図面 (/)

技術 繊維強化樹脂材の製造方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 稲生隆嗣
出願日 2013年11月13日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2013-235234
公開日 2015年5月18日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2015-093959
状態 特許登録済
技術分野 強化プラスチック材料 型の被覆による成形、強化プラスチック成形
主要キーワード 繊維強化樹脂材 シーラントテープ 建設産業 樹脂塊 重合助触媒 高強度ポリエチレン繊維 FRP イソシアヌレート誘導体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年5月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

ε−カプロラクタム重合反応阻害を抑制することにより、安定した機械強度を有した繊維強化樹脂材を安価に製造する方法を提供する。

解決手段

ε−カプロラクタムと、該ε−カプロラクタムを重合反応させるための触媒および助触媒とを用いて、強化繊維内に含浸したε−カプロラクタムを重合反応させることにより繊維強化樹脂材を製造する方法である。触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6とを、混合した混合粉末を、強化繊維7と共に、フィルム1,2内に密閉する工程と、フィルム1,2内に密閉された混合粉末を重合反応が開始する温度未満に加熱することにより溶融し、溶融したε−カプロラクタムを強化繊維7に含浸する工程と、強化繊維7に含浸したε−カプロラクタムを重合反応が開始する温度以上に加熱することにより重合反応させる工程と、を少なくとも含む。

概要

背景

樹脂強化用繊維材混入されてなる繊維強化樹脂材繊維強化プラスチックFRP))は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業建設産業、航空産業等、広い産業分野で使用されている。

たとえば、繊維強化樹脂材を製造する方法の一例として、ε−カプロラクタムにこれを重合させる触媒を含む第1の溶融液と、ε−カプロラクタムにこれを重合させる助触媒を含む第2の溶融液とを混合し、この混合した溶融液(ε−カプロラクタム)を、成形型内に射出して、ε−カプロラクタムを強化繊維含浸し、その後、さらに加熱してε−カプロラクタムを重合反応させる繊維強化樹脂材を製造する方法が提案されている(特許文献1参照)。

概要

ε−カプロラクタムの重合反応の阻害を抑制することにより、安定した機械強度を有した繊維強化樹脂材を安価に製造する方法を提供する。ε−カプロラクタムと、該ε−カプロラクタムを重合反応させるための触媒および助触媒とを用いて、強化繊維内に含浸したε−カプロラクタムを重合反応させることにより繊維強化樹脂材を製造する方法である。触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6とを、混合した混合粉末を、強化繊維7と共に、フィルム1,2内に密閉する工程と、フィルム1,2内に密閉された混合粉末を重合反応が開始する温度未満に加熱することにより溶融し、溶融したε−カプロラクタムを強化繊維7に含浸する工程と、強化繊維7に含浸したε−カプロラクタムを重合反応が開始する温度以上に加熱することにより重合反応させる工程と、を少なくとも含む。

目的

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

ε−カプロラクタムと、該ε−カプロラクタムを重合反応させるための触媒および助触媒とを用いて、強化繊維内に含浸したε−カプロラクタムを重合反応させることにより繊維強化樹脂材を製造する方法であって、前記触媒を含有するε−カプロラクタム粉末と、前記助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末とを、混合した混合粉末を、前記強化繊維と共に、フィルム内に密閉する工程と、該フィルム内に密閉された混合粉末を重合反応が開始する温度未満に加熱することにより溶融し、溶融したε−カプロラクタムを前記強化繊維に含浸する工程と、該強化繊維に含浸したε−カプロラクタムを重合反応が開始する温度以上に加熱することにより重合反応させる工程と、を少なくとも含む繊維強化樹脂材の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、ε−カプロラクタムと、この重合させる触媒および重合助触媒とを用いて繊維強化樹脂材を好適に製造する繊維強化樹脂材の製造方法に関する。

背景技術

0002

樹脂強化用繊維材混入されてなる繊維強化樹脂材(繊維強化プラスチックFRP))は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業建設産業、航空産業等、広い産業分野で使用されている。

0003

たとえば、繊維強化樹脂材を製造する方法の一例として、ε−カプロラクタムにこれを重合させる触媒を含む第1の溶融液と、ε−カプロラクタムにこれを重合させる助触媒を含む第2の溶融液とを混合し、この混合した溶融液(ε−カプロラクタム)を、成形型内に射出して、ε−カプロラクタムを強化繊維含浸し、その後、さらに加熱してε−カプロラクタムを重合反応させる繊維強化樹脂材を製造する方法が提案されている(特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2009−263406号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、特許文献1に示す方法で繊維強化樹脂材を製造する際には、例えば図4に示すような製造装置を用いることが一般的である。具体的には、まず、上述した第1の溶融液と第2の溶融液をそれぞれタンク91、92で作製し、それぞれ計量ポンプ93、94に供給する。供給した第1および第2の溶融液を、計量ポンプ93、94で計量し、それぞれ所定の割合でミキシングヘッド95において混合する。混合した溶融液(溶融樹脂)は、ミキシングヘッド95から、強化繊維7が配置された成形型98内に射出され、成形型98内の強化繊維7に溶融樹脂が含浸され、含浸された溶融樹脂(溶融樹脂)は、さらに加熱されて重合反応によりナイロン6となる。

0006

ここで、重合反応の際に、溶融樹脂に水分が混入していると、ε−カプロラクタムの重合反応が阻害されことがある。この重合反応が阻害されることにより、繊維強化樹脂材の強度低下を招くおそれがある。したがって、重合反応をさせる前の溶融樹脂に水分が混入しないよう水分を排除する装置や、溶融樹脂が通過する経路を加熱する設備などを設ける場合があり、製造コストが増加することがある。

0007

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ε−カプロラクタムの重合反応の阻害を抑制することにより、安定した機械強度を有した繊維強化樹脂材を安価に製造する方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

前記課題を鑑みて、本発明に係る繊維強化樹脂材の製造方法は、ε−カプロラクタムと、該ε−カプロラクタムを重合反応させるための触媒および助触媒とを用いて、強化繊維内に含浸したε−カプロラクタムを重合反応させることにより繊維強化樹脂材を製造する方法であって、前記触媒を含有するε−カプロラクタム粉末と、前記助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末とを、混合した混合粉末を、前記強化繊維と共に、フィルム内に密閉する工程と、該フィルム内に密閉された混合粉末を重合反応が開始する温度未満に加熱することにより溶融し、溶融したε−カプロラクタムを前記強化繊維に含浸する工程と、該強化繊維に含浸したε−カプロラクタムを重合反応が開始する温度以上に加熱することにより重合反応させる工程と、を少なくとも含む。

0009

本発明によれば、触媒を含有するε−カプロラクタム粉末と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末とを、強化繊維と共にフィルム内の密閉空間で溶融するので、重合反応前にε−カプロラクタムに水分が混入され難い。このような結果、水分混入によるε−カプロラクタムの重合反応の阻害を抑制し、安定した機械強度を有した繊維強化樹脂材を安価に得ることができる。さらに、このような製造方法を行うことにより、成形型内のみでε−カプロラクタムを溶融することができる。

発明の効果

0010

本発明によれば、ε−カプロラクタムの重合反応の阻害を抑制することにより、安定した機械強度を有した繊維強化樹脂材を製造することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の第1実施形態に係る繊維強化樹脂材の製造方法を説明するための図である。
図1に示す繊維強化樹脂材の製造方法の変形例を示した図。
本発明の第2実施形態に係る繊維強化樹脂材の製造方法を説明するための図であり、(a)は、ε−カプロラクタムを成形型内で溶融した状態を示した図であり、(b)は、溶融したε−カプロラクタムを強化繊維に含浸する工程を示した図である。
従来の繊維強化樹脂材の製造方法を示した図である。

0012

以下に、図面を参照して、本発明に係る繊維強化樹脂材の製造方法を2つの実施形態に基づいて説明する。

0013

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る繊維強化樹脂材の製造方法を説明するための図である。本実施形態に係る繊維強化樹脂材は、強化繊維に熱可塑性樹脂マトリクス樹脂として含浸させたものである。熱可塑性樹脂は、モノマーであるε−カプロラクタムを、触媒および助触媒を用いて重合反応させたナイロン6である。

0014

まず、本実施形態では、触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6を準備する。触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5は、モノマーであるε−カプロラクタムを100℃(重合反応が開始する温度160℃未満の温度)で加熱し、液体状になった無水のε−カプロラクタムにそれぞれ触媒を添加し、その後常温まで冷却後、冷却した樹脂塊粉砕することにより、得ることができる。

0015

同様に、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6も、モノマーであるε−カプロラクタムを100℃(重合反応が開始する温度未満の温度)で加熱し、液体状になった無水のε−カプロラクタムにそれぞれ助触媒(活性剤)を添加し、その後常温まで冷却後、冷却した樹脂塊を粉砕することにより得ることができる。

0016

ここで、触媒および助触媒は、ε−カプロラクタムを重合反応させるための触媒および助触媒である。触媒としては、たとえば、アルカリ金属アルカリ土類金属、これらの金属の水素化物酸化物水酸化物炭酸塩カルボン酸塩アルキル化物アルコキシド、及び、グリニャール化合物からなる群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。一方、助触媒としては、イソシアネートアシラクタムカルバミドラクタム、イソシアヌレート誘導体、酸ハライド尿素誘導体等を挙げることができる。

0017

得られた、触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6とを混合する。窒素ガスなど不活性ガス雰囲気下で、混合粉末(粉末5,6を混合した粉末)を強化繊維7と共に、一対のフィルム1,2に挟み込んで、その周りシール材4で封止する(図1参照)。これにより、混合樹脂を強化繊維7と共に、フィルム1、2内に密閉することができる。このような作業は、図1に示す上型8および下型9からなる成形型が型開きした状態で、フィルム1、強化繊維7、混合樹脂、およびフィルム2の順に配置することで行ってもよく、予め成形型外で混合粉末および強化繊維7を密封したものを成形型内に配置してもよい。

0018

このような状態で、下型9を介して混合粉末を重合反応が開始する温度未満(たとえば100℃)に加熱し溶融し、ε−カプロラクタムからなる溶融樹脂を、強化繊維7に含浸する。次に、上型8と下型9とで型締めし、重合反応が開始する温度以上(たとえば160℃)に加熱してその内部を圧縮し、溶融樹脂を強化繊維7に含浸させながら、ε−カプロラクタムを重合反応させる。これにより、強化樹脂7にナイロン6が含浸した繊維強化樹脂材を得ることができる。

0019

本実施形態によれば、触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6とを、強化繊維7と共にフィルム1、2内の密閉空間で溶融するので、重合反応前にε−カプロラクタムに水分が混入され難い。このような結果、水分混入によるε−カプロラクタムの重合反応の阻害を抑制し、安定した機械強度を有した繊維強化樹脂材を得ることができる。

0020

さらに、従来の図4の如き成形装置では、ミキシングヘッド95と成形型98との間において、重合反応開始温度まで加熱されなかったε−カプロラクタムは、固化しないため(100℃程度で溶融するため)、成形掃除する必要があったが、本実施形態では、フィルム1,2内でε−カプロラクタムを溶融し重合反応させるので、このようなメンテナンス作業は不要である。また、本実施形態では、フィルム1,2内で強化繊維にε−カプロラクタムを含浸するので、図4に示すように、成形型98内に注入するための装置も不要である。

0021

ここで、強化繊維7としては、例えば、ガラス繊維炭素繊維アラミド繊維アルミナ繊維ボロン繊維スチール繊維PBO繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維からなる織布、不織布いずれであってもよく、織布である場合には、その織り方としては、平織綾織朱子織などを挙げることができる。また、一対のフィルム1,2は、上述したように、混合粉末と強化繊維を密封することができるものであれば、その材料は特に限定されるものではないが、より好ましくは、ナイロン6である。これらの部材に、ナイロン6を用いることにより、後述する重合反応において、ε−カプロラクタムから生成されたナイロン6とこれらの部材とを一体化することができる。

0022

図2は、図1に示す繊維強化樹脂材の製造方法の変形例を示した図である。図2に示す繊維強化樹脂材の製造方法が、図1に示すものと相違する点は、下型の形状である。したがって、同じ機能を有する部材には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

0023

図2では、下型9Aの成形面はフラットであり、その成形面には、複数の凸部9a,9a,…が形成されている。このように複数の凸部9a,9aを設けることにより、フィルム1を介して配置された強化繊維7が、型締め時の型により加圧されたとしても、この圧力による強化繊維7の移動およびゆがみを防止することができる。また、本変形例では、下型9Aの成形面に複数の凸部9a,9a,…を設けることにより、強化繊維7の移動およびゆがみを防止したが、たとえば、予め強化繊維7をナイロン6のメッシュなどで挟み込んだ後、フィルム1,2に密閉してもよい。これにより、強化繊維7が加圧されたとしても、ナイロン6のメッシュにより強化繊維7にしわ、ゆがみが生じることを防止することができる。

0024

〔第2実施形態〕
図3は、本発明の第2実施形態に係る繊維強化樹脂材の製造方法を説明するための図であり、(a)は、ε−カプロラクタムを成形型内で溶融した状態を示した図であり、(b)は、溶融したε−カプロラクタムを強化繊維に含浸する工程を示した図である。

0025

図1では、下型9の成形面は上型8に向かって凸状に形成され、これに応じて上型8の成形面は凹状に形成されていたが、本実施形態では、上型8Bの成形面は下型9Bに向かって凸状に形成され、これに応じて下型9Bの成形面は下側に凹状となっている。

0026

本実施形態では、下型9Bの成形面に、触媒を含有するε−カプロラクタム粉末5と、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末6とが混合した混合粉末が、フィルム1を介して接触し、その上に配置された強化繊維7は、シール材4により混合粉末に接触しないように、上側のフィルム2に固定されている。

0027

このようにして、図3(a)に示すように、下型9Bを介して混合粉末を100℃(重合反応が開始する温度160℃未満の温度)に加熱して溶融する。ε−カプロラクタムは、下型9Bの成形面を含む凹部において溶融し、溶融した溶融樹脂5Aと強化繊維7との間には隙間が形成されるため、溶融樹脂5Aは強化繊維7に含浸されることなく、溶融樹脂5Aの触媒および助触媒はより均一に混合することができる。

0028

その後、図3(b)に示すように、上型8Bを型締めすることにより、フィルム1,2内を加圧して、溶融樹脂5Aを強化繊維7に含浸し、さらに溶融樹脂5Aを重合反応が開始する温度以上に加熱して、ε−カプロラクタムを重合反応させる。

0029

本発明を以下の実施例により説明する。
(実施例)
図1に示す装置を用いて繊維強化樹脂材を製造した。
(1)100℃に加熱し、液体状になった無水のε−カプロラクタムに触媒であるナトリウムメトサイド1.5mol%を混合した。その後、常温まで冷却した樹脂塊を粉砕し、触媒を含有するε−カプロラクタム粉末を作製した。
(2)100℃に加熱し、液体状になった無水のε−カプロラクタムに助触媒(活性剤)であるヘキサメチレンジイソシアネート1.0mol%を混合した。その後、常温まで冷却した樹脂塊を粉砕し、助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末を作製した。
(3)常温で(1)で作製した触媒を含有するε−カプロラクタム粉末と(2)で作製した助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末とを混合した混合粉末と、強化繊維として平織のカーボン繊維とを、水分の無い窒素ガス雰囲気下でフィルム内に密閉する。フィルムにはナイロン6を用い、シール材には、シーラントテープAT200Y(AirTech製)を用いた。
(4)フィルムにパックされたものを、図1に示すような成形型内に配置し、100℃に加熱して、ε−カプロラクタムを強化繊維内に含浸した。
(5)次に、ε−カプロラクタムの重合反応が開始する温度である160℃に溶融したε−カプロラクタムを加熱し、これを強化繊維内に含浸させながら、ε−カプロラクタムを重合反応させて、成形体(繊維強化樹脂材)を得た。
(6)成形体の樹脂部分の分子量は、重量平均分子量61000のポリマーであった。

0030

(比較例)
図4に示す装置を用いて、繊維強化樹脂材を製造した。
(1)成形型内に強化繊維を配置し、160℃に予熱した。
(2)溶融したε−カプロラクタムに触媒であるナトリウムメトキサイド1.5mol%を混合して、第1の溶融液を作製した。
(3)溶融したε−カプロラクタムに助触媒であるヘキサメチレンジイソシアネート1.0mol%を混合して、第2の溶融液を作製した。
(4)(2)で作製した第1の溶融液と、(3)で作製した第2の溶融液とを混合し、混合した溶融液(溶融樹脂)を強化繊維が配置された成形型に射出した。
(5)成形型内に溶融液が充填された状態で、成形型内の圧力を30分間保持し、冷却後、成形体を取り出した。このとき、成形型内には、液体が残存していた。これは、溶融樹脂に水分が混入したため、ε−カプロラクタムの重合反応が起こらず、モノマーのままであったためである。

実施例

0031

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

0032

1:(下側)フィルム、2:(上側)フォルム、4:シール材、5:触媒を含有するε−カプロラクタム粉末、5A:溶融樹脂、6:助触媒を含有するε−カプロラクタム粉末、7:強化繊維、8,8B:上型、9,9A,9B:下型

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ