JP2009292002A - Method of manufacturing fiber-reinforced plastics - Google Patents

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JP2009292002A
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Eisuke Wadahara
英輔 和田原
Ichiro Takeda
一朗 武田
Shigemichi Sato
成道 佐藤
Tetsuya Motohashi
哲也 本橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a high-quality level/high-quality fiber-reinforced plastics which can stably reveal excellent dynamic properties, low dispersion nature and outstanding dimensional stability, when the fiber-reinforced plastics is made using a base material with successful fluidity and molding follow-up performance to complicated shapes. <P>SOLUTION: (1) The fiber-reinforced plastics with a stepped part of differing plate thickness are laminated in such a way that a thick-walled part with a large number of laminations of prepreg base materials, a thin-walled part with a small number of laminations of prepreg base materials and a stepped part serving as a boundary between the thick-walled part and the thin-walled part, can be formed. Thus, a planar laminated form with a differing plate thickness, is obtained. (2) The stepped part of the laminated form is arranged by positioning it in the stepped part formed in a molding die so that the former can be registered with the latter. Further, the elongated laminated form is packed in the molding die. (3) The fiber-reinforced plastics are unloaded from the molding die and thereby, the molding process is completed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、良好な流動性、成形追従性を有する基材を用いて、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を安定して発現する、高品位・高品質な繊維強化プラスチックの製造方法に関する。かかる繊維強化プラスチックは、例えば自動車や航空機などの輸送機器、自転車などのスポーツ用具などの構造部材に特に好適に用いられる。   In the present invention, when a base material having good fluidity and molding followability is used as a fiber reinforced plastic, excellent mechanical properties, low variation, and excellent dimensional stability are stably expressed. The present invention relates to a method for producing high-quality and high-quality fiber-reinforced plastic. Such fiber reinforced plastics are particularly suitably used for structural members such as transport equipment such as automobiles and airplanes and sports equipment such as bicycles.

強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから、その需要は年々高まりつつある。   The demand for fiber reinforced plastics composed of reinforced fibers and matrix resins is increasing year by year because of their high specific strength and specific elastic modulus, excellent mechanical properties, and high functional properties such as chemical resistance.

繊維強化プラスチックの成形方法としては、プリプレグ基材と称される連続した強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することにより熱硬化性樹脂を硬化させ繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。得られた繊維強化プラスチックは、連続繊維である所以優れた力学物性を有する。また、連続繊維は規則的な配列であるため、基材の配置により必要とする力学物性に設計することが可能であり、力学物性のバラツキも小さい。しかしながら、連続繊維である所以3次元形状を形成することは難しいという問題があった。特にダブルコンター部を有する複雑な3次元形状の場合、連続繊維を用いた中間基材を賦形した場合には、形状表面を覆いきれない箇所で突っ張りが、中間基材が余った箇所でシワが発生するため、高品位・高品質を満足する賦形が難しいという問題があった。   As a method for molding fiber reinforced plastic, a semi-cured intermediate base material impregnated with a thermosetting resin is laminated on a continuous reinforcing fiber called a prepreg base material, and heat is applied by heating and pressurizing with a high-temperature and high-pressure kettle. Autoclave molding in which a curable resin is cured and a fiber-reinforced plastic is molded is most commonly performed. The obtained fiber reinforced plastic has excellent mechanical properties because it is a continuous fiber. Further, since the continuous fibers are regularly arranged, it is possible to design the mechanical properties required by the arrangement of the base material, and the variation in the mechanical properties is small. However, there is a problem that it is difficult to form a three-dimensional shape because it is a continuous fiber. In particular, in the case of a complicated three-dimensional shape having a double contour part, when an intermediate base material using continuous fibers is shaped, there are stretches where the surface of the shape cannot be covered, and wrinkles where the intermediate base material remains. Therefore, there is a problem that it is difficult to form with high quality and high quality.

かかる問題に対して、連続繊維のプリプレグ基材を積層した積層体(例えば、特許文献1)を用いて、C型の2次元形状を形成する提案(例えば、特許文献2)、板厚が異なる段差形状を形成する提案(例えば、特許文献3)、積層体を予熱して複雑形状に賦形して3次元形状を形成する提案(例えば、特許文献4、5)がある。しかしながら、連続繊維のプリプレグ基材を用いているため、とりわけ板厚が異なる段差形状を3次元形状(特にダブルコンター部を有する形状)の賦形が困難であった。   For such problems, a proposal for forming a C-shaped two-dimensional shape (for example, Patent Document 2) using a laminate (for example, Patent Document 1) obtained by laminating prepreg base materials of continuous fibers is different in plate thickness. There are proposals for forming a step shape (for example, Patent Document 3) and proposals for forming a three-dimensional shape by preheating a laminated body to form a complicated shape (for example, Patent Documents 4 and 5). However, since a continuous fiber prepreg base material is used, it is difficult to form a three-dimensional shape (particularly, a shape having a double contour portion) into a stepped shape having different plate thicknesses.

一方、連続繊維ではなく不連続繊維を用いた中間基材、例えば、BMC(バルクモールディングコンパウンド)(例えば、特許文献6)、SMC(シートモールディングコンパウンド)、スタンパブルシート(例えば、特許文献7)、プリプレグに切込を入れた基材(例えば、特許文献8)のように束状の不連続繊維をマトリックス樹脂に分散させた中間基材を用いれば、上述のダブルコンター部を有する3次元形状にも成形追従することが分かっているものの、力学的特性を高くできず、高い力学特性が要求される構造部材には適用できないという問題があった。
特開2006−188597号公報 特開2006−312260号公報 特開2007−230036号公報 特開2008−068532号公報 特開2008−055609号公報 特開平08−118379号公報 特開平9−267344号公報 国際公開公報WO2007/0135418号パンフレット
On the other hand, an intermediate substrate using discontinuous fibers instead of continuous fibers, for example, BMC (bulk molding compound) (for example, Patent Document 6), SMC (sheet molding compound), stampable sheet (for example, Patent Document 7), If an intermediate base material in which bundled discontinuous fibers are dispersed in a matrix resin, such as a base material in which a prepreg is cut (for example, Patent Document 8), a three-dimensional shape having the above-described double contour portion is obtained. However, although it is known that the molding follows, there is a problem that the mechanical properties cannot be improved, and it cannot be applied to a structural member requiring high mechanical properties.
JP 2006-188597 A Japanese Patent Laid-Open No. 2006-312260 JP 2007-230036 A JP 2008-068532 A JP 2008-055609 A Japanese Patent Laid-Open No. 08-118379 JP-A-9-267344 International Publication No. WO2007 / 0135418 Pamphlet

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有する基材を用いて、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を安定して発現する、高品位・高品質な繊維強化プラスチックおよびその製造方法を提供することにある。   In view of the background of such prior art, the present invention, when used as a fiber-reinforced plastic using a substrate having good fluidity and molding followability of a complicated shape, has excellent mechanical properties, low variability, excellent Another object of the present invention is to provide a high-quality and high-quality fiber-reinforced plastic that stably exhibits dimensional stability and a method for producing the same.

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とを含んで構成されるプリプレグ基材の積層体をプレス成形して板厚の異なる段差部を有する繊維強化プラスチックを製造する方法であって、前記プリプレグ基材として、前記強化繊維を横切る方向に複数の切込によって少なくとも一部の強化繊維を10〜100mmの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の(1)〜(3)の工程を順次経て繊維強化プラスチックを成形する、繊維強化プラスチックの製造方法である。   The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, a method of producing a fiber reinforced plastic having step portions having different plate thicknesses by press-molding a laminate of a prepreg base material including a reinforced fiber aligned in one direction and a matrix resin. As the prepreg base material, at least the following (1), using a notched prepreg base material in which at least a part of the reinforcing fibers is divided into a length of 10 to 100 mm by a plurality of incisions in a direction crossing the reinforcing fibers. It is a manufacturing method of a fiber reinforced plastic which shape | molds a fiber reinforced plastic through the process of (3) sequentially.

(1)少なくとも切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層して積層体を得るに際し、少なくとも前記積層体の一部に、プリプレグ基材の積層数が多い厚肉部と、プリプレグ基材の積層数が少ない薄肉部と、厚肉部と薄肉部との境界である段差部とが形成されるように積層し、板厚の異なる平板状の積層体を得る積層工程
(2)積層体を成形型に押し付けて硬化または固化させ、繊維強化プラスチックとするに際し、前記積層体を、前記成形型に設けられている段差部に、該積層体の段差部が対応するように位置決めして該成形型に配置し、前記積層体の厚肉部、薄肉部または段差部の少なくともいずれかを伸長させて、前記成形型の厚肉部、薄肉部、段差部のそれぞれに充填させる成形工程
(3)前記成形型から前記繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程。
(1) When obtaining a laminate by laminating a plurality of prepreg substrates including at least a cut prepreg substrate, at least a part of the laminate and a thick part having a large number of laminated prepreg substrates, and a prepreg Lamination process for obtaining a flat laminate having different plate thicknesses by laminating so that a thin portion with a small number of base materials and a step portion which is a boundary between the thick portion and the thin portion are formed (2) When the laminate is pressed against a mold and cured or solidified to form a fiber reinforced plastic, the laminate is positioned so that the step portion of the laminate corresponds to the step portion provided in the mold. Forming the mold, and extending at least one of the thick part, the thin part, or the step part of the laminate, and filling each of the thick part, the thin part, and the step part of the mold. (3) From the mold to the fiber Demolding step of taking out the plastics.

本発明によれば、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有する基材を用いて、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を安定して発現する、高品位・高品質な繊維強化プラスチックを得ることができる。   According to the present invention, when a fiber reinforced plastic is used by using a base material having good fluidity and molding followability of a complicated shape, excellent mechanical properties, its low variation, and excellent dimensional stability are stabilized. As a result, a high-quality and high-quality fiber-reinforced plastic can be obtained.

本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とを含んで構成されるプリプレグ基材の積層体をプレス成形して板厚の異なる繊維強化プラスチックを製造する方法であって、前記プリプレグ基材として、該強化繊維を横切る方向に複数の切込によって少なくとも一部の強化繊維を10〜100mmの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも以下に詳述する(1)〜(3)の工程を順次経て繊維強化プラスチックを成形する。   The method for producing a fiber reinforced plastic according to the present invention produces a fiber reinforced plastic having different plate thicknesses by press-molding a laminate of a prepreg base material including a reinforced fiber and a matrix resin aligned in one direction. The prepreg base material is a cut prepreg base material obtained by dividing at least a part of reinforcing fibers into a length of 10 to 100 mm by a plurality of cuts in a direction crossing the reinforcing fibers, A fiber-reinforced plastic is molded through the steps (1) to (3) described in detail below.

なお、本発明の製造方法で成形する繊維強化プラスチックは、少なくとも、板厚の異なる厚肉部および薄肉部、両者の境界である段差部を有する。より本発明の効果を高く発現させるためには、繊維強化プラスチックがさらにダブルコンター部を有する3次元形状を有するのが好ましい。また、繊維強化プラスチックの一部にリブやボスなどがあってもよい。ここで、本発明における“ダブルコンター部を有する繊維強化プラスチック”とは、繊維強化プラスチックの表面を二次曲面として取り出してきた際、該二次曲面上の点であって、該点を通るどのような平面を参照しても、該平面と該二次曲面の交線のうち該点を通る交線が直線となることがない点がダブルコンター部に属し、これらダブルコンター部を少なくとも一部に含む繊維強化プラスチックを指す。具体的には鞍型、半球形状や凹凸部を有する平板などが該当するが段差部のない平板、円錐形状や円筒形状は該当しない。本明細書では、特に断らない限り、繊維あるいは繊維を含む用語(例えば“繊維方向”など)において、繊維とは強化繊維を表すものとする。また、本明細書では連続繊維とは100mm以上の繊維長さを持つ強化繊維を指す。   The fiber reinforced plastic molded by the production method of the present invention has at least a thick portion and a thin portion having different plate thicknesses, and a step portion that is a boundary between them. In order to exhibit the effect of the present invention more highly, it is preferable that the fiber reinforced plastic further has a three-dimensional shape having a double contour portion. In addition, a part of the fiber reinforced plastic may have a rib or a boss. Here, the “fiber reinforced plastic having a double contour portion” in the present invention is a point on the quadratic curved surface when the surface of the fiber reinforced plastic is taken out as a quadric curved surface. Even if such a plane is referred to, a point where an intersection line passing through the point does not become a straight line among intersection lines of the plane and the quadric surface belongs to the double contour part, and at least a part of the double contour part is included. Refers to fiber reinforced plastics. Specifically, a saddle shape, a hemispherical shape, a flat plate having an uneven portion, and the like are applicable, but a flat plate without a step portion, a conical shape, and a cylindrical shape are not applicable. In the present specification, unless otherwise specified, in the term including fibers or fibers (for example, “fiber direction”, etc.), the fibers represent reinforcing fibers. In the present specification, the continuous fiber refers to a reinforcing fiber having a fiber length of 100 mm or more.

本発明で用いられるプリプレグ基材には、一方向に引き揃えられた強化繊維や強化繊維基材に樹脂が完全に含浸した基材に加え、樹脂シートが繊維間に完全に含浸していない状態で一体化した樹脂半含浸基材(セミプレグ:以下、半含浸プリプレグと称することもある。)を含むものとする。   The prepreg base material used in the present invention is a state in which the resin sheet is not completely impregnated between the fibers, in addition to the reinforcing fiber aligned in one direction and the base material in which the reinforcing fiber base material is completely impregnated with resin. And a resin semi-impregnated base material (semi-preg: hereinafter also referred to as semi-impregnated prepreg).

本発明で用いられる切込プリプレグ基材は、一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切込によって少なくとも一部の強化繊維を10〜100mmの長さに分断しているものを指す。切込プリプレグ基材上において強化繊維が10〜100mmの長さに分断されている切込部は、後述(2)の成形工程で基材が伸長することができる領域に対応している。したがって、複雑形状の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、厚肉部、薄肉部または段差部の少なくともいずれかに対応する領域の積層体は、切込プリプレグ基材上で切込によって強化繊維が10〜100mmの長さに分断されている切込部が積層されていることを必須とする。   The incised prepreg base material used in the present invention is composed of a reinforcing fiber and a matrix resin that are aligned in one direction, and at least a part of the reinforcing fibers is formed by a plurality of incisions in a direction across the reinforcing fiber. The thing divided into the length of 100mm is pointed out. The cut portion in which the reinforcing fibers are divided to a length of 10 to 100 mm on the cut prepreg base material corresponds to a region where the base material can be extended in the molding step (2) described later. Therefore, when molding a fiber-reinforced plastic having a complicated shape, the laminated body in the region corresponding to at least one of the thick part, the thin part, or the step part has 10 to 10 reinforcing fibers by cutting on the cut prepreg base material. It is essential that the cut portions divided into 100 mm lengths are stacked.

本発明に用いる切込プリプレグ基材は強化繊維が一方向に引き揃えられているので、繊維方向の配向制御により任意の力学物性を有する成形体の設計が可能となる。加えて、繊維を横切る方向に複数の切込によって少なくとも一部の繊維を100mm以下の長さに分断していることによって、成形時に繊維が流動可能、特に繊維長手方向にも流動可能となり、複雑な形状の成形追従性にも優れる。切込がない場合、すなわち連続繊維のみの場合、繊維長手方向には流動しないため、複雑形状を形成することはできない。一方、繊維長さを10mm未満にすると、さらに流動性が向上するが、他の要件を満たしても構造材として必要な高い力学特性は得られない。流動性と力学特性との関係を鑑みると、繊維長さが10〜100mmである必要があり、さらに好ましくは20〜60mmの範囲内である。   Since the reinforced fibers are aligned in one direction in the cut prepreg base material used in the present invention, it is possible to design a molded body having arbitrary mechanical properties by controlling the orientation in the fiber direction. In addition, since at least some of the fibers are divided into a length of 100 mm or less by a plurality of incisions in the direction crossing the fibers, the fibers can flow during molding, particularly in the longitudinal direction of the fibers. Excellent shape following capability. When there is no notch, that is, when only continuous fibers are used, a complicated shape cannot be formed because the fibers do not flow in the fiber longitudinal direction. On the other hand, if the fiber length is less than 10 mm, the fluidity is further improved. However, even if other requirements are satisfied, the high mechanical properties necessary as a structural material cannot be obtained. Considering the relationship between fluidity and mechanical properties, the fiber length needs to be 10 to 100 mm, and more preferably within the range of 20 to 60 mm.

図2は、本発明に用いる積層体の流動のメカニズムの一例を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the flow mechanism of the laminate used in the present invention.

図2(a)のとおり、90°のプリプレグ基材に0°の切込プリプレグ基材が挟まれた積層体12の上から圧力13が加わり成形する際、図2(b)のように、圧力で押し出された樹脂が90°方向に流れ14を作り、その流れに従って強化繊維の不連続端4の開き15が起こる。すなわち、一方向に引き揃えられた繊維からなるプリプレグ基材に切込を設け、少なくとも一部の強化繊維が10〜100mmの長さである切込プリプレグ基材を積層することではじめて、繊維長手方向への流動が可能となり、複雑な形状の成形追従性が生まれる。上述の通りに強化繊維の流動はマトリックス樹脂の流動が駆動源であるため、適性のVf(繊維体積含有率)であることが好ましい。すなわち、Vfは65%以下で十分な流動性が得られるようになり好ましい。また、Vfが低いほど流動性は向上するが、Vfが45%を下回ると、構造材に必要な高力学特性が得られなくなる可能性があるので、Vfは45%以上であることが好ましい。流動性と力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは55〜60%の範囲内である。   As shown in FIG. 2 (a), when molding is performed by applying pressure 13 from above the laminate 12 in which the 0 ° cut prepreg base material is sandwiched between 90 ° prepreg base materials, The resin extruded under pressure creates a flow 14 in the direction of 90 °, and the opening 15 of the discontinuous ends 4 of the reinforcing fibers occurs according to the flow. That is, it is not possible to provide a notch in a prepreg base material made of fibers aligned in one direction, and at least some of the reinforcing fibers are laminated with a notched prepreg base material having a length of 10 to 100 mm. Flow in the direction is possible, and molding conformability of complicated shapes is born. As described above, the flow of the reinforcing fiber is preferably an appropriate Vf (fiber volume content) since the flow of the matrix resin is the driving source. That is, Vf is preferably 65% or less because sufficient fluidity can be obtained. Moreover, although fluidity | liquidity improves, so that Vf is low, when Vf is less than 45%, since there exists a possibility that a high mechanical characteristic required for a structural material may not be acquired, it is preferable that Vf is 45% or more. Considering the relationship between fluidity and mechanical properties, it is more preferably in the range of 55-60%.

本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、上述の切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の(1)〜(3)の工程を順次経て成形される。本発明の特長の一つは、板厚の異なる段差部を有する繊維強化プラスチックを容易かつ安定して成形することができる点にある。   The manufacturing method of the fiber reinforced plastic of this invention is shape | molded through the process of at least following (1)-(3) sequentially using the above-mentioned cutting prepreg base material. One of the features of the present invention is that fiber reinforced plastics having step portions having different plate thicknesses can be easily and stably molded.

(1)積層工程
少なくとも切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層して積層体を得るに際し、少なくとも積層体の一部に、プリプレグ基材の積層数が多い厚肉部と、プリプレグ基材の積層数が少ない薄肉部と、厚肉部と薄肉部との境界である段差部とが形成されるように積層し、板厚の異なる平板状の積層体を得る。
(1) Laminating step When obtaining a laminate by laminating a plurality of prepreg substrates including at least a cut prepreg substrate, at least a part of the laminate has a thick portion having a large number of laminated prepreg substrates; Lamination is performed so that a thin part with a small number of laminated prepreg base materials and a step part which is a boundary between the thick part and the thin part are formed to obtain a flat laminate having different plate thicknesses.

図1は、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す斜視図である。例えば、図1(c)に示すように段差部12cを有し、かつ、厚肉部12aおよび薄肉部12bに半球状のダブルコンター部25を有する繊維強化プラスチック16を製造するにあたり、次のような工程を順次経る。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of a method for producing a fiber-reinforced plastic according to the present invention. For example, as shown in FIG. 1 (c), the fiber reinforced plastic 16 having the step portion 12c and the hemispherical double contour portion 25 in the thick portion 12a and the thin portion 12b is manufactured as follows. The process goes through sequentially.

まず、切込プリプレグ基材を少なくとも含む複数枚のプリプレグ基材を積層して平板状の積層体12を作成する。従来は、プリプレグ基材を、成形型に沿って一枚一枚積層、賦形しながら複雑形状の積層体を作製したり、最終形状である成形後の繊維強化プラスチックの略形状(得られる繊維強化プラスチックの形状を単純にした形状であって、凹凸の数が少なくなったり、起伏が少なくなったりした形状)に沿って一枚一枚積層、賦形しながら複雑形状の積層体を作製したりする方法が採用されており、本工程に非常に長い時間を必要としていたが、本発明ではプリプレグ基材を単に平板状に積層するだけで成形可能であり、より低コストに積層体を作成することができる。   First, the flat laminated body 12 is produced by laminating a plurality of prepreg base materials including at least a cut prepreg base material. Conventionally, a prepreg base material is laminated one by one along a mold, and a laminated body having a complicated shape is formed while forming, or the final shape of the fiber-reinforced plastic after molding (the resulting fiber) The shape of the reinforced plastic is simplified and the number of concavities and convexities is reduced or the undulations are reduced. However, in the present invention, the prepreg base material can be formed simply by laminating it into a flat plate, and a laminate can be produced at a lower cost. can do.

図3は、本発明に用いる積層体の一例を示す平面図および断面図である。図3(a)、図3(b)はそれぞれの積層体の一部に切込部を有した例を示しており、図3のそれぞれは上に平面図、下にA−A断面の断面図を示している。   FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of a laminate used in the present invention. 3 (a) and 3 (b) show an example in which a cut portion is provided in a part of each laminated body. Each of FIGS. The figure is shown.

図3(a)では、切込により繊維が10〜100mmの長さに分断された切込プリプレグ基材のみを用いて、全面に切込を入れられた切込プリプレグ基材10aを5枚積層した上に、切込プリプレグ基材10aより面積の小さな全面に切込を入れられた切込プリプレグ基材10aを2枚、さらに面積の小さな切込プリプレグ基材10aを2枚、合計4枚表層に積層した例を示す。厚肉部12aは9枚の切込プリプレグ基材で、薄肉部12bは5枚の切込プリプレグ基材で、段差部12cは5枚を越え9枚未満の枚数、すなわち7枚の切込プリプレグ基材により形成されている。特に、ダブルコンター部25を有する複雑形状の繊維強化プラスチックを製造する場合は、切込プリプレグ基材のみが積層されてなる切込部37を形成することが好ましい。切込部37では積層体の厚み方向に、実質的に10〜100mmの繊維のみからなる、切込プリプレグ基材のみが積層されている。ここで“実質的に10〜100mmの繊維のみからなる”とは該領域に含まれる強化繊維本数のうち95%以上が10〜100mmに分断されていることを言う。かかる領域を以下、積層体の切込部と称す。ダブルコンター部25を有する複雑形状の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、ダブルコンター部25に対応する積層体の領域が切込部であることで、切込プリプレグ基材が成形時に容易に伸長することができ、複雑形状に沿わせることができる。ダブルコンター部を有する複雑形状の繊維強化プラスチックを成形するに際しては、連続繊維のプリプレグ基材のみを用いて成形する場合は、繊維強化プラスチックの表面形状を展開した平面状のカットパターンを作成し、該カットパターンで裁断した連続繊維基材を成形型に厳密に沿わせて複雑形状に賦形し、積層数分だけそれを繰り返して積層体を作製する必要がある。一方、本発明にかかる切込プリプレグ基材を用いて成形する場合には、切込プリプレグ基材(特に切込部)が伸長して複雑形状に沿うため、複雑なカットパターンとしなくてもよく、また成形型(すなわち成形後の繊維強化プラスチック)の形状に完全に沿わせて複雑形状に賦形せずに、平板状に積層した積層体を用いて一気に成形型での成形でダブルコンター部を有する複雑形状を形成できるので、極めて高効率に繊維強化プラスチックを製造できる。   In Fig.3 (a), only the cut prepreg base material into which the fiber was cut | disconnected by the length of 10-100 mm by the incision was used, and the cut prepreg base material 10a cut into the whole surface is laminated | stacked five sheets In addition, two cut prepreg base materials 10a that are cut into the entire surface with a smaller area than the cut prepreg base material 10a, and two further cut prepreg base materials 10a with a smaller area, a total of four layers The example which laminated | stacked is shown. The thick portion 12a is a nine-cut prepreg substrate, the thin portion 12b is a five-cut prepreg substrate, and the step portion 12c is more than five and less than nine, that is, seven cut prepregs. It is formed of a base material. In particular, when manufacturing a fiber-reinforced plastic having a complicated shape having the double contour portion 25, it is preferable to form the cut portion 37 in which only the cut prepreg base material is laminated. In the notch part 37, only the notch prepreg base material which consists only of a fiber of 10-100 mm substantially is laminated | stacked in the thickness direction of the laminated body. Here, “consisting essentially of fibers of 10 to 100 mm” means that 95% or more of the number of reinforcing fibers contained in the region is divided into 10 to 100 mm. Hereinafter, such a region is referred to as a cut portion of the laminate. When molding a fiber-reinforced plastic with a complex shape having the double contour part 25, the cut prepreg base material is easily stretched at the time of molding because the region of the laminate corresponding to the double contour part 25 is the cut part. Can follow a complex shape. When molding a fiber-reinforced plastic with a complex shape having a double contour part, when forming using only a prepreg base material of continuous fibers, create a flat cut pattern that develops the surface shape of the fiber-reinforced plastic, The continuous fiber base material cut with the cut pattern is required to be formed into a complex shape strictly along the mold and repeated for the number of layers to produce a laminate. On the other hand, in the case of molding using the cut prepreg base material according to the present invention, the cut prepreg base material (particularly the cut portion) extends and conforms to a complicated shape. In addition, a double contour part can be formed by molding with a molding die at once using a laminated body that is laminated in a flat shape without being shaped into a complicated shape completely along the shape of the molding die (that is, fiber reinforced plastic after molding) Therefore, a fiber-reinforced plastic can be produced with extremely high efficiency.

図3(b)では、少なくともこの積層体の一部に、切込プリプレグ基材10a、10bおよび連続繊維のプリプレグ基材11を用いて、全面に切込を入れられた切込プリプレグ基材10aを6枚積層した上に、切込プリプレグ基材10aより面積の小さな連続繊維のプリプレグ基材11を2枚積層し、さらにその上に切込プリプレグ基材10aと同面積の一部に切込が入れられた切込プリプレグ基材10bを1枚積層した例を示す。厚肉部12aは7枚の切込プリプレグ基材10a、10bおよび2枚の連続繊維のプリプレグ基材11の合計9枚で、薄肉部12bは7枚の切込プリプレグ基材10a、10bで、段差部12cは直線(積層体の厚み方向を考慮すると平面)として形成されている。また、図3(a)と同様に、連続繊維からなるプリプレグ基材11に覆われていない切込部37が存在する。ここで、連続繊維のプリプレグ基材11としては、一方向に連続繊維を引き揃えたプリプレグ基材や織物のプリプレグ基材などが挙げられる。   In FIG.3 (b), the notch prepreg base material 10a by which the notch was cut into the whole surface using the notch prepreg base materials 10a and 10b and the continuous fiber prepreg base material 11 for at least a part of this laminated body. Are stacked, and two continuous fiber prepreg substrates 11 having a smaller area than the cut prepreg substrate 10a are stacked, and further cut into a part of the same area as the cut prepreg substrate 10a. The example which laminated | stacked one sheet of the cut prepreg base material 10b into which was put. The thick portion 12a is a total of nine pieces of seven cut prepreg substrates 10a and 10b and two continuous fiber prepreg substrates 11, and the thin portion 12b is seven cut prepreg substrates 10a and 10b. The step portion 12c is formed as a straight line (a plane when the thickness direction of the laminate is taken into consideration). Similarly to FIG. 3A, there is a cut portion 37 that is not covered by the prepreg base material 11 made of continuous fibers. Here, as the prepreg base material 11 of continuous fibers, a prepreg base material in which continuous fibers are aligned in one direction, a prepreg base material of woven fabric, and the like can be given.

かかる段差部12cにおいて、厚肉部12aと薄肉部12bとの積層数の差がプリプレグ基材1〜4枚の範囲内、または、0.1〜1mm厚の範囲内であれば、図3(b)に示す通り積層数を一気に減らして(増やして)段差を形成してもよいが、積層数の差がプリプレグ基材4枚を越える場合、または、1mm厚を越える場合は、繊維強化プラスチックにおいて段差部での応力集中が顕著になるため、図3(a)に示す通り1〜4枚の範囲内、または、0.1〜1mm厚の範囲内の段差を徐々に形成するようにテーパー積層するのが好ましい。より好ましい段差を形成する積層枚数の差は、1〜2枚の範囲内、または、0.1〜0.5mm厚の範囲内である。換言すると、上述の通り段差部12cにおいて、プリプレグ基材の不連続端10cは、同一箇所で4枚を越えて、または、1mm厚を越えて隣り合って重ならないように積層するのが好ましく、プリプレグ基材2枚を越えて隣り合って重ならないように積層するのがさらに好ましい。4枚を越えて、または、1mm厚を越えて隣り合ってプリプレグ基材の端部が段差部において重なると、繊維強化プラスチックにおいて段差部での応力集中が顕著になり力学特性が低下する場合がある。   In such a stepped portion 12c, if the difference in the number of layers between the thick portion 12a and the thin portion 12b is within the range of 1 to 4 prepreg base materials or within the range of 0.1 to 1 mm thickness, FIG. As shown in b), the number of laminated layers may be reduced (increased) at a stretch to form a step, but if the difference in the number of laminated layers exceeds 4 prepreg base materials or exceeds 1 mm thickness, fiber reinforced plastic In FIG. 3A, the stress concentration becomes remarkable, so that the step is gradually formed within the range of 1 to 4 sheets or within the range of 0.1 to 1 mm thickness as shown in FIG. It is preferable to laminate. The difference in the number of stacked layers forming a more preferable step is in the range of 1 to 2 or in the range of 0.1 to 0.5 mm. In other words, in the stepped portion 12c as described above, it is preferable that the discontinuous ends 10c of the prepreg base material are laminated so as not to overlap with each other in excess of 4 or 1 mm in thickness at the same location, More preferably, the prepreg base materials are laminated so as not to overlap each other beyond two sheets. If the end of the prepreg base material overlaps at the stepped portion adjacent to each other exceeding 4 sheets or exceeding 1 mm thickness, the stress concentration at the stepped portion becomes remarkable in the fiber reinforced plastic, and the mechanical characteristics may be deteriorated. is there.

また、かかる段差部12cにおいて、積層体の表面のそれぞれのプリプレグ基材は、厚肉部12a、段差部12c、薄肉部12bにわたって該表面のそれぞれのプリプレグ基材以外のプリプレグ基材を覆うように配置されて(図3(b)中では上面の切込プリプレグ10b、下面の最下層の切込プリプレグ10aに相当)、積層されているのが好ましい。すなわち、段差部で段差を形成するための積層数を減らしている(増やしている)プリプレグ基材の不連続端10cを、積層体における表面のそれぞれに露出しないように積層するのが好ましい。段差部12cでプリプレグ基材の不連続端10cが露出していると、繊維強化プラスチックにおいて段差部12cに応力集中した際に、引き剥がし(ピール)応力が作用し、段差部からの破壊が加速される場合がある。積層体の表面のそれぞれのプリプレグ基材が、該表面のそれぞれのプリプレグ基材以外のプリプレグ基材を覆うように配置されていれば、かかる引き剥がし応力を最小限に抑制し、引き剥がし応力を受け止めることができる。なお、表面のそれぞれのプリプレグ基材としては、略号同形状のものを用いることが好ましい。   Moreover, in this level | step difference part 12c, each prepreg base material of the surface of a laminated body covers prepreg base materials other than each prepreg base material of this surface over the thick part 12a, level | step difference part 12c, and the thin part 12b. It is preferable that they are arranged (corresponding to the cut prepreg 10b on the upper surface and the cut prepreg 10a on the lowermost layer on the lower surface in FIG. 3B) and laminated. That is, it is preferable to laminate the discontinuous ends 10c of the prepreg base material in which the number of layers for forming a level difference at the level difference part is reduced (increased) so as not to be exposed on each surface of the layered product. If the discontinuous end 10c of the prepreg base material is exposed at the stepped portion 12c, when stress is concentrated on the stepped portion 12c in the fiber reinforced plastic, a peeling (peel) stress acts, and the breakage from the stepped portion is accelerated. May be. If each prepreg base material on the surface of the laminate is arranged so as to cover a prepreg base material other than each prepreg base material on the surface, the peeling stress is suppressed to a minimum, and the peeling stress is reduced. I can take it. In addition, as each prepreg base material of a surface, it is preferable to use the thing of abbreviation same shape.

また、図3に示した積層体12の切込部37に金属インサートを埋め込み、硬化、一体化させると、アセンブリコストが低減することができる。その際、金属インサートの周囲に複数の凹部設けることにより、流動した繊維が凹部に進入し、容易に隙間を充填することができるとともに、成形温度から低下することで、金属と繊維の熱膨張差でかしめられ、強固に一体化させることができる。   Further, when a metal insert is embedded in the cut portion 37 of the laminate 12 shown in FIG. 3 and cured and integrated, the assembly cost can be reduced. At that time, by providing a plurality of recesses around the metal insert, the flowed fibers can enter the recesses, and can easily fill the gaps. And can be firmly integrated.

(1a)脱気工程
後述(2)の成形工程、または、後述(1b)の予熱工程に先立って、積層体は、例えば伸縮性フィルムなどで覆って密閉した後にその中を減圧することや、真空乾燥機を用いることなどにより、脱気しておくのが好ましい。脱気しておくことにより、積層される際に噛み込んだエア(ボイド)や、マトリックス樹脂が吸湿した水分(水蒸気)などを積層体から除去しておくことができ、後述(2)の成形工程においてより優れた品位・品質の繊維強化プラスチックを得ることができる。脱気に際しては、効率的にエアや水分を除去するために、積層体を予備加熱するのが好ましい。好ましい加熱温度はマトリックス樹脂にも依存するが、一般的に40〜120℃である。装置的な制約を鑑みると60〜90℃がより好ましい。
(1a) Deaeration step Prior to the molding step described later (2) or the preheating step described later (1b), the laminated body is covered with, for example, an elastic film and sealed, and then the pressure is reduced. It is preferable to deaerate by using a vacuum dryer or the like. By deaeration, air (voids) bitten during lamination and moisture (water vapor) absorbed by the matrix resin can be removed from the laminate, and the molding described in (2) below. It is possible to obtain a fiber reinforced plastic having superior quality and quality in the process. In degassing, it is preferable to preheat the laminate in order to efficiently remove air and moisture. A preferable heating temperature depends on the matrix resin, but is generally 40 to 120 ° C. In view of device restrictions, 60 to 90 ° C. is more preferable.

本工程では、積層体を脱気した後に、後述(2)の成形工程、または、後述(1b)の予熱工程まで、例えば、デシケータ内や密閉フィルム(真空パック等)内など減圧環境を維持した状態を保存または保管しておくのがさらに効果的である。特に、積層体を密閉フィルム内で減圧環境を保っておく態様は、積層体の運搬、マトリックス樹脂の性能を維持するための低温保管、作業現場の環境・衛生維持、後述(1b)の予熱工程での予熱など、積層体の取扱性の観点から特に好ましい態様といえる。   In this step, after deaeration of the laminated body, a reduced pressure environment such as in a desiccator or a sealed film (such as a vacuum pack) is maintained until the molding step (2) described later or the preheating step (1b) described later. It is more effective to save or store the state. In particular, the aspect in which the laminate is kept in a reduced pressure environment in a sealed film is the transportation of the laminate, low-temperature storage for maintaining the performance of the matrix resin, maintenance of the environment and hygiene at the work site, and the preheating step described later (1b). It can be said that it is a particularly preferable embodiment from the viewpoint of the handleability of the laminate, such as preheating at.

(1b)予熱工程
後述(2)の成形工程に先立って、積層体を加熱してマトリックス樹脂を軟化させることができる。本発明では、前述の通り伸長できる切込プリプレグ基材を用いるため、本工程においてマトリックス樹脂を予め軟化させ、マトリックス樹脂が流動性を発現するレベルに樹脂粘度をさげておくことにより、後述(2)の成形工程で積層体の切込部を伸長させて容易に成形型に充填させることが可能となるという、連続繊維の中間基材を用いた場合とは異なる、格別な効果を奏することができる。特に、3mmを越える厚肉の繊維強化プラスチックを成形する場合は積層体の熱伝導に時間がかかるため積層体の内外層の差が生じ易く、本工程の後に後述(2)の成形工程を経るのが好ましい。
(1b) Preheating step Prior to the molding step (2) described later, the laminate can be heated to soften the matrix resin. In the present invention, since the notched prepreg base material that can be stretched as described above is used, the matrix resin is softened in advance in this step, and the resin viscosity is reduced to a level at which the matrix resin exhibits fluidity. ) In the molding step, it is possible to easily extend the cut portion of the laminate and fill the mold easily, which is different from the case of using an intermediate base material of continuous fibers. it can. In particular, in the case of molding a thick fiber reinforced plastic exceeding 3 mm, it takes time for heat conduction of the laminate, so that a difference between the inner and outer layers of the laminate tends to occur, and this step is followed by the molding step (2) described later. Is preferred.

また、繊維強化プラスチックがダブルコンター部を有する形状である場合、本工程において、マトリックス樹脂を予め軟化させて、成形後の繊維強化プラスチックの略形状に積層体に予賦形を行い、後述(2)の成形工程においてダブルコンター部を有する形状に成形することができる。ダブルコンター部を有する形状を成形するにあたり、平板状に積層体を作成した後、成形工程の前に、積極的に切込プリプレグ基材を伸長させることのない、折り曲げなどの簡単な操作で予賦型することで、成形型へ配置する際の位置決めが楽になり、また伸長させる方向を明確にすることで品位・品質の安定した繊維強化プラスチックを得ることができる。この場合、平板状から一気に成形するよりも生産性は若干低下するものの、より一層高品位、高品質の繊維強化プラスチックを得ることができる。   In the case where the fiber reinforced plastic has a shape having a double contour portion, in this step, the matrix resin is pre-softened, and the laminated body is preliminarily formed into a substantially shape of the fiber reinforced plastic after molding, which will be described later (2 ) In the shape having a double contour part. In forming a shape having a double contour part, after creating a laminate in a flat plate shape, before the forming process, it is possible to perform a simple operation such as bending without actively extending the cut prepreg base material. By shaping, positioning at the time of placing in the mold becomes easy, and by clarifying the extending direction, a fiber-reinforced plastic having stable quality and quality can be obtained. In this case, although the productivity is slightly lower than that of molding from a flat plate at once, it is possible to obtain a fiber reinforced plastic with higher quality and higher quality.

好ましい予賦形の形状としては、本工程で、積層体をシングルコンター部を有する簡易形状に予賦形しておくのがよい。ここで、“シングルコンター形状”とは凹凸形状の種類を指し、積層体の表面を二次曲面として取り出してきた際、該二次曲面上の点であって、該点を通る任意の平面を参照した際、該平面と該二次曲面の交線のうち該点を通る交線が直線となる交線が1つだけ存在する点の集合を指し、具体的には円錐形状や円筒形状、それらの一部が該当する。シングルコンター形状であれば、切込プリプレグ基材の伸長を伴わなくてもある程度の形状であれば追従可能である。例えば、弁当箱の蓋のような面板1面と立壁4面とで構成されるダブルコンター形状の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、積層体を面板1面と立壁2面とで構成されるシングルコンター形状、すなわちコの字型に予賦型した後に成形型に配置すると、配置する際の位置決めが容易となり、成形時に積層体が伸長する方向を制御することができる。   As a preferable pre-shaped shape, it is preferable that the laminated body is pre-shaped in a simple shape having a single contour portion in this step. Here, “single contour shape” refers to the type of uneven shape, and when the surface of the laminate is taken out as a quadric surface, it is a point on the quadric surface and an arbitrary plane passing through the point. When referring, it refers to a set of points where there is only one intersection line where the intersecting line passing through the point is a straight line among the intersecting lines of the plane and the quadric surface, specifically, a conical shape or a cylindrical shape, Some of them apply. If it is a single contour shape, even if it is not accompanied by expansion | extension of a notch prepreg base material, it can follow if it is a certain amount of shape. For example, when molding a double-contour-shaped fiber reinforced plastic composed of one face plate such as a lunch box lid and four standing walls, the laminate is a single contour composed of one face plate and two standing walls. If the shape, that is, the U-shaped pre-molded and then placed in the molding die, positioning at the time of placement becomes easy, and the direction in which the laminate is stretched during molding can be controlled.

予賦形はできるだけ簡易に行うのが好ましいため、その手段としては、平板状の積層体を予賦形型とシリコンラバーフィルム等とで密閉して、密閉空間を減圧することで予賦形型に押し付けるのが好ましい。   Since it is preferable to carry out pre-shaping as easily as possible, as a means for this, the flat-shaped laminate is sealed with a pre-forming mold and a silicon rubber film, etc., and the pre-forming mold is formed by decompressing the sealed space. It is preferable to press against.

なお、前記(1a)の脱気工程において、積層体を密閉フィルム内で減圧環境を保っておいた場合、本工程でも密閉された状態のままで予熱することにより、エアや水分などをさらに効率的に積層体から除去しておくことができる。   In the degassing step (1a), if the laminate is kept in a reduced pressure environment in a sealed film, air and moisture can be further improved by preheating in the sealed state in this step. In particular, it can be removed from the laminate.

(2)成形工程
積層体を成形型に押し付けて硬化または固化させ、繊維強化プラスチックとするに際し、成形型に形成されている板厚が異なる段差部に、積層体の段差部が対応するように位置決めして配置し、積層体の厚肉部、薄肉部または段差部の少なくともいずれかを伸長させて、成形型の厚肉部、薄肉部、段差部のそれぞれに充填させる。本発明では、伸長できる切込プリプレグ基材を用いて成形するため、積層体(特に切込部)を伸長させて容易に成形型に充填させることが可能となるが、段差を有する積層体を伸長させる際に、成形型に設けられている段差部、すなわち積層体の段差部に対応する箇所を基準として伸長させて成形することにより、本発明の課題を解決できることを見出したものであり、かかる点が本発明の最大の特徴といえる。段差部を最初に型と接触させてそこを基準とすることで、厚肉部および薄肉部での切込プリプレグ基材の伸長が格段に制御し易くなる。逆にいえば、伸長させるべき積層体の厚肉部または薄肉部を基準として、積層体の段差部での伸長および積層体の段差部の位置を制御するのは極めて困難であり、バラツキなく、所望寸法の繊維強化プラスチックを安定して成形することができない。
(2) Molding process When the laminate is pressed against a mold and cured or solidified to form a fiber reinforced plastic, the stepped portion of the laminate corresponds to the stepped portion having a different thickness formed on the mold. After positioning and arranging, at least one of the thick part, the thin part, or the step part of the laminate is extended to fill each of the thick part, the thin part, and the step part of the mold. In this invention, since it shape | molds using the notch prepreg base material which can be extended | stretched, it becomes possible to extend | stretch a laminated body (especially notch part), and to make it fill with a shaping | molding die easily. When elongating, it has been found that the problem of the present invention can be solved by elongating and molding the step portion provided in the mold, that is, the portion corresponding to the step portion of the laminate. This point is the greatest feature of the present invention. By first bringing the step portion into contact with the mold and using it as a reference, the extension of the cut prepreg base material at the thick and thin portions can be significantly controlled. Conversely speaking, it is extremely difficult to control the extension at the step portion of the laminate and the position of the step portion of the laminate, based on the thick or thin portion of the laminate to be stretched, without variations, A fiber-reinforced plastic having a desired size cannot be stably molded.

本工程において、積層体の積層体への位置決めは、成形型もしく積層体固定ジグに予め表示している配置する箇所に、機械的に把持して固定するか、または、マトリックス樹脂の有する粘着性で固定する手段を採ることが好ましい。かかる位置決め手段により、成形型に形成されている板厚が異なる段差部に、積層体の段差部が対応するように確実に位置決めして配置することが可能となる。特に、機械的に把持して固定する場合には、所定の箇所を点状に把持してもよいし、所定の箇所を線状または面状に把持してもよい。成形型の形状にもよるが、位置決めを簡便に行い、配置した後の積層体の伸長を可能な限り妨げないという観点からは、点状に積層体を把持するのが好ましい。また、特に、マトリックス樹脂の有する粘着性で固定する場合には、点状の把持だけでは確実な固定が困難な場合があるため、線状または面状に積層体を成形型に固定するのが好ましい。さらに、前記(1b)の予熱工程を経ると、マトリックス樹脂の粘着性が一層向上して確実に成形型に固定、配置することができる。   In this step, positioning of the laminate to the laminate is performed by mechanically holding and fixing to the place where the mold or the laminate fixing jig is displayed in advance, or the adhesive that the matrix resin has. It is preferable to adopt a means for fixing by sex. With such positioning means, it is possible to reliably position and arrange the stepped portions of the laminate so as to correspond to the stepped portions having different plate thicknesses formed in the mold. In particular, when mechanically gripping and fixing, a predetermined portion may be gripped in a dot shape, or the predetermined portion may be gripped in a line or a plane. Although depending on the shape of the molding die, it is preferable to hold the laminate in a dotted manner from the viewpoint of simply positioning and not hindering the extension of the laminate after placement as much as possible. In particular, when fixing with the adhesive property of the matrix resin, since it may be difficult to reliably fix it only by point-like gripping, the laminate may be fixed to the mold in a linear or planar shape. preferable. Further, after the preheating step (1b), the adhesiveness of the matrix resin is further improved and can be reliably fixed and arranged on the mold.

成形型は、固定型と可動型との少なくとも2つで構成されることが望ましい。また、スライド型や中子やあて板(カウルプレート)など2つ以上の固定型または可動型を組み合わせて成形型として用いてもよい。固定型としては、例えば鉄鋼やアルミ系合金やニッケル系合金などの金属製の金型を用いることもできるし、簡易的に繊維強化プラスチック製のFRP型などを用いることもできる。可動型としては、例えば金属製の金型を用いることもできるし、簡易的に伸縮性フィルムなどを用いることもできる。   It is desirable that the mold is composed of at least two of a fixed mold and a movable mold. Further, a combination of two or more fixed molds or movable molds such as a slide mold, a core, and a counter plate (a cowl plate) may be used as a molding mold. As the fixed mold, for example, a metal mold such as steel, an aluminum alloy, or a nickel alloy can be used, or a fiber reinforced plastic FRP mold can be used. As the movable mold, for example, a metal mold can be used, and a stretchable film or the like can be simply used.

固定型と可動型との少なくとも2つで構成される成形型を用いて、積層体を固定型に配置し、可動型をこの固定型に押し付けて成形するにあたり、積層体が成形型に最初に接触する部分に少なくとも段差部を配置するのが好ましい。例えば、固定型および可動型として金型を用いるケースでは、成形型の型締前に、固定型に形成されている段差部に、積層体の段差部が対応するように積層体を固定型上に配置し、しかる後に、型締して積層体を成形することができる。積層体の位置決めは、上述の通り、成形型もしく積層体固定ジグに予め表示している配置する箇所に、機械的に把持して固定するか、または、マトリックス樹脂の有する粘着性で固定する手段を採ることができる。   Using a molding die composed of at least two of a fixed die and a movable die, the laminate is placed on the fixed die, and when the movable die is pressed against the fixed die and molded, the laminate is first placed on the mold. It is preferable to arrange at least a stepped portion in the contacting portion. For example, in the case where a mold is used as the fixed mold and the movable mold, before the mold is clamped, the laminated body is placed on the fixed mold so that the stepped part of the laminated body corresponds to the stepped part formed in the fixed mold. After that, the laminate can be molded by clamping. As described above, the positioning of the laminated body is either mechanically held and fixed at the place where the mold or the laminated body fixing jig is displayed in advance, or fixed with the adhesiveness of the matrix resin. Measures can be taken.

また、成形型の型締前には固定型にも可動型にも触れないように積層体を配置する場合(後述の図4の態様)には、成形型を型締していき積層体に可動型が接触する際に、可動型に形成されている段差部に、積層体の段差部が対応するように配置した後に、型締して積層体を成形することができる。特にこの場合の積層体の位置決め手段は、積層体固定ジグに予め表示している配置する箇所に、機械的に把持して固定するのが好ましい。   In addition, before the mold is clamped, when the laminated body is arranged so that neither the fixed mold nor the movable mold is touched (the mode shown in FIG. 4 described later), the mold is clamped to form the laminated body. When the movable mold comes into contact, the laminated body can be molded by clamping after arranging the stepped part of the laminated body so as to correspond to the stepped part formed in the movable mold. In particular, it is preferable that the positioning means for the laminated body in this case is mechanically gripped and fixed at a place to be arranged that is displayed in advance on the laminated body fixing jig.

一方、可動型として伸縮性フィルムを用いるケースでは、固定型の上に積層体を配置する場合(後述の図5の態様)には、固定型に形成されている段差部に、積層体の段差部が対応するように積層体を固定型上に配置した後に、キャビティ内を減圧して積層体を成形することができる。また、可動型として伸縮性フィルムに加えてあて板を組み合わせて用いるケースでは、あて板に形成されている段差部に、積層体の段差部が対応するように配置した後に、キャビティ内を減圧して積層体を成形することができる。特にこの場合の積層体の位置決め手段は、マトリックス樹脂の有する粘着性で固定する手段を採ることができ、とりわけ線状または面状に固定するのが好ましい。   On the other hand, in the case of using a stretchable film as the movable mold, when the laminated body is disposed on the fixed mold (a mode of FIG. 5 described later), the level difference of the laminated body is formed on the stepped portion formed in the fixed mold. After the laminated body is arranged on the fixed mold so that the portions correspond, the inside of the cavity can be decompressed to form the laminated body. In addition, in the case of using a combination of a stretcher film and an address plate as a movable type, the cavity is depressurized after the step portion of the laminate corresponds to the step formed on the address plate. Thus, a laminate can be formed. In particular, the means for positioning the laminate in this case may be a means for fixing with the adhesive property of the matrix resin, and it is particularly preferable to fix it in a linear or planar shape.

成形型として固定型および可動型のいずれも熱容量の大きい金属製の金型で構成すると、積層体を素早く金型温度に制御することができ、高効率に大量の繊維強化プラスチックを成形できる。また、成形型の型締により、積層体を硬化または固化させる際に高い圧力を積層体に付与することができ、切込プリプレグ基材を充分に伸長させて繊維強化プラスチックの品位・品質を高めることができる。特に、3mmを越える厚肉の繊維強化プラスチックを成形する場合は積層体の熱伝導に時間がかかるため、固定型および可動型のいずれも金型を用いるのが好ましい。金型を用いる場合の加熱手段としては、成形型自体をカートリッジヒーターや熱媒体の循環により加熱して温度制御するのが好ましい。   If both the fixed mold and the movable mold are formed of a metal mold having a large heat capacity, the laminate can be quickly controlled to the mold temperature, and a large amount of fiber-reinforced plastic can be molded with high efficiency. In addition, the mold can be clamped to apply a high pressure to the laminate when the laminate is cured or solidified, and the cut prepreg base material can be sufficiently stretched to improve the quality and quality of the fiber reinforced plastic. be able to. In particular, when molding a fiber reinforced plastic with a thickness exceeding 3 mm, it takes time for the laminated body to conduct heat. Therefore, it is preferable to use a mold for both the fixed mold and the movable mold. As a heating means in the case of using a mold, it is preferable to control the temperature by heating the mold itself by circulation of a cartridge heater or a heat medium.

図4は、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method for producing a fiber-reinforced plastic according to the present invention.

図4における成形型28は、可動型28aと固定型28bとから構成されている。また、成形型の型締に伴って移動できる枠状の積層体の位置決め用クランプ(積層体固定ジグ)28dを有している。積層体12を、スプリング27で支えられたクランプ28dに、機械的に点状に把持して固定して、位置決めしている。その後、可動型を下降させて、まず可動型28aの段差部と積層体12の段差部12cとを接触させる。この際、積層体12の薄肉部12bも同時に可動型28aに接触している。可動型28aと最初に接触する積層体12の段差部12cおよび薄肉部12bは可動型28aと固定型28bとにより一旦固定される。しかる後に、固定型28bに積層体12の厚肉部12aが接触し、厚肉部が伸長されて繊維強化プラスチックを得ている。少なくとも段差部から接触させて型締していくことで、伸長の起点を固定して流動を制御することで、均一な切込プリプレグ基材の伸長を実現して、高品位・高品質の繊維強化プラスチックを不良品少なく成形することができる。また、脱型の機構を備えると量産性に優れる。   The molding die 28 in FIG. 4 includes a movable die 28a and a fixed die 28b. In addition, it has a frame-shaped laminated body positioning clamp (laminated body fixing jig) 28d that can be moved with mold clamping of the mold. The laminated body 12 is mechanically gripped and fixed in a dot shape to a clamp 28d supported by a spring 27 for positioning. Thereafter, the movable mold is lowered, and the stepped portion of the movable mold 28 a and the stepped portion 12 c of the laminated body 12 are first brought into contact with each other. At this time, the thin portion 12b of the laminated body 12 is also in contact with the movable mold 28a at the same time. The step portion 12c and the thin portion 12b of the laminate 12 that first contacts the movable die 28a are temporarily fixed by the movable die 28a and the fixed die 28b. Thereafter, the thick portion 12a of the laminate 12 is brought into contact with the fixed mold 28b, and the thick portion is extended to obtain a fiber reinforced plastic. At least from the stepped part, the mold is clamped to fix the starting point of elongation and control the flow, thereby realizing uniform elongation of the cut prepreg base material and high-quality, high-quality fibers Reinforced plastic can be molded with few defective products. Moreover, if a demolding mechanism is provided, it is excellent in mass productivity.

一方、可動型を安価な伸縮性フィルムで構成すると、成形型やその昇降機など大型設備を用いずに固定費を抑制することができ、安価に繊維強化プラスチックを成形できるため、特に少量多品種への対応が容易となる。また、可動型として伸縮性フィルムとあて板(金属製または繊維強化プラスチック製など)とを組み合わせて用いてもよい。この場合、固定型は金型でもよいし、FRP型でもよい。伸縮性フィルムを用いる場合の加熱手段としては、固定型のみを加熱して温度制御してもよいし、固定型および伸縮性フィルムをオーブン(熱風、誘導加熱、高周波加熱など)の中に配置してそれぞれを温度制御してもよいし、両者を組み合わせてもよい。特に3mm以下の薄肉の繊維強化プラスチックを成形する場合は積層体の熱伝導が短時間ですむため前者が好ましく、3mmを越える厚肉の繊維強化プラスチックを成形する場合は積層体の熱伝導に時間がかかるため後者が好ましい。厚肉部が3mmを越え薄肉部が3mm以下である場合は、両者を組み合わせるのが好ましい。   On the other hand, if the movable mold is made of an inexpensive stretchable film, the fixed cost can be reduced without using large equipment such as a mold or its elevator, and fiber reinforced plastic can be molded at low cost. Is easy to handle. Further, as a movable type, a stretchable film and a contact plate (made of metal, fiber reinforced plastic, or the like) may be used in combination. In this case, the fixed mold may be a mold or an FRP mold. When using a stretchable film, the temperature may be controlled by heating only the fixed mold, or the fixed mold and the stretchable film are placed in an oven (hot air, induction heating, high frequency heating, etc.). Each may be temperature controlled, or both may be combined. The former is preferable when molding thin fiber-reinforced plastics with a thickness of 3 mm or less, because the heat conduction of the laminate is short, and when molding thick fiber-reinforced plastics with a thickness of more than 3 mm, it takes time to heat the laminate. Therefore, the latter is preferable. When the thick part exceeds 3 mm and the thin part is 3 mm or less, it is preferable to combine both.

図5は、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す平面図および断面図である。   FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of the method for producing the fiber-reinforced plastic of the present invention.

図5における成形型28は、固定型28cと伸縮性フィルム32とから構成されている。積層体12を固定型28cに形成されている段差部に、積層体12の段差部12cが対応するように接触させて、マトリックス樹脂の有する粘着性で、線状に成形型上に固定して、位置決めしている。この際、積層体12の厚肉部12aおよび薄肉部12bも同時に固定型28cに線状に接触している。しかる後に、固定型28cと可動型として伸縮性フィルム32を脱気口26となるパイプを残してシーラント31などで密封し、真空ポンプなどを用いて密封された空間(キャビティ)30を減圧し、大気圧との差圧により積層体12を固定型28cに面状に押し付けて、厚肉部12a、薄肉部12bおよび段差部12cがそれぞれ伸長されて繊維強化プラスチックを得ている。大きく伸長している部分は、凸形状36を有する両端部(ダブルコンター部25)を形成する厚肉部12aと薄肉部12bとである。   The mold 28 in FIG. 5 is composed of a fixed mold 28 c and a stretchable film 32. The laminated body 12 is brought into contact with the stepped portion formed on the fixed mold 28c so that the stepped portion 12c of the laminated body 12 corresponds to the laminated body 12 and is fixed on the mold in a linear shape with the adhesiveness of the matrix resin. , Positioning. At this time, the thick portion 12a and the thin portion 12b of the laminate 12 are also in linear contact with the fixed mold 28c at the same time. Thereafter, the stretchable film 32 is sealed as a fixed mold 28c and a movable mold with a sealant 31 or the like leaving a pipe serving as a degassing port 26, and the sealed space (cavity) 30 is decompressed using a vacuum pump or the like, The laminated body 12 is pressed in a planar shape against the fixed mold 28c by a pressure difference from the atmospheric pressure, and the thick part 12a, the thin part 12b, and the step part 12c are respectively extended to obtain a fiber reinforced plastic. The greatly extended portions are the thick portion 12 a and the thin portion 12 b that form both end portions (double contour portion 25) having the convex shape 36.

さらにオートクレーブなどの圧力容器中にこの成形型を入れ、圧力容器内の圧力と密封された空間30との差圧(0.1〜0.6MPa程度)で積層体12を固定型28cに押し当てることも可能である。成形ごとに伸縮性フィルムを使い捨てにしてもよいが、耐久性のあるシリコンラバーフィルムなどを開閉式の蓋として用いることも可能で、副資材のコスト抑制の面からは好ましい。   Further, this mold is placed in a pressure vessel such as an autoclave, and the laminate 12 is pressed against the fixed die 28c with a pressure difference (about 0.1 to 0.6 MPa) between the pressure in the pressure vessel and the sealed space 30. It is also possible. The stretchable film may be made disposable for each molding, but a durable silicone rubber film or the like can be used as the openable lid, which is preferable from the viewpoint of cost reduction of the auxiliary material.

マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合、前記(1b)の予熱工程における加熱温度が、本工程の成形型の温度よりも低いのが好ましい。すなわち、予熱工程でプリプレグ基材における熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上(好ましくは35〜110℃、さらに好ましくは40〜90℃)にIRヒーターやオーブンなどで加熱してマトリックス樹脂を軟化させ、予熱温度よりも高温(好ましくは繊維強化プラスチックにおけるガラス転移温度である120〜200℃)に温度制御された成形型に押し付けて、マトリックス樹脂を硬化させるホットプレス成形により繊維強化プラスチックを得るのが好ましい。熱硬化性樹脂は、後述の熱可塑性樹脂とは異なり、樹脂の硬化反応によりガラス転移温度が向上するため、上述のような温度制御を行い成形すると、成形型の占有時間を短くしながらに本発明の課題を解決することができる。   When the matrix resin is a thermosetting resin, the heating temperature in the preheating step (1b) is preferably lower than the temperature of the mold in this step. That is, in the preheating step, the matrix resin is softened by heating with an IR heater or oven to a temperature higher than the glass transition temperature of the thermosetting resin in the prepreg substrate (preferably 35 to 110 ° C, more preferably 40 to 90 ° C), It is preferable to obtain a fiber reinforced plastic by hot press molding in which the matrix resin is cured by pressing against a mold whose temperature is controlled higher than the preheating temperature (preferably a glass transition temperature of 120 to 200 ° C. in the fiber reinforced plastic). . Unlike the thermoplastic resin described later, the thermosetting resin improves the glass transition temperature by the resin curing reaction. Therefore, when molding is performed by controlling the temperature as described above, the thermosetting resin shortens the occupation time of the molding die. The problems of the invention can be solved.

マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合の成形条件としては、成形工程における成形型の温度T1と、脱型工程における成形型の温度T2とを実質的に一定とするのがよい。なお、成形型の温度は積層体に触れるキャビティの表面を複数点(可動型、固定型である場合には、少なくとも一点以上どちらの型も測定)、熱電対で測定した温度の平均で代表する。ここで、本発明における金型温度Tが実質的に一定とは、通常金型温度の変動が±10℃の範囲内であることを表す。また、T1、T2ともに経時的に変化しないのがよい。   As a molding condition when a thermosetting resin is used as the matrix resin, it is preferable that the mold temperature T1 in the molding process and the mold temperature T2 in the demolding process are substantially constant. Note that the temperature of the mold is represented by the average of the temperatures measured with a thermocouple at multiple points on the surface of the cavity that touches the laminate (if the mold is a movable mold or a fixed mold, at least one point is measured). . Here, that the mold temperature T in the present invention is substantially constant means that the variation of the mold temperature is usually within a range of ± 10 ° C. Further, both T1 and T2 should not change over time.

本発明において、繊維強化プラスチックは、金型温度Tが、プリプレグ基材に用いられる熱硬化性樹脂の示差走査熱量測定(DSC)に拠る発熱ピーク温度Tpに対して、
(Tp−60)≦T≦(Tp+20)・・・(I)
の範囲内で製造することが好ましい。さらに好ましくは、
(Tp−30)≦T≦Tp ・・・(II)
の範囲内である。金型温度Tが、Tp−60より低い場合、樹脂の硬化に要する時間が非常に長くなり、また硬化が不十分である場合もある。一方、Tp+20より高い場合、樹脂の急激な反応により樹脂内部でのボイドの生成、硬化不良を引き起こすことがある。なお、本発明におけるDSCに拠る発熱ピーク温度Tpは、JIS K7121(1987)に準じて行われ、温度30〜180℃で、昇温速度10℃/分の条件にて昇温させて得た発熱曲線のピークをとった値である。JIS K7121(1987)に言う試験片は、本発明においてはペーストである。従って、「試験片の状態調節」、「試験片」はそれぞれ「ペーストの状態調節」、「ペースト」ということができる。ペーストの状態調節は、原則として、温度23±2℃及び相対湿度50±5%において6〜8時間静置して行い、熱処理などは一切行わない。また、ペーストはペースト状のまま測定するため、寸法に関する規定はない。
In the present invention, the fiber reinforced plastic has a mold temperature T with respect to an exothermic peak temperature Tp based on differential scanning calorimetry (DSC) of a thermosetting resin used for a prepreg substrate.
(Tp-60) ≦ T ≦ (Tp + 20) (I)
It is preferable to manufacture within the range. More preferably,
(Tp-30) ≦ T ≦ Tp (II)
Is within the range. When the mold temperature T is lower than Tp-60, the time required for curing of the resin becomes very long, and the curing may be insufficient. On the other hand, when it is higher than Tp + 20, a rapid reaction of the resin may cause generation of voids inside the resin and poor curing. In addition, the exothermic peak temperature Tp based on DSC in the present invention is performed according to JIS K7121 (1987), and is an exotherm obtained by raising the temperature at a temperature of 30 to 180 ° C. under a temperature raising rate of 10 ° C./min. The value is the peak of the curve. The test piece referred to in JIS K7121 (1987) is a paste in the present invention. Therefore, “condition adjustment of test piece” and “test piece” can be referred to as “condition adjustment of paste” and “paste”, respectively. In principle, the state of the paste is adjusted to stand for 6 to 8 hours at a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 50 ± 5%, and no heat treatment is performed. In addition, since the paste is measured in the form of a paste, there is no regulation regarding the dimensions.

マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合、前記(1b)の予熱工程における加熱温度が、本工程の成形型の温度よりも高いのが好ましい。すなわち、予熱工程で熱可塑性樹脂のガラス転移温度もしくは融点付近もしくはそれ以上(熱可塑性樹脂の種類にも依存するが、一般的には180〜350℃)にIRヒーターやオーブンなどで加熱してマトリックス樹脂を軟化させ、室温、もしくは積層体よりも低温(熱可塑性樹脂の種類にも依存するが、一般的には30〜100℃)に温度制御された成形型に押し付けて、マトリックス樹脂を固化させるコールドプレス(スタンピング)成形により繊維強化プラスチックを得るのが好ましい。一般的に、熱可塑性樹脂を用いたコールドプレス成形は、熱硬化性樹脂を用いたホットプレス成形よりも成形サイクルタイムを短くすることができるというメリットがある。   When the matrix resin is a thermoplastic resin, the heating temperature in the preheating step (1b) is preferably higher than the temperature of the mold in this step. That is, in the preheating step, the matrix is heated by an IR heater or oven near the glass transition temperature or melting point of the thermoplastic resin or higher (generally 180 to 350 ° C., depending on the type of the thermoplastic resin). The resin is softened and pressed against a mold controlled at room temperature or at a temperature lower than the laminate (generally 30 to 100 ° C., depending on the type of thermoplastic resin), and the matrix resin is solidified. It is preferable to obtain a fiber reinforced plastic by cold press (stamping) molding. In general, cold press molding using a thermoplastic resin has an advantage that the molding cycle time can be shortened compared to hot press molding using a thermosetting resin.

(3)脱型工程
前記成形型から前記繊維強化プラスチックを取り出す。マトリックス樹脂に熱硬化性樹脂を用いた場合は硬化が終わった後、もしくは脱型可能な程度硬化した後に、熱可塑性樹脂を用いた場合は固化が終わった後、もしくは脱型可能な程度に固化した後に、成形型から繊維強化プラスチックを取り出す。
(3) Demolding step The fiber reinforced plastic is taken out from the mold. When a thermosetting resin is used for the matrix resin, it is hardened after it has been cured or hardened to the extent that it can be removed from the mold. After that, the fiber reinforced plastic is taken out from the mold.

(4)後加熱工程
必要に応じて、繊維強化プラスチックを前記(2)の成形工程の成形型温度以上の温度に加熱するのが好ましい。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合は、前記(2)の成形工程でプレスしている時間を脱型できるレベルに最小限に短くして、本工程を経ることにより完全硬化することができる。また、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合は、コールドプレス(スタンピング)成形すると、前記(2)の成形工程での成形型温度がガラス転移温度や融点より低い温度に制御される。このような場合、例えば、ガラス転移温度を超える温度に後加熱する本工程を経ることにより、繊維強化プラスチックに発生したソリの矯正や、結晶化を進めるアニール処理などをおこなうことができる。
(4) Post-heating step It is preferable to heat the fiber reinforced plastic to a temperature equal to or higher than the mold temperature in the molding step (2) as necessary. When the matrix resin is a thermosetting resin, it can be completely cured by passing through this step by minimizing the pressing time in the molding step (2) to a level that allows demolding. When the matrix resin is a thermoplastic resin, when cold press (stamping) molding is performed, the mold temperature in the molding step (2) is controlled to a temperature lower than the glass transition temperature and the melting point. In such a case, for example, by performing this step of post-heating to a temperature exceeding the glass transition temperature, it is possible to correct the warp generated in the fiber-reinforced plastic or to perform an annealing process for promoting crystallization.

本工程では、成形型を用いずに、複数の繊維強化プラスチックを同時に後加熱すると、前記(2)の成形工程で用いる高価な成形型の型占有時間を短くできるため好ましい。もちろん、繊維強化プラスチックの寸法を厳密に制御するために本工程では後加熱工程のための型を用いてもよいが、簡易な固定ジグ等を用いると、本工程を経る目的をより安価に達成できるため好ましい。本工程での加熱手段としては、成形型を用いずに、複数の繊維強化プラスチックを同時に後加熱するのが好ましいため、加熱領域を広くとれるオーブン(熱風、誘導加熱、高周波加熱など)を用いるのが好適である。   In this step, it is preferable to simultaneously post-heat a plurality of fiber reinforced plastics without using a molding die because the occupation time of the expensive molding die used in the molding step (2) can be shortened. Of course, in order to strictly control the dimensions of the fiber reinforced plastic, a mold for the post-heating process may be used in this process. However, if a simple fixing jig or the like is used, the purpose of this process can be achieved at a lower cost. This is preferable because it is possible. As a heating means in this step, it is preferable to post-heat a plurality of fiber reinforced plastics simultaneously without using a mold, and therefore an oven (hot air, induction heating, high frequency heating, etc.) that can take a wide heating area is used. Is preferred.

以上の通り、本発明によれば、繊維強化プラスチックが複雑形状であっても、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれを用いても、高品位・高品質の繊維強化プラスチックを容易に製造することが可能である。こうして得られた繊維強化プラスチックは、連続繊維基材のように成形時に繊維が突っ張ることがないため、積層体がしっかり成形型に押し付けられる。また、板厚の異なる段差部を有していても、積層体の段差部を基準として伸長させて成形することにより、充分に型面が転写された高品位・高品質な繊維強化プラスチックを得ることができる。さらに、成形時に伸長できる切込プリプレグ基材を用いているため、最終形状である繊維強化プラスチックよりも小さめに積層体を用意してもよいため、嵩高である積層体が成形型に収まりきれずバリやシワ、型間への繊維噛み込みが発生することが少ない。また、マッチドダイを用いることで、トリムレスの繊維強化プラスチックを得ることができる。繊維強化プラスチックの特徴としては、少なくとも繊維強化プラスチックの一部の領域(特にダブルコンター部)に含まれるすべての強化繊維の繊維長さLcが10〜100mmの範囲内である。   As described above, according to the present invention, high-quality and high-quality fiber-reinforced plastics can be easily produced regardless of whether the fiber-reinforced plastic has a complicated shape or a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used as a matrix resin. Can be manufactured. Since the fiber-reinforced plastic obtained in this manner does not stretch during molding unlike a continuous fiber substrate, the laminate is firmly pressed against the mold. Also, even if it has stepped parts with different plate thicknesses, it is possible to obtain a high-quality and high-quality fiber-reinforced plastic that has been sufficiently transferred to the mold surface by forming it by using the stepped part of the laminate as a reference. be able to. Furthermore, since a cut prepreg base material that can be stretched at the time of molding is used, a laminate may be prepared smaller than the fiber reinforced plastic that is the final shape, so the bulky laminate cannot fit in the mold. There are few occurrences of fiber biting between burrs, wrinkles, and molds. Moreover, a trimless fiber-reinforced plastic can be obtained by using a matched die. As a feature of the fiber reinforced plastic, the fiber length Lc of all the reinforced fibers included in at least a part of the fiber reinforced plastic (particularly, the double contour portion) is in the range of 10 to 100 mm.

より好ましくは、切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが切込により分断されており、前記切込により分断されている繊維長さLが10〜100mmの範囲内である。切込プリプレグ基材の全ての繊維長さLを100mm以下とすることで、最終的に製造される繊維強化プラスチックの形状を考慮することなく、切込プリプレグ基材や積層体を製造することができるため、設計、作業効率の面で大きなメリットがある。また、積層時にトラップされた空気が厚み方向に切込を通じて脱気しやすく、ボイドが発生しにくく、高い力学特性が期待できる。なお、本発明において“強化繊維の全てが前記切込により分断され”ているとは、プリプレグ基材に含まれる強化繊維本数のうち95%以上が10〜100mmに分断されていることをいう。   More preferably, all of the reinforcing fibers constituting the cut prepreg base material are cut by cutting, and the fiber length L cut by the cutting is in the range of 10 to 100 mm. By making all the fiber lengths L of the cut prepreg base material 100 mm or less, it is possible to manufacture a cut prepreg base material and a laminate without considering the shape of the fiber reinforced plastic to be finally produced. Because it can, there is a big merit in terms of design and work efficiency. In addition, the air trapped at the time of stacking can be easily deaerated through a cut in the thickness direction, voids are hardly generated, and high mechanical properties can be expected. In the present invention, “all of the reinforcing fibers are divided by the incision” means that 95% or more of the number of reinforcing fibers contained in the prepreg base material is divided into 10 to 100 mm.

好ましい切込プリプレグ基材の切込の形態の一つとして、切込が直線状であり、かつ、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsが30μm〜100mmであり、断続的かつ周期的に配置されている切込プリプレグ基材、より好ましい切込プリプレグ基材の形態の一つとしては、前記切込が、さらに全面にわたって配置されている切込プリプレグ基材が挙げられる。切込が連続的ではなく断続的に入っていることで、切込プリプレグ基材が切込によりばらばらになることなく、積層時などの取り扱い性に優れる。また、周期的に切込が配置することで、切込の位置を制御することができ、力学特性を制御することができる。ここで、“切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWs”とは図6に示す通り、切込4を強化繊維3の垂直方向(繊維直交方向2)を投影面として、切込4から該投影面に垂直(繊維長手方向1)に投影した際の長さ9を指す。また、切込が“全面にわたって配置されている”とは、切込プリプレグ基材全面に含まれる強化繊維をすべて10〜100mmの長さに分断する切込を設けることを意味する。   As one of the preferred incision forms of the incision prepreg base material, the incision is linear, and the projected length Ws in which the incision is projected in the vertical direction of the reinforcing fiber is 30 μm to 100 mm, and is intermittent And as one of the forms of the cutting prepreg base material arrange | positioned periodically and the more preferable cutting prepreg base material, the cutting prepreg base material by which the said cutting is further arrange | positioned over the whole surface is mentioned. Since the incisions are not continuous but intermittent, the incised prepreg base material is not separated by the incision and is excellent in handleability during lamination. In addition, by periodically arranging the cuts, the position of the cuts can be controlled, and the dynamic characteristics can be controlled. Here, the “projection length Ws obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber” means that the cut 4 is cut with the vertical direction (fiber orthogonal direction 2) of the reinforcing fiber 3 as the projection plane as shown in FIG. The length 9 when projected perpendicularly to the projection surface (fiber longitudinal direction 1) from the protrusion 4 is indicated. Further, the phrase “the cuts are arranged over the entire surface” means that there are provided cuts that divide all the reinforcing fibers contained in the cut prepreg base material into a length of 10 to 100 mm.

切込により生成された強化繊維の不連続端は、繊維強化プラスチックに荷重が加わったときに応力集中が起こり、破壊の起点となる可能性が高い。したがって、切込が小さい方が強度上有利である。Wsは分断する強化繊維の量を示す指標であり、Wsが100mm以下の場合には強度が大きく向上する。しかしながら、Wsが30μmより小さくとなると、切込の制御が難しくなる場合があり、強化繊維の切込部全体に渡ってLが10〜100mmとなるよう、保障することが難しくなることがある。すなわち、切込により分断されていない強化繊維が複雑形状に沿うことを期待されている切込部中に存在すると、繊維が突っ張り流動性は著しく低下することがあるが、長めに切込を入れるとLが10mmを下回る領域が多くなってしまい設計値より低い強度となってしまうことがある、という問題点がある。逆にWsが100mmより大きいときにはほぼ強度が一定に落ち着く。すなわち、強化繊維の不連続端がある一定以上に大きくなると、破壊が始まる荷重がほぼ同等となる。さらに好ましくは、Wsが1.5mm以下であるときに、強度向上が著しい。すなわち、簡易な装置で切込を挿入することができるという観点からは、Wsは1〜100mmであることが好ましく、一方、切込の制御のしやすさと力学特性との関係を鑑みると、Wsは30μm〜1.5mmであることが好ましく、さらに好ましくは50μm〜1mmの範囲内である。   The discontinuous ends of the reinforcing fibers generated by the cutting are likely to cause stress concentration when a load is applied to the fiber reinforced plastic, and become a starting point of fracture. Therefore, it is advantageous in strength that the cut is smaller. Ws is an index indicating the amount of reinforcing fiber to be divided, and when Ws is 100 mm or less, the strength is greatly improved. However, when Ws is smaller than 30 μm, it may be difficult to control the cut, and it may be difficult to ensure that L is 10 to 100 mm over the entire cut portion of the reinforcing fiber. That is, if reinforcing fibers that are not divided by the cuts are present in the cuts that are expected to conform to the complex shape, the fibers may be remarkably lowered in fluidity, but the cuts are made longer. There is a problem that the area where L is less than 10 mm increases and the strength may be lower than the design value. Conversely, when Ws is greater than 100 mm, the strength is almost constant. That is, when the discontinuous ends of the reinforcing fibers become larger than a certain level, the loads at which the fracture starts are substantially equal. More preferably, the strength is significantly improved when Ws is 1.5 mm or less. That is, from the viewpoint that the cutting can be inserted with a simple device, Ws is preferably 1 to 100 mm. On the other hand, in view of the relationship between the ease of controlling the cutting and the mechanical characteristics, Ws Is preferably 30 μm to 1.5 mm, more preferably in the range of 50 μm to 1 mm.

図6は、本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。   FIG. 6 is an enlarged plan view showing an example of a cut prepreg base material used in the present invention.

以下、好ましい切込パターンの一例を、図6を用いて詳細に説明する。強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材上に制御されて整列した切込4を複数入れる。繊維長手方向1の対になる切込同士で繊維が分断され、その間隔6を10〜100mmとすることで、プリプレグ基材上の強化繊維の繊維長さLを実質的に10〜100mmにすることができる。   Hereinafter, an example of a preferable cutting pattern will be described in detail with reference to FIG. A plurality of controlled and aligned cuts 4 are made on a prepreg base material in which reinforcing fibers are aligned in one direction. The fibers are divided by the pair of cuts in the fiber longitudinal direction 1, and the interval 6 is set to 10 to 100 mm, so that the fiber length L of the reinforcing fiber on the prepreg base material is substantially 10 to 100 mm. be able to.

図6では繊維長さLと切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsがいずれも一種類である例を示している。第1の断続的な切込からなる列7aと、第3の断続的な切込からなる列7cは繊維長手方向1にL平行移動することで重ねることができ、また、第2の断続的な切込からなる列7bと、第4の断続的な切込からなる列7dは繊維長手方向1にL平行移動することで重ねることができる。また、第1、第2の切込の列と第3、第4の切込の列に互いに切り込まれた繊維があり、繊維長さL以下に切り込まれた幅5が存在することによって、安定的に繊維長さを100mm以下で切込プリプレグ基材を製造できる。   FIG. 6 shows an example in which both the fiber length L and the projected length Ws obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber are one type. The row 7a composed of the first intermittent cuts and the row 7c composed of the third intermittent cuts can be overlapped by moving L in the fiber longitudinal direction 1 and the second intermittent cuts. The row 7b made of a notch and the row 7d made of a fourth intermittent cut can be overlapped by L translation in the fiber longitudinal direction 1. In addition, there are fibers cut into the first and second cut rows and the third and fourth cut rows, and there is a width 5 cut to a fiber length L or less. A cut prepreg base material can be produced stably with a fiber length of 100 mm or less.

図7は、本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。   FIG. 7 is a plan view showing an example of a cut prepreg base material used in the present invention.

切込のパターンとしては図7(a)〜(f)にいくつか例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。図7において、強化繊維の配列の図示は省略しているが、強化繊維の配列方向は上下方向である。図7(a)、(b)あるいは(c)は、切込が繊維直交方向2に入っている態様、図7の(d)、(e)あるいは(f)は、切込が繊維直交方向2から傾いている様態を示している。対になる切込以外の切込に分断される繊維の中には、前記繊維長さより短い繊維も存在するが、かかる繊維は本発明で規定する繊維長さLを有する繊維には含まない。そして、そのような10mm以下の繊維は少なければ少ないほどよい。   Although several cutting patterns are illustrated in FIGS. 7A to 7F, any pattern may be used as long as the above conditions are satisfied. In FIG. 7, the arrangement of the reinforcing fibers is omitted, but the arrangement direction of the reinforcing fibers is the vertical direction. 7 (a), (b) or (c) is an embodiment in which the cut is in the fiber orthogonal direction 2, and FIG. 7 (d), (e) or (f) is in the fiber orthogonal direction. 2 shows a state of being inclined from 2. Among the fibers that are divided into the cuts other than the pair of cuts, there are fibers shorter than the fiber length, but such fibers are not included in the fiber having the fiber length L defined in the present invention. And the fewer the fibers of 10 mm or less, the better.

図2でも説明したとおり、本発明で用いられる切込プリプレグ基材は、90°方向へのマトリックス樹脂の流動が強化繊維の流動の駆動力であるため、強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材を2層以上異なる繊維方向に積層すると、繊維長手方向への流動性が発現する。したがって、切込プリプレグ基材に隣接する層は一方向に強化繊維が配向したプリプレグ基材(本発明に係る切込プリプレグ基材を含む)であり、切込プリプレグ基材とは異なる繊維方向に積層されているのがよい。やむを得ず同一繊維方向の切込プリプレグ基材を隣接して積層する際には、切込が重ならないように積層するのがよい。またこれら切込プリプレグ基材の層間に樹脂フィルムなどを積層し、流動性を向上させてもよい。また流動しなくてもよい領域には連続繊維基材を配し、さらにその領域の力学特性を向上させることもできる。   As described in FIG. 2, the cut prepreg base material used in the present invention has the reinforcing fibers aligned in one direction because the flow of the matrix resin in the 90 ° direction is the driving force of the flow of the reinforcing fibers. When two or more prepreg base materials are laminated in different fiber directions, fluidity in the fiber longitudinal direction is exhibited. Therefore, the layer adjacent to the cut prepreg base material is a prepreg base material (including the cut prepreg base material according to the present invention) in which reinforcing fibers are oriented in one direction, and in a fiber direction different from the cut prepreg base material. It is good to be laminated. When it is unavoidable to stack the cut prepreg base materials in the same fiber direction adjacent to each other, it is preferable to stack the cuts so that the cuts do not overlap. Moreover, a resin film etc. may be laminated | stacked between the layers of these cutting prepreg base materials, and fluidity | liquidity may be improved. In addition, a continuous fiber base material can be disposed in a region that does not need to flow, and the mechanical properties of the region can be further improved.

層同士で繊維方向が異なると、層ごとの流動方向、距離に違いが生じるが、層間が滑ることで変位差を吸収できる。すなわち、繊維体積含有率Vfが45〜65%と高くても、本発明に用いる積層体は層間に樹脂を偏在させることができる構成のため、高い流動性を発現することができる。例えばSMCの場合は、ランダムに分散したチョップドストランド同士で流動性が異なり、互いに違う方向に流動しようとするが、繊維同士が干渉して流動しにくく、最大でVfが40%程度までしか流動性を確保することができない。すなわち、本発明に用いる積層体は力学特性を向上することができる高Vfの構成であっても高い流動性を発現できる、という特徴を有する。また、本流動性の特長により、得られた繊維強化プラスチックは、複雑形状であっても積層構造を保つことができ、高い弾性率や強度が発現し、強度ばらつきが低減し、さらに衝撃特性も大きく向上する。   If the fiber direction is different between layers, a difference occurs in the flow direction and distance of each layer, but the displacement difference can be absorbed by sliding between the layers. That is, even if the fiber volume content Vf is as high as 45 to 65%, the laminate used in the present invention can exhibit high fluidity because the resin can be unevenly distributed between the layers. For example, in the case of SMC, fluidity differs between randomly dispersed chopped strands and tries to flow in different directions, but the fibers interfere with each other and hardly flow, and the fluidity is only up to about 40% Vf. Can not be secured. That is, the laminate used in the present invention has a characteristic that high fluidity can be expressed even with a high Vf configuration capable of improving mechanical properties. In addition, due to the characteristics of this fluidity, the obtained fiber reinforced plastic can maintain a laminated structure even if it has a complex shape, expresses high elastic modulus and strength, reduces strength variation, and also has impact characteristics. Greatly improved.

さらに好ましくは、切込プリプレグ基材が2層以上連続して隣接し、該2層以上の層のうち隣接する任意の2層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切込の幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切込の幾何中心とも5mm以上離れる様に積層するのがよい。隣接する切込プリプレグ基材の切込の幾何中心同士が離れているのは、2つの意味で重要である。一つ目は、成形時に積層体が伸長される際、切込同士がつながっていると、そこから裂け易く、本発明の成形が失敗してしまうことがあるからである。また、成形時に裂けなくても、切込の幾何中心同士が近い領域では繊維含有率が低くなり、肉厚が減ってしまうなどの、品質に影響を与えてしまう可能性がある。二つ目は、繊維強化プラスチックとなった際、切込によって分断された強化繊維束端部は、いわゆる応力集中点のため、破壊の起点となりやすいが、切込同士がつながっていると、容易にクラックがつながりやすく、強度が低くなる場合がある。   More preferably, the notch prepreg base material is adjacent to two or more consecutive layers, and for any two adjacent layers of the two or more layers, any notch geometry on one notch prepreg base material. It is preferable to laminate so that the center and the geometric center of any notch on the other notch prepreg base material are separated by 5 mm or more. It is important in two senses that the geometric centers of the cuts of adjacent cut prepreg substrates are separated from each other. The first reason is that when the laminate is stretched during molding, if the cuts are connected to each other, it is easy to tear, and the molding of the present invention may fail. Moreover, even if it does not tear at the time of shaping | molding, in the area | region where the geometrical center of a notch is near, the fiber content rate becomes low and there is a possibility of affecting the quality such as reducing the thickness. Second, when it becomes fiber reinforced plastic, the ends of the bundle of reinforced fibers that are split by cutting are so-called stress concentration points, so they are likely to be the starting point of breakage. In some cases, cracks are easily connected and the strength is lowered.

図8は、本発明に用いる積層体の切込位置関係の例を示す平面図である。   FIG. 8 is a plan view showing an example of the cutting position relationship of the laminate used in the present invention.

図8に示した通り、積層された切込プリプレグ基材の2層の関係において、1層目の切込4aと2層目の切込4bの内、最近接の切込の幾何中心8同士が図8(b)〜(d)のように離れており、好ましくは5mm以上離れていれば、成形時の懸念点も、力学特性の面の懸念点も払拭できるが、図8(a)のように5mmより近づくと、問題が起こってくる場合がある。なお、ここでいう“幾何中心”とは、そのまわりで一次モーメントが0であるような点であり、切込上の点xに対して、幾何中心点gが次のような式が成り立つ。   As shown in FIG. 8, in the relationship between the two layers of the laminated cut prepreg base material, the geometrical centers 8 of the closest cuts of the first cut 4a and the second cut 4b 8 (b) to (d) are separated, and preferably 5 mm or more, it is possible to wipe out the concerns during molding and the mechanical characteristics. If the distance is closer than 5 mm, a problem may occur. Here, the “geometric center” is a point around which the first moment is zero, and the following formula is established for the geometric center point g with respect to the point x on the cut.

Figure 2009292002
Figure 2009292002

本発明の切込プリプレグ基材を得るためにプリプレグ基材に切込を入れる方法としては、まず一方向に引き揃えられた連続繊維のプリプレグ基材を作製し、その後カッターを用いての手作業や裁断機により切込を入れる方法、あるいは一方向に引き揃えられた連続繊維のプリプレグ基材製造工程において所定の位置に刃を配置した回転ローラーを連続的に押し当てたり、多層にプリプレグ基材を重ねて所定の位置に刃を配置した型で押し切ったりするなどの方法がある。成形の現場などで簡易にプリプレグ基材の一部に切込を入れる場合には前者が、生産効率を考慮し大量に切込プリプレグ基材を作製する場合、特に全面に切込を入れる場合には後者が適している。回転ローラーを用いる場合には、直接ローラーを削りだして所定の刃を設けてもよいが、マグネットローラーなどに平板を削りだして所定の位置に刃を配置したシート状の型を巻きつけることにより、刃の取りかえが容易で好ましい。このような回転ローラーを用いることで、Wsの小さな(具体的には1mm以下であっても)切込プリプレグ基材でも良好に切込を挿入することができる。切込を入れた後、さらに、切込プリプレグ基材をローラーなどで熱圧着することで、切込部に樹脂が充填、融着することにより、取り扱い性を向上させてもよい。   In order to obtain the incision prepreg base material of the present invention, as a method of cutting into the prepreg base material, first, a continuous fiber prepreg base material aligned in one direction is prepared, and then manual operation using a cutter is performed. A method of making a cut with a cutter or a cutting machine, or a continuous roller prepreg substrate manufacturing process of continuous fibers aligned in one direction, or continuously pressing a rotating roller with a blade in place at a predetermined position, or a prepreg substrate in multiple layers For example, there is a method in which the blades are stacked and pushed with a mold in which a blade is arranged at a predetermined position. When making a cut into a part of the prepreg base material easily at the molding site etc., the former makes a large amount of the cut prepreg base material in consideration of production efficiency, especially when making a cut on the entire surface. The latter is suitable. When a rotating roller is used, the roller may be directly cut out to provide a predetermined blade, but by cutting a flat plate around a magnet roller or the like and winding a sheet-shaped mold with the blade placed at a predetermined position The replacement of the blade is easy and preferable. By using such a rotating roller, it is possible to insert the cut well even with a cut prepreg base material having a small Ws (specifically, 1 mm or less). After making the cut, the cut prepreg base material may be further thermocompression bonded with a roller or the like, so that the resin is filled and fused in the cut portion, thereby improving the handleability.

以上のようにして得られた切込プリプレグ基材の一例を用いて本発明により成形して得た繊維強化プラスチックの特徴を、図9を用いて説明する。図9は、本発明に用いる積層体の伸長の様子の一例を示す平面図および断面図である。   The characteristics of the fiber reinforced plastic obtained by molding according to the present invention using an example of the cut prepreg base material obtained as described above will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of the state of extension of the laminate used in the present invention.

切込4が繊維3を90°方向に横切っている切込プリプレグ基材10を積層した積層体12の一部を(図9(a)、その積層体12を本発明により成形して得た繊維強化プラスチック16の一部を図9(b)に、それぞれ切込プリプレグ基材10由来の層をクローズアップした平面図と平面図のA−A断面を切り出した断面図を示した。図9(a)の切込プリプレグ基材10は、図7(a)〜(c)のように、繊維に垂直な切込を全面に設けられており、切込4は層の厚み方向に貫いている。繊維長さLを100mm以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体12より面積が伸長した繊維強化プラスチック16を得ることができる(ただし、厚みは減る)。図9(b)のように、伸長した繊維強化プラスチック16を得た際、切込プリプレグ基材10由来の不連続繊維層17は、繊維垂直方向に伸長すると共に、繊維が存在しない領域(切込開口部)18が生成される。これは一般的に強化繊維が成形程度の圧力では伸長しないためであり、図9のケースでは、伸長した長さ分だけ切込開口部18が生成される。この領域18は断面図に示すとおり、隣接層19が侵入してきて、略三角形の樹脂リッチ部20と隣接層19が侵入している領域とで占められる。例えば、繊維強化プラスチックの表層に、全面に切込を入れた切込プリプレグ基材が配されている場合、繊維が流動した領域では積層体切込開口部18が観察される、という特徴がある。さらに好ましくは、繊維強化プラスチックを構成する層すべてが、繊維長さLcが10〜100mmの範囲内であり、幅Wscが30μm〜150mmの短冊状の集合体から構成されることである。本発明において、図9の点線で囲まれた領域35に示したように、2つの対になる強化繊維の不連続端22に囲まれた領域を短冊状と表現する。切込プリプレグ基材の切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsに対して、成形後の繊維垂直方向の広がり幅である短冊状の幅Wscは、成形により最大50%程度まで伸長されることが予想されるため、Wscは30μm〜150mmの範囲となる。   A part of the laminate 12 in which the cut prepreg base material 10 in which the cut 4 crosses the fiber 3 in the 90 ° direction was laminated (FIG. 9A), and the laminate 12 was formed by the present invention. A part of the fiber reinforced plastic 16 is shown in Fig. 9 (b), which is a plan view showing a close-up of the layer derived from the cut prepreg base material 10, and a cross-sectional view taken along the line AA of the plan view. As shown in FIGS. 7A to 7C, the notch prepreg base material 10 in FIG. 7A is provided with a notch perpendicular to the fiber, and the notch 4 penetrates in the thickness direction of the layer. By setting the fiber length L to 100 mm or less, the fluidity is ensured, and the fiber reinforced plastic 16 having an area larger than that of the laminate 12 can be easily obtained (however, the thickness is reduced). When the stretched fiber reinforced plastic 16 is obtained as in b) The discontinuous fiber layer 17 derived from the prepreg base material 10 extends in the direction perpendicular to the fiber and generates a region 18 where the fiber does not exist (cut opening), which is generally a pressure at which the reinforcing fiber is formed. 9, in the case of Fig. 9, a cut opening 18 is generated for the length of the extension 18. As shown in the cross-sectional view, this region 18 has an adjacent layer 19 invading to form a substantially triangular shape. It is occupied by the resin-rich portion 20 and the region where the adjacent layer 19 penetrates.For example, when a cut prepreg base material with cuts is formed on the entire surface of the fiber reinforced plastic, the fibers flow. In the region, the laminate cut opening 18 is observed, and more preferably, all the layers constituting the fiber reinforced plastic have a fiber length Lc in the range of 10 to 100 mm and a width Wsc. Is composed of strip-shaped aggregates of 30 μm to 150 mm In the present invention, as shown in a region 35 surrounded by a dotted line in FIG. The area surrounded by is expressed as a strip shape, and is a strip shape that is the spread width in the fiber vertical direction after molding with respect to the projection length Ws obtained by projecting the cut in the cut prepreg base material in the vertical direction of the reinforcing fiber. Since the width Wsc is expected to be extended up to about 50% by molding, Wsc is in the range of 30 μm to 150 mm.

図7(a)〜(c)に示すように切込が繊維に垂直な切込プリプレグ基材以外の、本発明に好適に用いられる切込プリプレグ基材としては、図7(d)〜(f)に示すように、切込が繊維直交方向2から傾いているのがよい。工業的に回転ローラーなどで切込を入れる際、繊維方向に供給されたプリプレグ基材に繊維直交方向2に切込を入れようとすると、繊維を一気に分断する必要があり、大きな力が必要な他、刃の耐久性が低くなり、また繊維が直交方向2に逃げやすく、繊維の切り残りが増える。一方、切込が繊維直交方向2から傾いていることにより、刃の単位長さあたり裁断する繊維量が減少し、小さな力で繊維を裁断でき、刃の耐久性が高く、繊維の切り残り少なくできる。さらに、切込が繊維直交方向2から傾いていることにより、切込長さに対して、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを小さくすることができ、一つ一つの切込により分断される繊維量が減ることにより、強度向上が見込まれる。繊維直交方向2に切込を入れる場合には、Wsを小さくするために、小さな刃を用意するのが好ましいが、小さくし過ぎると耐久性、加工性に問題が生じる可能性がある。   As the cut prepreg base material suitably used in the present invention other than the cut prepreg base material whose cut is perpendicular to the fiber as shown in FIGS. As shown in f), the incision is preferably inclined from the fiber orthogonal direction 2. When making an incision with a rotating roller or the like industrially, if an attempt is made to make an incision in the fiber orthogonal direction 2 into the prepreg base material supplied in the fiber direction, the fiber needs to be cut at a stretch and a large force is required. In addition, the durability of the blade is lowered, and the fibers easily escape in the orthogonal direction 2, which increases the amount of uncut fibers. On the other hand, since the cut is inclined from the fiber orthogonal direction 2, the amount of fibers cut per unit length of the blade is reduced, the fibers can be cut with a small force, the durability of the blades is high, and the fiber uncut residue can be reduced. . Furthermore, since the cut is inclined from the fiber orthogonal direction 2, the projection length Ws obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber can be reduced with respect to the cut length. An improvement in strength is expected by reducing the amount of fiber cut by the cutting. When cutting in the fiber orthogonal direction 2, it is preferable to prepare a small blade in order to reduce Ws, but if it is too small, there may be a problem in durability and workability.

さらに別の切込プリプレグ基材の好ましい形態としては、切込が強化繊維となす角度Θの絶対値が2〜15°の範囲内である切込プリプレグ基材が挙げられる。この切込プリプレグ基材の場合は、断続的な切込であって、かつ切込が強化繊維となす角度Θが小さい、図11に示す切込でもよいし、図10に示す連続的な切込でもよい。Θの絶対値が15°より大きくても流動性は得ることができ、従来のSMCなどと比較して高い力学特性は得ることができるが、特にΘの絶対値が15°以下であることで力学特性の向上が著しい。一方、Θの絶対値は2°より小さくても流動性も力学特性も十分得ることが出来るが、切込を安定して入れることが難しくなる。すなわち、繊維に対しする切込の角度が小さくなってくると、切込を入れる際、繊維が刃から逃げやすく、また、繊維長さLを100mm以下とするためには、Θの絶対値が2°より小さいと少なくとも切込同士の最短距離が0.9mmより小さくなるなど、生産安定性に欠ける場合がある。また、このように切込同士の距離が小さいと積層時の取り扱い性が難しくなるという問題が生じることがある。切込の制御のしやすさと力学特性との関係に鑑みると、さらに好ましくは5〜11°の範囲内である。   Still another preferred form of the cut prepreg base material is a cut prepreg base material in which the absolute value of the angle Θ formed by the cut with the reinforcing fiber is in the range of 2 to 15 °. In the case of this cut prepreg base material, the cut shown in FIG. 11 may be used, which is an intermittent cut and the angle Θ formed by the cut with the reinforcing fiber is small, or the continuous cut shown in FIG. It may be included. Even if the absolute value of Θ is larger than 15 °, fluidity can be obtained, and higher mechanical properties can be obtained as compared with conventional SMC, etc., but in particular, when the absolute value of Θ is 15 ° or less. Significant improvement in mechanical properties. On the other hand, even if the absolute value of Θ is smaller than 2 °, sufficient fluidity and mechanical properties can be obtained, but it is difficult to make a stable cut. That is, when the angle of cut with respect to the fiber becomes smaller, the fiber easily escapes from the blade when making the cut, and in order to make the fiber length L 100 mm or less, the absolute value of Θ is If it is less than 2 °, production stability may be lacking, such as at least the shortest distance between notches being less than 0.9 mm. In addition, when the distance between the cuts is small as described above, there may be a problem in that handling at the time of stacking becomes difficult. In view of the relationship between the ease of controlling the cutting and the mechanical characteristics, it is more preferably in the range of 5 to 11 °.

図12は、本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。   FIG. 12 is a plan view showing an example of a cut prepreg base material used in the present invention.

切込は、図12(c)のように曲線でも構わないが、直線状が流動性をコントロールしやすく好ましい。また、切込により分断される強化繊維の長さLは、図12(b)に示す通り一定でなくてもよいが、図12(a)のように繊維長さLが全面で一定であると流動性をコントロールしやすく、強度ばらつきをさらに押さえることができるため好ましい。なお、ここで規定の直線状とは、幾何学上の直線の一部をなしている状態を意味するが、前記流動性のコントロールを容易とするという効果を損なわない限り、前記幾何学上の直線の一部をなしていない箇所があっても差支えが無く、その結果、繊維長さLが全面で一定とはならない箇所があっても(この場合、繊維長さLが実質的に全面で一定であるといえるので)差し支えがない。   The incision may be a curve as shown in FIG. 12 (c), but a straight line is preferable because the fluidity can be easily controlled. Further, the length L of the reinforcing fiber divided by the cutting may not be constant as shown in FIG. 12B, but the fiber length L is constant over the entire surface as shown in FIG. It is preferable because it is easy to control fluidity and can further suppress variation in strength. Here, the prescribed linear shape means a state in which a part of a geometrical straight line is formed, but unless the effect of facilitating the control of the fluidity is impaired, the geometrical Even if there is a portion that does not form a part of the straight line, there is no problem. As a result, even if there is a portion where the fiber length L is not constant over the entire surface (in this case, the fiber length L is substantially over the entire surface). It can be said that it is constant).

好ましい例[1]としては、図10や図12(a)〜(c)のように、切込4cが連続して入れられているのがよい。例[1]のパターンでは、切込4cが断続的でないため、切込端部付近での流動乱れが起きず、切込4cを入れた領域では、すべての繊維長さLを一定とすることができ、流動が安定している。切込をプリプレグ基材の全面に設ける場合、切込4cが連続的に入れられているため、切込プリプレグ基材10がバラバラになってしまうのを防ぐ目的で、切込プリプレグ基材の周辺部に切込がつながっていない領域を設けたり、切込の入っていないシート状の離型紙やフィルムなどの支持体で把持することで取扱性を向上させたりすることができる。また、積層時の取扱性を向上するために、予め切込を連続的に入れた切込プリプレグ基材を切込が重ならないように2枚重ねて、連続的に入れた切込がX字状になるように積層した2層積層体としてもよい。   As a preferable example [1], it is preferable that the cuts 4c are continuously formed as shown in FIG. 10 and FIGS. 12 (a) to 12 (c). In the pattern of Example [1], since the cut 4c is not intermittent, the flow turbulence does not occur near the cut end, and all the fiber lengths L are constant in the region where the cut 4c is inserted. The flow is stable. When the cuts are provided on the entire surface of the prepreg base material, since the cuts 4c are continuously made, in order to prevent the cut prepreg base material 10 from falling apart, the periphery of the cut prepreg base material It is possible to improve the handleability by providing an area where the cut is not connected to the part, or by gripping with a support such as a sheet-like release paper or film without the cut. In addition, in order to improve handling at the time of stacking, two cut prepreg base materials that have been cut in advance are stacked so that the cuts do not overlap. It is good also as a 2 layer laminated body laminated | stacked so that it may become a shape.

また、他の好ましい例[2]としては、図11に示す通り、強化繊維の垂直方向に投影した長さ9をWsとするとWsが30μm〜100mmの範囲内である断続的な切込4dが切込プリプレグ基材10全面に設けられており、切込4dと前記切込4dの繊維長手方向に隣接した切込4dの幾何形状が同一であるとよい。図11では、LとWsがいずれも一種類である例を示している。いずれの切込4d(例えば4d)も繊維方向に平行移動することで重なる他の切込4d(例えば4d)がある。前記繊維方向の対になる切込4d同士により分断される繊維長さLよりさらに短い繊維長さで隣接する切込により分断され繊維が分断される幅5が存在することによって、安定的に繊維長さを100mm以下で切込プリプレグ基材10を製造できる。例[2]のパターンでは、得られた切込プリプレグ基材10を積層する際、切込が断続的なため取り扱い性に優れる。図12(d)、(e)にはその他のパターンも例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。 In addition, as another preferable example [2], as shown in FIG. 11, when the length 9 projected in the vertical direction of the reinforcing fiber is Ws, the intermittent cut 4d in which Ws is in the range of 30 μm to 100 mm is provided. The notch prepreg base material 10 is provided on the entire surface, and the notch 4d 1 and the notch 4d 2 adjacent in the fiber longitudinal direction of the notch 4d 1 may have the same geometric shape. FIG. 11 shows an example in which both L and Ws are one type. Any of the cuts 4d (for example, 4d 1 ) has another cut 4d (for example, 4d 2 ) that overlaps by translating in the fiber direction. By having a width 5 in which the fibers are divided by the adjacent notches at a fiber length shorter than the fiber length L divided by the notches 4d that form pairs in the fiber direction, the fibers are stably The cut prepreg base material 10 can be manufactured with a length of 100 mm or less. In the pattern of Example [2], when the obtained cut prepreg base material 10 is laminated, the cut is intermittent, and thus the handleability is excellent. Although other patterns are illustrated in FIGS. 12D and 12E, any pattern may be used as long as the above conditions are satisfied.

このようにして得られた好ましい例[1]の切込プリプレグ基材を用いて本発明により成形して得られた繊維強化プラスチックの繊維強化プラスチック16の特徴を、図13を用いて説明する。図13は、本発明に用いる積層体の伸長の様子の一例を示す平面図および断面図である。   The characteristics of the fiber reinforced plastic 16 of the fiber reinforced plastic obtained by molding according to the present invention using the cut prepreg base material of the preferred example [1] obtained in this way will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of a state of extension of the laminate used in the present invention.

本発明に係る切込プリプレグ基材10を積層した積層体12の一部を図13(a)、その積層体12を本発明により成形して得た繊維強化プラスチックの繊維強化プラスチック16の一部を図13(b)に、それぞれ切込プリプレグ基材10由来の層をクローズアップした平面図と平面図のA−A断面を切り出した断面図を示した。図13(a)に示すとおり、切込プリプレグ基材10は、繊維3との角度が15°以下の切込4cを全面に設けられており、切込4cは層の厚み方向を貫いている。繊維長さLを100mm以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体12より面積が伸長した繊維強化プラスチック16を得ることが出来る。図13(b)のように、伸長した繊維強化プラスチック16を得た際、切込プリプレグ基材10由来の不連続繊維層17は、繊維垂直方向に伸長すると共に、繊維3自体が回転24して伸長領域の面積を稼ぐため、図9のように繊維が存在しない領域(切込開口部)18が実質的に生成せず、切込開口部の層の表面における面積が層の表面積と比較して10%以下である。従って、断面図からも分かるとおり、隣接層19が侵入することもなく、層のうねりや樹脂リッチ部のない高剛性、高強度で品位の高い繊維強化プラスチック16を得ることができる。面内全体にくまなく繊維3が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この繊維が回転して伸長し、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るというさらなる画期的効果は、切込の繊維となす角度Θの絶対値が15°以下であることで初めて得ることができる。また、強度の面では、前述と同様に荷重方向から±10°以下程度に向いている繊維に注目すると、図13(b)のように、繊維束端部22が荷重方向に対して寝てきている様子がわかる。繊維束端部22が層厚み方向に斜めとなっているため、荷重の伝達がスムーズであり、繊維束端部22からの剥離も起こりにくい。従って、図9に比べさらなる強度向上が見込まれる。この繊維束端部22が層厚み方向に斜めとなるのは上述の繊維が回転する際、上面と下面の摩擦により上面から下面で繊維3の回転24になだらかな分布があるためで、そのため、層厚み方向に繊維3の存在分布が発生し、繊維束端部22が層厚み方向に斜めとなったと考えられる。このような繊維強化プラスチック16の層内で層厚み方向に斜めの繊維束端部を形成し、強度を著しく向上するというさらなる画期的効果は、切込4cの繊維3となす角度Θの絶対値が15°以下であることで初めて得ることができる。   FIG. 13A shows a part of a laminate 12 in which the cut prepreg base material 10 according to the present invention is laminated, and a part of the fiber reinforced plastic 16 of the fiber reinforced plastic obtained by molding the laminate 12 according to the present invention. FIG. 13B shows a plan view in which the layers derived from the cut prepreg substrate 10 are respectively close-up and a cross-sectional view taken along the line AA of the plan view. As shown to Fig.13 (a), the cutting prepreg base material 10 is provided in the whole surface with the cutting 4c whose angle with the fiber 3 is 15 degrees or less, and the cutting 4c has penetrated the thickness direction of the layer. . By setting the fiber length L to 100 mm or less, fluidity is ensured, and the fiber reinforced plastic 16 whose area is easily extended from the laminate 12 can be obtained. As shown in FIG. 13B, when the elongated fiber reinforced plastic 16 is obtained, the discontinuous fiber layer 17 derived from the cut prepreg base material 10 extends in the fiber vertical direction, and the fiber 3 itself rotates 24. In order to increase the area of the elongated region, the region (cut opening) 18 where no fiber exists is not substantially generated as shown in FIG. 9, and the area on the surface of the layer of the cut opening is compared with the surface area of the layer. And 10% or less. Therefore, as can be seen from the cross-sectional view, the adjacent layer 19 does not enter, and the fiber-reinforced plastic 16 having high rigidity, high strength, and high quality without the undulation of the layer and the resin rich portion can be obtained. Since the fibers 3 are arranged all over the surface, there is no difference in rigidity in the surface, and the design can be easily applied as in the conventional continuous fiber reinforced plastic. A further epoch-making effect that this fiber rotates and stretches to obtain a fiber reinforced plastic having no layer waviness can be obtained only when the absolute value of the angle Θ formed with the cut fiber is 15 ° or less. . Further, in terms of strength, when attention is paid to the fibers that are oriented within about ± 10 ° from the load direction as described above, the fiber bundle end portion 22 lies down with respect to the load direction as shown in FIG. You can see how it is. Since the fiber bundle end portion 22 is slanted in the layer thickness direction, load transmission is smooth, and peeling from the fiber bundle end portion 22 hardly occurs. Therefore, further improvement in strength is expected compared to FIG. The fiber bundle end 22 is inclined in the layer thickness direction because when the above-mentioned fiber rotates, there is a gentle distribution in the rotation 24 of the fiber 3 from the upper surface to the lower surface due to friction between the upper surface and the lower surface. It is considered that the presence distribution of the fibers 3 occurs in the layer thickness direction, and the fiber bundle end 22 is inclined in the layer thickness direction. In such a layer of fiber reinforced plastic 16, a further breakthrough effect of significantly increasing the strength by forming an oblique fiber bundle end in the layer thickness direction is the absolute angle Θ formed with the fiber 3 of the cut 4 c. It can be obtained only when the value is 15 ° or less.

図14は、本発明に用いる積層体の伸長の様子の一例を示す平面図である。   FIG. 14 is a plan view showing an example of the state of extension of the laminate used in the present invention.

図14には、好ましい例[2]の切込プリプレグ基材10を積層した積層体12の一部を図14(a)、その積層体12を成形した繊維強化プラスチック16の一部を図14(b)に、それぞれ切込プリプレグ基材10由来の層をクローズアップした平面図を示した。図14(a)に示すとおり、切込プリプレグ基材10は、繊維3となす角度Θの絶対値が15°以下の断続的な切込4dが全面に設けられており、切込4dは層の厚み方向を貫いている。切込4dにより繊維長さLを切込プリプレグ基材10の全面で100mm以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体12より面積が伸長した繊維強化プラスチック16とすることができる。切込長さ、切込角度を小さくすることにより、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを1.5mm以下とすることができる。図14(b)のように、伸長した繊維強化プラスチック16を得た際、切込プリプレグ基材10由来の不連続繊維層17は、繊維垂直方向に伸長する際、繊維方向に繊維が伸長しないため、繊維が存在しない領域(切込開口部)18が生成されるが、隣接する不連続繊維群が繊維垂直方向に流動することで、切込開口部18を埋め、切込開口部18の面積が小さくなる。この傾向は特に、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを1.5mm以下とすることで顕著となり、実質的に切込開口部18が生成せず、切込開口部18の層の表面における面積が層の表面積と比較して0.1〜10%の範囲内とすることができる。従って、厚み方向に隣接層が侵入することもなく、層のうねりや樹脂リッチ部のない高剛性、高強度で品位の高い繊維強化プラスチック16を得ることができる。面内全体にくまなく繊維3が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この切込開口部18を繊維垂直方向の流動により埋め、層うねりのない繊維強化プラスチック16を得るという画期的効果は切込角度Θの絶対値が15°以下であり、かつ切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを1.5mm以下とすることで初めて得ることができる。さらに好ましくはWsが1mm以下であることにより、より高剛性、高強度、高品位とすることができ、外板部材としての適用も可能となる。   In FIG. 14, a part of the laminate 12 in which the cut prepreg base material 10 of the preferred example [2] is laminated is shown in FIG. 14 (a), and a part of the fiber reinforced plastic 16 in which the laminate 12 is molded is shown in FIG. The top view which closed up the layer derived from the cutting prepreg base material 10 to (b) was shown, respectively. As shown in FIG. 14 (a), the cut prepreg base material 10 is provided with intermittent cuts 4d having an absolute value of the angle Θ between the fibers 3 of 15 ° or less and the cuts 4d are layers. It penetrates the thickness direction. By setting the fiber length L to 100 mm or less over the entire surface of the cut prepreg base material 10 by the cut 4d, the fluidity is ensured, and the fiber reinforced plastic 16 whose area is easily extended from the laminate 12 can be obtained. . By reducing the cut length and the cut angle, the projection length Ws obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber can be made 1.5 mm or less. As shown in FIG. 14B, when the elongated fiber reinforced plastic 16 is obtained, the discontinuous fiber layer 17 derived from the cut prepreg base material 10 does not extend in the fiber direction when extending in the fiber vertical direction. Therefore, a region (cut opening portion) 18 in which no fiber exists is generated, but the adjacent discontinuous fiber group flows in the fiber vertical direction so that the cut opening portion 18 is filled. The area becomes smaller. This tendency becomes particularly noticeable when the projected length Ws obtained by projecting the cut in the vertical direction of the reinforcing fiber is 1.5 mm or less, and the cut opening 18 is not substantially generated. The area on the surface of the layer can be in the range of 0.1 to 10% compared to the surface area of the layer. Therefore, the adjacent layer does not penetrate in the thickness direction, and the fiber-reinforced plastic 16 having high rigidity, high strength, and high quality without the undulation of the layer and the resin rich portion can be obtained. Since the fibers 3 are arranged all over the surface, there is no difference in rigidity in the surface, and the design can be easily applied as in the conventional continuous fiber reinforced plastic. The revolutionary effect of filling the cut opening 18 with the flow in the vertical direction of the fiber to obtain a fiber reinforced plastic 16 without layer undulation is that the absolute value of the cut angle Θ is 15 ° or less and the cut is strengthened. It can be obtained for the first time when the projection length Ws projected in the vertical direction of the fiber is 1.5 mm or less. More preferably, when Ws is 1 mm or less, higher rigidity, higher strength, and higher quality can be obtained, and application as an outer plate member is also possible.

さらに、積層体が切込プリプレグ基材のみから構成されるのが、流動性向上のために好ましい。さらに好ましくは、積層体が切込プリプレグ基材のみから構成され、かつ、その切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全ての繊維長さLが10〜100mmの範囲内であるのがよい。形状に合わせて切込を入れるのは、設計、作業の面で非常に手間がかかりやすいため、品質安定性のためにも、プリプレグ基材の全面に切込を入れ、積層体のどの領域が複雑形状にあたっても沿いやすくしておくことが好ましい。また、全面に切込を入れることで、積層体は平板状であっても、積層体が全体的に伸長し、隅々まで繊維が行き渡った繊維強化プラスチックとなるため、本発明の効果を効率よく発現できる。また、成形型のキャビティより積層体を小さく用意することができ、成形型の固定型と可動型との間に積層体を噛み込むことなく型締が容易となる。   Furthermore, it is preferable for the fluidity improvement that the laminate is composed only of the cut prepreg base material. More preferably, the laminate is composed only of a cut prepreg base material, and all the fiber lengths L of the reinforcing fibers constituting the cut prepreg base material are within a range of 10 to 100 mm. Making a cut according to the shape is very time-consuming in terms of design and work, so for quality stability, a cut is made on the entire surface of the prepreg base material to determine which area of the laminate. It is preferable to make it easy to follow even complicated shapes. In addition, by cutting the entire surface, even if the laminate is a flat plate, the laminate will be stretched as a whole and becomes a fiber reinforced plastic with fibers spread all over. Can express well. Further, the laminate can be prepared smaller than the cavity of the mold, and the mold can be easily clamped without biting the laminate between the fixed mold and the movable mold of the mold.

本発明のプリプレグ基材に用いられる強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール(PBO)繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維は、これら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適である。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいPAN系炭素繊維が好ましい。   Examples of reinforcing fibers used in the prepreg base material of the present invention include organic fibers such as aramid fibers, polyethylene fibers, polyparaphenylene benzoxador (PBO) fibers, glass fibers, carbon fibers, silicon carbide fibers, alumina fibers, Examples thereof include inorganic fibers such as Tyranno fiber, basalt fiber, and ceramic fiber, metal fibers such as stainless fiber and steel fiber, and reinforcing fibers using boron fiber, natural fiber, modified natural fiber, and the like as fibers. Among them, carbon fiber is particularly lightweight among these reinforcing fibers, and has particularly excellent properties in specific strength and specific modulus, and is also excellent in heat resistance and chemical resistance. It is suitable for members such as automobile panels that are desired to be made. Among these, PAN-based carbon fibers that can easily obtain high-strength carbon fibers are preferable.

本発明のプリプレグ基材に用いられるマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、フェノキシ、ウレタン、ビスマレイミド、シアネートエステルなどの熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリアセタール、ポリスルフォン、ABS、アクリル、ポリブチレンテレフタレートやポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンなどフッ素樹脂、シリコーン、などの熱可塑性樹脂が挙げられる。その中でも特に熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、切込プリプレグ基材は室温においてタック性を有しているため、該基材を積層した際に上下の該基材と粘着により一体化され、意図したとおりの積層構成を保ったままで成形することができる。   Examples of the matrix resin used in the prepreg substrate of the present invention include, for example, thermosetting resins such as epoxy, unsaturated polyester, vinyl ester, phenol, epoxy acrylate, urethane acrylate, phenoxy, urethane, bismaleimide, and cyanate ester, Polyamide, polyacetal, polysulfone, ABS, acrylic, polyester such as polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyketone, polyetherketone, polyetheretherketone, liquid crystal polymer, chloride Examples thereof include thermoplastic resins such as fluororesin such as vinyl and polytetrafluoroethylene, and silicone. Among these, it is particularly preferable to use a thermosetting resin. Since the matrix resin is a thermosetting resin, the cut prepreg base material has tackiness at room temperature, so when the base material is laminated, it is integrated with the upper and lower base materials by adhesion, It can shape | mold, keeping the laminated structure as it was.

さらに好ましくは、熱硬化性樹脂の中でも、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノールなどや、それらの混合樹脂がよい。これらの樹脂の常温(25℃)における樹脂粘度としては、1×10Pa・s以下であることが好ましく、この範囲内であれば本発明に好適なタック性およびドレープ性を有するプリプレグ基材を得ることができる。中でもエポキシは炭素繊維と組み合わせて得られる繊維強化プラスチックとしての力学特性に最も優れている。 More preferably, among thermosetting resins, epoxy, unsaturated polyester, vinyl ester, phenol, and the like, and mixed resins thereof are preferable. The resin viscosity at normal temperature (25 ° C.) of these resins is preferably 1 × 10 6 Pa · s or less, and within this range, a prepreg base material having tackiness and draping properties suitable for the present invention. Can be obtained. Among them, epoxy is most excellent in mechanical properties as a fiber reinforced plastic obtained in combination with carbon fiber.

本発明において、プリプレグ基材に用いられる熱硬化性樹脂は、動的粘弾性測定(DMA)に拠る最低粘度が0.1〜100Pa・sで製造することが好ましい。さらに好ましくは0.1〜10Pa・sである。最低粘度が0.1Pa・sより小さい場合、加圧時に樹脂のみが流動し、突起部の先端まで十分に強化繊維が充填されない場合がある。一方、100Pa・sより大きい場合、樹脂の流動性が乏しいため、突起部の先端まで十分に強化繊維および樹脂が充填されない場合がある。なお、本発明におけるDMAに拠る最低粘度は、回転粘度計を使用して、半径20mmの平行平板を用い、平行平板間の距離1mm、測定開始温度40℃、昇温速度1.5℃/分、測定周波数0.5Hzの条件にて測定し、観測された最低粘度の値である。   In the present invention, the thermosetting resin used for the prepreg base material is preferably produced with a minimum viscosity of 0.1 to 100 Pa · s based on dynamic viscoelasticity measurement (DMA). More preferably, it is 0.1-10 Pa.s. When the minimum viscosity is less than 0.1 Pa · s, only the resin flows during pressurization, and the reinforcing fiber may not be sufficiently filled up to the tip of the protrusion. On the other hand, when the viscosity is higher than 100 Pa · s, the fluidity of the resin is poor, and thus the reinforcing fibers and the resin may not be sufficiently filled up to the tip of the protrusion. The minimum viscosity due to DMA in the present invention is a rotational viscometer, using parallel plates with a radius of 20 mm, a distance between parallel plates of 1 mm, a measurement start temperature of 40 ° C., and a temperature increase rate of 1.5 ° C./min. Measured under the condition of a measurement frequency of 0.5 Hz, the value of the lowest viscosity observed.

また、本発明の切込プリプレグ基材は、テープ状支持体に密着されていてもよい。切込が挿入された基材は、全ての繊維が切込により切断されてもその形態を保持することが可能となり、賦形時に繊維が脱落してバラバラになってしまうという問題はない。マトリックス樹脂がタック性を有する熱硬化性樹脂であるとさらに好ましい。ここで、テープ状支持体とは、クラフト紙などの紙類やポリエチレン・ポリプロピレンなどのポリマーフィルム類、アルミなどの金属箔類などが挙げられ、さらに樹脂との離型性を得るために、シリコーン系や“テフロン(登録商標)”系の離型剤や金属蒸着などを表面に付与しても構わない。   Moreover, the cut prepreg base material of the present invention may be in close contact with the tape-shaped support. The base material into which the cut is inserted can maintain its form even if all the fibers are cut by the cut, and there is no problem that the fiber falls off during shaping. More preferably, the matrix resin is a thermosetting resin having tackiness. Here, the tape-like support includes papers such as kraft paper, polymer films such as polyethylene / polypropylene, metal foils such as aluminum and the like, and in order to obtain releasability from the resin, silicone. A surface or a “Teflon (registered trademark)” release agent or metal deposition may be applied to the surface.

本発明により製造された繊維強化プラスチックは、強度、剛性、軽量性が要求される用途に好適に用いられ、フレーム、サドル、ポール、フォーク、クランク、アーム、ハンドルなどの自転車用品、ゴルフシャフトやヘッド、ラケット、などのスポーツ部材、ドア等の外板、インナーパネル等の補強材、シートフレーム・パネル、メンバー、ビーム、などの自動車部材、ダブラー、窓枠、リブ、ストリンガー、スパー、フレーム、ビーム、スキンなどの航空機部材、ロボットアーム・フォークなどの産業部材がある。中でも、強度、軽量に加え、部材形状が複雑で、本材料のように形状追従性が要求される航空機部材、または、自動車部材に好ましく適用できる。   The fiber reinforced plastic manufactured according to the present invention is suitably used for applications requiring strength, rigidity and light weight, and is used for bicycle articles such as frames, saddles, poles, forks, cranks, arms, handles, golf shafts and heads. Sports members such as rackets, outer panels such as doors, reinforcement materials such as inner panels, seat frames / panels, members, beams, and other automotive parts, doublers, window frames, ribs, stringers, spars, frames, beams, There are aircraft parts such as skins and industrial parts such as robot arms and forks. Especially, in addition to intensity | strength and lightweight, a member shape is complicated and it can apply preferably to the aircraft member or motor vehicle member which requires shape followability like this material.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。     Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

(実施例1)
<プリプレグ基材の作製>
以下に示す手順にてエポキシ樹脂組成物を得て、リバースロールコーターを使用し離型紙上に塗布し、樹脂フィルムを作製した。
(Example 1)
<Preparation of prepreg base material>
An epoxy resin composition was obtained by the following procedure, and applied on a release paper using a reverse roll coater to prepare a resin film.

(a)エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート(登録商標)”828:30重量部、エピコート1001:35重量部、エピコート154:35重量部)と、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール(チッソ(株)製“ビニレック(登録商標)”K)5重量部とを、150〜190℃に加熱しながら1〜3時間攪拌し、ポリビニルホルマールを均一に溶解した。   (A) Epoxy resin (“Epicoat (registered trademark)” 828: 30 parts by weight, Epicoat 1001: 35 parts by weight, Epicoat 154: 35 parts by weight) manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., and thermoplastic resin polyvinyl formal (Chisso ( "Vinylec (registered trademark)" K) 5 parts by weight was stirred for 1 to 3 hours while heating at 150 to 190 ° C to uniformly dissolve polyvinyl formal.

(b)樹脂温度を55〜65℃まで降温した後、硬化剤ジシアンジアミド(ジャパンエポキシレジン(株)製DICY7)3.5重量部と、硬化促進剤3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア(保土谷化学工業(株)製DCMU99)4重量部とを加え、該温度で30〜40分間混練後、ニーダー中から取り出してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物のDSCに拠る発熱ピーク温度Tpは152℃であった。測定装置としては、ティー・エイ・インスツルメンツ社製“DSC2910”を用いて、昇温速度10℃/分の条件にて測定した。また、DMAに拠る最低粘度は0.5Pa・sであった。測定装置としては、ティー・エイ・インスツルメンツ社製動的粘弾性測定装置“ARES”を用いて、昇温速度1.5℃/分、周波数0.5Hz、パラレルプレート(半径20mm)の条件にて、温度と粘度の関係曲線から最低粘度を求めた。   (B) After lowering the resin temperature to 55 to 65 ° C., 3.5 parts by weight of a curing agent dicyandiamide (DICY7 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and a curing accelerator 3- (3,4-dichlorophenyl) -1, 4 parts by weight of 1-dimethylurea (DCU99 manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.) was added, kneaded at the temperature for 30 to 40 minutes, and then taken out from the kneader to obtain an epoxy resin composition. The exothermic peak temperature Tp according to DSC of the obtained epoxy resin composition was 152 ° C. As a measuring apparatus, “DSC2910” manufactured by TA Instruments Co., Ltd. was used, and the measurement was performed under a temperature rising rate of 10 ° C./min. Further, the minimum viscosity due to DMA was 0.5 Pa · s. As a measuring device, a dynamic viscoelasticity measuring device “ARES” manufactured by T.A. Instruments Co., Ltd. was used under the conditions of a temperature rising rate of 1.5 ° C./min, a frequency of 0.5 Hz, and a parallel plate (radius 20 mm). The minimum viscosity was determined from the temperature-viscosity relationship curve.

次に、シート状に一方向に整列させた炭素繊維(引張強度4,900MPa、引張弾性率235GPa)に樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱し、加圧して樹脂組成物を含浸させ、炭素繊維目付150g/m、樹脂重量分率33%(繊維体積含有率Vf58%相当)の一方向プリプレグ基材を作製した。 Next, the carbon fiber (tensile strength 4,900 MPa, tensile elastic modulus 235 GPa) aligned in one direction in a sheet shape is laminated with two resin films from both sides of the carbon fiber, heated and pressurized to impregnate the resin composition. Thus, a unidirectional prepreg base material having a carbon fiber basis weight of 150 g / m 2 and a resin weight fraction of 33% (corresponding to a fiber volume content Vf of 58%) was produced.

<切込プリプレグ基材の作製>
上記プリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図15に示すような切り込みを全面に挿入することにより、等間隔で規則的な切り込みを有する切込プリプレグ基材を得た。切り込みの方向は繊維直交方向2で、切り込みの長さWは10.1mm(すなわち、Ws=10.1mm)であり、間隔L(繊維長さ)は30mmである。図15に示すように、隣り合う切り込みの列7aと7bは繊維直交方向に10mm移動すると、幾何的に同等である。また、繊維長手方向に対になる切り込みの列には、7aと7c、7bと7dの組があり、切り込みの列のパターンは2パターン存在する。さらに、隣り合う列の切り込みが互いに切り込んでいる5の範囲は0.1mmである。切込の方向は繊維直交方向2で、切込の長さWは10.1mm(すなわち、Ws=10.1mm)であり、間隔L(繊維長さ)は30mmである。図15に示すように、隣り合う切込の列7aと7bは繊維直交方向に10mm移動すると、幾何的に同等である。また、繊維長手方向に対になる切込の列には、7aと7c、7bと7dの組があり、切込の列のパターンは2パターン存在する。さらに、隣り合う列の切込が互いに切り込んでいる5の範囲は0.1mmである。
<Production of cut prepreg base material>
A notch prepreg base material having regular notches at regular intervals was obtained by inserting notches as shown in FIG. 15 into the prepreg base material using an automatic cutter. The cutting direction is the fiber orthogonal direction 2, the cutting length W is 10.1 mm (that is, Ws = 10.1 mm), and the interval L (fiber length) is 30 mm. As shown in FIG. 15, adjacent incision rows 7a and 7b are geometrically equivalent when moved 10 mm in the direction perpendicular to the fiber. In addition, there are pairs of cuts 7a and 7c and 7b and 7d in the cut rows that are paired in the fiber longitudinal direction, and there are two patterns of cut rows. Furthermore, the range of 5 in which the cuts in the adjacent rows cut into each other is 0.1 mm. The cutting direction is the fiber orthogonal direction 2, the cutting length W is 10.1 mm (that is, Ws = 10.1 mm), and the interval L (fiber length) is 30 mm. As shown in FIG. 15, the adjacent cut rows 7a and 7b are geometrically equivalent when moved 10 mm in the direction perpendicular to the fiber. In addition, there are pairs of cuts 7a and 7c and 7b and 7d in the cut rows that are paired in the fiber longitudinal direction, and there are two patterns of cut rows. Furthermore, the range of 5 in which the cuts in adjacent rows are cut each other is 0.1 mm.

<繊維強化プラスチックの成形>
図16に示すような、300×200mmの投影面積を有する、立ち壁の高20mmの弁当箱の蓋形状に段差部12cが設けられた繊維強化プラスチック16を成形した。
<Molding of fiber reinforced plastic>
As shown in FIG. 16, a fiber reinforced plastic 16 having a stepped portion 12c provided in a lid shape of a lunch box with a standing wall height of 20 mm having a projected area of 300 × 200 mm was molded.

(1)積層工程
まず、薄肉部12bとして、矩形の長手方向を0°として、炭素繊維の配向方向(0°方向)と、炭素繊維の配向方向から右に45度ずらした方向(45°方向)と、炭素繊維の配向直交方向(90°方向)とに切込プリプレグ基材を矩形(長270mm×幅180mm)に切り出し、[45/0/−45/90/90/−45/0/45]の積層構成で8枚積層した。
(1) Laminating Step First, as the thin-walled portion 12b, the rectangular longitudinal direction is set to 0 °, and the carbon fiber orientation direction (0 ° direction) is shifted to the right by 45 degrees from the carbon fiber orientation direction (45 ° direction). ) And the carbon fiber orientation orthogonal direction (90 ° direction), the cut prepreg base material was cut into a rectangle (length 270 mm × width 180 mm), and [45/0 / −45 / 90/90 / −45 / 0 / 45] was laminated.

次いで、段差部12cとして、同様に切込プリプレグ基材を矩形(長140mm×幅180mm)に切り出して[45/0]の積層構成で2枚積層し、切込プリプレグ基材を矩形(長135mm×幅180mm)に切り出して[−45/90]の積層構成で2枚積層し、切込プリプレグ基材を矩形(長130mm×幅180mm)に切り出して[90/−45]の積層構成で2枚積層し、切込プリプレグ基材を矩形(長125mm×幅180mm)に切り出して[0]の積層構成で1枚、それぞれを薄肉部12bの一方の片端部を基準に積層した。   Next, as the stepped portion 12c, similarly, the cut prepreg base material is cut into a rectangular shape (length: 140 mm × width: 180 mm) and laminated in a [45/0] stacked configuration, and the cut prepreg base material is rectangular (length: 135 mm). X Width 180 mm) and two layers are laminated in a [−45/90] laminated structure, and the cut prepreg base material is cut out into a rectangle (length 130 mm × width 180 mm) and [90 / −45] laminated structure 2 The cut prepreg base material was cut into a rectangle (length: 125 mm × width: 180 mm), and one piece was laminated in a laminated configuration of [0], each of which was laminated based on one end of the thin portion 12b.

最後に、厚肉部12aとして、切込プリプレグ基材を矩形(長120mm×幅180mm)に切り出し、[45]の積層構成で、薄肉部12bの片端部を基準に1枚積層した。   Finally, as the thick portion 12a, the cut prepreg base material was cut into a rectangle (length 120 mm × width 180 mm), and one piece was laminated based on one end portion of the thin portion 12b with the laminated structure [45].

すなわち、厚肉部12aの積層枚数(16枚、長125mm×幅180mm)と、薄肉部12bの積層数(8枚、長130mm×幅180mm)と、その間に段差部(長15mm×幅180mm)がテーパー状に積層数が1〜2枚ずつ減じられ、積層体の両表面(長270mm×幅180mm)が[45]の同一の切込プリプレグ基材で覆われている。   That is, the number of stacked thick portions 12a (16, length 125 mm × width 180 mm), the number of thin portions 12b (8, length 130 mm × width 180 mm), and a step portion (length 15 mm × width 180 mm) therebetween. The number of laminated layers is reduced by 1 to 2 in a tapered shape, and both surfaces (length 270 mm × width 180 mm) of the laminated body are covered with the same cut prepreg base material [45].

(2)成形工程
成形型は、可動型、固定型からなり、両型を合わせた際のキャビティは最終成形品の外形状と同じで、成形型には段差部が設けられている。成形型はプレス機に設置され、可動型が昇降する。成形工程における成形型の温度T1が、プリプレグ基材に用いたエポキシ樹脂組成物のDSCに拠る発熱ピーク温度Tpとほぼ同となるよう150℃に温度制御した。固定型の上に積層体を、成形型の段差部に、積層体の段差部が対応するように位置決めして配置し、成形型に予め表示している配置する箇所にマトリックス樹脂の有する粘着性で積層体を固定して型締した。このときのプレス圧は、300×200mmの面積で割り返した圧力を6MPaに調節した。積層体がキャビティより小さめに用意されているため、金型への配置に時間がかからないというメリットがあった。金型内で30分間加熱、加圧した。
(2) Molding step The molding die is composed of a movable die and a fixed die, and the cavity when the two dies are combined is the same as the outer shape of the final molded product, and the step is provided in the molding die. The mold is installed in a press machine, and the movable mold moves up and down. The temperature was controlled at 150 ° C. so that the temperature T1 of the mold in the molding step was substantially the same as the exothermic peak temperature Tp due to DSC of the epoxy resin composition used for the prepreg substrate. Adhesiveness of the matrix resin at the location where the laminate is positioned on the fixed mold, positioned so that the step of the laminate corresponds to the step of the mold, and displayed in advance on the mold The laminate was fixed with and clamped. The press pressure at this time was adjusted to 6 MPa by dividing the pressure divided by an area of 300 × 200 mm. Since the laminated body is prepared smaller than the cavity, there is an advantage that it does not take time to arrange in the mold. It was heated and pressurized in the mold for 30 minutes.

(3)脱型工程
加熱、加圧した後、成形型の温度T2をT1から低下させることなく150℃のまま成形型を型開し、繊維強化プラスチック16を取り出した。
(3) Demolding process After heating and pressurizing, the mold was opened at 150 ° C. without lowering the temperature T2 of the mold from T1, and the fiber reinforced plastic 16 was taken out.

積層体はキャビティよりも小さかったものの隅々まで炭素繊維が流動し、成形型の外形上に沿った段差部を有する維強化プラスチックを得ることができた。段差部だけでなく、厚肉部および薄肉部ともに切込プリプレグ基材が伸長し、切込により分断された繊維束端部間に存在する切込開口部と、繊維長さLcが30mm、幅Wsが11〜15mm程度の分布を持つ短冊状の繊維束が全体的に分布していた。特にこのような段差部を有する弁当箱の蓋形状では、連続繊維基材を用いた成形では繊維が必ず突っ張るため、賦形工程として成形前にあらかじめ成形型に沿わした積層体の予賦形が必須であり、また仮に予賦形したとしてもシワや繊維の突っ張りによる表面品位悪化をなくすことは極めて困難である。本発明のように、平板状に積層した積層体から簡便に高品位な繊維強化プラスチックを得られる点が本発明の特徴であり、さらに本実施例では、トリムレスで繊維強化プラスチックが得られたため、その工数削減の効果は極めて大きい。   Although the laminate was smaller than the cavity, the carbon fiber flowed to every corner, and a fiber reinforced plastic having a step portion along the outer shape of the mold could be obtained. In addition to the stepped portion, the cut prepreg base material extends in both the thick and thin portions, the cut opening existing between the fiber bundle ends divided by the cut, the fiber length Lc is 30 mm, the width A strip-shaped fiber bundle having a distribution of Ws of about 11 to 15 mm was distributed as a whole. In particular, in the lid shape of a lunch box with such a stepped portion, the fiber always stretches in the molding using the continuous fiber base material, so that the pre-forming of the laminate along the forming mold in advance is performed as a shaping process. It is essential, and even if pre-shaped, it is extremely difficult to eliminate the deterioration of surface quality due to wrinkles and fiber tension. Like the present invention, it is a feature of the present invention that a high-quality fiber-reinforced plastic can be easily obtained from a laminate laminated in a flat plate shape, and in this example, since the fiber-reinforced plastic was obtained in a trimless manner, The effect of man-hour reduction is extremely large.

(実施例2)
共重合ポリアミド樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM4000、融点155℃)のペレットを、200℃で加熱した平板プレス機で34μm厚みのフィルム状に加工した。ポリアミド樹脂の25℃雰囲気下における粘度は固体であるため測定不可能であり、該基材はタック性がなかった。離型紙を用いなかった他は実施例1と同様にして、プリプレグ基材を作製し、実施例1と同様にプリプレグ基材へ切込を導入し、切込プリプレグ基材を得た。
(Example 2)
Pellets of copolymerized polyamide resin (“Amilan” (registered trademark) CM4000 manufactured by Toray Industries, Inc., melting point 155 ° C.) were processed into a film having a thickness of 34 μm with a flat plate press heated at 200 ° C. The viscosity of the polyamide resin in an atmosphere at 25 ° C. was a solid and could not be measured, and the substrate had no tackiness. A prepreg base material was produced in the same manner as in Example 1 except that the release paper was not used, and a cut was introduced into the prepreg base material in the same manner as in Example 1 to obtain a cut prepreg base material.

(1)積層工程
実施例1と同様にして積層体を得た。但し、プリプレグ基材にタックがないため、積層工程において、アイロンを用いて切込プリプレグ基材同士を仮固定して積層体を一体化した。
(1) Lamination process It carried out similarly to Example 1, and obtained the laminated body. However, since the prepreg base material has no tack, in the laminating step, the cut prepreg base materials were temporarily fixed using an iron to integrate the laminated body.

(1b)予熱工程
実施例1に加えて、積層体をオーブンにて200℃に加熱し、マトリックス樹脂を予め軟化させた。
(1b) Preheating process In addition to Example 1, the laminated body was heated in an oven at 200 ° C to soften the matrix resin in advance.

(2)成形工程
実施例1と同様な両面型を70℃に温度制御しておき、表面温度が160℃に達した時点で予熱工程を終えてオーブンから取り出し、固定型の上に積層体を、成形型の段差部に、積層体の段差部が対応するように位置決めして配置し、前記(1b)の予熱工程にてマトリックス樹脂を軟化させておいたため高温状態で粘着性を有しており、その粘着性で積層体を成形型に予め表示している配置する箇所に固定して直ちに型締した。このときのプレス圧は、300×200mmの面積で割り返した圧力を6MPaに調節した。積層体がキャビティより小さめに作成されているため、簡単に配置でき、積層体の温度が下がりきる前にコールドプレスすることができた。
(2) Molding step The temperature of a double-sided mold similar to that in Example 1 is controlled to 70 ° C, and when the surface temperature reaches 160 ° C, the preheating step is finished and taken out from the oven, and the laminate is placed on the stationary mold. Since the matrix resin is softened in the preheating step of (1b) above, the adhesive is adhesive at a high temperature because the step portion of the laminate is positioned so as to correspond to the step portion of the mold. Then, the laminate was fixed to the place where it was preliminarily displayed on the mold due to its adhesiveness, and immediately clamped. The press pressure at this time was adjusted to 6 MPa by dividing the pressure divided by an area of 300 × 200 mm. Since the laminate was made smaller than the cavity, it could be placed easily and cold-pressed before the temperature of the laminate fell.

(3)脱型工程
金型内で90秒間冷却、加圧した後、脱型した。コールドプレスであるので、脱型は非常に容易に行えた。
(3) Demolding process After cooling and pressurizing in the mold for 90 seconds, the mold was removed. Since it was a cold press, it was possible to remove the mold very easily.

積層体はキャビティよりも小さかったものの隅々まで炭素繊維が流動し、成形型の外形上に沿った段差部を有する維強化プラスチックを得ることができた。段差部だけでなく、厚肉部および薄肉部ともに切込プリプレグ基材が伸長し、切込により分断された繊維束端部間に存在する切込開口部と、繊維長さLcが30mm、幅Wsが11〜15mm程度の分布を持つ短冊状の繊維束が全体的に分布していた。若干、層間にボイドがみられたため、実施例1よりは力学特性に高くはない可能性はあるものの、本発明を用いて極めてサイクルタイムの短いコールドプレス成形を行うことができた。   Although the laminate was smaller than the cavity, the carbon fiber flowed to every corner, and a fiber reinforced plastic having a step portion along the outer shape of the mold could be obtained. In addition to the stepped portion, the cut prepreg base material extends in both the thick and thin portions, the cut opening existing between the fiber bundle ends divided by the cut, the fiber length Lc is 30 mm, the width A strip-shaped fiber bundle having a distribution of Ws of about 11 to 15 mm was distributed as a whole. Since some voids were observed between the layers, although it was possible that the mechanical properties were not higher than those of Example 1, it was possible to perform cold press molding with a very short cycle time using the present invention.

(実施例3)
実施例1と同様にして、プリプレグ基材を作製した。このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図10に示すような繊維から10°方向の直線的な切込を連続的に挿入して、切込プリプレグ基材を得た。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, a prepreg base material was produced. A straight notch in the direction of 10 ° was continuously inserted into the prepreg base material from the fiber as shown in FIG. 10 using an automatic cutting machine to obtain a cut prepreg base material.

(1)積層工程
切込プリプレグ基材を繊維方向が同一で切込が交差するように(10°方向と−10°方向に)2枚表裏に重ねて積層し、連続的な切込によりプリプレグ基材がバラバラになるのを防いだ。
(1) Laminating process Two prepreg base materials are laminated on the front and back so that the incision prepreg base material is the same in fiber direction and the incision intersects (in the direction of 10 ° and −10 °), and the prepreg is formed by continuous incision. The base material was prevented from falling apart.

薄肉部12bとして、この2層積層体を4セット、炭素繊維の配向方向(0°方向)と、炭素繊維の配向直交方向(90°方向)とに矩形(長270mm×幅180mm)に切り出し、[0/0/90/90/0/0/90/90]の積層構成で8枚積層した。   As the thin-walled portion 12b, four sets of this two-layer laminate are cut into rectangles (length 270 mm × width 180 mm) in the orientation direction (0 ° direction) of the carbon fibers and the orientation orthogonal direction (90 ° direction) of the carbon fibers, Eight sheets were stacked in a stacked configuration of [0/0/90/90/0/0/90/90].

次いで、厚肉部12aとして、2層積層体を4セット、矩形(長125mm×幅180mm)に切り出し、[90/90/0/0/90/90/0/0]の積層構成で、薄肉部12bの一方の片端部を基準に8枚積層した。   Next, as the thick portion 12a, four sets of the two-layer laminate are cut into rectangles (length 125 mm × width 180 mm), and are thin-walled with a laminated configuration of [90/90/0/0/90/90/0/0]. Eight sheets were laminated based on one end portion of the portion 12b.

すなわち、厚肉部12aの積層枚数(16枚、長125mm×幅180mm)と、薄肉部12bの積層数(8枚、長145mm×幅180mm)と、段差部(長0mm×幅180mm)が一気に積層数が4枚減じられ、積層体の片表面(長270mm×幅180mm)のみが[0]の同一の切込プリプレグ基材で覆われている。   That is, the number of stacked thick portions 12a (16, length 125 mm × width 180 mm), the number of thin portions 12b (8, length 145 mm × width 180 mm), and the stepped portion (length 0 mm × width 180 mm) all at once. The number of stacks is reduced by four, and only one surface (length 270 mm × width 180 mm) of the stack is covered with the same cut prepreg base material [0].

(1a)脱気工程
実施例1に加えて、積層した積層体を伸縮性のフィルムで覆って密閉した後にその中を減圧して脱気し、積層される際に噛み込んだエアや、マトリックス樹脂が吸湿した水分などを積層体から除去した。
(1a) Deaeration step In addition to Example 1, the laminated laminate was covered with a stretchable film and sealed, then degassed by depressurizing the inside, and the air or matrix caught during lamination Moisture absorbed by the resin was removed from the laminate.

(1b)予熱工程
実施例1に加えて、積層体をオーブンにて70℃に加熱し、マトリックス樹脂を予め軟化させた。
(1b) Preheating step In addition to Example 1, the laminate was heated in an oven to 70 ° C to soften the matrix resin in advance.

それ以外は、実施例1と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。   Otherwise, molding was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a fiber-reinforced plastic.

得られた繊維強化プラスチックは、実施例1と同様に、キャビティ通りの形状に成形されていた。繊維強化プラスチック表面のプリプレグ基材の切込においても、ほとんど切込開口部が見られず、強化繊維が存在せずに樹脂リッチとなっている領域や、隣接層の強化繊維が覗いている領域はほとんどなく、良好な外観品位と平滑性が得られた。繊維方向は積層体を配置したときから回転しており、その回転により切込開口部を埋め、平滑な繊維強化プラスチックとなっており、特にこの効果は(1b)予熱工程により一段と顕著に発現したと推測された。また、層間には全くボイドがみられず、(1a)脱気工程によりボイドの抑制効果の確実性が増したと考えられる。   The obtained fiber reinforced plastic was molded into a cavity-like shape as in Example 1. Even in the cutting of the prepreg base material on the surface of fiber reinforced plastic, there is almost no notch opening, the area where the reinforcing fiber is not present and the resin is rich, or the area where the reinforcing fiber of the adjacent layer is peeking The appearance quality and smoothness were almost zero. The fiber direction is rotating from the time when the laminate is arranged, and the rotation is filled with the cut opening, resulting in a smooth fiber reinforced plastic. In particular, this effect is more prominently expressed by the (1b) preheating step. It was speculated. In addition, no voids were observed between the layers, and it is considered that (1a) the deaeration process increased the certainty of the void suppression effect.

(実施例4)
実施例1と同様にして、プリプレグ基材を作成した。このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図11に示すような繊維から11°方向に、1mmの直線状の切込を断続的に挿入することで、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsを0.34mmとした。対になる切込4d、4dにより、繊維は分断され、得られた切込プリプレグ基材の全面で繊維長さLは30mmとなった。
Example 4
A prepreg base material was prepared in the same manner as in Example 1. In this prepreg base material, an automatic cutting machine is used to intermittently insert 1 mm straight cuts in the direction of 11 ° from the fibers as shown in FIG. 11, thereby cutting the cuts in the vertical direction of the reinforcing fibers. The projected length Ws projected was 0.34 mm. The fibers were cut by the pair of cuts 4d 1 and 4d 2 , and the fiber length L was 30 mm over the entire surface of the obtained cut prepreg base material.

こうして得られた切込プリプレグ基材を用いた以外は、実施例1と同様に積層工程、成形工程、脱型工程を経て繊維強化プラスチックを得た。   A fiber-reinforced plastic was obtained through the laminating step, the forming step, and the demolding step in the same manner as in Example 1 except that the cut prepreg base material thus obtained was used.

得られた繊維強化プラスチックは、図14(b)のように、繊維3が若干うねりながら、切込開口部18を埋め、表面にほとんど切込開口部18が見られず、切込が判別つかないレベルに良好な外観品位と平滑性を有する繊維強化プラスチックを得ることができた。   In the obtained fiber reinforced plastic, as shown in FIG. 14 (b), the fiber 3 is slightly swollen and the cut opening 18 is filled, and the cut opening 18 is hardly seen on the surface. It was possible to obtain a fiber reinforced plastic having good appearance quality and smoothness at a level that is not.

(実施例5)
図4に示すような成形型を用いて、図1(c)のような500×500mmの正方形の平板上にダブルコンター部(直径350mmの円を境界線として、R800mmの球が頭を出した形状)および段差部が中央に設けられた繊維強化プラスチックを成形した。
(Example 5)
Using a mold as shown in FIG. 4, a double contour part (R800 mm sphere protruded from the circle with a diameter of 350 mm as a boundary line on a 500 × 500 mm square flat plate as shown in FIG. 1 (c). Shape) and a fiber reinforced plastic provided with a step portion in the center.

(1)積層工程
実施例1と同様にして、プリプレグ基材を作製し、まず0°、45°および90°の方向に長500×幅500mmの正方形に切り出した。正方形の中央部に直径360mmの範囲内に実施例1と同様の切込を入れ、繊維長が実質的に25mmの強化繊維のみで構成される領域を形成した。さらに、その切込を入れたプリプレグを半分の大きさ(長250mm×幅500mm)に裁断したものも用意した。
(1) Lamination process A prepreg base material was produced in the same manner as in Example 1, and was first cut into squares of length 500 × width 500 mm in the directions of 0 °, 45 ° and 90 °. A notch similar to that of Example 1 was made in the center of the square in a range of 360 mm in diameter to form a region composed of only reinforcing fibers having a fiber length of substantially 25 mm. Furthermore, what cut the prepreg which put the incision into the half size (length 250mm x width 500mm) was also prepared.

薄肉部12bとして、部分的に切込を入れたプリプレグ基材を長500×幅500mmの正方形で[45/0/−45/90]1Sの積層構成で8枚積層した。 As the thin-walled portion 12b, eight prepreg base materials that were partially cut were laminated in a square shape of length 500 × width 500 mm in a [45/0 / −45 / 90] 1S laminated structure.

次いで、厚肉部12aとして、半分に裁断した部分的に切込を入れたプリプレグ基材を長250mm×幅500mmの長方形に[45/0/−45/90]1Sの積層構成で、薄肉部12bの一方の片端部を基準に8枚積層した。 Next, as a thick portion 12a, a prepreg base material that is partially cut and cut in half is formed into a rectangular shape having a length of 250 mm and a width of 500 mm with a [45/0 / −45 / 90] 1S laminated structure, and a thin portion Eight sheets were laminated based on one end of 12b.

すなわち、厚肉部12aの積層枚数(16枚、長250mm×幅500mm)と、薄肉部12bの積層数(8枚、長250mm×幅500mm)と、段差部(長0mm×幅500mm)が一気に積層数が4枚減じられ、積層体の片表面(長500mm×幅500mm)のみが[45]の同一の部分的に切込まれたプリプレグ基材で覆われている。また、25mmの強化繊維のみで構成される領域は各層すべて重なっており、図1a)のように積層体の中央部直径360mmの範囲内に不連続部37を形成した。   That is, the number of stacked thick portions 12a (16, length 250 mm × width 500 mm), the number of thin portions 12b (8, length 250 mm × width 500 mm), and the stepped portion (length 0 mm × width 500 mm) all at once. The number of stacks is reduced by 4 and only one surface (length 500 mm × width 500 mm) of the stack is covered with the same partially cut prepreg base material [45]. Moreover, the area | region comprised only with a 25 mm reinforcing fiber has overlapped each layer, and the discontinuous part 37 was formed in the range of the center part diameter 360mm of a laminated body like FIG. 1 a).

(1b)予熱工程
得られた積層体をオーブンにて70℃に加熱し、マトリックス樹脂を予め軟化させ、温度変化が最小限になるように直ちに後述の位置決め用クランプにセットした。
(1b) Preheating step The obtained laminate was heated to 70 ° C in an oven to soften the matrix resin in advance, and immediately set in a positioning clamp described later so that the temperature change was minimized.

(2)成形工程
図4の成形型は、可動型28a、固定型28bとともに、スプリング27で支持された枠状の積層体の位置決め用クランプ(積層体固定ジグ)28dから形成されている。固定型28bはダブルコンター部25のみの形状を決定する型であり、クランプ28dは固定型28bが可動型28aにアクセスできるように平板を円形にくり抜いた枠状であり、平板部の形状を決定する型である。クランプ28dはスプリングで支えられ、型が開いている時は、固定型28bより上方、可動型28aより下方にある。成形型全体を実施例1と同様に150℃で温度制御し、積層体12をクランプ28d上に機械的に点状に把持して固定して、予め表示されている箇所に位置決めした。次に可動型28aを下降させ、段差部12cはこの段階で固定され、積層体12の伸長の起点となった。さらに可動型28aを押し込むことで、固定型28bと可動型28aとによりダブルコンター部25の形状が決定され、成形型のキャビティが閉じられた。このときのプレス圧は、500×500mmの面積で割り返した圧力が6MPaとなるよう、調節した。実施例1と同様に、金型内で30分間加熱、加圧した。
(2) Molding Step The molding die in FIG. 4 is formed from a frame-shaped laminated body positioning clamp (laminated body fixing jig) 28d supported by a spring 27 together with a movable mold 28a and a fixed mold 28b. The fixed die 28b is a die that determines the shape of only the double contour portion 25, and the clamp 28d is a frame shape obtained by hollowing a flat plate so that the fixed die 28b can access the movable die 28a, and determines the shape of the flat plate portion. The type to be. The clamp 28d is supported by a spring, and when the mold is open, it is above the fixed mold 28b and below the movable mold 28a. The temperature of the entire mold was controlled at 150 ° C. in the same manner as in Example 1, and the laminate 12 was mechanically gripped and fixed on the clamp 28d in a dotted manner and positioned at a pre-displayed location. Next, the movable die 28a was lowered, and the stepped portion 12c was fixed at this stage, and became the starting point for the extension of the laminate 12. Further, by pushing the movable mold 28a, the shape of the double contour part 25 was determined by the fixed mold 28b and the movable mold 28a, and the cavity of the molding mold was closed. The pressing pressure at this time was adjusted so that the pressure divided by an area of 500 × 500 mm was 6 MPa. In the same manner as in Example 1, it was heated and pressurized in a mold for 30 minutes.

その他は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。   Others were obtained in the same manner as in Example 1 to obtain a fiber reinforced plastic.

得られた強化繊維プラスチックは、成形型の外形上に沿ったダブルコンター部を有するものであった。実施例1と同様に表面品位はよく、ダブルコンター部のみが伸長され、切込により分断された繊維束端部間に存在する切込開口部と、繊維長さLcが30mm、幅Wsが11〜15mm程度の分布を持つ短冊状の繊維束がダブルコンター部に集中して分布していた。また、積層体12の周辺部はほとんど流動しておらず、キャビティ通り成形されていた。(1b)予熱工程により、より一層ダブルコンター部のような複雑形状にも容易に追従することができた。   The obtained reinforced fiber plastic had a double contour portion along the outer shape of the mold. Similar to Example 1, the surface quality is good, only the double contour part is elongated, the notch opening existing between the fiber bundle end parts divided by the notch, the fiber length Lc is 30 mm, and the width Ws is 11 Strip-like fiber bundles having a distribution of about ˜15 mm were concentrated and distributed in the double contour portion. Moreover, the peripheral part of the laminated body 12 hardly flowed, and it was shape | molded according to the cavity. (1b) By the preheating process, it was possible to easily follow a complicated shape such as a double contour portion.

(実施例6)
図5に示すような成形型を用いて、楕円形の弁当箱の蓋形状の繊維強化プラスチックを成形した。
(Example 6)
Using a mold as shown in FIG. 5, a lid-shaped fiber-reinforced plastic for an elliptical lunch box was molded.

(1)積層工程
積層体12を、実施例4と同様にして作製した。
(1) Lamination process The laminated body 12 was produced like Example 4. As shown in FIG.

(2)成形工程
成形型としては、図5に示した最終形状をかたどった凸部(ダブルコンター部25)と、その周りに溝33を設けた片面型28cを用意した。固定型28cの周囲にはシーラント31を配し、また、真空ポンプと連結したチューブをシーラント31上に配置し脱気口26とし、150℃に温度制御されたオーブン内で加熱した。固定型28cが150℃一定となったところで、凸部の表面積よりも小さな積層体12を固定型の段差部に、積層体の段差部が対応するように位置決めして配置し、成形型に予め表示している配置する箇所にマトリックス樹脂の有する粘着性で積層体を固定して、可動型である伸縮性のシリコンラバーフィルム32を被せてシーラント31で密着させ、フィルム32と型28c間に密閉空間30を形成した。と同時に、真空ポンプを起動させ、真空引き38を行い、脱気口26から排気して、外気と密閉空間30との差圧(約0.1MPa)で軟化した積層体12を伸長させ型28cに押し付けて、ホットドレープ成形した。溝33の存在により、フィルム32がしっかり凸部の根元まで形状に沿い、凸部の根元までしっかり圧力が加わった。30分間オーブン内に放置した後、オーブンから成形装置全体を取り出し、フィルム32を破って、繊維強化プラスチックを型28cから脱型した。
(2) Molding Step As a molding die, a single-sided die 28c having a convex portion (double contour portion 25) shaped like the final shape shown in FIG. 5 and a groove 33 around it was prepared. A sealant 31 was disposed around the fixed mold 28c, and a tube connected to a vacuum pump was placed on the sealant 31 to form a deaeration port 26, which was heated in an oven controlled at 150 ° C. When the fixed die 28c becomes constant at 150 ° C., the laminated body 12 smaller than the surface area of the convex portion is positioned and arranged so that the stepped portion of the laminated body corresponds to the stepped portion of the fixed die, and is previously placed on the mold. The laminated body is fixed with the adhesiveness of the matrix resin at the position to be displayed, covered with a stretchable silicone rubber film 32 which is a movable mold, and closely adhered with a sealant 31, and sealed between the film 32 and the mold 28c. A space 30 was formed. At the same time, the vacuum pump is activated, the vacuum 38 is performed, the exhaust air is exhausted from the deaeration port 26, and the laminate 12 softened by the pressure difference between the outside air and the sealed space 30 (about 0.1 MPa) is extended to expand the mold 28c. To form a hot drape. Due to the presence of the grooves 33, the film 32 was firmly in the shape up to the base of the convex portion, and pressure was firmly applied to the base of the convex portion. After leaving in the oven for 30 minutes, the entire molding apparatus was taken out of the oven, the film 32 was broken, and the fiber reinforced plastic was removed from the mold 28c.

積層体12は得られた繊維強化プラスチックよりも小さな平板状であったものの、設計どおり楕円形の弁当箱の蓋のような形状の繊維強化プラスチックを得ることができた。実施例1、2と比べると成形の圧力が小さいため、大きくは伸長していないものの、ダブルコンター部の形状はきれいに転写されており、表面品位のよい繊維強化プラスチックを得ることができた。   Although the laminated body 12 had a flat plate shape smaller than the obtained fiber reinforced plastic, a fiber reinforced plastic having a shape like an elliptical lunch box lid could be obtained as designed. Since the molding pressure was smaller than in Examples 1 and 2, the double contour part was clearly transferred, although it was not elongated greatly, and a fiber-reinforced plastic with good surface quality could be obtained.

(実施例7)
実施例1と同様のプリプレグ基材を用いて、実施例4と同様の図11に示すような繊維から20°の方向に、1mmの直線状の切込(Wsは0.34mm)を入れ、全面で繊維長さLが30mmとなる切込プリプレグ基材を作成した。実施例1に以下の工程を追加して、実施例1と同様の繊維強化プラスチックを得た。
(Example 7)
Using the same prepreg base material as in Example 1, a 1 mm straight cut (Ws is 0.34 mm) is made in the direction of 20 ° from the fiber as shown in FIG. A cut prepreg base material having a fiber length L of 30 mm over the entire surface was prepared. The following steps were added to Example 1 to obtain a fiber reinforced plastic similar to Example 1.

(1a)脱気工程
積層した積層体を伸縮性のフィルムで覆って密閉した後にその中を減圧して脱気し、積層される際に噛み込んだエアや、マトリックス樹脂が吸湿した水分などを積層体から除去した。この工程を、後述(1b)の予熱工程での予熱温度70℃のオーブン中で行った。
(1a) Deaeration process After the laminated laminate is covered with a stretchable film and sealed, the inside is depressurized and degassed, and air that has been bitten when laminated, moisture absorbed by the matrix resin, etc. Removed from the laminate. This step was performed in an oven having a preheating temperature of 70 ° C. in the preheating step (1b) described later.

(1b)予熱工程
積層体をオーブンにて70℃に加熱し、マトリックス樹脂を予め軟化させ、図17(a)のように、積層体をR部で折り返してコの字型とし、シングルコンター形状の簡易形状に予賦形した。
(1b) Preheating step The laminated body is heated to 70 ° C. in an oven to soften the matrix resin in advance, and the laminated body is folded at the R portion as shown in FIG. Pre-shaped to a simple shape.

それ以外は、実施例1と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。   Otherwise, molding was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a fiber-reinforced plastic.

得られた繊維強化プラスチック16は、図17(b)に示すように2つの立ち面も含め良好に繊維が充填していた。予賦形により2つの立ち面を形成していたため、積層体12の伸長方向が制御され、さらに安定した品質の繊維強化プラスチック16が得られた。また、成形時に充填した立ち面と平面の角におけるR部断面40を観察したところ、成形時に充填されたにもかかわらず、平面と変わらない積層構造(若干のうねりを含む)が形成されていた。また、層間には全くボイドがみられず、(1a)脱気工程(加えて(1b)予熱工程)によりボイドの抑制効果の確実性が増したと考えられる。   The obtained fiber reinforced plastic 16 was satisfactorily filled with fibers including two standing surfaces as shown in FIG. Since two standing surfaces were formed by pre-shaping, the extending direction of the laminated body 12 was controlled, and a fiber-reinforced plastic 16 having a more stable quality was obtained. Further, when the R-section cross-section 40 at the corner of the standing surface and the plane filled at the time of molding was observed, a laminated structure (including some undulations) that was not different from the plane was formed despite being filled at the time of molding. . In addition, no voids were observed between the layers, and it is considered that (1a) the deaeration process (in addition, (1b) the preheating process) increases the certainty of the void suppression effect.

(参考例1)
実施例1の繊維強化プラスチックが優れた力学特性を発現することを、繊維強化プラスチックの平板で実証した。実施例1と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切込を導入して切込プリプレグ基材を作製した。炭素繊維の配向方向(0°方向)と、炭素繊維の配向方向から右に45度ずらした方向(45°方向)に、それぞれ250×250mmの大きさのサイズに切出した。切り出したプリプレグ基材を16層で疑似等方に積層して([45/0/−45/90]2S)、積層体を得た。
(Reference Example 1)
The fiber reinforced plastic flat plate of Example 1 demonstrated that the fiber reinforced plastic of Example 1 developed excellent mechanical properties. A prepreg base material was prepared in the same manner as in Example 1, and a cut was introduced to prepare a cut prepreg base material. Each of the carbon fiber was cut into a size of 250 × 250 mm in the orientation direction of the carbon fiber (0 ° direction) and the direction shifted 45 degrees to the right from the orientation direction of the carbon fiber (45 ° direction). The cut prepreg base material was laminated in a pseudo isotropic manner with 16 layers ([45/0 / −45 / 90] 2S ) to obtain a laminate.

さらに、上記の積層体を用いて、300×300mmのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した後、加熱型プレス成形機により、6MPaの加圧のもと、150℃×30分間の条件により硬化せしめ、300×300mmの平板状の繊維強化プラスチックを得た。   Furthermore, after arrange | positioning in the approximate center part on the flat plate metal mold | die which has a cavity of 300x300mm using said laminated body, it is 150 degreeC x 30 minutes under the pressurization of 6 MPa with a heating type press molding machine. The plate was hardened under the above conditions to obtain a flat fiber reinforced plastic of 300 × 300 mm.

得られた平板状の繊維強化プラスチックより、長さ250±1mm、幅25±0.2mmの引張強度試験片を切り出した。JIS K−7073(1998)に規定する試験方法に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定した。なお、本参考例においては、試験機としてインストロン(登録商標)万能試験機4208型を用いた。測定した試験片の数はn=5とし、平均値を引張強度とした。さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数(CV値)を算出した。引張弾性率は43GPa、引張強度に関しても370MPaと高い値が発現し、そのCV値も3%ときわめてバラツキの小さい結果となった。   A tensile strength test piece having a length of 250 ± 1 mm and a width of 25 ± 0.2 mm was cut out from the obtained flat fiber-reinforced plastic. According to the test method specified in JIS K-7073 (1998), the tensile strength was measured at a crosshead speed of 2.0 mm / min with a distance between the gauge points of 150 mm. In this reference example, an Instron (registered trademark) universal testing machine 4208 type was used as a testing machine. The number of test pieces measured was n = 5, and the average value was the tensile strength. Further, a standard deviation was calculated from the measured value, and the standard deviation was divided by an average value, thereby calculating a coefficient of variation (CV value) as an index of variation. The tensile elastic modulus was 43 GPa, the tensile strength was as high as 370 MPa, and the CV value was 3%, which was a very small variation.

繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、実施例1と同様に繊維長さLcが30mm、幅Wsが11〜15mm程度の分布を持つ短冊状の繊維束が表面全体にほぼ均等に分布していたことから、実施例1で得られた繊維強化プラスチックも優れた力学特性を発現することが予想された。   In the fiber reinforced plastic, the fibers are evenly flowed to the end, and like the first embodiment, a strip-like fiber bundle having a distribution with a fiber length Lc of 30 mm and a width Ws of about 11 to 15 mm is almost the entire surface. Since it was evenly distributed, it was expected that the fiber reinforced plastic obtained in Example 1 would also exhibit excellent mechanical properties.

(参考例2)
実施例3の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、繊維強化プラスチックの平板で実証した。実施例3と同様にして、2層積層体を得た。この2層積層体から、炭素繊維の配向方向(0°方向)と、炭素繊維の配向方向から右に45度ずらした方向(45°方向)に、それぞれ250×250mmの大きさに切り出し、2層積層体を8枚それぞれの方向に疑似等方([45/45/0/0/−45/−45/90/90])に積層して、全面に切込を有する250×250mmの積層体を得た。
(Reference Example 2)
The fiber reinforced plastic of Example 3 demonstrated high mechanical properties with a fiber reinforced plastic flat plate. In the same manner as in Example 3, a two-layer laminate was obtained. From this two-layer laminate, cut into a size of 250 × 250 mm in each of a carbon fiber orientation direction (0 ° direction) and a direction shifted to the right by 45 degrees from the carbon fiber orientation direction (45 ° direction). A layer stack is laminated in a pseudo isotropic manner ([45/45/0/0 / -45 / -45 / 90/90] S ) in the direction of each of the eight sheets, and a 250 × 250 mm having a notch on the entire surface. A laminate was obtained.

こうして得られた積層体を参考例1と同様にしてホットプレス成形し、平板の繊維強化プラスチックを得た。得られた繊維強化プラスチックを参考例1と同様に引張試験した。引張弾性率は46GPa、引張強度に関しても470MPaと高い値が発現し、そのCV値も4%ときわめてバラツキの小さい結果となった。   The laminate thus obtained was hot press molded in the same manner as in Reference Example 1 to obtain a flat fiber reinforced plastic. The obtained fiber reinforced plastic was subjected to a tensile test in the same manner as in Reference Example 1. The tensile modulus was 46 GPa and the tensile strength was as high as 470 MPa, and the CV value was 4%, which was very small.

繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、表面にほとんど切込開口部が見られず、繊維方向も積層体を配置したときから回転している様子も実施例3と同様であるため、実施例3で得られた繊維強化プラスチックも優れた力学特性を発現することが予想された。   In the fiber reinforced plastic, the fibers are flowing evenly to the end, almost no cut opening is seen on the surface, and the fiber direction is the same as in Example 3 in the state of rotation from the time when the laminate was placed. For this reason, the fiber reinforced plastic obtained in Example 3 was also expected to exhibit excellent mechanical properties.

(参考例3)
実施例4の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例4と同様にして、切込プリプレグ基材を得、参考例1と同様にして切り出し、積層、ホットプレス成形した。得られた繊維強化プラスチックを参考例1と同様に引張試験したところ、引張弾性率は46GPa、引張強度は620MPaと高い値が発現し、そのCV値も4%ときわめてバラツキの小さい結果となった。繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、繊維が若干うねりながら、切込開口部を埋め、表面にほとんど切込開口部が見られず、切込があったことさえ、見分けがつかない様子も実施例4と同様であるため、実施例4で得られた繊維強化プラスチックも優れた力学特性を発現することが予想された。
(Reference Example 3)
It was demonstrated on a flat plate that the fiber reinforced plastic of Example 4 has high mechanical properties. A cut prepreg base material was obtained in the same manner as in Example 4, cut out in the same manner as in Reference Example 1, laminated, and hot press molded. When the obtained fiber reinforced plastic was subjected to a tensile test in the same manner as in Reference Example 1, the tensile elastic modulus was 46 GPa, the tensile strength was as high as 620 MPa, and the CV value was 4%, which was a very small variation. . Fiber reinforced plastic has fibers evenly flowing to the end, and while the fibers swell slightly, it fills the notch opening, almost no notch opening is seen on the surface, even the incision is recognized Since the appearance of the non-sticking is the same as in Example 4, it was expected that the fiber-reinforced plastic obtained in Example 4 would also exhibit excellent mechanical properties.

(比較例1)
実施例1と同じ、図16に示す段差部が設けられた繊維強化プラスチックを連続繊維プリプレグ基材で成形した。実施例1と同様にして、プリプレグ基材を作製した。プリプレグ基材に切込を入れずに、実施例1と同様に積層して積層体を得、成形を行った。
(Comparative Example 1)
The fiber reinforced plastic provided with the step part shown in FIG. 16 as in Example 1 was molded with a continuous fiber prepreg base material. In the same manner as in Example 1, a prepreg base material was produced. Without making a notch in the prepreg base material, the laminate was obtained in the same manner as in Example 1 and molded.

得られた繊維強化プラスチックは、特に立ち壁での段差部の表面はざらざらで、繊維強化プラスチックが成形型に完全に密着できていなかった。この原因は、連続の炭素繊維が突っ張り、積層体が伸長することができず、成形型に沿わなかったことが原因と推測された。   In the obtained fiber reinforced plastic, the surface of the stepped portion on the standing wall was particularly rough, and the fiber reinforced plastic was not completely adhered to the mold. This was presumed to be because the continuous carbon fibers were stretched and the laminate could not be stretched and did not conform to the mold.

(比較例2)
実施例1と同じ、図16に示す段差部が設けられた繊維強化プラスチックをSMC基材で成形した。用いたSMCとしては、次のものを用いた。マトリックス樹脂としてビニルエステル樹脂(ダウ・ケミカル(株)製、デラケン790)を100重量部、硬化剤としてtert−ブチルパーオキシベンゾエート(日本油脂(株)製、パーブチルZ)を1重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛(堺化学工業(株)製、SZ−2000)を2重量部、増粘剤として酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、MgO#40)を4重量部用いて、それらを十分に混合撹拌し、樹脂ペーストを得た。樹脂ペーストをドクターブレードにて、ポリプロピレン製の離型フィルム上に塗布した。その上から、長さ25mmにカットされた炭素繊維束(引張強度4,900MPa、引張弾性率235GPa、12,000本)を単位面積あたりの重量が500g/mになるよう均一に落下、散布した。さらに、樹脂ペーストを塗布したもう一方のポリプロピレンフィルムとで樹脂ペースト側を内にして挟んだ。炭素繊維のSMCシートに対する体積含有量Vfは40%とした。得られたシートを40℃にて24時間静置することにより、樹脂ペーストを十分に増粘化させて、SMCシートを得た。このSMCシートを270×180mmの矩形に切り出し、3枚積層し、積層体を得た。その後は実施例1と同様に成形し、繊維強化プラスチックを得た。
(Comparative Example 2)
The same fiber reinforced plastic provided with the step shown in FIG. 16 as in Example 1 was molded with an SMC base material. The following SMC was used. 100 parts by weight of vinyl ester resin (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd., Delaken 790) as a matrix resin, 1 part by weight of tert-butyl peroxybenzoate (manufactured by NOF Corporation, Perbutyl Z) as a curing agent, internally separated Using 2 parts by weight of zinc stearate (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., SZ-2000) as a mold, and 4 parts by weight of magnesium oxide (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., MgO # 40) as a thickener, They were thoroughly mixed and stirred to obtain a resin paste. The resin paste was applied onto a polypropylene release film with a doctor blade. From there, carbon fiber bundles (tensile strength 4,900 MPa, tensile elastic modulus 235 GPa, 12,000 fibers) cut to a length of 25 mm are uniformly dropped and dispersed so that the weight per unit area is 500 g / m 2. did. Further, it was sandwiched between the other polypropylene film coated with the resin paste with the resin paste side inward. The volume content Vf of the carbon fiber with respect to the SMC sheet was 40%. The obtained sheet was allowed to stand at 40 ° C. for 24 hours, thereby sufficiently thickening the resin paste to obtain an SMC sheet. This SMC sheet was cut into a rectangle of 270 × 180 mm, and three sheets were laminated to obtain a laminate. Thereafter, molding was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a fiber-reinforced plastic.

得られた繊維強化プラスチックはキャビティの端部まで繊維が十分に流動していた。ソリはなかったが、表面に繊維の粗密による若干のヒケが見られた。また、Vfが40%であることから、強度も実施例1ほどは得られないと推測された。   In the obtained fiber reinforced plastic, fibers sufficiently flowed to the end of the cavity. Although there was no warp, some sink marks due to the density of the fibers were observed on the surface. Further, since Vf was 40%, it was estimated that the strength was not as high as that of Example 1.

本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the manufacturing method of the fiber reinforced plastic of this invention. 本発明に用いる積層体の流動のメカニズムの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the mechanism of the flow of the laminated body used for this invention. 本発明に用いる積層体の一例を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show an example of the laminated body used for this invention. 本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the fiber reinforced plastics of this invention. 本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show an example of the manufacturing method of the fiber reinforced plastics of this invention. 本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows an example of the cutting prepreg base material used for this invention. 本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the cutting prepreg base material used for this invention. 本発明に用いる積層体の切込位置関係の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the cutting positional relationship of the laminated body used for this invention. 本発明に用いる積層体の伸長の様子の一例を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show an example of the mode of expansion | extension of the laminated body used for this invention. 本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows an example of the cutting prepreg base material used for this invention. 本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows an example of the cutting prepreg base material used for this invention. 本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the cutting prepreg base material used for this invention. 本発明に用いる積層体の伸長の様子の一例を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show an example of the mode of expansion | extension of the laminated body used for this invention. 本発明に用いる積層体の伸長の様子の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the mode of the expansion | extension of the laminated body used for this invention. 本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows an example of the cutting prepreg base material used for this invention. 本発明により製造された繊維強化プラスチックの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the fiber reinforced plastic manufactured by this invention. 本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing method of the fiber reinforced plastics of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:繊維長手方向
2:繊維直交方向
3:強化繊維
4:強化繊維の不連続端(切込)
4a:a層の切込
4b:b層の切込
4c:連続的な切込
4d(4d,4d):断続的な切込
5:互いに切り込んでいる幅
6:繊維方向に対になる切込の幾何中心同士の間隔L(繊維長さL)
7:断続的な切込の列
7a:第1の断続的な切込の列
7b:第2の断続的な切込の列
7c:第3の断続的な切込の列
7d:第4の断続的な切込の列
8:切込の幾何中心
8a:a層の切込の幾何中心
8b:b層の切込の幾何中心
9:切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWs
10:切込プリプレグ基材
10a:全面に切込が入れられた切込プリプレグ基材
10b:一部に切込が入れられた切込プリプレグ基材
10c:プリプレグの不連続端
11:連続繊維のプリプレグ基材
12:積層体
12a:厚肉部
12b:薄肉部
12c:段差部
13:積層体に加わる圧力
14:樹脂の流れ
15:強化繊維の不連続端の開き
16:繊維強化プラスチック
17:不連続繊維層
18:強化繊維の存在しない領域(切込開口部)
19:隣接層
20:樹脂リッチ部
21:層うねり
22:強化繊維の不連続端
23:切込と繊維方向のなす角度Θ
24:強化繊維の回転
25:ダブルコンター部
26:脱気口
27:スプリング
28:成形型
28a:可動型
28b、28c:固定型
28d:積層体の位置決め用クランプ
29、30:キャビティ
31:シーラント
32:伸縮性フィルム
33:溝
34:切込プリプレグ基材を2層積層した基材
35:2つの対になる繊維束分断部に囲まれた領域(短冊状の繊維束)
36:凸形状
37:繊維が10〜100mmの長さに分断された切込プリプレグ基材のみが積層されてなる切込部
38:減圧
1: Fiber longitudinal direction 2: Fiber orthogonal direction 3: Reinforcing fiber 4: Discontinuous end (cutting) of reinforcing fiber
4a: cut in layer a 4b: cut in layer b 4c: continuous cut 4d (4d 1 , 4d 2 ): intermittent cut 5: mutually cut width 6: pair in the fiber direction Spacing L between geometric centers of cut (fiber length L)
7: Intermittent cut row 7a: First intermittent cut row 7b: Second intermittent cut row 7c: Third intermittent cut row 7d: Fourth Intermittent cut row 8: Geometric center of cut 8a: Geometric center of cut of layer a 8b: Geometric center of cut of layer b 9: Projected length of the cut projected in the vertical direction of the reinforcing fiber Ws
10: Notched prepreg base material 10a: Notched prepreg base material 10b with incision on the entire surface: Notched prepreg base material 10c with notch in part: Discontinuous end 11 of prepreg: Continuous fiber Prepreg base material 12: Laminated body 12a: Thick portion 12b: Thin portion 12c: Step portion 13: Pressure applied to the laminated body 14: Resin flow 15: Opening of discontinuous ends of reinforcing fibers 16: Fiber reinforced plastic 17: No Continuous fiber layer 18: region where no reinforcing fiber exists (cut opening)
19: Adjacent layer 20: Resin rich portion 21: Layer waviness 22: Discontinuous end of reinforcing fiber 23: Angle Θ between cut and fiber direction
24: rotation of reinforcing fiber 25: double contour portion 26: deaeration port 27: spring 28: molding die 28a: movable die 28b, 28c: fixed die 28d: clamp 29 for positioning the laminate, 30: cavity 31: sealant 32 : Stretch film 33: Groove 34: Base material 35 in which two layers of cut prepreg base material are laminated: Area surrounded by two pairs of fiber bundle splitting portions (strip-shaped fiber bundle)
36: Convex shape 37: Cut section 38 formed by laminating only cut prepreg base materials in which fibers are cut to a length of 10 to 100 mm: Depressurization

Claims (14)

一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とを含んで構成されるプリプレグ基材の積層体をプレス成形して板厚の異なる段差部を有する繊維強化プラスチックを製造する方法であって、前記プリプレグ基材として、前記強化繊維を横切る方向に複数の切込によって少なくとも一部の強化繊維を10〜100mmの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の(1)〜(3)の工程を順次経て繊維強化プラスチックを成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
(1)少なくとも切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層して積層体を得るに際し、少なくとも前記積層体の一部に、プリプレグ基材の積層数が多い厚肉部と、プリプレグ基材の積層数が少ない薄肉部と、厚肉部と薄肉部との境界である段差部とが形成されるように積層し、板厚の異なる平板状の積層体を得る積層工程
(2)積層体を成形型に押し付けて硬化または固化させ、繊維強化プラスチックとするに際し、前記積層体を、前記成形型に設けられている段差部に、該積層体の段差部が対応するように位置決めして該成形型に配置し、前記積層体の厚肉部、薄肉部または段差部の少なくともいずれかを伸長させて、前記成形型の厚肉部、薄肉部、段差部のそれぞれに充填させる成形工程
(3)前記成形型から前記繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程
A method for producing a fiber reinforced plastic having a stepped portion having a different plate thickness by press-molding a laminate of a prepreg base material comprising a reinforced fiber aligned in one direction and a matrix resin, As the prepreg base material, at least the following (1) to (1) are used by using a cut prepreg base material in which at least some of the reinforcing fibers are divided into a length of 10 to 100 mm by a plurality of incisions in a direction crossing the reinforcing fibers. A method for producing a fiber reinforced plastic, wherein the fiber reinforced plastic is molded through the steps of 3).
(1) When obtaining a laminate by laminating a plurality of prepreg substrates including at least a cut prepreg substrate, at least a part of the laminate and a thick part having a large number of laminated prepreg substrates, and a prepreg Lamination process (2) for laminating a thin-walled portion with a small number of substrate layers and a stepped portion that is a boundary between the thick-walled portion and the thin-walled portion to obtain a flat laminate having different plate thicknesses When the laminate is pressed against a mold and cured or solidified to form a fiber reinforced plastic, the laminate is positioned so that the step portion of the laminate corresponds to the step portion provided in the mold. Forming the mold, and extending at least one of the thick part, the thin part, or the step part of the laminate, and filling each of the thick part, the thin part, and the step part of the mold. (3) The fiber strength from the mold Demolding step of taking out the plastic
前記(2)の成形工程において、積層体の成形型への位置決め手段が、成形型もしく積層体固定ジグに予め表示している配置する箇所に、機械的に把持して固定するか、または、マトリックス樹脂の有する粘着性で固定するものである、請求項1に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 In the molding step (2), the means for positioning the laminate to the molding die is mechanically held and fixed at the place where the mold or the laminate fixing jig is displayed in advance, or The method for producing a fiber-reinforced plastic according to claim 1, wherein the fixing is performed with the adhesive property of the matrix resin. 切込プリプレグ基材の切込が直線状であり、切込の長さWが30μm〜100mmであり、かつ、切込が強化繊維となす角度Θの絶対値が2〜15°の範囲内で、断続的かつ周期的に配置されている、請求項1または2に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The incision of the incision prepreg base material is linear, the incision length W is 30 μm to 100 mm, and the absolute value of the angle Θ formed by the incision with the reinforcing fiber is in the range of 2 to 15 °. The manufacturing method of the fiber reinforced plastics of Claim 1 or 2 arrange | positioned intermittently and periodically. 前記(1)の積層工程において、積層体の段差部がテーパー状になるように積層するとともに、該積層体の両表面のプリプレグ基材を、該両表面のプリプレグ基材以外のプリプレグ基材を覆うように配置する、請求項1または2に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 In the laminating step (1), the laminated body is laminated so that the stepped portion is tapered, and the prepreg base material on both surfaces of the laminated body is replaced with a prepreg base material other than the prepreg base material on both surfaces. The manufacturing method of the fiber reinforced plastics of Claim 1 or 2 arrange | positioned so that it may cover. 繊維強化プラスチックがダブルコンター部を有する形状であり、前記(1)の積層工程において、少なくとも前記積層体の一部に、切込により強化繊維が10〜100mmの長さに分断した切込プリプレグ基材のみが積層されている切込部が形成されるように積層し、前記(2)の成形工程において、成形型のダブルコンター部に切込部を配置し、切込部を伸長させてダブルコンター部に沿わせて成形する、請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 A cut prepreg base in which the fiber reinforced plastic has a shape having a double contour portion, and in the laminating step (1), at least a part of the laminate is cut into 10 to 100 mm in length by reinforcing fibers. In order to form a cut portion in which only the material is laminated, in the molding step (2), the cut portion is arranged in the double contour portion of the mold, and the cut portion is extended to double the cut portion. The manufacturing method of the fiber reinforced plastics in any one of Claims 1-4 shape | molded along a contour part. 前記(2)の成形工程に先立って、(1b)積層体を加熱してマトリックス樹脂を軟化させる予熱工程を経る、請求項1〜5のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The manufacturing method of the fiber reinforced plastic in any one of Claims 1-5 which passes through the preheating process which heats a laminated body and softens a matrix resin prior to the shaping | molding process of said (2). 前記(2)の成形工程、または、前記(1b)の予熱工程に先立って、(1a)積層体を脱気する脱気工程を経る、請求項1〜6のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The fiber-reinforced plastic according to any one of claims 1 to 6, which undergoes a degassing step (1a) for degassing the laminate prior to the molding step (2) or the preheating step (1b). Manufacturing method. 繊維強化プラスチックがダブルコンター部を有する形状であり、前記(1b)の予熱工程において、シングルコンター部を有する簡易形状に積層体に予賦形を行い、前記(2)の成形工程において、ダブルコンター部を有する形状に成形する、請求項6または7記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The fiber reinforced plastic has a shape having a double contour portion, and in the preheating step (1b), the laminated body is pre-shaped into a simple shape having a single contour portion, and in the molding step (2) The manufacturing method of the fiber reinforced plastic of Claim 6 or 7 shape | molded in the shape which has a part. 前記(2)の成形工程において、成形型が少なくとも可動型と固定型とで構成され、積層体を、可動型を固定型に押し付けて成形するに際し、積層体が成形型に最初に接触する部分に少なくとも段差部を配置する、請求項1〜8のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 In the molding step (2), when the molding die is composed of at least a movable die and a stationary die, and the laminate is molded by pressing the movable die against the stationary die, the laminate first comes into contact with the molding die. The manufacturing method of the fiber reinforced plastics in any one of Claims 1-8 which arrange | positions a level | step-difference part at least. 前記(2)の成形工程において、成形型が少なくとも固定型と伸縮性フィルムからなる可動型とで構成され、伸縮性フィルムと固定型とで形成するキャビティと外気との差圧により積層体を固定型に押し付けて成形する、請求項9に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 In the molding step (2), the mold is composed of at least a fixed mold and a movable mold made of a stretchable film, and the laminate is fixed by the differential pressure between the cavity formed by the stretchable film and the fixed mold and the outside air. The method for producing a fiber-reinforced plastic according to claim 9, wherein the fiber-reinforced plastic is molded by being pressed against a mold. マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記(1b)の予熱工程における加熱温度が、前記(2)の成形工程の成形型の温度よりも低い、請求項6〜10のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The fiber according to any one of claims 6 to 10, wherein the matrix resin is a thermosetting resin, and the heating temperature in the preheating step (1b) is lower than the temperature of the mold in the molding step (2). A method of manufacturing reinforced plastics. マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であり、前記(1b)の予熱工程における加熱温度が、前記(2)の成形工程の成形型の温度よりも高い、請求項6〜10のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The fiber reinforcement according to any one of claims 6 to 10, wherein the matrix resin is a thermoplastic resin, and the heating temperature in the preheating step (1b) is higher than the temperature of the mold in the molding step (2). Plastic manufacturing method. 前記(3)の脱型工程の後に、(4)繊維強化プラスチックを前記(2)の成形工程の成形型温度以上の温度に加熱する後加熱工程を経る、請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 After the demolding step of (3), (4) a post-heating step of heating the fiber reinforced plastic to a temperature equal to or higher than the molding die temperature of the molding step of (2). The manufacturing method of the fiber reinforced plastic of description. 積層体が切込プリプレグ基材のみから構成される、請求項1〜13のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。 The manufacturing method of the fiber reinforced plastics in any one of Claims 1-13 in which a laminated body is comprised only from a cutting prepreg base material.
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