JP3370362B2 - 複合材の成形方法 - Google Patents
複合材の成形方法Info
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プリプレグを用い
て、主に角パイプや中空パネルや中空ブロック等の閉断
面形状の複合材成形品を成形する複合材の成形方法に関
する。 【０００２】 【従来の技術】近年、軽量化並びに高強度化などの要請
で、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹
脂をマトリックスとしカーボン繊維やアラミド繊維或い
はガラス繊維等の強化材を加えたプリプレグの開発がめ
ざましく、これらプリプレグを用いた各種製品のニーズ
が非常に高まって来ている。 【０００３】これに加えて、最近では、ナイロンやポリ
エーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹
脂をマトリックスとした複合材製品のニーズも高まって
来ている。 【０００４】特に、この種のプリプレグは軽量で高強度
の構造体製品を製作できる優れた特性を持つ素材である
から、航空宇宙分野等の極限的条件で用いられる各種部
材及び配管材料としては複合材が大きな力を発揮すると
考えられる。なかでも、構造力学的観点からは、複合材
をパイプや中空体等の薄肉閉断面形状に成形すること
が、軽量で且つ高強度の製品を得る上で重要である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各種閉
断面形状の複合材は成形技術的に難しいという欠点があ
り、単なる直円筒等の単純形状のものであればフィラメ
ントワインデイング等の方法で製作できるが、それ以外
の複雑な閉断面形状のパイプや中空体などの場合は、本
体部と蓋の如き部分とを独立して成形した後に互いに接
着するなどの面倒な方法が取られている。従って、複合
材の製作が面倒でコスト高を招くと共に、形状的に多く
の制約が生じるなどの問題があった。 【０００６】また、あらかじめ曲がった型治具を作り、
これにプリプレグや樹脂を含浸させたフィラメントを巻
き付けて、その後に加熱、加圧、硬化させて複合材を成
形することができるが、この成形方法では、あらかじめ
曲がった型治具にプリプレグ等を巻き付ける作業が非常
に面倒であった。 【０００７】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、プリプレグを用いて複雑な閉断面形状
の製品を簡単に製作することができて、軽量で高強度の
優れた複合材を安価に得られる複合材の成形方法を提供
することにある。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【課題を解決するための手段と作用】第１の発明の複合
材の成形方法は、前記目的を達成するために、所要形状
をした金属製治具に、補強繊維からなるシートに熱可塑
性樹脂をマトリックスとして成形したプリプレグを複数
枚重ね合わせプリプレグ積層体を構成する。そして、こ
のプリプレグ積層体を加熱、加圧した後、硬化させて複
合材成形品を成形する。この複合材成形品の所望箇所を
再度加熱し軟化させて必要な曲げ加工を行い、冷却し硬
化させて複合材成形品を所望の形状に成形して、上記金
属製治具を溶剤で溶解して除去したことを特徴とする。 【００１１】このように、プリプレグ積層体を基本的な
形状に硬化させ、複合材成形品を成形した後に、再度複
合材成形品を加熱し軟化させて所望の形状に成形し、こ
の複合材成形品を冷却し硬化させて、金属製治具を溶剤
で溶解して除去するので、前述した方法と同様の作用が
得られると共に、基本的形状の複合材成形品をあらかじ
め量産しておき、この状態から所望の箇所のみ加熱し軟
化させて所望の形状に変形できるので、製作が簡単で素
早く加工することができ、複合材成形品の製造コストを
低減することができる。 【００１２】 【実施例】以下、この発明の複合材の成形方法の第１の
実施例を図１により説明する。なお、この実施例におけ
る複合材としては、例えば軽量化・高強度化並びに耐油
性などが強く要求される高性能自動車やバイク或いは航
空機類の構造部材などに利用される角パイプを対象とし
ている。 【００１３】図１（ａ）に示すように、所望の矩形断面
の角パイプより一回り小径な角パイプ形状をした使い捨
て金属製治具１１をオス型として用いる。この金属製治
具１１の外周に、シートとしてのカーボン繊維、アラミ
ド繊維、ガラス繊維等の補強繊維からなる基布に熱可塑
性樹脂をマトリックスとし成形したプリプレグを複数枚
重ね合わせプリプレグ積層体１０を構成する。そして、
このプリプレグ積層体１０を加熱、加圧した後、冷却し
て硬化させて、上記金属製治具１１を溶剤で溶解して除
去することにより複合材成形品１２を得る。この角パイ
プはトリミングや塗装等の仕上げを行って完成品とす
る。 【００１４】上記熱可塑性樹脂にはナイロン（軟化温度
約 220℃）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）
（軟化温度 316℃）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）（軟化温度 380℃）等が用いられる。 【００１５】なお、前記使い捨て金属製治具１１として
は、例えばアルミ合金（または純アルミ）を用いる。こ
の場合、直径50mm程度までなら肉厚１mmで十分な型強度
が得られる。このアルミ合金製治具１１を複合材成形品
１２の成形後に溶解する溶剤としては、水酸化ナトリウ
ムなどのアルカリ性水溶液を用いる。なお、前述したナ
イロン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエ
ーテルケトン等の熱可塑性樹脂は、耐アルカリ性に優れ
ているので問題はない。 【００１６】また、使い捨て金属製治具１１として、例
えば鉄や炭素鋼を用いることも可である。この場合、直
径50mm程度までなら肉厚 0.3mm以上であれば十分な型強
度が得られる。この鉄製治具１１を複合材成形品１２の
成形後に溶解する溶剤としては、塩酸などの水溶液を用
いる。 【００１７】このような金属製治具１１を用いた場合で
も、これを複合材成形品１２の成形後に溶剤で溶解して
除去するので、前記同様に複合材成形品１２のみからな
る軽量・高強度並びに耐油性に優れた閉断面形状の角パ
イプが簡単且つ確実にしかも安く製作できるようにな
る。この発明の第２の実施例を図２に基づいて説明す
る。 【００１８】図２に示すように、真っ直ぐなロッド状の
金属製治具２１に、カーボン繊維等の補強繊維からなる
基布に熱可塑性樹脂をマトリックスとして成形したプリ
プレグを複数枚重ね合わせ管形状のプリプレグ積層体２
０を構成する。このプリプレグ積層体２０を加熱し、加
圧した後、冷却して硬化させて上記金属製治具２１と一
体の複合材成形品２２を成形する。 【００１９】そして、この複合材成形品２２の曲げたい
部分のみを再度加熱する。この加熱手段には、複合材成
形品２２の外周に等間隔に電熱線を設け、複合材成形品
２２を均一に加熱する。 【００２０】他の加熱手段としては誘導加熱がある。こ
の誘導加熱は、導電性を有した基布や、ガラス繊維の表
面に金属被膜を形成した基布を備えた複合材成形品２２
に用いられる。 【００２１】つまり、複合材成形品２２の所望の箇所
に、複合材成形品２２の周囲から高周波を当て、誘導電
流を生じさせて、複合材成形品２２を均一に加熱するこ
とができる。 【００２２】また、金属製治具２１にプリプレグを複数
枚重ね合わせて構成された管形状のプリプレグ積層体２
０に高周波を当てると、複合材成形品２２の金属製治具
２１が発熱して、この金属製治具２１から複合材成形品
２２に均一に熱伝導し、加熱されて、複合材成形品２２
の熱可塑性樹脂を軟化させる。そして、所望の形状に加
工したのち、複合材成形品２２を冷却し硬化させて、金
属製治具２１をＮａＯＨ水溶液で溶かす。 【００２３】このように、まず、直っすぐな管体のよう
に基本的な形状に複合材成形品２２を金属製治具２１と
一体成形し、この複合材成形品２２の加工したい所望の
箇所のみを加熱し軟化させて金属製治具２１と共に複合
材成形品２２を曲げ加工する。この曲げ加工した状態
で、複合材成形品２２の加工部分を冷却することによ
り、複合材成形品２２が硬化してエルボ等の所望の形状
に固定し、上記金属製治具２１を溶剤で溶解して除去す
ることにより複合材を得る。 【００２４】なお、本実施例では断面が四角い断面の管
でもよく、金属メッキした炭素繊維を用いて四角い断面
の管を連続して製造すれば導波管などが簡単に製造でき
るようになる。 【００２５】また、前述した第１及び第２の実施例にお
いて補強繊維からなるシートとして基布を用いて、この
基布に熱可塑性樹脂をマトリックスとしてプリプレグを
形成したが、補強繊維を引きそろえたテープに熱可塑性
樹脂をマトリックスとしてプリプレグを形成してもよ
い。 【００２６】 【発明の効果】前述したこの発明の複合材の成形方法に
よれば、複合材成形品の加工上の自由度を大幅に改善で
き、複雑な閉断面形状の製品でもプリプレグを用いて簡
単且つ確実に製作することができ、また、基本的形状の
複合材成形品をあらかじめ量産しておき、この状態から
所望の箇所のみ加熱し軟化させて所望の形状に変形でき
るので、製作が簡単で素早く加工することができ、複合
材成形品の製造コストを低減することができるという効
果がある。
て、主に角パイプや中空パネルや中空ブロック等の閉断
面形状の複合材成形品を成形する複合材の成形方法に関
する。 【０００２】 【従来の技術】近年、軽量化並びに高強度化などの要請
で、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹
脂をマトリックスとしカーボン繊維やアラミド繊維或い
はガラス繊維等の強化材を加えたプリプレグの開発がめ
ざましく、これらプリプレグを用いた各種製品のニーズ
が非常に高まって来ている。 【０００３】これに加えて、最近では、ナイロンやポリ
エーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹
脂をマトリックスとした複合材製品のニーズも高まって
来ている。 【０００４】特に、この種のプリプレグは軽量で高強度
の構造体製品を製作できる優れた特性を持つ素材である
から、航空宇宙分野等の極限的条件で用いられる各種部
材及び配管材料としては複合材が大きな力を発揮すると
考えられる。なかでも、構造力学的観点からは、複合材
をパイプや中空体等の薄肉閉断面形状に成形すること
が、軽量で且つ高強度の製品を得る上で重要である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各種閉
断面形状の複合材は成形技術的に難しいという欠点があ
り、単なる直円筒等の単純形状のものであればフィラメ
ントワインデイング等の方法で製作できるが、それ以外
の複雑な閉断面形状のパイプや中空体などの場合は、本
体部と蓋の如き部分とを独立して成形した後に互いに接
着するなどの面倒な方法が取られている。従って、複合
材の製作が面倒でコスト高を招くと共に、形状的に多く
の制約が生じるなどの問題があった。 【０００６】また、あらかじめ曲がった型治具を作り、
これにプリプレグや樹脂を含浸させたフィラメントを巻
き付けて、その後に加熱、加圧、硬化させて複合材を成
形することができるが、この成形方法では、あらかじめ
曲がった型治具にプリプレグ等を巻き付ける作業が非常
に面倒であった。 【０００７】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、プリプレグを用いて複雑な閉断面形状
の製品を簡単に製作することができて、軽量で高強度の
優れた複合材を安価に得られる複合材の成形方法を提供
することにある。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【課題を解決するための手段と作用】第１の発明の複合
材の成形方法は、前記目的を達成するために、所要形状
をした金属製治具に、補強繊維からなるシートに熱可塑
性樹脂をマトリックスとして成形したプリプレグを複数
枚重ね合わせプリプレグ積層体を構成する。そして、こ
のプリプレグ積層体を加熱、加圧した後、硬化させて複
合材成形品を成形する。この複合材成形品の所望箇所を
再度加熱し軟化させて必要な曲げ加工を行い、冷却し硬
化させて複合材成形品を所望の形状に成形して、上記金
属製治具を溶剤で溶解して除去したことを特徴とする。 【００１１】このように、プリプレグ積層体を基本的な
形状に硬化させ、複合材成形品を成形した後に、再度複
合材成形品を加熱し軟化させて所望の形状に成形し、こ
の複合材成形品を冷却し硬化させて、金属製治具を溶剤
で溶解して除去するので、前述した方法と同様の作用が
得られると共に、基本的形状の複合材成形品をあらかじ
め量産しておき、この状態から所望の箇所のみ加熱し軟
化させて所望の形状に変形できるので、製作が簡単で素
早く加工することができ、複合材成形品の製造コストを
低減することができる。 【００１２】 【実施例】以下、この発明の複合材の成形方法の第１の
実施例を図１により説明する。なお、この実施例におけ
る複合材としては、例えば軽量化・高強度化並びに耐油
性などが強く要求される高性能自動車やバイク或いは航
空機類の構造部材などに利用される角パイプを対象とし
ている。 【００１３】図１（ａ）に示すように、所望の矩形断面
の角パイプより一回り小径な角パイプ形状をした使い捨
て金属製治具１１をオス型として用いる。この金属製治
具１１の外周に、シートとしてのカーボン繊維、アラミ
ド繊維、ガラス繊維等の補強繊維からなる基布に熱可塑
性樹脂をマトリックスとし成形したプリプレグを複数枚
重ね合わせプリプレグ積層体１０を構成する。そして、
このプリプレグ積層体１０を加熱、加圧した後、冷却し
て硬化させて、上記金属製治具１１を溶剤で溶解して除
去することにより複合材成形品１２を得る。この角パイ
プはトリミングや塗装等の仕上げを行って完成品とす
る。 【００１４】上記熱可塑性樹脂にはナイロン（軟化温度
約 220℃）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）
（軟化温度 316℃）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）（軟化温度 380℃）等が用いられる。 【００１５】なお、前記使い捨て金属製治具１１として
は、例えばアルミ合金（または純アルミ）を用いる。こ
の場合、直径50mm程度までなら肉厚１mmで十分な型強度
が得られる。このアルミ合金製治具１１を複合材成形品
１２の成形後に溶解する溶剤としては、水酸化ナトリウ
ムなどのアルカリ性水溶液を用いる。なお、前述したナ
イロン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエ
ーテルケトン等の熱可塑性樹脂は、耐アルカリ性に優れ
ているので問題はない。 【００１６】また、使い捨て金属製治具１１として、例
えば鉄や炭素鋼を用いることも可である。この場合、直
径50mm程度までなら肉厚 0.3mm以上であれば十分な型強
度が得られる。この鉄製治具１１を複合材成形品１２の
成形後に溶解する溶剤としては、塩酸などの水溶液を用
いる。 【００１７】このような金属製治具１１を用いた場合で
も、これを複合材成形品１２の成形後に溶剤で溶解して
除去するので、前記同様に複合材成形品１２のみからな
る軽量・高強度並びに耐油性に優れた閉断面形状の角パ
イプが簡単且つ確実にしかも安く製作できるようにな
る。この発明の第２の実施例を図２に基づいて説明す
る。 【００１８】図２に示すように、真っ直ぐなロッド状の
金属製治具２１に、カーボン繊維等の補強繊維からなる
基布に熱可塑性樹脂をマトリックスとして成形したプリ
プレグを複数枚重ね合わせ管形状のプリプレグ積層体２
０を構成する。このプリプレグ積層体２０を加熱し、加
圧した後、冷却して硬化させて上記金属製治具２１と一
体の複合材成形品２２を成形する。 【００１９】そして、この複合材成形品２２の曲げたい
部分のみを再度加熱する。この加熱手段には、複合材成
形品２２の外周に等間隔に電熱線を設け、複合材成形品
２２を均一に加熱する。 【００２０】他の加熱手段としては誘導加熱がある。こ
の誘導加熱は、導電性を有した基布や、ガラス繊維の表
面に金属被膜を形成した基布を備えた複合材成形品２２
に用いられる。 【００２１】つまり、複合材成形品２２の所望の箇所
に、複合材成形品２２の周囲から高周波を当て、誘導電
流を生じさせて、複合材成形品２２を均一に加熱するこ
とができる。 【００２２】また、金属製治具２１にプリプレグを複数
枚重ね合わせて構成された管形状のプリプレグ積層体２
０に高周波を当てると、複合材成形品２２の金属製治具
２１が発熱して、この金属製治具２１から複合材成形品
２２に均一に熱伝導し、加熱されて、複合材成形品２２
の熱可塑性樹脂を軟化させる。そして、所望の形状に加
工したのち、複合材成形品２２を冷却し硬化させて、金
属製治具２１をＮａＯＨ水溶液で溶かす。 【００２３】このように、まず、直っすぐな管体のよう
に基本的な形状に複合材成形品２２を金属製治具２１と
一体成形し、この複合材成形品２２の加工したい所望の
箇所のみを加熱し軟化させて金属製治具２１と共に複合
材成形品２２を曲げ加工する。この曲げ加工した状態
で、複合材成形品２２の加工部分を冷却することによ
り、複合材成形品２２が硬化してエルボ等の所望の形状
に固定し、上記金属製治具２１を溶剤で溶解して除去す
ることにより複合材を得る。 【００２４】なお、本実施例では断面が四角い断面の管
でもよく、金属メッキした炭素繊維を用いて四角い断面
の管を連続して製造すれば導波管などが簡単に製造でき
るようになる。 【００２５】また、前述した第１及び第２の実施例にお
いて補強繊維からなるシートとして基布を用いて、この
基布に熱可塑性樹脂をマトリックスとしてプリプレグを
形成したが、補強繊維を引きそろえたテープに熱可塑性
樹脂をマトリックスとしてプリプレグを形成してもよ
い。 【００２６】 【発明の効果】前述したこの発明の複合材の成形方法に
よれば、複合材成形品の加工上の自由度を大幅に改善で
き、複雑な閉断面形状の製品でもプリプレグを用いて簡
単且つ確実に製作することができ、また、基本的形状の
複合材成形品をあらかじめ量産しておき、この状態から
所望の箇所のみ加熱し軟化させて所望の形状に変形でき
るので、製作が簡単で素早く加工することができ、複合
材成形品の製造コストを低減することができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の複合材の成形方法の第１の実施例を
示す工程図。 【図２】この発明の複合材の成形方法の第２の実施例を
示す工程図。 【符号の説明】 １０，２０…プリプレグ積層体、１１，２１…金属製治
具、１２，２２…複合材成形品。
示す工程図。 【図２】この発明の複合材の成形方法の第２の実施例を
示す工程図。 【符号の説明】 １０，２０…プリプレグ積層体、１１，２１…金属製治
具、１２，２２…複合材成形品。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B29C 43/00 - 43/58
B29C 53/08
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 所要形状をした金属製治具に、補強繊維
からなるシートに熱可塑性樹脂をマトリックスとして成
形したプリプレグを複数枚重ね合わせプリプレグ積層体
を構成し、このプリプレグ積層体を加熱、加圧した後、
冷却して硬化させて複合材成形品を成形し、この複合材
成形品の所望の箇所を再度加熱し軟化させて必要な曲げ
加工を行い、冷却し硬化させて複合材成形品を所望の形
状に成形して、上記金属製治具を溶剤で溶解して除去し
たことを特徴とする複合材の成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33821692A JP3370362B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 複合材の成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33821692A JP3370362B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 複合材の成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06182790A JPH06182790A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3370362B2 true JP3370362B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=18316023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33821692A Expired - Fee Related JP3370362B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 複合材の成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3370362B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4061705B2 (ja) * | 1998-04-21 | 2008-03-19 | 豊田合成株式会社 | 樹脂パイプの製造方法 |
| JP2000130447A (ja) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Nsk Ltd | 転がり軸受 |
| FR2901731B1 (fr) * | 2006-06-01 | 2012-10-26 | Coutier Moulage Gen Ind | Procede de fabrication d'un corps creux arme souple en matiere elastomere de forme complexe |
| JP5443138B2 (ja) * | 2009-11-24 | 2014-03-19 | 株式会社 サン・テクトロ | 複合積層材料体の成形装置及び方法 |
| FR2972956B1 (fr) * | 2011-03-25 | 2013-12-20 | Cogit Composites | Procede de fabrication d'un element tubulaire composite et element tubulaire composite |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP33821692A patent/JP3370362B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06182790A (ja) | 1994-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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