JP2012045863A - Ｆｒｐ製品の真空含浸成形方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂含浸時のボイドの発生を防止し、樹脂含浸終了後に真空バッグ内からの樹脂の流出が無く、また樹脂がゲル化して動かなくなるまで真空バッグ内の真空度を保持することができて安定して高品質のＦＲＰ製品を成形することができるＦＲＰ製品の真空含浸成形方法及びその製造装置を提供する。
【解決手段】成形型１上に強化繊維布２ａを含む積層体２を設置し、この積層体２を真空フィルム１４で気密に覆い、真空下で積層体２に樹脂を含浸させるＦＲＰ製品の真空含浸成形方法において、積層体２を樹脂拡散媒体となるブリーザー４で覆うとともに、ブリーザー４の一方側に樹脂ゲートなる樹脂拡散供給管５を配し、ブリーザー４の他方側に真空ポートとなる第１の脱気用チューブ８と防水透湿性布から成る脱気バッグ９とを配し、樹脂含浸時、第１の脱気用チューブ８と脱気バッグ９とを通じて気体のみを排出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）製品の真空含浸成形方法及びその製造装置に関する。特に、本発明は、宇宙航空部品、舟艇船殻、大型タンクなど、大型のＦＲＰ製品をＶＡＲＴＭ法などにより真空含浸で成形する技術に関するものである。

ＦＲＰ構造の真空含浸成形方法として、例えばＶＡＲＴＭ成形法（Vacuum Assisted ResinTransfer Molding）が知られている。
ＶＡＲＴＭ成形法は、ドライな状態でガラス繊維織物や炭素繊維織物などを積層して真空フィルムで覆って周囲を気密にシールし、真空フィルム内を脱気する真空ポートと樹脂を注入する樹脂ゲートを設けてフィルム内を真空に近づけた状態にして樹脂を流し込んで成形する方法である。
この方法では、樹脂に含まれるスチレンなどの有機揮発性化合物の空気中への発散が非常に抑制できるので、成形工場内の空気汚染を抑制できる。
また、ＦＲＰ成形法の要である硬化剤を入れて重合反応させる樹脂硬化工程を強化材に含浸させながら短時間に行えることで品質が安定し品質管理もしやすい。
強度面でもパッキングした強化繊維内の隙間だけにしか樹脂が滲みこまず、ボイドの浸入も抑制できるので成形物内の繊維含有率が高い高強度、高剛性な成形物が得られる。
そして最近では、高い信頼性が要求される航空宇宙部品などにも適用されるようになり、コスト低減に貢献している。
また、ＦＲＰではプラスチックフォーム心材、バルサ心材などを用いたサンドイッチ構造にも適用されれるが、ここでもＶＡＲＴＭ成形法が適用されている。

このようなＶＡＲＴＭ成形法として、以下のようなものがある。
特許文献１は、ＶＡＲＴＭ成形法の基本技術を開示しており、樹脂の流れ速度を向上させるために樹脂分散メディア（ブリーザーともいう）を複数重ねて用いるとともに、樹脂含浸させたい範囲の真空側にメディアの無いギャップ部分を設けて、含浸後の樹脂の流れ出しを防いでいる。
特許文献２は、成形型上にゴム状弾性シートを敷いた上にガラスマットなどを樹脂含浸メディアとして設置するＶＡＲＴＭ成形法を開示している。

特開２００９−０６６８１３号公報 特開２００６−１３０７３３号公報

従来の真空含浸成形方法では、以下に示すような問題があった。
（１）ＦＲＰ製品をＶＡＲＴＭ成形する際、樹脂を含浸し終わった後、真空ポートを閉鎖すると、含浸した成形物を覆う真空バッグ内の真空圧が低下して真空バッグが緩む結果、ボイドが発生するといった欠陥が生じやすい。
（２）樹脂を含浸し終わった後に、真空バッグ内に真空圧をかけようとして真空ポートを開放すると、真空バッグ内に充満した樹脂が抜け出ることとなり、樹脂ゲートから樹脂を補給し続けて真空バッグ内に樹脂を流しながら樹脂ゲル化を待つこととなり、ボイドの浸入や樹脂が過度に抜け出てしまうといったトラブルが発生しやすい。
（３）こうした、樹脂含浸終了後に樹脂がゲル化して動かなくなるまで真空バッグ内の真空度を保持しなければならず、真空度の調整や真空ポートの開閉、及び樹脂ゲートの絞り込みによる樹脂注入の制限など成形コントロールが難しくなる。

本発明は、上記のような課題に鑑み、樹脂含浸時のボイドの発生を防止し、樹脂含浸終了後に真空バッグ内からの樹脂の流出が無く、また樹脂がゲル化して動かなくなるまで真空バッグ内の真空度を保持することができて安定して高品質のＦＲＰ製品を成形することができるＦＲＰ製品の真空含浸成形方法及びその製造装置を提供することを目的としている。

本発明に係るＦＲＰ製品の真空含浸成形方法は、成形型上に強化繊維布を含む積層体を設置し、この積層体を真空フィルムで気密に覆い、真空下で積層体に樹脂を含浸させるＦＲＰ製品の真空含浸成形方法において、
前記積層体を樹脂拡散媒体となるブリーザーで覆うとともに、前記ブリーザーの一方側に樹脂ゲートなる樹脂拡散供給管を配し、前記ブリーザーの他方側に真空ポートとなる脱気用チューブと脱気バッグとを配し、
樹脂含浸時、前記脱気用チューブと前記脱気バッグとを通じて気体のみを排出することを特徴とするものである。

また、前記樹脂拡散供給管および前記脱気用チューブは、スパイラルチューブ又は多孔性チューブを用いることを特徴とする。

また、前記脱気バッグは、防水透湿性布からなる袋体を用いることを特徴とする。

また、前記脱気バッグ内に、真空ホースと接続されたスパイラルチューブとブリーザーとが収容されていることを特徴とする。

また、本発明に係るＦＲＰ製品の製造装置は、積層体を設置する成形型と、前記積層体を覆うピールプライおよびブリーザーと、前記ブリーザーを覆う真空フィルムとを備え、真空下で前記積層体に樹脂を含浸させるＦＲＰ製品の製造装置において、
前記ブリーザーの一方側に樹脂ゲートなる樹脂拡散供給管を配し、前記ブリーザーの他方側に真空ポートとなる脱気用チューブと脱気バッグとを配し、
樹脂含浸時、前記脱気用チューブと前記脱気バッグとを通じて気体のみを排出することを特徴とする。

本発明に係るＦＲＰ製品の真空含浸成形方法では、積層体を樹脂拡散媒体となるブリーザーで覆うとともに、ブリーザーの一方側に樹脂ゲートなる樹脂拡散供給管を配し、ブリーザーの他方側に真空ポートとなる脱気用チューブと脱気バッグとを配し、樹脂含浸時、脱気用チューブと脱気バッグとを通じて気体のみを排出するので、樹脂含浸時のボイドの発生を防止し、樹脂含浸終了後に真空バッグ内からの樹脂の流出が無く、また樹脂がゲル化して動かなくなるまで真空バッグ内の真空度を保持することができて安定して高品質のＦＲＰ製品を成形することができるという効果がある。

本発明の実施の形態に係るＦＲＰ製品の製造装置の概要を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の要部である脱気バッグ部を示す平面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るＦＲＰ製品の真空含浸成形方法を実施するための製造装置の概要を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

成形型１上に、例えば、積層体２の材料である強化繊維布２ａを複数枚積層して設置する。成形型１は、ここでは表面が平坦な定盤等からなるものであるが、積層体２の所望の形状に合わせた成形面形状（曲面や凹凸、波形の形状等）を有するものでもよい。また、積層体２の形状は、ここでは四角形とされているが、特にこの形状に限定するものではない。また、積層体２は、成形型１の上で作る単板やサンドイッチパネルであってもよく、あるいは心材の上で片側にサンドイッチ表皮を形成するものでもよい。

この積層された強化繊維布２ａ、つまり成形対象の強化布積層体（積層体２）の上に、ピールプライ３（離型シート）と、その上にブリーザー４（樹脂拡散媒体）とを重ねて、強化布積層体２を覆う。ピールプライ３としては、容易に成形用樹脂から剥がれやすいもの、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂が使用される。ブリーザー４としては、成形用樹脂を均一に拡散するもの、例えばポリエチレン等のネットが用いられる。

そして、成形型１の一方側から樹脂を供給するための樹脂拡散供給管５が、ブリーザー４の一方の端部上に、積層体２の一辺の長さに相当する長さで、辺に対し略平行に設置される。樹脂ゲートを構成する樹脂拡散供給管５は、樹脂の流れ方向に対して直角の方向に延びる管形状のものであり、例えば、スパイラルチューブが好適に使用される。スパイラルチューブというのは、真空下でも扁平とならないように、ある程度硬いプラスチック製の帯板を用いて螺旋状に巻いて螺旋状の隙間を持つようにチューブに形成したものである。スパイラルチューブの内部に供給された樹脂は、螺旋状の隙間を通じて拡散状態となってスパイラルチューブから流出する。なお、樹脂拡散供給管５としては、硬質のプラスチック製チューブに多数の孔やスリットを設けたもの（例えば、多孔性チューブ）でもよい。

樹脂拡散供給管５は、樹脂移送用チューブ６を介して液状の樹脂が貯留された樹脂タンク７に接続されている。樹脂拡散供給管５の中央部に、図示しないＴ型管を介して樹脂移送用チューブ６の一端部が接続されている。

成形型１の他方側には、同じくスパイラルチューブからなり真空ポートとなる、第１の脱気用チューブ８と脱気バッグ９が配設されている。第１の脱気用チューブ８と脱気バッグ９の構成を図３及び図４に拡大図で示す。図３は積層体２の真空ポート側の端部付近を取り出して示す拡大平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。
第１の脱気用チューブ８は、上述したスパイラルチューブを積層体２の他方の辺側に辺の長さに相当する長さで、辺に対し略平行に配置される。

脱気バッグ９は、防水透湿性布からなる袋体１０と、袋体１０内に収容され、真空ホース１１が図示しないＴ型管を介して接続されたスパイラルチューブからなる第２の脱気用チューブ１２と、袋体１０内に収容されたネット製のブリーザー１３とから構成されている。真空ホース１１の基端は図示しない真空ポンプに接続されている。
このように構成された脱気バッグ９を、その先端部が前記ブリーザー４の他方の端部中央部にかかるように設置する。また、脱気バッグ９は第１の脱気用チューブ８の直下に設置される。

ここで、袋体１０を構成する防水透湿性布というのは、気体は透過させるが樹脂の流れは通過させない性質を持つように特殊フィルムをコーティングした布をいい、例えば、商品名「ゴアテックス」（登録商標）、平松産業製の商品名「ルストレー」（登録商標）などがあげられる。

そして、真空バッグを構成する真空フィルム１４が、以上の積層体２、ピールプライ３、ブリーザー４、樹脂拡散供給管５、第１の脱気用チューブ８、及び、脱気バッグ９の周囲全体を気密に覆うように設置される。シール部材１５は、成形型１と真空フィルム１４との間に介在させて真空バッグ内気密を保つようになっている。

次に作用について説明する。真空ポンプ（図示省略）を駆動し真空ホース１１を介して真空引きを行うと、脱気バッグ９及び第１の脱気用チューブ８を介して真空フィルム１４内部の空気や樹脂から揮発されるスチレンなどのガスが排気されていく。真空フィルム１４内部の真空度が上がると、樹脂タンク７から液状の樹脂が樹脂移送用チューブ６を通じて樹脂拡散供給管５に供給される。供給された液状の樹脂は、樹脂拡散供給管５を構成するスパイラルチューブの螺旋状隙間からブリーザー４上に均一に拡散供給される。この拡散供給された樹脂の流れが積層体２の積層された強化繊維布２ａの間や繊維間の隙間に全体にわたって浸透していくため、ボイドのないＦＲＰ製品を製造することができる。

以上のように、樹脂含浸時においては、脱気バッグ９は、スパイラルチューブからなる第１の脱気用チューブ８の直下に設置し、脱気するガスの流れ径路を、樹脂拡散メディアであるブリーザー４から第１の脱気用チューブ８、脱気バッグ９内のブリーザー１３、脱気バッグ９内のスパイラルチューブからなる第２の脱気用チューブ１２、そして真空ホース１１へと連続して確保できるようになっている。

したがって、本実施の形態によれば、以下のような効果が得られる。

（１）脱気バッグ９を介して真空フィルム１４内の空気やガスを抜くことにより、樹脂含浸の際に樹脂が万遍なく流れて第１の脱気用チューブ８に達した後も真空ホース１１内に樹脂が流入せず、第１の脱気用チューブ８と脱気バッグ９とを通じて空気やガスだけを抜き続けることができる。
（２）樹脂流出を起こさせないまま、樹脂拡散後も真空フィルム１４を緩ませないで真空度を保ち続けることができるので、樹脂含浸が完了した部分に対して圧力変化や樹脂流れの発生を起こさせず、樹脂がゲル化するまで安心して待つことができる。
（３）樹脂含浸後に真空度を落として真空ホース１１からの樹脂流出を阻止するなどの熟練を要するコントロールを行う必要がない。
（４）従来起こりがちであった樹脂含浸後の真空ポート付近の樹脂流出による欠陥が発生せず、真空度も保てるので、安定した品質の良い成形品が得られる。
（５）成形作業時の樹脂供給や真空度調整などのコントロールが不要となって作業がシンプルとなり、標準化が行いやすい。

１ 成形型
２ 積層体
２ａ 強化繊維布
３ ピールプライ
４ ブリーザー
５ 樹脂拡散供給管
６ 樹脂移送用チューブ
７ 樹脂タンク
８ 第１の脱気用チューブ
９ 脱気バッグ
１０ 袋体
１１ 真空ホース
１２ 第２の脱気用チューブ
１３ ブリーザー
１４ 真空フィルム
１５ シール部材

Claims (5)

1. 成形型上に強化繊維布を含む積層体を設置し、この積層体を真空フィルムで気密に覆い、真空下で積層体に樹脂を含浸させるＦＲＰ製品の真空含浸成形方法において、
   前記積層体を樹脂拡散媒体となるブリーザーで覆うとともに、前記ブリーザーの一方側に樹脂ゲートなる樹脂拡散供給管を配し、前記ブリーザーの他方側に真空ポートとなる脱気用チューブと脱気バッグとを配し、
   樹脂含浸時、前記脱気用チューブと前記脱気バッグとを通じて気体のみを排出することを特徴とするＦＲＰ製品の真空含浸成形方法。
2. 前記樹脂拡散供給管および前記脱気用チューブは、スパイラルチューブ又は多孔性チューブを用いることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ製品の真空含浸成形方法。
3. 前記脱気バッグは、防水透湿性布からなる袋体を用いることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ製品の真空含浸成形方法。
4. 前記脱気バッグ内に、真空ホースと接続されたスパイラルチューブとブリーザーとが収容されていることを特徴とする請求項３記載のＦＲＰ製品の真空含浸成形方法。
5. 積層体を設置する成形型と、前記積層体を覆うピールプライおよびブリーザーと、前記ブリーザーを覆う真空フィルムとを備え、真空下で前記積層体に樹脂を含浸させるＦＲＰ製品の製造装置において、
   前記ブリーザーの一方側に樹脂ゲートなる樹脂拡散供給管を配し、前記ブリーザーの他方側に真空ポートとなる脱気用チューブと脱気バッグとを配し、
   樹脂含浸時、前記脱気用チューブと前記脱気バッグとを通じて気体のみを排出することを特徴とするＦＲＰ製品の製造装置。

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