JP2016088061A - 繊維強化複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りや変形等を生じさせずに、積層する方向に垂直な中心面に対して非対称な繊維配向方向の複数の繊維シートを積層した繊維強化複合材を製造する。
【解決手段】実施形態にかかる繊維強化複合材の製造方法は、第１繊維配向方向の第１繊維シート１１と、積層方向に垂直な中心面に対して第１繊維配向方向と非対称な第２繊維配向方向の第２繊維シート１２とを積層して第１積層体１０を作製し、中心面に対して第１繊維配向方向から９０°ずらした方向の第３繊維シート２１と、中心面に対して第２繊維配向方向と同じ方向の第４繊維シート２２とを積層して第２積層体２０を作製し、第１繊維シート１１と第３繊維シート２１とが空孔を有する剥離シート３０を挟んで対向するように、第１積層体１０と第２積層体２０とを積層して熱硬化し、熱硬化後に剥離シート３０を剥離し、第１積層体と前記第２積層体とを分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化複合材の製造方法に関する。

特許文献１には、複数枚の繊維シートを積層して成形した繊維強化型積層構造体が開示されている。複数の繊維シートにおける繊維の配向角度を１５°、３０°、４５°又は９０°ずつ変えて積層する技術が記載されている。

特許文献２には、中立面を挟んで繊維配向角度が＋θの繊維束層である＋θ層の数と、繊維配向角度が−θの繊維束層の−θ層の数が等しく、＋θ層と−θ層とが中立面に対して逆対称となるように積層した繊維強化複合材料が開示されている。

特許文献３には、中心面に対して繊維配向方向が反対称になるように積層された複数の層と、当該複数の層とは異なる繊維配向方向の層を含む積層複合材料が開示されている。

特開平０９−００１７１３号公報 特開２０１３−０２８０１９号公報 特開２００２−３０７５９０号公報

ＣＦＲＰ（carbon-fiber-reinforced plastic）等の繊維強化複合材は異方性材料であり、熱収縮によるひずみはベクトルである。複数の繊維シートを積層して繊維強化複合材を作製する際、各繊維シートにおける繊維配向方向を同じ方向（０°）、すなわち、複数の繊維シートの積層方向に垂直な中心面に対して対称、又は、当該中心面に対して反対称に積層しないと、そのひずみが繊維強化複合材の変形を生じさせる。

各繊維シートにおける繊維配向方向が、複数の繊維シートを積層する方向に垂直な中心面に対して非対称であると、硬化時の熱収縮又は硬化収縮によるひずみにより、反りや変形等が発生して、所望の繊維強化複合材を作製することが困難な場合がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、反りや変形等を生じさせずに、中心面に対して非対称な繊維配向方向の複数の繊維シートを積層した繊維強化複合材を製造することが可能な製造方法を提供することである。

本発明の第１の態様にかかる繊維強化複合材の製造方法は、第１繊維配向方向の第１繊維シートと、積層方向に垂直な中心面に対して前記第１繊維配向方向と非対称な第２繊維配向方向の第２繊維シートとを積層して第１積層体を作製し、前記中心面に対して前記第１繊維配向方向と対称又は反対称の第３繊維配向方向の第３繊維シートと、前記中心面に対して前記第２繊維配向方向と対称又は反対称の第４繊維配向方向の第４繊維シートとを積層して第２積層体を作製し、前記第１繊維シートと前記第３繊維シートとが空孔を有する剥離シートを挟んで対向するように、前記第１積層体と前記第２積層体とを積層する積層工程と、前記積層工程後に、熱硬化する熱硬化工程と、前記熱硬化工程後に、前記剥離シートを剥離し、前記第１積層体からなる第１繊維強化複合材と前記第２積層体からなる第２繊維強化複合材とを分離する分離工程とを有する。

本発明によれば、反りや変形等を生じさせずに、中心面に対して非対称な繊維配向方向の複数の繊維シートを積層した繊維強化複合材を製造することが可能となる。

実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を説明する図である。 実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を説明するフローチャートである。 繊維強化複合材の変形が生じない積層構成例を示す図である。 繊維強化複合材の変形が生じない積層構成例を示す図である。 繊維強化複合材の変形が生じない積層構成例を示す図である。 繊維強化複合材の変形が生じる積層構成例を示す図である。

本願発明の実施形態の説明に先立ち、繊維強化複合材の変形が生じない場合の積層構成例及び変形が生じる場合の積層構成例について、図３〜図６を参照して説明する。図３〜図６において、繊維強化複合材を構成する各繊維シートの横に示す角度は、各繊維シートの繊維配向方向を示している。図３〜図６では、２枚の繊維シートを積層して、繊維強化複合材を形成する例を示している。

図３〜図５に示す積層構成例は、繊維強化複合材の変形が生じない例である。図３に示すように、２枚の繊維シートの繊維配向方向がともに９０°であり、同じ繊維配向方向で積層した場合（繊維配向方向のずれが０°の場合）には、繊維強化複合材の変形が生じない。すなわち、２枚の繊維シートの積層方向に垂直な中心面に対して、それぞれの繊維シートの繊維配向方向が対称である場合、繊維強化複合材にひずみは発生しない。

また、図４（２枚の繊維シートの繊維配向方向がそれぞれ４５°、−４５°）、図５（２枚の繊維シートの繊維配向方向がそれぞれ９０°、０°）に示すように、２枚の繊維シートの繊維配向方向を９０°ずらした場合においても、繊維強化複合材の変形が生じない。さらに、上述の中心面に対して、複数の繊維シートの繊維配向方向が反対称である場合にも、繊維強化複合材にひずみは発生しない。

すなわち、繊維シートを積層した積層体において、積層方向に垂直な中心面に対して、それぞれの繊維シートの繊維配向方向が対称又は反対称である場合には、当該積層体から形成される繊維強化複合材の反りや変形が生じない。

一方、図６に示すように、２枚の繊維シートの繊維配向方向がそれぞれ、９０°、−４５°場合、繊維強化複合材の変形が生じる。すなわち、繊維シートを積層した積層体において、積層方向に垂直な中心面に対して、それぞれの繊維シートの繊維配向方向が非対称である場合には、当該積層体から形成される繊維強化複合材は変形してしまう。

これは、繊維が異方性を持つため、周囲の樹脂材料の熱収縮及び硬化収縮によるひずみが方向をもち、異なる繊維配向方向の繊維シート間で生じたひずみにより繊維強化複合材が変形するためである。

本実施形態では、積層方向に垂直な中心面に対して、それぞれの繊維シートの繊維配向方向が非対称である複数の繊維シートからなる繊維強化複合材を、変形等を生じさせずに製造する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を説明する図である。図２は、実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を説明するフローチャートである。

本実施形態では、炭素繊維を含む複数の繊維シートを積層したＣＦＲＰ（carbon-fiber-reinforced plastic）積層体を作製する例について説明する。複数の繊維シートの繊維配向方向は、積層方向に垂直な中心面に対して非対称となっている。

作製したい非対称構造の繊維強化複合材を第１積層体１０とする。図１に示すように、第１積層体１０は、第１繊維シート１１と第２繊維シート１２とを含む。第２繊維シート１２の繊維配向方向は、積層方向に垂直な中心面に対して第１繊維シート１１の繊維配向方向と非対称である。図１に示す例では、第１繊維シート１１の繊維配向方向は−４５°、第２繊維シート１２の繊維配向方向は９０°である。図２に示すように、まず、非対称構造の第１積層体１０を作製する（ステップＳ１）。

そして、中心面に対して第１繊維シート１１の繊維配向方向と対称又は反対称の第３繊維シート２１と、中心面に対して第２繊維シート１２の繊維配向方向と対称又は反対称の第４繊維シート２２とを積層して第２積層体２０を作製する（ステップＳ２）。

図１に示す例では、第３繊維シート２１の繊維配向方向は、第１繊維シート１１の繊維配向方向を９０°ずらした４５°である。すなわち、第１繊維シート１１の繊維配向方向と第３繊維シート２１の繊維配向方向とは、中心面に対して反対称である。また、第４繊維シート２２の繊維配向方向は、第２繊維シート１２の繊維配向方向と同じ９０°である。すなわち、第２繊維シート１２の繊維配向方向と第４繊維シート２２の繊維配向方向とは、中心面に対して対称である。

その後、第１繊維シート１１と第３繊維シート２１とが剥離シート３０を挟んで対向するように、第１積層体１０と第２積層体２０とを積層する（ステップＳ３）。剥離シート３０により、第１積層体１０と第２積層体２０とを完全に分離した状態では、第１積層体１０のひずみを第２積層体２０のひずみにより吸収することができず、ひずみの偏りが生じてしまう。

このため、第１積層体１０のひずみが生じないように、剥離シート３０には空孔が形成されている。剥離シート３０における空孔を形成する面積は、第１積層体１０、第２積層体２０のひずみを考慮して適宜決定できる。

第１積層体１０、剥離シート３０、第２積層体２０を積層したのち、この積層体を規定の熱硬化条件で硬化させる（ステップＳ４）。硬化完了後、剥離シート３０に熱衝撃や物理的振動、衝撃を与えて、第１積層体１０と第２積層体２０とを分離する（ステップＳ５）。このようにして、ひずみのない非対称構造の第１積層体１０からなる繊維強化複合材を取り出すことができる（ステップＳ６）。

このように本実施形態によれば、上記の第１積層体１０と第２積層体２０とを積層して硬化処理を行うことにより、ひずみの偏りを防止することが可能となる。第１積層体１０と第２積層体２０との間には、剥離シート３０が配置されているため、硬化処理後に容易に分離することができる。これにより、変形のない非対称構造の繊維強化複合材を製造することが可能となる。

１０ 第１積層体
１１ 第１繊維シート
１２ 第２繊維シート
２０ 第２積層体
２１ 第３繊維シート
２２ 第４繊維シート
３０ 剥離シート

Claims (1)

1. 第１繊維配向方向の第１繊維シートと、積層方向に垂直な中心面に対して前記第１繊維配向方向と非対称な第２繊維配向方向の第２繊維シートとを積層して第１積層体を作製し、
   前記中心面に対して前記第１繊維配向方向と対称又は反対称の第３繊維配向方向の第３繊維シートと、前記中心面に対して前記第２繊維配向方向と対称又は反対称の第４繊維配向方向の第４繊維シートとを積層して第２積層体を作製し、
   前記第１繊維シートと前記第３繊維シートとが空孔を有する剥離シートを挟んで対向するように、前記第１積層体と前記第２積層体とを積層する積層工程と、
   前記積層工程後に、熱硬化する熱硬化工程と、
   前記熱硬化工程後に、前記剥離シートを剥離し、前記第１積層体からなる第１繊維強化複合材と前記第２積層体からなる第２繊維強化複合材とを分離する分離工程と、
   を有する繊維強化複合材の製造方法。

Images