JP4168734B2 - Preform substrate, preform and method for molding fiber reinforced plastic - Google Patents

Preform substrate, preform 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、繊維強化プラスチックに好適なプリフォーム基材ならびにプリフォームおよび繊維強化プラスチクックの成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
航空機の燃費向上やペイロードの増加のため機体の軽量化が求められ、スポイラー、エルロン、翼胴フェアリングや昇降舵などの2次構造体のみならず、最近、尾翼の水平安定板や垂直安定板ならびに床支持桁の1次構造体にも繊維強化プラスチック、とりわけ炭素繊維強化プラスチックが実用化されるにいたっている。さらに近年は、主翼のスキンやストリンガーなどの1次大型構造体も機体の軽量化や低コスト化を求めて、従来のジュラルミンから炭素繊維強化プラスチックに置き換える試みがなされている。
【0003】
航空機の1次構造材としては、炭素繊維強化プラスチックの引張強度、引張弾性率、圧縮強度、圧縮弾性率や衝撃破壊靭性などの機械的特性が求められると同時に、低コスト化を達成するためには、低コスト化が達成可能な成形方法と、この成形法に適応する強化繊維材料が必要となる。
【0004】
低コスト成形法として、従来のプリプレグの積層体をバギングし、積層体を真空下に保持しながらオートクレーブにて加熱・加圧するオートクレーブ成形法に対して、最近真空バッグ成形法が注目されている。この方法はマトリックス樹脂を付着させない強化繊維材料を積層し、この積層体の上に樹脂拡散媒体を置き、これらをフイルムでバギングし、内部を真空に保ちながら、樹脂を拡散媒体を通して積層体の全面に流し、積層体の厚さ方向に流す方法であり、大きな面積を有する成形体の成形方法としては適しているかに見える。
【0005】
ところが、単に織物などの強化繊維材料を積層したのでは、繊維強化プラスチックに成形したときに、層間の破壊靭性を確保することができない。つまり、連続炭素繊維からなる繊維強化プラスチックは、繊維軸方向の機械的特性には優れるが、繊維軸から離れるに従い、機械的特性は急激に低下する。この対策として、たとえば、機械的特性が疑似等方性基材となるようの繊維軸方向がFRP(繊維強化プラスチック)成形体の長さ(0゜)方向、幅(90゜)方向や斜め(±45゜)方向となるよう積層され、成形されている。ところが、このような成形板に面直角方向の衝撃が加わると、たとえば0°層と45°層の面方向の機械的性質が極端に異なるので、0°層と45°層の変形が異なり、層間に大きなクラックが発生することがあり、成形板の圧縮強度が大幅に低下してしまうのである。航空機の1次構造体には大きな信頼性が要求され、現在ジュラルミン製の構造材は定期的な肉眼観察により、損傷状態やクラック発生状態が検査されている。しかし、残念ながら、とくに炭素繊維強化プラスチックは黒くて不透明なので、離着陸の際舞い上がる石や組み立てや修理の際での工具の落下や組み立ての運搬時の衝突などによるクラックの発生状態を肉眼観察できないため、損傷状態を検出出来ない。
【0006】
また、真空含浸成形法は大きな面積を有する航空機の主翼スキン材の成形法としては適しているが、20mm〜30mmとスキン材は厚いので、織物などの積層枚数が80〜200枚と大きくなり、積層体の拡散媒体の反対面にまで樹脂が流れなく、樹脂含浸不良という欠点が発生する。
【0007】
また、樹脂含浸性を向上させるため、織物材を強化繊維糸条がたて方向とよこ方向の2方向に配列した二方向織物とし、目空き部から樹脂を含浸させることが出来るようにすれば、真空含浸成形法で厚い繊維強化プラスチックでも樹脂を含浸させることが可能になる。ところがこのような織物は、太いよこ糸によってたて方向に延びる強化繊維糸条が大きくクリンプ(屈曲)し、これを成形するとクリンプ部に応力が集中し、引張強度や圧縮強度が低下し、1次構造材としての所定の強度が発現せず、設計強度が低くなる。したがって、構造材は肉厚に設計する必要があり、軽量化を達成できないという問題があった。
【0008】
また、主翼スキン材のような大型の構造材は、たとえば幅が5〜7m、長さが20m〜30mと大型のため、たとえば機械的特性が良好な一方向織物を積層するにしても主翼の長さ方向に、幅が100cm程度の織物を0°方向、+α°(通常は+45°方向)、−α°(通常は−45°方向)ならびに90°方向と多方向に多数の織物を積層することが必要となり、折角、真空バッグ成形法という省力化に優れた成形法にもかかわらず、強化繊維材料を積層するのに多くの工数を必要とし、また長い織物などの強化繊維材料を積層するので、繊維材料、つまり強化繊維糸条が曲がり、真っ直ぐに積層することは困難であった。
【0009】
一方、多軸布帛として、特許文献1には、強化繊維糸条を拡げ、この状態を結合剤などで形態固定したテープを多方向に層状に積層し、ステッチ糸で一体化した多軸布帛が開示されているが、このような布帛は樹脂含浸用の間隙を有しないので、真空バッグ成形法で厚い繊維強化プラスチックを成形しても十分な含浸性を確保することは出来ないという問題があった。
【0010】
また、並行配列した強化繊維糸条をシート状に多方向に積層し、これをステッチ糸で縫合一体化した多軸布帛も知られているが、強化繊維糸条をシート状に並行配列する場合、ピンに引っ掛けられた各糸条はステッチ糸で位置固定されるまではフリーで、全ての糸条の正確に配列に配列させることは困難で、糸条間にギャップが出来るという問題があった。さらに、この状態は、多軸布帛の幅が広くなるとフリーな状態にある糸長さも大きくなるのでさらに顕著となり、繊維強化プラスチックにしたとき機械的な性質が低下するので、信頼性に欠けるという問題があった。
【0011】
【特許文献1】
特表2001−516406号公報(特許請求の範囲)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、かかる従来技術の背景に鑑み、大型の厚い繊維強化プラスチック成形体が安価で、生産性よく製造でき、かつ信頼性に優れ、また成形したときに引張強度、引張弾性率、圧縮強度、圧縮弾性率や衝撃破壊靭性などの機械的特性に優れるプリフォーム基材、プリフォームおよび繊維強化プラスチックの成形方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明に係るプリフォーム基材は、強化繊維糸条が長さ方向に互いに並行に、かつ、隣り合う前記強化繊維糸条の間隙が織物の全幅において、0.1mmを超え1.0mm未満のほぼ均一な間隙で配列し、少なくとも片面に、主成分を熱可塑性樹脂、副成分を熱硬化性樹脂とし、前記熱可塑性樹脂がポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシから選ばれる少なくとも1種であり、50〜150℃のガラス転移温度である粒子が接着してなる一方向織物基材からなり、前記一方向織物基材が多数枚交差積層され、一体化手段により一体化されていることを特徴とするものからなる。
【0015】
また、前記一方向織物は、応力が集中するような屈曲を有しない強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる糸条群のシート面の両側に強化繊維糸条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、強化繊維糸条と並行するたて方向補助糸群とが織組織をなして糸条群を一体に保持してなる一方向ノンクリンプ織物であることが好ましい。
【0016】
また、前記一体化手段としては、ステッチであることが好ましい。
【0017】
また、前記交差積層角度がプリフォーム基材の長さ方向に対して少なくとも0゜層を含んでいるが好ましい。
【0018】
また、前記交差積層角度がプリフォーム基材の長さ方向に対して少なくとも+α゜層、−α゜層の2方向を含んでいるが好ましい。
【0019】
また、プリフォーム基材の長さ方向に対して積層数が一様ではなく、途中から増加または減少している構成を採ることも可能である。
【0020】
前記強化繊維糸条としては、炭素繊維を用いることが好ましいが、これに限定されない。炭素繊維を用いる場合には、一方向織物基材の前記強化繊維糸条が、フイラメント数が12,000本を超え25,000本未満であり引張弾性率が280GPaを超え500GPa未満であり、かつ破壊歪みエネルギーが53MJ/m3以上の炭素繊維であり、よこ糸が、6デシテックスを超え70デシテックス未満の繊度であることが好ましい。
【0021】
好ましい態様として、前記一方向織物基材はたて糸が炭素繊維糸条であり、よこ方向補助糸の繊度が6デシテックスを超え70デシテックス未満であり、よこ方向補助糸の密度が0.3本/cmを超え6.0本/cm未満であり、かつ炭素繊維の目付が100g/m2を超え350g/m2未満である構成を挙げることができる。中でも、よこ方向補助糸の繊度が15デシテックスを超え50デシテックス未満であり、よこ方向補助糸の密度が1.0本/cmを超え4.0本/cm未満であり、かつ炭素繊維の目付が180g/m2を超え210g/m2未満であることが好ましい。
【0022】
前記粒子としては、繊維強化プラスチックの層間靭性付与機能を有し、融点またはガラス転移温度が50℃を超え150℃未満であるものが好ましい。
【0023】
また、粒子の付着量としては、前記一方向織物基材を構成する強化繊維の重量に対して2%を超え20%未満であることが好ましい。
【0024】
本発明は、上記のようなプリフォーム基材が複数枚数積層され、各プリフォーム基材が積層体の全面にわたって切れ目なく積層されていることを特徴とする積層体も提供する。
【0025】
また、本発明に係るプリフォームは、上記のようなプリフォーム基材が複数枚数積層され、織物基材および/またはプリフォーム基材同士が接着されていることを特徴とするものからなる。
【0026】
このプリフォームにおいては、前記プリフォーム基材が、プリフォームの全面にわたって切れ目なく積層されていることが好ましい。
【0027】
また、プリフォームにおける強化繊維体積率Vpfが45%を超え60%未満であることが好ましい。
【0028】
また、前記プリフォームを構成している一方向織物基材の隣り合う前記強化繊維糸条の間隙が0.1mmを超え1.0mm未満であることが好ましい。
【0029】
本発明に係る繊維強化プラスチックの成形方法は、前述のプリフォーム基材を所定枚数成形型に積層し、または前述のプリフォーム基材の積層体を成形型に配置し、その上に樹脂を面方向に拡散する媒体を置いたのち、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減圧状態にし、積層されたプリフォーム基材の片面に液状の熱硬化性樹脂を拡散させ、プリフォーム基材に樹脂を含浸させて硬化させることを特徴とする方法からなる。
【0030】
また、本発明に係る繊維強化プラスチックの成形方法は、前述のプリフォームを型に積層し、その上に樹脂を面方向に拡散する媒体を置いたのち、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減圧状態にし、積層されたプリフォームの片面に液状の熱硬化性樹脂を拡散させ、プリフォームに樹脂を含浸させて硬化させることを特徴とする方法からなる。
【0031】
このような本発明に係る繊維強化プラスチックの成形方法においては、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、樹脂ならびに型およびプリフォーム基材またはプリフォームを加熱し、樹脂粘度を下げて樹脂含浸性を向上させることが好ましい。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係るプリフォーム基材を構成する一方向織物基材1の概略斜視図である。図1において、一方向織物基材1は、たて方向に強化繊維糸条2が配列し、このたて糸に対して横方向補助糸としての細いよこ糸3が一本交互に交錯し、隣り合う強化繊維糸条間には隙間Aが形成された状態で平組織し、この一方向織物の表面には粒子4が付着し、また隣り合う強化繊維糸条間には隙間Aが形成されている。
【0034】
図2は、一方向織物基材1の別の態様を示す概略斜視図である。図2において、一方向織物基材1は、応力が集中するような屈曲を有しない強化繊維糸条2を一方向に互いに並行にシート状に配列し、このシート面の両側に強化繊維糸条と交差する、細いよこ糸3が位置し、これらよこ糸3と、強化繊維糸条と並行するたて方向補助糸5とが織組織をなして強化繊維糸条を一体に保持してなる、いわゆる一方向ノンクリンプ織物のであり、この一方向ノンクリンプ織物の表面には粒子4が付着し、また隣り合う強化繊維糸条間には隙間Aが形成されている。
【0035】
図1および図2で一方向織物基材を形成する一方向織物として、たて糸の強化繊維糸条とよこ糸が平組織およびノンクリンプ組織で一体化されたケースについて説明したが、綾組織や朱子組織であってもよい。
【0036】
本発明において使用する強化繊維糸条はマルチフイラメント糸条であり、特にその種類に制限はないが、例えば、ガラス繊維、有機(ポリアラミド、PBO、PVA、PE等)繊維または炭素繊維等が挙げられる。とくに炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れ、耐吸水性に優れるので、航空機構造材や自動車の強化繊維糸条として好ましく用いられる。
【0037】
中でも、高靭性炭素繊維であると、成形される繊維強化プラスチックの衝撃吸収エネルギーが大きくなるので、航空機の1次構造材として適用が可能となる。すなわち、JIS−R−7601に準拠して測定される引張弾性率(E)が280GPaを超え500GPa未満であり、かつ破壊歪みエネルギー(σ2/2E、σ:JIS−R−7601に準拠して測定される引張強度)が53MJ/m3以上であると好ましい。
【0038】
強化繊維糸条として炭素繊維を用いる場合、フイラメント数が12,000本を超え25,000本未満であり、糸条繊度は800テックスを超え1,800テックス未満であることが好ましい。かかる範囲であると、一方向織物の形態が安定し、また隣り合う糸条との間に適度な間隙を形成しやすく、比較的安価に高性能の炭素繊維を入手できる利点がある。
【0039】
また、本発明における強化繊維糸条は、成形した複合材料の高い強化繊維体積率や力学特性の発現率の面から、実質的に無撚のものであることが好ましい。
【0040】
本発明で使用するよこ糸は、ナイロン6繊維、ナイロン66繊維、ナイロン11繊維、ナイロン12繊維、ポリエステル繊維、ポリアラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリエーテルスルフォン繊維、ポリケトン繊維、ポリエーテルケトン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維やガラス繊維から選ばれる少なくとも1種を主成分とするよこ糸であるのが好ましい。なかでもナイロン66は樹脂との接着がよく、また延伸により細繊度の糸が得られるので好ましい。
【0041】
また、本発明における一方向織物基材のよこ糸としては、マルチフィラメント糸であることが好ましい。マルチフィラメント糸であると、フィラメント単糸の繊度(直径)を小さくすることが可能となる。これを実質的に撚りのない状態で使用すると、織物中でのよこ糸は、フィラメントの単糸が厚み方向にそれぞれ重ならずに、平行に並んでいる形態となり、よこ糸の厚さが薄くなり、強化繊維糸条とよこ糸の交錯または交差によるクリンプが小さくなり、繊維強化プラスチックにおいて強化繊維糸条の真直性を高め、高い機械的特性となる。
【0042】
同様な観点で、よこ糸の太さもできるだけ細い方がよく、よこ糸の繊度は6デシテックスを超え70デシテックス未満が好ましい。より好ましくは15デシテックスを超え50デシテックス未満である。もともと、本発明において、よこ糸の果たす大きな役割は、隣り合う強化繊維糸条の間に間隙を形成させることと織物基材の形態保持にある。よこ糸が太いと、繊維強化プラスチックにおいて強化繊維糸条がクリンプして、糸条の真直性を低下させるので好ましくない。
【0043】
また、よこ糸の密度は0.3本/cmを超え6.0本/cm未満が好ましく、より好ましくは2.0本/cmを超え4.0本/cm未満がである。よこ糸の密度が小さいと製織途中や粉末散布工程で、織物がロールやガイドバーなどに接触し、よこ糸の配列乱れが発生するし、また真空バッグ成形の際、樹脂の流路となる隣り合う強化繊維糸条の間隙が小さくなり、樹脂の含浸性が悪くなるので好ましくない。また、よこ糸の密度が大きくなると、たて糸の強化繊維糸条のクリンプが大きくなり、またよこ糸の繊維量が多くなり、吸湿などによって繊維強化プラスチックの耐熱性を低下させるので好ましくない。
【0044】
なお、本発明に用いるよこ糸は樹脂との接着を良くするため、繊維を紡糸する際に付着させた工程油剤を精練処理などで除去し、また延伸して製造され糸を使用する場合は、あらかじめ、熱処理により200℃での乾熱収縮率を4%以下にしておくことが好ましい。
【0045】
また、図2のノンクリンプ織物におけるたて補助糸は、たて補助糸とよこ糸の交錯によって、たて方向に配列している強化繊維糸条の拡がりを阻止し、隣り合う強化繊維糸条の間隔を確保し、真空バッグ成形の際の樹脂流路を確保することにある。また、よこ糸と強化繊維糸条との交錯によるクリンプをなくするため、よこ糸を強化繊維糸条の両側に交差させ、たて補助糸とよこ糸を交錯させることによって、強化繊維糸条を真っ直ぐに配列させようとするものである。
【0046】
補助糸としては粒子付着や成形時の加熱によって収縮しないガラス繊維糸が好ましい。また、補助糸は実質的に繊維強化プラスチックに対する補強効果はないので、さほど太くする必要はなく、繊度は100デシテックスを超え470デシテックス未満が好ましい。なお、樹脂流路を確保するため補助糸にカバーリングを行い、カバーリング糸の撚りによって樹脂流路を確保することができる。カバーリングに使用する糸は、ナイロン6繊維、ナイロン66繊維、ナイロン11繊維、ナイロン12繊維、ポリエステル繊維、ポリアラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリエーテルスルフォン繊維、ポリケトン繊維、ポリエーテルケトン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、なかでもナイロン66は樹脂との接着がよく、繊度は15デシテックスを超え50デシテックス未満程度である。
【0047】
プリフォーム基材における織物基材の隣り合う強化繊維糸条間の間隙Aは、プリフォーム基材やプリフォームでの樹脂の流路確保にとって大切であり、織物基材の全巾において、隣り合う強化繊維糸条の平均間隔が0.1〜1mmの範囲であるのが好ましい。より好ましくは0.2〜0.8mm、更に好ましくは0.3〜0.5mmの範囲である。かかる範囲であると、上記の層内流路形成効果が十分に発現する。それ以下では、十分に発現しない場合がある。逆に広すぎると、成形した際、大きな樹脂リッチ部分を形成することになり、強化繊維体積率の低下、機械的特性(特に疲労強度)の低下、サーマルクラックの発生等につながる場合がある。なお、強化繊維糸条の間隔の測定においては、ノンクリンプ織物のように強化繊維糸条の間に補助糸が存在しても、補助糸は細いので、さほど樹脂の流れに影響しないので、無視されて測定される。
【0048】
なお、上記における織物基材の隣り合う強化繊維糸条間の間隙Aは、0.01mmの精度で測定可能な測定顕微鏡を用いて100ヶ所の隙間を測定し、その平均値を間隙値とした。なお、測定顕微鏡で測定不能な場合には、実体顕微鏡で測定することもできる。
【0049】
本発明で使用する織物基材の炭素繊維の目付の好ましい範囲は180g/m2を超え350g/m2未満であり、より好ましくは180g/m2を超え210g/m2未満である。
【0050】
炭素繊維の目付があまり小さいと、所定の厚さを有する成形体を得る場合、必要となる織物量が多くなり、織物製造費用、粒子接着費用がかさみ、また積層枚数が増えるので低コスト化に繋がらない。また、目付が大きくなると、糸条間の間隙が小さくなり、また、成形体の肉厚を変化させるため、途中から織物基材の積層数を減らすと、厚さ変化が大きくなり、強化繊維糸条の切断部に応力集中が働くことがあるので好ましくない。
【0051】
本発明で使用する織物基材には織物に粒子が接着しているが、粒子量は強化繊維重量に対して2%を超え20%未満が好ましい。粒子が、上記範囲で接着していることにより、織物における強化繊維糸条とよこ糸、ならびにノンクリンプ織物における補助糸と接着し、織物の目ズレが防止され、形態が安定する。更に、織物基材を積層してプリフォーム基材やプリフォームを得る際の織物同士の接着性がもたらされる。
【0052】
また、上記範囲の粒子は、織物基材を積層して得られる繊維強化プラスチックにおいて、クラックストッパーの役目を果たす。とくに、繊維強化プラスチックが衝撃を受けた時に、織物の層間の損傷の抑制、つまりクラックの進展の抑止の役目を果たし、衝撃付与後での圧縮強度の低下が小さくなるのである。
【0053】
粒子量が2%以下になると層間に十分なクラックストッパー効果が得られない。また、粒子量が20%を越えると、繊維強化プラスチックにした場合の強化繊維体積率が小さくなり過ぎ、機械的特性が低くなるだけでなく、粒子を接着させる際の加熱、加圧やプリフォームの高繊維密度化処理の加熱、加圧の際に、粒子が変形し糸条の隙間を埋めて、マトリックス樹脂の流路を潰し、含浸を妨げる場合があるため好ましくない。
【0054】
かかる粒子は、織物基材の表面に接着し、織物基材の片面に接着していてもよいし、両面に接着していてもよい。より低コストに織物基材を製造する場合は、前者が好ましい。
【0055】
かかる粒子が、平均直径(楕円形の場合は平均短径)は、小さければ小さいほど均一に織物の表面に分散させることが可能となるため、1mm以下が好ましく、250μm以下がより好ましくは、50μm以下が更に好ましい。
【0056】
織物基材に接着している粒子の織物の面に垂直方向の凹凸が大き過ぎると、それに接して位置する強化繊維糸条が屈曲する可能性があるので、織物基材表面における粒子の平均厚みは、5〜250μmの範囲であることが好ましい。より好ましくは、10〜100μm、更に好ましくは、15〜60μmの範囲である。
【0057】
本発明で用いる粒子は、織物への粒子の接着やプリフォームの高繊維密度処理のため、加熱処理するが、その作業性の面から、50〜150℃の範囲のガラス転移温度を有しているものである。より好ましくは70〜140℃、更に好ましくは90〜120℃の範囲である。
【0058】
ここでいうガラス転移温度は、それぞれ示差走査熱量計(DSC)から計測されるガラス状態への転移温度を指す。
【0059】
粒子の成分は、織物基材の取扱性を向上させ、それを用いて得られる繊維強化プラスチックの機械的性質を向上させるものであれば、特に限定されない。粒子としては、各種の熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂を使用る。
【0060】
熱可塑性樹脂を粒子の主成分として用いるが、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシから選ばれる少なくとも1種である。その中でもポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォンがとりわけ好ましい。
【0061】
上記熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂からなる粒子の熱可塑性樹脂は、粒子の主成分となり、その配合量が、70〜100重量%であることが好ましい。より好ましくは75〜97重量%であ、更に好ましくは80〜95重量%である。配合量が70重量%未満であると、耐衝撃性優れた繊維強化プラスチックを得難い場合がある。また、熱可塑性樹脂を主成分とした場合、粒子の織物への接着性や接着加工性が劣る場合がある。この場合には、粒子に少量の粘着付与剤、可塑剤等を配合するとよい。
【0062】
図3は、本発明に係るプリフォーム基材6の好ましい一態様を示す概略部分破断斜視図である。図における下面側から順次、粒子4が接着した一方向織物基材11がプリフォーム基材の長さ方向イの+α°方向に、織物基材12が90°方向に、織物基材13が−α°方向に、織物基材14が0°方向に、織物基材15が−α°方向に、織物基材16が90°方向に、織物基材17が+α°方向に、各層間には粒子が存在するように、7層交差積層されて、一体化手段としてステッチ糸7で、これら7層がプリフォーム基材の全面にわたって縫合一体化されている。なお、一体化手段はステッチに限定するものではなく、織物基材に接着させた粒子を加熱しスポット状に点接着させて一体化させてもよいが、このようなプリフォーム基材は、曲面に沿わせた場合、各層間が滑らないため凹側の強化繊維糸条が局部的に屈曲する。
【0063】
ステッチ糸で縫合一体化すると各層間は滑りが発生する自由度があるので、曲面に沿わせても強化繊維糸条が局部的に屈曲するようなことはないので好ましい。縫合一体化にあたってのステッチ糸が形成する縫い組織としては、単環縫い、1/1のトリコット編みが挙げられる。ステッチ糸のプリフォーム基材の長さ方向に対する縫合のピッチは1mmを超え6mm未満が好ましく、プリフォーム基材のハンドリング性や賦形性などを考慮して適宜選択することが出来る。またステッチ糸のプリフォーム基材の幅方向に対する縫合の間隔は2mmを超え40mm未満が好ましい。なお、本発明に使用する織物基材には、粒子が接着して、強化繊維糸条とよこ糸が接着して強化繊維糸条の移動が拘束され、いわば目どめされた状態となっているので、90°方向に積層した織物基材に幅方向に線状に配列したステッチのニードルが狭い間隔で90°方向の強化繊維糸条に狭い間隔で突き刺さると、ニードルが突き刺さった箇所の強化繊維糸条の強化繊維を破断させることがあるので、このようなときには縫合の間隔は10mmを超え40mm未満と大きくし、ニードルが貫通する際、強化繊維糸条の位置が若干逃げるようにすることが好ましい。なお、縫合の間隔は40mmを超えるとステッチによるプリフォーム基材の拘束が甘く、形態が不安定となるので、運搬の際に層がずれるので好ましくない。
【0064】
また、ニードルの貫通により90°方向の強化繊維糸条が損傷を受ける場合は、90°方向の強化繊維糸条に対して1ないし2本程度のニードルが突き刺さるように、ニードルの配列を幅方向に斜め方向に配列すればよい。
【0065】
本発明において用いるステッチ糸はマルチフイラメント糸が好ましく、ナイロン6繊維、ナイロン66繊維、ナイロン11繊維、ナイロン12繊維、ポリエステル繊維、ポリアラミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維などであるが、なかでもナイロン66は樹脂との接着がよく、また延伸により細繊度の糸が得られるので好ましい。ステッチ糸の繊度はステッチ加工時の糸切れに耐え、また縫合一体化できればよく、出来るだけ小さければよい。好ましくは14デシテックスを超え120デシテックス未満である。より好ましくは14デシテックスを超え85デシテックス未満である。あまり太いと、ステッチ部が凸状態となり表面平滑な繊維強化プラスチックス得られないばかりか、ステッチ糸の吸水性が大きくまた耐熱性に劣るので、構造材としての特性が低下するので好ましくない。なお、本発明に用いるステッチ糸は樹脂との接着を良くするため、繊維を紡糸する際に接着させた工程油剤を精練処理などで除去しておくことが好ましい。
【0066】
図3では一方向織物基材が+α°層、90°層、−α°層、0°層、−α°層、90°層、+α°層の7層に積層したプリフォーム基材について説明したが、必ずしもこの積層角度や積層枚数に限定するものではない。たとえば、0°層/+α°層/0°層/−α°層/90°層/−α°層/0°層/+α°層/0°層のように9層で0°層を多く含むものであってもよい。
【0067】
また、前記のプリフォーム基材は全て7層または9層の一様な積層数について説明したが、プリフォーム基材の長さ方向に対して、途中から積層数が増えたりまたは減少してもよい。つまり構造材の厚みは常に一定ではなく、たとえば航空機の主翼スキン材などは胴体から離れるに従いスキン材の厚さを長さ方向に順次薄くなっている。したがって、あらかじめ主翼プリフォームの長さに相当するプリフォーム基材を準備するにあたり、構造設計に基づき−α°層、90°層、+α°層や0°層を途中から1層ずつ減らし、急激な厚さ変化のないプリフォーム基材とすることが出来る。とくにプリフォーム基材は多層となっているので、主翼の肉厚変化に対応するため、一様な積層数のプリフォーム基材を途中からプリフォーム基材の積層枚数を減らしてたプリフォームにすると、1枚当たりのプリフォーム基材の厚さが厚いので、急激な厚さ変化となり、この急激な厚さ変化部分で応力集中が発生して強度低下をもたらすので好ましくない。
【0068】
ここで、バイアス角α°は、プリフォーム基材を繊維強化プラスチック構造体の長さ方向に積層し、強化繊維によるせん断補強を効果的に行う観点から実質的に45°が好ましい。また積層角の順序は特に限定されないが、各層の機械的特性の異方性に伴う積層板の厚さ方向への衝撃による繊維強化プラスチックの層間にクラックを出来るだけ小さくし、繊維強化プラスチック板の圧縮強度の低下を小さくするという観点で、隣接する各層の強化繊維の交角が45°であることが好ましい。
【0069】
本発明においては、プリフォームとは、プリフォーム基材が多数枚数積層され、織物基材ならびにプリフォーム同士が接着しているものとし、プリフォーム基材を接着せず積層したのものを積層体と呼称する。
【0070】
なお、プリフォーム基材の積層体ならびにプリフォーム中に強化繊維糸条の切断部を入れないため、プリフォーム基材がプリフォームの全面に切れ目なく積層されていることが好ましい。たとえば航空機の主翼のスキン材のように幅が5m〜8mと広い構造体を成形する場合、幅の狭いプリフォーム基材の0°方向が主翼の長さ方向となるよう、幅方向をプリフォーム基材の端をオーバラップして積層することになるが、オーバラップ部の重量が増えて目的とする軽量化が達成出来ないばかりか、±45°方向や90°方向の強化繊維糸条が途中で切れ、強化繊維糸条の切断部に応力集中が働き、強度低下を招くので好ましくない。また、プリフォーム基材の積層体ならびにプリフォームはプリフォーム基材の端をオーバラップしなく、基材の端をつき合わすように積層することも可能であるが、やはり±45°方向や90°方向の強化繊維糸条が途中で切れ、強化繊維糸条の切断部に応力集中が働き、強度低下を招くので好ましくない。
【0071】
したがって、主翼のように幅の広い構造体の場合は、プリフォーム基材のオーバラップや強化繊維糸条の切断部の挿入を防ぐため、主翼幅に相当する幅の広いプリフォーム基材を、切れ目なく積層することが好ましい。
【0072】
次に、このようなプリフォーム基材を作製するに当たっての1例を説明する。
たとえば、+α°層/90°層/−α°層/0°層/−α°層/90°層/+α°層の7層に積層したプリフォーム基材を作製する場合、長さ方向に強化繊維糸条が配列し、ロールに巻かれた長尺の織物基材ロールを7本準備する。
【0073】
次に、両側にピンが線状に植え込まれたベルトを有し、このベルトがステッチ部、巻き取り部へと移動しているプリフォーム基材製造機の長さ方向に対して+α°の方向から織物基材の端を固定しながら引き出し、ロール設置側と反対側のピンに引掛け織物基材の両端を裁断する。さらに、織物基材の端を固定しながら、既に引き出され、ピンに引っ掛けた織物基材との間に隙間が出来ないように、またオーバラップしないように引き出し、ロール設置側と反対側のピンに引掛け織物基材の両端を裁断し、これを繰り返しながら+α°層を形成する。つぎに、90°方向から織物基材を引き出し、既に形成されている+α°層の上に90°層を形成し、同様に+α°層/90°層の上に−α°層を形成する。0°層はピンに引っ掛けることなくピント並行に供給し、ステッチ部に到達して、位置が固定されるまで−α°層の上に仮どめして0°層を形成する。+α°層/90°層/−α°層/0°層の上に、さらに−α°層、90°層、+α°層が順次形成された7層の積層体にステッチ部でニードルを貫通させ、ステッチ糸で縫合一体化することによって、本発明のプリフォーム基材が作製される。なお、プリフォーム基材の長さ方向に対して積層数が一様ではなく、途中から増加または減少させたプリフォーム基材は、構造設計に基づき、途中から−α°層、90°層、+α°層や0°層の供給を増やしたり、減らしたりして作製することが可能となる。
【0074】
本発明で使用する織物基材には、粒子が接着して、あらかじめ強化繊維糸条とよこ糸が接着して強化繊維糸条の移動が拘束され、いわば目どめされた状態となっているので、プリフォーム基材を作製するときに糸条配列が乱れるということはない。また、薄い織物であっても粒子の接着により織物基材の形態が安定し、幅の広いプリフォーム基材を作製する場合でも織物基材に皺が入るようなことはなく、品質の安定したプリフォーム基材を作製することが可能となる。
【0075】
なお、成形にあたって、織物基材の積層体は、強化繊維糸条に接着しているサイジング、強化繊維同士の絡み合い等で嵩高であるので、このような積層体に真空バッグ成形法で樹脂を注入しても、加圧力が小さく、十分に積層体を押さえることが出来ないので樹脂成分が多い、つまり強化繊維の体積含有率が小さな繊維強化プラスチックとなることがある。このようなときには、たとえば本発明のプリフォーム基材が所定の枚数積層されたプリフォームを、粒子の融点またはガラス転移温度以上に加熱・加圧して繊維密度を上げ、プリフォームにおける強化繊維体積率Vpfが45%を超え60%未満にしておくことが好ましい。45%以下であると真空含浸での樹脂の含浸性はよいが、繊維体積含有率の小さな繊維強化プラスチックとなり、機械的特性も低くなり、構造体の軽量化を達成することが困難となる。一方、60%以上になると糸条間や繊維間の隙間が小さくなって、樹脂が流れ難くなり好ましくない。
【0076】
ここで強化繊維体積率Vpfとは下記の方法によって算出した値を示す。
Vpf=W1/(ρ×T1)×100(%)
W1:プリフォーム1cm2当たりの強化繊維の重量(g/cm2
ρ:強化繊維の密度(g/cm3
T1:JIS7602に準拠し、0.1MPaの荷重下で測定したプリフォームの厚さ(cm)
【0077】
なお、上記のように高繊維密度化処理を行ったプリフォームを成形して得られる繊維強化プラスチック成形体の繊維体積含有率が52〜62%となり、主翼スキン材のような航空機構造材にも繊維強化プラスチックの性能が十分発揮できる。
【0078】
また、樹脂の含浸性からプリフォーム基材において、一方向織物基材の強化繊維糸条の間隙が確保されていることは大切であるが、たとえば、プリフォーム基材を多数枚積層し接着させた、樹脂含浸を行う前のプリフォームにおいても、嵩高を小さくするためのプリフォームの高繊維密度化処理によって糸条間の状態が変化し、隙間小さくなることは好ましくなく、隙間が十分に確保されていることが大切である。プリフォームの織物基材の全幅において、織物基材の糸条間の隙間が0.1mmを超え1mm未満のほぼ均一な間隙であることが好ましい。より好ましくは0.2mmを超え0.8mm未満、さらに好ましくは0.3mmを超え0.5mm未満の範囲である。かかる範囲であるとプリフォームの厚さ方向に対して樹脂が流れ、プリフォームへの樹脂の含浸が行われる。間隙がこれより小さいと、全体に樹脂が到達しない前に樹脂の粘度が上がったり、樹脂の硬化が始まり樹脂の未含浸部分が発生し、欠陥となり成形体が不合格となる。とくに、主翼などのように大型プラスチック構造体が不合格となると経済的な損害も莫大なものとなる。また、間隙がこの範囲を超えると樹脂の含浸は良好であるが、高繊維密度化処理や成形の際、この隙間に隣接する層の強化繊維糸条が食い込みまたは落ち込み、織物基材、プリフォーム基材の状態では強化繊維糸条が真っ直ぐ配列していたにもかかわらず、成形体では隙間への糸条の食い込みまたは落ち込みによりクリンプし(曲がり)、機械的特性が低下してしまう。また、この隙間部にマトリックス樹脂が入るから、成形体では樹脂過多部となり、疲労などで樹脂過多部にクラックが入り好ましくない。糸条間の隙間が、この範囲であれば、この隙間を通過して次の層へと樹脂が流れ、樹脂の含浸性も良好であり、また優れた機械的特性を有する成形体が得られるのである。また、隙間は織物基材の全幅において、ほぼ均一であることが好ましい。隙間が不均一で、大きな隙間がまばらに存在すると、この隙間からの樹脂が他の隙間に先行して流れるので、プリフォームの内部に未含浸部が形成されることがあるので好ましくない。
【0079】
本発明のプリフォーム基材、プリフォーム基材の積層体ならびにプリフォームから、従来から知られている方法で繊維強化プラスチックを成形することができるが、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は大型の成形品を安価に製造することができるので、好ましく用いられる。
【0080】
以下、本発明のプリフォームを用いて真空バッグ成形により成形する本発明の繊維強化プラスチックの製造法の一実施例を説明する。
【0081】
図4は本発明の繊維強化プラスチックの成形法を説明する一実施例の断面図である。図4において、成形型8の上にプリフォーム9を置き、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10を積層し、その上に樹脂をプリフォームの全面に拡散させるための媒体11を置く。プリフォームの周囲には、織物などの多孔性の材料を多数枚積層して真空ポンプの空気の吸引口12を取り付けたエッジ・ブリーザ13を張り巡らし、全体をバッグフイルム14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15で型に接着する。バッグフイルムの上部に樹脂タンクから注入される樹脂の吐出口17を取り付け、該取り付け部から空気が漏れないようにシール材15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プリフォームを、真空圧力が93310〜101325Pa程度の減圧状態にした後、バルブ16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減圧状態であり、プリフォームの厚さ方向より媒体の面方向の樹脂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、ついでプリフォーム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、プリフォームの厚さでよいから、樹脂含浸が非常に早く完了する。樹脂含浸完了後、バルブ16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、型から脱型することによって繊維強化プラスチック成形品が得られる。
【0082】
本発明において使用する媒体11の一例を図5に示した。媒体はバッグ内の減圧力をプリフォームに伝え、かつ注入される媒体の隙間を通すことにより、媒体側のプリフォーム上面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5において、注入された樹脂はバッグフイルムに接するX群のバー18の間隙をバー18の方向に流れると同時に、Y群の矩形断面のバー19の間隙をバー19の方向に流れるから、全方向に樹脂が拡散することになる。また、バー17にかかる力をバー18に伝えることができるから減圧力をプリフォームに伝えることができるのである。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からなどからなるメッシュ状のシートが用いられる。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できる。
【0083】
なお、上記において繊維材がプリフォームについて説明したが、本発明で言うプリフォーム基材やプリフォーム基材を多数枚重ねたプリフォーム基材の積層体であってもよい。
【0084】
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はいるが、樹脂注入と同時に樹脂をプリフォーム基材の積層体またはプリフォーム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、とくに大型の繊維強化プラスチック成形品の成形に用いると好適である。
【0085】
本発明の成形方法に用いるピールプライは、樹脂が硬化した後に繊維強化プラスチック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、ガラス繊維織物などが用いられる。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、これらの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繊維強化プラスチックの樹脂に混入するのを防ぐため、精練を行い、また硬化の際の加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。
【0086】
本発明で用いるエッジ・ブリーザは空気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、ガラス繊維織物およびナイロン繊維または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。
【0087】
また、本発明で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フイルムなどを用いることができる。
【0088】
なお、本発明における成形法では、通常、常温で液状の熱硬化性樹脂、たとえばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂を使用するが、樹脂含浸が容易でかつ高性能で耐熱性の高い繊維強化プラスチックとするために、エポキシ樹脂が好ましく用いられる。エポキシ樹脂の樹脂粘度が小さいと、一般的に耐熱性が悪くなるので、やや常温で樹脂粘度が高い場合でも、注入の際の型温度、プリフォームおよび樹脂の粘度は好ましくは70〜100℃とし、注入樹脂の粘度を下げて、樹脂粘度を200mPa・s以下とするのが好ましい。続いて、樹脂注入後130℃程度で一次硬化させ、エポキシ樹脂の重合を進めて、少なくともゲル状態とし、その後180℃程度の高温で二次硬化させることが好ましい。この方法により、樹脂含浸が良好で、耐熱性に優れ、かつ靭性、強度、弾性率といった機械的性質に優れる繊維強化プラスチックを成形することができる。
【0089】
本発明によって得られる繊維強化プラスチック成形体の適用範囲はとくに限定されないが、航空機の主翼(スキン、ストリンガー)、床支持材、胴体、水平尾翼や垂直尾翼などの航空機の1次構造部材として好適に用いられる。
【0090】
【実施例】
実施例1
強化繊維糸条としてフイラメント数が24,000本、糸条の繊度が1,030テックス、引張強度が5.8GPa、引張弾性率が290GPa、サイジング付着量が0.5重量%、撚数が実質的に零回の炭素繊維糸条をたて糸とし、たて補助糸として22.5デシテックスのカップリング剤を付着させたガラス繊維糸に精練加工を施した17デシテックスのナイロン66フイラメント糸を撚数250回/mでカバーリング(被覆)したカバーリング糸、よこ糸として精練加工を施した撚数が実質的に零回の17デシテックスのナイロン66フイラメント糸を用い、炭素繊維糸条、補助糸のたて糸密度が各々1.84本/cmで、よこ糸密度が3本/cmの、炭素繊維目付が190g/m2 の一方向ノンクリンプ織物を作製した。この織物の上面に平均径が120ミクロンの粒子を27g/m2 を均一に散布し、200℃の加熱によって織物表面に接着させ織物基材を作製した。
【0091】
この織物基材を−45°方向、90°方向、+45°方向および0°方向に順次積層し、ステッチ糸として精練加工を施した78デシテックスのナイロン66フイラメント糸を用い、0°方向にステッチ間隔が10mm、ピッチを3mmになるように織物基材が4層のプリフォーム基材を作製した。測定の結果、プリフォーム基材を構成する織物基材の隣り合う炭素繊維糸条の間隙は0.4mmであった。
【0092】
実施例2
プリフォーム基材を0°方向および90°方向に各々50cmとなるように裁断し、これをプリフォーム基材のコーナーを合わせながら33枚積層した。この積層体をフイルムで真空バギングし、80℃の雰囲気下で1時間、高繊維密度化処理を行い、炭素繊維体積率Vpfが49%のプリフォームが得られた。プリフォームでの隣り合う炭素繊維糸条の間隙は0.35mmと高繊維密度化処理によってやや狭くなっていた。
【0093】
実施例3
つぎに、エポキシ樹脂ならびにプリフォームをセットした成形型を80℃に加熱し、エポキシ樹脂を1時間注入し、その後130℃で2時間、樹脂を一次硬化させ、引き続き180℃で2時間、二次硬化させて、真空バッグ成形を行った。
【0094】
得られた繊維強化プラスチックの成形板の厚さは25mmで炭素繊維の体積含有率が55%であり、また樹脂はプリフォームの全体に含浸しており、顕微鏡の断面観察でもボイドは観察されず、構造材として十分使用可能な状態であった。
【0095】
比較例1
実施例1と同じ炭素繊維糸条を使用して、1.84本/cmの密度で並行配列させたシートに支持体に付着させて、炭素繊維目付が190g/m2 の一方向シートを作製した。なお支持体は、ガラス繊維22.5デシテックスガラス繊維糸に粘着剤が付着した、たて方向およびよこ方向の間隔が10mmのメッシュ状物である。
【0096】
つぎに、このシートを用いて実施例と同じ条件で比較プリフォーム基材を作製した。比較プリフォーム基材を構成する一方向シートの隣り合う炭素繊維糸条の間隙は全くなく、0mmであった。
【0097】
比較例2
実施例2と同じ方法にて高繊維密度化処理を行ったプリフォームを作製した。プリフォームにおける隣り合う炭素繊維糸条の間隙は全くなく、0mmであった。
【0098】
比較例3
つぎに、実施例3と同じ方法にてバッグ成形した。バッグフイルム、ピールプライおよび樹脂拡散媒体を引き剥がし、成形体を観察したところ、樹脂拡散媒体側の1mm程度のプリフォームにしか樹脂が含浸していなく、さらに樹脂含浸すべき成形体24mm分には全く樹脂が含浸していなかった。
【0099】
得られた繊維強化プラスチックの成形板は、樹脂が含浸していなく、とても構造体として使える状態ではなかった。
【0100】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような種々の効果が得られる。
(1)本発明のプリフォーム基材は、強化繊維糸条が長さ方向に互いに並行に配列し、少なくとも片面に粒子が接着してなる一方向織物基材からなり、前記一方向織物基材が多数枚交差積層され、一体化手段により一体化されているから、これを多層積層して作製するプリフォームは積層回数が大幅に減り、安価に生産性よく製造することができる。
【0101】
また、樹脂の含浸性がよいので厚い成形体でも含浸を完全に行うことが可能となり、また織物の間には粒子が存在し、強化繊維糸条のクリンプの小さい一方向織物を使用しているから、衝撃破壊靭性に優れ、引張強度、引張弾性率、圧縮強度、圧縮弾性率などの機械的性質に優れる繊維強化プラスチック成形体が得られる。
【0102】
(2)本発明のプリフォームならびにプリフォーム基材の積層体は、プリフォーム基材が全面に切れ目なく積層されているから、強化繊維糸条の切断部がプリフォームならびに積層体に存在しなく、引張強度、圧縮強度に優れる大型成形体が得られる。
【0103】
(3)本発明のプリフォームは、プリフォーム基材が所定の枚数積層され、織物基材ならびにプリフォーム同士が接着しており、プリフォームにおける強化繊維体積率Vpfが45%を超え60%未満であるから、樹脂の含浸がよく、また繊維体積含有率の大きな成形体が得られる。
【0104】
(4)本発明の成形方法は、プリフォーム基材の積層体ならびにプリフォームを型に積層し、その上に樹脂を面方向に拡散する媒体を置いたのち、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減圧状態にし、積層体ならびにプリフォームの片面に液状の熱硬化性樹脂を拡散させ、積層体ならびにプリフォームに樹脂を含浸、硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチックの成形方法であるから、大型の成形体を安価に製造することができ、またボイドのない成形体となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係るプリフォーム基材を構成する一方向織物基材の概略斜視図である。
【図2】本発明の別の実施態様に係るプリフォーム基材を構成する一方向織物基材の概略斜視図である。
【図3】本発明に係るプリフォーム基材の好ましい態様を示す概略部分破断斜視図である。
【図4】本発明に係る繊維強化プラスチックの成形法を説明する一実施例における断面図である。
【図5】本発明の成形法に使用する樹脂拡散媒体の一実施例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1 一方向織物基材
1 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し+α°方向)
2 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し90°方向)
3 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し−α°方向)
4 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し0°方向)
5 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し−α°方向)
6 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し90°方向)
7 一方向織物基材(プリフォーム基材の長さ方向イに対し+α°方向)
2 強化繊維糸条
3 よこ糸
4 粒子
5 たて方向補助糸
6 プリフォーム基材
7 ステッチ糸
8 成形型
9 プリフォーム
10 ピールプライ
11 樹脂拡散媒体
12 空気の吸引口
13 エッジ・ブリーザ
14 バッグフイルム
15 シール材
16 バルブ
17 樹脂の吐出口
18 X群のバー
19 Y群のバー
A 強化繊維糸条間の隙間
イ プリフォーム基材の長さ方向
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a preform base material suitable for fiber-reinforced plastics, and a preform and fiber-reinforced plastic. Cuck's The present invention relates to a molding method.
[0002]
[Prior art]
Aircraft weight reduction is required to improve aircraft fuel efficiency and payload, and not only secondary structures such as spoilers, ailerons, wing trunk fairings and elevators, but recently horizontal stabilizers and vertical stabilizers for the tail In addition, fiber reinforced plastics, especially carbon fiber reinforced plastics, have been put to practical use for primary structures of floor support girders. Furthermore, in recent years, attempts have been made to replace primary duralumin with carbon fiber reinforced plastics in order to reduce the weight and cost of the primary large structures such as skins and stringers of the main wing.
[0003]
As primary structural materials for aircraft, mechanical properties such as tensile strength, tensile elastic modulus, compressive strength, compressive elastic modulus and impact fracture toughness of carbon fiber reinforced plastics are required, and at the same time, to achieve cost reduction Requires a molding method that can achieve cost reduction and a reinforcing fiber material adapted to this molding method.
[0004]
As a low-cost molding method, a vacuum bag molding method has recently attracted attention over an autoclave molding method in which a conventional prepreg laminate is bagged and heated and pressurized in an autoclave while holding the laminate under vacuum. In this method, a reinforcing fiber material not adhering to the matrix resin is laminated, and a resin diffusion medium is placed on the laminated body, these are bagged with a film, and the resin is passed through the diffusion medium while keeping the inside vacuum. It seems to be suitable as a molding method of a molded body having a large area.
[0005]
However, if the reinforcing fiber material such as a woven fabric is simply laminated, the fracture toughness between the layers cannot be ensured when it is formed into a fiber reinforced plastic. That is, the fiber reinforced plastic made of continuous carbon fibers is excellent in the mechanical properties in the fiber axis direction, but the mechanical properties rapidly decrease as the distance from the fiber axis increases. As a countermeasure, for example, the fiber axis direction in which the mechanical characteristics become a quasi-isotropic base material is the length (0 °) direction, the width (90 °) direction, or oblique (± 45) of the FRP (fiber reinforced plastic) molded body. (°) laminated and molded in the direction. However, when an impact in a direction perpendicular to the plane is applied to such a molded plate, for example, the mechanical properties in the plane direction of the 0 ° layer and the 45 ° layer are extremely different, so the deformation of the 0 ° layer and the 45 ° layer is different, Large cracks may occur between the layers, and the compressive strength of the molded plate is greatly reduced. The primary structure of an aircraft is required to have high reliability. Currently, structural materials made of duralumin are inspected for damage and cracks by regular visual observation. However, unfortunately, carbon fiber reinforced plastics are black and opaque, so it is impossible to visually observe the occurrence of cracks caused by stones that rise during take-off and landing, tool drops during assembly and repair, and collisions during transportation during assembly. The damage status cannot be detected.
[0006]
Further, the vacuum impregnation molding method is suitable as a molding method for aircraft wing skin materials having a large area, but since the skin material is 20 mm to 30 mm and thick, the number of laminated fabrics and the like is as large as 80 to 200, The resin does not flow to the opposite surface of the diffusion medium of the laminate, and a defect of poor resin impregnation occurs.
[0007]
Further, in order to improve the resin impregnation property, if the woven material is a two-way woven fabric in which the reinforcing fiber yarns are arranged in two directions, the warp direction and the weft direction, and the resin can be impregnated from the open space, Even a thick fiber reinforced plastic can be impregnated with a resin by a vacuum impregnation molding method. However, in such a woven fabric, the reinforcing fiber yarn extending in the warp direction is thickly crimped (bent) by a thick weft, and when this is formed, stress concentrates on the crimped portion, and the tensile strength and compressive strength are reduced. The predetermined strength as the structural material does not appear, and the design strength becomes low. Therefore, the structural material needs to be designed to be thick, and there is a problem that weight reduction cannot be achieved.
[0008]
In addition, since a large structural material such as a main wing skin material is large, for example, having a width of 5 to 7 m and a length of 20 m to 30 m, for example, even if a unidirectional fabric having good mechanical properties is laminated, A large number of fabrics with a width of about 100 cm in the length direction are laminated in multiple directions such as 0 ° direction, + α ° (normally + 45 ° direction), -α ° (normally -45 ° direction) and 90 ° direction. Despite the excellent labor-saving molding method such as folding and vacuum bag molding, it requires a lot of man-hours to laminate reinforcing fiber materials, and laminates reinforcing fiber materials such as long fabrics. Therefore, the fiber material, that is, the reinforcing fiber yarn is bent and it is difficult to laminate straightly.
[0009]
On the other hand, as a multiaxial fabric, Patent Document 1 discloses a multiaxial fabric in which reinforcing fiber yarns are expanded, a tape in which this state is fixed with a binder or the like is laminated in multiple layers and integrated with stitch yarns. Although disclosed, since such a fabric does not have a gap for resin impregnation, there is a problem that sufficient impregnation cannot be secured even if a thick fiber reinforced plastic is molded by a vacuum bag molding method. It was.
[0010]
In addition, multiaxial fabrics are also known in which reinforcing fiber yarns arranged in parallel are laminated in multiple directions in a sheet shape and stitched together with stitch yarns, but when reinforcing fiber yarns are arranged in parallel in a sheet shape Each thread hooked on the pin is free until the position is fixed with the stitch thread, and it is difficult to arrange all the threads accurately in the arrangement, and there is a problem that a gap is formed between the threads. . Furthermore, this state becomes more prominent because the yarn length in a free state increases as the width of the multiaxial fabric increases, and the mechanical properties deteriorate when fiber-reinforced plastic is used, resulting in a problem of lack of reliability. was there.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-T-2001-516406 (Claims)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the background of such prior art, the object of the present invention is that a large, thick fiber-reinforced plastic molded article is inexpensive, can be produced with good productivity, has excellent reliability, and has a tensile strength and a tensile modulus when molded. Preform substrate and preform with excellent mechanical properties such as compression strength, compression modulus and impact fracture toughness and How to mold fiber reinforced plastic The law It is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. That is, in the preform base material according to the present invention, the reinforcing fiber yarns are parallel to each other in the length direction. And the gap between adjacent reinforcing fiber yarns is a substantially uniform gap of more than 0.1 mm and less than 1.0 mm over the entire width of the fabric. Array and at least on one side , The main component is a thermoplastic resin, the subcomponent is a thermosetting resin, and the thermoplastic resin is at least one selected from polyamide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyimide, polyamideimide, and phenoxy. And a glass transition temperature of 50 to 150 ° C. It consists of the unidirectional textile base material which particle | grains adhere | attach, many said unidirectional textile base material cross-laminates, and consists of what is integrated by the integration means.
[0015]
Further, the unidirectional woven fabric has reinforcing fiber yarns on both sides of a sheet surface of a yarn group in which reinforcing fiber yarns that do not have a bending in which stress is concentrated are aligned in parallel in one direction and in a sheet shape. A unidirectional non-crimp fabric in which weft-direction auxiliary yarn groups are located, and the weft-direction auxiliary yarn groups and the warp-direction auxiliary yarn groups parallel to the reinforcing fiber yarns form a woven structure to hold the yarn groups together. It is preferable that
[0016]
The integration means is preferably a stitch.
[0017]
Moreover, it is preferable that the cross lamination angle includes at least a 0 ° layer with respect to the length direction of the preform substrate.
[0018]
Further, it is preferable that the cross lamination angle includes at least two directions of + α ° layer and −α ° layer with respect to the length direction of the preform substrate.
[0019]
In addition, it is possible to adopt a configuration in which the number of layers is not uniform with respect to the length direction of the preform base material and is increased or decreased from the middle.
[0020]
The reinforcing fiber yarn is preferably carbon fiber, but is not limited thereto. When using carbon fiber, Said unidirectional textile substrate Reinforcing fiber The yarn is The number of filaments is more than 12,000 and less than 25,000 , Tensile modulus exceeds 280 GPa and is less than 500 GPa, and fracture strain energy is 53 MJ / m Three More carbon fiber The weft yarn has a fineness of more than 6 dtex and less than 70 dtex It is preferable.
[0021]
As a preferred embodiment, the warp yarn is a carbon fiber yarn, the fineness of the weft direction auxiliary yarn is more than 6 dtex and less than 70 dtex, and the density of the weft direction auxiliary yarn is 0.3 / cm. And less than 6.0 fibers / cm, and the basis weight of the carbon fiber is 100 g / m 2 Over 350g / m 2 The structure which is less than can be mentioned. Among them, the fineness of the weft direction auxiliary yarn is more than 15 dtex and less than 50 dtex, the density of the weft direction auxiliary yarn is more than 1.0 yarn / cm and less than 4.0 yarn / cm, and the weight of the carbon fiber is small. 180 g / m 2 Over 210g / m 2 It is preferable that it is less than.
[0022]
The particles preferably have a function of imparting interlayer toughness of fiber reinforced plastic and have a melting point or glass transition temperature of more than 50 ° C. and less than 150 ° C.
[0023]
Moreover, it is preferable that it is more than 2% and less than 20% with respect to the weight of the reinforcing fiber which comprises the said unidirectional textile base material as the adhesion amount of particle | grains.
[0024]
The present invention also provides a laminate in which a plurality of preform substrates as described above are laminated, and each preform substrate is laminated without any breaks over the entire surface of the laminate.
[0025]
In addition, the preform according to the present invention comprises a plurality of preform substrates as described above, and a woven fabric substrate and / or a preform substrate are bonded to each other.
[0026]
In this preform, it is preferable that the preform base material is laminated seamlessly over the entire surface of the preform.
[0027]
Further, the reinforcing fiber volume fraction Vpf in the preform is preferably more than 45% and less than 60%.
[0028]
Moreover, it is preferable that the gap | interval of the said reinforced fiber yarn which adjoins the unidirectional textile base material which comprises the said preform exceeds 0.1 mm and is less than 1.0 mm.
[0029]
The method for molding a fiber reinforced plastic according to the present invention includes laminating a predetermined number of the above-mentioned preform base materials on a molding die, or placing the above-mentioned preform base material laminate on a molding die, and placing the resin on the molding die. After placing the medium that diffuses in the direction, cover the whole with a bag film, and then reduce the pressure inside the bag film to diffuse the liquid thermosetting resin on one side of the laminated preform substrate. The method comprises impregnating a preform base material with a resin and curing.
[0030]
The fiber-reinforced plastic molding method according to the present invention includes the above-described preform laminated on a mold, a medium on which the resin is diffused in the surface direction is placed thereon, the whole is covered with a bag film, and then the bag The method is characterized in that the inside covered with the film is in a reduced pressure state, a liquid thermosetting resin is diffused on one side of the laminated preform, and the preform is impregnated with the resin and cured.
[0031]
In such a fiber-reinforced plastic molding method according to the present invention, the thermosetting resin is an epoxy resin, the resin and the mold and the preform substrate or preform are heated, and the resin viscosity is lowered to impregnate the resin. It is preferable to improve.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a unidirectional fabric base material 1 constituting a preform base material according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a unidirectional fabric base material 1 has reinforcing fiber yarns 2 arranged in the warp direction, and thin weft yarns 3 as transverse auxiliary yarns are alternately crossed with the warp yarns to adjoin each other. A flat structure is formed with a gap A formed between the fiber yarns. Particles 4 adhere to the surface of the unidirectional fabric, and a gap A is formed between adjacent reinforcing fiber yarns.
[0034]
FIG. 2 is a schematic perspective view showing another embodiment of the unidirectional textile substrate 1. In FIG. 2, a unidirectional fabric base 1 has reinforcing fiber yarns 2 that are not bent so that stress is concentrated, arranged in a sheet shape in parallel in one direction, and the reinforcing fiber yarns on both sides of the sheet surface. A thin weft thread 3 that intersects with the reinforcing fiber yarns and the warp direction auxiliary yarns 5 in parallel with the reinforcing fiber yarns form a woven structure to integrally hold the reinforcing fiber yarns. The unidirectional non-crimp fabric has particles 4 attached to the surface of the unidirectional non-crimp fabric, and a gap A is formed between adjacent reinforcing fiber yarns.
[0035]
As shown in FIGS. 1 and 2, the case where the reinforcing fiber yarns of the warp yarn and the weft yarn are integrated in a plain structure and a non-crimp structure as the unidirectional woven material forming the unidirectional woven base material has been described. There may be.
[0036]
The reinforcing fiber yarn used in the present invention is a multifilament yarn, and the type thereof is not particularly limited, and examples thereof include glass fiber, organic (polyaramid, PBO, PVA, PE, etc.) fiber or carbon fiber. . In particular, carbon fibers are excellent in specific strength and specific elastic modulus and excellent in water absorption resistance, and are therefore preferably used as aircraft structural materials and reinforcing fiber yarns for automobiles.
[0037]
Among these, when the carbon fiber is high toughness, the impact absorption energy of the fiber reinforced plastic to be molded becomes large, so that it can be applied as a primary structural material for aircraft. That is, the tensile modulus (E) measured in accordance with JIS-R-7601 is more than 280 GPa and less than 500 GPa, and the fracture strain energy (σ 2 / 2E, σ: tensile strength measured according to JIS-R-7601) is 53 MJ / m Three The above is preferable.
[0038]
When carbon fiber is used as the reinforcing fiber yarn, the number of filaments is preferably more than 12,000 and less than 25,000, and the yarn fineness is preferably more than 800 tex and less than 1,800 tex. Within such a range, there is an advantage that high-performance carbon fibers can be obtained relatively inexpensively because the form of the unidirectional woven fabric is stable and an appropriate gap is easily formed between adjacent yarns.
[0039]
Moreover, it is preferable that the reinforcing fiber yarn in the present invention is substantially untwisted from the viewpoint of the high reinforcing fiber volume ratio and the expression rate of mechanical properties of the molded composite material.
[0040]
The weft yarn used in the present invention is nylon 6 fiber, nylon 66 fiber, nylon 11 fiber, nylon 12 fiber, polyester fiber, polyaramid fiber, polyphenylene sulfide fiber, polyetherimide fiber, polyether sulfone fiber, polyketone fiber, polyether ketone. It is preferable that the weft is mainly composed of at least one selected from fibers, polyether ether ketone fibers and glass fibers. Of these, nylon 66 is preferred because it has good adhesion to the resin and a fine yarn can be obtained by stretching.
[0041]
In addition, the weft yarn of the unidirectional textile base material in the present invention is preferably a multifilament yarn. When it is a multifilament yarn, the fineness (diameter) of the filament single yarn can be reduced. When this is used in a substantially untwisted state, the weft yarn in the woven fabric is in a form in which filament single yarns are arranged in parallel without overlapping each other in the thickness direction, and the thickness of the weft yarn is reduced, Crimps due to crossing or crossing of reinforcing fiber yarns and weft yarns are reduced, and the straightness of the reinforcing fiber yarns is increased in the fiber reinforced plastic, resulting in high mechanical properties.
[0042]
From the same viewpoint, the thickness of the weft yarn is preferably as thin as possible, and the fineness of the weft yarn is preferably more than 6 dtex and less than 70 dtex. More preferably, it is more than 15 dtex and less than 50 dtex. Originally, in the present invention, the major role played by the weft yarn is to form a gap between adjacent reinforcing fiber yarns and to maintain the shape of the fabric substrate. A thick weft yarn is not preferable because the reinforcing fiber yarns are crimped in the fiber reinforced plastic and the straightness of the yarns is lowered.
[0043]
Further, the density of the weft yarn is preferably more than 0.3 / cm and less than 6.0 / cm, and more preferably more than 2.0 / cm and less than 4.0 / cm. If the density of the weft yarn is low, the fabric will come into contact with the rolls or guide bars during weaving or in the powder spraying process, resulting in disturbance of the weft yarn, and adjacent reinforcement that will become the resin flow path during vacuum bag molding It is not preferable because the gap between the fiber yarns is reduced and the impregnation property of the resin is deteriorated. Further, when the density of the weft yarn is increased, crimping of the reinforcing fiber yarn of the warp yarn is increased, the amount of the weft yarn fiber is increased, and the heat resistance of the fiber reinforced plastic is lowered by moisture absorption or the like, which is not preferable.
[0044]
In order to improve the adhesion with the resin, the weft used in the present invention removes the process oil adhering when spinning the fiber by scouring treatment, etc. It is preferable to set the dry heat shrinkage at 200 ° C. to 4% or less by heat treatment.
[0045]
Further, the warp auxiliary yarn in the non-crimp fabric of FIG. 2 prevents the expansion of the reinforcing fiber yarns arranged in the warp direction by the crossing of the warp auxiliary yarns and the weft yarns, and the interval between the adjacent reinforcing fiber yarns. Is to secure a resin flow path during vacuum bag molding. Also, in order to eliminate crimps due to the crossing of the weft yarns and the reinforcing fiber yarns, the reinforcing fiber yarns are arranged straight by crossing the weft yarns on both sides of the reinforcing fiber yarns and crossing the warp auxiliary yarns and the weft yarns. I will try to let you.
[0046]
The auxiliary yarn is preferably a glass fiber yarn that does not shrink due to particle adhesion or heating during molding. Further, since the auxiliary yarn has substantially no reinforcing effect on the fiber reinforced plastic, it is not necessary to make the auxiliary yarn so thick, and the fineness is preferably more than 100 dtex and less than 470 dtex. In addition, in order to ensure the resin flow path, it is possible to cover the auxiliary yarn and secure the resin flow path by twisting the covering yarn. The yarn used for the cover ring is nylon 6 fiber, nylon 66 fiber, nylon 11 fiber, nylon 12 fiber, polyester fiber, polyaramid fiber, polyphenylene sulfide fiber, polyetherimide fiber, polyether sulfone fiber, polyketone fiber, polyether ketone. Fiber, polyetheretherketone fiber, especially nylon 66 has good adhesion to the resin, and the fineness is more than 15 dtex and less than 50 dtex.
[0047]
The gap A between the reinforcing fiber yarns adjacent to each other in the woven fabric base in the preform base material is important for securing a resin flow path in the preform base material and the preform. The average interval between the reinforcing fiber yarns is preferably in the range of 0.1 to 1 mm. More preferably, it is 0.2-0.8 mm, More preferably, it is the range of 0.3-0.5 mm. Within such a range, the above-mentioned intra-layer flow path forming effect is sufficiently exhibited. Below that, it may not be fully expressed. On the other hand, if it is too wide, a large resin-rich portion is formed at the time of molding, which may lead to a decrease in the reinforcing fiber volume ratio, a decrease in mechanical properties (particularly fatigue strength), the occurrence of thermal cracks, and the like. In the measurement of the interval between the reinforcing fiber yarns, even if there is an auxiliary yarn between the reinforcing fiber yarns as in the case of a non-crimp fabric, the auxiliary yarn is thin and does not affect the resin flow so much. Measured.
[0048]
In addition, the gap A between adjacent reinforcing fiber yarns of the woven fabric base in the above was measured at 100 places using a measuring microscope capable of measuring with an accuracy of 0.01 mm, and the average value was taken as the gap value. . In addition, when it cannot measure with a measuring microscope, it can also measure with a stereomicroscope.
[0049]
The preferred range of the basis weight of the carbon fiber of the textile base material used in the present invention is 180 g / m. 2 Over 350g / m 2 Less, more preferably 180 g / m 2 Over 210g / m 2 Is less than.
[0050]
If the basis weight of the carbon fiber is too small, when obtaining a molded product having a predetermined thickness, the amount of fabric required is increased, the fabric manufacturing cost and the particle bonding cost are increased, and the number of layers is increased, resulting in a reduction in cost. I can not connect it. In addition, when the basis weight is increased, the gap between the yarns is reduced, and the thickness of the molded body is changed. Therefore, if the number of laminated fabric base materials is reduced from the middle, the change in thickness increases, and the reinforcing fiber yarn Since stress concentration may act on the cut part of the strip, it is not preferable.
[0051]
Although the particle | grains have adhere | attached on the textile fabric in the textile base material used by this invention, the amount of particle | grains exceeds 2% with respect to a reinforced fiber weight, and less than 20% is preferable. By adhering the particles in the above range, the reinforcing fiber yarns and weft yarns in the woven fabric and the auxiliary yarns in the non-crimp woven fabric are adhered to prevent the fabric from being misaligned and the form is stabilized. Furthermore, the adhesiveness of the textiles at the time of obtaining a preform base material and a preform by laminating the textile base materials is brought about.
[0052]
Moreover, the particle | grains of the said range play the role of a crack stopper in the fiber reinforced plastic obtained by laminating | stacking a textile base material. In particular, when the fiber reinforced plastic is subjected to an impact, it serves to suppress damage between the layers of the fabric, that is, to suppress the development of cracks, and the decrease in compressive strength after impact is reduced.
[0053]
When the amount of particles is 2% or less, a sufficient crack stopper effect cannot be obtained between the layers. Further, if the particle amount exceeds 20%, the volume ratio of the reinforcing fiber in the case of using fiber reinforced plastic becomes too small, and not only the mechanical properties are lowered, but also heating, pressurizing and preforming when bonding the particles. During heating and pressurization of the fiber densification treatment, particles are deformed to fill gaps in the yarn, and the flow path of the matrix resin may be crushed to impede impregnation, which is not preferable.
[0054]
Such particles may be adhered to the surface of the woven substrate, and may be adhered to one side of the woven substrate, or may be adhered to both sides. When manufacturing a textile base material at lower cost, the former is preferable.
[0055]
The smaller the average diameter of such particles (the average minor axis in the case of an ellipse), the more uniformly it can be dispersed on the surface of the woven fabric. Therefore, it is preferably 1 mm or less, more preferably 250 μm or less, and more preferably 50 μm. The following is more preferable.
[0056]
If the irregularities in the vertical direction are too large on the woven fabric surface of the particles adhered to the fabric substrate, the reinforcing fiber yarns located in contact with the surface may be bent. Is preferably in the range of 5 to 250 μm. More preferably, it is the range of 10-100 micrometers, More preferably, it is the range of 15-60 micrometers.
[0057]
The particles used in the present invention are heat-treated for adhesion of the particles to the fabric and high fiber density treatment of the preform. From the viewpoint of workability, the range of 50 to 150 ° C. The moth Having a lath transition temperature Is . More preferably, it is 70-140 degreeC, More preferably, it is the range of 90-120 degreeC.
[0058]
Here Uga Lass transition temperature Are measured from a differential scanning calorimeter (DSC), respectively. Ru Refers to the transition temperature to the lath state.
[0059]
The component of particle | grains will not be specifically limited if the handleability of a textile base material is improved and the mechanical property of the fiber reinforced plastic obtained using it is improved. The particles include various thermosetting resins and Heat Use plastic resin You The
[0060]
Use thermoplastic resin as main component of particles But, At least one selected from polyamide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyimide, polyamideimide, and phenoxy It is. Of these, polyamide, polyetherimide, polyphenylene ether, and polyether sulfone are particularly preferable.
[0061]
Of particles composed of the above thermosetting resin and thermoplastic resin. The thermoplastic resin is the main component of the particles, and the blending amount is preferably 70 to 100% by weight. More preferably, it is 75-97 weight%, More preferably, it is 80-95 weight%. Impact resistance when the blending amount is less than 70% by weight In It may be difficult to obtain excellent fiber reinforced plastic. Moreover, when a thermoplastic resin is the main component, the adhesion of the particles to the woven fabric and the bondability may be inferior. In this case, it is preferable to add a small amount of a tackifier, a plasticizer or the like to the particles.
[0062]
FIG. 3 is a schematic partially broken perspective view showing a preferred embodiment of the preform base 6 according to the present invention. The unidirectional textile base material 1 to which the particles 4 are adhered in order from the lower surface side in the figure. 1 Is in the + α ° direction of the length direction A of the preform substrate, 2 In the 90 ° direction, Three In the -α ° direction, Four Is in the direction of 0 °, the textile substrate 1 Five In the -α ° direction, 6 In the 90 ° direction, 7 In the + α ° direction, seven layers are cross-laminated so that particles exist between the respective layers, and these seven layers are stitched and integrated over the entire surface of the preform base material with stitch yarn 7 as an integration means. . The integration means is not limited to stitches, and the particles adhered to the textile substrate may be heated and spot-bonded in a spot shape to integrate them. In the case of lining up, the reinforcing fiber yarns on the concave side are locally bent because each layer does not slip.
[0063]
When the stitches are stitched together with stitch yarns, there is a degree of freedom for slippage between the respective layers. Therefore, the reinforcing fiber yarns are not locally bent even if they are along the curved surface. Examples of the stitch structure formed by the stitch thread in the stitching integration include single ring stitching and 1/1 tricot knitting. The stitching pitch of the stitch yarn with respect to the length direction of the preform base material is preferably more than 1 mm and less than 6 mm, and can be appropriately selected in consideration of the handleability and shapeability of the preform base material. Further, the stitching interval of the stitch yarn in the width direction of the preform substrate is preferably more than 2 mm and less than 40 mm. In addition, on the woven fabric base material used in the present invention, the particles are bonded, the reinforcing fiber yarns and the weft yarns are bonded, and the movement of the reinforcing fiber yarns is restricted, so to speak, it is in a state of being awakened. Therefore, when the stitch needles arranged linearly in the width direction on the fabric base material laminated in the 90 ° direction pierce the reinforcing fiber yarns in the 90 ° direction at a narrow interval, the reinforcing fiber at the portion where the needle has pierced Since the reinforcing fiber of the yarn may be broken, in such a case, the stitching interval may be larger than 10 mm and smaller than 40 mm, and the position of the reinforcing fiber yarn may slightly escape when the needle penetrates. preferable. It should be noted that if the interval between stitches exceeds 40 mm, the preform base material is not easily restrained by stitches, and the form becomes unstable.
[0064]
In addition, when the reinforcing fiber yarns in the 90 ° direction are damaged by the penetration of the needles, the arrangement of the needles is arranged in the width direction so that about one or two needles pierce the reinforcing fiber yarns in the 90 ° direction. May be arranged in an oblique direction.
[0065]
The stitch yarn used in the present invention is preferably a multifilament yarn, such as nylon 6 fiber, nylon 66 fiber, nylon 11 fiber, nylon 12 fiber, polyester fiber, polyaramid fiber, polyetherimide fiber, polyphenylene sulfide fiber, etc. Nylon 66 is preferable because it has good adhesion to the resin and a fine yarn can be obtained by stretching. The fineness of the stitch yarn is only required to be able to withstand yarn breakage at the time of stitch processing and to be integrated with stitches, and as small as possible. Preferably it is more than 14 decitex and less than 120 decitex. More preferably, it is more than 14 dtex and less than 85 dtex. If it is too thick, the stitch part becomes convex and not smooth fiber-reinforced plastics can be obtained, and the water absorption of the stitch yarn is large and the heat resistance is poor. In order to improve the adhesion of the stitch yarn used in the present invention to the resin, it is preferable to remove the process oil agent adhered at the time of spinning the fiber by a scouring treatment or the like.
[0066]
FIG. 3 illustrates a preform base material in which a unidirectional fabric base material is laminated on seven layers of a + α ° layer, a 90 ° layer, a −α ° layer, a 0 ° layer, a −α ° layer, a 90 ° layer, and a + α ° layer. However, the stacking angle and the number of stacked layers are not necessarily limited. For example, there are 9 layers such as 0 ° layer / + α ° layer / 0 ° layer / −α ° layer / 90 ° layer / −α ° layer / 0 ° layer / + α ° layer / 0 ° layer. It may be included.
[0067]
Moreover, although the said preform base material demonstrated the uniform lamination number of all 7 layers or 9 layers, even if the lamination number increases or decreases from the middle with respect to the length direction of a preform base material, Good. That is, the thickness of the structural material is not always constant. For example, the thickness of the skin material of an aircraft main wing skin material is gradually reduced in the length direction as it is separated from the fuselage. Therefore, when preparing a preform base material corresponding to the length of the main wing preform in advance, the −α ° layer, 90 ° layer, + α ° layer, and 0 ° layer are reduced one by one from the middle based on the structural design. It is possible to obtain a preform base material without any change in thickness. In particular, since the preform base material is multilayered, the preform base material with a uniform number of layers has been changed to a preform with a reduced number of preform base materials. Then, since the thickness of the preform base material per sheet is thick, the thickness changes suddenly, and stress concentration occurs at this sudden thickness change portion, resulting in a decrease in strength.
[0068]
Here, the bias angle α ° is preferably substantially 45 ° from the viewpoint of effectively laminating the preform base material in the length direction of the fiber-reinforced plastic structure and effectively performing shear reinforcement with the reinforcing fiber. The order of the lamination angle is not particularly limited, but the cracks between the layers of the fiber reinforced plastic due to the impact in the thickness direction of the laminate due to the anisotropy of the mechanical properties of each layer are made as small as possible. From the viewpoint of reducing the decrease in compressive strength, it is preferable that the intersection angle of the reinforcing fibers of adjacent layers is 45 °.
[0069]
In the present invention, the preform is a laminate in which a large number of preform base materials are laminated and the textile base material and the preforms are adhered to each other, and the preform base materials are laminated without being adhered. It is called.
[0070]
In addition, it is preferable that the preform base material is laminated on the entire surface of the preform seamlessly so that the cut portion of the reinforcing fiber yarn is not included in the preform base material laminate and the preform. For example, when forming a wide structure with a width of 5m to 8m, such as an aircraft main wing skin material, the width direction is preformed so that the 0 ° direction of the narrow preform substrate is the length direction of the main wing. Although the ends of the base material are overlapped and laminated, the weight of the overlapped portion increases and the intended weight reduction cannot be achieved, and reinforcing fiber yarns in the ± 45 ° direction and 90 ° direction are formed. It is not preferable because the stress is concentrated at the cut portion of the reinforcing fiber yarn and the strength is lowered. In addition, the laminate of the preform base material and the preform can be laminated so that the ends of the base material do not overlap with each other, but the ends of the base material are brought together. This is not preferable because the reinforcing fiber yarn in the direction is broken in the middle and stress concentration acts on the cut portion of the reinforcing fiber yarn, causing a decrease in strength.
[0071]
Therefore, in the case of a wide structure like the main wing, in order to prevent the overlap of the preform base and the insertion of the cut portion of the reinforcing fiber yarn, a wide preform base corresponding to the main wing width is used. It is preferable to laminate without breaks.
[0072]
Next, an example for producing such a preform substrate will be described.
For example, when preparing a preform base material laminated in seven layers of + α ° layer / 90 ° layer / −α ° layer / 0 ° layer / −α ° layer / 90 ° layer / + α ° layer, in the length direction Seven long woven fabric base rolls in which reinforcing fiber yarns are arranged and wound on a roll are prepared.
[0073]
Next, there is a belt in which pins are linearly implanted on both sides, and this belt moves to the stitch part and the winding part. Pull out while fixing the end of the fabric base material from the direction, hook it on the pin opposite to the roll installation side, and cut both ends of the fabric base material. Furthermore, while fixing the edge of the fabric base, pull it out so that there is no gap between the fabric base already pulled out and hooked on the pin, and so as not to overlap, the pin on the side opposite to the roll installation side The + α ° layer is formed by cutting both ends of the woven fabric substrate and repeating this process. Next, the fabric substrate is pulled out from the 90 ° direction, a 90 ° layer is formed on the + α ° layer that has already been formed, and a −α ° layer is formed on the + α ° layer / 90 ° layer in the same manner. . The 0 ° layer is supplied in parallel with the focus without being caught by the pin, reaches the stitch portion, and is temporarily trapped on the −α ° layer until the position is fixed, thereby forming the 0 ° layer. A needle is penetrated at the stitched part in a laminate of 7 layers in which -α ° layer, 90 ° layer, and + α ° layer are sequentially formed on + α ° layer / 90 ° layer / -α ° layer / 0 ° layer. Then, the preform base material of the present invention is produced by stitching and integrating with stitch yarns. In addition, the number of laminations is not uniform with respect to the length direction of the preform base material, and the preform base material that is increased or decreased from the middle is based on the structural design, -α ° layer, 90 ° layer from the middle, It is possible to manufacture by increasing or decreasing the supply of the + α ° layer and the 0 ° layer.
[0074]
Since the particles are bonded to the fabric base material used in the present invention, the reinforcing fiber yarns and the weft yarns are bonded in advance, and the movement of the reinforcing fiber yarns is restrained, so to speak, it is in a state of being awakened. The yarn arrangement is not disturbed when the preform substrate is produced. In addition, even in the case of a thin woven fabric, the shape of the woven fabric base material is stabilized by the adhesion of particles, and even when a wide preform base material is produced, wrinkles do not enter the woven fabric base material, and the quality is stable. A preform substrate can be produced.
[0075]
In forming, the laminate of the textile base is bulky due to sizing adhering to the reinforcing fiber yarns, entanglement of the reinforcing fibers, etc., so resin is injected into such a laminate by a vacuum bag forming method. However, since the pressure is small and the laminate cannot be sufficiently pressed, there are cases where the resin component is large, that is, the fiber reinforced plastic has a small volume content of reinforcing fibers. In such a case, for example, a preform in which a predetermined number of the preform substrates of the present invention are laminated is heated and pressurized to a temperature higher than the melting point or glass transition temperature of the particles to increase the fiber density, and the reinforcing fiber volume ratio in the preform It is preferable that Vpf is more than 45% and less than 60%. If it is 45% or less, the impregnation property of the resin by vacuum impregnation is good, but it becomes a fiber reinforced plastic with a small fiber volume content, the mechanical properties are also lowered, and it is difficult to achieve weight reduction of the structure. On the other hand, if it is 60% or more, the gaps between the yarns and the fibers become small and the resin does not flow easily.
[0076]
Here, the reinforcing fiber volume fraction Vpf indicates a value calculated by the following method.
Vpf = W1 / (ρ × T1) × 100 (%)
W1: Preform 1cm 2 Weight of reinforcing fiber per g (g / cm 2 )
ρ: density of reinforcing fiber (g / cm Three )
T1: Preform thickness measured in accordance with JIS 7602 under a load of 0.1 MPa (cm)
[0077]
It should be noted that the fiber volume content of the fiber reinforced plastic molded body obtained by molding the preform subjected to the high fiber densification treatment as described above is 52 to 62%, which is also applicable to aircraft structural materials such as main wing skin materials. The performance of fiber reinforced plastic can be fully demonstrated.
[0078]
In addition, because of the resin impregnation property, it is important that the gap between the reinforcing fiber yarns of the unidirectional fabric base material is secured in the preform base material. For example, a large number of preform base materials are laminated and bonded. Even in the preform before impregnating with the resin, it is not preferable that the gap between the yarns changes due to the fiber density increasing process of the preform to reduce the bulk, and it is not preferable that the gap becomes small. It is important that In the entire width of the woven fabric base material of the preform, the gap between the yarns of the woven fabric base material is preferably a substantially uniform gap of more than 0.1 mm and less than 1 mm. More preferably, it is in the range of more than 0.2 mm and less than 0.8 mm, more preferably more than 0.3 mm and less than 0.5 mm. Within such a range, the resin flows in the thickness direction of the preform and the preform is impregnated with the resin. If the gap is smaller than this, the viscosity of the resin will increase before the resin reaches the whole, or the resin will begin to harden, causing an unimpregnated portion of the resin, resulting in a defect and the molded body being rejected. In particular, if a large plastic structure such as a main wing is rejected, the economic damage will be enormous. Also, if the gap exceeds this range, the resin impregnation is good, but the reinforcing fiber yarns of the layer adjacent to this gap bite or drop during fiber densification treatment or molding, and the textile substrate, preform Although the reinforcing fiber yarns are straightly arranged in the state of the base material, the molded body is crimped (bent) due to the biting or dropping of the yarn into the gap, and the mechanical properties are deteriorated. Further, since the matrix resin enters the gap portion, the molded body becomes an excessive resin portion, and the excessive resin portion cracks due to fatigue or the like, which is not preferable. If the gap between the yarns is within this range, the resin flows through the gap to the next layer, the resin impregnation property is good, and a molded article having excellent mechanical properties can be obtained. It is. Moreover, it is preferable that a clearance gap is substantially uniform in the full width of a textile base material. If the gaps are non-uniform and large gaps are present sparsely, the resin from the gaps flows prior to other gaps, which is not preferable because an unimpregnated portion may be formed inside the preform.
[0079]
The preform base material, the laminate of the preform base material, and the preform can be used to form a fiber reinforced plastic by a conventionally known method. Among them, a resin transfer molding method or a vacuum bag molding method can be used. Is preferably used because a large molded product can be produced at low cost.
[0080]
Hereinafter, an embodiment of the method for producing the fiber-reinforced plastic of the present invention formed by vacuum bag molding using the preform of the present invention will be described.
[0081]
FIG. 4 is a cross-sectional view of one embodiment illustrating a method for molding fiber-reinforced plastic according to the present invention. In FIG. 4, a preform 9 is placed on a mold 8, a sheet that is peeled off after the resin is cured, a so-called peel ply 10 is laminated, and the resin is diffused over the entire surface of the preform. A medium 11 is placed. Around the preform, a large number of porous materials such as woven fabrics are laminated, and an edge breather 13 fitted with a vacuum pump air suction port 12 is stretched around. The whole is covered with a bag film 14, and air leaks. The periphery of the bag film is adhered to the mold with a sealing material 15 so that there is no possibility. A discharge port 17 for the resin injected from the resin tank is attached to the upper portion of the bag film, and is adhered with a sealing material 15 so that air does not leak from the attachment portion. The resin tank is filled with a syrup-like thermosetting resin at room temperature with a predetermined amount of a curing agent. Next, the preform covered with the bag film with the vacuum pump is brought into a reduced pressure state with a vacuum pressure of about 93310 to 101325 Pa, and then the valve 16 is released to inject the resin. The inside covered with the bag film is in a reduced pressure state, and the resin flow resistance in the surface direction of the medium is smaller than the thickness direction of the preform, so the resin first spreads over the entire surface of the medium and then in the thickness direction of the preform Impregnation proceeds. In this method, the distance that the resin must flow may be the thickness of the preform, so that the resin impregnation is completed very quickly. After the resin impregnation is completed, the valve 16 is closed and left at room temperature to cure the resin. After the resin is cured, the peel ply is peeled off, the medium and the bag film are removed, and the mold is removed from the mold to obtain a fiber reinforced plastic molded product.
[0082]
An example of the medium 11 used in the present invention is shown in FIG. The medium transmits the pressure reducing force in the bag to the preform and passes through the gap of the injected medium to spread the resin on the upper surface of the preform on the medium side. That is, when the resin is injected into the medium located between the bag film and the peel ply, in FIG. 5, the injected resin flows in the direction of the bar 18 through the gap between the X groups of bars 18 in contact with the bag film. Since the gap between the bars 19 having a rectangular cross section flows in the direction of the bar 19, the resin diffuses in all directions. Further, since the force applied to the bar 17 can be transmitted to the bar 18, the decompression force can be transmitted to the preform. As a specific medium, a mesh-like sheet made of polypropylene, polyethylene, polyester, polyvinyl chloride or metal is used. For example, it is a mesh-like resin film, a woven fabric, a net-like material, a knitted material, and the like, and several of these can be used as necessary.
[0083]
In addition, although the fiber material demonstrated the preform in the above, the laminated body of the preform base material which laminated | stacked many preform base materials and preform base materials said by this invention may be sufficient.
[0084]
The molding method described above largely falls within the category of vacuum bag molding method, but the conventional vacuum bag molding is performed in that resin is diffused to the entire surface of the preform substrate laminate or preform simultaneously with resin injection. Unlike the method, it is particularly suitable for molding large fiber-reinforced plastic molded products.
[0085]
The peel ply used in the molding method of the present invention is a sheet that is peeled off and removed from the fiber reinforced plastic after the resin is cured, but it is necessary to allow the resin to pass through, and the nylon fiber fabric, polyester fiber fabric, glass A fiber fabric or the like is used. Nylon fiber woven fabrics and polyester fiber woven fabrics are preferably used because they are inexpensive. However, in order to prevent oils and sizing agents used in manufacturing these fabrics from being mixed into the resin of fiber reinforced plastic, scouring is performed. In order to prevent shrinkage due to heating during curing, it is preferable to use a heat-set woven fabric.
[0086]
The edge breather used in the present invention needs to be able to pass air resin, and a nylon fiber fabric, a polyester fiber fabric, a glass fiber fabric, and a mat made of nylon fiber or polyester fiber can be used.
[0087]
The bag film used in the present invention needs to be airtight, and a nylon film, a polyester film, a PVC film, or the like can be used.
[0088]
In the molding method of the present invention, a thermosetting resin that is liquid at normal temperature, such as an epoxy resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, or an unsaturated polyester resin, is usually used. An epoxy resin is preferably used in order to obtain a highly fiber-reinforced plastic. When the resin viscosity of the epoxy resin is small, the heat resistance generally deteriorates. Therefore, even when the resin viscosity is slightly high at room temperature, the mold temperature at the time of injection, the viscosity of the preform and the resin are preferably 70 to 100 ° C. The viscosity of the injected resin is preferably lowered so that the resin viscosity is 200 mPa · s or less. Subsequently, it is preferable that after resin injection, primary curing is performed at about 130 ° C., polymerization of the epoxy resin is advanced to at least a gel state, and then secondary curing is performed at a high temperature of about 180 ° C. By this method, it is possible to mold a fiber-reinforced plastic that has good resin impregnation, excellent heat resistance, and excellent mechanical properties such as toughness, strength, and elastic modulus.
[0089]
The scope of application of the fiber-reinforced plastic molded body obtained by the present invention is not particularly limited, but is suitable as a primary structural member of an aircraft such as an aircraft main wing (skin, stringer), floor support, fuselage, horizontal tail or vertical tail. Used.
[0090]
【Example】
Example 1
Reinforced fiber yarns with 24,000 filaments, yarn fineness of 1,030 tex, tensile strength of 5.8 GPa, tensile elastic modulus of 290 GPa, sizing adhesion of 0.5% by weight, and number of twists In this case, a 17-dtex nylon 66 filament yarn obtained by scouring a glass fiber yarn having a carbon fiber yarn of zero times as warp and a 22.5 dtex coupling agent as a warp auxiliary yarn is applied to the yarn. Covering yarn covered / coated at times / m, 17 decitex nylon 66 filament yarn with zero scouring twisted as weft yarn, carbon fiber yarn, auxiliary yarn warp density Are 1.84 pieces / cm, the weft density is 3 pieces / cm, and the carbon fiber basis weight is 190 g / m. 2 A unidirectional non-crimp fabric was prepared. 27 g / m of particles having an average diameter of 120 microns on the upper surface of the fabric 2 Was uniformly sprayed and adhered to the surface of the fabric by heating at 200 ° C. to prepare a fabric substrate.
[0091]
This fabric base material is laminated in the -45 ° direction, 90 ° direction, + 45 ° direction and 0 ° direction in succession, and 78 dtex nylon 66 filament yarn is used as the stitch yarn. A preform base material having a four-layer fabric base material was prepared so that the thickness was 10 mm and the pitch was 3 mm. As a result of the measurement, the gap between adjacent carbon fiber yarns of the woven fabric base constituting the preform base was 0.4 mm.
[0092]
Example 2
The preform base material was cut to be 50 cm in each of 0 ° direction and 90 ° direction, and 33 sheets were laminated while aligning the corners of the preform base material. This laminate was vacuum bagged with a film and subjected to a fiber densification treatment in an atmosphere at 80 ° C. for 1 hour to obtain a preform having a carbon fiber volume fraction Vpf of 49%. The gap between adjacent carbon fiber yarns in the preform was 0.35 mm, which was slightly narrowed by the fiber density increasing treatment.
[0093]
Example 3
Next, the mold in which the epoxy resin and the preform are set is heated to 80 ° C., the epoxy resin is injected for 1 hour, and then the resin is primarily cured at 130 ° C. for 2 hours, and then at 180 ° C. for 2 hours. After curing, vacuum bag molding was performed.
[0094]
The thickness of the fiber-reinforced plastic molding plate obtained is 25 mm and the volume content of carbon fiber is 55%. The resin is impregnated throughout the preform, and no voids are observed in the cross-sectional observation of the microscope. It was in a state where it could be used as a structural material.
[0095]
Comparative Example 1
Using the same carbon fiber yarn as in Example 1, it was attached to a support on a sheet arranged in parallel at a density of 1.84 pieces / cm, and the carbon fiber basis weight was 190 g / m. 2 A unidirectional sheet was prepared. In addition, a support body is a mesh-like thing with the space | interval of 10 mm in the vertical direction and the weft direction to which the adhesive adhered to the glass fiber 22.5 decitex glass fiber yarn.
[0096]
Next, a comparative preform substrate was produced using the sheet under the same conditions as in the example. There was no gap between adjacent carbon fiber yarns of the unidirectional sheet constituting the comparative preform substrate, and it was 0 mm.
[0097]
Comparative Example 2
A preform that had been subjected to a fiber densification treatment by the same method as in Example 2 was produced. There was no gap between adjacent carbon fiber yarns in the preform, and it was 0 mm.
[0098]
Comparative Example 3
Next, a bag was formed by the same method as in Example 3. The bag film, peel ply, and resin diffusion medium were peeled off, and the molded body was observed. As a result, the resin was impregnated only in the preform of about 1 mm on the resin diffusion medium side, and the molded body to be impregnated with resin was completely free for 24 mm. The resin was not impregnated.
[0099]
The resulting fiber reinforced plastic molded plate was not impregnated with resin and was not in a very usable state as a structure.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following various effects can be obtained.
(1) The preform base material of the present invention comprises a unidirectional woven base material in which reinforcing fiber yarns are arranged in parallel to each other in the length direction and particles are bonded to at least one side, and the unidirectional woven base material Since a large number of sheets are cross-laminated and integrated by an integration means, a preform produced by laminating them in multiple layers can be manufactured at a low cost and with high productivity by greatly reducing the number of laminations.
[0101]
In addition, since the impregnation of the resin is good, it is possible to completely impregnate even a thick molded body, and there are particles between the fabrics, and a unidirectional fabric with a small crimp of reinforcing fiber yarn is used. Thus, a fiber-reinforced plastic molded article having excellent impact fracture toughness and excellent mechanical properties such as tensile strength, tensile elastic modulus, compressive strength, and compressive elastic modulus can be obtained.
[0102]
(2) In the preform and the laminate of the preform base material of the present invention, the preform base material is laminated seamlessly on the entire surface, so that the cut portion of the reinforcing fiber yarn does not exist in the preform and the laminate body. , A large molded article having excellent tensile strength and compressive strength can be obtained.
[0103]
(3) In the preform of the present invention, a predetermined number of preform substrates are laminated, and the woven fabric substrate and the preforms are bonded to each other. The reinforcing fiber volume fraction Vpf in the preform exceeds 45% and less than 60%. Therefore, it is possible to obtain a molded article with good resin impregnation and a high fiber volume content.
[0104]
(4) In the molding method of the present invention, a laminate of a preform base material and a preform are laminated on a mold, a medium for diffusing the resin in the surface direction is placed thereon, and then the whole is covered with a bag film, The fiber reinforced fiber is characterized in that the interior covered with a bag film is decompressed, a liquid thermosetting resin is diffused on one side of the laminate and preform, and the laminate and preform are impregnated and cured. Since it is a plastic molding method, a large molded article can be produced at a low cost, and a molded article without voids can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a unidirectional textile substrate constituting a preform substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of a unidirectional textile substrate constituting a preform substrate according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic partially broken perspective view showing a preferred embodiment of a preform base material according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view in one embodiment illustrating a method for molding a fiber reinforced plastic according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing one embodiment of a resin diffusion medium used in the molding method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Unidirectional textile substrate
1 1 Unidirectional textile substrate (+ α ° direction with respect to the length direction a of the preform substrate)
1 2 Unidirectional textile substrate (90 ° direction with respect to the length of the preform substrate)
1 Three Unidirectional textile substrate (-α ° direction with respect to the length direction a of the preform substrate)
1 Four Unidirectional fabric base (0 ° to the length of the preform base)
1 Five Unidirectional textile substrate (-α ° direction with respect to the length direction a of the preform substrate)
1 6 Unidirectional textile substrate (90 ° direction with respect to the length of the preform substrate)
1 7 Unidirectional textile substrate (+ α ° direction with respect to the length direction a of the preform substrate)
2 Reinforcing fiber yarn
3 Weft
4 particles
5 Warp direction auxiliary thread
6 Preform base material
7 Stitch yarn
8 Mold
9 Preform
10 peel ply
11 Resin diffusion media
12 Air suction port
13 Edge Breather
14 Bag film
15 Sealing material
16 Valve
17 Resin outlet
18 X Group Bar
19 Y group bar
A Clearance between reinforcing fiber yarns
A Length direction of preform substrate

Claims (18)

強化繊維糸条が長さ方向に互いに並行に、かつ、隣り合う前記強化繊維糸条の間隙が織物の全幅において、0.1mmを超え1.0mm未満のほぼ均一な間隙で配列し、少なくとも片面に、主成分を熱可塑性樹脂、副成分を熱硬化性樹脂とし、前記熱可塑性樹脂がポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシから選ばれる少なくとも1種であり、50〜150℃のガラス転移温度である粒子が接着してなる一方向織物基材からなり、前記一方向織物基材が多数枚交差積層され、一体化手段により一体化されている、プリフォーム基材。The reinforcing fiber yarns are arranged in parallel with each other in the length direction , and the gaps between the adjacent reinforcing fiber yarns are arranged with a substantially uniform gap of more than 0.1 mm and less than 1.0 mm over the entire width of the woven fabric. , the main component and a thermoplastic resin, the secondary component and a thermosetting resin, at least the thermoplastic resin is polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyimide, polyamideimide, selected from phenoxy 1 a seed, made from one textile substrate particles is the glass transition temperature of 50 to 150 ° C. is adhered, the unidirectional fabric substrate is a large number of sheets cross-laminated, that have been integrated by integrating means , Preform substrate. 前記一方向織物は、応力が集中するような屈曲を有しない強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる糸条群のシート面の両側に強化繊維糸条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、強化繊維糸条と並行するたて方向補助糸群とが織組織をなして糸条群を一体に保持してなる一方向ノンクリンプ織物である、請求項1に記載のプリフォーム基材。The unidirectional woven fabric intersects the reinforcing fiber yarns on both sides of the sheet surface of the yarn group in which the reinforcing fiber yarns that are not bent so as to concentrate stress are parallel to each other in one direction and in a sheet shape. This is a unidirectional non-crimp fabric in which weft-direction auxiliary yarn groups are located, and the weft-direction auxiliary yarn groups and the warp-direction auxiliary yarn groups parallel to the reinforcing fiber yarns form a woven structure to hold the yarn groups together. The preform substrate according to claim 1 . 前記一体化手段が前記織物基材に接着させた粒子を加熱しスポット状に点接着させるものである、請求項1または2に記載のプリフォーム基材。The preform base material according to claim 1 or 2, wherein the integration means heats the particles adhered to the textile base material to cause spot adhesion in a spot shape. 前記一体化手段がステッチである、請求項1または2に記載のプリフォーム基材。Said integrated means Ru stitch der, preform substrate according to claim 1 or 2. 前記交差積層角度がプリフォーム基材の長さ方向に対して少なくとも0゜層を含むものである、請求項1〜4のいずれかに記載のプリフォーム基材。The preform substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the cross lamination angle includes at least a 0 ° layer with respect to a length direction of the preform substrate. 前記交差積層角度がプリフォーム基材の長さ方向に対して少なくとも+α゜層、−α゜層の2方向を含むものである、請求項1〜5のいずれかに記載のプリフォーム基材。The preform substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein the cross lamination angle includes at least two directions of a + α ° layer and a -α ° layer with respect to a length direction of the preform substrate. プリフォーム基材の長さ方向に対して積層数が一様ではなく、途中から増加または減少している、請求項1〜6のいずれかに記載のプリフォーム基材。Number of laminated layers are not uniform with respect to the longitudinal direction of the preform substrate, that has increased or decreased from the middle, preform substrate according to any one of claims 1 to 6. 一方向織物基材の前記強化繊維糸条が、フイラメント数が12,000本を超え25,000本未満であり、引張弾性率が280GPaを超え500GPa未満であり、かつ破壊歪みエネルギーが53MJ/m 3 以上の炭素繊維であり、よこ糸が、6デシテックスを超え70デシテックス未満の繊度である、請求項1〜7のいずれかに記載のプリフォーム基材。 The reinforcing fiber yarn of the unidirectional fabric base has a filament number of more than 12,000 and less than 25,000, a tensile elastic modulus of more than 280 GPa and less than 500 GPa, and a fracture strain energy of 53 MJ / m. The preform substrate according to any one of claims 1 to 7 , which is a carbon fiber of 3 or more , and the weft yarn has a fineness of more than 6 dtex and less than 70 dtex . 前記一方向織物基材はたて糸が炭素繊維糸条であり、よこ方向補助糸の繊度が6デシテックスを超え70デシテックス未満であり、よこ方向補助糸の密度が0.3本/cmを超え6.0本/cm未満であり、かつ炭素繊維の目付が100g/m2を超え350g/m2未満である、請求項8に記載のプリフォーム基材。5. The unidirectional woven fabric base material is a carbon fiber yarn, the fineness of the weft direction auxiliary yarn is more than 6 dtex and less than 70 dtex, and the density of the weft direction auxiliary yarn is more than 0.3 / cm. 0 lines / less than cm, and the basis weight of the carbon fibers Ru der less than 350 g / m 2 exceed 100 g / m 2, preform substrate of claim 8. 前記粒子は、繊維強化プラスチックの層間靱性付与機能を有しガラス転移温度が50℃を超え150℃未満である、請求項1〜9のいずれかに記載のプリフォーム基材。The preform substrate according to any one of claims 1 to 9, wherein the particles have a function of imparting interlayer toughness of a fiber reinforced plastic and have a glass transition temperature of more than 50 ° C and less than 150 ° C. 前記粒子の付着量が前記一方向織物基材を構成する強化繊維の重量に対して2%を超え20%未満である、請求項1〜10のいずれかに記載のプリフォーム基材。Wherein Ru less than 20% der exceed 2% by weight of reinforcing fibers attached amount constituting the unidirectional fabric substrate particles, preform substrate according to any of claims 1-10. 請求項1〜11のいずれかに記載のプリフォーム基材が複数枚数積層され、各プリフォーム基材が積層体の全面にわたって切れ目なく積層されている、積層体。Claim 1 preform substrate according to any one of the 11 is more number of lamination, that each preform substrate has been laminated seamlessly over the whole surface of the laminate, the laminate. 請求項1〜11のいずれかに記載のプリフォーム基材が複数枚数積層され、織物基材および/またはプリフォーム基材同士が接着されている、プリフォーム。According preform substrate according to any one of claim 1 to 11 is more number of lamination, between the textile substrate and / or the preform substrate that are bonded preform. 前記プリフォーム基材が、プリフォームの全面にわたって切れ目なく積層されている、請求項13に記載のプリフォーム。The preform substrate, that have been stacked seamlessly over the entire surface of the preform, the preform of claim 13. プリフォームにおける強化繊維体積率Vpfが45%を超え60%未満である、請求項13または14に記載のプリフォーム。Improvements in the preform fiber volume fraction Vpf is Ru less than 60% der exceed 45%, preform according to claim 13 or 14. 請求項1〜11のいずれかに記載のプリフォーム基材を所定枚数成形型に積層し、または請求項12に記載のプリフォーム基材の積層体を成形型に配置し、その上に樹脂を面方向に拡散する媒体を置いたのち、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減圧状態にし、積層されたプリフォーム基材の片面に液状の熱硬化性樹脂を拡散させ、プリフォーム基材に樹脂を含浸させて硬化させることを特徴とする、繊維強化プラスチックの成形方法。A preform base material according to any one of claims 1 to 11 is laminated on a predetermined number of molds, or a laminate of the preform base material according to claim 12 is placed on a molding die, and a resin is placed thereon. After placing the medium that diffuses in the surface direction, cover the whole with a bag film, then reduce the pressure inside the bag film, and diffuse the liquid thermosetting resin on one side of the laminated preform substrate. A method for molding a fiber reinforced plastic, characterized in that a preform base material is impregnated with a resin and cured. 請求項1315のいずれかに記載のプリフォームを型に積層し、その上に樹脂を面方向に拡散する媒体を置いたのち、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減圧状態にし、積層されたプリフォームの片面に液状の熱硬化性樹脂を拡散させ、プリフォームに樹脂を含浸させて硬化させることを特徴とする、繊維強化プラスチックの成形方法。The preform according to any one of claims 13 to 15 is laminated on a mold, and a medium for diffusing the resin in the surface direction is placed thereon, and then the whole is 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 decompressed, a liquid thermosetting resin is diffused on one side of a laminated preform, and the preform is impregnated with the resin and cured. 前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、樹脂ならびに型およびプリフォーム基材またはプリフォームを加熱し、樹脂粘度を下げて樹脂含浸性を向上させることを特徴とする、請求項16または17に記載の繊維強化プラスチックの成形方法。The thermosetting resin is an epoxy resin, heating the resin and mold and preform substrate or preform, is characterized by improving the resin impregnating ability to lower the resin viscosity, according to claim 16 or 17 Fiber reinforced plastic molding method.
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