JP2767329B2

JP2767329B2 - 樹脂型の表層を形成するための樹脂型用プリプレグ

Info

Publication number: JP2767329B2
Application number: JP3209120A
Authority: JP
Inventors: 康雄古河; 孝之田中; 禎孝梅元
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JPH0550438A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックの成形、
特に繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰという）の成形に
用いられる樹脂型を作成するための、強化材繊維を使用
した樹脂型の表層を形成するための樹脂型用プリプレグ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹
脂等のプラスチックの成形型として、金属製のいわゆる
金型が多く用いられてきた。この金型は型の寸法精度が
高く耐久性に優れている反面、重量が大きく取扱が困難
であった。そして、この金型を用いて成形した成形物は
その金型と熱膨張率が違うために、そのような成形物の
精度を所定の範囲に仕上げるには高度の技術を必要とし
た。また、この金型は熱容量が大きいため、均一加熱・
冷却が困難であった。

【０００３】最近ではこの金型に代わる成形型として、
ＦＲＰ製の成形型（以下、樹脂型という）が採用される
ようになった。ＦＲＰに用いることのできる強化材繊維
には、ガラス繊維、炭素繊維、金属被覆炭素繊維等があ
り、特に炭素繊維からなる織物を強化材繊維に使用した
樹脂型としては、例えば、特開昭６０−２２２２１０号
公報にて既に提案されている。この公報に記載の樹脂型
は強化材繊維として炭素繊維を用いているため剛性、耐
久性に優れ、また組織が織物であるため母型に対するド
レープ性に優れている。

【０００４】ＦＲＰ製の樹脂型の製造は、通常次のよう
にして行なわれていた。即ち、木型や石膏型等の母型に
離型剤を塗布した後、成形中間素材である、例えば、強
化材繊維からなる基材シートを載せ、樹脂を塗り込みな
がら含浸させ（ハンドレイアップ処理）、若しくはプリ
プレグをレイアップして、各々の操作を何度も繰り返し
て樹脂型のバックアップ層を形成し、さらに、離型クロ
ス或いはブリーダークロスを載せ、オートクレーブ成
形、又は真空バッグ成形等により成形されていた。

【０００５】このようにして製造された樹脂型は、素材
として繊維を含有した樹脂材を使用しているため、繊維
目が樹脂型の表面に出てしまっていた。そのために、こ
の樹脂型を用い、レイアップ等により樹脂成形した場
合、得られた成形物の表面に繊維目が転写してしまい、
成形物の表面が荒れ、表面仕上げ工程を必要としてい
た。このような樹脂型では、高度な表面平滑性が求めら
れる製品の成形には使用できず、表面平滑性が求められ
ない一部の製品用に使用されていた。

【０００６】そのため、従来、高度な表面平滑性が求め
られる製品の成形用の樹脂型には、その樹脂型の表層と
なる部分にゲルコート層が形成されていた。そのゲルコ
ート層を有する樹脂型の製造方法は、例えば、次のよう
にしていた。母型に、ゲルコート用樹脂を塗布等により
形成してゲルコート層部分を形成する。次に、前記の成
形方法と同様にハンドレイアップ処理又はプリプレグの
レイアップ処理による方法で同様に成形し、樹脂型を製
造していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のゲルコ
ート層を有する樹脂型では、そのゲルコート層は１〜２
ｍｍ程度の厚みの有る単独層で、何も補強されていない
層となっており、しかも、その樹脂は、プリプレグの含
浸樹脂と組成が異なり粘度が高く、そのようなゲルコー
ト層を有する樹脂型は、耐久性に乏しかった。そのため
に、ゲルコート層を有する樹脂型を用いて、ＦＲＰ成形
のためのオートクレーブ成形等をある期間行なっている
と、圧力等により、樹脂型の表面のゲルコート層部分に
亀裂、陥没等が生じていた。したがって、そのような欠
陥が生じた場合、その都度、樹脂型の表面補修を行う必
要があった。

【０００８】そこで本発明は、樹脂型表面にゲルコート
層を形成させる必要がなく、しかも、耐久性に優れ、表
面が平滑性に優れた、樹脂型の表層を形成するための樹
脂型用プリプレグを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂型の表層を
形成するための樹脂型用プリプレグを図１によって説明
する。図１は、本発明のプリプレグの一例を示す断面図
である。図１において１は強化材繊維からなるシート状
基材に樹脂を含浸してなる層、２はプリプレグ上部の樹
脂単独層、３はプリプレグ下部の樹脂単独層をそれぞれ
示す。上部の樹脂単独層２は下部の樹脂単独層３に比べ
て厚くなっている。この樹脂型の表層用プリプレグは、
強化材繊維からなるシート状基材に対し、熱硬化性樹脂
含有率を９０〜９８重量％とし、好ましくは９３〜９６
重量％とする。熱硬化性樹脂含有率が９０重量％未満で
あると、プリプレグ表面に繊維の凹凸が表れて、表面平
滑な樹脂型の表層用プリプレグが得られにくい。また９
８重量％を超えるとこの樹脂型の表層用プリプレグを製
造するときに樹脂フローのコントロールが困難となる。
このように、本発明の樹脂型の表層用プリプレグの熱硬
化性樹脂含有率は、９０〜９８重量％とかなり高く、従
来のプリプレグの熱硬化性樹脂含有率と比べて、はるか
に熱硬化性樹脂含有率が高いものである。

【００１０】本発明の樹脂型の表層用プリプレグに用い
るシート状基材としては、不織布、朱子織、平織、一方
向性織物等の各種織物があげられる。不織布はドレープ
性に優れ、樹脂含浸性及び形態保持性が良いことからシ
ート状基材に特に好適に用いることができる。ドレープ
性に欠けるシート状基材を用いると、特に、コーナー部
付近でしわが生じ、そのようなシート状基材を樹脂型の
表層材として用いた場合、成形して得られた樹脂型の表
面は平滑にならない。また、成形された樹脂型の表面を
平滑にするために、シート状基材に含浸する樹脂の繊維
に対する目付量を好ましくは１０〜８０ｇ／ｍ^２、さら
に好ましくは３０〜６０ｇ／ｍ^２とする。

【００１１】不織布には、製造方法によって湿式法によ
る不織布、乾式法による不織布があり、いずれの不織布
も採用することができるが、特に湿式法である抄紙法に
よる不織布は、密度が高く均一な厚みで平滑性に優れ、
取扱性に優れて好適である。乾式法による不織布は、バ
インダーを使用したものが密度が高く、平滑性に優れ好
適である。

【００１２】本発明における強化材繊維とは、炭素繊
維、ガラス繊維、金属被覆炭素繊維、アラミド繊維等が
あげられる。炭素繊維には、ポリアクリルニトリル（Ｐ
ＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等があり、さらに
焼成温度により高強度タイプと高弾性タイプとがあり何
れも使用できる。高強度タイプの炭素繊維よりも、いわ
ゆる黒鉛繊維と称される高弾性タイプの炭素繊維の方が
熱伝導率が高い。したがって、熱伝導率が高い強化材繊
維を使用して製造された樹脂型でＦＲＰ成形を行なう場
合には、加熱するときに均一に加熱されやすく、また成
形サイクルが速くなる利点がある。

【００１３】また、前記金属被覆炭素繊維とは、炭素繊
維芯材の外層に銀、銅、ニッケルなどの金属層を有する
繊維である。この金属被覆炭素繊維における金属層の厚
さは、炭素繊維の太さによっても変わるが、炭素繊維の
直径５〜１０μｍの場合０．１〜１．０μｍ程度であ
る。このような金属被覆炭素繊維は、市場において容易
に入手することができる。金属被覆炭素繊維の熱伝導性
は、金属層の厚さによって、指数関数的に高くなるの
で、目的に応じ必要な熱伝導性を有するものを使用す
る。

【００１４】本発明の樹脂型の表層用プリプレグに使用
可能な熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フェノール樹脂等が用いられる。エポキシ樹脂は、
ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、トリスヒドロキシフェニルメタン・トリグリシジル
エーテル型エポキシ樹脂、テトラグリシジルアミン型エ
ポキシ樹脂等の多官能性エポキシ樹脂並びにこれらの変
性樹脂である。これらの熱硬化性樹脂は単独又は混合し
て用いることができる。特に耐熱性が要求される樹脂型
に用いるプリプレグとしてフェノールノボラック型エポ
キシ樹脂が好適に用いられる。

【００１５】前記熱硬化性樹脂に含むことのできる硬化
剤成分は、アミド系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸
無水物系硬化剤、ハロゲン化ホウ素アミン錯体等であ
る。つぎに、本発明の樹脂型の表層用プリプレグを製造
する方法は、前記したプリプレグ用の樹脂組成物をフィ
ルムとし、このフィルム上に強化材繊維からなるシート
状基材を載せ、前記フィルムをさらに積層し、含浸成形
してプリプレグを得るものである。このようなプリプレ
グは通常知られているホットメルト法、例えば、ホット
ローラー間（約１〜５Ｋｇ／ｃｍ^２、約５０〜８０℃）
を通すことによって作製することができる。これらの圧
力、温度条件は用いる樹脂組成物によって変化する。ま
た、プリプレグの厚みの調整は、ホットローラーに一定
のクリアランスを設けることによって行なうことができ
る。また、基材シート上の樹脂単独層の厚みの調整は、
供給する樹脂シートの厚み又は樹脂シートの積層枚数に
よって調整することができる。

【００１６】本発明の樹脂型の表層用プリプレグを用い
て樹脂型を成形するには、樹脂型のバックアップ層とな
る部分のプリプレグを別に用意しておく。この樹脂型の
バックアップ層用プリブレグは、炭素繊維織物からなる
基材シートに、前記本発明の表層を形成するための樹脂
型用プリプレグに用いた同じ樹脂組成物を含浸してい
る。このように、樹脂型の表層とバックアップ層の樹脂
組成を同じにすることにより、接着性・耐久性に優れた
型を得ることができる。

【００１７】これらのプリプレグを用いて樹脂型を成形
する方法を図３に基づいて説明する。図３は、樹脂型を
成形する際のレイアップの概念を示した断面図である。
図３において、４は、樹脂型を成形するための母型であ
る。この母型４に樹脂型の素材となるべきプリプレグを
レイアップし、即ち、最初に樹脂型の表層を形成するた
めのプリプレグをレイアップし次いで樹脂型のバックア
ップ層を形成するためのプリプレグをレイアップし、プ
リプレグ層５を形成する。次いで、その外層に穴あき離
型フィルム６、ブリーダークロス７、穴あき離型フィル
ム８、ブレーザークロス９、ナイロンフィルム１０の順
序で積層し、ナイロンフィルム１０の外端部はシーラン
ト１１にてシールし、真空バッグを形成する。

【００１８】この真空バッグを、オートクレーブ内に載
置し、真空バッグ成形を行なう。この際のキュアースケ
ジュールは、樹脂によって異なる。先ず、真空下で６０
〜７０℃にて保持したのち、９０〜１００℃にて３〜５
時間保持して樹脂を硬化し、脱型する。次いで、１７０
〜１９０℃まで２〜６時間かけて昇温し、この温度にて
１〜３時間保持しキュアーを完了する。

【００１９】

【実施例１】樹脂型の表層を形成するための樹脂型用プ
リプレグの製造方法は次のようにして行なった。下記の
組成Ａ〜Ｃからなるプリプレグ用樹脂組成物を混合し
た。〔Ａ〕フェノールノボラック型エポキシ樹脂９０重量部〔Ｂ〕テトラグリシジルアミン型エポキシ樹脂１０重量部〔Ｃ〕３弗化硼素アミン系硬化剤６重量部この樹脂組成物を用いてフィルムコーターで、樹脂目付
２５０ｇ／ｍ²の樹脂フィルムを作成した。このフィル
ム上に、繊維目付５０ｇ／ｍ²の炭素繊維からなる不織
布を載せ、６０℃に加熱されたホットローラー間（約３
Ｋｇ／ｃｍ²）を通し、不織布に樹脂を含浸させた。さ
らに、同じ樹脂フィルムを片面に２層積層し、同様にホ
ットローラーで含浸させ、繊維目付５０ｇ／ｍ²、樹脂
含有率９４重量％のプリプレグａを得た。

【００２０】このプリプレグａの断面を顕微鏡での観察
の結果、不織布の両面に樹脂単独の層を有し、一方の樹
脂層の厚さは、他方の樹脂層の厚さに比較し３倍以上の
厚さを有していた。このようにして、本発明の樹脂型の
表層を形成するための樹脂型用プリプレグを得た。つぎ
に、同じ樹脂組成物を３５重量％含浸した炭素繊維平織
物プリプレグ（繊維目付２００ｇ／ｍ²）ｂを樹脂型の
バックアップ層として別に用意した。

【００２１】前記プリプレグａを厚い方の樹脂単独層が
表層となるように母型上に１枚積層し、その上に前記プ
リプレグｂを３０枚積層してオートクレーブ成形した。
成形条件は、６０℃にて１．５時間保持後、９８℃にて
４時間保持した後、母型から外した。次いで、加熱炉中
で、６５℃、９５℃、及び１３５℃に順次昇温しつつ各
温度で各々１時間保持した後、１８０℃に昇温して、２
時間保持して樹脂の硬化を完了し、図２に示すような厚
み５．７ｍｍのチャンネル型の成形型を作成した。この
成形型は繊維目が表に出ておらず、平滑な表面を有して
いた。

【００２２】このようにして得られた成形型を用いて、
１３５℃硬化タイプのプリプレグを成形型にレイアップ
し、オートクレーブにて８０℃で３０分保持した後、昇
温速度３℃／分にて１３５℃まで昇温し、９０分、４Ｋ
ｇ／ｃｍ²の圧力下でプラスチックの成形を１００回繰
り返し行なった後、型の表面を観察した。また、比較の
ため、プリプレグｂのみを３０枚積層した以外は、本実
施例１と同様にしてチャンネル型の成形型を作製した。
この成形型は、繊維目が表に出ている箇所があり、この
まま使用すると成形物の表面を荒らしてしまうおそれが
あった。一方、母型にゲルコート層を形成させた後、プ
リプレグｂを３０枚積層した以外は本実施例１と同様に
してゲルコート付きの成形型を作製した。この成形型は
平滑な表面を有していた。これらのゲルコートなしとゲ
ルコート付きの２つの成形型を用いて、それぞれ本実施
例１と同様にしてプラスチックの成形を行った後、表面
の観察を行った。以上各々の結果を次の表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１によれば、本発明の樹脂型の表層を形
成するための樹脂型用プリプレグを用いて製造された樹
脂型では、１００回のプラスチック成形を行なっても、
成形された成形品の樹脂表面は滑らかであるのに対し
て、比較例１のゲルコートなしの樹脂型では、成形され
た全ての成形品の樹脂表面に多少繊維目が出でいた。ま
た、比較例２のゲルコートを有する樹脂型では、成形を
重ねる毎にゲルコート層に亀裂、陥没等が発生し、その
樹脂型を用いて成形した成形品の表面に傷や荒れが発生
していた。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【発明の効果】本発明の樹脂型の表層を形成するための
樹脂型用プリプレグは、熱硬化性樹脂含有率が９０〜９
８重量％と高いためプリプレグ表面に繊維目が出る恐れ
がなく、樹脂型の表層を形成するために好適に使用する
ことができる。従来、表面が平滑な樹脂型にはゲルコー
ト層が設けられており、そのゲルコート層は樹脂単独で
厚みも１〜２ｍｍと厚く耐久性に乏しかったが、本発明
の樹脂型の表層を形成するための樹脂型用プリプレグ
は、樹脂単独層からなる表層が非常に薄く、そのために
通常のプリプレグの中間層と同等の耐久性を有してい
る。

【００２８】そして、本発明のプリプレグを樹脂型の表
層材として用いた樹脂型は表面平滑性・耐久性に優れた
ものとなる。また、本発明の樹脂型の表層を形成するた
めの樹脂型用プリプレグは、樹脂型の表層部分を別体と
し、非常に薄い表層材としたものであるが、それ自体で
形態保持性があり、その取扱性に優れている。

【００２９】さらに、本発明の樹脂型の表層を形成する
ための樹脂型用プリプレグには、強化材繊維からなるシ
ート状基材として金属被覆炭素繊維を含んだ不織布を用
いたので、そのプリプレグから製造された樹脂型は熱伝
導性の良いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂型の表層用プリプレグの一例を示
す断面図である。

【図２】本発明の樹脂型の表層用プリプレグを用いて成
形した樹脂型の一例を示す斜視図である。

【図３】樹脂型を成形する際のレイアップの概念を示し
た断面図である。

【符号の説明】

１強化材繊維からなるシート状基材に樹脂を含浸し
てなる層２プリプレグ上部の単独樹脂層３プリプレグ下部の単独樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２９Ｋ 105:08 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 33/38,67/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】強化材繊維からなるシート状基材に熱硬
化性樹脂を含浸してなる層の両側に熱硬化性樹脂の単独
層を有し、しかも一側の熱硬化性樹脂の単独層が他側の
熱硬化性樹脂の単独層よりも厚い積層構造であり、全体
の熱硬化性樹脂含有率が９０〜９８重量％であることを
特徴とする樹脂型の表層を形成するための樹脂型用プリ
プレグ。
【請求項２】前記シート状基材が金属被覆炭素繊維を
含んだ不織布である請求項１記載の樹脂型の表層を形成
するための樹脂型用プリプレグ。