JP5990030B2 - 繊維強化プラスチック構造物成型方法及びVaRTM用強化繊維シートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、VaRTM工法によるFRP構造物の成型において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることのできるFRP構造物成型方法及びVaRTM用強化繊維シートの製造方法を提供することである。
前記強化繊維シートは、
(a)連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には0.2〜10mmの空隙(g)を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
(b)連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を積層して前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとが互いの方へと押し付けられて一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙(g)部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいることを特徴とする繊維強化プラスチック構造物成型方法が提供される。本方法の一実施態様によれば、前記注入樹脂は、樹脂注入時の粘度が30〜300mPa・sである。また、他の実施態様によれば、前記注入樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、フェノール樹脂である。
(a)連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には0.2〜10mmの空隙(g)を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
(b)連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を積層し、前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとを互いの方へと押し付けて一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙(g)部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維を押入することを特徴とするVaRTM用強化繊維シートの製造方法が提供される。
先ず、本発明に係るFRP構造物の成型方法について説明する。
本実施例にて、ストランドシート1Aは、図1に示すように、炭素繊維fにマトリクス樹脂Rが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃える。各線材2は、互いに線材固定材3にて固定することもできる。各繊維強化プラスチック線材2は、図1(b)に示すように、直径(d)が0.5〜4mmの略円形断面形状とされる。また、図1(c)、(d)に示すように、円形断面形状の線材2を二方向から押し潰した、所謂、扁平形状とされた略長円形状或いは略長方形状とすることもできる。従って、この場合、線材2の幅をw、厚さをt、断面積をSとすると、1<(w/t)≦10とされる。また、扁平形状線材2は、直径(d)(即ち、d=0.5〜4mm)の線材と略同じ断面積とされるので、0.2mm2≦S≦12.6mm2とされる。
図2(a)に、本発明にて使用することのできる一方向炭素繊維シート1Bの一実施例を示す。一方向炭素繊維シート1Bは、一方向に引き揃えた連続した炭素繊維fを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の一方向炭素繊維シートとされる。なお、一方向炭素繊維シート1Bとして、図2(b)に示すように、所定本数の炭素繊維fをカバー糸6で収束した炭素繊維束Fを一方向に引き揃えて作製することもできる。
図9(a)〜(d)及び図10(a)、(b)を参照して、上記構成とされるストランドシート1A及び一方向炭素繊維シート1Bを使用してハイブリッドシート10を作製する場合を例に挙げて更に具体的に説明する。
上述した構成のハイブリッドシート10は、VaRTM工法によるFRP構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。
(a)連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には0.2〜10mmの空隙(g)を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシート1Aと、
(b)連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シート1Bと、
を一体化し、ストランドシート1Aの繊維強化プラスチック線材2の空隙(g)部に一方向強化繊維シート1Bの少なくとも一部の強化繊維fが入り込んでいる。
本発明のFRP構造物の成型方法及びVaRTM用強化繊維シート(ハイブリッドシート)の作用効果を立証するために、実験例1では、ハイブリッドシートの含浸性の評価を行なうための実験を行なった。また、実験例2では、本発明のハイブリッドシートが他のシートと比較して性能面で差があるのか、FRPの曲げ性能で確認した。以下に実験例1、2について説明する。
ストランドシート1Aは、図9(a)に示す構成とした。即ち、繊維強化プラスチック線材2は、強化繊維fとして炭素繊維を使用し、平均径7μmの単繊維(炭素繊維モノフィラメント)fを50000本収束した単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えてシート状に配列した。各線材にはエポキシ樹脂を含浸して、硬化した。線材は、ストランドシート1Aの繊維目付が1200g/m2と800g/m2となるように二種類作製した。後述の表1に示すように、繊維目付が1200g/m2のものは、本実施例1としてハイブリッドシート10を作製するのに使用し、800g/m2のものは比較例1として使用した。また、各繊維強化プラスチック線材2は、直径(d)が1.2mmの略円形断面形状とした。また、各線材2、2間には、0.2〜1.0mmの空隙(g)を設けた。
一方向炭素繊維シート1Bは、図9(b)に示す構成とした。即ち、一方向炭素繊維シート1Bは、炭素繊維として平均径7μmの単繊維(炭素繊維モノフィラメント)fを、収束本数24000本収束したPAN系炭素繊維ストランド(単繊維束)を繊維目付が400g/m2となるように引き揃えてシート状に配列した。このシート状とされる単繊維束の片面に、2軸構成のメッシュ状支持体シート3を接着した。
上記構成のハイブリッドシート10、ストランドシート1A、及び一方向炭素繊維シート1BをVaRTM用成型装置を使用してVaRTM工法により、FRP板を作製した。
本発明のFRP構造物の成型方法及び強化繊維シート(ハイブリッドシート)の作用効果を立証するために、実験例2では、ハイブリッドシートを使用した場合のFRP構造物の曲げ強度に対する評価を行なうための実験を行なった。
表1に示す実験例1にて使用したと同じハイブリッドシート10、ストランドシート1A及び一方向炭素繊維シート1B、樹脂、並びに、実験装置100を使用して、本実施例1、比較例1、2のFRP板を作製した。このFRP板を幅10mm×長さ120mmに切断して曲げ試験試料を作製し、JISK7203法による3点曲げ試験を行った。試験結果を表1に示す。
1B 一方向強化繊維シート
2 繊維強化プラスチック線材
3 線材固定材
4 縦糸
5 横糸
10 ハイブリッドシート(強化繊維シート)
Claims (10)
- 強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するVaRTM工法による繊維強化プラスチック構造物成型方法において、
前記強化繊維シートは、
(a)連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には0.2〜10mmの空隙(g)を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
(b)連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を積層して前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとが互いの方へと押し付けられて一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙(g)部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいることを特徴とする繊維強化プラスチック構造物成型方法。 - 前記繊維強化プラスチック線材は、直径(d)が0.5〜4mmの略円形断面形状とされるか、又は、前記線材の幅をw、厚さをt、断面積をSとすると、1<(w/t)≦10、かつ、0.2mm2≦S≦12.6mm2とされる略長円形状或いは略長方形状の扁平断面形状であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
- 前記一方向強化繊維シートは、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持され、前記一方向強化繊維シートの前記線材固定材側の面が、前記ストランドシートの一側の面と対向するようにして一体化されることを特徴とする請求項1又は2に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
- 前記注入樹脂は、樹脂注入時の粘度が30〜300mPa・sであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
- 前記注入樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、フェノール樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
- 強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するVaRTM工法に使用する前記強化繊維シートの製造方法であって、
(a)連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には0.2〜10mmの空隙(g)を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
(b)連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を積層し、前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとを互いの方へと押し付けて一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙(g)部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維を押入することを特徴とするVaRTM用強化繊維シートの製造方法。 - 前記繊維強化プラスチック線材は、直径(d)が0.5〜4mmの略円形断面形状とされるか、又は、前記線材の幅をw、厚さをt、断面積をSとすると、1<(w/t)≦10、かつ、0.2mm2≦S≦12.6mm2とされる略長円形状或いは略長方形状の扁平断面形状であることを特徴とする請求項6に記載のVaRTM用強化繊維シートの製造方法。
- 前記一方向強化繊維シートは、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持され、前記一方向強化繊維シートの前記線材固定材側の面が、前記ストランドシートの一側の面と対向するようにして一体化されることを特徴とする請求項6又は7に記載のVaRTM用強化繊維シートの製造方法。
- 前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとの積層体は、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持されて一体とされることを特徴とする請求項6又は7に記載のVaRTM用強化繊維シートの製造方法。
- 前記線材固定材は、2軸或いは3軸に配向して形成され、表面に樹脂が被覆された糸条にて作製されたメッシュ状支持体であるか、又は、前記ストランドシートの線材及び/又は前記一方向強化繊維シートの強化繊維に直交して編み込むか、織り込むか、或いは、表面に接着又は融着される横糸であることを特徴とする請求項6〜9のいずれかの項に記載のVaRTM用強化繊維シートの製造方法。
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