JPS6129265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱及び圧力を加えることにより目的と
する形状の成形体を容易に作ることができ、その
強度に優れており、その重量も従来法に比べ軽減
し得ており、かつ仕上り外観が特に良好な成形体
を作り得る繊維強化複合シート材料に関するもの
である。

繊維強化複合シート材料よりなる成形材は、そ
の取扱い性が極めて優れている利点が認められ
種々の分野で広く利用されているが、このような
シート材料を用いて成形体を作るには、多くの場
合加圧，加熱法が利用される。このため、得られ
た成形品の表面に補強用繊維材料が滲出してくる
現象が認められ、その外観が悪いばかりでなく、
その取扱い性にも不都合を生ずるため、このよう
な成形品はその表面を更に研摩加工し、塗装仕上
げを施して利用に供されてきている。そこで、従
来よりこのような不都合のないシート状成形材料
の検討もなされてきている。例えば、複合材料中
の繊維対樹脂の混合比率を改良する方法、シート
材料の成形時に於ける流れ特性を改善するための
添加剤を加える方法、或いは成形時に起る成形物
の収縮により生ずる上記不都合を防止するための
添加剤を用いる方法である。このような方法によ
つて成形品の外観上の問題は可成りの満足度で改
良されFRP成形品として高い強度を要求されな
い分野に於ては十分に利用してゆけるのである
が、高い曲げ弾性や強度を要求される分野に於て
は、やはり成形品の強度が低下してくる点が大き
な問題となつてきた。

そこで、本発明者等は、上記目的を達成し得る
シート状成形材料を得ることを目的として検討し
た結果本発明を完成した。

本発明の要旨とするところは補強用繊維30〜80
重量％及びマトリツクス樹脂20〜70重量％とより
なる樹脂組成物より作られたシート材Ａの片面若
しくは両面に、補強用繊維含有率が30重量％未満
の樹脂よりなるシート材であつて、シート材Ａの
厚みよりも薄い厚みであるシート材Ｂを密着一体
化せしめた繊維強化複合シート材料にある。

本発明の繊維強化複合シート材料は、補強用繊
維を一方向に引揃え、樹脂含浸した一方向プリプ
レグシート材、補強用繊維を織り、又は編み或い
は不織布状としたマツト状物に樹脂含浸し、シー
ト状材料としたシート状材料、或いは一方向引揃
えプリプレクシート材を短く裁断したものをラン
ダム方向に積層しシート状に成形したシートモー
ルデイング材などを含むものである。

本発明を実施するに際して用いる補強用繊維と
してはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリ
アミドイミド繊維などの有機繊維類又はガラス繊
維、鋼繊維、炭素繊維、シリコンカーバイド繊維
などの無機繊維類を挙げることができる。とくに
本発明のシート材料を成形することにより得られ
る成形体であつて、強度が高く、軽く、かつ外観
良好な成形体とする際には繊維補強材として炭素
繊維、黒鉛繊維を主体とする補強用繊維を用いる
のが好ましい。

本発明を実施するに際し、シート材Ａ又はＢを
構成する樹脂成分としてはPPS，PBT，ポリアミ
ド，ポリエステルなどの熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂を用い得るが、特に熱硬化性樹脂例えば不飽
和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート、エポ
キシ樹脂、フエノール樹脂、ポリイミド樹脂など
を挙げることができる。とくに本発明の複合シー
ト材料に於ては、半硬化状態を呈した樹脂状物で
あるときに、その取扱い性並びに成形特性が優れ
たものとなる。

本発明のシート材料は第１図に示す如く、繊維
補強シート材Ａに、このシート材Ａの厚みよりも
厚さの薄いシート材Ｂをシート材Ａの片面又は両
面に密接に接合せしめた複合シート材であり、こ
の形態は本発明のシート材料の成形直前に於ける
形態が上記条件を満足していれば足りるが、シー
ト材料の取扱い性、或いはその均一性などを考慮
すると予めシート材Ａとシート材Ｂとは一体化さ
れていることが好ましい。

シート材Ａは補強用繊維30〜80重量％とマトリ
ツクスとなる樹脂70〜20重量％よりなる樹脂組成
物より成立つている。補強用繊維の量が30重量％
未満のものでは、このようなシート材料を成形し
て得た成形体の強度を十分なものとすることが難
しく、一方補強用繊維が多量に含まれたシート材
料はその成形性が不足する傾向が強くなる。しか
し、シート材Ａの中の補強用繊維の含有量が高い
程性能の優れた成形品が得られるのであり、本発
明においては得られる成形体の諸性能及びシート
材料の成形性などを考慮する際には補強用繊維の
含量が特に50〜80重量％のシート材Ａを用いるの
がよい。また補強用繊維の形態としてはマツト状
の補強用繊維を用いた場合に均一な特性を有する
成形物が得られる。

シート材料Ｂは補強用繊維含有率30重量％以下
なる樹脂組成物より形成されたものであることが
必要である。シート材Ｂ中に含まれる補強用繊維
の量が30重量％を越えて多くなると当該シート材
の成形時に於ける流動性が低下し、外観の良好な
成形体を作ることができなくなる。また、シート
材Ｂ中に含ませる繊維補強材の形態は短繊維状
物、ストランド状物等種々の形態のものを用い得
る。

シート材Ｂの厚みはシート材Ａの厚みよりも厚
くなつてはならない。シート材Ｂの厚みがシート
材Ａの厚みよりも厚い場合には、当該複合シート
の成形時に於いて当該層の樹脂の流動性が過大と
なり、均一な形状及び特性を有する成形体を作る
ことが難しく、また得られる成形体の外観も低下
するようになるので好ましくない。

シート材Ａの少なくとも片面にシート材Ｂを密
着せしめておくことが必要であるが、シート材Ｂ
はシート材Ａの両側に密着せしめた場合、その取
扱い性を更に良好とすることができると共に本発
明のシート材料を用い、加圧加熱成形法にて作成
した成形品の仕上り外観を良好にすることができ
る。

またシート材Ｂは樹脂成分、とくに半硬化状態
の熱硬化性樹脂が70重量％以上のフイルム状又は
シート状物で構成されていることが必要である。
樹脂成分が70重量％未満のシート状物を用いる際
には繊維強化複合シート材料の加圧加熱硬化法に
より成形材料の成形時に於ける成形材料表面層の
樹脂成分の流れ特性が低下し、樹脂の流れが不均
一になると共に仕上り外観が良好で、均一な特性
を有する成形品を作り得なくなるので好ましくな
い。

シート材Ｂ中に30重量％以下なる割合で繊維補
強材を充填したものは、本発明のシート材料の成
形時に於ける樹脂の流れ特性は良好となり、均一
で表面状態の良好な成形品とすることができると
共に、更に成形品の強度を高めることができるよ
うになる。シート材Ｂに混入せしめる補強繊維は
シート材Ａを作成した際に用いた有機、無機繊維
を同様に用いることができ、また、その形態は短
繊維状、マツト状、引揃えシート状のもののいず
れをも用いることができる。

本発明の繊維強化複合シート材料は、シート材
Ａ及びシート材Ｂを別々に調製し、これらのシー
ト材をシート材Ａの片面又は両面に重ね、シート
モールデイングコンパウンド製造機により、この
重ね合せたシート材の両側より圧着することによ
つて作り得るが、シート材Ａ及びＢを製造しなが
ら両者の接合をも実施する方法なども取り得る。

本発明の繊維強化複合材シート材料は従来開発
されてきた同種のシート材料に比べ、その成形性
が良好であり、得られる成形品表面に於ける補強
用繊維の突出による外観の低下やその物理的特性
の低下がない。とくに補強用繊維として炭素繊維
を用いた場合にはその得られる効果は大きいもの
である。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。

実施例 １ 炭素繊維一方向引揃えシートにエポキシ樹脂を
含浸し、ダイにてその厚みを調整し、加熱するこ
とによつて半硬化状態の熱硬化性樹脂を37.5重量
％を含むプリプレグシートを作成した。このプリ
プレグシートを巾５mm、長さ６mmの矩形状の細片
に切断したものを無秩序に積層し、プレス処理す
ることによつて樹脂含有率37.5重量％、厚さ0.16
mmのシート材Ａを作成した。

一方、シート材Ａの作成に際し使用したエポキ
シ樹脂を離型テープ上でシート化すると共に熱処
理し、半硬化状熱硬化性樹脂よりなる厚さ0.03mm
のシート材Ｂを作成した。

シート材Ｂの上にシート材Ａを重ね、更にこの
上にシート材Ｂを重ねニツプローラーで圧着する
ことによつて本発明の繊維強化複合シート材料
〔〕を作成し、これを金型に充填し130℃で70
Kg/cm²の圧力下に１時間保持し成形体を作成し
た。得られた成形体の表面は平滑であつた。この
成形体より厚さ２mm、巾10mm、長さ100mmの試験
片を５ケ切出し、東洋ボールドウイン社製テンシ
ロンUTM―型を用いてスパン80mm、クロスヘ
ツド速度２mm／分で曲げ試験を行つた結果、平均
の曲げ弾性率2.5t/mm²，曲げ強度20Kg/mm²と良好な
特性を有する成形品を作ることができた。

一方、シート材Ａのみを用いて上記方法と同様
にして成形体を作成したところ、成形体の表面に
は空隙が数多く発生し、外観は不良で、性能にも
バラツキが生じた。

また、シート材Ａとシート材Ｂの代りに同種の
材料よりなり厚さのみ0.17mmとしたシート材を用
いる他は、上記本発明と同様にして複合繊維シー
ト材料Ｃを作成し、上述した方法と同様にして成
形体を作成したところ、成形中に成形体の表面流
動が起り、良好な外観を有する成形品とすること
ができず、また補強繊維シートＡ層中にも乱れが
生じ、均一な特性を有する製品とするには多くの
困難を要した。

また、本発明の上記繊維強化複合シート材料
〔〕を、深さ20mm、広さ100mm角の蓋のない箱状
成形体製造用金型に入れ、上記と同一の条件にて
成形を行つたところ、表面平滑性に富み、適切な
剛性を備えた成形品が得られていることを認め
た。

実施例 ２ 実施例１に於て、シート材Ｂを作成するに際
し、炭素繊維短繊維を樹脂に対し10重量％混入せ
しめてシート化し、0.035mmのシート材を作り、
このシート材を実施例１のシート材Ｂに代えて用
いる他は全く同様の方法により繊維強化複合材シ
ート材料〔〕を作成した。このシート材料
〔〕を実施例１と同様にして成形したところ、
その成形性は良好であり、表面平滑性、剛性に優
れた成形体を作ることができた。

実施例 ３ 実施例１に於て、シート材Ａを作成するに際
し、炭素繊維引揃えシートの代りにガラス繊維ス
トランド（旭フアイバーグラス社製、グラスロン
R730）を用いて、樹脂含有率35重量％のプリプ
レグシートを作り、このプリプレグシートを用い
てシート材を作成し、このものをシート材Ａに代
えて用いる他は全く同様の方法により繊維強化複
合材シート材料〔〕を作り、実施例１と同様に
して成形することによつて得られた成形体は曲げ
弾性率1.3t/mm²であり、その表面は平滑なもので
あつた。

実施例 ４ エポキシ樹脂に３重量％のBF₃―MEAを混入
したものをシリコン樹脂を塗布した離形紙上に流
延しながらシートを形成し、この上に25mm長炭素
繊維と同長のガラス繊維を２対１の重量割合で分
散せしめたものを加え、この上にさらに離形紙を
あてたものを対になつたローラ群にくり返し数回
はさんで移動せしめることにより最終的に厚さ
1.2mm、樹脂含有率45重量％のシート材Ａを作成
した。

別に上記硬化促進剤を含むエポキシ樹脂からな
る厚さ0.05mmのシート材Ｂを準備し、シート材Ａ
及びＢを用い実施例１と同様にして繊維強化複合
シート材料〔〕を作成した。

この繊維強化複合シート材料〔〕を加熱温度
として170℃を用いる他は実施例１と同様に成形
したところ、表面の平滑な成形体を得た。

一方、上記方法に於て、シート材Ａの代りに繊
維含有率85重量％としたシート材を用いる他は上
記方法と同様にして繊維強化複合材シートを作成
し、上記方法と同様にして成形体を作成したとこ
ろ、成形体の表面には凹凸が認められ、成形品の
外観が著しく損われたものしか作ることができな
かつた。

実施例 ５ ジアリルフタレートプレポリマー（軟化点80
℃、ヨウ素価60）75部に対しジアリルフタレート
モノマー25部、ターシヤリブチルパーベンゾエー
ト1.5部、離形剤１部を混合したものを樹脂とし
て用いた。同樹脂を33％含浸し巾10mmに拡げた炭
素繊維10000フイラメントトウを25mm長に切断
し、平面ランダムに配向させた後圧着し、0.2mm
のシートとした。次いで上下より上記樹脂の離形
紙上に広げた厚み0.1mmの上記樹脂のフイルムで
はさみ、ゴムローラで加圧することにより繊維強
化複合シート材料〔〕を得た。

該シートを金型に充填して150℃に加熱し70Kg/
cm²の圧力下で10分保持した。得られた成形体の面
は平滑であり、２mm厚の成形体から巾10mm、長さ
100mmの試験片をとり、実施例１と同様にして曲
げ試験に供したところ平均値として曲げ弾性率２
ton/mm²、曲げ強度20Kg/mm²の結果を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の繊維強化複合シート材料の斜
視図を示したものである。 Ａ：繊維含有率30〜80重量％のシート材Ａ、
Ｂ：樹脂含有率70重量％以上のシート材Ｂ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 補強用繊維30〜80重量％、マトリツクス樹脂
   70〜20重量％よりなる樹脂組成物より作られたシ
   ート材Ａの片面若しくは両面に、マトリツクス樹
   脂70重量％以上よりなるシート材であつて、シー
   ト材Ａよりも薄い厚さのシート材Ｂを密着一体化
   せしめた繊維強化複合シート材料。 ２ マトリツクス樹脂として熱硬化性樹脂を用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   シート材料。 ３ シート材Ａ及びシート材Ｂ中の熱硬化性樹脂
   が半硬化した樹脂状物で構成されたものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のシー
   ト材料。 ４ 補強用繊維として炭素繊維を用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項，第２項又は第３
   項記載のシート材料。