JP2010023359A - Method of manufacturing laminate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成形時に、良好な流動性および成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する積層体を効率よく得るための製造方法に関する。さらに詳しくは、ダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑形状を有する構造体において、力学特性の低下を最小限に抑えつつ、複雑形状を簡易に形成することを可能とする積層体を効率よく得るための製造方法に関する。 The present invention efficiently obtains a laminate that has good fluidity and molding followability during molding, and exhibits excellent mechanical properties, low variability, and excellent dimensional stability when used as a fiber-reinforced plastic. It relates to a manufacturing method. More specifically, in a structure having a complicated shape such as a double contour curved surface or an uneven portion, to efficiently obtain a laminate that can easily form a complicated shape while minimizing the deterioration of mechanical properties. It relates to the manufacturing method.
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。 Fiber reinforced plastic consisting of reinforced fiber and matrix resin is attracting attention in industrial applications because it has high specific properties, high specific modulus, excellent mechanical properties, weather resistance, chemical resistance, etc. The demand is increasing year by year.
高機能特性を有する繊維強化プラスチックの成形法としては、プリプレグと称される連続した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することによりマトリックス樹脂を硬化させ繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。オートクレーブ成形の中でも航空機や自動車等の大型部材を製造する場合の多くでは、積層工程において、プリプレグを自動的に複数層積層するオートテープレイアップマシン(以下、ATLと称す)やオートファイバープレースメントマシン(以下、AFPと称す)といった自動積層装置が用いられている(例えば特許文献1)。中でも、ATLはAFPに比べ、幅広のプリプレグを用いることから積層に要する時間も短く、量産性に優れている。ATLを用いて積層し、オートクレーブ成形により得られた繊維強化プラスチックは、強化繊維が連続繊維であるために優れた力学特性を有する。また、ATLにより基材を所望の配置に制御できるため、容易に必要とする力学特性に設計することが可能であり、力学特性のバラツキも小さい。しかしながらこの方法は航空機やロケットなどにおけるスキン部分など大型の曲面部材の製造が主であり、連続繊維を引き揃えた強化繊維ではダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑な形状を形成することは難しい。そこで、圧着ローラーを改良したり(例えば特許文献2)、ゴム製のシューにより圧着したり(例えば特許文献3)、積層ヘッドの可動軸を増やしたり(例えば特許文献4)することにより、複雑な形状に追従させることが考案されている。しかしながら、元来プリプレグ自体の伸縮性が乏しいため、ダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑な形状に追従させて積層することは困難であり、主として一次曲面や平面形状に近い部材に限られるのが実状である。 As a molding method of fiber reinforced plastic having high functional properties, a semi-cured intermediate base material impregnated with matrix resin is laminated on continuous reinforcing fiber called prepreg, and heated and pressurized in a high temperature and high pressure kettle. Autoclave molding in which a matrix resin is cured and a fiber reinforced plastic is molded is most commonly performed. In many autoclave moldings, such as aircraft and automobiles, where large parts are manufactured, an auto tape layup machine (hereinafter referred to as ATL) or an auto fiber placement machine that automatically laminates multiple layers of prepregs in the lamination process. An automatic laminating apparatus (hereinafter referred to as AFP) is used (for example, Patent Document 1). In particular, ATL uses a wider prepreg than AFP, so that the time required for lamination is short and it is excellent in mass productivity. A fiber reinforced plastic obtained by laminating using ATL and obtained by autoclave molding has excellent mechanical properties because the reinforced fiber is a continuous fiber. Further, since the base material can be controlled in a desired arrangement by ATL, it is possible to easily design the required mechanical characteristics, and there is little variation in the mechanical characteristics. However, this method mainly manufactures large curved members such as skin portions in aircrafts and rockets, and it is difficult to form complicated shapes such as double contour curved surfaces and uneven portions with reinforcing fibers in which continuous fibers are aligned. Therefore, by improving the pressure roller (for example, Patent Document 2), pressure bonding with a rubber shoe (for example, Patent Document 3), or increasing the movable shaft of the laminated head (for example, Patent Document 4), it is complicated. It has been devised to follow the shape. However, since the prepreg itself has poor stretchability, it is difficult to follow a complicated shape such as a double-contour curved surface or a concavo-convex portion, and it is difficult to stack, mainly to members close to a primary curved surface or a planar shape. It's real.
ダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑な形状に適した成形法として、SMC(シートモールディングコンパウンド)を用いたプレス成形がある。この成形法では、通常25mm程度に切断したチョップドストランドに熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたSMCシートを、プレス機を用いて加熱・加圧することにより成形を行う。多くの場合、加圧前にSMCを成形体の形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧により成形体の形状に引き伸ばして(流動させて)成形を行う。そのため、その流動によりダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑な形状にも追従可能となる。しかしながら、SMCはそのシート化工程において、チョップドストランドの分布ムラ、配向ムラが必然的に生じてしまうため、力学特性が低下し、そのバラツキが大きくなる問題があった。さらには、特に薄物の部材ではソリ、ヒケ等が発生しやすくなり、構造材としては不適な場合が多い。 As a molding method suitable for a complicated shape such as a double contour curved surface or an uneven portion, there is press molding using SMC (sheet molding compound). In this molding method, the SMC sheet which is made into a semi-cured state by impregnating a chopped strand, which is usually cut to about 25 mm, with a thermosetting matrix resin, is heated and pressed using a press. In many cases, the SMC is cut to be smaller than the shape of the molded body before pressurization and placed on the mold, and is stretched (flowed) into the shape of the molded body by pressurization. Therefore, the flow can follow complicated shapes such as a double contour curved surface and an uneven portion. However, SMC has a problem that distribution unevenness and alignment unevenness of the chopped strands are inevitably generated in the sheet forming process, so that the mechanical characteristics are lowered and the variation is increased. Furthermore, warpage, sink marks, and the like are likely to occur particularly in a thin member, which is often unsuitable as a structural material.
これに対して、上述のような材料の欠点を埋めるべく、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグに切り込みを入れることにより、流動可能で力学物性のバラツキも小さくなるとされる基材が開示されている(例えば特許文献5、6)。しかしながら、SMCと比較すると力学特性が大きく向上し、バラツキが小さくなるものの、構造材として適用するには十分な強度とは言えない。連続繊維基材と比較すると切り込みという欠陥を内包した構成であるために、応力集中点である切り込みが破壊の起点となり、特に引張強度、引張疲労強度が低下するという問題があった。さらには、切り込みを入れた熱可塑性樹脂プリプレグは、著しく取扱いに劣り、熱可塑プリプレグがバラバラになってしまい、熱可塑性樹脂プリプレグの積層体を工業的に形成・製造することが極めて困難という問題点があった。
本発明は、従来技術では複雑形状の形成と低バラツキ性、十分な強度、及び取扱いの両立が困難であった背景を鑑み、成形時において、良好な流動性および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する積層体を効率良く得るための製造方法を提供する。 The present invention has a good fluidity and a complicated shape followability at the time of molding in view of the background in which it was difficult to achieve both complex shape formation and low variation, sufficient strength, and handling in the prior art, When a fiber reinforced plastic is used, a production method for efficiently obtaining a laminate exhibiting excellent mechanical properties, low variability, and excellent dimensional stability is provided.
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。すなわち、
(1)強化繊維とマトリックス樹脂からなる一方向プリプレグ基材を全面に渡って切断して得た切込プリプレグ基材を、テープ状支持体と共にロール状に巻き取り、巻き取られた前記切込プリプレグ基材と前記テープ状支持体とを共に供給リールから連続的に供給し、ローラーにより該切込プリプレグ基材を圧着して積層するとともに、該切込プリプレグ基材から分離したテープ状支持体をリールに巻き取る積層体の製造方法であって、供給リールに配する切込プリプレグ基材を構成する実質的に全ての強化繊維が、繊維方向への長さLが10〜100mmとなるように切断されている、積層体の製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is,
(1) The notched prepreg base material obtained by cutting a unidirectional prepreg base material composed of reinforcing fibers and a matrix resin over the entire surface is wound into a roll together with a tape-shaped support and wound up. The prepreg base material and the tape-like support are continuously supplied from a supply reel, and the cut prepreg base material is pressure-bonded and laminated by a roller, and the tape-like support is separated from the cut prepreg base material. Is a method for manufacturing a laminate in which a reel is wound around a reel, and substantially all of the reinforcing fibers constituting the cut prepreg base material disposed on the supply reel have a length L in the fiber direction of 10 to 100 mm. The manufacturing method of the laminated body currently cut | disconnected by.
(2)供給リールに配する切込プリプレグ基材の実質的に全ての強化繊維が、前記切込と繊維方向とのなす角度Θの絶対値が2〜25°の範囲内で切断されている、(1)に記載の積層体の製造方法。 (2) Substantially all the reinforcing fibers of the cut prepreg base material arranged on the supply reel are cut within an absolute value of the angle Θ between the cut and the fiber direction within a range of 2 to 25 °. The manufacturing method of the laminated body as described in (1).
(3)供給リールに配する切込プリプレグ基材の実質的に全ての強化繊維が、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsが0.1mm〜1.5mmの範囲内で切断されている、(1)または(2)に記載の積層体の製造方法。 (3) The projection length Ws obtained by projecting the cuts in the vertical direction of the reinforcing fibers is within a range of 0.1 mm to 1.5 mm for substantially all the reinforcing fibers of the cut prepreg base material arranged on the supply reel. The manufacturing method of the laminated body as described in (1) or (2) cut | disconnected.
(4)前記切込プリプレグ基材を強化繊維の配向が異なる方向に少なくとも2層以上積層する、(1)〜(3)いずれかに記載の積層体の製造方法。 (4) The manufacturing method of the laminated body in any one of (1)-(3) which laminate | stacks the said cut prepreg base material at least 2 layers or more in the direction from which the orientation of a reinforced fiber differs.
(5)前記切込プリプレグ基材の実質的に全ての強化繊維は、少なくとも1つの刃を配置した回転刃ローラーを少なくとも片面から押し当てて切断されたものである、(1)〜(4)いずれかに記載の積層体の製造方法。 (5) Substantially all the reinforcing fibers of the cut prepreg base material are cut by pressing a rotary blade roller on which at least one blade is disposed from at least one side (1) to (4) The manufacturing method of the laminated body in any one.
(6)前記切込プリプレグ基材の実質的に全ての強化繊維は、少なくとも1つの刃を配置した打ち抜き刃を少なくとも片面から押し当てて切断されたものである、(1)〜(4)いずれかに記載の積層体の製造方法。 (6) Substantially all the reinforcing fibers of the cut prepreg base material are cut by pressing a punching blade on which at least one blade is disposed from at least one side, (1) to (4) The manufacturing method of the laminated body of crab.
(7)強化繊維とマトリックス樹脂からなる一方向プリプレグ基材を全面に渡って切断するに際し、前記テープ状支持体を連続状に維持しつつ、前記プリプレグ基材の強化繊維のみを切断する、(1)〜(6)いずれかに記載の積層体の製造方法。 (7) When cutting a unidirectional prepreg base material composed of reinforcing fibers and a matrix resin over the entire surface, only the reinforcing fibers of the prepreg base material are cut while maintaining the tape-like support in a continuous state. The manufacturing method of the laminated body in any one of 1)-(6).
本発明によれば、成形時において、ダブルコンター曲面や凹凸部などの複雑形状が形成可能な良好な流動性および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する積層体を、取扱い良く、非常に効率よく得ることができる。 According to the present invention, at the time of molding, it has good fluidity and complex shape following ability to form a complex shape such as a double contour curved surface and an uneven portion, and when it is made into a fiber reinforced plastic, it has excellent mechanical properties, A laminate exhibiting low variation and excellent dimensional stability can be obtained with good handling and very efficiency.
本発明を詳細に説明する。本発明は積層時における良好な形状追従性と、成形時における良好な流動性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する積層体を、ATLを用いて効率良く得るための製造方法について鋭意検討した結果、テープ状の一方向プリプレグ基材のテープ形状を保ったまま、該プリプレグ基材中の強化繊維(本明細書中では、単に「繊維」と記述することがある)を特定の寸法に予め切断したものをATLの供給リールから送り出し、連続的に貼り重ねて積層したところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。以下、図面を参照しながら詳細に説明する。 The present invention will be described in detail. The present invention has a good shape following property at the time of lamination and a good fluidity at the time of molding, and when made into a fiber reinforced plastic, it is a laminated material that exhibits excellent mechanical properties, its low variation, and excellent dimensional stability. As a result of earnestly examining the manufacturing method for efficiently obtaining the body using ATL, the reinforcing fiber in the prepreg base material (in the present specification, while maintaining the tape shape of the tape-shaped unidirectional prepreg base material) , Which may be simply referred to as “fiber”), was cut in advance to a specific size from the ATL supply reel, and continuously stacked and laminated, and it was found that this problem could be solved all at once. Is. Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明における一方向プリプレグ基材の強化繊維を特定の寸法に切断する装置の一例を示す概略図である。図2は、本発明における自動積層装置の一例を示す概略図である。図4は、本発明における切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of an apparatus for cutting reinforcing fibers of a unidirectional prepreg base material to a specific size in the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing an example of an automatic laminating apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of a cutting pattern of the cutting prepreg base material in the present invention.
本発明の積層体の製造方法は、図1に示すように、強化繊維とマトリックス樹脂からなる一方向プリプレグ基材3を、切り込み挿入装置5により全面に渡って切断し、テープ状支持体4と共にロール状に巻き取った切込プリプレグ基材3’を、図2に示すように、テープ状支持体4と共に供給リール9から連続的に供給し、ローラー10により該切込プリプレグ基材3’を圧着して積層し、該切込プリプレグ基材3’から分離したテープ状支持体4を巻き取りリール11に巻き取る積層体12の製造方法であって、該切込プリプレグ基材3’は、図4に示すように切込13によって切込プリプレグ基材の強化繊維が実質的に全て繊維方向への長さL(以下、繊維長さと称することもある)が10〜100mmとなるように切断されていることが好ましい。なお、本発明において、“実質的に全ての強化繊維が切込により分断され”とは、本発明の切込により分断されていない連続繊維が引き揃えられている面積が、プリプレグ基材面積に占める割合の5%より小さいことを示す。
As shown in FIG. 1, the laminate manufacturing method of the present invention cuts a unidirectional
図4に示すように強化繊維17が切込13により切断され、連続した強化繊維は短繊維へと分断される。該短繊維により構成された切込プリプレグ基材を積層して得た積層体は、成型時に繊維が層内のいずれの方向にも流動可能となるので、ダブルコンター曲面や凹凸部などの複雑形状追従性に優れるのである。さらに、本発明の方法においては、積層体の製造工程を上記の方法とすることにより、短繊維からなるプリプレグ基材のテープ形状を保ったまま扱えるので、連続的な製造が可能となり、非常に生産効率よく積層体を製造することが可能となる。前記切断を行っていないプリプレグを供給リールから供給する場合、すなわち積層体の強化繊維が全て連続繊維で構成される場合、繊維方向にはほとんど流動せず、流動可能な方向に異方性があるため、二次曲面や凹凸部などの複雑形状を形成することは極めて難しい。なお、本発明において“短繊維”とは、繊維が繊維方向全長に渡って連続している(いわゆる一方向プリプレグ)との対比において用いられる概念であり、繊維長さLが100mm以下のものを指す。また、“ダブルコンター曲面”とは、2次曲面以上の複曲面を少なくとも一部に含む形状を指す。
As shown in FIG. 4, the reinforcing
ここで、繊維長さLが10mmより小さい場合は、流動性が向上するものの繊維による補強効果が低下し、繊維強化プラスチックとしたときに十分な力学特性を得ることができないことがある。また、繊維長さLが100mmより大きい場合は、成形時における繊維の流動が悪くなり複雑形状を形成するのが困難になる。成形性と物性の両特性を鑑みると、さらに好ましくは繊維長さLが20〜60mmの範囲内である。ただし、切断部の形状や、工業的プロセスによっては、前記切込プリプレグ基材の一部に10mmよりも短い繊維が混入してしまう恐れもあるが、実質的に全繊維量のうち95%以上の繊維が10〜100mmの範囲内に入っていれば成形性および物性での問題はない。 Here, when the fiber length L is smaller than 10 mm, although the fluidity is improved, the reinforcing effect by the fiber is lowered, and sufficient mechanical properties may not be obtained when the fiber reinforced plastic is obtained. On the other hand, when the fiber length L is larger than 100 mm, the flow of the fiber during molding becomes worse and it becomes difficult to form a complicated shape. Considering both characteristics of moldability and physical properties, the fiber length L is more preferably in the range of 20 to 60 mm. However, depending on the shape of the cut part and the industrial process, fibers shorter than 10 mm may be mixed in a part of the cut prepreg base material, but substantially 95% or more of the total fiber amount. If the fiber is within the range of 10 to 100 mm, there is no problem in moldability and physical properties.
本発明において、供給リールに配する切込プリプレグ基材の強化繊維は、図3に示す切込13と繊維方向14とのなす角度Θ(以下、切込角度と称することもある)の絶対値が2〜25°の範囲内で切断されているのが好ましい。Θの絶対値が25°より大きくても流動性は得ることができ、従来のSMC等と比較して高い力学特性は得ることができるが、特にΘの絶対値が25°以下であることで力学特性の向上が著しい。一方、Θの絶対値は2°より小さいと流動性も力学特性も十分得ることが出来るが、切込を安定して入れることが難しくなる。すなわち、繊維に対して切込が寝てくると、切込を入れる際、繊維が刃から逃げやすく、プリプレグ基材中に存在する切断されていない繊維の割合が大きくなる。また、繊維長さLを100mm以下とするためには、Θの絶対値が2°より小さいと少なくとも切込同士の最短距離が0.9mmより小さくなるなど、生産安定性に欠ける。また、このように切込同士の距離が小さいと積層時の取り扱い性が難しくなるという問題がある。切込の制御のしやすさと力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは5〜15°の範囲内である。なお、本発明におけるΘとは、切込上の任意の点を点Xとしたとき、点Xにおける繊維長手方向と切込とのなす角をθ(X)とすれば、Θはθ(X)の切込上の平均値、すなわち(式1)によって与えられる値とする。ここで、図3に示すように、切込13の端点をそれぞれ点A、点Bとし、点Aと点Bを結び、切込に沿った曲線をCとしており、また点Xにおける曲線Cの微小線分をdsとしている。
In the present invention, the reinforcing fiber of the cut prepreg base material disposed on the supply reel has an absolute value of an angle Θ (hereinafter also referred to as a cut angle) formed by the
以下、前記切込プリプレグ基材における好ましい切込パターンの一例を、図4〜6を用いて説明する。 Hereinafter, an example of the preferable cutting pattern in the said cutting prepreg base material is demonstrated using FIGS.
強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材上に制御されて整列した切込13を複数入れる。繊維配向方向の対になる切込13同士で繊維が分断され、その間隔18を10〜100mmとすることで、実質的にプリプレグ基材上の強化繊維すべてを繊維長さLが10〜100mmにすることができる。また、図3に示すように、切込と強化繊維となす角度15をΘとするとΘの絶対値は全面で2〜25°の範囲内である。図5a)ではΘの絶対値が90°、b)では25°を超えた例を示しているが、これらの例では本発明により得られうる高強度を発現することは出来ない。
A plurality of controlled and aligned
図6には、5つの異なる切込パターンを有するプリプレグ基材が示されている。図6a)の切込プリプレグ基材3’は、等間隔をもって配列された斜行した連続、直線状の切込13bを有する。図6b)の切込プリプレグ基材3’は、2種類の間隔をもって配列された斜行した連続、直線状の切込13bを有する。図6c)の切込プリプレグ基材3‘は、等間隔をもって配列された連続、曲線(蛇行線)の切込13を有する。図6d)の切込プリプレグ基材3’は、等間隔をもって配列され、かつ、2種類の異なる方向に斜行した断続的な直線状の切込13aを有する。図6e)の切込プリプレグ基材3’は、等間隔をもって配列された斜行した断続的な直線状の切込13aを有する。切込は図6c)のように曲線でも構わないが図6a)、b)、d)、e)のように直線状である方が流動性をコントロールしやすく好ましい。また、切込により分断される強化繊維の長さLは、図6b)のように一定でなくてもよいが、繊維長さLが全面で一定であると流動性をコントロールしやすく、強度ばらつきをさらに押さえることができるため好ましい。なお、ここで規定の直線状とは、幾何学上の直線の一部をなしている状態を意味するが、前記流動性のコントロールを容易にするという効果を損なわない限り、前記幾何学上の直線の一部をなしていない箇所があっても差支えが無く、その結果、繊維長さLが全面で一定とはならない箇所があっても(この場合、繊維長さLが実質的に全面で一定であると言えるので)差支えが無い。
FIG. 6 shows a prepreg substrate having five different cutting patterns. The
さらに好ましい例[1]としては、図6a)〜c)のように、切込13が連続して入れられているのがよい。例[1]のパターンでは、切込13bが断続的でないため、切込端部付近での流動乱れが起きず、切込13bを入れた領域では、すべての繊維長さLを一定とすることができ、流動が安定している。切込13bが連続的に入れられているため、切込プリプレグ基材3’がばらばらになってしまうのを防ぐ目的で、切込プリプレグ基材の周辺部に切込がつながっていない領域を設けたり、切込の入っていないシート状の離型紙やフィルムなどの支持体で把持したりすることで、取り扱い性を向上させることができる。
As a more preferable example [1], it is preferable that the
また、他の好ましい例[2]としては、図4のように、切込を強化繊維の垂直方向に投影した長さ19をWsとしたとき、Wsが30μm〜100mmの範囲内である断続的な切込13aが切込プリプレグ基材3’全面に設けられており、切込13a1と、該切込13a1に繊維配向方向で隣接した切込13a2の幾何形状が同一であるとよい。ここで、“切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWs”とは図4に示す通り、プリプレグ層の面内において、切込を強化繊維の垂直方向(繊維直行方向16)を投影面として、切込から該投影面に垂直(繊維配向方向14)に投影した際の長さ19を指す。Wsが30μm以下となると、切込の制御が難しく、切込プリプレグ基材全面に渡って繊維長さLが10〜100mmとなるよう、保障することが難しい。すなわち、切込により切断されていない繊維が存在すると基材の流動性は著しく低下し、余分に切断されているとLが10mmを下回る部位が出てきてしまう、という問題点がある。逆にWsが10mmより大きいときにはほぼ強度が一定に落ち着く。すなわち、繊維束端部がある一定以上に大きくなると、破壊が始まる荷重がほぼ同等となる。図4では、LとWsがいずれも一種類である例を示している。いずれの切込13a(例えば13a1)も繊維方向に平行移動することで重なる他の切込13a(例えば13a2)がある。前記繊維方向の対になる切込13a同士により分断される繊維長さLよりさらに短い繊維長さで隣接する切込により分断され繊維が分断される幅が存在することによって、安定的に繊維長さを100mm以下で切込プリプレグ基材3’を製造できる。例[2]のパターンでは、得られた切込プリプレグ基材3’を積層する際、切込が断続的なため取り扱い性に優れる。図6d)、6e)にはその他のパターンも例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。
Further, as another preferable example [2], as shown in FIG. 4, when Ws is a length 19 obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber, Ws is intermittent within a range of 30 μm to 100 mm. The
好ましい例[2]において、力学特性の観点から好ましくは、強化繊維の垂直方向に投影した長さWsが0.1mm〜1.5mmの範囲内であるのが好ましい。Wsを小さくすることにより、一つ一つの切込により分断される繊維量が減り、強度向上が見込まれる。特に、Wsが1.5mm以下とすることで、大きな強度向上が見込まれる。また、切込長さが長ければ長いほど、積層作業時に基材の切込が開口し易くなり、基材の取り扱い性が大幅に低下する。切込が1.5mm以下であれば、積層作業時に切込が開口しにくく、基材の取り扱い性の良い切込プリプレグ基材となる。なお、本発明において、切込角度Θの絶対値が2〜25°であることにより、切込長さに対して投影長さWsを小さくすることができる。そのため、Wsが1.5mm以下という極小の切込であっても、工業的に安定して設けることが可能となる。また、プリプレグ基材への切込の挿入を、刃を押し当てて行おうとする場合、裁断時に強化繊維が繊維直行方向に蛇行し刃から逃げるために、繊維をうまく裁断できないことがある。このような繊維逃げの影響を小さくするためには、Wsは0.1mm以上であることが好ましい。より好ましくはWsを0.2mm以上とすることで、より連続繊維を残すことなくプリプレグ基材に切込を挿入することが可能となる。 In the preferred example [2], the length Ws projected in the vertical direction of the reinforcing fiber is preferably in the range of 0.1 mm to 1.5 mm from the viewpoint of mechanical properties. By reducing Ws, the amount of fibers cut by each cutting is reduced, and strength improvement is expected. In particular, when Ws is 1.5 mm or less, a great improvement in strength is expected. In addition, the longer the cut length, the easier it is for the base material notches to open during the laminating operation, and the handleability of the base material is greatly reduced. If the cut is 1.5 mm or less, the cut is less likely to open during the laminating operation, and a cut prepreg base material with good substrate handling properties is obtained. In the present invention, when the absolute value of the cutting angle Θ is 2 to 25 °, the projection length Ws can be reduced with respect to the cutting length. Therefore, even if it is the minimum notch | incision whose Ws is 1.5 mm or less, it becomes possible to provide industrially stably. Further, when the cutting is inserted into the prepreg base material by pressing the blade, the reinforcing fiber may meander in the direction perpendicular to the fiber at the time of cutting and escape from the blade, so that the fiber may not be cut well. In order to reduce the influence of such fiber escape, Ws is preferably 0.1 mm or more. More preferably, by setting Ws to 0.2 mm or more, it becomes possible to insert the cut into the prepreg base material without leaving more continuous fibers.
本発明に用いる切込プリプレグ基材の特徴を、図7〜9を用いて説明する。本発明の比較として図7には、切込13が強化繊維17となす角度Θの絶対値が90°である切込プリプレグ基材3’を積層した積層体20をa)、その積層体20を成形した繊維強化プラスチック21をb)に、それぞれ切込プリプレグ基材3’由来の層をクローズアップした平面図と平面図のA−A断面を切り出した断面図を示した。a)に示す通り、切込プリプレグ基材3’は、繊維に垂直な切込を全面に設けられており、切込13は層の厚み方向を貫いている。繊維長さLを100mm以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体20より面積が伸長した繊維強化プラスチック21を得ることができる(ただし、厚みは減る)。b)のように、伸長した繊維強化プラスチック21を得た際、切込プリプレグ基材3’由来の短繊維層22は、繊維直行方向に伸長すると共に、繊維が存在しない領域(切込開口部)23が生成される。これは一般的に強化繊維が成形程度の圧力では伸長しないためであり、図7のケースでは、伸張した長さ分だけ切込開口部23が生成され、例えば250×250mmの積層体20から300×300mmの繊維強化プラスチック21を得た際には、300×300mmの繊維強化プラスチック21の表面積に対して、切込開口部23の総面積は50×300mm、すなわち1/6(約16.7%)が切込開口部となる計算である。この領域23は断面図に示すとおり、隣接層25が侵入してきて、樹脂リッチ部26と隣接層25が侵入している領域とで占められる。従って、切込プリプレグ基材3’を用いた積層体20を伸長して成形した場合、繊維束端部24では層のうねり27や樹脂リッチ部26が発生し、これが力学特性の低下や表面品位の低下に影響を与える。また、繊維がある部位とない部位で剛性が異なるため、面内異方性の繊維強化プラスチック21となり、ソリなどの問題から設計が難しい。また、強度の面では、荷重方向から±10°以下程度に向いている繊維が大部分の荷重を伝達しているが、その繊維束端部24では隣接層25に荷重を再分配しなければならない。その際、図7b)のように、繊維束端部24が荷重方向に垂直となっていると、応力集中が起きやすく、剥離も起こりやすい。そのため、強度向上はあまり期待できない。
The characteristics of the cut prepreg base material used in the present invention will be described with reference to FIGS. As a comparison of the present invention, FIG. 7 shows a
一方で図8には、本発明の好ましい例[1]の切込プリプレグ基材3’を積層した積層体20をa)、その積層体20を成形した繊維強化プラスチック21をb)に、それぞれ切込プリプレグ基材3’由来の層をクローズアップした平面図と平面図のA−A断面を切り出した断面図を示した。a)に示すとおり、切込プリプレグ基材3’は、繊維17となす角度Θの絶対値が25°以下の連続した切込13bが全面に設けられており、切込13bは層の厚み方向を貫いている。繊維長さLを100mm以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体20より面積が伸長した繊維強化プラスチック21を得ることが出来る。b)のように、伸長した繊維強化プラスチック21を得た際、切込プリプレグ基材3’由来の短繊維層22は、繊維直交方向に伸長すると共に、繊維17自体が回転28して伸長領域の面積を稼ぐため、図7のように繊維が存在しない領域(切込開口部)23が実質的に生成せず、層表面に存在する切込開口部の面積が層の表面積と比較して0.1〜10%の範囲内である。従って、断面図を見ても分かるとおり、隣接層25が侵入することもなく、層のうねり27や樹脂リッチ部26のない高強度で品位の高い繊維強化プラスチック21を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維17が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この繊維が回転して伸長し、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は、切込と強化繊維とのなす角度Θの絶対値が25°以下であり、かつ、切込が連続して入れられていることで初めて得ることができる。また、強度の面では、前述と同様に荷重方向から±10°以下程度に向いている繊維に注目すると、図8b)のように、繊維束端部24が荷重方向に対して寝てきている様子がわかる。繊維束端部24が層厚み方向に斜めとなっているため、荷重の伝達がスムーズであり、繊維束端部24からの剥離も起こりにくい。従って、図7に比べ格段の強度向上が見込まれる。この繊維束端部24が層厚み方向に斜めとなるのは上述の繊維17が回転28する際、上面と下面の摩擦により上面から下面で繊維17の回転28になだらかな分布があるためで、そのため、層厚み方向に繊維17の存在分布が発生し、繊維束端部24が層厚み方向に斜めとなったと考えられる。このような繊維強化プラスチック21の層内で層厚み方向に斜めの繊維束端部を形成し、強度を著しく向上する画期的効果は切込13bの繊維17となす角度Θの絶対値が25°以下であることで初めて得ることができる。
On the other hand, FIG. 8 shows a
図9には、本発明の好ましい例[2]の切込プリプレグ基材3’を積層した積層体20をa)、その積層体20を成形した繊維強化プラスチック21をb)に、それぞれ切込プリプレグ基材3’由来の層をクローズアップした平面図を示した。a)に示すとおり、切込プリプレグ基材3’は、繊維17となす角度Θの絶対値が25°以下の断続的な切込13aが全面に設けられており、切込13aは層の厚み方向を貫いている。切込13aにより繊維長さLを切込プリプレグ基材3’の全面で100mm以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体20より面積が伸長した繊維強化プラスチック21を得ることができる。切込長さ、切込角度を小さくすることにより、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを1.5mm以下とすることができる。b)のように、伸長した繊維強化プラスチック21を得た際、切込プリプレグ基材3’由来の短繊維層22は、繊維垂直方向に伸長する際、繊維方向に繊維が伸張しないため、繊維が存在しない領域(切込開口部)23が生成されるが、隣接する短繊維群が繊維直行方向に流動することで、切込開口部23を埋め、切込開口部23の面積が小さくなる。この傾向は特に、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを1.5mm以下とすることで顕著となり、実質的に切込開口部23が生成せず、層表面に存在する切込開口部の面積が層の表面積と比較して0.1〜10%の範囲内とすることができる。従って、厚み方向に隣接層25が侵入することもなく、層のうねり27や樹脂リッチ部26のない高強度で品位の高い繊維強化プラスチック21を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維17が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この切込開口部を繊維直行方向の流動により埋め、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は切込角度Θの絶対値が25°以下であり、かつ切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを1.5mm以下とすることで初めて得ることができる。さらに好ましくはWsが1mm以下であることにより、より高強度、高品位とすることができる。
In FIG. 9, the
本発明の積層体の製造方法では、前記切込プリプレグ基材を強化繊維の配向が異なる方向に少なくとも2層以上積層することが好ましい。強化繊維の配向が異なる方向に積層することにより、繊維強化プラスチックとした場合の寸法安定性に優れる。さらに、前記切込によって強化繊維が切断されたプリプレグ基材は、成形時に繊維が流動するにあたり、繊維方向と繊維直交方向との流動に異方性を生じるため、効果的に繊維を流動させるためには、強化繊維の配向が異なる方向に積層することが重要となる。なかでも、[0/90]nSや[0/±60]nS、[+45/0/−45/90]nSといった等方積層で、かつ、対称積層であることが、成形時の流動の均質性、および繊維強化プラスチックとした場合のソリ低減等を考慮すると好ましい。ここで、本発明において“強化繊維の配向が異なる”とは、強化繊維の方向のなす角度の絶対値が10〜170°であることを表す。 In the manufacturing method of the laminated body of this invention, it is preferable to laminate | stack the said cut prepreg base material at least 2 layers or more in the direction where the orientation of a reinforced fiber differs. By laminating the reinforcing fibers in different directions, the dimensional stability in the case of a fiber reinforced plastic is excellent. Furthermore, the prepreg base material in which the reinforcing fiber is cut by the incision causes anisotropy in the flow between the fiber direction and the fiber orthogonal direction when the fiber flows during molding, so that the fiber can flow effectively. For this, it is important to laminate the reinforcing fibers in different directions. Among them, it is an isotropic laminate such as [0/90] nS , [0 / ± 60] nS , and [+ 45/0 / −45 / 90] nS and a symmetrical laminate, so that the flow during molding is uniform. In view of the properties and warpage reduction in the case of a fiber reinforced plastic, it is preferable. Here, “the orientation of the reinforcing fibers is different” in the present invention means that the absolute value of the angle formed by the directions of the reinforcing fibers is 10 to 170 °.
本発明の積層体の製造方法は、以下に示すいずれかの方法によりプリプレグ基材を切断し、得られた切込プリプレグ基材を用いて行われることが好ましい。 It is preferable that the manufacturing method of the laminated body of this invention is performed using the cutting prepreg base material obtained by cut | disconnecting a prepreg base material by one of the methods shown below.
まず方法[1]としては、所定の位置に少なくとも1つの刃を配置した回転刃ローラーを少なくとも片面から押し付けることにより、プリプレグ基材の実質的に全ての強化繊維を、繊維方向への長さLが10〜100mmとなるように切断することが好ましい。回転刃ローラーとは、例えば図10、図11に示すような円柱状のローラー30に1つまたは複数の切断刃29が配置されているものが好ましく用いられる。ここで、回転刃ローラー31は、円柱状の金属製ローラーから直接刃(鋭凸部)を削りだしても構わないし、刃が配置された平板を湾曲させ、ローラーに取り付けたものであっても構わない。円柱状の金属製ローラーから直接刃を削りだした回転刃ローラーは高価ではあるものの、耐久性に優れている点から好ましい。一方、刃が配置された平板を湾曲させ、ローラーに取り付けた回転刃ローラーは、金属製ローラーから直接刃を削りだしたものに比べて耐久性の面では劣るものの、安価でありコスト面で優れている、さらに容易に切込パターンを変更可能である点から好ましい。
First, as the method [1], by pressing a rotary blade roller having at least one blade arranged at a predetermined position from at least one side, substantially all the reinforcing fibers of the prepreg base material are length L in the fiber direction. Is preferably cut so as to be 10 to 100 mm. As the rotary blade roller, for example, one in which one or a plurality of cutting
本発明においては、回転刃ローラーに対して反対側からゴム製または金属製のニップローラーを押しあて、両ローラーの間にプリプレグ基材を通すことにより、該プリプレグ基材に切込が挿入され、実質的に全ての強化繊維が切断される。該回転刃ローラーは回転しながら切断する機構であるため、連続的に切断することが可能であり、効率よく切断工程を進めることが可能である。円柱状のローラーの大きさとしては特に制限はないが、直径は50〜300mm程度であると刃の交換等も比較的容易であり好ましい。 In the present invention, a rubber or metal nip roller is pressed from the opposite side with respect to the rotary blade roller, and a notch is inserted into the prepreg substrate by passing the prepreg substrate between both rollers. Virtually all reinforcing fibers are cut. Since the rotary blade roller is a mechanism that cuts while rotating, it can be cut continuously and the cutting process can be carried out efficiently. Although there is no restriction | limiting in particular as a magnitude | size of a cylindrical roller, When a diameter is about 50-300 mm, replacement | exchange of a blade etc. are comparatively easy, and it is preferable.
次に方法[2]としては、所定の位置に少なくとも1つの刃を配置した打ち抜き刃を少なくとも片面から押し付けることにより、プリプレグ基材の実質的に全ての強化繊維を、繊維方向への長さLが10〜100mmとなるように切断することが好ましい。該打ち抜き刃とは、例えば図13に示すような、平板状のベース39に複数の切断刃29が配置されているものが好ましく用いられる。ここで打ち抜き刃は、金属板から直接刃を削りだしたものを使用しても構わないし、金属、ベニヤなどの平板状のベースに刃を直接埋め込んだものでも構わない。金属板から直接刃を削りだしたものは耐久性に優れている点で好ましい。一方平板状のベースに刃を直接埋め込んだものは切込パターンが容易に変更可能である点、刃の突出量の調整が容易である点から好ましい。
Next, as the method [2], by pressing a punching blade having at least one blade disposed at a predetermined position from at least one side, substantially all the reinforcing fibers of the prepreg base material have a length L in the fiber direction. Is preferably cut so as to be 10 to 100 mm. As the punching blade, for example, a blade in which a plurality of cutting
本発明においては、打ち抜き刃をエアー圧や油圧により、プリプレグ基材を打ち抜くことにより、該プリプレグ基材に切込が挿入され、実質的に全ての強化繊維が切断される。打ち抜く際に、プリプレグ基材が打ち抜き刃に引っ掛かることを防ぐために、プリプレグ基材の供給スピードを一時的に緩める、または打ち抜き場所で一旦停止させて打ち抜き、次の打ち抜き場所まで進めるという間欠的な搬送を適用する等の搬送上の工夫が必要であるが、該打ち抜き刃を用いた場合、少数の刃で切断可能であり、更に切込を挿入する装置の省スペース化を図ることが可能である。刃を配置する平板状のベースの大きさとしては特に制限はないが、プリプレグ基材の搬送方向40の大きさが幅広過ぎると前述の少数の刃で切断可能、装置の省スペース化という打ち抜き刃を用いるメリットが失われてしまうため、プリプレグ基材搬送方向40への幅は30mm〜150mm程度であると好ましい。また、プリプレグ基材搬送方向に対して直交する方向41の大きさについては、プリプレグ基材の幅より小さいと、実質的に全ての繊維を切断するためには打ち抜き刃自身に搬送方向に対して直交する方向への可動機構を備える必要があるため、(プリプレグ基材幅+100mm)程度であることが好ましい。 In the present invention, by punching the prepreg base material with a punching blade by air pressure or hydraulic pressure, a notch is inserted into the prepreg base material, and substantially all the reinforcing fibers are cut. In order to prevent the prepreg base material from being caught by the punching blade when punching, intermittent feeding that temporarily lowers the supply speed of the prepreg base material or stops at the punching site and proceeds to the next punching site. However, when the punching blade is used, it is possible to cut with a small number of blades, and it is possible to save the space of the device for inserting the cut. . The size of the flat base on which the blade is arranged is not particularly limited, but if the size of the prepreg base material in the conveying direction 40 is too wide, it can be cut with the above-mentioned few blades, and a punching blade that saves space in the device Therefore, the width in the prepreg base material conveyance direction 40 is preferably about 30 mm to 150 mm. Moreover, about the magnitude | size of the direction 41 orthogonal to a prepreg base material conveyance direction, if it is smaller than the width | variety of a prepreg base material, in order to cut | disconnect substantially all the fibers, it is a punching blade itself with respect to a conveyance direction. Since it is necessary to provide a movable mechanism in the orthogonal direction, it is preferably about (prepreg base material width + 100 mm).
また、前述した2つのプリプレグ基材に切込を挿入する方法において、用いられる切断刃の刃先の材質については特に制限はないが、耐久性等を考慮すると、超硬鋼やダイヤモンドやセラミックスが好ましい。さらにプリプレグ基材を搬送する速度、すなわちプリプレグ基材に切込を挿入する速度についても特に制限はないが、速度が速すぎると切断刃がプリプレグ基材に引っ掛かったり、切込を挿入する際に発する摩擦熱によりプリプレグ基材の樹脂の粘度が下がり、切断刃に樹脂が付着して切れ味が低下する懸念がある。また、速度が遅すぎると効率が低下し、本発明の特徴が失われてしまうことから、プリプレグ基材を搬送する速度は5〜18m/minであることが好ましい。 Moreover, in the method of inserting a cut into the two prepreg base materials described above, the material of the cutting edge of the cutting blade used is not particularly limited, but in consideration of durability and the like, super hard steel, diamond and ceramics are preferable. . Furthermore, there is no particular limitation on the speed at which the prepreg base material is transported, that is, the speed at which the cut is inserted into the prepreg base material, but when the speed is too high, the cutting blade may be caught on the prepreg base material or when the cut is inserted. There is concern that the viscosity of the resin of the prepreg base material decreases due to the generated frictional heat, and the resin adheres to the cutting blade and the sharpness decreases. Moreover, since efficiency will fall and the characteristic of this invention will be lost when a speed is too slow, it is preferable that the speed which conveys a prepreg base material is 5-18 m / min.
本発明におけるプリプレグ基材の切断に際して、強化繊維とテープ状支持体とをともに切断しても構わないが、切込の挿入深さを調節することにより、テープ状支持体を実質的に連続状に維持しつつ、かつ、プリプレグ基材の強化繊維のみを切断するのがより好ましい。切込プリプレグ基材は、切込が多くなればなるほど、また切込が長ければ長いほど、切込プリプレグ基材の剛性が低下し、基材が変形し易くなる。これによって、積層工程で切込プリプレグ基材の形状が崩れるなど、取り扱いが困難となる。そのような問題を回避するために、図15に示すように、前記プリプレグ基材3において切断刃29を押し当てる側とは反対側をテープ状支持体4によって把持し、テープ状支持体4を実質的に連続状に維持したまま、プリプレグ基材3のみを裁断する、いわゆるハーフカットを実施するのがよい。これにより、切込の量が多くても、テープ状支持体4が切込プリプレグ基材3’の変形を抑制するため、基材の取り扱い性が大幅に向上し、切断される前のプリプレグ基材と同様、連続的な積層方法に耐えうる形態保持性を有し(シート形状を保ったまま扱うことができ)、積層時に繊維が脱落してバラバラになってしまうといった問題はない。このとき、切込挿入部の先端48がプリプレグ基材3に進入する量としては、切込挿入部の先端48の進入する量がプリプレグ基材3の繊維をちょうど切断する深さであってもよいが、この場合、幾多の裁断によって切断刃29が磨耗すると、切り残しが多発する可能性がある。したがって、切込挿入部の先端48がプリプレグ基材3を貫通し、テープ状支持体4の一部のみ侵入するのがよい(この場合、テープ状支持体は連続状とはいえない箇所が存在するが、厚み方向に貫通されていることは無いため、テープ状支持体は“実質的に連続状に維持”されていると言える。)。さらに、テープ状支持体4の厚みとしては、厚みが大きいと材料コストが増し経済的ではない。しかし、厚みが薄すぎると、プリプレグ基材3に切断刃29を押し当てた際に、切込挿入部の先端48をテープ状支持体4の内部に留めることが難しくなる。その結果、切込挿入部の先端48がテープ状支持体4を完全に貫通した場合、切込プリプレグ基材3’の取り扱い性が低下し、切込挿入部の先端48がテープ状支持体4に到達しなかった場合には、繊維を切断することができず、切込プリプレグ基材中3’に連続繊維が残り、成形時の流動性が低下する。そのため、テープ状支持体の厚みは30〜300μmが好ましく、さらに好ましくは50〜200μmである。ここで本発明における“テープ状支持体”とは、クラフト紙などの紙類やポリエチレン・ポリプロピレンなどのポリマーフィルム類、アルミなどの金属箔類などが挙げられ、さらに樹脂との離型性を得るために、シリコーン系や“テフロン(登録商標)”系の離型剤や金属蒸着等を表面に付与しても構わない。
When cutting the prepreg base material in the present invention, the reinforcing fiber and the tape-like support may be cut together, but the tape-like support is substantially continuous by adjusting the insertion depth of the cut. It is more preferable to cut only the reinforcing fibers of the prepreg base material while maintaining the above. The cut prepreg base material is more likely to be deformed as the number of cuts increases and the longer the cut, the lower the rigidity of the cut prepreg base material. Thereby, handling becomes difficult, for example, the shape of the cut prepreg base material collapses in the lamination step. In order to avoid such a problem, as shown in FIG. 15, the side opposite to the side where the
本発明におけるプリプレグ基材を構成する強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール(PBO)繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維はこれら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適である。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいPAN系炭素繊維が好ましい。 Examples of reinforcing fibers constituting the prepreg base material in the present invention include organic fibers such as aramid fibers, polyethylene fibers, polyparaphenylene benzoxador (PBO) fibers, glass fibers, carbon fibers, silicon carbide fibers, alumina fibers, Examples thereof include inorganic fibers such as Tyranno fiber, basalt fiber, and ceramic fiber, metal fibers such as stainless fiber and steel fiber, and reinforcing fibers using boron fiber, natural fiber, modified natural fiber, and the like as fibers. Among them, carbon fiber is particularly lightweight among these reinforced fibers, and has particularly excellent properties in specific strength and specific modulus, and is also excellent in heat resistance and chemical resistance. Is suitable for a member such as an automobile panel. Among these, PAN-based carbon fibers that can easily obtain high-strength carbon fibers are preferable.
本発明におけるプリプレグ基材に用いられるマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂であっても、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂であっても、それらの混合樹脂であっても構わない。ただし、積層時にプリプレグ基材を圧着する必要があることから、タック性に優れる半硬化状態の熱硬化性樹脂の方が適している。なかでも、かかる熱硬化性樹脂としては、貼り重ねる工程でのタック性、および繊維強化プラスチックとした時の力学特性を考慮するとエポキシ樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂を用いる場合はタック性を確保するために、加熱しながら圧着積層するのが好ましい。この場合の加熱温度は用いる熱可塑樹脂が一連の積層工程の中で半硬化状態を保てる温度にするのが好ましい。 The matrix resin used for the prepreg substrate in the present invention may be a thermosetting resin such as an epoxy resin, a polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, or a thermoplastic resin such as polyamide, polypropylene, or polyethylene. Or a mixed resin thereof. However, since it is necessary to pressure-bond the prepreg base material at the time of lamination, a semi-cured thermosetting resin excellent in tackiness is more suitable. Among these, as such a thermosetting resin, an epoxy resin is preferable in consideration of tackiness in a process of pasting and mechanical characteristics when a fiber reinforced plastic is used. In the case of using a thermoplastic resin, it is preferable to carry out pressure lamination while heating in order to ensure tackiness. In this case, the heating temperature is preferably set to a temperature at which the thermoplastic resin used can maintain a semi-cured state in a series of lamination steps.
本発明におけるプリプレグ基材は、基材の幅が10〜1000mm程度であることが好ましい。10mmより小さいとプリプレグ基材の供給量が少なくなり生産性に乏しく、1000mmより大きいと装置が大きくなり過ぎ、積層時の自由度も制限される。生産性と取扱い性との両立という点に鑑みれば、プリプレグ基材の幅は25mm〜500mm程度がさらに好ましい。 The prepreg base material in the present invention preferably has a base material width of about 10 to 1000 mm. If it is smaller than 10 mm, the supply amount of the prepreg base material is reduced and the productivity is poor, and if it is larger than 1000 mm, the apparatus becomes too large, and the degree of freedom during lamination is limited. In view of the balance between productivity and handleability, the width of the prepreg base material is more preferably about 25 mm to 500 mm.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、特にこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not particularly limited thereto.
<テープ状プリプレグ基材の作製>
以下に示す手順にてエポキシ樹脂組成物を得た。
<Production of tape-shaped prepreg base material>
An epoxy resin composition was obtained by the following procedure.
(a)エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート(登録商標)”828:30重量部、エピコート1001:35重量部、エピコート154:35重量部)と、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール(チッソ(株)製“ビニレック(登録商標)”K)5重量部とを、150〜190℃に加熱しながら1〜3時間攪拌し、ポリビニルホルマールを均一に溶解する。 (A) Epoxy resin (“Epicoat (registered trademark)” 828: 30 parts by weight, Epicoat 1001: 35 parts by weight, Epicoat 154: 35 parts by weight) manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., and thermoplastic resin polyvinyl formal (Chisso ( "Vinylec (registered trademark)" K) 5 parts by weight is stirred for 1 to 3 hours while heating at 150 to 190 ° C to uniformly dissolve polyvinyl formal.
(b)樹脂温度を55〜65℃まで降温した後、硬化剤ジシアンジアミド(ジャパンエポキシレジン(株)製DICY7)3.5重量部と、硬化促進剤3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア(保土谷化学工業(株)製DCMU99)4重量部とを加え、該温度で30〜40分間混練後、ニーダー中から取り出してエポキシ樹脂組成物を得た。 (B) After lowering the resin temperature to 55 to 65 ° C., 3.5 parts by weight of a curing agent dicyandiamide (DICY7 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and a curing accelerator 3- (3,4-dichlorophenyl) -1, 4 parts by weight of 1-dimethylurea (DCU99 manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.) was added, kneaded at the temperature for 30 to 40 minutes, and then taken out from the kneader to obtain an epoxy resin composition.
得られたエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを使用し離型紙上に塗布し、樹脂フィルムを作製した。 The obtained epoxy resin composition was apply | coated on the release paper using the reverse roll coater, and the resin film was produced.
次に、テープ状に一方向に整列させた炭素繊維(引張強度4,900MPa、引張弾性率235GPa)に樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱し、加圧して樹脂組成物を含浸させ、幅305mm、炭素繊維目付150g/m2、樹脂重量分率33%のテープ状プリプレグ基材を作製した。 Next, two resin films are stacked on both sides of the carbon fiber on carbon fiber (tensile strength 4,900 MPa, tensile elastic modulus 235 GPa) aligned in one direction in a tape shape, heated and pressurized to impregnate the resin composition. Thus, a tape-shaped prepreg base material having a width of 305 mm, a carbon fiber basis weight of 150 g / m 2 , and a resin weight fraction of 33% was produced.
<繊維強化プラスチック成形金型>
図14に示すような金型を用いて成形評価を行った。金型中央部には5箇所の凹凸部を備えており、上金型の周囲にはリブ形成用の溝を備えている。本金型中央部にプリプレグ基材の積層体を配置し、加熱型プレス成形機により、6MPaの加圧のもと、150℃×30分間の条件により硬化させた。これにより、繊維強化プラスチックの成形体を得た。
<Fiber-reinforced plastic mold>
Molding evaluation was performed using a mold as shown in FIG. The center portion of the mold is provided with five uneven portions, and a rib forming groove is provided around the upper die. The laminated body of the prepreg base material was arrange | positioned in this metal mold | die center part, and it was made to harden | cure on the conditions of 150 degreeC * 30 minute (s) under the pressurization of 6 MPa with the heating type press molding machine. This obtained the molded object of the fiber reinforced plastic.
流動性に関しては、基材を伸長して成形するにあたり、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されており、最表層に配された基材も金型端部付近まで伸長している場合には流動性○、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されているものの、最表層に配された基材がほとんど伸長していない場合には流動性△、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されていない部位がある場合には流動性×、として評価した。 In terms of fluidity, when the base material is stretched and molded, fiber reinforced plastic is filled in the mold cavity, and the base material placed on the outermost layer also extends to the vicinity of the mold edge. Is fluidity ○, but fiber reinforced plastic is filled in the mold cavity, but when the base material arranged on the outermost layer is not stretched, fluidity △, fiber reinforced plastic is in the mold cavity. When there was an unfilled part, it evaluated as fluidity | liquidity x.
ソリに関しては、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台と全面で接触している場合にはソリ○、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台とが全面で接触しておらず、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と全面で接触する場合にはソリ△、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と接触していない部分がある場合にはソリ×と評価した。 For sleds, if the molded body is placed on a flat test bench and the molded body is in contact with the entire surface of the test bench, the sled ○, and the molded body can be tested by placing the molded body on a flat test bench. When the molded body is not in contact with the entire surface and the molded body is in contact with the entire surface of the test table with the finger when the molded body is pressed against the entire surface of the test table, warping is required. When the molded body was pressed against the table, if there was a portion where the molded body was not in contact with the test table, it was evaluated as a sled x.
<機械特性評価>
前記手順により得られた繊維強化プラスチックの平板部より、長さ250±1mm、幅25±0.2mmに切り出し引張強度試験片を得た。JIS K−7073(1998)に規定する試験方法に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン(登録商標)万能試験機4208型を用いた。測定した試験片の数はn=5とし、平均値を引張強度とした。さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数(CV値(%))を算出した。
<Mechanical property evaluation>
From the flat part of the fiber reinforced plastic obtained by the above procedure, a tensile strength test piece was obtained by cutting into a length of 250 ± 1 mm and a width of 25 ± 0.2 mm. According to the test method prescribed in JIS K-7073 (1998), the tensile strength was measured at a crosshead speed of 2.0 mm / min with a distance between the gauge points of 150 mm. In this example, an Instron (registered trademark) universal testing machine 4208 type was used as a testing machine. The number of test pieces measured was n = 5, and the average value was the tensile strength. Further, a standard deviation was calculated from the measured value, and the standard deviation was divided by an average value, thereby calculating a variation coefficient (CV value (%)) as an index of variation.
(実施例1)[切込形態:連続切込]
一方向プリプレグ基材を特定の寸法に切断する装置は図1に示すものを用いた。本装置は切込挿入装置5として図10に示す回転刃ローラー31を有する。円柱状ローラー30の直径は70mm、幅は350mmである。切断刃は、形状が螺旋状で、強化繊維が繊維方向への長さが30mmに切断されるよう、切断刃の円周方向の間隔を30mmとし、切込と繊維方向とのなす角度が10°である連続的な切込が挿入できるよう配置した。また、プリプレグ基材切断時、該基材の端部5mmには切込を入れず、切込挿入によって基材がばらばらにならないように切断刃29を配置した。切込挿入時のプリプレグ搬送速度は13m/minとした。
(Example 1) [Cutting mode: continuous cutting]
The apparatus shown in FIG. 1 was used as an apparatus for cutting a unidirectional prepreg base material into a specific dimension. This apparatus has a
自動積層装置は図2に示す構造のものを用いた。本装置のプリプレグ供給リール9に予め繊維を切断した300mm幅の前記切込プリプレグ機材を配し、圧着ローラーを介して、下金型46と同形状のプリフォーム型に積層構成が[−45/0/+45/90]2Sとなるように16層疑似等方に積層し、積層体を得た。 An automatic laminating apparatus having the structure shown in FIG. 2 was used. The prepreg supply reel 9 of this apparatus is provided with the 300 mm wide cut prepreg equipment, and the laminated configuration is [−45 / 0 / + 45/90 ] 16 layers were laminated so as to be 2S, and a laminate was obtained.
なお、切込プリプレグ基材の切込の長さが長いため、切込挿入時における切込挿入後の巻き取り作業、自動積層時における供給リールへの移送、および積層工程において、基材の目ずれが起きるなど若干の難があった。 In addition, since the cut length of the cut prepreg base material is long, in the winding operation after the insertion of the cut at the time of the cut insertion, the transfer to the supply reel at the time of automatic lamination, and the lamination process, There were some difficulties such as a shift.
得られた切込プリプレグ基材によって構成される積層体を用いて、前記手法により成型し、凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。 Using the laminated body constituted by the obtained cut prepreg base material, molding was performed by the above-described method to obtain a fiber reinforced plastic having uneven portions and rib portions.
得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。得られた積層体より切り出した平板部の引張弾性率は46GPaとほぼ理論値通り発現し、また、引張強度に関しても580MPaと高い値が発現し、そのCV値も5%ときわめてバラツキの小さい結果となった。これらの結果から構造材としての適用、外板部材への適用が可能な力学特性と品位が得られたことがわかった。また、得られた繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面が0°である層に注目すると、図7b)のような、層うねりや繊維が存在しない部位がなく、樹脂リッチ部もほとんど存在しなかった。また、繊維束端部も厚み方向に斜めとなっており(繊維方向から5°以下程度)、応力伝達効率が高いと考えられた。 The obtained fiber reinforced plastic exhibited good surface smoothness, the fibers were in line with the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the tips of the rib portions. The tensile modulus of the flat plate section cut out from the obtained laminate is 46 GPa, which is expressed as the theoretical value. Also, the tensile strength is as high as 580 MPa, and the CV value is 5%, which is very small variation. It became. From these results, it was found that mechanical properties and quality that can be applied to structural materials and outer plate members were obtained. Further, when the obtained fiber reinforced plastic was cut out and attention was paid to the layer having a cut-out surface of 0 °, there was no layer undulation or fiber-free portion as shown in FIG. 7b), and there was almost no resin-rich portion. . Moreover, the fiber bundle end was also inclined in the thickness direction (about 5 ° or less from the fiber direction), and it was considered that the stress transmission efficiency was high.
(実施例2)[切込形態:断続]
切込挿入装置5として、図11に示すような切断刃29が断続的な回転刃ローラー31を用いた以外は実施例1と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。
(Example 2) [Cutting mode: intermittent]
A fiber reinforced plastic having uneven portions and rib portions was obtained in the same manner as in Example 1 except that the
円柱状ローラー30に設置した切断刃29は、350mm×350mm、厚さ5mmの金属板から、刃を多数削り出して作製した。図12に切断刃29の配置図を示す。金属板32の中央部340×340の領域に、長さ1.5mmの刃が間隔1.5mmで複数並んでおり、刃からなる列33を形成している。この刃からなる列と金属板の基準方向34とのなす角α(36)は10°である。さらに、隣接する刃からなる列33は、金属板の基準方向34に15mmの間隔37で配置されており、隣接する刃からなる列は互いに基準方向と垂直な方向35に半位相ずれている。この多数の切断刃が配置された金属板を、金属板の基準方向34とプリプレグ基材の送り方向(プリプレグ基材の繊維長手方向)が一致するように円柱状ローラー30に巻き付け、切断刃29が断続的な回転刃ローラー31とした。該回転刃ローラー31から得られた切込プリプレグ基材の切込パターンは図12の刃の配置が転写されたパターンとなり、該切込プリプレグ基材の繊維長さL、切込と繊維方向とのなす角度Θ、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを測定したところ、それぞれL=30mm、Θ=10°、Ws=0.51mmであった。
The
なお、本手法によって得られた切り込みプリプレグ基材は、実施例1に比べて切込の長さが短く、全工程を通して基材が変形することもなく、容易に積層体を得ることが出来た。 In addition, the cut prepreg base material obtained by this method has a shorter cut length than that of Example 1, and the base material is not deformed throughout the entire process, and a laminate can be easily obtained. .
得られた繊維強化プラスチックは実施例1同等に良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。得られた積層体より切り出した平板部の引張強度については、640MPaと実施例1よりもさらに高い値が発現した。 The obtained fiber reinforced plastic exhibited the same surface smoothness as that of Example 1, and the fibers were in the shape of the concavo-convex part, and no wrinkles were formed, and the fiber was filled up to the tip of the rib part. About the tensile strength of the flat plate part cut out from the obtained laminated body, a value higher than 640 MPa and Example 1 expressed.
(実施例3〜5)[繊維長さの比較(表1)]
切込の間隔を変えることにより繊維長さLを変えた以外は、実施例1と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれLは、実施例3では10mm、実施例4では60mm、実施例5では100mmとした。
(Examples 3 to 5) [Comparison of fiber length (Table 1)]
A fiber reinforced plastic having uneven portions and rib portions was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fiber length L was changed by changing the notch interval. L was 10 mm in Example 3, 60 mm in Example 4, and 100 mm in Example 5, respectively.
得られた繊維強化プラスチックは実施例5を除いて良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。実施例5については若干の繊維のうねりと金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が十分流動してない部位があった。その他、いずれの繊維強化プラスチックもソリがなく、最外層の切込部においても、強化繊維が存在せずに樹脂リッチまたは隣接層の強化繊維がのぞいている部位はほとんどなく、良好な外観品位、平滑性を保っていた。引張弾性率46〜47GPa、引張強度は510〜650MPaと高い値であり、引張強度のCV値も3〜6%とバラツキの小さい結果であった。 The obtained fiber reinforced plastic exhibited good surface smoothness except for Example 5, the fibers were in line with the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the ends of the rib portions. In Example 5, there was a portion where the fiber did not sufficiently flow to the end at the surface portion where the undulation of the fiber and the friction between the mold and the die were received. In addition, none of the fiber reinforced plastic has warpage, and there is almost no part where the reinforcing fiber is not present and the reinforcing fiber of the adjacent layer is peeking out in the cut portion of the outermost layer, and the appearance quality is good. The smoothness was maintained. The tensile modulus was 46 to 47 GPa, the tensile strength was as high as 510 to 650 MPa, and the CV value of the tensile strength was also as small as 3 to 6%.
(実施例6〜11)[切込角度の比較(表2)]
切込と繊維方向とのなす角度を変えた他は実施例1と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。実施例6は切込角度Θが1°、実施例7は2°、実施例8は5°、実施例9は15°、実施例10は25°、実施例11は45°の方向に連続的な切込を設けた。
(Examples 6 to 11) [Comparison of cutting angles (Table 2)]
A fiber reinforced plastic having concavo-convex portions and rib portions was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle between the cut and the fiber direction was changed. In Example 6, the cutting angle Θ is 1 °, Example 7 is 2 °, Example 8 is 5 °, Example 9 is 15 °, Example 10 is 25 °, and Example 11 is continuous in the direction of 45 °. Cuts were made.
得られた繊維強化プラスチックは実施例7〜10については良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。引張弾性率は45〜47GPa、引張強度は470〜670MPaと高い値であり、引張強度のCV値は3〜5%とバラツキの小さい結果であった。特に切込角度の小さな実施例7、8では600MPa以上の引張強度を発現した。実施例6については、切込角度が小さいため、切込同士の間隔が0.5mm程度と小さく、安定的に基材の裁断を行うことが困難であり、引張強度のCV値も12%と高かったが、張弾性率は45GPa、引張強度は640MPaと高い値を示した。また、実施例11は引張強度が340MPaと少々低かったものの、引張弾性率は44GPaと他の実施例とほぼ同等の値を示し、繊維のうねりもなく、その端部まで繊維が均等に流動していた
(実施例12〜16)[投影長さWsの比較(表3)]
実施例2の切込パターンにおいて、刃の長さと間隔を変更することにより切込の長さと切込の間隔を変えた以外は、実施例2と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。実施例12では投影長さWsと切込の間隔を共に0.02mm、実施例13では0.17mm、実施例14では1mm、実施例15では2mm、実施例16では10mmとした。なお実際の切込の長さはそれぞれ、実施例12では0.12mm、実施例13では1mm、実施例14では5.8mm、実施例15では11.5mm、実施例16では58mmである。
The obtained fiber reinforced plastic exhibited good surface smoothness in Examples 7 to 10, the fibers were in the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the tips of the rib portions. . The tensile modulus was 45 to 47 GPa, the tensile strength was as high as 470 to 670 MPa, and the CV value of the tensile strength was as small as 3 to 5%. Particularly, in Examples 7 and 8 having a small cutting angle, a tensile strength of 600 MPa or more was expressed. About Example 6, since the cut angle is small, the interval between the cuts is as small as about 0.5 mm, it is difficult to stably cut the base material, and the CV value of the tensile strength is also 12%. Although it was high, the tensile modulus was 45 GPa and the tensile strength was 640 MPa. In Example 11, although the tensile strength was a little low at 340 MPa, the tensile elastic modulus was 44 GPa, which was almost the same value as in the other examples, there was no fiber undulation, and the fiber flowed evenly to its end. (Examples 12 to 16) [Comparison of projection length Ws (Table 3)]
The fiber which has an uneven | corrugated | grooved part and a rib part similarly to Example 2 except having changed the cutting length and the space | interval of a cutting by changing the length and space | interval of a blade in the cutting pattern of Example 2. A reinforced plastic was obtained. In Example 12, the projection length Ws and the notch interval were both 0.02 mm, Example 13 was 0.17 mm, Example 14 was 1 mm, Example 15 was 2 mm, and Example 16 was 10 mm. The actual cut lengths are 0.12 mm in Example 12, 1 mm in Example 13, 5.8 mm in Example 14, 11.5 mm in Example 15, and 58 mm in Example 16.
得られた繊維強化プラスチックは実施例12を除いていずれも良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。また、引張強度も560〜680MPaと非常に高強度であった。また、特に投影長さWs(切込長さ)が小さければ小さいほど高強度となるが、その傾向はWsが1.5mm以下の場合に顕著に現れることが確認できた。なお、実施例12については、凹凸部の形状に繊維が沿っているものの、最表面の繊維の一部が繊維逃げによって切断されておらず、繊維がうねり、またリブの先端に繊維が充填されていない箇所があった。また、CV値が10%と若干高く、ばらつきが大きかったが、引張強度は700MPaと最も高い値を示した。 The obtained fiber reinforced plastics all exhibited good surface smoothness except for Example 12, the fibers were in the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the tips of the rib portions. It was. Also, the tensile strength was very high at 560 to 680 MPa. In particular, the smaller the projection length Ws (cutting length), the higher the strength, but it was confirmed that this tendency appears remarkably when Ws is 1.5 mm or less. In Example 12, although the fibers are in the shape of the concavo-convex portion, some of the fibers on the outermost surface are not cut by the fiber escape, the fibers undulate, and the ends of the ribs are filled with fibers. There was a part that was not. Further, although the CV value was slightly high as 10% and the variation was large, the tensile strength showed the highest value of 700 MPa.
(実施例17)[切込挿入に打ち抜き刃を使用]
切り込み挿入装置5として、図13に示すエアー圧による打ち抜き刃とし、60回/minの間隔で刃を押し当てて切り込みを挿入した以外は実施例2と同様にして、凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。
(Example 17) [Using a punching blade for insertion]
As the
図13に抜き打ち刃における切断刃29の配置図を示す。プリプレグ基材搬送方向40への幅が100mm、プリプレグ基材搬送方向に対して直交する方向41への幅が400mmの棒状のベースに、刃長1.5mmの刃が1.5mm間隔で複数並んでおり、刃からなる列33を形成している。この刃からなる列33はプリプレグ基材搬送方向40、すなわちプリプレグ基材の繊維方向に対して10°傾いている。さらに、隣接する刃からなる列33はプリプレグ基材搬送方向に15mmの間隔で配置されており、隣接する刃からなる列33はプリプレグ基材搬送方向に対して直交する方向41に対して互いに半位相ずれている。このように多数の切断刃29を断続的にベースに配置したものを抜き打ち38として用いてプリプレグ基材に切込を挿入した。得られた切込プリプレグ基材の切り込みパターンは、図13の刃の配置がプリプレグ基材全面に渡って転写されたパターンとなり、実施例2と同様の切込プリプレグ基材が得られた。該切込プリプレグ基材の繊維長さL、切込と繊維方向とのなす角度Θ、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを測定したところ、それぞれL=30mm、Θ=10°、Ws=0.51mmであった。
FIG. 13 is a layout view of the
また、得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。引張強度も630MPaと実施例2とほぼ同等の値を示した。 Further, the obtained fiber reinforced plastic exhibited good surface smoothness, the fibers were in line with the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the tips of the rib portions. The tensile strength was 630 MPa, which was almost the same value as in Example 2.
(実施例18)[ハーフカット]
切込挿入の際に、回転刃ローラーをプリプレグ基材に押し当てる圧を変えて切込の挿入深さを小さくすることで、テープ状支持体には切込を入れずにプリプレグ基材の繊維のみを切断した以外は実施例1と同様にして、凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。
(Example 18) [Half cut]
The fiber of the prepreg base material without cutting into the tape-like support by changing the pressure that presses the rotary blade roller against the prepreg base material to reduce the insertion depth of the cut during the insertion. A fiber reinforced plastic having a concavo-convex portion and a rib portion was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the portion was cut.
本手法によって得られた切込プリプレグ基材は、切込の長さが長いものの、テープ状支持体は切断されずにプリプレグ基材の繊維のみが切断されているため、テープ状支持体によって切込プリプレグ基材の変形が抑えられ、容易に積層体を得ることができた。 Although the cut prepreg base material obtained by this method has a long cut length, the tape-like support is not cut and only the fibers of the prepreg base material are cut. The deformation of the embedded prepreg base material was suppressed, and a laminate was easily obtained.
得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。引張強度も570MPaと実施例1とほぼ同等の値を示した。 The obtained fiber reinforced plastic exhibited good surface smoothness, the fibers were in line with the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the tips of the rib portions. The tensile strength was 570 MPa, which was almost the same value as in Example 1.
(比較例1)[連続繊維プリプレグ基材との比較]
プリプレグ基材に切込を入れなかった以外は実施例1と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。
(Comparative Example 1) [Comparison with continuous fiber prepreg base material]
A fiber reinforced plastic having concavo-convex portions and rib portions was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepreg base material was not cut.
得られた繊維強化プラスチックは、凹凸部は形成しているものの、凹凸部に強化繊維およびマトリックス樹脂が引き込まれたため繊維強化プラスチックの端部が欠けており、凹凸部のエッジで繊維がブリッジングしたため該箇所では樹脂リッチとなっていた。さらに、平面部では皺が発生し、リブ部ではほとんど繊維が充填していなかったため、製品としての適用は不可能と思われた。 The resulting fiber reinforced plastic has irregularities formed, but because the reinforced fibers and matrix resin were drawn into the irregularities, the ends of the fiber reinforced plastic were missing, and the fibers bridged at the edges of the irregularities. The part was resin-rich. Furthermore, wrinkles were generated in the flat portion, and almost no fibers were filled in the rib portion, so that it seemed impossible to apply as a product.
(比較例2)[SMCとの比較]
一方向プリプレグ基材を繊維長25mm、幅5mmに裁断してチョップド原料プリプレグとし、そのチョップド原料プリプレグをランダムに配向させながらニップロールで加圧してそれぞれを接着したものを用いた以外は実施例1と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。
(Comparative Example 2) [Comparison with SMC]
Example 1 except that the unidirectional prepreg base material was cut into a fiber length of 25 mm and a width of 5 mm to obtain a chopped raw material prepreg, and the chopped raw material prepreg was pressed with a nip roll while being randomly oriented and bonded to each other. Similarly, a fiber reinforced plastic having an uneven portion and a rib portion was obtained.
得られた繊維強化プラスチックは、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していたが、流動状態が均一でないため線膨張係数の差異によりソリを生じた。また、引張強度は180MPaと各実施例と比べて大幅に低く、CV値も12%という値であり、バラツキが大きかった。 The obtained fiber reinforced plastic had fibers along the shape of the concavo-convex part, no wrinkles, and the fiber was filled up to the tip of the rib part, but because the flow state was not uniform, the difference in linear expansion coefficient Sled. Further, the tensile strength was 180 MPa, which was significantly lower than that of each Example, and the CV value was 12%, which showed a large variation.
(比較例3、4)[繊維長さの比較]
実施例1の切込パターンにおいて、切込の間隔を変えることにより繊維長さLを変えた以外は、実施例1と同様にして凹凸部とリブ部とを有する繊維強化プラスチックを得た。繊維長さLは比較例3では7.5mm、比較例4では120mmとした。
(Comparative Examples 3 and 4) [Comparison of fiber length]
In the cutting pattern of Example 1, a fiber reinforced plastic having uneven portions and rib portions was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fiber length L was changed by changing the cutting interval. The fiber length L was 7.5 mm in Comparative Example 3 and 120 mm in Comparative Example 4.
比較例3においては、得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していた。しかし、引張強度が430MPaと実施例1や実施例3〜5と比較して低い値となった。比較例4については、得られた繊維強化プラスチックにおいて、金型のキャビティ全面に繊維が流動しきっておらず、端部に樹脂リッチ部が見られた。繊維はうねり、ソリも発生していた。 In Comparative Example 3, the obtained fiber reinforced plastic exhibited good surface smoothness, the fibers were aligned with the shape of the concavo-convex portions, no wrinkles were formed, and the fibers were filled up to the tips of the rib portions. However, the tensile strength was 430 MPa, which was a low value compared to Example 1 and Examples 3 to 5. Regarding Comparative Example 4, in the obtained fiber reinforced plastic, the fibers did not flow completely over the entire cavity of the mold, and a resin rich portion was observed at the end. The fibers swelled and warped.
本発明の製造方法にて得られた積層体を用いて成形された繊維強化プラスチックの用途としては、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフのシャフトやヘッド等のスポーツ部材、ドアやシートフレームなどの自動車部材、ロボットアームなどの機械部品がある。なかでも、強度、軽量に加え、複雑な形状の成形追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品に好ましく適用できる。 As a use of the fiber reinforced plastic molded using the laminate obtained by the production method of the present invention, strength, rigidity, light weight is required, sports equipment such as bicycle equipment, golf shaft and head, There are automotive parts such as doors and seat frames, and mechanical parts such as robot arms. In particular, the present invention can be preferably applied to automobile parts such as a seat panel and a seat frame that require a molding followability of a complicated shape in addition to strength and light weight.
1:一方向プリプレグ基材を特定の寸法に切断する装置
2:プリプレグ基材供給リール
3:プリプレグ基材
3’:切込プリプレグ基材
4:テープ状支持体
5:切り込み挿入装置
6:プリプレグ基材支持ローラー
7:プリプレグ基材巻き取りリール
8:自動積層装置
9:プリプレグ基材供給リール
10:圧着ローラー
11:テープ状支持体巻き取りリール
12:積層体
13(13a、13b):切込
14:繊維配向方向
15:切込角度Θ
16:繊維直交方向
17:強化繊維
18:繊維長さL(切込同士の間隔)
19:切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWs
20:切込プリプレグ基材の積層体
21:繊維強化プラスチック
22:短繊維層
23:切込開口部(強化繊維の存在しない領域)
24:繊維束端部
25:隣接層
26:樹脂リッチ部
27:層うねり
28:強化繊維の回転
29:切断刃
30:円柱状ローラー
31:回転刃ローラー
32:切断刃が配置された金属板
33:刃からなる列
34:金属板の基準方向
35:金属板の基準方向と垂直な方向
36:刃からなる列と金属板の基準方向とのなす角度α
37:刃からなる列の基準板の基準方向における間隔
38:抜き打ち刃
39:ベース
40:プリプレグ基材の搬送方向
41:プリプレグ基材搬送方向に対して直交する方向
42:繊維強化プラスチック成型金型
43:凹凸部
44:リブ成型溝
45:上金型
46:下金型
47:切込挿入部
48:切込挿入部の先端
49:離形フィルム
50:切断刃の土台
1: A device for cutting a unidirectional prepreg base material into a specific dimension 2: A prepreg base material supply reel 3: A
16: Fiber orthogonal direction 17: Reinforcing fiber 18: Fiber length L (interval between cuts)
19: Projection length Ws obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber
20: Laminated
24: Fiber bundle end portion 25: Adjacent layer 26: Resin rich portion 27: Layer waviness 28: Reinforcement fiber rotation 29: Cutting blade 30: Cylindrical roller 31: Rotary blade roller 32:
37: Spacing in the reference direction of the reference plate of the row of blades 38: Uncut blade 39: Base 40: Transport direction of the prepreg base material 41: Direction orthogonal to the transport direction of the prepreg base material 42: Fiber reinforced plastic molding die 43: Uneven portion 44: Rib molding groove 45: Upper die 46: Lower die 47: Cutting insertion portion 48: Tip of cutting insertion portion 49: Release film 50: Foundation of cutting blade
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