JP2016068309A - 繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
RTM成形方法を用いてFRPを製造するに際し、成形型の厚み方向の中央部分においてマトリックス樹脂の硬化反応によって発生する熱を効率的に除去する。
【解決手段】
強化繊維基材を積層した強化繊維基材積層体を成形型のキャビティ内に配置し、前記成形型を閉じた後、樹脂を前記強化繊維基材積層体に含浸、硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記強化繊維基材積層体は伝熱延在部を有する伝熱中間層を一層以上含み、前記伝熱延在部は前記キャビティ外に延設され、前記伝熱中間層は前記強化繊維基材の熱伝導率以上の熱伝導率を持つ、金属基材、セラミック基材、または繊維基材からなることを特徴とする、繊維強化プラスチックの製造方法。
【選択図】図1
Description
(1)強化繊維基材を積層した強化繊維基材積層体を成形型のキャビティ内に配置し、前記成形型を閉じた後、樹脂を前記強化繊維基材積層体に含浸、硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記強化繊維基材積層体は伝熱延在部を有する伝熱中間層を一層以上含み、前記伝熱延在部は前記キャビティ外に延設され、前記伝熱中間層は前記強化繊維基材の熱伝導率以上の熱伝導率を持つ、金属基材、セラミック基材、または繊維基材からなることを特徴とする、繊維強化プラスチックの製造方法。
(2)前記伝熱延在部が前記キャビティ外の型表面に接触している、前記(1)に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(3)前記伝熱延在部が前記成形型の外にまで延設されている、前記(1)または(2)に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(4)前記伝熱延在部が前記成形型よりも低い温度の部材と接触している、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(5)前記強化繊維基材積層体の厚み(T1)に対する前記伝熱延在部の厚み(T2)の比(T2/T1)が0.01以上0.2以下である、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(6)前記強化繊維基材積層体の厚みが5mm以上100mm以上である部分を有する、前記(5)に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(7)前記樹脂の反応熱が100J/g以上1000J/g以下である、前記(1)〜(6)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(8)前記樹脂が、エポキシ当量が50以上220以下のエポキシ樹脂である、前記(1)〜(7)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(9)前記樹脂を前記キャビティへの樹脂注入完了後、10秒から360秒で硬化させる、前記(1)〜(8)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(10)前記強化繊維基材を構成する強化繊維が炭素繊維である、前記(1)〜(9)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
(11)前記(1)〜(10)のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法を用いて製造された、繊維強化プラスチック成形体。
1)強化繊維基材積層体108が配置される、キャビティ102、
2)キャビティ102と樹脂注入ライン103とをつなぐ、樹脂注入口1031、
3)キャビティ102と真空吸引ライン104とをつなぐ、真空吸引口1041
の3つが含まれる。このキャビティ102に配置される強化繊維基材を積層した強化繊維基材積層体108は、強化繊維基材を積層した強化繊維層1081、および、キャビティ102の外の樹脂注入口1031、および/または、真空吸引口1041へ延在する伝熱延在部1083を有する伝熱中間層1082から構成される。なお、本発明において「キャビティ」とは、成形型内に形成される空間のうち、伝熱延在部を除く強化繊維基材積層体が占める空間を表す。また、「延在」とは、伝熱中間層を除く強化繊維基材積層体の端面の外側に存在することを表す。後述の「延設」とは、前記伝熱延在部をキャビティの外に配置することを表す。
図1に示す構成のRTM成形装置を準備した。本発明の実施例および比較例においては、縦100mm、横100mmのキャビティ102を形成する一対の型A1011、型B1012からなる成形型101を用いた。前記キャビティの深さは、キャビティ内に任意の厚みのスペーサーを挿入することで調整した。また、キャビティ102の周囲の型間の距離は、型間にスペーサーを挿入することで調整した。なお、上下型間にスペーサーを挿入した場合であっても、シール部材109aの厚みを調整して、キャビティ内部のシール性を保った。
強化繊維基材には、東レ(株)製炭素繊維織物(織組織:平織、織物目付:330g/m2、強化繊維:T700S−12K)を用意した。この基材を以降、基材Aと称する。これを、縦88mm、横96mmに裁断して使用した。キャビティの大きさに対して、基材の大きさを小さくしているのは、成形後の取り出しを容易とするためのものである。
本発明の実施例に係る伝熱中間層には、以下に示す基材B1から基材B4を、縦88mm、横150mmに裁断したものを使用した。
基材B1:
炭素繊維織物(東レ(株)製、織組織:平織、織物目付:330g/m2、強化繊維:T700S−12K、固着材付(6g/m2))
基材B2:
炭素繊維織物(東レ(株)製、織組織:平織、織物目付:330g/m2、強化繊維:T700S−12K、固着材付(6g/m2))の端部以外の縦糸を抜き取って、キャビティから延在させる方向の横糸のみ残したものを2層重ねたもの。
基材B3:
炭素繊維(東レ(株)製、織組織:平織、織物目付:315g/m2、強化繊維:M40J−6K、固着材付(6g/m2))
基材B4:
銅製メッシュ(線径:0.22mm、メッシュ:40、目付:1000g/m2)。
基材C1:
耐炎糸不織布(旭化成株式会社製ラスタン(登録商標)TOP8300、基材の形態:フェルト状不織布、織物目付:300g/m2)
基材C2:
ガラス繊維織物(日東紡株式会社製、織組織:平織、織物目付:328g/m2)
表1に各基材の熱伝導率と基材Aに対する熱伝導率の比(λ/λA)を示す。
マトリックス樹脂として、2液性エポキシ樹脂(主剤:Momentive社製、エポキシ当量:189.0、硬化剤:東レ株式会社製、酸無水物系硬化剤)を用いた。なお、この樹脂の硬化反応における反応熱は、335J/gである。この樹脂の特性として、反応時の温度が過度に上昇した場合には、主剤のみが硬化反応を起こすことにより、得られる成形体のマトリックス樹脂部分が通常と異なり、赤色に変化する。従って、得られる成形体の色を指標として、暴走反応の有無を判断することができる。
キャビティ102内に基材Aを6層配置した後、その上に伝熱中間層として基材B1を1層配置し、成形中の温度が測定できるよう、基材B1上に熱電対を配置した。続いて、基材B1をさらに1層配置し、その上に基材Aを6層配置した。この時、図2に示されるように、伝熱中間層23である基材B1の端部が、強化繊維基材積層体21の端部から25mm延設されることで、伝熱延在部24を構成していた。また、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、伝熱延在部24の厚み(T2)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する伝熱延在部24の厚みの比(T2/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B2を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本実施例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、伝熱延在部24の厚み(T2)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する伝熱延在部24の厚みの比(T2/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B3を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本実施例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、伝熱延在部24の厚み(T2)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する伝熱延在部24の厚みの比(T2/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B4を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本実施例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、伝熱延在部24の厚み(T2)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する伝熱延在部24の厚みの比(T2/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B1を用いる代わりに比較中間層として基材Aを用い、伝熱中間層を設けなかったこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本比較例において、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、比較延在部の厚み(T3とする)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する比較延在部の厚みの比(T3/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B1を用いる代わりに比較中間層として基材C1Aを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本比較例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、比較延在部の厚み(T3)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する比較延在部の厚みの比(T3/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B1を用いる代わりに比較中間層として基材C2Aを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本比較例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、比較延在部の厚み(T3)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する比較延在部の厚みの比(T3/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B1を用いる代わりに比較中間層として基材C1Bを用い、伝熱中間層を設けなかったこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本比較例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、比較延在部の厚み(T3)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する比較延在部の厚みの比(T3/T1)は0.17であった。
伝熱中間層として基材B1を用いる代わりに比較中間層として基材C2Bを用い、伝熱中間層を設けなかったこと以外は、実施例1と同じ方法で成形を行った。本比較例においても、強化繊維基材積層体21の厚み(T1)は6mm、比較延在部の厚み(T3)は1mmであり、強化繊維基材積層体21の厚みに対する比較延在部の厚みの比(T3/T1)は0.17であった。
1011 型A
1012 型B
102 キャビティ
103 樹脂注入ライン
1031 樹脂注入口
1032 樹脂注入バルブ
104 真空吸引ライン
1041 真空吸引口
1042 真空吸引バルブ
105 樹脂注入機構
106 真空ポンプ
107 真空トラップ
108 強化繊維基材積層体
1081 強化繊維層
1082 伝熱中間層
1083 伝熱延在部
109 シール機構
109a シール部材
109b シール溝
21 強化繊維基材積層体
22 強化繊維層
23 伝熱中間層
24 伝熱延在部
31 肉厚部
32 薄肉部
41 強化繊維基材積層体
42 伝熱中間層
43 伝熱延在部
501、601 成形型
5011、6011 型A
5012、6012 型B
502、602 キャビティ
503、603 樹脂注入ライン
5031、6031 樹脂注入口
5032、6032 樹脂注入バルブ
504、604 真空吸引ライン
5041、6041 真空吸引口
5042、6042 真空吸引バルブ
505、605 樹脂注入機構
506、606 真空ポンプ
507、607 真空トラップ
508、608 強化繊維基材積層体
5081、6081 強化繊維層
5082、6082 伝熱中間層
5083、6083 伝熱延在部
509、609 シール機構
509a、609a シール部材
509b、609b シール溝
510、610 伝熱延在部冷却機構
Claims (10)
- 強化繊維基材を積層した強化繊維基材積層体を成形型のキャビティ内に配置し、前記成形型を閉じた後、樹脂を前記強化繊維基材積層体に含浸、硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記強化繊維基材積層体は伝熱延在部を有する伝熱中間層を一層以上含み、前記伝熱延在部は前記キャビティ外に延設され、前記伝熱中間層は前記強化繊維基材の熱伝導率以上の熱伝導率を持つ、金属基材、セラミック基材、または繊維基材からなることを特徴とする、繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記伝熱延在部が前記キャビティ外の型表面に接触している、請求項1に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記伝熱延在部が前記成形型の外にまで延設されている、請求項1または2に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記伝熱延在部が前記成形型よりも低い温度の部材と接触している、請求項1〜3のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記強化繊維基材積層体の厚み(T1)に対する前記伝熱延在部の厚み(T2)の比(T2/T1)が0.01以上0.2以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記強化繊維基材積層体の厚みが5mm以上100mm以下である部分を有する、請求項5に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記樹脂の反応熱が100J/g以上1000J/g以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記樹脂が、エポキシ当量が50以上220以下のエポキシ樹脂である、請求項1〜7のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記樹脂を前記キャビティへの樹脂注入完了後、10秒から360秒で硬化させる、請求項1〜8のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記強化繊維基材を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項1〜9のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
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