(57)【要約】      （修正有）【課題】成形時に剥離が発生しない繊維強化樹脂複合構造体の製造方法を提供すること。【解決手段】熱硬化性樹脂をマトリックスとした繊維強化樹脂層の内部に、該繊維強化樹脂層よりも大きな線膨張係数を有するインサート材をインサートしてなる繊維強化樹脂複合構造体の製造方法であって、前記繊維強化樹脂層を形成するプリプレグ材の内部にインサート材を配置する工程と、前記プリプレグ材中の熱硬化性樹脂が完全硬化する温度に満たない温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する予備加温工程と、前記予備加温工程による加温の後に、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する本加温工程と、を含む繊維強化樹脂複合構造体の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂をマトリックスとした繊維強化樹脂層の内部に、該繊維強化樹脂層よりも大きな線膨張係数を有するインサート材をインサートしてなる繊維強化樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記繊維強化樹脂層を形成するプリプレグ材の内部にインサート材を配置する工程と、
前記プリプレグ材中の熱硬化性樹脂が完全硬化する温度に満たない温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する予備加温工程と、
前記予備加温工程による加温の後に、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する本加温工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化樹脂複合構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された製造方法において、
前記インサート部材は、前記マトリックスの前記繊維強化樹脂層よりも大きい線膨張係数を有する繊維強化樹脂であることを特徴とする繊維強化樹脂複合構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された製造方法において、
前記予備加温工程が、前記インサート材のガラス転移温度付近の温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する工程であることを特徴とする繊維強化樹脂複合構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの請求項に記載された製造方法において、
前記マトリックスの前記繊維強化樹脂層がカーボンファイバー強化プラスチックからなる層であり、前記インサート材がグラスファイバー強化プラスチックからなるものであることを特徴とする繊維強化樹脂複合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合構造体の製造方法、特にカーボンファイバー強化プラスチックとグラスファイバー強化プラスチックからなる複合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、繊維強化プラスチック複合構造体の接続方法に関するものであり、外層部が強度の高い繊維強化プラスチック層よりなり内層部が強度の低い樹脂又は軽量材料よりなる繊維強化プラスチック複合構造体を他の構造体と接続するに当たり、該複合構造体における他の構造体との接続部に、金属、複合材料、プラスチック等の強靭な材料からなりかつ内部に締結用の孔が設けられているスリーブを１個又は２個以上挿入し、スリーブ中の孔に締結具を挿入し該締結具を介して他の構造体と接続することを特徴とする繊維強化プラスチック複合構造体が開示されている。
【０００３】
特許文献２は、ＦＲＰ構造体の発明に関するものであり、ＦＲＰスキン層とコア材とそれらの間に介装されたインサート金具とが一体的に形成されたＦＲＰ構造体を開示している。
【０００４】
特許文献３は、ＣＦＲＰ積層品を成形する際にその所定部位のＣＦＲＰ層の層間にＦＲＰ用インサートを設置したＣＦＲＰ積層品が開示されている。
【０００５】
上記のように積層体構造の強度を上げるために、ＣＦＲＰ積層体中にＧＦＲＰやアルミ等のブロックをインサートして成形すると、通常、成形温度は１３０〜１５０℃となるが、成形品を成形体から取り出す際には、製品を常温付近まで冷却する。この冷却の際に、両材料の界面で剥離が生じ、締結の温度が低下するという問題が発生する。
この剥離が発生する原因は、両材料の線膨張率に大きな差があるためである。通常、ＣＦＲＰの線膨張係数は、１〜２×１０−６／℃であるのに対し、ＧＦＲＰの線膨張係数は、２０〜５０×１０−６／℃であるが、積層間の剥離には積層方法の線膨張係数が問題となるが、インサート構造により、ＧＦＲＰの積層方法の線膨張係数は、ＣＦＲＰの線膨張係数の数百倍になってしまい、この線膨張係数の大きな差により、製品が成形温度から常温に冷却する際に、ＧＦＲＰとＣＦＲＰの境界とＣＦＲＰの層間の弱い方に、剥離が発生するのである。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１０２９号公報
【特許文献２】特開２００２−５９４９８号公報
【特許文献３】特開２００６−１７５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みなされたもので、成形時に剥離が発生しない繊維強化樹脂複合構造体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂複合構造体の製造方法は、熱硬化性樹脂をマトリックスとした繊維強化樹脂層の内部に、該繊維強化樹脂層よりも大きな線膨張係数を有するインサート材をインサートしてなる繊維強化樹脂複合構造体の製造方法であって、前記繊維強化樹脂層を形成するプリプレグ材の内部にインサート材を配置する工程と、前記プリプレグ材中の熱硬化性樹脂が完全硬化する温度に満たない温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する予備加温工程と、前記予備加温工程による加温の後に、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する本加温工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の繊維強化樹脂複合構造体の製造方法は、上記の特徴に加えて、前記インサート部材は、前記マトリックスの前記繊維強化樹脂層よりも大きい線膨張係数を有する繊維強化樹脂であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の繊維強化樹脂複合構造体の製造方法は、上記の特徴に加えて、前記予備加温工程が、前記インサート材のガラス転移温度付近の温度まで前記繊維強化樹脂複合構造体を加温する工程であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の繊維強化樹脂複合構造体の製造方法は、上記の特徴に加えて、前記マトリックスの前記繊維強化樹脂層がカーボンファイバー強化プラスチックからなる層であり、前記インサート材がグラスファイバー強化プラスチックから成るものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、熱硬化性樹脂を用いたものであって、内部にインサート材を含む繊維強化樹脂複合体の成形時に、層間や両部材の界面に剥離が発生しないという優れた効果を奏するものである。
【００１３】
また、ＣＦＲＰとＧＦＲＰという熱膨張係数の異なる二つの部材をサンドイッチ構造とする複合体の成形時に、ＣＦＲＰ層間やＣＦＲＰとＧＦＲＰの界面に剥離が発生しないという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態は、熱硬化性樹脂を含むプリプレグ材をマトリックスとし、その内部にインサート材を組み込む複合構造体において、まず第１段階で、マトリックス樹脂の本来の硬化温度より約１０〜５０℃程度低い温度で該樹脂を約８０〜９５％程度の硬化度に硬化させ、次に第２段階で本来の硬化温度で完全硬化させるものであり、第１段階の硬化によりある程度硬化しているので、第２段階において本来の硬化温度に加熱される時、インサート材が熱膨張しようとするが、その周囲のマトリックス材の硬化がかなりの程度まで進行しているので、インサート材の熱膨張が抑制され、そのため、第２段階の終了後に、前記複合構造体が常温にまで冷却される際に、インサート材の収縮量が小さくなり、その結果、マトリックス材の層間やマトリックスとインサートの境界での剥離の発生を防止する。
【００１５】
本発明の実施例を、以下、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、ＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化プラスチック）のマトリックス１と、ＧＦＲＰ（グラスファイバー強化プラスチック）のインサート材２と、コア材３からなる複合構造体の締結部断面を示す図である。この複合構造体に対し、第１段階として、１２０℃の温度で１２０分加熱する工程を行い、次に第２段階として、１５０℃の温度で６０分加熱する工程を行う。
【００１７】
図２は、上記第１段階の工程中と第２段階の工程中における、ＧＦＲＰインサート材の時間に対する温度と歪の測定結果を示すグラフである。図２によれば、温度が１２０℃に達したときの歪は約２０００μεであるが、樹脂硬化が始まると歪が徐々に小さくなる。そして、温度が１５０℃に上昇しても、歪は約２０５０μεであって、上記の１２０℃における約２０００μεの歪と比較して、かなり低い程度の歪の上昇に抑えることができていることが示されている。
【００１８】
図３は、ＧＦＲＰブロック材のＴＭＡ（Thermo-mechanical Analyzer）測定結果を示す。横軸はセル温度を、縦軸はＴＭＡ測定結果を示し、グラフの傾きが線膨張係数を表す。図３におけるグラフの変曲点は、ＧＦＲＰの転位点を示しており、１００℃を超えた付近で材料に転位が起きること、この転位の前後で材料の線膨張係数が大きく変化することを表わしている。上記第１段階では、加熱温度をこのガラス転位温度の近傍までとすることにより、線膨張係数が急激に増大することを避けつつ、ＧＦＲＰの周囲のＣＦＲＰの硬化を進行させるようにするのである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、ＣＦＲＰのマトリックスとＧＦＲＰのインサート材とコア材からなる複合構造体の締結部断面を示す図である。
【図２】図２は、ＣＦＲＰのマトリックスとＧＦＲＰのインサート材と使用して二段階成形を行なった際のＧＦＲＰのインサート材の時間に対する温度と歪の測定結果を示す。
【図３】図３は、ＧＦＲＰブロック材のＴＭＡ（Thermo-mechanical Analyzer）測定結果を示す。
【符号の説明】
【００２０】
１  ＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化プラスチック）のマトリックス
２  ＧＦＲＰ（グラスファイバー強化プラスチック）のインサート材
３  コア材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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