JP2005271248A - Frp manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空Resin Transfer Molding(以下、RTMと言う。)成形法による繊維強化プラスチック(以下、FRPと言う。)の製造方法の改良に関し、詳しくは、樹脂のショートパスを防止して、樹脂の未含浸部の発生を無くし、成形体の品質の安定性を高めることが可能なFRPの製造方法に関する。 The present invention relates to an improvement in a method for producing a fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP) by a vacuum resin transfer molding (hereinafter referred to as RTM) molding method. It is related with the manufacturing method of FRP which can eliminate generation | occurrence | production of the unimpregnated part of this and can improve the stability of the quality of a molded object.
周知のように、FRPは軽量で高い機械特性を発揮できる材料であり、各種分野に使用されている。FRPの代表的な製造方法の一つとして、真空RTM成形方法が知られている。真空RTM成形方法は、型内に少なくとも強化繊維基材からなるプリフォームを配置し、その型のキャビティ内を減圧して、樹脂を減圧されたキャビティ内圧力と外部圧力との差圧を利用してキャビティ内に注入し、注入した樹脂を強化繊維基材に含浸させた後、樹脂を硬化させ、硬化後に脱型してFRPを得る方法である。真空RTM法には、上下セットになった金型を使う成形方法と、下金型の上にプリフォームを設置し、フィルムやゴムシートのようなバッグ材で覆って成形する方法等がある。 As is well known, FRP is a lightweight material that can exhibit high mechanical properties, and is used in various fields. As one of typical methods for producing FRP, a vacuum RTM molding method is known. In the vacuum RTM molding method, a preform composed of at least a reinforcing fiber base is placed in a mold, the inside of the mold cavity is decompressed, and the pressure difference between the cavity internal pressure and the external pressure is reduced. Then, the resin is injected into the cavity, the injected resin is impregnated into the reinforcing fiber base, the resin is cured, and the mold is demolded after the curing to obtain FRP. The vacuum RTM method includes a molding method using a mold set in an upper and lower set, a method in which a preform is placed on a lower mold and covered with a bag material such as a film or a rubber sheet.
特許文献1では、型内にプリフォームとその上に樹脂拡散媒体を配置し、プリフォームと連通した樹脂注入口と減圧吸引口を設置して、それら全体をバッグ材で覆って減圧して、樹脂を注入して硬化させる方法が開示されている。しかしながら、この方法のみでは、プリフォーム全体に樹脂が含浸するのに時間がかかる場合、例えばプリフォームの厚みが厚い場合などには、注入された樹脂がプリフォーム全体に含浸する前に、正規の樹脂含浸経路から外れて、例えばバッグ材のしわのようなキャビティ内の隙間をショートパスして減圧吸引口に到達して、減圧吸引経路を塞ぐ問題が生じる。その場合、プリフォームの減圧吸引を充分に行うことが出来なくなり、強化繊維内を通過する樹脂の流速が維持されず、樹脂の未含浸部を残す問題があった。
In
特許文献2では、真空RTM成形法の改良方法として、成形部全体を加熱することにより高品位なFRPが製造できる方法が開示されている。すなわち、加熱により樹脂の粘度が下がり、プリフォームへの樹脂の含浸が改善して、高品位な成形品が得られる方法である。しかしながら、樹脂の粘度が下がると、樹脂のショートパスがより起こりやすくなる場合があった。
In
特許文献3では、バッグ材を使用した真空RTM成形法の改良として、プリフォームをバッグする通常のシングルバッグの上に、さらにダブルバギングをして、その中を減圧吸引することにより、シングルバッグ内にエアーのリークが無いようにするという技術が開示されている。しかしながら、この方法においても、先述の通り、プリフォームから減圧吸引口に樹脂がショートパスする問題が依然としてあった。
本発明の課題は、FRPの製造方法における上記従来技術の問題点を解決し、注入樹脂の減圧吸引口側への樹脂のショートパスを防止することにより、樹脂を正規の樹脂流路で正規の流量で流動させて、成形品における未含浸樹脂部の発生を防止することが可能なFRP製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art in the FRP manufacturing method and prevent the resin from passing through to the vacuum suction port side of the injected resin so that the resin can be properly An object of the present invention is to provide an FRP manufacturing method capable of preventing generation of an unimpregnated resin portion in a molded product by flowing at a flow rate.
本発明は、上記課題を達成するために、少なくとも次の(A)〜(E)の工程からなることを特徴とするFRPの製造方法。 In order to achieve the above object, the present invention comprises at least the following steps (A) to (E).
(A)強化繊維基材からなるプリフォーム、減圧吸引口および樹脂注入口を成形型の上に設置するセット工程。 (A) A setting step in which a preform made of a reinforcing fiber base, a vacuum suction port, and a resin injection port are installed on a mold.
(B)前記プリフォームと減圧吸引口とを通気材料で繋ぎ、次に前記減圧吸引口全体と通気材料の少なくとも一部を気密材料でシールして覆う吸引部の密閉工程。 (B) A sealing step of a suction part that connects the preform and the vacuum suction port with a ventilation material, and then seals and covers the entire vacuum suction port and at least a part of the ventilation material with an airtight material.
(C)前記成形型上のプリフォーム、減圧吸引口、樹脂注入口、通気材料および前記吸引部を覆う成形部の全体を、バッグ材でシールし、覆って密閉する成形部全体の密閉工程。 (C) A sealing step for the entire molding unit, in which the preform, the vacuum suction port, the resin injection port, the ventilation material, and the molding unit that covers the suction unit on the molding die are sealed with a bag material, and are covered and sealed.
(D)前記バッグ材でシールして覆われた成形部全体を、減圧吸引口から吸引により減圧する減圧工程。 (D) A depressurization step of depressurizing the entire molded part covered with the bag material by suction from the depressurization suction port.
(E)前記樹脂注入口から樹脂を注入し、前記強化繊維基材に樹脂を含浸させてから、樹脂をキュアさせる樹脂の含浸・キュア工程。 (E) A resin impregnation and curing step in which a resin is injected from the resin injection port and the reinforcing fiber base material is impregnated with the resin, and then the resin is cured.
本発明に係るFRPの製造方法によれば、プリフォームと減圧吸引口と通気材料で繋ぎ、それを気密材料で覆うので、正規流路からショートパスする樹脂に起因する吸引口の真空度低下を防ぐことができる。よって、FRP製成形体における樹脂未含浸部の発生を防止することができ、品質を安定させることができる。 According to the FRP manufacturing method of the present invention, the preform, the vacuum suction port, and the ventilation material are connected and covered with an airtight material, so that the vacuum degree of the suction port is reduced due to the resin short-passing from the regular flow path. Can be prevented. Therefore, generation | occurrence | production of the resin non-impregnation part in a FRP molded object can be prevented, and quality can be stabilized.
以下、本発明の最良の実施の形態を一実施例の図面を参照しながら工程順に説明する。 Hereinafter, the best mode of the present invention will be described in the order of steps with reference to the drawings of one embodiment.
図1は本発明の製造方法に係る第1の実施の形態を説明するための真空RTM装置の断面図であり、プリフォーム2内を減圧しつつ、樹脂ポット5内の樹脂を注入している様子を示している。図2は図1に示している真空RTM装置の平面図である。
1.セット工程
図1において、まず、表面に離型剤が塗布された片面型1上にプリフォーム2を配置する。プリフォーム2は少なくとも強化繊維基材から構成されている。プリフォーム2の強化繊維基材は、厚い方が後記5の含浸・キュア工程で説明する板厚方向への含浸時間がより長くなるので、本発明の特徴が発揮できる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vacuum RTM apparatus for explaining the first embodiment of the manufacturing method of the present invention, in which the resin in the
1. Setting Step In FIG. 1, first, a
プリフォーム2を構成する強化繊維基材としては、特に限定されないが、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などを用いることができる。また、プリフォーム2の断面形状は、例えば矩形、C型、I型、L型、Z型、T型、またはハット型のように複雑形状であるほど、よりキャビティ内に隙間が出来やすく、本発明の特徴が発揮できる。樹脂を素早く、かつまんべんなくプリフォーム2内に流動させる必要性から、プリフォーム2上に離型性のあるピールプライ15と樹脂拡散媒体3を配置することが好ましい。ピールプライ15は、硬化後に樹脂拡散媒体3が硬化板から容易に離型できれば特に材質を限定するものではなく、例えばナイロン製織布を使用することが好ましい。樹脂拡散媒体3としては、樹脂流動抵抗がプリフォーム2より低ければ特に限定するものではないが、例えば網目状のシートや樹脂流路としての溝を付けた平板を使用することが好ましい。必要に応じて樹脂拡散媒体3の上に押圧板を設置しても良い。
Although it does not specifically limit as a reinforced fiber base material which comprises the
次に、プリフォーム2に樹脂を注入する注入口4とプリフォーム2を減圧する吸引口6を配置する。図1に示すように、樹脂拡散媒体3の左側に樹脂の注入口4を配置する。樹脂の注入口4は、図2に示すように、プリフォーム2の幅方向に拡散しやすいように開口している型材を使用することが好ましく、例えばアルミ製のCチャンネルを使用することができる。また、プリフォーム2の幅方向に樹脂を流動させる溝を片面型1に加工しても良い。樹脂ポット5は樹脂注入口4の近くに設置して、注入ライン16で連通させる。注入ライン16は特に限定するものでは無いが、圧力損失を小さくするためには、内径が大きい方が好ましい。
Next, an
一方、プリフォーム2の右側には、左側の一部をプリフォーム2と接触させ、右側を吸引口6と連通させて減圧吸引できるように通気材料7を配置する。減圧吸引口6は減圧吸引ライン11で真空トラップ12、真空ポンプ13の順に連通させる。減圧吸引口6は、前記の4と同様に、下部が開口していれば良い。
On the other hand, a
通気材料7は、プリフォーム2の減圧吸引が可能であれば、特に形態を限定するものではない。少なくとも一部がプリフォーム2と接触していれば良く、プリフォームの端部全体に渡って配置することもできる。
The form of the
通気材料7の材質としては、特に限定するものでは無いが、有機繊維布帛、無機繊維布帛、メッシュ材などを使用することができる。例えば、目付が低いガラス繊維織物あるいはマット材、合成繊維の不織布のような通気抵抗が低い材料が減圧吸引をする点からは好ましい。もしくは樹脂拡散媒体3として使用される網状のシート材が樹脂拡散抵抗、通気抵抗が低い点で好ましい形態である。もしくは、通気抵抗・流動抵抗が大きい材料を用いて、後述の5の含浸・キュア工程で、樹脂がプリフォーム全体に含浸した後、通気材料に到達した時に、減圧吸引口までの通気材料内を低流速で流動させて、プリフォーム内の樹脂圧を安定させることもできる。例えば、前記プリフォームを構成する繊維強化基材の一部を通気材料として扱うことも本発明の実施の態様である。
2.減圧吸引口6の密閉工程
次に、減圧吸引口6と、通気材料7の少なくともプリフォーム2と接触していない部分を囲んでシール8aを配置し、気密材料9でシール8aのところで減圧吸引口6と通気材料7を覆う。気密材料9としては、樹脂を透過しない機能があれば、特に限定はしないが、バッグ材10で使用するような気密性の高いフィルム材が、形状の追従性を持っている点から好ましい。気密性の高い樹脂製のシート、例えば、弾性シート、テフロン(登録商標)シートなどを使用しても良い。また、形状の追従性は無いが、金属性や樹脂製の加工品を使用しても良い。
The material of the
2. Step of sealing the
シール8aとしては、粘着性のテープや弾性体のシールを利用しても良いし、よりシール性を高めるためにはシーラントテープを使用することが好ましい。また、それらを機能的に使い分けて、2種類以上のシールを使用することも可能である。
As the
また、気密材料9として、例えばポリエチレン製の粘着テープなどのテープ材を使用することにより、テープの端部でシール8aの機能を兼ねて、全体を密閉することが作業の簡略化の点で好ましい。また、減圧吸引口9を、例えば気密材料9と同じような開口部が広い形状にして、気密材料9の機能を合わせ持たせるようにしても良く、例えば、金属製、あるいは、ナイロンやポリエチレンなどの機密性のある樹脂材料でできたパイプ材、チャンネル材を使用して、周囲をシール8aで密閉することもできる。または、シリコンなどの弾性材料を用いて、減圧吸引口6、気密材料9の機能に加えて、シール8aの機能を合わせ持った形態とすることも可能である。
Further, by using a tape material such as an adhesive tape made of polyethylene, for example, as the
図1に示すように、シール8aは、プリフォーム2の右側の側面に配置する方が、プリフォーム2の右側の強化繊維の毛羽やフィルムの隙間を通るショートパスを防止することができるため、より好ましい。また、図1に示す構造とした場合には、シール8aが通気材料7の隙間を埋めて、吸引減圧経路を塞ぐことを防止するために、気密材料をシールと通気材料の間に配置するか、シールの下に気密材料を配置することがより好ましい。
As shown in FIG. 1, the
本工程で、減圧吸引口6と通気材料7が、後述の成形部全体のバギング工程3で形成されるバッグ内のキャビティから完全に遮断され、プリフォーム2とのみ減圧吸引・樹脂流動流路として繋がる構造となる。
3.成形部全体のバギング工程
次に、前記工程まででセットした成形部全体の周りにシーラント8bを配置して、バッグ材10で全体を覆う。バッグ材10は気密性、可撓性の高い材料であれば特に限定はしないが、例えば、ナイロン製のフィルム材などを使用すると良い。
4.減圧工程
次に吸引側のバルブ14aを開き、減圧吸引口6よりバッグ内を減圧する。成形体内に空気を残存させないためには、10torr以下まで減圧することが好ましい。なお、バッグ内への空気のリークを防止するために、1重目のバッグをさらにダブルバギングしてキャビティ内を減圧しても良い。
5.樹脂の含浸・キュア工程
次に注入側のバルブ14bを開放して、樹脂ポット5の樹脂が、大気圧とプリフォーム2内の真空度の差圧により樹脂注入口4から流入する。樹脂はまず注入口4の全長方向(プリフォーム2の幅方向)に充填して、その次に図の矢印の方向に樹脂拡散媒体3内を拡散する。ここで、従来技術の場合には、拡散媒体3内を拡散した後に、樹脂のフローフロントが、例えばバッグ材10のしわ、あるいはプリフォーム2側面の繊維毛羽のようなキャビティ内の隙間があると、これらは一般的に流動抵抗がプリフォーム2より低いため、正規の樹脂の含浸経路から外れ波線矢印で示す経路106を通り、減圧吸引口6にショートパスする結果、減圧吸引口6を塞いで、減圧吸引口6側の真空度が低下する問題があった。そのことにより、プリフォーム2内の含浸速度が遅くなり、最終的に未含浸部を残す場合があった。
In this process, the
3. Next, the
4). Depressurization Step Next, the
5). Resin impregnation / curing step Next, the
しかるに、本発明の方法では、樹脂のショートパスを気密材料9で防止するため、減圧吸引口6側の真空度が維持されて、拡散媒体3内の樹脂はプリフォーム2内をフローフロント101,102,103の順に正規の経路を正規の流量で含浸することが可能となり、成形体の未含浸部の発生を防止することができる。
However, in the method of the present invention, in order to prevent a short path of the resin with the
なお、使用する樹脂としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が、成形性、コストの面で好ましい。 In addition, as resin to be used, thermosetting resins, such as an epoxy, unsaturated polyester, phenol, and vinyl ester, are preferable in terms of moldability and cost.
プリフォーム2への樹脂含浸が完了したら、注入側のバルブ14bを閉鎖する。吸引側のバルブ14aについては、揮発性のガスを抜きたい場合や成形体の繊維体積含有率を上げたい場合には開放させたままで良いが、表面の平滑性が必要な場合は閉止しても良い。次に、必要に応じて成形部の温度を硬化温度まで上げて、成形体を固化させる。
When the resin impregnation into the
本発明により、すなわち、減圧吸引側をシールして樹脂のショートパスを防止することにより、減圧吸引口6側の真空度が維持されるため、樹脂は正規経路を含浸して、成形体に未含浸部の無いFRPを製造することが可能となった。
According to the present invention, that is, the degree of vacuum on the side of the
実施例1
図1において、まず、表面に離型材が塗布されたアルミニューム製の平型1上に、東レ株式会社製の一方向炭素繊維織物(“トレカ”T800S×190g/m2目付、サイズ300mm×100mm)を32ply積層させたプリフォーム2を配置した。次に、プリフォーム2上に離型性のあるピールプライ15(ナイロン製のタフタ)と樹脂拡散媒体3として#400メッシュのポリプロピレン製網状体を配置した。
Example 1
In FIG. 1, first, a unidirectional carbon fiber woven fabric ("Torayca" T800S × 190 g / m 2 basis weight, size 300 mm × 100 mm, manufactured by Toray Industries, Inc.) on an aluminum
次に樹脂拡散媒体3の左側にアルミ製のCチャンネル材の開口部を下にした樹脂の注入口4を配置した。樹脂ポット5は樹脂注入口4の近くに設置して、ナイロン製の内径φ6mmの注入チューブ16で連通させた。一方、右側には、左端部の20mm分をプリフォーム2の型側に敷いた#400メッシュのポリプロピレン製網状体を通気材料7として配置し、通気材料7の右側にアルミ製のCチャンネル材の開口部を下にした減圧吸引口6を配置した。減圧吸引口6は、ナイロン製の内径φ6mmのチューブを使用した減圧吸引ライン11で真空トラップ12と真空ポンプ13と連通させた。
Next, on the left side of the
次に、減圧吸引口6と、通気材料7のプリフォーム2と接触していない部分を囲んで、プリフォーム2の右側の側面に沿ってシーラント8aを配置して、気密材料9としてナイロン製フィルムを用いて、シーラント8aから減圧吸引口6と通気材料7の一部を覆った。
Next, a
上記工程で、減圧吸引口6と通気材料7がバッグ内のキャビティから遮断されて、プリフォーム2とのみ繋がる構造となった。
In the above process, the reduced
次に、前記工程まででセットした成形部の周りにシーラント8bを配置して、バッグ材10としてナイロン製フィルムで全体を覆った。吸引側のバルブ14aを開き、減圧吸引口よりバッグ内を1torrまで減圧した。
Next, the
次にプリフォーム2の温度を60℃まで加熱した後、注入側のバルブ14bを開放して、樹脂ポット5の樹脂を樹脂注入口4より注入した。樹脂は東レ製RTM用エポキシ樹脂TR−A36を使用した。樹脂は瞬時に樹脂注入口4に充填され、樹脂拡散媒体3内を5分あまりで拡散した後、プリフォーム2の板厚方向に含浸して、30分で通気材料7にプリフォーム2からの樹脂の流出(到達)を確認した。樹脂がプリフォーム2全体に含浸を完了したため、注入側のバルブ14bを閉鎖した。
Next, after the temperature of the
次に、吸引側のバルブ14aは開放させたまま、プリフォーム2の温度を130℃まで上昇させて、プリフォーム2内の樹脂を硬化させた。樹脂の硬化を確認した後に、成形品を脱型した。脱型した成形品は、樹脂の未含浸部のない良品が得られた。
Next, the temperature of the
1:型
2:プリフォーム
3:樹脂拡散媒体
4:注入口
5:樹脂ポット
6:吸引口
7:通気材料
8a:シール(吸引側を密閉するシール)
8b:シーラント
9:気密材料
10:バッグ材
11:吸引ライン
12:真空トラップ
13:真空ポンプ
14a:吸引側バルブ
14b:注入側バルブ
15:ピールプライ
16:注入ライン
101:フローフロント1
102:フローフロント2
103:フローフロント3
106:ショートパス経路
1: Mold 2: Preform 3: Resin diffusion medium 4: Injection port 5: Resin pot 6: Suction port 7:
8b: Sealant 9: Airtight material 10: Bag material 11: Suction line 12: Vacuum trap 13:
102:
103:
106: Short path route
Claims (6)
(A)強化繊維基材からなるプリフォーム、減圧吸引口および樹脂注入口を成形型の上に設置するセット工程。
(B)前記プリフォームと減圧吸引口とを通気材料で繋ぎ、次に前記減圧吸引口全体と通気材料の少なくとも一部を気密材料でシールして覆う吸引部の密閉工程。
(C)前記成形型上のプリフォーム、減圧吸引口、樹脂注入口、通気材料および前記吸引部を覆う成形部の全体を、バッグ材でシールし、覆って密閉する成形部全体の密閉工程。
(D)前記バッグ材でシールして覆われた成形部全体を、減圧吸引口から吸引により減圧する減圧工程。
(E)前記樹脂注入口から樹脂を注入し、前記強化繊維基材に樹脂を含浸させてから、樹脂をキュアさせる樹脂の含浸・キュア工程。 A method for producing FRP, comprising at least the following steps (A) to (E):
(A) A setting step in which a preform made of a reinforcing fiber base, a vacuum suction port, and a resin injection port are installed on a mold.
(B) A sealing step of a suction part that connects the preform and the vacuum suction port with a ventilation material, and then seals and covers the entire vacuum suction port and at least a part of the ventilation material with an airtight material.
(C) A sealing step for the entire molding unit, in which the preform, the vacuum suction port, the resin injection port, the ventilation material, and the molding unit that covers the suction unit on the molding die are sealed with a bag material, and are covered and sealed.
(D) A depressurization step of depressurizing the entire molded part covered with the bag material by suction from the depressurization suction port.
(E) A resin impregnation and curing step in which a resin is injected from the resin injection port and the reinforcing fiber base material is impregnated with the resin, and then the resin is cured.
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