JP2005153428A - Method for producing preform - Google Patents
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Description
この発明は、ブレイダー装置を用いて炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材をブレイディング処理してなる繊維強化プラスチック(fiber reinforced plastics :以下、 FRPという)製の組織体の製造に係るものであり、特に、このFRP組織体によってプリフォームを成形するためのプリフォームの製造方法に関するものである。 The present invention relates to the manufacture of a structure made of fiber reinforced plastics (hereinafter referred to as FRP) obtained by braiding a fiber material for FRP such as carbon fiber or glass fiber using a braider device. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a preform for forming a preform with the FRP structure.
周知のように、FRPは、炭素繊維あるいはガラス繊維などの繊維素材を種々のプラスチックのマトリックスでかためて成形した複合材料であり、軽量で且つ強度が高いという特性を有するFRP組成物構造材として開発されており、多産業分野において利用されてきている。このFRP組成物は、炭素繊維あるいはガラス繊維などの繊維素材をブレイダー装置にセットし、ブレイディング処理によってマンドレルのまわりにチューブ状の組織体として製造される。従来、このチューブ状に製造されたFRP組織体によってプリフォームを成形する場合、製造されたチューブ状FRP組織体をマンドレルから抜き取り、例えば、当該チューブ状FRP組織体を径方向に密着させ、ステッチング加工処理によって形状を保持させるか、あるいはまた、当該FRP組織体に熱可塑性パウダーを含浸ないしは付着させた後、加熱加圧処理によって形状を保持させていた。 As is well known, FRP is a composite material formed by bending a fiber material such as carbon fiber or glass fiber with a matrix of various plastics, and is a lightweight and high strength FRP composition structural material. It has been developed and used in many industrial fields. This FRP composition is manufactured as a tube-shaped tissue body around a mandrel by setting a fiber material such as carbon fiber or glass fiber in a braider device and performing a braiding process. Conventionally, when a preform is formed with the FRP structure manufactured in this tube shape, the manufactured tube FRP structure is extracted from the mandrel, and, for example, the tube-shaped FRP structure is closely adhered in the radial direction and stitched. The shape was held by processing, or the shape was held by heating and pressing after impregnating or adhering thermoplastic powder to the FRP tissue.
しかしながら、上記する従来の方法によれば、ブレイディング処理後に、ステッチング加工処理あるいは熱可塑性パウダーの含浸ないしは塗布並びにその加熱加圧処理などの極めて煩雑な形状保持工程を必要とするなどの点において、多くの問題点を有するものであった。 However, according to the conventional method described above, after the braiding process, a very complicated shape holding process such as a stitching process or impregnation or application of thermoplastic powder and a heating and pressing process thereof is required. , Which had many problems.
さらにまた、従来、FRPプリフォームを成形するための製造方法に関して、特許文献1に記載の管状体連続成形システムが知られている。この特許文献1に記載のシステムは、組紐にマトリックス樹脂を含浸させて、マンドレルの周囲に組成された組紐を加熱することにより、組紐を構成する糸条のマトリックス樹脂を溶融させるとともに所定の断面形状に成形硬化させて管状体を連続的に成形するようにしたものである。この特許文献1の記載によれば、成形すべきプリフォームの形状に符合する形状のマンドレルを準備しておく必要があり、専ら、準備されたマンドレルの形状に対応する管状のプリフォームのみを成形するものにすぎない。 Furthermore, conventionally, a tubular body continuous forming system described in Patent Document 1 is known regarding a manufacturing method for forming an FRP preform. In the system described in Patent Document 1, the braid is impregnated with a matrix resin, and the braid formed around the mandrel is heated to melt the matrix resin of the yarn constituting the braid and to have a predetermined cross-sectional shape. The tubular body is continuously formed by being molded and cured. According to the description of Patent Document 1, it is necessary to prepare a mandrel having a shape that matches the shape of the preform to be molded, and exclusively molding only a tubular preform corresponding to the prepared mandrel shape. It's just what you do.
そこで、この発明は、上記する従来技術の問題点を解消すべくなしたものであって、特に重要な要素は、FRP組織体によるFRPプリフォーム製品を適宜形状に保持した状態のものとして成形することができ、これを極めて省力的に製造することを可能になしたプリフォームの製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a particularly important element is that the FRP preform product made of the FRP structure is molded in a state where it is appropriately held in shape. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a preform that can be manufactured in an extremely labor-saving manner.
この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、軸線に対する角度が0°の中央糸とを選択的に組み合わせて組織体とするFRP組織体によるプリフォームの製造方法であって、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材に対して、予め熱可塑性繊維素材を合糸した合糸繊維束をブレイダー装置にセットし、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のFRP組織体を製造するブレイディング工程と、前記チューブ状に製造されたFRP組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程とからなるプリフォームの製造方法を構成するものである。 In order to achieve the above-described object, the present invention specifically provides a structure by selectively combining a braid having an angle of assembly of ± θ ° with respect to the axis and a central yarn having an angle of 0 ° with respect to the axis. A method for manufacturing a preform using an FRP structure, in which a fiber bundle for a fiber material for FRP such as carbon fiber or glass fiber is preliminarily combined with a thermoplastic fiber material and set in a braider device. A braiding process for manufacturing a tube-shaped FRP structure around the mandrel, and the tube-shaped FRP structure is deformed by closely contacting in the radial direction, and heat is applied to the contacted portion to fuse it. Thus, a preform manufacturing method comprising a heat fusion process for maintaining the shape is configured.
さらに、この発明において請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のプリフォーム製造方法であって、前記炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を沿わせて合糸繊維束としたことを特徴とするものである。
Further, in this invention, the invention according to
さらにまた、この発明において請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のプリフォーム製造方法であって、前記炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を巻き付けて合糸繊維束としたことを特徴とすものである。 Furthermore, in this invention, the invention according to claim 3 is the preform manufacturing method according to claim 1, wherein a thermoplastic fiber material is used for the FRP fiber material such as carbon fiber or glass fiber. It is characterized in that it is wound into a bundle of combined yarn fibers.
この発明になるプリフォーム製造方法によれば、ブレイディング工程に供される炭素繊維あるいはガラス繊維などのFRP用の繊維素材に、予め熱可塑性繊維を合糸しておき、この合糸された糸によってマンドレルのまわりにチューブ状のFRP組織体を製造し、これをマンドレルから抜き取った後、チューブ状に製造されたFRP組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程を含むものからなっているので、簡単な作業で極めて省力的に、適宜形状のFRPによるプリフォーム製品を製造することができるという作用効果を奏するものである。 According to the preform manufacturing method of the present invention, thermoplastic fibers are preliminarily combined with a fiber material for FRP such as carbon fiber or glass fiber to be subjected to a braiding process, and the combined yarn After manufacturing the tube-shaped FRP structure around the mandrel and removing it from the mandrel, the tube-shaped FRP structure is deformed by close contact in the radial direction, and heat is applied to the contacted part. It has the effect of being able to manufacture a preform product with FRP having an appropriate shape, with a simple operation and extremely labor-saving, because it includes a heat-sealing process for fusing and maintaining the shape. It is.
以下、この発明になるプリフォームの製造方法について、図面に示す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。図1は、この発明になるプリフォームの製造方法において、ブレイディング工程により得られるFRP組織体の形態を示す概略的な斜視図である。図2は、この発明になるプリフォームの製造方法に用いられる合糸繊維束の実施例を示すものであって、図2Aは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を沿わせて合糸繊維束とした例を示す概略的な斜視図、図2Bは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を巻き付けて合糸繊維束とした例を示す概略的な斜視図である。 Hereinafter, the preform manufacturing method according to the present invention will be described in detail based on specific examples shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the form of an FRP structure obtained by a braiding process in the preform manufacturing method according to the present invention. FIG. 2 shows an example of a synthetic fiber bundle used in the method for producing a preform according to the present invention. FIG. 2A shows a heat treatment for a fiber material for FRP such as carbon fiber or glass fiber. FIG. 2B is a schematic perspective view showing an example in which a plastic fiber material is used to form a bundle of composite yarns. FIG. 2B is a composite yarn obtained by winding a thermoplastic fiber material around an FRP fiber material such as carbon fiber or glass fiber. It is a schematic perspective view which shows the example made into the fiber bundle.
一方、図3は、この発明になるプリフォームの製造方法における製造工程を図示するものであり、図3Aは、マンドレルから抜き取ったチューブ状のFRP組織体の形態を示す概略的な斜視図、図3Bは、このチューブ状のFRP組織体に対する熱融着工程の状況を示す概略的な横断面図、図3Cおよび図3Dは、この発明になるプリフォームの製造方法において製造されるプリフォームの異なる形態を示す概略的な横断面図である。さらに、図4は、この発明になるプリフォームの製造方法において、FRP組織体を製造するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。 On the other hand, FIG. 3 illustrates a manufacturing process in the preform manufacturing method according to the present invention, and FIG. 3A is a schematic perspective view showing the form of a tube-shaped FRP structure extracted from a mandrel. 3B is a schematic cross-sectional view showing the state of the heat-sealing process for the tubular FRP structure, and FIGS. 3C and 3D are different preforms manufactured in the preform manufacturing method according to the present invention. It is a schematic cross-sectional view which shows a form. Furthermore, FIG. 4 is a schematic sectional side view showing an example of a basic configuration of a multiple braider device for manufacturing an FRP structure in the preform manufacturing method according to the present invention.
この発明において、最も重要な要素は、ブレイディング工程において用いる糸として、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材11に対して、予め熱可塑性繊維素材12を合糸した合糸繊維束13を適用する点にある。前記合糸繊維束13は、図2Aに示すように、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材11に対して、少なくとも1本の熱可塑性繊維素材12を沿わせたものとして準備されるか、あるいは、図2Bに示すように、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材11に対して、少なくとも1本の熱可塑性繊維素材12を巻き付けたものとして準備される。
In the present invention, the most important factor is that a
前記熱可塑性繊維素材12は、前記ブレイディング工程後の、後述する熱融着工程において、加熱により熱融着する性質の繊維素材であり、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などであり、これらは、マルチフィラメント糸あるいは紡績糸によって構成されるものである。
The
この発明では、上記する合糸繊維束13により、軸線に対する組角度が±θ°の組糸Y、Y(4、4)と、軸線に対する角度が0°の中央糸y(5)とが構成され、それぞれがブレイダー装置にセットされ、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のFRP組織体を製造する。
In the present invention, the above-described combined
この発明になるFRP組織体の製造に用いられる多連式ブレイダー装置の一構成例について説明する。図4において、多連式ブレイダー装置は、マンドレル自動供給装置(図示せず)と、縦型の複数のブレイダーユニットBRと、振れ防止具Osと、プリフォーム自動取出し装置Puとを、図中右側から順番に直列に配置してある。前記ブレイダーユニットBRは、図4に示すように、マンドレルMのまわりに組紐組織層2を形成するための組糸Y(4、4)および中央糸y(5)を繰り出すものである。
A configuration example of a multiple braider device used for manufacturing the FRP tissue body according to the present invention will be described. In FIG. 4, the multiple braider device includes a mandrel automatic supply device (not shown), a plurality of vertical braider units BR, a shake prevention device Os, and an automatic preform take-out device Pu. Are arranged in series. As shown in FIG. 4, the braider unit BR feeds the braided yarn Y (4, 4) and the central yarn y (5) for forming the braided
前記ブレイダーユニットBRは、マンドレルMが通過する中心孔21aを有し且つ中心孔21aの外側に形成した波形の環状軌道(図示せず)の2条を有する垂直な軌道面21と、これら環状軌道に案内されて相互に逆方向へ走行する2群の多数のボビンキャリアー22と、軌道面21から立設したボビンスタンドと、軌道面21の環状軌道に囲まれた中心から立設した複数本の中央糸供給用の筒体23とを備えている。
The braider unit BR includes a
前記ボビンキャリアー22は、前記マンドレルMの表面で組角度±θ°で斜め交差する組糸Y、Y(4、4)を繰り出すものであり、組糸Yを巻いた組糸用ボビンBがセットされる。前記ボビンスタンドは、マンドレルMの表面にマンドレルの長手方向に沿わせて中央糸y(5)を繰り出すためのものであり、中央糸yを巻いた中央糸用ボビンbがセットされる。
The
マンドレルMは、図4中、右側のチャック(図示せず)で一定速度でおくられながら、表面に複数本の組糸Y、Yが交差するように巻き付けられ、これに中央糸yが組み合わされ組紐組織層2が形成される。
In FIG. 4, the mandrel M is wound at a constant speed by a chuck (not shown) on the right side so that a plurality of braided yarns Y, Y are wound around the surface, and the central yarn y is combined therewith. A braided
前記振れ防止具Osは、相互に接近する方向へ押圧された振れ防止ローラ27、27の二組を備えている。この振れ防止具Osは、各組のローラ27、27でマンドレルMの蛇行を防止するものである。前記プリフォーム自動取出し装置Puは、振れ防止具Osを出たマンドレルMの先端を把持しつつ、マンドレルMを前方へ引き出すためのチャック28を備えている。
The anti-vibration tool Os includes two sets of
次いで、この発明になる組紐組織体の基本的構造について、図1に示す基本的な構成例にもとづいて詳細に説明する。図1に示す基本組織体1は、この発明の基本構成を特徴付けるべく、円筒状(パイプ状)組成体を、1層の組物層2に組成した概略図であって、本来は、当該組物層を複数層積層状に組織して組紐組織体10を組成するものである。
Next, the basic structure of the braided tissue body according to the present invention will be described in detail based on the basic configuration example shown in FIG. A basic structure 1 shown in FIG. 1 is a schematic diagram in which a cylindrical (pipe-like) composition is formed into one
図1に示す基本的な構成例において、前記組物層2は、軸線に対する組角度が±θ°の組糸4、4と、軸線に対する角度が0°の中央糸5によって組織されるものである。これらの組糸4、4と中央糸5とは、図4に示すように、マンドレルM(中実体の場合はマンドレルを用いない)のまわりに選択的に組み合わされ、マンドレルMに沿って組紐組織体10として製造される。この発明において、前記組糸4、4と中央糸5とは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材11に対して、予め熱可塑性繊維素材12を合糸した合糸繊維束13によって構成されているものである。
In the basic configuration example shown in FIG. 1, the
この発明になるFRPプリフォームの製造方法は、炭素繊維あるいはガラス繊維等のFRP用繊維素材11に対して、予め熱可塑性繊維素材12を合糸した合糸繊維束13をブレイダー装置BRにセットし、ブレイディングによって組紐組織体10を製造するブレイディング工程と、前記チューブ状に製造されたFRP組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程とからなっている。
The manufacturing method of the FRP preform according to the present invention is such that a
図3に基づいて、熱融着工程について説明する。前記ブレイディング工程において製造された組紐組織体10は、前記マンドレルMから抜き取られ、チューブ状のFRP組織体として形成される。このチューブ状のFRP組織体は、熱源手段HMにより、径方向に密着変形され、密着された部分に加えられる熱によって前記熱可塑性繊維12が溶けて所望の形状に保持され、図3Cあるいは図3Dに例示するような所望の形態のプリフォームPF1あるいはPF2を得る。
Based on FIG. 3, the heat sealing | fusion process is demonstrated. The
1 基本組織体
2 組物層
4、4 軸線に対する組角度が±θ°の組糸
5 軸線に対する角度が0°の中央糸
10 組紐組織体
11 FRP用繊維素材
12 熱可塑性繊維素材
13 合糸繊維束
BR ブレイダーユニット
RA ラッピング装置
Y 組糸
y 中央糸
B 組糸用ボビン
b 中央糸用ボビン
M マンドレル
PF1、PF2 成形されたプリフォーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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