KR20180038486A - 복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료 - Google Patents

복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료 Download PDF

Info

Publication number
KR20180038486A
KR20180038486A KR1020187006422A KR20187006422A KR20180038486A KR 20180038486 A KR20180038486 A KR 20180038486A KR 1020187006422 A KR1020187006422 A KR 1020187006422A KR 20187006422 A KR20187006422 A KR 20187006422A KR 20180038486 A KR20180038486 A KR 20180038486A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adhesive
region
composite material
base material
preform
Prior art date
Application number
KR1020187006422A
Other languages
English (en)
Inventor
신이치 구로다
Original Assignee
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 filed Critical 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Publication of KR20180038486A publication Critical patent/KR20180038486A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/38—Cutting-out; Stamping-out
    • B26F1/3806—Cutting-out; Stamping-out wherein relative movements of tool head and work during cutting have a component tangential to the work surface
    • B26F1/3813—Cutting-out; Stamping-out wherein relative movements of tool head and work during cutting have a component tangential to the work surface wherein the tool head is moved in a plane parallel to the work in a coordinate system fixed with respect to the work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/02—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material
    • B29C63/04—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material by folding, winding, bending or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B29C65/4805—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the type of adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/345—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using matched moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a general shape other than plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/38—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising epoxy resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/02—Physical, chemical or physicochemical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0081—Shaping techniques involving a cutting or machining operation before shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00—Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • B29K2105/0881—Prepregs unidirectional
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/72—Density
    • B32B2307/722—Non-uniform density

Abstract

예비 성형 시에 강화 섬유의 배치의 변동을 억제하면서, 성형성을 높임으로써 형상의 제약이 적고, 품질이 높은 복합 재료를 성형할 수 있는 복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 프리폼 및 복합 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 복합 재료(400)의 제조 방법은, 강화 기재(510)와 강화 기재에 함침된 수지(600)를 구비하는 복합 재료의 제조 방법이며, 제1 영역(511)과 제2 영역(512)을 구비하는 시트형의 강화 기재에, 제1 영역보다 제2 영역의 접착제(520)의 함유 밀도가 낮아지도록 접착제를 부여하는 부여 공정(스텝 S12)과, 제1 영역보다 제2 영역의 곡률이 큰 입체 형상으로 강화 기재를 예비 성형하여 프리폼을 형성하는 예비 성형 공정(스텝 S17)을 갖는다.

Description

복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료
본 발명은 복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료에 관한 것이다.
근년, 자동차의 차체 경량화를 위해 강화 기재에 수지를 함침시킨 복합 재료가 자동차 부품으로서 사용되고 있다. 복합 재료의 제조 방법으로서, 양산화에 적합한 RTM(Resin Transfer Molding) 성형법이 주목받고 있다. RTM 성형법에 있어서는, 우선 강화 기재를 성형 형 내에 배치하고, 강화 기재에 수지를 함침시켜, 수지를 경화시킴으로써, 복합 재료를 성형한다.
강화 기재는, 성형 형에 배치하기 전에, 적층하여 예비 성형을 행하여 미리 소정의 형상을 부여한 프리폼으로 성형한다. 프리폼의 성형 방법으로서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1과 같이 소정 매수의 시트형의 강화 기재를 적층하고, 예비 성형 형 내에 배치하고, 프레스하여 소정의 형상으로 성형한다. 적층한 강화 기재를 예비 성형 형으로 반송할 때 강화 기재의 배치에 변동이 발생한다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 강화 기재의 층간에 미리 접착제를 부여하고, 강화 기재를 고정함으로써 강화 기재의 배치의 변동을 억제하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
일본 특허 공개 제2011-168009호 공보
그러나, 강화 기재의 층간을 접착제에 의해 고정하면, 강화 기재를 프레스하여 소정의 형상으로 성형할 때, 변형되기 어렵게 되어 버린다. 특히, 곡률이 큰 코너부를 갖는 형상은, 성형이 곤란하게 되고, 프리폼에 주름이나 꼬임 등이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 프리폼의 형상을 주름이나 꼬임이 발생하지 않는 곡률로 억제할 필요가 있어, 형상의 자유도가 낮게 제한되어 있었다. 이에 의해, 성형품인 복합 재료의 형상 선택의 폭이 좁게 되어 있었다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 강화 섬유의 배치의 변동을 억제하면서, 프리폼의 형상의 자유도를 높임으로써 형상 선택의 폭이 넓은 복합 재료를 성형할 수 있는 복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 복합 재료의 제조 방법은, 강화 기재와, 상기 강화 기재에 함침된 수지를 구비하는 복합 재료의 제조 방법이다. 우선, 제1 영역과 제2 영역을 구비하는 시트형의 상기 강화 기재에, 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 접착제의 함유 밀도가 낮아지도록 상기 접착제를 부여한다. 이어서, 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 곡률이 큰 입체 형상으로 상기 강화 기재를 예비 성형한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 복합 재료의 제조 장치는, 제1 영역과 제2 영역을 구비하는 시트형의 강화 기재에 접착제를 부여하는 부여부와, 상기 강화 기재를 정해진 입체 형상으로 예비 성형하는 예비 성형 형과, 상기 부여부 및 상기 예비 성형 형의 작동을 제어하는 제어부를 갖는다. 상기 제어부는, 상기 강화 기재에, 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 상기 접착제의 함유 밀도가 낮게 상기 접착제를 부여하도록 상기 부여부의 작동을 제어하고, 또한 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 곡률이 큰 입체 형상으로 상기 강화 기재를 성형하도록 상기 예비 성형 형의 작동을 제어한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 복합 재료용 프리폼은, 강화 기재에 접착제를 함침시켜 형성되는 복합 재료용 프리폼이다. 상기 강화 기재는, 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 상기 접착제의 함유 밀도가 낮은 제2 영역을 구비하고, 상기 제1 영역에 있어서의 곡률은 상기 제2 영역보다 크다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 복합 재료는, 강화 기재에 접착제를 함침시켜 형성되는 프리폼을 사용하여 형성되는 복합 재료이다. 상기 강화 기재는, 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 상기 접착제의 함유 밀도가 낮은 제2 영역을 구비하고, 상기 제1 영역에 있어서의 곡률은 상기 제2 영역보다 크다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 복합 재료의 제조 장치 및 제조 방법의 전체의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼을 성형하는 예비 성형 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2의 (A)는 부여부의 개관 사시도이고, 도 2의 (B)는 히터의 개관 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼을 성형하는 예비 성형 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 3의 (A)는 절단부의 개관 사시도이고, 도 3의 (B)는 예비 성형 형의 개관 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼을 사용하여 복합 재료를 성형하는 성형 장치의 개략도이다.
도 5의 (A)는 강화 기재에 있어서의 접착제의 함유 밀도 분포를 도시하는 도면이고, 도 5의 (B)는 예비 성형한 프리폼의 접착제의 함유 밀도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 6은, 절단부에 의해 절단되는 강화 기재의 절단선 부근의 접착제의 부여 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼의 성형 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태에 관한 복합 재료의 성형 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태에 관한 복합 재료의 제조 방법을 적용하여 제조한 자동차 부품을 도시하는 도면이며, 도 9의 (A)는 복합 재료를 사용한 각종 자동차 부품을 도시하는 도면이고, 도 9의 (B)는 자동차 부품을 접합하여 형성한 차체를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 설명은 특허청구범위에 기재되는 기술적 범위나 용어의 의의를 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 편의상 과장되어 있고, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 복합 재료(400)의 제조 장치(100) 및 제조 방법의 전체의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3은, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼(500)을 성형하는 예비 성형 장치(200)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼(500)을 사용하여 복합 재료(400)를 성형하는 성형 장치(300)의 개략도이다. 도 5는, 강화 기재(510)에 있어서의 접착제(520)의 함유 밀도 분포를 도시하는 도면이다. 도 6은, 절단부(240)에 의해 절단되는 강화 기재(510)의 절단선 L 부근의 접착제(520)의 부여 폭 W를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관한 프리폼(500)의 성형 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 8은, 본 발명의 실시 형태에 관한 복합 재료(400)의 성형 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 9는, 본 발명의 실시 형태에 관한 복합 재료(400)를 사용한 자동차 부품(701 내지 703) 및 차체(700)를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 2 및 도 3의 (A) 중의 화살표는, 반송부(210)에 의한 강화 기재(510)의 반송 방향(하류 공정을 향하는 방향)을 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (B) 중의 화살표는, 강화 기재(510)를 예비 성형할 때의 성형 방향을 나타내고 있다.
이하, 각 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
(프리폼)
본 실시 형태에 관한 프리폼(500)은, 강화 기재(510)에 접착제(520)를 함침시켜 형성된다.
강화 기재(510)는, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 유기 섬유 등에 의해 형성할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 강화 기재(510)로서 탄소 섬유를 사용한 예를 설명한다. 탄소 섬유(510)는, 열팽창 계수가 작고, 치수 안정성이 우수하고, 고온 하에 있어서도 기계적 특성의 저하가 적다고 하는 특징이 있기 때문에, 자동차의 차체(700) 등의 복합 재료(400)의 강화 기재로서 적합하게 사용할 수 있다. 탄소 섬유(510)는, 예를 들어 섬유가 일방향으로 정렬된 UD(일방향)재나 섬유가 일방향으로 정렬된 복수의 시트를 각각 상이한 방향으로 겹쳐 보조 섬유로 일체화한 소위 NCF(논 크림프 패브릭)재 등의 시트형의 탄소 섬유(510)를 사용할 수 있다. 적층 구성은, 성형품인 복합 재료(400)에 요구되는 재료 특성에 따라 다르지만, 일반적으로 복수의 배향 각도를 구비하도록 적층한다. 본 실시 형태에서는, 섬유 배향이 ±45°방향인 NCF재, 90°방향인 UD재, 0°방향인 UD재의 3종류를 적층하는 적층 구성으로 한다.
접착제(520)는, 탄소 섬유(510)에 부여되어, 탄소 섬유(510)끼리를 접착한다. 이에 의해, 탄소 섬유(510)를 시트형의 형태로 안정되게 유지시킬 수 있고, 탄소 섬유(510)의 배치의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 탄소 섬유(510)의 적층체(510b)(도 3의 (B)를 참조)를 원하는 형상으로 부형하였을 때, 그 형태를 유지하는 역할을 한다.
접착제(520)를 구성하는 재료는, 재질은 특별히 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리올레핀 수지, 스티렌계 수지, 나일론 수지, 폴리우레탄 수지 등의 열가소성 수지, 또한 예를 들어 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등의 열경화성 수지 등을 들 수 있다. 본 실시 형태에서는, 후술하는 복합 재료(400)에 사용하는 수지와 동일한 열경화성 수지이며, 용융 점도가 낮기 때문에 유동성이 높고, 내열성, 내습성이 우수한 저분자량 에폭시 수지를 사용한다.
탄소 섬유(510)는, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 접착제(520)를 부여하는 제1 영역(511)과, 제1 영역(511)보다 접착제(520)의 함유 밀도가 낮아지도록 접착제(520)를 부여한 제2 영역(512)을 구비한다. 또한, 본 명세서 중에 있어서 「접착제(520)의 함유 밀도가 낮은」이란, 접착제(520)를 부여하지 않는 경우, 즉 함유 밀도가 0(제로)인 경우도 포함한다.
또한, 예비 성형할 때, 제1 영역(511)에 있어서의 곡률은 제2 영역(512)보다 커지도록 성형한다. 접착제(520)의 함유 밀도가 낮은 제2 영역(512)은, 제1 영역(511)에 비하여 탄소 섬유(510) 사이에 걸리는 접착력이 약하기 때문에, 변형이 비교적 용이하다. 따라서, 프리폼(500)의 성형 시에, 특히 곡률이 큰 부분에 발생하는 주름이나 꼬임의 발생을 억제할 수 있다.
(복합 재료)
본 실시 형태에 관한 복합 재료(400)는, 탄소 섬유(510)가 미리 소정의 형상으로 예비 성형된 프리폼(500)에 수지(600)를 함침시켜 경화시킴으로써 제조된다.
복합 재료(400)는, 탄소 섬유(510)와 수지(600)가 조합됨으로써, 수지(600) 단체로 구성되는 성형품에 비하여 높은 강도 및 강성을 구비한 것이 된다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같은 자동차의 차체(700)(도 9의 (B)를 참조)에 사용되는 프론트 사이드 멤버(701)나 필러(702) 등의 골격 부품, 루프(703) 등의 외판 부품에 복합 재료(400)를 적용함으로써, 철강 재료로 이루어지는 부품을 조립하여 구성한 차체와 비교하여, 차체(700)의 경량화를 도모할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 복합 재료(400)는, 프리폼(500)에 수지(600)를 함침시킴으로써 형성된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 강성 향상을 위해 복합 재료(400)의 내부에, 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같은 코어재(530)가 삽입되어 있다.
수지(600)는, 열경화성 수지인 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 사용된다. 본 실시 형태에 있어서는, 기계적 특성, 치수 안정성이 우수한 에폭시 수지를 사용한다. 에폭시 수지는 2액 타입이 주류이며, 주제 및 경화제를 혼합하여 사용한다. 주제는 비스페놀 A형의 에폭시 수지, 경화제는 아민계의 것이 일반적으로 사용되지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니며, 원하는 재료 특성에 맞추어 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 수지(600)에는, 복합 재료(400)를 성형한 후의 탈형을 용이하게 행할 수 있도록, 내부 이형제를 포함시키고 있다. 내부 이형제의 종류는, 특별히 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있다.
코어재(530)는, 탄소 섬유(510)에 피복된 상태로, 탄소 섬유(510)에 수지(600)를 함침시킴으로써 복합 재료(400)의 내부에 형성된다. 코어재(530)를 구성하는 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 경량화의 관점에서 발포체(폼 코어)가 바람직하게 사용된다. 예를 들어 폴리우레탄, 염화비닐, 폴리올레핀, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지(PMI(폴리메타크릴이미드), PEI(폴리에테르이미드)) 등을 포함하는 발포체가 적절하게 사용된다.
(제조 장치)
도 1 내지 도 4를 참조하여, 복합 재료(400)의 제조 장치(100)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 복합 재료(400)의 제조 장치(100)는, 크게 나누어, 도 1의 상단 및 중단에 도시하는 프리폼(500)을 성형하는 예비 성형 장치(200)와, 도 1의 하단에 도시하는 프리폼(500)을 사용하여 복합 재료(400)를 성형하는 성형 장치(300)로 구성된다. 또한, 복합 재료(400)의 제조 장치(100)는, 제조 장치(100) 전체의 동작을 제어하는 제어부(110)를 갖는다.
우선, 프리폼(500)을 성형하는 예비 성형 장치(200)에 대하여 설명한다.
예비 성형 장치(200)는, 개략적으로 설명하면, 도 1의 상단에 도시하는 바와 같이, 탄소 섬유(510)를 연속적으로 반송하는 반송부(210)와, 탄소 섬유(510)에 접착제(520)를 부여하는 부여부(220)와, 접착제(520)가 부여된 탄소 섬유(510)를 가열하는 히터(230)와, 탄소 섬유(510)를 절단하는 절단부(240)와, 탄소 섬유(510)를 예비 성형하는 예비 성형 형(260)을 갖는다.
반송부(210)는, 도 1의 상단에 도시하는 바와 같이, 탄소 섬유(510)가 권회되어 이루어지는 기재 롤(510a)로부터 공급된 탄소 섬유(510)를 연속적으로 하류 공정인 부여부(220), 히터(230) 및 절단부(240)로 반송한다. 반송부(210)는, 벨트 컨베이어에 의해 구성되어 있다. 부여부(220), 히터(230) 및 절단부(240)는, 벨트 컨베이어의 반송 경로에 맞추어 설치되어, 연속해서 작업을 행할 수 있도록 구성되어 있다.
부여부(220)는, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 반송부(210)의 평면 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 반송부(210)의 상류로부터 반송된 탄소 섬유(510)에 접착제(520)를 부여한다. 접착제(520)의 부여량은, 사용하는 접착제(520)의 종류, 물성에 따라 다르지만, 예를 들어 10 내지 100g/㎥로 할 수 있다. 부여부(220)는, 예를 들어 분말상(고형)의 접착제(520)를 사용하여 스크린 인쇄 방식, 액상의 접착제(520)를 사용하여 잉크젯 방식, 접착제(520)를 부직포에 가공하여 탄소 섬유(510) 상에 적층하는 방식 등에 의해 구성할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 양산성이 높고, 부여 정밀도가 높은 잉크젯 방식을 사용한다. 잉크젯 방식은, 접착제(520)를 미적화하여, 탄소 섬유(510)에 대하여 직접 분사하는 방식이며, 부여하는 부위에 따라 접착제(520)의 부여량을 조정할 수 있다.
부여부(220)는, 탄소 섬유(510) 상에 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 높은 부분인 제1 영역(511)과, 제1 영역(511)보다 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 낮은 부분인 제2 영역(512)을 형성하도록 접착제(520)를 부여한다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(511) 내에 있어서, 접착제(520)의 함유 밀도가 높은 부분(도 5의 (A) 중의 색이 진한 부분)과 낮은 부분(도 5의 (A) 중의 색이 엷은 부분)을 갖는 함유 밀도 분포가 존재한다. 마찬가지로, 제2 영역(512) 내에 있어서도 함유 밀도 분포가 존재한다. 이와 같이, 함유 밀도 분포가 3 이상의 단계를 갖고 형성되는 경우에는, 후술하는 절단부(240)에 의해 절단하는 절단선 L 주위를, 접착제(520)의 함유 밀도가 가장 높은 부분으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 예비 성형 형(260)에 의해 성형하는 입체 형상의 곡률이 큰 부분(파선으로 둘러싸인 부분)을, 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 낮은 부분인 제2 영역(512)으로 되도록 접착제(520)를 부여한다.
히터(230)는, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 부여부(220)에 의해 접착제(520)를 부여한 탄소 섬유(510)를 가열한다. 가열 온도는, 사용하는 접착제(520)의 용융 온도에 따라 다르지만, 예를 들어 70℃ 내지 150℃로 한다. 이에 의해, 접착제(520)를 연화 또는 용융시켜, 탄소 섬유(510)에 함침시킬 수 있다. 접착제(520)를 함침시킨 결과, 탄소 섬유(510)의 단위 면적당 접착제(520)의 함유량, 즉 함유 밀도가 정해진다. 히터(230)는, 특별히 한정되지 않지만, 순간적 또한 균등하게 탄소 섬유(510)를 가열 가능한 것으로 구성되어 있는 것이 바람직하며, 예를 들어 연속로 또는 고주파 코일, 원적외선 히터, 열풍기 등의 가열 히터를 사용할 수 있다.
절단부(240)는, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 접착제(520)가 함침된 탄소 섬유(510)를 미리 결정된 절단선 L을 따라 절단한다. 절단부(240)는, 예를 들어 초음파 커트, 레이저 커트, 둥근톱 커트, 프레스 커트, 가위 커트 등 여러 가지 절단 기구를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 비교적 단시간에 의해 정확하게 절단할 수 있는 초음파 커트를 사용한다. 또한, 상술한 바와 같이 절단선 L 주위는, 제1 영역(511) 중에서 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 높은 부분으로 설정되어 있다. 이에 의해, 절단 시나 절단 후에 다음 공정으로 반송할 때 절단면의 흐트러짐을 대폭 저감할 수 있다. 절단면에 흐트러짐이 발생하면, 복합 재료(400)의 성형 후에 단부를 제거하기 위해, 프리폼(500)을 미리 크게 형성해 둘 필요가 있다. 절단면의 흐트러짐을 억제함으로써, 복합 재료(400)의 단부를 제거하는 후속 가공을 삭감할 수 있고, 또한 탄소 섬유(510)의 수율을 향상시킬 수 있다.
예비 성형 형(260)은, 탄소 섬유(510)를 정해진 입체 형상으로 예비 성형한다. 도 1의 중단에 도시하는 바와 같이, 프리폼(500)의 대상으로 되는 탄소 섬유(510)가 배치되는 하형(261)과, 하형(261)에 대하여 접근 이반 이동 가능한 상형(262)을 갖고 있다. 상형(262)의 하형(261)에 대향하는 면에는, 탄소 섬유(510)의 프리폼(500)의 형상에 합치하는 형상에 따른 성형면이 형성되어 있다. 탄소 섬유(510)를 하형(261)에 배치한 상태에서 상형(262)을 하형(261)에 접근 이동시켜, 탄소 섬유(510)에 대하여 가압력을 부여함으로써, 탄소 섬유(510)를 프리폼(500)으로 성형하는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태와 같이, 코어재(530)를 삽입하여 폐단면을 형성하는 복합 재료(400)의 경우, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같은 곡률이 큰 코너부를 갖는 경우가 많다. 당해 코너부를 예비 성형할 때, 내측의 탄소 섬유(510)와 외측의 탄소 섬유(510)에서 변형량이 크게 상이하다. 따라서, 곡률이 적은 평면부에 비하여 탄소 섬유(510)의 층간의 어긋남이 큼에도 불구하고, 층간이 접착제(520)에 의해 접착되어 있으면 접착제(520)의 접착력에 의해 탄소 섬유(510)끼리 구속되어 있기 때문에 변형이 제한되어 버린다. 탄소 섬유(510)의 변형이 제한되어 있는 상태에서 예비 성형을 행하면, 성형 후의 프리폼(500)의 곡률이 큰 부분에 주름이나 꼬임이 발생해 버린다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 예비 성형할 입체 형상의 곡률이 크고, 성형 시의 변형량이 큰 부분을, 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 낮은 부분인 제2 영역(512)으로 하고 있다. 이에 의해, 탄소 섬유(510)의 층간에 있어서 접착제(520)에 의한 접착력이 비교적 약하기 때문에, 제2 영역(512)에 있어서 용이하게 변형 가능하게 된다. 따라서, 곡률이 큰 부분에 있어서, 프리폼(500)의 주름이나 꼬임의 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 프리폼(500)의 형상의 자유도가 높아지고, 복합 재료(400)의 형상 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
이어서, 프리폼(500)을 사용하여 복합 재료(400)를 성형하는 성형 장치(300)에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 성형 장치(300)는, 개략적으로 설명하면, 프리폼(500)이 배치되는 캐비티(350)를 형성하는 개폐 가능한 성형 형(310)과, 성형 형(310)에 클램핑 압력을 부하하는 프레스부(320)와, 캐비티(350) 내에 용융된 수지(600)를 주입하는 수지 주입부(330)와, 성형 형(310)의 온도를 조정하는 성형 형 온도 조정부(340)를 갖는다.
성형 형(310)은, 개폐 가능한 한 쌍의 상형(311)(수형)과 하형(312)(암형)을 갖는다. 상형(311)과 하형(312)의 사이에, 밀폐 가능한 캐비티(350)를 형성한다. 프리폼(500)은, 캐비티(350) 내에 배치한다.
성형 형(310)은, 캐비티(350) 내에 수지(600)를 주입하는 주입구(313)를 더 갖는다. 주입구(313)는, 캐비티(350) 및 수지 주입부(330)에 연통된다. 수지(600)는, 프리폼(500)의 표면으로부터 내부로 함침된다. 또한, 하형(312)에, 캐비티(350) 내를 진공화하여 공기를 흡인하는 흡인구를 형성해도 된다. 또한, 캐비티(350) 내를 밀폐 상태로 하기 위해, 상형(311)과 하형(312)의 맞춤면에 시일 부재 등을 설치해도 된다.
프레스부(320)는, 예를 들어 유압 등의 유체압을 사용한 실린더(321)를 구비하고, 유압 등을 제어함으로써 클램핑 압력을 조정 가능한 프레스기에 의해 구성할 수 있다.
수지 주입부(330)는, 주제 탱크(331)로부터 공급되는 주제와, 경화제 탱크(332)로부터 공급되는 경화제를 순환시키면서, 성형 형(310)으로 공급 가능한 공지의 순환식 펌프 기구에 의해 구성할 수 있다. 수지 주입부(330)는, 주입구(313)에 연통되어 캐비티(350) 내에 수지(600)를 주입한다.
성형 형 온도 조정부(340)는, 성형 형(310)을 수지(600)의 경화 온도까지 가열하여, 캐비티(350) 내에 주입된 수지(600)를 경화시킨다. 성형 형 온도 조정부(340)에는, 가열을 행하기 위한 장치로서, 예를 들어 성형 형(310)을 직접적으로 가열하는 전기 히터나, 기름 등의 열매체를 순환시킴으로써 온도 조정을 행하는 온도 조정 기구 등을 구비시킬 수 있다.
제어부(110)는, 제조 장치(100) 전체의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 도 4를 참조하여, 제어부(110)는, 기억부(111)와, 연산부(112)와, 각종 데이터나 제어 명령의 송수신을 행하는 입출력부(113)를 갖는다. 입출력부(113)는, 부여부(220), 히터(230), 절단부(240), 예비 성형 형(260), 프레스부(320), 수지 주입부(330), 성형 형 온도 조정부(340)에 전기적으로 접속되어 있다.
기억부(111)는, ROM이나 RAM으로 구성하고, 접착제(520)의 부여량의 분포 및 부여 형상 등의 데이터를 기억한다. 연산부(112)는, CPU를 주체로 구성되고, 입출력부(113)를 통하여 반송부(210)에 의한 탄소 섬유(510)의 이송 속도 등의 데이터를 수신한다. 연산부(112)는, 기억부(111)로부터 판독한 데이터 및 입출력부(113)로부터 수신한 데이터에 기초하여, 접착제(520)의 부여 타이밍이나 부여량, 성형 형 온도 조정부(340)에 의한 성형 형(310)의 가열 온도 등을 산출한다. 산출한 데이터에 기초하는 제어 신호는, 입출력부(113)를 통하여 부여부(220), 히터(230), 절단부(240), 예비 성형 형(260), 프레스부(320), 수지 주입부(330), 성형 형 온도 조정부(340)로 송신한다. 이와 같이 하여, 제어부(110)는, 접착제(520)의 부여량 및 부여 위치, 예비 성형 형(260)의 작동, 성형 형(310)의 클램핑 압력, 수지(600)의 주입량, 성형 형(310)의 온도 등을 제어한다.
(제조 방법)
이어서, 실시 형태에 관한 복합 재료(400)의 제조 방법을 설명한다.
복합 재료(400)의 제조 방법은, 도 7에 도시하는 프리폼(500)을 성형하는 공정 및 도 8에 도시하는 프리폼(500)을 사용하여 복합 재료(400)를 성형하는 공정의 크게 나누어 2개의 공정으로 구성된다.
우선, 프리폼(500)을 성형하는 공정에 대하여 설명한다.
프리폼(500)을 성형하는 공정은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 탄소 섬유(510) 소재를 공급하는 공급 공정(스텝 S11)과, 탄소 섬유(510)에 접착제(520)를 부여하는 부여 공정(스텝 S12)과, 탄소 섬유(510)를 가열하는 가열 공정(스텝 S13)과, 탄소 섬유(510)를 절단하는 절단 공정(스텝 S14)과, 적층체(510b)를 형성하는 적층 공정(스텝 S15)과, 적층체(510b)를 반송하는 반송 공정(스텝 S16)과, 탄소 섬유(510)를 예비 성형하여 프리폼(500)을 형성하는 예비 성형 공정(스텝 S17)과, 성형한 프리폼(500)을 예비 성형 형(260)으로부터 탈형하는 공정(스텝 S18)을 갖는다.
각 공정에 대하여 설명한다.
우선, 스텝 S11로서, 도 1의 상단에 도시하는 바와 같이, 탄소 섬유(510)가 권회되어 이루어지는 기재 롤(510a)로부터 탄소 섬유(510)를 인출하고, 연속적으로 탄소 섬유(510)를 반송부(210)에 공급한다.
이어서, 스텝 S12로서, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 반송부(210)에 의해 연속적으로 송출되는 탄소 섬유(510)에 대하여, 부여부(220)에 의해 접착제(520)를 부여한다. 이때, 미리 정한 함유 밀도 분포에 따라, 부여하는 양을 조정한다. 즉, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 높은 부분인 제1 영역(511)과, 제1 영역(511)보다 접착제(520)의 함유 밀도가 낮은 부분인 제2 영역(512)을 형성하도록 접착제(520)를 부여한다.
구체적으로는, 제1 영역(511)은, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 절단 공정에 있어서 절단하는 절단선 L 주위, 및 예비 성형 공정에 있어서 성형 시의 변형량이 비교적 작은 부분으로 설정된다. 특히 절단선 L 주위는, 제1 영역(511) 중에서도 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 높아지도록 접착제(520)를 부여한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 절단선 L 주위는, 절단선 L에 대하여 소정의 부여 폭 W를 설정하여 띠형으로 접착제(520)를 부여한다. 접착제(520)의 부여 폭 W는, 미리 정해진 절단선 L의 공차에 따라 다르지만, 예를 들어 1 내지 20mm로 할 수 있다. 이에 의해, 절단에 의한 절단면의 흐트러짐을 대폭 저감할 수 있고, 절단할 부위가 절단선 L로부터 어긋나도 접착제(520)의 함유 밀도가 높기 때문에, 흐트러짐을 억제할 수 있다. 또한, 제2 영역(512)은, 예비 성형 공정에 있어서 성형 시의 변형이 비교적 크고, 성형 후의 곡률이 큰 부분으로 설정된다.
이어서, 스텝 S13으로서, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 탄소 섬유(510)를 히터(230)에 의해 가열하고, 부여한 접착제(520)를 연화 또는 용융시켜, 탄소 섬유(510)의 층간에 접착제(520)를 함침시킨다.
이어서, 스텝 S14로서, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 접착제(520)가 용융된 상태에서 탄소 섬유(510)를 절단선 L을 따라 절단한다. 절단선 L은, 성형품인 복합 재료(400)의 전개 형상을 미리 설정하고, 당해 전개 형상에 따라 결정한다.
이어서, 스텝 S15로서, 도 1의 중단의 적층 공정에 도시하는 바와 같이, 반송 로봇(250)에 의해 절단한 탄소 섬유(510)를 소정 매수 적층한다. 본 실시 형태에 있어서는, 적층 배향이 상이한 탄소 섬유(510)를 적층하여, 소정의 적층 구성으로 한다. 구체적으로는, 섬유 배향이 ±45°방향인 NCF재, 90°방향인 UD재, 0°방향인 UD재의 3종류를 사용한다. 이 때문에, 공급 공정, 부여 공정, 가열 공정 및 절단 공정은 각각 상이한 제조 라인의 레인에 있어서 행하고, 각 배향 각도별로 절단된 탄소 섬유(510)를, 소정의 배향 순서에 따라 적층하여 적층체(510b)를 형성한다.
이어서, 스텝 S16으로서, 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 적층체(510b)를 예비 성형 형(260)의 하형(261)까지 반송하여 배치한다. 이때, 접착제(520)에 의해 탄소 섬유(510)의 층간이 접착되어 있으므로 반송 시의 탄소 섬유(510)의 변동을 억제할 수 있다. 반송 중의 온도는, 예를 들어 50 내지 70℃까지 탄소 섬유(510)의 온도가 저하되도록 관리하는 것이 바람직하다. 이와 같이 관리함으로써, 탄소 섬유(510)를 예비 성형 형(260)까지 반송하였을 때, 접착제(520)를 반경화 상태 또는 경화 상태로 할 수 있다. 이에 의해, 예비 성형 시에 접착제(520)를 단시간에 의해 경화시킬 수 있기 때문에, 예비 성형에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
이어서, 스텝 S17로서, 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 예비 성형 형(260)의 하형(261)에 배치된 탄소 섬유(510)의 적층체(510b)를 예비 성형하여 프리폼(500)을 성형한다. 이때, 탄소 섬유(510)에 의해 피복되도록 코어재(530)를 배치한다. 상형(262)은, 도 1의 중단의 예비 성형 공정에 도시하는 바와 같이, 복수의 분할된 형에 의해 구성해도 되고, 분할되어 있지 않은 하나의 형으로 이루어지는 상형을 사용해도 된다. 예비 성형 형(260)은, 예를 들어 20 내지 40℃로 냉각해 두는 것이 바람직하다. 이에 의해, 형 폐쇄와 동시에 접착제(520)의 냉각이 행해지고, 접착제(520)가 경화되어 예비 성형이 완료된다.
이어서, 스텝 S18로서, 예비 성형 형(260)을 개방하여, 프리폼(500)을 탈형하면, 프리폼(500)의 성형이 완료된다. 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 성형된 프리폼(500)의 형상에 있어서, 곡률이 적은 평면부는, 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 높은 부분인 제1 영역(511)이고, 곡률이 큰 부분(파선으로 둘러싸인 부분)은, 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 낮은 부분인 제2 영역(512)이다.
이어서, 프리폼(500)을 사용하여 복합 재료(400)를 성형하는 공정에 대하여 설명한다.
복합 재료(400)를 성형하는 공정은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 프리폼(500)을 성형 형(310)의 캐비티(350)에 배치하는 공정(스텝 S21)과, 캐비티(350) 내에 수지(600)를 주입하는 공정(스텝 S22)과, 수지(600)를 경화시키는 공정(스텝 S23)과, 성형된 복합 재료(400)를 성형 형(310)으로부터 탈형하는 공정(스텝 S24)을 갖는다.
각 공정에 대하여 설명한다.
우선, 스텝 S21로서, 프리폼(500)을 성형 형(310)의 캐비티(350)에 배치한다(도 4를 참조).
이어서, 스텝 S22로서, 캐비티(350) 내에 수지(600)를 주입한다. 성형 형(310)은, 수지(600)(예를 들어, 에폭시 수지)의 경화 온도 이상(예를 들어, 100℃ 내지 160℃ 정도)으로 예열해 둔다.
이어서, 스텝 S23으로서, 탄소 섬유(510)에 함침한 수지(600)를 경화시킨다.
이어서, 스텝 S24로서, 수지(600)가 경화된 후, 성형 형(310)을 개방하여, 탄소 섬유(510), 수지(600) 및 코어재(530)가 일체화된 복합 재료(400)를 탈형하면, 성형이 완료된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 복합 재료(400)의 제조 방법 및 제조 장치(100)에 따르면, 탄소 섬유(510)의 제1 영역(511)보다 제2 영역(512)의 접착제(520)의 함유 밀도가 낮아지도록 접착제(520)를 부여하고, 제1 영역(511)보다 제2 영역(512)의 곡률이 큰 입체 형상으로 탄소 섬유(510)를 예비 성형한다.
이와 같이 구성한 복합 재료(400)의 제조 방법 및 제조 장치(100)에 따르면, 곡률이 큰 부분이 접착제(520)의 함유 밀도가 비교적 낮은 제2 영역(512)에 설정되어 있기 때문에, 탄소 섬유(510)의 층간에 있어서 접착제(520)에 의한 접착력이 비교적 약하다. 이 때문에, 탄소 섬유(510)가 제2 영역(512)에 있어서 용이하게 변형 가능하게 된다. 곡률이 큰 부분에 있어서, 프리폼(500)의 주름이나 꼬임의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 프리폼(500)의 형상의 자유도를 높일 수 있다. 이에 의해, 접착제(520)에 의해 강화 섬유의 배치의 변동을 억제하면서, 복합 재료(400)의 형상 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
또한, 예비 성형하기 전에, 접착제(520)가 부여된 탄소 섬유(510)를 가열한다. 이에 의해, 접착제(520)를 탄소 섬유(510)에 함침시킬 수 있다.
또한, 접착제(520)가 부여된 탄소 섬유(510)를 절단선 L을 따라 절단한다. 또한, 제1 영역(511)은, 당해 절단선 L을 포함한다. 이에 의해, 절단하는 부위에 있어서의 접착제(520)의 함침 밀도가 비교적 높기 때문에, 절단할 때 탄소 섬유(510)의 흐트러짐을 억제할 수 있다.
또한, 부여 공정과 예비 성형 공정의 사이에, 접착제(520)가 부여된 탄소 섬유(510)를 적층하여 적층체(510b)를 형성하는 적층 공정을 더 갖는다. 이에 의해, 접착제(520)에 의해 탄소 섬유(510)를 접착한 상태에서 예비 성형 공정으로 반송할 수 있으므로 탄소 섬유(510)의 배치의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 접착제(520)는, 열에 의해 연화하는 재료에 의해 형성된다. 이에 의해, 열을 가함으로써 탄소 섬유(510)에 용이하게 함침시킬 수 있다.
본 실시 형태에 관한 프리폼(500)에 따르면, 탄소 섬유(510)는, 제1 영역(511)과, 제1 영역(511)보다 접착제(520)의 함유 밀도가 낮은 제2 영역(512)을 구비하고, 제1 영역(511)에 있어서의 곡률은 제2 영역(512)보다 크다. 이에 의해, 곡률이 큰 부분에 있어서, 프리폼(500)의 주름이나 꼬임의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 프리폼(500)의 형상의 자유도를 높일 수 있다.
본 실시 형태에 관한 복합 재료(400)에 따르면, 탄소 섬유(510)는, 제1 영역(511)과, 제1 영역(511)보다 접착제(520)의 함유 밀도가 낮은 제2 영역(512)을 구비하고, 제1 영역(511)에 있어서의 곡률은 제2 영역(512)보다 크다. 이에 의해, 곡률이 큰 부분에 있어서, 프리폼(500)의 주름이나 꼬임의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 프리폼(500)의 형상의 자유도를 높일 수 있다. 이 때문에, 복합 재료(400)의 형상 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
이상, 실시 형태를 통하여 복합 재료의 제조 방법, 제조 장치 및 복합 재료를 설명하였지만, 본 발명은 실시 형태에 있어서 설명한 구성에만 한정되지 않고, 특허청구범위의 기재에 기초하여 적절하게 변경하는 것이 가능하다.
예를 들어, 가열 공정은, 절단 공정 전에 행하기로 하였지만, 절단 공정 또는 적층 공정 후에 행해도 된다.
또한, 강화 기재는 복수 적층하여 적층체를 형성하기로 하였지만, 1매의 강화 기재에 의해 복합 재료를 형성해도 된다.
또한, 복합 재료는 코어재를 갖기로 하였지만, 코어재를 갖지 않는 복합 재료여도 된다.
100: 제조 장치
110: 제어부
200: 예비 성형 장치
210: 반송부
220: 부여부
230: 히터
240: 절단부
260: 예비 성형 형
300: 성형 장치
310: 성형 형
400: 복합 재료
500: 프리폼
510: 탄소 섬유(강화 기재)
510b: 적층체
511: 제1 영역
512: 제2 영역
520: 접착제
530: 코어재
600: 수지
L: 절단선

Claims (12)

  1. 강화 기재와 상기 강화 기재에 함침된 수지를 구비하는 복합 재료의 제조 방법이며,
    제1 영역과 제2 영역을 구비하는 시트형의 상기 강화 기재에, 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 접착제의 함유 밀도가 낮아지도록 상기 접착제를 부여하고,
    상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 곡률이 큰 입체 형상으로 상기 강화 기재를 예비 성형하는, 복합 재료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강화 기재를 예비 성형하기 전에, 상기 접착제가 부여된 상기 강화 기재를 가열하는, 복합 재료의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접착제를 부여한 후에, 상기 강화 기재를 절단선을 따라 절단하고,
    상기 제1 영역은, 상기 절단선을 포함하는, 복합 재료의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제를 부여한 후, 상기 강화 기재를 예비 성형하기 전에, 상기 접착제가 부여된 상기 강화 기재를 적층하여 적층체를 형성하는, 복합 재료의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제는, 열에 의해 연화하는 재료에 의해 형성되는, 복합 재료의 제조 방법.
  6. 제1 영역과 제2 영역을 구비하는 시트형의 강화 기재에 접착제를 부여하는 부여부와,
    상기 강화 기재를 정해진 입체 형상으로 예비 성형하는 예비 성형 형과,
    상기 부여부 및 상기 예비 성형 형의 작동을 제어하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 강화 기재에, 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 상기 접착제의 함유 밀도가 낮게 상기 접착제를 부여하도록 상기 부여부의 작동을 제어하고, 또한 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역의 곡률이 큰 입체 형상으로 상기 강화 기재를 성형하도록 상기 예비 성형 형의 작동을 제어하는, 복합 재료의 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부여부에 의해 상기 접착제가 부여된 상기 강화 기재를 가열하는 히터를 더 갖는, 복합 재료의 제조 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 부여부에 의해 상기 접착제가 부여된 상기 강화 기재를 절단선을 따라 절단하는 절단부를 더 갖고,
    상기 제1 영역은, 상기 절단선을 포함하는, 복합 재료의 제조 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제는, 열에 의해 연화하는 재료에 의해 형성되는, 복합 재료의 제조 장치.
  10. 강화 기재에 접착제를 함침시켜 형성되는 복합 재료용 프리폼이며,
    상기 강화 기재는, 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 상기 접착제의 함유 밀도가 낮은 제2 영역을 구비하고,
    상기 제1 영역에 있어서의 곡률은 상기 제2 영역보다 큰, 복합 재료용 프리폼.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접착제는, 열에 의해 연화하는 재료에 의해 형성되는, 복합 재료용 프리폼.
  12. 강화 기재에 접착제를 함침시켜 형성되는 복합 재료용 프리폼을 사용하여 형성되는 복합 재료이며,
    상기 강화 기재는, 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 상기 접착제의 함유 밀도가 낮은 제2 영역을 구비하고,
    상기 제1 영역에 있어서의 곡률은 상기 제2 영역보다 큰, 복합 재료.
KR1020187006422A 2015-09-09 2015-09-09 복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료 KR20180038486A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/075647 WO2017042920A1 (ja) 2015-09-09 2015-09-09 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置、複合材料用プリフォームおよび複合材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180038486A true KR20180038486A (ko) 2018-04-16

Family

ID=58239250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187006422A KR20180038486A (ko) 2015-09-09 2015-09-09 복합 재료의 제조 방법, 복합 재료의 제조 장치, 복합 재료용 프리폼 및 복합 재료

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10717241B2 (ko)
EP (1) EP3348378B1 (ko)
JP (1) JP6432689B2 (ko)
KR (1) KR20180038486A (ko)
CN (1) CN108025483B (ko)
BR (1) BR112018004660A2 (ko)
MX (1) MX367254B (ko)
PH (1) PH12018500471A1 (ko)
RU (1) RU2671338C1 (ko)
WO (1) WO2017042920A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017208458A1 (ja) 2016-06-03 2017-12-07 日産自動車株式会社 複合材料の製造方法および製造装置
TWI767129B (zh) * 2018-07-11 2022-06-11 台虹科技股份有限公司 複合材料
EP4031342B1 (en) * 2019-09-18 2024-03-27 Mind S.r.L. Method and apparatus for the production of an article made of a composite material
US20210146640A1 (en) * 2019-11-14 2021-05-20 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Preform, tooling, and process design for components made from long fiber materials
JP7335212B2 (ja) * 2020-09-02 2023-08-29 株式会社豊田自動織機 押出樹脂シートの中間加工方法
GB2602299A (en) * 2020-12-22 2022-06-29 Airbus Operations Ltd Improved edge stability
CN112726181B (zh) * 2020-12-25 2021-12-07 武汉长福亚太服饰股份有限公司 一种阻燃透气面料及其制备方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE694857A (ko) * 1967-03-01 1967-08-14
US4573707A (en) * 1984-01-30 1986-03-04 Pabst Rudolf D Composite lightweight non-metallic vehicle frame
US5418035A (en) 1991-09-12 1995-05-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Thermoplastic composite fabrics and formed article produced therefrom
JPH05185539A (ja) 1992-01-10 1993-07-27 Honda Motor Co Ltd 熱可塑性複合材のプリフォーム体及びその製造方法
JP3243275B2 (ja) 1992-02-27 2002-01-07 豊田鉄工株式会社 内装貼合せ部品の接着構造
FR2699449B1 (fr) * 1992-12-17 1995-03-24 Eurocopter France Procédé de fabrication de liaisons en matériau composite de structures en forme de treillis ou d'éléments de treillis, et treillis obtenus par ce procédé.
JPH0976266A (ja) 1995-09-12 1997-03-25 Honda Motor Co Ltd 積層体の製造方法
DE19653548C2 (de) 1995-12-25 2001-09-20 Jujo Paper Co Ltd Thermotransferdruckverfahren und Übertragungsmedium zur Verwendung hierfür
JP3734230B2 (ja) 1996-02-16 2006-01-11 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース Ｆｒｐ製構造体の製造方法
JP2006192745A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Toray Ind Inc 強化繊維基材、プリフォーム、繊維強化樹脂成形体およびその製造方法
JP2006255919A (ja) 2005-03-15 2006-09-28 Toray Ind Inc 湾曲強化繊維プラスチックおよびそのプリフォームの製造方法ならびに製造装置
US20070023975A1 (en) 2005-08-01 2007-02-01 Buckley Daniel T Method for making three-dimensional preforms using anaerobic binders
JP2007126793A (ja) 2005-11-07 2007-05-24 Toho Tenax Co Ltd 積層体の裁断方法とプリフォーム基材及びそれを用いたプリフォームの製造方法
JP5185539B2 (ja) * 2007-01-26 2013-04-17 有限会社梅田事務所 スフィンゴミエリンおよびプラズマローゲン型グリセロリン脂質の製造方法
GB0813785D0 (en) * 2008-07-29 2008-09-03 Airbus Uk Ltd Method of manufacturing a composite element
EP2360082B1 (de) * 2010-02-22 2013-09-11 Ria Kaiser Längsträger für ein Fahrgestell und Verfahren für seine Herstellung
JP2011168009A (ja) 2010-02-22 2011-09-01 Toray Ind Inc プリフォームの製造方法
DE102011082664C5 (de) * 2011-09-14 2017-08-10 Senvion Gmbh Form zur Herstellung eines Steges und Steg für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage
WO2013118534A1 (ja) * 2012-02-08 2013-08-15 東レ株式会社 プリフォームおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR112018004660A2 (pt) 2018-09-25
MX367254B (es) 2019-08-12
EP3348378A4 (en) 2018-08-15
EP3348378A1 (en) 2018-07-18
CN108025483A (zh) 2018-05-11
JP6432689B2 (ja) 2018-12-12
PH12018500471A1 (en) 2018-09-10
MX2018002856A (es) 2018-06-15
CN108025483B (zh) 2019-10-25
US20190030834A1 (en) 2019-01-31
JPWO2017042920A1 (ja) 2018-05-31
EP3348378B1 (en) 2019-08-07
US10717241B2 (en) 2020-07-21
RU2671338C1 (ru) 2018-10-30
WO2017042920A1 (ja) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6432689B2 (ja) 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置、複合材料用プリフォームおよび複合材料
CN108422682B (zh) 制造热塑性复合结构的方法及用于其中的预浸料带
JP6439879B2 (ja) 複合材料の製造方法および複合材料の製造装置
CA2770383C (en) Process and apparatus for producing beam member
EP2599604B1 (en) Method and system for forming a composite article
JP2017500231A (ja) 繊維強化複合材料から部品を連続的に製造する装置及び方法、並びに型セット
JP6384213B2 (ja) 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置
JP2020037254A (ja) 複合材プリフォームの連続製造
JP6601561B2 (ja) 複合材料の製造方法および製造装置
JP6543940B2 (ja) 複合材料の成形方法および成形装置
JP2006076158A (ja) プリフォームの製造方法、プリフォームの製造装置およびプリフォーム
KR20160115980A (ko) 테이프 적층 장치 및 적층판 구성 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application