JP2020157625A - Molding method of fiber reinforced composite material and molding method of fiber preform - Google Patents
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Abstract
【課題】部材点数の増加によるコスト増を抑制しつつ、湾曲部の強度低下を抑制することが可能な、繊維強化複合材の成形方法及び繊維プリフォームの成形方法を提供する。【解決手段】プリプレグP1〜P4の積層体1を形成する工程と、積層体1の少なくとも一部を湾曲部B1に成形する工程とを含む、繊維強化複合材CMの成形方法である。この方法では、積層体1のうち湾曲部B1に成形される部分B1aの少なくとも1以上の層間に熱可塑性樹脂製の中間部材2を介在させる。具体的には、湾曲部B1の周方向Xに対応する方向Xaの実長が最内層に成形されるプリプレグP4よりも最外層に成形されるプリプレグP1で長くなるように中間部材2を介在させる。そして、中間部材2を加熱して溶融しながら上記部分B1aを湾曲させる。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a fiber-reinforced composite material and a method for forming a fiber preform, which can suppress a decrease in strength of a curved portion while suppressing an increase in cost due to an increase in the number of members. A method for forming a fiber-reinforced composite material CM, which comprises a step of forming a laminate 1 of prepregs P1 to P4 and a step of molding at least a part of the laminate 1 into a curved portion B1. In this method, an intermediate member 2 made of a thermoplastic resin is interposed between at least one layer of a portion B1a formed on the curved portion B1 of the laminated body 1. Specifically, the intermediate member 2 is interposed so that the actual length of the direction Xa corresponding to the circumferential direction X of the curved portion B1 is longer in the prepreg P1 formed in the outermost layer than in the prepreg P4 formed in the innermost layer. .. Then, the intermediate member 2 is heated and melted to bend the portion B1a. [Selection diagram] Fig. 3
Description
本発明は、繊維強化複合材の成形方法及び繊維プリフォームの成形方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a fiber-reinforced composite material and a method for forming a fiber preform.
特許文献1は、金型による成形時に圧縮力あるいは引張力が作用する湾曲部分に切込みを有するCFRPの第1プリプレグを製造する第1工程と、第1プリプレグの湾曲部分に積層可能なCFRPの第2プリプレグを製造する第2工程と、第1プリプレグを金型で所定形状にプレス成形して第1プリフォームを製造する第3工程と、第2プリプレグを金型でプレス成形して第2プリフォームを製造する第4工程と、第1プリフォームの湾曲部分に第2プリフォームを積層したものを金型でプレス成形して一体化する第5工程と、を含むプリフォームの製造方法を開示している。
しかしながら、上記製造方法では、湾曲部分を製造するために第2プリフォームを追加の部材として製造する必要があり、そのため部材点数が増え、コスト高となっていた。また、上記製造方法では、第1プリフォームの湾曲部分に切込みを形成する必要があり、当該切込みが湾曲部分の強度を低下させていた。 However, in the above manufacturing method, it is necessary to manufacture the second preform as an additional member in order to manufacture the curved portion, which increases the number of members and increases the cost. Further, in the above manufacturing method, it is necessary to form a notch in the curved portion of the first preform, and the notch reduces the strength of the curved portion.
本発明の目的は、部材点数の増加によるコスト増を抑制しつつ、湾曲部の強度低下を抑制することが可能な、繊維強化複合材の成形方法及び繊維プリフォームの成形方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for forming a fiber-reinforced composite material and a method for forming a fiber preform, which can suppress a decrease in strength of a curved portion while suppressing an increase in cost due to an increase in the number of members. is there.
本発明の一態様は、プリプレグの積層体を形成する工程と、積層体の少なくとも一部を湾曲部に成形する工程とを含む、繊維強化複合材の成形方法である。この方法では、積層体のうち湾曲部に成形される部分の少なくとも1以上の層間に、熱可塑性樹脂製の中間部材を介在させる。具体的には、湾曲部の周方向に対応する方向の実長が最内層に成形されるプリプレグよりも最外層に成形されるプリプレグで長くなるように中間部材を介在させる。そして、中間部材を加熱して溶融しながら上記部分を湾曲させる。 One aspect of the present invention is a method for forming a fiber-reinforced composite material, which comprises a step of forming a laminate of prepregs and a step of molding at least a part of the laminate into a curved portion. In this method, an intermediate member made of a thermoplastic resin is interposed between at least one or more layers of a portion of the laminated body to be molded into a curved portion. Specifically, the intermediate member is interposed so that the actual length in the direction corresponding to the circumferential direction of the curved portion is longer in the prepreg formed in the outermost layer than in the prepreg formed in the innermost layer. Then, the intermediate member is heated and melted to bend the above portion.
本発明の他の態様は、繊維積層体を形成する工程と、繊維積層体の少なくとも一部を湾曲部に成形する工程とを含む、繊維プリフォームの成形方法である。この方法では、繊維積層体のうち湾曲部に成形される部分の少なくとも1以上の層間に、熱可塑性樹脂製の中間部材を介在させる。具体的には、湾曲部の周方向に相当する方向の実長が最内層に成形される繊維基材よりも最外層に成形される繊維基材で長くなるように中間部材を介在させる。そして、中間部材を加熱して溶融しながら上記部分を湾曲させる。 Another aspect of the present invention is a method for molding a fiber preform, which comprises a step of forming a fiber laminate and a step of molding at least a part of the fiber laminate into a curved portion. In this method, an intermediate member made of a thermoplastic resin is interposed between at least one or more layers of a portion of the fiber laminate to be molded into a curved portion. Specifically, the intermediate member is interposed so that the actual length in the direction corresponding to the circumferential direction of the curved portion is longer in the fiber base material formed in the outermost layer than in the fiber base material formed in the innermost layer. Then, the intermediate member is heated and melted to bend the above portion.
上記成形方法によれば、部材点数の増加によるコスト増を抑制しつつ、湾曲部の強度低下を抑制することができる。 According to the above molding method, it is possible to suppress a decrease in strength of the curved portion while suppressing an increase in cost due to an increase in the number of members.
以下、いくつかの実施形態及びそれらの変形例について、図1乃至図13を参照して説明する。 Hereinafter, some embodiments and modifications thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 13.
<第1実施形態>
第1実施形態は、繊維強化複合材CM(以下、「複合材CM」とも称する)の成形方法である。この方法では、まず、図1に示すように、強化繊維Fに樹脂Rを含浸させて半硬化状態にしたシート状のプリプレグP1〜P4を所定形状に裁断し、これらを積層して積層体1を形成する。
<First Embodiment>
The first embodiment is a method for molding a fiber-reinforced composite material CM (hereinafter, also referred to as “composite material CM”). In this method, first, as shown in FIG. 1, a sheet-like prepreg P 1 to P 4 which is impregnated with a resin R into the reinforcing fibers F in a semi-cured state is cut into a predetermined shape, and laminating these
プリプレグP1〜P4の強化繊維Fは、一方向に引き揃えられ、実質的に互いに平行に配置された連続繊維からなる。強化繊維Fの形態は、特に限定されず、例えば2軸織物、3軸織物などの織物、多軸ステッチ基材などであってもよい。強化繊維Fの材料は、特に限定されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などを用いることができる。炭素繊維は、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN系)、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などを用いることができる。これらの繊維を2種類以上組み合わせて用いてもよい。 Reinforcing fibers F of the prepreg P 1 to P 4 are aligned in one direction, consisting of substantially continuous fibers which are arranged parallel to one another. The form of the reinforcing fiber F is not particularly limited, and may be, for example, a woven fabric such as a biaxial woven fabric or a triaxial woven fabric, a multiaxial stitched base material, or the like. The material of the reinforcing fiber F is not particularly limited, and for example, carbon fiber, glass fiber, polyaramid fiber, alumina fiber, boron fiber, silicon carbide fiber and the like can be used. As the carbon fiber, for example, polyacrylonitrile (PAN-based), pitch-based, cellulose-based, hydrocarbon-based vapor-growth-based carbon fiber, graphite fiber, or the like can be used. Two or more kinds of these fibers may be used in combination.
なお、連続繊維とは、強化繊維Fを構成するフィラメントが連続している繊維であり、その平均繊維長は、特に限定されないが、例えば500[mm]以上である。平均繊維長は、強化繊維Fを構成する各フィラメントの繊維長の二乗の総和を各フィラメントの繊維長の総和で除した値として求めることができる。各フィラメントの繊維長は、フィラメントのそれぞれの長さを光学顕微鏡等で観察することにより測定することができる。 The continuous fiber is a fiber in which the filaments constituting the reinforcing fiber F are continuous, and the average fiber length thereof is not particularly limited, but is, for example, 500 [mm] or more. The average fiber length can be obtained as a value obtained by dividing the sum of the squares of the fiber lengths of the filaments constituting the reinforcing fiber F by the sum of the fiber lengths of the filaments. The fiber length of each filament can be measured by observing the length of each filament with an optical microscope or the like.
プリプレグP1〜P4のマトリックス材である樹脂Rは、熱硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。樹脂Rは、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂など熱可塑性樹脂を含んでもよい。 Resin as a matrix material of the prepreg P 1 to P 4 R, it is possible to use a thermosetting resin. Specific examples thereof include epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, and polyimide resin. The resin R may contain a thermoplastic resin such as a polycarbonate resin, a polyamide resin, and a polyphenylene sulfide (PPS) resin.
次に、形成した積層体1を、図2に示すように、成形型10内にセットする。成形型10は、図2乃至図4に示すように、上型11と下型12とを有する。上型11は、複合材CMの上側の表面を成形する成形面11aを有し、下型12は、複合材CMの下側の表面を成形する成形面12aを有する。下型12の成形面12aは、上型11の成形面11aに向かって凸に湾曲した凸面12bを含み、上型11の成形面11aは、下型12の成形面12aに向かって凹に湾曲した凹面11bを含む。成形型10が閉じられたとき、凹面11bは、凸面12bから所定距離(例えば、複合材CMの厚さに相当する距離)だけ離間して凸面12bに対向する。
Next, the formed
次に、図3に示すように、上型11を下型12に向けて移動(下降)させ、上型11と下型12とで積層体1を加熱しつつ、凹面11bで凸面12bに積層体1を押し付けるようにして、積層体1を上型11の成形面11aに向かって凸に湾曲させる。そして、成形型10を閉じ、図4に示すように、上型11と下型12とによって、所定の温度(例えば樹脂Rの硬化温度)で加圧、加熱することで、積層体1を成形する。これにより、第1湾曲部である湾曲部B1を有する複合材CMが成形される。その後、型開きし、成形された複合材CMを成形型10から取り出す。
Next, as shown in FIG. 3, the
積層体1を形成する工程では、図1に示すように、積層体1のうち湾曲部B1に成形される部分B1a(以下、「部分B1a」と称する)の各層間に中間部材2を介在させる。具体的には、湾曲部B1の周方向X(図4参照)に対応する方向Xa(以下、「Xa方向」と称する)におけるプリプレグP1〜P4の実長が、湾曲部B1のより外側の層に成形されるプリプレグほど長くなるように部分B1aの各層間に中間部材2を介在させる。なお、湾曲部B1において互いに隣り合う層同士の間の周長の差、すなわち部分B1aにおけるプリプレグP1〜P4同士の間の実長の差は、計算により容易に求めることができる。例えば、各層の厚さがt[mm]であり、θ[rad]の角度範囲における凸面12bの曲率半径が一定である場合は、上記実長の差はtθ[mm]である。湾曲部B1の形状がより複雑な場合、各層の実長は作図により求めてもよい。
In the step of forming the laminated
中間部材2は、図5に示すように、上記熱可塑性樹脂製のシート状または帯状部材2Aである。熱可塑性樹脂製であるため、常温環境下における取扱いが容易である。本実施形態では、シート状または帯状部材2Aは、上記熱可塑性樹脂製の溶融糸を編んで網状に形成されている。厚さは、特に限定されないが、例えば約0.1[mm]程度である。
As shown in FIG. 5, the
また、積層体1の部分B1aを湾曲させる際は、成形面11a,12aの凹面11b及び凸面12bに押し付けるようにして部分B1aを加熱することで中間部材2を加熱し、これを徐々に溶融しながら湾曲させる。
Further, when the portion B1a of the
以下、本実施形態にかかる作用効果について説明する。 Hereinafter, the action and effect of the present embodiment will be described.
(1)本実施形態の成形方法では、積層体1のうち部分B1aにおいて、各プリプレグP1〜P4のXa方向の実長が、湾曲部B1のより外側の層に成形されるプリプレグほど長くなるように、部分B1aの各層間に中間部材2を介在させる。そして、介在させた中間部材2を加熱して溶融しながら部分B1aを湾曲させる。言い換えれば、中間部材2は、部分B1aが湾曲していない段階では、湾曲部B1の外側の層のプリプレグほど部分B1aにおける実長が長くなるように各プリプレグを保持し、部分B1aが湾曲を開始したあとの段階では、溶融して当該保持を解除する。このため、部分B1aをその厚さ方向に湾曲させたときに、各層の周長差によって生じる繊維の過不足を、中間部材2を介在させない場合よりも抑制することができる。これにより、内側の層の繊維余りによる座屈や、外側の層の繊維長不足による湾曲部B1の径方向内側への繊維の引き込み等を抑制することができ、成形品である複合材CMの外観を向上させることができる。
(1) In the molding method of the present embodiment, in a portion B1a of the
(2)また、この方法によれば、特許文献1の技術のように追加の部材(例えばプリプレグ)は必要とせず、部材点数の増加によるコスト増を抑制することができる。また、特許文献1の技術のように切りこみを形成する必要がなく、複合材CMの湾曲部B1の強度を高く維持することができる。
(2) Further, according to this method, unlike the technique of
(3)さらに、この方法によれば、溶融した中間部材2の熱可塑性樹脂が、湾曲部B1の層間隙間に拡がり、或いは、プリプレグP1〜P4の樹脂R内に浸透するため、湾曲部B1における亀裂の発生或いは発生した亀裂の進展を抑制することができる。
(3) Further, according to this method, molten
(4)また、この方法では、中間部材2は、熱可塑性樹脂製のシート状または帯状部材2Aであるため、部分B1aの隣接する層同士が互いに面領域で離間した状態を保持することができる。また、この方法では、シート状または帯状部材2Aを所望の形状に切り取ることで、離間させる領域の形状・面積(長さ、幅など)を正確に制御することができる。なお、シート状または帯状部材2Aの形態は、網状に限らず、布状、フィルム状などであってもよい。
(4) Further, in this method, since the
<変形例>
なお、中間部材2は、部分B1aの各層間(層の総数をnとすると、n−1個の層間すべて)に介在させていたが、これに限らない。例えば、中間部材2をいずれか1以上n−1未満の層間に介在させ、Xa方向における実長が、少なくとも最内層に成形されるプリプレグP4よりも最外層に成形されるプリプレグP1で長くなるようにしてもよい。この変形例によれば、部分B1aを湾曲させたときに、最内層と最外層との間の周長差によって生じる繊維の過不足を、より少ない中間部材2で抑制することができる。そして、これにより、最内層の繊維余りによる座屈や、最外層の繊維長不足による湾曲部B1の径方向内側への繊維の引き込み等を抑制することができ、成形品である複合材CMの外観を向上させることができる。
<Modification example>
The
また、中間部材2は、上記熱可塑性樹脂製の複数の糸状部材2Bであってもよい。この場合、図6に示すように、複数の糸状部材2Bが一方向に沿って延びるようにそれらを並べて配置し、糸状部材2Bに沿った微小なガス抜き経路3を形成してもよい。この変形例によれば、加圧成形時、層間隙間に残存する空気等ガスをガス抜き経路3を介して外部に導きやすくなるため、複合材CMにおけるボイドの形成を防止することができる。ガス抜き経路3を形成する糸状部材2Bとしては、例えば、熱可塑性樹脂製の大径の溶融糸または溶融糸の束(トウ)が挙げられる。大径の溶融糸または溶融糸の束は、これよりも径の小さい溶融糸で互いに連結されていてもよい。溶融糸の直径の大きさは、特に限定されないが、大径の溶融糸または溶融糸の束で、例えば約0.1〜0.5[mm]程度である。
Further, the
さらに、中間部材2は、図7に示すように、上記熱可塑性樹脂製の粒状部材2Cであってもよい。この変形例によれば、中間部材2の厚さに、面方向の分布(例えば、Xa方向及びこれと直交するY方向の分布)を持たせることができる。例えば、部分B1aにおけるプリプレグP1〜P4同士の間のXa方向の実長の差がY方向位置に応じて緩やかに変化する場合などにおいて、当該実長の差の調整が容易になる。なお、粒状部材2Cは、例えば熱可塑性樹脂製の複数のストランド(直径約0.1[mm]程度)をカッタにより所望の長さに切断して製造することができる。
Further, as shown in FIG. 7, the
また、上記実施形態及びその変形例では、図1に示すように、平坦な面14の上にプリプレグP1〜P4を積層して積層体1を形成していたが、図8に示すように、凹部15が形成された面の上にプリプレグP1〜P4を積層して積層体1を形成してもよい。具体的には、最外層に成形されるプリプレグP1を、凹部15が形成された面の上に、凹部15と部分B1aとが対向するように位置合わせして載置し、そのプリプレグP1の上に、最外層よりも内側の層に成形されるプリプレグP2〜P4を順次積層してもよい。
In the above embodiment and its modification, as shown in FIG. 1, but to form a
この方法で形成された積層体1の部分B1aは、上記凸面12b及び凹面11bと凹凸の向きがそれぞれ逆向きの凸面及び凹面(不図示)によって、上記湾曲部B1とは逆向きに湾曲した湾曲部(不図示)に成形することができる。すなわち、この場合の凸面は、上型11の成形面11aに設けられ、下型12の成形面12aに向かって凸に湾曲した曲面であり、凹面は、下型12の成形面12aに設けられ、上型11の成形面11aに向かって凹に湾曲した曲面である。この凸面で凹面に積層体1を押し付けるようにし、積層体1を加熱しつつ湾曲させることで、部分B1aを、下型12の成形面12aに向かって凸に湾曲した湾曲部に成形することができる。
The portion B1a of the
また、この方法では、凹部15が形成された面の上にプリプレグを載置した際に、当該プリプレグの部分B1aの少なくともXa方向中心部が自重で凹むので、中間部材2を配置すべき位置を、当該プリプレグの表面高さから判別することができる。これにより、積層体1を形成する工程の作業効率が向上する。
Further, in this method, when the prepreg is placed on the surface on which the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について、図9乃至図12を参照して説明する。なお、本実施形態の説明では、第1実施形態及びその変形例と異なる構成についてのみ説明することとし、既に説明した要素と同じ機能を有する要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12. In the description of the present embodiment, only the configurations different from those of the first embodiment and its modified examples will be described, and the elements having the same functions as the elements already described will be described by adding the same reference numerals. Is omitted.
第2実施形態は、繊維プリフォームPFの成形方法である。この方法では、まず、図9に示すように、連続繊維からなるシート状の繊維基材F1〜F4を所定形状に裁断し、これらを積層して繊維積層体4を形成する。
The second embodiment is a method for forming a fiber preform PF. In this method, first, as shown in FIG. 9, sheet-shaped fiber base materials F 1 to F 4 made of continuous fibers are cut into a predetermined shape, and these are laminated to form a
繊維基材F1〜F4は、上記プリプレグP1〜P4中の強化繊維F(樹脂Rを含浸させていない状態の強化繊維F)から構成される。なお、繊維基材F1〜F4には、接着剤を含浸させてもよい。接着剤を付与することで、繊維基材F1〜F4を所望の形状に賦形した際に、繊維基材F1〜F4同士を接着して、その形態を保持しやすくなる。接着剤の材料は、特に限定されず、上記の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を採用することができる。 The fiber base materials F 1 to F 4 are composed of the reinforcing fibers F (reinforcing fibers F in a state not impregnated with the resin R) in the prepregs P 1 to P 4 . The fiber base materials F 1 to F 4 may be impregnated with an adhesive. By applying the adhesive, when the fiber base materials F 1 to F 4 are shaped into a desired shape, the fiber base materials F 1 to F 4 are adhered to each other, and the shape can be easily maintained. The material of the adhesive is not particularly limited, and the above-mentioned thermoplastic resin or thermosetting resin can be adopted.
次に、形成した繊維積層体4を、図10に示すように、成形型20内にセットする。成形型20は、図10乃至図12に示すように、上型21と下型22とを有する。上型21及び下型22、並びに凹面21b及び凸面22bの構成は、第1実施形態の上型11及び下型12、並びに凹面11b及び凸面12bの構成と同様であるため、説明を省略する。
Next, the formed
次に、図11に示すように、上型21を下型22に向けて移動(下降)させ、上型21と下型22とで繊維積層体4を加熱しつつ、凹面21bで凸面22bに繊維積層体4を押し付けるようにして、繊維積層体4を上型21の成形面21aに向かって凸に湾曲させる。そして、図12に示すように、上型21と下型22とによって繊維積層体4を挟み込み、所定の圧力で押圧して、これを所望の形状に成形する。これにより、第2湾曲部である湾曲部B2を有する繊維プリフォームPFが成形される。その後、型開きし、成形された繊維プリフォームPFを成形型20から取り出す。
Next, as shown in FIG. 11, the
得られた繊維プリフォームPFは、レジントランスファーモールド法(RTM法)、ウエットプレス法などによって樹脂Rを含浸させ、これを所定の温度で加圧、加熱することで、複合材CMに成形することができる。 The obtained fiber preform PF is impregnated with resin R by a resin transfer molding method (RTM method), a wet press method, or the like, and is formed into a composite material CM by pressurizing and heating the resin R at a predetermined temperature. Can be done.
繊維積層体4を形成する工程では、図9に示すように、繊維積層体4のうち湾曲部B2に成形される部分B2a(以下、「部分B2a」と称する)の各層間に中間部材2を介在させる。具体的には、湾曲部B2の周方向X(図12参照)に対応するXa方向における繊維基材F1〜F4の実長が、湾曲部B2のより外側の層に成形される繊維基材ほど長くなるように部分B2aの各層間に中間部材2を介在させる。
In the step of forming the
中間部材2は、上記シート状または帯状部材2Aである(図5参照)。繊維積層体4の部分B2aを湾曲させる際は、成形面21a,22aの凹面21b及び凸面22bに押し付けるようにして部分B2aを加熱することで中間部材2を加熱し、これを徐々に溶融しながら湾曲させる。
The
以下、本実施形態にかかる作用効果について説明する。 Hereinafter, the action and effect of the present embodiment will be described.
(5)本実施形態の成形方法では、繊維積層体4のうち部分B2aにおいて、各繊維基材F1〜F4のXa方向の実長が、湾曲部B2のより外側の層に成形される繊維基材ほど長くなるように、部分B2aの各層間に中間部材2を介在させる。そして、介在させた中間部材2を加熱して溶融しながら部分B2aを湾曲させる。言い換えれば、中間部材2は、部分B2aが湾曲していない段階では、湾曲部B2の外側の層の繊維基材ほど部分B2aにおける実長が長くなるように各繊維基材を保持し、部分B2aが湾曲を開始したあとの段階では、溶融して当該保持を解除する。このため、部分B2aをその厚さ方向に湾曲させたときに、各層の周長差によって生じる繊維の過不足を、中間部材2を介在させない場合よりも抑制することができる。これにより、内側の層の繊維余りによる座屈や、外側の層の繊維長不足による湾曲部B2の径方向内側への繊維の引き込み等を抑制することができ、繊維プリフォームPFの外観、ひいては、成形品である複合材CMの外観を向上させることができる。
(5) In the molding method of the present embodiment, in a portion B2a of the
(6)また、この方法によれば、特許文献1の技術のように切りこみを形成したり、部材を追加したりする必要がなく、コスト増を抑制しながら成形品である複合材CMの湾曲部の強度を高く維持することができる。
(6) Further, according to this method, unlike the technique of
(7)さらに、この方法によれば、溶融した中間部材2の熱可塑性樹脂が、湾曲部B2の層間或いは層内に浸透するため、成形品である複合材CMの湾曲部における亀裂の発生或いは発生した亀裂の進展を抑制することができる。
(7) Further, according to this method, the thermoplastic resin of the molten
また、中間部材2は、熱可塑性樹脂製のシート状または帯状部材2Aであるため、上述の(4)の作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
Further, since the
<変形例>
なお、中間部材2は、部分B2aの各層間(層の数をnとすると、n−1個の層間すべて)に介在させていたが、これに限らない。例えば、中間部材2をいずれか1以上n−1未満の層間に介在させ、Xa方向における実長が、少なくとも最内層に成形される繊維基材F1よりも最外層に成形される繊維基材F4で長くなるようにしてもよい。この変形例によれば、部分B2aを湾曲させたときに、最内層と最外層との間の周長差によって生じる繊維の過不足を、より少ない中間部材2で抑制することができる。そして、これにより、最内層の繊維余りによる座屈や、最外層の繊維長不足による湾曲部B2の径方向内側への繊維の引き込み等を抑制することができ、成形品の外観を向上させることができる。
<Modification example>
The
また、中間部材2は、上記熱可塑性樹脂製の糸状部材2Dであってもよい。この場合、糸状部材2Dは、各繊維基材F1〜F4の部分B2aに予め固定してもよい。例えば、図13に示すように、繊維基材F1が一方向に配列された複数の繊維束を編糸5で編んでシート状にしたノンクリンプファブリック材から構成されている場合、糸状部材2Dは、編糸5を利用して繊維基材F1に織り込んでもよい。また、図示は省略するが、糸状部材2Dは、織物からなる繊維基材F1〜F4に、経糸または緯糸の一部として織り込まれていてもよい。さらに、糸状部材2Dは、繊維基材F1〜F4の任意の位置にステッチ糸で縫いつけてもよいし、或いは、接着剤で固定してもよい。繊維基材F1〜F4に糸状部材2Dを予め固定することで、繊維基材F1〜F4を積層して繊維積層体4を形成する工程の作業効率を向上させるとともに、部分B2aを湾曲させる際の中間部材2の位置ずれを防止することができる。なお、糸状部材2Dの直径の大きさは、特に限定されないが、部分B2aに固定された状態において、糸状部材2Dが部分B2aの表面から約0.1[mm]突出する程度の大きさであることが好ましい。
Further, the
さらに、繊維積層体4を形成する際は、第1実施形態の図8に示した変形例と同様に、凹部が形成された面の上に繊維基材F1〜F4を積層して繊維積層体4を形成してもよい。具体的には、最外層に成形される繊維基材F1を、凹部が形成された面の上に、凹部と部分B2aとが対向するように位置合わせして載置し、その繊維基材F1の上に、最外層よりも内側の層に成形される繊維基材F2〜F4を順次積層してもよい。この方法で形成された繊維積層体4の部分B2aは、上記凸面22b及び凹面21bと凹凸の向きがそれぞれ逆向きの凸面及び凹面(不図示)によって、上記湾曲部B2とは逆向きに湾曲した湾曲部(不図示)に成形することができる。また、この変形例によれば、凹部が形成された面の上に繊維基材を載置した際、当該繊維基材の部分B2aの少なくともXa方向中心部が自重で凹むので、第1実施形態の図8に示した変形例の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
Further, when forming the
上記第1及び第2実施形態、並びにそれらの変形例は、いずれか2以上を組み合わせて適用してもよい。組み合わせにかかる実施形態では、組み合わされた各要素の効果を得ることができる。 The first and second embodiments and their modifications may be applied in combination of any two or more. In the embodiment relating to the combination, the effect of each of the combined elements can be obtained.
上記実施形態及び変形例は、発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎない。発明の技術的範囲は、上記実施形態及び変形例で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。 The above embodiments and modifications are merely examples described for facilitating the understanding of the invention. The technical scope of the invention is not limited to the specific technical matters disclosed in the above-described embodiments and modifications, but also includes various modifications, modifications, and alternative techniques that can be easily derived from the specific technical matters.
上記実施形態及び変形例にかかる成形方法は、繊維強化複合材またはその繊維プリフォームの予備成形または本成形の方法として適用することができる。また、これらの成形方法は、ピラー、サイドシル、サスペンションメンバ、バンパー、フェンダパネルなど自動車等車両を構成する繊維強化複合材またはその繊維プリフォームの成形方法として適用することができる。 The molding method according to the above-described embodiment and modification can be applied as a method for pre-molding or main molding of a fiber-reinforced composite material or a fiber preform thereof. Further, these molding methods can be applied as a molding method of a fiber reinforced composite material such as a pillar, a side sill, a suspension member, a bumper, a fender panel, etc., which constitutes a vehicle such as an automobile, or a fiber preform thereof.
CM 繊維強化複合材
1 積層体
P1〜P4 プリプレグ
F 強化繊維(連続繊維)
R 樹脂
B1 湾曲部(第1湾曲部)
B1a 湾曲部に成形される部分
PF 繊維プリフォーム
4 繊維積層体
F1〜F4 繊維基材
B2 湾曲部(第2湾曲部)
B2a 湾曲部に成形される部分
X 湾曲部の周方向
Xa 周方向に対応する方向
2 中間部材
2A シート状または帯状部材(中間部材)
2B,2D 糸状部材(中間部材)
2C 粒状部材(中間部材)
3 ガス抜き経路
15 凹部
CM
R resin B1 curved part (first curved part)
B1a Part molded into the curved part
B2a Part formed into the curved part X Circumferential direction of the curved part Xa Direction corresponding to the
2B, 2D thread-like member (intermediate member)
2C granular member (intermediate member)
3
Claims (11)
前記積層体の少なくとも一部を湾曲させて第1湾曲部に成形する工程と、
を含み、
前記積層体のうち前記第1湾曲部に成形される部分において、前記第1湾曲部の周方向に対応する方向における前記プリプレグの実長が、前記第1湾曲部の最内層に成形されるプリプレグよりも前記第1湾曲部の最外層に成形されるプリプレグで長くなるように、前記部分の少なくとも1以上の層間に熱可塑性樹脂製の中間部材を介在させ、
前記中間部材を加熱して溶融しながら前記部分を湾曲させることを特徴とする繊維強化複合材の成形方法。 A process of laminating a plurality of sheet-shaped prepregs formed by impregnating continuous fibers with resin to form a laminate, and
A step of bending at least a part of the laminated body to form a first curved portion,
Including
In the portion of the laminated body formed on the first curved portion, the actual length of the prepreg in the direction corresponding to the circumferential direction of the first curved portion is the prepreg formed on the innermost layer of the first curved portion. An intermediate member made of a thermoplastic resin is interposed between at least one or more layers of the portion so as to be longer in the prepreg formed in the outermost layer of the first curved portion.
A method for forming a fiber-reinforced composite material, which comprises bending the portion while heating and melting the intermediate member.
前記複数の糸状部材が一方向に沿って延びるようにそれらを並べて配置し、前記層間に前記糸状部材に沿ったガス抜き経路を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の繊維強化複合材の成形方法。 The intermediate member includes a plurality of thread-like members made of a thermoplastic resin.
Any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of filamentous members are arranged side by side so as to extend in one direction, and a degassing path along the filamentous member is formed between the layers. The method for molding a fiber-reinforced composite material according to.
前記繊維積層体の少なくとも一部を湾曲させて第2湾曲部に成形する工程と、
を含み、
前記繊維積層体のうち前記第2湾曲部に成形される部分において、前記第2湾曲部の周方向に対応する方向における前記繊維基材の実長が、前記第2湾曲部の最内層に成形される繊維基材よりも前記第2湾曲部の最外層に成形される繊維基材で長くなるように、前記部分の少なくとも1以上の層間に熱可塑性樹脂製の中間部材を介在させ、
前記中間部材を加熱して溶融しながら前記部分を湾曲させることを特徴とする繊維プリフォームの成形方法。 A process of laminating a plurality of sheet-shaped fiber base materials made of continuous fibers to form a fiber laminate, and
A step of bending at least a part of the fiber laminate to form a second curved portion,
Including
In the portion of the fiber laminate that is molded into the second curved portion, the actual length of the fiber base material in the direction corresponding to the circumferential direction of the second curved portion is molded into the innermost layer of the second curved portion. An intermediate member made of a thermoplastic resin is interposed between at least one or more layers of the portion so that the fibrous substrate formed in the outermost layer of the second curved portion is longer than the fiber substrate to be formed.
A method for forming a fiber preform, which comprises bending the portion while heating and melting the intermediate member.
前記部分に前記糸状部材を固定する工程を含むことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載の繊維プリフォームの成形方法。 The intermediate member includes a thread-like member made of a thermoplastic resin.
The method for molding a fiber preform according to any one of claims 7 to 9, further comprising a step of fixing the filamentous member to the portion.
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