JP2011102013A - Carbon fiber-reinforced resin material and method for manufacturing the same - Google Patents

Carbon fiber-reinforced resin material and method for manufacturing the same Download PDF

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保 中村
Yasuo Suzuki
康夫 鈴木
Katsuhiko Sakai
克彦 酒井
Mineo Matsushima
岑生 松島
Nobuaki Iketani
暢昭 池谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for quickly manufacturing a carbon fiber-reinforced resin material in a small lot at a low cost using simple equipment. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the carbon fiber-reinforced resin material includes: a fiber arranging process for laminating a fabric-like carbon fiber piece 13, which is cut so as to correspond to a mold 15, on a mold face on which a gel coating material is applied; a resin shaping process for filling a joining resin 11 into the laminated carbon fiber piece or pasting it on the mold surface by the joining resin 11 for shaping; a bubble removing process for pressing internal bubbles out by pressurizing a resin face which is partially heated to a resin softening temperature by blowing heated air to a surface of a composite resin layer 23 formed of the joining resin and the carbon fiber piece arranged on the mold face; and a heating and curing process for reheating the composite resin layer, which is cooled to a room temperature as a whole, to a resin curing temperature and keeping for a predetermined period of time. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂材及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon fiber reinforced resin material using carbon fibers and a method for producing the same.

自動車軽量化などのための炭素繊維強化樹脂が注目されている。軽量・高強度の特性を備えた炭素繊維強化樹脂は航空機産業を中心に実用化が始まり、地球環境問題への対応技術として開発されており、電気自動車やエコカーなどの自動車用外板や屋根材、ノートパソコンの筐体などの用途に広く展開され、その需要は年々増加しつつある。
炭素繊維強化樹脂材は、強化繊維である炭素繊維と接合樹脂とを含むプリプレグを成形して製造され、自動車用などとして強度を要求されるプリプレグの成形方法としてオートクレーブ工法が知られている。このオートクレーブ工法では、真空釜にバグフィルム、ブリーダー、カールプレートなどの副資材で包んだプリプレグ材を置き、バグフィルム内を真空に引きながら、外側から数気圧をかけてプリプレグ材内の気泡を除去する。これは炭素繊維強化樹脂では製品内部の気泡の含有量が樹脂と炭素繊維との接合性に大きく関係し強度に大きく影響して、気泡をなくすことが強度アップに繋がるからである。すなわち、樹脂中に炭素繊維を含有させたプリプレグ材が高強度、高品質であるのは、この工法が製品内部の気泡の含有量を減らすのに効果があるためである。
また、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維複合体の成形システムに関して、例えば真空成形(RM)、プルトルージョン(引抜)、フィラメントワインディング(FW)、射出成形、プレス成形などの技術などが知られており、真空成形においては、加熱された熱可塑性材料のスラブ(一定厚さのシート)を真空モールドに配置し、モールドと加熱されたプラスチック材料との間を真空に引いてプラスチック材料をモールドに引き寄せる。また、プレス成形においては、材料を圧縮して所望の部品又は形状にする2つの成形モールドの間で予め加熱された材料の塊又はスラブをプレスする工法が用いられている。
例えば、特許文献1にはモールドを用いた炭素繊維強化複合材料の製造方法に関して、炭素繊維に開繊処理を施す開繊工程と、開繊した炭素繊維に硬化性樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、硬化性樹脂を含浸した炭素繊維を金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させる分繊・硬化工程とを有した製造方法が開示されている。
Carbon fiber reinforced resin for automobile weight reduction has attracted attention. Carbon fiber reinforced resin with lightweight and high strength properties has been put into practical use mainly in the aircraft industry, and has been developed as a technology to cope with global environmental problems. Automotive outer panels and roofing materials such as electric cars and eco cars Widely used in applications such as notebook PC casings, the demand is increasing year by year.
A carbon fiber reinforced resin material is manufactured by molding a prepreg containing carbon fibers that are reinforcing fibers and a bonding resin, and an autoclave method is known as a method for molding a prepreg that requires strength for automobiles and the like. In this autoclave method, prepreg material wrapped with auxiliary materials such as bag film, bleeder, curl plate, etc. is placed in a vacuum pot, and air is removed from the prepreg material by applying several atmospheres from the outside while pulling the bag film into a vacuum. To do. This is because, in the carbon fiber reinforced resin, the content of bubbles inside the product has a great influence on the bonding property between the resin and the carbon fiber, greatly affects the strength, and eliminating the bubbles leads to an increase in strength. That is, the reason why the prepreg material in which carbon fibers are contained in the resin is high in strength and quality is that this construction method is effective in reducing the content of bubbles inside the product.
Also, regarding molding systems for thermoplastic resins or carbon fiber composites containing thermoplastic resins, techniques such as vacuum molding (RM), pultrusion (pulling), filament winding (FW), injection molding, press molding, etc. are known. In vacuum forming, a slab of heated thermoplastic material (a sheet of constant thickness) is placed in a vacuum mold, and a vacuum is drawn between the mold and the heated plastic material to mold the plastic material. Attract to. In press molding, a method is used in which a pre-heated mass or slab of material is pressed between two molding molds that compress the material into a desired part or shape.
For example, Patent Document 1 relates to a method for producing a carbon fiber reinforced composite material using a mold, a fiber opening step for performing a fiber opening treatment on a carbon fiber, and a resin impregnation step for impregnating a hardened resin into the opened carbon fiber. Further, there is disclosed a production method including a fiber separation / curing step in which a carbon fiber impregnated with a curable resin is clamped with a mold and the carbon fiber is separated to cure the curable resin.

特開2009−191116号公報JP 2009-191116 A

しかしながら前記オートクレーブ工法などによる炭素繊維強化樹脂材の従来の製造方法では高価な副資材を使用し、数時間かけて真空・高圧釜を用いて熱処理するため手間と製造コストがかかる。このため、特に電気自動車やエコカーなどの試作車開発のような小ロット、多品種の炭素繊維強化樹脂を用いた部品製作において簡易な設備と安価な製造コストで製作できる工法が求められている。また、樹脂をマトリックスとする炭素繊維材の混練工程においては、樹脂の粘性が高いために炭素繊維の適正配置処理や樹脂中の気泡の除去処理を行なうことが困難であるという課題もあった。   However, the conventional method for producing a carbon fiber reinforced resin material by the autoclave method or the like uses expensive auxiliary materials and heat-treats using a vacuum / high pressure kettle for several hours, which requires labor and production cost. For this reason, there is a need for a method that can be manufactured with simple equipment and low manufacturing costs, especially in the production of parts using small lots and a wide variety of carbon fiber reinforced resins, such as the development of prototype cars such as electric cars and eco cars. Further, in the kneading step of the carbon fiber material using the resin as a matrix, there is a problem that it is difficult to perform an appropriate arrangement process of carbon fibers and a removal process of bubbles in the resin because the viscosity of the resin is high.

特許文献1の製造方法では、モールドとなる金型面に沿って一様な圧力で型締めするので、負荷状態の異なるパーツ部品の部位毎の圧密調整などが困難であり、細かい設計要求への対応性が不足するという問題点もあった。さらに炭素繊維強化樹脂材は、強化繊維である炭素繊維と接合樹脂を成形してなる不均一材料であり、そのため強化繊維の配列方向の物性とそれ以外の方向の物性に大きな差が生じる。特に、熱硬化性樹脂を接合樹脂とする炭素繊維強化樹脂材は、接合樹脂の低い靭性を反映し、強化繊維の配列方向以外からの応力に対し、破壊され易い性質を有している。   In the manufacturing method of Patent Document 1, since the mold is clamped with a uniform pressure along the mold surface to be a mold, it is difficult to adjust the consolidation of each part part with different load conditions. There was also a problem of lack of compatibility. Furthermore, the carbon fiber reinforced resin material is a heterogeneous material formed by molding carbon fibers that are reinforcing fibers and a bonding resin, so that there is a large difference between the physical properties in the arrangement direction of the reinforcing fibers and the physical properties in other directions. In particular, a carbon fiber reinforced resin material using a thermosetting resin as a bonding resin reflects the low toughness of the bonding resin, and has a property of being easily broken against stress from other than the direction in which the reinforcing fibers are arranged.

本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、
炭素繊維を樹脂中に適正に制御された状態に分散配置したり調整したりすることを可能としてその耐用性と信頼性、汎用性に優れた炭素繊維強化樹脂材を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、簡便な設備により小ロットの製品をスピーディに低コストで製作できる炭素繊維強化樹脂材の製造方法を提供することである。
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems.
An object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced resin material excellent in durability, reliability, and versatility by allowing carbon fibers to be distributed and adjusted in a properly controlled state in a resin. .
Another object of the present invention is to provide a method for producing a carbon fiber reinforced resin material capable of producing a small lot of products quickly and at low cost with simple equipment.

(1)本発明の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、
(a)モールドに合せて切断した布状の炭素繊維片をゲルコート材を塗布されたモールド面に積層させる繊維配置工程と、
(b)前記積層された炭素繊維片に接合樹脂を充?するかもしくは接合樹脂により前記モールド面に貼り付けて賦形する樹脂賦形工程と、
(c)前記モールド面上に配置された炭素繊維片と接合樹脂からなる複合樹脂層の表面に加熱空気を吹き付けて樹脂軟化温度に部分加熱された樹脂面を加圧してその内部気泡を押し出す気泡除去工程と、
(d)前記複合樹脂層を養生温度まで再加熱して所定時間保持させる加熱養生工程と、を有するように構成されている。
(1) The method for producing the carbon fiber reinforced resin material of the present invention comprises:
(A) a fiber placement step of laminating cloth-like carbon fiber pieces cut in accordance with a mold on a mold surface coated with a gel coat material;
(B) Filling the laminated carbon fiber pieces with a bonding resin or attaching the resin to the mold surface with a bonding resin for shaping;
(C) A bubble that pressurizes a partially heated resin surface at a resin softening temperature by blowing heated air onto the surface of a composite resin layer composed of a carbon fiber piece and a bonding resin disposed on the mold surface to push out the internal bubbles. A removal step;
(D) A heating curing step in which the composite resin layer is reheated to a curing temperature and held for a predetermined time.

(2)本発明の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、前記(1)において、
前記(a)繊維配置工程〜前記(c)気泡除去工程により作成された複合樹脂層を前記モールド上に複数積層し、順次圧着して、前記モールドに合せて全体を一体に賦形することを特徴とする。
(2) The method for producing a carbon fiber reinforced resin material of the present invention is as described in (1) above.
A plurality of composite resin layers prepared by the (a) fiber placement step to the (c) bubble removal step are stacked on the mold, and sequentially crimped, so that the whole is integrally molded according to the mold. Features.

(3)本発明の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、前記(2)において、
前記複合樹脂層中に配置される炭素繊維に定方向に伸延する配向性を付与するとともに、隣接する複合樹脂層毎にそれぞれの配向性を異ならせて配置したことを特徴とする。
(3) In the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of the present invention,
The carbon fiber disposed in the composite resin layer is imparted with an orientation that extends in a fixed direction, and each of the adjacent composite resin layers is disposed with a different orientation.

(4)本発明のリヤウィングの製造方法は、炭素繊維強化樹脂材が複合樹脂層のシェルにより囲まれた中空部を備え、その中空部に配置された略半月板状の支柱部によりその表裏面側が連結支持されるリヤウィングの製造方法であって、
(a)繊維配置工程〜(c)気泡除去工程により作成された複合樹脂層を、開閉可能な一対のモールド上にそれぞれ複数積層し、順次圧着して、前記モールドに合せて賦形した後、支柱部を開放状態の前記モールド間に配置して、モールド同士を圧着することにより、前記支柱部を内蔵したリヤウィングを製造することを特徴とする。
(5)本発明の炭素繊維強化樹脂材は、
前記(1)〜(3)の炭素繊維強化樹脂材の製造方法により製造されるパーツ部品軽量化用の炭素繊維強化樹脂材であって、前記パーツ部品に負荷される曲げモーメントや剪断力の分布プロフィールに合せて、前記複合樹脂層の積層枚数や厚み、炭素繊維含有量、接合樹脂の種別がそれぞれ設定されていることを特徴とする。
(4) The manufacturing method of the rear wing of the present invention includes a hollow portion in which a carbon fiber reinforced resin material is surrounded by a shell of a composite resin layer, and the surface is represented by a substantially meniscus-like columnar portion disposed in the hollow portion. A method of manufacturing a rear wing whose back side is connected and supported,
(A) Fiber placement step to (c) A plurality of composite resin layers created by the bubble removal step are respectively laminated on a pair of molds that can be opened and closed, sequentially crimped, and shaped according to the mold, A support wing is disposed between the molds in an open state, and the molds are pressure-bonded to each other to manufacture a rear wing incorporating the support column.
(5) The carbon fiber reinforced resin material of the present invention is
A carbon fiber reinforced resin material for weight reduction of parts produced by the method for producing a carbon fiber reinforced resin material of (1) to (3), wherein a bending moment and shear force applied to the part parts are distributed. According to the profile, the number and thickness of the composite resin layers, the carbon fiber content, and the type of bonding resin are set.

(6)本発明の炭素繊維強化樹脂材は、前記(1)〜(3)の炭素繊維強化樹脂材の製造方法により製造されるパーツ部品軽量化用の炭素繊維強化樹脂材であって、前記複合樹脂層における炭素繊維(A)と接合樹脂(B)との質量比(A/B)が、(40〜50)/(60〜50)であることを特徴とする。 (6) The carbon fiber reinforced resin material of the present invention is a carbon fiber reinforced resin material for weight reduction of part parts produced by the method for producing a carbon fiber reinforced resin material of (1) to (3) above. The mass ratio (A / B) of the carbon fiber (A) and the bonding resin (B) in the composite resin layer is (40-50) / (60-50).

本発明によれば、モールドに合せて切断した布状の炭素繊維片をゲルコート材を塗布されたモールド面に積層させる繊維配置工程と、前記積層された炭素繊維片に接合樹脂を充?するかもしくは接合樹脂により前記モールド面に貼り付けて賦形する樹脂賦形工程と、前記モールド面上に配置された炭素繊維片と接合樹脂からなる複合樹脂層の表面に加熱空気を吹き付けて樹脂軟化温度に部分加熱された樹脂面を加圧してその内部気泡を押し出す気泡除去工程と、前記複合樹脂層を養生温度まで再加熱して所定時間保持させる加熱養生工程と、を有するので、真空釜などを用いることなく簡便な設備により小ロットの炭素繊維強化樹脂材をスピーディかつ低コストで製作することができる。
さらに、本発明は大気圧下で行なうことのできる気泡除去工程を備えているので、モールド面における接合樹脂と炭素繊維との接合性などの実施状況に対応してローラ加圧条件や部分加熱条件を適宜設定することができ、自動車用などとしての繊維分散の均一性や強度などの要求を迅速かつ安価に満たすことができる。
According to the present invention, a fiber placement step of laminating cloth-like carbon fiber pieces cut in accordance with a mold on a mold surface to which a gel coat material is applied, and whether the laminated carbon fiber pieces are filled with a bonding resin. Alternatively, a resin shaping step for shaping by bonding to the mold surface with a bonding resin, and a resin softening temperature by blowing heated air onto the surface of the composite resin layer made of carbon fiber pieces and bonding resin arranged on the mold surface A partially-heated resin surface is pressed to extrude the internal bubbles, and the composite resin layer is reheated to a curing temperature and maintained for a predetermined time. A small lot of carbon fiber reinforced resin material can be produced quickly and at low cost with simple equipment without using it.
Furthermore, since the present invention includes a bubble removing step that can be performed under atmospheric pressure, roller pressure conditions and partial heating conditions corresponding to the implementation status such as the bonding property between the bonding resin and the carbon fiber on the mold surface Can be set as appropriate, and requirements such as uniformity and strength of fiber dispersion for automobiles and the like can be satisfied quickly and inexpensively.

実施の形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法における気泡除去工程の説明図である。It is explanatory drawing of the bubble removal process in the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of embodiment. 実施の形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法の気泡除去工程におけるローラ操作の説明図である。It is explanatory drawing of roller operation in the bubble removal process of the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of embodiment. 実施の形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法に適用するモールド製造過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mold manufacturing process applied to the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of embodiment. 実施の形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of embodiment. 実施の形態の複合樹脂層における温度の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the temperature in the composite resin layer of embodiment. 実施例1の炭素繊維強化樹脂材の斜視図である。1 is a perspective view of a carbon fiber reinforced resin material of Example 1. FIG. 実施例1の炭素繊維強化樹脂材の製造方法のフロー図である。1 is a flowchart of a method for producing a carbon fiber reinforced resin material of Example 1. FIG. 実施例1の炭素繊維強化樹脂材の断面図及びその説明図である。It is sectional drawing of the carbon fiber reinforced resin material of Example 1, and its explanatory drawing.

本実施形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、モールド面上に配置された炭素繊維片と接合樹脂からなる複合樹脂層の表面に送風ファンなどのハンド操作可能な送風ファンやブロアなどを用いて加熱空気を吹き付けてこの樹脂面を樹脂軟化温度に部分加熱する。
この樹脂面をモールド面に向けてローラや鏝などのツールを用いて調整しながら加圧してその内部気泡を押し出して除去しながら全体を成形して冷却した後、前記複合樹脂層を養生温度まで再加熱して加熱養生させることができる。
これによって、接合樹脂と炭素繊維との接合性に大きく影響する製品内部の気泡を除去又は減少させることができるので、高強度、高品質の炭素繊維強化樹脂材を簡便な設備によりスピーディかつ低コストで製作することができる。
The manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of the present embodiment uses a blower fan or a blower that can be operated by hand such as a blower fan on the surface of the composite resin layer made of carbon fiber pieces and bonding resin arranged on the mold surface. Then, heated air is blown to partially heat the resin surface to the resin softening temperature.
The composite surface is molded and cooled while pressing and removing the internal bubbles while adjusting the resin surface with a tool such as a roller or a scissors while facing the mold surface. It can be reheated and cured.
This eliminates or reduces the air bubbles inside the product that greatly affect the bondability between the bonding resin and the carbon fiber, so that a high-strength, high-quality carbon fiber reinforced resin material can be quickly and cost-effectively provided with simple equipment. Can be produced.

繊維配置工程は、自動車パーツ部品用などのモールドに炭素繊維片を積層配置する工程である。軽量化の対象となる自動車用パーツ部品は例えば、フェンダ、ドア、トランク、ハードトップ等の外板などであって、モールドは金属材、木質材、樹脂材、石膏などを素材として成形される。このモールド面には表面平滑性に優れた成形品を得ることや繊維を保護することなどを目的として、ゲルコート層が形成される。ゲルコート層は例えば、モールドに離形処理を施した後、エポキシ樹脂などをスプレーなどで塗布して形成させることができる。   A fiber arrangement | positioning process is a process of laminating | stacking and arrange | positioning a carbon fiber piece in molds, such as for automotive parts components. The parts for automobiles to be reduced in weight are, for example, outer plates such as fenders, doors, trunks, and hardtops, and the mold is formed from a metal material, a wood material, a resin material, a plaster, or the like. A gel coat layer is formed on the mold surface for the purpose of obtaining a molded article having excellent surface smoothness and protecting fibers. The gel coat layer can be formed by, for example, applying a release treatment to the mold and then applying an epoxy resin or the like by spraying or the like.

炭素繊維片はモールドに合せて切断された布状であって、目的とする強度の炭素繊維により形成されている。ここでは試作製作するモールドの形状曲面に合せて、その炭素繊維の織り方形状を選定しモールド面への貼り方、炭素繊維の貼る方向等の条件が設定される。   The carbon fiber piece is in the form of a cloth cut in accordance with a mold, and is formed of carbon fiber having a desired strength. Here, the weaving shape of the carbon fiber is selected in accordance with the curved shape of the mold to be prototyped, and the conditions such as the method of attaching to the mold surface and the direction of attaching the carbon fiber are set.

樹脂賦形工程は、モールド面に積層された炭素繊維片に接合樹脂を充?するかもしくは接合樹脂により炭素繊維片をモールド面に貼り付けて賦形する工程であり、予め所定粘度に調整した接合樹脂を刷毛などを用いてできるだけ薄く延ばすようにして充?することによって炭素繊維片を含有する接合樹脂を成形する。   The resin shaping step is a step of filling the carbon fiber pieces laminated on the mold surface with the bonding resin or attaching the carbon fiber pieces to the mold surface with the bonding resin and shaping the carbon fiber pieces, and adjusted to a predetermined viscosity in advance. The bonding resin containing carbon fiber pieces is molded by filling the bonding resin so as to extend as thinly as possible using a brush or the like.

炭素繊維片に含浸させる接合樹脂としては各種の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などが適用できる。熱硬化性樹脂としては、例えば、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、ウレタン樹脂等が挙げられる。ちなみに、炭素繊維と熱硬化性樹脂とを含む組成物には、充填材や熱可塑性樹脂、その他の低収縮化剤等の添加物を含ませることができる。例えば特に自動車部品用としての特性(強度・信頼性〕に優れていて、その最適条件で過熱、硬化させられるエポキシ系樹脂などの中から接合樹脂を好適に選定することができる。   As the bonding resin impregnated into the carbon fiber pieces, various thermosetting resins and thermoplastic resins can be applied. Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin, and a urethane resin. Incidentally, the composition containing the carbon fiber and the thermosetting resin can contain additives such as fillers, thermoplastic resins, and other low shrinkage agents. For example, the bonding resin can be suitably selected from epoxy resins that are particularly excellent in properties (strength / reliability) for automobile parts and can be heated and cured under the optimum conditions.

熱硬化性樹脂を用いた場合には、熱と圧力を加えた後に、その分子構造を架橋する化学変化を受けて硬化する。熱硬化性プラスチックは、強固な架橋構造のため高温耐性があり、一般に熱可塑性材料より高い寸法安定性を備える。
熱可塑性樹脂の場合は、熱硬化性樹脂ほど条件が制約されず、再利用し、形状を変えて、新しい部品を作ることができ、熱可塑性樹脂としては例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、及びナイロンを含むものなどが適用できる。
When a thermosetting resin is used, it is cured by applying a chemical change that crosslinks its molecular structure after applying heat and pressure. Thermosetting plastics are resistant to high temperatures due to a strong cross-linked structure and generally have higher dimensional stability than thermoplastic materials.
In the case of a thermoplastic resin, conditions are not restricted as much as a thermosetting resin, and can be reused, changed in shape, and a new part can be made. Examples of the thermoplastic resin include polypropylene (PP) and polyethylene (PE ), Polyether ether ketone (PEEK), and those containing nylon are applicable.

気泡除去工程では、まず、モールド面上に配置された炭素繊維片と接合樹脂からなる複合樹脂層の表面にブロアやドライヤなどの送風機を用いて加熱空気を吹き付けることによって樹脂面を部分的に加熱する。こうして樹脂軟化温度に部分加熱された樹脂面をローラや鏝などのツールを用いて加圧しながら、炭素繊維と樹脂間に介在する内部気泡を除去することによって製品強度を向上させることができる。
炭素繊維強化樹脂の強度を上げるには炭素繊維表面に被覆してあるコーティング剤を溶かす能力を持ったエポキシ樹脂などを接合樹脂として使用して、炭素繊維とエポキシ樹脂の密着性を向上させることができる。
In the bubble removal process, first, the resin surface is partially heated by blowing heated air onto the surface of the composite resin layer composed of carbon fiber pieces and bonding resin arranged on the mold surface using a blower such as a blower or a dryer. To do. The product strength can be improved by removing the internal bubbles interposed between the carbon fiber and the resin while pressurizing the resin surface partially heated to the resin softening temperature using a tool such as a roller or a scissors.
To increase the strength of the carbon fiber reinforced resin, it is necessary to improve the adhesion between the carbon fiber and the epoxy resin by using an epoxy resin that has the ability to dissolve the coating agent coated on the surface of the carbon fiber as the bonding resin. it can.

気泡除去工程ではドライヤやブロアなどを介してモールドとなる金型上に配置された複合樹脂層の表面に加熱空気を吹きつけて加熱する。こうして、接合樹脂の樹脂軟化温度に達すると樹脂粘性が急に落ちてサラサラ流れやすくなる。
なお、樹脂の粘性が急に変化する(落ちる)樹脂軟化温度になると炭素繊維に浸み込んだエポキシ樹脂表面が温風により波打つので、これによって再加熱温度に達したかどうかを判定することができる。
In the bubble removing step, heated air is blown onto the surface of the composite resin layer disposed on the mold serving as a mold through a dryer or a blower to heat the air. Thus, when the resin softening temperature of the bonding resin is reached, the resin viscosity suddenly drops and it becomes easy to flow smoothly.
When the resin softening temperature at which the viscosity of the resin suddenly changes (falls), the surface of the epoxy resin soaked in the carbon fiber undulates with hot air, so that it can be determined whether the reheating temperature has been reached. it can.

図1に示されるように、接合樹脂11の粘性が急に落ちることで、炭素繊維強化樹脂材10の強度を落とす最も大きな原因となる気泡12が接合樹脂11内から出やすくなる。
図2に示されるように、ドライヤなどによる樹脂面の部分加熱処理によって(図2(b)参照)、接合樹脂11を炭素繊維13に浸透しやすい状態に維持しながら、ローラ14などを使って強制的に気泡を外部に排出して(図2(a)参照)、接合樹脂11を炭素繊維13に浸透させた複合樹脂層15をモールドとなる金型16の面上に形成させるのである。
なお、炭素繊維13には予めその表面に繊維間の接触、すべりをスムースにするためのコーティング剤が被覆されている。本発明で使用する接合樹脂は、このコーティング剤を溶かしながら繊維と直接密着して接合し炭素繊維強化樹脂材全体の強度を向上させる役割を有する。
As shown in FIG. 1, when the viscosity of the bonding resin 11 suddenly drops, the bubbles 12 that cause the greatest decrease in the strength of the carbon fiber reinforced resin material 10 can easily come out of the bonding resin 11.
As shown in FIG. 2, by using a roller 14 or the like while maintaining the bonding resin 11 in a state where it can easily penetrate the carbon fiber 13 by partial heating treatment of the resin surface with a dryer or the like (see FIG. 2B). The bubbles are forcibly discharged to the outside (see FIG. 2A), and the composite resin layer 15 in which the bonding resin 11 is infiltrated into the carbon fibers 13 is formed on the surface of the mold 16 serving as a mold.
The carbon fiber 13 is preliminarily coated with a coating agent for smooth contact and slippage between the fibers. The bonding resin used in the present invention has a role of improving the strength of the entire carbon fiber reinforced resin material by directly adhering and bonding to the fiber while dissolving the coating agent.

加熱養生工程は、全体が室温に冷却された前記複合樹脂層を養生温度まで再加熱して所定時間保持させることによって、複合樹脂層を均一化、安定化、強度向上させる工程である。
加熱養生処理における養生温度とは、特定の温度を示すものではないが、先の樹脂軟化温度よりも高温であって、炭素繊維強化樹脂材を硬化させるに十分な温度をいう。ちなみに、接合樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合、約80℃であり、処理時間は約2時間である。
The heat curing step is a step of making the composite resin layer uniform, stabilizing, and improving the strength by reheating the composite resin layer, which has been cooled to room temperature, to the curing temperature and holding it for a predetermined time.
The curing temperature in the heat curing treatment does not indicate a specific temperature, but is a temperature higher than the previous resin softening temperature and sufficient to cure the carbon fiber reinforced resin material. Incidentally, when an epoxy resin is used as the bonding resin, it is about 80 ° C. and the processing time is about 2 hours.

本実施形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、前記(a)繊維配置工程〜前記(c)気泡除去工程からなる一連の工程を複数回繰り返して全体をモールドに合せて積層賦形することができる。これによって、必ずしも厚みの一定でない自動車用軽量化部品(モノコックシャシー、リヤウィング、フェンダ、ドア、トランク、ハードトップ等の外板)を効率的に生産、試作することができる。
こうして、例えば幅約1000mm×長さ約1500mm以上の大型製品を製作するためのモールド及びその加工法の開発(樹脂、加熱条件、補強部品)などに適用することができる。これによって、従来のオートクレーブ工法と同等以上の機械的強度(例えば引張強度約700MPa)を確保しつつ、大規模な設備増設を要することなくオートクレーブ工法による製造コストの1/3以下での製造も可能としている。
The manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of this embodiment repeats a series of processes consisting of the (a) fiber placement process to the (c) bubble removal process a plurality of times, and laminates and shapes the whole to a mold. Can do. As a result, it is possible to efficiently produce and prototype light-weight parts for automobiles (monocoque chassis, rear wing, fender, door, trunk, hardtop and other outer plates) whose thickness is not necessarily constant.
Thus, for example, the present invention can be applied to development of molds for manufacturing large products having a width of about 1000 mm × length of about 1500 mm or more and processing methods (resins, heating conditions, reinforcing parts), and the like. As a result, mechanical strength equivalent to or higher than that of the conventional autoclave method (for example, tensile strength of about 700 MPa) can be ensured, and production at a cost of 1/3 or less of the autoclave method can be performed without requiring large-scale equipment expansion. It is said.

本実施形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、前記(a)繊維配置工程〜前記(c)気泡除去工程からなる一連の工程を複数回繰り返す工程において、前記複合樹脂層中に配置される炭素繊維に配向性を付与するとともに、隣接する複合樹脂層毎にそれぞれの配向性を異ならせて配置することができる。これによって、パーツ部品に負荷される曲げモーメントや剪断力に応じて、複合樹脂層内の炭素繊維の配向性を特定方向に配置しこれらを層毎に積層させた強化構造とすることによって、全体的に少ない炭素繊維量でありながら高強度かつ高張力の炭素繊維強化樹脂材とすることができる。   The manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of this embodiment is arrange | positioned in the said composite resin layer in the process of repeating the series of processes which consist of said (a) fiber arrangement | positioning process-(c) bubble removal process in multiple times. While providing orientation to carbon fiber, it can arrange | position with each orientation differing for every adjacent composite resin layer. As a result, the orientation of the carbon fibers in the composite resin layer is arranged in a specific direction according to the bending moment and shearing force applied to the part parts, and the entire structure is laminated by layering them. Therefore, it is possible to obtain a carbon fiber reinforced resin material having high strength and high tension while having a small amount of carbon fiber.

このような配向性による補強効果向上のために用いる炭素繊維は短繊維より長繊維を使用するのが好ましく、適用するパーツ部品の種類又は、その用途によって選択される。また、複合材料の剛性、寸法安定性等の物性は繊維の充填量や種類等に影響を受ける。炭素繊維がランダムに分散されている一般的な繊維強化複合材料では衝撃強度などが要求数値に満たない場合がある。しかしながら炭素繊維を配向させた複合樹脂層の積層体からなる炭素繊維強化樹脂材では、立体織造のような効果を発生させることも可能となる。   The carbon fiber used for improving the reinforcing effect due to such orientation is preferably a long fiber rather than a short fiber, and is selected according to the type of part part to be applied or its use. In addition, physical properties such as rigidity and dimensional stability of the composite material are affected by the amount and type of fibers. In a general fiber reinforced composite material in which carbon fibers are randomly dispersed, the impact strength or the like may not satisfy the required value. However, a carbon fiber reinforced resin material composed of a laminate of composite resin layers in which carbon fibers are oriented can also produce effects such as three-dimensional weaving.

本実施形態のリヤウイングの製造方法は、炭素繊維強化樹脂材が複合樹脂層のシェルにより囲まれた中空部を備え、その中空部に配置された略半月板状の支柱部によりその表裏面側が連結支持されるリヤウィングの製造方法であって、
(a)繊維配置工程〜(c)気泡除去工程により作成された複合樹脂層を、開閉可能な一対のモールド上にそれぞれ複数積層し、順次圧着して、前記モールドに合せて賦形した後、支柱部を開放状態の前記モールド間に配置して、モールド同士を圧着することにより、前記支柱部を内蔵したリヤウィングを製造することに構成される。これによって、高強度、高品質の炭素繊維強化樹脂材を低コストで信頼性に優れたリヤウィングとして提供することができる。
The manufacturing method of the rear wing of the present embodiment includes a hollow portion in which a carbon fiber reinforced resin material is surrounded by a shell of a composite resin layer, and the front and back sides of the front and back sides are formed by a substantially meniscus-shaped column portion disposed in the hollow portion. A manufacturing method of a rear wing to be connected and supported,
(A) Fiber placement step to (c) A plurality of composite resin layers created by the bubble removal step are respectively laminated on a pair of molds that can be opened and closed, sequentially crimped, and shaped according to the mold, A support wing is disposed between the molds in an open state, and the molds are pressure-bonded to each other to manufacture a rear wing incorporating the support post. As a result, a high-strength, high-quality carbon fiber reinforced resin material can be provided as a rear wing excellent in reliability at a low cost.

本実施形態の炭素繊維強化樹脂材は、パーツ部品軽量化用の炭素繊維強化樹脂材であって、前記パーツ部品に負荷される曲げモーメントや剪断力の分布プロフィールに合せて前記複合樹脂層の積層枚数や厚み、炭素繊維含有量、接合樹脂の種別がそれぞれ設定されていることを特徴とする。これによって、車のリヤウイング、グライダーの翼などの軽量化の必要なパーツ部品を製造するに際して、所定の機械的特性を有した軽量構造体を経済的かつ効率的に提供することができる。
複合樹脂層の枚数は、たとえば1〜3枚もしくは1〜10枚の範囲内で適宜変更可能であり、その形状部位毎に設計上予測される曲げモーメントや剪断力の大きさの数値に比例して、必要な枚数(層数)を設定することができる。
The carbon fiber reinforced resin material of the present embodiment is a carbon fiber reinforced resin material for weight reduction of part parts, and the composite resin layer is laminated according to a distribution profile of bending moment and shear force applied to the part parts. The number of sheets, thickness, carbon fiber content, and type of bonding resin are set, respectively. This makes it possible to economically and efficiently provide a lightweight structure having a predetermined mechanical characteristic when manufacturing parts such as a rear wing of a car and a wing of a glider that require weight reduction.
The number of composite resin layers can be changed as appropriate within a range of, for example, 1 to 3 or 1 to 10, and is proportional to the numerical value of the bending moment or shear force predicted by design for each shape part. The required number of sheets (number of layers) can be set.

本実施形態の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、前記炭素繊維強化樹脂材の製造方法により製造されるパーツ部材軽量化用の炭素繊維強化樹脂材であって、前記炭素繊維(A)と前記接合樹脂(B)との質量比(A/B)が、(40〜50)/(60〜50)であるように構成される。また、その引張強度が600〜800MPaであることが好ましい。これによって、モールド上における炭素繊維と接合樹脂との施工作業性に優れるとともに所定の強度と耐用性を備えた炭素繊維強化樹脂材とすることができる。さらに上記特定組成の樹脂組成物からなるプリプレグを用いることにより、エポキシ樹脂などの接合樹脂組成物と炭素繊維との接着性や分散性を向上させて優れた機械的特性を有した炭素繊維強化樹脂材を提供することができる。   The method for producing a carbon fiber reinforced resin material of the present embodiment is a carbon fiber reinforced resin material for weight reduction of a part member produced by the method for producing a carbon fiber reinforced resin material, the carbon fiber (A) and the carbon fiber reinforced resin material It is comprised so that mass ratio (A / B) with joining resin (B) may be (40-50) / (60-50). Moreover, it is preferable that the tensile strength is 600-800 MPa. Thereby, it can be set as the carbon fiber reinforced resin material which was excellent in the construction workability | operativity of carbon fiber and bonding resin on a mold, and was provided with predetermined intensity | strength and durability. Furthermore, by using a prepreg comprising the resin composition having the above specific composition, the carbon fiber reinforced resin having excellent mechanical properties by improving the adhesion and dispersibility between the bonding resin composition such as epoxy resin and the carbon fiber. Material can be provided.

次に、炭素繊維強化樹脂材の製造方法に用いたモールドの製造方法の一例について、図3に示すモールド製造の説明図を参照して説明する。ここでは、自動車用パーツ部品の成形を想定したモールドの特性とその条件を検討するために、小ロット試作に適した簡易モールドを作成した。   Next, an example of a mold manufacturing method used in the carbon fiber reinforced resin material manufacturing method will be described with reference to the mold manufacturing explanatory diagram shown in FIG. Here, a simple mold suitable for small-lot trial production was created in order to examine the characteristics and conditions of the mold assuming molding of automotive parts.

このようなモールドは、オス型を作成し、オス型を元にしてメス型を作成してモールドとする。
モールド製作におけるオス型作成は、以下の(1)〜(3)の手順により制作した。
(1)薄板で基本骨格形成する。
(2)薄板間に発泡ウレタン材を埋め込む。
(3)ポリエステル樹脂を表面に塗布してオス型を完成させる。
Such a mold creates a male mold and creates a female mold based on the male mold.
Male mold creation in mold production was produced by the following procedures (1) to (3).
(1) A basic skeleton is formed with a thin plate.
(2) A urethane foam material is embedded between thin plates.
(3) A polyester resin is applied to the surface to complete a male mold.

メス型は、前記作成したオス型をもとにして、以下の(4)〜(6)の手順により作成した。
(4)樹脂製マットをオス型の上面に貼る。
(5)型変形防止用補強材でメス型の外を強化する。
(6)圧縮空気などを使ってメス型からオス型を外し、メス型の内部を水洗して簡易モールドを完成させる。
The female type | mold was created in the procedure of the following (4)-(6) based on the created male type | mold.
(4) A resin mat is attached to the upper surface of the male mold.
(5) Strengthen the outside of the female mold with a reinforcing material for preventing deformation of the mold.
(6) Remove the male mold from the female mold using compressed air, etc., and wash the interior of the female mold with water to complete the simple mold.

以上のように作成されたモールドに、樹脂賦形工程や気泡除去工程を含むハンドレイアップ工法を炭素繊維強化樹脂材の製造方法として適用することによって、炭素繊維強化樹脂材を作成した。そして、この作成された炭素繊維強化樹脂材の耐久強度試験やその製造コスト評価などを行って、この試験結果などを設計や成形条件にフィードバックさせるのである。   A carbon fiber reinforced resin material was created by applying a hand layup method including a resin shaping step and a bubble removal step to the mold created as described above as a method for producing a carbon fiber reinforced resin material. Then, a durability strength test and manufacturing cost evaluation of the produced carbon fiber reinforced resin material are performed, and the test results and the like are fed back to the design and molding conditions.

以下、図4に示すフローチャートなどを参照しつつ軽量化を目的とした自動車用パーツ部品の製造方法について説明する。本実施例の炭素繊維強化樹脂材の製造方法は、図4のフローチャートに示すように以下の(a)〜(f)の工程からなる。
(a)自動車用モノコックシャシーやリアウィングなどを製造するためのモールドとなる金型に塗装不要とするゲルコート材を予め塗布して乾燥させておく。
(b)炭素繊維片を金型に合せて切断する。これら炭素繊維片を構成する繊維には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができ、例えば、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等を用いることができる。また、炭素繊維片には、フィラメント状、ヤーン、テープ、編組品等の形態のものを適用することガできる。
(c)長さが調整された炭素繊維を金型に賦形し樹脂で貼り付ける。なお、本発明ではたとえばナガセケムテック株式会社製インフュージョン成型用エポキシ樹脂(DENATITE XNR6815)を接合樹脂として使用し、この硬化剤(DENATITE XNH6815)を配合重量比100:27で含有させたものを用いた。
(d)ヘアードライヤなどの熱風ブロアを用いて樹脂表面を60〜65℃に適宜、部分加熱して、ハンド操作可能なローラなどのツールにより加熱されて軟化した樹脂面を押圧しながら炭素繊維片及び樹脂間の気泡を外部に放出させる(図2参照)。
(e)加熱された炭素繊維片と接合樹脂からなる複合樹脂層を室温まで冷却する。
(f)この複合樹脂層全体を再び80℃まで加熱して約2時間保持させた後、冷却する養生処理を行なう。ここで、図5はモールド面に配置された複合樹脂層の温度の時間変化を示すグラフであり、部分加熱及び養生処理における温度変化のパターン例(2回加熱)が示されている。
Hereinafter, a method for manufacturing an automotive part component aimed at weight reduction will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material of the present example includes the following steps (a) to (f) as shown in the flowchart of FIG.
(A) A gel coat material that does not require painting is applied in advance to a mold that is a mold for manufacturing a monocoque chassis for automobiles, rear wings, and the like, and dried.
(B) The carbon fiber piece is cut according to the mold. As the fibers constituting these carbon fiber pieces, carbon fibers that are high-strength fibers or high-elasticity fibers can be used. For example, rayon-based carbon fibers, polyacrylonitrile-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, or the like are used. be able to. The carbon fiber piece may be in the form of filament, yarn, tape, braided product, or the like.
(C) The carbon fiber whose length is adjusted is shaped into a mold and attached with a resin. In the present invention, for example, an infusion molding epoxy resin (DENATITE XNR6815) manufactured by Nagase Chemtech Co., Ltd. is used as a bonding resin, and this curing agent (DENATITE XNH6815) is used at a blending weight ratio of 100: 27. It was.
(D) Carbon fiber pieces while pressing the softened resin surface by heating the softened resin surface with a tool such as a roller that can be operated by hand by appropriately heating the resin surface to 60 to 65 ° C. using a hot air blower such as a hair dryer. And the bubble between resin is discharged | emitted outside (refer FIG. 2).
(E) The composite resin layer composed of the heated carbon fiber piece and the bonding resin is cooled to room temperature.
(F) The entire composite resin layer is again heated to 80 ° C. and held for about 2 hours, and then a curing treatment for cooling is performed. Here, FIG. 5 is a graph showing the time change of the temperature of the composite resin layer disposed on the mold surface, and shows an example of the temperature change pattern (twice heating) in the partial heating and curing treatment.

従来のハンドレイアップ工法では小規模で短時間で炭素繊維強化樹脂材を製造できコストもかからないが製品強度がでにくく、必要な強度を得るためにはプリプレグ/オートクレーブ工法を取らざるを得ないが、この工法では製作時間が長くコストも大幅にかかるという欠点があった。
本実施例によれば、手動による調整操作が可能な熱風ブロアとローラなどを用いることによって、炭素繊維の配列状態や気泡含有状態などの調整をモールド面への樹脂形成の程度に応じて部分的に適宜行なうことを可能にして、従来のハンドレイアップ工法とオートクレーブ工法とのメリットを併せ持った工法を提供することができる。こうして、炭素繊維強化樹脂材の軽量で高強度となる特徴を活かした高品質な製品を生産することができる。
The conventional hand lay-up method can produce a carbon fiber reinforced resin material in a small scale in a short time without cost, but the product strength is difficult, and in order to obtain the required strength, the prepreg / autoclave method has to be taken. However, this method has a drawback in that it takes a long time to manufacture and costs a lot.
According to the present embodiment, by using a hot air blower and a roller that can be manually adjusted, adjustments such as an arrangement state of carbon fibers and a bubble-containing state are partially performed according to the degree of resin formation on the mold surface. Therefore, it is possible to provide a construction method having the advantages of the conventional hand lay-up construction method and the autoclave construction method. In this way, it is possible to produce a high-quality product that takes advantage of the light weight and high strength characteristics of the carbon fiber reinforced resin material.

次に、実施例1の炭素繊維強化樹脂材について、図6〜図8に示す炭素繊維強化樹脂材の斜視図及び、製造方法のフロー図、その説明図を参照して説明する。
図示するように、炭素繊維強化樹脂材の一例である自動車用パーツ部品のリヤウィング20は、上ウィング部21と下ウィング部22とを有する中空状に構成されており、この上下ウィング部21、22が左、右、中央の略半月状に形成された支柱部26を介して上下に間隔を有して平行配置されるようになっている。
上下ウィング部21、22はそれぞれ三枚の複合樹脂層23、24、25を積層させて構成した内部構造を備えている。なお、上下ウィング部21、22の両端はそれぞれ垂直羽根27によって連結されているとともに、下ウィング22は左右一対の車体取付部材28を介して車本体のリア部分に固定されるようになっている。
Next, the carbon fiber reinforced resin material of Example 1 will be described with reference to a perspective view of the carbon fiber reinforced resin material shown in FIGS.
As shown in the drawing, a rear wing 20 of an automotive part component which is an example of a carbon fiber reinforced resin material is configured in a hollow shape having an upper wing portion 21 and a lower wing portion 22, and the upper and lower wing portions 21, 22 are arranged in parallel with a space in the vertical direction through a column portion 26 formed in a substantially half moon shape on the left, right, and center.
The upper and lower wing portions 21 and 22 each have an internal structure configured by laminating three composite resin layers 23, 24, and 25. Both ends of the upper and lower wing portions 21 and 22 are connected by vertical blades 27, and the lower wing 22 is fixed to the rear portion of the vehicle body via a pair of left and right vehicle body mounting members 28. .

リヤウィング20は、実施の形態に示した炭素繊維強化樹脂材の製造方法と概略同様の製造方法によって製造されたものであり、さらに詳細にはモールドに合せて中空状のリヤウィング全体を一体に賦形する工程が含まれる。
以下この賦形工程について図7を参照して説明する。
図示するようにリヤウィング20を製造するためのモールド30は、左右一対の金型31、32とからなる。金型31、32は、それぞれの下端31a、32aが互いに嵌合して配置されるとともに、その上部側が開閉自在に取り付けられている。
The rear wing 20 is manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin material shown in the embodiment, and more specifically, the entire hollow rear wing is integrated with the mold. A process of shaping is included.
Hereinafter, this shaping step will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, a mold 30 for manufacturing the rear wing 20 includes a pair of left and right molds 31 and 32. The molds 31 and 32 are arranged with their lower ends 31a and 32a fitted to each other, and the upper side thereof is attached so as to be freely opened and closed.

まず、図7(1)に示すように、モールド30の上部が開放された状態に保持して、複合樹脂層が積層される金型31、32の金型面にゲルコート材を予め塗布しておく。次に、専用挟み治具33を用いて、炭素繊維片の一層目を錘34を介して、金型31、32の開放された上部から吊り下げるようにして配置する(図7(2))。   First, as shown in FIG. 7 (1), the upper part of the mold 30 is held open, and a gel coat material is applied in advance to the mold surfaces of the molds 31 and 32 on which the composite resin layers are laminated. deep. Next, the first sandwiching jig 33 is used to suspend the first layer of carbon fiber pieces via the weight 34 from the open upper portions of the molds 31 and 32 (FIG. 7 (2)). .

次に、炭素繊維片上に接合樹脂を塗布するとともに、熱風ブロアなどの加熱用ツールで加熱しながらローラ14などの積層用ツールで軟化した樹脂層中の気泡を押し出すようにして、所定の樹脂賦形工程、気泡除去工程、加熱養生工程などを実施する(図7(3))。これによって、第1層となる複合樹脂層23が金型面上に形成される。
続く図7(4)において、前記一層目の炭素繊維片よりやや短い寸法の2パーツに分離された炭素繊維片からなる第2層目の複合樹脂層24を、同様にして金型31、32に積層させた後、図7(5)に示すようにローラ14を用いて各金型面上に形成された複合樹脂層中の気泡を押し出して除去しながら加圧密着させる処理を行なう。
Next, a bonding resin is applied onto the carbon fiber pieces, and bubbles in the resin layer softened by a laminating tool such as a roller 14 are pushed out while being heated by a heating tool such as a hot air blower, so that a predetermined resin load is applied. A shaping process, a bubble removal process, a heat curing process, etc. are performed (FIG. 7 (3)). Thereby, the composite resin layer 23 to be the first layer is formed on the mold surface.
In FIG. 7 (4), the second composite resin layer 24 made of carbon fiber pieces separated into two parts having a slightly shorter dimension than the first carbon fiber pieces is formed in the same manner with the dies 31, 32. Then, as shown in FIG. 7 (5), a process of pressing and adhering bubbles while extruding and removing bubbles in the composite resin layer formed on each mold surface is performed using a roller 14.

図7(6)において、第2層目よりもさらに短い寸法の2パーツに分離された第3層目となる複合樹脂層25を同様にして配置した後、図7(7)に示すように、熱風ブロアやローラ14による最後の仕上げ処理を行なう。
こうして、第1〜第3の炭素繊維布と接合樹脂からなる複合樹脂層23〜25を上記のように賦形した後、略半月状のリブとなる支柱部26を複合樹脂層により内部が被覆された金型31、32上部の開放端から装入して配置する(図7(8))。
In FIG. 7 (6), after the composite resin layer 25, which is the third layer separated into two parts having a shorter dimension than the second layer, is arranged in the same manner, as shown in FIG. 7 (7). Then, the final finishing process is performed by the hot air blower or the roller 14.
Thus, after the composite resin layers 23 to 25 made of the first to third carbon fiber cloths and the bonding resin are shaped as described above, the column portions 26 that are substantially half-moon-shaped ribs are covered with the composite resin layer. It inserts and arrange | positions from the open end of the upper metal mold | dies 31 and 32 (FIG. 7 (8)).

次に、支柱部26を内蔵保持するモールド30の金型31、32を外側から加圧して、その下端31a、32aを支点として金型31、32上部の開放端側を密着、接着させる。これによって、図7(9)に示すように、三層の複合樹脂層23〜24間に立設された支柱部26を内蔵したリヤウィング20が形成される。
最後に、図7(10)に示すように、モールド30の左右の金型31、32を分離開放して、支柱部26を内蔵した強度に優れたリヤウィング20を、完成品として取り出すことができる。
Next, the molds 31 and 32 of the mold 30 in which the column part 26 is built and held are pressurized from the outside, and the open end sides of the upper parts of the molds 31 and 32 are adhered and bonded using the lower ends 31a and 32a as fulcrums. As a result, as shown in FIG. 7 (9), the rear wing 20 is formed which incorporates the column portion 26 erected between the three composite resin layers 23 to 24.
Finally, as shown in FIG. 7 (10), the left and right molds 31, 32 of the mold 30 are separated and opened, and the rear wing 20 having a built-in support 26 and having excellent strength can be taken out as a finished product. it can.

図8(a)に示すような内部構造を備えた上ウィング21にはその使用時において図8(b)に示すような荷重分布が負荷される。したがって、支柱部26を介して支持される上下ウィング21、22には図8(c)に示されるような剪断力分布と、図8(d)に示される曲げモーメント分布が想定されることになる。   When the upper wing 21 having the internal structure as shown in FIG. 8A is used, a load distribution as shown in FIG. 8B is applied. Therefore, the upper and lower wings 21 and 22 supported via the support column 26 are assumed to have a shearing force distribution as shown in FIG. 8C and a bending moment distribution as shown in FIG. Become.

本実施例1のリヤウィング20は、以上の剪断力分布や曲げモーメント分布のプロフィールに合せて、積層される複合樹脂層の枚数を調整したものである。すなわち、支柱部26が直接取り付けられ、負荷の大きくなるウィング面に相当する部分の複合樹脂層が3層(複合樹脂層23、24、25)となるようにして、その左右近傍を2層(複合樹脂層23、24)、その他の面を1層(複合樹脂層23)に配置してリヤウィング20を構成することによって、前記剪断力分布や曲げモーメント分布のプロフィールに略一致させるようにしている。これによって、リヤウィング20全体の軽量化を効率的に行なうことができるとともに、炭素繊維強化樹脂材の使用量を削減して、さらなる軽量化とコスト削減に資することができる。   The rear wing 20 of the first embodiment is obtained by adjusting the number of laminated composite resin layers in accordance with the profile of the above shearing force distribution and bending moment distribution. That is, the column portion 26 is directly attached, and the composite resin layer corresponding to the wing surface where the load increases becomes three layers (composite resin layers 23, 24, and 25), and two layers (right and left) ( By arranging the composite resin layers 23, 24) and other surfaces in one layer (composite resin layer 23) to form the rear wing 20, the profile of the shear force distribution and the bending moment distribution is made to substantially match. Yes. As a result, the weight of the entire rear wing 20 can be reduced efficiently, and the amount of carbon fiber reinforced resin material used can be reduced, contributing to further weight reduction and cost reduction.

本発明は、軽量、機械的特性、耐用性などに優れた炭素繊維強化樹脂材を提供するものであり、本発明の炭素繊維強化樹脂材の製造方法によれば、エコカーや電気自動車における部品について高価な副資材や設備を用いることなく、安価な製造コストで広く適用することができ、産業上の利用可能性が極めて高い。   The present invention provides a carbon fiber reinforced resin material that is excellent in light weight, mechanical properties, durability, and the like. According to the method for producing a carbon fiber reinforced resin material of the present invention, components for eco-cars and electric vehicles are used. It can be widely applied at low manufacturing costs without using expensive secondary materials and equipment, and industrial applicability is extremely high.

10 炭素繊維強化樹脂材
11 接合樹脂
12 気泡
13 炭素繊維(炭素繊維片)
14 ローラ
15 金型(モールド)
20 リヤウィング(炭素繊維強化樹脂材)
21 上ウイング部
22 下ウイング部
23〜25 複合樹脂層
26 支柱部(リブ)
27 垂直羽根
28 車体取付部材
30 モールド
31,32 金型
31a、32a 金型の下端
33 専用挟み治具
34 錘
10 Carbon fiber reinforced resin material 11 Bonding resin 12 Air bubble 13 Carbon fiber (carbon fiber piece)
14 Roller 15 Mold
20 Rear wing (carbon fiber reinforced resin material)
21 Upper wing part 22 Lower wing part 23-25 Composite resin layer 26 Prop part (rib)
27 Vertical blade 28 Car body mounting member 30 Mold 31, 32 Mold 31a, 32a Lower end of mold 33 Dedicated clamping jig 34 Weight

Claims (6)

(a)モールドに合せて切断した布状の炭素繊維片をゲルコート材を塗布されたモールド面に積層させる繊維配置工程と、
(b)前記積層された炭素繊維片に接合樹脂を充?するかもしくは接合樹脂により前記モールド面に貼り付けて賦形する樹脂賦形工程と、
(c)前記モールド面上に配置された炭素繊維片と接合樹脂からなる複合樹脂層の表面に加熱空気を吹き付けて樹脂軟化温度に部分加熱された樹脂面を加圧してその内部気泡を押し出す気泡除去工程と、
(d)前記複合樹脂層を養生温度まで再加熱して所定時間保持させる加熱養生工程と、を有することを特徴とする炭素繊維強化樹脂材の製造方法。
(A) a fiber placement step of laminating cloth-like carbon fiber pieces cut in accordance with a mold on a mold surface coated with a gel coat material;
(B) Filling the laminated carbon fiber pieces with a bonding resin or attaching the resin to the mold surface with a bonding resin for shaping;
(C) A bubble that pressurizes a partially heated resin surface at a resin softening temperature by blowing heated air onto the surface of a composite resin layer composed of a carbon fiber piece and a bonding resin disposed on the mold surface to push out the internal bubbles. A removal step;
(D) A heating and curing step in which the composite resin layer is reheated to a curing temperature and held for a predetermined time, and the method for producing a carbon fiber reinforced resin material.
前記(a)繊維配置工程〜前記(c)気泡除去工程により作成された複合樹脂層を前記モールド上に複数積層し、順次圧着して、前記モールドに合せて全体を一体に賦形することを特徴とする請求項1記載の炭素繊維強化樹脂材の製造方法。 A plurality of composite resin layers prepared by the (a) fiber placement step to the (c) bubble removal step are stacked on the mold, and sequentially crimped, so that the whole is integrally molded according to the mold. The method for producing a carbon fiber reinforced resin material according to claim 1, characterized in that: 前記複合樹脂層中に配置される炭素繊維に定方向に伸延する配向性を付与するとともに、隣接する複合樹脂層毎にそれぞれの配向性を異ならせて配置したことを特徴とする請求項2記載の炭素繊維強化樹脂の製造方法。   3. The carbon fiber disposed in the composite resin layer is imparted with an orientation that extends in a fixed direction, and each of the adjacent composite resin layers is disposed with a different orientation. Manufacturing method of carbon fiber reinforced resin. 炭素繊維強化樹脂材が複合樹脂層のシェルにより囲まれた中空部を備え、その中空部に配置された略半月板状の支柱部によりその表裏面側が連結支持されるリヤウィングの製造方法であって、
(a)繊維配置工程〜(c)気泡除去工程により作成された複合樹脂層を、開閉可能な一対のモールド上にそれぞれ複数積層し、順次圧着して、前記モールドに合せて賦形した後、支柱部を開放状態の前記モールド間に配置して、モールド同士を圧着することにより、前記支柱部を内蔵したリヤウィングを製造することを特徴とするリヤウィングの製造方法。
This is a method for manufacturing a rear wing in which a carbon fiber reinforced resin material is provided with a hollow portion surrounded by a shell of a composite resin layer, and the front and back sides thereof are connected and supported by a substantially meniscus-like columnar portion disposed in the hollow portion. And
(A) Fiber placement step to (c) A plurality of composite resin layers created by the bubble removal step are respectively laminated on a pair of molds that can be opened and closed, sequentially crimped, and shaped according to the mold, A method of manufacturing a rear wing, wherein a rear wing having a built-in support column is manufactured by placing a support column between the molds in an open state and crimping the molds together.
前記(1)〜(3)の炭素繊維強化樹脂材の製造方法により製造されるパーツ部品軽量化用の炭素繊維強化樹脂材であって、前記パーツ部品に負荷される曲げモーメントや剪断力の分布プロフィールに合せて、前記複合樹脂層の積層枚数や厚み、炭素繊維含有量、接合樹脂の種別がそれぞれ設定されていることを特徴とする炭素繊維強化樹脂材。 A carbon fiber reinforced resin material for weight reduction of parts produced by the method for producing a carbon fiber reinforced resin material of (1) to (3), wherein a bending moment and shear force applied to the part parts are distributed. A carbon fiber reinforced resin material, wherein the number and thickness of the composite resin layers, the carbon fiber content, and the type of bonding resin are set according to the profile. 前記(1)〜(3)の炭素繊維強化樹脂材の製造方法により製造されるパーツ部品軽量化用の炭素繊維強化樹脂材であって、前記複合樹脂層における炭素繊維(A)と接合樹脂(B)との質量比(A/B)が、(40〜50)/(60〜50)であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂材。 A carbon fiber reinforced resin material for weight reduction of part parts produced by the method for producing a carbon fiber reinforced resin material of (1) to (3), wherein the carbon fiber (A) and the bonding resin ( A carbon fiber reinforced resin material having a mass ratio (A / B) to (B) of (40 to 50) / (60 to 50).
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