金属代替を可能にするCFRTPハイブリッド成形なら株式会社八木熊

八木熊のCFRTPハイブリッド成形技術のポイント

CFRTP仕様のハイブリット成形技術を確立しました。

加工温度の非常に高いPEEK樹脂対応の設備です。

PEEKからPPまで幅広い射出成形樹脂対応できます。

評価用にJISダンベル片金型保有しており、材料評価や各種プリプレグ評価も可能です。

多軸ロボットを完備しており、条件より24時間連続生産が可能です。

本技術を用いて金属代替することで、部品の大幅な軽量化を実現します。

CFRTPハイブリット成形技術について(2)ハイブリット成形品のリサイクル

開発経緯

以前より「CFRTPハイブリット成形技術について(1)」にてご説明しております、金属代替のハイブリット成形に関して、その後の進展について報告させていただきます。

現在の引き合いの中で(製品使用後のリサイクル)についてのお問い合わせを多く頂くようになりました。市場でSDGsが求められている現在、当然のことと考え、対応を開始はじめました。

八木熊では以前より、再生樹脂の配合開発を行い、炭カル・タルク・GF等の配合設計を社内で実施してきました。この経験・ノウハウを生かし、ハイブリット成形品のリサイクル(リペレット化)に取り組むことにしました。

技術開発の取り組み

ハイブリット成形では、プリプレグと呼ばれる樹脂含浸の炭素繊維クロスの板材より所定の製品形状を打ち抜く工程があります。そのため、生産の中でプリプレグの端材は必ず発生します。また、ハイブリット成形での製品の使用後の処理の問題も現時点では確立されておりません。

ここで熱可塑性樹脂のメリットを生かし、これらを粉砕し、押出機で造粒(ペレット化)を行いました。ここで八木熊の再生樹脂の配合設計のノウハウを生かし、生産性・物性の最適化を行いました。

造粒試作および物性確認

造粒工程

今回のテストでは樹脂分はPA6,繊維はCFを用い実施しました。配合内容はCF含有率が20%と30%の2種について実施しました。

写真1 粉砕したプリプレグ

写真2 押出工程(ストランドの状態)

写真3 造粒されたリサイクルペレット

上記写真に示すように、粉砕~造粒工程は問題無く完了しました。設備の破損や摩耗などは今回のテストレベルでは判断できない点も残されているため、スケールアップテストでの確認を行っていきます。

機械特性

その後、造粒したペレットでJIS 1号ダンベル片作成し、機械的物性を測定しました。
以下にに結果まとめます。

物性まとめ

・今回、比較対象に市販PA6+CF25%を設定し、造粒(リサイクルペレット)は20%と30%を比較しました。
・引っ張り、曲げは造粒20%<市販PA6+CF25%<造粒30%、衝撃値は造粒20%<造粒30%<市販PA6+CF25%となります。
・今回諸処の都合で比較対象と同等のCF配合比出来なかったが、再現すれば引っ張り・曲げは比較対象の市販品PA6+CF25%と同等と推測されます。ただし衝撃値は若干劣ると想定されます。

今後について

今後は回収ルートの整備・拡大テスト等重ね、今後の量産品開始のタイミングでCFRTPのリサイクル技術を確立させて、SDGsに貢献していきたいと考えております。

本技術の普及のために

プラスチックス・ジャパン・ドットコムと通じて、広くハイブリット成形技術の普及をめざしており、ご興味あるか方へ下記写真のサンプルをプレゼント予定しております。

サンプルは限りありますので、お届けまで少しお時間頂く場合あります。また、同業者の方には遠慮頂く場合もあります。予めご了承ください。

ハーフパイプ形状

L型形状

サンプル希望の連絡先

〒919-0506
福井県坂井市坂井町定旨1字柳指48-2
TEL:0776-67-1101
株式会社八木熊 CFRTP推進室
担当 牧野 晴司
Email:smakino@yagikuma.co.jp
MOBILE:090-8266-2625

CFRTPハイブリット成形技術について(1)成形設備の概要

開発経緯

株式会社八木熊では以前より、再生樹脂の配合開発を行い、炭カル・タルク・GF等の配合設計を社内で実施してきました。ミネラル・繊維等の配合はベース樹脂の性能を著しく向上させることが可能ですが、ペレタイズ時の繊維の破損や元々の繊維長の制限があり、改質には限界がありました。

これに対し、連続繊維を樹脂で含浸したプリプレグを用いるハイブリット成形は、10数年前に欧州で始まって、金属代替の複合材の成形方法として確立しつつありますが、日本国内では導入が遅れています。弊社では、従来の充填剤入り配合からの飛躍的な改善を期待し、同成形技術の社内導入を検討していました。

技術開発の取り組み

弊社では以前より、医療品部材の製造を行っており、医療分野でのPEEK樹脂の量産化を図っていました。PEEK樹脂は、耐薬品性・剛性・耐熱性等で高いバランス取れた樹脂で医療認可のグレードも存在します。しかしながら、このPEEK樹脂でも剛性面では金属代替とはならず、ハイブリット成形での剛性改善が必要と考えられます。弊社では近畿経済産業局の指導のもと、戦略的基盤技術高度化支援事業に2018年より取り組み、PEEK樹脂でのハイブリット成形技術の開発を進めています。

ハイブリット成形の実際

ハイブリッド成形のフロー

成形のフロー図を示すように、①プリプレグシートを加熱、②金型にプリプレグシートを挿入、③金型を閉じる、④下側から樹脂を注入、⑤加圧・加熱、⑥冷却、⑦完成(取り出し)のステップからなります。

ハイブリッド成形の設備紹介

保有設備

(1)簡易クリーンルーム

(2)100t竪型射出成型機

(3)プリプレグ加熱ヒーター

(4)システムコントロール盤

(5)ロボットハンド

設備を撮影した動画をご覧ください(一部の場面で音が出ます。)

設備外観

動画でご覧ください。

ハイブリッド成形技術の実際

成形法:射出成形 + プリプレグ→プリプレグを射出金型にインサートし成形を行う

ハイブリッド成形の特徴 : 設計の自由度、コスト、量産性 + 繊維の特徴を付与

プリプレグ:炭素orガラスなどの連続繊維に熱可塑性樹脂を含侵したシート

炭素繊維の特徴 : 高剛性、軽量、X線透過性、減衰特性、反発性など

対応樹脂:PP、PA、PC、PEEKなどの熱可塑性樹脂

プリプレグ

それでは実際の成形の動画もあります

実際に成形している場面の動画はご希望の方にお見せします。お問い合わせフォームよりご連絡ください。

技術開発の特徴と優位性

加工温度が非常に高温(400℃以上)でのハイブリット成形で難易度は非常に高いが成形機メーカー様、金型メーカー様、樹脂材料メーカー様のご協力を頂き、本年ようやく完成となりました。
弊社の調査の範囲では、2020年10月時点で日本で唯一のPEEKでのハイブリット成形での量産可能な設備となっています。

将来の展望

今後はPEEK樹脂でのハイブリット成形技術より、全ての熱可塑性樹脂(PEEK等のスーパーエンジニアリングプラスチックからPPなどの汎用プラスチックまで)の対応を目指します。また、プリプレグについても連続繊維のクロスからUDテープまでバリエーションを拡大し、またガラス繊維にも対応すべく評価中です。また、単に成形だけで無く、地元福井県工業技術センターとCAE解析で複合材の強度計算も検討中です。(2021年3月完成予定)

欧州では、ハイブリット成形の部材が高級車を中心に実用化が進んでいるが、日本ではごくわずかの実用化となっています。熱可塑製樹脂での生産性(基本はインジェクション成形+αのサイクル)、ハイブリット成形での形状の自由度(立体形状も可)を生かし、今後日本に広く普及させていきたいと考えています。

お問合せ項目から「その他」を選んでお問合せください。

会社概要

株式会社 八木熊

〒919-0506
福井県坂井市坂井町定旨1字48-2
tel.0776-67-1100 /Fax.0776-67-1103

こちらもご覧ください 八木熊の安全保安用品

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