JP3991440B2 - Fiber reinforced plastic and method for molding fiber reinforced plastic - Google Patents

Fiber reinforced plastic and method for molding fiber reinforced plastic Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維からなる繊維強化プラスチック、さらに詳しくはトウ状の太い炭素繊維糸条からなる一方向性炭素繊維織物を用いた繊維強化プラスチックとその成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
炭素繊維は比重が小さくて引張強度が高くかつ引張弾性率も高く、それを樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチック(以下CFRPと呼称する)は比強度および比弾性率の高い材料となり、先端複合材料と呼ばれている。
【0003】
ところが、従来のCFRPは、たとえば3,000フイラメントの細い炭素繊維糸条からからなり、炭素繊維糸条がたて方向とよこ方向に配列した、炭素繊維目付が200〜400g/m2 の薄い二方向性織物の、あらかじめ樹脂を含浸したプリプレグを多数枚積層してオートクレーブ成形して成形品を製造しているので、下記の状況から製造コストが高くなり、性能には優れるがその展開分野は航空機関連構造材やプレミヤム製品である高級なスポーツ用具などに限定され、一般産業分野への展開が困難となっていた。
【0004】
A.細い炭素繊維糸条は、炭素繊維の生産性が低くなる。
【0005】
B.細い糸条で織物を製造するから、織物の生産性が低くなる。
【0006】
C.織物が薄いから、所定の炭素繊維量を積層するには、積層枚数が多くなり、積層の手間が大きくなる。
【0007】
D.プリプレグ工程が必要となるので、プリプレグの加工コストが加わる。
【0008】
E.オートクレーブが必要となり、大きな設備投資が必要となる。
【0009】
とくに大型成形品のコストダウンを図るため、従来の炭素繊維織物を使用して、これらを成形型のなかに積層し常温硬化型の樹脂を加圧で注入するレジン・トランスファー成形法とか、これらを型の上に積層してバッグフイルムで覆い、その中を真空状態となし、常温硬化型の樹脂を注入する、いわゆる真空バッグ成形法が知られている。この方法は上記のD項およびE項によるCFRPのコストはかなり削減されるが、A項、B項およびC項によって、成形されるCFRP製品は高価なものとなる。
【0010】
一方、従来の炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付の大きな炭素繊維織物を使うことも考えられるが、下記の問題がありほとんど実用化されるには至っていない。
【0011】
F.たて方向とよこ方向の2方向に炭素繊維が配列した2方向織物にすると炭素繊維目付の大きな織物にすることができるが、たて糸とよこ糸による交錯によって織糸の屈曲(クリンプ)が大きくなるので、FRPにすると応力集中により強度および弾性率 が低くなってしまう。
【0012】
G.一方向に配列した織物はクリンプによる強度低下はきたさないが、炭素繊維糸条が一方向のみに配列するから、織物の炭素繊維目付を大きくすると、繊維密度が大きくなり、密に繊維が充填されることになるので、レジン・トランスファー成形や真空バッグ成形などの成形法では樹脂の流れが悪くなり、樹脂注入に時間がかかるし、炭素繊維織物への樹脂の含浸性が悪くなる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような現状に着目し、織物の炭素繊維目付は大きいが、成形の際に樹脂の流動性および含浸性に優れ、成形されたときに機械的特性に優れる安価な一方向性炭素繊維織物を使用することにより、機械的特性に優れる安価で繊維強化プラスチックを提供することにある。さらに、前記の織物を使用しての繊維強化プラスチック(以下FRPと呼称する)の成形方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基本的には下記の構成を有する。
即ち、本発明の繊維強化プラスチックは、積層された繊維基材を樹脂で強化してなる繊維強化プラスチックであって、前記繊維基材の少なくとも1層が、トウ状の炭素繊維糸条からなり、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜400,000本であるか、または、該糸条繊度が25,000〜350,000デニールであり、かつ、該炭素繊維糸条がたて方向に配列し、かつ、補助糸がよこ方向に配列していて、該炭素繊維糸条間に隙間がある一方向性炭素繊維織物で構成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の繊維強化プラスチックの成形方法は、トウ状の炭素繊維糸条からなる炭素繊維織物であり、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜400,000本であるか、または、糸条繊度が25,000〜350,000デニールであり、該炭素繊維糸条がたて方向に配列し、かつ、補助糸がよこ方向に配列していて、該炭素繊維糸条間に隙間がある一方向性炭素繊維織物を、繊維基材として少なくとも1層以上成形型に積層し、その上に樹脂を面方向に拡散するための媒体を置いたのち、繊維基材および媒体の全体をバッグフイルムで覆い、つぎにバッグフイルムで覆われた内部を真空状態にし、積層された繊維基材の表面に常温硬化型樹脂を拡散させ、繊維基材に該樹脂を含浸することを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する炭素繊維糸条は、好ましくは炭素繊維の単糸径が5〜15ミクロンの40,000〜400,000本のマルチフイラメントが集束してトウ状となすもので、炭素繊維糸条の繊度は25,000〜350,000デニールである。
【0016】
炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000本以下、糸条の繊度が25,000デニール以下であると、糸条が比較的細くなるから糸条を構成する炭素繊維への樹脂の含浸性の点では好ましいが、糸条の厚みは薄なる。したがって、炭素繊維織物の目付を大きくすると、使用する炭素繊維糸条本数が多くなり、炭素繊維糸条間の隙間を設けることが難しくなり、レジン・トランスファー成形や真空バッグ成形などの成形法では樹脂の流れが悪くなる。また、さほど炭素繊維糸条のコストダウンが期待されない。一方、炭素繊維糸条のフイラメント数が400,000本以上、糸条の繊度が350,000デニール以上であると炭素繊維糸条は安価となり、また、糸条の厚みが厚くなるので、炭素繊維織物の目付を大きくしても炭素繊維糸条間の隙間を設けることが可能となるが、糸条が太くなるので、糸条の中央部までの距離が大きくなり、糸条の周囲から進む樹脂の含浸が不完全となる。フイラメント数が40,000〜400,000本、炭素繊維糸条の繊度は25,000〜350,000デニール、より好ましくは、炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜100,000本、糸条繊度が30,000〜70,000デニールであると、炭素繊維糸条間に隙間を設けることができるので、レジン・トランスファー成形や真空バッグ成形で樹脂が流れ、積層体が厚くなっても全体に早く樹脂を行き渡らせることが出来、糸条の周囲から進む樹脂の含浸も完全なものとすることが出来るのである。
【0017】
本発明の炭素繊維織物における糸条間の隙間は0.2〜2mmが好ましい。糸条間の隙間が2mm以上であると、一方向性織物でよこ糸が細いから、織物のドレープ性が大きくなり、織物が柔らかになり取扱いにくくなる。また、隙間には繊維が存在しないから、FRPにすると硬化の際の樹脂の収縮で、FRPの表面が凸凹する。一方、糸条間の隙間が0.2mm以下であると、糸条間の隙間への樹脂流れ抵抗が大きくなり、繊維基材積層体への樹脂注入速度が遅くなる。
【0018】
糸条間の隙間が0.2〜2mmであるとレジン・トランスファー成形や真空バッグ成形などの、型やバッグフイルムに密閉された繊維基材に樹脂を注入して成形する際に、糸条間の隙間が樹脂の流路となり、樹脂の注入時間が短縮され、成形の効率化に繋がるのである。
【0019】
このような炭素繊維糸条は、たとえばポリアクリロニトリル繊維のトウを耐炎化、炭化処理した後、サイジング剤を付着させて集束することによって製造することが出来る。トウは太い糸条として製造することが出来るから、ポリアクリロニトリル繊維や耐炎化、炭化の炭素繊維の製造工程での生産性を向上させ、安価な炭素繊維糸条を製造することが可能となるのである。
【0020】
また、本発明の炭素繊維は、JIS R7601法による引張強度は3〜4GPaで引張弾性率は200〜300GPa程度であり、また織物製造工程での製織操作を向上させるため0.5〜2重量%程度のサイジング剤を付着させると好ましい。また、織物を構成する炭素繊維糸条に撚がかかっていると、撚による炭素繊維束の集束部が樹脂の含浸が阻害されるので、無撚であることが好ましい。
【0021】
なお、本発明では糸条を構成する炭素繊維同志を交絡させておくと、炭素繊維同志の交差または交絡によって炭素繊維間に隙間を設けることができるから、炭素繊維糸条および織物が嵩高となり、織物の炭素繊維糸条に樹脂を含浸させやすくなるので好ましい。この炭素繊維の交絡度合はフックドロップ値で表わすことができ、フックドロップ値FD(15)が30cm以下の交絡度合が好ましい。フックドロップ値FD(15)が30cm以上であると繊維の交絡度合いが小さく、樹脂の含浸性を改善するまでには至らない。また、フックドロップ値FD(15)が2cm以下であると炭素繊維の交絡が大きくなり、炭素繊維糸条および織物が嵩高となり、炭素繊維間の隙間が多くなり樹脂が含浸されやすくなるが、炭素繊維の屈曲が大きくなるから、FRPにしたとき応力集中をもたらし強度が低下してしまう。フックドロップ値が2〜30cmの範囲、より好ましくは2〜10cmの範囲であると適度な樹脂の含浸性が与えられ、またFRPにしたとき高強度となる。
【0022】
ただし、フックドロップ値はあくまで交絡度合を示すための指標に過ぎず、たとえフックドロップ値を直接測定することが困難だったり不可能であっても他の測定手段で測定してその値を適当な方法でフックドロップ値に換算して、前記数値範囲で有れば良い。
【0023】
フックドロップ値FD(15)とは、織物を構成する炭素繊維糸条の繊維の交絡の程度を表すのもで、図5〜7に示す測定装置によって測定した金属フックの自由落下距離をもって表すことが出来る。
【0024】
なお、炭素繊維糸条にサイジング剤が付着している場合は、サイジング剤の付着量や付着状態によって金属フックの自由落下距離が影響を受けるから、完全にサイジング剤を除去してから本測定を行う。たとえば、サイジング剤は700℃の窒素雰囲気中で1時間加熱処理することによって除去することが出来る。
【0025】
また、炭素繊維糸条にプリプレグあるいはCFRPの樹脂が付着乃至は含浸している場合も、金属フックの自由落下距離が影響を受けるか、殆ど測定ができないから、完全にこれらの樹脂を除去してから本測定を行う。たとえば、ビニルエステル樹脂ならば700℃の窒素雰囲気中で5時間加熱処理することによって除去することが出来る。
【0026】
織物の炭素繊維糸条のフックドロップ値FD(15)は、幅1,000mm、長さ1,000mmの織物を3枚抽出し、各織物から、各織物からたて糸を毛羽が発生しないように、また撚が加わらないようにほぐして、長さ1,000mmの炭素繊維糸条を採集する。ほぐした炭素繊維糸条の繊維配列状態が乱れないように脱サイジング処理を行い、この上端を上部クランプ104で装置に固定する。なお、固定する糸条の幅、すなわち糸条の厚みがフックドロップ値に影響するので、固定する糸条の幅B(mm)と糸条繊度D(デニール)との関係を下記の式に従うようにし、糸条の厚みが均一になるように上部クランプ104固定した。
【0027】
糸条の幅B=4×10-4×D
次に、下端に4mg/デニールの荷重をかけた状態で、撚が加わらないように掴み間隔が950mmになるように下部クランプ105で鉛直方向に固定する。
【0028】
次に、上下端を固定した炭素繊維糸条101の幅方向中央部に、金属フック102(ワイヤー直径:1mm、半径:5mm)に綿糸106で重り103を取り付けた重錘(フック102の上端から重り103の上端までの距離:30mm)のその金属フック102を上部クランプの下端から金属フック102の上端までの距離が50mmになるように引っ掛け、手を離して金属フック102の自由落下距離(上記50mmの位置から、落下位置における金属フック102の上端までの距離)を測定する。金属フック102および綿糸106の重量は極力軽くし、金属フック102、綿糸106および重り103の合計重量、すなわち重錘の重量が15gになるようにしておく。フックドロップ値FD(15)は、1枚の織物のたて糸について10回の測定を行い、n=30の平均値をもって表す。なお、金属フック102が下部クランプ105の位置まで落下してしまう場合もあるが、そのときの自由落下距離は900mmとみなす。そのためには、下部クランプ105に金属フック102は当たるが綿糸106や重り103は引っ掛からないようにしておく必要があり、図7にこの場合の落下状態を示すように、下部クランプ105の下方に十分な空間を設けておく必要がある。なお、測定は織物を温度25℃、相対湿度60%の環境下に24時間放置した後、温度25℃、相対湿度60%の環境下で行う。
【0029】
また、本発明の炭素繊維織物は、嵩密度が0.65g/cm3 以下であることが好ましい。嵩密度が0.65g/cm3 以下であると炭素繊維糸条および織物が嵩高となり、炭素繊維間の隙間が多くなり樹脂が含浸されやすくなり、レジン・トランスファー成形や真空バッグ成形のみならずハンドレイアップ成形でも樹脂含浸が可能となる。
【0030】
本発明において嵩密度Vとは、下記の算出式で計算される値をいう。
【0031】
V=w/(t×A)
ここで、t:織物の厚さ(cm)
A:織物の面積(cm2
w:織物の面積Aにおける炭素繊維重量(g)
なお、織物の厚さの測定方法は、JIS R 7602 5.6項の、厚さ測定器がダイヤルゲージ法に準じた。ただし、荷重は3kPaとし、織物を5枚重ね合わせて、荷重をかけてから20秒経過後の値を読取り、織物枚数で割り、1枚あたりの厚さとした。なお、補助糸であるよこ糸が織物の厚さに及ぼす影響を極力少なくなるように、織物の重ね合わせは、重ね合わせる織物のよこ糸の位置が互いにずれるように織物を重ね合わせた。
【0032】
本発明の具体的な実施態様を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施態様に係わる一方向性炭素繊維織物を示しており、図において、2は炭素繊維糸条で、多数本の炭素繊維糸条がたて方向に並行に配列し、よこ方向の補助糸3が炭素繊維糸に交錯している、いわゆる一方向性織物である。
【0033】
図2は、本発明の炭素繊維織物の他の実施態様を示しており、たて方向に、実質的に屈曲を有しない炭素繊維糸条2を一方向性に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる糸条群ロのシート面の両側によこ糸補助糸3の糸条群ニが位置し、それらよこ糸補助糸群と、炭素繊維糸条群と並行するたて方向補助糸4の糸条群ハとが織組織をなして糸条群を一体に保持している、一方向性炭素繊維織物である。このような織物はたて方向の炭素繊維糸条に屈曲を有しないので、成形してCFRPにしても応力が集中するようなことはなく、高い強度となる。
【0034】
本発明に使用する補助糸は、本質的にはFRPとなったときに荷重を負担させるものではなく、織物の形態保持に使用するものであるから、100〜2,000デニール程度で、炭素繊維糸条に比べて細い糸が好ましい。とくに、100〜500デニールと炭素繊維糸条に比べ極端に細く、また、よこ糸密度が0.5〜8本/cm程度であると、よこ糸の補助糸による炭素繊維糸条の拘束が弱くなるので、嵩高な織物となる。なお、補助糸は、織物の寸法安定性や目どめ処理の際の加熱による収縮を防止する点から、150℃における乾熱収縮率が0.1%以下のものが好ましい。そのような補助糸を構成する繊維としては炭素繊維、ガラス繊維やポリアラミド繊維などである。
【0035】
上記一方向性織物において、炭素繊維の目付が400〜1,500g/m2 程度にすると積層の枚数が少なくてよいから、成形の際の繊維基材の積層の手間が少なくなり、成形の省力化に繋がる。なお、炭素繊維の目付が400〜700g/m2 程度であると、織物も適度に柔らかく、また織物目付が比較的軽いので、積層ではコーナなどの複雑な形状にも織物を沿わせることが出来るし、樹脂粘度が2〜7ポイズの常温硬化型樹脂で通常のハンドレイアップ成形における含浸ローラ掛けでも十分樹脂含浸が可能である。
【0036】
なお、本発明の炭素繊維織物は炭素繊維糸条が太いので、織物を構成する糸条本数が少なくなる。したがって、よこ糸との交錯点数が少なくなり、裁断した際に炭素繊維糸条がほつれ、作業性が悪くなる。
【0037】
したがって、本発明の一方向性の炭素繊維織物では、図1および図2に示すように、よこ方向の補助糸のその長さ方向に線状または点状に延びる低融点ポリマー5を付着させ、この低融点ポリマーが互いに直交する糸、すなわちたて方向の炭素繊維糸条とたて方向の補助糸が交点において接着している、いわゆる目どめ織物であることが好ましい。なお、図1および図2では低融点ポリマーがよこ方向の補助糸に付着した例を示したが、たて方向の炭素繊維糸条および/またはたて方向補助糸に付着させてもよいし、またはたて方向の炭素繊維糸条および/またはたて方向補助糸とよこ方向の補助糸に付着させてもよい。
【0038】
このように目どめされた織物は、レジン・トランスファー成形や真空バッグ成形などでは、織物を裁断し型に積層するが、裁断の際、糸条のほつれが防止でき、成形の作業性が大幅に向上する。
【0039】
また、低融点ポリマーの付着量は、多いと樹脂含浸を阻害したり、CFRPの機械的性質を低下させるので、6g/m2 以下が好ましい。ただし、0.5g/m2 未満であると目どめ効果が薄れるので、0.5〜6g/m2 が好ましい。
【0040】
一方向性炭素繊維織物の場合、これら低融点ポリマーが細い補助糸に多量に付くと、補助糸は基本的には補強を担わせていないが、破壊の起点が補助糸から始まるので、これらを防止するには、低融点ポリマーの付着量が補助糸の40重量%以下が好ましい。
【0041】
本発明に用いる低融点ポリマーは、通常、ナイロン、共重合ナイロン、ポリエステル、共重合ポリエステル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、ポリウレタンから選ばれたものである。なかでも、低温でポリマーを溶融でき、かつ接着力が強く、僅かな使用量で期待する目どめ効果が得られることから共重合ナイロンがとくに好ましく用いられる。
【0042】
本発明の繊維強化プラスチックは、強化繊維基材のすべてが本発明の炭素繊維織物が単層又は多層で積層され、樹脂が含浸して繊維強化されたものであってよいが、少なくとも、繊維基材の少なくとも1層が本発明の炭素繊維織物であって、ガラス繊維やポリアラミド繊維などの他の強化繊維からなる基材と組み合わせることが出来る。
【0043】
本発明の繊維強化プラスチックに用いる樹脂は、たとえばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂やナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂である。
【0044】
本発明の繊維強化プラスチックは、繊維基材がトウ状の太い糸条からなり、高目付ではあるが、炭素繊維糸条間に隙間のある炭素繊維織物を使用するから、真空バッブ成形の際の樹脂の流動性や含浸性がよく、機械的特性に優れて安価なFRPとなる。
【0045】
本発明の具体的な実施態様を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施態様に係わる一方向性炭素繊維織物を示しており、図において、2は炭素繊維糸条で、多数本の炭素繊維糸条がたて方向に並行に配列し、よこ方向の補助糸3が炭素繊維糸に交錯している、いわゆる一方向性織物である。
【0046】
図2は、本発明の炭素繊維織物の他の実施態様を示しており、たて方向に、実質的に屈曲(クリンプ)を有しない炭素繊維糸条2を一方向性に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる糸条群ロのシート面の両側によこ糸補助糸3の糸条群ニが位置し、それらよこ糸補助糸群と、炭素繊維糸条群と並行するたて方向補助糸4の糸条群ハとが織組織をなして糸条群を一体に保持している、一方向性炭素繊維織物である。このような織物はたて方向の炭素繊維糸条に屈曲(クリンプ)を有しないので、成形してCFRPにしても応力が集中するようなことはなく、高い強度となる。
【0047】
本発明に使用する補助糸は、本質的にはFRPとなったときに荷重を負担させるものではなく、織物の形態保持に使用するものであるから、100〜2,000デニール程度で、炭素繊維糸条に比べて細い糸が好ましい。とくに、100〜500デニールと炭素繊維糸条に比べ極端に細く、また、よこ糸密度が0.5〜8本/cm程度であると、よこ糸の補助糸による炭素繊維糸条の拘束が弱くなるので、嵩高な織物となる。なお、補助糸は、織物の寸法安定性や目どめ処理の際の加熱による収縮を防止する点から、150℃における乾熱収縮率が0.1%以下のものが好ましい。そのような補助糸を構成する繊維としては炭素繊維、ガラス繊維やポリアラミド繊維などである。
【0048】
上記一方向性織物において、炭素繊維の目付が400〜2,000g/m2 程度にすると積層の枚数が少なくてよいから、成形の際の繊維基材の積層の手間が少なくなり、成形する際に、糸条間の隙間が樹脂の流路となり、樹脂の注入時間が短縮され、成形の効率化に繋がる。
【0049】
本発明の織物は、従来から知られている方法でFRPを成形することが出来るが、なかでもレジン・トランスファー成形法や真空バッグ成形法では大型の成形品が安価に製造することができるので、好ましく用いられる。
【0050】
ついで、本発明によるFRPの成形法を説明するに、図3は本発明のFRPの成形法を説明する一実施例の断面図である。図3において、成形型6の上に、繊維基材として本発明の炭素繊維織物7が所定の方向に所定の枚数が積層され、その上に樹脂が硬化した後に引き剥がして除去するシート、いわゆるピールプライ8を積層し、その上に樹脂を繊維基材の全面に拡散させるための媒体9を置く。繊維基材の周囲には、真空ポンプの空気の吸引口10を取り付けた、エッジ・ブリーザ11として織物など多孔性の材料を多数枚積層して張り巡らし、それら全体をバッグ・フイルム12で覆い、空気が漏れないようにバッグ・フイルムの周囲を、ブチルゴム系やシリコーンゴム系のシーラント13で成形型に接着させる。バッグ・フイルムの上部に樹脂タンクからの注入される樹脂の吐出口14を取り付け、吐出口の取り付け部から空気が漏れないようにシーラント13で接着する。樹脂タンクには、硬化剤を所定量入れた常温でシロップ状の常温硬化型の熱硬化性樹脂を入れておく。ついで、真空ポンプでバッグ・フイルムで覆われた繊維基材を含めた内部を、真空圧力が700〜760Torr程度の真空状態にしたのち、バルブ15を解放して樹脂を注入する。バッグ・フイルムで覆われた中が真空状態であり、繊維基材の厚さ方向より媒体の面方向が樹脂の流通抵抗が小さいから、まず樹脂は媒体の全面に拡がったのち、ついで繊維基材の厚さ方向の含浸が進行する。この方法であると樹脂の流れなければならない距離は、繊維基材積層体の厚さでよいから、樹脂含浸が非常に早くて完了する。なお、真空ポンプは少なくとも樹脂の含浸が完了するまで運転し、バッグ・フイルムの中を真空状態に保つことが好ましい。樹脂含浸完了後、バルブを閉口し室温に放置して樹脂を硬化させる。樹脂の硬化後、ピールプライを剥いで、媒体やバッグ・フイルムを除去し、成形(以下、単に型ということがある)から脱型することによってFRP成形品が得られる。
【0051】
本発明に使用する媒体9の一例を図4に示したが、媒体はバッグ内の真空圧力を繊維基材に伝え、かつ注入される樹脂を媒体の隙間を通して、媒体側の繊維基材上面の全体に樹脂を行き渡らせるものである。すなわち、バッグ・フイルムとピールプライ間に位置する媒体に樹脂が注入されると、図4において、注入された樹脂はバッグ・フイルムに接するA群のバー16の間隙を流れてバー16の方向とB群の矩形断面のバー17の間隙を流れてバー17の方向に流れるから全面に樹脂が拡散することとなる。また、バー16にかかる力をバー17に伝えることが出来るから真空圧力を繊維基材に伝えることが出来るのである。バーの太さは特に限定されるものではないが、0.2〜2mmが好ましい。又、間隙の幅は0.2〜2cmが好ましい。媒体の具体的なものとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニルや金属などからなるメッシュ状のシートで、たとえば、メッシュ状樹脂フイルム、織物、網状物や編物などであり、必要に応じてこれらを数枚重ねて使用することが出来る。
【0052】
なお、上記は媒体を繊維基材積層体の上面の一面に設置する場合について説明したが、繊維基材積層体が厚い場合は、繊維基材積層体の下面と上面に設置して、繊維基材積層体の両面から樹脂含浸をおこなうことも出来る。
【0053】
上記に記載した成形法は、大きくは真空バッグ成形法の範疇に入るが、樹脂注入と同時に樹脂を繊維基材積層体の全面に拡散させる点で、従来の真空バッグ成形法とは異なり、とくに大型のFRP成形品の成形に用いると好適である。
【0054】
また、表面に樹脂の流路となる溝を有する成形材の上に、繊維基材と接するように積層し、さらに、それら全体をバックフィルムで覆い、次にバックフィルムで覆われた内部を真空状態にし、繊維基材と接している成形材の溝から樹脂を拡散させ、積層された繊維基材に常温硬化型熱硬化性樹脂を含浸させながら繊維基材と成形材とを一体化させることも出来る。この方法によれば、FRPを表皮材とし板状板を芯材とするサンドイッチ構造体を簡単に成形することが出来る。この方法によればFRPを表皮材とし、板状板と一体化した繊維強化プラスチック構造体を簡単に成形することが出来る。図8は、本発明のFRPの成形方法を説明する断面図である。図8において、成形型6の上に、繊維基材としての炭素繊維織物7を成形材18に所定の枚数巻き付けたブロック19を必要個数分を配置し、全体をバッグ・フイルム12で覆い、空気が漏れないようにバッグ・フイルムの周囲をシール材13で成形型6に接着させる。なお、成形材の1例を図9に示すが、成形材の上面C、下面D、側面Eおよび正面Fには樹脂の流路となる溝20が設けられている。
【0055】
真空ポンプで吸引口からバッグ・フイルムで覆われた内部を真空状態にし、吐出口から樹脂を流し込むと、樹脂が成形材の上下面および側面に設けられた、流動抵抗の小さな溝から成形材の全面に行き渡り、その後繊維基材への樹脂含浸が行われる。
【0056】
ついで、常温で樹脂が硬化すると、成形材の溝にマトリックス樹脂が充填されて、成形材の溝とマトリックス樹脂が接着し、同時に繊維強化プラスチックとマトリックス樹脂が接着し、本発明の繊維強化プラスチック構造体が得られる。
【0057】
本発明の繊維強化プラスチック構造体によれば、繊維強化プラスチックと成形材の接着が単なる繊維強化プラスチックと成形材面のみならず、成形材の溝とマトリックス樹脂とも接着しているので接着面積が大きくなり、繊維強化プラスチックと成形材の一体化が強固となる。
【0058】
なお、成形材の溝の断面形状は矩形、台形や半球形などであり、これら断面形状や断面寸法は樹脂の流動性や繊維強化プラスチックと成形材の接着度合いによって適宜決めることが出来る。なかでも、断面形状が成形材に対してくさび型となるような台形にすると、繊維強化プラスチックと成形材の接合はより強固なものとなる。
【0059】
本発明に使用する成形材は、有機系あるいは無機系の発泡体であると、得られる成形体が軽くなるので好ましく用いられるが、発泡していない樹脂板や無機系の板、または金属板や木材やであってもよい。有機系あるいは無機系の発泡体としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、PVC、シリコーン、イソシアヌレート、フェノール、アクリル樹脂のフォームや軽量気泡コンクリート、珪酸カルシュームフォームや炭酸カルシュームフォームなどがあげられる。
【0060】
なお、成形材の圧縮強さは、1.0kgf/cm2 以上が好ましい。圧縮強さが1.0kgf/cm2 以下であると、成形時に真空バッグする際真空減圧され、成形材の潰れが発生してしまうので好ましくない。
【0061】
本発明の炭素繊維織物は1枚あたりの繊維目付が大きいにも拘らず、この織物の炭素繊維糸条間に隙間がある、また、本発明の成形方法によれば、樹脂の流れやすい繊維基材積層体の面方向に全面に樹脂が拡がり、繊維基材積層体の厚さ方向に樹脂含浸が進むから、積層の手間が少なくなるのみならず、樹脂の含浸が完全に行われ、また樹脂の注入時間も少なくなり、作業性が向上する。
【0062】
なお、本発明に使用する繊維基材は、全てが本発明の炭素繊維織物である必要はなく、少なくとも1層以上用いればよい。その他の繊維基材は、たとえば通常の炭素繊維織物や、また他の強化繊維、たとえばガラス繊維やポリアラミド繊維からなる織物やチョップド・ストランド・マット、コンティニュアス・ストランド・マットであってもよいし、これら強化繊維糸を並行に配列したシートを0゜(繊維基材の長さ方向)、90゜(繊維基材の幅方向)や±45゜(繊維基材の斜め方向)に積層され、これをガラス繊維、ポリエステル繊維な、ポリアラミド繊維などのステッチ糸で縫合した多軸ステッチ布帛であってもよい。
【0063】
とくに、繊維基材の組み合わせが、本発明の一方向性炭素繊維織物と多軸ステッチ布帛であると、FRP構造体の補強が必要な方向を一方向性炭素繊維織物で荷重を担わせ、その他の方向は多軸ステッチ布帛で荷重を担わせると、これら繊維基材は、布帛形成のための炭素繊維糸条同士およびその他の強化繊維糸条同士の交錯がなく、かつ曲がること無く真直ぐに繊維配向しているから、また繊維体積含有率も大きくなるからFRPにしたとき機械的性質に優れる。また、糸条同士の交錯によって、炭素繊維またはその他の強化繊維が締め付けられることもないので、本発明の真空バッグ成形でも樹脂は十分に含浸させることが出来るし、含浸速度を早くすることができる。
【0064】
本発明の成形に用いる樹脂は、常温で液状の常温硬化型の、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂である。なお、使用する樹脂の粘度は、樹脂の含浸性や含浸速度の点から低粘度樹脂が好ましく、0.5〜10ポイズ程度、より好ましくは0.5〜5ポイズ未満である。なかでもビニルエステル樹脂は、樹脂を低粘度とすることができることや、樹脂伸度を3.5〜12%大きくすることが出来るので、成形性に優れるのみならず、強度が高く、耐衝撃性にも優れるので、好ましく用いられる。
【0065】
本発明の成形に用いるピールプライは、樹脂が硬化した後にFRPから引き剥がして除去するシートであるが、樹脂を通過させることができることが必要であり、ナイロン繊維織物、ポリエステル繊維織物やガラス繊維織物などである。なお、ナイロン繊維織物やポリエステル繊維織物は安価であるため好ましく用いられるが、これら織物を製造する際に用いられている油剤やサイジング剤がFRPの樹脂に混入するのを防ぐため、精練を行い、また常温硬化型樹脂の硬化発熱による収縮を防ぐため、熱セットされた織物を使用することが好ましい。
【0066】
本発明の成形に用いるエッジ・ブリーザは、空気および樹脂を通過させることができることが必要であり、ナイロン繊維織物、ポリエステル繊維織物、ガラス繊維織物やナイロン繊維、ポリエステル繊維からなるマットを使用することができる。
【0067】
また、本発明の成形に用いるバッグ・フイルムは、気密性であることが必要でありナイロンフイルム、ポリエステルフイルムやPVCフイルムなどである。
【0068】
【実施例】
(実施例1)
フイラメント数が70,000本、繊度が52,000デニールトウ状のマルチフイラメントの炭素繊維糸条をたて糸とし、608デニールのガラス繊維からなる補助糸をよこ糸とし、たて糸密度が0.87本/cm,よこ糸密度が2本/cmの、一方向に炭素繊維が配列した平組織の、炭素繊維目付が503g/m2 の目どめ処理した炭素繊維織物Aを作製した。なお、目どめ処理は、ガラス繊維糸のよこ糸の挿入は低融点の50デニールの共重合ナイロン糸と引き揃えて行い、よこ糸挿入後、織機上に取り付けた遠赤外線ヒータで共重合ナイロン糸を溶融し、炭素繊維糸条とガラス繊維糸を接着する方法で行った。トウ状の糸条をたて糸としてることもあって、得られた織物の炭素繊維糸条間の隙間が確保出来、1.2mmであった。
【0069】
次に、上記の炭素繊維織物を使用して、下記の本発明の成形法の方法で成形を行った。
【0070】
幅が100cmで長さが100cmの本発明の炭素繊維織物Aを2枚と、幅が100cmで長さが100cmのガラス繊維からなる、繊維目付が450g/m2 のチョップドストランドマットを3枚準備した。
【0071】
離形剤を塗布した成形型の上に、強化繊維基材としてまず本発明の炭素繊維織物A(以下、この炭素繊維織物Aを炭素繊維織物A1と呼称する。)を1枚積層し、次にその上にマットの端部と織物の端部が合うようにチョップドストランドマットを1枚づつ3枚積層し、さらにその上に本発明の炭素繊維織物(以下、この炭素繊維織物Aを炭素繊維織物A2と呼称する。)を1枚積層、合計5層の繊維基材を積層した。
【0072】
繊維基材の上に、ピールプライとしてのナイロンフイラメント織物を置き、その上に媒体としてポリエチレンからなる厚みが1.0mm、メッシュの開口寸法が2.6×2.6mm、メッシュの開口率(全体面積;100に対するメッシュの開口部面積の比率)が62%のメッシュのシートを2枚、繊維基材の全面覆うように置いた。
【0073】
積層した繊維基材の周囲にエッジブリーザとしてのガラス繊維織物を、基材積層体とほぼ同じ厚さになるように張り巡らし、真空ポンプの吸引口を取り付けた。
【0074】
全体をナイロンフイルムからなるバッグフイルムで覆い、真空状態が保てるようにバッグフイルムと成形型および吸引口の取り付け口をシール材で接着した。
【0075】
バッグフイルムの中央部に樹脂の吐出口を設け、同様に真空状態が保てるようフイルムと吐出口をシール材で接着した。
【0076】
つぎに、真空ポンプでバッグフイルムに覆われた内部を755Torrの真空状態にしたのち、バルブを解放して樹脂粘度が3ポイズの常温硬化型ビニルエステル樹脂を注入した。樹脂の拡散媒体に樹脂が積層基材の全面に直ちに拡散した。次に炭素繊維織物A1 から、また炭素繊維織物A1 の炭素繊維糸条の隙間を通過して、チョップドストランドマット層へと積層基材の厚さ方向に樹脂が流れて繊維間に樹脂が含浸し、積層基材への樹脂含浸するに要した時間は16分であった。
樹脂の硬化後、成形型から脱型して得た繊維強化プラスチック板を切断して、断面を観察したところ、真空状態で樹脂含浸していることもあって完全に樹脂が含浸していた。
【0077】
(比較例1)
比較のために、フイラメント数が12,000本、繊度が7,200デニールのマルチフイラメントの炭素繊維糸条をたて糸とし、608デニールのガラス繊維からなる補助糸をよこ糸し、たて糸密度が6.20本/cm、よこ糸密度が2本/cmの、一方向に炭素繊維が配列した平組織の、炭素繊維目付が496g/m2 の炭素繊維織物Bを作製した。得られた織物の炭素繊維糸条間には隙間はほとんど無く、0mmであった。
【0078】
炭素繊維織物のみを織物Aを織物Bに変え、その他は実施例と同じにして(従って、織物B1は織物A1に、織物B2は織物A2に、それぞれ対応する)成形を行った。樹脂の拡散媒体に樹脂が積層基材の全面に直ちに拡散したが積層基材の上部にある織物B2 に、織物の炭素繊維目付が大きく、かつ炭素繊維糸条間の隙間もほとんど無いからチョップドストランドマット層へなかなか樹脂が流れず、下部に積層した織物B1 にまでは十分に樹脂が流れず、樹脂注入を開始して50分後に樹脂のゲル化が始まり、成形は失敗に終わった。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明で用いられる一方向性炭素繊維織物は、トウ状の太い炭素繊維糸条からなり、1枚あたりの繊維目付が大きいにも拘らず、この織物の炭素繊維糸条間に隙間がある、また、本発明の成形方法によれば、樹脂の流れやすい繊維基材積層体の面方向に全面に樹脂が拡がり、繊維基材積層体の厚さ方向に樹脂含浸が進むから、積層の手間が少なくなるのみならず、樹脂の含浸が完全に行われ、また樹脂の注入時間も少なくなり、作業性が向上する。
【0080】
また、本発明の繊維強化プラスチックはトウ状の太い炭素繊維糸条からなるが、樹脂含浸が容易になされるから、安価で機械的特性に優れてFRPが得られる。
【0081】
また、本発明のFRPの成形方法によれば、嵩高な炭素繊維織物を使用し、真空バッグ成形において、媒体を介して樹脂を全面に拡散させるから、または、成形材に設けた溝で樹脂を全面に拡散させるから、樹脂の含浸性が良く、かつ樹脂含浸時間を少なくすることが出来るから、FRP成形品を安価に製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施態様に係わる一方向性炭素繊維織物を示す。
【図2】 たて方向補助糸を有する本発明の一方向性補強織物の実施態様例を示す。
【図3】 本発明のFRPの成形法を説明する1実施例の断面図である。
【図4】 樹脂拡散媒体の斜視図である。
【図5】 フックドロップ値の測定装置の斜視図である。
【図6】 フックドロップ値の測定装置の拡大部分正面図である。
【図7】 フックドロップ値の測定装置の部分斜視図である。
【図8】本発明のFRPの成形法を説明する他の実施例の断面図である。
【図9】成形材を説明する概略斜視図である。
【符号の説明】
1:炭素繊維糸条の断面
2:炭素繊維糸条
3:補助糸
4:たて方向補助糸
5:目どめ剤
6:成形
7:炭素繊維織物
8:ピールプライ
9:媒体
10:吸入口
11:エッジ・ブリーザ
12:バッグ・フイルム
13:シール材
14:吐出口
15:バルブ
16:A群のバー
17:B群のバー
18:成形材
19:成形材に炭素繊維織物を巻き付けたブロック
20:溝
101:炭素繊維糸条
102:金属フック
103:重り
104:上部クランプ
105:下部クランプ
106:綿糸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention comprises carbon fiberFiber reinforced plasticMore specifically, it consists of tow-like thick carbon fiber yarnsOne-wayCarbon fiber weaveThingsThe present invention relates to the fiber reinforced plastic used and its molding method.
[0002]
[Prior art]
Carbon fiber has a low specific gravity, high tensile strength and high tensile modulus, and carbon fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as CFRP) solidified with resin is a material with high specific strength and specific elastic modulus. is called.
[0003]
However, the conventional CFRP is made of, for example, thin carbon fiber yarns of 3,000 filaments, and the carbon fiber basis weight is 200 to 400 g / m in which the carbon fiber yarns are arranged in the warp direction and the transverse direction.2A thin bi-directional woven fabric is made by laminating a large number of prepregs impregnated with a resin in advance and then autoclaved to produce molded products. The field was limited to aircraft-related structural materials and premium sports equipment such as premium products, and it was difficult to expand into general industrial fields.
[0004]
A. Thin carbon fiber yarns have low carbon fiber productivity.
[0005]
B. Since the fabric is manufactured with thin yarns, the productivity of the fabric is lowered.
[0006]
C. Since the woven fabric is thin, in order to laminate a predetermined amount of carbon fibers, the number of laminated layers increases, and the labor of lamination increases.
[0007]
D. Since a prepreg process is required, the processing cost of a prepreg is added.
[0008]
E. An autoclave is required and a large capital investment is required.
[0009]
In particular, in order to reduce the cost of large molded products, using conventional carbon fiber woven fabrics, these are laminated in a mold, and a resin transfer molding method in which a room temperature curable resin is injected under pressure, or these are used. A so-called vacuum bag molding method is known in which a film is laminated on a mold and covered with a bag film, the inside of which is evacuated, and a room temperature curable resin is injected. Although this method significantly reduces the cost of CFRP due to the above D and E terms, the A, B and C terms make the CFRP product molded expensive.
[0010]
On the other hand, it is conceivable to use a carbon fiber woven fabric having a large carbon fiber basis weight using conventional carbon fiber yarns, but it has not been practically used due to the following problems.
[0011]
F. A two-way woven fabric in which carbon fibers are arranged in two directions, the warp direction and the weft direction, can be made into a woven fabric having a large carbon fiber basis weight, but the bending (crimp) of the woven yarn is increased by the crossing of the warp and weft. When FRP is used, the strength and modulus of elasticity decrease due to stress concentration.
[0012]
G. Although the woven fabric arranged in one direction does not cause a decrease in strength due to crimping, the carbon fiber yarns are arranged only in one direction, so increasing the carbon fiber basis weight of the fabric increases the fiber density and densely fills the fibers. Therefore, in resin molding methods such as resin transfer molding and vacuum bag molding, the flow of the resin is poor, it takes time to inject the resin, and the impregnation property of the resin into the carbon fiber fabric is deteriorated.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention pays attention to such a current situation, and although the fabric has a large carbon fiber basis weight, it is excellent in resin fluidity and impregnation during molding, and excellent in mechanical properties when molded.One-wayCarbon fiber fabricBy usingThe object is to provide an inexpensive fiber-reinforced plastic with excellent mechanical properties. It is another object of the present invention to provide a method for molding a fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP) using the above-mentioned woven fabric.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention basically has the following configuration.
  That is,The fiber reinforced plastic of the present invention is a fiber reinforced plastic obtained by reinforcing a laminated fiber base material with a resin, and at least one layer of the fiber base material includes:It consists of tow-shaped carbon fiber yarns, and the number of filaments of the carbon fiber yarns is 40,000 to 400,000.Or the yarn fineness is 25,000-350,000 denier, andUnidirectional carbon fiber fabric in which the carbon fiber yarns are arranged in the warp direction, and the auxiliary yarns are arranged in the weft direction, with a gap between the carbon fiber yarnsCharacterized by comprisingIt is.
  The fiber-reinforced plastic molding method of the present invention is a carbon fiber fabric made of tow-shaped carbon fiber yarns, and the number of filaments of the carbon fiber yarns is 40,000 to 400,000. The yarn fineness is 25,000 to 350,000 denier, the carbon fiber yarns are arranged in the warp direction, and the auxiliary yarns are arranged in the weft direction, and a gap is formed between the carbon fiber yarns. A unidirectional carbon fiber woven fabric is laminated on a molding die as a fiber base material and a medium for diffusing the resin in the surface direction is placed thereon, and then the fiber base material and the whole medium are Covering with a bag film, then vacuuming the interior covered with the bag film, diffusing a room temperature curable resin on the surface of the laminated fiber base material, and impregnating the fiber base material with the resin Is.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The carbon fiber yarn used in the present invention is preferably a carbon fiber yarn in which 40,000 to 400,000 multifilaments having a single fiber diameter of 5 to 15 microns converge to form a tow shape. The fineness of the strip is 25,000-350,000 denier.
[0016]
When the number of filaments of the carbon fiber yarn is 40,000 or less and the fineness of the yarn is 25,000 denier or less, the yarn becomes relatively thin, so that the carbon fiber constituting the yarn has a resin impregnation property. Although preferred in terms, the thickness of the yarn is reduced. Therefore, if the basis weight of the carbon fiber fabric is increased, the number of carbon fiber yarns to be used increases and it becomes difficult to provide a gap between the carbon fiber yarns. In molding methods such as resin transfer molding and vacuum bag molding, resin The flow becomes worse. Moreover, the cost reduction of the carbon fiber yarn is not expected. On the other hand, when the number of filaments of the carbon fiber yarn is 400,000 or more and the fineness of the yarn is 350,000 denier or more, the carbon fiber yarn becomes inexpensive and the thickness of the yarn becomes thick. Even if the fabric weight is increased, it is possible to provide a gap between the carbon fiber yarns. However, since the yarns become thicker, the distance to the center of the yarns increases and the resin advances from the periphery of the yarns. Impregnation is incomplete. The number of filaments is 40,000 to 400,000, and the fineness of carbon fiber yarn is 25,000 to 350,000 denier, more preferably, the number of filaments of carbon fiber yarn is 40,000 to 100,000, yarn If the fineness is 30,000 to 70,000 denier, a gap can be provided between the carbon fiber yarns. Therefore, even if the resin flows through resin transfer molding or vacuum bag molding, the entire laminate becomes thicker. The resin can be spread quickly and the impregnation of the resin from the periphery of the yarn can be completed.
[0017]
The gap between the yarns in the carbon fiber fabric of the present invention is preferably 0.2 to 2 mm. When the gap between the yarns is 2 mm or more, the weft thread is thin in the unidirectional woven fabric, so that the draping property of the woven fabric increases, and the woven fabric becomes soft and difficult to handle. In addition, since there are no fibers in the gap, when FRP is used, the surface of the FRP becomes uneven due to shrinkage of the resin during curing. On the other hand, when the gap between the yarns is 0.2 mm or less, the resin flow resistance to the gap between the yarns is increased, and the resin injection rate into the fiber substrate laminate is reduced.
[0018]
When the gap between yarns is 0.2 to 2 mm, when resin is injected into a fiber base material sealed in a mold or bag film, such as resin transfer molding and vacuum bag molding, This gap becomes the resin flow path, and the resin injection time is shortened, leading to an increase in molding efficiency.
[0019]
Such a carbon fiber yarn can be produced by, for example, subjecting a polyacrylonitrile fiber tow to flame resistance and carbonization, and then attaching and sizing a sizing agent. Since tow can be manufactured as a thick yarn, it becomes possible to improve the productivity in the manufacturing process of polyacrylonitrile fiber, flame resistance and carbonized carbon fiber, and to manufacture inexpensive carbon fiber yarn. is there.
[0020]
The carbon fiber of the present invention has a tensile strength according to JIS R7601 of 3 to 4 GPa and a tensile modulus of about 200 to 300 GPa, and 0.5 to 2% by weight in order to improve the weaving operation in the fabric manufacturing process. It is preferable to attach a sizing agent of a degree. In addition, when the carbon fiber yarns constituting the woven fabric are twisted, the converging part of the carbon fiber bundle due to the twisting impedes the resin impregnation, and therefore it is preferable that the carbon fiber yarn is non-twisted.
[0021]
In the present invention, if the carbon fibers composing the yarn are entangled, a gap can be provided between the carbon fibers by the crossing or entanglement of the carbon fibers, so that the carbon fiber yarn and the fabric become bulky, This is preferable because the carbon fiber yarn of the woven fabric can be easily impregnated with the resin. The degree of entanglement of this carbon fiber can be expressed by the hook drop value, and the hook drop value FD(15)Is preferably 30 cm or less. Hook drop value FD(15)Is 30 cm or more, the degree of entanglement of the fibers is small, and the impregnation of the resin is not improved. In addition, hook drop value FD(15)Is 2 cm or less, the entanglement of the carbon fibers becomes large, the carbon fiber yarns and the woven fabric become bulky, the gaps between the carbon fibers are increased, and the resin is easily impregnated, but the bending of the carbon fibers is increased. When this is done, stress concentration occurs and the strength decreases. When the hook drop value is in the range of 2 to 30 cm, more preferably in the range of 2 to 10 cm, an appropriate resin impregnation property is provided, and when the FRP is used, the strength becomes high.
[0022]
However, the hook drop value is only an index for indicating the degree of entanglement, and even if it is difficult or impossible to directly measure the hook drop value, it is measured by other measuring means and the value is appropriately set. It suffices if the value falls within the above-mentioned numerical range when converted into a hook drop value by a method.
[0023]
Hook drop value FD(15)Represents the degree of entanglement of the fibers of the carbon fiber yarn constituting the fabric, and can be represented by the free fall distance of the metal hook measured by the measuring device shown in FIGS.
[0024]
If the sizing agent is attached to the carbon fiber yarn, the free fall distance of the metal hook is affected by the amount and state of the sizing agent, so this measurement should be performed after completely removing the sizing agent. Do. For example, the sizing agent can be removed by heat treatment in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 1 hour.
[0025]
Also, even if carbon fiber yarns are attached or impregnated with prepreg or CFRP resin, the free fall distance of the metal hook is affected or almost impossible to measure, so these resins can be removed completely. Make this measurement. For example, vinyl ester resin can be removed by heat treatment in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 5 hours.
[0026]
Hook drop value FD of woven carbon fiber yarn(15)Extract three woven fabrics with a width of 1,000 mm and a length of 1,000 mm, and from each fabric, loosen the warp yarns from each fabric so that no fluff is generated and no twist is added. Collect 000 mm carbon fiber yarn. A desizing process is performed so that the fiber arrangement state of the loose carbon fiber yarn is not disturbed, and the upper end is fixed to the apparatus by the upper clamp 104. Since the width of the yarn to be fixed, that is, the thickness of the yarn affects the hook drop value, the relationship between the width B (mm) of the yarn to be fixed and the yarn fineness D (denier) should be according to the following formula: The upper clamp 104 was fixed so that the thickness of the yarn was uniform.
[0027]
Thread width B = 4 × 10-Four× D
Next, in a state where a load of 4 mg / denier is applied to the lower end, the lower clamp 105 is fixed in the vertical direction so that the grip interval is 950 mm so that twist is not applied.
[0028]
Next, a weight (from the upper end of the hook 102) in which a weight 103 is attached to a metal hook 102 (wire diameter: 1 mm, radius: 5 mm) with a cotton thread 106 at the center in the width direction of the carbon fiber yarn 101 with the upper and lower ends fixed. Hook the metal hook 102 with a distance of 30 mm) to the upper end of the weight 103 so that the distance from the lower end of the upper clamp to the upper end of the metal hook 102 is 50 mm. The distance from the position of 50 mm to the upper end of the metal hook 102 at the dropping position) is measured. The weights of the metal hook 102 and the cotton thread 106 are made as light as possible, and the total weight of the metal hook 102, the cotton thread 106 and the weight 103, that is, the weight is 15 g. Hook drop value FD(15)Is measured 10 times for one warp of a woven fabric, and is expressed as an average value of n = 30. The metal hook 102 may fall to the position of the lower clamp 105, but the free fall distance at that time is regarded as 900 mm. For this purpose, the metal hook 102 hits the lower clamp 105 but the cotton thread 106 and the weight 103 need not be caught. As shown in FIG. It is necessary to provide a space. The measurement is carried out after the fabric is left for 24 hours in an environment of a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 60%, and then in an environment of a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 60%.
[0029]
The carbon fiber fabric of the present invention has a bulk density of 0.65 g / cm.ThreeThe following is preferable. Bulk density is 0.65 g / cmThreeBelow, the carbon fiber yarns and fabrics become bulky, the gaps between the carbon fibers increase, and the resin is easily impregnated, and resin impregnation is possible not only in resin transfer molding and vacuum bag molding but also in hand layup molding. Become.
[0030]
In the present invention, the bulk density V refers to a value calculated by the following calculation formula.
[0031]
V = w / (t × A)
Where t: fabric thickness (cm)
A: Fabric area (cm2)
w: Carbon fiber weight (g) in the area A of the fabric
In addition, the measuring method of the thickness of a textile fabric used the thickness measuring device of JISR7602 5.6 term according to the dial gauge method. However, the load was 3 kPa, 5 sheets of fabric were overlapped, the value after 20 seconds had elapsed after the load was applied, and the value was divided by the number of fabrics to obtain the thickness per sheet. In order to minimize the influence of the weft yarn as the auxiliary yarn on the thickness of the fabric, the fabrics were overlapped so that the positions of the weft yarns of the fabric to be overlapped were shifted from each other.
[0032]
Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a unidirectional carbon fiber woven fabric according to an embodiment of the present invention. In the figure, 2 is a carbon fiber yarn, and a large number of carbon fiber yarns are arranged in parallel in the warp direction. This is a so-called unidirectional fabric in which the weft-direction auxiliary yarns 3 are interlaced with carbon fiber yarns.
[0033]
FIG. 2 shows another embodiment of the carbon fiber woven fabric of the present invention, in which the carbon fiber yarns 2 having substantially no bend are aligned in a straight direction parallel to each other and in a sheet shape. The yarn group 2 of the weft auxiliary yarn 3 is located on both sides of the sheet surface of the formed yarn group B, and the weft auxiliary yarn group and the warp direction auxiliary yarn 4 parallel to the carbon fiber yarn group C Is a unidirectional carbon fiber fabric that forms a woven structure and integrally holds the yarn group. Since such a woven fabric does not have bending in the carbon fiber yarns in the warp direction, stress does not concentrate even when molded and CFRP, and the strength becomes high.
[0034]
The auxiliary yarn used in the present invention is not intended to bear a load when it becomes an FRP, but is used for maintaining the shape of the woven fabric. Thin yarns are preferable compared to yarns. In particular, when it is extremely thin compared to 100-500 denier and carbon fiber yarns, and the weft yarn density is about 0.5-8 yarns / cm, the constraint of the carbon fiber yarns by the weft auxiliary yarns is weakened. , Resulting in a bulky fabric. The auxiliary yarn preferably has a dry heat shrinkage at 150 ° C. of 0.1% or less from the viewpoint of dimensional stability of the woven fabric and prevention of shrinkage due to heating during the crushing treatment. Examples of fibers constituting such an auxiliary yarn include carbon fibers, glass fibers, and polyaramid fibers.
[0035]
In the unidirectional woven fabric, the basis weight of the carbon fiber is 400 to 1,500 g / m.2Since the number of laminated layers may be small if it is about, the labor of lamination of the fiber base material at the time of shaping | molding will decrease, and it will lead to labor saving of shaping | molding. Carbon fiber basis weight is 400 to 700 g / m2If it is, the fabric is reasonably soft and the fabric basis weight is relatively light, so it is possible to make the fabric conform to complicated shapes such as corners when laminated, and room temperature curing type with resin viscosity of 2 to 7 poise Resin can be sufficiently impregnated with resin even by impregnation roller application in ordinary hand lay-up molding.
[0036]
In addition, since the carbon fiber yarn of the present invention has a thick carbon fiber yarn, the number of yarns constituting the fabric is reduced. Accordingly, the number of crossing points with the weft yarn is reduced, and the carbon fiber yarn is frayed when cut, resulting in poor workability.
[0037]
Therefore, in the unidirectional carbon fiber fabric of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the low melting point polymer 5 extending linearly or in the length direction of the auxiliary yarn in the weft direction is attached, It is preferable that the low melting point polymer is a so-called fine woven fabric in which yarns perpendicular to each other, that is, carbon fiber yarns in the warp direction and auxiliary yarns in the warp direction are bonded at the intersection. 1 and 2 show an example in which the low melting point polymer is attached to the auxiliary yarn in the transverse direction, but it may be attached to the carbon fiber yarn in the warp direction and / or the warp direction auxiliary yarn, Alternatively, it may be attached to the carbon fiber yarn in the warp direction and / or the warp direction auxiliary yarn and the warp direction auxiliary yarn.
[0038]
The abraded fabrics are cut and laminated on the mold in resin transfer molding and vacuum bag molding, etc., but at the time of cutting, fraying of the yarn can be prevented and the workability of molding is greatly improved. To improve.
[0039]
Further, if the adhesion amount of the low melting point polymer is large, it impedes resin impregnation or lowers the mechanical properties of CFRP.2The following is preferred. However, 0.5g / m2If it is less than 0.5, the awakening effect will fade, so 0.5-6 g / m2Is preferred.
[0040]
In the case of unidirectional carbon fiber fabric, if these low-melting polymers are attached to thin auxiliary yarns in large quantities, the auxiliary yarns basically do not carry reinforcement, but the starting point of breakage starts from the auxiliary yarns. In order to prevent this, the adhesion amount of the low melting point polymer is preferably 40% by weight or less of the auxiliary yarn.
[0041]
The low melting point polymer used in the present invention is usually selected from nylon, copolymer nylon, polyester, copolymer polyester, vinylidene chloride, vinyl chloride, and polyurethane. Among them, copolymer nylon is particularly preferably used because it can melt the polymer at a low temperature, has a strong adhesive force, and can achieve the expected effect with a small amount of use.
[0042]
The fiber reinforced plastic of the present invention may be one in which all of the reinforced fiber base material is laminated with a single layer or multiple layers of the carbon fiber fabric of the present invention and impregnated with a resin to be fiber reinforced. At least one layer of the material is the carbon fiber woven fabric of the present invention, which can be combined with a substrate made of other reinforcing fibers such as glass fibers and polyaramid fibers.
[0043]
The resin used for the fiber reinforced plastic of the present invention is, for example, epoxy resin, unsaturated polyester resin, thermosetting resin such as vinyl ester resin or phenol resin, nylon resin, polyester resin, ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polychlorinated resin. Thermoplastic resins such as vinyl resin, polyether ether ketone resin and polyphenylene sulfide resin.
[0044]
In the fiber reinforced plastic of the present invention, the fiber base material is composed of thick tow-like yarns and has a high basis weight, but uses a carbon fiber woven fabric with gaps between carbon fiber yarns. The resin has good fluidity and impregnation, and is excellent in mechanical properties and inexpensive.
[0045]
Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a unidirectional carbon fiber woven fabric according to an embodiment of the present invention. In the figure, 2 is a carbon fiber yarn, and a large number of carbon fiber yarns are arranged in parallel in the warp direction. This is a so-called unidirectional fabric in which the weft-direction auxiliary yarns 3 are interlaced with carbon fiber yarns.
[0046]
FIG. 2 shows another embodiment of the carbon fiber fabric of the present invention, in which carbon fiber yarns 2 having substantially no bend (crimp) in the vertical direction are unidirectionally parallel to each other and in sheet form. Are located on both sides of the sheet surface of the yarn group b, and the weft auxiliary yarn 3 and the weft auxiliary yarn group and the warp direction auxiliary yarn 4 parallel to the carbon fiber yarn group. This is a unidirectional carbon fiber woven fabric in which the yarn group C forms a woven structure and integrally holds the yarn group. Since such a woven fabric does not have a bend (crimp) in the carbon fiber yarn in the warp direction, the stress does not concentrate even if it is molded and CFRP, and the strength becomes high.
[0047]
The auxiliary yarn used in the present invention is not intended to bear a load when it becomes an FRP, but is used for maintaining the shape of the woven fabric. Thin yarns are preferable compared to yarns. In particular, when it is extremely thin compared to 100-500 denier and carbon fiber yarns, and the weft yarn density is about 0.5-8 yarns / cm, the constraint of the carbon fiber yarns by the weft auxiliary yarns is weakened. , Resulting in a bulky fabric. The auxiliary yarn preferably has a dry heat shrinkage at 150 ° C. of 0.1% or less from the viewpoint of dimensional stability of the woven fabric and prevention of shrinkage due to heating during the crushing treatment. Examples of fibers constituting such an auxiliary yarn include carbon fibers, glass fibers, and polyaramid fibers.
[0048]
In the unidirectional woven fabric, the basis weight of the carbon fiber is 400 to 2,000 g / m.2Since the number of laminated layers can be reduced to a small extent, the labor of laminating the fiber base during molding is reduced, and the gap between the threads becomes the resin flow path during molding, reducing the resin injection time. As a result, the molding efficiency is improved.
[0049]
The woven fabric of the present invention can form FRP by a conventionally known method, but in particular, a large molded product can be produced at low cost by the resin transfer molding method or the vacuum bag molding method. Preferably used.
[0050]
  Next, an FRP molding method according to the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of an embodiment illustrating the FRP molding method of the present invention. In FIG.MoldingOn the mold 6, a predetermined number of carbon fiber fabrics 7 of the present invention are laminated as a fiber base material in a predetermined direction, and a sheet to be removed by peeling after the resin is cured, a so-called peel ply 8 is laminated thereon. Then, a medium 9 for diffusing the resin over the entire surface of the fiber base is placed thereon. Around the fiber base material, a vacuum pump air suction port 10 is attached, and a plurality of porous materials such as woven fabric are laminated and stretched around as an edge breather 11,ThemCover the whole with a bag film 12 and wrap around the bag film with a butyl rubber or silicone rubber sealant 13 to prevent air leakage.MoldingAdhere to the mold. A discharge port 14 for the resin injected from the resin tank is attached to the upper part of the bag film, and is adhered with a sealant 13 so that air does not leak from the attachment portion of the discharge port. The resin tank is filled with a room temperature curable thermosetting resin in the form of a syrup at room temperature with a predetermined amount of curing agent. Next, the inside including the fiber base material covered with the bag film with a vacuum pump is evacuated to a vacuum pressure of about 700 to 760 Torr, and then the valve 15 is released to inject the resin. Since the inside of the bag film is in a vacuum state and the flow direction of the resin is smaller in the surface direction of the medium than in the thickness direction of the fiber substrate, the resin first spreads over the entire surface of the medium, and then the fiber substrate Impregnation in the thickness direction proceeds. In this method, the distance that the resin must flow is the thickness of the fiber base laminate, so that the resin impregnation is completed very quickly. The vacuum pump is preferably operated at least until the impregnation of the resin is completed, and the bag / film is preferably kept in a vacuum state. After completion of resin impregnation, the valve is closed and left at room temperature to cure the resin. After the resin is cured, the peel ply is peeled off to remove the medium, bag and film,MoldingType(Hereafter, it may be simply called a type)The FRP molded product is obtained by removing from the mold.
[0051]
An example of the medium 9 used in the present invention is shown in FIG. 4, and the medium transmits the vacuum pressure in the bag to the fiber base material, and the injected resin passes through the gap between the medium, and the top surface of the fiber base material on the medium side. The resin is distributed throughout. That is, when the resin is injected into the medium located between the bag film and the peel ply, in FIG. 4, the injected resin flows through the gap of the group A bar 16 in contact with the bag film, and the direction of the bar 16 and B Since the resin flows in the direction of the bar 17 through the gap between the bars 17 having a rectangular cross section of the group, the resin diffuses over the entire surface. Further, since the force applied to the bar 16 can be transmitted to the bar 17, the vacuum pressure can be transmitted to the fiber base material. Although the thickness of a bar is not specifically limited, 0.2-2 mm is preferable. The width of the gap is preferably 0.2 to 2 cm. Specific examples of the medium are mesh sheets made of polypropylene, polyethylene, polyester, polyvinyl chloride, metal, etc., for example, mesh resin films, woven fabrics, nets, knitted fabrics, etc. Several of these can be used in layers.
[0052]
Note that the above describes the case where the medium is installed on one surface of the upper surface of the fiber base laminate, but when the fiber base laminate is thick, the medium is installed on the lower and upper surfaces of the fiber base laminate. It is also possible to impregnate the resin from both sides of the material laminate.
[0053]
The molding method described above largely falls within the category of vacuum bag molding method, but differs from the conventional vacuum bag molding method in that the resin is diffused over the entire surface of the fiber base laminate simultaneously with resin injection. It is suitable for use in molding a large FRP molded product.
[0054]
  In addition, on the molding material having a groove to be a resin flow path on the surface, laminated so as to contact the fiber base material,ThemCover the whole with a back film, then vacuum the inside covered with the back film, diffuse the resin from the groove of the molding material in contact with the fiber base material, and room temperature curable thermosetting on the laminated fiber base material The fiber base material and the molding material can also be integrated while impregnating the conductive resin. According to this method, a sandwich structure having FRP as a skin material and a plate-like plate as a core material can be easily formed. According to this method, a fiber reinforced plastic structure integrated with a plate-like plate using FRP as a skin material can be easily formed. FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the FRP molding method of the present invention. In FIG.MoldingOn the mold 6, a required number of blocks 19 in which a predetermined number of blocks of carbon fiber fabric 7 as a fiber base material are wound around a molding material 18 are arranged, and the whole is covered with a bag film 12 so that air does not leak. Seal material 13 around bag / filmMoldingAdhere to the mold 6. An example of the molding material is shown in FIG. 9, and grooves 20 serving as resin flow paths are provided on the upper surface C, the lower surface D, the side surface E, and the front surface F of the molding material.
[0055]
When the inside of the bag film covered with the vacuum port is evacuated by the vacuum pump and the resin is poured from the discharge port, the resin is provided on the upper and lower surfaces and side surfaces of the molding material from the grooves with low flow resistance. After reaching the entire surface, the fiber base material is then impregnated with resin.
[0056]
Next, when the resin is cured at room temperature, the groove of the molding material is filled with the matrix resin, and the groove of the molding material and the matrix resin are bonded together. At the same time, the fiber reinforced plastic and the matrix resin are bonded to each other. The body is obtained.
[0057]
According to the fiber reinforced plastic structure of the present invention, the bonding area between the fiber reinforced plastic and the molding material is not only the surface of the fiber reinforced plastic and the molding material but also the groove of the molding material and the matrix resin. Thus, the integration of the fiber reinforced plastic and the molding material becomes strong.
[0058]
The cross-sectional shape of the groove of the molding material is rectangular, trapezoidal, hemispherical, etc., and the cross-sectional shape and cross-sectional dimension can be appropriately determined depending on the fluidity of the resin and the degree of adhesion between the fiber reinforced plastic and the molding material. In particular, when the trapezoidal shape has a wedge shape with respect to the molding material, the fiber-reinforced plastic and the molding material are more firmly joined.
[0059]
If the molding material used in the present invention is an organic or inorganic foam, it is preferably used because the resulting molded article becomes lighter. However, a resin plate that is not foamed, an inorganic plate, a metal plate, It may be wood or the like. Examples of the organic or inorganic foam include polyurethane, polystyrene, polyethylene, polypropylene, PVC, silicone, isocyanurate, phenol, acrylic resin foam, lightweight cellular concrete, silicate calcium carbonate foam and carbonate carbonate foam.
[0060]
The compression strength of the molding material is 1.0 kgf / cm.2The above is preferable. Compressive strength is 1.0kgf / cm2If it is less than the above, it is not preferable because the vacuum pressure is reduced when vacuum bagging is performed and the molding material is crushed.
[0061]
Although the carbon fiber woven fabric of the present invention has a large fiber basis weight per sheet, there is a gap between the carbon fiber yarns of the woven fabric. Since the resin spreads over the entire surface of the material laminate and the resin impregnation proceeds in the thickness direction of the fiber substrate laminate, not only is the labor of lamination reduced, but the resin is completely impregnated. The injection time is reduced, and workability is improved.
[0062]
In addition, the fiber base material used for this invention does not need to be the carbon fiber fabric of this invention, and what is necessary is just to use at least 1 layer or more. Other fiber substrates may be, for example, ordinary carbon fiber woven fabrics, or other reinforcing fibers such as woven fabrics made of glass fibers or polyaramid fibers, chopped strand mats, and continuous strand mats. The sheets in which these reinforcing fiber yarns are arranged in parallel are laminated at 0 ° (length direction of the fiber base material), 90 ° (width direction of the fiber base material) and ± 45 ° (diagonal direction of the fiber base material), This may be a multi-axis stitched fabric that is stitched with stitch yarns such as glass fibers, polyester fibers, and polyaramid fibers.
[0063]
In particular, when the combination of fiber base materials is the unidirectional carbon fiber woven fabric and the multiaxial stitched fabric of the present invention, the direction in which the FRP structure needs to be reinforced is borne by the unidirectional carbon fiber woven fabric, When the load is applied by a multiaxial stitched fabric, these fiber base materials are straight fibers without bending between carbon fiber yarns for forming the fabric and other reinforcing fiber yarns and without bending. Since it is oriented and the fiber volume content increases, it has excellent mechanical properties when it is made FRP. Further, since the carbon fibers or other reinforcing fibers are not clamped by the crossing of the yarns, the resin can be sufficiently impregnated even in the vacuum bag molding of the present invention, and the impregnation speed can be increased. .
[0064]
The resin used for molding of the present invention is a thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, or a phenol resin, which is a room temperature curable liquid at room temperature. The viscosity of the resin used is preferably a low-viscosity resin from the viewpoint of resin impregnation properties and impregnation speed, and is about 0.5 to 10 poise, more preferably less than 0.5 to 5 poise. Among them, vinyl ester resin can make the resin low viscosity and can increase the resin elongation by 3.5 to 12%, so that it not only has excellent moldability but also has high strength and impact resistance. It is also preferable because it is excellent.
[0065]
The peel ply used in the molding of the present invention is a sheet that is peeled off and removed from the FRP after the resin is cured, but it is necessary to allow the resin to pass through, such as nylon fiber fabric, polyester fiber fabric, glass fiber fabric, etc. It is. In addition, nylon fiber woven fabric and polyester fiber woven fabric are preferably used because they are inexpensive, but in order to prevent the oil agent and sizing agent used in manufacturing these fabrics from being mixed into the FRP resin, scouring is performed, Further, in order to prevent shrinkage due to heat generated by the room temperature curable resin, it is preferable to use a heat-set woven fabric.
[0066]
The edge breather used in the molding of the present invention needs to be able to pass air and resin, and a mat made of nylon fiber fabric, polyester fiber fabric, glass fiber fabric, nylon fiber, or polyester fiber may be used. it can.
[0067]
Further, the bag film used in the molding of the present invention needs to be airtight, and is a nylon film, a polyester film, a PVC film or the like.
[0068]
【Example】
Example 1
A multifilament carbon fiber yarn having a filament number of 70,000 and a fineness of 52,000 denier is used as a warp, an auxiliary yarn made of 608 denier glass fiber is used as a weft, and the warp density is 0.87 / cm. Carbon fiber weight per unit area of 503 g / m in a flat structure in which weft density is 2 / cm and carbon fibers are arranged in one direction2Was prepared. In the squeezing process, the weft of the glass fiber yarn is inserted with the low-melting 50 denier copolymer nylon yarn, and after inserting the weft yarn, the copolymer nylon yarn is attached with a far infrared heater attached on the loom. The method was performed by melting and bonding the carbon fiber yarn and the glass fiber yarn. A tow-shaped yarn was sometimes used as a warp, and a gap between carbon fiber yarns of the obtained woven fabric could be secured, which was 1.2 mm.
[0069]
Next, using the above carbon fiber fabric, molding was performed by the molding method of the present invention described below.
[0070]
Made of two carbon fiber fabrics A of the present invention having a width of 100 cm and a length of 100 cm and glass fibers having a width of 100 cm and a length of 100 cm, the fiber basis weight is 450 g / m2Three chopped strand mats were prepared.
[0071]
First, the carbon fiber woven fabric A of the present invention (hereinafter referred to as carbon fiber woven fabric A is referred to as carbon fiber woven fabric A) as a reinforcing fiber base material on a molding die coated with a release agent.1It is called. ), And then, three chopped strand mats are laminated one by one so that the end of the mat and the end of the fabric are aligned, and the carbon fiber woven fabric of the present invention (hereinafter referred to as the following) This carbon fiber fabric A is converted to carbon fiber fabric A.2It is called. ) Was laminated, and a total of five fiber substrates were laminated.
[0072]
A nylon filament woven fabric as a peel ply is placed on a fiber base, and a thickness of 1.0 mm, a mesh opening size of 2.6 × 2.6 mm, and a mesh opening ratio (overall area) as a medium. Two mesh sheets having a mesh opening area ratio of 100 to 62) were placed so as to cover the entire surface of the fiber substrate.
[0073]
A glass fiber fabric as an edge breather was stretched around the laminated fiber base material so as to have the same thickness as that of the base material laminate, and a suction port of a vacuum pump was attached.
[0074]
The whole was covered with a bag film made of nylon film, and the bag film, the mold and the suction port were bonded with a sealing material so that a vacuum state could be maintained.
[0075]
A resin discharge port was provided at the center of the bag film, and the film and the discharge port were bonded together with a sealing material so that a vacuum state could be maintained.
[0076]
    Next, after the inside of the bag film covered with a vacuum pump was evacuated to 755 Torr, the valve was opened and a room temperature curable vinyl ester resin having a resin viscosity of 3 poise was injected. The resin immediately diffused over the entire surface of the laminated base material in the resin diffusion medium. Next, the resin flows from the carbon fiber fabric A1 and through the gap between the carbon fiber yarns of the carbon fiber fabric A1 to the chopped strand mat layer in the thickness direction of the laminated substrate, and the resin is impregnated between the fibers. The time required for impregnating the laminated base material with the resin was 16 minutes.
  After curing the resinFiber reinforced plastic obtained by demolding from moldWhen the plate was cut and the cross section was observed, the resin was completely impregnated because it was impregnated with the resin in a vacuum state.
[0077]
(Comparative Example 1)
For comparison, a multifilament carbon fiber yarn having a filament number of 12,000 and a fineness of 7,200 denier is used as a warp yarn, an auxiliary yarn made of 608 denier glass fiber is wefted, and the warp yarn density is 6.20. Carbon fiber weight per unit area of 496 g / m in a plain structure in which carbon fibers are arranged in one direction with a weft / cm, weft density of 2 / cm2A carbon fiber fabric B was prepared. There was almost no gap between the carbon fiber yarns of the obtained woven fabric, and it was 0 mm.
[0078]
Only the carbon fiber woven fabric is changed from the woven fabric A to the woven fabric B, and the others are the same as the embodiment (the woven fabric B1Is textile A1In addition, weaving B2Is textile A2(Corresponding to each). The fabric B in the upper part of the laminated base material, although the resin is immediately diffused to the entire surface of the laminated base material in the resin diffusion medium.2In addition, since the fabric has a large carbon fiber basis weight and almost no gap between the carbon fiber yarns, the resin does not flow easily into the chopped strand mat layer, and the fabric B is laminated at the bottom.1The resin did not flow sufficiently until, and gelation of the resin started 50 minutes after the start of resin injection, and the molding failed.
[0079]
【The invention's effect】
  As explained above, the present inventionUnidirectionality used inThe carbon fiber woven fabric is composed of tow-like thick carbon fiber yarns, and there is a gap between the carbon fiber yarns of the woven fabric, although the fiber basis weight per sheet is large. According to the above, since the resin spreads over the entire surface of the fiber base laminate where the resin easily flows and the resin impregnation proceeds in the thickness direction of the fiber base laminate, not only the labor of the lamination is reduced, Impregnation is performed completely, and the resin injection time is reduced, so that workability is improved.
[0080]
Further, the fiber reinforced plastic of the present invention is composed of a tow-like thick carbon fiber yarn, but since it is easily impregnated with a resin, it is inexpensive and has excellent mechanical properties, so that FRP can be obtained.
[0081]
  In addition, according to the FRP molding method of the present invention, a bulky carbon fiber woven fabric is used, and in vacuum bag molding, the resin is diffused over the entire surface, or the resin is provided by grooves provided in the molding material. Since it is diffused over the entire surface, the resin impregnation property is good and the resin impregnation time can be reduced, so that an FRP molded product can be manufactured at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a unidirectional carbon fiber fabric according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an example embodiment of a unidirectional reinforcing fabric of the present invention having warp direction assist yarns.
FIG. 3 is a cross-sectional view of one embodiment illustrating a method for molding FRP of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a resin diffusion medium.
FIG. 5 is a perspective view of a hook drop value measuring apparatus.
FIG. 6 is an enlarged partial front view of a hook drop value measuring apparatus.
FIG. 7 is a partial perspective view of a hook drop value measuring apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view of another embodiment for explaining the FRP molding method of the present invention.
FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating a molding material.
[Explanation of symbols]
  1: Cross section of carbon fiber yarn
  2: Carbon fiber yarn
  3: Auxiliary thread
  4: Warp direction auxiliary thread
  5: Awakening agent
  6:MoldingType
  7: Carbon fiber fabric
  8: Peel ply
  9: Medium
10: Suction port
11: Edge breather
12: Bag film
13: Sealing material
14: Discharge port
15: Valve
16: Group A bar
17: Group B bars
18: Molding material
19: Block in which carbon fiber fabric is wrapped around the molding material
20: Groove
101: Carbon fiber yarn
102: Metal hook
103: Weight
104: Upper clamp
105: Lower clamp
106: Cotton yarn

Claims (11)

積層された繊維基材を樹脂で強化してなる繊維強化プラスチックであって、前記繊維基材の少なくとも1層が、トウ状の炭素繊維糸条からなり、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜400,000本であるか、または、該糸条繊度が25,000〜350,000デニールであり、かつ、該炭素繊維糸条がたて方向に配列し、かつ、補助糸がよこ方向に配列していて、該炭素繊維糸条間に隙間がある一方向性炭素繊維織物で構成されていることを特徴とする繊維強化プラスチック。 A fiber reinforced plastic obtained by reinforcing a laminated fiber base material with a resin, wherein at least one layer of the fiber base material comprises a tow-like carbon fiber yarn, and the number of filaments of the carbon fiber yarn is 40. , 000~400,000 present der Luke, or a thread strip fineness of 25,000~350,000 deniers, and, arranged in the direction vertical is the carbon fiber yarns and auxiliary yarns A fiber-reinforced plastic, characterized in that it is composed of a unidirectional carbon fiber fabric that is arranged in the transverse direction and has a gap between the carbon fiber yarns . 該一方向性炭素繊維織物において、該炭素繊維の目付が450〜1,500g/m2であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化プラスチック。 In the unidirectional carbon fiber fabric, fiber reinforced plastic according to claim 1, basis weight of said carbon fibers are characterized by a 450~1,500g / m 2. 該一方向性炭素繊維織物において、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜100,000本、糸条繊度が30,000〜70,000デニールであり、炭素繊維の目付が400〜700g/m2であることを特徴とする請求項1又は2に記載の繊維強化プラスチック。 In the unidirectional carbon fiber woven fabric, filaments number of the carbon fiber thread is 40,000-100,000 present, a yarn fineness of 30,000 to 70,000 deniers, the basis weight of the carbon fiber 400~700g The fiber reinforced plastic according to claim 1 , wherein the fiber reinforced plastic is / m 2 . 該一方向性炭素繊維織物において、該炭素繊維糸条が実質的に屈曲せずに糸条群を構成し、該糸条群の両面側に該炭素繊維糸条群と交差するよこ方向補助糸群が位置し、それらよこ方向補助糸群と、該炭素繊維糸条群に並行するたて方向補助糸群とが織組織をなして該炭素繊維糸条群を一体に保持していることを特徴とする請求項1乃至はのいずれかに記載の繊維強化プラスチック。 In the unidirectional carbon fiber woven fabric, the carbon fiber yarns constitute a yarn group without substantially bending, and the weft direction auxiliary yarn group intersecting the carbon fiber yarn group on both sides of the yarn group. And the weft direction auxiliary yarn group and the warp direction auxiliary yarn group parallel to the carbon fiber yarn group form a woven structure to hold the carbon fiber yarn group together. The fiber-reinforced plastic according to any one of claims 1 to 3 . 該一方向性炭素繊維織物において、該炭素繊維糸条間の隙間が0.2〜2mmであることを特徴とする請求項1乃至はのいずれかに記載の繊維強化プラスチック。 The fiber-reinforced plastic according to any one of claims 1 to 4 , wherein in the unidirectional carbon fiber fabric, a gap between the carbon fiber yarns is 0.2 to 2 mm . 該一方向性炭素繊維織物において、該炭素繊維糸条および/またはたて方向補助糸と、よこ方向補助糸が、その交点において互いに接着されていることを特徴とする請求項1乃至はのいずれかに記載の繊維強化プラスチック。 In the unidirectional carbon fiber fabric, carbon and carbon fiber yarns and / or vertical direction auxiliary yarns, lateral auxiliary yarns of claims 1 to 5, characterized in that they are bonded together at their intersections The fiber reinforced plastic in any one . 請求項1乃至のいずれかに記載の繊維強化プラスチックと前記繊維強化プラスチック以外の成形材とからなり、繊維強化プラスチックと成形材とが繊維強化プラスチックを構成するマトリックス樹脂で一体化し、かつ繊維強化プラスチック側の成形材に設けた溝にも前記マトリックス樹脂が充填されていることを特徴とする繊維強化プラスチック構造体。Consists in claim 1 to molding material and fiber-reinforced plastic other than the fiber-reinforced plastic according to any one of 6, and the molding material is integrated with the matrix resin forming the fiber reinforced plastic and fiber reinforced plastic, and fiber A fiber reinforced plastic structure, wherein the matrix resin is also filled in a groove provided in a molding material on the reinforced plastic side. トウ状の炭素繊維糸条からなる炭素繊維織物であり、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜400,000本であるか、または、糸条繊度が25,000〜350,000デニールであり、該炭素繊維糸条がたて方向に配列し、かつ、補助糸がよこ方向に配列していて、該炭素繊維糸条間に隙間がある一方向性炭素繊維織物を、繊維基材として少なくとも1層以上成形型に積層し、その上に樹脂を面方向に拡散するための媒体を置いたのち、繊維基材および媒体の全体をバッグフイルムで覆い、つぎにバッグフイルムで覆われた内部を真空状態にし、積層された繊維基材の表面に常温硬化型樹脂を拡散させ、繊維基材に該樹脂を含浸することを特徴とする繊維強化プラスチックの成形方法。 It is a carbon fiber woven fabric made of tow-like carbon fiber yarns, and the number of filaments of the carbon fiber yarns is 40,000 to 400,000, or the yarn fineness is 25,000 to 350,000 denier. A unidirectional carbon fiber fabric in which the carbon fiber yarns are arranged in the warp direction and the auxiliary yarns are arranged in the weft direction, and there is a gap between the carbon fiber yarns. After laminating at least one layer on a mold and placing a medium for diffusing the resin in the surface direction on it, the entire fiber substrate and medium were covered with a bag film, and then covered with a bag film. A method for molding a fiber reinforced plastic, characterized in that the inside is evacuated, a room temperature curable resin is diffused on the surface of the laminated fiber base material, and the fiber base material is impregnated with the resin. トウ状の炭素繊維糸条からなる炭素繊維織物であり、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜400,000本であるか、または、糸条繊度が25,000〜350,000デニールであり、該炭素繊維糸条がたて方向に配列し、かつ、補助糸がよこ方向に配列していて、該炭素繊維糸条間に隙間がある一方向性炭素繊維織物を、繊維基材として用い、面方向に拡散するための媒体を置いた成形型に該繊維基材を少なくも1層以上積層し、その上にさらに媒体を置いたのち、繊維基材および媒体の全体をバッグフイルムで覆い、つぎにバッグフイルムで覆われた内部を真空状態にし、積層された繊維基材の表面に常温硬化型樹脂を拡散させ、繊維基材に該樹脂を含浸することを特徴とする繊維強化プラスチックの成形方法。 It is a carbon fiber woven fabric made of tow-like carbon fiber yarns, and the number of filaments of the carbon fiber yarns is 40,000 to 400,000, or the yarn fineness is 25,000 to 350,000 denier. A unidirectional carbon fiber fabric in which the carbon fiber yarns are arranged in the warp direction and the auxiliary yarns are arranged in the weft direction, and there is a gap between the carbon fiber yarns. And then laminating at least one layer of the fiber base material on a mold on which a medium for diffusing in the plane direction is placed, and further placing the medium thereon, the fiber base material and the entire medium are then used as a bag film. Then, the interior covered with the bag film is evacuated, the room temperature curable resin is diffused on the surface of the laminated fiber base material, and the fiber base material is impregnated with the resin. Plastic molding method. トウ状の炭素繊維糸条からなる炭素繊維織物であり、該炭素繊維糸条のフイラメント数が40,000〜400,000本であるか、または、糸条繊度が25,000〜350,000デニールであり、該炭素繊維糸条がたて方向に配列し、かつ、補助糸がよこ方向に配列していて、該炭素繊維糸条間に隙間がある一方向性炭素繊維織物を、繊維基材として用い、表面に樹脂の流路となる溝を有する成形材の上に、溝と接するように該繊維基材を少なくとも1層以上積層し、さらに、繊維基材、成形材および媒体の全体をバックフィルムで覆い、次にバックフィルムで覆われた内部を真空状態にし、繊維基材と接している成形材の溝から樹脂を拡散させ、積層された繊維基材に常温硬化型熱硬化性樹脂を含浸させながら繊維基材と成形材とを一体化させることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。 It is a carbon fiber woven fabric made of tow-like carbon fiber yarns, and the number of filaments of the carbon fiber yarns is 40,000 to 400,000, or the yarn fineness is 25,000 to 350,000 denier. A unidirectional carbon fiber fabric in which the carbon fiber yarns are arranged in the warp direction and the auxiliary yarns are arranged in the weft direction, and there is a gap between the carbon fiber yarns. And at least one layer of the fiber base material is laminated so as to be in contact with the groove on the molding material having a groove serving as a resin flow path on the surface, and the whole of the fiber base material, the molding material and the medium are further laminated. Covered with back film, then vacuumed inside, covered with back film, diffused resin from groove of molding material in contact with fiber base material, room temperature curable thermosetting resin on laminated fiber base material Fiber substrate and molding material while impregnating Method for producing a fiber-reinforced plastic, characterized in that to conjugated. 前記成形材が発泡体であることを特徴とする請求項10に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。The method for producing a fiber-reinforced plastic according to claim 10 , wherein the molding material is a foam.
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