JP2019104242A - 熱可塑性cfrp材料で厚さが不均一な立体を成形する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
炭素繊維に予め熱可塑性樹脂が含浸された複数枚のプリプレグシートを積層して構成された熱可塑性CFRP材料を前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱し、
加熱された前記熱可塑性CFRP材料を一対の金型の間で複数回加圧する、
熱可塑性CFRP材料で厚さが不均一な立体を成形する方法が提供される。
加熱された前記熱可塑性CFRP材料は、前記金型を介して加圧される度に放熱されて、加圧される度に硬化が進むようになっている。
前記熱可塑性CFRP材料は5mm以上の厚さを有する板材である。
前記熱可塑性CFRP材料は、織られた状態の前記炭素繊維を含む一対の前記プリプレグシート同士の間に、前記プリプレグシートよりも小さい複数のチョップ材を挟むことによって構成されている。
表面側に使用される前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点が中心側に使用される前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点もよりも高く設定されている。
前記熱可塑性CFRP材料の中心側に使用された前記プリプレグシートの体積を最終的に成形される立体の体積に比べて大きい目に準備しておき、
加圧が終了した段階で、一対の表面側の前記プリプレグシートの端縁から、中心側に使用された前記プリプレグシートがはみ出るようにする。
前記熱可塑性CFRP材料の中心側に使用された前記チョップ材の体積を最終的に成形される立体の体積に比べて大きい目に準備しておき、
加圧が終了した段階で、一対の表面側の前記プリプレグシートの端縁から、中心側に使用された前記チョップ材がはみ出るようにする。
本発明に係る成形方法が適用される熱可塑性CFRP材料10の一例を図1に示す。熱可塑性CFRP材料10は、炭素繊維11に熱可塑性樹脂14が含浸された複数枚のプリプレグシート12を積層することによって構成されている。
次に、上述の熱可塑性CFRP材料10の成形に用いられる成形装置100の一例を図2に示す。成形装置100は、大略、加熱器102と、加圧機104とを備えている。
本発明が適用された成形方法について、図3を用いて説明する。成形方法は、大略、準備工程150と、加熱工程152と、加圧工程154とを有している。
本実施例に係る成形方法によれば、熱可塑性CFRP材料10を熱可塑性樹脂14の熱変形温度以上に加熱してから複数回加圧して成形していること、さらに言えば、放熱を複数回に分けて進行させていることにより、比較的厚い板状の熱可塑性CFRP材料10であっても、炭素繊維11の破断を生じさせることなく、厚さが不均一な立体を成形することが可能となる。とりわけ、厚さが5mm以上の板状の熱可塑性CFRP材料10であっても炭素繊維11の破断を生じさせることなく立体成形することができるようになる。また、成形前の熱可塑性CFRP材料10内に含まれていた気泡等も、加圧工程154によって外部へ排出される。
本発明に係る成形方法で使用される熱可塑性CFRP材料10は、図8に示すように、織られた状態(網状態)の炭素繊維11を含む一対のプリプレグシート160同士の間に、小さく破断等された複数のチョップ材200を挟むことによって構成してもよい。
図10に示すように、熱可塑性CFRP材料10を、織られた状態(網状態)の炭素繊維11を含む一対のプリプレグシート202同士の間に、不織状態の炭素繊維11を含み一対のプリプレグシート202よりも厚く形成された第2プリプレグシート204を挟むことによって構成し、さらに、一対のプリプレグシート202に含浸されている熱可塑性樹脂203の材質として、当該熱可塑性樹脂203の融点が第2プリプレグシート204に含浸されている熱可塑性樹脂205の融点よりも高いものを使用してもよい。
また、図11に示すように、熱可塑性CFRP材料10を、織られた状態(網状態)の炭素繊維11を含む一対のプリプレグシート210同士の間に、CFRP以外の材料212(例えば、樹脂、木材、建築用材料等)を挟むことによって構成してもよい。
さらに、表面側に使用される一対のプリプレグシート12・160・202・210の間に挟む材料を蓄熱性が高いものにするのが好適である。
これまでに説明してきた各熱可塑性CFRP材料10では、一対の表面側のプリプレグシート12・160・202・210に1層の中心側のプリプレグシート12・204やチョップ材200が挟まれるようになっていたが、図12に例示するように、表面側と同様の織られた状態(網状態)の炭素繊維11を含むプリプレグシート214を一対の表面側のプリプレグシート214の間にさらに加えて、中心側のプリプレグシート(例えば、不織状態の炭素繊維11を含むプリプレグシート)216が2層となるように構成にしてもよい。もちろん、織られた状態(網状態)の炭素繊維11を含むプリプレグシート214をさらに加えて3層以上であってもよい。
上述した成形方法に代えて、熱可塑性CFRP材料10の中心側に使用されるプリプレグシート220(例えば、不織状態の炭素繊維11を含むプリプレグシート。あるいは、チョップ材200であってもよい。)やチョップ材200の体積を最終的に成形される成形品(立体)の体積に比べて大きい目に準備しておき、加圧工程154が終了した段階で、図13に示すように、一対の表面側のプリプレグシート(例えば、織られた状態(網状態)の炭素繊維11を含むプリプレグシート)218の端縁から、中心側に使用されたプリプレグシート220(あるいは、熱で溶融して一体的になったチョップ材200)がはみ出るようにしてもよい。
100…成形装置、102…加熱器、104…加圧機、110…雄金型、112…雌金型、114…金型、116…ベッド、118…スライダ
150…準備工程、152…加熱工程、154…加圧工程
200…チョップ材、201…器具、204…第2プリプレグシート、212…CFRP以外の材料
予め熱可塑性樹脂が含浸されており、織られた状態の炭素繊維を含む一対のプリプレグシート同士の間に、予め熱可塑性樹脂が含浸されており、不織状態の炭素繊維を含むプリプレグシートを挟んで構成された熱可塑性CFRP材料を前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱し、
加熱された前記熱可塑性CFRP材料を一対の金型の間で複数回加圧することにより、
織られた状態の炭素繊維を含む一対の前記プリプレグシート間の距離が不均一な立体を成形する方法が提供される。
予め熱可塑性樹脂が含浸されており、織られた状態の炭素繊維を含む一対のプリプレグシート同士の間に、予め熱可塑性樹脂が含浸されており、前記プリプレグシートよりも小さい複数個のチョップ材を挟むことによって構成された熱可塑性CFRP材料を前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱し、
加熱された前記熱可塑性CFRP材料を一対の金型の間で複数回加圧することにより、
織られた状態の炭素繊維を含む一対の前記プリプレグシート間の距離が不均一な立体を成形する方法が提供される。
予め熱可塑性樹脂が含浸されており、織られた状態の炭素繊維を含む一対のプリプレグシート同士の間に、予め熱可塑性樹脂が含浸されており、不織状態の炭素繊維を含むプリプレグシートを挟んで構成された熱可塑性CFRP材料を前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱し、
加熱された前記熱可塑性CFRP材料を一対の金型の間で複数回加圧することにより、
熱可塑性CFRP材料で厚さが不均一な立体を成形する方法であって、
前記熱可塑性CFRP材料の不織状態の炭素繊維を含む前記プリプレグシートの体積を最終的に成形される立体の体積に比べて大きい目に準備しておき、
加圧が終了した段階で、不織状態の炭素繊維を含む前記プリプレグシートが一対の表面側の前記プリプレグシートで側面部分まで覆われており、かつ、不織状態の炭素繊維を含む前記プリプレグシートが表面側の前記プリプレグシートの端縁からはみ出るようにすることを特徴とする
成形方法が提供される。
予め熱可塑性樹脂が含浸されており、織られた状態の炭素繊維を含む一対のプリプレグシート同士の間に、予め熱可塑性樹脂が含浸されており、前記プリプレグシートよりも小さい複数個のチョップ材を挟むことによって構成された熱可塑性CFRP材料を前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱し、
加熱された前記熱可塑性CFRP材料を一対の金型の間で複数回加圧することにより、
熱可塑性CFRP材料で厚さが不均一な立体を成形する方法であって、
前記熱可塑性CFRP材料の中心側に使用された前記チョップ材の体積を最終的に成形される立体の体積に比べて大きい目に準備しておき、
加圧が終了した段階で、前記チョップ材が一対の表面側の前記プリプレグシートで側面部分まで覆われており、かつ、前記チョップ材が前記プリプレグシートの端縁からはみ出るようにすることを特徴とする
成形方法が提供される。
表面側に使用される前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点が不織状態の炭素繊維を含む前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点もよりも高く設定されている。
表面側に使用される前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点が前記チョップ材における前記熱可塑性樹脂の融点もよりも高く設定されている。
前記熱可塑性CFRP材料は5mm以上の厚さを有する板材である。
Claims (7)
- 炭素繊維に予め熱可塑性樹脂が含浸された複数枚のプリプレグシートを積層して構成された熱可塑性CFRP材料を前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱し、
加熱された前記熱可塑性CFRP材料を一対の金型の間で複数回加圧する、
熱可塑性CFRP材料で厚さが不均一な立体を成形する方法。 - 加熱された前記熱可塑性CFRP材料は、前記金型を介して加圧される度に放熱されて、加圧される度に硬化が進むことを特徴とする請求項1に記載の成形方法。
- 前記熱可塑性CFRP材料は5mm以上の厚さを有する板材であることを特徴とする請求項1または2に記載の成形方法。
- 前記熱可塑性CFRP材料は、織られた状態の前記炭素繊維を含む一対の前記プリプレグシート同士の間に、前記プリプレグシートよりも小さい複数のチョップ材を挟むことによって構成されていることを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の成形方法。 - 表面側に使用される前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点が中心側に使用される前記プリプレグシートにおける前記熱可塑性樹脂の融点もよりも高く設定されていることを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の成形方法。 - 前記熱可塑性CFRP材料の中心側に使用された前記プリプレグシートの体積を最終的に成形される立体の体積に比べて大きい目に準備しておき、
加圧が終了した段階で、一対の表面側の前記プリプレグシートの端縁から、中心側に使用された前記プリプレグシートがはみ出るようにすることを特徴とする、
請求項1から3および5のいずれか1項に記載の成形方法。 - 前記熱可塑性CFRP材料の中心側に使用された前記チョップ材の体積を最終的に成形される立体の体積に比べて大きい目に準備しておき、
加圧が終了した段階で、一対の表面側の前記プリプレグシートの端縁から、中心側に使用された前記チョップ材がはみ出るようにすることを特徴とする、
請求項4に記載の成形方法。
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