本发明涉及一种碳纤维增强树脂加工制品。具体地,本发明涉及一种碳纤维增强树脂加工制品,其包含碳纤维和树脂并且具有良好的端表面,并且特别地涉及一种通过端铣刀获得的包含碳纤维和树脂的碳纤维增强树脂成形制品的碳纤维增强树脂加工制品,以及其制造方法。
背景技术:
关于通过使用其中基体树脂中包含碳纤维的碳纤维树脂复合材料(以下,可以称作复合材料)获得的碳纤维增强树脂成形制品,由于其高比强度和比刚度,预期将该碳纤维增强树脂成形制品用于需要减重的汽车。特别地,在由热塑性树脂形成基体的情况下,从生产率和再循环能力的角度看,碳纤维增强树脂成形制品是有前途的。
当考虑到能够通过模制复合材料获得的制品时,在汽车和电子设备等的使用中,为了获得具有期望的大小和期望的形状的制品,需要对通过注塑成型、挤出成型等而获得的碳纤维增强树脂成形制品的端部(毛刺)进行诸如去除和切削这样的的加工。由于碳纤维增强树脂成形制品包括碳纤维,所以强度和硬度高。难以通过机器进行诸如切削、切除等加工,并且切削工具快速受损。因此,其预期寿命变短。另外,碳纤维以毛羽状态残留在切削面上,并且存在由于加工期间的振动而在切削边缘部分的前表面或后表面上产生裂缝或分离(分层)的多种情况(例如,参见PTL1)。
PTL2公开了使用具有特定数量的刃或者特定刃高的竖锯(jigsaw),以通过使用电沉积了金刚石磨料颗粒的刃来抛光并切削具有6mm厚度的碳纤维增强塑料材料。
作为通过上述机械加工进行碳纤维树脂复合材料的切削的方法,已知其中使用激光或水射流(WJ)的方法。通过进行两种方法中的任一种的切削加工具有加工能以非接触方式应用于工件的优点。然而,在使用激光的情况下,因为复合材料的切削部分和其周围由于加热而熔化,所以可能劣化加工精度,并且复合材料的层可能互相分离。在此情况下,为了提高质量,需要诸如去除热影响部分的额外步骤(例如,参见PTL 3)。另外,已经提到了存在通过后一种方法进行的切削加工的关于加工精度和生产率的问题(例如,参见PTL 4)。
另外,近来,随着纤维增强树脂成型体使用领域的扩展,出现了对加工技术的各种类型和加工效率的改进的必要发展。特别地,为了减少当对纤维增强树脂成形制品进行简单的圆孔冲压加工时在冲压部分的端表面上不可避免地产生的纤维的毛刺或毛羽,已经记录了通过使用端铣刀抑制在进行圆孔冲压加工时产生纤维的毛刺或毛羽状态的情形(例如,PTL 5)。另外,作为能够在通过使用端铣刀进行切削时有效防止毛刺或葺脚(gauge)产生的范围,已经提出了调整了螺旋角的切削加工的方法(例如,PTL 6)。
引用列表
专利文献
[PTL1]JP-A-2008-12920
[PTL2]JP-A-3-79219
[PTL3]JP-A-2012-11409
[PTL4]JP-A-2012-250341
[PTL5]JP-A-2009-196015
[PTL6]JP-A-2-180516
技术实现要素:
本发明待解决的问题
然而,在PTL 5和PTL 6公开的通过使用端铣刀切削碳纤维增强树脂成形制品的情况下,产生毛刺,并且因此,难以获得良好的切削加工制品。具体地,在其中碳纤维在一个方向排列或在平面方向上随机定向的碳纤维增强树脂成形制品中,在垂直于表面方向的方向上的拉伸强度低。因此,在切削加工力作用在垂直于表面方向的方向上的情况下,可能产生毛刺或者剥离。
本发明的目的是提供一种碳纤维增强树脂加工制品,其在进行切削等的加工表面上几乎没有上述问题并且具有抑制了毛刺的产生的端表面,具有良好的表面特性和表面性质,并且特别是优秀的平滑性。
在本发明中,术语术语“切削”表示其中通过使用刀具等将特定对象分为两个以上更小的对象的加工。该术语也包括其中对象的表面被刀具等薄薄地削去的加工以及其中通过刀具等在对象的表面上提供不平整度的加工。
解决问题的手段
本发明如下构造。
[1]一种具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其具有纤维和树脂,
其中所述端表面具有5μm至50μm范围内的表面粗糙度(Rz)。
[2][1]中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述端表面是切削加工表面。
[3][2]中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述切削加工表面是切削面。
[4][1]至[3]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述树脂是热塑性树脂。
[5][1]至[4]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述碳纤维包括平均纤维长度1mm以上的纤维。
[6][1]至[5]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述碳纤维包括1mm至100mm范围内的平均纤维长度的不连续纤维。
[7][1]至[6]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述碳纤维在所述碳纤维增强树脂加工制品中在一个方向上排列或者在二维方向上随机定向。
[8][1]至[7]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述碳纤维在所述碳纤维增强树脂加工制品中在二维方向上随机定向。
[9][1]至[8]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述端表面具有30mm以下的高度。
[10][1]至[9]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中包含在所述碳纤维增强树脂加工制品中的碳纤维具有55体积%以下的体积分数(Vf)。
[11][1]至[10]任一项中描述的所述具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,
其中所述端表面没有不规则形状部分。
[12]一种[2]至[11]任一项中描述的制造具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的方法,包括:
通过使用端铣刀切削包含碳纤维和树脂的碳纤维增强树脂成形制品以设置端表面的步骤,
其中,在圆柱形棒状部件的侧表面上,所述端铣刀具有沿着纵向的轴线从一个端部形成的螺旋形切削刃,并且
该螺旋形切削刃具有大于0°且25°以下的螺旋角。
[13][12]中描述的制造碳纤维增强树脂加工制品的方法,
其中所述端铣刀具有大于8°且小于15°的前角。
[14][12]或[13]中描述的制造碳纤维增强树脂加工制品的方法,
其中所述端铣刀具有大于0°且小于18°的螺旋角。
本发明的有利效果
在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品(下文中,可以有缩写为CFRP加工制品的情形)中,端表面的表面的表面性(特别是平滑性)良好,并且抑制了碳纤维增强树脂加工制品的端表面和周围上产生裂缝或者分离。而且,端表面上不可能产生熔化的树脂毛刺,并且由诸如碳纤维和树脂这样的切削碎片产生的粘性材料很少,并且因此,可操作性也优秀。以这样的方式,在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中,端表面的表面性能非常良好。另外,根据本发明,能够省去进行去除毛刺或进行抛光的步骤的工作量。而且,能够减少额外工作的工时。因此,能够获得生产率优秀的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品。术语“端表面和周围”表示平坦表面部分(切削边缘部分的前后表面(平坦表面)部分),该平坦表面部分靠近与垂直于碳纤维增强树脂加工制品的端表面的方向相对应的碳纤维增强树脂加工制品两个表面(平坦表面)部分上的端表面。
如上所述,在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中,端表面的表面性能非常良好。因此,不需要额外工作。因此,制品能原样作为最终制品。
另外,在根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品的制造方法中,能够获得防止在切削表面上产生毛刺或者分离的碳纤维增强树脂加工制品。另外,能够减少切削加工后进行的碳纤维增强树脂成形制品的切削表面的后处理步骤。因此,能够降低成本。
附图说明
图1A是示意地说明本发明的一个实施方式的(具有四个刃的)端铣刀的侧表面的示意图。图1B是从纸张的左侧观察图1A所示的本发明的实施方式中的端铣刀的α-α截面的放大图。端铣刀具有四个刃并且是具有右手螺旋的右旋切削。
图2A是示意地说明本发明的替换实施方式的(具有八个刃的)端铣刀的侧表面的示意图。图2B是从纸张的左侧观察图2A所示的本发明的替换实施方式中的端铣刀的β-β截面的放大图。端铣刀具有八个刃并且是具有右手螺旋的右旋切削。
图3是说明端铣刀的刃边缘的角度的示例的示意图。
图4A是说明切割其中碳纤维在面内方向上随机定向的碳纤维增强树脂成形制品的示例的示意图。图4B是说明其中碳纤维在平面方向上随机定向的碳纤维增强树脂成形制品的切割部位的示例的示意图。图4C是说明其中碳纤维在面内方向上随机定向的碳纤维增强树脂成形制品的端部中的切割部位的示例的示意图。
图5是说明具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的实例的示意图。
图6是其中在切削表面上产生毛刺的切削加工制品的示意图。
图7A是说明(在使用具有小螺旋角的刃的情况下)作用在成形制品的板厚度方向上的切削力的示意图。图7B是说明(在使用具有大螺旋角的刃的情况下)作用在成形制品的板厚度方向上的切削力的另一示意图。
附图标记说明
1:螺旋角
2:切削方向
3:前角
4:后角
5:碳纤维增强树脂成型制品
6:端铣刀
7:切削位置
8:切削加工表面(端表面)
9:切削表面上产生的毛刺
10:刃
11:作用在图7的Z轴方向上的切削力
12:施加到成型制品的所有切削力或刃
13:面内方向(图4A-4C的XY方向)随机定向的碳纤维
具体实施方式
根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品是包含碳纤维和树脂并且具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品。端表面的表面粗糙度(Rz)在5μm至50μm范围内。
根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品可以称作“具有有特定表面粗糙度的端表面的碳纤维增强树脂加工制品”、“具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品”、“碳纤维增强树脂加工制品”、“CFRP加工制品”、“切削加工制品”、或“加工制品”。
通过加工包含碳纤维和树脂的碳纤维增强树脂成形制品(以下,存在缩写为CFRP成形制品的情况)而获得根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品。此处,除了伴随材料去除的处理,诸如成型的碳纤维增强树脂成形制品的切削和切除之外,术语“加工”包括为了在成型时获得上述表面粗糙度(Rz)而进行调整的情况。
换言之,也能够通过使用其中调整了与端表面相对应的位置处的表面的粗糙度的模具成型,利用热辊进行碳纤维增强树脂的处理,并且利用3D打印机进行成型等而获得根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品。
另外,在本发明中,为了方便,加工前的成形制品称作“碳纤维增强树脂成形制品”(以下,存在缩写为CFRP成形制品的情况)并且加工后的成形制品称作“碳纤维增强树脂加工制品”。然而,因为加工后的成型制品仍然是成形制品,所以在通常意义上,“碳纤维增强树脂加工制品”也能称作“碳纤维增强树脂成形制品”。
另外,例如,在具有板状的情况下,碳纤维增强树脂成形制品也可以称作“碳纤维增强树脂成型板”。
[具有有特定表面粗糙度的端表面的碳纤维增强树脂加工制品]
根据本发明的具有特定表面粗糙度的端表面的碳纤维增强树脂加工制品是包含碳纤维和树脂的复合材料。根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品在树脂形成的基体中具有碳纤维,并且能够展现比仅由树脂形成的材料更优秀的机械强度。另外,相比于包含玻璃纤维作为增强纤维的复合材料,其也能实现重量减轻。
由于其通常应用于机器加工的领域,根据本发明的端表面包括切削对象时获得的切面、板状对象的侧表面,棒状对象或管状对象的末端的表面等。然而,不仅限于上述表面,端表面表示比对象(CFRP加工制品)的主表面小的另一表面。端表面不限于对象的端部处的部分。例如,端表面还包括在板状对象的中央部分中钻孔的孔部的表面。
根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品是具有优秀平滑性的端表面的加工制品。碳纤维增强树脂加工制品的端表面的数量可以是一个或者两个以上。
端表面的表面性优秀,并且特别是平滑性优秀。作为表明表面的平滑性参数之一的表面粗糙度(Rz)为50μm以下。由于Rz为50μm以下,在端表面几乎不存在分离或者毛刺,以及由于来自碳纤维或树脂的毛羽的切削碎片的粘附导致的轻微的不平整。因此,端表面是充分平滑的。表面粗糙度(Rz)优选为30μm以下,更优选为25μm以下,并且进一步更优选为12.5μm以下。当Rz为6.3μm以下时,外观非常良好,并且设计和可操作性也良好。随着Rz的下限值趋近于0μm,平滑性提高。在本发明中,Rz的下限为5μm。当Rz小于5μm时,例如,在通过使用粘结剂将端表面结合至不同部件的情况下,粘结剂不太可能渗透至端表面内部。因此,存在不能充分展现粘结表面(端表面)上的锚定效应的多种情形。当通过使用粘结剂将端表面结合至不同部件时,优选的是端表面轻微粗糙,并且因此,有利的是Rz大于5μm(例如,15μm至35μm的范围内)。
当端表面的Rz优选地为上述优选范围时,根据本发明的CFRP加工制品对于处理是安全的,并且在无保护的情况下的手工可操作性是优秀的,并且进一步适于经由端表面等粘附。
端表面的Rz是通过基于JIS B0601:2001的方法测量的“最大高度”(粗糙度)。最大高度(粗糙度)Rz是粗糙度曲线(轮廓曲线)的基准长度中顶点高度的最大值和谷的深度的最大值的总和。
最大高度(粗糙度)Rz特征在于,相比于诸如算术平均值这样的表面粗糙度,能够容易地反映唯一高点的存在。
作为根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的形状,例如,能够例示厚度在1.0mm至30mm范围内的板状体,具有在纵向上稍微弯曲的表面的三维结构体,具有肋部的三维结构体等。然而,不存在特别的限制。
此处,作为端表面的形状,例如,能够例示多边形、曲面形及其组合。然而,不存在特别的限制。作为多边形,例如能够例示具有固定高度的矩形形状和梯形形状,具有两个以上互不相同的高度的阶梯状和突起部分形状,高度连续变化的倾斜截面形状等。
不特别限定端表面的大小(高度)。从机械强度的角度,优选的是从多边形或者曲面的底线起在垂直方向上为1mm以上的高度。关于具有互不相同的高度的端表面的形状,例如,在板状体中具有凸出部分的成形制品的突起状端表面上,在凸出部分的面积大于突起状底面部分的面积的情况下,代替作为从底线计的高度的突起部的最高部分(凸出部分),可以考虑将除了凸出部分之外的稍低部分的高度,即突起状底面部分的厚度,作为端表面的高度。突起状的最高部分(凸出部分)的高度优选为30mm以下。在碳纤维增强树脂加工制品是在具有恒定高度的平板上具有肋部并且在垂直于肋部的方向上具有端表面的三维结构体的情况下,肋部的部分或全部对应于上述凸出部分。
本发明中提到的端表面的高度通常是指碳纤维增强树脂加工制品的厚度。在通过切削获得端表面的情况下,当用显微镜观察切削部分的周围时,大致板状部分的厚度值可以用作其高度。
在端表面具有均一方形形状(矩形形状)的情况下,优选的是高度在1mm至30mm的范围内。
如下所述,优选的是根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品为大致面内各向同性的加工制品,其中碳纤维在面内方向中不定向在特定方向上。换言之,优选的是碳纤维在二维方向上随机定向。因此,在本发明中,优选的是端表面变成在大致垂直(表面正交)于加工制品的至少一个平坦表面部分(面内方向)的方向上的表面。此处,术语“大致”表示相对于构成成形制品的平坦表面部分在±10°的范围内,更优选表示在±5°的范围内。
优选的是本发明的CFRP加工制品的端表面没有不规则形状部分。上述术语“不规则形状部分”不表示为特定目的有意设置的复杂形状部分。该术语表示,例如切削期间产生的毛刺、诸如树脂和增强纤维的CFRP成分的分离部分、裂缝等。
(碳纤维)
作为本发明中使用的碳纤维,对其没有特别限定,能够使用具有高强度和高弹性模量的碳纤维,并且可以一起使用一种或者两种以上类型的这样的碳纤维。一般地,已知聚丙烯腈(PAN)系碳纤维、石油-沥青系碳纤维,或者煤-沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维、纤维素系碳纤维、木质素系碳纤维、苯酚系碳纤维、气相生长碳纤维等。在本发明中,能够适当地使用上述任一种碳纤维。在它们中,能够优选地例示PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、以及人造丝系碳纤维。
在本发明中,在它们中,从拉伸强度优秀的角度,优选使用聚丙烯腈(PAN)系碳纤维。在使用PAN系碳纤维作为碳纤维的情况下,拉伸弹性模量优选为在100GPa至600GPa的范围内,更优选为在200GPa至500GPa的范围内,并且进一步更优选为在230GPa至450GPa的范围内。此外,拉伸强度优选为在2000MPa至10000MPa的范围内,并且更优选为在3000MPa至8000MPa的范围内。
对本发明中使用的碳纤维的形态没有特别限定。
关于碳纤维的形态,可以应用连续纤维或者不连续纤维。
作为连续纤维,例如能够例示织物、编织物、无纺布、毡、编织衣物、编带以及其中碳纤维布置在一个方向上的单向材料。连续纤维可以是所谓的UD片,其中连续纤维安置在一个方向上以具有片状。换言之,根据本发明的碳纤维增强树脂成形制品可以构造为具有一个以上UD片。能够通过组合两种以上类型的UD片来使用UD片。在纤维布置在一个方向上的情况下,可以通过改变方向来堆叠多层,例如,能够交替堆叠多层。另外,优选的是堆叠的表面在厚度方向对称地布置。作为单向材料的制造方法,能够利用通用方法。例如,在通过JP-A-2013-104056中公开的方法制备单向塑料带之后,可以通过堆叠制备的带获得成形制品。在此情况下,当使用UD片时,能够使用其中堆叠了多层来使得层的纤维安置方向互相交叉(例如,在互相垂直的方向上交替地堆叠)的UD片。
在树脂中使用不连续纤维的情况下,例如,能够例示其中碳纤维布置成使得其在特定方向定向的材料、其中碳纤维布置成使得在面内方向随机分布的材料等。根据本发明的碳纤维可以是不连续纤维并且可以在面内方向(图4A-4C的XY方向)随机定向。此处,表述“在面内方向随机定向”表示代替在诸如一个方向的特定方向,碳纤维在本发明的纤维增强树脂加工制品的面内方向无序定向,并且碳纤维布置在整个片表面中而不展现特定的方向性的状态。在碳纤维在面内方向随机定向的情况下,优选的是碳纤维为在纤维增强树脂加工制品的面内方向没有各向异性的大致各向同性的材料。在此情况下,当制备了纤维增强树脂加工制品时,成型材料可以通过湿法造纸法形成为具有片状,或者可以通过将不连续碳纤维布置成使得不连续碳纤维分散并互相重叠而形成为具有片状或者毡状(以下,可以统称为毡)。
当在本发明中使用不连续碳纤维时,由于不连续碳纤维在平衡机械特性、端表面的表面性、成型模具内的成形性和具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的生产率方面是优秀的,所以能够优选应用不连续碳纤维。因此,本发明中,将主要描述使用不连续碳纤维的情况。
根据本发明的碳纤维可以包括在一个方向上排列的碳纤维和在面内方向随机定向的碳纤维两者。换言之,在一个方向上排列以具有片状的连续纤维和在面内方向随机定向的不连续纤维两者可以组合(例如,堆叠)并且可以包含在碳纤维增强树脂成形制品中。
关于本发明中使用的不连续碳纤维的纤维长度,优选使用平均纤维长度1mm以上的不连续碳纤维,并且更优选使用平均纤维长度在1mm至100mm的范围内的不连续碳纤维。平均纤维长度进一步更优选为3mm至100mm的范围内,还更优选为10mm至100mm的范围内,再更优选为10mm至50mm的范围内,并且最优选为12mm至50mm的范围内。当使用具有这样的特定长度的不连续纤维时,令人惊奇的是,能够获得其中产生少数熔化的毛刺、平滑性优秀并且表面特性良好的端表面。考虑这是由相比于仅具有连续纤维的碳纤维,这样的不连续纤维的低强度和低硬度而导致的。另外,如下所述,优选的是在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中的不连续碳纤维是相对于碳纤维增强树脂成形制品的面内方向无序和随机定向的。这样的定向状态有助于提供具有良好表面特性的切面。换言之,具有特定平均纤维长度的纤维的不连续性质,与不连续纤维在碳纤维增强树脂成形制品的面内方向随机定向的状态协同作用,从而展现非常显著的效果,即切面的优秀表面特性。
在本发明中,可以一起使用纤维长度互不相同的碳纤维。换言之,本发明中使用的碳纤维可以是在纤维长度分布中具有单一峰值的碳纤维或者是具有多个峰值的碳纤维。
关于碳纤维的平均纤维长度(La),例如,通过使用游标卡尺等将从具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中随机抽取的100根纤维的纤维长度测量至1mm单位,并且因此,能够基于下列表达式从全部测量碳纤维的长度(Li)获得平均纤维长度(La)。
La=ΣLi/100
当测量了根据本发明的平均纤维长度时,可以测量数均纤维长度或者重均纤维长度。然而,优选的是基于计算的重均纤维长度测量平均纤维长度,以对长纤维长度设定高值。当各个碳纤维的纤维长度为Li,并且测量的纤维的数量为j时,数均纤维长度(Ln)和重均纤维长度(Lw)分别通过下列式(1-1)和(1-2)获得。
Ln=ΣLi/j...(1-1)
Lw=(ΣLi2)/(ΣLi)...(1-2)
在纤维长度是固定长度的情况下,诸如通过使用下述旋转切削机切削纤维的情况下,数均纤维长度和重均纤维长度的值相同。
能够通过例如以大约500℃的温度对具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品进行热处理大约一小时,并且移除炉子内部的树脂,而从具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中提取碳纤维。
通常,碳纤维的平均纤维直径优选为3μm至50μm的范围内,更优选为4μm至20μm的范围内,进一步更优选为4μm至12μm的范围内,还更优选为5μm至12μm的范围内,特别优选为5μm至8μm的范围内,并且最优选为5μm至7μm的范围内。碳纤维的平均纤维直径的优选范围可以为上述不同范围的下限值和上限值的组合。作为其示例,能够示例5μm至20μm的范围。
此处,上述平均纤维直径表示碳纤维的单一纤维的直径。因此,在碳纤维为纤维束状态的情况下,代替纤维束的直径,平均纤维直径表示构成纤维束的碳纤维(单一纤维)的直径。
例如,能够通过JIS R-7607:2000中公开的方法,测量碳纤维的平均纤维直径。
本发明中使用的碳纤维可以仅为单一纤维状态的碳纤维,可以仅为纤维束状态的碳纤维,并且可以为其中两种碳纤维混合地存在的碳纤维。在使用纤维束状态的碳纤维时,构成各个纤维束的单一纤维数量在每个纤维束中可以大致相同或者互不相同。
在本发明中使用的碳纤维为纤维束状态的情况下,不特别限定构成各个纤维束的单一纤维的数量。然而,单一纤维的数量通常在1000至100000的范围内。
一般地,碳纤维处于纤维束状态,其中集合了数千至数万条细丝。在碳纤维束用作碳纤维的情况下,当碳纤维束原样使用时,可以存在纤维束中的交织部分局部变厚的情况,从而难以获得薄的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品。因此,在碳纤维束用作碳纤维的情况下,碳纤维束通常通过在宽度上拓宽或者开纤使用。
在开纤使用碳纤维束的情况下,不特别限定开纤后纤维束的开纤程度。然而,优选的是控制碳纤维束的开纤程度,并且碳纤维包含具有特定数量以上的碳纤维的碳纤维束,以及碳纤维少于特定数量的碳纤维(单一纤维)或者碳纤维束。在此情况下,特别地,优选的是碳纤维包含由下列表达式(1)定义的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)和除其之外的开纤碳纤维。除其之外的开纤碳纤维是指,换言之,单一纤维状态的碳纤维,或者由少于临界单纤维数的碳纤维构成的纤维束。
临界单纤维数=600/D(1)
(其中D代表碳纤维的平均纤维直径(μm))
特别地,在构成碳纤维增强树脂加工制品的碳纤维的平均纤维直径为5μm至7μm的范围内的情况下,由上述表达式(1)定义的临界单纤维数为86至120的范围内。然后,在碳纤维的平均纤维直径为5μm时,碳纤维束(A)中的平均纤维数量在240以上且小于4000的范围内。然而,碳纤维束(A)中的平均纤维数量优选为300至2500的范围内,并且更优选为400至1600的范围内。另外,在碳纤维的平均纤维直径为7μm的情况下,碳纤维束(A)中的平均纤维数量在122至2040的范围内。然而,碳纤维束(A)中的平均纤维数量为150至1500的范围内,并且更优选为200至800的范围内。
而且,本发明中,碳纤维束(A)相对于具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中的碳纤维的总量的比率优选为大于0Vol%且小于99Vol%的范围内,更优选为20Vol%以上且小于99Vol%的范围内,进一步更优选为30Vol%以上且小于95Vol%的范围内,特别优选为30Vol%至90Vol%的范围内,并且最优选为50Vol%以上且小于90Vol%的范围内。以这样的方式,具有特定数量以上的碳纤维的碳纤维束和除其之外的开纤碳纤维或者除其之外的碳纤维束以特定比率共存,并且因此,能够提高具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中存在碳纤维的总量,即纤维体积分数(Vf)。
通过调整纤维束的开纤条件,碳纤维的开纤程度能够处于目标范围内。例如,在通过对纤维束吹气(诸如空气)以开纤纤维束的情况下,能够通过控制吹向纤维束的空气的压力等来调整开纤程度。在此情况下,当空气压力上升时,开纤程度趋向于增大(构成各个纤维束的单一纤维的数量减少),并且当空气压力降低时,开纤程度趋向于减小(构成各个纤维束的单一纤维的数量增加)。
在本发明中,不特别限定碳纤维束(A)的平均纤维数量(N),并且其能够被适当地确定在不影响本发明的目的的范围内。通常,N设定在1<N<12000的范围内。然而,更优选的是满足下列表达式(2)。
0.6×104/D2<N<6×105/D2(2)
(其中D代表碳纤维的平均纤维直径(μm))
当碳纤维束(A)中平均纤维数量(N)满足上述范围时,容易获得高纤维体积分数(Vf),并且具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的平坦度是良好的,即使平坦度取决于制造方法。在N大于0.6×104/D2的情况下,容易获得高纤维体积分数(Vf),这是优选的。另外,在增强纤维束(A)中平均纤维数量(N)小于N<6×105/D2时,并且在尤其小于1×105的情况下,在未浸渍前体或者作为最终制品的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中,不太可能产生局部变厚的部分,并且防止孔隙形成,这是优选的。
(树脂)
不特别限定本发明中使用的树脂(以下,可以称作基体树脂),只要能够获得具有期望强度的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品。能够根据具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的用途等适当地选择并使用树脂。
一般地,作为在纤维增强复合材料中使用的代表基体树脂,已知诸如热塑性树脂和热固性树脂的树脂。在本发明中,热塑性树脂和热固性树脂中的任一种能够适当地用作基体树脂。另外,本发明中,热固性树脂和热塑性树脂可以一起用作基体树脂。然而,本发明中,特别是考虑到能够再利用,优选的是使用热塑性树脂。
不特别限定热塑性树脂。能够根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的用途等适当地选择并使用具有期望的软化点或者期望的熔点的热塑性树脂。
作为热固性树脂,能够例示诸如环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、苯二甲酸二烯丙酯树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并恶嗪树脂、双环戊二烯树脂这样的硬化材料。然而,优选的是使用具有特别优秀的粘附特性和机械性能的环氧树脂。不特别限定本发明中使用的环氧树脂,只要环氧树脂分子中具有环氧基。例如,能够例示双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、脂环族环氧树脂、缩水甘油酯系树脂、缩水甘油胺系环氧树脂、杂环环氧树脂、二芳基磺酸型环氧树脂、氢醌型环氧树脂及其改性材料等。能够单独使用上述材料或者能够组合使用多种材料。优选的是从高硬度和强度的观点,热固性树脂是优选的。
作为根据本发明的热塑性树脂,通常,使用软化点在180℃至350℃的温度范围内的热塑性树脂。然而,热塑性树脂不限于此。例如,能够例示聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、热塑性聚酰氨树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂(聚甲醛树酯)、聚碳酸酯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚腈树脂、苯氧树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、热塑性聚氨酯树脂、氟系树脂、热塑性聚苯并咪唑树脂等。
作为上述聚烯烃树脂,例如,能够例示聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁二烯树脂、聚甲基戊烯树脂、氯乙烯树脂、偏二氯烯树脂、醋酸乙烯树脂、聚乙烯醇树脂等。
作为上述聚苯乙烯树脂,例如,能够例示聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)等。
作为上述聚酰胺树脂,例如,能够例示聚酰胺6树脂(尼龙6)、聚酰胺11树脂(尼龙11)、聚酰胺12树脂(尼龙12)、聚酰胺46树脂(尼龙46)、聚酰胺66树脂(尼龙66)、聚酰胺610树脂(尼龙610)等。
作为聚酰胺系树脂的一种的尼龙(以下,可以称作“PA”),优选的是从下列组群中选择至少一种类型,该组包括PA6(也称作聚己内酰胺(oplycaproamide)或聚己内酰胺(polycaprolactam),或者聚-ε-己内酰胺)、PA26(聚己二酰乙二胺)、PA46(聚己二酰丁二胺)、PA66(聚己二酰己二胺)、PA69(聚壬二酰己二胺)、PA610(聚癸二酰己二胺)、PA611(聚十一烷二酰己二胺)、PA612(聚十二烷二酰己二胺)、PA11(聚十一烷桥内酰胺)、PA12(聚十二烷桥内酰胺)、PA1212(聚十二烷二酰十二烷二胺)、PA6T(聚对苯二甲酰己二胺)、PA6I(聚间苯二甲酰己二胺)、PA912(聚十二烷二酰壬二胺)、PA1012(聚十二烷二酰癸二胺)、PA9T(聚对苯二甲酰壬二胺)、PA9I(聚间苯二甲酰壬二胺)、PA10T(聚对苯二甲酸癸二胺)、PA10I(聚间苯二甲酰癸二胺)、PA11T(聚对苯二甲酰十一烷二胺)、PA11I(聚间苯二甲酰十一烷二胺)、PA12T(聚对苯二甲酰十二烷二胺)、PA12I(聚间苯二甲酰十二烷二胺)以及聚酰胺MXD6(聚己二酰间苯二甲胺)。
作为上述聚酯树脂,例如,能够例示聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯树脂、液晶聚酯等。
作为上述(甲基)丙烯酸的树脂,例如,能够例示聚甲基丙烯酸甲酯。
作为上述改性聚苯醚树脂,例如,能够例示改性聚苯醚等。
作为上述热塑性树脂,例如,能够例示热塑性聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺树、聚醚酰亚胺树脂等。
作为上述聚砜树脂,例如,能够例示改性聚砜树脂、聚醚砜树脂等。
作为上述聚醚酮树脂,例如,能够例示聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚醚酮酮树脂等。
作为上述氟系树脂,例如,能够例示聚四氟乙烯等。
本发明中使用的热塑性树脂可以是仅一种类型或者两种以上类型。作为一起使用两种以上热塑性树脂的形式,例如,能够例示一起使用具有互不相同的软化点或熔点的热塑性树脂的形式,一起使用具有互不相同的平均分子量的热塑性树脂的形式等。然而,形式不限于此。
(组成比率)
不特别限定在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中存在的热塑性树脂或者热固性树脂的量,并且其能够适当地根据树脂的类型、碳纤维的类型等来确定。通常地,相对于100质量份碳纤维,树脂在3质量份至1000质量份的范围内。树脂优选为相对于100质量份碳纤维在50质量份至1000质量份的范围内,树脂更优选为相对于100质量份碳纤维在50质量份至400质量份的范围内,树脂进一步更优选为相对于100质量份碳纤维在50质量份至100质量份的范围内。
作为通过下列表达式(3)定义的包含在碳纤维增强树脂加工制品中的碳纤维的体积分数(纤维体积分数(Vf)),在根据本发明的具有端表面的碳纤维加强树脂加工制品中,基于加工制品的体积(碳纤维+热塑性树脂的总量),体积分数优选为55%体积以下,更优选为15%至45%的范围,进一步更优选为25%至40%的范围。当碳纤维的纤维体积分数为15%以上时,由于体积分数而充分展现刚度效果,这是优选的。另外,当体积分数为55%以下时,即使其取决于成型方法,也不太可能在加工制品中产生孔隙,并且加工制品的物理特性提高,这是优选的。关于下述切削方法,在使用激光切削加工的情况下,由于能够降低激光的输出,所以具有低Vf是有利的。同时,在使用圆锯的情况下,当Vf低时,切削加工期间可能存在破裂。因此,当Vf相对高时是有利的。然而,在高Vf的情况下,容易发生刃的磨损。因此,优选的是Vf具有上述范围内的适当量。
Vf=100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)(3)
另外,在本发明中,在碳纤维在面内方向随机定向的形式的情况下,也优选碳纤维增强树脂加工制品中的碳纤维的体积分数(Vf)在10Vol%至70Vol%的范围内。在碳纤维增强树脂加工制品中碳纤维的体积分数为10Vol%以上的情况下,容易获得期望的机械性能,这是优选的。同时,在其体积分数为70Vol%以下的情况下,当制备加工制品时,成型材料的流动性不劣化,并且在成型时易于获得期望的形状,这是优选的。增强纤维在碳纤维增强树脂加工制品中的体积分数优选为在20Vol%至60Vol%的范围,并且更优选为在30Vol%至50Vol%的范围内。
(碳纤维的定向)
在本发明中,优选的是具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中的不连续碳纤维被二维随机定向,其中纤维的长轴方向在具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的面内方向中的二维方向上随机定向。其中碳纤维二维随机定向的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品在面内方向具有优秀的各项同性。另外,其适于获得具有诸如不平整度的复杂形状部分的加工制品。
例如,具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中碳纤维的定向形式能够通过以下方法检查:进行基于具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的任意方向和与其正交的方向的拉伸测试,测量拉伸弹性模量,并且然后测量用测得的拉伸弹性模量的值中较大值除以较小值而获得的比率(Eδ)。当碳纤维增强树脂加工制品的拉伸弹性模量的比率接近1时,碳纤维在面内方向随机定向。换言之,碳纤维被二维随机定向。然后,碳纤维增强树脂加工制品能够被评价为面内各向同性。作为具体参照的示例,当Eδ小于2时,碳纤维是面内各向同性的。当Eδ为1.5以下时,碳纤维是良好地面内各向同性的。当Eδ为1.3以下时,碳纤维是非常优良地面内各向同性的。
优选的是本发明中使用的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中碳纤维的定向状态为二维随机定向。然而,只要定向状态在不背离本发明的目的的范围内并且不影响根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品机械性能或者成型特性,就可以存在单一定向的部分。另外,定向状态可以为作为单一定向和二维随机定向的中间的状态的不规则定向(其中增强纤维的长轴方向不完全地在一个方向排列并且不完全随机的定向状态)。而且,取决于碳纤维的纤维长度,碳纤维的长轴方向可以定向为使得具有相对于碳纤维增强树脂加工制品的面内方向的角度,并且碳纤维可以定向为使得以絮状方式交织。而且,碳纤维可以以与诸如平纹织物和斜纹织物的双向织物、多轴织物、无纺布、毡、编织物、编带、通过造纸法由碳纤维制成的纸等相似的方式定向。
在具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中,除了处于面内方向二维随机定向状态的碳纤维,可以包括处于不同定向状态的碳纤维,只要定向状态在不影响本发明的目的的范围内。
作为包括不同定向状态的碳纤维的上述实施方式,例如,能够例示:(i)其中处于互不相同的定向状态的碳纤维在面内方向上布置在具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中的实施方式;以及(ii)其中处于互不相同的定向状态的碳纤维在厚度方向布置在具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品中的实施方式。另外,在具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品具有包括多层的堆叠结构的情况下,能够例示(iii)其中包含在每层中的碳纤维的定向状态互不相同的实施方式。而且,能够例示组合实施方式(i)至(iii)的实施方式。
在实施方式(i)至(iii)中,作为具体的实施方式,能够例示实施方式(ii)中的纤维的长轴方向在一个方向上排列的实施方式(单向材料)。
根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品可以具有由单层形成的单层结构,或者可以具有多层堆叠的堆叠结构。
作为其中具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品具有上述堆叠结构的实施方式,可以采用堆叠了具有相同成分的多层的实施方式或者可以采用层叠了具有互不相同成分的多层的实施方式。
另外,作为其中具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品具有上述堆叠结构的实施方式,可以采用层叠了碳纤维的定向状态互不相同的层的实施方式。作为这样的实施方式,例如能够例示堆叠了具有单一定向的碳纤维的层和具有二维随机定向的碳纤维的层的实施方式。
在堆叠了三个以上的层的情况下,可以采用包括任意的芯层和堆叠在该芯层的前后表面上的表层的三明治结构。
在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品具有其中多层堆叠的构造的情况下,厚度不表示每层的厚度。厚度表示其中所有层的厚度相加的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品整体的厚度。
(添加剂)
如上所述,根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品至少包含碳纤维和热塑性树脂或者热固性树脂。然而,在不背离不影响本发明的目的的范围的情况下,可以根据需要包括各种类型的添加剂。
不特别限定上述各种类型的添加剂,只要添加剂能够根据用途等对具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品提供期望的功能、特性等。
作为本发明中使用的各种类型的添加剂,例如,能够例示降熔融粘度剂、抗静电剂、颜料、软化剂、增塑剂、表面活性剂、导电颗粒、填料、炭黑、耦合剂、发泡剂、润滑剂、腐蚀抑制剂、结晶成核剂、结晶促进剂、脱模剂、稳定剂、紫外线吸收剂、着色剂、着色抑制剂、抗氧化剂、阻燃剂、阻燃助剂、滴落抑制剂、润滑剂、荧光增白剂、发光颜料、荧光染料、流动改性剂、无机和有机抗菌剂、杀虫剂、光催化防污剂、红外吸收剂、光致变色剂等。
(碳纤维增强树脂成形制品)
通过加工包含碳纤维和树脂的碳纤维增强树脂成形制品而获得根据本发明的碳纤维增强树脂加工制品。
将描述碳纤维增强树脂成形制品。可能存在碳纤维增强树脂成形制品被称作“CFRP成形制品”或者“成形制品”的情形。
不特别限定根据本发明的碳纤维增强树脂成形制品的形状。能够适当地使用通过将上述成型材料(包括碳纤维、树脂以及需要的添加剂的合成物,优选地能够通过步骤3获得的预浸材料)放置在模具内部而获得的成形制品,以获得具有期望的形状和通过按压成型成形的成形制品。另外,在上述成型材料进行切削加工而未成形的情况下,成型材料本身变为成形制品并且能够进行切削加工。
碳纤维增强树脂成形制品是通过成型材料成型而获得的对象,并且不特别限定成型方法。能够例示通过使用模具进行的成型、通过热辊处理进行的成型、通过使用3D打印机进行的成型等。
(成形制品的板厚度)
如下所述,在本发明中,优选的是通过利用端铣刀进行碳纤维增强树脂成形制品的切削加工而获得具有特定表面粗糙度的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品。本发明中优选使用的螺旋形切削刃的端铣刀的螺旋角在0°至25°的范围内,其为相对小的螺旋角。因此,优选的是作为切削目标的碳纤维增强树脂成形制品的厚度(图5的Z轴方向上的厚度)比端铣刀的刃的长度短。具体地,当端铣刀直径为6mm时,最大的刃长度在8mm至15mm的范围内。因此,碳纤维增强树脂成形制品的厚度优选为15mm以下。当直径为10mm时,最大的刃长度为28mm至35mm的范围。因此,成形制品的厚度优选为35mm以下。而且,当直径为12mm时,最大的刃长度在40mm至48mm的范围内。因此,成形制品的厚度优选为48mm以下。
同时,出于可成型性的观点,特别是从模具的成形性能的观点,例如,适当地使用具有0.5mm至5mm的范围厚度的成形制品。另外,能够通过使用单层或者堆叠两个以上层而使用成形制品。
(碳纤维增强树脂成形制品的制造方法)
根据本发明的碳纤维增强树脂成形制品能够通过采用诸如注塑成型、挤出成型以及压缩成型这样的已知方法制造。此处,作为示例,将给出关于使用热塑性树脂作为基体树脂,并且通过使用其中具有特定平均纤维长度的不连续纤维(碳纤维)被二维随机定向的材料进行压缩成型的情况的说明。
例如,能够通过如下步骤来制造碳纤维增强树脂成形制品:步骤1,切削碳纤维的步骤1;步骤2,将切削了的碳纤维开纤;步骤3,在开纤了的碳纤维与纤维状或者粒状热的塑性树脂混合后,通过热压缩而获得预浸材料;以及步骤4,成型预浸材料。然而,方法不限于此。
在步骤1中,包含多个碳纤维的股线(碳纤维束)根据需要沿着纤维长度方向被连续撕裂,从而获得各自具有0.05mm至5mm范围内的窄宽度的多根股线。其后,连续切削股线使得具有预定纤维长度。
在步骤2中,切削了的碳纤维束以成层状态积累在透气型输送网等上,同时吹入例如空气,并且被开纤。因此,能够获得其中碳纤维和碳纤维束在面内方向无序且随机分布的增强纤维毡。
在步骤3中,在与步骤2大致相同的时间,向被气体吹动的碳纤维束加入粒状或者短纤维状热塑性树脂并且混合,并且混合物积累在透气型输送网上。
在步骤2的方法中,当适当地调整吹气时诸如压力这样的开纤条件时,能够将碳纤维开纤成使得由上述表达式(1)定义的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)和另外的开纤碳纤维混合存在。换言之,能够将碳纤维开纤成,使得临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)、单一纤维状态的碳纤维以及小于临界单纤维数的单一纤维构成的纤维束混合存在。然后,当使用预定数量的碳纤维束和热塑性树脂时,能够获得期望的碳纤维丰度,即,期望的纤维体积分数(Vf)。
在通过步骤2和3的方法获得的基材中,碳纤维和碳纤维束在面内方向无序且随机分布。换言之,基材是在在面内方向上二维随机定向的各向同性基材,同时处于包含热塑性树脂的状态。
不特别限定各向同性基材中碳纤维单位面积重量。通常,下限值设定在在25g/m2至10000g/m2的范围内,并且优选为设定在25g/m2至4500g/m2的范围内。
不特别限定本发明中使用的各向同性基材的厚度。通常,厚度优选为0.01mm至100mm的范围内,更优选0.01mm至3mm的范围内,并且进一步更优选为0.1mm至1.5mm的范围内。
能够通过调整切削步骤中应用的纤维束的大小,例如束的宽度或者每宽度纤维的数量,通过制造适合的各向同性基材的方法将碳纤维束(A)中平均纤维数量(N)控制在上述范围内。具体地,能够例示以下方法:诸如在通过上述开纤而打开纤维束的宽度后将纤维应用于切削步骤的方法,以及在切削步骤前设置撕裂步骤的方法。另外,可以在纤维束切削的同时进行撕裂。
接着,包含碳纤维和热塑性树脂的各向同性基材被加热至热塑性树脂熔化的温度并且压缩(按压),从而获得预浸材料。
在步骤4中,预浸材料布置在模具内部,以获得具有期望的形状的具有端表面的碳纤维增强树脂成形制品。布置的预浸材料通过加热至能够压缩预浸材料的程度而在加热状态下通过压缩等成型。在压缩后,预浸材料冷却至预浸材料能够取出的状态。其后,获得具有端表面的碳纤维增强树脂成形制品。
上述方法是制造方法的示例。例如,在步骤3的方法中,能够通过在熔化的热塑性树脂应用于处于薄膜状态的增强纤维毡以被浸渍之后进行热压缩而获得预浸材料。
通常,上述成型材料在模具经受按压成型,以获得具有期望的形状的碳纤维增强树脂成形制品。对方法没有特定限制,并且能够采用已知方法。不特别限定获得的碳纤维增强树脂成形制品的形状,并且优选的是具有平坦表面部分和厚度(板厚度)的板状形状。在板状形状中,可以有诸如肋这样的的不平整部。另外,形状可以是诸如帽形状这样的复杂形状。在碳纤维增强树脂成形制品中,碳纤维不在面内方向(图4A-4C的XY方向)中的特定方向上定向,并且布置成使得在任意方向分布。换言之,这样的成型材料和成形制品是面内方向(图4A-4C的XY方向)上的各向同性材料。
另外,基本上,在碳纤维增强树脂成形制品和碳纤维增强树脂加工制品中,维持成型材料中的碳纤维的各向同性。因此,能够通过获得互相垂直的两个方向上拉伸弹性模量的比率而定量评价碳纤维增强树脂成形制品的各向同性。当互相垂直的两个方向上拉伸弹性模量的值之间的较大值除以较小值获得的比率不大于2时,碳纤维增强树脂成形制品评价为具有各向同性。当比率不大于1.3时,碳纤维增强树脂成形制品评价为具有优秀的各向同性。
通过使用碳纤维的平均纤维长度表示包含在碳纤维增强树脂成形制品中的碳纤维的长度。作为测量平均纤维长度的方法,例如,采用使用游标卡尺等将随机抽取的100根纤维的纤维长度测量至1mm单位并获得其平均值的方法。
(具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的制造方法)
可以通过任何方法形成根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品,只要能够获得具有期望的大小、期望的形状以及具有良好的表面平滑性的端表面的碳纤维增强树脂加工制品。然而,在本发明中,例如,优选的是通过上述方法制造的碳纤维增强树脂成形制品经受切削加工。例如,如上所述,通过抛光进行的加工需要工作量,并且从工业方面角度,难以认为这种方法的生产率是优秀的。另外,存在在初始阶段进行粗切割之后,接着进行第二加工,从而实现良好的平滑性的方法。然而,在这种情况下,加工也必须如上所述地进行两次,并且因此,该方法从生产率的角度也是不利的。当碳纤维增强树脂成形制品经受切削加工时,特别地,能够获得具有作为端表面的切削加工表面的根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品。
此处,本发明中提到的切削加工在进行一次的单次切削加工中提供具有良好表面性能的表面性和平滑性,并且其后大致上不需要进行去除毛刺的步骤或再抛光步骤。因此,切削加工在能够减少额外工作的工时方面是更可取的。然而,出于要求极高程度的平滑性的目的,可以进行再抛光。其对缩短额外工作通常所需的时间也是有利的。
换言之,切削加工是通过使用具有一定程度以上的硬度的材料制成的工具,将机械力作用在材料上,以制造具有预期尺寸、形状、表面状态的制品,同时分离并去除材料的一部分的加工。换言之,切削加工不仅包括狭义的切除(图4B),而且包括例如图4C描述的切削材料的端部。
另外,作为切削加工制品的具体形式,能够例示图5所示的具有各种类型形状的切削加工制品。
接着,将描述形成切削加工表面的切削加工方法。
作为为了获得切削加工表面的切削加工手段,例如能够例示电火花线切割加工、电火花加工、激光加工、带锯加工、竖锯加工、使用金刚石磨料颗粒的切削加工(金刚石锯加工、片锯加工、线锯加工和使用磨床的金刚石切削加工),以及水射流加工。作为带锯加工,具体地,能够例示利用圆形刃或者条带刃的锯齿型加工,以及利用锋口式犁铧或者剪床的压切型加工。
通常,在锯齿型加工和压切型加工中,存在尺寸精度不足或者可能产生毛羽的情况。然而,由于能够获得平滑的切削加工表面(切削面),所以使用圆锯、激光或者水射流的切削加工方法是优选的方法。以下,将描述分别使用上述三种类型的切削加工方法。
1)圆锯
在根据本发明碳纤维增强树脂成形制品的切削加工中,作为用于切削的圆锯,优选的是具有刃旋转并连续接触碳纤维增强树脂成形制品的刀具。除了通用圆锯,能够使用通过连接丝锯刃以具有环状而获得的刀具等。
根据发明人,当通过使用圆锯切削根据本发明的碳纤维增强树脂成形制品时,考虑到各种因素间的复杂关系,诸如圆锯刃的形状、支撑多个刃的盘的外径、刃的转数、刃的数量、刃间的距离、切削速度、以及进给速度,并考虑到工业生产率,能够根据用途和用法适当地选择条件,使得形成的切削面的表面状态具有期望的平滑性和表面性能。以下,将描述考虑过的尤为重要的切削加工的条件。
关于圆锯刃,在盘的外周部分形成多个刃。刃的全部截面形状(平面图中的形状)是互相相同的三角形或者相似的三角形形状。考虑到刃边缘强度的问题,优选的是各个刃具有前角为负的前刀面。由于切削碎片能够被进一步连续排出,优选的是具有前刀面。前角优选为在+5°至-45°的范围内,并且更优选为-5°至-20°的范围内。
关于圆锯刃中刃的数量,例如当存在太多刃时,刃与碳纤维增强树脂成形制品接触的次数增加。在此情况下,刃和盘的外周部分与碳纤维增强树脂成形制品的接触时间延长。因此,由于摩擦生热,碳纤维增强树脂成形制品可能被加热。而且,刃之间的间隙变窄。因此,切削碎片的排出性能劣化。作为结果,可能产生毛羽毛刺(由于热而熔化的毛刺),或者树脂可能结合在刃上。反之,当刃过少时,切削单位长度时,每个刃的切削长度延长。换言之,由于应用到刃的负荷增加,容易加速刃的磨损。作为结果,刃的预期寿命常常受到影响。而且,由于每次旋转的切削量减少,其在生产率角度不是优选的。
关于刃的数量,从切削碎片能够连续并顺利地排出的角度,优选的是将相邻刃之间的间距表示为每单位长度刃的占有率。每单位长度刃的占有率优选在0.175至0.260的范围内,并且更优选在0.190至0.220的范围内。当每单位长度刃的占有率在0.175至0.260的范围内时,该刃能够期待兼顾刃的持久性的角度和抑制毛刺熔化发生的角度。当每单位长度刃的占有率的下限小于0.175时,从刃的持久性的角度不是优选的。当其上限大于0.260时,趋向于容易产生毛刺熔化。
作为切削(切除)条件之一的切削速度(切除速度)是指示旋转刃的切削(切除)能力的指数,并且当切削速度提高时,切削能力提高。由于切削速度表示为转数、诸如圆锯刃的刀具的外径和圆周率的乘积,所以诸如具有相对大直径的诸如圆锯刃这样的刀具能够视为具有相对高切削能力的切削方法之一。切削速度优选在1000m/min至4500m/min的范围内,并且更优选在1500m/min至3000m/min的范围内。具体特别地,当切削碳纤维的平均纤维长度在1mm至100mm的范围内的碳纤维增强树脂成形制品时,每个刃的切削量变为适当量。因此,不可能产生毛羽毛刺(由热引起的毛刺熔化)。当切削量极小时,可能产生由热引起的毛刺熔化。
根据上述PTL 2第2页右下栏公开的切削方法,每单位长度刃的占有率为0.551(每线(per thread)刃的数量14除以一线(one thread)25.4(mm)获得的值)。
关于刃边缘的角度,如上所述,优选的是前角为负角。因此,优选的是刃边缘的角度也大(例如,90°以上)。由于切削速度大,切削期间施加到刃边缘的负荷也大。因此,从刃边缘持久性的角度,适当的是具有大的刃边缘角度。
另外,在切削加工中,从切削碎片能够进一步连续排出,以及因此进一步提高切削面的平滑性的角度,圆锯刃相对于碳纤维增强树脂成形制品的进给速度通常在20mm/s至600mm/s的范围内。
在本发明中,当使用上述圆锯刃时,在一些情况下,可能存在由于切削期间产生的摩擦热导致的树脂熔化的问题,并且刃的预期寿命受到碳纤维切削的影响。然而,通过适当地选择:使用的构成碳纤维增强树脂成形制品的碳纤维的含量、长度、体积分数等;使用的树脂的类型等;以及上述加工条件,能够获得其中碳纤维或者树脂的切削碎片顺利地排出的切削面,很少量的排出的碎片粘附至切削面,并且表面粗糙度(Rz)为50μm以下,约在5μm至25μm的范围内。
2)激光
在使用激光的切削加工中,不存在直接接触切削主体并磨损的刃。因此不存在作为圆锯刃需要解决的问题的刃的持久性问题。另外,最近,随着技术的发展,振荡器已经能够执行高输出性能。因此,能够通过提高振荡器的输出而以高速进行切削,从而在生产率角度是有利的。
同时,由于在激光束照射期间产生的热,在照射部分的周围的树脂熔化,并且照射部分和其周围的温度也升高,从而受到热的影响。该情形是一个问题,尤其是在利用激光进行包括热塑性树脂的碳纤维增强树脂的切削加工的情况下。因此,一般地,难以认为加工精度是高的。另外,已经有诸如分离、产生碳纤维的毛羽等问题可能发生的迹象。然而,令人吃惊的是,如下述实施例A2-1和A2-2所示,已经发现当在特定条件下进行加工时,没有在切削中应用的根据本发明的碳纤维增强树脂成形制品中发生分离。而且,当碳纤维增强树脂成形制品中的碳纤维是具有特定平均纤维长度并且在二维方向随机定向的不连续碳纤维时,认为在切削期间不太可能发生分离。
根据本发明,在碳纤维增强树脂成形制品在和激光切削加工中,已经发现在碳纤维增强树脂成形制品的切削部分中每单位时间激光束的能量密度是重要的。
每单位时间激光束的能量密度取决于激光束的类型、加工速度、输出、集光直径(通过透镜)、激光束的照射角(切削面上的入射角)等而变化。因此,通过适当地设定上述条件,能够获得其中抑制碳纤维的毛羽产生且不可能发生分离等的平滑表面。因此,控制了激光照射至碳纤维增强树脂成形制品的切削部分的能量的量,并且因此,能够减少由热引起的对切削部分及其周围的影响。
本发明中使用的激光的条件之中,将描述被认为是重要的条件。
作为激光的类型,例如能够例示CO2激光、各种类型的准分子激光、YAG激光、纤维激光等。
激光的振荡输出取决于激光的类型而不同。然而,通常使用0.5KW至4KW的范围内的激光。
作为照射方法,有脉冲传输型和连续振荡型。通常,从生产率角度优选采用后一类型。
作为激光与待切削部分之间距离,当在0.1mm至10mm的距离范围内进行加工时,获得了良好的加工精度。
在利用激光束进行切削加工时,作为切削部分的环境气体,能够例示空气、氧气、二氧化碳、氮气、氩气、氦气等。另外,加工气体的流速取决于喷嘴的形状、应用气体的压力等。然而,例如,流速可以设定在30升/min至300升/min的范围内。
集光直径取决于使用的激光的类型、光学透镜等而显著地变化,因而不能进行笼统描述。然而,作为示例,在具有1.75kW振荡输出的CO2激光的情况下,优选的是具有150μm至500μm的范围内的集光直径。
3)水射流
在本发明中,能够通过使用从喷嘴喷射的高压水(所谓的水射流)切削碳纤维增强树脂成形制品。关于水射流,存在由于切削部分的周围的加工热导致的热影响的担心,这也是激光加工的问题。
为了有效地利用水射流进行切削,优选的是将作为加工主体制品的碳纤维增强树脂成形制品间歇地施加于切削方向。例如,在此情况下的复合材料的供给速度能够设定在10至2500mm/min的范围内。否则,可以在碳纤维增强树脂成形制品的切削方向上利用喷嘴间歇地进行扫描的同时喷射高压水。
不特别限定高压水,只要高压水不对作为加工主体的碳纤维增强树脂成形制品的表面造成损害,诸如由熔化等造成的损害。因此,能够使用已知的高压水。
在本发明中,高压水中可以包括抛光粒子。作为待使用的抛光粒子,例如,能够例示石榴石、二氧化硅、氧化铝、金刚石等。当使用抛光粒子时,加工在切削速度提高或者复合材料厚的情况下有效地进行。
作为高压水喷射喷嘴,能够使用已知的口径在大约0.05mm至1mm的范围内的高压水喷射喷嘴。喷嘴的口径与高压水的喷射压力有紧密关系。因此,在本发明中,优选的是使用口径0.1mm以上的喷嘴。
而且,在本发明中,高压水的压力(排出压力)只要是200MPa以上就是可接受的。然而,考虑到其切削效果,期望压力在300MPa至900MPa的范围内。基于构成待切削的碳纤维增强树脂成形制品的碳纤维的数量、碳纤维束的厚度、碳纤维的含量、碳纤维增强树脂成形制品的厚度等,可以预先选择高压水喷射喷嘴的口径和高压水的压力,以可靠地进行切削。
关于切削,优选的是通过在一个方向匀速前进的同时施加高压水来切削切削主体(碳纤维增强树脂成形制品)。作为在此情况下的移动速度(进给速度),例如,加工优选地在10mm/min至2500mm/min的范围内顺利地进行。
不特别限定在碳纤维增强树脂成形制品的纵向上间歇地供应碳纤维增强树脂成形制品的方法。可以采用任何类型的手段,只要是通过带输送机、滚筒输送机、夹轮等间歇地输送切削主体的运送手段。为了防止切削主体抬起,优选的是设置一个机构,其中具有在切削方向凹陷以使高压水能够通过的狭缝的按压板与切削主体一起上下移动。
作为制造根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的优选的方法,提供一种制造碳纤维增强树脂加工制品的方法,其包括通过使用端铣刀来切削碳纤维增强树脂成形制品的步骤,该碳纤维增强树脂成形制品包含碳纤维和树脂并且设置了端表面。所述端铣刀具有在圆柱形棒部件的侧表面上沿着纵向的轴线从一个端部形成的螺旋形切削刃。螺旋形切削刃的螺旋角的范围内为大于0°并且25°以下。
此处,作为碳纤维增强树脂成形制品,可以采用表面粗糙度(Rz)小于5μm或者大于50μm的具有端表面的碳纤维增强树脂成形制品,或者用于各种用途的碳纤维增强树脂成形制品。
[端铣刀的形状]
图1A-1B和2A-2B是示意地示出本发明的实施方式中包括的端铣刀的视图。在各个端铣刀中,在圆柱形棒部件的侧表面上从一个端部沿着纵向轴线形成螺旋切削刃。每个螺旋形切削刃的螺旋角是5°,并且端铣刀分别地设置有四个刃和八个刃。
一般地,端铣刀是作为用于切削加工的工具的铣削刀具的一种类型。端铣刀具有与钻头相似的外观。然而,钻头用于在轴线方向前进的同时通过设置在尖端的刃来钻圆孔的用途。与之相反,端铣刀用于利用设置在侧表面和/或尖端的刃进行切削,并且在垂直于轴线方向的方向上钻削并拓孔的用途。另外,作为端铣刀中切削刃的数量,一般地,多数很多端铣刀具有二至四个范围内的刃。然而,存在具有五个以上刃的端铣刀。
当通过使用具有形状复杂的刃的端铣刀或者具有其中组合了多个形状互不相同的刃的构造的端铣刀使CFRP成形制品经受切削时,增强纤维可能在切削面上交织。而且,当基体成分为热塑性树脂的CFRP成形制品经受切削时,存在由于摩擦热而使热塑性树脂熔化并且卡住,并且切削碎片,即,热塑性树脂碎片不能从切削部位排出的情况。在本发明中,通过使用具有构造简单的刃的端铣刀进行切削。因此,能够防止热塑性树脂碎片在切削部位积累,并且因此,能够以非常平滑的方式进行切削。
不特别限定本发明中端铣刀的螺旋方向。螺旋方向可以是顺时针方向或者逆时针方向。例如,如图1B所示的,右向扭转的右刃的四个切削刃沿着大致圆柱部件的纵向的轴线形成。刃构造为侧表面上的螺旋切削刃。另外,图2B示出了构造为具有右向扭转的右刃的八个切削刃的端铣刀的示意图。
另外,根据本发明的端铣刀可以在切削碎片排出表面上设置有缺口。
[端铣刀的螺旋角]
根据本发明的螺旋形切削刃的端铣刀的螺旋角优选为在0°至25°的范围内。当螺旋角增加时,端铣刀的轴向(图4A-4C的Z方向)的切削力增加(图7B)。因此,当碳纤维增强树脂成形制品的板厚度方向(图4A-4C的Z方向)的切削力增加时,成形制品通过被刨出(raked up)而进行切削。具体地,当切削刃的螺旋角是25°以上时,在端铣刀的轴向(图4A-4C的Z轴方向)上的于更大的切削力发挥作用。因此,在现有技术的传统切削方法中产生更多毛刺。其中,在碳纤维在碳纤维增强树脂成形制品的一个方向上排列、在面内方向上随机定向,或者以组合方式被包含的情况下,更可能产生毛刺或者分层。
图6示出其中在通过使用螺旋角25°以上的端铣刀切削获得的切削加工制品中产生毛刺的示意图。如图6所示的,碳纤维在Z轴方向从下侧(图6中片的下侧)向上掠过,从而产生毛刺。因此,在大多数情况下,毛刺集中在端铣刀的刃向上掠过碳纤维的相反方向的切削表面(切削表面上片的上侧)的端部上。
螺旋角优选在大于0°且25°以下的范围内,更优选在大于0°且小于18°的范围内,进一步更优选在大于0°且15°以下的范围内,还更优选为在大于1°且小于15°的范围内,并且特别优选为在大于1°且10°以下的范围内。
螺旋角的下限可以是0°。然而,当下限为5°以上时,相对于成形制品的切削阻力变低。因此,切削刃的预期寿命延长并且切削质量也变好,这是优选的。
[前角和切削质量(刃边缘的强度)]
前角表示图3中的角3,如图3中刃角的示意图所示。
不特别限定根据本发明的端铣刀的前角。端铣刀的前角优选在8°至16°的范围内,更优选在大于8°且小于15°的范围内,进一步更优选在10°至15°的范围内,并且还更优选为在10°至13°的范围内。当前角小于16°时,刃边缘的强度增加,使得刃不太可能损坏。当前角为8°以上时,刃边缘具有锐角。因此,切削质量提高。
在本发明中,非常优选的是当端铣刀的螺旋角在上述范围内并且前角在上述优选的范围内时,这能够期待既防止切削期间产生毛刺和分离,又延长了刃的预期寿命延长的兼容性,这是传统上认为难以解决的。
[后角]
后角表示设置为当通过使用工具进行切削时避免刃边缘的后侧与工件接触的缺口的角度。后角为图3的刃角的示意图中例示的参考标号4表示的角度。
在根据本发明的端铣刀和使用端铣刀的CFRP加工制品的制造方法中,当后角的范围为3°以上且小于30°时,不太可能产生刃的缺损,并且切削表面(端表面)变得更光洁,这是优选的。后角更优选为5°至25°的范围内,进一步更优选8°至18°的范围内,并且非常优选为10°以上且小于15°的范围内。
在本发明中,更优选的是端铣刀的螺旋角在上述范围内并且后角在上述优选的范围内。
在本发明中,非常优选的是端铣刀的螺旋角在上述范围内,前角在上述优选的范围内,并且后角在上述优选的范围内。
[端铣刀的切削转数]
一般地,当刀具的直径为3mm并且切削主体材料为碳素钢S45C时,端铣刀的转数的优选的条件为在2000rpm至4000rpm的范围内。当应用于碳纤维增强树脂成形制品的转数不变化时,由于低转数,构成成形制品的树脂燃烧并且碳化,碳纤维的端部变为绒毛状,或者纤维散开,从而难以进行切削。不特别限定在通过使用根据本发明的端铣刀进行碳纤维增强树脂成形制品的切削加工时刀具的转数。然而,其转数也取决于刀具的直径等,其转数优选在5000rpm至15000rpm的范围内,更优选在6000rpm至10000rpm的范围内,并且进一步更优选在7500rpm至8000rpm的范围内。
当转数在5000rpm以上时,切削功率变大,使得切削主体容易地切削。另外,能够充分并容易地防止纤维的毛刺和起毛状态。因此,能够容易地获得良好的切削表面。与之相反,在转数为15000rpm以下的情况下,刀具震动的影响变小,使得加工精度提高。因此,能够以良好的状态精加工切削表面。
[端铣刀的进给速度]
端铣刀的进给速度(mm/min)通过下列表达式(4)示出。
进给速度=每单位刃切削长度(mm/t)×刃的数量(t)×转数(1/min)(4)
(t代表刃的数量)
此处,在包括在作为根据本发明的切削对象的成形制品中的树脂为热塑性树脂的情况下,因为在刀具在切削目标中的相同部位处产生摩擦并且产生摩擦热的情况下,热塑性树脂中树脂熔化并且产生“熔化毛刺”,所以相比于热固性树脂的情况产生更多毛刺。因此,在使用下述热塑性树脂作为树脂的情况下,相比于使用热固性树脂的情况,更难以调整诸如每单位刃切削量、进给速度等切削条件。
例如,在表达式(4)中转数和刃的数量为常数的情况下,并且在每单位刃的切削长度小的情况下(即,在进给速度减小的情况下),刀具易于在相同位置产生摩擦。
每单位刃切的削长度优选在0.1(mm/t)至0.4(mm/t)的范围内,并且更优选在0.15(mm/t)至0.35(mm/t)的范围内。
因此,在刃的数量为(t=2至8)并且转数为(1/min=7000至10000)的情况下,进给速度的下限优选为1400(mm/min),并且其上限优选为32000(mm/min)。其下限更优选为2100(mm/min),并且其上限更优选为28000(mm/min)。
在进给速度超过1400mm/min的情况下,由于进给速度相对于切削主体是足够的,所以切削不需要过多时间,不会导致周期时长增加,这是优选的。另外,在刀具的进给速度落到32000mm/min之下的情况下,相对于端铣刀的切削阻力低于刀具的硬度,从而降低刀具损害的可能性。
[端铣刀的直径]
一般地,在端铣刀具有相同直径的情况下,在制造切削刃的同时进行端铣刀抛光时,如果提高刃的数量,则难以使抛光机深入端铣刀的芯的内侧。因此,从制造端铣刀的角度,端铣刀的直径优选2mm的直径至18mm的直径,并且更优选4mm的直径至16mm的直径。
[端铣刀的材料]
作为构成端铣刀的材料,能够例示硬质合金、高速钢、碳素工具钢、合金工具钢、模具钢、金属陶瓷等。其中,更优选采用耐磨性和韧性优秀的硬质合金。然而,本发明不限于此。
另外,在进行金属切削的情况下,能够通过使用具有冷却效果的切削油、切削水和涡流管来控制刃和材料之间的界面的状态。例如,在使用高速钢的情况下,当温度升高时高速钢的材料硬度软化,从而难以进行切削。然而,当使用切削油进行冷却时,能够连续进行切削。
[使用CFRP加工制品的方法和制造包括CFRP加工制品的制品的方法]
如上所述,在根据本发明的CFRP加工制品中,端表面的表面粗糙度Rz处于优选范围,CFRP加工制品粘附性能、可操作性等优秀。在CFRP成形制品经受切削以获得CFRP加工制品,并且通过使用获得的CFRP加工制品作为成分而生产制品的情况下,当采用根据本发明的CFRP加工制品时,即使切削表面(端表面)不经受诸如抛光这样的平滑化处理,也能够进行下一个步骤的处理,而在该步骤期间不损伤工人的手或者接触部位。因此,其在生产率方面是非常有利的。换言之,本发明包括使用CFRP加工制品的同时包括以下步骤的方法的发明:该步骤中,CFRP成形制品经受切削并且产生端表面,以获得端表面的表面粗糙度Rz在5μm至50μm的范围内的CFRP加工制品,并且获得的CFRP加工制品经受选自包括装接、结合、装配、涂装、标记、运输、包装等的组中至少一个类型的处理,而不经受端表面的平滑化处理。
换言之,本发明也包括制造以下制品的方法的发明,该制品包括端表面的表面粗糙度Rz为5μm至50μm的范围内的CFRP加工制品,制造方法包括其中至少一个类型的CFRP成形制品经受切削以获得端表面的表面粗糙度Rz在5μm至50μm的范围内的CFRP加工制品的步骤。
作为制造方法的发明,优选的是采用制造以下制品的方法,该制品包括端表面的表面粗糙度Rz为5μm至50μm的范围内的CFRP加工制品,制造方法包括:其中至少一个类型的CFRP成形制品经受切削以获得端表面的表面粗糙度Rz在5μm至50μm的范围内的CFRP加工制品的步骤;以及其中CFRP加工制品经受选自包括装接、结合、装配、涂装、标记、运输、包装等的组中至少一个类型的处理,而不经受端表面的平滑化处理的步骤。
在制造方法的发明中,当CFRP成形制品经受切削以获得CFRP加工制品时,每一个CFRP成形制品可以获得多个CFRP加工制品,并且多个CFRP加工制品可以具有彼此相同的形状或者可以具有互不相同的形状。
在本发明中,CFRP加工制品本身可以为制品,或者CFRP加工制品可以作为成分等包括在制品中。
[CFRP加工制品和包括CFRP加工制品的制品的用途]
不特别限定根据本发明的CFRP加工制品或者制品的用途。然而,作为特别合适的用途,例示了电气和电子元件或者壳体、飞机的结构部件、诸如汽车的车辆的结构部件、能够用于其结构部件的结合部件等。作为根据本发明的CFRP加工制品或者制品的诸如汽车这样的的车辆的结构部件,优选地例示了选自以下组的至少一种类型:发动机罩、车顶、立柱、门板、侧梁、底板部件、吸能盒、保险杠、车顶纵梁、仪表板、座椅框架、燃料电池堆叠结构、承载式车体。
根据本发明的制造CFRP加工制品的方法在制造例如汽车领域中在形状上具有许多共同点的多种类型CFRP加工制品的情况下是非常有利的。在汽车产业,尝试通过公用多种类型车辆的构件或者基本骨架来减少生产成本和设计成本。代替通过为各种各样的CFRP制构件的每个类型都制备模具来进行成型,存在能够通过采用如下方法而大幅减少成本的情况:其中,通过成型获得公用中间体或者最大构件,CFRP成形制品经受切削,并且各种类型的构件(CFRP加工制品)以分类方式制造。特别地,端铣刀切削以低成本进行,并且适于获得具有复杂形状的加工制品,这是优选的。
实施例
在下文中,将描述实施例。然而,本发明不限于此。
1)各向同性基材中增强纤维束的分析
各向同性基材被切割为大约100mm×100mm的大小。
通过使用镊子从切割的各向同性基材中取出全部纤维束。然后,测量并记录碳纤维束(A)的束的数量(I)、纤维束的长度(Li)以及重量(Wi)。当纤维束太小以致于不能通过使用镊子取出纤维束时,在最后阶段集中测量纤维束的重量(Wk)。当测量重量时,使用能够将重量测量至1/100mg程度的天平。
基于各向同性基材中使用的碳纤维的纤维直径(D),计算临界单纤维数。然后,区分具有临界单纤维数以上碳纤维束(A)和除其以外的碳纤维束。在使用两种以上类型的碳纤维的情况下,针对种类区分纤维以进行测量和评价。
获得碳纤维束(A)中的平均纤维数量(N)的方法如下。
通过下列表达式基于增强纤维的纤度(F)获得每个碳增强纤维束中纤维的数量(Ni)。
Ni=Wi/(Li×F)
通过下列表达式,基于碳纤维束(A)中的束的数量(I)获得碳纤维束(A)中的平均纤维数量(N)。
N=ΣNi/I
根据下列表达式,通过使用碳纤维的密度(ρ)来获得碳纤维束(A)相对于各向同性基材中纤维总量的比率(VR)。
VR=Σ(Wi/ρ)×100/((Wk+ΣWi)/ρ)
2)平均纤维长度的测量方法
通过使用游标卡尺和放大镜将从预浸材料或者成形制品中随机抽取的100根纤维的长度测量至1mm单位,并且记录。然后,通过下列表达式从全部测量的增强纤维的长度(Li)获得平均纤维长度(La)。为了仅从预浸材料或者成形制品取出碳纤维,以500℃的温度在大约一小时在炉中去除树脂。其后,提取碳纤维。
La=ΣLi/100
3)预浸材料中碳纤维定向的分析
作为在生产预浸材料后测量碳纤维各向同性的方法,基于成形板的任意方向和与其垂直的方向进行拉伸测试,并且测量拉伸弹性模量。然后,测量了通过将测量的拉伸弹性模量的值中的较大值除以较小值而获得的比率(Eδ)。当拉伸弹性模量的比率接近1时,认为碳纤维各向同性更优秀。具体地,当Eδ小于2时,认为碳纤维面内各向同性,即二维随机定向。在与实施例中预浸材料的制造条件相同条件成型实施例中用于分析纤维定向的成形板。
4)测量Rz的方法
通过基于JIS B0601:2001的方法测量端表面的Rz。
5)评价端表面及其周围部分的表面状态的方法(表面特性评价)
通过使用电子显微镜视觉观察切削面和其周围部分的表面状态(“是否存在毛刺”、“是否存在分离”等)。作为电子显微镜(激光显微镜)使用KEYENCE CORPORATION制造的VK-X100。
[制造例A1](碳纤维增强树脂成形制品的制造)
作为碳纤维,使用切割为20mm平均纤维长度的碳纤维“TENAX”(注册商标)STS40-24KS(7μm平均纤维直径)(TOHO TENAX CO.,LTD.制造)。作为基体,使用UNITIKA LTD.制造的尼龙6树脂A1030然后,基于WO 2012/105080文册公开的方法制备增强纤维毡,其包含尼龙6树脂,具有1800g/m2碳纤维单位面积重量和1500g/m2尼龙树脂单位面积重量,其中碳纤维以面内各向同性方式排列。
具体地,作为碳纤维的分离装置,使用具有由硬质合金制成的盘状刃的、刃间距0.5mm的纵断器。作为切削装置,使用其中由硬质合金制成的螺旋刃布置在表面上的旋转切削机。在此情况下,刃的间距设定为20mm,使得碳纤维被切割为20mm的纤维长度。
穿过切割机的股线被引入布置在旋转切削机的正下方的柔性运输管。随后,股线引入开纤装置。作为开纤装置,直径互不相同的由SUS304制成的螺纹套管(nipple)焊接到一起并且制造和使用复式管。复式管的内管设置有小孔,并且用压缩机将压缩空气供应至内管和外管之间。在此情况下,来自小孔的风速为100m/sec。直径逐渐向下增大的锥形管焊接在该管的下部。
从锥形管侧表面供应尼龙6树脂。然后,在特定方向移动的透气支撑体(以下,称作固定网)装配至锥形管的出口的下部,并且通过使用风扇在其下方进行抽吸。在固定网上,通过在宽度方向上往复运动柔性运输管和锥形管,以带状积累切削的碳纤维和尼龙6树脂的混合体。然后,碳纤维的供给量设定为500g/min,并且尼龙6树脂的供给量设定为530g/min,并且运行装置,从而获得其中碳纤维和热塑性树脂在固定网上混合的毡状各向同性基材。
各向同性基材设置在模具中并且被按压,同时维持140℃的温度和5MPa的压力一分钟。暂时冷却各向同性基材并且从模具取出预浸材料。预浸材料中的碳纤维以二维随机定向形式分布。
如上所述获得的预浸材料加热至290℃的温度,并且在400mm×400mm大小、包括加热至150℃温度的平板成型模具的加压装置中经受一分钟20MPa的热压缩,以获得具有例如2.3mm或者2.6mm期望厚度的扁平成形板(I-0)。
接着,两个扁平成形板(2.3mm)堆叠并通过使用超声振荡器进行超声焊接而结合到一起,该超声振荡器具有单光点(φ10)和20kHz频率,从而获得4.5mm厚度的板状成形制品(I-1)。
在成形板(I-1)中的碳纤维中,单纤维状碳纤维和部分开纤的纤维束状态的碳纤维混合存在。碳纤维在成形板(I-1)的平面方向中各向同性地分布,即二维随机定向。临界单纤维数为86,并且平均纤维数量为420。平均纤维长度为20mm。包括在成形制品(I-1)中的碳纤维的体积分数(Vf)为35体积%。
[实施例A1](利用圆锯切削)
作为圆锯刃,使用作为硬质合金的并且经受无氢DLC的表面处理的圆锯。
在碳纤维增强树脂成形制品(上述成形制品(I-1))以12m/min进给速度移动以面对圆锯的刃时,在下述条件下切削距离制造例A1中的成形制品(4.5mm的厚度)的端部20mm的部分,从而获得具有端表面的CFRP加工制品。
锯刃的规格:外径φ192×刃宽1.6×CH 20.0×刃的数量120
刃边缘的角度:前角-15°,后角13°
转数:4700min-1
进给速度:12m/min
每单位长度刃的占有率:0.199(刃的数量/外径)
切削速度:2840m/min
切割机:MAKITA CORPORATION制造的5834BA 1050W
刀具冷却器:NIPPON SEIKI CO.,LTD.的BN-VT600K
施加到冷却器的压力:空气0.7MPa
在切削面(端表面)的表面上几乎没有诸如切削碎片这样的粘性材料,其非常平滑。另外,几乎对切削面和其周围没有热影响。未观察到分离和熔化毛刺。不存在碳纤维的裂缝或者起毛。切削面的Rz为8.7μm。
[实施例A2-1](利用CO2激光切削)
通过使用制造例A1中获得的成形板(I-0)(2.6mm厚度)而利用CO2激光进行切削加工。具体地,通过使用JENOPTIK AG.制造的CO2激光进行切削,同时吹入工艺空气。切削期间的条件如下所述。
进给速度:80mm/s
振荡器输出:1.75kW
集光直径:250μm
工艺空气:O2(100L/min)
切削面上未能发现分离和毛刺。不存在碳纤维的裂缝或者起毛。切削面的Rz为24μm。然而,在从切削面的边缘部分向碳纤维增强树脂成形制品的平坦表面部分大约2mm处观察到碳纤维增强树脂成形制品的灼烧痕迹。包括平坦表面部分,在切削面的表面上存在缺少树脂的部位,并且其上粘附微量粉末。当观察切削面时,在外部发现了假定由于树脂分解的热而形成的孔隙。
[实施例A2-2](利用纤维激光器切削)
通过使用纤维激光器对制造例A1中获得的成形板(I-0)(2.6mm厚度)进行切削加工。具体地,使用IPG PHOTONICS CORPORATION制造的纤维激光器。在吹入工艺空气时,通过400mm的长度照射距离成形板的端部100mm的部分并且切削。切削期间的条件如下所述。
进给速度:200mm/s
振荡器输出:4kW
集光直径:100μm
工艺空气:N2(175L/min)
切削面(端表面)上未能发现分离和毛刺。切削面的表面粗糙度(Rz)为23.1μm。然而,在从切削面的边缘部分向碳纤维增强树脂成形制品的平坦表面部分大约1mm处观察到碳纤维增强树脂成形制品的灼烧痕迹。包括平坦表面部分,在切削面存在缺少树脂的部位,并且其上粘附微量粉末。然而,表面状态比实施例A2-1的情况好。
[实施例A3](利用水射流切削)
通过施加来自喷射喷嘴的高压水,距离制造例A1中获得的成形板(I-0)(2.6mm厚度)的端部100mm的部分经受400mm的长度的切削。切削期间的条件如下所述。
排出压力:300MPa
石榴石(#80):0.27kg/min
机头进给速度:2000mm/min
偏差值:0.4191
孔口:0.254mm
水射流装置:FLOW INTERNATIONAL CORPORATION制造的Flow Mach3 AWJ
切削面(端表面)上未形成分离和毛刺。切削面的表面粗糙度(Rz)为18.8μm。不存在碳纤维的裂缝或者起毛。然而,在切削面上观察到假定由于石榴石而形成的磨损痕迹。
[比较例A1](利用仿形机切削)
通过使用制造例A1中获得的成形板(I-0)(2.6mm厚度)进行切削。以与实施例A1相同的方式进行加工,除了使用仿形机代替圆锯。仿形机的切削条件如下文所述。
锯刃的规格:钴高速钢
刃边缘的角度:大约70°
锯刃速度:70m/min
切割机:YSKOKI CO.,LTD.的CZ-600II
切削面的表面上产生融化的毛刺等,并且也发现分离。切削表面的品质性状不良。切削面的Rz为58.7μm。不改变地使用CFRP加工制品作为最终制品是不恰当的,并且切削面处于需要二次加工的水平。
实施例和比较例的获得的切削加工表面的结果总结在表1中。
[比较例A2](利用纤维激光器切削)
通过除了进给速度设定为150mm/s并且使用空气(100L/min流速)作为工艺空气,以与实施例A2-2相同的方式进行操作,利用纤维激光器对制造例A1中获得的成形板(I-0)(2.6mm厚度)进行切削加工。
在获得的CFRP加工制品的切削面(端表面)上未发现分离和毛刺。然而,端表面的表面粗糙度(Rz)为206.1μm。观察到假定为树脂燃烧引起的凹陷和碳纤维露出。
[表1]
以下,将给出作为通过使用端铣刀的切削加工来加工的具有端表面的碳纤维增强树脂加工制品的实施例的说明。然而,本发明不限于此。
本实施例的各个值是根据下述方法获得的。
(1)关于碳纤维的平均纤维长度的测量,通过使用游标卡尺等将从成形板随机抽取的100根纤维的纤维长度测量至1mm单位,从而获得其平均值。
(2)基于WO2012/105080文册公开的方法执行成形板的纤维束的分析。
(3)碳纤维增强树脂成形制品中碳纤维定向的分析
作为在成型材料成型后测量碳纤维增强树脂成形制品的各向同性的方法,基于碳纤维增强树脂成形制品的任意方向和与其垂直的方向进行拉伸测试,并且测量拉伸弹性模量。然后,测量通过将测得的拉伸弹性模量的值中较大值除以较小值获得的比率(Eδ)。当Eδ接近1时,能够认为CFRP成形制品中包含的碳纤维展现更多二维随机定向并且面内各向同性高。面内各向同性和Eδ的数值之间的关系与上述那些相同。
(4)使用具有四个刃的端铣刀。
(5)评价方法
(5-1)毛刺和分离
通过下述五级评价来评价毛刺和分离。
评价5:在全部切削表面的整个表面未发现毛刺或者分离。
评价4:在相对于切削表面的整个表面大于0%且10%以下的范围内的区域发现毛刺或者分离。
评价3:在相对于切削表面的整个表面10%至50%的范围的区域发现毛刺或者分离。
评价2:在相对于切削表面的整个表面50%至80%的范围的区域发现毛刺或者分离。
评价1:在相对于切削表面的整个表面大于80%的区域发现毛刺或者剥离。
(5-2)刃的预期寿命
基于下述五级评价来评价刃的预期寿命。
利用实施例中使用的6mm直径的端铣刀对获得的作为加工主体材料的各种类型的成形体进行切削。作为切削条件,转数设定为8000(1/min)并且进给速度设定为800mm/min(一个刃的进给量为0.025mm)。然后,对每个材料进行预期寿命测试。
作为评价:
评价5:在1200m的范围进行切削,并且不存在缺陷和碎片。
评价4:在1000m处切削质量劣化,并且产生毛刺或者分离。
评价3:在800m处切削质量劣化,并且产生毛刺或者分离。
评价2:在600m处切削质量劣化,并且产生毛刺或者分离。
评价1:在400m处切削质量劣化,并且产生毛刺或者分离。
[制造例B1]碳纤维增强树脂成形制品的制造
作为碳纤维,使用切割为20mm平均纤维长度的碳纤维“TENAX”(注册商标)STS40-24KS(7μm平均纤维直径)(TOHO TENAX CO.,LTD.制造)。作为树脂,使用UNITIKA LTD.制造的尼龙6树脂A1030。然后,基于WO2012/105080文册公开的方法制备毡,该毡具有1800g/m2碳纤维单位面积重量和1500g/m2尼龙树脂单位面积重量,其中碳纤维以随机方式定向的。
具体地,作为碳纤维的分离装置,使用具有由硬质合金制成的盘状刃、刃间距0.5mm的纵断器。作为切削装置,使用其中由硬质合金制成的螺旋刃布置在表面上的旋切机。在此情况下,刃的间距设定为20mm使得碳纤维被切割为20mm的纤维长度。
穿过切割机的股线引入布置在旋切机正下方的柔性运输管。随后,股线引入开纤装置。作为开纤装置,直径互不相同的SUS304制成的螺纹套管焊接到一起并且制造和使用复式管。复式管的内管设置小孔,并且用压缩机将压缩空气供应至内管和外管之间。在此情况下,小孔处的风速为100m/sec。直径逐渐向下增大的锥形管焊接在该管的下部。
从锥形管侧表面供应树脂。然后,在特定方向移动的透气支撑体(以下,称作固定网)装配至锥形管出口的下部,并且通过使用风扇在其下方进行抽吸。在固定网上,通过在宽度方向往复移动柔性运输管和锥形管,以带状积累切削的碳纤维和尼龙6树脂的混合体。然后,碳纤维的供给量设定为460g/min,并且树脂的供给量设定为540g/min。然后,运行装置,从而获得其中碳纤维和热塑性树脂在支撑体上混合的无序毡。通过使用加热至260℃温度的加压装置在2.0MPa的压力下加热无序毡五分钟,从而获得具有1.3mm厚度的成型材料(i)。
关于获得的成型材料(i),进行其中包含的碳纤维的分析。上述表达式(a)定义的临界单纤维数为86,并且由临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)中平均单纤维的数量(N)为420。由临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)的比率为碳纤维总量的85Vol%。另外,碳纤维体积分数为35%(质量基准的碳纤维分数为46%)。
将成型材料(i)切割为400mm×400mm的大小并且通过使用热风干燥器在120℃的温度干燥四小时。其后,通过使用红外线加热器将温度上升至300℃。具有400mm×400mm大小的平板的模具设定至140℃的温度,并且加热成型材料。其后,将两个加热的成型材料层叠以引入模具内部。接着,以2MPa的压力加压成型材料一分钟,从而获得碳纤维增强树脂成形制品(I)。获得的碳纤维增强树脂成形制品(I)切割为与每项评价一致的大小。
[制造例B2]
碳纤维(TOHO TENAX CO.,LTD制造)TENAX(注册商标)STS40-24KS(纤维直径7μm并且拉伸强度4000MPa)为包括连续纤维的单向材料,并且层叠MITSUBISHI GAS CHEMICAL COMPANY制造的薄膜MXD尼龙RENY 6007(注册商标),使得具有相对于100体积份碳纤维的100体积份的树脂。通过使用260℃温度的热辊贴合薄膜,从而获得具有t=0.02mm和Vf50%的单向成型材料(ii)。
将单向成型材料(ii)切割为400mm×400mm的大小并且通过使用热风干燥器在120℃的温度下干燥四小时。其后,通过使用红外线加热器使温度上升至300℃。用于具有400mm×400mm大小的平板的模具设定至140℃的温度,并且加热单向成型材(ii)。其后,将五个加热的成型材料层叠以引入模具内部。接着,以2MPa的压力加压成型材料一分钟,从而获得单向碳纤维增强树脂成形制品(II)。
另外,当纤维轴向上的拉伸弹性模量除以与其垂直的两个方向上的拉伸弹性模量时,值为13.5。
[制造例B3]
将制造例B1中获得的成型材料(i)作为表层材料,并且将制造例B2中获得的单向成型材料(ii)作为核心材料使用。首先,将单向成型材料(ii)切割为30cm宽×50cm长的大小,并且堆叠五个单向成型材料(ii)。其后,成型材料(i)贴合在两个表面上。当进行贴合时,使用加热至300℃温度的烙铁,并且通过焊接树脂来固定成型材料。各个材料,即,成型材料(i)/单向成型材料(ii)/成型材料(i)的厚度分别为1.3mm/0.1mm/1.3mm。在加热至300℃度的加压装置在2.0MPa的压力下加热材料五分钟,从而获得具有t=约2.7mm的成形制品(III)。
[参考制造例B1]
作为碳纤维,使用切割为20mm平均纤维长度的碳纤维“TENAX”(注册商标)STS40-24KS(7μm平均纤维直径)(TOHO TENAX CO.,LTD.制造)。作为浸渍助剂,使用作为芳香缩合磷酸酯的双酚A BIS(磷酸二苯酯)(DAIHACHI CHEMICAL INDUSTRY CO.,LTD.制造;CR-741)。在材料通过乳化至12质量%非挥发部分的溶液后,通过夹辊去除过量粘附的溶液。然后,通过经过加热至180℃温度的热风干燥炉两分钟,材料被干燥。使通过上述处理获得的易浸渍碳纤维束沿着加热至200℃温度且具有60mm直径的两个金属辊,然后再进行热处理。因此,获得浸渍助剂更均匀地粘附的浸渍的碳纤维束。
接着,通过使用用于3mm出口直径的电线涂层的直角模头,使通过上述处理获得的易浸渍碳纤维束被覆聚碳酸酯(TEIJIN LIMITED制造:L-1225Y),并且被覆的碳纤维束切割为6mm的长度,从而获得作为适于注塑成型的芯鞘型小球的成型材料,具有20质量%的碳纤维分数(每100质量份碳纤维394.7质量份聚碳酸酯),3.2mm的直径,以及6mm的长度。通过使用电注塑成型机(J110AD)(JAPAN STEEL WORKS,LTD.制造,110吨)在C1/C2/C3/C4/N=280℃/290℃/300℃/300℃/300℃(C1至C4为空腔,N为喷嘴)的缸内温度在35秒的成型周期对成型材料进行注塑成型,从而获得2.6mm厚度的用于拉伸测试的哑铃件(dumbell)和用于切削测试的成形制品(IV)。在获得的成形制品(IV)中,未发现不良分布引起的纤维状材料的结块或气泡,并且外观良好。包括在成形制品(IV)中的碳纤维的平均纤维长度为0.5mm。
[参考制造例B2]不含碳纤维的尼龙成形制品的制造
通过使用尼龙6树脂A1030(UNITIKA LTD.制造)在加热至260℃温度的加压装置中在2.0MPa的压力下五分钟而获得由尼龙6制成的1.3mm厚度的成型材料。将获得的成型材料切割为400mm×400mm的大小,并且通过使用热风干燥器在120℃的温度干燥四小时。其后,通过使用红外线加热器将温度上升至300℃。具有400mm×400mm大小的平板的模具设定至140℃的温度,并且加热成型材料。其后,将两个加热的成型材料层叠以引入模具内部。接着,以2MPa的压力加压成型材料一分钟,从而获得碳纤维增强树脂成形制品(V)。获得的碳纤维增强树脂成形制品(V)切割为与每项评价一致的大小。
[实施例B1]
通过使用0°的螺旋形切削刃的螺旋角、10°的前角、刃的数量(t)为4,并且直径6mm的端铣刀,如图4B所示地切削碳纤维增强树脂成形制品(I)。切削位置为从碳纤维增强树脂成形制品的端部起向内约10cm。而且,由于每单位刃切削长度为0.025(mm/t)并且转数为8000(1/min),所以进给速度为800mm/min。
在获得的切削加工制品的切削表面(端表面)上未产生毛刺和分离,并且能够获得良好的切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。
[实施例B2]
除了将端铣刀的螺旋角设定为5°之外,以与实施例B1相同的方式获得切削加工制品。结果在表2中示出。
[实施例B3]
除了将端铣刀的前角设定为14°外,以与实施例B2相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。明显看到获得的切削加工制品的切削表面(端表面)的Rz在与实施例B1和B2相似的5μm至50μm的范围内。
[实施例B4]
除了将端铣刀的螺旋角设定为15°之外,以与实施例B1相同的方式获得切削加工制品。结果在表2中示出。
[实施例B5]
除了作为切削目标的碳纤维增强树脂成形制品被碳纤维增强树脂成形制品(II)代替并且在垂直于碳纤维定向方向的方向上切削,以与实施例B2相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。明显看到获得的切削加工制品的切削表面(端表面)的Rz在与实施例B1、B2和B4相似的5μm至50μm的范围内。
[实施例B6]
除了在设定为与碳纤维的定向方向相同的方向的切削方向上进行切削外,以与实施例B5同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。明显看到获得的切削加工制品的切削表面(端表面)的Rz在与实施例B1、B2和B4相似的5μm至50μm的范围内。
[实施例B7]
除了作为切削目标的碳纤维增强树脂成形制品被碳纤维增强树脂成形制品(III)代替并且在平行于碳纤维定向方向的方向上切削,以与实施例B2相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。明显看到获得的切削加工制品的切削表面(端表面)的Rz在与实施例B1、B2和B4相似的5μm至50μm的范围内。
[参考例B1]
除了作为切削目标的碳纤维增强树脂成形制品被树脂成形制品(IV)代替,以与实施例B2相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。
[参考例B2]
除了作为切削目标的碳纤维增强树脂成形制品被树脂成形制品(V)代替,以与实施例B2相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。
[参考例B3]
除了将端铣刀的螺旋角设定为30°之外,以与参考例B1相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。
[参考例B4]
除了将端铣刀的螺旋角设定为45°之外,以与参考例B1相同的方式获得切削加工制品(CFRP加工制品)。结果在表2中示出。
[参考例B5]
除了将端铣刀的螺旋角设定为30°之外,以与实施例B1相同的方式获得切削加工制品。结果在表2中示出。
[参考例B6]
除了将端铣刀的螺旋角设定为45°之外,以与实施例B1相同的方式获得切削加工制品。结果在表2中示出。
工业实用性
在根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂成形制品中,表面具有优秀的表面性能和平滑性,并且其可操作性良好。因此,端表面不需要去除毛刺的步骤和进行抛光的步骤。因此,能够减少额外工作的工时,并且其工业意义大。另外,根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂成形制品包含作为增强纤维的碳纤维,从而机械强度和减重特性优秀。因此,例如,根据本发明的具有端表面的碳纤维增强树脂成形制品对于飞机的结构部件、诸如汽车的车辆的结构部件、能够用于其结构部件的结合部件等是有用的。
已经参考特定实施例具体地描述了本发明。然而,对于本领域技术人员来说,显然可以在不背离本发明的技术的范围时,在其中做出各种改变和修正。
本申请基于2014年4月24日提交的日本专利申请号2014-090288和2014年4月24日提交的日本专利申请号2014-090287主张权利,其内容通过参考并入本文。