KR20190111950A

KR20190111950A - 프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190111950A
Application number: KR1020197022089A
Authority: KR
Inventors: 유스케 츠무라; 마사히로 하시모토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-10-02
Also published as: JPWO2018147324A1; EP3581354A4; RU2019128053A; AU2018218859A1; CA3051073A1; WO2018147324A1; RU2019128053A3; US20200039111A1; EP3581354A1; BR112019013570A2; CN110248785A

Abstract

강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 프리폼 요소. 후육부나 돌기 등의 두께 변화를 갖는 입체 형상을 프레스 성형으로 얻는 경우에도, 기계 특성이나 캐비티로의 충전성이 우수하고, 섬유의 브리징이나 수지 리치나 휨과 같은 문제의 회피에 유효한 프리폼 요소, 이것을 이용한 프리폼, 및 그들의 제조 방법을 제공한다.

Description

프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법

본 발명은 프레스 성형 등의 압축 성형에 제공할 수 있는 강화 섬유와 열경화성 수지를 포함하는 프리프레그에 의한 프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 특히 후육부나 돌기 등의 두께 변화를 갖는 섬유 강화 수지 성형품의 제조가 용이해서, 리브나 보스 등의 복잡 형상에 추종할 수 있고, 또한 외관 품위가 우수한 성형품이 얻어지는, 자동차 구조재나 항공기 부재 및 스포츠 용구 등에 적합하게 사용하는 것이 가능한 프리프레그에 의한 프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

섬유 강화 수지는, 경량 또한 고강도, 고강성이기 때문에, 낚싯대나 골프 샤프트 등의 스포츠·레저 용도, 자동차나 항공기 등의 산업 용도 등의 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 섬유 강화 수지의 제조에는, 강화 섬유 등의 장섬유를 포함하는 섬유 보강재에 수지를 함침한 중간 재료인 프리프레그를 사용하는 방법이 적합하게 사용된다. 프리프레그를 원하는 형상으로 절단한 후에 적층, 부형하고, 금형 내에서 가열 경화시킴으로써 섬유 강화 수지를 포함하는 성형품을 얻을 수 있다.(예를 들어 특허문헌 1)

또한, 두께 변화가 발생하는 개소는 양호한 충전성을 갖는 재료로 성형하는 것이 바람직하고, 리브 등 형상이 복잡한 개소만의 일부에만 시트 몰드 컴파운드(SMC)를 배치하고, 프레스 성형에 의해 리브 구비의 형상을 얻는 것이 행하여지고 있다.(예를 들어 특허문헌 2)

일본 특허 공개 제2015-143343 공보 일본 특허 제5950149호 공보

그런데, 프리프레그를 원하는 형상으로 절단한 후에 적층, 부형하여 프리폼으로 하고, 금형 내에서 압축 성형하는 방법에 있어서, 프리폼을 성형품의 대략 형상으로 하여 프레스 성형을 행하는 종래의 방법에서는, 생산성은 우수하지만, 두께 변화부나 모퉁이부에서 강화 섬유의 기립이 발생하여 형상을 따르지 못하는 경우가 있다. 이러한 부위에서는, 수지 리치나 두께 불균일이 발생하여 물성이나 의장성이 저하되는 과제가 있었다.

한편, 동일한 압축 성형의 방법에 있어서, 프리폼이 대략 성형품 형상의 입체 형상으로 되도록 프리프레그를 적층, 부형하고, 이것을 프레스하는 종래의 방법에서는, 프리폼의 제조에 많은 시간과 비용을 요하는 과제가 있었다.

또한 별도로, 두께 변화가 발생하는 개소에만 SMC 등의 등방성이며 유동성이 우수한 단섬유 강화 수지 재료를 배치하고 나서 프레스하여 성형품을 얻는 방법에서는, 프리프레그와 단섬유 강화 수지 재료의 섬유 함유율의 차이로 수지 수축에 의해 제품에 휨을 발생하는 경우나, 애당초 단섬유 강화 수지의 기계 특성이 프리프레그에 비하여 떨어지는 것으로부터, 만족스러운 기계 특성을 얻기 어려운 경우도 있었다.

따라서 종래 기술에서는, 가령 성형성이 상이한 재료를 조합하여 사용하더라도, 생산 효율과 기계 특성을 양립시키면서, 두께 변화를 갖는 성형품을 얻는 것은 매우 곤란하였다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점에 착안하여, 후육부나 돌기 등의 두께 변화를 갖는 입체 형상을 프레스 성형으로 얻는 경우에도, 기계 특성이나 캐비티로의 충전성이 우수하고, 섬유의 브리징이나 수지 리치나 휨과 같은 문제의 회피에 유효한 프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하고자 하는 것이며, 본 발명의 프리폼 요소는, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 프리폼 요소이다.

본 발명의 프리폼 요소의 바람직한 형태에 의하면, 상기 프리프레그는, 강화 섬유가 부분적으로 절단된 부위를 갖는다.

본 발명의 프리폼 요소의 바람직한 형태에 의하면, 상기 접어 넣음 부위의 적어도 일부가 롤체 구조를 갖는다.

본 발명의 프리폼 요소의 바람직한 형태에 의하면, 상기 접어 넣음 부위의 적어도 일부가 절첩 구조를 갖는다.

본 발명의 프리폼 요소의 바람직한 형태에 의하면, 강화 섬유가 상기 접어 넣음 부위에 있어서 일 방향으로 배향되어 있다.

본 발명의 프리폼 요소의 바람직한 형태에 의하면, 상기 접어 넣음 부위에 있어서, 상기 프리프레그가 4층 이상으로 적층되어 있다.

또한, 본 발명의 프리폼은, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제1 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소가, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제2 프리프레그의 적층체의 소정 위치에 적어도 하나 배치되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리폼이다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 형태에 의하면, 상기 프리폼 요소의 적어도 하나가, 제2 프리프레그의 적층체의 표면에 배치되어 이루어진다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 형태에 의하면, 상기 프리폼 요소의 적어도 일부가, 제2 프리프레그의 적층체에 의해 피복되어 있다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 형태에 의하면, 제2 프리프레그의 적층체가 삼차원 형상을 갖는다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 형태에 의하면, 제2 프리프레그의 적층체의 질량(W1)과, 상기 프리폼 요소의 질량(W2)이 W1≥W2의 관계를 충족한다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 형태에 의하면, 제2 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1)와, 상기 프리폼 요소에 있어서 측정한 경화도(α2)가 α1≥α2의 관계를 충족한다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 형태에 의하면, 제2 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1)가 0.5％ 이상 30％ 이하이다.

또한, 본 발명의 프리폼의 제조 방법은, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제1 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소를, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제2 프리프레그의 적층체의 표면에 접착하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법이다.

본 발명의 프리폼의 제조 방법의 바람직한 형태에 의하면, 상기 프리폼 요소의 적어도 일부를, 제2 프리프레그의 적층체로 피복한다.

본 발명의 프리폼의 제조 방법의 바람직한 형태에 의하면, 제2 프리프레그의 적층체가 삼차원 형상으로 예비 부형되어 있다.

본 발명에 따른 프리폼 요소에 의하면, 입체 형상, 특히 후육부나 돌기 등의 두께 변화를 갖는 형상일지라도, 프레스 성형의 압력에 의해 프리프레그의 접어 넣음 부위가 용이하게 변형될 수 있어, 성형 결함의 회피에 유효하고, 양호한 성형이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소에 사용되는 절입 삽입 프리프레그의 예를 도시하는 모식 평면도이다.
도 2는 본 발명의 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소의 예를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 프리폼 요소의 접어 넣음 부위의 구조예를 도시하는 모식 단면도이다.
도 4는 본 발명의 프리폼 요소를 사용한 두께 변화를 갖는 성형품의 형상 예를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 프리폼 요소를 사용하여 성형품을 얻기 위하여 사용되는 형의 캐비티 형상의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 프리폼 요소를 사용하여 성형품을 얻기 위하여 사용되는 형의 캐비티 형상의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 프리폼 요소의 제작 방법예를 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 프리폼 요소의 단면 구조의 예를 도시하는 모식 단면도이다.

본 발명은 강화 섬유와 열경화성 수지에 의한 프리프레그의 접어 넣음 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법이다. 이어서, 본 발명의 실시 형태의 상세를 설명한다.

[프리폼 요소]

본 발명에서 사용되는 프리폼 요소는 프리프레그를 사용한 것이며, 프리프레그는, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성된다.

(강화 섬유)

프리프레그에 사용되는 강화 섬유의 형태는, 예를 들어, 연속 섬유를 사용할 수 있다. 연속 섬유란, 프리프레그의 길이 방향으로 강화 섬유가 도중에 끊어지지 않고(연속해서) 배치된 상태를 말한다. 또한, 유한 길이의 프리프레그 시트로 커트한 경우, 당해 프리프레그 시트의 길이 방향의 한쪽 단부부터 대향하는 다른 쪽 단부까지 강화 섬유가 도중에 끊어지지 않고(연속해서) 배치된 상태의 것도, 연속 섬유에 포함하는 것으로 한다.

강화 섬유를 연속 섬유로 한 프리프레그에 의한 프리폼 요소는, 그의 성형품이 부하에 노출되었을 때에 섬유가 갖는 강도를 이용하기 쉽기 때문에, 고강도인 구성으로서 예시할 수 있다. 또한, 연속 섬유로 한 프리프레그는, 그 연속 섬유가 동일한 방향으로 배열된 일방향 프리프레그나, 연속 섬유가 직조된 형태의 직물 프리프레그, 또는 연속 섬유가 편조된 브레이딩에 수지를 함침한 구성으로서 예시할 수 있다.

강화 섬유를 연속 섬유로 한 프리프레그에 절입을 부분적으로 삽입하여, 도 1에 도시하는 절입 삽입 프리프레그로서 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 프리프레그(6)의 전체면에 강화 섬유를 가로지르는 방향으로 복수의 단속적인 절입(12)을 삽입하여, 실질적으로 모든 강화 섬유(11)가 절입(12)에 의해 분단된 절입 삽입 프리프레그로 할 수 있다. 기계 특성의 관점에서는, 일방향 프리프레그에 절입(12)을 삽입하여, 절입 삽입 프리프레그로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 절입 삽입 프리프레그는 강화 섬유를 연속 섬유로 한 프리프레그와 병용하여 프리폼 요소에 사용할 수 있다.

절입 삽입 프리프레그는, 본 발명의 바람직한 양태의 하나로서 예시할 수 있다. 이 프리프레그에 의하면, 압축 성형 시의 유동에서는 절입 삽입 개소가 개방되어 강화 섬유의 섬유 다발끼리가 이반함으로써 유연성을 나타내게 되어, 유동성이 높아진다. 유동성의 점에서는, 상기한 절입 삽입 개소의 절단면은, 프리프레그의 두께 방향으로 관통하고 있는 것이 바람직하다.

절입 삽입 프리프레그가 포함하는 절단된 강화 섬유의 길이 L은, 바람직하게는 3mm 이상 100mm 이하이고, 보다 바람직하게는 5mm 이상 75mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 10mm 이상 50mm 이하이다. 강화 섬유의 길이 L을 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써 성형품은 충분한 기계 특성을 발현한다. 한편, 강화 섬유의 길이 L을 바람직한 범위의 상한값 이하로 함으로써, 프리폼 요소는 성형 시에 충분한 유동성을 나타낸다.

절입 삽입 개소의 절단 길이는, 절입과 프리프레그의 강화 섬유의 주축 방향이 이루는 각도 θ에 따라 상이한데, 프리프레그의 강화 섬유의 섬유 직교 방향(11b)으로의 투영 길이 Ws로서, 바람직하게는 0.05mm 이상 25mm 이하이고, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상 10mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.15mm 이상 5mm 이하이다. 절단 길이를 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써 절입 삽입 개소의 개방량이 커져서, 프리폼 요소는 충분한 유동성을 발현한다. 한편, 절단 길이를 바람직한 범위의 상한값 이하로 함으로써, 절입 삽입 개소의 개방이 억제되어, 외관 품위나 기계 특성이 우수한 성형품이 얻어진다.

프리프레그로서 바람직한 강화 섬유의 체적 함유율은, 바람직하게는 40％ 이상 80％ 미만이고, 보다 바람직하게는 45％ 이상 75％ 미만이고, 더욱 바람직하게는 50％ 이상 70％ 미만이다. 상술한 바와 같이, 일방향 프리프레그나 절입 삽입 프리프레그는, 강화 섬유의 충전 효율이 우수한 점에서, 강화 섬유의 보강 효과를 끌어내기에 바람직하며, 성형품의 강성을 개선하는 데 있어서 효과적이다.

프리프레그에 포함되는 강화 섬유의 양은, 시트상물로 한 경우에 있어서의 강화 섬유의 단위 면적당 중량으로서, 50gsm 이상 1000gsm 미만인 것이 바람직하다. 강화 섬유 다발에 열경화성 수지를 함침한 소편 또는 촙드 섬유 다발을 전구체로 하는 프리프레그에 있어서는, 단위 면적당 중량이 너무 작으면, 프리프레그의 면 내에 강화 섬유가 존재하지 않는 공공을 발생하는 경우가 있다. 단위 면적당 중량을 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써 약부로서의 공공을 배제할 수 있게 된다. 또한, 단위 면적당 중량이 바람직한 범위의 조건 미만이면 성형의 예열에 있어서 내부에 열을 균일하게 전할 수 있게 된다. 단위 면적당 중량은, 구조로서의 균일성과 전열의 균일성을 양립시키는 데 있어서, 보다 바람직하게는 100gsm 이상 600gsm 미만이고, 더욱 바람직하게는 150gsm 이상 400gsm 미만이다. 강화 섬유의 단위 면적당 중량의 측정은, 강화 섬유의 시트상물로부터 한 변이 10cm인 사각형의 영역을 잘라내고, 그의 질량을 측정함으로써 실시한다. 측정은 시트상물의 다른 부위에 대하여 10회 행하고, 그의 평균값을 강화 섬유의 단위 면적당 중량으로서 채용한다.

프리프레그로서, 열경화성 수지에 의한 미함침의 부위를 포함한 프리프레그를 사용할 수도 있다. 여기에서 미함침의 부위란, 강화 섬유의 표면에 열경화성 수지가 부착되어 있지 않은 강화 섬유를 포함한 부위이다. 프리프레그의 미함침부는 프레스 성형 등의 압축 성형을 거치는 것에 의해 열경화성 수지에 함침되어, 건전한 부위로서 원하는 특성을 발현할 수 있다.

프리프레그에 사용되는 강화 섬유로서는, 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 알루미나 섬유, 탄화 규소 섬유, 보론 섬유, 금속 섬유, 천연 섬유, 및 광물 섬유 등을 사용할 수 있고, 이들은 1종 또는 2종 이상을 병용할 수 있다. 그 중에서도, 비강도와 비강성이 높고 경량화 효과의 관점에서, PAN계, 피치계 및 레이온계 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다. 또한, 얻어지는 성형품의 도전성을 높인다는 관점에서, 니켈이나 구리나 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다

(열경화성 수지)

프리프레그에 사용되는 열경화성 수지로서는, 예를 들어, 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시, 페놀, 우레아·멜라민, 말레이미드 및 폴리이미드 등의 수지, 이들의 공중합체, 변성체, 및 이들의 적어도 2종류를 블렌드한 수지를 들 수 있다. 그 중에서도, 얻어지는 성형품의 역학 특성의 관점에서 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다. 또한, 프리프레그는 성형 공정에서 경화시키기 때문에, 사용하는 열경화성 수지의 미경화 상태의 유리 전이 온도는 80℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 60℃ 이하이다.

(접어 넣음 부위)

본 발명의 프리폼 요소는, 프리프레그의 접어 넣음 부위를 갖는다. 접어 넣음 부위란, 1매의 프리프레그를 절첩함으로써, 2층 이상의 프리프레그의 층끼리가 연속적으로 연결된 부위를를 가리킨다. 일반적으로 사용되는 적층체는, 소정 형상으로 재단된 프리프레그를 단순히 두께 방향으로 적층하기 때문에, 각 층의 프리프레그끼리가 연결되어 있지 않고, 접어 넣음 부위를 갖지 않는다. 접어 넣음 부위에 대해서, 일례를 도 2에 도시한다. 종래의 프리폼 요소로서의 프리프레그는, 그 면에 대한 압축에 의해 섬유 직교 방향(11b)으로는 용이하게 신장할 수 있다. 한편, 섬유 방향으로는 거의 신장할 수 없다. 이에 반하여 본 발명의 프리폼 요소는, 압축 성형 시의 가압에 의해, 프리폼 요소(1)의 접어 넣음 부위(2)의 각 층이 접어 넣음 방향과 접어 넣음 길이 방향으로 어긋날 수 있다. 이 때문에, 프리프레그의 섬유 직교 방향(11b) 뿐만 아니라, 섬유 방향으로도 신장성을 발현할 수 있게 된다.

절입 삽입 프리프레그를 사용하는 경우에는, 이상의 변형에 추가로, 절입 삽입 개소에 개구, 어긋남을 발생시킴으로써, 섬유 방향으로의 신장성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이렇게 프리프레그 전체를 유동할 수 있는 구성으로 함으로써, 단부에까지 강화 섬유가 도달하고, 수지 과다가 되는 영역이 저감되어, 기계 특성과 외관이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

본 발명의 프리폼 요소의 두께는, 1mm 이상 100mm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5mm 이상 80mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 10mm 이상 50mm 이하이다. 두께가 바람직한 범위 내에 있는 것에 의해, 프리폼 요소의 내부까지 균일하게 열을 전하는 것이 용이하게 되고, 나아가서는 외관이 우수한 성형품이 얻어지게 된다.

접어 넣음 부위로서는, 프리폼 요소의 두께를 용이하게 조정할 수 있고, 프리폼 요소의 제조도 용이한 점에서, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 적어도 일부가 롤체 구조인 것이 바람직하다. 접어 넣음 부위(2)를 롤체 구조로 함으로써, 프리폼 요소(1)의 두께를 두껍게 하는 것이 용이하다. 프리폼 요소의 두께를 두껍게 함으로써, 형 체결에 의한 프리폼 요소의 가압 시간이 증가하기 때문에, 프리폼 요소의 유동 거리를 길게 할 수 있어, 재료의 충전이 용이해진다. 또한, 프리폼 요소의 두께를 바람직한 두께의 범위로 설정함으로써, 프리폼 요소의 내부까지 균일하게 열을 전하는 것이 용이하게 되고, 나아가서는 외관이 우수한 성형품이 얻어지게 된다. 롤체 구조는, 예를 들어 1매의 프리프레그를 단부로부터 순서대로 감아서 제작함으로써 얻어진다. 또한 예를 들어, 1매의 프리프레그를 절첩한 후에 감아서 제작할 수도 있다. 또한 별도로, 프리프레그를 복수매 적층한 것으로부터도, 동일한 수순으로 롤체 구조를 얻을 수 있다.

접어 넣음 부위로서는, 프리폼 요소의 두께를 용이하게 조정할 수 있고, 프리폼 요소의 제조도 용이한 점에서, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 적어도 일부가 절첩 구조인 것이 바람직하다. 접어 넣음 부위(2)를 절첩 구조로 함으로써, 프리폼 요소(1)의 두께를 얇게 하는 것이 용이하다. 프리폼 요소의 두께를 얇게 함으로써 형 체결에 의한 프리폼 요소의 두께의 변화량이 감소하기 때문에, 섬유의 흐트러짐이 억제되어, 기계 특성이 우수한 성형품을 얻어지게 된다. 또한, 프리폼 요소의 두께를 바람직한 두께의 범위로 설정함으로써, 프리폼 요소의 내부까지 균일하게 열을 전하는 것이 용이하게 되고, 나아가서는 외관이 우수한 성형품이 얻어지게 된다.

절첩 구조는, 예를 들어 1매의 프리프레그를 2단 접기나 3단 접기하고, 그것을 추가로 절첩함으로써 제작된다. 또한 예를 들어, 1매의 프리프레그로부터 단면 형상이 편평한 두께가 얇은 롤체 구조를 제작한 후, 절첩해서 제작할 수도 있다. 또한 별도로, 프리프레그를 복수매 적층한 것으로부터도, 동일한 수순으로 절첩 구조를 얻을 수 있다.

접어 넣음 부위의 단면 형상은, 예를 들어 대략 원형이나 편평 형상, 삼각형, 사각형 등의 다각형 등 임의의 형상으로 해도 된다. 성형품의 형상에 따라서 프리폼 요소의 두께나 폭을 조정할 때에 바람직한 것을 선택할 수 있다. 또한, 롤체 구조는 중실이어도 되고, 중공이어도 된다. 중실이라면 성형품에 보이드가 발생하기 어려워져 바람직하고, 중공의 경우에는 프리폼 요소의 두께를 두껍게 설정할 수 있기 때문에, 전술한 이유로부터 재료의 충전성이 향상되는 바람직한 양태이다.

접어 넣음 부위로서는, 접어 넣음 부위의 강화 섬유를 대략 동일 방향으로 배향시키는 것이 바람직하다. 강화 섬유의 배향을 대략 동일한 방향으로 함으로써, 프리폼 요소의 섬유 방향에 있어서의 강성이 향상되기 때문에, 후육부로서의 보강 효과가 향상된 성형품을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 프리폼 요소는 접어 넣음 부위를 갖고 있기 때문에, 종래의 적층체에는 존재할 수 없었던, 두께 방향으로 배향된 강화 섬유층이 존재한다. 본 발명의 프리폼 요소는 삼차원 방향으로 강화 섬유층이 배향되어 있기 때문에, 프레스 성형 시에 면내 방향뿐만 아니라 면외 방향으로의 재료의 유동이 촉진되어, 리브 등의 두께 방향으로 돌출한 형상의 형성이 용이해진다. 또한, 두께 방향으로 배향된 강화 섬유층은, 본 발명의 프리폼 요소를 사용하여 성형한 성형품의 기계 특성 향상에도 기여한다.

접어 넣음 부위로서는, 접어 넣음 부위가 적어도 4층 이상의 프리프레그의 층을 갖고 있는 것이 바람직하고, 8층 이상의 프리프레그의 층을 갖고 있는 것이 바람직하고, 16층 이상의 프리프레그의 층을 갖고 있는 것이 더욱 바람직하다. 일반적으로, 압축 성형에 있어서는, 성형형과 성형 재료의 사이에 발생하는 마찰로부터, 프리폼 요소의 표면보다도 내부쪽이 크게 유동하는 경향이 된다. 접어 넣음 부위가 적어도 4층 이상인 것에 의해, 표면의 층이 유동하기 어려울 경우일지라도 내부의 층이 유동하여, 프리폼 요소는 양호한 유동성, 충전성을 나타낸다.

접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소는, 형 캐비티로의 배치 시에, 예를 들어 손가락으로 압입하거나 하여 단면 형상을 변형시키는 것이나, 길이 방향으로 구부릴 수 있다. 캐비티 형상에 따라서 프리폼 요소를 변형시킬 수 있다라는 본 발명 프리폼 요소의 이점은, 성형 시의 유동성을 높이는 것으로부터 품위가 좋은 성형품을 얻는 데 있어서 바람직하다.

[프리폼]

제품 형상이 삼차원적인 복잡 형상을 가질 때, 원하는 형상으로 재단된 복수의 프리프레그를 적층하는 것이나, 적층체를 조합함으로써 제품 형상에 적합한 프리폼을 제작하고, 성형에 사용하는 것이 일반적이다. 이 경우, 제품의 후육부에서는 많은 매수의 프리프레그를 적층할 필요가 있고, 또한, 두께가 두꺼운 적층체를 삼차원 형상으로 부형시키는 것은 난이도가 높아, 프리폼의 제조에 많은 시간을 요하는 과제가 있었다. 또한, 적층체를 조합하면서 삼차원 형상의 일체 성형체를 얻기 위해서는, 전용의 위치 결정 지그, 부형 지그가 필요해지는 것으로부터, 제조 비용이 증가하는 원인으로도 되어 있었다.

본 발명의 프리폼은, 프리프레그의 적층체와 프리프레그의 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소를 포함한다.

프리폼에 있어서, 프리프레그의 적층체의 소정 위치에 전술한 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 배치하고, 프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 조합한 프리폼으로 하면, 복잡한 형상의 성형품을 얻고, 동시에 보강도할 수 있기 때문에 바람직하다. 프리프레그의 적층체의 소정 위치로서는, 제품의 후육부나 돌기 등의 두께 변화부가 되는 위치로 하면, 도 4에 도시한 바와 같은 후육부나 돌기 등의 두께 변화를 갖는 형상의 성형품(3)을 용이하게 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.

프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 조합한 프리폼에 있어서, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소는, 프리프레그의 적층체의 적어도 한쪽 표면에, 적어도 하나 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 프리폼을 사용하면, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소가 프리프레그의 적층체에 의해 먼저 형 체결에 의해 유동을 개시하여 복잡부를 형성함으로써, 프리프레그의 적층체가 포함하는 강화 섬유의 흐트러짐을 억제하면서 복잡 형상의 성형품을 얻을 수 있다. 즉, 기계 특성이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 조합한 프리폼에 있어서, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소는, 프리프레그의 적층체에 적어도 표면의 일부가 피복되어서 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 프리폼을 사용하면, 프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소의 접합부가 매끄럽게 성형되어, 접합부 표면에서의 외관 품위를 손상시키는 수지 수축을 억제할 수 있다.

프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 조합한 프리폼에 있어서, 프리프레그의 적층체는 삼차원 형상으로 예비 부형되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 프리폼을 사용하면, 형 캐비티의 형상에 가까운 형상으로 되기 때문에, 프리프레그의 적층체의 프레스 성형 중의 유동이 억제되어, 프리프레그의 적층체가 포함하는 강화 섬유의 흐트러짐을 억제할 수 있어, 기계 특성이 우수한 성형품을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 프리폼을 사용하면, 프리폼의 형상이 성형품의 형상과 가까운 형상이기 때문에, 형 캐비티로의 프리폼의 배치가 용이해진다.

프리프레그의 적층체와 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소가 고착되어 있는 것도 바람직한 양태의 예이다. 이와 같은 구성에서는, 프리폼의 반송이나 형 캐비티로의 프리폼의 배치 공정에 있어서 적절한 핸들링성이 구비되는 것 이외에, 프리프레그와 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소의 상대적인 위치 관계가, 공정 간에 걸쳐 유지되게 된다. 성형형 캐비티에 있어서의 부위마다의 차지율이 적정화됨으로써, 성형품의 수율의 향상에 효과를 초래한다.

고착의 방법으로서는, 프리프레그의 태크을 이용하여 압박에 의해 고착하는 방법이나, 진동 용착이나 초음파 용착 등을 사용하여 고착하는 방법을 예시할 수 있다.

프리프레그의 적층체가 포함하는 수지의 조성과 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소가 포함하는 수지의 조성에 특별히 한정은 없지만, 동일한 조성의 수지를 사용함으로써 일체 성형했을 때에 접합부에서 강도 저하를 초래하기 어렵고, 역학 특성이나 외관 품위가 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 조합한 프리폼에 있어서, 프리프레그의 적층체의 질량(W1(g))과, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소의 질량(W2(g))의 관계에 있어서, W1≥W2인 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 프리프레그의 적층체가 포함하는 강화 섬유의 흐트러짐을 억제할 수 있어, 기계 특성이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소를 조합한 프리폼에 있어서, 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1(％))와, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소에 있어서 측정한 경화도(α2(％))의 관계에 있어서, α1≥α2인 것이 바람직하다. 또한, 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1(％))가, 0.5％ 이상 30％ 이하인 것이 바람직하다. 경화도가 너무 작으면, 핸들링 시에 프리폼이 용이하게 변형되어버려, 형으로의 배치 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 경화도를 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써 프리폼의 배치 정밀도가 향상된다. 한편, 경화도가 너무 크면, 프레스 성형의 성형 압력에 의해 프리폼의 유동이 발생하기 전에, 열경화성 수지가 겔화해버려, 충분한 유동성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 경화도를 바람직한 범위의 상한값 이하로 함으로써, 프리폼은 성형 시에 충분한 유동성이 얻어지게 된다. 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1(％))를, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소에서 측정한 경화도(α2(％)) 이상으로 함으로써 프리프레그의 적층체가 포함하는 강화 섬유의 흐트러짐을 억제할 수 있어, 기계 특성이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

열경화성 수지의 경화도의 측정은, 예를 들어 시차 주사 열량계를 사용하여 반응 전후의 발열량을 비교함으로써 측정할 수 있다. 즉, 경화도 0％의 프리프레그의 발열량을 H0(J), 측정하는 프리프레그의 발열량을 H1(J)로 하면, 경화도 α(％)는 다음의 식으로 구할 수 있다.

α={(H0-H1)/H0}×100

프리프레그의 적층체와 접어 넣음부를 갖는 프리폼 요소는 프레스 성형에 의해 일체 성형되면 되고, 배치 방법에 특별히 한정은 없지만, 프레스 성형의 형 체결 과정에서 프리프레그의 적층체와 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소가 접촉하도록 배치하면 된다.

얻어지는 성형품의 의장성을 개선하는 관점에서, 본 발명의 프리폼 요소 및/또는 프리폼의 표면에, 장식 필름, 투명 필름 및 색조 필름으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 접착하는 것이 바람직하다. 여기서, 장식 필름이란, 그 필름 표면에, 의장 및/또는 기하학적 무늬를 갖고 있는 것을 바람직한 양태로서 예시할 수 있다. 또한, 투명 필름이란, 그 필름의 가시광선 투과율이 80 내지 100％인 수지를 사용하는 것을 바람직한 양태로서 예시할 수 있다. 또한, 색조 필름이란, 유기계 및/또는 무기계의 안료나 착색제를 함유하는 것을 바람직한 양태로서 예시할 수 있다. 기타, 필요에 따라, 광택 필름, 프린트 필름, 대전 방지 필름, 차광 필름, 및 내열 필름 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 프리폼 요소 및/또는 프리폼을 사용하여 얻어지는 성형품의 용도로서는, 예를 들어, 「퍼스널 컴퓨터, 디스플레이, OA 기기, 휴대 전화, 휴대 정보 단말기, 팩시밀리, 콤팩트 디스크, 휴대용 MD, 휴대용 라디오 카세트, PDA(전자 수첩 등의 휴대 정보 단말기), 비디오 카메라, 디지털 비디오 카메라, 광학기기, 오디오, 에어컨, 조명 기기, 오락용품, 완구 용품, 기타 가전 제품 등의 하우징, 트레이, 섀시, 내장 부재, 또는 그의 케이스」 등의 전기, 전자 기기 부품, 「지주, 패널, 보강재」 등의 토목, 건축재용 부품, 「각종 멤버, 각종 프레임, 각종 힌지, 각종 암, 각종 차축, 각종 차륜용 베어링, 각종 빔, 프로펠러 샤프트, 휠, 기어박스 등의, 서스펜션, 액셀러레이터, 또는 스티어링 부품」, 「후드, 루프, 도어, 펜더, 트렁크 리드, 사이드 패널, 리어 엔드 패널, 어퍼 백 패널, 프론트 보디, 언더 보디, 각종 필러, 각종 멤버, 각종 프레임, 각종 빔, 각종 서포트, 각종 레일, 각종 힌지 등의, 외판, 또는 보디 부품」, 「범퍼, 범퍼 빔, 몰, 언더 커버, 엔진 커버, 정류판, 스포일러, 카울 루버, 에어로 파트 등 외장 부품」, 「인스트루먼트 패널, 시트 프레임, 도어 트림, 필러 트림, 핸들, 각종 모듈 등의 내장 부품」, 또는 「모터 부품, CNG 탱크, 가솔린 탱크, 연료 펌프, 에어 인테이크, 인테이크 매니폴드, 카뷰레터 메인 보디, 카뷰레터 스페이서, 각종 배관, 각종 밸브 등의 연료계, 배기계, 또는 흡기계 부품」 등의 자동차, 이륜차용 구조 부품, 「기타, 얼터네이터 터미널, 얼터네이터 커넥터, IC 레귤레이터, 라이트디어용 포텐셔미터 베이스, 엔진 냉각수 조인트, 에어컨용 서모스탯 베이스, 난방 온풍 플로우 컨트롤 밸브, 라디에이터 모터용 브러시 홀더, 터빈 베인, 와이퍼 모터 관계 부품, 디스트리뷰터, 스타터 스위치, 스타터 릴레이, 윈도우 워셔 노즐, 에어컨 패널 스위치 기판, 연료 관계 전자기 밸브용 코일, 배터리 트레이, AT 브래킷, 헤드 램프 서포트, 페달 하우징, 프로텍터, 혼 터미널, 스텝 모터 로터, 램프 소켓, 램프 리플렉터, 램프 하우징, 브레이크 피스톤, 노이즈 실드, 스페어 타이어 커버, 솔레노이드 보빈, 엔진 오일 필터, 점화 장치 케이스, 스커프 플레이트, 페이셔」, 등의 자동차, 이륜차용 부품, 「랜딩 기어 포드, 윙렛, 스포일러, 에지, 래더, 엘리베이터, 페일링, 리브」 등의 항공기용 부품을 들 수 있다.

또한, 역학 특성의 관점에서, 본 발명의 프리폼 요소를 사용하여 얻어지는 성형품은, 전기, 전자 기기용의 하우징, 토목, 건축재용의 패널, 자동차용의 구조 부품, 및 항공기용의 부품에 바람직하게 사용된다.

실시예

이어서, 실시예에 의해 본 발명의 프리폼 요소 및/또는 프리폼과 그의 성형품에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예에서 사용한 평가 방법은, 다음과 같다.

(1) 프리폼 요소의 치수:

프리폼 요소의 두께, 폭, 길이는 노기스를 사용하여 1mm 단위로 측정하였다.

(2) 프리폼 요소 또는 프리폼의 경화도:

프리폼 요소, 또는, 프리폼을 구성하는 프리프레그의 적층체와 프리폼 요소로부터, 각각 20mg의 시료를 잘라내고, 시차 주사 열량계를 사용하여 각각의 발열량 H1(J)을 측정하였다. 이어서, 경화도 0％의 프리프레그의 발열량 H0(J)을 측정하고, 경화도 α(％)를 다음의 식으로 구하였다.

α={(H0-H1)/H0}×100

(3) 성형품의 충전성:

각각 도 5, 6에 도시하는 형 캐비티를 갖는 형 (1), 형 (2)를 사용하여, 프리폼 요소, 프리폼 각각의 프레스 성형을 실시하였다. 성형품의 충전은, 성형품 단부의 단면을 연마 관찰하여 다음 기준으로 평가하였다. ◎과 ○를 합격으로 하였다.

◎(우수): 성형품에 충전 불량에 의한 절결이 보이지 않고, 또한, 성형품의 단부에 있어서 섬유 강화와 열경화성 수지가 모두 존재한다.

○(양호): 성형품에 충전 불량에 의한 절결이 보이지 않지만, 성형품의 단부에 있어서 열경화성 수지 밖에 존재하지 않는다.

×(불가): 성형품에 충전 불량에 의한 절결이 보인다.

(4) 성형품의 외관 품위:

성형품의 외관 품위는, 눈으로 봐서 요철이 보이지 않는 것을 ○(양호), 요철을 확인할 수 있는 것을 ×(불가)로서 판별하였다. 표면에 성형 불량에 기인하는 황변이나 수지 리치에 의한 요철이 발생한 것에 대해서도 ×로 분류한다. 여기에서 ○를 합격으로 하였다.

본 발명의 실시예에서 사용한 프리프레그는 다음과 같다.

[프리프레그]

프리프레그로서, 일방향 프리프레그 P3252S-20(도레이 가부시키가이샤제)을 사용하였다. 이 프리프레그의 특성은 다음과 같다. 이후, 프리프레그 (A)로 한다.

·탄소 섬유 밀도: 1.80g/㎤

·탄소 섬유 인장 강도: 4.9GPa

·탄소 섬유 인장 탄성률: 230GPa

·실의 단위 면적당 중량: 200

·수지 함유율: 33％

·두께: 0.19mm

[절입 삽입 프리프레그]

프리프레그 A에 자동 재단기를 사용하여 절입을 삽입함으로써, 절입 삽입 프리프레그를 제작하였다. 절입 이외의 특성은 전술한 일방향 프리프레그와 마찬가지이다. 이후, 프리프레그 (B)로 한다.

[접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소만을 사용한 경우의 실시예]

(실시예 1)

도 7에 도시하는 바와 같이, 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 이루는 각이 0도가 되도록, 프리프레그 (B)를 길이 100mm×폭 200mm의 치수로 2매 재단하고, 단부로부터 폭 방향으로 순서대로 감아 올림으로써, 단면 형상이 대략 원형인 100mm 길이의 프리폼 요소 (1)을 2개 제작하였다(도 8의 (a)). 이 프리폼 요소 (1)은 롤체 구조를 포함하는 접어 넣음 부위를 갖고, 접어 넣음 부위의 강화 섬유는 프리폼 요소의 길이 방향으로 배향되어 있었다. 얻어진 프리폼 요소 (1)의 1개에 대해서, 전술한 방법으로 치수, 경화도를 측정하였다. 또한, 얻어진 프리폼 요소의 나머지를, 150℃의 온도로 온도 조정한 형 (1)의 캐비티 중앙에 정치하였다. 계속해서, 상형과 하형을 근접시켜서, 프리폼 요소를 10MPa로 가압하면서 형 내에서 10분간 가열하여, 성형품을 얻었다. 평가한 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관의 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로 프리프레그 (B)를 재단하고, 두께 방향으로 압박하면서, 단부로부터 폭 방향으로 순서대로 감아 올림으로써, 단면 형상이 타원형인 프리폼 요소 (2)를 제작하였다(도 8의 (b)). 이 프리폼 요소 (2)는 롤체 구조를 포함하는 접어 넣음 부위를 갖고, 접어 넣음 부위의 강화 섬유는 프리폼 요소의 길이 방향으로 배향되어 있었다. 이어서, 얻어진 프리폼 요소를 80도의 오븐 내에서 잠시동안 가열하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 치수, 경화도의 측정, 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일한 치수로 프리프레그 (B)를 재단하고, 150mm 폭의 영역을 4회 2단 접기로 한 후, 나머지 50mm를 둘레에 감음으로써, 단면 형상이 사각형인 프리폼 요소 (3)을 제작하였다(도 8의 (c)). 이 프리폼 요소 (3)은 절첩 구조와 롤체 구조를 포함하는 접어 넣음 부위를 갖고, 접어 넣음 부위의 강화 섬유는 프리폼 요소의 길이 방향으로 배향되어 있었다. 이어서, 얻어진 프리폼 요소를 80도의 오븐 내에서 잠시동안 가열하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 치수, 경화도의 측정, 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 4)

실시예 1과 마찬가지로 프리프레그 (B)를 재단하고, 폭 방향으로 2단 접기로 한 후, 추가로 3단 접기하고, 그 3단 접기의 단부가 접하도록 추가로 3단 접기하여, 단면 형상이 삼각인 프리폼 요소 (4)를 제작하였다(도 8의 (d)). 이 프리폼 요소 (4)는 절첩 구조를 포함하는 접어 넣음 부위를 갖고, 접어 넣음 부위의 강화 섬유는 프리폼 요소의 길이 방향으로 배향되어 있었다. 이어서, 얻어진 프리폼 요소를 80도의 오븐 내에서 잠시동안 가열하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 치수, 경화도의 측정, 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 5)

프리프레그 (A)를 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 이루는 각이 0도가 되도록, 길이 200mm×폭 100mm의 치수로 2매 재단하고, 단부로부터 폭 10mm분 접은 후, 뒤집어서 추가로 10mm 접는다는 조작을 계속하여, 단면 형상이 편평한 프리폼 요소 (5)를 제작하였다(도 8의 (e)). 이 프리폼 요소 (5)의 절첩 구조를 포함하는 접어 넣음 부위를 갖고, 접어 넣음 부위의 강화 섬유는 프리폼 요소의 길이 방향으로 배향되어 있었다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 치수, 경화도의 측정, 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교예 1)

프리프레그 (A)를 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 이루는 각이 0도가 되도록, 길이 100mm×폭 10mm의 치수로 20매 재단하고, 두께 방향으로 적층하여, 두께 4mm, 폭 10mm, 길이 100mm의 적층체를 제작하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교예 2)

실시예 1과 동일한 치수로 프리프레그 (B)를 재단하고, 폭 방향으로 150mm의 영역을 폭 방향으로 4회 2단 접기로 한 후, 나머지의 폭 50mm를 둘레에 감음으로써, 단면 형상이 사각형인 프리폼 요소 (C-2)를 제작하였다. 이 프리폼 요소 (C-2)는 절첩 구조와 롤체 구조를 포함하는 접어 넣음 부위를 갖고, 접어 넣음 부위의 강화 섬유는 프리폼 요소의 길이 방향으로 배향되어 있었다. 이어서, 얻어진 프리폼 요소를 80도의 오븐 내에서 잠시동안 가열하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 치수, 경화도의 측정, 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

[프리폼을 사용한 경우의 실시예]

(실시예 6)

프리프레그 (A)를 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 이루는 각이 0, ±45, 90도가 되도록, 길이 100mm×폭 100mm의 치수로 각각 8매 재단하고, 적층 구성이 [45/0/-45/90]_2s가 되도록 적층하여, 프리프레그의 적층체 (6)을 2매 제작하였다. 또한, 실시예 1과 동일한 프리폼 요소 (6)을 2개 제작하였다. 얻어진 프리프레그의 적층체 (6)과 프리폼 요소 (6)의 1개에 대해서, 전술한 방법으로 치수, 경화도를 측정하였다. 또한, 얻어진 프리폼 요소 (6)의 나머지를, 150℃의 온도로 온도 조정한 형 (2)의 도 6에 파선으로 도시하는 배치 부위(5a)에 배치하고, 또한 프리프레그의 적층체 (6)을 형 캐비티에 배치하여 프리폼을 얻었다. 계속해서, 상형과 하형을 근접시켜서, 프리폼을 5MPa로 가압하면서 형 내에서 10분간 가열하여, 성형품을 얻었다. 평가한 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관의 결과를 표 2에 나타내었다.

(실시예 7)

실시예 6과 마찬가지로 프리프레그를 재단하여, [0/-45/90/(45/0/-45/90)_s/(90/-45/0/45)]가 되도록 적층체 (7)을 제작하였다. 또한, 실시예 2와 동일한 방법으로 프리폼 요소 (7)을 제작하였다. 이어서, 프리프레그의 적층체 (7)의 표층 0도층측에, 프리폼 요소 (7)을 배치하고, 그 위에 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 45도 방향인 길이 100mm×폭 100mm의 치수의 프리프레그를 1매 적층하고, 얻어진 프리폼을 80도의 오븐 내에서 잠시동안 가열하였다. 그 후, 실시예 6과 동일한 방법으로 치수, 경화도의 측정, 성형을 실시하여, 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관을 평가하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.

(실시예 8)

실시예 6과 동일한 방법으로 프리프레그의 적층체 (8)을 제작하였다. 또한, 실시예 3과 동일한 방법으로 프리폼 요소 (8)을 제작하였다. 이어서, 얻어진 적층체를 60도의 온도로 온도 조정한 형 (2)의 캐비티에 정치하였다. 계속해서, 상형과 하형을 근접시켜서, 적층체를 가압하면서 형 내에서 잠시동안 가열하여, 예비 부형된 프리프레그의 적층체를 얻었다. 그 후, 실시예 6과 동일한 방법으로 적층체와 프리폼 요소를 조합하여 프리폼으로 하고, 성형을 행하였다. 평가한 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관의 결과를 표 2에 나타내었다.

(비교예 3)

실시예 6과 동일한 방법으로 프리프레그의 적층체를 2매 제작하였다. 또한, 각 적층판의 표리층에 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 0도 방향인 길이 100mm×폭 100mm의 치수의 프리프레그를 각각 1매씩 적층하고, 적층체 (C-3)을 2매 제작하였다. 1매에 대해서, 전술한 방법으로 치수, 경화도를 측정한 후, 추가 1매의 적층체 (C-3)을 150℃의 온도로 온도 조정한 형 (2)에 배치하여 프리폼을 얻었다. 계속해서, 상형과 하형을 근접시켜서, 프리폼을 가압하면서 형 내에서 5분간 가열하여, 성형품을 얻었다. 평가한 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관의 결과를 표 2에 나타내었다.

(비교예 4)

실시예 6과 동일한 방법으로 프리프레그의 적층체 (C-4)를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 동일한 방법으로 프리폼 요소 (C-4)를 제작하였다. 이어서, 얻어진 프리폼 요소 (C-4)를 80도의 오븐 내에서 잠시동안 가열하였다. 그 후, 실시예 6과 동일한 방법으로 적층체와 프리폼 요소를 조합하여 프리폼으로 하고, 성형을 행하였다. 평가한 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관의 결과를 표 2에 나타내었다.

(비교예 5)

프리프레그 (A)를 길이 방향과 강화 섬유의 주축 방향이 이루는 각이 0, ±45, 90도가 되도록, 길이 50mm×폭 100mm의 치수로 각각 8매 재단하고, 적층 구성이 [45/0/-45/90]_2s가 되도록 적층하여, 프리프레그의 적층체 (6)을 2매 제작하였다. 또한, 프리프레그 (B)를 길이 100mm×폭 1000mm의 치수로 2매 재단하고, 단부로부터 폭 방향으로 순서대로 감아 올림으로써, 단면 형상이 대략 원형인 프리폼 요소 (C-5)를 2개 제작하였다. 또한, 프리프레그가 포함하는 강화 섬유의 섬유 방향을 길이 방향으로 하였다. 얻어진 프리프레그의 적층체 (C-5)와 프리폼 요소 (C-5) 1개에 대해서, 전술한 방법으로 치수, 경화도를 측정하였다. 또한, 얻어진 프리폼 요소 (6)의 나머지를, 150℃의 온도로 온도 조정한 형 (2)의 도 6에 파선으로 나타내는 배치 부위(5a)에 배치하고, 프리프레그의 적층체 (6)을 형 캐비티에 배치하여 프리폼을 얻었다. 계속해서, 상형과 하형을 근접시켜서, 프리폼을 가압하면서 형 내에서 5분간 가열하여, 성형품을 얻었다. 평가한 경화도, 성형품의 충전성, 성형품의 표면 외관의 결과를 표 2에 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 5는 적절한 경화도를 갖게 한 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소에 의해, 프리폼 요소가 양호 유동이 되고, 단부까지 절결이 없는 성형품이 얻어짐과 함께, 외관 품위가 우수하고, 또한, 보이드나 수지 리치가 거의 없는 역학적 특성이 양호한 성형품이 얻어졌다. 한편, 비교예 1, 2에서는, 접어 넣음 부위를 갖지 않는, 또는 적절한 경화도를 갖지 않는 프리폼 요소를 사용했기 때문에, 성형품 말단에 절결이 보인 것에 추가로, 유동이 저해되어서 큰 수지 리치가 발생하여 외관 품위가 떨어지는 결과가 되었다.

또한, 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 6내지 8은 적절한 경화도를 갖게 한 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소와 프리프레그의 적층체 조합에 의해, 프리폼이 양호 유동이 되고, 단부까지 절결이 없는 성형품이 얻어짐과 함께, 외관 품위가 우수하고, 또한, 보이드나 수지 리치가 거의 없는 역학적 특성이 양호한 성형품이 얻어졌다. 한편, 비교예 3에서는, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소를 사용하지 않고, 적층체만으로 성형했기 때문에, 성형품 말단에 큰 절결이 보인 것에 추가로, 유동이 저해되어서 큰 수지 리치가 발생하여 외관 품위가 떨어지는 결과가 되었다. 또한, 비교예 4에서는, 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소의 중량이 적층체의 중량보다도 큰 구성으로 성형을 실시했기 때문에, 프리폼이 크게 유동하여 평탄부(5b)에까지 크게 유동하여, 성형품에 휨을 발생함과 동시에, 표면 외관이 떨어지는 결과가 되었다.

본 발명은 자동차 구조재나 항공기 부재 및 스포츠 용구 등의 성형에 제공되는 프리폼을 제조하기 위하여 널리 이용 가능하다.

1: 프리폼 요소
2: 접어 넣음 부위
3: 성형품
4, 5: 캐비티
5a: 배치 부위
5b: 평탄부
6: 프리프레그
11: 강화 섬유
11a: 강화 섬유의 주축 방향
11b: 섬유 직교 방향
12: 절입
L: 강화 섬유의 길이
Ws: 절단 길이의 섬유 직교 방향으로의 투영 길이
Wt: 절단 길이
θ: 절입과 섬유 방향이 이루는 각도

Claims

강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 프리폼 요소.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유가 연속 섬유이며, 상기 프리프레그가 상기 연속 섬유에 절입을 부분적으로 삽입한 절입 삽입 프리프레그인 프리폼 요소.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접어 넣음 부위의 적어도 일부가 롤체 구조를 갖는 프리폼 요소.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접어 넣음 부위의 적어도 일부가 절첩 구조를 갖는 프리폼 요소.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 섬유가 상기 접어 넣음 부위에 있어서 일 방향으로 배향되어 있는 프리폼 요소.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접어 넣음 부위에 있어서, 상기 프리프레그가 4층 이상으로 적층되어 있는 프리폼 요소.
강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제1 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소가, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제2 프리프레그의 적층체의 소정 위치에 적어도 하나 배치되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리폼.
제7항에 있어서, 상기 프리폼 요소의 적어도 하나가 제2 프리프레그의 적층체의 표면에 배치되어서 이루어지는 프리폼.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 프리폼 요소의 적어도 일부가 제2 프리프레그의 적층체에 의해 피복되어 있는 프리폼.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 프리프레그의 적층체가 삼차원 형상을 갖는 프리폼.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 프리프레그의 적층체의 질량(W1)과, 상기 프리폼 요소의 질량(W2)이 W1≥W2의 관계를 충족하는 프리폼.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1)와, 상기 프리폼 요소에 있어서 측정한 경화도(α2)가 α1≥α2의 관계를 충족하는 프리폼.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 프리프레그의 적층체에 있어서 측정한 경화도(α1)가 0.5％ 이상 30％ 이하인 프리폼.
강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제1 프리프레그의 적어도 일부에 접어 넣음 부위를 갖는 프리폼 요소를, 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 제2 프리프레그의 적층체의 표면에 접착하는 것을 특징으로 하는 프리폼의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 프리폼 요소의 적어도 일부를, 제2 프리프레그의 적층체로 피복하는 프리폼의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 제2 프리프레그의 적층체가 삼차원 형상으로 예비 부형되어 있는 프리폼의 제조 방법.