JP4544050B2

JP4544050B2 - 強化繊維基材のマーキング方法、繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材

Info

Publication number: JP4544050B2
Application number: JP2005179669A
Authority: JP
Inventors: 純治竹内
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-06-20
Also published as: JP2006347133A

Description

本発明は、強化繊維基材のマーキング方法、繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材に関する。

従来より、ＦＲＰ構造体（繊維強化プラスチックの成形品＝繊維強化複合材）を製造する方法の一つとしてレジントランスファーモールディング法（以下、「ＲＴＭ法」と略記する。）が採用されている。ＲＴＭ法は、芯材として機能する高強度・高弾性率繊維の強化繊維基材（以下「プリフォーム」という。）を所定の形状に賦形した後、該プリフォームを成形型内に配置し、この成形型内に熱硬化性樹脂を注入してプリフォームに含浸させた後、加熱硬化させてＦＲＰ構造体を得る方法である。

ところで、一般に、賦形前のプリフォームに対しては、プリフォームを所定形状に賦形する際の基準となる折り曲げラインやプリフォームを成形型内に配置する際の基準となる位置決めライン等の基準ライン（基準マーク）のマーキングが行われる。例えば、特許文献１に記載のマーキング方法では、ドライクロスからなるプリフォームに位置決めラインを油性マーカペンにより手書きでマーキングし、成形型には、予めプリフォームの位置決めラインに対応する基準線をマーキングするようにしている。そして、プリフォームにマーキングされた位置決めラインと成形型の基準線とを合わせるようにして、プリフォームを成形型内に位置決め配置するようにしていた。
特開２００３−１２７１５７号公報

ところが、上記方法では、ドライクロスからなるプリフォームに位置決めラインを油性マーカペンにより手書きでマーキングするため、マーキングされた位置決めラインがにじんだりすることがあった。また、プリフォームが繊維物である場合、その表面は凹凸面であることが多く、そのような場合には、マーキングされた位置決めラインが歪んでラインの真直性が悪くなることもあった。したがって、にじんだり歪んだりしたマーキング精度の良くないラインをプリフォームに対する各種処置の基準（賦形時の折り曲げ基準や、成形型への位置決め基準）とすると、プリフォームの賦形精度や成形型への位置決め精度が低下してしまうため、成形されるＦＲＰ構造体（繊維強化複合材）の歩留まりが低下するという問題があった。また、油性マーカペンによりマーキングすることにより、その部分が、成形時に欠陥となり、物性低下につながる虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、マーキング精度を向上できる強化繊維基材のマーキング方法、歩留まりが良好な繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材を提供することにある。

上記目的を達成するために、強化繊維基材のマーキング方法に係る請求項１に記載の発明は、繊維強化複合材の芯材となる強化繊維基材に対して、該強化繊維基材に所定処置を施す際の基準となる基準マークを糸状繊維によりマーキングする。そして、前記糸状繊維は熱可塑性繊維であって、前記強化繊維基材に熱溶着されることを要旨とする。これによれば、油性マーカペン等で基準マークをマーキングする場合と比較して、基準マークがにじんだりすることもなく、精度良くマーキングを行うことができる。

また、強化繊維基材の表面が凹凸面であったとしても、安定して基準マークをマーキングすることができるとともに、短時間でマーキングできるため作業効率を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の強化繊維基材のマーキング方法において、前記糸状繊維を前記強化繊維基材の表面上において所定方向へ張設した状態で該強化繊維基材の表面上に熱溶着することを要旨とする。これによれば、基準マークが所定長さの直線状である場合に、基準マークの真直性を確保しやすく、さらに好適なマーキング態様となる。

また、繊維強化複合材の製造方法に係る請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の強化繊維基材のマーキング方法によって基準マークをマーキングされた強化繊維基材を、前記基準マークを成形型に対する位置決め配置の基準にして成形型内に配置し、該成形型内に樹脂を注入して前記強化繊維基材に含浸させた後、前記樹脂を硬化させて繊維強化複合材を製造することを要旨とする。これによれば、マーキング精度の良いプリフォームを芯材として用い且つ該プリフォームを正確に成形型内に位置決め配置した状態で成形できるため、製造されるＦＲＰ構造体の歩留まりを良好にできる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の繊維強化複合材の製造方法において、前記強化繊維基材は、前記成形型内に配置される前に、前記基準マークを基準にして所定形状に賦形されることを要旨とする。これによれば、プリフォームの賦形精度が良好であることから、製造されるＦＲＰ構造体の寸法精度を良好に維持できる。

また、繊維強化複合材に係る請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の繊維強化複合材の製造方法によって製造されることを要旨とする。これによれば、マーキング精度の良いプリフォームを芯材として用いるため、歩留まりがよく寸法精度の高い繊維強化複合材とすることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施形態で用いるプリフォーム（強化繊維基材）１は、高強度・高弾性率を有するガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等からなる織物、編物、不織布の積層体または三次元織物、三次元編物、ランダムマットなどであって、その表面は細かい凹凸面状になっている。本実施形態では、このプリフォーム１を芯材として、レジントランスファーモールディング法（以下、「ＲＴＭ法」という。）により、図１（ｄ）に示すＦＲＰ構造体（繊維強化複合材）１０を製造する。すなわち、ＦＲＰ構造体１０は、プリフォームマーキング工程（図１（ｂ）参照）及びプリフォーム賦形工程（図１（ｃ）参照）を経たプリフォーム１を図２に示す成形用金型（成形型）２０を用いたＲＴＭ法により製造される。

図１（ｂ）に示すプリフォームマーキング工程では、予め所定形状（本実施形態では矩形板状）にカットされたプリフォーム１に対して、賦形時の基準となる折り曲げライン（基準マーク）２，３及びプリフォーム１を成形用金型２０内に位置決め配置する際の基準となる位置決めライン（基準マーク）４がそれぞれマーキングされる。そして、図１（ｃ）に示すプリフォーム賦形工程では、前記マーキングされたプリフォーム１が前記折り曲げライン２，３に沿って折り曲げられることにより、完成品としてのＦＲＰ構造体１０の形状（図１（ｄ）参照）と略同一形状（図１（ｃ）参照）に賦形される。

以下、本発明の要部であるプリフォームマーキング工程を中心に、プリフォーム賦形工程、プリフォーム型込め工程、樹脂含浸工程について詳細に説明する。
まず、プリフォームマーキング工程においては、図１（ｂ）に示すように、糸状繊維５がプリフォーム１の表面上において上記折り曲げライン２，３及び位置決めライン４の各マーキング予定位置に平行となるように配設される。なお、本実施形態の糸状繊維５としては、例えば、トリアセテート、ビニロン、ナイロン（登録商標）、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリウレタン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性繊維を用いることができる。

本実施形態では、この糸状繊維５が、２本の折り曲げライン２，３及び当該両折り曲げライン２，３の中間に位置する１本の位置決めライン４の各マーキング予定位置上に、クランプ６によって所定方向に張設された状態で配置される。そして、プリフォーム１上に張設された糸状繊維５が加熱ローラ７で上方からプリフォーム１の表面に向けて圧接される。すると、糸状繊維５は熱可塑性繊維であるため、加熱ローラ７による加熱により溶融してプリフォーム１の表面上に熱溶着される。このようにして、２本の折り曲げライン２，３と１本の位置決めライン４がそれぞれ糸状繊維５によりマーキングされる。なお、このとき、糸状繊維５は張設された状態で熱溶着されるため、糸状繊維５が撓んでマーキングラインがぶれたりすることなく真っ直ぐにマーキングされる。

次に、プリフォーム賦形工程においては、図１（ｃ）に示すように、前記プリフォームマーキング工程を経たプリフォーム１が前記各折り曲げライン２，３に沿って断面略Ｕ字状に折り曲げられる。なお、プリフォーム賦形工程でプリフォーム１を賦形する際には、図示しない賦形装置が用いられる。

次いで、プリフォーム型込め工程では、プリフォーム１が成形用金型２０内に配置される。本実施形態で使用する成形用金型２０は、図２に示すように、上型２１と下型２２とからなり、下型２２の上面には凹部２３が形成されている。この凹部２３は、上型２１と下型２２とが当接した際、すなわち成形用金型２０が型締めされた際に、上型２１の下面に形成された凸部２４との間にキャビティＳを形成するものであり、前記プリフォーム１を収容配置可能な大きさに形成されている（図２，図３参照）。なお、図２、図３では、明確化のために、キャビティＳ内においてプリフォーム１とキャビティＳの内壁との間に隙間があるように図示されているが、実際には、キャビティＳ内にプリフォーム１は隙間なく収容される。

また、成形用金型２０における下型２２には、図示しない射出機から合成樹脂（本実施形態では、熱硬化性樹脂）をキャビティＳ内に注入するための注入路２５が形成されている。また、同じく下型２２において前記凹部２３を挟んで注入路２５の形成位置とは反対側となる位置には、前記注入路２５からキャビティＳ内に注入された合成樹脂のうちオーバーフローした余剰樹脂をキャビティＳ外へ排出するための排出路２６が形成されている。

また、図３に示すように、下型２２の上面には、前記プリフォーム１を下型２２の凹部２３内に位置決め配置する際に、プリフォーム１側の位置決めライン４と位置合せされる位置マーク２７，２８が２箇所にマーキングされている。すなわち、この位置マーク２７，２８は、凹部２３の幅方向中間位置に形成されている。このため、プリフォーム１側の位置決めライン４の両端を下型１２側の位置マーク２７，２８に揃えるように位置合せしてプリフォーム１を下型２２の凹部２３内に配置することによって、プリフォーム１を成形用金型２０内の中央位置に正確に位置決めすることができる。

次いで、樹脂含浸工程では、下型２２の凹部２３内にプリフォーム１を位置決め配置した状態で上型２１と下型２２とを型締めした後、注入路２５から熱硬化性樹脂をキャビティＳ内に注入してプリフォーム１に含浸させる。また、キャビティＳ内に充満した熱硬化性樹脂のうちオーバーフローした余剰樹脂は排出路２６を介してキャビティＳ外へ排出される。そして、キャビティＳ内で熱硬化性樹脂が完全に硬化した後、成形用金型２０が型開きされ、下型２２の凹部２３内からＦＲＰ構造体１０が脱型される。なお、脱型したＦＲＰ構造体１０は必要に応じてトリミングされて完成品となる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、糸状繊維５でプリフォーム１に折り曲げライン２，３及び位置決めライン４をマーキングするため、油性マーカペン等でマーキングする場合と比較して、マーキングした各ライン２，３，４がにじんだりすることもなく、ラインの真直性が確保される。すなわち、プリフォーム１に対する各ライン２，３，４のマーキング精度が向上し、これにより、プリフォーム１の賦形精度や成形用金型２０へのプリフォーム１の位置決め精度を向上させることができる。さらには、こうしたプリフォーム１を芯材として製造されるＦＲＰ構造体１０の歩留まりを良好にできる。

（２）上記実施形態では、糸状繊維５が張設された状態で熱溶着されるため、熱溶着時に糸状繊維５が撓んで折り曲げライン２，３や位置決めライン４がぶれたりすることがなく、ラインの真直性が良好に確保される。したがって、賦形精度や位置決め精度の向上を図る上で更に好適なマーキング態様となる。

（３）また、プリフォーム１の表面上に糸状繊維５を熱溶着処理によりマーキングすることで、表面が細かい凹凸面状のプリフォーム１に対しても安定してマーキングすることができるともに、短時間でマーキング作業を行うことができ作業効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下の別の実施形態（別例）に変更してもよい。
○ 上記実施形態において、糸状繊維５は、折り曲げライン２，３及び位置決めライン４の各ラインごとに異なる色の糸状繊維を使い分けしてもよい。

○ 上記実施形態において、プリフォーム１には、折り曲げライン２，３のみを糸状繊維５によりマーキングするものであってもよく、又は、位置決めライン４のみを糸状繊維５によりマーキングするものであってもよい。

○ 上記実施形態において、折り曲げライン２，３のマーキング位置及びマーキング数は１つ（１カ所）又は３つ（３カ所）以上であってもよい。同様に、位置決めライン４のマーキング位置及びマーキング数は、成形用金型２０の下型２２に形成された位置マーク２７，２８と対応するものであれば、２つ（２カ所）以上であってもよい。

○ 上記実施形態において、糸状繊維５を張設状態とせずにプリフォーム１の表面上に熱溶着させてもよい。また、糸状繊維５を張設状態とする場合、その張設手段は実施形態に記載のクリップ６以外に作業者が手で把持する等、適宜変更可能である。

○ 手作業又は機械作業で糸状繊維５をすくい縫いしてプリフォーム１に折り曲げライン２，３等をマーキングする形態としてもよい。この場合、糸状繊維５には、各種の合成繊維及び天然繊維を使用可能であるが、芳香族ポリアミド系繊維、すなわちアラミド繊維を使用するのが好適である。アラミド繊維は、高強力で耐熱性にも優れた「パラ系」と、難燃性、耐熱性の高い「メタ系」とに分けられる合成繊維であって、メタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライドを主原料とし、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを成分とする有機合成繊維である。このアラミド繊維は、化学的に安定で、かつ、ひろがりを持ったベンゼン環を、アミド結合で、メタ型に連続して結合させることによって、ポリエステルやナイロン（登録商標）等の既存の合成繊維や天然繊維並みの繊維性能（強伸度、弾性率、比重、風合い、色など）を保持している。例えば、空気中で溶融することなく、４００℃ではじめて分解、炭化を開始する耐熱性と限界酸素指数（ＬＯＩ値）２９以上という防燃性、難燃性を併せ持っている。よって、アラミド繊維を糸状繊維として使用する場合には、ナイロン（登録商標）等に比較して高強力で耐熱性にも優れていることからマーキングラインが安定するという効果を奏すことができるため好ましい。

○ 上記実施形態のプリフォーム（強化繊維基材）のマーキング方法は、ＲＴＭ法で製造されるＦＲＰ構造体１０の芯材としてのプリフォーム１に適用されるものに限らず、その他の方法で製造されるＦＲＰ構造体の芯材としてのプリフォームに適用してもよい。

○ 上記実施形態のＦＲＰ構造体の製造方法において、熱可塑性樹脂を樹脂含浸工程で使用してもよい

プリフォームマーキング工程を中心にＦＲＰ構造体の製造工程を説明する図であって、（ａ）はマーキング前のプリフォームを示す斜視図、（ｂ）はプリフォームマーキング工程の概略説明図、（ｃ）は賦形後のプリフォームを示す斜視図、（ｄ）は製造されたＦＲＰ構造体を示す斜視図である。成形用金型の断面図。凹部内にプリフォームを配置した下型の平面図。

符号の説明

１…強化繊維基材としてのプリフォーム、２，３…基準マークとしての折り曲げライン、４…基準マークとしての位置決めライン、５…糸状繊維、１０…繊維強化複合材としてのＦＲＰ構造体、２０…成形型としての成形用金型。

Claims

繊維強化複合材の芯材となる強化繊維基材に対して、該強化繊維基材に所定処置を施す際の基準となる基準マークを糸状繊維によりマーキングする強化繊維基材のマーキング方法において、
前記糸状繊維は熱可塑性繊維であって、前記強化繊維基材に熱溶着される強化繊維基材のマーキング方法。
前記糸状繊維を前記強化繊維基材の表面上において所定方向へ張設した状態で該強化繊維基材の表面上に熱溶着する請求項１に記載の強化繊維基材のマーキング方法。
請求項１又は請求項２に記載の強化繊維基材のマーキング方法によって基準マークをマーキングされた強化繊維基材を、前記基準マークを成形型に対する位置決め配置の基準にして成形型内に配置し、該成形型内に樹脂を注入して前記強化繊維基材に含浸させた後、前記樹脂を硬化させて繊維強化複合材を製造する繊維強化複合材の製造方法。
前記強化繊維基材は、前記成形型内に配置される前に、前記基準マークを基準にして所定形状に賦形される請求項３に記載の繊維強化複合材の製造方法。
請求項３又は請求項４に記載の繊維強化複合材の製造方法によって製造された繊維強化複合材。