JP2013227509A - Method for manufacturing fiber-reinforced thermoplastic resin sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet.
炭素繊維等の強化繊維を含有した繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）は、機械的強度、耐熱性、耐薬品性等に優れ、自動車分野、電気電子機器分野、精密機械分野等で広く利用されている。繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法としては、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させたシート状中間基材であるプリプレグを任意の方向に積層させ金型を用いて加圧・加熱成形する方法が一般的である。このようなプリプレグを一定のサイズに切断したチョップドプリプレグをランダムに積層し、繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法も存在する（特許文献１）。 Fiber reinforced thermoplastic resin (FRTP) containing reinforced fibers such as carbon fiber is excellent in mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, etc., and is widely used in the fields of automobiles, electrical and electronic equipment, precision machinery, etc. Yes. As a method for producing a fiber reinforced thermoplastic resin, a method is generally used in which a prepreg, which is a sheet-like intermediate base material in which a reinforced fiber is impregnated with a matrix resin, is laminated in an arbitrary direction and pressed and heat-molded using a mold It is. There is also a method of manufacturing a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet by randomly stacking chopped prepregs obtained by cutting such a prepreg into a certain size (Patent Document 1).
しかし、このようなプリプレグを用いた繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法においては、プリプレグの強化繊維の繊維束内又は繊維と樹脂間に生じるボイド（空隙）により、成形性や強度の低下等の問題が生じていた。 However, in the method for producing a fiber reinforced thermoplastic resin using such a prepreg, there is a problem such as a decrease in moldability and strength due to voids (voids) generated in the fiber bundle of the reinforced fiber of the prepreg or between the fiber and the resin. Has occurred.
一方、特許文献２には、熱可塑性エポキシ樹脂中に配された、編組された炭素繊維を、電磁誘導加熱により加熱する工程と、加熱工程後に変形させる変形工程とを有する繊維強化樹脂の成形方法が開示されている。しかしながら、繊維強化樹脂に編組された炭素繊維を用いた場合は３次元形状に適用しにくく、賦形性、成形性に劣るという問題がある。さらに、熱可塑性炭素繊維のマトリックス樹脂内の炭素繊維を電磁誘導加熱により発熱させることでボイドを低減できることは知られていない。
On the other hand,
本発明は、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを用いたシート中間体を成形した繊維強化熱可塑性樹脂シートにおいて、繊維束への樹脂含浸量を向上させ、繊維束内または繊維と樹脂間のボイド（空隙）を低減する製造方法を提供することを課題とする。 The present invention relates to a fiber reinforced thermoplastic resin sheet obtained by molding a sheet intermediate using a thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg, to improve the amount of resin impregnation into the fiber bundle, and to increase voids (voids) between the fiber bundle and between the fiber and the resin. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method for reducing the above.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを用いたシート中間体をホットスタンピング成形してシート状の繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法において、当該ホットスタンピング成形中又はホットスタンピング成形後のシート中間体（熱可塑性シート）を１００ｋＨｚ以下の周波数で行う電磁誘導加熱によって発熱させることによって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have produced a sheet-like fiber-reinforced thermoplastic resin sheet by hot stamping a sheet intermediate using a thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg. And found that the above-mentioned problems can be solved by heating the sheet intermediate (thermoplastic sheet) during or after hot stamping by electromagnetic induction heating at a frequency of 100 kHz or less. .
すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを用いたシート中間体をホットスタンピング成形して、シート状の繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法であって、
前記シート中間体は、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの強化繊維の繊維軸が交差しており、
ホットスタンピング成形中又はホットスタンピング成形後のシート中間体を１００ｋＨｚ以下の周波数で行う電磁誘導加熱によって発熱させる工程を含むことを特徴とする製造方法。
（２）熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグは、用いる強化繊維の長繊維の方向が一方向に配向されていることを特徴とする（１）に記載の製造方法。
（３）シート中間体が、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの積層体であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の製造方法。
（４）シート中間体が、ランダム材料であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の製造方法。
（５）前記熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグに用いる強化繊維の繊維軸が交差し、導電路を形成することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグに強化繊維として炭素繊維を用いることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）熱可塑性樹脂として、ポリオレフィンおよびポリアミドの少なくとも一方を含むことを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の製造方法。
（８）１００ｋＨｚ以下の周波数において、ＬＣＲメーターを用いて測定されるコイルの損失（Ｑ値）が５０以下になることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) A method for producing a sheet-like fiber-reinforced thermoplastic resin sheet by hot stamping a sheet intermediate using a thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg,
In the sheet intermediate, the fiber axes of the reinforcing fibers of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg intersect,
A manufacturing method comprising a step of generating heat by electromagnetic induction heating performed at a frequency of 100 kHz or less during hot stamping molding or after hot stamping molding.
(2) The production method according to (1), wherein the direction of the long fibers of the reinforcing fibers used in the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is oriented in one direction.
(3) The production method according to (1) or (2), wherein the sheet intermediate is a laminate of thermoplastic resin-impregnated fiber prepregs.
(4) The production method according to (1) or (2), wherein the sheet intermediate is a random material.
(5) The manufacturing method according to any one of (1) to (4), wherein fiber axes of reinforcing fibers used in the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg intersect to form a conductive path.
(6) The manufacturing method according to any one of (1) to (5), wherein carbon fibers are used as reinforcing fibers in the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg.
(7) The production method according to any one of (1) to (6), wherein the thermoplastic resin includes at least one of polyolefin and polyamide.
(8) The manufacturing method according to any one of (1) to (7), wherein the loss (Q value) of the coil measured using an LCR meter is 50 or less at a frequency of 100 kHz or less.
本発明によれば、熱可塑性シートの繊維束への樹脂含浸量を向上し、繊維束内または繊維と樹脂間のボイド（空隙）を低減することで、３次元形状に加工するための成形性および弾性率、曲げ強度等の物性を向上させることができる。また、従来に比べて低い周波数を使用する電磁誘導加熱によって容易に材料内部から均一に発熱させることができる。 According to the present invention, the moldability for processing into a three-dimensional shape is improved by improving the resin impregnation amount in the fiber bundle of the thermoplastic sheet and reducing voids (voids) in the fiber bundle or between the fiber and the resin. In addition, physical properties such as elastic modulus and bending strength can be improved. Further, uniform heat generation from the inside of the material can be easily performed by electromagnetic induction heating using a lower frequency than in the past.
以下、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法について説明する。
本発明は、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを用いたシート中間体をホットスタンピング成形して、シート状の繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法であって、ホットスタンピング成形中又は後のシート中間体（熱可塑性シート）を１００ｋＨｚ以下の周波数で行う電磁誘導加熱によって発熱させることを特徴とする。
Hereinafter, the manufacturing method of the fiber reinforced thermoplastic resin sheet of this invention is demonstrated.
The present invention relates to a method for producing a sheet-like fiber-reinforced thermoplastic resin sheet by hot stamping a sheet intermediate using a thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg, the sheet intermediate during or after hot stamping (Thermoplastic sheet) is heated by electromagnetic induction heating performed at a frequency of 100 kHz or less.
＜熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグ＞
熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグとは、強化繊維に未硬化状態の熱可塑性樹脂等を含浸させたシート状の中間素材である。本発明に係る熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグ（以下、単にプリプレグともいう）は、熱可塑性樹脂からなる層を少なくとも二層有し、その層の間に強化繊維としての繊維束からなる層を有するものを用いることが好ましい。該熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの繊維束内に該熱可塑性樹脂が充填された態様となっている。
<Thermoplastic resin impregnated fiber prepreg>
The thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is a sheet-like intermediate material in which reinforcing fibers are impregnated with an uncured thermoplastic resin or the like. The thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg according to the present invention (hereinafter also simply referred to as prepreg) has at least two layers made of thermoplastic resin, and has a layer made of fiber bundles as reinforcing fibers between the layers. Is preferably used. The thermoplastic resin is filled in the fiber bundle of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg.
本発明に用いる強化繊維としては、電磁誘導加熱で発熱できる導電性を有する強化繊維であれば特に限定されず、炭素繊維、金属繊維、金属被覆された炭素繊維等を用いることができ、これらを組み合わせて用いたハイブリッド構成も採用可能であるが、炭素繊維が好ましい。 The reinforcing fibers used in the present invention are not particularly limited as long as they are conductive reinforcing fibers that can generate heat by electromagnetic induction heating, and carbon fibers, metal fibers, metal-coated carbon fibers, and the like can be used. A hybrid configuration used in combination can also be adopted, but carbon fiber is preferred.
また、強化繊維の平均繊維直径は、通常、１〜５０μｍで、５〜２０μｍであるものが好ましい。平均繊維直径を上記の範囲にすることで、Ｑ値を所望の値にすることができる。平均繊維直径の測定方法は、炭素繊維であれば、例えば、ＪＩＳ Ｒ ７６０７による。
強化繊維としての繊維束としては、通常、目付が１０〜１０００ｇ／ｍ２のもので、ストランドを平面上に展開させたシート状のものを用いる。この繊維シートについては、通常、長繊維の方向が一方向に配向されたものや、ストランドを織布にしたもの、不織布にしたものを用いることができるが、流動性や賦形性、ボイドの抜けやすさを考慮した場合、長繊維の方向が一方向に配向されたものが好ましい。
シート状の強化繊維の厚さとしては、製品の十分な強度を確保する観点と、熱可塑性樹脂の十分な含浸を確保することを両立する観点から、通常、平均厚さとして１０〜２００μｍである。
Moreover, the average fiber diameter of a reinforced fiber is 1-50 micrometers normally, and what is 5-20 micrometers is preferable. Q value can be made into a desired value by making an average fiber diameter into said range. The method for measuring the average fiber diameter is, for example, JIS R 7607 if it is carbon fiber.
As the fiber bundle as the reinforcing fiber, a sheet having a basis weight of 10 to 1000 g / m 2 and a strand developed on a plane is usually used. For this fiber sheet, it is usually possible to use one in which the direction of the long fibers is oriented in one direction, one in which the strand is woven, or one in which the nonwoven fabric is made. In consideration of easy removal, it is preferable that the long fibers are oriented in one direction.
The thickness of the sheet-like reinforcing fiber is usually 10 to 200 μm as an average thickness from the viewpoint of ensuring sufficient strength of the product and ensuring sufficient impregnation of the thermoplastic resin. .
本発明に用いる熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグに炭素繊維を用いる場合、炭素繊維の形状は、繊維状であれば、特に限定されない。例えば、黒鉛繊維、カーボンナノチューブ、気相法炭素繊維等が挙げられる。また、炭素繊維の集合形態は、同一形態でも、異なる形態の繊維の組み合わせでもよい。例えば、多数の炭素繊維の束及び炭素繊維の束の織物等が挙げられるが、流動性、ボイドの抜けやすさ、３次元形状への成形のし易さという観点から、長繊維の方向が一方向に配向した炭素繊維の束であることが好ましい。 When carbon fiber is used for the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg used in the present invention, the shape of the carbon fiber is not particularly limited as long as it is fibrous. For example, graphite fiber, carbon nanotube, vapor grown carbon fiber and the like can be mentioned. The aggregate form of the carbon fibers may be the same form or a combination of different forms of fibers. For example, there are many carbon fiber bundles and woven fabrics of carbon fiber bundles. From the viewpoint of fluidity, ease of void removal, and ease of molding into a three-dimensional shape, the direction of long fibers is one. A bundle of carbon fibers oriented in the direction is preferred.
炭素繊維の強度、剛性については、特に限定されないが、剛性の高い炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維は、ＰＡＮ系でも、ピッチ系でも良い。例えば、炭素繊維の引張強度は１ＧＰａ以上が挙げられ、２．５ＧＰａ以上が好ましい。上限は特に制限されないが通常７ＧＰａ以下であり、６ＧＰａ以下が好ましい。また、炭素繊維の引張弾性率は１００ＧＰａ以上が挙げられ、２００ＧＰａ以上が好ましい。上限は特に制限されないが通常１０００ＧＰａ以下であり、５００ＧＰａ以下が好ましい。 Although it does not specifically limit about the intensity | strength and rigidity of carbon fiber, It is preferable to use carbon fiber with high rigidity. The carbon fiber may be PAN-based or pitch-based. For example, the carbon fiber has a tensile strength of 1 GPa or more, preferably 2.5 GPa or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 7 GPa or less, preferably 6 GPa or less. Moreover, 100 GPa or more is mentioned for the tensile elasticity modulus of carbon fiber, and 200 GPa or more is preferable. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 GPa or less, preferably 500 GPa or less.
本発明に用いる熱可塑性樹脂としては、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステルや、アクリロニトリルとスチレンの共重合体等を用いることができる。また、これらの混合物を用いてもよい。さらに、ナイロン６とナイロン６６との共重合ナイロンのように共重合したものであってもよい。これらのうち、コスト、流動性、賦形性、耐水性、耐薬品性という観点からポリオレフィンが好ましく、磨耗性、長期耐熱性、耐油性という観点からポリアミドが好ましい。
Examples of the thermoplastic resin used in the present invention include polyamide (
特許文献２では、エポキシ樹脂を用いているが、エポキシ樹脂は熱可塑性樹脂として用いるには汎用性が不十分であり、流動性、賦形性に劣る。また、エポキシ樹脂は高靱性化のためにゴムを添加すると耐熱性や剛性が低下するという問題がある。
In
また、上記熱可塑性樹脂には、得たい成形品の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、その他酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等を添加しておくこともできる。
上記の熱可塑性樹脂は、前記プリプレグを作製する際には、操作の簡便性から、厚さ１０〜１００μｍのフィルム状のものを用いることが好ましい。
In addition, the thermoplastic resin includes a flame retardant, a weather resistance improver, other antioxidants, a heat stabilizer, an ultraviolet absorber, a plasticizer, a lubricant, a colorant, a phase depending on the required properties of the molded product to be obtained. A solubilizer, a conductive filler, etc. can also be added.
When producing the prepreg, the thermoplastic resin is preferably a film having a thickness of 10 to 100 μm from the viewpoint of simplicity of operation.
本発明に用いる熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの作製については、上記熱可塑性樹脂
の形態として例えば前述したフィルム状のものを二層分準備し、その二層の間に上述した繊維束から構成された繊維シートを挟み込み、加熱するとともに加圧を行う工程を経て積層体とすることで作製できる。後述のシート中間体としてプリプレグの積層体を用いる場合、繊維シートを２層またはそれ以上積層して、熱可塑性樹脂に挟み込んでもよい。その際、隣接する繊維シートの繊維方向に任意の角度を付すこともでき、そうすることで、プリプレグの強化繊維の繊維軸を交差させることができる。繊維方向の角度については後述する。また、繊維シートとして強化繊維の織物（平織、綾織、朱子織など）を用いることもできる。
For the preparation of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg used in the present invention, for example, two layers of the above-described film-like material were prepared as the above-mentioned thermoplastic resin, and the above-mentioned fiber bundle was formed between the two layers. It can be produced by sandwiching the fiber sheet, heating it and applying pressure to form a laminate. When a prepreg laminate is used as a sheet intermediate described later, two or more fiber sheets may be laminated and sandwiched between thermoplastic resins. In that case, an arbitrary angle can also be given to the fiber direction of an adjacent fiber sheet, and the fiber axis of the reinforced fiber of a prepreg can be made to cross | intersect by doing so. The angle in the fiber direction will be described later. Further, a woven fabric of reinforcing fibers (such as plain weave, twill weave, satin weave) can be used as the fiber sheet.
より具体的には、対を形成する熱可塑性樹脂フィルムを送り出す２つのロールから二層分のフィルムを送り出すとともに、繊維シートのロールから供給される繊維シートをその層間に挟み込ませ、熱可塑性樹脂フィルム−繊維シート−熱可塑性樹脂フィルムの三層構造、いわゆるサンドイッチ構造が構成された後に、加熱及び加圧する手段を経て前記プリプレグを作製することができる。加熱及び加圧する手段としては、公知のものを用いることができ、二個以上の熱ロールを利用するものや、予熱装置と熱ロールの対を複数使用するなどの多段工程を要するものであってもよい。 More specifically, a two-layer film is sent out from two rolls that send out a pair of thermoplastic resin films, and a fiber sheet supplied from a roll of fiber sheets is sandwiched between the thermoplastic resin films. -After a three-layer structure of a fiber sheet-thermoplastic resin film, that is, a so-called sandwich structure, is formed, the prepreg can be produced through heating and pressurizing means. As a means for heating and pressurizing, a publicly known one can be used, which requires a multi-stage process such as one using two or more heat rolls or a plurality of pairs of preheating devices and heat rolls. Also good.
ここで、熱可塑性樹脂からなる層は一層である必要はなく、繊維シートを挟む熱可塑性樹脂とは別の種類の熱可塑性樹脂からなるフィルムを、上記のような装置を用いてさらに積層させてもよい。
上記加熱温度は、熱可塑性樹脂の種類にもよるが、通常、１００〜４００℃である。一方、加圧時の圧力は、通常０．１〜１０ＭＰａである。
上記のような操作を経ることで、積層体に存在する強化繊維内に熱可塑性樹脂が含浸するようになる。
上記熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグは、市販されているものを用いてもよい。
Here, the layer made of the thermoplastic resin does not need to be a single layer, and a film made of a thermoplastic resin different from the thermoplastic resin sandwiching the fiber sheet is further laminated using the apparatus as described above. Also good.
Although the said heating temperature is based also on the kind of thermoplastic resin, it is 100-400 degreeC normally. On the other hand, the pressure at the time of pressurization is usually 0.1 to 10 MPa.
By undergoing the above operation, the thermoplastic resin is impregnated into the reinforcing fibers present in the laminate.
A commercially available one may be used as the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg.
上記熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの厚さは、取り扱いやすさの観点および高強度を維持する観点から、通常、厚さは５０〜５００μｍである。また、上記熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの繊維体積含有率（Ｖｆ）は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの破壊強度を大きくする観点から２０〜５０％であることが好ましく、より好ましくは３０〜５０％である。かかるＶｆ値は、ＪＩＳ Ｋ７０５２に基づき測定できる。 The thickness of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is usually 50 to 500 μm from the viewpoint of ease of handling and maintaining high strength. The fiber volume content (Vf) of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is preferably 20 to 50%, more preferably 30 to 50%, from the viewpoint of increasing the breaking strength of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet. It is. Such Vf value can be measured based on JIS K7052.
＜繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法＞
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法（以下、単に本発明の製造方法ともいう）では、上述した熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを用いたシート中間体をホットスタンピング成形する。これにより、任意の形状に成形された、いわゆる熱可塑性シートとなる。本発明では、さらに、当該ホットスタンピング成形中又はホットスタンピング成形後のシート中間体（以下、熱可塑性シートともいう）を電磁誘導加熱により発熱させる工程を含む。
<Method for producing fiber-reinforced thermoplastic resin sheet>
In the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention (hereinafter also simply referred to as the production method of the present invention), a sheet intermediate using the above-described thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is hot stamped. Thereby, it becomes what is called a thermoplastic sheet shape | molded by arbitrary shapes. The present invention further includes a step of generating heat by electromagnetic induction heating of a sheet intermediate (hereinafter also referred to as a thermoplastic sheet) during or after the hot stamping molding.
上記シート中間体としては、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの積層体や、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを予め小片に裁断したテープ状材料（以下、単にチョップドプリプレグともいう）を、繊維方向がランダムになるように、ダイに均一に分散して積層させたランダム材料が挙げられる。 As the sheet intermediate, a laminate of thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg or a tape-like material obtained by cutting the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg in advance into small pieces (hereinafter also simply referred to as chopped prepreg) has a random fiber direction. Thus, a random material that is uniformly dispersed and stacked on a die can be used.
シート中間体として、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの積層体を用いる場合であれば、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを任意の枚数、通常２〜１００枚、好ましくは１０〜３０枚積層させて用いることができる。そして、該積層体をホットスタンピング成形することで、いわゆる熱可塑性積層シートが得られる。本発明では、当該ホットスタンピング成形中又はホットスタンピング成形後のシート中間体（熱可塑性積層シートともいう）を
電磁誘導加熱により発熱させる工程を含む。
If a laminate of thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is used as the sheet intermediate, an arbitrary number of thermoplastic resin-impregnated fiber prepregs, usually 2 to 100 sheets, preferably 10 to 30 sheets, may be laminated. it can. And what is called a thermoplastic laminated sheet is obtained by carrying out hot stamping shaping | molding of this laminated body. The present invention includes a step of generating heat by electromagnetic induction heating of a sheet intermediate (also referred to as a thermoplastic laminated sheet) during the hot stamping molding or after the hot stamping molding.
熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの積層体は、隣接するプリプレグの強化繊維の繊維軸が交差していることが好ましい。上記熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの繊維方向の角度は直交させてもよいし、任意の角度を付して積層してもよい。積層体において、隣接するプリプレグ中の繊維方向の角度を、通常１〜９０°、好ましくは５〜９０°変えて積層させる。こうすることで、プリプレグの強化繊維の繊維軸が交差し、導電路を形成するため、発熱しやすくなる。本発明において、「繊維軸が交差し」とは、隣接する強化繊維の繊維軸により形成される角度が１°以上になることを意味する。また、「繊維軸が交差し、導電路を形成する」とは、隣接して交差した繊維同士が電気的に接続されることを意味する。
本発明では、シート中間体として熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの積層体を用いることで、製造が容易で利便性・ハンドリング性に優れるため好ましい。また、肉厚調整が容易であり、シートの異方性による反り等の不具合を、積層方向（角度）を任意で変えることで調整できる（擬似等方にできる）ため好ましい。
In the laminate of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg, the fiber axes of the reinforcing fibers of adjacent prepregs preferably intersect. The angle in the fiber direction of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg may be orthogonal, or may be laminated with an arbitrary angle. In the laminate, the angles in the fiber direction in adjacent prepregs are usually changed by 1 to 90 °, and preferably 5 to 90 °. By doing so, the fiber axes of the reinforcing fibers of the prepreg intersect and form a conductive path, so that heat is easily generated. In the present invention, “intersecting fiber axes” means that the angle formed by the fiber axes of adjacent reinforcing fibers is 1 ° or more. Further, “the fiber axes intersect to form a conductive path” means that adjacent intersecting fibers are electrically connected.
In the present invention, it is preferable to use a laminate of a thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg as a sheet intermediate because it is easy to produce and excellent in convenience and handling properties. Moreover, thickness adjustment is easy, and defects such as warpage due to sheet anisotropy can be adjusted by changing the stacking direction (angle) as desired (pseudo isotropic), which is preferable.
シート中間体として、ランダム材料を用いる場合であれば、上記ランダム材料をホットスタンピング成形することで、連続繊維がランダムに配向した、いわゆる熱可塑性ランダムシートとなる。本発明では、さらに、当該ホットスタンピング成形中又はホットスタンピング成形後のランダム材料（熱可塑性ランダムシート）を電磁誘導加熱により発熱させる工程を含む。 If a random material is used as the sheet intermediate, a so-called thermoplastic random sheet in which continuous fibers are randomly oriented is obtained by hot stamping the random material. The present invention further includes a step of generating heat by electromagnetic induction heating of a random material (thermoplastic random sheet) during the hot stamping molding or after the hot stamping molding.
本発明において、ランダムとは、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグを切断したテープ状材料の長繊維の方向が、不規則であり、実質的にシートの面内の３６０℃すべての方向に均一に分散していることを意味する。 In the present invention, the term “random” means that the direction of the long fibers of the tape-like material obtained by cutting the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg is irregular, and is uniformly distributed in all directions at 360 ° C. within the plane of the sheet. Means that
本発明では、上記チョップドプリプレグの繊維方向がランダムになるように均一に分散させることで、プリプレグの強化繊維の繊維軸が交差し、導電路を形成する。多方向に渦電流が流れるような導電路を形成することで抵抗が大きくなり、後述する電磁誘導加熱の工程で発熱しやすくなる。電磁誘導加熱による発熱のしやすさを考慮すると、チョップドプリプレグの層は厚い方が好ましいが、厚すぎると成形性が低下する。したがって、ダイに積層させる際には、プリプレグが２〜１００層積層されるように配置することが好ましい。 In the present invention, the fiber axes of the prepreg reinforcing fibers intersect to form a conductive path by uniformly dispersing the chopped prepreg fibers so that the fiber directions are random. By forming a conductive path through which eddy current flows in multiple directions, the resistance increases, and heat is easily generated in the electromagnetic induction heating process described later. Considering the ease of heat generation by electromagnetic induction heating, it is preferable that the chopped prepreg layer is thick, but if it is too thick, the moldability deteriorates. Therefore, when laminating on a die, it is preferable to arrange so that 2 to 100 prepregs are laminated.
ランダムシートを作製する際に用いる上記チョップドプリプレグとしては、繊維が一方向に配向されているプリプレグを縦横比が、通常１００：１〜１：１００となるようにカットされたものを用いることができる。これをホットスタンピング成形時に、ダイの平面上に、繊維の配向方向がランダムになるように分散して積層させることで、上記のようにホットスタンピング成形後の繊維強化熱可塑性樹脂シートにおいて、強化繊維がランダムに配向されたものを得ることができる。 As the chopped prepreg used for producing a random sheet, a prepreg having fibers oriented in one direction and having an aspect ratio of usually 100: 1 to 1: 100 can be used. . In the fiber reinforced thermoplastic resin sheet after the hot stamping molding as described above, the reinforcing fiber is dispersed and laminated so that the fiber orientation direction is random on the plane of the die during the hot stamping molding. Can be randomly oriented.
前記チョップドプリプレグの大きさとしては、上述の縦横比を満たすもので、繊維方向の一辺の長さが１〜１００ｍｍのものが挙げられる。
また、前記チョップドプリプレグの形状は、生産効率の観点から四角形であることが好ましいが、これに限定されるものではなく、繊維強化熱可塑性樹脂シートにおける繊維方向を一方向に揃えることさえできれば、多角形のものや、辺の一部に曲線を有するものであってもよい。
As a magnitude | size of the said chopped prepreg, the said aspect ratio is satisfy | filled, and the length of the one side of a fiber direction is 1-100 mm.
Further, the shape of the chopped prepreg is preferably a quadrangle from the viewpoint of production efficiency, but is not limited to this, as long as the fiber direction in the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet can be aligned in one direction. It may be rectangular or have a curve on a part of the side.
本発明では、上記のようにホットスタンピング成形により、前記シート中間体の加熱及び加圧を行う。
前記加熱については、前記プリプレグに用いられている熱可塑性樹脂の種類にもよるが、通常１００〜４００℃、好ましくは１５０〜３５０℃で加熱する。加熱に関しては、予備加熱を行ってもよい。予備加熱については、前記プリプレグに用いられている熱可塑性樹脂の種類にもよるが、通常１５０〜４００℃、好ましくは２００〜３８０℃で加熱する。
In the present invention, the sheet intermediate is heated and pressurized by hot stamping as described above.
About the said heating, although based also on the kind of thermoplastic resin currently used for the said prepreg, it heats at 100-400 degreeC normally, Preferably it is 150-350 degreeC. Regarding heating, preliminary heating may be performed. About preheating, although it is based also on the kind of thermoplastic resin used for the said prepreg, it heats at 150-400 degreeC normally, Preferably it is 200-380 degreeC.
前記加圧の際の、圧力としては、好ましくは０．１〜１０ＭＰａであり、より好ましくは０．２〜２ＭＰａである。この圧力については、プレス力をシート中間体の初期面積（ｍ２）で割った値とする。
上記加熱及び加圧する時間は、通常０．１〜３０分、好ましくは０．５〜１０分である。一方、冷却時間は、通常０．５〜３０分である。
上記ホットスタンピング成形を経た本発明にかかる繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚さは０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍとなる。
The pressure during the pressurization is preferably 0.1 to 10 MPa, more preferably 0.2 to 2 MPa. This pressure is a value obtained by dividing the pressing force by the initial area (m 2 ) of the sheet intermediate.
The heating and pressurizing time is usually 0.1 to 30 minutes, preferably 0.5 to 10 minutes. On the other hand, the cooling time is usually 0.5 to 30 minutes.
The thickness of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet according to the present invention that has undergone the hot stamping molding is 0.5 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm.
本発明の製造方法では、ホットスタンピング成形により、上記シート中間体を加熱及び加圧するが、その際に用いるダイについては、所望の形状を有するものを用いることができる。ダイの材質についても、繊維強化熱可塑性樹脂シートのホットスタンピング成形で通常用いられるものを採用することができ、金属製のいわゆる金型を用いることができる。 In the production method of the present invention, the sheet intermediate is heated and pressed by hot stamping, and a die having a desired shape can be used. As the material of the die, a material usually used in hot stamping molding of a fiber reinforced thermoplastic resin sheet can be employed, and a so-called metal mold can be used.
本発明の製造方法におけるホットスタンピング成形については、上述した特徴を有すること以外は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの作製に用いられる通常の装置、例えば加熱プレス機を用いて行うことができる。 The hot stamping molding in the production method of the present invention can be carried out using a normal apparatus used for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet, for example, a hot press machine, except for having the above-described characteristics.
（電磁誘導加熱）
本発明では、前記ホットスタンピング成形中又はホットスタンピング成形後のシート中間体（熱可塑性シート）を、電磁誘導加熱により発熱させる工程を含む。電磁誘導加熱に用いる電磁誘導加熱装置の概略図を図１に示す。電磁誘導加熱装置は、コイル１、コイル１にコイルリード４を介して接続される電源部５、およびコイル１上に熱可塑性シート３を載せる試料台２を有している。なお、熱可塑性シート３は、この場合は、上記ホットスタンピング成形後のシート中間体（例えばランダム材料）のことである。
(Electromagnetic induction heating)
The present invention includes a step of generating heat by electromagnetic induction heating of the sheet intermediate (thermoplastic sheet) during the hot stamping molding or after the hot stamping molding. A schematic diagram of an electromagnetic induction heating device used for electromagnetic induction heating is shown in FIG. The electromagnetic induction heating apparatus includes a
電磁誘導加熱装置の試料台２上に、熱可塑性シート３を載せる。この際、コイル１と熱可塑性シート３とは試料台６を介して数ｍｍ離間した状態となっている。この間隔を以下ギャップ（コイルギャップ）という。
A
次に、電磁誘導加熱装置を動作させ、コイル１に電流を流す。コイル１に電流が流れると磁束が発生し、熱可塑性シート３の強化繊維内にいわゆる渦電流が生じる。そして、渦電流が流れることで、強化繊維がその電気抵抗により熱を発生する。こうして、電磁誘導加熱により熱可塑性シート３が発熱する。
Next, the electromagnetic induction heating device is operated to pass a current through the
本発明では、熱可塑性シート内の強化繊維が電磁誘導加熱により発熱することで、強化繊維と熱可塑性樹脂との界面付近の樹脂が軟化し流動性が高くなるため、樹脂含浸性が向上し、繊維束内または繊維と樹脂間のボイド（空隙）が抜ける。前記電磁誘導加熱装置としては、市販のＩＨインバータ等公知のものを用いることができる。
電磁誘導加熱をホットスタンピング成形中に行う場合であれば、上述した成形の金型等に、該電磁誘導加熱装置を組み込んだ成形用の装置を用いればよい。こうすることで、ホットスタンピング成形と電磁誘導加熱を同時に行うことができ、工程の省力化や加熱プレスから冷却プレスへ成形体を移動する際の垂れ等の不具合の抑制を図ることができる。
シート中間体を、誘導加熱装置を備えたプレス装置の金型内に配置し、加圧しながら金
型を急速加熱することで、金型内で樹脂が軟化・流動するとともに、誘導加熱により炭素繊維が発熱し、樹脂と炭素繊維界面のボイドの樹脂への置換を促進させながら賦形することができる。加熱した後、加圧した状態で水冷により金型を急冷することで、ボイドが抜けた状態が維持された成形体を得ることができる。
In the present invention, since the reinforcing fibers in the thermoplastic sheet generate heat by electromagnetic induction heating, the resin near the interface between the reinforcing fibers and the thermoplastic resin is softened and the fluidity is increased, so that the resin impregnation property is improved, Voids (voids) in the fiber bundle or between the fiber and the resin escape. A known device such as a commercially available IH inverter can be used as the electromagnetic induction heating device.
If electromagnetic induction heating is performed during hot stamping molding, a molding apparatus incorporating the electromagnetic induction heating apparatus may be used in the above-described molding die or the like. By doing so, hot stamping molding and electromagnetic induction heating can be performed at the same time, and it is possible to save processes and to suppress problems such as sagging when the molded body is moved from the heating press to the cooling press.
The sheet intermediate is placed in a mold of a press apparatus equipped with an induction heating device, and the mold is rapidly heated while being pressed, so that the resin softens and flows in the mold, and carbon fiber is generated by induction heating. Generate heat and can be shaped while promoting the substitution of voids at the resin / carbon fiber interface with the resin. After heating, the molded body in which the void is maintained can be obtained by quenching the mold by water cooling in a pressurized state.
前記電磁誘導加熱は、１００ｋＨｚ以下、好ましくは５０ｋＨｚ以下の周波数で行うことを特徴とする。下限は特に限定されないが通常１０ｋＨｚ以上である。
前記電磁誘導加熱による加熱は、昇温速度０．５〜３０Ｋ／秒、好ましくは２〜２０Ｋ／秒となるように制御することが好ましい。
The electromagnetic induction heating is performed at a frequency of 100 kHz or less, preferably 50 kHz or less. Although a minimum is not specifically limited, Usually, it is 10 kHz or more.
The heating by the electromagnetic induction heating is preferably controlled so that the temperature rising rate is 0.5 to 30 K / second, preferably 2 to 20 K / second.
また、ボイドを抜くという観点から、前記電磁誘導加熱の際に熱可塑性シートに圧力を加えることもできる。加圧の際の圧力としては、通常０．１〜１０ＭＰａで、加圧時間は０．１〜３０分である。圧力を加える方法としては、上記圧力範囲を満たすことができれば特に限定されず、公知の方法を用いることができる。 From the viewpoint of removing voids, pressure can be applied to the thermoplastic sheet during the electromagnetic induction heating. The pressure at the time of pressurization is usually 0.1 to 10 MPa, and the pressurization time is 0.1 to 30 minutes. The method for applying pressure is not particularly limited as long as the pressure range can be satisfied, and a known method can be used.
また、上記の工程を経て得られる、本願発明の熱可塑性シートは、前記電磁誘導加熱において、１００ｋＨｚ以下の周波数で、ＬＣＲメーターを用いてコイルの損失（Ｑ値（＝１／ｔａｎδ））が測定される際、測定されるＱ値が５０以下、好ましくは３０以下、より好ましくは１０以下、となる。Ｑ値の下限は特に限定されないが、通常１以上、好ましくは２以上である。Ｑ値が低いほど、低周波数で発熱しやすいため好ましい。 In addition, the thermoplastic sheet of the present invention obtained through the above steps is measured for coil loss (Q value (= 1 / tan δ)) using an LCR meter at a frequency of 100 kHz or less in the electromagnetic induction heating. When measured, the measured Q value is 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 10 or less. The lower limit of the Q value is not particularly limited, but is usually 1 or more, preferably 2 or more. A lower Q value is preferable because heat is easily generated at a low frequency.
Ｑ値の測定には、市販のＬＣＲメーターを用いることができる。Ｑ値測定の際の前記コイルギャップは、通常０．１〜３０ｍｍであり、１〜２０ｍｍとするのが好ましい。
Ｑ値を小さくするためには、電磁誘導加熱により発生する渦電流が十分に流れる導電路を形成する必要がある。強化繊維の直径を小さくすることで、多くの導電路を形成でき、Ｑ値を小さくすることができる。
A commercially available LCR meter can be used for the measurement of the Q value. The coil gap at the time of Q value measurement is usually 0.1 to 30 mm, preferably 1 to 20 mm.
In order to reduce the Q value, it is necessary to form a conductive path through which an eddy current generated by electromagnetic induction heating sufficiently flows. By reducing the diameter of the reinforcing fiber, many conductive paths can be formed, and the Q value can be reduced.
以下、実施例を参照して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例の態様に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, this invention is not restrict | limited to the aspect of a following example.
＜実施例１＞
炭素繊維ＴＲ５０Ｓ−１５Ｌ（三菱レイヨン社製：平均繊維直径７μｍ）からなる長繊維を一方向に配向した目付け９８ｇ／ｍ２の炭素繊維ストランドのシート状物の両面に、変性ＰＰフィルム（モディック、三菱化学社製、目付け３６ｇ／ｍ２）を配置し、シート状物をフィルムで挟んだサンドイッチ状の積層体を得た。この積層体を２６０℃に加熱した金属ロールを通して、変性ＰＰフィルムをシート状物に溶融含浸させ、厚さ０．１１〜０．１３ｍｍの樹脂含浸シート状物を得た。繊維体積含有率（Ｖｆ）は４０％であった。
<Example 1>
Modified PP films (Modic, Mitsubishi) are formed on both sides of a sheet of carbon fiber strands having a basis weight of 98 g / m 2 in which long fibers made of carbon fiber TR50S-15L (Mitsubishi Rayon Co., Ltd .: average fiber diameter: 7 μm) are oriented in one direction. (Chemical Co., 36 g / m 2 ) is disposed, and a sandwich-like laminate is obtained in which a sheet is sandwiched between films. The laminate was melt impregnated into the sheet material through a metal roll heated to 260 ° C. to obtain a resin-impregnated sheet material having a thickness of 0.11 to 0.13 mm. The fiber volume content (Vf) was 40%.
上記で得られた樹脂含浸シート状物を、幅１４ｍｍ、長さ２５ｍｍにカットして、チョップドプリプレグを得た。
当該チョップドプリプレグを、１５０ｍｍ角の金型内に繊維配向がランダムになるように積層した。その金型を２１０℃に加熱した加熱プレス（ミニテストプレスＭＰ−２ＦＨ，東洋精機社製）に挟んで５分間予備加熱を行った後に、油圧３ＭＰａでプレスし１０分間保持した。その後２０℃に保持したプレス（ミニテストプレス、東洋精機社製）に金型を挟み、５ＭＰａの油圧で１０分間保持し、厚さ約４ｍｍの熱可塑性ランダムシート１（シート中間体）を得た。
The resin-impregnated sheet-like material obtained above was cut into a width of 14 mm and a length of 25 mm to obtain a chopped prepreg.
The chopped prepreg was laminated in a 150 mm square mold so that the fiber orientation was random. The mold was preliminarily heated for 5 minutes by sandwiching it with a heating press (mini test press MP-2FH, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) heated to 210 ° C., and then pressed at a hydraulic pressure of 3 MPa and held for 10 minutes. Thereafter, a mold was sandwiched between presses (mini test press, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) held at 20 ° C., and held at 5 MPa for 10 minutes to obtain a thermoplastic random sheet 1 (sheet intermediate) having a thickness of about 4 mm. .
＜実施例２＞
実施例１で得られた樹脂含浸シート状物をカットせず、１５０ｍｍ角の金型内に繊維配
向が直交するように、交互に１２枚積層した以外は実施例１と同様に行い、厚さ約２ｍｍの熱可塑性積層シート１（シート中間体）を得た。
<Example 2>
The thickness of the resin-impregnated sheet obtained in Example 1 is the same as in Example 1, except that 12 sheets are alternately laminated so that the fiber orientation is orthogonal to each other in a 150 mm square mold. About 2 mm of thermoplastic laminated sheet 1 (sheet intermediate) was obtained.
＜比較例１＞
実施例１で得られた樹脂含浸シート状物をカットせず、１５０ｍｍ角の金型内に繊維配向が同方向になるように、１２枚積層した以外は実施例１と同様に行い、厚さ約２ｍｍの熱可塑性積層シート２（シート中間体）を得た。
<Comparative Example 1>
The thickness of the resin-impregnated sheet obtained in Example 1 was not cut, and was the same as in Example 1 except that 12 sheets were laminated so that the fiber orientation was in the same direction in a 150 mm square mold. About 2 mm of thermoplastic laminated sheet 2 (sheet intermediate) was obtained.
得られた熱可塑性ランダムシート１および熱可塑性積層シート１、並びに比較として熱可塑性積層シート２に対して、下記条件により６０秒間電磁誘導加熱を行った。加熱中の温度測定の結果を図２に示す。また、それぞれのサンプルの加熱特性およびＱ値の測定結果を表１に示す。
図１より、熱可塑性ランダムシート１および熱可塑性積層シート１は、電磁誘導加熱により急激に温度上昇していることがわかる。
The obtained thermoplastic
FIG. 1 shows that the temperature of the thermoplastic
熱可塑性積層シート１において、電磁誘導加熱前および電磁誘導加熱後に、光学顕微鏡による断面観察を行った。結果を図３に示す。電磁誘導加熱により、炭素繊維と樹脂との界面付近のボイドがなくなることがわかる。電磁誘導加熱による発熱により、炭素繊維と樹脂との界面付近の樹脂が軟化し、流動性が高まることでボイドが掃き出されるものと考えられる。
The thermoplastic
（誘導加熱装置および誘導コイル）
誘導加熱装置として、最大出力電力２．５ｋＷのＩＨインバータ（型式ＨＦＲ２．５Ｋ１１Ａ−７、富士電機株式会社製）を使用した。誘導加熱中における出力周波数は２１ｋＨｚであった。電磁誘導加熱用コイルは、前記ＩＨインバータに付帯している、リッツワイヤーを用いてパンケーキ型に巻かれたもの（コイル外径１９０ｍｍ×１９５ｍｍ）を使用した。試料と電磁誘導加熱用コイル表面間のギャップ（コイルギャップ）は、３ｍｍとした。
(Induction heating device and induction coil)
As the induction heating device, an IH inverter (model HFR2.5K11A-7, manufactured by Fuji Electric Co., Ltd.) having a maximum output power of 2.5 kW was used. The output frequency during induction heating was 21 kHz. As the coil for electromagnetic induction heating, a coil (coil outer diameter 190 mm × 195 mm) wound in a pancake mold using a litz wire attached to the IH inverter was used. The gap between the sample and the electromagnetic induction heating coil surface (coil gap) was 3 mm.
（熱可塑性シートの温度測定および加熱測定）
温度測定は、ｍｉｄｉＬＯＧＧＥＲ ＧＬ８００（グラフテック（株）製）を用いて温度チャートを記録し、Ｋタイプ貼付型熱電対ＳＴ−５０（理化工業（株）製）を用いて熱可塑性シートの表面温度を測定した。
加熱特性は、温度上昇が２℃／秒以上である場合に○、それ以下であれば×とした。
(Temperature measurement and heating measurement of thermoplastic sheet)
For temperature measurement, a temperature chart is recorded using midiLOGGER GL800 (manufactured by Graphtec Co., Ltd.), and the surface temperature of the thermoplastic sheet is measured using a K-type adhesive thermocouple ST-50 (manufactured by Rika Kogyo Co., Ltd.). did.
As for the heating characteristics, “◯” was given when the temperature rise was 2 ° C./second or more, and “X” was given when the temperature rise was less.
（ＬＣＲハイテスタによるＱ値測定）
ＬＣＲハイテスタ（日置電機株式会社製、型式３５２２−５０）および４端子プローブ（日置電機株式会社製、型式９１４０）を誘導コイルと接続し、コイルのＱ値を測定した。測定周波数は１００ｋＨｚとし、ギャップは５ｍｍとした。また、測定周波数１００ｋＨｚにおける前記コイルの無負荷時のＱ値は、フェライトコアを装着した状態で、Ｑ＝９９（１００ｋＨｚ）を示した。
(Q value measurement with LCR HiTester)
An LCR high tester (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., model 3522-50) and a four-terminal probe (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., model 9140) were connected to the induction coil, and the Q value of the coil was measured. The measurement frequency was 100 kHz and the gap was 5 mm. Further, the Q value when the coil was unloaded at a measurement frequency of 100 kHz showed Q = 99 (100 kHz) in a state where the ferrite core was mounted.
（曲げ強度と曲げ弾性率の測定）
曲げ強度と曲げ弾性率の測定は、ＪＩＳ Ｋ７０１７に従って測定した。また、ＣＶ値とは相対的なバラつきを表す指標（変動係数）であり、（標準偏差／測定値の平均値）×１００（％）で表される値であり、この値が小さいほど物性のばらつきが小さいことを示している。測定数は各サンプル５点とした。
(Measurement of flexural strength and flexural modulus)
The bending strength and flexural modulus were measured according to JIS K7017. The CV value is an index (coefficient of variation) representing a relative variation, and is a value represented by (standard deviation / average value of measured values) × 100 (%). It shows that the variation is small. The number of measurements was 5 points for each sample.
＜曲げ試験＞
実施例１で作製した熱可塑性ランダムシート１を上記誘導加熱装置および誘導コイルを用いて６０秒間加熱し、加熱した部分から幅１０ｍｍ、厚み４ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を切削し、曲げ試験用サンプルとした（サンプル１）。比較として、誘導加熱していない熱可塑性ランダムシート１を用意し、同様に試験片を作成した（比較サンプル１）。これらの、曲げ強度の変動係数を表２に示す。
<Bending test>
The thermoplastic
また、誘導加熱した熱可塑性ランダムシート１を１５０ｍｍ角の金型内に配置し、２１０℃に加熱した加熱プレス（ミニテストプレスＭＰ−２ＦＨ，東洋精機社製）に挟んで５分間予備加熱を行った後に、油圧３ＭＰａでプレスし５分間保持した。その後２０℃に保持したプレス（ミニテストプレス、東洋精機社製）に金型を挟み、５ＭＰａの油圧で５分間保持し、厚さ約２ｍｍの成形熱可塑性ランダムシートを得た。該成形熱可塑性ランダムシートから幅１０ｍｍ、厚み２ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を切削し、曲げ試験用サンプルとした（サンプル２）。
比較として、誘導加熱していない熱可塑性ランダムシート１を用いて同様に金型で成形して、試験片を作成した（比較サンプル２）。
これらの曲げ弾性率および曲げ強度の比較を表３に示す。これらの結果から、誘導加熱により強度のばらつきが小さくなり、また、曲げ特性が１０％以上向上することが読み取れる。
In addition, the induction-heated thermoplastic
For comparison, a thermoplastic
Table 3 shows a comparison of the flexural modulus and flexural strength. From these results, it can be seen that the variation in strength is reduced by induction heating, and the bending characteristics are improved by 10% or more.
１ コイル
２ 試料台（コイルギャップ）
３ 熱可塑性シート
４ コイルリード
５ 電源部
1
3
Claims (8)
前記シート中間体は、熱可塑性樹脂含浸繊維プリプレグの強化繊維の繊維軸が交差しており、
ホットスタンピング中又はホットスタンピング成形後のシート中間体を１００ｋＨｚ以下の周波数で行う電磁誘導加熱によって発熱させる工程を含むことを特徴とする製造方法。 A method for producing a sheet-like fiber-reinforced thermoplastic resin sheet by hot stamping a sheet intermediate using a thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg,
In the sheet intermediate, the fiber axes of the reinforcing fibers of the thermoplastic resin-impregnated fiber prepreg intersect,
A production method comprising a step of generating heat by electromagnetic induction heating of a sheet intermediate during hot stamping or after hot stamping molding at a frequency of 100 kHz or less.
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|---|---|---|---|---|
| JP2016049646A (en) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 国立大学法人岐阜大学 | Carbon fiber-reinforced composite material molding and method for producing the same, and method for repairing carbon fiber-reinforced composite material molding |
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