JPH07278319A - Production of three-dimensional multiaxial woven fabric composite material - Google Patents

Production of three-dimensional multiaxial woven fabric composite material

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JPH07278319A
JPH07278319A JP6096910A JP9691094A JPH07278319A JP H07278319 A JPH07278319 A JP H07278319A JP 6096910 A JP6096910 A JP 6096910A JP 9691094 A JP9691094 A JP 9691094A JP H07278319 A JPH07278319 A JP H07278319A
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composite material
resin
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woven fabric
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谷 和 民 三
Masatoshi Furuyama
山 昌 利 古
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Abstract

PURPOSE:To provide a production method capable of inexpensively molding a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material having excellent mechanical properties free from defects, coordinating a use condition. CONSTITUTION:A three-dimensional multiaxial woven fabric preform 8 is packed into a variable volume molding container 5 and an epoxy resin 7 is filled into the molding container 5. The molding container is put in a pressure container 1 charged with a pressure medium 6, is provided with necessary hydrostatic pressure by the pressure medium 6 at a prescribed curing temperature. After the fluidity of the resin 7 is substantially lost, the molding container 5 is taken out from the pressure container 1 and then cured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】本発明は、三次元多軸織物プリフォームを
強化基材とし、熱硬化性樹脂をマトリックスとした三次
元多軸織物複合材料の製造方法に関するものである。
[0001] The present invention relates to a method for producing a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material using a three-dimensional multiaxial woven fabric preform as a reinforcing base material and a thermosetting resin as a matrix.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱硬化性樹脂をマトリックスとした繊維
強化複合材料の成形においては、成形中に発生する樹脂
の硬化反応による体積収縮、および硬化反応終了後の冷
却過程で発生する硬化樹脂の体積収縮により、複合材料
内部に残留応力が発生する。上記繊維強化複合材料が二
次元複合材料、例えば、積層構造物などの場合は、積層
面に垂直な方向に複合材料の収縮が可能であるため残留
応力の緩和が期待される。また、成形中にこの方向に加
圧することにより残留応力を低減することが可能であ
る。このため、二次元複合材料(積層構造物)の成形に
おいては、プレス成形、オートクレープ成形などの方法
がよく用いられている。
2. Description of the Related Art In molding a fiber-reinforced composite material using a thermosetting resin as a matrix, the volume shrinkage of the resin due to the curing reaction of the resin during molding and the volume of the cured resin generated in the cooling process after the completion of the curing reaction Due to the shrinkage, residual stress is generated inside the composite material. When the fiber-reinforced composite material is a two-dimensional composite material, for example, a laminated structure, the composite material can shrink in a direction perpendicular to the laminated surface, and therefore relaxation of residual stress is expected. Further, it is possible to reduce the residual stress by pressing in this direction during molding. Therefore, in the molding of the two-dimensional composite material (laminated structure), methods such as press molding and autoclave molding are often used.

【0003】これに対し、三次元多軸織物複合材料の場
合は、強化繊維による三次元的拘束が生じるため、成形
中に発生する上記残留応力が緩和されず、二次元複合材
料の場合に比べその内部に欠陥が発生し易いという問題
がある。更に、強化基材である三次元多軸織物プリフォ
ームに変形を生じさせることなく成形する必要があるた
め、プレス成形、オートクレープ成形などのような特定
方向に圧力を加える成形方法は使用できない。このた
め、三次元多軸織物複合材料の成形では、レジントラン
スファー成形などの成形方法を用いるのが一般的であ
る。
On the other hand, in the case of a three-dimensional multi-axial woven composite material, since the three-dimensional restraint by the reinforcing fiber occurs, the above-mentioned residual stress generated during molding is not relaxed, and compared with the case of a two-dimensional composite material. There is a problem that defects are likely to occur in the inside. Furthermore, since it is necessary to form the three-dimensional multiaxial woven fabric preform, which is a reinforced substrate, without causing deformation, a forming method such as press forming or autoclave forming that applies pressure in a specific direction cannot be used. Therefore, in the molding of the three-dimensional multiaxial woven fabric composite material, a molding method such as resin transfer molding is generally used.

【0004】この方法は、金型中に三次元多軸織物プリ
フォームを装填し、この金型内に熱硬化性樹脂を充填、
含浸した後、硬化させるというものである。例えば、こ
の種の複合材料の成形にあたり、金型内に上記プリフォ
ームを装填し、上記樹脂により充填、含浸させた後、1
5.5MPaの圧力を付与しつつ樹脂を硬化、成形する
方法が報告されている(第6回次世代産業基盤技術シン
ポジウム予稿集、日本産業技術振興協会発行(198
9)p239)。
According to this method, a three-dimensional multiaxial woven fabric preform is loaded in a mold, and a thermosetting resin is filled in the mold.
After impregnation, it is cured. For example, in molding a composite material of this type, the preform is loaded in a mold, and after filling and impregnating with the resin, 1
A method of curing and molding a resin while applying a pressure of 5.5 MPa has been reported (Proceedings of the 6th Next Generation Industrial Fundamental Technology Symposium, published by Japan Industrial Technology Promotion Association (198).
9) p239).

【0005】この方法では、上記内部欠陥の発生を低減
する目的で、硬化過程の全体に亘って一定圧力を付与し
ているが、上記プリフォームの織り密度のバラツキから
生ずる樹脂溜り部にクラックが認められるという問題が
あり、しかも、硬化過程の全体に亘って圧力を付与する
ために、金型の保圧のための大型のバックアップ機構が
必要となり、生産性の向上の障害にもなる。
In this method, a constant pressure is applied throughout the curing process for the purpose of reducing the occurrence of the internal defects, but cracks are generated in the resin pool portion caused by the variation in the weave density of the preform. There is a problem that it is recognized, and in addition, a large backup mechanism for holding the pressure of the mold is required to apply pressure throughout the curing process, which is an obstacle to improvement of productivity.

【0006】また、三次元多軸織物複合材料の成形に際
し、この複合材料を液状の加熱・加圧媒体中に浸漬した
状態で静水圧力下で成形する方法が報告されている(特
開平03−284937号)が、この方法は、熱硬化性
樹脂をマトリックスの対象とする三次元多軸織物複合材
料の成形に適したものでない。このように、熱硬化性樹
脂をマトリックスとした三次元多軸織物複合材料におい
て、確実に無欠陥な成形品を安価に製造できる製造方法
はなく、従来の上記製造方法の延長による限り極めて大
きな製造コストを必要とした。
Further, there has been reported a method for molding a three-dimensional multiaxial woven composite material under hydrostatic pressure while the composite material is immersed in a liquid heating / pressurizing medium (Japanese Patent Laid-Open No. 03- No. 284937), but this method is not suitable for forming a three-dimensional multiaxial woven composite material in which a thermosetting resin is used as a matrix. As described above, in a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material using a thermosetting resin as a matrix, there is no manufacturing method capable of reliably manufacturing a defect-free molded article at a low cost, and an extremely large manufacturing as long as the conventional manufacturing method is extended. Needed a cost.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、三次元多軸織物プリフォームを強化基材とし、熱硬
化性樹脂をマトリックスとした三次元多軸織物複合材料
の製造において、使用温度条件に合わせた、無欠陥で機
械的物性に優れた三次元多軸織物複合材料を安価に成形
できる製造方法を提供することにある。
The technical problem to be solved by the present invention is to use it in the production of a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material using a three-dimensional multiaxial woven fabric preform as a reinforcing base material and a thermosetting resin as a matrix. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of inexpensively molding a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material that is defect-free and has excellent mechanical properties, which is suitable for temperature conditions.

【0008】また、前述した従来技術の問題点に対処
し、本発明者らは、先に、特願平06−024716号
として、熱硬化性樹脂の硬化過程でその流動性が実質的
に消滅する点での比容積が、常温またはそれよりも低い
複合材料の使用予定温度における比容積に比して小さく
なるのに必要な圧力を、熱硬化性樹脂の硬化過程で、そ
れが流動性を示す段階からその流動性が実質的に消滅す
るまで付与し、更にその後の圧力までも制御して成形す
る方法を提案しているが、その後の実験、研究により、
上記硬化反応が進行してその流動性が実質的に消滅する
時点に必要な圧力を付与し、流動性消滅後はその圧力を
除去して後硬化させても、実用的に問題のない三次元多
軸織物複合材料を成形できることを見出した。本発明
は、かかる知見に基づくものであり、その技術的課題
は、上記使用条件に合わせた無欠陥で機械的物性に優れ
た三次元多軸織物複合材料を、生産性よく一層簡易に成
形できる製造方法を提供することにある。
In addition, in order to deal with the above-mentioned problems of the prior art, the present inventors previously filed Japanese Patent Application No. 06-024716 to substantially eliminate the fluidity of the thermosetting resin during the curing process. The specific volume at the point where the thermosetting resin has a specific volume at the room temperature or lower than the specific volume at the intended use temperature of the composite material lower than room temperature From the stage shown, the fluidity is applied until it disappears substantially, and a method is also proposed in which the pressure is controlled after that.
Three-dimensional with no practical problem, even if the above-mentioned curing reaction progresses and the fluidity is substantially extinguished, the necessary pressure is applied, and after the fluidity disappears, the pressure is removed and post-curing is performed. It has been found that a multiaxial woven composite material can be formed. The present invention is based on such knowledge, and its technical problem is to mold a defect-free three-dimensional multiaxial woven fabric composite material excellent in mechanical properties in accordance with the above-mentioned use conditions with high productivity. It is to provide a manufacturing method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るために、本発明の方法は、三次元多軸織物プリフォー
ムを基材とし、熱硬化性樹脂をマトリックスとした三次
元多軸織物複合材料の製造方法において、上記熱硬化性
樹脂の硬化過程でその流動性が実質的に消滅する点での
比容積が常温またはそれよりも低い上記複合材料の使用
予定温度における比容積に比して小さくなるのに必要な
圧力を、上記硬化反応が進行しその流動性が実質的に消
滅する時点に付与し、その流動性消滅後は上記圧力を除
去し、後硬化させることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the method of the present invention is a three-dimensional multiaxial woven fabric using a three-dimensional multiaxial woven fabric preform as a base material and a thermosetting resin as a matrix. In the method for manufacturing a composite material, the specific volume at the point where the fluidity of the thermosetting resin substantially disappears during the curing process of the thermosetting resin is lower than the specific volume at room temperature or the intended temperature of the composite material lower than that. The pressure required to reduce the fluidity is applied at the time when the curing reaction progresses and the fluidity thereof substantially disappears. After the fluidity disappears, the pressure is removed and post-curing is performed. It is a thing.

【0010】また、上記方法においては、三次元多軸織
物プリフォームを容積可変な成形容器中に装填すると共
に、該成形容器内に熱硬化性樹脂を充填し、これを圧力
媒体を充填した圧力容器に収容して、所要の硬化温度の
下で上記圧力媒体の加圧により必要な静水圧を付与し、
上記熱硬化性樹脂の流動性消滅後は、上記成形容器を上
記圧力容器から取り出して後硬化させることができる。
更に、上記方法においては、三次元多軸織物プリフォー
ムを耐圧性の金型中に装填すると共に、該金型内に熱硬
化性樹脂を充填し、所要の硬化温度の下で必要な圧力を
該樹脂に付与し、上記熱硬化性樹脂の流動性消滅後は、
上記三次元多軸織物プリフォームを上記金型から取り出
して後硬化させることができる。
Further, in the above method, the three-dimensional multiaxial woven fabric preform is loaded into a molding container of variable volume, the thermosetting resin is filled in the molding container, and the pressure medium is filled with a pressure medium. Stored in a container, applying the required hydrostatic pressure by pressurizing the pressure medium under the required curing temperature,
After the fluidity of the thermosetting resin disappears, the molding container can be taken out of the pressure container and post-cured.
Further, in the above method, the three-dimensional multiaxial woven fabric preform is loaded into a pressure-resistant mold, and a thermosetting resin is filled in the mold, and a required pressure is set under a required curing temperature. After being applied to the resin and the fluidity of the thermosetting resin disappeared,
The three-dimensional multiaxial woven fabric preform can be removed from the mold and post-cured.

【0011】上述した本発明の方法において、強化基材
として使用する三次元多軸織物プリフォームは、炭素繊
維、金属繊維あるいはセラミック繊維などの強化繊維の
繊維束を多軸方向に配列して製織したものを用いること
ができる。複合材料の機械的特性を考慮した場合には、
この強化繊維として炭素繊維を用いるのが望ましい。ま
た、必要に応じて、予め強化繊維を熱硬化性樹脂を用い
てロッド状に成形し、この一方向性ロッド状複合材料を
多軸方向に配列して製織した三次元多軸織物プリフォー
ムを用いることも可能である。
In the above-mentioned method of the present invention, the three-dimensional multiaxial woven fabric preform used as the reinforcing substrate is woven by arranging fiber bundles of reinforcing fibers such as carbon fibers, metal fibers or ceramic fibers in the multiaxial direction. What was done can be used. Considering the mechanical properties of composite materials,
It is desirable to use carbon fiber as the reinforcing fiber. In addition, if necessary, a reinforced fiber is preliminarily molded into a rod shape using a thermosetting resin, and a three-dimensional multiaxial woven fabric preform is obtained by weaving this unidirectional rod-shaped composite material in a multiaxial direction. It is also possible to use.

【0012】一方、本発明においてマトリックスとして
用いる熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、あるいはフェノ
ール樹脂など、いかなる熱硬化性樹脂を用いることも可
能であるが、成形性および複合材料の物性を考慮すると
エポキシ樹脂を用いるのがより好ましい。
On the other hand, as the thermosetting resin used as the matrix in the present invention, any thermosetting resin such as epoxy resin or phenol resin can be used. However, considering the moldability and the physical properties of the composite material, the epoxy resin can be used. It is more preferable to use a resin.

【0013】本発明において、上記三次元多軸織物プリ
フォームに熱硬化性樹脂を含浸させる方法としては、大
気圧中でポンプなどを用いて上記樹脂を送液する際に、
上記金型内を真空状態にした後、または上記プリフォー
ムを予め真空状態にした後、あるいは成形容器全体を真
空状態にした後、予め脱泡した上記樹脂を含浸させるよ
うにするのが、成形状態を良好にする意味で望ましい。
そして、上記樹脂を含浸させた上記プリフォームを加熱
硬化して成形する場合の硬化温度サイクルは、一定温度
で硬化成形する方法、あるいは複数の温度段階を経由し
て硬化成形する方法等の各種温度サイクルを採用するこ
とができる。
In the present invention, as a method of impregnating the three-dimensional multiaxial woven fabric preform with a thermosetting resin, when the resin is fed by using a pump or the like at atmospheric pressure,
After making the inside of the mold a vacuum state, or after making the preform a vacuum state in advance, or making the entire molding container a vacuum state, it is impregnated with the defoamed resin in advance. It is desirable to improve the condition.
Then, the curing temperature cycle in the case of molding by curing the preform impregnated with the above resin is various methods such as a method of curing and molding at a constant temperature or a method of curing and molding through a plurality of temperature stages. Cycles can be adopted.

【0014】このような方法により成形された複合材料
の熱硬化性樹脂には、常温またはそれよりも低い使用予
定温度において、内部応力が作用していないか、または
内部圧縮応力が作用するために、使用条件に合わせて、
無欠陥で機械的物性に優れた三次元多軸織物複合材料を
得ることができる。しかも、上記硬化反応が進行してそ
の流動性が実質的に消滅する時点に必要な圧力を付与
し、流動性消滅後はその圧力を除去して後硬化させて
も、実用的に問題のない三次元多軸織物複合材料を成形
できるという知見に基づくものであり、そのため上記三
次元多軸織物複合材料を生産性よく一層簡易に成形する
ことができる。
In the thermosetting resin of the composite material molded by such a method, internal stress is not acting or internal compressive stress is acting at room temperature or a lower use temperature lower than that. , According to the usage conditions,
It is possible to obtain a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material which is defect-free and has excellent mechanical properties. Moreover, there is no practical problem even if a pressure necessary for the fluidity disappears after the curing reaction progresses and the fluid is extinguished to remove the pressure for post-curing. It is based on the knowledge that a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material can be formed, and therefore, the above-mentioned three-dimensional multiaxial woven fabric composite material can be formed easily with high productivity.

【0015】本発明の方法について更に具体的に説明す
るに、三次元多軸織物プリフォームを強化基材とし、熱
硬化性樹脂をマトリックスとした三次元多軸織物複合材
料の成形時に発生する欠陥は、成形時の熱硬化性樹脂の
容積変化(主として収縮)によるものである。三次元多
軸織物複合材料の場合、成形時に強化繊維による三次元
的拘束があるため、上記成形時の収縮による残留応力P
は次式で表現することができる。
The method of the present invention will be described in more detail. Defects occurring during molding of a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material in which a three-dimensional multiaxial woven fabric preform is used as a reinforcing base material and a thermosetting resin is used as a matrix. Is due to volume change (mainly shrinkage) of the thermosetting resin during molding. In the case of a three-dimensional multiaxial woven composite material, there is a three-dimensional constraint by the reinforcing fibers during molding, so the residual stress P due to shrinkage during molding is
Can be expressed as

【0016】 P=K×(vG ーvR )/vG (1) ここで、K :樹脂の体積弾性率、vG :ある特定の成
形圧力下で樹脂が硬化過程で実質的に流動性を示さなく
なる点における比容積、vR :複合材料を実際に使用す
る圧力(一般には大気圧)下での常温または使用予定温
度(複合材料の使用温度が常温以下である場合のその使
用温度)における比容積、である。なお、一般に三次元
多軸織物複合材料に用いられる強化繊維は、炭素繊維、
金属繊維あるいはセラミック繊維などであるため、上記
(1)式では、その線膨張係数は樹脂の線膨張係数に比
べ小さく無視し得るものとしている。
P = K × (v G −v R ) / v G (1) where K: bulk modulus of the resin, v G : the resin substantially flows during the curing process under a certain molding pressure. Specific volume at the point where the composite material shows no property, v R : normal temperature or a planned temperature under the pressure (generally atmospheric pressure) at which the composite material is actually used (usage temperature when the use temperature of the composite material is equal to or lower than room temperature) ) Is the specific volume in. The reinforcing fibers generally used in the three-dimensional multiaxial woven composite material are carbon fibers,
Since it is a metal fiber or a ceramic fiber, its linear expansion coefficient is smaller than the linear expansion coefficient of resin and can be ignored in the above formula (1).

【0017】この(1)式で、[(vG ーvR )/v
G ]の項は、成形時の残留歪量を示す項である。この項
が正の値をとる場合には樹脂に引張り応力が作用し、樹
脂に欠陥を発生させる原因となるが、ゼロまたは負の値
をとる場合には、樹脂には応力が作用していないか、ま
たは圧縮側の応力が作用するため、樹脂に欠陥が発生し
なくなる。したがって、樹脂の硬化過程において、その
流動性が実質的に消滅する点での樹脂の比容積が、常温
または使用予定温度での樹脂の比容積に比して小さくな
るのに必要な圧力を付与することにより、複合材料には
欠陥が発生しなくなる。
In this equation (1), [(v G -v R ) / v
The term [ G ] is a term indicating the amount of residual strain during molding. If this term takes a positive value, tensile stress acts on the resin, causing defects in the resin, but if it takes zero or a negative value, no stress acts on the resin. Or, since the stress on the compression side acts, the defect does not occur in the resin. Therefore, in the process of curing the resin, the pressure necessary to reduce the specific volume of the resin at the point where the fluidity of the resin substantially disappears compared to the specific volume of the resin at room temperature or at the intended temperature is applied. By doing so, no defects occur in the composite material.

【0018】特定圧力下における樹脂の硬化過程で、そ
の流動性が実質的に消滅する点での比容積の値は、種々
の方法により測定することが可能である。例えば、ピス
トンを有するシリンダの圧力容器内に樹脂を封入し、特
定の圧力下で硬化させたときの体積変化を測定する方
法、またはPVT測定装置を用いて体積変化を測定する
方法(三谷ら、Proceedings of the third Japan inter
national SAMPE symposium, Dec, 7ー9, 1993, p 834 )
などである。
The value of the specific volume at the point where the fluidity of the resin substantially disappears during the curing process of the resin under a specific pressure can be measured by various methods. For example, a method of measuring a volume change when a resin is enclosed in a pressure vessel of a cylinder having a piston and cured under a specific pressure, or a method of measuring a volume change using a PVT measuring device (Mitani et al., Proceedings of the third Japan inter
national SAMPE symposium, Dec, 7-9, 1993, p 834)
And so on.

【0019】このような方法を用いて種々の圧力下で求
めた比容積の値を、基準とする比容積、即ち、常温また
は使用予定温度での樹脂の比容積(基準比容積という)
と比べることにより、上記欠陥を発生しない圧力を求め
ることができる。また、硬化過程での樹脂の比容積変化
挙動や圧縮率変化挙動を予め求めておき硬化過程で樹脂
の比容積が、上記基準比容積に比して小さくなるのに必
要な圧力を推定することも可能である。硬化過程での樹
脂の比容積変化挙動や圧縮率変化挙動は、上記のPVT
測定装置を用いて測定することができる。
The specific volume value obtained under various pressures using such a method is used as a reference specific volume, that is, the specific volume of the resin at room temperature or at the intended temperature (referred to as reference specific volume).
By comparing with, it is possible to obtain a pressure that does not cause the above defects. Also, the specific volume change behavior and compression rate change behavior of the resin during the curing process should be obtained in advance, and the pressure required for the specific volume of the resin to become smaller than the reference specific volume during the curing process should be estimated. Is also possible. The specific volume change behavior and compression rate change behavior of the resin during the curing process are
It can be measured using a measuring device.

【0020】そして、本発明者らは、上記基準比容積の
値に対し、硬化過程において樹脂に付与すべき必要な圧
力について検討した結果、この樹脂を圧縮するのに要す
る圧力は、樹脂の硬化過程の初期段階、即ち液状の樹脂
が流動性を消滅するまでの段階では、単調に減少するこ
とを見出した。従って、樹脂の硬化過程でその流動性が
実質的に消滅する点での比容積を上記基準圧力に等しく
するのに必要な圧力は、樹脂が未だ流動性を有している
段階において、樹脂を上記基準比容積に圧縮するのに必
要な圧力よりも小さく、流動性を有している段階の樹脂
を上記基準比容積に圧縮するのに不十分な圧力であるこ
とになる。
The inventors of the present invention have studied the necessary pressure to be applied to the resin in the curing process with respect to the value of the reference specific volume, and as a result, the pressure required to compress the resin is It has been found that in the initial stage of the process, that is, until the liquid resin loses fluidity, it monotonically decreases. Therefore, the pressure required to equalize the specific volume at the point where the fluidity of the resin substantially disappears during the curing process to the above-mentioned reference pressure is the resin at the stage where the resin is still fluid. The pressure is lower than the pressure required to compress to the reference specific volume and is insufficient to compress the resin in the fluidity stage to the reference specific volume.

【0021】しかしながら、樹脂が未だ流動性を有して
いる段階において、この樹脂に作用させる圧力が、上記
基準比容積に圧縮するのに不十分な圧力であっても、硬
化過程でその流動性が実質的に消滅する点での比容積が
上記基準比容積に比して小さくなるのに必要な圧力を、
上記硬化反応が進行しその流動性が実質的に消滅する時
点に付与していれば、成形された複合材料には欠陥が発
生することはない。樹脂の流動により硬化収縮分が補わ
れるからである。
However, when the resin is still fluid, even if the pressure applied to the resin is insufficient to compress it to the above-mentioned reference specific volume, its fluidity during the curing process. Is the pressure necessary for the specific volume at the point of disappearing to be smaller than the reference specific volume,
If it is applied at the time when the above-mentioned curing reaction proceeds and its fluidity substantially disappears, no defects will occur in the molded composite material. This is because the curing shrinkage is supplemented by the flow of the resin.

【0022】また、樹脂の流動性が実質的に消滅した後
に、樹脂の比容積が変化して、上記基準比容積の値とす
るのに必要な圧力が変化する場合がある。しかし、この
変化が、上述した基準比容積の値とするのに必要な圧力
を増加させなければならない場合でも、その流動性が実
質的に消滅する点での比容積が、上記変化後のその比容
積に比して小さくなるのに必要な圧力を、その流動性が
実質的に消滅する時点に付与していれば、このような樹
脂の比容積の変化があっても、成形された複合材料には
欠陥が発生することはない。
In addition, after the fluidity of the resin has substantially disappeared, the specific volume of the resin may change, and the pressure necessary to obtain the value of the reference specific volume may change. However, even if this change requires an increase in the pressure required to reach the value of the above-mentioned reference specific volume, the specific volume at the point where the fluidity thereof substantially disappears is If the pressure required to become smaller than the specific volume is applied at the time when the fluidity thereof substantially disappears, even if such a specific volume change of the resin occurs, the molded composite The material is free of defects.

【0023】更に、熱硬化性樹脂の成形に当たっては、
樹脂が複数の温度段階を経由して硬化する場合がある。
それは、例えば、比較的低い温度で樹脂をその流動性が
消滅するまで硬化させた後、更に温度をあげて後硬化を
行う、という方法である。この場合、初期の比較的低い
温度で樹脂の流動性が実質的に消滅するまで硬化が進行
する場合には、この硬化過程で流動性が実質的に消滅す
る点での樹脂の比容積が、上記常温または使用予定温度
の何れか低い温度における比容積に比して小さくなるの
に必要な圧力を、その流動性が実質的に消滅する時点で
付与することにより、残留歪及び欠陥の無い複合材料を
成形することが可能となる。
Further, in molding the thermosetting resin,
The resin may cure via multiple temperature steps.
That is, for example, the resin is cured at a relatively low temperature until the fluidity disappears, and then the temperature is further raised to perform the post-curing. In this case, when curing proceeds until the fluidity of the resin substantially disappears at a relatively low temperature in the initial stage, the specific volume of the resin at the point where the fluidity substantially disappears in the curing process, By applying the pressure required to become smaller than the specific volume at the normal temperature or the planned use temperature, whichever is lower, at the time when the fluidity thereof substantially disappears, a composite without residual strain and defects is obtained. The material can be molded.

【0024】けだし、この流動性が実質的に消滅した樹
脂について後硬化を行うに当たり、後硬化処理における
温度の再上昇に伴い樹脂は熱膨張を示すと考えられる
が、その流動性が消滅した後の三次元多軸織物複合材料
においては、成形された複合材料自体が内部に発生した
応力に耐える構造を有しており、複合材料内部において
上記熱膨張による引張り応力を相殺するので、後硬化過
程においては、樹脂の熱膨張に応じた圧力を作用させな
くとも、成形された複合材料には欠陥が発生することは
ないからである。
In the post-curing of the resin whose flowability has substantially disappeared, it is considered that the resin exhibits thermal expansion as the temperature rises again in the post-curing treatment, but after the fluidity disappears. In the three-dimensional multi-axial woven composite material, the molded composite material itself has a structure that can withstand the stress generated inside, and cancels the tensile stress due to the thermal expansion inside the composite material. In (1), defects are not generated in the molded composite material without applying a pressure corresponding to the thermal expansion of the resin.

【0025】これらの知見に基づいて、上記熱硬化性樹
脂の硬化過程でその流動性が実質的に消滅する点での比
容積が、上記複合材料の常温または使用予定温度のいず
れか低い温度における比容積に比して小さくなるのに必
要な圧力を、上記硬化反応が進行しその流動性が実質的
に消滅する時点に付与すれば、無欠陥で機械的物性に優
れた複合材料を安価に成形でき、その流動性消滅後は、
成形された複合材料を耐圧を必要としない圧力容器に移
し換えることにより金型等を効率よく使用し、この複合
材料の時間当たりの成形個数を増加させることができ
る。
Based on these findings, the specific volume at the point where the fluidity of the thermosetting resin substantially disappears during the curing process, the specific volume of the composite material is either room temperature or the intended use temperature, whichever is lower. If the pressure required to become smaller than the specific volume is applied at the time when the above-mentioned curing reaction progresses and its fluidity disappears substantially, it is possible to reduce the cost of a composite material that is defect-free and has excellent mechanical properties. It can be molded and after its fluidity disappears,
By transferring the molded composite material to a pressure vessel that does not require pressure resistance, a mold or the like can be used efficiently, and the number of moldings of this composite material per hour can be increased.

【0026】図面を参照して本発明の方法について具体
的に説明すると、図1は、本発明の方法を実施するため
の三次元多軸織物複合材料の製造装置を示している。本
装置は、圧力容器1と、それを加熱するヒータ2と、そ
のヒータ2を制御する温度制御装置3と、成形圧力を制
御する圧力制御装置4と、圧力容器1内に収容される成
形容器5とを備えている。
The method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an apparatus for producing a three-dimensional multiaxial woven composite material for carrying out the method of the present invention. This apparatus includes a pressure container 1, a heater 2 for heating the pressure container 1, a temperature control device 3 for controlling the heater 2, a pressure control device 4 for controlling a molding pressure, and a molding container housed in the pressure container 1. 5 and.

【0027】上記圧力容器1は、各種形状の複合材料の
成形に共通するもので、その外周にヒータ2を周設し、
このヒータ2の加熱温度は温度制御装置3により制御さ
れ、後述する硬化温度サイクルの下で、複合材料の硬
化、成形が行われる。この硬化温度サイクルにおける温
度を確認するために、圧力容器1に温度計を付設し、ま
た、圧力制御のための圧力計などを取付けている。圧力
容器1の内部には成形容器5が収容され、この成形容器
5の周囲は、上記圧力制御装置4により圧力制御される
圧力媒体6によって充填される。
The pressure vessel 1 is common to the molding of composite materials of various shapes. A heater 2 is provided around the outer circumference of the pressure vessel 1.
The heating temperature of the heater 2 is controlled by the temperature control device 3, and the composite material is cured and molded under the curing temperature cycle described later. In order to confirm the temperature in this curing temperature cycle, a thermometer is attached to the pressure vessel 1, and a pressure gauge for pressure control is attached. A molding container 5 is housed inside the pressure container 1, and the periphery of the molding container 5 is filled with a pressure medium 6 whose pressure is controlled by the pressure control device 4.

【0028】三次元多軸織物プリフォーム8を装填する
成形容器5は、ピストン5aを有するシリンダ構造を成
す容積可変なものであり、このピストン5aを上記圧力
媒体6が押圧することにより、成形容器5内のエポキシ
樹脂7に静水圧を付与できるようにしている。成形容器
5の内部には、プリフォーム8が装填されると共に、あ
らかじめ脱泡した樹脂7が充填され、プリフォーム8が
樹脂7によって完全に含浸される。
The molding container 5 into which the three-dimensional multiaxial woven fabric preform 8 is loaded has a variable volume which forms a cylinder structure having a piston 5a, and when the pressure medium 6 presses the piston 5a, the molding container 5 is formed. Hydrostatic pressure can be applied to the epoxy resin 7 in 5. The preform 8 is loaded inside the molding container 5 and the defoamed resin 7 is filled in advance, so that the preform 8 is completely impregnated with the resin 7.

【0029】使用する成形容器5は、圧力容器1中で静
水圧を受けるが、成形容器5の内部に充填された樹脂7
の圧力とバランスするため、必ずしも成形時の圧力に耐
える構造を有する必要はなく、プリフォーム8の形状を
保持するのに十分な強度を有し、かつ樹脂7の充填時に
容器が変形しない程度の強度を有すればよい。但し、成
形時に樹脂7の体積変化を妨げない構造のものである必
要がある。
The molding container 5 to be used is subjected to hydrostatic pressure in the pressure container 1, but the resin 7 filled in the molding container 5 is used.
Since it is balanced with the pressure of 1., it does not necessarily have to have a structure that can withstand the pressure at the time of molding, has sufficient strength to hold the shape of the preform 8, and does not deform the container when the resin 7 is filled. It only needs to have strength. However, it is necessary to have a structure that does not hinder the volume change of the resin 7 during molding.

【0030】成形容器5の構造例としては、図2に示す
ようなものを含めて各種のものが考えられるが、成形に
際して不都合がなければいかなる構造および材質のもの
を用いても差し支えない。同図(a)は、上記ピストン
5aをベローズ5bで置き換えたベローズ構造の例であ
り、同図(b)は、ゴム状のフィルム5cを用いて容器
口部を閉鎖し、樹脂7の容積変化に応じて変形する構造
のもの、同図(c)及び(d)は、樹脂7と圧力媒体6
とが直接接触してもよい場合に用いる圧力媒体6に対し
て解放されている構造のもので、同図(c)では多孔の
シート5dを、同図(d)では小孔5eを開設してい
る。
Various examples of the structure of the molding container 5, including those shown in FIG. 2, are conceivable, but any structure and material may be used as long as there is no problem in molding. The figure (a) is an example of a bellows structure in which the piston 5a is replaced with a bellows 5b, and the figure (b) uses a rubber-like film 5c to close the container mouth portion and change the volume of the resin 7. (C) and (d) of the structure that is deformed according to
The structure is open to the pressure medium 6 used when and may be in direct contact with each other. A porous sheet 5d is formed in the same figure (c), and a small hole 5e is formed in the same figure (d). ing.

【0031】これらの構造以外に、例えば、成形容器を
変形容易な薄肉の容器としたもの、プラスチックなどの
剛性の低い材料を用いた容器を使用して、容器全体が変
形する構造のもの、変形容易な薄肉の容器中にプリフォ
ーム8の形状保持のため、更に容器の材質としては成形
条件下で耐えるものが適当であるが、樹脂7の移動が容
易な解放型の容器を設置する構造のものを用いることも
できる。また、成形品が容易に取り出せるように容器が
分割できる構造のものを使用することもできる。更に、
容器の材質としては成形条件下で耐えるものが適当であ
るが、樹脂7が実質的に示さなくなる点において耐え得
るものであれば、その後破損するようなものであっても
よい場合がある。
In addition to these structures, for example, a molded container is a thin container that is easily deformable, a container using a material having low rigidity such as plastic is used, and the entire container is deformed, In order to easily maintain the shape of the preform 8 in a thin container, a material that can withstand the molding conditions is suitable as the material of the container, but the open type container in which the resin 7 can be easily moved is installed. A thing can also be used. It is also possible to use a container having a structure in which the container can be divided so that the molded product can be easily taken out. Furthermore,
As the material of the container, one that can withstand under molding conditions is suitable, but if it can withstand the point that the resin 7 does not substantially show, it may be one that can be subsequently broken.

【0032】上記構成を有する製造装置により三次元多
軸織物複合材料を製造するに際しては、成形容器5中に
プリフォーム8を装填すると共に、樹脂7を充填、含浸
させ、更にこの成形容器5を圧力容器1中に配置する。
プリフォーム8に対する含浸方法としては、大気中でポ
ンプなどを用いて樹脂7を送液するが、プリフォーム8
を収容した成形容器5全体を真空容器中に納めて送液す
るなど、プリフォーム8を予め適宜手段で真空雰囲気に
おくのが有効である。更に、プリフォーム8を予め真空
状態に置き、予め脱泡した樹脂7により含浸するのが、
成形状態を良好にする意味で望ましい。樹脂7の含浸時
には、樹脂7が硬化時に体積減少を起こす分だけ余分に
成形容器5中に入れておく必要がある。
When the three-dimensional multiaxial woven composite material is manufactured by the manufacturing apparatus having the above-mentioned structure, the preform 8 is loaded into the molding container 5, the resin 7 is filled and impregnated, and the molding container 5 is further packed. Place in pressure vessel 1.
As a method for impregnating the preform 8, the resin 7 is sent in the air using a pump or the like.
It is effective to place the preform 8 in a vacuum atmosphere in advance by an appropriate means, such as storing the entire molding container 5 accommodating the above in a vacuum container and sending the liquid. Furthermore, the preform 8 is placed in a vacuum state in advance and impregnated with the resin 7 that has been defoamed beforehand.
It is desirable in terms of improving the molding condition. At the time of impregnation with the resin 7, it is necessary to add an extra amount to the molding container 5 by the amount of the volume reduction of the resin 7 upon curing.

【0033】樹脂7を含浸した後、上記成形容器5を圧
力容器1中に配置し、圧力媒体6を封入した後、所定の
温度、圧力条件で成形を実施する。ここで、圧力媒体6
としては、シリコンオイルなどの液体で、必要な温度、
圧力下で安定であるものが好ましい。成形時に必要な圧
力は、圧力媒体6からピストン5aを経由して成形容器
5中の樹脂7に伝達される。
After the resin 7 is impregnated, the molding container 5 is placed in the pressure container 1 and the pressure medium 6 is sealed therein, and then molding is carried out under a predetermined temperature and pressure condition. Where the pressure medium 6
As a liquid, such as silicone oil, at the required temperature,
Those that are stable under pressure are preferred. The pressure required at the time of molding is transmitted from the pressure medium 6 to the resin 7 in the molding container 5 via the piston 5a.

【0034】成形時には、樹脂7の硬化過程でその流動
性が実質的に消滅する点での比容積が、上記常温または
使用予定温度の何れか低い温度における硬化完了後の比
容積に比べて小さくなるのに必要な圧力を、樹脂の流動
性が実質的に消滅する時点に付与すればよい。その後
は、成形容器5を圧力容器1から取り出して、大気圧中
で後硬化させる。
At the time of molding, the specific volume at the point where the fluidity of the resin 7 substantially disappears during the curing process is smaller than the specific volume after the completion of curing at the normal temperature or the intended temperature, whichever is lower. The pressure necessary to achieve this may be applied when the fluidity of the resin substantially disappears. After that, the molding container 5 is taken out from the pressure container 1 and post-cured at atmospheric pressure.

【0035】また、三次元多軸織物複合材料の製造装置
は、従来の金型を使用したものであってもよい。図3
は、その金型を使用した製造装置を模式的に示してい
る。この装置によって複合材料を製造するに際しては、
金型10にプリフォーム8を装填して、予め脱泡した樹
脂7を上記金型10内に充填、含浸すべく樹脂加圧装置
11により樹脂タンク12からバルブ13及び14を介
して供給する。この場合、必要に応じて真空装置15に
より金型10内を真空状態にする。含浸終了後バルブ1
6を閉じ、上記金型10に周設されたヒータ17により
加熱し、加圧装置11により所要の圧力を付与しつつ硬
化、成形が行われる。
The apparatus for producing a three-dimensional multiaxial woven composite material may be a conventional die. Figure 3
Shows schematically a manufacturing apparatus using the mold. When manufacturing composite materials with this equipment,
The mold 10 is loaded with the preform 8, and the resin 7 defoamed in advance is supplied from the resin tank 12 through the valves 13 and 14 by the resin pressurizing device 11 so as to fill and impregnate the mold 10. In this case, the inside of the mold 10 is vacuumed by the vacuum device 15 as needed. Valve 1 after impregnation
6 is closed, heating is performed by the heater 17 provided around the mold 10, and curing and molding are performed while applying a required pressure by the pressurizing device 11.

【0036】樹脂7が硬化初期にまだ流動性を示す段階
では、樹脂は金型中で上記圧力をもつことになるが、上
述したように、上記圧力を硬化過程の全過程に亘って作
用させておく必要はなく、この硬化過程で樹脂7の流動
性が実質的に消滅する点での比容積が、上記常温または
使用予定温度の何れか低い温度における硬化完了後の比
容積に比べて小さくなるのに必要な圧力を、樹脂の流動
性が実質的に消滅する時点に付与すればよい。樹脂7の
流動性が実質的に消滅した後は、成形体を金型から取り
出して、大気圧中で後硬化させる。この場合、金型10
及びそのバックアップ機構は、硬化過程において樹脂7
の流動性が実質的に消滅する時点での温度、圧力に耐え
る材質、構造である必要があるが、必ずしも後硬化過程
の温度、圧力に耐える必要はない。
At the stage where the resin 7 is still fluid at the initial stage of curing, the resin has the above-mentioned pressure in the mold, but as described above, the above-mentioned pressure is applied throughout the curing process. The specific volume at the point where the fluidity of the resin 7 practically disappears in this curing process is smaller than the specific volume after the completion of curing at the lower temperature of the room temperature or the intended temperature. The pressure necessary to achieve this may be applied when the fluidity of the resin substantially disappears. After the fluidity of the resin 7 has substantially disappeared, the molded body is taken out of the mold and post-cured at atmospheric pressure. In this case, the mold 10
And its backup mechanism, resin 7 during the curing process
The material and structure need to withstand the temperature and pressure at the time when the fluidity of the is substantially eliminated, but it is not necessarily required to withstand the temperature and pressure in the post-curing process.

【0037】[0037]

【実施例】以下に、本発明に係る製造方法の実施例を示
す。マトリックス用エポキシ樹脂7として、主剤のエピ
コート828(油化シェル社製)と硬化剤のエタキュア
ー100(Ethyl Corp. 製)を重量比100:24で混
合したものを脱泡して用い、この樹脂7を大気圧下で硬
化させた。硬化温度サイクルは次のようにした。即ち、
40分かけて40℃から80℃まで昇温し、80℃で1
5時間保持した後、80分かけて180℃まで昇温し、
180℃で4時間保持した後、約12時間かけて室温
(約20℃)まで冷却した。この場合の硬化後の樹脂7
の比容積は、20℃で0.860cm3 /gであった。
EXAMPLES Examples of the manufacturing method according to the present invention will be shown below. As the epoxy resin 7 for the matrix, a mixture of Epicoat 828 (manufactured by Yuka Shell Co., Ltd.) as a main agent and Ethacure 100 (manufactured by Ethyl Corp.) as a curing agent at a weight ratio of 100: 24 was used after defoaming. Was cured under atmospheric pressure. The curing temperature cycle was as follows. That is,
The temperature is raised from 40 ° C to 80 ° C over 40 minutes, and at 1 ° C at 1 ° C
After holding for 5 hours, raise the temperature to 180 ° C over 80 minutes,
After holding at 180 ° C. for 4 hours, it was cooled to room temperature (about 20 ° C.) for about 12 hours. Resin 7 after curing in this case
Had a specific volume of 0.860 cm 3 / g at 20 ° C.

【0038】次に、上記エポキシ樹脂7の硬化過程にお
ける比容積と圧縮率とを前記PVT測定装置を用いて測
定した。この場合の硬化温度サイクルは上記サイクルと
同一とした。比容積は、圧力100kgf/cm2 の加
圧下における値を測定して求めた。また、圧縮率は、圧
力を±40kgf/cm2 変化させたときの比容積の変
化から求めた結果、図4のようになった。そして、これ
らの比容積と圧縮率とから樹脂7の比容積を0.860
cm3 /gとするのに必要な圧力を算出した結果を図5
に示す。
Next, the specific volume and compressibility of the epoxy resin 7 during the curing process were measured using the PVT measuring device. The curing temperature cycle in this case was the same as the above cycle. The specific volume was determined by measuring the value under pressure of 100 kgf / cm 2 . The compressibility was as shown in FIG. 4 as a result of the change in the specific volume when the pressure was changed by ± 40 kgf / cm 2 . Then, the specific volume of the resin 7 is 0.860 from the specific volume and the compression rate.
Figure 5 shows the results of calculating the pressure required to achieve cm 3 / g.
Shown in.

【0039】図4により、樹脂7の比容積は、80℃に
おける15時間の硬化過程で単調に減少して、15時間
経過後ほぼ一定値に収束し、また、その圧縮率は、初期
段階の8時間の硬化過程では単調に減少して、8時間経
過後から急速に減少することがわかる。この8時間経過
後からの変化は、この時点から樹脂7がガラス化し流動
性を消滅する状態になっていくことを示している。この
ような圧縮率の変化から求めた樹脂7のガラス化点は、
80℃に保持した場合には保持開始から9時間経過後で
ある。この保持開始から9時間経過後にその比容積を
0.860cm3 /gとするのに必要な圧力を図5より
求めると、その圧力は350kgf/cm2 である。
As shown in FIG. 4, the specific volume of the resin 7 monotonously decreased during the curing process at 80 ° C. for 15 hours and converged to a substantially constant value after 15 hours, and the compression rate was in the initial stage. It can be seen that it decreases monotonically during the curing process for 8 hours, and decreases rapidly after the lapse of 8 hours. The change after the lapse of 8 hours indicates that the resin 7 is vitrified from this point and loses its fluidity. The vitrification point of the resin 7 obtained from such a change in compressibility is
When the temperature was held at 80 ° C., it was 9 hours after the start of holding. When the pressure required to bring the specific volume to 0.860 cm 3 / g after 9 hours have elapsed from the start of this holding is determined from FIG. 5, the pressure is 350 kgf / cm 2 .

【0040】また、上記エポキシ樹脂の硬化過程におけ
る流動性について調べた結果、80℃に保持し、保持開
始から8時間経過後までは、流動性を保持していること
を確認した。この保持開始から8時間経過後にその比容
積が0.860cm3 /gとなるのに必要な圧力は、上
記図5より求めると400kgf/cm2 であり、上記
ガラス化点より求めた上記圧力とほぼ同一値になる。従
って、欠陥の無い三次元複合材料を成形するのに必要な
圧力は、少なくとも400kgf/cm2 であると推定
できる。
As a result of investigating the fluidity of the epoxy resin in the curing process, it was confirmed that the fluidity was maintained at 80 ° C. and 8 hours after the initiation of the retention. The pressure required to reach a specific volume of 0.860 cm 3 / g after 8 hours from the start of the holding is 400 kgf / cm 2 as determined from the above-mentioned FIG. 5, which is the same as the pressure determined from the vitrification point. It becomes almost the same value. Therefore, it can be estimated that the pressure required to mold a defect-free three-dimensional composite material is at least 400 kgf / cm 2 .

【0041】また、図5には、180℃の後硬化過程に
おいて樹脂7の比容積を0.860cm3 /gとするた
めに必要とされる圧力は約1000kgf/cm2 であ
り、硬化過程の初期段階においてこの比容積を0.86
0cm3 /gとするために必要とされる圧力は、約14
00kgf/cm2 であることが示されているが、上述
したように、硬化過程で樹脂7の流動性が実質的に消滅
する点での比容積が、上記常温または使用予定温度の何
れか低い温度における硬化完了後の比容積に比べて小さ
くなるのに必要な圧力、即ち400kgf/cm2 を、
樹脂7の流動性が実質的に消滅する時点に付与すれば、
上記のような高圧を付与することなく、欠陥の無い三次
元複合材料を得ることが可能である。
Further, in FIG. 5, the pressure required to bring the specific volume of the resin 7 to 0.860 cm 3 / g in the post-curing process at 180 ° C. is about 1000 kgf / cm 2 , and This specific volume was 0.86 in the initial stage.
The pressure required to reach 0 cm 3 / g is about 14
Although it is shown to be 00 kgf / cm 2 , as described above, the specific volume at the point where the fluidity of the resin 7 substantially disappears during the curing process, whichever is lower than the room temperature or the scheduled temperature for use. The pressure required to become smaller than the specific volume after completion of curing at temperature, that is, 400 kgf / cm 2 ,
If it is given when the fluidity of the resin 7 substantially disappears,
It is possible to obtain a defect-free three-dimensional composite material without applying the above high pressure.

【0042】次に、樹脂7の流動性が実質的に消滅する
時点に圧力400kgf/cm2 を付与して成形された
三次元複合材料の欠陥の発生状況を、圧力150kgf
/cm2 を付与して成形されたものとの比較において調
査した。これには、断面0.81mm角、繊維含有率7
0%のエポキシ樹脂7をマトリックスとした炭素繊維強
化ロッド状一方向性複合材料を用いてロッド方式三次元
3軸織物プリフォーム8を作成した(X・Y軸方向:9
本×18本,Z軸方向:10本×10本を組み合わせて
作成したものであり、サンプルサイズは約16×16×
30mmである。)。
Next, at the time when the fluidity of the resin 7 substantially disappears, the occurrence of defects in the three-dimensional composite material formed by applying a pressure of 400 kgf / cm 2 is examined.
/ Cm < 2 > was given and it investigated in comparison with what was shape | molded. This has a cross section of 0.81 mm square and a fiber content of 7
A rod-type three-dimensional triaxial woven fabric preform 8 was prepared using a carbon fiber reinforced rod-shaped unidirectional composite material in which 0% epoxy resin 7 was used as a matrix (X and Y axis directions: 9).
This sample was created by combining 18 x 18, Z axis direction: 10 x 10, and the sample size is about 16 x 16 x
It is 30 mm. ).

【0043】このプリフォーム8を、成形容器5として
内径30mm高さ45mmのポリプロピレン製容器(市
販の写真フィルム用容器)にいれ、脱泡した上記エポキ
シ樹脂7を用いて充填、含浸し気泡が残らないように注
意して蓋をした。本成形容器5は外圧を加えた場合容易
に変形するものである。その後、成形容器5を圧力容器
1中に入れ、シリコンオイルを圧力媒体6として所定の
圧力下で硬化、成形した。これに用いた硬化温度サイク
ルは上記温度サイクルと同一とした。
The preform 8 was put into a polypropylene container (commercial photographic film container) having an inner diameter of 30 mm and a height of 45 mm as the molding container 5, and the defoamed epoxy resin 7 was used to fill and impregnate the air bubbles. Be careful not to cover it with a lid. The main molding container 5 is easily deformed when an external pressure is applied. After that, the molding container 5 was put into the pressure container 1, and silicone oil was used as the pressure medium 6 and cured and molded under a predetermined pressure. The curing temperature cycle used for this was the same as the above temperature cycle.

【0044】また、これに付与した圧力は、上記40℃
から80℃までの昇温期間及び80℃に保持して8時間
経過するまでは大気圧とし、8時間経過した後は400
kgf/cm2 とし、この400kgf/cm2 を4時
間保持した。そして、成形容器5を圧力容器1の外に取
り出し大気圧下で80℃に3時間保持した後、後硬化を
行った。この成形容器5は120℃付近で耐熱性がなく
なり、最終処理温度では破損したが、上記80℃での硬
化過程で実質的な固化が完了しているためこのものの成
形には何ら差し支えない。
The pressure applied to this is 40 ° C. above.
To 80 ° C. and the atmospheric pressure is maintained until the temperature is maintained at 80 ° C. for 8 hours, and after 8 hours, 400
and kgf / cm 2, and it held the 400 kgf / cm 2 4 hours. Then, the molding container 5 was taken out of the pressure container 1 and kept at 80 ° C. under atmospheric pressure for 3 hours, and then post-cured. The molding container 5 loses heat resistance near 120 ° C. and is damaged at the final treatment temperature, but since it has been substantially solidified in the curing process at 80 ° C., there is no problem in molding this container.

【0045】成形されたこの複合材料の欠陥の発生状況
を調べたところ、このものの最外周に剥離が見られた
が、その内部には欠陥が見られなかった。一方、上記圧
力400kgf/cm2 に代えて圧力150kgf/c
2 を付与した場合のこの複合材料の欠陥の発生状況に
ついて調べたところ、複合材料全体に剥離欠陥が観察さ
れた。
When the state of occurrence of defects in this molded composite material was examined, peeling was observed at the outermost periphery of this product, but no defects were found inside. On the other hand, instead of the pressure of 400 kgf / cm 2 , the pressure of 150 kgf / c
When the generation state of defects in this composite material when m 2 was applied was examined, peeling defects were observed in the entire composite material.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の三次元多
軸織物複合材料の製造方法によれば、三次元多軸織物プ
リフォームを強化基材とし、熱硬化性樹脂をマトリック
スとした三次元多軸織物複合材料の製造において、使用
条件に合わせた、無欠陥で機械的物性に優れた三次元多
軸織物複合材料を安価に成形できる。即ち、圧力容器や
金型の耐圧性、耐熱性を、複合材料の欠陥を発生させな
いために必要とされる圧力に耐え得るに必要にして十分
なものに設計すれば良いので、装置コストの低減が図れ
るため安価に複合材料を成形でき、また、上記圧力を所
要時点に付与すればその後はこの圧力を保持する必要が
なく、圧力容器や金型を占有している時間が短くなるの
で、総じて成形に要する時間の短縮が図れるため、複合
材料の時間当たりの成形個数を増加させることができ
る。
As described above, according to the method for producing a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material of the present invention, a three-dimensional multiaxial woven fabric preform is used as a reinforcing base material and a thermosetting resin is used as a matrix. In the production of the original multiaxial woven fabric composite material, it is possible to inexpensively form a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material that is suitable for use conditions and has no defects and excellent mechanical properties. In other words, the pressure vessel and the pressure resistance and heat resistance of the mold can be designed to be necessary and sufficient to withstand the pressure required to prevent the defects of the composite material, thus reducing the device cost. Since it is possible to mold the composite material at a low cost, and if the above pressure is applied at the required time, it is not necessary to maintain this pressure thereafter, and the time occupying the pressure vessel and the mold is shortened, so overall Since the time required for molding can be shortened, the number of composite materials molded per hour can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法を実施するための三次元多軸織物
複合材料製造装置を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a three-dimensional multiaxial woven composite material manufacturing apparatus for carrying out the method of the present invention.

【図2】(a)〜(d)は、図1の製造装置の成形容器
の構造例を示す模式的断面図である。
2 (a) to (d) are schematic cross-sectional views showing a structural example of a molding container of the manufacturing apparatus of FIG.

【図3】本発明の方法を実施する他の三次元多軸織物複
合材料製造装置を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing another three-dimensional multiaxial woven fabric composite material manufacturing apparatus for carrying out the method of the present invention.

【図4】本複合材料を構成するエポキシ樹脂の硬化過程
における圧縮率および比容積の推移を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing changes in compressibility and specific volume during the curing process of the epoxy resin that constitutes the present composite material.

【図5】同硬化過程の各段階において、同樹脂の比容積
を0.860cm3 /g(20℃)とするのに必要な圧
力の大きさを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the magnitude of pressure required to bring the specific volume of the resin to 0.860 cm 3 / g (20 ° C.) at each stage of the curing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力容器 5 成形容器 6 圧力容器 7 エポキシ樹脂 8 三次元3軸織物プリフォーム 1 Pressure vessel 5 Molding vessel 6 Pressure vessel 7 Epoxy resin 8 Three-dimensional triaxial woven fabric preform

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】三次元多軸織物プリフォームを基材とし、
熱硬化性樹脂をマトリックスとした三次元多軸織物複合
材料の製造方法において、 上記熱硬化性樹脂の硬化過程でその流動性が実質的に消
滅する点での比容積が上記複合材料の使用予定温度にお
ける比容積に比して小さくなるのに必要な圧力を、上記
硬化反応が進行しその流動性が実質的に消滅する時点に
付与し、その流動性消滅後は上記圧力を除去し、後硬化
させる、ことを特徴とする三次元多軸織物複合材料の製
造方法。
1. A three-dimensional multiaxial woven fabric preform as a base material,
In the method for producing a three-dimensional multi-axial woven composite material using a thermosetting resin as a matrix, the specific volume at the point where the fluidity of the thermosetting resin is substantially eliminated during the curing process of the thermosetting resin is to be used for the composite material. The pressure required to be smaller than the specific volume at temperature is applied at the time when the curing reaction proceeds and the fluidity thereof substantially disappears, and after the fluidity disappears, the pressure is removed. A method for producing a three-dimensional multiaxial woven composite material, which comprises curing.
【請求項2】複合材料の使用予定温度が常温であること
を特徴とする請求項1に記載の三次元多軸織物複合材料
の製造方法。
2. The method for producing a three-dimensional multiaxial woven composite material according to claim 1, wherein the intended temperature of the composite material is room temperature.
【請求項3】請求項1または2に記載の方法において、 三次元多軸織物プリフォームを容積可変な成形容器中に
装填すると共に、該成形容器内に熱硬化性樹脂を充填
し、これを圧力媒体を充填した圧力容器に収容して、所
要の硬化温度の下で上記圧力媒体の加圧により必要な静
水圧を付与し、上記熱硬化性樹脂の流動性消滅後は、上
記成形容器を上記圧力容器から取り出して後硬化させ
る、ことを特徴とする三次元多軸織物複合材料の製造方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the three-dimensional multiaxial woven fabric preform is loaded into a volume-variable molding container, and the molding container is filled with a thermosetting resin. It is housed in a pressure container filled with a pressure medium, and the required hydrostatic pressure is applied by pressurizing the pressure medium under a required curing temperature, and after the fluidity of the thermosetting resin disappears, the molding container is A method for producing a three-dimensional multiaxial woven fabric composite material, which is characterized in that it is taken out from the pressure vessel and post-cured.
【請求項4】請求項1または2に記載の方法において、 三次元多軸織物プリフォームを耐圧性の金型中に装填す
ると共に、該金型内に熱硬化性樹脂を充填し、所要の硬
化温度の下で必要な圧力を該樹脂に付与し、上記熱硬化
性樹脂の流動性消滅後は、上記三次元多軸織物プリフォ
ームを上記金型から取り出して後硬化させる、ことを特
徴とする三次元多軸織物複合材料の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the three-dimensional multiaxial woven fabric preform is loaded into a pressure-resistant mold, and the mold is filled with a thermosetting resin. A necessary pressure is applied to the resin under a curing temperature, and after the fluidity of the thermosetting resin disappears, the three-dimensional multiaxial woven fabric preform is taken out from the mold and post-cured. Method for producing a three-dimensional multiaxial woven composite material.
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