JP6517109B2 - 薄肉成形体 - Google Patents

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Description

本発明は、自転車のサドルの部品用として適した薄肉成形体に関する。
繊維状充填材を含む樹脂成形品は機械的強度が高いことを利用して、各種分野で使用されている。
特許文献1には脂肪族ポリアミド含浸ガラス繊維束を含む樹脂組成物から得られる、厚み0.8〜2.0mmの薄肉成形体の発明が記載されており、前記薄肉成形体が電子機器のハウジングに使用されることが記載されている。
特許文献2には、合成樹脂と補強繊維を含む樹脂組成物を成型した成型体からなる自転車フレームの発明が記載されている。
特許第5735343号公報 特開2014−162450号公報
本発明は、軽量で高い機械的強度を有している薄肉成形体を提供することを課題とする。
本発明は、炭素繊維が長さ方向に揃えられた状態で束ねられたものに溶融状態のポリアミド樹脂が付着されて一体化されたものが、5〜20mmの長さに切断されているポリアミド樹脂付着繊維束を含むポリアミド樹脂組成物から得られる成形体であり、
前記ポリアミド樹脂付着繊維束中のポリアミドが、PA11、PA12、PA610、PA612から選ばれるものであり、
下記の要件(a)〜()を満たすものである、薄肉成形体を提供する。
(a)薄肉成形体中の炭素繊維含有割合が5〜40質量%であること。
(b)薄肉成形体中の炭素繊維の重量平均繊維長が0.5〜3.0mmであること。
(c)薄肉成形体の厚みが1.0〜4.0mmであること。
(d)薄肉成形体の比重が1.3以下であること。
本発明の薄肉成形体は、軽量で高い機械的強度を有している。
<ポリアミド樹脂組成物>
本発明で用いるポリアミド樹脂組成物に含まれるポリアミド樹脂付着繊維束は、炭素繊維を長さ方向に揃えた状態で束ね、前記炭素繊維の束にポリアミド樹脂を溶融させた状態で付着させ一体化した後に、5〜20mmの長さに切断したものである。
本発明の組成物に含まれる樹脂付着繊維束は、炭素繊維束にポリアミド樹脂が付着されたものであり、付着状態によって、
強化用長繊維束の中心部まで樹脂が浸透され(含浸され)、繊維束を構成する中心部の繊維間にまで樹脂が入り込んだ状態のもの(以下「ポリアミド樹脂含浸繊維束」という)、
強化用長繊維束の表面のみが樹脂で覆われた状態のもの(以下「ポリアミド樹脂表面被覆繊維束」という)、
それらの中間のもの(繊維束の表面が樹脂で覆われ、表面近傍のみに樹脂が含浸され、中心部にまで樹脂が入り込んでいないもの)(以下「ポリアミド樹脂一部含浸繊維束」という)を含むものである。
本発明では、ポリアミド樹脂含浸繊維束とポリアミド樹脂表面被覆繊維束が好ましく、ポリアミド樹脂含浸繊維束がより好ましい。
樹脂付着繊維(但し、ポリアミド樹脂は使用していない)は、特開2013−107979号公報に記載されている。
ポリアミド樹脂は、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610およびポリアミド612から選ばれるものであり、ポリアミド12、ポリアミド612が好ましい。
炭素繊維(束)は、特開2014−181418号公報の実施例1〜4のサイジング剤塗布炭素繊維、特開2012−56980号公報に記載されたトウプリプレグ用エポキシ樹脂組成物に含有される炭素繊維、東レ(株)製の製品名「トレカT700SC−12000(T700SC−12K)」、東レ(株)製の製品名「トレカT700GC−12000(T700GC−12K)」などを使用することができる。
前記ポリアミド樹脂含浸繊維束は、ダイスを用いた周知の製造方法により製造することができ、例えば、特開平6−313050号公報の段落番号7、特開2007−176227号公報の段落番号23のほか、特公平6−2344号公報(樹脂被覆長繊維束の製造方法並びに成形方法)、特開平6−114832号公報(繊維強化熱可塑性樹脂構造体およびその製造法)、特開平6−293023号公報(長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法)、特開平7−205317号公報(繊維束の取り出し方法および長繊維強化樹脂構造物の製造方法)、特開平7−216104号公報(長繊維強化樹脂構造物の製造方法)、特開平7−251437号公報(長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法および製造装置)、特開平8−118490号公報(クロスヘッドダイおよび長繊維強化樹脂構造物の製造方法)などに記載の製造方法を適用することができる。
ポリアミド樹脂付着繊維束の長さは5〜20mmであり、5〜15mmであることが好ましい。
ポリアミド樹脂付着繊維束に含まれる炭素繊維の長さは、前記ポリアミド樹脂含浸繊維束の長さと同一である。
ポリアミド樹脂組成物は、上記の樹脂付着繊維束と他のポリアミド樹脂を1種類または2種類以上混合したものを使用することができる。
このとき、ポリアミド樹脂付着繊維束に含まれているポリアミド樹脂と別に混合するポリアミド樹脂は、同じものでもよいし、異なっているものでもよい。
ポリアミド樹脂組成物は、前記した他のポリアミド樹脂を混合しないで、上記の樹脂付着繊維束を単独使用することもできる。
ポリアミド樹脂組成物中の炭素繊維の含有割合は5〜40質量%であり、好ましくは5〜30質量%であり、より好ましくは10〜25質量%であり、残部割合がポリアミド樹脂の含有割合である。
ポリアミド樹脂組成物中の炭素繊維の含有割合は、薄肉成形体中の炭素繊維の含有割合と同じである。
ポリアミド樹脂組成物は、本発明の課題を解決できる範囲内にて、公知の他の成分、例えば、繊維状充填材(但し、炭素繊維を除く)、難燃剤、難燃助剤、熱安定剤、滑剤、光安定剤、酸化防止剤、着色剤、離型剤、帯電防止剤を含有することができる。
他の成分として、炭素繊維を除いた繊維状充填材を使用するときは、繊維状充填材の合計量中、炭素繊維の含有割合が95質量%以上になるようにする。
<薄肉成形体>
本発明の薄肉成形体は、下記要件(a)〜要件(d)を満たしており、さらに好ましくは要件(e)も満たしているものである。
要件(a)
薄肉成形体中の炭素繊維含有量が5〜40質量%であること。前記炭素繊維含有割合は、好ましくは5〜30質量%であり、より好ましくは5〜25質量%である。
要件(b)
薄肉成形体中の炭素繊維の重量平均繊維長が0.5〜3.0mmであること。前記重量平均繊維長は0.5〜1.5mmが好ましい。
要件(c)
薄肉成形体の厚みが1.0〜4.0mmであること。前記薄肉成形体の厚みは、1.5〜3.5mmが好ましく、2.0〜3.0mmがより好ましい。
要件(d)
薄肉成形体の比重が1.3以下であること。前記薄肉成形体の比重は1.05〜1.3が好ましい。
要件(e)
薄肉成形体の少なくとも一面のグロス値(60°)が10〜90であること。前記薄肉成形体のグロス値は40〜85が好ましい。
本発明の薄肉成形体は、特許文献1(特許第5735343号公報)に記載された製造方法と同様にして、射出成形法を適用して製造することができる。
本発明の薄肉成形体は、特許文献1、2に記載されたものと同様の用途に適用できるが、本発明の薄肉成形体は、特に自転車のサドル部品として適している。
自転車のサドルは、パッド(乗車時に人の臀部が触れる部分)、パッドの下にあるベース(または「シェル」とも称される)、ベースの一部にも固定された、自転車本体に取り付けるための金属製のレールを含む部品を有している。ここで、パッドは人が乗車し易くするため、曲面を有する形状になっており、ベースもパッドの形状に対応して曲面を有する形状になっている。
本発明の薄肉成形体は、特に前記したサドルのベースとして好適である。
本発明の薄肉成形体を前記ベースにするときは、前記ベースの長さ(L)が240〜300mmであるとき、前記ベースの長さ(L)と前記ベースの厚み(T)の比(L/T)は60〜150の範囲が好ましい。
なお、ベースの厚み(T)が均一でないときは、前記Tは最小厚みとする。
自転車のサドルでは、ベースの一面側はパッドと接触しているために目視できないが、パッドと接触していないレールが固定された側の面は露出面となっており、目視することができる。
このため、本発明の薄肉成形体をサドルのベースとして使用するとき、製品価値を向上させ、消費者の購買意欲を喚起させるためには、前記ベースの露出面の状態も重要になる。
本発明の薄肉成形体は、射出成形法を適用して製造したときには、要件(a)、(b)、(c)を有しているため、炭素繊維が一方向に配列し易くなり、一方向への繊維による流れ模様が発現するので、前記ベースの露出面の美観を高めることができる。
また、本発明の薄肉成形体が要件(e)を満たすようにすることで、前記ベースの露出面の美観をさらに高めて商品価値を高めることができる。
本発明の薄肉成形体が要件(e)を満たすようにするためには、少なくとも一面が鏡面仕上げされた金型を使用して射出成形する方法を適用することができる。
<ポリアミド樹脂>
PA12−1:ダイアミドL1600、ダイセル・エボニック(株)製
PA612:ダイアミドBS1090、ダイセル・エボニック(株)製
PA12−2:ダイアミドL1940、ダイセル・エボニック(株)製
PA−6:UBE NYLON 1010、宇部興産(株)製
<炭素繊維>
CF−1 炭素繊維ロービング(「トレカT700SC−12000」、東レ(株)製)
CF−2 炭素繊維ロービング(「トレカT700GC−12000」、東レ(株)製)
CF−3 6mmチョップド炭素繊維(「HT C413」、東邦テナックス(株)製)
<試験片作製方法>
実施例および比較例の組成物を使用して、下記条件にてISO多目的試験片A型形状品(厚み2mmおよび厚み4mm)を作製した。
また外観観察のために平板(100×100mm、厚み2mm、サイドゲート幅10mm)も同条件で作製した。
装置:(株)日本製鋼所製、J−150EII
シリンダー温度280℃
金型温度:100℃
スクリュー:長繊維専用スクリュー
スクリュー径:51mm
ゲート形状20mm幅サイドゲート
<繊維長(重量平均繊維長)>
上記試験片から約3gの試料を切出し、硫酸により樹脂を溶解除去して炭素繊維を取り出した。取り出した繊維の一部(500本)から重量平均繊維長を求めた。計算式は、特開2006−274061号公報の〔0044〕、〔0045〕を使用した。
<曲げ強度(MPa)>
ISO178に準拠して測定した。
<曲げ弾性率(MPa)>
ISO178に準拠して測定した。
また、厚み2mmの試験片で曲げ弾性率を測定して荷重たわみ曲線(横軸:たわみmm,縦軸:荷重MPa)を作成して、たわみ0.9mmと1.1mmの2点間(たわみ1mm)の曲げ弾性率を求め、荷重たわみ曲線からたわみ1.9mmと2.1mmの2点間(たわみ2mm)の曲げ弾性率を求めた。
<シャルピー衝撃強さ(kJ/m2)>
ISO179/1eAに準拠して、ノッチ付きシャルピー衝撃強さを測定した。
<薄肉成形体表面の表面光沢>
MULTI−ANGLE GLOSS METERE(MODEL TC−108DP/A、(有)東京電色)を使用して、グロス値(60°)を測定した。
<外観>
外観観察用の試験平板を目視で観察し、下記の基準で評価した。
◎:樹脂の流動方向に沿った炭素繊維に由来する明瞭な模様が確認できる。
○:樹脂の流動方向に沿った炭素繊維に由来する模様が観察できる(明瞭さが◎よりも劣っている)。
×:樹脂の流動方向に沿った模様は確認できない。
製造例1(樹脂含浸繊維束1〜3の製造)
実施例で使用した樹脂含浸繊維束は、次の方法で製造した。
表1に示す炭素繊維束をクロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度270℃)から溶融状態の表1に示すポリアミド樹脂を表1に示す量供給し、その溶融物を炭素繊維ロービング(CF−1またはCF−2)に含浸させた。
その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより長さ9mmに切断し、円柱状のポリアミド樹脂含浸繊維束を得た。
円柱状のポリアミド樹脂含浸繊維束を長さ方向に切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっていた。
Figure 0006517109
製造例2(比較用CF−3含有樹脂ペレット)
表2に示すポリアミド樹脂とCF−3をタンブラーブレンダーにて混合後、押出機(250℃)で溶融混練してCF−3含有樹脂ペレットを得た。
実施例および比較例
表2に示す成分をドライブレンド後、射出成形して試験片を作製して、上記各測定を実施した。結果を表2に示す。
Figure 0006517109
表2の結果から、本発明の薄肉成形体は、自転車のサドル部品(サドルベース)として適していることが確認された。
また、実施例1〜5の薄肉成形体は表面光沢もあり、さらにそれらの表面には、炭素繊維が配向されたことによる同一方向への美しい流れ模様が明瞭に認められた。
本発明の薄肉成形体は、自転車のサドル部品として使用することができる。

Claims (5)

  1. 炭素繊維が長さ方向に揃えられた状態で束ねられたものに溶融状態のポリアミド樹脂が付着されて一体化されたものが、5〜20mmの長さに切断されているポリアミド樹脂付着繊維束を含むポリアミド樹脂組成物から得られる射出成形薄肉成形体であり、
    前記ポリアミド樹脂付着繊維束中のポリアミドが、PA11、PA12、PA610、PA612から選ばれるものであり、
    下記の要件(a)〜()を満たすものであ表面に前記炭素繊維による流れ模様が発現された射出成形薄肉成形体。
    (a)薄肉成形体中の炭素繊維含有割合が5〜40質量%であること。
    (b)薄肉成形体中の炭素繊維の重量平均繊維長が0.5〜3.0mmであること。
    (c)薄肉成形体の厚みが1.0〜4.0mmであること。
    (d)薄肉成形体の比重が1.3以下であること。
  2. さらに下記要件(e)を満たす、請求項1記載の表面に前記炭素繊維による流れ模様が発現された射出成形薄肉成形体。
    (e)薄肉成形体の少なくとも一面のグロス値(60°)が10〜70であること。
  3. 前記ポリアミド樹脂組成物が、前記ポリアミド樹脂付着繊維束に加えてさらにポリアミド樹脂を含むものである、請求項1または2記載の表面に前記炭素繊維による流れ模様が発現された射出成形薄肉成形体。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項記載の表面に前記炭素繊維による流れ模様が発現された射出成形薄肉成形体が、乗車時に人の臀部が触れる部分であるパッド、前記パッドの下にあるベース、前記ベースの一部にも固定された、自転車本体に取り付けるための金属製のレールを含む自転車のサドルにおける前記ベースであって、
    前記ベースの表面に前記炭素繊維による流れ模様が発現されたものである、自転車サドルのベース。
  5. 前記ベースの長さ(L)が240〜300mmであるとき、前記ベースの長さ(L)と前記ベースの厚み(T)の比(L/T)が60〜150の範囲である、請求項4記載の自転車サドルのベース。
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