JP2023066436A

JP2023066436A - Ｆｒｐ製品の製造方法およびｆｒｐ製品

Info

Publication number: JP2023066436A
Application number: JP2021177022A
Authority: JP
Inventors: 佳秀柿本; Yoshihide Kakimoto; 康裕福原; Yasuhiro Fukuhara; 和久池田; Kazuhisa Ikeda
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-16

Abstract

【課題】自動車の外板のように高品質な塗装外観が求められるＦＲＰ製品を、効率よく生産するうえで有用な技法を提供する【解決手段】ＦＲＰ製品の製造方法は、粉体塗料を用いてインモールド塗膜を形成したＦＲＰ成形体を準備することと、前記インモールド塗膜の上に、着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜を形成することと、を含む。前記少なくともひとつの塗膜は、形成の過程で８０℃以上に加熱されてもよく、また、前記着色塗膜の上に形成されるクリヤ塗膜を含んでもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、主として、ＦＲＰ製品の製造方法およびＦＲＰ製品に関する。

粉体塗料を用いてインモールド塗装されたＦＲＰ製品が知られている（特許文献１）。

特開昭６２－２８０２６９号公報

繊維補強材に炭素繊維を用いたＵＤプリプレグを圧縮成形することにより得られるＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の表面には、肉眼でも分かるスジ状欠陥がしばしば現れる。この欠陥はＵＤプリプレグの繊維方向に沿って発生し、いったん出現すると、その上から塗装を施しても隠蔽することが難しい。特に、８０℃以上の温度での焼付を伴う塗装は、この欠陥を隠蔽するどころか、より目立たせることすらある。
織物プリプレグまたはＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）を圧縮成形することにより得られるＦＲＰの表面には、肉眼でも分かるピンホールや凹凸がしばしば現れる。かかる欠陥もまた、塗装による隠蔽が困難である。
従来は、上述のスジ状欠陥、ピンホールまたは凹凸がＦＲＰの表面に現れたときには、塗装を行う前に、研磨等の平坦加工によって除去する必要があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、例えば自動車のボディのように、高品質な塗装外観が求められるＦＲＰ製品を、効率よく生産するうえで有用な技法を提供することを主たる目的とする。

本発明者等は、粉体塗料を用いてインモールド塗膜を予め形成したうえで、塗装を行うことにより、高品質の塗装外観を有するＦＲＰ製品が得られることを見出した。

本発明の実施形態は以下を含むが、これらに限定されない。
（１）粉体塗料を用いてインモールド塗膜を形成したＦＲＰ成形体を準備することと、前記インモールド塗膜の上に、着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜を形成することと、を含むＦＲＰ製品の製造方法。
（２）前記少なくともひとつの塗膜は、形成の過程で８０℃以上に加熱される、（１）に記載の製造方法。
（３）前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の上に形成されるクリヤ塗膜を含む、（１）または（２）に記載の製造方法。
（４）前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の下に形成される下塗り塗膜を含む、（１）～（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）前記少なくともひとつの塗膜が形成される前に、前記インモールド塗膜の表面に平坦化加工が施されない、（１）～（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記ＦＲＰ成形体と前記インモールド塗膜がそれぞれエポキシ樹脂を含む、（１）～（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記ＦＲＰ成形体がプリプレグの硬化物である、（１）～（６）のいずれかに記載の製造方法。
（８）前記ＦＲＰ成形体に含まれる繊維補強材が炭素繊維を含む、（１）～（７）のいずれかに記載の製造方法。
（９）ＦＲＰ成形体の表面に形成されたインモールド塗膜と、前記インモールド塗膜の上に形成され着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜と、を有するＦＲＰ製品。
（１０）前記少なくともひとつの塗膜が焼付塗膜である、（９）に記載のＦＲＰ製品。
（１１）前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の上に形成されたクリヤ塗膜を含む、（９）または（１０）に記載のＦＲＰ製品。
（１２）前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の下に形成された下塗り塗膜を含む、（９）～（１１）のいずれかに記載の製造方法。
（１３）前記ＦＲＰ成形体と前記インモールド塗膜がそれぞれエポキシ樹脂を含む、（９）～（１２）のいずれかに記載のＦＲＰ製品。
（１４）前記ＦＲＰ成形体がプリプレグの硬化物である、（９）～（１３）のいずれかに記載のＦＲＰ製品。
（１５）前記ＦＲＰ成形体に含まれる繊維補強材が炭素繊維を含む、（９）～（１４）のいずれかに記載のＦＲＰ製品。
（１６）ＦＲＰ製品の製造に使用されるＦＲＰ成形体であって、前記ＦＲＰ成形体は表面に形成されたインモールド塗膜を有し、前記ＦＲＰ製品の製造においては前記インモールド塗膜の上に、着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜が形成される、ＦＲＰ成形体。
（１７）前記少なくともひとつの塗膜が焼付塗膜である、（１６）に記載のＦＲＰ成形体。

本発明の一態様によれば、例えば自動車のボディのように高品質な塗装外観が求められるＦＲＰ製品を、効率よく生産するうえで有用な技法が提供される。

図１（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る製造方法を説明するための工程断面図を示す。図２（ｄ）～（ｅ）は、実施形態に係る製造方法を説明するための工程断面図を示す。図３（ａ）は、インモールド塗膜の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を示し、図３（ｂ）は、ＦＲＰの表面で測定したろ波中心線うねり曲線を示す。図４（ａ）は、インモールド塗膜上に形成した３層塗膜の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を示し、図４（ｂ）は、ＦＲＰ表面に直接形成した３層塗膜の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を示す。

１．ＦＲＰ製品の製造方法
実施形態に係るＦＲＰ製品製造方法を、図面を参照しつつ説明すると次の通りである。
まず、図１（ａ）に示すように、コア１１とキャビティ１２とを有する圧縮成形用の金型を準備し、所定の成形温度となるように加熱する。成形温度は例えば１００℃から２００℃の範囲内であり、好ましくは１３０℃から１６０℃の範囲内である。

次に、図１（ｂ）に示すように、スプレーガン２０を用いて塗料粉末３１をキャビティ１２の表面に吹付ける。キャビティ１２表面に堆積した塗料粉末３１は融解し、塗料樹脂層３２を形成する。
塗料粉末３１に含まれる樹脂成分がゲル化することにより、塗料樹脂層３２の流動性は時間とともに低下する。

更に、図１（ｃ）に示すように、コア１１上に成形材料４１を配置する。成形材料４１は、熱硬化性のマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂で含浸された繊維補強材を含む。繊維補強材は炭素繊維およびガラス繊維の少なくともいずれかを含み、好ましくは少なくとも炭素を含む。

成形材料４１は、ＵＤプリプレグ、織物プリプレグ、不織布プリプレグおよびＳＭＣのようなシート状プリプレグを含むことが好ましい。成形材料４１に含まれるシート状プリプレグは１種であってもよいし、２種以上であってもよい。
成形材料４１は、互いに積層された２枚以上のシート状プリプレグを含む積層体であってもよい。該２枚以上のシート状プリプレグは、全てが同じ種類であってもよいし、異なる種類のシート状プリプレグを含んでもよい。

一例において、成形材料４１は、シート状プリプレグに積層された、繊維補強材を含有しない樹脂シートを含んでもよい。
一例において、成形材料４１はＳＭＣを含むとともに、該ＳＭＣに直に積層されたシート状のドライ繊維補強材を含んでもよい。シート状の繊維補強材の典型例は、織物および不織布であり、好ましくは炭素繊維とガラス繊維の少なくとも一方を含む。「ドライ」とは、繊維補強材が樹脂で含浸されていないことを意味する。
成形材料４１は、コア１１上に配置する前に予備賦形してもよい。予備賦形は、成形材料４１が正味形状またはほぼ正味形状となるように行うことが好ましい。

次に、図２（ｄ）に示すように金型を閉じて成形材料４１を圧縮成形する。少なくとも成形の間、金型の温度は前述の成形温度に維持される。
成形時間は好ましくは３０分間以下、より好ましくは２０分間以下、更に好ましくは１０分間以下である。成形圧力は例えば１ＭＰａ～１０ＭＰａの範囲内に設定される。

所定の成形時間が経過したら、図２（ｅ）に示すように金型を開いて、表面にインモールド塗膜３３が形成されたＦＲＰ成形体４２を取り出す。ＦＲＰ成形体４２は、成形材料４１の硬化により形成される。インモールド塗膜３３は、塗膜樹脂層３２が硬化すると共にＦＲＰ成形体４２の表面に転写されることにより形成される。
圧縮成形工程の後、必要に応じてバリを除去するとともに、脱脂のためにインモールド塗膜３３の表面洗浄を行ったうえで、図２（ｆ）に示すようにインモールド塗膜３３上に着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜５０を形成する。
塗膜５０は好ましくは焼付塗膜であり、塗布した塗料を８０℃以上、典型的には１００℃以上の温度で乾燥させることにより形成される。

少なくともひとつの塗膜５０は、着色塗膜の上に形成されたクリヤ塗膜を含み得る。クリヤ塗膜は、トップコートとして形成され得る。
少なくともひとつの塗膜５０は、着色塗膜の下に形成された下塗り塗膜を含み得る。
複数の塗膜５０を重ねて形成する場合、好ましくは、複数の塗料がウェットオンウェットで重ね塗りされた後、１工程で同時に焼付けられる。
インモールド塗膜３３の表面に研磨等による平坦化加工を施さないにも拘わらず、ＦＲＰ製品１００に形成された塗膜５０の表面は優れた平滑性を有する。必要に応じて、インモールド塗膜３３の表面には、最小限の平坦化加工が施され得る。

上記説明で例示した金型はコア１１が下型でキャビティ１２が上型という構成を有していたが、コアとキャビティの配置はこれに限定されるものではなく、上型がコアで下型がキャビティという構成を採用することもできるし、金型が水平方向に開閉する構成を採用することもできる。
キャビティ１２の表面に代えて、またはキャビティ１２の表面に加えて、コア１１の表面に塗料樹脂層３２を形成してもよい。インモールド塗膜３３はＦＲＰ成形体４２の表面の任意の部位に形成することができる。

２．実験結果
以下に記すのは、本発明者等が行った実験の結果である。
粉体塗料（TIGER Coatings GmbH & Co. KG.製TIGER Drylac（登録商標）261/10013 PIMC Epoxy Primer）を用いて、ＳＵＳ板の片面に厚さ約１５０～３００μｍの塗料樹脂層を形成した。
ＳＵＳ板を１４０℃に加熱した状態で塗料粉末を塗布したところ、形成後約１分間で塗料樹脂層はゲル化して流動性を失った。

次いで、このＳＵＳ板を金型の凹部内に、塗料樹脂層を形成した側を上方に向けて配置するとともに、その上に炭素繊維織物プリプレグ（三菱ケミカル社製のクロスプリプレグPYROFIL（登録商標）TR3110 360GMP）を１０枚重ねて配置し、温度１４０℃、時間１０分間、圧力４ＭＰａという条件で圧縮成形を行ったところ、塗料樹脂層が転写されることによってインモールド塗膜が片面に形成されたＦＲＰ板が得られた。
インモールド塗膜の表面を肉眼で観察すると極めて平滑で、ピンホールや凹凸は認められなかった。

インモールド塗膜の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を図３（ａ）に示す。
ろ波中心線うねりは、JIS B 0610:1987に示された表面うねりを示すパラメータであり、測定は東京精密社製SURFCOM 1400D-LCDを用いて、次の条件にて行った。
・測定・評価長さ：２０．０ｍｍ
・カットオフ波長：０．２５ｍｍ
・測定レンジ：±４００．０μｍ
・測定速度：０．３ｍｍ／ｓ
・カットオフ種別：ガウシアン
・傾斜補正：最小二乗曲線補正
・移動・戻り速度：３．０ｍｍ／ｓ
・λｓカットオフ波長：２６．６６６７μｍ

比較のために、インモールド塗膜を形成しなかったこと以外は同様にして作製したＦＲＰ板の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を、図３（ｂ）に示す。

更に、上記インモールド塗膜上に、下塗り塗料、着色塗料およびクリヤ塗料をウェットオンウェットで順次塗布し、１００℃で乾燥させることによって３層塗膜を形成した。使用した下塗り塗料、着色塗料およびクリヤ塗料は、自動車の樹脂部品塗装用に市販されている３層塗膜形成用の塗料である。
３層塗膜の表面を肉眼観察すると極めて平滑であり、ピンホールや凹凸は認められなかった。
３層塗膜の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を図４（ａ）に示す。
比較のために、プライマー塗膜を形成しなかったこと以外は同様にして作製したＦＲＰ板の表面に直接、上記の３層塗膜を形成し、その３層塗膜の表面で測定したろ波中心線うねり曲線を図４（ｂ）に示す。

好ましい実施形態に係るＦＲＰ製品製造方法は、例えばクラスＡ表面が要求される自動車の外板を製造するときに好ましく用いることができる。

１１コア
１２キャビティ
２０スプレーガン
３１塗料粉末
３２塗料樹脂層
３３インモールド塗膜
４１成形材料
４２ＦＲＰ成形体
５０塗膜
１００ＦＲＰ製品

Claims

粉体塗料を用いてインモールド塗膜を形成したＦＲＰ成形体を準備することと、前記インモールド塗膜の上に、着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜を形成することと、を含むＦＲＰ製品の製造方法。
前記少なくともひとつの塗膜は、形成の過程で８０℃以上に加熱される、請求項１に記載の製造方法。
前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の上に形成されるクリヤ塗膜を含む、請求項１または２に記載の製造方法。
前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の下に形成される下塗り塗膜を含む、請求項１～３のいずれかに記載の製造方法。
前記少なくともひとつの塗膜が形成される前に、前記インモールド塗膜の表面に平坦化加工が施されない、請求項１～４のいずれかに記載の製造方法。
前記ＦＲＰ成形体と前記インモールド塗膜がそれぞれエポキシ樹脂を含む、請求項１～５のいずれかに記載の製造方法。
前記ＦＲＰ成形体がプリプレグの硬化物である、請求項１～６のいずれかに記載の製造方法。
前記ＦＲＰ成形体に含まれる繊維補強材が炭素繊維を含む、請求項１～７のいずれかに記載の製造方法。
ＦＲＰ成形体の表面に形成されたインモールド塗膜と、前記インモールド塗膜の上に形成され着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜と、を有するＦＲＰ製品。
前記少なくともひとつの塗膜が焼付塗膜である、請求項９に記載のＦＲＰ製品。
前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の上に形成されたクリヤ塗膜を含む、請求項９または１０に記載のＦＲＰ製品。
前記少なくともひとつの塗膜が、前記着色塗膜の下に形成された下塗り塗膜を含む、請求項９～１１のいずれかに記載の製造方法。
前記ＦＲＰ成形体と前記インモールド塗膜がそれぞれエポキシ樹脂を含む、請求項９～１２のいずれかに記載のＦＲＰ製品。
前記ＦＲＰ成形体がプリプレグの硬化物である、請求項９～１３のいずれかに記載のＦＲＰ製品。
前記ＦＲＰ成形体に含まれる繊維補強材が炭素繊維を含む、請求項９～１４のいずれかに記載のＦＲＰ製品。
ＦＲＰ製品の製造に使用されるＦＲＰ成形体であって、前記ＦＲＰ成形体は表面に形成されたインモールド塗膜を有し、前記ＦＲＰ製品の製造においては前記インモールド塗膜の上に、着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜が形成される、ＦＲＰ成形体。
前記少なくともひとつの塗膜が焼付塗膜である、請求項１６に記載のＦＲＰ成形体。