JP2013032487A - Reinforced fibrous base material and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強化繊維基材の改良、更に詳しくは、強化繊維基材の目ズレやほつれを防止して形態安定性を持たせることができ、FRPの機械的特性および耐熱性にも優れた強化繊維基材およびその製造方法に関するものである。 The present invention is an improvement of a reinforced fiber base material, more specifically, can prevent misalignment and fraying of the reinforced fiber base material, and can have form stability, and is excellent in mechanical properties and heat resistance of FRP. The present invention relates to a reinforcing fiber base and a method for producing the same.
強化繊維シート基材を積層して樹脂含浸し、硬化させて得られる繊維強化プラスチック(以下FRPという)は、軽量で機械的特性に優れる材料として知られている。そして、FRP成形品を得るまでにできるだけ取扱性が良く、しかも得られるFRPの外観や機械的特性を良くするために、様々な工夫がなされてきた。 A fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP) obtained by laminating a reinforced fiber sheet base material, impregnating with a resin, and curing it is known as a material that is lightweight and has excellent mechanical properties. Various approaches have been made to improve the handleability as much as possible before obtaining an FRP molded product and to improve the appearance and mechanical properties of the resulting FRP.
従来、<特許文献1>では、強化繊維織物の組織崩れやほつれ等を防止するために、熱可塑性ポリマーの熱融着により、たて糸とよこ糸とを接着して均一な目止めをするものが提案されている。 Conventionally, <Patent Document 1> proposes a method in which warp yarns and weft yarns are bonded to each other by heat fusion of a thermoplastic polymer in order to prevent structural collapse or fraying of the reinforcing fiber fabric. Has been.
また、<特許文献2>では、強化繊維の一方向の形態安定性を付与するために、低融点熱可塑性樹脂により目止めするものが提案されている。 Moreover, in <patent document 2>, in order to provide the unidirectional form stability of the reinforcing fiber, what is struck with a low melting point thermoplastic resin is proposed.
また、<特許文献3>では、多軸ステッチ布帛を積層する際や、成形型に設置する際に布帛のズレが生じていた問題を、ステッチ糸に使用されている低融点ポリマー製糸で層間を熱融着させることで接着一体化して布帛のズレを防ぐことができる多軸ステッチ布帛が提案されている。 In <Patent Document 3>, the problem of fabric misalignment when laminating multiaxial stitched fabrics or installing them in a mold is used to identify the gap between layers of low-melting polymer yarns used for stitch yarns. There has been proposed a multi-axis stitched fabric that can be bonded and integrated to prevent fabric misalignment by heat-sealing.
これらの強化繊維シート基材は、形態安定性が良く、取扱性に優れ、積層作業やプリフォーム作製において良好な基材であり、得られるFRPの機械的特性にも優れている。これらの基材の目止めに使用される熱融着ポリマーとしては、昇降温の作業性やその他補助挿入糸の融点や、製造時のコゲ等の都合や強化繊維に使用されているサイズ剤の劣化を考慮し、融点が80〜180℃程度の低融点ポリマーが使用される場合が多い。 These reinforcing fiber sheet base materials have good shape stability, excellent handling properties, are good base materials for laminating work and preform production, and are excellent in mechanical properties of the resulting FRP. The heat-sealing polymer used for sealing these base materials includes the workability of raising and lowering temperature, the melting point of the auxiliary insertion yarn, the convenience of kogation during production, and the sizing agent used for reinforcing fibers. In consideration of deterioration, a low melting point polymer having a melting point of about 80 to 180 ° C. is often used.
そして、このように強化繊維基材の一部に低融点ポリマーが使用された基材を内装して作製したFRPは、高温環境下に曝された場合に、FRP内で融点に達した低融点ポリマーが融解してFRP断面から溶出してくるおそれがあり、そうなると低融点ポリマーが存在していた箇所がボイド(気泡)となるので、高温での機械的特性が低下し、高い耐熱性を有するFRPが得られなかった。 The FRP produced by incorporating a base material in which a low-melting-point polymer is used as a part of the reinforcing fiber base material as described above is a low-melting point that reaches the melting point in the FRP when exposed to a high temperature environment. There is a possibility that the polymer melts and elutes from the FRP cross section. In such a case, the portion where the low melting point polymer is present becomes voids (bubbles), so that the mechanical properties at high temperature are lowered and the heat resistance is high. FRP could not be obtained.
これは通常の低融点ポリマーが、加熱された際、融点を越えて直ぐに低粘度状態となるためである(ポリマーの融点と溶融温度が略同じになる)。なお、本明細書中では、固体状ポリマーが融解して液体化し始める温度を「融点」とし、粘弾性測定に用いられるDMA測定において所定条件下(詳しくは実施例で説明)で昇温したときにポリマーの貯蔵弾性率E’が100Pa以下になる温度を「溶融温度」とする。 This is because when a normal low melting point polymer is heated, it becomes a low viscosity state immediately after exceeding the melting point (the melting point and melting temperature of the polymer are substantially the same). In this specification, the temperature at which the solid polymer begins to melt and become liquid is defined as the “melting point”, and when the temperature is raised under predetermined conditions (detailed in the examples) in the DMA measurement used for viscoelasticity measurement. The temperature at which the storage elastic modulus E ′ of the polymer is 100 Pa or less is defined as “melting temperature”.
また、低融点ポリマーが溶出してできたボイドは、高温環境から常温へ冷却してもそのまま残存するため、FRPそのものの機械的特性が大きく失われてしまうことから、高温環境に曝される材料への使用が敬遠されるといった問題があった。 In addition, the voids formed by the elution of the low melting point polymer remain as it is even after cooling from a high temperature environment to room temperature, so that the mechanical properties of the FRP itself are greatly lost. There was a problem that the use to is avoided.
例えば、航空機用途のFRPを成形する際には、通常180℃硬化タイプの樹脂が使用されるが、融点が80〜180℃程度の低融点ポリマーにより接着された基材を使用すると、硬化させる時に基材温度が低融点ポリマーの融点より高くなるため、溶融し、基材の形態安定性が失われる。つまり、樹脂が硬化するまでに強化繊維の配向方向が乱れ、機械的特性が低くなるといった問題がある。 For example, when molding FRP for aircraft use, a resin of 180 ° C. curing type is usually used, but when a base material bonded with a low melting point polymer having a melting point of about 80 to 180 ° C. is used, Since the substrate temperature becomes higher than the melting point of the low-melting polymer, it melts and the morphological stability of the substrate is lost. That is, there is a problem that the orientation direction of the reinforcing fibers is disturbed until the resin is cured, and the mechanical characteristics are lowered.
また、通常180℃硬化タイプの樹脂を使用して得られるFRPの耐熱温度よりも、使用されている低融点ポリマーの融点が低いと、前述した低融点ポリマーの溶出により機械的特性が低下するため低融点ポリマーの融点までの耐熱性にしかならないといった問題があり、航空機部材用に進出することができなかった。 In addition, if the melting point of the low melting point polymer used is lower than the heat resistant temperature of FRP usually obtained by using a 180 ° C. type resin, the mechanical properties deteriorate due to the elution of the low melting point polymer described above. There was a problem that it had only heat resistance up to the melting point of the low melting point polymer, and it was not possible to advance for aircraft parts.
また、<特許文献1〜3>では、目止めする低融点ポリマーの一つとして低融点ナイロンが採用されているが、保持用のシートやネットなどの補助材に使用されるポリエステル等より吸水性が高いため、この低融点ナイロンが使用されている強化繊維基材からFRPを成形すると、水分により樹脂の硬化が不十分であったり、成形品内の水分が氷解を繰り返すことによるマイクロクラックが発生し、信頼性のある材料に成り得ない問題があり、特に航空機用としては不向きとされている。 Moreover, in <patent documents 1-3>, although low melting point nylon is employ | adopted as one of the low melting point polymers to stop, water absorption is more than polyester etc. which are used for auxiliary materials, such as a sheet | seat for holding and a net | network. Therefore, when FRP is molded from a reinforced fiber base material using this low melting point nylon, the resin is not sufficiently cured by moisture, or microcracks are generated due to repeated freezing of moisture in the molded product. However, there is a problem that it cannot be a reliable material, and it is not suitable for an aircraft.
さらにまた、上記のように低融点ナイロンが使用された強化繊維基材を使用して、樹脂層に浸漬して樹脂含浸後、乾燥工程を経て、所謂「ウエットプリプレグ」を製造する際、樹脂粘度を低くして含浸性を良くするために、有機溶媒で希釈することがあるが、この有機溶剤によって却って低融点ナイロンが溶融してしまう問題があった。 Furthermore, when a so-called “wet prepreg” is produced by using a reinforcing fiber base material using low-melting nylon as described above, dipping in a resin layer and impregnating the resin, followed by a drying step, the resin viscosity In order to improve the impregnation property by lowering the thickness, the organic solvent may be diluted with an organic solvent. However, there is a problem that the low melting point nylon is melted by the organic solvent.
即ち、低融点ナイロンが溶融してしまうと目止め効果が失われ、低粘度樹脂の表面張力によって強化繊維束が収束してメッシュ状になったり、強化繊維基材に与えられた張力や、製造工程の途中にあるガイドローラーとの摩擦により強化繊維基材の強化繊維配向方向がずれてしまったり、シワが入るといった問題があり、改善が望まれている。 That is, when the low-melting nylon is melted, the sealing effect is lost, the surface tension of the low-viscosity resin converges the reinforcing fiber bundle into a mesh shape, the tension applied to the reinforcing fiber base, There is a problem that the reinforcing fiber orientation direction of the reinforcing fiber base is shifted due to friction with the guide roller in the middle of the process, or wrinkles occur, and improvement is desired.
本発明は、従来の強化繊維基材に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、強化繊維基材の目ズレやほつれを防止して形態安定性を持たせることができ、FRPの機械的特性および耐熱性にも優れた強化繊維基材およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional reinforcing fiber base material, and its purpose is to prevent misalignment and fraying of the reinforcing fiber base material. An object of the present invention is to provide a reinforced fiber base material that can have form stability and is excellent in mechanical properties and heat resistance of FRP, and a method for producing the same.
本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。 Means employed by the present inventor for solving the above technical problem will be described with reference to the accompanying drawings.
即ち、本発明は、複数の強化繊維糸条(1・1…)を並行して配列せしめて、これら強化繊維糸条(1・1…)の配向を保持しつつ低融点熱可塑性ポリマー(P)を当接せしめてシート状にした強化繊維シート基材(S)を形成する一方、
この強化繊維シート基材(S)を前記低融点熱可塑ポリマー(P)の融点以上の温度に加熱して溶融させ、強化繊維糸条(1・1)同士もしくは強化繊維糸条と補助糸を当該低融点熱可塑性ポリマー(P)により接着して、シート形態を安定ならしめた後、
前記強化繊維シート基材(S)に電離性放射線を照射して、前記低融点熱可塑ポリマー(P)の溶融温度を高めるという技術的手段を採用したことによって、強化繊維基材の製造方法を完成させた。
That is, the present invention arranges a plurality of reinforcing fiber yarns (1...) In parallel, and maintains the orientation of these reinforcing fiber yarns (1. ) In contact with each other to form a sheet-like reinforcing fiber sheet substrate (S),
This reinforcing fiber sheet substrate (S) is heated and melted to a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting point thermoplastic polymer (P), and the reinforcing fiber yarns (1.1) or the reinforcing fiber yarns and auxiliary yarns After adhering with the low melting point thermoplastic polymer (P) and stabilizing the sheet form,
By adopting the technical means of irradiating the reinforcing fiber sheet substrate (S) with ionizing radiation and increasing the melting temperature of the low melting point thermoplastic polymer (P), Completed.
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維シート基材Sに対し、単位照射量の電離性放射線を複数回照射するという技術的手段を採用することができる。 Moreover, in order to solve the said subject, in addition to the said means, this invention employ | adopts the technical means of irradiating the reinforcing fiber sheet base material S with the unit irradiation amount of ionizing radiation several times. can do.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、並行して配列せしめた強化繊維糸条1・1…を補助挿入糸2によりこれら強化繊維糸条1・1…の配向を保持しつつ低融点熱可塑性ポリマーPを当接せしめてシート状にした強化繊維シート基材Sを形成する一方、
これら強化繊維糸条1と補助挿入糸2とを低融点熱可塑性ポリマーPにより接着するという技術的手段を採用することができる。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention adds the reinforcing fiber yarns 1, 1. -While maintaining the orientation of 1 ..., the low-melting point thermoplastic polymer P is brought into contact with each other to form a sheet-like reinforcing fiber sheet substrate S,
A technical means of adhering the reinforcing fiber yarn 1 and the auxiliary insertion yarn 2 with the low-melting point thermoplastic polymer P can be employed.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、電離性放射線が電子線であって、この電子線を、
を満たす加速電圧Eで照射するという技術的手段を採用することができる。
Furthermore, in order to solve the above-described problems, the present invention provides ionizing radiation as an electron beam in addition to the above means as necessary.
A technical means of irradiation with an acceleration voltage E satisfying the above can be adopted.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点熱可塑ポリマーPからなる糸条または低融点熱可塑ポリマー製糸を付着した補助挿入糸2を、少なくともたて方向に配列した強化繊維糸条1に接触させて、編物組織または織物組織を構成するという技術的手段を採用することができる。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an auxiliary insertion yarn 2 to which a yarn made of a low-melting point thermoplastic polymer P or a low-melting point thermoplastic polymer yarn is attached, in addition to the above-described means, if necessary. It is possible to employ a technical means of forming a knitted or woven fabric structure by contacting the reinforcing fiber yarns 1 arranged at least in the warp direction.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点熱可塑性ポリマーPを付着させたシート状のネット材4の上に、強化繊維糸条1をたて方向に並行に配列して、加熱した後、当該ネット材4に接着するという技術的手段を採用することができる。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the reinforcing fiber yarn 1 on the sheet-like net material 4 to which the low-melting point thermoplastic polymer P is adhered in addition to the above means as necessary. It is possible to adopt a technical means of arranging in parallel in the vertical direction and heating and then adhering to the net material 4.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維糸条1・1…を並行に揃えてなる複数枚の強化繊維シート基材Sを、これら各強化繊維シート基材Sの強化繊維糸条1を異なる角度に積層して多軸ステッチ手段により結合一体化して積層基材LSを形成する一方、
低融点熱可塑性ポリマーPを糸条または布帛または粉末の形態で、シートの最外層の少なくとも片面に配置するという技術的手段を採用することができる。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plurality of reinforcing fiber sheet substrates S in which reinforcing fiber yarns 1.1 are aligned in parallel in addition to the above means as necessary. While reinforcing fiber yarns 1 of each reinforcing fiber sheet substrate S are laminated at different angles and bonded and integrated by multi-axis stitching means to form a laminated substrate LS,
The technical means of disposing the low-melting point thermoplastic polymer P in at least one side of the outermost layer of the sheet in the form of a yarn or a fabric or powder can be employed.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点熱可塑性ポリマーPを融点80〜180℃の共重合ポリマーにして、基材重量に対して0.5〜10%含有させるという技術的手段を採用することができる。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention makes the low melting thermoplastic polymer P a copolymer having a melting point of 80 to 180 ° C. in addition to the above means as necessary, and reduces the substrate weight to 0. It is possible to adopt a technical means of containing 5 to 10%.
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維糸条1の強化繊維を、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で構成するという技術的手段を採用することができる。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides, in addition to the above-described means as necessary, reinforcing fibers of the reinforcing fiber yarn 1, carbon fibers, glass fibers and aramid fibers, polyester fibers, polyamide fibers, polyolefins. It is possible to adopt a technical means of constituting one or plural kinds selected from fiber, vinylon fiber, boron fiber, and ceramic fiber.
また、本発明は、複数の強化繊維糸条1・1…が並行して配列され、かつ、これら強化繊維糸条1・1…の配向を保持しつつ低融点熱可塑性ポリマーPが当接されてシート状にした強化繊維シート基材Sが形成される一方、この強化繊維シート基材Sの強化繊維糸条1・1同士もしくは強化繊維糸条と補助糸を当該低融点熱可塑性ポリマーPにより接着されており、
前記強化繊維シート基材Sに電離性放射線が照射された強化繊維シート材に前記低融点熱可塑ポリマー(P)の溶融温度が融点より40℃以上高められているようにすることによって、強化繊維基材を完成させた。
Further, in the present invention, a plurality of reinforcing fiber yarns 1... Are arranged in parallel, and the low-melting point thermoplastic polymer P is brought into contact with the reinforcing fiber yarns 1. The reinforcing fiber sheet substrate S in the form of a sheet is formed, and the reinforcing fiber yarns 1.1 of the reinforcing fiber sheet substrate S or the reinforcing fiber yarns and the auxiliary yarns are made of the low melting point thermoplastic polymer P. Glued,
The reinforcing fiber sheet base material S is irradiated with ionizing radiation so that the melting temperature of the low-melting-point thermoplastic polymer (P) is higher than the melting point by 40 ° C. or more, thereby reinforcing the reinforcing fiber. The substrate was completed.
本発明にあっては、複数の強化繊維糸条を並行して配列せしめて、これら強化繊維糸条の配向を保持しつつ低融点熱可塑性ポリマーを当接せしめてシート状にした強化繊維シート基材を形成する一方、
この強化繊維シート基材を前記低融点熱可塑ポリマーの融点以上の温度に加熱して溶融させ、強化繊維糸条同士を当該低融点熱可塑性ポリマーにより接着して、シート形態を安定ならしめた後、
前記強化繊維シート基材に電離性放射線を照射して、前記低融点熱可塑ポリマー(P)の溶融温度を高めることによって、強化繊維基材の目ズレやほつれを防止して形態安定性を持たせることができ、FRPの機械的特性および耐熱性にも優れた強化繊維基材を製造することができる。
In the present invention, a plurality of reinforcing fiber yarns are arranged in parallel, and a low-melting point thermoplastic polymer is brought into contact with each other while maintaining the orientation of these reinforcing fiber yarns to form a sheet. While forming the material,
After the reinforcing fiber sheet substrate is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting thermoplastic polymer and melted, and the reinforcing fiber yarns are bonded to each other with the low-melting thermoplastic polymer to stabilize the sheet form. ,
Irradiating the reinforcing fiber sheet substrate with ionizing radiation to increase the melting temperature of the low-melting-point thermoplastic polymer (P), thereby preventing misalignment and fraying of the reinforcing fiber substrate and having shape stability. It is possible to produce a reinforced fiber substrate excellent in mechanical properties and heat resistance of FRP.
したがって、本発明の強化繊維基材の製造方法によれば、強化繊維糸条を所定の配向に保持させ、低融点の熱可塑ポリマーで強化繊維同士(または強化繊維糸条と補助挿入糸や補助材)を接着させた後に、電離性放射線の照射により低融点熱可塑性ポリマーの溶融温度を高めている(完全融解を遅らせている)ので、低い熱処理温度で確実に接着できると同時に、耐熱性に優れた基材ならびにその基材を用いたプリフォームを成形することができる。 Therefore, according to the method for producing a reinforcing fiber base material of the present invention, the reinforcing fiber yarns are held in a predetermined orientation, and the reinforcing fibers are reinforced with thermoplastic polymers having a low melting point (or the reinforcing fiber yarns and auxiliary insertion yarns or auxiliary yarns). After melting the material, the melting temperature of the low-melting point thermoplastic polymer is increased by irradiation with ionizing radiation (complete melting is delayed). An excellent substrate and a preform using the substrate can be molded.
また、電離性放射線の照射による低融点熱可塑ポリマーが架橋し、ポリマーの吸水性が低下するので複合材料内での氷解の繰り返しによるマイクロクラック現象が防げ、信頼性のある複合材料用基材となる。 In addition, the low-melting point thermoplastic polymer is cross-linked by irradiation with ionizing radiation, and the water absorption of the polymer is reduced, so that the microcrack phenomenon caused by repeated ice melting in the composite material can be prevented, and a reliable base material for composite material can be obtained. Become.
さらには、ポリマーの架橋により耐溶剤性が向上するので、扁平糸織物のウエットプリプレグ加工において、希釈溶剤に対して糸幅保持目的の接着ポリマーが溶解し難くなり、織糸が表面張力で収束してメッシュ状になるのを防げ、目空きのない高品質なウエットプリプレグ用の基材となることから、産業上の利用価値は頗る大きいと云える。 Furthermore, since the solvent resistance is improved by cross-linking of the polymer, in the wet prepreg processing of the flat yarn fabric, the adhesive polymer for maintaining the yarn width becomes difficult to dissolve in the diluted solvent, and the weaving yarn converges with the surface tension. Therefore, it can be said that the industrial utility value is very large because it becomes a high-quality wet prepreg base material with no mesh space.
本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて、更に詳細に説明すると、次のとおりである。 The mode for carrying out the present invention will be described in more detail with reference to the drawings specifically illustrated as follows.
本発明の実施形態を図1から図7に基づいて説明する。図1中、符号1で指示するものは強化繊維糸条(マルチフィラメント)であり、また、符号2で指示するものは補助挿入糸であり、更にまた、符号3で指示するものは鎖編地糸である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, the reference numeral 1 indicates a reinforcing fiber yarn (multifilament), the reference numeral 2 indicates an auxiliary insertion yarn, and the reference numeral 3 indicates a chain knitted fabric. It is a thread.
しかして、本実施形態の製造方法を以下に説明する。まず、複数の強化繊維糸条1・1…を並行して配列せしめて、これら強化繊維糸条1・1…の配向を保持しつつ低融点熱可塑性ポリマーPを当接せしめてシート状にした強化繊維シート基材Sを形成する。 Therefore, the manufacturing method of this embodiment will be described below. First, a plurality of reinforcing fiber yarns 1, 1... Are arranged in parallel, and the low melting thermoplastic polymer P is brought into contact with each other while maintaining the orientation of the reinforcing fiber yarns 1, 1. A reinforcing fiber sheet substrate S is formed.
本実施形態のシート基材Sの形成手段としては、公知の経編技術や織物技術、または接着シート技術により強化繊維糸条1の配列を保持する手段を採用する。 As a means for forming the sheet base material S of the present embodiment, a means for holding the arrangement of the reinforcing fiber yarns 1 by a known warp knitting technique, woven technique, or adhesive sheet technique is adopted.
また、低融点熱可塑性ポリマーPは、粒状、糸状、布帛状の形をしたものや、あるいは低融点熱可塑性ポリマーPが補助挿入糸2などにコーティングやカバーリングされた形で、強化繊維糸条1の表面に当接した状態で配設する。 The low-melting point thermoplastic polymer P may be in the form of granules, yarns, or fabrics, or the low-melting point thermoplastic polymer P may be coated or covered on the auxiliary insertion yarn 2 or the like, and the reinforcing fiber yarns. It arrange | positions in the state contact | abutted to 1 surface.
そして、強化繊維糸条1は、強化繊維を扁平に並列して所要幅に束ねられたマルチフィラメントであって、使用材料としては、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で構成することができる。 The reinforcing fiber yarn 1 is a multifilament in which reinforcing fibers are arranged in parallel and are bundled in a required width, and usable materials include carbon fiber, glass fiber and aramid fiber, polyester fiber, polyamide fiber, and polyolefin. It can be composed of one kind or plural kinds selected from fiber, vinylon fiber, boron fiber, and ceramic fiber.
なかでも炭素繊維は、プリフォームにする際のマトリックス樹脂(matrix-resin)との接着性が良く、引張強度や引張弾性率等の機械的特性に優れていることから、FRP成形体の軽量化も図れるので好ましい。 In particular, carbon fiber has good adhesion to the matrix resin (matrix-resin) when making it into a preform, and has excellent mechanical properties such as tensile strength and tensile modulus. Is also preferable.
また、経編地を構成する鎖編地糸3(経方向に配置)としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維やポリスルホン繊維などの高融点または高張力繊維を使用することができ、必要に応じて、導電性、吸放湿性、抗菌性などの機能を有する材料や金属線材を使用することもできる。また、エポキシ系樹脂に溶融する熱可塑性樹脂材料(例えば、ポリヒドロキシエーテルなど)からなる糸を採用することもできる。 Further, as the chain knitted fabric yarn 3 (arranged in the warp direction) constituting the warp knitted fabric, a high melting point or high tension fiber such as polyester fiber, polyamide fiber, polyolefin fiber, vinylon fiber, glass fiber, aramid fiber or polysulfone fiber is used. If necessary, a material having a function such as conductivity, moisture absorption / release properties, and antibacterial properties, or a metal wire can be used. Moreover, the thread | yarn which consists of a thermoplastic resin material (for example, polyhydroxy ether etc.) fuse | melted with an epoxy resin is also employable.
また、経編地を構成する補助挿入糸2(緯方向に配置)は、図2に示すように、前記鎖編地糸3の材料として挙げたものの中から選択された糸を芯糸22とし、その芯糸22の周りに低融点熱可塑性ポリマー製糸21を巻回したカバーリング加工糸にすることができる。 Further, as shown in FIG. 2, the auxiliary insertion yarn 2 (arranged in the weft direction) constituting the warp knitted fabric is a yarn selected from the materials listed as the material of the chain knitted fabric yarn 3 as a core yarn 22. The covering yarn can be made by winding a low melting thermoplastic polymer yarn 21 around the core yarn 22.
なお、補助挿入糸2は、前記のようなカバーリング加工糸にする必要はなく、鎖編地糸3の材料として挙げたものと低融点熱可塑性ポリマー製糸との引きそろえ糸であっても良い。また、本実施形態では、糸状の低融点熱可塑性ポリマーPを使用し、補助挿入糸2と同じ組織で編成しているが、これに限定する必要はなく、並行に配列された鎖編組織間に強化繊維糸状1の繊維束と平行に挿入しても良い。 The auxiliary insertion yarn 2 does not need to be a covering yarn as described above, and may be an alignment yarn made of the material of the chain knitted fabric yarn 3 and a low melting point thermoplastic polymer yarn. . In the present embodiment, the yarn-like low-melting point thermoplastic polymer P is used and knitted with the same structure as that of the auxiliary insertion thread 2. However, the present invention is not limited to this. May be inserted in parallel with the fiber bundle of the reinforcing fiber yarn 1.
次いで、上記のように構成したシート基材Sを、低融点熱可塑ポリマーPの融点以上の温度で加熱処理し、強化繊維糸条1・1同士(および強化繊維糸条1と補助挿入糸2)を低融点熱可塑ポリマーPにより接着する。 Next, the sheet substrate S configured as described above is heat-treated at a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting point thermoplastic polymer P, and the reinforcing fiber yarns 1 and 1 (and the reinforcing fiber yarns 1 and the auxiliary insertion yarns 2). ) With a low melting thermoplastic polymer P.
本実施形態に用いる低融点熱可塑性ポリマーPとしては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリオレフィン系のものであるが、中でも少量でも強い接着力が得られる共重合ナイロンが好ましく、さらには融着させるときに高温加熱装置を必要としない低融点の共重合ナイロンが好ましい。 The low-melting point thermoplastic polymer P used in the present embodiment is a polyester, polyamide, polyacrylonitrile, or polyolefin type, and among them, a copolymer nylon that provides a strong adhesive force even in a small amount is preferable. A low melting point copolymer nylon that does not require a high-temperature heating device when worn is preferred.
本実施形態では、接着剤として低融点熱可塑ポリマーPを用いているので、比較的低い温度でポリマーを溶融状態にすることができるため、省エネ効果と強化繊維に悪影響を及ぼさない効果がある。 In the present embodiment, since the low-melting point thermoplastic polymer P is used as the adhesive, the polymer can be brought into a molten state at a relatively low temperature, so that there is an energy saving effect and an effect that does not adversely affect the reinforcing fiber.
また、接着効果としてシート基材に形態安定性を持たせることができ、シート基材を加工するために乱雑に扱ったりしても規則正しく配列された強化繊維糸条が乱れることがないので、複合材料に成形する際に強化繊維の有する強度特性を十分に発揮させることができるし、シート基材を複雑にカットしても強化繊維が解れるようなことがなく、高い作業効率となるメリットがある。 In addition, the sheet base material can have form stability as an adhesive effect, and even if the sheet base material is processed randomly, the regularly arranged reinforcing fiber yarns are not disturbed. The strength characteristics of the reinforcing fiber can be fully demonstrated when molding into the material, and the reinforcing fiber is not unraveled even if the sheet base material is cut in a complicated manner, which has the advantage of high working efficiency. is there.
そして、低融点熱可塑ポリマーP(製糸)の融点以上の温度で加熱処理を行うことにより、図3に示すように溶融された低融点熱可塑ポリマーP(製糸)は、表面張力により点状、または不連続な線状の塊となって強化繊維糸条1と補助挿入糸2の交点を接着し、強化繊維糸条1の配列を強固に保持することができる。 Then, by performing a heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting point thermoplastic polymer P (yarn making), the low-melting point thermoplastic polymer P (yarn making) as shown in FIG. Alternatively, the intersection of the reinforcing fiber yarns 1 and the auxiliary insertion yarns 2 can be bonded as a discontinuous linear lump so that the arrangement of the reinforcing fiber yarns 1 can be firmly held.
なお、低融点熱可塑ポリマーPの形態としては繊維状に限定されることなく、粒子状、布帛状、あるいはフィルム状の低融点熱可塑性ポリマーPを基材面上に配置させ、加熱処理することも含まれる。 The form of the low-melting point thermoplastic polymer P is not limited to the fiber form, and the low-melting point thermoplastic polymer P in the form of particles, fabrics, or films is disposed on the substrate surface and heat-treated. Is also included.
また、本実施形態では、低融点熱可塑性ポリマーPの融点としては80〜180°であることが好ましく、さらに好ましい範囲としては80〜150℃である。ポリマーPの融点は、接着工程においてできる限り低い方が低温加熱、または加工速度アップに繋がり加工費の低減が望めるし、シート基材を複数枚積層して加熱により接着させるプリフォーム加工においても加熱時間の短縮となり、生産性が向上する。 Moreover, in this embodiment, it is preferable that it is 80-180 degrees as melting | fusing point of the low melting point thermoplastic polymer P, and it is 80-150 degreeC as a more preferable range. The lower melting point of the polymer P is as low as possible in the bonding process, which leads to lower temperature heating or increased processing speed, and can be expected to reduce processing costs. Heating is also performed in preform processing in which a plurality of sheet base materials are laminated and bonded by heating. Time is shortened and productivity is improved.
しかし、融点が80℃以下であると、ガラス転移点も比較的低く、高い雰囲気温度(例えば夏季の高気温時等)によりポリマーが溶融しなくても柔軟となり、接着強度が低下して強化繊維の配列が乱れ易くなるし、成形時の硬化温度で溶出したり、あるいは硬化を阻害するおそれがあるため、低融点熱可塑性ポリマーPの融点は80℃以上であることが好ましい。 However, when the melting point is 80 ° C. or lower, the glass transition point is relatively low, and the polymer is flexible even if the polymer does not melt due to high atmospheric temperature (for example, at high temperatures in summer), and the reinforcing strength is reduced by reducing the adhesive strength. The melting point of the low-melting point thermoplastic polymer P is preferably 80 ° C. or higher, since the arrangement of the low-melting point thermoplastic polymer P is liable to be disturbed and may be eluted at the curing temperature at the time of molding or may inhibit the curing.
一方、強化繊維シート基材Sにおける接着効果や複合材料に成形した際の物性においては、融点が高い程好ましいが、強化繊維等に用いられているサイジング剤、あるいはカップリング剤は、加熱時間にもよるが、200℃程度で焼け焦げの現象が見られ、それ以上の温度で加熱することはサイジング剤やカップリング剤の機能を損じるおそれがあるため、融点の最大温度は180℃が限度であり、より好ましくは150℃以下である。 On the other hand, in terms of the adhesive effect in the reinforcing fiber sheet substrate S and the physical properties when molded into a composite material, the higher the melting point, the better. However, the sizing agent or the coupling agent used for the reinforcing fiber or the like is used in the heating time. However, the phenomenon of scorching is seen at about 200 ° C, and heating at higher temperatures may impair the functions of the sizing agent and coupling agent, so the maximum temperature of the melting point is 180 ° C. More preferably, it is 150 degrees C or less.
なお、複合材料として見た場合、強化繊維シート基材Sに含まれる低融点熱可塑ポリマーPは異物となるが、使用量は強化繊維糸条の配列保持機能、あるいはプリフォーム加工時の基材同士の接着機能を果たせれば良く、好ましい含有量の範囲としては、基材重量に対して0.5〜10%である。含有量が0.5%以下であると目的とする接着機能が不十分であり、一方、含有量が10%以上となると接着力が増大するが、複合材料に成形した際の物性低下を招くことからである。 When viewed as a composite material, the low-melting point thermoplastic polymer P contained in the reinforcing fiber sheet substrate S becomes a foreign matter, but the amount used is the function of maintaining the arrangement of reinforcing fiber yarns, or the substrate during preform processing. What is necessary is just to perform the mutual adhesion | attachment function, and as a range of preferable content, it is 0.5 to 10% with respect to a base-material weight. If the content is 0.5% or less, the intended adhesion function is insufficient. On the other hand, if the content is 10% or more, the adhesive force increases, but the physical properties are reduced when molded into a composite material. From that.
次いで、前記接着工程で得られた強化繊維シート基材S(経編地)に電離性放射線を照射して、低融点熱可塑性ポリマーPを架橋させて溶融温度を高める。このように電離性放射線を照射することにより、熱可塑性(共重合)ポリマーの架橋度を所定の範囲内にまで上昇させることによって、溶融温度を上昇させた改質熱可塑性共重合ポリマーとする。 Next, the reinforcing fiber sheet substrate S (warp knitted fabric) obtained in the bonding step is irradiated with ionizing radiation to crosslink the low melting point thermoplastic polymer P to increase the melting temperature. By irradiating with ionizing radiation in this manner, the degree of crosslinking of the thermoplastic (copolymerized) polymer is increased to a predetermined range, thereby obtaining a modified thermoplastic copolymer having an increased melting temperature.
この際、架橋度を上昇させても所定値より低いと、溶融温度を上昇させる効果が得にくくFRP断面より熱可塑性共重合ポリマーが溶出する温度の向上が小さく、高温環境下で熱可塑性共重合ポリマーが溶出してしまい、熱可塑性共重合ポリマーが存在していた箇所がボイドとなってしまうため機械的特性が低下してしまう問題や、成形時に高温で樹脂を硬化させると樹脂が硬化するまでに低融点熱可塑性ポリマーPが溶融し基材の形態安定性がなくなるため強化繊維の配向が乱れ、機械的特性が低くなるという問題がある。 At this time, even if the degree of crosslinking is increased, if it is lower than the predetermined value, it is difficult to obtain the effect of increasing the melting temperature, and the improvement in temperature at which the thermoplastic copolymer is eluted from the FRP cross section is small. The polymer will elute and the location where the thermoplastic copolymer was present will become voids, and the mechanical properties will deteriorate, and if the resin is cured at high temperature during molding, the resin will cure In addition, the low-melting point thermoplastic polymer P is melted and the shape stability of the base material is lost, so that the orientation of the reinforcing fibers is disturbed and the mechanical properties are lowered.
一方、架橋度が所定値よりも高いと熱可塑自体が劣化し、接着力等が低下するため好ましくない。また、架橋度が特に好ましい範囲内にまでの上昇であると、比較的容易に再融着させることができるため、強化繊維シート基材Sを積層した後、加熱して層間を接着することができるため、一体化したプリフォームを作製することもできる。 On the other hand, if the degree of cross-linking is higher than a predetermined value, the thermoplastic itself deteriorates and the adhesive strength and the like are lowered, which is not preferable. Further, when the degree of crosslinking is increased to a particularly preferable range, it can be re-fused relatively easily. Therefore, after the reinforcing fiber sheet substrate S is laminated, the layers can be bonded by heating. Therefore, an integrated preform can be produced.
ここで架橋度の上昇により、粘弾性特性を測定する際に用いられるDMA測定において測定される貯蔵弾性率E’が変化し、融点以上の温度領域において貯蔵弾性率E’が100Pa以下となる溶融温度が上昇する。したがって、前述したように低融点ポリマーの溶出温度が上昇し、FRP断面からの低融点ポリマーの溶出を防ぐことができるため、FRP内部にボイドが生じず機械的特性の低下を防ぐことができる。 Here, due to the increase in the degree of crosslinking, the storage elastic modulus E ′ measured in the DMA measurement used when measuring the viscoelastic properties is changed, and the storage elastic modulus E ′ becomes 100 Pa or less in the temperature range above the melting point. The temperature rises. Therefore, as described above, the elution temperature of the low-melting polymer is increased, and the elution of the low-melting polymer from the FRP cross section can be prevented. Therefore, voids are not generated inside the FRP, and deterioration of mechanical properties can be prevented.
また、低融点ポリマーの好ましい融点は80〜150℃であるが、FRPの一般的なマトリックス樹脂はTg(ガラス転移点)が120℃程度であり、用途により耐熱性が必要とされる場合はTgが更に高い樹脂を使用する。したがって、融点が80℃の低融点ポリマーを使用する場合、マトリックス樹脂のTgと40℃の差があるため融点+40℃以上の温度で貯蔵弾性率E’が100Pa以上となるようにすることが好ましい。 Further, the low melting point polymer preferably has a melting point of 80 to 150 ° C., but a general matrix resin of FRP has a Tg (glass transition point) of about 120 ° C., and Tg when heat resistance is required depending on the application. Use a higher resin. Therefore, when a low melting point polymer having a melting point of 80 ° C. is used, it is preferable that the storage elastic modulus E ′ is 100 Pa or more at a temperature of melting point + 40 ° C. or higher because there is a difference between Tg of the matrix resin and 40 ° C. .
また、プリフォームを作製する際には、層間に熱可塑性共重合ポリマーのメッシュ状織物、不織布、フィルム、粒子などを用いて接着しても良い。これら層間を接着するための熱可塑性共重合ポリマーも、上記の理由からその架橋度を所定範囲まで上昇させて、溶融温度を上昇させることが好ましい。ここで、上記のシートの形態を保持する熱可塑性共重合ポリマーと同じ種類のポリマーである必要はなく、さらには架橋度が所定範囲内である必要もなく、基材に使用される熱可塑性共重合ポリマーの溶融温度以上のポリマーを使用しても良い。さらにこのような溶融温度についての問題点の他、有機溶媒に対する耐性についての問題点も改善できる。 Further, when a preform is produced, a thermoplastic copolymer polymer mesh-like woven fabric, nonwoven fabric, film, particle or the like may be adhered between the layers. It is preferable that the thermoplastic copolymer for adhering these layers also increases the melting temperature by increasing the degree of crosslinking to a predetermined range for the above reasons. Here, it is not necessary to be the same type of polymer as the thermoplastic copolymer that retains the form of the above-mentioned sheet, and further, the degree of cross-linking does not need to be within a predetermined range, and the thermoplastic copolymer used for the substrate is not necessary. You may use the polymer more than the melting temperature of a polymerization polymer. Furthermore, in addition to the problems regarding the melting temperature, problems regarding resistance to organic solvents can be improved.
つまり、特に低融点ナイロンが使用された強化繊維基材を使用して樹脂層に浸漬して樹脂を含浸した後、乾燥工程を経て得ることができる所謂「ウエットプリプレグ」を製造する際、樹脂粘度を低くし含浸性を良くするために有機溶媒で希釈しているが、この有機溶媒によって低融点ナイロンが溶融してしまう問題があった。 In other words, when producing a so-called “wet prepreg” that can be obtained through a drying process after being immersed in a resin layer using a reinforcing fiber substrate in which low-melting nylon is used, The organic solvent is diluted with an organic solvent in order to lower the temperature and improve the impregnation property, but there is a problem that the low melting point nylon is melted by the organic solvent.
すなわち架橋度が上昇しても所定値より小さいと低融点ナイロンがほとんど溶融してしまい、目止め効果が失われて、低粘度樹脂の表面張力によって強化繊維束が収束してメッシュ状になったり、強化繊維基材に与えられた張力や、製造工程の途中にあるガイドローラーとの摩擦により強化繊維基材の強化繊維配向方向がずれてしまったり、あるいはシワが入るといった問題がある。したがって、耐溶剤性の観点からは架橋度が所定範囲以上であることが好ましく、架橋度の上昇が大きいほど有機溶媒に対して溶解しにくくなるため、架橋度が高いほうが良い。 In other words, even if the degree of cross-linking increases, if it is smaller than the predetermined value, the low melting point nylon is almost melted, the sealing effect is lost, and the reinforcing fiber bundle converges into a mesh shape due to the surface tension of the low viscosity resin. Further, there is a problem that the reinforcing fiber orientation direction of the reinforcing fiber base is shifted or wrinkled due to the tension applied to the reinforcing fiber base or friction with the guide roller in the middle of the manufacturing process. Therefore, from the viewpoint of solvent resistance, it is preferable that the degree of crosslinking is not less than a predetermined range, and the higher the degree of crosslinking, the more difficult it is to dissolve in an organic solvent.
以上のことから、強化繊維基材の用途に応じて架橋度の上昇を所定値以上かつ所定範囲内になるように設計する必要があり、低融点熱可塑性ポリマーPの架橋度は、融点+40℃以上の温度まで加熱された場合でも、100Pa以上の貯蔵弾性率E’を保てるように設定するのが好ましい。なお、架橋度の調整は、電子線照射処理によって行うことができる。 From the above, it is necessary to design the degree of cross-linking to be higher than a predetermined value and within a predetermined range according to the use of the reinforcing fiber base material. The cross-linking degree of the low melting point thermoplastic polymer P is the melting point + 40 ° C. Even when heated to the above temperature, it is preferable to set so that a storage elastic modulus E ′ of 100 Pa or more can be maintained. The degree of crosslinking can be adjusted by electron beam irradiation treatment.
また、電子線照射処理を行う際、その電子線の吸収線量を所定範囲にすることが好ましい。吸収線量が小さ過ぎると、低融点熱可塑性ポリマーPに架橋を発生させる効果が小さくなり、所望の好ましい架橋度を得ることができない。つまり、FRP断面より熱可塑性共重合ポリマーが溶出する温度を向上させる効果が得にくい。一方、吸収線量が大き過ぎると、熱可塑性共重合ポリマーが黄変したり収縮したりするため好ましくない。 Moreover, when performing an electron beam irradiation process, it is preferable to make the absorbed dose of the electron beam into a predetermined range. If the absorbed dose is too small, the effect of causing crosslinking in the low-melting point thermoplastic polymer P becomes small, and a desired preferable degree of crosslinking cannot be obtained. That is, it is difficult to obtain the effect of improving the temperature at which the thermoplastic copolymer is eluted from the FRP cross section. On the other hand, if the absorbed dose is too large, the thermoplastic copolymer polymer will turn yellow or shrink, which is not preferable.
なお、電子線の照射条件においては、加速電圧Eが次式(式1)を満たすように照射することが好ましい。
ここで、電子線照射では、設定した照射量に対し、被照射物である強化繊維基材またはプリフォームの厚み方向への吸収線量分布は小さくなるため、加速電圧Eの大きさにより厚み方向への吸収線量を調整することが好ましい。すなわち、加速電圧Eは被照射物の厚み方向への吸収線量に依存し、(式1)の右辺よりも加速電圧が小さいと電子線照射側面と比較して逆面側において電子線吸収量が少なく、低融点熱可塑性ポリマーPの溶融温度上昇のバラツキが大きく、厚み方向で熱可塑性共重合ポリマーの溶融温度が異なってしまう。また、被照射物の厚みが厚すぎると電子線照射側面と逆側面で吸収線量が少なすぎて溶融温度を上昇させる効果が得られない。したがって加速電圧Eは(式1)の右辺よりも大きくなることが好ましい。 Here, in the electron beam irradiation, the absorbed dose distribution in the thickness direction of the reinforced fiber base material or preform that is the object to be irradiated becomes smaller with respect to the set irradiation amount. It is preferable to adjust the absorbed dose. That is, the acceleration voltage E depends on the absorbed dose in the thickness direction of the object to be irradiated, and if the acceleration voltage is smaller than the right side of (Equation 1), the amount of electron beam absorption on the opposite surface side compared to the electron beam irradiation side surface. There are few variations in the melting temperature rise of the low-melting point thermoplastic polymer P, and the melting temperature of the thermoplastic copolymer varies in the thickness direction. On the other hand, if the thickness of the irradiated object is too thick, the absorbed dose is too small on the side opposite to the electron beam irradiation side and the effect of increasing the melting temperature cannot be obtained. Therefore, the acceleration voltage E is preferably larger than the right side of (Equation 1).
電子線照射の方法としては、被照射物の厚さt′に対し(式1)を満たす加速電圧E′により被照射物の片側から照射してもよいし、また、例えば、厚さ2t′の被照射物の両面から加速電圧E′により電子線照射する両面照射をしても良い。両面照射の場合は、被照射物に対し、(式1)を満たす加速電圧Eの1/2の加速電圧でよいので、特に厚みのある被照射物に対しては効果的に電子線照射が行える。照射方法や照射条件は被照射物の厚さや電子線照射装置の仕様に応じて適宣選択することができる。 As an electron beam irradiation method, irradiation may be performed from one side of the irradiated object with an acceleration voltage E ′ satisfying (Equation 1) with respect to the thickness t ′ of the irradiated object. Double-sided irradiation may be performed by irradiating an electron beam from both sides of the object to be irradiated with an acceleration voltage E ′. In the case of double-sided irradiation, an accelerating voltage that is ½ of the accelerating voltage E that satisfies (Equation 1) may be sufficient for the irradiated object, so that the electron beam irradiation can be effectively performed especially on a thick irradiated object Yes. The irradiation method and irradiation conditions can be appropriately selected according to the thickness of the object to be irradiated and the specifications of the electron beam irradiation apparatus.
さらにまた、電子線照射工程において1回の照射あたりの電子線照射量Dが強化繊維基材に使用されている各材料において次式を満たし、この条件を満たすよう繰り返し照射して電子線照射線量Dの和が前述した電子線の吸収線量を所定範囲200〜1000kGyとすることが好ましい。照射線量が200kGy以下の場合、低融点ポリマーの溶融温度を上昇させる効果を得難い。また1000kGy以上の場合、電子線照射工程を何度も繰り返し行う必要があるため生産性が悪いことや、低融点ポリマーの種類によっては十分に架橋されてそれ以上の効果が得難くくなったり、またそれ自身が劣化を起こしてしまうといった問題がある。より好ましくは250〜600kGyである。
なお、電子線のエネルギーにより被照射物が昇温するため、基材に使用されている各材料の融点や比熱を考慮し、電子線により与えられるエネルギーによる温度上昇が材料の融点と室温の差より小さくなければならない。 In addition, since the irradiated object is heated by the energy of the electron beam, the temperature rise due to the energy given by the electron beam is the difference between the melting point of the material and the room temperature in consideration of the melting point and specific heat of each material used for the substrate. Must be smaller.
すなわち右辺が左辺(材料の融点と室温の差)より大きいと、右辺が大きい材料においては、融点を超えてしまうためシート基材の形態を維持できず、形態安定性が失われ、結果的に強化繊維糸条の配向方向が乱れてしまい基材の機械的特性が低下し好ましくない。したがって強化繊維基材に使用されているすべての材料において(式2)を満たすような電子線照射量Dにより繰り返し照射して、電子線照射線量Dの和が前述した電子線の吸収線量とすることが好ましい。 In other words, if the right side is larger than the left side (difference between the melting point of the material and room temperature), the material of the large right side exceeds the melting point, so the form of the sheet base material cannot be maintained, and the form stability is lost. The orientation direction of the reinforcing fiber yarn is disturbed, and the mechanical properties of the base material are deteriorated. Therefore, all the materials used for the reinforcing fiber substrate are repeatedly irradiated with the electron beam irradiation dose D satisfying (Equation 2), and the sum of the electron beam irradiation doses D becomes the above-mentioned absorbed dose of electron beams. It is preferable.
さらにまた、電子線照射して得られた熱可塑性共重合ポリマーの平衡水分率(JIS L1013)を、所定範囲内に調整することが好ましい。この平衡水分率が大きいと水分を吸収しやすいため、例えば比較的吸水性が高い共重合ナイロンを使用した強化繊維基材からFRPを成形すると、水分により樹脂の硬化が不十分であったり、水分が蒸発してボイドとなるため、得られるFRPの機械的特性は低下し高品質なFRPとならない。また、FRP内に水分残存し低温や常温、または高温環境下に繰り返し曝され、氷解を繰り返すとマイクロクラックが発生し、信頼性のある材料に成り得ない。したがって平衡水分率は、できるだけ小さい方が好ましい。 Furthermore, it is preferable to adjust the equilibrium moisture content (JIS L1013) of the thermoplastic copolymer obtained by electron beam irradiation within a predetermined range. If this equilibrium moisture content is large, it is easy to absorb moisture. For example, when FRP is molded from a reinforced fiber base material using a copolymer nylon with relatively high water absorption, the resin is not sufficiently cured by moisture, Evaporates into voids, the mechanical properties of the resulting FRP deteriorate and do not become high-quality FRP. In addition, moisture remains in the FRP and is repeatedly exposed to a low temperature, a normal temperature, or a high temperature environment. When ice melting is repeated, microcracks are generated, and a reliable material cannot be obtained. Therefore, the equilibrium moisture content is preferably as small as possible.
本実施形態では、シート基材の形成工程において強化繊維を一方向に配列した経編の強化繊維基材を挙げているが、基材の形態は必ずしも上述したような強化経編基材に限定されるものではなく、図4に示すように強化繊維糸条1を一方向に配列したたて糸と補助挿入糸2のよこ糸を交錯し、その交点を低融点熱可塑ポリマーPで接着した一方向織物を構成したものでも良い。 In the present embodiment, a warp knitted reinforcing fiber base in which reinforcing fibers are arranged in one direction in the sheet base forming process is mentioned, but the form of the base is not necessarily limited to the above-described reinforcing warp knitted base. However, as shown in FIG. 4, a unidirectional woven fabric in which warp yarns in which reinforcing fiber yarns 1 are arranged in one direction and weft yarns of auxiliary insertion yarns 2 are crossed and the intersections are bonded with a low-melting point thermoplastic polymer P. It may be configured.
また、図5に示すように、たて糸の強化繊維糸条1とよこ糸の強化繊維糸条1とを互い交錯し、その交点を低融点熱可塑ポリマーPで接着した二方向織物を構成したものであっても良いし、更にまた、図6に示すように一方向に配列した強化繊維糸条1を低融点熱可塑ポリマーPが付着したネット材4に接着して一体化した接着シートを構成したものでも良い。 Further, as shown in FIG. 5, a warp reinforcing fiber yarn 1 and a weft reinforcing fiber yarn 1 are interlaced with each other, and a bi-directional woven fabric in which the intersection is bonded with a low-melting point thermoplastic polymer P is configured. Furthermore, as shown in FIG. 6, an adhesive sheet was formed by adhering the reinforcing fiber yarns 1 arranged in one direction to the net material 4 to which the low melting point thermoplastic polymer P was adhered. Things can be used.
さらには強化繊維糸条1を並行に揃えたシート基材S・S…および最上層に低融点熱可塑ポリマーPからなる不織布を積層してステッチ糸5で一体化して、熱処理後に不織布を溶融させてポリマーの塊を表面に散乱させた接着多軸基材のような構成も含まれる。 Furthermore, a sheet base material S · S in which the reinforcing fiber yarns 1 are arranged in parallel and a non-woven fabric made of a low-melting point thermoplastic polymer P are laminated on the uppermost layer and integrated with the stitch yarn 5, and the non-woven fabric is melted after heat treatment. A configuration such as an adhesive multiaxial base material in which polymer lumps are scattered on the surface is also included.
さらにまた、強化繊維糸条を鎖編地糸や挿入糸の材質として使用して編成した強化繊維編物であっても良い。 Furthermore, a reinforced fiber knitted fabric knitted using a reinforcing fiber yarn as a material for a chain knitted fabric yarn or an insertion yarn may be used.
以上のような製造工程によって製造した強化繊維基材は、従来、基材に含む低融点熱可塑ポリマーの低い溶融温度が起因する高温雰囲気下での溶出問題や、高温成形時の基材の乱れによる成形加工品の物性低下などが大幅に改善されるのである。 Reinforced fiber base materials manufactured by the manufacturing process as described above are conventionally dissolved in a high temperature atmosphere due to the low melting temperature of the low melting point thermoplastic polymer contained in the base material, and the base material is disturbed during high temperature molding. The deterioration of the physical properties of the molded product due to this is greatly improved.
下記の材料を使用し、123本の強化繊維束と鎖編地糸をウェール間隔が4.2mmピッチになるように配置し、挿入糸を6mmピッチに振り、強化繊維基材の片面の挿入糸(バック側挿入糸)に熱可塑性共重合ポリマー製糸をカバーリングした糸を使用して強化繊維基材を編成し、加熱処理により熱可塑性共重合ポリマー製糸を溶融して鎖編地糸と挿入糸および強化繊維を接着させて強化繊維基材を得た後、電子線照射により熱可塑性共重合ポリマーの吸収線量を200kGyとしたの本発明の強化繊維基材(以下、「実施例1」という)を作製した。 Using the following materials, 123 reinforcing fiber bundles and chain knitted fabric yarn are arranged so that the wale interval is 4.2 mm pitch, and the insertion yarn is swung to 6 mm pitch, and the insertion yarn on one side of the reinforcing fiber base material A knitted reinforcing fiber base material is knitted using a yarn covered with a thermoplastic copolymer polymer yarn for (back side insertion yarn), and the thermoplastic copolymer polymer yarn is melted by heat treatment to form a chain knitted fabric yarn and an insertion yarn. The reinforcing fiber substrate of the present invention in which the absorbed dose of the thermoplastic copolymer was set to 200 kGy by electron beam irradiation (hereinafter referred to as “Example 1”) Was made.
本実施例では、強化繊維シート基材Sに対し、単位照射量の電離性放射線を複数回照射する。具体的には、電子線照射を行う際に、照射量を100kGyに設定し、2回照射することで吸収線量200kGyの強化繊維基材を得た。 In this embodiment, the reinforcing fiber sheet substrate S is irradiated with a unit dose of ionizing radiation a plurality of times. Specifically, when electron beam irradiation was performed, the irradiation amount was set to 100 kGy, and irradiation was performed twice to obtain a reinforced fiber base material having an absorbed dose of 200 kGy.
<実施例1の材料条件>
1)強化繊維束;12000本のマルチフィラメントからなる800テックスの炭素繊維束、2)鎖編地糸;33デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸、3)フロント挿入糸;33デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸、4)バック挿入糸;33デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸に融点が110℃の共重合ナイロン樹脂からなる、繊度が56デシテックスのマルチフィラメント糸をカバーリングしたカバーリング糸
<Material conditions of Example 1>
1) Reinforced fiber bundle: 800 tex carbon fiber bundle made up of 12,000 multifilaments, 2) Chain knitted fabric yarn: Polyester fiber yarn made up of 33 decitex multifilament, 3) Front insertion yarn; From 33 decitex multifilament Polyester fiber yarn, 4) Back insertion yarn; Covering yarn comprising polyester fiber yarn made of 33 dtex multifilament and copolymer nylon resin having a melting point of 110 ° C., covering a multifilament yarn having a fineness of 56 dtex
また同様に、電子線照射量を300kGy、400kGyとして「実施例2」「実施例3」の本発明の強化繊維基材を作製した。電子線照射条件も同様に100kGyに設定しそれぞれ3回と4回の照射を行った。 Similarly, the reinforcing fiber base materials of the present invention of “Example 2” and “Example 3” were prepared with electron beam irradiation doses of 300 kGy and 400 kGy. Similarly, the electron beam irradiation condition was set to 100 kGy, and irradiation was performed 3 times and 4 times, respectively.
また、比較例として、上記製造方法と同様に電子線照射量0kGyすなわち電子線照射なしと、100kGy照射したものをそれぞれ「比較例1」、「比較例2」として製造した。 Moreover, as a comparative example, the electron beam irradiation amount of 0 kGy, that is, no electron beam irradiation and 100 kGy irradiation were manufactured as “Comparative Example 1” and “Comparative Example 2”, respectively, in the same manner as the above manufacturing method.
そして、これらの強化繊維基材をそれぞれ250×250mmに切り出し、成形型に強化繊維が同じ方向になるように6枚積層し、その上をフィルムで覆い、真空下でエポキシ樹脂を含浸した後、樹脂を加熱硬化してFRP板を作製した。このFRP板を50×50mmに切断し、オーブン内に入れてFRP断面より共重合ナイロンが溶出するかを観察した。オーブン内の温度はナイロン糸の融点である110℃から5℃ずつ上昇させて、各温度雰囲気中に30分間FRPを入れて、溶出する温度を測定した結果を[表1]に示す。 And after cutting out each of these reinforcing fiber bases to 250 × 250 mm, laminating 6 sheets so that the reinforcing fibers are in the same direction in the mold, covering the top with a film, and impregnating the epoxy resin under vacuum, The resin was heated and cured to produce an FRP plate. This FRP plate was cut into 50 × 50 mm, put in an oven, and observed whether the copolymer nylon was eluted from the FRP cross section. The temperature in the oven is raised by 5 ° C. from 110 ° C., which is the melting point of the nylon yarn, FRP is put in each temperature atmosphere for 30 minutes, and the elution temperature is measured.
以上より、吸収線量が大きいほど、溶出温度が上昇していることがわかった。
これは電子線照射によりナイロン糸の架強度が上昇し、溶融温度が上昇しているためである。
From the above, it was found that the elution temperature increased as the absorbed dose increased.
This is because the rack strength of the nylon yarn is increased by the electron beam irradiation, and the melting temperature is increased.
<DMAによる貯蔵弾性率測定>
次に本実施例において使用したナイロン繊維を金型に投入し、溶融させて冷却して厚み0.5mmの平板を作製した。次いで強化繊維シート基材同様に電子線照射して、電子線照射量200kGy、300kGy、400kGy、600kGyのサンプルを作成し、それぞれ「実施例N1」「実施例N2」「実施例N3」「実施例N4」とし、同様に電子線照射量0kGy(電子線照射なし)と、100kGy照射したものをそれぞれ「比較例N1」「比較例N2」とし、DMA測定機の冶具に収まるサイズに裁断した。
<Storage elastic modulus measurement by DMA>
Next, the nylon fiber used in this example was put into a mold, melted and cooled to produce a flat plate having a thickness of 0.5 mm. Next, the sample was irradiated with an electron beam in the same manner as the reinforcing fiber sheet base material, and samples with electron beam doses of 200 kGy, 300 kGy, 400 kGy, and 600 kGy were prepared. N4 ”was similarly irradiated with an electron beam dose of 0 kGy (no electron beam irradiation) and 100 kGy, and“ Comparative Example N1 ”and“ Comparative Example N2 ”were cut into sizes that fit in the jig of the DMA measuring machine.
そして、これらをDMA測定機で周波数1Hzの振動を与えながら昇温速度2℃/min昇温したときの貯蔵弾性率E’を測定した。その結果を、「比較例N1」「比較例N2」「実施例N1」については図8に、「実施例N2」「実施例N3」「実施例N4」については図9に示す。なお、測定温度範囲は−50℃〜150℃とした。 Then, the storage elastic modulus E 'was measured when the temperature was increased by 2 [deg.] C./min while applying a vibration at a frequency of 1 Hz with a DMA measuring device. The results are shown in FIG. 8 for “Comparative Example N1”, “Comparative Example N2”, and “Example N1”, and FIG. 9 for “Example N2”, “Example N3”, and “Example N4”. The measurement temperature range was −50 ° C. to 150 ° C.
図8,9に示す測定結果では、比較例N1、N2においては融点+40℃より低い温度領域でE’が100Pa以下となっている一方、実施例N1の200kGyでは挙動の変化が大きいが、E’が100Pa以上となっている。また、実施例N2、N3、N4と電子線照射量が増加していくと、融点以上での貯蔵弾性率が高くなっている。したがって、電子線照射量を増加させると溶融温度が高くなり、[表1]の結果に繋がることが推察できる。 In the measurement results shown in FIGS. 8 and 9, in Comparative Examples N1 and N2, E ′ is 100 Pa or less in the temperature range lower than the melting point + 40 ° C., whereas the change in behavior is large at 200 kGy of Example N1, but E 'Is 100 Pa or more. Moreover, when Examples N2, N3, and N4 and the amount of electron beam irradiation increase, the storage elastic modulus above melting | fusing point becomes high. Therefore, it can be inferred that increasing the electron beam dose increases the melting temperature and leads to the results of [Table 1].
1 強化繊維糸条
2 補助挿入糸
21 カバーリング糸
22 芯糸
3 鎖編地糸
4 ネット材
5 ステッチ糸
S 強化繊維シート基材
LS 積層基材
P 低融点熱可塑ポリマー
1 Reinforcing fiber yarn 2 Auxiliary insertion yarn
21 Covering thread
22 Core yarn 3 Chain knitted fabric yarn 4 Net material 5 Stitch yarn S Reinforced fiber sheet substrate LS Laminated substrate P Low melting point thermoplastic polymer
Claims (10)
この強化繊維シート基材(S)を前記低融点熱可塑ポリマー(P)の融点以上の温度に加熱して溶融させ、強化繊維糸条(1・1)同士もしくは強化繊維糸条と補助糸を当該低融点熱可塑性ポリマー(P)により接着して、シート形態を安定ならしめた後、
前記強化繊維シート基材(S)に電離性放射線を照射して、前記低融点熱可塑ポリマー(P)の溶融温度を高めることを特徴とする強化繊維基材の製造方法。 A plurality of reinforcing fiber yarns (1...) Are arranged in parallel, and the low-melting point thermoplastic polymer (P) is brought into contact with each other while maintaining the orientation of these reinforcing fiber yarns (1. While forming a reinforcing fiber sheet substrate (S) in the form of a sheet,
This reinforcing fiber sheet substrate (S) is heated and melted to a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting point thermoplastic polymer (P), and the reinforcing fiber yarns (1.1) or the reinforcing fiber yarns and auxiliary yarns After adhering with the low melting point thermoplastic polymer (P) and stabilizing the sheet form,
Irradiating ionizing radiation to the reinforcing fiber sheet substrate (S) to increase the melting temperature of the low-melting-point thermoplastic polymer (P).
これら強化繊維糸条(1)と補助挿入糸(2)とを低融点熱可塑性ポリマー(P)により接着することを特徴とする請求項1または2記載の強化繊維基材の製造方法。 The low-melting-point thermoplastic polymer (P) is obtained by maintaining the orientation of the reinforcing fiber yarns (1...) With the auxiliary insertion yarns (2). While forming the reinforcing fiber sheet base material (S) in contact with the sheet,
The method for producing a reinforcing fiber substrate according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fiber yarn (1) and the auxiliary insertion yarn (2) are bonded by a low-melting point thermoplastic polymer (P).
低融点熱可塑性ポリマー(P)を糸条または布帛または粉末の形態で、シートの最外層の少なくとも片面に配置することを特徴とする請求項1〜6の何れか一つに記載の強化繊維基材の製造方法。 A plurality of reinforcing fiber sheet substrates (S) in which the reinforcing fiber yarns (1.1,...) Are arranged in parallel, and the reinforcing fiber yarn substrates (1) of these reinforcing fiber sheet substrates (S) are at different angles. While forming a laminated base material (LS) by laminating and integrating by multi-axis stitching means,
The reinforcing fiber group according to any one of claims 1 to 6, wherein the low-melting point thermoplastic polymer (P) is arranged on at least one side of the outermost layer of the sheet in the form of a yarn, a fabric or a powder. A method of manufacturing the material.
この強化繊維シート基材(S)の強化繊維糸条(1・1)同士を当該低融点熱可塑性ポリマー(P)により接着されており、
前記強化繊維シート基材(S)に電離性放射線が照射された強化繊維シート材に前記低融点熱可塑ポリマー(P)の溶融温度が融点より40℃以上高められていることを特徴とする強化繊維基材。 A plurality of reinforcing fiber yarns (1... 1) are arranged in parallel, and the low-melting point thermoplastic polymer (P) is brought into contact with the reinforcing fiber yarns (1. While the reinforcing fiber sheet base material (S) made into a sheet is formed,
The reinforcing fiber sheet base (S) is bonded to the reinforcing fiber yarns (1.1) with the low-melting point thermoplastic polymer (P),
Reinforcement characterized in that the melting temperature of the low-melting point thermoplastic polymer (P) is higher than the melting point by 40 ° C. or more on the reinforcing fiber sheet material in which the reinforcing fiber sheet substrate (S) is irradiated with ionizing radiation. Fiber substrate.
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