JPH0298429A - Frp板材とその製造方法 - Google Patents
Frp板材とその製造方法Info
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- JPH0298429A JPH0298429A JP63250825A JP25082588A JPH0298429A JP H0298429 A JPH0298429 A JP H0298429A JP 63250825 A JP63250825 A JP 63250825A JP 25082588 A JP25082588 A JP 25082588A JP H0298429 A JPH0298429 A JP H0298429A
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Landscapes
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Springs (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野]
本発明は、例えば車両の懸架用板ばね等に好適なFRP
板材とその製造方法に関する。
板材とその製造方法に関する。
[従来の技術]
一般に懸架用板ばねは、その長手方向中間部がアクスル
側の部材に締結され、板端部分が目玉部等を介して車体
側に連結される。このため使用時に加わる上下方向の1
”4重によって主に板ばねの上面側に引張りの応力が作
用し、下面側に圧縮の応力が生じる。FRP (繊維強
化プラスチック)製の板はねでは、繰返し大きな6:1
重が負6Iされると、板ばねの引張応力側表層部の樹脂
が繊維を保持できなくなり、繊維の一部が板ばね表面か
ら浮上ってしまうことがある。従来のFRP板材につき
本発明者らが行なった疲れ試験(30万回繰返し)によ
ると、第13図に示したように引張応力側の面に繊維の
一部が長手方向に沿って浮−にり、筋状に白化した部分
aを生じることが確認された。このように−面側に引張
応力が生じるFRP板材では、引張応力側(テンション
側)の表層部に予め圧縮残留応力を付与することが有効
であると考えられる。
側の部材に締結され、板端部分が目玉部等を介して車体
側に連結される。このため使用時に加わる上下方向の1
”4重によって主に板ばねの上面側に引張りの応力が作
用し、下面側に圧縮の応力が生じる。FRP (繊維強
化プラスチック)製の板はねでは、繰返し大きな6:1
重が負6Iされると、板ばねの引張応力側表層部の樹脂
が繊維を保持できなくなり、繊維の一部が板ばね表面か
ら浮上ってしまうことがある。従来のFRP板材につき
本発明者らが行なった疲れ試験(30万回繰返し)によ
ると、第13図に示したように引張応力側の面に繊維の
一部が長手方向に沿って浮−にり、筋状に白化した部分
aを生じることが確認された。このように−面側に引張
応力が生じるFRP板材では、引張応力側(テンション
側)の表層部に予め圧縮残留応力を付与することが有効
であると考えられる。
FRP板ばねに残留応力を生じさせる手段として、例え
ば特公昭59−3G140号公報に示される板ばねのよ
うに、湾曲した形状のFRP製芯材の湾曲凹側に圧縮応
力を生じさせる第1の外層材を積層するとともに、湾曲
凸側に引張り応力を生じさせる第2の外層材を積層する
ことが提案されている。
ば特公昭59−3G140号公報に示される板ばねのよ
うに、湾曲した形状のFRP製芯材の湾曲凹側に圧縮応
力を生じさせる第1の外層材を積層するとともに、湾曲
凸側に引張り応力を生じさせる第2の外層材を積層する
ことが提案されている。
〔発明が解決しようとする課′XU]
上記先行技術においては、少なくとも3枚の板材を厚み
方向に積層しなければならないため多くの成形工程と成
形用の金型を必要とする。また、使用時(荷1[負荷時
)に芯材と外層材との接着面に長手方向の剪断応力が作
用するため接着面の強度に不安があり、耐疲れ性に悪影
響がでる可能性があった。
方向に積層しなければならないため多くの成形工程と成
形用の金型を必要とする。また、使用時(荷1[負荷時
)に芯材と外層材との接着面に長手方向の剪断応力が作
用するため接着面の強度に不安があり、耐疲れ性に悪影
響がでる可能性があった。
従って本発明の目的は、簡単な後処理工程によってFR
P板材の耐疲れ性を向上させることができるようなFR
P板材とその製造方法を提供することにある。
P板材の耐疲れ性を向上させることができるようなFR
P板材とその製造方法を提供することにある。
上記目的を果たすための本発明のFRP板材は、マトリ
ックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方向に沿う強化
繊維とを有し、使用時に加わる荷重により一面側が引張
応力側で他面側が圧縮応力側となるものであって、引張
応力側から圧縮応力側にわたる厚み方向全体が一体成形
されているとともに、引張応力側の表面付近に圧縮残留
応力が付与されている。
ックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方向に沿う強化
繊維とを有し、使用時に加わる荷重により一面側が引張
応力側で他面側が圧縮応力側となるものであって、引張
応力側から圧縮応力側にわたる厚み方向全体が一体成形
されているとともに、引張応力側の表面付近に圧縮残留
応力が付与されている。
上記残留応力を生じさせるための本発明方法は、マトリ
ックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方向に沿う強化
繊維とを有するFRP製の板材を所定の形状に成形した
のち、この板材を撓ませる荷重を与えるとともに引張応
力側の面を上記樹脂のガラス転移温度付近またはこれ以
上の温度に加熱し、6j重を加えた状態のまま冷却した
のち荷重を除くことを特徴とする。
ックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方向に沿う強化
繊維とを有するFRP製の板材を所定の形状に成形した
のち、この板材を撓ませる荷重を与えるとともに引張応
力側の面を上記樹脂のガラス転移温度付近またはこれ以
上の温度に加熱し、6j重を加えた状態のまま冷却した
のち荷重を除くことを特徴とする。
[作用]
上記工程によって引張応力側の面が加熱されたFRP板
材は、表層部の樹脂が軟化することにより樹脂と繊維と
が引張り方向に歪みを生じた状態となり、このまま冷却
されて樹脂が硬化する。この板材は除荷後に元の形状に
復元しようとして撓みが戻るため、引張応力側の表面付
近に圧縮の残留応力を生じる。
材は、表層部の樹脂が軟化することにより樹脂と繊維と
が引張り方向に歪みを生じた状態となり、このまま冷却
されて樹脂が硬化する。この板材は除荷後に元の形状に
復元しようとして撓みが戻るため、引張応力側の表面付
近に圧縮の残留応力を生じる。
[実施例]
以下に本発明の実施例について、第1図ないし第12図
を参照して説明する。
を参照して説明する。
第1図に示されたFRP板材1は、周知のFRP板ばね
と同様に熱硬化性マトリックス樹脂に多数本のガラス製
強化繊維2を埋設したものであり、これら強化繊維2は
主に板材1の長手方向に連続するように引き揃えられて
いる。このFRP板材1は、周知のフィラメントワイン
ディング法やプルフォーミング法などによって所定の湾
曲形状に一体成形される。懸架用ばねとして使われる本
実施例のFRP板材1は、主に図示上面側が引張応力側
(テンション・サイド)3となり、下面側が圧縮応力側
(コンプレッション・サイド)4となるように車両に取
付けられる。
と同様に熱硬化性マトリックス樹脂に多数本のガラス製
強化繊維2を埋設したものであり、これら強化繊維2は
主に板材1の長手方向に連続するように引き揃えられて
いる。このFRP板材1は、周知のフィラメントワイン
ディング法やプルフォーミング法などによって所定の湾
曲形状に一体成形される。懸架用ばねとして使われる本
実施例のFRP板材1は、主に図示上面側が引張応力側
(テンション・サイド)3となり、下面側が圧縮応力側
(コンプレッション・サイド)4となるように車両に取
付けられる。
本実施例のFRP板材1は、自由状態において下に凸と
なるような湾曲した形状に一体成形されたのちに、次に
述べるアニリング玉程を経ることによって、引張応力側
3の表面付近に圧縮の残留応力が付与される。
なるような湾曲した形状に一体成形されたのちに、次に
述べるアニリング玉程を経ることによって、引張応力側
3の表面付近に圧縮の残留応力が付与される。
まず第1図に示されるように、FRP板材1の長手方向
中央部に治具5をセットするとともに、FRP板材1の
両端部を当て板6.7と支持部材8.9を介してベース
フレーム10に支持させる。
中央部に治具5をセットするとともに、FRP板材1の
両端部を当て板6.7と支持部材8.9を介してベース
フレーム10に支持させる。
板材1の両端部は、フレーム10に対して板材1の長手
方向に相対移動可能としである。
方向に相対移動可能としである。
次に、TS2図に示されるように治具5を図示上方に移
動させることにより、使用時と同じ方向に板材1を撓ま
せる。こうして引張応力側3に引張りの応力が、また圧
縮応力側4に圧縮の応力が生じる。
動させることにより、使用時と同じ方向に板材1を撓ま
せる。こうして引張応力側3に引張りの応力が、また圧
縮応力側4に圧縮の応力が生じる。
上記Q mを保持した状態のまま、第3図に示されるよ
うに加熱手段11によって引張応力側3を加熱する。加
熱温度は、上記樹脂のガラス転移温度(glasstr
ansloon toaporaturo : T g
温度)付近である。加熱手段11は短時間で引張応力側
3の表層部のみを急速加熱できるものが好ましく、図示
例のような電熱ヒータに限ることはなく、熱風を吹付け
る装置とか高周波誘導加熱装置、赤外線ランプなども採
用できる。加熱手段11によって5ないし15分程度加
熱された板材1は、引張応力側3に引張りの応力が付与
されているために、表層部の樹脂が軟化することにより
繊維が樹脂が引張り方向に歪みを生じた状態となる。な
お、引張応力側3の加熱と同時に、圧縮応力側4を冷却
してもよい。
うに加熱手段11によって引張応力側3を加熱する。加
熱温度は、上記樹脂のガラス転移温度(glasstr
ansloon toaporaturo : T g
温度)付近である。加熱手段11は短時間で引張応力側
3の表層部のみを急速加熱できるものが好ましく、図示
例のような電熱ヒータに限ることはなく、熱風を吹付け
る装置とか高周波誘導加熱装置、赤外線ランプなども採
用できる。加熱手段11によって5ないし15分程度加
熱された板材1は、引張応力側3に引張りの応力が付与
されているために、表層部の樹脂が軟化することにより
繊維が樹脂が引張り方向に歪みを生じた状態となる。な
お、引張応力側3の加熱と同時に、圧縮応力側4を冷却
してもよい。
所定時間加熱したら加熱を止め、第4図に示されるよう
に板材1に荷重を負荷した状態を維持したままガラス転
移温度以下に冷却することによって、樹脂を硬化させ再
び繊維と一体化させる。冷却は水冷または空冷、あるい
は水冷と空冷の組合わせによって強制的に行なう。
に板材1に荷重を負荷した状態を維持したままガラス転
移温度以下に冷却することによって、樹脂を硬化させ再
び繊維と一体化させる。冷却は水冷または空冷、あるい
は水冷と空冷の組合わせによって強制的に行なう。
その後、第5図に示されるように治具5による67 m
を解放し、板材1を自由状態にする。自由状態に戻され
た板材1は元の形状に復元しようとして撓みが戻るため
、引張応力側3の表面付近に圧縮の残留応力を生じる。
を解放し、板材1を自由状態にする。自由状態に戻され
た板材1は元の形状に復元しようとして撓みが戻るため
、引張応力側3の表面付近に圧縮の残留応力を生じる。
−例として板厚17JI11.板幅401u1.長さ3
00zaのFRP板におイテ、加熱セット時の応力σ−
15に9 f / an 2とし、引張応力側を170
℃で15分間加熱したのち、そのまま放冷した。残留応
力の確認は、このFRP板の引張応力側を4n程度スラ
イスし、反りの6無を見ることによって行なう。本実施
例のように引張応力側に熱処理を行なって残留応力を生
じさせた場合は、スライス前に比べて大きな反りが生じ
るか、未処理品(残留応力無し)の場合は反りの増加が
見られない。
00zaのFRP板におイテ、加熱セット時の応力σ−
15に9 f / an 2とし、引張応力側を170
℃で15分間加熱したのち、そのまま放冷した。残留応
力の確認は、このFRP板の引張応力側を4n程度スラ
イスし、反りの6無を見ることによって行なう。本実施
例のように引張応力側に熱処理を行なって残留応力を生
じさせた場合は、スライス前に比べて大きな反りが生じ
るか、未処理品(残留応力無し)の場合は反りの増加が
見られない。
なお、第6図ないし第8図に示されるようなセット用金
型12と保持具13および加熱型14を用いてもよい。
型12と保持具13および加熱型14を用いてもよい。
この例の場合、セット用金型12の図示上面側に所望の
セット応力を考慮した湾曲面15を形成しておき、第7
図のように保持具13を用いてFRP板材1を拘束する
。この時、FRP板材1の上面側に引張りの応力が、図
示下面側に圧縮の応力が生じる。この状態を維持したま
ま、第8図の加熱型14を引張応力側3に所定時間均等
に接触させたのち、加熱型14を、lit型させるとと
もに冷却を行なう。その後、保持具13を外して板材1
を0由状態にする。
セット応力を考慮した湾曲面15を形成しておき、第7
図のように保持具13を用いてFRP板材1を拘束する
。この時、FRP板材1の上面側に引張りの応力が、図
示下面側に圧縮の応力が生じる。この状態を維持したま
ま、第8図の加熱型14を引張応力側3に所定時間均等
に接触させたのち、加熱型14を、lit型させるとと
もに冷却を行なう。その後、保持具13を外して板材1
を0由状態にする。
以にの処理工程を経ることにより、F RP板材1の引
張応力側3に圧縮の残留応力を生じさせることができる
。この圧縮残留応力は、FRP板材1の使用時に矢印F
方向(第7図参照)の荷電が負荷された時、引張応力側
3に生じる引張りの応力を軽減せしめ、その軽減分だけ
FRP板材1の耐疲れ性を向上させることができるよう
になる。
張応力側3に圧縮の残留応力を生じさせることができる
。この圧縮残留応力は、FRP板材1の使用時に矢印F
方向(第7図参照)の荷電が負荷された時、引張応力側
3に生じる引張りの応力を軽減せしめ、その軽減分だけ
FRP板材1の耐疲れ性を向上させることができるよう
になる。
圧縮残留応力が生じる原理につき第9図ないし第11図
を参照して説明する。第9図に示された無6:1重状態
において、引張応力側3の表面付近の強化繊維2aの長
さをり、とすると、 L、−R,θ ・・・(1) 中立軸付近の強化繊維2の長さおよび板材1の全長をり
。とすると LomR,θ ・・・(2) Ro >R1であるから、L、>L、である。
を参照して説明する。第9図に示された無6:1重状態
において、引張応力側3の表面付近の強化繊維2aの長
さをり、とすると、 L、−R,θ ・・・(1) 中立軸付近の強化繊維2の長さおよび板材1の全長をり
。とすると LomR,θ ・・・(2) Ro >R1であるから、L、>L、である。
第10図に示されるように引張応力側3が伸びるような
撓みを与えた状態で引張応力側3を加熱手段11により
加熱すると、表層部の樹脂が軟化することと、樹脂と繊
維との熱膨張率の差(樹脂の熱膨張率〉繊維の熱膨張率
)により、樹脂と繊維2aとの間に歪みが生じる。この
ため引張応力側3付近の繊維の全長Llは板材1の全長
Loよりも若干短くなる。この状態のまま冷却して樹脂
を硬化させ、6’rifiを除いて自由状態にすると、
第11図に示されるように引張応力側3付近の繊維2a
がΔノ相当分だけ圧縮された状態で樹脂により固められ
ているため、圧縮の残留応力が生じる。
撓みを与えた状態で引張応力側3を加熱手段11により
加熱すると、表層部の樹脂が軟化することと、樹脂と繊
維との熱膨張率の差(樹脂の熱膨張率〉繊維の熱膨張率
)により、樹脂と繊維2aとの間に歪みが生じる。この
ため引張応力側3付近の繊維の全長Llは板材1の全長
Loよりも若干短くなる。この状態のまま冷却して樹脂
を硬化させ、6’rifiを除いて自由状態にすると、
第11図に示されるように引張応力側3付近の繊維2a
がΔノ相当分だけ圧縮された状態で樹脂により固められ
ているため、圧縮の残留応力が生じる。
そしてこの残留応力が板材1を使用する際の引張り応力
と相殺されることになる。
と相殺されることになる。
なお、圧縮応力側4に上記と同様の処理を行なってもよ
い。すなわち、FRP板材1を撓ませた状態で圧縮応力
側4を前記温度まで加熱するとともに荷車を負荷したま
ま冷却してから除荷することによって、圧縮応力側4に
引張りの残留応力を生じさせる。こうすれば、使用時に
おける圧縮応力側4の強化繊維の座屈を防ぐ上で効果が
ある。
い。すなわち、FRP板材1を撓ませた状態で圧縮応力
側4を前記温度まで加熱するとともに荷車を負荷したま
ま冷却してから除荷することによって、圧縮応力側4に
引張りの残留応力を生じさせる。こうすれば、使用時に
おける圧縮応力側4の強化繊維の座屈を防ぐ上で効果が
ある。
次表1は、本発明方法によって引張応力側3に圧縮残留
応力を生成したFRP板材1の疲れ試験を行なった結果
である。表2に従来品の試験結果を示す。各表に示され
た荷重低下率とは、試験前に所定の撓みδを与えた時の
荷重W。
応力を生成したFRP板材1の疲れ試験を行なった結果
である。表2に従来品の試験結果を示す。各表に示され
た荷重低下率とは、試験前に所定の撓みδを与えた時の
荷重W。
と、試験後に再び撓みδを与えた時の4:I重W1とを
測定し、t (Wo W+ ) /Wo l X
100%で表わした値である。試験条件は、応力が40
±3゜(K9 f /xrx2) 、室温2繰返し数3
0万回、アニリング時のセット応力が75/C9f /
mm 2である。
測定し、t (Wo W+ ) /Wo l X
100%で表わした値である。試験条件は、応力が40
±3゜(K9 f /xrx2) 、室温2繰返し数3
0万回、アニリング時のセット応力が75/C9f /
mm 2である。
表1(本発明品の荷重低下率)
表1,2かられかるように、本発明品ではF RP板材
1に残留応力を生じけしめたことにより疲れ強さが向上
した(荷市低ド率が小さい)。
1に残留応力を生じけしめたことにより疲れ強さが向上
した(荷市低ド率が小さい)。
第12図は本発明によるFRP板月1の試験後の外観を
示し、引張応力側3に繊維の浮上りはほとんど認められ
なかった。本発明品は従来品(第13図)に見られたよ
うな白化現象を生じないため試験後の外観品質が良好で
あった。なお、従来品のようにFRP板ばねの表層部の
強化繊維の剥、1iiW(剥離したm維の本数および)
;1離長さ)が多くなると、その部分の強化繊維が6:
1重負担をせず樹脂中に残った強化繊維のみで6f重を
負担するようになるため、同−荷■でも撓みが大きくな
る。
示し、引張応力側3に繊維の浮上りはほとんど認められ
なかった。本発明品は従来品(第13図)に見られたよ
うな白化現象を生じないため試験後の外観品質が良好で
あった。なお、従来品のようにFRP板ばねの表層部の
強化繊維の剥、1iiW(剥離したm維の本数および)
;1離長さ)が多くなると、その部分の強化繊維が6:
1重負担をせず樹脂中に残った強化繊維のみで6f重を
負担するようになるため、同−荷■でも撓みが大きくな
る。
なお本発明はFRP製の板ばねに限ることな(、要する
に高い耐久性が要求されるFRP板材であれば全てに適
用可能である。
に高い耐久性が要求されるFRP板材であれば全てに適
用可能である。
〔発明の効果]
本発明によれば、FRP板材を成形したのちの簡単な後
処理によって耐疲れ性を大幅に改善することができる。
処理によって耐疲れ性を大幅に改善することができる。
第1図ないし第5図は本発明方法の一例を工程順に示し
た側面図、第6図ないし第8図はそれぞれセット用金型
での工程例を示す側面図、第9図は処理前のFRP板材
の側面図、第10図は処理時のFRP板材の側面図、第
11図は処理後のFRP板材の側面図、第12図は処理
後のFRP板材の斜視図、第13図は従来のFRP板材
の斜視図である。 l・・・FRP板材、2・・・強化繊維、3・・・引張
応力側、4・・・圧縮応力側、11.14・・・加熱手
段。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第 図 第10図
た側面図、第6図ないし第8図はそれぞれセット用金型
での工程例を示す側面図、第9図は処理前のFRP板材
の側面図、第10図は処理時のFRP板材の側面図、第
11図は処理後のFRP板材の側面図、第12図は処理
後のFRP板材の斜視図、第13図は従来のFRP板材
の斜視図である。 l・・・FRP板材、2・・・強化繊維、3・・・引張
応力側、4・・・圧縮応力側、11.14・・・加熱手
段。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第 図 第10図
Claims (2)
- (1)マトリックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方
向に沿う強化繊維とを有し、使用時に加わる荷重により
一面側が引張応力側で他面側が圧縮応力側となるFRP
製の板材であって、 上記引張応力側から圧縮応力側にわたる厚み方向全体が
一体成形されているとともに、引張応力側の表面付近に
圧縮残留応力が付与されていることを特徴とするFRP
板材。 - (2)マトリックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方
向に沿う強化繊維とを有するFRP製の板材を所定の形
状に成形したのち、 この板材に荷重を負荷することによりこの板材を厚み方
向に撓ませるとともに引張応力側の表面付近を上記樹脂
のガラス転移温度付近またはこれ以上の温度に加熱し、
荷重を加えた状態のまま冷却したのち荷重を除くことを
特徴とするFRP板材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63250825A JPH0298429A (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | Frp板材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP63250825A JPH0298429A (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | Frp板材とその製造方法 |
Publications (1)
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JPH0298429A true JPH0298429A (ja) | 1990-04-10 |
Family
ID=17213592
Family Applications (1)
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JP63250825A Pending JPH0298429A (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | Frp板材とその製造方法 |
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JP (1) | JPH0298429A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1988
- 1988-10-06 JP JP63250825A patent/JPH0298429A/ja active Pending
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