JP6846015B2 - 繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記束状集合体[A]は、複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、複数の束に分繊された分繊処理区間と、未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束を、前記繊維束の長手方向に対して角度θ(0°<θ<90°)で切断したものであることを特徴とするものからなる。
分繊処理によって任意の束本数へと分割された分繊束集合体[a]と、
上記未分繊処理区間、および/または上記絡合部、および/または上記絡合集積部によって、繊維束の単糸同士が結合された結合束集合体[b]と、
上記未分繊処理区間、および/または上記絡合部、および/または上記絡合集積部と、上記部分分繊繊維束の切断時の切断面とが交差し、該交差部において、上記繊維束の単糸同士の結合が切断されている結合切断集合体[c]のうちの、少なくとも一種の集合体を含む形態を採ることができる。この形態においては、上記束状集合体[A]において、上記結合束集合体[b]の含有率が0〜15%の範囲にあることが好ましい。すなわち、結合束集合体[b]は、含まれていなくてもよいが、含まれている場合には、含有率を高くても15%に抑えておくことが好ましい。
W・cosθ/D≧3 ・・・(1)
W:部分分繊繊維束切断時の繊維束幅
D:束状集合体[A]における切断面の間隔
先ず、図1に、複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、複数の束に分繊された分繊処理区間と、未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束と、その切断について説明する。図1に示すように、分繊処理区間2と未分繊処理区間3とが繊維束の長手方向に沿って交互に形成されてなる部分分繊繊維束1が方向Aに走行され、切断刃4により繊維束1が繊維束1を横断する方向に切断されて不連続強化繊維の束状集合体[A]5が形成される。このとき、繊維束の長手方向に対し角度θで切断されるが、この切断角度θが本発明では0°<θ<90°の斜め方向切断とされ、前述の本出願人による先の提案における繊維強化樹脂成形材料では繊維束の長手方向に直交する方向(θ=90°)とされている。ここで本発明における角度θの好ましい範囲としては、0°<θ<45°であり、より好ましくは5°<θ<30°である。かかる範囲において、高い力学特性と低ばらつきの発現と、切断ミスを抑制し、所望の角度で切断可能な高プロセス性の両立を図ることができる。
分繊処理によって任意の束本数へと分割された分繊束集合体[a]と、
未分繊処理区間、および/または絡合部、および/または絡合集積部によって、繊維束の単糸同士が結合された結合束集合体[b]と、
未分繊処理区間、および/または絡合部、および/または絡合集積部と、部分分繊繊維束の切断時の切断面とが交差し、該交差部において、繊維束の単糸同士の結合が切断されている結合切断集合体[c]のうちの、少なくとも一種の集合体を含む形態とすることができる。
{N(b)/N(A)}×100 ・・・(2)
W・cosθ/D≧3 ・・・(1)
W:部分分繊繊維束切断時の繊維束幅
D:束状集合体[A]における切断面の間隔
t=D/cosθ
となり、繊維束の幅Wを幅方向に切断面によって切断する数W/tが望ましくは、
W/t≧3
とすると、上記式より、前記式(1)が成り立つ。前記式(1)を満たすように部分分繊繊維束を切断することによって、前記結合切断集合体[c]が効果的に細束化され、力学特性の向上に寄与するため好ましい。
繊維束[A−1]:
繊維径7μm、引張弾性率230GPa、単糸数12,000本の連続した炭素繊維束(東レ(株)製、“トレカ(登録商標)”T700S−12K−50−E)を用いた。
繊維束[A−2]:
繊維径7.2μm、引張弾性率240GPa、単糸数50,000本の連続した炭素繊
維束(ZOLTEK社製、“Panex35(登録商標)”)を用いた。
マトリックス樹脂[M−1]:
ビニルエステル樹脂(ダウ・ケミカル(株)製、“デラケン(登録商標)790”)を100重量部、硬化剤としてtert−ブチルパーオキシベンゾエート(日本油脂(株)製、“パーブチル(登録商標)Z”)を1重両部、増粘剤として酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、MgO#40)を4重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛(堺化学工業(株)製、SZ−2000)を2重量部を、十分に混合・攪拌して得られた樹脂コンパウンドを用いた。
繊維強化樹脂成形材料から100mm×100mmの試料を切り出し、前記試料を600℃×1時間、炉内にて加熱し樹脂を除去した。続いて、樹脂を除去した試料から、束状集合体[A]を400本ピンセットを用いて取り出し、以下の基準によって、分繊束集合体[a]、結合束集合体[b]、結合切断集合体[c]へと分類した。
平板を製作することが可能である金型No.1を用いた。繊維強化樹脂成形材料を金型No.1の中央部に配置(チャージ率にして50%)した後、加圧型プレス機により10MPaの加圧のもと、約140℃×5分間の条件により硬化させ、300×400mmの平板を得た。平板長手方向を0°とし、得られた平板より0°と90°方向から、それぞれ100×25×1.6mmの試験片を5片(合計10片)切り出し、JIS K7074(1988年)に準拠し測定を実施した。
繊維束[A−1]を、ワインダーを用いて一定速度10m/minで巻出し、5Hzで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、拡幅処理を施した後に、20mm幅の幅規制ロールを通すことで20mmへ拡幅した拡幅繊維束を得た。得られた拡幅繊維束に対して、厚み0.2mm、幅3mm、高さ20mmの突出形状を具備する分繊処理用鉄製プレートを、強化繊維束の幅方向に対して5mm等間隔に並行にセットした分繊処理手段を準備した。この分繊処理手段を拡幅繊維束に対して、間欠式に抜き挿しし、部分分繊繊維束を得た。
繊維束[A−2]を、ワインダーを用いて一定速度10m/minで巻出し、10Hzで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、拡幅処理を施した後に、60mm幅の幅規制ロールを通すことで60mmに拡幅した拡幅繊維束を得た。得られた拡幅繊維束に対して突出形状を具備する分繊処理用鉄製プレートを強化繊維束の幅方向に対して3.5mm等間隔に並行にセットした分繊処理手段を用いて部分分繊繊維束を作製した以外は実施例1と同様にして評価を行った。この時、得られた部分分繊繊維束は分繊処理区間で繊維束が幅方向に対して17分割に分繊されており、少なくとも1つの分繊処理区間の少なくとも1つの端部に、単糸が交絡した絡合部が集積されてなる絡合集積部を有していた。また、繊維束[A−1]に比べて繊維束の単糸数が多いため、繊維束切断時の幅Wは20mmであった。得られた一連の評価結果は表1に示す。
束状集合体[A]の繊維長が12.5mmになるように、切断間隔を3.2mmに調整した以外は、実施例2と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
繊維束の切断角度が30°、繊維長が12.5mmになるように、ロータリーカッターの切断刃の傾きと切断間隔を6.2mmに調整した以外は実施例2と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
繊維束の切断角度が45°、繊維長が12.5mmになるように、ロータリーカッターの切断刃の傾きと切断間隔を8.8mmに調整した以外は実施例2と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
繊維束切断時の幅Wが30mmになるように、部分分繊繊維束を巻き取る直前に、繊維束の拡幅幅維持のためのしごきローラーを設置し、部分分繊繊維束幅を調整した以外は実施例3と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
繊維束切断時の幅Wが45mmになるように、部分分繊繊維束を巻き取る直前に、繊維束の拡幅幅維持のためのしごきローラーを設置し、部分分繊繊維束幅を調整した以外は実施例2と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
繊維束をロータリーカッターへ挿入するために巻き出す際に、繊維束が巻き取られた紙管を除去し、ボビン内側の繊維束端部から巻き出すインサイドプル方式にて繊維束を巻き出した以外は実施例3と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
部分分繊繊維束を切断する際に、繊維束の長手方向に対して角度90°、切断間隔25mmに切断刃が設置されたロータリーカッターを用いて束状集合体[A]を得た以外は実施例1と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表2に示す。
部分分繊繊維束を切断する際に、繊維束の長手方向に対して角度90°、切断間隔25mmに切断刃が設置されたロータリーカッターを用いて束状集合体[A]を得た以外は実施例2と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表2に示す。
繊維束[A−2]に分繊処理を施さないまま、切断し、束状集合体[A]を得た以外は実施例2と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表2に示す。
2,13、15、23、32、42、64、74 分繊処理区間
3、14、16、28、33、52、62、72、82 未分繊処理区間
4 切断刃
5 束状集合体[A]
11、25、63 絡合部
12、26、73 絡合集積部
20 繊維束
21 分繊手段
22 突出部
24 接触部
27 毛羽溜まり
34、35、43、53、65、75、83、92 切断面
36、37 束状集合体
100 ボビンの巻き方向
101 繊維束の引き出し方向
102 繊維束の解じょ撚り
103 解じょ撚りを含む部分分繊繊維束
Claims (6)
- 少なくとも不連続強化繊維の束状集合体[A]と、マトリックス樹脂[M]とを含む繊維強化樹脂成形材料であって、
前記束状集合体[A]は、複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、複数の束に分繊された分繊処理区間と、未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束を、前記繊維束の長手方向に対して角度θ(0°<θ<90°)で切断したものであることを特徴とする繊維強化樹脂成形材料。 - 前記部分分繊繊維束において、少なくとも1つの前記分繊処理区間の少なくとも一方の端部に前記単糸が交絡した絡合部、および/または該絡合部が集積されてなる絡合集積部が形成されている、請求項1に記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 前記束状集合体[A]が、
分繊処理によって任意の束本数へと分割された分繊束集合体[a]と、
前記未分繊処理区間、および/または前記絡合部、および/または前記絡合集積部によって、繊維束の単糸同士が結合された結合束集合体[b]と、
前記未分繊処理区間、および/または前記絡合部、および/または前記絡合集積部と、前記部分分繊繊維束の切断時の切断面とが交差し、該交差部において、前記繊維束の単糸同士の結合が切断されている結合切断集合体[c]のうちの、少なくとも一種の集合体を含む、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂成形材料。 - 前記束状集合体[A]において、前記結合束集合体[b]の含有率が0〜15%の範囲にある、請求項3に記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料を製造する方法であって、前記束状集合体[A]を得る際に、下記式(1)を満たすように前記部分分繊繊維束を切断することを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
W・cosθ/D≧3 ・・・(1)
W:部分分繊繊維束切断時の繊維束幅
D:束状集合体[A]における切断面の間隔 - 前記部分分繊繊維束を切断する前の任意のタイミングにおいて、前記部分分繊繊維束に拡幅処理を施す、請求項5に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
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