JP6858541B2 - Manufacturing method of composite material molded product - Google Patents
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Description
本発明は、複合材料成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a composite material molded product.
強化繊維とマトリックス樹脂組成物を含有する複合材料成形体は、軽量で優れた機械特性を有するため、航空機や車両等の様々な用途で広く用いられている。複合材料成形体の製造には、強化繊維基材にマトリックス樹脂組成物を含浸した、中間基材であるシート状のプリプレグが広く用いられている。 Composite material molded products containing reinforcing fibers and matrix resin compositions are lightweight and have excellent mechanical properties, and are therefore widely used in various applications such as aircraft and vehicles. A sheet-shaped prepreg, which is an intermediate base material, in which a reinforcing fiber base material is impregnated with a matrix resin composition is widely used for producing a composite material molded product.
複合材料成形体の製造方法としては、プリプレグを含む成形前駆体を、一対の上型及び下型からなる成形型により加熱加圧する圧縮成形法が知られている(特許文献1〜3)。具体的には、例えば、所定形状にカットした複数のシート状のプリプレグをプリフォーム型に貼り込んで積層し、製品形状に近い形状に整えたプリフォームを、一対の上型及び下型からなる成形型により加熱加圧して複合材料成形体を得る方法が挙げられる。このような圧縮成形法は、オートクレーブ成形等の他の成形方法に比べて成形時間が比較的短いため、複合材料成形体の大量生産に向いている。
As a method for producing a composite material molded product, a compression molding method in which a molding precursor containing a prepreg is heated and pressed by a molding die composed of a pair of upper and lower dies is known (
しかし、このような圧縮成形法では、特に厚さの異なる2つの平板部で形成される角部を有する複合材料成形体を、型閉め方向が肉厚な平板部の厚さ方向と直交する成形型で製造する場合に、得られる複合材料成形体の角部が欠けたり、角部が樹脂リッチになって強度が低下したりすることがある。 However, in such a compression molding method, a composite material molded body having corners formed by two flat plate portions having different thicknesses is molded in which the mold closing direction is orthogonal to the thickness direction of the thick flat plate portion. In the case of manufacturing with a mold, the corners of the obtained composite material molded product may be chipped, or the corners may become resin-rich and the strength may be reduced.
具体的には、厚さの異なる2つの平板部で形成された角部を有する複合材料成形体は、例えば、以下の方法で製造される。
図10Aに示すように、平板状の本体部112の上側の中央部分に直方体状の凸部114が設けられた、プリフォーム型の下型110の上面に、2枚のシート状のプリプレグ10を本体部112と凸部114の全体に沿うように貼り込む。次いで、プリプレグ10における凸部114の側面を覆う部分に、帯状のプリプレグ12を複数回巻き付けて貼り込んだ後、さらに2枚のシート状のプリプレグ10を本体部112と凸部114の全体に沿うように貼り込んで積層物306を得る。
Specifically, a composite material molded body having corners formed by two flat plate portions having different thicknesses is produced, for example, by the following method.
As shown in FIG. 10A, two sheet-
次いで、積層物306を加熱し、プリフォーム型を型閉めして予備賦形して成形前駆体(プリフォーム)307を得る。次いで、圧縮成形用の成形型の下型に成形前駆体307を配置し、下型と上型とを近接させて型閉めし、加熱加圧して複合材料成形体301を得る。
Next, the
前記した方法で得られる複合材料成形体301は、図10Bに示すように、第1平板部302と、第1平板部302の周縁部から全周にわたって垂下された筒状の第2平板部303と、第2平板部303の下端部から外側に垂直方向に突出するフランジ部304と、を備えている。前記方法で製造した場合には、厚さの異なる第1平板部302と第2平板部303で形成される角部305に欠けが生じやすい。また角部305に欠けが生じない場合でも、角部305が樹脂リッチとなり、角部305の強度が低下しやすい。
As shown in FIG. 10B, the composite material molded
本発明は、厚さの異なる2つの平板部で形成される角部を有する複合材料成形体を製造する場合であっても、該角部が欠けたり、該角部が樹脂リッチとなったりすることを抑制できる複合材料成形体の製造方法を提供することを目的とする。 According to the present invention, even in the case of producing a composite material molded body having corners formed by two flat plates having different thicknesses, the corners may be chipped or the corners may be resin-rich. It is an object of the present invention to provide a method for producing a composite material molded product capable of suppressing such a situation.
本発明は、以下の構成を有する。
[1]強化繊維及びマトリックス樹脂組成物を含有するシート状のプリプレグを含む成形前駆体を一対の金型からなる成形型により加熱加圧して圧縮成形し、角部を有する複合材料成形体を製造する方法であって、
角部を有し、圧縮成形時に流動しないブロック体を前記プリプレグの内側に内包する前記成形前駆体を形成し、
前記成形型のキャビティ内における前記複合材料成形体の角部を形成する隅部に、前記ブロック体の角部を配置した状態で圧縮成形し、
前記ブロック体が、強化繊維と、熱硬化性樹脂の硬化物とを含有する、複合材料成形体の製造方法。
[2]前記複合材料成形体が、第1平板部と、前記第1平板部よりも肉厚な第2平板部とを備え、前記第1平板部と前記第2平板部の互いの面方向が交差し、その交差部分に角部が形成されており、
前記成形前駆体の前記第2平板部を形成する部分に前記ブロック体が内包され、該部分の厚さ方向と前記成形型の型閉め方向とが交差するように前記成形前駆体を前記成形型に配置した状態で圧縮成形する、[1]に記載の複合材料成形体の製造方法。
The present invention has the following configurations.
[1] A molding precursor containing a sheet-shaped prepreg containing a reinforcing fiber and a matrix resin composition is heat-pressed and compression-molded by a molding die composed of a pair of dies to produce a composite material molded body having corners. How to do
The molding precursor having corners and containing a block body that does not flow during compression molding inside the prepreg is formed .
Compression molding is performed in a state where the corners of the block body are arranged at the corners forming the corners of the composite material molded body in the cavity of the molding die.
A method for producing a composite material molded product, wherein the block body contains a reinforcing fiber and a cured product of a thermosetting resin.
[2] The composite material molded body includes a first flat plate portion and a second flat plate portion thicker than the first flat plate portion, and the surface direction of the first flat plate portion and the second flat plate portion. Intersect, and corners are formed at the intersection,
The block body is included in a portion of the molding precursor that forms the second flat plate portion, and the molding precursor is molded so that the thickness direction of the portion and the mold closing direction of the molding mold intersect. The method for producing a composite material molded product according to [1], which is compression-molded in a state of being arranged in .
複合材料成形体の製造方法によれば、厚さの異なる2つの平板部で形成される角部を有する複合材料成形体を製造する場合であっても、該角部が欠けたり、該角部が樹脂リッチとなったりすることを抑制することができる。 According to the method for manufacturing a composite material molded product, even when a composite material molded product having corners formed by two flat plate portions having different thicknesses is manufactured, the corner portions are chipped or the corner portions are formed. Can be suppressed from becoming resin-rich.
本発明の複合材料成形体の製造方法は、強化繊維及びマトリックス樹脂組成物を含有するシート状のプリプレグを含む成形前駆体を一対の金型からなる成形型により加熱加圧して圧縮成形し、角部を有する複合材料成形体を製造する方法である。
以下、本発明の複合材料成形体の製造方法の一例を示して説明する。
In the method for producing a composite material molded product of the present invention, a molding precursor containing a sheet-shaped prepreg containing a reinforcing fiber and a matrix resin composition is heat-pressed by a molding mold consisting of a pair of molds and compression-molded. It is a method of manufacturing a composite material molded article having a part.
Hereinafter, an example of the method for producing the composite material molded product of the present invention will be described.
本発明の複合材料成形体の製造方法の一例として、図1A及び図1Bに例示した複合材料成形体1を製造する方法について説明する。
複合材料成形体1は、平面視形状が矩形状の第1平板部2と、第1平板部2の周縁部から全周にわたって垂下された筒状の第2平板部3と、第2平板部3の下端部から外側に垂直方向に突出するフランジ部4と、を備えている。
As an example of the method for producing the composite material molded product of the present invention, the method for producing the composite material molded
The composite material molded
第2平板部3は、第1平板部2よりも肉厚になっている。第1平板部2と第2平板部3は互いの面方向が交差しており、その交差部分に角部5が形成されている。このように、複合材料成形体1は、第1平板部2の上側の周縁部に、全周にわたって、第1平板部2と、第1平板部2よりも肉厚な第2平板部3とで形成された角部5を有している。
本発明の複合材料成形体の製造方法は、このように厚さの異なる平板部によって上側に形成される角部を有する複合材料成形体を、一対の下型及び上型からなる成形型を用いて製造する場合に特に有用である。
The second
In the method for producing a composite material molded product of the present invention, a composite material molded product having corners formed on the upper side by flat plate portions having different thicknesses is used as a molding mold consisting of a pair of lower molds and upper molds. It is especially useful when manufacturing.
この例の第1平板部2と第2平板部3とで形成される角部5の角度θは90°である。なお、角部5の角度θは、90°には限定されず、90°未満であってもよく、90°超であってもよい。本発明の複合材料成形体の製造方法は、目的の複合材料成形体の角部の角度θが90〜135°の場合に特に有用である。
なお、第1平板部2と第2平板部3とで形成される角部5の角度θとは、第1平板部2の外面2aと第2平板部3の外面3aとで形成される内側の角度を意味する。角部が丸みを帯びている場合は、該角部を形成する2つ平板部の互いの平面部分同士がなす角度を意味する。
The angle θ of the
The angle θ of the
複合材料成形体1の製造方法としては、例えば、下記の積層工程、予備賦形工程及び加熱圧縮工程を有する方法が挙げられる。
積層工程:プリプレグと、角部を有し、圧縮成形時に流動しないブロック体とを、プリプレグの内側にブロック体が内包されるように積層する。
予備賦形工程:積層工程で得た積層物を予備賦形して成形前駆体(プリフォーム)を得る。
加熱圧縮工程:一対の上型及び下型からなる成形型により、成形前駆体を加熱加圧して複合材料成形体を得る。
以下、各工程について説明する。
Examples of the method for producing the composite material molded
Laminating step: A prepreg and a block body having corners and not flowing during compression molding are laminated so that the block body is included inside the prepreg.
Preliminary shaping step: The laminate obtained in the laminating step is preformed to obtain a molding precursor (preform).
Heat compression step: A molding precursor is heated and pressed by a molding mold consisting of a pair of upper and lower molds to obtain a composite material molded product.
Hereinafter, each step will be described.
(積層工程)
例えば、図2に例示したプリフォーム型の下型110を用いる。下型110は、平面視形状が矩形状の平板状の本体部112の上側の中央部分に直方体状の凸部114が設けられている。下型110の形状は、目的の複合材料成形体の形状にほぼ相補的な形状であればよく、目的の複合材料成形体の形状に応じて適宜設計できる。
プリフォーム型は、下型110に加えてさらに上型を備えており、下型110と上型とで、目的の複合材料成形体の形状と相補的な形状に近い形状のキャビティを形成するようになっている。
(Laminating process)
For example, the preform type
The preform mold is further provided with an upper mold in addition to the
この例の積層工程では、図3に示すように、下型110の上面に、平面視形状が矩形状の2枚のシート状のプリプレグ10を順次、本体部112と凸部114の全体に沿うように貼り込んで積層する。
なお、この段階で下型110に貼り込むプリプレグ10の積層数は、2枚には限定されず、適宜設定することができ、1枚であってもよく、3枚以上であってもよい。
In the laminating step of this example, as shown in FIG. 3, two sheet-shaped
The number of
次いで、図4A及び図4Bに示すように、プリプレグ10上における、凸部114の周囲のそれぞれの側面側に、各側面に沿うようにブロック体14を4本配置する。ブロック体14は、長さ方向に切断した断面形状が長方形状の板状で、圧縮成形時に流動しない長尺部材であり、4つの角部16を有している。ブロック体14は、厚さ方向の一方の面14a(側面14a)がプリプレグ10における下型110の凸部114の側面を覆う部分に接し、幅方向の一方の面14b(下面14b)がプリプレグ10における下型110の本体部112の上面を覆う部分に接するように配置する。
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, four
ブロック体14の長さ方向の両方の端部には、下型110の凸部114側に向けられる側面14aの長さが、その反対側の側面14cの長さよりも短くなるように傾斜面14eが形成されている。そして、下型110の凸部114を平面視したときの4つの角において、隣り合う2つのブロック体14の傾斜面14e同士が合わせられている。
At both ends of the
ブロック体14の厚さD2(図4B)は、目的の複合材料成形体1においてブロック体14が内容された部分に相当する第2平板部3の厚さD1(図1B)に応じて適宜設定すればよい。
このD1[mm]に対して第1平板部2の厚さをd[mm]とすると、ブロック体14の厚さD2[mm]は、d≦D2≦D1−0.4の関係を満たすのが好ましい。ブロック体14の厚さD2がこの関係の範囲内であれば、得られる複合材料成形体1の角部5に欠けや樹脂リッチな部分が生じることを抑制しやすい。
The thickness D2 (FIG. 4B) of the
Assuming that the thickness of the first flat plate portion 2 is d [mm] with respect to this D1 [mm], the thickness D2 [mm] of the
ブロック体14の幅L(図4B)は、目的の複合材料成形体1においてブロック体14が内容された部分に相当する第2平板部3の高さH(図1B)に応じて適宜設定すればよい。この例では、ブロック体14の幅Lは、下型110の凸部114の高さhと同じになっている。これにより、図3A及び図3Bに示すように、ブロック体14を配置した状態において、ブロック体14の上面14dと、下型110の凸部114の上面を覆うプリプレグ10の上面とが面一になっている。
The width L (FIG. 4B) of the
ブロック体14を配置した後、図5A及び図5Bに示すように、ブロック体14の側面14c側(外側)に、帯状のプリプレグ12を2回巻き付ける。これにより、プリプレグ10上に配置したブロック体14をしっかりと固定することができ、その後の作業性が向上する。
After arranging the
ブロック体14への帯状のプリプレグ12の巻き付け回数は、2回には限定されず、1回であってもよく、3回以上であってもよい。
ブロック体14への帯状のプリプレグ12の巻き付け回数は、D1−D2の数値分相当の積層数を上限として、下限は1枚が好ましい。プリプレグ12の巻き付け回数が範囲内であれば、プリプレグ10上に配置したブロック体14が安定しやすく、作業性が向上し、得られる複合材料成形体1の角部5に欠けや樹脂リッチな部分が生じることを抑制しやすい。
The number of times the strip-shaped
The number of times the strip-shaped
次いで、図6に示すように、さらに平面視形状が矩形状のシート状の2枚のプリプレグ10を、既に貼り込んだプリプレグ10、ブロック体14及び帯状のプリプレグ12の全てを覆うように、かつ下型110の本体部112及び凸部114の形状に沿うように貼り込んで積層する。これにより、プリプレグ10の内側にブロック体14を内包する積層物18が得られる。
ブロック体14の配置後に全体を覆うプリプレグ10の積層数は、2枚には限定されず、適宜設定することができ、1枚であってもよく、3枚以上であってもよい。
Next, as shown in FIG. 6, two sheet-shaped
The number of
プリプレグ10,12は、強化繊維とマトリックス樹脂組成物とを含有する複合材料である。プリプレグ10,12の形態としては、シート状の強化繊維基材にマトリックス樹脂組成物が含浸された形態が挙げられる。プリプレグ10とプリプレグ12は、同じものを用いることが好ましい。
The
強化繊維基材の形態としては、例えば、多数の長尺の強化繊維を一方向に引き揃えたUDシート(一方向シート)、強化繊維を製織して織物としたクロス材、強化繊維からなる不織布等が挙げられる。なかでも、複合材料成形体の意匠性の観点では、クロス材が好ましい。クロス材は、必要な方向に強化繊維を配置した一方向性織物、平織、朱子織、綾織等の二方向性織物、三軸織、ノンクリンプ織物等のいずれの織組織のクロス材であってもよく、意匠性に優れた平織や、意匠性及び加工性に優れた綾織の使用が好ましい。強化繊維基材としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the form of the reinforcing fiber base material, for example, a UD sheet (unidirectional sheet) in which a large number of long reinforcing fibers are aligned in one direction, a cloth material obtained by weaving reinforcing fibers into a woven fabric, and a non-woven fabric composed of reinforcing fibers. And so on. Among them, the cloth material is preferable from the viewpoint of the design of the composite material molded body. The cloth material may be a unidirectional woven fabric in which reinforcing fibers are arranged in a required direction, a bidirectional woven fabric such as plain weave, satin weave, or twill weave, or a cloth material having a woven structure such as triaxial woven fabric or non-crimp woven fabric. It is preferable to use a plain weave having excellent design and a twill weave having excellent design and workability. As the reinforcing fiber base material, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
強化繊維基材を構成する強化繊維としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、タングステンカーバイド繊維、ガラス繊維等が挙げられる。なかでも、強化繊維としては、比強度、比弾性率に優れる点から、炭素繊維が好ましい。強化繊維としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber base material include carbon fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber, boron fiber, tungsten carbide fiber, glass fiber and the like. Among them, carbon fiber is preferable as the reinforcing fiber because it is excellent in specific strength and specific elastic modulus. As the reinforcing fiber, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
強化繊維基材の目付は、70〜800g/m2が好ましく、150〜250g/m2がより好ましい。強化繊維基材の目付が前記範囲内であれば、マトリックス樹脂組成物の含浸性が良好である。70g/m2以上であれば、より外観良好な成形品が得られる。150g/m2以上であれば、安価に表面平滑な複合材料成形体を得ることができる。800g/m2以下であれば、強化繊維基材の加工が容易になる。 Basis weight of the reinforcing fiber base material is preferably from 70~800g / m 2, 150~250g / m 2 is more preferable. When the basis weight of the reinforcing fiber base material is within the above range, the impregnation property of the matrix resin composition is good. If it is 70 g / m 2 or more, a molded product having a better appearance can be obtained. If it is 150 g / m 2 or more, a composite material molded product having a smooth surface can be obtained at low cost. If it is 800 g / m 2 or less, the processing of the reinforcing fiber base material becomes easy.
マトリックス樹脂組成物に含まれるマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂でもよく、熱可塑性樹脂でもよい。マトリックス樹脂としては、樹脂の含浸性が優れており、機械物性の発現しやすい熱硬化性樹脂が好ましい。
熱硬化性樹脂としては、プリプレグに用いられる公知の熱硬化性樹脂を使用することができ、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、ウレタン系樹脂、尿素性樹脂等が挙げられる。なかでも、熱硬化性樹脂としては、複合材料成形体の機械物性の観点から、エポキシ樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
The matrix resin contained in the matrix resin composition may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. As the matrix resin, a thermosetting resin which is excellent in impregnation property of the resin and easily develops mechanical properties is preferable.
As the thermosetting resin, a known thermosetting resin used for prepreg can be used, and examples thereof include epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, and urea resin. Among them, as the thermosetting resin, an epoxy resin is preferable from the viewpoint of mechanical properties of the composite material molded product. As the thermosetting resin, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
マトリックス樹脂組成物には、必要に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、非繊維状フィラー、導電性フィラー、離型剤、界面活性剤等の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The matrix resin composition may contain flame retardants, weathering improvers, antioxidants, heat stabilizers, UV absorbers, plasticizers, lubricants, colorants, compatibilizers, non-fibrous fillers, conductives, as required. Additives such as a sex filler, a mold release agent, and a surfactant may be blended. As the additive, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
ブロック体14の熱膨張係数α1とプリプレグ10,12の熱膨張係数α2との比α1/α2は、0.2〜6であり、1〜2が好ましい。比α1/α2が前記範囲内であれば、圧縮成形の際のブロック体14とプリプレグ10,12の熱変形の度合いが同等となり、ブロック体14とプリプレグ10,12との境界で剥離が生じることを抑制できる。
なお、プリプレグ10の熱膨張係数とプリプレグ12の熱膨張係数が異なる場合、熱膨張係数α2は、それらプリプレグ10の熱膨張係数とプリプレグ12の熱膨張係数の質量平均値とする。
The ratio α1 / α2 of the coefficient of thermal expansion α1 of the
When the coefficient of thermal expansion of the
ブロック体14の材質としては、圧縮成形時に流動せず、前記比α1/α2の条件を満たすものであればよく、例えば、強化繊維と熱硬化性樹脂の硬化物とを含有するブロック体、金属製のブロック体等が挙げられる。なかでも、ブロック体14としては、強化繊維と熱硬化性樹脂の硬化物とを含有するブロック体が好ましい。
The material of the
ブロック体14に用いる強化繊維及び熱硬化性樹脂としては、例えば、プリプレグの説明で挙げたものと同じものが挙げられ、好ましい態様も同じである。ブロック体14に用いる強化繊維は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。ブロック体14に用いる熱硬化性樹脂は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。プリプレグ10,12とブロック体14には、同じ強化繊維及び熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
強化繊維と熱硬化性樹脂の硬化物とを含有するブロック体14は、例えば、強化繊維基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸したシート状のプリプレグを用い、熱硬化性樹脂を硬化させて平板状の複合材料成形体を成形した後、該複合材料成形体を短冊状に切断する方法で得られる。
Examples of the reinforcing fiber and the thermosetting resin used for the
The
ブロック体を形成する金属としては、例えば、アルミニウム、真鍮、チタン等が挙げられる。ブロック体を形成する金属は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。 Examples of the metal forming the block body include aluminum, brass, titanium and the like. The metal forming the block body may be one kind or two or more kinds.
(予備賦形工程)
積層工程で得た積層物18を加熱し、プリフォーム型の下型110の上方から上型を近接して型閉めして加圧し、予備賦形する。これにより、目的の複合材料成形体1の形状に近い形状の成形前駆体(プリフォーム)20が得られる。成形前駆体20においては、目的の複合材料成形体1の第2平板部3を形成する部分にブロック体14が内包されている。また、成形前駆体20内のブロック体14における下型110の凸部114から遠い側の角部16が、目的の複合材料成形体1の角部15に対応する位置に配置されている。
(Preliminary shaping process)
The laminate 18 obtained in the laminating step is heated, and the upper mold is closed in close proximity from above the
予備賦形において積層物を加熱する方法は、公知の方法を適宜使用することができ、例えば、加熱ヒータを用いて積層物を上方から加熱する方法が挙げられる。 As a method of heating the laminate in the preliminary shaping, a known method can be appropriately used, and examples thereof include a method of heating the laminate from above using a heating heater.
(加熱圧縮工程)
加熱圧縮成形には、図7に例示した、一対の上型210及び下型220からなる成形型200を用いる。下型220は、本体部222の上面側に凸部224が設けられている。上型210の下面側には凹部212が形成されている。上型210と下型220とを近接させて成形型200を型閉めした状態では、目的の複合材料成形体1の形状と相補的な形状のキャビティ201が形成される。
(Heat compression process)
For heat compression molding, a molding die 200 composed of a pair of
図8Aに示すように、成形型200の下型220上に成形前駆体20を配置する。次いで、図8Bに示すように、上型210を下型220に近接させて成形型200を型閉めし、成形前駆体20を加熱加圧して圧縮成形する。本実施形態では、圧縮成形時に、成形前駆体20に内包されたブロック体14の角部16が、成形型200のキャビティ201内における、目的の複合材料成形体1の角部5を形成する上側の隅部202に配置される。また、成形前駆体20の第2平板部を形成する部分の厚さ方向と成形型200の型閉め方向とは直交している。
As shown in FIG. 8A, the
成形型200を加熱することで、成形型200と接する成形前駆体20を加熱することができる。成形型200の材質としては、強化繊維の硬度の点から、SCM440相当の鋼材が好ましい。
By heating the molding die 200, the
成形温度は、マトリックス樹脂の種類等に応じて適宜設定できる。
成形時間は、成形温度に応じて適宜設定すればよい。
The molding temperature can be appropriately set according to the type of matrix resin and the like.
The molding time may be appropriately set according to the molding temperature.
マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いている場合は、プリプレグが充分に硬化した後に成形型200を開いて複合材料成形体1を脱型する。また、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いている場合は、熱可塑性樹脂が固化するまで充分に冷却した後に成形型200を開いて複合材料成形体1を脱型する。これにより、角部5に欠けや樹脂リッチな部分が生じることが抑制された複合材料成形体1が得られる。
When a thermosetting resin is used as the matrix resin, the molding die 200 is opened and the composite material molded
複合材料成形体1の角部5に欠けや樹脂リッチな部分が形成されることが抑制される要因は以下のように考えられる。
具体的には、前述した従来の方法では、成形前駆体307における第2平板部303を形成する部分を、帯状のプリプレグ12を複数回巻き付けることで肉厚にしている。このプリプレグ12を何度も巻き付けている部分は、圧縮成形前には未硬化であるため、圧縮成形時に上型と下型によって上下方向に力が加わった際に強化繊維や樹脂が流動して沈み込みやすい。そのため、得られる複合材料成形体301の角部305に欠けや樹脂リッチな部分が形成されやすいと考えられる。
The factors that suppress the formation of chips and resin-rich portions in the
Specifically, in the conventional method described above, the portion of the
これに対して、本実施形態では、圧縮成形時に流動しないブロック体14が成形前駆体20に内包されており、そのブロック体14の角部16が、成形型200のキャビティ201内における、目的の複合材料成形体1の角部5を形成する上側の隅部202に配置される。この状態で成形型200により圧縮成形することで、上型210と下型220によって上下方向に力が加わっても、ブロック体14が変形せず、キャビティ201内の隅部202でプリプレグ10が沈み込むことが抑制される。そのため、得られる複合材料成形体1の角部5に欠けが生じたり、樹脂リッチな部分が形成されたりすることが抑制される。
On the other hand, in the present embodiment, the
以上説明したように、本発明の複合材料成形体の製造方法によれば、角部を有し、圧縮成形時に流動しないブロック体を内包する成形前駆体を用いて圧縮成形することで、得られる複合材料成形体の角部に欠けが生じたり、樹脂リッチな部分が形成されたりすることを抑制することができる。また、本発明では、用いるブロック体の熱膨張係数α1とプリプレグの熱膨張係数α2との比α1/α2が特定の範囲に制御されていることで、ブロック体とプリプレグの境界部分において剥離等の不具合が生じることも抑制される。 As described above, according to the method for producing a composite material molded product of the present invention, it can be obtained by compression molding using a molding precursor having corners and containing a block body that does not flow during compression molding. It is possible to suppress the occurrence of chipping at the corners of the composite material molded product and the formation of resin-rich portions. Further, in the present invention, the ratio α1 / α2 of the coefficient of thermal expansion α1 of the block body to be used and the coefficient of thermal expansion α2 of the prepreg is controlled within a specific range, so that peeling or the like occurs at the boundary between the block body and the prepreg. The occurrence of defects is also suppressed.
なお、本発明の複合材料成形体の製造方法は、前記した複合材料成形体1の製造方法には限定されない。
例えば、本発明の複合材料成形体の製造方法は、尖った角部を有する複合材料成形体を製造する方法には限定されず、丸みを帯びた角部を有する複合材料成形体を製造する方法であってもよい。具体的には、例えば、図9Aに例示した複合材料成形体1Aを製造する態様が挙げられる。図9Aにおける図1Bと同じ部分には同符合を付して説明を省略する。複合材料成形体1Aは、角部5の代わりに、丸みを帯びた角部5Aを有する以外は、複合材料成形体1と同じである。
The method for producing the composite material molded product of the present invention is not limited to the method for producing the composite material molded
For example, the method for producing a composite material molded article of the present invention is not limited to the method for producing a composite material molded article having sharp corners, but is a method for producing a composite material molded article having rounded corners. It may be. Specifically, for example, an embodiment of manufacturing the composite material molded
複合材料成形体1Aを製造する場合は、複合材料成形体1を製造する場合と同様に、例えば、下型110の上面に、2枚のシート状のプリプレグ10を順次、本体部112と凸部114の全体に沿うように貼り込んで積層する。次いで、図9Bに示すように、プリプレグ10上における、凸部114の周囲のそれぞれの側面側に、各側面に沿うようにブロック体14Aを4本配置する。ブロック体14Aは、上側における凸部114から遠い側の角部16Aが丸みを帯びている以外は、ブロック体14と同様の板状の長尺部材である。
When the composite material molded
ブロック体14Aを配置した後、ブロック体14Aの側面14c側(外側)に帯状のプリプレグ12を2回巻き付け、さらにシート状の2枚のプリプレグ10を下型110の本体部112及び凸部114の形状に沿うように貼り込んで積層して積層物18Aを得る。次いで、積層物18Aを予備賦形して成形前駆体20Aを得る。次いで、複合材料成形体1Aの形状に相補的な形状のキャビティを形成する下型及び上型からなる成形型により、成形前駆体20Aを加熱加圧して圧縮成形し、複合材料成形体1Aを得る。
After arranging the block body 14A, the band-shaped
複合材料成形体が丸みを帯びた角部を有する場合でも、肉厚の異なる平板部のうちの肉厚な平板部を、ブロック体を用いずに帯状のプリプレグを何度も巻き付けて形成する従来の製造方法では、角部に欠けや樹脂リッチな部分が生じる問題が生じやすい。これに対して、ブロック体14Aを内包する成形前駆体20Aを用いて圧縮成形することで、圧縮成形時の加圧によってプリプレグが沈み込むことを抑制できるため、得られる複合材料成形体の角部に欠けが生じたり、樹脂リッチな部分が形成されたりすることを抑制することができる。
Even when the composite material molded body has rounded corners, the thick flat plate portion among the flat plate portions having different wall thickness is formed by winding a strip-shaped prepreg many times without using a block body. In the manufacturing method of, there is a tendency for problems such as chipping at corners and resin-rich parts to occur. On the other hand, by compression molding using the
また、本発明の複合材料成形体の製造方法は、予備賦形を行わなくても圧縮成形が可能な成形前駆体が得られる場合は、予備賦形工程を有しない方法であってもよい。
本発明の複合材料成形体の製造方法においては、ブロック体14,14Aの外側に帯状のプリプレグを巻き付けずに成形前駆体20,20Aを形成してもよい。
In addition, the method for producing a composite material molded product of the present invention may be a method that does not have a preliminary shaping step, as long as a molding precursor capable of compression molding can be obtained without performing preliminary shaping.
In the method for producing a composite material molded product of the present invention,
前記した複合材料成形体1の製造方法においては、シート状のプリプレグ10を貼り込んだ後に、下型110の凸部114の周囲に4本の板状の長尺のブロック体14を配置したが、下型110の凸部114の周囲に2つのL字型のブロック体を配置する方法であってもよい。なお、ブロック体の製造が容易になる点から、下型110の凸部114の周囲に4本の板状の長尺のブロック体14を配置する方法が好ましい。
In the method for producing the composite material molded
本発明の複合材料成形体は、厚さの同じ2つの平板部で形成された角部を有する複合材料成形体を製造する方法であってもよい。ただし、角部に欠けや樹脂リッチな部分が生じる問題は、厚さが異なる2つの平板部で形成される角部を有し、かつ肉厚な平板部の厚さ方向が成形型の型閉め方向と交差する場合、特にそれらが直交する場合に生じやすい。そのため、本発明はこのような場合に特に有効である。 The composite material molded product of the present invention may be a method for producing a composite material molded product having corners formed by two flat plate portions having the same thickness. However, the problem that the corners are chipped or resin-rich is that the corners are formed by two flat plates with different thicknesses, and the thickness direction of the thick flat plates is the mold closing of the molding mold. It is more likely to occur when intersecting directions, especially when they are orthogonal. Therefore, the present invention is particularly effective in such cases.
1,1A 複合材料成形体
2 第1平板部
3 第2平板部
4 フランジ部
5 角部
10,12 プリプレグ
14,14A ブロック体
16,16A 角部
18,18A 積層物
20,20A 成形前駆体
110 プリフォーム型の下型
112 本体部
114 凸部
200 成形型
201 キャビティ
202 隅部
210 上型
212 凹部
220 下型
222 本体部
224 凸部
1,1A Composite material molded body 2 1st
Claims (2)
角部を有し、圧縮成形時に流動しないブロック体を前記プリプレグの内側に内包する前記成形前駆体を形成し、
前記成形型のキャビティ内における前記複合材料成形体の角部を形成する隅部に、前記ブロック体の角部を配置した状態で圧縮成形し、
前記ブロック体が、強化繊維と、熱硬化性樹脂の硬化物とを含有する、複合材料成形体の製造方法。 A method for producing a composite material molded product having corners by heating and pressurizing a molding precursor containing a sheet-shaped prepreg containing a reinforcing fiber and a matrix resin composition with a molding mold consisting of a pair of molds and compression molding. There,
The molding precursor having corners and containing a block body that does not flow during compression molding inside the prepreg is formed .
Compression molding is performed in a state where the corners of the block body are arranged at the corners forming the corners of the composite material molded body in the cavity of the molding die.
A method for producing a composite material molded product, wherein the block body contains a reinforcing fiber and a cured product of a thermosetting resin.
前記成形前駆体の前記第2平板部を形成する部分に前記ブロック体が内包され、該部分の厚さ方向と前記成形型の型閉め方向とが交差するように前記成形前駆体を前記成形型に配置した状態で圧縮成形する、請求項1に記載の複合材料成形体の製造方法。 The composite material molded body includes a first flat plate portion and a second flat plate portion thicker than the first flat plate portion, and the surface directions of the first flat plate portion and the second flat plate portion intersect with each other. , The corners are formed at the intersection,
The block body is included in a portion of the molding precursor that forms the second flat plate portion, and the molding precursor is molded so that the thickness direction of the portion and the mold closing direction of the molding mold intersect. The method for producing a composite material molded product according to claim 1, wherein the composite material molded product is compression-molded in a state of being arranged in.
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