JP5320742B2 - 複合プリプレグ基材の製造方法、積層基材および繊維強化プラスチック - Google Patents
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- Y10T442/2926—Coated or impregnated inorganic fiber fabric
- Y10T442/2951—Coating or impregnation contains epoxy polymer or copolymer or polyether
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- Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
- Y10T442/643—Including parallel strand or fiber material within the nonwoven fabric
Description
(1−a)一方向に配列された連続している強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに少なくとも部分的に含浸されたマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を用意する工程、
(1−b)前記工程(1−a)において用意されたプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、および
(1−c)前記工程(1−b)において得られた追加樹脂層が形成されたプリプレグ基材に、切り込みを入れて、前記連続している強化繊維を繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な状態とする工程、
により製造される複合プリプレグ基材であり、かつ、
複数の前記複合プリプレグ基材が積層されてなる積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に間隔が形成され、該間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む複合プリプレグ基材の製造方法。
(2−a)一方向に配列された連続している強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに少なくとも部分的に含浸されたマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を用意する工程、
(2−b)前記工程(2−a)において用意されたプリプレグ基材に、切り込みを入れて、前記連続している強化繊維を繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な状態とする工程、および、
(2−c)前記(2−b)の工程において得られた繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなるプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、
により製造される複合プリプレグ基材であり、かつ、
複数の前記複合プリプレグ基材が積層されてなる積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に間隔が形成され、該間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む複合プリプレグ基材の製造方法。
(3−a)一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下であり当該長さを有する繊維の端部の位置が長手方向において不揃いな不連続の強化繊維からなる繊維シートを用意する工程、
(3−b)前記工程(3−a)において用意された繊維シートに少なくとも部分的にマトリックス樹脂を含浸させ、プリプレグ基材を形成する工程、
(3−c)前記工程(3−b)において得られたプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、
により製造される複合プリプレグ基材であり、かつ、
複数の前記複合プリプレグ基材が積層されてなる積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に間隔が形成され、該間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む複合プリプレグ基材の製造方法。
2:繊維配列方向を横切る方向
3:強化繊維
4:強化繊維の不連続端群
5:繊維配列方向に投影したときの隣り合う切り込み列における切り込みの端部位置の重なり幅
6:不連続な繊維の繊維長
7:切り込み列
7a、7b:切り込み
8:切り込み列
8a、8b、8c:切り込み
9:切り込み列
9a、9b:切り込み
10、10a、10b、10c、10d:追加樹脂層
11、11a、11b、11c:層間
12:金型の下型
13:強化繊維の隣り合う不連続端群の間の間隔
13a:強化繊維の隣り合う不連続端群の間の間隙
14:ボイド
15:強化繊維の隣り合う不連続端群の間の間隙に流れ込んだ樹脂
30:繊維シート
40:多数の切り込み、または、それらの個別の切り込み
50:多数の切り込み列、または、それらの個別の切り込み列
a:複合プリプレグ基材
a’:原料プリプレグ基材
b:積層基材
c:FRP
d:従来の積層基材
e:従来のFRP
(1−a)一方向に配列された連続している強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに少なくとも部分的に含浸されたマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を用意する工程、
(1−b)前記工程(1−a)において用意されたプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、および
(1−c)前記工程(1−b)において得られた追加樹脂層が形成されたプリプレグ基材に、切り込みを入れて、前記連続している強化繊維を繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な状態とする工程、
からなる複合プリプレグ基材の製造方法。
(2−a)一方向に配列された連続している強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに少なくとも部分的に含浸されたマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を用意する工程、
(2−b)前記工程(2−a)において用意されたプリプレグ基材に、切り込みを入れて、前記連続している強化繊維を繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な状態とする工程、および、
(2−c)前記(2−b)の工程において得られた繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなるプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、
からなる複合プリプレグ基材の製造方法。
(3−a)一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下であり当該長さを有する繊維の端部の位置が長手方向において不揃いな不連続の強化繊維からなる繊維シートを用意する工程、
(3−b)前記工程(3−a)において用意された繊維シートに少なくとも部分的にマトリックス樹脂を含浸させ、プリプレグ基材を形成する工程、
(3−c)前記工程(3−b)において得られたプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、
からなる複合プリプレグ基材の製造方法。
複合プリプレグ基材を、直径100mmの大きさに切り出す。切り出した複合プリプレグ基材を8層で疑似等方に積層し、積層体を用意する。積層体の積層構造は、[−45/0/+45/90]1Sである。300×300mmの大きさの平板金型上に、積層体を配置した後、加熱型プレス成形機により、6MPaの加圧のもと、150℃×30分間の条件により、樹脂を硬化せしめる。得られたFRPの直径L(単位はmm)と、元の直径100mmとの比率を算出する。比率の算出式は、L/100mmである。FRPの直径Lは、最表面の複合プリプレグ基材を基準として測定し、表裏のうちで大きな方を採用する。最表面の複合プリプレグ基材が楕円形になって流動している場合は、その最も大きい長径を採用する。得られる比率により、流動性が評価される。
複合プリプレグ基材を、強化繊維(炭素繊維)の配向方向(0°方向)と、強化繊維(炭素繊維)の配向方向から右に45度ずらした方向(45°方向)に、それぞれ80mm×80mmの大きさに切り出す。切り出した複合プリプレグ基材を8層で疑似等方に積層し、積層体を用意する。積層体の積層構造は、[−45/0/+45/90]1Sである。面積100×100mmで、下面に、直線状のリブを形成するための幅1.5mm、長さ100mm、深さ15mmのキャビティが設けられている上型と上面が平面である下型とからなる金型を用意する。下型の上面に積層体を載置した後、上型を閉じ、加熱型プレス成形機により、6MPaの加圧のもと、150℃×30分間の条件により、樹脂を硬化せしめる。得られたFRPに形成されたリブの高さを測定する。得られる高さの測定値により、リブ形成性が評価される。
平板状のFRPより、長さ250±1mm、幅25±0.2mmの引張強度試験片を切り出す。JIS K7073−1988「炭素繊維強化プラスチックの引張試験方法」に規定する試験方法に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定する。実施例においては、試験機として、インストロン(登録商標)万能試験機4208型を用いた。測定する試験片の数nは10とし、平均値を引張強度とする。さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数CV(%)を算出する。
昇温速度2℃/分、振動周波数0.5Hz、パラレルプレート(φ40mm)の条件下、温度と粘度との関係曲線から最低粘度を求める。実施例においては、測定装置として、Rheometric Scientific社製粘弾性測定システム拡張型ARESを用いた。
光学顕微鏡(400倍)にて断面を直接観察して、厚みを測定する。
板状の樹脂硬化物(2±0.1mm厚、10±0.5mm幅、120±10mm長)を試験片として用いる。試験片から、JIS K7161−1994「プラスチック−引張特性の試験方法」に記載の方法に従い、引張弾性率Eおよびポアソン比νを測定する。同様に加熱硬化して得られた板状の硬化物(6±0.3mm厚、12.7±0.3mm幅、80±10mm長)から、ASTM D5045−99に従ってKICを測定する。GICは、それぞれ測定された前記引張弾性率E、前記ポアソン比ν、および、前記KICを用いて((1−ν)2×KIC 2)/Eの計算式により算出する。測定回数nは、10とする。
JIS K7086−1993「炭素繊維強化プラスチックの層間破壊靱性試験方法」附属書2に記載の方法に従い、ENF試験(端面切り欠き試験片の曲げ試験)により測定する。測定回数nは、10とする。
Claims (21)
- 一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに含浸されたマトリックス樹脂とからなる原料プリプレグ基材と、該原料プリプレグ基材の少なくとも一方の表面に形成された追加樹脂層とからなる複合プリプレグ基材が、
(1−a)一方向に配列された連続している強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに少なくとも部分的に含浸されたマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を用意する工程、
(1−b)前記工程(1−a)において用意されたプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、および
(1−c)前記工程(1−b)において得られた追加樹脂層が形成されたプリプレグ基材に、切り込みを入れて、前記連続している強化繊維を繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な状態とする工程、
により製造される複合プリプレグ基材であり、かつ、
複数の前記複合プリプレグ基材が積層されてなる積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に間隔が形成され、該間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む複合プリプレグ基材の製造方法。 - 一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに含浸されたマトリックス樹脂とからなる原料プリプレグ基材と、該原料プリプレグ基材の少なくとも一方の表面に形成された追加樹脂層とからなる複合プリプレグ基材が、
(2−a)一方向に配列された連続している強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに少なくとも部分的に含浸されたマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を用意する工程、
(2−b)前記工程(2−a)において用意されたプリプレグ基材に、切り込みを入れて、前記連続している強化繊維を繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な状態とする工程、および、
(2−c)前記(2−b)の工程において得られた繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなるプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、
により製造される複合プリプレグ基材であり、かつ、
複数の前記複合プリプレグ基材が積層されてなる積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に間隔が形成され、該間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む複合プリプレグ基材の製造方法。 - 一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに含浸されたマトリックス樹脂とからなる原料プリプレグ基材と、該原料プリプレグ基材の少なくとも一方の表面に形成された追加樹脂層とからなる複合プリプレグ基材が、
(3−a)一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下であり当該長さを有する繊維の端部の位置が長手方向において不揃いな不連続の強化繊維からなる繊維シートを用意する工程、
(3−b)前記工程(3−a)において用意された繊維シートに少なくとも部分的にマトリックス樹脂を含浸させ、プリプレグ基材を形成する工程、
(3−c)前記工程(3−b)において得られたプリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、追加樹脂層を形成する工程、
により製造される複合プリプレグ基材であり、かつ、
複数の前記複合プリプレグ基材が積層されてなる積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に間隔が形成され、該間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む複合プリプレグ基材の製造方法。 - 前記プリプレグ基材に形成される切り込みが、前記強化繊維の配列方向を横切る方向に2mm以上50mm以下の長さの切り込みが間隔をおいて配列されてなる切り込み列と該切り込み列が前記強化繊維の配列方向に間隔をおいて配列されることにより形成され、前記切り込み列の一つを前記強化繊維の配向方向に移動した際に、最初に切り込み同士が重なる他の切り込み列との間隔が、10mm以上100mm以下であり、前記強化繊維の配列方向において隣り合う切り込み列における切り込み位置が、互いに前記強化繊維の配列方向に直交する方向にずれており、かつ、前記強化繊維の配列方向において隣り合う切り込み列における切り込みの端部の位置が、前記強化繊維の配列方向に投影した場合、0.1mm以上前記強化繊維の配列方向に直交する方向において隣り合う切り込みのうち短い方の長さの0.1倍以下の範囲で互いに重なり合っている請求項1または2に記載の複合プリプレグ基材の製造方法。
- 前記プリプレグ基材の少なくとも一方の表面に形成される前記追加樹脂層が、当該プリプレグ基材の表面の全体、あるいは、その表面の一部に形成され、かつ、形成された追加樹脂層の厚みが、前記強化繊維シートを形成している強化繊維の単繊維の直径以上前記原料プリプレグ基材の厚みの0.5倍以下の範囲である請求項1〜3のいずれかに記載の複合プリプレグ基材の製造方法。
- 前記追加樹脂層に、粒子状または繊維状の充填材が配合されている請求項1〜3のいずれかに記載の複合プリプレグ基材の製造方法。
- 前記追加樹脂層を形成する樹脂と前記原料プリプレグ基材を形成する前記マトリックス樹脂とが異なり、かつ、前記追加樹脂層を形成する樹脂の室温以上樹脂分解温度以下の範囲における最低粘度が、前記マトリックス樹脂のそれより低い請求項1〜3のいずれかに記載の複合プリプレグ基材の製造方法。
- 前記追加樹脂層を形成する樹脂と前記原料プリプレグ基材を形成する前記マトリックス樹脂とが異なり、かつ、前記追加樹脂層を形成する樹脂の破壊靭性が、前記マトリックス樹脂のそれより高い請求項1〜3のいずれかに記載の複合プリプレグ基材の製造方法。
- 前記原料プリプレグ基材を形成する前記マトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂であり、前記追加樹脂層を形成する樹脂が、熱可塑性樹脂である請求項1〜3のいずれかに記載の複合プリプレグ基材の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法により製造された複合プリプレグ基材の複数枚が、少なくとも一方の表面に追加樹脂層が存在するように積層され、前記各複合プリプレグ基材間において、隣り合う複合プリプレグ基材の少なくとも一部が互いに接着されてなる積層基材。
- 積層された複数枚の複合プリプレグ基材の少なくとも2枚の複合プリプレグ基材における追加樹脂層の厚みが、互いに異なる請求項10に記載の積層基材。
- 一方向に配列された繊維長が1mm以上300mm以下の不連続な強化繊維からなる繊維シートと該繊維シートに含浸されたマトリックス樹脂とからなる原料プリプレグ基材の複数枚が、少なくとも一方の最表層と積層層間の内少なくとも一つの層間に、追加樹脂層が配置されて積層され、各積層層間において、前記原料プリプレグ基材同士および/または前記原料プリプレグ基材と前記追加樹脂層との境界の少なくとも一部が、接着されて一体化されている積層基材であり、かつ、該積層基材が加圧を受けたとき、隣り合う前記不連続な強化繊維の不連続端同士の間に形成されている間隔に前記追加樹脂層を形成している樹脂が流れ込む積層基材。
- 前記追加樹脂層の内の少なくとも2つ追加樹脂層の厚みが、互いに異なる請求項12に記載の積層基材。
- 前記積層基材表面の追加樹脂層の厚みが、前記積層基材内部の追加樹脂層のそれよりも厚い請求項11に記載の積層基材。
- 前記積層基材表面の追加樹脂層の厚みが、前記積層基材内部の追加樹脂層のそれよりも厚い請求項13に記載の積層基材。
- 前記原料プリプレグ基材を形成する前記マトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂であり、前記追加樹脂層を形成する樹脂が、熱可塑性樹脂であって、前記熱可塑性樹脂が積層基材の表面に露出している請求項10に記載の積層基材。
- 前記原料プリプレグ基材を形成する前記マトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂であり、前記追加樹脂層を形成する樹脂が、熱可塑性樹脂であって、前記熱可塑性樹脂が積層基材の表面に露出している請求項12に記載の積層基材。
- 請求項10に記載の積層基材を加熱・加圧して得られる繊維強化プラスチックであって、前記積層基材の少なくとも一方の表面に追加樹脂層が存在している繊維強化プラスチック。
- 請求項12に記載の積層基材を加熱・加圧して得られる繊維強化プラスチックであって、前記積層基材の少なくとも一方の表面に追加樹脂層が存在している繊維強化プラスチック。
- 前記強化繊維の隣り合う不連続状態の繊維の端群の間に、前記追加樹脂層を形成する樹脂が介在している請求項18に記載の繊維強化プラスチック。
- 前記強化繊維の隣り合う不連続状態の繊維の端群の間に、前記追加樹脂層を形成する樹脂が介在している請求項19に記載の繊維強化プラスチック。
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