JP4076241B2 - Manufacturing method of fiber reinforced plastic molding - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック成形品を簡単且つ効率よく製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
繊維強化プラスチックは軽量かつ高強度を有するために、自動車や航空機の構造部材等に広く使用されている。
【0003】
複雑形状の繊維強化プラスチック成形品を製造する場合には複数の繊維強化プラスチック部品を組み合わせる必要があるが、そのような繊維強化プラスチック成形品の製造方法として、レジンインジェクション成形方法、レジントランスファー成形方法等が挙げられる。これらの方法はドライな強化繊維に後から樹脂を注入して繊維強化プラスチックを製造する方法であり、生産効率に優れている。しかし、樹脂を含浸するために大型の成形品や特殊形状の成形品では含浸に時間がかかり、製品中にボイドが残ったりするという問題がある。
【0004】
一方、強化繊維からなる織布にあらかじめ熱硬化性樹脂を含浸させたもの(いわゆる「プリプレグシート」)を用いた成形方法では、成形工程が主としてマニュアル作業になるため生産性が低く、製造コストが高いという問題がある。また、より複雑な形状の成形品を製造するにはそれぞれ成形した部品を接着やボルト、リベット等で組み立てなければならない。
【0005】
従って本発明の目的は、上記問題点を解消し、接着剤やボルト、リベット等を必要とせず、簡単で効率的に繊維強化プラスチック成形品を製造する方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、繊維強化プラスチック成形品を構成する少なくとも1つの繊維強化プラスチック部材を型内で半硬化状態まで熱処理した後、他の繊維強化プラスチック部材と密着させて熱処理することにより、簡単で効率よく信頼性の高い繊維強化プラスチック成形品を製造できることを発見し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明の第一の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、複数の強化繊維織布からなるプリフォームを作製し、熱硬化性樹脂を型内で含浸した後に、硬化率 10 〜 40 %の半硬化状態になるまで熱処理することにより少なくとも1つの第一の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも1つの第二の繊維強化プラスチック部材とを作製し、前記第一の繊維強化プラスチック部材を、前記第二の繊維強化プラスチック部材と密着させた状態で熱処理し、前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させることにより前記第一及び第二の繊維強化プラスチック部材を一体化することを特徴とする。
本発明の第二の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、複数の強化繊維織布からなるプリフォームを作製し、熱硬化性樹脂を型内で含浸した後に、硬化率 10 〜 40 %の半硬化状態になるまで熱処理することにより少なくとも1つの第一の繊維強化プラスチック部材を作製し、複数のプリプレグシートを積層することにより第二の繊維強化プラスチック部材を作製し、前記第一の繊維強化プラスチック部材を前記第二の繊維強化プラスチック部材と密着させた状態で熱処理し、前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させることにより前記第一及び第二の繊維強化プラスチック部材を一体化することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の方法で製造する繊維強化プラスチック成形品は、半硬化状態に熱処理した少なくとも1つの第一の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも1つの第二の繊維強化プラスチック部材とからなる。
【0009】
[1] 半硬化状態の繊維強化プラスチック部材
第一の繊維強化プラスチック部材は強化繊維に熱硬化性樹脂を型内で含浸させ、熱処理により半硬化状態にしたものである。第二の繊維強化プラスチック部材を半硬化状態のものとする場合、強化繊維に熱硬化性樹脂を型内で含浸させ、熱処理により半硬化状態にしたもの又はプリプレグを熱処理により半硬化状態にしたものとすることができる。
【0010】
(1) 強化繊維
本発明に使用する強化繊維しては、炭素繊維、アラミド繊維及びガラス繊維のいずれか又はそれらの混織であるのが好ましい。強化繊維の直径は3〜200 μm程度が好ましい。強化繊維は織布の状態で使用し、複数の強化繊維織布を積層するのが好ましい。熱硬化性樹脂を型内で含浸する前に、強化繊維の一体的な形状を保持するために、ステッチング、部分接着等を施すのが好ましい。又はこの代わりに形状に合った3次元織布を使用できる。図1は、複数の強化繊維をステッチングによりT字状に一体化した例を示す。この実施例では、強化繊維の織布をT字状に一体化したもの(プリフォーム1)は、垂直部1a及び水平部1bからなり、各部の端部付近でステッチ2により形状が維持されている。
【0011】
(2) 熱硬化性樹脂
プリフォーム1に含浸させる熱硬化性樹脂としては、エポキシ系及び/又はビスマレイミド系の熱硬化性樹脂が好ましい。エポキシ系熱硬化性樹脂の市販品として、3M社製のPR-500等が挙げられ、またビスマレイミド系熱硬化性樹脂の市販品として、CYTEC社製の5250-4-RTM等が挙げられる。
【0012】
プリフォーム1は、レジントランスファー成形方法等により熱硬化性樹脂で含浸する。詳細には、まずプリフォーム1を金型のキャビティー内に配置し、型締めした後、熱硬化性樹脂を注入して含浸させる。強化繊維と熱硬化性樹脂との比は、体積で40/60〜60/40の範囲であるのが好ましい。強化繊維/熱硬化性樹脂の重量比が40/60未満であると、得られる繊維強化プラスチック成形品の機械的強度が十分でなく、また60/40を超えると、樹脂含浸が困難で、繊維強化プラスチック成形品を一体的に保持するのが困難となる。
【0013】
(3) 熱処理
熱硬化性樹脂で含浸したプリフォーム1を半硬化状態になるまで熱処理する。熱処理条件は、一般に熱硬化性樹脂が半硬化状態となるように設定する。ここで「半硬化状態」とは、室温では熱硬化性樹脂が固体状で粘着性がなく、取り扱いが容易であるが、さらに熱処理すると熱硬化性樹脂は再流動化した後完全に硬化する状態を言う。半硬化状態とするには、繊維強化プラスチック部材中の熱硬化性樹脂の硬化率(全熱硬化性樹脂に対する硬化した樹脂の割合)を10〜40%にする。硬化率が10%未満では十分に固形ではなく、また粘着性があるために取扱が容易でない。一方硬化率が40%を超えると、後の硬化工程において他の繊維強化プラスチック部材との接着が不十分になり、成形体の剥離強度が低下する。
【0014】
半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を得るためには、エポキシ系熱硬化性樹脂の場合には、120 〜130 ℃で80〜120 分間又は130 〜140 ℃で30〜60分間熱処理するのが好ましく、またビスマレイミド系熱硬化性樹脂の場合には、115 〜125 ℃で60〜90分間又は135 〜145 ℃で30〜60分間熱処理するのが好ましい。
【0015】
図2は図1のプリフォーム1から得られた半硬化状態の繊維強化プラスチック部材4の例を示す。このようにして得られる半硬化状態の繊維強化プラスチック部材4は、室温付近では固体状で粘着性がなく、取り扱いが容易で保存安定性もよい。
【0016】
[2] 繊維強化プラスチック成形品
(1) 繊維強化プラスチック部材の組合せ
本発明では、少なくとも1つの半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を少なくとも1つの他の繊維強化プラスチック部材と一体化するが、繊維強化プラスチック部材の組合せ例は以下の通りである。
▲1▼一体化する全ての繊維強化プラスチック部材が、強化繊維に熱硬化性樹脂を型内で含浸させた後熱処理により半硬化状態にしたものである。
▲2▼少なくとも1つの半硬化状態の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも1つの強化繊維プリプレグとを組合せる。ここで強化繊維プリプレグとは、あらかじめ熱硬化性樹脂で含浸した強化繊維織布の積層体であり、熱処理により熱硬化性樹脂が半硬化状態になっていてもよい。
【0017】
(2) 製造方法
図3は、本発明の一実施例として、それぞれ板状及びT字状の半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を接合する例を示す。定盤10上に載置された板状の繊維強化プラスチック部材(板状部材)12の周囲にシール材14を敷設するとともに、板状部材12の所定の位置にT字状の繊維強化プラスチック部材(T字状部材)4を配置する。T字状部材4の形くずれを防止するために、T字状部材4のL字部に適当な治具18を配置する。板状部材12及びT字状部材4の全体を覆うように、上から真空引き口(図示せず)を有するバギングフィルム20を被覆し、シール材14と接着する。バギングフィルム20としては、ナイロンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム等の耐熱性フィルムが好ましい。また、シール材14としては、ブチルゴム系のものやシリコンゴム系のもの等を使用することができる。シール材14は、シート状あるいはテープ状として用いるのが好ましい。
【0018】
真空引きによりバギングフィルム20内を減圧し、板状部材12とT字状部材4とを密着させる。この状態で180 〜190 ℃で120 〜150 分間熱処理する。この熱処理により、板状部材12及びT字状部材4中の半硬化状態の熱硬化性樹脂が再流動化し、両者は完全に一体化する。
【0019】
以上、本発明の製造方法を説明したが、本発明はそれに限定されず、本発明の趣旨を変更しない限り種々の変更を加えることができる。例えば、熱硬化性樹脂であるビスマレイミド等の耐熱性を向上させるために、繊維強化プラスチック成形品に220 〜240 ℃で4〜6時間アフターキュアーを行っても良い。
【0020】
【実施例】
本発明を以下の実施例及び比較例により詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【0021】
実施例1
まず、図1に示すようにT字状に炭素繊維織布を積層し、端部付近をステッチングして、プリフォーム1を作成した。炭素繊維織布の積層枚数は、垂直部が12枚(内8枚が一方向性材)で、底部が12枚(内8枚が一方向性材)であった。プリフォーム1を金型に入れ、120 〜135 ℃でエポキシ系熱硬化性樹脂PR-500(3M社製)を注入し、プリフォーム1に含浸させた。
【0022】
エポキシ系熱硬化性樹脂を型内で含浸したプリフォーム1を135 〜140 ℃で45分間加熱し、熱硬化性樹脂の硬化率が30%になるように熱処理を行った。なお、熱硬化性樹脂の硬化率はDSC熱分析法より求めた。得られたT字状の繊維強化プラスチック部材4を室温まで冷やすと、固体状で一体化しており、表面に粘着性は全くなかった。
【0023】
炭素繊維織布にエポキシ系熱硬化性樹脂PR-500を馴染ませたプリプレグシートを4枚積層した板状繊維強化プラスチック部材12を作成した。T字状部材4と板状部材12とを図3に示す配置で組み合わせ、T字状部材4のL字状部分に治具18を配置した後で、全体をバギングフィルム20で覆った。この状態でオートクレーブ内に入れ、バギングフィルム20内を減圧しながら180 ℃で2時間熱処理を行い、繊維強化プラスチック成形品22を製造した(図4)。
【0024】
得られた繊維強化プラスチック成形品22は強固に一体化しており、T字状部材4と板状部材12との剥離強度は、各部材の破断強度と同程度であった。
【0025】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の方法によれば、少なくとも1つの半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を含む複数の繊維強化プラスチック部材を熱処理して一体成形品を製造するので、接着剤やボルト、リベット等を必要とせず、また得られた成形品は機械的強度に関して高い信頼性を有する。本発明の方法によれば、複雑な形状の繊維強化プラスチック成形品でも単純な形状の半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を組み合わせることにより簡単に製造できるで、製造コストの低減化及び高効率化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例により製造した強化繊維からなるプリフォームを示す概略断面図である。
【図2】図1のプリフォームから得られたT字状の半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を示す概略斜視図である。
【図3】図2の繊維強化プラスチック部材とプリプレグシートの積層板とを一体的に接合する方法を示す概略断面図である。
【図4】図3の方法により得られた繊維強化プラスチック成形品を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1・・・プリフォーム
2・・・ステッチ
4・・・半硬化状態の繊維強化プラスチック部材
12・・・板状の繊維強化プラスチック部材(プリプレグシート積層体)
14・・・シール材
18・・・治具
20・・・バギングフィルム
22・・・繊維強化プラスチック成形品[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for easily and efficiently producing a fiber-reinforced plastic molded article.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Since fiber reinforced plastics are lightweight and have high strength, they are widely used in automobile and aircraft structural members.
[0003]
It is necessary to combine a plurality of fiber reinforced plastic parts when manufacturing a fiber reinforced plastic molded product having a complicated shape. As a method for manufacturing such a fiber reinforced plastic molded product, a resin injection molding method, a resin transfer molding method, etc. Is mentioned. These methods are methods for producing a fiber-reinforced plastic by injecting a resin into dry reinforcing fibers later, and are excellent in production efficiency. However, since the resin is impregnated, a large-sized molded product or a special-shaped molded product takes time to impregnate, and there is a problem that voids remain in the product.
[0004]
On the other hand, in a molding method using a woven fabric made of reinforcing fibers impregnated with a thermosetting resin in advance (so-called “prepreg sheet”), the molding process is mainly manual work, so the productivity is low and the manufacturing cost is low. There is a problem that it is expensive. In addition, in order to manufacture a molded product having a more complicated shape, each molded part must be assembled by bonding, bolts, rivets or the like.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for producing a fiber-reinforced plastic molded product easily and efficiently without requiring an adhesive, bolts, rivets and the like.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research in view of the above object, the present inventors, after heat-treating at least one fiber reinforced plastic member constituting the fiber reinforced plastic molded product to a semi-cured state in the mold, It was discovered that a fiber-reinforced plastic molded article can be manufactured simply and efficiently with high reliability by close contact and heat treatment, thereby completing the present invention.
[0007]
That is, according to the first method for producing a fiber-reinforced plastic molded product of the present invention, a preform composed of a plurality of reinforced fiber woven fabrics is prepared, and a curing rate of 10 to 40 % is obtained after impregnation with a thermosetting resin. the at least one first fiber-reinforced plastic member by heat treatment to a semi-cured state, to produce at least one second fiber-reinforced plastic member, said first fiber-reinforced plastic member, said first The first and second fiber reinforced plastic members are integrated by heat-treating in close contact with the second fiber reinforced plastic member and completely curing the thermosetting resin.
According to the second method for producing a fiber-reinforced plastic molded article of the present invention, a preform composed of a plurality of reinforced fiber woven fabrics is prepared, and after impregnating a thermosetting resin in the mold, a curing rate of 10 to 40 % is obtained. At least one first fiber reinforced plastic member is produced by heat treatment until a cured state is obtained, and a second fiber reinforced plastic member is produced by laminating a plurality of prepreg sheets. The first and second fiber-reinforced plastic members are integrated by heat-treating the member in close contact with the second fiber-reinforced plastic member and completely curing the thermosetting resin. To do.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The fiber-reinforced plastic molded article produced by the method of the present invention comprises at least one first fiber-reinforced plastic member heat-treated in a semi-cured state and at least one second fiber-reinforced plastic member.
[0009]
[1] Fiber-reinforced plastic member in semi-cured state The first fiber-reinforced plastic member is obtained by impregnating a reinforcing fiber with a thermosetting resin in a mold and making it semi-cured by heat treatment. When the second fiber-reinforced plastic member is in a semi-cured state, the reinforcing fiber is impregnated with a thermosetting resin in the mold and made into a semi-cured state by heat treatment, or the prepreg is made into a semi-cured state by heat treatment It can be.
[0010]
(1) Reinforcing fiber The reinforcing fiber used in the present invention is preferably a carbon fiber, an aramid fiber, a glass fiber, or a mixed weave thereof. The diameter of the reinforcing fiber is preferably about 3 to 200 μm. The reinforcing fibers are preferably used in a woven state, and a plurality of reinforcing fiber woven fabrics are preferably laminated. Before impregnating the thermosetting resin in the mold, it is preferable to perform stitching, partial adhesion, etc. in order to maintain the integral shape of the reinforcing fibers. Alternatively, a three-dimensional woven fabric matching the shape can be used. FIG. 1 shows an example in which a plurality of reinforcing fibers are integrated into a T shape by stitching. In this embodiment, a woven fabric of reinforcing fibers integrated in a T-shape (preform 1) is composed of a vertical portion 1a and a horizontal portion 1b, and the shape is maintained by
[0011]
(2) The thermosetting resin impregnated in the
[0012]
The
[0013]
(3) Heat treatment The
[0014]
In order to obtain a fiber reinforced plastic member in a semi-cured state, in the case of an epoxy thermosetting resin, it is preferable to heat-treat at 120 to 130 ° C. for 80 to 120 minutes or 130 to 140 ° C. for 30 to 60 minutes, In the case of a bismaleimide-based thermosetting resin, it is preferable to perform heat treatment at 115 to 125 ° C. for 60 to 90 minutes or at 135 to 145 ° C. for 30 to 60 minutes.
[0015]
FIG. 2 shows an example of a semi-cured fiber reinforced
[0016]
[2] Fiber-reinforced plastic molded products
(1) Combination of fiber reinforced plastic members In the present invention, at least one semi-cured fiber reinforced plastic member is integrated with at least one other fiber reinforced plastic member. Street.
(1) All the fiber reinforced plastic members to be integrated are obtained by impregnating a reinforcing fiber with a thermosetting resin in a mold and then making it semi-cured by heat treatment.
(2) A combination of at least one semi-cured fiber reinforced plastic member and at least one reinforced fiber prepreg. Here, the reinforced fiber prepreg is a laminate of reinforced fiber woven fabrics impregnated with a thermosetting resin in advance, and the thermosetting resin may be in a semi-cured state by heat treatment.
[0017]
(2) Manufacturing Method FIG. 3 shows an example of joining plate-like and T-shaped semi-cured fiber reinforced plastic members, respectively, as one embodiment of the present invention. A sealing
[0018]
The inside of the
[0019]
As mentioned above, although the manufacturing method of this invention was demonstrated, this invention is not limited to it, A various change can be added unless the meaning of this invention is changed. For example, in order to improve heat resistance of bismaleimide or the like which is a thermosetting resin, after-curing may be performed on a fiber-reinforced plastic molded article at 220 to 240 ° C. for 4 to 6 hours.
[0020]
【Example】
The present invention will be described in detail by the following examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
[0021]
Example 1
First, as shown in FIG. 1, a carbon fiber woven fabric was laminated in a T shape, and the vicinity of the end portion was stitched to create a
[0022]
[0023]
A plate-like fiber reinforced
[0024]
The obtained fiber-reinforced plastic molded product 22 was firmly integrated, and the peel strength between the T-shaped
[0025]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the method of the present invention, since a plurality of fiber reinforced plastic members including at least one semi-cured fiber reinforced plastic member are heat-treated to manufacture an integrally molded product, an adhesive or bolt No rivets or the like are required, and the obtained molded product has high reliability with respect to mechanical strength. According to the method of the present invention, even a fiber reinforced plastic molded product having a complicated shape can be easily manufactured by combining a semi-cured fiber reinforced plastic member having a simple shape, thereby reducing the manufacturing cost and increasing the efficiency. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a preform made of reinforcing fibers manufactured according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view showing a T-shaped semi-cured fiber reinforced plastic member obtained from the preform of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method for integrally joining the fiber-reinforced plastic member and the prepreg sheet laminate of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a fiber-reinforced plastic molded article obtained by the method of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
12 ... Plate-like fiber reinforced plastic member (prepreg sheet laminate)
14 ... Sealing material
18 ... Jig
20 ... Bagging film
22 ・ ・ ・ Fiber-reinforced plastic molded product
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