JP-2026077928-A - 繊維強化樹脂シート

Abstract

【課題】強化繊維の含有率が高くかつ強化繊維の剥離が起き難い繊維強化樹脂シートを提供する。 【解決手段】繊維強化樹脂シート１は、シート状の熱可塑性樹脂からなる樹脂基材１１と、同一方向に配向された状態で、かつ３０％以上７０％以下の平均体積含有率で樹脂基材１１に含有された強化繊維１０とを備える。繊維強化樹脂シート１を厚み方向に５等分した場合の各範囲を、当該シートの一方の表面から他方の表面にかけて順に第１～第５範囲Ｒ１～Ｒ５と定義したとき、強化繊維１０は、第１範囲Ｒ１、第３範囲Ｒ３、及び第５範囲Ｒ５の体積含有率が、第２範囲Ｒ２及び第４範囲Ｒ４の体積含有率よりも低くなるように、樹脂基材１１に含有されている。 【選択図】図１

Inventors

• 長谷川 敬洋

Assignees

• フクビ化学工業株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20260305

Claims (5)

1. 繊維強化樹脂シートであって、 シート状の熱可塑性樹脂からなる樹脂基材と、 同一方向に配向された状態で、かつ３０％以上７０％以下の平均体積含有率で前記樹脂基材に含有された強化繊維とを備え、 前記繊維強化樹脂シートを厚み方向に５等分した場合の各範囲を、当該シートの一方の表面から他方の表面にかけて順に第１～第５範囲と定義したとき、前記強化繊維は、前記第１範囲、前記第３範囲、及び前記第５範囲の体積含有率が、前記第２範囲及び前記第４範囲の体積含有率よりも低くなるように、前記樹脂基材に含有されており、 前記第１範囲及び前記第５範囲の体積含有率が、前記平均体積含有率に－３０～－１％を加えた値であり、 前記第２範囲及び前記第４範囲の体積含有率が、前記平均体積含有率に＋１～＋２５％を加えた値であり、 前記第３範囲の体積含有率が、前記平均体積含有率に－２０～＋２０％を加えた値である、繊維強化樹脂シート。
2. 請求項１に記載の繊維強化樹脂シートにおいて、 前記第１範囲及び前記第５範囲の体積含有率が、前記第３範囲の体積含有率よりも低い、繊維強化樹脂シート。
3. 請求項１に記載の繊維強化樹脂シートにおいて、 前記第３範囲の体積含有率が、前記第１範囲及び前記第５範囲の体積含有率よりも低い、繊維強化樹脂シート。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂シートにおいて、 ３０μｍ以上９０μｍ以下の厚みを有し、かつ当該繊維強化樹脂シートの断面積に占める空隙の割合であるボイド率が１０％以下である、繊維強化樹脂シート。
5. 請求項１～３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂シートにおいて、 前記基材樹脂は、ローラ対の間に積層状態で挟まれて加圧及び加熱された第１樹脂フィルム、第２樹脂フィルム、及び第３樹脂フィルムが互いに結合したものであり、 前記強化繊維は、前記第１樹脂フィルムと前記第２樹脂フィルムとの間に挟まれて樹脂内に含有された強化繊維と、前記第２樹脂フィルムと前記第３樹脂フィルムとの間に挟まれて樹脂内に含有された強化繊維とを含む、繊維強化樹脂シート。

Description

本発明は、樹脂基材に強化繊維が含有された繊維強化樹脂シートに関する。 繊維強化樹脂シートの一例として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１の繊維強化樹脂シートは、熱可塑性の樹脂フィルムと、当該樹脂フィルムの両面に積層された強化繊維とを備える。強化繊維は、当該繊維強化樹脂シートに対する体積含有率（Ｖｆ）が６０～７５％以上になるように、樹脂フィルムの両面に積層される。 特開２０２２－１０３８１０号公報 本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂シートの構造を示す概略断面図である。上記繊維強化樹脂シートを製造する製造装置を概略的に示す側面図である。繊維束を開繊する様子を模式的に示す断面図である。本発明の実施例及び比較例の特性を示す表である。 ［繊維強化樹脂シートの構造］ 図１は、本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂シート１の構造を示す概略断面図である。本図に示すように、繊維強化樹脂シート１は、シート状の熱可塑性樹脂からなる樹脂基材１１と、当該樹脂基材１１に含有された強化繊維１０とを備える。言い換えると、繊維強化樹脂シート１は、熱可塑性樹脂と強化繊維とを組み合わせた熱可塑性の複合材料である。このため、以下では適宜、繊維強化樹脂シート１のことをＦＲＴＰシート１と略称する。 樹脂基材１１の材質である熱可塑性樹脂、つまりＦＲＴＰシート１のマトリックス樹脂としては、例えば、ポリアミド（特にＰＡ６、ＰＡＭＸＤ６、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ１２）、ポリオレフィン、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、ポリカーボネート、アクリル樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、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、ポリイミド、ポリアリレート、フッ素樹脂、液晶ポリマー、熱可塑性エポキシ樹脂等を用いることができる。あるいは、これらの熱可塑性樹脂を２種類以上混合したポリマーアロイを樹脂基材１１の材質として用いてもよい。また、樹脂基材１１の材質は、それぞれが上記の材質例を含む熱可塑性樹脂であればよく、互いに同一の材質であっても異なる材質であってもよい。 ＦＲＴＰシート１は、図１の紙面に直交する方向を長手方向とし、かつ厚み方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２に一定の寸法を有するシートである。以下では、図１の上方にあたる厚み方向Ｄ１の一方側を「上」、図１の下方にあたる厚み方向Ｄ１の他方側を「下」として扱うが、ＦＲＴＰシート１の使用時の姿勢を限定する趣旨ではない。 ＦＲＴＰシート１の厚みＴ、つまり当該シート１の上面１ａから下面１ｂまでの距離は、３０μｍ以上９０μｍ以下に設定される。好ましい態様において、厚みＴは、３５μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましく、３５μｍ以上７０μｍ以下であることがより好ましい。 強化繊維１０は、同一方向に配向された連続繊維である。強化繊維１０は、いずれも図１の紙面に直交する方向、つまりＦＲＴＰシート１の長手方向に延びるように配置されている。すなわち、強化繊維１０は、ＦＲＴＰシート１の長手方向に引き揃えられた状態で樹脂基材１１に含有されている。 強化繊維１０は、樹脂基材１１の内部に広く分散して配置されている。詳細は後述するが、強化繊維１０の分布は、厚み方向Ｄ１に沿って繊維の疎密が生じるような不均一さを有している。 強化繊維１０としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、ＰＢＯ繊維（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維）等を用いることができる。中でも炭素繊維は、成形品の強度および耐食性等を向上させる上で有利である。炭素繊維としては、強度が特に高いＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系の炭素繊維を用いることが好ましい。強化繊維１０として炭素繊維を用いる場合、その繊維径は、５μｍ以上１２μｍ以下に設定することが好ましい。 ＦＲＴＰシート１内で強化繊維１０が占める体積の割合、つまり強化繊維１０の体積をＦＲＴＰシート１の全体の体積で割った値を、平均体積含有率Ｖｆａとする。平均体積含有率Ｖｆａは、３０％以上７０％以下に設定される。好ましい態様において、強化繊維１０の平均体積含有率Ｖｆａは、３０％以上６５％以下であることが好ましく、３０％以上６０％以下であることがより好ましい。 ＦＲＴＰシート１は、その断面に占める空隙の面積の比率であるボイド率が比較的小さい。具体的に、ＦＲＴＰシート１のボイド率は、１０％以下に設定される。好ましい態様において、ボイド率は、５％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。 ［強化繊維の分布］ 図１に示すように、ＦＲＴＰシート１を厚み方向Ｄ１に５等分した場合の各範囲を、上から順に第１～第５範囲Ｒ１～Ｒ５と定義する。第１範囲Ｒ１は、ＦＲＴＰシート１の上面１ａを含む範囲である。第５範囲Ｒ５は、ＦＲＴＰシート１の下面１ｂを含む範囲である。第２範囲Ｒ２は、第１範囲Ｒ１の下側に隣接する範囲である。第４範囲Ｒ４は、第５範囲Ｒ５の上側に隣接する範囲である。第３範囲Ｒ３は、第２範囲Ｒ２と第４範囲Ｒ４との間に位置しかつＦＲＴＰシート１の厚み方向Ｄ１の中心を含む範囲である。第１～第５範囲Ｒ１～Ｒ５の厚みは、いずれもＦＲＴＰシート１の厚みＴを５で割った値、つまりＴ／５である。強化繊維１０は、これら第１～第５範囲Ｒ１～Ｒ５での強化繊維１０の体積含有率の間に特定の大小関係が成立するように、樹脂基材１１に含有されている。 具体的に、第１範囲Ｒ１に含まれる強化繊維１０の体積含有率を第１含有率Ｖｆ１とし、第２範囲Ｒ２に含まれる強化繊維１０の体積含有率を第２含有率Ｖｆ２とし、第３範囲Ｒ３に含まれる強化繊維１０の体積含有率を第３含有率Ｖｆ３とし、第４範囲Ｒ４に含まれる強化繊維１０の体積含有率を第４含有率Ｖｆ４とし、第５範囲Ｒ５に含まれる強化繊維１０の体積含有率を第５含有率Ｖｆ５とする。この場合、第３含有率Ｖｆ３は、第２含有率Ｖｆ２及び第４含有率Ｖｆ４のいずれよりも小さい。また、第１含有率Ｖｆ１及び第５含有率Ｖｆ５は、いずれも第３含有率Ｖｆ３よりも小さい。一方、第１含有率Ｖｆ１及び第５含有率は概ね等しく、第２含有率Ｖｆ２及び第４含有率Ｖｆ４は概ね等しい。すなわち、第１～第５含有率Ｖｆ１～Ｖｆ５の間には、下式（１）のような大小関係が成立する。 ［数１］ Ｖｆ２≒Ｖｆ４＞Ｖｆ３＞Ｖｆ１≒Ｖｆ５ ‥‥（１） このように、本実施形態では、ＦＲＴＰシート１の表面（上下面１ａ，１ｂ）を含む第１範囲Ｒ１及び第５範囲Ｒ５での強化繊維１０の体積含有率（Ｖｆ１，Ｖｆ５）が最も低く、表面から１層分離れた第２範囲Ｒ２及び第４範囲Ｒ４での強化繊維１０の体積含有率（Ｖｆ２，Ｖｆ４）が最も高く、中央の第３範囲Ｒ３での強化繊維１０の体積含有率（Ｖｆ３）が中間的な値になるように、強化繊維１０が樹脂基材１１に不均一に含有されている。 第１範囲Ｒ１及び第５範囲Ｒ５での強化繊維１０の体積含有率、つまり第１含有率Ｖｆ１及び第５含有率Ｖｆ５は、ＦＲＴＰシート１の平均体積含有率Ｖｆａとの差が－３０％以上－１％以下になるように設定される。この差（－３０～－１％）は、第１含有率Ｖｆ１（第５含有率Ｖｆ５）が平均体積含有率Ｖｆａよりも大きい場合の差をプラスとしたときの差であって、第１含有率Ｖｆ１（第５含有率Ｖｆ５）から平均体積含有率Ｖｆａを差し引いた値のことである。言い換えると、第１含有率Ｖｆ１及び第５含有率Ｖｆ５は、平均体積含有率Ｖｆａに－３０～－１％を加えた値に設定される。好ましい態様において、第１含有率Ｖｆ１（第５含有率Ｖｆ５）と平均体積含有率Ｖｆａとの差は、－２５％以上－３％以下であることが好ましく、－２０％以上－５％以下であることがより好ましい。 第２範囲Ｒ２及び第４範囲Ｒ４での強化繊維１０の体積含有率、つまり第２含有率Ｖｆ２及び第４含有率Ｖｆ４は、ＦＲＴＰシート１の平均体積含有率Ｖｆａとの差が＋１％以上＋２５％以下になるように設定される。この差（＋１～＋２５％）は、第２含有率Ｖｆ２（第４含有率Ｖｆ４）が平均体積含有率Ｖｆａよりも大きい場合の差をプラスとしたときの差であって、第２含有率Ｖｆ２（第４含有率Ｖｆ４）から平均体積含有率Ｖｆａを差し引いた値のことである。言い換えると、第２含有率Ｖｆ２及び第４含有率Ｖｆ４は、平均体積含有率Ｖｆａに＋１～＋２５％を加えた値に設定される。好ましい態様において、第２含有率Ｖｆ２（第４含有率Ｖｆ４）と平均体積含有率Ｖｆａとの差は、＋３％以上＋２０％以下であることが好ましく、＋５％以上＋１５％以下であることがより好ましい。 第３範囲Ｒ３での強化繊維１０の体積含有率、つまり第３含有率Ｖｆ３は、ＦＲＴＰシート１の平均体積含有率Ｖｆａとの差が－２０％以上＋２０％以下になるように設定される。この差（－２０～＋２０％）は、第３含有率Ｖｆ３が平均体積含有率Ｖｆａよりも大きい場合の差をプラスとしたときの差であって、第３含有率Ｖｆ３から平均体積含有率Ｖｆａを差し引いた値のことである。言い換えると、第３含有率Ｖｆ３は、平均体積含有率Ｖｆａに－２０～＋２０％を加えた値に設定される。好ましい態様において、第３含有率Ｖｆ３と平均体積含有率Ｖｆａとの差は、－１５％以上＋１５％以下であることが好ましく、－１０％以上＋１０％以下であることがより好ましい。 上述した第１～第５含有率Ｖｆ１～Ｖｆ５及び平均体積含有率Ｖｆａの各数値範囲は、以下の表１のとおりまとめることができる。 ［製造方法］ 以上のような構造のＦＲＴＰシート１は、次のような方法によって製造することができる。図２は、ＦＲＴＰシート１を製造する製造装置２０を概略的に示す側面図である。本図に示される製造装置２０は、フィルムローラ２１と、繊維ローラ２２と、一対の加熱ローラ２５と、一対の冷却ローラ２６とを備える。 フィルムローラ２１は、第１樹脂フィルム３１を送り出す第１フィルム送出ローラ２１Ａと、第２樹脂フィルム３２を送り出す第２フィルム送出ローラ２１Ｂと、第３樹脂フィルム３３を送り出す第３フィルム送出ローラ２１Ｃとを含む。第１～第３樹脂フィルム３１～３３は、上述した樹脂基材１１（図１）の原形となるテープ状の樹脂フィルムであり、樹脂基材１１の材質に対応する適宜の熱可塑性樹脂から構成されている。第１～第３樹脂フィルム３１～３３の材質は、同一の熱可塑性樹脂であってもよいし、互いに異なる熱可塑性樹脂であってもよい。 第１～第３樹脂フィルム３１～３３の厚みは、それぞれ３μｍ以上３５μｍ以下に設定される。好ましい態様において、各樹脂フィルム３１～３３の厚みは、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。各樹脂フィルム３１～３３の厚みは、互いに同一でも異なっていてもよい。厚みを異ならせる場合、一例として、第１、第３樹脂フィルム３１，３３の各厚みを、第２樹脂フィルム３２の厚みよりも小さくすることが考えられる。この場合、第１、第３樹脂フィルム３１，３３の各厚みは、第２樹脂フィルム３２の厚みの４５％を超える値に設定することが好ましい。 繊維ローラ２２は、第１強化繊維４１を送り出す第１繊維送出ローラ２２Ａと、第２強化繊維４２を送り出す第２繊維送出ローラ２２Ｂとを含む。第１強化繊維４１及び第２強化繊維４２は、その送出方向（換言すれば各樹脂フィルム３１～３３の長手方向）に沿って延びる連続した繊維であり、製造過程で上記各樹脂フィルム３１～３３に含有されて上述した強化繊維１０（図１）を構成する。 第１繊維送出ローラ２２Ａ及び第２繊維送出ローラ２２Ｂの各下流側には、それぞれ開繊機２３，２４が配置されている。開繊機２３（２４）は、対応する繊維送出ローラ２２Ａ（２２Ｂ）から受け入れた開繊前の繊維束ＦＢを開繊すること