JP2015202574A

JP2015202574A - 繊維強化材料の製造方法

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Publication number: JP2015202574A
Application number: JP2014081582A
Authority: JP
Inventors: 吉田　武; Takeshi Yoshida; 武吉田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP6311422B2

Abstract

【課題】繊維強化材料の強度を高める。【解決手段】強化繊維９をステッチ糸１３で編み込んだ強化繊維体１１の端部におけるステッチ糸１３を取り除き、この取り除いた部位付近の強化繊維体１１に接着剤を塗布して固める。その後、この強化繊維体１１を型２１にセットした状態で、型２１内に樹脂を注入し、注入した樹脂の流れによって、ステッチ糸１３を取り除いた部位周辺の強化繊維９を、強化繊維体１１の端部に移動させる。強化繊維体１１の端部に対応する型２１には、樹脂の流れ方向に対して屈曲するキャビティ端部２７ｂを備える。キャビティ端部２７ｂに樹脂２９の流れによって強化繊維９が入り込み、端部の強度が確保される。【選択図】図４

Description

本発明は、繊維強化材料の製造方法に関する。

下記特許文献１には、自動車用ボンネットに、軽量化及び剛性確保が可能な繊維強化プラスチックを使用する技術が開示されている。

特開２００６−３０６３６３号公報

ところで、このような繊維強化プラスチック製の板材を製造する際には、強化繊維をセットした型内に樹脂を流し込むが、その際、板材の形状によっては、強化繊維が型の成形空間の端部（板材の端部に相当）などの一部に配置しにくい場合がある。このような場合には、板材の端部などの一部が樹脂過多で強化繊維不足となって強度低下を引き起こす。

そこで、本発明は、繊維強化材料の強度を高めることを目的としている。

本発明は、強化繊維体の少なくとも一部における糸による保持状態を解除する第１工程と、糸による保持状態を解除した強化繊維体の一部に対して接着剤を塗布する第２工程と、第２工程で接着剤を塗布した強化繊維体を型にセットしてから、強化繊維体の糸による保持状態を解除した一部とは別の部位から型内に樹脂を注入し、この注入した樹脂の流れによって、強化繊維の一部とは別の部位の強化繊維を、強化繊維体の一部に向けて移動させる第３の工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、型内に注入した樹脂の流れによって、強化繊維の一部とは別の部位の強化繊維を、糸による保持状態を解除した強化繊維体の一部に向けて移動させる。これにより、板材の端部などの一部が強化繊維不足となることを抑制でき、繊維強化材料の強度を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態における繊維強化材料となる自動車のバックドアの車体内側から見た平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態を示す強化繊維体の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の強化繊維体の端部に位置するステッチ糸を取り除く作業を示す作用説明図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）でステッチ糸を取り除いた部分の強化繊維体の端部に接着剤を塗布する作業を示す作用説明図である。図４（ａ）は、図３（ｃ）の強化繊維体を型にセットした状態を示す断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の型内に樹脂を充填する作業を示す作用説明図である。図５は、本発明の第２の実施形態を示す、図３（ｂ）に対応する作用説明図である。図６は、本発明の第３の実施形態を示す、図３（ｂ）に対応する作用説明図である。図７（ａ）は、本発明の第４の実施形態を示す、図４（ａ）に対応する作用説明図、図７（ｂ）は、本発明の第４の実施形態を示す、図４（ｂ）に対応する作用説明図である。図８は、ステッチ糸を強化繊維の上下両側に配置して強化繊維を保持する場合の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

本発明の一実施形態に係わる繊維強化材料となる繊維強化プラスチックは、例えば図１に示すような自動車のバックドア１に使用される。このバックドア１は、閉じ状態で車体内側（図１中で紙面表側）に位置するインナ部材３と、車体外側（図１中で紙面裏側）に位置するアウタ部材５とを互いに重ね合わせた構造となっている。バックドア１の図１中の上部には窓を形成する開口部７を設けてある。

アウタ部材５の外周縁部には、図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、車体内側に向けて屈曲するようにして突出する端末部５ａが設けてある。端末部５ａは、インナ部材３の端部の側面を覆うようにして、アウタ部材５の主体部５ｂに対してほぼ９０度の角度で屈曲している。このような端末部５ａを設けることで、バックドア１の車体外側から見たときの見栄えを向上させて外観品質を高めている。

インナ部材３及びアウタ部材５は、いずれも繊維強化プラスチックで構成した板材であり、互いの当接面を接着剤により接着固定している。端末部５ａは、この接着剤が端部から漏れ出るのを抑える役目も果たしている。

次に、上記したインナ部材３及びアウタ部材５のうち、端末部５ａを備えるアウタ部材５の製造方法の第１の実施形態について説明する。ただし、図３以降で示すアウタ部材５の製造方法では、図１に示すアウタ部材５の全体ではなく、周縁の端末部５ａを含む一部の部材について説明する。

図３（ａ）は、例えば炭素繊維からなる強化繊維９を備える強化繊維体１１の断面図である。強化繊維９は、図３（ａ）中で紙面に直交する方向に延びる複数の縦繊維９ａと、図３（ａ）中で左右方向に延びる複数の横繊維９ｂとを重ね合わせている。そして、この縦繊維９ａ及び横繊維９ｂを、糸としてのステッチ糸１３で編み込むことで保持して強化繊維体１１としている。なお、図３（ａ）の強化繊維体１１は、縦繊維９ａ及び横繊維９ｂを一層ずつ重ねてあるが、複数層重ねてもよい。

図３（ａ）の強化繊維体１１の前記した端末部５ａに対応する部分の周縁部に対し、図３（ｂ）のようにロボット１５などを利用してステッチ糸１３を、引っ張るようにして取り除きほつれさせる。すなわち、第１工程として、ステッチ糸１３を引っ張ることで、強化繊維体１１の少なくとも一部におけるステッチ糸１３による保持状態を解除し、ほつれ部１１ａを形成する。

次に、第２工程として、図３（ｃ）のように他のロボット１７などを利用して、ほつれ部１１ａの強化繊維９周辺に接着剤１９を塗布し、ほつれ部１１ａの強化繊維９を固めることで、強化繊維９がばらけるのを抑える。これにより、その後の強化繊維体１１の取り扱い性の悪化を抑制する。

図４（ａ）は、上記図３（ｃ）において接着剤１９でほつれ部１１ａの強化繊維９周辺を固めた状態の強化繊維体１１を型２１にセットした状態を示す。型２１は、下型２３と上型２５とを有し、これら相互間に成形空間となるキャビティ２７が形成されている。

キャビティ２７は、下型２３に設けてある凹部２３ａと、上型２５に設けてある凸部２５ａとの間に、平板状のキャビティ本体２７ａを備える。さらに、キャビティ２７は、キャビティ本体２７ａに連続し、図４（ａ）中で右側の端部に位置する屈曲成形空間としてのキャビティ端部２７ｂを備える。キャビティ端部２７ｂは、上型２５に曲面凹部２５ｂを形成することで、平板形状のキャビティ本体２７ａに対してほぼ直角に上方に向けて屈曲する。なお、このキャビティ端部２７ｂは、図４（ａ）中で紙面に直交する方向に延在しているものとする。

図４（ａ）に示すように、強化繊維体１１は、下型２３の凹部２３ａのほぼ全域、すなわちキャビティ本体２７ａ内のほぼ全域を埋めるように配置する。このとき、強化繊維体１１のほつれ部１１ａは、キャビティ端部２７ｂに対応する位置となる。

この状態で、第３工程として、図４（ｂ）に示すように、キャビティ端部２７ｂとは反対側の別の部位の下型２３に設けた樹脂注入口２３ｂから溶融状態の樹脂２９を、例えば３〜２０ＭＰａの樹脂圧によりキャビティ２７のキャビティ本体２７ａに注入する。キャビティ本体２７ａに注入した樹脂２９は、強化繊維体１１の強化繊維９相互間に含浸するようにして強化繊維体１１の全域に行き渡るように移動する。

そして、上記移動する樹脂２９が、ほつれ部１１ａに達すると、接着剤１９を溶融させつつ、ステッチ糸１３による保持が解除された状態の強化繊維９を、矢印Ｂで示すように、上方に向けて屈曲しているキャビティ端部２７ｂに向けて移動させる。つまり、型２１内に注入した樹脂２９の流れによって、強化繊維９の一部であるほつれ部１１ａとは別の部位の強化繊維９を、ステッチ糸１３による保持状態を解除したほつれ部１１ａに向けて移動させる。

これにより、キャビティ本体２７ａに対して上方に向けて屈曲しているキャビティ端部２７ｂ内にもキャビティ本体２７ａと同様に、強化繊維９が充填されることになる。その結果、図２に示すアウタ部材５の端末部５ａのような板材の端部などの一部が強化繊維不足となることを抑制でき、繊維強化材料の強度を高めることができる。

また、本実施形態においては、強化繊維９を保持するステッチ糸１３のうち、少なくとも型２１内に注入した樹脂２９の流れ方向に対して交差する方向に延びるステッチ糸１３による保持状態を解除するとよい。ここで、樹脂２９の流れ方向に対して交差する方向に延びるステッチ糸１３は、図４中で紙面に直交する方向に延びるステッチ糸１３である。このステッチ糸１３を取り除くことで、樹脂２９の流れがより円滑となり、強化繊維９をキャビティ端部２７ｂに向けて容易に移動させることができる。

また、本実施形態では、強化繊維体１１は、強化繊維９がステッチ糸１３で編み込まれ、この編み込まれたステッチ糸１３をほつれさせることで、ステッチ糸１３による保持状態を解除している。このように、ステッチ糸１３をほつれさせることで、強化繊維９もほつれることになり、ほつれた状態の強化繊維９を樹脂２９の流れによって容易に移動させることができる。

また、本実施形態では、強化繊維体１１がセットされる型２１は、樹脂２９の流れ方向に対して屈曲する屈曲成形空間としてのキャビティ端部２７ｂを備えている。この場合、キャビティ本体２７ａを流れる樹脂２９が、キャビティ本体２７ａに対して屈曲しているキャビティ端部２７ｂに流れ込むことで、ほつれた部位の強化繊維９がキャビティ端部２７ｂに移動する。これにより、キャビティ端部２７ｂによって成形される端末部５ａに強化繊維９を充填した状態で成形でき、端末部５ａの強度を高めることができる。

さらに、本実施形態では、屈曲成形空間としてのキャビティ端部２７ｂは、樹脂２９の流れ方向端部に設けられている。この場合、図１のようなバックドア１のアウタ部材５の外周縁に形成されている端末部５ａにおいて、強化繊維不足を抑制して強度を高めることができる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態の図３（ｂ）におけるロボット１５によるステッチ糸１３を引っ張る作業に代えて、ロボット３１に保持させたバーナ３３の火炎３４によりステッチ糸１３を焼失させる作業を行う。これにより、強化繊維体１１の前記した端末部５ａに対応する部分の周縁部に対し、ステッチ糸１３を取り除き、その周辺の強化繊維９をほつれさせる。すなわち、ステッチ糸１３を焼失させることで、強化繊維体１１の少なくとも一部におけるステッチ糸１３の編み込みより保持された状態を解除し、ほつれ部１１ａを形成する。

その後は、第１の実施形態における図３（ｃ）と同様に、ほつれ部１１ａの強化繊維９周辺に接着剤１９を塗布し、ほつれ部１１ａの強化繊維９を固めることで、強化繊維９がばらけるのを抑える。さらに、図４（ａ）のように型に２１にセットしてから、図４（ｂ）のように型２１のキャビティ２７に樹脂２９を流し込むことで、第１の実施形態と同様に、キャビティ端部２７ｂ内にもキャビティ本体２７ａと同様に、強化繊維９が充填されることになる。その結果、図２に示すアウタ部材５の端末部５ａのような板材の端部などの一部が強化繊維不足となることを抑制でき、繊維強化材料の強度を高めることができる。

第２の実施形態では、強化繊維体１１の少なくとも一部におけるステッチ糸１３を焼失させることで、ステッチ糸１３による保持状態を解除している。このため、焼失によってステッチ糸１３をより確実に取り除くことができ、強化繊維９もより確実にほつれることになって、ほつれた状態の強化繊維９を樹脂２９の流れによって容易に移動させることができる。

図６は、本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、第１の実施形態の図３（ｂ）におけるロボット１５によるステッチ糸１３を引っ張る作業に代えて、ロボット３５に保持させたハサミ３７によりステッチ糸１３を切断する作業を行う。これにより、強化繊維体１１の前記した端末部５ａに対応する部分の周縁部に対し、ステッチ糸１３を取り除き、その周辺の強化繊維９をほつれさせる。すなわち、ステッチ糸１３を切断することで、強化繊維体１１の少なくとも一部におけるステッチ糸１３の編み込みにより保持された状態を解除し、ほつれ部１１ａを形成する。

第３の実施形態では、強化繊維体１１の少なくとも一部におけるステッチ糸１３を切断することで、ステッチ糸１３による保持状態を解除している。このように、ステッチ糸１３を切断することで、強化繊維９もほつれることになり、ほつれた状態の強化繊維９を樹脂２９の流れによって容易に移動させることができる。

なお、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、強化繊維９を保持するステッチ糸１３のうち、少なくとも型２１内に注入した樹脂２９の流れ方向に対して交差する方向に延びるステッチ糸１３を切断して保持状態を解除するとよい。これにより、樹脂２９の流れがより円滑となり、強化繊維９をキャビティ端部２７ｂに向けて容易に移動させることができる。

本発明の第４の実施形態として、第３の実施形態の図６におけるハサミ３７によってステッチ糸１３を切断する代わりに、ハサミ３７によって強化繊維９を切断する。これにより、強化繊維体１１の前記した端末部５ａに対応する部分の周縁部の強化繊維９をほつれさせる。すなわち、強化繊維９を切断することで、強化繊維体１１の少なくとも一部におけるステッチ糸１３の編み込みによる保持状態を解除し、ほつれ部１１ａを形成する。

第４の実施形態では、強化繊維体１１の少なくとも一部における強化繊維９を切断することで、ステッチ糸１３による保持状態を解除している。このように、強化繊維９を切断することで、強化繊維９がより確実にほつれることになり、ほつれた状態の強化繊維９を樹脂２９の流れによって容易に移動させることができる。

図７は、本発明の第５の実施形態を示す。第５の実施形態は、図３（ａ）の強化繊維体１１に対応する強化繊維体１１Ａにおいて、ステッチ糸１３を樹脂２９の熱で溶融するステッチ糸１３Ａとしている。溶融可能なステッチ糸１３Ａとしては、例えば１００℃前後で溶融するポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などが挙げられる。

このようなステッチ糸１３Ａを用いた強化繊維体１１Ａを、図４（ａ）と同様に、図７（ａ）に示すように型２１にセットする。そして、この状態で、第１工程として、図４（ｂ）と同様に、図７（ｂ）に示すようにキャビティ２７のキャビティ本体２７ａに樹脂２９を注入する。キャビティ本体２７ａに注入した樹脂２９は、強化繊維体１１Ａの強化繊維９相互間に含浸するようにして強化繊維体１１Ａの全域に行き渡るように移動する。

その際、本実施形態では、樹脂２９の熱（１３０℃〜１５０℃）によってステッチ糸１３Ａが溶融する。すなわち、第２工程として、型２１内に流した樹脂２９によって、ステッチ糸１３Ａを溶融させてステッチ糸１３Ａの編み込みによる保持状態を解除する。ステッチ糸１３Ａが溶融することで、強化繊維９がほつれ、ほつれた状態の強化繊維９が、樹脂２９の流れによってキャビティ端部２７ｂに向けて移動する。つまり、第３工程として、ステッチ糸１３Ａの溶融によってほつれた状態の強化繊維９を、強化繊維体１１Ａの一部に向けて移動させる。

したがって、第５の実施形態においても、キャビティ端部２７ｂ内にもキャビティ本体２７ａと同様に、強化繊維９が充填されることになる。その結果、図２に示すアウタ部材５の端末部５ａのような板材の端部などの一部が強化繊維不足となることを抑制でき、繊維強化材料の強度を高めることができる。

第５の実施形態では、キャビティ端部２７ｂと反対側の樹脂注入口２３ｂから型２１内に流した樹脂２９によって、ステッチ糸１３Ａを溶融させてステッチ糸１３Ａによる保持状態を解除している。その際、ステッチ糸１３Ａの全体が溶融するので、強化繊維体１１Ａの全体がほつれることになり、ほつれた状態の多量の強化繊維９をキャビティ端部２７ｂに移動させることができ、端末部５ａの強度向上に有効となる。

なお、強化繊維９としては、炭素繊維のほかに、ガラス繊維などの無機繊維や、ケプラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維が挙げられる。このうち、自動車用の車体部材に使用する際には、炭素繊維がよい。また、マトリックス樹脂となる樹脂２９としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。さらに、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱可塑性樹脂も使用できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。例えば、上記した実施形態では、自動車のバックドア１について説明したが、バックドア１に限らず他の車体部材でもよく、また車体部材とは別の板状部材に対しても本発明を適用することができる。

また、上記した各実施形態では、型２１内において樹脂２９の流れ方向に対して屈曲する屈曲成形空間として、板状部材の端部に位置するキャビティ端部２７ｂを例にとって説明した。しかし、前記した端末部５ａのような板状部材の端部のほかに、中心部などに形成するリブを成形する際にも本発明を適用できる。さらに、ステッチ糸１３，１３Ａは、強化繊維９に対して編み込まず、図８のように上下両面に接着剤などにより接着するようにして保持するものでもよい。

９強化繊維
１１，１１Ａ強化繊維体
１３，１３Ａステッチ糸（糸）
１９接着剤
２１型
２７ｂキャビティ端部（屈曲成形空間）
２９樹脂

Claims

強化繊維を糸で保持して構成した強化繊維体の少なくとも一部における前記糸による保持状態を解除する第１工程と、
前記第１工程での糸による保持状態を解除した前記強化繊維体の一部に対して接着剤を塗布する第２工程と、
前記第２工程で接着剤を塗布した前記強化繊維体を型にセットしてから、前記強化繊維体の前記糸による保持状態を解除した一部とは別の部位から前記型内に樹脂を注入し、この注入した樹脂の流れによって、前記強化繊維の一部とは別の部位の強化繊維を、前記強化繊維体の一部に向けて移動させる第３工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化材料の製造方法。
前記第１工程は、前記強化繊維を保持する糸のうち、少なくとも前記型内に注入した樹脂の流れ方向に対して交差する方向に延びる糸による保持状態を解除することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化材料の製造方法。
前記強化繊維体は、前記強化繊維が糸で編み込まれ、
前記第１工程は、前記編み込まれた糸をほつれさせることで前記糸による保持状態を解除することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化材料の製造方法。
前記第１工程は、前記強化繊維体の少なくとも一部における前記糸を焼失させることで前記糸による保持状態を解除することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化材料の製造方法。
前記第１工程は、前記強化繊維体の少なくとも一部における前記糸を切断することで前記糸による保持状態を解除することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化材料の製造方法。
前記第１工程は、前記強化繊維体の少なくとも一部における前記強化繊維を切断することで前記糸による保持状態を解除することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化材料の製造方法。
強化繊維を糸で保持して構成した強化繊維体を型にセットした状態で該型内に樹脂を流す第１工程と、
前記第１工程で前記型内に流した樹脂によって、前記糸を溶融させて糸による保持状態を解除する第２工程と、
前記第２工程での前記糸の溶融によって、糸による保持状態が解除された前記強化繊維を、前記強化繊維体の一部に向けて移動させる第３工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化材料の製造方法。
前記強化繊維体がセットされる型は、樹脂の流れ方向に対して屈曲する屈曲成形空間を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の繊維強化材料の製造方法。
前記屈曲成形空間は、樹脂の流れ方向端部に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の繊維強化材料の製造方法。