CN109890587B - 纤维增强塑料成型体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纤维增强塑料成型体的制造方法，该方法包括通过成型用模具对成型前体进行加热压缩成型，所述成型前体是在热塑性的固态物的周围配置包含热固性树脂和纤维的预成型料而成的。

Description

纤维增强塑料成型体的制造方法

技术领域

本发明涉及纤维增强塑料成型体的制造方法。

本申请基于2016年10月31日在日本申请的日本特愿2016-213228号要求优先权，并在此援引其内容。

背景技术

中空形状、U字形等的纤维增强塑料(FRP；Fiber Reinforced Plastics)成型体被广泛用于飞机的机身、机翼等大型成型体至自行车的车架、网球拍、钓竿、高尔夫球杆等小型成型体。

作为中空形状、U字形等的纤维增强塑料成型体的制造方法，已知将使树脂含浸于纤维(长丝)而成的预成型料配置于型芯的周围，并进行了成型之后，去除上述型芯的方法。

例如，提出了将FRP材料层叠于蜡制成型模具，并在成型固化之后将蜡制成型模具熔融除去的方法(专利文献1)。

另外，提出了具有下述工序的方法：利用合成蜡制作型芯的工序；在上述型芯的外表面整体粘贴预成型料，且在已粘贴的预成型料中形成蜡排出孔的工序；对型芯和预成型料进行加热使预成型料热固化，并将熔融的合成蜡从蜡排出孔排出而得到纤维增强塑料成型体的工序(专利文献2)。

另外，提出了具有下述工序的方法：将包含纤维增强材料和热固性树脂的预成型料配置在实心的芯轴材料的周围的工序；使上述预成型料固化而形成纤维增强塑料成型体的工序；在比上述纤维增强塑料成型体的玻璃化转变温度更低的温度下使上述芯轴材料熔融而形成液体材料的工序；排出上述液体材料的工序；以及冷却上述纤维增强塑料成型体的工序(专利文献3)。

另外，提出了如下方法：将流体封入由易变形的中空体形成的芯轴中，在芯轴的周围以网眼状卷绕连续的含浸树脂的纤维束，然后，用被加热的成型模具进行约束并提高芯轴的内压，使上述的树脂固化(专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-7127号公报

专利文献2：日本特开2007-307853号公报

专利文献3：日本特表2014-534914号公报

专利文献4：日本特开昭62-5842号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1的方法中，由于通过常温固化进行成型，因此固化时间增加，导致生产效率降低。另外，由于直接在蜡表层进行手工敷层，因此在熔融除去蜡之后，蜡有可能残留在长丝之间。

在专利文献2的方法中，由于一边使预成型料固化，一边使型芯熔融来除去，因此工序数量少。但是，型芯的一部分容易在预成型料充分进行固化之前被除去，特别是在大型的纤维增强塑料成型体的情况下形状不稳定，而且有时在成型体中产生孔隙等空隙。因此，难以高效地获得高品质的纤维增强塑料成型体，在经济上也不利。

另外，在专利文献3的方法中，特别是具备上模和下模的成型用模具等在合模时的压力容易作用在一个方向的情况下，难以对芯轴材料均匀地施加压力，容易产生立面(从模具模腔底部向上方延伸的面)的孔隙、角部的缺陷等成型不良。

另外，在专利文献4的方法中，由于在芯轴内封入空气等气体，因此，成型压力容易降低，容易在立面、角部发生成型不良。

本发明其目的在于提供一种能够高效且经济地制造成型形状的自由度高、即使是大型的纤维增强塑料成型体也能够抑制发生成型不良、且外观优异的纤维增强塑料成型体的纤维增强塑料成型体的制造方法。

用于解决课题的方法

本发明具有以下的构成。

[1]一种纤维增强塑料成型体的制造方法，该方法包括：通过成型用模具对成型前体进行加热压缩成型，所述成型前体是在热塑性固态物的周围配置包含热固性树脂和纤维的预成型料而成的。

[2]根据[1]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述热塑性固态物的密度为8g/cm³以下。

[3]根据[1]或[2]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述热塑性固态物是蜡。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述热塑性固态物中还容纳密度低于该热塑性固态物的填料。

[5]根据[4]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，相对于所述热塑性固态物和所述填料的总计100体积％，将所述填料的比例设为5～70体积％。

[6]根据[1]～[5]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述成型前体具有形成于所述热塑性固态物与所述预成型料之间的阻挡层。

[7]根据[6]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述阻挡层为柔性袋体或涂敷材料。

[8]根据[6]或[7]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述阻挡层具有纤维增强材料。

[9]根据[1]～[8]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，其中，在所述热塑性固态物的熔点Tm(℃)与平均成型温度Tf(℃)的关系为Tf －60≤Tm≤Tf的条件下进行加热压缩成型。

[10]根据[6]～[9]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述热塑性固态物的熔点Tm(℃)、平均成型温度Tf(℃)、以及形成所述阻挡层的物质的熔点Tb(℃)的关系为Tm≤Tf＜Tb的条件下进行加热压缩成型。

[11]根据[1]～[10]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述热塑性固态物的表层部的至少一部分熔融了的状态下进行加热压缩成型。

[12]根据[1]～[11]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在加热压缩成型时，在所述成型用模具内挤压所述热塑性固态物。

[13]根据[12]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，通过所述成型用模具所具备的杆进行所述热塑性固态物的挤压。

[14]根据[1]～[13]中任一项所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述加热压缩成型后，从得到的纤维增强塑料成型体中除去所述热塑性固态物。

[15]根据[14]所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述纤维增强塑料成型体的热变形温度以下、且所述热塑性固态物的熔点Tm(℃)以上的温度下，将所述热塑性固态物排出至所述纤维增强塑料成型体的外部。

发明的效果

根据本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法，能够高效且经济地制造成型形状的自由度高、即使是大型的纤维增强塑料成型体也能够抑制发生成型不良、且外观优异的纤维增强塑料成型体。

附图说明

图1是示出了本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法中的加热压缩成型的一例的示意剖面图。

图2是示出了本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法中的加热压缩成型的一例的示意剖面图。

图3A是示出了得到内置作为本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法中的热塑性固态物的蜡的纤维增强塑料成型体的状态的示意剖面图。

图3B是示出了在图3A中得到的纤维增强塑料成型体形成了用于排出蜡的排出口的状态的示意剖面图。

图3C是示出了经由图3B中形成的排出口将蜡排出后的状态的示意剖面图。

图4是示出了在实施例1的加热压缩成型中测定型芯的内压、蜡的表面温度及中心温度的结果的图。

符号说明

1 蜡(热塑性固态物)

2 阻挡层

3 型芯

4 预成型料

5 成型前体

6 纤维增强塑料成型体

7 排出孔

10、10a 成型用模具

12 下模

14 上模

16 活塞杆

18 液压缸

具体实施方式

本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法是通过成型用模具对成型前体进行加热压缩成型，从而得到纤维增强塑料成型体的方法，所述成型前体是在热塑性固态物的周围配置包含热固性树脂和纤维的预成型料而成的。

本发明所用的热塑性固态物具有作为在制造中空形状、U字形等的纤维增强塑料成型体时使用的型芯的功能，是由具有以下性质的物质构成的，所述性质为：在以常温(20℃)为代表的加热加压成型之前的气体氛围温度下不显示出可塑性，但在加热压缩成型时软化或熔融，可自由变形。

对于该热塑性固态物而言，在加热压缩成型后，例如可以通过设定为成型体的热变形温度以下且热塑性固态物的熔点以上的温度，从而容易地从得到的成型体中除去。

作为该热塑性固态物，只要由上述物质构成即可，没有特别限定，优选密度为8g/cm³以下。这是由于，通过将热塑性固态物的密度设为8g/cm³以下，能够使成型前体轻质化，特别是在制造大型的纤维增强塑料成型体时，具有操作性良好、并且能够防止因自重导致的成型前体变形的倾向。更优选为 2g/cm³以下，进一步优选为1g/cm³以下。对于下限没有特别限制，从确保最低限度的强度和操作性的观点考虑，优选为0.6g/cm³以上。

作为构成该热塑性固态物的物质，可举出例如：聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸树脂等热塑性树脂、锡、铟等低熔点金属、焊料、伍德易熔合金、洛兹合金、利波维兹合金、牛顿低熔点合金等易熔合金、低熔点玻璃等，从可以具有预成型料的成型温度以下的熔点、并且容易加工成希望的形状、且密度低、能够使上述成型前体轻质化的观点考虑，优选使用蜡。

作为这样的蜡，可以适当选择使用石蜡等天然蜡、费托蜡、聚乙烯蜡等合成蜡。这些蜡可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上，使用脱蜡铸造(lost-wax casting)具有容易除去本发明的纤维增强塑料成型体在成型后的蜡的倾向，因此优选。

另外，在本发明所用的热塑性固态物中优选进一步容纳密度低于该热塑性固态物的填料。

例如，通过在蜡中含有密度低于蜡的填料，能够进一步减轻热塑性固态物的质量，因此，制造大型的纤维增强塑料成型体时的适用性更优异。

作为该填料，只要密度低于热塑性固态物，就可以适当选择使用，其中，从导热系数低、成型时的热能不容易被热塑性固态物过度消耗、从而从有效提高预成型料的温度、改善成型周期的观点考虑，优选为中空玻璃珠、中空金属球。

作为填料，可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。

在热塑性固态物中使用填料的情况下，相对于热塑性固态物和填料的总计100体积％，填料的比例优选为5～70体积％，更优选为10～60体积％，进一步优选为20～50体积％。上述填料的比例优选为5体积％以上，更优选为 10体积％以上，进一步优选为20体积％以上，由此，热塑性固态物的适用性更优异，大型的纤维增强塑料成型体的制造变得容易，而且改善成型周期。优选将上述填料的比例设为70体积％以下，更优选设为60体积％以下，进一步优选设为50体积％以下，由此，可通过热塑性固态物熔融来保持流动性，成型前体的内压上升，容易对预成型料整体均匀地施加充分的压力，因此易于抑制成型不良。

另外，优选在本发明中使用在热塑性固态物的周围形成阻挡层、并在该阻挡层的周围配置包含热固性树脂和纤维的预成型料而成的成型前体。由此，能够防止热塑性固态物的熔融物在加热压缩成型中从成型前体的表面漏出，可以良好地保持成型物的外观、形状。

作为上述的阻挡层，可举出柔性袋体、涂敷材料等，可以使其形成于预成型料的表面和/或热塑性固态物的表面，由于具有对复杂形状的成型性、成型物的外观变得良好的倾向，因此优选使阻挡层形成于热塑性固态物的表面。

阻挡层的厚度可以在具有柔性、且在加热压缩成型中不产生对成型体有影响的裂纹的范围内适当设定，例如可以设为1mm以下。对于阻挡层的厚度的下限，没有特别限制，从确保最低限度的强度的观点考虑，优选为0.01mm 以上。

作为该柔性袋体，只要具有柔性即可，可举出例如利用尼龙膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、氟树脂膜、硅橡胶等形成的袋体。

另外，作为涂敷材料，只要使其固定于热塑性固态物的周围、且具有柔性即可，可举出例如以丙烯酸酯、有机硅为主成分的液体橡胶。另外，也可以是在进行加热压缩成型时熔融而在热塑性固态物的周围形成膜的涂敷材料。例如，可以预先将尼龙的抄制纸配置于热塑性固态物的周围，在加热压缩成型时使其熔融，从而形成阻挡层。另外，也可组合使用液体橡胶和该抄制纸。

特别是在使用涂敷材料作为阻挡层的情况下，可以消除阻挡层的接缝，该接缝不会转印于通过加热压缩成型而得到的成型物，因此能够使该成型物的外观更优异。

在本发明中，优选进行在形成于热塑性固态物的周围的阻挡层的外表面涂布脱模剂等的脱模处理、或者使阻挡层为双层。由此，在加热压缩成型后，可以从纤维增强树脂成型体上容易地除去附着有热塑性固态物的阻挡层。

另外，阻挡层也可以包含纤维增强材料。特别是在用涂敷材料构成阻挡层的情况下，通过将涂敷材料层和纤维增强材料层层叠而成的层作为阻挡层，能够提高其强度，可以防止加热压缩成型时阻挡层的破损。该涂敷材料层和纤维增强材料层可以重叠若干层，重叠的顺序可以适当选择。

作为这里可用于纤维增强材料的纤维，可举出：聚酯纤维、聚烯烃纤维、丙烯纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、维尼纶纤维等。这些纤维可以适当选择，从轻质、适用性良好的观点考虑，优选为芳族聚酰胺纤维。

作为能够用于阻挡层的纤维增强材料的形态，没有特别限定，可举出：非卷曲织物、帘子布等织物、抄制纸、无纺布、不连续的纤维不规则材料片等。

以下，参照附图对本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法的一例进行详细说明。需要说明的是，各图的尺寸等是一个例子，本发明并不一定限定于各图所示，在不变更其主旨的范围内可适当变更来实施。

本实施方式的纤维增强塑料成型体的制造方法具有下述的成型工序，可以进一步具有下述的以蜡等代表的热塑性固态物的排出工序。

成型工序：如图1所示，利用成型用模具10一边使蜡1的至少一部分熔融，一边对成型前体5进行加热压缩成型，所述成型前体5是在将蜡1容纳于阻挡层2内的型芯3的周围配置了预成型料4而成的。

热塑性固态物的排出工序：如图3A～图3C所示，从成型工序后得到的纤维增强塑料成型体6排出蜡1。

该例是制造管线等使用的方筒状的纤维增强塑料成型体的例子。

(成型工序)

图1是沿与成型用模具10的长度方向垂直的方向切断的剖面图。

在本实施方式的成型工序中，首先，如图1所示，利用成型用模具10 对成型前体5进行加热压缩成型，所述成型前体5是在将蜡1容纳于阻挡层 2内的型芯3的周围配置了预成型料4而成的。由此，如图3A所示，可得到内置型芯3的纤维增强塑料成型体6。

作为形成型芯3的方法，没有特别限定，可举出例如如下方法：利用待形成柔性袋体2的膜包覆事先用模具进行了成型的蜡1，对该膜的端部彼此进行粘接或热熔粘，形成阻挡层2，将蜡1密封，从而制成型芯3。另外，也可以采用在收缩管(shrink tube)内加入蜡1，并对该收缩管的两端部进行热熔粘来形成阻挡层2，从而制成型芯3的方法。从阻挡层2容易跟随蜡1的形状、可以容易地进行密封的观点考虑，使用收缩管的方法是有利的。另外，也可以使蜡熔融并填充于进行吹塑成型而得到的阻挡层2内，将阻挡层2的开口部热熔粘，进行密封，从而形成型芯3。

或者，可以将作为阻挡层2的液体橡胶涂布于热塑性固态物1的周围的整个面，使其干燥而形成型芯3。作为另一方法，还可以在将液体橡胶涂布于热塑性固态物1的周围的整个面之后，粘贴作为纤维增强材料的无纺布，再涂布液体橡胶，制作阻挡层2，从而形成型芯3。

预成型料4是包含纤维和热固性树脂的成型用复合材料，可以列举例如：使将纤维沿一个方向并丝而成的UD(uni-directional)材料、将纤维编织而成的交叉材料、在由纤维形成的无纺布或将纤维切短而成的SMC(sheet molding compound)等纤维增强材料中含浸未固化的热固性树脂而得到的片状的预成型料。

作为纤维，没有特别限定，可以列举例如：碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化硅纤维、金属纤维等。其中，从可以实现成型体的轻质化、高强度化、高弹性模量化的观点考虑，优选为碳纤维。作为纤维，可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。

作为热固性树脂，没有特别限定，可以列举例如：环氧树脂、脲醛树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、酚醛树脂等。作为热固性树脂，可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。

另外，相对于预成型料4的总质量，热固性树脂的含量(以下，称为“树脂含量”)优选为15～50质量％，更优选为20～45质量％，进一步优选为25～40 质量％。树脂含量为15质量％以上时，能够充分确保纤维与热固性树脂的粘接性，为50质量％以下时，阻燃性进一步提高。

根据需要，预成型料4可以含有除纤维及热固性树脂以外的任意成分(添加剂)。作为这样的任意成分的例子，可以列举：阻燃剂(例如，含磷环氧树脂、红磷、磷腈化合物、磷酸盐类、磷酸酯等)、硅油、湿润分散剂、消泡剂、脱泡剂、天然蜡类、合成蜡类、直链脂肪酸的金属盐、酸酰胺、酯类、石蜡类等脱模剂、结晶二氧化硅、熔融二氧化硅、硅酸钙、氧化铝、碳酸钙、滑石、硫酸钡等的粉体、玻璃纤维、碳纤维等无机填充剂、碳黑、氧化铁红等着色剂、硅烷偶联剂等。另外，相对于预成型料4的总质量，任意成分的含量优选为0～25质量％，更优选为1～20质量％，进一步优选为1～15质量％。

成型前体5的形态没有特别限定，例如可举出以用个两片状的预成型料 4将型芯3整体包入的方式进行配置的形态。

该例的成型用模具10用于制造方筒状的纤维增强塑料成型体，具备下模 12和上模14。在下模12的上表面侧形成有凹部12a。在上模14的下表面侧形成有嵌入下模12的凹部12a的凸部14a。对于成型用模具10而言，通过使下模12和上模14接近而进行合模，可以在内部形成与目标纤维增强塑料成型体的形状互补的形状的模腔。

成型用模具10只要具备开闭机构即可，可以不采用高压压力机。即，在使下模12与上模14相互接近而进行合模的阶段中，施加于成型前体5的压力不必足够高。即使在合模的阶段中施加于成型前体5的压力不足，也可以如后所述通过在加热压缩成型时将蜡熔融而使型芯的内压增高，从而对成型前体5施加足够的压力。因此，能够抑制发生成型不良，可以得到尺寸精度高的纤维增强塑料成型体。

作为用成型用模具10对成型前体5进行加热压缩成型的方法，例如，可举出以下的方法。在型芯3的周围配置预成型料4而形成成型前体5，然后，在室温下预赋形为与成型用模具10的模腔形状基本相同的形状，制成成型前体5(预塑形坯)。接着，将成型前体5载置于预先进行了加热的成型用模具 10的下模12的凹部12a内，将成型用模具10合模，进行加热压缩成型，使预成型料4固化。

需要说明的是，加热压缩成型方法并不限定于上述方法。例如，也可以采用以下的RTM(树脂传递模塑)法。具体而言，在型芯3的周围配置未含浸热固性树脂的纤维增强材料(织物)来代替预成型料，载置于下模12的凹部12a 内，将成型用模具10合模。接着，将未固化的热固性树脂注入成型用模具 10内，使纤维增强材料含浸热固性树脂，然后，对成型用模具10进行加热固化，得到成型体6。

在本发明中，优选在以蜡等代表的热塑性固态物的熔点Tm(℃)与平均成型温度Tf(℃)的关系为Tf－60≤Tm≤Tf的条件下进行加热压缩成型。由此，在本发明中，可以在型芯中使用在成型温度以下熔融的热塑性固态物，可以在型芯中使容纳于阻挡层内的热塑性固态物的至少一部分熔融并对成型前体进行加热压缩成型。

在该例中，成型用模具10的热传导至预成型料4，进而经由阻挡层2也传导至蜡1，由此，蜡1的至少一部分熔融。

需要说明的是，在热塑性固态物由具有不同熔点的多种成分构成的情况下，熔点Tm(℃)是指上述多种成分的熔点中最低的熔点。

另外，在本发明中，优选在将热塑性固态物1的熔点设为Tm(℃)、将加热成型的温度设为Tf(℃)、将形成阻挡层2的物质的熔点设为Tb(℃)时的关系为Tm≤Tf＜Tb的条件下进行加热压缩成型。由此，可以在型芯3中使用在成型温度以下熔融的热塑性固态物1，在型芯3中使容纳于阻挡层2内的热塑性固态物1的至少一部分熔融并对成型前体进行加热压缩成型。

在该例中，成型用模具10的热传导至预成型料4，进而经由阻挡层2也传导至热塑性固态物1，由此，热塑性固态物1的至少一部分熔融。

需要说明的是，在阻挡层由具有不同熔点的多种成分构成的情况下，熔点Tb(℃)是指上述多种成分的熔点中最低的熔点。

蜡1因加热而膨胀，进而在熔融时大幅膨胀，因此，加热压缩成型时型芯3的内压增高。而且，在阻挡层2内处于熔融状态的蜡1流动，因此在整个型芯3中内压变得均匀。通过使型芯3的压力变得均匀，在加热压缩成型中，在除了将成型用模具10的下模12与上模14闭合的上下方向以外的方向上也均匀对预成型料4施加压力。

由于在型芯3中蜡1被容纳在阻挡层2内，因此抑制了熔融的蜡1漏出至预成型料4的外侧。另外，由于阻挡层2具有柔性，可以延伸，因此可以允许伴随蜡1流动的型芯外形形状的变形。因此，在因蜡1的膨胀而使内压增高时，型芯3扩大。由此，即使在型芯3与配置于其周围的预成型料4之间形成了空隙，该空隙也可通过型芯3的变形而被填满。另外，即使在成型用模具10内的角部，在成型面与预成型料4之间形成了空隙，也可通过伴随型芯3的变形将预成型料4挤压至成型面，从而填满该空隙。由此，预成型料4无间隙地紧密贴合于型芯3和成型用模具10的成型面，因此能够抑制发生成型不良，特别是不容易产生立面弯曲、褶皱、孔隙等，可以得到具有给定壁厚的尺寸精度高的成型体。即使在制造角部为直角的纤维增强塑料成型体的情况下，也可以将预成型料充分填满成型用模具的角部，该角部沿着成型用模具的成型面以高精度形成直角。

填满形成于预成型料4与型芯3之间的空隙时，该空隙因来自型芯3的压力而被破坏，或者构成空隙的空气通过预成型料4从成型用模具10的间隙排放至大气中。空气通过预成型料4时在预成型料4中产生孔，但该孔因预成型料4具有流动性而自然封闭。

在加热压缩成型中，可以仅使蜡1的一部分熔融，也可以使全部熔融。蜡1通过来自成型用模具10的热传导而熔融，但由于蜡1的导热系数低，特别是在型芯3的容积大、成型时间短的情况下，仅蜡1的表层熔融。

为了改善加热压缩成型中的成型周期，需要高效地加热预成型料。越是为了使型芯的蜡熔融而消耗热，为了提高预成型料的温度越需要时间。从改善成型周期的观点考虑，优选在加热压缩成型中仅使蜡的表层熔融。另外，在仅使蜡的表层熔融的情况下，即使有时熔融的蜡从阻挡层漏出，熔融的量也是少量，从成型用模具漏出的蜡快速被冷却而固化，因此可以使不良影响降低至最小限度。

这里，以蜡等代表的热塑性固态物的熔点Tm与平均成型温度Tf的关系优选为Tf－60≤Tm≤Tf，更优选为Tf－50≤Tm≤Tf－10，进一步优选为Tf －40≤Tm≤Tf－20。在熔点Tm为上述范围内时，能够抑制发生成型不良，可以得到外观优异的纤维增强塑料成型体。通过将熔点Tm优选设定为Tf－ 60以上、更优选设定为Tf－50以上、优选进一步设定为Tf－40以上，在加热压缩成型之前，热塑性固态物不容易软化，型芯的形状变得稳定，因此能够抑制在加热压缩成型之前预成型料产生褶皱，纤维增强塑料成型体的外观变差。而且，在热塑性固态物在室温下不易软化、型芯的适用性提高的基础上，即使热塑性固态物泄漏，也容易固化而影响小。通过将熔点Tm优选设定为Tf以下、更优选设定为Tf－10以下、进一步优选设定为Tf－20以下，在加热压缩成型时，热塑性固态物熔融，型芯的内压容易增高，易于抑制成型不良。

需要说明的是，平均成型温度Tf是指从成型开始至成型结束的模具温度的平均值。

加热压缩成型时的平均成型温度Tf取决于预成型料的热固性树脂的固化温度，优选为110～160℃，更优选为120～150℃。

以蜡等代表的热塑性固态物的熔点Tm优选为80～140℃，更优选为 90～130℃，进一步优选为100～120℃。

阻挡层的熔点Tb优选为110℃以上，更优选为150℃以上。

另外，阻挡层的熔点Tb与平均成型温度Tf的关系优选设定为Tf+10≤ Tb≤Tf+60，更优选设定为Tf+15≤Tb≤Tf+60，进一步优选设定为Tf+20 ≤Tb≤Tf+60。在熔点Tb为上述范围内时，能够更可靠地获得抑制熔融的蜡1漏出至预成型料4的外侧的这样的阻挡层产生的效果。

在加热压缩成型时，可以在成型用模具内挤压型芯。由此，即使在制造大型的纤维增强塑料的情况下，也可容易地充分提高型芯的内压，因此进而在压力过度上升的情况下，能够调整降低型芯的内压等，可以稳定地抑制成型不良。

型芯的挤压优选通过成型用模具所具备的杆来进行。作为杆，从易于调节对型芯的挤压力的观点考虑，优选使用活塞杆。

例如，可以使用图2中示例出的在下模12中具备突出至凹部12a内的活塞杆16的成型用模具10A。图2中与图1相同的部分赋予相同的符号而省略其说明。

在成型用模具10A的下模12设置有活塞杆16和液压缸18。通过向液压缸18的压力室(未图示)供给排出工作流体，活塞杆16突出至合模时的模腔内、或缩回。

在该例中，通过在加热压缩成型时活塞杆16突出至成型用模具10的模腔内，型芯3和预成型料4一起被局部挤压。由于型芯3内的蜡1已经熔融，因此挤压力有效地传递至整个型芯3，包括与型芯3中被活塞杆16推压的部位远离的部位在内，压力变得均匀。通过挤压，型芯3的内压进一步增高，熔融的蜡1流动，型芯3变形，因此型芯3与预成型料4更加密合。而且，预成型料4遍布至成型用模具10的各个角落，被充分挤压于成型面，空隙消失。

在因挤压而使型芯3的内压过度增高的情况下，通过使活塞杆16后退，能够控制压力。

需要说明的是，挤压型芯的方式并不限定于图2中示例出的方式。例如，可以使用具备多个杆的成型用模具，挤压型芯的多个部位。另外，也可以在配置于型芯的周围的预成型料中形成挤压用的孔，通过该孔利用杆来直接挤压型芯。另外，在未在型芯周围全部配置预成型料的情况下，可以利用杆挤压型芯周围不存在预成型料的部分。

(热塑性固态物的排出工序)

从成型工序后得到的纤维增强塑料成型体6排出蜡1。作为排出蜡1的方法，优选以下方法：在加热压缩成型之后，在纤维增强塑料成型体6的热变形温度Td(℃)以下、且蜡1的熔点Tm(℃)以上的温度Tw下，将蜡1排出至纤维增强塑料成型体6的外部。需要说明的是，该温度Tw(℃)更优选为 Tm+10≤Tw≤Td－10的范围内，进一步优选为Tm+20≤Tw≤Td－20的范围内。通过使温度Tw(℃)为上述范围内，可以防止纤维增强塑料成型体6的热变形，并且能够高效地排出蜡1。另外，在纤维增强塑料成型体6由具有不同热变形温度的多种成分构成的情况下，热变形温度Td(℃)是指上述多种成分的热变形温度中最低的温度。

具体而言，例如，如图3B所示，在纤维增强塑料成型体6中形成了排出孔7之后，加热至纤维增强塑料成型体6的热变形温度以下、且蜡1的熔点以上。由此，如图3C所示，熔融的蜡1从排出孔7排出至纤维增强塑料成型体6的外部。通过使蜡1熔融，即使排出孔7为小孔径，也能够使蜡1 排出。

作为在纤维增强塑料成型体6中形成排出孔7的方法，没有特别限定，例如，可举出：钻孔加工、孔锯加工等。

作为加热型芯3及纤维增强塑料成型体6的方法，没有特别限定，例如，可举出：烘箱加热、红外线加热等。

在预成型料中形成了用于在加热压缩成型时通过杆直接挤压型芯的孔的情况下，可以使用残留于纤维增强塑料成型体的该孔作为蜡排出孔。除了用于通过杆直接挤压型芯的孔以外，也可以形成用于排出蜡的排出孔。

在如该例那样的长条的纤维增强塑料成型体6的情况下，可以在对产品的品质没有不良影响的范围内，在纤维增强塑料成型体6中除了排出孔7以外进一步设置吹气孔，通过吹气孔进行吹气，促进蜡1从排出孔7排出。另外，也可以预先在型芯内存有细绳，通过在蜡排出时拉出细绳来促进蜡的排出。

纤维增强塑料成型体6内的阻挡层2可以根据需要而取出，也可以原样留在纤维增强塑料成型体6内。

在以上说明的本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法中，将以蜡等代表的热塑性固态物用作型芯进行加热压缩成型。在压缩成型时通过使热塑性固态物的至少一部分熔融，可以充分提高型芯的内压，因此能够抑制在型芯与预成型料之间、预成型料与成型用模具的成型面之间存在空隙的状态下进行预成型料的固化。而且，由于在加热压缩成型之前热塑性固态物不易软化，型芯的形状稳定，因此，在加热压缩成型之前很少在预成型料上产生褶皱，能够抑制在纤维增强塑料成型体上也形成褶皱。由此，即使是大型的纤维增强塑料成型体，也能够抑制发生成型不良，可以高效且经济地制造外观优异的纤维增强塑料成型体。

纤维增强塑料成型体的尺寸没有特别限制，本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法例如可以特别优选用于型芯的容积为100cm³以上的成型体的制造。

需要说明的是，本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法并不限定于上述的方法。例如，上述的方法是制造方筒状的纤维增强塑料成型体的方法，但也可以是制造截面为U字形的纤维增强塑料成型体的方法。在该情况下，形成型芯的一部分露出、除此以外的部分被预成型料包覆的成型前体，在型芯的一部分与成型用模具的成型面相接的状态下进行加热压缩成型。另外，对于以蜡等代表的热塑性固态物的排出而言，不需要在纤维增强塑料成型体中设置排出孔。

实施例

以下，通过实施例对本发明进一步进行说明，但本发明不受以下记载的限定。

[型芯的内压、蜡的表面温度及中心温度]

加热压缩成型中的型芯的内压通过压电压力传感器来测定。另外，型芯内的蜡的表面温度及中心温度通过热电偶来测定。需要说明的是，在测定中，从测定开始起60秒钟后，将成型前体5载置于下模12进行合模，在360秒钟后(成型时间5分钟)开模。

[外观评价]

通过肉眼观察确认各例中得到的纤维增强塑料成型体的外观，按照以下的评价基准进行了评价。

◎：角部的缺陷、褶皱等的产生被抑制，外观非常优异。

○：角部的缺陷、褶皱等的产生被抑制，但外观上存在不平整。

×：可观察到角部缺陷、褶皱等的产生，外观差。

[操作性]

◎：在加热加压成型时，成型前体基本上没有变形，型芯的制作或阻挡层的制作容易。

○：在加热加压成型时，可观察到因成型前体的自重导致的少许变形，但在型芯的制作或阻挡层的制作时没有发生大的问题。

×：在加热加压成型时，多次发生因成型前体的自重导致的变形。

[实施例1]

作为蜡1，使用了合成蜡(产品名“File-A-Wax Green”、Freeman Manufacturing&Supply Company制造，熔点Tm：117℃、密度：0.9g/cm³)，加入聚烯烃制的收缩管(厚度：15μm；熔点Tb：145℃)内，将该收缩管的两端部热熔粘，形成由柔性袋体形成的阻挡层2，制作了型芯3。接着，作为预成型料4，使用了使环氧树脂含浸于由碳纤维形成的纤维增强材料而成的预成型料(三菱丽阳株式会社制造、产品名“TR3110 360GMP”；树脂含有率： 40质量％)，以包覆型芯3的整个周围的方式配置了2片该预成型料后，在室温下预赋形成与成型用模具10的模腔形状基本相同的形状，得到了成型前体 5(预塑形坯)。在成型用模具10的下模12的凹部12a内配置成型前体5，将成型用模具10合模，将从合模至开模的平均成型温度设为140℃、成型时间设为5分钟，实施加热压缩成型，制作了内置型芯3的纤维增强塑料成型体6。测定了加热压缩成型时的型芯3的内压、以及蜡的表面温度及中心温度，将得到的结果示于图4。

通过钻孔加工，在纤维增强塑料成型体6中形成了蜡排出用的排出孔 7(直径：10mm)。通过烘箱加热将型芯3及纤维增强塑料成型体6加热至 130℃，使蜡1熔融，从排出孔7排出，得到了73mm×37mm×26mm的方筒状的纤维增强塑料成型体6。

[实施例2]

作为填料，使用了中空玻璃珠(密度：0.2g/cm³)，并将中空玻璃珠相对于蜡和中空玻璃珠的总质量的比例设定为30体积％的混合物用于型芯，除此以外，与实施例1同样地得到了方筒状的纤维增强塑料成型体。

[实施例3]

作为蜡1，使用了聚丙烯蜡(熔点Tm：165℃)，除此以外，与实施例1 同样地得到了方筒状的纤维增强塑料成型体。

[实施例4]

作为蜡1，使用了合成蜡(产品名“TOYO UTILITY WAX”、东洋化学研究所株式会社制造、熔点Tm：72℃)，除此以外，与实施例1同样地得到了方筒状的纤维增强塑料成型体。

[实施例5]

使用聚丙烯制的收缩管形成了阻挡层2(厚度：40μm；熔点Tb：165℃)，除此以外，与实施例1同样地得到了方筒状的纤维增强树脂成型体。

[实施例6]

使用聚氯乙烯制的收缩管形成了阻挡层2(厚度：25μm；熔点Tb：200℃)，除此以外，与实施例1同样地得到了方筒状的纤维增强树脂成型体。

[实施例7]

将丙烯酸酯类液体橡胶(Yutaka Make公司制造、BE-1)涂布于蜡并其干燥，形成了由涂敷材料形成的阻挡层2(厚度：0.1mm)来代替收缩管，除此以外，与实施例1同样地得到了方筒状的纤维增强树脂成型体。

[实施例8]

通过涂布有机硅类液体橡胶(信越化学工业株式会社制造、KE-66)并使其干燥而形成了阻挡层2(厚度：0.2mm)，除此以外，与实施例7同样地得到了方筒状的纤维增强树脂成型体。

[实施例9]

将丙烯酸酯类液体橡胶涂布于蜡并使其干燥后，粘贴聚酰胺类无纺布(Kurehatech公司、LNS0015)，再涂布液体橡胶，形成了由涂敷材料形成的阻挡层2(厚度：0.2mm；熔点Tb：115℃)，除此以外，与实施例1同样地得到了方筒状的纤维增强树脂成型体。

[实施例10]

使用了聚酯类无纺布(Kurehatech公司、G5025)来代替聚酰胺类无纺布，形成了阻挡层2(厚度：0.2mm；熔点Tb：150℃)，除此以外，与实施例9同样地得到了方筒状的纤维增强树脂成型体。

将各例的成型条件及评价结果示于表1。

如表1所示，在各实施例中，在加热加压成型时，成型前体基本上没有变形，操作性优异，特别是实现了成型前体的进一步轻质化的实施例2、提高了阻挡层的强度的实施例9、10的操作性特别优异。

另外，在使用了涂敷材料作为阻挡层的实施例7～10中，得到了外观非常优异的纤维增强塑料成型体。另外，如图4所示，在实施例1中，在加热压缩成型中，蜡的表面温度超过了熔点Tm，因加热而使表层熔融，型芯的内压有所增高。

Claims (11)

1.一种纤维增强塑料成型体的制造方法，该方法包括：

通过成型用模具对成型前体进行加热压缩成型，所述成型前体是在由蜡和形成在其周围的阻挡层形成的型芯的周围配置包含热固性树脂和纤维的预成型料而成的，

在进行所述加热压缩成型时，使所述蜡的至少一部分熔融，由此，通过所述阻挡层而抑制了熔融的蜡漏出至所述预成型料的外侧。

2.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述蜡的密度为2g/cm³以下。

3.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述蜡中容纳中空玻璃珠或中空金属球。

4.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述阻挡层为柔性袋体或涂敷材料。

5.根据权利要求4所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，所述阻挡层具有纤维增强材料。

6.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述蜡的熔点Tm(℃)与平均成型温度Tf(℃)的关系为Tf－60≤Tm≤Tf的条件下进行加热压缩成型。

7.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，形成所述阻挡层的物质具有熔点，在所述蜡的熔点Tm(℃)、平均成型温度Tf(℃)、以及形成所述阻挡层的物质的熔点Tb(℃)的关系为Tm≤Tf＜Tb的条件下进行加热压缩成型。

8.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在加热压缩成型时，在所述成型用模具内挤压所述蜡。

9.根据权利要求8所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，通过所述成型用模具所具备的杆进行所述蜡的挤压。

10.根据权利要求1所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述加热压缩成型后，从得到的纤维增强塑料成型体中除去所述蜡。

11.根据权利要求10所述的纤维增强塑料成型体的制造方法，其中，在所述纤维增强塑料成型体的热变形温度以下、且所述蜡的熔点Tm(℃)以上的温度下，将所述蜡排出至所述纤维增强塑料成型体的外部。

Images