JP2010221551A - Fiber-reinforced resin material and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a fiber-reinforced resin material which causes less or no disorder of the mesh of a cross material serving as a designed surface material for the front layer even when there are protrusions, recessed grooves, etc. in the wall surface of a cavity of a mold and a fiber-reinforced resin material having high designability. <P>SOLUTION: The manufacturing method of manufacturing a fiber-reinforced resin material comprises a first process of preparing, in a mold, a laminate 20 consisting of a fiber bundle layer unit 10 composed of two or more planar fiber bundle layers of different orientations laminated and intermediate layers 2 intervening between the fiber bundle layers and made of a second resin having an elastic modulus higher than that of a first resin injected and a surface layer 3 arranged on one side of the fiber bundle layer unit 10 and imparting designability and the second process of injecting the first resin into the mold to carry out impregnation hardening of the first resin on the surface layer 3 so as to form a front-surface fiber substrate 3A and to carry out impregnation hardening of the first resin in the fiber bundle layers so as to form reinforcing fiber base materials 11A, 12A, 13A and 14A. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭素繊維等の繊維材にて強化された繊維強化樹脂材とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a fiber reinforced resin material reinforced with a fiber material such as carbon fiber and a method for producing the same.

樹脂に強化用繊維材が混入されてなる繊維強化プラスチック(FRP)は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業、建設産業、航空産業等、広い産業分野で使用されている。   Fiber reinforced plastic (FRP) in which a reinforcing fiber material is mixed in a resin is lightweight and has high strength, and is therefore used in a wide range of industries such as the automobile industry, construction industry, and aviation industry.

上記するFRPは、面状に配設された複数の繊維束をその配向方向を変化させて積層し、この姿勢で樹脂が含浸されることで面材が形成される。   The FRP described above is formed by laminating a plurality of fiber bundles arranged in a planar shape while changing the orientation direction thereof, and a face material is formed by impregnating the resin in this posture.

ところで、上記FRPにおいて、強化繊維にカーボンファイバーを使用したものはCFRP(カーボンファイバー強化プラスチック)として一般に知られている。このCFRPからなる部材は、多数のカーボンファイバーの束が同一配向姿勢をなして面状部材を形成し、ファイバー配向が異なる他の面状部材がこれに積層し、双方がステッチングされたものにマトリックス樹脂が含浸硬化されて一体成形部材を成した、多軸基材からなる部材である。なお、積層される面状部材の基数は、所望される剛性等によって変化するものであり、たとえば、5つの面状部材が積層してなる5軸基材からなるものも存在する。   By the way, in the above FRP, those using carbon fibers as reinforcing fibers are generally known as CFRP (carbon fiber reinforced plastic). The CFRP member is a member in which a bundle of carbon fibers forms the same orientation posture to form a planar member, and other planar members having different fiber orientations are laminated to each other, and both are stitched. It is a member made of a multiaxial base material that is formed by impregnating and curing a matrix resin to form an integrally molded member. Note that the cardinal number of the planar members to be stacked varies depending on the desired rigidity and the like. For example, there is a base member made of a five-axis base material in which five planar members are stacked.

ところで、現在、自動車産業においては、環境負荷影響等に優しい車両としてハイブリッド自動車や電気自動車が注目されており、その一層の小型化、軽量化、高性能化を目指した開発が自動車メーカー各社、自動車関連メーカー各社で日々進められている。これらの車両をはじめとする車両全般に目を向けると、車両の軽量化と高剛性化の双方を満足する部材として、上記するCFRPや、強化繊維にカーボンファイバーを使用してなるGFRP(ガラスファイバー強化プラスチック)を、車両ボディ用パネルの一部または全部に適用しようとするニーズが高まっている。   By the way, at present, in the automobile industry, hybrid cars and electric cars are attracting attention as vehicles that are friendly to environmental impacts, etc., and development aimed at further miniaturization, weight reduction, and higher performance has been developed by automobile manufacturers and automobiles. It is being promoted every day by related manufacturers. Looking at these vehicles and other vehicles in general, CFRP (glass fiber) that uses the above-mentioned CFRP or carbon fiber as a reinforcing fiber as a member that satisfies both weight reduction and high rigidity of the vehicle. There is a growing need to apply reinforced plastics) to some or all of vehicle body panels.

たとえばCFRPの製造方法の一実施の形態を概説すると、炭素繊維を束ねてなる炭素繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられて第1の繊維束群から構成される第1の面材が形成され、この第1の繊維束群と異なる方向に配向する第2の繊維束群から構成される第2の面材が形成され、必要に応じて、第3の面材、第4の面材が同様に形成されるとともに、これらの面材を成形型内で積層し、マトリックス樹脂を注入し、加圧成形することでCFRP部材(繊維強化樹脂材)が製造される。たとえば、射出成形の一種であるRTM成形法を適用して、繊維強化樹脂を製造する方法が特許文献1に開示されている。   For example, when an embodiment of a method for producing CFRP is outlined, a first face material composed of a first fiber bundle group in which a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling carbon fibers are arranged in a posture having the same orientation. Is formed, and a second face material composed of a second fiber bundle group oriented in a different direction from the first fiber bundle group is formed. If necessary, a third face material, a fourth face material, Face materials are similarly formed, and these face materials are laminated in a mold, a matrix resin is injected, and pressure molding is performed to produce a CFRP member (fiber reinforced resin material). For example, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a fiber reinforced resin by applying an RTM molding method which is a kind of injection molding.

上記CFRP部材をはじめとする繊維強化樹脂材が車両ボディに適用されるに際し、実際には、この繊維強化樹脂材の両側面もしくは一方側に高意匠性面材が配されるのが一般的である。たとえば、炭素繊維やガラス繊維のクロス材を使用し、これらの繊維を経編みもしくは緯編み等したクロス材にマトリックス樹脂を含浸硬化させて表層繊維材を形成し、この表層繊維材にて部材の外観意匠性を醸し出している。   When the fiber reinforced resin material including the CFRP member is applied to the vehicle body, in practice, a high-design surface material is generally disposed on both sides or one side of the fiber reinforced resin material. is there. For example, a cloth material made of carbon fiber or glass fiber is used, and a surface layer fiber material is formed by impregnating and curing a matrix resin in a cloth material in which these fibers are warp knitted or weft knitted. Appears to have an appearance design.

特開2007−269015号公報JP 2007-269015 A

実際の型内成形においては、成形型(金型)のキャビティ壁面に、少なからず形状変形部、たとえば、キャビティ壁面からキャビティ内空に突出する突起や、逆にキャビティ壁面で陥没する凹部や凹溝が存在している。たとえば、キャビティの下面に突起が存在する場合に、このキャビティ下面上にマトリックス樹脂注入前の繊維束群の積層体を載置し、最上層に意匠性面材用のクロス材等を積層した姿勢で型閉めし、マトリックス樹脂を注入する成形においては、下面の突起によって積層体を構成する各繊維束群が積層方向に蛇行し、注入されたマトリックス樹脂もこれに追従するようにして同様に積層方向に蛇行する等しながら繊維束群内に含浸する。この結果、表層のクロス材のクロス目によたりが生じ、その本来的な作用効果である外観意匠性が損なわれるという課題が往々にして生じており、当該技術分野における急務の解決課題となっている。   In actual in-mold molding, there are not a few deformed parts on the cavity wall surface of the mold (mold), for example, protrusions projecting from the cavity wall surface into the cavity, and concavities or grooves recessed in the cavity wall surface. Is present. For example, when there are protrusions on the lower surface of the cavity, a stack of fiber bundle groups before matrix resin injection is placed on the lower surface of the cavity, and a cloth material for design face material is stacked on the top layer In the molding in which the mold is closed and the matrix resin is injected, the fiber bundles constituting the laminate are meandered in the lamination direction by the protrusions on the lower surface, and the injected matrix resin is also laminated in the same manner so as to follow this. The fiber bundle group is impregnated while meandering in the direction. As a result, crossing of the cloth material of the surface layer occurs, and the problem that the appearance design, which is its original function and effect, is often lost, is an urgent solution in the technical field. ing.

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、成形型のキャビティ壁面に突起や凹溝等の形状変形部が存在する場合であっても、少なくとも、表層の意匠性面材を構成するクロス材のクロス目のよたりが生じない、もしくはよたりが生じに難い繊維強化樹脂材の製造方法と、このクロス目のよたりが存在せず、高意匠性を有する繊維強化樹脂材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and at least forms a design face material for the surface layer even when there is a shape deformation portion such as a protrusion or a groove on the cavity wall surface of the mold. A method of manufacturing a fiber-reinforced resin material that does not cause or hardly causes a cross-over of the cloth material, and a fiber-reinforced resin material that does not have a cross-over and has high design properties. The purpose is to provide.

前記目的を達成すべく、本発明による繊維強化樹脂材の製造方法は、繊維を束ねてなる繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられて面状を呈する第1の繊維束層と、該第1の繊維束層と異なる方向に配向する繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられて面状を呈する第2の繊維束層と、が少なくとも積層し、さらに、繊維束層内に介在して、射出される第1の樹脂よりも弾性率の高い第2の樹脂にて成形された中間層を有する、繊維束層ユニットと、前記繊維束層ユニットの一方側に配されて、意匠性を付与する表面層と、からなる積層体が成形型内に準備される第1の工程、成形型内に前記第1の樹脂を注入することにより、前記表面層に該第1の樹脂が含浸硬化して表層繊維基材が形成され、前記繊維束層内に該第1の樹脂が含浸硬化して強化繊維基材が形成されて、繊維強化樹脂材を製造する第2の工程、からなるものである。   In order to achieve the above object, a method for producing a fiber reinforced resin material according to the present invention includes a first fiber bundle layer in which a plurality of fiber bundles obtained by bundling fibers are arranged in a posture having the same orientation and exhibit a planar shape, A plurality of fiber bundles oriented in different directions from the first fiber bundle layer are arranged in a posture having the same orientation, and at least a second fiber bundle layer having a planar shape is laminated, and further in the fiber bundle layer A fiber bundle layer unit having an intermediate layer formed of a second resin having a higher elastic modulus than the injected first resin, and disposed on one side of the fiber bundle layer unit. A first step in which a laminate comprising a surface layer for imparting designability is prepared in a mold, and the first resin is injected into the mold to inject the first resin into the surface layer. The resin is impregnated and cured to form a surface fiber base material, and the first resin is contained in the fiber bundle layer. Cured are formed reinforcing fiber base material is made of a second step of producing a fiber reinforced resin material from.

本発明の製造方法では、第1の工程で形成される繊維束層ユニットを構成する繊維束層が、2層以上で、たとえば、4層、5層の積層構造を呈するものを包含するものであり、その中には、繊維束の配向が同一配向の繊維束層が存在するものであってもよい(たとえば、5層積層構造であって、その2層目と4層目が同一配向の繊維束層を有する形態など)。いずれにせよ、この面状の繊維束層の間に、繊維束層内に介在して射出される第1の樹脂よりも弾性率の高い第2の樹脂にて成形された中間層が介在して繊維束層ユニットが形成され、さらに、繊維束層ユニットの一方側に、意匠性を付与する表面層が配されて積層体が形成されるものである。   In the production method of the present invention, the fiber bundle layer constituting the fiber bundle layer unit formed in the first step includes two or more layers, for example, a layered structure of four layers and five layers. There may be a fiber bundle layer in which the orientation of the fiber bundles is the same orientation (for example, a five-layer laminated structure in which the second layer and the fourth layer have the same orientation). A form having a fiber bundle layer). In any case, an intermediate layer formed of a second resin having a higher elastic modulus than the first resin injected and injected into the fiber bundle layer is interposed between the planar fiber bundle layers. Thus, a fiber bundle layer unit is formed, and a surface layer that imparts design properties is disposed on one side of the fiber bundle layer unit to form a laminate.

ここで、前記繊維としては、炭素繊維もしくはガラス繊維のいずれか一種を挙げることができ、前記表面層は、炭素繊維もしくはガラス繊維のクロス材からなる形態を挙げることができる。なお、このクロス材は、たとえば、前記ガラス繊維や炭素繊維を経編みした構造、または緯編みした構造を呈するものであり、所望の意匠性を付与するクロス目を形成している。   Here, examples of the fiber include carbon fiber and glass fiber, and the surface layer can include a form made of a carbon fiber or glass fiber cloth material. The cloth material has, for example, a structure in which the glass fiber or the carbon fiber is warp knitted or a weft knitted structure, and forms a cross stitch that imparts a desired design.

第2の工程では、金型等の成形型のキャビティ内に上記積層体を移載し、もしくは、キャビティ内で積層体構成部材を順次積層して積層体を形成し、マトリックス樹脂となる前記第1の樹脂を積層体構成部材(より厳密には、中間層以外の積層体構成部材)に含浸させ、さらに、成形型を加圧成形等することで繊維強化樹脂材を製造するものである。なお、この樹脂を注入し、加圧成形する方法としては、一般的な射出成形法(可動型を移動させて加圧するものではなく、完全に閉じたキャビティ内に溶融樹脂を高圧充填する方法)や、射出圧縮法(キャビティ内に余空間を設けておき、溶融樹脂の充填後に可動型を移動させて加圧成形する方法)、RTM法などが含まれるものである。   In the second step, the laminate is transferred into a cavity of a mold such as a mold, or the laminate constituent members are sequentially laminated in the cavity to form a laminate, and the matrix resin is formed. A fiber reinforced resin material is produced by impregnating a laminate constituting member (more strictly, a laminate constituting member other than the intermediate layer) with 1 resin, and press molding a mold. In addition, as a method of injecting and molding the resin, a general injection molding method (a method in which a movable mold is not moved and pressurized, but a molten resin is high-pressure filled in a completely closed cavity) In addition, an injection compression method (a method in which an extra space is provided in a cavity and a movable mold is moved after filling with a molten resin to perform pressure molding), an RTM method, and the like are included.

また、マトリックス樹脂となる第1の樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂をはじめとする、任意の樹脂材料を使用することができる。   Further, as the first resin to be the matrix resin, any resin material including a thermosetting resin such as an epoxy resin, a vinyl ester resin, and an unsaturated polyester resin can be used.

さらに、第1の樹脂よりも弾性率の高い第2の樹脂としては、第1の樹脂よりも硬化後の弾性率が高い素材のほか、第1の樹脂と同素材の樹脂材料に所望のフィラーやタルクを混合することにより、硬化後の弾性率が高められた素材を適用することができる。なお、フィラーやタルクとしては、たとえば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどを挙げることができる。   Further, as the second resin having a higher elastic modulus than the first resin, in addition to a material having a higher elastic modulus after curing than the first resin, a desired filler is added to the resin material of the same material as the first resin. By mixing talc or talc, it is possible to apply a material having an increased elastic modulus after curing. Examples of the filler and talc include silica, alumina, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, and magnesium oxide.

積層体の内部に、相対的に高弾性率を有する中間層が介在することにより、たとえば、その下方の面状繊維束層がキャビティ壁面の突起等の形状変形部にて変位し、これに起因して、注入された第1の樹脂が該面状繊維束層内を蛇行しながら含浸したとしても、この含浸する第1の樹脂流れの特に蛇行流れによる圧力を上記中間層にて効果的に受け止め、該中間層よりも上方の面状繊維束層や、さらにその上方の表面層に該蛇行流れによる圧力を作用させないようにすることができる。すなわち、相対的に高弾性な中間層は、この圧力を受けた場合でも容易に変形せず、もしくは容易に変形し難いものであり、該中間層より上方に位置する表面層には、この蛇行流れによる圧力を作用させないようにすることができる。また、形状変形部が凹溝の場合には、中間層の下方の面状繊維束層内を、今度は、含浸樹脂が該中間層から離れる方向に蛇行するように流れることとなり、圧力が作用しない代わりに、この蛇行流れに起因して面状繊維束層が陥没するような変形が招来され得る。この場合でも、高弾性な中間層自体はそのような変形を起こし難いことから、該中間層よりも上方の表面層が陥没等することにより、クロス目がよたるという危険性はやはり回避されるのである。   Due to the intermediate layer having a relatively high elastic modulus inside the laminate, for example, the planar fiber bundle layer below it is displaced at the shape deformation part such as the protrusion on the cavity wall surface, resulting from this. Even if the injected first resin is impregnated while meandering in the planar fiber bundle layer, the pressure caused by the meandering flow of the impregnating first resin flow is effectively reduced in the intermediate layer. It is possible to prevent the pressure due to the meandering flow from acting on the planar fiber bundle layer above the intermediate layer and the surface layer above the intermediate layer. That is, the intermediate layer having a relatively high elasticity is not easily deformed even when subjected to this pressure, or is not easily deformed. The surface layer positioned above the intermediate layer has this meandering. The pressure due to the flow can be prevented from acting. Further, when the shape deformed portion is a concave groove, the impregnating resin now flows in a meandering direction away from the intermediate layer in the planar fiber bundle layer below the intermediate layer, and pressure is applied. Instead, a deformation that causes the planar fiber bundle layer to collapse due to the meandering flow may be caused. Even in this case, since the highly elastic intermediate layer itself does not easily cause such deformation, the risk of cross-over due to the depression of the surface layer above the intermediate layer is still avoided. It is.

キャビティ壁面の形状変形部に起因する、第1の樹脂の蛇行流れによる影響が少なくとも表面層に作用しないことより、該表層面を形成するクロス材のクロス目のよたりが抑止され、高意匠性に富む表層繊維基材、ひいては繊維強化樹脂材を製造することが可能となる。   Since the influence of the meandering flow of the first resin due to the deformed portion of the cavity wall surface does not act on at least the surface layer, the crossing of the cloth material forming the surface layer is suppressed, and high design characteristics It is possible to produce a surface layer fiber base material rich in, and thus a fiber reinforced resin material.

また、本発明による繊維強化樹脂材は、繊維を束ねてなる繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられ、第1の樹脂にて一体とされた強化繊維基材と、前記第1の繊維束層と異なる方向に配向する繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられ、前記第1の樹脂にて一体とされた別途の強化繊維基材と、強化繊維基材と別途の強化繊維基材の間に介在して、前記第1の樹脂よりも弾性率の高い第2の樹脂からなる中間層と、炭素繊維もしくはガラス繊維のクロス材が前記第1の樹脂にて一体とされ、意匠性を付与する表層繊維基材と、からなるものである。   Further, the fiber reinforced resin material according to the present invention includes a reinforced fiber base material in which a plurality of fiber bundles obtained by bundling fibers are arranged in a posture having the same orientation and integrated with a first resin, and the first resin A plurality of fiber bundles oriented in a different direction from the fiber bundle layer are arranged in a posture having the same orientation, and a separate reinforcing fiber substrate integrated with the first resin, and a reinforcing fiber substrate and a separate reinforcement An intermediate layer made of a second resin having a higher elastic modulus than that of the first resin and a cloth material of carbon fiber or glass fiber are integrated with the first resin so as to be interposed between the fiber base materials. And a surface fiber base material that imparts designability.

ここで、前記繊維は、炭素繊維もしくはガラス繊維のいずれか一種からなり、したがって、前記強化繊維基材は、CFRP(カーボンファイバー強化プラスチック)もしくはGFRP(ガラスファイバー強化プラスチック)のいずれか一種からなるものである。   Here, the fiber is made of either one of carbon fiber or glass fiber, and therefore the reinforcing fiber substrate is made of either one of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or GFRP (glass fiber reinforced plastic). It is.

既述する製造方法と同様に、本発明の繊維強化樹脂材は、積層される強化繊維基材の間に、この強化繊維基材のマトリックス樹脂である第1の樹脂(の硬化体)よりも弾性率の高い第2の樹脂からなる中間層が介在することにより、その成形時にキャビティ壁面の形状変形部に起因する、第1の樹脂の蛇行流れによる影響が少なくとも表面層に作用しないことから、該表層面を形成するクロス材のクロス目のよたりが抑止され、高意匠性に富む繊維強化樹脂材となる。   Similar to the manufacturing method described above, the fiber-reinforced resin material of the present invention is provided between the laminated reinforcing fiber base materials than the first resin (cured body thereof) which is a matrix resin of the reinforcing fiber base materials. By interposing the intermediate layer made of the second resin having a high elastic modulus, the influence caused by the meandering flow of the first resin caused by the shape deformed portion of the cavity wall surface at the time of molding does not act on at least the surface layer. The crossing of the cloth material forming the surface layer is suppressed, and a fiber-reinforced resin material having a high design property is obtained.

本発明の繊維強化樹脂材は、この高意匠性に加え、繊維強化プラスチックからなる基材の積層体であることから、軽量で、かつ高い剛性を有しており、品質に優れた繊維強化樹脂材となる。   Since the fiber reinforced resin material of the present invention is a laminate of base materials made of fiber reinforced plastic in addition to this high design property, the fiber reinforced resin material is lightweight and has high rigidity and excellent quality. Become a material.

以上の説明から理解できるように、本発明の繊維強化樹脂材とその製造方法によれば、基材を形成するマトリックス樹脂よりも高弾性な樹脂からなる中間層が、積層された基材内に介在することにより、その成形時にキャビティ壁面の形状変形部に起因してマトリックス樹脂が蛇行流れを起こし、この蛇行流れによる影響が中間層に作用した場合でも、この中間層はその高弾性にて変形しない、もしくは変形し難いことから、表層面には何等の作用も付与されず、結果として、該表面層を形成するクロス材のクロス目のよたりを抑止することができ、高意匠性に富む繊維強化樹脂材を提供することができる。   As can be understood from the above description, according to the fiber reinforced resin material and the manufacturing method thereof of the present invention, an intermediate layer made of a resin having higher elasticity than the matrix resin forming the substrate is formed in the laminated substrate. By interposing, the matrix resin causes a meandering flow due to the shape deformation part of the cavity wall surface during molding, and even if the influence of this meandering flow acts on the intermediate layer, this intermediate layer is deformed by its high elasticity. The surface layer surface is not given any action because it is not or hardly deformed. As a result, it is possible to suppress the crossing of the cross material of the cloth material forming the surface layer, which is highly designable. A fiber-reinforced resin material can be provided.

成形型内に樹脂が注入され、積層体内を含浸している状況の一実施の形態を説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining one Embodiment of the condition where resin is inject | poured in a shaping | molding die and the laminated body is impregnated. 本発明の繊維強化樹脂材を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the fiber reinforced resin material of this invention. 成形型内に樹脂が注入され、積層体内を含浸している状況の他の実施の形態を説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining other embodiment of the condition where resin is inject | poured in a shaping | molding die and the laminated body is impregnated.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、4層の強化繊維基材と、中間層(下方から3層目、4層目の基材間に介層)と、表層繊維基材と、が一体に成形された繊維強化樹脂材を示しているが、強化繊維基材の基数はこれに限定されるものではなく、さらには、中間層の介在位置も、図示例に限定されるものでないことは勿論のことである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The illustrated example is a fiber in which a four-layer reinforcing fiber base material, an intermediate layer (interlayer between the third and fourth base materials from the bottom), and a surface fiber base material are integrally formed. Although the reinforced resin material is shown, the base number of the reinforcing fiber base is not limited to this, and further, the interposition position of the intermediate layer is of course not limited to the illustrated example. .

図1は、成形型内に樹脂が注入され、積層体内を含浸している状況の一実施の形態を説明した模式図であり、図2は、図1で示す射出成形にて成形された繊維強化樹脂材を示したものである。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment in which a resin is injected into a mold and the laminate is impregnated, and FIG. 2 is a fiber molded by injection molding shown in FIG. The reinforced resin material is shown.

まず、図1を参照して、本発明の維強化樹脂材の製造方法を概説する。
固定型S1と可動型S2とからなる成形型(金型)を用意し、そのキャビティC内に、積層体20を移載もしくは、その構成部材を順に該キャビティC内に載置していく。
First, with reference to FIG. 1, the manufacturing method of the fiber reinforced resin material of this invention is outlined.
A molding die (mold) consisting of a fixed die S1 and a movable die S2 is prepared, and the laminate 20 is transferred into the cavity C, or its constituent members are placed in the cavity C in order.

この積層体20は、キャビティCの下面に直接載置された繊維束層ユニット10と、その上方に載置された表面層3と、から構成される。   The laminated body 20 includes a fiber bundle layer unit 10 placed directly on the lower surface of the cavity C, and a surface layer 3 placed thereon.

繊維束層ユニット10は、キャビティCの下面側から順に、4層の面状繊維束層14,13,12,11が積層されており、各面状繊維束層は、炭素繊維を束ねてなる繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられて面状を呈しており、少なくとも、積層姿勢において隣接する上下の繊維束層と繊維束層は、異なる方向に繊維束が配向するものである。   In the fiber bundle layer unit 10, four planar fiber bundle layers 14, 13, 12, and 11 are laminated in order from the lower surface side of the cavity C, and each planar fiber bundle layer is formed by bundling carbon fibers. A plurality of fiber bundles are arranged in a posture with the same orientation to form a planar shape, and at least the upper and lower fiber bundle layers and fiber bundle layers adjacent to each other in the lamination posture are oriented in different directions. .

そして、面状繊維束層11,12の間には、中間層2が介在している。この中間層2も、たとえば、所望方向に配向する繊維束を有するものであり、射出成形に先行して、予め樹脂(第2の樹脂)が含浸硬化されたプリプレグである。   The intermediate layer 2 is interposed between the planar fiber bundle layers 11 and 12. The intermediate layer 2 also has, for example, a fiber bundle oriented in a desired direction, and is a prepreg in which a resin (second resin) is impregnated and cured in advance prior to injection molding.

表面層3は、ガラス繊維や炭素繊維を経編み、もしくは緯編みしたクロス材からなり、所望の意匠性を付与するクロス目を形成している。   The surface layer 3 is made of a cloth material obtained by warp knitting or weft knitting glass fiber or carbon fiber, and forms a cross stitch that imparts a desired design property.

繊維束層ユニット10と表面層3からなる積層体20をキャビティC内に収容し、型閉め後に、可動型S2に形成された注入孔S2aを介して、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂(第1の樹脂)が注入される(X方向)。   The laminated body 20 including the fiber bundle layer unit 10 and the surface layer 3 is accommodated in the cavity C, and after closing the mold, an epoxy resin (first resin) as a matrix resin is injected through the injection hole S2a formed in the movable mold S2. Resin) is injected (X direction).

ここで、中間層2を形成する樹脂(第2の樹脂)は、第1の樹脂よりも、その硬化した際の弾性率が高いものである。このような高弾性率の樹脂としては、第1の樹脂であるエポキシ樹脂に、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどのフィラーを含有した素材を適用できる。   Here, the resin (second resin) forming the intermediate layer 2 has a higher elastic modulus when cured than the first resin. As such a high elastic modulus resin, a material containing a filler such as silica, alumina, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, magnesium oxide in the epoxy resin as the first resin can be applied.

図1では、キャビティCの下面に、形状変形部である突起Tがキャビティ内空側へ突出している。   In FIG. 1, a protrusion T, which is a shape deforming portion, protrudes toward the cavity inner side on the lower surface of the cavity C.

この突起T上に積層体20を載置した場合、この突起Tに起因して該積層体20の形状は変形する。   When the stacked body 20 is placed on the protrusion T, the shape of the stacked body 20 is deformed due to the protrusion T.

この変形姿勢の積層体20に対して、マトリックス樹脂がたとえば高圧注入され、各面状繊維束層14,13,12,11内を含浸すると、突起Tにて上方へ変形された領域で該マトリックス樹脂も上方へ流れ、次いで下方へ流れるという具合に蛇行しながら含浸する(X1方向)。   For example, when the matrix resin is injected at high pressure into the deformed laminate 20 and impregnated inside each of the planar fiber bundle layers 14, 13, 12, 11, the matrix is formed in the region deformed upward by the protrusion T. The resin is also impregnated while meandering such that it flows upward and then downwards (X1 direction).

この蛇行含浸の際に、中間層2には、下方から上方への圧力Pが作用する。
仮に、この中間層2が存在しない場合は、この圧力Pが、その上方の面状繊維束層11および表面層3に作用し、表面層3を形成するクロス材のクロス目がよたってしまう可能性が高い。
During the meandering impregnation, a pressure P from below to above acts on the intermediate layer 2.
If the intermediate layer 2 does not exist, the pressure P acts on the planar fiber bundle layer 11 and the surface layer 3 thereabove, which may cause crossing of the cloth material forming the surface layer 3. High nature.

しかし、マトリクス樹脂(の硬化体)に対して相対的に高弾性な中間層2が存在していることにより、この中間層2は下方からの圧力Pを受けても変形せず、もしくはほとんど変形を生じないという作用を奏し、結果として、表面層3に対してクロス目をよたらすような影響を与えない。   However, since the intermediate layer 2 having a relatively high elasticity with respect to the matrix resin (cured body thereof) is present, the intermediate layer 2 is not deformed or hardly deformed even when subjected to the pressure P from below. As a result, the surface layer 3 is not affected in such a way as to cause crossing.

なお、中間層2の剛性(もしくは変形性)は、キャビティC内で生じ得る圧力Pを実験や経験則等から予め特定しておき、この想定される圧力Pに対して変形しない、もしくは、表面層3の外観意匠性を阻害しない程度の変形を許容する剛性に設定されている必要がある。   For the rigidity (or deformability) of the intermediate layer 2, the pressure P that can be generated in the cavity C is specified in advance based on experiments, empirical rules, etc., and is not deformed with respect to the assumed pressure P, or the surface It is necessary to set the rigidity to allow the deformation to the extent that does not impair the appearance design of the layer 3.

注入されたマトリックス樹脂が硬化し、成形型を型開きすることで、図2で示すような繊維強化樹脂材30が製造される。   The injected matrix resin is cured and the mold is opened to produce a fiber reinforced resin material 30 as shown in FIG.

図示する繊維強化樹脂材30は、所望のクロス目を有し、外観意匠性に優れた表層繊維基材3A,強化繊維基材11A,12A,13A,14Aと中間層2が積層され、一体化された繊維強化樹脂材である。   The fiber reinforced resin material 30 shown in the figure has a desired cross stitch, and the surface layer fiber base material 3A, the reinforcing fiber base materials 11A, 12A, 13A, and 14A and the intermediate layer 2 are laminated and integrated. Fiber reinforced resin material.

図3は、成形型内に樹脂が注入され、積層体内を含浸している状況の他の実施の形態を説明した模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another embodiment in which a resin is injected into a mold and the laminated body is impregnated.

この実施の形態では、キャビティCの下面に、形状変形部として溝Mが存在するものである。   In this embodiment, a groove M is present as a shape deforming portion on the lower surface of the cavity C.

この場合には、この溝M上に積層体20を載置した場合、この溝Mにひきずられて、少なくとも中間層2の下方の面状繊維束層14,13,12は、溝Mに対応する領域が下方に変形する。   In this case, when the laminated body 20 is placed on the groove M, the sheet fiber bundle layers 14, 13, and 12 below the intermediate layer 2 correspond to the groove M by being dragged into the groove M. The area to be deformed downward.

この姿勢でキャビティC内にマトリックス樹脂を注入すると、注入されたマトリックス樹脂は、今度は、図示のごとく下方に流れ、次いで上方に流れるといった具合に蛇行しながら含浸する(X2方向)。   When the matrix resin is injected into the cavity C in this posture, the injected matrix resin is impregnated while meandering such that it flows downward as shown and then flows upward (direction X2).

仮に、この中間層2が存在しない場合は、面状繊維束層11および表面層3も同様に溝Mに対応する領域で下方へ変形してしまい、やはり、表面層3を形成するクロス材のクロス目がよたってしまう可能性が高い。   If the intermediate layer 2 is not present, the planar fiber bundle layer 11 and the surface layer 3 are similarly deformed downward in the region corresponding to the groove M, and the cloth material for forming the surface layer 3 is again formed. There is a high possibility that cross eyes will sag.

しかし、マトリクス樹脂(の硬化体)に対して相対的に高弾性な中間層2が存在していることにより、この中間層2は下方への変形に対して自身の剛性にて抗し、その平面姿勢を維持することができ、結果として、表面層3に対してクロス目をよたらすような影響を与えないようにすることができるのである。   However, since the intermediate layer 2 having a relatively high elasticity with respect to the matrix resin (cured body thereof) exists, the intermediate layer 2 resists downward deformation by its own rigidity. The plane posture can be maintained, and as a result, it is possible to prevent the surface layer 3 from being affected by the crossing eyes.

なお、図示を省略するが、図3で示すような溝MがキャビティCの壁面に存在する場合に、その溝M内にSMC(Sheet Molding Compound)を予め目詰めしておいてもよい。   In addition, although illustration is abbreviate | omitted, when the groove | channel M as shown in FIG. 3 exists in the wall surface of the cavity C, you may clog SMC (Sheet Molding Compound) in the groove | channel M previously.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

2…中間層、3…表面層(クロス材)、3A…表層繊維基材、10…繊維束層ユニット、11,12,13,14…面状繊維束層、11A,12A,13A,14A…強化繊維基材、20…積層体、30…繊維強化樹脂材、C…キャビティ、T…突起、M…溝   2 ... intermediate layer, 3 ... surface layer (cloth material), 3A ... surface layer fiber substrate, 10 ... fiber bundle layer unit, 11, 12, 13, 14 ... planar fiber bundle layer, 11A, 12A, 13A, 14A ... Reinforced fiber base material, 20 ... laminate, 30 ... fiber reinforced resin material, C ... cavity, T ... projection, M ... groove

Claims (5)

繊維を束ねてなる繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられて面状を呈する第1の繊維束層と、該第1の繊維束層と異なる方向に配向する繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられて面状を呈する第2の繊維束層と、が少なくとも積層し、さらに、繊維束層内に介在して、射出される第1の樹脂よりも弾性率の高い第2の樹脂にて成形された中間層を有する、繊維束層ユニットと、前記繊維束層ユニットの一方側に配されて、意匠性を付与する表面層と、からなる積層体が成形型内に準備される第1の工程、
成形型内に前記第1の樹脂を注入することにより、前記表面層に該第1の樹脂が含浸硬化して表層繊維基材が形成され、前記繊維束層内に該第1の樹脂が含浸硬化して強化繊維基材が形成されて、繊維強化樹脂材を製造する第2の工程、からなる、繊維強化樹脂材の製造方法。
A plurality of fiber bundles formed by bundling fibers are arranged in a posture having the same orientation, and a first fiber bundle layer having a planar shape and a fiber bundle oriented in a different direction from the first fiber bundle layer have the same orientation. A plurality of second fiber bundle layers that are arranged in a posture and have a planar shape and are laminated at least, and are interposed in the fiber bundle layer and have a higher elastic modulus than the first resin to be injected. A laminate comprising a fiber bundle layer unit having an intermediate layer formed of resin 2 and a surface layer that is arranged on one side of the fiber bundle layer unit and imparts design properties is placed in a mold. A first step to be prepared;
By injecting the first resin into the mold, the surface resin is impregnated and cured to form a surface fiber substrate, and the fiber bundle layer is impregnated with the first resin. A method for producing a fiber-reinforced resin material, comprising: a second step of producing a fiber-reinforced resin material by curing to form a fiber-reinforced base material.
前記繊維が、炭素繊維もしくはガラス繊維のいずれか一種からなり、前記強化繊維基材が、CFRP(カーボンファイバー強化プラスチック)もしくはGFRP(ガラスファイバー強化プラスチック)のいずれか一種からなる、請求項1に記載の繊維強化樹脂材の製造方法。   2. The fiber according to claim 1, wherein the fiber is made of any one of carbon fiber and glass fiber, and the reinforcing fiber base is made of any one of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or GFRP (glass fiber reinforced plastic). Manufacturing method of fiber reinforced resin material. 前記表面層は、炭素繊維もしくはガラス繊維のクロス材からなる、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂材の製造方法。   The said surface layer is a manufacturing method of the fiber reinforced resin material of Claim 1 or 2 which consists of a cloth material of carbon fiber or glass fiber. 繊維を束ねてなる繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられ、第1の樹脂にて一体とされた強化繊維基材と、
前記第1の繊維束層と異なる方向に配向する繊維束が同一配向を有した姿勢で複数並べられ、前記第1の樹脂にて一体とされた別途の強化繊維基材と、
強化繊維基材と別途の強化繊維基材の間に介在して前記第1の樹脂よりも弾性率の高い第2の樹脂からなる中間層と、
炭素繊維もしくはガラス繊維のクロス材が前記第1の樹脂にて一体とされ、意匠性を付与する表層繊維基材と、からなる、繊維強化樹脂材。
A plurality of fiber bundles formed by bundling fibers arranged in a posture having the same orientation, and a reinforced fiber base material integrated with the first resin,
A plurality of fiber bundles oriented in a different direction from the first fiber bundle layer are arranged in a posture having the same orientation, and a separate reinforcing fiber base material integrated with the first resin,
An intermediate layer made of a second resin having a higher elastic modulus than the first resin, interposed between the reinforcing fiber substrate and a separate reinforcing fiber substrate;
A fiber-reinforced resin material, comprising a carbon fiber or glass fiber cloth material integrated with the first resin and a surface layer fiber base material imparting design properties.
前記繊維が、炭素繊維もしくはガラス繊維のいずれか一種からなり、前記強化繊維基材が、CFRP(カーボンファイバー強化プラスチック)もしくはGFRP(ガラスファイバー強化プラスチック)のいずれか一種からなる、請求項4に記載の繊維強化樹脂材。   The said fiber consists of any one of carbon fiber or glass fiber, and the said reinforced fiber base material consists of any one of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or GFRP (glass fiber reinforced plastic). Fiber reinforced resin material.
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