JPH0443010A - 繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形方法 - 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） 本発明は合成樹脂の成形方法に係り、特に繊維強化熱可
塑性合成樹脂のプリプレグ材シートに対しての成形方法
に関するものである。

（従来技術） 繊維強化合成樹脂は、単位重量当たりの剛性及び機械的
強度であるところの比剛性及び比強度が金属材料に比べ
て優れ、また、ある程度仕様に合わせた特性の材料を設
計できるので、いわゆるチーラドマテリアルと呼ばれ、
航空、宇宙産業を始めとして、舟艇、船舶、自動車、ス
ポーツ用品等に急速に普及した。

従来の繊維強化熱可塑性合成樹脂は、熱硬化性合成樹脂
をベースとして形成されていたが、最近は、高性能の熱
可塑性合成樹脂が多数開発されたこともあって熱可塑性
合成樹脂をベースとしたものも開発されるようになった
。

繊維強化熱可塑性合成樹脂として、連続繊維に熱可塑性
合成樹脂を含浸させたシート状繊維強化熱可塑性合成樹
脂、すなわち、ＦＲＴＰシートが、プレス成形用のいわ
ゆるスタンパブルシートとして開発された。

このＦＲＴＰシートとして、最近、ＩＣＩ社からＡｒｏ
ｍａｔｉｃ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅとし
てＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂を炭素
繊維で強化したシート材ＡＰＣ−２が開発された。

ＰＥＥＫＩＩ脂は、耐熱、耐スチーム、耐薬品、耐放射
線、難燃性等に優れていて、電線被覆、コンピュータ用
ラッピングワイヤ、航空機用のコネクタやエンジン周辺
部品、原子力発電用コネクタ。

熱水ポンプ等積々の用途で利用されていることから、こ
のＰＥＥＫ樹脂をベースにしたＦＲＴＰも広い用途が期
待される。

従来のＦＲＴＰシートの成形は、所定の成形温度に加熱
した成形材シートを加熱された型にセットしてプレスす
るホットプレス成形や、成形材シートがセットされた型
の配備された加圧室内を所定温度に加熱した後、圧搾空
気を導入し成形材シートを型に倣わせて押圧する空圧成
形により行なわれていた。

これらの成形の場合、成形体は、成形後型内で自然冷却
された後取り出されていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、成形体が型内での自然冷却により徐冷さ
れると、ＰＥＥＫ樹脂のような結晶性合成樹脂の場合は
結晶化度が高まるとともにその程度もばらついて、靭性
や耐衝撃性が低下するとともに物性がばらつくこととな
る。

特に、ＰＥＥＫ樹脂のように４００”Ｃと高温で形成さ
れる樹脂の場合は、冷却に時間がかかるのでこの傾向が
強い。

すなわち、結晶性合成樹脂は、成形後の冷却速度によっ
て結晶化度がばらつき、例えば、冷却速度が１０℃／分
以下で徐冷されると結晶化度が高まって靭性が低くなり
、逆に、冷却速度が７００℃／分と急冷されると結晶化
度が低くなって機械的強度、剛性、耐薬品性等が低くな
る。

したがって、結晶性の合成樹脂の成形体の物性を安定さ
せるためには、成形後の冷却速度を厳密にコントロール
し、結晶化度を最適にコントロールすることが必要とな
るが、前記したように成形体を型内で自然冷却したので
はこれは困難である。

このため、結晶性合成樹脂をベースとする成形体の場合
には成形終了直後に急冷して一旦結晶化度の低い状態と
した後、２００〜３００℃−２０分程度のアニーリング
を行って所定の結晶化度に戻すように調整することが好
ましい。

しかしながら、ＰＥＥＫ樹脂のように４００℃程度と極
めて高温での成形体を成形終了直後に型から取り出して
水冷等によって急冷させる作業を行うことは大変であり
、しかも、この急冷作業の際に成形体が変形してしまう
という問題もあった。

本発明は、前記したような従来技術の欠点を解消して、
成形体の成形直後の急冷作業を成形体を変形させること
なく容易に行うことのできる、繊維強化熱可塑性合成樹
脂のシート状成形材に対する成形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） すなわち本発明は、所定枚数の繊維強化熱可塑性合成樹
脂プリプレグ材シートを積層した積層シートを両面から
展延性に富んだ金属シートで挟持し成形材シートとし、
この成形材シートを加熱室内に配備された加圧室内で成
形型を基に圧搾空気により加圧成形し、この成形体を成
形直後に加圧室内に配備されたノズルから冷媒を噴射し
て冷却することを特徴とする繊維強化熱可塑性合成樹脂
の成形方法である。

（作　　用） 本発明は前記したように構成され、成形体は。

成形直後に冷媒の噴射によって効率良く急冷されるので
成形体の結晶化度は極めて低くなり、しかもこの冷却は
成形体に対する局部的なものであるので加熱室内は殆ど
室温が下がることがなく短い成形サイクルで成形を行え
、さらに、合成樹脂シートは両面が金属シートで挾まれ
て成形及び冷却されるので、成形の際に強化用の繊維の
配向が乱れたり損傷したりすることがなく良好に成形さ
れ、また、冷却の際に高圧力の冷媒が噴射されても成形
体は変形しない。

（実施例） 本発明の実施例として、先ず、成形材シートを空圧成形
により成形する装置を第１図により説明する。

第１図において、（１）は熱風が循環する加熱室であり
、この加熱室（１）内に加圧室（２）が配備されている
。

加圧室（２）は、下面が開口し、この開口の周囲にフラ
ンジ部（４）を持ち所定の位置に固定された上室（３）
と、上面の上室（３）の開口と対向した位置が開口し、
この開口の周囲にフランジ部（６）を持ちプランジャー
ロッド（１０）により上下動自在の下室（５）とに２分
されている。

下室（２）には、排気口（７）が設けられ、セラミック
スのような通気性材料で形成された成形型（８）がキャ
ビティ部（９）を開口に臨ませて収納されている。

（１１）が、ＦＲＴＰのプリプレグ材シートを所定枚数
重ね合わせた積層シート（１２）を上下に両面から展延
性に富んだ金属シート（１３）で挾んだ成形材シートで
、この成形材シート（１１）は、加圧室（２）の上室（
３）と下室（５）との間に、プランジャーロッド（１０
）の押圧によって上下両面の開口の周囲に設けたフラン
ジ部（４）及び（６）に周辺部が挾まれてセットされる
。

（１４）は、加圧成形用の圧搾空気と冷却用の冷媒とを
加圧室（２）の上室（３）内に噴出するための噴射管で
、この噴射管（１４）は、コンプレッサーバルブ（１７
）を介してコンプレッサー（１６）と水道バルブ（１９
）を介して水道管（２０）とにつながる気液混合器（１
８）につながっている。

（１５）は、加圧室（２）の上室（３）内を必要に応じ
て排気するための排気バルブ（２１）を介して大気に解
放される排気管である。

次に、以上のように構成される成形装置による成形の手
順を説明する。

先ず第２図に示すように、加熱室（１）は成形材のベー
スであるＰＥＥＫ樹脂の成形温度である４００℃に加熱
され、加圧室（２）は、下室（５）が下降して開かれた
状態となっており、下室（５）の成形型（８）上に４０
０℃に予熱した成形材シート（１１）を載置する。

成形材シート（１１）の積層シート（１２）は、第３図
に示すように、ＰＥＥＫ樹脂をマトリックス材とする炭
素繊維プリプレグ材（化成ファイバーライト社、ＡＰＣ
−２、密度１．６ｇ／ａｄ、炭素繊維体積分率６１％、
樹脂含有率３２％）の厚さ０．１２５ｍｍのシート（２
２）を繊維配向を４５℃づつずらしての４枚重ねとし、
この２組み合計８枚重ねとしたものであり、この積層シ
ート（１２）を両面から挾む金属シート（１３）は、厚
さ０．８ｍｍの超塑性アルミニウムシート（スカイアル
ミ社、Ａ７４７５）である。

次に第４図に示すように、加圧室（２）は、プランジャ
ーロッド（１０）の作動によって下室（５）を上昇させ
、成形材シート（１１）を下室（５）と上室（３）との
間に開口の周囲に設けたフランジ部で周辺部を挾んでセ
ットし、コンプレッサーバルブ（１７）は開き、水道バ
ルブ（１９）と排気バルブ（２１）は閉じた状態として
コンプレッサー（１６）を作動させ気液混合器（１８）
を経て噴射管（１４）から６ｋｇｆ／ｃｄ程度の圧力の
圧搾空気を噴出させ成形材シート（１１）に対する加圧
を行う。

これにより、所定の成形温度に加熱されている積層シー
ト（１２）は、成形型（８）のキャビティー（９）に倣
って徐々に変形して行き、この際、この積層シー）−（
１２）を両面から挾む金属シート（１３）も展延性に優
れた超塑性アルミニウムシートであるのでともに変形し
て行き、積層シート（１２）の繊維の配向が変形によっ
て乱れるのを防ぐ。

また、成形材シート（１１）が変形すると、成形型（８
）が通気性を持ったセラミックス型であるので。

キャビティ（９）内の空気は成形材シート（１１）の変
形にともなう押圧力によって下室（５）に設けた排気口
（７）を通じて成形型（８）の外に排出され、成形材シ
ー）−（１１）は、圧搾空気の加圧力によって一層変形
し易くなり、最終的にはキャビティ（９）に密着しキャ
ビティに完全に倣った形状に賦形され、この状態で所定
時間の加圧を続は成形体を形成する。

次に、前記したようにして成形された成形体の冷却を行
うため水道バルブ（１９）と排気バルブ（２１）とを開
く。

これにより、加圧室（２）内は、上室（３）内の加圧用
の圧搾空気が排気管（１５）から大気中に排出され大気
圧に戻るとともに、第５図に示すように、混合器（１８
）で水と圧搾空気とを混合させた冷媒が、噴射管（１４
）から成形体（２３）に向かって噴射された後排気管（
１５）から排出され、成形体（２３）の冷却が行われる
。

この冷却の際の冷媒の噴射量は、水量３００ｃｃ／分、
圧搾空気量２９４ＮＱ　／分であり、噴射管（１４）か
らの噴射量のほうが排気管（１５）からの排気量よりも
多くなっているので、成形体（２３）は加圧されつつ冷
却されていることとなる。

成形体（２３）は、積層シート（１２）が賦形された成
形品（２４）の表面を金属シート（１３）が賦形された
金属カバー（２５）で覆っているので、冷媒が直接成形
品（２４）の表面に噴射されることはないので、冷媒の
噴射圧力によって成形品（２４）の表面が変形すること
はない。

また、冷媒としては、前記した水ミストを含む圧搾空気
の他に、断熱膨張空気や水シヤワー等の利用も考えられ
る。

以上のようにして成形体（２３）の冷却が終わると、コ
ンプレッサーバルブ（１７）、水道バルブ（１９）及び
排気バルブ（２１）を閉じ、第６図に示すように、プラ
ンジャーロンド（１０）の作動によって加圧室（２）の
下室（５）を下降させ成形体（２３）を成形型（８）か
ら取り出し、次ぎの結晶化度を再調整するためのアニー
リング処理に移る。

（効　　果） 第７図は、本発明の冷却効果を示し、黒丸実線で示され
るＡが本発明の急冷を行った場合の成形品の冷却曲線、
白丸点線で示されるＢが比較例として成形品を室温で自
然冷却した場合の冷却曲線である。

この図から明らかなように、本発明による前記実施例に
示したような条件で冷却を行った場合の冷却速度は、５
２００℃／分と極めて速く、４００℃の成形品を４〜５
秒の極めて短い時間で常温まで冷却でき、成形体の成形
品の表面は金属カバーで覆われているものの、この金属
カバーは熱伝導性の良いアルミニウムシートでできてい
るので成形品の冷却速度には殆ど影響しない。

この結果、成形品は結晶化が殆ど進んでいない状態で成
形型から取り出され、後のアニーリング処理によって最
適な結晶化度が実現できる。

さらに、成形体は冷却時間が短く成形終了直後に成形型
から取り出せ、しかも冷却は、成形体に対する局部的な
ものであるとともに時間も短いので加熱室の温度低下は
殆どなく、したがって加熱室の温度調整のための時間も
必要でないので、成形イクルが極めて短くなる。

以上のように、本発明は、熱可塑性合成樹脂、特に、結
晶性の熱可塑性合成樹脂をベースとするシート状繊維強
化熱可塑性合成樹脂成形材に対し、結晶化度を調整し物
性上のバラツキのない良好な成形品を容易に成形できる
成形法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に利用する成形装置を示す図、第２図は
装置に成形材をセットする状態を示す図、第３図はプリ
プレグ材シートを積層し積層シートを形成する状態を示
す図、第４図は成形状態を示す図、第５図は成形体の冷
却状態を示す図、第６図は成形体の取り出し状態を示す
図、第７図は冷却効果を示す図である。 （１）・・・加熱室、（２）・・・加圧室、（８）・・
・成形型、（１１）・・・成形材シート、（１２）・・
・積層シート、　（１３）・・・金属シート、（１４）
・・・圧搾空気並びに冷媒噴射管、（１６）・・・コン
プレッサー、（１８）・・・気液混る器、（２０）・・
・水道管、（２３）・・・成形体。 第 図 第 図 第 図 答蘂０呂　剋駆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定枚数の繊維強化熱可塑性合成樹脂プリプレ材シート
   を積層した積層シートを両面から展延性に富んだ金属シ
   ートで挟持し成形材シートとし、この成形材シートを加
   熱室内に配備された加圧室内で成形型を基に圧搾空気に
   より加圧成形し、この成形体を成形直後に加圧室内に配
   備されたノズルから冷媒を噴射して冷却することを特徴
   とする繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形方法。