JP2007185848A - Frp製中空部材の内圧成形法 - Google Patents
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Abstract
【課題】内外共に精度のある表面を有するFRP製中空部材を、内圧成形法で容易成形する方法を提供すること。
【解決手段】
FRP製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたFRP材料、例えば、プリプレグと加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするFRP製中空部材の内圧成形法。
【選択図】図1
【解決手段】
FRP製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたFRP材料、例えば、プリプレグと加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするFRP製中空部材の内圧成形法。
【選択図】図1
Description
本発明は、FRP製中空部材の内圧成形法に関する。
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。
FRPを管状ないし中空状の中空部材に成形する方法としては、遠心成形法、プルトルージョン成形法、フィラメントワインディング成形法、内圧成形法等が知られている。遠心成形法は、回転する円筒体の内面に、この円筒体内に同心的に配備されたローラから繊維を巻き付け、この繊維にマトリックス用の樹脂を噴霧して含浸させた後、硬化させる方法であり、比較的径が大きく、単純な形状の製品を製造するのに適している。プルトルージョン成形法は、樹脂を強化繊維基材に含浸させた後、金型を利用して引き抜き、樹脂を固化或いは硬化させて成形品を得る方法であり、一様の断面の真直ぐなパイプの製造に用いられる。フィラメントワインディング成形法は、樹脂を含浸した繊維をマンドレルに巻き付け、樹脂が固化或いは硬化した後にマンドレルを引き抜く方法であり、長繊維の比率を高めることができるので比較的高強度で、軸対称の中空体を製造するのに用いられる。内圧成形法は、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、マトリックス樹脂が熱硬化性であっても熱可塑性であっても適用可能であり、通常の中空管状のFRP製品を成形するのに適している。
特開平6−155595号公報
内圧成形法で中空管状のFRP製品(中空部材)を成形するには、通常、プリプレグを用い、金型キャビティ内に中空管状に配置したプリプレグの内部に、膨張性を有するバッグやチューブ等を入れる。次いで、圧縮空気等を用いてバッグやチューブ等をふくらませ、型の内側から圧力をかけてプリプレグを型の内壁面に押しつけ、この状態でプリプレグを加熱硬化させ成形を行う加圧バッグ成形法が用いられている。しかしながら、上記のような従来の加圧バッグ成形法の場合には、中空部材の外表面は成形型に沿った精確な表面に成形されるが、内表面は必ずしも十分な精度に成形できないという問題があった。
特開2003−334835号公報
本発明の課題は、内外共に精度のある表面を有するFRP製中空部材を、内圧成形法で容易成形する方法を提供することにある。
即ち、本発明は、FRP製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたFRP材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするFRP製中空部材の内圧成形法である。
本発明によれば、基本的に従来公知の内圧成形法を用い、それに新たな手段を付加することにより、内外共に精度のある表面を有するFRP製中空部材を容易に得ることができる。
本発明は、内圧成形法において、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたFRP材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いるものであるが、FRP製中空部材としては、特に制限はなく、中空の部材である限り中空部の形状はどの様なものでもかまわない。
本発明における内圧成形法とは、金型キャビティ内に、例えば、筒状にプリプレグ等の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法を意味する。例えば、ナイロンやシリコンゴムのような、可撓性があり且つ耐熱性に優れた材料で形成した加圧用バッグを、金型キャビティ内に敷設・配置したプリプレグの間に挿入し、又は加圧用バッグにプリプレグ等の成形素材を筒状に巻き付け、あるいは、芯金を用いて予備成形した成形素材の空間部分に加圧用バッグを配置したものを、金型キャビティ内に配備し、その後バッグ内に圧縮空気等の加圧媒体を送り込んでバッグを膨張させ、成形素材を金型内面に押し付けて加熱成形する方法である。あるいは、バッグ内には常圧の媒体を入れておき、金型を真空バッグ等で包み、真空バッグ内を減圧にすることによって、結果的にバッグを膨張させる方法でも良い。加熱には、通常、硬化炉、オートクレーブ、ホットプレス等が用いられる。
本発明において用いられる外表面の賦形用の成形型は、スチールやアルミ合金等の金属製の金型であっても、あるいはガラス繊維等のFRP製の金型であってもかまわない。そして、本発明における内表面の賦形用の補助型も、その材質は特に問わない。補助型の形状は、その内側からの加圧用バッグ等の圧力で、補助型の外側が、中空部材の内表面を賦形することができるような形状のものである限り、どのようなものでもかまわない。
本発明のFRP材料とは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸・硬化させて得られた複合材料であるが、本発明においては、用い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い。繊維強化材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等が挙げられる。好ましいのは、炭素繊維である。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは1種又は2種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、2種以上併用しても良い。
繊維強化材は、通常、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の形で用いられる。
本発明においてFRP材料は、プリプレグの形態のものが好ましい。プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を調整して取り扱い性を良くした成形中間材である。本発明の中空部材を形成するプリプレグの繊維強化材の形態については特に制限はない。
本発明による成形法の一例を図を用いて説明する。図1(断面)の1は、中空部材の外表面の賦形用の成形型の上型、2は下型を示し、3は成形型のキャビティ内に敷設・配置されたプリプレグ、4は中空部材の内表面の賦形用の補助型(図の場合は2枚の押し板を示している)、5は2枚の押し板の間に挿入されている加圧用バッグを示す。
図1の状態で上型と下型を方締めし、以後は公知の内圧成形法によって成形を行うことができる。具体的には、例えば、圧力バッグに圧縮空気を導入し、補助型4を介してプリプレグ3を上型1及び下型2の内面に圧着させる。次いで、金型全体を加熱炉に入れて加熱成形し、その後、金型を取り出し冷却し脱型して成形品を得る。以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
炭素繊維のプリプレグとして、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、汎用エポキシ樹脂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、図1(断面)の成形型のキャビティ内に敷設・配置した。そして、図1に示したように2枚の押し板(補助型)4を介して、その内部の中空部分にナイロン製の圧力バッグを挿入し、圧力バッグが挿入された中空部材の材料を、図1に示したような状態で型締めを行った。
次いで、金型を硬化炉に入れ、内圧成形法により成形した。即ち、圧力バッグ内に圧縮空気(4kg/cm2)を導入し、硬化炉の温度を130℃で2時間維持して加熱硬化せしめた。その後冷却、脱形して内外表面が共に精確に成形されたFRP製中空部材を得た。
本発明は、内外共に精度のある表面を有するFRP製中空部材を、内圧成形法で容易に成形することができるので、その産業上のメリットは大きいものがある。
1 中空部材の外表面の賦形用の成形型(金型)の上型
2 中空部材の外表面の賦形用の成形型(金型)の下型
3 FRP材料(プリプレグ)
4 中空部材の内表面の賦形用の補助型
5 加圧用バッグ
2 中空部材の外表面の賦形用の成形型(金型)の下型
3 FRP材料(プリプレグ)
4 中空部材の内表面の賦形用の補助型
5 加圧用バッグ
Claims (2)
- FRP製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたFRP材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするFRP製中空部材の内圧成形法。
- FRP材料が、プリプレグである請求項1記載のFRP製中空部材の内圧成形法。
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KR102526399B1 (ko) * | 2021-10-20 | 2023-04-27 | 한국세라믹기술원 | 섬유강화 복합재 및 이를 이용한 반잠수정용 선체 제조방법 |
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2006
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