JP2018172474A - 繊維強化複合材料の製造方法 - Google Patents
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- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Description
熱硬化性樹脂組成物のゲル化時間をそれぞれTg1、Tg2・・・Tg(n)、Tg(n+1)とした場合において、
熱硬化性樹脂組成物A(n)を含む繊維強化樹脂シート状基材を投入してから熱硬化性樹脂組成物A(n+1)を含む繊維強化樹脂シート状基材を投入するまでの時間をTh(s)としたとき、
Th(s)が下記式(1)〜(3)の少なくともいずれかを満たしていれば基材の密着性が上がり、より高い機械特性を発現することが可能になる。
・t≧300(s)のとき、t−t/8≦Th≦t+t/8 ・・・式(1)
・300(s)>t≧30(s)のとき、t−30(s)≦Th≦t+30(s) ・・・式(2)
・30(s)>t≧0(s)のとき、0(s)≦Th≦t+5(s) ・・・式(3)
ここでt(s)は、熱硬化性樹脂組成物A(n)を含む繊維強化樹脂シート状基材のゲル化時間Tg(n)と、熱硬化性樹脂組成物A(n+1)を含む繊維強化樹脂シート状基材のゲル化時間Tg(n+1)との差(t=Tg(n)−Tg(n+1))である。
複雑な形状の複合材料を得るためや、低コストでありながら高強度を持つ材料を得るために、その形状・用途に合わせて複数の繊維強化樹脂シート状基材を積層したり、組み合わせた成形を行う際に、ゲル化時間の差によって基材の硬化挙動が大きく異なってしまい、基材間の密着性が下がり、機械特性の低下や外観の悪化が起こることがある。このような機械特性の低下や外観の悪化を防ぐことを目的として、本発明では基材に含まれる熱硬化性樹脂組成物のゲル化時間の長いものから時間差を設けて金型に投入することで硬化のタイミングを揃え、基材間の接着性が高く機械特性と外観の優良な繊維強化複合材料を得ることを可能にしている。
・t≧300(s)のとき、t−t/8≦Th≦t+t/8 …式(1)
・300(s)>t≧30(s)のとき、t−30(s)≦Th≦t+30(s)…式(2)
・30(s)>t≧0(s)のとき、0(s)≦Th≦t+5(s) …式(3)
本発明における硬化時間とは、プレス成形時に型を締め切ってから脱型可能な硬度になるまでに必要とする時間とする。
本発明では、対象となる材料をALPHA(ALPHA TECHNOLOGIES製、ATD 1000)を用いて150℃条件下にて硬化挙動を測定し、トルク値が急激に上昇する最初の変極点をゲル化時間とする。
前述したとおり、複数の繊維強化樹脂シート状基材を積層したり、組み合わせて繊維強化複合材料10を成形することができる。一例として、図1に示すように、片面にプリプレグ面11を、他の片面にSMC面12を配置した平板状の繊維強化複合材料10(基板)とすることができる。
金型20は上型21と下型22からなり、両型とも表面は平滑面を備えたものである。上型21と下型22を近接させることにより、繊維強化複合材料10を成形するための平板用キャビティが形成される。
織物プリプレグ:繊維径7μm、引張弾性率230GPa、単糸数3,000本の連続した炭素繊維束(東レ(株)製、“トレカ(登録商標)”T300−3K−50E)を綾織にしたマットに、ゲル化時間が60秒のエポキシ樹脂組成物を繊維重量割合(Wf)=60%になるよう含浸させたものを用いた。またこのプリプレグの150℃における硬化時間は8分であった。
織物プリプレグを幅300mm、長さ300mmに切り出し、SMC基材を200mm角に2枚切り出した後、SMC基材のみを2層に積層して準備した。上下金型21、22を150℃に加熱し、まず織物プリプレグ23を下型22に投入した。その後、一定時間(Th(s))型を空けたまま待機し、2層積層したSMC基材24を織物プリプレグ23上に投入し、上型21を下ろして型締めし、10分間150℃で温度を保持したまま15MPaにて加圧した。一定時間経過後、金型20から繊維強化複合材料10を脱型した。
(基材シート間の密着性評価)
JIS K7074に準拠して曲げ試験を行い、破断面の観察にて下記判定基準に基づき評価した。本発明においては3以上を合格とした。
1:破断部全体にてプリプレグの繊維破断が起こることなく、織物プリプレグとSMC基材の界面剥離が起きた。
2:破断部の一部にてプリプレグの繊維破断が見られるが、織物プリプレグとSMC基材の界面剥離が起きた。
3:破断部では繊維破断が起きているが、試験片内に界面剥離が見られた。
4:繊維破断による破壊が起こり、界面剥離は見られなかった。
成形後の繊維強化複合材をプリプレグ側から観察し、SMC基材の流動に伴う織物プリプレグの目ずれの度合いを下記判定基準に基づき評価し、本発明においては4以上を合格とした。
1:成形板全体に目ずれが起きた。
2:SMC基材のチャージ部分の端部と金型端部に目ずれが起きた。
3:SMC基材のチャージ部分の端部に沿って数箇所で糸の蛇行が起きた。
4:SMC基材のチャージ部分の端部うち1辺のみに糸の蛇行が起きた。
5:織物プリプレグの目ずれは全く起きなかった。
織物プリプレグとSMC基材を用いて前述した製造方法に従って繊維強化複合材料を成形し、前述した評価方法にて評価した。この時、投入時間の差Thを30秒とした。
実施例1と同様に原料の準備を行い、前述した製造方法に従って繊維強化複合材料を成形し、前述した評価方法にて評価した。この時、投入時間の差Thをそれぞれ60秒、100秒とした。
実施例1と同様に原料を準備し、織物プリプレグを幅300mm、長さ300mmに切り出し、SMC基材を200mm角に2枚切り出した後、織物プリプレグの中心部にSMC基材が配置されるよう2枚とも積層し、3層の積層体を準備した。上下金型21、22を150℃に加熱し、織物プリプレグが下型に当たるよう投入し、直ちに上型21を下ろして型締めし、10分間150℃で温度を保持したまま15MPaにて加圧した。一定時間の経過後、金型20から繊維強化複合材料10を脱型した。得られた繊維強化複合材料を、前術の評価方法にて評価した。
実施例1と同様に原料を準備し、上下金型21、22を150℃に加熱した後、まず2層積層したSMC基材24を下型22に投入した。30秒間型を空けたまま待機した後、織物プリプレグ23をSMC基材24上に投入し、上型21を下ろして型締めし、10分間150℃で温度を保持したまま15MPaにて加圧した。一定時間経過後、金型20から繊維強化複合材料10を脱型した。
11:プリプレグ面
12:SMC面
20:金型
21:上型
22:下型
23:24よりゲル化時間の長い繊維強化樹脂シート状基材
24:23よりゲル化時間の短い繊維強化樹脂シート状基材
Claims (4)
- 少なくとも強化繊維と熱硬化性樹脂組成物とを含む繊維強化樹脂シート状基材を複数積層して圧縮成形する繊維強化複合材料の製造方法であって、前記熱硬化性樹脂組成物のゲル化時間が異なる繊維強化樹脂シート状基材のうち、前記ゲル化時間の最も長い繊維強化樹脂シート状基材を金型に投入し、さらに時間差を設けて前記ゲル化時間の次に長い繊維強化樹脂シート状基材を金型に投入することを繰り返した後、圧縮成形することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
- 上記本発明における基材の投入方法においては、前記熱硬化性樹脂組成物のうちゲル化時間の長いものからA1、A2…A(n)、A(n+1)とし、
該熱硬化性樹脂組成物のゲル化時間をそれぞれTg1、Tg2・・・Tg(n)、Tg(n+1)とした場合において、
前記熱硬化性樹脂組成物A(n)を含む前記繊維強化樹脂シート状基材を投入してから前記熱硬化性樹脂組成物A(n+1)を含む繊維強化樹脂シート状基材を投入するまでの時間をTh(s)としたとき、
Th(s)が下記式(1)〜(3)の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
・t≧300(s)のとき、t−t/8≦Th≦t+t/8 ・・・式(1)
・300(s)>t≧30(s)のとき、t−30(s)≦Th≦t+30(s) ・・・式(2)
・30(s)>t≧0(s)のとき、0(s)≦Th≦t+5(s) ・・・式(3)
ここでt(s)は、前記熱硬化性樹脂組成物A(n)を含む前記繊維強化樹脂シート状基材のゲル化時間Tg(n)と、前記熱硬化性樹脂組成物A(n+1)を含む繊維強化樹脂シート状基材のゲル化時間Tg(n+1)との差(t=Tg(n)−Tg(n+1))である。 - 前記繊維強化樹脂シート状基材の形態が、一方向配列シート、織物、不織布、ランダムマットのいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、ビニルエステル樹脂またはエポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化複合材料の製造方法。
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