平 成 １ ９ 年 度 熱可塑性樹脂複合材料の機械工業 ... - 素形材センター

第4章 不連続繊維熱可塑性複合材料の素材、材料特性、成形技術の開発動向
4.1 不連続繊維熱可塑性複合材料の概要
この章に記述する不連続繊維熱可塑性複合材料とは、上述の各章に報告された連続繊維
とは異なり、繊維長が 12mm から 200mm 程度に短く切断された強化繊維と、熱可塑性樹脂
をマトリックスとした複合材料を指すものとする。
連続繊維熱可塑性複合材料との相違点は、強化繊維の長さが短いため、機械的強度や弾
性率などの性能は劣るが、一方深絞り成形や、複雑な形状の成形品を生産することが可能
となる。
成形プロセスも、射出成形、圧縮成形、サーモフォーミング、フィラメント・ワインデ
ィング、内圧成形などにより、成形コスト低減の可能性が期待されている。
ガラス繊維とPP、ポリプロピレン樹脂による不連続繊維熱可塑性複合材料は、1960
年代末に米国で、Stampable シートとして、AZDEL® が生産開始されて今日に至ってい
る。
さらに LFT, Long Fiber Thermoplastics ペレットが 1990 年後半から登場し、徐々に市
場シェアが増加している。
また 2000 年に入って、ガラス繊維ロービングとPP樹脂を直接に混捻し、圧縮プレス
または射出成形で製品化するシステムが、欧州を中心に開発されて、その導入が進みつつ
ある。
炭素繊維の不連続熱可塑性複合材料に就いては、米国 DuPont 社が、1980 年代後半に、
LDF® Thermoplastic Composites の研究開発を、航空宇宙用途を目指して推進したが、その
後このプロジェクトは中断された。
これに代わって、フランスの Schappe Techniques 社が 2000 年以後に、独自の炭素繊
維の不連続熱可塑性複合材料 TPFL® を開発し、現在そのマーケティングを進めている。
4.2 不連続繊維熱可塑性複合材料の素材
以下に不連続繊維熱可塑性複合材料を構成している素材に就いて記述する。
4.2.1 強化繊維
現在世界的に最も多く使用されているのは、ガラス繊維、E-glass であり、熱可塑樹脂
マトリックスとの界面親和性改善のため、カップリング材を付着させるなどの表面処理を
行っている。
一方、炭素繊維も 12mm~25mm 長の Long Fiber ペレットの強化材として、パソコンの筐
体などに使用が増加している。
さらに牽切紡績プロセス(Stretch Breaking Process)による不連続炭素繊維を、熱可塑性
繊維と混繊した材料も、用途開発が進んでいる。
天然繊維の亜麻、苧麻なども環境適応素材として、着実に活用が進んでいる。
4.2.2 熱可塑性樹脂マトリックス
現在市場で最も多く使用されているマトリックス樹脂は、PP, ポリプロピレンである。
次にナイロン 6、ナイロン 12、ナイロン 66 や、ポリカーボネートが挙げられる。
さらに PPS, PEI, PEEK などのエンジニアリングポリマーも特殊な用途に使用されている。
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