JPH04257408A

JPH04257408A - 熱可塑性樹脂成形体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04257408A
Application number: JP3040941A
Authority: JP
Inventors: Masaru Iguchi; 勝井口; Hiromasa Shigeta; 浩正茂田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-09-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は靱性を向上した熱可塑性
樹脂成形体及びその製造方法に関する。【０００２】【従来の技術】現在、様々な分野で種々の樹脂からなる
部材が広く用いられているが、最近では、従来金属等で
形成されていた部材に代わって、樹脂製品が用いられる
ようになってきた。また、樹脂のみを成形してなるもの
に限らず、各種樹脂と、炭素繊維等の強化繊維とを組み
合わせてなる複合成形体も広く利用されている。このよ
うな複合成形体は軽量、高強度等優れた特性を有するの
で、従来の樹脂製品では構造的、強度的に不適であった
分野に積極的に用いられている。【０００３】上述したような複合成形体を含む樹脂成形
体において、熱可塑性樹脂を用いたものは、成形加工が
容易である等の理由により幅広く利用されているが、熱
可塑性樹脂のなかでも、ポリエーテルエーテルケトン（
以下ＰＥＥＫと呼ぶ）、ナイロンに代表されるポリアミ
ド等の樹脂は、高強度、高伸度、高い損傷許容性等の特
性を有するので、これらの樹脂を用いた成形体は、強度
、靱性を必要とする機械部品や構造材料等に利用されつ
つある。【０００４】【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＰ
ＥＥＫ等の樹脂製品、またはそれらの樹脂と強化繊維と
からなる複合体は、良好な機械的強度を有するにもかか
わらず、耐衝撃性等の点に更なる向上が必要であるとい
うことがわかった。特に、このような熱可塑性樹脂成形
体を自動車部品や構造材として用いる場合には、特に靱
性を向上させる必要がある。【０００５】したがって本発明の目的は、強化繊維を有
する熱可塑性樹脂複合体を含む熱可塑性樹脂成形体にお
いて、靱性を向上したものを提供することである。また
、本発明のもう１つの目的は、かかる熱可塑性樹脂成形
体の製造方法を提供することである。【０００６】【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく鋭
意研究の結果、本発明者は、成形体内の熱可塑性樹脂の
結晶化度をある水準以下に抑えると、その成形体の衝撃
後圧縮強度、層間エネルギー解放率等が格段に向上し、
もって靱性に優れた成形体とすることができることを発
見し、本発明を完成した。【０００７】すなわち、本発明の熱可塑性樹脂成形体は
、含有する熱可塑性樹脂の結晶化度を、その樹脂の最大
結晶化度の７５％以下とすることにより、靱性を向上し
たことを特徴とする。【０００８】また、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造
方法は、含有する熱可塑性樹脂を加熱溶融し、加圧条件
下で、初期冷却速度が１００℃／分以上となる急冷を行
うことにより、前記熱可塑性樹脂の結晶化度をその樹脂
の最大結晶化度の７５％以下とすることを特徴とする。【０００９】【実施例】本発明を以下詳細に説明する。【００１０】始めに、本発明に用いる材料について説明
する。本発明に用いることができる熱可塑性樹脂として
は、ＰＥＥＫ、ナイロン等のポリアミド、ポリエチレン
テレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリ
エステル、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルケトン等の結晶性熱可塑性樹脂が挙げ
られる。【００１１】本発明の成形体（及び本発明の方法により
製造される成形体）は、上述した熱可塑性樹脂のみから
なる成形体だけではなく、これらの樹脂と強化繊維とか
らなる複合体をも含む。繊維強化複合体とする場合、強
化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維等
、通常の複合体に用いる補強用の長繊維を用いることが
できる。なお、上述した熱可塑性樹脂のうち、ＰＥＥＫ
及びポリエーテルケトン以外のものをマトリックス相と
した繊維強化複合体とする場合には、上述の強化繊維の
他に、アラミド繊維を用いることもできる。なお、強化
繊維の径は、３〜２００μｍ程度であるのがよい。【００１２】上述した熱可塑性樹脂と強化繊維とからな
る複合体を製造するのに用いる素材としては、熱可塑性
樹脂からなる繊維と強化繊維とを、平織、朱子織、綾織
等に織成してなる織布がある。また、熱可塑性樹脂から
なるフィルムと強化繊維とを組み合わせて用いてもよい
。さらに、上述した熱可塑性樹脂繊維と強化繊維とから
なる織布と、熱可塑性樹脂フィルム又は熱可塑性樹脂粉
末とを併用してもよい。【００１３】次に、熱可塑性樹脂と強化繊維とからなる
複合体の製造を例にとり、本発明の方法を添付図面を参
照して説明するが、本発明はこれに限定されない。【００１４】まず、図１の（ａ）　に示すように、熱可
塑性樹脂と強化繊維とからなる素材を積層する。本実施
例では、熱可塑性樹脂繊維４と強化繊維２とが平織りさ
れてなる織布６を素材として用いており、積層方法は擬
似等方とした。【００１５】次に、上記（ａ）　で得られた積層体８を
加圧しながら加熱する（工程（ｂ）　）。この加圧加熱
はオートクレーブ（図示せず）を用いて行うことができ
る。【００１６】工程（ｂ）　における積層体８への加圧圧
力は、用いる熱可塑性樹脂によって多少異なるが、ＰＥ
ＥＫを用いる場合には、６〜２０ｋｇ／ｃｍ２　とする
のがよい。また、加熱は、熱可塑性樹脂が溶融して、強
化繊維に含浸するに十分な温度である必要がある。ＰＥ
ＥＫを用いる場合、加熱温度を３６０〜４００℃とする
のがよい。このような条件で積層体を加圧加熱して、所
望の形状の成形体を製造する。【００１７】工程（ｂ）　における加熱により、積層さ
れた各素材中の熱可塑性樹脂が溶融し、強化繊維間に熱
可塑性樹脂が含浸するとともに一体化する。【００１８】本発明では、上記の工程（ｂ）　の終了時
の、まだ成形体内の熱可塑性樹脂が溶融状態にある時点
で、これを急冷して、その成形体内の熱可塑性樹脂の結
晶化度を低く制御する方法を採用してもよいが、実際に
工程（ｂ）で用いるオートクレーブ内で急冷することは
難しく、成形体をオートクレーブから一旦取り出し、そ
の後これを電気炉等で再度加熱して成形体内の熱可塑性
樹脂を溶融し、温度調節した金型等により冷間プレスし
、急冷するのが実際的である。したがって、以下におい
ては、この後者の方法にそって説明する。【００１９】次に、工程（ｂ）　で得られた成形体８ａ
を電気炉１８等に入れて、成形体内の熱可塑性樹脂が溶
融する温度に加熱保持する（工程（ｃ）　）。このとき
、成形体８ａの周囲にフレーム１４を配置し、ポリイミ
ド等の耐熱性樹脂フィルムからなるバッグ１２に入れ、
バッグ内の空気を真空ポンプで引きながら加熱するのが
よい。このようにすると、成形体の形の崩れを防止する
ことができる。【００２０】この加熱温度は、熱可塑性樹脂の融点より
１０〜６０℃程度高い温度とするのがよい。熱可塑性樹
脂としてＰＥＥＫを用いる場合には、３６０〜４００℃
、好ましくは４００℃程度とする。また、この温度に保
持する時間は成形体内の熱可塑性樹脂が内部まで溶融す
る程度とするが、具体的には１０〜３０分程度であれば
よい。【００２１】工程（ｃ）　で成形体内の熱可塑性樹脂が
溶融したならば、次に、工程（ｄ）　として、成形体を
加圧しながら急冷する。この操作は、水、油等の冷却媒
体を内部に通すアルミブロック１６等を用いた金型によ
り行うことができる。加圧圧力は１０〜３０ｋｇ／ｃｍ
２　程度とするのがよい。【００２２】工程（ｄ）　における急冷により、最終的
に得られる成形体内部の熱可塑性樹脂の結晶化度を、そ
の樹脂の最大結晶化度の７５％以下とする。これを達成
するためには、この工程（ｄ）　における急冷の初期冷
却速度をある一定値以上としなければならない。用いる
熱可塑性樹脂、及び成形体の形状により多少の違いがあ
るが、本発明者の研究によれば、この初期冷却速度は１
００℃／分以上でなければならない。初期冷却速度が１
００℃／分未満であると、得られる成形体の結晶化度が
大きくなりすぎ、靱性に劣るようになる。【００２３】本発明において、初期冷却速度は、成形体
内で最も冷却速度の遅い部分での冷却開始時の冷却速度
を指す。これは通常、成形体の内部の中心部付近での初
期冷却速度となる。また、熱可塑性樹脂の結晶化度の値
は、成形体の中心部付近での値である。中心部は冷却速
度が最も遅くなるので、その部分の結晶化度は一般に高
くなる。したがって、本発明における結晶化度は、その
成形体中最も結晶化されている部分での結晶化度となる
。【００２４】なお、本発明における熱可塑性樹脂の結晶
化度は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）により求めたもので
ある。【００２５】特にＰＥＥＫを用いた場合には、初期冷却
速度を１３０℃／分以上とする。これにより最終成形体
の結晶化度を３４％以下とすることができ、靱性に良好
な成形体となる。好ましくはＰＥＥＫ樹脂の結晶化度を
２６〜３４％とする。【００２６】以上、図１を参照して本発明の熱可塑性樹
脂成形体の製造方法を説明したが、本発明はこれに限定
されず、種々の変更を施すことができる。たとえば、含
有する熱可塑性樹脂が溶融状態にある成形体を金型で急
冷する際に、冷却工程を２段階にわけてもよい。このよ
うにして冷却速度を適宜調節し、得られる成形体内の樹
脂の特性を所望のものとすることができる。【００２７】なお、成形体の冷却工程において、樹脂の
ガラス転移温度以下の領域では放冷としてよい。【００２８】本発明を以下の具体的実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例１炭素繊維とＰＥＥＫ繊維との平織物（炭素繊維の平均径
は７μｍであり、ＰＥＥＫ繊維の平均径が３０μｍ）を
４０枚積層した。この積層体をポリイミドフィルムから
なるバッグに収容し、これをオートクレーブ内に入れ、
４００℃、１４Ｋｇ／ｃｍ２　で加圧加熱し、成形体を
得た。【００２９】得られた成形体をポリイミドフィルムのバ
ッグに入れたまま、図１の（ｃ）　に示すように真空引
きしながら４００℃に保った電気炉内に１０分間放置し
、成形体内のＰＥＥＫを溶融した。【００３０】続いて、このバッグを電気炉から取り出し
、３０℃に水冷されたアルミブロックを用いて１４ｋｇ
／ｃｍ２　の加圧条件下で冷間プレスした。なお、この
冷間プレスにおける成形体の冷却速度を熱電対により測
定した。【００３１】得られた成形体について、ＰＥＥＫ樹脂の
結晶化度をＤＳＣにより測定した。なお、ここに示す結
晶化度は成形体の厚さ方向に平均したものである。その
結果を表１に示す。【００３２】また、各複合体を１００ｍｍ×１００ｍｍ
の大きさに切断した試験片に対し、ＮＡＳＡの方法に準
拠して衝撃後圧縮特性（ＣＡＩ強度、ＣＡＩ破断歪）を
測定した。すなわち、各試験片の面上に２６．７Ｊのエ
ネルギーを鋼球の落錘衝撃により加え、その後、試験片
を立て、長さ（幅）方向に圧縮し、試験片が破壊される
時の強度、及び歪を測定した。ＣＡＩ強度及びＣＡＩ破
断歪みの測定結果を表２に示す。【００３３】実施例２実施例１と同様にして積層体を製作した。得られた積層
体を実施例１と同様にオートクレーブにより加圧加熱し
てＰＥＥＫ樹脂を溶融一体化してなる成形体を製造した
。【００３４】次に、実施例１と同様にして、成形体を４
００℃に保った電気炉内に１０分間放置し、成形体内の
ＰＥＥＫを溶融した。【００３５】続いて、このバッグを電気炉から取り出し
、ヒータにより１６０℃に温度を保ったアルミブロック
で１４ｋｇ／ｃｍ２　の圧力をかけ、１０分間保持した
。その後、このヒータへの通電をやめるとともに、冷却
水を通し、アルミブロックを３０℃まで冷却した。【００３６】得られた成形体の結晶化度を実施例１と同
様に測定した。結果を表１に合わせて示す。【００３７】また、実施例１と同様にして、成形体のＣ
ＡＩ強度及びＣＡＩ破断歪みを測定した。測定結果を表
２に示す。【００３８】比較例１実施例１と同様にして積層体を製作した。得られた積層
体を実施例１と同様にオートクレーブにより加圧加熱し
てＰＥＥＫ樹脂を溶融一体化してなる成形体を製造した
。なお、この成形体はオートクレーブ内で放冷した。この時の初期冷却速度は１０℃／分であった。【００３９】得られた成形体について、実施例１と同様
にして結晶化度、ＣＡＩ強度及びＣＡＩ破断歪を測定し
た。結果を表１及び表２に合わせて示す。【００４０】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　表１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　初期冷却速
度　　　　　　結晶化度　　　　　　　　　　例Ｎｏ．
　　　　　　冷却条件　　　　　　　　　　（℃／分）
　　　　　　　　（％）　　　　　　実施例１　　４０
０　℃から３０℃ま　　　　　　−１９０　　　　　　
　　　　　　２９　　　　　　　　　　　　　　で急冷　　　　実施例２　　４００　℃から１６０　℃　　　
　　　−１３０　　　　　　　　　　　　３３　　　　
　　　　　　　　　　に急冷後さらに　　　　　　　　
　　　　　　３０℃まで放冷　　　　比較例１　　オー
トクレーブ内　　　　　　　　−１０　　　　　　　　
　　　　３８　　　　　　　　　　　　　　で放冷【００４１】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　表２　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ＣＡＩ強度　　　　　　　　ＣＡＩ破断歪
　　　　　　　　　　　　　　例Ｎｏ．　　　　（ｋｇ
／ｍｍ２　）　　　　　　　　（μｓ）　　　　　　　
　　　　　　　実施例１　　　　　　３５．０　　　　
　　　　　　７８００　　　　　　　　　　　　実施例
２　　　　　　３４．０　　　　　　　　　　７３００
　　　　　　　　　　　　比較例１　　　　　　２８．
６　　　　　　　　　　５８００【００４２】実施例３、４成形体の初期冷却速度をそれぞれ表３に示す通りとした
以外、実施例１と同様の方法で、成形体を作製した。積
層構成は０°方向に２４プライ積層した。得られた成形
体について、層間エネルギー解放率（Ｇ１ｃ）をＮＡＳ
Ａの方法に準拠した方法で測定した。結果を表３に示す
。また、各成形体の結晶化度（ここでの結晶化度は、亀裂
の進展が生じる厚み方向の中央部で測定したもの）を実
施例１と同様の方法で測定した。結果を表３に合わせて
示す。【００４３】比較例２比較例１の成形体について、実施例３と同様にして層間
エネルギー解放率（Ｇ１ｃ）を測定した。結果を表３に
合わせて示す。【００４４】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　表３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　初期冷却速度　　　　結晶化度　
　　　　　　　Ｇ１ｃ　　　　　　例Ｎｏ．　　　　　
　冷却条件　　　　　　　　（℃／分）　　　　　　（
％）　　　　　　（Ｊ／ｍ２　）実施例３　　４００　
℃から３０℃　　　　　　−４３５　　　　　　　　　
　３１　　　　　　　　３２４０　　　　　　　　　　
　　に急冷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　実施例４　　４００　℃から１６０
　　　　　　　−２７２　　　　　　　　　　３４　　
　　　　　　２４６０　　　　　　　　　　　　℃に急
冷後さら　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　に３０℃まで放冷　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　比較例２　　オートクレ
ーブ　　　　　　　　−１０　　　　　　　　　　３８
　　　　　　　　１６００　　　　　　　　　　　　内
で放冷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　【００４５】以上からわかるように、本実施例の成形体
は、ＣＡＩ強度、Ｇ１ｃともに大きくなっており、これ
により靱性を向上していることがわかる。【００４６】【発明の効果】本発明の熱可塑性樹脂成形体は、含有す
る熱可塑性樹脂の結晶化度を低く抑えているので、良好
な靱性を有する。【００４７】また、本発明の方法では、含有する熱可塑
性樹脂が溶融した状態から所定の初期冷却速度をもって
急冷するので、確実に熱可塑性樹脂の結晶化度を一定値
以下に抑えることができる。【００４８】このような本発明の熱可塑性樹脂成形体は
、自動車部品を始めとする各種機械部品、構造用部材等
に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法における工程を概略的に示す説明
図である。

【符号の説明】

２　　強化繊維４　　熱可塑性樹脂繊維６　　複合体形成用素材８　　積層体８ａ　　成形体１２　　ポリイミド製バッグ１４　　フレーム１６　　アルミブロック１８　　電気炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　含有する熱可塑性樹脂の結晶化度を、
その樹脂の最大結晶化度の７５％以下とすることにより
、靱性を向上したことを特徴とする熱可塑性樹脂成形体
。
【請求項２】　　請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体
において、前記成形体が強化繊維と熱可塑性樹脂とから
なる複合体であることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体
。
【請求項３】　　請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂
成形体において、前記熱可塑性樹脂がポリエーテルエー
テルケトンであり、前記ポリエーテルエーテルケトンの
結晶化度が３４％以下であることを特徴とする熱可塑性
樹脂成形体。
【請求項４】　　靱性を向上した熱可塑性樹脂成形体の
製造方法であって、含有する熱可塑性樹脂が溶融する温
度から、加圧条件下で、初期冷却速度が１００℃／分以
上の急冷を行うことにより、前記熱可塑性樹脂の結晶化
度をその樹脂の最大結晶化度の７５％以下とすることを
特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】　　請求項４に記載の方法において、前記
熱可塑性樹脂がポリエーテルエーテルケトンであり、前
記初期冷却速度を１３０℃／分以上とし、前記ポリエー
テルエーテルケトンの結晶化度を３４％以下とすること
を特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。