JP2018066086A - Rtm成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストの増大を抑えつつ容易にプリフォームの端部の強化繊維の流動を低減するRTM成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材を提供すること。【解決手段】プリフォーム10はZ方向に積層された織物13a〜13gをステッチ糸14により層間を結合して形成されている。プリフォーム10の繊維流動保持層としての織物13gの端部には、織物13a〜13fの端部を覆う保持部16が形成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、RTM成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材に関する。
一般に、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸されて形成される繊維強化複合材は軽量、高強度の材料として例えば車両等の構造部材に適用されている。繊維強化複合材の成形方法としては、例えばRTM(Resin Transfer Molding)成形法が挙げられる。RTM成形法は、型内に強化繊維からなるプリフォームを載置し、この型内に熱硬化性のマトリックス樹脂を注入して前記プリフォームに含浸させた後、加熱硬化させることで繊維強化複合材を得る方法である。
ところで、RTM成形法によって型内に樹脂を注入する際に、型内に載置されているプリフォームの端部において、プリフォームを構成する強化繊維は型内での樹脂の流れによって流動しようとする。プリフォームの端部において、強化繊維の流動を低減するために、例えば、特許文献1に開示のプリフォームは少なくとも長手方向に沿った端部が縫合されている。プリフォームの端部が縫合されることで、型内での樹脂の流れによって流動しようとする強化繊維を拘束して強化繊維の流動を低減する。
しかし、特許文献1に記載のプリフォームは、プリフォームの端部を縫合するため、新たに縫合工程を追加する必要がある。このため、プリフォームの端部を縫合しない場合と比較して製造コストが増大する虞がある。
本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、製造コストの増大を抑えつつ容易にプリフォームの端部の強化繊維の流動を低減するRTM成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材を提供することにある。
上記目的を達成するRTM成形用繊維プリフォームは、多層織物からなるRTM成形用繊維プリフォームにおいて、前記多層織物の少なくとも一層は端部に他の層の端部を覆う保持部が形成されている繊維流動保持層であることを特徴とする。
かかる構成によれば、RTM成形用繊維プリフォームを成形型にセットする際に、保持部が他の層の端部を覆うため、RTM成形の際に、他の層の端部の繊維の流動の低減が可能となる。
前記繊維流動保持層は前記RTM成形用繊維プリフォームの成形型の載置面に載置される表層とは反対側の表層であってもよい。
かかる構成によれば、保持部が自重で他の層の端部を覆うため、他の層の端部が保持部に覆われた状態を維持するための工程を追加することなく、他の層の端部の繊維の流動の低減が可能となる。
前記繊維流動保持層は前記RTM成形用繊維プリフォームの成形型の載置面に載置される表層でもよい。
かかる構成によれば、成形型の載置面に載置される表層に他の層を覆う保持部があるため、RTM成形用繊維プリフォームと成形型との隙間が狭くても成形型の側面がガイドとなって、RTM成形用繊維プリフォームを押し込むことで成形型へ容易に載置が可能となる。
前記繊維流動保持層は前記他の層の少なくとも一層の端部を巻き込んでいてもよい。
かかる構成によれば、RTM成形の際に、他の層の端部を巻き込んでいる保持部が他の層の端部を拘束するため、より他の層の端部の繊維の流動の低減が可能となる。
上記目的を達成する繊維強化複合材は、プリフォームにマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材であって、前記プリフォームが請求項1〜4に記載のRTM成形用繊維プリフォームであることを特徴とする。
かかる構成によれば、プリフォームを型にセットする際に、最表層の織物が最表層以外の織物を覆うため、RTM成形の際に、最表層以外の織物の繊維の流動の低減が可能となる。
この発明によれば、製造コストの増大を抑えつつ容易にプリフォームの端部の強化繊維の流動を低減するRTM成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材の提供が可能である。
(第1の実施形態)
以下、RTM成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材を具体化した第1の実施形態を図1〜図3に従って説明する。なお、図1〜図6において、経方向をX方向、緯方向をY方向で規定するとともに、厚み方向をX方向及びY方向に対して直交するZ方向で規定している。
以下、RTM成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材を具体化した第1の実施形態を図1〜図3に従って説明する。なお、図1〜図6において、経方向をX方向、緯方向をY方向で規定するとともに、厚み方向をX方向及びY方向に対して直交するZ方向で規定している。
図1に示すように、RTM成形用繊維プリフォームとしてのプリフォーム10は、強化繊維からなる経糸11及び強化繊維からなる緯糸12を製織して形成される織物13a〜13gを備える。織物13a〜13gは経糸11及び緯糸12が平織されることで形成されている。なお、経糸11及び緯糸12は炭素繊維製であるが、ガラス繊維製や樹脂繊維製であってもよい。
織物13a〜13gは表層としての織物13aから表層であって繊維流動保持層としての織物13gの順にZ方向に積層されている。Z方向に積層されている織物13a〜13gはステッチ糸14により層間が結合されることで多層織物13が形成される。ステッチ糸14は例えば、ナイロン等の熱可塑性樹脂から構成される。繊維流動保持層としての織物13gの端部には他の層である織物13a〜13fが積層された厚みだけ保持部16がX方向及びY方向に形成されている。保持部16は経糸11及び緯糸12から構成される。
図2に示すように、織物13gの端部には保持部16が他の層である織物13b〜13fが積層された厚みだけ形成されているので、保持部16を湾曲することで、繊維流動保持層である織物13gが他の層である織物13b〜13fの端部を覆う。多層織物13をプレスして所望の形状に賦形されることでプリフォーム10が形成される。
図3に示すように、繊維強化複合材19は、成形工程において、プリフォーム10に熱硬化性のマトリックス樹脂18を含浸硬化させることで形成されている。マトリックス樹脂18をプリフォーム10に含浸、硬化させる製造方法の一例として、RTM(Resin Transfer Molding)成形法がある。RTM成形法では、成形型17の載置面17aにプリフォーム10を載置した状態で成形型17内に液状のマトリックス樹脂18を注入する。熱硬化性のマトリックス樹脂18は、例えばエポキシ樹脂が使用される。型内にマトリックス樹脂18を注入した後、加熱硬化することで繊維強化複合材19が形成される。
次に、本実施形態の作用を説明する。
図3に示すように、プリフォーム10を成形型17内に載置する。このとき、成形型17の載置面17aに載置される表層は織物13aであって、繊維流動保持層としての織物13gが成形型17の載置面17aに載置される表層(織物13a)とは反対側の表層となるように載置する。プリフォーム10を成形型17内に載置してRTM成形法にてプリフォーム10にマトリックス樹脂18を含浸させた後、成形型17内を加熱することでプリフォーム10を形成する織物13a〜13gの層間を結合しているステッチ糸14が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂18は成形型17内を流動する。マトリックス樹脂18の成形型17内の流動の際、プリフォーム10を構成する多層織物13の他の層である織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12は流動しようとするが、織物13a〜13fの端部は保持部16によって覆われているため、織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12の流動は抑制される。
図3に示すように、プリフォーム10を成形型17内に載置する。このとき、成形型17の載置面17aに載置される表層は織物13aであって、繊維流動保持層としての織物13gが成形型17の載置面17aに載置される表層(織物13a)とは反対側の表層となるように載置する。プリフォーム10を成形型17内に載置してRTM成形法にてプリフォーム10にマトリックス樹脂18を含浸させた後、成形型17内を加熱することでプリフォーム10を形成する織物13a〜13gの層間を結合しているステッチ糸14が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂18は成形型17内を流動する。マトリックス樹脂18の成形型17内の流動の際、プリフォーム10を構成する多層織物13の他の層である織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12は流動しようとするが、織物13a〜13fの端部は保持部16によって覆われているため、織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12の流動は抑制される。
上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)多層織物13からなるプリフォーム10において、多層織物13を構成する織物13gの端部に織物13a〜13fの端部を覆う保持部16が形成されている。
これにより、織物13gが織物13a〜13fの端部を覆うため、RTM成形の際に、織物13a〜13fの端部の強化繊維の流動を防止するための工程を追加することなく織物13a〜13fの端部の強化繊維の流動の低減が可能となる。
(2)繊維流動保持層としての織物13gはプリフォーム10の成形型17の載置面17aに載置される表層とは反対側の表層である。
これにより、織物13gの端部に形成されている保持部16は自重で織物13a〜13fの端部を覆うため、織物13a〜13fの端部が保持部16に覆われた状態を維持するための工程を追加することなく、織物13a〜13fの端部の強化繊維の流動の低減が可能となる。
(1)多層織物13からなるプリフォーム10において、多層織物13を構成する織物13gの端部に織物13a〜13fの端部を覆う保持部16が形成されている。
これにより、織物13gが織物13a〜13fの端部を覆うため、RTM成形の際に、織物13a〜13fの端部の強化繊維の流動を防止するための工程を追加することなく織物13a〜13fの端部の強化繊維の流動の低減が可能となる。
(2)繊維流動保持層としての織物13gはプリフォーム10の成形型17の載置面17aに載置される表層とは反対側の表層である。
これにより、織物13gの端部に形成されている保持部16は自重で織物13a〜13fの端部を覆うため、織物13a〜13fの端部が保持部16に覆われた状態を維持するための工程を追加することなく、織物13a〜13fの端部の強化繊維の流動の低減が可能となる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を図4に従って説明する。この実施形態は、保持部16が織物13b〜13fの端部を巻き込んでいる点が第1の実施形態と異なっており、他の構成は基本的に第1の実施形態におけるプリフォーム10及び繊維強化複合材19と同じである。
次に、第2の実施形態を図4に従って説明する。この実施形態は、保持部16が織物13b〜13fの端部を巻き込んでいる点が第1の実施形態と異なっており、他の構成は基本的に第1の実施形態におけるプリフォーム10及び繊維強化複合材19と同じである。
図4に示すように、プリフォーム10を構成する多層織物13の表層としての織物13aは織物13b〜13fと比較してX方向に短い。また、プリフォーム10を構成する多層織物13の表層としての織物13aは織物13b〜13fと比較してY方向に短い。
繊維流動保持層としての織物13gの端部には織物13b〜13fが積層された厚みと、織物13aがX方向及びY方向において織物13b〜13fと比較して短い分の長さとだけ保持部16が形成されている。保持部16を湾曲することで、繊維流動保持層である織物13gが他の層である織物13b〜13fの端部を巻き込む。保持部16は織物13b〜13fの端部を巻き込み、かつ織物13aがX方向及びY方向において織物13b〜13fと比較して短い分まで延在している。湾曲された保持部16と織物13aとは成形型17の載置面17aにおいて、段差が無く、同一の厚みで織物13a〜13gが積層されている。Z方向に積層されている織物13a〜13gはステッチ糸14により層間が結合されている。
次に、本実施形態の作用を説明する。
図4に示すように、プリフォーム10を成形型17の載置面17aに載置する。このとき、成形型17の載置面17aに載置される表層は織物13aであって、繊維流動保持層としての織物13gが成形型17の載置面17aに載置される表層(織物13a)とは反対側の表層となるように載置する。プリフォーム10を成形型17内に載置してRTM成形法にてプリフォーム10にマトリックス樹脂18を含浸させた後、成形型17内を加熱することでプリフォーム10を形成する織物13a〜13gの層間を結合しているステッチ糸14が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂18は成形型17内を流動する。マトリックス樹脂18の成形型17内の流動の際、プリフォーム10を構成する織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12は流動しようとするが、織物13a〜13fの端部は保持部16によって覆われているため、織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12の流動は抑制される。
図4に示すように、プリフォーム10を成形型17の載置面17aに載置する。このとき、成形型17の載置面17aに載置される表層は織物13aであって、繊維流動保持層としての織物13gが成形型17の載置面17aに載置される表層(織物13a)とは反対側の表層となるように載置する。プリフォーム10を成形型17内に載置してRTM成形法にてプリフォーム10にマトリックス樹脂18を含浸させた後、成形型17内を加熱することでプリフォーム10を形成する織物13a〜13gの層間を結合しているステッチ糸14が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂18は成形型17内を流動する。マトリックス樹脂18の成形型17内の流動の際、プリフォーム10を構成する織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12は流動しようとするが、織物13a〜13fの端部は保持部16によって覆われているため、織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12の流動は抑制される。
上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(3)織物13gは織物13b〜13fの端部を巻き込んでいる。
これにより、第1の実施形態と比較して、RTM成形の際に、織物13b〜13fの端部を巻き込んでいる織物13gの端部に形成されている保持部16が織物13b〜13fの端部を拘束するため、より織物13b〜13fの端部の強化繊維の流動の低減が可能となる。
(4)保持部16は織物13b〜13fの端部を巻き込み、織物13aがX方向及びY方向において織物13b〜13fと比較して短い分まで延在している。
これにより、第1の実施形態のプリフォーム10と同様に段差がなく成形型17の載置面17aに載置可能なため、良好な繊維強化複合材19の提供が可能となる。
(3)織物13gは織物13b〜13fの端部を巻き込んでいる。
これにより、第1の実施形態と比較して、RTM成形の際に、織物13b〜13fの端部を巻き込んでいる織物13gの端部に形成されている保持部16が織物13b〜13fの端部を拘束するため、より織物13b〜13fの端部の強化繊維の流動の低減が可能となる。
(4)保持部16は織物13b〜13fの端部を巻き込み、織物13aがX方向及びY方向において織物13b〜13fと比較して短い分まで延在している。
これにより、第1の実施形態のプリフォーム10と同様に段差がなく成形型17の載置面17aに載置可能なため、良好な繊維強化複合材19の提供が可能となる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態を図5に従って説明する。この実施形態は、保持部16が形成されている繊維流動保持層は成形型17の載置面17aに載置される表層である点が第1の実施形態と異なっており、他の構成は基本的に第1の実施形態におけるプリフォーム10及び繊維強化複合材19と同じである。
次に、第3の実施形態を図5に従って説明する。この実施形態は、保持部16が形成されている繊維流動保持層は成形型17の載置面17aに載置される表層である点が第1の実施形態と異なっており、他の構成は基本的に第1の実施形態におけるプリフォーム10及び繊維強化複合材19と同じである。
図5に示すように、プリフォーム10を構成する多層織物13の表層としての織物13gは織物13b〜13fと比較してX方向に短い。また、プリフォーム10を構成する多層織物13の表層としての織物13gは織物13b〜13fと比較してY方向に短い。
繊維流動保持層としての織物13aの端部には織物13b〜13fが積層された厚みと、織物13gがX方向及びY方向において織物13b〜13fと比較して短い分の長さとだけ保持部16が形成されている。保持部16を湾曲することで、繊維流動保持層である織物13aが他の層である織物13b〜13fの端部を巻き込む。保持部16は織物13b〜13fの端部を巻き込み、かつ織物13gがX方向及びY方向において織物13b〜13fと比較して短い分まで延在している。湾曲された保持部16と織物13gとは成形型17の載置面17aとは反対側の面において、段差が無く、同一の厚みで織物13a〜13gが積層されている。Z方向に積層されている織物13a〜13gはステッチ糸14により層間が結合されている。
次に、本実施形態の作用を説明する。
図5に示すように、プリフォーム10を成形型17の載置面17aに載置する。このとき、繊維流動保持層としての織物13aが成形型17の載置面17aに載置される表層であって、織物13gが成形型17の載置面17aに載置される表層(織物13a)とは反対側の表層となるように載置する。プリフォーム10を成形型17内に載置してRTM成形法にてプリフォーム10にマトリックス樹脂18を含浸させた後、成形型17内を加熱することでプリフォーム10を形成する織物13a〜13gの層間を結合しているステッチ糸14が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂18は成形型17内を流動する。マトリックス樹脂18の成形型17内の流動の際、プリフォーム10を構成する織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12は流動しようとするが、織物13b〜13gの端部は保持部16によって覆われているため、織物13b〜13gの端部の経糸11及び緯糸12の流動は抑制される。
図5に示すように、プリフォーム10を成形型17の載置面17aに載置する。このとき、繊維流動保持層としての織物13aが成形型17の載置面17aに載置される表層であって、織物13gが成形型17の載置面17aに載置される表層(織物13a)とは反対側の表層となるように載置する。プリフォーム10を成形型17内に載置してRTM成形法にてプリフォーム10にマトリックス樹脂18を含浸させた後、成形型17内を加熱することでプリフォーム10を形成する織物13a〜13gの層間を結合しているステッチ糸14が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂18は成形型17内を流動する。マトリックス樹脂18の成形型17内の流動の際、プリフォーム10を構成する織物13a〜13fの端部の経糸11及び緯糸12は流動しようとするが、織物13b〜13gの端部は保持部16によって覆われているため、織物13b〜13gの端部の経糸11及び緯糸12の流動は抑制される。
上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(5)繊維流動保持層としての織物13aはプリフォーム10の成形型17の載置面17aに載置される表層である。
これにより、通常、成形型17はプリフォーム10との隙間が狭いため、プリフォーム10の成形型17への載置に時間がかかるが、プリフォーム10の繊維流動保持層としての織物13aの端部に保持部16が形成されているため、成形型17へ押し込んでも成形型17の側面17bがガイドとなり、プリフォーム10の形状を保持した状態で載置可能となるので、プリフォーム10の成形型17への載置が容易となる。
(5)繊維流動保持層としての織物13aはプリフォーム10の成形型17の載置面17aに載置される表層である。
これにより、通常、成形型17はプリフォーム10との隙間が狭いため、プリフォーム10の成形型17への載置に時間がかかるが、プリフォーム10の繊維流動保持層としての織物13aの端部に保持部16が形成されているため、成形型17へ押し込んでも成形型17の側面17bがガイドとなり、プリフォーム10の形状を保持した状態で載置可能となるので、プリフォーム10の成形型17への載置が容易となる。
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
○ 織物13a〜13gの織り方は平織以外に、綾織や朱子織であっても良い。
○ 織物13a〜13gの織り方は平織以外に、綾織や朱子織であっても良い。
○ 各実施形態において、X方向とY方向とを入れ替えてもよい。
○ 第1の実施形態において、織物13gはX方向及びY方向において、織物13a〜13fと比較して長いが、X方向のみ長くても良いし、Y方向のみ長くても良い。
○ 第1の実施形態において、織物13gは織物13b〜13fの端部を覆っていても良いし、織物13fの端部のみを覆っていても良い。
○ 第1の実施形態において、織物13gは織物13a〜13fの端部を巻き込んでいても良いし、織物13fのみ巻き込んでいても良い。
○ 第1の実施形態において、織物13gは織物13b〜13fの端部を覆っていても良いし、織物13fの端部のみを覆っていても良い。
○ 第1の実施形態において、織物13gは織物13a〜13fの端部を巻き込んでいても良いし、織物13fのみ巻き込んでいても良い。
○ 第2の実施形態において、織物13gは織物13a〜13fの端部を巻き込んでいても良いし、織物13fの端部のみを巻き込んでいても良い。
○ 第2の実施形態において、織物13aは織物13b〜13fと比較してX方向のみ短くても良いし、Y方向のみ短くても良い。
○ 第2の実施形態において、織物13aは織物13b〜13fと比較してX方向のみ短くても良いし、Y方向のみ短くても良い。
○ 第3の実施形態において、織物13gは織物13b〜13fと比較してX方向のみ短くても良いし、Y方向のみ短くても良い。
○ ステッチ糸14はRTM成形の際に溶けなくても良い。ステッチ糸は熱可塑性繊維でなくても良く、例えば炭素繊維でも良い。
○ ステッチ糸14で層間結合されていなくても良く、接着剤等で層間結合されていても良い。
○ 各実施形態では、プリフォーム10は織物13a〜13gを積層して形成していたが、経糸11を並列させた複数の経糸繊維層と、緯糸12を並列させた複数の緯糸繊維層とを同時に織った多層織としても良い。
○ プリフォーム10は、保持部16を複数有していても良い。例えば、図6に示すように、プリフォーム10は織物13a及び織物13gの端部15に保持部16が形成されていても良い。このとき、Z方向に積層されている織物13a〜13hは図示しないステッチ糸14により層間が結合されることで多層織物13が形成されている。
○ 繊維流動保持層は表層でなくても良く、表層でない繊維流動保持層は他の層の端部を巻き込んでいても良い。
○ 繊維流動保持層は表層でなくても良く、表層でない繊維流動保持層は他の層の端部を巻き込んでいても良い。
10…プリフォーム、13a〜13h…織物、16…保持部、18…マトリックス樹脂、19…繊維強化複合材
Claims (5)
- 多層織物からなるRTM成形用繊維プリフォームにおいて、
前記多層織物の少なくとも一層は端部に他の層の端部を覆う保持部が形成されている繊維流動保持層である
ことを特徴とするRTM成形用繊維プリフォーム。 - 前記繊維流動保持層は前記RTM成形用繊維プリフォームの成形型の載置面に載置される表層とは反対側の表層である
請求項1に記載のRTM成形用繊維プリフォーム。 - 前記繊維流動保持層は前記RTM成形用繊維プリフォームの成形型の載置面に載置される表層である
請求項1または2に記載のRTM成形用繊維プリフォーム。 - 前記繊維流動保持層は前記他の層の少なくとも一層の端部を巻き込んでいる
請求項1〜3に記載のRTM成形用繊維プリフォーム。 - プリフォームにマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材であって、前記プリフォームが請求項1〜4に記載のRTM成形用繊維プリフォームである
ことを特徴とする繊維強化複合材。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023204058A1 (ja) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 株式会社豊田自動織機 | 繊維構造体及び繊維強化複合材 |
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2016
- 2016-10-20 JP JP2016205735A patent/JP2018066086A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023204058A1 (ja) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 株式会社豊田自動織機 | 繊維構造体及び繊維強化複合材 |
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