JP6746973B2 - プリフォーム用基材、強化繊維プリフォーム、繊維強化樹脂成形体および繊維強化樹脂成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)強化繊維糸条
<炭素繊維1>
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度4,900MPa、引張弾性率230GPa、繊度800tex、比重1.80。
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度4,900MPa、引張弾性率230GPa、繊度1650tex、比重1.80。
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度4,900MPa、引張弾性率230GPa、繊度200tex、比重1.80。
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度4,900MPa、引張弾性率230GPa、繊度800tex、比重1.80。
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度3530MPa、引張弾性率230GPa、繊度66tex、比重1.76。
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度3530MPa、引張弾性率230GPa、繊度198tex、比重1.76。
東レ(株)製“トレカ(登録商標)”、引張強度3530MPa、引張弾性率230GPa、繊度396tex、比重1.76。
Zoltek社製 炭素繊維(品番:Panex35)、引張強度4137MPa、引張弾性率242GPa、繊度3704tex、比重1.81。
日東紡(株)製 ガラスロービング(品番:RS 110 QL−520)、繊度1150tex、比重2.50g/m3。
東レ(株)製“テトロン(登録商標)”、24フィラメント、繊度33dtex、ウーリー加工糸
(3)係合材料
ポリビニルフォルマール(窒素株式会社製“ビニレック”K タイプ)60質量部、液状ビスフェノールA 型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート”828)10質量部、固形ビスフェノールA 型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート”1001)30質量部を、2 軸押出機により180℃で混練してマスターバッチペレット得た。前記マスターバッチをハンマーミル(ホソカワミクロン(株)製“PULVERIZER”)にて液体窒素を用いて凍結粉砕し、粉粒体状の係合材料を得た。得られた係合材料は平均粒径約120μm、ガラス転移温度は71℃であった。
<基材1>
炭素繊維1の複数本を強化繊維の目付が150g/m2となる様に+45°方向に並行に引き揃えた第1のシートと、同じく炭素繊維1の複数本を強化繊維目付が150g/m2となる様に−45°方向に並行に引き揃えた第2のシートとを、互いに積層した後、ステッチ糸を用いてゲージ5.0本/inch、コース9.0本/inchの鎖編組織にて縫合一体化し、NCFの基材1得た。得られた基材1の幅は1500mmであった。
第1のシートにおける強化繊維糸条の配向を0°方向、第2のシートにおける強化繊維糸条の配向を90°にした以外は、基材1と同様にしてNCFの基材2を得た。
各シートの強化繊維糸条を炭素繊維8とし、強化繊維目付を200g/m2とした以外は、基材1と同様にしてNCFの基材3を得た。
炭素繊維6をたて糸およびよこ糸とし、たて糸密度が12.5本/25mm、よこ糸密度が12.5本/25mmとなる様に、レピア織機にて平織組織を形成し、二方向性織物の基材4を得た。得られた基材4は強化繊維目付198g/m2、幅1500mm、係合材料の付着量6g/m2であった。
第1のシートにおける強化繊維糸条の配向を−45°方向、第2のシートにおける強化繊維糸条の配向を+45°にした以外は、基材1と同様にしてNCFを得た。得られたNCFを、粉体散布装置、非接触加熱装置(遠赤外線ヒータ:基材表面温度130〜150℃)、搬送装置とから構成される加工設備に通し、基材片面(第1のシート)の全面に対し係合材料を満遍なく塗布し、基材5を得た。ここで、係合材料の付着量6g/m2であった。
炭素繊維1をたて糸およびよこ糸とし、たて糸密度4.94本/25mm、よこ糸密度4.94本/25mmとした以外は、基材4と同様に二方向性織物を得た。前記二方向性織物に対し、基材5と同様に係合材料を塗布し、基材6を得た。得られた基材6は、強化繊維目付300g/m2、幅1500mm、係合材料の付着量6g/m2であった。
上記強化繊維基材を1000mm×1000mの正方形に裁断し、任意の4層を重ねて積層体とした。なお、前記工程において、強化繊維基材が繊維欠損部を有する場合は、繊維欠損部が基材の中央に配置される様にして基材を裁断する(例えば、強化繊維糸条が+45°に配向する場合、裁断後の基材において対角線上に繊維欠損部が位置する)。次いで、前記積層体をプレス成形機に設置された1000mm×1000mmの平板型キャビティ内に配置、金型温度100℃、圧力0.06MPaで3分間加圧し、圧力を保持したまま金型温度を50℃に冷却した後、型開きして積層体を取り出すことで、強化繊維プリフォームを得た。
プレス成形機に設置された1000mm×1000mmの平板型キャビティを有する成形型の上型と下型との間に、上記強化繊維プリフォームを配置する。次いで型締めを行い、熱媒オイルを流すことで成形型を120℃に加熱した。続いて、成形型の温度を120℃に保った状態で金型内を真空状態に保持し、この状態で上型に設置された樹脂吐出孔を開け、樹脂注入機を用いて金型内にRTM用の低粘度エポキシ樹脂を注入した。この状態を保持して樹脂を硬化させた後、金型から脱型して、繊維強化樹脂成形体を得た。
(6)にて得られた繊維強化樹脂成形体に対し、クリア塗装または着色塗装を施した成形体にて表面品位評価をおこなった。評価項目は表面凹凸、スジ模様の二項目であって、それぞれ目視確認にて、以下判定基準に従い評点した。
◎:全く見えない
○:位置情報がなければ見えない
△:うっすら見える
×:はっきりと見える
(8)作業性
プリフォーム用基材(以下、PF基材)の製造工程のうち、繊維欠損部に強化繊維糸条B1、B2を埋設し、場合により係合材料にて接着一体化するまでの作業に要した所要時間を以下基準に従い評点した。
○:15分以内
△:15分超45分以内
×:45分超
(実施例1)
基材1の第1のシートにおいて、強化繊維糸条Aの挿入ピッチを意図的に操作し、繊維欠損部を形成した。前記繊維欠損部は、最大幅Wmax1.5mm、平均幅Wave1.4mm、長さL2121mmであった。前記繊維欠損部に、強化繊維糸条B1として、長さ2121mmの炭素繊維6を埋設し、プリフォーム用基材(PF基材)を得た。
基材1において、最大幅Wmax3.0mm、平均幅Wave2.8mm、長さL2121mmの繊維欠損部を形成した。前記繊維欠損部に対し、篩いを用いて係合材料を基材面方向に満遍なく塗布し、その上に強化繊維糸条B1として炭素繊維7を配置した。ここで、係合材料は繊維欠損部を残してマスキングした状態で塗布し、塗布面積と係合材料の使用量から、付着量は約2g/m2であった。この状態で遠赤外線ヒータを用いて、基材の表面温度を130〜150℃で加熱し、繊維欠損部に炭素繊維7を溶融接着してPF基材を得た。
基材1において、最大幅Wmax7.0mm、平均幅Wave6.8mm、長さL2121mmの繊維欠損部を形成した。次いで、前記基材を粉体散布装置、非接触加熱装置(遠赤外線ヒータ)、搬送装置とから構成される加工設備に通し、基材全面に対し係合材料を満遍なく塗布した。得られた基材における係合材料の付着量は約6g/m2であった。続いて、前記繊維欠損部の直上にガラス繊維1を配置し、この状態で実施例2と同様にして、係合材料によりガラス繊維1を基材に溶融接着させ、PF基材を得た。
繊維欠損部の埋設において、強化繊維糸条B1として炭素繊維6の3本、強化繊維糸条B2として炭素繊維5の1本を使用した以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部の埋設において、強化繊維糸条B1として炭素繊維1の1本、強化繊維糸条B2として炭素繊維6の3本を使用した以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部の埋設において、強化繊維糸条B1として炭素繊維1の1本、強化繊維糸条B2として炭素繊維3の1本を使用した以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部の埋設において、強化繊維糸条B1として炭素繊維1の1本、強化繊維糸条B2として炭素繊維5の1本を使用した以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
PF基材の原反を基材2とした以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。得られたPF基材を、[PF基材/基材1/基材5/基材6](ここで、強化繊維糸条の配向は[(0/90)/(+45/−45)/(−45/+45)/(0/90)]である)の構成にて積層体とし、(5)の手順で強化繊維プリフォームを得た。前記強化繊維プリフォームを(6)の手順で繊維強化樹脂成形体とし、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体は着色塗装とした。評価結果を表1に示す。
PF基材の原反を基材3とし、繊維欠損部を最大幅Wmax18.5mm、平均幅Wave18.2mm、長さL2121mmとし、強化繊維糸条B1を炭素繊維8とした以外は、実施例3と同様にPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部を最大幅Wmax117mm、平均幅Wave111mm、長さL2121mmとし、強化繊維糸条B1に炭素繊維8の7本とした以外は、実施例9と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部の埋設において、強化繊維糸条B1として炭素繊維7の1本を使用した以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部の埋設において、強化繊維糸条B1として炭素繊維2の1本を使用した以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部を最大幅Wmax0.20mm、平均幅Wave0.17mm、長さL2121mmとし、繊維欠損部を埋設しなかったこと以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
繊維欠損部を埋設しなかったこと以外は、実施例3と同様にしてPF基材を得た。前記PF基材を用いた以外は実施例1と同様に繊維強化樹脂成形体を作成し、(7)(8)に従い、表面品位および作業性を評価した。なお、成形体はクリア塗装とした。評価結果を表1に示す。
2 :強化繊維糸条A
3 :ステッチ糸
4、5、7、9、11、14、17 :繊維欠損部
6、8、10 :基材
12、15、18 :強化繊維糸条B
13、16、19 :係合材料
Claims (10)
- 強化繊維糸条Aが少なくとも一方向に配向した基材であって、該基材の少なくとも片表面に、強化繊維糸条Aの配向に沿った、強化繊維が実質的に存在しないことから、周辺にある基材健全部に対して厚みが薄くなり、基材上で凹みとなった繊維欠損部を含み、該繊維欠損部に、強化繊維糸条Bが埋設されている、プリフォーム用基材。
- 少なくとも片表面に係合材料が配置された、請求項1に記載のプリフォーム用基材。
- 前記強化繊維糸条Bが、係合材料により前記繊維欠損部と接着一体化された、請求項1または2に記載のプリフォーム用基材。
- 前記繊維欠損部の幅が2〜100mmである、請求項1〜3のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
- 前記繊維欠損部における強化繊維糸条Bのチャージ率が80〜120%である、請求項1〜4のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のプリフォーム用基材、並びに、強化繊維基材が、積層された強化繊維プリフォームであって、
前記強化繊維プリフォームの最表面側の層を1層目、1層目に隣接する層を2層目とすると、少なくとも一方の1層目ないし2層目に前記プリフォーム用基材が配置された、強化繊維プリフォーム。 - 少なくとも一方の1層目に強化繊維基材が配置され、少なくとも一方の2層目にプリフォーム用基材が配置され、
前記1層目に配置される強化繊維基材が、二方向性織物である、請求項6に記載の強化繊維プリフォーム。 - 請求項6または7に記載の強化繊維プリフォームに樹脂が含浸された繊維強化樹脂成形体。
- 前記成形体が、意匠用外板部材に用いられる、請求項8に記載の繊維強化樹脂成形体。
- 強化繊維糸条Aが少なくとも一方向に配向した基材であって、該基材の少なくとも片表面に、強化繊維糸条Aの配向に沿った、強化繊維が実質的に存在しないことから、周辺にある基材健全部に対して厚みが薄くなり、基材上で凹みとなった繊維欠損部を含む基材の前記繊維欠損部に、強化繊維糸条Bを埋設してプリフォーム用基材とし、さらに該プリフォーム用基材または該プリフォーム用基材を別の強化繊維基材と積層した強化繊維プリフォームに樹脂を含浸する繊維強化樹脂成形体の製造方法。
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