JP2009226656A - Ｆｒｐ成形品の内圧成形法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｒ３部などの細かな部分で接合する必要があるＦＲＰ成形品を成形する場合に、優れた表面状態のものを得るための内圧成形法を提供すること。
【解決手段】
上下分割型の金型を用いるＦＲＰ成形品の内圧成形法であって、上型と下型にそれぞれプリプレグを敷設し、上部賦形体と下部賦形体を別々に賦形・作製し、その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして内圧成形する方法において、上部賦形体と下部賦形体はラップ部分がないように賦形・作製し、上部賦形体と下部賦形体の接合部の内側に帯状のプリプレグを配置し、その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして内圧成形することを特徴とする方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の内圧成形法に関する。

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、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（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。このうち内圧成形法は、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、通常の中空状のＦＲＰ製品を成形するのに適している（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開昭６１−２３０９２５号公報 特開平６−１５５５９５号公報 特開２００３−３３４８３５号公報 特開２００６−１３０８７５号公報

内圧成形法で中空のＦＲＰ製品を成形するには、通常、プリプレグを用い、金型キャビティ内表面に積層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（以下、内圧バッグという）を入れる。次いで、圧縮空気等を用いて内圧バッグをふくらませ、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内圧成形法が、一般的に用いられている。そして、加熱硬化の手段としては、従来、硬化炉、オートクレーブ、ホットプレス等を用いて外部から加熱する方式が取られている。また、特許文献４では、加圧用バッグの加圧に加熱媒体を用いる方法も提案されている。このことから分かるように、内圧成形法では、成形に際して、プリプレグを金型キャビティ内表面にいかに密着させて賦形又は成形するかが、表面状態の良好な成形品を得るために重要となる。

ところで、内圧成形法で、優れた外観を有し、且つ、上下面のつなぎ目における強度も相当の強度が要求されるような成形品を得ようとする場合、従来は、上型又は下型のどちらかに敷設・積層するプリプレグは、パーティングライン（上下型の接合面）に揃えて裁断し、他方の型に敷設・積層するプリプレグは、ラップ部分を有する様にパーティングラインをまたがる程の大きさに裁断し、それぞれを別々に賦形し、その後、一方の賦形体を型から脱型し、他方の型の賦形体にラップ部分でラップさせて接合するという方法が取られている。そして、かかる方法で成形加工を行う場合は、賦形体を一旦型から脱型する必要があるため、その後の成形加工で、金型の型締めを行っても、Ｒ部などの細かな部分に接合部を沿わせることが難しく、その結果、成形品の表面に樹脂カケが発生し、良好な成形品が得られないという問題があった。

本発明の課題は、特に、Ｒ部などの細かな部分で接合する必要がある様な成形品を成形する場合に、前記のような問題が発生することなく優れた表面状態のものが得られる様な、ＦＲＰ成形品の内圧成形法を提供することにある。

本発明の請求項１に記載された発明は、上下分割型の金型を用いるＦＲＰ成形品の内圧成形法であって、上型と下型にそれぞれプリプレグを敷設し、上部賦形体と下部賦形体を別々に賦形・作製し、その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして内圧成形する方法において、上部賦形体と下部賦形体はラップ部分がないように賦形・作製し、上部賦形体と下部賦形体の接合部の内側に帯状のプリプレグを配置し、その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして内圧成形することを特徴とするＦＲＰ成形品の内圧成形法である。

そして、請求項２に記載された発明は、ＦＲＰ成形品が、自動車のリアスポイラーであることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ成形品の内圧成形法である。

本発明によれば、品質、特に表面状態の優れたＦＲＰ成形品を、内圧成形法により容易に一体成形することができる。特に、例えば、自動車のリアスポイラーの様な、Ｒ３程度の微小なＲ部などの部分を有し、且つ、その部分で相当な強度も要求されるようなＦＲＰ成形品を、容易に成形することができる。

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は、Ｒ部などの細かな部分で接合する必要がある様な成形品を成形する場合の、従来行われてきた方法を説明するための図である。図１において、１は金型の上型、２は金型の下型、３は内圧バッグ、４はプリプレグからなる上部賦形体、５は同じく下部賦形体を示している。

従来の方法では、上部賦形体４を上型（賦形型）１で別に作製し、それを上型１から剥がして、下型２に敷設されたままの下部賦形体３に、上部賦形体４のラップ部分４ａ、４ｂでラップさせて接合する。この際、ラップさせる前に内圧バッグ３を内部に挿入しておく。その後、上型１をかぶせ金型を型締めして、内圧成形法で成形加工を行う方法が普通であった。しかしこの方法では、ラップ部が金型に密着しにくく、接合部の形状が期待どおりに得られないという問題がある。

これに対し本発明は、金型の上型１と下型２にそれぞれプリプレグを敷設し、上部賦形体４と下部賦形体５を別々に賦形・作製し、その後、金型内部に内圧バッグ３を挿入し上型１と下型２を型締めして内圧成形する方法において、図２に示した様に、上部賦形体４と下部賦形体５はラップ部分がないように賦形・作製し、上部賦形体４と下部賦形体５の接合部の内側に帯状のプリプレグ６を配置し、その後、金型内部に内圧バッグ３を挿入し上型１と下型２を型締めして内圧成形法によって成形加工を行うものである。

本発明において、上部賦形体と下部賦形体の接合部の内側に配置される帯状のプリプレグとしては、後述するプリプレグを適度の長さの帯状に切断したものが用いられるが、賦型性を考えると長さ方向及び幅方向に繊維強化材を配置した織物プリプレグが好ましい。帯状のプリプレグは、図２に示した様に、上部賦形体と下部賦形体の接合部の内側に、できるだけ金型の内面形状に沿うようにして配置するのが良い。帯状のプリプレグは、必要に応じ、所定の位置に接着剤等で仮止めしても良い。

本発明におけるプリプレグとは、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、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くした成形中間材である。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。炭素繊維が好ましい。

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たもの（一方向配列繊維）、あるいは、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。

本発明における内圧成形法とは、金型キャビティ内にプリプレグ等の成形素材を配置し、これを内圧バックを用いて、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内圧バッグ（加圧用バッグ）に、プリプレグ等の成形素材を巻き付け、あるいは、賦形型を用いて予備成形した成形素材の中心にこのバッグを配置したものを、金型キャビティ内に配備し、バッグ内に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。通常は、加圧媒体として圧縮空気等が用いられ、加熱には、硬化炉、オートクレーブ、ホットプレス等が用いられる。あるいは、加圧用バッグに加熱媒体を導入し、加圧と加熱を同時に行っても良い。後者の場合には、加熱・硬化のための特別な設備・装置は必要としない。

本発明は、どのようなＦＲＰ成形品を内圧成形するのにも適用することができるが、特に、例えば、自動車のリアスポイラーの様な、微妙なＲ部などの部分を有し、且つ、その部分で相当な強度も要求されるようなＦＲＰ成形品を成形するのに適している。

内圧バッグの加圧又は加圧・加熱媒体としては、例えば、空気、加熱空気、水、熱水、水蒸気、あるいはポリオキシアルキレングリコールやシリコーンオイル等の熱媒オイルが挙げられる。加熱媒体の温度は、ＦＲＰ用として使用するマトリックス樹脂の種類によって異なるが、通常、５０〜２００℃の範囲である。

内圧バッグの加圧は、成形素材が金型に密着させられる状態になる程度であれば十分であり、成形品の形状にもよるが、通常、４〜９ｋｇ／ｃｍ^２程度である。具体的には、内圧バッグの押圧がこの範囲になる様に、加圧媒体を内圧バッグに導入すれば良い。

その断面を図２に示した様な金型を用いて、中空のＦＲＰ成形品を成形した。金型の上型１と下型２に敷設するプリプレグとしては、炭素繊維の一方向配列繊維からなるプリプレグを用いた。炭素繊維としては、ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、８００ｔｅｘ、１２，０００フィラメント）を用い、このストランドに汎用のエポキシ樹脂を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％、目付２００ｇ／ｍ^２）。このプリプレグを６枚、積層パターンが（０／９０）、（０／９０）、（０／９０）、（０／９０）、（０／９０）、（０／９０）となる様に重ねて、上型と下型に、この際、上部賦形体と下部賦形体はラップ部分がないように賦形・作成した。

図２に示した様に、前記上部賦形体と下部賦形体の接合部の内側に帯状のプリプレグ６を配置した。帯状のプリプレグとしては、前記と同じ炭素繊維の織物配列繊維からなるプリプレグを用いた。その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして、内圧バッグに圧空を導入し５．５Ｋｇ／ｃｍ^２に加圧し、全体を１１０℃の硬化炉に入れて１時間加熱した。その後、金型を冷却して脱型したところ、接合部が所望の形状と強度を有するＦＲＰ成形品が得られた。

図１に示した様な、従来のやり方、即ち、上部賦形体４を上型（賦形型）１で別に作製し、それを上型から剥がし、次に、下型２に敷設されたままの下部賦形体３に、上部賦形体４のラップ部分４ａ、４ｂでラップさせて接合し、その後、上型１をかぶせ金型を型締めして、内圧成形する方法で成形加工を行ったところ、得られたＦＲＰ成形品は接合部が所望の形状になっていなかった。

従来の内圧成形法の一例を説明するための図である。 本発明の内圧成形法の一例を説明するための図である。

符号の説明

１ 金型の上型
２ 金型の下型
３ 内圧バッグ
４ プレプレグからなる上部賦形体
４ａ、４ｂ 上部賦形体４のラップ部分
５ プリプレグからなる下部賦形体

Claims (2)

1. 上下分割型の金型を用いるＦＲＰ成形品の内圧成形法であって、上型と下型にそれぞれプリプレグを敷設し、上部賦形体と下部賦形体を別々に賦形・作製し、その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして内圧成形する方法において、上部賦形体と下部賦形体はラップ部分がないように賦形・作製し、上部賦形体と下部賦形体の接合部の内側に帯状のプリプレグを配置し、その後、金型内部に内圧バッグを挿入し上型と下型を型締めして内圧成形することを特徴とするＦＲＰ成形品の内圧成形法。
2. ＦＲＰ成形品が、自動車のリアスポイラーであることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ成形品の内圧成形法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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