JP2016221731A - プリフォーム部材接着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＴＭ工法による樹脂含浸前又は樹脂含浸中の加熱によって、被成形物のプリフォーム部材に接着剤が浸入することによる、樹脂の未含浸部分の発生を防ぐことで、被成形物の強度を確保することができる、プリフォーム部材接着方法を提供する。【解決手段】ＲＴＭ工法において、接着剤３によってプリフォーム部材１と他の部材（プリフォーム部材又は硬化済み部材２）とを接着する、プリフォーム部材接着方法であって、予め、接着剤３がプリフォーム部材１内部に浸入する硬化進捗度の範囲のデータ、及び接着剤３の接着強度低下を招く硬化進捗度の範囲のデータを求めておき、これらのデータを基に、プリフォーム部材１が接着剤３と接触する前に、接着剤３に対して加熱処理を行い、硬化進捗度を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding：樹脂注入成形法）における、プリフォーム部材接着方法に関する。

ＲＴＭ工法とは、成形型の上に積層した強化繊維基材（ガラス繊維やカーボン繊維等）等の複合材からなるプリフォーム部材に対し、真空バッグフィルムあるいは金型により密封して真空吸引を行い、樹脂を注入することで、樹脂含浸を行う成形方法である。このＲＴＭ工法を用いることによって、高価な加圧炉等が必要なく低コストで複合材を成形することができるというメリットがある。

ＲＴＭ工法の一工程として、プレヒートが行われる場合がある。プレヒートとは、プリフォーム部材に熱を加えることで、プリフォーム部材への樹脂含浸を容易にするものである。

特開２００３−１１２３１号公報

被成形物の形状によっては、初めから一体物として製造することが困難である場合がある。そのような場合には、別体として製造した部材同士を接着させる（例えば上記特許文献１）。ＲＴＭ工法においては、プリフォーム部材同士、あるいは、プリフォーム部材と硬化後の被成形物（以下「硬化済み部材」という）とを、互いの接着面に接着剤を挿入し、樹脂含浸後の加熱によって接着させる。

上述した如く、ＲＴＭ工法による樹脂含浸前又は樹脂含浸中には、加熱が行われる場合がある。接着剤を含んだ被成形物を加熱すると、接着剤は、温度上昇に伴い粘度が低下することでプリフォーム部材に吸い上げられ、プリフォーム部材中の繊維束（の表面）に付着する。

この状態で樹脂含浸を行うと、表面に接着剤が付着した繊維束の内部には樹脂が入っていかず、樹脂の未含浸部分が発生し、結果として被成形物の強度が低下する。

そこで本発明では、ＲＴＭ工法におけるプレヒート、つまり、樹脂含浸前又は樹脂含浸中に加熱する工程において、被成形物のプリフォーム部材に接着剤が浸入することによる、樹脂の未含浸部分の発生を防ぐことができ、さらに、接着強度低下を防ぐことができ、結果として被成形物の強度を確保することができる、プリフォーム部材接着方法を提案することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るプリフォーム部材接着方法は、
被成形物に対してＲＴＭ工法を行う際に、接着剤によってプリフォーム部材と他の部材とを接着する、プリフォーム部材接着方法であって、
予め、前記接着剤が前記プリフォーム部材内部に浸入する硬化進捗度の範囲のデータ、及び、前記接着剤の接着強度低下を招く硬化進捗度の範囲のデータを求めておき、これらのデータを基に、前記プリフォーム部材が前記接着剤と接触する前に、前記接着剤に対して温度及び時間を調整して加熱処理を行うことで、硬化進捗度を最適値とする
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るプリフォーム部材接着方法は、
上記第１の発明に係るプリフォーム部材接着方法において、
前記接着剤の硬化進捗度は、前記プリフォーム部材が前記接着剤と接触した時点における前記接着剤の吸い上がり評価試験、及び、前記ＲＴＭ工法による樹脂及び接着剤硬化が完了した時点における前記接着剤のピール試験を行うことで調べる
ことを特徴とする。

上記第１の発明に係るプリフォーム部材接着方法によれば、被成形物に対してＲＴＭ工法を行う際に、接着剤によってプリフォーム部材と他の部材とを接着する、プリフォーム部材接着方法であって、予め、前記接着剤が前記プリフォーム部材内部に浸入する硬化進捗度の範囲のデータ、及び前記接着剤の接着強度低下を招く硬化進捗度の範囲のデータを求めておき、これらのデータを基に、前記プリフォーム部材が前記接着剤と接触する前に、前記接着剤に対して温度及び時間を調整して加熱処理を行うことで、硬化進捗度を最適値とするものとしたので、ＲＴＭ工法におけるプレヒート、つまり、樹脂含浸前又は樹脂含浸中の加熱によって、被成形物のプリフォーム部材に接着剤が浸入することによる、樹脂の未含浸部分の発生を防ぐことができ、さらに、接着剤の接着強度低下を防ぐことができ、結果として被成形物の強度を確保することができる。

上記第２の発明に係るプリフォーム部材接着方法によれば、上記第１の発明に係るプリフォーム部材接着方法において、前記接着剤の硬化進捗度は、前記プリフォーム部材が前記接着剤と接触した時点における前記接着剤の吸い上がり評価試験、及び、前記ＲＴＭ工法による樹脂及び接着剤硬化が完了した時点における前記接着剤のピール試験を行うことで調べるものとしたので、より正確に硬化進捗度を評価することができる。

Ｔ字型のプリフォーム部材、硬化済み部材、及び、これら二部材間に挿入される接着剤を備える、被成形物の概略図である。 ＶａＲＴＭ工法を行う装置の概略図である。 予め加熱処理していない接着剤を用いた被成形物に対し、ホットコンパクション、樹脂含浸前加熱又は樹脂含浸中の加熱を行った場合の樹脂含浸状態を説明する模式図である。 予め加熱処理した接着剤を用いた被成形物に対し、ホットコンパクション、樹脂含浸前加熱又は樹脂含浸中の加熱を行った場合の樹脂含浸状態を説明する模式図である。 接着剤に熱付与される工程における、接着剤の硬化進捗度の変化を表したグラフである。

以下、本発明に係るプリフォーム部材接着方法を実施例にて図面を用いて説明する。

［実施例］
本発明の実施例に係るプリフォーム部材接着方法について図１〜５を用いて説明する。

図１は、Ｔ字型のプリフォーム部材１、硬化済み部材２、及び、これら二部材間に挿入される接着剤３を備える、被成形物１１の概略図である。本発明の実施例に係るプリフォーム部材接着方法は、このような被成形物１１に対してＲＴＭ工法の一つであるＶａＲＴＭ工法を行うことで、プリフォーム部材１と硬化済み部材２とを接着するプリフォーム部材接着方法である。

ここで、本実施例の対象としている被成形物１１の製造工程において、接着剤３に熱的影響を与える工程は、ステージング（ST）、樹脂含浸前加熱（RI Pre-Heat）、樹脂含浸（RI）、ブリード（Bleed）、及び、キュア（Cure）である。

「ステージング」とは、硬化済み部材の接着部に配置した状態で接着剤３を予め加熱処理する工程で、プリフォーム部材１は存在しない。ステージングを行うことで、接着剤３の硬化進捗度が上昇し、それに伴い、粘度を上昇させることができる。
「樹脂含浸前加熱」とは、プリフォーム部材１を接着剤３の上に配置し、樹脂含浸を行うために被成形物１１を加熱する工程である。
「樹脂含浸」とは、被成形物１１に対して加熱した状態のまま樹脂含浸を行う工程である。
「ブリード」とは、樹脂含浸によって余剰に注入された樹脂を排出する工程である。樹脂の含浸が完全に終了してからブリードを開始する場合と、樹脂の含浸が終了する前にブリードを開始する場合とがある。

図２はＶａＲＴＭ工法を行う装置の概略図である（ただし、被成形物１１の形状については簡略化しているため、図１と一致していない）。図２に示すように、ＶａＲＴＭ工法は、成形型１０上において、真空バッグフィルム１３により密封し、内部の空気を吸引管１４から吸引することにより真空状態とする。さらに、被成形物１１に対し、加熱装置１２によって成形型１０及び真空バッグフィルムを介して樹脂含浸前加熱を行う。

次に、樹脂容器１５に溜められた樹脂と真空バッグフィルム１３内部とを樹脂用配管１６で連通させることにより、真空バッグフィルム１３内部に樹脂を注入する。注入された樹脂は、被成形物１１を覆う樹脂拡散用シート１７によって、被成形物１１表面全体に拡散してから被成形物１１内に含浸する（樹脂含浸）。

その後、樹脂の含浸が完全に終了してから、又は、樹脂の含浸が終了する前に、ブリードを開始する。なお、以下では、樹脂含浸が終了する前にブリードを開始するものとする。

ここで、図１に示す接着剤３の粘度が所定値より低い場合に、樹脂の未含浸が発生してしまう様子を、図３を用いて説明する。図３は、ステージングを行っていない接着剤３を用いた被成形物１１に対し、樹脂含浸前加熱又は樹脂含浸中の加熱を行った場合の樹脂含浸状態を説明する模式図である。図中のドット部分は樹脂含浸された範囲を表している。

図３に示すように、プリフォーム部材１は、複数の繊維束２１を有している。そして、樹脂含浸前加熱あるいは樹脂含浸中の加熱により、上述のようにプリフォーム部材１内に接着剤３が吸い上げられる。この吸い上げられた接着剤３ａによって一部の繊維束２１ａの表面が覆われる。

この状態で図３中の矢印の方向へ向けて樹脂が含浸していくと、接着剤３ａが浸入していない部分の繊維束２１ｂの中には樹脂が含浸するものの、吸い上げられた接着剤３ａによって表面が覆われている繊維束２１ａの中には樹脂が含浸しない。すなわち、プリフォーム部材１に樹脂未含浸部分が発生してしまう。なお、接着剤３ａも繊維束２１ａの表面を覆うだけであって繊維束２１ａの内部には侵入しないため、やはり被成形物１１の強度の確保が不十分となる。

一方、接着剤３の粘度が所定値以上となるまでステージングを行った接着剤３の場合は、吸い上がりが生じない程度まで十分に接着剤の粘度が高くなっているため、接着剤３の吸い上げを防ぐことができる。

図４は、粘度が所定値以上となるまでステージングを行った接着剤３を用いた被成形物１１に対し、樹脂含浸前加熱又は樹脂含浸中の加熱を行った場合の樹脂含浸状態を説明する模式図である。図中のドット部分は樹脂含浸された範囲を表している。

図４に示すように、上述のように、樹脂含浸前加熱又は樹脂含浸中の加熱によってプリフォーム部材１内に接着剤３が吸い上げられることがなく、図３のように繊維束２１の表面を接着剤３ａが覆うことがなくなるため、この状態で矢印の方向へ向けて樹脂が含浸していくと、プリフォーム部材１中の全ての繊維束２１に樹脂が含浸する。

このようにして、本発明の実施例に係るプリフォーム部材接着方法では、樹脂の未含浸部分の発生を防ぐことで、被成形物１１の強度を確保することができる。

ところで、上述した粘度は、硬化進捗度と温度から求められるものである。したがって、硬化進捗度に着目し、予め接着剤３を加熱処理することによって、上述と同様の効果を得ることが出来る。

また、加熱処理によって被成形物１１の強度に影響を与える接着剤３の性質として、上述の如く接着剤３のプリフォーム部材１への浸入による樹脂未含浸の有無以外に、接着剤３の接着強度変化が挙げられるが、これについても、接着剤３の硬化進捗度に着目し、予め接着剤３に行う加熱処理の条件を調整することで、強度を保つことができる。

すなわち、本発明の実施例に係るプリフォーム部材接着方法は、予め、接着剤３がプリフォーム部材１内部に浸入する硬化進捗度の範囲のデータ、及び、接着剤３の接着強度低下を招く硬化進捗度の範囲のデータを求めておき、これらのデータを基に、プリフォーム部材１が接着剤３と接触する前に、接着剤３に対して温度及び時間を調整して加熱処理を行うことで、硬化進捗度を最適値とするというものである。

図５は、接着剤３に加熱処理が行われる工程における、接着剤３の硬化進捗度の変化を表したグラフであり、縦軸が硬化進捗度α、横軸が各工程及び時間ｔを表している。硬化進捗度αは、接着剤の硬化の進捗程度を表わす数値である。ただし、縦軸に単位は敢えて付しておらず、図中の各数値はあくまでも一例である。

また、図５は、被成形物１１の強度低下が発生する領域（ＮＧ領域）が設定されている。また、ＮＧ領域には、樹脂未含浸が発生する領域Ｒ₁と、接着剤３の接着強度が低下する領域Ｒ₂との２領域が設定されている。

図５によれば、時刻ｔ₁の時点で硬化進捗度α＜４５であれば領域Ｒ₁となる。また、時刻ｔ₂の時点で、硬化進捗度α≧１４０であれば領域Ｒ₂となる。時刻ｔ₁は、樹脂含浸前加熱（RI Pre-Heat）開始時刻である。また、時刻ｔ₂は、樹脂含浸（RI）による樹脂含浸が完了した時刻である。ただし、領域Ｒ₁，Ｒ₂となる硬化進捗度αの値については、被成形物１１や接着剤３の種類等によって異なるものであり、試験データ等から予め求めておく必要がある。

なお、図５中では、時刻ｔ₂がブリード（Bleed）の途中に設定されているが、これは、本実施例では樹脂含浸（RI）における樹脂含浸が完了する前にブリード（Bleed）を開始するものとしているためである。もし、樹脂含浸が完全に終了してからブリードを開始する場合は、時刻ｔ₂は樹脂含浸工程の終了後（すなわちブリード開始時刻）に設定する。

図５中のａ〜ｄの各線は、それぞれステージング条件を変えた場合のイメージ図であり、時刻ｔ₁及び時刻ｔ₂において測定した硬化進捗度αの値に基づき推定した線である。なお、時刻ｔ₁においては接着剤３の吸い上がり評価試験により硬化進捗度αを求め、時刻ｔ₂においては接着剤３のピール試験により硬化進捗度αを求めた。換言すれば、本実施例においては、接着剤３の硬化進捗度αは、接着剤３とプリフォーム部材１が接触した時点における接着剤３の吸い上がり評価試験、及び、ＶａＲＴＭ工法による樹脂と接着剤が接触した時点における接着剤３のピール試験を行うことで調べる。これにより、正確に硬化進捗度αを評価することができる。

ａ線はステージングを行っていない場合、ｂ線は硬化進捗度α＝８となるまでステージングを行った場合、ｃ線は硬化進捗度α＝９０となるまでステージングを行った場合、ｄ線は硬化進捗度α＝４５となるまでステージングを行った場合である。

ステージングを行っていない場合、樹脂含浸前加熱開始によって、時刻ｔ₁において硬化進捗度α＝０から上昇していく。そのため、ａ線は領域Ｒ₁を通過してしまい、樹脂の未含浸が発生してしまうことがわかる。

硬化進捗度α＝８となるまでステージングを行った場合は、樹脂含浸前加熱開始によって、時刻ｔ₁において硬化進捗度α＝８から上昇していく。そのため、ｂ線は、ａ線同様に領域Ｒ₁を通過してしまい、樹脂の未含浸が発生してしまうことがわかる。

硬化進捗度α＝９０となるまでステージングを行った場合は、樹脂含浸前加熱開始によって、時刻ｔ₁において硬化進捗度α＝９０から上昇していく。そのため、ｃ線は領域Ｒ₁を通過しないことがわかる。しかしながら、ｃ線は時刻ｔ₂において硬化進捗度α＝１７０、すなわち、時刻ｔ₂時点での硬化進捗度α≧１４０となり、領域Ｒ₂を通過してしまうことがわかる。

硬化進捗度α＝４５となるまでステージングを行った場合は、樹脂含浸前加熱開始によって、時刻ｔ₁において硬化進捗度α＝４５から上昇していく。そのため、ｄ線は、ｃ線同様に領域Ｒ₁を通過しないことがわかる。また、ｄ線は時刻ｔ₂において硬化進捗度α＝１３０、すなわち、時刻ｔ₂時点での硬化進捗度α＜１４０であり、領域Ｒ₂を通過しないことがわかる。

したがって、図５によれば、硬化進捗度α＝４５となるまでステージングを行い、硬化進捗度α＝１４０となるまでに樹脂含浸を完了することで、樹脂の未含浸及び接着剤３の接着強度低下を防ぎ、被成形物１１の強度を保つことができる。具体的には、ａ〜ｄの各線は時間と温度の関数であるため、そのパラメータを制御して、ｄ線の経路を通るようにすれば良い。

このように、本発明の実施例１に係るＲＴＭ工法におけるプリフォーム部材接着方法では、ＶａＲＴＭ工法における樹脂含浸前又は樹脂含浸中の加熱によって、被成形物１１のプリフォーム部材１に接着剤３が浸入することによる、樹脂の未含浸部分の発生を防ぐことができ、さらに、接着剤３の接着強度低下を防ぐことができ、結果として被成形物１１の強度を確保することができる。また、作業者の感覚でステージング条件を決めるのではなく、実験データに基づいて効率良くステージング条件を決定することができる。

なお、上述ではプリフォーム部材１と硬化済み部材２との接着に接着剤３を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プリフォーム部材１と他の部材（他のプリフォーム部材）との接着に接着剤３を用いる場合全般に適用できる。また、上述ではプリフォーム部材１の形状がＴ字型であるものとしたが、言うまでもなく、プリフォーム部材１の形状は実施例のものに限定されない。

本発明は、ＲＴＭ工法におけるプリフォーム部材接着方法として好適である。

１ プリフォーム部材
２ 硬化済み部材
３ 接着剤
３ａ （プリフォーム部材１内に吸い上げられた）接着剤
１０ 成形型
１１ 被成形物
１２ 加熱装置
１３ 真空バッグフィルム
１４ 吸引管
１５ 樹脂容器
１６ 樹脂用配管
１７ 樹脂拡散用シート
２１ 繊維束
２１ａ （表面が接着剤３ａに覆われた）繊維束
２１ｂ （接着剤３ａが浸入していない）繊維束

Claims (2)

1. ＲＴＭ工法において、接着剤によってプリフォーム部材と他の部材とを接着する、プリフォーム部材接着方法であって、
   予め、前記接着剤が前記プリフォーム部材内部に浸入する硬化進捗度の範囲のデータ、及び前記接着剤の接着強度低下を招く硬化進捗度の範囲のデータを求めておき、これらのデータを基に、前記プリフォーム部材が前記接着剤と接触する前に、前記接着剤に対して加熱処理を行い、硬化進捗度を調整する
   ことを特徴とするプリフォーム部材接着方法。
2. 前記接着剤の硬化進捗度は、前記プリフォーム部材が前記接着剤と接触した時点における前記接着剤の吸い上がり評価試験、及び、前記ＲＴＭ工法による樹脂及び接着剤硬化が完了した時点における前記接着剤のピール試験を行うことで調べる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム部材接着方法。

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