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WO2018235512A1 - 繊維強化プラスチック - Google Patents

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WO2018235512A1
WO2018235512A1 PCT/JP2018/019851 JP2018019851W WO2018235512A1 WO 2018235512 A1 WO2018235512 A1 WO 2018235512A1 JP 2018019851 W JP2018019851 W JP 2018019851W WO 2018235512 A1 WO2018235512 A1 WO 2018235512A1
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WO
WIPO (PCT)
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fiber
reinforced plastic
population
fibers
fiber reinforced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/019851
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English (en)
French (fr)
Inventor
藤田雄三
足立健太郎
唐木琢也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
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Priority to JP2018534982A priority patent/JP7099318B2/ja
Publication of WO2018235512A1 publication Critical patent/WO2018235512A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/20—Making multilayered or multicoloured articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34—Feeding the material to the mould or the compression means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a fiber reinforced plastic having a complex shape and a high fiber content.
  • Fiber reinforced plastics made of fiber and resin are attracting attention also in industrial applications because they have high specific strength, high specific elastic modulus, excellent mechanical properties, and high functional properties such as weather resistance and chemical resistance. It has been developed for structural applications such as spacecraft, automobiles, railways, ships, electric appliances, sports etc., and its demand is increasing year by year.
  • One of the intermediate base materials for producing a fiber reinforced plastic is a prepreg in which a resin is impregnated in a fiber which is densely oriented in one direction in advance.
  • Prepregs exhibit high mechanical properties when made into fiber-reinforced plastic because they have a high fiber content, but they do not stretch in the fiber orientation direction, so it is difficult to follow complicated shapes, and productivity becomes an issue There is. Then, the cutting prepreg which inserted the cutting into a prepreg which is represented by patent document 1, 2 is developed.
  • the in-cut prepreg enables extension in the fiber direction, the ability to follow complicated shapes is improved compared to the prepreg, and fiber reinforced plastic with high fiber content and fiber orientation can be manufactured. .
  • fiber reinforced plastic molded using incised prepreg is based on a relatively thin prepreg, and has a laminated structure with layers of similar thickness, so the thickness change, which is a relatively thick part, There will be fewer parts.
  • an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced plastic having a high fiber content while having a complex shape such as a thick-walled portion.
  • the present invention provides the following fiber-reinforced plastic as a fiber-reinforced plastic which solves the problem and has a complex volume and a high fiber volume content. That is, a fiber-reinforced plastic containing fibers and a resin, wherein an average length of the fibers is 5 to 50 mm, and a population concerning a fiber volume content in a local region (hereinafter, such fiber volume content is referred to as Vf) When obtained, the average value of the population is 40 to 65%, and the coefficient of variation of the population is 0.15 to 0.4, and when the population is made into a class number 10 histogram, it is adjacent to the left and right It is a fiber reinforced plastic having a plurality of peak values, where a class having a frequency greater than the frequency of the class to be treated is a peak value.
  • a fiber reinforced plastic having a high fiber volume content can be provided while having a complicated shape, and a fiber reinforced plastic having a high reinforcing effect can be obtained.
  • the present invention has been intensively studied to provide a fiber-reinforced plastic having a high fiber volume content while having a thick-walled portion, and is a fiber-reinforced plastic containing fibers and a resin, wherein the average length of the fibers Is 5 to 50 mm, and when the population of fiber volume content in the local region is obtained, the average value of the population is 40 to 65%, and the coefficient of variation of the population is 0.15 to 0.4.
  • the population is a histogram of class number 10 if a class having a frequency greater than that of adjacent classes on the left and right is a peak value, a fiber-reinforced plastic having a plurality of peak values is provided. It solves this problem.
  • the variation in Vf inside the fiber reinforced plastic is large when the variation coefficient of the population is 0.15 or more.
  • the population regarding Vf includes the total area of fiber-rich pixels included in the local area in the local area when extracting the local area corresponding to a diameter of 100 ⁇ m from the cross-sectional image of the fiber reinforced plastic Divide by the total area of the pixels, multiply the value by 100 as Vf, and extract a plurality of the above-mentioned local regions, and let a set of Vf obtained in each local region be a population.
  • a cross-sectional image of fiber reinforced plastic is taken, and a portion to be a local region is set out of the taken image.
  • the size of the captured image is acquired with a width of 2 mm in the in-plane direction (width direction) of the fiber-reinforced plastic, including both the upper surface and the lower surface in the thickness direction (longitudinal direction) of the fiber-reinforced plastic.
  • the captured image does not necessarily have to be an image acquired by one shooting, and a plurality of images may be connected to form one large cross-sectional image.
  • the local region is set as a circular region having a diameter of 100 ⁇ m.
  • the local region is first divided into pixels of 0.1 ⁇ m to 3.0 ⁇ m in size in the fiber reinforced plastic, and 100 ⁇ m in diameter in fiber reinforced plastic with the center of gravity of the pixel for each pixel.
  • the portion enclosed by the circle is the local region centered on that pixel. That is, local regions are set by the number of divided pixels.
  • the size of one pixel can be arbitrarily set between 0.1 ⁇ m and 3.0 ⁇ m, but if the size of one pixel is too large, it becomes difficult to accurately measure Vf. It shall be 0 ⁇ m or less.
  • the size of one pixel is larger than 0.1 ⁇ m because the calculation time increases if the size of one pixel is too small.
  • the imaging magnification needs to be sufficiently large so that the pixel size can be made to correspond to 0.1 ⁇ m to 3 ⁇ m in the fiber reinforced plastic as described above.
  • the method for setting the pixel size is not particularly limited, and the imaging magnification may be calculated in advance from the resolution of the imaging device to satisfy the desired pixel size to obtain a cross-sectional image, or after obtaining the cross-sectional image at a sufficiently large magnification
  • the pixel size may be set by image processing. Further, in each pixel, binarization processing is performed to separate a fiber rich pixel and a resin rich pixel by image processing. A pixel is considered to be a fiber-rich pixel when the part where the fiber is observed for a pixel occupies more than half the area of that pixel. Thus, the captured image is an image in which fiber-rich pixels and resin-rich pixels are gathered.
  • the threshold value for binarization is selected depending on the resin and fiber material used, but the difference between the contrast of the resin part and the contrast of the fiber part (chromaticity difference, lightness difference or saturation difference) is usually clear. , And may be set to be divided (for example, using an intermediate value). It is also possible to emphasize the contrast difference by changing the imaging conditions.
  • FIG. 1 is a conceptual view of the cross section of the fiber reinforced plastic of the present invention, and shows a state in which a plurality of fibers 1 exist in the resin 2.
  • FIG. 1A is a conceptual view of a binarized digital image, which is a portion cut out from FIG. The digital image is composed of a plurality of pixels 3 and the local area 4 is a circular area with a certain pixel at the center of the circle. It is assumed that whether a pixel is included in a local region is included in the local region as long as part of the outer peripheral line of the circle extends over the pixel.
  • the Vf in the local area is calculated in 100 as a numerator, the number of pixels which are fiber-rich with the total number of pixels contained in the local area as a denominator.
  • the outer periphery of the circle for obtaining the local region is out of the cross-sectional image, the region which is over is not counted, and calculation is performed only in the region within the cross-sectional image.
  • Vf when Vf is determined for each local region, Vf can be determined by the number of pixels.
  • Vf data group of Vf is referred to as "population".
  • the average value of the population is 40 to 65% in order to achieve a high Vf.
  • a population average of 40 to 65% high mechanical properties can be maintained.
  • Vf in the fiber reinforced plastic that is, the variation coefficient
  • it has a higher Vf portion, resulting in a thick It is possible to obtain a fiber reinforced plastic having high mechanical properties while smoothly following the shape of the meat portion.
  • the average value of the population is 40 to 65%, but in the cross section of the fiber reinforced plastic, a portion having a higher Vf and a lower Vf than in the embodiment of controlling all local regions to about 40 to 65%.
  • the object of the present invention can be achieved by setting the average value of the population to 40 to 65% while making both of the places having the " If the variation coefficient of the population is 0.15 or more, a low Vf volume for allowing fibers and resin to flow well can be sufficiently ensured.
  • 0.4 is the largest as the variation coefficient of the population in terms of mechanical characteristics or productivity. That is, in the present invention, the variation coefficient of the population is 0.15 to 0.4.
  • the coefficient of variation is known as a parameter obtained by dividing the standard deviation by the average value.
  • the average fiber length is 5 to 50 mm. By doing this, it is possible to make a fiber-reinforced plastic that follows the curved surface and the uneven shape other than the thick-walled portion also at the high Vf portion. Even if the average fiber length is in the range of 5 to 50 mm, the longer the average fiber length, the better the mechanical properties of the fiber reinforced plastic, and the shorter the average fiber length, the more complex the fiber reinforced plastic It can be realized.
  • the lower limit of the average fiber length is more preferably 10 mm or more and the upper limit is 30 mm or less. In the present invention, if the average fiber length is 5 to 50 mm, fibers having a fiber length smaller than 5 mm or fibers longer than 50 mm may be contained.
  • the fiber-reinforced plastic of the present invention is a peak when a class having a frequency greater than the frequency of classes adjacent to the left and right is a peak value when the population is made a histogram of class number 10 as shown in FIG. Have multiple values.
  • the class number is set to 10 by equally dividing the range of the lowest Vf value from the highest Vf value in the population into ten. For example, if the minimum Vf value in the population is 10% and the maximum Vf value is 60%, then 10-15%, 15-20%, 20-25%, 25-30%, 30-35% , 35 to 40%, 40 to 45%, 45 to 50%, 50 to 55%, and 55 to 60%.
  • the central value of at least one peak value is lower than the average value of the population,
  • the central value of one peak value is preferably higher than the average value of the population.
  • the fiber-reinforced plastic of the present invention has a plurality of peak values when the population is converted to a histogram of class number 10, so that the location of low Vf is included in the amount necessary to follow thick-walled change and high Vf
  • the portion may contain a sufficient amount to secure the mechanical properties.
  • the fiber-reinforced plastic of the present invention when the population is converted to a histogram of class number 10, in order to obtain a mode having a plurality of peak values, for example, a prepreg having a large fiber volume content and a prepreg having a small fiber volume content Can be mentioned as a laminate by alternately laminating them, and a method of curing it to make a fiber reinforced plastic can be mentioned.
  • the classification method of class is 50 intervals between the maximum Vf and the minimum Vf as described above.
  • the meaning of the peak value may be the same as that described above, and may have three or more classes that indicate higher frequencies than those on both sides.
  • Vf larger than the average value of the population is Vf (hereinafter referred to as Vf1) larger by 5% or more than the average value between 40 and 65%
  • Vf smaller than the average value of the population Is a Vf (hereinafter referred to as Vf2) which is 5% or more smaller than the average value between 40 and 65%.
  • the substantially linear presence means that the pixel at the center of the local area where Vf is Vf1 or more and the center of the local area where Vf is Vf2 or less in the captured image used to obtain Vf
  • the length in a direction parallel to the surface of the fiber reinforced plastic this direction is referred to as the width direction
  • the direction perpendicular to the surface this direction is the height direction.
  • a group of pixels in which a region having a length ratio (width / height) in the thickness direction of the fiber reinforced plastic of 2 or more is at the center of a local region having Vf of Vf1 or more (such pixels A group of pixels is referred to as Vf1 pixel group) and a group of pixels at the center of a local region where Vf is less than or equal to Vf2 (such a group of pixels is referred to as Vf2 pixel group) It means.
  • FIG. 4 is an example of a diagram showing a distribution of pixels in which the pixel at the center of each local region in the cross-sectional image is color-coded with the value of Vf.
  • an area 5 which is a Vf1 pixel group and an area 6 which is a Vf2 pixel group can be recognized.
  • a method for producing a fiber reinforced plastic in which the Vf1 pixel group and the Vf2 pixel group exist substantially linearly for example, a prepreg having a large fiber volume content and a small fiber volume content
  • a prepreg having a large fiber volume content and a small fiber volume content By alternately laminating the prepregs, it is possible to cite a method of curing the laminate as a fiber reinforced plastic as a laminate.
  • At least one Vf1 pixel group preferably more than half of the Vf1 pixel group, and preferably all Vf1 pixel groups, from at least one surface of the fiber reinforced plastic to 30% of the thickness of the fiber reinforced plastic
  • the Vf1 pixel group be present linearly.
  • the presence of the Vf1 pixel group in the region near the surface, that is, in the surface layer portion is preferable in particular because the bending rigidity of the fiber reinforced plastic is improved.
  • the occurrence of surface unevenness due to the variation of Vf can be suppressed, and the fiber reinforced plastic surface can be made smooth.
  • a more preferred embodiment is a fiber reinforced plastic in which the Vf1 pixel group is present in an area of up to 30% in the thickness direction from each side on both sides of the fiber reinforced plastic.
  • Preferred embodiments of the fiber-reinforced plastic of the present invention include a layer in which the fibers are substantially unidirectionally oriented and a layer in which the fibers are multidirectionally oriented.
  • a layer in which fibers are oriented substantially in one direction is referred to as a unidirectional layer
  • a layer in which fibers are oriented in multiple directions is referred to as a multidirectional layer.
  • FIG. 5 is an example of a preferred fiber reinforced plastic of the present invention, and is a conceptual view of a fiber reinforced plastic having a layered structure. In FIG. 5 layers A, B, C, D, E are included, layers A, B, D, E being unidirectional layers.
  • the unidirectional layer is a region (layer) substantially parallel to the fiber reinforced plastic surface where the same fiber cross sectional shape appears in the cross section of the fiber reinforced plastic.
  • the same fiber cross-sectional shape is 2 mm wide in the cross section of fiber reinforced plastic, and 2 mm wide in the area from the upper surface to the lower surface of fiber reinforced plastic.
  • Substantially parallel to the fiber-reinforced plastic surface means that the boundary of the assembly and the surface of the fiber-reinforced plastic are within the range of -10 ° to + 10 ° when the cross section of the fiber-reinforced plastic is viewed.
  • the other regions of the cross section can be regarded as layers only when the one unidirectional layer is present, and a region sandwiched between two unidirectional layers as in layer C or An area sandwiched between the unidirectional layer and the surface of the fiber reinforced plastic is also regarded as a layer.
  • the presence of the unidirectional layer makes it possible to efficiently improve the mechanical properties.
  • the unidirectional layer is a layer corresponding to the Vf1 pixel group, it is possible to improve the mechanical characteristics more efficiently.
  • the other region of the cross section can be regarded as a layer only when there is a unidirectional layer, and a region sandwiched between two unidirectional layers as in layer C.
  • a region sandwiched between the unidirectional layer and the surface of the fiber reinforced plastic is regarded as a layer, 100 or more fiber cross sections can be seen in a 2 mm wide region in the same layer in the cross section of the fiber reinforced plastic, And the layer which does not satisfy the definition of the above-mentioned unidirectional layer is made into a multidirectional layer.
  • the multidirectional layer has two patterns.
  • the cross-sectional shape is close, the major axis in the fiber cross section observed in the cross-sectional photograph of fiber reinforced plastic and the diameter when the line segment corresponding to the major axis is mapped on the straight cross section of the fiber,
  • the fiber orientation angle is calculated from the actual diameter of and the cross section as a reference plane, it means that the difference in orientation angle is within 10 °.
  • an aggregate having a similar cross-sectional shape of fibers is present in the layer C.
  • Another pattern recognized as a multidirectional layer is a case where fibers having different cross-sectional shapes are intertwined with each other, and the cross-sectional shapes of the fibers can not be divided into similar aggregates.
  • the layer corresponding to the Vf2 pixel group is a multidirectional layer, it will have isotropic mechanical properties even if the fiber length of the reinforcing fiber in the region having a small Vf is relatively long. Therefore, it is preferable because selection of a unidirectional layer having a large influence on mechanical characteristics can be performed without limitation.
  • the step of dispersing the reinforcing fiber bundles in the manufacturing process of the base is not necessary.
  • a fiber-reinforced plastic having a layer in which the fibers are substantially unidirectionally oriented and a layer in which the fibers are multidirectionally oriented, for example, a prepreg in which the fibers are substantially unidirectionally oriented, and There is a method of curing it as a laminate by alternately laminating a multi-directionally oriented prepreg (for example, SMC) and curing it into a fiber reinforced plastic.
  • a multi-directionally oriented prepreg for example, SMC
  • the fiber-reinforced plastic of the present invention contains fibers and resins, and in the fiber-reinforced plastic of the present invention, the fibers are generally fiber-reinforced plastics such as glass fibers, Kevlar fibers, carbon fibers, graphite fibers or boron fibers. Means a fiber used as a reinforcing material for Among these, carbon fibers are preferable from the viewpoint of specific strength and specific elastic modulus.
  • the meaning of fiber reinforced plastic is the same as the meaning of the generally used term, that is, a substance containing fibers in the resin, also referred to as reinforcing fibers, which makes it possible to use the fibers as a whole.
  • the mechanical properties such as strength are improved.
  • the resin used in the fiber-reinforced plastic of the present invention may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • a thermosetting resin unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, an epoxy resin, benzoxazine resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, a polyimide resin, etc. are mentioned.
  • thermoplastic resin for example, polyamide (PA), polyacetal, polyacrylate, polysulfone, ABS, polyester, acrylic, polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene, polypropylene, Polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyetherketoneketone (PEKK), liquid crystal polymer, polyvinyl chloride, fluorine resin such as polytetrafluoroethylene, silicone, etc. may be mentioned.
  • PA polyamide
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polyethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEI polyetherimide
  • PEKK polyetherketoneketone
  • liquid crystal polymer polyvinyl chloride
  • fluorine resin such as polytetrafluoroethylene,
  • the fiber reinforced plastic of the present invention can be preferably used as a structural member in a car, an aircraft or the like.
  • a carbon fiber having a basis weight of 250 g / m 2 is arranged in one direction so that the fiber fiber content (Vf) obtained by averaging the original continuous fiber prepreg is 58%.
  • the resin film having a basis weight of 62 g / m 2 obtained by the above procedure was superposed on both surfaces of (T700S), and the resin film was impregnated by heating and pressurizing.
  • a cut prepreg A and a cut prepreg B were obtained such that all the fibers in the continuous fiber prepreg were cut.
  • the incisions were inserted so that all fibers of the incised prepreg A had a length of 22 mm, the angle between the incision and the fiber direction was 14 °, and the length of each incision was 1 mm. .
  • the incisions were inserted so that all the fibers of the incised prepreg B had a length of 11 mm, the angle between the incision and the fiber direction was 25 °, and the length of each incision was 3 mm. .
  • a chopped prepreg obtained by cutting the above-mentioned continuous fiber prepreg into a width of 0.3 mm and a length of 30 mm is disposed such that the fiber direction of each chopped prepreg is randomly oriented, and the fiber volume content (Vf) is 30% as a whole average. It manufactured by pinching
  • a laminate obtained by combining the incised prepreg A, the incised prepreg B, the resin film, and the SMC is solidified by press molding using a double-sided mold for forming a box-like shape as shown in FIG. Obtained.
  • the obtained fiber reinforced plastic was a box-like shape having a width of 150 mm and a length of 200 mm, a bottom thickness of 3 mm, and a side thickness T of 2 patterns of 4 mm and 6 mm.
  • the mold has a structure in which surplus flows out.
  • the digital image of the cross section was binarized to be divided into fiber rich pixels and resin rich pixels.
  • the region where the circle with a diameter of 100 ⁇ m overlaps the digital image is regarded as the local region.
  • the average value means the average value of the population
  • the variation coefficient means the variation coefficient of the population.
  • the fiber reinforced plastic is W if it does not have a layer structure
  • X if the fiber is composed of layers substantially oriented in only one direction
  • the fibers are substantially in one direction Y was used when it was composed of an oriented layer and a layer in which fibers were oriented in multiple directions.
  • the incised prepreg A and the incised prepreg B are laminated in a lamination configuration of [-45 ° / 0 ° / + 45 ° / 90 °] s , with the width direction as 0 °, and two resin films are placed between the two laminates.
  • a base laminate comprising 300 mm x 300 mm incised prepreg A, incised prepreg B, and a resin film was obtained.
  • the fiber reinforced plastic obtained did not show any defects such as voids.
  • the fibers on the side surface were large and wavy.
  • the peak value which is a class having a frequency greater than the frequency of the classes adjacent on the left and right is one place there were.
  • the fiber was greatly undulated inside the fiber reinforced plastic.
  • Example 1 The in-cut prepreg A is laminated in a laminated configuration of [-45 ° / 0 ° / + 45 ° / 90 °] s with the width direction as 0 °, SMC overlapping of 4 mm thickness, 300 mm ⁇ 300 mm in-cut prepreg A, a base laminate of SMC was obtained.
  • the fiber reinforced plastic obtained did not show any defects such as voids. It was felt that the side of SMC had a touch and unevenness.
  • cross section there were a layer in which the fibers were oriented in one direction substantially and a layer in which the fibers were oriented in multiple directions.
  • the fibers were oriented in multiple directions, there were a plurality of regions in which the fibers having similar cross-sectional shapes are gathered.
  • the fibers were seen to be largely out of plane.
  • Example 2 Two sets of in-cut prepreg A are stacked in a stack configuration of [-45 ° / 0 ° / + 45 ° / 90 °] s with the width direction as 0 °, and an SMC of 3 mm thickness is placed between the two stacks. By sandwiching, a base laminate of 300 mm ⁇ 300 mm incised prepreg A and SMC was obtained.
  • the fiber reinforced plastic obtained did not show any defects such as voids.
  • the side feel was smooth without unevenness.
  • region which has Vf larger than the average value of a population existed in the range smaller than 30% of thickness direction from surface layer.
  • the resulting fiber-reinforced plastic was not in good quality, with most of the side surfaces not in contact with the mold. Therefore, a decrease in mechanical properties was inferred.
  • the number of peak values means the number of classes observed as peaks when the population is a histogram with 10 classes. For example, it is 2 in the aspect of FIG.
  • Fiber part 2 Resin part 3: Pixel 4: Local area 5: Vf1 pixel group 6: Vf2 pixel group

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  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

複雑形状を有しながらも、繊維含有率の高い繊維強化プラスチックを提供するため、本発明は、繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、前記繊維の平均長さが５～５０ｍｍであり、局所領域における繊維体積含有率（以下、かかる繊維体積含有率をＶｆという）に関する母集団を得た際に、の平均値が４０～６５％、母集団の変動係数が０．１５～０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する繊維強化プラスチックであることを要旨とする。　（Ｖｆに関する母集団） 繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍの局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維の合計の面積を局所領域の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとする。複数の局所領域を抽出して、各局所領域におけるＶｆの集合体を母集団とする。

Description

繊維強化プラスチック
　本発明は、複雑形状を有しながらも繊維含有率を高い繊維強化プラスチックに関する。
　繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、航空機、宇宙機、自動車、鉄道、船舶、電化製品、スポーツ等の構造用途に展開され、その需要は年々高まりつつある。
　繊維強化プラスチックを製造するための中間基材のひとつに、予め密に一方向に配向した繊維に樹脂を含浸させたプリプレグが挙げられる。プリプレグは高い繊維含有率を有するため、繊維強化プラスチックにした際に高い力学特性を発現するが、繊維の配向方向には伸張しないため、複雑形状へは追従しにくく、生産性が課題となっている。そこで、特許文献１、２に代表されるような、プリプレグに切込を挿入した切込プリプレグが開発されている。
　切込プリプレグは繊維方向への伸張を可能としているため、プリプレグよりも複雑形状への追従性が向上しており、高い繊維含有率と繊維の配向性を保った繊維強化プラスチックを製造可能である。
特開２００７－２６１１４１号公報 特開２００８－２０７５４４号公報
　しかしながら、切込プリプレグを用いて成形した繊維強化プラスチックは、比較的厚みの薄いプリプレグがベースとなり、同程度の厚さの層による積層構造を有するため、比較的肉厚の部分である厚肉変化部の少ないものとなる。
　そこで、本発明の課題は、厚肉変化部等の複雑形状を有しながらも、繊維含有率の高い繊維強化プラスチックを提供することにある。
　かかる課題を解決し、複雑形状を有しながらも繊維体積含有率の高い繊維強化プラスチックとして、本発明では以下の繊維強化プラスチックを提供する。すなわち、繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、前記繊維の平均長さが５～５０ｍｍであり、局所領域における繊維体積含有率（以下、かかる繊維体積含有率をＶｆという）に関する母集団を得た際に、母集団の平均値が４０～６５％、母集団の変動係数が０．１５～０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する繊維強化プラスチックである。
　ここで、Ｖｆに関する母集団は、以下のようにして得られる。
　繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍに相当する局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維リッチのピクセルの合計の面積を局所領域に含まれるピクセルの合計の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとする。複数の上記局所領域を抽出して、各局所領域において求められたＶｆの集合を母集団とする。
　本発明によると、複雑形状を有しながらも、繊維体積含有率の高い繊維強化プラスチックを提供でき、補強効果の高い繊維強化プラスチックを得ることができる。
繊維強化プラスチックの断面の概念図及びその一部を切り出し、二値化されたデジタル画像の概念図である。 母集団をヒストグラムにした一例である。 母集団をヒストグラムにした一例である。 繊維強化プラスチックの断面におけるＶｆ分布の一例である。 繊維強化プラスチックの断面の概念図の一例である。 実施例で成形した繊維強化プラスチックの寸法・形状である。
　本発明は、厚肉変化部を有しながらも高い繊維体積含有率を有する繊維強化プラスチックを提供するために、鋭意検討し、繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、前記繊維の平均長さが５～５０ｍｍであり、局所領域における繊維体積含有率に関する母集団を得た際に、母集団の平均値が４０～６５％、母集団の変動係数が０．１５～０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する、繊維強化プラスチック、とすることでかかる課題を解決したものである。
　本発明において、局所領域におけるＶｆに関する母集団を得た際に、母集団の変動係数が０．１５以上の場合に、繊維強化プラスチックの内部のＶｆのばらつきが大きいということができる。
　ここで、Ｖｆに関する母集団は、繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍに相当する局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維リッチのピクセルの合計の面積を局所領域に含まれるピクセルの合計の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとして、そして複数の上記局所領域を抽出して、各局所領域において求めたＶｆの集合を母集団とする。
　より具体的には、まず、繊維強化プラスチックの断面画像を撮像し、該撮像画像の中から局所領域とする部分の設定を行う。取得する断面については、本発明が肉厚部の力学特性の維持が目的であるため、繊維強化プラスチック中の最厚部で取得する。撮像画像のサイズについては、繊維強化プラスチックの厚さ方向（縦方向）において上面、下面をともに含み、かつ繊維強化プラスチックの面内方向（幅方向）に２ｍｍの幅で取得する。撮像画像は、必ずしも一度の撮影で取得した画像である必要はなく、複数の画像を連結することで、一枚の大きな断面画像としてもよい。また、本発明において、局所領域は直径１００μｍの円形の領域として設定される。局所領域は、撮像画像をまず繊維強化プラスチックにおけるサイズとして０．１μｍ～３．０μｍ四方となるピクセルに区画し、各々のピクセルについて該ピクセルの重心を中心とした繊維強化プラスチックにおけるサイズとして直径１００μｍとなる円で囲まれた部分がそのピクセルを中心とした局所領域となる。すなわち、区画されたピクセルの数だけ局所領域は設定される。なお、撮像画像の辺部においては円として局所領域を設定できないが、Ｖｆを求めるにあたって影響するものではなく、また、ピクセルの大きさと局所領域の大きさの関係から理解されるように局所領域は重なって設定される。１ピクセルのサイズは前記のとおり０．１μｍ～３．０μｍ四方の間で任意に設定可能であるが、１ピクセルのサイズが大きすぎると正確なＶｆを測定することが困難となるため、３．０μｍ以下とする。１ピクセルのサイズが小さすぎると計算時間が大きくなるため、１ピクセルのサイズは０．１μｍよりも大きい。用いる繊維の直径にも拠るが通常用いられるような繊維であれば通常は２．０μｍ四方とすることが選択される。そのため、撮像倍率については、上記のようにピクセルサイズが繊維強化プラスチックにおける０．１μｍ～３μｍに相当させることができるよう、十分大きくとる必要がある。ピクセルサイズの設定方法としては、特に限定はなく、予め撮像装置の解像度から所望のピクセルサイズを満たす撮像倍率を計算し断面画像を取得しても良いし、十分大きな倍率で断面画像を取得した後、画像処理によりピクセルサイズを設定しても良い。また、各ピクセルにおいては、画像処理によって、繊維リッチのピクセルと樹脂リッチのピクセルとを分けるために二値化処理を行う。あるピクセルについて繊維が観察される部分がそのピクセルの面積の半分以上を占めるときそのピクセルは繊維リッチのピクセルとされる。こうして撮像画像は繊維リッチのピクセルと樹脂リッチのピクセルとが集合した画像となる。なお、二値化にあたっての閾値は用いる樹脂と繊維の材料によって選択されるが、樹脂の部分のコントラストと繊維の部分のコントラストの差（色度差、明度差または彩度差）は通常明確なので、これらが分けられるよう設定すれば良い（例えば、中間値を用いる）。撮像条件を変えることでコントラスト差を強調することも可能である。
　図１は本発明の繊維強化プラスチックの断面の概念図であり、樹脂２の内に繊維１が複数存在している様子を示している。図１の（ａ）は図１から切り出した部分で、二値化されたデジタル画像の概念図である。デジタル画像は複数のピクセル３で構成されており、局所領域４はあるピクセルを円の中心とした円形領域である。あるピクセルが局所領域に含まれるかは、円の外周線の一部でもそのピクセルにかかっていれば局所領域に含まれるとする。
　局所領域におけるＶｆは、その局所領域内に含まれるとされたピクセルの総数を分母に繊維リッチであるピクセルの数を分子として１００分率にて計算される。ただし、局所領域を求めるための円の外周が断面画像からはみ出る場合は、はみ出た領域はカウントせず、断面画像内にある領域のみで計算する。
　こうして、各局所領域についてＶｆを求めると、ピクセルの数だけＶｆが求まることになる。本発明では、かかるＶｆのデータ群を「母集団」と称して取り扱う。
　本発明における繊維強化プラスチックは、高いＶｆとするために、母集団の平均値は４０～６５％である。母集団の平均値が４０～６５％であることで、高い力学特性を維持することができる。また、繊維強化プラスチック中のＶｆのばらつき、すなわち変動係数、を大きくすることで、成形時に自在に流動可能である低いＶｆの箇所を含みつつ、さらに高いＶｆの箇所を有して、結果として厚肉部を滑らかに形状追従させつつ高い力学特性を有する繊維強化プラスチックとすることができる。つまり本発明において、母集団の平均値は４０～６５％であるが、繊維強化プラスチックの断面において全ての局所領域を４０～６５％程度に制御する態様よりも、高いＶｆを有する箇所と低いＶｆを有する箇所の両方を存在させて、変動係数を一定の範囲としつつ、母集団の平均値を４０～６５％とすることにより本発明の目的は達成できるのである。母集団の変動係数が０．１５以上であれば、繊維及び樹脂を良好に流動させるための低いＶｆの体積が十分確保できる。一方で、力学特性または生産性から見た母集団の変動係数としては０．４が最大である。すなわち、本発明において、母集団の変動係数は、０．１５～０．４である。
　なお、変動係数は標準偏差を平均値で除したパラメータとして知られているところである。
　また本発明においては、繊維の平均長さが５～５０ｍｍである。このようにすることで、高いＶｆの箇所も厚肉変化部以外において曲面や凹凸形状に追従した繊維強化プラスチックとすることができる。繊維の平均長さが５～５０ｍｍの範囲内であっても、繊維の平均長さが長いほど繊維強化プラスチックの力学特性は向上し、平均繊維長さが短いほど繊維強化プラスチックは複雑な形状を実現することができる。さらに好ましい繊維の平均長さの下限は１０ｍｍ以上であり、上限としては３０ｍｍ以下である。本発明において、繊維の平均長さが５～５０ｍｍであれば、繊維長さが５ｍｍより小さい繊維または５０ｍｍより長い繊維が含まれていてもよい。繊維強化プラスチック内の繊維の平均長さは、繊維強化プラスチックに含まれる全ての繊維の長さを測定して算出するのは現実的ではないため、繊維強化プラスチック内から任意に抽出した３００本の繊維の長さの平均値とする。繊維強化プラスチック内から繊維を抽出する方法は、高温にて樹脂を焼き飛ばす方法がある。例えば、エポキシ樹脂であれば４５０℃にて焼き飛ばすことができ、繊維強化プラスチック内の繊維を抽出することができる。ただし、繊維強化プラスチックを切断して得た繊維強化プラスチックの小片の樹脂を焼き飛ばす際は、切断面に接触する繊維が元々繊維強化プラスチックの中に存在していた時点よりも短くなっている可能性があるため、抽出の対象外とする。
　また、本発明の繊維強化プラスチックは、図３に示すように母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する。なお、本発明において、階級は、母集団中最小のＶｆの値から最大のＶｆの値の範囲を等しく１０分割することで階級数を１０とする。例えば、母集団中最小のＶｆの値が１０％、最大のＶｆの値が６０％の場合は、１０～１５％、１５～２０％、２０～２５％、２５～３０％、３０～３５％、３５～４０％、４０～４５％、４５～５０％、５０～５５％、および５５～６０％の計１０階級とする。さらに本発明においては、少なくとも一つのピーク値の中心値、例えばそのピーク値が５０～５５％の繊維含有率の階級であったときは５２．５％、は母集団の平均値より低く、少なくとも一つのピーク値の中心値は母集団の平均値よりも高いことが好ましい。本発明の繊維強化プラスチックが、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際にピーク値を複数有することで、低いＶｆの箇所が、厚肉変化への追従に必要な分量含まれ、高いＶｆの箇所が力学特性を担保するために十分な分量含むことができる。本発明の繊維強化プラスチックにおいて、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、ピーク値を複数有する態様とするためには、例えば、繊維体積含有率の大きなプリプレグと繊維体積含有率の小さなプリプレグを交互に積層することで積層体として、それを硬化して繊維強化プラスチックとする方法をあげることができる。
　本発明の繊維強化プラスチックの態様としては、母集団を階級数５０のヒストグラムにした際に、ピーク値、なお階級の分け方は上記と同様に最大のＶｆと最小のＶｆとの間を５０区間に均等に分け、また、ピーク値の意味は上記と同義であり両隣の階級よりも高い度数を示す階級である、を３つ以上有していてもよい。
　本発明の繊維強化プラスチックの好ましい態様としては、母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域と、母集団の平均値よりも小さなＶｆを有する領域の２領域のいずれもが、実質的に線状に存在することが挙げられる。ここで、母集団の平均値よりも大きなＶｆとは、４０～６５％の間にある平均値よりも５％以上大きなＶｆ（以下、Ｖｆ１という）であり、母集団の平均値よりも小さなＶｆとは、４０～６５％の間にある平均値よりも５％以上小さなＶｆ（以下、Ｖｆ２という）である。実質的に線状に存在するとは、Ｖｆを求めるのに用いた撮像画像において、ＶｆがＶｆ１以上である局所領域の中心となっているピクセル、ＶｆがＶｆ２以下である局所領域の中心となっているピクセルの各々を区別してマーキングしたとき、繊維強化プラスチックの表面に平行な方向（かかる方向を幅方向とする）での長さ及び該表面に垂直な方向（かかる方向を高さ方向とする。つまりは、繊維強化プラスチックの厚み方向）での長さの比（幅／高さ）が２以上である領域が、ＶｆがＶｆ１以上である局所領域の中心となっているピクセルの群（かかるピクセルの群をＶｆ１ピクセル群という）およびＶｆがＶｆ２以下である局所領域の中心となっているピクセルの群（かかるピクセルの群をＶｆ２ピクセル群という）ともに存在することを意味する。
　図４を参照しつつこれを具体的に説明する。図４は、断面画像において各局所領域の中心となっているピクセルをＶｆの値で以て色分けして示したピクセルの分布を表す図の一例である。図４にては、Ｖｆ１ピクセル群である領域５と、Ｖｆ２ピクセル群である領域６を認めることができる。
　このような領域が観察されることは、繊維の厚み方向へのうねりが小さいことを指し、そのような繊維強化プラスチックは力学特性が高くなるために、好ましい。局所領域のＶｆを求めた撮像画像中、Ｖｆ１ピクセル群とＶｆ２ピクセル群はその全てが線状に存在していることが好ましいが、全ての群が線状に存在しているといえなくとも、各々の群において少なくとも１つが線状に存在していれば良い。
　上記のように、Ｖｆ１ピクセル群とＶｆ２ピクセル群が、実質的に線状に存在する繊維強化プラスチックを製造するための方法としては、例えば、繊維体積含有率の大きなプリプレグと繊維体積含有率の小さなプリプレグを交互に積層することで積層体として、それを硬化して繊維強化プラスチックとする方法をあげることができる。
　さらに好ましくは、少なくとも１つのＶｆ１ピクセル群、好ましくはＶｆ１ピクセル群の半数以上、また好ましくは全てのＶｆ１ピクセル群、が繊維強化プラスチックの少なくとも一方の表面から該繊維強化プラスチックの厚みの３０％までの領域に存在する繊維強化プラスチックである。また該Ｖｆ１ピクセル群は線状に存在していることが好ましい。表面に近い領域、つまり表層部にＶｆ１ピクセル群が存在することで、特に繊維強化プラスチックの曲げ剛性が向上するために好ましい。また、Ｖｆのばらつきに起因する表面の凹凸の発生が抑制され、繊維強化プラスチック表面を平滑とできる。より好ましい態様は、Ｖｆ１ピクセル群が繊維強化プラスチックの両方の面において、各面から厚み方向の３０％までの領域に存在する繊維強化プラスチックである。
　本発明の繊維強化プラスチックの好ましい態様としては、繊維が実質的に一方向に配向した層、及び、繊維が多方向に配向した層を有することが挙げられる。以下、繊維が実質的に一方向に配向した層を一方向層、繊維が多方向に配向した層を多方向層と呼ぶ。図５は本発明の好ましい繊維強化プラスチックの例であって、層構造を有する繊維強化プラスチックの概念図である。図５には層Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが含まれており、層Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅは一方向層である。
　一方向層とは、繊維強化プラスチックの断面において、同一の繊維断面形状が表れる繊維強化プラスチック表面に実質的に平行な領域（層）である。同一の繊維断面形状とは、繊維強化プラスチックの断面中の幅２ｍｍ、縦は繊維強化プラスチックの上面と下面までの領域の中に、幅２ｍｍでかつ厚みの等しい層をみたとき、その領域内から無作為に選んだ１００個の繊維断面の長径を測定して平均値を算出した際に、９０個以上の断面の長径がそれらの平均値の±１０％以内である場合を意味する。繊維強化プラスチック表面に実質的に平行とは、繊維強化プラスチックの断面を見た際に、集合体の境界と、繊維強化プラスチックの表面とが－１０°～＋１０°の範囲内となる場合を意味する。また、繊維強化プラスチックの断面において、一方向層が存在する場合に限って、該断面のその他の領域も層とみなすことができ、層Ｃのように２つの一方向層に挟まれた領域あるいは、一方向層と繊維強化プラスチックの表面に挟まれた領域も層とみなす。一方向層の存在によって、効率的に力学特性を向上することが可能となる。また、一方向層がＶｆ１ピクセル群に対応する層であることで、より効率的に力学特性を向上させることが可能となる。
　また、繊維強化プラスチックの断面において、一方向層が存在する場合に限っては、該断面のその他の領域も層とみなすことができ、層Ｃのように２つの一方向層に挟まれた領域あるいは、一方向層と繊維強化プラスチックの表面に挟まれた領域を層とみなしたとき、繊維強化プラスチックの断面中の同一の層中の幅２ｍｍの領域内に１００本以上繊維断面が見られ、かつ上述の一方向層の定義を満たさない層を多方向層とする。多方向層は、２つのパターンが存在する。一つは、図５の層Ｃのように、層Ｃ内をさらに断面形状の近い繊維が集合した領域が存在する場合である。断面形状が近いとは、繊維強化プラスチックの断面写真に観察される繊維断面における長径と該長径に一致する線分を該繊維の直断面に写像したときの径、すなわち該長径に対応したその繊維の実際の直径とから断面を基準面とした繊維配向角を計算した際、配向角の違いが１０°以内であるということを意味する。なお、繊維の配向角θ［°］は、θ＝ａｒｃｓiｎ（（繊維直径）／（繊維断面の長径））×１８０／πで計算される。層Ｃ内は、さらに集合体Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のように、繊維の断面形状が近い集合体が存在している。多方向層と認定されるもう一つのパターンは、断面形状が異なる繊維同士が互いに入り組んだように構成されていて、繊維の断面形状が近い集合体に分割することができない場合である。特に、Ｖｆ２ピクセル群に対応する層が多方向層であれば、小さなＶｆを有する領域中の強化繊維の繊維長が比較的長い場合であっても等方的な力学特性を有するようになる。したがって、力学特性に影響の大きい一方向層の選定を制限なくできるため好ましい。さらに、多方向層が断面形状の近い領域群が複数存在する様態であれば、基材の製造工程において強化繊維束を単糸分散させる工程が必要ないことから、生産コストに優れるためより好ましい。
　繊維が実質的に一方向に配向した層、及び、繊維が多方向に配向した層を有する繊維強化プラスチックとするためには、例えば、繊維が実質的に一方向に配向したプリプレグ、及び、繊維が多方向に配向したプリプレグ（例えば、ＳＭＣ）を交互に積層することで積層体として、それを硬化して繊維強化プラスチックとする方法をあげることができる。
　本発明の繊維強化プラスチックは、繊維及び樹脂を含むものであり、本発明の繊維強化プラスチックにおいて、繊維とはガラス繊維、ケブラー繊維、炭素繊維、グラファイト繊維またはボロン繊維等の一般的に繊維強化プラスチックの強化材として用いられる繊維を意味する。この内、比強度及び比弾性率の観点からは、炭素繊維が好ましい。
　本発明において繊維強化プラスチックの意味は一般的に用いられている用語の意味と同義であり、すなわち、樹脂中に繊維、強化繊維ともいう、が含有された物であり該繊維により当該物全体の強度等の機械特性の改善が図られたものである。本発明の繊維強化プラスチックにおいて用いられる樹脂は熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂としては、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、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂及びポリイミド樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリスルフォン、ＡＢＳ、ポリエステル、アクリル、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、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）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、液晶ポリマー、塩ビ、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどが挙げられる。
　本発明の繊維強化プラスチックは自動車、航空機等における構造部材として、好ましく用いることができる。
　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定して解釈されるものではない。
　＜樹脂フィルムの作製＞
　エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製“ｊＥＲ（登録商標）”８２８：３５質量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１００１：３０質量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１５４：３５質量部）に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール（チッソ（株）製“ビニレック（登録商標）”Ｋ）５質量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化材ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン（株）製ＤＩＣＹ７）３．５質量部と、硬化促進剤３－（３，４―ジクロロフェニル）―１，１－ジメチルウレア（保土谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）４質量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いて、シリコーンコーティング処理させた離型紙上に塗布して目付６２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。
　＜切込プリプレグの作製＞
　切込プリプレグを作製するため、その元となる連続繊維プリプレグを、全体を平均した繊維体積含有率（Ｖｆ）が５８％となるように、一方向に配列させた目付２５０ｇ／ｍ２の炭素繊維（Ｔ７００Ｓ）の両面に上記手順により得られた目付６２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧することによって樹脂を含浸させて得た。得られた連続繊維プリプレグに、刃が設けられたロール（回転刃）を用いて、連続繊維プリプレグ内の全ての繊維が分断されるように切込プリプレグＡと切込プリプレグＢを得た。
　切込プリプレグＡは全ての繊維が２２ｍｍの長さとなるように、切込が挿入されており、切込と繊維方向との角度は１４°、一つ一つの切込の長さは１ｍｍとした。
　切込プリプレグＢは全ての繊維が１１ｍｍの長さとなるように、切込が挿入されており、切込と繊維方向との角度は２５°、一つ一つの切込の長さは３ｍｍとした。
　＜ＳＭＣの作製＞
　上記連続繊維プリプレグを幅０．３ｍｍ長さ３０ｍｍにカットしたチョップドプリプレグを、各チョップドプリプレグの繊維方向がランダムに配向するように配置し、さらに全体を平均した繊維体積含有率（Ｖｆ）が３０％となるように、上述の樹脂フィルムで挟み、７０℃で１分間真空圧着することで製造した。
　＜プレス成形＞
　上記切込プリプレグＡ、切込プリプレグＢ、樹脂フィルム、ＳＭＣを組み合わせた積層体を、図６に示すような箱型形状を成形する両面型を用いてプレス成形にて固化し、繊維強化プラスチックを得た。得られる繊維強化プラスチックは幅方向が１５０ｍｍ、長さ方向が２００ｍｍの箱型形状で、底面の厚さが３ｍｍで、側面の厚さＴは４ｍｍと６ｍｍの２パターンを用意した。型は余剰分が流れ出る構造となっている。
　プレス成形方法としては、プレス機の内部であらかじめ１３０℃に温めておいた型の中央に配置した後、上型と下型で挟み、成形温度１３０℃、成形圧力６．０ＭＰａで３０分間保持した。その後脱型し、所定の繊維強化プラスチックを得た。
　＜Ｖｆに関する母集団の取得＞
　得られた繊維強化プラスチックの最厚部（本成形体では側面部）を切り出し、樹脂に埋め込みバフ研磨を行った。研磨した繊維強化プラスチックの断面をデジタル顕微鏡にて撮影し、１ピクセルの一辺が繊維強化プラスチックの２μｍに相当するサイズで、繊維強化プラスチックの最厚部の表面に平行な方向を幅、該表面に垂直な方向（すなわち、厚み方向）を高さ（Ｔ）として、幅２０００個、Ｔ＝４ｍｍの場合は高さ２０００個、Ｔ＝６ｍｍの場合は高さ３０００個の正方形のピクセルで構成される繊維強化プラスチック断面のデジタル画像を得た。次に、断面のデジタル画像を２値化処理して繊維リッチのピクセルと樹脂リッチのピクセルとに区分した。各々のピクセルの重心を中心に直径１００μｍの局所領域をＴ＝４ｍｍの場合は２０００×２０００個、Ｔ＝６ｍｍの場合は２０００×３０００個設定し、各局所領域においてＶｆを求めて母集団とした。ただし、局所領域を画する外周円が前記デジタル画像からはみ出る場合は、直径１００μｍの円とデジタル画像の重なる領域を局所領域とした。以下、特に限定しない場合、平均値は母集団の平均値、変動係数は母集団の変動係数を意味する。各参考例、実施例及び比較例での測定結果は表１に示すとおりである。
　＜Ｖｆの分布状況評価＞
　前記のデジタル画像において、各局所領域において求められたＶｆの値に従って、該局所領域の中心のピクセルをマーキングしてＶｆの分布図を得た。上述の方法で、Ｖｆ１ピクセル群およびＶｆ２ピクセル群を求め、観測されたこれらの群が実質的に線状であるかを評価した。Ｖｆ１ピクセル群の幅／高さの最大値、Ｖｆ２ピクセル群の幅／高さの最大値を表に記載した。
　＜繊維強化プラスチックの層構造評価＞
　断面のデジタル画像から、繊維強化プラスチックが層構造を有する場合に、上述の方法で各層について繊維が実質的に一方向に配向した層であるか、繊維が多方向に配向した層であるかを評価した。
　表１には、繊維強化プラスチックが、層構造を有していない場合はＷ、繊維が実質的に一方向に配向した層のみで構成されている場合はＸ、繊維が実質的に一方向に配向した層と、繊維が多方向に配向した層で構成されている場合はＹとした。
 
　（参考例１）
　切込プリプレグＡと切込プリプレグＢを、幅方向を０°として［－４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で積層し、２つの積層体の間に樹脂フィルム２枚を挟んで、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、切込プリプレグＢ、樹脂フィルムとからなる基材積層体を得た。
　この基材積層体をＴ＝４ｍｍの型で、側面表面が切込プリプレグＢとなるようにプレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられなかった。一方で、側面表面の繊維が大きくうねっていた。Ｔ＝６ｍｍの型でのプレス成形では型との非接触部等の成形不良が見られ、力学特性の低下が推測された。
　得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値は１箇所であった。
　（参考例２）
　切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２枚積層し、２つの積層体の間に樹脂フィルム４枚を挟んで、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、樹脂フィルムとからなる基材積層体を得た。
　この基材積層体をＴ＝４ｍｍの型でプレス成形して得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられず、側面表面の繊維のうねりは実施例１よりも少なかった。断面を見ると、繊維強化プラスチック内部で大きく繊維がうねっている様子が見られた。Ｔ＝６ｍｍの型でのプレス成形では型との非接触部等の成形不良が見られ、力学特性の低下が推測された。
　得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値が１箇所であった。
　（実施例１）
　切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で積層し、４ｍｍの厚さのＳＭＣ重ねて、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、ＳＭＣの基材積層体を得た。
　基材積層体をＴ＝６ｍｍの型で、繊維強化プラスチックの外面側がＳＭＣとなるように、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられなかった。ＳＭＣの側面は手触りで凹凸があることが感じられた。断面を見ると、繊維が実質的に一方向に配向している層と、繊維が多方向に配向した層が存在していた。繊維が多方向に配向した層は、断面形状の近い繊維が集合する複数の領域が存在していた。繊維が多方向に配向した層では、繊維が大きく面外へうねっている様子が見られた。
　得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値が２箇所あった。
　（実施例２）
　切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２セット積層し、２つの積層体の間に３ｍｍの厚さのＳＭＣを挟んで、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、ＳＭＣの基材積層体を得た。
　基材積層体をＴ＝６ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられなかった。側面の手触りは凹凸がなく、平滑であった。
得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値が２箇所あった。
　断面を見ると、層構造を有しており、繊維が実質的に一方向に配向している層と、繊維が多方向に配向した層が存在していた。繊維が多方向に配向した層は、断面形状の近い繊維が集合する複数の領域が存在していた。Ｖｆの分布状況評価では、実質的に線状であり、母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域と、実質的に線状である平均値よりも小さなＶｆを有する領域が、共に存在していることが確認できた。
　また、母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域が、表層から厚み方向の３０％よりも小さい範囲に存在していた。
　（比較例１）
　連続繊維プリプレグを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２セット積層して、間に樹脂フィルムを２枚挟み、３００ｍｍ×３００ｍｍの基材積層体を得た。
　基材積層体をＴ＝４ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックは側面の大部分が型に接触しておらず、品質が良好ではなかった。そのため、力学特性の低下が推測された。
　（比較例２）
　切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２セット積層して、間に樹脂フィルムを２枚挟み、３００ｍｍ×３００ｍｍの基材積層体を得た。
　基材積層体をＴ＝４ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックは比較例１よりも改善されていたものの、側面の部分が型に接触していない箇所があり、品質が良好ではなく、力学特性の低下が推測された。
　（比較例３）
　ＳＭＣを６ｍｍの厚さとなるように積層し、３００ｍｍ×３００ｍｍのＳＭＣ積層体を得た。
　基材積層体をＴ＝６ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックは目立った欠陥はなかったが、Ｖｆに関する母集団を得たところ、母集団の平均値はいずれの実施例よりも低い値となった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表において「ピーク値の個数」とは、母集団を階級数１０のヒストグラムとしたとき、ピークとして観察される階級の個数を意味する。例えば、図３の態様では２である。
 
　本出願は、２０１７年０６月１９日出願の日本国特許出願、特願２０１７－１１９２８８に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれうる。
１：繊維部
２：樹脂部
３：ピクセル
４：局所領域
５：Ｖｆ１ピクセル群
６：Ｖｆ２ピクセル群

Claims (5)

  1. 　繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、
    　前記繊維の平均長さが５～５０ｍｍであり、
    　局所領域における繊維体積含有率（以下、かかる繊維体積含有率をＶｆという）に関する母集団を得た際に、母集団の平均値が４０～６５％、母集団の変動係数が０．１５～０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する、繊維強化プラスチック。
    　（Ｖｆに関する母集団）
    繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍに相当する局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維リッチのピクセルの合計の面積を局所領域に含まれるピクセルの合計の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとする。複数の前記局所領域を抽出して、各局所領域において求められたＶｆの集合を母集団とする。
  2. 　前記母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域、及び、前記母集団の平均値よりも小さなＶｆを有する領域のいずれもが、実質的に線状に存在する、請求項１に記載の繊維強化プラスチック。
  3. 　前記母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域が、少なくとも片方の表層から厚み方向の３０％よりも小さい範囲に存在する、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック。
  4. 　繊維が実質的に一方向に配向した層、及び、繊維が多方向に配向した層を有する、請求項１～３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック。
  5. 　繊維が多方向に配向した層内において、断面形状の近い領域群が複数存在する、請求項４に記載の繊維強化プラスチック。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021187043A1 (ja) * 2020-03-18 2021-09-23 東レ株式会社 積層体およびそれを用いた溶着体
WO2025182597A1 (ja) * 2024-02-27 2025-09-04 東レ株式会社 積層体およびそれを用いた溶着体

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7181465B2 (ja) * 2019-03-27 2022-12-01 ダイキン工業株式会社 樹脂組成物および成形品

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07308929A (ja) * 1994-05-18 1995-11-28 Hitachi Chem Co Ltd Ｆｒｐ成形品の製造法およびｆｒｐ成形品
JP2004291265A (ja) * 2003-03-25 2004-10-21 Mitsubishi Rayon Co Ltd 繊維強化プラスチック成形品の製造方法および繊維強化プラスチック成形品
JP2008207544A (ja) * 2007-02-02 2008-09-11 Toray Ind Inc 切込プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック、および切込プリプレグ基材の製造方法
JP2010018724A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Toray Ind Inc プリプレグ積層基材および繊維強化プラスチック
JP2010030193A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 Toray Ind Inc 繊維強化プラスチックの製造方法
WO2017110616A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 東レ株式会社 基材積層体および繊維強化プラスチックの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5123512B2 (ja) * 2006-06-23 2013-01-23 ユニ・チャーム株式会社 不織布
EP2557223A1 (en) * 2010-03-31 2013-02-13 Kuraray Co., Ltd. Leather-like sheet
WO2013163139A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-31 The Procter & Gamble Company Fibrous structures and methods for making same
WO2016031005A1 (ja) * 2014-08-28 2016-03-03 帝人株式会社 一方向性の連続繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料
JP6907503B2 (ja) * 2015-10-27 2021-07-21 東レ株式会社 クロスプライ積層体および繊維強化プラスチックの製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07308929A (ja) * 1994-05-18 1995-11-28 Hitachi Chem Co Ltd Ｆｒｐ成形品の製造法およびｆｒｐ成形品
JP2004291265A (ja) * 2003-03-25 2004-10-21 Mitsubishi Rayon Co Ltd 繊維強化プラスチック成形品の製造方法および繊維強化プラスチック成形品
JP2008207544A (ja) * 2007-02-02 2008-09-11 Toray Ind Inc 切込プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック、および切込プリプレグ基材の製造方法
JP2010018724A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Toray Ind Inc プリプレグ積層基材および繊維強化プラスチック
JP2010030193A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 Toray Ind Inc 繊維強化プラスチックの製造方法
WO2017110616A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 東レ株式会社 基材積層体および繊維強化プラスチックの製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021187043A1 (ja) * 2020-03-18 2021-09-23 東レ株式会社 積層体およびそれを用いた溶着体
JPWO2021187043A1 (ja) * 2020-03-18 2021-09-23
CN115243880A (zh) * 2020-03-18 2022-10-25 东丽株式会社 层叠体及使用其的熔接体
CN115243880B (zh) * 2020-03-18 2024-02-02 东丽株式会社 层叠体及使用其的熔接体
JP7677143B2 (ja) 2020-03-18 2025-05-15 東レ株式会社 積層体およびそれを用いた溶着体
WO2025182597A1 (ja) * 2024-02-27 2025-09-04 東レ株式会社 積層体およびそれを用いた溶着体

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