JP3370153B2

JP3370153B2 - 繊維強化樹脂製品の製造方法および該製造方法に用いる製造用金型

Info

Publication number: JP3370153B2
Application number: JP28916393A
Authority: JP
Inventors: 賢甲野
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 2003-01-27
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH07137148A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂製品の製造
方法および該方法に用いる成形用の金型に関し、特に、
強化繊維をキャビティ内に配置した後に未反応のＲＩＭ
ナイロン樹脂をキャビティ内に射出して、強化繊維に含
浸させつつ反応を生じさせる反応射出成形法により、繊
維含有率が高く複雑な形状の成形品を製造するために好
適に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の繊維強化樹脂製品を反応
射出成形法により製造する方法として、本出願人は、図
３に示すように、製品面を形成する金型１の型面２の少
なくとも一部に可撓性シート３を用い、金型型面により
囲まれるキャビティ４内に強化繊維５を配置した後、上
記可撓性シート３をかぶせて金型１に固定し、可撓性シ
ート３と金型型面２により囲繞されるキャビティを形成
し、可撓性シート３に対して外部より圧力空気を注入口
６より加えて、可撓性シート３を介してキャビティ４の
内部に配置している強化繊維５を加圧し、未反応原料液
をキャビティ内に射出口７より射出して強化繊維中に原
料液を含浸させつつ反応を生じさせる方法を提供してい
る。(特開平３−２７２８２０号、特願平３ー２７２８
９２号)

【０００３】上記可撓性シート３としては、ナイロン、
セロファン、ゴム、ポリエステル、ポリエーテルケトン
等の可撓性を有するものが用いられており、離型性、重
合性、耐熱性、強度等を考慮して、シリコンゴムが最も
好適に用いられている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】上記した可撓性シート
を用いた製造方法では、余剰となる樹脂の排出が不十分
で成形品の肉厚、重量のばらつきが非常に大きい問題が
あった。即ち、マトリクス樹脂として反応射出成形する
ＲＩＭナイロンやシクロペンタジエンを使用した場合、
その未反応原料液の反応時間が速く、キャビティ内の強
化繊維の量に対して樹脂量が多いままに、即ち、余剰樹
脂が十分に排出されないままに、成形が完了した。その
場合、図４に示すように、型面側に部分的に樹脂のみの
部分Ｚが生じた状態で成形が完了し、重量や肉厚の不安
定となる欠点があった。特に、重合時間が短い樹脂を用
いた場合に顕著となっている。

【０００５】上記問題の解決方法として、可撓性シート
を予め製品形状の内面の形状と対応させた形状にプリフ
ォームしておき、可撓性シートと金型型面との間の隙間
を小さくし、膨張させた可撓性シートによりキャビティ
内部の加圧を迅速に図り、よって、樹脂を射出口より強
化繊維に浸透させながら排出口へとスムーズに流し、余
剰樹脂を十分に排出することが好ましい。

【０００６】上記のように、プリフォームされる可撓性
シート３’は、例えば、図５に示すヘルメットを製造す
る場合には、図６に示す形状にプリフォームしておく必
要がある。該可撓性シート３’は、中央部に略半球状の
突出部３ａ’を有すると共に、その開口端３ｂ’より外
方へシート状態に延在させた金型固定部３ｃ’とを有す
る。

【０００７】上記プリフォームされた可撓性シート３’
をシリコンゴムで形成する場合、図７に示すように、シ
ート状のシリコンゴムを分割し、この分割したシリコン
ゴムシート３ｂ”を、模型５の外周面に、シート３ｂ”
の端部を重ねて貼り合わせ、この状態で加硫して、図５
に示すプリフォームされた可撓性シート３’を成形して
いる。

【０００８】しかしながら、上記のように、球形面への
シートの貼り合わせは、非常に手数がかかり、プリフォ
ームされた可撓性シート３’を成形するまでに２時間以
上の長時間を要する問題がある。また、上記シートを貼
り合わせた部分の肉厚が大となって、プリフォームされ
た可撓性シートの伸びが不均一なる欠点がある。この伸
びが不均一な可撓性シートを用いて成形すると、成形品
に樹脂リッチの部分と樹脂リーンの部分が存在して、強
化繊維に樹脂が均一に含浸された均質な成形品を得るこ
とが出来ない欠点がある。

【０００９】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
もので、容易にプリフォームされると共に肉厚が一定で
伸びが均一となる可撓性シートを備えた金型を提供する
と共に、該可撓性シートを備えた金型による繊維強化樹
脂製品の製造方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、反応射出成形用ナイロン樹脂をマトリク
スとする繊維強化樹脂製品の製造方法として、金型のキ
ャビティ内に型面に沿って強化繊維を配置し、ついで、
製品の内面形状に対応した形状にプリフォームされ、少
なくともキャビティ型面となる表層がアクリルラテック
スからなる可撓性シートを、金型のキャビティの一部を
構成するように金型を取り付け、未反応の反応射出成形
用ナイロン樹脂（ＲＩＭナイロン樹脂）をキャビティ内
に射出し、その後、可撓性シートを外部より加圧して、
該可撓性シートを介してキャビティ内のＲＩＭナイロン
樹脂を加圧し、ＲＩＭナイロン樹脂を強化繊維に浸透さ
せて反応を発生させて成形する繊維強化樹脂製品の製造
方法を提供するものである。

【００１１】上記可撓性シートを介してキャビティ内部
に付加する圧力媒体としては、圧縮空気等の気体あるい
は液体等の等方的な圧力媒体を用いている。また、可撓
性シートを介して付加する圧力は、ＲＩＭナイロン樹脂
の射出前および射出時に付加する一次圧力と、ＲＩＭナ
イロン樹脂の射出後でＲＩＭナイロン樹脂の固化完了前
まで付加する二次圧力との２段階に分け、二次圧力を一
次圧力およびＲＩＭナイロン樹脂の射出圧力より大きく
設定することが好ましい。特に、上記一次圧力をＰ１、
二次圧力をＰ２、ＲＩＭナイロン樹脂の射出圧力をＱと
すると、下記の３式を全て充足するように設定すること
が好ましい。Ｐ１≦Ｑ、１.２×Ｐ１＜Ｐ２、Ｑ＜
Ｐ２また、樹脂浸透性を考慮して、強化繊維を配置したキャ
ビティ内を減圧することも有効である。

【００１２】本発明は、また、金型のキャビティ内に予
め強化繊維を配置した後に、該キャビティ内にＲＩＭナ
イロン樹脂を射出し、強化繊維に含浸させつつ反応を生
じさせて繊維強化樹脂成形品の製造をするための金型と
して、上記キャビティを金型の型面と該型面内に強化繊
維を配置した後に金型に固定する可撓性シートにより囲
繞して形成し、該可撓性シートを製品の内面形状に対応
した形状にプリフォームしておくと共に少なくともキャ
ビティ型面となる表層をアクリルラテックスで形成し、
かつ、上記可撓性シートを外部より加圧する手段を設け
ていることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造用金
型を提供するものである。

【００１３】上記プリフォームした可撓性シートは、ア
クリルラテックスの溶融液にプリフォームの模型を浸漬
し、溶融液から引き上げて自然乾燥し、硬化して成形し
ている。可撓性シートとして、上記のように、アクリル
ラテックスを用いているのは、耐熱性に優れると共に、
ＲＩＭナイロン樹脂の重合反応を阻害しないためであ
る。よって、必ずしも可撓性シート全体をアクリルラテ
ックスで成形する必要はなく、耐熱性は優れているがＲ
ＩＭナイロン樹脂の重合反応を阻害する他のラテックス
の表面、即ち、ＲＩＭナイロン樹脂と接するキャビティ
型面となる表面にアクリルラテックスを被膜したもので
あれば良い。その場合は、例えば、天然ゴムラテックス
の溶融液に浸漬し、引き上げて自然乾燥した後、アクリ
ルラテックスの溶融液に浸漬し、引き上げて自然乾燥し
ている。

【００１４】本発明において、キャビティ内に予め配置
しておく強化繊維は、形態および種類を問わず、連続繊
維、長繊維あるいは短繊維の形態のカーボン繊維、ガラ
ス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、スチール繊
維、アモルファス金属繊維、有機繊維及び／又はそれら
の混合物が好適に用いられる。

【００１５】また、本発明に用いられるＲＩＭナイロン
樹脂は、金型内に重合触媒と重合開始剤とを含む溶融し
たラクタム類を注入し、これを加熱によりポリアミド重
合とするモノマーキャスティング法により成形される。

【００１６】上記モノマーであるω−ラクムタ類として
は、α−ピロリドン、α−ピペリドン、ω−エナントラ
クタム、ω−カプロラクタム、ω−カプリロラクタム、
ω−ペラルゴノラクタム、ω−デカノラクタム、ω−ウ
ンデカノラクタム、ω−ラウロラクタム、あるいはこれ
らのｃ−アルキル置換−ω−ラクムタ、並びにこれらの
二種以上のω−ラクムタの混合物があげられる。また、
ω−ラクムタは必要に応じて改良成分(ソフト成分)を含
むことが出来る。該ソフト成分は分子中に使用する開始
剤と反応する官能基を有し、しかも、Ｔｇの低い化合物
で、通常の官能基を有するポリエーテルや液状ポリブタ
ジエンなどが使用される。

【００１７】上記ω−ラクムタ類として使用される市販
の原料としては、宇部興産(株)のＵＢＥナイロン(ＵＸ
−２１)等がある。これはアルカリ触媒とカプロラクタ
ムからなるＡ成分と、ソフト成分を含むプレポリマーと
カプロラクタムからなるＢ成分とから構成されている。

【００１８】上記重合触媒としては、水素化ナトリウム
が好ましいが、その他のナトリウム、カリウム、水素化
チリウム等の公知のω−ラクムタの重合触媒を使用する
ことが出来る。その添加量はω−ラクムタに対して０.
１〜０.５モル％の範囲が好ましい。

【００１９】また、重合開始剤(活性剤)としては、Ｎ−
アセチル−ω−カプロラクタムが用いられるが、その他
のトリアリルイソシアヌレート、Ｎ−置換エチレンイミ
ン誘導体、１.１'−カルボニルビスアジリジン、オキサ
ゾリン誘導体、２−(Ｎ−フェニルベンズイミドイル)ア
セトアニリド、２−(Ｎ−フェニルベンズイミドイル)ア
セトアニリド、２−Ｎ−モリホリノ−シクロヘキセン−
１.３−ジカルボキサニリド等や公知のイソシアネー
ト、カルボジイミド等の化合物を用いることが出来る。
上記重合開始剤の添加量はω−ラクタムの量に対して
０.０５〜１.０モル％の範囲内にあることが好ましい。

【００２０】

【作用】上記した本発明に係る製造方法によれば、ＲＩ
Ｍナイロン樹脂の反応を阻害しないアクリルラテックス
を少なくとも表面に有する可撓性シートを用いて成形し
ているため、該可撓性シートと接する側で固化したナイ
ロンは品質が安定し、製造された製品の性能を向上させ
ることが出来る。また、該可撓性シートを予め製品形状
に対応した形状にプリフォームしているため、加圧によ
り膨張させた時に、迅速にキャビティ内を所要の圧力に
高めることができ、キャビティ内に射出したＲＩＭナイ
ロン樹脂を強化繊維に浸透させながらスムーズに排出口
側へと流すことが出来る。よって、余剰の樹脂を固化す
る前に十分に排出でき、所要の肉厚と重量を備えた成形
品を製造することが出来る。

【００２１】また、上記可撓性シートはアクリルラテッ
クスに模型を浸漬した後、引き上げて、自然乾燥するだ
けで成形されるため、従来のシリコンゴムシートを模型
に貼り合わせて形成する場合と比較して短時間に簡単に
設けることが出来る。しかも、成形させた可撓性シート
の肉厚は一定で、加圧して膨張させた時に伸びが一定と
なり、伸びが不均一になった場合に発生する樹脂リッチ
の部分と樹脂リーンの部分が生じる欠点を解消出来る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明に係る金型を示し、該金型１０は、
下型１１に上面開口で半球形状に凹設された型面１２を
形成している。該下型１１の上面には、型面１２内に繊
維強化材１３を配置した後、可撓性シート１４をかぶ
せ、該可撓性シート１４の周縁部を下型１１の上面に載
置し、押え板１６をかぶせて締結具(図示せず)で固定す
るようにしている。即ち、可撓性シート１４により通常
の金型上型を構成するようにし、可撓性シート１４と下
型型面１２とによりキャビティ１５を形成している。

【００２３】上記金型下型１１には、型面１２の最下端
位置に開口する未反応原料液の注入口２０を設ける一
方、上面に樹脂溜まり部１８と、該樹脂溜まり部１８に
連通した排出口１９を設けている。また、上記押え板１
６には圧縮空気注入口１６ａを設け、該圧縮空気注入口
１６ａに圧縮空気供給パイプ１７を接続して、可撓性シ
ート１４を圧縮空気で加圧出来るようにしている。

【００２４】上記可撓性シート１４は、前記図６と同一
形状で、下型上面に載置する周縁のシート状の金型固定
部１４ａと、下型１１の半球状の凹部に挿入される中央
部のプリフォーム部１４ｂとを備えている。本実施例で
は、ヘルメットを成形するものであるため、下型１１の
型面１２は半球形状となっており、その内部に挿入配置
するプリフォーム部１４ｂは型面１２と所要間隔Ｌをあ
けて沿う半球形状の突出部となっている。

【００２５】上記可撓性シート１４は、図２に示すよう
に、アクリルラテックスの溶液槽２０に、図７に示す模
型５を浸漬する。ついで、溶液槽３０より引き上げて、
模型の表面に所要厚さで被膜されたアクリルラテックス
を自然乾燥で硬化させ、ゴム膜を成形する。該ゴム膜が
可撓性シート１４となる。このように、浸漬方法を用い
ることにより所要の複雑な形状のプリフォーム部１４ｂ
を非常に簡単に形成することができる。また、可撓性シ
ートの肉厚を均一として、伸び率を一定とすることがで
きる。尚、上記浸漬方法による場合、プリフォームした
可撓性シート１４の成形に要した時間は３０分で、前記
したシリコンゴムのシートを貼り合わせる場合の略１／
４時間であった。

【００２６】上記した金型を用いて、半球殻形状の成形
品(ヘルメット)を以下の如く成形した。下型の型面１２
の円弧面に沿って、ガラス繊維クロス（日東紡製ＷＥＡ
１８Ｋ１０５ＢＺ）を配置した。

【００２７】ついで、厚さ１.３mmのアクリルラテック
ス製品の可撓性シート１４を押え板１６と共に金型下型
１１の上面に固定した。上記可撓性シート１４を圧縮空
気注入口１６ａより注入する圧縮空気で２kg/cm²で加圧
し、可撓性シート１４のプリフォーム部１４ｂを押圧し
て、型面１２に沿って配置した繊維強化材１３に押し付
けた。即ち、図１に示すように、金型型面１２と可撓性
シート１４とにより繊維強化材１３を充填した半球殻形
状キャビティ１５を形成する。金型を１５０℃に昇温す
ると共に、排出口１９あるいは注入口２０を減圧源(図
示せず)に連通して上記キャビティ１５内に５mmHgに減
圧した。

【００２８】ついで、ＲＩＭナイロン(宇部興産製ＵＸ
−２１)のモノマーを９０℃に溶融し、混合撹拌して、
注入口２０より射出した。所定量のＲＩＭナイロンを射
出した後、可撓性シート１４に二次圧力をかけて加圧
し、余剰樹脂を樹脂溜め１８に溜た後、排出口１９より
排出した。

【００２９】噴射後、２分以内で重合が終了し、可撓性
シート１４を取り除いて離型し、ヘルメットからなる成
形品を取り出した。該ヘルメットの重量は７１０gであ
った。

【００３０】上記ヘルメットからなる成形品を切断して
分析したところ、過剰樹脂部分の存在は認められず、厚
みは均一なものとなっていた。

【００３１】本発明のアクリルラテックスからなる可撓
性シートと他のゴムラテックスからなる可撓性シートと
を比較する実験を行った。即ち、天然ゴムラテックス、
ＳＢＲラテックス、ＮＢＲラテックス、クロロプレンゴ
ムラテックス、ウレタンゴムラテックスにより夫々可撓
性シートを形成し、本発明のアクリルラテックス製の可
撓性シートと同様に図１に示す金型に取り付け、前記実
施例と同様にＲＩＭナイロンをマトリクスとする繊維強
化樹脂製のヘルメットを成形した。

【００３２】耐熱性およびＲＩＭナイロン樹脂の重合性
に対する影響の点で成形品を測定した。耐熱性の点で
は、天然ゴムラテックス、ＳＢＲラテックス、ＮＢＲラ
テックスは成形後は元の形状をとどめていなかった。ク
ロロプレンゴムラテックスおよびウレタンゴムラテック
スは繰り返し使用すると５回目から老化して使用できな
くなった。繰り返し使用しても元の形状を保持して使用
できるのはアクリルラテックス製の可撓性シートのみで
あった。即ち、アクリルラテックスの耐熱温度は２００
℃であるが、クロロプレンゴムラテックスおよびウレタ
ンゴムラテックスは１８０℃、天然ゴムラテックス、Ｓ
ＢＲラテックスおよびＮＢＲラテックスは１００℃であ
るため、上記の結果となった。

【００３３】ＲＩＭナイロン樹脂の重合性に対しては、
天然ゴムラテックスおよびウレタンゴムラテックス製の
可撓性シートを用いた場合、ＲＩＭナイロンが全く重合
せず固化しなかった。ＮＢＲラテックスおよびクロロプ
レンゴムラテックスの可撓性シートを用いた場合、ＲＩ
Ｍナイロンは固化するが、可撓性シートと接する表面付
近のＲＩＭナイロン樹脂を削り取ってみたろころ、ピン
セットで容易に崩れる程度であり、重合性が悪かった。
ＲＩＭナイロンが重合して確実に固化したのはアクリル
ラテックスおよびＳＢＲラテックスのみであった。

【００３４】上記結果をまとめると、下記の表の如くと
なる。尚、表中、Ａは良い結果、Ｃは悪い結果、Ｂはそ
の中間の評価を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】上記した結果から、ＲＩＭナイロンをマト
リクス樹脂とする場合には、可撓性シートはアクリルラ
テックスから成形するか、あるいは、少なくともＲＩＭ
ナイロンと接触する表層をアクリルラテックスとする必
要があることが、確認できた。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係わるＲＩＭナイロン樹脂をマトリクスとする繊維強
化樹脂製品の製造方法によれば、金型でキャビテイを構
成する上型として使用する可撓性シートをプリフォーム
しているため、加圧して膨張させた時に迅速にキャビテ
イ内部を所要の圧力まで高めることができ、余剰の樹脂
をスムーズに排出口へと流すことができる。よって、余
剰樹脂が溜まった肉厚部分が発生せず、設計通りの製品
を製造できる。

【００３８】しかも、可撓性シートを浸漬方法で成形し
ているため、極めて容易に成形できると共に、該可撓性
シートの肉厚を均一とできる。そのため、可撓性シート
を膨張させた時に伸びが均一となり、キャビテイ内部に
均一に加圧して樹脂の浸透性を良好とし、樹脂リッチの
部分と樹脂リーンの部分が生じない均一な製品を製造す
ることができる。

【００３９】また、可撓性シートをアクリルラテックス
で形成すると、あるいは少なくともキャビテイ型面側の
表層をアクリルラテックスで被膜しておくと、マトリク
ス樹脂として用いるＲＩＭナイロンの重合を阻害しない
と共に、耐熱性を有するため、長期使用が可能となる利
点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金型の実施例を示す断面図であ
る。

【図２】上記金型で用いる可撓性シートの成形方法を
示す概略図である。

【図３】従来使用されている金型の断面図である。

【図４】上記金型で成形された製品の欠点を示す断面
図である。

【図５】上記金型で成形するヘルメットの斜視図であ
る。

【図６】上記金型で用いている可撓性シートの概略斜
視図である。

【図７】上記可撓性シートを成形する製作方法を示す
図面である。

【符号の説明】

１０金型１１下型１２型面１３繊維強化材１４可撓性シート１５キャビティ２０注入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ２９Ｃ 45/26 Ｂ２９Ｃ 45/26 70/06 Ｂ２９Ｋ 77:00 // Ｂ２９Ｋ 77:00 105:08 105:08 Ｂ２９Ｃ 67/14 ＧＬ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 70/00 - 70/88 B29C 33/00 - 33/76 B29C 45/00 - 45/84 B29C 39/00 - 39/44 B29C 43/00 - 43/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反応射出成形用ナイロン樹脂をマトリク
スとする繊維強化樹脂製品の製造方法であって、金型のキャビティ内に型面に沿って強化繊維を配置し、ついで、製品の内面形状に対応した形状にプリフォーム
され、少なくともキャビティ型面となる表層がアクリル
ラテックスからなる可撓性シートを、金型のキャビティ
の一部を構成するように金型を取り付け、未反応の反応射出成形用ナイロン樹脂（ＲＩＭナイロン
樹脂）をキャビティ内に射出し、その後、可撓性シートを外部より加圧して、該可撓性シ
ートを介してキャビティ内のＲＩＭナイロン樹脂を加圧
し、ＲＩＭナイロン樹脂を強化繊維に浸透させて反応を
発生させて成形する繊維強化樹脂製品の製造方法。
【請求項２】金型のキャビティ内に予め強化繊維を配
置した後に、該キャビティ内に未反応のＲＩＭナイロン
樹脂を射出し、強化繊維に含浸させつつ反応を生じさせ
て繊維強化樹脂成形品の製造をするための金型におい
て、上記キャビティを金型の型面と該型面内に強化繊維を配
置した後に金型に固定する可撓性シートにより囲繞して
形成し、該可撓性シートを製品の内面形状に対応した形
状にプリフォームしておくと共に少なくともキャビティ
型面となる表層をアクリルラテックスで形成し、かつ、上記可撓性シートを外部より加圧する手段を設けている
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造用金型。