JP2006256202A - Substrate for preform and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は強化繊維プラスチックを樹脂注入成形法、特にレジントランスファーモールディング法(以下、RTM法という)により製造する際の中間基材であるプリフォームを作製するためのプリフォーム用基材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a preform substrate for producing a preform which is an intermediate substrate when a reinforced fiber plastic is produced by a resin injection molding method, particularly a resin transfer molding method (hereinafter referred to as RTM method), and a method for producing the same. About.
従来から、炭素繊維などを強化繊維とした複合材料は、優れた力学特性、軽量特性を満たすことから主に航空、宇宙、スポーツ用途に用いられてきた。これらの代表的な製造方法として、RTM法などの樹脂注入成形法が挙げられ複雑な形状を有する大型の部材を短時間で成形することができる。
かかるRTM成形法では、強化繊維からなるプリフォームを成形型の中に配置して、液状のマトリックス樹脂を注入することにより強化繊維中にマトリックス樹脂を含浸させ、その後、加熱硬化して強化繊維プラスチックを得ることができる。
RTM法などの樹脂注入成形法に適用するプリフォームは従来、平面上の強化繊維が配列したシートを一枚一枚厚み方向に配置したシート積層体を最終製品形状に準ずる形をした賦形型の上に搬送、配置して作成していた。しかしながら該シート積層体を用いてプリフォームを作成する場合、該シート積層体のシート間は接合されていないことから、型への沿い性という点では優れるものの、賦形型への搬送中に該シートの配向角がずれたり、型に配置しているときにシートがすべり落ちたりするなど、作業性が悪いこと、信頼性の高い強化繊維プラスチックが得にくいことに問題があった。
そこで予め何らかの手段でシート積層体のシート間を接合したプリフォーム用基材を製造することが考えられる。先行する特許文献に現れる技術として、シート間がステッチ糸により接合されたプリフォーム用基材が提案されている(特許文献1)。該プリフォーム用基材はシート間がステッチ糸で接合一体化されていることから、搬送性、取り扱い性などの作業性に優れる。しかしながら、該プリフォーム用基材を賦形型に沿わせて変形、固定させる場合、緩やかな形状には適用可能であるが、例えば、直角に曲げる部分に沿わせる場合、ステッチ糸の締め付けが規制となり、曲げ部分で内側と外側の周長の差が生じ、内側のシートに皺が発生し、強化繊維プラスチックにした時に本来の強度を発現できないという問題があった。
Conventionally, composite materials using carbon fibers or the like as reinforcing fibers have been mainly used for aviation, space, and sports applications because they satisfy excellent mechanical properties and light weight properties. A typical example of these production methods is a resin injection molding method such as the RTM method, and a large member having a complicated shape can be molded in a short time.
In this RTM molding method, a preform made of reinforcing fibers is placed in a mold, and a liquid matrix resin is injected to impregnate the reinforcing fibers with the matrix resin. Can be obtained.
A preform applied to a resin injection molding method such as the RTM method has conventionally been a shaping type in which a sheet laminate in which sheets of reinforcing fibers on a plane are arranged one by one in the thickness direction conforms to the shape of the final product. It was created by transporting and placing it on the top. However, when a preform is prepared using the sheet laminate, the sheets of the sheet laminate are not joined to each other. There are problems such as poor workability and difficulty in obtaining a highly reliable reinforced fiber plastic, such as misalignment of the sheet and slipping of the sheet when placed in a mold.
Therefore, it is conceivable to manufacture a preform substrate in which the sheets of the sheet laminate are joined in advance by some means. As a technique appearing in the preceding patent document, a preform base material in which sheets are joined by stitch yarns has been proposed (Patent Document 1). The preform substrate is excellent in workability such as transportability and handleability since the sheets are joined and integrated with stitch yarns. However, when the preform base material is deformed and fixed along the shaping mold, it can be applied to a gentle shape. For example, when the preform base material is bent at a right angle, the tightening of the stitch yarn is restricted. Thus, there is a problem that the inner and outer peripheral lengths are different at the bent portion, the inner sheet is wrinkled, and the original strength cannot be expressed when the fiber is made of reinforced fiber plastic.
上記以外のプリフォーム用基材として、熱可塑性樹脂を含む樹脂材料によりシート間が接合されたプリフォーム用基材が提案されている(特許文献2)。該プリフォーム用基材は、各シート間の厚み方向の剥離強さがある値以上であることから3次元形状の型に配置してもシートが滑り落ちたりすることがなく、またシート間に樹脂材料を配置していることから衝撃付与後の圧縮強度などの力学特性に優れるなど、信頼性の高い強化繊維プラスチックを得ることができる。しかしながら、該プリフォーム用基材を曲率半径の小さい部分に沿わせる場合、シート間の滑りが円滑に起こらないために、皺が発生するなどの問題があった。 As a preform substrate other than the above, a preform substrate in which sheets are joined by a resin material containing a thermoplastic resin has been proposed (Patent Document 2). Since the preform base material has a peel strength in the thickness direction between the sheets of a certain value or more, the sheet does not slide down even if it is placed in a three-dimensional shape mold. Since the resin material is arranged, it is possible to obtain a reinforced fiber plastic with high reliability such as excellent mechanical properties such as compressive strength after application of impact. However, when the preform base material is placed along a portion having a small radius of curvature, there is a problem that wrinkles occur because sliding between sheets does not occur smoothly.
また、ニードルパンチにより強化繊維を起毛処理して、シート同士がブリッジングされたものが提案されている(特許文献3)。該プリフォーム用基材においても、曲率半径の小さい部分に沿わせる場合、同様に皺が発生するなどの問題があった。 Further, there has been proposed one in which reinforcing fibers are raised by needle punching and the sheets are bridged (Patent Document 3). Even in the preform base material, there is a problem that wrinkles similarly occur when the preform base material is along a portion having a small radius of curvature.
一方、シート間の滑りが円滑に起こるプリフォーム用基材として、端部のみが熱可塑性樹脂で接合されたプリフォーム用基材が提案されている(特許文献4)。該プリフォーム用基材を3次元形状に賦形した場合、端部の接合部を基点として各シートが滑動するため、皺のないプリフォームを作製することができる。しかしながら、該プリフォーム用基材は端部以外は接合されておらず、型に搬送している際や賦形しているときにシートがめくれたり、配向角がずれるなどの問題があり、3次元形状のプリフォームを正確かつ効率よく作製するという点で不十分なものであった。
本発明の目的は、かかる問題点を解決し、取り扱い性に優れ、3次元形状にも皺無く賦形できるとともに、優れた力学特性を有する強化繊維プラスチックが得られるプリフォーム用基材を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a preform base material that solves such problems, has excellent handleability, can be shaped without difficulty even in a three-dimensional shape, and obtains a reinforced fiber plastic having excellent mechanical properties. There is.
発明者は、上記問題点を解決するために鋭意検討を行い、プリフォーム用基材を曲面形状に賦形する際に生じる皺とシート間の剥離強さに密接な関係があることを見いだすとともに、以下の構成を有することにより、取り扱い性が良好で3次元形状にも優れた賦形性を有し、また成形したときに優れた力学特性を有するプリフォーム用基材が得られることを見いだすに至った。すなわち
(1)強化繊維が配列したシートを3枚以上厚み方向に配置し、シート間を接合したプリフォーム用基材であって、各シート間の剥離強さが厚み方向に変化することを特徴とするプリフォーム用基材。
(2)強化繊維が配列したシートを4枚以上厚み方向に配置し、シート間を接合したプリフォーム用基材であって、各シート間の剥離強さが、中心部から少なくとも一方の片側表面に向かって増加または減少することを特徴とする前記(1)に記載のプリフォーム用基材。
(3)前記強化繊維が配列したシートの少なくとも片面に接合機能を有する材料が配置されている前記(1)または(2)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(4)各シートに配置されている接合機能を有する材料の配置量が異なる前記(1)〜(3)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(5)各シート間の剥離強さが、10〜700N/m2の範囲である前記(1)〜(4)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(6)前記強化繊維の少なくとも一部が炭素繊維である前記(1)〜(5)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(7)前記強化繊維が配列したシートの一枚当たりの目付が100〜1000g/m2である前記(1)〜(6)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(8)前記接合機能を有する材料が熱可塑性樹脂を含む樹脂材料である前記(1)〜(7)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(9)前記接合機能を有する材料の配置量が強化繊維に対して0.5〜20重量%の範囲である前記(3)〜(8)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(10)前記(1)〜(9)のいずれかに記載のプリフォーム用基材を型に沿わせて賦形したプリフォーム。
(11)少なくとも次の工程(A)〜(C)を順次経て前記(1)〜(9)のいずれかに記載のプリフォーム用基材を製造することを特徴とするプリフォーム用基材の製造方法。
(A)強化繊維が配列したシートの少なくとも片側表面に接合機能を有する材料を配置する接合機能材料配置工程。
(B)少なくとも前記(A)工程で接合機能を有する材料が配置されたシートを複数枚厚み方向に配置する配置工程。
(C)接合機能を有する材料を媒体として、シート同士を厚み方向に少なくとも部分的に接合する接合工程。
(12)前記工程(A)において、接合機能を有する材料を強化繊維が配列したシートに加熱して付着させる前記(11)に記載のプリフォーム用基材の製造方法。
(13)前記工程(B)において、接合機能を有する材料の配置量が異なるシートを厚み方向に配置する、前記(11)または(12)のいずれかに記載のプリフォーム用基材の製造方法。
(14)前記工程(C)において、加熱・加圧することにより強化繊維が配列したシート同士を厚み方向に接合する、前記(11)〜(13)のいずれかに記載のプリフォーム用基材の製造方法。
The inventor has intensively studied to solve the above problems and finds that there is a close relationship between the peel strength between the wrinkles and the sheet generated when the preform substrate is shaped into a curved shape. It is found that by having the following constitution, a preform base material having good handleability, excellent shapeability even in a three-dimensional shape, and excellent mechanical properties when molded can be obtained. It came to. That is, (1) a preform base material in which three or more sheets in which reinforcing fibers are arranged are arranged in the thickness direction and the sheets are joined to each other, and the peel strength between the sheets changes in the thickness direction. A preform base material.
(2) A preform substrate in which four or more sheets in which reinforcing fibers are arranged are arranged in the thickness direction, and the sheets are joined to each other, and the peel strength between the sheets is at least one surface from the center. The preform substrate according to (1), wherein the preform substrate increases or decreases toward the surface.
(3) The preform substrate according to any one of (1) and (2), wherein a material having a bonding function is disposed on at least one surface of the sheet on which the reinforcing fibers are arranged.
(4) The preform substrate according to any one of (1) to (3), in which the amount of the material having a bonding function disposed on each sheet is different.
(5) The preform substrate according to any one of (1) to (4), wherein the peel strength between the sheets is in the range of 10 to 700 N / m 2 .
(6) The preform substrate according to any one of (1) to (5), wherein at least a part of the reinforcing fibers is carbon fiber.
(7) The preform substrate according to any one of (1) to (6), wherein the basis weight per sheet on which the reinforcing fibers are arranged is 100 to 1000 g / m 2 .
(8) The preform substrate according to any one of (1) to (7), wherein the material having a bonding function is a resin material containing a thermoplastic resin.
(9) The preform substrate according to any one of (3) to (8), wherein an amount of the material having the bonding function is in a range of 0.5 to 20% by weight with respect to the reinforcing fiber.
(10) A preform obtained by shaping the preform substrate according to any one of (1) to (9) along a mold.
(11) A preform substrate according to any one of (1) to (9), wherein the preform substrate according to any one of (1) to (9) is manufactured through at least the following steps (A) to (C). Production method.
(A) A bonding function material arranging step of arranging a material having a bonding function on at least one surface of a sheet in which reinforcing fibers are arranged.
(B) The arrangement | positioning process which arrange | positions the sheet | seat in which the material which has a joining function at least at the said (A) process is arrange | positioned in thickness direction.
(C) A joining step of joining sheets at least partially in the thickness direction using a material having a joining function as a medium.
(12) The method for producing a preform substrate according to (11), wherein in the step (A), a material having a bonding function is heated and attached to a sheet on which reinforcing fibers are arranged.
(13) The method for producing a preform substrate according to any one of (11) and (12), wherein in the step (B), sheets having different arrangement amounts of materials having a bonding function are arranged in the thickness direction. .
(14) The preform substrate according to any one of (11) to (13), wherein in the step (C), the sheets in which the reinforcing fibers are arranged are joined in the thickness direction by heating and pressing. Production method.
本発明のプリフォーム用基材は、取り扱い性が良好で、3次元形状にも優れた賦形性を有し、かつ、本発明のプリフォーム用基材を用いた成形品は優れた力学特性を有する。 The preform substrate of the present invention has good handleability and excellent shapeability even in a three-dimensional shape, and the molded product using the preform substrate of the present invention has excellent mechanical properties. Have
以下、本発明について、望ましい実施の形態とともに具体的に説明する。図1は本発明のプリフォーム用基材の一例を概略的に示す斜視図であり、図2は図1のプリフォーム用基材のA−A矢視の断面図である。 Hereinafter, the present invention will be specifically described together with desirable embodiments. FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the preform base material of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the preform base material of FIG.
図1において本発明のプリフォーム用基材1は強化繊維が配列したシート2が少なくとも3枚以上厚み方向に配置されており、各シート間は接合機能を有する材料3などで接合されている。該接合はピッチPの間隔で行われており、また窪み4は接合時に押圧されて形成されたものである。
In FIG. 1, the
該プリフォーム用基材を手または治具、あるいはフィルムやシートを用いて三次元形状に賦形する場合、各シート間の剥離強さは厚み方向に変化することが必要である。 When the preform substrate is formed into a three-dimensional shape using hands or jigs, or a film or sheet, the peel strength between the sheets needs to change in the thickness direction.
この理由を以下に示す。プリフォーム用基材1を3次元形状に賦形する場合、特に曲率半径の小さな曲げ部分では内側と外側の周長の差が大きくなるため、該曲げ部分ではシート間が、すべりを起こさなければ、内側部分で皺が発生する。この時、プリフォーム用基材1のシート間に内側と外側の周長の差に対応するすべりが生じれば皺の発生が防止できるが、各シート間のすべり易さが一定である場合、より長い距離をすべる必要のある外側の各シート間ほどすべり難くなる。そのため、すべり易さが厚み方向に変化したプリフォーム用基材を適用することにより、より長い距離をすべる必要のある部分にはシート間がすべり易い側を設定することで、皺を発生させずに適用可能な賦形形状の幅が広くなり、用途・応用範囲が広くなる。ここでは賦形の際に直接的に働くのはシート間のすべり易さであるが、すべり易さはシート間の剥離強度と良い相関関係があるため、より評価し易い各シート間の剥離強さで表すこととした。
The reason is shown below. When the
各シート間の剥離強さの厚み方向の変化は、搬送中や型にセットしたときにシートが剥がれたりせず、また賦形時に曲げ部分に皺なく沿うようなすべりが発生するのであれば特に限定されるものではないが、強化繊維が配列したシートを4枚以上厚み方向に配置したプリフォーム用基材では、中心部から少なくともプリフォーム用基材の片側表面に向かって増加または減少するのが好ましい。具体例として以下の3つが挙げられる。
(1)剥離強さの変化を片側表面から厚み方向に減少または増加するようにすれば、剥離強さの強い側を内側にして図4の(a)のような賦形型9を用いてC型形状に賦形した場合、シート間の剥離強さが外側に向かって弱くなるため、外側のシート間の滑りが効率よく起こり、その結果皺のないプリフォームを得ることができる。ここでいう剥離強さの減少および増加の比率Raは、曲げ部分で皺を防止するようなすべりが発生するのであれば特に限定されるものではないが、周長の差が大きくなるほどシート間のすべりも量も大きくする必要があることから、以下の関係式を満たすことが好ましい。
The change in the thickness direction of the peel strength between each sheet is especially true if the sheet does not peel off during transportation or when set in a mold, and if slipping occurs along the bent part during shaping. Although it is not limited, in the preform base material in which four or more sheets in which reinforcing fibers are arranged are arranged in the thickness direction, it increases or decreases from the central portion toward at least one side surface of the preform base material. Is preferred. Specific examples include the following three.
(1) If the change in peel strength is reduced or increased from the surface on one side in the thickness direction, the shaping
上記例では剥離強さの強い側を内側にして賦形したが、皺が発生しないのであれば
これに限定されず、賦形の仕方や作業性に応じて、剥離強さの強い側を外側にしても良い。
(2)剥離強さの変化を両側表面からから中心部に向かって増加するようにすれば、両側とも曲げの内側になったり外側になったりする図4の(b)のようなZ型形状に好適であり、皺を防止するシート間のすべりを円滑に発生させることができる。
(3)剥離強さの変化を両側表面から中心部に向かって減少するようにすれば、外力を受けやすい両側表面のシートの剥離を予防することができ、取り扱い性に優れるプリフォーム用基材が得られる。
In the above example, the side with strong peel strength is shaped inside, but if wrinkles do not occur, it is not limited to this, and depending on the shaping method and workability, the side with strong peel strength is on the outside Anyway.
(2) If the change in peel strength is increased from the surface on both sides toward the center, both sides will be on the inside or outside of the bend, as shown in Fig. 4 (b). Therefore, it is possible to smoothly generate slippage between sheets for preventing wrinkles.
(3) If the change in peel strength is reduced from the both side surfaces toward the center, it is possible to prevent peeling of the sheets on both side surfaces that are susceptible to external force, and the base material for preforms that is excellent in handleability. Is obtained.
また各シート間の剥離強さは10〜700N/m2の範囲であることが好ましく、15〜450N/m2の範囲であることがより好ましく、さらに好ましくは20〜200N/m2である。剥離強さが10N/m2以上であると、取り扱い時にシート間の剥離が生じないこと、搬送中に繊維配向のずれが生じないことから、取り扱い性に優れ、所望の力学特性を有する成形品を得ることができる。また剥離強さが700N/m2以下であると、皺を防止するすべりが発生し易く好都合である。 Further preferably peel strength between the sheets is in the range of 10~700N / m 2, more preferably in the range of 15~450N / m 2, more preferably from 20~200N / m 2. If the peel strength is 10 N / m 2 or more, there will be no separation between sheets during handling, and there will be no deviation in fiber orientation during transportation. Can be obtained. Further, when the peel strength is 700 N / m 2 or less, it is easy to cause slipping to prevent wrinkles.
ここでいう剥離強さとは、シート間を剥がすのに要する応力をいう。以下に具体的に厚み方向の剥離強さの変化を測定する方法の一例を示す。先ずプリフォーム用基材1から150mm角の大きさを切り出し、適宜シート間を剥がし、約3分割(シート枚数に応じて分割数を増やす)にする。配置枚数が6plyならば、2−3シート間と4−5シート間を剥がし(シート間を剥がすときは曲げやねじりを極力発生させないように、ゆっくりと剥がす)、試験片を3水準(水準1:1−2シート、水準2(中心部):3−4シート、水準3:5−6シート:N数5個)作成する。次に該試験片の両面に十分な剛性を有する鉄鋼板など(試験片とほぼ同形状150mm角)を全面にわたって接着させ試験体(重り取り付け用の機構が備わっている)を作成する。なお、試験片と上下面の板は、試験中にシート間より先に剥がれないようにしっかりと接着されており、また試験片と上面の板の重心位置は試験片にねじりモーメントが加わらないように、ほぼ一直線になるように配置する。
次に試験体の片側を十分な荷重を支持可能な構造体(引っ張り試験機用の治具など)にセットし、もう片側に重りをゆっくりと取り付け、シート間が剥がれたときの重さを読みとる。試験結果はシート間が剥離した時の重さ(kg)を剥離荷重とし、これを用いて以下の算出式から剥離強さを求め、各種水準の剥離強さの大小を比較・評価する。
The peel strength here refers to the stress required to peel off the sheet. An example of a method for specifically measuring the change in peel strength in the thickness direction is shown below. First, a size of 150 mm square is cut out from the
Next, set one side of the test body to a structure that can support a sufficient load (such as a jig for a tensile tester), slowly attach a weight to the other side, and read the weight when the sheet is peeled off. . The test result uses the weight (kg) when the sheets are peeled as the peel load, and uses this to determine the peel strength from the following calculation formula, and compares and evaluates the level of peel strength at various levels.
本発明に使用する強化繊維が配列したシート2の強化繊維としては、マルチフィラメントであり、特にその種類に制限はないが、例えば、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維、有機(ポリアラミド、PBO、液晶ポリマー繊維、PVA、PEポリフェニレンサルファイド繊維など)繊維または炭素繊維などが好ましく使用できる。これらの中でも、とくに炭素繊維は比強度および比弾性率に優れ、耐吸水性に優れるので、航空機や自動車などの構造材の強化繊維として好ましく用いられる。中でも、高靱性炭素繊維であると、成形される強化繊維プラスチックの衝撃吸収エネルギーが大きくなるので、各種産業用途はもとより航空機1次構造材としても適用が可能となる。
The reinforcing fiber of the
強化繊維が配列したシート2の形態としては、織物(一方向、多軸)、編物が挙げられる。中でも高い力学特性の成形品が得られることから一方向または2〜4軸の織物が好ましい。ここでいう一方向織物とは例えば図3に概略斜視図を示すように、応力が集中するような屈曲を有しない強化繊維6を一方向にお互いに並行にシート上に配列し、このシート面の両側に強化繊維を一方向に互いに並行にシート状に配列し、このシート面の両側に強化繊維と交差する、細い横糸7が位置し、これら横糸7と、強化繊維と並行する縦糸方向補助糸8とが織組織をなして強化繊維を一体に保持してなる、いわゆる一方向ノンクリンプ織物のことをいう。また多軸の織物としては、2軸の平織りを使用すると意匠面の要望が強い自動車用途を始め、各種産業用途に使用することできることから好ましい。
Examples of the form of the
プリフォーム用基材を構成するシート2の目付は、取り扱い性が良く、シートを製造するコストが安くできることから、100〜1000g/m2未満であることが好ましい。また該プリフォーム用基材で作成した成形品の所望の力学特性が得られる範囲ならば、適宜目付の異なるシートを組み合わせた構成にしても良い。
The basis weight of the
また、シート2を接合する手段として、レーザーによる溶着接合、超音波による溶着接合、熱プレスによる溶着接合などが挙げられるが、なかでも加熱、加圧をしてシート間を接合する熱プレスによる接合方法が、作成した成形品が高い力学特性を発現できるので好ましく用いられる。接合ピッチPの間隔は、設備が簡略化できること、所望の剥離強さが得やすいことから5〜300mmが好ましく、より好ましくは15〜100mmである。
Examples of means for joining the
接合機能を有する材料の形態としては、例えば粒子状、繊維状、フィルム状のものが挙げられる。中でも、プリフォームにおける強化繊維体積率を高くすることができる点から粒子の形態が好ましい。該粒子は、平均直径(楕円形の場合は平均短径)が小さければ、小さいほど均一にシート2の表面に分散させることが可能となるため、1mm以下が好ましく、250μm以下であればより好ましく、50μm以下がさらに好ましい。シート2の表面に配置した粒子の径が大きいほど表面の凹凸が大きくなり、強化繊維が屈曲する可能性があるので、強化繊維が配列したシート2表面における粒子の平均厚さは、5〜250μmの範囲であることが好ましい。
Examples of the form of the material having a bonding function include particles, fibers, and films. Especially, the form of particle | grains is preferable from the point which can make the reinforcement fiber volume ratio in a preform high. If the average diameter (average short diameter in the case of an ellipse) is small, the particles can be uniformly dispersed on the surface of the
接合機能を有する材料3の配置量は、前記したような力学特性の向上効果が得られ、かつマトリックス樹脂の含浸性を阻害しない点からプリフォーム用基材1の強化繊維に対して0.5〜20重量%の範囲であることが好ましい。また厚み方向に剥離強さの異なるプリフォーム用基材が得やすいことから、各シートに配置する接合機能を有する材料3の配置量を上記範囲で厚み方向に変化させてもよい。なお、該接合機能を有する材料3の配置面は含浸性や成形品の力学特性を阻害しなければ、片面、両面のいずれかに特定するものではない。
The arrangement amount of the
接合機能を有する材料3として、シート間を接合できるものならば特に限定されるものではないが、接合機能以外に各種力学特性を向上させることができることから樹脂材料が好ましく使用される。具体的な樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が挙げられ、これらを単独で使用しても組み合わせて使用しても良い。
The
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリエーテルケトンケトン、これらの変性樹脂、共重合樹脂などを使用するのが好ましく、その中でもポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルホンを使用するのがシート間の強度を増加させることができる点でより好ましい。 Examples of thermoplastic resins include polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene ether, polyethernitrile, polyetheretherketone, and polyetherketoneketone, their modified resins, copolymer resins, etc. It is preferable to use polyamide, among which polyamide, polyetherimide, polyphenylene ether, and polyethersulfone are more preferable because the strength between sheets can be increased.
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などが好ましく使用することができる。 As the thermosetting resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol resin and the like can be preferably used.
また熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を組み合わせて使用することは、両者の優れた点を両立でき好ましい。例えば、熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂で改質することにより、熱可塑性樹脂の耐溶剤性を熱硬化性樹脂により改善しかつ、熱可塑性樹脂の特有の高い靭性向上効果を得ることが可能となる。このような目的において、熱可塑性樹脂の配合量は耐衝撃性に優れた強化繊維プラスチックが得られる点から30〜100重量%であることが好ましい。 Moreover, it is preferable to use a combination of a thermoplastic resin and a thermosetting resin because both excellent points can be achieved. For example, by modifying a thermoplastic resin with a thermosetting resin, it is possible to improve the solvent resistance of the thermoplastic resin with the thermosetting resin, and to obtain a characteristic high toughness improvement effect of the thermoplastic resin. Become. For such a purpose, the blending amount of the thermoplastic resin is preferably 30 to 100% by weight from the viewpoint of obtaining a reinforced fiber plastic excellent in impact resistance.
本発明のプリフォーム用基材1のシート枚数は3枚以上であるが、シート間の剥離強さを変化させることができるのであればこれに限定されず、多いほど本発明の効果をより一層発揮することができる。またシート2の配置構成は、所望の力学特性と樹脂の含浸性が得られるのであれば特に限定されるものではないが、(45°/0°/−45°/90°)、(45°/90°/−45°/0°)などの45°ずれや(0°/90°)、(45°/−45°)などの90°ずれや(0°/0°)、(90°/90°)などの同配向の配置構成を少なくとも1種以上含むものが好ましい。中でも方向による力学特性の差が少ない、(45°/0°/−45°/90°)などの45°ずれの配置構成を含むことが好ましい。なお、ここでいう0°とは連続したプリフォーム用基材の長手方向のことであり、強化繊維が配列したシートが一方向に配列したトウシートや一方向織物においては、強化繊維配列方向のことであり、二軸織物においては、たて糸の配列方向のことである。
The number of sheets of the
本発明のプリフォームは前記プリフォーム用基材を用いて作成したものであり、例えば次のように作製することができる。雄型のプリフォーム型に複数枚のプリフォーム用基材を、基材間に接合機能を有する材料3が位置するようにセットし、この上から雌型の賦形型を載せ、賦形型を接合機能を有する材料のTg以上に加熱し、若干加圧した状態で基材同士を接合させた後、温度を下げて脱型することによって得られる。
The preform of the present invention is prepared using the preform substrate, and can be prepared, for example, as follows. A plurality of preform base materials are set on a male preform mold so that the
次に本発明のプリフォーム用基材の製造方法について図を用いて説明する。図5は本発明の製造方法の実施に用いる製造装置の一態様例を示した概略断面図である。図において、積層体11は接合機能を有する材料3が配置したシート2を所定枚数配置したものであり、シート間を接合する手段としてツール板10、圧子12、圧着用治具13、プレス機14から構成される。本発明の製造方法は、例えば、該製造装置を用いて以下に述べる工程を経て行われる。
(A)接合機能材料配置工程
強化繊維が配列したシート2上に少なくとも片面に、樹脂材料などの接合機能を有する材料3を配置する。適宜加熱して、接合機能を有する材料3をシート2に付着させれば、取り扱い性に優れるシートを得ることができる。
(B)配置工程
ツール板10上に接合機能を有する材料3が配置されたシート2を所定枚数配置し、積層体11を作る。剥離強さを厚み方向に変化させるために、所望の力学特性が得られる範囲で接合機能を有する材料3の配置量が異なるシート2を配置することができる。また、該配置工程でシートの間に接合機能を有する材料3を配置しても良く、例えば熱可塑性樹脂から糸状体で構成される網状体を配置すれば、マトリックス樹脂の含浸特性や力学特性を向上させることができる。また、ツール板は熱伝導率が高いこと、剛性が高く変形しにくいことから、鉄やアルミなどの金属性のものが好ましいが、FRP性のものでも良い。
(C)接合工程
前記(B)工程で作成した積層体のシート2同士を接合機能を有する材料3を媒体として少なくとも部分的に接合する。接合する手段として、レーザーによる溶着、超音波による溶着、ステッチ糸による接合、熱プレスによる溶着などが挙げられるが、なかでも加熱、加圧をしてシート間を接合する熱プレスによる方法が、作成した成形品が高い力学特性を発現できるので好ましく用いられる。以下に、シート間を熱プレスで接合する例を示す。
Next, the manufacturing method of the preform substrate of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a manufacturing apparatus used for carrying out the manufacturing method of the present invention. In the figure, a
(A) Bonding functional material arrangement | positioning process The
(B) Arrangement Step A predetermined number of
(C) Joining Step The
まず、積層体11、ツール板10、圧子12、圧着用冶具13、プレス機14を所定の温度まで加熱する。ここでいう圧着用冶具13とは各シート間を接合するためのものであり、積層体11を直接押圧する圧子12が取り付けられている。またプレス機14は、圧着用冶具13に所望の力を掛けられるものであるならば特に限定されず、プレス機14の代わりに重りなどを用いても良い。
First, the laminate 11, the
加熱の手段は、所望の温度に加熱できるのであれば、特に限定されるものではないが、オーブンを用いた熱風加熱方式で積層体11を加熱する方法や圧子12とツール板10で挟み込んで直接加熱する方法が、効率の良い加熱手段として挙げられる。加熱温度は、接合機能を有する材料3を媒体としてシート間を接合できる範囲ならば特に限定されないが、効率良くシート間を接合できることから、Tg(ここでいうTgとはシートに配置している接合機能を有する材料3のガラス転移温度)より高い温度であることが好ましい。また積層体11を温度の異なる熱媒体で上下から加熱し、厚み方向に温度勾配を持たせて、接合機能を有する材料3の軟化具合を調整すれば、効率良く剥離強さが厚み方向に変化するプリフォーム用基材を得ることができる。
The heating means is not particularly limited as long as it can be heated to a desired temperature. However, a method of heating the
次にプレス機14を用いて圧着用冶具13で積層体11を押圧し、各シート間を接合機能を有する材料3で接合する。プレート状のもので積層体11の全面を押圧しても良いが、ピン状の圧子12を用いて行えば、設備を簡略化できることからより好ましい。
Next, the
圧子12の押圧部の形状はシート2を傷つけないものが好ましく、球状もしくは角を面取りした矩形状のものが好ましい。押圧部の面積は、あまり大きくし過ぎるとシート間の自由度が小さくなり皺を防止するようなシート間のすべりが生じにくくなり、また圧着部の面積を小さくし過ぎると所望の剥離強さを得るために圧子の数を増やす必要があることから、1〜100mm2が好ましく、5〜50mm2であればより好ましい。
The shape of the pressing portion of the
圧子12で押圧する時間は、シート間を接合できる範囲ならば特に限定されないが、厚み方向に剥離強さが変化するプリフォーム用基材1が得やすいことから、10分以内が好ましく、より好ましくは5分以内であり、さらに好ましくは3分以内である。 また押圧時間を短くして、シート間を接合するための押圧力を多方向に分散させれば、厚み方向に剥離強さが変化するプリフォーム用基材を効率良く作成することができる。
The time for pressing with the
また本プリフォーム用基材1は圧子12で片面から押圧されているために、押圧側表面に窪み4を有しているのも特徴の一つである。
In addition, since the
以下にプリフォームを作成する場合の実施例を図面を参照して説明する。まず、強化繊維が配列したシート2としては、引張り強さが5800Mpa、引張弾性率が290GPaのフィラメント数が24000本の炭素繊維を用いて、炭素繊維重量200g/m2のシートを製織した。
(A)接合機能を有する材料を配置する工程では、ポリエーテルスルホンとエポキシ樹脂の配合割合が70:30の混合樹脂を粉砕した樹脂材料(Tg:70℃)の粉体を、シート2(長1000mm*幅300mm、厚み1mm)の表面に散布した後、過熱して付着させた。配置量は適宜調整し、樹脂の配置量が異なるシートを各種水準(水準1:5g/m2、水準2:10g/m2、水準3:15g/m2)準備した。
(B)配置工程において、ツール板10上に合計6枚(水準1の2枚から水準2の2枚、水準3の2枚の順)厚み方向に配置した。配置構成は90°ずれで、(0/90°/0°/90°/0°/90°)の構成となるように配置し、積層体11を作成した。
(C)接合工程において、まず、積層体11、圧子12、圧着用治具13、プレス機14を80℃の雰囲気下で40分間静置した。次に該積層体11に圧着用治具13を載せ、プレス機14により各圧子12の押圧が0.1MPa、接合ピッチが15mmとなるようにして熱プレスを5分間行い、プリフォーム用基材1を作成した。
Hereinafter, an embodiment in the case of creating a preform will be described with reference to the drawings. First, as the
(A) In the step of disposing a material having a bonding function, a powder of a resin material (Tg: 70 ° C.) obtained by pulverizing a mixed resin having a blending ratio of polyethersulfone and epoxy resin of 70:30 is used as a sheet 2 (long After spraying on the surface of 1000 mm * width 300 mm,
(B) In the placement step, a total of 6 pieces (in order of 2 pieces of
(C) In the joining step, first, the laminate 11, the
該プリフォーム用基材からシート間の剥離強さ測定をするために、ツール板側から2−3シート間と4−5シート間を剥がし、シート間の剥離強さ測定用の試験体を作成し、評価・比較したところ、σ内(ツール側)=150N/m2、σ中(中心部)=170N/m2、σ外(押圧側)=195N/m2であった。また該プリフォーム用基材から150mm角の大きさを切り出し、剥離強さの強い側(ツール側)を内側にして、賦形型9(両端はR=5mmの曲面)に配置・賦形してC型のプリフォームを作成したところ、皺のないプリフォームが得られた。また上記比率の関係式から増加比率RaとRlを求めたところ、いずれも上記条件{(σ内とσ中:Ra=13.3%、Rl=4.2%、Ra>Rl)、(σ内とσ外:Ra=30.0%、Rl=8.4%、Ra>Rl)}を満たしていた。 In order to measure the peel strength between sheets from the preform base material, the 2-3 sheets and 4-5 sheets are peeled from the tool plate side, and a test specimen for measuring the peel strength between the sheets is prepared. and was evaluated and compare, the sigma (tool side) = 150N / m 2, in sigma (center) = 170N / m 2, was sigma outside (pressing side) = 195N / m 2. In addition, a 150 mm square size is cut out from the preform base material, and placed and shaped on a shaping die 9 (both ends are R = 5 mm curved surfaces) with the strong peel strength side (tool side) on the inside. When a C-shaped preform was prepared, a preform free of wrinkles was obtained. Also it was determined to increase the ratio Ra and Rl a relationship of the ratio, both the condition {(sigma in and sigma Medium: Ra = 13.3%, Rl = 4.2%, Ra> Rl), (σ Inside and outside σ: Ra = 30.0%, Rl = 8.4%, Ra> Rl)}.
実施例1において(A)接合機能を有する材料を配置する工程において、樹脂材料の配置量が10g/m2のシートを6枚準備した。
(B)配置工程でツール板10上に合計6枚のシートを厚み方向に配置した。配置構成は90°ずれで、(0°/90°/0°/90°/0°/90°)の構成となるように配置し、積層体11を作成した。
(C)接合工程において、積層体11のツール面側を90℃、押圧側を70℃の熱媒体を用いて、積層体の厚み方向に温度勾配がでるように加熱し、圧着用治具13で熱プレスを5分間行い、プリフォーム用基材を作成した。該プリフォーム用基材からツール板側から2−3シート間と4−5シート間を剥がし、シート間の剥離強さ測定用の試験体を作成し、評価・比較したところ、σ内(ツール側)=100N/m2、σ中(中心部)=110N/m2、σ外(押圧側)=120N/m2であった。また該プリフォーム用基材から150mm角の大きさを切り出し、剥離強さの強い側(ツール側)を内側にして、賦形型9に配置・賦形してC型のプリフォームを作成したところ、皺のないプリフォームが得られた。また上記比率の関係式から増加比率RaとRlを求めたところ、いずれも上記条件{(σ内とσ中:Ra=10.0%、Rl=4.2%、Ra>Rl)、(σ内とσ外:Ra=20.0%、Rl=8.4%、Ra>Rl)}を満たしていた。
In Example 1, (A) in the step of arranging a material having a bonding function, six sheets of resin material having an arrangement amount of 10 g / m 2 were prepared.
(B) A total of six sheets were arrange | positioned in the thickness direction on the
(C) In the joining step, a heating tool is used on the tool surface side of the
1 プリフォーム用基材
2 強化繊維が配列したシート
3 接合機能を有する材料
4 窪み
5 一方向織物基材
6 強化繊維
7 横糸
8 縦糸方向補助糸
9 賦形型
10 ツール板
11 積層体
12 圧子
13 圧着用治具
14 プレス機
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (14)
(A)強化繊維が配列したシートの少なくとも片側表面に接合機能を有する材料を配置する接合機能材料配置工程。
(B)少なくとも前記(A)工程で接合機能を有する材料が配置されたシートを複数枚厚み方向に配置する配置工程。
(C)接合機能を有する材料を媒体として、シート同士を厚み方向に少なくとも部分的に接合する接合工程。 A method for producing a preform substrate, wherein the preform substrate according to any one of claims 1 to 9 is produced through at least the following steps (A) to (C).
(A) A bonding function material arranging step of arranging a material having a bonding function on at least one surface of a sheet in which reinforcing fibers are arranged.
(B) The arrangement | positioning process which arrange | positions the sheet | seat in which the material which has a joining function at least at the said (A) process is arrange | positioned in thickness direction.
(C) A joining step of joining sheets at least partially in the thickness direction using a material having a joining function as a medium.
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