JP2006138031A - Reinforcing fiber substrate, preform and method for producing them - Google Patents

Reinforcing fiber substrate, preform and method for producing them Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a reinforcing fiber substrate that provides a composite material having not only excellent handleability such as shape stability, etc., but also high mechanical properties and has excellent impregnation properties of matrix resin and a preform and to provide methods for producing them. <P>SOLUTION: The reinforcing fiber substrate comprises a reinforcing fiber yarn group obtained by arranging at least continuous reinforcing fiber yarns in one direction in parallel in which spaces passing through the reinforcing fiber yarns in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate are formed. The preform is obtained by using the reinforcing fiber substrate. The methods for producing the reinforcing fiber substrate and the preform are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、繊維強化プラスチック(以下、FRPと言うこともある。)を成形するのに適した強化繊維基材、プリフォームおよびそれらの製造方法に関する。より詳しくは、後述するRTMやVaRTM等の成形法により高品質のFRPを製造するにあたり、高い繊維体積含有率(Vf)にもかかわらず、マトリックス樹脂の含浸が良好で、優れた力学的特性(特にCAI)を発現せしめる強化繊維基材、プリフォームおよびそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a reinforced fiber base material, a preform suitable for molding a fiber reinforced plastic (hereinafter sometimes referred to as FRP), and a method for producing the same. More specifically, in the production of high-quality FRP by a molding method such as RTM or VaRTM described later, the matrix resin is well impregnated despite the high fiber volume content (Vf), and excellent mechanical properties ( In particular, the present invention relates to a reinforcing fiber base material, a preform and a method for producing the same, which can cause CAI).

従来より、航空機構造部材などの高品質が要求されるFRPの製造方法として、強化繊維基材にあらかじめマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを用い、これを型に積層した上でバッグフィルムで覆い、オートクレーブ(加熱加圧炉)内で加熱、加圧し、樹脂を硬化させるオートクレーブ成形法が多用されている。この成形法は、FRPにおいてもボイドの発生が少なく、均質であるとともに高品質なものを成形できることから好ましく使用されている。   Conventionally, as a manufacturing method of FRP that requires high quality such as aircraft structural members, a prepreg in which a reinforcing fiber base material is impregnated with a matrix resin in advance is used, and this is laminated on a mold and covered with a bag film. An autoclave molding method in which a resin is cured by heating and pressurizing in a (heating and pressing furnace) is frequently used. This molding method is preferably used because even in FRP, there is little generation of voids, and it is possible to form a homogeneous and high quality product.

しかし近年、成形および材料コストの低減を図るべく、オートクレーブを使用せずに、上型と下型の間に形成されたキャビティにドライ状態の強化繊維基材をセットし、クリアランス内を真空減圧し液状のマトリックス樹脂の注入を行うResin Transfer Molding process(以下、RTMと記す。)や、成形型上にドライ状態の強化繊維基材を積層し、バッグフィルムで覆いバッグ内を真空にした後、マトリックス樹脂を注入するいわゆる減圧注入成形法(Vacuum assisted Resin Transfer Molding process、以下、VaRTMと記す。)などの注入成形法が構造部材などにも適用されつつある。   However, in recent years, in order to reduce molding and material costs, instead of using an autoclave, a reinforced fiber base material in a dry state is set in a cavity formed between the upper die and the lower die, and the pressure in the clearance is reduced by vacuum. Resin Transfer Molding process (hereinafter referred to as RTM), which injects liquid matrix resin, or a laminated reinforcing fiber substrate in a dry state on a mold, covered with a bag film, and the bag is evacuated. Injection molding methods such as a so-called vacuum assisted resin transfer molding process (hereinafter referred to as VaRTM) in which a resin is injected are being applied to structural members and the like.

上記RTMなどにおいては、複合材料の生産性には優れるが、ドライ状態の強化繊維基材に樹脂を含浸させる必要があることから、積層数が多い場合(FRPの厚みが厚い場合)に樹脂含浸が困難となる問題や、マトリックス樹脂として低粘度の樹脂を用いる必要があり、プリプレグに用いられる高粘度樹脂に比べて力学的特性に劣るといった問題があった。   In the above RTM, etc., the productivity of the composite material is excellent, but since it is necessary to impregnate the resin into the reinforcing fiber base in the dry state, the resin impregnation is performed when the number of laminated layers is large (when the thickness of the FRP is thick). It is necessary to use a low-viscosity resin as a matrix resin, and there is a problem that the mechanical properties are inferior to a high-viscosity resin used for a prepreg.

かかる問題に対し、特許文献1、2、非特許文献1、2などには、強化繊維基材を積層したプリフォームの層間に間隙を有する状態で熱可塑性樹脂層を配置する技術や、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂粒子とを配合した樹脂組成物を強化繊維織物上に塗布する技術により、RTMなどによって得られる複合材料の力学的特性(耐層間剥離性や層間破壊靭性など)を向上させつつ、良好な含浸性を確保する技術が提案されている。   For such problems, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2 describe a technique in which a thermoplastic resin layer is disposed in a state having a gap between preforms laminated with reinforcing fiber substrates, and an epoxy resin. While improving the mechanical properties (such as delamination resistance and interlaminar fracture toughness) of composite materials obtained by RTM, etc., by applying a resin composition containing styrene and thermoplastic resin particles onto a reinforcing fiber fabric, Technologies for ensuring good impregnation properties have been proposed.

しかしながら、上記提案では、力学的特性を向上させるために配置した熱可塑性樹脂層、または、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂粒子とを配合した樹脂組成物などにより、マトリックス樹脂の含浸性が大幅に低下するといった問題が生じ、本来の目的である高い生産性を得ることができずにいた。すなわち、力学的特性とマトリックス樹脂の含浸性を両立できる強化繊維基材、プリフォームは上記提案では達成されておらず、かかる課題を共に解決できる技術が望まれていた。
国際公開特許WO00−61363号公報(請求項1) 国際公開特許WO03−04758号公報(請求項1) Journal of Advanced Materials, Volume 32, No.3, July 2000, P27-34 Composites part A, Volume 32, 2001, P721-729
However, in the above proposal, the impregnation property of the matrix resin is greatly reduced by the thermoplastic resin layer arranged to improve the mechanical characteristics or the resin composition in which the epoxy resin and the thermoplastic resin particles are blended. As a result, the high productivity that is the original purpose cannot be obtained. That is, the reinforcing fiber base material and preform that can achieve both the mechanical properties and the impregnation property of the matrix resin have not been achieved by the above proposal, and a technique that can solve both of these problems has been desired.
International Patent Publication No. WO00-61363 (Claim 1) International Patent Publication No. WO03-04-758 (Claim 1) Journal of Advanced Materials, Volume 32, No.3, July 2000, P27-34 Composites part A, Volume 32, 2001, P721-729

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決すること、すなわち、形態安定性などの取り扱い性に優れるだけでなく、高い力学的特性(特にCompression After Impact、以下、CAIと呼ぶ。)の複合材料が得られ、マトリックス樹脂の含浸性にも優れる強化繊維基材、プリフォームおよびそれらの製造方法に提供することにある。   An object of the present invention is not only to solve the above-mentioned problems of the prior art, that is, not only excellent in handling properties such as form stability but also high mechanical properties (in particular, after compression impact, hereinafter referred to as CAI). It is to provide a reinforced fiber substrate, a preform and a method for producing the same, which are excellent in impregnation of a matrix resin.

上記課題を解決するために、本発明に係る強化繊維基材は、少なくとも、連続した強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えた強化繊維糸条群から構成される強化繊維基材であって、強化繊維基材の厚み方向に強化繊維糸条を貫通している空間が形成されていることを特徴とするものからなる。また、好ましくは、前記強化繊維基材がその少なくとも片方の表面に樹脂材料が間隙を有した状態で付着しており、かつ、その付着量が2〜15重量%であることを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the reinforcing fiber base according to the present invention includes at least a reinforcing fiber base composed of a group of reinforcing fiber yarns arranged so that continuous reinforcing fiber yarns are arranged in parallel in one direction. And the space which has penetrated the reinforcing fiber yarn is formed in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate. Preferably, the reinforcing fiber base material is adhered to at least one surface of the resin material with a gap, and the adhesion amount is 2 to 15% by weight. It is.

本発明に係るプリフォームは、このような強化繊維基材が、2層以上積層されており、かつ、積層された強化繊維基材同士が樹脂材料により少なくとも部分的に接着されて一体化していることを特徴とするものからなる。   In the preform according to the present invention, two or more layers of such reinforcing fiber bases are laminated, and the laminated reinforcing fiber bases are at least partially bonded and integrated by a resin material. It consists of what is characterized by this.

また、本発明に係るプリフォームは、少なくとも、連続した強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えた強化繊維糸条群から構成される強化繊維基材が2層以上積層され、少なくとも部分的に接着されて一体化しているプリフォームであって、少なくとも最表層の強化繊維基材における強化繊維糸条に、プリフォームの厚み方向に貫通している空間が形成されていることを特徴とするものからなる。   Further, the preform according to the present invention has at least two layers of reinforcing fiber yarns composed of a group of reinforcing fiber yarns arranged such that continuous reinforcing fiber yarns are aligned in parallel in one direction, and at least A preform that is partially bonded and integrated, and at least a reinforcing fiber yarn in the outermost reinforcing fiber base has a space penetrating in the thickness direction of the preform. It is made up of.

本発明に係る強化繊維基材の製造方法は、強化繊維糸条を用いて強化繊維布帛形態を形成し、樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら強化繊維基材を形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させ、強化繊維基材の厚み方向に貫通した空間を形成する、もしくは、レーザー光の照射により強化繊維基材の厚み方向に貫通した空間を形成することを特徴とする方法からなる。   The method for producing a reinforcing fiber base according to the present invention forms a reinforcing fiber cloth form using reinforcing fiber yarns, and has a protrusion while forming a reinforcing fiber base after bonding or adhering a resin material. To penetrate the pin from the surface of the reinforcing fiber base and form a space that penetrates in the thickness direction of the reinforcing fiber base, or to form a space that penetrates in the thickness direction of the reinforcing fiber base by irradiation with laser light It consists of a characteristic method.

また、本発明に係るプリフォームの製造方法は、強化繊維基材に接着している樹脂材料により強化繊維基材同士を接着した後あるいは接着させながらプリフォームを形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させ、プリフォームの厚み方向に貫通した空間を形成する、または、レーザー光の照射によりプリフォームの厚み方向に貫通した空間を形成することを特徴とする方法からなる。   In addition, the preform manufacturing method according to the present invention includes a pin having a protrusion while forming a preform after or while adhering reinforcing fiber substrates to each other with a resin material adhering to the reinforcing fiber substrate. It consists of a method characterized by forming a space penetrating from the surface of the reinforcing fiber base and penetrating in the thickness direction of the preform, or forming a space penetrating in the thickness direction of the preform by laser light irradiation. .

本発明に係る強化繊維基材によれば、連続した強化繊維糸条から構成された強化繊維基材であるとともに、強化繊維基材の厚み方向に強化繊維糸条を貫通する空間が形成されていることから、この強化繊維基材の積層体を用いてRTMやVaRTMにより複合材料を成形する際に、貫通する空間を通して樹脂の含浸が促進され、樹脂の含浸性が優れるとともに高い力学的特性が得られる。さらに、少なくとも強化繊維基材表面に樹脂材料が間隙を有した状態で付着していると、作業時に取り扱い性が良好あるとともに、さらに優れた力学的特性(特にCAI)が得られる。   According to the reinforcing fiber substrate according to the present invention, the reinforcing fiber substrate is composed of continuous reinforcing fiber yarns, and a space penetrating the reinforcing fiber yarns is formed in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate. Therefore, when a composite material is molded by RTM or VaRTM using the laminate of the reinforcing fiber base material, the resin impregnation is promoted through the penetrating space, and the resin impregnation property is excellent and high mechanical properties are obtained. can get. Furthermore, when the resin material adheres at least on the surface of the reinforcing fiber base with a gap, the handleability is good at the time of work and further excellent mechanical properties (especially CAI) can be obtained.

また、本発明に係るプリフォームによれば、前記強化繊維基材同士が前記樹脂材料により少なくとも部分的に接着されて一体化しているため、取り扱い性に優れ、複合材料の優れた生産性を達成できる。   Further, according to the preform according to the present invention, the reinforcing fiber bases are at least partially bonded and integrated with each other by the resin material, so that the handling property is excellent and the productivity of the composite material is excellent. it can.

また、本発明に係る強化繊維基材の製造方法によれば、前記強化繊維基材の要件を満たすように強化繊維糸条を用いて強化繊維基材を形成し、樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させる、もしくは、レーザー光の照射により強化繊維基材に貫通した空間を形成するため、樹脂の含浸性に優れ、高い力学的特性(特にCAI)の複合材料が得られる強化繊維基材を簡易かつ確実に製造することができる。   Further, according to the method for producing a reinforcing fiber base according to the present invention, after the reinforcing fiber base is formed using the reinforcing fiber yarn so as to satisfy the requirements of the reinforcing fiber base and the resin material is bonded, or A pin having protrusions is penetrated from the surface of the reinforcing fiber base while being bonded, or a space penetrating the reinforcing fiber base is formed by irradiation with a laser beam, so that it has excellent resin impregnation properties and high mechanical properties ( In particular, a reinforcing fiber base from which a CAI composite material can be obtained can be produced easily and reliably.

さらに、本発明に係るプリフォームの製造方法によれば、強化繊維基材に接着している樹脂材料により強化繊維基材同士を接着した後あるいは接着させながらプリフォームを形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させる、または、レーザー光の照射によりプリフォームの厚み方向に貫通した空間を形成するため、取扱性および樹脂の含浸性に優れるプルフォームを簡易かつ確実に製造することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a preform according to the present invention, the preform is formed while forming the preform after bonding the reinforcing fiber bases to each other or by bonding them with the resin material bonded to the reinforcing fiber base. Because the pin penetrates from the surface of the reinforcing fiber base or forms a space penetrating in the thickness direction of the preform by laser irradiation, a pull foam with excellent handling and resin impregnation can be manufactured easily and reliably. can do.

以下に、本発明における望ましい実施の形態を、まず本発明に係る強化繊維基材の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る強化繊維基材の斜視図である。図2は、図1の強化繊維基材における強化繊維糸条の長手方向に並行する方向の強化繊維糸条に沿ったA−A’断面の模式図である。
In the following, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, with reference to the preferred embodiments of the reinforcing fiber base according to the present invention.
FIG. 1 is a perspective view of a reinforcing fiber base according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of an AA ′ cross section along the reinforcing fiber yarn in a direction parallel to the longitudinal direction of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber substrate of FIG. 1.

図1において、強化繊維基材1は、長手方向に並行に配向されたたて糸となる強化繊維糸条2に対し、交差する方向に、本実施態様では直交方向に、よこ糸である補助繊維3が強化繊維糸条2の1本毎に交互に上下に配列された一方向性織物からなる強化繊維布帛4に形成されている。そして、図2にも示すように、強化繊維基材1の少なくとも片方の表面の実質的に全面にわたって樹脂材料5が間隙を有した形態で付着しているとともに、強化繊維糸条2を貫通している空間6が形成されている。   In FIG. 1, the reinforcing fiber base 1 has weft auxiliary fibers 3 which are weft yarns in a direction intersecting with the reinforcing fiber yarns 2 which are warp yarns oriented in parallel in the longitudinal direction, in the present embodiment in the orthogonal direction. The reinforcing fiber yarns 2 are formed on a reinforcing fiber fabric 4 made of a unidirectional woven fabric arranged alternately up and down for each one of the reinforcing fiber yarns 2. As shown in FIG. 2, the resin material 5 is attached in a form having a gap over substantially the entire surface of at least one side of the reinforcing fiber base 1 and penetrates the reinforcing fiber yarn 2. A space 6 is formed.

本発明においては、強化繊維基材の厚み方向に強化繊維糸条を貫通している空間(図1では点状)が形成されていることから、ドライ状態のプリフォームに液状樹脂を含浸させる際に注入した樹脂は強化繊維基材の面内方向に拡散しながら、強化繊維糸条を貫通した空間を介して強化繊維基材の厚み方向に樹脂を含浸させることができるので、短時間で樹脂含浸が可能となる。   In the present invention, since a space (dotted in FIG. 1) penetrating the reinforcing fiber yarns is formed in the thickness direction of the reinforcing fiber base material, the dry preform is impregnated with the liquid resin. The resin injected into the fiber can be impregnated in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate through the space penetrating the reinforcing fiber yarns while diffusing in the in-plane direction of the reinforcing fiber substrate. Impregnation is possible.

また、この強化繊維基材の厚み方向に強化繊維糸条を貫通している空間の形態は、平面的に見て線状(より正確には線分状)あるいは点状であることが好ましい。貫通している空間が点状であると、この基材を簡易に製造することが可能な利点がある(詳細は後述)。一方、線状であると、貫通している空間を大きくできるため、点状より樹脂の含浸性を高くすることが可能になる。特に線状の配向方向が、強化繊維糸条と平行な方向であると、強化繊維糸条の損傷(切断される強化繊維フィラメントの数)を最小限に抑制することができるため本発明の好ましい態様ということができる。   Moreover, it is preferable that the form of the space that penetrates the reinforcing fiber yarn in the thickness direction of the reinforcing fiber base is linear (more precisely, a line segment) or a point when viewed in a plan view. If the penetrating space is dotted, there is an advantage that this substrate can be easily manufactured (details will be described later). On the other hand, if it is linear, the space that penetrates can be made larger, so that the impregnation property of the resin can be made higher than that of the dot shape. In particular, when the linear orientation direction is parallel to the reinforcing fiber yarn, damage to the reinforcing fiber yarn (the number of reinforcing fiber filaments to be cut) can be minimized, which is preferable in the present invention. It can be called an aspect.

また、貫通した空間の配列は、千鳥配列、並び配列などいずれの配列であっても構わないが、好ましくは不規則な配列である。すなわち、貫通している空間が、千鳥配列など決まったパターンで配列していると、強化繊維基材を積層した際に貫通した空間の位置が重なる可能性があり、重なった部分において積層体厚み方向の含浸が一気に促進されることから樹脂の含浸の進行が不均一となり局所的な未含浸スポットが形成されやすくなる場合がある。貫通している空間が不規則に配列していると、強化繊維基材一枚ごとに異なった位置から樹脂含浸を進行させることができ、本発明の効果を最大限に発現することができるようになる。   Further, the arrangement of the penetrating spaces may be any arrangement such as a staggered arrangement or a line arrangement, but is preferably an irregular arrangement. That is, if the through space is arranged in a fixed pattern such as a staggered arrangement, the position of the through space may overlap when the reinforcing fiber base material is laminated, and the thickness of the laminated body in the overlapping portion Since the impregnation in the direction is accelerated at once, the progress of the resin impregnation is not uniform, and a local unimpregnated spot may be easily formed. When the penetrating spaces are irregularly arranged, the resin impregnation can proceed from different positions for each reinforcing fiber base so that the effect of the present invention can be exhibited to the maximum. become.

図3は、本発明の強化繊維基材を複数層積層したプリフォーム7の一例を示しており、強化繊維糸条に沿って切断した断面模式図を示している。図3に示すように貫通した空間6が不規則に配列していると、強化繊維基材一枚ごとに異なった位置から樹脂含浸が進行することになり、強化繊維基材の積層体からなるプリフォーム7全体に均一に樹脂含浸させることができる。   FIG. 3 shows an example of a preform 7 in which a plurality of layers of the reinforcing fiber base material of the present invention are laminated, and a schematic cross-sectional view cut along the reinforcing fiber yarn. When the penetrated spaces 6 are irregularly arranged as shown in FIG. 3, the resin impregnation proceeds from different positions for each reinforcing fiber substrate, and the laminate of reinforcing fiber substrates is formed. The entire preform 7 can be uniformly impregnated with the resin.

強化繊維基材または後述のプリフォームにおける強化繊維糸条を貫通した空間の平面方向に投影した平均面積は、0.1〜10mm2/1空間であることが好ましい。図1においては、貫通した空間は点状であるため、前記平均面積は、円または楕円の面積の平均値に相当する。かかる平均面積が0.1mm2未満であると、面積が小さすぎることから樹脂の含浸速度が遅く、空間を形成したことによる樹脂の含浸性向上効果が十分に得られない場合がある。一方、10mm2を越えると樹脂含浸速度は向上するものの複合材料にした場合に、この空間の部分が樹脂リッチ部分となり応力集中が生じた場合に破壊の起点になりやすくなる。また、面積が大きくなるとこの空間を形成するために切断される強化繊維フィラメントの数が増え、複合材料にした際の力学的特性低下が生じやすくなる。このため、強化繊維基材の貫通した空間の平面方向に投影した面積が0.1〜10mm2/1空間であることが好ましい。 Average area projected in the planar direction of the space through the reinforcing fiber yarns in the reinforcing fiber substrate and below the preform is preferably 0.1 to 10 mm 2/1 space. In FIG. 1, since the penetrated space is dot-like, the average area corresponds to the average value of the area of a circle or an ellipse. If the average area is less than 0.1 mm 2 , the resin impregnation rate is slow because the area is too small, and the effect of improving the resin impregnation due to the formation of the space may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the thickness exceeds 10 mm 2 , the resin impregnation speed is improved, but when a composite material is used, the space portion becomes a resin-rich portion, and when stress concentration occurs, it tends to be a starting point of fracture. In addition, when the area is increased, the number of reinforcing fiber filaments that are cut to form this space increases, and mechanical characteristics are likely to deteriorate when the composite material is formed. For this reason, it is preferable that the area projected to the plane direction of the space which the reinforcement fiber base penetrated is 0.1-10 mm < 2 > / 1 space.

また、強化繊維基材または後述のプリフォームにおける貫通した空間の平面方向に投影した総面積は、100mm2あたり0.05〜5mm2であることが好ましい。かかる総面積が0.05mm2未満であると、空間の面積が小さすぎることから樹脂の含浸速度が遅く、空間を形成したことによる樹脂の含浸性向上効果が得られない場合がある。一方、5mm2を越えると、空間の占める割合が大きくなり、樹脂含浸速度は向上するものの複合材料にした場合に、この空間の部分が樹脂リッチ部分となり応力集中が生じた場合に破壊の起点になりやすくなる。また、総面積が大きくなるとこの空間を形成するために切断される強化繊維フィラメントの数が増え、複合材料にした際の力学的特性低下が生じやすくなる。このため、貫通した空間の平面方向に投影した総面積が、100mm2あたり0.05〜5mm2であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the total area projected in the plane direction of the space which penetrated in the reinforcing fiber base material or the preform described later is 0.05 to 5 mm 2 per 100 mm 2 . If the total area is less than 0.05 mm 2 , the area of the space is too small, so that the resin impregnation speed is slow, and the effect of improving the resin impregnation due to the formation of the space may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 5 mm 2 , the space occupies a large proportion, and the resin impregnation speed is improved, but when a composite material is used, the space portion becomes a resin-rich portion and stress concentration occurs. It becomes easy to become. Further, when the total area is increased, the number of reinforcing fiber filaments to be cut to form this space is increased, and mechanical characteristics are likely to be deteriorated when the composite material is formed. For this reason, it is preferable that the total area projected in the plane direction of the penetrated space is 0.05 to 5 mm 2 per 100 mm 2 .

なお、本発明において強化繊維糸条を貫通した空間の総面積は、基材上面から見たある面積における貫通した空間の面積に個数を掛け、これを100mm2における値に換算して求めたものである。 In the present invention, the total area of the space that penetrates the reinforcing fiber yarn is obtained by multiplying the area of the space that penetrated in a certain area as viewed from the upper surface of the base material by converting the number into a value at 100 mm 2 . It is.

ここで、貫通した空間の平面方向に投影した面積の測定は、形状が円であれば直径を、楕円であれば長軸と短軸の長さを、それぞれ非接触式もしくは接触式の測長器で測定することにより面積を計算にて求めることができる。また、他の方法としては、画像処理システムを用いて、CCDカメラで取り込んだ画像を面積算出処理を行うことによって求めることもできる。   Here, the measurement of the area projected in the plane direction of the penetrating space is a non-contact type or contact type length measurement if the shape is a circle, the diameter if it is an ellipse, the length of the major axis and the minor axis. By measuring with a vessel, the area can be calculated. As another method, it is also possible to obtain an image captured by a CCD camera by performing an area calculation process using an image processing system.

また、強化繊維基材または後述のプリフォームにおける貫通した空間の平面方向に投影した総個数は、100mm2あたり0.05〜2個であることが好ましい。かかる総個数が0.05個未満であると、空間の面積が小さすぎることから樹脂の含浸速度が遅く、空間を形成したことによる樹脂の含浸性向上効果が得られない場合がある。一方、2個を越えると、空間の占める割合が大きくなり、樹脂含浸速度は向上するものの複合材料にした場合に、この空間の部分が樹脂リッチ部分となり応力集中が生じた場合に破壊の起点になりやすくなる。また、面積が大きくなるとこの空間を形成するために切断される強化繊維フィラメントの数が増え、複合材料にした際の力学的特性低下が生じやすくなる。このため、強化繊維基材の貫通した空間の平面方向に投影した総個数が、100mm2あたり0.05〜2個であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the total number projected to the plane direction of the space which penetrated in the reinforcing fiber base material or the below-mentioned preform is 0.05-2 per 100 mm < 2 >. If the total number is less than 0.05, the area of the space is too small, so the resin impregnation rate is slow, and the effect of improving the resin impregnation due to the formation of the space may not be obtained. On the other hand, if the number exceeds two, the space occupies a large proportion, and the resin impregnation speed is improved. However, when a composite material is used, this space becomes a resin-rich part and stress concentration occurs. It becomes easy to become. In addition, when the area is increased, the number of reinforcing fiber filaments that are cut to form this space increases, and mechanical characteristics are likely to deteriorate when the composite material is formed. For this reason, it is preferable that the total number projected to the plane direction of the space which the reinforcement fiber base penetrated is 0.05-2 per 100 mm < 2 >.

さらに、空間の形態が線状であって、この空間の長手方向が強化繊維の配列方向と並行であれば、強化繊維の切断される本数が少ないことから、複合材料にしたときの力学的特性の低下が小さく、かつ、貫通した空間の面積を大きくとれることから樹脂の含浸性を向上させることができる。   Furthermore, if the shape of the space is linear and the longitudinal direction of this space is parallel to the array direction of the reinforcing fibers, the number of reinforcing fibers to be cut is small, so that the mechanical characteristics when made into a composite material Since the decrease in resistance is small and the area of the penetrating space can be increased, the resin impregnation property can be improved.

貫通した空間が上記範囲内であると、力学特性の向上(樹脂リッチ部分の形成や強化繊維糸条の損傷)と樹脂の含浸性とを高いレベルで両立でき、本発明の好ましい態様ということができる。   When the penetrating space is within the above range, improvement in mechanical properties (formation of resin-rich portion and damage of reinforcing fiber yarn) and resin impregnation can be achieved at a high level, and this is a preferable aspect of the present invention. it can.

本発明の強化繊維基材は、強化繊維布帛の少なくとも一方の表面に樹脂材料が付着していることが好ましい。すなわち、樹脂材料が布帛表面に付着していると、強化繊維基材を積層してプリフォームを得る際に基材同士の接着させて一体化させる機能を発現する。また、布帛形成した強化繊維糸条の目ずれを防ぎ、基材の形態安定性に優れるようになる。さらに、樹脂材料を付着させることによって、基材の繊維糸条を貫通するように形成された空間が樹脂材料によって固定され、強化繊維基材取り扱い時にこの空間が塞がれるようなことを防止できる。かかる樹脂材料による貫通した空間の形態保持効果は、本発明者らが見出した新しい効果であり、本発明の大きな特徴の一つといえる。   In the reinforcing fiber base of the present invention, it is preferable that a resin material adheres to at least one surface of the reinforcing fiber cloth. That is, when the resin material adheres to the fabric surface, a function of bonding and integrating the base materials when the reinforcing fiber base materials are laminated to obtain a preform is exhibited. In addition, misalignment of the reinforcing fiber yarn formed on the fabric is prevented, and the base material has excellent shape stability. Furthermore, by adhering the resin material, the space formed so as to penetrate the fiber yarn of the base material is fixed by the resin material, and it is possible to prevent the space from being blocked when the reinforcing fiber base material is handled. . The shape maintaining effect of the space that penetrates by such a resin material is a new effect found by the present inventors, and can be said to be one of the major features of the present invention.

また、力学的特性の面からは、少なくとも布帛の表面に樹脂材料が接着していると、複数枚が積層されて形成される疑似等方積層構成を有する複合材料の衝撃付与後の圧縮特性(CAI)に優れる。かかるCAIは、複合材料が航空機の構造部材(特に一次構造部材)として用いられる場合、非常に重要視される力学的特性である。   From the standpoint of mechanical properties, at least when the resin material is bonded to the surface of the fabric, the compression property after application of impact of the composite material having a pseudo isotropic laminated structure formed by laminating a plurality of sheets ( Excellent CAI). Such CAI is a mechanical characteristic that is very important when a composite material is used as an aircraft structural member (particularly a primary structural member).

本発明で用いる樹脂材料は、強化繊維基材を積層して得られる複合材料において、クラックストッパーの役目および複合材料の残留応力を緩和する役目を果たす。特に、複合材料が衝撃を受けた際に基材層間の損傷抑制の役目を果たし、優れた力学的特性(特にCAI)、すなわち高靭性化効果をもたらす。   The resin material used in the present invention plays a role of a crack stopper and a role of relieving residual stress of the composite material in a composite material obtained by laminating reinforcing fiber base materials. In particular, when the composite material receives an impact, it plays a role of suppressing damage between the base material layers, and provides excellent mechanical properties (especially CAI), that is, a toughening effect.

高靭性化効果に加え、少なくとも布帛の表面に樹脂材料が接着していると、基材を積層した場合に、布帛表面に付着している樹脂材料がスペーサとなって、隣接する基材の間にスペースを形成する。これを樹脂材料によるスペーサ効果と呼称するが、このスペーサ効果は、マトリックス樹脂が積層された基材に注入される際、マトリックス樹脂の流路形成の役目を果たす。これにより、マトリックス樹脂の基材への含浸が容易になるだけでなく、その含浸速度も速くなり、複合材料の優れた生産性をもたらす。   In addition to the toughening effect, at least if the resin material is bonded to the surface of the fabric, when the base material is laminated, the resin material adhering to the fabric surface becomes a spacer, and between adjacent base materials To form a space. This is referred to as a spacer effect by a resin material, and this spacer effect serves to form a flow path of the matrix resin when injected into the base material on which the matrix resin is laminated. This not only facilitates the impregnation of the matrix resin into the substrate, but also increases the impregnation rate, leading to excellent productivity of the composite material.

樹脂材料による高靭性化効果、スペーサ効果などは、樹脂材料が基材表面に偏在している、特に樹脂材料が実質的に布帛の表面にのみ存在していると、より一層高いレベルで発揮される。   The toughening effect, spacer effect, and the like by the resin material are exhibited at a higher level when the resin material is unevenly distributed on the surface of the base material, particularly when the resin material is substantially present only on the surface of the fabric. The

樹脂材料は、強化繊維基材を単層で用いる場合において、片面に接着していてもよいし、両面に接着していてもよい。より低コストに基材を製造する場合は、前者が好ましい。基材の表裏の使い分けをしたくない場合は、後者が好ましい。   In the case where the reinforcing fiber base is used as a single layer, the resin material may be bonded to one side or may be bonded to both sides. When manufacturing a base material at lower cost, the former is preferable. The latter is preferred when you do not want to use the front and back of the substrate properly.

なお、本発明において、強化繊維基材の厚み方向に強化繊維繊維糸条を貫通している空間は必ずしも強化繊維基材1枚ごとに異なる位置である必然性はなく、マルチスタックと呼ばれる複数枚の強化繊維を部分的に接着させ紙管などに巻き取った多層材料にこの多層材料の厚み方向に強化繊維繊維糸条を貫通している空間を形成させていてもよい。また、後述するプリフォームの厚み方向に強化繊維繊維糸条を貫通している空間を形成させていてもよい。   In the present invention, the space penetrating the reinforcing fiber yarns in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate is not necessarily at a different position for each reinforcing fiber substrate, and a plurality of sheets called multi-stacks are required. A space penetrating the reinforcing fiber yarns in the thickness direction of the multilayer material may be formed in the multilayer material in which the reinforcing fibers are partially bonded and wound around a paper tube or the like. Moreover, you may form the space which has penetrated the reinforced fiber fiber thread | yarn in the thickness direction of the preform mentioned later.

強化繊維基材を多層に積層して多層基材の形態で用いる場合において、その積層体の中央層に位置する基材のみに両面に接着し、それ以外の各層は片面のみ接着しておくと、積層体の各層間に樹脂材料が配置できるため、本発明の好ましい態様の一つといえる。   When reinforcing fiber base materials are laminated in multiple layers and used in the form of a multilayer base material, only the base material located in the center layer of the laminate is adhered to both sides, and the other layers are adhered to only one side. Since a resin material can be disposed between the layers of the laminate, it can be said to be one of the preferred embodiments of the present invention.

また、樹脂材料は空隙部を有した状態で接着されている。つまり、点状、線状または不連続線状である。点状に付着させるためには、粉体を強化繊維基材表面に散布し、熱融着させるとよい。また、線状または不連続線状に付着させるためには、不織布や織物などの連続繊維からなる布帛を一旦作製した後、強化繊維基材表面に貼り合わせ熱融着させること良い。このようにすることにより、プリフォーム作製において適度な接着性を有するとともに、複合材料の成形時には強化繊維基材の厚み方向への樹脂の含浸を阻害することがない。   The resin material is bonded in a state having a gap. That is, it is a dot, line or discontinuous line. In order to adhere in a dotted manner, the powder is preferably dispersed on the surface of the reinforcing fiber base and heat-sealed. Moreover, in order to make it adhere in a linear form or a discontinuous linear form, after producing the fabric which consists of continuous fibers, such as a nonwoven fabric and a textile fabric, it is good to stick and heat-seal on the surface of a reinforced fiber base material. By doing so, it has appropriate adhesiveness in preform production and does not hinder impregnation of the resin in the thickness direction of the reinforcing fiber base during molding of the composite material.

強化繊維基材は少なくとも強化繊維基材の片側の表面に樹脂材料が2〜15重量%付着している。より好ましくは6〜14重量%、さらに好ましくは8〜13重量%である。樹脂材料を上記範囲で有していることにより、基材の一層高い形態安定性がもたらされる。さらに、基材を積層する際に、基材同士のタック性(粘着性)、基材の適度なコシがもたらされる。その結果、形態安定性に優れ、積層が容易かつ自動化が可能な強化繊維基材を得ることができる。かかる特性は、2重量%未満では発現しにくい。一方、15重量%を越えると、本質的に樹脂の含浸性が低下するため、本発明の効果を発現することができない場合がある。   In the reinforcing fiber base, 2 to 15% by weight of the resin material is adhered to at least one surface of the reinforcing fiber base. More preferably, it is 6-14 weight%, More preferably, it is 8-13 weight%. By having the resin material in the above range, higher morphological stability of the substrate is brought about. Furthermore, when the base materials are laminated, tackiness (adhesiveness) between the base materials and appropriate stiffness of the base materials are brought about. As a result, it is possible to obtain a reinforced fiber base material that is excellent in form stability, can be easily laminated, and can be automated. Such characteristics are less likely to be manifested at less than 2% by weight. On the other hand, if it exceeds 15% by weight, the impregnation property of the resin is essentially lowered, so that the effects of the present invention may not be exhibited.

この強化繊維基材表面に付着している樹脂材料は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂またはそれらの混合物である。プリフォームとしての接着性のみが要求される場合においては、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂をそれぞれ単独で用いてもよいが、CAIなどの耐衝撃性が要求される場合においては、靭性の優れた熱可塑性樹脂と低粘度化しやすく強化繊維基材への接着が容易な熱硬化性樹脂との混合物を用いると、適度の靭性を有しながら強化繊維シートへの適度な接着性を有することから好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などを使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボナート、ポリアセターアル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフイド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、酪酸セルロースなどを使用できる。   The resin material adhering to the surface of the reinforcing fiber base is a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a mixture thereof. When only adhesiveness as a preform is required, a thermosetting resin or a thermoplastic resin may be used alone. However, when impact resistance such as CAI is required, the toughness is excellent. When using a mixture of a thermoplastic resin and a thermosetting resin that is easy to lower the viscosity and easy to adhere to the reinforcing fiber base, it has appropriate adhesiveness to the reinforcing fiber sheet while having appropriate toughness. preferable. As the thermosetting resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, or the like can be used. As thermoplastic resins, polyvinyl acetate, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, Polyaramid, polybenzimidazole, polyethylene, polypropylene, cellulose acetate, cellulose butyrate and the like can be used.

本発明に用いる強化繊維基材を構成する強化繊維糸条としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維やPBO(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維などの高強度、高弾性率繊維である。なかでも、炭素繊維は、これらの繊維の中でもより高強度、高弾性率であることから、優れた力学的特性の複合材料が得られることからより好ましい。さらに好ましくは、引張強さが4500MPa以上で、かつ、引張弾性率が250GPa以上の炭素繊維であると、より優れたコンポジット特性が得られる。   The reinforcing fiber yarn constituting the reinforcing fiber substrate used in the present invention is a high-strength, high-modulus fiber such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber or PBO (polyparaphenylene benzobisoxazole) fiber. Among these, carbon fiber is more preferable because it has higher strength and higher elastic modulus among these fibers, and thus a composite material having excellent mechanical properties can be obtained. More preferably, when the carbon fiber has a tensile strength of 4500 MPa or more and a tensile elastic modulus of 250 GPa or more, more excellent composite characteristics can be obtained.

また、強化繊維布帛の形態としては、強化繊維糸条を一方向または二方向に交差もしくは交絡するように配列させた不織組織(いわゆるトウシート)や、強化繊維糸条を一方向または二方向に配列させた織組織(一方向性織物や二方向織物)などである。なかでも、たて糸に強化繊維糸条を用いよこ糸に細い補助糸(補助繊維)を用いた一方向性織物は、強化繊維糸条の真直性が大きいことから優れたコンポジット特性が得られるとともにたて糸とよこ糸の交錯により並行する強化繊維間に空隙部が形成され、基材厚み方向への適度な樹脂パスを形成することができることから好ましい。   Further, as a form of the reinforcing fiber fabric, a non-woven structure (so-called tow sheet) in which reinforcing fiber yarns are arranged so as to cross or entangle in one direction or two directions, or reinforcing fiber yarns in one direction or two directions. An woven structure (unidirectional woven fabric or bi-directional woven fabric) arranged. Among these, unidirectional fabrics using reinforcing fiber yarns for warp yarns and thin auxiliary yarns (auxiliary fibers) for weft yarns have excellent straightness of the reinforcing fiber yarns, so that excellent composite properties can be obtained and warp yarns. It is preferable because voids are formed between parallel reinforcing fibers by crossing of the weft yarns and an appropriate resin path in the thickness direction of the substrate can be formed.

なかでも、複合材料が航空機などの構造部材に使用される場合には一方向性ノンクリンプ織物が好ましい。かかる一方向性ノンクリンプ織物については、例えば特許第3279049号公報、特開2003−82117号公報に詳しく記載されている。   Especially, when a composite material is used for structural members, such as an aircraft, a unidirectional non-crimp fabric is preferable. Such unidirectional non-crimp fabrics are described in detail in, for example, Japanese Patent No. 3279049 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-82117.

また、一方向性織物や一方向性ノンクリンプ織物におけるよこ方向補助糸としては、繊度が5〜500デシテックスの細い繊維が好ましい。繊度が小さいと、よこ糸が存在することによるたて糸のクリンプを極力小さくすることができ好ましい。なかでもよこ方向補助糸の単糸直径が10〜100μmで撚り数が50ターン/m以下であれば、強化繊維織物を製造する際に強化繊維糸条に作用する張力によって交錯しているよこ方向補助糸が押さえつけられ、よこ方向補助糸の単糸が一直線状に並び表面凹凸を小さくできることから好ましい。   Further, as the weft direction auxiliary yarn in the unidirectional woven fabric or the unidirectional non-crimp woven fabric, a fine fiber having a fineness of 5 to 500 dtex is preferable. When the fineness is small, the warp crimp due to the presence of the weft yarn can be minimized, which is preferable. In particular, if the single yarn diameter of the auxiliary yarn is 10 to 100 μm and the number of twists is 50 turns / m or less, the weft direction is interlaced by the tension acting on the reinforcing fiber yarn when producing the reinforcing fiber fabric. This is preferable because the auxiliary yarn is pressed down, and the single weft-direction auxiliary yarns are arranged in a straight line and the surface irregularities can be reduced.

糸の種類としては、並行する強化繊維糸条を一体に保持するためのものであることから特に限定されず、炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維、ポリアラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維が使用できる。   The type of yarn is not particularly limited because it is for holding parallel reinforcing fiber yarns together, inorganic fiber such as carbon fiber and glass fiber, polyaramid fiber, vinylon fiber, polyester fiber, polyamide fiber Organic fibers such as can be used.

また、強化繊維布帛における強化繊維糸条の糸幅は、2〜10mmであることが好ましい。これは、強化繊維糸条の断面形状は楕円状であり、互いに並行に配列する強化繊維糸条の隙間が強化繊維基材の厚み方向へのマトリックス樹脂の流路となり、糸幅が大きいと強化繊維糸条間のピッチが大きくなり、基材厚み方向への樹脂流路の数が少なくなることでマトリックス樹脂の含浸性が低下する。また、糸幅が小さいと強化繊維糸条間のピッチが小さくなり、基材厚み方向への樹脂流路の数が増えるので、マトリックス樹脂の含浸性は向上するものの、強化繊維糸条全体としての価格が高くなる問題がある。このため、強化繊維布帛における強化繊維糸条の糸幅は、2〜10mmであることが好ましい。より好ましくは、4〜8mmである。   Moreover, it is preferable that the yarn width of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber fabric is 2 to 10 mm. This is because the cross-sectional shape of the reinforcing fiber yarns is elliptical, and the gaps between the reinforcing fiber yarns arranged in parallel to each other serve as a flow path for the matrix resin in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate. The pitch between the fiber yarns is increased, and the number of resin flow paths in the thickness direction of the substrate is reduced, so that the impregnation property of the matrix resin is lowered. In addition, when the yarn width is small, the pitch between the reinforcing fiber yarns is reduced, and the number of resin flow paths in the thickness direction of the base material is increased. There is a problem of high prices. For this reason, it is preferable that the yarn width of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber fabric is 2 to 10 mm. More preferably, it is 4-8 mm.

また、強化繊維基材の厚みから求められる強化繊維の体積率Vffは、35〜65%であることが好ましい。より好ましくは、38〜63%、特に好ましくは40〜63%である。なお、ここでいう強化繊維基材の厚みとは、JIS R7602(炭素繊維織物の試験方法)に従って測定される厚みのことであり、50kPaの圧力を20秒間かけたときの厚みを5箇所測定し、その平均値で表されるものである。   Moreover, it is preferable that the volume fraction Vff of the reinforcing fiber calculated | required from the thickness of a reinforcing fiber base material is 35 to 65%. More preferably, it is 38 to 63%, and particularly preferably 40 to 63%. Here, the thickness of the reinforcing fiber substrate is a thickness measured according to JIS R7602 (test method for carbon fiber fabric), and the thickness when a pressure of 50 kPa is applied for 20 seconds is measured at five locations. It is expressed by the average value.

強化繊維の体積率Vffが35%未満であると、特に真空圧によりマトリックス樹脂を含浸させるVaRTMでは、大気圧以上の圧力がかからないため、基材の嵩、すなわち強化繊維の体積率Vffを所望の範囲に制御できず、得られる複合材料の強化繊維体積含有率Vfも力学的特性に適する50〜65%に制御することができないだけでなく、所望の厚みの複合材料を得ることができない。さらには、得られる複合材料中での基材層がうねり、得られる複合材料の力学的特性、特に圧縮強度を著しく低下させる。かかる問題は積層構成に関しては、基材層の積層構成が斜行積層の場合には、成形に関しては、雄型もしくは雌型の一方のみ成形型を用い、もう一方に柔軟なバック材を用いる場合に特に顕在化する。すなわち、Vffが35%未満であると、力学的特性に優れ軽量化効果を高く発現する複合材料は得られない。   When the volume ratio Vff of the reinforcing fiber is less than 35%, VaRTM in which the matrix resin is impregnated particularly by vacuum pressure does not apply a pressure higher than the atmospheric pressure, so the volume of the substrate, that is, the volume ratio Vff of the reinforcing fiber is desired. It cannot be controlled within the range, and the reinforcing fiber volume content Vf of the obtained composite material cannot be controlled to 50 to 65% suitable for mechanical properties, and a composite material having a desired thickness cannot be obtained. Furthermore, the base material layer in the resulting composite material is swelled, and the mechanical properties of the resulting composite material, particularly the compressive strength, are significantly reduced. This problem is related to the laminated structure, in the case where the laminated structure of the base material layer is a slanted laminated structure, for molding, only one of the male mold and the female mold is used and a flexible back material is used for the other. It becomes particularly obvious. That is, when Vff is less than 35%, a composite material that is excellent in mechanical properties and exhibits a high weight reduction effect cannot be obtained.

一方、強化繊維の体積率Vffが65%を越えると、VaRTMの場合においては、密に充填されすぎた強化繊維がマトリックス樹脂の流れを阻害する結果、強化繊維糸条を貫通する空間を形成させても樹脂の含浸性が悪くなり、未含浸部分(ボイド)を有する複合材料しか得られない。   On the other hand, when the volume fraction Vff of the reinforcing fibers exceeds 65%, in the case of VaRTM, the reinforcing fibers that are packed too tightly inhibit the flow of the matrix resin, thereby forming a space penetrating the reinforcing fiber yarns. However, the impregnation property of the resin is deteriorated, and only a composite material having an unimpregnated portion (void) can be obtained.

かかる強化繊維の体積率Vffを35〜65%の範囲に制御することにより、得られる複合材料における強化繊維体積含有率Vfおよび寸法を、所望の範囲に厳密に制御し、高い力学的特性を発現することが可能となるのである。   By controlling the volume fraction Vff of the reinforcing fibers to be in the range of 35 to 65%, the reinforcing fiber volume content Vf and dimensions in the obtained composite material are strictly controlled to a desired range, and high mechanical properties are expressed. It becomes possible to do.

なお、本発明での強化繊維基材の厚み(JIS R7602)から算出される強化繊維体積率Vffとは、次式で求めた値をいう(単位は%)。なお、ここで用いた記号は下記に準ずる。ここで、測定に供する基材は、製造した後、少なくとも24時間経過し、スプリングバック量が実質的に飽和したものを用いる。
Vff=W/(ρ×Tf×10) (%)
W :強化繊維基材1m2当たりの強化繊維の重量(g/m2
ρ :強化繊維の密度(g/cm3)
Tf:JIS R7602に沿って測定した強化繊維基材の厚さ(mm)
In addition, the reinforcing fiber volume fraction Vff calculated from the thickness of the reinforcing fiber substrate in the present invention (JIS R7602) refers to a value obtained by the following formula (unit:%). The symbols used here are as follows. Here, the base material to be used for the measurement is one that has been substantially saturated in the amount of springback after at least 24 hours has elapsed since it was manufactured.
Vff = W / (ρ × Tf × 10) (%)
W: Weight of reinforcing fiber per 1 m 2 of reinforcing fiber substrate (g / m 2 )
ρ: density of reinforcing fiber (g / cm 3)
Tf: Reinforced fiber base material thickness measured in accordance with JIS R7602 (mm)

本発明に係るプリフォームは、上記強化繊維基材が、2層以上積層されたものであり、かつ、強化繊維基材同士が樹脂材料により少なくとも部分的に接着されて一体化しているものである。   The preform according to the present invention is obtained by laminating two or more layers of the reinforcing fiber base material, and the reinforcing fiber base materials are at least partially bonded and integrated with each other by a resin material. .

また、本発明のプリフォームは、少なくとも、連続した強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えた強化繊維糸条群から構成される強化繊維基材が2層以上積層され、少なくとも部分的に接着されて一体化しているプリフォームであって、少なくとも最表層の強化繊維基材における強化繊維糸条に、プリフォーム厚み方向に貫通している空間が形成されているものである。   In the preform of the present invention, at least a part of the reinforcing fiber base composed of a group of reinforcing fiber yarns in which continuous reinforcing fiber yarns are aligned in parallel in one direction is laminated, The preform is bonded and integrated, and a space penetrating in the thickness direction of the preform is formed at least in the reinforcing fiber yarn in the outermost reinforcing fiber substrate.

ここで、かかる接着が強化繊維基材の全面に及んでいると、プリフォームの賦型性性、形状追従性が劣ったり、マトリックス樹脂の含浸性を阻害することがある。かかる接着は、複数の積層された強化繊維基材が一体化したプリフォームとして運搬などの取り扱いができればよく、基材同士が部分的に接着しているものが好ましい態様といえる。   Here, when such adhesion extends over the entire surface of the reinforcing fiber base, the formability of the preform and the shape followability may be inferior, or the impregnation of the matrix resin may be hindered. Such adhesion is only required to be handled as a preform in which a plurality of laminated reinforcing fiber substrates are integrated, and it is preferable that the substrates are partially bonded to each other.

また、プリフォームを形成する強化繊維基材すべてに、強化繊維基材の厚み方向に貫通する空間を設けた強化繊維基材を用いなくとも、プリフォームにおいて少なくとも最表層(最表面を形成する層)の強化繊維基材における強化繊維糸条に、プリフォーム厚み方向に貫通している空間が形成されていれば、本発明の効果を奏することができる。かかるプリフォームの構成によって、成型型内にプリフォームを充填し、液状樹脂を型内に注入した際にプリフォーム表面の強化繊維基材における厚み方向へ貫通している多数の空間から樹脂の含浸を進行させることができるので短時間にプリフォームに樹脂含浸を行うことができる。   In addition, at least the outermost layer (the layer that forms the outermost surface) of the preform can be used without using a reinforcing fiber substrate that has a space penetrating in the thickness direction of the reinforcing fiber substrate. If the space penetrated in the preform thickness direction is formed in the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber base of (), the effect of the present invention can be achieved. With such a preform configuration, when the preform is filled into the mold and the liquid resin is injected into the mold, the resin is impregnated from a large number of spaces penetrating in the thickness direction of the reinforcing fiber base on the preform surface. Therefore, the preform can be impregnated with the resin in a short time.

本発明に係る強化繊維基材の製造方法は、強化繊維糸条を用いて強化繊維基材を形成し、樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら強化繊維基材を形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させて、強化繊維基材の厚み方向に貫通している空間を形成するものである。また、強化繊維糸条を用いて強化繊維布帛を形成し、樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら強化繊維基材を形成しつつ、レーザー光の照射により強化繊維基材に貫通している空間を形成するものである。   The method for producing a reinforced fiber base material according to the present invention includes forming a reinforced fiber base material using reinforced fiber yarns, and forming protrusions while forming the reinforced fiber base material after or after bonding the resin material. A pin is penetrated from the surface of the reinforcing fiber base to form a space penetrating in the thickness direction of the reinforcing fiber base. In addition, a space that penetrates the reinforcing fiber base by irradiation of laser light while forming a reinforcing fiber base using a reinforcing fiber yarn and forming a reinforcing fiber base after bonding or adhering a resin material. Is formed.

より具体的に説明すると、多数本の強化繊維糸条をクリールスタンドなどに仕掛けたボビンから引き出し、製織工程などを経て強化繊維布帛を形成する。その後、この強化繊維布帛に固体状の樹脂材料を塗布または貼り合わせた後に樹脂材料を溶融させて接着し、強化繊維基材を形成する。この場合の樹脂材料は、粉体あるいは不織布、織物、編物などの布帛を用いることができる。そして、強化繊維布帛に樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら強化繊維基材を形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材表面に押し当てて、強化繊維基材に貫通孔を形成させることができる。   More specifically, a reinforced fiber fabric is formed through a weaving process or the like by drawing a large number of reinforcing fiber yarns from a bobbin mounted on a creel stand or the like. Then, after applying or bonding a solid resin material to the reinforcing fiber cloth, the resin material is melted and bonded to form a reinforcing fiber substrate. In this case, the resin material may be a powder or a fabric such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a knitted fabric. Then, after bonding the resin material to the reinforcing fiber cloth or while forming the reinforcing fiber substrate, the pin having the protrusions is pressed against the surface of the reinforcing fiber substrate to form a through hole in the reinforcing fiber substrate. be able to.

また、前記の突起を有するピンの替わりにレーザー光の照射により強化繊維糸条の一部を昇華させ、強化繊維基材に貫通した空間を形成させることもできる。かかるレーザー光としては、YAGレーザー、CO2レーザーなどが挙げられるが、強化繊維糸条が炭素繊維やガラス繊維でも貫通した空間が形成できるYAGレーザーを用いるのが好ましい。 Further, instead of the pins having the protrusions, a part of the reinforcing fiber yarn can be sublimated by irradiation with laser light to form a space penetrating the reinforcing fiber substrate. Examples of such laser light include a YAG laser, a CO 2 laser, and the like, but it is preferable to use a YAG laser that can form a space in which reinforcing fiber yarns penetrate even with carbon fibers or glass fibers.

本発明に係るプリフォームの製造方法は、強化繊維基材に接着している樹脂材料により強化繊維基材同士を接着した後あるいは接着させながらプリフォームを形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させて、プリフォームの厚み方向に貫通している空間を形成するものである。また、強化繊維基材に接着している樹脂材料により強化繊維基材同士を接着した後あるいは接着させながらプリフォームを形成しつつ、レーザー光の照射により強化繊維基材に貫通している空間を形成するものである。   The method for manufacturing a preform according to the present invention includes forming a preform after bonding reinforcing fiber substrates with a resin material bonded to a reinforcing fiber substrate, or forming a preform with bonding, and reinforcing pins with protrusions. A space penetrating from the surface of the base material and penetrating in the thickness direction of the preform is formed. In addition, a space penetrating the reinforcing fiber base by irradiation with laser light while forming a preform while adhering the reinforcing fiber bases to each other with a resin material adhering to the reinforcing fiber base. To form.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。実施例および比較例に用いる原材料は下記の通りである。
・強化繊維糸条:PAN系炭素繊維、フィラメント数:24,000本、繊度:1,030tex、引張強度:5830MPa、引張弾性率:294GPa。
・ガラス繊維糸条:ECE225 1/0 1.0Z、繊度:22.5tex、バインダー”DP”(日東紡社製)。
・ポリアミド66繊維糸条:繊度:1.7tex、フィラメント数:7本。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The raw materials used in the examples and comparative examples are as follows.
-Reinforcing fiber yarn: PAN-based carbon fiber, number of filaments: 24,000, fineness: 1,030 tex, tensile strength: 5830 MPa, tensile elastic modulus: 294 GPa.
Glass fiber yarn: ECE225 1/0 1.0Z, fineness: 22.5 tex, binder “DP” (manufactured by Nittobo).
Polyamide 66 fiber yarn: fineness: 1.7 tex, number of filaments: 7.

・樹脂材料:ポリエーテルスルフォン樹脂(住友化学工業(株)製”スミカエクセル”5003P)60重量%(主成分)と次のエポキシ樹脂組成物40重量%(副成分)とを2軸押出機にて溶融混練したものを冷凍粉砕したもの。平均粒子径D50((株)セイシン企業製LMS−24で測定)115μm、ガラス転位点92℃。
エポキシ樹脂組成物−ジャパンエポキシレジン(株)製”エピコート”806を21重量部、日本化薬(株)製NC−3000を12.5重量部、および、日産化学工業(株)製TEPIC−Pを4重量部を、100℃で均一になるまで攪拌したもの。
Resin material: Polyether sulfone resin (Sumitomo Chemical Co., Ltd. “Sumika Excel” 5003P) 60% by weight (main component) and the following epoxy resin composition 40% by weight (subcomponent) in a twin screw extruder What was melt-kneaded and freeze-ground. Average particle diameter D50 (measured with LMS-24 manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) 115 μm, glass transition point 92 ° C.
Epoxy resin composition—21 parts by weight of “Epicoat” 806 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., 12.5 parts by weight of NC-3000 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., and TEPIC-P manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. 4 parts by weight were stirred at 100 ° C. until uniform.

・マトリックス樹脂:次の主液100重量部に次の硬化液を39重量部加え、80℃にて均一攪拌したエポキシ樹脂組成物。80℃におけるE型粘度計による粘度:55mPa・s、180℃で2時間硬化後のガラス転位点:197℃、曲げ弾性率:3.3GPa。
・主液:エポキシとして、Vantico(株)製”アラルダイト”MY−721を40重量部、ジャパンエポキシレジン(株)製”エピコート”825を35重量部、日本化薬(株)製GANを15重量部、およびジャパンエポキシレジン(株)製”エピコート”630を10重量部、70℃で1時間攪拌して均一溶解させたもの。
・硬化液:ポリアミンとして、ジャパンエポキシレジン(株)製”エピキュア”Wを70重量部、三井化学ファイン(株)製3,3’ジアミノジフェニルスルフォンを20重量部、および住友化学工業製”スミキュア”Sを10重量部、100℃で1時間攪拌して均一にした後70℃に降温し、硬化促進剤として宇部興産(株)製t−ブチルカテコール、2重量部をさらに70℃で30分間攪拌して均一溶解させたもの。
Matrix resin: An epoxy resin composition obtained by adding 39 parts by weight of the next curing liquid to 100 parts by weight of the next main liquid and stirring uniformly at 80 ° C. Viscosity by E-type viscometer at 80 ° C .: 55 mPa · s, glass transition point after curing at 180 ° C. for 2 hours: 197 ° C., flexural modulus: 3.3 GPa.
Main liquid: As epoxy, 40 parts by weight of “Araldite” MY-721 manufactured by Vantico Co., Ltd., 35 parts by weight of “Epicoat” 825 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., and 15% by weight of GAN manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. And 10 parts by weight of “Epicoat” 630 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., and uniformly dissolved by stirring at 70 ° C. for 1 hour.
Curing solution: 70 parts by weight of “Epicure” W manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., 20 parts by weight of 3,3′diaminodiphenylsulfone manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd., and “SumiCure” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. 10 parts by weight of S and stirred at 100 ° C. for 1 hour to make it uniform and then cooled to 70 ° C., and as a curing accelerator, 2 parts by weight of Ube Industries, Ltd. t-butylcatechol was further stirred at 70 ° C. for 30 minutes. And uniformly dissolved.

実施例1
図4は、実施例1の強化繊維基材10の態様を示す模式斜視図である。強化繊維糸条のたて糸11、ガラス繊維糸条をたて補助糸条12、ポリアミド66繊維糸条をよこ補助糸条13として、たて糸11とたて補助糸条12とを交互に1本おきに配列し、よこ補助糸条13と平織組織に製織して、たて補助糸条12とよこ補助糸条13とを交錯させ、強化繊維糸条11を一体に保持した布帛14である一方向性ノンクリンプ織物(織物A)を得た。織物Aは、布帛厚み0.20mm、強化繊維目付193g/m2、たて糸(たて補助糸条)密度1.8本/cmであった。
Example 1
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an aspect of the reinforcing fiber substrate 10 of Example 1. FIG. Reinforcement fiber yarn warp 11, glass fiber yarn warp auxiliary yarn 12, polyamide 66 fiber yarn weft auxiliary yarn 13, alternate warp yarn 11 and warp auxiliary yarn 12 alternately A unidirectional non-crimp, which is a fabric 14 that is arranged and woven into a weft auxiliary yarn 13 and a plain weave structure, crossing the warp auxiliary yarn 12 and the weft auxiliary yarn 13 and holding the reinforcing fiber yarn 11 integrally. A woven fabric (woven fabric A) was obtained. The fabric A had a fabric thickness of 0.20 mm, a reinforcing fiber basis weight of 193 g / m 2 , and a warp (warp auxiliary yarn) density of 1.8 yarns / cm.

かかる織物Aの上に、粒子状の樹脂材料15を、エンボスローラとドクターブレードにて計量しながら自由落下させた。この際、自重で落下している粒子は、振動ネットを通過し均一に布帛の片表面に塗布した。粒子状の粒子材料塗布量は、後述の基材Aの14重量%となるようにした。さらに、遠赤外線ヒータにて180〜200℃に加熱しながら、粒子状の樹脂材料を織物に接着し、さらに突起を有するピンで強化繊維基材の強化繊維糸条の厚み方向に貫通した孔16を形成させつつ、その後に自然冷却して巻き取り、強化繊維基材10である基材Aを得た。なお、貫通孔16を形成させるために使用した突起を有するピンの外径は0.4mmであり、100mm2当たりの孔数が1個になるようにした。 On the fabric A, the particulate resin material 15 was freely dropped while being measured with an embossing roller and a doctor blade. At this time, the particles falling under their own weight passed through the vibration net and were uniformly applied to one surface of the fabric. The amount of the particulate particle material applied was 14% by weight of the base material A described later. Furthermore, the hole 16 penetrated in the thickness direction of the reinforcing fiber yarn of the reinforcing fiber base with a pin having projections while adhering the particulate resin material to the woven fabric while heating to 180 to 200 ° C. with a far infrared heater. Then, the substrate was naturally cooled and wound up to obtain a base material A as the reinforcing fiber base material 10. In addition, the outer diameter of the pin having the projection used for forming the through hole 16 was 0.4 mm, and the number of holes per 100 mm 2 was set to one.

得られた基材Aは、基材厚み0.23mm、基材Aの厚みから求められる強化繊維体積率Vffは46%、基材目付225g/m2であるとともに、貫通孔の孔径は0.4mm(面積0.13mm2)、貫通孔の総面積は100mm2あたり0.13mm2、貫通孔の個数は100mm2あたり1個であった。 The obtained base material A has a base material thickness of 0.23 mm, a reinforcing fiber volume ratio Vff obtained from the thickness of the base material A of 46%, a base material basis weight of 225 g / m 2 , and a through hole having a hole diameter of 0. The total area of the through holes was 4 mm (area 0.13 mm 2 ), 0.13 mm 2 per 100 mm 2 , and the number of through holes was 1 per 100 mm 2 .

得られた基材Aを、[−45°/0°/+45°/90°]積層構成に積層し、この積層構成を3回繰り返したものを2組用意し、それを90°層を向き合わせて鏡面対称積層になるように貼り合わた。かかる積層体(プリフォームA)を平面型に配置し、シーラントとバッグ材(ポリアミドフィルム)にて密閉して、減圧吸引口を設けたキャビティを形成した。減圧吸引口から真空ポンプによってキャビティ内を所定の真空状態に減圧し、賦形型を60℃に温調した。この状態で2時間保持し、室温に冷却してから吸引を停止して取り出しプリフォームAを得た。そして、このプリフォームAを、平面状の成形型(アルミニウム製)に配置し、プリフォーム上に樹脂拡散媒体(金属製メッシュ)を配置して、シーラントとバッグ材にて密閉して樹脂注入口と減圧吸引口を設けたキャビティを形成した。減圧吸引口から真空ポンプによってキャビティ内を所定の真空状態に減圧し、成形型およびプリフォームを60℃に温調した。次いで、事前に調合・真空脱泡したマトリックス樹脂を60℃に保ちながら、樹脂注入口から大気圧を利用して注入した。マトリックス樹脂が減圧吸引口に到達した時に注入口を閉じて注入を停止した。それ以降は、減圧吸引口から減圧を続けながら180℃で2時間保持し、マトリックス樹脂を硬化させ、複合材料Aを得た。複合材料Aは、強化繊維の体積率Vfが55%で、どこにもピンホールやボイドが見あたらず、樹脂含浸は良好であった。また、樹脂含浸時における樹脂の含浸時間も同時に測定した。なお、樹脂の含浸時間は、後述の比較例との比較のため、本実施例でかかった時間を1とした指数で相対評価した。   The obtained base material A was laminated in a [−45 ° / 0 ° / + 45 ° / 90 °] laminated structure, and two sets of this laminated structure repeated three times were prepared. They were pasted together to form a mirror-symmetric laminate. Such a laminate (Preform A) was placed in a planar shape and sealed with a sealant and a bag material (polyamide film) to form a cavity provided with a vacuum suction port. The cavity was depressurized from the vacuum suction port to a predetermined vacuum state by a vacuum pump, and the shaping mold was temperature-controlled at 60 ° C. This state was maintained for 2 hours, and after cooling to room temperature, the suction was stopped and the preform A was obtained. Then, this preform A is placed in a flat mold (aluminum), a resin diffusion medium (metal mesh) is placed on the preform, and sealed with a sealant and a bag material. And a cavity provided with a vacuum suction port. The inside of the cavity was decompressed to a predetermined vacuum state from a vacuum suction port by a vacuum pump, and the temperature of the mold and the preform was adjusted to 60 ° C. Next, the matrix resin prepared and vacuum degassed in advance was poured from the resin inlet using atmospheric pressure while maintaining the temperature at 60 ° C. When the matrix resin reached the vacuum suction port, the injection port was closed to stop the injection. Thereafter, the matrix resin was cured by maintaining at 180 ° C. for 2 hours while continuing to reduce the pressure from the reduced pressure suction port, and composite material A was obtained. In the composite material A, the volume fraction Vf of the reinforcing fibers was 55%, no pinholes or voids were found anywhere, and the resin impregnation was good. The resin impregnation time during resin impregnation was also measured. The resin impregnation time was relatively evaluated by an index with the time taken in this example as 1, for comparison with a comparative example described later.

さらに、得られた複合材料Aを用いて、SACMA SRM 2R−94に準拠して23℃におけるCAIを測定した。なお、衝撃は5.44kg(12ポンド)の錘を落下させて6.67kJ/m(270in・lb)の落錘衝撃エネルギーとした。   Furthermore, using the obtained composite material A, CAI at 23 ° C. was measured according to SACMA SRM 2R-94. The impact was obtained by dropping a weight of 5.44 kg (12 pounds) to obtain a weight impact energy of 6.67 kJ / m (270 in · lb).

実施例2
実施例1における貫通孔を形成させるために使用した突起を有するピンの外径は2mmであり、100mm2当たりの孔数が2個になるようにした他は実施例1と同じようにして、強化繊維基材Bを得た。得られた基材Bは、基材厚み0.22mm、基材Bの厚みから求められる強化繊維体積率Vffは48%、基材目付224g/m2であるとともに、貫通孔の孔径は2mm(面積3.1mm2)、貫通孔の総面積は100mm2あたり9.4mm2、貫通孔の個数は100mm2あたり3個であった。さらに、実施例1同様にしてプリフォームBを作製するとともにマトリックス樹脂の含浸を行い複合材料Bを作製した。得られた複合材料Bは、強化繊維の体積率Vfは56%で、樹脂含浸に要する時間が実施例1の0.7倍と短時間に含浸させることができた。
Example 2
The outer diameter of the pin having the projection used for forming the through hole in Example 1 is 2 mm, and the number of holes per 100 mm 2 is set to 2 in the same manner as in Example 1, A reinforcing fiber substrate B was obtained. The obtained base material B has a base material thickness of 0.22 mm, a reinforcing fiber volume fraction Vff determined from the thickness of the base material B of 48%, a base material weight per unit area of 224 g / m 2 , and a through-hole diameter of 2 mm ( Area 3.1 mm 2 ), the total area of the through holes was 9.4 mm 2 per 100 mm 2 , and the number of through holes was 3 per 100 mm 2 . Further, a preform B was produced in the same manner as in Example 1, and a composite material B was produced by impregnation with a matrix resin. The obtained composite material B had a reinforcing fiber volume fraction Vf of 56%, and the time required for resin impregnation could be impregnated in a short time of 0.7 times that of Example 1.

実施例3
強化繊維基材に貫通孔を設けなかった強化繊維基材Cを用い、あらかじめ[−45°/0°/+45°/90°]積層構成に積層され、部分的に接着された多層材料を用い、この4層の厚み方向に貫通孔を形成させた他は実施例1と同じようにして強化繊維基材積層体(プリフォームC)を作製した。
Example 3
Using a reinforcing fiber base material C in which no through-holes are provided in the reinforcing fiber base material, a multilayer material previously laminated in a [−45 ° / 0 ° / + 45 ° / 90 °] laminated structure and partially bonded is used. A reinforced fiber substrate laminate (Preform C) was produced in the same manner as in Example 1 except that through-holes were formed in the thickness direction of these four layers.

得られたプリフォームCから求めた基材Cの1枚当たりの基材厚みは0.23mm、この基材Cの厚みから求められる強化繊維体積率Vffは46%、基材目付225g/m2であった。さらに、樹脂含浸を行い、複合材料Cを得た。得られた複合材料Cは、プリフォーム全体に樹脂含浸させることができた。得られた複合材料Cは、強化繊維の体積率Vfは55%であり、樹脂含浸に要する時間は実施例1の0.9倍であった。 The substrate thickness per substrate C determined from the obtained preform C was 0.23 mm, the reinforcing fiber volume fraction Vff determined from the thickness of the substrate C was 46%, and the substrate basis weight was 225 g / m 2. Met. Furthermore, resin impregnation was performed to obtain a composite material C. The obtained composite material C was able to impregnate the entire preform with resin. The obtained composite material C had a reinforcing fiber volume fraction Vf of 55%, and the time required for resin impregnation was 0.9 times that of Example 1.

実施例4
強化繊維基材に貫通孔を設けなかった強化繊維基材Cを積層し、積層後に積層体の厚み方向に貫通孔を形成させた他は実施例1と同じようにして強化繊維基材積層体(プリフォームD)を作製した。
Example 4
Reinforcing fiber substrate laminate in the same manner as in Example 1 except that the reinforcing fiber substrate C in which no through hole was provided in the reinforcing fiber substrate was laminated and the through holes were formed in the thickness direction of the laminate after lamination. (Preform D) was produced.

得られたプリフォームDから求めた基材Cの1枚当たりの基材厚みは0.23mm、この基材Cの厚みから求められる強化繊維体積率Vffは46%であった。さらに、樹脂含浸を行い、複合材料Dを得た。得られた複合材料Dは、プリフォーム全体に樹脂含浸させることができた。得られた複合材料Dは、強化繊維の体積率Vfは55%であり、樹脂含浸に要する時間は実施例1の0.8倍であった。   The substrate thickness per substrate C determined from the obtained preform D was 0.23 mm, and the reinforcing fiber volume fraction Vff calculated from the thickness of the substrate C was 46%. Furthermore, resin impregnation was performed to obtain a composite material D. The obtained composite material D was able to impregnate the entire preform with resin. The obtained composite material D had a reinforcing fiber volume fraction Vf of 55%, and the time required for resin impregnation was 0.8 times that of Example 1.

比較例1
強化繊維基材に貫通孔を設けなかった他は実施例1と同じようにして強化繊維基材Cを得た。得られた基材Cは、基材厚み0.23mm、基材Cの厚みから求められる強化繊維体積率Vffは46%、基材目付226g/m2であった。さらに、実施例1と同じようにしてプリフォームEを作製するとともに樹脂含浸を行い、複合材料Eを得た。得られた複合材料Eは、マトリックス樹脂のゲル化時間直前にプリフォーム全体に樹脂含浸させることができた。得られた複合材料Eは、強化繊維の体積率Vfは56%で、樹脂含浸は良好であったものの樹脂含浸に要する時間が実施例1の1.4倍要した。これら実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、比較例1の結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A reinforcing fiber substrate C was obtained in the same manner as in Example 1 except that the through hole was not provided in the reinforcing fiber substrate. The obtained base material C had a base material thickness of 0.23 mm, a reinforcing fiber volume fraction Vff determined from the thickness of the base material C of 46%, and a base material weight of 226 g / m 2 . Further, a preform E was produced in the same manner as in Example 1, and resin impregnation was performed to obtain a composite material E. The obtained composite material E was able to impregnate the entire preform immediately before the gelation time of the matrix resin. The obtained composite material E had a reinforcing fiber volume fraction Vf of 56%, and although the resin impregnation was good, the time required for resin impregnation was 1.4 times that of Example 1. Table 1 shows the results of Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, and Comparative Example 1.

Figure 2006138031
Figure 2006138031

表1から明らかなように、実施例1、2、3、4の強化繊維基材もしくはプリフォームに貫通孔を設けたプリフォームA〜Dから作成した複合材料では、樹脂含浸性および力学的特性を両立させることができた。一方、比較例1の強化繊維基材およびプリフォームに貫通孔を設けていないプリフォームEから作成した複合材料Eでは、力学的特性には優れるものの樹脂含浸性に劣り、樹脂含浸に長時間を要した。   As is apparent from Table 1, in the composite materials made from the reinforcing fiber bases of Examples 1, 2, 3, and 4 or preforms A to D provided with through holes in the preforms, resin impregnation properties and mechanical properties were obtained. It was possible to make both. On the other hand, the composite material E prepared from the reinforcing fiber base material of Comparative Example 1 and the preform E having no through-holes in the preform is inferior in resin impregnation property but excellent in mechanical properties, and takes a long time for resin impregnation. It cost.

本発明によれば、マトリックス樹脂の含浸性に優れ、かつ、力学的特性を両立させることができる基材およびプリフォームおよびそれからなる複合材料を得ることができる。このようにして得られた複合材料は、航空機、自動車などの構造部材をはじめ幅広い分野に適用できるが、特に航空機構造部材に好適である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the base material and preform which are excellent in the impregnation property of matrix resin, and can make a dynamic characteristic compatible, and a composite material consisting thereof can be obtained. The composite material thus obtained can be applied to a wide range of fields including structural members such as aircraft and automobiles, but is particularly suitable for aircraft structural members.

本発明の一実施態様に係る強化繊維基材の斜視図である。It is a perspective view of the reinforced fiber base material concerning one embodiment of the present invention. 図1の強化繊維基材の強化繊維糸条の延在方向にA−A’線に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along the A-A 'line in the extension direction of the reinforced fiber thread | yarn of the reinforced fiber base material of FIG. 本発明の一実施態様に係る強化繊維基材を複数層積層したプリフォームの強化繊維糸条に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along the reinforced fiber yarn of the preform which laminated | stacked multiple layers of the reinforced fiber base material which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の実施例1の強化繊維基材の態様を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the aspect of the reinforced fiber base material of Example 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、10 強化繊維基材
2、11 たて糸である強化繊維糸条
3、13 よこ糸である補助繊維
4、14 強化繊維布帛
5、15 樹脂材料
6、16 貫通した空間(貫通孔)
7 プリフォーム
12 たて補助糸条
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 Reinforcement fiber base material 2,11 Reinforcement fiber yarn 3, which is warp yarn 3,13 Auxiliary fiber 4,14 Reinforcement fiber fabric 5,15 Resin material 6,16 Penetration space (through hole)
7 Preform 12 Warp auxiliary yarn

Claims (19)

少なくとも、連続した強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えた強化繊維糸条群から構成される強化繊維基材であって、強化繊維基材の厚み方向に強化繊維糸条を貫通している空間が形成されていることを特徴とする強化繊維基材。   At least a reinforcing fiber base composed of a group of reinforcing fiber threads in which continuous reinforcing fiber yarns are aligned in parallel in one direction, and penetrates the reinforcing fiber yarn in the thickness direction of the reinforcing fiber base. A reinforcing fiber substrate, characterized in that a space is formed. 前記強化繊維基材がその少なくとも片方の表面に樹脂材料が間隙を有した状態で付着しており、かつ、その付着量が2〜15重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の強化繊維基材。   2. The reinforcing fiber base material according to claim 1, wherein the resin material is adhered to at least one surface of the reinforcing fiber substrate with a gap, and the adhesion amount is 2 to 15% by weight. Reinforced fiber base material. 貫通した空間の形態が、平面的に見て線分状または点状であることを特徴とする、請求項1または2に記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber base material according to claim 1 or 2, wherein the shape of the penetrated space is a line segment or a dot shape when seen in a plan view. 前記強化繊維基材の貫通した空間の平面方向に投影した平均面積が0.1〜10mm2/1空間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。 Wherein the average area projected in the planar direction of the through-space of the reinforcing fiber base material is 0.1 to 10 mm 2/1 space, the reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 3 . 前記強化繊維基材の貫通した空間の平面方向に投影した総面積が、100mm2あたり0.05〜5mm2であ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。 The reinforcing fiber base according to any one of claims 1 to 4, wherein a total area projected in a plane direction of a space through which the reinforcing fiber substrate passes is 0.05 to 5 mm 2 per 100 mm 2. Wood. 前記強化繊維基材の貫通した空間の平面方向に投影した総個数が、100mm2あたり0.05〜2個であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の強化繊維基材。 6. The reinforcing fiber base according to claim 1, wherein the total number projected in the plane direction of the space through which the reinforcing fiber base penetrates is 0.05 to 2 per 100 mm 2. Wood. 強化繊維基材が、一方向に延在した強化繊維糸条群と、連続した補助繊維糸条を強化繊維糸条群と交差する方向に延在した補助繊維糸条群とから構成される一方向性のシートもしくは一方向性織物からなることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber base is composed of a reinforcing fiber yarn group extending in one direction and an auxiliary fiber yarn group extending in a direction intersecting the continuous auxiliary fiber yarn with the reinforcing fiber yarn group. The reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the reinforcing fiber substrate comprises a directional sheet or a unidirectional woven fabric. 強化繊維基材が、二方向に配列した強化繊維糸条群の交差もしくは交絡により構成される二方向シートもしくは二方向織物からなることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber substrate is composed of a bi-directional sheet or a bi-directional woven fabric constituted by crossing or entanglement of reinforcing fiber yarn groups arranged in two directions, according to any one of claims 1 to 6. Reinforced fiber substrate. 強化繊維基材における強化繊維糸条の糸幅が2〜10mmであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 8, wherein a yarn width of the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber substrate is 2 to 10 mm. 強化繊維基材の厚みから求められる強化繊維の体積率(Vff)が35〜65%であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 9, wherein a volume ratio (Vff) of the reinforcing fiber obtained from the thickness of the reinforcing fiber base material is 35 to 65%. 少なくとも請求項2〜10のいずれかに記載の強化繊維基材が、2層以上積層されており、かつ、積層された強化繊維基材同士が樹脂材料により少なくとも部分的に接着されて一体化していることを特徴とするプリフォーム。   At least two layers of the reinforcing fiber base material according to any one of claims 2 to 10 are laminated, and the laminated reinforcing fiber base materials are at least partially bonded and integrated by a resin material. Preform characterized by being. 少なくとも、連続した強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えた強化繊維糸条群から構成される強化繊維基材が2層以上積層され、少なくとも部分的に接着されて一体化しているプリフォームであって、少なくとも最表層の強化繊維基材における強化繊維糸条に、プリフォームの厚み方向に貫通している空間が形成されていることを特徴とするプリフォーム。   At least two layers of reinforcing fiber bases composed of reinforcing fiber yarn groups in which continuous reinforcing fiber yarns are aligned so as to be parallel in one direction are laminated, and at least partially bonded and integrated. A preform, wherein a space penetrating in the thickness direction of the preform is formed at least in the reinforcing fiber yarn in the reinforcing fiber base of the outermost layer. 前記プリフォームの貫通した空間の平面方向に投影した平均面積が0.1〜10mm2/1空間であることを特徴とする、請求項12に記載のプリフォーム。 Wherein the average area projected in the planar direction of the through-space of the preform is 0.1 to 10 mm 2/1 space, preform as claimed in claim 12. 前記プリフォームの貫通した空間の平面方向に投影した総面積が、100mm2あたり0.05〜5mm2であることを特徴とする、請求項12または13に記載のプリフォーム。 The preform according to claim 12 or 13, wherein a total area projected in a plane direction of a space through which the preform passes is 0.05 to 5 mm 2 per 100 mm 2 . 前記プリフォームの貫通した空間の平面方向に投影した総個数が、100mm2あたり0.05〜2個であることを特徴とする、請求項12〜14のいずれかに記載のプリフォーム。 The preform according to any one of claims 12 to 14, wherein the total number projected in the plane direction of the space through which the preform passes is 0.05 to 2 per 100 mm2. 強化繊維糸条を用いて強化繊維布帛形態を形成し、樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら強化繊維基材を形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させ、強化繊維基材の厚み方向に貫通した空間を形成することを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。   Reinforced fiber yarn form is formed using reinforcing fiber yarns, and a reinforcing fiber base is formed after bonding or adhering a resin material, and a pin having protrusions is penetrated from the surface of the reinforcing fiber base to strengthen it. A method for producing a reinforced fiber base material, wherein a space penetrating in the thickness direction of the fiber base material is formed. 強化繊維糸条を用いて強化繊維布帛形態を形成し、樹脂材料を接着した後あるいは接着させながら強化繊維基材を形成しつつ、レーザー光の照射により強化繊維基材の厚み方向に貫通した空間を形成することを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。   A space penetrated in the thickness direction of the reinforcing fiber base by irradiation with laser light while forming a reinforcing fiber base using a reinforcing fiber yarn and forming a reinforcing fiber base after bonding or adhering a resin material A method for producing a reinforcing fiber substrate, characterized in that is formed. 強化繊維基材に接着している樹脂材料により強化繊維基材同士を接着した後あるいは接着させながらプリフォームを形成しつつ、突起を有するピンを強化繊維基材の表面から貫通させ、プリフォームの厚み方向に貫通した空間を形成することを特徴とする、プリフォームの製造方法。   After forming the preform while bonding the reinforcing fiber substrates to each other with the resin material bonded to the reinforcing fiber substrate, the pin having the protrusion is penetrated from the surface of the reinforcing fiber substrate, A method for producing a preform, wherein a space penetrating in the thickness direction is formed. 強化繊維基材に接着している樹脂材料により強化繊維基材同士を接着した後あるいは接着させながらプリフォームを形成しつつ、レーザー光の照射によりプリフォームの厚み方向に貫通した空間を形成することを特徴とする、プリフォームの製造方法。   Forming a space penetrating in the thickness direction of the preform by irradiating with laser light while forming the preform after bonding the reinforcing fiber substrates to each other with the resin material bonded to the reinforcing fiber substrate A process for producing a preform, characterized in that
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