JP4960755B2

JP4960755B2 - 繊維強化プラスチック成形体の製造方法

Info

Publication number: JP4960755B2
Application number: JP2007118540A
Authority: JP
Inventors: 英夫岩井; 章平川崎
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008273010A

Description

本発明は、繊維強化プラスチック成形体の改良された製造方法に関する。

軽量で高強度な素材として、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が各種産業分野で注目され、中でも、炭素繊維強化プラスチックはその優れた機械特性等から多用されつつある。そして、このような繊維強化プラスチックは、従来ハンドレアップ成形法で成形されることが多かった。
しかし、この成形法は、比較的大型の厚肉の成形体を製造するには、好ましくなく、コストがかかりすぎるし、また、製造中にスチレン等が揮散するという問題がある。そこで、近年、真空下、例えば真空吸引による真空下で、強化繊維材料からなる空隙をもつ基材に樹脂を注入して成形を行う真空注入成形法が採用されつつあり、その基本的な技術として、成形型の上に、被含浸物を戴置し、さらに、離型材を介して樹脂流動層を設け、これを覆うバッグフイルムを、その周囲がシールされ、真空吸引されうるように設置し、このバッグフィルム内に、樹脂を注入して成形させる方法が提示されている（例えば特許文献１参照）。

この成形方法では、樹脂流動層は樹脂が容易に流れ、かつ被含浸物の強化繊維材料に樹脂の補給ができるように、樹脂が流動する空間を有するシート状またはマット状の構造物、例えばポリプロピレン製ネット等の網目状構造物等が使用されている。また、離型材は被含浸物および樹脂流動層間に介在させ、樹脂を通過させるとともに、含浸後両者を離間できるシート状の材料で、ナイロン製の離型布や、テフロン（登録商標）フィルムに所定間隔で多数の穴をあけたものなどが使用されている。これらのシート状またはマット状の構造物や離型材は再利用できず、使い捨てで、成形毎に廃棄しなければならないという問題がある。また、離型布を離間させてなる表面は凹凸が目立ち、平滑性に劣る。被含浸物の強化繊維材料と一体化させるために、樹脂拡散ネットとして強化繊維材料を用いた場合は、樹脂の硬化後、流動性を確保するために設けた空間に樹脂だけの部分が散在し、長期間の使用で樹脂の部分にクラックが入るという問題を生ずる。

特開昭６０−８３８２６号公報

本発明の課題は、このような事情の下、従来の真空注入成形法の問題点を解消し、樹脂が容易に流れ、補給されるために用いられる樹脂流動用構造物、例えばシート状またはマット状構造物等の廃棄を要せず、該構造物を強化材として利用しうる繊維強化プラスチック成形体の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、シート状強化繊維材料からなる被含浸物の上に、液状マトリックス樹脂を拡散流動させうる樹脂拡散部材を敷設し、これらの被含浸物及び樹脂拡散部材をバッグフィルムで成形型基台上に気密に被覆された構造のものとし、このようなもののバッグフィルム内に真空下で樹脂を注入して成形することが、課題解決に資することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、成形型基台上にシート状強化繊維材料からなる被含浸物を配設し、被含浸物上に、液状マトリックス樹脂を拡散流動させうる樹脂拡散部材を敷設し、これらの被含浸物及び樹脂拡散部材をバッグフィルムによって成形型基台上に気密に被覆させ、真空下でバッグフィルム内に液状マトリックス樹脂を注入させ、該樹脂を固化させて成形する繊維強化プラスチック成形体の製造方法であって、樹脂拡散部材が液状マトリックス樹脂と相溶性のある相溶性樹脂で結合させた強化繊維材料からなるものであって、一定時間形状が保持され、その間真空下で被含浸物上に吸引一体化されたのち、相溶性樹脂を、経時的にマトリックス樹脂と相溶させてマトリックス樹脂に吸収させることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、液状マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂からなることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第２の発明において、熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステル樹脂またはビニルエステル樹脂であることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、樹脂拡散部材が、相溶性樹脂で結合させた短繊維を同一樹脂で接着してマット状にしたものであることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

また、本発明の第５の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、樹脂拡散部材が、相溶性樹脂で結合させた長繊維を同一樹脂で接着してシート状にしたものであることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、樹脂拡散部材が、網目状構造を有するものであることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

また、本発明の第７の発明によれば、第１〜６のいずれかの発明において、さらに、樹脂拡散部材の上に不織布を敷設することを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法が提供される。

本発明の製造方法によれば、従来の真空注入成形法の問題点が解消され、樹脂が容易に流れ、補給されるために用いられる樹脂流動用構造物、例えばシート状またはマット状構造物等の廃棄を要せず、該構造物を強化材として利用しうるなどの顕著な効果が奏される。

本発明方法は、成形型基台上に配設された被含浸物上に、液状マトリックス樹脂を拡散流動させる樹脂拡散部材を敷設し、被含浸物及び樹脂拡散部材をバッグフィルムで成形型基台上に気密に被覆させたものを用意し、このもののバッグフィルム内に真空下で液状マトリックス樹脂を注入させ、該樹脂を固化させて成形する方法であって、樹脂拡散部材が注入樹脂と相溶性のある相溶性樹脂で結合させた強化繊維材料からなること、及び一定時間形状が保持され、真空下で被含浸物の上に吸引一体化されたのち、経時的に相溶性樹脂をマトリックス樹脂と相溶させてマトリックス樹脂に吸収させることで特徴付けられる。

本発明方法に用いられる被含浸物としては、一般に基材として使用されている強化繊維からなる繊維製品、中でも布帛、織物、不織布等、例えばガラスクロス、炭素クロス、ケブラークロス等の織物や、チョップドストランドマットなどの不織布などが挙げられる。

また、樹脂拡散部材について、その素材としては、一般に繊維強化樹脂成形品に用いられている強化繊維、中でもガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が入手し易いので好ましく用いられ、また、該強化繊維の形状としては、繊維を重ねた時に樹脂の流れる空間が確保し易い断面形状、例えば円形、楕円形や表面に凹凸のある円形であるのが好ましく、樹脂拡散部材において強化繊維はマトリックス樹脂と相溶性のある相溶性樹脂で結合されてなる。
このように、強化繊維を結合・固着させるのにバインダーとして上記相溶性樹脂を用いているので、本発明の成形法においては、樹脂拡散部材は一定時間形状が保持され、真空下で被含浸物上に吸引一体化されたのち、相溶性樹脂は経時的にマトリックス樹脂と相溶されてマトリックス樹脂に吸収され、樹脂拡散部材も被含浸物共々マトリックス樹脂で含浸され、一体化された成形体が形成されることになる。
強化繊維は短繊維でも、また長繊維でもよく、短繊維の場合には細すぎたり、短かすぎたりすると樹脂が流れる空間を確保しにくいし、また、太すぎたり、長すぎたりしても層の均一性が確保しにくいので、通常、繊維径０．２〜１．５ｍｍ、長さ５〜５０ｍｍ、好ましくは、繊維径０．３〜１ｍｍ、長さ１０〜３０ｍｍの範囲とするのがよく、また、長繊維の場合には繊維径が細すぎると樹脂溶解時の繊維の広がりが小さくなるため、織物の繊維間隔を小さくする必要が生じ、樹脂が流れる空間を確保しにくいし、また、太すぎても織物の繊維交差部が盛り上がり、固化後の製品外観に凹凸が目立つようになるので、繊維径を、通常０．２〜１．５ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲とするのがよい。
強化繊維の形状については、繊維を重ねた時に樹脂の流れる空間が確保し易い断面形状、例えば円形、楕円形や表面に凹凸のある円形とするのが好ましい。
短繊維を用いてなる樹脂拡散部材としては、短繊維を上記相溶性樹脂をバインダーとしてマット状に固めたシート等が挙げられる。
長繊維を用いてなる樹脂拡散部材としては、長繊維を上記相溶性樹脂をバインダーとして交差結合させ固着した織物等が挙げられ、樹脂が流れる空間を増やして、含浸速度を早めるために、織物を複数枚使用してもよい。織物の形状としては正方形、菱形の二軸組布、３軸組布、４軸組布等が挙げられる。
相溶性樹脂による結合、固着状態としては、該樹脂が繊維の中まで入り込んで分散していてもよく、また、繊維の周りに被覆されていてもよい。
相溶性樹脂の用量は、真空注入成形において注入されるマトリックス樹脂の含浸時間、固化時間等に応じて適宜設定することができる。

この相溶性樹脂としては、マトリックス樹脂に含まれるスチレンに溶解し易い樹脂が好ましく、例えば不飽和ポリエステル樹脂、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体などが用いられる。中でも不飽和ポリエステル樹脂は、マトリックス樹脂の不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂と同じ硬化機構で固化し、品質的にも好ましい。また、酢酸ビニル系のものはガラス繊維のバインダー等としてよく知られ、本発明方法においても好適に用いられる。

本発明方法に用いられるマトリックス樹脂としては、スチレンを含有する不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂が挙げられる。

本発明方法に用いられる不織布は、成形体表面の平滑性を改善するために樹脂拡散部材上に敷設される。不織布としては、一般に繊維強化プラスチックの外観向上のために用いられているガラス繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維などが挙げられる。不織布の目付としては、２５〜１００ｇ／ｍ^２が好ましい。

また、バッグフィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドなどのスチレンに溶解しにくい材料が用いられ、特にポリアミド製のものが性能、価格面からよく用いられる。

本発明方法による真空注入成形について図に基づいて説明する。図１はマトリックス樹脂が注入される前の状態を、図２はマトリックス樹脂注入後の状態を示し、これらの図において、１は成形型基台、２は成形型基台の上に戴置した被含浸物、３は樹脂拡散部材、４は必要に応じ適宜用いられる不織布、５はこれらを覆うようにして設置されたバッグフィルム、６はバッグフィルム５と成形型基台１の間に介在する真空保持用シール材、７、８は、バッグフィルム５の両端部に取り付けられた真空バルブ、９はバルブ１０を介して真空バルブ７に接続する樹脂貯留槽、１１は含浸用のマトリックス樹脂、１２はバルブ１３を介して真空バルブ８に接続するドレイン、１４はこのドレインにバルブ１５を介して接続する真空引き系ラインである。

成形型基台１の上に被含浸物２を戴置し、その上に樹脂拡散部材３を隣接して配置し、必要に応じその上に不織布４を敷設する。
この状態で上からバッグフィルム５を被せ、下縁部にシール材６を成形型基台１との間に配置して真空シールする。
そして、真空バルブ７、８をバッグフィルム５にセットし、バルブ１３、１５を開くとバッグフィルム５内の空気はドレイン１２を経て真空引き系ライン１４に排出され、バッグフィルム５内は真空状態に維持される。
この状態で、バルブ１０を開くと、第２図に示すように、樹脂貯留槽９の含浸用のマトリックス樹脂１１が、真空バルブ７を通してバッグフィルム５内に供給され、（不織布４を用いた場合はそれを通して）樹脂拡散部材３内に流動可能状態で充満し、被含浸物２に供給され、含浸される。

次に実施例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例１
成形型基台には、サイズ８００ｍｍ幅×１３００ｍｍ長さの鋼板を用い、その上に戴置される被含浸物として、ロービングクロスＷＲ８００Ｃ［（商品名、日東紡社製、番手：８００（ｇ／ｍ^２）］２層と、チョップストランドマットＭＣ９００Ａ［商品名、日東紡社製、番手：９００（ｇ／ｍ^２）］３層とを、幅３００ｍｍ、長さ５００ｍｍで交互に積層したものを用い、樹脂拡散部材として、ガラスロービングＥＲＳ２９０−５５４Ａ（商品名、セントラルグラスファイバー社製、番手：２９０ｇ／１０００ｍ）を、ケミチレンＰＥＢ−１３ＳＴ（商品名、三洋化成工業社製、質量比でガラス短繊維７に対し３）をバインダーとして、結合、固着させ、短繊維（形状：円形、繊維径：０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ）に成形した後、上記不飽和ポリエステル樹脂にて積層量４００ｇ／ｍ^２に固着、積層してなる、図３に示されるような積層マットを用い、マトリックス樹脂としてネオポール８２５０（商品名、日本ユピカ社製）を用い、図１、２に基づき、不織布４は用いず、上記したようにして、真空注入成形を行った。

実施例２
樹脂拡散部材を、ガラスロービングＥＲＳ２９０−５５４Ａ（商品名、セントラルグラスファイバー社製、番手：２９０ｇ／ｍ^２の繊維２本を合糸）を、ケミチレンＰＥＢ−１３ＳＴ（商品名、三洋化成工業社製）をバインダーとして結合、固着させ、織成してなる、図４に示されるような織物（繊維形状：円形、繊維径：０．８ｍｍ、繊維間隔：１．５ｍｍ、織り形状：正方形）に変えた以外は実施例１と同様にして真空注入成形を行った。

実施例３
さらに、不織布４として、スパンボンド１０６０６ＷＴＤ（商品名、ユニチカ社製、厚さ０．２６ｍｍの不織布）を用いた以外は実施例２と同様にして真空注入成形を行った。

比較例１
樹脂拡散部材を用いない以外は実施例１と同様にして真空注入成形を行った。

比較例２
市販の樹脂拡散シートであるＧＲＥＥＮＦＬＯＷ７５（商品名、ＡＩＲＴＥＣＨ社製、０．８９ｍｍ厚のポリプロピレン製ネット）及び市販の離型布であるＢＬＥＥＤＥＲＬＥＡＳＥＢ（商品名、ＡＩＲＴＥＣＨ社製、０．０１１ｍｍ厚シリコーンコートされたポリアミド布）を用いた以外は実施例３と同様にして真空注入成形を行った。

実施例及び比較例について、成形時の樹脂流動性と成形体の外観を評価した。
樹脂流動性の評価は図５に示されるような試験方法で行なった。
すなわち、所定の被含浸物、樹脂拡散部材、ポリアミド製バッグフィルムを平板の成形型基台の上にセットした後、真空ポンプを用いてマトリックス樹脂を注入し、一定時間毎に樹脂流動距離を測定し、以下の基準で評価した。
○：３分後の流動距離３００ｍｍ以上
×：３分後の流動距離１００ｍｍ以下
また、外観は、以下の基準で評価した。
◎：表面平滑、色調均一
○：表面平滑
×：表面凹凸有り（布目跡）

評価結果を表１に示す。

各実施例とも、樹脂拡散部材を用いない比較例１に較べて樹脂流動性がよくなっている。
また、市販の樹脂拡散部材を用いた比較例２に較べて、やや劣るが実用上問題のない流動性が得られ、また離型布を使用していないので、比較例２に較べて平滑な外観が得られた。
不織布を用いた場合は、さらに外観の平滑性が向上し、色調が均一な成形品が得られた。

本発明方法は、従来の真空注入成形法では必要とされた樹脂流動用構造物、例えばシート状またはマット状構造物等の廃棄を要しないですむので、環境保全に資し、産業上好適なものである。

本発明の製造方法に用いられる成形装置の一例のマトリックス樹脂注入前の模式図。本発明の製造方法に用いられる成形装置の一例のマトリックス樹脂注入後の模式図。実施例１の樹脂拡散部材としての積層マットの一例の模式図。実施例２の樹脂拡散部材としての織物の一例の模式図。樹脂流動性の評価の試験方法についての説明図。樹脂流動性の試験結果を示すグラフ。

符号の説明

１成形型基台
２被含浸物
３樹脂拡散部材
４不織布
５バッグフィルム
６シール材
７，８真空バルブ
９樹脂貯留槽
１０，１３，１５バルブ
１１マトリックス樹脂
１２ドレイン
１４真空引き系ライン

Claims

成形型基台上にシート状強化繊維材料からなる被含浸物を配設し、被含浸物上に、液状マトリックス樹脂を拡散流動させうる樹脂拡散部材を敷設し、これらの被含浸物及び樹脂拡散部材をバッグフィルムによって成形型基台上に気密に被覆させ、真空下でバッグフィルム内に液状マトリックス樹脂を注入させ、該樹脂を固化させて成形する繊維強化プラスチック成形体の製造方法であって、樹脂拡散部材が液状マトリックス樹脂と相溶性のある相溶性樹脂で結合させた強化繊維材料からなるものであって、一定時間形状が保持され、その間真空下で被含浸物上に吸引一体化されたのち、相溶性樹脂を、経時的にマトリックス樹脂と相溶させてマトリックス樹脂に吸収させることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
液状マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステル樹脂またはビニルエステル樹脂であることを特徴とする請求項２記載の製造方法。
樹脂拡散部材が、相溶性樹脂で結合させた短繊維を同一樹脂で接着してマット状にしたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
樹脂拡散部材が、相溶性樹脂で結合させた長繊維を同一樹脂で接着してシート状にしたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
樹脂拡散部材が、網目状構造を有するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
さらに、樹脂拡散部材の上に不織布を敷設することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。