JP7729093B2 - Manufacturing method of molded body - Google Patents
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Description
本発明は、成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a molded body.
従来、抄造体から得られる成形体は、使用する強化繊維や樹脂の種類を選択することにより所望の特性を付与でき、設計の自由度が高いことから、種々の物品に用いられている。なかでも、強化繊維を用いた抄造体およびこれから得られる成形体は、強化繊維による機械的強度が効果的に発揮されるため、軽量で高い機械的強度が得られる材料として注目されている。 Conventionally, molded articles obtained from paper products can be given desired properties by selecting the type of reinforcing fiber and resin used, allowing for a high degree of design freedom, and have been used in a variety of products. In particular, paper products using reinforcing fibers and molded articles obtained from them have attracted attention as lightweight materials with high mechanical strength, as the mechanical strength provided by the reinforcing fibers can be effectively utilized.
特許文献1には、特殊な装置を用い、粘性を有する分散液中にマトリックス樹脂と、強化繊維を分散させた後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、繊維強化プラスチック成形体用基材を得る方法が開示されている。また、特許文献1によれば、分散液の粘性が大きいほど、強化繊維の分散性に優れ、強化繊維の切れや折れが少なくなることが開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for obtaining a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body by dispersing a matrix resin and reinforcing fibers in a viscous dispersion liquid using a special device, and then removing the dispersion medium using a papermaking method. Patent Document 1 also discloses that the greater the viscosity of the dispersion liquid, the better the dispersibility of the reinforcing fibers and the less likely the reinforcing fibers are to break or break.
しかしながら、特許文献1等の従来技術においては、抄造法により得られた抄造体はその後、上下方向(厚み方向)から加熱加圧により硬化され、製品化されるものであったため、強化繊維が層状に積層するものであった。そのため、強化繊維が抄造体の面内方向には二次元ランダムに配置しているものの、面外方向に対しては平行に配置することになる。そのため、抄造体をそのまま用いた場合、抄造体の強化繊維の層間が剥離しやすく、層間における(面内方向に対する)機械的強度が十分ではなかった。 However, in prior art such as Patent Document 1, the paper product obtained by the papermaking method is then cured by applying heat and pressure from above and below (thickness direction) to form a finished product, resulting in the reinforcing fibers being layered. As a result, although the reinforcing fibers are arranged two-dimensionally randomly in the in-plane direction of the paper product, they are arranged parallel to the out-of-plane direction. As a result, when the paper product is used as is, the reinforcing fiber layers of the paper product are prone to peeling, and the mechanical strength between the layers (in the in-plane direction) is insufficient.
そこで、本発明者は、強化繊維による高い機械的強度を得つつ、従来の抄造体の強化繊維の層間における機械的強度を向上させるべく、新たに抄造体を用いた成形体を得る観点から鋭意検討を行った。その結果、従来の抄造法で抄造体を得たのちに、抄造体に分散剤を添加して混合することで、抄造体の面内方向で配向した強化繊維をほぐすことができることを知見した。そして、抄造体と分散剤の混合物を用いて成形し、分散剤を除去するとともに、加熱加圧成形して成形体を得ることで、強化繊維が配向することによって生じる強度の低下を抑制できることを見出し、本発明を完成した。 The inventors therefore conducted extensive research into obtaining a new molded article using a paper product, in order to improve the mechanical strength between the reinforcing fiber layers of conventional paper products while still obtaining the high mechanical strength provided by the reinforcing fibers. As a result, they discovered that by adding a dispersant to the paper product after obtaining a paper product using a conventional papermaking method and mixing it, it is possible to loosen the reinforcing fibers oriented in the in-plane direction of the paper product. They then discovered that by molding a mixture of the paper product and dispersant, removing the dispersant, and then molding under heat and pressure to obtain a molded article, it is possible to suppress the decrease in strength caused by the orientation of the reinforcing fibers, and thus completed the present invention.
本発明によれば、
熱硬化性樹脂、強化繊維を分散媒中で分散した後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、抄造体を得る工程と、
前記抄造体と、分散剤とを混合し、抄造混合物を得る工程と、
前記抄造混合物から前記分散剤を除去しつつ、前記抄造混合物を加圧して成形することにより素形体を得る工程と、
前記素形体を加圧および加熱して硬化することにより成形体を得る工程と、
を含む、成形体の製造方法が提供される。
According to the present invention,
a step of dispersing a thermosetting resin and reinforcing fibers in a dispersion medium, and then removing the dispersion medium using a papermaking method to obtain a paper product;
a step of mixing the paper product with a dispersant to obtain a paper-making mixture;
a step of removing the dispersant from the papermaking mixture while pressing and molding the papermaking mixture to obtain a preform;
a step of applying pressure and heat to harden the green body to obtain a molded body;
A method for producing a molded body is provided, comprising:
本発明によれば、強化繊維の配向による強度の低下を抑制し、機械的強度が良好な成形体の製造方法が提供できる。また、本発明によれば、抄造体と分散剤の混合物を用いることで、成形体の形状設計の自由度も向上できる成形体の製造方法が提供できる。 The present invention provides a method for producing a molded article with good mechanical strength, suppressing the reduction in strength due to the orientation of reinforcing fibers. Furthermore, the present invention provides a method for producing a molded article that uses a mixture of a paper product and a dispersant, thereby improving the degree of freedom in designing the shape of the molded article.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in all drawings, similar components will be designated by similar reference numerals, and descriptions will be omitted where appropriate.
<成形体の製造方法>
図1は、本実施形態に係る抄造体の製造方法の一例を示す断面模式図であり、図2は、本実施形態に係る成形体の製造方法の一例を示す断面模式図である。以下、図1,2を用いて、説明する。
<Method of manufacturing molded body>
Fig. 1 is a cross-sectional view showing an example of a method for producing a papermaking article according to the present embodiment, and Fig. 2 is a cross-sectional view showing an example of a method for producing a molded article according to the present embodiment. The following description will be made with reference to Figs. 1 and 2.
本実施形態の成形体41の製造方法は、以下の工程を含む。
[工程1]熱硬化性樹脂A、強化繊維Bを分散媒中で分散した後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、抄造体11を得る工程
[工程2]抄造体11と、分散剤Cとを混合し、抄造混合物21を得る工程
[工程3]抄造混合物21から分散剤Cを除去しつつ、抄造混合物21を加圧して成形することにより素形体31を得る工程
[工程4]素形体31を加圧および加熱して硬化することにより成形体41を得る工程
工程1~4は、この順で行われる。以下、各工程の詳細について説明する。
The method for manufacturing the molded body 41 of this embodiment includes the following steps.
[Step 1] A step of dispersing thermosetting resin A and reinforcing fibers B in a dispersion medium, and then removing the dispersion medium using a papermaking method to obtain paper product 11. [Step 2] A step of mixing paper product 11 with dispersant C to obtain papermaking mixture 21. [Step 3] A step of pressing and molding papermaking mixture 21 while removing dispersant C from papermaking mixture 21 to obtain preform 31. [Step 4] A step of pressing and heating preform 31 to harden it to obtain molded product 41. Steps 1 to 4 are performed in this order. Each step is described in detail below.
[工程1:抄造体を得る工程]
図1は、本実施形態の抄造体11の製造方法を説明する模式断面図である。本実施形態の抄造体11の製造方法は、例えば、以下の工程を有する。
(工程1a)熱硬化性樹脂Aと、強化繊維Bを分散媒中で混合して、スラリーを調製する工程。
(工程1b)底面にメッシュを備える容器に、得られたスラリーを入れ、分散媒を分離する工程。
(工程1c)メッシュ上に残った凝集物を脱水プレスする工程。
(工程1d)乾燥させる工程。
以下、各工程について詳述する。
[Step 1: Step of obtaining a paper product]
1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a paper article 11 according to this embodiment. The method for manufacturing a paper article 11 according to this embodiment includes, for example, the following steps.
(Step 1a) A step of mixing a thermosetting resin A and reinforcing fibers B in a dispersion medium to prepare a slurry.
(Step 1b) A step of placing the obtained slurry in a container with a mesh on the bottom surface and separating the dispersion medium.
(Step 1c) A step of dehydrating and pressing the agglomerates remaining on the mesh.
(Step 1d) Drying.
Each step will be described in detail below.
(工程1a)
スラリーの調製は、図1(a)に示すように、熱硬化性樹脂Aと、強化繊維Bとを分散媒中で混合、撹拌することにより行われる。上記分散媒中での混合方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、攪拌機を備える容器中で撹拌する方法を用いることができる。
(Step 1a)
The slurry is prepared by mixing and stirring a thermosetting resin A and a reinforcing fiber B in a dispersion medium, as shown in Fig. 1(a). A known method can be used as the mixing method in the dispersion medium, and for example, a method of stirring in a container equipped with a stirrer can be used.
分散媒としては限定されず、具体的には、水;エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、2-ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類;テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラールなどのエーテル類などが挙げられる。分散媒としては、上記具体例のうち、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、入手が容易であり、環境負荷が低く、安全性が高いことから、水を用いることが好ましい。 The dispersion medium is not limited, and specific examples include water; alcohols such as ethanol, 1-propanol, 1-butanol, and ethylene glycol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, 2-heptanone, and cyclohexanone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, methyl acetoacetate, and methyl acetoacetate; and ethers such as tetrahydrofuran, isopropyl ether, dioxane, and furfural. One or a combination of two or more of the above specific examples can be used as the dispersion medium. Among these, water is preferred because it is easily available, has a low environmental impact, and is highly safe.
以下、スラリーに含まれる各種成分について説明する。 The various components contained in the slurry are explained below.
・熱硬化性樹脂A
熱硬化性樹脂Aとしては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、及びポリウレタンの中から選択される一種又は二種以上が挙げられる。なかでも、高い機械的強度を得る観点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂を含むことが好ましく、フェノール樹脂を含むことがより好ましい。
・Thermosetting resin A
The thermosetting resin A may be one or more selected from phenolic resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, and polyurethanes. Among these, from the viewpoint of obtaining high mechanical strength, it is preferable to include phenolic resins and epoxy resins, and it is more preferable to include phenolic resins.
熱硬化性樹脂Aの配合量は、抄造体11全体に対して、好ましくは5体積%以上であり、より好ましくは20体積%以上であり、さらに好ましくは30体積%以上である。これにより、加工性を向上しやすくなる。
一方で、熱硬化性樹脂Aの配合量は、抄造体11全体に対して、好ましくは90体積%以下であり、より好ましくは70体積%以下であり、さらに好ましくは60体積%以下である。これにより、抄造体11の強化繊維Bによる機械的強度をより効果的に向上させることが可能となる。
The amount of thermosetting resin A to be blended is preferably 5% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and even more preferably 30% by volume or more, based on the total volume of the paper product 11. This makes it easier to improve processability.
On the other hand, the blending amount of the thermosetting resin A is preferably 90% by volume or less, more preferably 70% by volume or less, and even more preferably 60% by volume or less, based on the entire paper article 11. This makes it possible to more effectively improve the mechanical strength of the paper article 11 due to the reinforcing fibers B.
・強化繊維B
本実施形態で用いられる強化繊維Bとしては、金属繊維、木材繊維、木綿、麻、羊毛などの天然繊維;レーヨン繊維などの再生繊維;セルロース繊維などの半合成繊維;ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、エチレンビニルアルコール繊維などの合成繊維;炭素繊維;ガラス繊維、セラミック繊維などの無機繊維などが挙げられるがこれらに限定されない。強化繊維Bは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
なかでも、高い機械的強度を得る観点から、炭素繊維、及び無機繊維が好ましい。
・Reinforced fiber B
Examples of the reinforcing fiber B used in this embodiment include natural fibers such as metal fibers, wood fibers, cotton, hemp, and wool; regenerated fibers such as rayon fibers; semi-synthetic fibers such as cellulose fibers; synthetic fibers such as polyamide fibers, aramid fibers, polyimide fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyparaphenylene benzoxazole fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, polyacrylonitrile fibers, and ethylene vinyl alcohol fibers; carbon fibers; inorganic fibers such as glass fibers and ceramic fibers, but are not limited to these. The reinforcing fiber B may be used alone or in combination of two or more.
Among these, carbon fibers and inorganic fibers are preferred from the viewpoint of obtaining high mechanical strength.
強化繊維Bの繊維長さは、要求される特性に応じて使い分けることが望ましく、例えば、500μm以上10mm以下であることが好ましい。繊維長さを上記下限値以上とすることで、機械的強度、剛性などの特性を発現させることができる。一方、繊維長さを上記上限値以下とすることで、良好な成形加工性を確保することができる。 The fiber length of reinforcing fiber B should desirably be selected depending on the required properties, and is preferably between 500 μm and 10 mm, for example. By setting the fiber length to the above lower limit or greater, properties such as mechanical strength and rigidity can be exhibited. On the other hand, by setting the fiber length to the above upper limit or less, good molding processability can be ensured.
強化繊維Bの径は、1μm以上100μm以下であることが好ましく、5μm以上80μm以下であることがより好ましい。
強化繊維Bの径を上記下限値以上とすることで、成形体41の機械的強度を確保することができ、上記上限値以下とすることで、成形加工性を確保することができる。
The diameter of the reinforcing fibers B is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 80 μm or less.
By setting the diameter of the reinforcing fiber B to be equal to or greater than the above lower limit, the mechanical strength of the molded body 41 can be ensured, and by setting it to be equal to or less than the above upper limit, molding processability can be ensured.
強化繊維Bの繊維長さ及び径は、例えば、得られた抄造体11または成形体41を電子顕微鏡で観察することにより、確認することができる。さらに、平均繊維長さ、平均径は、得られた抄造体11または成形体41の表面から観察される強化繊維Bを合計で100本選び、その平均値を算出することで、求めることができる。 The fiber length and diameter of reinforcing fiber B can be confirmed, for example, by observing the obtained paper product 11 or molded body 41 with an electron microscope. Furthermore, the average fiber length and average diameter can be determined by selecting a total of 100 reinforcing fibers B observed from the surface of the obtained paper product 11 or molded body 41 and calculating their average values.
強化繊維Bの配合量は、抄造体11に対して30~60体積%であることが好ましく、40~50体積%であることがより好ましい。
強化繊維Bの配合量を上記下限値以上とすることにより、機械的強度を向上できる。一方、強化繊維Bの配合量を上記上限値以下とすることにより、強化繊維Bの良好で均一な分散性を保持し、抄造体11および成形体41の機械的強度のバラツキを抑制できる。
The blending amount of the reinforcing fibers B is preferably 30 to 60% by volume, more preferably 40 to 50% by volume, of the paper product 11.
By setting the blending amount of reinforcing fiber B to the above lower limit or more, the mechanical strength can be improved. On the other hand, by setting the blending amount of reinforcing fiber B to the above upper limit or less, the good and uniform dispersion of reinforcing fiber B can be maintained, and the variation in the mechanical strength of the papermaking product 11 and the molded product 41 can be suppressed.
・パルプ繊維
抄造体11およびスラリーは、パルプ繊維を含んでもよい。これにより、熱硬化性樹脂Aの凝集をより効果的に発生させることができる。
パルプ繊維とは、有機繊維をフィブリル化したものをいう。
有機繊維とは、天然繊維、合成繊維のうち、有機物質を主成分とする繊維の総称である。パルプ繊維としては、具体的には、リンターパルプや木材パルプ等のセルロース繊維、ケナフ、ジュート、竹などの天然繊維;パラ型全芳香族ポリアミド繊維やその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維やその共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維などの合成繊維をフィブリル化したパルプ状繊維が挙げられる。パルプ繊維は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Pulp Fibers The paper product 11 and the slurry may contain pulp fibers, which can cause the thermosetting resin A to aggregate more effectively.
Pulp fibers refer to fibrillated organic fibers.
Organic fibers are a general term for fibers, both natural and synthetic, that contain organic substances as their main component. Specific examples of pulp fibers include cellulose fibers such as linter pulp and wood pulp, natural fibers such as kenaf, jute, and bamboo, and pulp-like fibers obtained by fibrillating synthetic fibers such as para-type wholly aromatic polyamide fibers and copolymers thereof, aromatic polyester fibers, polybenzazole fibers, meta-type aramid fibers and copolymers thereof, acrylic fibers, acrylonitrile fibers, polyimide fibers, and polyamide fibers. Pulp fibers may be used singly or in combination of two or more.
パルプ繊維の含有量は、抄造体11全体に対して0.5体積%以上であることが好ましく、1.5体積%以上であることがより好ましく、3体積%以上であることがさらに好ましい。これにより、製造工程中における熱硬化性樹脂Aの凝集をより効果的に発生させて、さらに安定的な成形体41の製造を実現することができる。
一方、パルプの含有量は、抄造体11全体に対して、15体積%以下であることが好ましく、10体積%以下であることがより好ましく、6体積%以下であることがさらに好ましい。これにより、成形体41の機械的特性や熱的特性をより効果的に向上させることが可能となる。
The pulp fiber content is preferably 0.5% by volume or more, more preferably 1.5% by volume or more, and even more preferably 3% by volume or more, of the entire paper product 11. This allows for more effective aggregation of the thermosetting resin A during the manufacturing process, thereby enabling the manufacture of a more stable molded product 41.
On the other hand, the pulp content is preferably 15% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, and even more preferably 6% by volume or less, based on the entire paper product 11. This makes it possible to more effectively improve the mechanical and thermal properties of the molded body 41.
・凝集剤
抄造体11およびスラリーは、凝集剤を含んでもよい。凝集剤は、後述する抄造法を用いた抄造体11の製造方法において、熱硬化性樹脂A、強化繊維Bをフロック状に凝集させる機能を有する。このため、より安定的な抄造体11および成形体41の製造を実現することができる。
The paper product 11 and the slurry may contain a flocculant. The flocculant functions to aggregate the thermosetting resin A and the reinforcing fibers B into flocks in the papermaking method for producing the paper product 11, which will be described later. This allows for more stable production of the paper product 11 and the molded body 41.
上記の凝集剤は、例えば、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、及び両性高分子凝集剤から選択される一種又は二種以上を含むことができる。このような凝集剤の例示としては、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイドなどを挙げることができる。また、凝集剤において、そのポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基などの官能基量などは、必要特性に応じて特に制限無く調整することが可能である。 The flocculant may include, for example, one or more selected from cationic polymer flocculants, anionic polymer flocculants, nonionic polymer flocculants, and amphoteric polymer flocculants. Examples of such flocculants include cationic polyacrylamide, anionic polyacrylamide, Hoffmann polyacrylamide, Mannic polyacrylamide, amphoteric copolymer polyacrylamide, cationic starch, amphoteric starch, and polyethylene oxide. Furthermore, the polymer structure, molecular weight, and amount of functional groups such as hydroxyl groups and ionic groups of the flocculant can be adjusted without particular restrictions depending on the required properties.
・ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョン
抄造体11およびスラリーは、さらに、ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョンを含むでもよい。なお、ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョンは、熱硬化性樹脂A、強化繊維B、および任意の各種成分を分散媒中で混合し、撹拌した後に添加してもよいし、上記成分と同時に混合してもよい。各種成分をより高度に分散させるために、ポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョンは、上記各成分を分散媒中で混合し撹拌した後に加えるのが好ましい。
Poly(meth)acrylic acid ester emulsion The paper product 11 and the slurry may further contain a poly(meth)acrylic acid ester emulsion. The poly(meth)acrylic acid ester emulsion may be added after mixing and stirring the thermosetting resin A, reinforcing fiber B, and any other components in a dispersion medium, or may be mixed simultaneously with the above components. To more thoroughly disperse the various components, the poly(meth)acrylic acid ester emulsion is preferably added after mixing and stirring the above components in a dispersion medium.
・その他
本実施形態において、抄造体11およびスラリーは、例えば、特性向上を目的とした酸化防止剤や紫外線吸収剤などの安定剤、離型剤、可塑剤、難燃剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤などの紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、消泡剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤などのサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミなどの凝結剤などの添加剤から選択される一種又は二種以上を、生産条件調整や、要求される物性を発現させることを目的として含むことができる。
Other In this embodiment, the paper product 11 and the slurry may contain one or more additives selected from the group consisting of stabilizers such as antioxidants and ultraviolet absorbers for improving properties, release agents, plasticizers, flame retardants, resin curing catalysts and curing accelerators, pigments, paper strength improvers such as dry strength improvers and wet strength improvers, retention improvers, drainage improvers, size fixing agents, defoaming agents, sizing agents such as rosin-based sizing agents for acidic papermaking, rosin-based sizing agents for neutral papermaking, alkyl ketene dimer-based sizing agents, alkenyl succinic anhydride-based sizing agents, and specially modified rosin-based sizing agents, and coagulants such as aluminum sulfate, aluminum chloride, and polyaluminum chloride, for the purpose of adjusting production conditions or achieving required physical properties.
これら各種成分はいずれも公知の方法でスラリーの中に溶解または分散させて用いられる。 All of these components are dissolved or dispersed in the slurry using known methods.
(工程1b)
本実施形態では、図1(b)に示すように、底面にメッシュ60を備える容器に、得られたスラリーを入れることにより、分散媒を分離する。その結果、図1(c)に示すようにメッシュ60上に、スラリー中に含まれていた凝集物がシート状に残存する。
(Step 1b)
In this embodiment, as shown in Fig. 1(b), the dispersion medium is separated by placing the obtained slurry in a container having a mesh 60 on the bottom surface. As a result, the aggregates contained in the slurry remain in a sheet shape on the mesh 60 as shown in Fig. 1(c).
ここで、強化繊維Bは、ある程度長さを有するため、互いに絡まり合った状態で層状に重なるようにして、メッシュ60の面上に、堆積する。 Here, since the reinforcing fibers B have a certain length, they are deposited on the surface of the mesh 60 in a layered, entangled state.
シート状の抄造体11の厚みは、材料スラリー中の各種成分の量を調整したり、再度スラリーを作製して分離する工程を繰り返すことによって調整することができる。 The thickness of the sheet-like paper product 11 can be adjusted by adjusting the amount of various components in the material slurry or by repeating the process of preparing the slurry again and separating it.
また、メッシュ60の形状を適宜選択することによって、のちに得られるシート状の抄造体11の形状を調整することが可能である。 In addition, by appropriately selecting the shape of the mesh 60, it is possible to adjust the shape of the sheet-like paper product 11 that will be obtained later.
(工程1c)
次いで、メッシュ60上に残った凝集物を脱水プレスすることで、シート状の抄造体11を得る(図1(c))。脱水プレスの条件は、例えば、温度20℃以上30℃以下で、圧力1kgf/cm2以上50kgf/cm2以下とすることができる。
ここで、脱水プレスは、例えば、シート状の抄造体11の脱水率が20%以下となるように行われることが好ましい。なお、本実施形態にかかる脱水率とは、脱水処理する前に凝集物に含まれる分散媒の質量を100%としたとき、脱水処理した後の凝集物に含まれる分散媒の質量を示す。
(Step 1c)
Next, the aggregate remaining on the mesh 60 is dehydration-pressed to obtain a sheet-like paper product 11 (FIG. 1(c)). The dehydration-pressing conditions can be, for example, a temperature of 20° C. to 30° C. and a pressure of 1 kgf/cm 2 to 50 kgf/cm 2 .
Here, the dehydration press is preferably carried out so that the dehydration rate of the sheet-like paper product 11 is 20% or less. Note that the dehydration rate in this embodiment refers to the mass of the dispersion medium contained in the aggregate after the dehydration treatment, when the mass of the dispersion medium contained in the aggregate before the dehydration treatment is taken as 100%.
(工程1d)
乾燥工程では、図2(d)に示すように、オーブン70内で凝集物を熱処理する。これにより、シート状の抄造体11から分散媒をさらに取り除く。なお、乾燥する方法としては、限定されず、オーブン70以外の方法を用いてもよい。
(Step 1d)
In the drying step, the aggregate is heat-treated in an oven 70 as shown in Fig. 2(d), thereby further removing the dispersion medium from the sheet-like paper product 11. The drying method is not limited, and a method other than the oven 70 may be used.
乾燥する温度は、熱硬化性樹脂Aの融点以上反応温度以下とすることができる。なお、反応温度とは、示差走査熱量(DSC:Differential scanning calorimetry)測定における昇温過程において、算出される反応率が0%を最初に越える温度である。ここで、反応率とは、次のように求められる。まず、硬化反応を行っていない抄造体について、DSC測定により温度プロファイルを測定する。これにより得られる硬化反応の温度プロファイルから算出される、硬化反応の発熱ピークの単位質量あたりに換算した発熱量をx[mJ/mg]とする。次いで、反応率を算出する抄造体についても、同様に、硬化反応の発熱ピークの単位質量あたりに換算した発熱量y[mJ/mg]を算出する。上記x及びyを用いて、以下の式より、反応率が求められる。
(式) (反応率)=y/x×100[%]
The drying temperature can be set to be equal to or higher than the melting point of the thermosetting resin A and equal to or lower than the reaction temperature. The reaction temperature is the temperature at which the calculated reaction rate first exceeds 0% during the temperature rise process in differential scanning calorimetry (DSC) measurement. Here, the reaction rate is calculated as follows: First, a temperature profile is measured by DSC measurement for a paper product that has not undergone a curing reaction. The calorific value calculated from the temperature profile of the curing reaction obtained thereby, converted to the exothermic peak of the curing reaction per unit mass, is defined as x [mJ/mg]. Next, for the paper product for which the reaction rate is to be calculated, the calorific value y [mJ/mg] converted to the exothermic peak of the curing reaction per unit mass is similarly calculated. Using the above x and y, the reaction rate can be calculated using the following formula:
(Equation) (reaction rate) = y / x × 100 [%]
以上の工程により、Bステージ状態のシート状の抄造体11が得られる。 Through the above process, a sheet-like paper product 11 in a B-stage state is obtained.
[工程2:抄造混合物を得る工程]
次に、図2(a)に示すように、粉砕機等を用いて抄造体11と、分散剤Cとを混合し、抄造混合物21を得る。抄造混合物21とは、分散剤Cが抄造体11と混ぜ合わさることで、抄造体11の形状がなくなった状態のものを意図する。
すなわち、抄造体11では、強化繊維Bは、面内方向において配向し互いに絡み合い、これが層状に重なった状態となっている。そこで、本実施形態においては、分散剤Cが抄造体11と混ぜ合わさることで、かかる強化繊維Bの絡まりをほぐすことができるとともに、強化繊維Bが折れたり曲がったりすることなく抄造混合物21中に均一に分散させることができる。その結果、強化繊維Bが層状に配向することによる機械的強度の低下を抑制できる。そして、成形体41においては、機械的強度の配向が低減されるため、成形体41の設計の自由度を高めることができる。
さらに、強化繊維Bは繊維状であるため熱硬化性樹脂A中に分散させにくいため、従来その使用量が制限される傾向にあるが、本実施形態においては、抄造法を用いるため、多量の分散媒によって強化繊維Bの使用量が高くてもこれを熱硬化性樹脂A中に分散させることができる。その結果、本実施形態の成形体41においては、より一層強化繊維Bによる高い機械的強度を得ることができる。
[Step 2: Step of obtaining a papermaking mixture]
Next, as shown in Figure 2(a), the paper product 11 and dispersant C are mixed using a grinder or the like to obtain a paper mixture 21. The paper mixture 21 refers to the paper product 11 in a state where the shape of the paper product 11 has been lost due to the dispersant C being mixed with the paper product 11.
That is, in the paper product 11, the reinforcing fibers B are oriented in the in-plane direction and entangled with each other, resulting in a layered state. Therefore, in this embodiment, by mixing the dispersant C with the paper product 11, the entanglement of the reinforcing fibers B can be untangled, and the reinforcing fibers B can be uniformly dispersed in the papermaking mixture 21 without breaking or bending. As a result, a decrease in mechanical strength due to the layered orientation of the reinforcing fibers B can be suppressed. Furthermore, in the molded product 41, the orientation of mechanical strength is reduced, thereby increasing the degree of freedom in designing the molded product 41.
Furthermore, since the reinforcing fibers B are fibrous and difficult to disperse in the thermosetting resin A, the amount of reinforcing fibers B used has traditionally tended to be limited, but in this embodiment, a papermaking method is used, and a large amount of dispersion medium is used, so even if a large amount of reinforcing fibers B is used, they can be dispersed in the thermosetting resin A. As a result, in the molded body 41 of this embodiment, even higher mechanical strength can be obtained due to the reinforcing fibers B.
混合条件は、強化繊維Bの配合量や長さ等に応じて適宜調整されるが、1,000~30,000rpmで、10秒~5分間混合することが好ましく、1,200~20,000rpmとすることがより好ましい。また、分散剤Cの適度な流動性を得る観点から、混合時の温度は10~30℃とすることが好ましく、室温としてもよい。これにより、強化繊維Bが折れたり曲がったりすることなく、強化繊維Bの絡まりをほぐし良好に分散させることができる。 Mixing conditions are adjusted appropriately depending on the amount and length of reinforcing fiber B, but mixing at 1,000 to 30,000 rpm for 10 seconds to 5 minutes is preferred, with 1,200 to 20,000 rpm being more preferred. Furthermore, to ensure adequate fluidity of dispersant C, the temperature during mixing is preferably 10 to 30°C, although room temperature is also acceptable. This allows the reinforcing fiber B to be untangled and well dispersed without breaking or bending.
抄造体11に対する分散剤Cの配合量は、30~95質量%であることが好ましく、40~90質量%であることがより好ましい。
抄造体11に対する分散剤Cの配合量を上記下限値以上とすることにより、強化繊維Bを分散させ強化繊維Bによる機械的強度を高めやすくできる。一方、抄造体11に対する分散剤Cの配合量を上記上限値以下とすることにより、後述の素形体31の製造工程において、分散剤Cを除去しやすくし、製造効率を高めることができる。
The blending amount of the dispersant C with respect to the paper article 11 is preferably 30 to 95 mass %, and more preferably 40 to 90 mass %.
By setting the amount of dispersant C to be blended with the paper product 11 to be equal to or greater than the above-mentioned lower limit, it becomes easier to disperse the reinforcing fibers B and increase the mechanical strength of the reinforcing fibers B. On the other hand, by setting the amount of dispersant C to be blended with the paper product 11 to be equal to or less than the above-mentioned upper limit, it becomes easier to remove the dispersant C in the manufacturing process of the preform 31 described below, and manufacturing efficiency can be improved.
抄造混合物21の粘度(20℃)は、6000~12000mPa・sであることが好ましく、8000~10000mPa・sであることがより好ましい。
抄造混合物21の粘度(20℃)を上記下限値以上とすることにより、強化繊維Bを分散させやすくなる。その結果、成形体41において強化繊維Bによる機械的強度を高めやすくできる。一方、抄抄造混合物21の粘度(20℃)を上記上限値以下とすることにより、作業性を良好にし、後述の素形体31の製造工程において、分散剤Cを除去しやすくできる。
The viscosity (20° C.) of the papermaking mixture 21 is preferably 6,000 to 12,000 mPa·s, and more preferably 8,000 to 10,000 mPa·s.
By setting the viscosity (20°C) of the papermaking mixture 21 to be equal to or greater than the above-mentioned lower limit, it becomes easier to disperse the reinforcing fibers B. As a result, it becomes easier to increase the mechanical strength of the reinforcing fibers B in the molded body 41. On the other hand, by setting the viscosity (20°C) of the papermaking mixture 21 to be equal to or less than the above-mentioned upper limit, workability is improved and the dispersant C can be easily removed in the manufacturing process of the preform 31 described below.
抄造混合物21の粘度(20℃)の測定はB型粘度計を用いて行われる。 The viscosity (20°C) of the papermaking mixture 21 is measured using a Brookfield viscometer.
分散剤Cは、強化繊維Bの絡まりをほぐし、分散させるものである。また、抄造混合物21に粘性を付与できるものである。
分散剤Cは、ポリアクリルアミド、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリル酸及びその塩、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、プロピレングリコール、アルギン酸及びその塩からなる群から選択される1種または2種以上を含むことが好ましく、なかでも、ポリアクリルアミド、ポリアルキレンオキシドであることが好ましい。
The dispersant C disentangles and disperses the reinforcing fibers B. It also imparts viscosity to the papermaking mixture 21.
Dispersant C preferably contains one or more selected from the group consisting of polyacrylamide, polyalkylene oxide, polyacrylic acid and its salts, cellulose derivatives, polyvinyl alcohol, propylene glycol, alginic acid and its salts, and among these, polyacrylamide and polyalkylene oxide are preferred.
上記のポリアルキレンオキシドのアルキレンオキシド単位としては、炭素数2~4のアルキレンオキシドであることが好ましく、炭素数2のエチレンオキシド、炭素数3のプロピレンオキシドであることがより好ましく、エチレンオキシドであることがさらに好ましい。 The alkylene oxide unit of the above polyalkylene oxide is preferably an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms, more preferably ethylene oxide having 2 carbon atoms or propylene oxide having 3 carbon atoms, and even more preferably ethylene oxide.
分散剤Cの重量平均分子量は、分散性を高め、粘性を付与する点から、好ましくは400万~1500万、さらに好ましくは800万~1000万である。 The weight-average molecular weight of dispersant C is preferably 4 million to 15 million, and more preferably 8 million to 10 million, in order to improve dispersibility and impart viscosity.
[工程3:素形体を得る工程]
次に、抄造混合物21から分散剤Cを除去しつつ、抄造混合物21を加圧して成形することにより素形体31を得る。また、素形体31はBステージ状態が保持されている。
まず、図2(b)に示すように工程2で得られた抄造混合物21を所定の下金型50の内部に注入する。本実施形態において抄造混合物21は、流動性を有し、ジェル状であるため、下金型50内にシリンダーなどを用いて注入することができる。
また、金型としては公知のものを用いることができるが、後の工程で、分散剤Cを除去するため、下金型50の底部は貫通孔が設けられていてもよい。
[Step 3: Step of obtaining a base product]
Next, while removing the dispersant C from the papermaking mixture 21, the papermaking mixture 21 is pressed and molded to obtain a preform 31. The preform 31 is maintained in a B-stage state.
First, as shown in Figure 2(b), the papermaking mixture 21 obtained in step 2 is poured into a predetermined lower mold 50. In this embodiment, the papermaking mixture 21 has fluidity and is in a gel state, so it can be poured into the lower mold 50 using a cylinder or the like.
Furthermore, a known mold can be used, but the bottom of the lower mold 50 may be provided with a through-hole so that the dispersant C can be removed in a later step.
次に、図2(c)に示すように、金型上方から抄造混合物21に対して圧力をかけ、抄造混合物21に含まれる分散剤Cを含む分散媒を絞り出しつつ、予備成形し、素形体31を得る。分散剤Cを除去する方法としては、例えば、図2(c)に示すように、複数の貫通孔を有する下金型50を用い、上金型51を下降させ抄造混合物21を圧迫することにより、貫通孔を介して分散剤Cのみを外に排出する方法が挙げられる。この際、抄造混合物21中の強化繊維Bも分散剤Cとともに排出されないよう、下金型50には、貫通孔を覆うように開口が小さな金網52が配置されていてもよい。
すなわち、抄造混合物21に対して一定方向から圧力をかけ、予備成形する。圧力は0.01~1MPaが好ましく、0.05~0.1MPaがより好ましい。圧力を上記下限値以上とすることにより、分散剤Cを除去しやすくしつつ、適度な固さの素形体31が得られる。一方、圧力を上記上限値以下とすることにより、強化繊維Bが折れたり曲がったりすることを抑制することができる。
Next, as shown in Figure 2(c), pressure is applied to the papermaking mixture 21 from above the mold to squeeze out the dispersion medium containing the dispersant C contained in the papermaking mixture 21, thereby preforming the mixture to obtain a preform 31. One method for removing the dispersant C is to use a lower mold 50 having a plurality of through-holes, as shown in Figure 2(c), and lower an upper mold 51 to compress the papermaking mixture 21, thereby discharging only the dispersant C to the outside through the through-holes. At this time, a wire mesh 52 with small openings may be placed in the lower mold 50 to cover the through-holes, so that the reinforcing fibers B in the papermaking mixture 21 are not also discharged along with the dispersant C.
That is, pressure is applied to the papermaking mixture 21 from a certain direction to preform it. The pressure is preferably 0.01 to 1 MPa, more preferably 0.05 to 0.1 MPa. By applying a pressure equal to or greater than the above-mentioned lower limit, the dispersant C can be easily removed and a preformed body 31 with appropriate hardness can be obtained. On the other hand, by applying a pressure equal to or less than the above-mentioned upper limit, the reinforcing fibers B can be prevented from breaking or bending.
[工程4:成形体を得る工程]
その後、図2(d)に示すように、上金型51を用いて得られた素形体31をさらに加熱加圧して完全硬化させることにより成形体41を得る。
硬化条件は、使用原料等によって適宜決定されるが、熱可塑性樹脂の融点以下であって、熱硬化性樹脂の硬化温度以上に加熱することが好ましい。例えば、フェノール樹脂が用いられている場合、150~200℃とすることが好ましく、160~180℃とすることがより好ましい。また、加圧条件として、圧力は、10~80MPaとすることが好ましく、30~60MPaとすることがより好ましい。また、加圧時間は、1~10分間程度が好ましい。
[Step 4: Step of obtaining a molded body]
Thereafter, as shown in FIG. 2( d ), the obtained preform 31 is further heated and pressurized using an upper mold 51 to completely harden it, thereby obtaining a green body 41 .
The curing conditions are determined appropriately depending on the raw materials used, etc., but it is preferable to heat the resin to a temperature below the melting point of the thermoplastic resin and above the curing temperature of the thermosetting resin. For example, when a phenolic resin is used, the temperature is preferably 150 to 200°C, and more preferably 160 to 180°C. Furthermore, as a pressure condition, the pressure is preferably 10 to 80 MPa, and more preferably 30 to 60 MPa. Furthermore, the pressure application time is preferably about 1 to 10 minutes.
また、素形体31をいったん金型から取り出し、工程3で行った加圧方向とは異なる方向から加圧が行われるように素形体31を回転させて再度金型に戻してから、加熱加圧を行っても完全硬化させて成形体41を得てもよい。これにより、素形体31中で加圧方向にいったん配向した強化繊維Bをランダム化させることができ、成形体41において強化繊維Bの配向による機械的強度の低下を抑制できる。なお、回転の程度は、作業性の観点から工程3の加圧方向、すなわち素形体31が受けた加圧方向に対して90°回転させることが好適である。 Alternatively, the preform 31 may be removed from the mold, rotated so that pressure is applied from a direction different from the pressure applied in step 3, and returned to the mold, after which heating and pressure may be applied or the preform 41 may be completely cured to obtain the molded product 41. This allows the reinforcing fibers B, which were once oriented in the pressure direction in the preform 31, to be randomized, thereby preventing a decrease in mechanical strength in the molded product 41 due to the orientation of the reinforcing fibers B. From the standpoint of workability, it is preferable that the rotation be 90° relative to the pressure direction in step 3, i.e., the direction of pressure applied to the preform 31.
<成形体>
図3は、本実施形態に係る成形体の一例を示す斜視図であり、図3(b)は、図3(a)の側面の拡大図である。図3に示されるように、本実施形態の成形体41は、強化繊維Bが絡まり合いつつも、ランダムに配置されているため、高い機械的強度が得られる。
熱硬化性樹脂の含有量が、成形体41全量に対して、好ましくは20~80体積%である。
本実施形態の成形体41は、軽量かつ高い機械的強度を有するため、建築材料、自動車および航空機等の各種輸送機械、スポーツ用品等の種々の用途に広く利用できる。
<Molded body>
Fig. 3 is a perspective view showing an example of a molded body according to this embodiment, and Fig. 3(b) is an enlarged side view of Fig. 3(a). As shown in Fig. 3, in the molded body 41 of this embodiment, the reinforcing fibers B are entangled but randomly arranged, so that high mechanical strength can be obtained.
The content of the thermosetting resin is preferably 20 to 80% by volume with respect to the total volume of the molded body 41 .
The molded article 41 of this embodiment is lightweight and has high mechanical strength, and therefore can be widely used in a variety of applications, such as construction materials, various transport machines such as automobiles and aircraft, and sporting goods.
本実施形態の成形体41は、機械的強度に優れており、なかでも高い曲げ強度を有する。曲げ強度は、公知の方法で測定することができ、例えば、エー・アンド・デイ社製「テンシロン」、島津製作所製「オートグラフ」等の測定機器を用いて測定できる。 The molded body 41 of this embodiment has excellent mechanical strength, particularly high bending strength. Bending strength can be measured using known methods, such as measuring instruments such as the Tensilon manufactured by A&D Co., Ltd. or the Autograph manufactured by Shimadzu Corporation.
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 熱硬化性樹脂、強化繊維を分散媒中で分散した後、抄造法を用いて前記分散媒を除去して、抄造体を得る工程と、
前記抄造体と、分散剤とを混合し、抄造混合物を得る工程と、
前記抄造混合物から前記分散剤を除去しつつ、前記抄造混合物を加圧して成形することにより素形体を得る工程と、
前記素形体を加圧および加熱して硬化することにより成形体を得る工程と、
を含む、成形体の製造方法。
2. 1.に記載された成形体の製造方法であって、
前記分散剤が、ポリアクリルアミド、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリル酸及びその塩、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、プロピレングリコール、アルギン酸及びその塩からなる群から選択される1種または2種以上を含む、成形体の製造方法。
3. 1.または2.に記載された成形体の製造方法であって、
前記抄造混合物を得る前記工程において、前記抄造体に対する前記分散剤の配合量が30~95質量%である、成形体の製造方法。
4. 1.乃至3.いずれか一つに記載された成形体の製造方法であって、
前記素形体を得る前記工程において、前記抄造混合物を0.1MPa~30MPaで加圧する、成形体の製造方法。
5. 1.乃至4.いずれか一つに記載された成形体の製造方法であって、
前記抄造混合物を得る前記工程で得られた前記抄造混合物の粘度(20℃)は、6000~12000mPa・sである、成形体の製造方法。
6. 1.乃至5.いずれか一つに記載された成形体の製造方法であって、
前記抄造混合物を得る前記工程において、1,000~30,000rpmで、10秒~5分間混合する、成形体の製造方法。
7. 1.乃至6.いずれか一つに記載された成形体の製造方法であって、
前記素形体を得る前記工程において、
前記抄造混合物を金型に投入し、当該金型に設けられた貫通孔から前記分散剤を排出させることで、前記抄造混合物から前記分散剤を除去する、成形体の製造方法。
8. 1.乃至7.いずれか一つに記載された成形体の製造方法であって、
前記強化繊維の含有量が、当該抄造体に対して30~60体積%である、成形体の製造方法。
9. 1.乃至8.いずれか一つに記載の成形体の製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される1種又は2種以上を含む、成形体の製造方法。
10. 1.乃至9.いずれか一つに記載の成形体の製造方法であって、
前記強化繊維が、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、およびエチレンビニルアルコール繊維の中から選ばれる1種または2種以上を含む、成形体の製造方法。
11. 1.乃至10.いずれか一つに記載の成形体の製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂の含有量が、前記成形体全量に対して、20~80体積%である、成形体の製造方法。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope of achieving the object of the present invention are included in the present invention.
Below, examples of reference forms are added.
1. A step of dispersing a thermosetting resin and reinforcing fibers in a dispersion medium, and then removing the dispersion medium using a papermaking method to obtain a paper product;
a step of mixing the paper product with a dispersant to obtain a paper-making mixture;
a step of removing the dispersant from the papermaking mixture while pressing and molding the papermaking mixture to obtain a preform;
a step of applying pressure and heat to harden the green body to obtain a molded body;
A method for producing a molded body, comprising:
2. A method for producing the molded body described in 1.,
A method for producing a molded body, wherein the dispersant comprises one or more selected from the group consisting of polyacrylamide, polyalkylene oxide, polyacrylic acid and its salts, cellulose derivatives, polyvinyl alcohol, propylene glycol, and alginic acid and its salts.
3. A method for producing a molded article according to 1. or 2.,
A method for producing a molded article, wherein in the step of obtaining the papermaking mixture, the blending amount of the dispersant relative to the papermaking article is 30 to 95 mass %.
4. A method for producing a molded body according to any one of 1. to 3.,
In the step of obtaining the preform, the papermaking mixture is pressed at a pressure of 0.1 MPa to 30 MPa.
5. A method for producing a molded body according to any one of 1. to 4.,
The viscosity (20°C) of the papermaking mixture obtained in the step of obtaining the papermaking mixture is 6000 to 12000 mPa·s.
6. A method for producing a molded body according to any one of 1. to 5.,
In the step of obtaining the papermaking mixture, the materials are mixed at 1,000 to 30,000 rpm for 10 seconds to 5 minutes.
7. A method for producing a molded body according to any one of 1. to 6.,
In the step of obtaining the basic form,
The method for producing a molded body includes pouring the papermaking mixture into a mold and discharging the dispersant from the papermaking mixture through through holes formed in the mold.
8. A method for producing a molded body according to any one of 1. to 7.,
The method for producing a molded body, wherein the content of the reinforcing fibers is 30 to 60 volume % of the papermaking body.
9. A method for producing the molded article according to any one of 1. to 8.,
A method for producing a molded article, wherein the thermosetting resin comprises one or more resins selected from the group consisting of phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, polyurethanes, and unsaturated polyester resins.
10. A method for producing the molded article according to any one of 1. to 9.,
The method for producing a molded article, wherein the reinforcing fibers comprise one or more fibers selected from metal fibers, carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, polyamide fibers, aramid fibers, polyimide fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyparaphenylene benzoxazole fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, polyacrylonitrile fibers, and ethylene vinyl alcohol fibers.
11. A method for producing the molded article according to any one of 1. to 10.,
The method for producing a molded body, wherein the content of the thermosetting resin is 20 to 80% by volume based on the total amount of the molded body.
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be explained below using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these.
<実施例1>
[工程1]抄造体の作製
分散媒としての水に、熱硬化性樹脂(レゾール型フェノール樹脂、住友ベークライト株式会社製「スミライトレジンPR-51723」)50重量部、強化繊維(リサイクルカーボン、平均繊維長6mm)40重量部、およびパルプ繊維(アラミド微小繊維、ダイセルファインケム株式会社製「ティアラ KY-400S」平均繊維長500~600μm)10重量部を加え、20分間撹拌して、固形分濃度0.15重量%のスラリーを得た。
得られたスラリーに、あらかじめ調製したポリ(メタ)アクリル酸エステルエマルジョン(ハイモ株式会社製の「ハイモロック DR-9300」)を、スラリー中の固形分に対して300ppmとなるように添加し、スラリー中の固形分を凝集させた。
次いで、凝集物を含むスラリーを、30メッシュの金属網(スクリーン)で濾過し、スクリーン上に残ったシート状の凝集物を、圧力3MPaでプレスして脱水した。脱水した凝集物を、70℃で3時間乾燥させて、シート状の抄造体(サイズ300mm×300mm:厚み5mm)を得た。
Example 1
[Step 1] Preparation of paper product To water as a dispersion medium, 50 parts by weight of a thermosetting resin (resol-type phenolic resin, "Sumilite Resin PR-51723" manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 40 parts by weight of reinforcing fiber (recycled carbon, average fiber length 6 mm), and 10 parts by weight of pulp fiber (aramid microfiber, "Tiara KY-400S" manufactured by Daicel FineChem Co., Ltd., average fiber length 500 to 600 μm) were added, and the mixture was stirred for 20 minutes to obtain a slurry with a solids concentration of 0.15% by weight.
To the resulting slurry, a poly(meth)acrylic acid ester emulsion ("Himoc DR-9300" manufactured by Hymo Co., Ltd.) prepared in advance was added so that the amount was 300 ppm relative to the solid content in the slurry, and the solid content in the slurry was coagulated.
The slurry containing the aggregates was then filtered through a 30-mesh metal screen, and the sheet-like aggregates remaining on the screen were pressed under a pressure of 3 MPa for dehydration. The dehydrated aggregates were then dried at 70°C for 3 hours to obtain a sheet-like papermaking product (size 300 mm x 300 mm, thickness 5 mm).
[工程2]抄造混合物の作製
得られたシート状の抄造体1質量部と、分散剤1(ポリアクリルアミド「製品名パムオール」明成化学社製、重量平均分子量1000万~1500万)99質量部を、以下の条件で混合して、抄造混合物を得た。得られた抄造混合物の粘度(20℃)を測定したところ、約8000mPa・sであった。
・混合条件
粉砕器:Labo Milser LM-PLUS(大阪ケミカル製)
粉砕用カッター:PN-J56
温度:常温
粉砕容器:ミクロン容器PN-J55
粉砕回転数:20,000rpm
粉砕時間:1min
[Step 2] Preparation of papermaking mixture One part by mass of the obtained sheet-like papermaking product and 99 parts by mass of dispersant 1 (polyacrylamide "Product name Pamol" manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd., weight average molecular weight 10 to 15 million) were mixed under the following conditions to obtain a papermaking mixture. The viscosity of the obtained papermaking mixture (20°C) was measured and found to be approximately 8000 mPa s.
Mixing conditions Mill: Labo Mill LM-PLUS (Osaka Chemical)
Crushing cutter: PN-J56
Temperature: Room temperature Grinding container: Micron container PN-J55
Grinding rotation speed: 20,000 rpm
Grinding time: 1 min
[工程3]素形体の作製
得られた抄造混合物を金型内に配置し、冷間加圧予備成形により、分散剤1を下金型の貫通孔から下方に排出して除去しながら、以下の条件で重力方向に加圧して、略直方体の素形体を得た。
・条件
圧力:0.1MPa、時間:1分
[Step 3] Preparation of a preform The obtained papermaking mixture was placed in a mold, and by cold pressure preforming, Dispersant 1 was expelled downward through the through-holes in the lower mold and removed, while pressure was applied in the direction of gravity under the following conditions to obtain a preform having an approximately rectangular parallelepiped shape.
Conditions: Pressure: 0.1 MPa, Time: 1 minute
[工程4]成形体の作製
得られた素形体を金型から取り出し、重力方向に対して90°回転させたのち、再度、金型内に配置し、以下の条件で硬化させた。
・硬化条件
温度:180℃、型締圧:30MPa、時間:10分
[Step 4] Preparation of molded body The obtained green body was removed from the mold, rotated 90° relative to the direction of gravity, and then placed back in the mold and cured under the following conditions.
・Curing conditions Temperature: 180℃, mold clamping pressure: 30MPa, time: 10 minutes
<実施例2>
工程4において、素形体を回転させずに、そのまま硬化させた以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
Example 2
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1, except that in step 4, the green body was cured as it was without being rotated.
<参考例1>
実施例1の工程1で得られた抄造体を用いて、実施例1の工程4と同じ条件で硬化させて成形体を得た。
<Reference example 1>
The papermaking product obtained in step 1 of Example 1 was cured under the same conditions as in step 4 of Example 1 to obtain a molded product.
得られた成形体について、以下の測定、観察を行った。結果を表1に示す。
[測定]
・曲げ強度:成形体の厚み方向(硬化時の加圧方向)に対して直交する方向から、成形体に対して曲げ応力をかけ、測定の結果から換算した。試験機はエー・アンド・デイ社の
テンシロンを用いた。
具体的には、幅b[mm]、厚さh[mm]の試験片を用いて測定した曲げモーメントがM[kg・cm]であったとき、曲げ強度σf[MPa]は、σf=9.8×6×10×M/(bh2)の関係から算出した。
The obtained molded body was subjected to the following measurements and observations, and the results are shown in Table 1.
[measurement]
Bending strength: A bending stress was applied to the molded body in a direction perpendicular to the thickness direction of the molded body (the direction of pressure applied during curing), and the strength was calculated from the measurement results. The testing machine used was a Tensilon manufactured by A&D Corporation.
Specifically, when the bending moment measured using a test piece having a width b [mm] and a thickness h [mm] was M [kg cm], the bending strength σf [MPa] was calculated from the relationship σf = 9.8 × 6 × 10 × M/(bh2).
[観察]
各成形体の硬化時の加圧方向での断面について、光学顕微鏡観察を行って強化繊維の配向を観察した。
観察した結果、実施例1および実施例2の成形体は、強化繊維の配向が観察されず、また、曲げ試験後による亀裂が分散しており、また亀裂の進行が観察されなかった。一方、参考例1の成形体は、曲げ試験による亀裂が進行し、横方向にほぼ平行な亀裂が見られた。
[observation]
The cross section of each molded body in the direction of pressure during curing was observed under an optical microscope to observe the orientation of the reinforcing fibers.
As a result of the observation, the orientation of the reinforcing fibers was not observed in the molded bodies of Examples 1 and 2, and the cracks after the bending test were dispersed and no progression of the cracks was observed. On the other hand, in the molded body of Reference Example 1, the cracks after the bending test progressed and cracks almost parallel to the horizontal direction were observed.
11 抄造体
21 抄造混合物
31 素形体
41 成形体
50 下金型
51 上金型
52 金網
60 メッシュ
70 オーブン
A 熱硬化性樹脂
B 強化繊維
C 分散剤
REFERENCE SIGNS 11 Paper product 21 Paper mixture 31 Preform 41 Molded body 50 Lower mold 51 Upper mold 52 Wire mesh 60 Mesh 70 Oven A Thermosetting resin B Reinforcing fiber C Dispersant
Claims (11)
前記抄造体と、分散剤とを混合し、前記抄造体の形状をなくすように前記強化繊維の絡まりをほぐし、前記抄造体と前記分散剤からなる抄造混合物を得る工程と、
前記抄造混合物から前記分散剤を除去しつつ、前記抄造混合物を加圧して成形することにより素形体を得る工程と、
前記素形体を加圧および加熱して硬化することにより成形体を得る工程と、
を含む、成形体の製造方法。 a step of dispersing a thermosetting resin and reinforcing fibers in a dispersion medium, and then removing the dispersion medium using a papermaking method to obtain a paper product;
a step of mixing the paper product with a dispersant and untangling the reinforcing fibers so as to eliminate the shape of the paper product, thereby obtaining a paper mixture comprising the paper product and the dispersant ;
a step of removing the dispersant from the papermaking mixture while pressing and molding the papermaking mixture to obtain a preform;
a step of applying pressure and heat to harden the green body to obtain a molded body;
A method for producing a molded body, comprising:
前記分散剤が、ポリアクリルアミド、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリル酸及びその塩、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、プロピレングリコール、アルギン酸及びその塩からなる群から選択される1種または2種以上を含む、成形体の製造方法。 A method for producing the molded article according to claim 1,
A method for producing a molded body, wherein the dispersant comprises one or more selected from the group consisting of polyacrylamide, polyalkylene oxide, polyacrylic acid and its salts, cellulose derivatives, polyvinyl alcohol, propylene glycol, and alginic acid and its salts.
前記抄造混合物を得る前記工程において、前記抄造体に対する前記分散剤の配合量が30~95質量%である、成形体の製造方法。 A method for producing the molded article according to claim 1 or 2,
A method for producing a molded article, wherein in the step of obtaining the papermaking mixture, the blending amount of the dispersant relative to the papermaking article is 30 to 95 mass %.
前記素形体を得る前記工程において、前記抄造混合物を0.1MPa~30MPaで加圧する、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 3,
In the step of obtaining the preform, the papermaking mixture is pressed at a pressure of 0.1 MPa to 30 MPa.
前記抄造混合物を得る前記工程で得られた前記抄造混合物の粘度(20℃)は、6000~12000mPa・sである、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 4,
The viscosity (20°C) of the papermaking mixture obtained in the step of obtaining the papermaking mixture is 6000 to 12000 mPa·s.
前記抄造混合物を得る前記工程において、1,000~30,000rpmで、10秒~5分間混合する、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 5,
In the step of obtaining the papermaking mixture, the materials are mixed at 1,000 to 30,000 rpm for 10 seconds to 5 minutes.
前記素形体を得る前記工程において、
前記抄造混合物を金型に投入し、当該金型に設けられた貫通孔から前記分散剤を排出させることで、前記抄造混合物から前記分散剤を除去する、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 6,
In the step of obtaining the basic form,
The method for producing a molded body includes: pouring the papermaking mixture into a mold; and discharging the dispersant from the papermaking mixture through through holes formed in the mold.
前記強化繊維の含有量が、当該抄造体に対して30~60体積%である、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 7,
The method for producing a molded body, wherein the content of the reinforcing fibers is 30 to 60 volume % of the papermaking body.
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される1種又は2種以上を含む、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 8,
A method for producing a molded article, wherein the thermosetting resin comprises one or more resins selected from the group consisting of phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, polyurethanes, and unsaturated polyester resins.
前記強化繊維が、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、およびエチレンビニルアルコール繊維の中から選ばれる1種または2種以上を含む、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 9,
The method for producing a molded article, wherein the reinforcing fibers comprise one or more fibers selected from metal fibers, carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, polyamide fibers, aramid fibers, polyimide fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyparaphenylene benzoxazole fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, polyacrylonitrile fibers, and ethylene vinyl alcohol fibers.
前記熱硬化性樹脂の含有量が、前記成形体全量に対して、20~80体積%である、成形体の製造方法。 A method for producing the molded body according to any one of claims 1 to 10,
The method for producing a molded body, wherein the content of the thermosetting resin is 20 to 80% by volume based on the total amount of the molded body.
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