JP2006347133A - Marking method of reinforcing fiber substrate, manufacturing method of fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強化繊維基材のマーキング方法、繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材に関する。 The present invention relates to a method for marking a reinforcing fiber substrate, a method for producing a fiber-reinforced composite material, and a fiber-reinforced composite material.
従来より、FRP構造体(繊維強化プラスチックの成形品=繊維強化複合材)を製造する方法の一つとしてレジントランスファーモールディング法(以下、「RTM法」と略記する。)が採用されている。RTM法は、芯材として機能する高強度・高弾性率繊維の強化繊維基材(以下「プリフォーム」という。)を所定の形状に賦形した後、該プリフォームを成形型内に配置し、この成形型内に熱硬化性樹脂を注入してプリフォームに含浸させた後、加熱硬化させてFRP構造体を得る方法である。 Conventionally, a resin transfer molding method (hereinafter abbreviated as “RTM method”) has been adopted as one method for producing an FRP structure (a molded product of fiber reinforced plastic = fiber reinforced composite material). In the RTM method, a high-strength, high-modulus fiber reinforced fiber base material (hereinafter referred to as “preform”) that functions as a core is shaped into a predetermined shape, and then the preform is placed in a mold. In this method, a thermosetting resin is injected into the mold and impregnated into a preform, followed by heat curing to obtain an FRP structure.
ところで、一般に、賦形前のプリフォームに対しては、プリフォームを所定形状に賦形する際の基準となる折り曲げラインやプリフォームを成形型内に配置する際の基準となる位置決めライン等の基準ライン(基準マーク)のマーキングが行われる。例えば、特許文献1に記載のマーキング方法では、ドライクロスからなるプリフォームに位置決めラインを油性マーカペンにより手書きでマーキングし、成形型には、予めプリフォームの位置決めラインに対応する基準線をマーキングするようにしている。そして、プリフォームにマーキングされた位置決めラインと成形型の基準線とを合わせるようにして、プリフォームを成形型内に位置決め配置するようにしていた。
ところが、上記方法では、ドライクロスからなるプリフォームに位置決めラインを油性マーカペンにより手書きでマーキングするため、マーキングされた位置決めラインがにじんだりすることがあった。また、プリフォームが繊維物である場合、その表面は凹凸面であることが多く、そのような場合には、マーキングされた位置決めラインが歪んでラインの真直性が悪くなることもあった。したがって、にじんだり歪んだりしたマーキング精度の良くないラインをプリフォームに対する各種処置の基準(賦形時の折り曲げ基準や、成形型への位置決め基準)とすると、プリフォームの賦形精度や成形型への位置決め精度が低下してしまうため、成形されるFRP構造体(繊維強化複合材)の歩留まりが低下するという問題があった。また、油性マーカペンによりマーキングすることにより、その部分が、成形時に欠陥となり、物性低下につながる虞があった。 However, in the above method, since the positioning line is marked by hand with an oil-based marker pen on a preform made of dry cloth, the marked positioning line may be blurred. In addition, when the preform is a fiber, the surface thereof is often an uneven surface. In such a case, the marked positioning line is distorted and the straightness of the line may be deteriorated. Therefore, if a line with poor marking accuracy that is blurred or distorted is used as the standard for various treatments for the preform (bending standard at the time of molding and positioning standard for the mold), the molding accuracy of the preform and the mold As a result, the yield of the molded FRP structure (fiber reinforced composite material) is reduced. Further, by marking with an oil-based marker pen, there is a possibility that the portion becomes a defect at the time of molding and leads to deterioration of physical properties.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、マーキング精度を向上できる強化繊維基材のマーキング方法、歩留まりが良好な繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to provide a marking method for a reinforced fiber base material capable of improving marking accuracy, a method for producing a fiber reinforced composite material with good yield, and fiber reinforced. It is to provide a composite material.
上記目的を達成するために、強化繊維基材のマーキング方法に係る請求項1に記載の発明は、繊維強化複合材の芯材となる強化繊維基材に対して、該強化繊維基材に所定処置を施す際の基準となる基準マークを糸状繊維によりマーキングすることを要旨とする。これによれば、油性マーカペン等で基準マークをマーキングする場合と比較して、基準マークがにじんだりすることもなく、精度良くマーキングを行うことができる。
In order to achieve the above object, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の強化繊維基材のマーキング方法において、前記糸状繊維は芳香族ポリアミド繊維であることを要旨とする。芳香族ポリアミド繊維は高強力で耐熱性にも優れているため、このような芳香族ポリアミド繊維からなる糸状繊維によれば、強化繊維基材に対して基準マークを安定した状態で確実にマーキングすることができる。 The gist of the second aspect of the invention is the reinforcing fiber substrate marking method according to the first aspect, wherein the filamentous fibers are aromatic polyamide fibers. Since aromatic polyamide fibers have high strength and excellent heat resistance, according to the filamentous fibers made of such aromatic polyamide fibers, the fiducial marks are reliably marked stably on the reinforcing fiber substrate. be able to.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の強化繊維基材のマーキング方法において、前記糸状繊維は熱可塑性繊維であって、前記強化繊維基材に熱溶着されることを要旨とする。これによれば、強化繊維基材の表面が凹凸面であったとしても、安定して基準マークをマーキングすることができるとともに、短時間でマーキングできるため作業効率を向上させることができる。
The invention according to
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の強化繊維基材のマーキング方法において、前記糸状繊維を前記強化繊維基材の表面上において所定方向へ張設した状態で該強化繊維基材の表面上に熱溶着することを要旨とする。これによれば、基準マークが所定長さの直線状である場合に、基準マークの真直性を確保しやすく、さらに好適なマーキング態様となる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the reinforcing fiber substrate marking method according to the third aspect, wherein the reinforcing fibers are stretched in a predetermined direction on the surface of the reinforcing fiber substrate. The gist is to heat-weld on the surface of the substrate. According to this, when the reference mark is a straight line having a predetermined length, it is easy to ensure the straightness of the reference mark, which is a more preferable marking mode.
また、繊維強化複合材の製造方法に係る請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の強化繊維基材のマーキング方法によって基準マークをマーキングされた強化繊維基材を、前記基準マークを成形型に対する位置決め配置の基準にして成形型内に配置し、該成形型内に樹脂を注入して前記強化繊維基材に含浸させた後、前記樹脂を硬化させて繊維強化複合材を製造することを要旨とする。これによれば、マーキング精度の良いプリフォームを芯材として用い且つ該プリフォームを正確に成形型内に位置決め配置した状態で成形できるため、製造されるFRP構造体の歩留まりを良好にできる。
Moreover, the invention according to
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の繊維強化複合材の製造方法において、前記強化繊維基材は、前記成形型内に配置される前に、前記基準マークを基準にして所定形状に賦形されることを要旨とする。これによれば、プリフォームの賦形精度が良好であることから、製造されるFRP構造体の寸法精度を良好に維持できる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a fiber-reinforced composite material according to the fifth aspect, the reinforcing fiber base is formed with reference to the reference mark before being placed in the mold. The gist is that it is shaped into a predetermined shape. According to this, since the shaping accuracy of the preform is good, the dimensional accuracy of the manufactured FRP structure can be maintained well.
また、繊維強化複合材に係る請求項7に記載の発明は、請求項5又は請求項6に記載の繊維強化複合材の製造方法によって製造されることを要旨とする。これによれば、マーキング精度の良いプリフォームを芯材として用いるため、歩留まりがよく寸法精度の高い繊維強化複合材とすることができる。
The gist of the invention according to claim 7 relating to the fiber-reinforced composite material is that it is manufactured by the method for manufacturing a fiber-reinforced composite material according to
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図3に従って説明する。
図1(a)に示すように、本実施形態で用いるプリフォーム(強化繊維基材)1は、高強度・高弾性率を有するガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等からなる織物、編物、不織布の積層体または三次元織物、三次元編物、ランダムマットなどであって、その表面は細かい凹凸面状になっている。本実施形態では、このプリフォーム1を芯材として、レジントランスファーモールディング法(以下、「RTM法」という。)により、図1(d)に示すFRP構造体(繊維強化複合材)10を製造する。すなわち、FRP構造体10は、プリフォームマーキング工程(図1(b)参照)及びプリフォーム賦形工程(図1(c)参照)を経たプリフォーム1を図2に示す成形用金型(成形型)20を用いたRTM法により製造される。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1A, a preform (reinforced fiber base material) 1 used in this embodiment is a woven fabric, knitted fabric, or non-woven fabric made of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber or the like having high strength and high elastic modulus. Or a three-dimensional woven fabric, a three-dimensional knitted fabric, a random mat, and the like, and the surface thereof has a fine uneven surface. In the present embodiment, the FRP structure (fiber reinforced composite material) 10 shown in FIG. 1D is manufactured by the resin transfer molding method (hereinafter referred to as “RTM method”) using the
図1(b)に示すプリフォームマーキング工程では、予め所定形状(本実施形態では矩形板状)にカットされたプリフォーム1に対して、賦形時の基準となる折り曲げライン(基準マーク)2,3及びプリフォーム1を成形用金型20内に位置決め配置する際の基準となる位置決めライン(基準マーク)4がそれぞれマーキングされる。そして、図1(c)に示すプリフォーム賦形工程では、前記マーキングされたプリフォーム1が前記折り曲げライン2,3に沿って折り曲げられることにより、完成品としてのFRP構造体10の形状(図1(d)参照)と略同一形状(図1(c)参照)に賦形される。
In the preform marking step shown in FIG. 1 (b), a bending line (reference mark) 2 that serves as a reference at the time of shaping with respect to the
以下、本発明の要部であるプリフォームマーキング工程を中心に、プリフォーム賦形工程、プリフォーム型込め工程、樹脂含浸工程について詳細に説明する。
まず、プリフォームマーキング工程においては、図1(b)に示すように、糸状繊維5がプリフォーム1の表面上において上記折り曲げライン2,3及び位置決めライン4の各マーキング予定位置に平行となるように配設される。なお、本実施形態の糸状繊維5としては、例えば、トリアセテート、ビニロン、ナイロン(登録商標)、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリウレタン、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の熱可塑性繊維を用いることができる。
Hereinafter, the preform shaping process, the preform molding process, and the resin impregnation process will be described in detail with a focus on the preform marking process, which is the main part of the present invention.
First, in the preform marking process, as shown in FIG. 1B, the
本実施形態では、この糸状繊維5が、2本の折り曲げライン2,3及び当該両折り曲げライン2,3の中間に位置する1本の位置決めライン4の各マーキング予定位置上に、クランプ6によって所定方向に張設された状態で配置される。そして、プリフォーム1上に張設された糸状繊維5が加熱ローラ7で上方からプリフォーム1の表面に向けて圧接される。すると、糸状繊維5は熱可塑性繊維であるため、加熱ローラ7による加熱により溶融してプリフォーム1の表面上に熱溶着される。このようにして、2本の折り曲げライン2,3と1本の位置決めライン4がそれぞれ糸状繊維5によりマーキングされる。なお、このとき、糸状繊維5は張設された状態で熱溶着されるため、糸状繊維5が撓んでマーキングラインがぶれたりすることなく真っ直ぐにマーキングされる。
In the present embodiment, the thread-
次に、プリフォーム賦形工程においては、図1(c)に示すように、前記プリフォームマーキング工程を経たプリフォーム1が前記各折り曲げライン2,3に沿って断面略U字状に折り曲げられる。なお、プリフォーム賦形工程でプリフォーム1を賦形する際には、図示しない賦形装置が用いられる。
Next, in the preform shaping step, as shown in FIG. 1 (c), the
次いで、プリフォーム型込め工程では、プリフォーム1が成形用金型20内に配置される。本実施形態で使用する成形用金型20は、図2に示すように、上型21と下型22とからなり、下型22の上面には凹部23が形成されている。この凹部23は、上型21と下型22とが当接した際、すなわち成形用金型20が型締めされた際に、上型21の下面に形成された凸部24との間にキャビティSを形成するものであり、前記プリフォーム1を収容配置可能な大きさに形成されている(図2,図3参照)。なお、図2、図3では、明確化のために、キャビティS内においてプリフォーム1とキャビティSの内壁との間に隙間があるように図示されているが、実際には、キャビティS内にプリフォーム1は隙間なく収容される。
Next, in the preform molding step, the
また、成形用金型20における下型22には、図示しない射出機から合成樹脂(本実施形態では、熱硬化性樹脂)をキャビティS内に注入するための注入路25が形成されている。また、同じく下型22において前記凹部23を挟んで注入路25の形成位置とは反対側となる位置には、前記注入路25からキャビティS内に注入された合成樹脂のうちオーバーフローした余剰樹脂をキャビティS外へ排出するための排出路26が形成されている。
The
また、図3に示すように、下型22の上面には、前記プリフォーム1を下型22の凹部23内に位置決め配置する際に、プリフォーム1側の位置決めライン4と位置合せされる位置マーク27,28が2箇所にマーキングされている。すなわち、この位置マーク27,28は、凹部23の幅方向中間位置に形成されている。このため、プリフォーム1側の位置決めライン4の両端を下型12側の位置マーク27,28に揃えるように位置合せしてプリフォーム1を下型22の凹部23内に配置することによって、プリフォーム1を成形用金型20内の中央位置に正確に位置決めすることができる。
Further, as shown in FIG. 3, on the upper surface of the
次いで、樹脂含浸工程では、下型22の凹部23内にプリフォーム1を位置決め配置した状態で上型21と下型22とを型締めした後、注入路25から熱硬化性樹脂をキャビティS内に注入してプリフォーム1に含浸させる。また、キャビティS内に充満した熱硬化性樹脂のうちオーバーフローした余剰樹脂は排出路26を介してキャビティS外へ排出される。そして、キャビティS内で熱硬化性樹脂が完全に硬化した後、成形用金型20が型開きされ、下型22の凹部23内からFRP構造体10が脱型される。なお、脱型したFRP構造体10は必要に応じてトリミングされて完成品となる。
Next, in the resin impregnation step, the
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、糸状繊維5でプリフォーム1に折り曲げライン2,3及び位置決めライン4をマーキングするため、油性マーカペン等でマーキングする場合と比較して、マーキングした各ライン2,3,4がにじんだりすることもなく、ラインの真直性が確保される。すなわち、プリフォーム1に対する各ライン2,3,4のマーキング精度が向上し、これにより、プリフォーム1の賦形精度や成形用金型20へのプリフォーム1の位置決め精度を向上させることができる。さらには、こうしたプリフォーム1を芯材として製造されるFRP構造体10の歩留まりを良好にできる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In the above embodiment, since the
(2)上記実施形態では、糸状繊維5が張設された状態で熱溶着されるため、熱溶着時に糸状繊維5が撓んで折り曲げライン2,3や位置決めライン4がぶれたりすることがなく、ラインの真直性が良好に確保される。したがって、賦形精度や位置決め精度の向上を図る上で更に好適なマーキング態様となる。
(2) In the above embodiment, since the yarn-
(3)また、プリフォーム1の表面上に糸状繊維5を熱溶着処理によりマーキングすることで、表面が細かい凹凸面状のプリフォーム1に対しても安定してマーキングすることができるともに、短時間でマーキング作業を行うことができ作業効率を向上させることができる。
(3) Further, by marking the fiber-
なお、上記実施形態は以下の別の実施形態(別例)に変更してもよい。
○ 上記実施形態において、糸状繊維5は、折り曲げライン2,3及び位置決めライン4の各ラインごとに異なる色の糸状繊維を使い分けしてもよい。
In addition, you may change the said embodiment into the following other embodiment (another example).
In the above embodiment, the thread-
○ 上記実施形態において、プリフォーム1には、折り曲げライン2,3のみを糸状繊維5によりマーキングするものであってもよく、又は、位置決めライン4のみを糸状繊維5によりマーキングするものであってもよい。
In the above embodiment, the
○ 上記実施形態において、折り曲げライン2,3のマーキング位置及びマーキング数は1つ(1カ所)又は3つ(3カ所)以上であってもよい。同様に、位置決めライン4のマーキング位置及びマーキング数は、成形用金型20の下型22に形成された位置マーク27,28と対応するものであれば、2つ(2カ所)以上であってもよい。
In the above embodiment, the marking positions and the number of markings on the
○ 上記実施形態において、糸状繊維5を張設状態とせずにプリフォーム1の表面上に熱溶着させてもよい。また、糸状繊維5を張設状態とする場合、その張設手段は実施形態に記載のクリップ6以外に作業者が手で把持する等、適宜変更可能である。
In the above embodiment, the
○ 手作業又は機械作業で糸状繊維5をすくい縫いしてプリフォーム1に折り曲げライン2,3等をマーキングする形態としてもよい。この場合、糸状繊維5には、各種の合成繊維及び天然繊維を使用可能であるが、芳香族ポリアミド系繊維、すなわちアラミド繊維を使用するのが好適である。アラミド繊維は、高強力で耐熱性にも優れた「パラ系」と、難燃性、耐熱性の高い「メタ系」とに分けられる合成繊維であって、メタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライドを主原料とし、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを成分とする有機合成繊維である。このアラミド繊維は、化学的に安定で、かつ、ひろがりを持ったベンゼン環を、アミド結合で、メタ型に連続して結合させることによって、ポリエステルやナイロン(登録商標)等の既存の合成繊維や天然繊維並みの繊維性能(強伸度、弾性率、比重、風合い、色など)を保持している。例えば、空気中で溶融することなく、400℃ではじめて分解、炭化を開始する耐熱性と限界酸素指数(LOI値)29以上という防燃性、難燃性を併せ持っている。よって、アラミド繊維を糸状繊維として使用する場合には、ナイロン(登録商標)等に比較して高強力で耐熱性にも優れていることからマーキングラインが安定するという効果を奏すことができるため好ましい。
O It is good also as a form which scoops the thread-
○ 上記実施形態のプリフォーム(強化繊維基材)のマーキング方法は、RTM法で製造されるFRP構造体10の芯材としてのプリフォーム1に適用されるものに限らず、その他の方法で製造されるFRP構造体の芯材としてのプリフォームに適用してもよい。
○ The marking method of the preform (reinforcing fiber substrate) of the above embodiment is not limited to the one applied to the
○ 上記実施形態のFRP構造体の製造方法において、熱可塑性樹脂を樹脂含浸工程で使用してもよい ○ In the manufacturing method of the FRP structure of the above embodiment, a thermoplastic resin may be used in the resin impregnation step.
1…強化繊維基材としてのプリフォーム、2,3…基準マークとしての折り曲げライン、4…基準マークとしての位置決めライン、5…糸状繊維、10…繊維強化複合材としてのFRP構造体、20…成形型としての成形用金型。
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