JPS5914926A - Prepreg with bent section and manufacture thereof - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain the titled prepreg that will fit to configuration of FRP and wherein the fibers are prevented from being buckled, by providing bent sections in its length, and securing the fibers in such a manner that the fibers are arranged in parallel longitudinally and the fibers at the bent sections are arranged to be bent concentrically or to have the same curvature. CONSTITUTION:For example, a fibrous thread (e.g. carbon fiber, etc.) is wound with a certain pitch between the windings onto a mandrel that has surfaces A and surface B inclined with respect to the rotational axis Y-Y', and parts C that are formed by taking from a conical body and connect the surfaces A, B, and after the windings are secured by a matrix resin (e.g. epoxy resins, etc.), it is opened at DELTA to obtain the intended prepreg wherein the fibrous threads at the bent sections are arranged on concentrical circles having their center at O. The securing of the matrix resin is carried out using a hot press or the like.

Description

【発明の詳細な説明】 繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰ）に於ては補強用繊
維はＦＲＰに加えられる応力の方向に添って配列される
ことを原則とする。一般にはその応力は直線上に引張、
圧縮等の力として存在するが特殊な場合Ｉ”　ＲＰが屈
曲している場合には、その屈曲に応じた応力を考えなけ
ればならない。この様な場合、ＰＲ，Ｐを補強する強化
繊維はＰＲ，Ｐの屈曲に添って同じ様に屈曲しているこ
とが好ましい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In fiber reinforced plastics (hereinafter referred to as FRP), reinforcing fibers are, in principle, arranged along the direction of stress applied to the FRP. Generally, the stress is tensile in a straight line,
It exists as a force such as compression, but in special cases I" If the RP is bent, the stress corresponding to the bending must be considered. In such a case, the reinforcing fibers that reinforce PR and P , P are preferably bent in the same way.

ＦＲＰが屈曲している場合応力集中を避けるため成る曲
率を持って屈曲せしめるのが普通である。したがって、
ＦＲＰを構成する強化繊維もＦＲ，Ｐの曲率に合せて屈
曲することが要求される。When FRP is bent, it is usually bent with a certain curvature to avoid stress concentration. therefore,
The reinforcing fibers constituting FRP are also required to bend in accordance with the curvature of FR and P.

ＦＲＰの製造方法として、中間原料であるプリプレグを
使用する方法がある。この方法に於ては、強化繊維に熱
硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含
浸させ、これを積層し所望の形状のＰＲ，Ｐとする。As a method for manufacturing FRP, there is a method using prepreg as an intermediate raw material. In this method, reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and the reinforcing fibers are laminated to form a desired shape of PR or P.

本発明はこの様な方法で屈曲したＦＲＰの製造に於て利
用される屈曲部を有したプリプレグの構造及びその製造
方法に係るものである。さらに詳しくは屈曲したプリプ
レグの屈曲部の構造及びその製造方法に係るもので以下
図面に従い詳細に説明する。The present invention relates to the structure of a prepreg having a bent portion used in the production of FRP bent in such a manner, and a method for producing the prepreg. More specifically, the present invention relates to the structure of the bent portion of the bent prepreg and its manufacturing method, which will be described in detail below with reference to the drawings.

第１図は屈曲部を有したプリプレグの繊維配列状態を示
すものであり、図中記号（１）は強化繊維糸条の配列軌
跡を示す。この様な屈曲した繊維配列は、回転軸に対し
傾きを有する平面を少なくとも１つ以上有する２つ以上
の平面から成るマンドレルに一部ピッチで移動する給糸
口から又は一定ピツチで移動す・るマンドレルに固定し
た給糸口から強化繊維を巻付けたのち、これを切開する
ことによって得ることが出来、繊維配列の屈曲点は２つ
の平面の交叉部で形成される。FIG. 1 shows the fiber arrangement state of a prepreg having a bent part, and the symbol (1) in the figure shows the arrangement locus of the reinforcing fiber threads. Such a bent fiber arrangement is produced from a yarn feeder that moves at a partial pitch or from a mandrel that moves at a constant pitch to a mandrel that is made up of two or more planes that have at least one plane that is inclined with respect to the rotation axis. It can be obtained by winding reinforcing fibers from a yarn feeder fixed to the fiber and then cutting it, and the bending point of the fiber arrangement is formed at the intersection of two planes.

この様な屈曲部が点である屈曲に於ては、この屈曲部に
応力が集中すると、時としてはＦＲＰの形状にフィツト
しないことの外に成る種の強化繊維糸条に於ては今一つ
の問題がある。即ち無撚の強化繊維糸条をこの様に屈曲
させた場合、糸条はその巾を広げ屈曲の内側に存在する
繊維は座面現象を生ずる。この様な場合、その強度を十
分利用することが出来ない。When stress is concentrated at such a bending point, the reinforcing fiber thread may not fit the shape of the FRP, but it may cause other problems. There's a problem. That is, when a non-twisted reinforcing fiber yarn is bent in this way, the width of the yarn increases and the fibers existing inside the bend cause a seating surface phenomenon. In such a case, the strength cannot be fully utilized.

本発明者等は、この様な欠点を解決するため、屈曲部の
屈曲状態及びその製造方法を検討した結果本発明に至っ
たものである。In order to solve these drawbacks, the inventors of the present invention have studied the bending state of the bent portion and the manufacturing method thereof, and as a result they have arrived at the present invention.

本発明のプリプレグの屈曲部に於ける、繊維配列状態を
第２図に示す。第２図（イ）は、強化繊維の配列軌跡は
同心円」二に配列される。（ロ）に於ては全ての繊維糸
条の該軌跡は全て同一曲率を有する配列である。FIG. 2 shows the fiber arrangement state at the bent portion of the prepreg of the present invention. In FIG. 2(a), the reinforcing fibers are arranged in concentric circles. In (b), the trajectories of all the fiber threads are arrayed with the same curvature.

第２図（イ）に於ては各繊維糸条（１）は、０点を中心
とした同心同上に配列され直線部（２）と屈曲部（３）
の交点はＰ−０−Ｐ’線」二に分布する。この繊維配列
を有するプリプレグの特徴は、プリプレグの巾が屈曲部
に於ても同一に保たれ、かつ第１図に於て生ずる様な応
力集中を回避出来ることである。第２図（ロ）に於ては
各繊維糸条（１）は中心線Ｏ−０′上に中心を有する同
一曲率を有する配列であり直線部（２）と屈曲部（３）
の交点は直線Ｐ及びＱ上に分布する。この繊維配列を有
するプリプレグの特徴は各糸条が同一曲率を有するため
その屈曲状態が同一であり、プリプレグの巾方向の物性
の均一化が計れることである。In Fig. 2 (a), each fiber thread (1) is arranged concentrically with the 0 point as the center, and has a straight part (2) and a bent part (3).
The intersection points are distributed along the P-0-P' line. A feature of the prepreg having this fiber arrangement is that the width of the prepreg remains the same even at the bend, and the stress concentration that occurs in FIG. 1 can be avoided. In Figure 2 (B), each fiber thread (1) is arranged with the same curvature with its center on the center line O-0', and has a straight part (2) and a bent part (3).
The intersection points of are distributed on straight lines P and Q. A feature of the prepreg having this fiber arrangement is that each thread has the same curvature, so the bending state is the same, and the physical properties of the prepreg in the width direction can be made uniform.

この様なプリプレグの製造方法について以下に説明する
。A method for manufacturing such prepreg will be described below.

第１図に示す屈曲部に曲率を持たない繊維配列は回転軸
に対し、傾きを有する平面を少くとも１つ以上有する２
つ以上の平面から成るマンドレルに糸条を巻付けること
によって得られ、屈曲部は２つの平面が交叉する直線上
に形成される。The fiber arrangement shown in Fig. 1, which has no curvature at the bent part, has at least one plane that is inclined with respect to the axis of rotation.
It is obtained by winding a yarn around a mandrel consisting of two or more planes, and the bend is formed on a straight line where the two planes intersect.

本発明のプリプレグ及びその製造方法に於ては屈曲部を
形成する直線に代り、限定された平面を有するマンドレ
ルを使用することに特徴がある。The prepreg of the present invention and its manufacturing method are characterized in that a mandrel having a limited plane is used instead of a straight line forming the bent portion.

即ち、第２図（イ）に例示する如く同心同上に配列され
る配列にあっては、該平面の交叉部は円錐体の一部の弧
状面から成るものである。そのマンドレルの詳細を３角
法により第３図（イ）に示す。図中記号Ｙ　−Ｙ’はそ
の回転軸であり、回転軸Ｙ　−Ｙ’に傾きを有する平面
ＡとＢの交叉部を円錐体の１部Ｃで連結したマンドレル
であって、平面Ａ、Ｂ、Ｃの接点は破線Ｐ、Ｐ’で示さ
れている。That is, in the case of a concentric arrangement as illustrated in FIG. 2(a), the intersection of the planes is formed by an arcuate surface of a part of a cone. The details of the mandrel are shown in Fig. 3 (a) using triangulation. The symbol Y-Y' in the figure is its rotation axis, and it is a mandrel in which the intersection of planes A and B, which are inclined to the rotation axis Y-Y', is connected by a part C of a cone, and the planes A, B , C are indicated by broken lines P, P'.

この様なマンドレルに糸条を巻付はマトリックス樹脂で
固定した後印部で切開し展開することによって、第３図
（ロ）に示される屈曲し、屈曲部Ｃに於て中心０とする
同心同上に糸条が配列した繊維配列を得ることが出来る
。図中記号ａ、ｂ、ｃはそれぞれ平面Ａ、Ｂ、Ｃに対応
するプリプレグの部分である。The thread is wound around such a mandrel by fixing it with matrix resin, incising it at the marked part, and rolling it out so that it bends as shown in Figure 3 (b) and is concentric with the center 0 at the bending part C. A fiber arrangement in which threads are arranged in the same manner as above can be obtained. Symbols a, b, and c in the figure are parts of the prepreg corresponding to planes A, B, and C, respectively.

このマンドレルに使用される円錐形の形状についてはプ
リプレグの任意の繊維糸条りの屈曲部に於ける長さｔと
該糸条の円錐形上の位置に於ける円錐体表面の長さｔが
同一になる様に円錐体形状を設計することによって具体
的寸法が得られる。Regarding the conical shape used for this mandrel, the length t at the bending part of any fiber thread of the prepreg and the length t of the conical surface at the position of the thread on the conical shape. Specific dimensions are obtained by designing the cone shapes to be identical.

上記の方法に於て屈曲部を形成する円錐体に代替して、
円柱体を用いるときは、第２図（ロ）に示される屈曲部
の糸条は全て同一曲率を有する繊維配列を得ることが出
来る。In place of the cone forming the bend in the above method,
When a cylindrical body is used, it is possible to obtain a fiber arrangement in which all the yarns in the bent portion shown in FIG. 2(b) have the same curvature.

以」二にプリプレグに於ける屈曲部の配列形状の代表的
形態及びその製造方法について説明したが、第４図（ロ
）に於て、プリプレグａ、及び１〕の１］が異る場合に
は、糸条りの配列軌跡は正確な同心円配列とはならない
。また、同曲率配列とはならないことも同様であるが、
この様な場合は本発明のプリプレグ及び製造法の特殊な
形態と看做すべきである。In the following, we have explained the typical arrangement shape of the bent portions in the prepreg and the manufacturing method thereof. In this case, the trajectory of the thread arrangement is not an accurate concentric arrangement. Also, the same curvature arrangement is not the same, but
Such a case should be regarded as a special form of the prepreg and manufacturing method of the present invention.

以下本発明の方法を実施例により詳細に説明する。The method of the present invention will be explained in detail below with reference to Examples.

実施例　］ 第４図（イ）に３角法で示すマンドレル（即ち回転軸Ｙ
　−Ｙ’に傾きを有する平面Ａ、　Ａ’、　Ｂ、　　Ｂ
’はそれぞれの交叉部に於て直交しマンドレルの長巾Ｍ
、　＝　３００胴、雑巾Ｍ２＝　２３０霧、長さ方向Ｎ
１＝５００調、Ｎ２二４．３０胴、マンドレルの厚さＴ
−１９７間のマンドレルに於てその交叉部Ｃを底面半径
８９璽、上面半径４５咽、底面と上面の間隔］９７祁の
Ｐ［台の円周１／／１によって置換したマンドレル）表
面にマトリックス樹脂（エポキシ樹脂）　１１−ｏ　’
／、、ｚを塗布した離型紙を樹脂層を表面として両面接
着テープで貼付はマンドレルをＹ　−Ｙ’軸を中心とし
て回転させ、マンドレル１回転当り１２５咽で移動する
給糸口から１ｍ当り０２２５ｇの重量を有する無撚の炭
素繊維糸条をマンドレル表面のマトリックス樹脂上に巻
付けた。しかるのちこの上部より熱プレスによりマトリ
ックス樹脂を炭素繊維中に含浸させ、第４図印に於て切
開し第４図（ロ）に示すプリプレグを４枚得た。Example] The mandrel (i.e., the rotation axis Y
-Plane A, A', B, B with inclination to Y'
' is orthogonal at each intersection, and the length of the mandrel M
, = 300 barrel, rag M2 = 230 fog, length direction N
1 = 500 tone, N2 2 4.30 body, mandrel thickness T
The intersection C of the mandrel between -197 and the base radius is 89㎜, the top radius is 45㎜, the distance between the bottom and top surfaces] 97㎜P [mandrel replaced by the circumference of the stand 1//1] matrix on the surface Resin (epoxy resin) 11-o'
The release paper coated with /,,z is pasted with double-sided adhesive tape with the resin layer on the surface.The mandrel is rotated around the Y-Y' axis, and from the yarn feeder which moves at 125g per rotation of the mandrel, 0225g per 1m is applied. A heavy untwisted carbon fiber yarn was wound onto the matrix resin on the mandrel surface. Thereafter, matrix resin was impregnated into the carbon fibers from the upper part by hot pressing, and the fibers were cut out at the marks in Figure 4 to obtain four prepregs as shown in Figure 4(b).

このプリプレグは巾Ｗは２００陥であり、屈曲角θ−約
２０°で最大曲率を有する最外部の繊維糸条（２）の曲
率は４００−であり最少曲率を有する最内部の繊維糸条
（３）の曲率は２００ｍｍである同心円上の糸条配列を
得ることが出来た。This prepreg has a width W of 200 degrees, the outermost fiber thread (2) has a maximum curvature at a bending angle of θ - about 20 degrees, and the innermost fiber thread (2) has a minimum curvature of 400 degrees. 3) A concentric yarn arrangement with a curvature of 200 mm could be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図及び２図は屈曲部を有したプリプレグの繊維糸条
の配列状態を屈曲部を中心に図示したものであり、第３
図はこの様な配列状態を得るために使用されるマンドレ
ル０）及び得られたプリプレグ（ロ）の詳細を説明する
ための図面であり、第４図は実施例１に於て使用したマ
ンドレル（イ）及びこれによって得たプリプレグを説明
するための図面で・ある。 特許出願人　三菱レイヨン株式会社 代理人弁理士　　　１）村　武　敷 部１図 第２図 す ’−ｙ−ノ 第３図 （イ） 第４図 （イ）Figures 1 and 2 illustrate the arrangement of fiber threads of a prepreg having a bent part, with the bent part being the center.
The figure is a drawing for explaining the details of the mandrel (0) used to obtain such an array state and the obtained prepreg (B), and FIG. B) and a drawing for explaining the prepreg obtained thereby. Patent applicant: Patent attorney representing Mitsubishi Rayon Co., Ltd. 1) Takeshi Mura Shikibe Figure 1 Figure 2 S'-Y- Figure 3 (A) Figure 4 (A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）長手方向に少なくとも１個所の屈曲部を有するプ
リプレグであって、該プリプレグの長手方向に対して各
繊維糸条が平行であり、かつ、該各繊維糸条がプリプレ
グの屈曲部で同心円状又は同一曲率に屈曲した状態に配
列、固定されている屈曲部を有するプリプレグ。(1) A prepreg having at least one bend in the longitudinal direction, each fiber thread being parallel to the longitudinal direction of the prepreg, and each fiber thread forming a concentric circle at the bend part of the prepreg. A prepreg having bent portions arranged and fixed in a shape or bent to the same curvature. （２）回転軸に対して少なくとも一つ以上の傾斜した平
面または曲面を有し、かつ、該平面または曲面の交叉部
を円錐形状又は円形状の弧状面で連結したマンドレルに
一定ピノチで繊維糸条を巻付け、該繊維糸条を切開して
屈曲部において繊維糸条が同心円状に配列したプリプレ
グを形成することを特徴とする屈曲部を有するプリプレ
グの製造方法。(2) The fiber thread is attached to a mandrel having at least one plane or curved surface inclined with respect to the axis of rotation, and the intersection of the planes or curved surfaces is connected by a conical or circular arcuate surface with a constant pinpoint. 1. A method for producing a prepreg having a bent portion, the method comprising: winding a strip, and cutting the fiber thread to form a prepreg in which the fiber threads are arranged concentrically at the bent portion.