JP5841780B2 - Manufacturing method of prepreg and manufacturing method of fiber reinforced thermosetting resin molding - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維などの高強度繊維をシート状に加工してなる繊維基材にプラスチックを含浸してなるプリプレグと、このプリプレグを複数枚積層してなる繊維強化熱硬化性樹脂成型体に関する。 The present invention relates to a prepreg obtained by impregnating a fiber base material obtained by processing high-strength fibers such as carbon fibers into a sheet, and a fiber-reinforced thermosetting resin molded body obtained by laminating a plurality of prepregs. .
繊維強化プラスチック成型体である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、埋設される強化繊維でプラスチックが補強されることから、プラスチック単体では到底に実現できない、極めて優れた強度を実現する。この優れた物性から、強度と軽さとが要求される多種多様な用途、たとえば、自動車や航空機等に使用されている。ＦＲＰに使用される強化繊維には、主としてガラス繊維が使用されるが、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やＰＢＯ繊維などの有機繊維、およびシリコンカーバイト繊維などの無機繊維なども使用される。さらに近年、極めて優れた物性を示すことから、炭素繊維などの無機繊維なども使用される。さらに近年、極めて優れた物性を示すことから、炭素繊維やアラミド繊維などの高強度繊維が使用されるようになった。 Fiber reinforced plastic (FRP), which is a fiber reinforced plastic molding, is reinforced with embedded reinforced fiber, so that it achieves extremely excellent strength that cannot be achieved with plastic alone. Due to these excellent physical properties, they are used in a wide variety of applications that require strength and lightness, such as automobiles and aircraft. Glass fibers are mainly used as reinforcing fibers used in FRP, but metal fibers such as aluminum fibers and stainless fibers, organic fibers such as aramid fibers and PBO fibers, and inorganic fibers such as silicon carbide fibers, etc. used. In recent years, inorganic fibers such as carbon fibers are also used because they exhibit extremely excellent physical properties. In recent years, high strength fibers such as carbon fibers and aramid fibers have come to be used because they exhibit extremely excellent physical properties.
高強度繊維として炭素繊維を使用する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、複数のプリプレグを積層してプリフォームとし、これをプレス成形して製作される。プリプレグは、炭素繊維をシート状に加工している高強度繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて製作される。高強度繊維基材は、連続する高強度繊維を一方向に配列させるか、織物加工させるかで製作される。 Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) using carbon fibers as high-strength fibers is produced by laminating a plurality of prepregs into a preform and press-molding it. The prepreg is manufactured by impregnating a thermosetting resin into a high-strength fiber base material in which carbon fibers are processed into a sheet shape. The high-strength fiber substrate is manufactured by arranging continuous high-strength fibers in one direction or by woven processing.
炭素繊維を使用する繊維強化プラスチック成型体は、高強度繊維をいかに理想的な状態でプラスチックに埋設できるかで力学特性を改善できる。このことを実現する技術が開発されている。（特許文献１及び２参照） Fiber reinforced plastic moldings using carbon fibers can improve their mechanical properties depending on how ideally high strength fibers can be embedded in plastic. Techniques have been developed to achieve this. (See Patent Documents 1 and 2)
特許文献１は、単繊維状の炭素繊維を熱可塑性樹脂中に高含有率で埋設する繊維強化プラスチック成型体を記載する。この繊維強化プラスチック成型体は、炭素繊維の重量平均繊維長（Ｌｗ）を０．５〜１０ｍｍとし、さらに炭素繊維をランダムに配置にすることで、優れた力学特性を実現する。さらに、この繊維強化プラスチック成型体は、繊維状の炭素繊維と、この炭素繊維の隙間に含浸させるプラスチックとして、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維とを使用することで、長い炭素繊維の含有率を高くすると共に、炭素繊維をランダムに配置して力学特性を改善する。この繊維強化プラスチック成型体は、所定の長さの炭素繊維と、炭素繊維の隙間に含浸させるプラスチックとして熱可塑性樹脂繊維を混合して湿式でシート状に加工した後、乾燥してプリプレグとし、複数のプリプレグを積層し、予熱して、金型のキャビティーに配置し、金型のキャビティーで加熱加圧成形することで、熱可塑性樹脂繊維を熱軟化させて、炭素繊維の隙間に含浸させる状態として所定の形状に成形される。 Patent document 1 describes the fiber reinforced plastic molding which embeds a single fiber-like carbon fiber in a thermoplastic resin with a high content rate. This fiber-reinforced plastic molded body realizes excellent mechanical properties by setting the weight average fiber length (Lw) of the carbon fibers to 0.5 to 10 mm and arranging the carbon fibers at random. Further, this fiber reinforced plastic molded body uses a fibrous carbon fiber and a single-fiber thermoplastic resin fiber as a plastic impregnated in the gap between the carbon fibers, thereby increasing the content of the long carbon fiber. While increasing the height, the carbon fiber is randomly arranged to improve the mechanical properties. This fiber reinforced plastic molded body is made by mixing a predetermined length of carbon fiber and a thermoplastic resin fiber as a plastic impregnated in the gap between the carbon fibers, processing it into a wet sheet, drying it into a prepreg, The prepregs are laminated, preheated, placed in the mold cavity, and heated and pressed in the mold cavity to heat soften the thermoplastic resin fibers and impregnate the carbon fiber gaps. It is molded into a predetermined shape as a state.
以上の繊維強化プラスチック成型体は、炭素繊維と、炭素繊維の隙間に含浸させる熱可塑樹脂繊維とを抄紙してシートとした後、乾燥してプリプレグとする。プリプレグは、炭素繊維の隙間に熱可塑性樹脂が含浸された状態となる。このプリプレグが複数枚に積層され、予熱した後、金型のキャビティー内で加熱、加圧、成型して所定の形状に成形される。 The above fiber-reinforced plastic molding is made into a sheet by paper-making carbon fibers and thermoplastic resin fibers impregnated in the gaps between the carbon fibers, and then dried to obtain a prepreg. The prepreg is in a state where a gap between the carbon fibers is impregnated with a thermoplastic resin. This prepreg is laminated in a plurality of sheets, preheated, and then heated, pressurized, and molded in a mold cavity to be molded into a predetermined shape.
以上の方法で製造される繊維強化プラスチック成型体は、プリプレグを積層している層間の強度が弱くなる欠点がある。それは、プリプレグの炭素繊維が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に配向されて、プリプレグを積層している層間が樹脂層となるからである。 The fiber-reinforced plastic molded body produced by the above method has a drawback that the strength between the layers where the prepreg is laminated is weakened. This is because the carbon fiber of the prepreg is oriented in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the layer where the prepregs are laminated becomes a resin layer.
さらに、特許文献２は、強化繊維基材に樹脂を含浸しているプリプレグを記載する。このプリプレグは、強化繊維基材として、繊維長１０ｍｍを越える強化繊維を０〜５０重量％、繊維長２〜１０ｍｍの強化繊維を５０〜１００重量％、繊維長２ｍｍ未満の強化繊維を０〜５０重量％とし、互いに交差する強化繊維単糸で形成される二次元配向角の平均値を１０〜８０度とし、さらに２３℃での厚みｈ０（ｍｍ）を０．０３〜１ｍｍ、引張強度σを０．０１ＭＰａ以上とする。 Further, Patent Document 2 describes a prepreg in which a reinforcing fiber base material is impregnated with a resin. This prepreg has 0-50% by weight of reinforcing fibers having a fiber length of more than 10 mm, 50-100% by weight of reinforcing fibers having a fiber length of 2-10 mm, and 0-50% of reinforcing fibers having a fiber length of less than 2 mm. The average value of the two-dimensional orientation angle formed by the reinforcing fiber single yarns crossing each other is 10 to 80 degrees, the thickness h0 (mm) at 23 ° C. is 0.03 to 1 mm, and the tensile strength σ is 0.01 MPa or more.
以上のプリプレグは以下のようにして製作される。
（１）炭素繊維を所定の長さ６ｍｍにカットし、湿式抄紙してシート状とし、これを乾燥して炭素繊維基材を製作する。
（２）炭素繊維基材を１枚と、ナイロン樹脂製のフィルム２枚とを、フィルム／炭素繊維基材／フィルムとなるように積層し、２５０℃の温度で５ＭＰａの圧力を２分間かけて炭素繊維基材にナイロン樹脂を含浸させてプリプレグとする。
The above prepreg is manufactured as follows.
(1) A carbon fiber is cut into a predetermined length of 6 mm, wet-paper-made into a sheet, and dried to produce a carbon fiber substrate.
(2) Laminate one carbon fiber base material and two nylon resin films so as to be film / carbon fiber base material / film, and apply a pressure of 5 MPa at a temperature of 250 ° C. for 2 minutes. A carbon fiber substrate is impregnated with a nylon resin to form a prepreg.
さらに、この公報は、以上の工程で得られたプリプレグを使用してプリフォームを製作することも記載する。このプリフォームは、プリプレグを８枚積層して遠赤外線加熱炉を使用して、窒素雰囲気下で２８０℃に予熱し、キャビティ表面温度を１２０℃、厚み１．１ｍｍのキャビティを有するスタンピング成形金型に配置して金型を閉じ、加圧成形して製作される。 Furthermore, this publication also describes the production of preforms using the prepreg obtained in the above process. This preform is a stamping mold having 8 prepregs laminated and preheated to 280 ° C. in a nitrogen atmosphere using a far infrared heating furnace, having a cavity surface temperature of 120 ° C. and a cavity having a thickness of 1.1 mm. It is manufactured by closing the mold and placing it under pressure.
以上の繊維強化プラスチック成型体は、プリプレグのＸ軸方向とＹ軸方向に高強度繊維を配置してプリプレグ自体の力学特性を改善できるが、複数のプリプレグを積層する状態で、積層しているプリプレグの層間の強度が弱くなる欠点がある。それは、炭素繊維の隙間にプラスチックを含浸させるために、炭素繊維基材の両面をナイロン樹脂製のフィルム２枚で挟み、これを２５０℃に加熱することで、熱可塑性樹脂であるナイロン樹脂製フィルムを軟化させて、炭素繊維基材にナイロン樹脂を含浸させるからである。熱可塑性樹脂のナイロン樹脂性フィルムは、加熱された状態における粘度が高く、炭素繊維基材の両面から高い粘度で繊維の隙間に含浸される。高粘度のプラスチックが炭素繊維の隙間に含浸されたプリプレグは、表面の繊維密度が低くなることに加えて、表面が平滑面となる。このため、この状態のプリプレグを積層して繊維強化プラスチックを成型体を成形すると、プリプレグの層間において繊維がＺ軸方向に繊維が配向されず、樹脂層を介してプリプレグが積層される状態となって、層間の強度が弱くなる。 The above fiber-reinforced plastic molded body can improve the mechanical properties of the prepreg itself by arranging high-strength fibers in the X-axis direction and the Y-axis direction of the prepreg. There is a drawback that the strength between the layers becomes weak. Nylon resin film that is a thermoplastic resin by sandwiching both sides of a carbon fiber substrate with two nylon resin films and heating them to 250 ° C. in order to impregnate the carbon fiber gap with plastic. This is because the carbon fiber base material is impregnated with nylon resin. A nylon resin film of thermoplastic resin has a high viscosity in a heated state, and is impregnated in the gaps of the fiber with high viscosity from both sides of the carbon fiber substrate. The prepreg in which the high-viscosity plastic is impregnated in the gaps between the carbon fibers has a smooth surface in addition to a low fiber density on the surface. For this reason, when the prepreg in this state is laminated to form a molded product of fiber reinforced plastic, the fibers are not oriented in the Z-axis direction between the prepreg layers, and the prepreg is laminated via the resin layer. As a result, the interlayer strength is weakened.
本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数のプリプレグを積層する状態において層間の強度を著しく向上できるプリプレグの製造方法と繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving the above-mentioned drawbacks. An important object of the present invention is to provide a method for producing a prepreg and a method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molded body capable of remarkably improving the strength between layers in a state where a plurality of prepregs are laminated.
本発明のプリプレグの製造方法は、短繊維の高強度繊維をシート状としてなる繊維基材にプラスチックを含浸してプリプレグを製造する。プリプレグの製造方法は、高強度繊維を繊維基材とするシート加工工程と、このシート加工工程で得られた繊維基材にプラスチックを含浸させる含浸工程とからなる。シート加工工程は、高強度繊維を湿式抄紙してシート状の抄紙シートに加工する抄紙工程と、この抄紙工程で得られる抄紙シートの高強度繊維をバインダー繊維で結合して繊維基材とする結合工程とからなる。抄紙工程は、結合工程で加熱溶融されて高強度繊維を結合する熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂からなるバインダー繊維を、１００重量部の高強度繊維に対して３重量部ないし３０重量部加えて分散液に添加すると共に、高強度繊維とバインダー繊維の添加された分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させ、堆積してシート状に加工する。結合工程は、抄紙工程で得られる抄紙シートを加熱して、抄紙シートに含まれるバインダー繊維を溶融させてバインダー繊維の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂で高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合する。さらに、含浸工程は、繊維基材の隙間に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含む状態で含浸させるものであり、前記高強度繊維の平均繊維長さを０．５ｍｍないし１３ｍｍとし、前記メッシュコンベアの網目の隙間が０．０１ｍｍないし３ｍｍである。
In the method for producing a prepreg of the present invention, a prepreg is produced by impregnating a plastic into a fiber base material in which short high-strength fibers are formed into a sheet shape. The prepreg manufacturing method includes a sheet processing step using high-strength fibers as a fiber base material and an impregnation step of impregnating the fiber base material obtained in the sheet processing step with plastic. The sheet processing process consists of a papermaking process in which high-strength fibers are wet-processed into a sheet-like papermaking sheet, and the high-strength fibers of the papermaking sheet obtained in this papermaking process are bonded with binder fibers to form a fiber base material. Process. In the paper making process, 3 to 30 parts by weight of a binder fiber made of a thermoplastic resin or a wet heat melting type resin that is heated and melted in the bonding process to bond the high-strength fibers is added to 100 parts by weight of the high-strength fibers. In addition to adding to the dispersion, the dispersion containing the high-strength fibers and binder fibers is sucked onto the paper making surface of the mesh conveyor to orient the high-strength fibers in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. And processed into a sheet. In the bonding process, the paper sheet obtained in the paper making process is heated to melt the binder fibers contained in the paper sheet, and the high-strength fibers are made of thermoplastic resin or wet heat melting resin of the binder fibers in the X-axis direction and the Y-axis direction. And are aligned in the Z-axis direction. Furthermore, the impregnation step is to impregnate the gap between the fiber base materials in a state containing a thermosetting resin in an uncured state, the average fiber length of the high-strength fibers is 0.5 mm to 13 mm, The mesh gap of the mesh conveyor is 0.01 mm to 3 mm .
以上の方法で製造されるプリプレグは、複数枚を積層して繊維強化熱硬化性樹脂成型体とする状態で、プリプレグの層間の強度を著しく向上できる特徴がある。それは、抄紙シートを製造する工程で、高強度繊維とバインダー繊維とを混合している分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引し、高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させ、堆積させてシート状の抄紙シートとし、さらに、この抄紙シートを加熱して高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合した後、繊維基材の繊維の微細な隙間に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含浸させるからである。 The prepreg produced by the above method is characterized in that the strength between the layers of the prepreg can be remarkably improved in a state where a plurality of prepregs are laminated to form a fiber-reinforced thermosetting resin molding. It is a process for producing a papermaking sheet, in which a dispersion liquid in which high-strength fibers and binder fibers are mixed is sucked to the papermaking surface of the mesh conveyor, and the high-strength fibers are drawn in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. The sheet is made into a sheet-like papermaking sheet, and the papermaking sheet is further heated to bond the high-strength fibers in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. This is because the fine gaps between the fibers of the base material are impregnated with an uncured thermosetting resin.
分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積すると、メッシュコンベアを透過する水流は、高強度繊維をＺ軸方向に配向させようとする。とくに、高強度繊維の先端部は、網目を通過する水流によって、網目から突出されてＺ軸方向に配向される。このため、メッシュコンベアの表面に堆積される抄紙シートは、その表面にＺ軸方向に配向する繊維があって、この繊維が表面から無数に突出する状態となる。 When the dispersion liquid is sucked and deposited on the paper making surface of the mesh conveyor, the water flow passing through the mesh conveyor tends to orient the high-strength fibers in the Z-axis direction. In particular, the tip of the high-strength fiber is protruded from the mesh and oriented in the Z-axis direction by the water flow passing through the mesh. For this reason, the papermaking sheet deposited on the surface of the mesh conveyor has fibers oriented in the Z-axis direction on the surface, and the fibers protrude innumerably from the surface.
さらに、以上の方法は、繊維の微細な隙間にプラスチックを含浸させる工程においても、表面から無数の繊維が突出する状態に保持される。従来の方法は、加熱状態で高い粘度となる熱可塑性樹脂のプラスチックシートを積層して、この高粘度のプラスチックシートが表面から突出している無数の繊維を押し付けて平滑面とする。 Furthermore, the above method is maintained in a state where countless fibers protrude from the surface even in the step of impregnating the fine gaps of the fibers with plastic. In the conventional method, a thermoplastic resin plastic sheet having a high viscosity in a heated state is laminated, and countless fibers from which the high-viscosity plastic sheet projects from the surface are pressed to form a smooth surface.
これに対して、以上の方法は、繊維基材の隙間に、未硬化状態にある液状の熱硬化性樹脂を含む状態で含浸させるので、液状の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂がスムーズに繊維の隙間に含浸されて、Ｚ軸方向の配向を保持する。したがって、熱硬化性樹脂を高強度繊維の微細な隙間に含浸させた状態においても、プリプレグ表面には無数の繊維がＺ軸方向に配向され、これが層間の熱硬化性樹脂に埋設されて層間の結合強度を補強する。このため、複数のプリプレグを積層して成形される繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、層間の強度を著しく向上できる特徴を実現する。 On the other hand, the above method impregnates the gap between the fiber base materials in a state containing a liquid thermosetting resin in an uncured state, so that the liquid thermoplastic resin or wet heat melt type resin can be smoothly dispersed in the fiber. So as to maintain the orientation in the Z-axis direction. Therefore, even in a state where the thermosetting resin is impregnated in the minute gaps of the high-strength fibers, innumerable fibers are oriented in the Z-axis direction on the prepreg surface, and this is embedded in the interlayer thermosetting resin and is interposed between the layers. Reinforce bond strength. For this reason, the fiber reinforced thermosetting resin molding formed by laminating a plurality of prepregs realizes a feature that the strength between layers can be remarkably improved.
本発明のプリプレグの製造方法は、含浸工程において、繊維基材の表面に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂シートを積層して加熱し、熱硬化性樹脂シートを溶融させて未硬化状態にある熱硬化性樹脂を繊維基材の隙間に含浸させることができ、あるいは、繊維基材の表面に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂をローラーで転写して繊維基材の隙間に含浸させることができる。
繊維基材の表面に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂シートを積層して加熱する方法は、加熱されると低粘度な液状となる熱硬化性樹脂シートを積層し、これを加熱して繊維の隙間に含浸させるので、低粘度に液化した液状の熱硬化性樹脂をスムーズに繊維の隙間に含浸させてＺ軸方向の配向を保持できる。また、未硬化状態にある熱硬化性樹脂をローラーで転写する方法は、未硬化状態にある液状の熱硬化性樹脂を、簡単かつ容易に繊維の微細な隙間の内部に確実に含浸させながらＺ軸方向の配向を保持できる。
In the impregnation step, the prepreg manufacturing method of the present invention is a method of laminating and heating a thermosetting resin sheet in an uncured state on the surface of a fiber base material, and melting the thermosetting resin sheet to an uncured state. A certain thermosetting resin can be impregnated into the gap of the fiber base material, or an uncured thermosetting resin is transferred onto the surface of the fiber base material with a roller to impregnate the gap of the fiber base material. be able to.
A method of laminating and heating a thermosetting resin sheet in an uncured state on the surface of a fiber substrate is performed by laminating a thermosetting resin sheet that becomes a low-viscosity liquid when heated, and heating this. Since the fiber gap is impregnated, the liquid thermosetting resin liquefied to a low viscosity can be smoothly impregnated in the fiber gap to maintain the Z-axis orientation. Moreover, the method of transferring the thermosetting resin in an uncured state with a roller is as follows. The liquid thermosetting resin in an uncured state is easily and easily impregnated into the fine gaps of the fibers while reliably impregnating Z. Axial orientation can be maintained.
本発明のプリプレグの製造方法は、高強度繊維の含有量を熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの重量に対して１０重量％ないし５０重量％とすることができる。
Method for producing a prepreg of the present invention can be 50 wt% to 10 wt% to the content of the high strength fibers relative to the weight of the prepreg impregnated with a thermosetting resin.
以上の方法は、分散液を湿式抄紙するメッシュコンベアの網目を大きくしているので、分散液がメッシュコンベアをスムーズに透過して高強度繊維のＺ軸方向の配向作用を大きくする。さらに、高強度繊維の先端部をより長く繊維基材表面から突出させて、プリプレグの層間強度をより向上できる。
In the above method, since the mesh of the mesh conveyor that wet-forms the dispersion liquid is enlarged, the dispersion smoothly passes through the mesh conveyor and increases the orientation action of the high-strength fibers in the Z-axis direction. Furthermore, the front-end | tip part of a high strength fiber can be protruded from the fiber base material surface longer, and the interlayer strength of a prepreg can be improved more.
本発明のプリプレグの製造方法は、バインダー繊維に、熱硬化性樹脂を硬化させる温度よりも軟化温度の高い熱可塑性樹脂繊維を使用することができる。 The manufacturing method of the prepreg of this invention can use the thermoplastic resin fiber whose softening temperature is higher than the temperature which hardens a thermosetting resin for a binder fiber.
本発明のプリプレグの製造方法は、バインダー繊維に、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチルビニルアルコール繊維のいずれか又はこれ等を複数種混合して使用することができる。 The method for producing the prepreg of the present invention comprises a binder fiber, polyester fiber, polypropylene fiber, polyimide fiber, polyethylene fiber, polyvinyl acetate fiber, polyvinyl alcohol fiber, ethyl vinyl alcohol fiber, or a mixture of these. Can be used.
本発明のプリプレグの製造方法は、高強度繊維を炭素繊維とすることができる。 In the method for producing a prepreg of the present invention, high-strength fibers can be carbon fibers.
本発明のプリプレグの製造方法は、高強度繊維が、炭素繊維と、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維と、アラミド繊維と、ポリアクリレート繊維と、高強力ポリエチレン繊維と、高強力ポリビニルアルコール繊維の何れか又はこれ等を複数種含むことができる。 The method for producing the prepreg of the present invention is such that the high-strength fibers are carbon fibers, polyparaphenylene benzoxazole (PBO) fibers, aramid fibers, polyacrylate fibers, high-strength polyethylene fibers, and high-strength polyvinyl alcohol fibers. Any one or more of these may be included.
本発明のプリプレグの製造方法は、熱硬化性樹脂をエポキシ樹脂とすることができる。 In the method for producing a prepreg of the present invention, the thermosetting resin can be an epoxy resin.
本発明のプリプレグの製造方法は、熱硬化性樹脂を、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の何れかとすることができる。 In the method for producing the prepreg of the present invention, the thermosetting resin can be any one of an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, and an unsaturated polyester resin.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、短繊維の高強度繊維をシート状としてなる繊維基材にプラスチックを含浸してなる複数のプリプレグを積層し、これを加熱してプリプレグの熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化熱硬化性樹脂を製造する。繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、プリプレグの製造方法として、短繊維の高強度繊維をシート状としてなる繊維基材にプラスチックを含浸してプリプレグを製造する。このプリプレグの製造方法は、高強度繊維を繊維基材とするシート加工工程と、このシート加工工程で得られた繊維基材にプラスチックを含浸させる含浸工程とからなる。シート加工工程は、高強度繊維を湿式抄紙してシート状の抄紙シートに加工する抄紙工程と、この抄紙工程で得られる抄紙シートの高強度繊維をバインダー繊維で結合して繊維基材とする結合工程とからなる。抄紙工程は、結合工程で加熱溶融されて高強度繊維を結合する熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂からなるバインダー繊維を、１００重量部の高強度繊維に対して３重量部ないし３０重量部加えて分散液に添加すると共に、高強度繊維とバインダー繊維の添加された分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させ、堆積してシート状に加工する。結合工程は、抄紙工程で得られる抄紙シートを加熱して、抄紙シートに含まれるバインダー繊維を溶融させてバインダー繊維の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂で高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合する。さらに、含浸工程は、繊維基材の隙間に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含む状態で含浸させる。さらにまた、前記高強度繊維の平均繊維長さを０．５ｍｍないし１３ｍｍとし、前記メッシュコンベアの網目の隙間が０．０１ｍｍないし３ｍｍである。
The method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding according to the present invention comprises laminating a plurality of prepregs obtained by impregnating a plastic into a fiber base material in which short high-strength fibers are formed into a sheet shape, and heating the prepregs. The fiber reinforced thermosetting resin is produced by curing the thermosetting resin. The method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding is a method for producing a prepreg by impregnating a fiber base material in the form of a sheet of high-strength fibers of short fibers with a plastic. This prepreg manufacturing method includes a sheet processing step using high-strength fibers as a fiber base material and an impregnation step of impregnating the fiber base material obtained in the sheet processing step with plastic. The sheet processing process consists of a papermaking process in which high-strength fibers are wet-processed into a sheet-like papermaking sheet, and the high-strength fibers of the papermaking sheet obtained in this papermaking process are bonded with binder fibers to form a fiber base material. Process. In the paper making process, 3 to 30 parts by weight of a binder fiber made of a thermoplastic resin or a wet heat melting type resin that is heated and melted in the bonding process to bond the high-strength fibers is added to 100 parts by weight of the high-strength fibers. In addition to adding to the dispersion, the dispersion containing the high-strength fibers and binder fibers is sucked onto the paper making surface of the mesh conveyor to orient the high-strength fibers in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. And processed into a sheet. In the bonding process, the paper sheet obtained in the paper making process is heated to melt the binder fibers contained in the paper sheet, and the high-strength fibers are made of thermoplastic resin or wet heat melting resin of the binder fibers in the X-axis direction and the Y-axis direction. And are aligned in the Z-axis direction. Furthermore, an impregnation process is made to impregnate in the state containing the thermosetting resin in a non-hardened state in the clearance gap between fiber base materials. Furthermore, the average fiber length of the high-strength fibers is 0.5 mm to 13 mm, and the mesh gap of the mesh conveyor is 0.01 mm to 3 mm.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、含浸工程において、繊維基材の表面に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂シートを積層して加熱し、熱硬化性樹脂シートを溶融させて未硬化状態にある熱硬化性樹脂を繊維基材の隙間に含浸させることができ、あるいは、繊維基材の表面に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂をローラーで転写して繊維基材の隙間に含浸させることができる。 In the method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molded body of the present invention, in the impregnation step, a thermosetting resin sheet in an uncured state is laminated on the surface of the fiber substrate and heated to heat the thermosetting resin sheet. It can be melted and impregnated with the thermosetting resin in an uncured state in the gaps of the fiber base, or the uncured thermosetting resin is transferred to the surface of the fiber base with a roller. The gaps in the substrate can be impregnated.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、高強度繊維の含有量を熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの重量に対して１０重量％ないし５０重量％とすることができる。
Method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding material of the present invention can be 50 wt% to 10 wt% to the content of the high strength fibers relative to the weight of the prepreg impregnated with a thermosetting resin.
以上の方法は、分散液を湿式抄紙するメッシュコンベアの網目を大きくしているので、分散液がメッシュコンベアをスムーズに透過して高強度繊維のＺ軸方向の配向作用を大きくする。さらに、高強度繊維の先端部をより長く繊維基材表面から突出させて、プリプレグの層間強度をより向上できる。 In the above method, since the mesh of the mesh conveyor that wet-forms the dispersion liquid is enlarged, the dispersion smoothly passes through the mesh conveyor and increases the orientation action of the high-strength fibers in the Z-axis direction. Furthermore, the front-end | tip part of a high strength fiber can be protruded from the fiber base material surface longer, and the interlayer strength of a prepreg can be improved more.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、バインダー繊維に、熱硬化性樹脂を硬化させる温度よりも軟化温度の高い熱可塑性樹脂繊維を使用することができる。 The manufacturing method of the fiber reinforced thermosetting resin molding of this invention can use the thermoplastic resin fiber whose softening temperature is higher than the temperature which hardens a thermosetting resin for a binder fiber.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、高強度繊維を炭素繊維とすることができる。 In the method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding of the present invention, high-strength fibers can be made into carbon fibers.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、高強度繊維が、炭素繊維と、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維と、アラミド繊維と、ポリアクリレート繊維と、高強力ポリエチレン繊維と、高強力ポリビニルアルコール繊維の何れか又はこれ等を複数種含むことができる。 In the method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molded body of the present invention, the high-strength fibers are carbon fibers, polyparaphenylene benzoxazole (PBO) fibers, aramid fibers, polyacrylate fibers, and high-strength polyethylene fibers. Any of high-strength polyvinyl alcohol fibers or a plurality of these can be included.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、熱硬化性樹脂をエポキシ樹脂とすることができる。 In the method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding of the present invention, the thermosetting resin can be an epoxy resin.
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法は、熱硬化性樹脂を、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の何れかとすることができる。 In the method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding of the present invention, the thermosetting resin can be any one of an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, and an unsaturated polyester resin.
以下、本発明の実施例を詳述する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのプリプレグの製造方法と、このプリプレグを使用する繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法を例示するものであって、本発明はプリプレグの製造方法と繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法を以下の方法には特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Examples of the present invention will be described in detail below. However, the examples shown below exemplify a method for producing a prepreg for embodying the technical idea of the present invention, and a method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding using this prepreg, This invention does not specify the manufacturing method of a prepreg, and the manufacturing method of a fiber reinforced thermosetting resin molding to the following methods. Further, this specification does not limit the members shown in the claims to the members of the embodiments.
繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、短繊維の高強度繊維をシート状としている繊維基材にプラスチックを含浸している複数のプリプレグを積層し、これを加熱してプリプレグの熱硬化性樹脂を硬化して製造される。 A fiber reinforced thermosetting resin molded body is made by laminating a plurality of prepregs impregnated with plastic on a fiber base material in the form of a sheet of short high-strength fibers, and heating this to heat the thermosetting resin of the prepreg. Manufactured by curing.
プリプレグは、高強度繊維を繊維基材とするシート加工工程と、このシート加工工程で得られた繊維基材にプラスチックを含浸させる含浸工程とで製造される。シート加工工程は、高強度繊維を湿式抄紙してシート状の抄紙シートに加工する抄紙工程と、この抄紙工程で得られる抄紙シートの高強度繊維をバインダー繊維で結合して繊維基材とする結合工程とからなる。抄紙工程は、結合工程で加熱溶融されて高強度繊維を結合する熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂からなるバインダー繊維を、１００重量部の高強度繊維に対して３重量部ないし３０重量部加えて分散液に添加すると共に、高強度繊維とバインダー繊維の添加された分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させ、堆積してシート状に加工する。結合工程は、抄紙工程で得られる抄紙シートを加熱して、抄紙シートに含まれるバインダー繊維を溶融させてバインダー繊維の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂で高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合する。さらに、含浸工程は、繊維基材の隙間に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含む状態で含浸させる。 The prepreg is manufactured by a sheet processing step using high-strength fibers as a fiber base material and an impregnation step of impregnating the fiber base material obtained in the sheet processing step with plastic. The sheet processing process consists of a papermaking process in which high-strength fibers are wet-processed into a sheet-like papermaking sheet, and the high-strength fibers of the papermaking sheet obtained in this papermaking process are bonded with binder fibers to form a fiber base material. Process. In the paper making process, 3 to 30 parts by weight of a binder fiber made of a thermoplastic resin or a wet heat melting type resin that is heated and melted in the bonding process to bond the high-strength fibers is added to 100 parts by weight of the high-strength fibers. In addition to adding to the dispersion, the dispersion containing the high-strength fibers and binder fibers is sucked onto the paper making surface of the mesh conveyor to orient the high-strength fibers in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. And processed into a sheet. In the bonding process, the paper sheet obtained in the paper making process is heated to melt the binder fibers contained in the paper sheet, and the high-strength fibers are made of thermoplastic resin or wet heat melting resin of the binder fibers in the X-axis direction and the Y-axis direction. And are aligned in the Z-axis direction. Furthermore, an impregnation process is made to impregnate in the state containing the thermosetting resin in a non-hardened state in the clearance gap between fiber base materials.
プリプレグは、短繊維の高強度繊維をシート状に加工してなる繊維基材に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含浸させて製造される。プリプレグは、好ましくは、熱硬化性樹脂の含有量を５０重量％ないし９０重量％とし、かつ、高強度繊維の含有量を１０重量％ないし５０重量％とする。 A prepreg is manufactured by impregnating a thermosetting resin in an uncured state into a fiber base material obtained by processing high-strength fibers of short fibers into a sheet shape. The prepreg preferably has a thermosetting resin content of 50 wt% to 90 wt% and a high strength fiber content of 10 wt% to 50 wt%.
繊維基材は、抄紙工程において、短繊維の高強度繊維を湿式抄紙してシート状の抄紙シートに加工し、この抄紙シートの高強度繊維を、結合工程において、バインダー繊維で結合して製造される。 The fiber base material is manufactured by wet-making short high-strength fibers in the paper making process and processing them into sheet-like paper making sheets, and bonding the high-strength fibers of the paper making sheets with binder fibers in the binding process. The
抄紙シートは、抄紙工程において、以下のように湿式抄紙して製造される。
短繊維の高強度繊維を水に懸濁して抄紙用スラリーとし、この抄紙用スラリーを湿式抄紙してシート状とし、これを乾燥して抄紙シートを製造する。この高強度繊維として、炭素繊維を使用する。高強度繊維である炭素繊維は、平均繊維長さを０．５ｍｍないし１３ｍｍとするものを使用する。ただ、高強度繊維には、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、アラミド繊維、ポリアクリレート繊維、高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリビニルアルコール繊維の何れかであって、平均繊維長さを０．５ｍｍないし１３ｍｍとするものも使用できる。さらに、高強度繊維には、炭素繊維とポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維とアラミド繊維とポリアクリレート繊維と高強力ポリエチレン繊維と高強力ポリビニルアルコール繊維の複数種を混合したものを使用することもできる。
The papermaking sheet is produced by wet papermaking in the papermaking process as follows.
Short fiber high-strength fibers are suspended in water to form a papermaking slurry. The papermaking slurry is wet-paper-made to form a sheet, which is dried to produce a paper-making sheet. Carbon fiber is used as the high-strength fiber. Carbon fibers that are high-strength fibers are those having an average fiber length of 0.5 mm to 13 mm. However, the high-strength fiber is one of polyparaphenylene benzoxazole (PBO) fiber, aramid fiber, polyacrylate fiber, high-strength polyethylene fiber, and high-strength polyvinyl alcohol fiber, and the average fiber length is 0.5 mm. Thickness of 13 mm can also be used. Further, the high strength fiber may be a mixture of carbon fiber, polyparaphenylene benzoxazole (PBO) fiber, aramid fiber, polyacrylate fiber, high strength polyethylene fiber and high strength polyvinyl alcohol fiber. it can.
さらに、高強度繊維に加えて、バインダー繊維を添加して抄紙用スラリーとする。このバインダー繊維は、結合工程で加熱溶融されて高強度繊維を結合する熱可塑性樹脂、あるいは、加湿溶融されて高強度繊維を結合する湿熱溶融型樹脂であって、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチルビニルアルコール繊維のいずれかを使用する。さらに、バインダー繊維は、これ等を複数種混合したものを使用することもできる。バインダー繊維は、１００重量部の高強度繊維に対して３重量部ないし３０重量部を加えて分散液に添加する。 Furthermore, in addition to high-strength fibers, binder fibers are added to form a papermaking slurry. This binder fiber is a thermoplastic resin that is heated and melted in the bonding process to bond high-strength fibers, or a wet heat-melting resin that is humidified and melted to bond high-strength fibers. Polyester fibers, polypropylene fibers, polyimide fibers Polyethylene fiber, polyvinyl acetate fiber, polyvinyl alcohol fiber, or ethyl vinyl alcohol fiber is used. Furthermore, what mixed these two or more types can also be used for binder fiber. The binder fiber is added to the dispersion after adding 3 to 30 parts by weight to 100 parts by weight of the high-strength fiber.
さらに、分散液には、高強度繊維とバインダー繊維に加えて、補助繊維を添加することもできる。この補助繊維には、例えば、バインダー繊維と同じ組成のものが使用できる。ただ、この補助繊維は、好ましくは、その繊度や繊維長を調整することにより、後述する結合工程で溶融されずに、繊維として残存するものを使用する。したがって、この補助繊維には、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチルビニルアルコール繊維のいずれか又はこれ等を複数種混合したものが使用できる。これらの補助繊維は、仮に結合工程において加熱または加湿により溶融されても、バインダー繊維として機能して高強度繊維を交点で結合し、溶融されない状態では繊維の状態で残存することとなる。これらの補助繊維は、例えば、１００重量部の高強度繊維に対して５重量部ないし５０重量部を加えて分散液に添加することができる。ただ、補助繊維は、必ずしも添加する必要はない。 Furthermore, auxiliary fibers can be added to the dispersion in addition to the high-strength fibers and binder fibers. As this auxiliary fiber, for example, one having the same composition as the binder fiber can be used. However, this auxiliary fiber is preferably one that remains as a fiber without being melted in the bonding step described later by adjusting its fineness and fiber length. Therefore, as the auxiliary fiber, polyester fiber, polypropylene fiber, polyimide fiber, polyethylene fiber, polyvinyl acetate fiber, polyvinyl alcohol fiber, ethyl vinyl alcohol fiber, or a mixture of these may be used. Even if these auxiliary fibers are melted by heating or humidification in the bonding step, they function as binder fibers to bond high-strength fibers at intersections and remain in the fiber state when not melted. These auxiliary fibers can be added to the dispersion by adding 5 to 50 parts by weight to 100 parts by weight of high-strength fibers, for example. However, it is not always necessary to add auxiliary fibers.
以上のようにして調製された分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積してシート化し抄紙シートとする。このメッシュコンベアは、網目の隙間を０．０１ｍｍないし３ｍｍとすることができる。このように、分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積すると、メッシュコンベアの網目を透過する水流により、高強度繊維が網目から突出してＺ軸方向に配向される。湿式法による抄紙シートの製造においては、湿式の製紙機械としてすでに使用されている長網抄紙機、傾斜金網等を利用する。繊維の分散が良いこと、配向性の調整が容易であること等の点からすると、傾斜金網を使用する装置が最適である。 The dispersion prepared as described above is sucked and deposited on the paper making surface of the mesh conveyor to form a sheet to obtain a paper making sheet. In this mesh conveyor, the mesh gap can be set to 0.01 mm to 3 mm. As described above, when the dispersion liquid is sucked and deposited on the paper making surface of the mesh conveyor, the high-strength fibers protrude from the mesh and are oriented in the Z-axis direction by the water flow that passes through the mesh conveyor. In the manufacture of a paper sheet by a wet method, a long net paper machine, a slanted wire net, or the like already used as a wet papermaking machine is used. From the viewpoints of good fiber dispersion and easy adjustment of orientation, an apparatus using an inclined wire mesh is optimal.
抄紙工程で製造された抄紙シートは、結合工程において、加熱、乾燥して繊維基材とする。結合工程は、抄紙シートを加熱して、抄紙シートに含まれるバインダー繊維を溶融させて、高強度繊維を交点で結合させる。抄紙シートは、溶融されたバインダー繊維の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂によって、高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合されて繊維基材となる。 The papermaking sheet produced in the papermaking process is heated and dried in the bonding process to form a fiber base material. In the bonding step, the papermaking sheet is heated to melt the binder fibers contained in the papermaking sheet, and the high-strength fibers are bonded at the intersections. The papermaking sheet is bonded to a high-strength fiber in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction by a molten binder fiber thermoplastic resin or wet heat melting resin to form a fiber base material. .
シート加工工程で製造された繊維基材は、含浸工程において、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させる。繊維基材に含浸させる熱硬化性樹脂は、繊維基材に含浸性を有し、後述する積層工程での取り扱い性が確保できる引張強度を有する未硬化状態の熱硬化性樹脂を使用する。繊維基材に含浸される熱硬化性樹脂には、エポキシ樹脂を使用する。ただ、熱硬化性樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の何れかを使用することもできる。 The fiber base material manufactured in the sheet processing step is impregnated with an uncured thermosetting resin in the impregnation step. As the thermosetting resin impregnated into the fiber base material, an uncured thermosetting resin having an impregnating property into the fiber base material and having a tensile strength capable of ensuring the handleability in the laminating process described later is used. An epoxy resin is used as the thermosetting resin impregnated in the fiber base material. However, any of an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, and an unsaturated polyester resin can be used as the thermosetting resin.
含浸工程は、繊維基材の表面に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂シートを積層して加熱し、熱硬化性樹脂シートを溶融させて未硬化状態にある熱硬化性樹脂を繊維基材の隙間に含浸させる方法で実現する。この方法は、加熱されると低粘度な液状となる熱硬化性樹脂シートを積層し、これを加熱することで低粘度に液化した液状の熱硬化性樹脂をスムーズに繊維の隙間に含浸できる。 In the impregnation step, an uncured thermosetting resin sheet is laminated on the surface of the fiber base material and heated, and the thermosetting resin sheet is melted to convert the uncured thermosetting resin into the fiber base material. This is achieved by impregnating the gaps between the two. In this method, a thermosetting resin sheet that becomes a low-viscosity liquid when heated is laminated, and the liquid thermosetting resin that has been liquefied to a low viscosity by heating this can be smoothly impregnated in the gaps of the fibers.
さらに、含浸工程は、表面に未硬化の熱硬化性樹脂を付着しているローラを繊維基材の表面に押し付けて、繊維基材の隙間に含浸させることができる。この方法は、例えば、未硬化で液状の熱硬化性樹脂を付着しているローラを対向して配置すると共に、これらのローラの間に繊維基材を通過させて、未硬化の熱硬化性樹脂を繊維基材に転写し、繊維基材の隙間に含浸させる。この方法は、繊維基材を両面からローラーで挟着する状態で通過させることにより、繊維基材の隙間の内部にまで確実に未硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸できる。さらに、含浸工程は、未硬化で液状の熱硬化性樹脂に繊維基材を浸漬すると共に、液状の熱硬化性樹脂を隙間内まで含浸した繊維基材をローラー等で絞って最適な含浸状態とすることもできる。 Further, in the impregnation step, a roller having an uncured thermosetting resin attached to the surface can be pressed against the surface of the fiber base material to impregnate the gaps of the fiber base material. In this method, for example, a roller to which an uncured and liquid thermosetting resin is attached is disposed to face the fiber base material between the rollers, and an uncured thermosetting resin is passed between the rollers. Is transferred to a fiber base material and impregnated in the gaps of the fiber base material. In this method, the fiber base material can be impregnated with the uncured thermosetting resin even inside the gaps of the fiber base material by passing the fiber base material in a state of being sandwiched by rollers from both sides. Furthermore, the impregnation step includes immersing the fiber base material in an uncured and liquid thermosetting resin, and squeezing the fiber base material impregnated with the liquid thermosetting resin into the gap with a roller or the like to obtain an optimal impregnation state. You can also
以上のようにして製造されたプリプレグを複数枚積層し、これを加熱してプリプレグの熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する。プリプレグの積層体は、加熱されることにより硬化する熱硬化性樹脂を介して、互いに積層されたプリプレグ同士が層間において強固に結合されて繊維強化熱硬化性樹脂成型体となる。 A plurality of the prepregs produced as described above are laminated, and this is heated to cure the thermosetting resin of the prepreg, thereby producing a fiber-reinforced thermosetting resin molding. The prepreg laminate is a fiber-reinforced thermosetting resin molded body in which prepregs laminated to each other are firmly bonded to each other through a thermosetting resin that is cured by heating.
以下、実施例により本発明をさらに詳細を説明する。
［実施例１］
以下の工程で実施例１の繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する。
（１）プリプレグの製造工程
［シート加工工程］
１．抄紙工程
高強度繊維として、炭素繊維（繊維径７μｍ、平均繊維長３ｍｍ、加重平均密度１．８０ｇ／ｃｍ３）を７０重量部と、
補助繊維として、ポリビニルアルコール繊維（繊度２．０デシテックス、平均繊維長４ｍｍ、加重平均密度１．２０ｇ／ｃｍ３）を２０重量部と、
バインダー繊維として、ポリビニルアルコール繊維（繊度１．１デシテックス、平均繊維長３ｍｍ、加重平均密度は１．２０ｇ／ｃｍ３）を１０重量部と
からなる組成物を水中に混合分散し、固形分０．１〜３．０％からなる抄紙用スラリーを調製する。
この後、分散剤としてアニオン系ポリアクリル酸ソーダを０．００００２重量部を添加後、この分散液を、網目の隙間を０．３ｍｍとするメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積してシート化し抄紙シートとする。
以上の抄紙工程により、坪量が５１ｇ／ｍ２、厚さ０．５２ｍｍ、密度０．０９８ｇ／ｃｍ３、引張強度を０．７ｋｇ／１５ｍｍとする抄紙シートが得られた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[Example 1]
The fiber-reinforced thermosetting resin molded body of Example 1 is manufactured by the following steps.
(1) Manufacturing process of prepreg [sheet processing process]
1. Papermaking process As high-strength fiber, 70 parts by weight of carbon fiber (fiber diameter 7 μm, average fiber length 3 mm, weighted average density 1.80 g / cm 3 ),
As an auxiliary fiber, 20 parts by weight of polyvinyl alcohol fiber (fineness 2.0 dtex, average fiber length 4 mm, weighted average density 1.20 g / cm 3 ),
As a binder fiber, a composition comprising 10 parts by weight of polyvinyl alcohol fiber (fineness: 1.1 dtex, average fiber length: 3 mm, weighted average density: 1.20 g / cm 3 ) is mixed and dispersed in water to obtain a solid content of 0. A papermaking slurry consisting of 1 to 3.0% is prepared.
Thereafter, after adding 0.00002 parts by weight of anionic polyacrylic acid soda as a dispersant, the dispersion is sucked and deposited on the paper making surface of a mesh conveyor having a mesh gap of 0.3 mm to form a sheet. A papermaking sheet.
By the above papermaking process, a papermaking sheet having a basis weight of 51 g / m 2 , a thickness of 0.52 mm, a density of 0.098 g / cm 3 , and a tensile strength of 0.7 kg / 15 mm was obtained.
２．結合工程
抄紙工程で製造された加湿状態の抄紙シートを１００℃〜１３０℃の温度で乾燥し、バインダー繊維を溶融して高強度繊維を交点で結合して繊維基材とする。この状態で、繊維基材は、短繊維の高強度繊維が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向された状態で結合される。
なお、この工程において、抄紙シートに補助繊維として含まれるポリビニルアルコール繊維は、加湿や加熱により溶融される状態ではバインダー繊維として機能して高強度繊維を交点で結合し、溶融されない状態では繊維の状態で残存する。
2. Bonding Step The humidified paper sheet produced in the paper making step is dried at a temperature of 100 ° C. to 130 ° C., the binder fibers are melted, and the high strength fibers are bonded at the intersections to obtain a fiber base material. In this state, the fiber base material is bonded in a state in which high-strength fibers of short fibers are oriented in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
In this process, the polyvinyl alcohol fiber contained as an auxiliary fiber in the papermaking sheet functions as a binder fiber in a state where it is melted by humidification or heating, and bonds high-strength fibers at intersections, and in a state where it is not melted, the state of the fiber Remains at.
［含浸工程］
シート加工工程で製造された繊維基材に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させる。含浸される熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を使用する。エポキシ樹脂は、メチルエチルケトンに希釈して原紙に付着させて熱硬化性樹脂シートとする。希釈濃度は、４０重量％とする。メチルエチルケトンを除去する状態で原紙に付着される熱硬化性樹脂の量は８０重量％とする。
以上のようにして、製造された熱硬化性樹脂シートを原紙から除去して、繊維基材の表面に積層し、さらに加熱して熱硬化性樹脂シートを溶融させて、未硬化で液状の熱硬化性樹脂を繊維基材の隙間に含浸させる。
これにより、単位面積に対する重量を１９０．０ｇ／ｍ２とするプリプレグを製造する。
[Impregnation process]
An uncured thermosetting resin is impregnated into the fiber base material produced in the sheet processing step. An epoxy resin is used as the thermosetting resin to be impregnated. The epoxy resin is diluted with methyl ethyl ketone and adhered to the base paper to obtain a thermosetting resin sheet. The dilution concentration is 40% by weight. The amount of the thermosetting resin attached to the base paper in a state where methyl ethyl ketone is removed is 80% by weight.
As described above, the produced thermosetting resin sheet is removed from the base paper, laminated on the surface of the fiber base material, and further heated to melt the thermosetting resin sheet. A curable resin is impregnated in the gaps of the fiber substrate.
Thus, a prepreg having a weight per unit area of 190.0 g / m 2 is manufactured.
（２）繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造工程
［積層工程］
以上の工程で製造されたプリプレグを１５枚積層する。
［加熱加圧処理工程］
プリプレグの積層体を、１５ｋｇ／ｃｍ２、１３０℃条件下における熱圧処理を行う。これにより、プリプレグの熱硬化性樹脂を硬化させて、複数枚のプリプレグを層間で互いに結合して繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する。
以上の工程で製造された繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、単位面積に対する重量が２３８６．０ｇ／ｍ２、厚さ２．０ｍｍ、密度１．１９ｇ／ｃｍ３であった。
(2) Manufacturing process of fiber-reinforced thermosetting resin molding [lamination process]
Fifteen prepregs manufactured in the above steps are laminated.
[Heat and pressure treatment process]
The laminated body of prepreg is subjected to hot-pressure treatment under conditions of 15 kg / cm 2 and 130 ° C. Thereby, the thermosetting resin of the prepreg is cured, and a plurality of prepregs are bonded to each other between layers to produce a fiber-reinforced thermosetting resin molded body.
The fiber reinforced thermosetting resin molded body produced by the above steps had a weight per unit area of 2386.0 g / m 2 , a thickness of 2.0 mm, and a density of 1.19 g / cm 3 .
［実施例２］
プリプレグの製造工程において、抄紙工程で、炭素繊維に平均繊維長が６ｍｍのものを使用して抄紙シートを製造する以外は、実施例１と同様にしてプリプレグを製造する。さらに、このプリプレグを使用して繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する工程において、積層するプリプレグの枚数を１８枚とする以外は、実施例１と同様にして実施例２の繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する。
この繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、単位面積に対する重量が２６８７．０ｇ／ｍ２、厚さ２．１ｍｍ、密度１．１９ｇ／ｃｍ３であった。
[Example 2]
In the prepreg production process, a prepreg is produced in the same manner as in Example 1 except that in the papermaking process, a papermaking sheet is produced using carbon fibers having an average fiber length of 6 mm. Further, in the step of producing a fiber reinforced thermosetting resin molded body using this prepreg, the fiber reinforced thermosetting of Example 2 is performed in the same manner as in Example 1 except that the number of laminated prepregs is 18. To produce a porous resin molding.
This fiber-reinforced thermosetting resin molding had a weight of 2687.0 g / m 2 , a thickness of 2.1 mm, and a density of 1.19 g / cm 3 with respect to a unit area.
［実施例３］
プリプレグの製造工程において、含浸工程で、繊維基材に含浸する熱硬化性樹脂をフェノール樹脂とし、希釈溶媒をメチルエチルケトンからメタノールにする以外は、実施例１と同様にしてプリプレグを製造する。さらに、このプリプレグを使用して実施例１と同様にして繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する。
この繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、単位面積に対する重量が３０４５．０ｇ／ｍ２、厚さ２．３ｍｍ、密度１．３２ｇ／ｃｍ３であった。
[Example 3]
In the prepreg manufacturing process, the prepreg is manufactured in the same manner as in Example 1 except that in the impregnation process, the thermosetting resin impregnated into the fiber base material is phenol resin and the dilution solvent is changed from methyl ethyl ketone to methanol. Further, using this prepreg, a fiber-reinforced thermosetting resin molded body is produced in the same manner as in Example 1.
This fiber-reinforced thermosetting resin molding had a weight of 3045.0 g / m 2 , a thickness of 2.3 mm, and a density of 1.32 g / cm 3 with respect to a unit area.
［比較例１］
プリプレグの製造工程において、高強度繊維をバインダー繊維で結合することなく繊維基材を製造する以外は、実施例１と同様にしてプリプレグを製造する。さらに、このプリプレグを使用して繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する工程において、積層するプリプレグの枚数を１６枚とする以外は、実施例１と同様にして比較例１の繊維強化熱硬化性樹脂成型体を製造する。
この繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、単位面積に対する重量が３７７４．０ｇ／ｍ２、厚さ２．２ｍｍ、密度２．３２ｇ／ｃｍ３であった。
[Comparative Example 1]
In the prepreg manufacturing process, a prepreg is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the fiber base material is manufactured without binding high-strength fibers with binder fibers. Furthermore, in the process of producing a fiber reinforced thermosetting resin molded body using this prepreg, the fiber reinforced thermosetting of Comparative Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that the number of laminated prepregs was 16. To produce a porous resin molding.
This fiber-reinforced thermosetting resin molded product had a weight per unit area of 3774.0 g / m 2 , a thickness of 2.2 mm, and a density of 2.32 g / cm 3 .
さらに、以上の実施例１ないし３、及び比較例１で製造された繊維強化熱硬化性樹脂成型体について、層間強度を測定した。この層間強度の測定は、目違い切欠き試験の圧縮試験法（ＡＳＴＭ Ｄ３８４６）に準じ、強度測定を実施した。各々の繊維強化熱硬化性樹脂成型体を、幅１２．７ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、全長７９．５ｍｍに切り出して試験片とし、３点曲げ試験により、層間にせん断破壊が生じる最大荷重を測定し、この最大荷重から層間強度を求めた。なお、各繊維強化熱硬化性樹脂成型体について、５回ずつ測定し、その平均値を層間強度とした。層間強度の測定結果を表１に示す。 Furthermore, the interlaminar strength was measured for the fiber reinforced thermosetting resin moldings produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 described above. The measurement of the interlayer strength was carried out according to the compression test method (ASTM D3846) of the notch test. Each fiber-reinforced thermosetting resin molding was cut into a width of 12.7 mm, a thickness of 2.5 mm, and a total length of 79.5 mm to form a test piece, and the maximum load causing shear failure between layers was measured by a three-point bending test. The interlayer strength was determined from this maximum load. In addition, about each fiber reinforced thermosetting resin molding, it measured 5 times each and made the average value the interlayer intensity | strength. Table 1 shows the measurement results of interlayer strength.
この表１からもわかるように、本発明の実施例１ないし３で製造した繊維強化熱硬化性樹脂成型体は、比較例１で製造した繊維強化熱硬化性樹脂成型体に比べて、層間強度が約２倍と優れた強度を示した。 As can be seen from Table 1, the fiber reinforced thermosetting resin moldings produced in Examples 1 to 3 of the present invention have a higher interlayer strength than the fiber reinforced thermosetting resin molding produced in Comparative Example 1. Was approximately twice as strong.
Claims (17)
前記高強度繊維を繊維基材とするシート加工工程と、
このシート加工工程で得られた繊維基材にプラスチックを含浸させる含浸工程とからなり、
前記シート加工工程は、高強度繊維を湿式抄紙してシート状の抄紙シートに加工する抄紙工程と、この抄紙工程で得られる抄紙シートの高強度繊維をバインダー繊維で結合して繊維基材とする結合工程とからなり、
前記抄紙工程は、前記結合工程で加熱溶融されて高強度繊維を結合する熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂からなるバインダー繊維を、１００重量部の高強度繊維に対して３重量部ないし３０重量部加えて分散液に添加すると共に、高強度繊維とバインダー繊維の添加された分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させ堆積してシート状に加工し、
前記結合工程は、抄紙工程で得られる抄紙シートを加熱して、抄紙シートに含まれるバインダー繊維を溶融させてバインダー繊維の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂で高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合し、
さらに、前記含浸工程は、前記繊維基材の隙間に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含む状態で含浸させるものであり、
前記高強度繊維の平均繊維長さを０．５ｍｍないし１３ｍｍとし、
前記メッシュコンベアの網目の隙間が０．０１ｍｍないし３ｍｍであることを特徴とするプリプレグの製造方法。 A method for producing a prepreg obtained by impregnating plastic into a fiber base material in the form of a sheet of short-strength high-strength fibers,
A sheet processing step using the high-strength fiber as a fiber base;
It consists of an impregnation step of impregnating plastic into the fiber base material obtained in this sheet processing step,
The sheet processing step includes a papermaking step of wet-making high-strength fibers into a sheet-like papermaking sheet, and binding the high-strength fibers of the papermaking sheet obtained in this papermaking step with binder fibers to form a fiber base material It consists of a joining process,
In the paper making process, 3 to 30 parts by weight of binder fiber made of a thermoplastic resin or wet heat melting type resin that is heated and melted in the bonding process to bond high-strength fibers with respect to 100 parts by weight of high-strength fibers. In addition to adding to the dispersion liquid, the high-strength fiber and binder fiber-added dispersion liquid is sucked on the paper making surface of the mesh conveyor to orient the high-strength fibers in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. Deposit and process into a sheet,
In the bonding step, the papermaking sheet obtained in the papermaking step is heated to melt the binder fibers contained in the papermaking sheet, and the high-strength fibers are made of thermoplastic resin or wet heat melting type resin of the binder fibers in the X-axis direction and the Y-axis direction. In a state of being oriented in the direction and the Z-axis direction,
Further, the impregnation step is to impregnate the fiber base material in a state containing a thermosetting resin in an uncured state ,
The average fiber length of the high-strength fibers is 0.5 mm to 13 mm,
A method for producing a prepreg, wherein a mesh gap of the mesh conveyor is 0.01 mm to 3 mm .
前記プリプレグの製造方法が、短繊維の高強度繊維をシート状としてなる繊維基材にプラスチックを含浸させる製造方法であって、
前記高強度繊維を繊維基材とするシート加工工程と、
このシート加工工程で得られた繊維基材にプラスチックを含浸させる含浸工程とからなり、
前記シート加工工程は、高強度繊維を湿式抄紙してシート状の抄紙シートに加工する抄紙工程と、この抄紙工程で得られる抄紙シートの高強度繊維をバインダー繊維で結合して繊維基材とする結合工程とからなり、
前記抄紙工程は、前記結合工程で加熱溶融されて高強度繊維を結合する熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂からなるバインダー繊維を、１００重量部の高強度繊維に対して３重量部ないし３０重量部加えて分散液に添加すると共に、高強度繊維とバインダー繊維の添加された分散液をメッシュコンベアの抄紙面に吸引して高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させ堆積してシート状に加工し、
前記結合工程は、抄紙工程で得られる抄紙シートを加熱して、抄紙シートに含まれるバインダー繊維を溶融させてバインダー繊維の熱可塑性樹脂あるいは湿熱溶融型樹脂で高強度繊維をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに配向させた状態で結合し、
さらに、前記含浸工程は、前記繊維基材の隙間に、未硬化状態にある熱硬化性樹脂を含む状態で含浸させ、
前記高強度繊維の平均繊維長さを０．５ｍｍないし１３ｍｍとし、
前記メッシュコンベアの網目の隙間が０．０１ｍｍないし３ｍｍであることを特徴とする繊維強化熱硬化性樹脂成型体の製造方法。 A fiber-reinforced thermosetting resin molded body in which a plurality of prepregs made by impregnating plastic are laminated on a fiber base material in the form of a sheet of short-strength high-strength fibers and this is heated to cure the thermosetting resin of the prepreg A manufacturing method of
The manufacturing method of the prepreg is a manufacturing method of impregnating a plastic into a fiber base material in the form of a sheet of high-strength fibers of short fibers,
A sheet processing step using the high-strength fiber as a fiber base;
It consists of an impregnation step of impregnating plastic into the fiber base material obtained in this sheet processing step,
The sheet processing step includes a papermaking step of wet-making high-strength fibers into a sheet-like papermaking sheet, and binding the high-strength fibers of the papermaking sheet obtained in this papermaking step with binder fibers to form a fiber base material It consists of a joining process,
In the paper making process, 3 to 30 parts by weight of binder fiber made of a thermoplastic resin or wet heat melting type resin that is heated and melted in the bonding process to bond high-strength fibers with respect to 100 parts by weight of high-strength fibers. In addition to adding to the dispersion liquid, the high-strength fiber and binder fiber-added dispersion liquid is sucked on the paper making surface of the mesh conveyor to orient the high-strength fibers in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. Deposit and process into a sheet,
In the bonding step, the papermaking sheet obtained in the papermaking step is heated to melt the binder fibers contained in the papermaking sheet, and the high-strength fibers are made of thermoplastic resin or wet heat melting type resin of the binder fibers in the X-axis direction and the Y-axis direction. In a state of being oriented in the direction and the Z-axis direction,
Furthermore, the impregnation step is impregnated in a state containing a thermosetting resin in an uncured state in the gap between the fiber base materials ,
The average fiber length of the high-strength fibers is 0.5 mm to 13 mm,
A method for producing a fiber-reinforced thermosetting resin molded product, wherein the mesh gap of the mesh conveyor is 0.01 mm to 3 mm .
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