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CARBON FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL MOLDING AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD FOR REPAIRING CARBON FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL MOLDING commons

Patent code P140010987
File No. GI-H26-18
Posted date Sep 5, 2014
Application number P2014-174632
Publication number P2016-049646A
Patent number P6508510
Date of filing Aug 28, 2014
Date of publication of application Apr 11, 2016
Date of registration Apr 12, 2019
Inventor
  • (In Japanese)三宅 卓志
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title CARBON FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL MOLDING AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD FOR REPAIRING CARBON FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL MOLDING commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for improving an interface adhesive strength between a carbon fiber and a resin in a CFRP molding in which a resin is used as a matrix; and a method for repairing lowering of a mechanical strength caused by deterioration, damage and the like due to use of the CFRP molding.
SOLUTION: There is provided a CFRP molding in which a resin is used as a matrix. An area ratio of a gap portion between a carbon fiber and the peripheral resin to a cross-sectional area of the carbon fiber in a cross section in a thickness direction of the molding is in a range of 100:10 to 100:0.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

炭素繊維を用いた複合材料は、軽量でありながら強度や耐衝撃性などの力学的特性に優れているため、航空機部材および自動車部材など多くの分野で利用されている。特に軽量で高い力学特性が求められる航空機部材用途としては好適に用いられる。この成形方法としては、主にプリプレグ法が採用されている。

プリプレグ法とは、炭素繊維に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させてシート状の中間基材(以下、プリプレグという)を作成し、このプリプレグを所望の形状に裁断、積層し、含浸樹脂を硬化させることにより炭素繊維強化複合材料(以下、CFRPという)を得る手法である。

プリプレグ法を使用する製法については、例えば、炭素繊維とガラス転移温度が硬化温度より10℃以上高い液状エポキシ樹脂を用いる製造方法(特許文献1)、炭素繊維が束状で実質的に2次元配向している炭素繊維シート等の成形材料において、特定のエポキシ化合物と特定の3級アミン化合物等を特定比率で含むサイジング剤を炭素繊維に塗布し、マトリックス樹脂と炭素繊維との接着性を高めた方法(特許文献2)の他、非常に多数の提案がある。

これらの方法によれば高性能のCFRPを確実に成形できる利点があるものの、一旦プリプレグを加熱硬化させるという工程が必要であり、生産性における改良の余地がある。

一方、製造工程簡素化を実現するために、炭素繊維及びマトリックス樹脂を含有する樹脂組成物を、射出成形法又は圧縮成形法により母材上に直接成形する製造方法(特許文献3)や、所定範囲の体積抵抗率を有する炭素繊維チョップドストランドと熱可塑性樹脂とからなる樹脂組成物(特許文献4)を製造する方法、特定の熱伝導率及び形状を有するピッチ係炭素繊維に合成樹脂からなるマトリックスを含浸せしめ、炭素繊維の充填率が増加し、厚さ方向の熱伝導率が改善されたCFRP(特許文献5)、などが提案されている。

前記の提案による熱可塑性樹脂をマトリックスとする炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材(以下、CFRTPという。なお、本明細書において「CFRP」との表記は、特にことわりのない限り、「CFRTP」も含むものとする。)は、加熱により可塑化させて射出成形できることから高サイクル成形が可能で、生産性が高く、複雑形状を高精度に成形できる。この射出成形に利用される炭素繊維は、プリプレグ法に利用される炭素繊維よりも一般に短い不連続繊維であるために、成形体強度への影響は、炭素繊維同士の絡み合いによる機能付与だけでなく、繊維と樹脂との一体化に依るところが大きいと考えられる。

しかし、射出成形では樹脂の流動に伴い炭素繊維も移動することから、繊維の配向や分散の不均一が生じることがあり、実成形体では単純な引張試験片形状で得られる強度に比べ、低い強度しか達成できないことがある。

また、熱可塑性樹脂は溶融状態であっても水よりもかなり粘度の高い状態であり、樹脂が炭素繊維間へ浸透し難く、繊維との接着性も必ずしも良好でないものが多い。炭素繊維の周りに樹脂が十分に接触した状態で成形体が得られれば良いが、両者の熱膨張性や流動性の差異や樹脂の収縮によって、炭素繊維とその周囲の樹脂との間に隙間が発生することがあり、これが成形体の機械的な物性に影響を及ぼすことが考えられる。

また、連続繊維で強化したCFRPであっても、プレスによる曲げ加工などにより成形体中で炭素繊維と樹脂が密着不十分になることも想定される。さらに、成形体の使用時における繰り返し負荷や衝撃等により、内部構造に劣化・損傷が発生することもあり、これを適当に修復することができれば、コスト低下や継続的・長期的な使用を可能にすることができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、炭素繊維強化複合材料成形体およびその製造方法、並びに該成形体の使用に伴う劣化部分の簡易な修復方法に係わり、具体的には前記成形体中の炭素繊維を直接加熱し、その結果生じる炭素繊維の温度上昇を利用して炭素繊維近傍の樹脂を溶融あるいは軟化させて、成形時や繰り返し応力等により生じた炭素繊維と樹脂との隙間を埋設した成形体およびその製造方法、並びに修復方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
樹脂をマトリックスとする炭素繊維強化複合材料を所定の形状に射出成形する工程、
射出成形後に任意の箇所に対して、1.6MHz~2.2MHzの高周波を10分以内の時間照射し、電磁誘導加熱する工程を含み、
前記電磁誘導加熱した箇所を、該成形体の厚さ方向における断面において、
炭素繊維の断面積に対する、該炭素繊維と周囲の樹脂までとの間の空隙部分の面積比が、100:10~100:0の範囲内とし、
該成形体全体の寸法、形状には変化がない
ことを特徴とする、炭素繊維強化複合材料の射出成形体の製造方法。

【請求項2】
 
炭素繊維強化複合材料の射出成形体に対して、
補修を要する箇所に1.6MHz~2.2MHzの高周波を10分以内の時間照射し、電磁誘導加熱することにより、
該成形体の厚さ方向における断面において、
炭素繊維の断面積に対する、該炭素繊維と周囲の樹脂までとの間の空隙部分の面積比が、100:10~100:0の範囲内とし、
該成形体全体の寸法、形状には変化がない
ことを特徴とする、炭素繊維強化複合材料の射出成形体を補修する方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014174632thum.jpg
State of application right Registered
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