JP5188261B2

JP5188261B2 - 成形用中子

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Publication number: JP5188261B2
Application number: JP2008123626A
Authority: JP
Inventors: 浩二伊藤; 誠一大山; 裕志山口
Original assignee: Kurashiki Kako Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Kako Co Ltd
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP2009269348A

Description

本発明は、細長形状に形成された成形用中子に関する。

航空機、船舶、自動車等の構造部材として、軽量化の観点から繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）製のものが広く使用されている。かかる構造部材を製造する方法として、例えば、特許文献１及び２に開示されているように、予め強化繊維基材を積層した繊維積層体を最終製品形状に賦形してプリフォームとし、そのプリフォームにマトリクス樹脂を注入して硬化させるＲＴＭ法（Resin Transfer Molding法）、或いは、繊維及び樹脂を交互に何層も積層したものをオートクレーブに入れ、所定の圧力下で所定の熱を加えて樹脂を硬化させるオートクレーブ法が挙げられる。
特開２００７−６２１５０号公報特開２００７−１１８５９８号公報

ところで、上記構造部材に補強用の中空リブを形成するような場合、成形前の金型への材料セッティング時に細長形状に形成されたゴム製の成形用中子を予め設けておき、成形後に成形品から成形用中子を引き抜くといったことが行われる。

ところが、成形用中子の長さが長いと、成形品から成形用中子を引き抜くことが困難となる。

本発明の目的は、ＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、成形品から容易に引き抜くことができる成形用中子を提供することである。

本発明は、細長形状に形成された成形用中子であって、
粘弾性を有する材料で形成された中子本体と、
上記中子本体と一体成形されて該中子本体の表面を被覆するように設けられた表面被覆繊維材と、
を備え、
上記表面被覆繊維材は、フッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されていると共に、表側では、フッ素繊維の露出面積がフッ素繊維以外の繊維の露出面積よりも大きく、一方、裏側では、フッ素繊維の露出面積がフッ素繊維以外の繊維の露出面積よりも小さく構成され、且つ表地がフッ素繊維を主体とする織布で構成されると共に裏地がフッ素繊維以外の繊維を主体とする織布で構成された二重組織の織物であることを特徴とする。
また、本発明は、細長形状に形成された成形用中子であって、
粘弾性を有する材料で形成された中子本体と、
上記中子本体と一体成形されて該中子本体の表面を被覆するように設けられた表面被覆繊維材と、
を備え、
上記表面被覆繊維材は、フッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されており、
上記フッ素繊維以外の繊維がポリエステル繊維又はナイロン繊維であることを特徴とする。

本発明によれば、中子本体と一体成形された表面被覆繊維材が中子本体の表面を被覆するように設けられ、その表面被覆繊維材がフッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されているので、フッ素繊維によってＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、表面の滑り抵抗が低く、そのため成形品から容易に引き抜くことができ、また、フッ素繊維以外の繊維の接着性によって中子本体との一体性を得ることができる。加えて、中子本体の表面を被覆するように表面被覆繊維材が設けられて補強されているので、繰り返し使用されても耐圧性及び寸法安定性を維持することができる。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る成形用中子１０を示す。本実施形態に係る成形用中子１０は、ＲＴＭ法或いはオートクレーブ法といった方法で航空機、船舶、自動車等のＦＲＰ製の構成部材を製造する際、成形前の材料セッティング時に金型内に予め設けられ、成形後に成形品である構成部材から引き抜かれ、それによって構成部材に中空部分を形成するために用いられるものである。

この成形用中子１０は、横断面形状が矩形の長尺の細長形状に形成されている。成形用中子１０には、その中心に長さ方向に延びるように横断面外郭形状が矩形の中空部Ｈが形成されている。成形用中子１０は、直線状に形成されていてもよく、また、弓形状に形成されていてもよい。成形用中子１０は、例えば、長さが０．５〜１５ｍ、幅が５０〜１５０ｍｍ、及び高さが２０〜１５０ｍｍ、並びに、中空部Ｈの縦径が１０〜５０ｍｍ、及び横径が２０ｍｍ〜１００ｍｍであり、肉厚が概ね２〜３０ｍｍである。

この成形用中子１０は、その外形を構成する中子本体１１が粘弾性を有する材料で形成され、そして、その中子本体１１の表面を包んで覆うようにシート状の表面被覆繊維材１２が中子本体１１と一体成形されて設けられた構成を有する。

この成形用中子１０によれば、中子本体１１と一体成形された表面被覆繊維材１２が中子本体１１の表面を被覆するように設けられ、その表面被覆繊維材１２がフッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されているので、フッ素繊維によってＦＲＰ成形時における樹脂付着を防止できると共に離型性（非粘着性）を備え、表面の滑り抵抗が低く、そのため成形品から容易に引き抜くことができ、また、フッ素繊維以外の繊維の接着性によって中子本体との一体性を得ることができる。

また、成形用中子は、構造部材の製造に繰り返して使用されるものであるため、ゴムだけで形成されていたのでは、構造部材の製造時の加圧に対する耐圧性を維持することが困難であり、また、構造部材の製造時の加熱及び冷却による収縮のため寸法安定性を維持することも困難であるという問題がある。しかしながら、この成形用中子１０によれば、中子本体１１の表面を被覆するように表面被覆繊維材１２が設けられて補強されているので、繰り返し使用されても耐圧性及び寸法安定性を維持することができる。

中子本体１１を形成する粘弾性を有する材料としては、例えば、ゴム材料や樹脂材料等の架橋したポリマー組成物が挙げられる。なお、かかるポリマー組成物は、原料ポリマーに硬化剤や顔料等を配合した未架橋ポリマー組成物が加熱及び加圧されて架橋したものである。成形用中子１０はＪＩＳＫ６２５３に準じて測定されるデュロメータタイプＡスプリング式の表面硬さが例えば５０〜８０であり、未架橋ポリマー組成物はかかる表面硬さが実現されるように配合設計されている。

ポリマー組成物は、耐熱性の観点からシリコーンゴム組成物が好ましい。この場合、原料ポリマーとしては、例えば、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等が挙げられる。硬化剤としては、例えば、アルキル系有機過酸化物などの有機過酸化物等が挙げられる。シリコーンゴム組成物には、その他に補強剤（シリカ）、顔料、内部離型剤等が配合されていてもよい。

表面被覆繊維材１２は、フッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されている。

フッ素繊維としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）繊維、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）繊維、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）繊維、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）繊維等が挙げられる。フッ素繊維は、単一種で構成されててもよく、また、複数種で構成されていてもよい。

フッ素繊維以外の繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維などの有機繊維の他、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維などの無機繊維、或いは、綿などの天然繊維が挙げられる。これらのうち中子本体との密着性の観点からポリエステル繊維及びナイロン繊維が好ましい。フッ素繊維以外の繊維は、単一種で構成されててもよく、また、複数種で構成されていてもよい。

表面被覆繊維材１２は、織物で構成されていてもよく、また、組物で構成されていてもよく、さらに、編物で構成されていてもよく、その他に不織布で構成されていてもよい。

織物としては、例えば、平織、斜紋織、朱子織などの基本組織の織物；変化平織、変化斜紋織、変化朱子織などの変化組織の織物；蜂巣織、ハックアバック織、梨地織などの特別組織の織物；緯二重織、経二重織、二重織などの重ね組織の織物；捩り組織の織物；緯パイル組織、経パイル組織などの添毛組織の織物；紋組織の織物が挙げられる。

織物の表面被覆繊維材１２を構成する経糸及び緯糸は、表面被覆繊維材１２がフッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されれば特に限定されるものではなく、フッ素繊維だけで構成された糸であってもよく、また、フッ素繊維以外の繊維だけで構成された糸であってもよく、さらに、フッ素繊維及びそれ以外の繊維が混在して構成された糸であってもよい。経糸及び緯糸は、太さが例えば３００〜１５００ｄｔｅｘであり、また、交差角度が一般的には９０°である。経糸及び緯糸を構成する単糸繊維径は例えば１０〜３００μｍである。

織布の表面被覆繊維材１２は、中子本体にに対し、経糸及び緯糸が如何なる方向に延びるように設けられていてもよく、例えば、それらの一方が中子本体の長さ方向に延びるように設けられていてもよく、また、それらの一方が中子本体の幅方向に延びるように設けられていてもよく、さらに、それらのいずれもが中子本体の長さ方向又は幅方向に対して傾斜して設けられていてもよい。

組物としては、例えば、平打組物；丸打組物；縦縞組物や交叉結合組物や二重組物や組物レース金剛打組物などの特殊組物が挙げられる。

組物の表面被覆繊維材１２を構成する糸は、表面被覆繊維材１２がフッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されれば特に限定されるものではなく、フッ素繊維だけで構成された糸であってもよく、また、フッ素繊維以外の繊維だけで構成された糸であってもよく、さらに、フッ素繊維及びそれ以外の繊維が混在して構成された糸であってもよい。糸は、太さが例えば２００〜１５００ｄｔｅｘであり、また、糸の交差角度が１０〜９０°である。糸を構成する単糸繊維径は例えば５〜５０μｍである。

組物の表面被覆繊維材１２は、中子本体にに対し、２方向に延びる糸が如何なる方向に延びるように設けられていてもよく、例えば、それらの一方が中子本体の長さ方向に延びるように設けられていてもよく、また、それらの一方が中子本体の幅方向に延びるように設けられていてもよく、さらに、それらのいずれもが中子本体の長さ方向又は幅方向に対して傾斜して設けられていてもよい。

編物としては、平編、ゴム編、両面編、パール編などの基本組織の編物；タック編、ウエルト編、レース目編、アイレット編、添え糸編、逆添え糸編、パイル編、インレイ編、ジャカード編、ブリスタ編（以上、いずれの基本組織にも共通の変化組織）、鹿の子編、裏毛編、半移し編、シンカフィッシュネット、アコーディオン編、ボスネック柄、スパイラルメッシュ（以上、平編型変化組織）、テレコ編、片畦編、両畦編、振り編、縄編、目落し編、ミラノリブ、ダブルピッケ（以上、ゴム編型変化組織）、モックミラノリブ、エイトロック、３段両面編、シングルピッケ（以上、両面編型変化組織）などの変化組織の編物が挙げられる。

編物の表面被覆繊維材１２を構成する糸は、表面被覆繊維材１２がフッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されれば特に限定されるものではなく、フッ素繊維だけで構成された糸であってもよく、また、フッ素繊維以外の繊維だけで構成された糸であってもよく、さらに、フッ素繊維及びそれ以外の繊維が混在して構成された糸であってもよい。糸は、太さが例えば１００〜１５００ｄｔｅｘである。糸を構成する単糸繊維径は例えば５〜１００μｍである。

組物の表面被覆繊維材１２は、中子本体にに対し、ウエール及びコースが如何なる方向に延びるように設けられていてもよく、例えば、それらの一方が中子本体の長さ方向に延びるように設けられていてもよく、また、それらの一方が中子本体の幅方向に延びるように設けられていてもよく、さらに、それらのいずれもが中子本体の長さ方向又は幅方向に対して傾斜して設けられていてもよい。

表面被覆繊維材１２は、表側では、フッ素繊維の露出面積がフッ素繊維以外の繊維の露出面積よりも大きく、一方、裏側では、フッ素繊維の露出面積がフッ素繊維以外の繊維の露出面積よりも小さく構成されていることが好ましい。このようにすれば、表面に多く露出したフッ素繊維によって成形用中子の表面の滑り抵抗をより低くすることができると共に、裏側に多く露出したフッ素繊維以外の繊維によって中子本体とのより高い一体性を得ることができる。かかる表面被覆繊維材１２としては、例えば、表地がフッ素繊維を主体とする織布で構成された織布で構成され、裏地がフッ素繊維以外の繊維を主体とする織布で構成された二重組織の織物、経糸及び緯糸の一方をフッ素繊維とし且つ他方をフッ素繊維以外の繊維とした朱子織物等が挙げられる。

表面被覆繊維材１２は、シート状に形成され、中子本体１１を包み込むように設けられている。成形用中子１０の表面に皺があることは、成形品である構成部材にその皺が転写されることから、また、成形品である構成部材から成形用中子１０を引き抜くときの抵抗となることから好ましくない。しかしながら、このように表面被覆繊維材１２がシート状に形成されて中子本体１１を包み込むように設けられていることにより、成形用中子１０の製造時において、表面被覆繊維材１２の余剰分が端に向かって延ばされ、それによって成形用中子１０の表面における表面被覆繊維材１２の皺の発生が抑制されることとなる。

また、表面被覆繊維材１２は、中子本体１１の角部１１ａの頂部で突き合わされるように設けられている。これにより、成形される構成部材の平面部分に表面被覆繊維材１２の不連続となった突き合わせ部分が配置されず、その転写が防止され、また、成形用中子１０の製造時には、中子本体１１を形成する材料の余剰分が表面被覆繊維材１２の突き合わせ部分から流出し、それによって内部歪みの少ない中子本体１１が成形されることとなる。

表面被覆繊維材１２は、厚さが例えば０．３〜１．５ｍｍである。

次に、本実施形態に係る成形用中子１０の製造方法について図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。

中子成形用金型２０は、下型２１及び上型２２からなり、下型２１にはキャビティを構成する下側凹溝２３及び上向きに突出したガイドピン２４がそれぞれ設けられており、上型２２にはガイドピン２４に対応するガイド孔２５が設けられている。

まず、図２（ａ）に示すように、下型２１の下側凹部２３の底面及び側面を覆うと共に下型２１上面に延びるように表面被覆繊維材１２を設け、その上から下側凹部２３の底面及び側面に対応して未架橋ポリマー組成物Ｒを層状に設ける。このとき、予め表面被覆繊維材１２上に未架橋ポリマー組成物Ｒを層状にトッピングしたトッピングシートを用いてもよい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、芯金２６を準備する。このとき、芯金２６に未架橋ポリマー組成物を覆うように設けてもよい。

次いで、図２（ｃ）に示すように、芯金２６を下型２１の下側凹部２３内の未架橋ポリマー組成物Ｒ上に嵌め入れるように設ける。

次いで、図３（ａ）に示すように、下型２１の下側凹部２３に嵌め入れられた芯金２６を覆うように未架橋ポリマー組成物Ｒを層状に設け、そして、その上を覆うと共に下型２１上面に延びるように表面被覆繊維材１２を設ける。従って、下型２１上面には一対の表面被覆繊維材１２が重なるように設けられる。このとき、予め表面被覆繊維材１２上に未架橋ポリマー組成物Ｒを層状にトッピングしたトッピングシートを用いてもよい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、上型２２を下方に下ろし、ガイドピン２４をガイド孔２５に挿入して案内することにより型締めする。このとき、金型温度を例えば１５０〜１８０℃、型締め圧力を０．２〜１ＭＰａ、及び保持時間を５〜６０分とする。これにより未架橋ポリマー組成物Ｒの架橋反応が進行して中子本体１１が成形されると共に、表面被覆繊維材１２が中子本体１１に接着して一体成形されて中子本体１１の表面を被覆するように設けられる。また、ポリマー組成物の余剰分は下型２１と上型２２との間の一対の表面被覆繊維材１２間から型合わせ部分に流動してバリＢを形成する。これにより内部歪みの少ない中子本体１１が成形されることとなる。さらに、表面被覆繊維材１２の余剰分も端に向かって延ばされて同様に型合わせ部分に流動してバリＢを形成する。これにより成形用中子１０の表面における表面被覆繊維材１２の皺の発生が抑制されることとなる。

そして、図３（ｃ）に示すように、型開きし、中子成形用金型２０から成形体を取り出し、その成形体から芯金２６を引き抜くと共にバリＢをカットして成形用中子１０を得る。このとき、バリＢをカットすることにより、成形用中子１０は、表面被覆繊維材１２が中子本体１１の角部１１ａの頂部で突き合わされるように設けられた構成となる。

得られた成形用中子１０には、加熱温度を２００℃〜２５０℃、及び加熱時間を１〜１６時間とする２次硬化熱処理を施してもよい。これによりＦＲＰ成形時の縮み抵抗性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、横断面形状が矩形である成形用中子１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、三角形、台形などの他の多角形状のものであってもよく、また、楕円形状乃至円形状のものであってもよい。

また、本実施形態では、中空部Ｈを有する成形用中子１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、中実のものであってもよい。

また、本実施形態では、中子本体１１を包み込むようにシート状の表面被覆繊維材１２が設けられた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、中子本体１１に被せるように筒状の表面被覆繊維材が設けられた構成であってもよく、また、中子本体１１に螺旋状に巻き付けるように帯状の表面被覆繊維材が設けられた構成であってもよい。

本発明は、ＦＲＰ製の構成部材の製造の際に用いられる細長形状に形成された成形用中子について有用である。

実施形態に係る成形用中子の斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る成形用中子の製造方法の前半を示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る成形用中子の製造方法の後半を示す説明図である。

符号の説明

１０成形用中子
１１中子本体
１１ａ角部
１２表面被覆繊維材

Claims

細長形状に形成された成形用中子であって、
粘弾性を有する材料で形成された中子本体と、
上記中子本体と一体成形されて該中子本体の表面を被覆するように設けられた表面被覆繊維材と、
を備え、
上記表面被覆繊維材は、フッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されていると共に、表側では、フッ素繊維の露出面積がフッ素繊維以外の繊維の露出面積よりも大きく、一方、裏側では、フッ素繊維の露出面積がフッ素繊維以外の繊維の露出面積よりも小さく構成され、且つ表地がフッ素繊維を主体とする織布で構成されると共に裏地がフッ素繊維以外の繊維を主体とする織布で構成された二重組織の織物であることを特徴とする成形用中子。
細長形状に形成された成形用中子であって、
粘弾性を有する材料で形成された中子本体と、
上記中子本体と一体成形されて該中子本体の表面を被覆するように設けられた表面被覆繊維材と、
を備え、
上記表面被覆繊維材は、フッ素繊維及びそれ以外の繊維を含む複数種の繊維材料で構成されており、
上記フッ素繊維以外の繊維がポリエステル繊維又はナイロン繊維であることを特徴とする成形用中子。
請求項１又は２に記載された成形用中子において、
上記中子本体は、長さ方向に沿って延びる角部を有しており、
上記表面被覆繊維材は、上記中子本体の上記角部の頂部で突き合わされるように設けられていることを特徴とする成形用中子。