JP2008132717A - 繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性が高いFRPの製造方法を提供する。
【解決手段】FRP製タンクの製造方法では、金属製の中子5に強化繊維を巻き付けて被覆する被覆工程を行った後、強化繊維に母材樹脂を含浸させる含浸工程を行う。その後、母材樹脂を加熱してプリキュアするプリキュア工程と、母材樹脂をプリキュア工程より高い温度で加熱してアフターキュアするアフターキュア工程とを行う。中子5は、プリキュア工程での加熱温度より高く、アフターキュア工程での加熱温度以下の融点を有する金属からなる。そして、アフターキュア工程においては、中子5を溶かして流し出す。
【選択図】図2
【解決手段】FRP製タンクの製造方法では、金属製の中子5に強化繊維を巻き付けて被覆する被覆工程を行った後、強化繊維に母材樹脂を含浸させる含浸工程を行う。その後、母材樹脂を加熱してプリキュアするプリキュア工程と、母材樹脂をプリキュア工程より高い温度で加熱してアフターキュアするアフターキュア工程とを行う。中子5は、プリキュア工程での加熱温度より高く、アフターキュア工程での加熱温度以下の融点を有する金属からなる。そして、アフターキュア工程においては、中子5を溶かして流し出す。
【選択図】図2
Description
本発明は、繊維強化プラスチックの製造方法に係り、詳しくは中空部を有する繊維強化プラスチックの製造方法に関する。
繊維強化プラスチックの製造方法において、筒状又は中空形状の繊維強化プラスチック(以下、繊維強化プラスチックをFRPと記載する。)を製造する方法としては、次の(1)〜(3)のような方法が実施されている。
(1)予め中子の形状に沿って強化繊維の賦形を行い、強化繊維からなるプリフォームを作成する。その後、プリフォームを上型及び下型で挟み込んだ後、上型又は下型に設けられた注入口から樹脂を注入する。樹脂硬化後、上型及び下型から内部に中子を有した状態のFRPを取り出し、その後、FRPから中子を取り出すことで中空形状のFRPを製造する。
(2)図6(a)に示すように、上型40及び下型41からなる成形型42に形成されたキャビィティ43に、中空状(筒状)に形成されたプリフォーム44を配置するとともにプリフォーム44の内部に袋状のフィルムシート45を配置する。そして、成形型42に形成された注入口46から樹脂を注入する。樹脂注入後、フィルムシート45内に空気を供給し、空気圧(図6(a)で矢示する。)によってフィルムシート45を膨張させた後、フィルムシート45が膨張した状態で樹脂を硬化させる。樹脂硬化後は、図6(b)に示すように、内部にフィルムシート45を有したFRP47を成形型42から取り出し、フィルムシート45をFRP47から剥がすことで中空形状のFRP47を製造する。
(3)水溶性素材(例えば、石膏)からなる中子の形状に沿って強化繊維の賦形を行い、強化繊維からなるプリフォーム48を作成する。そして、図7(a)に示すように、プリフォーム48を成形型49の上型50及び下型51で挟み込んだ後、成形型49に設けられた注入口52から樹脂を注入する。樹脂硬化後、成形型49から内部に中子53がある状態のFRP54を取り出し、その後、中子53を水で溶かして除去する(図7(b)で矢示する。)作業を行うことで中空形状のFRP54を製造する。
その他に、従来、中子部材を低融点金属で構成し、その中子部材を加熱してFRPから溶出させるガス燃料タンクの成形方法が提案されている(特許文献1参照。)。特許文献1に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、低融点金属からなる中子部材に母材樹脂が含浸された強化繊維を巻き付ける巻付け工程終了後、低融点金属の融点より低い温度で母材樹脂を加熱して硬化させている。その後、母材樹脂が劣化する温度より低く、低融点金属の融点より高い温度(例えば、120℃)で中子部材を加熱することで中子部材を溶出させ、中空形状のFRP製容器外郭を製造している。
特開平9−323365号公報
ところが、従来方法(1)では、脱型用の抜きテーパー角が形成された中子を用いなければ、FRPから中子を支障なく取り出すことは難しい。したがって、従来方法(1)では、内部に配置された中子を取り出すことができないような複雑な形状のFRP(例えば、開口部が内部の空洞より小さい容器等)を成形することができないという問題があった。
従来方法(2)では、膨張したフィルムシート45にプリフォーム44の内側面が押圧された状態で樹脂の硬化が行われているが、フィルムシート45を介して空気圧によってプリフォーム44押圧しているため、板厚の成形精度及び面の成形精度が低い。したがって、従来方法(2)によって成形されたFRP47を高い板厚精度及び面精度が要求される部品に用いることは難しい。
従来方法(3)では、樹脂を硬化させる工程を実施した後、中子53を水で溶かし流すのに時間を要するため、生産性が低いという問題があった。
また、特許文献1に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂の硬化工程終了後、ヒータの加熱温度を昇温させ、中子部材を溶出させる工程を実施している。したがって、特許文献1に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂を硬化させる工程の後に、FRPの内部に配置された全ての中子部材を溶かし流さなければならず、その分だけ時間を要し生産性が低いという問題があった。
また、特許文献1に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂の硬化工程終了後、ヒータの加熱温度を昇温させ、中子部材を溶出させる工程を実施している。したがって、特許文献1に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂を硬化させる工程の後に、FRPの内部に配置された全ての中子部材を溶かし流さなければならず、その分だけ時間を要し生産性が低いという問題があった。
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、FRPを精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性が高いFRPの製造方法を提供する。
請求項1に記載の発明は、金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している前記繊維若しくは前記シート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で前記中子を被覆した後、前記母材樹脂を加熱してプリキュアし、前記母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを要旨とする。
ここで、「シート状の繊維製品」とは、織布、不織布、編み地等、繊維をシート状に形成したものを意味する。また、「シート状の繊維製品で被覆する」とは、シート状の繊維製品で中子全体を被覆する場合に限らず、柱状の中子の両端を除いた周面だけを被覆する場合、複数枚の中子を用いて被覆する場合も意味し、シート状の繊維製品の枚数は1枚に限らない。
この発明では、プリキュア工程で母材樹脂を硬化させた後、アフターキュア工程に移行する。そして、アフターキュア工程では、母材樹脂をほぼ完全硬化させることで繊維強化プラスチックとして完成させる。ここで、アフターキュア工程においては加熱温度が中子を構成する金属の融点を超えるため、アフターキュア工程を実施している最中に中子は溶出し、アフターキュア工程終了後には、中子が除去された繊維強化プラスチックを得ることができる。すなわち、溶ける中子で形成されているため、繊維強化プラスチックを精度よく複雑な形状にすることができる。
また、アフターキュア工程を実施している最中に中子を溶かして除去することができるため、その分、繊維強化プラスチックが完成するまでの時間を短縮することができる。したがって、繊維強化プラスチックの生産性を高めることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記金属製の中子に繊維を巻き付けることにより前記金属製の中子を繊維で被覆し、前記繊維として長繊維を使用することを要旨とする。
この発明では、中子に巻きつける繊維が長繊維であれば、繊維を緊張させた状態で巻き付けることができる。したがって、繊維が中子に巻き付けられることで作成されたプリフォームにしわやズレができることを抑制できる。
請求項3に記載の発明は、請求項1の発明において、前記金属製の中子を繊維又はシート状の繊維製品で被覆した後、前記母材樹脂の含浸及び成形は、レジントランスファーモールディング(RTM)法を用いて行われることを要旨とする。
この発明では、従来RTM法でできなかった形状(例えば、タンク形状)のFRPを成形することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成することを要旨とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成することを要旨とする。
この発明では、複雑な形状(例えば、ハニカム形状等)の繊維強化プラスチック製品を容易に生産することができる。
本発明によれば、FRPを精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性を高めることができる。
(第1実施形態)
以下、本発明をFRP製タンクの製造方法に具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
以下、本発明をFRP製タンクの製造方法に具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
図1に示すように、FRP製タンク1には、側断面長円形状で、かつ略円筒状の貯留部2が設けられている。貯留部2には、その図1における左右両側に口金を取り付ける部分としての孔4が設けられている。孔4は、それぞれFRP製タンク1の中心軸上において真っ直ぐに延びている。FRP製タンク1では、強化繊維として長繊維が用いられている。FRP製タンク1では、強化繊維として、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維(炭素繊維)、アラミド繊維等が使用される。
貯留部2は、その肉厚が均一に形成されている。貯留部2の内壁面2aは、凹凸のない平滑面である。
次に前記のように構成されたFRP製タンク1の製造方法について説明する。
次に前記のように構成されたFRP製タンク1の製造方法について説明する。
ここで、FRP製タンク1を製造する際に用いられる中子5について説明する。図2(a)に示すように、中子5は、略円柱形状で、貯留部2の内壁面2aに沿うような外形の胴部6と、胴部6の両端に設けられたボス部7とを備えている。ボス部7は、円柱形状に形成され、各ボス部7には、軸部8が突設さられている。
中子5は、例えば、金型成形された金属製のものを使用する。中子5は、母材樹脂がプリキュアされる温度より高く、アフターキュアされる温度以下の融点を有する金属、例えば、Sn(42重量%)・Bi(58重量%)の合金によって形成されている。
次に、被覆工程S1からFRPを製造するまでの工程について説明する。
まず、被覆工程S1では、フィラメントワインディング(以下、フィラメントワインディングを適宜FWと記載する。)装置を用いて、中子5を樹脂が含浸されていない強化繊維で被覆する。なお、本実施形態では、通常、FW装置で強化繊維を巻き付ける際に用いられるマンドレルの代わりに中子5を対象にして強化繊維を巻き付ける。被覆工程S1では、FW装置に中子5の両端に位置する軸部8において、中子5を両持ち状態で取り付けて、FW装置を駆動する。そして、長繊維である強化繊維を緊張させた状態で、長繊維を胴部6及びボス部7の表面にフープ巻き、ヘリカル巻を併用して巻き付ける。この被覆工程S1を実施すると、図2(a)に示すように、繊維強化樹脂として成形される前のプリフォーム9が作成される。
まず、被覆工程S1では、フィラメントワインディング(以下、フィラメントワインディングを適宜FWと記載する。)装置を用いて、中子5を樹脂が含浸されていない強化繊維で被覆する。なお、本実施形態では、通常、FW装置で強化繊維を巻き付ける際に用いられるマンドレルの代わりに中子5を対象にして強化繊維を巻き付ける。被覆工程S1では、FW装置に中子5の両端に位置する軸部8において、中子5を両持ち状態で取り付けて、FW装置を駆動する。そして、長繊維である強化繊維を緊張させた状態で、長繊維を胴部6及びボス部7の表面にフープ巻き、ヘリカル巻を併用して巻き付ける。この被覆工程S1を実施すると、図2(a)に示すように、繊維強化樹脂として成形される前のプリフォーム9が作成される。
次に、中子5に巻かれた状態のプリフォーム9(以下、適宜、単にプリフォーム9と記載する。)をFW装置から取り外す。そして、型入れ工程S2、含浸工程S3及びプリキュア工程S4において、レジントランスファーモールディング法(以下、RTM法と記載する。)を用いて母材樹脂の含浸及び硬化を行う。図2(a)に示すように、RTM用の成形型10は上型11及び下型12を備えるとともに、上型11及び下型12には、それぞれプリフォーム9の外形に対応する上型収容凹部13及び下型収容凹部14が設けられている。また、上型11には、上型収容凹部13と連通する図示しない真空引き口が設けられ、図示しない真空引き口は、図示しない真空ポンプに接続される。また、下型12には、下型収容凹部14と連通する図示しない注入口が設けられ、図示しない注入口は、母材樹脂を注入可能に構成されている。
そして、型入れ工程S2では、下型12に設けられた下型収容凹部14にプリフォーム9をセットした後、上型11を下降させる。プリフォーム9が成形型10内にセットされると、次に、母材樹脂の含浸及び成形(硬化も含む)を行う。含浸工程S3では、図示しない注入口から成形型10内のプリフォーム9へ向けて熱硬化性の母材樹脂を注入しつつ図示しない真空引き口を介して上型収容凹部13及び下型収容凹部14内を真空引きする。
含浸工程S3終了後、成形型10内にプリフォーム9をセットした状態のままプリキュア工程S4を実施する。プリキュア工程S4は、母材樹脂に含まれた硬化剤又は添加剤の成分が揮発することによる添加量の減少及び気泡の発生等を防ぐ目的として、母材樹脂を低温で硬化させる工程である。プリキュア工程S4では、成形型10内に埋め込まれた図示しない加熱手段(例えば、電気ヒータ)によって母材樹脂をプリキュア温度T1(例えば、母材樹脂がエポキシ樹脂の場合、プリキュア温度は、常温〜120℃。)で所定時間(例えば、1時間)加熱して、母材樹脂を硬化させる。ここで、「プリキュア温度T1」とは、プリキュア処理を行うときの温度のことを意味する。プリキュア工程S4が実施されると、母材樹脂が硬化して硬化製品15(図2(b)参照。)が形成される。プリキュア工程S4終了後の母材樹脂は、成形型10から取り出すには支障はないが、目的の強度を得るための硬化度には達していない不完全な状態で硬化している。なお、プリキュア工程S4において、母材樹脂が硬化するまでに要する時間は、加熱温度によって異なり、加熱温度が高い程、硬化するまでに要する時間は短くなる。
次に、脱型工程S5を実施して、硬化製品15を中子5ごと成形型10から取り出す。脱型工程S5終了後、図2(b)に示すように、硬化製品15及び中子5を図示しない炉の中に縦置き(中子5の軸部8が上下方向に向く状態)に配置し、アフターキュア工程S6を実施する。なお、脱型工程S5終了後、成形型10は清掃離型処理が行われる。
アフターキュア工程S6では、母材樹脂をプリキュア温度T1よりも高いアフターキュア温度T2(例えば、母材樹脂がエポキシ樹脂の場合、アフターキュア温度は、150℃〜170℃。)で所定時間(例えば、1.5時間)加熱する。なお、アフターキュア工程S6において、母材樹脂を目的の硬化度までに硬化させるのに要する時間は、加熱温度によって異なり、加熱温度が高い程、要する時間は短くなる。ここで、「アフターキュア温度T2」とは、アフターキュア処理を行うときの温度のことを意味する。
そして、アフターキュア工程S6を実施している最中、中子5に対する加熱温度は、中子5を構成する金属の融点より高くなり、中子5が溶融を開始する。そして、図2(b)に示すように、硬化製品15の内部に配置されていた中子5は、溶融することで硬化製品15の下側の孔4から流れ出す(図2(b)の実線矢印で示す。)。アフターキュア工程S6終了後には、中子5が除去された状態のFRP製タンク1(図1参照)が製造されることとなる。
なお、アフターキュア工程S6において溶け出た金属は、溶融金属回収工程S7において図示しない回収装置によって回収され、中子成形工程S8において回収した金属を原料として中子5の成形を行う。すなわち、アフターキュア工程S6において溶け出た金属は、中子5として再利用される。
ここで、特許文献1の従来技術をこの実施形態に適用した場合(以下、単に従来技術と記載する。)の作業の流れと、この実施形態の作業の流れとを比較する。図3(a)は従来技術を適用した場合を示し、図3(b)はこの実施形態の場合を示す。従来技術は、被覆工程S1から脱型工程S5まではこの実施形態と同様である。そして、アフターキュア工程S6aの後に、中子5の金属を加熱溶融させて除去する中子除去工程S6bを備えている点がこの実施形態と異なる。
即ち、従来技術では、被覆工程S1、型入れ工程S2、含浸工程S3、プリキュア工程S4、脱型工程S5、アフターキュア工程S6a、中子除去工程S6bを順に行い、FRP製品を完成させていた。したがって、従来技術では、アフターキュア工程S6aの後に、中子除去工程S6bが必要なため、中子除去工程S6bを行うのに必要な時間が余分に必要となる。また、アフターキュア工程S6aでは、アフターキュア温度が、中子5の金属の融点より低い温度で行われるため、アフターキュアが完了するまでに要する時間がこの実施形態の場合より長くかかる。その結果、FRP製品を完成させるまでに要する時間がその分、本実施形態の製造方法に比較して長くなる。
なお、図1及び図2は、FRP製タンク1、中子5、プリフォーム9、硬化製品15等の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。図2(a)においては、図示の都合上、中子5及びプリフォーム9を側断面で図示し、成形型10を斜視図で図示している。また、図によっても、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比が異なっているものもある。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)中子5を構成する金属は、プリキュア温度T1より高くアフターキュア温度T2より低い融点を有する。アフターキュア工程S6では、中子5の溶融温度より高い温度であるアフターキュア温度T2に達するまで硬化製品15に対する加熱温度を上げる。そして、アフターキュア工程S6を実施している最中に中子5を溶かして流し出すため、従来技術と異なり、アフターキュア工程S6とは別に中子5を除去する中子除去工程を実施する必要がない。そのため、中子除去工程S6bを経ない分と、アフターキュア工程S6に要する時間が、従来技術のアフターキュア工程S6aに要する時間より短い分だけFRPとしてのFRP製タンク1の完成に要する時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
(1)中子5を構成する金属は、プリキュア温度T1より高くアフターキュア温度T2より低い融点を有する。アフターキュア工程S6では、中子5の溶融温度より高い温度であるアフターキュア温度T2に達するまで硬化製品15に対する加熱温度を上げる。そして、アフターキュア工程S6を実施している最中に中子5を溶かして流し出すため、従来技術と異なり、アフターキュア工程S6とは別に中子5を除去する中子除去工程を実施する必要がない。そのため、中子除去工程S6bを経ない分と、アフターキュア工程S6に要する時間が、従来技術のアフターキュア工程S6aに要する時間より短い分だけFRPとしてのFRP製タンク1の完成に要する時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
(2)中子5は、金属によって構成されるとともに、溶けて流れ出ることでFRPから取り出される。したがって、複雑な形状のFRPを精度よく製造することができる。
(3)中子5を被覆する強化繊維は、長繊維である。したがって、連続繊維である強化繊維を緊張させた状態で巻き付けることができるため、被覆工程S1を実施することで作成されたプリフォーム9にしわやズレができることを抑制できる。
(3)中子5を被覆する強化繊維は、長繊維である。したがって、連続繊維である強化繊維を緊張させた状態で巻き付けることができるため、被覆工程S1を実施することで作成されたプリフォーム9にしわやズレができることを抑制できる。
(4)母材樹脂に対する含浸及び成形はRTM法を用いて行われ、従来RTM法によって成形できなかったタンク形状のFRPを成形することができる。
(5)FRP製タンク1には、2つの孔4が設けられている。したがって、アフターキュア工程S6において、一方の孔4から溶融した金属を流し出す時には、もう一方の孔4から空気が導入される(図2(b)の点線矢印で示す。)ため、溶けた金属を速やかに外部へ流し出すことができる。
(5)FRP製タンク1には、2つの孔4が設けられている。したがって、アフターキュア工程S6において、一方の孔4から溶融した金属を流し出す時には、もう一方の孔4から空気が導入される(図2(b)の点線矢印で示す。)ため、溶けた金属を速やかに外部へ流し出すことができる。
(6)FRP製タンク1には、図1における左右両側にそれぞれ、その中心軸上において真っ直ぐに延びている孔4が設けられている。そして、被覆工程S1で強化繊維を巻き付ける際、FW装置が中子5を両軸部8で両持ち状態で支持して強化繊維を巻き付けることができる。したがって、FW装置が中子5を片持ちしていないため、FW装置を駆動する際、中子5がぶれずに安定して駆動させることができる。
(7)アフターキュア工程S6において溶け出た金属は、図3(b)に示すように、溶融金属回収工程S7及び中子成形工程S8が実施されることで中子5として再利用される。したがって、中子5をアフターキュア工程S6において溶融除去する金属から構成しても、中子5の材料を無駄に消費することがないため、経済的に有利である。
(第2実施形態)
次に、本発明を複数の中空部を有するハニカム状のFRP製構造体の製造方法に具体化した第2実施形態を図4(a)〜(c)にしたがって説明する。なお、第1実施形態と同様な部分については、その詳細な説明を省略する。
次に、本発明を複数の中空部を有するハニカム状のFRP製構造体の製造方法に具体化した第2実施形態を図4(a)〜(c)にしたがって説明する。なお、第1実施形態と同様な部分については、その詳細な説明を省略する。
図4(a)に示すように、FRP製構造体16は、複数の中空部17を有するハニカム構造で、平面視矩形状となるように構成されている。FRP製構造体16は、中空部17が延びている方向と直交する方向における断面形状がどの箇所の断面であっても同じ形状となるように形成されている。中空部17は、FRP製構造体16の短手方向に沿って延びるように形成されるとともに長手方向に沿って所定間隔を空けて平行に形成されている。中空部17は、正面視矩形状で、なおかつ、全て同じ形状に形成されている。
次に、FRP製構造体16の製造方法について説明する。
まず、FRP製構造体16を製造する際に用いられるシート状の繊維製品としての第1〜第3繊維シート20及び断面矩形状の角材である中子5について説明する。
まず、FRP製構造体16を製造する際に用いられるシート状の繊維製品としての第1〜第3繊維シート20及び断面矩形状の角材である中子5について説明する。
図4(b)に示すように、第1〜第3繊維シート18〜20には、長繊維で製織された織布が使用されている。第1〜第3繊維シート18〜20は、矩形状に形成され、それぞれの長手方向の辺18a〜20aの長さが異なるとともに、それぞれの他の辺18b〜20bの長さが等しくなっている。第1繊維シート18は、その一辺18aの長さが全ての中子5の幅の和より長くなるように形成されている。第2繊維シート19は、その一辺19aの長さが全ての中子5の幅及び厚みの全ての和より長くなるように設定されている。また、第3繊維シート20は、その一辺20aの長さが全ての中子5の幅と2つの中子21の厚みの和より長くなるように設定されている。
中子21は、前記実施形態と同様の金属から構成されるとともに、長さが第1〜第3繊維シート18〜20の他の辺18b〜20bの長さ以上となるように形成されている。また、中子5としては、同じ形状のものが7つ準備される。
次に、準備された第1〜第3繊維シート18〜20及び中子21を成形型22内にセットするために、下型23に設けられた下型収容凹部23aに第1繊維シート18を配置する。そして、7つの中子21のうちの4つを第1繊維シート18の上に配置する。なお、4つの中子21は、隣り合う中子21の間に一つの中子21が配置できる程度の間隔を空けて配置する。その後、4つの中子21の外面を被覆するように、第2繊維シート19を重ねる。さらに、残りの中子21(3つの中子21)を、それぞれ第1繊維シート18の上に配置された中子21の間に位置するように配置する。そして、最後に、3つの中子21の上に、第3繊維シート20を重ねるように配置することで3つの中子21を被覆して、その上から上型24を下降させる。
第1〜第3繊維シート18〜20及び中子21が成形型22内に配置された後、含浸工程S3、プリキュア工程S4が実施され、硬化製品25(図4(c)参照)が作成される。次に、脱型工程S5において、複数の中子21を含む硬化製品25が成形型22から取り出される。次に、アフターキュア工程S6が実施されることで複数の中子21は溶けて流れ出し、アフターキュア工程S6終了後には、複数の中空部を有したハニカム状のFRP製構造体16が製造される。
この実施形態によれば、第1実施形態(1)、(2)、(4)、(5)及び(7)と同様の効果の他に、以下に示す効果を得ることができる。
(8)中子21を複数使用することで、複数の中空部17を有するハニカム状のFRP製構造体16を容易に生産することができる。
(8)中子21を複数使用することで、複数の中空部17を有するハニカム状のFRP製構造体16を容易に生産することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第1実施形態において、中子5に巻き付ける強化繊維を長繊維から短繊維に変更してもよい。この場合、短繊維製の糸を中子5に巻き付けることでプリフォームを作成することができる。
○ 第1実施形態において、中子5に巻き付ける強化繊維を長繊維から短繊維に変更してもよい。この場合、短繊維製の糸を中子5に巻き付けることでプリフォームを作成することができる。
○ 第2実施形態において、シート状の繊維製品である第1〜第3繊維シート18〜20の目の粗さ具合については特に限定されない。目が細かい繊維シートを用いてもよいし、目が粗い繊維シートを用いてもよい。
○ 第2実施形態において、シート状の繊維製品として、織布の代わりに不織布を用いてもよい。また、シート状の繊維製品として、織布の代わりに編み地を用いてもよい。
○ 第2実施形態において、一列に並べられた複数の中空部17が複数段できるように構成してもよい。例えば、繊維シートを間に挟んで中子の上に他の中子を重ねるように配置した状態で、第2実施形態における製造方法を実施すれば、一列に並べられた複数の中空部17が複数段設けられたFRP製構造体を製造することができる。
○ 第2実施形態において、一列に並べられた複数の中空部17が複数段できるように構成してもよい。例えば、繊維シートを間に挟んで中子の上に他の中子を重ねるように配置した状態で、第2実施形態における製造方法を実施すれば、一列に並べられた複数の中空部17が複数段設けられたFRP製構造体を製造することができる。
○ 第2実施形態において、複数の中空部17はその形状が全て同じでなくてもよい。例えば、中央に配置される中子21の形状を最も大きく形成し、配置位置が左右両側に向うにつれて順に小さい中子21を配置することで、中央位置から両側に向う中空部となるにつれて小さくなるFRP製構造体を製造してもよい。このような構成のFRP製構造体であれば、複数の中空部の形状が全て一定のFRP製構造体に比べて強度を高めることができる。
○ 本発明を、ガス燃料タンクの一部を構成するFRP製タンク1やハニカム状のFRP製構造体16以外の製品を製造するために用いてもよい。例えば、本発明を、湾曲形状のFRP製パイプを製造するために用いてもよい。この場合、中子26を湾曲状に形成し、図5(a)に示すように、中子26に強化繊維を巻き付けることでプリフォーム27を作成する。そして、それぞれ輪郭が略湾曲状の下型収容凹部31及び上型収容凹部32が設けられた上型29及び下型30を備えた成形型28を用いて、含浸工程S3、プリキュア工程S4を実施する。その後、成形型28から中子26及び硬化製品25を取り出してアフターキュア工程S6を実施することで、中子26を溶かして流し出す。中子26が溶けて全て流れ出ると、図5(b)に示すように、湾曲状のFRP製パイプ33が製造される。
○ プリキュア工程S4を実施してからアフターキュア工程S6を実施するまでの間に、母材樹脂を加熱硬化させる工程を追加してもよい。
○ アフターキュア工程S6終了後に、FRP製品を加熱することで中子を溶融除去する工程を追加してもよい。FRP製品の形状によっては、アフターキュア工程S6を実施した後であっても、FRP製品の中空部に中子が残存することがあるが、中子を溶融除去する工程を追加すれば、残存した中子も除去することができる。このような場合であっても、アフターキュア工程S6で大部分の中子は除去されているため、従来の製造方法に比べて中子を溶融除去する工程に要する時間は短縮され、FRP製品の生産性を高めることができる。
○ アフターキュア工程S6終了後に、FRP製品を加熱することで中子を溶融除去する工程を追加してもよい。FRP製品の形状によっては、アフターキュア工程S6を実施した後であっても、FRP製品の中空部に中子が残存することがあるが、中子を溶融除去する工程を追加すれば、残存した中子も除去することができる。このような場合であっても、アフターキュア工程S6で大部分の中子は除去されているため、従来の製造方法に比べて中子を溶融除去する工程に要する時間は短縮され、FRP製品の生産性を高めることができる。
○ 強化繊維に含浸させる母材樹脂は、金属製の中子5の溶融温度より低い温度でプリキュアを行うことができ、金属製の中子5の溶融温度より高い温度でアフターキュアを行うことができる樹脂であればよく、エポキシ樹脂に限らない。例えば、母材樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、樹脂に複数種類(例えば、2種類)の硬化剤を添加することで母材樹脂を構成し、母材樹脂の硬化が複数段階の温度条件で生じるようにしてもよい。
○ 中子5,21,26をアフターキュアされる温度と等しい融点を有する金属で構成してもよい。この場合でも、アフターキュア工程で、アフターキュア温度T2が中子5,21,26を構成する金属の融点にまで達するため、中子5,21,26を溶融除去することができる。
○ 中子5,21,26を構成する金属は、母材樹脂がプリキュアされる温度より高く、アフターキュアされる温度以下の融点を有する金属であれば、その種類についてはとくに限定されない。母材樹脂の種類に応じてPb、In、Cd、Ag、Sb、Zn、Se等を選択的に混合した合金や、ウッドメタルを用いて中子5を構成してもよい。例えば、Sn(42重量%)・Bi(57重量%)・Ag(1重量%)の合金、Sn(48重量%)・In(52重量%)の合金を用いて中子5を構成してもよい。
○ 粒子を含む金属からなる中子に変更してもよい。例えば、中子5,21,26を構成する金属と同等以上の熱伝導性を有し、溶融温度が中子の金属より高い材料の粒子が混入された金属で中子を形成してもよい。このように構成すれば、アフターキュア工程S6において溶かす金属量を低減することができるため、短時間で中子5,21,26を除去することができる。前記粒子の材料としては、銅、アルミニウム、タングステン、銀等がある。
○ 強化繊維に対して母材樹脂の含浸を行うタイミングを変更してもよい。例えば、予め母材樹脂を強化繊維に含浸させ、その後、強化繊維を中子5,21,26に巻き付けてもよい。また、母材樹脂が含浸された繊維シートを準備して、成形型内に配置するように変更してもよい。
○ 中子5,21,26に対して強化繊維を巻き付ける方法を変更してもよい。例えば、ブレーダーによって強化繊維を中子5に巻き付けてもよい。
以下の技術的思想は前記実施形態から把握できる。
以下の技術的思想は前記実施形態から把握できる。
○ 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、タンク形状で、かつ、少なくとも2個以上の開口を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
S1…被覆工程、S3…含浸工程、S4…プリキュア工程、S6…アフターキュア工程、T1…プリキュア温度、T2…アフターキュア温度、1…FRP製タンク、5,21,26…中子、16…FRP製構造体、17…中空部、18…シート状の繊維製品としての第1繊維シート、19…シート状の繊維製品としての第2繊維シート、20…シート状の繊維製品としての第3繊維シート、27…プリフォーム、33…FRP製パイプ。
Claims (4)
- 金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している前記繊維若しくは前記シート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で前記中子を被覆した後、前記母材樹脂を加熱してプリキュアし、前記母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記金属製の中子に繊維を巻き付けることにより前記金属製の中子を繊維で被覆し、前記繊維として長繊維を使用する請求項1に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記金属製の中子を繊維又はシート状の繊維製品で被覆した後、前記母材樹脂の含浸及び成形は、レジントランスファーモールディング(RTM)法を用いて行われる請求項1に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
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