繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料
【課題】繊維強化複合材料システムにおいて、繊維強化複合材料の繊維体積含有率を、より精度よく制御することである。
【解決手段】繊維束１４に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システム１０であって、繊維束１４に第１樹脂を含浸する樹脂含浸装置２２と、第１樹脂が含浸された繊維束１４に第２樹脂を被覆する樹脂被覆装置３４とを備え、第２樹脂には、第１樹脂よりも樹脂粘度が高い樹脂を用いる。そして、第１樹脂と第２樹脂とには、熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。
【解決手段】繊維束１４に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システム１０であって、繊維束１４に第１樹脂を含浸する樹脂含浸装置２２と、第１樹脂が含浸された繊維束１４に第２樹脂を被覆する樹脂被覆装置３４とを備え、第２樹脂には、第１樹脂よりも樹脂粘度が高い樹脂を用いる。そして、第１樹脂と第２樹脂とには、熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に係り、特に、繊維に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形システムには、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）法等が使用される。フィラメントワインディング法は、樹脂含浸した繊維をマンドレル等に連続して巻き付けて積層することにより繊維強化複合材料を成形するシステムである。
【０００３】
特許文献１には、耐衝撃性、耐疲労特性に優れた繊維強化複合材料をフィラメントワインディング法などの成形法で容易に与えうる中間素材であるヤーンプリプレグ、およびかかる優れた特性を有する繊維強化複合材料を提供するため、強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸され、かつ、エラストマーまたは熱可塑性樹脂を主体としてなる樹脂が表面近傍に存在することを特徴とするヤーンプリプレグ等が示されている。
【０００４】
特許文献２には、マンドレルの表面に光硬化剤と熱硬化剤を含有する硬化性樹脂液を塗布し、これに光を照射して硬化性樹脂液をゲル化させ、その外周に熱硬化性樹脂液を含浸させたロービング繊維材を巻付けて積層し、これを常温でまたは加熱して全部の樹脂を硬化させて、繊維強化樹脂成形品を製造することが示されている。
【０００５】
特許文献３には、巻線に繊維補強材を巻き付ける作業を行う際に、補強材に含浸された樹脂が未硬化の状態にあって流動性を有するため作業性が悪いだけでなく、樹脂が垂れ落ちて無駄になる欠点を解決するため、樹脂含浸繊維補強材に含浸させた樹脂を予め半硬化の状態に処理しておき、樹脂含浸繊維補強材を加熱して樹脂を溶融させつつ巻線を被覆する作業を行うことが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２８３４３５号公報
【特許文献２】特開平０５−４５７号公報
【特許文献３】特開昭５４−１５６０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、繊維強化複合材料を、例えばフィラメントワインディング法で成形する場合には、繊維束に樹脂を含浸した後、樹脂含浸された繊維束はマンドレル等に巻き付けられて積層される。繊維束に含浸される樹脂には、樹脂含浸性を向上させるため、一般的に、樹脂粘度がより小さい樹脂が使用される。そのため、加熱硬化時に、樹脂含浸された繊維束を積層した積層体から含浸された樹脂が流動して流れ出す可能性がある。それにより、積層体を硬化して成形された繊維強化複合材料における繊維体積含有率の制御が困難な場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、繊維強化複合材料の繊維体積含有率を、より精度よく制御することができる繊維強化複合材料システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形システムは、繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システムであって、繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸装置と、第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆装置と、を備え、第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形システムにおいて、第２樹脂が被覆された繊維束を間隙に通すことにより、余分に被覆された第２樹脂を除去して第２樹脂の被覆量を調整する被覆量調整手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料成形システムにおいて、第１樹脂と第２樹脂とは、熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形方法であって、繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、を備え、第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る繊維強化複合材料は、繊維束に樹脂を含浸して成形される繊維強化複合材料であって、繊維束に第１樹脂を含浸し、第１樹脂が含浸された繊維束に、第１樹脂よりも樹脂粘度が高い第２樹脂を被覆して成形されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料によれば、樹脂含浸された繊維束が積層された積層体からの樹脂の流出が抑制されるので、繊維強化複合材料の繊維体積含有率を、より精度よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、繊維強化複合材料成形システム１０の構成を示す図である。
【００１６】
繊維供給装置１２は、繊維束１４を送り出す機能を有している。繊維供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置１２は、繊維束１４を巻き付けるための複数のボビン１６と、複数の繊維束１４に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。それにより、ボビン１６等から送り出された複数の繊維束１４からなる繊維束を、繊維張力調整装置１８で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、繊維束１４の本数は、複数本に限定されることはなく、１本でもよい。
【００１７】
繊維束１４には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、繊維束１４には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。
【００１８】
繊維束１４には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。繊維束１４として、例えば、炭素繊維を用いた場合には、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランド等を用いることができる。また、繊維束１４には、一方向材だけでなく、平織や朱子織等で織られた織物材の繊維シート等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、繊維束１４は、これらの形態に限定されることはない。
【００１９】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された複数の繊維束１４に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置２０には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００２０】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０で張力測定された繊維束１４に、第１樹脂を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置２２は、繊維束１４に含浸する第１樹脂を溜める樹脂槽２４と、繊維束１４に第１樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ２６と、第１テンションローラ２８と、第２テンションローラ３０と、を備えている。また、樹脂含浸装置２２は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計（図示せず）と、樹脂含浸量を調整するために繊維束１４に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計３２と、を有している。
【００２１】
第１樹脂の樹脂含浸は、樹脂含浸ローラ２６を回転させて、ローラ面を樹脂槽２４に溜めた第１樹脂に浸漬した後、第１樹脂が付着したローラ面を繊維束１４に接触させることで樹脂含浸することができる。繊維束１４に含浸される第１樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、第１樹脂は、上記合成樹脂に限定されることなない。
【００２２】
第１樹脂には、樹脂硬化度が小さく、樹脂粘度の低い樹脂が使用される。樹脂粘度が低い状態の樹脂を使用することにより、繊維束１４により均一に第１樹脂を樹脂含浸することができるからである。図２は、熱硬化性樹脂を２５℃で曝露したときの経過時間と樹脂粘度との関係を示す図である。図２では、横軸には熱硬化性樹脂を２５℃で曝露したときの経過時間を取り、縦軸には熱硬化性樹脂の樹脂粘度を取り、３種類の熱硬化性樹脂のデータを黒三角、黒四角、黒菱形で示した。なお、樹脂粘度は、ＪＩＳやＡＳＴＭ等に規定される一般的な樹脂粘度測定方法により測定された。図２に示すように、熱硬化性樹脂は曝露時間が経過するに従って硬化反応が進行するため、樹脂粘度が高くなる。そのため、第１樹脂には、例えば、２５℃での曝露時間が２０時間以下で、２５℃での樹脂粘度２０００ｍＰａｓ以下である樹脂粘度が低い状態の樹脂が使用される。
【００２３】
樹脂被覆装置３４は、第１樹脂が含浸された繊維束１４に、第２樹脂を被覆する機能を有している。第２樹脂には、第１樹脂よりも樹脂粘度の高い樹脂が使用される。第１樹脂が含浸された繊維束１４に、第１樹脂よりも硬化反応が進み樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度が高い状態の第２樹脂を被覆することにより、硬化時には、第１樹脂よりも硬化反応率が大きく樹脂硬化度が大きい第２樹脂から先に硬化が進行するため、繊維束１４内に含浸された第１樹脂の流出を抑制することができるからである。
【００２４】
第２樹脂には、第１樹脂よりもより硬化反応が進行して樹脂硬化度が大きく、ゲル化近傍の状態にある樹脂を使用することが好ましい。第２樹脂にゲル化近傍の状態にある樹脂を使用することにより、硬化時には、第２樹脂をより速く硬化させることができるからである。図２に示すように、第２樹脂には、例えば、２５℃での曝露時間が７２時間の近傍で、２５℃での樹脂粘度９０００ｍＰａｓである樹脂粘度が高い状態の樹脂が使用される。
【００２５】
第１樹脂と第２樹脂とは、同一種類の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、第１樹脂にエポキシ樹脂を用いた場合には、第２樹脂にもエポキシ樹脂を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、第１樹脂と第２樹脂とは、異なる種類の合成樹脂を使用してもよい。
【００２６】
樹脂被覆装置３４には、合成樹脂を塗布等してコーティングする一般的なコーティング装置を使用することができる。勿論、樹脂被覆装置３４は、上記装置に限定されることはなく、例えば、スプレー装置等を用いてもよい。
【００２７】
被覆量調整器３６は、余分に被覆された第２樹脂を除去して第２樹脂の被覆量を調整する機能を有している。図３は、被覆量調整器３６を示す模式図である。被覆量調整器３６は、所定幅の間隙３８を有している。第２樹脂が被覆された繊維束１４を間隙３８に通すことにより、余分に被覆された第２樹脂が除去されて第２樹脂の被覆量を調整することができる。被覆量調整器３６は、例えば、ステンレス鋼等の金属シートに、第１樹脂が含浸された繊維束１４を通すスリットを穿孔加工等で設けることにより製造することができる。そして、第２樹脂の被覆量を測定するため、樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計４０が設けられる。
【００２８】
フィラメントワインディング装置４２は、樹脂被覆装置３４から送り出された第２樹脂が被覆された繊維束１４を、型または心金であるマンドレル４４（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻き付ける機能を有している。フィラメントワインディング装置４２は、第２樹脂が被覆された繊維束１４をマンドレル４４等の円周方向や軸方向に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置４２は、例えば、マンドレル４４等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）や、マンドレル４４等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により第２樹脂が被覆された繊維束１４を巻き付けることができる。
【００２９】
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、マンドレル４４の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、第２樹脂が被覆された繊維束１４は、フィラメントワインディング装置４２により、張力を与えつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられて積層される。
【００３０】
制御装置４６は、繊維張力測定装置２０と、樹脂含浸装置２２に配置される樹脂温度センサ（図示せず）と、樹脂膜厚計３２、４０等とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。
【００３１】
制御装置４６は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維束１４の張力データの電気信号を入力し、繊維束１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置４６は、樹脂含浸装置２２に配置された樹脂温度センサ（図示せず）から出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。制御装置４６は、樹脂膜厚計３２から出力される第１樹脂の樹脂膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸ローラ２６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。制御装置４６は、樹脂膜厚計４０から出力される樹脂膜厚データの電気信号を入力して、第２樹脂において基準となる所定の樹脂量が被覆されているか否かを検知することができる機能を有している。かかる制御装置４６は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置４６と接続されたデータロガ４８には、上述した繊維束１４の張力データ、樹脂温度データ、第１樹脂及び第２樹脂の樹脂膜厚データ等が記憶されて保存される。
【００３２】
次に、繊維強化複合材料成形システム１０の動作について説明する。
【００３３】
繊維供給装置１２のボビン１６から繊維束１４が繰り出され、ボビン１６から繰り出された繊維束１４は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されて繊維供給装置１２から送り出される。
【００３４】
繊維供給装置１２から送り出された繊維束１４は、繊維張力測定装置２０により繊維束１４に負荷されている張力が測定される。ここで、繊維張力測定装置２０により測定された繊維束１４の張力データは、繊維張力測定装置２０から制御装置４６へ出力され、データロガ４８に記憶されて保存される。また、繊維束１４に、例えば、基準となる所定の張力が負荷されていない場合には、制御装置４６が、張力の異常を検知して異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００３５】
繊維張力測定装置２０を通過した繊維束１４は、樹脂含浸装置２２に送り出される。樹脂含浸装置２２における樹脂槽２４の中には、例えば、エポキシ樹脂からなる液状の第１樹脂が溜められている。第１樹脂の樹脂温度は、熱電対等の樹脂温度センサ（図示せず）により測定される。そして、樹脂温度データは、樹脂温度センサ（図示せず）から制御装置４６へ出力され、データロガ４８に記憶されて保存される。また、第１樹脂の樹脂温度が、例えば、設定された樹脂温度でない場合には、制御装置４６が樹脂温度の異常を検知して、異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００３６】
樹脂含浸ローラ２６は、ローラが回転することにより樹脂槽２４に溜められた第１樹脂と接触し、樹脂含浸ローラ２６の表面に第１樹脂が付着する。そして、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とにより押さえられた繊維束１４が樹脂含浸ローラ２６と接触することにより、第１樹脂が繊維束１４に含浸される。
【００３７】
樹脂膜厚計３２により測定された第１樹脂の樹脂膜厚データは、樹脂膜厚計３２から制御装置４６へ出力される。そして、出力された第１樹脂の樹脂膜厚データは、制御装置４６により基準となる樹脂膜厚と比較されるとともにデータロガ４８に記憶される。そして、第１樹脂の樹脂膜厚データが基準となる第１樹脂の樹脂膜厚よりも薄い場合には、制御装置４６により繊維束１４に適正な樹脂量の樹脂が含浸されていないと判断されて、異常信号等が出力される。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００３８】
第１樹脂が含浸された繊維束１４は、第２テンションローラ３０を介した後、樹脂被覆装置３４へ送り出される。第１樹脂が含浸された繊維束１４は、樹脂被覆装置３４により第２樹脂が塗布されて被覆される。第２樹脂が被覆された繊維束１４は、被覆量調整器３６に設けられた間隙３８を通過することにより、余分に付着された第２樹脂が除去されて第２樹脂の被覆量が調整される。
【００３９】
図４は、第２樹脂の被覆量が調整された後における第２樹脂が被覆された繊維束１４を示す図である。繊維束１４を構成する繊維５０と繊維５０との間には第１樹脂５２が含浸され、第１樹脂５２が含浸された繊維束１４の表面には、所定の膜厚で第２樹脂５４が被覆される。
【００４０】
樹脂膜厚計４０により測定された第２樹脂の樹脂膜厚データは、樹脂膜厚計４０から制御装置４６へ出力される。そして、出力された第２樹脂の樹脂膜厚データは、制御装置４６により基準となる樹脂膜厚と比較されるとともにデータロガ４８に記憶される。そして、第２樹脂の樹脂膜厚データが基準となる第２樹脂の樹脂膜厚よりも薄い場合には、制御装置４６により第１樹脂が含浸された繊維束１４に適正な樹脂量の第２樹脂が被覆されていないと判断されて、異常信号等が出力される。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００４１】
第２樹脂が被覆された繊維束１４は、フィラメントワインディング装置４２へ送り出される。第２樹脂が被覆された繊維束１４は、フィラメントワインディング装置４２により、マンドレル４４または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられて積層される。その後、マンドレル４４またはライナ等に第２樹脂が被覆された繊維束１４を巻き付けて積層した積層体を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４２】
ここで、第２樹脂が被覆された繊維束１４を積層した積層体の硬化時には、積層体が加熱されることにより、まず、第１樹脂より硬化反応が進行し樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度が高い第２樹脂が先に硬化する。第１樹脂は、第２樹脂よりも硬化反応率が小さく樹脂硬化度が小さいため、第１樹脂の樹脂粘度は低い状態にある。しかし、第２樹脂は硬化して既に固化しているため、樹脂粘度が低い状態の第１樹脂の流れは、硬化した第２樹脂によって止められる。そのため、樹脂含浸された繊維束１４から第１樹脂の流出が抑制され、より精度よく繊維体積含有率を制御することができる。
【００４３】
次に、繊維束１４の代わりにプリプレグを使用した繊維強化複合材料成形システムについて説明する。なお、同様な要素は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
図５は、プリプレグ６２を使用した繊維強化複合材料成形システム６０を示す図である。予め繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ６２を使用するため、樹脂含浸装置２２は用いられない。プリプレグに含まれる第３樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、プリプレグに含まれる第３樹脂は、上記合成樹脂に限定されることはない。
【００４５】
繊維供給装置１２から送り出されたプリプレグ６２は、繊維張力測定装置２０によりプリプレグ６２に負荷されている張力が測定される。張力測定されたプリプレグ６２は、樹脂被覆装置３４へ送られる。プリプレグ６２は、樹脂被覆装置３４により、プリプレグ６２に含まれる第３樹脂よりも硬化反応が進行して樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度の高い第４樹脂が塗布されてプリプレグ６２に被覆される。第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２は、被覆量調整器３６に設けられた間隙３８を通過することにより、余分に付着された第４樹脂が除去されて第４樹脂の被覆量が調整される。
【００４６】
第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２は、フィラメントワインディング装置４２へ送り出される。第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２は、フィラメントワインディング装置４２により、マンドレル４４または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられて積層される。その後、マンドレル４４またはライナ等に第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２を巻き付けて積層した積層体を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４７】
ここで、第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２を積層した積層体の硬化時には、積層体が加熱されることにより、まず、プリプレグ６２に含まれる第３樹脂より硬化反応が進行し樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度が高い第４樹脂が先に硬化する。プリプレグ６２に含まれる第３樹脂は、第４樹脂よりも硬化反応率が小さく樹脂硬化度が小さいので、第３樹脂の樹脂粘度は低い状態にある。しかし、第４樹脂は硬化して既に固化しているため、樹脂粘度が低い状態のプリプレグ６２に含まれる第３樹脂の流れは、硬化した第４樹脂によって止められる。そのため、プリプレグ６２から第３樹脂の流出が抑制されるので、より精度よく繊維体積含有率を制御することができる。
【００４８】
なお、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施得ることは勿論である。例えば、上記の実施形態では、繊維強化複合材料成形方法にフィラメントワインディング法を用いる場合を示しているが、他の繊維強化複合材料成形方法、例えば、ハンドレイアップ法等を用いる場合にも、本発明は適用可能である。
【００４９】
以上、上記構成によれば、硬化時に、繊維に含浸された第１樹脂よりも、第１樹脂が含浸された繊維に被覆される第２樹脂が先に硬化するため、繊維に含浸された第１樹脂の流出を抑制することができる。それにより、繊維強化複合材料の繊維体積含有率をより精度よく制御することができる。
【００５０】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の繊維体積含有率をより精度よく調整することができるので、繊維強化複合材料の層方向で繊維体積含有率を変化させて成形する場合（例えば、樹脂体積含有率が繊維体積含有率より大きい層と、樹脂体積含有率が繊維体積含有率より小さい層との２層構造）においても、繊維体積含有率をより精度よく制御して成形することができる。
【００５１】
上記構成によれば、繊維に含浸された第１樹脂の流出を抑制することができるので、ボイドやクラック等の形成を抑制することができる。
【００５２】
上記構成によれば、繊維強化複合材料のフィラメントワインディング成形法において、繊維に含浸される第１樹脂の樹脂量と、第１樹脂が含浸された繊維に被覆される第２樹脂の樹脂量とを樹脂膜厚計等で管理することにより、繊維強化複合材料成形工程内で繊維体積含有率の管理を行うことができる。
【００５３】
上記構成によれば、繊維の代わりにプリプレグを使用した場合においても、硬化時に、プリプレグに含まれる第３樹脂よりも、プリプレグに被覆される第４樹脂が先に硬化するため、プリプレグに含まれる第３樹脂の流出を抑制することができる。それにより、繊維強化複合材料の繊維体積含有率をより精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、熱硬化性樹脂を２５℃で曝露したときの経過時間と樹脂粘度との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、被覆量調整器を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態において、第２樹脂の被覆量が調整された後における第２樹脂が被覆された繊維束を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態において、プリプレグを使用した繊維強化複合材料成形システムを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０、６０ 繊維強化複合材料成形システム、１２ 繊維供給装置、１４ 繊維束、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂含浸ローラ、２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３２，４０ 樹脂膜厚計、３４ 樹脂被覆装置、３６ 被覆量調整器、３８ 間隙、４２ フィラメントワインディング装置、４４ マンドレル、４６ 制御装置、４８ データロガ、５０ 繊維、５２ 第１樹脂、５４ 第２樹脂、６２ プリプレグ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に係り、特に、繊維に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形システムには、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）法等が使用される。フィラメントワインディング法は、樹脂含浸した繊維をマンドレル等に連続して巻き付けて積層することにより繊維強化複合材料を成形するシステムである。
【０００３】
特許文献１には、耐衝撃性、耐疲労特性に優れた繊維強化複合材料をフィラメントワインディング法などの成形法で容易に与えうる中間素材であるヤーンプリプレグ、およびかかる優れた特性を有する繊維強化複合材料を提供するため、強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸され、かつ、エラストマーまたは熱可塑性樹脂を主体としてなる樹脂が表面近傍に存在することを特徴とするヤーンプリプレグ等が示されている。
【０００４】
特許文献２には、マンドレルの表面に光硬化剤と熱硬化剤を含有する硬化性樹脂液を塗布し、これに光を照射して硬化性樹脂液をゲル化させ、その外周に熱硬化性樹脂液を含浸させたロービング繊維材を巻付けて積層し、これを常温でまたは加熱して全部の樹脂を硬化させて、繊維強化樹脂成形品を製造することが示されている。
【０００５】
特許文献３には、巻線に繊維補強材を巻き付ける作業を行う際に、補強材に含浸された樹脂が未硬化の状態にあって流動性を有するため作業性が悪いだけでなく、樹脂が垂れ落ちて無駄になる欠点を解決するため、樹脂含浸繊維補強材に含浸させた樹脂を予め半硬化の状態に処理しておき、樹脂含浸繊維補強材を加熱して樹脂を溶融させつつ巻線を被覆する作業を行うことが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２８３４３５号公報
【特許文献２】特開平０５−４５７号公報
【特許文献３】特開昭５４−１５６０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、繊維強化複合材料を、例えばフィラメントワインディング法で成形する場合には、繊維束に樹脂を含浸した後、樹脂含浸された繊維束はマンドレル等に巻き付けられて積層される。繊維束に含浸される樹脂には、樹脂含浸性を向上させるため、一般的に、樹脂粘度がより小さい樹脂が使用される。そのため、加熱硬化時に、樹脂含浸された繊維束を積層した積層体から含浸された樹脂が流動して流れ出す可能性がある。それにより、積層体を硬化して成形された繊維強化複合材料における繊維体積含有率の制御が困難な場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、繊維強化複合材料の繊維体積含有率を、より精度よく制御することができる繊維強化複合材料システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形システムは、繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システムであって、繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸装置と、第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆装置と、を備え、第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形システムにおいて、第２樹脂が被覆された繊維束を間隙に通すことにより、余分に被覆された第２樹脂を除去して第２樹脂の被覆量を調整する被覆量調整手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料成形システムにおいて、第１樹脂と第２樹脂とは、熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形方法であって、繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、を備え、第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る繊維強化複合材料は、繊維束に樹脂を含浸して成形される繊維強化複合材料であって、繊維束に第１樹脂を含浸し、第１樹脂が含浸された繊維束に、第１樹脂よりも樹脂粘度が高い第２樹脂を被覆して成形されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料成形システム、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料によれば、樹脂含浸された繊維束が積層された積層体からの樹脂の流出が抑制されるので、繊維強化複合材料の繊維体積含有率を、より精度よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、繊維強化複合材料成形システム１０の構成を示す図である。
【００１６】
繊維供給装置１２は、繊維束１４を送り出す機能を有している。繊維供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置１２は、繊維束１４を巻き付けるための複数のボビン１６と、複数の繊維束１４に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。それにより、ボビン１６等から送り出された複数の繊維束１４からなる繊維束を、繊維張力調整装置１８で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、繊維束１４の本数は、複数本に限定されることはなく、１本でもよい。
【００１７】
繊維束１４には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、繊維束１４には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。
【００１８】
繊維束１４には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。繊維束１４として、例えば、炭素繊維を用いた場合には、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランド等を用いることができる。また、繊維束１４には、一方向材だけでなく、平織や朱子織等で織られた織物材の繊維シート等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、繊維束１４は、これらの形態に限定されることはない。
【００１９】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された複数の繊維束１４に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置２０には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００２０】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０で張力測定された繊維束１４に、第１樹脂を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置２２は、繊維束１４に含浸する第１樹脂を溜める樹脂槽２４と、繊維束１４に第１樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ２６と、第１テンションローラ２８と、第２テンションローラ３０と、を備えている。また、樹脂含浸装置２２は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計（図示せず）と、樹脂含浸量を調整するために繊維束１４に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計３２と、を有している。
【００２１】
第１樹脂の樹脂含浸は、樹脂含浸ローラ２６を回転させて、ローラ面を樹脂槽２４に溜めた第１樹脂に浸漬した後、第１樹脂が付着したローラ面を繊維束１４に接触させることで樹脂含浸することができる。繊維束１４に含浸される第１樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、第１樹脂は、上記合成樹脂に限定されることなない。
【００２２】
第１樹脂には、樹脂硬化度が小さく、樹脂粘度の低い樹脂が使用される。樹脂粘度が低い状態の樹脂を使用することにより、繊維束１４により均一に第１樹脂を樹脂含浸することができるからである。図２は、熱硬化性樹脂を２５℃で曝露したときの経過時間と樹脂粘度との関係を示す図である。図２では、横軸には熱硬化性樹脂を２５℃で曝露したときの経過時間を取り、縦軸には熱硬化性樹脂の樹脂粘度を取り、３種類の熱硬化性樹脂のデータを黒三角、黒四角、黒菱形で示した。なお、樹脂粘度は、ＪＩＳやＡＳＴＭ等に規定される一般的な樹脂粘度測定方法により測定された。図２に示すように、熱硬化性樹脂は曝露時間が経過するに従って硬化反応が進行するため、樹脂粘度が高くなる。そのため、第１樹脂には、例えば、２５℃での曝露時間が２０時間以下で、２５℃での樹脂粘度２０００ｍＰａｓ以下である樹脂粘度が低い状態の樹脂が使用される。
【００２３】
樹脂被覆装置３４は、第１樹脂が含浸された繊維束１４に、第２樹脂を被覆する機能を有している。第２樹脂には、第１樹脂よりも樹脂粘度の高い樹脂が使用される。第１樹脂が含浸された繊維束１４に、第１樹脂よりも硬化反応が進み樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度が高い状態の第２樹脂を被覆することにより、硬化時には、第１樹脂よりも硬化反応率が大きく樹脂硬化度が大きい第２樹脂から先に硬化が進行するため、繊維束１４内に含浸された第１樹脂の流出を抑制することができるからである。
【００２４】
第２樹脂には、第１樹脂よりもより硬化反応が進行して樹脂硬化度が大きく、ゲル化近傍の状態にある樹脂を使用することが好ましい。第２樹脂にゲル化近傍の状態にある樹脂を使用することにより、硬化時には、第２樹脂をより速く硬化させることができるからである。図２に示すように、第２樹脂には、例えば、２５℃での曝露時間が７２時間の近傍で、２５℃での樹脂粘度９０００ｍＰａｓである樹脂粘度が高い状態の樹脂が使用される。
【００２５】
第１樹脂と第２樹脂とは、同一種類の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、第１樹脂にエポキシ樹脂を用いた場合には、第２樹脂にもエポキシ樹脂を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、第１樹脂と第２樹脂とは、異なる種類の合成樹脂を使用してもよい。
【００２６】
樹脂被覆装置３４には、合成樹脂を塗布等してコーティングする一般的なコーティング装置を使用することができる。勿論、樹脂被覆装置３４は、上記装置に限定されることはなく、例えば、スプレー装置等を用いてもよい。
【００２７】
被覆量調整器３６は、余分に被覆された第２樹脂を除去して第２樹脂の被覆量を調整する機能を有している。図３は、被覆量調整器３６を示す模式図である。被覆量調整器３６は、所定幅の間隙３８を有している。第２樹脂が被覆された繊維束１４を間隙３８に通すことにより、余分に被覆された第２樹脂が除去されて第２樹脂の被覆量を調整することができる。被覆量調整器３６は、例えば、ステンレス鋼等の金属シートに、第１樹脂が含浸された繊維束１４を通すスリットを穿孔加工等で設けることにより製造することができる。そして、第２樹脂の被覆量を測定するため、樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計４０が設けられる。
【００２８】
フィラメントワインディング装置４２は、樹脂被覆装置３４から送り出された第２樹脂が被覆された繊維束１４を、型または心金であるマンドレル４４（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻き付ける機能を有している。フィラメントワインディング装置４２は、第２樹脂が被覆された繊維束１４をマンドレル４４等の円周方向や軸方向に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置４２は、例えば、マンドレル４４等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）や、マンドレル４４等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により第２樹脂が被覆された繊維束１４を巻き付けることができる。
【００２９】
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、マンドレル４４の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、第２樹脂が被覆された繊維束１４は、フィラメントワインディング装置４２により、張力を与えつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられて積層される。
【００３０】
制御装置４６は、繊維張力測定装置２０と、樹脂含浸装置２２に配置される樹脂温度センサ（図示せず）と、樹脂膜厚計３２、４０等とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。
【００３１】
制御装置４６は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維束１４の張力データの電気信号を入力し、繊維束１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置４６は、樹脂含浸装置２２に配置された樹脂温度センサ（図示せず）から出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。制御装置４６は、樹脂膜厚計３２から出力される第１樹脂の樹脂膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸ローラ２６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。制御装置４６は、樹脂膜厚計４０から出力される樹脂膜厚データの電気信号を入力して、第２樹脂において基準となる所定の樹脂量が被覆されているか否かを検知することができる機能を有している。かかる制御装置４６は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置４６と接続されたデータロガ４８には、上述した繊維束１４の張力データ、樹脂温度データ、第１樹脂及び第２樹脂の樹脂膜厚データ等が記憶されて保存される。
【００３２】
次に、繊維強化複合材料成形システム１０の動作について説明する。
【００３３】
繊維供給装置１２のボビン１６から繊維束１４が繰り出され、ボビン１６から繰り出された繊維束１４は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されて繊維供給装置１２から送り出される。
【００３４】
繊維供給装置１２から送り出された繊維束１４は、繊維張力測定装置２０により繊維束１４に負荷されている張力が測定される。ここで、繊維張力測定装置２０により測定された繊維束１４の張力データは、繊維張力測定装置２０から制御装置４６へ出力され、データロガ４８に記憶されて保存される。また、繊維束１４に、例えば、基準となる所定の張力が負荷されていない場合には、制御装置４６が、張力の異常を検知して異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００３５】
繊維張力測定装置２０を通過した繊維束１４は、樹脂含浸装置２２に送り出される。樹脂含浸装置２２における樹脂槽２４の中には、例えば、エポキシ樹脂からなる液状の第１樹脂が溜められている。第１樹脂の樹脂温度は、熱電対等の樹脂温度センサ（図示せず）により測定される。そして、樹脂温度データは、樹脂温度センサ（図示せず）から制御装置４６へ出力され、データロガ４８に記憶されて保存される。また、第１樹脂の樹脂温度が、例えば、設定された樹脂温度でない場合には、制御装置４６が樹脂温度の異常を検知して、異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００３６】
樹脂含浸ローラ２６は、ローラが回転することにより樹脂槽２４に溜められた第１樹脂と接触し、樹脂含浸ローラ２６の表面に第１樹脂が付着する。そして、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とにより押さえられた繊維束１４が樹脂含浸ローラ２６と接触することにより、第１樹脂が繊維束１４に含浸される。
【００３７】
樹脂膜厚計３２により測定された第１樹脂の樹脂膜厚データは、樹脂膜厚計３２から制御装置４６へ出力される。そして、出力された第１樹脂の樹脂膜厚データは、制御装置４６により基準となる樹脂膜厚と比較されるとともにデータロガ４８に記憶される。そして、第１樹脂の樹脂膜厚データが基準となる第１樹脂の樹脂膜厚よりも薄い場合には、制御装置４６により繊維束１４に適正な樹脂量の樹脂が含浸されていないと判断されて、異常信号等が出力される。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００３８】
第１樹脂が含浸された繊維束１４は、第２テンションローラ３０を介した後、樹脂被覆装置３４へ送り出される。第１樹脂が含浸された繊維束１４は、樹脂被覆装置３４により第２樹脂が塗布されて被覆される。第２樹脂が被覆された繊維束１４は、被覆量調整器３６に設けられた間隙３８を通過することにより、余分に付着された第２樹脂が除去されて第２樹脂の被覆量が調整される。
【００３９】
図４は、第２樹脂の被覆量が調整された後における第２樹脂が被覆された繊維束１４を示す図である。繊維束１４を構成する繊維５０と繊維５０との間には第１樹脂５２が含浸され、第１樹脂５２が含浸された繊維束１４の表面には、所定の膜厚で第２樹脂５４が被覆される。
【００４０】
樹脂膜厚計４０により測定された第２樹脂の樹脂膜厚データは、樹脂膜厚計４０から制御装置４６へ出力される。そして、出力された第２樹脂の樹脂膜厚データは、制御装置４６により基準となる樹脂膜厚と比較されるとともにデータロガ４８に記憶される。そして、第２樹脂の樹脂膜厚データが基準となる第２樹脂の樹脂膜厚よりも薄い場合には、制御装置４６により第１樹脂が含浸された繊維束１４に適正な樹脂量の第２樹脂が被覆されていないと判断されて、異常信号等が出力される。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形システム１０が停止する。
【００４１】
第２樹脂が被覆された繊維束１４は、フィラメントワインディング装置４２へ送り出される。第２樹脂が被覆された繊維束１４は、フィラメントワインディング装置４２により、マンドレル４４または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられて積層される。その後、マンドレル４４またはライナ等に第２樹脂が被覆された繊維束１４を巻き付けて積層した積層体を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４２】
ここで、第２樹脂が被覆された繊維束１４を積層した積層体の硬化時には、積層体が加熱されることにより、まず、第１樹脂より硬化反応が進行し樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度が高い第２樹脂が先に硬化する。第１樹脂は、第２樹脂よりも硬化反応率が小さく樹脂硬化度が小さいため、第１樹脂の樹脂粘度は低い状態にある。しかし、第２樹脂は硬化して既に固化しているため、樹脂粘度が低い状態の第１樹脂の流れは、硬化した第２樹脂によって止められる。そのため、樹脂含浸された繊維束１４から第１樹脂の流出が抑制され、より精度よく繊維体積含有率を制御することができる。
【００４３】
次に、繊維束１４の代わりにプリプレグを使用した繊維強化複合材料成形システムについて説明する。なお、同様な要素は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
図５は、プリプレグ６２を使用した繊維強化複合材料成形システム６０を示す図である。予め繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ６２を使用するため、樹脂含浸装置２２は用いられない。プリプレグに含まれる第３樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、プリプレグに含まれる第３樹脂は、上記合成樹脂に限定されることはない。
【００４５】
繊維供給装置１２から送り出されたプリプレグ６２は、繊維張力測定装置２０によりプリプレグ６２に負荷されている張力が測定される。張力測定されたプリプレグ６２は、樹脂被覆装置３４へ送られる。プリプレグ６２は、樹脂被覆装置３４により、プリプレグ６２に含まれる第３樹脂よりも硬化反応が進行して樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度の高い第４樹脂が塗布されてプリプレグ６２に被覆される。第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２は、被覆量調整器３６に設けられた間隙３８を通過することにより、余分に付着された第４樹脂が除去されて第４樹脂の被覆量が調整される。
【００４６】
第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２は、フィラメントワインディング装置４２へ送り出される。第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２は、フィラメントワインディング装置４２により、マンドレル４４または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられて積層される。その後、マンドレル４４またはライナ等に第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２を巻き付けて積層した積層体を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４７】
ここで、第４樹脂が被覆されたプリプレグ６２を積層した積層体の硬化時には、積層体が加熱されることにより、まず、プリプレグ６２に含まれる第３樹脂より硬化反応が進行し樹脂硬化度が大きく、樹脂粘度が高い第４樹脂が先に硬化する。プリプレグ６２に含まれる第３樹脂は、第４樹脂よりも硬化反応率が小さく樹脂硬化度が小さいので、第３樹脂の樹脂粘度は低い状態にある。しかし、第４樹脂は硬化して既に固化しているため、樹脂粘度が低い状態のプリプレグ６２に含まれる第３樹脂の流れは、硬化した第４樹脂によって止められる。そのため、プリプレグ６２から第３樹脂の流出が抑制されるので、より精度よく繊維体積含有率を制御することができる。
【００４８】
なお、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施得ることは勿論である。例えば、上記の実施形態では、繊維強化複合材料成形方法にフィラメントワインディング法を用いる場合を示しているが、他の繊維強化複合材料成形方法、例えば、ハンドレイアップ法等を用いる場合にも、本発明は適用可能である。
【００４９】
以上、上記構成によれば、硬化時に、繊維に含浸された第１樹脂よりも、第１樹脂が含浸された繊維に被覆される第２樹脂が先に硬化するため、繊維に含浸された第１樹脂の流出を抑制することができる。それにより、繊維強化複合材料の繊維体積含有率をより精度よく制御することができる。
【００５０】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の繊維体積含有率をより精度よく調整することができるので、繊維強化複合材料の層方向で繊維体積含有率を変化させて成形する場合（例えば、樹脂体積含有率が繊維体積含有率より大きい層と、樹脂体積含有率が繊維体積含有率より小さい層との２層構造）においても、繊維体積含有率をより精度よく制御して成形することができる。
【００５１】
上記構成によれば、繊維に含浸された第１樹脂の流出を抑制することができるので、ボイドやクラック等の形成を抑制することができる。
【００５２】
上記構成によれば、繊維強化複合材料のフィラメントワインディング成形法において、繊維に含浸される第１樹脂の樹脂量と、第１樹脂が含浸された繊維に被覆される第２樹脂の樹脂量とを樹脂膜厚計等で管理することにより、繊維強化複合材料成形工程内で繊維体積含有率の管理を行うことができる。
【００５３】
上記構成によれば、繊維の代わりにプリプレグを使用した場合においても、硬化時に、プリプレグに含まれる第３樹脂よりも、プリプレグに被覆される第４樹脂が先に硬化するため、プリプレグに含まれる第３樹脂の流出を抑制することができる。それにより、繊維強化複合材料の繊維体積含有率をより精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、熱硬化性樹脂を２５℃で曝露したときの経過時間と樹脂粘度との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、被覆量調整器を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態において、第２樹脂の被覆量が調整された後における第２樹脂が被覆された繊維束を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態において、プリプレグを使用した繊維強化複合材料成形システムを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０、６０ 繊維強化複合材料成形システム、１２ 繊維供給装置、１４ 繊維束、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂含浸ローラ、２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３２，４０ 樹脂膜厚計、３４ 樹脂被覆装置、３６ 被覆量調整器、３８ 間隙、４２ フィラメントワインディング装置、４４ マンドレル、４６ 制御装置、４８ データロガ、５０ 繊維、５２ 第１樹脂、５４ 第２樹脂、６２ プリプレグ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システムであって、
繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸装置と、
第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆装置と、
を備え、
第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする繊維強化複合材料成形システム。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形システムであって、
第２樹脂が被覆された繊維束を間隙に通すことにより、余分に被覆された第２樹脂を除去して第２樹脂の被覆量を調整する被覆量調整手段を備えることを特徴とする繊維強化複合材料成形システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維強化複合材料成形システムであって、
第１樹脂と第２樹脂とは、熱硬化性樹脂であることを特徴とする繊維強化複合材料成形システム。
【請求項４】
繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形方法であって、
繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、
第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、
を備え、
第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項５】
繊維束に樹脂を含浸して成形される繊維強化複合材料であって、
繊維束に第１樹脂を含浸し、
第１樹脂が含浸された繊維束に、第１樹脂よりも樹脂粘度が高い第２樹脂を被覆して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項１】
繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形システムであって、
繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸装置と、
第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆装置と、
を備え、
第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする繊維強化複合材料成形システム。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形システムであって、
第２樹脂が被覆された繊維束を間隙に通すことにより、余分に被覆された第２樹脂を除去して第２樹脂の被覆量を調整する被覆量調整手段を備えることを特徴とする繊維強化複合材料成形システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維強化複合材料成形システムであって、
第１樹脂と第２樹脂とは、熱硬化性樹脂であることを特徴とする繊維強化複合材料成形システム。
【請求項４】
繊維束に樹脂を含浸して成形する繊維強化複合材料成形方法であって、
繊維束に第１樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、
第１樹脂が含浸された繊維束に、第２樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、
を備え、
第２樹脂は、第１樹脂よりも樹脂粘度が高いことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項５】
繊維束に樹脂を含浸して成形される繊維強化複合材料であって、
繊維束に第１樹脂を含浸し、
第１樹脂が含浸された繊維束に、第１樹脂よりも樹脂粘度が高い第２樹脂を被覆して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２９６４９４（Ｐ２００８−２９６４９４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４６５６１（Ｐ２００７−１４６５６１）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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