JP2016216648A - Fiber-reinforced plastic and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリプレグを用いて製造される繊維強化プラスチック及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber reinforced plastic produced using a prepreg and a method for producing the same.
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、繊維材料によってプラスチックの強度を向上させた複合材料である。ＦＲＰに関する技術が特許文献１〜３に開示されている。ＦＲＰは、金属材料に匹敵する高強度を実現可能であるため、構造材料として様々な用途に利用可能である。 Fiber Reinforced Plastics (FRP) is a composite material in which the strength of plastic is improved by a fiber material. Techniques related to FRP are disclosed in Patent Documents 1 to 3. FRP can be used for various applications as a structural material because it can achieve high strength comparable to that of a metal material.
また、ＦＲＰは、樹脂材料をベースとするため、金属材料より大幅に軽量である。このため、ＦＲＰは、高強度化に加え、軽量化が求められる用途において特に有用である。ＦＲＰの用途の一例としては、自動車、航空宇宙、二輪、鉄道などの輸送用機械や、携帯端末装置などのモバイル機器が挙げられる。 Further, since FRP is based on a resin material, it is significantly lighter than a metal material. For this reason, FRP is particularly useful in applications that require weight reduction in addition to high strength. As an example of the use of FRP, there are transportation machines such as automobiles, aerospace, two-wheels, and railways, and mobile devices such as portable terminal devices.
ＦＲＰに利用可能な繊維材料としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維などが知られている。これらの中でも、炭素繊維を用いたＦＲＰである炭素繊維強化型プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）では特に高い強度が得られる。 As fiber materials that can be used for FRP, for example, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, and the like are known. Among these, carbon fiber reinforced plastic (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics), which is FRP using carbon fiber, can provide particularly high strength.
しかしながら、ＦＲＰは、ベースとなる樹脂材料の性質に起因して、金属材料に比べて高い耐摩耗性が得られにくい。ＦＲＰにおいて高い耐摩耗性が実現されれば、ＦＲＰを摺動部品用の材料として利用可能となる。これにより、特に摺動部品が多く用いられる輸送用機械などの更なる軽量化が実現可能となるとともに、ＦＲＰの全く新しい用途が切り開かれる可能性がある。 However, FRP is less likely to have higher wear resistance than metal materials due to the nature of the base resin material. If high wear resistance is achieved in FRP, FRP can be used as a material for sliding parts. As a result, it is possible to further reduce the weight of, for example, a transportation machine in which many sliding parts are used, and there is a possibility that a completely new application of FRP will be opened.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高い耐摩耗性を有する繊維強化プラスチック及びその製造方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced plastic having high wear resistance and a method for producing the same.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る繊維強化プラスチックは、積層体と、分散面と、を具備する。
上記積層体は、樹脂成分によって繊維材料が含浸されている複数のプリプレグから形成される複数の複合体層を有する。
上記分散面は、上記積層体の積層方向と交差し、硬質粉末が分散している。
この構成の繊維強化プラスチックでは、分散面において高い耐摩耗性が得られる。
In order to achieve the above object, a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention includes a laminate and a dispersion surface.
The laminate has a plurality of composite layers formed from a plurality of prepregs in which a fiber material is impregnated with a resin component.
The dispersion surface intersects with the lamination direction of the laminate, and the hard powder is dispersed.
In the fiber-reinforced plastic having this configuration, high wear resistance can be obtained on the dispersion surface.
上記分散面における上記硬質粉末の量は、上記複数のプリプレグの１枚あたりの上記樹脂成分に対して２．５体積％以下であってもよい。
上記硬質粉末は、ＳｉＣから構成されていてもよい。
上記硬質粉末の平均粒径は、１μｍ以下であってもよい。
これらの構成の繊維強化プラスチックでは、分散面において特に高い耐摩耗性が得られる。
The amount of the hard powder on the dispersion surface may be 2.5% by volume or less based on the resin component per sheet of the plurality of prepregs.
The hard powder may be made of SiC.
The average particle diameter of the hard powder may be 1 μm or less.
In the fiber reinforced plastics having these configurations, particularly high wear resistance is obtained on the dispersion surface.
上記繊維強化プラスチックは、上記複数の複合体層の境界部に設けられ、上記硬質粉末が分散している分散層を更に具備していてもよい。
この構成の繊維強化プラスチックでは、分散層の作用によって高い強度が得られる。
The fiber reinforced plastic may further include a dispersion layer provided at a boundary between the plurality of composite layers and in which the hard powder is dispersed.
In the fiber reinforced plastic having this configuration, high strength can be obtained by the action of the dispersion layer.
上記分散層における上記硬質粉末の量は、上記複数のプリプレグの１枚あたりの上記樹脂成分に対して５体積％以下であってもよい。
上記繊維強化プラスチックの最大曲げ強度が６００ＭＰａ以上であってもよい。
上記繊維成分は、炭素繊維から構成されていてもよい。
これらの構成の繊維強化プラスチックでは、特に高い強度が得られる。
The amount of the hard powder in the dispersion layer may be 5% by volume or less based on the resin component per sheet of the plurality of prepregs.
The maximum bending strength of the fiber reinforced plastic may be 600 MPa or more.
The fiber component may be composed of carbon fiber.
Particularly high strength is obtained in the fiber-reinforced plastics having these configurations.
本発明の一形態に係る繊維強化プラスチックの製造方法では、樹脂成分によって繊維材料が含浸されている複数のプリプレグが用意される。
上記複数のプリプレグに硬質粉末を塗布して少なくとも１つの塗布面が形成される。
上記複数のプリプレグを積層して、上記塗布面を外面とする積層体が作製される。
上記積層体が硬化させられる。
この構成により、塗布面から形成された外面において高い耐摩耗性を有する繊維強化プラスチックを製造可能である。
In the manufacturing method of the fiber reinforced plastic which concerns on one form of this invention, the several prepreg by which the fiber material is impregnated with the resin component is prepared.
At least one coated surface is formed by applying a hard powder to the plurality of prepregs.
By laminating the plurality of prepregs, a laminate having the coated surface as an outer surface is produced.
The laminate is cured.
With this configuration, it is possible to produce a fiber reinforced plastic having high wear resistance on the outer surface formed from the coated surface.
上記複数のプリプレグのそれぞれの両面に塗布面が形成されてもよい。
この構成により、高い強度を有する繊維強化プラスチックを製造可能である。
An application surface may be formed on both surfaces of each of the plurality of prepregs.
With this configuration, a fiber-reinforced plastic having high strength can be manufactured.
上記塗布面における上記硬質粉末の量は、上記複数のプリプレグの１枚あたりの上記樹脂成分に対して２．５体積％以下であってもよい。
この構成により、特に高い強度を有する繊維強化プラスチックを製造可能である。
The amount of the hard powder on the coated surface may be 2.5% by volume or less with respect to the resin component per one of the plurality of prepregs.
With this configuration, a fiber reinforced plastic having particularly high strength can be manufactured.
高い耐摩耗性を有する繊維強化プラスチック及びその製造方法を提供する。 A fiber-reinforced plastic having high wear resistance and a method for producing the same are provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図面には、適宜相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawing, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are shown as appropriate. The X axis, Y axis, and Z axis are common in all drawings.
［繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形体１０］
（全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るＦＲＰ成形体１０の概略構成を示す斜視図である。図２（Ａ）はＦＲＰ成形体１０の図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図であり、図２（Ｂ）はＦＲＰ成形体１０の図１のＢ−Ｂ'線に沿った断面図であり、図２（Ｃ）はＦＲＰ成形体１０の図１のＣ−Ｃ'線に沿った断面図である。
[Fiber reinforced plastic (FRP) molded body 10]
(overall structure)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an FRP molded body 10 according to an embodiment of the present invention. 2A is a cross-sectional view of the FRP molded body 10 taken along line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the FRP molded body 10 taken along line BB ′ in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view of the FRP molded body 10 taken along the line CC ′ of FIG.
本実施形態に係る繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形体１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った辺を有する直方体状である。しかし、ＦＲＰ成形体１０は任意の形状とすることが可能であり、ＦＲＰ成形体１０の形状はその用途などに応じて適宜決定可能である。 The fiber reinforced plastic (FRP) molded body 10 according to the present embodiment has a rectangular parallelepiped shape having sides along the X axis, the Y axis, and the Z axis. However, the FRP molded body 10 can have an arbitrary shape, and the shape of the FRP molded body 10 can be determined as appropriate according to the application.
ＦＲＰ成形体１０は、複合体層１１と、分散面１２と、分散層１３と、を具備する。
複合体層１１はＸ−Ｙ平面方向に延びる平板状であり、複数の複合体層１１がＺ軸方向に積層されることにより積層体を構成している。
各分散面１２及び各分散層１３は、Ｘ−Ｙ平面に平行に延び、実質的に均一に分散する硬質粉末を有する。
The FRP molded body 10 includes a composite layer 11, a dispersion surface 12, and a dispersion layer 13.
The composite layer 11 has a flat plate shape extending in the XY plane direction, and a plurality of composite layers 11 are stacked in the Z-axis direction to form a stacked body.
Each dispersion surface 12 and each dispersion layer 13 have a hard powder that extends parallel to the XY plane and is substantially uniformly dispersed.
分散面１２は、ＦＲＰ成形体１０のＺ軸方向上下面にそれぞれ設けられている。つまり、分散面１２は、最上層の複合体層１１の上面及び最下層の複合体層１１の下面にそれぞれ設けられている。
分散層１３は、複合体層１１の境界部にそれぞれ設けられている。
The dispersion surfaces 12 are respectively provided on the upper and lower surfaces in the Z-axis direction of the FRP molded body 10. That is, the dispersion surface 12 is provided on the upper surface of the uppermost composite layer 11 and on the lower surface of the lowermost composite layer 11.
The dispersion layer 13 is provided at each boundary portion of the composite layer 11.
ＦＲＰ成形体１０は、その詳細については後述するが、分散面１２において高い耐摩耗性を有する。このため、ＦＲＰ成形体１０は、分散面１２を摺動面とする摺動部品として幅広く利用可能である。
ＦＲＰ成形体１０として構成可能な摺動部品としては、特定の種類に限定されず、例えば、輸送用機械や風力発電などの産業用機械のシャフトなどが挙げられる。また、ＦＲＰ成形体１０は、液体潤滑剤を用いる必要がないため、航空宇宙分野にも利用可能である。
Although the details of the FRP molded body 10 will be described later, the dispersion surface 12 has high wear resistance. Therefore, the FRP molded body 10 can be widely used as a sliding component having the dispersion surface 12 as a sliding surface.
The sliding component that can be configured as the FRP molded body 10 is not limited to a specific type, and examples thereof include a shaft of a transport machine or an industrial machine such as wind power generation. Moreover, since it is not necessary to use the liquid lubricant, the FRP molded body 10 can be used in the aerospace field.
（複合体層１１）
ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１は、樹脂成分と繊維材料とから成る複合材料により形成され、樹脂成分によって繊維材料が含浸された構成を有する。複合体層１１を構成する樹脂成分及び繊維材料の種類は、ＦＲＰ成形体１０の用途などに応じて適宜決定可能である。図２（Ａ）には、複合体層１１内の断面が示されている。
(Composite layer 11)
The composite layer 11 of the FRP molded body 10 is formed of a composite material composed of a resin component and a fiber material, and has a configuration in which the fiber material is impregnated with the resin component. The types of the resin component and the fiber material constituting the composite layer 11 can be appropriately determined according to the use of the FRP molded body 10 or the like. FIG. 2A shows a cross section in the composite layer 11.
本実施形態では、複合体層１１の樹脂成分として、シアネート樹脂を用いている。シアネート樹脂は高い耐熱性を有するため、本実施形態に係るＦＲＰ成形体１０は比較的高い温度で用いられる用途に対応可能である。
複合体層１１の樹脂成分のシアネート樹脂以外の例としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
In the present embodiment, cyanate resin is used as the resin component of the composite layer 11. Since cyanate resin has high heat resistance, the FRP molded object 10 which concerns on this embodiment can respond to the use used at comparatively high temperature.
Examples of the resin component other than the cyanate resin of the composite layer 11 include thermosetting resins such as epoxy resins, vinyl ester resins, polyester resins, and polyimide resins, and thermoplastic resins such as polypropylene resins, polyamide resins, and polycarbonate resins. Can be mentioned.
本実施形態では、複合体層１１の繊維材料として、高剛性ピッチ系炭素繊維を用いている。高剛性ピッチ系炭素繊維は、複合体層１１内においてＸ軸方向に配向しており、つまりその長径がＸ軸方向に向けられた状態で並べられている。
複合体層１１では、高剛性ピッチ系炭素繊維の作用により高い剛性が得られるとともに、高剛性ピッチ系炭素繊維の高い炭素含有率により高い化学的安定性が得られる。
In the present embodiment, high-rigidity pitch-based carbon fibers are used as the fiber material of the composite layer 11. The high-rigidity pitch-based carbon fibers are oriented in the X-axis direction in the composite layer 11, that is, are arranged in a state where the major axis is directed in the X-axis direction.
In the composite layer 11, high rigidity is obtained by the action of the high-rigidity pitch-based carbon fiber, and high chemical stability is obtained due to the high carbon content of the high-rigidity pitch-based carbon fiber.
また、複合体層１１では、高剛性ピッチ系炭素繊維の作用により低い熱膨張係数が得られるとともに、高剛性ピッチ系炭素繊維の配合量によって熱膨張係数を制御することが可能である。つまり、複合体層１１における高剛性ピッチ系炭素繊維の配合量を調整することによってＦＲＰ成形体１０の熱膨張係数を限りなくゼロに近くすることが可能である。 In the composite layer 11, a low thermal expansion coefficient can be obtained by the action of the high-rigidity pitch-based carbon fiber, and the thermal expansion coefficient can be controlled by the blending amount of the high-rigidity pitch-based carbon fiber. That is, the thermal expansion coefficient of the FRP molded body 10 can be made as close to zero as possible by adjusting the blending amount of the highly rigid pitch-based carbon fiber in the composite layer 11.
更に、複合体層１１では、高剛性ピッチ系炭素繊維のＸ軸方向の配向により、熱伝導率の異方性が発現し、つまりＸ軸方向における高い熱伝導率が得られる。これにより、ＦＲＰ成形体１０に対する放熱設計が容易となる。 Further, in the composite layer 11, the thermal conductivity anisotropy is expressed by the orientation of the high-rigidity pitch-based carbon fiber in the X-axis direction, that is, high thermal conductivity in the X-axis direction is obtained. Thereby, the heat dissipation design with respect to the FRP molded object 10 becomes easy.
複合体層１１の繊維材料の高剛性ピッチ系炭素繊維以外の例としては、高強度ＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維や、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維などの炭素繊維以外の繊維材料が挙げられる。 Examples of the fiber material of the composite layer 11 other than the high-rigidity pitch-based carbon fibers include carbon fibers such as high-strength PAN-based carbon fibers, and fiber materials other than carbon fibers such as glass fibers, aramid fibers, and boron fibers. It is done.
なお、複合体層１１の繊維材料は、一方向に配向していなくてもよい。
例えば、繊維材料は、Ｘ軸方向に配向した成分と、Ｙ軸方向に配向した成分と、によって構成されていてもよい。
また、各複合体層１１ごとに繊維材料の配向方向が異なっていてもよい。
更に、繊維材料は、例えば、平織、綾織、繻子織などの織物の構成を有していてもよい。
加えて、繊維材料は、特定の方向に配向していなくてもよく、樹脂成分中にランダムな方向で分散されていてもよい。
Note that the fiber material of the composite layer 11 may not be oriented in one direction.
For example, the fiber material may be composed of a component oriented in the X-axis direction and a component oriented in the Y-axis direction.
Further, the orientation direction of the fiber material may be different for each composite layer 11.
Furthermore, the fiber material may have a woven fabric structure such as plain weave, twill weave, and satin weave.
In addition, the fiber material may not be oriented in a specific direction, and may be dispersed in a random direction in the resin component.
各複合体層１１は、後に詳述するプリプレグから形成される。つまり、複数のプリプレグが積層された未硬化の積層体を硬化させることにより、複合体層１１の積層体が得られる。したがって、ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１の構成は、複合体層１１の形成に用いられるプリプレグの構成を変更することにより自由に変更することが可能である。 Each composite layer 11 is formed from a prepreg described in detail later. That is, a laminate of the composite layer 11 is obtained by curing an uncured laminate in which a plurality of prepregs are laminated. Therefore, the configuration of the composite layer 11 of the FRP molded body 10 can be freely changed by changing the configuration of the prepreg used for forming the composite layer 11.
（分散面１２）
ＦＲＰ成形体１０の分散面１２は、ＦＲＰ成形体１０のＺ軸方向上下面に設けられている。分散面１２には、硬質粉末がＸ−Ｙ平面に沿って分散されている。硬質粉末の各粒子は、分散面１２に露出し、その一部が複合体層１１に埋没している。つまり、硬質粉末の各粒子は、分散面１２から突出した状態で複合体層１１に強固に保持されている。
(Dispersion surface 12)
The dispersion surface 12 of the FRP molded body 10 is provided on the upper and lower surfaces in the Z-axis direction of the FRP molded body 10. On the dispersion surface 12, hard powder is dispersed along the XY plane. Each particle of the hard powder is exposed on the dispersion surface 12, and a part thereof is buried in the composite layer 11. That is, the hard powder particles are firmly held in the composite layer 11 in a state of protruding from the dispersion surface 12.
ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２が摺動面として構成される。
ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１は樹脂材料としての性質を有するため、相手材が複合体層１１に直接接触して摺動する場合には、高い耐摩耗性が得られない。
その点、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２では、複合体層１１から突出する硬質粉末の各粒子が相手材による複合体層１１に対する直接の接触を妨げる。
In the FRP molded body 10, the dispersion surface 12 is configured as a sliding surface.
Since the composite layer 11 of the FRP molded body 10 has a property as a resin material, high wear resistance cannot be obtained when the counterpart material slides in direct contact with the composite layer 11.
In that respect, on the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10, each particle of the hard powder protruding from the composite layer 11 prevents direct contact with the composite layer 11 by the counterpart material.
換言すると、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２では、相手材と複合体層１１との間に硬質粉末が存在することにより、相手材と複合体層１１との接触面積が大幅に抑制される。これにより、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２では、高い耐摩耗性が得られる。
また、ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２の硬質粉末の各粒子が複合体層１１に強固に保持されているため摩耗屑が発生しにくい。このため、ＦＲＰ成形体１０は、不純物の混入が望ましくない精密機器などにも利用可能である。
In other words, on the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10, since the hard powder exists between the counterpart material and the composite layer 11, the contact area between the counterpart material and the composite layer 11 is significantly suppressed. Thereby, high abrasion resistance is obtained in the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10.
Further, in the FRP molded body 10, since each particle of the hard powder on the dispersion surface 12 is firmly held by the composite layer 11, wear debris is hardly generated. For this reason, the FRP molded object 10 can be utilized also for the precision instrument etc. with which mixing of an impurity is not desirable.
分散面１２の硬質粉末は、高い耐摩耗性を有する材料により形成される。具体的には、硬質粉末は、モース硬度ないし新モース硬度の高い物質の粉末である。硬質粉末を構成する物質の新モース硬度は、８以上であることが好ましい。このような硬質粉末を用いることにより、分散面１２における耐摩耗性の向上が得られやすい。 The hard powder of the dispersion surface 12 is formed of a material having high wear resistance. Specifically, the hard powder is a powder of a substance having a high Mohs hardness or a new Mohs hardness. The new Mohs hardness of the substance constituting the hard powder is preferably 8 or more. By using such a hard powder, it is easy to obtain improved wear resistance on the dispersion surface 12.
また、分散面１２の硬質粉末の粒径は、繊維材料の太さ（外径）よりも小さいことが好ましく、具体的には例えば１μｍ以下とすることができる。これにより、複合体層１１における繊維材料の機能を妨げることなく、分散面１２における耐摩耗性を向上させることができる。また、硬質粉末の粒径が小さいほど、分散面１２が平滑となるため、分散面１２における摺動性が向上する。 Further, the particle size of the hard powder on the dispersion surface 12 is preferably smaller than the thickness (outer diameter) of the fiber material, specifically, for example, 1 μm or less. Thereby, the abrasion resistance in the dispersion surface 12 can be improved without interfering with the function of the fiber material in the composite layer 11. Moreover, since the dispersion surface 12 becomes smooth, so that the particle size of hard powder is small, the slidability in the dispersion surface 12 improves.
更に、分散面１２における硬質粉末の量は、分散面１２が設けられた複合体層１１を形成するプリプレグの樹脂成分に対して２．５体積％以下であることが好ましい。これにより、分散面１２において特に高い耐摩耗性が得られる。 Furthermore, the amount of the hard powder on the dispersion surface 12 is preferably 2.5% by volume or less with respect to the resin component of the prepreg that forms the composite layer 11 provided with the dispersion surface 12. As a result, particularly high wear resistance is obtained on the dispersion surface 12.
本実施形態では、硬質粉末として、粒径が１３０ｎｍの炭化ケイ素粉末を用いている。炭化ケイ素粉末の粒径は、これに限定されず、例えば、２０〜３０ｎｍであってもよい。
また、硬質粉末の種類は、炭化ケイ素でなくてもよく、例えば、ダイヤモンド、炭化ホウ素、酸化アルミニウム（アルミナ）、炭化タングステン、石英などであってもよい。
In the present embodiment, silicon carbide powder having a particle size of 130 nm is used as the hard powder. The particle size of the silicon carbide powder is not limited to this, and may be, for example, 20 to 30 nm.
Moreover, the kind of hard powder may not be silicon carbide, for example, diamond, boron carbide, aluminum oxide (alumina), tungsten carbide, quartz, etc. may be sufficient.
（分散層１３）
ＦＲＰ成形体１０の分散層１３は、積層された複合体層１１の境界部に設けられている。分散層１３には、硬質粉末がＸ−Ｙ平面に沿って分散されている。各分散層１３の硬質粉末は、Ｚ軸方向に隣接する２層の複合体層１１によって挟持されている。
(Dispersion layer 13)
The dispersion layer 13 of the FRP molded body 10 is provided at a boundary portion of the laminated composite layers 11. In the dispersion layer 13, hard powder is dispersed along the XY plane. The hard powder of each dispersion layer 13 is sandwiched between two composite layers 11 adjacent in the Z-axis direction.
ＦＲＰ成形体１０において、分散層１３は、特に、Ｚ軸方向の強度を向上させる機能を有する。
具体的には、ＦＲＰ成形体１０に分散層１３を設けることにより、各複合体層１１における樹脂成分と繊維材料との剥離や、各複合体層１１内における亀裂が発生しにくくなることが確認されている。ＦＲＰ成形体１０では、このような分散層１３の作用によって、Ｚ軸方向の高い強度が得られる。
In the FRP molded body 10, the dispersion layer 13 particularly has a function of improving the strength in the Z-axis direction.
Specifically, it is confirmed that by providing the dispersion layer 13 on the FRP molded body 10, peeling between the resin component and the fiber material in each composite layer 11 and cracks in each composite layer 11 are less likely to occur. Has been. In the FRP molded body 10, high strength in the Z-axis direction is obtained by the action of the dispersion layer 13.
分散層１３には、分散面１２と同様の硬質粉末が用いられる。
つまり、分散層１３の硬質粉末は、モース硬度ないし新モース硬度の高い物質の粉末である。硬質粉末を構成する物質の新モース硬度は、８以上であることが好ましい。このような硬質粉末を用いることにより、ＦＲＰ成形体１０の強度の向上が得られやすい。
A hard powder similar to that of the dispersion surface 12 is used for the dispersion layer 13.
That is, the hard powder of the dispersion layer 13 is a powder of a substance having a high Mohs hardness or a new Mohs hardness. The new Mohs hardness of the substance constituting the hard powder is preferably 8 or more. By using such a hard powder, the strength of the FRP molded body 10 can be easily improved.
また、分散層１３の硬質粉末の粒径は、繊維材料の太さ（外径）よりも小さいことが好ましく、具体的には１μｍ以下であることがより好ましい。これにより、複合体層１１における繊維材料の機能に影響を与えることなく、ＦＲＰ成形体１０の強度を向上させることができる。 In addition, the particle size of the hard powder of the dispersion layer 13 is preferably smaller than the thickness (outer diameter) of the fiber material, and more specifically 1 μm or less. Thereby, the strength of the FRP molded body 10 can be improved without affecting the function of the fiber material in the composite layer 11.
更に、分散層１３における硬質粉末の量は、分散層１３に隣接する１層の複合体層１１を形成するプリプレグの樹脂成分に対して５体積％以下であることが好ましい。これにより、ＦＲＰ成形体１０において特に高い強度が得られる。 Furthermore, the amount of the hard powder in the dispersion layer 13 is preferably 5% by volume or less with respect to the resin component of the prepreg that forms one composite layer 11 adjacent to the dispersion layer 13. Thereby, particularly high strength is obtained in the FRP molded body 10.
なお、分散層１３に分散面１２と同一の硬質粉末を用いることにより、ＦＲＰ成形体１０の製造プロセスを簡素化することが可能である。しかし、分散層１３に分散面１２とは異なる硬質粉末を用いても構わない。 In addition, the manufacturing process of the FRP molded object 10 can be simplified by using the same hard powder as the dispersion surface 12 for the dispersion layer 13. However, a hard powder different from the dispersion surface 12 may be used for the dispersion layer 13.
（ＦＲＰ成形体１０の作用効果）
上記のとおりＦＲＰ成形体１０では、各複合体層１１における樹脂成分によって繊維材料が含浸された構成により、高い強度が得られる。
また、ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２に分散された硬質粉末により、分散面１２における高い耐摩耗性が得られる。更に、ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２の硬質粉末の各粒子が複合体層１１に強固に保持されているため摩耗屑が発生しにくい。
加えて、ＦＲＰ成形体１０では、硬質粉末が分散された分散層１３を設けることにより、高い強度が得られる。
(Operational effect of FRP molded body 10)
As described above, in the FRP molded body 10, high strength is obtained by the configuration in which the fiber material is impregnated with the resin component in each composite layer 11.
Further, in the FRP molded body 10, high wear resistance on the dispersion surface 12 is obtained by the hard powder dispersed on the dispersion surface 12. Further, in the FRP molded body 10, since each particle of the hard powder on the dispersion surface 12 is firmly held by the composite layer 11, wear debris is hardly generated.
In addition, in the FRP molded body 10, high strength can be obtained by providing the dispersion layer 13 in which the hard powder is dispersed.
［ＦＲＰ成形体１０の製造方法］
図３は、ＦＲＰ成形体１０の製造方法を示すフローチャートである。図４〜６は、ＦＲＰ成形体１０の製造過程を示す図である。以下、ＦＲＰ成形体１０の製造方法について、図３に沿って、図４〜６を適宜参照しながら説明する。
[Method for Manufacturing FRP Molded Body 10]
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the FRP molded body 10. 4-6 is a figure which shows the manufacturing process of the FRP molded object 10. FIG. Hereinafter, the manufacturing method of the FRP molded object 10 is demonstrated along FIG. 3, referring FIGS. 4-6 suitably.
（ステップＳ０１：プリプレグ準備）
ステップＳ０１では、ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１を形成するためのプリプレグ１１１を準備する。
プリプレグ１１１は、樹脂成分によって繊維材料が含浸された構成を有する未硬化のシート状複合材料である。プリプレグ１１１の詳細な構成は、複合体層１１の構成に応じて決定することができる。
(Step S01: Preparation of prepreg)
In step S01, a prepreg 111 for forming the composite layer 11 of the FRP molded body 10 is prepared.
The prepreg 111 is an uncured sheet-like composite material having a configuration in which a fiber material is impregnated with a resin component. The detailed configuration of the prepreg 111 can be determined according to the configuration of the composite layer 11.
図４（Ａ）は、ステップＳ０１で準備されるプリプレグ１１１の一例を示す平面図である。本実施形態では、未硬化のシアネート樹脂によって、Ｘ軸方向に配向した高剛性ピッチ系炭素繊維が含浸された構成のプリプレグ１１１を準備する。プリプレグ１１１の製造には、公知の方法を適宜採用可能である。 FIG. 4A is a plan view showing an example of the prepreg 111 prepared in step S01. In this embodiment, a prepreg 111 having a configuration in which a high-rigidity pitch-based carbon fiber oriented in the X-axis direction is impregnated with an uncured cyanate resin is prepared. For manufacturing the prepreg 111, a known method can be appropriately employed.
（ステップＳ０２：硬質粉末塗布）
ステップＳ０２では、ステップＳ０１で準備されたプリプレグ１１１のＺ軸方向両面に硬質粉末１１２を塗布する。
(Step S02: Hard powder application)
In step S02, the hard powder 112 is applied to both surfaces in the Z-axis direction of the prepreg 111 prepared in step S01.
図４（Ｂ）は、ステップＳ０２で得られる、硬質粉末１１２が塗布されたプリプレグ１１１の一例を示す平面図である。本実施形態では、硬質粉末１１２として、粒径が１３０ｎｍの炭化ケイ素粉末が用いられる。 FIG. 4B is a plan view showing an example of the prepreg 111 to which the hard powder 112 is applied, which is obtained in step S02. In the present embodiment, silicon carbide powder having a particle size of 130 nm is used as the hard powder 112.
プリプレグ１１１の各面に塗布する硬質粉末１１２の量は、プリプレグ１１１の樹脂成分に対して２．５体積％以下であることが好ましい。
これにより、ＦＲＰ成形体１０において、分散面１２における硬質粉末１１２の量をプリプレグ１１１の樹脂成分に対して２．５体積％以下とすることができる。また、分散層１３における硬質粉末１１２の量をプリプレグ１１１の樹脂成分に対して５体積％以下とすることができる。
The amount of the hard powder 112 applied to each surface of the prepreg 111 is preferably 2.5% by volume or less with respect to the resin component of the prepreg 111.
Thereby, in the FRP molded object 10, the quantity of the hard powder 112 in the dispersion surface 12 can be 2.5 volume% or less with respect to the resin component of the prepreg 111. FIG. Further, the amount of the hard powder 112 in the dispersion layer 13 can be 5% by volume or less with respect to the resin component of the prepreg 111.
硬質粉末１１２の塗布方法としては、硬質粉末１１２を均一に塗布可能な公知の方法を適宜採用可能である。硬質粉末１１２は、粉末の状態で塗布しても、溶媒に分散させた状態で塗布してもよい。硬質粉末１１２の塗布方法としては、例えば、スプレー法やスクリーン印刷法などを用いることができる。 As a method for applying the hard powder 112, a known method capable of uniformly applying the hard powder 112 can be appropriately employed. The hard powder 112 may be applied in a powder state or may be applied in a state dispersed in a solvent. As a method for applying the hard powder 112, for example, a spray method or a screen printing method can be used.
（ステップＳ０３：積層）
ステップＳ０３では、ステップＳ０２で得られる、硬質粉末１１２が塗布されたプリプレグ１１１を積層して積層体１１０を作製する。積層体１１０におけるプリプレグ１１１の枚数は適宜決定可能である。
(Step S03: Lamination)
In step S03, the prepreg 111 coated with the hard powder 112 obtained in step S02 is laminated to produce a laminate 110. The number of prepregs 111 in the laminate 110 can be determined as appropriate.
図５は、ステップＳ０３で得られる積層体１１０の斜視図である。図５では、説明の便宜上、積層体１１０において各プリプレグ１１１を分離して示している。本実施形態では、積層体１１０の作製に８枚のプリプレグ１１１が用いられる。 FIG. 5 is a perspective view of the laminate 110 obtained in step S03. In FIG. 5, for convenience of explanation, each prepreg 111 is shown separately in the laminate 110. In the present embodiment, eight prepregs 111 are used for producing the laminate 110.
（ステップＳ０４：硬化）
ステップＳ０４では、ステップＳ０３で得られる積層体１１０を硬化成形することにより、ＦＲＰ成形体１０を作製する。
(Step S04: Curing)
In step S04, the FRP molded object 10 is produced by carrying out hardening shaping | molding of the laminated body 110 obtained by step S03.
図６は、ステップＳ０４における積層体１１０の硬化成形方法を示す模式図である。本実施形態では、積層体１１０の硬化成形にオートクレーブ２００が用いられる。
オートクレーブ２００は、平板状の支持プレート２０１と、支持プレート２０１上を覆い、支持プレート２０１との間に空間Ｓを形成する真空フイルム２０２と、を有する。オートクレーブ２００の空間Ｓ内には、真空フイルム２０２の上面を平面状に維持するためのグラスクロス２０６と、積層体１１０の上下面を押圧するための押圧プレート２０３，２０４と、が設けられている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a method for curing and forming the laminate 110 in step S04. In the present embodiment, the autoclave 200 is used for the curing molding of the laminate 110.
The autoclave 200 includes a flat plate-like support plate 201 and a vacuum film 202 that covers the support plate 201 and forms a space S between the support plate 201. In the space S of the autoclave 200, a glass cloth 206 for maintaining the upper surface of the vacuum film 202 in a flat shape and pressing plates 203 and 204 for pressing the upper and lower surfaces of the laminate 110 are provided. .
オートクレーブ２００による硬化成形では、まず積層体１１０がリリースフイルム２０５を介して押圧プレート２０３，２０４に挟持された状態で設置され、空間Ｓの真空引きが行われる。そして、空間Ｓが所定の真空度に達した後に、積層体１１０に押圧プレート２０３，２０４を介してＺ軸方向に所定の荷重を加えながら、積層体１１０を所定温度に加熱する。これにより、積層体１１０が直方体状に硬化したＦＲＰ成形体１０が得られる。 In the hardening molding by the autoclave 200, the laminated body 110 is first installed in a state of being sandwiched between the pressing plates 203 and 204 via the release film 205, and the space S is evacuated. Then, after the space S reaches a predetermined degree of vacuum, the stacked body 110 is heated to a predetermined temperature while a predetermined load is applied to the stacked body 110 via the pressing plates 203 and 204 in the Z-axis direction. Thereby, the FRP molded object 10 in which the laminated body 110 hardened | cured in the rectangular parallelepiped shape is obtained.
積層体１１０の硬化成形方法としては、公知の方法を適宜採用可能であり、例えば、ホットプレス法や熱間等方圧加圧法などを用いることができる。また、場合によっては、特に成形する手法を用いずに積層体１１０を硬化させることも可能であり、このように得られる硬化物も本実施形態に係るＦＲＰ成形体１０に含まれるものとする。 As a method for curing and forming the laminate 110, a known method can be appropriately employed. For example, a hot press method or a hot isostatic pressing method can be used. Moreover, depending on the case, it is also possible to harden the laminated body 110, without using the method to shape | mold especially, and the hardened | cured material obtained in this way shall also be contained in the FRP molded object 10 which concerns on this embodiment.
（ＦＲＰ成形体１０の製造方法の作用効果）
以上により製造されたＦＲＰ成形体１０では、ステップＳ０２でプリプレグ１１１に硬質粉末１１２を塗布して形成された塗布面によって、分散面１２及び分散層１３が形成される。
つまり、図５に示す積層体１１０の最上層のプリプレグ１１１の上面、及び最下層のプリプレグ１１１の下面に塗布された硬質粉末１１２によって、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２が構成される。また、図５に示す積層体１１０の各プリプレグ１１１の接続面に塗布された硬質粉末１１２によって、ＦＲＰ成形体１０の分散層１３が構成される。
(Operation effect of the manufacturing method of FRP molded object 10)
In the FRP molded body 10 manufactured as described above, the dispersion surface 12 and the dispersion layer 13 are formed by the application surface formed by applying the hard powder 112 to the prepreg 111 in step S02.
That is, the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10 is configured by the hard powder 112 applied to the upper surface of the uppermost prepreg 111 and the lower surface of the lowermost prepreg 111 of the laminate 110 shown in FIG. Further, the dispersion layer 13 of the FRP molded body 10 is constituted by the hard powder 112 applied to the connection surfaces of the prepregs 111 of the laminate 110 shown in FIG.
また、上記の製造方法では、ステップＳ０２において未硬化のプリプレグ１１１に硬質粉末１１２を塗布することにより、硬質粉末１１２の各粒子が未硬化のプリプレグ１１１の表面に良好に粘着する。これにより、硬化後のＦＲＰ成形体１０の分散面１２において硬質粉末１１２の粒子が複合体層１１の表面に強固に保持される。 Further, in the above manufacturing method, the hard powder 112 is applied to the uncured prepreg 111 by applying the hard powder 112 to the uncured prepreg 111 in step S02. Thereby, the particles of the hard powder 112 are firmly held on the surface of the composite layer 11 on the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10 after curing.
更に、上記の製造方法では、ステップＳ０２において、すべてのプリプレグ１１１に均一な量の硬質粉末１１２を塗布する。つまり、各プリプレグ１１１ごとに、硬質粉末１１２の塗布の有無や、硬質粉末１１２の塗布量を管理する必要がない。したがって、複雑な作業を伴うことなくステップＳ０２を容易に行うことが可能である。 Further, in the above manufacturing method, a uniform amount of the hard powder 112 is applied to all the prepregs 111 in step S02. That is, it is not necessary to manage the presence / absence of application of the hard powder 112 and the application amount of the hard powder 112 for each prepreg 111. Therefore, step S02 can be easily performed without complicated work.
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, Of course, a various change can be added.
例えば、ＦＲＰ成形体１０では、複合体層１１のみによって充分な強度が得られる場合には、分散層１３が設けられていなくてもよい。
この場合、ＦＲＰ成形体１０の製造方法におけるステップＳ０２では、図５に示す積層体１１０の最上層のプリプレグ１１１の上面、及び最下層のプリプレグ１１１の下面のみに硬質粉末１１２を塗布すればよい。
For example, in the FRP molded body 10, when sufficient strength can be obtained only by the composite layer 11, the dispersion layer 13 may not be provided.
In this case, in step S02 in the method for manufacturing the FRP molded body 10, the hard powder 112 may be applied only to the upper surface of the uppermost prepreg 111 and the lower surface of the lowermost prepreg 111 of the laminate 110 shown in FIG.
また、ＦＲＰ成形体１０では、その用途などに応じて、分散面１２は、Ｚ軸方向の両面に設けられていなくてもよく、Ｚ軸方向の少なくとも片面に設けられていてもよい。そして、分散面１２では、各面の全領域ではなく、一部の領域のみに硬質粉末１１２が分散されていてもよい。 Moreover, in the FRP molded object 10, the dispersion | distribution surface 12 does not need to be provided in both surfaces of a Z-axis direction according to the use etc., and may be provided in at least one surface of the Z-axis direction. And in the dispersion | distribution surface 12, the hard powder 112 may be disperse | distributed only to the one part area instead of the whole area | region of each surface.
更に、ＦＲＰ成形体１０では、その用途などに応じて、分散層１３が、複合体層１１のすべての境界部に設けられていなくてもよく、複合体層１１の境界部のうちの少なくとも１つに分散層１３が設けられていてもよい。そして、分散層１３では、各境界部の全領域ではなく、一部の領域のみに硬質粉末が分散されていてもよい。 Further, in the FRP molded body 10, the dispersion layer 13 may not be provided on all the boundary portions of the composite layer 11 depending on the application, and at least one of the boundary portions of the composite layer 11. The dispersion layer 13 may be provided in one. And in the dispersion layer 13, hard powder may be disperse | distributed only to the one part area instead of the whole area | region of each boundary part.
本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 Examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
［ＦＲＰ成形体１０の製造］
（概要）
実施例１〜４では、分散面１２及び分散層１３における硬質粉末１１２の量を変化させて、以下に示す各条件でＦＲＰ成形体１０を作製した。また、本発明の比較例として、分散面１２及び分散層１３を有さない、つまり硬質粉末１１２の量が「０体積％」のＦＲＰ成形体１０を作製した。実施例１〜４及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０の構成及び製造方法は、硬質粉末１１２の量以外について共通である。
なお、以下の説明では、硬質粉末１１２の量を、プリプレグ１１１の１枚あたりの樹脂成分に対する体積分率で表すものとする。
・実施例１ 分散面：０．５体積％、分散層：１体積％
・実施例２ 分散面：１体積％、分散層：２体積％
・実施例３ 分散面：２．５体積％、分散層：５体積％
・実施例４ 分散面：５体積％、分散層：１０体積％
・比較例 分散面：０体積％、分散層：０体積％
[Manufacture of FRP molded body 10]
(Overview)
In Examples 1-4, the amount of the hard powder 112 in the dispersion surface 12 and the dispersion layer 13 was changed, and the FRP molded object 10 was produced on each conditions shown below. Further, as a comparative example of the present invention, an FRP molded body 10 having no dispersion surface 12 and dispersion layer 13, that is, the amount of hard powder 112 being “0% by volume” was produced. The configurations and manufacturing methods of the FRP molded bodies 10 according to Examples 1 to 4 and the comparative example are common except for the amount of the hard powder 112.
In the following description, the amount of the hard powder 112 is represented by a volume fraction with respect to a resin component per sheet of the prepreg 111.
Example 1 Dispersion surface: 0.5% by volume, dispersion layer: 1% by volume
Example 2 Dispersion surface: 1% by volume, dispersion layer: 2% by volume
Example 3 Dispersion surface: 2.5% by volume, dispersion layer: 5% by volume
Example 4 Dispersion surface: 5% by volume, dispersion layer: 10% by volume
Comparative Example Dispersion surface: 0% by volume, dispersion layer: 0% by volume
（プリプレグ１１１）
各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０の製造に用いるプリプレグ１１１には、シアネート樹脂としてＴＥＮＣＡＴＥ社製「ＥＸ−１５１５」を用い、高剛性ピッチ系炭素繊維として三菱樹脂株式会社製「Ｋ１３Ｃ」を用いた。
(Prepreg 111)
For the prepreg 111 used in the manufacture of the FRP molded body 10 according to each Example and Comparative Example, “EX-1515” manufactured by TENCATE is used as the cyanate resin, and “K13C” manufactured by Mitsubishi Plastics, Inc. as the high-rigidity pitch-based carbon fiber. Was used.
プリプレグ１１１は、大面積のシート状で用意される。使用前のプリプレグ１１１は、ロール状で袋詰めされた状態で冷蔵保管される。そして、使用時に、プリプレグ１１１は、袋詰めされた状態のまま１２時間室温で放置することにより、室温に戻される。図７は、室温に戻されたプリプレグ１１１を撮影した写真である。 The prepreg 111 is prepared as a large-area sheet. The prepreg 111 before use is refrigerated and stored in a roll-shaped bag. In use, the prepreg 111 is returned to room temperature by leaving it in a bag for 12 hours at room temperature. FIG. 7 is a photograph of the prepreg 111 that has been returned to room temperature.
室温に戻されたプリプレグ１１１は、所定の寸法に裁断される。各実施例及び比較例に係るプリプレグ１１１では、Ｘ軸方向の寸法を３００ｍｍとし、Ｙ軸方向の寸法を１５０ｍｍとした。 The prepreg 111 returned to room temperature is cut into a predetermined size. In the prepreg 111 according to each example and comparative example, the dimension in the X-axis direction was 300 mm, and the dimension in the Y-axis direction was 150 mm.
（硬質粉末１１２）
各実施例に係るＦＲＰ成形体１０の製造に用いる硬質粉末１１２には、粒径が１３０ｎｍの炭化ケイ素粉末を用いた。図８は、硬質粉末１１２を撮影した写真である。
実施例１〜４において、プリプレグ１１１の各面に塗布する硬質粉末１１２の量は以下に示すとおりである。なお、上記のとおり、比較例に係るＦＲＰ成形体１０では、硬質粉末１１２を用いず、つまり硬質粉末１１２の量が「０体積％」である。
・実施例１ ０．５体積％
・実施例２ １体積％
・実施例３ ２．５体積％
・実施例４ ５体積％
・比較例 ０体積％
(Hard powder 112)
Silicon carbide powder having a particle size of 130 nm was used as the hard powder 112 used for manufacturing the FRP compact 10 according to each example. FIG. 8 is a photograph of the hard powder 112 taken.
In Examples 1 to 4, the amount of the hard powder 112 applied to each surface of the prepreg 111 is as shown below. As described above, in the FRP molded body 10 according to the comparative example, the hard powder 112 is not used, that is, the amount of the hard powder 112 is “0 vol%”.
-Example 1 0.5 volume%
-Example 2 1 volume%
Example 3 2.5% by volume
-Example 4 5 volume%
・ Comparative example 0% by volume
（オートクレーブ２００）
オートクレーブ２００としては、株式会社芦田製作所製の装置を用いた。
各実施例及び比較例において、オートクレーブ２００による積層体１１０の硬化成形では、積層体１１０に０．４９ＭＰａのＺ軸方向の荷重をかけながら、１２０℃で４時間保持し、更に１３５℃で２時間保持した。その際、昇温速度は１℃／ｍｉｎとした。その後、室温近傍まで降温した成形体をオートクレーブ２００から取り出した。
(Autoclave 200)
As the autoclave 200, an apparatus manufactured by Iwata Manufacturing Co., Ltd. was used.
In each example and comparative example, in the curing molding of the laminate 110 by the autoclave 200, while applying a load in the Z-axis direction of 0.49 MPa to the laminate 110, the laminate 110 is held at 120 ° C for 4 hours, and further at 135 ° C for 2 hours. Retained. At that time, the rate of temperature increase was set to 1 ° C./min. Thereafter, the molded body cooled to near room temperature was taken out from the autoclave 200.
オートクレーブ２００から取り出された成形体では、硬化成形時に拘束されていないＸ軸方向及びＹ軸方向の端部の形状や構造が不安定となる場合がある。このため、オートクレーブ２００から取り出した成形体から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の端面から１．０〜１．５ｍｍ程度まで部分を切除し、各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０とした。 In the molded body taken out from the autoclave 200, the shape and structure of the end portions in the X-axis direction and the Y-axis direction that are not constrained during the curing molding may become unstable. For this reason, from the molded object taken out from the autoclave 200, a part is cut | disconnected from the end surface of a X-axis direction and a Y-axis direction to about 1.0-1.5 mm, and it was set as the FRP molded object 10 which concerns on each Example and a comparative example. .
［ＦＲＰ成形体１０の強度の評価］
（評価方法）
各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０について、Ｚ軸方向の強度の評価として３点曲げ試験を行った。ＦＲＰ成形体１０の強度の評価は、主に分散層１３の作用効果を確認するために行った。
[Evaluation of strength of FRP molded body 10]
(Evaluation method)
About the FRP molded object 10 which concerns on each Example and the comparative example, the three-point bending test was done as evaluation of the intensity | strength of a Z-axis direction. Evaluation of the strength of the FRP molded body 10 was performed mainly for confirming the function and effect of the dispersion layer 13.
各実施例及び比較例について３点曲げ試験に用いるサンプルＳ１は、ＦＲＰ成形体１０を切り出すことにより作製した。サンプルＳ１では、Ｘ軸方向の寸法ａを１００ｍｍとし、Ｙ軸方向の寸法ｂを１０ｍｍとし、Ｚ軸方向の厚さｈを１ｍｍとした。
３点曲げ試験は、卓上型万能試験機（株式会社島津製作所製「ＥＺ−Ｔｅｓｔ」）を用い、室温の大気中において実施した。ロードセルとしては１００Ｎを選択し、クロスヘッド変位速度は５ｍｍ／ｍｉｎとした。
Sample S1 used for the three-point bending test for each example and comparative example was produced by cutting out the FRP molded body 10. In sample S1, the dimension a in the X-axis direction was 100 mm, the dimension b in the Y-axis direction was 10 mm, and the thickness h in the Z-axis direction was 1 mm.
The three-point bending test was performed in a room temperature atmosphere using a desktop universal testing machine (“EZ-Test” manufactured by Shimadzu Corporation). 100N was selected as the load cell, and the crosshead displacement speed was 5 mm / min.
図９は、サンプルＳ１の３点曲げ試験の方法を示す模式図である。サンプルＳ１の３点曲げ試験には、支点Ｒｌ，Ｒｒ及び押圧点Ｒｃが用いられる。ここでは、支点Ｒｌ，Ｒｒ及び押圧点ＲｃがＹ軸方向に延びる丸棒であるものとして説明する。支点Ｒｌ，Ｒｒの直径は６ｍｍであり、押圧点Ｒｃの直径は１２ｍｍである。 FIG. 9 is a schematic diagram showing a method of a three-point bending test of sample S1. For the three-point bending test of sample S1, fulcrums Rl and Rr and pressing point Rc are used. Here, description will be made assuming that the fulcrums Rl and Rr and the pressing point Rc are round bars extending in the Y-axis direction. The diameters of the fulcrums Rl and Rr are 6 mm, and the diameter of the pressing point Rc is 12 mm.
支点Ｒｌ，ＲｒのＸ軸方向の距離である支点間距離Ｌは５０ｍｍである。押圧点Ｒｃは支点Ｒｌ，Ｒｒ間のＸ軸方向中央部に配置されており、支点Ｒｌ，Ｒｒと押圧点ＲｃとのＸ軸方向の距離は、いずれもＬ／２であり、つまり２５ｍｍである。
支点Ｒｌ，ＲｒはサンプルＳ１をＺ軸方向下側から支持する。押圧点Ｒｃは、ロードセルの駆動力によってＺ軸方向下方に変位し、サンプルＳ１のＺ軸方向上面の押圧部Ｐ１を押圧する。
The distance L between fulcrums, which is the distance in the X-axis direction between the fulcrums Rl and Rr, is 50 mm. The pressing point Rc is disposed at the center in the X-axis direction between the fulcrums Rl and Rr, and the distance in the X-axis direction between the fulcrum Rl and Rr and the pressing point Rc is L / 2, that is, 25 mm. .
The fulcrums Rl and Rr support the sample S1 from the lower side in the Z-axis direction. The pressing point Rc is displaced downward in the Z-axis direction by the driving force of the load cell, and presses the pressing part P1 on the upper surface in the Z-axis direction of the sample S1.
サンプルＳ１の曲げ応力σ（ＭＰａ）は、押圧点Ｒｃから押圧部Ｐ１に加わる荷重Ｐ（Ｎ）、支点間距離Ｌ（ｍｍ）、サンプルＳ１のＹ軸方向の寸法ｂ（ｍｍ）、サンプルＳ１のＺ軸方向の厚さｈ（ｍｍ）を用いて、下記式（１）により算出可能である。
なお、上記のとおり、いずれの実施例及び比較例でも、Ｌ＝５０ｍｍ、ｂ＝１０ｍｍ、ｈ＝１ｍｍである。
The bending stress σ (MPa) of the sample S1 is the load P (N) applied to the pressing part P1 from the pressing point Rc, the distance L (mm) between the fulcrums, the dimension b (mm) of the sample S1 in the Y-axis direction, Using the thickness h (mm) in the Z-axis direction, it can be calculated by the following equation (1).
Note that, as described above, L = 50 mm, b = 10 mm, and h = 1 mm in both Examples and Comparative Examples.
まず、各実施例及び比較例に係るサンプルＳ１について、応力ひずみ線図（曲げ応力σ−押圧点Ｒｃの変位ｄ曲線）を作成した。そして、当該応力ひずみ線図から、最大曲げ強度（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）、及び弾性限応力（ＭＰａ）を求めた。
具体的に、最大曲げ強度は、応力ひずみ線図における曲げ応力σの最大値として求められる。曲げ弾性定数は、応力ひずみ線図の弾性領域における比例定数を用いて求められる。弾性限応力は、応力ひずみ線図における比例限度となる曲げ応力σとして求められる。
また、各実施例及び比較例について、３点曲げ試験の後の各サンプルＳ１の断面観察を行った。サンプルＳ１の断面観察には光学顕微鏡を用いた。
First, a stress strain diagram (bending stress σ−displacement d curve of the pressing point Rc) was created for the sample S1 according to each example and comparative example. And the maximum bending strength (MPa), the bending elastic modulus (MPa), and the elastic limit stress (MPa) were calculated | required from the said stress strain diagram.
Specifically, the maximum bending strength is obtained as the maximum value of the bending stress σ in the stress strain diagram. The bending elastic constant is obtained using a proportional constant in the elastic region of the stress strain diagram. The elastic limit stress is obtained as a bending stress σ which becomes a proportional limit in the stress strain diagram.
Moreover, about each Example and the comparative example, the cross-sectional observation of each sample S1 after a 3 point | piece bending test was performed. An optical microscope was used for cross-sectional observation of sample S1.
（評価結果）
図１０及び図１１は、各実施例及び比較例に係るサンプルＳ１について、上記のような３点曲げ試験を少なくとも６回行った結果を示す図である。
図１０は、実施例１〜４及び比較例に係るサンプルＳ１についての応力ひずみ線図の一例を示すグラフである。
図１１は、実施例１〜４及び比較例に係るサンプルＳ１について、図１０に示す応力ひずみ線図から求めた最大曲げ強度、曲げ弾性率、及び弾性限応力を示すグラフである。図１１（Ａ）は最大曲げ強度を示し、図１１（Ｂ）は曲げ弾性率を示し、図１１（Ｃ）は弾性限応力を示している。図１１では、各物性値の平均値を棒グラフで示し、各物性値の最大値及び最小値をエラーバーで示している。
(Evaluation results)
FIG. 10 and FIG. 11 are diagrams showing the results of performing the above three-point bending test at least six times for the sample S1 according to each example and comparative example.
FIG. 10 is a graph illustrating an example of a stress strain diagram for the samples S1 according to Examples 1 to 4 and the comparative example.
FIG. 11 is a graph showing the maximum bending strength, bending elastic modulus, and elastic limit stress obtained from the stress strain diagram shown in FIG. 10 for Samples S1 according to Examples 1 to 4 and Comparative Example. 11A shows the maximum bending strength, FIG. 11B shows the bending elastic modulus, and FIG. 11C shows the elastic limit stress. In FIG. 11, the average value of each physical property value is indicated by a bar graph, and the maximum value and the minimum value of each physical property value are indicated by error bars.
図１１に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、最大曲げ強度、曲げ弾性率、及び弾性限応力のいずれにおいても、比較例に係るサンプルＳ１よりも高い値が得られた。つまり、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプルＳ１よりも高い強度が得られている。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０の強度が向上することがわかる。 As shown in FIG. 11, in sample S1 which concerns on Examples 1-4, the value higher than sample S1 which concerns on any of a maximum bending strength, a bending elastic modulus, and elastic limit stress was obtained. That is, the sample S1 according to Examples 1 to 4 has higher strength than the sample S1 according to the comparative example. Thereby, it turns out that the intensity | strength of the FRP molded object 10 improves by providing the dispersion layer 13. FIG.
また、実施例１〜３に係るサンプルＳ１では、６００ＭＰａ以上の高い最大曲げ強度が得られ、曲げ弾性率及び弾性限応力についても実施例４に係るサンプルＳ１よりも高い値が得られた。
これにより、分散層１３における硬質粉末１１２の量を５体積％以下とすることによって、より高い強度のＦＲＰ成形体１０が得られることがわかる。
Moreover, in the sample S1 which concerns on Examples 1-3, the high maximum bending strength of 600 Mpa or more was obtained, and the value higher than the sample S1 which concerns on Example 4 was obtained also about the bending elastic modulus and the elastic limit stress.
Thereby, it turns out that the FRP molded object 10 of higher intensity | strength is obtained by making the quantity of the hard powder 112 in the dispersion layer 13 into 5 volume% or less.
更に、実施例２に係るサンプルＳ１では、最大曲げ強度、曲げ弾性率、及び弾性限応力のいずれにおいても、最も高い値が得られた。このことから、分散層１３における硬質粉末１１２の量が１体積％より多く、５体積％より少ない範囲内において強度の極大値があるものと考えられる。このため、分散層１３における硬質粉末１１２の量は１体積％より多く、５体積％より少ないことが特に好ましい。 Furthermore, in the sample S1 according to Example 2, the highest value was obtained in any of the maximum bending strength, bending elastic modulus, and elastic limit stress. From this, it is considered that there is a maximum value of strength in the range where the amount of the hard powder 112 in the dispersion layer 13 is more than 1% by volume and less than 5% by volume. For this reason, the amount of the hard powder 112 in the dispersion layer 13 is particularly preferably more than 1% by volume and less than 5% by volume.
図１２は、実施例１〜４及び比較例について、３点曲げ試験の後のサンプルＳ１断面を撮影した写真である。図１２（Ａ）は比較例を示し、図１２（Ｂ）は実施例１を示し、図１２（Ｃ）は実施例２を示し、図１２（Ｄ）は実施例３を示し、図１２（Ｅ）は実施例４を示している。図１２は、いずれもサンプルＳ１における押圧部Ｐ１を含む領域を示している。 FIG. 12 is a photograph of samples S1 taken after the three-point bending test for Examples 1 to 4 and Comparative Example. 12 (A) shows a comparative example, FIG. 12 (B) shows Example 1, FIG. 12 (C) shows Example 2, FIG. 12 (D) shows Example 3, and FIG. E) shows Example 4. FIG. 12 shows a region including the pressing portion P1 in the sample S1.
図１２を観察すると、いずれの実施例及び比較例においても、３点曲げ試験の後のサンプルＳ１には、押圧点Ｒｃから荷重を受けた押圧部Ｐ１付近でＺ軸方向の破断が発生している。これらの部分では、押圧点Ｒｃから押圧部Ｐ１への大きい荷重により、繊維材料の破断が発生しているものと考えられる。 When observing FIG. 12, in any of the examples and comparative examples, the sample S1 after the three-point bending test is broken in the Z-axis direction in the vicinity of the pressing portion P1 that receives a load from the pressing point Rc. Yes. In these portions, it is considered that the fiber material is broken due to a large load from the pressing point Rc to the pressing portion P1.
図１２を詳細に観察すると、図１２（Ａ）に示す比較例に係るサンプルＳ１では、一点鎖線で囲んだ領域において、繊維材料の配向方向に沿って、Ｘ軸方向に大きく進展した亀裂が見られる。この亀裂は、複合体層１１における樹脂成分と繊維材料との剥離に起因するものと考えられる。 When observing FIG. 12 in detail, in the sample S1 according to the comparative example shown in FIG. 12 (A), in the region surrounded by the alternate long and short dash line, a crack that greatly progressed in the X-axis direction along the orientation direction of the fiber material was observed. It is done. It is considered that this crack is caused by peeling between the resin component and the fiber material in the composite layer 11.
この一方で、図１２（Ｂ）〜図１２（Ｅ）に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプルＳ１のようにＸ軸方向に大きく進展した亀裂が見られなかった。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０におけるＸ軸方向の亀裂の進展を抑制できることがわかる。
この点について、例えば、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、分散層１３の硬質粉末１１２による応力分散効果によって、亀裂の発生及び成長が抑制されているものと考察することができる。
この結果、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプルＳ１よりも高い強度が得られたものと考えられる。
On the other hand, as shown in FIG. 12B to FIG. 12E, in the sample S1 according to Examples 1 to 4, there was a crack that greatly progressed in the X-axis direction as in the sample S1 according to the comparative example. I couldn't. Thus, it can be seen that by providing the dispersion layer 13, the progress of cracks in the X-axis direction in the FRP molded body 10 can be suppressed.
In this regard, for example, in Sample S1 according to Examples 1 to 4, it can be considered that the generation and growth of cracks are suppressed by the stress dispersion effect of the hard powder 112 of the dispersion layer 13.
As a result, it is considered that the sample S1 according to Examples 1 to 4 has higher strength than the sample S1 according to the comparative example.
図１２をより詳細に観察すると、図１２（Ｂ）に示す実施例１に係るサンプルＳ１では、一点鎖線で囲んだ領域において、Ｘ軸方向にやや進展した亀裂が見られた。また、図１２（Ｄ）及び図１２（Ｅ）に示す実施例３，４に係るサンプルＳ１では、一点鎖線で囲んだ領域において、小さい亀裂が見られた。この一方で、図１２（Ｃ）に示す実施例２に係るサンプルＳ１では亀裂が見られなかった。
この点について、例えば、実施例２に係るサンプルＳ１では、実施例１に係るサンプルＳ１よりも、分散層１３における硬質粉末１１２が多いために応力分散効果がより良好に得られているものと考察することができる。
When observing FIG. 12 in more detail, in the sample S1 according to Example 1 shown in FIG. 12B, a crack that slightly developed in the X-axis direction was observed in the region surrounded by the alternate long and short dash line. Moreover, in the sample S1 according to Examples 3 and 4 shown in FIGS. 12D and 12E, small cracks were observed in the region surrounded by the alternate long and short dash line. On the other hand, no crack was observed in the sample S1 according to Example 2 shown in FIG.
In this regard, for example, in the sample S1 according to the second embodiment, it is considered that the stress dispersion effect is obtained better because the hard powder 112 in the dispersion layer 13 is larger than the sample S1 according to the first embodiment. can do.
図１２を更に詳細に観察すると、図１２（Ｃ）〜図１２（Ｅ）に示す実施例２〜４に係るサンプルＳ１において、分散層１３における硬質粉末の量の増加に伴い、小さい亀裂が増加する傾向が見られる。つまり、上記のとおり分散層１３を設けることによりＸ軸方向の亀裂の進展が抑制されるものの、分散層１３における硬質粉末の量が多くなると小さい亀裂が増加するものと考えられる。 When FIG. 12 is observed in more detail, in the sample S1 according to Examples 2 to 4 shown in FIGS. 12C to 12E, small cracks increase as the amount of hard powder in the dispersion layer 13 increases. The tendency to do is seen. That is, it is considered that the cracks in the X-axis direction are suppressed by providing the dispersion layer 13 as described above, but small cracks increase as the amount of hard powder in the dispersion layer 13 increases.
この点ついて、例えば、実施例３，４に係るサンプルＳ１における小さい亀裂は、比較例及び実施例１に係るサンプルＳ１における亀裂とはその発生モードが異なり、分散層１３の硬質粉末１１２が誘発させたものと推測することができる。この推測に基づくと、分散層１３における硬質粉末１１２が一定量より多くなると、サンプルＳ１における小さい亀裂の増加に伴い、サンプルＳ１の強度が低下するものと考えられる。 In this regard, for example, the small cracks in the sample S1 according to Examples 3 and 4 are different from the crack generation modes in the sample S1 according to the comparative example and Example 1, and the hard powder 112 of the dispersion layer 13 induces the crack. Can be guessed. Based on this estimation, it is considered that when the hard powder 112 in the dispersion layer 13 exceeds a certain amount, the strength of the sample S1 decreases with an increase in small cracks in the sample S1.
このようなメカニズムにより、分散層１３における硬質粉末１１２の量に対し、サンプルＳ１の強度の極大値が存在しているものと考えられる。サンプルＳ１の強度が極大値となる分散層１３における硬質粉末１１２の量は２体積％（実施例２）付近であるものと考えられる。このように、実施例２に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプル１で見られた亀裂、及び実施例４に係るサンプル１で見られた小さい亀裂のいずれも良好に抑制された結果として、特に高い強度が得られたものと考えられる。 With such a mechanism, it is considered that there is a maximum value of the strength of the sample S1 with respect to the amount of the hard powder 112 in the dispersion layer 13. It is considered that the amount of the hard powder 112 in the dispersion layer 13 at which the strength of the sample S1 is a maximum value is around 2% by volume (Example 2). Thus, in the sample S1 according to Example 2, as a result of satisfactorily suppressing both the cracks seen in the sample 1 according to the comparative example and the small cracks seen in the sample 1 according to Example 4, It is considered that particularly high strength was obtained.
［ＦＲＰ成形体１０の耐摩耗性の評価］
（評価方法）
各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０について、耐摩耗性の評価としてボールオンディスク法による摩擦摩耗試験を行った。ＦＲＰ成形体１０の耐摩耗性の評価は、主に分散面１２の作用効果を確認するために行った。
[Evaluation of Wear Resistance of FRP Molded Body 10]
(Evaluation method)
The FRP molded body 10 according to each example and comparative example was subjected to a frictional wear test by a ball-on-disk method as an evaluation of wear resistance. Evaluation of the wear resistance of the FRP molded body 10 was performed mainly for confirming the action and effect of the dispersion surface 12.
各実施例及び比較例について摩擦摩耗試験に用いるサンプルＳ２は、ＦＲＰ成形体１０を切り出すことにより作製した。サンプルＳ２では、Ｘ軸方向の寸法ａを３０ｍｍとし、Ｙ軸方向の寸法ｂを３０ｍｍとし、Ｚ軸方向の厚さｈを約１ｍｍとした。
摩擦摩耗試験は、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機（レスカ社製「フリクションプレーヤ」）を用い、室温の大気中において実施した。
Sample S2 used in the frictional wear test for each of the examples and comparative examples was produced by cutting out the FRP molded body 10. In sample S2, the dimension a in the X-axis direction was 30 mm, the dimension b in the Y-axis direction was 30 mm, and the thickness h in the Z-axis direction was about 1 mm.
The friction and wear test was performed in a room temperature atmosphere using a ball-on-disk type friction and wear tester (“Friction Player” manufactured by Reska).
図１３は、サンプルＳ２の摩擦摩耗試験の方法を示す模式図である。図１３（Ａ）はサンプルＳ２をＺ軸方向上方から示し、図１３（Ｂ）はサンプルＳ２をＸ軸方向側方から示している。なお、図１３では、説明の便宜上、サンプルＳ２を実際の形状とは異なる寸法比で示している。
摩擦摩耗試験機３００は、Ｚ軸方向に相互に対向するステージ３０１及びボール３０２を有する。ステージ３０１は、サンプルＳ２のＺ軸方向下面を保持する。ボール３０２は、ステージ３０１に保持されたサンプルＳ２のＺ軸方向上面の押圧部Ｐ２に押し当てられる。ステージ３０１は、Ｚ軸に平行な中心軸Ｃを中心に回転可能に構成され、サンプルＳ２を回転させる。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a method of a frictional wear test of sample S2. FIG. 13A shows the sample S2 from above in the Z-axis direction, and FIG. 13B shows the sample S2 from the side in the X-axis direction. In FIG. 13, for convenience of explanation, the sample S2 is shown with a dimensional ratio different from the actual shape.
The friction and wear tester 300 includes a stage 301 and a ball 302 that face each other in the Z-axis direction. The stage 301 holds the lower surface in the Z-axis direction of the sample S2. The ball 302 is pressed against the pressing portion P2 on the upper surface in the Z-axis direction of the sample S2 held on the stage 301. The stage 301 is configured to be rotatable about a central axis C parallel to the Z axis, and rotates the sample S2.
摩擦摩耗試験機３００では、サンプルＳ２のＺ軸方向上面の押圧部Ｐ２にボール３０２を押し当てた状態で、ステージ３０１を回転させることにより、ボール３０２をサンプルＳ２のＺ軸方向上面において一定の円軌道で摺動させる。このように、ボール３０２をサンプルＳ２の分散面１２上を摺動させることにより、サンプルＳ２の分散面１２における耐摩耗性を評価することができる。 In the friction and wear tester 300, the stage 302 is rotated in a state where the ball 302 is pressed against the pressing portion P2 on the upper surface in the Z-axis direction of the sample S2, so that the ball 302 is fixed on the upper surface in the Z-axis direction of the sample S2. Slide on the track. In this way, by sliding the ball 302 on the dispersion surface 12 of the sample S2, the wear resistance on the dispersion surface 12 of the sample S2 can be evaluated.
ボール３０２としては、直径４．７６ｍｍの軸受鋼（ＳＵＪ２）研磨球を用いた。ボール３０２の押圧部Ｐ２に対する荷重は１Ｎとした。中心軸Ｃと押圧部Ｐ２との距離で規定されるボール３０２の摺動半径ｒは４ｍｍとした。ステージ３０１の回転速度は９５．５ｒｐｍとし、各試験におけるステージ３０１の回転数は３０００回転とした。 As the balls 302, bearing steel (SUJ2) polished balls having a diameter of 4.76 mm were used. The load with respect to the press part P2 of the ball | bowl 302 was 1N. The sliding radius r of the ball 302 defined by the distance between the central axis C and the pressing part P2 was 4 mm. The rotation speed of the stage 301 was 95.5 rpm, and the rotation speed of the stage 301 in each test was 3000 rotations.
各実施例及び比較例に係るサンプルＳ２について、このような。摩擦摩耗試験を５回ずつ行った。摩擦摩耗試験の後の各サンプルＳ２は、ヘキサンを用いた超音波洗浄を１５分行った後に、２４時間室温にて放置して乾燥させた。 Such is the case with the sample S2 according to each example and comparative example. The friction and wear test was performed five times. Each sample S2 after the friction and wear test was subjected to ultrasonic cleaning with hexane for 15 minutes and then allowed to dry at room temperature for 24 hours.
図１４は、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の一例を示す平面図である。各サンプルＳ２には、ボール３０２の円軌道で摺動した痕跡として摺動痕Ｒが残る。
各サンプルＳ２の図１４に示す領域Ａ１において、サンプルＳ２の分散面１２におけるＸ軸方向の摺動痕Ｒを観察することが可能である。また、各サンプルＳ２の図１４に示す領域Ａ２において、サンプルＳ２の分散面１２におけるＹ軸方向の摺動痕Ｒを観察することが可能である。
FIG. 14 is a plan view showing an example of the sample S2 after the frictional wear test. In each sample S2, a sliding trace R remains as a trace of sliding on the circular path of the ball 302.
In the region A1 shown in FIG. 14 of each sample S2, it is possible to observe the sliding trace R in the X-axis direction on the dispersion surface 12 of the sample S2. Further, in the region A2 shown in FIG. 14 of each sample S2, it is possible to observe the sliding trace R in the Y-axis direction on the dispersion surface 12 of the sample S2.
各実施例及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ１及び領域Ａ２について、観察を行った。サンプルＳ２の断面観察には光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた。 About each Example and the comparative example, it observed about area | region A1 and area | region A2 of sample S2 after a friction abrasion test. An optical microscope and a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) were used for cross-sectional observation of the sample S2.
また、各実施例及び比較例に係るサンプルＳ２の損傷量として、領域Ａ１及び領域Ａ２を撮影した写真から、領域Ａ１及び領域Ａ２のうち損傷を受けた領域の面積を求めた。損傷を受けた領域は、各サンプルＳ２の写真から画像処理により抽出した。画像処理ソフトとしてはＪＴｒｉｍを用いた。
なお、各サンプルＳ２について撮影する領域Ａ１及び領域Ａ２の位置、大きさ、及び範囲はいずれも同様である。このため、各サンプルＳ２について求める損傷量（μｍ２）は、直接比較可能な物性値である。
Moreover, the area of the damaged area | region among area | region A1 and area | region A2 was calculated | required from the photograph which image | photographed area | region A1 and area | region A2 as damage amount of sample S2 which concerns on each Example and a comparative example. The damaged area was extracted from the photograph of each sample S2 by image processing. JTrim was used as image processing software.
Note that the positions, sizes, and ranges of the area A1 and the area A2 to be photographed for each sample S2 are the same. Therefore, the damage amount (μm 2 ) obtained for each sample S2 is a physical property value that can be directly compared.
（評価結果）
（１）Ｘ軸方向の摺動痕Ｒ
図１５は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ１を撮影した写真である。図１５（Ａ）は比較例を示し、図１５（Ｂ）は実施例１を示し、図１５（Ｃ）は実施例２を示し、図１５（Ｄ）は実施例３を示し、図１５（Ｅ）は実施例４を示している。
(Evaluation results)
(1) Slide mark R in the X-axis direction
FIG. 15 is a photograph of the region A1 of the sample S2 after the frictional wear test for Examples 1 to 4 and the comparative example. 15 (A) shows a comparative example, FIG. 15 (B) shows Example 1, FIG. 15 (C) shows Example 2, FIG. 15 (D) shows Example 3, and FIG. E) shows Example 4.
また、図１６は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の摺動痕Ｒを撮影したＳＥＭ写真である。図１６（Ａ）は比較例を示し、図１６（Ｂ）は実施例１を示し、図１６（Ｃ）は実施例２を示し、図１６（Ｄ）は実施例３を示し、図１６（Ｅ）は実施例４を示している。 FIG. 16 is an SEM photograph in which the sliding trace R of the sample S2 after the frictional wear test was photographed for Examples 1 to 4 and the comparative example. 16 (A) shows a comparative example, FIG. 16 (B) shows Example 1, FIG. 16 (C) shows Example 2, FIG. 16 (D) shows Example 3, and FIG. E) shows Example 4.
図１５を観察すると、実施例１〜４に係るサンプルＳ２では、比較例に係るサンプルＳ２よりも摺動痕Ｒが小さいことがわかる。更に、図１６を観察すると、比較例に係るサンプルＳ２では、実施例１〜４に係るサンプルＳ２よりも広い範囲で、樹脂材料と繊維材料とが剥離して繊維材料が剥き出しになっていることがわかる。 When observing FIG. 15, it turns out that the sliding trace R is smaller in sample S2 which concerns on Examples 1-4 than sample S2 which concerns on a comparative example. Furthermore, when FIG. 16 is observed, in the sample S2 according to the comparative example, the resin material and the fiber material are separated and the fiber material is exposed in a wider range than the sample S2 according to the first to fourth examples. I understand.
図１５及び図１６を詳細に観察すると、図１５（Ｃ）に示す実施例２に係るサンプルＳ２では摺動痕Ｒがほとんど見られず、図１６（Ｃ）に示すＳＥＭ写真においても摺動痕Ｒとして細い一筋のクラックしか発生していないことがわかる。 When FIG. 15 and FIG. 16 are observed in detail, the sliding trace R is hardly seen in the sample S2 according to Example 2 shown in FIG. 15C, and the sliding trace is also shown in the SEM photograph shown in FIG. It can be seen that only a single thin crack has occurred as R.
図１６をより詳細に観察すると、実施例４に係るサンプルＳ２では、実施例１〜３及び比較例に係るサンプルＳ２とは異なる組織となっていることがわかる。
実施例１〜３及び比較例に係るサンプルＳ２ではいずれも繊維材料に沿ってＸ軸方向に延びる筋状のクラックが見られるのに対し、実施例４に係るサンプルＳ２では方向性を持たない２次元的なヒビ割れが見られる。実施例４に係るサンプルＳ２のこのような組織について、その詳細な原因は定かではないものの、硬質粉末１１２の量が多いことに起因するものと推測される。
When observing FIG. 16 in more detail, it can be seen that the sample S2 according to Example 4 has a different structure from the samples S2 according to Examples 1 to 3 and the comparative example.
Examples 1 to 3 and the sample S2 according to the comparative example all have streak-like cracks extending in the X-axis direction along the fiber material, whereas the sample S2 according to Example 4 has no directivity 2 There are dimensional cracks. About such a structure of sample S2 concerning Example 4, although the detailed cause is not certain, it is estimated that it originates in there being much quantity of hard powder 112.
図１７は、実施例１〜４及び比較例について、図１５に示す摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ１を撮影した写真から損傷量（μｍ２）を求めたグラフである。図１７において、横軸が分散面１２における硬質粉末１１２の量（体積％）を示し、縦軸が損傷量（μｍ２）を示している。
図１７では、損傷量の平均値を棒グラフで示し、損傷量の最大値及び最小値をエラーバーで示している。
FIG. 17 is a graph in which the damage amount (μm 2 ) is obtained from the photographs of the region A1 of the sample S2 after the frictional wear test shown in FIG. In FIG. 17, the horizontal axis indicates the amount (volume%) of the hard powder 112 on the dispersion surface 12, and the vertical axis indicates the damage amount (μm 2 ).
In FIG. 17, the average value of the damage amount is indicated by a bar graph, and the maximum value and the minimum value of the damage amount are indicated by error bars.
図１７に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ２では、比較例に係るサンプルＳ２よりも大幅に小さい損傷量が得られた。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２において高い耐摩耗性が得られることがわかる。 As shown in FIG. 17, in sample S2 which concerns on Examples 1-4, the damage amount significantly smaller than sample S2 which concerns on a comparative example was obtained. Thus, it can be seen that by providing the dispersion layer 13, high wear resistance can be obtained on the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10.
より詳細には、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０体積％から０．５体積％とすることにより損傷量が大幅に減少している。これにより、分散面１２に少量でも硬質粉末１１２を分散させることによって、損傷量を減少させることができるものと考えられる。したがって、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０体積％より大きければよい。 More specifically, the amount of damage is greatly reduced by changing the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 from 0% by volume to 0.5% by volume. Thus, it is considered that the amount of damage can be reduced by dispersing the hard powder 112 on the dispersion surface 12 even in a small amount. Therefore, the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 may be larger than 0% by volume.
また、分散面１２における硬質粉末１１２の量が２．５体積％以下であるサンプルＳ２において特に小さい損傷量が得られた。このため、分散面１２における硬質粉末１１２の量は２．５体積％以下であることが好ましい。 Further, a particularly small damage amount was obtained in the sample S2 in which the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 was 2.5% by volume or less. For this reason, it is preferable that the quantity of the hard powder 112 in the dispersion surface 12 is 2.5 volume% or less.
更に、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％であるサンプルＳ２において最も小さい損傷量が得られた。つまり、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０．５体積％から１体積％に増加させることにより損傷量が減少している。この一方で、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％以上である範囲では、硬質粉末１１２の量の増加に伴って損傷量が増加する傾向が見られる。
この点について、分散面１２の硬質粉末１１２が、上記の３点曲げ試験における分散層１３の硬質粉末１１２と同様の作用を奏しているものと推測される。つまり、分散面１２の硬質粉末１１２が少ない場合には、硬質粉末１１２における分散面１２に損傷の発生を抑制する作用が支配的であるものと考えられる。この一方で、分散面１２の硬質粉末１１２が一定量より多くなると、硬質粉末１１２が分散面１２における損傷の発生を誘発させるものと考えられる。
Further, the smallest damage amount was obtained in the sample S2 in which the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 was 1% by volume. That is, the amount of damage is reduced by increasing the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 from 0.5% by volume to 1% by volume. On the other hand, in the range where the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 is 1% by volume or more, there is a tendency that the amount of damage increases as the amount of the hard powder 112 increases.
In this regard, it is presumed that the hard powder 112 of the dispersion surface 12 has the same effect as the hard powder 112 of the dispersion layer 13 in the above three-point bending test. That is, when the hard powder 112 on the dispersed surface 12 is small, it is considered that the action of suppressing the occurrence of damage to the dispersed surface 12 in the hard powder 112 is dominant. On the other hand, when the hard powder 112 on the dispersion surface 12 exceeds a certain amount, it is considered that the hard powder 112 induces the occurrence of damage on the dispersion surface 12.
上記のような傾向から、分散面１２における硬質粉末１１２の量が０．５体積％より多く、２．５体積％より少ない範囲内において損傷量の極小値があるものと考えられる。このため、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０．５体積％より多く、２．５体積％より少ないことが特に好ましい。 From the above tendency, it is considered that there is a minimum value of the damage amount in the range where the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 is more than 0.5% by volume and less than 2.5% by volume. For this reason, the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 is particularly preferably more than 0.5% by volume and less than 2.5% by volume.
（２）Ｙ軸方向の摺動痕Ｒ
図１８は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ２を撮影した写真である。図１８（Ａ）は比較例を示し、図１８（Ｂ）は実施例１を示し、図１８（Ｃ）は実施例２を示し、図１８（Ｄ）は実施例３を示し、図１８（Ｅ）は実施例４を示している。
(2) Slide mark R in the Y-axis direction
FIG. 18 is a photograph of the region A2 of the sample S2 after the frictional wear test for Examples 1 to 4 and the comparative example. 18A shows a comparative example, FIG. 18B shows Example 1, FIG. 18C shows Example 2, FIG. 18D shows Example 3, and FIG. E) shows Example 4.
また、図１９は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の摺動痕Ｒを撮影したＳＥＭ写真である。図１９（Ａ）は比較例を示し、図１９（Ｂ）は実施例１を示し、図１９（Ｃ）は実施例２を示し、図１９（Ｄ）は実施例３を示し、図１９（Ｅ）は実施例４を示している。 Moreover, FIG. 19 is the SEM photograph which image | photographed the sliding trace R of sample S2 after a friction abrasion test about Examples 1-4 and a comparative example. 19A shows a comparative example, FIG. 19B shows Example 1, FIG. 19C shows Example 2, FIG. 19D shows Example 3, and FIG. E) shows Example 4.
図１８及び図１９を観察すると、各サンプルＳ２におけるＹ軸方向の摺動痕Ｒは、図１５及び図１６に示すＸ軸方向の摺動痕Ｒよりも全体的に小さいことがわかる。これにより、各サンプルＳ２では、繊維材料の配向方向であるＸ軸方向の摺動によって損傷が発生しやすく、繊維材料の配向方向に垂直なＹ軸方向の摺動によっては損傷が発生しにくいことがわかる。 Observing FIGS. 18 and 19, it can be seen that the sliding trace R in the Y-axis direction in each sample S2 is generally smaller than the sliding trace R in the X-axis direction shown in FIGS. 15 and 16. As a result, in each sample S2, damage is likely to occur due to sliding in the X-axis direction, which is the orientation direction of the fiber material, and damage is less likely to occur due to sliding in the Y-axis direction perpendicular to the orientation direction of the fiber material. I understand.
図１８を観察すると、比較例に係るサンプルＳ２では、実施例１〜４に係るサンプルＳ２よりも摺動痕Ｒ近傍の広い範囲において粗い表面となっていることがわかる。より詳細には、比較例に係るサンプルＳ２の表面には、摺動痕Ｒに直交するＸ軸方向に延びる筋状の凹凸が見られる。 When observing FIG. 18, it turns out that sample S2 which concerns on a comparative example has a rough surface in the wide range of the sliding trace R vicinity rather than sample S2 which concerns on Examples 1-4. More specifically, streaky irregularities extending in the X-axis direction perpendicular to the sliding trace R are seen on the surface of the sample S2 according to the comparative example.
更に、図１９（Ａ）を観察すると、比較例に係るサンプルＳ２の表面は、摺動痕Ｒに沿って波打った状態であることがわかる。比較例に係るサンプルＳ２の表面に見られる波打ちのＹ軸方向の幅が約１０μｍであり、繊維材料の径（約１０μｍ）とおよそ一致する。このことから、比較例に係るサンプルＳ２の表面では、繊維材料の上に樹脂材料が被さった状態となっているものと推測される。 Furthermore, when observing FIG. 19 (A), it turns out that the surface of sample S2 which concerns on a comparative example is the state which wavy along the sliding trace R. FIG. The width in the Y-axis direction of the undulation seen on the surface of the sample S2 according to the comparative example is about 10 μm, which roughly matches the diameter of the fiber material (about 10 μm). From this, it is presumed that the surface of the sample S2 according to the comparative example is in a state in which the resin material is covered on the fiber material.
この一方で、図１８及び図１９を観察すると、実施例２に係るサンプルＳ２では摺動痕Ｒがほとんど見られず、実施例１，３，４に係るサンプルＳ２でもわずかな摺動痕Ｒしか見られなかった。 On the other hand, when FIG. 18 and FIG. 19 are observed, the sliding trace R is hardly seen in the sample S2 according to Example 2, and only a slight sliding trace R is observed in the sample S2 according to Examples 1, 3, and 4. I couldn't see it.
図１９を詳細に観察すると、図１６に示すＸ軸方向の摺動痕Ｒほど顕著ではないものの、実施例４に係るサンプルＳ２では、実施例１〜３及び比較例に係るサンプルＳ２とは異なる組織となっていることがわかる。実施例４に係るサンプルＳ２のこのような組織について、その詳細な原因は定かではないものの、硬質粉末１１２の量が多いことに起因するものと推測される。 When FIG. 19 is observed in detail, the sample S2 according to the example 4 is different from the sample S2 according to the examples 1 to 3 and the comparative example, although not as remarkable as the sliding trace R in the X-axis direction illustrated in FIG. You can see that it is an organization. About such a structure of sample S2 concerning Example 4, although the detailed cause is not certain, it is estimated that it originates in there being much quantity of hard powder 112.
図２０は、実施例１〜４及び比較例について、図１８に示す摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ２を撮影した写真から損傷量（μｍ２）を求めたグラフである。図２０において、横軸が分散面１２における硬質粉末１１２の量（体積％）を示し、縦軸が損傷量（μｍ２）を示している。
図２０では、損傷量の平均値を棒グラフで示し、損傷量の最大値及び最小値をエラーバーで示している。
FIG. 20 is a graph in which the damage amount (μm 2 ) is obtained from the photographs of the region A2 of the sample S2 after the frictional wear test shown in FIG. 18 for Examples 1 to 4 and the comparative example. In FIG. 20, the horizontal axis indicates the amount (volume%) of the hard powder 112 on the dispersion surface 12, and the vertical axis indicates the damage amount (μm 2 ).
In FIG. 20, the average value of the damage amount is indicated by a bar graph, and the maximum value and the minimum value of the damage amount are indicated by error bars.
図２０に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ２では、比較例に係るサンプルＳ２よりも大幅に小さい損傷量が得られた。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２において高い耐摩耗性が得られることがわかる。 As shown in FIG. 20, in the sample S2 according to Examples 1 to 4, a significantly smaller damage amount was obtained than in the sample S2 according to the comparative example. Thus, it can be seen that by providing the dispersion layer 13, high wear resistance can be obtained on the dispersion surface 12 of the FRP molded body 10.
より詳細には、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０体積％から０．５体積％とすることにより損傷量が大幅に減少している。これにより、分散面１２に少量でも硬質粉末１１２を分散させることによって、損傷量を減少させることができるものと考えられる。したがって、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０体積％より多ければよい。 More specifically, the amount of damage is greatly reduced by changing the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 from 0% by volume to 0.5% by volume. Thus, it is considered that the amount of damage can be reduced by dispersing the hard powder 112 on the dispersion surface 12 even in a small amount. Therefore, the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 only needs to be greater than 0% by volume.
また、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％であるサンプルＳ２において最も小さい損傷量が得られた。つまり、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０．５体積％から１体積％に増加させることにより損傷量が減少している。この一方で、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％以上である範囲では、硬質粉末１１２の量の増加に伴って損傷量が増加する傾向が見られる。
このような傾向が見られる理由は、上記で説明したＸ軸方向の摺動痕Ｒと同様であると考えられる。つまり、分散面１２の硬質粉末１１２が少ない場合には、硬質粉末１１２における分散面１２に損傷の発生を抑制する作用が支配的であるものと考えられる。この一方で、分散面１２の硬質粉末１１２が一定量より多くなると、硬質粉末１１２が分散面１２における損傷の発生を誘発させるものと考えられる。
Further, the smallest damage amount was obtained in the sample S2 in which the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 was 1% by volume. That is, the amount of damage is reduced by increasing the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 from 0.5% by volume to 1% by volume. On the other hand, in the range where the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 is 1% by volume or more, there is a tendency that the amount of damage increases as the amount of the hard powder 112 increases.
The reason why such a tendency is seen is considered to be the same as the sliding trace R in the X-axis direction described above. That is, when the hard powder 112 on the dispersed surface 12 is small, it is considered that the action of suppressing the occurrence of damage to the dispersed surface 12 in the hard powder 112 is dominant. On the other hand, when the hard powder 112 on the dispersion surface 12 exceeds a certain amount, it is considered that the hard powder 112 induces the occurrence of damage on the dispersion surface 12.
上記のような傾向から、分散面１２における硬質粉末１１２の量が０．５体積％より多く、２．５体積％より少ない範囲内において損傷量の極小値があるものと考えられる。このため、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０．５体積％より多く、２．５体積％より少ないことが特に好ましい。 From the above tendency, it is considered that there is a minimum value of the damage amount in the range where the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 is more than 0.5% by volume and less than 2.5% by volume. For this reason, the amount of the hard powder 112 on the dispersion surface 12 is particularly preferably more than 0.5% by volume and less than 2.5% by volume.
１０…ＦＲＰ成形体
１１…複合体層
１２…分散面
１３…分散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... FRP molded object 11 ... Composite layer 12 ... Dispersion surface 13 ... Dispersion layer
Claims (11)
前記積層体の積層方向と交差し、硬質粉末が分散している分散面と、
を具備する繊維強化プラスチック。 A laminate having a plurality of composite layers formed from a plurality of prepregs impregnated with a fiber material by a resin component;
Crossing the lamination direction of the laminate, a dispersion surface in which hard powder is dispersed,
A fiber reinforced plastic comprising:
前記分散面における前記硬質粉末の量は、前記複数のプリプレグの１枚あたりの前記樹脂成分に対して２．５体積％以下である
繊維強化プラスチック。 The fiber reinforced plastic according to claim 1,
The amount of the hard powder on the dispersion surface is 2.5% by volume or less with respect to the resin component per sheet of the plurality of prepregs. Fiber reinforced plastic.
前記硬質粉末は、ＳｉＣから構成される
繊維強化プラスチック。 The fiber reinforced plastic according to claim 1 or 2,
The hard powder is a fiber reinforced plastic made of SiC.
前記硬質粉末の平均粒径は、１μｍ以下である
繊維強化プラスチック。 The fiber-reinforced plastic according to any one of claims 1 to 3,
The hard powder has an average particle size of 1 μm or less.
前記複数の複合体層の境界部に設けられ、前記硬質粉末が分散している分散層を更に具備する
繊維強化プラスチック。 The fiber-reinforced plastic according to any one of claims 1 to 4,
A fiber reinforced plastic, further comprising a dispersion layer provided at a boundary between the plurality of composite layers and in which the hard powder is dispersed.
前記分散層における前記硬質粉末の量は、前記複数のプリプレグの１枚あたりの前記樹脂成分に対して５体積％以下である
繊維強化プラスチック。 The fiber-reinforced plastic according to claim 5,
The amount of the hard powder in the dispersion layer is 5% by volume or less based on the resin component per sheet of the plurality of prepregs.
曲げ強度が６００ＭＰａ以上である
繊維強化プラスチック。 The fiber-reinforced plastic according to claim 5 or 6,
A fiber reinforced plastic having a bending strength of 600 MPa or more.
前記繊維材料は、炭素繊維である
繊維強化プラスチック。 The fiber-reinforced plastic according to any one of claims 1 to 7,
The fiber material is carbon fiber. Fiber reinforced plastic.
前記複数のプリプレグに硬質粉末を塗布して少なくとも１つの塗布面を形成し、
前記複数のプリプレグを積層して、前記塗布面を外面とする積層体を作製し、
前記積層体を硬化させる
繊維強化プラスチックの製造方法。 Prepare multiple prepregs in which the resin component impregnates the fiber material,
Applying a hard powder to the plurality of prepregs to form at least one application surface;
Laminating the plurality of prepregs to produce a laminate having the coated surface as an outer surface,
A method for producing a fiber reinforced plastic, wherein the laminate is cured.
前記複数のプリプレグのそれぞれの両面に前記塗布面を形成する
繊維強化プラスチックの製造方法。 It is a manufacturing method of the fiber reinforced plastic according to claim 9,
The manufacturing method of the fiber reinforced plastic which forms the said coating surface on each both surfaces of these prepregs.
前記塗布面における前記硬質粉末の量は、前記複数のプリプレグの１枚あたりの前記樹脂成分に対して２．５体積％以下である
繊維強化プラスチックの製造方法。 It is a manufacturing method of the fiber reinforced plastic according to claim 9 or 10,
The amount of the hard powder on the coated surface is 2.5% by volume or less based on the resin component per sheet of the plurality of prepregs.
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