JP7108134B2 - Method for manufacturing fiber-reinforced resin fastener - Google Patents
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Description
本発明は、繊維強化樹脂製締結具の製造方法および繊維強化樹脂製締結具に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fiber-reinforced resin fastener and a fiber-reinforced resin fastener.
従来、締結具として金属ボルトや樹脂製ボルトなどが用いられている。金属ボルトは腐食しやすく、重量があるという欠点があり、樹脂製のボルトは腐食することはないが、強度が足りないという欠点がある。 Conventionally, metal bolts, resin bolts, and the like have been used as fasteners. Metal bolts are prone to corrosion and have the disadvantage of being heavy, while resin bolts do not corrode, but have the disadvantage of insufficient strength.
そこで、近年では、腐食しにくく、軽量でかつ金属製のボルト等と同程度の強度を有する締結具として、炭素繊維強化樹脂(CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)、以下、CFRPと呼ぶ)からなるボルトやナットなどの締結具が製造されてきている。CFRP製の締結具は、耐腐食性および高強度を両立しているので、水中や雨にさらされやすい場所などの過酷な使用条件下でも使用可能である。 Therefore, in recent years, bolts made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP, hereinafter referred to as CFRP) have been used as fasteners that are resistant to corrosion, lightweight, and have the same strength as metal bolts. Fasteners such as nuts and bolts have been manufactured. Fasteners made of CFRP have both corrosion resistance and high strength, so they can be used under severe usage conditions such as in places where they are easily exposed to water or rain.
このようなCFRP製の締結具を製造する方法として一般的に知られる製造方法には、炭素繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維の長繊維を所定の方向に並べた状態で樹脂に含浸させたCFRP製の丸棒を準備し、当該CFRP製の丸棒の周面を切削加工によってねじ切りしてねじ山を削り出すことによって、CFRP製のボルトを製造する方法がある。 A manufacturing method generally known as a method for manufacturing such CFRP fasteners includes CFRP impregnated with resin while arranging carbon fiber long fibers contained in carbon fiber reinforced resin in a predetermined direction. There is a method of manufacturing a CFRP bolt by preparing a CFRP round bar and threading the peripheral surface of the CFRP round bar by cutting to form a screw thread.
また、特許文献1記載の方法のように、強化炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた熱可塑性炭素繊維強化樹脂、すなわちCFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermal Plastic)製の丸棒を加熱状態の金型を用いて熱プレス成形することによってCFRTP製のボルトを製造することも知られている。
Further, as in the method described in
しかし、CFRP製の丸棒を切削加工によりねじ切りをしてボルトを製造する方法では、1本ごとに切削加工を施す必要があり、量産性に劣る。しかも、CFRP製の丸棒は、通常、丸棒の長手方向に強化繊維が延びているので、ボルトを製造するために、ねじ切り加工をしたときに、丸棒周面の強化繊維が切断されて高い強度のボルトを製造することが難しい。 However, in the method of manufacturing bolts by threading a CFRP round bar by cutting, it is necessary to perform cutting for each bolt, which is inferior in mass productivity. In addition, since the CFRP round bar usually has reinforcing fibers extending in the longitudinal direction of the round bar, the reinforcing fibers on the peripheral surface of the round bar are cut when threading is performed to manufacture the bolt. It is difficult to manufacture high strength bolts.
また、特許文献1記載のようにCFRP製の丸棒を熱プレス成形してボルトを製造する方法においても、ねじ山部分で強化繊維が急激な変形をして切断されるので、この製造方法でもボルトの強度の向上が難しい。
In addition, even in the method of manufacturing a bolt by hot-press molding a CFRP round bar as described in
本発明の目的は、量産性に優れ、かつ高い強度の締結具を製造することが可能な繊維強化樹脂製締結具を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced resin fastener which is excellent in mass productivity and capable of producing a high-strength fastener.
上記の課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂製締結具の製造方法は、繊維強化樹脂製の締結具の製造方法であって、開繊した強化繊維が所定の方向に配向した状態で熱可塑性樹脂に含浸された繊維強化樹脂シートが所定の大きさに細断された複数のチョップ材を準備する準備工程と、前記複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートを作製するチョップドシート作製工程と、前記チョップドシートを金型の内部に詰め込む投入工程と、前記金型を加熱した状態で前記金型内部の前記チョップドシートを加圧することにより、前記締結具の形状に成形する加圧工程とを含むことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin according to the present invention is a method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, wherein the spread reinforcing fibers are oriented in a predetermined direction. A preparation step of preparing a plurality of chopped materials in which the fiber reinforced resin sheet impregnated with the thermoplastic resin is shredded to a predetermined size, and preparing a chopped sheet by arranging and uniting the plurality of chopped materials in a plane. A chopped sheet producing step, a step of filling the chopped sheet into a mold, and a shape of the fastener is formed by pressing the chopped sheet inside the mold while the mold is heated. and a pressurizing step.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図1には、本発明の製造方法によって製造される繊維強化樹脂製締結具の具体例としてのボルトB、ナットN、およびワッシャWが示されている。これらボルトBなどの締結具は、強化繊維を熱可塑性樹脂に含浸させた繊維強化樹脂シートを細断したチョップ材を熱プレス成形することによって製造されている。 FIG. 1 shows a bolt B, a nut N, and a washer W as specific examples of the fiber-reinforced resin fastener manufactured by the manufacturing method of the present invention. Fasteners such as these bolts B are manufactured by hot-press molding chopped materials obtained by shredding fiber-reinforced resin sheets in which reinforcing fibers are impregnated with a thermoplastic resin.
すなわち、本実施形態の繊維強化樹脂製の締結具の製造方法は、
(A) 開繊した強化繊維が所定の方向に配向した状態で熱可塑性樹脂に含浸された繊維強化樹脂シートが所定の大きさに細断された複数のチョップ材を準備する準備工程と、
(B) 複数のチョップ材を金型の内部に投入する投入工程と、
(C) 金型を加熱した状態で金型内部のチョップ材を加圧することにより、締結具の形状に成形する加圧工程と
を含むことを特徴とする。That is, the method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin according to this embodiment includes:
(A) a preparation step of preparing a plurality of chopped materials obtained by chopping a fiber-reinforced resin sheet impregnated with a thermoplastic resin into a predetermined size with the spread reinforcing fibers oriented in a predetermined direction;
(B) an injection step of injecting a plurality of chopped materials into the mold;
(C) a pressurizing step of forming the shape of the fastener by pressurizing the chopped material inside the die while the die is heated.
強化繊維としては、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束、セラミックス繊維束などの強化繊維束を開繊したもの(すなわち、繊維束をばらして帯状に広げたもの)が用いられる。とくに、炭素繊維束は、強度および耐腐食性などの点で好ましい。また、炭素繊維のうち、とくに、PAN(ポリアクリロニトリル)系炭素繊維は、他の素材よりも高い強度を有する点で好ましい。 As the reinforcing fibers, those obtained by opening reinforcing fiber bundles such as carbon fiber bundles, glass fiber bundles, aramid fiber bundles, and ceramic fiber bundles (that is, fiber bundles that are separated and spread into a belt shape) are used. In particular, carbon fiber bundles are preferable in terms of strength and corrosion resistance. Among carbon fibers, PAN (polyacrylonitrile)-based carbon fibers are particularly preferable in that they have higher strength than other materials.
熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66、ナイロンMXD6、ナイロン9T、ナイロン11、ナイロン12等)、ポリアセタール、ポリカーボネート、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体(ABS)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、フッ素系樹脂などが使用される。また、これらの熱可塑性樹脂を2種類以上混合して、ポリマーアロイにした樹脂を使用してもよい。
Thermoplastic resins include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyamide (nylon 6, nylon 66, nylon MXD6, nylon 9T,
また、熱可塑性樹脂は、繊維強化樹脂シートの作製時にはシート状の形態で使用されるが、熱可塑性樹脂材料による繊維から構成される織物シート材または編物シート材、さらには不織布などの形態で使用してもよい。 In addition, thermoplastic resins are used in the form of sheets when fabricating fiber-reinforced resin sheets, but are used in the form of woven sheet materials or knitted sheet materials composed of fibers made of thermoplastic resin materials, as well as non-woven fabrics. You may
本実施形態の繊維強化樹脂製の締結具の製造方法は、具体的には、図2のフローチャートに示される手順で実行される。ここでは、製造される締結具として、ボルトBを例に挙げて説明する。 Specifically, the method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin according to the present embodiment is executed according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 2 . Here, the bolt B will be described as an example of the manufactured fastener.
まず、繊維強化樹脂シートとして熱可塑性炭素繊維強化樹脂(CFRTP)製のシート(以下、CFRTPシート)を製造する(図2のS1)。 First, a sheet made of thermoplastic carbon fiber reinforced resin (CFRTP) (hereinafter referred to as a CFRTP sheet) is manufactured as a fiber reinforced resin sheet (S1 in FIG. 2).
CFRTPシートは、例えば、図3に示されるようなCFRTPシートを製造するシート製造装置を用いて連続的に製造される。 A CFRTP sheet is continuously manufactured using, for example, a sheet manufacturing apparatus for manufacturing a CFRTP sheet as shown in FIG.
図3に示されるシート製造装置は、強化繊維としての炭素繊維束F1および熱可塑性樹脂シートR1を用いて、CFRTPシートSを連続的に製造する装置である。 The sheet manufacturing apparatus shown in FIG. 3 is an apparatus for continuously manufacturing a CFRTP sheet S using a carbon fiber bundle F1 as reinforcing fibers and a thermoplastic resin sheet R1.
シート製造装置は、具体的には、互いに上下方向に並んで配置された複数対(図3では2対)の加熱ロール1と、上記の加熱ロール1の群の下側に位置し、互いに上下方向に並んで配置された複数対(図3では2対)の冷却ロール2と、上下方向に並ぶ2本加熱ロール1および2本の冷却ロール2の縦列にそれぞれ掛け回された一対の無端ベルト3と、一対の無端ベルト3の下側に位置する一対の引き出しロール4と、巻き取り用のボビン5とを備えている。
More specifically, the sheet manufacturing apparatus includes a plurality of pairs of heating rolls 1 (two pairs in FIG. 3) arranged in a vertical direction, and a group of
また、図示されていないが、最上段の加熱ロール1の近傍には、炭素繊維束F1を開繊して帯状に広げることによって開繊繊維F2を連続的に形成する開繊機構が設けられている。開繊機構としては、例えば、繊維束を広げて長繊維を同一方向に延びるように平たく広げる処理をすることが可能な機構であればよく、繊維束を叩いて広げる機構、または繊維束に風を当てて広げる機構などの種々の機構が用いられる。
Also, although not shown, a fiber spreading mechanism is provided in the vicinity of the
図3に示される製造装置では、熱可塑性樹脂シートR1を表裏両側から開繊繊維F2で挟むことによって、CFRTPシートSを製造する。 The manufacturing apparatus shown in FIG. 3 manufactures a CFRTP sheet S by sandwiching a thermoplastic resin sheet R1 with spread fibers F2 from both sides.
2対の加熱ロール1は、それぞれ電気ヒータまたは加熱流体などによって加熱される。2対の加熱ロール1は、無端ベルト3を介して開繊繊維F2と熱可塑性樹脂シートR1とを互いに重ね合せた状態で両側から挟み込みながら加熱することにより、開繊繊維F2を熱可塑性樹脂シートR1に連続的に含浸させる。
Two pairs of
複数対の冷却ロール2は、それぞれ冷却流体などによって冷却される。複数対の冷却ロール2は、無端ベルト3を介して開繊繊維F2が含浸された状態の熱可塑性樹脂シートR1を両側から挟み込みながら冷却して下方へ送り出すことにより、所定の厚さのCFRTPシートSを連続的に成形する。
The plurality of pairs of
一対の引き出しロール4は、製造されたCFRTPシートSに張力を加えながら連続的に下方へ引き出す。 A pair of drawing rolls 4 continuously draws down the manufactured CFRTP sheet S while applying tension thereto.
巻き取り用のボビン5は、モータなどの駆動源によって回転し、一対の引き出しロール4によって引き出されたCFRTPシートSを順次巻き取ることにより、ロール状のCFRTPシートSを形成する。
A winding
なお、図3に示される無端ベルト3を用いずに熱可塑性樹脂シートと開繊した強化繊維を所定の方向に一緒に流して巻き取る方法によっても、CFRTPシートを製造することが可能である。
A CFRTP sheet can also be manufactured by a method of winding a thermoplastic resin sheet and spread reinforcing fibers together in a predetermined direction without using the
ついで、図4に示されるように、作製されたCFRTPシートSを細断してチョップ材Cを作製する(図2のS2)。 Next, as shown in FIG. 4, the produced CFRTP sheet S is shredded to produce chopped material C (S2 in FIG. 2).
具体的には、図4に示されるように、ロール状に巻かれたCFRTPシートSを引き出しながら、区間Iにおいて、シートSの幅方向に等間隔に配置された多数の刃を有するカッターなどを用いて、所定の幅を有する多数の短冊(strip)状になるようにシートSを長手方向に連続的に切断する。ついで、区間IIにおいて、シートSの幅方向に延びる刃を有するロータリーカッターなどを用いて、シートSが短冊状に切断されたものを所定の長さごとに切断する。これにより、所定の寸法のチョップ材Cを連続的に作製することができる。 Specifically, as shown in FIG. 4, while pulling out the rolled CFRTP sheet S, a cutter having a large number of blades arranged at regular intervals in the width direction of the sheet S is used in section I. is used to continuously cut the sheet S longitudinally into a number of strips having a predetermined width. Next, in section II, the sheet S cut into strips is cut into predetermined lengths by using a rotary cutter or the like having a blade extending in the width direction of the sheet S. As shown in FIG. As a result, chopped material C having a predetermined size can be continuously produced.
チョップ材Cの大きさは、成形されるボルトBの寸法、後述する金型11の投入口12の大きさ、成形時の賦形性などの種々の条件を考慮して選定される。
The size of the chopped material C is selected in consideration of various conditions such as the size of the bolt B to be molded, the size of the
ついで、上記(B)の投入工程として、図5~6に示される金型11を加熱した状態で、投入口12を通して、当該金型11に多数のチョップ材Cを投入する。
Next, in the charging step (B), a large number of chopped materials C are charged into the
金型11は、その内部でチョップ材Cを加熱しながら加圧成形できる構成であればよく、例えば、縦方向に2分割された割り型11a、11bによって構成される。金型11の上端には、投入口12が形成されている。金型11の内部には、成形されるボルトB(締結具)の形状に対応する空間部(キャビティー)13が形成されている。空間部13は、投入口12と連通している。空間部13は、ボルトBのおねじが形成された軸部分の形状に対応する軸部側空間部13aと、ボルトBの六角形の頭部の形状に対応する頭部側空間部13bとを有する。したがって、軸部側空間部13aの内面にはめねじが形成され、頭部側空間部13bには六角柱状にくりぬかれた凹部が形成されている。
The
2つの割り型11a、11bは、互いの合わせ面14を当接させてボルトBの形状に対応する空間部13を形成した状態で連結される。具体的には、2つの割り型11a、11bに水平方向に形成された貫通孔15にボルトを挿入するとともに当該ボルトにナットを締結することによって、2つの割り型11a、11bが連結される。
The two split
なお、図5~6に示される上記の金型11は、縦割り型の2つの割り型11a、11bを有し、空間部13のうちボルト頭部側に1個の貫通孔12が形成された構造を有しているが、本発明の製造方法では金型の構造について限定するものではなく、種々の形状の金型を採用することが可能である。
The
例えば、本発明の変形例として、図14に示される金型21のように、ボルト形状の空間部21aのうち軸部側空間部21bに連通する貫通孔21cが形成され、軸部側の貫通孔21cから圧力Pを空間部21a内に与えることが可能な構造であってもよい。
For example, as a modification of the present invention, a through-
また、他の変形例として、図15に示される金型22のように、2つの貫通孔、すなわち、ボルト形状の空間部22aのうち軸部側空間部22bに連通する貫通孔22c、および頭部側空間部22dに連通する貫通孔22eが形成された構造であってもよい。図15の構造では、2か所の貫通孔22c、22eから圧力Pを空間部22a内に与えることが可能である。
As another modified example, a
さらに他の変形例として、図16に示される横割り型の金型23を用いてもよい。この金型23は、水平方向に延びる合わせ面23dで合わせることが可能な2つの割り型として、上型23aおよび下型23bを有する。上型23aおよび下型23bを合わせることによりボルト状の空間部23cが形成される。
As still another modification, a horizontally split
横割り型についてのさらに他の変形例として、図17に示される横割り型の金型24のように、2か所の貫通孔24e、24fを形成してもよい。図17の構造では、上型24aおよび下型24bを水平合わせ面24dで合わせることによってボルト形状の空間部24cが形成されている。当該空間部24cのうち軸部側空間部24c1は、貫通孔24eに連通し、頭部側空間部24c2は、貫通孔24fに連通している。2か所の貫通孔24e、24fから圧力Pを空間部24c内に与えることが可能である。
As a further modified example of the horizontally split mold, two through
金型11の加熱方法については、チョップ材Cが溶融する温度(例えば270℃前後の250~300℃)まで加熱できる方法であればよく、本発明ではとくに限定しない。例えば、赤外線やバーナーなどによる加熱の他、誘導加熱などによって加熱してもよい。
The method of heating the
チョップ材Cを金型11に投入する方法については、本発明はとくに限定されるものではなく、投入装置を用いた機械的な方法または手作業で所定量のチョップ材Cを投入すればよい。
The method of charging the chopped material C into the
チョップ材Cを投入する際には、チョップ材C内部の炭素繊維の延びる方向がそろわないように多数のチョップ材Cが互いにバラバラの方向を向くように(すなわち、チョップ材Cの向きがランダムになるように)投入することにより、成形後のボルトBのランダム配向性を確実に担保することが可能である。したがって、チョップ材Cの大きさは、投入口12の開口面積や空間部13の体積や形状などを考慮して、多数のチョップ材Cが投入時において互いにバラバラの方向を向く程度の大きさになるように設定されるのが好ましい。
When the chopped materials C are fed, the direction in which the carbon fibers inside the chopped materials C extend is not aligned, so that a large number of chopped materials C are oriented in random directions (that is, the orientation of the chopped materials C is random. ), it is possible to ensure the random orientation of the bolt B after molding. Therefore, the size of the chopped materials C should be such that a large number of chopped materials C are oriented in random directions when the chopped materials C are loaded, taking into account the opening area of the
ついで、図7に示されるように、チョップ材Cを金型11に押し込む(図2のS4)。具体的には、押圧ロッド16を金型11の投入口12に挿入し、押圧ロッド16によって、金型11に投入されたチョップ材Cを金型11内部の空間部(キャビティー)13に押し込む。これにより、チョップ材Cを空間部13の内部に均一に分散して詰め込まれるようにする。押圧ロッド16によってチョップ材Cを押し込む場合、投入口12とほぼ同一の大きさの蓋を介してチョップ材Cを押し込んでもよいし、押圧ロッド16の下端面で直接押し込んでもよい。押し込んだときにチョップ材Cが漏れなければ適宜の方法で押し込めばよい。上記のチョップ材Cを金型11に押し込む工程(S4)は本発明の製造方法では、必須でなく、省略してもよい。
Next, as shown in FIG. 7, the chopped material C is pushed into the mold 11 (S4 in FIG. 2). Specifically, the pressing
その後、図8に示されるように、熱プレス機17を用いて金型11内部のチョップ材Cを加圧する(図2のS5)。熱プレス機17は、台座17aと、台座17aの上方に配置された加圧部17bとを有する。台座17aは、ヒータを有しており、台座17aに載置された金型11を加熱する。金型11が台座17aに載置された状態で、加圧部17bが下降することにより、加圧部17bは押圧ロッド16を介して加熱された金型11内部のチョップ材Cを加圧する。これにより、金型11内部では多数のチョップ材Cの群が高温高圧下で空間部13内部で溶融変形してボルトBの形状に成形される。
After that, as shown in FIG. 8, the
ボルトBの成形後、図9に示されるように、金型11を分解して、2つの割り型11a、11bに分割する(図2のS6)。
After forming the bolt B, as shown in FIG. 9, the
最後に、図10に示されるように、ボルトBを金型11の一方の割り型11aの空間部13から取り外して脱型をして(図2のS7)、ボルトBの製造方法の一連の工程が終了する。
Finally, as shown in FIG. 10, the bolt B is removed from the
本発明の実施形態に係るボルトBなどの繊維強化樹脂製締結具は、上記の製造方法で製造することにより、熱可塑性樹脂と、配向が特定されない状態で前記熱可塑性樹脂に含浸されている強化繊維とで形成された繊維強化樹脂製締結具であって、前記強化繊維の繊維長は、5~100mmの範囲内、好ましくは5~40mmであり、さらに好ましくは5~20mmである。前記熱可塑性樹脂における前記強化繊維の体積含有率は、30~80%の範囲内、好ましくは30~60%であるという特徴を有することが可能になる。 The fiber-reinforced resin fastener such as the bolt B according to the embodiment of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method, and the thermoplastic resin and the reinforcement impregnated in the thermoplastic resin in a state in which the orientation is not specified. A fiber-reinforced resin fastener made of fiber, wherein the fiber length of the reinforcing fiber is in the range of 5 to 100 mm, preferably 5 to 40 mm, more preferably 5 to 20 mm. The volume content of the reinforcing fibers in the thermoplastic resin can be in the range of 30-80%, preferably 30-60%.
上記の締結具では、強化繊維の配向が特定されない状態、すなわちランダム配向性を有する状態で強化繊維が熱可塑性樹脂に含浸されており、しかも、強化繊維における条件として、繊維長が5~100mmの範囲内であり、かつ、前記熱可塑性樹脂における体積含有率が30~80%の範囲内であるので、量産性に優れ、かつ高い強度を有している。In the above fastener, the reinforcing fibers are impregnated with the thermoplastic resin in a state in which the orientation of the reinforcing fibers is not specified, that is, in a state having random orientation. It is within the range and the volume content in the thermoplastic resin is within the range of 30 to 80%, so that it is excellent in mass productivity and has high strength.
上記の条件は、後述の実施例で示されるように、強化繊維の繊維長が、5~100mmで、好ましくは5~40mmであり、さらに好ましくは5~20mm程度あれば、引張強度に優れたボルトを製造することができる点、および強化繊維の体積含有率が30~80%の範囲内、好ましくは30~60%であれば、ボルトの高い強度および賦形性を確保することが可能である点に基づいている。 As shown in the examples below, the above conditions are such that the fiber length of the reinforcing fiber is 5 to 100 mm, preferably 5 to 40 mm, and more preferably about 5 to 20 mm. If the bolt can be manufactured and the volume content of the reinforcing fiber is within the range of 30 to 80%, preferably 30 to 60%, it is possible to ensure high strength and formability of the bolt. based on a point.
(本実施形態の特徴)
上記の本実施形態の繊維強化樹脂製の締結具の製造方法では、ボルトBなどの締結具の材料として、図3~4に示されるように、開繊した強化繊維F2が所定の方向に配向した状態で熱可塑性樹脂R1に含浸されたCFRTPシートSなどの繊維強化樹脂シートを所定の大きさに細断することによって形成された複数のチョップ材Cを準備する。そして、複数のチョップ材Cを金型11の内部に投入して、チョップ材を加熱した状態で加圧成形する。チョップ材Cは賦形性、すなわち金型のキャビティ形状への追随性が良いので、従来の繊維強化樹脂製の棒状部材を切削加工して製造する場合と比較して量産性に優れる。(Features of this embodiment)
In the method of manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin according to the present embodiment, as shown in FIGS. A plurality of chopped materials C are prepared by chopping a fiber reinforced resin sheet such as a CFRTP sheet S impregnated with a thermoplastic resin R1 into pieces of a predetermined size. Then, a plurality of chopped materials C are put into the
すなわち、本実施形態の製造方法によって製造された繊維強化樹脂製の締結具は、上記(C)の加圧工程のように熱プレス成形を行うことによって大量量産が可能である。また、使用済の締結具を再加熱して熱可塑性樹脂を溶融すれば他の用途に再利用することが可能である。 That is, the fiber-reinforced resin fastener manufactured by the manufacturing method of the present embodiment can be mass-produced by hot press molding as in the above-described pressure step (C). Further, if the used fastener is reheated to melt the thermoplastic resin, it can be reused for other purposes.
しかも、締結具の材料となる複数のチョップ材の群はランダム配向性を有するので、加圧成形しても、チョップ材に含まれる強化繊維が切断されるおそれが低い。そして、成形後の締結具も一定の繊維長を維持しているので、締結具の強度(例えば、ねじり強度、せん断強度など)を向上することができる。これにより、量産性に優れてかつ高い強度を有する繊維強化樹脂製締結具を製造することが可能になる。 Moreover, since the group of the plurality of chopped materials, which are the materials of the fastener, have random orientation, there is little possibility that the reinforcing fibers contained in the chopped materials will be cut even if pressure molding is performed. Further, since the fastener after molding also maintains a constant fiber length, the strength of the fastener (for example, torsional strength, shear strength, etc.) can be improved. As a result, it becomes possible to manufacture a fiber-reinforced resin fastener having excellent mass productivity and high strength.
つぎに、本発明の実施例として、本実施形態の繊維強化樹脂製の締結具の製造方法によって製造されたCFRTP製のボルトBの強度および賦形性についての評価を行う。ボルトBとしては、M8×30のサイズの六角全ねじのボルト(すなわち外径が8mmで、かつ、長さ30mmの軸部を有する六角全ねじのボルト)を例に挙げて説明する。 Next, as an example of the present invention, the strength and formability of the CFRTP bolt B manufactured by the method for manufacturing a fiber-reinforced resin fastener according to the present embodiment are evaluated. As the bolt B, an M8×30 hexagonal fully threaded bolt (that is, a hexagonally threaded fully threaded bolt having an outer diameter of 8 mm and a shaft portion of 30 mm in length) will be described as an example.
ボルトBの材料となるCFRTP製のチョップ材は、CFRTPシートを細断することにより形成される。CFRTPシートは、炭素繊維からなる多数の長繊維が単一の方向に延びるシート、すなわちUDシートからなり、具体的には、開繊されたPAN(ポリアクリロニトリル)系炭素繊維を単一の方向に延ばしながらマトリックス(母材)となるナイロン6(PA6)、PA9T、PPSなどに含浸させることにより製造される。 CFRTP chopped material, which is the material of the bolt B, is formed by chopping a CFRTP sheet. A CFRTP sheet consists of a sheet in which a large number of carbon fiber long fibers extend in a single direction, that is, a UD sheet. It is produced by impregnating nylon 6 (PA6), PA9T, PPS, etc., which serves as a matrix (base material) while stretching.
上記のCFRTPシートを細断することにより形成されるチョップ材の大きさは、M8のボルトを成形するための金型の投入口およびキャビティの大きさを考慮して、当該キャビティに対して賦形性の良い大きさになるように設定される。 The size of the chopped material formed by shredding the above CFRTP sheet is shaped with respect to the cavity in consideration of the size of the inlet and the cavity of the mold for molding the M8 bolt. It is set to be a good size.
CFRTPシートおよびそれを細断したチョップ材における炭素繊維の体積含有率(Vf)は、35~53%である。 The volume content (Vf) of carbon fibers in the CFRTP sheet and chopped material is 35 to 53%.
チョップ材(またはチョップ材をキャリアシート(例えば、熱可塑性樹脂製のフィルム)に固定したチョップドシート)を金型に投入してボルトBをプレス成形する際には、例えば、成形温度270℃の加熱状態の下、プレス圧力37MPaでチョップ材(またはチョップドシート)を加圧する。その後、加熱を停止した状態で、冷間プレスとして、常温(例えば25℃程度)の状態においてプレス圧力73MPaでさらに加圧して、所定の形状のボルトBに成形する。 When the chopped material (or the chopped sheet in which the chopped material is fixed to a carrier sheet (for example, thermoplastic resin film)) is put into the mold and the bolt B is press-molded, for example, heating at a molding temperature of 270 ° C. Under this condition, the chopped material (or chopped sheet) is pressed with a press pressure of 37 MPa. After that, in a state where heating is stopped, a bolt B having a predetermined shape is formed by further pressurizing with a press pressure of 73 MPa at normal temperature (for example, about 25° C.) as a cold press.
本実施形態の製造方法によって製造されたCFRTP製のボルトBの引張破断荷重、成形性、および繊維充填度合いについての評価は、以下のようにして行われる。 The tensile breaking load, formability, and fiber filling degree of the CFRTP bolt B manufactured by the manufacturing method of the present embodiment are evaluated as follows.
なお、引張破断荷重の試験は、JIS B 1051に準拠した試験方法で実施される。 In addition, the tensile breaking load test is performed by a test method based on JIS B 1051.
表1に示されるように、本実施形態の繊維強化樹脂製の締結具の製造方法によって製造されたCFRTP製のボルトBとして、実施例1~7の条件でM8×30のサイズの六角全ねじのボルトを製造する。あわせて、実施例8の条件で当該ボルトに対応するM8のナットを製造する。 As shown in Table 1, as a CFRTP bolt B manufactured by the method for manufacturing a fiber-reinforced resin fastener of the present embodiment, under the conditions of Examples 1 to 7, a hexagonal full screw with a size of M8 × 30 of bolts. In addition, under the conditions of Example 8, a nut of M8 corresponding to the bolt is manufactured.
実施例1では、5mm×10mm(すなわち、横5mm、縦10mm)の矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられる。なお、炭素繊維の繊維体積含有率(Vf)は53%である。 In Example 1, a rectangular chop material (50 μm thick) of 5 mm×10 mm (that is, 5 mm wide and 10 mm long) and a PA6 film are used as a matrix (base material). The fiber volume content (Vf) of the carbon fibers is 53%.
実施例2では、5mm×20mmの矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は35%である。 In Example 2, a 5 mm×20 mm rectangular chopped material (50 μm thick) and a PA6 film as a matrix (base material) are used, and the fiber volume content of the carbon fibers is 35%.
実施例3では、5mm×100mmの矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である。 In Example 3, a 5 mm×100 mm rectangular chopped material (50 μm thick) and a PA6 film as a matrix (base material) are used, and the fiber volume content of carbon fibers is 53%.
実施例4では、40mm角(すなわち、縦横いずれも40mm)の正方形状のチョップ材、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である。 In Example 4, a square chop material of 40 mm square (that is, 40 mm in both length and width) and a PA6 film as a matrix (base material) are used, and the fiber volume content of carbon fibers is 53%.
実施例5では、5mm×20mmの矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6よりも物理的特性に優れたPA9Tフィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である。 In Example 5, a rectangular chop material of 5 mm × 20 mm (thickness 50 µm) and a PA9T film, which has better physical properties than PA6, were used as the matrix (base material), and the fiber volume content of the carbon fibers was 53%.
実施例6では、5mm×10mmの矩形形状のチョップ材、およびマトリックス(基材)としてPPSフィルムが用いられる。なお、炭素繊維の繊維体積含有率は47.7%である。 In Example 6, a rectangular chop material of 5 mm×10 mm and a PPS film are used as the matrix (substrate). Incidentally, the fiber volume content of the carbon fibers is 47.7%.
実施例7では、チョップドシート(すなわち、チョップ材をキャリアシート(熱可塑性樹脂製のフィルム)に固定したシート)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である。 In Example 7, a chopped sheet (that is, a sheet in which a chopped material is fixed to a carrier sheet (thermoplastic resin film)) and a PA6 film as a matrix (base material) are used, and the fiber volume content of carbon fibers is 53%.
実施例8は、上記実施例1~7の条件で製造されるボルトに対応するM8のナットであって、5mm×20mmの矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である。 Example 8 is an M8 nut corresponding to the bolt manufactured under the conditions of Examples 1 to 7 above, and is a 5 mm × 20 mm rectangular chopped material (thickness 50 μm) and a matrix (base material) A PA6 film is used and the fiber volume content of carbon fibers is 53%.
一方、表2には、上記実施例1~8と比較するために、比較例1~7の条件でM8×30のサイズの六角全ねじのボルトを製造する。あわせて、実施例8の条件で当該ボルトに対応するM8のナットを製造する。 On the other hand, in Table 2, in order to compare with Examples 1 to 8, under the conditions of Comparative Examples 1 to 7, M8×30 size hexagonal fully threaded bolts were manufactured. In addition, under the conditions of Example 8, a nut of M8 corresponding to the bolt is manufactured.
比較例1では、UDシート(厚さ180μm)であって、マトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられる。 In Comparative Example 1, a UD sheet (thickness 180 μm) and a PA6 film are used as the matrix (base material).
比較例2では、5mm×1000mmのテープ材(厚さ50μm)を丸めて金型に投入する形で用いられる。なお、マトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である。 In Comparative Example 2, a 5 mm×1000 mm tape material (thickness: 50 μm) is rounded and put into a mold. A PA6 film is used as the matrix (base material), and the fiber volume content of the carbon fibers is 53%.
さらに、比較例3では、5mm×20mmの矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である製造条件でボルトを製造後にねじ山を削り出したものが用いられる。 Furthermore, in Comparative Example 3, a 5 mm × 20 mm rectangular chopped material (50 μm thick) and a PA6 film were used as the matrix (base material), and the fiber volume content of the carbon fibers was 53%. Threads are machined after the bolt is manufactured.
比較例4では、ガラス繊維を含む短繊維強化品の材料の射出品であり、マトリックス(基材)としてPPSが用いられる。ガラス繊維(GF)の含有率は40%(重量%)である。 Comparative Example 4 is an injection product of a short fiber reinforced product material containing glass fibers, and PPS is used as the matrix (base material). The content of glass fiber (GF) is 40% (% by weight).
比較例5では、ガラス繊維を含む短繊維強化品の材料の射出品であり、マトリックス(基材)としてMXD6が用いられる。ガラス繊維(GF)の含有率は50%(重量%)である。 Comparative Example 5 is an injection product of a short fiber reinforced product material containing glass fibers, and MXD6 is used as the matrix (base material). The content of glass fiber (GF) is 50% (% by weight).
比較例6では、樹脂製の材料の射出品であり、マトリックス(基材)としてPC(ポリカーボネート)が用いられる。 Comparative Example 6 is an injection product made of a resin material, and PC (polycarbonate) is used as the matrix (base material).
比較例7では、樹脂製の材料の射出品であり、マトリックス(基材)としてPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)が用いられる。 Comparative Example 7 is an injection product made of a resin material, and PEEK (polyetheretherketone) is used as the matrix (base material).
比較例8では、上記比較例4の条件で製造されるボルトに対応するM8のナットであって、短繊維強化品の材料の射出品であり、マトリックス(基材)としてPPSが用いられる。ガラス繊維(GF)の含有率は40%(重量%)である。 In Comparative Example 8, a nut of M8 corresponding to the bolt manufactured under the conditions of Comparative Example 4 is an injection product of short fiber reinforced material, and PPS is used as the matrix (base material). The content of glass fiber (GF) is 40% (% by weight).
上記実施例1~8および比較例1~8によってそれぞれ製造されたボルトおよびナットについて規定本数の引張試験を行った結果、それぞれの例についての引張張破断荷重を求めるとともに、成形性および繊維の充填度合いについての評価を行った。その結果が表1~2に示される。 As a result of performing a prescribed number of tensile tests on the bolts and nuts manufactured in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8, the tensile tensile breaking load for each example was determined, and the moldability and fiber filling were determined. The degree was evaluated. The results are shown in Tables 1-2.
上記の表1~2に示されるように、本実施形態の製造方法(すなわち、CFRTP製のチョップ材を用いて加圧成形する製造方法)によって製造されたCFRTP製のボルトの引張破断荷重は、実施例1~7に示されるように、4921~7890Nの範囲内である。しかも、実施例1~7では、成形性についての評価は△(7割程度の割合で成形完了)および〇(すべて成形完了)である。また、実施例1~7では、繊維の充填度合いの評価も〇(7割程度の割合でねじ山全体まで充填完了)および◎(すべてねじ山先端まで充填完了)である(図18の繊維の充填度合いの評価についての説明図参照)。なお、図18には、ボルトのねじ山31の断面図が示され、31aがねじ山の先端、32が炭素繊維、33がマトリックス樹脂を示す。
As shown in Tables 1 and 2 above, the tensile breaking load of the CFRTP bolt manufactured by the manufacturing method of the present embodiment (that is, the manufacturing method in which pressure molding is performed using CFRTP chopped material) is It is in the range of 4921-7890N as shown in Examples 1-7. Moreover, in Examples 1 to 7, the moldability was evaluated as Δ (molding completed at a rate of about 70%) and ◯ (molding completed in all cases). In addition, in Examples 1 to 7, the degree of fiber filling was evaluated as ◯ (filling completed to the entire screw thread at a rate of about 70%) and ◎ (filling complete to the tip of the screw thread) (fibers in FIG. 18 (See diagram for evaluation of degree of filling). FIG. 18 shows a cross-sectional view of the
一方、比較例1では、UDシートをそのまま加圧成形して製造したボルトの引張破断荷重が2537Nにすぎず、実施例1~7における上記の範囲内の最小値の4921Nを大きく下回っている。さらに、繊維の充填度合いの評価も×(ねじ山の先端まで充填できなかった)である(図18参照)。 On the other hand, in Comparative Example 1, the tensile breaking load of the bolt manufactured by pressing the UD sheet as it is was only 2537N, which is far below the minimum value of 4921N within the above range in Examples 1-7. Furthermore, the evaluation of the degree of filling of the fiber is also x (filling up to the tip of the thread is not possible) (see FIG. 18).
上記の比較例1では、UDシートを用いたボルトの成型は可能であるが、引張破断荷重が2537Nしかなく、同一材料(PA6フィルム)のマトリックスを用いた実施例1~4および7の引張破断荷重(4921~7890N)よりも大幅に低い。この原因は、比較例1によって成型されたボルトBでは、図12に示される当該ボルトBの断面において、ネジ山Gの奥の箇所において発生したボイドV(空孔)による剛性の低下が原因であると考えられる。ボイドVは、ボルト成型中においてUDシート内の連続繊維(すなわち、所定方向に配向された長繊維の強化繊維の層)によって空気の逃げ道を塞ぐために生じたと考えられる。なお、図12に示されるボイドVは、ボルトBの切断面をレーザー顕微鏡で観察することによって確認された。一方、実施例1~4および7のボルトBでは、断面観察してもボイドVは発見されなかった。 In Comparative Example 1 above, it is possible to form a bolt using the UD sheet, but the tensile breaking load is only 2537 N, and the tensile breaking of Examples 1 to 4 and 7 using the same material (PA6 film) matrix Significantly lower than load (4921-7890N). The reason for this is that in the bolt B molded according to Comparative Example 1, in the cross section of the bolt B shown in FIG. It is believed that there is. The voids V are considered to be caused by the continuous fibers in the UD sheet (that is, a layer of reinforcing fibers of long fibers oriented in a predetermined direction) blocking air escape paths during bolt molding. The void V shown in FIG. 12 was confirmed by observing the cut surface of the bolt B with a laser microscope. On the other hand, in the bolts B of Examples 1 to 4 and 7, no voids V were found even when the cross section was observed.
比較例2のようにテープ材を丸めて加圧成形した場合、ボルトを成形することができず、引張破断荷重の測定、ならびに成形性および繊維の充填度合いの評価を行うことができなかった。 When the tape material was rolled and pressure-molded as in Comparative Example 2, the bolt could not be molded, and the tensile breaking load could not be measured, and the moldability and fiber filling degree could not be evaluated.
比較例3は、5mm×20mmの矩形形状のチョップ材(厚さ50μm)、およびマトリックス(基材)としてPA6フィルムが用いられ、炭素繊維の繊維体積含有率は53%である製造条件によって製造されたM8のボルト(直径8mm)をさらにネジ山を削る加工をしている。これにより、比較例3の引張破断荷重(2084N)は、実施例1~4および7の引張破断荷重(4921~7890N)よりも大幅に低下している。この原因は、図13(a)に示される削り加工前のボルトB1内部において強化繊維Fが連続して延びている状態と比較して、図13(b)に示される削り加工後の比較例3のボルトB2内部において強化繊維Fが切断されて引張強度が低下したことが原因であると考えられる。 Comparative Example 3 uses a rectangular chopped material (50 μm thick) of 5 mm×20 mm, a PA6 film as a matrix (base material), and the fiber volume content of carbon fibers is 53%. The M8 bolt (diameter 8mm) is further processed to shave the threads. As a result, the tensile breaking load (2084 N) of Comparative Example 3 is significantly lower than those of Examples 1-4 and 7 (4921-7890 N). The reason for this is that compared to the state in which the reinforcing fibers F continuously extend inside the bolt B1 before the cutting process shown in FIG. It is considered that the reason for this is that the reinforcing fiber F was cut inside the bolt B2 of No. 3 and the tensile strength decreased.
比較例4のようにガラス繊維を含むPPSの射出品、および比較例5のようにガラス繊維を含むMXD6の射出品を用いた場合のそれぞれの引張破断荷重(3215Nおよび4386N)を見ても、実施例1~4および7の引張破断荷重(4921~7890N)よりも十分に低いことがわかる。 Looking at the respective tensile breaking loads (3215 N and 4386 N) when using an injection product of PPS containing glass fibers as in Comparative Example 4 and an injection product of MXD6 containing glass fibers as in Comparative Example 5, It can be seen that the tensile breaking load (4921-7890N) of Examples 1-4 and 7 is sufficiently lower.
また、繊維を含まない樹脂の射出品の例として、比較例6のようにPCの射出品、および比較例7のようにPEEKの射出品を用いた場合のそれぞれの引張破断荷重(2121Nおよび3258N)を見ても、実施例1~4および7の引張破断荷重(4921~7890N)よりも十分に低いことがわかる。 In addition, as examples of resin injection products that do not contain fibers, a PC injection product as in Comparative Example 6 and a PEEK injection product as in Comparative Example 7 were used. ), it can be seen that it is sufficiently lower than the tensile breaking load (4921-7890N) of Examples 1-4 and 7.
また、実施例8に示されるように、本実施形態の製造方法(すなわち、CFRTP製のチョップ材を用いて加圧成形する製造方法)によって製造されたCFRTP製のナットの引張破断荷重は、9292Nであり、非常に高い値である。しかも、実施例8では、成形性についての評価は〇(すべて成形完了)であり、かつ、繊維の充填度合いの評価も◎(すべてねじ山先端まで充填完了)である。 Further, as shown in Example 8, the tensile breaking load of the CFRTP nut manufactured by the manufacturing method of the present embodiment (that is, the manufacturing method in which pressure molding is performed using CFRTP chopped material) is 9292 N. , which is a very high value. Moreover, in Example 8, the moldability was evaluated as ◯ (completely molded), and the fiber filling degree was also evaluated as ⊚ (filled up to the tip of the thread).
一方、比較例8で製造されたナット、すなわち、ガラス繊維を含むPPSの射出品であるナットの引張破断荷重は3290Nにすぎず、上記の実施例のナットの引張破断荷重(9292N)を大きく下回っている。 On the other hand, the tensile breaking load of the nut manufactured in Comparative Example 8, that is, the nut that is an injection product of PPS containing glass fibers, is only 3290 N, which is much lower than the tensile breaking load (9292 N) of the nut of the above example. ing.
さらに、以下の表3に示されるように、実施例1~7で製造される炭素繊維製(CF)のM8のボルトの重量は3gであり、ステンレス鋼(SUS)製のM8のボルトの重量(16g)と比較して1/5よりも小さく、非常に軽い。また、実施例8で製造される炭素繊維製(CF)のM8のナットの重量は1.2gであり、ステンレス鋼(SUS)製のM8のナットの重量(5.4g)と比較して1/4~1/5程度小さく、非常に軽い。 Furthermore, as shown in Table 3 below, the weight of the carbon fiber (CF) M8 bolts manufactured in Examples 1 to 7 was 3 g, and the weight of the stainless steel (SUS) M8 bolts Less than 1/5 compared to (16g) and very light. In addition, the weight of the carbon fiber (CF) M8 nut manufactured in Example 8 is 1.2 g, which is 1 /4 to 1/5 smaller and very light.
上記の表1の試験結果などを見れば、チョップ材に含まれる強化繊維の繊維長は、5~100mmで、好ましくは5~40mm、さらに好ましくは5~20mm程度あれば、引張強度に優れたボルトやナットを製造することができると考えられる。また、このように実施例1~8によって製造されたボルトやナットは、引張強度に優れることを考慮すればねじり強度も高くなることが推定される。 Looking at the test results in Table 1 above, the fiber length of the reinforcing fibers contained in the chopped material is 5 to 100 mm, preferably 5 to 40 mm, more preferably 5 to 20 mm. It is conceivable that bolts and nuts can be manufactured. In addition, considering that the bolts and nuts manufactured according to Examples 1 to 8 are excellent in tensile strength, it is presumed that the torsional strength is also high.
ここで、チョップ材の繊維長は、長い方がボルトの強度の向上に寄与すると考えられるが、賦形性を考えた場合には、マトリックスの樹脂材料の流動性(MFR)は、2~50g/10min、好ましくは5~30g/minである。この数値であれば賦形性を良好に維持することが可能である。 Here, it is thought that the longer the fiber length of the chopped material, the better the strength of the bolt. /10 min, preferably 5 to 30 g/min. With this numerical value, it is possible to maintain good formability.
また、チョップ材におけるマトリックスに含まれる強化繊維の体積含有率が30~80%の範囲内であるのが好ましい。30%よりも少ないとボルトの強度が低くなり、80%を超えると賦形性が低下して成型が困難になるので、ボルトの高い強度および賦形性を確保する観点から強化繊維の体積含有率は上記の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは30~60%が良い。 Also, the volume content of the reinforcing fibers contained in the matrix of the chopped material is preferably within the range of 30 to 80%. If it is less than 30%, the strength of the bolt will be low, and if it exceeds 80%, the shapeability will decrease and molding will become difficult. The ratio is preferably within the above range, more preferably 30-60%.
(変形例)
(A)
上記の実施形態では、図6に示されるようにCFRTPシートを細断した多数のチョップ材Cを金型11に投入して、チョップ材Cの状態で熱プレス成形をしてボルトBなどの締結具を製造しているが、本発明はこれに限定するものではなく、多数のチョップ材Cを平面的に並べて合体したシート状の部材、すなわちチョップドシートCSの状態で金型に投入してもよい。(Modification)
(A)
In the above embodiment, as shown in FIG. 6, a large number of chopped materials C obtained by shredding a CFRTP sheet are put into a
すなわち、本発明の製造方法の変形例として、この製造方法は、上記の(A)チョップ材の準備工程の後において、(D)複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートを作製するチョップドシート作製工程(図2のS21)をさらに含み、上記の(B)投入工程において、チョップドシートを金型の内部に詰め込むことを特徴とする。 That is, as a modification of the manufacturing method of the present invention, in this manufacturing method, after the above-described (A) chopped material preparation step, (D) a chopped sheet is produced by arranging and uniting a plurality of chopped materials in a plane. It further includes a chopped sheet production step (S21 in FIG. 2), and is characterized in that the chopped sheet is stuffed inside the mold in the above-mentioned (B) charging step.
チョップドシート作製工程は、複数のチョップ材Cを平面的に並べて合体したチョップドシートCSを作製することができればよく、本発明では複数のチョップ材Cを合体させるためのフィルムの使用についてはとくに限定しない。 The chopped sheet production step is sufficient to produce a chopped sheet CS in which a plurality of chopped materials C are arranged and united in a plane, and the use of a film for uniting a plurality of chopped materials C is not particularly limited in the present invention. .
チョップドシート作製工程の一例としては、例えば、複数のチョップ材を熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一方の面に分散させた状態で含浸させたチョップドシートを作製する。具体的には、図11に示されるように、熱可塑性樹脂フィルムR2を連続的に送り出していき、区間XIのように、熱可塑性樹脂フィルムR2の両面に多数のチョップ材Cを分散させた状態で加熱ロールなどで加熱しながら加圧することにより、チョップ材Cが両面に分散されたチョップドシートCSが製造される。なお、チョップ材Cは、熱可塑性樹脂フィルムR2の両面のうちのいずれか一方の面のみに含浸してもよい。 As an example of the chopped sheet production process, for example, a chopped sheet is produced by impregnating a thermoplastic resin film with a plurality of chopped materials dispersed in at least one surface thereof. Specifically, as shown in FIG. 11, the thermoplastic resin film R2 is continuously fed, and a large number of chopped materials C are dispersed on both sides of the thermoplastic resin film R2 as shown in section XI. The chopped sheet CS in which the chopped material C is dispersed on both sides is manufactured by applying pressure while heating with a heating roll or the like. The chopped material C may be impregnated into only one of the two surfaces of the thermoplastic resin film R2.
熱可塑性樹脂フィルムR2は、上記のチョップ材Cを製造する際に用いられた熱可塑性樹脂シートR1(図3参照)と同じ材料(例えばナイロン6(PA6))であれば、チョップ材Cのマトリックス(母材)と同じ材料であるので、チョップ材Cが熱可塑性樹脂フィルムR2に含浸されやすくなる。 If the thermoplastic resin film R2 is the same material (for example, nylon 6 (PA6)) as the thermoplastic resin sheet R1 (see FIG. 3) used in manufacturing the chopped material C, the matrix of the chopped material C Since it is the same material as the (base material), the chopped material C is easily impregnated into the thermoplastic resin film R2.
なお、これら熱可塑性樹脂シートR1および熱可塑性樹脂フィルムR2の厚さは、チョップ材CおよびチョップドシートCSを作製する際の製造条件などを考慮して適宜選定される。 The thicknesses of the thermoplastic resin sheet R1 and the thermoplastic resin film R2 are appropriately selected in consideration of manufacturing conditions for manufacturing the chopped material C and the chopped sheet CS.
製造されたチョップドシートCSは、金型11の投入口12に投入しやすいように変形され、例えば丸められた状態で金型11に詰め込まれる(図6参照)。なお、チョップドシートCSが大きい場合は、成形されるボルトBの体積に対応する大きさで切り出してから丸めて用いればよい。
The manufactured chopped sheet CS is deformed so as to be easily introduced into the
このような上記の製造方法では、複数のチョップ材Cを平面的に並べて合体したチョップドシートCSの状態にして、当該チョップドシートCSを金型11の内部に詰め込むことにより、複数のチョップ材Cを金型11の空間部(キャビティー)13に容易に分散させて投入することが可能になる。その結果、投入後のチョップ材Cを金型11の空間部13に均一に分散させるための別作業が必要なくなり、量産性がさらに向上する。
In the above-described manufacturing method, a plurality of chopped materials C are arranged in a plane and combined to form a chopped sheet CS, and the chopped sheet CS is packed into the
しかも、チョップドシートCS内部のチョップ材Cにおいても一定の繊維長が維持されているので、長繊維を有するボルトBなどの締結具を製造することが可能であり、締結具の強度を向上することが可能である。 Moreover, since the chopped material C inside the chopped sheet CS also maintains a constant fiber length, it is possible to manufacture fasteners such as bolts B having long fibers, thereby improving the strength of the fastener. is possible.
また、上記の変形例では、複数のチョップ材Cを熱可塑性樹脂フィルムR2の少なくとも一方の面に分散させた状態で含浸させることにより、チョップドシートCSを容易に作製することが可能である。また、作製後のチョップドシートCSからチョップ材Cが分離するおそれも低減する。 In addition, in the above modification, the chopped sheet CS can be easily produced by impregnating at least one surface of the thermoplastic resin film R2 with a plurality of chopped materials C in a dispersed state. In addition, the risk of separation of the chopped material C from the chopped sheet CS after production is reduced.
(B)
また、他の変形例として、上記の図11で作製されたチョップドシートCSを金型11に投入しやすい大きさに細断してもよい。(B)
Moreover, as another modification, the chopped sheet CS produced in FIG.
すなわち、本発明の他の変形例としての製造方法は、上記の(D)チョップドシート作製工程の後において、図11の区間XII~XIIIに示されるように、チョップドシートCSをチョップ材Cよりも大きい所定の大きさに細断するチョップドシート細断工程をさらに含み、上記の(B)投入工程において、細断されたチョップドシートT(図6および図11参照)を金型11の内部に詰め込むことを特徴とする。
That is, in the manufacturing method as another modified example of the present invention, after the chopped sheet manufacturing step (D), as shown in sections XII to XIII in FIG. It further includes a chopped sheet shredding step for shredding into large predetermined sizes, and in the above-mentioned (B) loading step, the chopped sheet T (see FIGS. 6 and 11) is packed inside the
上記の製造方法では、チョップ材Cよりも大きい所定の大きさに細断されたチョップドシートTを金型11の内部に詰め込むので、チョップドシートを金型11の内部に詰め込む前に丸めたり変形する別作業が不要になり、金型への投入が容易である。それとともに、チョップ材Cのままの状態で金型11に投入するよりも金型11の空間部13において均一に分散させることが可能である。その結果、量産性がより一層優れる。
In the above manufacturing method, the chopped sheet T chopped into a predetermined size larger than the chopped material C is packed inside the
(C)
なお、上記実施の形態の製造方法では、複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートを作製し、当該チョップドシートを金型の内部に詰め込む例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のチョップ材のどのような形状にまとめて金型に詰め込むか限定としない。したがって、本発明の変形例として、複数のチョップ材を棒状にしたものを金型に投入して加圧するようにしてもよい。(C)
In addition, in the manufacturing method of the above-described embodiment, an example is shown in which a chopped sheet is produced by arranging a plurality of chopped materials on a plane and united, and the chopped sheet is stuffed inside a mold. There is no limitation to what shape the plurality of chopped materials are packed together in the mold. Therefore, as a modification of the present invention, a plurality of chopped materials shaped like rods may be put into a mold and pressurized.
<実施形態のまとめ>
前記実施形態をまとめると以下のとおりである。<Summary of embodiment>
It is as follows when the said embodiment is put together.
前記実施形態にかかる繊維強化樹脂製締結具の製造方法は、繊維強化樹脂製の締結具の製造方法であって、開繊した強化繊維が所定の方向に配向した状態で熱可塑性樹脂に含浸された繊維強化樹脂シートが所定の大きさに細断された複数のチョップ材を準備する準備工程と、前記複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートを作製するチョップドシート作製工程と、前記チョップドシートを金型の内部に詰め込む投入工程と、前記金型を加熱した状態で前記金型内部の前記チョップドシートを加圧することにより、前記締結具の形状に成形する加圧工程とを含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin according to the above-described embodiment is a method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, wherein spread reinforcing fibers are impregnated with a thermoplastic resin while being oriented in a predetermined direction. a preparation step of preparing a plurality of chopped materials obtained by shredding a fiber-reinforced resin sheet into a predetermined size ; Including a step of filling a chopped sheet into a mold, and a pressing step of molding the shape of the fastener by pressing the chopped sheet inside the mold while the mold is heated. characterized by
かかる製造方法では、締結具の材料として、開繊した強化繊維が所定の方向に配向した状態で熱可塑性樹脂に含浸された繊維強化樹脂シートを所定の大きさに細断することによって形成された複数のチョップ材を準備する。そして、複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートを作製し、チョップドシートを金型の内部に詰め込み、チョップドシートを加熱した状態で加圧成形する。チョップドシートを構成するチョップ材は賦形性、すなわち金型のキャビティ形状への追随性が良いので、従来の繊維強化樹脂製の棒状部材を切削加工して製造する場合と比較して量産性に優れる。
In this manufacturing method, as a material for the fastener, a fiber-reinforced resin sheet impregnated with a thermoplastic resin in a state in which the spread reinforcing fibers are oriented in a predetermined direction is cut into pieces of a predetermined size. Prepare multiple chop materials. Then, a chopped sheet is produced by arranging and uniting a plurality of chopped materials in a plane, the chopped sheet is stuffed into a mold, and the chopped sheet is pressure-molded in a heated state. The chopped material that makes up the chopped sheet has good formability, that is, the ability to follow the shape of the cavity of the mold, so it is more mass-producible than the conventional case of cutting and manufacturing a bar-shaped member made of fiber-reinforced resin. Excellent.
しかも、締結具の材料となる複数のチョップ材の群はランダム配向性(すなわち強化繊維の配向が特定されていない性質)を有するので、加圧成形しても、チョップ材に含まれる強化繊維が切断されるおそれが低い。そして、成形後の締結具も強化繊維の一定の繊維長を維持しているので、締結具の強度を向上することができる。これにより、量産性に優れてかつ高い強度を有する繊維強化樹脂製締結具を製造することが可能になる。 Moreover, since the group of chopped materials, which are the materials of the fastener, has random orientation (that is, the property that the orientation of the reinforcing fibers is not specified), even if pressure molding is performed, the reinforcing fibers contained in the chopped materials Less chance of disconnection. Further, since the fastener after molding also maintains a constant fiber length of the reinforcing fibers, the strength of the fastener can be improved. As a result, it becomes possible to manufacture a fiber-reinforced resin fastener having excellent mass productivity and high strength.
また、前記実施形態にかかる製造方法では、前記複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートの状態にして、当該チョップドシートを金型の内部に詰め込むことにより、複数のチョップ材を金型の空間部に容易に分散させて投入することが可能になる。その結果、投入後のチョップ材を金型の空間部に均一に分散させるための別作業が必要なくなり、量産性がさらに向上する。 Further, in the manufacturing method according to the above-described embodiment, the plurality of chopped materials are arranged in a plane and combined into a chopped sheet state, and the chopped sheet is stuffed inside the mold, thereby forming the plurality of chopped materials into the mold. It becomes possible to easily disperse and put in the space of. As a result, there is no need for a separate operation for uniformly dispersing the chopped material in the space of the mold after charging, and mass productivity is further improved.
しかも、チョップドシート内部のチョップ材においても一定の繊維長が維持されているので、長繊維を有する締結具を製造することが可能であり、締結具の強度を向上することが可能である。 Moreover, since the chopped material inside the chopped sheet also maintains a constant fiber length, it is possible to manufacture a fastener having long fibers, and to improve the strength of the fastener.
上記の繊維強化樹脂製締結具の製造方法であって、前記チョップドシート作製工程は、前記複数のチョップ材を熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一方の面に分散させた状態で含浸させることにより前記チョップドシートを作製するのが好ましい。 In the above method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, the chopped sheet producing step includes impregnating the chopped sheet with the plurality of chopped materials dispersed on at least one surface of a thermoplastic resin film. is preferably made.
この場合、複数のチョップ材を熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一方の面に分散させた状態で含浸させることにより、チョップドシートを容易に作製することが可能である。また、作製後のチョップドシートからチョップ材が分離するおそれも低減する。 In this case, the chopped sheet can be easily produced by impregnating the thermoplastic resin film with a plurality of chopped materials dispersed on at least one surface thereof. In addition, the risk of separation of the chopped material from the chopped sheet after production is reduced.
上記の繊維強化樹脂製締結具の製造方法であって、前記チョップドシート作製工程の後において、前記チョップドシートを前記チョップ材よりも大きい所定の大きさに細断するチョップドシート細断工程をさらに含み、前記投入工程において、細断された前記チョップドシートを前記金型の内部に詰め込むのが好ましい。 The method for manufacturing the above-described fiber-reinforced resin fastener further includes a chopped sheet shredding step of shredding the chopped sheet to a predetermined size larger than the chopped material after the chopped sheet fabricating step. Preferably, in the charging step, the chopped sheets are stuffed into the mold.
かかる製造方法では、チョップ材よりも大きい所定の大きさに細断されたチョップドシートを金型の内部に詰め込むので、チョップドシートを金型の内部に詰め込む前に丸めたり変形する別作業が不要になり、金型への投入が容易である。それとともに、チョップ材のままの状態で金型に投入するよりも金型の空間部において均一に分散させることが可能である。その結果、量産性がより一層優れる。 In this manufacturing method, the chopped sheet cut into a predetermined size larger than the chopped material is stuffed inside the mold, so there is no need for separate work of rounding or deforming the chopped sheet before stuffing it inside the mold. It becomes easy to put it into the mold. At the same time, it is possible to distribute the chopped material more uniformly in the space of the mold than when the chopped material is put into the mold as it is. As a result, mass productivity is further improved.
上記の繊維強化樹脂製締結具の製造方法であって、前記チョップ材に含まれる前記強化繊維の繊維長は、5~100mmであるのが好ましい。この範囲内であれば、締結具の高い強度を確保することが可能である。 In the above method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, it is preferable that the fiber length of the reinforcing fibers contained in the chopped material is 5 to 100 mm. Within this range, it is possible to ensure high strength of the fastener.
上記の繊維強化樹脂製締結具の製造方法であって、前記チョップ材における前記熱可塑性樹脂に含まれる強化繊維の体積含有率は、30~80%であるのが好ましい。この範囲内であれば、締結具の高い強度および賦形性を確保することが可能である。 In the above method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, it is preferable that the volume content of the reinforcing fibers contained in the thermoplastic resin in the chopped material is 30 to 80%. Within this range, it is possible to ensure high strength and formability of the fastener.
本実施形態にかかる繊維強化樹脂製締結具は、熱可塑性樹脂と、配向が特定されない状態で前記熱可塑性樹脂に含浸されている強化繊維とで形成された繊維強化樹脂製締結具であって、前記強化繊維の繊維長は、5~100mmの範囲内であり、前記熱可塑性樹脂における前記強化繊維の体積含有率は、30~80%の範囲内であることを特徴とする。 The fiber-reinforced resin fastener according to the present embodiment is a fiber-reinforced resin fastener formed of a thermoplastic resin and reinforcing fibers impregnated in the thermoplastic resin in an unspecified orientation, The fiber length of the reinforcing fibers is in the range of 5 to 100 mm, and the volume content of the reinforcing fibers in the thermoplastic resin is in the range of 30 to 80%.
上記の締結具では、強化繊維の配向が特定されない状態、すなわち強化繊維が長繊維を有する状態で熱可塑性樹脂に含浸されており、しかも、強化繊維における条件として、繊維長が5~100mmの範囲内であり、かつ、前記熱可塑性樹脂における体積含有率が30~80%の範囲内であるので、量産性に優れ、かつ高い強度を有する。 In the above fastener, the reinforcing fibers are impregnated with the thermoplastic resin in a state where the orientation of the reinforcing fibers is not specified, that is, the reinforcing fibers have long fibers, and the fiber length is in the range of 5 to 100 mm as a condition for the reinforcing fibers. and the volume content in the thermoplastic resin is within the range of 30 to 80%, so that the mass productivity is excellent and the strength is high.
本実施形態にかかる繊維強化樹脂製締結具の製造方法および繊維強化樹脂製締結具によれば、量産性に優れ、かつ高い強度の締結具を製造することができる。 According to the method for manufacturing a fiber-reinforced resin fastener and the fiber-reinforced resin fastener according to the present embodiment, it is possible to manufacture a fastener having excellent mass productivity and high strength.
Claims (5)
開繊した強化繊維が所定の方向に配向した状態で熱可塑性樹脂に含浸された繊維強化樹脂シートが所定の大きさに細断された複数のチョップ材を準備する準備工程と、
前記複数のチョップ材を平面的に並べて合体したチョップドシートを作製するチョップドシート作製工程と、
前記チョップドシートを金型の内部に詰め込む投入工程と、
前記金型を加熱した状態で前記金型内部の前記チョップドシートを加圧することにより、前記締結具の形状に成形する加圧工程と
を含む繊維強化樹脂製締結具の製造方法。 A method for manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, comprising:
A preparation step of preparing a plurality of chopped materials obtained by shredding a fiber-reinforced resin sheet impregnated with a thermoplastic resin into a predetermined size with the spread reinforcing fibers oriented in a predetermined direction;
A chopped sheet producing step of producing a chopped sheet in which the plurality of chopped materials are arranged in a plane and united;
A step of filling the chopped sheet into a mold;
A method of manufacturing a fastener made of fiber-reinforced resin, comprising a pressurizing step of molding the shape of the fastener by pressurizing the chopped sheet inside the mold while the mold is heated.
請求項1に記載の繊維強化樹脂製締結具の製造方法。 The fiber-reinforced resin fastener according to claim 1 , wherein in the chopped sheet manufacturing step, the chopped sheet is manufactured by impregnating the plurality of chopped materials dispersed on at least one surface of a thermoplastic resin film. manufacturing method.
前記投入工程において、細断された前記チョップドシートを前記金型の内部に詰め込む、
請求項1または2に記載の繊維強化樹脂製締結具の製造方法。 After the chopped sheet producing step, further comprising a chopped sheet shredding step of shredding the chopped sheet into a predetermined size larger than the chopped material,
In the charging step, the shredded chopped sheet is packed inside the mold,
A method for manufacturing the fiber-reinforced resin fastener according to claim 1 or 2 .
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製締結具の製造方法。 The fiber length of the reinforcing fibers contained in the chopped material is 5 to 100 mm,
A method for manufacturing a fiber-reinforced resin fastener according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1~4のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製締結具の製造方法。 The volume content of the reinforcing fibers contained in the thermoplastic resin in the chopped material is 30 to 80%.
A method for manufacturing a fiber-reinforced resin fastener according to any one of claims 1 to 4 .
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