JP5001078B2 - 発泡体コアを有するｆｒｐ成形品の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の製品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法に関する。

ＦＲＰは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。

内部に発泡体コアを有するＦＲＰ成形品は、ＦＲＰの表面部材で軽量の芯材を被覆して、樹脂で一体構造化した複合材である。かかる複合材は、軽量で大きな曲げ剛性が得られることから、特に軽量性が要求される航空機や船舶等の部材として利用される。そして、かかる部材の成形方法としては、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法や樹脂フィルムインフュージョン成形法などもあるが、繊維強化材（繊維基材）に樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くした、シート状の成形中間体であるプリプレグを用いる方法も便利である。

ＲＴＭ成形法では、プリプレグの代わりにドライの繊維基材を用いる。ドライの繊維基材は、シート状の成形中間体（ドライ基材という）であり樹脂を含浸していないため、容易に成形型に沿わすことが出来、取り扱い性が良いという特徴がある。プリプレグを用いて、成形する方法としては、オートクレーブ成形法、ホットプレス成形法、真空バッグ成形法等が知られている。

しかし、いずれの成形方法を取るにしても、例えば、ウレタンフォーム等の発泡体コアは、軽量で柔軟であるが故に、その表面にうねりが生じ易く、引いてはそれがＦＲＰ成形品の表面状態を劣ったものにするという問題があった。本発明者はかかる問題点を解決することを検討している過程で、成形型の内表面と発泡体コアの間にチタン紙を挿入すれば、前記うねりの問題が解決できることを知見した。なお、チタン紙を繊維強化樹脂板や化粧板に使用することは知られているが（例えば、特許文献１と２参照）、発泡体コアを有するＦＲＰ成形品に応用したのは、本発明者の知る限り本発明が初めてである。
特開平１０−２７２７４０号公報 特開２００２−６７２１９号公報

本発明は、ＦＲＰ製の製品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有する高品質のＦＲＰ成形品を成形する方法を提供するものである。

本発明の請求項１に記載された発明は、発泡体コアを有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、該ＦＲＰ成形品の成形型の内表面に沿って、（Ａ）先ずプリプレグを敷設した後、該プリプレグ上にチタン紙を重ねて配置し、又は、（Ｂ）先ずチタン紙を敷設した後、該チタン紙上にプリプレグを重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形型の内部に、前記プリプレグとチタン紙を介して配置し、その後、前記成形型を型締めしてプレス成形法で成形することを特徴とする発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。なお、本発明においてプレス成形法というときには、オートクレーブ成形法、ホットプレス成形法、真空バッグ成形法等の、プリプレグを用いて成形型で加熱・加圧することによって成形する方法を全て含むものとする。

請求項２に記載された発明は、プリプレグが、ガラス繊維のプリプレグであることを特徴とする請求項１記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。

請求項３に記載された発明は、発泡体コアが、硬質発泡体であることを特徴とする請求項１又は２項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。

請求項４に記載された発明は、チタン紙が、着色したチタン紙であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。

請求項５に記載された発明は、発泡体コアを有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、該ＦＲＰ成形品の成形型の内表面に沿って、（Ａ）先ず繊維基材を敷設した後、該繊維基材上にチタン紙を重ねて配置し、又は、（Ｂ）先ずチタン紙を敷設した後、該チタン紙上に繊維基材を重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形型の内部に、前記繊維基材とチタン紙を介して配置し、その後、前記成形型を型締めしてＲＴＭ成形法で成形することを特徴とする発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。ここでいう繊維基材とは、樹脂を含まないドライ基材を意味する。

請求項６に記載された発明は、繊維基材が、ガラス繊維の基材であることを特徴とする請求項５記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。

請求項７に記載された発明は、発泡体コアが、硬質発泡体であることを特徴とする請求項５又は６項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。

そして、請求項８に記載された発明は、チタン紙が、着色したチタン紙であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法である。

本発明によれば、ＦＲＰ製の製品あるいはその部品として使用される、発泡体コアを有する高品質のＦＲＰ成形品を、簡単に成形することができる。チタン紙として着色したチタン紙を用いると、成形後塗装処理等を行わなくても、直接、着色したＦＲＰ成形品が得られる。

本発明においては、発泡体コアを有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、成形型の内表面と発泡体コアの間にチタン紙を挿入することを特徴とする。そして、その挿入のさせ方として、ＦＲＰ成形品の成形型の内表面に沿って、（Ａ）先ずプリプレグあるいは繊維基材を敷設した後、該プリプレグあるいは繊維基材上にチタン紙を重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形型の内部に、前記プリプレグとチタン紙を介して配置する方法と、（Ｂ）先ずチタン紙を敷設した後、該チタン紙上にプリプレグあるいは繊維基材を重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形型の内部に、前記プリプレグあるいは繊維基材とチタン紙を介して配置する方法の２つの方法がある。前記（Ａ）と（Ｂ）のいずれの方法でも本発明の効果が達成される。

そして、また、本発明においては、成形方法として２つの方法が採用されている。即ち、上記においてプリプレグを用いる場合は、プレス成形法が採用され、ドライの繊維基材を用いる場合は、ＲＴＭ成形法が採用される。プレス成形法では、成形型を型締めして後、公知の適当な方法で加圧、加熱することによって成形品が得られる。ＲＴＭ成形法では、成形型を型締めした後、上型と下型との間のキャビティ内を、排気口を通じて排気した後あるいは排気しながら、キャビティ内に樹脂を注入することによって成形品が得られる。

本発明においては、チタン紙の挿入方法と成形方法を、請求項１と５の発明のように組み合わせることによって最良の効果が得られるが、繊維強化材としてガラス繊維を用いた場合に、特に本発明の効果が効果的に発揮される。

本発明において、発泡体コアとは、例えば、加熱によって発泡する樹脂からなるものである。発泡体コアの材質は、後の工程での成形条件によって適宜選択することができ、特に制限されないが、取り扱いの点で好ましいのは、硬質の発泡体コアである。発泡体としては、例えば、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、フェノール樹脂フォーム、硬質ＰＶＣフォーム、ポリメタクリルイミド硬質発泡体が挙げられる。

発泡体コアの作成法は、特に制限はない。例えば、前記の様な発泡体（既に発泡しているもの）のシートあるいはブロックで、発泡体コア用の成形型よりも若干大きめのものを準備し、これを成形型の上型と下型の間で加圧・圧縮する。その後、型からはみ出した部分を切除あるいはトリミングすることによって発泡体コアを作成する。加圧・圧縮の条件は、特に限定されるものではなく、発泡体コアが十分に安定した形状を保つ程度の加圧・圧縮条件であれば良い。例えば、ポリメタクリルイミド硬質発泡体の場合には、１０〜１５ｋｇｆ／ｃｍ^２、１〜２分程度で十分である。また、必要に応じて加熱しても良い。以上のようにして製作された発泡体コアは、通常、表面にうねりを有する場合が多いが、本発明においてはそのまま用いる。

本発明で用いられるチタン紙は、抄紙時に二酸化チタン粉末を配合することによって隠蔽性を持たせた紙を意味し、化粧紙とも呼ばれる。二酸化チタンと共に有色顔料を配合すると着色チタン紙が得られるが、本発明において着色チタン紙を用いると、成形後塗装処理等を行わなくても、直接、着色したＦＲＰ成形品が得られるという効果もある。なお、チタン紙は、成形に際し、樹脂が流動することによってＦＲＰ成形品と一体化するので、得られたＦＲＰ成形品の機械的物性には、何ら悪影響を及ぼすことはない。

本発明において用いられるプリプレグ用の繊維強化材あるいはドライの繊維基材としては、特に制限はない。プリプレグとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維強化材の織物、不織布等のシート状物に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させて得られたプリプレグが挙げられる。繊維強化材あるいはドライの繊維基材として好ましいのはガラス繊維であり、その織物が好ましい。織物としては、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等が挙げられる。

プリプレグ用のマトリックス樹脂又はＲＴＭ成形用のマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を使用することができる。好ましいのは、熱硬化性樹脂であり、その例としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、適宜量混合配合したものでも良い。これらの樹脂のうち、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂組成物、ビニルエステル樹脂組成物が特に好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていても良い。繊維強化材（繊維基材）とマトリックス樹脂の割合は、繊維強化材が全体の３０〜７０重量％であるものが好ましい。

本発明においては、前記発泡体コアを、成形型の内部（中心部）に配置し、前記プリプレグとチタン紙、あるいは繊維基材とチタン紙で包み込んだ形にし、その後、成形型を型締めし、通常のプレス成形法又はＲＴＭ成形法で成形する。成形型としては、アルミニウムやステンレス製のいわゆる金型、あるいはＦＲＰ製の成形型等を用いることができる。

プレス成形の場合には、具体的には、例えば、型締めした成形型を、硬化炉やオートクレーブ中で加熱する。あるいは直接、金型プレス成形する。加熱は、１００〜１３０℃で１〜２時間行うのが適当である。かかる加熱によって、マトリックス樹脂は硬化し、チタン紙と発泡体コアも一体化して所望のＦＲＰ成形品に成形される。そして、成形型を冷却することによって、所望のＦＲＰ成形品が得られる。

ＲＴＭ成形の場合には、成形型のキャビティ内にマトリックス樹脂を注入するに際して、成形型の一端側に形成された樹脂注入口から樹脂を注入すると共に、成形型の他端側に形成された樹脂排出口からキャビティ内を排気するのが好ましい。その際、樹脂注入時のキャビティ内の真空度が−０．１０〜−０．０８ＭＰａであり、樹脂を硬化させる時の真空度が−０．０８〜−０．０２ＭＰａであるのが好ましい。また、樹脂注入時の樹脂の粘度が０．０１〜１Ｐａ・ｓであるのが好ましい。以下、実施例により本発明を詳述する。

発泡体としては、ポリウレタン硬質発泡体（サンコーウレタン社製）を用いた。分割型の成形型のキャビティ内面に、先ずチタン紙を１枚敷設した。チタン紙としては着色タイプのチタン紙（日本デコール社の品番：ＢＫ−５０８）を用いた。次いで、チタン紙の上にガラス基材を重ねて敷設した。ガラス基材（日東紡社製、汎用グレードのガラス基材）は、積層パターンを（±４５）又は（０／９０）のように角度をつけて、２枚重ねて敷設・積層した。

次いで、成形型のキャビティ内部に、前記発泡体コアを、前記ガラス基材及びチタン紙を介して配置した。そして、成形型を型締めし、キャビティ内を真空にした。そして樹脂を加圧下に注入し、金型ヒーターにより８０〜１３０℃で１時間加熱して樹脂を硬化させた。そして、金型を冷却して成形品を取り出した。得られたＦＲＰ成形品は、表面状態が非常に滑らかな高品質のものであった。

ガラス繊維プリプレグを使用した場合は、分割型の成形型のキャビティ内面に、先ずガラス繊維プリプレグ（東邦テナックス社製、汎用グレードのガラス繊維プリプレグ）を１枚敷設した。次いで、チタン紙を重ねて敷設した。チタン紙としては、実施例１のものと同じものを用いた。次いで成形型のキャビティ内部に、実施例１と同じ発泡体コアを、前記ガラス繊維プリプレグ及びチタン紙を介して配置した。そして、分割型を型締めし加圧下に金型ヒーターにより８０〜１３０℃で２時間加熱して樹脂を硬化させた（プレス成形）。そして、成形型を冷却して成形品を取り出した。このものも表面状態が非常に滑らかな高品質のものであった。

Claims (8)

1. 発泡体コアを有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、該ＦＲＰ成形品の成形型の内表面に沿って、（Ａ）先ずプリプレグを敷設した後、該プリプレグ上にチタン紙を重ねて配置し、又は、（Ｂ）先ずチタン紙を敷設した後、該チタン紙上にプリプレグを重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形型の内部に、前記プリプレグとチタン紙を介して配置し、その後、前記成形型を型締めしてプレス成形法で成形することを特徴とする発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
2. プリプレグが、ガラス繊維のプリプレグであることを特徴とする請求項１記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
3. 発泡体コアが、硬質発泡体であることを特徴とする請求項１又は２項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
4. チタン紙が、着色したチタン紙であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
5. 発泡体コアを有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、該ＦＲＰ成形品の成形型の内表面に沿って、（Ａ）先ず繊維基材を敷設した後、該繊維基材上にチタン紙を重ねて配置し、又は、（Ｂ）先ずチタン紙を敷設した後、該チタン紙上に繊維基材を重ねて配置し、次いで、前記発泡体コアを、前記成形型の内部に、前記繊維基材とチタン紙を介して配置し、その後、前記成形型を型締めしてＲＴＭ成形法で成形することを特徴とする発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
6. 繊維基材が、ガラス繊維の基材であることを特徴とする請求項５記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
7. 発泡体コアが、硬質発泡体であることを特徴とする請求項５又は６項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。
8. チタン紙が、着色したチタン紙であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載の発泡体コアを有するＦＲＰ成形品の成形方法。