JP2651871B2 - 繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は繊維強化プラスチック成形体の製造に使用す
るプリフォームの製造方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、繊維強化プラスチック成形体を製造するに
は、通常、射出成形法やシートモールディングコンパウ
ンド法（SMC法）等が用いられている。一般に射出成形
法は小型の成形品に適しており、SMC法は大型の成形品
に適している。

ところで、最近自動車の外板その他の車体部分を繊維
強化プラスチック成形体により形しようすることが提案
された。ことろが、自動車の車体を繊維強化プラスチッ
ク成形体により形成しようとすると、非常に大型である
のみならず、複雑な形状であるために、従来法では困難
であることがわかった。

そこで、本出願人は、先にまず樹脂粉末と補強用チョ
ップ繊維とをプリフォーム成形型に吸着させて、その上
にバインダーを散布し、次いで乾燥することによりプリ
フォームを作成する方法について特許出願した（特願昭
63−143682号）。この方法では、プリフォーム成形型
を、排風機を有する吸引チャンバーに設置し、あらかじ
めチョップ繊維及び樹脂パウダーを投入しておいたタン
ク内にプリフォーム成形型を挿入し、排風機を作動させ
ることによって、タンク内のチョップ繊維及び樹脂パウ
ダーを舞い上がらせてプリフォーム成形型に吸着させ、
未固化のプリフォームを形成する。

この方法によれば、複雑な形状のプリフォームを短時
間に製造することができ、また得られるプリフォームの
厚さも均一となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の方法では、チョップ繊維及び樹
脂パウダーがプリフォーム成形型に吸着するに従い、タ
ンク内のチョップ繊維及び樹脂パウダーを吸引する力が
弱まってくる。そのためにプリフォーム成形型への原料
の吸着量に限界があった。その上、プリフォーム成形型
が複雑な形状を有する場合には、均一な厚みを持ったプ
リフォームを製造するのが困難であるという問題もある
ことがわかった。

したがって本発明の目的は、上記の問題を解決し、プ
リフォーム成形型上にチョップ繊維及び樹脂パウダーを
十分にかつ均一に付着する方法、及びこの方法を実施す
ることのできる装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は排風機に
よりタンク内のチョップ繊維及び樹脂パウダーを吸引し
てプリフォーム成形型に吸着する際に、プリフォーム成
形型の吸着面の下側から送風機によりチョップ繊維及び
樹脂パウダーを吹き上げてやれば、プリフォーム成形型
にチョップ繊維及び樹脂パウダーが吸着して排風機によ
る吸引力が低下してもプリフォーム成形型に十分な量の
チョップ繊維及び樹脂パウダーを均一に付着させること
ができることを発見し、本発明を完成した。

すなわち、チョップ繊維と樹脂パウダーとからなる繊
維強化プラスチックのプリフォームを製造する本発明の
方法は、上部に排風機を下部に送風機を接続したタンク
の内部に、前記タンクを上下に二分するようにメッシュ
状のプリフォーム成形型を設置し、前記プリフォーム成
形型より下のタンク部分に前記チョップ繊維及び前記樹
脂パウダーを投入し、排風機による吸引と送風機による
吹き上げにより、前記チョップ繊維及び樹脂パウダーを
前記プリフォーム成形型に均一に付着させて未固化のプ
リフォームを形成し、ついで前記プリフォームの表面に
バインダーを塗布し、乾燥固化させることを特徴とす
る。

また、チョップ繊維と樹脂パウダーとからなる十分な
厚さのプリフォームを製造する本発明の装置は、排風機
を有する吸引チャンバーと、前記吸引チャンバーの下面
に設置されたメッシュ状のプリフォーム成形型と、前記
吸引チャンバーの下部に固定されたブローアップチャン
バーと、前記プローアップチャンバーの下部に設けられ
たディフューザと、前記ディフューザに接続する送風機
とを有し、前記送風機を作動させて前記ブローアップチ
ャンバー内に投入されたチョップ繊維及び樹脂パウダー
を吹き上げるとともに、前記排風機を作動させて前記ブ
ローアップチャンバー内の空気を前記プリフォーム成形
型を通して吸引することによって、前記チョップ繊維及
び樹脂パウダーを前記プリフォーム成形型に均一に付着
させることを特徴とする。

［実施例及び作用］ 本発明を、以下図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明の方法を実施する装置の一例を示す
概略断面図である。本装置は、所望の形状に形成された
メッシュ状のプリフォーム成形型１と、円錐状の吸引チ
ャンバー２と、吸引チャンバー２に接続する排風機５
と、上部が円筒状で下部が逆円錐状のブローアップチャ
ンバー３と、ブローアップチャンバー３の下部に設置さ
れたディフューザ４と、ディフューザ４につながる送風
機６とを有する。

吸引チャンバー２は、フード部21とフード部21の周囲
に設けられたフランジ部22とからなり、フード部21の下
部にプリフォーム成形型１が取り付けられている。また
フランジ部22には、複数個のチョップ繊維及び樹脂パウ
ダーの投入口23が設けられている。

ブローアップチャンバー３はそれ自身では天面を持た
ず、上部からプリフォーム成形型１を挿入するように吸
引チャンバー２を固定することによってチャンバーを形
成する。なお吸引チャンバー２はブローアップチャンバ
ー３に対して脱着可能であり、吸引チャンバー２のフラ
ンジ部22でブローアップチャンバー３に固定される。ブ
ローアップチャンバー３の下部には逆円錐状に傾斜がつ
いた面となっており、その下端にディフューザ４が接続
している。ブローアップチャンバー３の下部におけるチ
ャンバー壁の傾斜角θ_１は、45゜以上とするのが良い。
またブローアップチャンバー３に送り込まれる風の流れ
の効率を考えると、θ_１は大きい方が良いが、装置の高
さ及びプローアップチャンバー３内での空気の流れを考
慮すれば、θ_１の上限を75゜程度とするのが好ましい。
このようにすることで、下から吹き上げる風により舞い
上がった材料のうち、プリフォーム成形型に付着しなか
った分が傾斜したチャンバー壁に沿ってすべり落ちるこ
とができ、下部のディフューザまで達した時に再び吹き
上げられて、効率が良い。

ブローアップチャンバー３の傾斜面の下部には、上方
に向かって拡開するディフューザ４が設けられている。
デュフューザ４の好ましい形状は後述するが、本実施例
ではディフューザ４は内部に少なくとも２つの同軸円錐
状の羽根41、42を有している。

ディフューザ４の下部には送風機６が接続されるが、
本実施例では送風機とディフューザ４との間にサージタ
ンク７を設けている。

次にディフューザ４の形状について説明する。

第２図に示すように、ディフューザ４は内部に２つの
同軸逆円錐状の羽根41、42を有する拡開状の逆円錐部材
40からなる。最外部に位置する逆円錐部材40は前述した
ブローアップチャンバー３の傾斜壁と連続するようにブ
ローアップチャンバー３の下部に取り付けられるが、デ
ィフューザ４の中心軸ｌに垂直な面に対する逆円錐部材
40の傾きθ_２はブローアップチャンバー３の下部におけ
るチャンバー壁の傾斜角度θ_１と等しくする。また逆円
錐部材40の内部に同軸的に設けられる逆円錐状羽根41、
42は、共に逆円錐部材40と同様にブローアップチャンバ
ー３の方向に拡開している。

逆円錐状羽根41、42の大きさ及び間隔は、種々変更す
ることができるが、均一に厚いプリフォームを形成する
ためには、逆円錐状羽根間の距離を等しくするのが良
い。すなわち逆円錐状羽根41の直径ａと、第２図中の距
離ｂ、ｃとを実質的に等しくする。この関係は、ディフ
ューザ４の上部だけでなく中心軸ｌに垂直な、どの断面
においても成立するように、逆円錐状羽根41、42の大き
さを規定するのが望ましい。

上述したような形状のディフューザを使用すると、ブ
ローアップチャンバー３の内部での風の流れは、実質的
に第３図に示すようになる。このようにブローアップチ
ャンバー３の中央部を風が比較的強く吹き上げ、壁面に
近い部分で下りるような対流とすると、ブローアップチ
ャンバー３の上部に挿入されたプリフォーム成形型に比
較的大きな凹凸部があっても、チョップ繊維と樹脂パウ
ダーとからなる材料が全体的に均一に付着しやすい。

一方、各羽根間の間隔を外周側ほど小さくすると（ａ
＞ｂ＞ｃ）、吹き上げる風は外周側が強く、中央が弱く
なる。従って、対流は、上述のものと逆に、外周から中
央に向かって流れる。例えば、各羽根間の空間の面積を
等しくした場合（ａ＞ｂ＞ｃ）や、中心だけ大きくした
場合（ａ＞ｂ）等では、対流は外周側から中央に向かっ
て流れるようになる。このような場合でも、プリフォー
ム成形型の形状が余り複雑でなければ、実質的に均一な
厚いプリフォームを成形することができる。

なお、理想的にはブローアップチャンバーの下部から
吹き上げる空気を、チャンバー中央とチャンバー内壁面
付近とで均一になるようにし、チョップ繊維と樹脂パウ
ダーとが乱れることなくチャンバー内を均一に上昇する
のが最も好ましい。このような吹き上げとするとプリフ
ォーム成形型が複雑な形状を有していても確実に均一な
厚さのプリフォームを形成することができる。しかしな
がら実際にはそのような均一な吹き上げは難しく、ブロ
ーアップチャンバー内になにがしかの対流が生じる。そ
の対流の仕方によっては、凹凸部を有するプリフォーム
成形型にプリフォーム材料を均一に吸着させることが難
しくなるが、第３図に示すような対流であれば十分に均
一な吸着を行うことができる。

次に、上述した装置を用いて繊維強化プラスチック用
のプリフォームを製造する本発明の方法について、添付
図面を参照して説明する。

まず所望の形状のプリフォーム成形型を準備し、これ
を第１図に示すように装置に装着する。

次に、排風機５および送風機６を作動させ、チョップ
繊維及び樹脂パウダーを所定量混合した材料を投入口23
からブローアップチャンバー３内に投入する。プリフォ
ーム成形型の上方からの吸引及びディフューザ４からの
吹き上げを受けてチョップ繊維及び樹脂パウダーはプリ
フォーム成形型１上に吸着する。

この操作の初期段階で、チョップ繊維の吸着しない部
位あるいは吸着量の少ない部位が生じても、その部位で
の吸引力は大きいので選択的にチョップ繊維を吸着する
ことになり、結果として均一な厚みのプリフォームが形
成される。またプリフォーム成形型１にチョップ繊維及
び樹脂パウダーがある程度吸着されて、排風機５による
吸引力が弱まっても、ディフューザ４から吹き上げる風
によってチョップ繊維及び樹脂パウダーが舞い上がるの
で、十分な量の材料を吸着することができる。

なお排風機５による吸引流量V₁と送風機６による吹き
上げる流量V₂は、V₁≦V₂となるように設定するのが好ま
しく、特にV₁V₂とするのが好ましい。

所定量の吸着が終了したら、排風機５を作動させたま
ま送風機６を止め、プリフォーム成形型１をつけたまま
吸引チャンバー２をブローアップチャンバー３より取り
はずす。そしてプリフォーム成形型１上に形成された未
固化のプリフォーム上からバインダーを吹き付ける。排
風機５を作動させたままバインダーの吹き付けを行なう
ので、プリフォーム層はバインダーで十分に含浸され
る。なおバインダーは用いる樹脂パウダーにより適宜選
択されるが、たとえば樹脂パウダーとしてナイロンパウ
ダーを用いる場合には、アルコール可溶ナイロンのメタ
ノール溶液等を使用することができる。

さらに、排風機５により吸引チャンバー２の減圧を続
けてプリフォーム中の溶剤を除去して、乾燥固化させ、
目的のプリフォームを製造する。

本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳細に説明
する。

実施例１ 樹脂パウダーとして35＃の６−ナイロンパウダーを、
チョップ繊維として、平均の長さ25mm、幅2.5mm及び厚
さ0.1の炭素繊維を用い、炭素繊維の容量化が40％とな
るように両者を混合し、原料とした。

第１図に示す構造の装置に、＃60SUSメッシュからな
るプリフォーム成形型１を装着した。次に排風機５及び
送風機６を作動させ、投入口23より上記原料を投入し
て、プリフォーム成形型上に炭素繊維と６−ナイロンパ
ウダーを吸着させた。なお、用いたディフューザは内側
に２枚の同軸逆円錐状の羽根を有し、それぞれの間隔は
全て80mmであった。このような構造のディフューザを用
いることにより、吹き上げる風は中央部で上昇し、外周
部で降下するように、対流が起こった。

20〜30分間の吸着の後送風機６を止めて、吸引チャン
バー２をプリフォーム成形型１とともにブローアップチ
ャンバー３がら取りばずした。

排風機５を作動させたまま未固化のプリフォーム上
に、アルコール可溶ナイロン（東レ（株）製Ａ−70）の
メタノール20％溶液をさらに５％に希釈したナイロン溶
液を吹き付けた。

さらに排風機５により吸引チャンバー２の減圧を続け
て溶剤を除去し、プリフォームを乾燥固化させた。

得られたプリフォームは全体にわたって均一な厚さを
有していた。また樹脂中の炭素繊維も均一に分散してい
た。

以上、本発明を添付図面を参照して詳細に説明した
が、本発明にはこれに限定されることなく、本発明の思
想を逸脱しない限り種々の変更を施すことができる。例
えば、ディフューザの逆円錐状羽根の数は２枚に限ら
ず、ブローアップチャンバーの容量等を考慮して、ブロ
ーアップチャンバー内の空気が実質的に第３図に示すよ
うに流れるように適宜変更することができる。

［発明の効果］ 本発明の方法によれば、樹脂中にチョップ繊維が均一
に分散するプリフォームを、簡単にしかも短時間に製造
することができる。

またメッシュからなるプリフォーム成形型にチョップ
繊維と樹脂パウダーとからなる原料を吸着する手段とし
て、プリフォーム成形型の一方からブローアップチャン
バー内の原料を吸引するとともに、他方からプリフォー
ム成形型に向かって原料を吹きつけるので、プリフォー
ム成形型にある程度の原料が吸着されて吸引力が落ちて
も、十分な量の原料をプリフォーム成形型上に吸着させ
ることができる。

さらに本発明の装置は、内部に２枚以上の同軸逆円錐
状の羽根を有し、ブローアップチャンバーに向かって拡
開しているディフューザを有する。したがって、ブロー
アップチャンバー内に吹き込む空気はチャンバー内を対
流状に流れる。特に、各羽根間の距離がほぼ等しくなる
ような構造とすることにより、実質的にブローアップチ
ャンバーの中央部において上昇し、外周部において降下
するような対流とすることができるので、プリフォーム
成形型に大きな凹凸部があっても、均一に原料を吸着す
ることができる。

したがって、本発明の方法によれば、自動車の車体に
用いられるような大きくかつ複雑な形状の繊維強化プラ
スチック用プリフォームを、簡単にかつ迅速に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による繊維強化プラスチック
用プリフォームの製造装置を示す概略断面図であり、 第２図は第１図に示す装置に組み込まれるディフューザ
を示す斜視図であり、 第３図はブローアップチャンバー内の空気の流れを示す
模式断面図である。 １……プリフォーム成形型 ２……吸引チャンバー ３……ブローアップチャンハー ４……ディフューザ 41,42……逆円錐状羽根 ５……排風機 ６……送風機

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チョップ繊維と樹脂パウダーとからなる繊
   維強化プラスチック用プリフォームを製造する方法にお
   いて、上部に排風機を下部に送風機を接続したタンクの
   内部に、前記タンクを上下に二分するようにメッシュ状
   のプリフォーム成形型を設置し、前記プリフォーム成形
   型より下のタンク部分に前記チョップ繊維及び前記樹脂
   パウダーを投入し、排風機による吸引と送風機による吹
   き上げにより、前記チョップ繊維及び樹脂パウダーを前
   記プリフォーム成形型に均一に付着させて未固化のプリ
   フォームを形成し、ついで前記プリフォームの表面にバ
   インダーを塗布し、乾燥固化させることを特徴とするプ
   リフォームの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記タン
   クは脱着可能な吸引チャンバーとブローアップチャンバ
   ーとからなり、前記プリフォーム成形型を前記吸引チャ
   ンバーの下面に設置し、前記プリフォーム成形型を前記
   ブローアップチャンバーの上部から挿入して前記両チャ
   ンバーを固定し、前記ブローアップチャンバーの下部に
   設置したディフューザを通して空気を吹き上げ、もって
   前記チョップ繊維及び樹脂パウダーを前記プリフォーム
   成形型に均一に付着させることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】チョップ繊維及び樹脂パウダーからなる繊
   維強化プラスチック用プリフォームの製造装置におい
   て、排風機を有する吸引チャンバーと、前記吸引チャン
   バーの下面に設置されたメッシュ状のプリフォーム成形
   型と、前記吸引チャンバーの下部に固定されたブローア
   ップチャンバーと、前記プローアップチャンバーの下部
   に設けられたディフューザと、前記ディフューザに接続
   する送風機とを有し、前記送風機を作動させて前記ブロ
   ーアップチャンバー内に投入されたチョップ繊維及び樹
   脂パウダーを吹き上げるとともに、前記排風機を作動さ
   せて前記ブローアップチャンバー内の空気を前記プリフ
   ォーム成形型を通して吸引することによって、前記チョ
   ップ繊維及び樹脂パウダーを前記プリフォーム成形型に
   均一に付着させることを特徴とする繊維強化プラスチッ
   ク用プリフォームの製造装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の装置において、前記ディ
   フューザは内部に複数枚の同軸逆円錐状の羽根を有する
   ことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の装置において、前記ディ
   フューザの各羽根の間隔が、中央部から外周部にかけて
   実質的に等しいことを特徴とする装置。