JP2020116771A - 成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維積層量が多い場合にも、樹脂を繊維基材へと含浸させる。【解決手段】積層された繊維基材に樹脂を含浸させて成形する成形方法であって、積層された前記繊維基材の間に樹脂を案内する案内部材が挿入される。【選択図】図１

Description

本発明は、成形方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、ＶａＲＴＭ法により樹脂を繊維に含浸させる成形方法が開示されている。このような成形方法によれば、真空下において繊維に樹脂を注入することにより、大気圧により加圧しながら繊維へと樹脂を含浸させることが可能である。このような成形方法は、複合材料を用いた強度部材の製造において適用されている。

特開２０１６−２２１７３３号公報

しかしながら、繊維基材に樹脂を含浸させる際には、繊維内における樹脂の流速分布により、中心部、すなわち繊維積層方向における中央近傍において含浸速度が遅くなる傾向がある。したがって、繊維基材の積層量が多く、厚さが厚い部位を有する形状に成形する場合には、結果として樹脂が未含浸の部位が生じる可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、繊維積層量が多い場合にも、樹脂を繊維基材へと含浸させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、成形方法に係る第１の解決手段として、積層された繊維基材に樹脂を含浸させて成形する成形方法であって、積層された前記繊維基材の間に樹脂を案内する案内部材が挿入される、という手段を採用する。

成形方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、積層された前記繊維基材は、積層厚さが一部に偏るように配置されるという手段を採用する。

成形方法に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記案内部材は、積層厚さが相対的に厚い部位に挿入される、という手段を採用する。

成形方法に係る第４の解決手段として、第１〜３のいずれかの解決手段において、積層された前記繊維基材を減圧状態として樹脂を含浸させる、という手段を採用する。

成形方法に係る第５の解決手段として、第１〜４のいずれかの解決手段において、前記繊維基材の間に前記案内部材が多段に挿入される、という手段を採用する。

本発明によれば、繊維基材の間に設けられた案内部材により、繊維基材と繊維基材との間へと樹脂を案内することができる。したがって、繊維積層量が多く樹脂が含浸しづらい厚みのある形状の成形品であっても、繊維基材と繊維基材との間に設けられた案内部材が内側の繊維基材への樹脂の含浸を促進し、未含浸部位を残すことなく樹脂を含浸させることが可能である。

ＶａＲＴＭ法における成形方法を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る成形方法の実施例１における各部材の配置を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る成形方法の実施例１における減圧時の各部材の配置を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る成形方法の実施例２における各部材の配置を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る成形方法の実施例２における減圧時の各部材の配置を示す模式断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る成形方法について説明する。

本実施形態においては、複合材料の成形方法として、ＶａＲＴＭ法（Vacuum Resin Transfer Molding）を適用している。まず、ＶａＲＴＭ法について、図１を参照して説明する。なお、本実施形態においては、非加熱による成形方法について説明しており、用いられる樹脂は、供給前に硬化剤等が混合されて時間経過により硬化するものとする。

ＶａＲＴＭ法においては、図１に示すように、台座部１と、シート２と、封止部材３と、不図示の真空ポンプが用いられ、台座部１とシート２との間に成形対象とされる積層材料４が配置される。

台座部１は、積層された積層材料４が載置される平板状の部材である。
シート２は、可撓性を有する膜状の部材である。シート２は、台座部１に載置された積層材料４の上を覆うように設けられる。すなわち、積層材料４は、台座部１とシート２とに挟み込まれた状態とされる。また、シート２は、液体状態の樹脂を注入させるための注入開口２ａと、真空ポンプと接続されたチューブが挿入される排気開口２ｂとが形成されている。注入開口２ａと排気開口２ｂとは、シート２において対向する外縁近傍に設けられる。これにより、積層材料４には、注入開口２ａ側から排気開口２ｂ側に向けて樹脂の流れが形成される。なお、排気開口２ｂからは、余剰の樹脂の一部が排出される。
封止部材３は、シート２の縁部に沿って、台座部１とシート２との間に設けられる。この封止部材３により、台座部１とシート２との間が封止され、密閉状態となる。

積層材料４は、図２に示すように、炭素繊維に代表される繊維基材材料を所定の形状に沿って複数積層したものである。積層材料４の詳細については、後述する。

このようなＶａＲＴＭ法においては、積層材料４が台座部１とシート２との間に載置され、台座部１とシート２との間が封止部材３により封止され、さらに真空ポンプにより台座部１とシート２との間の空間が１０^−１〜１ｋＰａ程度まで減圧される。これにより、積層材料４は、台座部１及びシート２に密着した状態となる。そして、シート２の注入開口２ａより液体状態の樹脂が注入されると、樹脂は、注入開口２ａ側から排気開口２ｂ側に向けて、積層材料４内に含浸しつつ流れる。また、ＶａＲＴＭ法は、減圧下で積層材料４に樹脂を含浸させることにより、積層材料４にシート２を介して大気圧がかかる。これにより、ＶａＲＴＭ法においては、積層材料４に対して樹脂を加圧状態で含浸させることができ、均一な含浸状態とすることが可能である。

［実施例１］
続いて、本発明に係る成形方法の具体的な実施例について、図２及び図３を参照して説明する。本実施例においては、厚さが徐々に変化する（繊維基材の積層厚さが一部に偏った）翼形状の成形品を形成する場合について説明する。

積層材料４は、繊維が織り込まれることにより布状とされた繊維基材を複数積層することにより構成されている。積層材料４は、図２の横方向における長さ、すなわち積層方向に対して直交する一方向の長さがそれぞれ異なる繊維基材が、厚さを厚くすべき部位（本実施形態においては、繊維配向方向の中央近傍）において全て重なり、厚さを薄くすべき部位（本実施形態においては、繊維配向方向の端部近傍）において一部のみが重なるように積層されることにより形成される。本実施例において繊維基材は、厚さが一部に偏るように積層されている。また、加工時においては、積層材料４に対して、フローメディア５ａ、５ｂ（案内部材）及び剥離フィルム６が設けられる。

フローメディア５ａ、５ｂは、ポリエチレン製のメッシュ材であり、積層材料４の表面（図２における上側及び下側）と、積層材料４の中間層付近とに設けられる。
表面に設けられるフローメディア５ａは、剥離フィルム６を介して積層材料４の一方の端部（注入開口２ａが設けられる側の端部）から他方の端部まで、積層方向と直交する方向において全域を覆うように設けられる。また、表面に設けられるフローメディア５ａは、樹脂硬化後に剥離フィルム６と共に取り除かれる。
中間層に設けられるフローメディア５ｂは、積層材料４の繊維基材の間に複数段（本実施例においては３段）挿し込まれ、一方の端部から最も厚みの大きい部位（積層厚さが相対的に厚い部位）まで設けられる。また、中間層に設けられるフローメディア５ｂは、樹脂注入後、樹脂が硬化するよりも前に取り除かれる。

剥離フィルム６は、フローメディア５ａと積層材料４の表面との間に設けられた薄膜状の部材であり、樹脂硬化後にフローメディア５ａを積層材料４から剥離させる。

続いて、ＶａＲＴＭ法を適用した成形方法について、説明する。
上述のように、フローメディア５ａ及び剥離フィルム６が設けられた積層材料４は、台座部１に載置され、図１に示すようにシート２にて覆われる。そして、まず真空ポンプにより積層材料４の空気が排出され、内部が減圧状態とされる。これにより、図３に示すように、シート２が積層材料４に密着することで、繊維基材の積層量が多い部位が厚く、繊維基材の積層量が少ない部位が薄い形状となる。このとき、積層材料４の表面に設けられるフローメディア５ａは、繊維基材とシート２との間に僅かな空間すなわち樹脂の流路を形成することで、樹脂を積層材料４の全体へと案内する。

また、積層材料４の中間層に設けられるフローメディア５ｂは、同様に繊維基材と繊維基材との間にわずかな空間を形成し、繊維基材の間に樹脂を案内する。これにより、積層材料４において、注入された樹脂は、繊維基材の積層量が多く厚みが大きい部位においても内部に供給され、繊維基材へと含浸する。注入された樹脂は、大気圧により加圧されつつ、フローメディア５ａ、５ｂにより積層材料４の内部に案内され、積層材料４全体に含浸する。そして、樹脂の硬化前に、一度シート２が剥がされ、積層材料４の中間層に設けられるフローメディア５ｂが除去され、再度積層材料４にシート２が被せられ、内部を真空状態とされる。積層材料４の中間層に設けられたフローメディア５ｂにより形成された空隙は、気圧により加圧されることで密着する。その後、樹脂が硬化すると、シート２が剥がされ、さらにフローメディア５ａ及び剥離フィルム６が剥がされる。

このような本実施例によれば、厚さが最も厚い部位において中間層へと樹脂を案内するフローメディア５ａ、５ｂを設けることで、厚さが最も厚い部位にも十分に樹脂を供給し、繊維基材に含浸させることができる。したがって、積層材料４に未含浸部を残すことなく樹脂を含浸させることができる。

また、本実施例によれば、積層材料４の中間層には、フローメディア５ｂが積層方向に対して複数設けられている。すなわち、積層材料４の中間層に対して、フローメディア５ｂが多段に設けられている。これにより、繊維積層方向においても複数の位置から樹脂を引き入れるため、未含浸部を残すことなく十分に樹脂を含浸させることができる。

［実施例２］
続いて、本発明に係る成形方法の第２の実施例について、図４及び図５を参照して説明する。本実施例においては、厚さがほぼ一様な略平板状の成形品を形成する際の成形方法について説明する。

図４に示すように、本実施例においても上記実施例１と同様に、積層材料４の表面に剥離フィルム６が設けられ、さらにその外側にフローメディア５ａが設けられる。
本実施例における積層材料４は、それぞれ等しい形状の繊維基材が全体として重なり合うように積層され、全体がほぼ一様な厚みを有している。このような積層材料４の繊維基材の間には、上記実施例１と同様にフローメディア５ｂが設けられている。また、この中間層に設けられるフローメディア５ｂは、一方の端部から中央近傍に向けて配置される。

このような構成の本実施例においては、図５に示すように、減圧状態とされると、積層材料４の表面に対して一様に大気圧が加えられる。これにより、全体として各繊維基材同士が密着状態となる。また、中間層に設けられるフローメディア５ｂは、繊維基材の間に空間を形成し、繊維基材の間へと樹脂を案内する。これにより、繊維基材の間に未含浸部を残すことなく十分に樹脂を含浸させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、非加熱にてＶａＲＴＭ法により成形するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＶａＲＴＭ法において、減圧状態とした後にオーブンを用いて加熱することも可能である。この場合、オーブンによる入熱後に、樹脂硬化前にフローメディア５ｂを除去し、再度内部を減圧状態とする、または外側から加圧する必要がある。

（２）台座部１は、一様な板状とせず、成形型としてもよい。この場合、成形品を繊維基材の積層方法のみでは対応できない複雑な形状とすることができ、より多様な形状に対応することが可能である。

（３）オートクレーブを用いて高温高圧にて積層材料４へと樹脂を含浸させる際にも、本発明を適用可能である。

（４）また、成形品の形状によっては、積層材料４の内部における樹脂の流速に偏りが生じる場合がある。この場合には、積層材料４における樹脂の流速が遅い部位にフローメディア５ａ、５ｂを設けることで、樹脂の流速を速め、全体に樹脂を広げやすくすることも可能である。

１ 台座部
２ シート
２ａ 注入開口
２ｂ 排気開口
３ 封止部材
４ 積層材料
５ａ フローメディア
５ｂ フローメディア
６ 剥離フィルム

Claims (5)

1. 積層された繊維基材に樹脂を含浸させて成形する成形方法であって、
   積層された前記繊維基材の間に樹脂を案内する案内部材が挿入される
   ことを特徴とする成形方法。
2. 積層された前記繊維基材は、積層厚さが一部に偏るように配置されることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
3. 前記案内部材は、積層厚さが相対的に厚い部位に挿入されることを特徴とする請求項２記載の成形方法。
4. 積層された前記繊維基材を減圧状態として樹脂を含浸させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形方法。
5. 前記繊維基材の間に前記案内部材が多段に挿入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の成形方法。

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