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(In Japanese)連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体、およびその製造方法 meetings

Patent code P160013442
File No. (GI-H24-30)
Posted date Nov 2, 2016
Application number P2014-542000
Patent number P6164591
Date of filing Sep 13, 2013
Date of registration Jun 30, 2017
International application number JP2013074803
International publication number WO2014061384
Date of international filing Sep 13, 2013
Date of international publication Apr 24, 2014
Priority data
  • P2012-229891 (Oct 17, 2012) JP
Inventor
  • (In Japanese)大谷 章夫
  • (In Japanese)仲井 朝美
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title (In Japanese)連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体、およびその製造方法 meetings
Abstract (In Japanese)溶融粘度の高い熱可塑性樹脂を連続繊維に短時間で含浸させる技術を提供することで、連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を短いサイクルで成形することを可能とすること。
連続繊維束1と、当該連続繊維束1を締め付けることなくその周囲を被覆する熱可塑性樹脂繊維(被覆2)とからなり、前記連続繊維束1が偏平に変形可能であることを特徴とする連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体10およびその製造方法である。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の製造に用いる中間材料として、コミングルヤーン(混繊糸)、プリプレグテープ、マイクロブレーデッドヤーン(MBY)が知られている。
コミングルヤーンは、含浸性に優れてはいるものの、汎用的な熱可塑性樹脂との限定的な組み合わせしか選べないといった制約や、混繊過程で強化繊維が損傷するという問題がある。
また、プリプレグテープは、予め樹脂が繊維に含浸されているため、含浸に時間がかからないという特長があるが、繊維束ではなくテープ状であり剛性が高いため、適用可能な形状が平面や曲面に限られるという問題がある。

一方、マイクロブレーデッドヤーンは、様々な熱可塑性樹脂繊維との組み合わせが可能であり、強化繊維の損傷が少ない、比較的安価に作成することが可能であるなどといった優れた特長を有している。
このように、熱可塑性樹脂を母材樹脂とし、連続繊維を強化繊維とした連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、熱硬化性樹脂複合材料に比べリサイクル性能を有し、繊維が連続しているため強化繊維の強度を最大に活かすことができることから、自動車や航空機向け構造材料として、大幅な需要の拡大が期待されている。

しかしながら、熱可塑性樹脂の溶融粘度は、硬化前の熱硬化性樹脂と比較して極めて高い(熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、熱可塑性樹脂としてナイロン(PA6)樹脂を例に取ると、 前者は数十Pa・sであるのに対して、後者は数百~数千Pa・sである。)ため、複合材料成形時に連続繊維の中への含浸が難しいことが問題となっている。

特に連続繊維強化複合材料においては、繊維を流動させず、繊維集合体に浸み込ませる成形形態をとることから、より含浸が困難となる。
連続繊維強化複合材料においては、樹脂を十分に連続繊維束の中に含浸させることにより、多数本の連続繊維すべての優れた剛性と強度を引き出すことが可能となるため、含浸不十分の成形品では、力学的特性の低下が起こる原因となる。そのため、未含浸の領域をできるだけ減らすことが重要となる。
現在、連続繊維強化熱可塑性複合材料作製のために、樹脂をできるだけ連続繊維に含浸させやすくした種々の中間材料および成形方法が開発されており、それら従来技術の具体的な特徴と問題点は以下の通りである。

特許文献1に記載の発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂複合材料のための、連続強化繊維束と連続熱可塑性樹脂繊維束とが均一に混繊された複合材料用混繊糸(含浸性中間材料)である。かかる複合材料用混繊糸は、既に説明した通り、優れた含浸性を有するが、繊維と樹脂の組み合わせが限定される他、混繊工程において強化繊維が損傷しているなどの問題点を有する。

特許文献2に記載の発明は、ガラス繊維ロービングに関する発明であり、連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体に関する本発明とは根本的に異なるものである。

特許文献3に記載の発明は、組物技術を用いて樹脂繊維を連続繊維に被覆した中間材料であり、組物技術を用いる点において本発明と共通性を有している。
しかし、この発明は、熱可塑性樹脂繊維の管状体によって強化用繊維を被覆しているものであるため、含浸しにくい、含浸時間が長い、などの問題点を有している。

連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を短いサイクルで成形するためには、溶融粘度の高い熱可塑性樹脂を連続繊維に短時間で含浸させる技術が必要となる。その技術の一つが繊維状中間材料技術であり、連続繊維の近傍に母材となる樹脂を繊維の形態にして配置することによって、高温で成形した際に樹脂繊維が溶融し、連続繊維に含浸する技術となる。

前記マイクロブレーデッドヤーン40は、組物技術を使って連続繊維束1の周りに多数本の樹脂繊維の被覆41を設ける方法により作製された繊維状中間材料である(特許文献4、図10参照)。
この中間材料の特長としては、既に説明した通り、どのような繊維材料の組み合わせであっても、組物技術により被覆するだけなので中間材料が容易に作製できること、および、樹脂繊維の割合を容易に制御でき、強化繊維を被覆することによって繊維の損傷が押さえられることも特長である。

しかしながら、組物構造となっている多数本の樹脂繊維からなる被覆41により、連続繊維束1が周りから締め付けられているため、樹脂繊維の被覆41と連続繊維束1との隙間がほぼ0%であり、連続繊維の束の断面が円形状になってしまう(図11参照)。
この現象により、樹脂繊維が溶けて連続繊維束1の内部に含浸するまでの距離T2が長くなり、含浸に時間がかかってしまう。また、締め付けによって連続繊維の束の密度が高くなるため、これも含浸を阻害する要因となる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体、およびその製造方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
連続繊維束と、
当該連続繊維束を締め付けることなくその周囲を被覆する熱可塑性樹脂繊維とからなり、
前記連続繊維束が偏平に変形可能であることを特徴とする連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体。

【請求項2】
 
前記熱可塑性樹脂繊維は、
(a)長手方向に対して斜めに配向された組糸と、当該組糸間に挿入されるように長手方向に配向された中央糸とからなり、前記連続繊維束の周囲を網状に被覆する組物構造
(b)長手方向に対して直交して交差する経糸と緯糸とからなり、前記連続繊維束の周囲を網状に被覆する織物構造
(c)ループを形成する糸からなり、前記連続繊維束の周囲を網状に被覆する編物構造
上記(a)~(c)のいずれかの構造となっていることを特徴とする請求項1に記載の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体。

【請求項3】
 
前記連続繊維束は、そのアスペクト比が1.2以上の値となるように変形可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体。

【請求項4】
 
前記連続繊維束は、そのアスペクト比が3~10の値となるように変形可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体。

【請求項5】
 
連続繊維束と、
当該連続繊維束を締め付けることなくその周囲を被覆する熱可塑性樹脂繊維とからなり、
前記連続繊維束が偏平に変形可能である連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体の製造方法であって、
前記連続繊維束の外径より一回り大きな外径を有するガイドを被覆するように熱可塑性樹脂繊維からなる被覆構造を作製し、その被覆構造内に前記連続繊維束を挿通配置するようにしたことを特徴とする連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体の製造方法。

【請求項6】
 
連続繊維束と、
当該連続繊維束を締め付けることなくその周囲を被覆する熱可塑性樹脂繊維とからなり、
前記連続繊維束が偏平に変形可能である連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体の製造方法であって、
前記連続繊維束の外径より一回り大きな外径を有するガイドを被覆するように熱可塑性樹脂繊維からなる被覆構造を作製し、
前記ガイドの内側に前記連続繊維束を挿通し、
当該連続繊維束と、前記熱可塑性樹脂繊維からなる被覆構造とを同時に前記ガイドから抜き取ることにより、前記被覆構造内に前記連続繊維束を挿通配置するようにしたことを特徴とする連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体の製造方法。

【請求項7】
 
前記連続繊維束は、そのアスペクト比が1.2以上の値となるように変形可能なものであることを特徴とする請求項5又は6に記載の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体の製造方法。

【請求項8】
 
前記連続繊維束は、そのアスペクト比が3~10の値となるように変形可能なものであることを特徴とする請求項5又は6に記載の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料製造用の強化繊維/樹脂繊維複合体の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014542000thum.jpg
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