JP2016112779A - Continuous fiber-reinforced resin member and method for producing continuous fiber-reinforced resin member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、連続繊維強化樹脂部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a continuous fiber reinforced resin member and a method for producing the same.
近年、炭素繊維強化樹脂(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)等の、連続繊維によって強化された樹脂材料の自動車部品等への適用が検討されている。当該樹脂製品としては、たとえば、炭素繊維強化樹脂をプレス成形によって成形したものが知られている。
繊維強化樹脂をプレス成形する方法として、特許文献1は、ポリアミド6樹脂を含浸した炭素繊維シートを積層し、ポリアミド6樹脂の可塑化温度以上に加熱し、プレス成形する方法を開示している。
In recent years, application of resin materials reinforced with continuous fibers such as carbon fiber reinforced resin (CFRP) to automobile parts has been studied. As the resin product, for example, a carbon fiber reinforced resin formed by press molding is known.
As a method for press-molding a fiber reinforced resin,
また、特許文献2は、主としてケイ素、チタン、炭素および酸素からなり、エポキシ樹脂を含浸した無機繊維(I)のプリプレグシートと、エポキシ樹脂を含浸した炭素繊維のプリプレグシートとを交互に積層した後、ホットプレスする方法を開示している。
Further,
上記のようなプレス成形品は、たとえば、自動車部品として使用されるときには、エンジンまわりの厳しい環境に晒されることがある。そのため、プレス成形品には優れた耐環境性(耐熱性、耐薬品性等)が要求される一方、耐環境性の向上に伴うコストの増加を抑えなければならない。この点、ポリイミドは耐熱性および耐薬品性に優れるので耐環境性の要求を満足するが、コスト面での採算が合わない。たとえば、単位量当たりの材料費が、ポリアミドの約10倍以上にもなる。 When such a press-formed product is used as, for example, an automobile part, it may be exposed to a severe environment around the engine. For this reason, the press-molded product is required to have excellent environmental resistance (heat resistance, chemical resistance, etc.), but the increase in cost due to the improvement in environmental resistance must be suppressed. In this respect, polyimide is excellent in heat resistance and chemical resistance and satisfies the requirements for environmental resistance, but it is not cost-effective. For example, the material cost per unit amount is about 10 times or more that of polyamide.
一方、ポリアミドはコストの増加を抑えることはできるが、ポリプロピレン等の汎用樹脂に比べれば融点が高く、また金属との接着性が高い。そのため、ポリアミドを使用した場合、成形品を金型から外すときに離型不良が起こりやすい。離型剤を使用してもよいが、ポリアミドをプレス成形する際にはプレス温度が高くなるため、一般的に使用されるシリコーン系離型剤では耐熱性が不足する。 On the other hand, polyamide can suppress an increase in cost, but has a higher melting point and higher adhesion to metal than general-purpose resins such as polypropylene. Therefore, when polyamide is used, a mold release failure is likely to occur when the molded product is removed from the mold. Although a mold release agent may be used, when a polyamide is press-molded, a press temperature becomes high, and thus a silicone-based mold release agent generally used is insufficient in heat resistance.
そこで、本発明の目的は、耐環境性の向上とコストの低減を両立でき、さらに離型性にも優れる連続繊維強化樹脂部材およびその製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a continuous fiber reinforced resin member that can achieve both improvement in environmental resistance and cost reduction, and is excellent in releasability, and a method for producing the same.
請求項1に記載の発明は、一方面(11)および他方面(12)をそれぞれ形成するポリイミド層(13)と、前記ポリイミド層の間に配置された連続繊維からなる複数の補強層(14)と、前記複数の補強層に含浸し、少なくとも前記ポリイミド層に接するように配置されたポリアミド層(15)とを含む、連続繊維強化樹脂部材(1)である。
請求項2に記載の発明は、一方面から他方面に向かって順に積層されたポリイミド層、ポリアミド層およびポリイミド層と、前記ポリアミド層に埋め込まれた連続繊維からなる複数の補強層とを含む、連続繊維強化樹脂部材である。
The invention according to
The invention according to
請求項3に記載の発明は、一方面から他方面に向かって順に積層されたポリイミド層、ポリアミド層およびポリイミド層と、前記ポリアミド層に埋め込まれた連続繊維とを含む、連続繊維強化樹脂部材である。
請求項4に記載の発明は、前記連続繊維が、炭素繊維を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の連続繊維強化樹脂部材である。
The invention according to
Invention of
請求項5に記載の発明は、一対のポリイミドシート(2)の間に、交互に重ねた複数枚のポリアミドシート(3)および連続繊維シート(4)を配置することによってシートの積層体(5)を形成する工程と、前記ポリアミドシートが流動し、かつ前記ポリイミドシートが流動しない温度で、前記積層体を温間プレスする工程とを含む、連続繊維強化樹脂部材の製造方法である。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、前記積層体を形成する工程は、前記一対のポリイミドシートのそれぞれに前記ポリアミドシートを接するように配置する工程を含む、請求項5に記載の連続繊維強化樹脂部材の製造方法である。
請求項7に記載の発明は、前記連続繊維シートが、炭素繊維シートを含む、請求項5または6に記載の連続繊維強化樹脂部材の製造方法である。
The invention according to
Invention of
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号によって特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。 In addition, in the above, the numbers in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.
請求項1〜3に記載の発明によれば、連続繊維強化樹脂部材の最表面がポリイミドで構成されるため、最表面に対して優れた耐環境性(耐熱性、耐薬品性等)を付与することができる。熱や薬品による劣化の起点となる最表面が当該優れた特性を有することから、連続繊維強化樹脂部材の内部に向かって劣化が進行することを抑制することもできる。一方、ポリイミドは連続繊維強化樹脂部材の樹脂部分全体を構成するものではなく、最表面に選択的に使用され、連続繊維に含浸するマトリクス樹脂としてはポリアミドが使用されている。ポリアミドはポリイミドに比べて安価であるため、耐環境性の向上に伴うコストの増加を抑制することができる。さらに、ポリイミドおよびポリアミドは、いずれもアミド結合を有するため、ポリイミドのアミド結合とポリアミドのアミド結合との間に、水素結合に基づく強い分子間力を発現させることができる。その結果、ポリイミド層とポリアミド層とを強く結合できるので、優れた耐衝撃性を実現することもできる。 According to invention of Claims 1-3, since the outermost surface of a continuous fiber reinforced resin member is comprised with a polyimide, the environmental resistance (heat resistance, chemical resistance, etc.) excellent with respect to the outermost surface is provided. can do. Since the outermost surface that is the starting point of deterioration due to heat and chemicals has the excellent characteristics, it is possible to suppress the deterioration from progressing toward the inside of the continuous fiber reinforced resin member. On the other hand, polyimide does not constitute the entire resin portion of the continuous fiber reinforced resin member, but is selectively used on the outermost surface, and polyamide is used as the matrix resin impregnated into the continuous fibers. Since polyamide is less expensive than polyimide, it is possible to suppress an increase in cost associated with improved environmental resistance. Furthermore, since both polyimide and polyamide have an amide bond, a strong intermolecular force based on a hydrogen bond can be developed between the amide bond of polyimide and the amide bond of polyamide. As a result, since the polyimide layer and the polyamide layer can be strongly bonded, excellent impact resistance can also be realized.
請求項4に記載の発明によれば、連続繊維が炭素繊維であるため、連続繊維強化樹脂部材の耐衝撃性を一層向上させることができる。
請求項5に記載の発明によれば、温間プレスの温度条件が、ポリアミドシートが流動し、かつポリイミドシートが流動しない温度であるため、当該温間プレスによってポリイミドシートの流動性が高くなることを抑制することができる。つまり、積層体の最表面を形成する一対のシートが流動し難いので、プレス金型からの離型性を高めることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the continuous fiber is a carbon fiber, the impact resistance of the continuous fiber reinforced resin member can be further improved.
According to the invention described in
そして、請求項5に記載の発明によって得られる連続繊維強化樹脂部材によれば、請求項1〜3に記載の発明の効果で述べたように、最表面に対して優れた耐環境性(耐熱性、耐薬品性等)を付与することができ、連続繊維強化樹脂部材の内部に向かって劣化が進行することを抑制することができる。また、耐環境性の向上に伴うコストの増加を抑制できると共に、ポリイミドのアミド結合とポリアミドのアミド結合との間の分子間力によってポリイミド層とポリアミド層とを強く結合できるので、優れた耐衝撃性を実現することもできる。
And according to the continuous fiber reinforced resin member obtained by invention of
請求項6に記載の発明によれば、ポリイミドシートをポリアミドシートに接触させた状態で温間プレスすることによって、ポリイミドとポリアミドとの結合力を向上させることができる。ポリイミドシートは、流動させて連続繊維シートに含浸させる必要がない一方、ポリアミドシートとの間に分子間力を発現させる必要があるためである。
請求項7に記載の発明によれば、連続繊維シートが炭素繊維シートであるため、耐衝撃性に一層優れた連続繊維強化樹脂部材を製造することができる。
According to invention of
According to the seventh aspect of the present invention, since the continuous fiber sheet is a carbon fiber sheet, a continuous fiber reinforced resin member having further excellent impact resistance can be produced.
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、ポリイミドシート2、ポリアミドシート3および連続繊維シート4の積層に関連する工程を説明するための図である。図2A〜図2Bは、本発明の一実施形態に係る連続繊維強化樹脂部材1の製造方法を説明するための模式図である。図3は、図2A〜図2Bの工程によって成形された連続繊維強化樹脂部材1の模式的な斜視図である。図4は、ポリイミドおよびポリアミドの化学式の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining processes related to the lamination of the
連続繊維強化樹脂部材1を製造するには、まず、図1および図2Aに示すように、プレス成形機(図示せず)の金型6に、ポリイミドシート2、ポリアミドシート3および連続繊維シート4を用いて積層体5が設置される。具体的には、一対のポリイミドシート2の間に、複数枚のポリアミドシート3および連続繊維シート4が交互に積層される。ポリアミドシート3および連続繊維シート4の積層枚数は、目的とする連続繊維強化樹脂部材1に応じて異なる。
In order to manufacture the continuous fiber reinforced
使用されるポリイミドシート2の材料としては、たとえば、ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等のポリイミド系樹脂が挙げられる。また、ポリアミドシート3の材料としては、PA6、PA66、PA12、PA612、PA610、PA11等の脂肪族ポリアミド、PA6T、PA9T、PPA等の芳香族ポリアミド等のポリアミド系樹脂が挙げられる。
Examples of the material of the
連続繊維シート4を構成する連続繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。また、連続繊維の形態としては、連続繊維を経糸(たていと)と緯糸(よこいと)に交互に配向(織る)させたクロス材であってもよいし、連続繊維を一方向に配向させたUD(Uni Direction)材であってもよい。また、クロス材の織り方としては、平織、綾織、朱子織、からみ織、模紗織、斜紋織等、一般的に知られている織り方が挙げられるが、樹脂を含浸できるものであればこれらに限られない。これらのうち、好ましくは、炭素繊維が使用され、より好ましくは、炭素繊維のUD材(つまり、炭素繊維UDテープ)が使用される。なお、図1では、連続繊維シート4として、UDテープを使用した例を示している。UD材を使用する場合、図1に示すように、全ての連続繊維シート4の繊維の配向方向が特定の方向とならないように、配向方向が様々な方向となるようにしてもよい。
Examples of the continuous fibers constituting the
また、積層に当たり、ポリアミドシート3は、一対のポリイミドシート2のそれぞれに接する位置に配置されることが好ましい。つまり、ポリイミドシート2の次にはポリアミドシート3が配置され、これらのシート2,3の間に連続繊維シート4が介在されないことが好ましい。
金型6は、上型7および下型8を含む。なお、図2A〜図2Bに示した金型6は、本発明の説明をするために模式的に表したものに過ぎず、本発明の実施にあたって使用する金型としては、目的とする連続繊維強化樹脂部材1の形状に応じたものを採用すればよい。
Moreover, it is preferable to arrange | position the
The
上型7は、連続繊維強化樹脂部材1の内面を成形するためのものである。上型7の外面9(成形面)は、連続繊維強化樹脂部材1の内面に合わせて湾曲した凸面となっている。
下型8は、連続繊維強化樹脂部材1の外面を成形するためのものである。下型8の内面10(成形面)は、連続繊維強化樹脂部材1の外面に合わせて湾曲した凹面となっている。
The
The
次に、上型7および下型8によって、積層体5が上下両側から温間プレスされる。このときの金型6の温度Tは、ポリイミド系樹脂が流動せず、かつ、ポリアミド系樹脂を流動状態にできる温度に制御される。この実施形態では、金型6の温度Tは、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の融点を基準にして、ポリイミド系樹脂の融点>T≧ポリアミド系樹脂の融点を満たすように設定される。たとえば、ポリイミド系樹脂としてポリイミドが使用され、ポリアミド系樹脂としてPA66が使用される場合、温度Tは、265℃〜350℃である。このプレスによって、ポリアミドシート3が流動状態となって連続繊維シート4に含浸すると共に、ポリアミドシート3とポリイミドシート2とが一体化して、金型6に応じた形状の連続繊維強化樹脂部材1が成形される。この後、連続繊維強化樹脂部材1が金型6から取り外される。
Next, the
図3に示すように、得られた連続繊維強化樹脂部材1は、下型8の内面10に応じて凸湾曲した第1面11と、上型7の外面9に応じて凹湾曲した第2面12とを有している。第1面11および第2面12は、連続繊維強化樹脂部材1の最表面をなしており、いずれもポリイミドシート2からなるポリイミド層13によって形成されている。このポリイミド層13の間には、連続繊維シート4からなる補強層14が複数枚配置されている。補強層14には、ポリアミドシート3に由来するポリアミド層15が、ポリイミド層13に接する形で含浸している。ポリアミド層15は、図3に示すように、複数層に分かれた態様で設けられていてもよいし、ポリイミド層13の間に、複数のポリアミドシート3が流動によって一体化して形成された単層として設けられていてもよい。
As shown in FIG. 3, the obtained continuous fiber reinforced
また、補強層14は、ポリイミド層13の間に複数層に分かれた態様で設けられていてもよいし、層を構成せず、連続繊維シート4の各繊維が、ポリアミドシート3が流動圧によってランダムに広がってばらばらに分布した態様で設けられていてもよい。
以上の方法によれば、図2Bに示す温間プレスの温度条件が、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の融点を基準にして、ポリイミド系樹脂の融点>T≧ポリアミド系樹脂の融点を満たすように設定されるため、当該温間プレスによってポリイミドシート2の流動性が高くなることを抑制することができる。つまり、積層体5の最表面を形成する一対のポリイミドシート2が流動し難いので、金型6からの離型性を高めることができる。
In addition, the reinforcing
According to the above method, the temperature condition of the warm press shown in FIG. 2B satisfies the melting point of the polyimide resin> T ≧ the melting point of the polyamide resin on the basis of the melting points of the polyimide resin and the polyamide resin. Since it sets, it can suppress that the fluidity | liquidity of the
そして、得られた連続繊維強化樹脂部材1によれば、連続繊維強化樹脂部材1の最表面である第1面11および第2面12がポリイミド層13で構成されるため、第1面11および第2面12に対して優れた耐環境性(耐熱性、耐薬品性等)を付与することができる。熱や薬品による劣化の起点となる第1面11および第2面12が当該優れた特性を有することから、連続繊維強化樹脂部材1の内部に向かって劣化が進行することを抑制することもできる。一方、ポリイミド層13は連続繊維強化樹脂部材1の樹脂部分全体を構成するものではなく、最表面に選択的に使用され、連続繊維(補強層14)に含浸するマトリクス樹脂としてはポリアミド層15が使用されている。ポリアミド系樹脂はポリイミド系樹脂に比べて安価であるため、耐環境性の向上に伴うコストの増加を抑制することができる。さらに、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂は、図4に示すように、いずれもアミド結合を有するため、ポリイミド系樹脂のアミド結合とポリアミド系樹脂のアミド結合との間に、水素結合に基づく強い分子間力を発現させることができる。その結果、ポリイミド層13とポリアミド層15とを強く結合できるので、優れた耐衝撃性を実現することもできる。なお、図4では、ポリイミド系樹脂の一例として、ポリイミド(カプトン:登録商標)を示し、ポリアミド系樹脂の一例として、ポリアミド(PA)66を示している。
And according to the obtained continuous fiber reinforced
本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、他の実施形態で実施することもできる。
前述の実施形態では、金型6の設定温度の基準として、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂のそれぞれの融点を利用したが、使用するポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の種類によってはガラス転移点を基準にしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in other embodiments.
In the above-described embodiment, the melting point of each of the polyimide resin and the polyamide resin is used as a reference for the set temperature of the
本発明の連続繊維強化樹脂部材は、車両部品の他、たとえば、鉄道車両、船舶、航空機、ユニットバス、浄化槽、プリント基板、遊具、スキー板等、各種分野で使用される部品や本体に使用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
The continuous fiber reinforced resin member of the present invention is used for parts and main bodies used in various fields such as railcars, ships, aircraft, unit baths, septic tanks, printed circuit boards, playground equipment, skis, etc. in addition to vehicle parts. be able to.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…連続繊維強化樹脂部材、2…ポリイミドシート、3…ポリアミドシート、4…連続繊維シート、5…積層体、11…第1面、12…第2面、13…ポリイミド層、14…補強層、15…ポリアミド層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ポリイミド層の間に配置された連続繊維からなる複数の補強層と、
前記複数の補強層に含浸し、少なくとも前記ポリイミド層に接するように配置されたポリアミド層とを含む、連続繊維強化樹脂部材。 A polyimide layer forming one side and the other side,
A plurality of reinforcing layers made of continuous fibers disposed between the polyimide layers;
A continuous fiber reinforced resin member comprising: a polyamide layer impregnated in the plurality of reinforcing layers and disposed at least in contact with the polyimide layer.
前記ポリアミド層に埋め込まれた連続繊維からなる複数の補強層とを含む、連続繊維強化樹脂部材。 A polyimide layer, a polyamide layer and a polyimide layer laminated in order from one side to the other side;
A continuous fiber reinforced resin member comprising a plurality of reinforcing layers made of continuous fibers embedded in the polyamide layer.
前記ポリアミド層に埋め込まれた連続繊維とを含む、連続繊維強化樹脂部材。 A polyimide layer, a polyamide layer and a polyimide layer laminated in order from one side to the other side;
A continuous fiber reinforced resin member comprising continuous fibers embedded in the polyamide layer.
前記ポリアミドシートが流動し、かつ前記ポリイミドシートが流動しない温度で、前記積層体を温間プレスする工程とを含む、連続繊維強化樹脂部材の製造方法。 Forming a laminate of sheets by arranging a plurality of alternately laminated polyamide sheets and continuous fiber sheets between a pair of polyimide sheets; and
And a step of warm-pressing the laminate at a temperature at which the polyamide sheet flows and the polyimide sheet does not flow.
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