JP6747543B2 - Sheet for fiber-reinforced plastic molding - Google Patents
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Description
本発明は、繊維強化プラスチック成形体用シートに関する。具体的には、本発明は、厚み方向及び平面方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)を特定範囲とした繊維強化プラスチック成形体用シートに関する。 The present invention relates to a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body. Specifically, the present invention relates to a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body in which the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction and the plane direction is within a specific range.
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シートともいう)を加熱加圧処理し、成形し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、航空機用材料など様々な分野で用いられている。これらの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ることが多い。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る。 Fiber reinforced plastic moldings made by heating and pressing a non-woven fabric (also called a sheet for fiber reinforced plastic moldings) containing reinforced fibers such as carbon fibers and glass fibers have already been used for sports, leisure goods, aircraft materials, etc. It is used in various fields. A thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or a phenol resin is often used as a matrix resin in these fiber-reinforced plastic molded products. However, when the thermosetting resin is used, the nonwoven fabric in which the thermosetting resin and the reinforcing fibers are mixed must be stored in a refrigerating state, and it is difficult to store for a long period of time.
このため、近年は、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用い、強化繊維を含有した繊維強化不織布の開発が進められている。このような熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いた繊維強化不織布は、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という利点を有している。 Therefore, in recent years, development of a fiber-reinforced non-woven fabric containing a reinforcing fiber using a thermoplastic resin as a matrix resin has been promoted. The fiber-reinforced non-woven fabric using such a thermoplastic resin as a matrix resin has advantages that storage management is easy and long-term storage is possible. Further, a nonwoven fabric containing a thermoplastic resin has an advantage that it can be molded more easily than a nonwoven fabric containing a thermosetting resin, and a molded product can be molded by performing heat and pressure treatment. ing.
従来、熱可塑性樹脂は、耐薬品性・強度等が、熱硬化性樹脂よりも劣るものが主流であった。しかし、近年は、耐熱性、耐薬品性などに優れた熱可塑性樹脂が盛んに開発されるようになり、これまで熱可塑性樹脂について常識とされてきた上記のような欠点が目覚ましく改善されてきている。このような熱可塑性樹脂は、いわゆる「エンプラ(エンジニアリングプラスチック)」と呼ばれる樹脂であり、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)等が挙げられる(例えば、非特許文献1)。 Conventionally, thermoplastic resins have generally been inferior in chemical resistance and strength to thermosetting resins. However, in recent years, thermoplastic resins excellent in heat resistance, chemical resistance, etc. have been actively developed, and the above-mentioned drawbacks which have been common knowledge about thermoplastic resins have been remarkably improved. There is. Such a thermoplastic resin is a so-called "engineering plastic (engineering plastic)", and includes polycarbonate (PC), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyamide imide (PAI), and polyether imide. (PEI) and the like (for example, Non-Patent Document 1).
強化繊維には、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等が用いられている。このような強化繊維は繊維強化プラスチック成形体の強度を高める働きをする。また、強化繊維は、その配向方向を特定の方向に調整することによって、繊維強化プラスチック成形体の強度に方向性を持たせることが知られている(例えば、特許文献1〜6)。このような繊維強化プラスチック成形体は、自動車のバンパービーム等の補強用芯材や、一方向に機械的強度が要求される構造部品に用いられている。 Carbon fibers, glass fibers, aramid fibers and the like are used as the reinforcing fibers. Such reinforcing fibers serve to increase the strength of the fiber-reinforced plastic molding. Further, it is known that the reinforcing fiber has a directionality in the strength of the fiber-reinforced plastic molded product by adjusting the orientation direction thereof to a specific direction (for example, Patent Documents 1 to 6). Such a fiber-reinforced plastic molded product is used for a reinforcing core material such as a bumper beam of an automobile or a structural component that requires mechanical strength in one direction.
上述したように、従来技術で得られる繊維強化プラスチック成形体用シートにおいては、強化繊維を一方向に配向させることにより繊維強化プラスチック成形体の強度にある程度の方向性を持たせることはできた。しかしながら、近年はより一方向に強度が高められた繊維強化プラスチック成形体が求められており、このような繊維強化プラスチック成形体においては、繊維強化プラスチック成形体全体の曲げ強度が不十分な傾向が見られるため問題となっていた。このため、特定の方向に機械的強度が高められた繊維強化プラスチック成形体であって、繊維強化プラスチック成形体全体の曲げ強度が高められた繊維強化プラスチック成形体の開発が求められていた。 As described above, in the fiber-reinforced plastic molded body sheet obtained by the conventional technique, the strength of the fiber-reinforced plastic molded body can be made to have a certain degree of directionality by orienting the reinforcing fibers in one direction. However, in recent years, there has been a demand for a fiber-reinforced plastic molded body having an increased strength in one direction, and in such a fiber-reinforced plastic molded body, the bending strength of the entire fiber-reinforced plastic molded body tends to be insufficient. It was a problem because it was seen. Therefore, there has been a demand for the development of a fiber-reinforced plastic molded body having a mechanical strength increased in a specific direction, and a fiber-reinforced plastic molded body having an increased bending strength of the entire fiber-reinforced plastic molded body.
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、特定方向の強度が十分に高められた繊維強化プラスチック成形体であって、繊維強化プラスチック成形体全体の曲げ強度が高い繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用シートを提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the inventors of the present invention have a fiber-reinforced plastic molded body having a sufficiently high strength in a specific direction, and the bending strength of the entire fiber-reinforced plastic molded body is high. The study was advanced for the purpose of providing a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body capable of molding a fiber-reinforced plastic molded body.
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、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートにおいて、厚み方向及び平面方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)を特定範囲とすることにより、特定方向の強度が十分に高められ、かつ優れた曲げ強度を有する繊維強化プラスチック成形体を成形し得ることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that reinforcing fibers and fibers of the reinforcing fiber in the thickness direction and the plane direction in the sheet for fiber-reinforced plastic molded articles containing a thermoplastic resin. It has been found that by setting the orientation parameter (fp) within a specific range, the strength in a specific direction can be sufficiently increased and a fiber-reinforced plastic molded product having excellent bending strength can be molded.
Specifically, the present invention has the following configurations.
[1]強化繊維と、熱可塑性樹脂を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートであって、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.5〜1.0であり、平面方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.25〜1.0である繊維強化プラスチック成形体用シート。
[2]熱可塑性樹脂が熱可塑性樹脂繊維である[1]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[3]バインダー成分をさらに含み、バインダー成分は、繊維強化プラスチック成形体用シートの全質量に対して0.1〜10質量%含まれている[1]又は[2]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[4]バインダー成分として、ポリエチレンテレフタレート又は変性ポリエチレンテレフタレート繊維を含む[3]記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[5]強化繊維の質量平均繊維長が3〜100mm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用シート。
[6]強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維から選ばれる少なくとも1種である[1]〜[5]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[7]強化繊維は、単繊維強度が4600MPa以上の炭素繊維である[1]〜[6]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[8]熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド繊維、ポリカーボネート繊維、ポリアミド繊維及びポリプロピレン繊維から選ばれる少なくとも1種である[1]〜[7]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[9]熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン繊維である[1]〜[8]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[10]ポリプロピレン繊維は、酸変性ポリプロピレン繊維である[9]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[11]熱可塑性樹脂は、ナイロン繊維である[1]〜[8]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[12]ナイロン繊維は、ナイロン6繊維である[11]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[13]強化繊維及び熱可塑性樹脂は、チョップドストランドである[1]〜[12]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[14][1]〜[13]のいずれかに記載されている繊維強化プラスチック成形体用シートを、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の温度で加圧加熱成形することにより形成される繊維強化プラスチック成形体であって、繊維強化プラスチック成形体における厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.5〜1.0であり、平面方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.25〜1.0である繊維強化プラスチック成形体。
[15]繊維強化プラスチック成形体の第1方向の曲げ強度と、第1方向に直交する第2方向の曲げ強度の強度比が2.5以上である[14]に記載の繊維強化プラスチック成形体。
[16]繊維強化プラスチック成形体は、150〜600℃の温度で加熱加圧成形することにより形成されている[14]又は[15]に記載の繊維強化プラスチック成形体。
[17] 厚みが40μmより厚く、100μm以下である[14]〜[16]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
[18]厚さが20μmより厚く、40μm以下である[14]〜[16]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
[19][14]〜[18]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体と、密度が0.2〜0.9g/cm3の芯材とを有し、
前記芯材の両面に前記繊維強化プラスチック成形体が接着されてなる積層体。
[20]強化繊維と、熱可塑性樹脂繊維を混合したスラリーを、湿式抄紙する工程を含み、湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程であり、傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.98以下となるように走行する繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法。
[21]傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.90以下となるように走行する[20]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法。
[22]スラリーの分散媒の25℃における粘度は1.00mPaを超え4.00mPa以下である[20]又は[21]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法。
[1] A sheet for a fiber-reinforced plastic molded body containing a reinforcing fiber and a thermoplastic resin, wherein the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber in the thickness direction of the sheet for the fiber-reinforced plastic molded body is 0. A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product having a fiber orientation parameter (fp) of 5 to 1.0 and an absolute value of a fiber orientation parameter (fp) in a plane direction of 0.25 to 1.0.
[2] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to [1], wherein the thermoplastic resin is a thermoplastic resin fiber.
[3] The fiber-reinforced plastic according to [1] or [2], further including a binder component, and the binder component being contained in an amount of 0.1 to 10 mass% with respect to the total mass of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body. Sheet for molded products.
[4] The sheet for a fiber-reinforced plastic molded product according to [3], which contains polyethylene terephthalate or modified polyethylene terephthalate fiber as a binder component.
[5] The sheet for a fiber-reinforced plastic molded product according to any one of [1] to [4], wherein the reinforcing fibers have a mass average fiber length of 3 to 100 mm.
[6] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [5], wherein the reinforcing fiber is at least one selected from glass fiber, carbon fiber and aramid fiber.
[7] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [6], wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber having a single fiber strength of 4600 MPa or more.
[8] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [7], wherein the thermoplastic resin is at least one selected from polyetherimide fibers, polycarbonate fibers, polyamide fibers, and polypropylene fibers.
[9] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [8], wherein the thermoplastic resin is polypropylene fiber.
[10] The polypropylene fiber is a sheet for a fiber-reinforced plastic molding according to [9], which is an acid-modified polypropylene fiber.
[11] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to any one of [1] to [8], wherein the thermoplastic resin is nylon fiber.
[12] The sheet for fiber-reinforced plastic molding according to [11], wherein the nylon fiber is nylon 6 fiber.
[13] The fiber-reinforced plastic molded sheet according to any one of [1] to [12], in which the reinforcing fiber and the thermoplastic resin are chopped strands.
[14] The sheet for fiber-reinforced plastic molding described in any one of [1] to [13] is formed by press-heating at a temperature not lower than the melting point or glass transition temperature of the thermoplastic resin. A fiber-reinforced plastic molded product, wherein the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction of the fiber-reinforced plastic molded product is 0.5 to 1.0, and the fiber orientation parameter (fp) in the plane direction. A fiber-reinforced plastic molded product having an absolute value of 0.25 to 1.0.
[15] The fiber-reinforced plastic molded product according to [14], in which the strength ratio of the bending strength of the fiber-reinforced plastic molded product in the first direction and the bending strength in the second direction orthogonal to the first direction is 2.5 or more. ..
[16] The fiber-reinforced plastic molded product according to [14] or [15], which is formed by heat-press molding at a temperature of 150 to 600°C.
[17] The fiber-reinforced plastic molded product according to any one of [14] to [16], which has a thickness of more than 40 μm and 100 μm or less.
[18] The fiber-reinforced plastic molded product according to any one of [14] to [16], which has a thickness of 20 μm or more and 40 μm or less.
[19] The fiber-reinforced plastic molded product according to any one of [14] to [18] and a core material having a density of 0.2 to 0.9 g/cm 3 ,
A laminate in which the fiber-reinforced plastic molding is adhered to both surfaces of the core material.
[20] A wet papermaking process includes a wet papermaking process of a slurry in which reinforcing fibers and thermoplastic resin fibers are mixed, and the wet papermaking process is a process of making paper using an inclined paper machine, and the wire of the inclined paper machine is A method for producing a sheet for a fiber-reinforced plastic molded article, which travels so that the jet wire ratio becomes 0.98 or less.
[21] The method for producing a sheet for a fiber-reinforced plastic molded product according to [20], wherein the wire of the inclined type paper machine runs so that the jet wire ratio becomes 0.90 or less.
[22] The method for producing a sheet for a fiber-reinforced plastic molded product according to [20] or [21], wherein the dispersion medium of the slurry has a viscosity at 25°C of more than 1.00 mPas and 4.00 mPas or less.
本発明によれば、特定方向の強度が十分に高められ、かつ優れた曲げ強度を有する繊維強化プラスチック成形体を成形し得る繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートから成形される繊維強化プラスチック成形体は、一方向に機械的強度が要求される構造部品等に好ましく用いられる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sheet|seat for fiber-reinforced plastic moldings which can fully shape|mold the strength of a specific direction and can shape|mold the fiber-reinforced plastic molding which has the outstanding bending strength can be obtained. The fiber-reinforced plastic molded product molded from the fiber-reinforced plastic molded product sheet of the present invention is preferably used for structural parts and the like that require mechanical strength in one direction.
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および上限値として含む範囲を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituents described below may be made based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In addition, in this specification, the numerical range represented using "-" means the range which includes the numerical value described before and after "-" as a lower limit and an upper limit.
(繊維強化プラスチック成形体用シート)
本発明は、強化繊維と、熱可塑性樹脂を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートに関する。本発明では、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は0.5〜1.0であり、平面方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が0.25〜1.0である。
(Sheet for fiber reinforced plastic molding)
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body containing a reinforcing fiber and a thermoplastic resin. In the present invention, the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber in the thickness direction of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product is 0.5 to 1.0, and the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the plane direction. Is 0.25 to 1.0.
本明細書において、強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)は、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける強化繊維の配向状態を表すパラメーターである。繊維配向パラメーター(fp)は、繊維配向分布を−1.0〜1.0の数値で表すパラメーターであり、fp=−1.0及びfp=1.0のとき、強化繊維が一方向に配向していることを意味し、fp=0.0のとき、強化繊維が完全にランダムに配置されていることを意味する。 In the present specification, the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber is a parameter indicating the orientation state of the reinforcing fiber in the sheet for fiber-reinforced plastic molding. The fiber orientation parameter (fp) is a parameter representing the fiber orientation distribution with a numerical value of -1.0 to 1.0. When fp=-1.0 and fp=1.0, the reinforcing fibers are oriented in one direction. When fp=0.0, it means that the reinforcing fibers are arranged completely randomly.
本発明では、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける、厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は0.5〜1.0であればよい。厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は、0.6〜1.0であることが好ましく、0.7〜1.0であることがより好ましく、0.8〜1.0であることがさらに好ましい。また、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける平面方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は0.25〜1.0であればよく、0.30〜1.0であることが好ましく、0.4〜1.0であることがより好ましく、0.60〜1.0であることがさらに好ましい。このように、本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートにおいては、強化繊維の厚み方向の配向と、平面方向の配向は一定方向であることが好ましい。
なお、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向及び平面方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)は、たとえば繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法等を適切に選択することによって制御することが可能である。
In the present invention, the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product may be 0.5 to 1.0. The absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fiber in the thickness direction is preferably 0.6 to 1.0, more preferably 0.7 to 1.0, and 0.8 to 1. It is more preferably 0. The absolute value of the fiber orientation parameter (fp) in the plane direction in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product may be 0.25 to 1.0, preferably 0.30 to 1.0, and 0. It is more preferably from 4 to 1.0, further preferably from 0.60 to 1.0. As described above, in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, the orientation of the reinforcing fibers in the thickness direction and the orientation in the plane direction are preferably constant.
The fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction and the plane direction in the fiber-reinforced plastic molded sheet can be controlled by appropriately selecting, for example, the method for manufacturing the fiber-reinforced plastic molded sheet. It is possible.
(厚み方向の繊維配向パラメーターの算出)
繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)を測定する場合は、繊維強化プラスチック成形体用シートに、一般的に電子顕微鏡観察で使用される包埋用エポキシ樹脂等を含浸させて、断面観察用試験片を作製する。ここで包埋用エポキシ樹脂を含浸させるのは、後述する断面の切り出しの際に繊維の配向方向が切断時のせん断力で変わってしまうことを防止するためである。包埋用樹脂としては、エポキシ樹脂やスチレン樹脂等、せん断力に耐えうる十分な強度・硬度を有する樹脂が好ましいが、本発明では、エポキシ樹脂を使用することで厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)を測定する。包埋用樹脂としては、例えば、日本電子株式会社製、アロニックス LCA D−800を例示することができる。なお、熱硬化タイプの樹脂や、硬化時に発熱する樹脂は、硬化時の熱で繊維強化プラスチック成形体用シート中のバインダーの強化繊維同士の接着力が低下し、強化繊維の角度が変わってしまう可能性がある。このため、紫外線等の光硬化タイプのエポキシ樹脂等、硬化時に熱源とならない樹脂を用いることが好ましい。
樹脂包埋の方法としては、電子顕微鏡観察や光学顕微鏡観察で一般的に用いられる方法を採用することができる。具体的には、繊維強化プラスチック成形体用シートを幅5mm、長さ10mmに切断し、上述した包埋用エポキシ樹脂を少なくとも試験片の表面が全て覆われるまで滴下して含浸させ、硬化させる。また、包埋用エポキシ樹脂の滴下は、たとえばスポイト等を用いて行うことができる。
(Calculation of fiber orientation parameter in the thickness direction)
When measuring the fiber orientation parameter (fp) of reinforcing fibers in the thickness direction in a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, an epoxy resin for embedding which is generally used for electron microscope observation in a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body. And the like are impregnated with each other to prepare a cross-section observation test piece. The reason for impregnating the epoxy resin for embedding here is to prevent the orientation direction of the fibers from being changed by the shearing force at the time of cutting the cross-section to be described later. As the embedding resin, a resin having sufficient strength/hardness capable of withstanding shearing force such as epoxy resin or styrene resin is preferable, but in the present invention, by using the epoxy resin, the fiber orientation of the reinforcing fiber in the thickness direction The parameter (fp) is measured. Examples of the embedding resin include Aronix LCA D-800 manufactured by JEOL Ltd. For thermosetting resins and resins that generate heat during curing, the adhesive strength between the reinforcing fibers of the binder in the sheet for fiber-reinforced plastic molding is reduced by the heat during curing, and the angle of the reinforcing fibers changes. there is a possibility. For this reason, it is preferable to use a resin that does not serve as a heat source during curing, such as a photo-curing type epoxy resin such as ultraviolet rays.
As the resin embedding method, a method generally used in electron microscope observation or optical microscope observation can be adopted. Specifically, the sheet for fiber-reinforced plastic molding is cut into a width of 5 mm and a length of 10 mm, and the above-mentioned embedding epoxy resin is dropped and impregnated until at least the entire surface of the test piece is covered, and then cured. Moreover, the dropping of the embedding epoxy resin can be performed using, for example, a dropper.
図1は、繊維強化プラスチック成形体用シートに紫外線硬化タイプの包埋用エポキシ樹脂を含浸させて得られた断面観察用試験片の概念図である。図1(a)に示されているように、断面観察用試験片45は、繊維強化プラスチック成形体用シート5を構成する強化繊維20及び熱可塑性樹脂25、並びに包埋用エポキシ樹脂40を包含する。断面観察用試験片45においては、強化繊維20及び熱可塑性樹脂25の位置関係及び形状は繊維強化プラスチック成形体用シート5における状態と同一である。すなわち、断面観察用試験片45においては、強化繊維20及び熱可塑性樹脂25の位置関係及び形状を保持するように包埋用エポキシ樹脂40が存在している。 FIG. 1 is a conceptual diagram of a cross-section observing test piece obtained by impregnating a sheet for a fiber-reinforced plastic molded product with an ultraviolet curing type embedding epoxy resin. As shown in FIG. 1A, the cross-section observation test piece 45 includes the reinforcing fiber 20 and the thermoplastic resin 25 that form the sheet 5 for the fiber-reinforced plastic molded body, and the embedding epoxy resin 40. To do. In the cross-section observation test piece 45, the positional relationship and shape of the reinforcing fiber 20 and the thermoplastic resin 25 are the same as those in the sheet 5 for the fiber-reinforced plastic molded body. That is, in the cross-section observation test piece 45, the embedding epoxy resin 40 is present so as to maintain the positional relationship and shape of the reinforcing fiber 20 and the thermoplastic resin 25.
なお、図1(a)においては、熱可塑性樹脂25は繊維形状で示されているが、実際は、繊維形状でなくてもよく、粒子形状等であってもよい。図1(a)に示すように熱可塑性樹脂25が繊維形状である場合は、強化繊維20と同様の形状であり、見分けが付かないようにも見える。しかし、強化繊維の配向状態を観察する場合には、繊維径の差異や、繊維の色の差異、元素マッピング等を利用して強化繊維のみの配向を観察することができる。 In addition, in FIG. 1A, the thermoplastic resin 25 is shown in a fiber shape, but in reality, it may not be a fiber shape, and may be a particle shape or the like. When the thermoplastic resin 25 has a fibrous shape as shown in FIG. 1A, it has a shape similar to that of the reinforcing fiber 20, and it seems that they cannot be distinguished. However, when observing the orientation state of the reinforcing fibers, it is possible to observe the orientation of only the reinforcing fibers by utilizing the difference in fiber diameter, the difference in fiber color, elemental mapping and the like.
厚み方向の繊維配向を観察する際には、断面観察用試験片から幅0.3〜0.6mmの試験片を切り出し、得られた試験片の厚み方向の断面を、光学顕微鏡で観察する。切り出す方法としては、安全カミソリ、手術用メス等の薄い鋭利な刃物で垂直に切断する方法を採用しうる。但し、手作業では垂直断面を得るのが難しいため、FT−IR測定用切片等を切り出すためのフィルムスライサー若しくは電子顕微鏡観察用の切片を切り出すためのイオンスライサーを用いることもできる。なお、フィルムスライサーとしては日本分光株式会社製、スライスマスター HS−1が、イオンスライサーとしては日本電子株式会社製、EM−09100ISが例示される。ここで試験片の切り出し方向は、後述する方法で求めた平面方向の基準線と平行な方向である。光学顕微鏡には、キーエンス社製、マイクロスコープを用い、モノフィラメントが視認できる倍率に拡大して繊維を観察する。強化繊維が透明な繊維ではない場合(例えば、炭素繊維などの場合)は、透過光で強化繊維を観察することができる。本実施形態においては、たとえば上記倍率を300倍、600倍、および800倍から選択することができる。また、強化繊維の観察は、試験片の観察面およびその反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察する。なお、試験片は、ミクロトームを用いて切り出してもよい。
本発明では、エポキシ樹脂で包埋して、厚み方向の断面を切り出すことにより、切断時のせん断力で繊維の角度が変わってしまうことを防ぐことができる。
When observing the fiber orientation in the thickness direction, a test piece having a width of 0.3 to 0.6 mm is cut out from the cross-section observation test piece, and the cross section in the thickness direction of the obtained test piece is observed with an optical microscope. As a cutting method, a method of cutting vertically with a thin sharp blade such as a safety razor or a surgical knife can be adopted. However, since it is difficult to obtain a vertical cross section manually, a film slicer for cutting out a FT-IR measurement section or an ion slicer for cutting out a section for electron microscope observation can be used. Examples of the film slicer include Slice Master HS-1 manufactured by JASCO Corporation, and examples of the ion slicer include EM-09100IS manufactured by JEOL Ltd. Here, the cutting-out direction of the test piece is a direction parallel to the reference line in the plane direction obtained by the method described later. As the optical microscope, a microscope manufactured by Keyence Corporation is used, and the fiber is observed by enlarging it to a magnification at which the monofilament can be visually recognized. When the reinforcing fiber is not a transparent fiber (for example, carbon fiber), the reinforcing fiber can be observed by transmitted light. In the present embodiment, for example, the magnification can be selected from 300 times, 600 times, and 800 times. Further, the observation of the reinforcing fibers is performed by focusing on the observation surface of the test piece and the opposite surface thereof to a portion having a depth of 10 μm or more. The test piece may be cut out using a microtome.
In the present invention, by embedding in an epoxy resin and cutting out a cross section in the thickness direction, it is possible to prevent the fiber angle from being changed by the shearing force at the time of cutting.
強化繊維が炭素繊維等の不透明な繊維である場合は、光学顕微鏡で観察した際の繊維の色度の違いによって、強化繊維の配向方向を観察することができる。例えば、炭素繊維を観察した場合、黒色の繊維を強化繊維として観察することができる。 When the reinforcing fibers are opaque fibers such as carbon fibers, the orientation direction of the reinforcing fibers can be observed due to the difference in the chromaticity of the fibers when observed with an optical microscope. For example, when observing carbon fibers, black fibers can be observed as reinforcing fibers.
なお、ガラス繊維のように透明な強化繊維などを用いた場合は、上記のような光学顕微鏡で観察しても強化繊維と樹脂の界面がはっきり視認できない場合も生じる。その場合は、上記と同様にエポキシ樹脂で繊維強化プラスチック成形体用シートを包埋し、断面観察用試験片の断面が露出するように切り出した後に、元素マッピングを行うことにより、強化繊維の配向を観察することができる。この場合、マッピングする元素は、強化繊維のみが含有し、熱可塑性樹脂とエポキシ樹脂は含有しない元素とする。例えば、ガラス繊維においては、Si又はCa元素を、エネルギー分散型X分析(EDS/EDX: Energy Dispersive X−Ray Spectroscopy)装置を備えた電子顕微鏡によりマッピングすることで、繊維配向を測定することができる。このような装置としては、オランダ フェノムワールド社製の卓上走査型電子顕微鏡「PRO X」等が例示される。 When a transparent reinforcing fiber such as glass fiber is used, the interface between the reinforcing fiber and the resin may not be clearly visible even when observed with an optical microscope as described above. In that case, in the same manner as above, the fiber-reinforced plastic molded article sheet was embedded with an epoxy resin, cut out so that the cross-section of the cross-section observation test piece was exposed, and then the element mapping was performed to align the reinforced fibers. Can be observed. In this case, the element to be mapped is an element that is contained only in the reinforcing fiber and does not contain the thermoplastic resin and the epoxy resin. For example, in glass fibers, the Si or Ca element can be measured for the fiber orientation by mapping with an electron microscope equipped with an energy dispersive X analysis (EDS/EDX: Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) device. .. An example of such an apparatus is a tabletop scanning electron microscope "PRO X" manufactured by Phenomworld, Netherlands.
強化繊維の配向方向とは、強化繊維の長軸方向である。また、厚み方向の断面において、強化繊維は楕円形で確認される場合もある。強化繊維が楕円形で確認される場合はこの楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。強化繊維の配向角度θiは、基準線に対する選び出した強化繊維の配向方向(配向線)のなす角度である。本発明では、上記条件で試験片の厚み方向の断面を光学顕微鏡等で観察して、上記断面のうちの任意に選択される連続した1.5mm2の測定領域を観察し、この測定領域中に存在する視認し得る全ての強化繊維(繊維数はn本とする)の配向角度θiを測定する。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とする。 The orientation direction of the reinforcing fibers is the major axis direction of the reinforcing fibers. In addition, the reinforcing fibers may be confirmed to have an elliptical shape in the cross section in the thickness direction. When the reinforcing fiber is confirmed to have an elliptical shape, the major axis direction of this ellipse is the orientation direction of the fiber. The orientation angle θi of the reinforcing fiber is an angle formed by the orientation direction (orientation line) of the selected reinforcing fiber with respect to the reference line. In the present invention, the cross section in the thickness direction of the test piece is observed under the above conditions with an optical microscope or the like, and a continuously selected 1.5 mm 2 measurement region of the cross section is observed. The orientation angles θi of all the visible reinforcing fibers (the number of fibers is n) existing in the are measured. The orientation angle θi is an angle of 0° or more and less than 180°, which is obtained by measuring the angle in the clockwise direction with respect to the reference line.
厚み方向の繊維配向パラメーター(fp、以下fp値ともいう)は、上記の方法で測定した配向角度θiから以下の式(1)を用いて算出することができる。
fp=2×Σ(cos2θi/n)−1 式(1)
ここで、θiは基準線に対する選び出した強化繊維の配向角度(i=1〜n)である。
The fiber orientation parameter (fp, hereinafter also referred to as fp value) in the thickness direction can be calculated from the orientation angle θi measured by the above method using the following formula (1).
fp=2×Σ(cos 2 θ i /n)-1 Expression (1)
Here, θ i is the orientation angle (i=1 to n) of the selected reinforcing fiber with respect to the reference line.
ここで、基準線は、下記の方法により決定することができる。
基準線を設定する際には、まず仮基準線pを選択し、上記測定領域内に存在する視認し得る全ての強化繊維n本の角度を測定する。この場合、仮基準線pと各繊維の角度は、α(p)i(i=1〜n)で表される。
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維n本の角度を算出する。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜n)で表される。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値の絶対値のうち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線Pとすることができる。このように決定した基準線Pから算出される繊維配向パラメーターを、厚み方向における繊維配向パラメーター(fp)とすることができる。
Here, the reference line can be determined by the following method.
When setting the reference line, first, the provisional reference line p is selected, and the angles of all visible n reinforcing fibers existing in the measurement region are measured. In this case, the angle between the temporary reference line p and each fiber is represented by α(p) i (i=1 to n).
The fiber orientation parameter (fp(p)) with the provisional reference line p can be calculated using the following formula.
fp(p)=2×Σ(cos 2 α(p) i /n)−1
(I=1, 2, 3,..., N)
Next, the provisional reference line p (p +z , p -z (z = 1 to 90)) obtained by rotating the provisional reference line p by ±1° until it becomes ±90° is taken, and the provisional reference line p +z is obtained. Then, the angle between the provisional reference line p −z and n fibers is calculated. The angle in this case is represented by α(p +z ) i and α(p −z ) i (i=1 to n).
The rotated tentative reference line (p +z , p- z (z=1 to 90)) and the fiber orientation parameter (fp(p± z )) of the reinforcing fiber can be calculated using the following formula.
fp(p± z )=2×Σ(cos 2 α(p± z ) i /n)-1
(I=1, 2, 3,..., N)
In this way, the provisional reference line set when the maximum value of the absolute values of the obtained fp(p) value and fp(p± z ) value is obtained can be set as the reference line P. The fiber orientation parameter calculated from the thus determined reference line P can be used as the fiber orientation parameter (fp) in the thickness direction.
図1(b)は、図1(a)に示した断面観察用試験片45をB−B'方向に切り出し、厚み方向を縦方向とした断面概念図である。B−B'方向は、繊維の大半が配向している方向と平行な方向であることが好ましい。すなわち、B−B'方向は、後述する方法で求めた平面方向の基準線と平行な方向である。
図1(b)では、上記の方法で決定された基準線は、Pで表される点線であり、各強化繊維の配向は、各々QとRの点線で表されている。なお、図1(b)において、P'とした点線は基準線と平行な線であり、基準線Pと、各強化繊維の配向線(Q及びR)がなす角度をわかりやすく説明するための補助線である。図1(b)では、P'とQがなす角度(配向角度θ1)は0°であるため、P'とQは重なっている。また、P'とRがなす角度(配向角度θ2)はθ2として表されている。このようにして、θ1〜θnが測定される。なお、図1(b)では、強化繊維の配向状態を確認しやすくするために、強化繊維のみを図示している。
FIG. 1B is a conceptual cross-sectional view in which the cross-section observation test piece 45 shown in FIG. 1A is cut out in the BB′ direction and the thickness direction is the vertical direction. The BB' direction is preferably parallel to the direction in which most of the fibers are oriented. That is, the BB' direction is a direction parallel to the reference line in the plane direction obtained by the method described later.
In FIG. 1B, the reference line determined by the above method is a dotted line represented by P, and the orientation of each reinforcing fiber is represented by a dotted line of Q and R, respectively. In addition, in FIG. 1B, the dotted line P′ is a line parallel to the reference line, and is for explaining the angle formed by the reference line P and the orientation lines (Q and R) of each reinforcing fiber in an easy-to-understand manner. It is an auxiliary line. In FIG. 1B, since the angle formed by P′ and Q (orientation angle θ 1 ) is 0°, P′ and Q overlap. The angle formed by P′ and R (orientation angle θ 2 ) is represented as θ 2 . In this way, θ 1 to θ n are measured. In FIG. 1B, only the reinforcing fibers are shown in order to make it easier to confirm the orientation of the reinforcing fibers.
なお、繊維配向パラメーター(fp)や仮基準線と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))を測定する部分としては、断面観察用試験片の厚み方向の断面の端部を避け、中央近辺とすることが好ましい。具体的には、断面観察用試験片の両端部辺から厚み方向に5%(断面観察用試験片の厚みに対して5%)までの領域を避けて測定領域とすることが好ましい。 As the portion for measuring the fiber orientation parameter (fp) and the fiber orientation parameter (fp(p± z )) of the tentative reference line and the reinforcing fiber, avoid the end of the cross section in the thickness direction of the test piece for cross section observation. It is preferably near the center. Specifically, it is preferable to avoid a region up to 5% (5% with respect to the thickness of the cross-section observation test piece) in the thickness direction from both end sides of the cross-section observation test piece as the measurement region.
(平面方向の繊維配向パラメーターの算出)
一方、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける平面方向の繊維配向パラメーターの測定は、特に樹脂包埋等の処理をせずとも測定することができる。具体的には、長さ3cm×幅3cmに切り出した繊維強化プラスチック成形体用シートをスライドガラス上に載せ、上から更にスライドガラスを載せて、マイクロスコープを用いて通常の反射光の測定で観察することができる。
本発明では、スライドガラスで挟んだ試験片の一方の面について光学顕微鏡にて観察する。光学顕微鏡には、キーエンス社製、マイクロスコープを用い、モノフィラメントが視認できる倍率に拡大して反射光にて、または反射光と透過光を併用して繊維を観察する。本実施形態においては、たとえば上記倍率を300倍、600倍、および800倍から選択することができる。これにより、一方の面のうちの任意に選択される連続した2.0mm2の測定領域を観察し、この測定領域中に存在する視認し得る全ての強化繊維(繊維数はm本とする)の配向角度θiを測定する。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とする。繊維配向パラメーター(fp、以下fp値ともいう)は、上記の方法で測定した配向角度θiから以下の式(2)を用いて算出することができる。
fp=2×Σ(cos2θi/m)−1 式(2)
ただし、i=1〜mである。
そして、反対面についても同様に測定し、一方の面と反対面の平均値を求めて、これを平面方向の繊維配向パラメーター(fp)とする。なお、一方の面の測定領域と反対面の測定領域は、たとえば平面視において重なる領域である。また、一方の面および反対面のいずれの観察においても、たとえば一方の面および反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察することができる。
(Calculation of fiber orientation parameter in plane direction)
On the other hand, the measurement of the fiber orientation parameter in the plane direction of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product can be performed without any processing such as resin embedding. Specifically, place a sheet for fiber-reinforced plastic molding that is cut into a length of 3 cm and a width of 3 cm on a slide glass, then further mount the slide glass from above, and observe by ordinary measurement of reflected light using a microscope. can do.
In the present invention, one surface of a test piece sandwiched between slide glasses is observed with an optical microscope. As the optical microscope, a microscope manufactured by Keyence Corporation is used, and the fiber is observed by magnifying the monofilament to a magnification at which the monofilament can be visually recognized and by reflected light or by using reflected light and transmitted light in combination. In the present embodiment, for example, the magnification can be selected from 300 times, 600 times, and 800 times. Thereby, an arbitrarily selected continuous 2.0 mm 2 measurement area on one surface is observed, and all visible reinforcing fibers (the number of fibers is m) existing in this measurement area. The orientation angle θi of is measured. The orientation angle θi is an angle of 0° or more and less than 180°, which is obtained by measuring the angle in the clockwise direction with respect to the reference line. The fiber orientation parameter (fp, hereinafter also referred to as fp value) can be calculated from the orientation angle θi measured by the above method using the following equation (2).
fp=2×Σ(cos 2 θ i /m)−1 Equation (2)
However, i=1 to m.
Then, the other surface is also measured in the same manner, the average value of the one surface and the opposite surface is obtained, and this is set as the fiber orientation parameter (fp) in the plane direction. The measurement area on one surface and the measurement area on the opposite surface are, for example, areas that overlap in a plan view. In addition, in either observation of the one surface and the opposite surface, for example, the observation can be performed by focusing on a portion having a depth of 10 μm or more from each of the one surface and the opposite surface.
平面方向の繊維配向パラメーターの測定をする際の基準線は、下記の方法により決定することができる。
基準線を設定する際には、まず仮基準線pを選択し、上記測定領域内に存在する視認し得る全ての繊維m本の角度を測定する。この場合、仮基準線pと各繊維の角度は、α(p)i(i=1〜m)で表される。
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維m本の角度を算出する。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜m)で表される。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出することができる。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値のうち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線Pとすることができる。このように決定した基準線Pから算出される繊維配向パラメーターを、平面方向における繊維配向パラメーター(fp)とすることができる。
The reference line for measuring the fiber orientation parameter in the plane direction can be determined by the following method.
When setting the reference line, first, the temporary reference line p is selected, and the angles of all visible m fibers existing in the measurement region are measured. In this case, the angle between the temporary reference line p and each fiber is represented by α(p) i (i=1 to m).
The fiber orientation parameter (fp(p)) with the provisional reference line p can be calculated using the following formula.
fp(p)=2×Σ(cos 2 α(p) i /m)−1
(I=1, 2, 3,..., m)
Next, the provisional reference line p (p +z , p -z (z = 1 to 90)) obtained by rotating the provisional reference line p by ±1° until it becomes ±90° is taken, and the provisional reference line p +z Then, the angle between the provisional reference line p −z and the m fibers is calculated. The angle in this case is represented by α(p +z ) i and α(p −z ) i (i=1 to m).
The rotated tentative reference line (p +z , p- z (z=1 to 90)) and the fiber orientation parameter (fp(p± z )) of the reinforcing fiber can be calculated using the following formula.
fp(p± z )=2×Σ(cos 2 α(p± z ) i /m)−1
(I=1, 2, 3,..., m)
In this way, the provisional reference line set when the maximum value of the obtained fp(p) value and fp(p± z ) value is obtained can be set as the reference line P. The fiber orientation parameter calculated from the thus determined reference line P can be used as the fiber orientation parameter (fp) in the plane direction.
強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体用シートの平面方向のいずれの方向に配向していてもよいが、繊維強化プラスチック成形体用シートのMD方向(抄紙ラインの流れ方向)に配向していることが好ましい。 The reinforcing fibers may be oriented in any of the plane directions of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, but should be oriented in the MD direction of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body (the flow direction of the papermaking line). Is preferred.
上記のような繊維強化プラスチック成形体用シートを成形することで得られた繊維強化プラスチック成形体においては、一方向の曲げ強度が高められている。特に、強化繊維がMD方向に配向している場合、繊維強化プラスチック成形体においてはMD方向の強度が高められる。さらに、上記のような繊維強化プラスチック成形体用シートを成形することで得られた繊維強化プラスチック成形体においては、繊維強化プラスチック成形体の全体の曲げ強度も高められている。 In the fiber-reinforced plastic molded body obtained by molding the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body as described above, the bending strength in one direction is enhanced. In particular, when the reinforcing fibers are oriented in the MD direction, the strength in the MD direction is increased in the fiber-reinforced plastic molded body. Further, in the fiber-reinforced plastic molded body obtained by molding the sheet for fiber-reinforced plastic molded body as described above, the bending strength of the entire fiber-reinforced plastic molded body is also increased.
本発明において、厚み方向及び平面方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値が上記範囲内であることは、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向及び平面方向の強化繊維の配向が一定方向であることを意味する。すなわち、繊維強化プラスチック成形体用シートにおいて、強化繊維は一方向に配向していることを意味する。そして、このような繊維強化プラスチック成形体用シートから成形される繊維強化プラスチック成形体においても、強化繊維は一方向に配向していることとなる。
なお、繊維強化プラスチック成形体用シートや繊維強化プラスチック成形体において、厚み方向の強化繊維の配向が一定方向であることは、強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体用シートや繊維強化プラスチック成形体の表面(抄紙面)に平行に配向していることをいう。
In the present invention, when the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction and the plane direction is within the above range, the orientation of the reinforcing fibers in the thickness direction and the plane direction in the sheet for fiber-reinforced plastic molding is It means a fixed direction. That is, it means that the reinforcing fibers are oriented in one direction in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body. Further, also in the fiber-reinforced plastic molded product molded from such a fiber-reinforced plastic molded product sheet, the reinforcing fibers are oriented in one direction.
In the sheet for fiber-reinforced plastic molded products and the fiber-reinforced plastic molded products, the fact that the orientation of the reinforcing fibers in the thickness direction is constant means that the reinforced fibers are the same as those for the sheet for fiber-reinforced plastic molded products and the fiber-reinforced plastic molded products. It means that it is oriented parallel to the surface (paper making surface).
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートにおいて、強化繊維の配合割合は、20〜83質量%であることが好ましい。強化繊維の配合割合を上記範囲内とすることにより、特定方向に配向した繊維の本数を増やすことが可能となる。これにより、強化繊維間の距離が短くなり、加熱加圧成形後の強化繊維の充填密度が高くなり、繊維強化プラスチック成形体の強度を効果的に高めることができる。 In the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, the mixing ratio of the reinforcing fibers is preferably 20 to 83% by mass. By setting the mixing ratio of the reinforcing fibers within the above range, the number of fibers oriented in a specific direction can be increased. As a result, the distance between the reinforcing fibers is shortened, the packing density of the reinforcing fibers after heat and pressure molding is increased, and the strength of the fiber-reinforced plastic molded body can be effectively increased.
また、繊維強化プラスチック成形体用シート中の強化繊維と熱可塑性樹脂の質量比は1:0.2〜1:10であることが好ましく、1:0.5〜1:5であることがより好ましく、1:0.7〜1:3であることがさらに好ましい。強化繊維と熱可塑性樹脂の質量比を上記範囲内とすることにより、軽量であり、かつ高強度の繊維強化プラスチック成形体を成形することができる。 Further, the mass ratio of the reinforcing fibers and the thermoplastic resin in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body is preferably 1:0.2 to 1:10, and more preferably 1:0.5 to 1:5. It is more preferably 1:0.7 to 1:3. By setting the mass ratio of the reinforcing fiber to the thermoplastic resin within the above range, a lightweight and high-strength fiber-reinforced plastic molded product can be molded.
繊維強化プラスチック成形体用シートのJAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.5−2に規定される透気度は、250秒以下であることが好ましく、230秒以下であることがより好ましく、200秒以下であることがさらに好ましい。この数値は、数字が小さいほど空気が通りやすい(通気性が良い)ことを表す。本発明では、繊維強化プラスチック成形体用シートの透気度を上記範囲内とすることにより、加熱加圧工程における成形速度を高めることができ、生産効率を高めることができる。 Japanese TAPPI Paper Pulp Test Method No. The air permeability defined by 5-2 is preferably 250 seconds or less, more preferably 230 seconds or less, and further preferably 200 seconds or less. This numerical value indicates that the smaller the numerical value, the easier air is to pass through (the better the air permeability). In the present invention, by setting the air permeability of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product within the above range, the molding speed in the heating and pressing step can be increased, and the production efficiency can be increased.
(強化繊維)
強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの強化繊維は、1種のみを使用してもよく、複数種を使用してもよい。また、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維等の耐熱性に優れた有機繊維を含有していてもよい。
(Reinforcing fiber)
The reinforcing fiber is preferably at least one selected from glass fiber, carbon fiber and aramid fiber. These reinforcing fibers may use only 1 type and may use 2 or more types. Further, it may contain an organic fiber having excellent heat resistance such as PBO (polyparaphenylenebenzoxazole) fiber.
強化繊維として、例えば、炭素繊維やガラス繊維等の無機繊維を使用した場合、繊維強化プラスチック成形体用シートに含まれる熱可塑性樹脂の溶融温度で加熱加圧処理することにより繊維強化プラスチック成形体を形成することが可能となる。
また、強化繊維として、アラミド等の有機繊維を用いた場合は、一般的に強化繊維として無機繊維を使用した繊維強化プラスチック成形体用シートから形成される成形体よりも耐摩耗性を向上させ得る。
As the reinforcing fiber, for example, when an inorganic fiber such as carbon fiber or glass fiber is used, a fiber-reinforced plastic molded body is obtained by heating and pressing at the melting temperature of the thermoplastic resin contained in the sheet for the fiber-reinforced plastic molded body. Can be formed.
Further, when the organic fiber such as aramid is used as the reinforcing fiber, it is possible to improve the wear resistance as compared with the molded body generally formed from the sheet for the fiber-reinforced plastic molded body using the inorganic fiber as the reinforcing fiber. ..
強化繊維の質量平均繊維長は、3〜100mmであることが好ましく、3〜75mmであることがより好ましく、3〜50mmであることがさらに好ましく、6〜50mmであることが特に好ましい。強化繊維の繊維長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用シートから強化繊維が脱落することを抑制することができ、かつ、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を形成することが可能となる。また、強化繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、強化繊維の分散性を良好にすることができる。これにより、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体は良好な強度と外観を有する。
なお、本明細書において、質量平均繊維長は、100本の繊維について測定した繊維長の平均値である。
The mass average fiber length of the reinforcing fibers is preferably 3 to 100 mm, more preferably 3 to 75 mm, further preferably 3 to 50 mm, and particularly preferably 6 to 50 mm. By setting the fiber length of the reinforcing fiber within the above range, it is possible to prevent the reinforcing fiber from falling out of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, and to form a fiber-reinforced plastic molded body having excellent strength. Is possible. Further, by setting the fiber length of the reinforcing fibers within the above range, the dispersibility of the reinforcing fibers can be improved. As a result, the fiber-reinforced plastic molded product after heat and pressure molding has good strength and appearance.
In addition, in this specification, a mass average fiber length is an average value of the fiber length measured about 100 fibers.
なお、強化繊維の繊維径は、平均繊維径として特に限定されないが、一般的には炭素繊維、ガラス繊維共に繊維径が5〜25μm程度の繊維が好適に使用される。また、強化繊維には、複数の素材や形状を併用してもよい。
なお、本明細書において、平均繊維径は、100本の繊維の繊維径を測定した際の平均値である。
The fiber diameter of the reinforcing fibers is not particularly limited as an average fiber diameter, but generally, both carbon fibers and glass fibers having a fiber diameter of about 5 to 25 μm are preferably used. Further, a plurality of materials and shapes may be used together for the reinforcing fiber.
In addition, in this specification, an average fiber diameter is an average value when measuring the fiber diameter of 100 fibers.
(炭素繊維)
強化繊維としては炭素繊維を用いることが好ましい。強化繊維に含まれる炭素繊維としては、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)
Carbon fibers are preferably used as the reinforcing fibers. As the carbon fiber contained in the reinforcing fiber, carbon fiber of polyacrylonitrile (PAN) type, petroleum/coal pitch type, rayon type, lignin type or the like can be used. These carbon fibers may be used alone or in combination of two or more. Among these carbon fibers, it is preferable to use polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers from the viewpoint of productivity and mechanical properties on an industrial scale.
炭素繊維の質量平均繊維長は、3〜100mmであることが好ましく、3〜75mmであることがより好ましく、3〜50mmであることがさらに好ましく、6〜50mmであることが特に好ましい。炭素繊維の繊維長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用シートから炭素繊維が脱落することを抑制することができ、かつ、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。また、炭素繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、強化繊維の分散性を良好にすることができる。これにより、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体は良好な強度と外観を有する。 The mass average fiber length of the carbon fibers is preferably 3 to 100 mm, more preferably 3 to 75 mm, further preferably 3 to 50 mm, and particularly preferably 6 to 50 mm. By setting the fiber length of the carbon fibers within the above range, it is possible to suppress the carbon fibers from falling off from the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, and to mold a fiber-reinforced plastic molded body having excellent strength. Is possible. Further, by setting the fiber length of the carbon fibers within the above range, the dispersibility of the reinforcing fibers can be improved. As a result, the fiber-reinforced plastic molded product after heat and pressure molding has good strength and appearance.
炭素繊維の単繊維強度は、4500MPa以上であることが好ましく、4600MPa以上であることがより好ましく、4700MPa以上であることがさらに好ましい。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。このような炭素繊維を使用した場合、前述した強化繊維の繊維配向の効果との相乗効果で曲げ強度が大幅に向上する。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 4500 MPa or more, more preferably 4600 MPa or more, and further preferably 4700 MPa or more. Single fiber strength refers to the tensile strength of a monofilament. When such a carbon fiber is used, the bending strength is significantly improved by the synergistic effect with the effect of the fiber orientation of the reinforcing fiber described above. The single fiber strength can be measured according to JIS R7601 "Carbon fiber test method".
炭素繊維の繊維径は特に限定されないが、概ね好ましい範囲としては5〜20μmが好ましい。炭素繊維の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 fiber diameter of the carbon fiber is not particularly limited, but a generally preferable range is 5 to 20 μm. By setting the fiber diameter of the carbon fibers within the above range, the strength of the fiber-reinforced plastic molded product can be increased.
(熱可塑性樹脂)
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。このような熱可塑性樹脂を用いた不織布状の繊維強化プラスチック成形体用シートは、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。
(Thermoplastic resin)
The thermoplastic resin forms a binding point at the intersection of the matrix or the fiber component during the heat and pressure treatment. Nonwoven fabric-like sheets for fiber-reinforced plastic moldings using such thermoplastic resins do not require autoclave treatment compared to sheets using thermosetting resins, and heat and pressure molding time during processing is shorter. It only takes time, and productivity can be increased.
熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂繊維であることが好ましい。熱可塑性樹脂繊維としては、ポリカーボネート(PC)、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)、ポリアミド、ポリプロピレン等を例示することができる。中でも、繊維分散性が良好であり、かつ高強度の繊維強化プラスチック成形体を得るために、ポリカーボネートやポリエーテルイミド、ポリアミドを用いることが好ましい。なお、ポリアミドはナイロンであることが好ましく、ナイロン6であることがより好ましい。 The thermoplastic resin is preferably a thermoplastic resin fiber. As the thermoplastic resin fiber, polycarbonate (PC), polyether ether ketone (PEEK), polyamide imide (PAI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether imide (PEI), polyether ketone ketone (PEKK), polyamide, polypropylene Etc. can be illustrated. Above all, it is preferable to use polycarbonate, polyetherimide, or polyamide in order to obtain a fiber-reinforced plastic molded product having good fiber dispersibility and high strength. The polyamide is preferably nylon, more preferably nylon 6.
本発明では、安価で融点が低いため成形加工が容易になるという理由から、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン繊維を用いることも好ましい。さらに、ポリプロピレンをマトリックス樹脂として使用する場合、ポリプロピレンは酸変性ポリプロピレンであることが好ましい。変性ポリプロピレンを使用すると変性ポリプロピレンと強化繊維との接着性が向上するため、繊維強化プラスチック成形体の曲げ強度と弾性率が向上する。酸変性ポリプロピレンは、酸基含有ポリオレフィンであることが好ましく、酸基含有ポリオレフィンとしては、特に限定されないが、極性基を有する酸変性ポリプロピレンを用いることが好ましい。例えば、カルボキシル基を含有するモノマーと共重合したポリプロピレンを用いることができる。上記カルボキシル基を含有するモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ソルビン酸などの不飽和カルボン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸などのジカルボン酸などを用いることができる。上記共重合するポリプロピレンは、プロピレン単独重合体であってもよく、プロピレン共重合体であってもよい。上記プロピレン共重合体としては、例えば、プロピレンとα−オレフィンとのランダム共重合体、プロピレンと他のオレフィンのブロック共重合体などが挙げられる。上記α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、1−ブテン、1−ペンテンなどが挙げられる。具体的には、プロピレン共重合体としては、プロピレン−エチレンランダム共重合体などを用いることができる。中でも、安価に入手でき、融点が高く、耐衝撃性に優れることから、プロピレン単独重合体が好ましい。共重合の方法は、特に限定されず、例えば、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合などを用いることができる。繊維にしたときにカルボキシル基が表面に出やすいという観点から、グラフト共重合であることが好ましい。カルボキシル基量が多いという観点から、酸変性ポリプロピレンは、マレイン酸変性ポリプロピレン及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンからなる群から選ばれる一種以上であることが好ましい。上記酸変性ポリプロピレンは、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 In the present invention, it is also preferable to use polypropylene fiber as the thermoplastic resin because it is inexpensive and has a low melting point, which facilitates the molding process. Furthermore, when polypropylene is used as the matrix resin, the polypropylene is preferably acid-modified polypropylene. When the modified polypropylene is used, the adhesiveness between the modified polypropylene and the reinforcing fiber is improved, so that the bending strength and elastic modulus of the fiber-reinforced plastic molded product are improved. The acid-modified polypropylene is preferably an acid group-containing polyolefin, and the acid group-containing polyolefin is not particularly limited, but it is preferable to use an acid-modified polypropylene having a polar group. For example, polypropylene copolymerized with a monomer containing a carboxyl group can be used. The monomer containing a carboxyl group is not particularly limited, for example, unsaturated carboxylic acid such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, sorbic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid. Dicarboxylic acids such as itaconic anhydride and citraconic anhydride can be used. The polypropylene to be copolymerized may be a propylene homopolymer or a propylene copolymer. Examples of the propylene copolymer include a random copolymer of propylene and α-olefin, a block copolymer of propylene and another olefin, and the like. Examples of the α-olefin include ethylene, 1-butene, 1-pentene, and the like. Specifically, a propylene-ethylene random copolymer or the like can be used as the propylene copolymer. Among them, a propylene homopolymer is preferable because it is inexpensively available, has a high melting point, and is excellent in impact resistance. The method of copolymerization is not particularly limited, and for example, random copolymerization, block copolymerization, graft copolymerization and the like can be used. Graft copolymerization is preferred from the viewpoint that carboxyl groups are easily exposed on the surface when formed into fibers. From the viewpoint of having a large amount of carboxyl groups, the acid-modified polypropylene is preferably one or more selected from the group consisting of maleic acid-modified polypropylene and maleic anhydride-modified polypropylene. The above acid-modified polypropylene may be used alone or in combination of two or more kinds.
熱可塑性樹脂は、繊維状態において限界酸素指数が24以上であることが好ましく、27以上であることがより好ましい。熱可塑性樹脂の限界酸素指数を上記範囲とすることにより、難燃性に優れた繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。なお、本発明において、「限界酸素指数」とは、燃焼を続けるのに必要な酸素濃度を表し、JIS K7201に記載された方法で測定した数値をいう。すなわち、限界酸素指数が20以下は、通常の空気中で燃焼することを示す数値である。
また、熱可塑性樹脂のASTM E−662に記載の方法で測定した20分燃焼時の発煙量は30ds前後であることが好ましく、非常に発煙量が少ない繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。
In the fibrous state, the thermoplastic resin preferably has a limiting oxygen index of 24 or more, more preferably 27 or more. By setting the limiting oxygen index of the thermoplastic resin within the above range, it is possible to obtain a sheet for a fiber-reinforced plastic molded article and a fiber-reinforced plastic molded article having excellent flame retardancy. In the present invention, the “limit oxygen index” represents the oxygen concentration necessary for continuing combustion, and is a numerical value measured by the method described in JIS K7201. That is, the limiting oxygen index of 20 or less is a numerical value indicating that combustion occurs in normal air.
Further, it is preferable that the amount of smoke at 20 minutes of combustion of the thermoplastic resin measured by the method described in ASTM E-662 is around 30 ds, and a sheet for fiber-reinforced plastic moldings having a very small amount of smoke can be obtained. it can.
熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、140℃以上であるものが好ましい。熱可塑性樹脂には、繊維強化プラスチック成形体を形成する際に300℃から400℃というような温度条件下で十分に流動的であることが求められる。なお、PPS樹脂繊維のようにガラス転移温度が140℃未満のスーパーエンプラ繊維であっても、樹脂の荷重たわみ温度が190℃以上となるスーパーエンプラを繊維化したものであれば使用可能である。このような熱可塑性樹脂は、加熱・加圧により溶融して限界酸素指数が30以上という非常に高い難燃性を有する樹脂ブロックを形成する。 The glass transition temperature of the thermoplastic resin is preferably 140° C. or higher. The thermoplastic resin is required to be sufficiently fluid under a temperature condition such as 300° C. to 400° C. when forming the fiber-reinforced plastic molded body. It should be noted that even super engineering plastic fibers having a glass transition temperature of less than 140° C. such as PPS resin fibers can be used as long as they are fiberized from super engineering plastics whose resin deflection temperature under load is 190° C. or higher. Such a thermoplastic resin is melted by heating and pressurization to form a resin block having a very high flame retardancy with a limiting oxygen index of 30 or more.
熱可塑性樹脂繊維の質量平均繊維長は、2〜100mmであることが好ましく、2〜50mmであることがより好ましく、3〜50mmであることがさらに好ましく、3〜40mmであることが特に好ましく、3〜25mmであることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂繊維の繊維長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用シートから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、ハンドリング性に優れた繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。また、熱可塑性樹脂の繊維長を上記範囲内とすることにより、熱可塑性樹脂繊維の分散性を良好にすることができるため、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体を形成することが可能となる。これにより、加熱加圧成形後の繊維強化プラスチック成形体は良好な強度と外観を有する。 The mass average fiber length of the thermoplastic resin fibers is preferably 2 to 100 mm, more preferably 2 to 50 mm, further preferably 3 to 50 mm, particularly preferably 3 to 40 mm, More preferably, it is 3 to 25 mm. By setting the fiber length of the thermoplastic resin fiber within the above range, it is possible to prevent the thermoplastic resin fiber from falling out of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product, and for a fiber-reinforced plastic molded product excellent in handling property. You can get a sheet. Further, by setting the fiber length of the thermoplastic resin within the above range, it is possible to improve the dispersibility of the thermoplastic resin fiber, and thus it becomes possible to form a fiber-reinforced plastic molded product having excellent strength. .. As a result, the fiber-reinforced plastic molded product after heat and pressure molding has good strength and appearance.
本発明で用いられる繊維強化プラスチック成形体用シートでは、熱可塑性樹脂が繊維形態をしていることによりシート中に空隙が存在している。
本発明では、熱可塑性樹脂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、繊維強化プラスチック成形体用シート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 sheet for a fiber-reinforced plastic molded product used in the present invention, the thermoplastic resin has a fiber form, so that voids are present in the sheet.
In the present invention, since the thermoplastic resin maintains the fiber form before the heat and pressure molding, the sheet itself is flexible and has the drape property before forming the fiber reinforced plastic molded body. Therefore, it is possible to store and transport the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product in a rolled-up form, and it has a feature that it is excellent in handleability.
[強化繊維と熱可塑性樹脂の質量比]
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートにおいて、強化繊維とマトリックス樹脂繊維の質量比は10:90〜80:20であることが好ましく、20:80〜70:30であることがより好ましく、30:70〜70:30であることがさらに好ましい。強化繊維とマトリックス樹脂繊維の質量比を上記範囲内とすることにより、軽量であり、かつ高強度の繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
[Mass ratio of reinforcing fiber and thermoplastic resin]
In the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, the mass ratio of the reinforcing fiber and the matrix resin fiber is preferably 10:90 to 80:20, more preferably 20:80 to 70:30, and 30. :70 to 70:30 is more preferable. By setting the mass ratio of the reinforcing fiber and the matrix resin fiber within the above range, a lightweight and high-strength fiber-reinforced plastic molding can be obtained.
(バインダー成分)
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートは、バインダー成分をさらに含むことが好ましい。バインダー成分は、繊維強化プラスチック層の全質量に対して0.1〜10質量%となるように含有されることが好ましく、0.3〜10質量%であることがより好ましく、0.4〜9質量%であることがさらに好ましく、0.5〜8質量%であることが特に好ましい。バインダー成分の含有率を上記範囲内とすることにより、製造工程中の強度を高めることができ、ハンドリング性を向上させることができる。なお、バインダー成分の量は多くなると表面強度・層間強度共に強くなるが、逆に加熱成形時の臭気の問題が発生しやすくなる。しかし、上記の範囲においては臭気の問題はほとんど発生せず、また繰り返しの断裁工程を経ても層間剥離などを発生しない繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。
(Binder component)
The fiber-reinforced plastic molded sheet of the present invention preferably further contains a binder component. The binder component is preferably contained so as to be 0.1 to 10 mass% with respect to the total mass of the fiber-reinforced plastic layer, more preferably 0.3 to 10 mass%, and 0.4 to It is more preferably 9% by mass, and particularly preferably 0.5 to 8% by mass. By setting the content of the binder component within the above range, the strength during the manufacturing process can be increased and the handling property can be improved. When the amount of the binder component increases, both the surface strength and the interlaminar strength increase, but conversely, the problem of odor during heat molding tends to occur. However, in the above range, a odor problem hardly occurs, and a sheet for a fiber-reinforced plastic molding can be obtained in which delamination does not occur even after repeated cutting steps.
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、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。 As the binder component, polyester resins such as polyethylene terephthalate and modified polyethylene terephthalate, acrylic resins, styrene-(meth)acrylic acid ester copolymer resins, urethane resins, PVA resins and various starches, which are generally used in the production of nonwoven fabrics, are used. , Cellulose derivative, sodium polyacrylate, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, acrylamide-acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer alkali salt, isobutylene-maleic anhydride copolymer alkali salt, Polyvinyl acetate resin, styrene-butadiene copolymer, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, styrene-butadiene-(meth)acrylic acid ester copolymer and the like can be used.
バインダー成分は、メチル(メタ)アクリレート含有モノマー由来の繰り返し単位、エチル(メタ)アクリレート含有モノマー由来の繰り返し単位のうち少なくとも1つを含む共重合体を含有することが好ましい。中でも、バインダー成分は、メチルメタクリレート含有モノマー由来の繰り返し単位及びエチルメタクリレート含有モノマー由来の繰り返し単位のうち少なくとも1つを含む共重合体を含有することが好ましい。また、これらのモノマーは他のモノマー、例えばスチレンや酢酸ビニル、アクリルアミド等と共重合させてもよい。
なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方を含むことを意味し、「(メタ)アクリル酸」とは、「アクリル酸」及び「メタクリル酸」の両方を含むことを意味する。
The binder component preferably contains a copolymer containing at least one of a repeating unit derived from a methyl(meth)acrylate-containing monomer and a repeating unit derived from an ethyl(meth)acrylate-containing monomer. Among them, the binder component preferably contains a copolymer containing at least one of a repeating unit derived from a monomer containing a methyl methacrylate and a repeating unit derived from a monomer containing an ethyl methacrylate. Further, these monomers may be copolymerized with other monomers such as styrene, vinyl acetate and acrylamide.
In addition, in this invention, "(meth)acrylate" means including both "acrylate" and "methacrylate", and "(meth)acrylic acid" means "acrylic acid" and "methacrylic acid." Is meant to include both.
更に、本発明で好ましいバインダー成分として、ポリエステル樹脂及び変性ポリエステル樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、特に、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。変性ポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂を変性することで融点を低下させたものであれば特に限定されないが、変性ポリエチレンテレフタレートが好ましい。変性ポリエチレンテレフタレートとしては、共重合ポリエチレンテレフタレート(coPET)が好ましく、例えば、ウレタン変性共重合ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。ポリエステル樹脂は本発明の熱可塑性樹脂と加熱溶融時に相溶するため、冷却後も熱や樹脂の機能を損ないにくいため、好ましく用いられる。
共重合ポリエチレンテレフタレートは、融点が140℃以下のものが好ましく、120℃以下ものがより好ましい。また、特公平1−30926号公報に記載のような変性ポリエステル樹脂を使用してもよい。変性ポリエステル樹脂の具体例として、特に、ユニチカ社製商品名「メルティ4000」(繊維全てが共重合ポリエチレンテレフタレートである繊維)が好ましく挙げられる。また、芯鞘構造のバインダー繊維としては、ユニチカ社製商品名「メルティ4080」や、クラレ社製商品名「N−720」等が好適に使用できる。
Further, as the binder component preferable in the present invention, a polyester resin and a modified polyester resin can be mentioned. Polyethylene terephthalate (PET) is particularly preferable as the polyester resin. The modified polyester resin is not particularly limited as long as the melting point is lowered by modifying the polyester resin, but modified polyethylene terephthalate is preferable. The modified polyethylene terephthalate is preferably copolymerized polyethylene terephthalate (coPET), and examples thereof include urethane modified copolymerized polyethylene terephthalate. The polyester resin is compatible with the thermoplastic resin of the present invention at the time of heating and melting, and therefore, it is difficult to impair heat and the function of the resin even after cooling, and therefore, it is preferably used.
The copolymerized polyethylene terephthalate preferably has a melting point of 140° C. or lower, more preferably 120° C. or lower. Moreover, you may use the modified polyester resin as described in Japanese Patent Publication No. 1-30926. As a specific example of the modified polyester resin, a product name “Melty 4000” manufactured by Unitika Ltd. (fiber in which all the fibers are copolymerized polyethylene terephthalate) is particularly preferable. In addition, as the binder fiber having a core-sheath structure, the product name "Melty 4080" manufactured by Unitika, the product name "N-720" manufactured by Kuraray Co., Ltd., and the like can be preferably used.
本発明では、繊維強化プラスチック成形体用シートを湿式抄紙し、強度縦横比を大きくしている。一般に、強度縦横比を大きくすると、繊維が一方向に並ぶ傾向となり、不織布の密度が高くなる傾向にある。その結果、不織布中の繊維間の交点が増加するため、バインダー成分の添加量を減少させることができ、少量のバインダーでも十分な表面強度が得られる。 In the present invention, the fiber-reinforced plastic molded sheet is subjected to wet papermaking to increase the strength/width ratio. Generally, when the strength aspect ratio is increased, the fibers tend to be arranged in one direction, and the density of the nonwoven fabric tends to increase. As a result, the number of intersections between fibers in the non-woven fabric increases, so that the amount of the binder component added can be reduced, and sufficient surface strength can be obtained even with a small amount of the binder.
(繊維形状)
本発明では、熱可塑性樹脂繊維と強化繊維は、一定の長さにカットされたチョップドストランドであることが好ましい。また、バインダー繊維もチョップドストランドであることが好ましい。このような形態とすることにより、繊維強化プラスチック成形体用シート中で、各種繊維を均一に混合することができる。
(Fiber shape)
In the present invention, the thermoplastic resin fiber and the reinforcing fiber are preferably chopped strands cut into a certain length. Further, the binder fiber is also preferably chopped strand. With such a configuration, various fibers can be uniformly mixed in the sheet for fiber-reinforced plastic molded body.
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する際には、熱可塑性樹脂繊維、強化繊維、バインダー繊維のチョップドストランドを溶媒中に分散させ、その後溶媒を除去してウエブを形成する方法(湿式抄紙法)が採用される。 When producing the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, a method of dispersing a thermoplastic resin fiber, a reinforcing fiber, a chopped strand of a binder fiber in a solvent, and then removing the solvent to form a web (wet Papermaking method) is adopted.
(繊維強化プラスチック成形体)
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートは、目的とする成形品の形状や成形法に合わせて任意の形状に加工することができる。繊維強化プラスチック成形体用シートは、1枚単独、或いは所望の厚さとなるように積層して熱プレスで加熱加圧成形したり、あらかじめ赤外線ヒーター等で予熱し、金型によって加熱加圧成形することができる。このように、一般的な繊維強化プラスチック成形体用シートの加熱加圧成形方法を用いて加工することにより、強度に優れた繊維強化プラスチック成形体とすることができる。
(Fiber reinforced plastic molding)
The sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention can be processed into any shape according to the shape of the target molded product and the molding method. A single sheet of fiber-reinforced plastic molded product may be used alone, or may be laminated to have a desired thickness and heated and pressed by a hot press, or preheated by an infrared heater in advance and heated and pressed by a mold. be able to. As described above, the fiber-reinforced plastic molded product having excellent strength can be obtained by processing the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product by a general method of heating and pressing.
本発明は強化繊維と、熱可塑性樹脂を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートを、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の温度で加圧加熱成形することにより形成される繊維強化プラスチック成形体に関するものでもある。ここで、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は0.5〜1.0であり、平面方向の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値は0.25〜1.0である。 The present invention is a fiber-reinforced plastic molded product formed by press-molding a fiber-reinforced plastic molded product sheet containing a reinforced fiber and a thermoplastic resin at a temperature not lower than the melting point or glass transition temperature of the thermoplastic resin. It is also related to. Here, the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction in the sheet for fiber-reinforced plastic molding is 0.5 to 1.0, and the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the plane direction is It is 0.25 to 1.0.
本発明の繊維強化プラスチック成形体においては、強化繊維のうち大半の強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体の表面とほぼ平行であって、第1方向の曲げ強度と、第1方向に直交する第2方向の曲げ強度の強度比が2.5以上である。 In the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, most of the reinforcing fibers among the reinforcing fibers are substantially parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded product, and the bending strength in the first direction and the first direction orthogonal to the first direction. The strength ratio of bending strength in two directions is 2.5 or more.
繊維強化プラスチック成形体の厚みは、特に限定されないが、モバイル機器等の筐体として使用される場合などにおいて軽量化という観点からは薄いほうが好ましい。具体的には、0.1〜50.0mmであることが好ましく、0.1〜10.0mm以下であることがより好ましく、0.4〜1.0mm以下であることがさらに好ましい。本発明の繊維強化プラスチック成形体は、上記範囲の厚みであっても、強度に優れており、かつ一定方向の強度が高められている。 The thickness of the fiber-reinforced plastic molded product is not particularly limited, but it is preferably thin from the viewpoint of weight reduction when used as a housing for mobile devices and the like. Specifically, it is preferably 0.1 to 50.0 mm, more preferably 0.1 to 10.0 mm or less, still more preferably 0.4 to 1.0 mm or less. The fiber-reinforced plastic molded product of the present invention is excellent in strength and has increased strength in a certain direction even when the thickness is in the above range.
本発明の繊維強化プラスチック成形体は、強化繊維のうち大半の強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体の表面とほぼ平行に配列しているため、加熱加圧成形時の樹脂の流動による破れが生じにくい。そのため、上記の範囲よりもさらに薄い繊維強化プラスチック成形体を成形することもできる。例えば、繊維強化プラスチック成形体の厚みを100μm以下とすることもできる。また、本発明の繊維強化プラスチック成形体の厚みは、40μmより厚く、100μm以下とすることもできる。さらに、本発明の繊維強化プラスチック成形体の厚みを20μmより厚く、40μm以下とすることもできる。なお、10μm以上20μm以下の繊維強化プラスチック成形体も得ることが可能である。 In the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, most of the reinforced fibers are arranged substantially parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded product, and therefore, the resin is ruptured due to the flow of the resin during the heat and pressure molding. Hateful. Therefore, it is possible to mold a fiber-reinforced plastic molded body that is thinner than the above range. For example, the thickness of the fiber-reinforced plastic molded body can be 100 μm or less. Further, the thickness of the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention may be greater than 40 μm and 100 μm or less. Further, the thickness of the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention can be made thicker than 20 μm and 40 μm or less. It is also possible to obtain a fiber-reinforced plastic molded product having a size of 10 μm or more and 20 μm or less.
このような繊維強化プラスチック成形体は、低密度の芯材の両面に貼合して軽量・高強度の部材(積層体)を得るための補強シートや、テープ基材として好適に使用できる。本発明は、芯材の両面に繊維強化プラスチック成形体が接着されてなる積層体に関するものであってもよい。
低密度の芯材の両面に繊維強化プラスチック成形体を貼合する場合、芯材としては、例えば、天然パルプ、合成パルプ、無機繊維及び有機繊維等から選ばれる少なくとも1種の材料を含む不織布が挙げられる。また、芯材としては、上述した不織布の加熱加圧成形物、もしくは熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる発泡体等の多孔質体等も好適に使用される。
Such a fiber-reinforced plastic molded product can be suitably used as a reinforcing sheet or a tape base material for bonding to both surfaces of a low-density core material to obtain a lightweight and high-strength member (laminate). The present invention may also relate to a laminate in which fiber-reinforced plastic moldings are bonded to both surfaces of a core material.
When the fiber-reinforced plastic molded product is attached to both surfaces of the low-density core material, the core material is, for example, a nonwoven fabric containing at least one material selected from natural pulp, synthetic pulp, inorganic fibers, organic fibers, and the like. Can be mentioned. Further, as the core material, the above-mentioned heat-pressed and molded non-woven fabric, or a porous body such as a foam made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin is also preferably used.
芯材の密度は低い方が軽量性に優れ、高い方が強度に優れる。このような観点より、芯材の密度は0.2〜0.9g/cm3が好適である。芯材の密度を上記範囲内とすることにより、軽量性であり、かつ高強度な積層体を得ることができる。 The lower the density of the core material, the better the lightness, and the higher the density, the better the strength. From such a viewpoint, the density of the core material is preferably 0.2 to 0.9 g/cm 3 . By setting the density of the core material within the above range, a lightweight and high-strength laminate can be obtained.
芯材と繊維強化プラスチック成形体を接着するための方法は芯材に接着剤を塗布して繊維強化プラスチック成形体を接着する方法や、繊維強化プラスチック成形体に接着剤を塗布して接着する方法、もしくは芯材と接着剤を熱圧着する方法等が挙げられるが、これらに限定されない。 The method for adhering the core material and the fiber-reinforced plastic molding is a method of applying an adhesive to the core material to adhere the fiber-reinforced plastic molding, or a method of applying an adhesive to the fiber-reinforced plastic molding to adhere. Alternatively, a method of thermocompression-bonding the core material and the adhesive may be used, but the method is not limited thereto.
なお、繊維強化プラスチック成形体に接着材を塗布する場合、繊維強化プラスチック成形体の片面若しくは両面に粘着剤層又は接着剤層を設けることもできる。この場合、接着剤層の上に剥離紙を貼り付けて、ハンドリング性を向上させることも可能である。本発明の繊維強化プラスチック成形体は、後述する通りの曲率半径となるように湾曲させることが可能なため、接着剤層を設けて更に剥離紙を貼り付けた場合、巻き取り形状にして輸送することが可能となる。このような形態は商品の流通上も好適である。 When the adhesive is applied to the fiber-reinforced plastic molded body, a pressure-sensitive adhesive layer or an adhesive layer may be provided on one side or both sides of the fiber-reinforced plastic molded body. In this case, release paper can be attached on the adhesive layer to improve the handling property. Since the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention can be curved so as to have a radius of curvature as described later, when an adhesive layer is provided and release paper is further attached, the molded product is rolled up and transported. It becomes possible. Such a form is suitable for the distribution of products.
上述の芯材に代えて、コルゲート加工したライナーの中芯やハニカム構造の中芯を使用することもできる。この場合、コルゲート加工したライナーの中芯用の原紙や、ハニカム構造の中芯用の原紙として、本発明の繊維強化プラスチック成形体を使用することもできる。 Instead of the above-mentioned core material, a corrugated liner core or a honeycomb core may be used. In this case, the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention can be used as the base paper for the core of the corrugated liner and the base paper for the core of the honeycomb structure.
本発明の繊維強化プラスチック成形体においては、強化繊維のうち大半の強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体の表面とほぼ平行に配列しているため、優れた引張強度を有する。よって、繊維強化プラスチック成形体を上記のような補強材として使用した場合、繊維強化プラスチック成形体の厚さが薄くても十分な強度が得られるため軽量性と高強度を兼ね備えた積層体を得ることができる。また、本発明の繊維強化プラスチック成形体は、特定方向への強度が優れるため、用途に応じて必要な方向への強度を特に高めた積層体を得ることができる。 In the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, most of the reinforcing fibers are arranged substantially parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded product, so that the fiber-reinforced plastic molded product has excellent tensile strength. Therefore, when the fiber-reinforced plastic molded product is used as the reinforcing material as described above, sufficient strength can be obtained even if the fiber-reinforced plastic molded product is thin, so that a laminate having both lightness and high strength is obtained. be able to. Further, since the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention has excellent strength in a specific direction, it is possible to obtain a laminate having particularly high strength in a required direction depending on the application.
さらに、繊維強化プラスチック成形体においては、強化繊維のうち大半の強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体の表面とほぼ平行に配列しているため、上記のように薄く成形すれば、曲率半径Rが10mm以下、あるいは5mm以下、さらには3mm以下に湾曲させても割れが生じないという特徴を有する。
この特徴を生かして、筒状、あるいはスパイラル状に加工してセンサー等の保護材料として使用したり、コルゲート加工を行い波型に加工して、両面にライナーシートを貼合して軽量かつ高強度の積層体を得ることも可能である。
Furthermore, in the fiber-reinforced plastic molded body, most of the reinforcing fibers are arranged substantially parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded body, so that if the thin molding is performed as described above, the radius of curvature R becomes It has a feature that cracks do not occur even when bent to 10 mm or less, 5 mm or less, and further 3 mm or less.
Taking advantage of this feature, it is processed into a tubular or spiral shape and used as a protective material for sensors, etc., or corrugated and processed into a corrugated shape, and a liner sheet is attached on both sides to make it lightweight and high strength. It is also possible to obtain a laminated body of.
繊維強化プラスチック成形体においては、強化繊維のうち大半の強化繊維が、繊維強化プラスチック成形体の表面とほぼ平行に配列しているため、圧縮強度にも優れる。そのため、ハニカム加工したコア材としても好適に使用することができる。 In the fiber reinforced plastic molded body, most of the reinforced fibers among the reinforced fibers are arranged substantially parallel to the surface of the fiber reinforced plastic molded body, and therefore the compression strength is also excellent. Therefore, it can be suitably used also as a honeycomb-processed core material.
なお、射出成形でも板状の繊維強化プラスチック成形体を得ることはできるが、本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートを用いて繊維強化プラスチック成形体を得ることにより、薄膜化が可能となり、かつ成形時に破れや破損が生じないという利点を有する。
本発明の様に、繊維強化プラスチック成形体用シートを用いる場合には、繊維強化プラスチック成形体用シートの坪量を調節することにより、薄物成形体の製造が可能である。特に、本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートにおいては、厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp)の絶対値を0.5以上とすることにより平面方向の補強効果が得られ、きわめて薄い薄物成形体の製造においても、成形時に破れや破損が生じ難いという技術的意義を有する。このことにより、本発明の繊維強化プラスチック成形体の厚みは、40μmより厚く、100μm以下とすることもできる。さらに、本発明の繊維強化プラスチック成形体の厚みを20μmより厚く、40μm以下とすることもできる。なお、10μm以上20μm以下の繊維強化プラスチック成形体も得ることが可能である。
Although it is possible to obtain a plate-shaped fiber-reinforced plastic molded product by injection molding, a thin film can be obtained by obtaining a fiber-reinforced plastic molded product using the fiber-reinforced plastic molded product sheet of the present invention, and It has the advantage that it does not break or break during molding.
When a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body is used as in the present invention, a thin molded body can be manufactured by adjusting the basis weight of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body. Particularly, in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, when the absolute value of the fiber orientation parameter (fp) of the reinforcing fibers in the thickness direction is 0.5 or more, the reinforcing effect in the plane direction is obtained and it is extremely thin. Even in the production of a thin molded product, it has a technical significance that breakage or breakage is unlikely to occur during molding. As a result, the thickness of the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention can be greater than 40 μm and 100 μm or less. Further, the thickness of the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention can be made thicker than 20 μm and 40 μm or less. It is also possible to obtain a fiber-reinforced plastic molded product having a size of 10 μm or more and 20 μm or less.
本発明の繊維強化プラスチック成形体を製造する際、繊維強化プラスチック成形体用シートの積層枚数は1枚でも、複数枚を積層して加熱加圧成形することもできる。すなわち、坪量60g/m2の繊維強化プラスチック成形体を得るために、60g/m2の繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱加圧成形してもよいし、20g/m2の繊維強化プラスチック成形体用シートを3枚積層してもよいし、10g/m2の繊維強化プラスチック成形体用シートを2枚と、20g/m2の繊維強化プラスチック成形体用シートを2枚積層してもよい。積層枚数が1枚、あるいは少ない枚数である場合、積層工程が簡略化されるため、生産効率・製造コストの観点から好ましい。 When manufacturing the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, the number of laminated sheets for the fiber-reinforced plastic molded product may be one, or a plurality of sheets may be laminated for heat and pressure molding. That is, in order to obtain a fiber-reinforced plastic molded body having a basis weight of 60 g/m 2, a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body of 60 g/m 2 may be heated and pressed, or a fiber-reinforced plastic of 20 g/m 2 may be molded. You may laminate|stack three sheets for molded objects, and you may also laminate two sheets for 10 g/m< 2 > fiber-reinforced plastic molded objects, and two sheets for 20 g/m< 2 > fiber-reinforced plastic molded objects. Good. When the number of stacked sheets is one or a small number, the stacking process is simplified, which is preferable from the viewpoint of production efficiency and manufacturing cost.
一方、繊維強化プラスチック成形体用シートを複数枚積層する場合、繊維強化プラスチック成形体の均一性が向上し、薄物であってもピンホール等が発生しにくくなるという利点がある。さらに、繊維強化プラスチック成形体用シートの坪量が低いほうが、繊維強化プラスチック成形体用シートの厚さが薄くなるため、繊維強化プラスチック成形体の厚み方向の強化繊維の配向が一定方向となりやすく、厚み方向の配向パラメーター(fp)が1.0に近づきやすくなるため、繊維強化プラスチック成形体の強度が向上し、たわみ量が減少するという利点がある。 On the other hand, when a plurality of sheets for a fiber-reinforced plastic molded body are laminated, there is an advantage that the uniformity of the fiber-reinforced plastic molded body is improved and pinholes and the like are less likely to occur even if it is thin. Furthermore, the lower the basis weight of the fiber-reinforced plastic molded body sheet, the thinner the thickness of the fiber-reinforced plastic molded body sheet, so that the orientation of the reinforcing fibers in the thickness direction of the fiber-reinforced plastic molded body tends to be a fixed direction. Since the orientation parameter (fp) in the thickness direction easily approaches 1.0, there is an advantage that the strength of the fiber-reinforced plastic molded product is improved and the amount of deflection is reduced.
また、繊維強化プラスチック成形体用シートを複数枚積層する場合、繊維強化プラスチック成形体の用途に応じて、異なる種類の強化繊維や熱可塑性樹脂繊維を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートを積層することもできる。例えば、炭素繊維を強化繊維として含有する繊維強化プラスチック成形体用シートとガラス繊維を強化繊維として含有する繊維強化プラスチック成形体用シートを積層することができる。この場合、炭素繊維とガラス繊維は繊維の引張強度・破断時の伸度・導電性・熱伝導率が異なるため、その積層枚数を適宜調節することで、強度・電磁シールド性・熱伝導率などを用途に合わせて調整することも可能である。
また、片面にコア材を接着するような用途の場合、当該接着面に配する繊維強化プラスチック成形体用シートが含有する熱可塑性樹脂を、コア材との接着性に優れる樹脂、例えば融点が低いもの、粘着性を有するもの、コア材が含有する成分と相溶性に優れるものなどに変更することも可能である。
When laminating a plurality of sheets for a fiber-reinforced plastic molded body, a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body containing different types of reinforcing fibers or thermoplastic resin fibers is laminated depending on the use of the fiber-reinforced plastic molded body. You can also For example, a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body containing carbon fiber as a reinforcing fiber and a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body containing glass fiber as a reinforcing fiber can be laminated. In this case, carbon fiber and glass fiber have different tensile strength, elongation at break, electrical conductivity, and thermal conductivity, so the strength, electromagnetic shielding, thermal conductivity, etc. can be adjusted by appropriately adjusting the number of laminated layers. Can be adjusted according to the application.
Further, in the case where the core material is adhered to one surface, the thermoplastic resin contained in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body arranged on the adhesive surface is a resin excellent in adhesiveness with the core material, for example, having a low melting point. It is also possible to change to those having adhesiveness, those having excellent compatibility with the components contained in the core material, and the like.
繊維強化プラスチック成形体においては、曲げ強度の相乗平均値が350MPa以上であることが好ましい。曲げ強度の相乗平均値は、400MPa以上であることが好ましく、450MPa以上であることがより好ましい。このように、繊維強化プラスチック成形体の表面に平行な面上の強化繊維の密度が高いため、本発明で得られる繊維強化プラスチック成形体は、力学的強度に優れている。
ここで、曲げ強度の相乗平均値とは、繊維強化プラスチック成形体における繊維の配向方向(MD方向)と強化繊維の配向方向と直交する方向(CD方向)の曲げ強度の相乗平均値であり、以下の式で表される強度をいう。
曲げ強度の相乗平均値=√(FMD×FCD)
ここで、FMDはFD方向の曲げ強度を表し、FCDはCD方向の曲げ強度を表す。
In the fiber-reinforced plastic molded product, the geometric mean value of bending strength is preferably 350 MPa or more. The geometric mean value of the bending strength is preferably 400 MPa or more, and more preferably 450 MPa or more. As described above, since the density of the reinforcing fibers on the surface parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded body is high, the fiber-reinforced plastic molded body obtained by the present invention has excellent mechanical strength.
Here, the geometric mean value of the bending strength is a geometric mean value of the bending strengths of the fiber orientation direction (MD direction) and the direction orthogonal to the orientation direction of the reinforcing fibers (CD direction) in the fiber-reinforced plastic molding, It means the strength represented by the following formula.
Geometric mean value of bending strength=√(FMD×FCD)
Here, FMD represents bending strength in the FD direction, and FCD represents bending strength in the CD direction.
また、繊維強化プラスチック成形体においては、繊維強化プラスチック成形体の第1方向の曲げ強度と、第1方向に直交する第2方向の曲げ強度の強度比は、2.5以上であればよく、3以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましい。なお、第1方向とは、繊維強化プラスチック成形体における強化繊維の配向方向をいい、第2方向とは、強化繊維の配向方向に直交する方向をいう。繊維強化プラスチック成形体の強度比を上記範囲とすることにより、特定の方向に強度が高められた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。このような繊維強化プラスチック成形体は、自動車や航空機等に用いられる一方向に機械的強度が要求される構造部品に好ましく用いられる。 Further, in the fiber-reinforced plastic molded body, the strength ratio between the bending strength of the fiber-reinforced plastic molded body in the first direction and the bending strength in the second direction orthogonal to the first direction may be 2.5 or more, It is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, still more preferably 5 or more. The first direction refers to the orientation direction of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced plastic molded body, and the second direction refers to the direction orthogonal to the orientation direction of the reinforcing fibers. By setting the strength ratio of the fiber-reinforced plastic molded product within the above range, it is possible to obtain a fiber-reinforced plastic molded product having increased strength in a specific direction. Such a fiber-reinforced plastic molding is preferably used for structural parts used in automobiles, aircrafts, etc., which require mechanical strength in one direction.
(繊維強化プラスチック成形体の成形方法)
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートの成形方法は特に限定されず、成形体の用途等に応じて選択が可能である。代表的な方法としてはプレス成形が例示される。また、プレス成形の方法としては、各種存在するプレス成形の方法の中でも、大型の航空機などの成形体部材を作製する際によく使用されるオートクレーブ法や、工程が比較的簡便である金型プレス法が好ましく挙げられる。ボイドの少ない高品質な成形体を得るという観点からはオートクレーブ法が好ましい。一方、設備や成形工程でのエネルギー使用量、使用する成形用の治具や副資材等の簡略化、成形圧力、温度の自由度の観点からは、金属製の型を用いて成形をおこなう金型プレス法を用いることが好ましく、これらは用途に応じて選択することができる。
(Method for molding fiber-reinforced plastic molding)
The method for molding the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention is not particularly limited, and can be selected according to the application of the molded product and the like. A typical method is press molding. In addition, as a method of press molding, among various existing press molding methods, an autoclave method that is often used when producing a molded body member of a large aircraft or a mold press whose process is relatively simple The method is preferred. The autoclave method is preferable from the viewpoint of obtaining a high-quality molded body with few voids. On the other hand, from the viewpoint of energy consumption in equipment and molding process, simplification of molding jigs and auxiliary materials to be used, molding pressure, and degree of freedom of temperature, metal molds are used for molding. It is preferable to use a mold pressing method, and these can be selected according to the application.
金型プレス法には、ヒートアンドクール法やスタンピング成形法を採用することができる。ヒートアンドクール法は、繊維強化プラスチック成形体用シートを型内に予め配置しておき、型締とともに加圧、加熱をおこない、次いで型締をおこなったまま、金型の冷却により該シートの冷却をおこない成形体を得る方法である。スタンピング成形法は、予め該シートを遠赤外線ヒーター、加熱板、高温オーブン、誘電加熱などの加熱装置で加熱し、熱可塑性樹脂を溶融、軟化させた状態で、成形体型の内部に配置し、次いで型を閉じて型締を行い、その後加圧冷却する方法である。また、低密度の成形体を得る場合など、成形時の温度が比較的低い場合は、ホットプレス法を採用することもできる。 As the die pressing method, a heat and cool method or a stamping molding method can be adopted. In the heat and cool method, a sheet for fiber-reinforced plastic molding is placed in advance in a mold, pressure and heat are applied together with mold clamping, and then the sheet is cooled by cooling the mold while the mold is clamped. Is a method for obtaining a molded body. In the stamping molding method, the sheet is heated in advance with a heating device such as a far infrared heater, a heating plate, a high temperature oven, and a dielectric heating device, and the thermoplastic resin is placed in a molded body mold in a state of being melted and softened. In this method, the mold is closed, the mold is clamped, and then pressure cooling is performed. Further, when the temperature at the time of molding is relatively low, such as when obtaining a molded article having a low density, the hot pressing method can be adopted.
成形用の金型は大きく2種類に分類され、1つは鋳造や射出成形などに使用される密閉金型であり、もう1つはプレス成形や鍛造などに使用される開放金型である。本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートを用いた場合、用途に応じていずれの金型も使用することが可能である。成形時の分解ガスや混入空気を型外に排除する観点からは開放金型が好ましいが、過度の樹脂の流出を抑制するためには、成形加工中においては開放部をできるだけ少なくし、樹脂の型外への流出を抑制するような形状を採用することも好ましい。 Molds for molding are roughly classified into two types, one is a closed mold used for casting and injection molding, and the other is an open mold used for press molding and forging. When the sheet for a fiber-reinforced plastic molding of the present invention is used, any mold can be used depending on the application. An open mold is preferable from the viewpoint of eliminating decomposed gas and mixed air during molding from the mold, but in order to suppress excessive resin outflow, minimize the open part during molding process and It is also preferable to adopt a shape that suppresses outflow to the outside of the mold.
さらに、金型には打ち抜き機構、タッピング機構から選択される少なくとも一種を有する金型を使用することができる。2段プレス機構を用いるなどの工夫で、熱プレス後に連続して、成形体を打ち抜き加工することも可能である。また、成形体は、その使用目的などによってはリブやボス等の強度補強・加工用の突起やネジ穴の形成、意匠性の付与を目的とした模様の付与を行うことができる。 Furthermore, a die having at least one selected from a punching mechanism and a tapping mechanism can be used for the die. By using a two-stage press mechanism or the like, it is possible to punch the molded body continuously after hot pressing. Further, depending on the purpose of use, the molded body can be provided with protrusions or screw holes for reinforcing the strength and processing of ribs, bosses, etc., and can be provided with a pattern for the purpose of imparting designability.
また、繊維強化プラスチック成形体用シートを成形すると同時、或いは成形後にアウトサート成形やインサート成形によって、より複雑な形状部材を接着することも可能である。 It is also possible to bond more complicated shaped members by outsert molding or insert molding at the same time as molding the fiber-reinforced plastic molded body sheet or after molding.
繊維強化プラスチック成形体用シートから繊維強化プラスチック成形体を成形する際には、具体的には、繊維強化プラスチック成形体用シートを150〜600℃の温度で加熱加圧成形することが好ましい。なお、加熱温度は、熱可塑性樹脂が流動する温度であって強化繊維は溶融しない温度帯であることが好ましい。 When the fiber-reinforced plastic molded body is molded from the fiber-reinforced plastic molded body sheet, specifically, the fiber-reinforced plastic molded body sheet is preferably heated and pressed at a temperature of 150 to 600°C. The heating temperature is preferably a temperature at which the thermoplastic resin flows and the reinforcing fibers do not melt.
繊維強化プラスチック成形体を成形する際の圧力としては、5〜20MPaが好ましい。また、所望の保持温度に到達するまでの昇温速度は3〜20℃/分が好ましく、所望の熱プレス温度での保持時間としては1〜30分、その後、成形体を取り出す温度(200℃以下)までは圧力を維持しながら、3〜20℃/分の冷却速度とするのが好ましい。更に、生産効率はやや落ちるものの、熱プレスの保持温度からマトリックス樹脂のガラス転移温度までは空冷でゆっくりと0.1〜3℃/分で冷却することも、強度向上の観点からは好ましい。また、急速加熱、急速冷却(ヒートアンドクール)成形を用いて熱プレス成形することも可能であり、その場合の昇温、冷却速度はそれぞれ30〜500℃/分である。更に、赤外線ヒーターによる場合は、温度として150〜600℃、好ましくは200〜500℃で1〜30分間加熱し、その後30〜150MPaの圧力で成形することができる。 The pressure for molding the fiber-reinforced plastic molding is preferably 5 to 20 MPa. Further, the rate of temperature increase until reaching the desired holding temperature is preferably 3 to 20° C./minute, the holding time at the desired hot press temperature is 1 to 30 minutes, and then the temperature at which the molded product is taken out (200° C. It is preferable that the cooling rate is 3 to 20° C./min while maintaining the pressure up to the following). Further, although the production efficiency is slightly lowered, it is also preferable from the viewpoint of improving the strength to slowly cool by air cooling from the holding temperature of the hot press to the glass transition temperature of the matrix resin at 0.1 to 3° C./min. It is also possible to perform hot press molding using rapid heating and rapid cooling (heat and cool) molding, and the temperature rising and cooling rates in this case are 30 to 500° C./min. Furthermore, in the case of using an infrared heater, heating can be performed at a temperature of 150 to 600° C., preferably 200 to 500° C. for 1 to 30 minutes, and then molding can be performed at a pressure of 30 to 150 MPa.
(繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法)
本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートの製造工程は、強化繊維と、熱可塑性樹脂とを混合したスラリーを、湿式抄紙する工程を含む。
(Method for producing sheet for fiber-reinforced plastic molded body)
The manufacturing process of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention includes a process of wet-papermaking a slurry in which reinforcing fibers and a thermoplastic resin are mixed.
強化繊維と、熱可塑性樹脂とを混合してスラリーを得る工程では、分散液の濃度や溶媒の粘度を調整することで、各繊維を十分に分散させることができる。溶媒の粘度は、ポリアクリルアミド系の高分子を添加する等の方法で調整できる。各繊維を十分に分散させることで、繊維強化プラスチック成形体用シート中の各繊維同士が均一に混抄される。これより、本シートを加熱加圧成形した繊維強化プラスチック成形体が、例えば、部分的に樹脂の割合が多くなるのを防ぐことができ、繊維強化プラスチックの曲げ強度を高める事ができる。混合する工程では、強化繊維を単繊維状に分散させることが好ましい。 In the step of mixing the reinforcing fiber and the thermoplastic resin to obtain the slurry, each fiber can be sufficiently dispersed by adjusting the concentration of the dispersion liquid and the viscosity of the solvent. The viscosity of the solvent can be adjusted by a method such as adding a polyacrylamide polymer. By sufficiently dispersing the fibers, the fibers in the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body are uniformly mixed and made into paper. As a result, in the fiber-reinforced plastic molded body obtained by heat-pressing and molding this sheet, for example, it is possible to prevent the proportion of the resin from increasing partially, and the bending strength of the fiber-reinforced plastic can be increased. In the mixing step, it is preferable to disperse the reinforcing fibers in a single fiber form.
繊維強化プラスチック成形体用シートを抄紙する際には、スラリーの分散媒の25℃における粘度(ただし、JIS Z 8803「液体の粘度測定方法」に規定された測定方法による。)は、1.00mPa・sを超え4.00mPa・s以下であることが好ましく、1.05〜2.00mPa・sであることがより好ましい。
なお、ここでいうスラリーとは、抄紙工程直前のスラリーをいい、インレット中のスラリーのことである。また、スラリーの分散媒の粘度を測定する際は、インレットのスラリーを500ml採取し、150メッシュの金属製のフルイで繊維をろ過して得られるろ液を用いて測定する。
When making a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, the viscosity of the dispersion medium of the slurry at 25° C. (however, according to the measuring method specified in JIS Z 8803 “Viscosity measuring method for liquid”) is 1.00 mPa. It is preferably more than •s and 4.00 mPa·s or less, and more preferably 1.05 to 2.00 mPa·s.
The slurry referred to here is the slurry immediately before the papermaking process, and is the slurry in the inlet. Further, when measuring the viscosity of the dispersion medium of the slurry, 500 ml of the slurry in the inlet is sampled and the filtrate obtained by filtering the fiber with a 150 mesh metal screen is used.
スラリーの分散媒の粘度は、インレットに、ポリアクリルアミド系等の粘剤を添加するなどして調整することができる。スラリーの分散媒の粘度を上記範囲内とすることにより、ワイヤー付近における分散液の流れの乱れを抑制し、層流とすることができる。これにより、繊維強化プラスチック成形体用シートの厚み方向及び平面方向の繊維配向パラメーター(fp)を所望の範囲内とすることができる。 The viscosity of the dispersion medium of the slurry can be adjusted by adding a polyacrylamide-based viscous agent to the inlet. By setting the viscosity of the dispersion medium of the slurry within the above range, it is possible to suppress the turbulence of the flow of the dispersion liquid in the vicinity of the wire and form a laminar flow. Accordingly, the fiber orientation parameter (fp) in the thickness direction and the plane direction of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body can be set within a desired range.
湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程であることが好ましい。そして、傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.98以下となるように走行することが好ましい。傾斜型抄紙機のワイヤーのジェットワイヤー比は、0.96以下であることがより好ましく、0.90以下であることがさらに好ましく、0.80以下であることが特に好ましい。 The wet papermaking step is preferably a step of making a paper using an inclined type paper machine. And, the wire of the inclined type paper machine preferably travels so that the jet wire ratio becomes 0.98 or less. The jet wire ratio of the wire of the inclined paper machine is more preferably 0.96 or less, further preferably 0.90 or less, and particularly preferably 0.80 or less.
ここで、ジェットワイヤー比とは、強化繊維とバインダー成分を含むスラリーの供給速度とワイヤー走行速度の比であり、スラリーの供給速度/ワイヤー走行速度で表される。ジェットワイヤー比が1よりも大きい場合は、スラリーの供給速度がワイヤーの走行速度よりも速く、この場合を「押し地合」という。また、ジェットワイヤー比が1以下場合は、スラリーの供給速度はワイヤーの走行速度よりも遅く、この場合を「引き地合」という。
本発明では、ジェットワイヤー比を上記範囲とし、「引き地合」で抄紙することにより、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける厚み方向の繊維配向パラメーター(fp)を所望の範囲内とすることができる。さらに、繊維強化プラスチック成形体用シートにおける平面方向の繊維配向パラメーター(fp)についても所望の範囲内とすることが可能となる。
Here, the jet wire ratio is the ratio of the supply speed of the slurry containing the reinforcing fiber and the binder component and the wire traveling speed, and is represented by the slurry supply speed/wire traveling speed. When the jet wire ratio is greater than 1, the slurry supply speed is faster than the wire traveling speed, and this case is called "push formation". Further, when the jet wire ratio is 1 or less, the slurry supply speed is slower than the wire traveling speed, and this case is referred to as "pull formation".
In the present invention, the jet wire ratio is set in the above range and the paper is made in the “drawing formation”, whereby the fiber orientation parameter (fp) in the thickness direction of the sheet for fiber reinforced plastic molding can be set within a desired range. .. Furthermore, the fiber orientation parameter (fp) in the plane direction of the fiber-reinforced plastic molded sheet can be set within a desired range.
なお、湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機の代わりに、円網抄紙機又は長網抄紙機を用いて抄紙する工程であってもよい。円網抄紙機を用いて抄紙を行う場合、円網抄紙機の円網の直径は80cm以上であることが好ましい。円網抄紙機の円網の直径を上記範囲とすることにより、強化繊維の配向方向を一方向とすることができ、かつ大半の強化繊維を繊維強化プラスチック成形体の表面と平行となるように配向させることが容易となる。これにより、繊維強化プラスチック成形体において特定の方向の強度をより高めることができる。 The wet paper making step may be a step of making a paper using a cylinder paper machine or a fourdrinier paper machine instead of the inclined paper machine. When performing papermaking using a cylinder paper machine, the diameter of the cylinder of the cylinder paper machine is preferably 80 cm or more. By setting the diameter of the cylinder of the cylinder paper machine in the above range, the orientation direction of the reinforcing fibers can be made one direction, and most of the reinforcing fibers are parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded body. It becomes easy to orient. Thereby, the strength in a specific direction can be further increased in the fiber-reinforced plastic molded body.
円網抄紙機を用いて抄紙を行う場合の抄造速度は、15m/min以上であることが好ましい。抄造速度を上記とすることにより、強化繊維の配向方向を一方向とすることができ、かつ大半の強化繊維を繊維強化プラスチック成形体の表面と平行となるように配向させることが容易となる。これにより、繊維強化プラスチック成形体の特定の方向の強度をより高めることができる。 The papermaking speed in the case of performing papermaking using a cylinder paper machine is preferably 15 m/min or more. By setting the papermaking speed to the above, the orientation direction of the reinforcing fibers can be made unidirectional, and most of the reinforcing fibers can be easily oriented so as to be parallel to the surface of the fiber-reinforced plastic molded body. Thereby, the strength of the fiber-reinforced plastic molded product in a specific direction can be further increased.
繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程が傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程を含むものである場合、傾斜型抄紙機の傾斜ワイヤーに備えられている複数のサクションボックスの吸引力を各々適宜調節することが好ましい。具体的には、複数のサクションボックスの脱水量を同程度にしたり、傾斜ワイヤーの下流側のサクションボックスの脱水量が多くなるように調節することが好ましい。図2は、本発明で用いることができる傾斜型抄紙機100の一例の構成を説明する図である。図2に示されているように、傾斜型抄紙機100は、インレット110の底部に設けられた傾斜ワイヤー120の下方に第1のサクションボックス101、第2のサクションボックス102、第3のサクションボックス103、第4のサクションボックス104を備えている。このような、傾斜型抄紙機100においては、全てのサクションボックスにおける脱水量を100とした場合に、第1のサクションボックス101の脱水量を5〜65とすることが好ましく、20〜60とすることがより好ましく、35〜60とすることがさらに好ましい。なお、第1のサクションボックス101の脱水量を25よりも多くした場合は、第2〜第4のサクションボックスの脱水量は、順次低下するよう調節されることが好ましい。
このように脱水量を調節することによっても、強化繊維の配向方向を調整することができ、特定方向の強度が高められ、かつ優れた曲げ強度を有する繊維強化プラスチック成形体を成形することができる。
When the step of producing a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body includes a step of making a paper using an inclined type paper machine, the suction force of a plurality of suction boxes provided on the inclined wire of the inclined type paper machine is adjusted appropriately. Preferably. Specifically, it is preferable to adjust the dehydration amount of the plurality of suction boxes to the same level or to adjust the dehydration amount of the suction box on the downstream side of the inclined wire to be large. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of an example of the inclined paper machine 100 that can be used in the present invention. As shown in FIG. 2, the slant type paper machine 100 includes a first suction box 101, a second suction box 102, and a third suction box below a slanting wire 120 provided at a bottom portion of an inlet 110. 103 and a fourth suction box 104 are provided. In such an inclined type paper machine 100, the dehydration amount of the first suction box 101 is preferably 5 to 65, and preferably 20 to 60, when the dehydration amount of all suction boxes is 100. More preferably, it is more preferably 35 to 60. In addition, when the dehydration amount of the first suction box 101 is larger than 25, the dehydration amounts of the second to fourth suction boxes are preferably adjusted so as to be sequentially decreased.
By adjusting the dehydration amount as described above, the orientation direction of the reinforcing fibers can be adjusted, and the strength in a specific direction can be increased, and a fiber-reinforced plastic molded product having excellent bending strength can be molded. ..
傾斜型抄紙機の傾斜ワイヤーの通気度は、250cm3/cm2/sec以上であることが好ましい。なお、ワイヤーの通気度は上述したインレット内のスラリーの分散媒の粘度によって適宜調節することができる。 The inclination wire of the inclined type paper machine preferably has an air permeability of 250 cm 3 /cm 2 /sec or more. The air permeability of the wire can be appropriately adjusted by the viscosity of the dispersion medium of the slurry in the inlet described above.
なお、繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する工程では、バインダー成分を抄紙工程後に後添することもできる。例えば、バインダー成分を含む溶液又はバインダー成分を含むエマルジョンを、抄紙されたシートに内添、塗布又は含浸させ、加熱乾燥させてもよい。このような工程を設けることにより、繊維強化プラスチック成形体用シートの表面繊維の飛散、毛羽立ちや脱落を抑制することができ、ハンドリング性に優れた繊維強化プラスチック成形体用シートを得ることができる。 In the step of producing the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, the binder component may be added after the paper making step. For example, a solution containing a binder component or an emulsion containing a binder component may be internally added to, coated on or impregnated in a paper-made sheet, and dried by heating. By providing such a step, it is possible to prevent the surface fibers of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body from scattering, fluffing, and falling off, and to obtain a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body having excellent handleability.
なお、バインダー成分を含む溶液又はバインダー成分を含むエマルジョンを繊維強化プラスチック成形体用シートに内添、塗布又は含浸させた後は、その繊維強化プラスチック成形体用シートを急速に加熱することが好ましい。このような加熱工程を設けることにより、バインダー成分を含む溶液又はバインダー成分を含むエマルジョンを繊維強化プラスチック成形体用シートの表層領域に移行させることができる。さらに、バインダー成分を水掻き膜状に局在させることができる。 After the solution containing the binder component or the emulsion containing the binder component is internally added to, coated or impregnated with, the sheet for fiber-reinforced plastic molding, it is preferable to rapidly heat the sheet for fiber-reinforced plastic molding. By providing such a heating step, the solution containing the binder component or the emulsion containing the binder component can be transferred to the surface layer region of the sheet for a fiber-reinforced plastic molded body. Furthermore, the binder component can be localized in the form of a wet film.
(繊維強化プラスチック成形体の用途)
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、「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」などの部材等に好適に使用される。さらに、本発明の繊維強化プラスチック成形体は薄くても難燃性に優れるため、電気絶縁性の高いガラス繊維を強化繊維として用いることで、電気絶縁用基板としても好適に用いることができる。
このように、本発明の繊維強化プラスチック成形体は、強度が高く、また優れた難燃性を有するため安全性が高いので、電気、電子機器用の筐体、自動車用の構造部品、航空機用の部品、土木、建材用のパネル、その他多種多様な用途に好ましく用いられる。
(Uses of fiber reinforced plastic moldings)
Examples of applications of the fiber-reinforced plastic molded body include, for example, "OA equipment, mobile phones, smartphones, personal digital assistants, portable electronic devices such as tablet PCs and digital video cameras, housings for air conditioners and other home appliances, and housings. Reinforcing materials such as ribs to be attached, civil engineering such as "struts, panels, reinforcing materials", building material parts, "various frames, bearings for wheels, various beams, doors, trunk lids, side panels, upper back panels, front bodies. , Underbody, various pillars, various frames, various beams, various supports, etc., outer panels or body parts and their reinforcing materials", "instrument panels, interior parts such as seat frames", or "gasoline tanks, various piping," Fuel systems such as various valves, exhaust systems, or intake systems parts", "Engine cooling water joints, thermostat bases for air conditioners, headlamp supports, pedal housings," automotive parts, motorcycle parts, "winglets, spoilers," etc. Parts for railway vehicles, parts for railway vehicles such as "seat members for rail cars, outer panels, reinforcements attached to outer panels, ceiling panels, air outlets for air conditioners," and "resin (thermosetting Reinforcement material for molded products made of resin and thermoplastic resin, reinforcement material for molded products made of resin and reinforcing fiber, plant-derived sheet (kraft paper, cardboard, oil resistant paper, insulating paper, conductive paper, release paper, impregnated paper) , Glassine paper, cellulose nanofiber sheet, etc.) and the like. Furthermore, since the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention is excellent in flame retardancy even if it is thin, it can be suitably used also as a substrate for electrical insulation by using glass fiber having high electrical insulation as the reinforcing fiber.
As described above, since the fiber-reinforced plastic molded product of the present invention has high strength and high flame retardancy, it has high safety, and therefore has a high level of safety. It is preferably used for parts, civil engineering, panels for building materials, and various other purposes.
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。なお、以下において、実施例1〜3はそれぞれ、参考例1〜3と読み替えるものとする。 The features of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, usage amounts, ratios, processing contents, processing procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limitedly interpreted by the following specific examples. In the following, Examples 1 to 3 are to be read as Reference Examples 1 to 3, respectively.
<実施例1>
繊維長12mmの炭素繊維(東レ社製、T700)をスラリー濃度0.5%となるように水中に投入し、分散剤としてエマノーン(登録商標)3199V(花王株式会社製)を、炭素繊維100質量部に対して1質量部となるよう添加した。なお、エマノーン3199Vはあらかじめ0.5%濃度の水溶液となるように水に溶解して添加した。その後、古紙離解用パルパーを用いて30秒間攪拌して初期分散を行った後、スラリー濃度0.15%となるように水で希釈した(炭素繊維スラリー)。
<Example 1>
A carbon fiber having a fiber length of 12 mm (T700, manufactured by Toray Industries, Inc.) was added to water so that the slurry concentration became 0.5%, and Emanone (registered trademark) 3199V (manufactured by Kao Corporation) was used as a dispersant. It was added in an amount of 1 part by mass with respect to parts by mass. Incidentally, Emanone 3199V was dissolved in water in advance so as to be an aqueous solution having a concentration of 0.5% and added. After that, stirring was performed for 30 seconds using a waste paper disaggregation pulper to carry out initial dispersion, and then diluted with water to a slurry concentration of 0.15% (carbon fiber slurry).
別容器にて、粉末のアニオン性高分子ポリアクリルアミド系増粘剤(MTアクアポリマー株式会社製、スミフロック)を溶解した水溶液を作製した。粉末のアニオン性高分子ポリアクリルアミド系増粘剤は、水溶液の全質量に対して、0.1質量%となるように添加した。この水溶液を、上記の炭素繊維スラリーに添加した。水溶液の添加量は、水溶液の全質量に対して増粘剤の固形分が60ppmとなるように調整した。その後、攪拌し、炭素繊維がモノフィラメント化するまで分散させた。 In a separate container, an aqueous solution in which a powdery anionic polymer polyacrylamide thickener (MT Aqua Polymer Co., Ltd., Sumifloc) was dissolved was prepared. The powdery anionic polymer polyacrylamide thickener was added so as to be 0.1% by mass relative to the total mass of the aqueous solution. This aqueous solution was added to the above carbon fiber slurry. The amount of the aqueous solution added was adjusted so that the solid content of the thickener was 60 ppm with respect to the total mass of the aqueous solution. Then, the mixture was stirred and dispersed until the carbon fibers became monofilaments.
次いで、太さ2.2dtex、繊維長15mmのナイロン6繊維(東レ社製、アミラン、繊維長15mm)と、バインダーとして用いるPVA繊維(クラレ社製、VPB−105−2)を、質量配合比が表1となるように計量した。これを、スラリー濃度が10%となるよう水中に投入して熱可塑性樹脂スラリーを得た。尚、ナイロン6繊維は分散性が良好であったため、特に攪拌等の処置をせずとも十分に分散した。得られた熱可塑性樹脂スラリーを炭素繊維スラリーと混合し、均一に混合するように攪拌し、繊維スラリーを得た。 Next, a mass mixing ratio of nylon 6 fiber having a thickness of 2.2 dtex and fiber length of 15 mm (Toray Industries, Inc., Amilan, fiber length 15 mm) and PVA fiber (Kuraray Co., Ltd., VPB-105-2) used as a binder are used. Weighed so as to be in Table 1. This was poured into water so that the slurry concentration would be 10% to obtain a thermoplastic resin slurry. Since the nylon 6 fiber had good dispersibility, it was sufficiently dispersed without any treatment such as stirring. The obtained thermoplastic resin slurry was mixed with the carbon fiber slurry and stirred so as to be uniformly mixed to obtain a fiber slurry.
この繊維スラリーを、ヤンキードライヤー式の乾燥設備を備えた傾斜型抄紙機に連続的に流送し、抄速30m/minで抄造し、坪量50g/m2である繊維強化プラスチック成形体用シートを得た。
抄造に際し、スラリーの分散媒の粘度(JIS Z 8803「液体の粘度測定方法」に規定された測定方法により測定した液温25℃における粘度)を表1に示すとおりに調整した。なお、スラリーの分散媒は、インレットのスラリーを500ml採取し、150メッシュの金属製のフルイで繊維をろ過して得られるろ液である。スラリーの分散媒の粘度は、循環白水に連続的にアニオン性高分子ポリアクリルアミド系増粘剤(MTアクアポリマー株式会社製、スミフロック)を溶解した水溶液を添加することで調整した。
This fiber slurry is continuously fed to an inclined paper machine equipped with a Yankee dryer-type drying equipment, is made at a paper making speed of 30 m/min, and has a basis weight of 50 g/m 2. Got
At the time of papermaking, the viscosity of the dispersion medium of the slurry (viscosity at a liquid temperature of 25° C. measured by the measuring method specified in JIS Z 8803 “Viscosity measuring method of liquid”) was adjusted as shown in Table 1. The dispersion medium of the slurry is a filtrate obtained by collecting 500 ml of the inlet slurry and filtering the fibers with a 150-mesh metal screen. The viscosity of the dispersion medium of the slurry was adjusted by continuously adding an aqueous solution prepared by dissolving an anionic polymer polyacrylamide thickener (Sumifloc, manufactured by MT Aqua Polymer Co., Ltd.) in circulating white water.
また、実施例1で用いた傾斜型抄紙機には、傾斜ワイヤー部分に4つのサクションボックス(脱水ボックス)を備えるものを用いた。図2は、実施例で用いた傾斜型抄紙機100の構成を説明する図である。図2に示されているように、傾斜型抄紙機100は、インレット110の底部に設けられた傾斜ワイヤー120の下方に第1のサクションボックス101、第2のサクションボックス102、第3のサクションボックス103、第4のサクションボックス104を備えている。
なお、実施例1では、傾斜ワイヤー部分を構成するワイヤーは、125Paの差圧をかけた際の通気度が350cm3/cm2/secとなるものを使用した。そして、実施例1では、4つのサクションボックスから脱水される循環白水の総量を100とした場合の各サクションボックスの脱水量の比率を、各サクションボックスの吸引力を調整することで表1に示すとおりとなるようにした。
また、傾斜型抄紙機のワイヤーのジェットワイヤー比を循環白水の総量を制御することで表1に示す通りとなるよう調整した。このようにして、繊維強化プラスチック成形体用シートを作製した。得られた繊維強化プラスチック成形体用シートのfp値の絶対値は表1に示した。
In addition, the inclined type paper machine used in Example 1 was provided with four suction boxes (dehydration boxes) in the inclined wire portion. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the inclined paper machine 100 used in the examples. As shown in FIG. 2, the slant type paper machine 100 includes a first suction box 101, a second suction box 102, and a third suction box below a slanting wire 120 provided at a bottom portion of an inlet 110. 103 and a fourth suction box 104 are provided.
In addition, in Example 1, the wire constituting the inclined wire portion had a gas permeability of 350 cm 3 /cm 2 /sec when a differential pressure of 125 Pa was applied. In Example 1, the ratio of the dehydration amount of each suction box when the total amount of circulating white water dehydrated from the four suction boxes is 100 is shown in Table 1 by adjusting the suction force of each suction box. I made it as follows.
Further, the jet wire ratio of the wires of the inclined paper machine was adjusted to be as shown in Table 1 by controlling the total amount of circulating white water. In this way, a sheet for fiber-reinforced plastic molding was produced. The absolute value of the fp value of the obtained sheet for fiber-reinforced plastic molding is shown in Table 1.
<曲げ強度測定用の繊維強化プラスチック成形体の作製>
得られた繊維強化プラスチック成形体用シートを28枚積層し、プレス速度を3.5cm/secで上昇させ、プレス圧を10MPaとして260℃まで昇温し、60秒加熱加圧した後、50℃に冷却して厚み1.0mmの繊維強化プラスチック成形体を得た。
<Production of fiber-reinforced plastic molded body for bending strength measurement>
28 sheets of the obtained fiber-reinforced plastic molded body were laminated, the pressing speed was increased at 3.5 cm/sec, the pressing pressure was 10 MPa, the temperature was raised to 260° C., and after heating and pressing for 60 seconds, 50° C. After cooling, a fiber-reinforced plastic molding having a thickness of 1.0 mm was obtained.
<実施例2>
実施例2は、実施例1においてサクションボックスの吸引力を調整して、全てのサクションボックスの脱水量が等量となるように変更した以外は実施例1と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 2>
Example 2 is the same as Example 1 except that the suction force of the suction box is adjusted so that the dehydration amount of all suction boxes is the same amount as in Example 1, and the fiber-reinforced plastic molding is the same. A sheet and a fiber-reinforced plastic molded body were produced.
<実施例3>
アニオン性高分子ポリアクリルアミド系増粘剤(MTアクアポリマー株式会社製、スミフロック)を溶解した水溶液のインレットへの連続添加量を増加させることにより、インレット分散媒の粘度を表1の通りとした以外は実施例1と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 3>
Except that the viscosity of the inlet dispersion medium is set as shown in Table 1 by increasing the continuous addition amount of the aqueous solution in which the anionic polymer polyacrylamide thickener (Sumifloc, manufactured by MT Aqua Polymer Co., Ltd.) is dissolved. In the same manner as in Example 1, a sheet for fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced.
<実施例4>
各サクションボックスの脱水量の比率を表1に示すとおりとなるように調整した以外は、実施例3と同様にして繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 4>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 3 except that the dehydration ratio of each suction box was adjusted as shown in Table 1.
<実施例5>
傾斜ワイヤー部に用いるワイヤーを、通気度が275cm3/cm2/secのものに変更した以外は、実施例4と同様にして繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 5>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 4 except that the wire used for the inclined wire portion was changed to one having an air permeability of 275 cm 3 /cm 2 /sec.
<実施例6>
インレット内の分散媒の粘度を表1の通りとなるように調整した以外は実施例5と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 6>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 5 except that the viscosity of the dispersion medium in the inlet was adjusted as shown in Table 1.
<実施例7〜9>
ジェットワイヤー比が表1に示す通りとなるように調整した以外は、実施例6と同様にして繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Examples 7 to 9>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 6 except that the jet wire ratio was adjusted to be as shown in Table 1.
<実施例10>
炭素繊維を、単繊維強度5880MPaのもの(東レ社製、T800)に変更した以外は、実施例9と同様にして繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 10>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 9 except that the carbon fiber was changed to a single fiber having a strength of 5880 MPa (T800, manufactured by Toray).
<実施例11>
熱可塑性樹脂繊維を、ポリカーボネート繊維(ダイワボウ社製、繊維径30μm、繊維長15mm)に変更した以外は、実施例10と同様にして繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 11>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 10 except that the thermoplastic resin fiber was changed to a polycarbonate fiber (manufactured by Daiwabo Co., Ltd., fiber diameter 30 μm, fiber length 15 mm). ..
<実施例12>
熱可塑性樹脂繊維を、酸変性ポリプロピレン繊維(ダイワボウ社製、PZAD、2.2dtex×15mm)とした以外は、実施例10と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 12>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were obtained in the same manner as in Example 10 except that the thermoplastic resin fiber was an acid-modified polypropylene fiber (PZAD, 2.2 dtex×15 mm, manufactured by Daiwabo Co., Ltd.). It was made.
<実施例13>
熱可塑性樹脂繊維を、PEI繊維(クラレ社製、2.2dtex×15mm)とした以に変更した以外は、実施例10と同様にして、繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Example 13>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were obtained in the same manner as in Example 10 except that the thermoplastic resin fiber was changed to PEI fiber (Kuraray Co., Ltd., 2.2 dtex×15 mm). It was made.
<比較例1及び2>
ジェットワイヤー比が表1となるように調整した以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチック成形体用シート及び繊維強化プラスチック成形体を作製した。
<Comparative Examples 1 and 2>
A sheet for a fiber-reinforced plastic molded product and a fiber-reinforced plastic molded product were produced in the same manner as in Example 1 except that the jet wire ratio was adjusted to be Table 1.
(評価)
<厚み方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp値)の測定>
実施例・比較例で得られた繊維強化プラスチック成形体用シートを幅5mm、長さ10mmに切断し、紫外線硬化タイプの包埋用エポキシ樹脂(日本電子株式会社製、アロニックス LCA D−800)を、試験片の表面全面を覆うようにスポイトを用いて滴下して含浸させ、紫外線を照射して硬化させた。そして、日本分光株式会社製、スライスマスター HS−1を用いて、断面観察用試験片から幅0.4mm、長さ10mmの試験片を切り出した。なお、切断方向は、図1(b)におけるB−B'方向とした。B−B'方向とは、後述する方法で求めた平面方向の基準線と平行な方向である。
得られた試験片の厚み方向の断面を、キーなお、エンス社製、マイクロスコープで、300倍に拡大して透過光にて強化繊維を観察した。ここでは、上記断面のうちの連続した1.5mm2の測定領域を観察した。また、試験片の観察面およびその反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察を行った。そして、上記測定領域中に存在する、観察像において視認し得る全ての強化繊維(繊維数はn本とする)について、後述する方法で設定した基準線に対する角度θi(i=1〜n)を測定した。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とした。そして、設定された基準線に対する繊維の角度θiから、以下の式(1)を用いて厚み方向の繊維配向パラメーターを算出した。
fp=2×Σ(cos2θi/n)−1 式(1)
(Evaluation)
<Measurement of fiber orientation parameter (fp value) of reinforcing fibers in the thickness direction>
The sheet for fiber reinforced plastic moldings obtained in Examples and Comparative Examples was cut into a width of 5 mm and a length of 10 mm, and an ultraviolet curing type embedding epoxy resin (Aronix LCA D-800 manufactured by JEOL Ltd.) was cut. A dropper was used to cover the entire surface of the test piece to impregnate the test piece, and the test piece was irradiated with ultraviolet rays to be cured. Then, a slice master HS-1 manufactured by JASCO Corporation was used to cut out a specimen having a width of 0.4 mm and a length of 10 mm from the specimen for cross-section observation. The cutting direction was the BB′ direction in FIG. The BB' direction is a direction parallel to the reference line in the plane direction obtained by the method described later.
The cross section in the thickness direction of the obtained test piece was enlarged 300 times using a microscope manufactured by Ens Co., Ltd., and the reinforcing fiber was observed by transmitted light. Here, a continuous measurement area of 1.5 mm 2 in the cross section was observed. Further, the observation was carried out by focusing on a portion having a depth of 10 μm or more from each of the observation surface and the opposite surface of the test piece. The angle θi (i=1 to n) with respect to the reference line set by the method described later is set for all the reinforcing fibers (the number of fibers is n) that are visible in the observation image and that are present in the measurement region. It was measured. The orientation angle θi was an angle of 0° or more and less than 180°, which was measured by measuring the angle in the clockwise direction with respect to the reference line. Then, the fiber orientation parameter in the thickness direction was calculated using the following equation (1) from the angle θi of the fiber with respect to the set reference line.
fp=2×Σ(cos 2 θ i /n)-1 Expression (1)
なお、基準線は下記の方法で決定した。基準線を決定する際には、まず仮基準線pを選択し、上記測定領域内に存在する視認し得る全ての強化繊維n本の角度を測定した。この場合、仮基準線pと各繊維の角度は、α(p)i(i=1〜n)で表した。
仮基準線pとした際の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出した。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維n本の角度を算出した。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜n)で表した。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出した。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/n)−1
(i=1、2、3、・・・、n)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値の絶対値うち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線とした。
The reference line was determined by the following method. When determining the reference line, first, the provisional reference line p was selected, and the angles of all visible n reinforcing fibers present in the measurement region were measured. In this case, the angle between the temporary reference line p and each fiber is represented by α(p) i (i=1 to n).
The fiber orientation parameter (fp(p)) of the reinforcing fiber when the provisional reference line p was calculated using the following formula.
fp(p)=2×Σ(cos 2 α(p) i /n)−1
(I=1, 2, 3,..., N)
Then, the temporary reference line p by ± 1 °, the provisional reference line is rotated until ± 90 ° (p + z, p -z (z = 1~90)) takes a temporary reference line p + z The angle between the temporary reference line p −z and n fibers was calculated. The angle in this case is represented by α(p +z ) i and α(p −z ) i (i=1 to n).
The rotated provisional reference line (p +z , p- z (z=1 to 90)) and the fiber orientation parameter (fp(p± z )) of the reinforcing fiber were calculated using the following formulas.
fp(p± z )=2×Σ(cos 2 α(p± z ) i /n)-1
(I=1, 2, 3,..., N)
In this way, the provisional reference line set when the maximum value of the absolute values of the obtained fp(p) value and fp(p± z ) value was obtained was used as the reference line.
<平面方向の強化繊維の繊維配向パラメーター(fp値)の測定>
実施例・比較例で得られた繊維強化プラスチック成形体用シートを幅3cm×長さ3cmとなるように切り出し、この試験片をスライドガラスで挟み、当該試験片の一方の面を光学顕微鏡にて観察した。光学顕微鏡には、キーエンス社製、マイクロスコープを用い、300倍に拡大して反射光にて強化繊維を観察した。ここでは、上記一方の面のうちの連続した2.0mm2の測定領域を観察した。そして、この測定領域中に存在する、観察像において視認し得る全ての強化繊維(繊維数はm本とする)について、後述する方法で設定した基準線に対する角度θi(i=1〜m)を測定した。配向角度θiは、基準線に対して時計回りの方向の角度を測定し、0°以上180°未満の角度とした。そして、設定された基準線に対する繊維の角度θiから、以下の式(2)を用いて厚み方向の繊維配向パラメーターを算出した。
fp=2×Σ(cos2θi/m)−1 式(2)
そして、反対面についても同様に測定し、一方の面と反対面の平均値を求めて、これを平面方向の繊維配向パラメーター(fp)とした。なお、一方の面の測定領域と反対面の測定領域は、平面視において重なる領域とした。また、一方の面および反対面のいずれの観察においても、一方の面および反対面のそれぞれから深さ10μm以上の部分に焦点を合わせて観察を行った。
<Measurement of fiber orientation parameter (fp value) of reinforcing fiber in the plane direction>
The sheets for fiber-reinforced plastic molded bodies obtained in Examples and Comparative Examples were cut out so as to have a width of 3 cm and a length of 3 cm, and the test piece was sandwiched with a slide glass, and one surface of the test piece was observed with an optical microscope. I observed. A microscope manufactured by Keyence Corp. was used as an optical microscope, and the reinforcing fibers were observed with reflected light after being magnified 300 times. Here, a continuous measurement area of 2.0 mm 2 on the one surface was observed. The angle θi (i=1 to m) with respect to the reference line set by the method described below is set for all the reinforcing fibers (the number of fibers is m) that are visible in the observation image and that are present in this measurement region. It was measured. The orientation angle θi was an angle of 0° or more and less than 180°, which was measured by measuring the angle in the clockwise direction with respect to the reference line. Then, the fiber orientation parameter in the thickness direction was calculated from the angle θi of the fiber with respect to the set reference line using the following formula (2).
fp=2×Σ(cos 2 θ i /m)−1 Equation (2)
Then, the other surface was also measured in the same manner, the average value of the one surface and the other surface was obtained, and this was used as the fiber orientation parameter (fp) in the plane direction. The measurement area on one surface and the measurement area on the opposite surface were overlapped in a plan view. In addition, in both observations of one surface and the opposite surface, the observation was performed by focusing on a portion having a depth of 10 μm or more from each of the one surface and the opposite surface.
なお、基準線は下記の方法で決定した。基準線を決定する際には、まず仮基準線pを選択し、上記測定領域内に存在する視認し得る全ての強化繊維m本の角度を測定した。この場合、仮基準線pと各繊維の角度は、α(p)i(i=1〜m)で表した。
仮基準線pとした際の繊維配向パラメーター(fp(p))は、下記式を用いて算出した。
fp(p)=2×Σ(cos2α(p)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
次に、仮基準線pを±1°ずつ、±90°となるまで回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))をとり、仮基準線p+zと仮基準線p-zと繊維m本の角度を算出した。この場合の角度は、α(p+z)iと、α(p-z)i(i=1〜m)で表した。
回転させた仮基準線(p+z、p-z(z=1〜90))と強化繊維の繊維配向パラメーター(fp(p±z))は、下記式を用いて算出した。
fp(p±z)=2×Σ(cos2α(p±z)i/m)−1
(i=1、2、3、・・・、m)
このようにして、得られたfp(p)値及びfp(p±z)値の絶対値うち最大値が得られた場合に設定した仮基準線を基準線とした。
The reference line was determined by the following method. When determining the reference line, first, the provisional reference line p was selected, and the angles of all m visible reinforcing fibers present in the measurement region were measured. In this case, the angle between the temporary reference line p and each fiber is represented by α(p) i (i=1 to m).
The fiber orientation parameter (fp(p)) with the provisional reference line p was calculated using the following formula.
fp(p)=2×Σ(cos 2 α(p) i /m)−1
(I=1, 2, 3,..., m)
Next, the provisional reference line p (p +z , p -z (z = 1 to 90)) obtained by rotating the provisional reference line p by ±1° until it becomes ±90° is taken, and the provisional reference line p +z is obtained. Then, the angle between the provisional reference line p −z and m fibers was calculated. The angle in this case is represented by α(p +z ) i and α(p −z ) i (i=1 to m).
The rotated provisional reference line (p +z , p- z (z=1 to 90)) and the fiber orientation parameter (fp(p± z )) of the reinforcing fiber were calculated using the following formulas.
fp(p± z )=2×Σ(cos 2 α(p± z ) i /m)−1
(I=1, 2, 3,..., m)
In this way, the provisional reference line set when the maximum value of the absolute values of the obtained fp(p) value and fp(p± z ) value was obtained was used as the reference line.
<曲げ強度の測定>
実施例及び比較例で得られた曲げ強度測定用繊維強化プラスチック成形体を、JIS K 7074 炭素繊維強化 プラスチックの曲げ試験方法に従って、繊維の配向方向(マシンディレクション、以下MDとする)及び繊維の配向と直角方向(クロスディレクション、以下CDとする)について測定し、強度及びMD方向とCD方向の強度比を表1に示した。
曲げ強度の相乗平均値=√(FMD×FCD)
ここで、FMDはMD方向の曲げ強度を表し、FCDはCD方向の曲げ強度を表す。
<Measurement of bending strength>
The fiber reinforced plastic moldings for flexural strength measurement obtained in Examples and Comparative Examples were subjected to a fiber orientation direction (machine direction, hereinafter referred to as MD) and a fiber orientation according to the JIS K 7074 carbon fiber reinforced plastic bending test method. Was measured in a direction perpendicular to (cross direction, hereinafter referred to as CD), and the strength and the strength ratio between the MD direction and the CD direction are shown in Table 1.
Geometric mean value of bending strength=√(FMD×FCD)
Here, FMD represents bending strength in the MD direction, and FCD represents bending strength in the CD direction.
表1に示されているように、厚さ方向のfp値の絶対値が0.5以上であり、平面方向のfp値の絶対値が0.25以上の繊維強化プラスチック成形体用シートから形成される繊維強化プラスチック成形体においては、曲げ強度相乗平均値が高いことがわかる。また、このような繊維強化プラスチック成形体においては、平面方向のいずれか一方の方向の曲げ強度が高められている。 As shown in Table 1, formed from a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body having an absolute fp value in the thickness direction of 0.5 or more and an absolute fp value in the plane direction of 0.25 or more. It can be seen that the fiber-reinforced plastic molded product produced has a high bending strength geometric mean value. Further, in such a fiber-reinforced plastic molded body, the bending strength in one of the plane directions is increased.
また、実施例1〜4を比較すると、傾斜ワイヤー部分における脱水は、ワイヤーの前半部分の脱水量を増やすことによって、厚さ方向のfp値をより好ましい範囲に調整することができることがわかる。これは、インレットにおける液面からワイヤーまでの距離が長い部分はスラリーの流速が遅いため乱流になりにくいため、この付近でウエットウエブの形成をすることにより繊維がシートの厚さ方向の制御がしやすくなるためと考えられる。なお、図2では、サクションボックス101が液面からワイヤーまでの距離が最も長くなる。
また、実施例1〜6を見ると、インレットの分散媒の粘度を高くすることでfp値をより好ましい範囲にすることができるが、ワイヤーの通気度を低くすることで、インレット内の分散媒の粘度が低くても、fp値をより好ましい範囲にできることがわかる。このことは、通気度が低いワイヤーを使用することで抄造時の粘剤の添加量を減少させ得ることを意味する。これにより、製造コストを低減させたり、粘剤に起因する抄紙用具の汚染を減少させることができる。
Further, comparing Examples 1 to 4, it can be seen that dehydration in the inclined wire portion can adjust the fp value in the thickness direction to a more preferable range by increasing the dehydration amount in the first half portion of the wire. This is because the portion where the distance from the liquid surface to the wire in the inlet is long does not easily become a turbulent flow because the flow velocity of the slurry is slow.By forming a wet web near this, the fibers can be controlled in the thickness direction of the sheet. It is thought to be easier to do. In FIG. 2, the suction box 101 has the longest distance from the liquid surface to the wire.
Further, looking at Examples 1 to 6, although the fp value can be set in a more preferable range by increasing the viscosity of the dispersion medium in the inlet, the dispersion medium in the inlet can be reduced by decreasing the air permeability of the wire. It can be seen that the fp value can be set in a more preferable range even if the viscosity is low. This means that the amount of the sticky agent added during papermaking can be reduced by using a wire having a low air permeability. As a result, the manufacturing cost can be reduced and the contamination of the papermaking tool due to the sticky agent can be reduced.
5 繊維強化プラスチック成形体用シート
20 強化繊維
25 熱可塑性樹脂
40 包埋用エポキシ樹脂
45 断面観察用試験片
100 傾斜型抄紙機
101 第1のサクションボックス
102 第2のサクションボックス
103 第3のサクションボックス
104 第4のサクションボックス
110 インレット
120 傾斜ワイヤー
P 基準線
P' 基準線と平行な線(補助線)
Q 基準線に対する強化繊維の角度を表す線
R 基準線に対する強化繊維の角度を表す線
5 Sheet for Fiber Reinforced Plastic Molded Body 20 Reinforced Fiber 25 Thermoplastic Resin 40 Embedding Epoxy Resin 45 Cross Section Observation Test Piece 100 Inclined Paper Machine 101 First Suction Box 102 Second Suction Box 103 Third Suction Box 104 fourth suction box 110 inlet 120 inclined wire P reference line P'line parallel to reference line (auxiliary line)
Q Line showing the angle of the reinforcing fiber with respect to the reference line R Line showing the angle of the reinforcing fiber with respect to the reference line
Claims (5)
前記湿式抄紙する工程は、傾斜型抄紙機を用いて抄紙する工程であり、
前記傾斜型抄紙機のワイヤーは、ジェットワイヤー比が0.98以下となるように走行し、
前記傾斜型抄紙機の傾斜ワイヤーの下方に、第1のサクションボックス、第2のサクションボックス、第3のサクションボックス及び第4のサクションボックスを備え、前記第1のサクションボックスの脱水量が、全てのサクションボックスにおける脱水量を100とした場合、35〜65である、繊維強化プラスチック成形体用シートの製造方法。 Reinforcement fiber, a slurry mixed thermoplastic resin fiber, including a step of wet papermaking,
The wet paper making step is a step of making paper using an inclined paper machine,
The wire of the inclined paper machine runs so that the jet wire ratio is 0.98 or less ,
Below the inclined wire of the inclined paper machine, a first suction box, a second suction box, a third suction box and a fourth suction box are provided, and the dehydration amount of the first suction box is all The method for producing a sheet for a fiber-reinforced plastic molded body, which is 35 to 65 when the dehydration amount in the suction box is 100 .
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