JP2008307726A - Method for molding fiber-reinforced composite material and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に係り、特に、繊維束に樹脂を含浸して形成されたプリプレグを、巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に関する。 The present invention relates to a fiber reinforced composite material molding method and a fiber reinforced composite material, and in particular, forms a fiber reinforced composite material by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member. The present invention relates to a fiber reinforced composite material molding method and a fiber reinforced composite material.
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス(CNG)等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形方法には、例えば、フィラメントワインディング(Filament Winding:FW)法等が使用される。フィラメントワインディング法は、樹脂含浸した繊維をマンドレル等に連続して巻き付けて積層することにより繊維強化複合材料を成形する方法である。 For example, a high-pressure tank for a vehicle that stores compressed hydrogen gas, compressed natural gas (CNG), or the like uses a fiber-reinforced composite material for weight reduction. As such a fiber-reinforced composite material, for example, a fiber-reinforced composite material formed by impregnating a carbon fiber or the like as a reinforcing fiber with an epoxy resin or the like that is a thermosetting resin is used. As a fiber-reinforced composite material forming method for forming a fiber-reinforced composite material, for example, a filament winding (FW) method or the like is used. The filament winding method is a method in which a fiber-reinforced composite material is formed by continuously winding and laminating resin-impregnated fibers around a mandrel or the like.
特許文献1には、樹脂含浸連続繊維の巻回積層体であり、内層と外層とを有し、内層の繊維強化樹脂の繊維含有率が外層の繊維強化樹脂の繊維含有率よりも低い繊維強化樹脂管状体が示され、繊維強化樹脂管状体の製造方法は、回転するマンドレルに、樹脂含浸連続繊維をマンドレル軸に対し90度の方向で巻回し積層することにより内層を形成し、この内層上に所定の角度方向で樹脂含浸連続繊維を巻回し積層することにより外層を形成し、しかも、内層形成時の樹脂含浸連続繊維の張力を外層形成時の樹脂含浸連続繊維の張力よりも低くすることが示されている。 Patent Document 1 is a wound laminate of resin-impregnated continuous fibers, which has an inner layer and an outer layer, and the fiber content of the fiber reinforced resin in the inner layer is lower than the fiber content of the fiber reinforced resin in the outer layer. A resin tubular body is shown, and a method of manufacturing a fiber reinforced resin tubular body is formed by winding a resin-impregnated continuous fiber around a rotating mandrel in a direction of 90 degrees with respect to a mandrel axis to form an inner layer. The outer layer is formed by winding and laminating resin-impregnated continuous fibers in a predetermined angle direction, and the tension of the resin-impregnated continuous fibers when forming the inner layer is lower than the tension of the resin-impregnated continuous fibers when forming the outer layer It is shown.
特許文献2には、樹脂を含浸させた強化繊維をフィラメントワインディング法等でマンドレルに複数回巻回して厚み方向に重ねるとともに、その巻回途中において上記強化繊維または繊維の供給条件を変化させて巻回し一体に成形することが示されている。 In Patent Document 2, a reinforcing fiber impregnated with a resin is wound around a mandrel several times by a filament winding method or the like and stacked in the thickness direction, and the supply condition of the reinforcing fiber or fiber is changed during the winding. It is shown to be molded in a single piece.
特許文献3には、マンドレルに第1プリプレグを順次巻回し、マンドレル側の最内層に巻回される第1プリプレグシートはマンドレルの周方向に強化繊維が引き揃えられたものであり、他の第1プリプレグシートはマンドレルの長手方向に強化繊維が引き揃えられたものであり、第1プリプレグシートの外側には、第2プリプレグシートが巻回されることが示され、第1プリプレグシートと第2プリプレグシートとは、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維に合成樹脂を含浸させたものをシート状に加工したものであることが示されている。 In Patent Document 3, the first prepreg is sequentially wound around a mandrel, and the first prepreg sheet wound around the innermost layer on the mandrel side is obtained by aligning reinforcing fibers in the circumferential direction of the mandrel. The 1 prepreg sheet is one in which reinforcing fibers are aligned in the longitudinal direction of the mandrel, and it is shown that the second prepreg sheet is wound around the outside of the first prepreg sheet. It is indicated that the prepreg sheet is a sheet formed by impregnating a reinforcing fiber such as glass fiber or carbon fiber with a synthetic resin.
ところで、プリプレグをマンドレル等に巻き付けて積層し積層体を形成する場合には、プリプレグは、一般的に、所定の張力が負荷されてマンドレル等に巻き付けられる。プリプレグに含まれる樹脂は、半硬化状態であり樹脂粘度が低く流動性がある。そのため、マンドレル側である内側に巻き付けられたプリプレグに含まれる樹脂は、表層側である外側に向けて流れ出す可能性がある。そして、プリプレグを積層した積層体を硬化して成形した繊維強化複合材料において、マンドレル側である内層では樹脂が流出することにより樹脂体積含有率が低下する場合がある。 By the way, when a prepreg is wound around a mandrel or the like to form a laminated body, the prepreg is generally wound around a mandrel or the like under a predetermined tension. The resin contained in the prepreg is semi-cured and has low resin viscosity and fluidity. Therefore, the resin contained in the prepreg wound inside on the mandrel side may flow out toward the outside on the surface layer side. And in the fiber reinforced composite material which hardened | cured and shape | molded the laminated body which laminated | stacked the prepreg, resin volume content rate may fall by resin flowing out in the inner layer which is a mandrel side.
そこで、本発明の目的は、繊維強化複合材料の内層における樹脂体積含有率の低下を抑制することができる繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料を提供することである。 Then, the objective of this invention is providing the fiber reinforced composite material shaping | molding method and fiber reinforced composite material which can suppress the fall of the resin volume content rate in the inner layer of a fiber reinforced composite material.
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、繊維束に樹脂を含浸して形成されたプリプレグを、巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、巻回部材に第1プリプレグを巻回する第1巻回工程と、第1プリプレグが巻回された巻回部材に、第2プリプレグを巻回する第2巻回工程と、を備え、第1プリプレグは、繊維束に第1樹脂を含浸して形成され、第2プリプレグは、繊維束に第2樹脂を含浸して形成され、第2樹脂の熱膨張率は、第1樹脂の熱膨張率より大きいことを特徴とする。 The fiber-reinforced composite material molding method according to the present invention is a fiber-reinforced composite material molding method for molding a fiber-reinforced composite material by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member. A first winding step of winding the first prepreg around the winding member, and a second winding step of winding the second prepreg around the winding member around which the first prepreg is wound, The first prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the first resin, the second prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the second resin, and the thermal expansion coefficient of the second resin is the heat of the first resin. It is characterized by a larger expansion coefficient.
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、第2プリプレグが巻回された巻回部材に、第3プリプレグを巻回する第3巻回工程を備え、第3プリプレグは、繊維束に第3樹脂を含浸して形成され、第3樹脂の熱膨張率は、第2樹脂の熱膨張率より大きいことを特徴とする。 The fiber-reinforced composite material molding method according to the present invention includes a third winding step of winding the third prepreg on a winding member around which the second prepreg is wound, and the third prepreg is a third bundle of fiber bundles. It is formed by impregnating a resin, and the thermal expansion coefficient of the third resin is larger than that of the second resin.
本発明に係る繊維強化複合材料は、繊維束に樹脂を含浸して形成されたプリプレグを、巻回部材に巻回することにより成形される繊維強化複合材料であって、巻回部材に、繊維束に第1樹脂を含浸して形成された第1プリプレグを巻回し、第1プリプレグが巻回された巻回部材に、繊維束に第1樹脂より大きい熱膨張率を有する第2樹脂を含浸して形成された第2プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする。 A fiber-reinforced composite material according to the present invention is a fiber-reinforced composite material formed by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member, and the fiber is applied to the winding member. The first prepreg formed by impregnating the first resin into the bundle is wound, and the wound member around which the first prepreg is wound is impregnated with the second resin having a thermal expansion coefficient larger than that of the first resin. The second prepreg formed in this manner is wound and molded.
本発明に係る繊維強化複合材料は、第2プリプレグが巻回された巻回部材に、繊維束に第2樹脂より大きい熱膨張率を有する第3樹脂を含浸して形成された第3プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする。 The fiber reinforced composite material according to the present invention includes a third prepreg formed by impregnating a wound member around which a second prepreg is wound with a third resin having a thermal expansion coefficient larger than that of the second resin in a fiber bundle. It is formed by winding.
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、繊維束に樹脂を含浸して形成されたプリプレグを、巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、巻回部材に第1プリプレグを巻回する第1巻回工程と、第1プリプレグが巻回された巻回部材に、第2プリプレグを巻回する第2巻回工程と、を備え、第1プリプレグは、繊維束に第1樹脂を含浸して形成され、第2プリプレグは、繊維束に第2樹脂を含浸して形成され、第2プリプレグの樹脂含有率は、第1プリプレグの樹脂含有率より小さいことを特徴とする。 The fiber-reinforced composite material molding method according to the present invention is a fiber-reinforced composite material molding method for molding a fiber-reinforced composite material by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member. A first winding step of winding the first prepreg around the winding member, and a second winding step of winding the second prepreg around the winding member around which the first prepreg is wound, The first prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the first resin, the second prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the second resin, and the resin content of the second prepreg is the resin of the first prepreg. It is characterized by being smaller than the content rate.
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、第2プリプレグが巻回された巻回部材に、第3プリプレグを巻回する第3巻回工程を備え、第3プリプレグは、繊維束に第3樹脂を含浸して形成され、第3プリプレグの樹脂含有率は、第2プリプレグの樹脂含有率より小さいことを特徴とする。 The fiber-reinforced composite material molding method according to the present invention includes a third winding step of winding the third prepreg on a winding member around which the second prepreg is wound, and the third prepreg is a third bundle of fiber bundles. It is formed by impregnating a resin, and the resin content of the third prepreg is smaller than the resin content of the second prepreg.
本発明に係る繊維強化複合材料は、繊維束に樹脂を含浸して形成されたプリプレグを、巻回部材に巻回することにより成形される繊維強化複合材料であって、巻回部材に、第1樹脂を繊維束に含浸して形成された第1プリプレグを巻回し、第1プリプレグが巻回された巻回部材に、第1プリプレグより小さい樹脂含有率を有し、繊維束に第2樹脂を含浸して形成された第2プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする。 A fiber-reinforced composite material according to the present invention is a fiber-reinforced composite material formed by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member. A first prepreg formed by impregnating a fiber bundle with one resin is wound, the wound member around which the first prepreg is wound has a resin content smaller than that of the first prepreg, and the fiber bundle has a second resin. It is characterized by being formed by winding a second prepreg formed by impregnating selenium.
本発明に係る繊維強化複合材料は、第2プリプレグが巻回された巻回部材に、第2プリプレグより小さい樹脂含有率を有し、繊維束に第3樹脂を含浸して形成された第3プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする。 The fiber reinforced composite material according to the present invention is a third member formed by impregnating a third bundle with a fiber bundle having a resin content smaller than that of the second prepreg on the wound member around which the second prepreg is wound. It is formed by winding a prepreg.
上記構成における繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料によれば、繊維強化複合材料の内層における樹脂体積含有率の低下を抑制することができる。 According to the fiber-reinforced composite material molding method and the fiber-reinforced composite material in the above configuration, it is possible to suppress a decrease in the resin volume content in the inner layer of the fiber-reinforced composite material.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形システムについて説明する。図1は、繊維強化複合材料成形システム10の構成を示す図である。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, a fiber reinforced composite material forming system for forming a fiber reinforced composite material will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fiber-reinforced composite
繊維供給装置12は、繊維束に樹脂を含浸して形成されたプリプレグ14を送り出す機能を有している。繊維供給装置12には、例えば、クリールスタンド(Creel Stand)等を用いることができる。繊維供給装置12は、プリプレグ14が巻き付けられた複数のボビン16と、プリプレグ14に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置18とを有している。それにより、ボビン16から送り出されたプリプレグ14を、繊維張力調整装置18で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、プリプレグ14の本数は、複数本に限定されることはなく、1本でもよい。
The
繊維張力測定装置(図示せず)は、繊維供給装置12から送り出された複数のプリプレグ14に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置(図示せず)には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
The fiber tension measuring device (not shown) has a function of measuring the tension applied to the plurality of
フィラメントワインディング装置20は、繊維張力測定装置(図示せず)から送り出されたプリプレグ14を、型または心金であるマンドレル22(Mandrel)等の巻回部材に巻回する機能を有している。フィラメントワインディング装置20は、プリプレグ14をマンドレル22等の円周方向や軸方向等に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置20は、例えば、マンドレル22等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き(Hoop Winding)や、マンドレル22等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き(Helical Winding)等によりプリプレグ14をマンドレル22等に巻き付けて積層することができる。
The
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、巻回部材にポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。プリプレグ14は、フィラメントワインディング装置20により、張力を与えつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられて積層される。また、フィラメントワインディング装置20によれば、高圧タンクの胴部だけでなく、ドーム部等にもプリプレグ14を巻き付けて積層することができる。そして、プリプレグ14を積層して形成された積層体は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。
When manufacturing a pressure vessel, for example, a high-pressure tank, a resin liner formed of a polyamide resin or the like on a winding member or a metal liner formed of aluminum or the like can be used. The
制御装置24は、繊維供給装置12と、繊維張力測定装置(図示せず)と、フィラメントワインディング装置20とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。制御装置24は、繊維供給装置12と、繊維張力測定装置(図示せず)と、フィラメントワインディング装置20とを制御することができる機能を有している。例えば、制御装置24の制御によりフィラメントワインディング装置20等の始動及び停止を行うことができる。また、制御装置24は、繊維張力測定装置(図示せず)から出力されるプリプレグ14の張力データの電気信号を入力し、プリプレグ14の張力を制御することができる機能を有している。かかる制御装置24は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)等で構成することができる。また、制御装置24と接続されたデータロガ26には、プリプレグ14の張力データ等が記憶されて保存される。
The
次に、繊維強化複合材料の成形方法について説明する。図2は、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。繊維強化複合材料の成形方法は、第1巻回工程(S10)と、第2巻回工程(S12)と、第3巻回工程(S14)とを含んで構成される。 Next, a method for forming a fiber reinforced composite material will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a fiber-reinforced composite material molding method. The forming method of the fiber reinforced composite material includes a first winding step (S10), a second winding step (S12), and a third winding step (S14).
第1巻回工程(S10)は、マンドレル22に第1プリプレグを巻回する工程である。第1プリプレグは、繊維束に第1樹脂を含浸して形成される。
The first winding step (S10) is a step of winding the first prepreg around the
繊維束の繊維には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル(Polyacrylonitrile:PAN)系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、第1プリプレグに用いられる繊維束の繊維には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。 For the fibers of the fiber bundle, carbon fibers that are high-strength fibers or high-elasticity fibers can be used. As the carbon fiber, rayon-based carbon fiber, polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, or the like is used. Of course, the fiber of the fiber bundle used for the first prepreg is not limited to carbon fiber, and glass fiber or aramid fiber can be used.
繊維束には、繊維径が、例えば、1μmから5μmの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。例えば、炭素繊維を用いた繊維束には、炭素繊維フィラメントを1万本〜5万本束ねた炭素繊維ストランドを用いることができる。また、繊維束には、一方向材だけでなく、平織や朱子織等で織られた織物材の繊維シート等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、繊維束は、これらの形態に限定されることはない。 For the fiber bundle, for example, yarns, strands, rovings or the like in which filaments that are single fibers having a fiber diameter of 1 μm to 5 μm are bundled can be used. For example, a carbon fiber strand in which 10,000 to 50,000 carbon fiber filaments are bundled can be used for a fiber bundle using carbon fibers. In addition, the fiber bundle may be made of not only a unidirectional material but also a fiber sheet of a woven material woven with a plain weave or satin weave. Of course, depending on other conditions, the fiber bundle is not limited to these forms.
第1樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、第1樹脂は、上記合成樹脂に限定されることはない。第1樹脂には、常温で樹脂粘度100mPas以下の合成樹脂が使用されることが好ましい。 As the first resin, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, or an unsaturated polyester resin can be used. Of course, the first resin is not limited to the synthetic resin. The first resin is preferably a synthetic resin having a resin viscosity of 100 mPas or less at room temperature.
まず、第1プリプレグが巻き付けられたボビン16は、繊維供給装置12にセットされる。そして、繊維供給装置12から所定の張力が負荷されて送り出された第1プリプレグは、フィラメントワインディング装置20でマンドレル22に巻回されて積層される。
First, the
第2巻回工程(S12)は、第1プリプレグが巻回されたマンドレル22に、第2プリプレグを巻回する工程である。第2プリプレグは、繊維束に第2樹脂を含浸して形成される。
The second winding step (S12) is a step of winding the second prepreg around the
第2プリプレグに含まれる繊維束には、第1プリプレグに含まれる繊維束と同種の繊維束を用いることが好ましい。例えば、第1プリプレグに含まれる繊維束に炭素繊維を使用する場合には、第2プリプレグに含まれる繊維束に炭素繊維を使用することが好ましい。勿論、他の条件次第では、第2プリプレグに含まれる繊維束には、第1プリプレグに含まれる繊維束と異なる繊維束を用いてもよい。 As the fiber bundle included in the second prepreg, it is preferable to use the same fiber bundle as the fiber bundle included in the first prepreg. For example, when carbon fiber is used for the fiber bundle included in the first prepreg, it is preferable to use the carbon fiber for the fiber bundle included in the second prepreg. Of course, depending on other conditions, a fiber bundle different from the fiber bundle included in the first prepreg may be used as the fiber bundle included in the second prepreg.
第2樹脂には、第1樹脂よりも熱膨張率が大きい合成樹脂が使用される。これにより、第2樹脂の硬化による成形後の体積収縮率を、第1樹脂の硬化による成形後の体積収縮率よりも大きくすることができる。第2樹脂には第1樹脂に含まれる主剤、硬化剤、添加剤と異なる材料を使用して、第2樹脂の熱膨張率を第1樹脂の熱膨張率より大きくすることができる。また、第1樹脂に含まれる主剤、硬化剤、添加剤と同じ材料を使用する場合でも、各々材料の含有率を変えることにより第2樹脂の熱膨張率を第1樹脂の熱膨張率より大きくすることができる。第2樹脂には、常温で樹脂粘度100mPas以下の合成樹脂を使用することが好ましい。第2樹脂には、第1樹脂と同種の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、第1樹脂にエポキシ樹脂を使用する場合には、第2樹脂にもエポキシ樹脂を使用することが好ましい。勿論、他の条件次第では、第2樹脂には、第1樹脂と異なる合成樹脂を用いてもよい。 As the second resin, a synthetic resin having a higher coefficient of thermal expansion than the first resin is used. Thereby, the volumetric shrinkage after molding by curing the second resin can be made larger than the volumetric shrinkage after molding by curing the first resin. A material different from the main agent, curing agent, and additive contained in the first resin can be used for the second resin, so that the thermal expansion coefficient of the second resin can be made larger than that of the first resin. Further, even when the same material as the main agent, curing agent, and additive contained in the first resin is used, the coefficient of thermal expansion of the second resin is made larger than the coefficient of thermal expansion of the first resin by changing the content of each material. can do. As the second resin, it is preferable to use a synthetic resin having a resin viscosity of 100 mPas or less at room temperature. It is preferable to use the same kind of synthetic resin as the first resin for the second resin. For example, when an epoxy resin is used for the first resin, it is preferable to use an epoxy resin for the second resin. Of course, depending on other conditions, a synthetic resin different from the first resin may be used as the second resin.
第2プリプレグが巻き付けられたボビン16を繊維供給装置12にセットした後、繊維供給装置12から所定の張力が負荷されて送り出された第2プリプレグは、フィラメントワインディング装置20で第1プリプレグが巻回されたマンドレル22に巻回されて積層される。
After the
第3巻回工程(S14)は、第2プリプレグが巻回されたマンドレル22に、第3プリプレグを巻回する工程である。第3プリプレグは、繊維束に第3樹脂を含浸して形成される。
The third winding step (S14) is a step of winding the third prepreg around the
第3プリプレグに含まれる繊維束には、第1プリプレグや第2プリプレグに含まれる繊維束と同種の繊維束を用いることが好ましい。例えば、第1プリプレグや第2プリプレグに含まれる繊維束に炭素繊維を使用した場合には、第3プリプレグに含まれる繊維束には、炭素繊維を使用することが好ましい。勿論、第3プリプレグに含まれる繊維束には、第1プリプレグや第2プリプレグに含まれる繊維束と異なる繊維束を用いてもよい。 As the fiber bundle included in the third prepreg, it is preferable to use a fiber bundle of the same type as the fiber bundle included in the first prepreg or the second prepreg. For example, when carbon fibers are used for the fiber bundles included in the first prepreg and the second prepreg, it is preferable to use carbon fibers for the fiber bundles included in the third prepreg. Of course, as the fiber bundle included in the third prepreg, a fiber bundle different from the fiber bundle included in the first prepreg or the second prepreg may be used.
第3樹脂には、第2樹脂よりも熱膨張率が大きい合成樹脂が使用される。これにより、第3樹脂の硬化による成形後の体積収縮率を、第2樹脂の硬化による成形後の体積収縮率よりも大きくすることができる。第3樹脂には第2樹脂に含まれる主剤、硬化剤、添加剤と異なる材料を使用して、第3樹脂の熱膨張率を第2樹脂の熱膨張率より大きくすることができる。また、第2樹脂に含まれる主剤、硬化剤、添加剤と同じ材料を使用する場合でも、各々材料の含有率を変えることにより第3樹脂の熱膨張率を第2樹脂の熱膨張率より大きくすることができる。第3樹脂には、常温で樹脂粘度100mPas以下の合成樹脂を使用することが好ましい。第3樹脂には、第1樹脂または第2樹脂と同種の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、第1樹脂及び第2樹脂にエポキシ樹脂を使用する場合には、第3樹脂にもエポキシ樹脂を使用することが好ましい。勿論、他の条件次第では、第3樹脂には、第1樹脂または第2樹脂と異なる合成樹脂を用いてもよい。 As the third resin, a synthetic resin having a larger coefficient of thermal expansion than the second resin is used. Thereby, the volumetric shrinkage after molding by curing of the third resin can be made larger than the volumetric shrinkage after molding by curing of the second resin. By using a material different from the main agent, curing agent, and additive contained in the second resin for the third resin, the thermal expansion coefficient of the third resin can be made larger than that of the second resin. Even when the same material as the main agent, curing agent, and additive contained in the second resin is used, the coefficient of thermal expansion of the third resin is made larger than the coefficient of thermal expansion of the second resin by changing the content of each material. can do. As the third resin, it is preferable to use a synthetic resin having a resin viscosity of 100 mPas or less at room temperature. It is preferable to use the same type of synthetic resin as the first resin or the second resin for the third resin. For example, when an epoxy resin is used for the first resin and the second resin, it is preferable to use an epoxy resin for the third resin. Of course, depending on other conditions, a synthetic resin different from the first resin or the second resin may be used as the third resin.
第3プリプレグが巻き付けられたボビン16を繊維供給装置12にセットした後、繊維供給装置12から所定の張力が負荷されて送り出された第3プリプレグは、フィラメントワインディング装置20で第2プリプレグが巻回されたマンドレル22に巻回されて積層される。
After the
図3は、マンドレル22に第1プリプレグと、第2プリプレグと、第3プリプレグとを巻回して積層した積層体30を示す断面図である。積層体30は、第1層32と、第2層34と、第3層36とを含んで構成される。第1層32は、マンドレル22に第1プリプレグを巻回して形成された層であり、第2層34は、第2プリプレグを巻回して形成された層であり、第3層36は、第3プリプレグを巻回して形成された層である。第1プリプレグから第3プリプレグは、いずれも所定の張力を負荷されてマンドレル22に巻回される。そのため、第1プリプレグに含まれる第1樹脂の一部が、第1層32から第2層34または第3層36へ流動して流出し、第2プリプレグに含まれる第2樹脂が、第2層34から第3層36へ流動して流出する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminate 30 in which the first prepreg, the second prepreg, and the third prepreg are wound around the
そして、積層体30は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。ここで、第2樹脂の熱膨張率は、第1樹脂の熱膨張率よりも大きく、第3樹脂の熱膨張率は、第2樹脂の熱膨張率よりも大きい。合成樹脂の熱膨張率が大きいほど、上述したように、合成樹脂の硬化による成形後の体積収縮率も大きくなる。そのため、第1樹脂から第3樹脂の中では、第1樹脂は最も熱膨張率が小さいので、第1樹脂の硬化による成形後の体積収縮率は最も小さくなる。また、第3樹脂は最も熱膨張率が大きいので、第3樹脂の硬化による成形後の体積収縮率は最も大きくなる。
And the
第1樹脂の硬化による成形後の体積収縮率は最も小さいので、第1樹脂の流出がない場合には、硬化後の第1層32は、樹脂体積含有率が最も大きくなる。逆に、第3樹脂の硬化による成形後の体積収縮率は最も大きいので、第1樹脂または第2樹脂の流入がない場合には、硬化後の第3層36は、樹脂体積含有率が最も小さくなる。しかし、上述したように、第1プリプレグに含まれる第1樹脂の一部が、第1層32から第2層34または第3層36へ流出し、第2プリプレグに含まれる第2樹脂の一部が、第2層34から第3層36へ流出する。そのため、第1プリプレグから第3プリプレグを積層した積層体30を硬化して成形した繊維強化複合材料の樹脂体積含有率は、第1層32が最も大きく、第3層36が最も小さくなる。
Since the volume shrinkage after molding by the curing of the first resin is the smallest, the
上記構成によれば、マンドレル22に、繊維束に第1樹脂を含浸して形成された第1プリプレグを巻回し、第1プリプレグが巻回されたマンドレル22に、繊維束に第1樹脂より大きい熱膨張率を有する第2樹脂を含浸して形成された第2プリプレグを巻回し、第2プリプレグが巻回されたマンドレル22に、繊維束に第2樹脂より大きい熱膨張率を有する第3樹脂を含浸して形成された第3プリプレグを巻回して繊維強化複合材料を成形することにより、繊維強化複合材料の内層における樹脂体積含有率の低下を抑制することができる。
According to the above configuration, the
次に、他の繊維強化複合材料成形方法について説明する。他の繊維強化複合材料成形方法では、使用される第1プリプレグから第3プリプレグが、上記の繊維強化複合材料成形方法と異なる。なお、同様な要素は詳細な説明を省略する。 Next, another fiber reinforced composite material molding method will be described. In other fiber-reinforced composite material molding methods, the first to third prepregs used are different from the above-described fiber-reinforced composite material molding method. Detailed description of similar elements is omitted.
繊維強化複合材料成形方法は、第1巻回工程と、第2巻回工程と、第3巻回工程とを含んで構成される。 The fiber-reinforced composite material molding method includes a first winding process, a second winding process, and a third winding process.
第1巻回工程は、マンドレル22に第1プリプレグを巻回する工程である。第1プリプレグは、繊維束に第1樹脂を含浸して形成される。繊維束には、上述した炭素繊維等が使用され、第1樹脂には、上述したエポキシ樹脂等が使用される。また、第1樹脂には、常温で樹脂粘度100mPas以下の合成樹脂を使用することが好ましい。第1プリプレグは、フィラメントワインディング装置20でマンドレル22に巻回されて積層される。
The first winding step is a step of winding the first prepreg around the
第2巻回工程は、第1プリプレグが巻回されたマンドレル22に、第2プリプレグを巻回する工程である。第2プリプレグは、繊維束に第2樹脂を含浸して形成される。第2プリプレグに含まれる繊維束には、第1プリプレグに含まれる繊維束と同種の繊維束が用いられることが好ましい。第2プリプレグは、第2樹脂の樹脂含有率(レジンコンテント)が第1プリプレグに含まれる第1樹脂の樹脂含有率より小さくなるように形成される。また、第2樹脂には、常温で樹脂粘度100mPas以下の合成樹脂を使用することが好ましい。第2プリプレグは、フィラメントワインディング装置20で第1プリプレグが巻回されたマンドレル22に巻回されて積層される。
The second winding step is a step of winding the second prepreg around the
第3巻回工程は、第2プリプレグが巻回されたマンドレル22に、第3プリプレグを巻回する工程である。第3プリプレグは、繊維束に第3樹脂を含浸して形成される。第3プリプレグに含まれる繊維束には、第1プリプレグまたは第2プリプレグに含まれる繊維束と同種の繊維束が用いられることが好ましい。第3プリプレグは、第3樹脂の樹脂含有率が第2プリプレグに含まれる第2樹脂の樹脂含有率より小さくなるように形成される。また、第3樹脂には、常温で樹脂粘度100mPas以下の合成樹脂を使用することが好ましい。第3プリプレグは、フィラメントワインディング装置20で第2プリプレグが巻回されたマンドレル22に巻回されて積層される。
The third winding step is a step of winding the third prepreg around the
図4は、マンドレル22に第1プリプレグと、第2プリプレグと、第3プリプレグとを巻回して積層した積層体40を示す断面図である。積層体40は、第1層42と、第2層44と、第3層46とを含んで構成される。第1層42は、マンドレル22に第1プリプレグを巻回して形成された層であり、第2層44は、第2プリプレグを巻回して形成された層であり、第3層46は、第3プリプレグを巻回して形成された層である。第1プリプレグから第3プリプレグは、所定の張力を負荷されてマンドレル22に巻回される。そのため、第1プリプレグに含まれる第1樹脂の一部が、第1層42から第2層44または第3層46へ流動して流出し、第2プリプレグに含まれる第2樹脂の一部が、第2層44から第3層46へ流動して流出する。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a laminate 40 in which the first prepreg, the second prepreg, and the third prepreg are wound around the
そして、積層体40は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。ここで、第2プリプレグの樹脂含有率は、第1プリプレグの樹脂含有率よりも小さく、第3プリプレグの樹脂含有率は、第2プリプレグの樹脂含有率よりも小さい。第1プリプレグの樹脂含有率は最も大きいので、第1樹脂の流出がない場合には、硬化後の第1層42は、樹脂体積含有率が最も大きくなる。逆に、第3プリプレグの樹脂含有率は最も小さいので、第1樹脂または第2樹脂の流入がない場合には、硬化後の第3層46は、樹脂体積含有率が最も小さくなる。しかし、上述したように、第1プリプレグに含まれる第1樹脂の一部が第1層42から第2層44または第3層46へ流出し、第2プリプレグに含まれる第2樹脂の一部が、第2層44から第3層46へ流出する。そのため、第1プリプレグから第3プリプレグを積層した積層体40を硬化して成形した繊維強化複合材料の樹脂体積含有率は、第1層42が最も大きく、第3層46が最も小さくなる。
And the
上記構成によれば、マンドレル22に、繊維束に第1樹脂を含浸して形成された第1プリプレグを巻回し、第1プリプレグが巻回されたマンドレル22に、第1プリプレグより小さい樹脂含有率を有し、繊維束に第2樹脂を含浸して形成された第2プリプレグを巻回し、第2プリプレグが巻回されたマンドレル22に、第2プリプレグより小さい樹脂含有率を有し、繊維束に第3樹脂を含浸して形成された第3プリプレグを巻回して繊維強化複合材料を成形することにより、繊維強化複合材料の内層における樹脂体積含有率の低下を抑制することができる。
According to the above configuration, the
なお、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施得ることは勿論である。例えば、上記の実施形態では、繊維強化複合材料を3層で形成しているが、3層に限定されることなく2層等でもよい。また、上記の実施形態では、繊維強化複合材料成形方法にプリプレグを用いる場合を示しているが、例えば、予め繊維束に樹脂を含浸させたプリプレグを使用するのでなく、樹脂含浸装置等を用いて繊維束に未硬化樹脂を含浸させる場合においても本発明は適用可能である。 In addition, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to said embodiment at all, and can be implemented with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course. For example, in the above-described embodiment, the fiber reinforced composite material is formed of three layers, but is not limited to three layers and may be two layers or the like. In the above embodiment, the case where a prepreg is used in the fiber-reinforced composite material molding method is shown. For example, instead of using a prepreg in which a fiber bundle is impregnated with a resin in advance, a resin impregnation apparatus or the like is used. The present invention can also be applied when the fiber bundle is impregnated with an uncured resin.
10 繊維強化複合材料成形システム、12 繊維供給装置、14 プリプレグ、16 ボビン、18 繊維張力調整装置、20 フィラメントワイディング装置、22 マンドレル、24 制御装置、26 データロガ、30,40 積層体、32,42 第1層、34,44 第2層、36,46 第3層。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
巻回部材に第1プリプレグを巻回する第1巻回工程と、
第1プリプレグが巻回された巻回部材に、第2プリプレグを巻回する第2巻回工程と、
を備え、
第1プリプレグは、繊維束に第1樹脂を含浸して形成され、
第2プリプレグは、繊維束に第2樹脂を含浸して形成され、
第2樹脂の熱膨張率は、第1樹脂の熱膨張率より大きいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。 A fiber reinforced composite material molding method for molding a fiber reinforced composite material by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member,
A first winding step of winding the first prepreg around the winding member;
A second winding step of winding the second prepreg around the winding member around which the first prepreg is wound;
With
The first prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the first resin,
The second prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the second resin,
The fiber-reinforced composite material molding method, wherein the second resin has a thermal expansion coefficient larger than that of the first resin.
第2プリプレグが巻回された巻回部材に、第3プリプレグを巻回する第3巻回工程を備え、
第3プリプレグは、繊維束に第3樹脂を含浸して形成され、
第3樹脂の熱膨張率は、第2樹脂の熱膨張率より大きいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。 The fiber-reinforced composite material molding method according to claim 1,
The winding member around which the second prepreg is wound includes a third winding step of winding the third prepreg,
The third prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with a third resin,
The fiber-reinforced composite material molding method, wherein the thermal expansion coefficient of the third resin is larger than that of the second resin.
巻回部材に、繊維束に第1樹脂を含浸して形成された第1プリプレグを巻回し、
第1プリプレグが巻回された巻回部材に、繊維束に第1樹脂より大きい熱膨張率を有する第2樹脂を含浸して形成された第2プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。 A fiber reinforced composite material formed by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member,
The first prepreg formed by impregnating the fiber bundle with the first resin is wound on the winding member,
A winding member around which the first prepreg is wound is formed by winding a second prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a second resin having a thermal expansion coefficient larger than that of the first resin. Fiber reinforced composite material.
第2プリプレグが巻回された巻回部材に、繊維束に第2樹脂より大きい熱膨張率を有する第3樹脂を含浸して形成された第3プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。 A fiber reinforced composite material according to claim 3,
A winding member around which the second prepreg is wound is formed by winding a third prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a third resin having a thermal expansion coefficient larger than that of the second resin. Fiber reinforced composite material.
巻回部材に第1プリプレグを巻回する第1巻回工程と、
第1プリプレグが巻回された巻回部材に、第2プリプレグを巻回する第2巻回工程と、
を備え、
第1プリプレグは、繊維束に第1樹脂を含浸して形成され、
第2プリプレグは、繊維束に第2樹脂を含浸して形成され、
第2プリプレグの樹脂含有率は、第1プリプレグの樹脂含有率より小さいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。 A fiber reinforced composite material molding method for molding a fiber reinforced composite material by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member,
A first winding step of winding the first prepreg around the winding member;
A second winding step of winding the second prepreg around the winding member around which the first prepreg is wound;
With
The first prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the first resin,
The second prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with the second resin,
The fiber reinforced composite material molding method, wherein the resin content of the second prepreg is smaller than the resin content of the first prepreg.
第2プリプレグが巻回された巻回部材に、第3プリプレグを巻回する第3巻回工程を備え、
第3プリプレグは、繊維束に第3樹脂を含浸して形成され、
第3プリプレグの樹脂含有率は、第2プリプレグの樹脂含有率より小さいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。 The fiber-reinforced composite material molding method according to claim 5,
The winding member around which the second prepreg is wound includes a third winding step of winding the third prepreg,
The third prepreg is formed by impregnating the fiber bundle with a third resin,
The fiber reinforced composite material molding method, wherein the resin content of the third prepreg is smaller than the resin content of the second prepreg.
巻回部材に、繊維束に第1樹脂を含浸して形成された第1プリプレグを巻回し、
第1プリプレグが巻回された巻回部材に、第1プリプレグより小さい樹脂含有率を有し、繊維束に第2樹脂を含浸して形成された第2プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。 A fiber reinforced composite material formed by winding a prepreg formed by impregnating a fiber bundle with a resin around a winding member,
The first prepreg formed by impregnating the fiber bundle with the first resin is wound on the winding member,
The winding member around which the first prepreg is wound has a resin content smaller than that of the first prepreg, and is formed by winding the second prepreg formed by impregnating the fiber bundle with the second resin. Characteristic fiber reinforced composite material.
第2プリプレグが巻回された巻回部材に、第2プリプレグより小さい樹脂含有率を有し、繊維束に第3樹脂を含浸して形成された第3プリプレグを巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。 A fiber reinforced composite material according to claim 7,
The winding member around which the second prepreg is wound has a resin content smaller than that of the second prepreg, and is formed by winding a third prepreg formed by impregnating the fiber bundle with the third resin. Characteristic fiber reinforced composite material.
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---|---|---|---|---|
JP2009051026A (en) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Toyota Motor Corp | Fiber-reinforced composite material and forming method of the same |
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KR102275233B1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-07-09 | 국방과학연구소 | Apparatus and method for measuring unwinding of material |
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