WO2024004749A1 - 電子機器筐体用部材 - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
- B32B3/02—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions
- B32B3/04—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by at least one layer folded at the edge, e.g. over another layer ; characterised by at least one layer enveloping or enclosing a material
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
- B32B5/10—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by a fibrous or filamentary layer reinforced with filaments
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
Definitions
- the present invention relates to a member for an electronic device housing.
- Fiber-reinforced plastics made of reinforcing fibers and matrix resin are widely used in various industrial applications because they are lightweight and have excellent mechanical properties.
- electrical and electronic devices such as personal computers, OA equipment, AV equipment, mobile phones, telephones, facsimile machines, home appliances, and toys become more portable, there is a demand for smaller and lighter devices.
- the parts that make up the equipment, especially the casing have high strength and high
- Patent Document 1 describes an integrated molded body in which a bonding resin is interposed between a plate material whose one surface is a design surface and a member, in which the plate material and the member are arranged apart from each other, and the outer peripheral edge of the plate material is bonded to the bonding resin.
- Patent Document 2 proposes using fiber-reinforced resin pellets using reinforcing fibers with different fiber lengths to increase the filling of reinforcing fibers and improve mechanical properties, fluidity, appearance, and productivity. .
- scraps and scraps generated in the process of manufacturing FRP products, and waste materials from FRP products that are subject to disposal, are difficult to recycle due to their nature, and are generally disposed of in landfills after being crushed or incinerated. It was being processed.
- Thermal recycling in which waste materials are collected, and material recycling, in which some of these waste materials are added to raw materials for manufacturing other products and reused, are being considered.
- Patent Document 3 describes that by thermally decomposing the matrix resin of CFRP waste material and heat-treating it so that the weight of the resin residue becomes 0.1 to 6% of the carbon fiber bundle, it has convergence that does not cause any problem in passing through the process, A method has been proposed for providing recycled carbon fiber bundles that have excellent reinforcing effects and excellent dispersibility in matrix resins.
- Patent No. 6447127 Japanese Patent Application Publication No. 2006-181776 Japanese Patent Application Publication No. 2017-002125
- Patent Document 1 could not necessarily improve the physical properties of the obtained molded product sufficiently.
- the method of Patent Document 2 aims to uniformly disperse the reinforcing fibers, and there is no idea of converging the reinforcing fibers.
- recycled materials can be used as short fiber reinforced thermoplastic resin pellets, there is no idea of reusing molded products.
- the present invention aims to solve the problems associated with the prior art as described above, and includes a plate-shaped component having fiber-reinforced plastic, and a plate-shaped component that is integrated into at least a part of the peripheral area of the plate-shaped component.
- the present invention has the following configuration. That is, (1) A member for an electronic device casing, comprising a plate-shaped component made of fiber-reinforced plastic, and a thermoplastic resin component integrated into at least a part of a peripheral area of the plate-shaped component, wherein the thermoplastic resin
- the component includes reinforcing fibers A and thermoplastic resin D, some of the reinforcing fibers A are dispersed in the form of a single filament, and another part of the reinforcing fibers A is not dispersed in the form of a single filament.
- a member for an electronic device casing which is randomly arranged in the form of a convergence part E composed of a plurality of single threads.
- the reinforcing fibers A include two types of reinforcing fibers, reinforcing fibers B and reinforcing fibers C, which have different average fiber diameters, the reinforcing fibers B do not form a convergence part E, and the reinforcing fibers C do not form a convergence part E.
- the member for an electronic device casing according to any one of (1) to (5) above, wherein a part of the reinforcing fibers C is dispersed in the form of a single filament, and another part of the reinforcing fibers C constitutes the convergence part E.
- FIG. 1 is a schematic diagram of an electronic device housing member according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a partially cross-sectional schematic perspective view of the electronic device housing member of FIG. 1.
- FIG. 7 is a schematic perspective view, partially in cross section, of a member for an electronic device casing according to another embodiment of the present invention using a plate-like component having a sandwich structure.
- FIG. 7 is a schematic perspective view, partially in section, of a member for an electronic device casing according to still another embodiment of the present invention, in which the thermoplastic resin component has a rib shape.
- An electronic device casing member of the present invention includes a plate-shaped component made of fiber-reinforced plastic and a thermoplastic resin component integrated into at least a portion of a peripheral area of the plate-shaped component.
- the thermoplastic resin component is made of reinforcing fibers A and thermoplastic resin D, at least a part of the reinforcing fibers A are dispersed in the form of a single filament, and at least another part of the reinforcing fibers A is However, the fibers are not dispersed in the form of single filaments, but are randomly arranged in the form of a converging portion E composed of a plurality of single filaments.
- FIG. 1 An example of the electronic device housing member of the present invention is shown in FIG.
- an electronic device housing member 1 is formed by integrating a plate-like component 2 and a thermoplastic resin component 3, and the thermoplastic resin component 3 includes a converging portion E4.
- FIG. 2 shows the electronic device housing member of FIG. 1 viewed from another angle.
- the thermoplastic resin component 3 is integrated into the peripheral edge of the plate-shaped component 2.
- FIG. 4 shows another example of the electronic device housing member of the present invention.
- FIG. 4 is a partial cross-sectional schematic perspective view of the electronic device housing member 1 in a case where the thermoplastic resin component 3 has an uneven shape 7 (rib shape) for reinforcement.
- an uneven shape 7 (rib shape) is formed on the inside of the thermoplastic resin component 3 (on the side of the plate-like component 2), and the outer surface can be used as a design surface.
- Plate-shaped parts refers to a generally flat plate, and indicates that the aspect ratio of the long side and thickness of the plate-shaped component is 10 or more.
- the plate-shaped component may have a portion of unevenness or hole processing, may have an arch shape or a sloped surface, and may have a different thickness.
- the plate-shaped component is at least partially made of fiber-reinforced plastic in which reinforcing fibers are impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
- the plate-shaped component includes fiber-reinforced plastic. That is, the plate-shaped article in the present invention is at least partially made of fiber-reinforced plastic in which reinforcing fibers are impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
- the fiber-reinforced plastic may be composed of a single fiber-reinforced plastic, or may be a sandwich structure consisting of a core material and fiber-reinforced plastics bonded to both sides of the core material.
- the sandwich structure by using a core material with a low specific gravity, it is possible to maintain rigidity while reducing the weight of the entire plate-shaped component.
- sandwiches in which the core material is a sheet-like intermediate base material made of a reinforcing fiber mat impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin, or a foam having pores, are preferred among sandwich structures. Structures are preferred.
- FIG. 3 shows an example of the electronic device housing member of the present invention using a plate-like component having a sandwich structure.
- FIG. 3 is a schematic perspective view showing a partial cross section of a plate-shaped component 2 having a sandwich structure consisting of a skin material 5 and a core material 6, with the plate cross section visible.
- the reinforcing fiber mat described above preferably takes the form of a nonwoven fabric.
- a non-woven fabric By taking the form of a non-woven fabric, it becomes easier to impregnate the reinforcing fiber mat with the thermosetting resin or thermoplastic resin, and it also improves the anchoring effect of the reinforcing fiber mat into the thermosetting resin or thermoplastic resin. is further increased, and bondability becomes excellent.
- the nonwoven fabric-like form refers to a form in which reinforcing fiber strands and/or monofilaments are dispersed in a planar manner without regularity. Examples of nonwoven fabric-like forms include chopped strand mats, continuous strand mats, papermaking mats, carded mats, and airlaid mats.
- the reinforcing fibers in the reinforcing fiber mat may be the same as or different from the reinforcing fibers used in the skin material.
- the skin material refers to fiber-reinforced plastic bonded to both sides of the core material in the sandwich structure material.
- resins constituting the above foam include polyurethane resin, phenol resin, melamine resin, acrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin,
- ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
- etherimide resin polymethacrylimide resin.
- polyurethane resin, acrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyetherimide resin, and polymethacrylimide resin are preferable.
- thermosetting resin used in the fiber-reinforced plastic examples include unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, polyimide resin, cyanate ester resin, bismaleimide resin, and benzoxazine resin. , copolymers and modified products thereof, and resins obtained by blending at least two of these.
- epoxy resins are preferred because of their excellent mechanical properties, heat resistance, and adhesion to reinforcing fibers.
- thermoplastic resin used in the fiber-reinforced plastic examples include styrene resin, fluororesin, polyoxymethylene, polyamide, polyester, polyimide, polyamideimide, vinyl chloride, olefin resin, thermoplastic elastomer, polyacrylate, and polyphenylene ether. , polycarbonate, polyether sulfone, polyetherimide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyarylene sulfide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose derivatives such as ethyl cellulose, liquid crystal resin, etc., and modified materials thereof or 2 Examples include blends of more than one species.
- the reinforcing fibers used in the fiber-reinforced plastic may be continuous reinforcing fibers or reinforcing fibers that partially include discontinuous reinforcing fibers.
- the continuous reinforcing fibers refer to reinforcing fibers that are continuous in at least one direction with a length of 100 mm or more.
- an aggregate in which a large number of reinforcing fibers are arranged in one direction a so-called reinforcing fiber bundle, is continuous over the entire length of the plate-shaped component.
- Discontinuous reinforcing fibers refer to fibers that are not continuous in one direction over a length of 100 mm or more, and many of which are arranged in different directions.
- reinforcing fibers used in the fiber-reinforced plastic include metal fibers such as aluminum, brass, and stainless steel, polyacrylonitrile (PAN)-based, rayon-based, lignin-based, and pitch-based carbon fibers, graphite fibers, and glass.
- Insulating fibers such as aramid, polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO), polyphenylene sulfide, polyester, acrylic, nylon, polyethylene, and other organic fibers; and inorganic fibers such as silicon carbide and silicon nitride.
- the reinforcing fibers used in the fiber-reinforced plastic may be surface-treated.
- the surface treatment include treatment with a coupling agent, treatment with a sizing agent, treatment with a binding agent, treatment with an additive, in addition to treatment with a metal as a conductor.
- carbon fibers such as PAN-based, pitch-based, and rayon-based carbon fibers, which are excellent in specific strength and specific stiffness, are preferably used from the viewpoint of weight reduction effect.
- reinforcing fibers coated with a metal such as nickel, copper, or ytterbium can also be used.
- One type of reinforcing fiber used in the fiber-reinforced plastic may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the plate-shaped component includes a thermoplastic resin layer, if necessary, in order to improve adhesion with the thermoplastic resin component.
- the plate-shaped component may contain different materials such as metal depending on the purpose.
- prepregs containing reinforcing fibers and uncured thermosetting resin, thermoplastic resin, or a mixture of thermoplastic resin and thermosetting resin are laminated.
- methods include heating and pressurizing, or heating and cooling while pressurizing to obtain a cured product of fiber reinforced resin.
- a prepreg containing an uncured thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a mixture of a thermoplastic resin and a thermosetting resin, and reinforcing fibers can be prepared by, for example, having reinforcing fibers arranged in one direction by a known method. It can be produced by impregnating a reinforcing fiber bundle or a woven fabric of reinforcing fibers with an uncured thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a mixture of a thermoplastic resin and a thermosetting resin. Moreover, you may use what is commercially available as such a prepreg.
- the molding method for forming a plate-shaped part is not particularly limited, but from the standpoint of mass production, press molding is preferred, in which uncured materials are laminated and then pressed with a press to obtain a plate-shaped part.
- thermoplastic resin parts In the electronic device housing member of the present invention, the thermoplastic resin component is made of reinforcing fibers A and thermoplastic resin D.
- reinforcing fibers A examples include glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, metal fibers, etc., and can be appropriately selected depending on the desired purpose. Among these, glass fibers and carbon fibers are preferable because the mechanical properties of the injection molded product are good, and carbon fibers are more preferable because they have good impact resistance and electromagnetic shielding properties due to conductivity.
- the average single yarn diameter of the reinforcing fibers A is preferably 4.0 to 30 ⁇ m, more preferably 4.2 to 25 ⁇ m, and even more preferably 4.5 to 20 ⁇ m.
- the average single fiber diameter is 4.0 ⁇ m or more, the effort to obtain the desired reinforcing fiber content can be saved, and pellets can be easily produced.
- the average single fiber diameter is 30 ⁇ m or less, impregnation with the thermoplastic resin is facilitated, and dispersibility during injection molding is improved, making it easier to improve detail filling properties.
- the reinforcing fibers A may include a plurality of reinforcing fibers with different average single fiber diameters depending on the purpose.
- the reinforcing fibers A may contain three or more types of reinforcing fibers, but in the electronic device casing member of the present invention, the reinforcing fibers A of the thermoplastic resin component have a single yarn average fiber diameter of 4.0 to 30.
- reinforcing fibers B and includes two types of reinforcing fibers, reinforcing fibers B and reinforcing fibers C, which have different average fiber diameters, reinforcing fibers B do not form a convergence part E, and at least a part of reinforcing fibers C It is preferable that the reinforcing fibers C are dispersed in the form of a single filament, and that at least another part of the reinforcing fibers C constitutes the convergence part E.
- the reinforcing fibers C as a material with better fluidity than the reinforcing fibers B, it is possible to further improve the detail filling properties while maintaining the impact resistance of the resulting molded product.
- the mass ratio B/C of the reinforcing fibers B and the reinforcing fibers C is preferably 99/1 to 40/60.
- the mass ratio B/C is more preferably from 99/1 to 50/50, even more preferably from 99/1 to 60/40.
- the molding obtained when the mass ratio B/C is 40/60 or more, that is, the content of the reinforcing fiber B is 40% by mass or more in the total of 100% by mass of the reinforcing fibers B and C. This makes it easier to improve the impact resistance of products.
- the mass ratio B/C is 99/1 or less, that is, the content of the reinforcing fiber C is 1% by mass or more, the fluidity during molding is improved and the detail filling property is easily improved. This is preferable.
- the reinforcing fiber A preferably has a tensile strength of 3000 MPa or more, more preferably 3250 MPa or more, and even more preferably 3500 MPa or more.
- the reinforcing fiber A preferably has a tensile modulus of 200 GPa or more, more preferably 225 GPa or more, and even more preferably 400 GPa or more.
- the content of the reinforcing fiber A in 100% by mass of the thermoplastic resin component is 1 to 50% by mass.
- the content of reinforcing fiber A is more preferably 1 to 45% by mass, and even more preferably 1 to 40% by mass.
- the content of the reinforcing fiber A is 1% by mass or more, the physical properties of the molded product obtained by the reinforcing fiber are likely to be improved.
- the amount is 50% by mass or less, fluidity during molding is improved, and detail filling properties are likely to be improved.
- thermoplastic resin D In the electronic device housing member of the present invention, the thermoplastic resin D is not particularly limited, and examples include polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, ABS resin, polystyrene resin, acrylonitrile styrene (AS).
- Resin methacrylic resin, polyvinyl alcohol resin, ethylene/vinyl acetate copolymer (EVA) resin, cellulose resin, polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, modified polyphenylene ether resin, thermoplastic polyester resin, polytetrafluoroethylene resin, Fluorine resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, amorphous polyarylate resin, polyetherimide resin, polyether sulfone resin, polyether ketone resin, liquid crystal polyester resin, polyamideimide resin, polyimide resin, polyanilethernitrile resin, polybenzo Examples include imidal resin.
- polyethylene resins, polypropylene resins, ABS resins, polystyrene resins, AS resins, polyamide resins, polyacetal resins, polycarbonate resins, modified polyphenylene ether resins, thermoplastic polyester resins, and polyphenylene resins have been found to have good mechanical properties for injection molded products. Sulfide resins are preferred, and polyamide resins, polycarbonate resins, and ABS resins are more preferred.
- thermoplastic resins may be used alone, or may be a mixture or a copolymer. In the case of a mixture, a compatibilizer may be used in combination.
- thermoplastic resin D may contain additives such as flame retardants, and can be used appropriately depending on the desired purpose.
- thermoplastic resin parts As an example of the method for producing the thermoplastic resin parts, fiber reinforced thermoplastic resin pellets F made of reinforcing fibers A and thermoplastic resin D, fibers containing a specific reinforcing fiber bundle I made of reinforcing fibers A and thermoplastic resin D, etc. A method using a molding material mixture containing bundle-reinforced thermoplastic resin pellets G may be mentioned.
- the form of the fiber-reinforced thermoplastic resin pellet F is not particularly limited, it is preferably a pellet in which the thermoplastic resin D is arranged to cover the reinforcing fibers A.
- a bundle of reinforcing fibers A is passed through a coating die for covering electric wires attached to the tip of an extruder, and thermoplastic resin D is extruded and coated to form electric wire-shaped guts.
- thermoplastic resin D is extruded and coated to form electric wire-shaped guts.
- thermoplastic resin D is extruded and coated to form electric wire-shaped guts.
- the shape of the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F is not particularly limited, but it is preferably a cylindrical shape with a diameter of 1 to 5 mm and a pellet length of 1 to 15 mm. Manufacturing becomes easy when the diameter is 1 mm or more. Moreover, if the diameter is 5 mm or less, it will be easier to get caught in a molding machine during injection molding, and it will be easier to feed. Since the pellet length is also the reinforcing fiber length, when the pellet length is 1 mm or more, the characteristics of the present invention can be sufficiently obtained. Further, when the pellet length is 15 mm or less, it becomes easy to feed the pellet to a molding machine.
- thermoplastic resin pellet F since the dispersion effect of the reinforcing fiber A into the thermoplastic resin D is easily improved during molding, a resin J different from the thermoplastic resin D is added to the surface of the single thread of the reinforcing fiber A. It may be attached.
- the resin J preferably has a lower melt viscosity than the thermoplastic resin D. Since the melt viscosity is lower than that of the thermoplastic resin D, the fluidity of the resin J is high when molding thermoplastic resin parts, and the dispersion effect of the reinforcing fibers A into the thermoplastic resin D can be further improved. .
- the resin J is preferably a resin selected from the group consisting of epoxy resins, phenol resins, terpene resins, and cyclic polyphenylene sulfides.
- the amount of the resin J deposited is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 3 to 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F. By setting it as this range, it becomes easy to obtain a molding material with excellent moldability and handling properties.
- the extruder used to produce the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F is not particularly limited, and may be either a single screw type or a twin screw type. Further, the screw shape of the extruder may be a general-purpose full flight or double flight type, or one having high dispersion subflights such as Dalmage or Maddock.
- the shape of the fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellet G is not particularly limited, but a cylindrical shape with a diameter of 1 to 5 mm and a pellet length of 1 to 15 mm is preferable. If the diameter is 1 mm or more, manufacturing becomes easy. Moreover, if the diameter is 5 mm or less, it will be easier to get caught in a molding machine during injection molding, and it will be easier to feed.
- the reinforcing fiber bundle I used in the fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellet G is integrally molded with a plate-shaped component, at least a part thereof is not dispersed into single filaments but has a convergence part E composed of a plurality of single filaments.
- the method of forming a bundle is not limited as long as it exists in this form.
- the reinforcing fiber bundle I is a fiber-reinforced plastic piece obtained by crushing a fiber-reinforced plastic made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin having a melting point sufficiently higher than the melting point of the injection resin, or a fiber-reinforced plastic piece that has been crushed, classified, and heat-treated as recycled material. But that's fine.
- the recycled fiber reinforced plastic obtained by crushing, classifying, and heat-treating waste fiber-reinforced plastic using thermosetting resin.
- the recycled fiber reinforced plastic is CFRP (carbon fiber reinforced plastic) using carbon fibers.
- Examples of methods for obtaining recycled fiber-reinforced plastics include known manufacturing methods.
- there is a method of obtaining recycled fiber-reinforced plastic by performing the following steps (a) to (g).
- (c) The fibers A powder removal treatment step of supplying a fixed amount of reinforced plastic crushed pieces from the hopper to a powder removal device, and removing powder contained in the fiber reinforced plastic crushed pieces in the powder removal device to produce fiber reinforced plastic powder removed pieces.
- Step (d) A pyrolysis treatment in which the fiber-reinforced plastic powder-removed pieces are heated while being supplied in a fixed quantity to a pyrolysis furnace, and the matrix resin component contained in the fiber-reinforced plastic powder-removed pieces is removed to obtain a recycled reinforced fiber pyrolyzed product.
- Step (e) A cooling conveyance step in which the recycled reinforcing fiber pyrolyzed product is cooled and sent to the next step
- step (f) A classification treatment step for classifying the recycled reinforcing fiber pyrolyzed product to obtain a recycled reinforcing fiber classified product
- (g) The above-mentioned Iron removal process that removes metal powder from recycled reinforced fiber classified bodies using magnetic force.
- the method of the crushing treatment step is not particularly limited, it is preferable to use two or more crushers in order to crush efficiently.
- the raw material, fiber-reinforced plastic waste is first put into the primary crusher and roughly crushed, and then conveyed to the secondary crushers and crushed.
- the final crusher it is preferable to crush the material until the size is equal to or smaller than the mesh size of the screen set to the desired size.
- the transportation method in the transportation and storage process is not particularly limited, but the powder derived from the fiber-reinforced plastic fragments and fiber-reinforced plastic waste generated in the crushing process may be transported by air blowing, belt conveyor, or bucket. It is preferable to convey it using a conveyor system or the like and store it in a hopper. Among these, it is more preferable to transport by air blowing method because the equipment cost is low.
- the method of the powder removal treatment step is not particularly limited, it is preferable to use a vibrating sieve to separate the crushed pieces of fiber-reinforced plastic to be sent to the next step and the powder.
- the heating method of the pyrolysis furnace in the pyrolysis treatment step includes an electric heater, hot air, etc., but the hot air method is preferable when dealing with conductive reinforcing fibers such as carbon fibers.
- Methods for transporting materials within the pyrolysis furnace include a belt conveyor type, a bucket conveyor type, and a rotary kiln type in which the pyrolysis furnace itself rotates. Since the temperature inside the pyrolysis furnace is high, a rotary kiln type that does not use a conveyor is preferable from the viewpoint of equipment life.
- the heat treatment temperature in an air atmosphere in the heat treatment step is preferably 300°C to 700°C.
- resin H which will be described later, tends to remain, and reinforcing fibers and resin H tend to coexist.
- the convergence of the reinforcing fiber bundle I is improved, and it becomes easier to remain as a convergence part E after integral molding, so that the mechanical properties and dimensional accuracy are more likely to be improved.
- the resin H decreases, the toughness as a matrix resin tends to improve, and the mechanical properties tend to improve.
- the transport method in the cooling transport step is not particularly limited, as long as it has sufficient heat resistance to transport the recycled reinforcing fiber pyrolyzed product in a high temperature state immediately after pyrolysis.
- the cooling method is not particularly limited, but examples include wind cooling, natural cooling, and the like. Among these, natural cooling is preferred since no cooling equipment is required. Further, it is also preferable to use a belt conveyor type, bucket conveyor type, or the like as a conveyance method to naturally cool the material during conveyance.
- the classification method in the classification process is not particularly limited, but a vibrating sieve is preferred because recycled reinforced fiber classified bodies of a desired size can be obtained by changing the number of stages and screen mesh.
- the iron removal method in the iron removal treatment process is not limited, but iron powder generated during the treatment may be recovered by installing a device that removes metal powder using magnetic force in the pipe through which the recycled reinforced fiber classifier passes. It is preferable to perform classification using the difference in falling behavior depending on the presence or absence of magnetism when passing near a magnet.
- the obtained recycled fiber-reinforced plastic preferably has a long side of 1 to 20 mm, more preferably 3 to 14 mm, and even more preferably 5 to 8 mm.
- a convergence agent may be added because handling property is easily improved.
- Another method for obtaining recycled fiber-reinforced plastics includes a method in which fiber-reinforced plastics are heat-treated without crushing and then cut into desired sizes.
- the heat treatment is preferably carried out in an oxygen-free atmosphere.
- the heat treatment includes a box-shaped main body, a heat treatment chamber disposed inside the main body for housing the fiber-reinforced plastic, and a combustion chamber equipped with a burner disposed at the bottom of the heat treatment chamber. and a heating chamber formed in a space between the main body portion and the heat treatment chamber, and the fiber-reinforced plastic is heat-treated in the heat treatment chamber so that the fiber-reinforced plastic is contained in the fiber-reinforced plastic.
- the heat treatment temperature in an oxygen-free atmosphere in the heat treatment chamber is preferably 200°C to 800°C.
- the heat treatment furnace is equipped with a steam generator, and by supplying steam at a temperature of 100°C or more and 700°C or less to the heat treatment chamber, convection within the heat treatment chamber is promoted, and matrix components generated within the heat treatment chamber are gas can be efficiently expelled. It is possible to prevent the formation of deposits on the floor and walls of the heat treatment chamber and the generation of tar in the pipes due to the matrix component remaining in the heat treatment chamber.
- the long side is preferably 1 to 20 mm, more preferably 3 to 14 mm, and even more preferably 5 to 8 mm.
- a convergence agent may be added because handling property is easily improved.
- the obtained recycled reinforcing fibers be subjected to iron removal treatment depending on the purpose.
- the waste pieces obtained by crushing and classifying fiber-reinforced resin moldings are spread uniformly on a metal vat, placed in an electric muffle furnace, and nitrogen gas is introduced into the furnace.
- the heat treatment is performed while maintaining the treatment temperature at a predetermined temperature while introducing.
- a method for obtaining recycled fiber-reinforced plastic is to perform heat treatment while introducing air into the furnace and maintaining the treatment temperature at a predetermined temperature.
- the heat treatment temperature in an air atmosphere in the heat treatment step is preferably 300°C to 700°C.
- resin H which will be described later, tends to remain, and reinforcing fibers and resin H tend to coexist.
- the convergence of the reinforcing fiber bundle I is improved, and it becomes easier to remain as a convergence part E after integral molding, so that the mechanical properties and dimensional accuracy are more likely to be improved.
- the resin H decreases, the toughness as a matrix resin tends to improve, and the mechanical properties tend to improve.
- resin H is difficult to change even after long-term heat treatment, but by performing the final heat treatment in an active air atmosphere, recycled fiber-reinforced plastics with the desired resin H can be produced. easier to obtain.
- crushers for fiber-reinforced plastics include shear type crushers, impact type crushers, cutting type crushers, compression type crushers, and the like. There is no problem in using any crusher, and it is possible to combine them.
- the classifier for crushed products include a vibrating sieve, a gyro sieve, and a centrifugal sieve. It is preferable to use it in accordance with the crushing capacity of the crusher and the form of the crushed material.
- the long side of the crushed recycled fiber-reinforced plastic is preferably 1 to 20 mm, more preferably 3 to 14 mm, and even more preferably 5 to 8 mm.
- the method is not particularly limited as long as the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F, fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellets G, and thermoplastic resin D can be mixed at a predetermined mixing ratio depending on the purpose, and may be performed by melt kneading, dry blending, etc. Depending on the method, it may also be a molding material mixture. Among these, dry blending is preferred because the content of reinforcing fibers in the molded product can be easily adjusted.
- dry blending unlike melt kneading, refers to stirring and mixing multiple materials at a temperature that does not melt the resin components to create a substantially uniform state, and is mainly used in injection molding, extrusion molding, etc. , is preferably used when a pellet-shaped molding material is used.
- Thermoplastic resin pellets without reinforcing fibers may be mixed to obtain the desired fiber content, or additives such as flame retardants may be added depending on the purpose.
- the electronic device housing member of the present invention has a thermoplastic resin component integrated into at least a portion of the peripheral area of the plate-shaped component.
- integration refers to melting the thermoplastic resin part, the plate-shaped part, or both, followed by cooling and bonding.
- the peripheral area is the outer peripheral part of the plate-shaped component, it is also preferable to integrate it so that a part thereof overlaps with the plate-shaped component in order to increase the adhesive force with the thermoplastic resin component.
- a part of the reinforcing fiber A is dispersed in the form of a single thread in the thermoplastic resin component, and another part of the reinforcing fiber A is not dispersed in the form of a single thread, They exist randomly in the form of convergent parts E composed of a plurality of single threads.
- the number of single yarns constituting the converging portion E is preferably two or more, more preferably five or more, and even more preferably ten or more.
- the upper limit of the number of single yarns constituting the convergence part E is not particularly limited, but is preferably 100,000 or less, more preferably 80,000 or less, and even more preferably 60,000 or less.
- the number of single yarns constituting the converging portion E is two or more, the impact resistance when the obtained molded product is dropped can be improved. Further, if the number of single yarns constituting the convergence portion E is 100,000 or less, the fluidity during integral molding will be improved and the detail filling property will be easily improved.
- the length of the long side of the convergent portion E is preferably 0.5 to 20 mm, more preferably 0.8 to 15 mm, and even more preferably 1.0 to 10 mm.
- the length of the long side of the converging portion E is 0.5 mm or more, the physical properties of the molded product are likely to be improved.
- the length of the long side of the convergence part E is 20 mm or less, fluidity during integral molding is improved and detail filling properties are easily improved.
- the length of the long side of the convergence part E refers to the length of the longest single yarn among the single yarns that constitute the convergence part E.
- the convergent portion E may contain a single yarn shorter than 0.5 mm.
- the expression that the convergence parts E exist randomly means that the convergence parts E are not aligned in a specific orientation.
- the acute angle side of the angle formed by the long side of the converging part E and the long side of another converging part E that is not in contact with the converging part E is preferably 20° or more, more preferably 25° or more, and 30° or more. More preferred.
- the angle of the converging portion E can be measured by observing a cross section of the thermoplastic resin component cut at a desired position using an optical microscope. It is preferable that at least one of the angles formed by lines extending the long sides of the observable convergence part E and another convergence part E that is not in contact is 20 degrees or more.
- the reinforcing fiber A contained in the thermoplastic resin part is a discontinuous reinforcing fiber.
- Discontinuous reinforcing fibers refer to fibers that are not continuous in one direction over a length of 100 mm or more, and many of which are arranged in different directions.
- the reinforcing fibers become shorter during the injection molding process, so the average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is usually shorter than the average fiber length in the pellet stage of the molding material. If the average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is too short, the impact resistance will decrease, and if it is too long, it will be necessary to increase the average fiber length at the molding material stage before injection molding. If the average fiber length is too long, the detail filling properties will be insufficient.
- the average fiber length of the reinforcing fibers A in the molded article is preferably 10 ⁇ m to 20 mm, more preferably 12 ⁇ m to 15 mm, and even more preferably 15 ⁇ m to 10 mm.
- the average fiber length of the reinforcing fibers A is 10 ⁇ m or more, the physical properties of the molded product are likely to be improved. Further, when the average fiber length of the reinforcing fibers A is 20 mm or less, fluidity during integral molding is improved, and detail filling properties are likely to be improved.
- the convergence part E is integrated by a resin H different from the thermoplastic resin D attached to the surface of the constituent single fibers, and the fiber directions are aligned without being dispersed. Part.
- the fact that the fiber directions are aligned refers to a state in which most of the single yarns constituting the convergent portion E are oriented in the same direction.
- the angle deviation between the single yarns constituting the converging portion E is preferably 20° or less, more preferably 10° or less, and even more preferably 5° or less. If the angular deviation between the single yarns constituting the convergence portion E is 20° or less, the physical properties of the molded product will likely improve.
- the angle between the single yarns is determined by observing the converging part E with a microscope, selecting any two single yarns that make up the converging part E, drawing a line along the longitudinal direction of each single yarn, and determining the angle between the lines. refers to the angle of
- the resin H is preferably attached in an amount of 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 3 to 20 parts by mass, and more preferably 5 to 20 parts by mass, based on 100 parts by mass of the reinforcing fibers A contained in the convergence part E. It is more preferable that 15 parts by mass is attached.
- the content of the resin H is 0.1 parts by mass or more, the convergence property is improved and the convergence part E is easily formed, so that the mechanical properties are easily improved.
- the content of the resin H is 30 parts by mass or less, the dispersibility of the reinforcing fibers is improved, the fluidity during integral molding is improved, and the detail filling property is easily improved. This makes it easier to improve the appearance of molded products.
- the resin H is not particularly limited as long as it can bond the single fibers of the reinforcing fibers together and form the convergence part E, and is different from the resin J which does not have this function.
- examples include thermoplastic resins having a melting point sufficiently higher than the melting point of the plastic resin D, thermosetting resins, and thermosetting resins heat-treated as recycled materials.
- thermoplastic resin examples include those exemplified as the thermoplastic resin D above.
- thermosetting resins examples include those exemplified as the plate-shaped parts.
- the resin H can be confirmed as a layer different from the surrounding resin D when a cross section of the thermoplastic resin component is observed using an optical microscope or the like.
- the resin H can be measured based on the difference between the thermoplastic resin D and the melting point, solubility in a solvent, etc.
- the measurement method when the reinforcing fiber A constituting the convergence part E is a recycled fiber-reinforced plastic obtained by removing CFRP made of epoxy resin and carbon fiber by any of the above heat treatments, and the thermoplastic resin D is a polycarbonate resin.
- the measuring method is not limited as long as the resin H can be measured after the convergence part E is taken out from the thermoplastic resin D.
- thermoplastic resin H the weight before heating K ⁇ the weight L after heating.
- the method for measuring the thermoplastic resin H is preferably carried out using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG-DTA) or by the method described in JIS K7075, depending on the amount of sample obtained.
- Methods for producing the electronic device housing member of the present invention are not particularly limited, but include, for example, (i) a method in which a plate-like component and a thermoplastic resin component are separately molded in advance and then joined together; (ii) A method of forming a plate-shaped part in advance, molding a thermoplastic resin part, and simultaneously joining the two; Examples include.
- a plate-shaped part is press-molded, and a thermoplastic resin part is produced by press-molding or injection molding.
- Examples include a method of joining the respective manufactured parts by known welding means such as hot plate welding, vibration welding, ultrasonic welding, laser welding, resistance welding, and induction heating welding.
- thermoplastic resin part which is a molded object by injection molding, to a plate-shaped part.
- method (ii) is preferred.
- the desired shape may be formed in one molding, or the injection molding may be performed in multiple parts, but in order to reduce the amount of deformation due to curing shrinkage after molding, the injection molding is It is preferable to carry out the process separately.
- the molding material mixture prepared above is injected onto the peripheral edge of the plate-shaped part to produce an electronic device having an integrated thermoplastic resin part. Molding the housing member.
- the plate-shaped component may be used after being processed into a predetermined shape and size before being set in an injection mold.
- Example 1 Carbon fiber unidirectional prepreg (TORAYCA” (registered trademark) prepreg) manufactured by Toray Industries, Inc. P3052S-15 (carbon fiber: T700SC-24K, 33% by mass of epoxy resin contained in 100% by mass of the entire prepreg, average single yarn diameter :7.0 ⁇ m) were laminated in five layers.
- the laminated structure of the prepreg is such that when the longitudinal direction of the fiber-reinforced plastic molded product is 0°, the orientation of the carbon fibers is 0°/90°/0°/90°/0° starting from the outermost layer. I let it happen.
- This laminate sandwiched between release films was press-molded (mold temperature: 150° C., pressure: 1.5 MPa, curing time: 30 minutes, target thickness after pressing: 0.7 mm) to obtain a plate-shaped part.
- Fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc. (“TORAYCA” (registered trademark) T700SC-24K, average single fiber diameter: 7.0 ⁇ m) was used.
- the extruder cylinder temperature was set at 230°C
- polycarbonate resin manufactured by Teijin Kasei Ltd., "Panlite” (registered trademark) L-1225L
- the screw rotation speed was 200 rpm. The mixture was melted and kneaded.
- Epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., "jER828") heated and melted at 250 ° C. was discharged in an amount of 6 parts by mass based on a total of 100 parts by mass of reinforcing fiber A and thermoplastic resin D. The amount was adjusted. After that, the epoxy resin is discharged and impregnated into a fiber bundle made of reinforcing fibers A, and then the fiber bundle of reinforcing fibers A to which the epoxy resin has been applied is placed in a die opening (diameter 3 mm) from which the molten polycarbonate resin is discharged. The thermoplastic resin D was supplied and continuously arranged so that the reinforcing fibers A were covered with the thermoplastic resin D.
- the reinforcing fibers A were in contact with the thermoplastic resin D. After cooling the obtained strand, it was cut into pellets with a length of 7 mm using a cutter to obtain fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F. At this time, the take-up speed was adjusted so that the amount of reinforcing fiber A was 30 parts by mass relative to the total of 100 parts by mass of reinforcing fiber A and thermoplastic resin D. The length of the reinforcing fibers A of the obtained fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F was substantially the same as the pellet length, and the reinforcing fiber bundles were arranged in parallel in the axial direction of the molding material.
- Carbon fiber unidirectional prepreg (“TORAYCA” (registered trademark) prepreg) manufactured by Toray Industries, Inc. P3052S-15 (carbon fiber: T700SC-24K, 33% by mass of epoxy resin in 100% by mass of the entire prepreg, average single yarn Diameter: 7.0 ⁇ m) was cured at 180° C. for 2 hours to obtain CFRP. Thereafter, 200 g of the CFRP pieces, which had been crushed and classified so that the long side size was 5 to 8 mm on average, were spread uniformly on a metal vat and placed in an electric muffle furnace with an internal volume of 59 liters.
- TORAYCA registered trademark
- Heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere while maintaining the treatment temperature at a predetermined temperature (550° C.) for a treatment time of 5 hours to obtain a recycled carbon fiber bundle.
- a portion of the original resin was attached to the surface of the recycled carbon fiber bundle, resulting in a fiber bundle I with an average fiber length of 8 mm.
- the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F and fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellets G obtained in this way are combined with the reinforcing fibers A contained in the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F and the reinforcing fibers A contained in the fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellets G.
- the mixture was dry blended so that the mass ratio was 70/30 to obtain a molding material mixture serving as an intermediate raw material.
- thermoplastic resin parts Integrated molding with thermoplastic resin parts
- the molded plate-shaped part is processed into a size of 318 mm x 211 mm, set in an injection mold, and the mold is clamped, and then the molding material mixture is applied to the peripheral edge of the plate-shaped part to form a thermoplastic resin part.
- a composite molded product was manufactured by injection molding.
- the injection mold used had a shape that would form a rib with a width of 1 mm and a height of 5 mm on the finished molded product, and the thermoplastic resin parts were filled to the finest detail.
- the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at twice the magnification, it was found that the reinforcing fibers A were dispersed throughout the thermoplastic resin part in the form of single filaments, and a portion existed as a convergence part E of two or more single filaments.
- Example 2 Carbon fiber prepreg (“TORAYCA” (registered trademark) prepreg) manufactured by Toray Industries, Inc. P2352W-19 (carbon fiber: T800SC-24K, 35% by mass of epoxy resin contained in 100% by mass of the entire prepreg, fiber diameter: 5.5 ⁇ m ) was cured at 180°C for 2 hours to obtain CFRP. Thereafter, 200 g of the CFRP pieces, which had been crushed and classified so that the long side size was 5 to 8 mm on average, were spread uniformly on a metal vat and placed in an electric muffle furnace with an internal volume of 59 liters.
- TORAYCA registered trademark
- Heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere while maintaining the treatment temperature at a predetermined temperature (550° C.) for a treatment time of 5 hours to obtain a recycled carbon fiber bundle.
- a part of the original resin was attached to the surface of the recycled carbon fiber bundle, resulting in a fiber bundle I with an average fiber length of 8 mm.
- a composite molded article was produced in the same manner as in Example 1, except that fiber bundle reinforced thermoplastic resin pellets G were produced using the present fiber bundle I and used as an injection molding material.
- thermoplastic resin part of the composite molded product obtained above was filled to the finest detail. To evaluate the impact resistance, a 1 kg weight was attached and the integrated thermoplastic resin part was dropped from a height of 700 mm so that the corner part first hit the ground, but no cracks were observed.
- thermoplastic resin part After polishing the surface of the obtained thermoplastic resin part with sandpaper 33-648 (P800) manufactured by Refinetech Co., Ltd., the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at twice the magnification, it was found that the reinforcing fibers A were dispersed throughout the thermoplastic resin part in the form of single filaments, and a portion existed as a convergence part E of two or more single filaments. The average fiber length of reinforcing fiber A contained in the obtained thermoplastic resin part was 0.5 mm.
- Example 3 When dry blending the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F and the fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellets G to create a molding material mixture that serves as an intermediate raw material, resin pellets made of thermoplastic resin D that does not contain reinforcing fibers A are added.
- a composite molded article was produced in the same manner as in Example 1, except that the reinforcing fiber content was 10% by mass in 100% by mass of the entire molding material mixture.
- thermoplastic resin part of the composite molded product obtained above was filled to the finest detail.
- a 1 kg weight was attached and the integrated thermoplastic resin component was dropped from a height of 700 mm so that the corner first hit the ground, but no cracks were observed.
- thermoplastic resin part After polishing the surface of the obtained thermoplastic resin part with sandpaper 33-648 (P800) manufactured by Refinetech Co., Ltd., the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at twice the magnification, it was found that the reinforcing fibers A were dispersed throughout the thermoplastic resin part in the form of single filaments, and a portion existed as a convergence part E of two or more single filaments. The average fiber length of reinforcing fiber A contained in the obtained thermoplastic resin part was 0.3 mm.
- Example 4 Carbon fiber unidirectional prepreg (UD PP) P3052S-15 (manufactured by Toray Industries, Inc., carbon fiber T700S is used as the skin material, 33% by mass of epoxy resin is contained in 100% by mass of the entire prepreg, average single yarn diameter: 7 ⁇ m, thickness 0) .12 mm) were laminated in two layers so that the fiber arrangement directions were perpendicular to each other.
- a foam material (Fcel (registered trademark) RC2010, double foamed polypropylene manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) was prepared as the core material.
- the foamed material was placed as a core material, and adhesive polyolefin nonwoven fabric (manufactured by Nippon Vilene Co., Ltd., melting point 150°C, basis weight 15 g/m 2 ) was placed above and below the core material for adhesion between the core material and the skin material.
- a laminate was obtained by sandwiching the core material between the skin materials.
- a plate-shaped part was obtained by press-molding this laminate (mold temperature 150°C, pressure 6 MPa, curing time 30 minutes, target thickness after pressing 1.5 mm).
- a composite molded article was produced by the method. Compared to Example 1, since it contains a core material, the amount of deflection when a load is applied to the plate-shaped part is reduced while maintaining lightness.
- thermoplastic resin part of the composite molded product obtained above was filled to the finest detail.
- a 1 kg weight was attached and the integrated thermoplastic resin component was dropped from a height of 700 mm so that the corner first hit the ground, but no cracks were observed.
- thermoplastic resin part After polishing the surface of the obtained thermoplastic resin part with sandpaper 33-648 (P800) manufactured by Refinetech Co., Ltd., the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at twice the magnification, it was found that the reinforcing fibers A were dispersed throughout the thermoplastic resin part in the form of single filaments, and a portion existed as a convergence part E of two or more single filaments. The average fiber length of reinforcing fiber A contained in the obtained thermoplastic resin part was 0.3 mm.
- Example 5 A continuous bundle of carbon fibers with a total number of filaments of 12,000 was obtained by spinning and firing a polymer containing polyacrylonitrile as a main component. A sizing agent was applied to the continuous carbon fiber bundle by a dipping method and dried in heated air at a temperature of 120° C. to obtain a PAN-based carbon fiber bundle. The PAN-based carbon fiber bundle was cut using a cartridge cutter to obtain a chopped carbon fiber bundle with a fiber length of 6 mm.
- Carbon fiber unidirectional prepreg (UD PP) P3052S-12 manufactured by Toray Industries, Inc., carbon fiber T700S is used as the skin material, 33% by mass of epoxy resin is contained in 100% by mass of the entire prepreg, average single yarn diameter: 7 ⁇ m, thickness 0) .12 mm) were laminated in two layers so that the fiber arrangement directions were perpendicular to each other.
- the obtained thermoplastic resin films were arranged above and below the carbon fiber mat, and then sandwiched between the skin materials to obtain a laminate.
- the laminate was sandwiched between release films and press-molded (mold temperature 180°C, pressure 3 MPa, heating time 30 minutes, target thickness after pressing 1.5 mm) to harden the skin precursor.
- the thermoplastic resin film was softened and impregnated into the carbon fiber mat to form a core layer precursor, and the skin material and the core layer precursor were integrated.
- the mold gap was widened by 0.7 mm, and the core layer precursor was expanded by the restoring force to form a core layer having voids.
- the mold was opened, quickly placed on the surface of a cooling press mold whose surface temperature was 40° C., and cold pressed at 3 MPa.
- the molded product was taken out of the press mold to obtain a sandwich structure having a plate thickness of 1.3 mm, a skin layer thickness of 0.15 mm, and a core layer thickness of 1.0 mm.
- the procedure was the same as in Example 1 except that the sandwich structure was a plate-shaped component. Compared to Example 1, since the core material was included, the amount of deflection when a load was applied to the plate-shaped part was reduced while maintaining the lightness.
- thermoplastic resin part of the composite molded product obtained above was filled to the finest detail.
- a 1 kg weight was attached and the integrated thermoplastic resin component was dropped from a height of 700 mm so that the corner first hit the ground, but no cracks were observed.
- thermoplastic resin part After polishing the surface of the obtained thermoplastic resin part with sandpaper 33-648 (P800) manufactured by Refinetech Co., Ltd., the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at double magnification, it was found that the reinforcing fibers A were dispersed throughout the thermoplastic resin part in the form of single filaments, and a portion existed as a convergence part E of two or more single filaments. The average fiber length of reinforcing fiber A contained in the obtained thermoplastic resin part was 0.3 mm.
- Example 1 The same procedure as Example 1 was carried out except that the fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellets G were not mixed and only the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F were used.
- thermoplastic resin pellets F When a composite molded product was manufactured by injection molding a molding material mixture consisting only of the fiber-reinforced thermoplastic resin pellets F onto the peripheral edge of the plate-shaped component in the same manner as in Example 1, there was no thermoplastic resin at the apex of the rib. There were some areas where the thermoplastic resin was not filled in even the smallest detail.
- thermoplastic resin part After polishing the surface of the obtained thermoplastic resin part with sandpaper 33-648 (P800) manufactured by Refinetech Co., Ltd., the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at double magnification, the reinforcing fibers A were dispersed throughout the thermoplastic resin part in the form of single filaments, and no convergence area E where two or more single filaments gathered was observed.
- SEM scanning electron microscope
- thermoplastic resin part was 1.0 mm. This was because the fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellets, which have excellent fluidity, were not included, resulting in poor detail filling properties.
- Carbon fiber prepreg (“TORAYCA” (registered trademark) prepreg) manufactured by Toray Industries, Inc. P3052S-15 (carbon fiber: T700SC-24K, 33% by mass of epoxy resin contained in 100% by mass of the entire prepreg, average single fiber diameter: 7 ⁇ m ) was cured at 180°C for 2 hours to obtain CFRP. Thereafter, the CFRP pieces were crushed and classified so that the number average size of the long sides was 5 to 8 mm, and a reinforcing fiber bundle I was obtained without heat treatment. A fiber bundle-reinforced thermoplastic resin pellet G was produced using the obtained reinforcing fiber bundle I, and the same procedure as in Example 1 was performed except that the fiber-reinforced thermoplastic resin pellet F was not used.
- TORAYCA registered trademark
- thermoplastic resin part of the composite molded product obtained above was filled to the finest detail, a portion fell off during demolding.
- the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd.
- SEM scanning electron microscope
- the reinforcing fiber A exists as a convergence part E where two or more single filaments are gathered, and since the CFRP is not heat-treated, a large amount of resin H remains and is dispersed in the form of single filaments. No reinforcing fiber A was observed. Furthermore, many areas where reinforcing fibers were not present were observed around the ribs.
- the average fiber length of the reinforcing fibers A contained in the obtained thermoplastic resin part was 3.0 mm.
- the impact resistance decreased because the reinforcing fibers were not sufficiently dispersed and the area where no reinforcing fibers were present increased.
- thermoplastic resin part of the composite molded product obtained above was filled to the finest detail. After polishing the surface of the obtained thermoplastic resin part with sandpaper 33-648 (P800) manufactured by Refinetech Co., Ltd., the surface was polished using a scanning electron microscope (SEM) JSM-6010LV manufactured by JEOL Ltd. When observed at twice the magnification, the reinforcing fibers A were dispersed in the form of single filaments, and no convergence area E where two or more single filaments gathered was observed.
- SEM scanning electron microscope
- the average fiber length of the reinforcing fibers A contained in the obtained thermoplastic resin part was 0.1 mm. In addition to the absence of convergence E, which has a reinforcing effect, the length of the reinforcing fibers was short, resulting in a decrease in impact resistance.
- a thin-walled molded product for electronic device casings that has both strength and impact resistance can be obtained, and is widely used for parts and casings of electrical and electronic devices such as personal computers, OA equipment, AV equipment, and home appliances.
- the scope of application is not limited to these.
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Abstract
繊維強化プラスチックを有する板状部品と、前記板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品とを有する電子機器筐体用部材であって、前記熱可塑性樹脂部品が、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dとを含み、前記強化繊維Aの一部が単糸状に分散しており、前記強化繊維Aの別の一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態でランダムに配置されてなる電子機器筐体用部材。本発明により、良好な耐衝撃性を有する電子機器筐体用部材を提供することができる。
Description
本発明は、電子機器筐体用部材に関する。
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチック(FRP)は、軽量性や力学特性に優れることから、各種産業用途に幅広く利用されている。現在、パソコン、OA機器、AV機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品などの電気・電子機器の携帯化が進むにつれ、より小型化、軽量化が要求されている。その要求を達成するために、機器を構成する部品、特に筐体には、外部から荷重がかかった場合に筐体が大きく撓んで内部部品と接触、破壊を起こさないように、高強度・高剛性化を達成しつつ、かつ薄肉化が求められている。強化繊維と樹脂からなる繊維強化樹脂構造体と別の部材、例えばフレーム部材等とを一体化接合成形させて小型軽量化した成形構造体において、反りのない一層の薄肉化、接合強度の信頼性が要求されている。
軽量化のために、サンドイッチ構造を有する積層体としてコア層に低密度な材料を用いて製品全体の比重を低下させることにより軽量化を達成する手段や、サンドイッチ状の構造体の内部に空隙を設けて製品全体として密度を低下させる技術が多く提案されている。
特許文献1には、片側表面が意匠面である板材と部材との間に接合樹脂が介在した一体化成形体において、板材と部材を離間するように配置し板材の外周縁部が接合樹脂と接合する接合部を有するとともに、前記一体化成形体の意匠面側の表面の少なくとも一部に、板材、前記部材、および前記接合樹脂が露出する領域を有する一体化成形体とすることで、複数の構造体が高い接合強度で接合し、その接合境界部が良好な平滑性を有し、成形体が板材の構成部材を有していても反り低減を図ることが提案されている。
特許文献2には、繊維長が異なる強化繊維を用いた繊維強化樹脂ペレットを用いることで強化繊維を高充填化し、機械的特性、流動性、外観、生産性を向上させることが提案されている。
また、FRPからなる製品を製造する過程で発生する端材や屑、及び廃棄の対象とされるFRP製品からなる廃材は、その性質上、リサイクルが困難であり、一般に、破砕又は焼却した後に埋め立て処理されていた。埋め立て処分場の問題やエポキシ樹脂から発生する環境ホルモン等の問題等が社会問題化されてきているため、リサイクル技術の確立として、廃材や端材等を焼却し、その焼却の際の熱エネルギを回収するサーマルリサイクルや、これらの廃材から、別の製品を製造する際の原材料に一部添加して再利用するマテリアルリサイクルが検討されている。
特許文献3には、CFRP廃材のマトリックス樹脂を熱分解し、樹脂残渣重量が炭素繊維束の0.1~6%となるよう加熱処理することで、工程通過に問題ない収束性を有し、補強効果に優れ、マトリックス樹脂への分散性にも優れる、リサイクル炭素繊維束を提供する方法が提案されている。
しかしながら、特許文献1で使用する接合樹脂には、得られる成形体の物性向上は必ずしも十分といえるものではなかった。また、特許文献2の方法では強化繊維を一様に分散させることが目的であり、強化繊維を収束させる思想はない。また、短繊維強化熱可塑性樹脂ペレットとして、回収材を使用できることが記載されているが、成形品についての再利用の思想はない。
特許文献3で提案されているようなバッチ式の熱処理では、量産性が不十分で、コストがかかり、量産性向上のため破砕、加熱処理を連続的に行うと収束性が不足し、工程内で閉塞する等取り扱い性が不十分で工業利用には不適であった。また、バージン材対比に関して、リサイクル炭素繊維束を強化繊維として利用することの優位性を示すことが出来ていない。
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであって、繊維強化プラスチックを有する板状部品と、前記板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品を有する電子機器筐体用部材において、特に電子機器筐体が落下した際などにかかる衝撃に対しクラック等が生じ難い、耐衝撃性を有する電子機器筐体用部材を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。すなわち、
(1)繊維強化プラスチックを有する板状部品と、前記板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品とを有する電子機器筐体用部材であって、前記熱可塑性樹脂部品は、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dとを含み、前記強化繊維Aは、一部が単糸状に分散しており、前記強化繊維Aの別の一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態でランダムに配置されてなる、電子機器筐体用部材。
(2)前記熱可塑性樹脂部品における前記強化繊維Aの含有量が1~50質量%である、上記(1)に記載の電子機器筐体用部材。
(3)前記収束部Eを構成する単糸の表面に、前記熱可塑性樹脂Dとは異なる樹脂Hが、前記収束部Eに含まれる前記強化繊維A100質量部に対して0.1~30質量部付着している、上記(1)または(2)に記載の電子機器筐体用部材。
(4)前記熱可塑性樹脂部品の強化繊維Aにおける単糸の平均繊維径が4.0~30.0μmである、上記(1)~(3)のいずれかに記載の電子機器筐体用部材。
(5)前記板状部品が、コア材と、前記コア材の両面に接合された繊維強化プラスチックからなるサンドイッチ構造体である、上記(1)~(4)のいずれかに記載の電子機器筐体用部材。
(6)前記強化繊維Aが、互いに単糸の平均繊維径が異なる強化繊維Bと強化繊維Cの2種類の強化繊維を含み、強化繊維Bは収束部Eを形成せず、強化繊維Cは、一部が単糸状に分散しており、強化繊維Cの別の一部が収束部Eを構成する、上記(1)~(5)のいずれかに記載の電子機器筐体用部材。
(7)前記強化繊維Bと前記強化繊維Cとの質量比B/Cが、99/1~40/60である、上記(6)に記載の電子機器筐体用部材。
(1)繊維強化プラスチックを有する板状部品と、前記板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品とを有する電子機器筐体用部材であって、前記熱可塑性樹脂部品は、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dとを含み、前記強化繊維Aは、一部が単糸状に分散しており、前記強化繊維Aの別の一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態でランダムに配置されてなる、電子機器筐体用部材。
(2)前記熱可塑性樹脂部品における前記強化繊維Aの含有量が1~50質量%である、上記(1)に記載の電子機器筐体用部材。
(3)前記収束部Eを構成する単糸の表面に、前記熱可塑性樹脂Dとは異なる樹脂Hが、前記収束部Eに含まれる前記強化繊維A100質量部に対して0.1~30質量部付着している、上記(1)または(2)に記載の電子機器筐体用部材。
(4)前記熱可塑性樹脂部品の強化繊維Aにおける単糸の平均繊維径が4.0~30.0μmである、上記(1)~(3)のいずれかに記載の電子機器筐体用部材。
(5)前記板状部品が、コア材と、前記コア材の両面に接合された繊維強化プラスチックからなるサンドイッチ構造体である、上記(1)~(4)のいずれかに記載の電子機器筐体用部材。
(6)前記強化繊維Aが、互いに単糸の平均繊維径が異なる強化繊維Bと強化繊維Cの2種類の強化繊維を含み、強化繊維Bは収束部Eを形成せず、強化繊維Cは、一部が単糸状に分散しており、強化繊維Cの別の一部が収束部Eを構成する、上記(1)~(5)のいずれかに記載の電子機器筐体用部材。
(7)前記強化繊維Bと前記強化繊維Cとの質量比B/Cが、99/1~40/60である、上記(6)に記載の電子機器筐体用部材。
本発明により、電子機器筐体として良好な耐衝撃性を有する電子機器筐体用部材を得ることができる。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態および図面に何ら限定されるものではない。本発明は、その目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
本発明の電子機器筐体用部材は、繊維強化プラスチックを有する板状部品と、前記板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品とを有する電子機器筐体用部材であって、前記熱可塑性樹脂部品が、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dからなり、前記強化繊維Aの少なくとも一部が単糸状に分散しており、前記強化繊維Aの別の少なくとも一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態でランダムに配置されてなる。
本発明の電子機器筐体用部材の一例を図1に示す。図1において、電子機器筐体用部材1は、板状部品2と熱可塑性樹脂部品3が一体化されてなり、熱可塑性樹脂部品3には収束部E4が含まれる。
また、図2に、図1の電子機器筐体用部材を別の角度から見たものを示す。図2では、板状部品2の周縁部に、熱可塑性樹脂部品3が一体化されていることが示されている。
また、図4に、本発明の電子機器筐体用部材の別の一例を示す。図4は、熱可塑性樹脂部品3が補強のため凹凸形状7(リブ形状)を有する場合の電子機器筐体用部材1の部分断面表示概略斜視図である。図4に示す例では、熱可塑性樹脂部品3の内側(板状部品2側)に凹凸形状7(リブ形状)が形成されており、外側表面が意匠面として利用可能となっているが、補強目的のためには、熱可塑性樹脂部品3の外側や、内側または外側の一部に凹凸形状7(リブ形状)を設けることも可能である。
(板状部品)
板状部品における板状とは、概ね平坦な板のことであり、前記板状部品の長辺と厚みからなるアスペクト比が10以上であることを指す。板状部品は、一部に凹凸や孔加工を有していてもよく、アーチ形状や、斜面を有していてもよく、厚みが異なっていてもよい。
板状部品における板状とは、概ね平坦な板のことであり、前記板状部品の長辺と厚みからなるアスペクト比が10以上であることを指す。板状部品は、一部に凹凸や孔加工を有していてもよく、アーチ形状や、斜面を有していてもよく、厚みが異なっていてもよい。
本発明において、板状部品は、少なくとも一部が強化繊維に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸せしめた繊維強化プラスチックからなる。
本発明において、板状部品は、繊維強化プラスチックを有する。すなわち、本発明における板状物品は、少なくとも一部が強化繊維に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸せしめた繊維強化プラスチックからなる。
前記繊維強化プラスチックは、繊維強化プラスチック単体で構成されていてもよく、また、コア材と、前記コア材の両面に接合された繊維強化プラスチックからなるサンドイッチ構造体であってもよい。サンドイッチ構造体において、コア材を比重の小さい材料とすることで、板状部品全体を軽量化しながら剛性を維持することができる。さらに、軽量性の観点から、サンドイッチ構造体の中でも、コア材が、強化繊維マットに熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸せしめたシート状中間基材、または空孔を有する発泡体であるサンドイッチ構造体が好ましい。
図3に、サンドイッチ構造を持つ板状部品を用いた本発明の電子機器筐体用部材の一例を示す。図3は、スキン材5とコア材6からなるサンドイッチ構造を持つ板状部品2について、板断面が見えるようにした部分断面表示概略斜視図である。
上記の強化繊維マットは不織布状の形態をとることが好ましい。不織布状の形態をとることにより、強化繊維マットへの熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の含浸が容易になりやすく、また、強化繊維マットによる熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂へのアンカリングの効果がより高まり、接合性に優れやすくなる。不織布状の形態とは、強化繊維のストランドおよび/またはモノフィラメントが規則性なく面状に分散した形態を指す。不織布状の形態の例としては、チョップドストランドマット、コンティニュアンスストランドマット、抄紙マット、カーディングマット、エアレイドマットなどが挙げられる。強化繊維マットにおける強化繊維は、スキン材に用いられている強化繊維と同一でもよく、異なっていてもよい。なお、スキン材とは、サンドイッチ構造材において、コア材の両面に接合された繊維強化プラスチックを指す。
上記の発泡体を構成する樹脂の例としては、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂などが挙げられる。中でも、軽量性を確保するためにスキン材より見かけ密度が小さい樹脂を用いることが好ましい。具体的には、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂が好ましい。
前記繊維強化プラスチックに用いる熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、またはこれらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも2種類をブレンドした樹脂などが挙げられる。中でも、力学特性、耐熱性および強化繊維との接着性に優れる点から、エポキシ樹脂が好ましい。
前記繊維強化プラスチックに用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、フッ素樹脂、ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、塩化ビニル、オレフィン系樹脂、熱可塑性エラストマー、ポリアクリレート、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリーレンサルファイド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、エチルセルロース等のセルロース誘導体、液晶性樹脂等、およびこれらの変性材あるいは2種以上のブレンド物などが挙げられる。
前記繊維強化プラスチックに用いる強化繊維は、連続した強化繊維でも、その一部に不連続な強化繊維を含む強化繊維であってもよい。ここで、連続した強化繊維とは、少なくとも一方向に、100mm以上の長さで連続した強化繊維を指す。また、強化繊維が多数本、一方向に配列した集合体、いわゆる強化繊維束は、板状部品の全長にわたり連続しているものである。不連続な強化繊維とは、一方向に100mm以上の長さで連続していないものであり、その多数本の配列方向が異なるものを指す。
前記繊維強化プラスチックに用いる強化繊維としては、例えば、アルミニウム、黄銅、ステンレスなどの金属繊維や、ポリアクリロニトリル(PAN)系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維や、黒鉛繊維や、ガラスなどの絶縁性繊維や、アラミド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレンなどの有機繊維や、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドなどの無機繊維などが挙げられる。
前記繊維強化プラスチックに用いる強化繊維は、表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、例えば、導電体として金属の被着処理のほかに、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理などが挙げられる。
中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるPAN系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が好ましく用いられる。また、得られる成形品の導電性を高める観点からは、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。
前記繊維強化プラスチックに用いる強化繊維は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
板状部品には、熱可塑性樹脂部品との密着性向上のため、必要に応じ熱可塑性樹脂層を含むことも好ましい。また、板状部品は、目的に応じ金属等の異種材料を含んでもよい。
繊維強化プラスチックを有する板状部品を製造する方法の一例として、未硬化の熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂、または熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物と強化繊維とを含むプリプレグを積層し、加熱加圧することや、加熱後に加圧しながら冷却することによって繊維強化樹脂の硬化物とする方法が挙げられる。
未硬化の熱硬化性樹脂または、熱可塑性樹脂、または熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物と、強化繊維とを含むプリプレグは、例えば、公知の手法によって、強化繊維を一方向に配列された強化繊維束、または強化繊維の織物に対し、未硬化の熱硬化性樹脂または、熱可塑性樹脂、または熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を含浸することで作製することができる。また、このようなプリプレグとして市販されているものを用いてもよい。
板状部品を成形する場合の成形方法は、特に限定されないが、量産性の面から、未硬化の材料を積層した後、プレス機で加圧し板状部品を得るプレス成形が好ましい。
(熱可塑性樹脂部品)
本発明の電子機器筐体用部材において、熱可塑性樹脂部品は、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dからなる。
本発明の電子機器筐体用部材において、熱可塑性樹脂部品は、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dからなる。
(強化繊維A)
強化繊維Aとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維等が挙げられ、適宜所望の目的に応じて選択することができる。中でも、射出成形品の機械特性が良好である点から、ガラス繊維、炭素繊維が好ましく、さらに耐衝撃特性や導電性付与による電磁波シールド性が良好である点から、炭素繊維がより好ましい。
強化繊維Aとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維等が挙げられ、適宜所望の目的に応じて選択することができる。中でも、射出成形品の機械特性が良好である点から、ガラス繊維、炭素繊維が好ましく、さらに耐衝撃特性や導電性付与による電磁波シールド性が良好である点から、炭素繊維がより好ましい。
強化繊維Aの平均単糸径は、4.0~30μmであることが好ましく、4.2~25μmであることがより好ましく、4.5~20μmであることがさらに好ましい。平均単糸径が4.0μm以上であると所望の強化繊維含有量を得る手間が省けペレットを作製しやすくなる。平均単糸径が30μm以下であると、熱可塑性樹脂の含浸が容易になることに加え、射出成形時の分散性が向上し、細部充填性が向上しやすくなる。
ここで細部充填とは、金型等に設けられた小空間の細部に強化繊維Aと熱可塑性樹脂が到達していることを示す。細部充填性が悪いと、図4に示すリブ7のような少なくとも一方向の長さが2mm以下の空間に強化繊維Aが充填されず熱可塑性樹脂のみになってしまうことや、熱可塑性樹脂、強化繊維Aともに充填されずリブの形状が不十分となる可能性がある。
強化繊維Aは、目的に応じて平均単糸径が異なる複数の強化繊維を含んでもよい。強化繊維Aは3種類以上の強化繊維を含んでもよいが、本発明の電子機器筐体用部材において、前記熱可塑性樹脂部品の強化繊維Aが、単糸の平均繊維径が4.0~30.0μmであり、互いに単糸の平均繊維径が異なる強化繊維Bと強化繊維Cの2種類の強化繊維を含み、強化繊維Bは収束部Eを形成せず、強化繊維Cは少なくとも一部が単糸状に分散しており、強化繊維Cの別の少なくとも一部が収束部Eを構成することが好ましい。強化繊維Cを強化繊維Bより流動性に優れた材料とすることで得られる成形品の耐衝撃性を維持しながらより細部充填性を向上させることが出来る。
本発明の電子機器筐体用部材において、前記強化繊維Bと前記強化繊維Cとの質量比B/Cが、99/1~40/60であることが好ましい。質量比B/Cは99/1~50/50であることがより好ましく、99/1~60/40であることがさらに好ましい。質量比B/Cが40/60以上、すなわち、前記強化繊維Bと前記強化繊維Cとの合計100質量%中に、前記強化繊維Bの含有量が40質量%以上であると、得られる成形品の耐衝撃性が向上しやすくなる。また、質量比B/Cが99/1以下であると、すなわち、前記強化繊維Cの含有量が1質量%以上であると、成形時の流動性が向上し、細部充填性が向上しやすくなる点で好ましい。
強化繊維Aは、高い強度を得る点から、引張強度が3000MPa以上であることが好ましく、3250MPa以上であることがより好ましく、3500MPa以上であることがさらに好ましい。
強化繊維Aは、高い弾性率を得る点から、引張弾性率が200GPa以上であることが好ましく、225GPa以上であることがより好ましく、400GPa以上であることがさらに好ましい。
本発明の電子機器筐体用部材において、前記熱可塑性樹脂部品100質量%における前記強化繊維Aの含有量が1~50質量%であることが好ましい。強化繊維Aの含有量は、1~45質量%であることがより好ましく、1~40質量%であることがさらに好ましい。強化繊維Aの含有量が1質量%以上であると、強化繊維によって得られる成形品の物性が向上しやすくなる。50質量%以下であると、成形時の流動性が向上し、細部充填性が向上しやすくなる。
(熱可塑性樹脂D)
本発明の電子機器筐体用部材において、熱可塑性樹脂Dは特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン(AS)樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合(EVA)樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、非晶ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアニルエーテルニトリル樹脂、ポリベンゾイミダール樹脂などが挙げられる。中でも、射出成形品の各種機械特性が良好な点から、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂が好ましく、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂がより好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独で使用してもよく、あるいは混合物でも、また共重合体であってもよい。混合物の場合には、相溶化剤が併用されていてもよい。
本発明の電子機器筐体用部材において、熱可塑性樹脂Dは特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン(AS)樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合(EVA)樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、非晶ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアニルエーテルニトリル樹脂、ポリベンゾイミダール樹脂などが挙げられる。中でも、射出成形品の各種機械特性が良好な点から、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂が好ましく、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂がより好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独で使用してもよく、あるいは混合物でも、また共重合体であってもよい。混合物の場合には、相溶化剤が併用されていてもよい。
熱可塑性樹脂Dには、難燃剤等の添加物を含有してもよく、適宜所望の目的に応じて用いることができる。
(熱可塑性樹脂部品を作製する方法)
前記熱可塑性樹脂部品の作製する方法の一例として、強化繊維Aと熱可塑性樹脂Dからなる繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFと強化繊維Aと熱可塑性樹脂Dからなり特定の強化繊維束Iを含む繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを含む成形材料混合物を用いる方法が挙げられる。
前記熱可塑性樹脂部品の作製する方法の一例として、強化繊維Aと熱可塑性樹脂Dからなる繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFと強化繊維Aと熱可塑性樹脂Dからなり特定の強化繊維束Iを含む繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを含む成形材料混合物を用いる方法が挙げられる。
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFの形態は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂Dが強化繊維Aの周囲を被覆するように配置されてなるペレットであることが好ましい。このようなペレットを得る手段としては、例えば、強化繊維Aの束を押出機の先端に取り付けた電線被覆用のコーティングダイの中に通し、熱可塑性樹脂Dを押出被覆させて電線状のガットを得る方法が挙げられる。このガットをストランドカッターで所定の長さにカットすることで、強化繊維長がペレットの長さと実質的に同一の繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFが得られる。
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFの形状は、特に限定されるものではないが、直径1~5mm、ペレット長1~15mmの円柱形状であることが好ましい。直径が1mm以上であると製造が容易になる。また、直径が5mm以下であると、射出成形時に成形機への噛み込みが容易になり供給しやすくなる。ペレット長は強化繊維長でもあるため、ペレット長が1mm以上であると、本発明の特性を十分に得られやすくなる。また、ペレット長が15mm以下であると、成形機への供給が容易になる。
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFにおいて、成形時に強化繊維Aの熱可塑性樹脂Dへの分散効果が向上しやすくなることから、強化繊維Aの単糸の表面に熱可塑性樹脂Dとは異なる樹脂Jが付着していてもよい。前記樹脂Jは、熱可塑性樹脂Dよりも溶融粘度が低いことが好ましい。溶融粘度が熱可塑性樹脂Dよりも低いことにより、熱可塑性樹脂部品を成形する際、樹脂Jの流動性が高く、強化繊維Aの熱可塑性樹脂D内への分散効果をより向上させることができる。
前記樹脂Jとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂および環状ポリフェニレンスルフィドからなる群より選択される樹脂であることが好ましい。
前記樹脂Jの付着量は、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットF100質量部に対し、0.1~20質量部であることが好ましく、3~10質量部であることがより好ましい。かかる範囲とすることで、成形性と取扱性に優れた成形材料が得られやすくなる。
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFの作製に使用される押出機は特に限定されるものではなく、単軸スクリュータイプ、2軸スクリュータイプいずれでもよい。また、押出機のスクリュー形状も汎用のフルフライトやダブルフライトタイプ、さらにダルメージ、マドック等の高分散サブフライトを備えたものを使用してもよい。
繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGの形状は特に限定されるものではないが、直径1~5mm、ペレット長1~15mmの円柱形状のものが好ましい。直径が1mm以上であると、製造が容易になる。また、直径が5mm以下であると、射出成形時に成形機への噛み込みが容易になり供給しやすくなる。
繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGに用いる強化繊維束Iは、板状部品と一体化成形後に、少なくとも一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態で存在すれば、束を形成させる方法は限定されない。強化繊維束Iは射出樹脂の融点より十分高い融点を有する熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂からなる繊維強化プラスチックを破砕した繊維強化プラスチック片、あるいはリサイクルとして破砕・分級・熱処理した繊維強化プラスチック片でもよい。埋め立て処理を行う廃棄物を削減する観点から、熱硬化性樹脂を用いた廃繊維強化プラスチックを破砕・分級・熱処理して得られたリサイクル繊維強化プラスチックであることが好ましい。強化繊維束の物性が良好な物性を有する点から、リサイクル繊維強化プラスチックが、炭素繊維を用いたCFRP(炭素繊維強化プラスチック)であることが好ましい。
リサイクル繊維強化プラスチックを得る方法としては、公知の製法が挙げられる。
例えば、以下の(a)から(g)に至る各工程を行い、リサイクル繊維強化プラスチックを得る方法が挙げられる。
(a)繊維強化プラスチック廃材を破砕し所定の繊維長を有する繊維強化プラスチック破砕片を作製する破砕処理工程
(b)前記繊維強化プラスチック破砕片をホッパーに送り貯蔵する搬送貯蔵工程
(c)前記繊維強化プラスチック破砕片を前記ホッパーから除粉装置に定量供給し、前記除粉装置にて前記繊維強化プラスチック破砕片に含まれる粉体を除去し、繊維強化プラスチック除粉片を生成する除粉処理工程
(d)前記繊維強化プラスチック除粉片を熱分解炉に定量供給しながら加熱し、前記繊維強化プラスチック除粉片に含まれるマトリックス樹脂成分を除去してリサイクル強化繊維熱分解体を得る熱分解処理工程
(e)前記リサイクル強化繊維熱分解体を冷却しながら次工程に送る冷却搬送工程
(f)前記リサイクル強化繊維熱分解体を分級してリサイクル強化繊維分級体を得る分級処理工程
(g)前記リサイクル強化繊維分級体から磁気力により金属粉を取り除く除鉄処理工程。
(a)繊維強化プラスチック廃材を破砕し所定の繊維長を有する繊維強化プラスチック破砕片を作製する破砕処理工程
(b)前記繊維強化プラスチック破砕片をホッパーに送り貯蔵する搬送貯蔵工程
(c)前記繊維強化プラスチック破砕片を前記ホッパーから除粉装置に定量供給し、前記除粉装置にて前記繊維強化プラスチック破砕片に含まれる粉体を除去し、繊維強化プラスチック除粉片を生成する除粉処理工程
(d)前記繊維強化プラスチック除粉片を熱分解炉に定量供給しながら加熱し、前記繊維強化プラスチック除粉片に含まれるマトリックス樹脂成分を除去してリサイクル強化繊維熱分解体を得る熱分解処理工程
(e)前記リサイクル強化繊維熱分解体を冷却しながら次工程に送る冷却搬送工程
(f)前記リサイクル強化繊維熱分解体を分級してリサイクル強化繊維分級体を得る分級処理工程
(g)前記リサイクル強化繊維分級体から磁気力により金属粉を取り除く除鉄処理工程。
破砕処理工程の方法は特に限定されないが、効率的に破砕を行うため2つ以上の破砕機を用いることが好ましい。2つ以上の破砕機を用いる場合の一例において、原料である繊維強化プラスチック廃材は、まず一次破砕機に投入され大まかに破砕された後、二次以降の破砕機へと搬送され破砕される。最終の破砕機では所望の大きさに設定されたスクリーンの網目以下の大きさになるまで破砕を行うことが好ましい。
搬送貯蔵工程の搬送方法は特に限定されないが、破砕処理工程で生じた前記繊維強化プラスチック破砕片と繊維強化プラスチック廃材に由来し、破砕処理で生じた粉体を風送式、ベルトコンベア式、バケットコンベア式等で搬送しホッパーに貯蔵することが好ましい。中でも、設備費が安価である点から、風送式で搬送することがより好ましい。
除粉処理工程の方法は特に限定されないが、振動ふるい機を用いて次工程に送る前記繊維強化プラスチック破砕片と前記粉体を分離することが好ましい。
熱分解処理工程における熱分解炉の加熱方式としては、電気ヒーター、熱風等が挙げられるが、炭素繊維のような導電性のある強化繊維を扱う場合、熱風方式が好ましい。熱分解炉内での材料搬送方式として、ベルトコンベア式、バケットコンベア式、また、熱分解炉自身が回転するロータリーキルン式等がある。熱分解炉内は高温になっているため、設備寿命の観点からコンベアを使用しないロータリーキルン式が好ましい。
熱処理工程における空気雰囲気下での熱処理温度は300℃~700℃であることが好ましい。空気雰囲気下での熱処理温度が700℃以下であると、後述する樹脂Hが残存しやすくなり、強化繊維と樹脂Hが共存する状態になりやすい。その結果、強化繊維束Iの収束性が向上し、一体化成形後に収束部Eとして残存しやすくなるため、力学特性や寸法精度が向上しやすくなる。また、空気雰囲気下での熱処理温度が300℃以上であると、樹脂Hが減少し、マトリックス樹脂としての靭性が向上しやすくなり、力学特性が向上しやすくなる。
冷却搬送工程における搬送方式は特に限定されず、熱分解直後の高温状態のリサイクル強化繊維熱分解体を搬送できるだけの耐熱性があればよい。冷却方式も特に限定されないが、風冷、自然冷却等が挙げられる。中でも、冷却設備が不要な点から、自然冷却が好ましい。また、搬送方式をベルトコンベア式、バケットコンベア式等にして搬送中に自然冷却することも好ましい。
分級処理工程における分級の方法は特に限定されないが、段数とスクリーンメッシュを変えることにより所望のサイズのリサイクル強化繊維分級体を得られることから、振動ふるい機が好ましい。
除鉄処理工程における除鉄方法は限定されないが、リサイクル強化繊維分級体が通る配管内に磁気力により金属粉を取り除く装置を設置することにより、処理中に発生した鉄粉を回収することや、磁石近傍を通過させた際の磁性有無による落下挙動の差異を用いた分別を行うことが好ましい。得られたリサイクル繊維強化プラスチックは、加工性を考慮すると長辺は1~20mmが好ましく、3~14mmがより好ましく、5~8mmがさらに好ましい。取り扱い性が向上しやすいことから、収束剤を付与してもよい。
別のリサイクル繊維強化プラスチックを得る方法として、繊維強化プラスチックを、破砕処理を行わずに加熱処理した後に所望の大きさに切断する方法も挙げられる。加熱処理は無酸素雰囲気下で実施することが好ましい。加熱処理には箱状の本体部と、前記本体部の内側に配置されており前記繊維強化プラスチックを収納する加熱処理室と、前記加熱処理室の下部に配置されておりバーナーを備えている燃焼室と、前記本体部と前記加熱処理室との間の空間に形成されている加熱室と、を備えており、前記繊維強化プラスチックを加熱処理室内で加熱処理して前記繊維強化プラスチックに含まれるマトリックス成分の一部を転換し、後述する樹脂Hとして前記強化繊維の表面に付着させる加熱処理炉を使用することも好ましい。加熱処理室における無酸素雰囲気下での熱処理温度は200℃~800℃であることが好ましい。また、前記加熱処理炉が蒸気発生器を備えており、100℃以上700℃以下の水蒸気を加熱処理室に供給することによって、加熱処理室内の対流を促進し、加熱処理室内で発生したマトリックス成分のガスを効率よく追い出すことが可能となる。マトリックス成分が加熱処理室に滞留することによって加熱処理室内の床や壁に堆積物が生じることや、配管内でのタールの発生を、未然に防止することができる。ここで、700℃を越えた温度に水蒸気を加熱して供給することは、加熱処理室や配管に負荷がかかるために好ましくない。得られたリサイクル強化繊維は、ロータリーカッター等の公知の方法で所望の長さになるように切断する。加工性を考慮すると長辺は1~20mmが好ましく、3~14mmがより好ましく、5~8mmがさらに好ましい。取り扱い性が向上しやすいことから、収束剤を付与してもよい。
得られたリサイクル強化繊維は目的に応じて、除鉄処理を行うことも好ましい。
さらに、別のリサイクル繊維強化プラスチックを得る方法としては、繊維強化樹脂成形物を破砕および分級を施した廃片を、金属バット上に均一に広げ、電気マッフル炉に入れて、炉内に窒素ガスを導入しながら、処理温度を所定温度に保って熱処理を行う。その後、同様に、炉内に空気を導入しながら、処理温度を所定温度に保って、熱処理を行うことで、リサイクル繊維強化プラスチックを得る方法が挙げられる。
熱処理工程における空気雰囲気下での熱処理温度は300℃~700℃であることが好ましい。空気雰囲気下での熱処理温度が700℃以下であると、後述する樹脂Hが残存しやすくなり、強化繊維と樹脂Hが共存する状態になりやすい。その結果、強化繊維束Iの収束性が向上し、一体化成形後に収束部Eとして残存しやすくなるため、力学特性や寸法精度が向上しやすくなる。また、空気雰囲気下での熱処理温度が300℃以上であると、樹脂Hが減少し、マトリックス樹脂としての靭性が向上しやすくなり、力学特性が向上しやすくなる。
また、最終回の熱処理を空気雰囲気下にて実施することも好ましい態様の一つである。不活性な窒素ガス雰囲気下では、長時間熱処理しても、樹脂Hは変化しにくいところ、最終の熱処理を活性な空気雰囲気下で行うことで、所望の樹脂Hを持ったリサイクル繊維強化プラスチックが得られやすくなる。
繊維強化プラスチックの破砕機としては、せん断式破砕機、衝撃式破砕機、切断式破砕機、圧縮式破砕機などが挙げられる。どの破砕機を使用しても問題なく、組み合わせることも可能である。また、破砕品の分級機としては、振動ふるい機、ジャイロ式ふるい機、遠心式ふるい機などが挙げられる。破砕機の破砕能力および破砕物の形態に合わせて使用するのが好ましい。
粉砕したリサイクル繊維強化プラスチックの長辺は1~20mmが好ましく、3~14mmがより好ましく、5~8mmがさらに好ましい。
(成形材料混合物)
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFと繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGおよび熱可塑性樹脂Dは目的に応じ所定の混合比とすることができれば、その方法は特に限定されず、溶融混練やドライブレンドなどの方法により、成形材料混合物としてもよい。中でも、成形品中における強化繊維の含有量を容易に調整することができる点から、ドライブレンドすることが好ましい。ここで、ドライブレンドとは、溶融混練とは異なり、複数の材料を樹脂成分が溶融しない温度で撹拌・混合し、実質的に均一な状態とすることを指し、主に射出成形や押出成形など、ペレット形状の成形材料を用いる場合に好ましく用いられる。目的の繊維含有率となるよう、強化繊維を有さない熱可塑性樹脂ペレットを混合してもよいし、目的に応じ難燃剤等の添加物を添加してもよい。
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFと繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGおよび熱可塑性樹脂Dは目的に応じ所定の混合比とすることができれば、その方法は特に限定されず、溶融混練やドライブレンドなどの方法により、成形材料混合物としてもよい。中でも、成形品中における強化繊維の含有量を容易に調整することができる点から、ドライブレンドすることが好ましい。ここで、ドライブレンドとは、溶融混練とは異なり、複数の材料を樹脂成分が溶融しない温度で撹拌・混合し、実質的に均一な状態とすることを指し、主に射出成形や押出成形など、ペレット形状の成形材料を用いる場合に好ましく用いられる。目的の繊維含有率となるよう、強化繊維を有さない熱可塑性樹脂ペレットを混合してもよいし、目的に応じ難燃剤等の添加物を添加してもよい。
(電子機器筐体用部材)
本発明の電子機器筐体用部材は、板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品を有する。ここで一体化とは、熱可塑性樹脂部品または板状部品、あるいは双方を溶融させた後冷却し接着させることを指す。周縁領域は板状部品の外周部であるが、熱可塑性樹脂部品との接着力を高めるため、一部が板状部品に重なるように一体化することも好ましい。
本発明の電子機器筐体用部材は、板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品を有する。ここで一体化とは、熱可塑性樹脂部品または板状部品、あるいは双方を溶融させた後冷却し接着させることを指す。周縁領域は板状部品の外周部であるが、熱可塑性樹脂部品との接着力を高めるため、一部が板状部品に重なるように一体化することも好ましい。
本発明の電子機器筐体用部材において、熱可塑性樹脂部品には、強化繊維Aの一部が単糸状に分散しており、強化繊維Aの別の一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態でランダムに存在している。収束部Eを構成する単糸の本数は2本以上が好ましく、5本以上がより好ましく、10本以上がさらに好ましい。収束部Eを構成する単糸数の上限は、特に限定されないが、100,000本以下が好ましく、80,000本以下がより好ましく、60,000本以下がさらに好ましい。収束部Eを構成する単糸の本数が、2本以上であれば、得られる成形品が落下した際の耐衝撃性を向上させることができる。また、収束部Eを構成する単糸の本数が100,000本以下であれば、一体化成形時の流動性が向上し細部充填性が向上しやすくなる。
収束部Eの長辺の長さは0.5~20mmが好ましく、0.8~15mmがより好ましく、1.0~10mmがさらに好ましい。収束部Eの長辺の長さが0.5mm以上であると、成形品の物性が向上しやすくなる。また、収束部Eの長辺の長さが20mm以下であると、一体化成形時の流動性が向上し、細部充填性が向上しやすくなる。
収束部Eの長辺の長さとは、収束部Eを構成する単糸のうち、最も長い単糸の長さを指す。収束部Eの中に0.5mmより短い単糸を含んでいてもよい。
ここで、収束部Eがランダムに存在しているとは、収束部Eが特定の配向に揃っていないことを指す。収束部Eの長辺と前記収束部Eと接触していない別の収束部Eの長辺とからなる角度の鋭角側が20°以上あることが好ましく、25°以上がより好ましく、30°以上がさらに好ましい。収束部Eの角度は熱可塑性樹脂部品を所望の位置で切断した断面を光学顕微鏡で観察することで測定できる。観察可能な収束部Eと、接触していない別の収束部Eのそれぞれの長辺を延長した線がなす角度の内、少なくとも1つ以上で角度が20°以上あることが好ましい。
熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aは不連続な強化繊維であることが好ましい。不連続な強化繊維とは一方向に100mm以上の長さで連続していないものであり、その多数本の配列方向が異なるものを指す。
熱可塑性樹脂部品を射出成形する場合、射出成形の過程で強化繊維が短くなるため、成形品における強化繊維の平均繊維長は、通常、成形材料であるペレット段階における平均繊維長よりも短くなる。成形品における強化繊維の平均繊維長が短すぎると耐衝撃性が低下し、長すぎる場合には、射出成形前の成形材料段階での平均繊維長も長くする必要が生じ、成形材料段階での平均繊維長が長すぎると、細部充填性が不十分となる。このような観点からは、成形品における強化繊維Aの平均繊維長は10μm~20mmが好ましく、12μm~15mmがより好ましく、15μm~10mmがさらに好ましい。強化繊維Aの平均繊維長が10μm以上であると、成形品の物性が向上しやすくなる。また、強化繊維Aの平均繊維長が20mm以下であると、一体化成形時の流動性が向上し、細部充填性が向上しやすくなる。
本発明の電子機器筐体用部材において、収束部Eとは、構成する単糸の表面に付着した前記熱可塑性樹脂Dとは異なる樹脂Hによって一体化され分散することなく繊維方向が揃っている部分をいう。繊維方向が揃っているとは、収束部Eを構成する単糸の大部分が同方向を指向している状態を指す。収束部Eを構成する単糸同士の角度のずれは、好ましくは20°以下であり、より好ましくは10°以下であり、さらに好ましくは5°以下である。収束部Eを構成する単糸同士の角度のずれが20°以下であれば、成形品の物性が向上しやすくなる。前記単糸同士の角度とは、顕微鏡等で収束部Eを観察し、収束部Eを構成する単糸から任意の2本を選び、それぞれ単糸の長手方向に沿って線を引き、線同士の角度を指す。
樹脂Hは、収束部Eに含まれる前記強化繊維A100質量部に対して0.1~30質量部付着していることが好ましく、3~20質量部付着していることがより好ましく、5~15質量部付着していることがさらに好ましい。前記樹脂Hの含有量が0.1質量部以上であると、収束性が向上し、収束部Eを形成しやすくなるため、力学特性が向上しやすくなる。また、前記樹脂Hの含有量が30質量部以下であると、強化繊維の分散性が向上し、一体化成形時の流動性が向上し、細部充填性が向上しやすくなることに加え、得られる成形品の外観が向上しやすくなる。
前記樹脂Hは強化繊維の単糸同士を接着し収束部Eを形成出来れば特に限定されず、その機能を有しない樹脂Jと異なるものであるが、例としては、射出樹脂である周囲の熱可塑性樹脂Dの融点より十分高い融点を有する熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、あるいはリサイクルとして加熱処理された熱硬化性樹脂などが挙げられる。
熱可塑性樹脂の例としては、前記熱可塑性樹脂Dとして例示したもの等が挙げられる。熱硬化樹脂の例としては、前記板状部品として例示したもの等が挙げられる。
前記樹脂Hは熱可塑性樹脂部品を切断した断面を光学顕微鏡等によって観察した際に周囲の樹脂Dとは異なる層として確認できる。前記樹脂Hは、前記熱可塑性樹脂Dとの融点や溶媒に対する溶解性などの差異を用いて測定することが出来る。測定方法の例として、収束部Eを構成する強化繊維Aがエポキシ樹脂と炭素繊維からなるCFRPを前記のいずれかの加熱処理によって取り出したリサイクル繊維強化プラスチック、前記熱可塑性樹脂Dがポリカーボネート樹脂の場合を示すが、前記熱可塑性樹脂Dから前記収束部Eを取り出した後、前記樹脂Hの測定が出来れば測定方法は限定されない。成形品から測定したいポリカーボネート片を切り出し、THF(テトラヒドロフラン)中に入れ、24時間放置する。前記ポリカーボネートから分離した炭素繊維2本以上からなる収束部Eをピンセットで取り出し、十分に乾燥させた後、加熱前重量Kを測定する。重量を測定した収束部Eは、窒素が吸排気される電気炉に入れ窒素雰囲気下600℃で3.5時間加熱し前記熱可塑性樹脂Hを焼き飛ばした後、常温まで冷却する。その後再度重量測定を行い、加熱後重量Lを測定する。ここで熱可塑性樹脂Hの重量=前記加熱前重量K―前記加熱後重量Lである。前記熱可塑性樹脂Hの測定方法は、得られたサンプル量に応じ、熱重量-示差熱分析計(TG―DTA)を用いることや、JIS K7075に記載の方法で行うことも好ましい。
本発明の電子機器筐体用部材を作製する方法としては、特に限定されないが、例えば、(i)板状部品と熱可塑性樹脂部品を予め別々に成形しておき、両者を接合する方法、
(ii)板状部品を予め成形しておき、熱可塑性樹脂部品を成形すると同時に両者を接合する方法、
などが挙げられる。
(ii)板状部品を予め成形しておき、熱可塑性樹脂部品を成形すると同時に両者を接合する方法、
などが挙げられる。
(i)の具体例としては、板状部品をプレス成形し、熱可塑性樹脂部品をプレス成形ないし射出成形にて作製する。作製したそれぞれの部品を、熱板溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、抵抗溶着、誘導加熱溶着、などの公知の溶着手段により接合する方法などが挙げられる。
一方、(ii)の具体例としては、プレス成形により得た板状部品を射出成形金型に配置し、熱可塑性樹脂部品を形成する材料を金型にインサート射出成形またはアウトサート射出成形し、射出成形による成形体である熱可塑性樹脂部品を板状部品に接合する方法などが挙げられる。
一体化成形品の量産性の観点からは、好ましいのは(ii)の方法である。熱可塑性樹脂部品の射出成形では、一度の成形で目的の形状にしてもよく、射出成形を複数に分けて行ってもよいが、成形後の硬化収縮による変形量を低減するため、複数回に分けて実施するのが好ましい。
以下では、一例として板状部品と熱可塑性樹脂部品を射出成形で一体化し、本発明の電子機器筐体用部材を作製する方法を示すが、本発明の範囲であれば、一体化の方法は目的にあったものを選定可能であり、特に限定されない。
板状部品を射出成形型にセットし、型締めを行った後、上記で用意した成形材料混合物を、板状部品の周縁部に射出成形し、一体化された熱可塑性樹脂部品を有する電子機器筐体用部材を成形する。板状部品は射出成形型にセットするにあたり、所定の形状・サイズに加工してから使用してもよい。
次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
まず、本実施例で用いる重量平均繊維長と平均単糸径の評価方法について説明する。
まず、本実施例で用いる重量平均繊維長と平均単糸径の評価方法について説明する。
(1)重量平均繊維長(以下、単に平均繊維長と記載する場合がある)
成形品から切り出した試験片を各実施例、比較例で用いた熱可塑性樹脂D、樹脂Hが溶解する溶剤中に投入し、適宜加熱処理を加え、強化繊維Aが均一に分散した溶液を得た。その後、アドバンテック社製の定量濾紙(No.5C)を用いて、溶液を濾過して濾紙上に分散した強化繊維Aを光学顕微鏡(50~200倍)にて観察した。無作為に選んだ1,000本の強化繊維Aの繊維長を計測して、下記式から重量平均繊維長(Lw)を算出した。
平均繊維長=Σ(Mi2×Ni)/Σ(Mi×Ni)
Mi:繊維長(mm)
Ni:繊維長Miの繊維の個数。
成形品から切り出した試験片を各実施例、比較例で用いた熱可塑性樹脂D、樹脂Hが溶解する溶剤中に投入し、適宜加熱処理を加え、強化繊維Aが均一に分散した溶液を得た。その後、アドバンテック社製の定量濾紙(No.5C)を用いて、溶液を濾過して濾紙上に分散した強化繊維Aを光学顕微鏡(50~200倍)にて観察した。無作為に選んだ1,000本の強化繊維Aの繊維長を計測して、下記式から重量平均繊維長(Lw)を算出した。
平均繊維長=Σ(Mi2×Ni)/Σ(Mi×Ni)
Mi:繊維長(mm)
Ni:繊維長Miの繊維の個数。
(2)平均単糸径(以下、単に単糸径と記載する場合がある)
成形品から切り出した試験片を各実施例、比較例で用いた熱可塑性樹脂D、樹脂Hが溶解する溶剤中に投入し、適宜加熱処理を加え、強化繊維Aが均一に分散した溶液を得た。その後、アドバンテック社製の定量濾紙(No.5C)を用いて、溶液を濾過して濾紙上に分散した強化繊維Aを光学顕微鏡(50~200倍)にて観察した。無作為に選んだ1,000本の強化繊維Aの単糸径を計測して、下記式から平均単糸径を算出した。
平均単糸径=Σ(Di)/Ni
Di:単糸径(mm)
Ni:単糸径Diの繊維の個数。
成形品から切り出した試験片を各実施例、比較例で用いた熱可塑性樹脂D、樹脂Hが溶解する溶剤中に投入し、適宜加熱処理を加え、強化繊維Aが均一に分散した溶液を得た。その後、アドバンテック社製の定量濾紙(No.5C)を用いて、溶液を濾過して濾紙上に分散した強化繊維Aを光学顕微鏡(50~200倍)にて観察した。無作為に選んだ1,000本の強化繊維Aの単糸径を計測して、下記式から平均単糸径を算出した。
平均単糸径=Σ(Di)/Ni
Di:単糸径(mm)
Ni:単糸径Diの繊維の個数。
(実施例1)
(板状部品の成形方法)
東レ(株)製の炭素繊維一方向プリプレグ(”TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P3052S-15(炭素繊維:T700SC-24K、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7.0μm)を5層積層した。プリプレグの積層構成は、繊維強化プラスチック成形品の長手方向を0°としたとき、炭素繊維の配向を、最表層から順に0°/90°/0°/90°/0°となるように積層させた。この積層体を離型フィルムで挟んだものを、プレス成形(金型温度150℃、圧力1.5MPa、硬化時間30分、プレス後の狙い厚み0.7mm)し、板状部品を得た。
(板状部品の成形方法)
東レ(株)製の炭素繊維一方向プリプレグ(”TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P3052S-15(炭素繊維:T700SC-24K、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7.0μm)を5層積層した。プリプレグの積層構成は、繊維強化プラスチック成形品の長手方向を0°としたとき、炭素繊維の配向を、最表層から順に0°/90°/0°/90°/0°となるように積層させた。この積層体を離型フィルムで挟んだものを、プレス成形(金型温度150℃、圧力1.5MPa、硬化時間30分、プレス後の狙い厚み0.7mm)し、板状部品を得た。
(繊維強化熱可塑性樹脂ペレットF)
強化繊維Aとして東レ(株)製の炭素繊維(“TORAYCA”(登録商標)T700SC-24K、平均単糸径:7.0μm)を用いた。
強化繊維Aとして東レ(株)製の炭素繊維(“TORAYCA”(登録商標)T700SC-24K、平均単糸径:7.0μm)を用いた。
(株)日本製鋼所製TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)の先端に電線樹脂被覆法用のコーティングダイが設置された繊維強化樹脂ペレット製造装置を使用し、押出機シリンダー温度を230℃に設定し、熱可塑性樹脂Dとしてポリカーボネート樹脂(帝人化成(株)製、“パンライト”(登録商標)L-1225L)をメインホッパーから供給し、スクリュー回転数200rpmで溶融混練した。250℃にて加熱溶融させたエポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)社製、“jER828“)を、強化繊維A、熱可塑性樹脂Dの合計100質量部に対し、6質量部となるように吐出量を調整した。その後、前記エポキシ樹脂を吐出し、強化繊維Aからなる繊維束に含浸付与した後、溶融したポリカーボネート樹脂を吐出するダイス口(直径3mm)に前記エポキシ樹脂が付与された強化繊維Aの繊維束を供給して、強化繊維Aの周囲を熱可塑性樹脂Dが被覆するように連続的に配置した。この時の繊維束内部断面は、強化繊維Aの少なくとも一部が、熱可塑性樹脂Dに接していた。得られたストランドを冷却後、カッターでペレット長7mmに切断し、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFとした。この時、強化繊維A、熱可塑性樹脂Dの合計100質量部に対し、強化繊維Aが30質量部となるように、引取速度を調整した。得られた繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFの強化繊維Aの長さと、ペレット長さは実質的に同じであり、かつ強化繊維束が成形材料の軸心方向に平行に並列されていた。
(繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットG)
東レ(株)製の炭素繊維一方向プリプレグ(”TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P3052S-15(炭素繊維:T700SC-24K、プリプレグ全体を100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7.0μm)を180℃で2時間硬化させてCFRPを得た。その後、長辺の大きさが数平均で5~8mmになるよう破砕および分級を施した前記CFRP片200gを、金属バット上に均一に広げ、内容積59リットルの、電気マッフル炉に入れて、酸化性雰囲気下で処理温度を所定温度(550℃)に保って、処理時間5時間で熱処理を行い、リサイクル炭素繊維束を得た。リサイクル炭素繊維束の表面には、元々の樹脂の一部が付着しており、平均繊維長8mmの繊維束Iとなっていた。
東レ(株)製の炭素繊維一方向プリプレグ(”TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P3052S-15(炭素繊維:T700SC-24K、プリプレグ全体を100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7.0μm)を180℃で2時間硬化させてCFRPを得た。その後、長辺の大きさが数平均で5~8mmになるよう破砕および分級を施した前記CFRP片200gを、金属バット上に均一に広げ、内容積59リットルの、電気マッフル炉に入れて、酸化性雰囲気下で処理温度を所定温度(550℃)に保って、処理時間5時間で熱処理を行い、リサイクル炭素繊維束を得た。リサイクル炭素繊維束の表面には、元々の樹脂の一部が付着しており、平均繊維長8mmの繊維束Iとなっていた。
次に、2軸押出機(日本製鋼所製TEX30α)の主ホッパーに熱可塑性樹脂Dとして帝人化成(株)製、ポリカーボネート樹脂“パンライト”(登録商標)L-1225L)を供給後、前記で得た強化繊維束Iをサイドフィーダーから溶融樹脂中に供給し、スクリュー回転数を200rpmに設定した。ダイから吐出されたストランドを水中にて冷却、ストランドカッターにより長さ3.0mmにカットしてペレット化を実施し、繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを得た。この時、熱可塑性樹脂Dと強化繊維束Iの合計100質量部に対し、強化繊維束Iが30質量部となるように、強化繊維束Iの投入量を調整した。
(成形材料混合物)
こうして得られた繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFおよび繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFに含まれる強化繊維Aと繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGに含まれる強化繊維Aの質量比が70/30になるようにドライブレンドし、中間原料となる成形材料混合物とした。
こうして得られた繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFおよび繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFに含まれる強化繊維Aと繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGに含まれる強化繊維Aの質量比が70/30になるようにドライブレンドし、中間原料となる成形材料混合物とした。
(熱可塑性樹脂部品との一体化成形)
成形した前記の板状部品を318mm×211mmのサイズに加工し、射出成形金型内にセットし、型締めを行った後、熱可塑性樹脂部品として、前記成形材料混合物を板状部品の周縁部に射出成形した複合成形品を製造した。
成形した前記の板状部品を318mm×211mmのサイズに加工し、射出成形金型内にセットし、型締めを行った後、熱可塑性樹脂部品として、前記成形材料混合物を板状部品の周縁部に射出成形した複合成形品を製造した。
射出成形型には出来上がった成形品に幅1mm、高さ5mmのリブを形成するような形状を有するものを使用したが、前記の熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていた。得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aが熱可塑性樹脂部品全体に単糸状に分散し、一部が単糸2本以上の収束部Eとして存在していた。
その後、衝撃性の評価として、前記で得られた複合成形品に1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたが、クラックの発生はなかった。得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、0.3mmであった。
(実施例2)
東レ(株)製の炭素繊維プリプレグ(“TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P2352W-19(炭素繊維:T800SC-24K、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂35質量%含有、繊維径:5.5μm)を180℃で2時間硬化させてCFRPを得た。その後、長辺の大きさが数平均で5~8mmになるよう破砕および分級を施した前記CFRP片200gを、金属バット上に均一に広げ、内容積59リットルの、電気マッフル炉に入れて、酸化性雰囲気下で処理温度を所定温度(550℃)に保って、処理時間5時間で熱処理を行い、リサイクル炭素繊維束を得た。リサイクル炭素繊維束の表面に、元々の樹脂の一部が付着しており、平均繊維長8mmの繊維束Iとなっていた。本繊維束Iを用いて繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを作製し、射出成形材料とした以外は実施例1と同様の方法により、複合成形品を作製した。
東レ(株)製の炭素繊維プリプレグ(“TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P2352W-19(炭素繊維:T800SC-24K、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂35質量%含有、繊維径:5.5μm)を180℃で2時間硬化させてCFRPを得た。その後、長辺の大きさが数平均で5~8mmになるよう破砕および分級を施した前記CFRP片200gを、金属バット上に均一に広げ、内容積59リットルの、電気マッフル炉に入れて、酸化性雰囲気下で処理温度を所定温度(550℃)に保って、処理時間5時間で熱処理を行い、リサイクル炭素繊維束を得た。リサイクル炭素繊維束の表面に、元々の樹脂の一部が付着しており、平均繊維長8mmの繊維束Iとなっていた。本繊維束Iを用いて繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを作製し、射出成形材料とした以外は実施例1と同様の方法により、複合成形品を作製した。
前記で得られた複合成形品の前記熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていた。衝撃性の評価として1kgの重りを取りつけ、700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたが、クラックの発生はなかった。
得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aが熱可塑性樹脂部品全体に単糸状に分散し、一部が単糸2本以上の収束部Eとして存在していた。得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、0.5mmであった。
(実施例3)
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFおよび繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGをドライブレンドして中間原料となる成形材料混合物を作成する際、強化繊維Aを含まない熱可塑性樹脂Dからなる樹脂ペレットを追加し、強化繊維含有量が成形材料混合物全体100質量%中に10質量%としたこと以外、実施例1と同様の方法により、複合成形品を作製した。
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFおよび繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGをドライブレンドして中間原料となる成形材料混合物を作成する際、強化繊維Aを含まない熱可塑性樹脂Dからなる樹脂ペレットを追加し、強化繊維含有量が成形材料混合物全体100質量%中に10質量%としたこと以外、実施例1と同様の方法により、複合成形品を作製した。
前記で得られた複合成形品の前記熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていた。衝撃性の評価として1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたが、クラックの発生はなかった。
得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aが熱可塑性樹脂部品全体に単糸状に分散し、一部が単糸2本以上の収束部Eとして存在していた。得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、0.3mmであった。
(実施例4)
スキン材として炭素繊維一方向プリプレグ(UD PP)P3052S-15(東レ(株)製、炭素繊維T700S使い、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7μm 厚さ0.12mm)を繊維配列方向が直交するように2層積層したものを2枚作製した。コア材に発泡材(古河電気工業(株)製エフセル(登録商標)RC2010、2倍発泡ポリプロピレン)を準備した。前記発泡材をコア材として配し、コア材とスキン材の接着のため接着性ポリオレフィン不織布(日本バイリーン(株)製、融点150℃、目付15g/m2)をコア材の上下に配した後、前記スキン材でコア材を挟持させ積層体を得た。さらに、この積層体をプレス成形(金型温度150℃、圧力6MPa、硬化時間30分、プレス後の狙い厚み1.5mm)することで板状部品を得たこと以外、実施例1と同様の方法により、複合成形品を作製した。実施例1と比べコア材を含むことから軽量性を維持したまま、板状部品に荷重をかけた際のたわみ量を低減した。
スキン材として炭素繊維一方向プリプレグ(UD PP)P3052S-15(東レ(株)製、炭素繊維T700S使い、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7μm 厚さ0.12mm)を繊維配列方向が直交するように2層積層したものを2枚作製した。コア材に発泡材(古河電気工業(株)製エフセル(登録商標)RC2010、2倍発泡ポリプロピレン)を準備した。前記発泡材をコア材として配し、コア材とスキン材の接着のため接着性ポリオレフィン不織布(日本バイリーン(株)製、融点150℃、目付15g/m2)をコア材の上下に配した後、前記スキン材でコア材を挟持させ積層体を得た。さらに、この積層体をプレス成形(金型温度150℃、圧力6MPa、硬化時間30分、プレス後の狙い厚み1.5mm)することで板状部品を得たこと以外、実施例1と同様の方法により、複合成形品を作製した。実施例1と比べコア材を含むことから軽量性を維持したまま、板状部品に荷重をかけた際のたわみ量を低減した。
前記で得られた複合成形品の前記熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていた。衝撃性の評価として1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたが、クラックの発生はなかった。
得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aが熱可塑性樹脂部品全体に単糸状に分散し、一部が単糸2本以上の収束部Eとして存在していた。得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は0.3mmであった。
(実施例5)
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12,000本の炭素繊維連続束を得た。該炭素繊維連続束に浸漬法によりサイジング剤を付与し、120℃の温度の加熱空気中で乾燥しPAN系炭素繊維束を得た。カートリッジカッターを用いて、前記PAN系炭素繊維束をカットし、繊維長6mmのチョップド炭素繊維束を得た。
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12,000本の炭素繊維連続束を得た。該炭素繊維連続束に浸漬法によりサイジング剤を付与し、120℃の温度の加熱空気中で乾燥しPAN系炭素繊維束を得た。カートリッジカッターを用いて、前記PAN系炭素繊維束をカットし、繊維長6mmのチョップド炭素繊維束を得た。
さらに、界面活性剤(和光純薬工業(株)製、「n-ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム」(製品名))の1.5質量部水溶液100リットルを攪拌し、予め泡立てた分散液を作製した。この分散液に、上記で得られたチョップド炭素繊維束を投入し、10分間撹拌した後、長さ400mm×幅400mmの抄紙面を有する抄紙機に流し込み、吸引により脱水後、150℃の温度で2時間乾燥し、炭素繊維マットを得た。
無変性ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製、“プライムポリプロ”(登録商標)J105G、融点160℃)を90質量部と、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製、“アドマー”(登録商標)QE510、融点160℃)を10質量部用意し、これらをドライブレンドした。このドライブレンド品を二軸押出機のホッパーから投入し、押出機にて溶融混練した後、400mm幅のT字ダイから押出した。その後、60℃のチルロールで引き取ることによって冷却固化させ、熱可塑性樹脂のフィルムを2枚作製した。
スキン材として炭素繊維一方向プリプレグ(UD PP)P3052S-12(東レ(株)製、炭素繊維T700S使い、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7μm 厚さ0.12mm)を繊維配列方向が直交するように2層積層したものを2枚作製した。得られた前記熱可塑性樹脂フィルムを前記炭素繊維マットの上下に配した後、前記スキン材で挟持させ積層体を得た。
次に、前記積層体を離型フィルムで挟み、プレス成形(金型温度180℃、圧力3MPa、加熱時間30分、プレス後の狙い厚み1.5mm)することで前記スキン前駆体を硬化させてスキン材を形成するとともに、前記熱可塑性樹脂フィルムを軟化させ前記炭素繊維マットに含浸させコア層前駆体を形成し、スキン材とコア層前駆体を一体化させた。その後、金型間隙を0.7mm広げて、コア層前駆体の復元力により膨張させて空隙を有するコア層を形成した。さらに4分間経過した後、金型を開き、素早く盤面温度が40℃の冷却プレス金型の盤面の上に配置し、3MPaで冷却プレスした。5分後にプレス金型から成形品を取り出し、板厚が1.3mm、スキン層厚が0.15mm、コア層厚が1.0mmのサンドイッチ構造体を得た。前記サンドイッチ構造体を板状部品としたこと以外、実施例1と同じであった。実施例1と比べコア材を含むことから軽量性を維持したまま、板状部品に荷重をかけた際のたわみ量が低減した。
前記で得られた複合成形品の前記熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていた。衝撃性の評価として1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたが、クラックの発生はなかった。
得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aが熱可塑性樹脂部品全体に単糸状に分散し、一部が単糸2本以上の収束部Eとして存在していた。得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、0.3mmであった。
(比較例1)
繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを混ぜず、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFのみとした以外は、実施例1と同様にした。
繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを混ぜず、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFのみとした以外は、実施例1と同様にした。
前記繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFのみからなる成形材料混合物を実施例1と同様に前記板状部品の周縁部に射出成形した複合成形品を製造したところ、リブの頂点に熱可塑性樹脂がなく、細部まで熱可塑性樹脂が充填していない場所があった。
得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aが熱可塑性樹脂部品全体に単糸状に分散し、単糸が2本以上集まった収束部Eは見られなかった。
その後、衝撃性の評価として、前記で得られた複合成形品に1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたところ、クラックの発生はなかった。得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、1.0mmであった。流動性に優れる繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットが含まれなかったことから、細部充填性が低下した結果であった。
(比較例2)
東レ(株)製の炭素繊維プリプレグ(”TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P3052S-15(炭素繊維:T700SC-24K、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7μm)を180℃で2時間硬化させてCFRPを得た。その後、長辺の大きさが数平均で5~8mmになるよう破砕および分級を施した前記CFRP片を加熱処理せず強化繊維束Iとした。得られた強化繊維束Iを用いて繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを作製し、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFを使用しなかった以外は、実施例1と同様にした。
東レ(株)製の炭素繊維プリプレグ(”TORAYCA”(登録商標)プリプレグ)P3052S-15(炭素繊維:T700SC-24K、プリプレグ全体100質量%中にエポキシ樹脂33質量%含有、平均単糸径:7μm)を180℃で2時間硬化させてCFRPを得た。その後、長辺の大きさが数平均で5~8mmになるよう破砕および分級を施した前記CFRP片を加熱処理せず強化繊維束Iとした。得られた強化繊維束Iを用いて繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを作製し、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFを使用しなかった以外は、実施例1と同様にした。
前記で得られた複合成形品の前記熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていたものの脱型時に一部が脱落した。得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aは単糸が2本以上集まった収束部Eとして存在しており、前記CFRPを加熱処理していないので、樹脂Hが多量に残り、単糸状に分散した強化繊維Aは見られなかった。また、リブ周辺に強化繊維の存在しない領域が多く見られた。
その後、衝撃性の評価として、前記で得られた複合成形品に1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたところ、角部を起点に熱可塑性樹脂部品に約50mmのクラックが発生し、熱可塑性樹脂の一部は割れて脱落した。
得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、3.0mmであった。強化繊維の分散が不十分になったことにより強化繊維が存在しない領域が増えたことで耐衝撃性が低下する結果であった。
(比較例3)
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12,000本の炭素繊維連続束を得た。該炭素繊維連続束に浸漬法によりサイジング剤を付与し、120℃の温度の加熱空気中で乾燥しPAN系炭素繊維束を得た。カートリッジカッターを用いて、前記PAN系炭素繊維束をカットし、繊維長6mmの強化繊維束Iを得た。得られた強化繊維束Iを用いて繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを作成し、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFを使用しなかった外は、実施例1と同様にした。
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数12,000本の炭素繊維連続束を得た。該炭素繊維連続束に浸漬法によりサイジング剤を付与し、120℃の温度の加熱空気中で乾燥しPAN系炭素繊維束を得た。カートリッジカッターを用いて、前記PAN系炭素繊維束をカットし、繊維長6mmの強化繊維束Iを得た。得られた強化繊維束Iを用いて繊維束強化熱可塑性樹脂ペレットGを作成し、繊維強化熱可塑性樹脂ペレットFを使用しなかった外は、実施例1と同様にした。
前記で得られた複合成形品の前記熱可塑性樹脂部品は、細部まで充填されていた。得られた熱可塑性樹脂部品の表面をリファインテック株式会社製の紙やすり33-648(P800)で研磨した後、表面を日本電子株式会社製の走査電子顕微鏡(SEM)JSM-6010LVを用いて150倍の倍率で観察したところ、強化繊維Aは単糸状に分散し、単糸が2本以上集まった収束部Eは見られなかった。
その後、衝撃性の評価として、前記で得られた複合成形品に1kgの重りを取りつけ700mmの高さから一体化された熱可塑性樹脂部品の角部が最初に地面にあたるよう落下させたところ、角部を起点に熱可塑性樹脂部品に約10mmのクラックが発生した。
得られた熱可塑性樹脂部品に含まれる強化繊維Aの平均繊維長は、0.1mmであった。補強効果を持つ収束部Eが存在しなかったことに加え強化繊維長が短く耐衝撃性が低下する結果であった。
本発明により、強度、耐衝撃性を兼ね備えた電子機器筐体用部材薄肉成形品が得られ、パソコン、OA機器、AV機器、家電製品などの電気・電子機器の部品や筐体に広く利用することができるが、その応用範囲は、これらに限られるものではない。
1 電子機器筐体用部材
2 板状部品
3 熱可塑性樹脂部品
4 収束部E
5 スキン材
6 コア材
7 凹凸形状(リブ形状)
2 板状部品
3 熱可塑性樹脂部品
4 収束部E
5 スキン材
6 コア材
7 凹凸形状(リブ形状)
Claims (7)
- 繊維強化プラスチックを有する板状部品と、前記板状部品の周縁領域の少なくとも一部に一体化された熱可塑性樹脂部品とを有する電子機器筐体用部材であって、
前記熱可塑性樹脂部品が、強化繊維Aと、熱可塑性樹脂Dとを含み、
前記強化繊維Aの一部が単糸状に分散しており、
前記強化繊維Aの別の一部が、単糸状に分散せず、複数本の単糸で構成された収束部Eの形態でランダムに配置されてなる、電子機器筐体用部材。 - 前記熱可塑性樹脂部品における前記強化繊維Aの含有量が1~50質量%である、請求項1に記載の電子機器筐体用部材。
- 前記収束部Eを構成する単糸の表面に、前記熱可塑性樹脂Dとは異なる樹脂Hが、前記収束部Eに含まれる前記強化繊維A100質量部に対して0.1~30質量部付着している、請求項1に記載の電子機器筐体用部材。
- 前記熱可塑性樹脂部品の強化繊維Aにおける単糸の平均繊維径が4.0~30.0μmである、請求項1に記載の電子機器筐体用部材。
- 前記板状部品が、コア材と、前記コア材の両面に接合された繊維強化プラスチックからなるサンドイッチ構造体である、請求項1に記載の電子機器筐体用部材。
- 前記強化繊維Aが、互いに単糸の平均繊維径が異なる強化繊維Bと強化繊維Cの2種類の強化繊維を含み、
強化繊維Bは収束部Eを形成せず、
強化繊維Cは一部が単糸状に分散しており、
強化繊維Cの別の一部が収束部Eを構成する、請求項1に記載の電子機器筐体用部材。 - 前記強化繊維Bと前記強化繊維Cとの質量比B/Cが、99/1~40/60である、請求項6に記載の電子機器筐体用部材。
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