JP6261202B2

JP6261202B2 - Ｆｒｐ成形品の製造方法およびｆｒｐ成形品

Info

Publication number: JP6261202B2
Application number: JP2013135231A
Authority: JP
Inventors: 哲也西尾
Original assignee: 天龍コンポジット株式会社
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015009396A

Description

この発明は、コストを下げることができる、ＦＲＰ成形品の製造方法およびＦＲＰ成形品に関するものである。

従来、ＦＲＰ成形品は、そのマトリックス樹脂を熱硬化性樹脂としたものが一般的であり、強化材としては、ガラスクロス、ガラスマットとか、ガラスサーフェスマット、カーボンサーフェスマット等が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。

特公平５−５４４２２号公報

しかし、前記従来のＦＲＰ成形品は、マトリックス樹脂を熱硬化性樹脂としていたため、その製造に手間と時間がかかり、コスト高となっていた。

この発明は、上記した従来の欠点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、生産性を高めてコストを下げることができる、ＦＲＰ成形品の製造方法およびＦＲＰ成形品を提供することにある。

この発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法およびＦＲＰ成形品は、前記目的を達成するために、次の構成からなる。すなわち、
請求項１に記載の発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法は、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品の製造方法であって、サーフェスマット上に、強化繊維としての、短繊維からなる不連続強化繊維が、熱可塑性樹脂にランダムに分散した、熱可塑性樹脂と前記不連続強化繊維とを含む、シート状のＦＲＰ素材としての第１のＦＲＰ素材を、重なるように載せ、さらに、少なくとも、強化繊維としての、長繊維からなる連続強化繊維が、一方向あるいはクロスするように配置されて熱可塑性樹脂が含浸した、熱可塑性樹脂と前記連続強化繊維とを含む、シート状のＦＲＰ素材としての第２のＦＲＰ素材を、重なるように載せて、それらサーフェスマットとＦＲＰ素材とを、加熱装置を用いて加熱する。その後、前記ＦＲＰ素材を前記サーフェスマットに載せたまま、搬送してプレス機の金型にセットする。そして、そのプレス機を用いて、重なった前記ＦＲＰ素材と前記サーフェスマットとを加圧することで、前記第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂が前記サーフェスマットに浸透し、前記第１のＦＲＰ素材と前記サーフェスマットが一体化して、前記強化繊維と前記サーフェスマットとが熱可塑性樹脂により一体化してなるＦＲＰ成形品を製造する。

このＦＲＰ成形品の製造方法によると、熱可塑性樹脂と強化繊維とを含むシート状のＦＲＰ素材をプレス機で加圧するに先立ち、そのＦＲＰ素材を加熱装置で予め加熱しておくことで、プレス機での加熱時間を減らす、あるいは無くして、ＦＲＰ成形品の製造のサイクルタイムを低減することができる。そして、加熱装置では、ＦＲＰ素材をサーフェスマット上に重なるように載せて加熱し、プレス機へは、その載せた状態で搬送し、そのサーフェスマットと一緒にＦＲＰ素材を金型にセットする。これにより、加熱して熱可塑性樹脂が溶けたＦＲＰ素材の金型へのセットが容易となる。しかも、重なったＦＲＰ素材とサーフェスマットをプレス機で加圧して、サーフェスマットをＦＲＰ成形品の一部とすることで、ＦＲＰ素材を、例えば耐熱フィルムに載せて搬送および金型にセットすることを採用した場合と異なり、搬送に用いた表面側のサーフェスマットをプレス成形後に取り除く必要がなく、その手間を省くことができる。また、ＦＲＰ素材としては、短繊維からなる不連続強化繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散した第１のＦＲＰ素材と、長繊維からなる連続強化繊維が一方向あるいはクロスするように配置されて熱可塑性樹脂が含浸した第２のＦＲＰ素材とが用いられる。そこで、第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂がサーフェスマットに浸透し、第１のＦＲＰ素材とサーフェスマットが一体化する。そして、第２のＦＲＰ素材においては、連続強化繊維が一方向あるいはクロスするように配置されているため、ＦＲＰ成形品の強度を十分に確保することができる。

また、請求項２に記載の発明に係るＦＲＰ成形品は、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品であって、前記熱可塑性樹脂と強化繊維とを含むＦＲＰ素材と、表面側のサーフェスマットとを有する。ここで、ＦＲＰ成形品は、前記サーフェスマット上に、前記強化繊維としての、短繊維からなる不連続強化繊維が、熱可塑性樹脂にランダムに分散した、前記ＦＲＰ素材としての第１のＦＲＰ素材が重なり、さらに、少なくとも、前記強化繊維としての、長繊維からなる連続強化繊維が、一方向あるいはクロスするように配置されて熱可塑性樹脂が含浸した、前記ＦＲＰ素材としての第２のＦＲＰ素材が重なる。そして、ＦＲＰ成形品は、前記第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂が前記サーフェスマットに浸透し、前記第１のＦＲＰ素材と前記サーフェスマットが一体化して、前記強化繊維と前記サーフェスマットとが熱可塑性樹脂により一体化してなる。

このＦＲＰ成形品によると、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であって、表面側にサーフェスマットを有することから、ＦＲＰ素材を、このサーフェスマット上に重なるように載せて、加熱装置で加熱し、その載せた状態で、プレス機に搬送し金型にセットし加圧することができる。こうして、プレス機での加熱時間を減らす、あるいは無くして、ＦＲＰ成形品の製造のサイクルタイムを低減することができ、また、加熱して熱可塑性樹脂が溶けたＦＲＰ素材を容易に金型にセットすることができ、さらには、サーフェスマットをＦＲＰ成形品の一部とすることで、ＦＲＰ素材を、例えば耐熱フィルムに載せて搬送および金型にセットすることを採用した場合と異なり、搬送に用いたサーフェスマットをプレス成形後に取り除く必要がなく、その手間を省くことができる。また、ＦＲＰ素材としては、短繊維からなる不連続強化繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散した第１のＦＲＰ素材と、長繊維からなる連続強化繊維が一方向あるいはクロスするように配置されて熱可塑性樹脂が含浸した第２のＦＲＰ素材とが用いられる。そこで、第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂がサーフェスマットに浸透し、第１のＦＲＰ素材とサーフェスマットが一体化する。そして、第２のＦＲＰ素材においては、連続強化繊維が一方向あるいはクロスするように配置されているため、ＦＲＰ成形品の強度を十分に確保することができる。

この発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法およびＦＲＰ成形品によれば、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品において、その表面側にサーフェスマットを配置することで、そのＦＲＰ成形品の生産性を高めることができ、コストを下げることができる。また、不連続強化繊維がランダムに分散した第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂がサーフェスマットに浸透して、第１のＦＲＰ素材とサーフェスマットが一体化し、第２のＦＲＰ素材においては、連続強化繊維が一方向あるいはクロスするように配置されているため、ＦＲＰ成形品の強度を十分に確保することができる。

この発明の一実施の形態の、ＦＲＰ素材とサーフェスマットとの重ね合わせの順序を示す模式図である。同じく、ブレードの概略の分解斜視図である。同じく、ブレードを横断する面での拡大端面図である。

以下、この発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法およびＦＲＰ成形品を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明の一実施の形態を示す。図中符号１は、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品を示す。

このＦＲＰ成形品１の製造方法は、最初に、図１に示すように、サーフェスマット２上に、熱可塑性樹脂と強化繊維４とを含むシート状のＦＲＰ素材３を重なるように載せて、それらサーフェスマット２とＦＲＰ素材３とを、加熱装置を用いて加熱する。その後、ＦＲＰ素材３をサーフェスマット２に載せたまま、搬送してプレス機の金型にセットする。そして、そのプレス機を用いて、重なったＦＲＰ素材３とサーフェスマット２とを加圧することで、表面側にサーフェスマット２を有し、その内側に強化繊維４を有して、それら強化繊維４とサーフェスマット２とが熱可塑性樹脂により一体化してなるＦＲＰ成形品１を製造する。

具体的には、ＦＲＰ成形品１は、図示実施の形態では、風力発電用の風車におけるブレード５を構成する分割体５ａ、５ａ´である（図２、図３参照）。すなわち、二枚の分割体５ａ、５ａ´が、前記サーフェスマット２が外表面側となるようにして、厚み方向に重ね合わせられ、互いに接合されて、ブレード５が形成される。また、各分割体５ａ、５ａ´は、ブレード５の内側となる面に、リブ５ｂ、５ｂ´を有している。そして、両分割体５ａ、５ａ´を組み合わせた際には、それぞれのリブ５ｂ、５ｂ´が突き合わされる。また、両分割体５ａ、５ａ´のリブ５ｂ、５ｂ´の先端の適宜位置には、位置決め用の係合部５ｃ、５ｃ´（詳細には、凸部と凹部）が設けられ、両分割体５ａ、５ａ´を組み合わせた際に、それら係合部５ｃ、５ｃ´が互いに係合する。

ＦＲＰ素材３は、図示実施の形態においては、第１〜第３のＦＲＰ素材３０１、３０２、３０３で構成され、それらが、順にサーフェスマット２上に重ねられる（図１参照）。第１のＦＲＰ素材３０１と第３のＦＲＰ素材３０３は、短繊維からなる不連続強化繊維４ａ（強化繊維４）が、熱可塑性樹脂にランダムに分散した不連続繊維強化シート体からなる。第２のＦＲＰ素材３０２は、長繊維からなる連続強化繊維４ｂ（強化繊維４）が、一方向あるいはクロスするように配置されて、熱可塑性樹脂が含浸した連続繊維強化シート体からなる。特に、図示実施の形態においては、第２のＦＲＰ素材３０２は、長繊維からなる連続強化繊維４ｂ（強化繊維４）が、一方向に配置されて、熱可塑性樹脂が含浸したＵＤシート体からなる。そして、このＵＤシート体からなる第２のＦＲＰ素材３０２は、その連続強化繊維４ｂがＦＲＰ成形品１である分割体５ａ、５ａ´（ブレード５）の長手方向を向くようにして配置される。また、分割体５ａ、５ａ´におけるリブ５ｂ、５ｂ´は、主に、第３のＦＲＰ素材３０３によって形成される。

ここで、これらＦＲＰ素材３における強化繊維４は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなり、第１〜第３のＦＲＰ素材３０１、３０２、３０３において、同一であっても、異なっていてもよい。また、熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン６等のポリアミドとかポリエチレンテレフタレートとかのエンジニアリングプラスチック、その他ポリエチレン、ＡＢＳ等が用いられる。

サーフェスマット２は、短繊維（短繊維状にカットされたものも含む）あるいは長繊維からなる繊維材２ａが無方向に配置されて形成された薄いシート状のマットである。このサーフェスマット２として、例えば、日東紡績株式会社製のフィラメントマット、ＭＦ３０Ｐ１０４があり、このサーフェスマット２の繊維材２ａとしては、ガラス繊維が用いられている。

なお、ＦＲＰ素材３は、加熱装置では、サーフェスマット２に載り、さらに、鉄板等からなる受け具（図示せず）に載置されており、その受け具ごとプレス機まで運搬される。そして、ＦＲＰ素材３は、サーフェスマット２ごと、受け具からプレス機の金型へと移される。

次に、以上の構成からなるＦＲＰ成形品１の製造方法およびＦＲＰ成形品１の作用効果について説明する。初めに、ＦＲＰ成形品１の製造方法によると、熱可塑性樹脂と強化繊維４とを含むシート状のＦＲＰ素材３（図示実施の形態においては、第１〜第３のＦＲＰ素材３０１、３０２、３０３）をプレス機で加圧するに先立ち、そのＦＲＰ素材３を加熱装置で予め加熱しておくことで、プレス機での加熱時間を減らす、あるいは無くして、ＦＲＰ成形品１の製造のサイクルタイムを低減することができる。

そして、加熱装置では、ＦＲＰ素材３をサーフェスマット２上に重なるように載せて加熱し、プレス機へは、その載せた状態で搬送し、そのサーフェスマット２と一緒にＦＲＰ素材３を金型にセットする。これにより、加熱して熱可塑性樹脂が溶けたＦＲＰ素材３の金型へのセットが容易となる。しかも、重なったＦＲＰ素材３とサーフェスマット２をプレス機で加圧して、サーフェスマット２をＦＲＰ成形品１の一部とすることで、ＦＲＰ素材３を、例えばポリイミドフィルム等の耐熱フィルムに載せて搬送および金型にセットすることを採用した場合と異なり、搬送に用いた表面側のサーフェスマット２をプレス成形後に取り除く必要がなく、その手間を省くことができる。

また、ＦＲＰ成形品１によると、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であって、表面側にサーフェスマット２を有することから、前述したように、ＦＲＰ素材３、つまり熱可塑性樹脂や強化繊維４を、このサーフェスマット２上に重なるように載せて、加熱装置で加熱し、その載せた状態で、プレス機に搬送し金型にセットし加圧することができる。こうして、プレス機での加熱時間を減らす、あるいは無くして、ＦＲＰ成形品１の製造のサイクルタイムを低減することができ、また、加熱して溶けた熱可塑性樹脂と強化繊維４（ＦＲＰ素材３）を容易に金型にセットすることができ、さらには、サーフェスマット２をＦＲＰ成形品１の一部とすることで、熱可塑性樹脂および強化繊維４（ＦＲＰ素材３）を、例えばポリイミドフィルム等の耐熱フィルムに載せて搬送および金型にセットすることを採用した場合と異なり、搬送に用いたサーフェスマット２をプレス成形後に取り除く必要がなく、その手間を省くことができる。

すなわち、このＦＲＰ成形品１の製造方法およびＦＲＰ成形品１によれば、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品１において、その表面側にサーフェスマット２を配置することで、そのＦＲＰ成形品１の生産性を高めることができ、コストを下げることができる。

また、ＦＲＰ素材３は、第１〜第３のＦＲＰ素材３０１、３０２、３０３で構成されている。ここで、サーフェスマット２に重ねられる第１のＦＲＰ素材３０１は、短繊維からなる不連続強化繊維４ａが熱可塑性樹脂にランダムに分散したものであり、その内特に熱可塑性樹脂がサーフェスマット２に浸透し、ＦＲＰ素材３０１とサーフェスマット２が一体化する。そして、内表面側に位置する第３のＦＲＰ素材３０３は、第１のＦＲＰ素材３０１と同様に、短繊維からなる不連続強化繊維４ａが熱可塑性樹脂にランダムに分散したものであるため、このＦＲＰ素材３０３を構成する不連続強化繊維４ａと熱可塑性樹脂で、リブ５ｂ、５ｂ´等の複雑な形状を容易に形成することができる。そして、これら第１および第３のＦＲＰ素材３０１、３０３に挟まれる第２のＦＲＰ素材３０２は、連続強化繊維４ｂが一方向あるいはクロスするように（図示実施の形態においては、一方向に）配置された連続繊維強化シート体からなるため、ＦＲＰ成形品１の強度を十分に確保することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、サーフェスマット２の繊維材２ａとしては、ガラス繊維が用いられているが、炭素繊維とかアラミド繊維などガラス繊維以外の繊維材を用いてもよい。

また、第２のＦＲＰ素材３０２は、ＵＤシート体からなるが、連続強化繊維４ｂからなる強化繊維４が、クロスするように配置されて、熱可塑性樹脂が含浸したクロスシート体からなっていてもよい。

また、ＦＲＰ素材３は、第１〜第３のＦＲＰ素材３０１、３０２、３０３において、いずれかが複数設けられてもよく、また、反対に、いずれかを取り除いてもよく、その組合せは任意である。また、これらＦＲＰ素材３に、熱可塑性樹脂を含まず強化繊維のみの繊維マットを組み合わせたり、強化繊維を含まず熱可塑性樹脂のみからなるシート材を組み合わせても構わない。

また、ＦＲＰ成形品１は、ブレード５を構成する分割体５ａ、５ａ´でなくとも、カバー等の覆い材とか、車両や航空機や船舶のボディや内装品を構成する部材とか、構造部材等であってもよい。

１ＦＲＰ成形品
２サーフェスマット
３ＦＲＰ素材
３０１第１のＦＲＰ素材
３０２第２のＦＲＰ素材
３０３第３のＦＲＰ素材
４強化繊維
４ａ不連続強化繊維
４ｂ連続強化繊維

Claims

マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品の製造方法であって、
サーフェスマット上に、強化繊維としての、短繊維からなる不連続強化繊維が、熱可塑性樹脂にランダムに分散した、熱可塑性樹脂と前記不連続強化繊維とを含む、シート状のＦＲＰ素材としての第１のＦＲＰ素材を、重なるように載せ、
さらに、少なくとも、
強化繊維としての、長繊維からなる連続強化繊維が、一方向あるいはクロスするように配置されて熱可塑性樹脂が含浸した、熱可塑性樹脂と前記連続強化繊維とを含む、シート状のＦＲＰ素材としての第２のＦＲＰ素材を、重なるように載せて、
それらサーフェスマットとＦＲＰ素材とを、加熱装置を用いて加熱し、
前記ＦＲＰ素材を前記サーフェスマットに載せたまま、搬送してプレス機の金型にセットし、
そのプレス機を用いて、重なった前記ＦＲＰ素材と前記サーフェスマットとを加圧することで、
前記第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂が前記サーフェスマットに浸透し、前記第１のＦＲＰ素材と前記サーフェスマットが一体化して、前記強化繊維と前記サーフェスマットとが熱可塑性樹脂により一体化してなるＦＲＰ成形品を製造する、ＦＲＰ成形品の製造方法。
マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としたＦＲＰ成形品であって、
前記熱可塑性樹脂と強化繊維とを含むＦＲＰ素材と、表面側のサーフェスマットとを有し、
前記サーフェスマット上に、前記強化繊維としての、短繊維からなる不連続強化繊維が、熱可塑性樹脂にランダムに分散した、前記ＦＲＰ素材としての第１のＦＲＰ素材が重なり、
さらに、少なくとも、
前記強化繊維としての、長繊維からなる連続強化繊維が、一方向あるいはクロスするように配置されて熱可塑性樹脂が含浸した、前記ＦＲＰ素材としての第２のＦＲＰ素材が重なり、
前記第１のＦＲＰ素材の熱可塑性樹脂が前記サーフェスマットに浸透し、前記第１のＦＲＰ素材と前記サーフェスマットが一体化して、前記強化繊維と前記サーフェスマットとが熱可塑性樹脂により一体化してなる、ＦＲＰ成形品。