JP2007176050A

JP2007176050A - 発泡体コアを有するｆｒｐ製成形品の成形法

Info

Publication number: JP2007176050A
Application number: JP2005378232A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Shima; 健太郎島
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】ＦＲＰ製成形品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を、生産効率良く成形する方法を提供すること。
【解決手段】発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を成形するに際し、（１）目的とする成形品の成形型と相似な縮小型を用いて、発泡体コアを加圧・圧縮法によって作成する工程、（２）前記成形品の成形型の内表面に沿ってプリプレグを敷設した後、このプリプレグ上に発泡性シートを重ねて配置し、次いで、（１）で得られた発泡体コアを、前記成形品の成形型内部に、前記プリプレグ及び発泡性シートを介して配置する工程、（３）前記成形品の成形型内部を減圧して後又は減圧しながら、成形型を加熱し、前記発泡性シートを発泡させると共にプリプレグを硬化させる工程からなる成形法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＦＲＰ製成形品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法に関する。

繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。

内部に発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品は、ＦＲＰ製の表面部材で軽量の芯材を被覆して、樹脂で一体構造化した複合材である。かかる複合材は、軽量で大きな曲げ剛性が得られることから、特に軽量性が要求される航空機や船舶等の部材として利用される。そして、かかる部材の成形方法としては、樹脂トランスファー成形法や樹脂フィルムインフュージョン成形法などもあるが（例えば、特許文献１参照）、繊維強化材に樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くした、シート状の成形中間体であるプリプレグを用いる方法が便利である。プリプレグを用いて、成形する方法としては、オートクレーブ成形法、ホットプレス成形法、真空バッグ成形法等が知られている。
特表２００１−５１０７４８号公報

しかしながら、内部に発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を、できるだけ生産効率良く得ようとすると、従来の手段・手法では、必ずしも十分ではない場合があった。例えば、形状が複雑で且つ精密度の要求される成形品の場合には、発泡体コア自体の作成に、コストと時間がかかるという問題があった。

本発明は、ＦＲＰ製成形品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を、生産効率良く成形する方法を提供するものである。

本発明のうち請求項１記載の発明は、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を成形するに際し、（１）該成形品の成形型と相似な縮小型を用いて発泡体コアを加圧・圧縮法によって作成する工程、（２）前記成形品の成形型の内表面に沿ってプリプレグを敷設した後、該プリプレグ上に発泡性シートを重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形品の成形型内部に、前記プリプレグ及び発泡性シートを介して配置する工程、（３）前記成形品の成形型内部を減圧して後又は減圧しながら、成形型を加熱し、前記発泡性シートを発泡させると共にプリプレグを硬化させる工程からなる、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法である。

請求項２記載の発明は、前記成形品の成形型内部を減圧するために、成形型を真空バッグで覆い該真空バッグを減圧することからなる請求項１記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法である。

請求項３記載の発明は、前記成形品の成形型内部を減圧するために、成形型をパッキンを介して型締めした後、成形型内部を減圧することからなる請求項１記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法である。

請求項４記載の発明は、発泡体コアが、硬質発泡体である請求項１〜３のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法である。

そして、請求項５記載の発明は、発泡性シートが、エポキシ樹脂からなる発泡性シートである請求項１〜４のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法である。

本発明によれば、ＦＲＰ製成形品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を、生産効率良く成形することができる。

本発明においては、先ず、（１）の工程で、目的とする成形品の成形型と相似な縮小型を用いて、加圧・圧縮法によって発泡体コアを作成する。成形型あるいは縮小型の金型は、通常用いられる材質のものであり、例えばアルミ合金、炭素鋼、ガラス繊維強化プラスチックが用いられる。縮小型とは、発泡体コアを作成するためのものであり、その金型の内部キャビティが、目的とする成形品の型と３次元の縮小相似形のものである。縮小の程度は、目的とする成形品によって異なり、特に制限されるものではないが、通常、体積比で５〜１０％小さいものが好ましい。

発泡体コアは、例えば、加熱によって発泡させた樹脂からなるものである。発泡体コアの材質は、後の工程での成形条件によって適宜選択することができ、特に制限されないが、取り扱いの点で好ましいのは、硬質の発泡体コアである。発泡体としては、例えば、硬質ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、フェノール樹脂フォーム、硬質ＰＶＣフォーム、ポリメタクリルイミド硬質発泡体が挙げられる。

工程（１）において、加圧・圧縮法による発泡体コアの作成は、次の様にして行われる。即ち、前記の様な発泡体（既に発泡しているもの）のシートあるいはブロックで、縮小型よりも若干大きめのものを準備し、これを縮小型の金型の上型と下型の間で加圧・圧縮する。その後、型からはみ出した部分を切除あるいはトリミングすることによって縮小型を作成する。加圧・圧縮の条件は、特に限定されるものではなく、発泡体コアが十分に安定した形状を保つ程度の加圧・圧縮条件であれば良い。例えば、ポリメタクリルイミド硬質発泡体の場合には、１０〜１５ｋｇｆ／ｃｍ^２、１〜２分程度で十分である。また、必要に応じて加熱しても良い。

工程（２）では、所望の成形品の成形型の内表面に沿ってプリプレグを敷設した後、このプリプレグ上に発泡性シートを重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形品の成形型内部に、前記プリプレグ及び発泡性シートを介して配置する。

本発明において用いられるプリプレグとしては、補強用のガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維強化材の織物、不織布等のシート状物に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させて得られたプリプレグが挙げられる。繊維強化材やマトリックス樹脂に関しては特に制限はないが、繊維強化材として好ましいのは炭素繊維であり、その織物が好ましい。織物としては、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等が挙げられる。繊維強化材とマトリックス樹脂の割合は、繊維強化材が全体の３０〜７０重量％であるものが好ましい。

マトリックス樹脂として好ましいのは、熱硬化性樹脂であり、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、適宜量配合したものでも良い。これらの樹脂のうち、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂組成物、ビニルエステル樹脂組成物が特に好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていても良い。

発泡性シートとしては、工程（３）の加熱時に発泡して膨張し、冷却後には発泡体コアと
プリプレグとを接着し得る樹脂フィルムまたはシート状物を意味する。その様な樹脂である限り樹脂の種類は特に限定されるものではないが、工程（３）の加熱時に発泡・硬化し、発泡体コアやプリプレグと接着するものが好ましい。１００〜１３０℃程度で発泡・硬化するものが好ましい。また、加熱による発泡倍率としては、１．５〜２．５倍程度であるものが好ましい。特に好ましいのは、各種エポキシ樹脂からなる発泡性シートである。本発明の発泡性シートは、工程（３）で発泡することによって、発泡する際の圧力でプリプレグを成形型の内壁に圧着させると共に、発泡体コアとも密着し、全体を一体的に強力に接着するという作用を発揮する。

工程（３）では、前記成形品の成形型内部を減圧して後又は減圧しながら、成形型を加熱し、前記発泡性シートを発泡させると共にプリプレグを硬化させる。成形型内部を減圧する方法・手段としては、特に制限はないが、本発明においては以下に説明する二つのやり方が好ましい。

先ず一つ目は、前記成形品の成形型内部を減圧するために、成形型を真空バッグで覆い該真空バッグを減圧する方法である。即ち、成形型を、例えば、ナイロンバッグフィルムで覆い、真空ポンプで吸引減圧するためのホースを配置し、シーラントテープで密閉し、内部を減圧する。

二つ目は、前記成形品の成形型内部を減圧するために、成形型をパッキンを介して型締めした後、成形型内部を減圧する方法である。即ち、上型と下型の間に、例えば、ゴムパッキンを配置して型締めした後、成形型内部に連通するパイプを真空ポンプにつないで、内部を吸引減圧する。

そしていずれの場合も、発泡体コア、発泡性シート及びプリプレグが配置された成形型は、前記のごとく成形型内部を減圧して後又は減圧しながら、例えば、硬化炉やオートクレーブで加熱される。加熱は、１００〜１３０℃で１〜２時間行うのが適当である。かかる加熱によって、発泡性シートは発泡・硬化し、プリプレグも硬化し、発泡体コアも一体化して所望の成形品に成形される。そして、金型を冷却することによって、所望の成形品が得られるこの際、成形型内部は減圧されているので、プリプレグ内部に残存していた気泡等が系外に吸引除去され、よりピンホール等の少ない良質の成形品が得られる。

本発明を図を用いて説明する。図１は、本発明の発泡体についての説明図であり、１は発泡体のフォームであり、２は作成された発泡体コア（ラグビーボール様）の断面を示す。発泡体のフォーム１を、所望の成形品の成形型と相似な縮小型２を成形するための金型（図示せず）を用いて、例えば、その金型の上型と下型の間に発泡体のフォーム１を挟んで、金型を加圧・圧縮し、型からはみ出した部分を切除して縮小型２を得る。

図２は、本発明において得られた成形品の説明図（断面図）である。２は図１で得られた発泡体コアであり、３は発泡性シート（加熱発泡後）であり、４はプリプレグ（加熱硬化後）を示している。図３と図４は、発泡体コア２、発泡性シート３、プリプレグ４を成形型に敷設し、上型５と下型６を型締めした状態（断面）を示している図である。例えば、図３のごとき所望の成形品の成形型の内表面に沿ってプリプレグ４を敷設した後、このプリプレグ４上に発泡性シート３を重ねて配置し、次いで、発泡体コア２を、成形品の成形型の内部に、プリプレグ及び発泡性シートを介して配置し、成形品の成形型の金型を型締めする。その後は、成形品の成形型内部を減圧して後又は減圧しながら、成形型を例えば、硬化炉の中で加熱する。そうすると、発泡性シートが発泡すると共に、プリプレグも硬化し、冷却後型から取り出すと、その断面が図２の様な成形品が得られる。

図３において、成形型の上型５と下型６は型締めされ真空バッグ７で被覆されており、真空バッグ７は真空ポンプ（図ではＶＡＣとして示した）につながれている。また、図４において、成形型の上型５と下型６は、パッキン８を介して型締めされ、真空ポンプにつながれている。以下、実施例で本発明を詳述する。

発泡体としてロハセル３１（ポリメタクリルイミド硬質発泡体、ダイセル化学社製）のフォームを用い、これから、図１の１に示した様な適度の大きさのブロックを切り取った。このブロックを、ラグビーボール様の縮小型の金型の上型と下型の間に挟み、１５ｋｇｆ／ｃｍ^２で２分間加圧・圧縮した。その後、型から取り出し、はみ出た部分を切除して、その断面を図１の２に示した様なラグビーボール様の発泡体コアを得た。次いで、目的とする成形型の分割型金型のキャビティ内面に、先ずプリプレグを施設した。プリプレグとしては、炭素繊維ＨＴＡ３Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、３０００フィラメント）を経糸緯糸とした平織物（東邦テナックス社製、Ｗ−３１０１）に、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製ＥＰ８０７）を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％）。このプリプレグを５枚、積層パターンが（０／９０）、（±４５）、（３０／１２０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて、金型に敷設した。次いで、プリプレグの内面上に、発泡性シートを重ねて敷設した。発泡性シートとしては、Ｒｅｄｕｘ２１２−ＮＡ（変性エポキシ樹脂シート、HEXCEL Composites 社製）を用いた。

次いで、図３に示したように、成形型のキャビティ内部に、前記発泡体コア２を、前記プリプレグ４及び発泡性シート３を介して配置した。そして、減圧に吸引するためのホースを配置し、分割型を型締めし、全体をナイロンバッグフィルム７で覆い、シーラントテープ（図示せず）で密閉し、バック内を５ｔｏｒｒ以下に減圧した。次いで、全体を硬化炉の中に入れ、１２０〜１３０℃で１時間加熱して発泡性シートを発泡・硬化させると共にプリプレグを硬化させた。そして、金型を冷却して成形品を取り出した。得られた成形品はピンホール等のない良質の成形品であった。

実施例１の場合と同じ、発泡体コア、プリプレグ及び発泡性シートを用い、図４に示したように、成形型のキャビティ内部に、前記発泡体コア２を、前記プリプレグ４及び発泡性シート３を介して配置した。そして、ゴムパッキン８を介して上型と下型を型締めし、減圧に吸引するためのパイプを真空ポンプにつないだ。キャビティ内部を５ｔｏｒｒ以下に減圧した。次いで、全体を硬化炉の中に入れ、１２０〜１３０℃で１時間加熱して発泡性シートを発泡・硬化させると共にプリプレグを硬化させた。そして、金型を冷却して成形品を取り出した。得られた成形品は、実施例１の場合と同様にピンホール等のない良質の成形品であった。

本発明の発泡体コアの説明図である。本発明のＦＲＰ製成形品の断面形状を示す図である。本発明の成形方法の一例を説明するための図である。本発明の成形方法の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１発泡体材料
２発泡体コア
３発泡性シート
４ＦＲＰ（プリプレグ）
５上型
６下型
７ナイロンバッグフィルム
８ゴムパッキン

Claims

発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品を成形するに際し、（１）該成形品の成形型と相似な縮小型を用いて発泡体コアを加圧・圧縮法により作成する工程、（２）前記成形品の成形型の内表面に沿ってプリプレグを敷設した後、該プリプレグ上に発泡性シートを重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形品の成形型内部に、前記プリプレグ及び発泡性シートを介して配置する工程、（３）前記成形品の成形型内部を減圧して後又は減圧しながら、成形型を加熱し、前記発泡性シートを発泡させると共にプリプレグを硬化させる工程からなる、発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法。
前記成形品の成形型内部を減圧するために、成形型を真空バッグで覆い該真空バッグを減圧することからなる請求項１記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法。
前記成形品の成形型内部を減圧するために、成形型をパッキンを介して型締めした後、成形型内部を減圧することからなる請求項１記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法。
発泡体コアが、硬質発泡体である請求項１〜３のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法。
発泡性シートが、エポキシ樹脂からなる発泡性シートである請求項１〜４のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ製成形品の成形法。