JPH03182309A - 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］ 本発明は塊状に成形された繊維強化複合材料をマイクロ
波加熱によって効率良く加熱する方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ ＦＲＰ成形法のひとつとして、予備的に成形した材料（
本明細書では予備成形材料という）を用いてこれを更に
圧縮成形、その他の方法によって所望の最終形態に成形
する方法が知られている。

この様な予備成形材料を製造するに当たっては、プラス
チック材料及び補強用繊維を主成分とし、必要に応じて
硬化剤（プラスチック材料として熱硬化性樹脂を用いる
場合）、充填剤、着色剤、バインダー、その地番種添加
剤等を配合して予備成形を行うが、予備成形の最終段階
において加熱を行い、本成形に備える。

一方予備成形材料の形態としては、シート状及び塊状（
バルク状乃至ブロック状のものを含む）等が知られてい
るが、温度勾配の少ない均一加熱状態を達成するという
点では薄いシート状のものが好ましく、塊状の予備成形
材料を均一加熱するという思想は知られていなかった。

しかしシート状のものはそれ自身の製造コストが高価で
ある他、最終形態に仕上げるに当たって積層成形しなけ
ればならないという繁雑さがある。

尚予備成形ステップに先立って、原材料に剪断力を与え
る様は混練しながら加熱する方法も知られているが、こ
の方法では補強用繊維が切断されて補強効果の発揮が不
十分になるという問題が生じる。

［発明が解決しようとする課題Ｊ 本発明は上記の様な事情上着目してなされたものであっ
て、塊状の予備成形材料であっても効率良く均一加熱す
ることのできる方法を提供しようとするものである。

［課題を解決する為の手段］ 本発明は、プラスチック材料に補強用繊維を配合してな
る複合材料の塊状予備成形材料中に、０．１〜４．５重
量％の比率で誘電損失向上剤を配合すると共に、加熱手
段としてマイクロ波照射によるマイクロ波加熱を採用し
た点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明者等は、上記塊状予備成形材料の均一加熱手段と
してマイクロ波加熱を採用することに想到し、電熱ヒー
タによる外部加熱や赤外線による外部加熱・どの比較検
討を行なった。それによれば後二者では外部のみから加
熱される為内部比加熱される為には比較的低温で加熱を
開始すると共に長時間をかけて徐々に昇温させなければ
ならないこと、また塊状予備成形材料内部に温度勾配を
生じない様にする為には非常な長時間をかけて熟成させ
る必要があること等が分かった。

これ社対しマイクロ波加熱の場合は非加熱体の誘電損失
に負うところが大きく、従来の汎用材料を用いた予備成
形材料にいきなりマイクロ波加熱を適用しても、プラス
チック材料自身、並びにこれに配合される補強用繊維や
その他の各種配合材料の有する電気的特性によって加熱
効果が左右されるという問題があり、汎用性に欠けるこ
とが分かった。また、たまたま材料特性がうまく適合し
てマイクロ波加熱の効果が現われる様なことがあっても
、マイクロ波加熱効果を配慮した最適の材料選定が行な
われている訳ではないから、マイクロ波加熱効果をより
向上させる為の改善手段を講じることが推奨される。

そこで本発明においては、塊状予備成形材料を製造する
為の使用原材料の如何にかかわらず常に安定したマイク
ロ波加熱効果を発揮させるという趣旨から、上記塊状予
備成形材料の誘電損失を高める目的で種々の添加物質に
ついて検討し、誘電損失向上剤を配合するという結論に
到達した。誘魚 電損失向上剤とは、それ自身の誘電摂食又は誘電率が高
い物質であり、そのことによって高い誘電損率を示すも
のであり、今その代表的な物質を例示すると、シリコン
カーバイド、カーボンブラック、各種ゴム材料、大理石
、ソーダガラス水分、エチレングリコール、グリセリン
等が例示される。

誘電損失向上剤の配合量は、塊状予備成形材料全重量に
対して０．１重量％以上とする必要があり、これによっ
てマイクロ波加熱効果が十分現われる程度に塊状予備成
形材料の誘電損失を高めることが可能となる。しかし４
．５重量％を超えて配合すると塊状予備成形材料の強度
が低下するので、本発明では０．１〜４．５重量％とし
た０本発明に用いるその他の諸原料については、ＦＲＰ
製造の趣旨に反しない限り広範な汎用材料から選ぶこと
ができる０例えばプラスチック材料は熱可塑性及び熱硬
化性の如何を問わず、また補強用繊維についてもガラス
繊維や炭素繊維を始めとして広範な補強用繊維を用いる
ことができる。その他の添加剤としては、必要に応じて
バインダー、硬化剤、可塑剤、充填剤、酸化防止剤、顔
料等が配合され、従来公知の添加剤は全て配合可能であ
る。

この様な諸原料を用いて製造される塊状予備成形材料に
マイクロ波（通常３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）を照射す
ると、該マイクロ波が上記誘電損失向上剤に吸収されて
内部加熱が進行し、塊状予備成形材料全体が均一に、し
かも短時間の内に昇温しで所期の目的を達成することが
可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明を実施する為の装置を示す全体概念図、
第２図は要部の断面図であり、石英管通路４及びファン
６を内蔵した加熱炉３に鉄管２ａ、２ｂを連結し、上部
には導波管５を接続する。鉄管２ａ内を矢印Ａ方向に供
給される塊状予備成形材料１ａは加熱炉３に人り、矢印
Ｃ方向から導入されるマイクロ波によって加熱される。

マイクロ波はファン６によって乱反射され、予備成形材
料１ａに対してあらゆる角度から照射される。尚塊状予
備成形材料１ａに回転、振動或は昇降等の運動をさせる
と、マイクロ波照射を受ける面が変動し、より一層の均
一加熱が達成される。

この際石英管通路４はマイクロ波を吸収しないから、マ
イクロ波は塊状予備成形材料に対して直接的に照射され
る。尚加熱炉３内はＮ２等の不活性ガスによって置換し
、プラスチック材料をはじめとする各種配合物質の酸化
劣化を防止することが推奨される。

実験として、ポリプロピレン粉末とガラス繊維からなる
複合材料に０．５１ｉ量％の比率となる様に誘電損失向
上剤としてカーボンブラックを配合し、２００ｒＡＩＩ
Ｉすｘ２００ｍｍ（１ｉ量：３Ｋｇ）の円柱状予備成形
材料を製造して２４５０ＭＨｚｘ８ＫＷのマイクロ波を
′照射した。このとき予備成形材料は僅か３分で２２０
℃まで昇温し、予備成形材料内部の温度分布は±５℃と
いう優れた均一性を示した。加熱された予備成形材料１
ｂは鉄管２ｂを介して矢印Ｂ方向へ搬出され、次いで圧
縮成形機により成形される。最終成形品の機械強度は混
練加熱した比較量を用いて成形したものに比べて、より
高い値を示した。

尚このマイクロ波加熱において、加熱時間（単位二分）
とその時の塊状予備成形材料中心部温度の関係を求めた
ところ、第３図に示す様な結果が得られた。第３図に見
られる様に、加熱時間と中心部温度の間には正の１次関
数が成立しており、本発明は非常に安定した制御性の良
い加熱方法を提供していることが分かる。従って例えば
第１図に示す様な装置を用いて塊状予備成形材料の加熱
を行う方法を採用する場合には、到達温度から割出して
得られる加熱時間を炉内通過時間として各成形体の矢印
Ａ、Ｂ方向移動速度を設定すれば良いことになる。

第４図は第１．２図の概念に基づいて設計されたマイク
ロ波加熱装置の平面図、第５図は側面図であり、横方向
に５列、縦方向に２段、合計１０列の石英管通路４を設
けると共に、入口側には１０基（上下２段、各段５基）
の装入用エアシリンダ１１と一各入ロヘッダ１０内に１
０個の塊状予備成形材料を配置するための配列用シリン
ダ１２を上下２段に各１基設ける。他方出口側には排出
されて出口ヘッダ２０に挿入された塊状予備成形材料を
順次排出する横方向排出シリンダ２１と長さ方向排出シ
リンダ２２を夫々上下２段に１基ずつ設ける。従って配
列用シリンダ１２によって入口ヘッダ１０内に挿入され
た１０個の塊状予備成形材料は、１０個を１グループと
して装入用シリンダ１１によって石英管通路４内に挿入
され、導波管５を経て導入されるマイクロ波の照射を受
けて加熱される。以下この操作を繰り返して後続の塊状
予備成形材料を順次装入するが、この装入によって図面
の左方向へ移動させられる先行の塊状予備成形材料はこ
の移行過程中に所定時間のマイクロ波加熱を受け、希望
温度に到達した時点で１グループが一括して出口ヘッダ
２０内に排出される。そして次の排出が行なわれる迄に
横方向シリンダ２１と長さ方向シリンダ２２の時間差連
携プレーによって矢印Ｚ方向に搬送されていく、こうし
て１グループの塊状予備成形材料が排出・搬送されると
、配列用シリンダ１２と装入用シリンダ１１の時間差連
携プレーによって新しいグループの１０個の塊状予備成
形材料が図の右側から装入され、その押出し力によって
左側にある最先端の塊状予備成形材料が押出される。以
下この操作を繰り返して行けば、塊状予備成形材料の加
熱が連続的に行なわれる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、プラスチック
材料と補強用繊維を含む塊状予備成形材料が短時間のう
ちに均一加熱されることとなり、補強用繊維の折損を招
かず、高強度のＦＲＰ威形保形体率良く製造できる様に
なった。

４、図面のＩ−ＪＪＩＬな説明 第１図は本発明の加熱方法を実施する為の加熱装置を概
念的に示す説明図、第２図はその横断面図、第３図は加
熱時間と到達温度の関係を示すグラフ、第４図は加熱装
置の具体例を示す平面説明図、第５図は側面説明図であ
る。

１・・・塊状予備成形材料　３・・・加熱炉４・・・石
英管通路　　　　５・・・導波管Ｘ　　熱暗闇 （仔） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラスチック材料に補強用繊維を配合してなる複合材料
   の塊状予備成形材料を加熱する方法において、該塊状予
   備成形材料中に、０．１〜４．５重量％の比率で誘電損
   失向上剤を配合すると共に、マイクロ波を照射すること
   によってマイクロ波加熱を行うことを特徴とする繊維強
   化複合材料の加熱方法。