JP2007237642A - Manufacturing method for fiber-reinforced plastic panel with opening - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、開口部を有する繊維強化プラスチック(以下、FRPと略記する場合もある)パネルの製造方法および開口部を有するFRPパネルに関し、特に樹脂を強化繊維基材およびコア材表面に効率良く、均一に含浸させることのできる、軽量かつ高強度・高剛性な開口部を有するFRPパネルの製造方法、およびその製造方法により作製した開口部を有するFRPパネルに関する。 The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic (hereinafter sometimes abbreviated as FRP) panel having an opening and an FRP panel having an opening, and in particular, the resin is efficiently applied to the surface of the reinforcing fiber substrate and the core material. The present invention relates to a method for manufacturing an FRP panel having a lightweight, high-strength, high-rigidity opening that can be uniformly impregnated, and an FRP panel having an opening manufactured by the manufacturing method.
FRPサンドイッチパネルRTM成形法による製造方法では、成形型の上に、強化繊維基材およびコア材を配置し、全体をバグ基材で覆い、内部を真空状態にし、バッグ基材内の強化繊維基材およびコア材に樹脂を含浸することによりFRPサンドイッチパネルが成形される。(例えば特許文献1)
コア材に強化繊維基材を配置し、樹脂を注入して強化繊維基材に含浸させてFRPパネルを成形するに際し、コア材に溝や貫通穴を設け、また樹脂拡散媒体を配置するなどにより、該溝や貫通穴および樹脂拡散媒体を通して樹脂を拡散させ強化繊維基材に含浸させるようにした製造方法が用いられている。上記製造方法を用いて、開口部を有するFRPパネルを製造する際には、成形型そのものに開口部形状を設ける、もしくは開口部となる部分に、置き子等を配置することにより製造する手段が取られている。しかし、成形型に開口部形状を設けたり、開口部に用いる置き子を作製することによりコストが高いものとなる。また、開口部においてコア材が温度や湿度等の環境要因により劣化することを防ぐため、端部を強化繊維基材同士で貼り合わせる方法や、予めコア材に強化繊維基材等をラップするなどしてから樹脂を含浸させる方法が用いられるが、強化繊維基材同士の界面で剥離が生じやすい問題や、材料および作業工程の増加による重量およびコストの増加の問題が発生する。
When forming a FRP panel by placing a reinforcing fiber base material on the core material, injecting the resin and impregnating the reinforcing fiber base material, providing a groove or a through hole in the core material, or placing a resin diffusion medium, etc. In addition, a manufacturing method is used in which a resin is diffused through the grooves and through holes and a resin diffusion medium so that the reinforcing fiber base material is impregnated. When manufacturing an FRP panel having an opening using the above manufacturing method, means for manufacturing by providing an opening shape in the mold itself, or by placing a placement element or the like in the portion to be the opening. Has been taken. However, the cost is increased by providing an opening shape in the mold or producing a holder used for the opening. In addition, in order to prevent the core material from deteriorating due to environmental factors such as temperature and humidity in the opening, a method of pasting the end portions between the reinforcing fiber bases, or wrapping the reinforcing fiber base or the like in advance on the core material, etc. Then, a method of impregnating the resin is used. However, there arises a problem that peeling is likely to occur at the interface between the reinforcing fiber bases, and a problem of increase in weight and cost due to an increase in materials and work processes.
本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、樹脂を強化繊維基材およびコア材表面に効率良く、含浸させることにより、コア材の環境要因による劣化を防ぐことができる、軽量かつ高強度・高剛性な開口部を有するFRPパネルの製造方法および該製造方法によって作製された開口部を有するFRPパネルを提供することにある。 The subject of this invention pays attention to the above problems, and by efficiently impregnating the surface of the reinforcing fiber base and the core material with the resin, it is possible to prevent deterioration due to environmental factors of the core material, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an FRP panel having an opening with high strength and high rigidity, and an FRP panel having an opening produced by the manufacturing method.
上記課題を解決するために、本発明に係る開口部を有するFRPパネルの製造方法は少なくとも片面に溝を有するコア材と強化繊維基材を成形型に配置し、全体をバッグ基材で覆い、バック基材で覆われた内部を真空状態にした後、樹脂を注入し、コア材の溝を樹脂流路として強化繊維基材に樹脂を含浸させるFRPパネルの製造方法であって、コア材に開口部を設け、該開口部内側に樹脂注入ラインを配置すると共に、コア材に前記樹脂注入ラインから放射状に溝を設けることを特徴とすることからなる。 In order to solve the above-mentioned problem, the method for producing an FRP panel having an opening according to the present invention includes a core material having a groove on at least one side and a reinforcing fiber base material arranged in a mold, and the whole is covered with a bag base material. A method of manufacturing an FRP panel in which a resin is injected after the inside covered with a back base material is evacuated, and a reinforcing fiber base material is impregnated with the resin by using a groove of the core material as a resin flow path. An opening is provided, a resin injection line is disposed inside the opening, and a groove is provided in the core material radially from the resin injection line.
この開口部を有するFRPパネルの製造方法においては、開口部内側に設けられた樹脂注入ラインより樹脂が注入されるため、強化繊維基材が配置されていないコア材表面にも樹脂が含浸されるためコア材が環境要因により劣化することもなく、また開口部形状を有する成形型や開口部に配置する置き子も必要なく、低コストで軽量かつ高強度・高剛性な開口部を有するFRPパネルを製造することが可能である。 In the manufacturing method of the FRP panel having the opening, since the resin is injected from the resin injection line provided inside the opening, the surface of the core material on which the reinforcing fiber base material is not disposed is also impregnated with the resin. Therefore, the core material is not deteriorated due to environmental factors, and there is no need for a mold having an opening shape or a laying element arranged in the opening, and an FRP panel having a light, high strength and high rigidity opening at low cost. Can be manufactured.
上記に用いるコア材としては軽量化の観点から、発泡体であることが好ましい。 The core material used above is preferably a foam from the viewpoint of weight reduction.
また航空機や鉄道において不燃性材料として用いられるフェノール樹脂である場合、樹脂の粘度が少々高くても、本製造方法を用いることにより樹脂を強化繊維基材およびコア材表面に効率良く、含浸させることができる。強化繊維基材としては高い強度と剛性および軽量性を発揮できる炭素繊維を用いることが好ましい。また、本製造方法により得られた開口部を有するFRPパネルは軽量かつ高強度・高剛性であり、かつ低コストで製造が可能であるため、航空機、鉄道や自動車などのドアに用いることが好ましい In the case of a phenol resin used as an incombustible material in aircraft and railways, even if the viscosity of the resin is a little high, the resin can be efficiently impregnated on the surface of the reinforcing fiber base and the core material by using this production method. Can do. As the reinforcing fiber base, it is preferable to use carbon fibers that can exhibit high strength, rigidity, and lightness. In addition, since the FRP panel having an opening obtained by this manufacturing method is lightweight, high in strength and high in rigidity, and can be manufactured at low cost, it is preferably used for doors of aircraft, railways, automobiles and the like.
本発明の開口部を有するFRPパネルの製造方法によれば、強化繊維基材およびコア材の強化繊維基材を配置していない部分の表面にも樹脂が均一に効率よく含浸するようにしたので、開口部に対応する形状を有する成形型や、置き子の作製、またコア材の環境要因による劣化を防止する特別な策を取らずに、コア材が劣化しない、軽量かつ高強度・高剛性な開口部を有するFRPパネルを安価に製造することができる。 According to the method for manufacturing an FRP panel having an opening of the present invention, the resin is uniformly and efficiently impregnated on the surface of the reinforcing fiber base and the portion of the core material where the reinforcing fiber base is not disposed. , Light weight, high strength and high rigidity without deterioration of the core material without taking special measures to prevent the core material from deteriorating due to environmental factors. An FRP panel having a simple opening can be manufactured at low cost.
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の成形方法において対象とする開口部を有するFRPパネルとは、コア材、該コア材表面に含浸された樹脂および該コア材に配置されたFRP板とを有するものである。 First, the FRP panel having an opening as a target in the molding method of the present invention includes a core material, a resin impregnated on the surface of the core material, and an FRP plate disposed on the core material.
このFRP板とは強化繊維基材と樹脂を含む複合材料である。 The FRP plate is a composite material including a reinforcing fiber base and a resin.
強化繊維基材を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等の通常の強化繊維基材に用いる材料が使用でき、それらを組み合わせて用いることも可能である。中でも軽量化効果を最大限に発揮できる炭素繊維が好ましい。強化繊維基材の形態としては、織物、マット、ストランド、ロービングを単独あるいは混合して使用することが好ましい。 As the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber substrate, materials used for ordinary reinforcing fiber substrates such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, and boron fiber can be used, and these can be used in combination. Among these, carbon fibers that can maximize the weight reduction effect are preferable. As the form of the reinforcing fiber base, it is preferable to use a woven fabric, a mat, a strand, or a roving alone or in combination.
FRP板を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が成形性およびコストの点で好ましい。また、不燃性の観点から特に、フェノール樹脂を用いることが好ましい。 As the resin constituting the FRP plate, a thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a phenol resin, or a vinyl ester resin is preferable in terms of moldability and cost. Moreover, it is preferable to use a phenol resin especially from a nonflammable viewpoint.
コア材としては発泡体や木材等を使用できるが、軽量化の点で発泡体が好ましい。発泡体の材質としては、塩化ビニル、アクリル、フェノール、ウレタンおよびポリスチレン製のフォームコア材等を用いることができる。 A foam or wood can be used as the core material, but a foam is preferable in terms of weight reduction. As the material of the foam, foam core material made of vinyl chloride, acrylic, phenol, urethane, polystyrene, or the like can be used.
本発明に用いられるコア材の溝パターン例を図1および図2に示す。コア材の開口部とは図1に示すように、開口部3の外周がコア材1によって全周囲まれており、その条件を満たせばどの位置にあっても良い。また開口部3の形状は円、楕円、長方形、多角形等どんな形状であっても良い。 Examples of the groove pattern of the core material used in the present invention are shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the opening of the core material is such that the outer periphery of the opening 3 is entirely surrounded by the core material 1 and may be located at any position as long as the condition is satisfied. The shape of the opening 3 may be any shape such as a circle, an ellipse, a rectangle, or a polygon.
図1においてはコア材1の開口部3にある樹脂注入ライン位置4に対して放射状の溝2が設けられている。本発明において、放射状とは樹脂注入ライン端部の点を中心とした半円上の点における放線方向および、樹脂注入ラインの端点以外の点からは、樹脂注入ラインに対して垂直な方向を意味する。また樹脂注入ラインに対して、部分的に平行な溝があっても、少なくとも上記放射状の溝を有すれば、放射状というものとする。溝パターンとしは図2に示すように、放射状の溝2と該放射状の溝に対して垂直および水平な溝5と組み合わせても良く、溝パターンの最適化は製造すべきFRPパネルに応じて適宜決めればよい。 In FIG. 1, radial grooves 2 are provided for resin injection line positions 4 in the openings 3 of the core material 1. In the present invention, the radial means the radial direction at a point on a semicircle centering on the end of the resin injection line and the direction perpendicular to the resin injection line from points other than the end of the resin injection line. To do. Further, even if there is a groove that is partially parallel to the resin injection line, it is said to be radial if it has at least the radial groove. As shown in FIG. 2, the groove pattern may be combined with a radial groove 2 and a groove 5 perpendicular and horizontal to the radial groove, and optimization of the groove pattern is appropriately performed according to the FRP panel to be manufactured. Just decide.
図3および図4には、本発明の一実施態様に係る開口部を有するFRPの製造方法を実施するための装置の概略構成を示している。図3はコア材31の両面に強化繊維基材7を配置しているいわゆるサンドイッチ構造の場合、図4はコア材41の片面に強化繊維基材7を配置したいわゆるカナッペ構造の場合である。 3 and 4 show a schematic configuration of an apparatus for carrying out a method for manufacturing an FRP having an opening according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a so-called sandwich structure in which the reinforcing fiber base material 7 is arranged on both surfaces of the core material 31, and FIG. 4 shows a so-called canapé structure in which the reinforcing fiber base material 7 is arranged on one surface of the core material 41.
図3および4において、6は成形型を示しており、成形型6にそれぞれ両面に溝を有するコア材31および片面に溝を有するコア材41が配置され、コア材の表面上に強化繊維基材7が配置される。強化繊維基材は必要に応じて、適宜、複数枚積層される。コア材31および41には、それぞれ図1および図2に示した溝が強化繊維基材7を配置する側の表面に設けられている。成形型6上にコア材31および41と強化繊維基材7を配置した状態にて、樹脂注入ライン8をコア材31および41の開口部3に配置し、、その全体をバグ基材9覆う。前記バグ基材9の外周部と成形型6との間には内部を真空状態にできるように、シール材10を配置する。バグ基材としては、例えば、ナイロンフィルムやポリオレフィンフィルム等を使用できる。特にフェノール樹脂を用いる場合は硬化剤が強酸であるため、ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましい。内部は真空チューブ13を介して、吸引口12を通して真空状態にする。吸引は、図示を省略した真空ポンプにより行われる。樹脂注入ライン8および樹脂注入口11の位置および数は開口部3内の範囲内であれば適宜変更できる。真空チューブおよび吸引口についても同様に変更可能である。 3 and 4, reference numeral 6 denotes a mold, in which a core material 31 having grooves on both sides and a core material 41 having grooves on one side are arranged in the mold 6 and a reinforcing fiber base is formed on the surface of the core material. A material 7 is arranged. A plurality of reinforcing fiber substrates are appropriately laminated as necessary. In the core materials 31 and 41, the grooves shown in FIGS. 1 and 2 are provided on the surface on the side where the reinforcing fiber base material 7 is arranged. In a state where the core materials 31 and 41 and the reinforcing fiber base material 7 are arranged on the mold 6, the resin injection line 8 is arranged in the opening 3 of the core materials 31 and 41, and the whole is covered with the bug base material 9. . A sealing material 10 is disposed between the outer periphery of the bag base 9 and the mold 6 so that the inside can be evacuated. As the bag base material, for example, a nylon film or a polyolefin film can be used. In particular, when a phenol resin is used, it is preferable to use a polyolefin film because the curing agent is a strong acid. The inside is evacuated through the suction port 12 via the vacuum tube 13. Suction is performed by a vacuum pump (not shown). The position and number of the resin injection line 8 and the resin injection port 11 can be appropriately changed as long as they are within the range in the opening 3. The vacuum tube and the suction port can be similarly changed.
また本図による実施様態では強化繊維基材7とコア材31および41をそれぞれ直接バグ基材で覆うようにしたが、必要に応じて、間に成形後に剥離されメディア等の樹脂拡散媒体や離型資材(図示略)を介装してもよい。樹脂拡散媒体を用いることにより、より効率的に樹脂を強化繊維基材に含浸させることができ、かかるメディアとしては、例えばポリプロピレンメッシュ等を使用できる。 Further, in the embodiment shown in the figure, the reinforcing fiber base 7 and the core materials 31 and 41 are directly covered with the bug base, respectively. A mold material (not shown) may be interposed. By using the resin diffusion medium, the reinforcing fiber base material can be more efficiently impregnated with the resin diffusion medium. As such a medium, for example, a polypropylene mesh or the like can be used.
上記実施様態では、バグ基材9自身が離型資材の機能を備えている。必要に応じて設ける離型資材とは、脱型のために用いるものであり、例えば、樹脂は通過できるが硬化後に剥がされFRPパネルから取り除くことが可能なナイロンタフタ織物シートを使用できる。
さらに、バッグ基材と強化繊維基材7の間に、FRPパネルの平滑性向上のため金属板等の剛性板を配置してもよい。
In the said embodiment, the bug base material 9 itself is provided with the function of a mold release material. The release material provided as necessary is used for demolding. For example, a nylon taffeta woven sheet that can pass through the resin but is peeled off after being cured and removed from the FRP panel can be used.
Further, a rigid plate such as a metal plate may be disposed between the bag base material and the reinforcing fiber base material 7 in order to improve the smoothness of the FRP panel.
注入された樹脂はコア材31および41に設けられた放射状の溝2および2に対して垂直および水平な溝5を介して、強化繊維基材7の面方向に拡散されつつ、厚み方向にも含浸される。その際、同時にコア材31および41において、強化繊維基材が配置されていない部分の表面にも樹脂が含浸される。含浸された樹脂は常温下もしくは加熱によって硬化され、開口部を有するFRPパネルが一発成形される。 The injected resin is diffused in the surface direction of the reinforcing fiber base 7 through the grooves 5 perpendicular and horizontal to the radial grooves 2 and 2 provided in the core materials 31 and 41, and also in the thickness direction. Impregnated. At that time, the surfaces of the core materials 31 and 41 where the reinforcing fiber base material is not disposed are also impregnated with the resin. The impregnated resin is cured at room temperature or by heating, and an FRP panel having an opening is formed in one shot.
上記成形においては成形型に開口部形状を設けること、また開口部に設置する置き子等も作製する必要がない。またコア材の強化繊維基材を配置していない部分の表面に樹脂が含浸されるため、コア材の環境要因による劣化を防ぐための手段、例えばコア材に予め強化繊維基材をラップしたり、端部で強化繊維基材同士を張り合わす必要もなく、軽量かつ高強度・高剛性な開口部を有するFRPパネルを得ることができる。さらに図4に示した実施様態においては、上記製造方法により樹脂がコア材41の強化繊維基材が配置されていない部分の表面にも均一に含浸されるため、成形後に偏ったソリを生じないなどの利点がある。 In the above molding, it is not necessary to provide an opening shape in the mold and to prepare a laying element or the like installed in the opening. In addition, since the surface of the portion of the core material where the reinforcing fiber base material is not disposed is impregnated with the resin, means for preventing deterioration of the core material due to environmental factors, such as wrapping the reinforcing fiber base material in advance on the core material, In addition, it is not necessary to bond the reinforcing fiber bases at the end portions, and an FRP panel having a lightweight, high-strength, high-rigidity opening can be obtained. Further, in the embodiment shown in FIG. 4, the resin is evenly impregnated into the surface of the portion of the core material 41 where the reinforcing fiber base is not disposed by the above manufacturing method, so that no uneven warping occurs after molding. There are advantages such as.
図3に示した実施様態により得られた開口部を有するFRPパネルはコアが環境要因により劣化することなく、軽量かつ高強度・高剛性であるので、開口部に窓等を配置し、さらには外周部分に他部品との取付可能な枠材を配置することにより、航空機、鉄道および自動車等の窓部を有するドアに用いてもよい。図4に示した実施様態により得られた開口部を有するFRPパネルについても同様に、窓、外枠等を配置し、別に成形したFRP板をコア材側に張り付けることにより、ドアとして用いることが可能である。 The FRP panel having an opening obtained by the embodiment shown in FIG. 3 is light in weight, high strength and high rigidity without deterioration of the core due to environmental factors. You may use for the door which has window parts, such as an aircraft, a railroad, and a motor vehicle, by arrange | positioning the frame material which can be attached to other parts in an outer peripheral part. Similarly, an FRP panel having an opening obtained by the embodiment shown in FIG. 4 is used as a door by arranging windows, an outer frame, etc., and attaching a separately molded FRP plate to the core material side. Is possible.
1,21,31,41 コア材
2 放射状の溝
3 開口部
4 樹脂注入ライン位置
5 放射状の溝に対して平行および垂直な溝
6 成形型
7 強化繊維基材
8 樹脂注入ライン
9 バグ基材
10 シール材
11 樹脂注入口
12 吸引口
13 真空チューブ
1, 2, 31, 41 Core material 2 Radial groove 3 Opening 4 Resin injection line position 5 Parallel and perpendicular to radial groove 6 Mold 7 Reinforcing fiber substrate 8 Resin injection line 9 Bug substrate 10 Sealing material 11 Resin injection port 12 Suction port 13 Vacuum tube
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