JP2017217812A - Member made from fiber-reinforced resin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の強化繊維層を有する繊維強化樹脂からなる部材(以下、FRP材と称する)に関する。 The present invention relates to a member (hereinafter referred to as FRP material) made of a fiber reinforced resin having a plurality of reinforcing fiber layers.
特許文献1は、タンク容器の外周に繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクの検査システムを開示している。この検査システムでは、タンク肩部の外周側表面または内周側表面に剥離状態検出センサーを設置し、その剥離状態検出センサーから出力される信号に基づいて、タンク肩部における繊維強化樹脂層中に層間剥離が存在しているかを判定する。
しかしながら、上記検査システムでは、剥離状態検出センサーとして、超音波の送波器及び受波器、金属歪みゲージ、またはアコースティック・エミッションセンサーを用いていた。これらのセンサーは、比較的高価である上に、電源を必要として検査システムの構成を複雑にするため、高圧タンクの製造コストを増大させていた。 However, in the inspection system, an ultrasonic transmitter / receiver, a metal strain gauge, or an acoustic emission sensor is used as a peeling state detection sensor. These sensors are relatively expensive and require a power source, which complicates the configuration of the inspection system, increasing the manufacturing cost of the high-pressure tank.
本発明の目的は、高価なセンサーを用いることなく層間剥離を検出できるようにし、FRP材の製造コストを抑制することである。 An object of the present invention is to make it possible to detect delamination without using an expensive sensor and to suppress the manufacturing cost of the FRP material.
本発明の一態様は、T1以上T2以下の破断強度を有する繊維材が表面に設けられているFRP材である。ここで、T1は、層間剥離が生じる最小の変形量で前記部材が変形するときに前記繊維材に印加される引張荷重で前記繊維材が破断する破断強度の最大値である。また、T2は、前記表面に亀裂が生じない最大の変形量で前記部材が変形するときに前記繊維材に印加される引張荷重で前記繊維材が破断しない破断強度の最小値である。 One embodiment of the present invention is an FRP material in which a fiber material having a breaking strength of T1 or more and T2 or less is provided on the surface. Here, T1 is the maximum value of the breaking strength at which the fiber material is broken by a tensile load applied to the fiber material when the member is deformed with a minimum deformation amount causing delamination. T2 is the minimum value of the breaking strength at which the fiber material is not broken by the tensile load applied to the fiber material when the member is deformed with the maximum deformation amount that does not cause cracks on the surface.
上記FRP材によれば、層間剥離を検出するための高価なセンサーを使用する必要がなくなり、FRP材の製造コストを抑制することができる。 According to the FRP material, it is not necessary to use an expensive sensor for detecting delamination, and the manufacturing cost of the FRP material can be suppressed.
以下、図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について説明する。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態にかかるFRP材10は、図1(a)に示すように、板状、シート状など厚さを有する形状を有している。FRP材10は、厚さ方向に複数積層された強化繊維層1と、これら強化繊維層1に含侵されたマトリックス樹脂2とから構成されている。
<First Embodiment>
The
各強化繊維層1は、強化繊維束を一方向もしくは角度を変えて積層してステッチ糸で結束したもの若しくはステッチ糸を用いずに熱融着により保形したもの、或いは、強化繊維の織物等から構成される。強化繊維層1の強化繊維は、連続した強化繊維、不連続の強化繊維、またはそれらの組み合わせであってもよい。本実施形態では、強化繊維として炭素繊維が使用される。炭素繊維は、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN系)、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などを用いることができる。これらの繊維を2種類以上組み合わせて用いてもよい。
Each reinforcing
マトリックス樹脂2としては、公知の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。典型例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルファイド(PPS)樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、変性ポリスチレン樹脂、AS樹脂(アクリロニトリルとスチレンとのコポリマー)、ABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンのコポリマー)、変性ABS樹脂、MBS樹脂(メチルメタクリレート、ブタジエン及びスチレンのコポリマー)、変性MBS樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、変性ポリメチルメタクリレート樹脂等が挙げられる。
As the
図1(a)に示すように、FRP材10は、片側の表面Sに繊維材3を備えている。繊維材3は、強化繊維層1と略平行に配置され、強化繊維層1及びマトリックス樹脂2と一体に成形されている。平面視における繊維材3の形状・配置は、特に限定されず、図1(b)に示すような直線状であってもよく、曲線状、折れ線状などであってもよい。また、繊維材3の延在方向は、特に限定されない。FRP材10が変形する際の主応力方向を特定できる場合は、繊維材3の延在方向は当該主応力方向に合わせることが好ましい。主応力方向を特定できない場合は、例えば、複数の繊維材3をそれらの延在方向が互いに異なる方向となるように配置してもよい。
As shown to Fig.1 (a), the
繊維材3は、T1以上T2以下の破断強度を有している。破断強度とは、一つの繊維材3に引張荷重を印加してこれを破断させる場合において、破断時に要する引張荷重(N)である。T1は、強化繊維層1間の剥離(層間剥離)が生じる最小の変形量でFRP材10が変形するときに繊維材3に印加される引張荷重で繊維材3が破断するために、繊維材3に要求される破断強度の最大値である。また、T2は、表面Sに亀裂が生じない最大の変形量でFRP材10が変形するときに繊維材3に印加される引張荷重で繊維材3が破断しないために、繊維材3に要求される破断強度の最小値である。
The
ここで、FRP材10の変形とは、FRP材10の少なくとも一部に曲げモーメント等が作用することで生じる変形であり、繊維材3に引張荷重が印加されるモードの変形である。その大きさを表す変形量は、FRP材10の表面Sの伸び率(すなわち当該表面Sに固定された繊維材3の伸び率)(%)と一対一に対応する量であり、例えば、FRP材10の曲率の変化量として定義できる。従って、FRP材10がある変形量で変形するときに繊維材3に印加される引張荷重とは、当該変形量から一意に定まる伸び率(%)で繊維材3が伸びるときに繊維材3に生じる引張荷重(N)である。なお、表面Sの伸び率(%)、繊維材3の伸び率(%)、及び繊維材3に印加される引張荷重(N)の各々と、FRP材10の変形量との関係や、T1,T2における「層間剥離が生じる最小の変形量」及び「層間剥離が生じない最大の変形量」は、数値計算や実験を通して求めることができる。また、繊維材3の伸び率(%)と引張荷重(N)との関係や、繊維材3の伸び率(%)と引張強度との関係は、繊維材3の引張試験によって求めることができる。
Here, the deformation of the
上記破断強度を有する繊維材3は、例えば、ガラス繊維束から構成できる。なお、繊維材3の形態は、特に限定されず、ファイバー状、糸状、布状、帯状などであってもよい。繊維材3の破断強度は、繊維材3を構成する繊維の材料、太さ、本数等を変えることで適宜調整することができる。繊維の材料は、特に限定されず、上記ガラス繊維のほか、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維、ポリエチレン繊維などが挙げられる。これらの材料の引張強度は、一般に、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維及びポリエチレン繊維、の順に小さくなると言われている。繊維の材料は、繊維材3に要求される強度特性等に応じて、上記材料のいずれか、或いはそれらの2以上の組み合わせから適宜選択することができる。また、繊維材3の色は、特に限定されないが、後述する変形例の繊維材3と同様に、FRP材10の表面Sと並べて比較したときに識別可能な色を有していることが好ましい。
The
FRP材10の表面Sに繊維材3を一体成形する方法は、特に限定されず、RTM法、ハンドレイアップ法等の公知の方法を採用することができる。RTM法であれば、まず、強化繊維層1を複数積層した積層体を、層間剥離の発生有無を検出したい部位に繊維材3を配置した状態で成形型内にセットする。次に成形型を閉じ、溶融状態のマトリックス樹脂2をキャビティに注入して、積層体の各強化繊維層1を構成する強化繊維と、繊維材3を構成するガラス繊維とにマトリックス樹脂2を含侵させる。その後、マトリックス樹脂2の硬化温度で加圧・加熱することで、注入されたマトリックス樹脂2を硬化させる。これにより、表面Sに繊維材3が一体成形されたFRP材10が得られる。
The method of integrally forming the
また、繊維材3を含むプリプレグを作製しておき、これを所望の形状に裁断して、強化繊維層1となる強化繊維を含むプリプレグの上に重ね、含浸樹脂を加熱・硬化させることで繊維材3を一体成形してもよい。
In addition, a prepreg containing the
(1)本実施形態では、繊維材3の破断強度がT1以上T2以下の範囲内にあるので、FRP材10に、表面Sに亀裂が生じなくとも内部に層間剥離が生じるほどの変形が生じた場合に、表面Sに設けられた繊維材3を破断させることができる。このため、外部から視認できない内部の層間剥離を、繊維材3の状態を観察することで外部から目視で検出できるようになる。これにより、層間剥離を検出するための高価なセンサーが不要となり、製品コストを抑制できる。
(1) In this embodiment, since the breaking strength of the
すなわち、繊維材3は、FRP材10の内部に生じた外部から視認できない層間剥離を、外部から視認可能に表示する層間剥離インジケータとして機能する。繊維材3は、層間剥離の有無を目視で検出したい部位に任意に設置することができ、その設置範囲(長さ、本数)も、当該部位の大きさに合わせて増減することができる。FRP材10では、片側の表面Sにのみ繊維材3を設けているが、繊維材3は両側の表面Sに設けてもよい。
That is, the
<変形例>
次に、第1実施形態の変形例にかかるFRP材10Aについて、図2を参照して説明する。なお、上記において既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
<Modification>
Next, an
図2に示すように、FRP材10Aには、凹部Rが形成されている。凹部Rでは、複数の強化繊維層1が互いに略平行に凹部Rの表面S(凹面または内R面とも称する)に沿って湾曲して延びている。
As shown in FIG. 2, a recess R is formed in the
凹部Rの表面Sには、層間剥離インジケータである繊維材3として第1繊維材3a及び第2繊維材3bが設けられている。繊維材3a,3bは、図2(a)に示すように、凹部Rの表面Sに沿って湾曲して延びている。繊維材3a,3bは、凹部Rの表面S上において最大の曲率を有する点Pを横切るように配置されることが好ましいが、繊維材3a,3bの配置はこれに限定されない。繊維材3a,3bは、凹部Rの正面視において互いに平行に配置してもよいし、非平行に配置してもよい。また、1箇所以上で交差するように配置してもよい。
On the surface S of the recess R, a
繊維材3a,3bは、いずれもT1以上T2以下の破断強度を有している。繊維材3a,3bは、各々異なる破断強度を有しており、第1繊維材3aの破断強度は、第2繊維材3bの破断強度より大きい。例えば、第1繊維材3aは、アラミド繊維の連続繊維から、第2繊維材3bは、ガラス繊維の連続繊維から構成できる。第1繊維材3aと第2繊維材3bとの破断強度の差は、少なくともT1とT2との差(=T2−T1)の5%以上であることが好ましい。
The
また、繊維材3a,3bは、各々異なる色を有しており、第1繊維材3aのアラミド繊維は、赤色に着色されており、第2繊維材3bのガラス繊維は、黄色に着色されている。これらの繊維を着色する方法としては、無機顔料や有機染料を混合したサイジング剤を用いて表面処理を行う方法、紡糸溶液中に染料或いは顔料を分散させて製糸を行う方法など、公知の方法を採用することができる。繊維材3a,3bの色は、FRP材10Aの表面Sの色と並べて比較したときに識別可能な色であれば特に限定されない。例えば、色相、彩度、明度等においてFRP材10Aの表面Sの色と異なる色であればよく、蛍光色、金属色などであってもよい。
The
(2)本変形例によれば、第1実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、FRP材10Aは、複数の繊維材3(3a,3b)を備えており、それらが各々異なる破断強度を有しているので、FRP材10Aの変形量に応じて破断する繊維材3の数(種類)を増減させることができる。また、破断強度が異なる繊維材3(3a,3b)が互いに異なる色を有しているので、破断した繊維材3の色からFRP材10Aに生じた変形の程度、すなわち層間剥離の程度を容易に把握することができる。これにより、超音波探傷検査の要否、部材交換の要否等を容易に判断することが可能になる。
(2) According to this modification, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, since the
(3)また、凹部Rのように複数の強化繊維層1が湾曲している部位で層間剥離が発生する場合は、厚さ方向中心面よりも凹面側に位置する点から発生する傾向がある。本変形例では、層間剥離の発生点により近い凹面側の表面Sに沿って繊維材3(3a,3b)が設けられているので、層間剥離の発生をより精度よく検出することができる。
(3) Further, when delamination occurs at a portion where the plurality of reinforcing
なお、繊維材3(3a,3b)は、凹面側の表面Sに限らず、これと反対側の凸面側の表面S、或いは、両側の表面Sに設けてもよい。また、各々異なる色及び破断強度を有する複数の繊維材3(3a,3b)は、図1に示したような平面状の表面Sにも適用することができる。その場合、上記(2)の効果を得ることができる。 The fiber material 3 (3a, 3b) is not limited to the concave surface S, and may be provided on the convex surface S on the opposite side, or on both surfaces S. A plurality of fiber materials 3 (3a, 3b) having different colors and breaking strengths can also be applied to the planar surface S as shown in FIG. In this case, the effect (2) can be obtained.
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態にかかるFRP材20について、図3を参照して説明する。なお、上記において既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, the
FRP材20は、図3(a)に示すように、層間剥離インジケータとしてマイクロカプセル4を備えている。マイクロカプセル4は、マトリックス樹脂2中に略均等に分散しており、その一部は、強化繊維層1の内部にまで入り込み、強化繊維層1を構成する強化繊維に固着している。
As shown in FIG. 3A, the
マイクロカプセル4は、図3(b)に示すように、芯材である色材5と、色材5を内包する膜材6とから構成されている。
As shown in FIG. 3B, the
マイクロカプセル4の膜材6は、T3以上T4以下の引張強度を有している。T3は、層間剥離が生じる最小の変形量でFRP材20が変形するときに膜材6に印加される引張荷重で膜材6が破れるために、膜材6に要求される引張強度の最大値である。また、T4は、FRP材20の表面Sに亀裂が生じない最大の変形量でFRP材20が変形するときに膜材6に印加される引張荷重で膜材6が破れないために、膜材6に要求される引張強度の最小値である。
The membrane material 6 of the
ここで、FRP材20の変形とは、FRP材20の少なくとも一部に曲げモーメント等が作用することで生じる変形であり、片側の表面Sに引張荷重が印加されるモードの変形である。その大きさを表す変形量は、表面S近傍の強化繊維層1の伸び率(すなわち当該強化繊維層1の内部または近傍に位置するマイクロカプセル4の膜材6の伸び率)(%)と一対一に対応する量であり、例えば、FRP材20の曲率の変化量として定義できる。従って、FRP材20がある変形量で変形するときに膜材6に印加される引張荷重とは、当該変形量から一意に定まる伸び率(%)で膜材6が伸びるときに、膜材6が負担する引張荷重(N)である。なお、表面S近傍の強化繊維層1の伸び率(%)、膜材6の伸び率(%)、及び膜材6に印加される引張荷重(N)の各々と、FRP材20の変形量との関係や、T3,T4における「層間剥離が生じる最小の変形量」及び「層間剥離が生じない最大の変形量」は、数値計算や実験を通して求めることができる。
Here, the deformation of the
膜材6の引張強度は、一つのマイクロカプセル4に引張荷重を印加してこれを破壊する場合において、破壊時に要する引張荷重(N)である。膜材6の引張強度は、例えば、マイクロカプセル4を分散させた透明な高分子材料からなる試験片を用いて引張試験を行い、マイクロカプセル4が破壊したときの試験片の公称応力を求め、この公称応力にマイクロカプセル4の断面積を乗じることで算出できる。この引張試験において試験片の伸び率(%)は、マイクロカプセル4が破壊するまでは膜材6の伸び率(%)と一致すると考えられる。従って、膜材6の伸び率(%)と膜材6が負担する引張荷重(N)との関係や、膜材6の伸び率(%)と膜材6の引張強度との関係も、上記引張試験によって求めることができる。
The tensile strength of the film material 6 is a tensile load (N) required at the time of destruction when a tensile load is applied to one
また、膜材6の引張強度は、膜材6の材料や厚さを調整することにより、適宜設定することができる。例えば、界面重合法でマイクロカプセル4を製造する場合は、膜材6の厚さは、撹拌速度などの乳化条件や、モノマー濃度、PH、温度等の重合条件を調整することにより制御することができる。膜材6の材料は、特に限定されず、ガラス系材料、鉱物系材料などの無機材料や、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂材料を使用できる。樹脂材料としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ウレタン−尿素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスルホンアミド樹脂、ポリスルホネート樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。例えば、アラミド樹脂は、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸塩化物とを反応させて合成される。また、無機材料としては、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、珪酸亜鉛、珪酸スズ、珪酸鉄等の珪酸塩などが挙げられる。例えば、珪酸カルシウムは、珪酸ナトリウムに塩化カルシウムを反応させて合成される。膜材6の材料は、色材5の性質、膜材6に要求される強度特性等に応じて、上記材料のいずれか、或いはそれらの2以上の組み合わせから適宜選択することができる。
In addition, the tensile strength of the film material 6 can be appropriately set by adjusting the material and thickness of the film material 6. For example, when the
色材5が発する色は、FRP材20の表面Sの色と並べて比較したときに識別可能な色であれば特に限定されない。例えば、色相、彩度、明度等においてFRP材20の表面Sの色と異なる色であればよく、蛍光色、金属色などであってもよい。
The color emitted by the
色材5の材料は、特に限定されず、公知の顔料、染料などを採用することができる。顔料としては、カーボンブラック類、酸化鉄顔料などの無機顔料や、アゾ顔料、多環式顔料、染料キレート、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどの有機顔料や、これらの顔料粒子の表面を親水性基付与剤によって処理した水分散性顔料が挙げられる。染料としては、油溶性染料、分散染料、水不溶性含金属染料、バット染料、ホトクロミック色素、樹脂着色剤などの水不溶性染料や、酸性染料、直接染料、塩基性染料、水溶性含金属染料、反応染料などの水溶性染料が挙げられる。これらを2種以上組み合わせて使用することもできる。また、色材5は、マイクロカプセル4から放出されることで化学反応等を起こして発色する発色剤でもよい。
The material of the
マイクロカプセル4を強化繊維に固着させる方法は、特に限定されず、RTM法、ハンドレイアップ法等の公知の方法を採用することができる。第1実施形態で説明したRTM法を採用する場合は、成形型内に注入される溶融状態のマトリックス樹脂2に予めマイクロカプセル4を添加しておけばよい。
A method for fixing the
マイクロカプセル4の平均粒子径は、発色を向上させる観点からは、0.1μm以上とすることが好ましく、マトリックス樹脂2内での良好な分散性を確保する観点からは、7μm以下とすることが好ましい。平均粒子径は、市販のレーザー回析/散乱式粒度分布測定装置を使用して測定することができる。
The average particle size of the
なお、マイクロカプセル4の製造方法は、特に限定されず、界面重合法の他、in situ重合法、液中硬化被覆法などの化学的方法や、コアセルベーション法、液中硬化被覆法、液中乾燥法、融解分散冷却法などによる物理化学方法や、パンコーティング法、気中懸濁化法、噴霧乾燥法などによる機械的方法などの公知の方法を用いることができる。
In addition, the manufacturing method of the
(4)本実施形態では、膜材6の引張強度がT3以上T4以下の範囲内にあるので、FRP材20に、表面Sに亀裂が生じなくとも内部に層間剥離が生じるほどの変形が生じた場合に、マイクロカプセル4を破壊させて色材5を放出させることができる。このため、外部から視認できない内部の層間剥離を、マイクロカプセル4の発色の有無を観察することで外部から目視で検出できるようになる。これにより、層間剥離を検出するための高価なセンサーが不要となり、製品コストを抑制できる。
(4) In this embodiment, since the tensile strength of the film material 6 is in the range of T3 or more and T4 or less, the
(5)また、マイクロカプセル4は、微細であり、かつ、マトリックス樹脂2より低密度であるため、FRP材20の意匠を損なうことなくFRP材20の軽量化を図ることができる。
(5) Moreover, since the
なお、マイクロカプセル4を設ける領域は、FRP材20の全体ではなく一部の領域に限定してもよい。例えば、マイクロカプセル4を添加した溶融状態のマトリックス樹脂2を、層間剥離の発生有無を検出したい部位に限定して注入することで、マイクロカプセル4が強化繊維に固着した構造を特定部位に限定して設けることができる。
The region where the
<変形例>
次に、第2実施形態の変形例にかかるFRP材20Aについて、図4を参照して説明する。なお、上記において既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
<Modification>
Next, an
本変形例では、図4に示すように、FRP材20Aの一部の領域、具体的には、凹部Rの表面S(凹面または内R面とも称する)近傍の領域に、層間剥離インジケータとしてのマイクロカプセル4が埋設されている。
In this modification, as shown in FIG. 4, as a delamination indicator, a part of the
FRP材20Aのマイクロカプセル4は、複数種類のマイクロカプセルからなり、第1マイクロカプセル4aと、第2マイクロカプセル4bとを含む。図示は省略するが、第1マイクロカプセル4aは、芯材である第1色材と、第1色材を内包する第1膜材とから構成されており、第2マイクロカプセル4bは、芯材である第2色材と、第2色材を内包する第2膜材とから構成されている。
The
第1及び第2膜材は、いずれもT3以上T4以下の引張強度を有している。第1膜材と第2膜材とは、各々異なる引張強度を有しており、第1膜材の引張強度は、第2膜材の引張強度より大きい。例えば、第1膜材は、アラミド樹脂など樹脂材料から、第2膜材は、ガラス系材料から構成できる。第1膜材と第2膜材との引張強度の差は、少なくともT3とT4との差(=T4−T3)の5%以上であることが好ましい。 Each of the first and second film materials has a tensile strength of T3 or more and T4 or less. The first film material and the second film material have different tensile strengths, and the tensile strength of the first film material is larger than the tensile strength of the second film material. For example, the first film material can be made of a resin material such as an aramid resin, and the second film material can be made of a glass-based material. The difference in tensile strength between the first film material and the second film material is preferably at least 5% of the difference between T3 and T4 (= T4−T3).
また、第1色材と第2色材とは、各々異なる色を有しており、第1色材は赤色を、第2色材は青色を有している。 Further, the first color material and the second color material have different colors, the first color material has a red color, and the second color material has a blue color.
(6)本変形例によれば、第2実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、FRP材20Aは、複数種類のマイクロカプセル4(4a,4b)を備えており、それらの膜材6がマイクロカプセル4の種類ごとに異なる引張強度を有しているので、FRP材20Aの変形量に応じて破壊されるマイクロカプセル4の種類を増減させることができる。また、複数種類のマイクロカプセル4(4a,4b)の色材5がマイクロカプセル4の種類ごとに異なる色を有しているので、破壊されたマイクロカプセル4が発する色からFRP材20Aに生じた変形の程度、すなわち層間剥離の程度を容易に把握することができる。これにより、超音波探傷検査の要否、部材交換の要否等を容易に判断することが可能になる。
(6) According to this modification, in addition to the effects of the second embodiment, the following effects can be obtained. That is, the
(7)また、本変形例では、層間剥離の発生点により近い凹面側の表面S近傍の領域にマイクロカプセル4(4a,4b)が埋設されているので、層間剥離の発生をより精度よく検出することができる。 (7) Moreover, in this modification, since the microcapsule 4 (4a, 4b) is embedded in the region near the surface S on the concave surface side closer to the delamination occurrence point, the occurrence of delamination is detected with higher accuracy. can do.
なお、マイクロカプセル4(4a,4b)は、凹面側の表面S近傍の領域に限らず、これと反対側の凸面側の表面S近傍の領域に、或いは一部の領域に限定せず、FRP材20Aの断面の全領域に配設してもよい。また、色材5の色及び膜材6の引張強度が各々異なる複数種類のマイクロカプセル4(4a,4b)は、図3に示したような平面状の表面Sにも適用することができる。その場合、上記(6)の効果を得ることができる。
The microcapsule 4 (4a, 4b) is not limited to the region in the vicinity of the concave surface S, but is not limited to the region in the vicinity of the convex surface S on the opposite side or a part of the region. You may arrange | position in the whole area | region of the cross section of the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態にかかるFRP材30について、図5を参照して説明する。なお、上記において既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, an
FRP材30は、図5に示すように、層間剥離インジケータとして、マイクロカプセル4を固着させた繊維材3を備えている。繊維材3の配置、形状、材料等は、第1実施形態において説明したものを採用できる。繊維材3の破断強度は、T1以上T2以下の範囲内にある。
As shown in FIG. 5, the
マイクロカプセル4は、繊維材3の内部(繊維の隙間)に入り込み、繊維材3の繊維に固着している。マイクロカプセル4の膜材6の材料、色材5の材料等は、第2実施形態において説明したものを採用できる。ただし、膜材6の引張強度は、第2実施形態のそれと異なり、繊維材3が破断する時に膜材6に印加される引張荷重で膜材6が破れる値に設定されている。この引張強度は、マイクロカプセル4を固着させた繊維材3の引張試験によって求めることができる。
The
マイクロカプセル4を固着させた繊維材3を、FRP材30の表面Sに一体成形する方法は、特に限定されず、RTM法、ハンドレイアップ法等の公知の方法を採用することができる。RTM法を採用する場合は、繊維材3を設置する部位に注入される溶融状態のマトリックス樹脂2に予めマイクロカプセル4を添加しておけばよい。また、繊維材3とマイクロカプセル4とを含むプリプレグを作製し、これを所望の形状に裁断して、強化繊維層1となるプリプレグの上に重ね、含浸樹脂を加熱・硬化させることで繊維材3を一体成形してもよい。
A method for integrally forming the
(8)本実施形態では、繊維材3の破断強度がT1以上T2以下の範囲内にあるので、上記(1)の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、繊維材3にマイクロカプセル4が固着しており、かつ、マイクロカプセル4の膜材6が、繊維材3の破断時に膜材6に印加される引張荷重で膜材6が破れる引張強度を有しているので、繊維材3が破断することでマイクロカプセル4が破壊され色材5が放出される。これにより、繊維材3の破断がより視認しやすくなる。
(8) In this embodiment, since the breaking strength of the
<変形例>
次に、第3実施形態の変形例にかかるFRP材30Aについて、図6を参照して説明する。なお、上記において既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
<Modification>
Next, an
図6に示すように、FRP材30Aには、凹部Rが形成されており、その凹部Rの表面Sに、層間剥離インジケータである繊維材3として第3繊維材3c及び第4繊維材3dが設けられている。繊維材3c,3dの配置、形状、材料等は、上述の繊維材3a,3bと同様である。繊維材3c,3dの破断強度は、いずれもT1以上T2以下の範囲内であり、第3繊維材3cの破断強度は、第4繊維材3dの破断強度より大きい。第3繊維材3cと第4繊維材3dとの破断強度の差は、第1繊維材3aと第2繊維材3bとの破断強度の差と同程度としてよい。なお、第3繊維材3cの色と第4繊維材3dの色は、同じであってもよい。
As shown in FIG. 6, the
FRP材30Aでは、図6(b)に示すように、第3繊維材3cに第3マイクロカプセル4cが固着しており、第4繊維材3dに第4マイクロカプセル4dが固着している。マイクロカプセル4c,4dは、各々、繊維材3c,3dの内部(繊維の隙間)に入り込み、繊維材3c,3dの繊維に固着している。
In the
マイクロカプセル4cの膜材6は、繊維材3cの破断時に膜材6に印加される引張荷重で膜材6が破れる引張強度を有している。また、マイクロカプセル4dの膜材6は、繊維材3dの破断時に膜材6に印加される引張荷重で膜材6が破れる引張強度を有している。膜材6の材料等は、第2実施形態等において説明したものを採用できる。
The membrane material 6 of the
マイクロカプセル4c,4dの色材5は、繊維材3c,3dごとに異なる色を有しており、マイクロカプセル4cの色材5は赤色を、マイクロカプセル4dの色材5は青色を有している。色材5の材料等は、第2実施形態等において説明したものを採用できる。
The
(9)本変形例によれば、第3実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、FRP材30Aは、複数の繊維材3(3c,3d)を備えており、それらが各々異なる破断強度を有しているので、FRP材30Aの変形量に応じて破断する繊維材3の数(種類)を増減させることができる。また、マイクロカプセル4(4c,4d)の色材5が繊維材3(3c,3d)ごとに異なる色を有しているので、破壊されたマイクロカプセル4が発する色からFRP材30Aに生じた変形の程度、すなわち層間剥離の程度を容易に把握することができる。これにより、超音波探傷検査の要否、部材交換の要否等を容易に判断することが可能になる。
(9) According to this modification, in addition to the effects of the third embodiment, the following effects can be obtained. That is, since the
(10)また、本変形例では、層間剥離の発生点により近い凹面側の表面Sに沿って繊維材3(3c,3d)が設けられているので、層間剥離の発生をより精度よく検出することができる。 (10) Further, in this modification, since the fiber material 3 (3c, 3d) is provided along the concave surface S closer to the delamination occurrence point, the occurrence of delamination is detected with higher accuracy. be able to.
なお、マイクロカプセル4(4c,4d)を備えた繊維材3(3c,3d)は、凹面側の表面Sに限らず、これと反対側の凸面側の表面S、或いは、両側の表面Sに設けてもよい。また、本変形例の、複数の繊維材3(3c,3d)が各々異なる破断強度を有し、かつ、それらに固着したマイクロカプセル4(4c,4d)の色材5の色が繊維材3(3c,3d)ごとに異なる構成は、図5に示したような平面状の表面Sにも適用することができる。その場合、上記(9)の効果を得ることができる。
In addition, the fiber material 3 (3c, 3d) provided with the microcapsule 4 (4c, 4d) is not limited to the concave surface S, but on the opposite convex surface S or both surfaces S. It may be provided. Further, in the present modification, the plurality of fiber materials 3 (3c, 3d) have different breaking strengths, and the color of the
<実施例>
上記実施形態及びそれらの変形例は、様々なFRP材に適用でき、例えば、FRP製のサイドシル40(図7)に適用することができる。具体的には、シルインナ及びシルアウタのフランジ基部Aや角部B,Cに形成された屈曲部の凹面41(凹部の表面)、凹面41以外の表面42などに、上記実施形態及び変形例を好適に適用することができる。これにより、サイドシル40に外部から衝突荷重が入力された場合の層間剥離の発生を検出することができる。
<Example>
The said embodiment and those modifications are applicable to various FRP materials, for example, can be applied to the side sill 40 (FIG. 7) made from FRP. Specifically, the above-described embodiment and modification are suitable for the concave surface 41 (surface of the concave portion) of the bent portion formed on the flange base A and the corner portions B and C of the sill inner and sill outer, and the
なお、上記の凹面は、FRP材の所望の位置に形成することができる。例えば、図7の角部Cのように、サイドシル40の一部に外側に向かって凹となる形状を付与することで、本来、サイドシル40の内部にある凹面41をサイドシル40の外表面上に設けることもできる。FRP材の外表面上に設けた凹面に対して上記実施形態等を適用すれば、FRP材の外部から容易にかつ精度よく層間剥離を目視検出することができる。
In addition, said concave surface can be formed in the desired position of FRP material. For example, the
上記実施形態等を適用するFRP材は、例えば、FRP製のボディーサイドパネル50(図8)やドア60(図9)などであってもよい。特に、ピラー等のドア取付部Dやドア60のヒンジ部Eなどに形成された段差部の凹面51,61(凹部の表面)、凹面51,61以外の表面などに、上記実施形態等を好適に適用することができる。これにより、ボディーサイドパネル50やドア60に外部から衝突荷重が入力された場合の層間剥離の発生を精度よく検出することができる。
The FRP material to which the above-described embodiment or the like is applied may be, for example, a body side panel 50 (FIG. 8) or a door 60 (FIG. 9) made of FRP. In particular, the above-described embodiment and the like are suitable for the
以上、本発明のいくつかの実施形態及び変形例ならびにそれらを適用した実施例について説明したが、これらの実施形態等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等に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態等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。 As mentioned above, although several embodiment and modification of this invention, and the example which applied them were demonstrated, these embodiment etc. are only the illustrations described in order to make an understanding of this invention easy, The present invention is not limited to the embodiment. The technical scope of the present invention is not limited to the specific technical matters disclosed in the above-described embodiments and the like, and includes various modifications, changes, alternative techniques and the like that can be easily derived therefrom.
例えば、第1及び第3実施形態の変形例では、色または破断強度が互いに異なる2種類の繊維材3(3a,3b;3c,3d)を使用したが、繊維材3の種類は、3種類以上であってもよい。また、第2及び第3実施形態の変形例では、色材5の色または膜材6の引張強度が互いに異なる2種類のマイクロカプセル4(4a,4b;4c,4d)を使用したが、マイクロカプセル4の種類は、3種類以上であってもよい。種類の数を増やすことで、層間剥離の程度をより細かい段階で表示することができる。
For example, in the modifications of the first and third embodiments, two types of fiber materials 3 (3a, 3b; 3c, 3d) having different colors or breaking strengths are used, but there are three types of
また、上記実施形態等では、強化繊維層1の強化繊維として炭素繊維を用いた例を示したが、強化繊維の材料は、これに限定されない。強化繊維としては、炭素繊維の他、例えば、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などを用いることができる。これらの繊維を2種類以上組み合わせて用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment etc., although the example which used carbon fiber as a reinforced fiber of the reinforced
さらに上記実施例では、本発明の実施形態等を採用したFRP材の例として、サイドシルなど車両用部材を挙げたが、鉄道・航空機・船舶、建築、家具、模型、スポーツなど他の用途に用いるFRP材にも本発明を適用することができる。 Furthermore, in the above-described example, the vehicle member such as a side sill is given as an example of the FRP material adopting the embodiment of the present invention, but it is used for other applications such as railways / aircrafts / ships, architecture, furniture, models, sports. The present invention can also be applied to FRP materials.
10,10A,20,20A,30,30A FRP材(部材)
40 サイドシル(部材)
50 ボディーサイドパネル(部材)
60 ドア(部材)
1 強化繊維層
3,3a,3b,3c,3d 繊維材
4,4a,4b,4c,4d マイクロカプセル
5 色材
6 膜材
R 凹部
S 表面
10, 10A, 20, 20A, 30, 30A FRP material (member)
40 Side sill (member)
50 Body side panels (members)
60 Door (member)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
T1:層間剥離が生じる最小の変形量で前記部材が変形するときに前記繊維材に印加される引張荷重で前記繊維材が破断する破断強度の最大値
T2:前記表面に亀裂が生じない最大の変形量で前記部材が変形するときに前記繊維材に印加される引張荷重で前記繊維材が破断しない破断強度の最小値 A member made of a fiber reinforced resin having a plurality of reinforcing fiber layers, the surface of which is provided with a fiber material having a breaking strength of T1 to T2.
T1: Maximum value of breaking strength at which the fiber material breaks at a tensile load applied to the fiber material when the member is deformed with a minimum deformation amount causing delamination T2: Maximum value at which no crack occurs on the surface The minimum value of the breaking strength at which the fiber material does not break due to the tensile load applied to the fiber material when the member is deformed by the deformation amount
前記膜材が、前記繊維材が破断する時に前記膜材に印加される引張荷重で前記膜材が破れる引張強度を有している、請求項1又は2に記載の部材。 A microcapsule encapsulating a coloring material with a film material is fixed to the fiber material,
The member according to claim 1 or 2, wherein the membrane material has a tensile strength at which the membrane material is broken by a tensile load applied to the membrane material when the fiber material is broken.
前記マイクロカプセルの色材の色が前記複数の繊維材ごとに異なる、請求項4に記載の部材。 A plurality of the fiber materials, the plurality of fiber materials each have a different breaking strength,
The member according to claim 4, wherein the color material of the microcapsule is different for each of the plurality of fiber materials.
T3:層間剥離が生じる最小の変形量で前記部材が変形するときに前記膜材に印加される引張荷重で前記膜材が破れる引張強度の最大値
T4:前記部材の表面に亀裂が生じない最大の変形量で前記部材が変形するときに前記膜材に印加される引張荷重で前記膜材が破れない引張強度の最小値 A member comprising a fiber reinforced resin having a plurality of reinforcing fiber layers, and microcapsules encapsulating a colorant with a film material having a tensile strength of T3 or more and T4 or less are fixed to the reinforcing fibers of the reinforcing fiber layer.
T3: Maximum value of tensile strength at which the film material is broken by a tensile load applied to the film material when the member is deformed with a minimum deformation amount causing delamination. T4: Maximum value at which the surface of the member is not cracked The minimum value of the tensile strength at which the membrane material is not broken by the tensile load applied to the membrane material when the member is deformed by the deformation amount of
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