JP2005280348A - Manufacturing method of fiber-reinforcing substrate and of composite material using the substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a fiber-reinforcing substrate by which a composite material superior in a surface quality or a quality stability of dynamic characteristics can be obtained in a high productivity and a manufacturing method of a composite material in which the fiber-reinforcing substrate is impregnated by a matrix resin. <P>SOLUTION: The manufacturing method of a carbon fiber-reinforcing substrate is passed through at least steps of (A) to (C) as follows. (A) A drawing step for drawing the reinforcing fiber thread with an original thread width Wo, (B) a spreading step for spreading a thread width to a spread width Ws with a width of >100% and <500% of the original thread width Wo, (C) a narrowing step for narrowing the thread width to ≤97% of the spread width Ws and also to an objective targeted width Wt being 100-300 % of the original thread width Wo. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、表面品位や、力学特性の品質安定性に優れる(バラツキの小さい)複合材料を生産性良く得られる強化繊維基材の製造方法およびその強化繊維基材を用いた複合材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a reinforced fiber base material capable of obtaining a composite material excellent in surface quality and quality stability of mechanical properties (small variation) with good productivity, and a method for producing a composite material using the reinforced fiber base material About.

強化繊維を用いた複合材料(以下、FRPと記す)は、優れた力学的特性、軽量化等の要求特性を満たすことから主に航空・宇宙、スポーツ用途に用いられてきた。これらFRPの生産性に優れる成形法としては、例えば、レジン・トランスファー・モールディング(RTM)が挙げられる。かかるRTMでは、マトリックス樹脂が含浸されていない、ドライな強化繊維基材を成形型の中に配置して、液状のマトリックス樹脂を強制的に注入することにより強化繊維中にマトリックス樹脂を含浸させてFRPを成形する。   Composite materials using reinforced fibers (hereinafter referred to as FRP) have been used mainly for aerospace, sports and sports applications because they satisfy the required mechanical properties and required properties such as weight reduction. Examples of the molding method excellent in productivity of these FRPs include resin transfer molding (RTM). In such RTM, a dry reinforcing fiber base material not impregnated with a matrix resin is placed in a mold, and a liquid matrix resin is forcibly injected to impregnate the reinforcing fibers with the matrix resin. Mold FRP.

ところが、このRTMは、一般的にはFRPの生産性には優れるが、用いる強化繊維基材(ドライな強化繊維織物等)の開口率が高いと力学特性が低くなるだけでなく、得られるFRPの表面品位が劣る問題があった。上記問題に対し、特許文献1には扁平状の炭素繊維糸を用いる記載があり、特許文献2には織機のメールにて幅を狭くしないヘルドを使用する記載があり、特許文献3には熱可塑性エマルジョンを塗布した補強繊維を用いた織物の記載があり、特許文献4には所望のピッチに拡幅した糸条を配列した多軸ステッチ基材に関する記載がある。   However, although this RTM is generally excellent in productivity of FRP, when the opening ratio of the reinforcing fiber base to be used (dry reinforcing fiber woven fabric or the like) is high, not only the mechanical properties are lowered, but also the obtained FRP. There was a problem of poor surface quality. With respect to the above problem, Patent Document 1 describes the use of flat carbon fiber yarns, Patent Document 2 describes the use of healds that do not narrow the width in the mail of the loom, and Patent Document 3 describes heat. There is a description of a woven fabric using reinforcing fibers coated with a plastic emulsion, and Patent Document 4 describes a multiaxial stitch base material in which yarns widened at a desired pitch are arranged.

しかしながら、かかる強化繊維基材は、その製造にあたって強化繊維の糸幅、すなわち基材におけるカバーファクターを大きくした状態、強化繊維同士のギャップ(隙間)を小さくした状態で均一に制御するのが困難で、その品質が不安定であった。ここで、カバーファクターが不均一ということは、強化繊維糸条の横の空隙が存在したり、しなかったりすることを意味する。つまり、強化繊維が空隙が存在する領域としない領域との間で、マトリックス樹脂の含浸速度が異なることによるボイド形成の問題や、相対的に蛇行、屈曲を誘発し、その真直性を局所的に阻害する問題を引き起こしていた。これにより強化繊維の特性を十分発現できずに、FRPの力学特性(特に圧縮強度)を損なうのである。これは、単純に強化繊維を所望の糸幅まで一気に拡幅しただけで、糸幅を安定して制御する思想がないことに起因している。   However, it is difficult to uniformly control such a reinforcing fiber base material in the state in which the yarn width of the reinforcing fiber, that is, the cover factor in the base material is increased, and the gap between the reinforcing fibers is reduced. The quality was unstable. Here, that the cover factor is non-uniform means that a void next to the reinforcing fiber yarn may or may not exist. In other words, the problem of void formation due to the difference in the impregnation rate of the matrix resin between the region where the reinforcing fiber is present and the region where the void is not present, as well as relatively meandering and bending are induced, and its straightness is locally It was causing problems to hinder. As a result, the properties of the reinforcing fiber cannot be fully expressed, and the mechanical properties (particularly the compressive strength) of the FRP are impaired. This is due to the fact that there is no idea to stably control the yarn width by simply expanding the reinforcing fiber to the desired yarn width at once.

つまり、従来提案によると、特に圧縮強度や表面品位に優れる複合材料が生産性よく得られ、品質安定性にも優れる強化繊維基材の製造方法は確立されておらず、これら要求を満たす技術の実現が望まれていた。
特開平6−136632号公報(第2頁、請求項1) 特開2001−303384号公報(第4頁、段落0027〜0037) 特開2001−226850号公報(第2頁、請求項10) 国際公開第WO01/63033号パンフレット(請求項14〜27)
In other words, according to the conventional proposal, a composite material having particularly excellent compressive strength and surface quality can be obtained with high productivity, and a method for producing a reinforced fiber base material having excellent quality stability has not been established. Realization was desired.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-136632 (second page, claim 1) JP 2001-303384 A (page 4, paragraphs 0027 to 0037) JP 2001-226850 A (2nd page, claim 10) International Publication No. WO01 / 63033 (Claims 14 to 27)

本発明は、表面品位や、力学特性(特に圧縮強度)の品質安定性に優れる複合材料を生産性良く得られる強化繊維基材の製造方法およびその強化繊維基材を用いる複合材料の製造方法を提供する。   The present invention provides a method for producing a reinforced fiber base material capable of obtaining a composite material excellent in surface quality and quality stability of mechanical properties (particularly compressive strength) with good productivity, and a method for producing a composite material using the reinforced fiber base material. provide.

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の強化繊維基材の製造方法は、少なくとも一方向に平行に配列した強化繊維糸条から構成される強化繊維基材を製造する方法であって、次の(A)〜(C)の工程を経ることを特徴とするものである。   The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the method for producing a reinforcing fiber substrate of the present invention is a method for producing a reinforcing fiber substrate composed of reinforcing fiber yarns arranged in parallel in at least one direction, and includes the following (A) to (C ).

(A)元糸幅Woの強化繊維糸条を引き出す引出工程
(B)糸条幅を、前記元糸幅Woの100%を超え500%未満の拡幅幅Wsに拡幅する拡幅工程
(C)糸条幅を、拡幅幅Wsの97%以下、かつ、元糸幅Woの100〜300%の目標幅Wtに狭める狭幅工程
また、本発明の複合材料の製造方法は、少なくとも前記方法で製造した強化繊維基材を用いる複合材料の製造方法であって、次の(F)〜(H)の工程を経ることを特徴とするものである。
(F)強化繊維基材を成形型に配置してキャビティを形成するセット工程
(G)マトリックス樹脂を、キャビティ内に注入して強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる注入工程
(H)マトリックス樹脂を固化させて複合材料とする固化工程
(A) Pulling-out process of pulling out the reinforcing fiber yarn of the original yarn width Wo (B) Widening step of widening the yarn width to a widening width Ws of more than 100% and less than 500% of the original yarn width Wo (C) Thread width Narrowing step of narrowing the width to a target width Wt of 97% or less of the widening width Ws and 100 to 300% of the original yarn width Wo. The manufacturing method of the composite material of the present invention is at least a reinforced fiber manufactured by the above method A method for producing a composite material using a substrate, which is characterized by undergoing the following steps (F) to (H).
(F) A setting step of forming a cavity by placing a reinforcing fiber base in a mold (G) An injection step of injecting a matrix resin into the cavity and impregnating the reinforcing fiber base with the matrix resin (H) Matrix resin Solidification process to solidify the composite material

本発明の製造方法によれば、糸条幅を正確かつ安定して制御することができるため、強化繊維糸条の糸条幅の変動率CVやカバーファクターや糸条同士の隙間(ギャップ)を所望の範囲内に均一に制御でき、強化繊維糸条の蛇行、屈曲が抑制され、その真直性に優れる強化繊維基材を得ることができる。
このことにより、表面品位や力学特性の品質安定性に優れる(バラツキが小さい)複合材料を生産性良く得られる強化繊維基材および複合材料を提供することができる。
According to the production method of the present invention, the yarn width can be accurately and stably controlled. Therefore, the variation rate CV of the yarn width of the reinforcing fiber yarn, the cover factor, and the gap (gap) between the yarns are desired. A reinforcing fiber base material that can be uniformly controlled within the range, meandering and bending of the reinforcing fiber yarns is suppressed, and excellent in straightness can be obtained.
Thus, it is possible to provide a reinforced fiber base material and a composite material which can obtain a composite material excellent in surface quality and quality stability of mechanical properties (small variation) with good productivity.

本発明の強化繊維基材の製造方法は、少なくとも次の(A)、(B)および(C)の工程を経る。また、より本発明の効果を高く発現させるために、(C)の狭幅工程の後に、次の(D)の再拡幅工程を含むことができる。更には、(C)の狭幅工程もしくは(D)の再拡幅工程と、同時またはそれ以降に、次の(E)の固定工程を含むことができる。   The method for producing a reinforcing fiber substrate of the present invention undergoes at least the following steps (A), (B) and (C). Moreover, in order to express the effect of this invention more highly, the following (D) re-widening process can be included after the (C) narrowing process. Furthermore, the following (E) fixing step can be included simultaneously with or after the narrowing step (C) or the re-widening step (D).

(A)元糸幅Woの強化繊維糸条を引き出す引出工程
(B)糸条幅を、元糸幅Woの100%を超え500%未満の拡幅幅Wsに拡幅する拡幅工程
(C)糸条幅を、拡幅幅Wsの97%以下、かつ、元糸幅Woの100〜300%の目標幅Wtに狭める狭幅工程
(D)糸条幅を、目標幅Wtの103%以上、かつ、元糸幅Woの250%以下の再拡幅Wssに再拡幅する再拡幅工程
(E)強化繊維基材100重量%に対して0.1〜20重量%の樹脂材料を付着させて、強化繊維糸条の幅を固定する固定工程
(A) Pulling-out process for drawing out the reinforcing fiber yarn of the original yarn width Wo (B) Widening step of widening the yarn width to a widening width Ws of more than 100% and less than 500% of the original yarn width Wo (C) Narrowing step of narrowing to a target width Wt of 97% or less of the widening width Ws and 100 to 300% of the original yarn width Wo (D) The yarn width is 103% or more of the target width Wt and the original yarn width Wo (E) A resin material of 0.1 to 20% by weight is attached to 100% by weight of the reinforcing fiber base, and the width of the reinforcing fiber yarn is reduced. Fixing process to fix

本発明において、上記強化繊維基材とは、詳細は後述するが、少なくとも一方向に平行に配列した強化繊維糸条から構成される布帛等を意味する。   In the present invention, the reinforcing fiber base means a fabric composed of reinforcing fiber yarns arranged in parallel in at least one direction, as will be described in detail later.

その元糸幅Woとは、後述の(A)引出工程にて、強化繊維糸条が巻かれているボビン上やビーム上の引き出す前の糸条幅であって、強化繊維基材の全幅方向にわたり均等間隔に選択した50本の平均値を意味する。   The original yarn width Wo is the yarn width before drawing on the bobbin around which the reinforcing fiber yarn is wound or on the beam in the later-described (A) drawing step, and extends over the entire width direction of the reinforcing fiber substrate. It means the average value of 50 selected at equal intervals.

また、糸条幅とは、強化繊維糸条が三次元的な糸道を通過する場合があるため、その箇所での強化繊維糸条の長手方向の垂直方向に最も広くなっている幅を、強化繊維基材の全幅方向にわたり均等間隔に選択した50本測定した平均値を意味する。   In addition, the yarn width means that the reinforcing fiber yarn may pass through a three-dimensional yarn path, so that the width that is widest in the vertical direction of the longitudinal direction of the reinforcing fiber yarn at that point is reinforced. This means an average value of 50 selected at regular intervals over the entire width direction of the fiber substrate.

一般的に、強化繊維糸条は特定用途の専用のものを用意することはまれであり、既に市販されているものを用途毎に使いこなすのが一般的である。本発明は、元糸幅Woよりも目標幅Wtが同じまたはそれ以上の強化繊維基材を製造する場合において、元糸幅Woの強化繊維糸条(たて糸、よこ糸、挿入糸であってもよい)の糸条幅を、元糸幅Woの100%を超え500%未満の拡幅幅Wsに拡幅し、しかる後にWsの97%以下、かつ、元糸幅Woの100〜300%である目標幅Wtにすることにより、本発明の課題を解決できることを見いだしたものである。つまり、元糸幅Woを拡幅幅Wsに制御せずに、直接に目標幅Wtに糸条幅を制御すると、目標幅Wtに正確に制御できないだけでなく、その安定性にも劣り、本発明の課題を解決できない。かかる(B)の拡幅工程および(C)の狭幅工程を経て目標幅Wtにすることにより、目標幅Wtに正確かつ安定して制御することができる。このことにより、後述の強化繊維糸条の糸条幅の変動率CV、および、強化繊維基材のカバーファクターが所望の範囲内に均一に制御でき、強化繊維糸条の蛇行・屈曲が抑制できる強化繊維基材を得ることができるのである。このようにして得られた強化繊維基材を用いた複合材料は、表面品位や力学特性の品質安定性に優れる特徴を有する。また、特に、注入成形を行う場合には、含浸性のバラツキを抑制する予想外の効果をも発現する。   Generally, it is rare to prepare a reinforcing fiber yarn dedicated to a specific application, and it is general to use a commercially available one for each application. The present invention may be a reinforcing fiber yarn (warp yarn, weft yarn, insertion yarn) having an original yarn width Wo in the case of manufacturing a reinforcing fiber base having a target width Wt equal to or greater than the original yarn width Wo. ) Is widened to a widening width Ws of more than 100% and less than 500% of the original yarn width Wo, then 97% or less of Ws and a target width Wt that is 100 to 300% of the original yarn width Wo. Thus, the inventors have found that the problems of the present invention can be solved. That is, if the yarn width is directly controlled to the target width Wt without controlling the original yarn width Wo to the widening width Ws, not only the target width Wt cannot be accurately controlled but also its stability is inferior. The problem cannot be solved. By setting the target width Wt through the widening step (B) and the narrowing step (C), the target width Wt can be accurately and stably controlled. This makes it possible to uniformly control the variation rate CV of the yarn width of the reinforcing fiber yarn, which will be described later, and the cover factor of the reinforcing fiber substrate within a desired range, and to suppress meandering and bending of the reinforcing fiber yarn. A fiber substrate can be obtained. The composite material using the reinforcing fiber substrate thus obtained has a feature that is excellent in surface quality and quality stability of mechanical properties. In particular, when injection molding is performed, an unexpected effect of suppressing variation in impregnation is also exhibited.

図1は、本発明の製造工程の流れを説明する概略工程図である。各工程について、以下に詳細に説明する。   FIG. 1 is a schematic process diagram for explaining the flow of the manufacturing process of the present invention. Each step will be described in detail below.

(A)引出工程(図1中1)
元糸幅Woの強化繊維糸条を、例えばクリールスタンドに掛けられているボビンから直接引き出したり、部分整経されたビーム等から引き出す等の方法により引き出す。強化繊維基材の幅は通常0.1m〜2.54mであるので、織物におけるたて糸や、後述の多軸シートにおけるたて糸(0°方向)およびよこ糸(0°以外の方向)においては多数の強化繊維糸条を用いるのが一般的である。織物におけるよこ糸においては1本で用いるのが一般的である。
(A) Drawing process (1 in FIG. 1)
The reinforcing fiber yarn having the original yarn width Wo is pulled out, for example, directly from a bobbin hung on a creel stand or pulled out from a partially warped beam or the like. Since the width of the reinforcing fiber base is usually 0.1 m to 2.54 m, there are many reinforcements in the warp in the woven fabric and in the warp yarn (0 ° direction) and the weft yarn (direction other than 0 °) in the multiaxial sheet described later. It is common to use fiber yarns. It is common to use a single weft in a woven fabric.

一般的に、強化繊維糸条は、所定のワインド数でトラバースさせながら巻き取られている。特に、強化繊維糸条が扁平状になっていると、トラバースさせながらボビンに巻き取った場合にトラバース反転箇所において、扁平糸を幅方向に屈曲させることになる。つまり、屈曲の内角に近いフィラメントを緩んだ状態で、屈曲の外角に近いフィラメントは緊張状態で巻き取られ、その状態で仮セットされている。このような強化繊維糸条のボビンを解舒した場合、扁平状の糸条は、ねじれやすくいため仮撚や細糸を誘発する場合が多い。かかる観点から、強化繊維糸条として扁平状のものを用いる場合、強化繊維糸条を巻回しているボビンにコンタクトローラに接触させつつ、強化繊維糸条を実質的に一定速度で解舒して引き出すのが好ましい。かかる態様にすることにより、強化繊維糸条に仮撚や細糸の混入を最小限に抑えることができるのである。かかる態様は、たて糸にもよこ糸にも用いることができるが、特によこ糸に用いるとその効果を最大限に発現する。   Generally, the reinforcing fiber yarn is wound while traversing with a predetermined number of winds. In particular, when the reinforcing fiber yarns are flat, the flat yarn is bent in the width direction at the traverse reversal portion when wound on the bobbin while traversing. In other words, the filament close to the inner angle of the bend is loosened, and the filament close to the outer bend is wound in a tension state and temporarily set in that state. When such a reinforcing fiber yarn bobbin is unwound, a flat yarn is easy to twist and often induces false twist or fine yarn. From this point of view, when using a flat one as the reinforcing fiber yarn, the reinforcing fiber yarn is unwound at a substantially constant speed while contacting the contact roller with the bobbin around which the reinforcing fiber yarn is wound. It is preferable to pull out. By adopting such an embodiment, it is possible to minimize false twists and fine yarns from being mixed into the reinforcing fiber yarn. Such an embodiment can be used for both the warp and the weft, but the effect is maximized particularly when used for the weft.

(B)拡幅工程(図1中2)
糸条幅を、元糸幅Woの100%を超え500%未満の拡幅幅Wsに拡幅する。より好ましいWsは、Woの110〜300%、更に好ましくはWoの120〜200%である。かかるWsが、Woの100%以下であると、本工程および後述の(C)の狭幅工程が意味をなさない。一方、Wsの500%以上であると、後述の(C)の狭幅工程にて正確にWtに制御できないだけでなく、強化繊維糸条から毛羽が発生しやすく、製造に困難をきたす場合がある。
(B) Widening process (2 in FIG. 1)
The yarn width is widened to a widening width Ws of more than 100% and less than 500% of the original yarn width Wo. More preferable Ws is 110 to 300% of Wo, more preferably 120 to 200% of Wo. If this Ws is 100% or less of Wo, this step and the narrow step (C) described below do not make sense. On the other hand, if it is 500% or more of Ws, not only Wt cannot be accurately controlled in the narrow width step (C) described later, but fluff is likely to be generated from the reinforcing fiber yarns, which may cause difficulty in production. is there.

糸条幅をWsに拡幅する手段としては、強化繊維糸条に適した方法を適宜選択することができ、気体もしくは流体を吹き付ける区域、気体もしくは流体を吸引する区域、ロール(振動ロール、揺動ロール、張力変動ロール(例えば卵型断面ロールや、ロールの軸が直線でないもの)、擦過ロール(自由回転しない固定ロール)、加圧ロール、加熱ロール、それらの組み合わせ等)部の通過、液中での振動(超音波等)付与、加圧、それらの組み合わせ等が挙げられる。中でも好ましいものとして、糸条厚み方向に気体を吹き付ける区域を通過させる方法や、糸条厚み方向に気体を吸引する区域を通過させる方法や、接触角度が10°以上となるロール(特に加熱・擦過ロール)を通過させるのが効果的である。ロールを加熱する場合には、強化繊維糸条に予め付与しているサイジング剤を十分に軟化させる温度に加熱しておくことが拡幅に重要であり、40〜150℃の範囲に加熱するのが好ましい。かかる観点から、後述の強化繊維糸条のサイジング剤の付着量は、0.2〜2重量%の範囲が好ましい。より好ましくは0.5〜1.5重量%の範囲である。   As a means for widening the yarn width to Ws, a method suitable for the reinforcing fiber yarn can be selected as appropriate, and an area for blowing gas or fluid, an area for sucking gas or fluid, a roll (vibrating roll, oscillating roll) , Passing through tension changing rolls (eg, egg-shaped cross section rolls, rolls whose axis is not straight), rubbing rolls (fixed rolls that do not rotate freely), pressure rolls, heating rolls, combinations thereof, etc. Vibration (ultrasonic wave etc.) application, pressurization, combinations thereof, and the like. Among these, a method of passing a gas blowing area in the yarn thickness direction, a method of passing a gas suction area in the yarn thickness direction, a roll having a contact angle of 10 ° or more (especially heating and rubbing) It is effective to pass the roll. When heating the roll, it is important for widening to heat to a temperature that sufficiently softens the sizing agent previously applied to the reinforcing fiber yarn, and heating to a range of 40 to 150 ° C. preferable. From such a viewpoint, the adhesion amount of the sizing agent for the reinforcing fiber yarn described later is preferably in the range of 0.2 to 2% by weight. More preferably, it is in the range of 0.5 to 1.5% by weight.

接触角度が10°以上(好ましくは30〜180°、更に好ましくは45〜90°)となるロールにおいては、隣り合う強化繊維糸条を異なるロールを通過させる方法が好ましく、この場合は隣り合う強化繊維糸条が異なるロールを通過すると最大限にその効果を発現する。隣り合う強化繊維糸条が同一のロールを通過すると、隣り合う強化繊維糸条が拡幅の障害になり、Wo以上の幅には拡幅できないためである。また、これに加圧ロール(ニップロール等)を組み合わせると効果的である。かかる方法は、特に織物におけるたて糸もしくは多軸シートにおけるたて糸およびよこ糸に関するものである。一方、特に織物におけるよこ糸は、一糸条毎に打ち込んで布帛形成するのが一般的であるので、かかる態様による効果が発現しにくいため、気体もしくは流体を糸条の厚み方向に貫通する方向に吹き付ける領域を通過させる方法や、気体もしくは流体を糸条の厚み方向に貫通する方向に吸引する領域を通過させる方法が特に効果的である。   In a roll having a contact angle of 10 ° or more (preferably 30 to 180 °, more preferably 45 to 90 °), a method of passing adjacent reinforcing fiber yarns through different rolls is preferable. When the fiber yarn passes through different rolls, the effect is maximized. This is because when adjacent reinforcing fiber yarns pass through the same roll, adjacent reinforcing fiber yarns become an obstacle to widening and cannot be widened to a width of Wo or more. Further, it is effective to combine this with a pressure roll (nip roll or the like). Such a method relates in particular to warp yarns in woven fabrics or warp yarns and weft yarns in multiaxial sheets. On the other hand, weft yarns in woven fabrics are generally driven into a single yarn to form a fabric. Therefore, the effect of this aspect is unlikely to occur, so gas or fluid is blown in a direction penetrating in the thickness direction of the yarn. A method of passing through the region and a method of passing through a region where gas or fluid is sucked in a direction penetrating in the thickness direction of the yarn are particularly effective.

この他にも、強化繊維糸条をWoより小さい寸法を有する箇所を通過させない、すなわち、通過する箇所の寸法をWo以上にすることが挙げられる。   In addition to this, it is possible to prevent the reinforcing fiber yarn from passing through a portion having a size smaller than Wo, that is, to set the size of the passing portion to Wo or more.

(C)狭幅工程(図1中3)
糸条幅を、拡幅幅Wsの97%以下、かつ、元糸幅Woの100〜300%の目標幅Wtに狭める。より好ましいWtは、Wsの95%以下、かつ、Woの110〜200%、更に好ましくはWsの90%以下、かつ、Woの115〜180%である。かかるWtが、Wsの97%以下またはWoの100%未満であると、本工程の意味が希薄となり、本発明の効果を得ることがむずかしい。一方、300%を超えると糸条幅を狭めた後の糸条幅の変動が発生して正確にWtに制御できない。
(C) Narrow width process (3 in FIG. 1)
The yarn width is narrowed to a target width Wt of 97% or less of the widening width Ws and 100 to 300% of the original yarn width Wo. More preferable Wt is 95% or less of Ws, 110 to 200% of Wo, more preferably 90% or less of Ws, and 115 to 180% of Wo. When the Wt is 97% or less of Ws or less than 100% of Wo, the meaning of this step is diminished and it is difficult to obtain the effects of the present invention. On the other hand, if it exceeds 300%, the yarn width varies after the yarn width has been narrowed and cannot be accurately controlled to Wt.

糸条幅をWtに狭幅する手段としては、規制ガイドの通過や、液体を付与して乾燥するときの表面張力、基材を引き取る張力を利用した狭幅化、強化繊維糸条同士の隙間での経編形成もしくはニードルの上下運動、それらの組み合わせ等が挙げられるが、好ましいものとして、規制ガイドに強化繊維糸条を通過させる方法が挙げられる。かかる規制ガイドは、少なくとも1つ通過させればよいが、より精度よく規制幅にするには、複数の規制ガイドを通過させるのがよい。複数の規制ガイドを通過させる場合には、目標幅Wtを大きく超える規制ガイド、目標幅Wtを僅かに超える規制ガイドとを併用するのが効果的である。   As a means for narrowing the yarn width to Wt, it is possible to use a regulation guide, a surface tension when drying by applying a liquid, a narrowing using a tension for pulling a substrate, or a gap between reinforcing fiber yarns. The above-mentioned warp knitting, needle up-and-down movement, a combination thereof, and the like are preferable, and a method of passing the reinforcing fiber yarn through the regulation guide is preferable. At least one regulation guide may be passed, but a plurality of regulation guides are preferably passed to make the regulation width more accurate. When passing a plurality of regulation guides, it is effective to use a regulation guide that greatly exceeds the target width Wt and a regulation guide that slightly exceeds the target width Wt.

かかる規制ガイドとしては、櫛型、溝型、鍔型等のものが挙げられ、特に織機においては、綜絖または筬を規制ガイドとして用いることができ、好ましい態様といえる(特に、たて糸に対して)。よこ糸については、溝付ロールや、垂直ローラおよび水平ローラを組み合わせたガイドローラ群などを用いて狭めるのが好ましい。   Examples of such a regulation guide include combs, grooves, saddles, and the like. Especially in looms, cocoons or cocoons can be used as regulation guides, which can be said to be a preferable mode (particularly for warp yarns). . The weft yarn is preferably narrowed using a grooved roll or a group of guide rollers in which a vertical roller and a horizontal roller are combined.

以上の(A)、(B)および(C)工程を経る本発明の製造方法によれば、目標幅Wtに正確かつ安定して制御することができる。また、このことにより、後述の糸条幅の変動率CVやカバーファクターや糸条同士の隙間(ギャップ)も所望の範囲内に均一に制御できるのである。このようにして得られた強化繊維基材による複合材料は、力学特性の品質安定性(バラツキの小さい)、表面品位に優れるという効果を奏する。   According to the manufacturing method of the present invention through the above steps (A), (B), and (C), the target width Wt can be accurately and stably controlled. This also makes it possible to uniformly control the variation rate CV of the yarn width described later, the cover factor, and the gap (gap) between the yarns within a desired range. The composite material made of the reinforcing fiber base thus obtained has the effects of excellent quality stability (small variation) in mechanical properties and excellent surface quality.

(D)再拡幅工程(図1中4)
本発明の製造方法は、次に説明する再拡幅工程を、(C)の狭幅工程の後に経れば、より優れた効果を得ることができる。すなわち、ここでの再拡幅工程は、糸条幅を、目標幅Wtの103%以上、かつ、元糸幅Woの250%以下の再拡幅Wssに再拡幅する。より好ましいWssは、Wtの105%以上、かつ、Woの105〜180%、更に好ましくはWtの110%以上、かつ、Woの110〜150%である。かかるWssが、Wtの103%未満またはWoの100%未満であると、本工程で拡幅にする意味が希薄となり、本発明の効果が小さくなる。一方、250%を超えると、強化繊維糸条から毛羽が発生しやすく、製造に困難をきたす場合がある。
(D) Re-widening process (4 in FIG. 1)
In the production method of the present invention, if the re-widening step described below is performed after the narrowing step (C), a more excellent effect can be obtained. That is, in the re-widening step here, the yarn width is re-widened to a re-widening width Wss of 103% or more of the target width Wt and 250% or less of the original yarn width Wo. More preferable Wss is 105% or more of Wt, 105 to 180% of Wo, more preferably 110% or more of Wt, and 110 to 150% of Wo. When the Wss is less than 103% of Wt or less than 100% of Wo, the meaning of widening in this step is diminished, and the effect of the present invention is reduced. On the other hand, if it exceeds 250%, fluff is likely to be generated from the reinforcing fiber yarn, which may cause difficulty in production.

糸条幅をWtに拡幅する手段としては、(B)の拡幅工程で例示した方法が挙げられる。その中でも、糸条を、気体で吸引する区域、加熱ロール区域のいずれか一つを通過させて行うものであることが好ましい。本再拡幅工程では、(B)の拡幅工程では使用できなかった手段、例えばニードルなどを強化繊維基材を貫通させて強化繊維糸条を開繊する手段(以下、ステッチ手段と略称する)なども採用することができる。なぜなら、本発明において(B)の拡幅工程の後には(C)の狭幅工程が必須であるため、強化繊維糸条の糸幅が変化しないように固定することはできないためである。本再拡幅工程以降においては、いつでも強化繊維糸条の糸幅が変化しないように固定することができるため、手段の選択幅は格段に広くなる。なお、かかるステッチ手段において、ステッチ糸は編成させても、タフティングの如く編成させずに配置するだけでも、ステッチ後にステッチ糸を取り除いても、ステッチ糸を挿入せずに単にニードリングしてもよいが、後述する(E)の固定工程の役割も果たすことができるように、ステッチ糸を編成させておくのが好ましい。   Examples of means for widening the yarn width to Wt include the method exemplified in the widening step (B). Among them, it is preferable that the yarn is passed through any one of a gas suction zone and a heating roll zone. In this re-widening step, means that could not be used in the widening step of (B), for example, means for opening the reinforcing fiber yarn by passing the reinforcing fiber base material through a needle (hereinafter abbreviated as stitching means), etc. Can also be adopted. This is because, in the present invention, since the narrowing step (C) is essential after the widening step (B), it cannot be fixed so that the yarn width of the reinforcing fiber yarn does not change. After the re-widening step, the selection width of the means is greatly increased because the yarn width of the reinforcing fiber yarn can be fixed at any time so as not to change. In such stitching means, the stitch yarn can be knitted, placed without knitting like tufting, removed after stitching, or simply needling without inserting the stitch yarn. The stitch yarn is preferably knitted so that it can also serve as a fixing step (E) described later.

再拡幅する手段の中でも、加圧することや、ステッチ手段で強化繊維糸条を拡幅することが好ましい。具体的に加圧することとは、ロールにて連続加圧すること、または、圧子(例えば、平板など)にて間欠加圧する方法が挙げられる。   Among the means for re-widening, it is preferable to pressurize or widen the reinforcing fiber yarn by stitch means. Specifically, the pressurization includes continuous pressurization with a roll or intermittent pressurization with an indenter (for example, a flat plate).

(E)固定工程(図1中5)
本発明の製造方法は、(C)の狭幅工程もしくは(D)の再拡幅工程と、同時またはそれ以降に、次に説明する固定工程をさらに経れば、より優れた効果を得ることができる。すなわち、ここでの固定工程は、樹脂材料を付着させて、強化繊維糸条の幅を固定する。かかる樹脂材料は、強化繊維基材100重量%に対して0.1〜20重量%であるのが好ましい。0.1重量%未満では強化繊維基材を取扱う際の基材の形態安定性に劣る。20重量%を超えると複合材料を得る際にマトリックス樹脂の含浸を妨げる場合がある。更には、得られる複合材料の力学特性を阻害する場合がある。
(E) Fixing process (5 in FIG. 1)
The manufacturing method of the present invention can obtain a more excellent effect if the fixing step described below is further performed simultaneously with or after the narrowing step (C) or the re-widening step (D). it can. That is, in the fixing step here, a resin material is attached to fix the width of the reinforcing fiber yarn. Such a resin material is preferably 0.1 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber substrate. If the amount is less than 0.1% by weight, the form stability of the base material is inferior when the reinforcing fiber base material is handled. If it exceeds 20% by weight, impregnation of the matrix resin may be hindered when a composite material is obtained. Furthermore, the mechanical properties of the resulting composite material may be impaired.

かかる樹脂材料は、強化繊維基材の表面(片面、両面のいずれでもよい)に付着させてもよいし、強化繊維基材の全面にわたって被覆して付着させてもよい。更に、強化繊維基材を貫通して配置されていてもよい。なお、本発明でいう付着とは、樹脂材料と強化繊維基材とが一体化していることを指す。具体的には、接着していてもよいし、ばらばらにならないように交絡や編組などによって強化繊維基材と樹脂材料とが結束しており、微視的には強化繊維糸条と樹脂材料とは接着していない状態などでもよい。   Such a resin material may be attached to the surface of the reinforcing fiber base (which may be either one or both sides), or may be covered and attached over the entire surface of the reinforcing fiber base. Furthermore, you may arrange | position through the reinforcing fiber base material. The adhesion referred to in the present invention means that the resin material and the reinforcing fiber base are integrated. Specifically, the reinforcing fiber base material and the resin material may be bonded together by entanglement or braiding so as not to be separated, and microscopically, the reinforcing fiber yarn and the resin material are bound together. May not be bonded.

強化繊維基材の表面に樹脂材料を付着させる場合、好ましい手段としては、例えば、次の(d1)、(d2)の方法が挙げられる。
(d1)固体状の樹脂材料を塗布または貼り合わせた後、樹脂材料を溶融させて、強化繊維糸条に付着させる。この場合、樹脂材料として不織布、織物、編物、繊維、粒子等を用いることができる。樹脂材料として、不織布を用いると、樹脂材料の量を簡易に制御することができるため好ましい。一方、粒子を用いると、微視的に均一な分散が可能になるため好ましい。粒子の塗布装置としては、帯電スプレー、流動床、接触ロール(キスロール、ドットロール等)、非接触ロール(掻き落としロール等)等を使用することができる。図2は、(d1)の方法で粒子状の樹脂材料を二方向性織物に付着させた、本発明の製造方法で製造された強化繊維基材の一実施態様の平面図である。強化繊維糸条であるたて糸22とよこ糸23とから構成されている強化繊維基材21の上には、樹脂材料24が不連続に点状に分散している。
(d2)溶融している樹脂材料を塗布して強化繊維糸条に付着させる。この場合、例えばメルトブロー法やスパンボンド法を用いると、強化繊維基材の表面に直接かつ同時に、不織布を形成、付着させることができ、効率的な工程とすることができる。
In the case where the resin material is attached to the surface of the reinforcing fiber base, examples of preferable means include the following methods (d1) and (d2).
(D1) After applying or bonding the solid resin material, the resin material is melted and adhered to the reinforcing fiber yarn. In this case, a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, fibers, particles, or the like can be used as the resin material. It is preferable to use a non-woven fabric as the resin material because the amount of the resin material can be easily controlled. On the other hand, it is preferable to use particles because microscopically uniform dispersion is possible. As a particle coating apparatus, a charged spray, a fluidized bed, a contact roll (kiss roll, dot roll, etc.), a non-contact roll (scraping roll, etc.), etc. can be used. FIG. 2 is a plan view of an embodiment of a reinforcing fiber base produced by the production method of the present invention, in which a particulate resin material is adhered to a bidirectional fabric by the method (d1). On the reinforcing fiber base 21 composed of the warp yarns 22 and the weft yarns 23 which are reinforcing fiber yarns, the resin material 24 is dispersed discontinuously in the form of dots.
(D2) A molten resin material is applied and adhered to the reinforcing fiber yarn. In this case, for example, when a melt blow method or a spun bond method is used, a nonwoven fabric can be formed and adhered directly and simultaneously to the surface of the reinforcing fiber base, which can be an efficient process.

(d1)、(d2)の方法の場合、樹脂材料は強化繊維基材100重量%に対して2〜20重量%であるのが好ましい。かかる方法により樹脂材料を強化繊維基材の表面に付着させると、強化繊維糸条の幅を固定して基材の形態安定性を発現するだけでなく、樹脂材料が複合材料の基材層間のクラックストッパーになることにより、衝撃を受けたときに層間の損傷を抑制でき、耐衝撃特性(特に、Compression After Impact、以下、CAIと略称する)に優れるという効果を発現する。更に、樹脂材料は、それ自体がスペーサーとなってマトリックス樹脂を含浸する際の流路を形成し、特に注入成形に供した際に含浸が容易になるだけでなく、含浸する速度も速くなり複合材料の生産性にも優れるといった予想外の効果をも発現する。   In the case of the methods (d1) and (d2), the resin material is preferably 2 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber base. When the resin material is attached to the surface of the reinforcing fiber substrate by such a method, not only the width of the reinforcing fiber yarn is fixed and the shape stability of the substrate is expressed, but also the resin material is interposed between the substrate layers of the composite material. By being a crack stopper, it is possible to suppress damage between layers when subjected to an impact, and to exhibit an effect of being excellent in impact resistance characteristics (particularly, compression after impact, hereinafter abbreviated as CAI). Furthermore, the resin material itself becomes a spacer to form a flow path when impregnating the matrix resin, not only when impregnating, especially when subjected to injection molding, but also the impregnation speed is increased and the composite is increased. Unexpected effects such as excellent material productivity are also exhibited.

一方、強化繊維基材の全面にわたって樹脂材料を被覆して付着させる場合、好ましい手段としては、例えば、次の(d3)の方法が挙げられる。
(d3)溶媒中に溶解または分散した樹脂材料を塗布した後に脱溶媒して強化繊維糸条に付着させる。この場合、樹脂材料が高濃度に溶解または分散した液体を用いると、脱溶媒が容易かつ安価にできるため好ましい。高濃度化のために、力学特性に悪影響を及ぼさない範囲で、乳化剤等を用いることができる。また、塗布装置としては、インクジェットやスクリーン等の印刷装置、スプレー、接触ロール(キスロール、タッチロール等)等を使用することができる。なお、ここでいう溶媒とは、無機溶媒、有機溶媒、水等の樹脂材料を溶解または分散できる液体の総称名である。
On the other hand, in the case where the resin material is coated and adhered over the entire surface of the reinforcing fiber base, a preferable means is, for example, the following method (d3).
(D3) After applying a resin material dissolved or dispersed in a solvent, the solvent is removed and adhered to the reinforcing fiber yarn. In this case, it is preferable to use a liquid in which the resin material is dissolved or dispersed at a high concentration because the solvent can be easily and inexpensively removed. In order to increase the concentration, an emulsifier or the like can be used as long as the mechanical properties are not adversely affected. Moreover, as a coating device, printing apparatuses, such as an inkjet and a screen, a spray, a contact roll (a kiss roll, a touch roll, etc.), etc. can be used. In addition, a solvent here is a generic name of the liquid which can melt | dissolve or disperse | distribute resin materials, such as an inorganic solvent, an organic solvent, and water.

この場合、樹脂材料は強化繊維基材100重量%に対して0.5〜5重量%であるのが好ましい。かかる方法により樹脂材料を強化繊維基材の全面にわたって被覆して付着させると、より少ない樹脂材料の量で強化繊維糸条の幅を固定して基材のより高い形態安定性を得ることができる。   In this case, the resin material is preferably 0.5 to 5% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber base. When the resin material is coated and adhered over the entire surface of the reinforcing fiber substrate by such a method, the width of the reinforcing fiber yarn can be fixed with a smaller amount of the resin material, and higher morphological stability of the substrate can be obtained. .

この他にも、樹脂材料を強化繊維基材を貫通して配置する好ましい手段としては、例えば、前述のステッチ手段が挙げられる。該ステッチ手段を用いると、基材の厚み方向に貫通孔が形成されるため、樹脂の含浸性が極めて優れるという予想外の効果を発現する。該ステッチ手段においては、後述のステッチ糸や結節糸などが上記樹脂材料に相当する。   In addition to this, as a preferable means for arranging the resin material through the reinforcing fiber base, for example, the above-described stitching means may be mentioned. When the stitching means is used, a through hole is formed in the thickness direction of the base material, so that an unexpected effect that the resin impregnation property is extremely excellent is exhibited. In the stitch means, stitch yarns and knot yarns described later correspond to the resin material.

ここで、(D)の再拡幅工程と(E)の固定工程とを同時に行う場合、糸条幅を制御する手段が、樹脂材料のガラス転移点Tg以上のロールにて連続加圧すること、または、圧子(例えば、平板など)にて間欠加圧することであるのが好ましい。かかる手段であると、後述の樹脂材料を用いた場合にも、糸条幅を本発明の範囲内に容易に制御することができる。   Here, when simultaneously performing the re-widening step of (D) and the fixing step of (E), the means for controlling the yarn width is continuously pressed with a roll having a glass transition point Tg or higher of the resin material, or It is preferable to intermittently pressurize with an indenter (for example, a flat plate). With this means, the yarn width can be easily controlled within the scope of the present invention even when the resin material described later is used.

別の観点から、(D)の再拡幅工程と(E)の固定工程とを同時に行う場合、前述の通り、ステッチ手段であるのが好ましい。該ステッチ手段であると、効率的に強化繊維基材を得ながら、糸条幅を本発明の範囲内に容易に制御することができ、更に含浸性を高めることができる。なお、該ステッチ手段は(D)の再拡幅工程の役割を果たさず(E)の固定工程のみの役割を果たすために採用してもよい。   From another point of view, when the (D) re-widening step and the (E) fixing step are performed simultaneously, it is preferably a stitch means as described above. With the stitch means, the yarn width can be easily controlled within the scope of the present invention while efficiently obtaining the reinforcing fiber base material, and the impregnation property can be further improved. The stitch means may be employed because it does not fulfill the role of the re-widening step (D) but only the fixing step (E).

本発明において、糸幅を制御する強化繊維糸条は、強化繊維基材のたて糸として用いられても、よこ糸として用いられてもよい。強化繊維基材としては、たて糸およびよこ糸のいずれも制御され、いずれの方向にも本発明の課題を解決できるのが好ましい。なお、本発明におけるたて糸とは、強化繊維基材の長手方向(0°方向、たて方向)に平行に配列した強化繊維糸条を指し、よこ糸とは、それ以外の方向(例えば、90°方向、45°方向など)に平行に配列した強化繊維糸条を指す。   In the present invention, the reinforcing fiber yarn for controlling the yarn width may be used as a warp yarn of a reinforcing fiber base material or as a weft yarn. As the reinforcing fiber base, it is preferable that both the warp and the weft are controlled and the problem of the present invention can be solved in any direction. The warp yarn in the present invention refers to reinforcing fiber yarns arranged in parallel to the longitudinal direction (0 ° direction, warp direction) of the reinforcing fiber base, and the weft yarn refers to the other direction (for example, 90 ° Direction, 45 ° direction, etc.).

本発明にかかる強化繊維基材は、例えば、二次元の一方向性、二方向性、あるいはそれ以上の方向性を有する織物、三次元の多方向性織物、編物(例えば、経編もしくは緯編に強化繊維糸条を挿入したもの)、多軸挿入基材、一方向に引きそろえられた強化繊維シート(例えば、上記一方向性シートなど)を二方向以上に交差積層して一体化された多軸シート等が挙げられ、それらはステッチ糸、結節糸あるいは樹脂成分等により接合され複数のものが一体化しているものでもよい。   The reinforcing fiber base according to the present invention is, for example, a two-dimensional unidirectional, bi-directional, or more directional fabric, a three-dimensional multi-directional woven fabric, a knitted fabric (for example, warp knitting or weft knitting). Reinforced fiber yarns), multiaxial insert base material, reinforced fiber sheets aligned in one direction (for example, the unidirectional sheet described above) are cross-laminated in two or more directions and integrated. A multiaxial sheet may be mentioned, and these may be joined by stitch yarns, knot yarns, resin components, or the like, and a plurality of them may be integrated.

中でも、少なくとも強化繊維糸条をたて糸とし、補助繊維糸条をよこ糸とした一方向性織物(特に、たて補助糸を用いたノンクリンプ織物が好ましい)、または、少なくとも強化繊維糸条をたて糸とした一方向性シートであると、航空機の一次構造部材に要求されるレベルの非常に高い力学特性(特に圧縮強度)が達成しやすいために好ましい。この高い力学特性は、二方向性織物で発生するたて糸とよこ糸との交錯点での屈曲(クリンプ)が形成されないことに起因する。更に、少なくとも強化繊維糸条をたて糸挿入糸とし、補助繊維糸条が経編組織を形成して強化繊維糸条を結束した一方向性経編物であっても同様の効果が発現しやすい。   Among them, at least a reinforced fiber yarn is used as a warp yarn, and an auxiliary fiber yarn is used as a weft yarn (in particular, a non-crimp fabric using a warp auxiliary yarn is preferable), or at least a reinforcing fiber yarn is used as a warp yarn. The unidirectional sheet is preferable because very high mechanical properties (particularly compressive strength) at the level required for the primary structural member of an aircraft can be easily achieved. This high mechanical property is caused by the fact that no bending (crimp) is formed at the intersection of the warp and weft generated in the bi-directional fabric. Furthermore, the same effect is likely to be manifested even if the unidirectional warp knitted fabric is formed by binding at least the reinforcing fiber yarn to the warp insertion yarn and the auxiliary fiber yarn forming the warp knitting structure and binding the reinforcing fiber yarn.

別の視点からは、強化繊維糸条を二方向または多方向に配向した基材であると、一方向性基材では複合材料を成形する際に2層以上を積層しなければならないところを1層の積層でよい点から、生産性良く(低コストに)複合材料を得ることができるため好ましい。また、強化繊維糸条をたて糸およびよこ糸とした二方向性織物であると、意匠性にも優れるため更に好ましい。   From another point of view, in the case of a base material in which reinforcing fiber yarns are oriented in two directions or in multiple directions, in a unidirectional base material, two or more layers must be laminated when molding a composite material. Since it is sufficient to stack layers, it is preferable because a composite material can be obtained with high productivity (low cost). Further, a bi-directional woven fabric using warp yarns and weft yarns as reinforcing fiber yarns is more preferable because of excellent design properties.

更に、別の視点からは、強化繊維糸条で形成したシートを多方向に積層した多軸シートであると、積層の手間がより一層省略できるため好ましい。また、多軸シートがステッチ糸にて一体化された基材であると、前述の通り極めて含浸性に優れる強化繊維基材を得ることができることから、早い含浸速度で樹脂が含浸でき更に高い生産性で複合材料を得ることができるため、とりわけ好ましい。   Furthermore, from another point of view, a multiaxial sheet obtained by laminating sheets formed of reinforcing fiber yarns in multiple directions is preferable because the labor of lamination can be further reduced. In addition, when the multiaxial sheet is a base material integrated with stitch yarns, it is possible to obtain a reinforced fiber base material that is extremely excellent in impregnation as described above. It is particularly preferable because a composite material can be obtained.

本発明によると、目標幅Wtが正確に規制されたものが得られる結果、強化繊維基材における糸条幅の変動率CV、カバーファクター、ギャップを正確かつ安定に制御して製造することができる。   According to the present invention, the target width Wt is accurately regulated, and as a result, the yarn width variation rate CV, the cover factor, and the gap in the reinforcing fiber base can be controlled accurately and stably.

本発明の製造方法により製造される強化繊維基材は、強化繊維基材における強化繊維糸条の糸条幅の変動率CVが0〜10%に制御されたものであるのが好ましい。より好ましくは0〜8%、更に好ましくは0〜6%である。10%を超えると、複合材料に成形する場合、強化繊維糸条が細い箇所と太い箇所との間でボイドを形成したり、強化繊維糸条の相対的に蛇行、屈曲を誘発して真直性を局所的に阻害したりする。ここで、強化繊維糸条幅とは、平面状にした強化繊維基材をその垂線方向から見た幅を指し、強化繊維基材の全幅方向にわたり均等間隔に選択した50本の平均値を用いた。また、糸幅の変動率は、強化繊維糸条の長手方向に25mm間隔で20箇所の糸条幅を測定し、それら標準偏差と平均値とを用いて、(変動率)=(標準偏差)×100/(平均値)にて算出した。   The reinforcing fiber base produced by the production method of the present invention is preferably such that the variation rate CV of the yarn width of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber base is controlled to 0 to 10%. More preferably, it is 0-8%, More preferably, it is 0-6%. When it exceeds 10%, when forming into a composite material, a void is formed between a portion where the reinforcing fiber yarn is thin and a thick portion, or the reinforcing fiber yarn is relatively meandered and bent to be straight. Or locally inhibit. Here, the reinforcing fiber yarn width refers to the width of the reinforcing fiber base made into a planar shape when viewed from the perpendicular direction, and an average value of 50 selected at equal intervals over the entire width direction of the reinforcing fiber base was used. . Further, the fluctuation rate of the yarn width is determined by measuring 20 yarn widths at intervals of 25 mm in the longitudinal direction of the reinforcing fiber yarn, and using these standard deviation and average value, (variation rate) = (standard deviation) × Calculated at 100 / (average value).

本発明の製造方法により製造される強化繊維基材は、カバーファクターが95%以上であるように制御されたものであるのが好ましい。より好ましくは97%以上、更に好ましくは99%以上である。95%未満であると、複合材料にした場合、表面にピット(樹脂の未充填部分)が発生して表面品位や力学特性(特に、環境耐久性や湿熱環境下の圧縮強度)の品質安定性に劣る場合がある。ここで、カバーファクターとは、平面状にした強化繊維基材をその垂線方向から見て、200mm×200mmの単位面積における基材中の強化繊維糸条(補助繊維糸条、たて補助繊維糸条、ステッチ糸等を除く)が存在する(カバーしている)閉口部分の百分率を指し、カバーファクター(%)=閉口部分の合計面積(mm2 )/400により算出され値を指す。本発明では、強化繊維基材の全幅方向に渡って均等間隔に4箇所測定した平均値で代表させた。かかる閉口部分は、CCDカメラやスキャナー等により光学的に取り込まれた画像を元に算出することができる。 The reinforcing fiber base produced by the production method of the present invention is preferably controlled so that the cover factor is 95% or more. More preferably 97% or more, still more preferably 99% or more. If the composite material is less than 95%, pits (unfilled part of the resin) are generated on the surface and surface quality and mechanical properties (especially environmental durability and compressive strength under humid and heat environment) are stable. May be inferior. Here, the cover factor refers to the reinforcing fiber yarn (auxiliary fiber yarn, warp auxiliary fiber yarn) in the base material in a unit area of 200 mm × 200 mm when the flat reinforcing fiber substrate is viewed from the perpendicular direction. This indicates the percentage of the closed portion where (excluding strips, stitch yarns, etc.) is present (covered), and the value calculated by cover factor (%) = total area of closed portion (mm 2 ) / 400. In this invention, it represented by the average value measured four places at equal intervals over the full width direction of the reinforced fiber base material. Such a closed portion can be calculated based on an image optically captured by a CCD camera, a scanner, or the like.

特に、かかる多軸シートにおいては、シートが多方向に積層されるため上記カバーファクターは実質的に意味をなさない場合がある。例えば、4層以上を積層した場合、ほとんどの場合において約100%となってしまう。そこで、多軸シートにおいて、複合材料にした場合の品質安定性の指標としては、強化繊維基材における多方向に配置された各層において、2mmを超える強化繊維糸条同士の隙間(ギャップ)の頻度が挙げられる。かかるギャップの頻度(各層ごとの該値を全層で平均した値)は0.5個/m2 以下であるのが好ましい。0.5個/m2 を超えると、複合材料にした場合に表面にピット(樹脂の未充填部分)が発生して表面品位が劣る場合や、一方で樹脂リッチ層が形成されて力学特性(特に、環境耐久性や湿熱環境下での圧縮強度)の品質安定性に劣る場合があるので、用途によっては望ましくない。 In particular, in such a multiaxial sheet, the sheet may be laminated in multiple directions, and thus the above cover factor may not be substantially meaningful. For example, when four or more layers are laminated, in almost all cases, it becomes about 100%. Therefore, as an index of quality stability when a multiaxial sheet is made of a composite material, the frequency of gaps (gaps) between reinforcing fiber yarns exceeding 2 mm in each layer arranged in multiple directions in the reinforcing fiber substrate. Is mentioned. The frequency of the gap (the value obtained by averaging the values for each layer in all layers) is preferably 0.5 pieces / m 2 or less. If it exceeds 0.5 pieces / m 2 , pits (unfilled part of the resin) are generated on the surface when the composite material is used, and the surface quality is inferior. On the other hand, a resin-rich layer is formed and mechanical properties ( In particular, it may be inferior in environmental stability and quality stability of compressive strength in a moist heat environment), which is undesirable depending on the application.

本発明で使用される強化繊維糸条としては、例えば、炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、有機繊維(アラミド、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリビニルアルコール、高強度ポリエチレン、ポリイミド等)、これらを2種類以上を併用したものを使用することができる。中でも炭素繊維は比強度・比弾性率に優れるので、航空機用途の強化繊維として好ましく用いられる。   Examples of the reinforcing fiber yarn used in the present invention include carbon fiber, graphite fiber, glass fiber, organic fiber (aramid, paraphenylene benzobisoxazole, polyvinyl alcohol, high-strength polyethylene, polyimide, etc.), and two types of these. What used the above together can be used. Among these, carbon fibers are excellent in specific strength and specific elastic modulus, and are therefore preferably used as reinforcing fibers for aircraft applications.

かかる強化繊維糸条は、無撚でも有撚でも使用することができるが、力学特性(引張、圧縮等)の面からは実質的に無撚のものが好ましい。また、その繊度は300〜5,000texであるものが好ましい。より好ましくは600〜2,000texである。かかる範囲より小さいと、織物にする場合、交錯点が多すぎてクリンプだけでなくその数も大きくなり、力学特性に劣る場合がある。かかる範囲より大きいと、交錯点が少なすぎて強化繊維基材の形態安定性に劣る場合がある。   Such reinforcing fiber yarns can be used either untwisted or twisted, but are preferably substantially untwisted from the viewpoint of mechanical properties (tensile, compression, etc.). The fineness is preferably 300 to 5,000 tex. More preferably, it is 600-2,000 tex. If it is smaller than this range, in the case of making a woven fabric, there are too many intersection points and not only the crimp but also the number thereof becomes large, and the mechanical properties may be inferior. If it is larger than this range, there are cases where the number of crossing points is too small and the form stability of the reinforcing fiber base is inferior.

特に、かかる繊度の強化繊維糸条を用いる場合、本発明の効果を最大限に発現させる強化繊維糸条の目付は50〜350g/m2 、好ましくは140〜270g/m2 である。上記繊度の範囲の強化繊維糸条を用いて、かかる目付の範囲である強化繊維基材を得る場合、本発明の効果が一層高く発現される。これは、太繊度の炭素繊維糸条を用いて低目付の基材を得る場合は、用いる強化繊維糸条の糸条数が少なくなる(織密度が小さくなる)ため、カバーファクターが小さくなりやすい(強化繊維糸条間の隙間が大きくなりやすい)ことから理解できる。 In particular, when a reinforcing fiber yarn having such a fineness is used, the basis weight of the reinforcing fiber yarn that maximizes the effect of the present invention is 50 to 350 g / m 2 , preferably 140 to 270 g / m 2 . The effect of the present invention is further enhanced when a reinforcing fiber substrate having such a weight per unit area is obtained using reinforcing fiber yarns in the above fineness range. This is because when a carbon fiber yarn having a high fineness is used to obtain a base material with a low basis weight, the number of yarns of the reinforcing fiber yarn to be used is reduced (the woven density is reduced), and thus the cover factor is likely to be reduced. This can be understood from the fact that the gap between the reinforcing fiber yarns tends to be large.

特に、多軸シートにおいては、いくつの層を積層するかによって基材における強化繊維糸条の目付は大きく異なる。かかる観点から、多軸シートにおいては、各層の強化繊維糸条の目付が50〜350g/m2 であるのが好ましい。より好ましくは60〜150g/m2 、更に好ましくは70〜120g/m2 である。かかる目付の範囲を、前記繊度の範囲の強化繊維糸条を用いて製造する場合に本発明の効果が最大限に発現される。つまり、各層の強化繊維糸条の目付が350g/m2 を超えると、本発明の意義が希薄となる。また、樹脂を予め含浸させたプリプレグの作製が困難となる。一方、50g/m2 未満であると、複合材料において所望の強度を得ようとすると、あまりにも多数の層を積層する必要が出てくるため、生産性に劣る場合がある。 In particular, in the multiaxial sheet, the basis weight of the reinforcing fiber yarn on the base material varies greatly depending on how many layers are laminated. From such a viewpoint, in the multiaxial sheet, the basis weight of the reinforcing fiber yarns in each layer is preferably 50 to 350 g / m 2 . More preferably, it is 60-150 g / m < 2 >, More preferably, it is 70-120 g / m < 2 >. The effect of the present invention is exhibited to the maximum when the range of the basis weight is manufactured using the reinforcing fiber yarn having the fineness range. That is, when the basis weight of the reinforcing fiber yarns in each layer exceeds 350 g / m 2 , the significance of the present invention is diminished. Moreover, it becomes difficult to produce a prepreg impregnated with a resin in advance. On the other hand, if it is less than 50 g / m 2, when it is desired to obtain a desired strength in the composite material, it is necessary to laminate too many layers, which may result in poor productivity.

本発明の補助繊維糸条とは、用いる強化繊維糸条の繊度の15%以下のものを指す。より好ましくは5%未満、更に好ましくは1%未満の繊度のものである。補助繊維糸条の繊度は小さければ小さいほど、その存在に起因する影響を小さくできる。すなわち、強化繊維糸条が本質的に有する力学特性を発現することができるのである。なお、使用する補助繊維糸条の材質には特に制限はなく、強化繊維糸条と同じものを用いることができる。中でも無機繊維(特に、炭素繊維、ガラス繊維)であると、比強度・比弾性率に優れ、収縮による問題が小さいため好ましい。別の観点からは、合成繊維(特に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂)であると、繊度を小さくできるため好ましい。   The auxiliary fiber yarn of the present invention refers to a yarn having a fineness of 15% or less of the reinforcing fiber yarn used. More preferably, the fineness is less than 5%, more preferably less than 1%. The smaller the fineness of the auxiliary fiber yarn, the smaller the influence due to its presence. That is, it is possible to express the mechanical properties that the reinforcing fiber yarns essentially have. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the material of the auxiliary fiber yarn to be used, The same thing as a reinforced fiber yarn can be used. Among these, inorganic fibers (particularly carbon fibers and glass fibers) are preferable because they are excellent in specific strength and specific elastic modulus and have few problems due to shrinkage. From another viewpoint, synthetic fibers (particularly polyamide resins and polyester resins) are preferable because the fineness can be reduced.

本発明で使用する樹脂材料は、強化繊維基材の形態安定性を向上させ、複合材料の力学特性を損なわない、または向上させるものであれば良く、特に限定されず、熱硬化性樹脂および/または熱可塑性樹脂を使用することができる。   The resin material used in the present invention is not particularly limited as long as it improves the morphological stability of the reinforcing fiber base and does not impair or improve the mechanical properties of the composite material, and is not particularly limited. Alternatively, a thermoplastic resin can be used.

熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ、フェノール、ポリベンゾイミダゾール、シアネートエステル、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、ユリア、メラミン、ビスマレイミド等や、これらの共重合体、変性体および2種類以上ブレンドした樹脂等を使用することができる。さらに、エラストマーやゴム成分、硬化剤、硬化促進剤、触媒等を添加したものも使用することもできる。   As the thermosetting resin, for example, epoxy, phenol, polybenzimidazole, cyanate ester, unsaturated polyester, vinyl ester, urea, melamine, bismaleimide and the like, copolymers, modified products, and two or more kinds thereof are blended. Resin or the like can be used. Furthermore, those to which an elastomer, a rubber component, a curing agent, a curing accelerator, a catalyst and the like are added can also be used.

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、フェノール(ノボラック型)、フェノキシ樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂等や、これらの共重合体、変性体および2種類以上ブレンドした樹脂も使用することができる。   Examples of the thermoplastic resin include polyester, polyolefin, polyamide, polyurethane, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polyetherimide, polysulfone, polyarylate, polyethersulfone, polyetherethersulfone, polyketone, polyetherketone, polyether. Ether ketone, polyether ketone, polyether nitrile, phenol (novolak type), phenoxy resin, styrene resin, acrylic resin, fluorine resin, and their copolymers, modified products, and resins blended with two or more types Can be used.

本発明の課題を最大限に発現する樹脂材料の好ましい例としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを混合、好ましくは相溶化して、そのガラス転移点Tgを30〜100℃、より好ましくは50〜90℃にしたものが挙げられる。かかる樹脂材料は、強化繊維基材への接着が容易なだけではなく、後述のマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合に著しく優れた力学特性の向上効果を発現する。かかるガラス転移点Tgの測定は、示差走査熱量計(DSC)を用いて絶乾状態のものを20℃/minの昇温速度にて測定した値を指す。本発明では、Perkin Elmer社製Pyris 1 DSCを用いた。   As a preferable example of the resin material that can fully express the subject of the present invention, a thermosetting resin and a thermoplastic resin are mixed, preferably compatibilized, and the glass transition point Tg thereof is more preferably 30 to 100 ° C. May be those adjusted to 50 to 90 ° C. Such a resin material not only easily adheres to the reinforcing fiber substrate, but also exhibits an excellent mechanical property improvement effect when an epoxy resin is used as a matrix resin described later. The measurement of the glass transition point Tg indicates a value obtained by measuring an absolutely dry state using a differential scanning calorimeter (DSC) at a heating rate of 20 ° C./min. In the present invention, Pyris 1 DSC manufactured by Perkin Elmer was used.

本発明の複合材料の製造方法は、プリプレグを用いたオートクレーブ成形、プレス成形、あるいはシートワインド成形などであってもよいが、更に好ましい態様として、次の(F)〜(H)の工程を経て成形することができる。   The method for producing a composite material of the present invention may be autoclave molding, press molding, or sheet wind molding using a prepreg. As a more preferable aspect, the following steps (F) to (H) are performed. Can be molded.

(F)セット工程
前記方法で製造した強化繊維基材を成形型に配置してキャビティを形成する。本工程で、成形型として雄型と雌型とを用いると、寸法精度に優れ、従来のオートクレーブ成形に比べて安価な複合材料を成形することができる。
(F) Set process The reinforcing fiber base produced by the above method is placed in a mold to form a cavity. In this step, when a male mold and a female mold are used as the mold, a composite material that is excellent in dimensional accuracy and cheaper than conventional autoclave molding can be molded.

一方、成形型として、雄型または雌型のいずれかとバッグ材とを用いると、成形型の費用を安くすることができ、より一層安価にすることができ、好ましい。かかるバッグ材としては、例えばフィルム、柔軟性を有するラバー材等が挙げられる。バッグ材は通常柔軟なものであるため、バッグ材側の面に剛性を付与するためのプレート等を併用することができる。かかるプレートの併用により、両面に成形型を用いた場合と同じレベルの寸法精度を達成することが可能となる。   On the other hand, if either a male mold or a female mold and a bag material are used as the mold, the cost of the mold can be reduced and the cost can be further reduced, which is preferable. Examples of the bag material include a film and a flexible rubber material. Since the bag material is usually flexible, a plate for imparting rigidity to the surface on the bag material side can be used in combination. The combined use of such plates makes it possible to achieve the same level of dimensional accuracy as when using molds on both sides.

なお、後者の場合、マトリックス樹脂に圧力を付加して注入できないため、キャビティ内にマトリックス樹脂の含浸を促進する樹脂拡散媒体を配置するのが好ましい。かかる樹脂拡散媒体とは、空間保持能が高く(表面に凹凸を有し)、マトリックス樹脂の流動抵抗が強化繊維基材の1/10以下の低い抵抗を有するものを指し、例えば、メッシュ、マット、不織布等が例として挙げられる。   In the latter case, since it is not possible to inject the matrix resin by applying pressure, it is preferable to dispose a resin diffusion medium that promotes the impregnation of the matrix resin in the cavity. Such a resin diffusion medium refers to a medium having a high space holding ability (having irregularities on the surface) and a flow resistance of the matrix resin having a low resistance of 1/10 or less of that of the reinforcing fiber base. Examples thereof include non-woven fabrics.

(G)注入工程
マトリックス樹脂を、キャビティ内に注入して強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる。本工程において、真空ポンプ等で脱気して、キャビティ内を減圧状態に保ちながらマトリックス樹脂を注入すると、強化繊維基材へのマトリックス樹脂の含浸が容易となり、より品質の高い複合材料を短サイクルで成形することができ、成形コストをより低くすることができるため好ましい。
(G) Injection step A matrix resin is injected into the cavity to impregnate the reinforcing fiber substrate with the matrix resin. In this process, degassing with a vacuum pump or the like and injecting the matrix resin while keeping the inside of the cavity at a reduced pressure facilitates the impregnation of the matrix resin into the reinforcing fiber base material, and shortens the cycle of a higher quality composite material. This is preferable because it can be molded with a lower molding cost.

(H)固化工程
マトリックス樹脂を固化(硬化または重合)させて複合材料を得る。ここで、マトリックス樹脂を固化させる際、固化効率を上げるため加熱するのがよい。必要に応じて、更にマトリックス樹脂の固化を確実なものにするために、複合材料を再度加熱して更に固化する二次固化工程を経てもよい。
(H) Solidification process The matrix resin is solidified (cured or polymerized) to obtain a composite material. Here, when the matrix resin is solidified, it is preferably heated to increase the solidification efficiency. If necessary, in order to further solidify the matrix resin, a secondary solidification step in which the composite material is heated again and further solidified may be passed.

本発明で使用するマトリックス樹脂は、その成形性、力学特性の面から熱硬化性樹脂であるのが好ましく、樹脂材料で挙げた例のもの等が好ましく使用される。樹脂材料と異なる点は、注入成形に供する場合は、注入温度では液状である必要があることである。かかる特性を有する熱硬化性樹脂として、エポキシ、ビスマレイミド、フェノール、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、シアネートエステルであるのが好ましい。これらの樹脂に、更にエラストマーやゴム成分、硬化剤、硬化促進剤、触媒等を添加したものも使用することができる。中でも、航空機の一次構造部材等で要求される非常に高い力学特性を達成するためには、エポキシ、ビスマレイミドまたはシアネートエステルが好ましく、とりわけエポキシが好ましい。   The matrix resin used in the present invention is preferably a thermosetting resin from the viewpoint of moldability and mechanical properties, and those exemplified in the resin material are preferably used. The difference from the resin material is that when it is used for injection molding, it must be liquid at the injection temperature. The thermosetting resin having such characteristics is preferably epoxy, bismaleimide, phenol, vinyl ester, unsaturated polyester, or cyanate ester. Those obtained by further adding an elastomer, a rubber component, a curing agent, a curing accelerator, a catalyst, or the like to these resins can also be used. Among them, epoxy, bismaleimide or cyanate ester is preferable, and epoxy is particularly preferable in order to achieve very high mechanical properties required for aircraft primary structural members and the like.

マトリックス樹脂と樹脂材料とは、その役割がそれぞれ異なることを考慮して異なるものを選択するのが好ましい。   It is preferable to select different materials for the matrix resin and the resin material in consideration of their different roles.

すなわち、マトリックス樹脂は含浸性に優れる(注入温度で樹脂粘度が低く、ゲル化時間が長い)ものを、樹脂材料は強化繊維基材の形態安定性を向上するものを、それぞれ選択して使用するのが好ましい。もちろん、マトリックス樹脂、樹脂材料において、その一部に同一成分を使用することに何ら制限はなく、両者の相性の面からは好ましい形態といえる。   That is, a matrix resin having excellent impregnation properties (a resin viscosity is low at the injection temperature and a gelation time is long) and a resin material that improves the shape stability of the reinforcing fiber base are selected and used. Is preferred. Of course, in the matrix resin and the resin material, there is no limitation to using the same component for a part thereof, which can be said to be a preferable form from the viewpoint of compatibility between the two.

実施例1
図3は、本発明の好ましい実施態様を説明する工程概略模式図で、織機31を用いて、強化繊維基材を製造している様子を示している。次に、詳細に各工程を説明する。
Example 1
FIG. 3 is a schematic process diagram illustrating a preferred embodiment of the present invention, and shows a state in which a reinforcing fiber base is manufactured using a loom 31. Next, each step will be described in detail.

(A)引出工程:120本のたて糸32を平行かつ交互に配列し、1m幅になるように各ボビンから直接引き出した。強化繊維糸条のボビン上の糸条幅(元糸幅Wo)は、たて糸、よこ糸ともに5.8mmであった。   (A) Drawing process: 120 warp yarns 32 were arranged in parallel and alternately, and were drawn directly from each bobbin so as to have a width of 1 m. The yarn width (original yarn width Wo) on the bobbin of the reinforcing fiber yarn was 5.8 mm for both the warp yarn and the weft yarn.

なお、たて糸32として、強化繊維糸条であるポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維糸条(12,000フィラメント、繊度800tex、引張強度4,800MPa、引張弾性率240GPa、サイジング剤0.5重量%)を用いた。なお、後述のよこ糸33も同じものを用いた。かかるよこ糸を解舒する際には、ボビンにコンタクトローラに接触させつつ、実質的に一定速度で解舒して引き出した(図示せず)。   The warp yarn 32 is a polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber yarn (12,000 filament, fineness 800 tex, tensile strength 4,800 MPa, tensile elastic modulus 240 GPa, sizing agent 0.5% by weight), which is a reinforcing fiber yarn. Was used. The same weft 33 described later was also used. When unraveling the weft yarn, the bobbin was unwound and pulled out at a substantially constant speed while contacting the contact roller (not shown).

(B)拡幅工程:隣り合うたて糸32同士が異なる3本ロール39(3本のうち、2本目のロール38の接触角度が190°)を通過させるようにして、最大接触角を有するロール38上でニップロール41で加圧し、たて糸32を拡幅幅Wsの10mm(元糸幅Woの172%)に拡幅した。一方、よこ糸は、張力を実質的にかけない状態で大気を炭素繊維糸条の厚み方向に貫通する方向に吸引して(図示せず)、よこ糸33を拡幅幅Wsの11mm(元糸幅Woの190%)に拡幅した。   (B) Widening step: On the roll 38 having the maximum contact angle by passing three rolls 39 (the contact angle of the second roll 38 of the three is 190 °) different from each other in the adjacent warp threads 32. Thus, the warp yarn 32 was widened to 10 mm of the widening width Ws (172% of the original yarn width Wo). On the other hand, the weft yarn sucks air in a direction penetrating the thickness direction of the carbon fiber yarn (not shown) in a state in which tension is not substantially applied, and the weft yarn 33 is 11 mm of the widening width Ws (of the original yarn width Wo). 190%).

(C)狭幅工程:拡幅したたて糸32を、綜絖34a(メール34bの内寸が9mm)を通過させながら開閉口運動させ、形成された杼口にレピア36を用いて1.2本/cmの織密度でよこ糸33を打ち込み、たて糸とよこ糸とを交錯させた。次いで、筬35(糸条が通過する箇所(筬羽隙間)の内寸は8.2mm)を通過させることにより、たて糸32を目標幅Wtの7.9mm(拡幅幅Wsの79%、元糸幅Woの136%)に狭めて二方向性織物を形成した。なお、よこ糸33は、溝付ローラ(図示せず)を通過させて目標幅Wtの8mm(拡幅幅Wsの73%、元糸幅Woの138%)に狭めた。   (C) Narrowing step: The widened warp yarn 32 is opened and closed while passing through the heel 34a (the inner size of the mail 34b is 9 mm), and 1.2 ra / cm is used using the rapier 36 in the formed heel. Weft yarn 33 was driven in at a weaving density, and warp yarn and weft yarn were crossed. Next, the warp yarn 35 (the inner dimension of the portion through which the yarn passes (the wrinkle gap) is 8.2 mm) is passed through to pass the warp yarn 32 to 7.9 mm of the target width Wt (79% of the widening width Ws, the original yarn). The bi-directional woven fabric was narrowed to 136% of the width Wo. The weft 33 was passed through a grooved roller (not shown) and narrowed to 8 mm of the target width Wt (73% of the widening width Ws and 138% of the original yarn width Wo).

得られた強化繊維基材における強化繊維糸条の目付は193g/m2 、たて糸32の糸条幅の変動率CVは7%、カバーファクターは99.7%であった。 The basis weight of the reinforcing fiber yarn in the obtained reinforcing fiber base was 193 g / m 2 , the variation rate CV of the yarn width of the warp yarn 32 was 7%, and the cover factor was 99.7%.

実施例2
実施例1で得られた二方向性織物である強化繊維基材を、引き続き、次の(D)再拡幅工程で強化繊維糸条の幅を再拡幅した。
Example 2
The reinforcing fiber base material, which is the bidirectional fabric obtained in Example 1, was subsequently re-expanded in the following (D) re-widening step.

(D)再拡幅工程:基材の引き取り方向に前後運動する加圧ローラー37(80℃に加熱)にて、強化繊維基材を製織しながら加圧し、たて糸32を再拡幅幅Wssの8.2mm(目標幅Wtの104%、元糸幅Woの141%)に再拡幅していったん巻き取った。   (D) Re-widening step: A pressure roller 37 (heated to 80 ° C.) that moves back and forth in the take-up direction of the base material is pressed while weaving the reinforcing fiber base material, and the warp yarn 32 is re-expanded width 8. The paper was re-expanded to 2 mm (104% of the target width Wt, 141% of the original yarn width Wo) and wound up once.

得られた強化繊維基材におけるたて糸32の糸条幅の変動率CVは5%、カバーファクターは99.9%であった。   In the obtained reinforcing fiber base material, the variation rate CV of the yarn width of the warp yarn 32 was 5%, and the cover factor was 99.9%.

実施例3
実施例2で得られた二方向性織物である強化繊維基材に、次の(E)固定工程で樹脂材料を塗布、接着して、強化繊維糸条の幅を固定した。
Example 3
In the following (E) fixing step, the resin material was applied and bonded to the reinforcing fiber base material, which is the bidirectional fabric obtained in Example 2, to fix the width of the reinforcing fiber yarn.

(E)固定工程:粒子状である樹脂材料を、エンボスロールとドクターブレードにて計量しながら自然落下させ、振動ネットを介して均一分散させながら、片表面に7.5g/m2 (樹脂材料付着後の強化繊維基材100重量%に対して4重量%)を塗布した。その後、185℃にて遠赤外線ヒーターを通過させ、樹脂材料を強化繊維基材の片表面にのみ付着させた。 (E) Fixing step: The resin material that is in the form of particles is naturally dropped while being measured with an embossing roll and a doctor blade, and uniformly dispersed through a vibration net, while being 7.5 g / m 2 (resin material) on one surface 4% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber substrate after application). Then, the far-infrared heater was passed at 185 degreeC, and the resin material was made to adhere only to the one surface of a reinforced fiber base material.

なお、粒子状の樹脂材料として、ポリエーテルスルホン樹脂60重量%とエポキシ樹脂組成物40重量%とを加熱下で混練して相溶させて得たペレットを冷凍粉砕したものを用いた。かかる粒子状の樹脂材料は、平均粒子径D50(レーザー回折・散乱法)115μm、ガラス転移点68℃であった。   As the particulate resin material, a pellet obtained by freeze-pulverizing pellets obtained by kneading and compatibilizing 60% by weight of a polyethersulfone resin and 40% by weight of an epoxy resin composition was used. The particulate resin material had an average particle diameter D50 (laser diffraction / scattering method) of 115 μm and a glass transition point of 68 ° C.

得られた強化繊維基材は、樹脂材料によって形態安定性が格段に向上し、実施例1のものより取扱が容易で、強化繊維糸条は真直性に優れた。また、その糸条幅は長手方向および幅方向に安定しており、品質安定性に優れたものであった。   The obtained reinforcing fiber base was remarkably improved in shape stability by the resin material, easier to handle than that of Example 1, and the reinforcing fiber yarn was excellent in straightness. Further, the yarn width was stable in the longitudinal direction and the width direction, and was excellent in quality stability.

実施例4
(A)引出工程:150本のたて糸および150本のたて補助繊維糸条を平行かつ交互に配列し、1m幅になるように各ボビンから直接引き出した。なお、たて糸として実施例1で用いた炭素繊維糸条を、たて補助繊維糸条としてガラス繊維糸条(ECE225 1/0)を、よこ糸(補助繊維糸条)としてポリアミド繊維糸条(7フィラメント、繊度1.7tex)を用いた。
Example 4
(A) Drawing process: 150 warp yarns and 150 warp auxiliary fiber yarns were arranged in parallel and alternately, and were drawn directly from each bobbin so as to have a width of 1 m. The carbon fiber yarn used in Example 1 as the warp yarn, the glass fiber yarn (ECE225 1/0) as the warp auxiliary fiber yarn, and the polyamide fiber yarn (7 filaments) as the weft yarn (auxiliary fiber yarn) , Fineness 1.7 tex) was used.

(B)拡幅工程:隣り合うたて糸同士が異なる3本ロール(実施例1で用いたもの39と同じ構成で、ニップロール41のないもの)を通過させるようにして、たて糸を拡幅幅Wsの8.9mm(元糸幅Woの153%)に拡幅した。   (B) Widening step: The warp yarn is passed through a widening width Ws of 8. The width of the warp yarn is 8 so that adjacent warp yarns pass through three rolls (the same configuration as that used in Example 1 and without the nip roll 41). The width was increased to 9 mm (153% of the original yarn width Wo).

(C)狭幅工程:拡幅したたて糸は綜絖(メールの内寸が7.5mm)を通過させて開閉口運動させ、形成された杼口にレピアを用いて3本/cmの織密度でよこ糸を打ち込み、たて補助繊維糸条とよこ糸とを交錯させて、たて糸を一体に保持した(たて糸とよこ糸とは交錯させない)。次いで、筬(糸条が通過する箇所(筬羽隙間)の内寸は7mm)を通過させることにより、たて糸を目標幅Wtの6.2mm(拡幅幅の70%、元糸幅Woの107%)に狭めて一方向性ノンクリンプ織物を形成した。   (C) Narrowing step: The widened warp yarn is passed through a heel (inner dimension of the mail is 7.5 mm) and moved by opening and closing, and a rapier is used to form the weft at a weave density of 3 / cm. And warp auxiliary fiber yarns and weft yarns were interlaced to hold the warp yarns together (warp yarns and weft yarns were not interlaced). Next, the warp yarn is passed through the target width Wt by 6.2 mm (70% of the widened width and 107% of the original yarn width Wo) by passing through the reed (the inner dimension of the portion through which the yarn passes (the wrinkle gap) is 7 mm). ) To form a unidirectional non-crimp fabric.

得られた強化繊維基材における強化繊維糸条の目付は144g/m2 、たて糸32の糸条幅の変動率CVは6%、カバーファクターは95%であった。 The basis weight of the reinforcing fiber yarn in the obtained reinforcing fiber substrate was 144 g / m 2 , the variation rate CV of the yarn width of the warp yarn 32 was 6%, and the cover factor was 95%.

実施例5
実施例4で得られた一方向性ノンクリンプ織物である強化繊維基材を、引き続き次の(D)再拡幅工程で強化繊維糸条の幅を再拡幅した。
Example 5
The reinforcing fiber base material, which is the unidirectional non-crimp fabric obtained in Example 4, was subsequently re-widened in the following (D) re-widening step.

(D)再拡幅工程:基材の引き取り方向に前後運動する加圧ローラー(80℃に加熱)にて、強化繊維基材を製織しながら加圧して、たて糸を再拡幅幅Wssの6.5mm(目標幅Wtの105%、元糸幅Woの112%)に再拡幅して巻き取った。   (D) Re-widening step: pressurizing while weaving the reinforcing fiber base with a pressure roller (heated to 80 ° C.) moving back and forth in the take-up direction of the base, and the warp yarn is 6.5 mm of the re-widening width Wss The paper was re-expanded and wound up (105% of the target width Wt, 112% of the original yarn width Wo).

得られた強化繊維基材におけるたて糸の糸条幅の変動率CVは4%、カバーファクターは98%であった。   The variation rate CV of the warp yarn width in the obtained reinforcing fiber substrate was 4%, and the cover factor was 98%.

実施例6
実施例5で得られた一方向性ノンクリンプ織物である強化繊維基材に、次の(E)固定工程で樹脂材料を塗布、付着させて、強化繊維糸条の幅を固定した。
Example 6
In the following (E) fixing process, the resin material was applied and adhered to the reinforcing fiber base material, which was the unidirectional non-crimp fabric obtained in Example 5, to fix the width of the reinforcing fiber yarn.

(E)固定工程:粒子状である樹脂材料を、エンボスロールとドクターブレードにて計量しながら自然落下させ、振動ネットを介して均一分散させながら、片表面に21g/m2 (樹脂材料付着後の強化繊維基材100重量%に対して13重量%)塗布した。その後、185℃にて遠赤外線ヒーターを通過させ、樹脂材料を強化繊維基材の片表面にのみ接着した。なお、粒子状の樹脂材料として、実施例3と同じものを用いた。 (E) Fixing step: The resin material that is in the form of particles is naturally dropped while being measured with an embossing roll and a doctor blade, and is uniformly dispersed through a vibration net while being 21 g / m 2 (after the resin material is attached) Of 13% by weight based on 100% by weight of the reinforcing fiber substrate). Then, the far infrared heater was passed at 185 degreeC, and the resin material was adhere | attached only on the one surface of the reinforced fiber base material. In addition, the same thing as Example 3 was used as a particulate resin material.

得られた強化繊維基材は、樹脂材料によって形態安定性が格段に向上し、実施例4のものより取扱が容易で、強化繊維糸条は真直性に優れた。また、その糸条幅は長手方向および幅方向に安定しており、品質安定性に優れたものであった。   The obtained reinforcing fiber base was remarkably improved in shape stability by the resin material, easier to handle than that of Example 4, and the reinforcing fiber yarn was excellent in straightness. Further, the yarn width was stable in the longitudinal direction and the width direction, and was excellent in quality stability.

実施例7
図4は、本発明の他の好ましい実施態様を説明する工程概略模式図で、多軸積層機42を用いて、多軸シートを製造している様子を示している。次に詳細に各工程を説明する。
Example 7
FIG. 4 is a schematic process diagram for explaining another preferred embodiment of the present invention, and shows a state in which a multi-axis sheet is manufactured using a multi-axis laminator 42. Next, each step will be described in detail.

(A)引出工程:180本のたて糸43を平行かつ交互に配列し、1.2m幅になるように各ボビンから直接引き出した。たて糸を解舒する際には、ボビンにコンタクトローラに接触させつつ、たて糸を実質的に一定速度で解舒して引き出した。一方、18本のよこ糸(たて糸に対して+45°方向および−45°方向にそれぞれ別の箇所a、bで積層する)(図示せず)を平行かつ交互に配列し、0.1m幅になるように各ボビンから直接引き出した。よこ糸を解舒する際には、たて糸と同様にボビンにコンタクトローラに接触させつつ、よこ糸を実質的に一定速度で解舒して引き出した。強化繊維糸条のボビン上の糸条幅(元糸幅Wo)はたて糸、よこ糸ともに5.8mmであった。なお、たて糸43およびよこ糸(図示せず)として、実施例1と同じものを用いた。   (A) Drawing process: 180 warp threads 43 were arranged in parallel and alternately, and were directly drawn out from each bobbin so as to have a width of 1.2 m. When unwinding the warp yarn, the warp yarn was unwound and pulled out at a substantially constant speed while contacting the bobbin with the contact roller. On the other hand, 18 weft yarns (stacked at different locations a and b in the + 45 ° direction and −45 ° direction with respect to the warp yarns, respectively) (not shown) are arranged in parallel and alternately, resulting in a width of 0.1 m. Was pulled directly from each bobbin. When unraveling the weft yarn, the weft yarn was unwound and pulled out at a substantially constant speed while contacting the bobbin with the contact roller in the same manner as the warp yarn. The yarn width (original yarn width Wo) on the bobbin of the reinforcing fiber yarn was 5.8 mm for both the warp yarn and the weft yarn. The same warp yarn 43 and weft yarn (not shown) as in Example 1 were used.

(B)拡幅工程:隣り合うたて糸43同士が異なる3本ロール45(3本のうち、2本目のロール44の接触角度が190°)を通過させるようにして、最大接触角を有するロール44上でニップロール46で加圧し、たて糸43を拡幅幅Wsの9mm(元糸幅Woの155%)に拡幅した。一方、よこ糸も同様によこ糸同士が異なるロール(接触角度が180°)(図示せず)を通過させるようにして、よこ糸を拡幅幅Wsの8.3mm(元糸幅Woの143%)に拡幅した。   (B) Widening step: On the roll 44 having the maximum contact angle by passing three rolls 45 (the contact angle of the second roll 44 is 190 ° among the three) different from the adjacent warp threads 43. Thus, the warp yarn 43 was widened to 9 mm of the widening width Ws (155% of the original yarn width Wo). On the other hand, the weft yarn is widened to 8.3 mm of the widening width Ws (143% of the original yarn width Wo) by passing a roll (contact angle is 180 °) (not shown) having different weft yarns. did.

(C)狭幅工程:拡幅したたて糸43を、櫛形ガイド47(糸条が通過する箇所である櫛隙間の内寸は7mm)を通過させることにより、たて糸43を目標幅Wtの6.7mm(拡幅幅Wsの74%、元糸幅Woの116%)に狭めて一方向性のたて糸シート48を形成した。一方、よこ糸も同様に櫛形ガイド(図示せず)を通過させることにより、よこ糸を目標幅Wtの6.7mm(拡幅幅Wsの81%、元糸幅Woの116%)に狭めて一方向性のよこ糸シート(図示せず)を形成した。   (C) Narrowing step: The widened warp yarn 43 is passed through a comb-shaped guide 47 (the inner dimension of the comb gap where the yarn passes is 7 mm), so that the warp yarn 43 is 6.7 mm (target width Wt). A unidirectional warp sheet 48 was formed narrowed to 74% of the widening width Ws and 116% of the original yarn width Wo. On the other hand, the weft yarn is similarly passed through a comb-shaped guide (not shown) to narrow the weft yarn to 6.7 mm of the target width Wt (81% of the widened width Ws and 116% of the original yarn width Wo). A weft sheet (not shown) was formed.

(E)固定工程:たて糸シートおよびよこ糸シートの積層体を引き取りながら、樹脂材料であるステッチ糸(ポリエステルのマルチフィラメント糸)を用いてステッチ装置cで鎖編ステッチすることにより、たて糸およびよこ糸の糸条幅を固定して巻き取った。   (E) Fixing process: warp yarn and weft yarn by taking chain stitches with stitch device c using stitch yarn (polyester multifilament yarn) which is a resin material while taking a laminate of warp yarn sheet and weft yarn sheet The strip width was fixed and wound up.

得られた多軸シートにおける各層の強化繊維糸条の目付は120g/m2 、たて糸およびよこ糸の糸条幅の変動率CVはそれぞれ6%、多軸シートにおける各層において、2mmを超える強化繊維糸条同士の隙間の頻度は0.2〜0.3個/m2 であった。ステッチ糸にて鎖編組織を形成したことによって形態安定性が格段に向上し、実施例1のものより取扱が容易で、かつ、3層に強化繊維糸条を配向した基材を形成することができた。 The basis weight of the reinforcing fiber yarn of each layer in the obtained multiaxial sheet is 120 g / m 2 , the variation rate CV of the warp and weft yarn width is 6%, and the reinforcing fiber yarn exceeds 2 mm in each layer of the multiaxial sheet. The frequency of the gap between each other was 0.2 to 0.3 / m 2 . Forming a chain stitch structure with stitch yarns significantly improves shape stability, is easier to handle than that of Example 1, and forms a base material in which reinforcing fiber yarns are oriented in three layers I was able to.

実施例8
実施例1〜3、6、7を経て製造された強化繊維基材を用いて、次の方法にて複合材料に成形した。なお、積層構成は、実施例1〜3は0°方向に12枚、実施例6は7枚、実施例7は4枚とした。
Example 8
Using the reinforcing fiber base produced through Examples 1-3, 6, and 7, it was molded into a composite material by the following method. In addition, the laminated configuration was 12 sheets in the first to third examples, 7 sheets in Example 6, and 4 sheets in Example 7.

アルミ製成形型の表面に、強化繊維基材を積層した。その最表面にピールプライ(ポリエステル繊維の離型処理された織物)、樹脂拡散媒体(ポリプロピレン製メッシュ状シート)を順に配置し、更にその上に、アルミ製カウルプレートを配置した。積層された強化繊維基材が成形型と接した周囲には、エッジ・ブリーザー(ポリエステル繊維の不織布)を複数枚積層して張り巡らした。真空吸引口やエッジ・ブリーザーから最も近い樹脂拡散媒体までの距離が10mm以上離れるように、樹脂拡散媒体の平面視における最大外形が樹脂拡散媒体面の強化繊維基材の平面視における最大外形よりも10〜50mm程度小さくなるように配置した。全体をバッグ材(ナイロンフィルム)で覆い、バッグ材と成形型の周囲を、シール材で密閉してキャビティを形成した。樹脂注入口は、樹脂拡散媒体に接するように取り付け、シール材で密閉した。真空吸引口は、樹脂注入口から最も遠いエッジ・ブリーザー上に取り付け、同様にシールした。真空吸引口から吸引し、キャビティ内を真空吸引した。装置全体をマトリックス樹脂の注入温度(80℃)に昇温した。真空吸引を継続しながら、強化繊維基材が注入温度に達してから1時間保持した。その後、樹脂注入口のバルブを解放して、予め混合、脱泡を済ませて注入可能な状態で準備されていたマトリックス樹脂を樹脂拡散媒体から必要な量だけ注入した。含浸が完了したら、樹脂注入口のバルブを閉めて注入を中止した。真空吸引は、マトリックス樹脂がゲル化(注入開始から1.5時間)するまで継続した。その後、マトリックス樹脂の硬化温度(130℃)まで昇温し、2時間保持してマトリックス樹脂を硬化させた。なお、硬化温度に達した時点で、真空吸引口を閉めて吸引を中止し、バッグ材の中を真空状態に保つようにした。   A reinforcing fiber base material was laminated on the surface of the aluminum mold. A peel ply (polyester fiber release treated fabric) and a resin diffusion medium (polypropylene mesh sheet) were sequentially disposed on the outermost surface, and an aluminum cowl plate was further disposed thereon. A plurality of edge breathers (polyester fiber non-woven fabrics) were laminated and stretched around the periphery of the laminated reinforcing fiber substrate in contact with the mold. The maximum outer shape in plan view of the resin diffusion medium is larger than the maximum outer shape in plan view of the reinforcing fiber substrate on the surface of the resin diffusion medium so that the distance from the vacuum suction port or edge breather to the nearest resin diffusion medium is 10 mm or more. It arrange | positioned so that it might become small about 10-50 mm. The whole was covered with a bag material (nylon film), and the periphery of the bag material and the mold was sealed with a sealing material to form a cavity. The resin injection port was attached so as to be in contact with the resin diffusion medium and sealed with a sealing material. The vacuum suction port was mounted on the edge breather farthest from the resin injection port and sealed in the same manner. Suction was performed from the vacuum suction port, and the inside of the cavity was vacuumed. The entire apparatus was heated to the matrix resin injection temperature (80 ° C.). While the vacuum suction was continued, the reinforcing fiber substrate was held for 1 hour after reaching the injection temperature. Thereafter, the valve of the resin injection port was released, and the required amount of matrix resin prepared in a state ready for injection after mixing and defoaming was injected from the resin diffusion medium. When the impregnation was completed, the injection was stopped by closing the valve of the resin injection port. Vacuum suction was continued until the matrix resin gelled (1.5 hours from the start of injection). Thereafter, the temperature was raised to the curing temperature (130 ° C.) of the matrix resin and held for 2 hours to cure the matrix resin. When the curing temperature was reached, the vacuum suction port was closed to stop the suction, and the bag material was kept in a vacuum state.

その後、常温まで降温し、バッグ材、ピールプライおよび樹脂含浸媒体を除去し、改めてフリースタンドにて二次硬化を行い(180℃)複合材料を得た。なお、マトリックス樹脂として、エポキシ樹脂組成物(硬化剤としてポリアミン使用、80℃におけるE型粘度計による粘度:55mPa・s)を用いた。   Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, the bag material, the peel ply and the resin impregnated medium were removed, and secondary curing was performed again at a free stand (180 ° C.) to obtain a composite material. In addition, the epoxy resin composition (The polyamine is used as a hardening | curing agent, The viscosity by an E-type viscosity meter in 80 degreeC: 55 mPa * s) was used as matrix resin.

得られた複合材料を検査したところ、何れもピンホールやボイドが見当たらず、外観品位に優れ良好な成形が行われたことが確認できた。   When the obtained composite material was inspected, no pinholes or voids were found, and it was confirmed that excellent molding was performed with excellent appearance quality.

次に、複合材料からSACMA−SRM−1R−94に沿った試験片について圧縮強度の変動率CVを測定した。   Next, the change rate CV of the compressive strength was measured for the test piece along the SACMA-SRM-1R-94 from the composite material.

比較例1
(B)拡幅工程にて3本ロールを通過させずに拡幅を行わない点、(糸条幅は5.2mm、元糸幅Woの90%)、(C)狭幅工程にてメールの内寸が4mmの綜絖を用いて狭幅化(元糸幅Woの69%)した点以外は、実施例1と同様にして二方向織物を得た。最終的な糸条幅は6.5mmであった。
Comparative Example 1
(B) No widening without passing through the three rolls in the widening step (yarn width is 5.2 mm, 90% of the original yarn width Wo), (C) the inner dimensions of the mail in the narrowing step A bi-directional woven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that the width was reduced by using a 4 mm wrinkle (69% of the original yarn width Wo). The final yarn width was 6.5 mm.

得られた強化繊維基材は、強化繊維糸条の目付は193g/m2 、糸条幅の変動率CVは14%、カバーファクターは95%であり、強化繊維糸条の隙間は均一にならずに、品質安定性に劣ったものであった。 The resulting reinforcing fiber substrate has a basis weight of the reinforcing fiber yarn of 193 g / m 2 , a variation rate CV of the yarn width of 14%, a cover factor of 95%, and the gap between the reinforcing fiber yarns is not uniform. Furthermore, the quality stability was inferior.

比較例2
比較例1を経て製造された強化繊維基材を用いた以外は実施例8と同様にして複合材料を成形、評価した。得られた複合材料を検査したところ、ボイドは見当らなかったが、目すきの部分で凹凸が大きく外観品位に劣った。
以上の結果を表1にまとめた。表1において、各項目での評価は4段階評価とし、「非常に優れている」を「◎」と、「優れている」を「○」と、「普通である」を「△」と、「劣る」を「×」とそれぞれ表記した。
Comparative Example 2
A composite material was molded and evaluated in the same manner as in Example 8 except that the reinforcing fiber base produced through Comparative Example 1 was used. When the obtained composite material was inspected, voids were not found, but the unevenness was large at the open portions and the appearance quality was poor.
The above results are summarized in Table 1. In Table 1, the evaluation for each item is a four-level evaluation, “very good” is “◎”, “excellent” is “○”, “ordinary” is “△”, “Inferior” was indicated as “×”.

Figure 2005280348
Figure 2005280348

表1からわかるように、複合材料の力学特性に関し、本発明の実施例のものは非常に低い圧縮強度の変動率を示し、中でも実施例3、6のものが特に優れた特徴を有している。
一方、比較例1のものは、実施例よりも圧縮強度の変動率CVが大きく、バラツキが大きい。
As can be seen from Table 1, regarding the mechanical properties of the composite material, the examples of the present invention showed a very low rate of change in compressive strength, and among them, the examples 3 and 6 have particularly excellent characteristics. Yes.
On the other hand, the comparative example 1 has a larger variation rate CV of the compressive strength and a larger variation than the examples.

強化繊維基材のマトリックス樹脂の含浸性、品質安定性および形態安定性については、実施例3、6のものが優れた特徴を有している。なお、実施例1のものは、樹脂材料を用いていないので、実施例2、3の以下の形態安定性であった。なお、実施例7のものはとりわけ含浸性に優れた。すなわち、本発明の最も好ましい態様の一つとしては、実施例3または6が挙げられる。
なお、本発明の上述した説明において、強化繊維基材における多方向に配置された各層における2mmを超える強化繊維糸条同士の隙間(ギャップ)の頻度(1m2 当たり存在個数)は、以下のようにして測定した値である。そして、かかる測定方法によって得られた層ごとの各値を、さらに全層で平均したものである。
まず、測定サンプルの最表層に存在する2mm幅を超えるギャップの個数をカウントする。具体的には、強化繊維糸条AとBとの隙間について、2mmを超える箇所が1箇所でもあればその隙間を1つとカウントする。かかるギャップの幅は、サンプルの平面方向についてノギスを用いて測定したものを用いる。測定する範囲は、サンプル端部の5cmを除いた任意の1m幅×1m長さ(1m2 )内とする。但し、サンプル幅が1.1m幅より狭い場合は、(サンプル端部の5cmを除いた幅)×(測定範囲が1m2 になるように決められる長さ)の範囲とする。かかる測定を3回繰り返して平均値をとり、その層のギャップの頻度とする。次いで、一体化手段、例えばステッチ糸の場合はステッチ糸を解き、溶融樹脂の場合は加熱して接着を解放し、測定サンプルの内層を露出させて前述の方法と同様にして各層についてカウントする。かかる測定で求められた各層のギャップの頻度を平均して、強化繊維基材におけるギャップの頻度とする。
Regarding the impregnation property, quality stability and shape stability of the matrix resin of the reinforcing fiber base, those of Examples 3 and 6 have excellent characteristics. In addition, since the thing of Example 1 did not use the resin material, it was the following form stability of Example 2, 3. In addition, the thing of Example 7 was excellent in especially the impregnation property. That is, Example 3 or 6 is mentioned as one of the most preferable embodiments of the present invention.
In the above description of the present invention, the frequency of the gaps (gap) between reinforcing fiber yarns exceeding 2 mm in each layer arranged in multiple directions in the reinforcing fiber substrate (the number present per 1 m 2 ) is as follows: It is the value measured in this way. And each value for every layer obtained by this measuring method is further averaged for all layers.
First, the number of gaps exceeding 2 mm width existing on the outermost layer of the measurement sample is counted. Specifically, regarding the gap between the reinforcing fiber yarns A and B, if there is even one place exceeding 2 mm, the gap is counted as one. As the width of the gap, a gap measured with a caliper in the plane direction of the sample is used. The measurement range is within an arbitrary 1 m width × 1 m length (1 m 2 ) excluding 5 cm at the end of the sample. However, when the sample width is narrower than 1.1 m, the range is (width excluding 5 cm at the end of the sample) × (length determined so that the measurement range is 1 m 2 ). This measurement is repeated three times and an average value is taken as the gap frequency of the layer. Next, the stitching yarn is unwound in the case of an integration means, for example, in the case of a stitch yarn, and in the case of a molten resin, the adhesion is released by heating, the inner layer of the measurement sample is exposed, and each layer is counted in the same manner as described above. The frequency of gaps in each layer obtained by such measurement is averaged to obtain the frequency of gaps in the reinforcing fiber substrate.

本発明の方法で製造した強化繊維基材によれば、表面品位や、力学特性(特に、圧縮強度)の品質安定性に優れる複合材料を生産性良く得られる強化繊維基材および複合材料を提供できるものであり、本発明は、極めて有効に複合材料産業において利用され得るものである。   According to the reinforcing fiber base material manufactured by the method of the present invention, a reinforcing fiber base material and a composite material capable of obtaining a composite material excellent in surface quality and quality stability of mechanical properties (particularly compressive strength) with good productivity are provided. The present invention can be used very effectively in the composite material industry.

このような複合材料は、航空機、自動車、船舶等の輸送機器における一次構造部材、二次構造部材、外装部品、内装部品またはそれらの部品等に好適である。   Such a composite material is suitable for primary structural members, secondary structural members, exterior parts, interior parts or parts thereof in transportation equipment such as aircraft, automobiles, and ships.

本発明の強化繊維基材の製造方法における製造工程の流れを説明する概略工程図である。It is a schematic process drawing explaining the flow of the manufacturing process in the manufacturing method of the reinforced fiber base material of this invention. 本発明の強化繊維基材の製造方法にて製造された強化繊維基材の一実施態様の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of one embodiment of the reinforcing fiber base manufactured with the manufacturing method of the reinforcing fiber base of the present invention. 本発明の強化繊維基材の製造方法の好ましい実施態様の一例を説明する工程概略模式図である。It is a process schematic diagram explaining an example of the preferable embodiment of the manufacturing method of the reinforced fiber base material of this invention. 本発明の強化繊維基材の製造方法の好ましい実施態様の他の一例を説明する工程概略模式図である。It is a process schematic diagram explaining another example of the preferable embodiment of the manufacturing method of the reinforced fiber base material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:引出工程
2:拡幅工程
3:狭幅工程
4:再拡幅工程
5:固定工程
21:強化繊維基材
22、32、43:たて糸
23、33:よこ糸
24:樹脂材料
31:織機
34a:綜絖
34b:メール
35:筬
36:レピア
37:前後運動する加圧ロール
38、44:3本ロールの内で最大の接触角を有するロール
39、45:3本ロール
40:ダンサーロール
41、46:ニップロール
42:多軸積層機
47:櫛形ガイド
48:一方向性のたて糸シート
a:+45°方向のよこ糸積層箇所
b:−45°方向のよこ糸積層箇所
c:ステッチ装置
1: Drawing step 2: Widening step 3: Narrowing step 4: Re-widening step 5: Fixing step 21: Reinforcing fiber base materials 22, 32, 43: Warp yarn 23, 33: Weft yarn 24: Resin material 31: Loom 34a: Wrinkle 34b: Mail 35: 筬 36: Rapier 37: Pressing roll 38 moving back and forth, 44: Roll 39 having the largest contact angle among three rolls, 45: Three rolls 40: Dancer rolls 41, 46: Nip rolls 42: Multi-axis laminating machine 47: Comb guide 48: Unidirectional warp sheet a: Weft stacking position in + 45 ° direction b: Weft stacking position in −45 ° direction c: Stitch device

Claims (26)

少なくとも一方向に平行に配列した強化繊維糸条から構成される強化繊維基材を製造する方法であって、次の(A)〜(C)の工程を経ることを特徴とする強化繊維基材の製造方法。
(A)元糸幅Woの強化繊維糸条を引き出す引出工程
(B)糸条幅を、元糸幅Woの100%を超え500%未満の拡幅幅Wsに拡幅する拡幅工程
(C)糸条幅を、前記拡幅幅Wsの97%以下、かつ、元糸幅Woの100〜300%の目標幅Wtに狭める狭幅工程
A method for producing a reinforcing fiber substrate composed of reinforcing fiber yarns arranged in parallel in at least one direction, wherein the reinforcing fiber substrate is subjected to the following steps (A) to (C): Manufacturing method.
(A) Pulling-out process for drawing out the reinforcing fiber yarn of the original yarn width Wo (B) Widening step of widening the yarn width to a widening width Ws of more than 100% and less than 500% of the original yarn width Wo (C) The narrowing step of narrowing to a target width Wt of 97% or less of the widening width Ws and 100 to 300% of the original yarn width Wo
(C)の狭幅工程の後に、次の(D)の再拡幅工程を経ることを特徴とする請求項1に記載の強化繊維基材の製造方法。
(D)糸条幅を、目標幅Wtの103%以上、かつ、元糸幅Woの250%以下の再拡幅Wssに再拡幅する再拡幅工程
The method for producing a reinforcing fiber substrate according to claim 1, wherein after the narrowing step (C), the following re-widening step (D) is performed.
(D) Re-widening step of re-widening the yarn width to a re-widening Wss of 103% or more of the target width Wt and 250% or less of the original yarn width Wo
(C)の狭幅工程もしくは(D)の再拡幅工程と、同時またはそれ以降に、次の(E)の固定工程を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の強化繊維基材の製造方法。
(E)強化繊維基材100重量%に対して0.1〜20重量%の樹脂材料を付着させて、強化繊維糸条の幅を固定する固定工程
The reinforcing fiber substrate according to claim 1 or 2, further comprising the following (E) fixing step simultaneously with or after the narrowing step (C) or the re-widening step (D). Manufacturing method.
(E) A fixing step in which 0.1 to 20% by weight of a resin material is attached to 100% by weight of the reinforcing fiber base to fix the width of the reinforcing fiber yarn.
(A)の引出工程が、強化繊維糸条を巻回しているボビンにコンタクトローラに接触させつつ、強化繊維糸条を実質的に一定速度で解舒して引き出すもの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強化繊維基材の製造方法。   The drawing process of (A) is characterized in that the reinforcing fiber yarn is unwound and pulled out at a substantially constant speed while contacting the contact roller with the bobbin around which the reinforcing fiber yarn is wound. The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one of Claims 1-3. (B)の拡幅工程が、糸条を接触角度が10°以上となるロールを通過させて行うものであり、かつ、隣り合う強化繊維糸条が異なるロールを通過することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The widening step of (B) is performed by passing the yarn through a roll having a contact angle of 10 ° or more, and adjacent reinforcing fiber yarns pass through different rolls. The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one of 1-4. 接触角度が10°以上となるロールが、40℃〜150℃の範囲に加熱されていることを特徴とする請求項5に記載の強化繊維基材の製造方法。   The method for producing a reinforcing fiber substrate according to claim 5, wherein the roll having a contact angle of 10 ° or more is heated in a range of 40 ° C to 150 ° C. (D)の再拡幅工程が、糸条を、気体を吹きつける区域、振動ロール、揺動ロール、加圧ロールのいずれか一つを通過させて行うものであることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The re-widening step of (D) is performed by passing the yarn through any one of a gas blowing area, a vibrating roll, a swinging roll, and a pressure roll. The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one of -6. (D)の再拡幅工程が、糸条を、気体で吸引する区域、加熱ロール区域のいずれか一つを通過させて行うものであることを特徴とする請求項2〜7のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The re-widening step of (D) is performed by allowing the yarn to pass through any one of a gas suction zone and a heating roll zone. A method for producing a reinforcing fiber substrate. (E)の固定工程が、糸条に固体状の樹脂材料を塗布または貼り合わせた後、樹脂材料を溶融させて、強化繊維基材100重量%に対して2〜20重量%の範囲内で該強化繊維糸条に該樹脂材料を付着させるものであることを特徴とする請求項3〜8のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   In the fixing step (E), after applying or bonding a solid resin material to the yarn, the resin material is melted, and within a range of 2 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber substrate The method for producing a reinforcing fiber base material according to any one of claims 3 to 8, wherein the resin material is adhered to the reinforcing fiber yarn. (E)の固定工程が、溶融している樹脂材料を塗布して、強化繊維基材100重量%に対して2〜20重量%の範囲内で強化繊維糸条に付着させるものであることを特徴とする請求項3〜8のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The fixing step (E) applies a molten resin material and adheres it to the reinforcing fiber yarn within a range of 2 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber substrate. The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one of Claims 3-8 characterized by the above-mentioned. (E)の固定工程が、溶媒中に溶解または分散した樹脂材料を塗布した後に脱溶媒して、強化繊維基材100重量%に対して0.5〜5重量%の範囲内で強化繊維糸条に付着させるものであることを特徴とする請求項3〜9のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   In the fixing step (E), the resin material dissolved or dispersed in the solvent is applied and then the solvent is removed, and the reinforcing fiber yarn is within a range of 0.5 to 5% by weight with respect to 100% by weight of the reinforcing fiber substrate. The method for producing a reinforcing fiber substrate according to any one of claims 3 to 9, wherein the reinforcing fiber substrate is attached to a strip. (D)の再拡幅工程もしくは(E)の固定工程が、樹脂材料のガラス転移点Tg以上のロールにて連続加圧すること、または、圧子にて間欠加圧することを特徴とする請求項2〜11のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The re-widening step of (D) or the fixing step of (E) is continuously pressurized with a roll having a glass transition point Tg or higher of the resin material, or intermittently pressurized with an indenter. The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one of 11. (D)の再拡幅工程もしくは(E)の固定工程が、ニードルを強化繊維基材に貫通させるものであることを特徴とする請求項2〜12のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The re-widening step of (D) or the fixing step of (E) is to allow the needle to penetrate the reinforcing fiber substrate, The production of the reinforcing fiber substrate according to any one of claims 2 to 12 Method. 強化繊維基材が、少なくとも強化繊維糸条をたて糸とし、補助繊維糸条をよこ糸とした一方向性織物であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 13, wherein the reinforcing fiber base material is a unidirectional woven fabric having at least a reinforcing fiber yarn as a warp and an auxiliary fiber yarn as a weft. Production method. 強化繊維基材が、少なくとも強化繊維糸条がたて糸挿入糸として用いられ、かつ、補助繊維糸条が形成する経編組織が該強化繊維糸条を結束して構成される一方向性経編物であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   A unidirectional warp knitted fabric in which a reinforcing fiber base is used, wherein at least a reinforcing fiber yarn is used as a warp yarn insertion yarn, and a warp knitting structure formed by an auxiliary fiber yarn is formed by binding the reinforcing fiber yarns. It exists, The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one of Claims 1-13 characterized by the above-mentioned. 強化繊維基材が、少なくとも強化繊維糸条をたて糸とした一方向性シートであることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The method for producing a reinforced fiber base material according to any one of claims 1 to 13, wherein the reinforced fiber base material is a unidirectional sheet having at least a reinforced fiber yarn as a warp. 強化繊維基材が、強化繊維糸条をたて糸およびよこ糸とした二方向性織物であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The method for producing a reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 13, wherein the reinforcing fiber substrate is a bi-directional woven fabric using warp yarns and weft yarns as reinforcing fiber yarns. 強化繊維基材における強化繊維糸条の糸条幅の変動率CVが0〜10%であり、かつ、強化繊維基材のカバーファクターが95%以上であることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The variation rate CV of the yarn width of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber base is 0 to 10%, and the cover factor of the reinforcing fiber base is 95% or more. The manufacturing method of the reinforced fiber base material in any one. 強化繊維糸条の繊度が300〜5,000texであり、かつ、強化繊維基材における強化繊維糸条の目付が50〜350g/m2 であることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。 The fineness of the reinforcing fiber yarn is 300 to 5,000 tex, and the basis weight of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber base is 50 to 350 g / m 2 . The manufacturing method of the reinforced fiber base material of description. 強化繊維基材が、強化繊維糸条で形成したシートを多方向に積層した多軸シートであることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The method for producing a reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 13, wherein the reinforcing fiber base material is a multiaxial sheet obtained by laminating sheets formed of reinforcing fiber yarns in multiple directions. 多軸シートにおいて、強化繊維基材における多方向に配置された各層における2mmを超える強化繊維糸条同士の隙間個数を、全層で平均した個数が0.5個/m2 以下であることを特徴とする請求項20に記載の強化繊維基材の製造方法。 In a multiaxial sheet, the average number of gaps between reinforcing fiber yarns exceeding 2 mm in each layer arranged in multiple directions in the reinforcing fiber substrate is 0.5 pieces / m 2 or less in all layers. The manufacturing method of the reinforced fiber base material of Claim 20 characterized by the above-mentioned. 多軸シートにおいて、強化繊維糸条の繊度が300〜5,000texであり、かつ、強化繊維基材における多方向に配置された各層の強化繊維糸条の目付が50〜350g/m2 であることを特徴とする請求項20または21に記載の強化繊維基材の製造方法。 In the multiaxial sheet, the fineness of the reinforcing fiber yarn is 300 to 5,000 tex, and the basis weight of the reinforcing fiber yarn of each layer arranged in multiple directions in the reinforcing fiber base is 50 to 350 g / m 2 . The method for producing a reinforcing fiber substrate according to claim 20 or 21, wherein: 強化繊維糸条が、強化繊維基材のたて糸として用いられることを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The method for producing a reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 22, wherein the reinforcing fiber yarn is used as a warp yarn of the reinforcing fiber substrate. 強化繊維糸条が、強化繊維基材のよこ糸として用いられることを特徴とする請求項1〜23のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。   The method for producing a reinforcing fiber base according to any one of claims 1 to 23, wherein the reinforcing fiber yarn is used as a weft of the reinforcing fiber base. 少なくとも請求項1〜24のいずれかに記載の方法で製造した強化繊維基材を用いる複合材料の製造方法であって、次の(F)〜(H)の工程を経ることを特徴とする複合材料の製造方法。
(F)強化繊維基材を成形型に配置してキャビティを形成するセット工程
(G)マトリックス樹脂を、キャビティ内に注入して強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる注入工程
(H)マトリックス樹脂を固化させて複合材料とする固化工程
It is a manufacturing method of the composite material using the reinforced fiber base material manufactured by the method in any one of Claims 1-24, Comprising: The composite_body | complex characterized by passing through the process of following (F)-(H). Material manufacturing method.
(F) A setting step of forming a cavity by placing a reinforcing fiber base in a mold (G) An injection step of injecting a matrix resin into the cavity and impregnating the reinforcing fiber base with the matrix resin (H) Matrix resin Solidification process to solidify the composite material
(F)のセット工程が、成形型として雄型または雌型のいずれかとバッグ材とを用い、かつ、キャビティ内に樹脂拡散媒体を配置するものであり、(G)注入工程が、キャビティ内を減圧状態に保ちながらマトリックス樹脂を注入するものであることを特徴とする請求項25記載の複合材料の製造方法。   (F) The setting process uses either a male mold or a female mold as a mold and a bag material, and a resin diffusion medium is disposed in the cavity. (G) An injection process is performed in the cavity. 26. The method for producing a composite material according to claim 25, wherein the matrix resin is injected while maintaining a reduced pressure state.
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