JPH07214677A - 表層材を備えた繊維強化プラスチックの成形方法及び成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲルコート層を備える繊維強化プラスチック
の難点である、低生産性、作業環境の悪さ、均質な製品
を得難い、ゲルコート層の材質が限定される等の諸問題
を解決し得る、表層材を備えた繊維強化プラスチックの
成形方法と成形型を提供する。 【構成】 成形方法は、ゲルコート層の形成工程に替え
て、予め成形型の内壁面形状に倣った形状に作った表層
材を型内壁面に添着させる。そして、成形型内に繊維質
補強材を配設したうえ、密閉した成形型内にプラスチッ
ク材料を注入して表層材と一体に成形する。成形型に
は、真空成形性を有する表層材を成形型の内壁面に吸着
させる為の真空吸引チャンバー２２と、表層材の周縁部
を型内壁面に密着状態で固定させるクランプ手段２４と
を付設する構成とした。型壁の一部は可撓性材料で構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来のゲルコート法に
よらずに、美装・保護用の表皮層を成形品と一体に形成
させる為の、表層材を備えた繊維強化プラスチックの成
形方法及び成形型に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の成
形品は、繊維質補強材が成形品の表面に現れて見苦しく
ならない様に、又、成形製品の表面の美観や物理特性を
向上させる為に、繊維質補強材を含まない樹脂単体から
成るゲルコート層を設けている。このゲルコート層を形
成させるには、先ず、成形型の内壁面に、例えば、不飽
和ポリエステルとその硬化剤とから成るゲル状の組成物
を刷毛塗りするか吹き付ける。そして、ゲルコート層の
硬化後に、その表面に所要の厚さのＦＲＰ層を周知のハ
ンドレイアップ法やスプレーアップ法によって形成させ
れば、ゲルコート層で被覆された製品が出来上がる。或
は、ゲルコート層の上面に繊維質補強材を配設したうえ
成形型を密閉して、専用の注入機によりプラスチック材
料を加圧注入する方法も行われている。本願発明者は、
この様な加圧注入による成形法に就いて、大気圧以下の
低い注入圧で足りて型費を節約出来、然も、肉薄製品で
も“ボイド”を生じない様に改良した、新規なＦＲＰ成
形技術を開発し、先に、「特願平２−１０８２２１」と
して特許出願している。尚、プラスチック材料を表皮材
と一体に鋳込成形する技術としては、例えば、自動車内
装材等の製法として、先ず、塩化ビニールシート等のプ
ラスチックシートを真空成形して、成形品の外形に倣っ
た形状の表皮材を作り、この表皮材を成形型の内壁面に
当てがったうえ、型内に発泡性ポリウレタン樹脂を充填
する方法が周知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、プラスチッ
ク材料の充填に先立って、成形型の表面に予めゲルコー
ト層を形成させる従来方法は、以下に列挙した如き改善
すべき少なからぬ問題点を抱えている。 （１） ゲルコート層の硬化待ちの為に、１〜数時間が
費やされる。 （２） 塗布不要箇所をマスキングする手間等も含め
て、手作業でゲルコート層を設ける作業は極めて非能率
である。 （３） 然も、作業者はゲルコート組成物中に含まれる
揮発性有害物質が漂う環境中に曝さらされるので、衛生
上極めて好ましくない。 （４） 手作業で形成されるゲルコート層は、厚さが不
均等になり易く均質な成形製品を作り難い。 （５） ゲルコート層の厚さ不同により、その硬化所要
時間がバラ付くので、生産工程の円滑な管理を行い難
い。 （６） 様々のＦＲＰ製品の夫々の使途により良く適合
する様に、様々の特性を備えたゲルコート組成物が開発
されてはいるが、現段階では、それ等の特性の多様さに
は限界がある。 そこで、本発明の目的は、ゲルコート層を設けた従来の
繊維強化プラスチック製品の製法上の難点である、生産
効率の低さ、作業環境の悪さ、均質な製品を得難い、折
角のゲルコート層も、成形品の個々の使途に夫々最適の
表面特性を付与させる為の材質の多様さに欠ける等の諸
問題を、上記の先願発明を活用しながら、概ね解消させ
得る様にした、表層材を備えた繊維強化プラスチックの
成形方法及び成形型を提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
の、本発明による表層材を備えた繊維強化プラスチック
の成形方法は、纖維強化プラスチックの成形と同時に、
美装・保護用の表層材を一体化させる方法であって、従
来のゲルコート層の形成工程に代えて、繊維強化プラス
チックを成形する成形型の内壁面に密着させ得る形状を
備えた表層材を予め作り、この表層材を前記成形型の内
壁面に添着させる工程と、前記成形型内に繊維質補強材
を配設する工程と、前記成形型を密閉してプラスチック
材料を圧入し、前記表層材と一体に成形する工程とを含
む構成とした。そして、繊維強化プラスチックを成形す
る成形型として、シート乃至薄板状の表層材を真空吸引
して前記成形型の内壁面に吸着させる真空成形型に類す
る機能を兼備するものを用い、従来のゲルコート層の形
成工程に代えて、シート状の表層材を前記成形型の内壁
面に真空吸引して添着させる様にしてもよい。又、本発
明による成形型は、分割構造を備える成形型本体Ａと、
真空成形性を有するシート乃至薄板状の表層材Ｂを、前
記成形型本体Ａの内壁面の少なくとも一部分に真空吸引
して添着させる為に、前記表層材Ｂの周縁部を、前記成
形型本体Ａの型合わせ面又は型内壁面に密着状態で固定
させるクランプ手段２４と、前記成形型本体Ａの型壁の
うち、前記表層材Ｂを添着させる部分に設けた複数の吸
気孔２１と、前記複数の吸気孔２１を覆う様にして、型
壁外面に組付けた真空吸引チャンバー２２とを備える構
成とした。そして、前記成形型本体Ａの型合わせ面に
は、大気圧により型締する為の型締用真空回路４を周設
すると共に、型壁の一部を可撓性材料で構成し、プラス
チック材料の注入圧により型壁の一部が可逆的に膨出変
形し得る様に構成するとよい。

【０００５】

【作用】本発明による表層材を備えた繊維強化プラスチ
ックの成形方法は、繊維強化プラスチックの成形型の内
壁面に予めゲルコート層を形成させる、従来の表層材形
成工程を、予め、成形型の内壁面形状に倣った形状に成
形した外殻体状の表層材を作り、この表層材を型内壁面
に添着させる工程に置き換えた。その為、ゲルコート層
の形成工程を設けることから派生する、前述の如き様々
の問題（１）〜（６）は概ね解消し、その上、表層材の
材質選択幅が著しく拡大する。又、表層材は、周知の様
々のプラスチック成形技術を駆使して極めて能率的に作
れる。そして、本発明による真空成形型に類する機能を
兼備した成形型を使えば、表層材の成形型が不要化する
上に、表層材を型内壁面に添着させる手間も省ける。更
には、分割構造を備える成形型の型合わせ面に型締用真
空回路４を周設して大気圧により型締可能にすると共
に、型壁の一部を可撓性材料で構成し、プラスチック材
料の注入圧により型壁の一部が可逆的に膨出変形し得る
構成にすることによって、従来技術では必要とした型締
機構が不要化する上に、面倒な型締及び開型作業を著し
く省力化出来る。又、大気圧以下の低い型締圧で足りる
ので、型製作費の顕著な節減と型の軽量化が達成され
る。そして、表層材の成形型を別個に用意する必要も無
くなる。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明をＦＲＰ製のカバー体を成形
する場合に適用した第１実施例に就いて、図１，２及び
図５を参照しながら説明する。先ず、成形型本体Ａの構
成を示した図１，２に於いて、１は十分な剛性を備えた
ＦＲＰ製の下型で、この場合は、イソフタル酸系、ビス
フェノール系、或はビニルエステル系等のポリエステル
と、ガラス繊維のチョップド・ストランドマットとを素
材として常法により製作されている。

【０００７】下型１には、図２に示した様に成形キャビ
ティ２を形成させている。成形キャビティ２の周縁部に
は、ナイフエッジ状に次第に浅くなるエッジ部２ａを設
けている。又、下型１の周縁部の肉厚を増した部分に木
製の周縁補強材３を埋設している。４は下型１の周縁部
上面に周設されて、成形型本体Ａの減圧シール部となる
型締用真空回路で、所定幅を持った浅い溝状をなしてい
る。この溝の底面には、角棒状の型締パッキン５を取付
ける２条のパッキン溝５ａ，５ａを、所定間隔を隔てて
平行状に溝全長に亙って設けている。

【０００８】型締パッキン５は、その下端部をパッキン
溝５ａ内に嵌着させた状態で、その上端側は下型１の型
合わせ面から幾分突出させている。６は型締用真空回路
４内に連通する様にして下型１に連結した減圧用配管
で、後述する減圧装置に連結されている。７は下型１の
型合わせ面に周設された溝状の成形用真空回路で、型締
用真空回路４の内側に位置し、エッジ部２ａを介して成
形キャビティ２に連通している。エッジ部２ａは、成形
型の大きさや形状に応じて高さを０.１〜０.５ｍｍ、長
さは１０〜６０ｍｍの範囲に設定している。

【０００９】又、下型１の上面には、エッジ部２ａの内
側箇所に、長尺のシール材９を嵌め込む嵌込溝９ａを周
設している。シール材９の上端は下型１の型合わせ面上
に幾分突出させている。更に、下型１の型合わせ面に
は、嵌込溝９ａの外側位置に、上型１０の位置合わせ用
の係合突起１１を設けている。

【００１０】上型１０は可撓性材料で作られ、この場合
は、耐薬品性ポリエステルに軟質ポリエステルを２０〜
３０％配合した可撓性ポリエステル樹脂と、チョップド
・ストランドマットとを素材としている。上型１０の周
縁部には、図２に示した様に、下型１の周縁部の補強構
造と同様の補強構造を設けている。

【００１１】この補強周縁部の上側には、吸気用配管１
２を、成形用真空回路７内に連通する様に設けている。
上型１０の真ん中には、成形キャビティ２内へのプラス
チック材料の注入口１３を設けている。又、型合わせ面
には、下型１に設けた係合突起１１を挿嵌させる係合凹
部１４を突設している。

【００１２】図１に示されたＢは、成形製品の表面を保
護し美装する外殻体状の表層材で、ＦＲＰ材料の充填に
先立って、従来技術のゲルコート層の代わりに、下型１
の内壁面に当てがわれる。この場合の表層材Ｂは、厚さ
０.５ｍｍ内外のアクリル樹脂板を、下型１の内壁面に
密接させ得る形状に真空成形して作られている。又、図
１に示したＣは補強用のガラス繊維マットで、プラスチ
ック材料の注入に先立って、成形キャビティ２内に配設
される。

【００１３】図５は、上記の成形型本体Ａを用いてＦＲ
Ｐ製品をいわゆる鋳込成形法によって成形する為の、成
形システムの全体構造の見取図である。図中の３１は成
形装置本体で、図示は省いたが、原料樹脂及び硬化剤等
のプラスチック材料を貯留する原料タンク、プラスチッ
ク材料の定量圧送装置、減圧装置及びそれ等の制御部等
を収め、キャスターにより移動可能である。３２は原料
樹脂と硬化材を所定割合を以て混合し吐出させる、プラ
スチック材料のミキシングヘッドで、原料ホース３３及
び原料の計量圧送装置を介して原料タンクに連結されて
いる。

【００１４】３４は成形時に成形型Ａから溢れ出たプラ
スチック材料を収容するトラップで、その蓋部分には成
形型本体Ａから伸びる吸気用配管１２の末端と、減圧装
置に連なる吸引配管３５の始端とが連結されている。
尚、型締用の減圧配管６には、バルブ３６が介在されて
いる。

【００１５】次に、上記構成の作用を説明する。先ず、
上型１０を外した状態で、予め成形してある表層材Ｂを
下型１の内壁面に密着する様に当てがい、続いて、この
表層材Ｂの上にガラス繊維マットＣを載置する。然る
後、下型１に上型１０を被せて、減圧装置を駆動させる
と共に減圧用配管６に設けたバルブ３６を開くと、型締
用真空回路４内が減圧されるので、従来技術の様に型締
具を使った面倒な型締作業を行わなくても、上型１０は
大気圧により自ずから下型１に密着されて、型締操作は
極めて簡単に完了する。

【００１６】そこで、ミキシングヘッド３２の注入ノズ
ルを注入口１３に挿し込み、所定量の液状プラスチック
材料を成形キャビティ２内に充填する。この時、成形用
真空回路７は大気に連通させる。但し、材料粘度が極め
て高い場合には、注入補助の為、若干の負圧を掛ける。
この充填圧は、注入口１３の部分でおよそ０.９３Ｋｇ
／ｃｍ²（約０.９気圧）内外と、従来技術の３〜６Ｋｇ
／ｃｍ²に比べて遥かに低く設定している。尚、型壁へ
の離型剤の塗布は、表層材Ｂの材質によっては、表層材
Ｂを当てがった部分に就いては省くことが出来る。

【００１７】注入されたプラスチック材料は、成形キャ
ビティ２内に配置されたガラス繊維マットＣに流動を阻
害されて、図１中に仮想線で示した様に、可撓性を有す
る上型１０の平坦部分を幾分押し上げるので、上記の様
に極めて低い注入圧で足りる。プラスチック材料の充填
を終えた段階では、成形キャビティ２内の周縁部には材
料の未充填部分が残存する。

【００１８】そこで、注入口１３を図示を省いた栓体で
密封したうえ、成形用真空回路７を減圧装置に接続する
と、上記の未充填空隙の空気はエッジ部２ａを通って吸
引排除されるので、成形キャビティ２内のプラスチック
材料は、ガラス繊維マットＣの繊維間隙をたどって成形
キャビティ２内にあまねく行き渡り、膨出変形した上型
１０はその変形復元力により正常な原形に戻る。

【００１９】予め、幾分過剰に充填されたプラスチック
材料は、この時、トラップ３４内に吸引収容される。そ
の後、上記減圧状態のままでプラスチック材料の硬化を
待つが、この間の硬化進行段階で、プラスチック材料は
表層材Ｂに対して強い付着力を呈するので、硬化を終え
た成形製品の表面には、表層材Ｂが強固に接合された状
態になる。そこで、減圧解除して上型１０を取り除け
ば、気泡が全く又は殆ど残存しない極めて良好な成形製
品を取り出すことが出来る。そして、表層材Ｂは、ＦＲ
Ｐ成形品の表面に表れたガラス繊維マットＣを覆い隠し
て平滑で美麗な外観を与え、更に、表面の物性を高める
役割も果してくれる。

【００２０】又、従来は殆どポリエステル樹脂に限られ
ていた従来のゲルコート層に代わる役割を果す表層材Ｂ
の材質は、アクリル樹脂に限らず、周知の多様な成形技
術によって成形可能な様々のプラスチックやゴムの中か
ら、或は、非通気化加工を施した布等の中から、成形製
品の使途に最適のものを幅広く自由に選択することが出
来る。

【００２１】そして、上記成形方法によれば、プラスチ
ック材料の注入圧は大気圧以下で足りるので、成形型本
体Ａも簡素な構造で足り、従来技術に比べて型製作費の
大幅低減と、型軽量化が達成される。そして、型締は型
締用真空回路４内を減圧することにより、大気圧を利用
して行うので、従来の型締具は不要化し、成形キャビテ
ィ２内と減圧装置とを結ぶ配管のバルブの開閉操作だけ
で足りるので、型締とその解除を極めて能率的に行え
る。

【００２２】図３及び図４は、本発明の第２実施例を示
している。第１実施例との相異点は、成形型本体Ａに、
表層材Ｂを真空成形る為の真空成形型に類する機能を付
与したところにある。即ち、成形型本体Ａの下型１に
は、多数の吸気孔２１を設けると共に、此等の吸気孔２
１を覆う様にして、型壁の外面に真空吸引チャンバー２
２を組付けている。２３はこのチャンバー内を減圧装置
に接続させる吸気配管である。

【００２３】又、下型１の型合わせ面には、表層材Ｂの
周縁部をこの面に密着状態で固定させるクランプ手段２
４を、シール材９の外側に位置する様に周設している。
この実施例のクランプ手段２４は、下型１の周縁部上面
に周設されて表層材Ｂの周縁部を落とし込ませる挿嵌溝
２４ａと、表層材Ｂの周縁部をこの溝内に押し込むと共
に、押込状態を固定させるプラグ２４ｂとから成る。

【００２４】この実施例で使用可能な表層材Ｂは、真空
成形性を有するシート乃至は薄板状の材料に限られる。
例えば、塩化ビニールシートに代表される、各種の熱可
塑性プラスチックシート乃至薄板が挙げられる。又、天
然又は合成皮革や、熱可塑性プラスチックフィルムを貼
着させる等して非通気性を付与した織物や不織布、或は
合成紙等も使用出来る。

【００２５】この実施例の作用は、下型１が備える表層
材Ｂのクランプ機能と真空成形機能とを利用して、図３
から理解される様に、下型１の内壁面に表層材Ｂを真空
成形しながら密着させたうえ、第１実施例と同様にして
ＦＲＰの成形を行えばよい。その際に、プラスチック材
料が表層材Ｂと型内壁面との間に廻り込んで侵入する恐
れは、シール材９によって確実に防げる。この成形法に
よれば、表層材Ｂの成形型が不要化するし、表層材Ｂを
予め成形する為の装置と成形の手間が省ける。

【００２６】尚、上記各実施例に於いて、細部の構成は
適宜に変更しても、本発明の目的は達成される。例え
ば、必要に応じて、上型１０にも真空吸引チャンバー２
２を組付けることが出来る。その場合には、注入口１３
を成形型本体Ａの適宜の位置に移動させればよい。又、
成形キャビティ２の形状が比較的平坦であれば、或は、
成形品の表面のうち平坦な部分だけを表層材Ｂで覆えば
足りる場合には、殆ど伸縮性の無いシート乃至薄板状の
表層材Ｂでも使用出来る。その場合の表層材Ｂのクラン
プ手段としては、吸気孔２１の配置を工夫して、表層材
Ｂの周縁部を型内壁面に吸着させる等すればよい。そし
て、上記成形方法は、ＦＲＰに限られず、溶融時の流動
性が乏しいプラスチックの成形にも適している。又、補
強用繊維は、勿論ガラス繊維に限られない。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明によって明らかな様に、本発
明による表層材を備えた繊維強化プラスチックの成形方
法及び成形型は、以下に列挙した如き様々の優れた効果
を奏する。 ａ） 成形製品の品質を左右する、従来のゲルコート層
の塗布作業は熟練を要するが、この作業を省けるので、
未熟練作業者でも容易に均質な製品を作ることが出来
る。 ｂ） 手作業によるゲルコート層の形成工程と、ゲルコ
ート層の硬化待ち時間を省けるので、生産性を大幅に高
められる。 ｃ） ゲルコート組成物に含まれる有害な揮発性物質が
作業環境を悪化させる問題も解消する。 ｄ） ゲルコーの素材は、不飽和ポリエステル等の僅か
な種類に限定されるのに対して、表層材の素材は、成形
型の内壁面形状に倣った形状に成形し得る材質であれ
ば、各種のプラスチックを始め、布、不織布、皮革等の
極めて幅広い材料の中から、製品の用途に最も適したも
のを自由に選択して使うことが出来る。 ｅ） 従って、従来の繊維強化プラスチック製品には求
められない、例えば、良好な肌ざわり、模様付けや彩色
等による洗練された外観、耐薬品性、耐候性等を自在に
付与することが出来る。 ｆ） 表層材の材質によっては、表層材を当てがった型
壁部分には離型剤の塗布を要しないので、その分、手間
と経費を省ける。 ｇ） 本願発明者による前記先願発明の成形技術を、本
発明にも応用したので、極く肉薄の成形品でも“ボイ
ド”の発生等による不良品は殆ど生じない。 ｈ） 然も、プラスチック材料の低圧注入と、型締装置
の不要化によって、成形型を安価且つ軽量に作れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す、成形型本体の構造
及び表層材を示す縦断面図である。

【図２】同上、成形を終えた直後の成形型本体の要部の
拡大縦断面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す、図１相当図であ
る。

【図４】同上、図２相当図である。

【図５】成形型本体も含めた、成形システムの全体構成
の見取図である。

【符号の説明】

Ａ 成形型 Ｂ 表層材 Ｃ ガラス繊維マット １ 下型 ２ 成形キャビティ ２ａ エッジ部 ３ 周縁補強材 ４ 型締用真空回路 ５ 型締パッキン ６ 減圧用配管 ７ 成形用真空回路 ９ シール材 ９ａ 嵌込溝 １０ 上型 １１ 係合突起 １２ 吸気用配管 １３ 注入口 １４ 係合凹部 ２１ 吸気孔 ２２ 真空吸引チャンバー ２３ 吸気配管 ２４ クランプ手段 ２４ａ 挿嵌溝 ２４ｂ プラグ ３１ 成形装置本体 ３２ ミキシングヘッド ３３ 原料ホース ３４ トラップ ３５ 吸引配管 ３６ バルブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 9:00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 纖維強化プラスチックの成形と同時に、
   美装・保護用の表層材を一体化させる方法であって、 従来のゲルコート層の形成工程に代えて、繊維強化プラ
   スチックを成形する成形型の内壁面に密着させ得る形状
   を備えた表層材を予め作り、この表層材を前記成形型の
   内壁面に添着させる工程と、 前記成形型内に繊維質補強材を配設する工程と、 前記成形型を密閉してプラスチック材料を注入し、前記
   表層材と一体に成形する工程とを含むことを特徴とする
   表層材を備えた繊維強化プラスチックの成形方法。
2. 【請求項２】 繊維強化プラスチックの成形と同時に、
   美装・保護用の表層材を一体化させる方法であって、 繊維強化プラスチックを成形する成形型として、シート
   乃至薄板状の表層材を真空吸引して前記成形型の内壁面
   に吸着させる真空成形型に類する機能を兼備するものを
   用い、 従来のゲルコート層の形成工程に代えて、前記表層材を
   前記成形型の内壁面に真空吸引して添着させる工程と、 前記成形型内に繊維質補強材を配設する工程と、 前記成形型を密閉してプラスチック材料を注入し、前記
   表層材と一体に成形する工程とを含むことを特徴とする
   表層材を備えた繊維強化プラスチックの成形方法。
3. 【請求項３】分割構造を備える成形型本体Ａと、 シート乃至薄板状の表層材Ｂを、前記成形型本体Ａの内
   壁面の少なくとも一部分に真空吸引して添着させる為
   に、前記表層材Ｂの周縁部を、前記成形型本体Ａの型合
   わせ面又は型内壁面に密着状態で固定させるクランプ手
   段２４と、 前記成形型本体Ａの型壁のうち、前記表層材Ｂを添着さ
   せる部分に設けた複数の吸気孔２１と、 前記複数の吸気孔２１を覆う様にして、型壁の外面に組
   付けた真空吸引チャンバー２２とを備えることを特徴と
   する表層材を備えた繊維強化プラスチックの成形型。
4. 【請求項４】 前記成形型本体Ａの型合わせ面には、大
   気圧により型締する為の型締用真空回路４を周設すると
   共に、型壁の一部を可撓性材料で構成し、プラスチック
   材料の注入圧により型壁の一部が可逆的に膨出変形し得
   る様に構成したことを特徴とする請求項３記載の表層材
   を備えた繊維強化プラスチックの成形型。