board , Coils for fuel-related electromagnetic valves, battery trays, AT brackets, headlamp supports, pedal housings, protectors, horn terminals, step motors -Rotors, lamp sockets, lamp reflectors, lamp housings, brake pistons, noise shields, spare tire covers, solenoid bobbins, engine oil filters, ignition device cases, scuff plates, faishers, etc., various vehicle parts for motorcycles, Various aircraft parts such as landing gear pods, winglets, spoilers, edges, ladders, elevators, failings and ribs. From the viewpoint of mechanical properties, it is preferably used for electrical and electronic equipment casings, civil engineering, building material panels, automotive structural parts, and aircraft parts. In particular, it is preferably used for structural parts for automobiles and motorcycles from the viewpoint of mechanical properties and isotropy.
1 繊維強化熱可塑性樹脂成形体としてのルーフ部品
2 リブ
11、21、31 中間基材
12、32 予熱装置
13、22、33 プレス装置
14、23、34 金型
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