JP2009039955A - 複合材料の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の複合材料の成形方法において、成形金型の中に配設されるプリフォームの製作時にそのサイズにバラツキがあっても、成形品の繊維含有率Ｖｆを均一にする。
【解決手段】複数面に分割されてなる上型１、下型２及び中型３からなる成形型のキャビティ内に繊維強化基材から成るプリフォームを収納して挟圧し、該プリフォームの一面に接する該中型の部分に一定圧力を付与する型締め工程と、該プリフォームに樹脂材料を注入する注入工程と、該成形型の部分に付与する該一定圧力を所定の圧力まで増加して保持する保持工程と、からなることを特徴とする複合材料の成形方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）に製造方法に関し、特に、成形品の繊維含有率のバラツキを抑えて、均質な性能を有するＦＲＰを製造する方法に関する。

特許文献１は、名称を「ＦＲＰの製造方法およびその製造装置」とする発明に関し、複数面に分割されてなる成形金型のキャビティ内に、強化繊維基材を配設し、次いで樹脂を注入して硬化させるＦＲＰの製造方法において、前記金型の合わせ面に、キャビティ内へ樹脂を注入する樹脂注入用チューブおよび／または該成形型内の余剰樹脂を排出する樹脂排出用チューブを設けて前記金型合わせ面で挟圧し、しかるのちに前記キャビティ内に樹脂を注入・排出することを特徴とするＦＲＰの製造方法を開示している。

特許文献２は、名称を「繊維強化複合材の製造方法およびその製造装置」とする発明に関し、少なくとも強化繊維基材を複数枚積層してなるプリフォームに液状マトリックス樹脂を含浸させ、硬化させてなる繊維強化複合材の製造方法において、前記プリフォームを金型に設置し、その全体をチャンバーに付帯するダイヤフラム内側で前記プリフォームを覆うように密閉し、次いで金型とダイヤフラム間に形成され、プリフォームを含む内部空間内を減圧し、前記ダイヤフラム外部を加圧してプリフォームが膨らむことを防止しながら、減圧下の前記プリフォームに液状マトリックス樹脂を浸透させることを特徴とする繊維強化複合材の製造方法を開示している。

特許文献３は、名称を「成形材料の硬化装置」とする発明に関し、搬送通路に沿って少なくとも一対の金型を配置し、これら金型により構成されるキャビティ内を賦形装置により所要形状に賦形された半硬化成形材料を通過させて加熱硬化する構成とし、上記金型の少なくとも一部を、硬化過程で成形材料に生じる膨張・収縮に追従してキャビティ断面を変化させる可動型としていることを特徴とする成形材料の硬化装置を開示している。

従来のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の成形型では、例えば特許文献１に示された成形金型のように、その構成は定寸構造でキャビティの容積が一定であるために、その中に配設されるプリフォームにサイズのバラツキがあると、プリフォームが成形型内で所定位置まで強制的に圧縮される。そのため、プリフォームの製作時の寸法が目標寸法と比較して大きい場合、成形型内で所定位置まで強制的に圧縮されたプリフォームの体積中の残余の空間が小さくなり、その結果、樹脂材料を注入して製造されたＦＲＰの成形品において、樹脂ボリュームが減少して繊維含有率Ｖｆ（ボリュームファイバー）が増加することになる。他方、プリフォームの製作時の寸法が目標寸法と比較して小さい場合には、上記と反対に、樹脂ボリュームが増加して繊維含有率Ｖｆ（ボリュームファイバー）が減少することになる。プリフォームの製作時の寸法誤差に基づく成形品のＶｆの上記バラツキは、ＦＲＰの性能、特に衝撃性能に影響を与えるおそれが懸念される。

特許文献２は、プリフォームを用いたＶａＲＴＭ（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）方法において、成形中および成形後の繊維含有率Ｖｆを一定に保つ繊維強化複合材の製造方法を開示するが、その発明は、前記のとおり、金型に置かれたプリフォームをダイヤフラムで覆うように密閉し、ダイヤフラムの外側から加圧してプリフォームの膨らみを防止しながらマトリックス樹脂を浸透させるものであるから、特許文献１の成形方法とは基本的に異なる方法であり、プリフォームの製作時の寸法バラツキの対策を示唆するものではない。

特許文献３は、ガラス繊維等の強化繊維に、高温硬化剤等を配合した不飽和ポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂を含浸してなる半硬化成形材について、上記のとおり、半硬化成形材料を通過させて加熱硬化する過程で成形材料に生じる膨張・収縮に追従してキャビティ断面を変化させる可動型金型を開示するものであるから、特許文献１の成形方法とは基本的に異なる方法であり、プリフォームの製作時の寸法バラツキの対策を示唆するものではない。

特開２００５−１６９７８６号公報 特開２００５−２６２５６０号公報 特開平６−２０６２３２号公報

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の製造において、成形金型の中に配設されるプリフォームの製作時にそのサイズにバラツキがあることにより、成形品の繊維含有率Ｖｆにバラツキが生じる結果、成形品の性能、特に衝撃性能が均一にならないという従来の技術の問題点を課題と、それを解決するＦＲＰの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る複合材料の成形方法は、複数面に分割されてなる成形型のキャビティ内にプリフォームを収納して挟圧し、該プリフォームの一面に接する該成形型の部分に一定圧力を付与する型締め工程と、該プリフォームに樹脂材料を注入する注入工程と、該成形型の部分に付与する該一定圧力を所定の圧力まで増加して保持する保持工程と、からなることを特徴とする。

また、本発明に係るＦＲＰの成形方法は、複数面に分割されてなる成形型のキャビティ内に繊維強化基材から成るプリフォームを収納して挟圧し、該プリフォームの一面に接する該成形型の部分に一定圧力を付与する型締め工程と、該プリフォームに樹脂材料を注入する注入工程と、該成形型の部分に付与する該一定圧力を所定の圧力まで増加して保持する保持工程と、からなることを特徴とする。

上記の構成に基づいて、成形型の部分に他の部分と独立して圧力を付与できるので、プリフォームのサイズにバラツキがあっても、同じ圧力を付与することができるのである。

また、本発明に係るＦＲＰの成形方法は、前記保持工程において、前記樹脂材料を成形型内に保持したまま加熱することを特徴とする。

また、本発明に係るＦＲＰの成形方法は、上記の特徴に加えて、前記繊維強化基材はカーボン繊維又はガラス繊維であると共に、前記樹脂材料はエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂であることを特徴とする。

更に、本発明の上記の成形方法において、前記複数面に分割されてなる成形型は、上型、下型及び中型からなると共に、前記成形型の前記部分は、中型であることを特徴とする。

本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づいて、成形型のキャビティ内に収納されたプリフォームに一定の圧力を付与することができるので、その製作時にサイズにバラツキがあっても、簡易な構成の装置を使用して、低コストかつ短時間で、成形品の繊維含有率Ｖｆを均一として、その性能を均一化するという効果を奏する。

図１、図２、図３は、本発明の実施例に関するもので、図１は型締め時、図２は樹脂材料の注入時、図３は保圧時の形態を示す。

図１が示す型締め工程において、上型１、下型２、中型３からなる成形型ブロックの中に、繊維強化基材からなるプリフォーム４を収納して挟圧し、次に上型と下型とは独立に中型に圧力Ｐをかけることにより、プリフォームの体積にバラツキがあっても、一定の圧縮率によりこれを圧縮する。繊維強化材料としては、カーボン繊維、ガラス繊維等を用いる。

図２が示す樹脂材料の注入工程において、均一に圧縮された上記のプリフォーム４の空間中に、樹脂注入シリンダ５により、マトリックス樹脂材料を注入する。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等を用いる。

図３が示す保圧工程においては、樹脂材料の注入工程を終えた後、中型３にかける圧力Ｐを、若干（α）増加させて暫く保圧状態を継続しつつ、樹脂材料を７０〜１５０℃の温度で加熱する。加熱手段は、図示を省略したが、金型内に外部から高温水を供給して循環させる方法でもよいし、ヒータを用いる方法でもよい。

図４は、実施例の一部の変形例を示すものであり、下型２と中型３の摺動面から樹脂材料がリークすることを防止するために、Ｏリング６を設けた例を示す。Ｏリング以外のシール材を用いてもよい。

図５は、実施例の別の一部の変形例を示すものであり、中型が二つの部分７、８に分割され、その間に緩衝材９を入れた例を示す。緩衝材として、バネ、ガススプリング等を用いる。

図６は、実施例の更に別の一部の変形例を示すものであり、保圧時に、中型の一部を機械的手段により固定するロック装置１０を備えるものであり、特に、保圧と初期圧力に大きな乖離がある（αが大きい）場合や保圧時間が長い場合に有効な手段である。

本発明は、ＦＲＰの製造と、その他の複合材料からなる成形品の製造に適用可能である。

本発明の実施例に関し、その型締め工程の形態を示す。 本発明の実施例に関し、その樹脂材料の注入工程の形態を示す。 本発明の実施例に関し、その保圧工程の形態を示す。 本発明の実施例の一部の変形例を示すものであり、中型にＯリングを設けた例を示す。 本発明の実施例の別の一部の変形例を示すものであり、中型が二つの部分に分割され、その間に緩衝材を入れた例を示す。 本発明の実施例の更に別の一部の変形例を示すものであり、保圧時に、中型の一部を機械的手段により固定するロック装置を備えた例を示す。

符号の説明

１：上型、
２：下型、
３：中型、
４：プリフォーム、
５：樹脂注入シリンダ、
６：Ｏリング、
７：中型（プリフォーム作用部）、
８：中型（外力作用部）、
９：緩衝材、
１０：ロック装置

Claims (6)

1. 複数面に分割されてなる成形型のキャビティ内にプリフォームを収納して挟圧し、該プリフォームの一面に接する該成形型の部分に一定圧力を付与する型締め工程と、
   該プリフォームに樹脂材料を注入する注入工程と、
   該成形型の部分に付与する該一定圧力を所定の圧力まで増加して保持する保持工程と、
   からなることを特徴とする複合材料の成形方法。
2. 請求項１に記載された成形方法において、
   前記複数面に分割されてなる成形型は、上型、下型及び中型からなると共に、前記成形型の前記部分は、中型であることを特徴とする成形方法。
3. 複数面に分割されてなる成形型のキャビティ内に繊維強化基材から成るプリフォームを収納して挟圧し、該プリフォームの一面に接する該成形型の部分に一定圧力を付与する型締め工程と、
   該プリフォームに樹脂材料を注入する注入工程と、
   該成形型の部分に付与する該一定圧力を所定の圧力まで増加して保持する保持工程と、
   からなることを特徴とするＦＲＰの成形方法。
4. 請求項３に記載された製造方法の前記保持工程において、
   前記樹脂材料を成形型内に保持したまま加熱することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
5. 請求項３又は４に記載された製造方法において、
   前記繊維強化基材はカーボン繊維又はガラス繊維であると共に、前記樹脂材料はエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂であることを特徴とするＦＲＰの成形方法。
6. 請求項３から５のいずれかの請求項に記載された方法において、
   前記複数面に分割されてなる成形型は、上型、下型及び中型からなると共に、前記成形型の前記部分は、中型であることを特徴とするＦＲＰの成形方法。

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