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JP7779153B2 - Manufacturing method for fiber reinforced plastic molded products - Google Patents
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JP7779153B2 - Manufacturing method for fiber reinforced plastic molded products - Google Patents

Manufacturing method for fiber reinforced plastic molded products

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JP7779153B2 JP2022006280A JP2022006280A JP7779153B2 JP 7779153 B2 JP7779153 B2 JP 7779153B2 JP 2022006280 A JP2022006280 A JP 2022006280A JP 2022006280 A JP2022006280 A JP 2022006280A JP 7779153 B2 JP7779153 B2 JP 7779153B2
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Description

本発明は、繊維強化樹脂成形品の製造方法に係り、さらに詳細には、炭素繊維の廃棄量を低減すると共に、成形品の機械的強度を確保しつつ、生産性を向上し得る繊維強化樹脂成形品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded products, and more specifically to a method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded products that can improve productivity while reducing the amount of carbon fiber waste and ensuring the mechanical strength of the molded product.

従来、軽量かつ機械的強度が高く、良好な外観を確保しながら、トリム加工を簡単に行うことができ、外周部分の強度が製品中央部分と同等となる、繊維強化プラスチックの成型方法が提案されている(特許文献1参照。)。この繊維強化プラスチックの成型方法は、織物などの強化繊維のみからなる第1の基材の外周部の少なくとも一部に、強化繊維に予め樹脂を含浸させた第2の基材を配置したプリフォームを構成し、該プリフォームを金型のキャビティ内に収納した後、樹脂を注入・硬化させることを特徴とする。この成型方法においては、RTM(Resin Transfer Molding)成形法が利用されている。 A molding method for fiber-reinforced plastic has been proposed that is lightweight, has high mechanical strength, maintains a good appearance, allows for easy trimming, and ensures that the strength of the outer periphery is equivalent to that of the central part of the product (see Patent Document 1). This fiber-reinforced plastic molding method involves constructing a preform by placing a second substrate, in which the reinforcing fibers have been pre-impregnated with resin, on at least a portion of the outer periphery of a first substrate made solely of reinforcing fibers such as a woven fabric; the preform is then placed in the cavity of a mold, and resin is then injected and cured. This molding method utilizes the RTM (Resin Transfer Molding) molding method.

特開2010-76356号公報JP 2010-76356 A

しかしながら、特許文献1に記載のような繊維強化プラスチックをさらに厚肉化しようとすると、強化繊維、すなわち炭素繊維からなる織物の部分がさらに厚くなるため、樹脂含浸に時間がかかり、樹脂の含浸不良が発生し、機械的強度の低下が生じるおそれがあるという問題点があった。また、樹脂の含浸不良を防止するために、樹脂含浸に時間をかけると、生産性が低下するという問題点があった。さらに、炭素繊維からなる織物を積層して用いると、プリフォーム構成時のトリミング代が増大し易く炭素繊維の廃棄量が多くなるという問題点もあった。 However, when attempting to further thicken fiber-reinforced plastics such as those described in Patent Document 1, the reinforcing fibers, i.e., the woven carbon fiber portion, become even thicker, which poses the problem of taking longer to impregnate with resin, potentially resulting in poor resin impregnation and reduced mechanical strength. Furthermore, taking longer to impregnate with resin in order to prevent poor resin impregnation reduces productivity. Furthermore, using layers of woven carbon fiber fabrics tends to increase the amount of trimming required when constructing a preform, resulting in a large amount of wasted carbon fiber.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、炭素繊維の廃棄量を低減すると共に、成形品の機械的強度を確保しつつ、生産性を向上し得る繊維強化樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems with the prior art, and aims to provide a method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded products that reduces the amount of carbon fiber waste, ensures the mechanical strength of the molded product, and improves productivity.

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維束からなるテープ基材をその幅方向に並べ且つその厚さ方向に積層しさらに賦形したプリフォームを用い、このプリフォームを作製する際に、テープ基材の間に隙間を設けて並べることにより、前記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 After extensive research to achieve the above objective, the inventors discovered that the above objective could be achieved by using a preform made by arranging tape substrates made of carbon fiber bundles in the width direction, stacking them in the thickness direction, and then shaping them, and by arranging the tape substrates with gaps between them when producing this preform, which led to the completion of the present invention.

すなわち、本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法は、成形型のキャビティ内に配置された、炭素繊維束からなるテープ基材をその幅方向に並べ且つその厚さ方向に積層すると共に賦形して作製したプリフォームに、熱硬化性樹脂材料を含浸・硬化させて成り、繊維体積含有率(V)が45%以上52%以下である繊維強化樹脂成形品の製造方法である。この繊維強化樹脂成形品の製造方法においては、プリフォームを作製する際に、テープ基材の間に隙間を設けて並べる。
また、前記成形型が、固定型及び可動型を備え、前記可動型が、樹脂注入口を有し、前記樹脂注入口側に位置する前記プリフォームの表面を構成する前記テープ基材を並べる際、前記可動型の可動方向に直交する方向における前記樹脂注入口の配設位置からその近傍までの領域内には、前記テープ基材の間に隙間を設けない。
That is, the method for producing a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention is a method for producing a fiber-reinforced plastic molded product that is produced by arranging tape substrates made of carbon fiber bundles in the cavity of a molding die, arranging them in the width direction, stacking them in the thickness direction, and shaping them, and then impregnating and curing the preform with a thermosetting resin material, and that has a fiber volume content ( Vf ) of 45% to 52%. In this method for producing a fiber-reinforced plastic molded product, when producing the preform, the tape substrates are arranged with gaps between them.
Furthermore, the molding die comprises a fixed die and a movable die, the movable die has a resin injection inlet, and when the tape substrates constituting the surface of the preform located on the resin injection inlet side are arranged, no gaps are provided between the tape substrates within the area from the position of the resin injection inlet to its vicinity in a direction perpendicular to the moving direction of the movable die.

本発明によれば、炭素繊維束からなるテープ基材をその幅方向に並べ且つその厚さ方向に積層しさらに賦形したプリフォームを用い、このプリフォームを作製する際に、テープ基材の間に隙間を設けて並べたため、炭素繊維の廃棄量を低減すると共に、成形品の機械的強度を確保しつつ、生産性を向上し得る繊維強化樹脂成形品の製造方法を提供できる。 This invention uses a preform made by arranging tape substrates made of carbon fiber bundles in the width direction, stacking them in the thickness direction, and then shaping them. When producing this preform, the tape substrates are arranged with gaps between them. This reduces the amount of carbon fiber waste, ensures the mechanical strength of the molded product, and provides a method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded products that can improve productivity.

本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法の一実施形態を示すフロー図である。1 is a flow diagram showing one embodiment of a method for producing a fiber-reinforced resin molded product of the present invention. 図2(A)~(F)は、シート状基材の若干例を模式的に示す平面図である。2(A) to 2(F) are plan views schematically showing some examples of sheet-like substrates. 図3(A)及び(B)は、積層基材の一例及び他の例を模式的に示す分解斜視図である。3A and 3B are exploded perspective views schematically showing an example and another example of the laminated base material. 図4(A)及び(B)は、プリフォームの一例を模式的に示す平面図及び断面図である。4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing an example of a preform. 成形品作製工程の要領を模式的に示す説明図である。1A to 1C are explanatory diagrams schematically illustrating a process for producing a molded product. テープ基材の間の隙間と繊維体積含有率(V)との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the gap between tape substrates and the fiber volume fraction (V f ). テープ基材の間の隙間と圧縮強度との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the gap between tape substrates and compressive strength. テープ基材の間の隙間と引張強度との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the gap between tape substrates and the tensile strength.

以下、本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 The manufacturing method for a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the dimensional proportions in the drawings cited below have been exaggerated for the sake of explanation and may differ from the actual proportions.

図1に示すように、本実施形態の繊維強化樹脂成形品の製造方法は、プリフォーム作製工程S1と、成形品作製工程S2を有する。 As shown in Figure 1, the method for manufacturing a fiber-reinforced plastic molded product of this embodiment includes a preform manufacturing process S1 and a molded product manufacturing process S2.

<プリフォーム作製工程S1>
プリフォーム作製工程S1は、シート状基材作製工程S11と積層基材作製工程S12と賦形工程S13を有する。以下、各工程について更に詳細に説明する。
<Preform manufacturing process S1>
The preform manufacturing process S1 includes a sheet-like substrate manufacturing process S11, a laminated substrate manufacturing process S12, and a shaping process S13. Each process will be described in more detail below.

(シート状基材作製工程S11)
シート状基材作製工程においては、図2(A)~(E)に示すように、炭素繊維束からなるテープ基材15をその幅方向に並べて賦形前の積層基材11(11’)(図3参照)を形成するためのシート状基材13を作製する。シート状基材13を作製する際には、テープ基材15の間に隙間15Aを設けて並べる。
(Sheet-like substrate production step S11)
2(A) to 2(E), tape substrates 15 made of carbon fiber bundles are arranged in the width direction to prepare a sheet substrate 13 for forming the pre-shaping laminated substrate 11 (11') (see FIG. 3). When preparing the sheet substrate 13, the tape substrates 15 are arranged with gaps 15A between them.

ここで、炭素繊維束からなるテープ基材15としては、例えば、連続繊維からなる炭素繊維を糸で束ねて一体化した炭素繊維束をテープ状にしたものや、炭素繊維束を糸で更に束ねて一体化してテープ状にしたものを挙げることができる。このテープ基材15の幅は、例えば、5mm以上50mm以下であることが好ましく、5mm以上25mm以下であることがより好ましい。また、このテープ基材15の厚さは、例えば、0.1mm以上0.5mm以下であることが好ましい。さらに、このテープ基材15は、その表面側や裏面側に他のテープ基材や成形型への固定に利用できるエポキシ樹脂などのバインダーを含んでいることが好ましく、その含有量は5g/m以上15g/m以下であることが好ましい。 Examples of the tape substrate 15 made of carbon fiber bundles include a tape-shaped carbon fiber bundle formed by bundling continuous carbon fibers with a thread, and a tape-shaped carbon fiber bundle formed by further bundling and integrating carbon fiber bundles with a thread. The width of the tape substrate 15 is preferably, for example, 5 mm to 50 mm, and more preferably 5 mm to 25 mm. The thickness of the tape substrate 15 is preferably, for example, 0.1 mm to 0.5 mm. Furthermore, the tape substrate 15 preferably contains a binder such as an epoxy resin on the front and back sides thereof that can be used to fix the tape substrate to other tape substrates or a molding die, and the content of the binder is preferably 5 g/ to 15 g/m².

上述の隙間15Aの幅は、0.5mm以上3mm以下であることが好ましく、0.5mm以上2mm以下であることがより好ましい。 The width of the gap 15A is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less, and more preferably 0.5 mm or more and 2 mm or less.

テープ基材15を並べる際には、例えば、成形品の長手方向を0°方向とした場合に、テープ基材15の長手方向を0°方向としたシート状基材131,134(図2(A)、(D)参照)、45°方向としたシート状基材132,135(図2(B)、(E)参照)、-45°方向としたシート状基材133(図2(C)参照)のように、成形品に対してテープ基材15の配向を変えたシート状基材13を適宜用いることが好ましい。 When arranging the tape substrates 15, it is preferable to use sheet substrates 13 in which the orientation of the tape substrate 15 is changed relative to the molded product, such as sheet substrates 131 and 134 in which the longitudinal direction of the tape substrate 15 is 0° (see Figures 2(A) and (D)), sheet substrates 132 and 135 in which the longitudinal direction is 45° (see Figures 2(B) and (E)), and sheet substrate 133 in which the longitudinal direction is -45° (see Figure 2(C)).

なお、幅が狭い形状のシート状基材134としては、テープ基材15の長手方向を0°方向としたもののみを示したが(図2(D)参照、)、図2(B)、(C)に示した幅が広い形状のシート状基材132,133と同様にテープ基材の長手方向を45°方向、-45°方向としたものを適宜用いることもできる。 Note that, although only narrow-width sheet-like substrates 134 with the longitudinal direction of the tape substrate 15 set to the 0° direction are shown (see Figure 2(D)), tape substrates with the longitudinal direction set to the 45° or -45° direction, similar to the wide-width sheet-like substrates 132 and 133 shown in Figures 2(B) and (C), can also be used as appropriate.

本実施形態においては、成形品作製用の可動型33の樹脂注入口33A側に配置され、プリフォーム10の表面を構成するシート状基材13を作製する際には、可動型33の可動方向に直交する方向において、樹脂注入口33Aの配設位置からその近傍までの領域内には、テープ基材15の間に隙間15Aを設けないことが好ましい(図2(E)、図4、図5参照)。なお、前記直交方向は、図2(E)におけるシート状基材の面内方向である。 In this embodiment, when producing the sheet-like substrate 13 that is disposed on the resin injection port 33A side of the movable mold 33 used to produce the molded product and that forms the surface of the preform 10, it is preferable that no gaps 15A be provided between the tape substrates 15 in the region from the location of the resin injection port 33A to its vicinity in a direction perpendicular to the direction of movement of the movable mold 33 (see Figures 2(E), 4, and 5). Note that the perpendicular direction is the in-plane direction of the sheet-like substrate in Figure 2(E).

上述の樹脂注入口33Aの配設位置からその近傍領域までの距離は、50mm以下であることが好ましい。 It is preferable that the distance from the location of the resin injection port 33A to the surrounding area be 50 mm or less.

また、樹脂注入口33A側のプリフォーム10の表面には、シート状基材13として炭素繊維からなる織物又はノンクリンプファブリック136を設けてもよい(図2(F)参照)。 In addition, a woven or non-crimp fabric 136 made of carbon fiber may be provided as a sheet-like substrate 13 on the surface of the preform 10 on the resin injection port 33A side (see Figure 2 (F)).

なお、シート状基材作製工程においては、最後にトリミングを行ってもよい。 In addition, trimming may be performed at the end of the sheet-like substrate production process.

(積層基材作製工程S12)
積層基材作製工程においては、例えば、シート状基材13を19枚積層して賦形前の積層基材11(11’)を作製する(図3参照)。なお、図示しないが、各シート状基材に設けられた隙間は、テープ基材の乱れを抑制する観点からは、積層基材の層間においてずらして設けられていることが好ましい。一方、各シート状基材に設けられた隙間は、樹脂含浸性の向上の観点からは、積層基材の層間において揃って設けられていることが好ましい。ずらして設けられている場合の典型例としては、テープ基材の幅の半分だけずらして設けられている例を挙げることができる。
(Laminated base material manufacturing process S12)
In the laminated substrate preparation step, for example, 19 sheets of sheet-like substrates 13 are stacked to prepare the laminated substrate 11 (11') before shaping (see FIG. 3). Although not shown, the gaps provided in each sheet-like substrate are preferably provided in a staggered manner between the layers of the laminated substrate from the viewpoint of suppressing disorder of the tape substrate. On the other hand, the gaps provided in each sheet-like substrate are preferably provided uniformly between the layers of the laminated substrate from the viewpoint of improving resin impregnation. A typical example of the gaps being provided in a staggered manner is one in which they are provided with a stagger of half the width of the tape substrate.

ここで、積層基材111は、シート状基材132にシート状基材133を積層したものである。また、積層基材112は、幅が狭い形状のシート状基材を11枚積層したものである。より詳細には、シート状基材134を6枚積層したものに、45°方向及び-45°方向にテープ基材の配向を変えたものを積層し、さらに、シート状基材134を3枚積層したものである。さらに、積層基材113は、シート状基材131を4枚積層したものに、シート状基材133を積層したものである。シート状基材13を積層する際には、上述したようにシート状基材13を構成するテープ基材15の配向を変えることによって、一体化させることが好ましい。 Here, the laminated substrate 111 is formed by laminating a sheet-like substrate 133 on a sheet-like substrate 132. Furthermore, the laminated substrate 112 is formed by laminating eleven narrow sheet-like substrates. More specifically, six sheet-like substrates 134 are laminated together, and tape substrates with orientations changed in the 45° and -45° directions are laminated on top of these, followed by three sheet-like substrates 134. Furthermore, the laminated substrate 113 is formed by laminating four sheet-like substrates 131 on top of the sheet-like substrate 133. When laminating the sheet-like substrates 13, it is preferable to integrate the tape substrates 15 that make up the sheet-like substrate 13 by changing the orientation as described above.

なお、積層基材作製工程においては、シート状基材の位置決めが容易になるという観点から、最後にトリミングを行うことが好ましい。また、積層基材の形状によっては、途中でトリミングを行ってもよい。 In the laminated substrate production process, trimming is preferably performed at the end, as this makes it easier to position the sheet-like substrate. Depending on the shape of the laminated substrate, trimming may also be performed midway through.

(賦形工程S13)
賦形工程においては、例えば、積層基材11を図示しないプリフォーム型に配置し、例えば、プレス加圧により25kPa以上100kPa以下で加圧、10秒間以上60秒間以下保持して賦形することにより、プリフォーム10を作製する(図4参照)。
(Shaping process S13)
In the shaping process, for example, the laminated substrate 11 is placed in a preform mold not shown, and is shaped by applying a pressure of 25 kPa or more and 100 kPa or less using a press, and holding the pressure for 10 seconds or more and 60 seconds or less to produce a preform 10 (see Figure 4).

<成形品作製工程S2>
成形品作製工程においては、例えば、高圧RTM成形法を利用することが好ましい。具体的には、図5に示すように、固定型31及び可動型33を備え、可動型33が樹脂柱入口33Aを有する成形型30のキャビティ30Aに図示しないプリフォームを配置する。次いで、熱硬化性樹脂主剤容器35及び硬化剤容器37から高圧により熱硬化性樹脂主剤21及び硬化剤23を供給し、これらの混合物である熱硬化性樹脂材料20を樹脂注入路39及び樹脂注入口33Aを通じてキャビティ30Aに供給する。しかる後、図示しないプリフォームに熱硬化性樹脂材料20を含浸・硬化させることにより、繊維体積含有率(V)が45%以上52%以下である繊維強化樹脂成形品1を作製する。このような繊維強化樹脂成形品は、例えば、自動車部品の一例であるセンターピラーに適用可能である。なお、図5においては、熱硬化性樹脂材料20の含浸・硬化が均一となるように、可動型33のほぼ中央に樹脂柱入口33Aが設けられている。
<Molded product production process S2>
The molded product production process preferably utilizes, for example, a high-pressure RTM molding method. Specifically, as shown in FIG. 5 , a preform (not shown) is placed in a cavity 30A of a mold 30, which includes a fixed mold 31 and a movable mold 33, with the movable mold 33 having a resin column inlet 33A. Next, a thermosetting resin base 21 and a curing agent 23 are supplied under high pressure from a thermosetting resin base container 35 and a curing agent container 37, respectively, and a mixture of these, a thermosetting resin material 20, is supplied into the cavity 30A through a resin injection path 39 and the resin injection inlet 33A. The thermosetting resin material 20 is then impregnated into and cured in a preform (not shown), thereby producing a fiber-reinforced resin molded product 1 having a fiber volume content (V f ) of 45% to 52%. Such a fiber-reinforced resin molded product can be used, for example, in a center pillar, an example of an automotive part. In FIG. 5, a resin column inlet 33A is provided at approximately the center of the movable mold 33 so that the thermosetting resin material 20 can be uniformly impregnated and hardened.

ここで、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を好適例として挙げることができる。熱硬化性樹脂主剤の粘度は、例えば、25℃において5000mPa・s以上15000mPa・s以下であることが好ましい。熱硬化性樹脂主剤や硬化剤の注入圧力は、例えば、8MPa以上20MPa以下であることが好ましい。熱硬化性樹脂材料の注入速度は80cm/s以上200cm/s以下であることが好ましく、熱硬化性樹脂主剤及び硬化剤の割合は体積比で2.5~4:1であることが好ましい。熱硬化性樹脂主剤や硬化剤の注入速度は、それぞれ、例えば、78cm/s、22cm/sであることが特に好ましい。型締め力は、例えば250ton以上300ton以下であることが好ましい。型隙間量は、例えば、2.5mm以上3.5mm以下であることが好ましい。型内真空度は、例えば、0.35kPa以上0.55kPa以下であることが好ましい。型締め保持時間は、30秒間以上40秒間以下であることが好ましい。 Here, epoxy resin is a suitable example of the thermosetting resin. The viscosity of the thermosetting resin base is preferably, for example, 5,000 mPa·s or more and 15,000 mPa·s or less at 25°C. The injection pressure of the thermosetting resin base and curing agent is preferably, for example, 8 MPa or more and 20 MPa or less. The injection speed of the thermosetting resin material is preferably 80 cm 3 /s or more and 200 cm 3 /s or less, and the ratio of the thermosetting resin base and curing agent is preferably 2.5 to 4:1 by volume. The injection speeds of the thermosetting resin base and curing agent are particularly preferably, for example, 78 cm 3 /s and 22 cm 3 /s, respectively. The mold clamping force is preferably, for example, 250 tons or more and 300 tons or less. The mold gap is preferably, for example, 2.5 mm or more and 3.5 mm or less. The degree of vacuum inside the mold is preferably, for example, 0.35 kPa or more and 0.55 kPa or less. The mold clamping holding time is preferably 30 seconds or more and 40 seconds or less.

次に、本実施形態の利点について説明する。
本実施形態の繊維強化樹脂成形品の製造方法によれば、上述のようにプリフォームを作製する際にテープ基材の間に隙間を設けて並べ、繊維強化樹脂成形品の繊維体積含有率(V)を45%以上52%以下とすることにより、無駄になる炭素繊維を少なくすることができ、樹脂含浸の際の樹脂流動を促進でき、さらに樹脂含浸性を向上できる。これにより、炭素繊維の廃棄量を低減できると共に、成形品の機械的強度を確保しつつ、生産性を向上できる繊維強化樹脂成形品の製造方法を提供できる。さらに、樹脂含浸性が向上するので、必要な型締め力を低減でき、プレス機を小型化できるという副次的利点もある。
Next, the advantages of this embodiment will be described.
According to the method for producing a fiber-reinforced plastic molded product of this embodiment, by arranging the tape substrates with gaps between them when producing the preform as described above and setting the fiber volume content (V f ) of the fiber-reinforced plastic molded product to 45% or more and 52% or less, it is possible to reduce the amount of wasted carbon fiber, promote resin flow during resin impregnation, and further improve resin impregnation. This makes it possible to provide a method for producing a fiber-reinforced plastic molded product that can reduce the amount of carbon fiber waste, ensure the mechanical strength of the molded product, and improve productivity. Furthermore, because resin impregnation is improved, there is the secondary advantage that the required mold clamping force can be reduced, allowing the press to be made smaller.

本実施形態によれば、上述の隙間の幅を0.5mm以上3mm以下とすることにより、上述した利点に加えて、圧縮強度を確実に確保することができるという利点がある。 In this embodiment, by setting the width of the gap to between 0.5 mm and 3 mm, in addition to the above-mentioned advantages, there is also the advantage that compressive strength can be reliably ensured.

本実施形態によれば、上述の隙間の幅を0.5mm以上2mm以下とすることにより、上述した利点に加えて、圧縮強度及び引張強度を確実に確保することができるという利点がある。 In this embodiment, by setting the gap width to 0.5 mm or more and 2 mm or less, in addition to the above-mentioned advantages, there is also the advantage that compressive strength and tensile strength can be reliably ensured.

本実施形態によれば、上述のように樹脂注入口の配設位置からその近傍までの領域内には、テープ基材の間に隙間を設けないことにより、上述した利点に加えて、樹脂注入口近傍のテープ基材の乱れを抑制することができる。これにより、機械的強度低下を抑制することができる。 According to this embodiment, as described above, no gaps are provided between the tape substrates in the region from the location of the resin injection port to its vicinity. In addition to the advantages described above, this embodiment can also suppress disturbance of the tape substrate near the resin injection port. This in turn can suppress a decrease in mechanical strength.

本実施形態によれば、上述の樹脂注入口からその近傍領域までの距離を50mm以下とすることにより、上述した利点に加えて、機械的強度を確実に確保することができる。また、織物又はノンクリンプファブリックを用いることなく、テープ基材のみでプリフォームを作製することができるという副次的利点もある。 In this embodiment, by setting the distance from the resin injection port to the surrounding area to 50 mm or less, in addition to the above-mentioned advantages, mechanical strength can be reliably ensured. Another secondary advantage is that a preform can be produced using only the tape substrate, without using woven fabric or non-crimp fabric.

本実施形態によれば、樹脂注入口側のプリフォームの表面に炭素繊維からなる織物又はノンクリンプファブリックを設けることにより、上述した利点に加えて、テープ基材の乱れを抑制することができる。これにより、機械的強度の低下を抑制することができる。 According to this embodiment, by providing a carbon fiber woven fabric or non-crimp fabric on the surface of the preform on the resin injection port side, in addition to the above-mentioned advantages, it is possible to suppress disturbance of the tape substrate. This makes it possible to suppress a decrease in mechanical strength.

以下、本発明を若干の試験例により更に詳細に説明する。 The present invention will now be explained in more detail using some test examples.

(試験例1~試験例9)
炭素繊維束からなるテープ基材(幅:25mm、厚さ:0.33mm)をテープ基材の間の隙間を-2.5mm~10mmとして配置してシート状基材を得た(図2参照)。
(Test Examples 1 to 9)
Tape substrates (width: 25 mm, thickness: 0.33 mm) made of carbon fiber bundles were arranged with gaps between the tape substrates of −2.5 mm to 10 mm to obtain sheet-like substrates (see FIG. 2).

次いで、得られたシート状基材を8枚積層して、各例の積層基材を得た。各例の積層基材における各シート状基材のテープ基材の配向方向は、-45°/45°/0°/0°/0°/0°/45°/-45°である(図3参照)。なお、同配向方向のテープ基材からなるシート状基材間において隙間は揃った状態とした。 Eight of the resulting sheet-like substrates were then stacked to obtain the laminated substrate for each example. The orientation directions of the tape substrates of each sheet-like substrate in each example's laminated substrate were -45°/45°/0°/0°/0°/0°/45°/-45° (see Figure 3). The gaps between sheet-like substrates made of tape substrates with the same orientation direction were aligned.

さらに、得られた各例の積層基材を平板型の上に配置し、プレス加圧により50kPaで加圧、30秒間保持することにより、各例のプリフォームを得た。 Furthermore, the resulting laminated substrate for each example was placed on a flat mold, pressed at 50 kPa, and held for 30 seconds to obtain a preform for each example.

しかる後、得られたプリフォームを固定型及び可動型を備えた成形型のキャビティ内に配置し、エポキシ樹脂材料を含浸・硬化させて、各例の繊維強化樹脂成形品を得た(図5参照)。なお、隙間が-2.5mmとは、テープ基材を2.5mm分重ねていることを意味する。 The resulting preform was then placed in the cavity of a mold equipped with a fixed and movable die, and the epoxy resin material was impregnated and cured to obtain the fiber-reinforced resin molded product for each example (see Figure 5). Note that a gap of -2.5 mm means that the tape substrate was overlapped by 2.5 mm.

ここで、エポキシ樹脂主剤の粘度は、25℃において10000mPa・sである。エポキシ樹脂主剤や硬化剤の注入圧力は、10MPaである。さらに、エポキシ樹脂主剤や硬化剤の注入速度は、それぞれ、78cm/s、22cm/sである。型締め力は、275tonである。型隙間量は、3mmである。型内真空度は、0.45kPaである。型締め保持時間は、35秒間である。固定型及び可動型の成形型温度はともに120℃である。 Here, the viscosity of the epoxy resin base is 10,000 mPa·s at 25°C. The injection pressure of the epoxy resin base and the curing agent is 10 MPa. Furthermore, the injection rates of the epoxy resin base and the curing agent are 78 cm 3 /s and 22 cm 3 /s, respectively. The mold clamping force is 275 tons. The mold gap is 3 mm. The degree of vacuum inside the mold is 0.45 kPa. The mold clamping holding time is 35 seconds. The molding mold temperatures of both the fixed mold and the movable mold are 120°C.

上述の各試験例(隙間が-2.5mmの場合を除く。)においては、樹脂含浸の際の樹脂流動を促進でき、さらに樹脂含浸性を向上できた。その結果、これらの製造方法においては、炭素繊維の廃棄量を低減でき、さらに、繊維強化樹脂成形品の機械的強度を確保しつつ、生産性を向上できた。一方、隙間が-2.5mmの試験例においては、樹脂の含浸不良が観察された。 In each of the above test examples (except for the case where the gap was -2.5 mm), resin flow during resin impregnation was promoted, further improving resin impregnation. As a result, these manufacturing methods were able to reduce the amount of carbon fiber waste and improve productivity while maintaining the mechanical strength of the fiber-reinforced resin molded product. On the other hand, poor resin impregnation was observed in the test example where the gap was -2.5 mm.

<繊維体積含有率(V)の測定>
各例の繊維強化樹脂成形品の比較的内部から試料を切り出し、燃焼法により繊維体積含有率(V)を測定し、算出した。
<Measurement of fiber volume content (V f )>
A sample was cut out from a relatively inner portion of the fiber-reinforced resin molded article of each example, and the fiber volume fraction (V f ) was measured and calculated by the combustion method.

図6より、テープ基材の間の隙間と繊維体積含有率(V)との間には相関関係がある。特に、テープ基材の幅が25mmの場合、実験値と計算値がほぼ一致することが分かった。テープ基材の幅が25mm以下の場合、繊維体積含有率(V)を45%以上52%以下とするために隙間の幅をテープ基材の幅が25mmの場合より狭くすることが好ましい。また、テープ基材の幅が25mm超の場合、繊維体積含有率(V)を45%以上52%以下とするために隙間の幅を若干広くすることができる。例えば、テープ基材の幅が50mmである場合、隙間の幅を7mm程度まで広くすることができる。 As shown in Figure 6, there is a correlation between the gap between the tape substrates and the fiber volume content ( Vf ). In particular, it was found that when the tape substrate width is 25 mm, the experimental value and the calculated value are nearly identical. When the tape substrate width is 25 mm or less, it is preferable to narrow the gap width compared to when the tape substrate width is 25 mm in order to set the fiber volume content ( Vf ) to 45% or more and 52% or less. Furthermore, when the tape substrate width is greater than 25 mm, the gap width can be slightly wider in order to set the fiber volume content ( Vf ) to 45% or more and 52% or less. For example, when the tape substrate width is 50 mm, the gap width can be widened to about 7 mm.

<圧縮強度の測定>
上述した各例の繊維強化樹脂成形品と同様の製造方法で作製した繊維強化樹脂成形品の比較的内部から試料を切り出し、JIS K 7076に準拠して、0°方向の圧縮強さを測定し、算出した。
<Compression strength measurement>
A sample was cut out from a relatively inner portion of a fiber reinforced resin molded product produced by the same manufacturing method as the fiber reinforced resin molded product of each of the above-mentioned examples, and the compressive strength in the 0° direction was measured and calculated in accordance with JIS K 7076.

図7より、350MPa以上の圧縮強度を確保するという観点からは、テープ基材間における隙間の幅は、0.5mm以上3mm以下であることが好ましいことが分かった。 From Figure 7, it can be seen that from the perspective of ensuring a compressive strength of 350 MPa or more, it is preferable that the width of the gap between the tape substrates be 0.5 mm or more and 3 mm or less.

<引張強度の測定>
上述した各例の繊維強化樹脂成形品と同様の製造方法で作製した繊維強化樹脂成形品の比較的内部から試料を切り出し、JIS K 7073に準拠して、0°方向の引張強さを測定し、算出した。
<Measurement of tensile strength>
A sample was cut out from a relatively inner portion of a fiber reinforced resin molded product produced by the same manufacturing method as the fiber reinforced resin molded product of each of the above-mentioned examples, and the tensile strength in the 0° direction was measured and calculated in accordance with JIS K 7073.

図7及び図8より、350MPa以上の圧縮強度及び750MPa以上の引張強度を確保するという観点からは、テープ基材間における隙間の幅は、0.5mm以上3mm以下であることが好ましいことが分かった。さらに、図7及び図8より、350MPa以上の圧縮強度及び1200MPa以上の引張強度を確保するという観点からは、テープ基材間における隙間の幅は、0.5mm以上2mm以下であることが好ましいことが分かった。 From Figures 7 and 8, it can be seen that from the perspective of ensuring a compressive strength of 350 MPa or more and a tensile strength of 750 MPa or more, the width of the gap between the tape substrates is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less. Furthermore, from Figures 7 and 8, it can be seen that from the perspective of ensuring a compressive strength of 350 MPa or more and a tensile strength of 1200 MPa or more, the width of the gap between the tape substrates is preferably 0.5 mm or more and 2 mm or less.

以上、本発明を一実施形態及び若干の試験例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 The present invention has been described above using one embodiment and a few test examples, but the present invention is not limited to these and various modifications are possible within the scope of the present invention.

例えば、上述の実施形態においては、テープ基材を並べて先にシート状基材を作製し、次いで、これを積層して、積層基材を作製する場合を例に挙げて説明したが、テープ基材を並べながら積層して、積層基材を作製してもよい。 For example, in the above embodiment, an example was given in which tape substrates were first arranged to produce a sheet-like substrate, and then these were stacked to produce a laminated substrate. However, a laminated substrate may also be produced by arranging tape substrates and stacking them at the same time.

また、例えば、上述の実施形態においては、成形型が、固定型及び可動型を備え、可動型が樹脂柱入口を有する場合を例に挙げて説明したが、繊維強化樹脂成形品の形態に応じて、成形型の形態も適宜変更できる。 In addition, for example, in the above-described embodiment, the molding die includes a fixed die and a movable die, and the movable die has a resin column inlet. However, the shape of the molding die can be changed as appropriate depending on the shape of the fiber-reinforced resin molded product.

1 繊維強化樹脂成形品
10 プリフォーム
11,11’,111,112,113 積層基材
13,131,132,133,134,135,136 シート状基材
15 テープ基材
15A 隙間
20 熱硬化性樹脂材料
21 熱硬化性樹脂主剤
23 硬化剤
30 成形型
30A キャビティ
31 固定型
33 可動型
33A 樹脂注入口
35 熱硬化性樹脂主剤容器
37 硬化剤容器
39 樹脂注入路
1 Fiber reinforced resin molded product 10 Preform 11, 11', 111, 112, 113 Laminated base material 13, 131, 132, 133, 134, 135, 136 Sheet-like base material 15 Tape base material 15A Gap 20 Thermosetting resin material 21 Thermosetting resin base material 23 Hardener 30 Mold 30A Cavity 31 Fixed mold 33 Movable mold 33A Resin injection port 35 Thermosetting resin base material container 37 Hardener container 39 Resin injection path

Claims (5)

成形型のキャビティ内に配置された、炭素繊維束からなるテープ基材をその幅方向に並べ且つその厚さ方向に積層すると共に賦形して作製したプリフォームに、熱硬化性樹脂材料を含浸・硬化させて成り、繊維体積含有率(V)が45%以上52%以下である繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
前記プリフォームを作製する際に、前記テープ基材の間に隙間を設けて並べ
前記成形型が、固定型及び可動型を備え、
前記可動型が、樹脂注入口を有し、
前記樹脂注入口側に位置する前記プリフォームの表面を構成する前記テープ基材を並べる際、前記可動型の可動方向に直交する方向における前記樹脂注入口の配設位置からその近傍までの領域内には、前記テープ基材の間に隙間を設けない
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
A method for producing a fiber-reinforced plastic molded product, the method comprising: impregnating a preform made by arranging tape substrates made of carbon fiber bundles in the width direction, stacking them in the thickness direction, and shaping the preform within a cavity of a mold with a thermosetting resin material and curing the preform; and the fiber volume content ( Vf ) is 45% or more and 52% or less;
When preparing the preform, the tape substrates are arranged with gaps between them ,
the mold comprises a fixed mold and a movable mold,
the movable mold has a resin injection port,
When arranging the tape substrates constituting the surface of the preform located on the resin injection port side, no gaps are provided between the tape substrates in the region from the position of the resin injection port to its vicinity in the direction perpendicular to the moving direction of the movable mold.
A method for producing a fiber-reinforced resin molded product, comprising:
前記隙間の幅が、0.5mm以上3mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。 The method for manufacturing a fiber-reinforced resin molded product described in claim 1, characterized in that the width of the gap is 0.5 mm or more and 3 mm or less. 前記隙間の幅が、0.5mm以上2mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。 The method for manufacturing a fiber-reinforced resin molded product described in claim 1, characterized in that the width of the gap is 0.5 mm or more and 2 mm or less. 前記樹脂注入口の配設位置からその近傍領域までの距離が、50mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。 2. The method for manufacturing a fiber-reinforced resin molded product according to claim 1, wherein the distance from the position of the resin injection port to the area in its vicinity is 50 mm or less . 前記成形型が、固定型及び可動型を備え、
前記可動型が、樹脂注入口を有し、
前記樹脂注入口側の前記プリフォームの表面に炭素繊維からなる織物又はノンクリンプファブリックを設ける
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1つの項に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
the mold comprises a fixed mold and a movable mold,
the movable mold has a resin injection port,
A woven fabric or a non-crimp fabric made of carbon fiber is provided on the surface of the preform on the resin injection port side.
4. The method for producing a fiber-reinforced resin molded product according to claim 1.
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