JP2009269347A - 成形用中子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、成形品から容易に引き抜くことができる成形用中子を提供する。
【解決手段】成形用中子１０は、細長形状に形成されている。成形用中子１０は、粘弾性を有する材料で形成された中子本体１１と、中子本体１１と一体成形されて中子本体１１の表面を被覆するように設けられた表面被覆フィルム１２と、を備える。表面被覆フィルム１２がフッ素フィルムで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、細長形状に形成された成形用中子に関する。

航空機、船舶、自動車等の構造部材として、軽量化の観点から繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）製のものが広く使用されている。かかる構造部材を製造する方法として、例えば、特許文献１及び２に開示されているように、予め強化繊維基材を積層した繊維積層体を最終製品形状に賦形してプリフォームとし、そのプリフォームにマトリクス樹脂を注入して硬化させるＲＴＭ法（Resin Transfer Molding法）、或いは、繊維及び樹脂を交互に何層も積層したものをオートクレーブに入れ、所定の圧力下で所定の熱を加えて樹脂を硬化させるオートクレーブ法が挙げられる。
特開２００７−６２１５０号公報 特開２００７−１１８５９８号公報

ところで、上記構造部材に補強用の中空リブを形成するような場合、成形前の金型への材料セッティング時に細長形状に形成されたゴム製の成形用中子を予め設けておき、成形後に成形品から成形用中子を引き抜くといったことが行われる。

ところが、成形用中子の長さが長いと、成形品から成形用中子を引き抜くことが困難となる。

本発明の目的は、ＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、成形品から容易に引き抜くことができる成形用中子を提供することである。

本発明は、細長形状に形成された成形用中子であって、
粘弾性を有する材料で形成された中子本体と、
上記中子本体と一体成形されて該中子本体の表面を被覆するように設けられた表面被覆フィルムと、
を備え、
上記表面被覆フィルムがフッ素フィルムで構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、中子本体と一体成形されたフッ素フィルムの表面被覆フィルムが中子本体の表面を被覆するように設けられているので、ＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、また、表面の滑り抵抗が低く、そのため成形品から容易に引き抜くことができる。そして、これにより繰り返しＦＲＰ成形に用いることができる。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る成形用中子１０を示す。本実施形態に係る成形用中子１０は、ＲＴＭ法或いはオートクレーブ法といった方法で航空機、船舶、自動車等のＦＲＰ製の構成部材を製造する際、成形前の材料セッティング時に金型内に予め設けられ、成形後に成形品である構成部材から引き抜かれ、それによって構成部材に中空部分を形成するために用いられるものである。

この成形用中子１０は、横断面形状が矩形の長尺の細長形状に形成されている。成形用中子１０には、その中心に長さ方向に延びるように横断面外郭形状が矩形の中空部Ｈが形成されている。成形用中子１０は、直線状に形成されていてもよく、また、弓形状に形成されていてもよい。成形用中子１０は、例えば、長さが０．５〜１５ｍ、幅が５０〜１５０ｍｍ、及び高さが２０〜１５０ｍｍ、並びに、中空部Ｈの縦径が１０〜５０ｍｍ、及び横径が２０ｍｍ〜１００ｍｍであり、肉厚が概ね２〜３０ｍｍである。

この成形用中子１０は、その外形を構成する中子本体１１が粘弾性を有する材料で形成され、そして、その中子本体１１の表面を包んで覆うようにシート状のフッ素フィルムからなる表面被覆フィルム１２が中子本体１１と一体成形されて設けられ、また、中子本体１１に中空部Ｈを囲うように繊維補強材１３が埋設された構成を有する。

この成形用中子１０によれば、中子本体１１と一体成形されたフッ素フィルムの表面被覆フィルム１２が中子本体１１の表面を被覆するように設けられているので、ＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、また、表面の滑り抵抗が低く、そのため成形品から容易に引き抜くことができる。そして、これにより繰り返しＦＲＰ成形に用いることができる。

また、中子本体１１にその長さ方向に沿って繊維補強材１３が埋設されて補強されているので、繰り返し使用されても耐圧性及び寸法安定性を維持することができる。

中子本体１１を形成する粘弾性を有する材料としては、例えば、ゴム材料や樹脂材料等の架橋したポリマー組成物が挙げられる。なお、かかるポリマー組成物は、原料ポリマーに硬化剤や顔料等を配合した未架橋ポリマー組成物が加熱及び加圧されて架橋したものである。成形用中子１０はＪＩＳ Ｋ６２５３に準じて測定されるデュロメータ タイプＡ スプリング式の表面硬さが例えば５０〜８０であり、未架橋ポリマー組成物はかかる表面硬さが実現されるように配合設計されている。

ポリマー組成物は、耐熱性の観点からシリコーンゴム組成物が好ましい。この場合、原料ポリマーとしては、例えば、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等が挙げられる。硬化剤としては、例えば、アルキル系有機過酸化物などの有機過酸化物等が挙げられる。シリコーンゴム組成物には、その他に補強剤（シリカ）、顔料、内部離型剤等が配合されていてもよい。

表面被覆フィルム１２を構成するフッ素フィルムとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されたもの、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）で形成されたもの、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）で形成されたもの、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）で形成されたものが挙げられ、これらのうちポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されたものが好ましい。フッ素フィルムは、内側の接着面に金属ナトリウムによるアルカリ処理がなされたものが特に好ましい。

表面被覆フィルム１２は、シート状に形成され、中子本体１１を包むように設けられている。成形用中子１０の表面に皺があることは、成形品である構成部材にその皺が転写されることから、また、成形品である構成部材から成形用中子１０を引き抜くときの抵抗となることから好ましくない。しかしながら、このように表面被覆フィルム１２がシート状に形成されて中子本体１１を包むように設けられていることにより、成形用中子１０の製造時において、表面被覆フィルム１２の余剰分が端に向かって延ばされ、それによって成形用中子１０の表面における表面被覆フィルム１２の皺の発生が抑制されることとなる。表面被覆フィルム１２は、厚さが例えば５０〜２００μｍである。

また、表面被覆フィルム１２は、中子本体１１の角部１１ａの頂部で突き合わされるように設けられている。これにより、成形される構成部材の平面部分に表面被覆フィルム１２の不連続となった突き合わせ部分が配置されず、その転写が防止され、また、成形用中子１０の製造時には、中子本体１１を形成する材料の余剰分が表面被覆フィルム１２の突き合わせ部分から流出し、それによって内部歪みの少ない中子本体１１が成形されることとなる。

繊維補強材１３を構成する繊維材料としては、例えば、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維、カーボン繊維等が挙げられる。繊維補強材１３を構成する繊維材料は、単一種で構成されててもよく、また、複数種で構成されていてもよい。

繊維補強材１３は、組物で構成されていてもよく、また、織物で構成されていてもよく、さらに、編物で構成されていてもよく、その他に不織布で構成されていてもよい。繊維補強材１３は、厚さが例えば０．１〜１．０ｍｍである。

組物としては、例えば、平打組物；丸打組物；縦縞組物や交叉結合組物や二重組物や組物レース金剛打組物などの特殊組物が挙げられる。

組物の繊維補強材１３を構成する糸は、特に限定されるものではなく、単一種の繊維材料だけで構成された糸であってもよく、また、複数種の繊維材料が混在して構成された糸であってもよい。糸は、太さが例えば２００〜１５００ｄｔｅｘであり、また、糸の交差角度が１０〜９０°である。糸を構成する単糸繊維径は例えば５〜５０μｍである。

組物の繊維補強材１３は、中子本体にに対し、２方向に延びる糸が如何なる方向に延びるように設けられていてもよく、例えば、それらの一方が中子本体の長さ方向に延びるように設けられていてもよく、また、それらの一方が中子本体の幅方向に延びるように設けられていてもよく、さらに、それらのいずれもが中子本体の長さ方向又は幅方向に対して傾斜して設けられていてもよい。

織物としては、例えば、平織、斜紋織、朱子織などの基本組織の織物；変化平織、変化斜紋織、変化朱子織などの変化組織の織物；蜂巣織、ハックアバック織、梨地織などの特別組織の織物；緯二重織、経二重織、二重織などの重ね組織の織物；捩り組織の織物；緯パイル組織、経パイル組織などの添毛組織の織物；紋組織の織物が挙げられる。

織物の繊維補強材１３を構成する経糸及び緯糸は、特に限定されるものではなく、単一種の繊維材料だけで構成された糸であってもよく、また、複数種の繊維材料が混在して構成された糸であってもよい。経糸及び緯糸は、太さが例えば３００〜１５００ｄｔｅｘであり、また、交差角度が一般的には９０°である。経糸及び緯糸を構成する単糸繊維径は例えば１０〜３００μｍである。

織布の繊維補強材１３は、中子本体にに対し、経糸及び緯糸が如何なる方向に延びるように設けられていてもよく、例えば、それらの一方が中子本体の長さ方向に延びるように設けられていてもよく、また、それらの一方が中子本体の幅方向に延びるように設けられていてもよく、さらに、それらのいずれもが中子本体の長さ方向又は幅方向に対して傾斜して設けられていてもよい。

編物としては、平編、ゴム編、両面編、パール編などの基本組織の編物；タック編、ウエルト編、レース目編、アイレット編、添え糸編、逆添え糸編、パイル編、インレイ編、ジャカード編、ブリスタ編（以上、いずれの基本組織にも共通の変化組織）、鹿の子編、裏毛編、半移し編、シンカフィッシュネット、アコーディオン編、ボスネック柄、スパイラルメッシュ（以上、平編型変化組織）、テレコ編、片畦編、両畦編、振り編、縄編、目落し編、ミラノリブ、ダブルピッケ（以上、ゴム編型変化組織）、モックミラノリブ、エイトロック、３段両面編、シングルピッケ（以上、両面編型変化組織）などの変化組織の編物が挙げられる。

編物の繊維補強材１３を構成する糸は、特に限定されるものではなく、単一種の繊維材料だけで構成された糸であってもよく、また、複数種の繊維材料が混在して構成された糸であってもよい。糸は、太さが例えば１００〜１５００ｄｔｅｘである。糸を構成する単糸繊維径は例えば５〜１００μｍである。

組物の繊維補強材１３は、中子本体にに対し、ウエール及びコースが如何なる方向に延びるように設けられていてもよく、例えば、それらの一方が中子本体の長さ方向に延びるように設けられていてもよく、また、それらの一方が中子本体の幅方向に延びるように設けられていてもよく、さらに、それらのいずれもが中子本体の長さ方向又は幅方向に対して傾斜して設けられていてもよい。

繊維補強材１３は、端同士が接合されて筒状に形成され、或いは、袋織の織物、組物、丸編の編物のようにシームレスの筒状に形成されて中子本体１１に中空部Ｈを囲うように埋設されていてもよく、また、シート状に形成されて中子本体１１に中空部Ｈを囲うように埋設されていてもよく、さらに、帯状に形成されて中子本体１１に中空部Ｈを中心とした螺旋を形成して埋設されていてもよい。

繊維補強材１３は、図１に示すように中子本体１１の内側層に埋設されていてもよく、また、中子本体１１の中間層に埋設されていてもよく、さらに、中子本体１１の外側層に埋設されていてもよい。

次に、本実施形態に係る成形用中子１０の製造方法について図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。

中子成形用金型２０は、下型２１及び上型２２からなり、下型２１にはキャビティを構成する下側凹溝２３及び上向きに突出したガイドピン２４がそれぞれ設けられており、上型２２にはガイドピン２４に対応するガイド孔２５が設けられている。

まず、図２（ａ）に示すように、下型２１の下側凹部２３の底面及び側面を覆うと共に下型２１上面に延びるようにフッ素フィルムの表面被覆フィルム１２を設け、その上から下側凹部２３の底面及び側面に対応して未架橋ポリマー組成物Ｒを層状に設ける。このとき、表面被覆フィルム１２として、一方の表面に接着性付与処理が施されたものを用い、その処理が施された側が内側の未架橋ポリマー組成物Ｒ側となるようにする。接着性付与処理としては、例えば、ナトリウム処理やコロナ放電処理等が挙げられるが、接着性能の持続性の観点からナトリウム処理が施されたものを用いることが好ましい。また、このとき、予め表面被覆フィルム１２上に未架橋ポリマー組成物Ｒを層状にトッピングしたトッピングシートを用いてもよい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、芯金２６を覆うように繊維補強材１３を設ける。このとき、繊維補強材１３として、ＲＦＬ水溶液に浸漬された後に加熱されるＲＦＬ処理等の接着処理が施されたものを用いてもよく、また、かかる接着処理が施されていないものを用いてもよい。芯金２６に繊維補強材１３を設ける作業性が良好であるという観点からは、繊維補強材１３としては軸方向に圧縮又は伸張することにより内径が大小する組物が好ましい。また、このとき、芯金２６に繊維補強材１３を設けた上に未架橋ポリマー組成物を覆うように設けてもよい。さらに、芯金２６を未架橋ポリマー組成物で覆った後に繊維補強材１３を設けても、或いは、その上にさらに未架橋ポリマー組成物を覆うように設けてもよい。これにより繊維補強材１３の埋設位置を設定することができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、繊維補強材１３を設けた芯金２６を下型２１の下側凹部２３内の未架橋ポリマー組成物Ｒ上に嵌め入れるように設ける。

次いで、図３（ａ）に示すように、下型２１の下側凹部２３に嵌め入れられた繊維補強材１３を設けた芯金２６を覆うように未架橋ポリマー組成物Ｒを層状に設け、そして、その上を覆うと共に下型２１上面に延びるようにフッ素フィルムの表面被覆フィルム１２を設ける。従って、下型２１上面には一対の表面被覆フィルム１２が重なるように設けられる。このとき、表面被覆フィルム１２として、一方の表面に接着性付与処理が施されたものを用い、その処理が施された側が内側の未架橋ポリマー組成物側となるようにする。また、このとき、予め表面被覆フィルム１２上に未架橋ポリマー組成物Ｒを層状にトッピングしたトッピングシートを用いてもよい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、上型２２を下方に下ろし、ガイドピン２４をガイド孔２５に挿入して案内することにより型締めする。このとき、金型温度を例えば１５０〜１８０℃、型締め圧力を０．２〜１ＭＰａ、及び保持時間を５〜６０分とする。これにより未架橋ポリマー組成物Ｒの架橋反応が進行して中子本体１１が成形されると共に、表面被覆フィルム１２が中子本体１１に接着して一体成形されて中子本体１１の表面を被覆するように設けられ、また、繊維補強材１３が中子本体１１に埋設される。また、ポリマー組成物の余剰分は下型２１と上型２２との間の一対の表面被覆フィルム１２間から型合わせ部分に流動してバリＢを形成する。これにより内部歪みの少ない中子本体１１が成形されることとなる。さらに、表面被覆フィルム１２の余剰分も端に向かって延ばされて同様に型合わせ部分に流動してバリＢを形成する。これにより成形用中子１０の表面における表面被覆フィルム１２の皺の発生が抑制されることとなる。

そして、図３（ｃ）に示すように、型開きし、中子成形用金型２０から成形体を取り出し、その成形体から芯金２６を引き抜くと共にバリＢをカットして成形用中子１０を得る。このとき、バリＢをカットすることにより、成形用中子１０は、表面被覆フィルム１２が中子本体１１の角部１１ａの頂部で突き合わされるように設けられた構成となる。

得られた成形用中子１０には、加熱温度を２００℃〜２５０℃、及び加熱時間を１〜１６時間とする２次硬化熱処理を施してもよい。これによりＦＲＰ成形時の縮み抵抗性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、横断面形状が矩形である成形用中子１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、三角形、台形などの他の多角形状のものであってもよく、また、楕円形状乃至円形状のものであってもよい。

また、本実施形態では、中空部Ｈを有する成形用中子１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、中実のものであってもよい。

また、本実施形態では、中子本体１１を包むようにシート状の表面被覆フィルム１２が設けられた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、中子本体１１に被せるように筒状の表面被覆フィルムが設けられた構成であってもよく、また、中子本体１１に螺旋状に巻き付けるように帯状の表面被覆フィルムが設けられた構成であってもよい。

本発明は、ＦＲＰ製の構成部材の製造の際に用いられる細長形状に形成された成形用中子について有用である。

実施形態に係る成形用中子の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る成形用中子の製造方法の前半を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る成形用中子の製造方法の後半を示す説明図である。

符号の説明

１０ 成形用中子
１１ 中子本体
１１ａ 角部
１２ 表面被覆フィルム

Claims (3)

1. 細長形状に形成された成形用中子であって、
   粘弾性を有する材料で形成された中子本体と、
   上記中子本体と一体成形されて該中子本体の表面を被覆するように設けられた表面被覆フィルムと、
   を備え、
   上記表面被覆フィルムがフッ素フィルムで構成されていることを特徴とする成形用中子。
2. 請求項１に記載された成形用中子において、
   上記表面被覆フィルムであるフッ素フィルムがポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴とする成形用中子。
3. 請求項１又は２に記載された成形用中子において、
   上記中子本体は、長さ方向に沿って延びる角部を有しており、
   上記表面被覆フィルムは、上記中子本体の上記角部の頂部で突き合わされるように設けられていることを特徴とする成形用中子。

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