JP2018146392A - 含浸試験装置、及びこれを用いる含浸性の評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シート状の被含浸物の厚さ方向への含浸性を正確に評価することができる含浸試験装置、及び含浸性の評価方法の提供。【解決手段】被含浸物を載置する凹部を有するとともに、凹部の底部に複数の貫通孔２５が形成されて成るステージ部２３と、ステージ部２３に上載する上蓋部３１であって、ステージ部２３に上載した際にステージ部２３に形成された貫通孔２５と平行方向に複数の貫通孔３５が形成されて成る上蓋部３１とから成り、ステージ部２３に上蓋部３１が上載されることにより、内部に中空部２９を形成する本体部１０と、本体部１０に接続され、ステージ部２３に形成された貫通孔２５を通じて本体部１０の中空部２９に含浸液を供給する含浸液入り口２１と、ステージ部２３に上蓋部３１を上載することによって、ステージ部２３に載置される被含浸物を中空部２９内に固定する固定機構３７と、を備える含浸試験装置。【選択図】図２
Description
本発明は、含浸試験装置、及びこれを用いる含浸性の評価方法に関する。特には、シート状の被含浸物の厚さ方向への含浸性を評価するための含浸試験装置、及びこれを用いる含浸性の評価方法に関する。
生産性の高い繊維強化複合材料の成形法として、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている。ＲＴＭ成形法は、炭素繊維やガラス繊維等のシート状の繊維強化基材（被含浸物）を成形型内に配置して型締めし、該型内に樹脂を供給して繊維強化基材に樹脂を含浸させた後、該樹脂を硬化させて成形する方法である。ＲＴＭ成形法は、短いサイクルでの連続生産による大量部品の製造方法として期待される。
ＲＴＭ法によって安定した品質の成形体を短いサイクルで製造するためには、含浸速度を高くすることが求められる。そのためには、樹脂の供給条件、被含浸物の繊維束の太さや織物の仕様、積層方法等の条件を実験により事前に定める必要があるが、この実験をＲＴＭ大型設備（注入機や金型）にて行い、成形状態を評価することは時間、コストがかかり煩雑である。そのため、被含浸物への樹脂の含浸性を簡易的に評価する方法が提案されている。
特許文献１−２には、被含浸物の面内方向（即ち、ＸＹ方向）への含浸性を評価する含浸試験装置が開示されている。しかし、型内に被含浸物が複数枚積層される場合等においては、被含浸物の面内方向（即ち、ＸＹ方向）への含浸性のみならず、その厚さ方向（Ｚ方向）への含浸性を正確に評価する必要があるが、係る評価方法は確立されていない。
従来の含浸試験装置は、シート状の被含浸物の面内方向（ＸＹ方向）への含浸性のみを評価するものであり、厚さ方向（Ｚ方向）への含浸性を評価することができなかった。そのため、従来の含浸試験装置のみでは正確な含浸性を評価することができなかった。
本発明の目的は、シート状の被含浸物の厚さ方向（Ｚ方向）への含浸性を正確に評価することができる含浸試験装置、及びこれを用いる含浸性の評価方法を提供することである。
本発明の目的は、シート状の被含浸物の厚さ方向（Ｚ方向）への含浸性を正確に評価することができる含浸試験装置、及びこれを用いる含浸性の評価方法を提供することである。
本発明者らは、シート状の被含浸物の厚さ方向への含浸性を正確に評価するために、含浸液を被含浸物の厚さ方向に供給することに想到した。そして、含浸液を厚さ方向に供給する場合、含浸液の流通によって被含浸物が部分的に変形して正確な含浸性を評価できない場合があり、特にシート状の被含浸物を複数枚積層する場合にはその傾向が顕著に現れることを知得した。そこで、被含浸物の形状の変形を抑制するために、被含浸物を固定する機構を設けることに想到し、本発明を完成するに至った。
第１の本発明は、以下の〔１〕に記載のものである。
〔１〕
（１） 被含浸物を載置する凹部を有するとともに、前記凹部の底部に複数の貫通孔が形成されて成るステージ部と、
前記ステージ部に上載する上蓋部であって、前記上蓋部は前記ステージ部に形成された前記凹部の開口部と同一形状の開口部を有する凹部を有し、前記ステージ部に上載した際に前記ステージ部に形成された前記貫通孔と平行方向に複数の貫通孔が形成されて成る上蓋部と、
から成り、前記ステージ部に前記上蓋部が上載されることにより、内部に中空部を形成する本体部と、
（２） 前記本体部に接続され、前記ステージ部に形成された前記貫通孔を通じて前記本体部の前記中空部に含浸液を供給する含浸液供給部と、
（３） 前記ステージ部に前記上蓋部を上載することによって、前記ステージ部に載置される前記被含浸物を前記中空部内に固定する固定機構と、
を備えることを特徴とする含浸試験装置。
（１） 被含浸物を載置する凹部を有するとともに、前記凹部の底部に複数の貫通孔が形成されて成るステージ部と、
前記ステージ部に上載する上蓋部であって、前記上蓋部は前記ステージ部に形成された前記凹部の開口部と同一形状の開口部を有する凹部を有し、前記ステージ部に上載した際に前記ステージ部に形成された前記貫通孔と平行方向に複数の貫通孔が形成されて成る上蓋部と、
から成り、前記ステージ部に前記上蓋部が上載されることにより、内部に中空部を形成する本体部と、
（２） 前記本体部に接続され、前記ステージ部に形成された前記貫通孔を通じて前記本体部の前記中空部に含浸液を供給する含浸液供給部と、
（３） 前記ステージ部に前記上蓋部を上載することによって、前記ステージ部に載置される前記被含浸物を前記中空部内に固定する固定機構と、
を備えることを特徴とする含浸試験装置。
上記〔１〕に記載の発明は、シート状の被含浸物の厚さ方向（Ｚ方向）への含浸性を評価する含浸試験装置である。この含浸試験装置は、本体部と含浸液供給部とから成り、含浸液供給部から本体部内に含浸液を供給し、該含浸液の流量や圧力等から被含浸物に対する含浸液の含浸性を評価する。本体部は、シート状の被含浸物を載置する凹部を有するステージ部と、該ステージ部に上載する上蓋部と、被含浸物を本体部の中空部内に固定する固定機構と、を備えて成る。
第１の本発明は以下の〔２〕〜〔８〕の構成を含んでいることが好ましい。
第１の本発明は以下の〔２〕〜〔８〕の構成を含んでいることが好ましい。
〔２〕 前記上蓋部の前記凹部の開孔率が１〜８０％である〔１〕に記載の含浸試験装置。
上記〔２〕の発明によれば、上蓋部に所定の開孔率で貫通孔が形成されている。
〔３〕 前記上蓋部の前記凹部に形成される前記貫通孔の各孔径が０．５〜８ｍｍである請求項１に記載の含浸試験装置。
上記〔３〕の発明によれば、上蓋部に所定の孔径の貫通孔が形成されている。
〔４〕 前記ステージ部の前記凹部に形成された前記貫通孔の開孔パターンと、前記上蓋部に形成された前記貫通孔の開孔パターンと、が同一である〔１〕に記載の含浸試験装置。
上記〔４〕の発明によれば、ステージ部の凹部に形成された貫通孔の開孔パターンと、上蓋部に形成された前記貫通孔の開孔パターンと、が同一であり、ステージ部に上蓋部を上載した際に各貫通孔が同一の穴の軸を有している。
〔５〕 前記固定機構が、Ｏリングである〔１〕に記載の含浸試験装置。
上記〔５〕の発明によれば、ステージ部に被含浸物を載置し、次いで該被含浸物の外縁部にＯリングを載置し、さらに該ステージ部に上蓋部を上載することによって被含浸物が本体部の中空部内に固定される。即ち、Ｏリングによって被含浸物の外縁部が圧縮されるとともに、ステージ部と上蓋部との間で形成される中空部内に被含浸物が固定される。
〔６〕 前記固定機構が、Ｏリングと中パッキンとの組み合わせである〔１〕に記載の含浸試験装置。
上記〔６〕の発明によれば、複数のシート状の被含浸物と中パッキンとが交互に載置され、かつＯリングによって被含浸物の外縁部が圧縮されて、ステージ部と上蓋部との間で形成される中空部内に被含浸物が固定される。
〔７〕 前記本体部と前記含浸液供給部との間に圧力測定手段が介装されて成る〔１〕に記載の含浸試験装置。
上記〔７〕の発明によれば、被含浸物に対する含浸液の含浸性が、供給する含浸液の圧力により評価される。
〔８〕 前記被含浸物の厚み及びその空隙率を、含浸液の流通時における被含浸物の厚み及びその空隙率に補正する演算部を有する〔１〕に記載の含浸試験装置。
第２の本発明は、以下の〔９〕及び〔１０〕に記載のものである。
〔９〕 面積Ａ、空隙率φ、厚みＬのシート状の被含浸物の厚み方向（Ｚ方向）に含浸液を流通した際における、含浸液の粘度μ、含浸液の単位時間当たりの流量Ｑ、含浸圧力Ｐから、以下の数式（１）又は数式（２）
によって算出される浸透係数Ｋを用いて被含浸物の含浸性を評価する方法であって、
前記厚みＬを含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２に補正し、又は、
前記厚みＬを含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２に補正するとともに、前記空隙率φを含浸液の流通時における被含浸物の実際の空隙率である補正空隙率φ２に補正することを特徴とする含浸性の評価方法。
前記厚みＬを含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２に補正し、又は、
前記厚みＬを含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２に補正するとともに、前記空隙率φを含浸液の流通時における被含浸物の実際の空隙率である補正空隙率φ２に補正することを特徴とする含浸性の評価方法。
〔１０〕 〔１〕乃至〔８〕の何れかに記載の含浸試験装置を用いる被含浸物の含浸性の評価方法であって、
前記ステージ部の凹部に、面積がＡであり、空隙率がφであり、厚みがＬであるシート状の被含浸物を載置して前記ステージ部に形成された前記貫通孔を覆うとともに、前記ステージ部に前記上蓋部を上載して前記本体部の前記中空部内に被含浸物を固定して収容し、
前記含浸液供給部から前記本体部の前記ステージ部に形成された前記貫通孔を通じて前記本体部に固定された被含浸物に粘度μの含浸液を供給し、含浸液の含浸圧力Ｐに基づいて含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２、又は、
含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２及び実際の空隙率である補正空隙率φ２を算出し、
単位時間当たりの流量Ｑから、以下の数式（３）又は数式（４）
によって算出される浸透係数Ｋを用いて被含浸物の含浸性を評価することを特徴とする含浸性の評価方法。
前記ステージ部の凹部に、面積がＡであり、空隙率がφであり、厚みがＬであるシート状の被含浸物を載置して前記ステージ部に形成された前記貫通孔を覆うとともに、前記ステージ部に前記上蓋部を上載して前記本体部の前記中空部内に被含浸物を固定して収容し、
前記含浸液供給部から前記本体部の前記ステージ部に形成された前記貫通孔を通じて前記本体部に固定された被含浸物に粘度μの含浸液を供給し、含浸液の含浸圧力Ｐに基づいて含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２、又は、
含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２及び実際の空隙率である補正空隙率φ２を算出し、
単位時間当たりの流量Ｑから、以下の数式（３）又は数式（４）
上記〔９〕及び〔１０〕に記載の発明は、シート状の被含浸物の厚さ方向（Ｚ方向）への含浸性を評価する含浸性の評価方法であって、被含浸物の厚みＬ及び空隙率φを、含浸液が実際に流通している状態における厚み及び空隙率に補正する含浸性の評価方法である。
本発明の含浸試験装置は、被含浸物の厚さ方向における含浸性を評価できる。この含浸性試験装置は、被含浸物が本体部の中空部内に固定されるため、含浸液の流通によって被含浸物が変形することが抑制される。そのため、厚さ方向の含浸性を正確に評価できる。
以下、本発明の含浸試験装置の詳細について説明する。
１． 含浸試験装置の構造
本発明の含浸試験装置（以下、「本含浸試験装置」ともいう）は、その中空部内に被含浸物を収容する本体部と、該本体部の中空部内に含浸液を供給する含浸液供給部と、を備えて成り、被含浸物を本体部の中空部内に固定する固定機構を備えることを特徴とする。
本発明の含浸試験装置（以下、「本含浸試験装置」ともいう）は、その中空部内に被含浸物を収容する本体部と、該本体部の中空部内に含浸液を供給する含浸液供給部と、を備えて成り、被含浸物を本体部の中空部内に固定する固定機構を備えることを特徴とする。
図１は、本含浸試験装置の一例を示す概略構成図である。図１中、１００は本含浸試験装置であり、１０は本体部であり、４は含浸液供給部である。含浸液供給部４は、液溜槽１が配管２を介してポンプ３に接続されて成る。含浸液供給部４は、配管５を介して本体部１０の入口側に接続されている。配管５には、温度計６及び圧力計７が介装されている。本体部１０の出口側には配管８の一端が接続されており、配管８の他端は開放されている。配管８の他端から排出される含浸液は、回収槽９に回収されるように構成されている。１１は秤であり、回収槽９に回収される含浸液の質量（流量）を測定できるように構成されている。
液溜槽１、配管２、ポンプ３、配管５、温度計６、圧力計７、配管８、回収槽９、及び秤１１は何れも公知の物を用いて構成できる。温度計６、圧力計７、及び秤１１は、その出力信号を不図示の制御部に出力できるように構成されていても良い。
本体部１０は、シート状の被含浸物を内部に収容する。本体部１０は、含浸液の流通方向とシートの厚さ方向（Ｚ方向）とが一致するように構成されている。図２は、本体部１０の図１における線Ａ−Ａ’に沿う断面を示す断面図である。図３（ａ）はステージ部２３の平面図であり、図３（ｂ）は上蓋部３１の平面図である。２３はステージ部であり、被含浸物を載置する凹部が形成されている。３１は上蓋部であり、ステージ部２３に上載されることにより、ステージ部２３と上蓋部３１との間に中空部２９を形成するように構成されている。上蓋部３１には、ステージ部２３に形成された凹部の開口部と同一形状の開口部を有する凹部を有している。ステージ部２３と上蓋部３１との間には、Ｏリング２７が嵌合されており、ステージ部２３と上蓋部３１との間を液密に封止している。ステージ部２３の凹部の底部には、貫通孔２５が形成されており、上蓋部３１には貫通孔２５の穴の軸心と平行方向に穴の軸心を有する貫通孔３５が形成されている。ステージ２３の下方及び上蓋部３１の上方には、それぞれ含浸液入口２１及び含浸液出口３３がそれぞれ形成されている。含浸液入口２１から導入される含浸液は貫通孔２５を通じて中空部２９に供給され、中空部２９に供給された含浸液は貫通孔３５を通じて含浸液出口３３から導出されるように構成されている。本体部１０の中空部２９内には、被含浸物の外縁部を圧縮することによって中空部２９内に固定する固定機構３７（図２においてはＯリング）が配設されている。
被含浸物を複数枚積層する場合、固定機構としては、固定機構３７の他に、中パッキン３９（図４（ｂ）参照）を備えることが好ましい。被含浸物を複数枚積層する場合、被含浸物間に中パッキン３９を介在させることにより、被含浸物が含浸液の流通によって部分的に圧縮されて変形（目詰まり）することを抑制でき、正確な含浸性を評価できる。
ステージ部２３の凹部に形成されている貫通孔２５は、該凹部の底面の面積に対する貫通孔の合計開口面積（即ち、開孔率）が１〜８０％であることが好ましく、５〜６０％であることがより好ましい。同様に上蓋部３１の凹部に形成されている貫通孔３５は、該凹部の底面の面積に対する貫通孔の合計開口面積（即ち、開孔率）が１〜８０％であることが好ましく、５〜６０％であることがより好ましい。開口面積が１％未満である場合、面内方向への含浸性を評価することに帰結し、厚さ方向の含浸性を正確に評価できない場合がある。上蓋部３１の貫通孔３５は、貫通孔２５の貫通孔と同様に形成されていることが好ましい。即ち、各貫通孔２５及び３５がそれぞれ同一のパターン（即ち、同一の数、同一の開孔率、同一の開孔径で形成されており、ステージ部２３に上蓋部３１を上載した際に、各貫通孔２５及び３５が同一の穴の軸を有している）で形成されていることが好ましい。
貫通孔２５の開口部の形状は特に限定されないが、円形であることが好ましい。複数の貫通孔２５は、略等間隔に形成されていることが好ましい。貫通孔２５及び貫通孔３５の各孔径は０．１〜８ｍｍであることが好ましく、０．５〜５ｍｍであることがより好ましい。孔径が８ｍｍを超える場合、含浸液の流通によって被含浸物の形状が部分的に変形し易くなり、試験の再現性が低下する場合がある。
２． 含浸性の評価方法
次に、上記含浸試験装置を用いて被含浸物の含浸性を評価する方法について説明する。
先ず、ステージ部２３の凹部にシート状の被含浸物を載置する。被含浸物の形状は、ステージ部２３の凹部に形成された全ての貫通孔を覆う形状であり、通常、ステージ部２３の凹部の底面よりも僅かに小さい。次いで、固定機構３７を被含浸物の上に載置する。その後、上蓋部３１をステージ部２３に上載し、不図示の部材（クランプやねじ締め等）により型締めされる。これにより、被含浸物の外縁部が固定機構３７により圧縮され、本体部１０の中空部２９内に被含浸物が固定される。
次に、上記含浸試験装置を用いて被含浸物の含浸性を評価する方法について説明する。
先ず、ステージ部２３の凹部にシート状の被含浸物を載置する。被含浸物の形状は、ステージ部２３の凹部に形成された全ての貫通孔を覆う形状であり、通常、ステージ部２３の凹部の底面よりも僅かに小さい。次いで、固定機構３７を被含浸物の上に載置する。その後、上蓋部３１をステージ部２３に上載し、不図示の部材（クランプやねじ締め等）により型締めされる。これにより、被含浸物の外縁部が固定機構３７により圧縮され、本体部１０の中空部２９内に被含浸物が固定される。
図４（ａ）は、本体部１０の中空部２９内に被含浸物を載置して型締めした状態を示す説明図である。図４（ａ）中、５０は被含浸物であり、ステージ部２３の凹部に載置され、固定機構３７によりその外縁部が圧縮されて本体部１０の中空部２９内に固定されている。
図４（ｂ）は、本体部１０の中空部２９内に複数枚（図４（ｂ）においては３枚）の被含浸物を載置して型締めした状態を示す説明図である。図４（ｂ）中、５１はステージ部２３の凹部に載置された被含浸物である。被含浸物５１と固定機構（中パッキン）３９とが交互に積層され、その最上部には固定機構３７がその外縁部に載置される。これにより、各被含浸物の外縁部が圧縮されて本体部１０の中空部２９内に固定されている。
次に、液溜槽１内に含浸液を貯溜し、ポンプ３を用いて本体部１０に含浸液を供給する。これにより、含浸液は本体部１０の含浸液入口２１、貫通孔２５を通って、中空部２９内に収容された被含浸物に含浸される。被含浸物を通過した含浸液は、貫通孔３５、含浸液出口３３を通って本体部１０外に導出される。本体部１０から導出された含浸液は、配管８を通って回収槽９に回収される。
この時、圧力計６、温度計７、及び秤１１の値が記録され、これにより被含浸物の含浸性が評価される。
この時、圧力計６、温度計７、及び秤１１の値が記録され、これにより被含浸物の含浸性が評価される。
含浸液としては、如何なる液体も使用可能であるが、通常、水、シリコンオイル、溶液液状樹脂等が使用される。
本含浸試験装置で評価される被含浸物は、シート状であれば特に限定されないが、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の有機、無機繊維の織物や不織布、フェルト、マット等が例示される。
炭素繊維の織物や不織布等の多孔質状の被含浸物の内部における樹脂の流れは、ダルシー則（Ｄａｒｃｙ則）に従うことが知られている。即ち、単位時間当たりに被含浸物を透過する樹脂の流量をＱ、被含浸物の面積をＡ、浸透係数をＫ、被含浸物の空隙率をφ、被含浸物の厚みをＬ、含浸圧力をＰ、樹脂の粘度をμとしたときに、以下の数式（１）または数式（２）
を満たす。ここで被含浸物の面積Ａ、空隙率φ、厚みＬ、樹脂の粘度μは既知であるため、本含浸試験装置を用いて流量Ｑ及び含浸圧力Ｐを測定して浸透係数Ｋを算出し、評価することも可能である。被含浸物の面積Ａの代わりに開口面積Ａ’（穴の開口面積×個数）を用いても良いがその場合はその旨を測定条件に明記する。
ここで厚みＬ、及び空隙率φについては、被含浸物の含浸前における厚みＬ及び空隙率φをそのまま用いることもできる。しかし、より精度の高い評価を行うためには、上記Ｌ及びφとして、含浸液の含浸時における実際の厚みである補正厚み、及び実際の空隙率である補正空隙率を用いることが好ましい。ここで、補正厚み、補正空隙率としては、以下に説明する補正厚みＬ１、補正空隙率φ１、補正厚みＬ２、補正空隙率φ２がある。
被含浸物を厚み方向に圧縮して中空部２９内に収容する本含浸試験装置においては、該圧縮時の厚みである補正厚みＬ１、及び圧縮時の空隙率である補正空隙率φ１を用いることが好ましい。ここで補正厚みＬ１、及び補正空隙率φ１の求め方としては、中空部２９内に被含浸物を圧縮して収容した場合、該中空部２９の厚み方向（貫通孔の穴の軸と平行方向）への長さを補正厚みＬ１とすることができ、補正空隙率は該圧縮の度合いから算出できる。本発明の含浸試験装置には、被含浸部の含浸前の該圧縮の度合いから補正空隙率φ１を算出する演算部を有していることが好ましい。
また、厚み方向に含浸液を流通させる本含浸試験装置においては、含浸圧力Ｐが高くなると該含浸液の流通によって被含浸物が含浸装置内でさらに圧縮される場合がある。そのため、含浸液の流通時における被含浸物の厚みＬ及び空隙率φが、上記補正厚みＬ１及び補正空隙率φ１よりも小さくなる場合がある。即ち、含浸圧力Ｐが中空部２９内への被含浸物の締め付け圧力（充填圧力）を超えると、上記補正厚みＬ１及び補正空隙率φ１を使用しても、評価の精度を十分に高くすることができない場合がある。そのため、厚みＬ、及び空隙率φについては、含浸液の流通時における実際の厚みである補正厚みＬ２、及び実際の空隙率である補正空隙率φ２を用いることが好ましい。補正厚みＬ２、及び補正空隙率φ２の求め方としては、被含浸物について予め圧縮試験を行い、圧力と厚みＬ及び空隙率との関係を測定して検量線を作成しておく。そして、含浸試験時の含浸圧力値から、この検量線を用いて含浸試験時における被含浸物の補正厚みＬ２、及び補正空隙率φ２を求めることができる。本発明の含浸試験装置には、この検量線を用いて補正厚みＬ２、及び補正空隙率φ２を算出する演算部を有していることが好ましい。
即ち、
本発明の含浸試験装置を用いる含浸性の評価方法であって、
（１） ステージ部の凹部に、面積がＡであり、空隙率がφであり、厚みがＬであるシート状の被含浸物を載置してステージ部に形成された貫通孔を覆うとともに、ステージ部に上蓋部を上載して本体部の中空部内に被含浸物を固定して収容し、
（２） 含浸液供給部から本体部のステージ部に形成された貫通孔を通じて本体部に固定された被含浸物に粘度μの含浸液を供給し、
（３） 含浸液の含浸圧力Ｐと単位時間当たりの流量Ｑとから、以下の数式（１）または数式（２）
によって算出される浸透係数Ｋを用いて被含浸物の含浸性を評価するにあたって、
（４） 厚みＬ及び空隙率φとして、含浸時の実際の厚みである補正厚みＬ１又はＬ２、及び含浸時の実際の空隙率である補正空隙率φ１又はφ２を使用する含浸性の評価方法はより好ましい。
本発明の含浸試験装置を用いる含浸性の評価方法であって、
（１） ステージ部の凹部に、面積がＡであり、空隙率がφであり、厚みがＬであるシート状の被含浸物を載置してステージ部に形成された貫通孔を覆うとともに、ステージ部に上蓋部を上載して本体部の中空部内に被含浸物を固定して収容し、
（２） 含浸液供給部から本体部のステージ部に形成された貫通孔を通じて本体部に固定された被含浸物に粘度μの含浸液を供給し、
（３） 含浸液の含浸圧力Ｐと単位時間当たりの流量Ｑとから、以下の数式（１）または数式（２）
（４） 厚みＬ及び空隙率φとして、含浸時の実際の厚みである補正厚みＬ１又はＬ２、及び含浸時の実際の空隙率である補正空隙率φ１又はφ２を使用する含浸性の評価方法はより好ましい。
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に記載の含浸試験装置を構成したステージ部及び上蓋部に形成される各孔径は３ｍｍとし、孔数は１９、開孔率は７％とした。該含浸試験装置を用いて、炭素繊維織物（Ｂｉａｘｉａｌ Ｎｏｎ−Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃ（ＮＣＦ）＿０°／９０°、全目付２９７ｇ／ｍ２）７枚から成る被含浸物にシリコンオイル（動粘度：１０ｃＳｔ）を含浸してその含浸性を評価した。その結果は表１に示した。なお、表１の「被含浸物の状態」の欄において、◎は被含浸物の変形が目視で確認できないことを意味し、○は被含浸物の変形が目視で僅かに確認できることを意味し、×は被含浸物が大きく変形していることが目視で確認できることを意味する。
図１に記載の含浸試験装置を構成したステージ部及び上蓋部に形成される各孔径は３ｍｍとし、孔数は１９、開孔率は７％とした。該含浸試験装置を用いて、炭素繊維織物（Ｂｉａｘｉａｌ Ｎｏｎ−Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃ（ＮＣＦ）＿０°／９０°、全目付２９７ｇ／ｍ２）７枚から成る被含浸物にシリコンオイル（動粘度：１０ｃＳｔ）を含浸してその含浸性を評価した。その結果は表１に示した。なお、表１の「被含浸物の状態」の欄において、◎は被含浸物の変形が目視で確認できないことを意味し、○は被含浸物の変形が目視で僅かに確認できることを意味し、×は被含浸物が大きく変形していることが目視で確認できることを意味する。
（実施例２〜４、比較例１）
表１に記載するとおりに孔径、孔数、及び開孔率を変更した他は実施例１と同様に評価した。尚、実施例２はステージ部と上蓋部の各貫通孔が同一の穴の軸を有している。結果は表１に示した。
表１に記載するとおりに孔径、孔数、及び開孔率を変更した他は実施例１と同様に評価した。尚、実施例２はステージ部と上蓋部の各貫通孔が同一の穴の軸を有している。結果は表１に示した。
（実施例５）
実施例１の含浸試験装置を用いて、１０枚の炭素繊維織物を積層して成る被含浸物にシリコンオイル（動粘度：１０ｃＳｔ）を含浸してその含浸性を評価した。炭素繊維織物の積層にあたっては、炭素繊維織物２枚毎に中パッキン（厚み１ｍｍ）を載置した。含浸性の評価は、ポンプの流量を変更することにより含浸液の含浸圧力を変更して、該含浸圧力と含浸液の流量との関係を評価することにより行った。その結果、圧力０．５ＭＰａ時の流量が７ｇ／秒、圧力１ＭＰａ時の流量が８ｇ／秒、圧力２ＭＰａ時の流量が９ｇ／秒、圧力３ＭＰａ時の流量が１０ｇ／秒、圧力４ＭＰａ時の流量が１１ｇ／秒となり、圧力と流量とが比例する関係となった。即ち、中パッキンを用いることにより、含浸液の流通によって炭素繊維織物が部分的に変形（目詰まり）しなかったことを意味している。
実施例１の含浸試験装置を用いて、１０枚の炭素繊維織物を積層して成る被含浸物にシリコンオイル（動粘度：１０ｃＳｔ）を含浸してその含浸性を評価した。炭素繊維織物の積層にあたっては、炭素繊維織物２枚毎に中パッキン（厚み１ｍｍ）を載置した。含浸性の評価は、ポンプの流量を変更することにより含浸液の含浸圧力を変更して、該含浸圧力と含浸液の流量との関係を評価することにより行った。その結果、圧力０．５ＭＰａ時の流量が７ｇ／秒、圧力１ＭＰａ時の流量が８ｇ／秒、圧力２ＭＰａ時の流量が９ｇ／秒、圧力３ＭＰａ時の流量が１０ｇ／秒、圧力４ＭＰａ時の流量が１１ｇ／秒となり、圧力と流量とが比例する関係となった。即ち、中パッキンを用いることにより、含浸液の流通によって炭素繊維織物が部分的に変形（目詰まり）しなかったことを意味している。
（参考例１）
中パッキンを使用しなかった他は実施例５と同様に操作して含浸性を評価した。この含浸性の評価は２回繰り返して行った。その結果、１回目が圧力０．５ＭＰａ時の流量が１３ｇ／秒であり、２回目が圧力０．５ＭＰａ時の流量が６ｇ／秒であった。また、２回目の試験は６ｇ／秒の流量を維持しようとすると、圧力が上昇して含浸液を供給できなくなった。即ち、中パッキンを用いない場合、含浸液の流通によって炭素繊維織物が部分的に変形（目詰まり）する場合があることを意味しており、試験の再現性が低かった。
中パッキンを使用しなかった他は実施例５と同様に操作して含浸性を評価した。この含浸性の評価は２回繰り返して行った。その結果、１回目が圧力０．５ＭＰａ時の流量が１３ｇ／秒であり、２回目が圧力０．５ＭＰａ時の流量が６ｇ／秒であった。また、２回目の試験は６ｇ／秒の流量を維持しようとすると、圧力が上昇して含浸液を供給できなくなった。即ち、中パッキンを用いない場合、含浸液の流通によって炭素繊維織物が部分的に変形（目詰まり）する場合があることを意味しており、試験の再現性が低かった。
（実施例６〜８）
被含浸物の厚みＬと圧縮応力との関係を計測する為、被含浸物の圧縮試験を行った。強化繊維織物として炭素繊維織物（Ｂｉａｘｉａｌ Ｎｏｎ−Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃ（ＮＣＦ）＿０°／９０°、全目付２９７ｇ／ｍ２）を表２に記載する枚数使用した。試験機の試験速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。被含浸物の厚みＬよりも十分大きな上下治具間隔である２２ｍｍから試験を開始した。上治具を下降することにより被含浸物を圧縮し、圧縮応力に対する被含浸物の厚みを測定した。結果を表２に示す。
被含浸物の厚みＬと圧縮応力との関係を計測する為、被含浸物の圧縮試験を行った。強化繊維織物として炭素繊維織物（Ｂｉａｘｉａｌ Ｎｏｎ−Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃ（ＮＣＦ）＿０°／９０°、全目付２９７ｇ／ｍ２）を表２に記載する枚数使用した。試験機の試験速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。被含浸物の厚みＬよりも十分大きな上下治具間隔である２２ｍｍから試験を開始した。上治具を下降することにより被含浸物を圧縮し、圧縮応力に対する被含浸物の厚みを測定した。結果を表２に示す。
次に、各被含浸物を実施例１の装置の本体部内に収容して含浸液を流通した。含浸試験装置における含浸性評価は、注入圧を０．１〜９．０ＭＰａ、流量を実施例６の場合は１．７〜６．３ｃｍ３／ｓｅｃとし、実施例７の場合は１．１〜３．７ｃｍ３／ｓｅｃとし、実施例８の場合は０．１〜２．０ｃｍ３／ｓｅｃとした。含浸時における被含浸物の厚みとして使用した値を表３（ａ）、空隙率を表３（ｂ）に示した。即ち、実施例６〜８は補正された厚み及び空隙率の値を使用した。一方、参考例２〜４は、補正しない厚み及び空隙率の値を使用した。これらの値を用いて上記数式（１）を用いて浸透係数を算出し、結果を図５〜８に示した。
なお、実施例１の装置は、ステージ部の貫通孔が形成されている凹部の底部から、上蓋部の貫通孔が形成されている凹部の底部までの距離が５．６ｍｍである。即ち、本体部内に５．６ｍｍを超える厚みを有する被含浸物を収容して型締めすると、該被含浸物の最大厚みは５．６ｍｍに圧縮される。そのため、参考例２〜４においては、被含浸物の厚みとして５．６ｍｍを用いた。
なお、実施例１の装置は、ステージ部の貫通孔が形成されている凹部の底部から、上蓋部の貫通孔が形成されている凹部の底部までの距離が５．６ｍｍである。即ち、本体部内に５．６ｍｍを超える厚みを有する被含浸物を収容して型締めすると、該被含浸物の最大厚みは５．６ｍｍに圧縮される。そのため、参考例２〜４においては、被含浸物の厚みとして５．６ｍｍを用いた。
図５によれば、含浸圧が大きくなると、含浸時における被含浸物の厚み及び空隙率が小さくなることから、補正前の被含浸物の厚み及び空隙率の値を用いた場合と比較して実際の浸透係数は小さくなる。
図６〜８によれば、実施例６〜８は、含浸圧力の増加とともに被含浸物の空隙率が小さくなることから、含浸圧力の増加に応じて浸透係数は小さくなる。一方、参考例２〜４は、含浸圧力に応じて厚み及び空隙率が変化しないため、空隙率と浸透係数の関係は一定となる。
次に、有限体積法をベースとして数式（２）をプログラムに組み込んだ３次元含浸流動・数値シミュレーションを実施した。実験は透明樹脂型を用い、被含浸物が配置された型キャビティーは上流部（幅２００×奥行２５０×厚み３．５ｍｍ）、下流部（幅２００×奥行２５０×厚み７．０ｍｍ）からなる厚み変化形状を有した。尚、被含浸物厚み方向の浸透係数は、補正空隙率φ１および補正空隙率φ２を用いて算出した図６〜８記載の値をそれぞれ採用し、型キャビティーの長手方向および垂直方向には別途計測した浸透係数を用いた。それらシミュレーション結果は、上流部まで、ほぼ同じ含浸流動挙動であったが、厚み方向への流れが発生する厚み変化部から下流側で、補正空隙率φ２による浸透係数を用いたシミュレーションが実現象の含浸流動挙動を良好に再現した。一方、補正空隙率φ１による浸透係数を用いたシミュレーションは実現象との乖離が大きくなった。
１００・・・含浸試験装置
１０・・・本体部
１・・・液溜槽
２、５、８・・・配管
３・・・ポンプ
４・・・含浸液供給部
６・・・温度計
７・・・圧力計
９・・・回収槽
１１・・・秤
２１・・・含浸液入口
２３・・・ステージ部
２５、３５・・・貫通孔
２７・・・Ｏリング
２９・・・中空部
３１・・・上蓋部
３３・・・含浸液出口
３７・・・固定機構
３９・・・中パッキン（固定機構）
５０、５１・・・被含浸物
１０・・・本体部
１・・・液溜槽
２、５、８・・・配管
３・・・ポンプ
４・・・含浸液供給部
６・・・温度計
７・・・圧力計
９・・・回収槽
１１・・・秤
２１・・・含浸液入口
２３・・・ステージ部
２５、３５・・・貫通孔
２７・・・Ｏリング
２９・・・中空部
３１・・・上蓋部
３３・・・含浸液出口
３７・・・固定機構
３９・・・中パッキン（固定機構）
５０、５１・・・被含浸物
Claims (10)
- （１） 被含浸物を載置する凹部を有するとともに、前記凹部の底部に複数の貫通孔が形成されて成るステージ部と、
前記ステージ部に上載する上蓋部であって、前記上蓋部は前記ステージ部に形成された前記凹部の開口部と同一形状の開口部を有する凹部を有し、前記ステージ部に上載した際に前記ステージ部に形成された前記貫通孔と平行方向に複数の貫通孔が形成されて成る上蓋部と、
から成り、前記ステージ部に前記上蓋部が上載されることにより、内部に中空部を形成する本体部と、
（２） 前記本体部に接続され、前記ステージ部に形成された前記貫通孔を通じて前記本体部の前記中空部に含浸液を供給する含浸液供給部と、
（３） 前記ステージ部に前記上蓋部を上載することによって、前記ステージ部に載置される前記被含浸物を前記中空部内に固定する固定機構と、
を備えることを特徴とする含浸試験装置。 - 前記上蓋部の前記凹部の開孔率が１〜８０％である請求項１に記載の含浸試験装置。
- 前記上蓋部の前記凹部に形成される前記貫通孔の各孔径が０．５〜８ｍｍである請求項１に記載の含浸試験装置。
- 前記ステージ部の前記凹部に形成された前記貫通孔の開孔パターンと、前記上蓋部に形成された前記貫通孔の開孔パターンと、が同一である請求項１に記載の含浸試験装置
- 前記固定機構が、Ｏリングである請求項１に記載の含浸試験装置。
- 前記固定機構が、Ｏリングと中パッキンとの組み合わせである請求項１に記載の含浸試験装置。
- 前記本体部と前記含浸液供給部との間に圧力測定手段が介装されて成る請求項１に記載の含浸試験装置。
- 前記被含浸物の厚み及びその空隙率を、含浸液の流通時における被含浸物の厚み及びその空隙率に補正する演算部を有する請求項１に記載の含浸試験装置。
- 面積Ａ、空隙率φ、厚みＬのシート状の被含浸物の厚み方向（Ｚ方向）に含浸液を流通した際における、含浸液の粘度μ、含浸液の単位時間当たりの流量Ｑ、含浸圧力Ｐから、以下の数式（１）又は数式（２）
前記厚みＬを含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２に補正し、又は、
前記厚みＬを含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２に補正するとともに、前記空隙率φを含浸液の流通時における被含浸物の実際の空隙率である補正空隙率φ２に補正することを特徴とする含浸性の評価方法。 - 請求項１乃至８の何れか１項に記載の含浸試験装置を用いる被含浸物の含浸性の評価方法であって、
前記ステージ部の凹部に、面積がＡであり、空隙率がφであり、厚みがＬであるシート状の被含浸物を載置して前記ステージ部に形成された前記貫通孔を覆うとともに、前記ステージ部に前記上蓋部を上載して前記本体部の前記中空部内に被含浸物を固定して収容し、
前記含浸液供給部から前記本体部の前記ステージ部に形成された前記貫通孔を通じて前記本体部に固定された被含浸物に粘度μの含浸液を供給し、含浸液の含浸圧力Ｐに基づいて含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２、又は、
含浸液の流通時における被含浸物の実際の厚みである補正厚みＬ２及び実際の空隙率である補正空隙率φ２を算出し、
単位時間当たりの流量Ｑから、以下の数式（３）又は数式（４）
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