JP4508618B2

JP4508618B2 - バッグ成形法

Info

Publication number: JP4508618B2
Application number: JP2003404373A
Authority: JP
Inventors: 健太郎島
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: JP2005161701A

Description

本発明は、複雑な形状を有する中空の繊維強化樹脂複合材料を成形するバッグ成形法に関する。

繊維強化樹脂複合材料は、軽量で高い剛性を有しており、ゴルフシャフト、釣り竿、テニスラケット等のスポーツ用品、自動車、航空機等の材料に用いられている。

中空の繊維強化樹脂複合材料を製造する方法としては、一般にフィラメントワインディング法や、バッグ成形法が用いられている。

フィラメントワインディング法は、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をマンドレルに巻き付け、加熱により樹脂を硬化させた後マンドレルを引き抜く方法である。フィラメントワインディング法により製造できる中空成形品は、パイプ状の簡単な形状のものに限定され、複雑な形状のものは成形が困難である。

バッグ成形法は、型のキャビティ内表面にプリプレグを敷設し、その内側に配置した膨張バッグを流体を充填することにより変形させてプリプレグを型の内表面に密着させ、その状態で加熱することによりプリプレグを硬化させる方法である。

流体を充填して膨張させたバッグは内部の圧力が均一であるので、局部的に圧力を変えてバッグを変形させることはできない。このため、目的とする成形品の形状が比較的単純な形状、例えば円筒状である場合にはプリプレグ全体を均一に加圧して型の内表面に密着させることができる。しかしながら、従来のバッグ成形法においては複雑な形状、例えば目的とする成形品が鋭く突出している突出部を有する場合等にはバッグが突出先端まで膨張しにくいためプリプレグ全体を均一に加圧することが困難である。バッグが十分に膨張せずプリプレグの加圧が不十分となると突出先端にボイドが生じることとなる。また、プリプレグ全体を加圧すべく過度にバッグを膨張させるとバッグが圧力に耐えきれず破裂する場合がある。従来、複雑な形状を有する複合材料を製造する場合には、バッグの形状を型のキャビティに合わせて製造したり、複数のバッグを組み合わせて用いたりする方法が用いられているが、いずれの方法も煩雑で製造コストが高くなる等の問題を有している。

バッグ成形法により複雑な形状の中空成形品を製造する方法としては、膜厚が不均一なバッグを用いて膜厚の薄い部分が厚い部分より膨張しやすいことを利用する方法（特許文献１）、型とバッグの間を減圧した後バッグに気体を充填する方法（特許文献２）が開示されている。しかしながら、これらの方法においても、成形品の形状にあわせて膜厚を変化させたバッグや、気密な型を用いる必要があるなど、製造コストが高くなることは避けられない。
特開平９−７０８４３号公報（請求項１）特開平５−３２９８５６号公報（請求項１）

従って、本発明の目的は、成形品の形状に合わせたバッグを製造したり、煩雑な操作を行うことなく、容易に複雑な形状を有する中空の繊維強化樹脂複合材料を成形できるバッグ成形法を提供することにある。

本発明者は鋭意研究の結果、バッグを膨張させたときにプリプレグが加圧されにくい型の内部に、加熱により発泡する樹脂からなる発泡シートと、型の内部空間形状とほぼ同じ形状の内部型とをプリプレグとバッグとの間に配置して成形を行うことにより、成形品にボイドが生じることなく容易に複雑な形状の中空成形品が製造できることを見出し本発明を完成するに到った。

上記課題を解決する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕型主体と前記型主体より容積が小さい突出型とを有する型の内表面に沿ってプリプレグを敷設した後、突出型に敷設したプリプレグ上に発泡シートを重ねて配置し、次いで突出型の内部空間形状とほぼ同じ形状の内部型を突出型内部に前記プリプレグ及び発泡シートを介して配置する工程と、型主体に敷設したプリプレグの内側に膨張バッグを配置し、前記膨張バッグに流体を充填することによりプリプレグを加圧する工程と、加熱により前記発泡シートを発泡させるとともにプリプレグを硬化させる工程とを有し、膨張バッグに流体を充填することにより突出型内においては内部型及び発泡シートを介してプリプレグを加圧するバッグ成形法。

本発明によれば、目的とする成形品の形状が従来のバッグ成形法では十分に加圧することができない突出部を有するものであっても、突出型内のプリプレグを含むプリプレグ全体を加圧し、ボイド等が発生することなく容易に繊維強化樹脂複合材料からなる中空成形品を得ることができる。また、目的とする成形品の型の形状に合わせた内部型を用いることにより、種々の複雑な形状の中空成形品を製造することが可能である。

本発明により製造することができる中空成形品の一例の正面図を図１に、右側面図を図２に示す。筒体１は、Ｕ字状に形成した主体３と、主体の両端側に翼状に張り出した突出部５、７とからなる。ａ−ａ線における断面図を図３に示す。筒体１のａ−ａ線における断面は、およそ４０度の鋭角αを有する略台形で、図３に示すように筒状の繊維強化樹脂９の内部に、発泡樹脂１１と発泡体からなる内部型１３とを包含する。

以下、筒体１の成形法の一例を示す図４を参照して本発明のバッグ成形法について説明する。なお、図４は図１のａ−ａ線に相当する部分における分割型又は成形品の断面図である。

まず、分割型１００のキャビティ内に、プリプレグ３４、３６を敷設する（図４（ａ））。分割型１００は、断面が長方形の型主体３０と、略三角形の突出型３２により構成される。プリプレグ３４、３６としては、炭素繊維等の強化繊維を一方向に引き揃えたシートにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたものが例示できる。

次いで、分割型１００の突出型３２に敷設したプリプレグ３４の内面上に、発泡シート４０を重ねて敷設し、更に突出型３２の内部空間形状とほぼ同じ形状をなす発泡体からなる内部型４２をプリプレグ３４、発泡シート４０を介して突出型３２に配置する（図４（ｂ））。

発泡シート４０としては、加熱時に発泡して膨張し、冷却後には発泡体からなる内部型４２とプリプレグ３４とを接着する樹脂フィルムであれば特に制限することなく公知のものを用いることができるが、１００〜１３０℃程度で硬化するものが好ましい。また、加熱による発泡倍率としては、１．７５〜２．５倍であることが好ましい。本発明において好ましく用いることができる発泡シートとしては、Ｒｅｄｕｘ２１２−ＮＡ（チバガイギー社製）等の変性エポキシ樹脂からなるシートを挙げることができる。

発泡体からなる内部型４２の材質としては、加熱発泡させた樹脂であって、後工程においてバッグを膨張させてプリプレグを加圧する際にバッグの圧力をプリプレグに伝える程度の圧縮強さと、耐熱性を有するものであれば公知のものを用いることができる。本発明において好ましく用いることができる発泡体としては、ロハセル３１、同５１、同７１、同１１０（以上、サンワトレーディング社製）等のポリメタクリルイミド硬質発泡体を挙げることができる。発泡体は成形後に成形品の一部となるので、軽量であることが好ましい。

次いで分割型１００のキャビティー内に膨張バッグ４４をセットして分割型１００を型締めする（図４（ｃ））。その後、膨張バッグ４４に気体、液体等の流体４６を充填し、膨張バッグ４４を膨張させる（図４（ｄ））。膨張バッグ４４が膨張することにより、プリプレグ３６は分割型１００の内側から外部方向に向って加圧され分割型１００の内表面に密着する。突出型３２においては、膨張バッグ４４の膨張により内部型４２、発泡シート４０を介してプリプレグ３４を加圧して分割型１００の内表面に密着させることができる。

その後、プリプレグ３４、３６が分割型１００の内表面に密着した状態で型ごと全体を加熱する。加熱により、発泡シート４０の樹脂が発泡するため、内部型４２の作用に加えてより確実に突出型３２のプリプレグを型の内表面に向かって加圧することができる。

プリプレグ３４、３６が加熱硬化した後、内部の膨張バッグ４４を取り除いて筒体５０を得る（図４（ｅ））。発泡シート４０は、加熱により発泡して発泡樹脂４８となり、発泡体からなる内部型４２及びプリプレグ３４、３６が硬化した繊維強化樹脂４９とともに筒体５０を構成する要素となる。

なお、プリプレグ３４、３６としては公知のプリプレグを制限なく用いることができる。

発泡体からなる内部型４２の形状は、膨張バッグ４４を膨張させたときに型とプリプレグの間に隙間が生じない程度に形成されていることが好ましい。

膨張バッグ４４の形状、材質は特に制限されず、バッグ成形法で用いられる公知のものを用いることができる。

プリプレグへ加える圧力は０．０５〜１ＭＰａとすることが好ましい。

プリプレグを加熱硬化させる際の加熱温度としては、１００〜１３０℃程度とすることが好ましい。

更に、上記例においては２つの分割型を用いて説明したが、分割型の分割数は任意である。また、内部型として発泡体を用いたが、これに限られず任意の材料で構成できる。

本発明のバッグ成形法を用いれば、型の形状に合わせた内部型を用いることにより、種々の形状の中空成形品を製造することができる。本発明により製造できる成形品の例の断面図を図５に示す。図５中、５２は繊維強化樹脂、５４は発泡樹脂、５６は内部型、５８は主体、６０は突出部を示す。

本発明のバッグ成形法は、目的とする成形品の断面形状が１０〜６０度程度の鋭角を有するもの、突出部の形状が主体の幅に比較して幅が狭く奥行きが長いものである場合等に特に好適に用いることができる。

本発明の成形法により得られる筒体の一例を示す正面図である。図１に示す筒体の右側面図である。図１に示す筒体のａ−ａ線における断面図である。本発明の成形法の一例を示すフロー説明図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明により製造することができる成形品の各例を示す断面図である。

符号の説明

１、５０筒体
３、５８主体
５、７、６０突出部
９、４９、５２繊維強化樹脂
１１、４８、５４発泡樹脂
１３、４２、５６内部型
３０型主体
３２突出型
３４、３６プリプレグ
４０発泡シート
４４膨張バッグ
４６流体
１００分割型

Claims

型主体と前記型主体より容積が小さい突出型とを有する型の内表面に沿ってプリプレグを敷設した後、突出型に敷設したプリプレグ上に発泡シートを重ねて配置し、次いで突出型の内部空間形状とほぼ同じ形状の内部型を突出型内部に前記プリプレグ及び発泡シートを介して配置する工程と、型主体に敷設したプリプレグの内側に膨張バッグを配置し、前記膨張バッグに流体を充填することによりプリプレグを加圧する工程と、加熱により前記発泡シートを発泡させるとともにプリプレグを硬化させる工程とを有し、膨張バッグに流体を充填することにより突出型内においては内部型及び発泡シートを介してプリプレグを加圧するバッグ成形法。