JP4372384B2 - Preform manufacturing method - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/541Positioning reinforcements in a mould, e.g. using clamping means for the reinforcement

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、自動車や航空機などの強化炭素繊維とマトリクス樹脂とからなる繊維強化プラスチック(以下FRPと略称す)製部材のRTM(レジントランスファーモールディング)成形法において使用する強化繊維基材プリフォームの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、炭素繊維やガラス繊維を強化繊維とするCFRPは、軽量、高耐久性であることから、自動車や航空機などの各種構成部材として理想的な材料であり、その成形法としては、強化繊維と高靱性のエポキシ樹脂からなる、厚さ数十〜数百ミクロンのプリプレグを一枚一枚積み重ねた積層体をオートクレーブ(圧力釜)中で加圧、加熱して硬化させる、いわゆるオートクレーブ成形法が一般的である。しかしながら、プリプレグは、強化繊維の周りに樹脂が含浸されていることから、繊維は樹脂で固定された状態にあるため、プリプレグを変形させることは困難であり、プリプレグを所定の3次元形状に賦形できないという問題があった。このため、凹凸のある3次元形状を有するFRP製の航空機部材や自動車部材を製造するに際しては、数ミリの凹凸に対してもプリプレグを切断、オーバーラップさせて、パッチ状に継ぎ接ぎするという製造法をとらざるをえず、このため、プリプレグからなる部材は、予想以上に高重量となるばかりでなく、継ぎ接ぎ部分の安全率を大きくとる必要性も生じて、FRPが適用できる航空機部材や自動車部材部材は、比較的平坦な形状に限られるという制約が生じていた。
【0003】
さらに、プリプレグにおいては、硬化剤は予め樹脂中に混入されていて、室温でも反応が徐々に進行していくため、プリプレグ樹脂の硬化反応を遅らせるためにプリプレグを冷凍庫に保管して、使用する度に、一々、解凍工程を設けるという非経済的な側面があった。
【0004】
このようなプリプレグ成形における問題を解決するFRPの製造方法として、アメリカ特許第5281388号明細書に記載されているような、RTM(レジントランスファーモールディング)法と称される成形法が注目されはじめており、長さが10m以上の複雑のFRP構造体が実用化されつつある。
【0005】
本製造方法は、プリフォームと呼ばれる予め所定の形状に賦形された、樹脂が完全に含浸していない、いわゆるドライの連続繊維織物からなる強化繊維基材を型上に配置し、全体をバグフィルムや金型で覆った後、バグフィルム内、あるいは金型内部を真空状態にして、樹脂を注入して、前記プリフォームに樹脂を拡散、含浸させるというものであり、アメリカ特許第5427725号明細書には、タッキファイアーを使った半硬化状態のプリフォームに関する技術が開示されている。
【0006】
RTM成形においては、このようにプリフォームを使用するため、プリプレグという粘着性のある材料を切断するという工程が不要なため、軽量かつ、経済的なFRP部材の製造が可能となる。
【0007】
しかしながら、プリフォームの製造には、繊維状や布帛状といった1次元、あるいは2次元の強化繊維基材を所定の3次元形状に賦形する工程が必要であり、本賦形工程をいかに正確、かつ、効率よく製造できるか、自動化が可能であるかが、RTM成形の将来性を左右する最大の課題となっている。
【0008】
通常、該賦形工程はクロスなどの強化繊維基材を手作業で裁断して手作業で変形させたり、クロスを継ぎ接ぎしたりすることが行われるが、経済性向上を狙って、上型と下型からなる成形型の間に強化繊維基材を配置し、直接、上下両型の間で挟み込んで、型の閉じる力で強引に強化繊維基材を賦形して、両型内に樹脂を注入する自動成形法が試みられているようである。しかしながら、このような賦形法では、強化繊維基材は型内で千切れたり、はさまったりして、再現性のあるプリフォーム、しいては、信頼性の高いFRP成形物が得られていないのが実状である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかるFRP成形技術の背景に鑑み、軽量かつ高い信頼性を有する航空機や自動車などのFRP部材の成形方法、特に、RTM成形に用いるのに好適な3次元形状を有するプリフォームを、高精度、かつ自動的に製造することのできるプリフォームの製造方法、および本方法により製造されるプリフォーム、および該プリフォームを使って製造されるFRP成形体を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用するものである。すなわち、
(1)3次元形状を有する賦形型を使用して強化繊維基材を該3次元形状に賦形するプリフォームの製造方法において、前記強化繊維基材は少なくとも連続繊維からなり、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達させて該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊維基材が前記3次元形状に賦形させるのに十分な時間振動させて、前記強化繊維基材を3次元形状に賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。
【0011】
(2)前記振動体が強化基材と直接接触するものであることを特徴とする前記(1)に記載のプリフォームの製造方法。
【0012】
(3)前記強化繊維基材に固着剤が賦与されており、前記3次元形状に賦形させる温度が固着剤のガラス転移温度以上であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のプリフォームの製造方法。
【0013】
(4)前記強化繊維基材に固着剤が賦与され、強化繊維基材を構成する強化繊維同士が結合して強化繊維基材が固定または仮固定されており、振動体によって振動させる振幅が、固着剤による強化繊維同士の結合を切る振幅以上であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0014】
(5)前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振動の開始時間および/または終了時間に差をもたせたことを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0015】
(6)前記強化繊維基材の周囲の一部または全部が、変形抵抗を有するように固定されていることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0016】
(7)前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振幅および/または振動数を異ならせたことを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0019】
(8)前記振動体を、製造途中で、一次的におよび/または完全に停止させることを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0020】
(9)前記振動体の振動数、および振幅を変化させることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0021】
(10)前記プリフォームの製造工程中および/または製造工程後に固着剤を賦与し、プリフォームの形態を安定化させることを特徴とする前記(1)〜(9)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0022】
(11)前記強化繊維基材が、無機繊維からなることを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明のプリフォームの製造方法は、例えば、図1に示すように、賦形したい凹凸のある所定の3次元形状を有する賦形型1の上に、RTM成形品(FRP)の強化繊維となる布帛状などの強化繊維基材2を配し、該強化繊維基材2に振動体3からの振動を直接あるいは間接的に強化繊維基材2に伝達させて、強化繊維基材2を構成する強化繊維が移動しやすくなる状態にしながら、賦形冶具4により繊維基材2を賦形型1の方向に押しつけて、強化繊維基材2を所定の3次元形状に賦形する方法である。
【0026】
例えば、クロス状の強化繊維基材を振動させることなく、押しつける力だけで賦形型と賦形冶具の間で賦形しようとすると、クロスを構成する強化繊維束同士の摩擦抵抗により、移動を必要とする強化繊維以外の繊維も移動してしまい、いわゆる目ズレや皺といった欠点が発生しやすい。
【0027】
この欠点はRTM成形後も成形体(コンポジット)中に残り、クラック発生の起点となるなど物性低下の源となる。さらには、凹凸のあるコーナー部分などで強化繊維が千切れたり、段差部分でブリッジングを起こして(つぱって)しまい、所定の形状に賦形できない。
【0028】
しかしながら、本発明においては、強化繊維基材中の繊維は振動しているため、強化繊維同士は、互いに接触と非接触を繰り返しているため、繊維間の摩擦が小さく、わずかな押しつけ力で繊維は移動、滑ることが可能であり、千切れたり、つぱったりせずに、移動を必要とする繊維だけを必要量、必要な方向に移動させて、所定の形状に賦形が可能となる。すなわち、図2に示すような台形断面(凸型)状の賦形型1上で平織りクロスからなる強化繊維基材2を該賦形型形状に賦形する場合、クロスを構成する縦糸と横糸のうち、凸型部分に跨る縦糸5と横糸6のみが、凸型部の高さに応じた量だけ移動させることができれば、皺や目ズレが発生せずに、台形状の賦形、台形状のプリフォームの製造が可能となる。
【0029】
図1では、賦形型に強化繊維基材を押しつける手段として、賦形冶具4を使用した例を示したが、本発明のコンセプトである強化繊維基材2が振動しておれば賦形は十分可能であり、賦形冶具4の代わりに、面状の賦形型で強化繊維基材を賦形型1に押しつけても、振動体3自体で強化繊維基材2を賦形型1に押しつけても差し支えない。また、押しつけは、賦形治具4ではなく、賦形型1側から空気吸引するなどして強化繊維基材2を賦形型1の方向に引き寄せても差し支えない。
【0030】
振動体3は、後述するように、強化繊維基材2を振動させる役割を果たすものであり、直接強化繊維基材2に接触して振動させても、冶具などを介して間接的に振動を伝達しても差し支えない。接触の仕方としては、振動体と点で接触しても、面で接触しても本発明の主旨に影響するものではない。さらに、振動は、強化繊維基材2の上方から入力しても、側方から入力させても差し支えない。また、振動させる個所は、1個所であっても、複数個所であっても本発明の主旨に影響するものではない。
【0031】
本発明では、強化繊維基材中の繊維を振動させるので、アメリカ特許第5427725号明細書に記載されているタッキファイアーや、目止め剤、集束剤、サイジング剤などと呼ばれる基材の形態を安定させたり、樹脂との接着性を向上させる等の目的で繊維に付与されている高分子材料等からなる固着剤が付着していても、十分に長い時間振動を与えながら、徐々に基材を変形させていくことで、皺や目ズレのない所定の形状に強化繊維基材を賦形することが可能となり、所定のプリフォームが得られる。
【0032】
上記したように、本発明の特徴的なことは、繊維が振動しているために、繊維の移動が基材に皺や目ズレなどを発生させないでプリフォーム化が可能ということにある。すなわち、単に押しつける力だけで賦形した場合、押しつけられた個所付近の繊維だけが移動して3次元形状に追従しようとするため、繊維量の収支があわず、繊維の欠落部分(いわゆる目抜け部)ができたり、皺が生じるが、本発明のように繊維が十分振動していると、押しつけた個所以外の、極端には基材の端部においても繊維が振動するため、押しつけた個所での繊維量の収支が合うように基材端部の繊維までが移動して、繊維の欠落(ヌケ)や皺を発生させることなく、3次元形状に賦形が可能となる。
【0033】
また、基材がタッキファイアー等で一部固定されているような場合でも、振動により該固定部が外れて、繊維が移動可能となる。
【0034】
後述するように、炭素繊維織物を3次元賦形したプリフォームは、凹凸のあるコーナー部分でもヌケや皺が発生せずに賦形できており(図6参照)、本発明の特徴が一目瞭然となっている。
【0035】
以下に、本発明のプリフォーム製造方法の望ましい実施の形態を、図1および図3を参照しながら詳述する。
【0036】
まず、賦形型1は、プリフォームを使ってFRPを成形する時に使用する成形型、すなわち、FRP部材になった場合の最終形状にほぼ近い3次元形状を有している。賦形型の材質は、強化繊維基材が押しつけられても大きく変形しないように、金属、木材、FRP、プラスチック、セラミック、ゴムなどの固体からなるものであることが好ましい。後述するように賦形したプリフォームをある程度固定する目的で、固着剤を付与する場合などを考慮すると、固着剤が付着しても離型が容易なように、賦形型面を、シリコンやポリエチレンなどのフィルム状物で覆ったり、シリコン系離型剤などの離型処理を施しても差し支えない。強化繊維基材が、複数枚の布帛などからなる等で厚さが数mmの場合は、後述する振動体の振幅を大きくする傾向にあるので、型はこの振動に耐え得るように頑丈構造にしておくことが好ましい。また、強化繊維基材の振動が型に伝達してくるので、振動で型が移動しないように高重量にしたり、ボルト等で床などに固定しておくことが好ましい。また、ゴムやフェライトなどの減衰材料を賦形型の周囲や底面に配して型の振動や移動を抑制しても差し支えない。
【0037】
型が金属やFRP製など高剛性材からなる場合には、型も強化繊維基材からの振動を受けて振動するので、型と強化繊維基材の摩擦抵抗が低下し、強化繊維基材は型上をより容易移動しやすくなり、強化繊維基材に皺など寄せないで、より精度良く、賦形することが可能となる。また、賦形型の最終形状は、強化繊維基材の賦形状況をチェックしながら、修正していく場合が多いので、形状修正のしやすい、スチールやアルミニウムなどの金属製、あるいは、木製のものが好ましい。
【0038】
さらに、強化繊維基材にバインダーなどの形態安定剤が付与されている場合などは、基材を熱風や赤外線などで加熱することも効果的であり、型材質は、加熱に耐えうる金属や耐熱樹脂としておくことが好ましい。この際、加熱温度は、非接触式の温度計でモニターが可能であり、加熱温度は、バインダーのガラス転移温度(いわゆるTg)以上であることが好ましい。
【0039】
次に、強化繊維基材2としては、最終部材のFRPの強化繊維の一部または全部となる、連続の繊維状であり、その形態は平織や綾織などのクロス、メッシュ、ニット、不織布、マットなどの布帛状物であってもよい。強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維を単体または、これらを併用して使用できるが、後述するように、基材をより効率よく振動させるためには、少なくとも無機繊維を強化基材中に使用することが好ましい。無機繊維の中でも、炭素繊維は、最も弾性率が高いため振動伝達しやすく、したがって、繊維同士が滑って、より移動しやすいので、最も好ましい強化繊維といえる。
【0040】
なお、布帛状物の中でも、クロス基材は、繊維が結束されていないために、織物を構成する、糸束(例えば、平織りの場合の縦糸)1本だけを、振動させることで、他の繊維(横糸や隣接する縦糸)を移動させることなく引き抜くことができるので、賦形時に皺やヌケを発生させることなく、賦形できる好ましい形態である。また、クロスは成形体全体をほぼ均一にカバーすることができる強化繊維基材であり、構造体用途に好適である。中でも、一方向織物と呼ばれるクロスは、プリプレグ並の強度、繊維含有率が得られるため、構造体には特に適する。
【0042】
さらに、強化繊維基材には、バインダーと呼ばれる熱硬化性あるいは熱可塑樹脂などの高分子からなる集束剤が、繊維のケバや基材の形態安定性を目的として付与されていても差し支えない。バインダーの付着量が多いと、後述する振動体の振幅を大きくしたり、基材の変形速度を遅くして、振動させる時間を十分長くして、徐々に基材を賦形していくことが効果的である。また、加熱することでバインダーを軟化させて変形を容易にしたり、逆に、冷却することで特定の個所の繊維の移動を抑制することも可能である。なお、加熱温度としては、前述したように、高分子からなるバインダーの場合、ガラス転移温度以上とすることが好ましい。また、賦形の速度は、皺やヌケが生じない程度の速度とすることが好ましい。
【0043】
なお、賦形後に、プリフォームの形状を固定するために、固着剤を付与することも好ましい。具体的には、アメリカ特許第5427725号などに記載の固着剤や、糊材料が使用できる。固着剤の選定の基準は、FRPのマトリックス樹脂の物性を低下させない材料を選ぶことであり、付着量も物性に影響しない範囲で、かつ、樹脂の流動抵抗を大きく増加させない範囲に限定することが好ましい。具体的には、付着量は10重量%以下が適切である。
【0044】
上記強化繊維基材は、単体であっても、複数の布帛状物を積み重ねたり、ステッチしたものであったりするが、継ぎ接ぎ状であっても差し支えない。
【0045】
上記強化繊維基材は、賦形型の上に配置するものであるが、必要な強化繊維基材の面積は、賦形型の表面積よりも大きくしておくことが重要である。好ましくは、賦形型の表面積の1.1〜1.5倍程度の大きさに裁断することが好ましい。また、賦形型の3次形状を展開した型紙を起こし、該型紙形状に糊代をつけた形状の強化繊維基材とすることも、材料収率を向上させることができて好ましい。なお、強化繊維基材の裁断は、自動機を使用すると、さらに、材料収率を向上させることが可能である。また、図4に示すように、賦形時に強化繊維基材2の周辺部に枠7を配して、繊維強化基材の周囲の一部または全部が、移動しないように固定することも好ましい。こうすることで、強化繊維基材2と枠7との間の摩擦で基材全体が面外に移動することを調整したり、移動させたくない繊維や基準線を固定する手段を講じることができる。また、傾斜した場合の重力や、風力などによる移動も抑制できる。枠7を使用する方法の代わりに、強化繊維基材の周辺部等を縫ったり、樹脂や、粘着テープなどで移動させたくない繊維やその周辺を固定して、賦形作業の効率、精度を向上させることも本発明の一形態である。
【0046】
次に、本発明の振動体3は、いわゆる加振機、振動子、バイブレーターと呼ばれるものなどが採用できるが、その振動が強化繊維基材を振動させることができるものであれば特に限定されるものではなく、電気式や、空気式のものが広く知られている。例えば、エクセン(株)の振動モーターKM25−2P、OH型、CH型、BH型、D25DS、D28FPや、OHT社の電動空圧工具「ターボラップ」などである。
【0047】
振動体の振動の伝達は、図3、図7に示すように、振動体3を強化繊維基材2に直接接触させても、振動体3と強化繊維基材2との間にフィルムやローラーなどを介して間接的に行っても差し支えない。直接、振動体と強化繊維基材を接触させると、振動減衰が抑制できるので、より大きな振動を強化繊維に伝達できて好ましい。複数の振動体を同時に使用したり、振動特性の異なる振動体を併用しても差し支えない。
【0048】
強化繊維基材は、振動体からの振動伝達により振動し、繊維束間および/または繊維単糸間が接触と非接触を繰り返す状態となるので、繊維束同士および/または繊維単糸同士の摩擦は極端に低下し、非接触状態では摩擦ゼロとなる。本状態で、強化繊維基材に賦形のための力を作用させると、強化繊維は他の繊維の拘束を受けずに移動、変形することができて、皺やツッパリのない賦形が可能となる。
【0049】
また、好ましい振動特性は、振幅が0.05〜3mmであり、振動数は、50〜2000Hzである。振幅が本範囲より小さいと賦形に要する時間が長くなり、本範囲より大きいと繊維の位置の精度コントロールが低下する可能性があるからである。強化繊維基材が固着材で固定、または仮固定されている場合には、振幅は固着剤による強化繊維同士の結合を切るに足る大きさとすることが好ましい。また、繊維の乱れの精度コントロールが不要な場合は極端に振幅を大きくしたり、振動させずに賦形すればよく、希望する精度に合わせて振幅と振動数を事前検討して決定することが好ましい。また、振動数は、本範囲より小さいと賦形時間が長くなるデメリットがあり、本範囲を超える範囲では強化繊維を傷める可能性があるからである。
【0050】
より具体的な振幅の決め方としては、図5に示すように、強化繊維基材2を傾斜のある型8上(図5は回転ドラムの1/4を想定して記載している)に固定し、繊維束一本に20〜100g程度の重り9を吊して、該繊維束を振動体の振幅を増大させながら振動させて、重りが自然に落下(移動)を開始する時点の振幅を求め、本振幅の1.1〜1.5倍の大きさの振幅を賦形時に作用させるというやり方が有効である。もちろん、本方法のような、事前検討を経ずに、直接賦形型上で振動数や振幅を調整して賦形条件を割り出しても差し支えない。
【0051】
賦形のための力としては、賦形型と同等の3次元形状を有する、いわゆる上下型、あるいは、左右型の一方であっても、賦形冶具と称する棒状や、ローラー状、あるいはヘラ状の押しつけ冶具であっても、振動体自体であっても、賦形型側から空気吸引したり、賦形型方向に風力を加えて強化繊維基材を賦形型に押しつけることができれば、いずれでも差し支えない。最も好ましいのは、振動体自体を賦形冶具とすることで、こうすることで、変形させたい個所に最も効率よく振動が伝達できるし、振動の大きさも振動体自体の振幅や振動数を調整することで制御しやすいからである。
【0052】
なお、賦形冶具は、強化繊維基材を一方向に単調に押しつけるだけではなく、押しつけ力に強弱をつけたり、左右にスライドさせたりして、不規則に押しつけることも好ましい賦形法である。最も好ましいのは、強化繊維を最も移動させたい個所に振動体を型に沿って移動させながら、強弱をつけて徐々に押しつける方法である。複数の治具を用いる場合、治具の押しつけ動作に時間差をつけると、繊維の移動がよりスムースに行えて、より良好な賦形が可能となり好ましい。また、複数の治具を用いる場合、治具ごとに、振動数や振幅を異なる値に適正に設定しても好ましい。
【0053】
振動体や賦形冶具は単一である必要はなく、複数の振動数や、振幅の異なる振動体を併用して、強化繊維基材に必要な繊維の移動量に見合ったものを選定、併用することが好ましい。また、振動体は、賦形中は、必ず振動している必要はなく、振動数や振幅を変化させたり、振動を停止させて、基材の移動を止める役割を果たさせても差し支えない。
【0054】
また、賦形冶具以外に、基材にピン止めしたり、糊などの粘着剤や固着剤を部分的に付与して、基材が移動や変形をしないようにしながら、賦形することも本発明の範囲内である。
【0055】
賦形が終わった強化繊維基材は、賦形型から外した後でも形態保持できるように、賦形後、賦形型上で固着剤を付与したり、加熱して熱固定(いわゆるヒートセット)しておくことが好ましい。ヒートセットには、基材中に熱可塑樹脂のパウダーや繊維状物を散布しておいて、それらの融点以上に基材を加熱した後、冷却しする方法などが挙げられる。もちろん固定する個所は、基材の全部である必要はなく、一部であっても差し支えない。凹凸のあるコーナー部を固定しておくと、プリフォームを多少手荒にハンドリングしても目ずれや目開きしにくく、好ましい固定法である。
【0056】
賦形されたプリフォームは、成形型内に配され、引き続く型内への樹脂注入により、プリフォーム内に樹脂が充填、硬化してコンポジットが完成する。本発明によるプリフォームは、形状が所定の形状をしているため、型内に配置した際、プリフォームが突っ張ることはなく、生産効率が向上する。また、目ずれや目あきがないために、コンポジットの表面が平滑で均一であるため、意匠性が良好であるばかりでなく、機械物性が安定するという、自動車部材や航空機部材などの高い信頼性を要求される部材に適した特徴を有する。
【0057】
なお、本プリフォームの賦形方法は、RTM成形に適するプリフォームの製造方法であるが、同一の手法は、部分含浸プリプレグと呼ばれる(WO−00/27632、WO−98/34979号公報を参照)、樹脂が一部に含浸しているプリプレグの一種においては、本振動賦形技術を適用することで、3次元形状に変形が可能となる。さらに、加熱手段を併用しての賦形は、通常のプリプレグにも適用が可能である。
【0058】
【実施例】
実施例1
予備検討として、炭素繊維(弾性率235GPa、強度5GPa)ストランド(単糸数12000本)を製織してなる平織りクロス(縦方向ストランド数5本/25mm、横方向ストランド数5本/25mm、目付200g/m2 )を縦糸方向が1000mm、横糸方向が300mmとなるように長方形状に切り出した強化繊維基材を直径0.9m、幅400mmの金属ドラム上に乗せて四隅を粘着テープで固定した。その後、クロス中央の縦方向ストランド一本に重さ30gの重りをつり下げ、該ストランドを振動体(OHT社の電動空圧工具「ターボラップ」)で、0.3mm、振動数250Hzで振動させたところ、該ストランドは横方向ストランドを移動、変形させずに抜き取れることを」確認した。 次に、上記クロスを段差20mmある凹部を有する賦形型上に配置し、振動体(OHT社の電動空圧工具「ターボラップ」)の5本先端に該賦形型の凹部形状をしたプラスチック製の賦形治具を取り付けて、振幅0.3mm、振動数15000rpmで振動させながら、速度2mm/minで治具により基材を賦形型に押しつけていったところ、基材は振動しながら移動、変形し、賦形治具を取り除いた後には、皺や目ズレなどの無い、綺麗な賦形型と同一形状の炭素繊維クロスプリフォームが得られた。
【0059】
次いで、該プリフォーム上に、ウレタン系の固着剤を1g/m2 スプレーで塗布して固定し、さらに樹脂流れのためのメディアとバグフイルムを被せて真空RTM成形(樹脂はビニルエステル樹脂)し、皺や目ズレのない良好な繊維強化複合材料が得られた。
【0060】
比較例1
実施例1の事前検討において、中央ストランドの重りの重さを10gずつ増加させていったところ、200gでストランドが下方に200mm移動した。この際、横方向ストランドも移動して、目ズレが発生した。
【0061】
さらに、炭素繊維クロスを賦形型上に置いて、振動数をゼロとした他は全て実施例1と同一にして賦形を行ったところ、コーナー部で皺と目ズレが発生した。また、実施例1と同一条件でRTM成形したところ、目ズレ部分には樹脂が含浸していない(樹脂がまわっていない)繊維強化複合材料が得られた。
【0062】
実施例2
実施例1と同じ炭素繊維クロス3枚を、縦糸方向が互いに45度の角度をなす方向(0°、45°、90°方向)に重ねた後、実施例1と同一の賦形型上に配置し、さらに、クロス端部を木枠で挟み込んで、実施例1と同一の振動体3本と2本の先端に、それぞれプラスチック製の賦形治具A、Bを取り付けて賦形をした。賦形治具Aの振動数は250Hz、振幅は0.4mm、賦形治具Bの振動数は850Hz、振幅は1.2mmとし、まず賦形治具Aを速度5mm/minで10秒間押しつけては10秒間離してを5回繰り返し、次いで、賦形治具Bは速度3mm/minで押しつける順番で賦形した。その結果、クロス3枚全てのストランドは、振動しながら移動し、皺や目ズレのない3枚重ねのプリフォームが得られた(図6)。
【0063】
実施例3
予備検討として、炭素繊維(弾性率235GPa、強度3.5GPa)ストランド(単糸数3000本)を製織してなる平織りクロス(縦方向ストランド数8本/25mm、横方向ストランド数8本/25mm、目付200g/m2 )にエポキシ系の固着剤(ガラス転移温度は70℃)を付与した繊維強化基材を、実施例1の事前検討と同様に、縦糸方向が1000mm、横糸方向が300mmとなるように長方形状に切り出し、直径0.9m、幅400mmの金属ドラム上に乗せて四隅を粘着テープで固定した。その後、クロス全体を赤外線ランプで80℃に加熱した後、中央の縦方向ストランド一本に重さ30gの重りをつり下げて、該ストランドを振動体(OHT社の電動空圧工具「ターボラップ」)で、0.2mm、振動数170Hzで振動させたところ、横方向ストランドを移動、変形させずに抜き取ることができた。
【0064】
上記炭素繊維クロスを実施例1と同一の賦形型上に配置し、赤外線ランプでクロスの表面温度が80℃となるまで加熱した他は実施例1と同様にして賦形治具で賦形したところ、目ズレのない良好なプリフォームが得られた。なお、本プリフォームは賦形後、赤外線ランプでの加熱を中止して、温度を室温まで戻したところ、手で取り扱っても目ズレしない形態安定性に優れる(少々手荒に扱っても型くずれしない)プリフォームであることがわかった。
【0065】
比較例2
実施例3において、赤外線ランプによる加熱は無しとした他は、実施例3と同様にして賦形を試みたところ、クロスは目ズレとブリッジング(ツッパリ)が生じて良好なプリフォームが得られなかった。
【0066】
確認のため、実施例3の予備検討において、赤外線ランプによる加熱を行わずに重りの重さを増加させてストランドの引き抜きを試みたところ、横方向ストランドを乱さずに引き抜くことは不可能であった。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリフォームの製造方法によれば、3次元形状のプリフォームをオートクレーブ等の高価な設備を使用することなく、RTM成形などの簡単な設備で、例えば航空機部材や自動車部材などの、高い信頼性を要求される構造部材を製造することが可能となり、しいては、輸送機器の軽量化による省エネルギー、環境改善に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプリフォーム製造方法の一実施態様例を示す概略図である。
【図2】本発明のプリフォーム製造方法の一実施態様例を示す斜視および平面図である。
【図3】本発明のプリフォーム製造方法の他の一実施態様例を示す概略図である。
【図4】本発明のプリフォーム製造方法のさらに他の一実施態様例を示す概略図である。
【図5】本発明の振動体の振動特性条件を定量化する方法の一例図である。
【図6】本発明の実施例2で製造した炭素繊維織物を3次元賦形したプリフォームの繊維の形状を示す写真図である。
【符号の説明】
1:賦形型
2:強化繊維基材
3:振動体
4:賦形治具
5:縦糸
6:横糸
7:枠
8:ドラム
9:重り
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reinforced fiber base preform used in an RTM (resin transfer molding) molding method of a fiber reinforced plastic (hereinafter abbreviated as FRP) member made of a reinforced carbon fiber and a matrix resin, such as an automobile or an aircraft. It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, CFRP using carbon fiber or glass fiber as a reinforcing fiber is lightweight and highly durable, so it is an ideal material for various components such as automobiles and airplanes. A so-called autoclave molding method, in which a laminate of tens of tens to hundreds of microns of prepreg, each of which is made of high toughness epoxy resin, is pressed and heated in an autoclave. It is common. However, since the prepreg is impregnated with resin around the reinforcing fibers, it is difficult to deform the prepreg because the fibers are fixed with the resin, and the prepreg is applied to a predetermined three-dimensional shape. There was a problem that it could not be shaped. For this reason, when manufacturing FRP aircraft and automobile parts having uneven three-dimensional shapes, a manufacturing method in which prepregs are cut and overlapped even with unevenness of several millimeters and joined in a patch shape. Therefore, a member made of a prepreg is not only heavier than expected, but also has a need to increase the safety factor of the joint portion, so that an aircraft member or an automobile member to which FRP can be applied. The member has a restriction that it is limited to a relatively flat shape.
[0003]
Furthermore, in the prepreg, the curing agent is mixed in the resin in advance, and the reaction gradually proceeds even at room temperature. Therefore, in order to delay the curing reaction of the prepreg resin, the prepreg is stored in a freezer and used every time. In addition, there was an uneconomical aspect of providing a thawing process.
[0004]
As a method for producing FRP that solves such problems in prepreg molding, a molding method called an RTM (resin transfer molding) method as described in US Pat. No. 5,281,388 has begun to attract attention. Complex FRP structures having a length of 10 m or more are being put into practical use.
[0005]
In this manufacturing method, a reinforced fiber base material made of a so-called dry continuous fiber woven fabric, which is pre-shaped into a predetermined shape and is not completely impregnated with resin, is placed on the mold, and the whole is a bug. After covering with a film or a mold, the bag film or the mold is evacuated, and a resin is injected to diffuse and impregnate the preform. US Pat. No. 5,427,725 The document discloses a technique related to a semi-cured preform using a tackifier.
[0006]
In RTM molding, since a preform is used in this way, a step of cutting an adhesive material called a prepreg is not required, so that a lightweight and economical FRP member can be manufactured.
[0007]
However, the production of a preform requires a process of shaping a one-dimensional or two-dimensional reinforcing fiber base such as a fiber or a fabric into a predetermined three-dimensional shape. And whether it can be manufactured efficiently or can be automated is the biggest issue affecting the future of RTM molding.
[0008]
Usually, the shaping process is performed by manually cutting a reinforcing fiber base material such as a cloth and deforming it manually or by joining the cloth together. A reinforcing fiber base is placed between the lower molds and directly sandwiched between the upper and lower molds. The reinforcing fiber base is forcibly shaped by the closing force of the mold, and the resin is placed in both molds. It seems that an automatic molding method for injecting sucrose has been attempted. However, in such a shaping method, the reinforcing fiber base material is torn or pinched in the mold, and a reproducible preform, or a highly reliable FRP molded product, is obtained. There is no actual situation.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In light of the background of such FRP molding technology, the present invention is a lightweight and highly reliable method for molding FRP members such as aircraft and automobiles, in particular, a preform having a three-dimensional shape suitable for use in RTM molding, The present invention provides a method for producing a preform that can be produced with high accuracy and automatically, a preform produced by the method, and an FRP molded article produced using the preform.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration. That is,
(1) In a preform manufacturing method in which a reinforcing fiber base is shaped into a three-dimensional shape using a shaping die having a three-dimensional shape. The reinforcing fiber base is composed of at least continuous fibers, The vibration of the vibrating body is transmitted to the reinforcing fiber base to vibrate the reinforcing fiber base, and at the same time, the reinforcing fiber base is vibrated for a time sufficient to shape the three-dimensional shape, thereby A method for producing a preform, comprising shaping a fiber substrate into a three-dimensional shape.
[0011]
(2) The method for manufacturing a preform according to (1), wherein the vibrating body is in direct contact with a reinforcing substrate.
[0012]
(3) In the above (1) or (2), a fixing agent is applied to the reinforcing fiber base material, and a temperature for forming the three-dimensional shape is equal to or higher than a glass transition temperature of the fixing agent. A method for producing the preform as described.
[0013]
(4) A sticking agent is applied to the reinforcing fiber base. The reinforcing fibers constituting the reinforcing fiber base are bonded to each other and the reinforcing fiber base is fixed or temporarily fixed. The amplitude to vibrate by the vibrating body is Reinforced fiber between The method for producing a preform according to any one of (1) to (3), wherein the amplitude is equal to or greater than an amplitude at which coupling is broken.
[0014]
(5) There are a plurality of locations where the reinforcing fiber substrate is vibrated, and at the plurality of locations, a difference is given to the vibration start time and / or end time. The preform manufacturing method in any one.
[0015]
(6) A part or all of the periphery of the reinforcing fiber base is fixed so as to have deformation resistance, and the preform according to any one of (1) to (5) is manufactured. Method.
[0016]
(7) There are a plurality of locations where the reinforcing fiber base is vibrated, and the amplitude and / or the frequency are varied at the plurality of locations, according to any one of (1) to (6), Method for manufacturing preform.
[0019]
(8) The vibrating body is temporarily and / or completely stopped during the manufacturing process. (7) The method for producing a preform according to any one of the above.
[0020]
(9) (1) to (1) above characterized in that the vibration frequency and amplitude of the vibrating body are changed. (8) The method for producing a preform according to any one of the above.
[0021]
(10) (1) to (1) above, wherein a sticking agent is applied during and / or after the preform manufacturing process to stabilize the form of the preform. (9) The method for producing a preform according to any one of the above.
[0022]
(11) The reinforcing fiber substrate is made of inorganic fibers (1) to (1) (10) The method for producing a preform according to any one of the above.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
For example, as shown in FIG. 1, the preform manufacturing method of the present invention includes a reinforcing fiber of an RTM molded product (FRP) on a shaping mold 1 having a predetermined three-dimensional shape with unevenness to be shaped. A reinforcing fiber base 2 such as a cloth shape is arranged, and vibrations from the vibrating body 3 are transmitted to the reinforcing fiber base 2 directly or indirectly to the reinforcing fiber base 2 to form the reinforcing fiber base 2 This is a method in which the reinforcing fiber base 2 is shaped into a predetermined three-dimensional shape by pressing the fiber base 2 in the direction of the shaping mold 1 with the shaping jig 4 while making the reinforcing fibers to be easily moved. .
[0026]
For example, when trying to shape between a shaping die and a shaping jig with only a pressing force without vibrating the cloth-like reinforcing fiber base material, the movement is caused by the frictional resistance between the reinforcing fiber bundles constituting the cloth. Fibers other than the necessary reinforcing fibers also move, and defects such as so-called misalignment and wrinkles are likely to occur.
[0027]
This defect remains in the molded body (composite) even after RTM molding, and becomes a source of deterioration of physical properties such as a starting point of crack generation. Furthermore, the reinforcing fibers are broken at the corners with unevenness, or bridging occurs at the stepped portions, and cannot be shaped into a predetermined shape.
[0028]
However, in the present invention, the fibers in the reinforcing fiber substrate vibrate so that the reinforcing fibers are in contact with each other. Not connected Because of the repeated touch, the friction between the fibers is small, and the fibers can move and slide with a slight pressing force. Then, it can be shaped into a predetermined shape by moving it in the required direction. That is, when the reinforcing fiber base 2 made of a plain weave cloth is shaped into the shaping mold shape on the shaping mold 1 having a trapezoidal cross section (convex shape) as shown in FIG. 2, the warp and weft constituting the cloth are formed. Of these, if only the warp 5 and the weft 6 straddling the convex part can be moved by an amount corresponding to the height of the convex part, trapezoidal shaping, A preform having a shape can be manufactured.
[0029]
FIG. 1 shows an example in which the shaping jig 4 is used as a means for pressing the reinforcing fiber base against the shaping mold. However, if the reinforcing fiber base 2 which is the concept of the present invention vibrates, the shaping is performed. Even if the reinforcing fiber base is pressed against the shaping mold 1 with a planar shaping mold instead of the shaping jig 4, the reinforcing fiber base 2 is changed to the shaping mold 1 with the vibrator 3 itself. It can be pressed. Further, the pressing may be performed by drawing the reinforcing fiber base 2 toward the shaping die 1 by sucking air from the shaping die 1 side instead of the shaping jig 4.
[0030]
As will be described later, the vibrating body 3 serves to vibrate the reinforcing fiber base 2, and even if it is in direct contact with the reinforcing fiber base 2 to vibrate, it vibrates indirectly via a jig or the like. It can be transmitted. As a way of contact, contact with the vibrating body by a point or a surface does not affect the gist of the present invention. Further, the vibration may be input from above the reinforcing fiber base 2 or may be input from the side. Moreover, even if the place to vibrate is one place or multiple places, it does not affect the gist of the present invention.
[0031]
In the present invention, since the fibers in the reinforcing fiber base are vibrated, the tackifier described in US Pat. No. 5,427,725, Agent, Sizing agent , Rhino A solid material made of a polymer material or the like applied to the fiber for the purpose of stabilizing the form of a base material called a ging agent or the like, or improving the adhesion to the resin. The dressing Even if it adheres, it is possible to shape the reinforcing fiber base into a predetermined shape without wrinkles or misalignment by gradually deforming the base while giving vibration for a sufficiently long time, A predetermined preform is obtained.
[0032]
As described above, the characteristic feature of the present invention is that, since the fiber vibrates, the movement of the fiber can be preformed without generating wrinkles or misalignment on the substrate. That is, when shaping is performed only with the pressing force, only the fibers near the pressed portion move and follow the three-dimensional shape, so there is no balance in the amount of fibers, and the missing portions of the fibers (so-called voids) Part) or wrinkles occur, but if the fiber is sufficiently vibrated as in the present invention, the fiber vibrates at the end of the base material other than the pressed part. The fibers at the end of the base material are moved so that the balance of the amount of fibers is matched, and shaping into a three-dimensional shape can be performed without generating missing fibers or wrinkles.
[0033]
Further, even when the substrate is partially fixed with a tackifier or the like, the fixed portion is detached by vibration, and the fibers can move.
[0034]
As will be described later, the preform formed by three-dimensionally shaping the carbon fiber fabric can be shaped without any scumming or wrinkles even at the corners with irregularities (see FIG. 6), and the features of the present invention are clearly visible. It has become.
[0035]
Hereinafter, preferred embodiments of the preform manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG.
[0036]
First, the shaping mold 1 has a three-dimensional shape that is substantially close to the final shape when it becomes a FRP member, that is, a molding die used when FRP is molded using a preform. The material of the shaping mold is preferably made of a solid such as metal, wood, FRP, plastic, ceramic, or rubber so as not to be greatly deformed even when the reinforcing fiber substrate is pressed. For the purpose of fixing the shaped preform to some extent as described later, Dressing Considering the case of granting, etc. The dressing The shaping surface may be covered with a film-like material such as silicon or polyethylene, or may be subjected to a release treatment such as a silicon-based release agent so that the mold can be easily released. If the reinforcing fiber base is made of a plurality of fabrics and has a thickness of several millimeters, the amplitude of the vibrating body tends to increase, so the mold should have a sturdy structure so that it can withstand this vibration. It is preferable to keep it. Further, since the vibration of the reinforcing fiber base is transmitted to the mold, it is preferable to make the mold heavy so that the mold does not move due to vibration, or to fix it to the floor or the like with a bolt or the like. It is also possible to suppress the vibration and movement of the mold by placing a damping material such as rubber and ferrite around the shaping mold and the bottom surface.
[0037]
When the mold is made of a high-rigidity material such as metal or FRP, the mold also vibrates in response to vibration from the reinforcing fiber base, so the friction resistance between the mold and the reinforcing fiber base decreases, and the reinforcing fiber base It becomes easier to move on the mold, and shaping can be performed with higher accuracy without causing wrinkles on the reinforcing fiber base. In addition, the final shape of the shaping mold is often modified while checking the shaping status of the reinforcing fiber base, so it is easy to modify the shape, such as steel or aluminum, or wooden Those are preferred.
[0038]
Furthermore, when a form stabilizer such as a binder is applied to the reinforcing fiber base, it is also effective to heat the base with hot air or infrared rays. It is preferable to use a resin. At this time, the heating temperature can be monitored with a non-contact type thermometer, and the heating temperature is preferably equal to or higher than the glass transition temperature (so-called Tg) of the binder.
[0039]
Next, the reinforcing fiber substrate 2 is a part or all of the reinforcing fiber of the FRP of the final member. , It is a continuous fiber, and its form is a cross such as plain weave or twill, It may be a fabric such as a mesh, knit, non-woven fabric or mat. As reinforcing fibers, inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, and organic fibers such as aramid fibers and polyethylene fibers can be used alone or in combination. However, as described later, the base material is vibrated more efficiently. For this purpose, at least inorganic fibers are preferably used in the reinforced substrate. Among inorganic fibers, carbon fiber is the most preferable reinforcing fiber because it has the highest elastic modulus and is easy to transmit vibration, and therefore, the fibers slip and move more easily.
[0040]
Among the cloth-like materials, since the cloth base material is not bundled with fibers, only one yarn bundle (for example, warp yarn in the case of plain weave) constituting the woven fabric is vibrated, so that other Since fibers (wefts and adjacent warps) can be pulled out without being moved, this is a preferred form that can be shaped without generating wrinkles or dullness during shaping. In addition, the cloth is used for the entire molded body. Boho It is a reinforcing fiber base material that can be covered in one, and is suitable for structural use. Among them, a cloth called a unidirectional woven fabric is particularly suitable for a structure because it has the same strength and fiber content as a prepreg.
[0042]
Further, the reinforcing fiber base material may be provided with a bundling agent made of a polymer such as a thermosetting or thermoplastic resin called a binder for the purpose of fiber flaking or base stability of the base material. When the amount of binder attached is large, it is possible to increase the amplitude of the vibrating body, which will be described later, or to slow down the deformation speed of the base material, to make the vibration time long enough, and to gradually shape the base material. It is effective. Moreover, it is possible to soften the binder by heating to facilitate the deformation, or conversely, to cool the fibers at specific locations by cooling. In addition, as mentioned above, in the case of a binder made of a polymer, the heating temperature is preferably not less than the glass transition temperature. Moreover, it is preferable that the shaping speed is a speed that does not cause wrinkles or leakage.
[0043]
In addition, after shaping, in order to fix the shape of the preform, Dressing It is also preferable to give. Specifically, it is described in US Pat. No. 5,427,725. Dressing and , Glue material can be used. Solid Dressing The criterion for selection is to select a material that does not lower the physical properties of the matrix resin of FRP, and it is preferable to limit the amount of adhesion to a range that does not affect the physical properties and to a range that does not greatly increase the flow resistance of the resin. Specifically, the adhesion amount is 1 0% by weight The following are appropriate:
[0044]
The reinforcing fiber base material may be a single body, or may be a stack of a plurality of fabric-like materials or stitched fabrics, but may be a splice shape.
[0045]
The reinforcing fiber base is arranged on the shaping mold, but it is important that the necessary area of the reinforcing fiber base is larger than the surface area of the shaping mold. It is preferable to cut into a size of about 1.1 to 1.5 times the surface area of the shaping mold. It is also preferable to raise a paper pattern in which the tertiary shape of the shaping mold is developed and to form a reinforcing fiber base having a shape in which a paste margin is added to the shape of the paper pattern because the material yield can be improved. In addition, when an automatic machine is used for cutting the reinforcing fiber base material, the material yield can be further improved. Moreover, as shown in FIG. 4, it is also preferable to arrange a frame 7 around the reinforcing fiber base 2 at the time of shaping, and to fix a part or all of the periphery of the fiber reinforced base so as not to move. . By doing so, it is possible to adjust the movement of the entire base material due to friction between the reinforcing fiber base material 2 and the frame 7 or to take measures to fix the fibers and reference lines that are not desired to be moved. it can. Further, it is possible to suppress the movement due to gravity or wind force when tilting. Instead of using the frame 7, the peripheral part of the reinforcing fiber base is sewed, or the fiber and its periphery that you do not want to move with resin or adhesive tape are fixed to improve the efficiency and accuracy of the shaping operation. Improvement is also one embodiment of the present invention.
[0046]
Next, the so-called vibrator, vibrator, vibrator or the like can be adopted as the vibrator 3 of the present invention, but it is particularly limited as long as the vibration can vibrate the reinforcing fiber base. The electric type and the pneumatic type are widely known. For example, vibration motor KM25-2P, OH type, CH type, BH type, D25DS, D28FP manufactured by Exen Corporation, and an electric pneumatic tool “turbo lap” manufactured by OHT are available.
[0047]
As shown in FIGS. 3 and 7, the vibration of the vibrating body is transmitted between the vibrating body 3 and the reinforcing fiber base 2 by using a film or a roller even when the vibrating body 3 is brought into direct contact with the reinforcing fiber base 2. It is possible to go indirectly through such as. It is preferable to directly contact the vibrating body and the reinforcing fiber base material because vibration attenuation can be suppressed, so that a larger vibration can be transmitted to the reinforcing fiber. It is possible to use a plurality of vibrators at the same time or to use vibrators having different vibration characteristics.
[0048]
The reinforcing fiber base material vibrates due to vibration transmission from the vibrating body, and repeats contact and non-contact between fiber bundles and / or fiber single yarns, so that friction between fiber bundles and / or fiber single yarns is repeated. Decreases extremely, and in a non-contact state, the friction becomes zero. In this state, when a shaping force is applied to the reinforcing fiber base, the reinforcing fibers can move and deform without being constrained by other fibers, allowing shaping without wrinkles or slippery. It becomes.
[0049]
Moreover, as for a preferable vibration characteristic, an amplitude is 0.05-3 mm and a frequency is 50-2000 Hz. This is because if the amplitude is smaller than this range, the time required for shaping becomes longer, and if it is larger than this range, the accuracy control of the fiber position may be lowered. When the reinforcing fiber base is fixed or temporarily fixed with an adhesive, the amplitude is the adhesive. Reinforced fiber between It is preferable that the size is sufficient to break the bond. In addition, if it is not necessary to control the accuracy of fiber disturbance, the amplitude can be increased extremely or shaped without vibration. The amplitude and frequency can be determined in advance according to the desired accuracy. preferable. Also, if the frequency is less than this range, there is a demerit that the shaping time becomes longer, and if it exceeds this range, the reinforcing fiber Hurt This is because there is a possibility.
[0050]
As a more specific method of determining the amplitude, as shown in FIG. 5, the reinforcing fiber base 2 is fixed on the inclined mold 8 (FIG. 5 is described assuming 1/4 of the rotating drum). Then, a weight 9 of about 20 to 100 g is hung on one fiber bundle, the fiber bundle is vibrated while increasing the amplitude of the vibrating body, and the amplitude at the time when the weight starts to fall (move) naturally is obtained. It is effective to obtain an amplitude 1.1 to 1.5 times larger than the actual amplitude during shaping. Of course, it is possible to determine the shaping conditions by directly adjusting the frequency and amplitude on the shaping mold without prior examination as in this method.
[0051]
As a force for shaping, a bar shape, a roller shape, or a spatula shape called a shaping jig, which has a three-dimensional shape equivalent to the shaping shape, that is, one of the so-called top and bottom shapes or the left and right shapes Even if it is a pressing jig, or the vibrating body itself, as long as it can suck air from the shaping mold side or add wind force in the shaping mold direction and press the reinforcing fiber substrate against the shaping mold, But it doesn't matter. Most preferably, the vibrating body itself is a shaping jig, so that the vibration can be transmitted most efficiently to the part to be deformed, and the amplitude and frequency of the vibrating body can be adjusted. This is because it is easy to control.
[0052]
In addition, the shaping jig is a preferable shaping method that not only presses the reinforcing fiber substrate monotonously in one direction but also presses it irregularly by increasing or decreasing the pressing force or sliding left and right. The most preferable method is a method in which the vibration body is moved along the mold to the position where the reinforcing fiber is most desired to be moved, and the strength is gradually pressed. In the case of using a plurality of jigs, it is preferable to make a time difference in the pressing operation of the jigs because the movement of the fibers can be performed more smoothly and better shaping is possible. Further, when a plurality of jigs are used, it is preferable to appropriately set the frequency and amplitude to different values for each jig.
[0053]
There is no need to use a single vibrating body or shaping jig. Select and use multiple vibrating bodies with different frequencies and amplitudes to match the amount of fiber movement required for the reinforcing fiber base. It is preferable to do. In addition, the vibrating body does not necessarily have to vibrate during shaping, but may change the frequency and amplitude, or stop the vibration to stop the movement of the base material. .
[0054]
In addition to the shaping jig, it is also possible to pin the base material, or to partially apply an adhesive or adhesive such as glue to prevent the base material from moving or deforming. Within the scope of the invention.
[0055]
After shaping, the reinforcing fiber base that has been shaped can be retained after being removed from the shaping mold. ) Is preferable. Examples of heat setting include a method of spraying thermoplastic resin powder or fibrous material in a base material, heating the base material above its melting point, and then cooling it. Of course, the fixing part does not have to be the entire base material, and may be a part of the base material. If the uneven corners are fixed, it is a preferable fixing method because it is difficult to cause misalignment or opening even if the preform is handled roughly roughly.
[0056]
The shaped preform is placed in a mold, and the resin is filled into the preform and cured by injecting the resin into the mold, thereby completing the composite. Since the preform according to the present invention has a predetermined shape, the preform is not stretched when placed in the mold, and the production efficiency is improved. In addition, since there is no misalignment or opening, the surface of the composite is smooth and uniform, so that not only the design properties are good, but also the mechanical properties are stable. It has the characteristics suitable for the member which is required.
[0057]
The preform shaping method is a preform manufacturing method suitable for RTM molding, but the same technique is called partially impregnated prepreg (see WO-00 / 27632 and WO-98 / 34979). ), A kind of prepreg partially impregnated with resin can be transformed into a three-dimensional shape by applying this vibration shaping technique. Furthermore, the shaping using the heating means can also be applied to ordinary prepregs.
[0058]
【Example】
Example 1
As a preliminary study, a plain weave cloth (5 strands in the longitudinal direction / 25 mm, 5 strands in the transverse direction / 25 mm, 5 g / 25 mm in the transverse direction, 200 g / m) m 2 ) Was placed on a metal drum having a diameter of 0.9 m and a width of 400 mm, and the four corners were fixed with an adhesive tape. After that, a weight of 30 g is hung on one longitudinal strand in the center of the cross, and the strand is vibrated at 0.3 mm and a vibration frequency of 250 Hz with a vibrating body (OHT electric pneumatic tool “Turbo Wrap”). As a result, it was confirmed that the strand can be pulled out without moving and deforming the transverse strand. Next, the above-mentioned cloth is placed on a shaping mold having a recess having a step of 20 mm, and a plastic having a concave shape of the shaping mold at the five tips of a vibrating body (electric pneumatic tool “turbo lap” manufactured by OHT). When the substrate was pressed against the shaping mold with the jig at a speed of 2 mm / min while attaching the formed shaping jig and vibrating at an amplitude of 0.3 mm and a vibration frequency of 15000 rpm, the substrate was vibrating After moving, deforming, and removing the shaping jig, a carbon fiber cloth preform having the same shape as the beautiful shaping mold without wrinkles and misalignment was obtained.
[0059]
Next, 1 g / m of a urethane-based fixing agent is formed on the preform. 2 It was applied and fixed by spraying, and further covered with media for resin flow and bag film and vacuum RTM molded (resin is vinyl ester resin), and a good fiber reinforced composite material free from wrinkles and misalignment was obtained.
[0060]
Comparative Example 1
In the preliminary examination of Example 1, when the weight of the central strand was increased by 10 g, the strand moved 200 mm downward at 200 g. At this time, the lateral strands also moved to cause misalignment.
[0061]
Furthermore, when the carbon fiber cloth was placed on the shaping mold and shaping was carried out in the same manner as in Example 1 except that the frequency was zero, wrinkles and misalignment occurred at the corners. Further, when RTM molding was performed under the same conditions as in Example 1, a fiber-reinforced composite material in which the misalignment portion was not impregnated with resin (no resin was turned) was obtained.
[0062]
Example 2
Three carbon fiber cloths that are the same as in Example 1 are stacked in directions (0 °, 45 °, and 90 ° directions) in which the warp direction forms an angle of 45 degrees with each other, and then on the same shaping mold as in Example 1. Further, the cross end portion was sandwiched between wooden frames, and plastic forming jigs A and B were respectively attached to the same three vibrators and two tips as in Example 1 to perform shaping. . The shaping jig A has a frequency of 250 Hz and an amplitude of 0.4 mm, and the shaping jig B has a frequency of 850 Hz and an amplitude of 1.2 mm. First, the shaping jig A is pressed at a speed of 5 mm / min for 10 seconds. In this case, the separation for 10 seconds was repeated 5 times, and the shaping jig B was shaped in the order of pressing at a speed of 3 mm / min. As a result, all the three strands of the cloth moved while vibrating, and a three-layer preform with no wrinkles or misalignment was obtained (FIG. 6).
[0063]
Example 3
As a preliminary study, plain weave cloth (number of longitudinal strands 8/25 mm, number of transverse strands 8/25 mm, basis weight) obtained by weaving carbon fiber (elastic modulus 235 GPa, strength 3.5 GPa) strands (number of single yarns 3000) 200 g / m 2 ) And a fiber reinforced base material to which an epoxy-based fixing agent (glass transition temperature is 70 ° C.) is formed in a rectangular shape so that the warp direction is 1000 mm and the weft direction is 300 mm, as in the preliminary study in Example 1. Cut out and placed on a metal drum having a diameter of 0.9 m and a width of 400 mm, and the four corners were fixed with an adhesive tape. Thereafter, the entire cloth was heated to 80 ° C. with an infrared lamp, and then a 30 g weight was suspended on one central longitudinal strand, and the strand was oscillated (electric pneumatic tool “turbo wrap” manufactured by OHT). ) At 0.2 mm and a frequency of 170 Hz, the transverse strand could be removed without moving or deforming.
[0064]
The carbon fiber cloth is placed on the same shaping mold as in Example 1 and shaped with a shaping jig in the same manner as in Example 1 except that the surface temperature of the cloth is heated to 80 ° C. with an infrared lamp. As a result, a good preform with no misalignment was obtained. In addition, when this preform is shaped, after heating with an infrared lamp is stopped and the temperature is returned to room temperature, it is excellent in form stability that is not misaligned even when handled by hand. ) It turned out to be a preform.
[0065]
Comparative Example 2
In Example 3, except that heating by an infrared lamp was omitted, when shaping was attempted in the same manner as in Example 3, misalignment and bridging (smoothness) occurred in the cloth, and a good preform was obtained. There was no.
[0066]
For confirmation, in the preliminary study of Example 3, an attempt was made to pull out the strand by increasing the weight without heating with an infrared lamp, but it was impossible to pull out the strand in the transverse direction without disturbing it. It was.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the preform manufacturing method of the present invention, a three-dimensional shape preform can be formed with simple equipment such as RTM molding without using expensive equipment such as an autoclave. It is possible to manufacture structural members that require high reliability, such as automobiles and automobile parts, and this helps to save energy and improve the environment by reducing the weight of transportation equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the preform production method of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view and a plan view showing an embodiment of the preform manufacturing method of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of the preform manufacturing method of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing still another embodiment of the preform manufacturing method of the present invention.
FIG. 5 is an example of a method for quantifying a vibration characteristic condition of a vibrating body according to the present invention.
FIG. 6 is a photograph showing the shape of a preform fiber formed by three-dimensionally shaping the carbon fiber fabric produced in Example 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Shaped mold
2: Reinforced fiber substrate
3: Vibrating body
4: Shaping jig
5: warp
6: Weft
7: Frame
8: Drum
9: Weight

Claims (11)

3次元形状を有する賦形型を使用して強化繊維基材を該3次元形状に賦形するプリフォームの製造方法において、前記強化繊維基材は少なくとも連続繊維からなり、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達させて該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊維基材が前記3次元形状に賦形させるのに十分な時間振動させて、前記強化繊維基材を3次元形状に賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。In the preform manufacturing method of shaping a reinforcing fiber base into the three-dimensional shape using a shaping mold having a three-dimensional shape, the reinforcing fiber base is composed of at least continuous fibers, and the vibration of the vibrating body is The reinforcing fiber base is vibrated by transmitting to the reinforcing fiber base, and at the same time, the reinforcing fiber base is vibrated for a time sufficient for the reinforcing fiber base to be shaped into the three-dimensional shape, thereby A method for producing a preform, wherein the preform is shaped into a shape. 前記振動体が強化基材と直接接触するものであることを特徴とする請求項1に記載のプリフォームの製造方法。The method for manufacturing a preform according to claim 1, wherein the vibrating body is in direct contact with a reinforcing substrate. 前記強化繊維基材に固着剤が賦与されており、前記3次元形状に賦形させる温度が固着剤のガラス転移温度以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のプリフォームの製造方法。The preform according to claim 1 or 2, wherein a fixing agent is applied to the reinforcing fiber substrate, and a temperature at which the three-dimensional shape is formed is equal to or higher than a glass transition temperature of the fixing agent. Method. 前記強化繊維基材に固着剤が賦与され、強化繊維基材を構成する強化繊維同士が結合して強化繊維基材が固定または仮固定されており、振動体によって振動させる振幅が、固着剤による強化繊維同士の結合を切る振幅以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The reinforcing fiber base material is provided with a fixing agent, the reinforcing fibers constituting the reinforcing fiber base material are bonded to each other, and the reinforcing fiber base material is fixed or temporarily fixed. The method for producing a preform according to any one of claims 1 to 3, wherein the amplitude is equal to or greater than an amplitude that cuts the bond between the reinforcing fibers. 前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振動の開始時間および/または終了時間に差をもたせたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The plug according to any one of claims 1 to 4, wherein there are a plurality of locations where the reinforcing fiber base is vibrated, and the vibration start time and / or end time is varied at the plurality of locations. Reform manufacturing method. 前記強化繊維基材の周囲の一部または全部が、移動しないように固定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The method for manufacturing a preform according to any one of claims 1 to 5, wherein a part or all of the periphery of the reinforcing fiber base is fixed so as not to move. 前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振幅および/または振動数を異ならせたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The method for producing a preform according to any one of claims 1 to 6, wherein there are a plurality of locations where the reinforcing fiber substrate is vibrated, and the amplitude and / or the frequency are varied at the plurality of locations. . 前記振動体を、製造途中で、一次的におよび/または完全に停止させることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The method for manufacturing a preform according to any one of claims 1 to 7, wherein the vibrating body is temporarily and / or completely stopped during manufacturing. 前記振動体の振動数、および振幅を変化させることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The method for manufacturing a preform according to claim 1, wherein the vibration frequency and amplitude of the vibrating body are changed. 前記プリフォームの製造工程中および/または製造工程後に固着剤を賦与し、プリフォームの形態を安定化させることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The method for manufacturing a preform according to any one of claims 1 to 9, wherein a fixing agent is applied during and / or after the manufacturing process of the preform to stabilize the form of the preform. 前記強化繊維基材が、無機繊維からなることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。The method for producing a preform according to any one of claims 1 to 10, wherein the reinforcing fiber substrate is made of inorganic fibers.
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US9150700B2 (en) * 2008-09-30 2015-10-06 The Boeing Company Wrinkle reduction in uncured composite laminates
FR2974027B1 (en) * 2011-04-13 2014-09-26 Snecma COMPACTING DEVICE FOR MACHINE FOR WINDING A FIBROUS TEXTURE ON AN IMPREGNATION CHUCK
KR101643114B1 (en) * 2013-03-11 2016-07-26 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 Layered substrate and method for manufacturing same
DE102015107461A1 (en) * 2015-05-12 2016-11-17 Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau Method and device for producing a preform in the course of the production of fiber-reinforced molded parts
DE102016102689B4 (en) * 2016-02-16 2021-02-25 Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau Method and device for the production of three-dimensional preforms in the course of the production of fiber-reinforced molded parts and preforms
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