JP3874228B2

JP3874228B2 - Ｆｒｐ構造体の製造方法

Info

Publication number: JP3874228B2
Application number: JP03875599A
Authority: JP
Inventors: 俊英関戸
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP2000238139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ構造体の製造方法に関し、とくに成形時に表面に樹脂未含浸部分が生じた場合にその樹脂未含浸部分を容易に効率よく補修し、目標とする機械特性等を有するＦＲＰ構造体を確実に製造できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量で高強度な素材として、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が各種産業分野で注目されており、中でもＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、その優れた機械特性等から注目されている。
【０００３】
このようなＦＲＰ構造体を成形する場合には、とくに比較的大型の部材に成形する場合には、表面に樹脂未含浸部分、つまり樹脂の含浸が不完全な強化繊維基材部分が露出することがある。従来、樹脂未含浸部分が生じた場合、たとえばハンドレイアップ法で外表面から樹脂を含浸させる方法が採られている。また、樹脂未含浸部分が深い場合には、その樹脂未含浸部分を除去し、その部分にプリプレグ等の既含浸基材を投入して補修する方法を採用することもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなハンドレイアップ法による補修方法では、補修部分がエア抜きされていないため、樹脂を完全に含浸させることは困難である。したがって、局部的に樹脂未含浸部分（空洞）が残るおそれがあり、ＦＲＰ構造体のその部分の機械特性が低下するおそれがある。
【０００５】
また、プリプレグ等の既含浸基材を投入する方法では、作業性が悪く作業に手間取るとともに、補修部分が別素材からなるため不連続になり、局部的に強度低下を招くおそれがある。また樹脂未含浸部分を除去する際に周囲の強化繊維基材を切断するおそれがあり、この面からも強度低下を招くおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、補修作業が極めて簡便でありながら実質的に完全に樹脂を含浸させて空洞や局部的な樹脂未含浸部分の発生を防止でき、かつ、強化繊維基材を切断することもなく、周囲のＦＲＰ部分と同一のＦＲＰ構成として、強度低下も招かない、合理的な補修を行うことのできるＦＲＰ構造体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＦＲＰ構造体の製造方法は、強化繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰで形成されるＦＲＰ構造体の製造方法において、表面に樹脂未含浸部分が生じたとき、該樹脂未含浸部分全体をバッグ基材で覆った後該バッグ基材で覆われた内部を真空状態にし、樹脂を注入して強化繊維基材の樹脂未含浸部分に含浸させることを特徴とする方法からなる。
【０００８】
この製造方法においては、とくに樹脂未含浸部分の表面積が比較的大きい場合には、樹脂拡散媒体を用いることが好ましい。すなわち、樹脂未含浸部分上に樹脂拡散媒体を配置した後樹脂未含浸部分全体をバッグ基材で覆う。この樹脂拡散媒体は、樹脂未含浸部分補修後もそのままＦＲＰ構造体内に一体に成形された状態で残してもよいし、残さないで除去してもよい。除去する場合には、剥離しやすいように、樹脂拡散媒体と樹脂未含浸部分の強化繊維基材との間に樹脂透過性の離型材、たとえば離型用合成繊維織物や網状体を介装しておき、樹脂未含浸部分補修後にバッグ基材とともに除去するようにすればよい。
【０００９】
注入した樹脂を速やかに樹脂未含浸部分に含浸させるには、バッグ基材で覆われた内部の真空度を極力高めておくことが好ましい。そのためには、バッグ基材と樹脂未含浸部分周囲のＦＲＰ構造体表面との間を、たとえば両面テープ等のシール部材を用いてより完全にシールすることが好ましい。
【００１０】
また、バッグ基材で覆われた内部は、真空ポンプ等による吸引により所望の真空状態とされるが、この真空吸引の位置と、樹脂注入位置とは、樹脂未含浸部分に関して互いに反対側の位置に設定しておくことが好ましい。
【００１１】
このようなＦＲＰ構造体の製造方法においては、樹脂未含浸部分の補修の際にバッグ基材で覆って内部を真空状態にし、そこに樹脂を注入するので、樹脂が樹脂未含浸部分に万遍なくゆき渡り、実質的に樹脂を完全に含浸させることが可能になる。樹脂拡散媒体を介すれば、より良好に樹脂を拡散させることができ、樹脂未含浸部分全体にわたってより完全に樹脂を含浸させることができる。
【００１２】
また、樹脂未含浸部分が比較的深い場合にも、その樹脂未含浸部分を除去する作業は不要であり、かつ、プリプレグ等の別素材の投入も不要であるから、作業が極めて簡便である。
【００１３】
したがって、簡便な作業で、樹脂を完全に含浸させることができ、しかも、周囲のＦＲＰ部分と実質的に同一のＦＲＰ構造に構成できるから強度の低下も招かず、樹脂未含浸部分が生じた際にも容易に所望のＦＲＰ構造体を製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体の製造方法を示している。本実施態様では、比較的大型の平板パネル状のＦＲＰ構造体１の表面の一部に樹脂未含浸部分２が生じた場合の補修方法を示しているが、ＦＲＰ構造体の大きさや形状には制約は全くない。本実施態様では、ＦＲＰ構造体１は、コア材３（たとえば、発泡体からなるコア材）の両面にＦＲＰスキン層４ａ、４ｂを配置したサンドイッチ構造の構造体に成形される。図１は、一方のＦＲＰスキン層４ａの表面に樹脂未含浸部分２が生じた場合を示している。
【００１５】
図１に示すように、まず、樹脂未含浸部分２の表面上に、たとえば網状体からなる樹脂拡散媒体５を配置し、その上から、樹脂未含浸部分２全体を、バッグ基材としてのバッグフィルム６で覆う。バッグフィルム６には、真空ポンプ７へと接続された吸引管８と、樹脂９を収容した樹脂槽１０にバルブ１１を介して接続された樹脂送給管１２とが接続されている。吸引管８の接続位置と樹脂送給管１２の接続位置は、樹脂未含浸部分２に関して互いに反対側となるように設定されている。
【００１６】
バッグフィルム６と、樹脂未含浸部分２周囲のＦＲＰ構造体１の表面との間には、シール部材としての両面テープ１３が介装されており、樹脂未含浸部分２全体を周囲からシールしている。
【００１７】
この状態で、真空ポンプを作動させ、吸引管８を介しての吸引により、バッグフィルム６で覆われた内部を真空状態（減圧状態）にする。その状態にした後、バルブ１１を開いて樹脂９を樹脂送給管１２を介して樹脂未含浸部分２に注入する。内部が真空状態にされているので、注入された樹脂は、樹脂拡散媒体５に沿って速やかに拡散されるとともに、樹脂未含浸部分２の露出していた強化繊維基材へと含浸される。樹脂未含浸部分２の実質的に全体が所定の真空状態とされているので、注入された樹脂は樹脂未含浸部分２全体に効率よくかつ速やかに含浸され、空洞や局部的な未含浸部分は残らない。
【００１８】
しかる後に、バッグフィルム６と樹脂拡散媒体５を除去し、含浸させた樹脂を硬化させる。この樹脂拡散媒体５は、別段問題が生じない場合には、除去せずに硬化樹脂と一体的にＦＲＰ構造体１内に残してもよい。また、樹脂未含浸部分２が比較的狭い場合には、樹脂拡散媒体５の使用を省略することもできる。
【００１９】
このように補修、製造されたＦＲＰ構造体１においては、樹脂未含浸部分２において元の強化繊維基材がそのまま利用され、そこに実質的に完全に樹脂が含浸、硬化されているから、強化繊維基材が切断されることもなく、また、周囲のＦＲＰ部分と実質的に完全に同一のＦＲＰ構成とされ、しかも補修部分に空洞や局部的な未含浸部分も残らないから、部分的な強度低下のない、所望のＦＲＰ構造体１が効率よく得られる。
【００２０】
また、樹脂未含浸部分２の除去や別素材投入の作業が不要で、実質的に樹脂未含浸部分２をバッグ基材で覆い内部を真空状態にして樹脂を注入するだけでよいから、作業が極めて簡便である。また、補修対象となる樹脂未含浸部分の位置にも、実質的に制約が全くなく、ＦＲＰ構造体のあらゆる表面部位に対して補修が可能となる。さらに、作業が簡便であることから、補修に要するコスト、ひいてはＦＲＰ構造体製造全体に要するコストも極めて安価である。
【００２１】
なお、図１にはサンドイッチ構造のＦＲＰ構造体１を示したが、ＦＲＰ単板構成であってもよいことは言うまでもない。また、ＦＲＰ部分の構成についても特に制限はない。
【００２２】
ＦＲＰ材の強化繊維としては、特に限定はないが、たとえば、炭素繊維の一方向材、織物、マット、ストランドや、ガラス繊維の一方向材、織物、マット、ロービングを単独あるいは混合して使用することが好ましい。特に軽量化効果を最大限に発揮するためには炭素繊維の使用が好ましい。そして、その炭素繊維も、炭素繊維糸１本のフィラメント数が通常の１０，０００本未満のものではなく、１０，０００〜３００，０００本の範囲、より好ましくは５０，０００〜１５０，０００本の範囲にあるトウ状の炭素繊維フィラメント糸を使用する方が、樹脂の含浸性、強化繊維基材としての取扱い性、さらには強化繊維基材の経済性において、より優れるため、好ましい。またＦＲＰ構造体の表面に炭素繊維の織物を配置すると、表面の意匠性が高められ、より好ましい。また、必要に応じて、あるいは要求される機械特性等に応じて、強化繊維の層を複数層に積層して強化繊維基材を形成し、その強化繊維基材に樹脂を含浸する。積層する強化繊維層には、一方向に引き揃えた繊維層や織物層を適宜積層でき、その繊維配向方向も、要求される強度の方向に応じて適宜選択できる。
【００２３】
ＦＲＰの樹脂としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が、成形性・コストの点で好ましい。ただし、ナイロンやＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合樹脂も使用可能である。
【００２４】
コア材としては、発泡体や木材等を使用でき、軽量化の点で発泡体が好ましい。発泡体の材質としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、シリコンなどを用い、その比重は０．０２から０．２の間で選択することが好ましい。ＦＲＰ構造体の要求特性、使用する樹脂の種類などによって、コア材の材質、比重を選ぶことができる。比重が０．０２未満のものを用いると、十分な強度が得られなくなる恐れが生じる。また、比重が０．２を超えると、強度は高くなるが、重量が嵩み軽量化という目的に反するものになってしまう。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＦＲＰ構造体の製造方法によれば、極めて簡便に、かつ実質的に完全に、樹脂未含浸部分を補修でき、軽量で所望の機械特性を有するＦＲＰ構造体を容易にかつ安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体の製造方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ＦＲＰ構造体
２樹脂未含浸部分
３コア材
４ａ、４ｂＦＲＰスキン層
５樹脂拡散媒体
６バッグ基材としてのバッグフィルム
７真空ポンプ
９樹脂
１０樹脂槽
１３シール部材

Claims

強化繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰで形成されるＦＲＰ構造体の製造方法において、表面に樹脂未含浸部分が生じたとき、該樹脂未含浸部分全体をバッグ基材で覆った後該バッグ基材で覆われた内部を真空状態にし、樹脂を注入して強化繊維基材の樹脂未含浸部分に含浸させることを特徴とする、ＦＲＰ構造体の製造方法。
前記樹脂未含浸部分上に樹脂拡散媒体を配置した後樹脂未含浸部分全体をバッグ基材で覆う、請求項１のＦＲＰ構造体の製造方法。
前記樹脂拡散媒体と樹脂未含浸部分の強化繊維基材との間に樹脂透過性の離型材を介装する、請求項２のＦＲＰ構造体の製造方法。
前記バッグ基材と前記樹脂未含浸部分周囲のＦＲＰ構造体表面との間をシールする、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
前記バッグ基材で覆われた内部を吸引により真空状態にし、前記樹脂未含浸部分に関して、該真空吸引の位置と反対側の位置から樹脂を注入する、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。