JP6938987B2 - Method for manufacturing reinforcing fiber base material, manufacturing method for reinforcing fiber preform, and manufacturing method for fiber reinforced composite material molded product - Google Patents
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Description
本発明は、強化繊維基材の製造方法およびその強化繊維基材を用いる強化繊維プリフォームの製造方法、その強化繊維プリフォームを用いる繊維強化複合材料成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a reinforcing fiber base material, a method for producing a reinforcing fiber preform using the reinforcing fiber base material, and a method for producing a fiber-reinforced composite material molded product using the reinforcing fiber preform.
強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材料(FRP)を成形した繊維強化複合材料成形体(FRP成形体)は、優れた力学特性、軽量化等の要求特性を満たす。このため、FRP成形体は、主に、航空、宇宙、スポーツの各分野に用いられてきた。 A fiber-reinforced composite material molded body (FRP molded body) obtained by molding a fiber-reinforced composite material (FRP) in which reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin satisfies required properties such as excellent mechanical properties and weight reduction. For this reason, FRP molded products have been mainly used in the fields of aviation, space, and sports.
FRP成形体の代表的な製造方法として、オートクレーブ成形法が知られている。かかる成形法では、強化繊維束にマトリックス樹脂を予め含浸させたプリプレグを、成形型に積層した後、オートクレーブにて加熱・加圧することによって、FRP成形体を製造する。プリプレグを積層する工程については、シート状のプリプレグから所望形状を切り出して手作業で積層する方法の他、材料歩留まりの改善および工程の省人化などの観点から、特許文献1に示すような自動積層装置を用いてテープ状のプリプレグを積層させる方法が知られている。 An autoclave molding method is known as a typical manufacturing method of an FRP molded body. In such a molding method, a prepreg in which a reinforcing fiber bundle is pre-impregnated with a matrix resin is laminated on a molding mold, and then heated and pressed by an autoclave to produce an FRP molded product. Regarding the process of laminating prepregs, in addition to the method of cutting out a desired shape from a sheet-shaped prepreg and laminating by hand, from the viewpoint of improving the material yield and saving labor in the process, automatic as shown in Patent Document 1 A method of laminating tape-shaped prepregs using a laminating device is known.
一方、FRP成形体の生産性に優れる成形法としては、例えば、レジン・トランスファー・モールディング成形法(RTM)等の注入成形法が挙げられる。RTM成形法は、マトリックス樹脂を予備含浸していないドライな強化繊維束で構成される強化繊維基材を、成形型に積層して、液状で低粘度のマトリックス樹脂を注入することにより、マトリックス樹脂を含浸・固化させてFRP成形体を成形する成形法である。また、注入成形法では、強化繊維基材を成形型に充填する前に、大まかな製品形状に変形・固定するプリフォーミング工程を行うことが多い。プリフォーミング工程においては、特許文献2に示すような、強化繊維基材の層間に熱可塑性ポリマー材料を配置する技術を用いることにより、プリフォームの固着とRTM成形によって得られるFRP成形体の力学特性(耐衝撃性等)が向上する技術が数多く提案されている。
On the other hand, as a molding method having excellent productivity of the FRP molded body, for example, an injection molding method such as a resin transfer molding molding method (RTM) can be mentioned. In the RTM molding method, a reinforcing fiber base material composed of a dry reinforcing fiber bundle that is not pre-impregnated with a matrix resin is laminated on a molding mold, and a liquid, low-viscosity matrix resin is injected into the matrix resin. This is a molding method for molding an FRP molded product by impregnating and solidifying. Further, in the injection molding method, a preforming step of deforming and fixing the reinforcing fiber base material into a rough product shape is often performed before filling the molding mold. In the preforming step, by using the technique of arranging the thermoplastic polymer material between the layers of the reinforcing fiber base material as shown in
特許文献1に示すような自動積層装置を用いて、立体形状の成形型の上に強化繊維を直接自動積層してFRP成形体を製造する場合、成形型における立体形状の複雑さによっては自動積層装置の運転速度を上げることができず、生産性を高めることができない課題がある。生産性を高めるためには、予め強化繊維を積層して熱溶着することで作製された平面形状の強化繊維基材積層体を立体形状の強化繊維プリフォームへ賦形してFRP成形体を製造する方法が挙げられる。しかし、積層および熱溶着されて作製された強化繊維基材積層体は、各層間同士が強力に接着しているために剛性が高いことから、平面形状から立体形状の強化繊維プリフォームへ賦形される際に、複雑な立体形状への追従性が低く、シワなどの欠陥が発生しやすい等の問題がある。また、プリフォームの固着とRTM成形品の力学特性を向上させるために、特許文献2に示すような技術を用いた場合には、熱溶着の際に熱可塑性樹脂である熱可塑性ポリマー材料が溶融されて強化繊維束の表面を覆い、樹脂注入工程において注入されるマトリックス樹脂の流路を塞ぐことになるため、マトリックス樹脂の未含浸等の欠陥を生じやすくなる。
When a reinforcing fiber is directly and automatically laminated on a three-dimensional molded mold using an automatic laminating device as shown in
その他に、平面形状の強化繊維基材を1層ずつ作製して、立体形状の金型の上に1層ずつ搬送したのち強化繊維プリフォームを賦形する工程を経てFRP成形体を製造する方法も挙げられる。しかし、このような製造方法に用いられる強化繊維基材を構成する強化繊維束が、テープ状の強化繊維束を一方向に引き揃えただけの形態である場合、強化繊維の繊維軸方向に直行する方向への拘束力が無い、若しくは非常に弱いため、強化繊維基材が搬送される際に、強化繊維束の位置や繊維配向が崩れてしまう恐れがある。 In addition, a method of producing a flat-shaped reinforcing fiber base material one layer at a time, transporting the reinforcing fiber base material one layer at a time onto a three-dimensional mold, and then shaping the reinforcing fiber preform to produce an FRP molded product. Can also be mentioned. However, when the reinforcing fiber bundle constituting the reinforcing fiber base material used in such a manufacturing method is in a form in which the tape-shaped reinforcing fiber bundles are simply aligned in one direction, the reinforcing fiber bundles are orthogonal to the fiber axial direction of the reinforcing fibers. Since there is no binding force in the direction of the reinforcing fiber or it is very weak, the position of the reinforcing fiber bundle and the fiber orientation may be lost when the reinforcing fiber base material is conveyed.
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するものであり、強化繊維束の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性(特に、強化繊維基材の形態安定性)やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材の製造方法を提供せんとするものである。また、マトリックス樹脂の含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるCAIに優れる強化繊維プリフォームの製造方法、繊維強化複合材料成形体の製造方法を提供せんとするものである。 The present invention solves the problems of the prior art, and not only has an excellent yield of the reinforcing fiber bundle, but also has ease of handling during transportation (particularly, morphological stability of the reinforcing fiber base material) and preform shaping. An object of the present invention is to provide a method for producing a reinforcing fiber base material having excellent shapeability in a process. In addition, a method for producing a reinforced fiber preform, which has good impregnation property of a matrix resin and is excellent in mechanical properties such as impact resistance, particularly CAI, which is a compressive strength after impact is applied, and a method for producing a fiber reinforced composite material molded product. It is intended to be provided.
本発明は、かかる課題の少なくとも一部を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明は以下のとおりである。
[形態1]強化繊維基材の製造方法であって、仮固着手段を有するテーブル上に、少なくとも1本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、前記強化繊維束の上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備え、前記強化繊維束層形成工程において、前記強化繊維束同士の載置間隔は、0mm(ミリメートル)よりも大きく且つ2mm以下である、強化繊維基材の製造方法。
その他、本発明は以下の形態により実現され得る。
The present invention employs the following means in order to solve at least a part of such problems. That is, the present invention is as follows.
[Form 1] A method for producing a reinforcing fiber base material, in which at least one reinforcing fiber bundle is repeatedly placed on a table having a temporary fixing means by aligning the reinforcing fiber bundle from the reinforcing fiber bundle mounting head. On the fiber bundle layer forming step and the reinforcing fiber bundle, polyamide resin, polyester resin, polyphenylene sulfide resin, polyetherimide resin, polyether sulfone resin, polyvinylformal resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, polysulfone. A mesh-like resin material sheet arranging step of arranging a mesh-like resin material sheet composed of at least one selected from a resin, a polyphenylene ether resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, and a phenoxy resin or a mixture thereof, and the mesh-like resin material sheet. A bonding step of at least partially adhering the reinforcing fiber bundle to the reinforcing fiber bundle is provided, and in the reinforcing fiber bundle layer forming step, the placement interval between the reinforcing fiber bundles is larger than 0 mm (mm) and 2 mm or less. A method for producing a reinforcing fiber base material.
In addition, the present invention can be realized by the following forms.
(1)強化繊維基材の製造方法であって、仮固着手段を有するテーブル上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、前記網目状樹脂材料シートの上に少なくとも1本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。 (1) A method for producing a reinforcing fiber base material, which is a polyamide resin, a polyester resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyetherimide resin, a polyether sulfone resin, a polyvinyl formal resin, and a polyether ether on a table having a temporary fixing means. A mesh-like resin material sheet arrangement step for arranging a mesh-like resin material sheet composed of at least one selected from a ketone resin, a polycarbonate resin, a polysulfone resin, a polyphenylene ether resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, and a phenoxy resin, or a mixture thereof. A step of forming a reinforcing fiber bundle layer in which at least one reinforcing fiber bundle is repeatedly aligned and placed on the mesh-like resin material sheet from the reinforcing fiber bundle mounting head, and the mesh-like resin material sheet. A method for producing a reinforcing fiber base material, comprising an bonding step of at least partially adhering the reinforcing fiber bundle to the reinforcing fiber bundle.
(1)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、強化繊維束の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性(特に、強化繊維基材の形態安定性)やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材が製造される。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (1), not only the yield of the reinforcing fiber bundle is excellent, but also the handleability during transportation (particularly, the morphological stability of the reinforcing fiber base material) and the preform are added. A reinforcing fiber base material having excellent shapeability in the shaping process is produced.
(2)強化繊維基材の製造方法であって、仮固着手段を有するテーブル上に、少なくとも1本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、前記強化繊維束の上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。 (2) A method for producing a reinforcing fiber base material, in which at least one reinforcing fiber bundle is repeatedly placed on a table having a temporary fixing means by aligning the reinforcing fiber bundle from the reinforcing fiber bundle mounting head. On the bundle layer forming step and the reinforcing fiber bundle, a polyamide resin, a polyester resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyetherimide resin, a polyether sulfone resin, a polyvinylformal resin, a polyether ether ketone resin, a polycarbonate resin, and a polyether sulfone resin. , Polyphenylene ether resin, polyimide resin, polyamideimide resin, and phenoxy resin. A method for producing a reinforcing fiber base material, comprising an bonding step of at least partially adhering the reinforcing fiber bundle.
(2)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、(1)に記載の強化繊維基材の製造方法と同様の効果が得られる。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (2), the same effect as the method for producing a reinforcing fiber base material according to (1) can be obtained.
(3)(1)に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束層形成工程は、前記テーブルと前記網目状樹脂材料シートとの色調差を検出し、前記色調差が検出された位置を前記強化繊維束を載置する始点および終点として前記強化繊維束を載置する、強化繊維基材の製造方法。 (3) In the method for producing a reinforcing fiber base material according to (1), in the reinforcing fiber bundle layer forming step, a color tone difference between the table and the mesh-like resin material sheet is detected, and the color tone difference is obtained. A method for producing a reinforcing fiber base material, wherein the reinforcing fiber bundle is placed at a detected position as a start point and an end point at which the reinforcing fiber bundle is placed.
(3)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、網目状樹脂材料シートを所望の形状に予め裁断しておけば、強化繊維束の幅に見合った載置間隔を指定するだけで、座標の入力作業を行うことなく任意の形状の強化繊維基材を作成することできる。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (3), if the mesh-like resin material sheet is cut into a desired shape in advance, it is only necessary to specify the placement interval corresponding to the width of the reinforcing fiber bundle. , It is possible to create a reinforcing fiber base material having an arbitrary shape without performing the coordinate input work.
(4)(1)から(3)に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束の表面に、バインダー樹脂が付着していることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 (4) The method for producing a reinforcing fiber base material according to (1) to (3), wherein the binder resin is attached to the surface of the reinforcing fiber bundle. Production method.
(4)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、強化繊維束の幅安定性がもたらされるため、隣り合う強化繊維束の間隙や目付の安定性に優れた強化繊維基材を得ることが可能となる。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (4), the width stability of the reinforcing fiber bundle is brought about, so that a reinforcing fiber base material having excellent stability of gaps and basis weights of adjacent reinforcing fiber bundles can be obtained. Is possible.
(5)(4)に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束の目付を100重量部としたときの、バインダー樹脂の目付が1〜20重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 (5) The method for producing a reinforcing fiber base material according to (4), wherein the basis weight of the binder resin is 1 to 20 parts by weight when the basis weight of the reinforcing fiber bundle is 100 parts by weight. A method for manufacturing a reinforcing fiber base material.
(5)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、より一層隣り合う強化繊維束の間隙や目付の安定性に優れた強化繊維基材を得ることが可能となる。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (5), it is possible to obtain a reinforcing fiber base material having more excellent stability of gaps and basis weights of adjacent reinforcing fiber bundles.
(6)(4)または(5)に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記バインダー樹脂の軟化温度が、前記網目状樹脂材料シートの軟化温度より50℃以上低いことを特徴とする。 (6) The method for producing a reinforcing fiber base material according to (4) or (5), wherein the softening temperature of the binder resin is 50 ° C. or more lower than the softening temperature of the network resin material sheet. do.
(6)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、接着工程を経た後であっても、網目状樹脂材料シートの形状は保持されやすいため、網目状樹脂材料シートにおける平面方向の繋がりにより、強化繊維基材の形態安定性が向上される。また、強化繊維プリフォームの製造時において強化繊維基材が搬送される搬送工程の際などの取扱性を向上させることができる。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (6), the shape of the mesh-like resin material sheet is easily maintained even after the bonding step, so that the mesh-like resin material sheet is connected in the plane direction. As a result, the morphological stability of the reinforcing fiber base material is improved. In addition, it is possible to improve the handleability during the transport process in which the reinforcing fiber base material is transported during the production of the reinforcing fiber preform.
(7)(1)から(6)までのいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束層の目付を100重量部としたときの、前記網目状樹脂材料シートの目付が1〜550重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 (7) The mesh-like resin material sheet according to any one of (1) to (6), wherein the basis weight of the reinforcing fiber bundle layer is 100 parts by weight. A method for producing a reinforcing fiber base material, which has a basis weight of 1 to 550 parts by weight.
(7)に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、積層された強化繊維基材に対して、注入成形法とプレス成形法とのうち少なくとも一方の成形法を適用することができる。 According to the method for producing a reinforcing fiber base material according to (7), at least one of an injection molding method and a press molding method can be applied to the laminated reinforcing fiber base material.
(8)(1)から(7)までのいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法により製造された強化繊維基材を用いる強化繊維プリフォームの製造方法であって、前記強化繊維基材を前記テーブルから搬送手段を用いて搬送する搬送工程と、搬送された前記強化繊維基材を積層する積層工程と、積層された前記強化繊維基材を成形体の形状に賦形するプリフォーム賦形工程と、を備える、強化繊維プリフォームの製造方法。 (8) A method for producing a reinforcing fiber preform using a reinforcing fiber base material produced by the method for producing a reinforcing fiber base material according to any one of (1) to (7), wherein the reinforcing fiber base material is used. A transport step of transporting the laminated fiber base material from the table using a transport means, a laminating step of laminating the transported reinforcing fiber base material, and a preform treatment for shaping the laminated reinforcing fiber base material into the shape of a molded body. A method for producing a reinforcing fiber preform, which comprises a shaping process.
(8)に記載の強化繊維プリフォームの製造方法によれば、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程における含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるCAIに優れる強化繊維プリフォームが得られる。 According to the method for producing a reinforcing fiber preform according to (8), the impregnation property in the resin injection step of injecting the matrix resin is good, and the mechanical properties such as impact resistance, particularly the compressive strength after impact is applied. A reinforcing fiber preform having excellent CAI can be obtained.
(9)(8)に記載の強化繊維プリフォームの製造方法により製造された強化繊維プリフォームを用いる繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、前記強化繊維プリフォームに、マトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を備える、繊維強化複合材料成形体の製造方法。 (9) A method for producing a fiber-reinforced composite material molded product using a reinforcing fiber preform produced by the method for producing a reinforcing fiber preform according to (8), wherein the reinforcing fiber preform is impregnated with a matrix resin. A method for producing a fiber-reinforced composite material molded body, which comprises a resin impregnation step.
(9)に記載の繊維強化複合材料成形体の製造方法によれば、優れた力学特性を有し、かつ軽量である繊維強化複合材料成形体が得られる。 According to the method for producing a fiber-reinforced composite material molded body according to (9), a fiber-reinforced composite material molded body having excellent mechanical properties and being lightweight can be obtained.
本発明によれば、強化繊維束の歩留まりに優れるだけでなく、形態安定性や賦形性、樹脂含浸性に優れた強化繊維基材および強化繊維プリフォームが得られ、また成形後は耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料成形体(FRP成形体)を得ることができる。 According to the present invention, a reinforcing fiber base material and a reinforcing fiber preform having excellent morphological stability, shapeability, and resin impregnation property as well as excellent yield of the reinforcing fiber bundle can be obtained, and impact resistance after molding can be obtained. A fiber-reinforced composite material molded body (FRP molded body) having excellent properties can be obtained.
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。初めに、本実施形態において製造、もしくは、製造に用いられる強化繊維基材1について説明する。
Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the reinforcing
A.強化繊維基材:
図1は、本発明の一実施形態としての強化繊維基材の製造方法により製造される強化繊維基材1を模式的に示す概略斜視図である。強化繊維基材1は、網目状樹脂材料シート10の片面に強化繊維束11が引き揃えて載置された後、接着一体化されて形成されている。
A. Reinforced fiber base material:
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a reinforcing
強化繊維基材1は、複数の強化繊維束11を引き揃えてなる強化繊維束層の少なくとも片側表面に、網目状樹脂材料シート10を有する。かかる網目状樹脂材料シート10を強化繊維束層の少なくとも片側表面に存在させることにより、平面形状に載置された強化繊維束層における強化繊維束11の位置および繊維配向などの形態安定性を向上させることができるとともに、強化繊維基材1の搬送時などの取扱性を向上させることができる。
The reinforcing
本実施形態において、網目状とは平面上の厚み方向に孔が空いている形状のことをいう。言い換えれば、網目状とは、網目の網に相当する部分には、樹脂材料が存在し、網目の間隙部分には、孔が形成されている形状のことである。かかる形態のものであれば、強化繊維基材1の厚み方向にマトリックス樹脂や空気の流路が確保できる。かかる網目状樹脂材料シート10としては、例えば、不織布状、マット状、ネット状、メッシュ状、織物状、編物状、短繊維群状、穿孔フィルム状、多孔フィルム状などが挙げられる。中でも不織布、マットまたはメッシュは安価に入手でき、且つ平面方向にもマトリックス樹脂や空気の流路が形成されているため、マトリックス樹脂や空気の流路を確保する効果が高いため好ましい。
In the present embodiment, the mesh shape means a shape having holes in the thickness direction on a plane. In other words, the mesh shape is a shape in which a resin material is present in a portion corresponding to the mesh of the mesh and holes are formed in the gap portion of the mesh. With such a form, a matrix resin or an air flow path can be secured in the thickness direction of the reinforcing
本実施形態における網目状樹脂材料シート10は、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種またはそれらの混合物からなる熱可塑性樹脂材料から構成される。また、本実施形態における網目状樹脂材料シート10は、上記した熱可塑性樹脂材料と、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシおよびフェノールから選ばれる熱硬化性樹脂材料の混合物から構成されてもよい。後述する強化繊維プリフォームの製造方法におけるプリフォーム賦形工程において、網目状樹脂材料シート10を強化繊維束層の間に配置させることで、強化繊維基材1を用いて製造されるFRP成形体の優れた力学特性を達成することができる。このようなFRP成形体は、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるCAIに優れる。
The mesh-like
本実施形態に使用する強化繊維束11は、マルチフィラメント糸であってガラス繊維糸、有機繊維糸、炭素繊維糸等である。有機繊維糸における有機繊維は、アラミド、PBO、PVA、PE等である。炭素繊維糸における炭素繊維は、PAN系、ピッチ系等である。炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れ、殆ど吸水しない。このため、炭素繊維は、航空機構造材や自動車の強化繊維として好ましく用いられる。本実施形態に使用する強化繊維束のフィラメント数は、3,000〜50,000フィラメントの範囲内であることが好ましい。本実施形態に使用する強化繊維束11のフィラメント数は、取扱性の観点から12,000〜24,000フィラメントの範囲内であるのが特に好ましい。強化繊維束11の形態は特に限定されないが、幅や厚みの安定性に優れる無撚糸であることが好ましい。強化繊維束11の形態は、さらに繊維配向に優れる開繊糸であることが好ましい。
The reinforcing
また、本実施形態における強化繊維束11の表面には、バインダー樹脂が付着していることが好ましい。バインダー樹脂が付着されていることにより、強化繊維束11の形態安定性がもたらされるため、幅安定性に優れた強化繊維束11を得ることが可能となる。本実施形態において、強化繊維束11は、強化繊維束層形成工程において強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置されるが、強化繊維束11の幅安定性が良好でないと、隣り合う強化繊維束11同士で目隙や重なりなどを生じ、強化繊維基材1の目付や厚みのムラを誘発することがある。バインダー樹脂は、前述の網目状樹脂材料シート10の構成として例示した熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料またはそれらの混合物のいずれであってもよい。また、バインダー樹脂の付着形態は、強化繊維束11の柔軟性および樹脂注入工程での含浸性の観点から、点状、線状、網目状などであることが好ましい。バインダー樹脂の付着量は、強化繊維束11の目付を100重量部としたとき、バインダー樹脂の目付が1〜20重量部の範囲内となる量であることが好ましい。バインダー樹脂の付着量は、強化繊維束11の目付を100重量部としたとき、より好ましくは、バインダー樹脂の目付が2〜18重量部の範囲内となる量であり、さらに3〜16重量部の範囲内となる量であることが好ましい。バインダー樹脂の目付が1重量部未満であると前記幅安定性効果が得られにくいだけでなく、網目状樹脂材料シート10との接着性が十分に得られず強化繊維基材1の形態安定性が低下するため、好ましくない。また、バインダー樹脂の目付が20重量部を超えると強化繊維束11の柔軟性および樹脂注入工程での含浸性が低下する場合があるので好ましくない。強化繊維束11の柔軟性が低下すると、強化繊維束層形成工程においてボビンに巻かれた強化繊維束11を引き出して載置した際に、載置された強化繊維束11の端部が巻き癖により浮き上がってしまう不具合が生じたり、プリフォーム賦形工程での賦形性が低下することがある。
Further, it is preferable that the binder resin is attached to the surface of the reinforcing
B.強化繊維基材の製造方法:
次に、本実施形態における強化繊維基材1の製造方法について説明する。本実施形態における強化繊維基材1の製造方法は、網目状樹脂材料シート配置工程と、強化繊維束層形成工程と、接着工程と、を備える。
B. Manufacturing method of reinforcing fiber base material:
Next, the method for producing the reinforcing
B1.網目状樹脂材料シート配置工程:
図2は、本実施形態における網目状樹脂材料シート配置工程の一例を説明する説明図である。網目状樹脂材料シート配置工程では、網目状樹脂材料シート10が、図示しない仮固着手段を有するテーブル100上に配置される。
B1. Reticulated resin material sheet placement process:
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a mesh-like resin material sheet arranging process in the present embodiment. In the mesh-like resin material sheet arranging step, the mesh-like
本実施形態において、仮固着手段には、静電吸着またはエアー吸引による吸着を行う装置などを用いることができる。仮固着される対象は、網目状樹脂材料シート10および強化繊維束11である。かかる仮固着手段を有するテーブル100に網目状樹脂材料シート10を配置すると、静電気やエアー吸引による吸着力は網目状樹脂材料シート10を透過するため、後の強化繊維束層形成工程で載置される強化繊維束11を同時に仮固着することが可能である。仮固着手段が強化繊維束11を仮固着できるため、常温でタック性の無い強化繊維束でも、端部の浮き上がりや繊維配向ずれを生じさせることなく、精度良く載置させることが可能となる。
In the present embodiment, a device that performs electrostatic adsorption or adsorption by air suction can be used as the temporary fixing means. The objects to be temporarily fixed are the mesh-like
配置される網目状樹脂材料シート10の形状は、後の強化繊維束層形成工程で形成する強化繊維束11を引き揃えてなる強化繊維束層の面積より大きくても良いし、強化繊維束11を引き揃えてなる強化繊維束層の面積より小さい網目状樹脂材料シート10を必要な部分だけ選択的に配置しても良い。また、後述する強化繊維プリフォームの製造方法におけるプリフォーム賦形工程での賦形性を良くするため、網目状樹脂材料シート10に切り込みが入っていても良い。この場合、強化繊維束11の配向に影響を与えにくい切りこみとして、強化繊維束11の繊維方向と交差する方向に延びる切りこみを有することが好ましい。
The shape of the mesh-like
B2.強化繊維束層形成工程:
図3は、本実施形態における強化繊維束層形成工程の一例を説明する説明図である。強化繊維束層形成工程では、強化繊維束載置ヘッド110により、網目状樹脂材料シート10の上に、強化繊維束11が引き揃えて載置される。本実施形態における強化繊維束載置ヘッド110は、ロボットアームやガントリー(図示せず)に搭載され、いわゆる自動積層装置の一部分である。かかる装置を使用することにより、強化繊維束11を必要な部分のみに引き揃えて載置することが可能となる。このため、シート状の強化繊維基材から所望の形状を切り出して手作業で積層する方法と比較して、強化繊維束11の歩留まりの改善や、工程の省人化などの効果を得ることができる。
B2. Reinforcing fiber bundle layer forming process:
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the reinforcing fiber bundle layer forming step in the present embodiment. In the reinforcing fiber bundle layer forming step, the reinforcing
ボビン111は、強化繊維束11を供給する。本実施形態では、ボビン111は、強化繊維束載置ヘッド110に内蔵されている。他の実施形態では、ボビン111は、強化繊維束載置ヘッド110から離れた場所に設置されたクリールステーション(図示せず)から供給されても良い。また、本実施形態では、強化繊維束11は、強化繊維束層形成工程の効率化の観点から、複数本同時に引き出されるが、他の実施形態では、強化繊維束11は1本ずつ引き出されても良い。
The
強化繊維束層形成工程は、まず、強化繊維束載置ヘッド110がテーブル100上に配置された網目状樹脂材料シート10上の点A1まで移動し、強化繊維束11の端部が押し当たるよう強化繊維束載置ヘッド110が点A1に対して近付くことによって、仮固着を行う。その後、強化繊維束載置ヘッド110の移動速度に合わせて強化繊維束11を繰り出しながら点B1まで移動した後、図示されていない切断機構により強化繊維束11を切断することで、網目状樹脂材料シート10上に所定の長さの強化繊維束11を載置する。このようにして載置された強化繊維束11は点A1から点B1に亘って、仮固着手段によって網目状樹脂材料シート10上に仮固着された状態となる。次に強化繊維束載置ヘッド110を点A2まで移動させて、前回載置した強化繊維束11に隣接し、かつ強化繊維束11同士が互いに平行になるように新たに強化繊維束11を載置して強化繊維束11を網目状樹脂材料シート10上に仮固着していく。この動作を繰り返すことにより、強化繊維束層が形成される。
In the reinforcing fiber bundle layer forming step, first, the reinforcing fiber
なお、強化繊維束11を載置する際には、既に載置されている強化繊維束11と離間しすぎないように、また、強化繊維束11同士が重なり合わないように、強化繊維束11を載置することが好ましい。強化繊維束11が重なり合ったり離間しすぎたりすると、FRP成形体に加工した際に目的とする材料特性が得られないことや、強化繊維基材1の表面に凹凸が発生し寸法精度が得られない恐れがある。したがって、強化繊維束11同士の載置間隔は、0〜2mmであることが好ましい。また、強化繊維束11同士が重なり合っていなくても、強化繊維束11同士の載置間隔が狭すぎる場合、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程での樹脂含浸性が十分でなくなることがある。このため、強化繊維束11同士の載置間隔は、0.5〜2mmであることがより好ましい。
When the reinforcing
強化繊維束11同士の載置間隔を制御しながら載置する方法としては、予め入力した位置データに基づき、強化繊維束載置ヘッド110の移動位置を制御させる方法がある。かかる方法によると、強化繊維束層形成工程を行う前に、予め強化繊維束11を載置する始点と終点との座標をコンピュータ等に入力する必要がある。そのため、所望とする強化繊維基材1の形状の種類が多くなると、座標の入力作業量が非常に膨大となる。一方、本実施形態では、網目状樹脂材料シート10とテーブル100との色調差(コントラスト)を検出させることで、網目状樹脂材料シート10における強化繊維束11を載置する始点と終点とを自動で検出させることが可能である。言い換えれば、コントラストが検出された位置を始点および終点として検出し、その始点および終点に基づいて、強化繊維束11を載置するということである。例えば、網目状樹脂材料シート10の上に、強化繊維束11を直線状に載置する際、コントラストが検出された始点の位置から強化繊維束11の載置を開始し、コントラストが検出された終点の位置において強化繊維束11を切断することで、強化繊維束11を載置するということである。つまり、網目状樹脂材料シート10を所望の形状に予め裁断しておけば、強化繊維束11の幅に見合った載置間隔を指定するだけで、座標の入力作業を行うことなく任意の形状の強化繊維基材1を作成することが可能となる。また、直前に載置した強化繊維束11と網目状樹脂材料シート10とのコントラストを検出すれば、載置間隔の入力を省くことも可能である。
As a method of mounting while controlling the mounting interval between the reinforcing
本実施形態の強化繊維基材1における強化繊維束層1層当たりの目付は、50〜800g/m2の範囲内であることが好ましい。強化繊維束層1層当たりの目付は、より好ましくは100〜500g/m2、更に好ましくは120〜300g/m2の範囲内である。強化繊維束層1層当たりの目付は、強化繊維束の目付(g/m)と、強化繊維束層形成工程での強化繊維束11の載置間隔から計算することが可能である。強化繊維束層の目付が50g/m2未満であると所定のFRP成形体の厚みを得るための積層枚数が増えることから、成形の作業性が悪いため好ましくない。また、強化繊維束層の目付が小さいと、強化繊維束層内の強化繊維束11同士の間に隙間ができやすくなるため、強化繊維体積率Vfが部分的に不均一となりやすくなる。このため、成形すると強化繊維体積率Vfが大きなところではFRP成形体の厚さが厚くなるとともに、強化繊維体積率Vfが小さなところはFRP成形体の厚さが薄くなる。すなわち、FRP成形体の表面が、凸凹した形状となりやすい。このような場合には、強化繊維束11を準備する段階で、振動ローラやエアー・ジェット噴射で強化繊維束11を薄く拡げておくと、強化繊維基材1の全面にわたり強化繊維体積率Vfが均一となることから、表面が平滑なFRP成形体が得られるので好ましい。また、強化繊維束層1層当たりの目付が800g/m2を超えると、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程において、強化繊維基材1に対するマトリックス樹脂の含浸性が悪くなるので好ましくない。
The basis weight per reinforcing fiber bundle layer in the reinforcing
B3.接着工程:
図4は本実施形態における接着工程の一例を説明する説明図である。本実施形態の接着工程では、圧子120を用いて、網目状樹脂材料シート10と強化繊維束11とが接着される。かかる接着工程は、強化繊維束11を引き揃えてなる強化繊維束層の全面に行われても良いし、強化繊維束11を引き揃えてなる強化繊維束層の面積より小さい必要な部分だけ選択的に接着しても良い。強化繊維束層の全面が、網目状樹脂材料シート10に接着されていると、強化繊維基材1の形態安定性に優れる。一方、強化繊維束層が部分的に網目状樹脂材料シート10と接着されていると、後述する強化繊維プリフォームの製造方法のプリフォーム賦形工程において成形体の形状への賦形の際に変形がしやすい(すなわち賦形性が良い)。よって、成形体の形状の複雑さによって、これらを任意に使い分けることが好ましい。
B3. Adhesion process:
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the bonding process in the present embodiment. In the bonding step of the present embodiment, the mesh-like
本実施形態では、接着は、圧子120による熱融着により行われるが、圧子120に代えて、熱ローラ(図示せず)や赤外線ヒーター(図示せず)を用いて熱融着してもよい。また、熱融着に代えて、ステッチにより接着してもよい。
In the present embodiment, the adhesion is performed by heat fusion with the
接着工程に用いられる加熱温度は、バインダー樹脂が付着していない強化繊維束11を用いる場合、網目状樹脂材料シート10の軟化温度から網目状樹脂材料シート10の軟化温度より30℃高い温度の範囲内であることが望ましい。
When the reinforcing
一方、バインダー樹脂が付着している強化繊維束11を用いる場合、バインダー樹脂の軟化温度からバインダー樹脂の軟化温度より30℃高い温度の範囲内であることが望ましい。接着工程に用いられる加熱温度が低い場合、バインダー樹脂が充分に軟化せず強化繊維束11と網目状樹脂材料シート10の接着が成されないことがある。また、接着工程に用いられる加熱温度が高い場合、バインダー樹脂が強化繊維束11に浸透し、マトリックス樹脂の含浸性が悪くなることがある。
On the other hand, when the reinforcing
ここで、本実施形態において軟化温度とは、バインダー樹脂または網目状樹脂材料シートが結晶性樹脂材料の場合は融点、非晶性樹脂材料の場合はガラス転移点のことを指し、示差走査熱量計(DSC)を用いて、JIS K7121(1987)にしたがい10℃/分の昇温速度で測定した値を指す。 Here, in the present embodiment, the softening temperature refers to the melting point when the binder resin or the mesh-like resin material sheet is a crystalline resin material, and the glass transition point when the binder resin or the mesh-like resin material sheet is an amorphous resin material, and is a differential scanning calorimeter. (DSC) refers to a value measured at a heating rate of 10 ° C./min according to JIS K7121 (1987).
バインダー樹脂が網目状樹脂材料シート10よりも低い軟化温度を持つものであると、熱融着後も網目状樹脂材料シート10は形状が保持されているため、網目状樹脂材料シート10における平面方向の繋がりにより、強化繊維基材1の形態安定性の向上や、搬送時などの取扱性を向上させることができる。その他にも、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程においては、形状が保持された網目状樹脂材料シート10が空間を確保するスペーサーとなって、強化繊維束層の層間において、マトリックス樹脂の流路を確保する。網目状樹脂材料シート10がマトリックス樹脂の流路を確保することにより、マトリックス樹脂の含浸が容易になるだけでなく、その含浸速度も速くなることから、FRP成形体の生産性が向上される、といった効果も実現する。かかる効果を効率よく実現させるため、バインダー樹脂の軟化温度は、網目状樹脂材料シート10の軟化温度より50℃以上低いことが好ましい。
When the binder resin has a softening temperature lower than that of the mesh-like
接着手段がステッチの場合、縫い組織としては、例えば単環縫い、1/1のトリコット編みが挙げられる。ステッチ糸の材料としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ビニルアルコール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアラミド樹脂、それらの組成物等から選ぶことができる。列挙したステッチ糸の材料の中でも、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂であることが好ましい。強化繊維基材1の賦型性の観点からは、ステッチ糸の材料は、スパンデックス(ポリウレタン弾性繊維)、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂の加工糸であることが好ましい。ステッチ糸の繊度は、強化繊維束のクリンプを抑制するために、強化繊維束11の1/5以下であることが好ましい。また、強化繊維基材1の形態安定性、製造安定性の面から、ステッチ糸の繊度は、10dtex以上、より好ましくは30dtex以上であることが好ましい。さらに、プリフォーム賦形工程での賦形性の観点から、ステッチ糸は、伸縮性を有することが好ましい。
When the bonding means is a stitch, the sewing structure includes, for example, single-ring sewing and 1/1 tricot knitting. The material of the stitch thread can be selected from polyester resin, polyamide resin, polyethylene resin, vinyl alcohol resin, polyphenylene sulfide resin, polyaramid resin, and compositions thereof. Among the listed stitch thread materials, polyester resin and polyamide resin are preferable. From the viewpoint of the shapeability of the reinforcing
ここまで説明してきた工程の流れは「網目状樹脂材料配置工程→強化繊維束層形成工程→接着工程」の順であるが、「強化繊維束層形成工程→網目状樹脂材料配置工程→接着工程」の順とすることでも、上述の内容と同様の効果を得ることが可能である。 The flow of the steps described so far is in the order of "reinforcing fiber bundle layer forming process-> reinforcing fiber bundle layer forming process-> bonding process", but "reinforcing fiber bundle layer forming process-> mesh-like resin material placement process-> bonding process". It is possible to obtain the same effect as the above-mentioned contents by setting the order of "."
本実施形態における網目状樹脂材料シート10の目付は、前記強化繊維束層の目付を100重量部としたとき、1〜550重量部であることを特徴とする。かかる目的としては、強化繊維基材1を用いたFRP成形体の製造方法において、本実施形態の強化繊維基材1を積層した後、樹脂含浸工程において、液状のマトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程をして硬化を行う「注入成形法」と、本実施形態の強化繊維基材1を積層した後に熱プレスを行う「プレス成形法」と、のいずれにも適用できることを意味する。「プレス成形法」では、加熱機能を有するプレス機等によって網目状樹脂材料シート10そのものがマトリックス樹脂として含浸される。
The basis weight of the mesh-like
「注入成形法」を行う場合、本実施形態における網目状樹脂材料シート10の目付は前記強化繊維束層の目付を100重量部としたとき、1〜20重量部であることが好ましい。網目状樹脂材料シート10の目付は、前記強化繊維束層の目付を100重量部としたとき、より好ましくは2〜18重量部、さらに好ましくは3〜16重量部である。網目状樹脂材料シート10の目付が1重量部未満であると、強化繊維基材1の取扱性が低下するだけでなく、網目状樹脂材料シート10を強化繊維束層間に存在させることによる力学特性の向上効果が小さくなるため好ましくない。また、網目状樹脂材料シート10の目付が20重量部を超えると、FRP成形体にしたときのFRP成形体における強化繊維体積含有率が低くなりすぎる場合や、FRP成形体の耐熱性、耐薬品性や圧縮強度が低下する場合があるため好ましくない。
When the "injection molding method" is performed, the basis weight of the mesh-like
「プレス成形法」を行う場合、本実施形態における網目状樹脂材料シート10の目付は前記強化繊維束層の目付を100重量部としたとき、10〜550重量部であることが好ましい。網目状樹脂材料シート10の目付は、前記強化繊維束層の目付を100重量部としたとき、より好ましくは30〜350重量部、さらに好ましくは40〜300重量部である。網目状樹脂材料シート10の目付が10重量部未満であると、強化繊維基材1において強化繊維束11の占める割合が高くなり、マトリックス樹脂の含浸が困難になるため好ましくない。また、網目状樹脂材料シート10の目付が550重量部を超えると、強化繊維基材1において強化繊維束11の占める割合が低くなり、プレス成形時にマトリックス樹脂が流出する場合があるため好ましくない。
When the "press molding method" is performed, the basis weight of the mesh-like
以上説明した強化繊維基材1の製造方法によれば、強化繊維束11の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性(特に、強化繊維基材の形態安定性)やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材1が製造される。
According to the method for producing the reinforcing
C.強化繊維プリフォームの製造方法:
次に、強化繊維基材1を用いた強化繊維プリフォームの製造方法について説明する。本実施形態における強化繊維プリフォームの製造方法は、搬送工程と、積層工程と、プリフォーム賦形工程と、を備える。
C. Manufacturing method of reinforcing fiber preform:
Next, a method for producing a reinforcing fiber preform using the reinforcing
C1.搬送工程:
図5は、本実施形態における搬送工程の一例を説明する説明図である。図5に示すように、搬送工程では、強化繊維基材1は、ロボットハンド200等の搬送手段を用いて、テーブル100から別のテーブル210上の所定位置へと搬送される(搬送工程)。強化繊維基材1を保持する手法は特に限定されず、クランプやニードルなどの方法の他に、静電吸着やエアー吸引などの方法を用いることができる。前述のとおり、本実施形態にかかる方法により製造された強化繊維基材1は、網目状樹脂材料シート10に接着されていることにより、搬送工程における形態の崩れが起きにくい。強化繊維基材1を保持する手法として、静電吸着やエアー吸引などの方法は、強化繊維基材1を面で吸着するため、クランプやニードルなどの方法と比べて、強化繊維基材1の形態を崩しにくいことから、好ましい。
C1. Transport process:
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a transfer process in the present embodiment. As shown in FIG. 5, in the transfer step, the reinforcing
C2.積層工程およびプリフォーム賦形工程:
上記搬送工程を繰り返すことにより、強化繊維基材1を積層(積層工程)し、強化繊維基材1を積層した強化繊維基材積層体を作製した後、成形体の形状への賦形および加熱(プリフォーム賦形工程)を行い、強化繊維基材プリフォームを作製する。かかるプリフォーム賦形工程は、上下型によるプレス賦形の他、ラバーを用いた減圧賦形などの方法を用いることができる。
C2. Laminating process and preform shaping process:
By repeating the above transfer process, the reinforcing
上下型によるプレス賦形(図示せず)の場合、テーブル210は成形体の形状を持った下型ということになる。対となる上型は、細かい凹凸形状への追従性を向上させるため、独立して作動することが可能な分割形状であっても良い。 In the case of press shaping (not shown) by the upper and lower molds, the table 210 is a lower mold having the shape of a molded body. The paired upper mold may be a split shape that can be operated independently in order to improve the followability to a fine uneven shape.
図6は、本実施形態におけるプリフォーム賦形工程の一例を説明する説明図である。プリフォーム賦形工程として、本実施形態で用いるラバーを用いた減圧賦形について、図6を用いて説明する。テーブル210上に成形体の形状の型220およびシール材240を設ける。次に、型220の上に強化繊維基材1の積層を繰り返して強化繊維基材積層体2を作製する。作製された強化繊維基材積層体2と型220をラバー230で覆うとともにシール材240でラバー230をテーブル210に密着させてテーブル210およびラバー230で囲まれた密閉空間を形成する。テーブル210に設けられた吸引口250から密閉空間中の空気を排出することにより、密閉空間が収縮する。密閉空間の収縮に伴って、ラバー230が強化繊維基材積層体2を型220に押し当てる。型220に押し当てられた強化繊維基材積層体2は、成形体の形状へ賦形される。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of the preform shaping step in the present embodiment. As the preform shaping step, the reduced pressure shaping using the rubber used in the present embodiment will be described with reference to FIG. A
かかるプリフォーム賦形工程は、目的とする成形体に必要な強化繊維基材1の積層枚数全てを一括で行っても良いし、何度かに分けて行っても良い。
In such a preform shaping step, all the number of laminated reinforcing
プリフォーム賦形工程に用いられる加熱温度は、強化繊維束11としてバインダー樹脂が付着していない繊維束を用いる場合、網目状樹脂材料シート10の軟化温度から、網目状樹脂材料シート10の軟化温度より30℃高い温度の範囲内であることが望ましい。プリフォーム賦形工程での加熱温度は、強化繊維束11としてバインダー樹脂が付着している繊維束を用いる場合、バインダー樹脂の軟化温度からバインダー樹脂の軟化温度より30℃高い温度の範囲内であることが望ましい。プリフォーム賦形工程に用いられる加熱温度が低いと、網目状樹脂材料シート10もしくはバインダー樹脂が充分に軟化せずプリフォームの形態固着が成されないことがある。また、プリフォーム賦形工程に用いられる加熱温度が高いと、網目状樹脂材料シート10もしくはバインダー樹脂が強化繊維束11に浸透し、注入成形法におけるマトリックス樹脂の含浸性が悪くなることがある。前述同様、強化繊維束11としてバインダー樹脂が付着している繊維束を用いると、樹脂注入工程においては、網目状樹脂材料シート10が空間を確保するスペーサーとなって、強化繊維束層の層間においてマトリックス樹脂の流路を確保する。網目状樹脂材料シート10がマトリックス樹脂の流路を確保することにより、マトリックス樹脂の含浸が容易になるだけでなく、その含浸速度も速くなることから、FRP成形体の生産性が向上される、といった効果をも実現する。
The heating temperature used in the preform shaping step is the softening temperature of the mesh-like
以上説明した強化繊維プリフォームの製造方法によれば、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程における含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性に優れる強化繊維プリフォームが得られる。このような強化繊維プリフォームは、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるCAIに優れる。 According to the method for producing a reinforcing fiber preform described above, a reinforcing fiber preform having good impregnation property in the resin injection step of injecting a matrix resin and excellent mechanical properties such as impact resistance can be obtained. Such a reinforcing fiber preform is particularly excellent in CAI, which is the compressive strength after impact is applied.
D.繊維強化複合材料成形体の製造方法:
続いて、強化繊維プリフォームを用いた繊維強化複合材料成形体(FRP成形体)の製造方法について説明する。本実施形態における繊維強化複合材料成形体の製造方法は、樹脂含浸工程を備える。
D. Method for manufacturing fiber-reinforced composite molded article:
Subsequently, a method for producing a fiber-reinforced composite material molded body (FRP molded body) using a reinforcing fiber preform will be described. The method for producing a fiber-reinforced composite material molded product in the present embodiment includes a resin impregnation step.
D1.樹脂含浸工程:
本実施形態にかかるFRP成形体の製造方法は、樹脂含浸工程として、前述のとおり「注入成形法」および「プレス成形法」を採ることが出来る。
D1. Resin impregnation process:
As the method for producing the FRP molded product according to the present embodiment, the "injection molding method" and the "press molding method" can be adopted as the resin impregnation step as described above.
「注入成形法」としてはRTM(Resin Transfer Molding)成形やVaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding)成形が好ましく適用される。本実施形態の強化繊維基材1に接着された網目状樹脂材料シート10は、強化繊維基材1内部の空気を排出する際の流路(エアパス)としての機能や、マトリックス樹脂を拡散させる媒体としての機能を発揮する。したがってFRP成形体の内部品質の向上や、樹脂注入工程の高速化が実現できる。また、本実施形態の強化繊維基材1を構成する網目状樹脂材料シート10は、接着工程後、すなわち熱融着後も形状が保持されていることから平面方向の繋がりがあるため、高圧でマトリックス樹脂を注入した際の強化繊維基材の変形を防ぐことができる。このような注入成形法は、FRP成形体の生産性には優れるが、適用されるマトリックス樹脂が低粘度である必要がある。このため、従来は、力学特性を十分に発揮できない場合があった。しかし、本実施形態のFRP成形体の製造方法で製造されるFRP成形体は、強化繊維束11で構成された層の間に網目状樹脂材料シート10が配置されているため、樹脂注入工程後のFRP成形体において、優れた力学特性を達成することができる。このようなFRP成形体は、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるCAIに優れる。
As the "injection molding method", RTM (Resin Transfer Molding) molding and VaRTM (Vacum assisted Resin Transfer Molding) molding are preferably applied. The mesh-like
用いられるマトリックス樹脂は、必要に応じて固化される。固化とは、硬化または重合を意味する。かかるマトリックス樹脂の好ましい例としては、例えば、熱硬化性樹脂、RIM(Reaction Injection Molding)用熱可塑性樹脂等が挙げられる。列挙したマトリックス樹脂の中でも、注入成形法に好適であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂およびベンゾオキサジン樹脂から選ばれる少なくとも1種であるのが好ましい。 The matrix resin used is solidified as needed. Solidification means curing or polymerization. Preferred examples of such a matrix resin include a thermosetting resin, a thermoplastic resin for RIM (Reaction Injection Molding), and the like. Among the matrix resins listed, at least one selected from epoxy resins, phenol resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, cyanate ester resins, bismaleimide resins and benzoxazine resins suitable for injection molding methods is used. preferable.
「プレス成形法」においては、網目状樹脂材料シート10そのものがマトリックス樹脂となる。マトリックス樹脂の含浸は、加熱機能を有するプレス機等を用いることができる。
In the "press molding method", the mesh-like
本実施形態にかかる方法で製造したFRP成形体は優れた力学特性を有し、かつ軽量である。このため、本実施形態にかかる方法で製造したFRP成形体の用途としては、航空機、自動車、船舶の輸送機器のいずれかにおける一次構造部材、二次構造部材、外装部材または内装部材に用いられることが好ましい。 The FRP molded product produced by the method according to this embodiment has excellent mechanical properties and is lightweight. Therefore, the FRP molded product manufactured by the method according to the present embodiment is used for a primary structural member, a secondary structural member, an exterior member, or an interior member in any of transportation equipment of an aircraft, an automobile, or a ship. Is preferable.
1…強化繊維基材
2…強化繊維基材積層体
10…網目状樹脂材料シート
11…強化繊維束
100…テーブル
110…強化繊維束載置ヘッド
111…ボビン
120…圧子
210…テーブル
220…型
230…ラバー
240…シール材
250…吸引口
1 ... Reinforcing
Claims (9)
仮固着手段を有するテーブル上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、
前記網目状樹脂材料シートの上に少なくとも1本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、
前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。 A method for manufacturing a reinforcing fiber base material.
On a table having temporary fixing means, polyamide resin, polyester resin, polyphenylene sulfide resin, polyetherimide resin, polyether sulfone resin, polyvinyl formal resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, polysulfone resin, polyphenylene ether resin, A mesh-like resin material sheet arranging step for arranging a network-like resin material sheet composed of at least one selected from a polyimide resin, a polyamideimide resin and a phenoxy resin, or a mixture thereof.
A reinforcing fiber bundle layer forming step of repeating the process of repeatedly placing at least one reinforcing fiber bundle on the mesh-like resin material sheet by aligning it from the reinforcing fiber bundle mounting head.
A method for producing a reinforcing fiber base material, comprising an adhesive step of at least partially adhering the mesh-like resin material sheet and the reinforcing fiber bundle.
仮固着手段を有するテーブル上に、少なくとも1本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、
前記強化繊維束の上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、
前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備え、
前記強化繊維束層形成工程において、前記強化繊維束同士の載置間隔は、0mm(ミリメートル)よりも大きく且つ2mm以下である、強化繊維基材の製造方法。 A method for manufacturing a reinforcing fiber base material.
A reinforcing fiber bundle layer forming step in which at least one reinforcing fiber bundle is repeatedly aligned and placed from the reinforcing fiber bundle mounting head on a table having a temporary fixing means, and a step of forming the reinforcing fiber bundle layer.
On the reinforcing fiber bundle, polyamide resin, polyester resin, polyphenylene sulfide resin, polyetherimide resin, polyether sulfone resin, polyvinylformal resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, polysulfone resin, polyphenylene ether resin, polyimide A mesh-like resin material sheet arranging step of arranging a network-like resin material sheet composed of at least one selected from a resin, a polyamideimide resin and a phenoxy resin, or a mixture thereof, and
A bonding step of at least partially adhering the mesh-like resin material sheet and the reinforcing fiber bundle is provided .
A method for producing a reinforcing fiber base material, wherein in the reinforcing fiber bundle layer forming step, the placement interval between the reinforcing fiber bundles is larger than 0 mm (millimeter) and 2 mm or less.
前記強化繊維束層形成工程は、前記テーブルと前記網目状樹脂材料シートとの色調差を検出し、前記色調差が検出された位置を前記強化繊維束を載置する始点および終点として前記強化繊維束を載置する、強化繊維基材の製造方法。 The method for producing a reinforcing fiber base material according to claim 1.
In the reinforcing fiber bundle layer forming step, the color tone difference between the table and the mesh-like resin material sheet is detected, and the position where the color tone difference is detected is set as a start point and an end point on which the reinforcing fiber bundle is placed. A method for producing a reinforcing fiber base material on which a bundle is placed.
前記強化繊維束の表面に、バインダー樹脂が付着していることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 The method for producing a reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 3.
A method for producing a reinforcing fiber base material, which comprises adhering a binder resin to the surface of the reinforcing fiber bundle.
前記強化繊維束の目付を100重量部としたときの、バインダー樹脂の目付が1〜20重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 The method for producing a reinforcing fiber base material according to claim 4.
A method for producing a reinforcing fiber base material, wherein the binder resin has a basis weight of 1 to 20 parts by weight when the basis weight of the reinforcing fiber bundle is 100 parts by weight.
前記バインダー樹脂の軟化温度が、前記網目状樹脂材料シートの軟化温度より50℃以上低いことを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 The method for producing a reinforcing fiber base material according to claim 4 or 5.
A method for producing a reinforcing fiber base material, wherein the softening temperature of the binder resin is 50 ° C. or more lower than the softening temperature of the mesh-like resin material sheet.
前記強化繊維束層の目付を100重量部としたときの、前記網目状樹脂材料シートの目付が1〜550重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。 The method for producing a reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 6.
A method for producing a reinforcing fiber base material, characterized in that the basis weight of the mesh-like resin material sheet is 1 to 550 parts by weight when the basis weight of the reinforcing fiber bundle layer is 100 parts by weight.
前記強化繊維基材を前記テーブルから搬送手段を用いて搬送する搬送工程と、
搬送された前記強化繊維基材を積層する積層工程と、
積層された前記強化繊維基材を成形体の形状に賦形するプリフォーム賦形工程と、を備える、強化繊維プリフォームの製造方法。 A method for producing a reinforcing fiber preform using a reinforcing fiber base material produced by the method for producing a reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 7.
A transporting step of transporting the reinforcing fiber base material from the table using a transporting means,
Laminating process of laminating the conveyed reinforcing fiber base material, and
A method for producing a reinforcing fiber preform, comprising a preform shaping step of shaping the laminated reinforcing fiber base material into the shape of a molded body.
前記強化繊維プリフォームに、マトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を備える、繊維強化複合材料成形体の製造方法。 A method for producing a fiber-reinforced composite material molded product using a reinforcing fiber preform produced by the method for producing a reinforcing fiber preform according to claim 8.
A method for producing a fiber-reinforced composite material molded body, comprising a resin impregnation step of impregnating the reinforcing fiber preform with a matrix resin.
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