JP3027895B2 - 樹脂基複合材料の成形方法 - Google Patents
樹脂基複合材料の成形方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プリプレグの積層体か
らなる樹脂基複合材料から、ボイドの無い成形体を成形
する方法に関する。
らなる樹脂基複合材料から、ボイドの無い成形体を成形
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化樹脂複合材は、強度や剛性に優
れるとともに軽量であるという長所を有し、航空機や自
動車などの構造部材に多用されている。この繊維強化樹
脂複合材を形成する方法としては、ＳＭＣ（Sheet Mold
ing Compound），ＢＭＣ（Bulk Molding Compound ），
ＦＷ（Filament Winding），ＲＩＭ（Reaction Injecti
on Molding），連続成形法などの各種成形法が知られて
いる（改定増補「ＦＲＰ成形加工技術」工業調査会編参
照）。
れるとともに軽量であるという長所を有し、航空機や自
動車などの構造部材に多用されている。この繊維強化樹
脂複合材を形成する方法としては、ＳＭＣ（Sheet Mold
ing Compound），ＢＭＣ（Bulk Molding Compound ），
ＦＷ（Filament Winding），ＲＩＭ（Reaction Injecti
on Molding），連続成形法などの各種成形法が知られて
いる（改定増補「ＦＲＰ成形加工技術」工業調査会編参
照）。
【０００３】例えばＳＭＣ法においては、樹脂基複合材
料としてガラス繊維などの強化繊維基材にエポキシ樹脂
などが含浸されたプリプレグが用いられ、このプリプレ
グを所定厚さに積層後、加熱・加圧成形して繊維強化樹
脂複合材としている。ところが得られた成形体では、プ
リプレグどうしの積層界面の強度が弱く、層間剪断強度
や曲げ強度など全体としての機械的強度が不十分であっ
た。
料としてガラス繊維などの強化繊維基材にエポキシ樹脂
などが含浸されたプリプレグが用いられ、このプリプレ
グを所定厚さに積層後、加熱・加圧成形して繊維強化樹
脂複合材としている。ところが得られた成形体では、プ
リプレグどうしの積層界面の強度が弱く、層間剪断強度
や曲げ強度など全体としての機械的強度が不十分であっ
た。
【０００４】そこで近年では、繊維強化樹脂複合材の機
械的強度の向上を目的として、強化繊維基材に三次元織
物やステッチドプリフォームなどを用いる方法や、ウィ
スカーによる層間補強成形法などの手段が採用されてい
る。これらの手段によれば、強化繊維基材が三次元に配
向した繊維強化樹脂複合材が得られるので、層間剪断強
度や剥離強度が格段に向上する。
械的強度の向上を目的として、強化繊維基材に三次元織
物やステッチドプリフォームなどを用いる方法や、ウィ
スカーによる層間補強成形法などの手段が採用されてい
る。これらの手段によれば、強化繊維基材が三次元に配
向した繊維強化樹脂複合材が得られるので、層間剪断強
度や剥離強度が格段に向上する。
【０００５】また、特開平４−４１１２号公報に見られ
るように、減圧アシストを伴う加圧（静水圧）により、
積層界面の樹脂リッチ層を管理しあるいはボイドを除去
して強度を高めるオートクレーブ成形法も知られてい
る。
るように、減圧アシストを伴う加圧（静水圧）により、
積層界面の樹脂リッチ層を管理しあるいはボイドを除去
して強度を高めるオートクレーブ成形法も知られてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、繊維強化樹
脂複合材の機械的強度の向上のために上記手段を採用し
た場合、生産性やコストなど種々の問題があって、満足
できる方法とはいえない。例えば三次元織物を用いる方
法では、その形状を保持するためには縦糸と横糸の量に
制約が生じ、負荷の作用する方向によっては、マットな
ど繊維充填量が均一な強化繊維基材を用いる場合に比べ
て強度が劣ることが考えられる。また製織技術上の制約
から、生産性が悪くコストが高いという問題がある。
脂複合材の機械的強度の向上のために上記手段を採用し
た場合、生産性やコストなど種々の問題があって、満足
できる方法とはいえない。例えば三次元織物を用いる方
法では、その形状を保持するためには縦糸と横糸の量に
制約が生じ、負荷の作用する方向によっては、マットな
ど繊維充填量が均一な強化繊維基材を用いる場合に比べ
て強度が劣ることが考えられる。また製織技術上の制約
から、生産性が悪くコストが高いという問題がある。
【０００７】またステッチドプリフォームを用いる方法
では、ステッチ糸やステッチ針との摩擦により強化繊維
基材が損傷する場合がある。また、ステッチ糸（垂直
糸）の存在する部位には縦糸と横糸が存在できず、その
部位近傍が欠陥となって応力の集中を招き、強度が低下
する場合がある。さらに、ウィスカーによる層間補強成
形法では、ウィスカーを層間に垂直に配向させるための
前処理（金属コーティング）や成形装置（磁場配向装
置）などが大掛かりとなるほか、強化繊維の充填量によ
り配向可能なウィスカーの量が制約されるという不具合
がある。
では、ステッチ糸やステッチ針との摩擦により強化繊維
基材が損傷する場合がある。また、ステッチ糸（垂直
糸）の存在する部位には縦糸と横糸が存在できず、その
部位近傍が欠陥となって応力の集中を招き、強度が低下
する場合がある。さらに、ウィスカーによる層間補強成
形法では、ウィスカーを層間に垂直に配向させるための
前処理（金属コーティング）や成形装置（磁場配向装
置）などが大掛かりとなるほか、強化繊維の充填量によ
り配向可能なウィスカーの量が制約されるという不具合
がある。
【０００８】またオートクレーブ成形法では、ボイドの
除去には樹脂の流出が不可欠である。そのため樹脂の流
出量を調整する複雑な機構が必要となり、また昇圧・減
圧・加圧のタイミング調整が難しい。さらに、一成形毎
に廃却される副資材が必要であり、また成形サイクルが
長く成形体の形状に応じた成形ノウハウが必要であるな
ど、コスト面及び生産性の面で問題がある。
除去には樹脂の流出が不可欠である。そのため樹脂の流
出量を調整する複雑な機構が必要となり、また昇圧・減
圧・加圧のタイミング調整が難しい。さらに、一成形毎
に廃却される副資材が必要であり、また成形サイクルが
長く成形体の形状に応じた成形ノウハウが必要であるな
ど、コスト面及び生産性の面で問題がある。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、基本的な強度を担う強化繊維基材の特性を
損なうことなく、単純なプレス成形などで成形した場合
にも層間の結合力に優れ、高い機械的強度が得られるよ
うにすることを目的とする。
ものであり、基本的な強度を担う強化繊維基材の特性を
損なうことなく、単純なプレス成形などで成形した場合
にも層間の結合力に優れ、高い機械的強度が得られるよ
うにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の樹脂基複合材料の成形方法は、プリプレグをプリプ
レグ中の樹脂のタックフリー温度以下に維持した状態で
積層して積層体とする工程と、積層体を真空バッグで覆
い真空バッグ内部の空気を吸引して減圧状態とする工程
と、真空バッグ内の減圧状態を維持しつつ室温まで温度
を上昇させてから真空バッグ内を常圧とし、その後積層
体を加圧・加熱硬化させる工程と、からなることを特徴
とする。
明の樹脂基複合材料の成形方法は、プリプレグをプリプ
レグ中の樹脂のタックフリー温度以下に維持した状態で
積層して積層体とする工程と、積層体を真空バッグで覆
い真空バッグ内部の空気を吸引して減圧状態とする工程
と、真空バッグ内の減圧状態を維持しつつ室温まで温度
を上昇させてから真空バッグ内を常圧とし、その後積層
体を加圧・加熱硬化させる工程と、からなることを特徴
とする。
【００１１】プリプレグ中の樹脂のタックフリー温度と
は、その樹脂の粘着性が消失する温度をいう。プリプレ
グの積層時の温度がこのタックフリー温度より高いと、
真空吸引時のボイドの除去が不十分となる。またタック
フリー温度より低くなり過ぎると、プリプレグ自体の剛
性が大きくなり真空吸引時に変形しにくくなってボイド
の除去が困難となる。したがって真空吸引時の温度は、
タックフリー温度以下で剛性が高くなり過ぎない温度と
するのが望ましい。一般的なプリプレグであれば、−５
℃〜５℃の範囲が最適である。
は、その樹脂の粘着性が消失する温度をいう。プリプレ
グの積層時の温度がこのタックフリー温度より高いと、
真空吸引時のボイドの除去が不十分となる。またタック
フリー温度より低くなり過ぎると、プリプレグ自体の剛
性が大きくなり真空吸引時に変形しにくくなってボイド
の除去が困難となる。したがって真空吸引時の温度は、
タックフリー温度以下で剛性が高くなり過ぎない温度と
するのが望ましい。一般的なプリプレグであれば、−５
℃〜５℃の範囲が最適である。
【００１２】
【作用】本発明の成形方法では、先ずプリプレグをプリ
プレグ中の樹脂のタックフリー温度以下に維持した状態
で積層して積層体とする。この際には樹脂の粘着性が消
失しているため、積層界面におけるプリプレグどうしの
粘着が防止されている。次に積層体は真空バッグで覆わ
れ、内部の空気が吸引されて減圧状態とされる。この
際、積層界面に存在する空気が除去されるのであるが、
単に減圧とするだけでは、積層界面において隣接するプ
リプレグどうしの粘着が生じ、その粘着部の存在により
空気の排出通路が閉塞される場合が生じて、残留する空
気がボイドの原因となる。
プレグ中の樹脂のタックフリー温度以下に維持した状態
で積層して積層体とする。この際には樹脂の粘着性が消
失しているため、積層界面におけるプリプレグどうしの
粘着が防止されている。次に積層体は真空バッグで覆わ
れ、内部の空気が吸引されて減圧状態とされる。この
際、積層界面に存在する空気が除去されるのであるが、
単に減圧とするだけでは、積層界面において隣接するプ
リプレグどうしの粘着が生じ、その粘着部の存在により
空気の排出通路が閉塞される場合が生じて、残留する空
気がボイドの原因となる。
【００１３】ところが本発明の成形方法では、タックフ
リー温度以下への冷却により、積層界面におけるプリプ
レグどうしの粘着が防止され、その状態で減圧とされ
る。したがって積層界面に存在する空気の排出通路が確
保され、真空吸引時に確実に排出される。そして充分減
圧とされた後、減圧状態を維持しながら室温まで温度が
上昇される。この際、もし減圧状態が解除されてから温
度が上昇すると、減圧状態解除の初期はまだ充分低温で
あり積層界面の粘着がないため、積層界面に空気が侵入
してしまう。しかし本発明の成形方法では、減圧状態で
温度の上昇に伴ってプリプレグ中の樹脂に粘着性が出現
し、大気圧による押圧でプリプレグどうしは密接に粘着
される。したがってその後常圧とされても、積層界面に
空気が侵入するのが防止されている。
リー温度以下への冷却により、積層界面におけるプリプ
レグどうしの粘着が防止され、その状態で減圧とされ
る。したがって積層界面に存在する空気の排出通路が確
保され、真空吸引時に確実に排出される。そして充分減
圧とされた後、減圧状態を維持しながら室温まで温度が
上昇される。この際、もし減圧状態が解除されてから温
度が上昇すると、減圧状態解除の初期はまだ充分低温で
あり積層界面の粘着がないため、積層界面に空気が侵入
してしまう。しかし本発明の成形方法では、減圧状態で
温度の上昇に伴ってプリプレグ中の樹脂に粘着性が出現
し、大気圧による押圧でプリプレグどうしは密接に粘着
される。したがってその後常圧とされても、積層界面に
空気が侵入するのが防止されている。
【００１４】そして真空バッグ内が常圧とされた後、積
層体はプレス装置などで加圧・加熱され、硬化して成形
体とされる。すなわち積層界面への空気の侵入が防止さ
れた状態で、かつ隣接するプリプレグどうしが密接して
粘着した状態で硬化するため、得られた成形体ではボイ
ドが防止され、プリプレグどうしは高い結合強度が得ら
れる。
層体はプレス装置などで加圧・加熱され、硬化して成形
体とされる。すなわち積層界面への空気の侵入が防止さ
れた状態で、かつ隣接するプリプレグどうしが密接して
粘着した状態で硬化するため、得られた成形体ではボイ
ドが防止され、プリプレグどうしは高い結合強度が得ら
れる。
【００１５】また、オートクレーブ成形法のような樹脂
の流出もないので、初期の繊維含有量（Ｖｆ）などがそ
のまま維持される。
の流出もないので、初期の繊維含有量（Ｖｆ）などがそ
のまま維持される。
【００１６】
【実施例】以下、実施例及び比較例により具体的に説明
する。 （実施例）素繊維の直径１４μｍのガラス繊維基材
（「Ｔガラス」日東紡（株）製）にエポキシ樹脂が含浸
された、一方向強化のプリプレグ（繊維目付量３００ｇ
／ｍ2，樹脂含有量ＲＣ＝３５ｗｔ％，板厚６ｍｍ，２
５ｃｍ×２５ｃｍ）を２６枚用意した。
する。 （実施例）素繊維の直径１４μｍのガラス繊維基材
（「Ｔガラス」日東紡（株）製）にエポキシ樹脂が含浸
された、一方向強化のプリプレグ（繊維目付量３００ｇ
／ｍ2，樹脂含有量ＲＣ＝３５ｗｔ％，板厚６ｍｍ，２
５ｃｍ×２５ｃｍ）を２６枚用意した。
【００１７】このプリプレグを、それぞれ−５℃〜５℃
に冷却し、−５℃〜５℃の雰囲気温度中で、図１に示す
ように１枚ずつ繊維方向を変えながらプレス下型２上に
積層してプリプレグ積層体１とした。次に、−５℃〜５
℃の雰囲気温度中で真空バッグ３でプリプレグ積層体１
を覆い、シール部材３０で気密にシールした。
に冷却し、−５℃〜５℃の雰囲気温度中で、図１に示す
ように１枚ずつ繊維方向を変えながらプレス下型２上に
積層してプリプレグ積層体１とした。次に、−５℃〜５
℃の雰囲気温度中で真空バッグ３でプリプレグ積層体１
を覆い、シール部材３０で気密にシールした。
【００１８】そして−５℃〜５℃の雰囲気温度中で、真
空バッグ３に設けられた減圧口３１から、チューブ３２
を介して真空ポンプ３３で吸引し、真空バッグ３内部の
圧力を５０〜７６ｃｍＨｇとした。その状態で５〜１０
分間保持した後、減圧状態を維持しながら雰囲気温度を
室温（２５〜３０℃）とし、プリプレグ積層体１全体が
室温となった後、減圧状態を開放して真空バッグ３内部
を常圧に戻した。
空バッグ３に設けられた減圧口３１から、チューブ３２
を介して真空ポンプ３３で吸引し、真空バッグ３内部の
圧力を５０〜７６ｃｍＨｇとした。その状態で５〜１０
分間保持した後、減圧状態を維持しながら雰囲気温度を
室温（２５〜３０℃）とし、プリプレグ積層体１全体が
室温となった後、減圧状態を開放して真空バッグ３内部
を常圧に戻した。
【００１９】得られたプリプレグ積層体１から真空バッ
グ３を除去し、プレス上型４を下降させて、５気圧の成
形圧力にて１２０℃で２時間加圧・加熱し、プリプレグ
積層体１を硬化させて繊維強化樹脂複合材を成形した。
得られた繊維強化樹脂複合材について光学顕微鏡写真に
よりボイド量を測定し、ＩＬＳＳ（ショートビーム３点
曲げ試験Ｌ／ｎ＝５）により層間剪断強度を測定した。
結果を表１に示す。またその断面の光学顕微鏡写真（×
５４）を図２に示す。 （比較例）実施例と同様のプリプレグを用い、プリプレ
グを室温（２０℃〜２５℃）で２４時間解凍したものを
室温雰囲気中で積層・減圧したこと以外は実施例と同様
にして、繊維強化樹脂複合材を成形した。
グ３を除去し、プレス上型４を下降させて、５気圧の成
形圧力にて１２０℃で２時間加圧・加熱し、プリプレグ
積層体１を硬化させて繊維強化樹脂複合材を成形した。
得られた繊維強化樹脂複合材について光学顕微鏡写真に
よりボイド量を測定し、ＩＬＳＳ（ショートビーム３点
曲げ試験Ｌ／ｎ＝５）により層間剪断強度を測定した。
結果を表１に示す。またその断面の光学顕微鏡写真（×
５４）を図２に示す。 （比較例）実施例と同様のプリプレグを用い、プリプレ
グを室温（２０℃〜２５℃）で２４時間解凍したものを
室温雰囲気中で積層・減圧したこと以外は実施例と同様
にして、繊維強化樹脂複合材を成形した。
【００２０】得られた繊維強化樹脂複合材について、実
施例と同様にボイド量と層間剪断強度を測定し結果を表
１に示す。またその断面の光学顕微鏡写真（×５４）を
図３に示す。
施例と同様にボイド量と層間剪断強度を測定し結果を表
１に示す。またその断面の光学顕微鏡写真（×５４）を
図３に示す。
【００２１】
【表１】 （評価）表１より、実施例の成形法により得られた成形
体では、比較例に比べてボイド量が７５％低減され、そ
れにより層間剪断強度が４０％向上している。また、実
施例の成形法によるボイドの低減効果は、図２と図３の
比較からも明らかである。
体では、比較例に比べてボイド量が７５％低減され、そ
れにより層間剪断強度が４０％向上している。また、実
施例の成形法によるボイドの低減効果は、図２と図３の
比較からも明らかである。
【００２２】
【発明の効果】すなわち本発明の樹脂基複合材料の成形
方法によれば、ステッチやウィスカなどで強化する必要
なく、かつオートクレーブ処理する必要もなく、単にプ
レス成形するだけで従来に比べて積層界面強度が確実に
向上する。したがって、生産性がよく、得られるＦＲＰ
成形体のコストも安価である。
方法によれば、ステッチやウィスカなどで強化する必要
なく、かつオートクレーブ処理する必要もなく、単にプ
レス成形するだけで従来に比べて積層界面強度が確実に
向上する。したがって、生産性がよく、得られるＦＲＰ
成形体のコストも安価である。
【図１】本発明の一実施例の成形方法の説明図である。
【図２】本発明の一実施例で得られた成形体の内部の粒
子構造を示す顕微鏡写真である。
子構造を示す顕微鏡写真である。
【図３】比較例で得られた成形体の内部の粒子構造を示
す顕微鏡写真である。
す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 将博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 伊藤 政喜 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 藪谷 剛史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−4111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B32B 31/20 B29B 11/16 B29C 43/20 B29C 43/56
Claims (1)
- 【請求項１】 プリプレグを該プリプレグ中の樹脂のタ
ックフリー温度以下に維持した状態で積層して積層体と
する工程と、 該積層体を真空バッグで覆い該真空バッグ内部の空気を
吸引して減圧状態とする工程と、 該真空バッグ内の減圧状態を維持しつつ室温まで温度を
上昇させてから該真空バッグ内を常圧とし、その後該積
層体を加圧・加熱硬化させる工程と、からなることを特
徴とする樹脂基複合材料の成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037454A JP3027895B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 樹脂基複合材料の成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037454A JP3027895B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 樹脂基複合材料の成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06226874A JPH06226874A (ja) | 1994-08-16 |
| JP3027895B2 true JP3027895B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=12497964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5037454A Expired - Lifetime JP3027895B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 樹脂基複合材料の成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027895B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19803062C1 (de) * | 1998-01-28 | 1999-10-28 | Rainer Lebmeier | Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Formteilen, insbesondere Hohlprofilteilen |
| DE19818379C1 (de) * | 1998-04-24 | 1999-10-28 | Rainer Lebmeier | Verfahren zur Bildung eines mehrlagigen, laminierten Prepreg-Flächengebildes |
| JP2004330474A (ja) * | 2003-05-01 | 2004-11-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 複合材製品の製造方法 |
| EP2646215A1 (en) * | 2010-12-01 | 2013-10-09 | Plasan Carbon Composites, Inc. | Method and system for forming composite articles |
| EP2736693B1 (en) | 2011-07-28 | 2017-02-22 | Plasan Carbon Composites, Inc. | Thermal system and method for rapidly forming composite articles |
| KR101673522B1 (ko) | 2013-10-11 | 2016-11-16 | 주식회사 에스지테크 | 프리프레그를 이용한 복합제 및 그 제조방법 |
| WO2016001842A1 (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | Mahavadi Management And Technology Services Gmbh | Process of manufacturing high quality composite materials using an iso-static high pressure reactor |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP5037454A patent/JP3027895B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06226874A (ja) | 1994-08-16 |
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