JP5186854B2 - Preform manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、プリフォームの製造方法に係り、詳しくは繊維強化複合材の強化材に使用される立体形状(三次元形状)のプリフォームの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a preform, and more particularly to a method for manufacturing a three-dimensional (three-dimensional) preform used as a reinforcing material for a fiber-reinforced composite material.
繊維強化複合材に使用される繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維等がある。繊維はモノフィラメントではなく、長繊維を束ねたストランド(撚り糸)やモノフィラメントが無撚り状態で多数束ねられたトウ(無撚り)が使用される。トウやストランドを扱う場合に繊維の集束性を高めたり、ストランドの毛羽立ちを抑制したりするため、一般に繊維はサイジング剤で処理されている。また、ガラス繊維を強化材に使用する場合は、ガラス繊維とマトリックス樹脂との接着性を高めるために、ガラス繊維がシラン系、チタン系、クロム系等のカップリング剤で処理されている。 Examples of the fiber used for the fiber-reinforced composite material include carbon fiber, glass fiber, and polyaramid fiber. The fiber is not a monofilament, but a strand (twisted yarn) in which long fibers are bundled or a tow (untwisted) in which a large number of monofilaments are bundled in an untwisted state is used. When handling tow or strands, the fibers are generally treated with a sizing agent in order to increase the convergence of the fibers or to suppress the fluffing of the strands. Moreover, when using glass fiber for a reinforcing material, in order to improve the adhesiveness of glass fiber and matrix resin, glass fiber is processed with coupling agents, such as a silane type, a titanium type, and a chromium type.
従来、マトリックス樹脂が反応射出成形されるポリアミド樹脂からなる繊維強化樹脂に用いる繊維強化材として、繊維強化材とマトリックス樹脂のRIMナイロンとの界面接着強度を上げるため、繊維強化材の表面に、硬化したエポキシ樹脂を付着して表面処理した繊維強化材が提案されている(特許文献1参照。)。特許文献1の実施例では、カーボン繊維平織りクロスを用い、硬化剤を含まないエポキシ樹脂に含浸させ、サイジング剤として表面に1.7%付着させ、300℃で6時間熱処理して、最終的エポキシ樹脂付着量0.8%のカーボン繊維平織りクロスを準備している。そして、カーボン繊維平織りクロスを金型に20層積層配置してRIMナイロンを注入して繊維強化樹脂を得ている。 Conventionally, as a fiber reinforced material used for fiber reinforced resin made of polyamide resin in which matrix resin is reaction injection molded, in order to increase the interfacial bond strength between fiber reinforced material and matrix resin RIM nylon, the surface of fiber reinforced material is cured. There has been proposed a fiber reinforcing material that has been surface-treated by adhering an epoxy resin (see Patent Document 1). In the example of Patent Document 1, a carbon fiber plain weave cloth is used, impregnated with an epoxy resin not containing a curing agent, 1.7% adhered to the surface as a sizing agent, and heat-treated at 300 ° C. for 6 hours to obtain a final epoxy. Carbon fiber plain weave cloth with 0.8% resin adhesion is prepared. Then, 20 layers of carbon fiber plain weave cloth are laminated on the mold and RIM nylon is injected to obtain a fiber reinforced resin.
また、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性を十分かつ確実に向上し得、高強度・高弾性率のガラス繊維強化樹脂複合材料の製造に好適なガラス繊維が得られるようになるガラス繊維の処理方法が提案されている(特許文献2参照。)。この処理方法では、被膜形成剤としてエポキシ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステルの1種を含むサイジング剤を塗布したガラス繊維と、樹脂とを含むガラス繊維強化樹脂複合材料を製造するに際し、その製造前にガラス繊維を100〜350℃の温度で加熱する。 In addition, the glass fiber that can sufficiently and reliably improve the adhesion between the glass fiber and the resin to be reinforced, and the glass fiber suitable for the production of the glass fiber reinforced resin composite material having high strength and high elasticity can be obtained. A processing method has been proposed (see Patent Document 2). In this treatment method, when producing a glass fiber reinforced resin composite material containing a glass fiber coated with a sizing agent containing one kind of epoxy resin, acrylic resin, and unsaturated polyester as a film forming agent, and before the production, The glass fiber is heated at a temperature of 100 to 350 ° C.
また、従来、成形体表面の無機繊維強化剤が存在する部分が褐色化されることを防止された外観良好な繊維強化樹脂成形体の製造方法が提案されている(特許文献3参照。)。特許文献3の方法では、上型及び下型より成る成形型のキャビティ内に無機繊維強化材を載置して成形型を閉じ、次いでキャビティ内に液状樹脂原料を注入して硬化させ、硬化完了後、成形型を開いて成形体を脱型する繊維強化樹脂成形体の製造方法において、250〜500℃で熱処理した無機繊維強化材を使用する。
Conventionally, a method for producing a fiber-reinforced resin molded article having a good appearance in which a portion where the inorganic fiber reinforcing agent is present on the surface of the molded article is prevented from being browned has been proposed (see Patent Document 3). In the method of
繊維強化複合材が板状の場合、繊維強化複合材、特に繊維強化樹脂の場合はその製造に際して、成形型内に繊維を配列したり、織物を積層配置したりした状態で成形型を閉じて液状のマトリックス樹脂を注入して硬化させればよい。しかし、繊維強化複合材が単純な板状ではなく、板材が立体的に折り曲げ形成された形状や筒状や容器状の場合は、成形型内に直接繊維を製品の形状に対応した三次元形状の繊維構造体を配置するのは難しい。そのため、成形型と別の場所で三次元形状のプリフォームを製造した後、そのプリフォームを成形型内に載置した後、成形型を閉じて液状のマトリックス樹脂を注入していた。 When the fiber reinforced composite material is plate-shaped, in the case of manufacturing the fiber reinforced composite material, particularly fiber reinforced resin, the mold is closed with the fibers arranged in the mold or the woven fabric laminated. A liquid matrix resin may be injected and cured. However, if the fiber reinforced composite material is not a simple plate shape, but the shape of the plate material is three-dimensionally folded, or a cylinder or container shape, the three-dimensional shape that directly corresponds to the shape of the product in the mold It is difficult to arrange the fiber structure. Therefore, after manufacturing a three-dimensional shape preform at a location different from the mold, the preform is placed in the mold, and then the mold is closed and a liquid matrix resin is injected.
立体形状の三次元繊維構造体を製造する際、直接目的の立体形状になるよう繊維を複数層に配列し、各層を厚さ方向糸で結合するのは手間が掛かる。一方、繊維を複数層に板状に配列した後、プレス加工で目的の立体形状に変形させる方法を取れば、直接目的の立体形状に繊維を配列する場合に比べて手間は少ない。しかし、その場合、厚さ方向糸で結合しないと、立体形状の三次元繊維構造体を、マトリックス樹脂を注入する成形型内に配置するために、形状を保持した状態で移動させて配置するのが難しい。板状の状態で厚さ方向糸を挿入した場合は、厚さ方向糸の挿入密度が高くなると、プレスにより目的の形状の三次元繊維構造体に変形させるのが難しくなり、厚さ方向糸の挿入密度を低くすると三次元繊維構造体を取り扱う際に形状保持が難しくなる。 When manufacturing a three-dimensional fiber structure having a three-dimensional shape, it takes time and effort to directly arrange the fibers into a plurality of layers so as to obtain a target three-dimensional shape and to bond the layers with a thread in the thickness direction. On the other hand, if a method is adopted in which the fibers are arranged in a plurality of layers in a plate shape and then deformed into a target three-dimensional shape by pressing, the labor is less than in the case where the fibers are directly arranged in the target three-dimensional shape. However, in that case, if not joined with the thread in the thickness direction, the three-dimensional three-dimensional fiber structure is moved and placed in a shape-retaining state in order to place it in the mold for injecting the matrix resin. Is difficult. When the thickness direction yarn is inserted in a plate-like state, if the insertion density of the thickness direction yarn becomes high, it becomes difficult to be deformed into a three-dimensional fiber structure of the desired shape by pressing, and the thickness direction yarn When the insertion density is lowered, it becomes difficult to maintain the shape when handling the three-dimensional fiber structure.
従来、炭素繊維で三次元繊維構造体を形成した後、タッキファイヤー(粘着付与剤)が混合されたゴムあるいはエラストマーからなる処理剤で三次元繊維構造体を処理して、形状保持を行っていた。
三次元繊維構造体の形状保持のため、タッキファイヤーを含む処理剤で三次元繊維構造体を処理する場合、最終製品にタッキファイヤーの状態で存在すると製品の強度が低下するため、高温処理で炭化させる必要がある。そのような高温処理を行うと、繊維としてガラス繊維や有機繊維を使用するのが難しくなる。 In order to maintain the shape of the three-dimensional fiber structure, when the three-dimensional fiber structure is treated with a treating agent containing a tackifier, the strength of the product is reduced if it exists in the final product in the state of the tackfire. It is necessary to let When such a high temperature treatment is performed, it becomes difficult to use glass fibers or organic fibers as the fibers.
特許文献1及び特許文献2では、繊維強化材とマトリックス樹脂との界面接着強度を上げるために繊維強化材の表面に硬化したエポキシ樹脂を付着して表面処理することは開示されているが、繊維で立体形状の繊維強化材を形成した場合における形状保持に関しては、何ら配慮されていない。また、特許文献3では無機繊維強化材に含有されるサイジング剤やバインダーがストラクチュラルRIMにおいて通常採用される成形型温度では不安定な成分を有しているため、それを除去するために250〜500℃で無機繊維強化材を熱処理しており、繊維で立体形状の繊維強化材を形成した場合における形状保持に関しては、何ら配慮されていない。
In Patent Document 1 and Patent Document 2, it is disclosed that a surface treatment is performed by attaching a cured epoxy resin to the surface of the fiber reinforcement in order to increase the interfacial adhesion strength between the fiber reinforcement and the matrix resin. No consideration is given to shape retention when a three-dimensional fiber reinforcement is formed. Further, in
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は繊維に含有されているサイジング剤やカップリング剤を利用して、立体形状の三次元繊維構造体から成るプリフォームの形態保持性を容易に確保することができるプリフォームの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to use a sizing agent and a coupling agent contained in the fiber to form a three-dimensional fiber structure having a three-dimensional shape. An object of the present invention is to provide a method for producing a preform that can easily secure the retainability.
前記の目的を達成するため請求項1に記載の発明は、反応性の表面処理剤により表面処理された繊維束を配列して三次元繊維構造体を形成する工程と、前記三次元繊維構造体を加熱処理して前記表面処理剤を熱分解させずに反応硬化させる工程とを備える。この発明では、繊維束としては、長繊維を束ねたストランド(撚り糸)やモノフィラメントが無撚り状態で多数束ねられたトウ(無撚り)が使用される。一般に、これらの繊維束には繊維を集束するサイジング剤が添加されている。繊維束を配列して、立体形状の繊維強化複合材製品に対応した形状の三次元繊維構造体を形成する際に、反応性の表面処理剤により表面処理された繊維束を使用する。サイジング剤にはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等の反応性のものもある。繊維束に反応性のサイジング剤が添加されている場合はそのまま、反応性のサイジング剤が添加されていない繊維束の場合はサイジング剤あるいはカップリング剤等の反応性の表面処理剤で処理した繊維束を使用して三次元繊維構造体を形成する。その後、三次元繊維構造体を加熱処理して表面処理剤を反応硬化させると、表面処理剤を介して繊維束同士が結合された状態となり、必要な形態保持性を確保することができる。そのため、三次元繊維構造体の形状保持のための厚さ方向糸の密度を高くしたり、タッキファイヤーを含む形態保持剤による処理を行ったりすることなく、容易に三次元繊維構造体の形態保持性を確保することができる。ここで言う三次元繊維構造体とは、繊維同士が結合されていないものを指しており、そのまま金型に入れてマトリックス樹脂を注入した場合には、目ずれや形崩れを起こしてしまうおそれがある。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a step of forming a three-dimensional fiber structure by arranging fiber bundles surface-treated with a reactive surface treatment agent, and the three-dimensional fiber structure. And heat-treating the surface treatment agent without thermally decomposing it . In the present invention, as the fiber bundle, a strand (twisted yarn) in which long fibers are bundled or a tow (untwisted) in which a large number of monofilaments are bundled in an untwisted state is used. Generally, a sizing agent for bundling fibers is added to these fiber bundles. When a fiber bundle is arranged to form a three-dimensional fiber structure having a shape corresponding to a three-dimensional fiber reinforced composite material product, the fiber bundle surface-treated with a reactive surface treatment agent is used. Some sizing agents are reactive such as epoxy resins and unsaturated polyesters. When a reactive sizing agent is added to the fiber bundle, the fiber is treated with a reactive surface treatment agent such as a sizing agent or a coupling agent in the case of a fiber bundle without a reactive sizing agent. A bundle is used to form a three-dimensional fiber structure. Thereafter, when the three-dimensional fiber structure is heat-treated and the surface treatment agent is reacted and cured, the fiber bundles are bonded to each other through the surface treatment agent, and necessary shape retention can be ensured. Therefore, it is easy to maintain the shape of the three-dimensional fiber structure without increasing the density of the thread in the thickness direction for maintaining the shape of the three-dimensional fiber structure or performing treatment with a shape retention agent including a tack fire. Sex can be secured. The three-dimensional fiber structure here refers to a fiber in which the fibers are not bonded to each other, and if the matrix resin is poured into the mold as it is, there is a risk of misalignment or deformation. is there.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記表面処理剤はサイジング剤又はカップリング剤である。一般に、繊維強化樹脂の強化材として使用される繊維束には繊維を集束するサイジング剤が添加されている。また、繊維がガラス繊維の場合はカップリング剤が添加されている。そして、一般にその一部が未反応のまま存在する。この発明では、表面処理剤がサイジング剤又はカップリング剤であるため、わざわざ表面処理剤を添加する必要がない。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the surface treatment agent is a sizing agent or a coupling agent. Generally, a sizing agent for bundling fibers is added to a fiber bundle used as a reinforcing material for fiber reinforced resin. Further, when the fiber is glass fiber, a coupling agent is added. In general, some of them remain unreacted. In this invention, since the surface treatment agent is a sizing agent or a coupling agent, it is not necessary to bother to add the surface treatment agent.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記繊維束はガラス繊維から成る。この発明では、繊維強化材として広く使用されているガラス繊維を使用した場合に請求項1又は請求項2の作用効果を奏する。
請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記繊維束は炭素繊維から成る。
According to a third aspect of the invention, in the invention of the first or second aspect, the fiber bundle is made of glass fiber. In this invention, when the glass fiber currently widely used as a fiber reinforcement is used, there exists an effect of Claim 1 or Claim 2.
According to a fourth aspect of the invention, in the invention of the first or second aspect, the fiber bundle is made of carbon fiber.
本発明によれば、繊維に含有されているサイジング剤やカップリング剤を利用して、立体形状の三次元繊維構造体から成るプリフォームの形態保持性を容易に確保することができる。 According to the present invention, using a sizing agent or a coupling agent contained in a fiber, it is possible to easily ensure the form retainability of a preform composed of a three-dimensional three-dimensional fiber structure.
以下、本発明を繊維強化樹脂の繊維強化材としてのプリフォームに具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。
プリフォームの製造方法は、図1に示すように、繊維束を一方向に配列して形成した繊維束層を積層して少なくとも2軸配向の平板状の積層繊維群を形成する連続繊維配列工程S1と、平板状の積層繊維群にその厚さ方向に結合糸としての厚さ方向糸を挿入する厚さ方向糸挿入工程S2とを備えている。プリフォームの製造方法は、さらに、積層繊維群を加圧手段を用いて加圧変形させて立体形状の三次元繊維構造体とする加圧変形工程S3と、三次元繊維構造体を加熱処理する加熱処理工程S4とを備えている。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a preform as a fiber reinforcement of a fiber reinforced resin will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the preform manufacturing method is a continuous fiber arraying step in which fiber bundle layers formed by arraying fiber bundles in one direction are stacked to form a flat laminated fiber group having at least biaxial orientation. S1 and a thickness direction thread insertion step S2 for inserting a thickness direction thread as a binding thread in the thickness direction of the flat laminated fiber group. The preform manufacturing method further includes a pressure deformation step S3 in which the laminated fiber group is subjected to pressure deformation using a pressure unit to form a three-dimensional three-dimensional fiber structure, and the three-dimensional fiber structure is heat-treated. And a heat treatment step S4.
繊維束はガラス繊維から成り、繊維束としては、長繊維を束ねたストランド(撚り糸)やモノフィラメントが無撚り状態で多数束ねられたトウが使用される。繊維束は反応性の表面処理剤により表面処理されている。市販のガラス繊維は一般にサイジング剤及びカップリング剤で表面処理されているため、市販のガラス繊維をそのまま使用することができる。表面処理していないガラス繊維の場合は、繊維束の配列に先だって、サイジング剤及びカップリング剤で表面処理を行う。サイジング剤としては、加熱処理により反応硬化するサイジング剤、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂が使用される。カップリング剤としては、シラン系、チタネート系、クロム系等がある。添加量は、例えば、それぞれ0.1〜数%である。 The fiber bundle is made of glass fiber, and as the fiber bundle, a strand (twisted yarn) in which long fibers are bundled or a tow in which a large number of monofilaments are bundled in an untwisted state is used. The fiber bundle is surface-treated with a reactive surface treatment agent. Since commercially available glass fibers are generally surface-treated with a sizing agent and a coupling agent, commercially available glass fibers can be used as they are. In the case of glass fibers that have not been surface-treated, the surface treatment is performed with a sizing agent and a coupling agent prior to the arrangement of the fiber bundles. As the sizing agent, a sizing agent that is reactively cured by heat treatment, for example, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or an acrylic resin is used. Examples of coupling agents include silane, titanate, and chromium. The amount added is, for example, 0.1 to several percent.
連続繊維配列工程では、図2(a)に示すように、規制部材としてのピン11a,11bが所定ピッチで配置された治具11を使用する。治具11は矩形の枠状に形成され、ピン11a,11bは着脱可能に立設されている。治具11上にピン11aと係合して折り返すように連続繊維12aがピン11a間に配列されて、配列角度0°の繊維層としての0度繊維層13aが形成される。また、ピン11bと係合して折り返すように連続繊維12bがピン11b間に配列されて、配列角度90°の繊維層としての90度繊維層13bが形成される。そして、0度繊維層13a及び90度繊維層13bが交互に複数積層されて、2軸配向となる積層繊維群13が形成される。図2(a)では、連続繊維12a,12bの配列間隔が広く図示されているが、各連続繊維12a,12bは、隣接する連続繊維12a,12b同士が接触する状態で配列される。
In the continuous fiber arranging step, as shown in FIG. 2A, a jig 11 in which pins 11a and 11b as regulating members are arranged at a predetermined pitch is used. The jig 11 is formed in a rectangular frame shape, and the
繊維配列工程終了後、積層繊維群13が治具11に保持されている状態で厚さ方向糸挿入工程が行われる。厚さ方向糸14の挿入は、例えば、特開平8−218249号公報に開示されている方法と同様に行われる。詳述すれば、図2(b)に示すように、積層繊維群13の厚さ方向に、先端に孔を備え該孔に厚さ方向糸14を掛止した図示しない挿入針を挿入する。挿入針は厚さ方向糸14が掛止された孔が積層繊維群13を貫通するまで前進する。その後、挿入針はわずかに後退される。その結果、厚さ方向糸14はU字状のループを形成した状態となる。
After the fiber arranging step, the thickness direction yarn inserting step is performed in a state where the
次に図示しない抜け止め糸針が前記U字状のループ内を通過し、積層繊維群13の端部まで到達した時点で停止する。この時抜け止め糸15が抜け止め糸針の先端に掛止される。そして、抜け止め糸針が引き戻され、抜け止め糸15が厚さ方向糸14のU字状ループ内に挿通された状態になる。その状態で挿入針が引き戻され、厚さ方向糸14により抜け止め糸15が締め付けられて積層繊維群13が結合される。
Next, the stopper thread needle (not shown) stops when it passes through the U-shaped loop and reaches the end of the
次に積層繊維群13を加圧変形させて立体形状の三次元繊維構造体とする加圧変形工程が行われる。加圧変形工程においては、図3に示すように、平板状の積層繊維群13を複数のクランプ装置16,17によって把持するとともに、所定範囲の張力を掛けた状態で、所定形状の押圧面を有する加圧手段としての固定型18及び可動型19により押圧して賦形を行う。可動型19は、上下方向に延びる状態で設けられたシリンダ20のピストンロッド20aの先端に固定されている。固定型18は、2個に分割され、水平方向に型開き可能に構成されている。
Next, a pressure deformation process is performed in which the
クランプ装置16,17は、水平に配置されたエアシリンダ21と、そのピストンロッド21aの先端に設けられた把持部22とを備えている。クランプ装置16,17は、積層繊維群13の端部を把持部22で把持した状態において、エアシリンダ21により積層繊維群13を所定範囲の張力で引っ張ることが可能に構成されている。図3(b)に示すように、可動型19は形成すべき三次元繊維構造体23の外側形状に対応した型面18aを有する固定型18と共同して積層繊維群13を押圧して三次元繊維構造体23を形成する。
The
次に加圧変形工程で得られた三次元繊維構造体23に加熱処理を施す加熱処理工程が行われる。加熱処理は、真空オーブンあるいは窒素雰囲気で、サイジング剤及びカップリング剤が反応硬化する温度で所定時間行われる。加熱処理により、三次元繊維構造体23を構成している連続繊維12a,12bに付着されているサイジング剤及びカップリング剤が反応硬化し、それに伴って繊維が剛直化して繊維同士の絡み合いが保持されたり、繊維同士がサイジング剤あるいはカップリング剤を介して接合されたりして、形態保持性が確保されたプリフォーム24が形成される。
Next, a heat treatment step is performed in which the three-
プリフォーム24は、繊維強化樹脂成形体の繊維強化材として使用される。プリフォーム24へのマトリックス樹脂の含浸には、例えば、レジントランスファーモールディング(RTM)法が採用される。RTM法では、樹脂含浸用金型(成形金型)内にプリフォーム24を配置する。そして、成形金型内に樹脂を注入してプリフォーム24に含浸させるとともに加熱して硬化させた後、成形金型を冷却することにより、繊維強化樹脂成形体が得られる。
The
実施例として、加熱処理工程の加熱処理を異なる条件で行った。具体的には、真空中において250℃で5時間と24時間の2条件、300℃で5時間と24時間の2条件を行った。また、窒素雰囲気中において300℃で5時間と24時間の2条件、450℃で5時間の1条件を行った。その結果、いずれの加熱処理条件においても同様の形態保持性が得られた。なお、平板状の積層繊維群13としてA4サイズのものを形成した。
As an example, the heat treatment in the heat treatment step was performed under different conditions. Specifically, two conditions of 250 ° C. for 5 hours and 24 hours and two conditions of 300 ° C. for 5 hours and 24 hours were performed in vacuum. In a nitrogen atmosphere, two conditions of 300 ° C. for 5 hours and 24 hours and one condition of 450 ° C. for 5 hours were performed. As a result, the same form retention was obtained under any heat treatment conditions. In addition, the A4 size thing was formed as the flat
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)プリフォーム24の製造方法は、反応性の表面処理剤により表面処理された繊維束を配列して三次元繊維構造体23を形成する工程と、三次元繊維構造体23を加熱処理して表面処理剤を反応硬化させる工程とを備える。したがって、三次元繊維構造体23の形状保持のための厚さ方向糸14の密度を高くしたり、タッキファイヤーを含む形態保持剤による処理を行ったりすることなく、容易に三次元繊維構造体23の形態保持性を確保することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The manufacturing method of the
(2)繊維束はガラス繊維から成る。したがって、炭素繊維や高強度・高弾性のポリアラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維(PBO繊維)等を使用する場合に比較して、繊維束を入手し易く製造コストを低減することができる。 (2) The fiber bundle is made of glass fiber. Therefore, compared with the case of using carbon fiber, high-strength / high-elasticity polyaramid fiber, polyparaphenylene benzobisoxazole fiber (PBO fiber), etc., the fiber bundle can be easily obtained and the manufacturing cost can be reduced.
(3)表面処理剤としてサイジング剤及びカップリング剤が使用され、繊維束のメーカーで添加されたサイジング剤及びカップリング剤がそのまま使用されている。したがって、繊維束を配列する前にわざわざ表面処理剤で繊維束を処理する必要はない。 (3) A sizing agent and a coupling agent are used as the surface treatment agent, and a sizing agent and a coupling agent added by the manufacturer of the fiber bundle are used as they are. Therefore, it is not necessary to bother the fiber bundle with the surface treatment agent before arranging the fiber bundle.
(4)三次元繊維構造体を形成する工程は、繊維束を一方向に配列して形成した繊維束層を積層して少なくとも2軸配向の平板状の積層繊維群13を形成する工程と、積層繊維群13を加圧手段としての固定型18及び可動型19を用いて加圧変形させて目的とする立体形状の三次元繊維構造体23とする加圧変形工程とを備えている。したがって、最初から目的とする立体形状の三次元繊維構造体23となるように繊維束を配列して三次元繊維構造体23を形成する場合に比較して、三次元繊維構造体23の形成が容易になる。
(4) The step of forming a three-dimensional fiber structure includes a step of laminating fiber bundle layers formed by arranging fiber bundles in one direction to form a flat
(5)平板状の積層繊維群13を形成する工程は、平板状の積層繊維群13にその厚さ方向に結合糸としての厚さ方向糸14を挿入する工程を備えている。したがって、三次元繊維構造体23を構成する積層繊維群13に厚さ方向糸14を挿入する作業が、立体構造に変形された状態で行う場合に比較して簡単になる。
(5) The step of forming the flat
(6)加圧変形工程において平板状の積層繊維群13を複数のクランプ装置16,17によって把持するとともに、所定範囲の張力を掛けた状態で、所定形状の押圧面を有する可動型19で押圧して賦形を行う。したがって、曲げ加工が無理なく容易に行われる。
(6) In the pressure deformation step, the flat
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 加熱処理条件は前記実施形態の条件に限らず、加熱処理の際に表面処理剤が熱分解をせずに反応硬化する温度及び時間であればよい。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
The heat treatment conditions are not limited to the conditions of the above embodiment, and may be any temperature and time at which the surface treatment agent undergoes reaction hardening without thermal decomposition during the heat treatment.
○ 表面処理剤は繊維束に最初から添加されているものをそのまま使用するのではなく、サイジング剤及びカップリング剤の少なくとも一方を繊維束に添加してもよい。また、サイジング剤のみが添加されているガラス繊維の場合、カップリング剤を添加した後、連続繊維配列工程を行ってもよい。 ○ The surface treatment agent that is added to the fiber bundle from the beginning is not used as it is, but at least one of a sizing agent and a coupling agent may be added to the fiber bundle. Moreover, in the case of the glass fiber to which only the sizing agent is added, after adding a coupling agent, you may perform a continuous fiber arrangement | sequence process.
○ 繊維束を構成する繊維はガラス繊維に限らない。例えば、炭素繊維のような他の無機繊維を使用したり、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維やポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維(PBO繊維)等の高強度の有機繊維を使用したり、要求物性によってはポリエステル繊維等を使用したりしてもよい。 ○ Fibers constituting the fiber bundle are not limited to glass fibers. For example, using other inorganic fibers such as carbon fibers, using high-strength organic fibers such as aramid fibers, ultra-high molecular weight polyethylene fibers and polyparaphenylene benzobisoxazole fibers (PBO fibers), and required physical properties Depending on the case, polyester fiber or the like may be used.
○ 積層繊維群13は、一方向に配列された連続繊維だけで構成される繊維層として0度繊維層13a及び90度繊維層13bの2種類に限らず、0度繊維層13a及び90度繊維層13bに加えて、例えば、+45度の配向角及び−45度の配向角で配列された連続繊維によって形成される繊維層が存在する構成としてもよい。
The
○ 平板状の積層繊維群13は、一方向に配列された連続繊維だけで構成される場合に限らず、平織物や綾織物等の織物のように複数の方向に配列された連続繊維が相互に結合された構成の織物を積層したり、編み物を積層したりしてもよい。
The flat
○ 平板状の積層繊維群13は厚さ方向糸14を挿入して0度繊維層13aや90度繊維層13bを結合せずに加熱処理による表面処理剤の硬化の作用のみで形態保持を行うようにしてもよい。
The flat
○ プリフォーム24の形状は、平板が複数箇所で屈曲した形状に限らない。例えば、図5に示すように、平板が海苔巻き状に巻かれた形状や図6(a),(b)に示すように、絞りプレス加工で平板状の積層繊維群13の一部に凹部25が形成された形状としてもよい。図5のものは、繊維糸で仮留めして形状を保持した状態で加熱する。なお、仮留めした状態で金型に入れて樹脂を注入すると、目ずれが生じる可能性があるが、加熱することで繊維同士が結合されるので目ずれが生じない。
The shape of the
○ プリフォームの形状によっては、平板状の積層繊維群13をプレス加工で変形させて目的の立体形状とする代わりに、最初から立体形状になるように繊維束を配列して積層繊維群13を形成してもよい。また、筒状のプリフォームを形成する場合、繊維束の配列をドライフィラメントワインディングで行ってもよい。この場合、筒状の積層繊維群13が分解可能なマンドレルに保持された状態で加熱処理が行われることにより、形態保持性が確保された状態になる。そして、マンドレルを分解して取り外すことにより、筒状のプリフォームが完成する。
○ Depending on the shape of the preform, instead of deforming the flat
○ マトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂に限らず熱可塑性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合は、未重合樹脂液を成形型に注入して加熱硬化させる方法と、熱可塑性ポリマーを加熱溶融させた状態で成形型に注入して冷却により固体にする方法がある。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やビニールエステル系樹脂が使用される。また、熱可塑性樹脂としてはポリアミドやポリカーボネートやポブチレンテレフタレートやポリアセタール等のエンジニアリングプラスチックが使用される。 The matrix resin is not limited to a thermosetting resin and may be a thermoplastic resin. When a thermoplastic resin is used as a matrix resin, a method of injecting an unpolymerized resin liquid into a mold and heat-curing, and a method of injecting a thermoplastic polymer into a mold in a state of being heated and melted to make it solid by cooling There is a way. As the thermosetting resin, for example, an epoxy resin or a vinyl ester resin is used. As the thermoplastic resin, engineering plastics such as polyamide, polycarbonate, pobutylene terephthalate and polyacetal are used.
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)前記繊維束はガラス繊維から成り、前記表面処理剤としてサイジング剤及びカップリング剤の両者が使用されている。
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) Before Symbol fiber bundle is made of glass fibers, both sizing agent and coupling agent as the surface treatment agent is used.
(2)前記三次元繊維構造体を形成する工程は、前記繊維束を一方向に配列して形成した繊維束層を積層して少なくとも2軸配向の平板状の積層繊維群を形成する工程と、前記積層繊維群を加圧手段を用いて加圧変形させて前記三次元繊維構造体とする加圧変形工程とを備えている。 (2) Before Symbol forming a three-dimensional fiber structure, the step of forming a flat laminated fiber group at least biaxially oriented by laminating the fiber bundle layer formed by arranging the fiber bundle in one direction And a pressurizing and deforming step of pressurizing and deforming the laminated fiber group using a pressurizing unit to form the three-dimensional fiber structure.
(3)前記平板状の積層繊維群を形成する工程は、前記平板状の積層繊維群にその厚さ方向に結合糸を挿入する工程を備えている。 (3) before Symbol forming a flat laminated fiber group comprises a step of inserting binding threads in the thickness direction of the plate-shaped laminated fiber group.
(4)前記加圧変形工程において前記平板状の積層繊維群を複数のクランプ装置によって把持するとともに、所定範囲の張力を掛けた状態で、所定形状の押圧面を有する可動型及び固定型で押圧して賦形を行う。 (4) with gripping by a plurality of clamping devices of the tabular laminated fiber group before asked pressure deformable step, in a state of tension in a predetermined range, in the movable mold and the stationary mold having a pressing surface of a predetermined shape Press to shape.
12a,12b…繊維束としての連続繊維、23…三次元繊維構造体、24…プリフォーム。 12a, 12b ... Continuous fibers as a fiber bundle, 23 ... Three-dimensional fiber structure, 24 ... Preform.
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