JPH03182308A - 繊維強化複合材料の加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は繊維強化複合材料の加熱方法に関し、殊に繊維
強化複合材料を全体に亘って均−且つ迅速に加熱するこ
とができる様Ｃ工夫された方法に関するものである。

［従来の技術］ 合成樹脂中に補強用繊維が均一に分散された複合材料は
、優れた物性（特に引張強度や耐衝撃強度）を有してい
るところから、ＦＲＰ材として様々のパネル材、外板材
、ボディー材、容器材等に幅広く活用されている。そし
てこれらの複合材料はシート状もしくは塊状（ブロック
状及びバルク状を含む）に予備成形して商品化されてい
る。

またこれらには熱可塑性別能を用いたものと熱硬化性樹
脂を用いたものがあり、後者は予備硬化した状態で商品
化されることが多い。

ところで従来は、均一加熱が容易で２次加工性に優れて
いるという理由からシート状に予備成形したものが汎用
されてきたが、反面シート状予備成形体には下記の様な
欠点がある。

■−旦合成相脂材を溶融してからガラス繊維マット等の
上に押出すといった工程を経なければならないので、製
造コストが高くつく、■合成樹脂を溶融状態でチップス
トランド等と混練してからシート状に押出すことも可能
であるが、この方法では混練工程で補強用繊維が折損す
るため強化効果が低下する、 ■２次成形に当たっては、成形体の目標形状に応じて裁
断し且つ目標厚さに応じて金型上に積層してプレス成形
しなければならないので、成形コストも高くつく、 そのため、最近では塊状に予備成形したものの高要が次
第に増大してきている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが塊状に予備成形されたもの（以下、塊状材とい
うことがある）では、２次成形に先立って予備成形体を
内部まで均一に加熱することがむつかしい。即ち予備成
形体の加熱法としては、赤外線ヒーターや電熱ヒーター
による加熱や熱風等が採用されるが、いずれにしろ外周
側から加熱する方法であるから、予備成形体には外周側
から中心部に向かって温度勾配ができ、中心部が所定の
加工温度に達した時点では外周側は過熱状態となり、熱
可塑性樹脂を用いた塊状材では外周側が軟化し過ぎて流
動化したり、また熱硬化性樹脂を用いた塊状材では外周
側の２次硬化が進行し、いずれの場合も２次加工性が著
しく害される。従ってこの様な問題を回避するためには
、加熱による昇温速度を極力遅くして前述の温度勾配を
できるだけ少なくしなければならず、２次加工温度まで
昇温するのに長時間を要する。その結果、この昇温工程
が律速段階となって２次加工品の生産性が著しく低下す
るばかりでなく、熱硬化性樹脂を用いた塊状材ではこの
間に２次硬化が進行し加工性も悪化する。

本発明はこの様な問題点に着目して成されｋものであっ
て、その目的は、２次成形に先立って行なわれる加熱工
程に際して温度勾配を生ずることなく均−且つ迅速に昇
温させることのできる加熱方法を提供しようとするもの
である。

［１１題をＭ決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明に係る加熱方法
の構成は、合成樹脂中に補強用繊維が均一に分散された
複合材料の加熱方法であって、複数の針状ヒーターが略
等間隔で突出された加熱装置の該針状ヒーターを、前記
複合材料に埋め込んで加熱するところに要旨を有するも
のである。

［作用］ 本発明では、合成樹脂中に補強用繊維が均−Ｃ分散され
た複合材料を加熱する為の手段として、たとえば第１図
（［略縦断面説明図）および第２図（第１図のＩＩ−■
線断面相当図）に示す様な装置を使用する。即ちこれら
の図において１は複数の針状ヒーター１ａ、Ｉａ、・・
・を備えた加熱装置、２は下面部材、３は筒部材、４は
上面部材を夫々示しており、加熱装置１には複数の針状
ヒーター１ａ、ｌａ、・・・が略等間隔で剣山状に形成
されると共に、下面部材２には針状ヒーター１ａ。

ｌａ、・・・の寸法および位置・本数に対応した貫通孔
２ａ、２ａ、・・・が形成されており、また上面部材４
は筒部材３の内面に接して摺動し得る寸法・形状に形成
されると共に、前記加熱部材１に形成された針状ヒータ
ー１ａ、ｌａ、・・・に応じてそれらの挿通を許す貫通
孔３ａ、３ａ、・・・が形成されており、これらはいず
れも図面に矢印で示す如く夫々独立して図面の上・下方
向へ進退し得る様に構成されている。そして下面部材２
、筒部材３および上面部材４には、たとえばプレートヒ
ーター等の加熱手段（図示せず）が設けられている。尚
加熱手段は針状ヒーター１ａ、ｌａ、・・・に設けるだ
けであっても本発明の目的は十分達成される。

この装置を用いて塊状予備成形体を加熱するに当たって
は％′ｉ４１図の状態から加熱装置ｌの針状ヒーター１
ａ、ｌａ、・・・を下方に退避させると共に上面部材４
を上方に退避させ、予備成形された複合材料Ａを開放さ
れた筒部材３の上方から装入する（第３図）０次いで３
４４図に示す如く上面部材４を降下させて複合材料Ａの
上面を押えつつ、下面側から針状ヒーター１ａ、ｌａ、
・・・を挿入していく、尚複合材料Ａとして、たとえば
後述する如く合成樹脂粉末と補強用繊維を混合して予備
成形したものを使用する場合は、それ自身圧密度が小さ
くて圧縮される余裕を残しているので、針状ヒーター１
ａ、ｌａ、・・・の挿入はそれほど大きな抵抗を生ずる
ことなく容易に遂行される。しかし高圧で予備成形され
た複合材料Ａを使用する場合は、針状ヒーター１ａ、１
ａ、・・・の挿入された分だけ内部容積が減少してくる
ので、この場合は内部圧力の上昇に応じて上面部材４を
上方に若干後退させながら針状ヒーター１ａ、ｌａ、・
・・を挿入していくのが良い、一方、複合材料Ａの圧密
度が元々小さく、針状ヒーター１ａ、ｌａ、・・・を完
全に挿入した状態においてもまだ圧縮余裕を残している
場合は、上面部材４を降下させて所望密度まで圧縮し加
熱時の伝熱効果を高めることが望まれる。また針状ヒー
ター１ａ、ｌａ、・・・の挿入工程で複合材料Ａが圧縮
され、その一部が上面部材４の貫通孔４ａ、４ａ、・・
・から漏出することもあるので、第４図定示す如く上面
部材４の背面側に、貫通孔４ａ、４ａ、・・・に応じた
栓体５ａ。

５ａ、・・・を突設した漏出防止部材５を設けておくこ
とは極めて有効である。

かくして針状ヒーター１ａ、Ｉａ、・・・の挿入を完了
した後、各部材に接続された加熱源をオンして加熱する
と、複合材料Ａは針状ヒーター１ａ。

ｌａ、・・・、上・下面および筒部内面から同時に加熱
されることになり温度勾配を生ずることなく短時間です
みやかに所定の２次加工温度まで高めることができる。

所定温度まで昇温した後は、加熱源をオフにし、針状ヒ
ーター１ａ、ｌａ、・・・を降下させると共に、上面部
材４で複合材料Ａを押えた状態で筒部材３を上方に退避
させて、更に上面部材４を上方に退避させてから、下面
部材４上に残された複合材料Ａを図示しないブツシャ−
等によって２次加工装置方向へ移行させればよい。

こうした複合材料Ａの装入から加熱・取出しに至る一連
の工程は、たとえば第６図に示す様なターンテーブル機
構を採用することによって連続的に実施することができ
る。即ち第６図においてＩは複合材料Ａの装入部、ＩＩ
は針状ヒーター挿入部、ＩＩ＋は針状ヒーター抜出し部
、■は加熱軟化物搬出部を夫々示し、装入部Ｉで加熱装
置内へ装入された後、針状ヒーター挿入部■で針状ヒー
ターの挿入された複合材料Ａは、時計方向に回転するタ
ーンテーブル７上を針状ヒーター抜出し部ＩＩＩへ移動
するまでの間に加熱され、この位置で針状ヒーターが抜
出された後、搬出部■より図示しない２次加工装置方向
へ送り出される０図中、８はターンテーブル７を回転さ
せる為の駆動源、９はガイドローラを示している。

本発明はたとえば上記の様に構成されるが、要は略等間
隔で剣山状に突出された針状ヒーターを複合材料Ａ内に
埋込んで全体を均−且つ迅速じ加熱できる様にしたとこ
ろに特徴を有するものであり、針状ヒーターの大きさや
本数等は加熱すべき複合材料Ａの大きさや目標とする昇
温速度等を考慮して適宜選定すればよい、また第１〜５
図の例では短円柱状に予備成形された複合材料Ａを加熱
する場合について説明したが、このほか、たとえば第３
図に示した様な状態（但し複合材料Ａは装入されていな
い）から、合成樹脂と補強用繊維の混合された粉末状の
複合材料を筒部材３内へ充填しくこのとき針状ヒーター
１ａ、Ｉａ、・・・は、下面部材２の貫通孔２ａ、２ａ
、・・・に挿通される位置まで上昇させておき、貫通孔
２ａ、２ａ、・・・からの複合材料の漏出を防止する）
、次いで上記と同様の手順で加熱すれば、複合材料の加
熱と予備成形を同時に行なうことも可能となる。

針状ヒーター１ａ、ｌａ、・・・の加熱手段としては電
熱加熱、誘電加熱、誘導加熱等を採用することができ、
筒部材３の加熱手段としてはコイル埋込みタイプの抵抗
加熱やバンドヒーター等が、また下面部材２や上面部材
４の加熱手段としてはコイル埋込みタイプの抵抗加熱や
プレートヒーター等が使用される。また図示例では針状
ヒーターｌａ、ｌａ、・・・を一方向から挿入して加熱
する例を示したが、針状ヒーターを上・下方向から挿入
して加熱する方式を採用することも勿論可能である。

本発明が適用される複合材料の素材となる合成樹脂や補
強用繊維の種類には一切制限がなく、合成樹脂としては
用途や要求特性に応じて熱可塑性樹脂および熱硬化性樹
脂のすべてを適宜選択して使用することができ、補強用
繊維の種類も、最も一般的なガラス繊維や炭素繊維のほ
か様々の金属１ａｉａやウィスカー等を使用することが
できる。またこれら合成樹脂と強化繊維を含む複合材料
は、必要に応じて充填剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤
、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤等が配合されたものであ
ってもよい。

上記の様な複合材料を予備成形して使用するときの予備
成形法にも一切制限がなく、従来から知られた成形法を
そのまま適用し若しくは適当に変更して実施すればよい
が、代表的な方法として示すならば次の様な方法が例示
される。

■合成樹脂粉末と短繊維状の補強用繊維を、必要により
配合される他の添加剤と共に均一に気相混合（乾式混合
）し、これをたとえば第１図に示した様な形状の成形空
間を有する成形型に充填して圧粉成形する方法、この場
合、成形性や保形性を高めるため適当なバインダーを使
用することも勿論有効である。また圧粉成形工程で若干
加熱し、合成樹脂粉末を部分溶融させて相互に融着させ
ることによって保形性を高めることも可能である。

■合成樹脂粉末と短繊維状の補強用繊維を、必要により
配合される他の添加剤と共に水を混合媒体として湿式混
合し、これを任意の形状に成形し乾燥する方法、もしく
はプランジャー式押出成形装置等を用いて棒状等に押出
成形し、適当な長さに切断してから乾燥する方法、この
場合も必要に応じて適当なバインダーを添加して成形性
や保形性を高めることができる。

■上記■に示した様な乾式混合物をプランジャー式押出
成形装置等に装入し、吐出ダイ部分等で適度に加熱して
合成樹脂粉末を部分溶融状態で押出成形する方法。

■尚予備成形する場合の形状にも一切制限がなく、図示
した様な短円柱状のほか、矩形状、多角柱状、楕円柱状
等の任意の形状とすることができ、その形状は本発明で
使用される加熱装置の形状に応じて決めればよい。

［実施例］ 第１〜５図に示す様な加熱装置を使用し、ボリブロビレ
ンバクダー６０重量％とガラス短繊維４０重量％よりな
る均一混合物を短円柱状（２００ｍｍすＸ２００ｍｍ’
）に予備成形した複合材料の加熱実験を行なった。但し
針状ヒーターは直径１６ｍｍのものを４０本有する電熱
タイプとし、筒部材は外面側からのバンドヒーター加熱
方式、上面部材および下面部材はプレートヒーター加熱
方式を採用し、いずれも表面温度が２６０℃となる様に
コントロールした。また加熱装置内には、複合材料の酸
化劣化を防止するため窒素ガスを流した。

その結果、複合材料は約２分で２２０℃まで昇温し、温
度分布は±２．５℃以内と非常に小さく、極めて均一に
加熱されることが確認された。

一方、比較法として、針状ヒーターによる加熱を省略し
たほかは上記と同様にし、筒部材、下面部材および上面
部材による外面側のみから加熱を行なったところ、複合
材料の中心部が２２０℃まで昇温するのに約３０分を要
し、そのとき表面側は２６０℃まで昇温しで合成樹脂が
溶融し、加熱装置からの離脱が困難となった。また表面
側と中心部では約４０℃の温度勾配があるため、２次加
工装置による圧縮成形にも悪影響を及ぼした。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、複合材料中に針状
ヒーターを埋込んで加熱する方式を採用することによっ
て全体をすみやかに且つ効率良く加熱することができ、
その後の２次成形を効率良く円滑に遂行することができ
る。しかも加熱工程で温度勾配を生ずることがないので
、予備成形体が局部的に過熱される恐れもなく、熱可塑
性樹脂を用いた場合に見られがちな一部溶融による保形
性の低下、或は熱硬化性樹脂を用いた場合に見られがち
な部分的２次硬化反応の進行、といった問題も起こらず
、均質且つ安定した品質の２次成形体を生産性良く製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する際に用いられる加熱装置を例
示する概略縦断面説明図、第２図は第１図におけるＩＩ
　−ＩＩ線断面相当図、第３〜５図は該装置を用いた加
熱法を例示する作動説明図、Ｎ６図はターンテーブルを
用いた連続加熱装置を例示する概略平面説明図である。 １・・・加熱装置　　　　　２・・・下面部材３・・・
筒部材 １ａ−・・・針状ヒーター ７・・・ターンテーブル Ｉ・・・複合材料装入部 ＩＩ・・・針状ヒーター装入部 ＩＩＩ・・・針状ヒーター抜出し部 ■・・・複合材料搬出部−１゜ ４・・・上面部材 ２ａ、４ａ・・・貫通孔 Ａ・・・複合材料 踪 ０） 釦江

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 合成樹脂中に補強用繊維が均一に分散された複合材料の
   加熱方法であって、複数の針状ヒーターが略等間隔で突
   出された加熱装置の該針状ヒーターを、前記複合材料に
   埋め込んで加熱することを特徴とする繊維強化複合材料
   の加熱方法。