公开(公告)号：
JPWO2022209455A1
摘要：
端部の機械特性やコア層とスキン層の接着性に優れつつ、外観品位が良好で、生産性にも優れる、繊維強化樹脂成形品からなる扁平軽量部材を提供するため、ブレーディング基材およびマトリックス樹脂から構成されるスキン層、前記ブレーディング基材の内部に存在する袋状の分離層、前記分離層の内部に存在する、マトリックス樹脂と熱膨張性材料の混合物、からなることを特徴とする、扁平軽量部材とする。
权利要求：
1. ブレーディング基材およびマトリックス樹脂から構成されるスキン層、前記ブレーディング基材の内部に存在する袋状の分離層、前記分離層の内部に存在する、マトリックス樹脂と熱膨張性材料の混合物、からなることを特徴とする、扁平軽量部材。
2. 前記ブレーディング基材は、同一方向に平行に配置された複数の中央糸となる繊維束と、前記中央糸に対して交差する組糸となる繊維束とから構成され、扁平軽量部材の少なくとも一方の端部領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量が、扁平軽量部材の中央領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の扁平軽量部材。
3. 前記ブレーディング基材は、同一方向に平行に配置された複数の中央糸となる繊維束と、前記中央糸に対して交差する組糸となる繊維束とから構成され、扁平軽量部材の一方の端部領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量が、扁平軽量部材の中央領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量よりも小さく、かつ、扁平軽量部材の他方の端部領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量が、扁平軽量部材の中央領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の扁平軽量部材。
4. 前記ブレーディング基材の内部に、繊維強化基材を含む少なくとも１本のリブ部を有し、該リブ部によって分離された前記ブレーディング基材の内部の複数の領域それぞれに、前記分離層および前記混合物が存在することを特徴とする、請求項１～３のいずれか記載の扁平軽量部材。
5. 前記リブ部は、繊維強化基材と、該繊維強化基材の内部に配された発泡体および／または樹脂ブロックとを含むことを特徴とする、請求項４に記載の扁平軽量部材。
6. 扁平軽量部材の製造方法であって、
スキン層を構成するブレーディング基材を作製するブレーディング基材作製工程と、
前記扁平軽量部材の外形状に対応した形状を有する袋状の分離層を前記ブレーディング基材の内部に配置する分離層配置工程と、
前記分離層内部に、マトリックス樹脂と熱膨張性材料の混合物を投入する投入工程と、
前記分離層および前記混合物が内部に配置された前記ブレーディング基材を、成形温度に加熱した下金型のキャビティ内に配置する工程と、
成形温度に加熱した上金型を閉じて前記キャビティ内を真空引きする型閉じ工程と、
前記熱膨張性材料を膨張させて、前記ブレーディング基材と前記分離層と前記混合物とを一体化させる膨張工程と、
を含むことを特徴とする、扁平軽量部材の製造方法。
7. 少なくとも１本のリブ部を有する扁平軽量部材の製造方法であって、
スキン層を構成するブレーディング基材を作製するブレーディング基材作製工程と、
リブ部を構成する繊維強化基材を準備する準備工程と、
前記リブ部を構成する繊維強化基材を前記ブレーディング基材の内部に配置して前記ブレーディング基材の内部を２つ以上の空間に分割するリブ配置工程と、
前記２つ以上の空間の形状に対応した形状を有する袋状の分離層を前記２つ以上の空間に配置する分離層配置工程と、
マトリックス樹脂と熱膨張性材料の混合物を前記分離層内部に投入する投入工程と、
前記分離層、前記混合物、および前記リブ部を構成する繊維強化基材が内部に配置された前記ブレーディング基材を、成形温度に加熱した下金型上に配置する材料配置工程と、
成形温度に加熱した上金型を閉じて、金型キャビティ内を真空引きする型閉じ工程と、
前記熱膨張性材料を膨張させて、前記ブレーディング基材と前記分離層と前記混合物と前記リブ部を構成する繊維強化基材とを一体化させる膨張工程と、
を含むことを特徴とする、少なくとも１本のリブ部を有する扁平軽量部材の製造方法。
8. 前記リブ部を、繊維強化基材と、該繊維強化基材の内部に配した発泡体および／または木材で構成することを特徴とする、請求項７に記載の扁平軽量部材の製造方法。
9. 前記ブレーディング基材作製工程において、同一方向に平行に配置された複数の中央糸となる繊維束と、前記中央糸に対して交差する組糸となる繊維束とから前記ブレーディング基材を構成するとともに、扁平軽量部材の少なくとも一方の端部領域において中央糸となる繊維束に、扁平軽量部材の中央領域において中央糸となる繊維束よりも小さい繊維束を用いることを特徴とする、請求項６～８のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
10. 前記ブレーディング基材作製工程において、同一方向に平行に配置された複数の中央糸となる繊維束と、前記中央糸に対して交差する組糸となる繊維束とから前記ブレーディング基材を構成し、扁平軽量部材の一方の端部領域において中央糸となる繊維束に、扁平軽量部材の中央領域において中央糸となる繊維束よりも小さい繊維束を用いるとともに、扁平軽量部材の他方の端部領域において中央糸となる繊維束に、扁平軽量部材の中央領域において中央糸となる繊維束よりも大きい繊維束を用いることを特徴とする、請求項６～８のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
11. 前記ブレーディング基材を構成する中央糸となる繊維束および組糸となる繊維束が、いずれもドライ繊維束であること特徴とする、請求項６～１０のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
12. 前記ブレーディング基材を構成する中央糸となる繊維束および組糸となる繊維束が、いずれも樹脂を含んだプリプレグであること特徴とする、請求項６～１０のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
背景技术：
【0002】 繊維強化樹脂は、軽量かつ高強度、高剛性であるため、産業の幅広い分野で用いられている。特に、強化繊維等の長繊維からなる繊維補強材に樹脂を含浸した中間材料であるプリプレグを使用した成形品が好適に利用されている。また、スキン層が繊維強化樹脂、コア層が多孔質であるサンドイッチ構造材料は、その軽量性と強靭性のため、航空機、自動車、船舶等の輸送機関や、スポーツ・レジャー分野において、効果的に利用されている。このようなサンドイッチ構造を有する成形品として、繊維強化基材からなるスキン層と、熱膨張性材料およびマトリックス樹脂からなるコア層とからなる成形品が知られている。
【0003】 このような成形品として、成形品端部で上面用プリプレグと下面用プリプレグが厚み方向に積層接着されてなるプロペラブレードが知られている。この成形品は、一方の割り型に上面用プリプレグを、もう一方の割り型に下面用プリプレグをそれぞれ積層し、型を合わせた時に両プリプレグで形成される空間内に発泡剤を配置することで得られる。（例えば特許文献１）
【0004】 また、同様のプロペラブレードとして、主要部をスキン層とコア層と分離層とで構成し、周縁部(プロペラブレードを最も投影面積が大きくなる方向から見た場合の、該プロペラブレードの外周の部分)をスキン層とコア層とで構成し、さらに該プロペラブレードのリーディングエッジとトレーリングエッジに補強用の強化繊維を追加で配置した成形品が知られている。この成形品は、コア層とスキン層との間に熱膨張性材料の通過を抑制する分離層を配置しているが、分離層により、コア層を構成する熱膨張性材料とマトリックス樹脂のうち、熱膨張性材料を分離し、マトリックス樹脂のみをスキン層を構成するドライの強化繊維基材に含浸せしめて、スキン層を形成する。（例えば特許文献２）。
【0005】 また、強化繊維基材の形態としては、繊維材料をブレーディング（組物または編組物）とする技術も知られている。ブレーディングは、繊維束を２方向または３方向に組んで円筒状または他形状に機械的に編み込むことにより製作される。これにより繊維材料を所望の形状に自動運転で製作することができるので、強化繊維基材の製造効率を向上させることが可能である。
【0006】特許第６７８９８８７号公報特開平８－２７６４４１号公報
发明内容：
【発明が解決しようとする課題】
【0007】 ところが、上記したような、成形品端部で上面用プリプレグと下面用プリプレグが厚み方向に積層接着されてなる扁平軽量部材は、プリプレグを積層接着する領域が端部に必要である。そのため、本来は軽量性のためにコア層とすべき領域にまで、コア層よりも比重の大きなプリプレグを配置する必要が生じ、扁平軽量部材の重量が増加する問題があった。また、同様の理由から、このような構成を適用可能な扁平軽量部材の形状が限定される場合があった。一方で、単にプリプレグの端部同士を突き合せたのみの構造とすると、接合部強度が低下すると共に、発泡樹脂が扁平軽量部材外部に漏出して外観や表面品位を損なう問題があった。
【0008】 また、主要部をスキン層とコア層と分離層とで構成し、周縁部をスキン層とコア層とで構成し、さらにリーディングエッジとトレーリングエッジに補強用の強化繊維を追加で配置した従来の扁平軽量部材は、分離層の配置位置が適切でない場合、長期にわたって使用すると分離層近傍で剥離を生じる可能性があり、コア層とスキン層を強固に一体化できない問題があった。
【0009】 さらに、一方の割り型に上面用プリプレグを、もう一方の割り型に下面用プリプレグをそれぞれ積層し、型を合わせた時に両プリプレグで形成される空間内に発泡剤を配置する従来の繊維強化樹脂の製造方法は、三次元形状を有する型の表面に室温でプリプレグを積層した後に型を加熱してプリプレグを硬化させる必要があり、積層工程に多大な労力や特殊な技術・装置を要するばかりか、型の昇降温に多くの時間を要するため、生産性に問題があった。
【0010】 加えて、コア層を構成するためのマトリックス樹脂の一部を、分離層を通過させてドライの強化繊維基材に含浸・硬化させてスキン層を形成する従来の繊維強化樹脂の製造方法は、扁平軽量部材が単なる平板ではなく三次元形状を有する場合に、上下個別に配置した分離層が成形時にずれるなどするため、精度のよい、ばらつきの小さい扁平軽量部材を得ることが困難であった。また、補強用の強化繊維を配置するにあたっては位置決めが難しく、成形中にもずれやすいため、扁平軽量部材の重心が変化してしまう場合があった。さらに、マトリックス樹脂が強化繊維に含浸する過程でボイドと呼ばれる気泡が扁平軽量部材端部に発生し、機械特性の低下や外観品を損なう場合があった。
【0011】 このように、上記のような従来技術では、扁平軽量部材端部まで機械特性やコア層とスキン層の接着性に優れ、かつ、外観品位が良好な扁平軽量部材を得ることは極めて困難であった。
【0012】 そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、端部の機械特性やコア層とスキン層の接着性に優れつつ、外観品位が良好で、生産性にも優れる、繊維強化樹脂成形品からなる扁平軽量部材およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】 上記課題を解決するために、本発明では以下のいずれかの構成を採用する。
（１） ブレーディング基材およびマトリックス樹脂から構成されるスキン層、前記ブレーディング基材の内部に存在する袋状の分離層、前記分離層の内部に存在する、マトリックス樹脂と熱膨張性材料の混合物、からなることを特徴とする、扁平軽量部材。
（２） 前記ブレーディング基材は、同一方向に平行に配置された複数の中央糸となる繊維束と、前記中央糸に対して交差する組糸となる繊維束とから構成され、扁平軽量部材の少なくとも一方の端部領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量が、扁平軽量部材の中央領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量よりも小さいことを特徴とする、前記（１）に記載の扁平軽量部材。
（３） 前記ブレーディング基材は、同一方向に平行に配置された複数の中央糸となる繊維束と、前記中央糸に対して交差する組糸となる繊維束とから構成され、扁平軽量部材の一方の端部領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量が、扁平軽量部材の中央領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量よりも小さく、かつ、扁平軽量部材の他方の端部領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量が、扁平軽量部材の中央領域に使用される中央糸となる繊維束の単位長さ当たりの重量よりも大きいことを特徴とする、前記（１）に記載の扁平軽量部材。
（４） 前記ブレーディング基材の内部に、繊維強化基材を含む少なくとも１本のリブ部を有し、該リブ部によって分離された前記ブレーディング基材の内部の複数の領域それぞれに、前記分離層および前記混合物が存在することを特徴とする、前記（１）～（３）のいずれか記載の扁平軽量部材。
（５） 前記リブ部は、繊維強化基材と、該繊維強化基材の内部に配された発泡体および／または樹脂ブロックとを含むことを特徴とする、前記（４）に記載の扁平軽量部材。
（６） 扁平軽量部材の製造方法であって、
スキン層を構成するブレーディング基材を作製するブレーディング基材作製工程と、
前記扁平軽量部材の外形状に対応した形状を有する袋状の分離層を前記ブレーディング基材の内部に配置する分離層配置工程と、
前記分離層内部に、マトリックス樹脂と熱膨張性材料の混合物を投入する投入工程と、
前記分離層および前記混合物が内部に配置された前記ブレーディング基材を、成形温度に加熱した下金型のキャビティ内に配置する工程と、