JP2007196685A - 成形前駆体、rtm成形方法、および繊維強化樹脂成形体 - Google Patents
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Abstract
従来のRTM成形方法の問題である成形体外縁の端部に関し、成形後のバリ取りのためのNC機械加工などによるコストアップ要因や強化繊維が行き渡らない樹脂リッチ部分の発生による強度低下要因などを排除するために工夫された、樹脂注入成形される前の成形体用強化繊維基材、即ち成形前駆体および該成形前駆体を効果的に適用したRTM成形方法を提供する。
【解決手段】
基材の圧縮特性が35%〜80%の範囲である第2の基材を、外表面を形成する第1の基材と内部面を形成する第3の基材にて挟んだ3層構造から構成することや、第2の基材として樹脂の含浸係数が1×10−10m2以上である基材を用いたりすることにより、成形だけでなく成形体外縁の端部のバリ取りも容易な構造を見出すに至った。
【選択図】図3
Description
あるいは、繊維基材内に未硬化の樹脂を含浸させる方法として、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂、又は、金属からなるメッシュ状のシートを、成形型や可撓性のフィルムと繊維シートとの間に介在させて未硬化の樹脂を供給する方法(例えば、特許文献2参照)や、空間内に配置される発泡性材料等のコア材の表面に溝を形成する方法(例えば、特許文献4参照)や、成形型の内面に凹凸を形成する方法(例えば、特許文献2,3参照)、更に積層体の中央部に嵩密度の小さい補強繊維マット層を配置することで樹脂の含浸性を上げる方法(例えば、特許文献4)等が知られている。
第2の基材が、上記圧縮特性を有することにより、上下型での圧縮賦形時成形品の厚みに追従する特性や賦形性がえられ、また十分な、繊維間の隙間が保持されるため良好な含浸特性が得られるのである。かかる圧縮特性を有する基材であれば、特に素材や形態は限定されないが、素材の例としては、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維やその酸化繊維などの有機繊維等の単一繊維または複数の繊維の集合体が、形態としては織物や不織布等が挙げられる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアクリロニトリル繊維やその酸化繊維などの不織布が好ましく用いられる。
v=(K/μ)×(ΔP/ΔL)・・・(1)
ここで、v(m/s)は含浸速度、K(m2)は含浸係数、μは樹脂粘度(Pa・s)、ΔP(Pa)/ΔL(m)は単位長さ当たりの圧力こう配である。この式を時間t(s)で積分すれば、含浸係数は以下の式で得ることができる。
K=(L×L×μ)/(2×P×t)・・・(2)
ここで、L(m)は樹脂注入口からフローフロント(流動樹脂の先端)までの距離である。(2)式から、樹脂注入口からフローフロントまでの距離とそこへの到達時間、樹脂粘度、成形圧力が分かれば、含浸係数が計算できる。よって含浸係数の測定は、一例として図12に示すような装置を用いて平板のような基本形状に対して含浸係数測定実験を行い、これらを測定することで含浸係数Kが測定できる。
Tt:厚み比率
T1:第1の基材の厚み
T2:第2の基材の厚み
T3:第3の基材の厚み
なお本発明の成形前駆体を用いる成形法は、例えば、VaRTM成形等にも用いることが出きるが、特にRTM成形に好適である。
炭素繊維織物、東レ(株)製CO6343B(織り組織:平織り、織物目付:198g/m2、強化繊維:T300B−3K、弾性率:230GPa、強度:3530MPa、繊度:198tex、フィラメント数:3000本)に予め融点71℃の樹脂(エポキシ変性熱可塑樹脂)を10±3g/m2付着させた基材。
炭素繊維織物、東レ(株)製BT70−30(織り組織:平織り、織物目付:317g/m2、強化繊維:T700SC−12K、弾性率:230GPa、強度:4900MPa、繊度:800tex、フィラメント数:12000本)に予め融点71℃の樹脂(エポキシ変性熱可塑樹脂)を5±3g/m2付着させた基材。
耐炎糸不織布、トラスコ中山(株)製カーボンフェルト50CF(布帛の形態:フェルト状不織布、目付:680g/m2)。
主剤: エピコート”828(油化シェルエポキシ社製、エポキシ樹脂)
硬化剤:東レ(株)ブレンド TR−C35H(イミダゾール誘導体)
混合比:主剤:硬化剤=10:1。
図9に示すように全周にT1=3.4mmとなる膨らみを持ち、L1=500mm,L2=20mm,L3=20mm,T2=2.0mmとなる断面を持つ賦形型を準備した。
基材Aの含浸係数K=0.6×10-10 m2
基材Cの含浸係数K=3.6×10-10m2であった。
実施例1における、第1の基材として基材Bを(0/90)の1Ply,第2の基材として、基材Cを1ply,。続いて、第3の基材として基材Aを(0/90)の1Plyとした以外は、同じ方法を用いて成形体を得た。
基材Aの含浸係数K=0.6×10-10 m2
基材Bの含浸係数K=0.66×10-10m2
基材Cの含浸係数K=3.6×10-10m2であった。
(実施例3)
図10に示すように全周にT1=5mmとなる膨らみを持ち、L1=500mm,L2=20mm,L3=20mm,L4=300mm,T2=2.6mm,T3=9mmとなる断面を持つ賦形型を準備した。
第2の基材の2層の中間に図11に示すような配置でコア材308としてコア材aを配置した。この時のコア材308の長さは、290mmとした。賦形型下型303に配置し、上型304を閉じた。これら賦形型は、100℃に温調されており、型を閉じた状態で5分間保持した後に型を開けて、成形前駆体を取り出した。
実施例1の第2の基材として、基材Aを(0/90)の4Ply構成にした以外は同じ方法を用いて成形体を得た。なお、この時測定した基材Aの圧縮特性は、26.8%であった。また、実施例1と同様に含浸係数を測定したところ、基材Aの含浸係数K=0.68×10-10m2であった。
101 繊維強化樹脂成形体
102 強化繊維基材
103 樹脂リッチ部分
105:成形型(上型)
106:成形型(下型)
107:第1の基材
108:第2の基材
109:第3の基材
205:成形型(上型)
206:成形型(下型)
207:第1の基材
208:第2の基材
209:第3の基材
210:コア材
211:第3の基材
212:第2の基材
301:成形型(下型)
302:成形型(上型)
303:成形型(下型)
304:成形型(上型)
305:第1の基材
306:第2の基材
307:第3の基材
308:コア材
401:樹脂含浸係数測定装置
402:樹脂タンク
403:真空ポンプ
404:基材
405:注入口
406:排出口
h1: 圧縮前の積層基材高さ
h2: 圧縮後の積層基材高さ
W: 圧縮荷重
L1: 本体部
L2: バリ形成部
L3: バリ形成部
L4: サンドイッチ部
L5: コア部
T1: 成形体端部厚み
T2: 成形体本体部厚み
T3: 成形体サンドイッチ部厚み
Claims (13)
- 外表面を形成する第1の基材と内部面を形成する第3の基材の間に、明細書中に規定する圧縮特性が35%〜80%の範囲である第2の基材を挟んだ3層構造を有することを特徴とする成形前駆体。
- 前記第1の基材、および前記第3の基材が、樹脂の含浸係数が0.9×10−10m2以下であることを特徴とする請求項1に記載の成形前駆体。
- 前記第2の基材が、樹脂の含浸係数が1×10−10m2以上である基材であることを特徴とする請求項1または2に記載の成形前駆体。
- 前記第1,前記第2および前記第3の基材の内、少なくとも1つの基材が成形・加工後、製品を形成する本体部の縁から外方に連続して延び成形後バリとなるバリ形成部を構成することを特徴とする特許請求項1〜3のいずれかに記載の成形前駆体。
- 少なくとも前記第1の基材と前記第2の基材が、前記バリ形成部を構成し、前記バリ形成部において前記第1の基材が前記第2の基材の少なくとも一部を被覆するように配置されていることを特徴とする請求項4に記載の成形前駆体。
- 少なくとも前記第2の基材と前記第3の基材が、前記バリ形成部を構成し、前記バリ形成部において前記第3の基材が前記第2の基材の少なくとも一部を被覆するように配置されていることを特徴とする請求項4または5に記載の成形前駆体。
- 発泡体からなるコア材を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の成形前駆体。
- 前記発泡体からなるコア材を前記第2の基材に接するように配置したことを特徴とする請求項7に記載の成形前駆体。
- 前記第2の基材が不織布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成形前駆体。
- 前記第2の基材の目付が10〜1500g/m2の繊維構造体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成形前駆体。
- 前記第2の基材と、前記第1および前記第3の基材の厚みの割合が10以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の成形前駆体。
- 前記成形前駆体を成形型内に配置し、樹脂を前記成形型内に注入し硬化させることによって繊維強化樹脂成形体を成形するRTM成形方法であって、請求項1〜11記載のいずれかの成形前駆体を用いていることを特徴とするRTM成形方法。
- 成形前駆体を成形型内に配置し、樹脂と共に硬化させることによって得られる繊維強化樹脂成形体であって、請求項1〜12記載のいずれかの成形前駆体を用いていることを特徴とする強化樹脂成形体。
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