(57)【要約】【課題】繊維強化複合材料の板状体と熱可塑性樹脂とが良好に密着して一体化した繊維強化複合材料成形品を生産性よく製造する。【解決手段】繊維強化複合材料からなり、少なくとも一方の面１１ａが凹凸状に形成された板状体１１を成形する板状体成形工程と、凹凸状に形成された面１１ａに熱可塑性樹脂１２を射出成形して、板状体１１と熱可塑性樹脂１２とを一体化させる射出成形工程とを有し、板状体成形工程では、板状体１１の成形と凹凸状の形成とを一括に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化複合材料からなり、少なくとも一方の面が凹凸状に形成された板状体を成形する板状体成形工程と、
前記少なくとも一方の面に熱可塑性樹脂を射出成形して、前記板状体と前記熱可塑性樹脂とを一体化させる射出成形工程とを有し、
前記板状体成形工程では、前記板状体の成形と前記凹凸状の形成とを一括に行う繊維強化複合材料成形品の製造方法。
【請求項２】
前記板状体成形工程では、繊維強化複合材料のプリプレグの少なくとも一方の面に、表面が凹凸状に形成された離型フィルムを貼り合わせて成形する請求項１に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
【請求項３】
前記繊維強化複合材料の強化繊維が炭素繊維である請求項１または２に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
【請求項４】
前記繊維強化複合材料のマトリックス樹脂が難燃性エポキシ樹脂である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
【請求項５】
前記射出成形工程では、インジェクションプレスを用いる請求項１ないし４のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料成形品は、軽量で且つ高強度である特徴から、航空機、自動車、スポーツ、レジャー、その他各種工業用途に利用されている。また、繊維強化複合材料成形品は、それを構成する繊維集束体の配向性によって特徴ある異方性光沢を有し、更に表面に塗装等の処理を施すことによって深みのある重厚な外観を与える。
【０００３】
近年は、さらに難燃性を付与した繊維強化複合材料成形品も数多く製造されており、各種電気・電子機器筐体から航空機内装品、自動車内装品などへも採用されるようになってきている。
繊維強化複合材料成形品からなる電気・電子機器筐体、航空機内装品、自動車内装品を製造する場合には、一般的に、外板となる繊維強化複合材料の板状体に、同種の繊維強化複合材料や熱可塑性樹脂、金属材料などを接合して一体化することにより、３次元形状に成形している。特に、繊維強化複合材料の板状体に熱可塑性樹脂を一体化する方法としては、板状体の表面に熱可塑性樹脂を射出成形して一体化する方法がある（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０３５４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、繊維強化複合材料の板状体の表面に、熱可塑性樹脂を射出成形した場合、板状体と熱可塑性樹脂との接合が不十分となり、良好に密着しない場合があった。
このような問題を解決する方法としては、板状体の表面にサンディング等の前処理を行ってから、この表面に熱可塑性樹脂を射出成形する方法もあるが、このような前処理を行うことは生産性の点で問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、繊維強化複合材料の板状体と熱可塑性樹脂とが良好に密着して一体化した繊維強化複合材料成形品を生産性よく製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の繊維強化複合材料成形品の製造方法は、繊維強化複合材料からなり、少なくとも一方の面が凹凸状に形成された板状体を成形する板状体成形工程と、前記少なくとも一方の面に熱可塑性樹脂を射出成形して、前記板状体と前記熱可塑性樹脂とを一体化させる射出成形工程とを有し、前記板状体成形工程では、前記板状体の成形と前記凹凸状の形成とを一括に行うものである。
前記板状体成形工程では、繊維強化複合材料のプリプレグの少なくとも一方の面に、表面が凹凸状に形成された離型フィルムを貼り合わせて成形することが好ましい。
前記繊維強化複合材料の強化繊維は炭素繊維であることが好ましい。
前記繊維強化複合材料のマトリックス樹脂は難燃性エポキシ樹脂であることが好ましい。
前記射出成形工程は、インジェクションプレスを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、繊維強化複合材料の板状体と熱可塑性樹脂とが良好に密着して一体化した繊維強化複合材料成形品を生産性よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の製造方法で製造された繊維強化複合材料成形品の一例を示す断面図である。
【図２】板状体成形工程で成形された板状体の一例を示す断面図である。
【図３】板状体成形工程を説明する断面図である。
【図４】射出成形工程を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の製造方法で製造された繊維強化複合材料成形品１０の一例を示す断面図である。この繊維強化複合材料成形品１０は、繊維強化複合材料からなり、この例では一方の面１１ａが凹凸状に形成された板状体１１を成形する板状体成形工程と、凹凸状に形成された面１１ａに熱可塑性樹脂１２を射出成形して、板状体１１と熱可塑性樹脂１２とを一体化させる射出成形工程とを有する製造方法により製造される。
【００１１】
［板状体成形工程］
板状体成形工程では、図２に示すように、マトリックス樹脂が強化繊維で強化された繊維強化複合材料からなり、この例では一方の面１１ａのみが凹凸状に形成された板状体１１を成形する。
繊維強化複合材料に用いられる強化繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、高強度ポリエステル繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維などの各種の無機繊維または有機繊維を用いることができる。中でも難燃性の観点から、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維が好ましく、さらに比強度および比弾性に優れる点から炭素繊維が特に好ましい。
強化繊維の形態としては、一方向に引き揃えられたものでもよく、織物、ノンクリンプファブリックでもよい。
【００１２】
繊維強化複合材料に用いられるマトリックス樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等）、公知の熱可塑性樹脂（ポリアミド、ＡＢＳ、ＡＥＳ、ＡＳＡ、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル、ポリオレフィン、液晶ポリマー、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリルスチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル等）などが挙げられる。中でも、靭性、耐衝撃性に優れる点から、熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂が好ましく、さらに電気・電子機器筐体や航空機・自動車内装品、各種工業品に用いることを考慮すると、難燃性を有するリン含有エポキシ樹脂（難燃性エポキシ樹脂）がさらに好ましい。
【００１３】
板状体１１を成形する際には、原材料として、繊維強化複合材料のプリプレグ（強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたもの）が好ましく使用される。具体的には、まず、シート状のプリプレグを予め適当な大きさにカットし、必要に応じて適宜積層する。
ついで、図３に示すように、プリプレグ２０の両面に離型フィルム２１ａ、２１ｂを貼り合わせた状態で、プリプレグ２０をプレス機やオートクレーブなどに配置して、高温高圧下で硬化させ、板状に成形する。
【００１４】
そして、この際、プリプレグ２０の一方の面２０ａには、エンボス加工などにより、表面が微細な凹凸状に形成された離型フィルム２１ａを使用し、凹凸状とされた凹凸面がプリプレグ２０のこの面２０ａと接するように、離型フィルム２１ａとプリプレグ２０とを貼り合わせて成形する。
このようにすると、離型フィルム２１ａの凹凸面の凹凸をプリプレグ２０の一方の面２０ａの表面に転写しつつ、板状体１１を成形することができる。こうして、板状体１１の成形と、板状体１１の一方の面１１ａへの凹凸状の形成とを一括に行うことができる。
成形後には、離型シート２１ａ、２１ｂを剥離することにより、図２の板状体１１が得られる。
【００１５】
このような凹凸としては、例えば、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠したＲａ値（算術平均粗さ）が０．８〜４．５μｍで、Ｒｚ値（十点平均粗さ）が４．５〜１４μｍとなるように形成されたものであると、板状体１１と熱可塑性樹脂１２とをより十分に密着させることができる。
【００１６】
このように表面が微細な凹凸状に形成された離型フィルム２１ａとしては、旭硝子株式会社製のアフレックス（登録商標）：２５ＭＷ１２５０ＮＴ、ソマール株式会社製のテドラーフィルムなどが挙げられる。
【００１７】
なお、この板状体成形工程では、次の射出成形工程で熱可塑性樹脂１２が一体化される側の板状体１１の面１１ａを凹凸状に形成する必要がある。
すなわち、板状体の両面に熱可塑性樹脂を一体化する場合には、表面が微細な凹凸状とされた離型フィルムをプリプレグの両面に貼り合わせることが必要である。他方、この図示例のように、板状体１１の一方の面１１ａのみに熱可塑性樹脂１２を一体化する場合には、一方の面１１ａには、表面が微細な凹凸状とされた離型フィルム２１ａを貼り合わせる必要があるが、他方の面（熱可塑性樹脂が一体化されない側の面）には、表面が微細な凹凸状とされた離型フィルムを貼り合わせる必要はない。ただし、脱型時の離型性の点から、離型フィルムを貼り合わせてもよい。その離型フィルムとしては、図３に示すように、表面が平滑な離型フィルム２１ｂでよく、表面が微細な凹凸状とされた離型フィルムである必要はない。
【００１８】
また、表面が微細な凹凸状に形成された離型フィルムは、図示例のように、少なくとも一方の面が凹凸状とされ、その面がプリプレグ２０に接するように貼り合わされればよい。しかしながら、両面が凹凸状に形成されたものであっても問題はない。
【００１９】
［射出成形工程］
射出成形工程では、図４に示すように、板状体１１において凹凸状に形成された面１１ａに、熱可塑性樹脂１２を射出成形することにより、板状体１１と熱可塑性樹脂１２とを一体化させる。これにより、板状体１１と熱可塑性樹脂１２とが一体化した繊維強化複合材料成形品１０を製造することができる。
ここで用いられる熱可塑性樹脂１２としては、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテル、ポリオレフィン（ＰＯ）、液晶ポリマー、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリルスチレン（ＰＡＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ、ＡＥＳ、ＡＳＡ、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルフォルマール（ＰＶＦ）などが挙げられる。また、これらの各樹脂からなるポリマーアロイなどでもよく、射出成形できる樹脂であればよい。具体的には、板状体との接着性を考慮にいれ、適宜選定すればよいが、靭性・汎用性に優れる点から、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ、ＡＥＳ、ＰＣ／ＡＢＳのアロイ、ＰＣ／ＡＳＡアロイ、ＰＣ／ＡＥＳアロイ、ポリアミド等が好適に用いられる。また、熱可塑性樹脂１２には、強化繊維、強化充填材、難燃剤、着色剤、安定剤等の添加剤を適宜配合することもできる。
【００２０】
射出成形工程には、一般的な射出成形機を用いてもよいが、インジェクションプレスを用いると、大型の繊維強化複合材料成形品１０の成形が可能となるだけでなく、繊維強化複合材料の板状体１１と熱可塑性樹脂１２とが強固に密着するため好ましい。
【００２１】
以上説明したように、板状体成形工程において、板状体１１の成形と凹凸状の形成とを一括に行うことによれば、射出成形工程の前に、板状体１１の面１１ａに別途サンディング等の前処理を施す必要がない。また、このように凹凸状に形成された面１１ａに熱可塑性樹脂１２を射出成形することによって、板状体１１と熱可塑性樹脂１２とを良好に密着させることができる。よって、このような製造方法によれば、繊維強化複合材料の板状体１１と熱可塑性樹脂１２とが良好に密着して一体化した繊維強化複合材料成形品１０を生産性よく製造できる。
このような繊維強化複合材料成形品１０は、電気・電子機器筐体、航空機内装品、自動車内装品などに好適に使用される。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明について実施例を挙げて更に具体的に説明する。
［実施例１］
強化繊維が炭素繊維で、マトリクス樹脂がエポキシ樹脂である三菱レイヨン株式会社製パイロフィルプリプレグ（ＴＲ３８０Ｇ２００Ｓ、繊維目付２００ｇ／ｍ２、樹脂含有率３３％）を３００ｍｍ×３００ｍｍにカットし、炭素繊維が０°／９０°／９０°／０°の向きになるよう４枚積み重ねた。ついで、その両面に、離型フィルムとして、旭硝子株式会社製アフレックス（登録商標）２５ＭＷ１２５０ＮＴを貼り合わせた。
ついで、これを１３０℃×９０分、昇温速度２℃／分、圧力０．６ＭＰａの条件でオートクレーブにて硬化した後、離型フィルムを剥離した。
このようにして、厚さ０．８ｍｍの繊維強化複合材料からなり、両面が凹凸状に形成された板状体を得た。
なお、アフレックス（登録商標）２５ＭＷ１２５０ＮＴは、両面にエンボス加工による凹凸を備えたフッ素系樹脂製の離型フィルムである。また、この離型フィルムの表面の粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠したＲａ値（算術平均粗さ）が２±１μｍで、Ｒｚ値（十点平均粗さ）が８．５±３．５μｍである。
【００２３】
次に、得られた板状体を２８０ｍｍ×２２０ｍｍに切断して、インジェクションプレスの金型底部にセットした。一方、ＵＭＧＡＢＳ社製の難燃性ポリカーボネート／ＡＢＳアロイ（品番：ＣＸ５５Ａ）をシリンダー温度２３０℃、金型温度６０℃の条件で射出成形して、繊維強化複合材料の板状体の一方の面に、熱可塑性樹脂が一体化された繊維強化複合材料成形品を得た。なお、熱可塑性樹脂は、５ｃｍの高さとなるように、板状体の一方の面に積層させた。
【００２４】
このようにして製造された繊維強化複合材料成形品は、板状体と熱可塑性樹脂との密着性が良好であり、１ｍの高さから水平なコンクリート面に自由落下させても、板状体と熱可塑性樹脂との剥離は認められなかった。
また、繊維強化複合材料成形品の外観は、繊維強化複合材料成形品特有の高級重厚感を有し、電気・電子機器筐体や航空機・自動車内装品をはじめ各種工業用品へ有効に利用できるものであった。
【００２５】
［実施例２］
板状体の原材料のプリプレグとして、強化繊維が炭素繊維で、マトリクス樹脂がエポキシ樹脂である三菱レイヨン株式会社製パイロフィルクロスプリプレグ（ＴＲ３１１０−３８０ＧＭＰ、繊維目付２００ｇ／ｍ２、樹脂含有率４０％）を用いた以外は、実施例１と同様の方法によって、繊維強化複合材料成形品を得た。
【００２６】
製造された繊維強化複合材料成形品は、板状体と熱可塑性樹脂との密着性が良好であり、１ｍの高さから水平なコンクリート面に自由落下させても、板状体と熱可塑性樹脂との剥離は認められなかった。
また、繊維強化複合材料成形品の外観は、繊維強化複合材料成形品特有の高級重厚感を有し、電気・電子機器筐体や航空機・自動車内装品をはじめ各種工業用品へ有効に利用できるものであった。
【００２７】
［実施例３］
一方向に引き揃えた炭素繊維（強化繊維）と、リン含有エポキシ樹脂（マトリックス樹脂）とを有するプリプレグを用意し、これを炭素繊維が０°／９０°／９０°／０°の向きになるよう４枚積層したものを板状体の原材料に使用した以外は、実施例１と同様の方法によって、繊維強化複合材料成形品を得た。
【００２８】
製造された繊維強化複合材料成形品は、板状体と熱可塑性樹脂との密着性が良好であり、１ｍの高さから水平なコンクリート面に自由落下させても、板状体と熱可塑性樹脂との剥離は認められなかった。
また、繊維強化複合材料成形品の外観は、繊維強化複合材料成形品特有の高級重厚感を有し、電気・電子機器筐体や航空機・自動車内装品をはじめ各種工業用品へ有効に利用できるものであった。
【００２９】
（比較例１）
離型フィルムとして、エンボス加工が施されていない平滑な両面を備えた旭硝子株式会社製アフレックス（登録商標）２５Ｎ１２５０ＮＴ）を用いた以外は実施例１と同様にして、繊維強化複合材料成形品を得た。
なお、この離型フィルムの表面の粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠したＲａ値（算術平均粗さ）が０．１５±０．１３μｍで、Ｒｚ値（十点平均粗さ）が０．６０±０．５０μｍである。
このようにして製造された繊維強化複合材料成形品は、板状体と熱可塑性樹脂との密着性は一見良好であったが、１ｍの高さから水平なコンクリート面に自由落下させた際、板状体と熱可塑性樹脂が剥離した。
【符号の説明】
【００３０】
１０  繊維強化複合材料成形品
１１  板状体
１１ａ  一方の面
１２  熱可塑性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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