JP2004174776A

JP2004174776A - 繊維強化プラスチックの製造装置

Info

Publication number: JP2004174776A
Application number: JP2002341687A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Shindo; 健太郎新藤; Nozomi Kawasetsu; 川節　　望
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP3686405B2

Abstract

【課題】含浸抵抗の大きい繊維基材に対しても、短時間で良好に樹脂を含浸できるようにする。
【解決手段】基台２に載置されバッグフィルム４で覆われた強化繊維基材３には、真空ポンプＰ３で真空引きされつつ、樹脂加圧ポンプＰ１により加圧された液体樹脂Ｒが注入され、樹脂含浸が行われる。バッグフィルム４は加圧チャンバー８で覆われており、加圧チャンバー８とバッグフィルム４との間には、気体加圧ポンプＰ２により、圧縮空気が供給され、この圧縮空気によバッグフィルム４は強化繊維基材３側に押される。このため、高圧で液体樹脂Ｒの注入・含浸をしても、バッグフィルム４が強化繊維基材３から離れて膨らむことがなくなる。この結果、樹脂溜まりがなく、迅速な樹脂含浸が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチックの製造装置に関し、含浸抵抗の大きい繊維基材に対しても、短時間で良好な樹脂注入ができるように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、繊維強化プラスチック（以下「ＦＲＰ」と称する）の製造方法として、真空バッグ法が知られている。この真空バッグ法では、基台の上に繊維基材を載置し、この繊維基材をバッグフィルムで覆い、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールする。そして、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きしつつ、この空間内に液体樹脂を注入する。この場合、液体樹脂を加圧して注入することもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
強化繊維基材は、含浸抵抗が大きいため、これに樹脂含浸をする場合には、液体樹脂に圧力を掛けて注入する必要がある。
【０００４】
繊維基材に液体樹脂が含浸していく含浸速度は、含浸中の液体樹脂の圧力勾配（液体樹脂の注入圧力と真空負圧との差）に依存し、圧力勾配が大きいほど含浸速度は速くなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−８３８２６号公報（２頁の右上欄１６行目〜右下欄１行目、
３頁の左上欄１６行目〜左上欄１９行目）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、強化繊維基材への液体樹脂の含浸速度を速くしようとして、液体樹脂の注入圧力をより高くした場合には、強化繊維基材への含浸速度はそれほど上がらず、強化繊維基材とこれを覆っているバッグフィルムとの間に液体樹脂が溜まってしまう現象が発生する（この現象は、後述する［発明の実施の形態］の中で再度説明する）。つまり、強化繊維基材を覆っているバッグフィルムが、高圧の液体樹脂で押され強化繊維基材から離れて膨らみ、この膨らんだ空間に液体樹脂が溜まってしまうことがある。
【０００７】
このような現象が発生すると、バッグフィルムが膨らんだ部分で、強化繊維基材も膨らみ（樹脂の体積率が高くなり）、硬化後において、膨らんだ部分での繊維含有率が低下してしまったり、樹脂溜まりが発生して、ＦＲＰの品質低下を招いてしまう。したがって、強化繊維基材への樹脂注入をする場合であっても、注入する液体樹脂の注入圧力は制限されており、この結果、強化繊維基材の樹脂含浸時間は長くなっていた。この傾向は、大型厚肉ＦＲＰにおいて、顕著になっていた。
【０００８】
なお強化繊維基材を用いた大型厚肉ＦＲＰ製品としては、次のようなものがある。
（１）ＦＲＰブレード（風車、各種タービン動翼）
（２）航空機用ＦＲＰ構造体（機体、ドア、翼）
（３）橋梁
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、大型肉厚のＦＲＰ製品であっても高品質に製造することができ、しかも、含浸時間を短くすることができる（含浸速度を速くすることができる）繊維強化プラスチックの製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、
前記バッグフィルム及び前記バッグフィルムを介して前記繊維基材を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の構成は、繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、
空間を介在した状態で前記バッグフィルムを覆う加圧チャンバーと、
加圧チャンバーとバッグフィルムとの間の空間に圧縮流体を供給する圧縮流体供給手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、前記圧縮流体が圧縮空気であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、
前記バッグフィルムの上で、且つ、前記繊維基材の周囲を囲む状態で配置されたダムと、
バッグフィルムとダムで形成された空間内に充填される加圧媒体とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、前記加圧媒体は砂であること、または、前記加圧媒体はシリコンオイルであること、または、前記加圧媒体は、充填時には液状であり時間が経過すると硬化する石膏であること、または、前記加圧媒体は、充填時には液状であり時間が経過すると硬化する液状樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記加圧手段は、前記バッグフィルム上に載置される板材、または、前記繊維基材の外面形状と同様な形状となっており前記バッグフィルムを介して繊維基材に被せられる型材であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係るＦＲＰ製造装置１を示す。このＦＲＰ製造装置１の構成を、ＦＲＰの製造手順と併せて説明する。
【００１８】
図１に示すように、基台２の上に強化繊維基材３を載置し、この強化繊維基材３をバッグフィルム４で覆う。そして、バッグフィルム４の周縁部分（バッグフィルム４のうち強化繊維基材３を覆っていない周縁の部分）と、基台２との間を、シーラント（シール手段）５によりシールする。
このとき、バッグフィルム４と基台２との間の強化繊維基材３が存在する空間Ａ１に、配管Ｈ１，Ｈ２をシール状態を保持しつつ挿入しておく。
【００１９】
配管Ｈ１には、樹脂加圧ポンプＰ１が介装されるとともに、樹脂タンク６が接続されている。樹脂タンク６内には、ＦＲＰ用の液体樹脂Ｒが貯留されている。そして、これら、配管Ｈ１，樹脂加圧ポンプＰ１，樹脂タンク６により、樹脂注入手段が形成されている。
【００２０】
配管Ｈ２には、樹脂トラップ７が接続されており、この樹脂トラップ７には、真空ポンプＰ３が介装された配管Ｈ３が接続されている。そして、これら配管Ｈ２，Ｈ３，樹脂トラップ７，真空ポンプＰ３により、真空引き手段が形成されている。
【００２１】
加圧チャンバー８は、空間Ａ２を介在した状態でバッグフィルム７を覆って設置される。このとき、シーラント９を用いて、加圧チャンバー８とバッグフィルム４との間をシールしている。加圧チャンバー８には、気体加圧ポンプＰ２が介装された配管Ｈ４が接続されており、加圧チャンバー８とバッグフィルム４との間の空間Ａ２に圧縮空気を供給することができるようになっている。そして、これら加圧チャンバー８，配管Ｈ４，気体加圧ポンプＰ２により圧縮流体供給手段が形成されている。
【００２２】
このＦＲＰ製造装置１では、まず真空ポンプＰ３を駆動して、空間Ａ１内を真空引きする。このときの真空圧は、例えば−１気圧とする（大気を０気圧とした場合）。
【００２３】
真空引きを継続しつつ、気体加圧ポンプＰ２を駆動して、圧縮空気を空間Ａ２に供給する。これにより、バッグフィルム４は、圧縮空気に押されて強化繊維基材３に向けて押し付けられる。なお、圧縮空気の圧力は、例えば２．０気圧とする。
【００２４】
真空引き、及び、バッグフィルム４の気体加圧を継続しつつ、樹脂加圧ポンプＰ１を駆動して、液体樹脂Ｒを空間Ａ１内に注入する。このとき、液体樹脂Ｒの圧力を、例えば、１．５気圧とする。このように、液体樹脂Ｒの圧力が例えば１．５気圧であり、真空引きの圧力が例えば−１気圧であるので、含浸圧力は２．５気圧となる。このように含浸圧力が大きいので、注入された液体樹脂Ｒは、真空引きされた強化繊維基材３に短時間で確実に含浸していく。
【００２５】
このとき、空間Ａ２の圧縮空気の圧力を、空間Ａ１に注入される液体樹脂Ｒの注入圧力よりも大きく設定しているので、バッグフィルム４は、空間Ａ２に供給された圧縮空気により押されており膨らむことはない。つまり、バッグフィルム４は強化繊維基材３の外面に密着する状態で均等に強化繊維基材３に押し付けられる。このため、バッグフィルム４と強化繊維基材３との間に大きな隙間が形成されることはなく、樹脂溜まりの発生はなく、また、強化繊維基材３が膨らんで繊維含有率が低下することはない。
【００２６】
なお、樹脂含浸している際に真空引きすると、空間Ａ１内から液体樹脂Ｒが配管Ｈ２を通って外部に排出されるが、この排出された液体樹脂Ｒは樹脂トラップ７にて捕捉され、真空ポンプＰ３に吸い込まれることはない。
【００２７】
このようにして、強化繊維基材３に対して高圧で液体樹脂Ｒを含浸できるので、短時間で樹脂含浸ができる。樹脂含浸後に液体樹脂Ｒを硬化させることにより、高品質のＦＲＰ製品を製造することができた。
【００２８】
なお、液体樹脂Ｒが強化繊維基材３の全体に均等に充填された後は、液体樹脂Ｒの注入は停止するが、この液体樹脂Ｒの注入停止後において、空間Ａ２に供給する圧縮空気の圧力を更に高めると、余分な液体樹脂Ｒを強化繊維基材３から排出することができ、高繊維含有率（Ｖｆ（Ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ：体積率）５５％〜６５％）で、かつ、高強度の高品質ＦＲＰ製品を製造することができた。
【００２９】
ところで、仮に、バッグフィルム４を圧縮空気により加圧しない場合には、バッグフィルム４は、図１において点線で示すように膨らみ、この膨らみ部分に液体樹脂Ｒが溜まって樹脂溜まりが発生してしまうと共に、バッグフィルム４が膨らんだ部分で樹脂の体積率が高くなり、繊維含有率が低下してしまう。本実施の形態では、バッグフィルム４の膨らみを、圧縮空気の押し付けにより防止しているため、かかる不具合が発生することはない。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞
次に本発明の第２の実施の形態にかかるＦＲＰ製造装置１Ａを、図２を参照しつつ説明する。なお、図１に示すＦＲＰ製造装置１と同一機能を果たす部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
図２に示すように、第２の実施の形態に係るＦＲＰ製造装置１Ａでは、シーラント９によりシール性を確保しつつ、バッグフィルム４の上にダム１０が配置されている。このダム１０は、バッグフィルム４で覆われた強化繊維基材３の周囲を囲んでいる。
【００３２】
更に、バッグフィルム４を底面としダム１０を周面として形成された空間Ａ３内に加圧媒体としての砂１１を充填する。この砂１１としては、セラミックス粉末や、鋳物砂等を使用することができ、堆積量を場所により変えることにより、圧力分布を制御することができる。例えば、図１におけるバッグフィルム４を点線で示した部分では、バッグフィルム４を強化繊維基材３から離して上方に膨らませる力が大きくなるので、この部分に多量の砂１１を堆積するようにしてもよい。
【００３３】
本実施の形態では、砂１１によりバッグフィルム４を強化繊維基材３に押し付けるため、高圧で液体樹脂Ｒを注入・充填しても、バッグフィルム４が膨らむことはなく、樹脂溜まりなく迅速・均等に液体樹脂Ｒの含浸をすることができる。
【００３４】
なお、図２に示す実施の形態では、加圧媒体として砂１１を採用したが、砂１１の代わりに、
（１）シリコンオイルや、
（２）石膏や、
（３）液状樹脂
を採用することもできる。
【００３５】
＜第３の実施の形態＞
加圧媒体としてシリコンオイルを採用する場合には、ダム１０の一部（なるべく下部）に排出弁を設置しておく。このようにすれば、含浸処理が終了したときに、排出弁を開放することにより簡単にシリコンオイルの排出をすることができる。
【００３６】
＜第４の実施の形態＞
加圧媒体として石膏を用いる場合について説明する。バッグフィルム４の加圧をするために、バッグフィルム４を底面としダム１０を周面として形成された空間Ａ３内に液体状の石膏を注入する。この石膏は一定時間が経過すると硬化する。石膏が硬化してから、空間Ａ１内への樹脂注入を開始する。そうすると、硬化した石膏により、バッグフィルム４は強化繊維基材３側に押され、バッグフィルム４が膨らむことが防止される。さらに、硬化した石膏により、強化繊維基材３の外面が支えられるため、強化繊維基材３の形状保持を行うことができる。特に、載置された強化繊維基材３の形状が複雑な場合（例えばリブを有している場合）には、この複雑な形状となった強化繊維基材３の外面に、バッグフィルム４を介して、硬化した石膏が存在して形状保持をするため、高圧で樹脂含浸をしても、形状が乱れることなく元の形状を保持したまま樹脂含浸ができる。
【００３７】
＜第５の実施の形態＞
加圧媒体として液状樹脂を用いる場合について説明する。バッグフィルム４を加圧するために、バッグフィルム４を底面としダム１０を周面として形成された空間Ａ３内に液体状の液状樹脂を注入する。この液状樹脂は一定時間が経過すると硬化する。液状樹脂が硬化してから、空間Ａ１内への樹脂注入を開始する。そうすると、硬化した液状樹脂により、バッグフィルム４は強化繊維基材３側に押され、バッグフィルム４が膨らむことが防止される。さらに、硬化した液状樹脂により、強化繊維基材３の外面が支えられるため、強化繊維基材３の形状保持を行うことができる。特に、載置された強化繊維基材３の形状が複雑な場合（例えばリブを有している場合）には、この複雑な形状となった強化繊維基材３の外面に、バッグフィルム４を介して、硬化した液状樹脂が存在して形状保持をするため、高圧で樹脂含浸をしても、形状が乱れることなく元の形状を保持したまま樹脂含浸ができる。
【００３８】
＜第６の実施の形態＞
第６の実施の形態では、バッグフィルム４の上面（バッグフィルム４のうち強化繊維基材３の上面を覆う部分）に、金属製の板材を置く。この板材の広さは、バッグフィルム４の上面の全面を覆う広さであってもよく、または、図１におけるバッグフィルム４を点線で示した部分のみを覆う広さであってもよい。
このようにすると、板材により、バッグフィルム４は強化繊維基材３側に押され、バッグフィルム４が膨らむことが防止される。
【００３９】
＜第７の実施の形態＞
第７の実施の形態では、強化繊維基材３の外面と同様な形状となっている型材を、バッグフィルム４を介して、強化繊維基材３に被せる。このようにすると、バッグフィルム４は強化繊維基材３側に押され、バッグフィルム４が膨らむことが防止される。さらに、型材により、強化繊維基材３の外面が支えられるため、強化繊維基材３の形状保持を行うことができる。特に、載置された強化繊維基材３の形状が複雑な場合（例えばリブを有している場合）には、この複雑な形状となった強化繊維基材３の外面に、バッグフィルム４を介して、型材が存在して形状保持をするため、高圧で樹脂含浸をしても、形状が乱れることなく元の形状を保持したまま樹脂含浸ができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明では、繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、前記バッグフィルム及び前記バッグフィルムを介して前記繊維基材を加圧する加圧手段を備えている構成とした。
このため、樹脂注入をしてもバッグフィルムが膨らむことなく、樹脂溜まりが発生することなく、繊維含有率が低下することもなくなり、ＦＲＰの製品品質が向上する。
また、注入する液体樹脂圧力を高めることができるので、大型肉厚構造のＦＲＰであっても、含浸速度を速くして成形サイクルを短くすることができ、しかも、樹脂含浸が均一で繊維含有率が高い高品質で高強度のＦＲＰ製品を製造することができる。
【００４１】
また本発明では、繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、空間を介在した状態で前記バッグフィルムを覆う加圧チャンバーと、加圧チャンバーとバッグフィルムとの間の空間に圧縮流体を供給する圧縮流体供給手段とを備えている構成とした。
このため、簡単な手段で均一にバッグフィルムを押さえることができ、これによりバッグフィルムの膨らみを防止できる。このため、樹脂溜まりが発生することなく、繊維含有率が低下することもなくなり、ＦＲＰの製品品質が向上する。この場合、圧縮流体を圧縮空気とすることが現実的であり、装置構成を簡単にすることができる。
【００４２】
また本発明では、繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、前記バッグフィルムの上で、且つ、前記繊維基材の周囲を囲む状態で配置されたダムと、バッグフィルムとダムで形成された空間内に充填される加圧媒体とを備えた構成とした。
このとき、前記加圧媒体は砂、または、シリコンオイル、または、充填時には液状であり時間が経過すると硬化する石膏、または、充填時には液状であり時間が経過すると硬化する液状樹脂とした。
このため、簡単な手段で均一にバッグフィルムを押さえることができ、これによりバッグフィルムの膨らみを防止できる。このため、樹脂溜まりが発生することなく、繊維含有率が低下することもなくなり、ＦＲＰの製品品質が向上する。
【００４３】
また本発明では、前記加圧手段は、前記バッグフィルム上に載置される板材、または、前記繊維基材の外面形状と同様な形状となっており前記バッグフィルムを介して繊維基材に被せられる型材である構成とした。
このため、極めて簡単な手段で均一にバッグフィルムを押さえることができ、これによりバッグフィルムの膨らみを防止できる。このため、樹脂溜まりが発生することなく、繊維含有率が低下することもなくなり、ＦＲＰの製品品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＦＲＰ製造装置を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るＦＲＰ製造装置を示す構成図。
【符号の説明】
１，１ＡＦＲＰ製造装置
２基台
３強化繊維基材
４バッグフィルム
５シーラント
６樹脂タンク
７樹脂トラップ
８加圧チャンバー
９シーラント
１０ダム
１１砂
Ｐ１樹脂加圧ポンプ
Ｐ２気体加圧ポンプ
Ｐ３真空ポンプ
Ｈ１〜Ｈ４配管
Ａ１〜Ａ３空間
Ｒ液体樹脂

Claims

繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、
前記バッグフィルム及び前記バッグフィルムを介して前記繊維基材を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、
空間を介在した状態で前記バッグフィルムを覆う加圧チャンバーと、
加圧チャンバーとバッグフィルムとの間の空間に圧縮流体を供給する圧縮流体供給手段とを備えていることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
請求項２において、前記圧縮流体が圧縮空気であることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
繊維基材が載置される基台と、基台上に載置された繊維基材を覆うバッグフィルムと、バッグフィルムの周縁部分と基台との間をシールするシール手段と、バッグフィルムと基台との間の繊維基材が存在する空間を真空引きする真空引き手段と、前記空間内に液体樹脂を加圧して注入する樹脂注入手段とを有する繊維強化プラスチックの製造装置において、
前記バッグフィルムの上で、且つ、前記繊維基材の周囲を囲む状態で配置されたダムと、
バッグフィルムとダムで形成された空間内に充填される加圧媒体とを備えていることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
請求項４において、前記加圧媒体は砂であることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
請求項４において、前記加圧媒体はシリコンオイルであることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
請求項４において、前記加圧媒体は、充填時には液状であり時間が経過すると硬化する石膏であることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
請求項４において、前記加圧媒体は、充填時には液状であり時間が経過すると硬化する液状樹脂であることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
請求項１において、前記加圧手段は、前記バッグフィルム上に載置される板材、または、前記繊維基材の外面形状と同様な形状となっており前記バッグフィルムを介して繊維基材に被せられる型材であることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。