JP2016121424A - Reinforced fiber backing material, fiber reinforced resin moulding therewith and manufacturing method thereof - Google Patents

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章浩 本間
芳信 土屋
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芳信 土屋
英寿 笠川
Eiju Kasagawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To give superior formativeness to a reinforced fiber backing material while keeping strength and modulus of elasticity.SOLUTION: A reinforced fiber backing material 10 has a sheet body 16 in which a plurality of first continuous fibers (e.g., carbon fibers 12) is sewed up with stitch thread 14 to be unified. A plurality of second continuous fibers (e.g., glass fibers 22) is placed with the stitch thread 14 on the surface 16a and rear surface 16b of the sheet body 16, and forms a face fiber bed 18 and rear face fiber bed 20. Because adjacent glass fibers 22 are estranged in the face fiber bed 18 and the rear face fiber bed 20, a contact area of the carbon fiber 12 with the face fiber bed 18 and the rear face fiber bed 20 is small. Therefore, friction drag therebetween becomes less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数本の連続繊維同士がステッチ糸によって縫合されることで一体化したシート体を有する強化繊維基材と、それを有する繊維強化樹脂成形品及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a reinforced fiber base material having a sheet body integrated by stitching a plurality of continuous fibers with stitch yarns, a fiber reinforced resin molded product having the same, and a method for producing the same.

強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂(FRP)は、強度や弾性率に優れ、且つ軽量であることから、例えば、航空機や自動車の車体の構成部材等、各種の構造材として広汎に用いられている。なお、FRPが用途に適した所定の形状に成形されることは勿論である。   A fiber reinforced resin (FRP) obtained by impregnating a matrix resin into a reinforced fiber base material is excellent in strength and elastic modulus, and is lightweight. For example, as a structural member of an aircraft or automobile body, Widely used. Of course, the FRP is formed into a predetermined shape suitable for the application.

FRP成形品は、強化繊維基材を加熱して予備成形し、これにより得られた予備成形品を成形型に収容した後、前記成形型に溶融樹脂を射出することで得られる。成形型内では、溶融樹脂がキャビティに沿って流動するとともに、強化繊維基材を構成する強化繊維同士の間の間隙に浸透する。その後、強化繊維基材に含浸したマトリックス樹脂を硬化させることにより、FRP成形品が得られるに至る。   An FRP molded product is obtained by heating a reinforcing fiber base material and preforming it, and storing the preformed product thus obtained in a molding die and then injecting a molten resin into the molding die. In the mold, the molten resin flows along the cavity and penetrates into the gap between the reinforcing fibers constituting the reinforcing fiber base. Thereafter, the matrix resin impregnated in the reinforcing fiber base is cured to obtain an FRP molded product.

ここで、強化繊維基材は、複数本の強化繊維(一般的には、炭素繊維)をステッチ糸にて縫合したシート体からなる。各強化繊維は、長手方向を揃えて並列される。換言すれば、各強化繊維は、同一方向に向かって延在する。この場合、強化繊維の長手方向に沿う強度及び弾性率と、長手方向に対して直交する方向に沿う強度及び弾性率に差が生じる。すなわち、異方性が発現する。このため、複数個の強化繊維層を積層するとともに、各強化繊維層における強化繊維の長手方向同士が所定の角度で交差するようにしてシート体を構成することもある。   Here, the reinforcing fiber base is composed of a sheet body obtained by stitching a plurality of reinforcing fibers (generally, carbon fibers) with stitch yarns. The reinforcing fibers are aligned in the longitudinal direction. In other words, each reinforcing fiber extends in the same direction. In this case, a difference occurs between the strength and elastic modulus along the longitudinal direction of the reinforcing fiber and the strength and elastic modulus along the direction orthogonal to the longitudinal direction. That is, anisotropy appears. For this reason, while laminating a plurality of reinforcing fiber layers, the sheet body may be configured such that the longitudinal directions of the reinforcing fibers in each reinforcing fiber layer intersect at a predetermined angle.

しかしながら、このようなシート体では、予備成形時に賦型を行うことが困難である。そこで、特許文献1において、強化繊維が横切る方向に切断端を形成することが提案されている。該特許文献1の記載によれば、賦型時に切断端が開くので賦形性が向上する、とのことである。   However, with such a sheet body, it is difficult to perform shaping at the time of preforming. Therefore, in Patent Document 1, it is proposed to form a cut end in a direction in which the reinforcing fiber crosses. According to the description of Patent Document 1, since the cut end opens at the time of molding, the shapeability is improved.

特開2008−132775号公報JP 2008-132775 A

特許文献1記載の従来技術では、複数個の強化繊維層同士をステッチ糸で縫合して一体化するようにしている。このため、ステッチ糸によって強化繊維が比較的強力に拘束される。特に、3層以上の強化繊維層を積層したときには、内方に位置する強化繊維層と、該強化繊維層を挟んで上下に位置する強化繊維層との接触面積が大きくなるので、摩擦抵抗が大きくなる。以上のような理由から、強化繊維が移動ないし滑り難くなるため、十分な賦形性が得られるとは言い難い。   In the prior art described in Patent Document 1, a plurality of reinforcing fiber layers are integrated by stitching together with stitch yarns. For this reason, the reinforcing fiber is restrained relatively strongly by the stitch yarn. In particular, when three or more reinforcing fiber layers are laminated, the contact area between the reinforcing fiber layer positioned inward and the reinforcing fiber layers positioned above and below the reinforcing fiber layer is increased, so that the friction resistance is increased. growing. For the reasons described above, the reinforcing fibers are difficult to move or slip, so that it is difficult to say that sufficient formability is obtained.

また、切断端を形成することは、強化繊維を長手方向途中で切断することを意味する。このため、強度や弾性率を大きくすることが困難である。   Moreover, forming a cut end means cutting the reinforcing fiber in the middle in the longitudinal direction. For this reason, it is difficult to increase the strength and elastic modulus.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、優れた強度及び弾性率を示し、且つ賦形性に優れた強化繊維基材と、それを有する繊維強化樹脂成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a reinforcing fiber base material that exhibits excellent strength and elastic modulus and excellent shapeability, a fiber-reinforced resin molded article having the same, and a method for producing the same The purpose is to provide.

前記の目的を達成するために、本発明は、所定の方向に沿って延在するように並列された複数本の第1連続繊維同士がステッチ糸によって縫合されることで一体化したシート体を有する強化繊維基材であって、
前記シート体の表面及び裏面に、所定の方向に沿って延在するように並列され且つ互いに離間した複数本の第2連続繊維によって表側繊維層、裏側繊維層がそれぞれ形成され、
前記表側繊維層及び前記裏側繊維層は、前記ステッチ糸の、前記第2連続繊維との交差部が前記第2連続繊維に乗り上げることによって前記シート体に保持されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a sheet body integrated by stitching together a plurality of first continuous fibers arranged in parallel so as to extend along a predetermined direction by stitch yarns. A reinforcing fiber substrate having
A front side fiber layer and a back side fiber layer are respectively formed by a plurality of second continuous fibers arranged in parallel and spaced apart from each other on the front and back surfaces of the sheet body,
The front-side fiber layer and the back-side fiber layer are held on the sheet body by the intersection of the stitch yarn with the second continuous fiber riding on the second continuous fiber.

本発明におけるシート体では、強化繊維として機能する第1連続繊維の長手方向が所定の方向に向けられている。すなわち、第1連続繊維同士は交差していない。しかも、複数個の第1連続繊維が並列されることによって構成される繊維層は、単層である。以上のような理由から、第1連続繊維が別の第1連続繊維を拘束することはない。その一方で、第1連続繊維を間に挟む表側繊維層及び裏側繊維層は、互いに離間した第2連続繊維からなる。このため、第1連続繊維と、表側繊維層及び裏側繊維層との接触面積が小さいので、両者の間の摩擦抵抗も小さい。   In the sheet body in the present invention, the longitudinal direction of the first continuous fiber functioning as the reinforcing fiber is oriented in a predetermined direction. That is, the first continuous fibers do not intersect each other. Moreover, the fiber layer formed by arranging the plurality of first continuous fibers in parallel is a single layer. For the reasons as described above, the first continuous fiber does not restrain another first continuous fiber. On the other hand, the front side fiber layer and the back side fiber layer sandwiching the first continuous fibers are composed of second continuous fibers spaced apart from each other. For this reason, since the contact area of a 1st continuous fiber, a front side fiber layer, and a back side fiber layer is small, the frictional resistance between both is also small.

以上のような理由から、第1連続繊維は、強化繊維基材を成形するべく加圧力が付与された際に移動することないし滑りを起こすことが容易である。このため、強化繊維基材は、予備成形を行うとき等に容易に変形する。従って、例えば、深絞り成形を行って加工率が大きな成形品を得ることも可能である。   For the reasons described above, the first continuous fiber is easy to move or slip when applied with pressure to form the reinforcing fiber base material. For this reason, the reinforcing fiber base is easily deformed when preforming. Therefore, for example, it is possible to obtain a molded product having a large processing rate by performing deep drawing.

このように、本発明では、優れた賦形性を示す強化繊維基材を得ることができる。また、シート体を切断する必要がないので、該強化繊維基材は、強度及び弾性率も優れる。さらに、第2連続繊維が強化繊維として機能する場合には、一層優れた強度がもたらされる。   Thus, in this invention, the reinforced fiber base material which shows the outstanding shaping property can be obtained. Moreover, since it is not necessary to cut | disconnect a sheet | seat body, this reinforcement fiber base material is excellent also in intensity | strength and an elasticity modulus. Further, when the second continuous fiber functions as a reinforcing fiber, a further excellent strength is provided.

ステッチ糸は、第1連続繊維の延在方向に対して傾斜する方向に延在すること、すなわち、第1連続繊維の長手方向に対して90°以外の角度で交差することが好ましい。この場合、ステッチ糸が炭素繊維に対して直交する(90°で交差する)ときに比して、第1連続繊維を囲繞するステッチ糸の周長が長くなり、このためにステッチ糸による第1連続繊維の拘束力が小さくなる。加圧力を付与することに伴ってステッチ糸が引っ張られたとき、該ステッチ糸が緊張するまで十分な余裕が生じるからである。   The stitch yarn preferably extends in a direction inclined with respect to the extending direction of the first continuous fibers, that is, intersects with the longitudinal direction of the first continuous fibers at an angle other than 90 °. In this case, the circumferential length of the stitch yarn surrounding the first continuous fiber is longer than that when the stitch yarn is orthogonal to the carbon fiber (intersects at 90 °). The binding force of continuous fibers is reduced. This is because when the stitch yarn is pulled along with the applied pressure, a sufficient margin is generated until the stitch yarn is tensioned.

従って、この場合、第1連続繊維が移動することないし滑りを起こすことが一層容易となる。すなわち、一層容易に成形を施すことができる。   Therefore, in this case, it becomes easier for the first continuous fiber to move or slip. That is, molding can be performed more easily.

また、第2連続繊維も、ステッチ糸の延在方向に対して傾斜する方向に延在することが好ましい。この場合、上記と同様の理由から、第2連続繊維に対するステッチ糸の拘束力が小さくなる。従って、第2連続繊維が拘束されることや、これに起因して強化繊維基材を成形することが困難となることが回避される。   The second continuous fiber also preferably extends in a direction inclined with respect to the extending direction of the stitch yarn. In this case, for the same reason as described above, the binding force of the stitch yarn on the second continuous fiber is reduced. Therefore, it is avoided that the second continuous fiber is constrained and that it is difficult to form the reinforcing fiber base due to this.

なお、第2連続繊維は、第1連続繊維の延在方向に対して平行方向以外の方向に延在すること、すなわち、第2連続繊維が第1連続繊維に対して交差することが好ましい。第1連続繊維の長手方向が揃えられているため、強化繊維基材は、第1連続繊維の長手方向に沿って優れた強度及び弾性率を示す。このことに加え、第2連続繊維が第1連続繊維の延在方向以外の方向に沿って延在していると、強化繊維基材は、第2連続繊維の長手方向においても、優れた強度及び弾性率を示すようになるからである。第1連続繊維と第2連続繊維の最も適切な交差角度は、90°である。   In addition, it is preferable that a 2nd continuous fiber extends in directions other than a parallel direction with respect to the extension direction of a 1st continuous fiber, ie, a 2nd continuous fiber cross | intersects with a 1st continuous fiber. Since the longitudinal directions of the first continuous fibers are aligned, the reinforcing fiber substrate exhibits excellent strength and elastic modulus along the longitudinal direction of the first continuous fibers. In addition to this, when the second continuous fiber extends along a direction other than the extending direction of the first continuous fiber, the reinforcing fiber base material has excellent strength even in the longitudinal direction of the second continuous fiber. This is because the elastic modulus is exhibited. The most suitable crossing angle between the first continuous fiber and the second continuous fiber is 90 °.

さらに、第2連続繊維が、複数本の繊維材が撚り合わされた撚り糸であることが好ましい。この場合、第2連続繊維が一層優れた強度や弾性率等を示すようになることから、強化繊維基材も一層優れた強度や弾性率等を示すようになる。   Furthermore, the second continuous fiber is preferably a twisted yarn in which a plurality of fiber materials are twisted together. In this case, since the 2nd continuous fiber comes to show the further outstanding intensity | strength, elastic modulus, etc., a reinforcement fiber base material also comes to show the further outstanding intensity | strength, elastic modulus, etc.

第1連続繊維及び第2連続繊維の素材としては、成形を行う際の強化繊維基材に対する加熱時に溶融しないものが選定される。第1連続繊維の好適な具体例は炭素繊維であり、一方、第2連続繊維の好適な具体例は、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭素繊維である。   As materials for the first continuous fiber and the second continuous fiber, those that do not melt when heated on the reinforcing fiber base during molding are selected. A preferred embodiment of the first continuous fiber is carbon fiber, while a preferred embodiment of the second continuous fiber is glass fiber, aramid fiber or carbon fiber.

また、本発明に係る繊維強化樹脂成形品は、上記した強化繊維基材と、該強化繊維基材に含浸されたマトリックス樹脂とを有することを特徴とする。強化繊維基材が強度や弾性率に優れるので、この繊維強化樹脂成形品も強度や弾性率に優れる。また、強化繊維基材の加工率を大きくすることができるので、例えば、繊維強化樹脂成形品として、段差が大きな凹凸を有するものを得ることも可能である。   In addition, a fiber-reinforced resin molded article according to the present invention includes the above-described reinforcing fiber base material and a matrix resin impregnated in the reinforcing fiber base material. Since the reinforcing fiber base is excellent in strength and elastic modulus, this fiber reinforced resin molded product is also excellent in strength and elastic modulus. Moreover, since the processing rate of a reinforced fiber base material can be enlarged, it is also possible to obtain what has unevenness | corrugations with a large level | step difference as a fiber reinforced resin molded product, for example.

さらに、本発明に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法は、上記した強化繊維基材に対して予備成形を施す工程と、
予備成形が施された前記強化繊維基材に対し、軟化したマトリックス樹脂を含浸する工程と、
前記強化繊維基材に含浸された前記マトリックス樹脂を硬化させ、繊維強化樹脂成形品を得る工程と、
を有することを特徴とする。
Furthermore, the method for producing a fiber-reinforced resin molded article according to the present invention includes a step of performing preforming on the above-described reinforcing fiber base,
A step of impregnating a softened matrix resin with respect to the reinforcing fiber base that has been preformed;
Curing the matrix resin impregnated in the reinforcing fiber substrate to obtain a fiber-reinforced resin molded article;
It is characterized by having.

このような工程を得ることにより、寸法精度に優れた繊維強化樹脂成形品を低コストで得ることができる。   By obtaining such a process, it is possible to obtain a fiber-reinforced resin molded article having excellent dimensional accuracy at a low cost.

本発明によれば、長手方向が所定の方向に向けられた第1連続繊維が並列されることで構成された単層の繊維層を、複数本の第2連続繊維が互いに離間して並列されることで構成された表側繊維層及び裏側繊維層で挟むようにしている。このため、第1連続繊維同士が互いを拘束することはなく、しかも、第1連続繊維と、表側繊維層及び裏側繊維層との摩擦抵抗が小さいので、強化繊維基材を成形するべく加圧力を付与した際、第1連続繊維は、移動することないし滑りを起こすことが容易である。   According to the present invention, a plurality of second continuous fibers are arranged in parallel with a single fiber layer formed by arranging the first continuous fibers whose longitudinal directions are directed in a predetermined direction. It is made to pinch | interpose by the front side fiber layer comprised by this, and a back side fiber layer. For this reason, the first continuous fibers do not restrain each other, and since the frictional resistance between the first continuous fibers, the front side fiber layer and the back side fiber layer is small, the pressure is applied to form the reinforcing fiber base material. The first continuous fiber is easy to move or slip.

以上のような理由から、強化繊維基材は、予備成形を行うとき等に容易に変形する。すなわち、強化繊維基材は優れた賦形性を示す。従って、例えば、深絞り成形を行って加工率が大きな成形品を得ることが容易となる。また、シート体を切断する必要がないので、該強化繊維基材及び成形品は、強度及び弾性率も優れる。   For the reasons described above, the reinforcing fiber base is easily deformed when preforming. That is, the reinforcing fiber substrate exhibits excellent formability. Therefore, for example, it becomes easy to obtain a molded product having a large processing rate by performing deep drawing. Moreover, since it is not necessary to cut | disconnect a sheet | seat body, this reinforcement fiber base material and a molded article are excellent also in intensity | strength and an elasticity modulus.

本発明の実施の形態に係る強化繊維基材の要部拡大斜視図である。It is a principal part expansion perspective view of the reinforced fiber base material which concerns on embodiment of this invention. 第1連続繊維とステッチ糸との交差を示す要部拡大平面図である。It is a principal part enlarged plan view which shows the intersection of a 1st continuous fiber and a stitch thread | yarn. 強化繊維基材の厚み方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the thickness direction of a reinforced fiber base material. 図4A〜図4Gは、ステッチ糸で第1連続繊維を縫合する過程を示すフロー図である。4A to 4G are flowcharts showing a process of stitching the first continuous fibers with stitch yarns. 強化繊維基材をクランプにて挟持したときの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view when a reinforcing fiber base material is clamped.

以下、本発明に係る強化繊維基材につき、それを有する繊維強化樹脂成形品及びその製造方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the reinforced fiber base material according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings by giving preferred embodiments in relation to a fiber reinforced resin molded product having the reinforced fiber substrate and a manufacturing method thereof.

図1は、本実施の形態に係る強化繊維基材10の要部拡大斜視図である。この強化繊維基材10は、強化繊維である第1連続繊維(後述する炭素繊維12)がステッチ糸14によって縫合されることで一体化したシート体16を有する。なお、以下においては、第1連続繊維として炭素繊維を用いた例を説明する。   FIG. 1 is an enlarged perspective view of a main part of a reinforcing fiber substrate 10 according to the present embodiment. The reinforcing fiber base 10 includes a sheet body 16 that is integrated by stitching first continuous fibers (carbon fibers 12 described later) that are reinforcing fibers with stitch yarns 14. In the following, an example in which carbon fibers are used as the first continuous fibers will be described.

個々の炭素繊維12は、直径が5〜15μm、典型的には約7μm程度の単繊維が数千本〜数万本束ねられたものである。1束の炭素繊維12に含まれる単繊維同士は、各々の長手方向が、図1中の矢印X方向に揃えられている。さらに、複数本の炭素繊維12同士も、各々の長手方向が矢印X方向に揃えられている。すなわち、炭素繊維12は、X方向に沿って延在するように並列されている。   Each carbon fiber 12 is a bundle of thousands to tens of thousands of single fibers having a diameter of 5 to 15 μm, typically about 7 μm. The single fibers contained in one bundle of carbon fibers 12 are aligned in the direction of the arrow X in FIG. Further, the longitudinal directions of the plurality of carbon fibers 12 are also aligned in the arrow X direction. That is, the carbon fibers 12 are juxtaposed so as to extend along the X direction.

本実施の形態において、炭素繊維12は積層されていない。すなわち、シート体16中の炭素繊維12は、単一個の繊維層を形成している。   In the present embodiment, the carbon fibers 12 are not laminated. That is, the carbon fibers 12 in the sheet body 16 form a single fiber layer.

ステッチ糸14は、例えば、公知の高分子繊維からなる。その具体例としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維等が挙げられる。   The stitch yarn 14 is made of, for example, a known polymer fiber. Specific examples thereof include polyester fiber, nylon fiber, and aramid fiber.

ステッチ糸14は、炭素繊維12の延在方向(X方向)に対して所定角度(90°以外の角度)で交差するY方向に沿って延在している。結局、ステッチ糸14の長手方向(延在方向)は、図2にも示すように、炭素繊維12の長手方向(延在方向)に対して傾斜する。X方向とY方向のなす角度は、例えば、45°に設定することができる。   The stitch yarn 14 extends along the Y direction that intersects the extending direction (X direction) of the carbon fibers 12 at a predetermined angle (an angle other than 90 °). Eventually, the longitudinal direction (extending direction) of the stitch yarn 14 is inclined with respect to the longitudinal direction (extending direction) of the carbon fiber 12, as shown in FIG. The angle formed by the X direction and the Y direction can be set to 45 °, for example.

このシート体16の表面16a及び裏面16b(図5も参照)には、炭素繊維12を間に挟むようにして、表側繊維層18、裏側繊維層20がそれぞれ形成される。表側繊維層18は、複数本の第2連続繊維(後述するガラス繊維22)が互いに所定間隔で離間するように並列されることで構成され、裏側繊維層20も同様にして構成されている。   A front-side fiber layer 18 and a back-side fiber layer 20 are formed on the front surface 16a and the back surface 16b (see also FIG. 5) of the sheet body 16 so as to sandwich the carbon fiber 12 therebetween. The front side fiber layer 18 is configured by arranging a plurality of second continuous fibers (glass fibers 22 described later) in parallel so as to be separated from each other at a predetermined interval, and the back side fiber layer 20 is configured in the same manner.

第2連続繊維は、高分子繊維又は無機繊維から構成することができる。高分子繊維の好適な例としてはアラミド繊維等が挙げられ、無機繊維の好適な例としてはガラス繊維又は炭素繊維12等が挙げられる。なお、以下においては、第2連続繊維としてガラス繊維を用いた例を説明する。   The second continuous fiber can be composed of a polymer fiber or an inorganic fiber. Preferable examples of the polymer fibers include aramid fibers and the like, and preferable examples of the inorganic fibers include glass fibers and carbon fibers 12. In the following, an example in which glass fibers are used as the second continuous fibers will be described.

本実施の形態において、ガラス繊維22は、その直径が5〜10μm、典型的には約9μm程度である単繊維が数百本(例えば、400本)束ねられて形成された繊維束を含む。一層詳細には、ガラス繊維22は、2〜3本程度の前記繊維束を撚り合わせた撚り糸であり、その直径は50〜100μm、典型的には約70μm程度である。   In the present embodiment, the glass fiber 22 includes a fiber bundle formed by bundling hundreds (for example, 400) of single fibers having a diameter of 5 to 10 μm, typically about 9 μm. More specifically, the glass fiber 22 is a twisted yarn obtained by twisting about 2 to 3 fiber bundles, and has a diameter of 50 to 100 μm, typically about 70 μm.

ガラス繊維22は、ステッチ糸14の延在方向(Y方向)に対して所定角度(90°以外の角度)で交差するZ方向に沿って延在している。従って、ガラス繊維22の長手方向(延在方向)は、ステッチ糸14の長手方向(延在方向)に対して傾斜する。Y方向とZ方向のなす角度は、例えば、45°に設定することができる。   The glass fiber 22 extends along the Z direction that intersects the extending direction (Y direction) of the stitch yarn 14 at a predetermined angle (an angle other than 90 °). Accordingly, the longitudinal direction (extending direction) of the glass fiber 22 is inclined with respect to the longitudinal direction (extending direction) of the stitch yarn 14. The angle formed by the Y direction and the Z direction can be set to 45 °, for example.

その一方で、ガラス繊維22は、炭素繊維12に対しても交差している。すなわち、ガラス繊維22の延在方向(Z方向)と、炭素繊維12の延在方向(X方向)とは平行ではない。換言すれば、ガラス繊維22は、炭素繊維12の延在方向に対して平行方向以外の方向に延在する。Z方向とX方向とがなす角度は、例えば、90°に設定することができる。勿論、90°以外の角度であってもよい。   On the other hand, the glass fiber 22 also intersects with the carbon fiber 12. That is, the extending direction of the glass fiber 22 (Z direction) and the extending direction of the carbon fiber 12 (X direction) are not parallel. In other words, the glass fiber 22 extends in a direction other than the direction parallel to the extending direction of the carbon fiber 12. The angle formed by the Z direction and the X direction can be set to 90 °, for example. Of course, it may be an angle other than 90 °.

図3に示すように、ステッチ糸14は、ガラス繊維22に対して交差する箇所(交差部)では、ガラス繊維22を跨いでいる。すなわち、交差部はガラス繊維22に乗り上げており、これにより、ガラス繊維22がシート体16に保持される。1本のステッチ糸14と1本のガラス繊維22との交差箇所の個数は、1箇所である。なお、この図3では裏側繊維層20を省略しているが、裏側繊維層20を構成するガラス繊維22も同様にしてシート体16に保持されている。ステッチ糸14は、炭素繊維12及びガラス繊維22を緩やかに拘束する。   As shown in FIG. 3, the stitch yarn 14 straddles the glass fiber 22 at a location (intersection) where the stitch yarn 14 intersects the glass fiber 22. That is, the intersecting portion rides on the glass fiber 22, whereby the glass fiber 22 is held by the sheet body 16. The number of intersections between one stitch yarn 14 and one glass fiber 22 is one. In addition, although the back side fiber layer 20 is abbreviate | omitted in FIG. 3, the glass fiber 22 which comprises the back side fiber layer 20 is similarly hold | maintained at the sheet | seat body 16. FIG. The stitch yarn 14 gently restrains the carbon fiber 12 and the glass fiber 22.

強化繊維基材10は、炭素繊維12上に複数本のガラス繊維22を互いが所定間隔で離間するように並列した後、図4A〜図4Gに示すように、ステッチ糸14で縫合を行うことによって得られる。なお、縫合に際しては、ニードル30、該ニードル30に形成された溝32内を摺動するトング34、及びガイド36が用いられる。ニードル30の先端に設けられたフック部38は、トング34の溝32内での摺動(上下動)に伴って開閉される。また、図4A〜図4Gでは、理解を容易にするべくガラス繊維22を省略している。   In the reinforcing fiber base 10, a plurality of glass fibers 22 are juxtaposed on the carbon fiber 12 so as to be separated from each other at a predetermined interval, and then stitched with the stitch yarn 14 as shown in FIGS. 4A to 4G. Obtained by. For suturing, a needle 30, a tongue 34 that slides in a groove 32 formed in the needle 30, and a guide 36 are used. The hook portion 38 provided at the tip of the needle 30 is opened and closed as the tongue 34 slides (up and down) in the groove 32. Moreover, in FIG. 4A-FIG. 4G, the glass fiber 22 is abbreviate | omitted for easy understanding.

図4Aは、隣接する炭素繊維12、12同士の間に、ループ部40を通した後にステッチ糸14を進入させた直後の状態を示している。このとき、ニードル30が裏面16b側に位置する。この時点では、ステッチ糸14が掛止されたフック部38がトング34によって閉じられている。従って、ステッチ糸14がフック部38から脱落することが防止される。また、フック部38から延在するステッチ糸14を受けたガイド36は、表面16a側において、ニードル30が近接する炭素繊維12に隣接する炭素繊維12の上方に位置している。   FIG. 4A shows a state immediately after the stitch yarn 14 has entered after passing the loop portion 40 between the adjacent carbon fibers 12 and 12. At this time, the needle 30 is located on the back surface 16b side. At this time, the hook portion 38 around which the stitch yarn 14 is hooked is closed by the tongue 34. Therefore, the stitch yarn 14 is prevented from falling off the hook portion 38. The guide 36 that has received the stitch yarn 14 extending from the hook portion 38 is positioned above the carbon fiber 12 adjacent to the carbon fiber 12 adjacent to the needle 30 on the surface 16a side.

次に、図4Bに示すように、炭素繊維12が図中の右方に送り出される。また、ニードル30のみが上昇し、隣接する炭素繊維12、12同士の間にフック部38が進入する。このため、トング34はニードル30の溝32に対して摺接するとともに、相対的に下降する。その結果、フック部38が開く。なお、ガイド36は、図4Aに示される位置から変位していない。   Next, as shown to FIG. 4B, the carbon fiber 12 is sent out to the right side in a figure. Further, only the needle 30 is raised, and the hook portion 38 enters between the adjacent carbon fibers 12 and 12. For this reason, the tongue 34 comes into sliding contact with the groove 32 of the needle 30 and descends relatively. As a result, the hook part 38 opens. The guide 36 is not displaced from the position shown in FIG. 4A.

次に、図4Cに示すように、ニードル30がさらに上昇してフック部38が表面16a側に突出する。このため、フック部38に掛止されていたステッチ糸14がニードル30の本体(軸部)に相対的に移動する。その一方で、トング34がニードル30の溝32に対して摺接しながら上昇し、その先端が、ループ部40を通過した後、隣接する炭素繊維12、12同士の間に進入する。さらに、ガイド36が、ニードル30の手前(又は奥)を通過して図中の左方に向かって変位する。これに伴い、ステッチ糸14がフック部38から離脱する。   Next, as shown in FIG. 4C, the needle 30 is further raised and the hook portion 38 protrudes toward the surface 16a. For this reason, the stitch yarn 14 hooked on the hook portion 38 moves relatively to the main body (shaft portion) of the needle 30. On the other hand, the tongue 34 rises while being in sliding contact with the groove 32 of the needle 30, and after its tip passes through the loop portion 40, it enters between the adjacent carbon fibers 12, 12. Further, the guide 36 passes through the front (or the back) of the needle 30 and is displaced toward the left in the drawing. Along with this, the stitch yarn 14 is detached from the hook portion 38.

図4D及び図4Eに示すように、ニードル30及びトング34が最上点に到達すると、ニードル30を一旦通り越したガイド36は、ニードル30の奥(又は手前)を通過して図中の右方に戻ろうとする。この際、ステッチ糸14がフック部38に引っ掛かる。   As shown in FIG. 4D and FIG. 4E, when the needle 30 and the tongue 34 reach the uppermost point, the guide 36 once passed over the needle 30 passes through the back (or in front) of the needle 30 to the right in the drawing. Try to return. At this time, the stitch yarn 14 is caught on the hook portion 38.

その後、図4Fに示すように、ガイド36が図中の右方に向かってさらに進行するとともに、ニードル30のみが下降する。この際、ループ部40が相対的にフック部38に異動する。また、フック部38に掛止されたステッチ糸14が、隣接する炭素繊維12、12の間にフック部38とともに進入する。同時に、溝32内を摺動して相対的に上昇したトング34により、フック部38が閉じられる。   Thereafter, as shown in FIG. 4F, the guide 36 further advances toward the right in the drawing, and only the needle 30 is lowered. At this time, the loop portion 40 relatively moves to the hook portion 38. Further, the stitch yarn 14 hooked on the hook portion 38 enters between the adjacent carbon fibers 12 and 12 together with the hook portion 38. At the same time, the hook portion 38 is closed by the tongue 34 that is slid in the groove 32 and relatively raised.

そして、図4Gに示すように、ニードル30及びトング34が下降して裏面16b側に位置する。これにより、ループ部40がニードル30及びトング34から離脱するとともに、新たなループ部40がフック部38に形成される。   And as shown to FIG. 4G, the needle 30 and the tongue 34 descend | fall and are located in the back surface 16b side. As a result, the loop portion 40 is detached from the needle 30 and the tongue 34, and a new loop portion 40 is formed in the hook portion 38.

これを繰り返すことにより、ステッチ糸14が、ループ部40同士が連なるようにしてY方向に沿って延在する。その結果、炭素繊維12が縫合されて結束され、シート体16が形成される。また、この過程において、ガラス繊維22との交差部が該ガラス繊維22に乗り上げることで、ガラス繊維22がシート体16に縫合される。その結果、強化繊維基材10が得られる。   By repeating this, the stitch yarn 14 extends along the Y direction so that the loop portions 40 are connected to each other. As a result, the carbon fibers 12 are stitched and bound to form the sheet body 16. Further, in this process, the glass fiber 22 is stitched to the sheet body 16 as the intersection with the glass fiber 22 rides on the glass fiber 22. As a result, the reinforcing fiber base 10 is obtained.

ループ部40に対しては次なるループ部40が緩やかに通されているのみであり、ステッチ糸14は引っ張られていない(緊張していない)。すなわち、ステッチ糸14は弛緩している。しかも、ステッチ糸14は、炭素繊維12に対して傾斜するように交差する(図2中の実線参照)。この場合、ステッチ糸14が炭素繊維12に対して直交するように交差するとき(図2中の破線参照)に比して、炭素繊維12を囲繞するステッチ糸14の周長が長くなる。以上のことが相俟って、ステッチ糸14が引っ張られたときに該ステッチ糸14が緊張するまで十分な余裕がある。   Only the next loop portion 40 is gently passed through the loop portion 40, and the stitch yarn 14 is not pulled (not strained). That is, the stitch yarn 14 is relaxed. Moreover, the stitch yarn 14 intersects with the carbon fiber 12 so as to be inclined (see a solid line in FIG. 2). In this case, the circumference of the stitch yarn 14 surrounding the carbon fiber 12 is longer than when the stitch yarn 14 intersects the carbon fiber 12 so as to be orthogonal (see the broken line in FIG. 2). In combination with the above, there is a sufficient margin until the stitch yarn 14 is tensioned when the stitch yarn 14 is pulled.

次に、この強化繊維基材10を含む繊維強化樹脂成形品(FRP成形品)につき、その製造方法との関係で説明する。   Next, a fiber reinforced resin molded product (FRP molded product) including the reinforced fiber base material 10 will be described in relation to its manufacturing method.

FRP成形品を得るには、先ず、前記強化繊維基材10を加熱し、図5に示すように、強化繊維基材10の縁部を複数個のクランプ50にて挟持する。図5には、クランプ50によって挟持された部位を拡大して示している。   In order to obtain an FRP molded product, first, the reinforcing fiber base 10 is heated, and the edges of the reinforcing fiber base 10 are clamped by a plurality of clamps 50 as shown in FIG. In FIG. 5, the site | part clamped by the clamp 50 is expanded and shown.

そして、下型及び上型を有する予備成形型にて予備成形を行う。なお、例えば、加熱した下型に強化繊維基材10を載置することで該強化繊維基材10を加熱し、その後、型閉じを行って予備成形を行うようにしてもよい。ガラス繊維22の融点は800℃以上であり、強化繊維基材10の加熱温度は100〜120℃程度であるので、ガラス繊維22が溶融することはない。   Then, preforming is performed using a preforming mold having a lower mold and an upper mold. In addition, for example, the reinforcing fiber base 10 may be heated by placing the reinforcing fiber base 10 on a heated lower mold, and then the mold may be closed to perform preliminary molding. Since the melting point of the glass fiber 22 is 800 ° C. or higher and the heating temperature of the reinforcing fiber base 10 is about 100 to 120 ° C., the glass fiber 22 does not melt.

この際、強化繊維基材10は、予備成形型のキャビティの形状に倣って変形する。すなわち、強化繊維基材10は、クランプ50で挟持された状態で、予備成形型の内部に引き込まれるように引っ張られる。   At this time, the reinforcing fiber base 10 is deformed following the shape of the cavity of the preforming mold. That is, the reinforcing fiber base 10 is pulled so as to be drawn into the preforming die while being sandwiched by the clamp 50.

ここで、本実施の形態に係る強化繊維基材10は、炭素繊維12(シート体16)を挟むようにして形成された表側繊維層18、裏側繊維層20を有する。これら表側繊維層18及び裏側繊維層20は、互いに離間した複数本のガラス繊維22からなる。このため、炭素繊維12と、表側繊維層18及び裏側繊維層20との接触面積が著しく小さい。従って、炭素繊維12と、表側繊維層18及び裏側繊維層20との摩擦抵抗も著しく小さい。   Here, the reinforcing fiber substrate 10 according to the present embodiment includes a front-side fiber layer 18 and a back-side fiber layer 20 formed so as to sandwich the carbon fiber 12 (sheet body 16). The front side fiber layer 18 and the back side fiber layer 20 are composed of a plurality of glass fibers 22 spaced apart from each other. For this reason, the contact area of the carbon fiber 12, and the front side fiber layer 18 and the back side fiber layer 20 is remarkably small. Accordingly, the frictional resistance between the carbon fiber 12 and the front-side fiber layer 18 and the back-side fiber layer 20 is also extremely small.

しかも、炭素繊維12が単層であるため、他の炭素繊維12から拘束を受けることがない。加えて、ステッチ糸14はガラス繊維22及び炭素繊維12を緩やかに拘束しているのみである。   Moreover, since the carbon fiber 12 is a single layer, the carbon fiber 12 is not restrained by other carbon fibers 12. In addition, the stitch yarn 14 only gently restrains the glass fiber 22 and the carbon fiber 12.

以上のような理由から、強化繊維基材10の縁部がクランプ50によって挟持されているにも関わらず、該強化繊維基材10中の炭素繊維12が容易に移動する(又は滑りを起こす)。このため、強化繊維基材10がキャビティに倣って容易に変形する。要するに、この強化繊維基材10は、優れた賦形性を示す。従って、例えば、深絞り成形を行う等加工率が大きくなるような場合であっても、最終製品(FRP成形品)の形状・寸法と略同程度の形状・寸法である予備成形品を得ることができる。   For the reasons as described above, the carbon fibers 12 in the reinforcing fiber base material 10 easily move (or slip) even though the edge of the reinforcing fiber base material 10 is sandwiched by the clamp 50. . For this reason, the reinforcing fiber base 10 is easily deformed following the cavity. In short, the reinforcing fiber substrate 10 exhibits excellent formability. Therefore, for example, even when the processing rate is increased, for example, when deep drawing is performed, a preformed product having a shape / dimension approximately the same as the shape / dimension of the final product (FRP molded product) is obtained. Can do.

次に、この予備成形品を予備成形型から取り出し、射出装置が設けられた本成形型に搬送する。さらに、本成形型の型閉じを行うとともに、射出装置から溶融樹脂をキャビティに射出する。必要に応じ、型閉じに伴って予備成形品をさらに成形するようにしてもよい。   Next, the preform is taken out from the preform and conveyed to a main mold provided with an injection device. Further, the mold is closed and the molten resin is injected from the injection device into the cavity. If necessary, the preform may be further molded as the mold is closed.

ここで、溶融樹脂としては、熱硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合物等を軟化させたものが用いられる。好適な熱硬化性樹脂の具体例は、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、フェノール樹脂等である。また、好適な熱可塑性樹脂の具体例は、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエチレン等である。   Here, as the molten resin, a softened resin such as a thermosetting resin or a mixture of a thermosetting resin and a thermoplastic resin is used. Specific examples of suitable thermosetting resins are epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, phenol resins and the like. Specific examples of suitable thermoplastic resins are polyester, polyamideimide, polyimide, polyethylene and the like.

射出された溶融樹脂は、本成形型のキャビティに沿って流動するとともに、強化繊維基材10を構成する炭素繊維12同士の間の間隙に浸透する。すなわち、溶融樹脂が強化繊維基材10に含浸される。溶融樹脂の温度がガラス繊維22の融点を大きく下回っているので、この時点でも、ガラス繊維22が溶融することはない。   The injected molten resin flows along the cavity of the main mold and penetrates into the gap between the carbon fibers 12 constituting the reinforcing fiber base 10. That is, the molten fiber base material 10 is impregnated with the molten resin. Since the temperature of the molten resin is much lower than the melting point of the glass fiber 22, the glass fiber 22 is not melted even at this point.

この状態で溶融樹脂が冷却硬化してマトリックス樹脂となることにより、強化繊維基材10にマトリックス樹脂が含浸した繊維強化樹脂材が成形品として得られるに至る。すなわち、所定形状に成形されたFRP成形品が作製される。FRP成形品は、最後に本成形型から取り外される。   In this state, the molten resin is cooled and cured to become a matrix resin, whereby a fiber reinforced resin material in which the reinforced fiber substrate 10 is impregnated with the matrix resin is obtained as a molded product. That is, an FRP molded product molded into a predetermined shape is produced. The FRP molded product is finally removed from the mold.

以上のように、本実施の形態においては、表側繊維層18、裏側繊維層20の間にシート体16を介装するとともに、ステッチ糸14による拘束を緩やかにしているので、強化繊維基材10が賦形性に優れたものとなる。このため、予備成形品として、FRP成形品の形状・寸法と略同程度の形状・寸法であるものが得られるので、本成形後の後加工が簡略化される。   As described above, in this embodiment, the sheet body 16 is interposed between the front side fiber layer 18 and the back side fiber layer 20 and the restraint by the stitch yarn 14 is moderated. Is excellent in formability. For this reason, since a preform having a shape and size substantially the same as the shape and size of the FRP molded product is obtained, post-processing after the main molding is simplified.

しかも、この場合、強化繊維基材10を構成する炭素繊維12を切断する必要がない。このため、強化繊維基材10の優れた強度及び弾性率が維持される。従って、FRP成形品もまた、強度及び弾性率に優れたものとなる。   In addition, in this case, it is not necessary to cut the carbon fibers 12 constituting the reinforcing fiber base 10. For this reason, the outstanding intensity | strength and elastic modulus of the reinforced fiber base material 10 are maintained. Therefore, the FRP molded product is also excellent in strength and elastic modulus.

また、FRP成形品においては、炭素繊維12のみならず、ガラス繊維22も強化繊維として機能する。加えて、ガラス繊維22が撚り糸であるので、十分な強度及び弾性率が発現する。   In the FRP molded product, not only the carbon fiber 12 but also the glass fiber 22 functions as a reinforcing fiber. In addition, since the glass fiber 22 is a twisted yarn, sufficient strength and elastic modulus are exhibited.

ここで、ガラス繊維22の延在方向(Z方向)は、炭素繊維12の延在方向(X方向)と異なる。従って、炭素繊維12によってX方向の強度及び弾性率を向上させることができるとともに、ガラス繊維22によってZ方向の強度及び弾性率を向上させることができる。特に、X方向とZ方向が直交する場合、炭素繊維12の長手方向と、これに直交する方向の双方の強度及び弾性率を向上させることができるので好適である。   Here, the extending direction (Z direction) of the glass fibers 22 is different from the extending direction (X direction) of the carbon fibers 12. Therefore, the carbon fiber 12 can improve the strength and elastic modulus in the X direction, and the glass fiber 22 can improve the strength and elastic modulus in the Z direction. In particular, when the X direction and the Z direction are orthogonal, it is preferable because the strength and elastic modulus of both the longitudinal direction of the carbon fiber 12 and the direction orthogonal thereto can be improved.

結局、本実施の形態によれば、寸法精度が良好であり、且つ優れた強度及び弾性率を示すFRP成形品を低コストで得ることができる。   After all, according to the present embodiment, it is possible to obtain an FRP molded product having good dimensional accuracy and exhibiting excellent strength and elastic modulus at low cost.

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。   The present invention is not particularly limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、表側繊維層18を構成するガラス繊維22の延在方向と、裏側繊維層20を構成するガラス繊維22の延在方向は、同一であってもよいし、互いに直交していてもよい。   For example, the extending direction of the glass fibers 22 constituting the front side fiber layer 18 and the extending direction of the glass fibers 22 constituting the back side fiber layer 20 may be the same or may be orthogonal to each other.

10…強化繊維基材 12…炭素繊維(第1連続繊維)
14…ステッチ糸 16…シート体
18…表側繊維層 20…裏側繊維層
22…ガラス繊維(第2連続繊維) 30…ニードル
32…溝 34…トング
36…ガイド 38…フック部
40…ループ部 50…クランプ
10 ... Reinforcing fiber base material 12 ... Carbon fiber (first continuous fiber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Stitch thread 16 ... Sheet body 18 ... Front side fiber layer 20 ... Back side fiber layer 22 ... Glass fiber (2nd continuous fiber) 30 ... Needle 32 ... Groove 34 ... Tong 36 ... Guide 38 ... Hook part 40 ... Loop part 50 ... Clamp

Claims (8)

所定の方向に沿って延在するように並列された複数本の第1連続繊維同士がステッチ糸によって縫合されることで一体化したシート体を有する強化繊維基材であって、
前記シート体の表面及び裏面に、所定の方向に沿って延在するように並列され且つ互いに離間した複数本の第2連続繊維によって表側繊維層、裏側繊維層がそれぞれ形成され、
前記表側繊維層及び前記裏側繊維層は、前記ステッチ糸の、前記第2連続繊維との交差部が前記第2連続繊維に乗り上げることによって前記シート体に保持されていることを特徴とする強化繊維基材。
A reinforcing fiber substrate having a sheet body integrated by stitching together a plurality of first continuous fibers arranged in parallel so as to extend along a predetermined direction by stitch yarns,
A front side fiber layer and a back side fiber layer are respectively formed by a plurality of second continuous fibers arranged in parallel and spaced apart from each other on the front and back surfaces of the sheet body,
The front-side fiber layer and the back-side fiber layer are held in the sheet body by the intersection of the stitch yarn with the second continuous fiber riding on the second continuous fiber. Base material.
請求項1記載の基材において、前記ステッチ糸は、前記第1連続繊維の延在方向に対して傾斜する方向に延在することを特徴とする強化繊維基材。   The reinforcing fiber substrate according to claim 1, wherein the stitch yarn extends in a direction inclined with respect to an extending direction of the first continuous fibers. 請求項1又は2記載の基材において、前記第2連続繊維は、前記ステッチ糸の延在方向に対して傾斜する方向に延在することを特徴とする強化繊維基材。   3. The reinforcing fiber substrate according to claim 1, wherein the second continuous fiber extends in a direction inclined with respect to an extending direction of the stitch yarn. 請求項3記載の基材において、前記第2連続繊維は、前記第1連続繊維の延在方向に対して平行方向以外の方向に延在することを特徴とする強化繊維基材。   The base material according to claim 3, wherein the second continuous fiber extends in a direction other than a parallel direction with respect to an extending direction of the first continuous fiber. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の基材において、前記第2連続繊維が、複数本の繊維材が撚り合わされた撚り糸であることを特徴とする強化繊維基材。   5. The reinforced fiber substrate according to claim 1, wherein the second continuous fiber is a twisted yarn in which a plurality of fiber materials are twisted together. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の基材において、前記第1連続繊維が炭素繊維であり、前記第2連続繊維が、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭素繊維のいずれかであることを特徴とする強化繊維基材。   The base material according to claim 1, wherein the first continuous fiber is a carbon fiber, and the second continuous fiber is any one of a glass fiber, an aramid fiber, or a carbon fiber. Reinforced fiber base material. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の強化繊維基材と、前記強化繊維基材に含浸されたマトリックス樹脂とを有することを特徴とする繊維強化樹脂成形品。   A fiber-reinforced resin molded article comprising the reinforcing fiber base according to any one of claims 1 to 6 and a matrix resin impregnated in the reinforcing fiber base. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の強化繊維基材に対して予備成形を施す工程と、
予備成形が施された前記強化繊維基材に対し、軟化したマトリックス樹脂を含浸する工程と、
前記強化繊維基材に含浸された前記マトリックス樹脂を硬化させ、繊維強化樹脂成形品を得る工程と、
を有することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
A step of preforming the reinforcing fiber base according to any one of claims 1 to 6,
A step of impregnating a softened matrix resin with respect to the reinforcing fiber base that has been preformed;
Curing the matrix resin impregnated in the reinforcing fiber substrate to obtain a fiber-reinforced resin molded article;
A method for producing a fiber-reinforced resin molded product, comprising:
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