JP6533756B2 - 樹脂複合体、自動車、風力発電用風車、ロボット、及び、医療機器 - Google Patents
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Description
該FRPは高い機械的強度を有していることから、自動車分野、船舶分野、航空機分野、医療分野、発電分野、産業分野、家電分野などの各方面において需要が拡大している。
これらの分野においては、その構成用部材が軽量で、高い強度を有することが強く求められている。
また、樹脂複合体は、風力発電用風車、ロボット、医療機器などの構成部材としても好適なものであると考えられる。
しかしながら、強度向上を目的として単に繊維強化樹脂層の厚みを増大させるなどすると樹脂複合体の軽量性が損なわれるという問題が生じてしまうおそれがある。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、過度に質量増加することを抑制しつつ樹脂複合体に優れた強度を発揮させることを課題としている。
また、本発明は、上記のような樹脂複合体が構成部材として採用されている自動車、風力発電用風車、ロボット、及び、医療機器を提供する。
図1は、樹脂複合体の一例を示した概略斜視図であり、本実施形態の樹脂複合体Aは、矩形板状の基板部11と該基板部11の中央部において扁平な四角錐台状に隆起した隆起部12とを有する。
本実施形態の樹脂複合体Aは、図1、2に示すように、繊維強化樹脂材A1と、樹脂発泡体からなる芯材A2とを有し、前記芯材A2に積層された前記繊維強化樹脂材A1によって繊維強化樹脂層A10が備えられている。
本実施形態の繊維強化樹脂材A1は、図示はしていないもののシート状の繊維基材と該繊維基材に含浸された樹脂とを備えたシート体である。
該芯材A2を構成する樹脂発泡体A20は、正確には、隆起部12よりも一回り小さな四角錐台形状を有している。
本実施形態の樹脂複合体Aは、図2に示すように樹脂発泡体A20よりも一回り大きな2枚の繊維強化樹脂材A11,A12によって樹脂発泡体A20が上下から挟み込まれたサンドイッチ構造を有し、樹脂発泡体の外側において2枚の繊維強化樹脂材A11,A12どうしが上下に重なり合ってこれらが直接接着されている。
2枚の繊維強化樹脂材A11,A12は、直接接着されている領域以外の概ね全ての領域を樹脂発泡体の表面に接着させている。
即ち、本実施形態の樹脂複合体Aは、外周部が中央部に比べて薄肉となっており、且つ、下面側においては外周部と中央部との間に高さの違いが無く、上面側においてのみ周囲に比べて中高となって段差が形成されている。
即ち、芯材A2は、平面視矩形の天面と、該天面よりも一回り大きな矩形の底面と、天面の外縁を画定する四辺から底面の外縁を画定する四辺へと外広がりに下る4つの傾斜面である台形の側面とを備えている。
本実施形態の樹脂複合体Aは、芯材A2が底面と側面との間に第1のコーナー部A2aを有するとともに天面と側面との間に第2のコーナー部A2bを有し、隣り合う側面どうしの間に第3のコーナー部A2cを有している。
これらのコーナー部A2a,A2b,A2cは、R面取りされており、曲率半径(R)が0.5mm以上となっている。
また、コーナー部A2a,A2b,A2cは、芯材の表面から繊維基材(図示せず)までの間隔がコーナー部A2a,A2b,A2cと隣接する箇所よりも大きく開いている。
即ち、本実施形態の樹脂複合体Aは、芯材表面から繊維基材までの間隔が周囲よりも広い基材離間部が形成され、前記コーナー部に沿った領域に前記基材離間部が形成されている。
該基材離間部では、芯材A2の表面から繊維基材までの間に繊維強化樹脂材A1の樹脂が貯留された樹脂溜りA3が形成されている。
即ち、樹脂溜りA3は、全体で四角錐台形状となるフレーム構造を形成して樹脂複合体Aに高強度を発揮させている。
このような点において、本実施形態においては、前記のようにコーナー部の曲率半径(R)を0.5mm以上にしている。
コーナー部の曲率半径(R)は、0.5mm以上30mm以下であることが好ましく、0.5mm以上10mm以下であることがさらに好ましい。
芯材は、前記基材離間部において樹脂が浸透していることが好ましく、該樹脂が樹脂溜りA3と連続していることが好ましい。
(1)樹脂発泡粒子を金型内に充填し、熱水や水蒸気などの熱媒体によって樹脂発泡粒子を加熱して発泡させ、樹脂発泡粒子の発泡圧によって発泡粒子どうしを融着一体化させて所望形状を有する発泡体を製造する方法(型内発泡成形法)。
(2)樹脂を気泡調整剤などとともに押出機に供給して化学発泡剤や物理発泡剤などの発泡剤の存在下にて溶融混練し、溶融混練物を押出機から押出発泡させて発泡体を製造する方法(押出発泡法)。
(3)化学発泡剤を含む塊状の発泡性樹脂成形体を製造し、この発泡性樹脂成形体を型内で発泡させて発泡体を製造する方法。
(1a)樹脂を押出機内に供給して物理発泡剤の存在下にて溶融混練して押出機に取り付けたノズル金型から溶融混練物を押出発泡させながら切断した後に冷却して樹脂発泡粒子を製造する方法。
(1b)樹脂を押出機内に供給して物理発泡剤の存在下にて溶融混練して押出機に取り付けたノズル金型から押出発泡してストランド状の押出物を製造し、この押出物を所定間隔毎に切断して樹脂発泡粒子を製造する方法。
(1c)樹脂を押出機内に供給して物理発泡剤の存在下にて溶融混練して押出機に取り付けたサーキュラダイ又はTダイから押出発泡して発泡シートを製造し、この発泡シートを切断することによって樹脂発泡粒子を製造する方法。
なお、上記ダイとしては、押出発泡において利用されているものを用いることができ、例えば、Tダイ、サーキュラダイなどが挙げられる。
一方、ダイとしてサーキュラダイを用いた場合には、サーキュラダイから円筒状に押出発泡して円筒状体を製造し、この円筒状体を徐々に拡径した上で冷却マンドレルに供給して冷却した後、円筒状体をその押出方向に連続的に内外周面間に亘って切断し切り開いて展開することによって発泡シートを製造することができる。
その際、発泡シートの表裏の全面をほぼ均一に冷却するために、冷却手段として、エアーリングを有するものを用いることができる。
エアーリングの構造としては、公知の物が使用できるが、後述する風量を均一に吐出できるものが好ましい。
そうすると、気泡の膨張が抑制され、表面には非発泡層を得ることができる。
このことにより、表面密度、表面硬度、および表面平滑性などの物性が幅方向で一定した厚物熱可塑性樹脂発泡シートを、連続的に製造することができる。
吹き出し気体や風量は、熱可塑性樹脂の種類や押出時の温度等に応じて適宜調整すればよい。
なお、化学発泡剤は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
前記物理発泡剤としては、ジメチルエーテル、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、二酸化炭素の何れかであることが好ましく、プロパン、ノルマルブタン、イソブタンがより好ましく、ノルマルブタン、イソブタンの何れかであることが特に好ましい。
なお、物理発泡剤は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
さらには、加熱分解型の発泡剤としても機能するアゾジカルボンアミド、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウムとクエン酸の混合物なども前記気泡調整剤として用いることができる。
アクリル系樹脂発泡体に優れた強度発揮させる上において、アクリル系樹脂は、アクリル系モノマーと芳香族ビニルモノマーとの共重合体であることが好ましい。
前記アクリル系モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸ベンジル、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸アミド、マレイン酸イミドなどが挙げられる。
前記芳香族ビニルモノマーとしては、例えば、スチレン、メチルスチレンなどが挙げられる。
(A)メタクリル酸メチル:35〜70質量%
(B)(メタ)アクリル酸:14〜45質量%
(C)スチレン:10〜20質量%
(D)無水マレイン酸:0〜10質量%
(E)メタクリルアミド:0〜10質量%
なお、本明細書中における「(メタ)アクリル」との用語は、「アクリル」と「メタクリル」との両方を兼ねた意味として用いている。
従って、前記の「(メタ)アクリル酸:14〜45質量%」とは、「アクリル酸とメタクリル酸との両方を含みこれらの合計含有量が14〜45質量%である場合」、「メタクリル酸を含まず、アクリル酸の含有量が14〜45質量%である場合」、及び、「アクリル酸を含まず、メタクリル酸の含有量が14〜45質量%である場合」の3つの場合が含まれる。
ポリ乳酸系樹脂としては、乳酸がエステル結合により重合した樹脂を用いることができ、商業的な入手容易性及びポリ乳酸系樹脂発泡粒子への発泡性付与の観点から、D−乳酸(D体)及びL−乳酸(L体)の共重合体、D−乳酸又はL−乳酸のいずれか一方の単独重合体、D−ラクチド、L−ラクチド及びDL−ラクチドからなる群から選択される1又は2以上のラクチドの開環重合体が好ましい。なお、ポリ乳酸系樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
ポリスチレン系樹脂としては、スチレン系モノマーと、このスチレン系モノマーと共重合可能な一種又は二種以上のビニルモノマーとをモノマー単位として含む共重合体が好ましく、メタクリル酸及び/又はメタクリル酸メチルと、スチレン系モノマーとをモノマー単位として含む共重合体がより好ましい。
なお、ポリスチレン系樹脂は、芯材の形成に一種単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
なお、発泡体は、単独種類の樹脂で構成される必要はなく、2種類以上の樹脂を含む混合樹脂によって構成されてもよい。
本実施形態の芯材は、コーナー部を有する。
コーナー部の形状は、応力集中を抑制すべくある程度の丸みを持っていることが好ましく、最も曲率半径が小さい箇所でも「R=0.5mm」以上の丸みを有することが好ましい。
また、芯材の表面の内、コーナー部を介して隣り合う一方の面と他方の面とは、それぞれをコーナー部に向けて延長した際にこれらの面のなす角度が90°未満となることが好ましい。このようにすることで、外力が加わった際にコーナー部が破壊開始部分となることを抑制し得る。
なお、樹脂発泡体の密度とは、JIS K7222:1999「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の測定」に準拠して測定された値をいう。樹脂複合体における芯材の見掛け密度の測定は、樹脂複合体から繊維強化樹脂層を剥離した後の芯材に対して行う。
発泡シートは、見掛け密度が低すぎると、熱成形時に成形圧力によって厚みが薄くなったり、気泡が過度に偏平化したりして、樹脂複合体が十分優れた機械的強度を発揮しなくなるおそれがある。発泡シートの見掛け密度は、高すぎると、熱成形性が低下し、所望形状を有する樹脂複合体を容易に得ることができなくなるおそれがある。
前記繊維基材を構成する強化用繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維;ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維;アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール(PBO)繊維などの有機繊維;ボロン繊維などが挙げられる。
強化繊維は、一種単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
なかでも、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。
これらの強化用繊維は、軽量であるにも関わらず優れた機械的物性を有している。
繊維強化樹脂材は、含有する繊維の90質量%以上が、炭素繊維であることが好ましい。
織物の織り方としては、平織、綾織、朱子織などが挙げられる。
繊維基材としては、強化用繊維を短繊維の状態で用いた不織布などが挙げられる。
複数枚のものを積層した繊維基材(以下「積層繊維基材」ともいう)としては、例えば、以下のような態様が挙げられる。
(1)一種のみの繊維基材を複数枚用意し、これらを積層した積層繊維基材。
(2)複数種の繊維基材を用意し、これらを積層した積層繊維基材。
(3)UDのような繊維基材を複数枚用意し、これらの繊維基材を繊維の方向が互いに相違した方向を指向するように重ね合わせ、重ね合わせた繊維基材どうしを縫合一体化した積層繊維基材。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂とを予備重合した樹脂などが挙げられ、耐熱性、衝撃吸収性又は耐薬品性に優れていることから、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。
即ち、前記樹脂溜りによるコーナー部の補強効果をより顕著に発揮させる上において、繊維基材に含浸させる樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及び、ビニルエステル樹脂からなる群より選ばれる1以上の熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。
繊維強化材は、含有する樹脂の90質量%以上が上記の熱硬化性樹脂であることが好ましい。
繊維強化材には、熱硬化性樹脂を硬化させるための硬化剤や硬化促進剤を含有させても良く、その他の添加剤が含有されていてもよい。
なお、熱硬化性樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
具体的には、エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族型エポキシ樹脂、長鎖脂肪族型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂などが挙げられ、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂が好ましい。
なお、エポキシ樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
なお、熱可塑性樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
ジオールは、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
ジイソシアネートとしては、例えば、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネートが挙げられる。ジイソシアネートは、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
なお、熱可塑性ポリウレタン樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
樹脂の含有量が少なすぎると、強化繊維どうしの結着性や繊維強化樹脂層と芯材との接着性が不十分となり、繊維強化樹脂層の機械的物性や樹脂複合体の表面硬度又は曲げ弾性率を十分に向上させることができない虞れがある。
また、樹脂の含有量が多すぎる場合も、繊維強化樹脂層の機械的物性が低下して、樹脂複合体の表面硬度又は曲げ弾性率を十分に向上させることができない虞れがある。
厚みが上記範囲内である繊維強化樹脂層は、軽量であるにも関わらず機械的物性に優れている。
繊維強化樹脂層の目付が上記範囲内である繊維強化樹脂層は、軽量であるにも関わらず機械的物性に優れている。
このことで繊維強化樹脂層とコーナー部との境界において強度が急激に変化することを抑制できるため、当該箇所が変形による破壊起点となりにくく、その結果、樹脂複合体を高強度とすることができる。
2層の繊維強化樹脂層で挟み込まれた芯材の厚みが先細りする第1のコーナー部A2aにおいては、樹脂の浸透している領域の全体に占める面積割合が0.5〜30%となっていることが好ましく、1〜25%となっていることがさらに好ましく、5〜25%となっていることが特に好ましい。
また、浸透している樹脂は、芯材表面からの到達距離が0.05〜3mmとなっていることが好ましく、0.1〜2mmとなっていることがより好ましい。
樹脂複合体をコーナー部の延在する方向に対して直交する面に沿って切断し、この切断面を電子顕微鏡を用いて100〜200倍に拡大して拡大写真を得る。
なお、電子顕微鏡としては、例えば、キーエンス社から商品名「デジタルマイクロスコープ VHX−1000」にて市販されている電子顕微鏡を用いることができる。
次に、芯材の厚みが先細りする方向に向けてのコーナー部の頂点から半径10mmの範囲について、芯材の断面積と、この断面積の内の樹脂が浸透している領域の面積とを画像処理ソフトを用いて測定する。
なお、面積の算出に用いる画像処理ソフトとしては、AutoDesk社から商品名「AutoCAD LT 2015」を用いることができる。
なお、各領域の決定(樹脂の有無)には、マイクロスコープにて同定される領域の内外において、下記の測定(顕微FT−IR分析)に基づき決定できる。
エポキシ樹脂については、3100cm−1、3600cm−1付近に吸収ピークが見られることでその存在を確認できる。
装置:
Perkin Elmer社 フーリエ変換赤外分光光度計 Spectrum One
高速IRイメージングシステム Spectrum Spotlight 300
測定モード:spot/ATR法
分解能:4cm−1
スキャン回数:32回
バックグランド回数:32回
aperture: 100×100μm
検出器:Duet(商品名) 検出器(MCT検出器)
さらに、X−CTなどを上記方法と合わせて使用することも可能であり、また、染色法により、樹脂と樹脂発泡体との領域を明確化することも上記と合わせて使用可能である。
このような形で樹脂が浸透していることで樹脂複合体の質量が増大することを抑制しつつ高い強度向上効果を得ることができる。
なお、その際には、加熱条件下での加圧によって予備成形体とは異なる形状を備えた樹脂複合体を作製することができる。
また、予備成形体の加圧及び加熱は成形型を用いて実施することができる。
そして、樹脂複合体を作製する際には、コーナー部となる部分において加わる圧力がコーナー部に隣接する部位よりも僅かに低くなるようにすることでコーナー部に樹脂溜りを形成させることができる。
また、このときの圧力を一定以上に設定することで芯材に樹脂を浸透させることができる。
なお、芯材表面から繊維基材までの間隔が周囲よりも広い基材離間部は、コーナー部に沿った領域の一部のみに設けるようにしてもよい。
また、コーナー部以外に基材離間部を形成させてもよい。
本実施形態のような板状の芯材を用いる場合、例えば、該芯材を平置きした際に上側となる天面や下側となる底面の一部の領域と離間するように繊維基材を外向きに膨出させて、樹脂複合体の片面又は両面に1又は複数のドット状の基材離間部を形成させて樹脂複合体の補強を図るようにしてもよい。
また、板状の樹脂複合体の片面又は両面に形成させる基材離間部は、リブ形状であってもよい。
樹脂溜りを内在させたリブは、一方向に並んだものでも放射状に配されたものであってもよい。
該熱成形としては、例えば、真空成形法、圧空成形法、圧縮成形法などが挙げられる。
真空成形法、圧空成形法及び圧縮成形法を応用した熱成形方法としては、例えば、ストレート成形法、ドレープ成形法、プラグアシスト成形法、プラグアシスト・リバースドロー成形法、エアスリップ成形法、スナップバック成形法、リバースドロー成形法、プラグアシスト・エアスリップ成形法、マッチモールド成形法、プレス成形法、SMC成形法及び、これらの成形法を組み合わせた熱成形方法が挙げられる。
成形性に乏しい繊維強化樹脂材を使用しても外観の良好な樹脂複合体を得ることができるので、これらの方法の中で樹脂複合体を作製する方法としては、プレス成形法、マッチモールド成形法が好ましい。また、樹脂複合体を作製する方法としては、オートクレーブ法やハンドレイアップ法によって作製する方法も好ましい。
また、樹脂複合体は、風力発電用風車のブレード、ロボットのボディやアーム、といったものにも利用可能である。
自動車、風力発電用風車、ロボット、医療機器は、本実施形態の樹脂複合体を構成部材として採用することで軽量性を発揮することができる。
本実施形態に係る風車用ブレード100は、風車の回転軸に複数取付けられるブレードであり、図3、4に示すように、風車の回転軸に取付けられる取付け部110と、取付け部110から延在する羽根部120とを備えている。
羽根部120は、前記延在する方向に長く伸びる板状体となっており、当該羽根部120の幅方向の一方側に尖った流線形の断面形状を有する。
羽根部120は、前記板状体に捩りを加えた形状となっており、その先端120cから基端120dまで流線形の断面形状を維持して前記板状体が捩じられた形状を有している(たとえば図5、6参照)。
即ち、本実施形態の羽根部120には、取付け部110側に進むにしたがって羽根部120の幅および厚みが減少するように絞られた絞り部130が形成されている。
取付け部110には、風車の回転軸に取付けるための3つの貫通孔190,190,190が形成されている。
羽根部120と取付け部110においては、外皮150の内側に内部空間Sが形成され、羽根部120の内部空間と取付け部110の内部空間とがつながって前記内部空間Sが形成されている。
外皮150は、前記のような繊維強化樹脂材A10によって形成されている。
即ち、外皮150は、シート状の繊維基材及び該繊維基材に含浸された樹脂を備えた繊維強化樹脂材によって形成されている。
即ち、芯体180を構成する繊維強化樹脂材は、外皮150を構成する繊維強化樹脂材よりも繊維の質量割合が高いか、繊維自体の引張強度が高いか、或いは、繊維に含浸させた合成樹脂の引張強度が高いかのいずれかである。
芯材160は、取付け部11から前記羽根部の先端まで羽根部12の幅方向中央部を通って延びる棒状の桁体と、該桁体の両脇に配された棒状部材とを備えている。
即ち、本実施形態の芯材160は、3本の棒状体が互いに接して横並びとなったものである。
前記桁体は、当該桁体よりも一回り細い桁芯160aと、該桁芯160aを覆う桁外皮160bとを備えている。
より具体的には、外皮150は、羽根部12の厚み方向に対向する2つの内壁面120a,120aを有する。
前記桁体は、両方の内壁面120a,120aに接し、内壁面120a,120a同士を繋いでいる(図6参照)。
前記桁体は、羽根部120の先端120cから羽根部120の基端120dまで、羽根部120の長手方向に沿って配置されている)。
該桁体とともに芯材160を構成する前記棒状部材160cは、樹脂発泡体A20となっており、前記内部空間Sの桁体以外の空間に充満されて外皮150の内壁面12a,12aに接着している。
取付け部110の前記芯体180は、桁体と当接している。前記芯体180と桁体とはブレード100の長手方向に沿って連続して配置されている。
該桁外皮160bは、外皮150よりも繊維の密度(質量割合)が高い繊維強化樹脂材で形成されていることが好ましい。
桁芯160aを構成する発泡樹脂としては、硬質発泡体が好ましく、硬質発泡体としては、例えば、前記のようなアクリル樹脂発泡体、ポリウレタン樹脂発泡体、ポリスチレン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体、ポリ塩化ビニル樹脂発泡体などを挙げることができる。
本実施形態の桁芯160aは、アクリル樹脂発泡体で形成されている。
桁芯160aを形成する樹脂発泡体A20は、断面形状が四角形(台形)となる角棒状であり、該断面の4つの角に該当する箇所にやや丸みを帯びたコーナー部A2xを備え、該コーナー部A2xと桁外皮160b又は外皮150との間に芯材表面から繊維基材までの間隔が周囲よりも広い基材離間部が形成され、該基材離間部が樹脂溜りA3となっている。
該樹脂溜りA3は、桁芯160aの4隅に沿って延在し、取付け部110から羽根部120の先端に向けて延在している。
即ち、本実施形態の芯材160は、一部が繊維強化樹脂材(桁外皮)で形成され、残部がアクリル樹脂発泡体で形成されている。
前記棒状部材160c及び前記桁芯160aは、図に示すように外皮150の内壁面と接している。
前記桁体を挟んで配された2つの棒状部材160cは、羽根部120の幅方向両端部に向かうに従って厚みが薄くなって概ね3角形となる断面形状を有している。
即ち、羽根部120が風に対向する方向を幅方向先端側、風の流れて行く方向を幅方向末端側とした場合、桁体よりも先端側に配された樹脂発泡体A20は先端に向けて厚みが薄くなっている。
同様に、桁体よりも末端側に配された樹脂発泡体A20は末端に向けて厚みが薄くなっている。
この桁体両側の樹脂発泡体A20も断面形状における3つの角に該当する箇所に丸みが設けられてコーナー部A2yが備えられている。
該コーナー部A2yと桁外皮160bや外皮150との間にも芯材表面から繊維基材までの間隔が周囲よりも広い基材離間部が形成され、該基材離間部が樹脂溜りA3となっている。
該樹脂溜りA3は、発泡体160cの3隅に沿って延在し、取付け部110から羽根部120の先端に向けて延在している。
即ち、本実施形態のブレード100は、単に外皮150と芯材160とが一体化されているだけでなく樹脂溜りA3による補強が施されている。
このことにより本実施形態のブレード100は、優れた強度を発揮する。
なお、図7は、図5に対応した概略断面図であり、風車用ブレードの羽根部を横断する断面に係る断面図である。
図7に示す風車用ブレード100’は、外皮150’の内側に充満する樹脂発泡体A20で芯材160’が形成されている。
該芯材160’を構成する 樹脂発泡体A20は、幅方向末端側が先端側よりも細長く延びた紡錘形の断面形状を有し、幅方向両端部にコーナー部A2zを有する。
該コーナー部A2zにおいても繊維基材までの間隔が周囲よりも広い基材離間部が形成され、該基材離間部が樹脂溜りA3となっている。
このように芯材160’の厚みが薄くなっている部分において樹脂溜りA3が形成されていることで、本実施形態のブレード100’は、優れた強度を発揮する。
即ち、本実施形態に係る樹脂複合体は、風車用ブレードの構成材として好適なものである。
本実施形態に係る樹脂複合体は、その用途などにおいて、平面視における輪郭形状が長方形ではなく、正方形やその他の多角形、円形、楕円形、半円形、三日月形、不定形などの種々の形態とすることができる。
また、本実施形態に係る樹脂複合体は、その形成材料や製造方法が上記例示に限定されるものではない。
即ち、本実施形態の樹脂複合体は、上記例示に何等限定されるものではない。
(実施例1)
発泡倍率10倍、積水化成品工業株式会社製、製品名「フォーマックHR #1000グレード」(アクリル系樹脂発泡体)を平坦部の厚み5mmであるボンネット形状の芯材として切削加工し準備した。
「フォーマック」の外周部には、先端角度は40°となるようにコーナー部を形成した。
次に、炭素繊維からなる綾織の織物(繊維基材)に樹脂含浸されている面材(三菱レイヨン社製 商品名「パイロフィルプリプレグ TR3523−395GMP」、目付:200g/m2、厚み:0.23mm)を「フォーマック」の表裏に各4枚ずつ積層し、予備成形体を得た。
なお、樹脂複合体は、コーナー部において繊維基材と芯材との間に樹脂溜りが形成されるように作製した。
芯材を、表1に記載の通りに変更するなどして樹脂複合体を得た。
また、表1における「ポリエステル系」とは、ポリエチレンテレフタレート(PET、東洋紡績社製 商品名「CH−611」で作製した押出発泡シート(厚み3mm)である。
実施例1の樹脂複合体のコーナー部について断面写真を撮影した。
その結果、図8に示すようにコーナー部において繊維基材との間に樹脂溜りXが形成されているとともに樹脂が浸透している部分Yが観察された。
樹脂溜りの形成長さ(図8「L」)は、0.6mmであった。
コーナー部における半径10mmの円内(図8「Z」)で、樹脂が浸透した部分Yと樹脂溜りXの面積割合(円内の芯材断面積に占める割合)を求めた。
結果を表1に示す。
各実施例のボンネット構造体から、前記短冊状試料(15mm×130mm(端部から垂直中央方向))を採取し、下記の方法において測定を実施した。
樹脂複合体の曲げ強度は、小型卓上試験機(日本電産シンポ社製 商品名「FGS−1000TV/1000N+FGP−100」)及び小型卓上試験機用ソフトウェア「FGS−TV Ver2」を用いて測定した。
また、冶具は日本電産シンポ社製の「FGTT-531」を用いた。
前記境界部分より短冊状試料切り取り、支持台に載置し、ロードセル1000N、試験速度5mm/分、支持台の先端治具5R、開き幅100mmの条件下にて最大点荷重を測定した。
結果を表1に示す。
A1 繊維強化樹脂材
A2 芯材
A3 樹脂溜り
A2a (第1の)コーナー部
A2b (第2の)コーナー部
A2c (第3の)コーナー部
Claims (6)
- シート状の繊維基材及び該繊維基材に含浸された樹脂を備えた繊維強化樹脂材と、
樹脂発泡体からなる芯材とを有し、
前記芯材の表面に前記繊維強化樹脂材が被覆されている樹脂複合体であって、
芯材表面から繊維基材までの間隔が周囲よりも広い基材離間部が形成され、
前記芯材がコーナー部を有し、該コーナー部に沿った領域の少なくとも一部に前記基材離間部が形成されており、
該基材離間部では、芯材の表面から繊維基材までの間に繊維強化樹脂材の樹脂が貯留された樹脂溜りが形成されており、
前記繊維基材に含浸された前記樹脂が、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及び、ビニルエステル樹脂からなる群より選ばれる1以上の熱硬化性樹脂を含み、
前記基材離間部では、前記熱硬化性樹脂が芯材の内部に浸透されている樹脂複合体。 - 前記樹脂発泡体が、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、及び、ポリスチレン系樹脂からなる群より選ばれる1以上の樹脂を含む請求項1記載の樹脂複合体。
- 構成部材として請求項1又は2記載の樹脂複合体が採用されている自動車。
- 構成部材として請求項1又は2記載の樹脂複合体が採用されている風力発電用風車。
- 構成部材として請求項1又は2記載の樹脂複合体が採用されているロボット。
- 構成部材として請求項1又は2記載の樹脂複合体が採用されている医療機器。
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