JP7533040B2 - Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body - Google Patents
Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body Download PDFInfo
- Publication number
- JP7533040B2 JP7533040B2 JP2020149136A JP2020149136A JP7533040B2 JP 7533040 B2 JP7533040 B2 JP 7533040B2 JP 2020149136 A JP2020149136 A JP 2020149136A JP 2020149136 A JP2020149136 A JP 2020149136A JP 7533040 B2 JP7533040 B2 JP 7533040B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- reinforced plastic
- nonwoven fabric
- plastic molded
- molded body
- 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
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 title claims description 69
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 title claims description 69
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 26
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 91
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 49
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 48
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 48
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 43
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 40
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 33
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 32
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 22
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 22
- 238000010137 moulding (plastic) Methods 0.000 claims description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 7
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 7
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 7
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 5
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 3
- 229920003067 (meth)acrylic acid ester copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229920006038 crystalline resin Polymers 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-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
- RNIHAPSVIGPAFF-UHFFFAOYSA-N Acrylamide-acrylic acid resin Chemical compound NC(=O)C=C.OC(=O)C=C RNIHAPSVIGPAFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 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
- 229920002433 Vinyl chloride-vinyl acetate copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000009657 carbon fiber testing Methods 0.000 description 1
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 239000011086 glassine Substances 0.000 description 1
- 239000011084 greaseproof paper Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000004611 light stabiliser Substances 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920006128 poly(nonamethylene terephthalamide) Polymers 0.000 description 1
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate 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
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 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
- 229920003066 styrene-(meth)acrylic acid ester copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
本発明は、繊維強化プラスチック成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic molding.
炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む不織布(繊維強化プラスチック成形体用基材ともいう)から成形された繊維強化プラスチック成形体は、既にスポーツ、レジャー用品、航空機用材料、電子機器部材など様々な分野で用いられている。従来、繊維強化プラスチック成形体においてマトリックスとなる樹脂には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、またはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられていた。しかし、熱硬化性樹脂を用いた場合、熱硬化性樹脂と強化繊維を混合した不織布は冷蔵保管しなければならず、長期保管ができないという難点があった。 Fiber-reinforced plastic molded bodies made from nonwoven fabrics (also called substrates for fiber-reinforced plastic molded bodies) containing reinforcing fibers such as carbon fiber and glass fiber are already being used in a variety of fields, including sports and leisure goods, aircraft materials, and electronic equipment components. Conventionally, thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, and phenolic resins have been used as the matrix resins in fiber-reinforced plastic molded bodies. However, when using thermosetting resins, the nonwoven fabrics mixed with thermosetting resins and reinforcing fibers must be stored in a refrigerator, which is problematic in that they cannot be stored for long periods of time.
このため、近年は、マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂を用いた繊維強化プラスチック成形体の開発が進められている。このような熱可塑性樹脂と強化繊維を混合した不織布は、保存管理が容易であり、長期保管ができるという利点を有する。また、熱可塑性樹脂を含む不織布は、熱硬化性樹脂を含む不織布と比較して成形加工が容易であり、加熱加圧処理を行うことにより成形加工品を成形することができる。 For this reason, in recent years, there has been progress in the development of fiber-reinforced plastic moldings that use thermoplastic resins as the matrix resin. Such nonwoven fabrics that mix thermoplastic resins with reinforcing fibers have the advantage that they are easy to store and can be stored for long periods of time. In addition, nonwoven fabrics containing thermoplastic resins are easier to mold than nonwoven fabrics that contain thermosetting resins, and molded products can be formed by applying heat and pressure.
例えば、特許文献1には、強化繊維の単位面積当たりの繊維量が、40~500g/m2の範囲の不織布を金型内に設置する工程(a)と、熱可塑性樹脂を金型内に射出して不織布と熱可塑性樹脂とからなる成形品を得る工程(b)とを備える繊維強化複合材の製造方法が開示されている。また、特許文献2には、結合用樹脂として熱可塑性樹脂を含む複合材料層が開示されている。特許文献2には、複合材料層を加圧操作の前および/または該操作の間加熱し、任意形状の製品を製造する方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a fiber-reinforced composite material, which includes a step (a) of placing a nonwoven fabric in a mold, the fiber amount of which is in the range of 40 to 500 g/ m2 per unit area of the reinforcing fibers, and a step (b) of injecting a thermoplastic resin into the mold to obtain a molded product composed of the nonwoven fabric and the thermoplastic resin. Patent Document 2 discloses a composite material layer containing a thermoplastic resin as a binding resin. Patent Document 2 discloses a method for producing a product of any shape by heating the composite material layer before and/or during a pressurizing operation.
しかしながら、従来の成形体の製造方法においては、十分な密度の成形体が得られない場合などがあり、成形性に改善の余地があった。とりわけ、特許文献1では、セットした不織布に樹脂を射出して成形するため操作が煩雑でありまた成形性も十分ではなかった。また、特許文献2では、不織布を絶縁体で包み込まないために、通電後、すぐにプレス機本体に電流が流れショートしてしまうため安全性にも問題があり、また、不十分な通電の場合、加熱不足となり、十分な密度が得られず成形性にも影響が及ぶという問題があった。 However, in conventional manufacturing methods for molded bodies, there are cases where a molded body with sufficient density cannot be obtained, and there is room for improvement in moldability. In particular, in Patent Document 1, the operation is complicated and moldability is insufficient because resin is injected into a set nonwoven fabric. In Patent Document 2, the nonwoven fabric is not wrapped in an insulator, so there are safety issues because current flows through the press body immediately after electricity is applied, causing a short circuit. Also, insufficient electricity application causes insufficient heating, which prevents sufficient density from being obtained and affects moldability.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、成形性に優れた成形体の製造方法を提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve these problems with the conventional technology, the inventors have carried out research with the aim of providing a manufacturing method for molded bodies with excellent moldability.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する不織布を通電加熱する工程と、不織布をプレス成形する工程とを含む、繊維強化プラスチック成形体の製造方法において、該不織布を絶縁体で挟み込むことにより、成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体が得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have found that in a method for producing a fiber-reinforced plastic molded body, which includes the steps of electrically heating a nonwoven fabric containing carbon fiber and a thermoplastic resin, and press-molding the nonwoven fabric, a fiber-reinforced plastic molded body with excellent moldability can be obtained by sandwiching the nonwoven fabric between insulators.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する不織布を、絶縁体で挟み込み、
不織布を通電加熱する工程と、不織布をプレス成形する工程とを含む、繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[2] 通電加熱する工程と、プレス成形する工程は同時に行われる工程である、[1]に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[3] 通電加熱する工程の後に、プレス成形する工程が設けられる、[1]に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[4] 不織布の密度が0.05g/cm3以上である、[1]~[3]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[5] 炭素繊維の数平均繊維長が3~50mmである、[1]~[4]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[6] 不織布における炭素繊維の含有量は、不織布の全質量に対して、20~80質量%である、[1]~[5]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[7] 通電加熱する工程における加熱温度が熱可塑性樹脂の軟化温度以上である、[1]~[6]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[8] 絶縁体がセラミック、ガラス及び樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含む、[1]~[7]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[1] A nonwoven fabric containing carbon fiber and a thermoplastic resin is sandwiched between insulators,
A method for producing a fiber-reinforced plastic molded product, comprising the steps of electrically heating a nonwoven fabric and press-molding the nonwoven fabric.
[2] The method for producing a fiber-reinforced plastic molded body according to [1], wherein the electrically heating step and the press molding step are performed simultaneously.
[3] The method for producing a fiber-reinforced plastic molded body according to [1], wherein a press molding step is provided after the electric heating step.
[4] The method for producing a fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [3], wherein the density of the nonwoven fabric is 0.05 g/ cm3 or more.
[5] The method for producing a fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [4], wherein the number average fiber length of the carbon fibers is 3 to 50 mm.
[6] The method for producing a fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [5], wherein the content of carbon fibers in the nonwoven fabric is 20 to 80 mass% based on the total mass of the nonwoven fabric.
[7] The method for producing a fiber-reinforced plastic molded body according to any one of [1] to [6], wherein the heating temperature in the electrically heating step is equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic resin.
[8] The method for producing a fiber-reinforced plastic molded body according to any one of [1] to [7], wherein the insulator comprises at least one selected from the group consisting of ceramic, glass, and resin.
本発明の製造方法によれば、成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。 The manufacturing method of the present invention makes it possible to obtain fiber-reinforced plastic molded products with excellent moldability.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は「~」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 The present invention will be described in detail below. The following explanation of the constituent elements may be based on representative embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as the lower and upper limits.
(繊維強化プラスチック成形体の製造方法)
本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する不織布を、絶縁体で挟み込み、不織布を通電加熱する工程と、不織布をプレス成形する工程とを含む、繊維強化プラスチック成形体の製造方法に関する。本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法においては、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する不織布を、絶縁体で挟み込んだ状態で、通電加熱する工程と、不織布をプレス成形する工程とを含むため、密度の大きな繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。すなわち、本発明においては成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。さらに、本発明の製造方法で得られる繊維強化プラスチック成形体は密度が大きいため、剛性(たわみ性)が小さく、また、表面均一性も良好である。このため、本発明の製造方法で得られる繊維強化プラスチック成形体は例えば、電子製品筐体、音響機器部材、スポーツシューズ用部材としての用途に適している。
(Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body)
The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic molded body, comprising the steps of sandwiching a nonwoven fabric containing carbon fiber and a thermoplastic resin between insulators, electrically heating the nonwoven fabric, and press-molding the nonwoven fabric. The method for producing a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention includes the steps of electrically heating the nonwoven fabric containing carbon fiber and a thermoplastic resin while sandwiching the nonwoven fabric between insulators, and press-molding the nonwoven fabric, so that a fiber-reinforced plastic molded body having a high density can be obtained. That is, in the present invention, a fiber-reinforced plastic molded body having excellent moldability can be obtained. Furthermore, since the fiber-reinforced plastic molded body obtained by the production method of the present invention has a high density, it has low rigidity (flexibility) and good surface uniformity. For this reason, the fiber-reinforced plastic molded body obtained by the production method of the present invention is suitable for use as, for example, electronic product housings, audio equipment components, and sports shoe components.
図1は、通電加熱する工程における装置の構成を説明する概略図である。図1に示されるように、通電加熱する工程で用いられる装置は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する不織布4を挟み込む絶縁体3を有する。そして絶縁体3の少なくとも一方には、通電加熱線1が接続された通電用ターミナル5が備え付けられている。通電加熱線1は、直流電源又は交流電源の端子に接続されており、電源を入れることにより、通電用ターミナル5に電流が流れることとなる。通電用ターミナル5に電流が流れると、通電用ターミナル5に接する不織布4が加熱され、不織布4に含まれる熱可塑性樹脂が溶融される。なお、通電加熱する工程における装は、電圧によって加熱温度を調節するトランス機構をさらに備えるものであってもよい。このような機構を備えることで、不織布4の加熱温度を所望の温度に調整することが容易となる。
Figure 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the device in the process of electrically heating. As shown in Figure 1, the device used in the process of electrically heating has an
図2は、プレス成形する工程における装置の構成を説明する概略図である。図2に示されるように、プレス成形する工程においては、一対のプレス金型6を互いに矢印の方向に締めることで、加圧成形を行う。なお、プレス成形する工程では、一対のプレス金型6の両方を矢印の方向に締めてもよく、一対のプレス金型6のうち、一方のプレス金型6を固定し、他方のプレス金型6を締めることでプレス圧がかかるようにしてもよい。
Figure 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the apparatus in the press molding process. As shown in Figure 2, in the press molding process, a pair of
本実施形態においては、上記構成により不織布4が加熱されるため、不織布4の内部にも熱が伝わり、不織布4全体が加熱される。また、本実施形態においては、不織布4の両面に絶縁体3が配設されるため、不織布4を均一に加熱することが可能となる。このため、得られる繊維強化プラスチック成形体の密度が高くなり、剛性(たわみ性)の小さな繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
In this embodiment, the
通電加熱する工程とプレス成形する工程は、同時に行われる工程であってもよい。例えば、図2に示されるように、一対のプレス金型6で、絶縁体3に挟持された不織布4全体をプレス成形してもよい。また、通電加熱する工程の後に、プレス成形する工程が設けられてもよい。この場合、通電加熱する工程で加熱された不織布4をプレス工程に搬送して、プレス成形を行う。この際、絶縁体3に挟持された不織布4をプレス工程に搬送してもよく、不織布4のみをプレス工程に搬送してもよい。
The electrical heating process and the press molding process may be carried out simultaneously. For example, as shown in FIG. 2, the entire
通電加熱する工程で用いられる絶縁体は、固体絶縁材料からなる。固体絶縁材料は、大きく分けて有機繊維質材料、有機固体絶縁材料及び無機固体絶縁材料の三つに分けられる。有機繊維質材料としては、紙、綿、ポリエステル、ナイロン、ゴム等の合成繊維や天然繊維が挙げられる。有機固体絶縁材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂を硬化させた材料が挙げられる。無機固体絶縁材料としては、セラミック、ガラス、マイカ、アスベスト等が挙げられる。なお、絶縁体としては、ガラスエポキシ樹脂板のように有機固体絶縁材料と無機固体絶縁材料を複合化させたものを用いてもよく、樹脂系の絶縁塗料を塗布したものを用いてもよい。中でも、本実施形態においては、耐熱性や硬度の観点から、有機固体絶縁材料や無機固体絶縁材料を使用することが好ましい。 The insulator used in the process of applying electrical current and heating is made of a solid insulating material. Solid insulating materials are broadly divided into three categories: organic fibrous materials, organic solid insulating materials, and inorganic solid insulating materials. Examples of organic fibrous materials include synthetic fibers such as paper, cotton, polyester, nylon, and rubber, as well as natural fibers. Examples of organic solid insulating materials include materials obtained by hardening epoxy resin, phenolic resin, polyester resin, melamine resin, and polyurethane resin. Examples of inorganic solid insulating materials include ceramics, glass, mica, and asbestos. Note that the insulator may be a composite of an organic solid insulating material and an inorganic solid insulating material, such as a glass epoxy resin plate, or may be coated with a resin-based insulating paint. Among these, in this embodiment, it is preferable to use an organic solid insulating material or an inorganic solid insulating material from the viewpoint of heat resistance and hardness.
通電加熱する工程で用いられる絶縁体の体積抵抗率は、105Ω・cm以上であることが好ましく、108Ω・cm以上であることがより好ましく、1010Ω・cm以上であることがさらに好ましい。本実施形態においては、通電加熱する工程で用いられる絶縁体はシート状物であることが特に好ましい。絶縁体がシート上物である場合、絶縁体の厚みは0.1~100mmであることが好ましい。絶縁体を上記構成とすることにより、通電加熱する工程において、不織布をより均一に加熱することが可能となり、より成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。 The volume resistivity of the insulator used in the electrical heating step is preferably 10 5 Ω·cm or more, more preferably 10 8 Ω·cm or more, and even more preferably 10 10 Ω·cm or more. In this embodiment, it is particularly preferable that the insulator used in the electrical heating step is a sheet-like material. When the insulator is a sheet-like material, the thickness of the insulator is preferably 0.1 to 100 mm. By configuring the insulator as described above, it becomes possible to heat the nonwoven fabric more uniformly in the electrical heating step, and a fiber-reinforced plastic molded product with better moldability can be obtained.
絶縁体は、不織布表面の全域を覆うものであることが好ましい。例えば、不織布の一方の面の面積をPとし、絶縁体の一方の面の面積をQとした場合、Q≧Pであることが好ましい。不織布表面の全域が絶縁体に覆われることで、通電加熱する工程において、絶縁性を担保しつつ、不織布をより均一に加熱することが可能となり、より成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。また、絶縁体上にはプレス成形後の離型性を向上させる目的で離型剤を塗布したり、離型紙を置いてもよい。 It is preferable that the insulator covers the entire surface of the nonwoven fabric. For example, if the area of one side of the nonwoven fabric is P and the area of one side of the insulator is Q, it is preferable that Q≧P. By covering the entire surface of the nonwoven fabric with the insulator, it becomes possible to heat the nonwoven fabric more uniformly while ensuring insulation in the electrical heating process, and a fiber-reinforced plastic molded product with better moldability can be obtained. In addition, a release agent may be applied to the insulator or release paper may be placed on it in order to improve releasability after press molding.
図1に示されるように、絶縁体3には通電用ターミナル5が接合されていることが好ましい。通電用ターミナル5が接合されていない場合でも直接通電による加熱は可能であるが、電極との接触箇所に過度に電流が流れ加熱されてしまうため、不織布の樹脂成分が溶解して低粘度化し過ぎる懸念がある。このため、絶縁体3には通電用ターミナル5が接合されていることが好ましく、通電用ターミナル5は、金属製のテープであることが好ましく、アルミテープであることがより好ましい。なお、通電用ターミナル5の体積抵抗率は10-4Ω・cm以下であることが好ましく、厚みは0.01~5mmであることが好ましい。また、通電用ターミナル5の面積は絶縁体3の面積に対して0.1~30%であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the current-carrying
通電用ターミナル5は絶縁体3に埋め込まれていてもよく、絶縁体3の上に単に積層されていてもよい。但し、取り扱い性を向上させるために、通電用ターミナル5と絶縁体3は接着剤等で接合されていることが好ましい。
The current-carrying
なお、本実施形態においては、不織布をSUS等の金属製の金型で挟み込んだ後に、さらにその全体を絶縁体で挟み込んでもよい。SUS等の金属製の金型で不織布を挟み込むことにより、得られる繊維強化プラスチック成形体の表面性がよくなり成形性がより向上する。この場合、加熱冷却の時間が増大することを抑制するために、金属製の金型の厚みは10mm以下とすることが好ましい。 In this embodiment, after the nonwoven fabric is sandwiched between metal dies such as SUS, the entire product may be sandwiched between an insulator. By sandwiching the nonwoven fabric between metal dies such as SUS, the surface properties of the resulting fiber-reinforced plastic molded body are improved, and moldability is further improved. In this case, in order to prevent the heating and cooling time from increasing, it is preferable that the thickness of the metal die is 10 mm or less.
通電加熱する工程における加熱温度は、熱可塑性樹脂の軟化温度以上であることが好ましく、熱可塑性樹脂の軟化温度+20℃以上であることがより好ましい。例えば、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用いる場合、通電加熱する工程における加熱温度は、170℃以上であることが好ましく、185℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましい。また、通電加熱する工程における加熱温度は、250℃以下であることが好ましい。なお、熱可塑性樹脂の軟化温度は、顕微鏡やDSC等を用いて測定ことができる。通常、結晶性の樹脂の軟化温度は融点であり、非結晶性の樹脂の軟化温度はガラス転移温度となる。 The heating temperature in the electrical heating process is preferably equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic resin, and more preferably equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic resin + 20°C. For example, when polypropylene is used as the thermoplastic resin, the heating temperature in the electrical heating process is preferably equal to or higher than 170°C, more preferably equal to or higher than 185°C, and even more preferably equal to or higher than 200°C. The heating temperature in the electrical heating process is preferably equal to or lower than 250°C. The softening temperature of the thermoplastic resin can be measured using a microscope, DSC, or the like. Usually, the softening temperature of a crystalline resin is the melting point, and the softening temperature of a non-crystalline resin is the glass transition temperature.
プレス成形する工程で用いられるプレス金型としては、例えば、スチールやステンレス製の金型を用いることができる。プレス成形する工程では不織布や絶縁体の各表面と平行になるようにプレス金型が配置される。 The press mold used in the press molding process may be, for example, a mold made of steel or stainless steel. In the press molding process, the press mold is positioned so that it is parallel to each surface of the nonwoven fabric and the insulator.
プレス成形する工程におけるプレス圧力は、10kgf/cm2以上であることが好ましく、20kgf/cm2以上であることがより好ましく、30kgf/cm2以上であることがさらに好ましい。また、プレス成形する工程におけるプレス圧力は、500kgf/cm2以下であることが好ましく、400kgf/cm2以下であることがより好ましく、300kgf/cm2以下であることがさらに好ましい。 The press pressure in the press molding step is preferably 10 kgf/ cm2 or more, more preferably 20 kgf/ cm2 or more, and even more preferably 30 kgf/ cm2 or more. The press pressure in the press molding step is preferably 500 kgf/ cm2 or less, more preferably 400 kgf/ cm2 or less, and even more preferably 300 kgf/ cm2 or less.
また、プレス成形する工程に供される不織布の温度は、不織布に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上であることが好ましく、熱可塑性樹脂の軟化温度以上であることがより好ましい。例えば、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用いる場合、プレス成形する工程に供される不織布の温度は、150℃以上であることが好ましく、165℃以上であることがより好ましく、180℃以上であることがさらに好ましい。また、プレス成形する工程に供される不織布の温度は、230℃以下であることが好ましい。 The temperature of the nonwoven fabric subjected to the press molding process is preferably equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic resin contained in the nonwoven fabric, and more preferably equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic resin. For example, when polypropylene is used as the thermoplastic resin, the temperature of the nonwoven fabric subjected to the press molding process is preferably equal to or higher than 150°C, more preferably equal to or higher than 165°C, and even more preferably equal to or higher than 180°C. The temperature of the nonwoven fabric subjected to the press molding process is preferably equal to or lower than 230°C.
プレス成形する工程においてプレス成形がなされたあとには、不織布から成形された繊維強化プラスチック成形体を冷却する工程が設けられることが好ましい。この場合、繊維強化プラスチック成形体は少なくとも熱可塑性樹脂の軟化温度-50℃以下となるまで冷却された後に、プレス金型から取り出されることが好ましい。 After the press molding process, it is preferable to provide a step of cooling the fiber-reinforced plastic molded body formed from the nonwoven fabric. In this case, it is preferable that the fiber-reinforced plastic molded body is cooled to at least the softening temperature of the thermoplastic resin minus 50°C or less before being removed from the press mold.
<不織布>
通電加熱する工程に供される不織布は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する。中でも、不織布は、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を含むものであることが好ましく、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を含む湿式不織布であることがより好ましい。
<Nonwoven fabric>
The nonwoven fabric subjected to the electrical heating step contains carbon fibers and a thermoplastic resin. In particular, the nonwoven fabric is preferably one containing carbon fibers and thermoplastic resin fibers, and more preferably a wet-laid nonwoven fabric containing carbon fibers and thermoplastic resin fibers.
不織布の密度は、0.05g/cm3以上であることが好ましく、0.08g/cm3以上であることがより好ましく、0.10g/cm3以上であることがさらに好ましく、0.20g/cm3以上であることが一層好ましく、0.30g/cm3以上であることが特に好ましい。また、不織布の密度は、構成材料の理論密度の95%以下であることが好ましい。通電加熱する工程に供される不織布の密度を上記範囲内とすることにより、得られる繊維強化プラスチック成形体の剛性(たわみ性)を小さくすることができ、より成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体が得られやすくなる。 The density of the nonwoven fabric is preferably 0.05 g/ cm3 or more, more preferably 0.08 g/ cm3 or more, even more preferably 0.10 g/ cm3 or more, even more preferably 0.20 g/ cm3 or more, and particularly preferably 0.30 g/ cm3 or more. The density of the nonwoven fabric is preferably 95% or less of the theoretical density of the constituent material. By setting the density of the nonwoven fabric to be subjected to the electric heating step within the above range, the rigidity (flexibility) of the obtained fiber reinforced plastic molded body can be reduced, and a fiber reinforced plastic molded body with excellent moldability can be easily obtained.
不織布の目付量は10g/m2以上であることが好ましく、20g/m2以上であることがより好ましく、30g/m2以上であることがさらに好ましい。また、不織布の目付量は1000g/m2以下であることが好ましい。不織布の目付量を上記範囲内とすることにより、得られる繊維強化プラスチック成形体の剛性(たわみ性)を小さくすることができ、より成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体が得られやすくなる。また、本実施形態においては、トータルの目付量が上記範囲内となるように不織布を積層してもよい。 The weight of the nonwoven fabric is preferably 10 g/ m2 or more, more preferably 20 g/ m2 or more, and even more preferably 30 g/ m2 or more. The weight of the nonwoven fabric is preferably 1000 g/ m2 or less. By setting the weight of the nonwoven fabric within the above range, the rigidity (flexibility) of the obtained fiber reinforced plastic molded body can be reduced, and a fiber reinforced plastic molded body with excellent moldability can be easily obtained. In the present embodiment, the nonwoven fabric may be laminated so that the total weight is within the above range.
通電加熱する工程に供される不織布は、予備プレスシート(プリプレスシート)であってもよい。ここで、予備プレスシートとは、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する加圧されていない不織布を、低圧で加熱加圧成形することにより得られるシートである。なお、本明細書において、予備プレスシート(プリプレスシート)は、成形の余地がある(残されている)程度に1回又は複数回成形体用シートを加熱加圧成形したものをいう。 The nonwoven fabric subjected to the electrical heating process may be a preliminary press sheet. Here, the preliminary press sheet is a sheet obtained by heating and pressurizing a nonwoven fabric containing carbon fiber and a thermoplastic resin at low pressure. In this specification, the preliminary press sheet refers to a sheet for molding that has been heated and pressurized once or multiple times to the extent that there is room (remaining) for molding.
<炭素繊維>
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。これらの炭素繊維は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせ用いてもよい。また、これら炭素繊維の中でも、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。
<Carbon fiber>
As the carbon fiber, polyacrylonitrile (PAN)-based, petroleum/coal pitch-based, rayon-based, lignin-based, and other carbon fibers can be used. These carbon fibers may be used alone or in combination of two or more types. Among these carbon fibers, polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers are preferred from the viewpoints of productivity and mechanical properties on an industrial scale.
炭素繊維の数平均繊維長は、3mm以上であることが好ましく、4mm以上であることがより好ましく、5mm以上であることがさらに好ましい。また、炭素繊維の数平均繊維長は、50mm以下であることが好ましく、40mm以下であることがより好ましく、30mm以下であることがさらに好ましい。炭素繊維の数平均繊維長を上記範囲内とすることにより、不織布を製造する際に炭素繊維が脱落することを抑制することができる。また、炭素繊維の数平均繊維長を上記範囲内とすることにより、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。 The number average fiber length of the carbon fibers is preferably 3 mm or more, more preferably 4 mm or more, and even more preferably 5 mm or more. The number average fiber length of the carbon fibers is preferably 50 mm or less, more preferably 40 mm or less, and even more preferably 30 mm or less. By setting the number average fiber length of the carbon fibers within the above range, it is possible to prevent the carbon fibers from falling off during the production of the nonwoven fabric. Furthermore, by setting the number average fiber length of the carbon fibers within the above range, it is possible to mold a fiber-reinforced plastic molded body with excellent strength.
炭素繊維の平均繊維径は3μm以上20μm以下であることが好ましい。炭素繊維の平均繊維径を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック成形体の強度を高めることができる。 The average fiber diameter of the carbon fibers is preferably 3 μm or more and 20 μm or less. By setting the average fiber diameter of the carbon fibers within the above range, the strength of the fiber-reinforced plastic molding can be increased.
炭素繊維の単繊維強度は、4500MPa以上であることが好ましく、4700MPa以上であることがより好ましい。単繊維強度とは、モノフィラメントの引っ張り強度をいう。なお、単繊維強度は、JIS R7601「炭素繊維試験方法」に準じて測定することができる。 The single fiber strength of the carbon fiber is preferably 4,500 MPa or more, and more preferably 4,700 MPa or more. Single fiber strength refers to the tensile strength of the monofilament. The single fiber strength can be measured in accordance with JIS R7601 "Carbon Fiber Testing Method."
不織布における炭素繊維の含有量は、不織布の全質量に対して、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましい。また、不織布における炭素繊維の含有量は、不織布の全質量に対して、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることがさらに好ましい。炭素繊維の含有量を上記範囲内とすることにより、成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体が得られやすくなる。また。炭素繊維の含有量を上記範囲内とすることにより、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。 The carbon fiber content in the nonwoven fabric is preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, and even more preferably 30% by mass or more, based on the total mass of the nonwoven fabric. The carbon fiber content in the nonwoven fabric is preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less, based on the total mass of the nonwoven fabric. By setting the carbon fiber content within the above range, it becomes easier to obtain a fiber-reinforced plastic molded body with excellent moldability. Also, by setting the carbon fiber content within the above range, it becomes possible to mold a fiber-reinforced plastic molded body with excellent strength.
<熱可塑性樹脂>
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA6、PA66、PA9T)、ABS、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリスチレン(PS)等を挙げることができる。
<Thermoplastic resin>
Examples of thermoplastic resins include polyester, polyethylene, polypropylene, polycarbonate (PC), polyamide (PA6, PA66, PA9T), ABS, polyether ether ketone (PEEK), polyamide imide (PAI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether imide (PEI), polyether ketone ketone (PEKK), and polystyrene (PS).
本明細書において、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、繊維成分の交点に結着点を形成するため、マトリックス樹脂とも呼ばれる。このような熱可塑性樹脂を用いた不織布は、熱硬化性樹脂を使用したシートに比べて、オートクレーブ処理が不要で、加工する際の加熱加圧成形時間が短時間ですみ、生産性を高めることができる。 In this specification, thermoplastic resins are also called matrix resins because they form a matrix or bonding points at the intersections of fiber components during heat and pressure treatment. Nonwoven fabrics using such thermoplastic resins do not require autoclave treatment and can be processed in a shorter time for heat and pressure molding than sheets using thermosetting resins, thereby increasing productivity.
本実施形態で用いられる不織布では、熱可塑性樹脂が繊維形態をしていることが好ましい。熱可塑性樹脂が繊維形態をしている場合、熱可塑性樹脂繊維が加熱加圧成形前には、繊維形態を維持しているため、繊維強化プラスチック成形体を形成する前は、シート自体がしなやかでドレープ性がある。このため、不織布を巻き取りの形態で保管・輸送することが可能であり、ハンドリング性に優れるという特徴を有する。 In the nonwoven fabric used in this embodiment, the thermoplastic resin is preferably in a fibrous form. When the thermoplastic resin is in a fibrous form, the thermoplastic resin fibers maintain the fibrous form before heating and pressure molding, so the sheet itself is flexible and has drapeability before the fiber-reinforced plastic molded body is formed. For this reason, the nonwoven fabric can be stored and transported in a rolled up form, and has the characteristic of excellent handleability.
熱可塑性樹脂が繊維形態である場合、熱可塑性樹脂繊維の数平均繊維長は、3mm以上であることが好ましく、4mm以上であることがより好ましく、5mm以上であることがさらに好ましい。また、熱可塑性樹脂繊維の数平均繊維長は、30mm以下であることが好ましく、20mm以下であることがより好ましく、15mm以下であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂繊維の数平均繊維長を上記範囲内とすることにより、不織布を製造する際に熱可塑性樹脂繊維が脱落することを抑制することができる。また、熱可塑性樹脂繊維の数平均繊維長を上記範囲内とすることにより、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。 When the thermoplastic resin is in a fibrous form, the number average fiber length of the thermoplastic resin fibers is preferably 3 mm or more, more preferably 4 mm or more, and even more preferably 5 mm or more. The number average fiber length of the thermoplastic resin fibers is preferably 30 mm or less, more preferably 20 mm or less, and even more preferably 15 mm or less. By setting the number average fiber length of the thermoplastic resin fibers within the above range, it is possible to prevent the thermoplastic resin fibers from falling off when producing a nonwoven fabric. Furthermore, by setting the number average fiber length of the thermoplastic resin fibers within the above range, it is possible to mold a fiber-reinforced plastic molded body with excellent strength.
熱可塑性樹脂が繊維形態である場合、熱可塑性樹脂繊維の平均繊維径は3μm以上50μm以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂繊維の平均繊維径を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック成形体の強度を高めることができる。 When the thermoplastic resin is in the form of fibers, the average fiber diameter of the thermoplastic resin fibers is preferably 3 μm or more and 50 μm or less. By setting the average fiber diameter of the thermoplastic resin fibers within the above range, the strength of the fiber-reinforced plastic molding can be increased.
不織布における熱可塑性樹脂の含有量は、不織布の全質量に対して、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましい。また、不織布における熱可塑性樹脂の含有量は、不織布の全質量に対して、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂の含有量を上記範囲内とすることにより、成形性に優れた繊維強化プラスチック成形体が得られやすくなる。また。熱可塑性樹脂の含有量を上記範囲内とすることにより、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を成形することが可能となる。 The content of the thermoplastic resin in the nonwoven fabric is preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, and even more preferably 30% by mass or more, based on the total mass of the nonwoven fabric. The content of the thermoplastic resin in the nonwoven fabric is preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less, based on the total mass of the nonwoven fabric. By setting the content of the thermoplastic resin within the above range, it becomes easier to obtain a fiber-reinforced plastic molded body with excellent moldability. Also, by setting the content of the thermoplastic resin within the above range, it becomes possible to mold a fiber-reinforced plastic molded body with excellent strength.
<任意成分>
通電加熱する工程に供される不織布は、炭素繊維と熱可塑性樹脂の他に任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、バインダー成分を挙げることができる。
<Optional ingredients>
The nonwoven fabric subjected to the electrical heating step may contain optional components in addition to the carbon fibers and the thermoplastic resin, such as a binder component.
バインダー成分としては、一般的に不織布製造に使用される、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂及びこれらを組み合わせた芯鞘構造のバインダー繊維、アクリル樹脂、スチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、PVA樹脂、各種澱粉、セルロース誘導体、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、アクリルアミドーアクリル酸エステルーメタクリル酸エステル共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体アルカリ塩、イソブチレン-無水マレイン酸共重合体アルカリ塩、ポリ酢酸ビニル樹脂、スチレン-ブタジエン共重合体、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、スチレン-ブタジエン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体等が使用できる。 Binder components that can be used include polyester resins such as polyethylene terephthalate and modified polyethylene terephthalate, which are generally used in the manufacture of nonwoven fabrics, and binder fibers with a core-sheath structure that combine these, acrylic resins, styrene-(meth)acrylic acid ester copolymer resins, urethane resins, PVA resins, various starches, cellulose derivatives, sodium polyacrylate, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, acrylamide-acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymers, styrene-maleic anhydride copolymer alkali salts, isobutylene-maleic anhydride copolymer alkali salts, polyvinyl acetate resins, styrene-butadiene copolymers, vinyl chloride-vinyl acetate copolymers, ethylene-vinyl acetate copolymers, styrene-butadiene-(meth)acrylic acid ester copolymers, etc.
バインダー成分の含有量は、不織布の全質量に対して20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。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、不織布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。 The content of the binder component is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less, based on the total mass of the nonwoven fabric. By keeping the content of the binder component within the above range, the strength of the nonwoven fabric can be increased and the handleability can be improved.
また、任意成分としては、例えば、カップリング剤、酸化防止剤、耐光安定剤、難燃剤、カーボンブラック等の着色剤を挙げることができる。 Optional components include, for example, coupling agents, antioxidants, light stabilizers, flame retardants, and colorants such as carbon black.
なお、本実施形態において、不織布としては、目的や用途に応じて適当な樹脂フィルムを積層してプレス成形したものを用いることもできる。このような樹脂フィルムとしては、PP、PE、PC、PA、PEI、PETフィルムなどが挙げられる。 In this embodiment, the nonwoven fabric may be made by laminating and press-molding an appropriate resin film depending on the purpose and application. Examples of such resin films include PP, PE, PC, PA, PEI, and PET films.
(繊維強化プラスチック成形体)
本発明は、上述した製造方法により製造された繊維強化プラスチック成形体に関するものであってもよい。上述した製造方法により製造された繊維強化プラスチック成形体は、剛性(たわみ性)が小さく、成形性に優れている。
(Fiber-reinforced plastic molding)
The present invention may also relate to a fiber-reinforced plastic molded body manufactured by the above-mentioned manufacturing method. The fiber-reinforced plastic molded body manufactured by the above-mentioned manufacturing method has low rigidity (flexibility) and excellent moldability.
繊維強化プラスチック成形体の密度は、0.70g/cm3以上であることが好ましく、0.80g/cm3以上であることがより好ましく、0.90g/cm3以上であることがさらに好ましく、1.00g/cm3以上であることが特に好ましい。また、繊維強化プラスチック成形体の密度は、理論密度以下であることが好ましい。本発明においては、上述した製造方法を採用することにより、高密度な繊維強化プラスチック成形体を製造することができる。 The density of the fiber reinforced plastic molded body is preferably 0.70 g/ cm3 or more, more preferably 0.80 g/ cm3 or more, even more preferably 0.90 g/ cm3 or more, and particularly preferably 1.00 g/ cm3 or more. The density of the fiber reinforced plastic molded body is preferably the theoretical density or less. In the present invention, by employing the above-mentioned manufacturing method, a high-density fiber reinforced plastic molded body can be manufactured.
繊維強化プラスチック成形体の用途としては、例えば、「OA機器、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、タブレットPC、デジタルビデオカメラなどの携帯電子機器、エアコンその他家電製品などの筐体、及び筐体に貼り付けるリブ等の補強材、家庭用や車載用のオーディオや電子楽器のスピーカーの振動板、「ゴルフクラブ、釣竿、ランニング用シューズ」などのスポーツ・レジャー用品、航空機用材料、「支柱、パネル、補強材」などの土木、建材用部品、「各種フレーム、各種車輪用軸受、各種ビーム、ドア、トランクリッド、サイドパネル、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、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、などの外板またはボディー部品及びその補強材」、「インストルメントパネル、シートフレームなどの内装部品」、または「ガソリンタンク、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」、「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、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング」などの自動車、二輪車用部品、「ウィングレット、スポイラー」などの航空機用部品、「鉄道車両用の座席用部材、外板パネル、外板パネルに貼り付ける補強材、天井パネル、エアコン等の噴出し口」などの鉄道車両用部品、「樹脂(熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂)からなる成形体の補強材、樹脂と強化繊維からなる成形体の補強材、植物由来のシート(クラフト紙、段ボール、耐油紙、絶縁紙、導電紙、剥離紙、含浸紙、グラシン紙、セルロースナノファイバーシートなど)の補強材」などの部材に好適に使用される。 Applications of fiber-reinforced plastic molded bodies include, for example, "casings for office automation equipment, mobile phones, smartphones, personal digital assistants, tablet PCs, digital video cameras and other portable electronic devices, air conditioners and other home appliances, as well as reinforcing materials such as ribs attached to the casings, diaphragms for speakers in home and car audio and electronic musical instruments, sports and leisure goods such as golf clubs, fishing rods and running shoes, aircraft materials, civil engineering and building material parts such as "pillars, panels and reinforcing materials," exterior panels or body parts and their reinforcing materials such as "various frames, various wheel bearings, various beams, doors, trunk lids, side panels, upper back panels, front bodies, underbodies, various pillars, various frames, various beams and various supports," and "instrument panels, systems, etc." It is suitable for use in components such as "interior parts such as car frames," "fuel system, exhaust system, or intake system parts such as gasoline tanks, various pipes, and various valves," "engine coolant joints, thermostat bases for air conditioners, headlamp supports, pedal housings," and other automobile and motorcycle parts, "aircraft parts such as winglets and spoilers," "railroad vehicle parts such as seat components for railroad cars, exterior panels, reinforcing materials attached to exterior panels, ceiling panels, and air conditioner outlets," and "reinforcing materials for molded bodies made of resin (thermosetting resin, thermoplastic resin), reinforcing materials for molded bodies made of resin and reinforcing fibers, and reinforcing materials for plant-derived sheets (kraft paper, cardboard, greaseproof paper, insulating paper, conductive paper, release paper, impregnated paper, glassine paper, cellulose nanofiber sheets, etc.)."
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention are explained in more detail below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the specific examples shown below.
(実施例1)
(炭素繊維抄造体の製造)
乾燥重量で、ポリプロピレン繊維(繊維径20μm、繊維長10mm)50質量部、炭素繊維(繊維径7μm、繊維長6mm)40質量部、ポリビニルアルコール繊維(繊維径11μm、繊維長3mm)10質量部を準備し、湿式抄造法により炭素繊維抄造体(目付80g/m2)を製造した。炭素繊維抄造体の密度は0.08g/cm3であった。
Example 1
(Production of carbon fiber paper bodies)
50 parts by mass of polypropylene fiber (fiber diameter 20 μm, fiber length 10 mm), 40 parts by mass of carbon fiber (fiber diameter 7 μm,
(成形加工)
得られた炭素繊維抄造体に通電加熱を行った。通電加熱を行う装置としては図1に示したものを用いた。先ず、上記炭素繊維抄造体を200mm×200mm角に裁断し、両端に通電用ターミナル(アルミニウムテープ)が接続された5mm厚のガラスエポキシ樹脂板(絶縁)上に装着した。次いで、その上にさらにガラスエポキシ樹脂板(絶縁)を置いて、炭素繊維抄造体を挟み込んだ。この状態で交流電源の電源を入れ、通電して加熱を行った。炭素繊維抄造体の端部の表面温度が200℃に到達した後、ガラスエポキシ樹脂板(絶縁)に挟み込んで通電した状態で、あらかじめ40℃に金型を加熱しておいたプレス機にセットして、圧力50kgf/cm2で1分間成形加工した。成形加工の1分後に通電を停止して冷却した。シートの表面温度が80℃になった時、プレスを開放した。得られた繊維強化プラスチック成形体の密度は0.85g/cm3であった。
(Molding process)
The obtained carbon fiber sheet was heated by applying electricity. The device shown in FIG. 1 was used as the device for applying electricity. First, the carbon fiber sheet was cut into a 200 mm x 200 mm square and mounted on a 5 mm thick glass epoxy resin plate (insulating) with terminals for electricity (aluminum tape) connected to both ends. Next, a glass epoxy resin plate (insulating) was placed on top of the carbon fiber sheet to sandwich the carbon fiber sheet. In this state, the AC power source was turned on and electricity was applied to heat the carbon fiber sheet. After the surface temperature of the end of the carbon fiber sheet reached 200°C, the carbon fiber sheet was sandwiched between the glass epoxy resin plate (insulating) and electricity was applied, and the carbon fiber sheet was set in a press machine whose mold had been heated to 40°C in advance, and molded for 1 minute at a pressure of 50 kgf/ cm2 . One minute after the molding, the current was stopped and the sheet was cooled. When the surface temperature of the sheet reached 80°C, the press was opened. The density of the obtained fiber-reinforced plastic molded body was 0.85 g/ cm3 .
(実施例2)
実施例1と同様の方法で製造した炭素繊維抄造体を、温度170℃、圧力10kgf/cm2で3分間熱プレスし、密度0.50g/cm3の予備プレスシートとした。得られた予備プレスシートを用いた以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。得られた繊維強化プラスチック成形体の密度は1.00g/cm3であった。
Example 2
A carbon fiber sheet produced in the same manner as in Example 1 was hot-pressed at a temperature of 170°C and a pressure of 10 kgf/ cm2 for 3 minutes to obtain a preliminary press sheet with a density of 0.50 g/ cm3 . A fiber-reinforced plastic molded article was obtained in the same manner as in Example 1, except that the preliminary press sheet obtained was used. The density of the obtained fiber-reinforced plastic molded article was 1.00 g/ cm3 .
(実施例3)
実施例1と同様の方法で製造した炭素繊維抄造体を、温度185℃、圧力10kgf/cm2で3分間熱プレスし、80℃まで冷却して密度0.80g/cm3の予備プレスシートとした。得られた予備プレスシートを用いた以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体を得た。得られた繊維強化プラスチック成形体の密度は1.15g/cm3であった。
Example 3
A carbon fiber paperboard produced in the same manner as in Example 1 was hot-pressed at a temperature of 185°C and a pressure of 10 kgf/ cm2 for 3 minutes, and cooled to 80°C to obtain a preliminary press sheet with a density of 0.80 g/ cm3 . A fiber-reinforced plastic molded article was obtained in the same manner as in Example 1, except that the preliminary press sheet obtained was used. The density of the obtained fiber-reinforced plastic molded article was 1.15 g/ cm3 .
(比較例1)
実施例3と同様の方法で得られた予備プレスシートを、遠赤外線ヒーターを用いて表面温度が250℃になるまで加熱した。次に予め40℃に加熱しておいたプレス機(金型はSUS製)に加熱した予備プレスシートを移動して、圧力50kgf/cm2で成形した。得られた繊維強化プラスチック成形体の密度は0.60g/cm3であった。
(Comparative Example 1)
The preliminary press sheet obtained in the same manner as in Example 3 was heated using a far-infrared heater until the surface temperature reached 250° C. The heated preliminary press sheet was then moved to a press machine (SUS mold) that had been preheated to 40° C., and molded at a pressure of 50 kgf/cm 2. The density of the obtained fiber-reinforced plastic molded body was 0.60 g/cm 3 .
(評価:表面光沢ムラ)
実施例及び比較例で得られた繊維強化プラスチック成形体の表面の光沢ムラを目視で評価した。
◎:表面の光沢ムラはなく均一である。
○:表面にやや光沢ムラが見られるが実用上問題ない。
×:表面に光沢ムラが見られ均一性がない。
(Evaluation: Uneven surface gloss)
The fiber-reinforced plastic moldings obtained in the Examples and Comparative Examples were visually evaluated for uneven gloss on the surfaces thereof.
⊚: The surface gloss is uniform with no unevenness.
A: Some unevenness in gloss is observed on the surface, but this does not cause any problems in practical use.
×: The surface has uneven gloss and no uniformity.
(評価:成形性)
実施例及び比較例で得られた繊維強化プラスチック成形体の成形性について以下の基準に基づいて、総合的に評価した。
◎:加熱が十分で、得られた成形体の密度も高く、光沢ムラもない。
○:加熱が十分で、得られた成形体の密度も高いが、実用上問題ないレベルの光沢ムラがある。
×:加熱が不十分で、得られた成形体の密度も低く、光沢ムラが見られる。
(Evaluation: Moldability)
The moldability of the fiber-reinforced plastic molded articles obtained in the Examples and Comparative Examples was evaluated comprehensively based on the following criteria.
⊚: Heating was sufficient, and the density of the obtained molded product was high and there was no unevenness in gloss.
◯: Heating was sufficient, and the density of the obtained molded product was high, but there was gloss unevenness at a level that did not pose a practical problem.
×: Heating was insufficient, the density of the obtained molded product was low, and uneven gloss was observed.
比較例1に比べて実施例1~3では、密度の高い繊維強化プラスチック成形体が得られており、表面の光沢ムラの発生が抑制されていた。このように、実施例では、成形性が良好な繊維強化プラスチック成形体が得られていた。 Compared to Comparative Example 1, Examples 1 to 3 produced fiber-reinforced plastic molded bodies with higher density and suppressed the occurrence of uneven gloss on the surface. Thus, the Examples produced fiber-reinforced plastic molded bodies with good moldability.
1 通電加熱線
3 絶縁体
4 不織布
5 通電用ターミナル
6 プレス金型
1
Claims (8)
前記不織布を通電加熱する工程と、前記不織布をプレス成形する工程とを含む、繊維強化プラスチック成形体の製造方法。 A nonwoven fabric containing carbon fiber and a thermoplastic resin is sandwiched between insulators to which a current-carrying terminal is joined ,
A method for producing a fiber-reinforced plastic molded product, comprising: a step of electrically heating the nonwoven fabric; and a step of press-molding the nonwoven fabric.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020149136A JP7533040B2 (en) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020149136A JP7533040B2 (en) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022043705A JP2022043705A (en) | 2022-03-16 |
JP7533040B2 true JP7533040B2 (en) | 2024-08-14 |
Family
ID=80668637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020149136A Active JP7533040B2 (en) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7533040B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013104034A (en) | 2011-11-16 | 2013-05-30 | Toray Ind Inc | Fiber-reinforced composite material and method for producing fiber-reinforced composite material |
WO2013140786A1 (en) | 2012-03-19 | 2013-09-26 | 東レ株式会社 | Carbon fiber preform, carbon fiber reinforced plastic, and method for producing carbon fiber preform |
JP2013224411A (en) | 2012-03-21 | 2013-10-31 | Toray Ind Inc | Fiber-reinforced composite material |
JP2015030108A (en) | 2013-07-31 | 2015-02-16 | 東レ株式会社 | Apparatus and method for producing carbon fiber preform |
-
2020
- 2020-09-04 JP JP2020149136A patent/JP7533040B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013104034A (en) | 2011-11-16 | 2013-05-30 | Toray Ind Inc | Fiber-reinforced composite material and method for producing fiber-reinforced composite material |
WO2013140786A1 (en) | 2012-03-19 | 2013-09-26 | 東レ株式会社 | Carbon fiber preform, carbon fiber reinforced plastic, and method for producing carbon fiber preform |
JP2013224411A (en) | 2012-03-21 | 2013-10-31 | Toray Ind Inc | Fiber-reinforced composite material |
JP2015030108A (en) | 2013-07-31 | 2015-02-16 | 東レ株式会社 | Apparatus and method for producing carbon fiber preform |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022043705A (en) | 2022-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101845232B (en) | Thermoplastic resin-based carbon fiber composite and preparation method thereof | |
TWI304321B (en) | Layered products, electromagnetic wave shielding molded articles and method for production thereof | |
KR102404545B1 (en) | Composite material including unidirectional continuous fibers and thermoplastic resin | |
JP5294609B2 (en) | Gas-barrier carbon fiber reinforced prepreg, carbon fiber reinforced plastic, and production method thereof | |
CN102150225B (en) | Electret film and electret comprising same | |
JP6163971B2 (en) | Decorative molded product and method for producing decorative molded product | |
JP2011194852A (en) | Press-molding method and molding thereof | |
CN105121115A (en) | Method for producing fiber-reinforced resin base material or resin molded article, and plasticizing ejector used in the production method | |
WO2019189384A1 (en) | Method for manufacturing molded article | |
WO2020040287A1 (en) | Carbon fiber sheet material, prepreg, molded article, carbon fiber sheet material production method, prepreg production method, and molded article production method | |
TW201728634A (en) | Thermoplastic composite material and molded body | |
JP5994737B2 (en) | INTERMEDIATE SUBSTRATE FOR PRESS MOLDING, PREFORM, AND METHOD FOR PRODUCING MOLDED ARTICLE | |
JP5994427B2 (en) | INTERMEDIATE SUBSTRATE FOR PRESS MOLDING, PREFORM, AND METHOD FOR PRODUCING MOLDED ARTICLE | |
JP7533040B2 (en) | Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body | |
KR20130011050A (en) | Tray for electric appliance and method of manufacturing thereof | |
WO2020040289A1 (en) | Carbon fiber sheet material, prepreg, molded article, carbon fiber sheet material production method, prepreg production method, and molded article production method | |
JP2006520280A (en) | Inorganic sheet laminate | |
JPWO2019111737A1 (en) | Composite laminate and its manufacturing method | |
JP2020133048A (en) | Carbon fiber sheet material, compact, method for producing carbon fiber sheet material and method for producing compact | |
JP2014028511A (en) | Intermediate substrate for press molding, preform, and method for manufacturing a molding | |
CN106427145A (en) | Super-flexible base film served as graphene film carrier, and preparation method thereof | |
CN114143920B (en) | Low-voltage electric heating veneer and preparation method thereof | |
CN111452442A (en) | Thermoplastic light composite material plate, manufacturing method and corresponding product thereof | |
CN104045988A (en) | Fiber-reinforced PC resin film composite material, preparation method and use thereof | |
KR20100120888A (en) | Method for preparing composite sheet having excellent ecomomical efficiency and physical property, apparatus thereof and composite sheet prepared therefrom |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230714 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240313 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240319 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240509 |
|
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: 20240702 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240715 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7533040 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |