JPH03182310A - 繊維強化複合材料の加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は塊状に成形された繊維強化複合材料を高周波加
熱によって効率良く加熱する方法に関するものである。

［従来の技術］ ＦＲＰ成形法のひとつとして、予備的に成形した材料（
本明細書では予備成形材料という）を用いてこれを更に
圧縮成形、その他の方法によって所望の最終形態に成形
する方法が知られている。

この様な予備成形材料を製造するに当たっては、プラス
チック材料及び補強用繊維を主成分とし、必要に応じて
硬化剤（プラスチック材料として熱硬化性樹脂を用いる
場合）、充填剤、着色剤、バインダー、その地番種添加
剤等を配合して予備成形を行うが、予備成形の最終段階
において加熱を行い、本成形に備える。

一方予備成形材料の形態としては、シート状及び塊状（
バルク状乃至ブロック状のものを含む）等が知られてい
るが、温度勾配の少ない均一加熱状態を達成するという
点では薄いシート状のものが好ましく、塊状の予備成形
材料を均一加熱するという思想は知られていなかった。

しかしシート状のものはそれ自身の製造コストが高価で
ある他、最終形態に仕上げるに当たって積層成形しなけ
ればならないという繁雑さがある。

尚予備成形ステップに先立って、原材料に剪断力を与え
る様に混練しながら加熱する方法も知られているが、こ
の方法では補強用繊維が切断されて補強効果の発揮が不
十分になるという問題が生じる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、塊状の予備成形材料であっても効率良く均一加熱す
ることのできる方法を提供しようとするものである。

［課題を解決する為の手段］ 本発明は、プラスチック材料に補強用繊維を配合してな
る複合材料の塊状予備成形材料中に、誘電損失向上剤を
配合すると共に、加熱手段として電極板を用いた高周波
加熱を採用した点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明者等は、上記塊状予備成形材料の均一加熱手段と
して高周波加熱を採用することに想到し、電熱ヒータに
よる外部加熱や赤外線による外部加熱との比較検討を行
なった。それによれば後二者では外部のみから加熱され
る為内部迄加熱される為には比較的低温で加熱を開始す
ると共に長時間をかけて徐々に昇温させなければならな
いこと、また塊状予備成形材料内部に温度勾配を生じな
い様にする為には非常な長時間をかけて熟成させる必要
があること等が分かった。

これに対し高周波加熱の場合は非加熱体の誘電損失に負
うところが大きく、従来の汎用材料を用いた予備成形材
料にいきなり高周波加熱を適用しても、プラスチック材
料自身、並びにこれに配合される補強用Ｊ！ｌ＆Ｉやそ
の他の各種配合材料の有する電気的特性によって加熱効
果が左右されるという問題があり、汎用性に欠けること
が分かった。

また、たまたま材料特性がうまく適合して高周波加熱の
効果が現われる様なことがあっても、高周波加熱効果を
配慮した最適の材料選定が行なわれている訳ではないか
ら、高周波加熱効果をより向上させる為の改善手段を請
じることが推奨される。

そこで本発明においては、塊状予備成形材料を製造する
為の使用原材料の如何にかかわらず常に安定した高周波
加熱効果を発揮させるという趣旨から、上記塊状予備成
形材料の誘電損失を高める目的で誘電損失向上剤を添加
することに想到し木とによって高い誘電損率を示すもの
であり。今その代表的な物質を例示すると、シリコンカ
ーバイド、カーボンブラック、各種ゴム材料、大理石、
ソーダガラス水分、エチレングリコール、グリセリン等
が例示される。誘電損失向上剤の配合量は特に限定され
ず、それ自身の誘電損率を考慮して最適の配合量を定め
れば良いが、目安としては塊状予備成形材料全重量に対
して０．１〜４０重量％とすることが望まれ、これによ
って高周波加熱効果が十分現われる程度に塊状予備成形
材料の誘電損失を高めることが可能となる。しかし過剰
に配合すると塊状予備成形材料の強度が低下する。尚よ
り好ましい添加範囲は０．１〜４．５重量％である。

本発明に用いるその他の諸原料については、ＦＲＰ製造
の趣旨に反しない限り広範な汎用材料から選ぶことがで
きる。例えばプラスチック材料は熱可塑性及び熱硬化性
の如何を問わず、また補強用繊維についてもガラス繊維
や炭素繊維を始めとして広範な補強用ｍｉａを用いるこ
とができる。

その他の添加剤としては、必要に応じてバインダー、硬
化剤、可塑剤、充填剤、酸化防止剤、顔料等が配合され
、従来公知の添加剤は全て配合可能である。

この様な諸原料を用いて製造される塊状予備成形材料に
高周波（通常ＭＨｚオーダー、特に３〜３００ＭＨ２）
を照射すると、高周波誘導加熱によって内部加熱が進行
し、塊状予備成形材料全体が均一に、しかも短時間の内
に昇温して所期の目的を達成することが可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明を実施する為の装置を示す全体概念図で
あり、ベルト２上を塊状予備成形材料！が矢印方向に走
行すると共に、これらを挟んで１対の高周波発振器３ａ
、３ｂが配設される。尚加熱雰囲気はＮ２等の不活性ガ
スと置換し、プラスチック材料をはじめとする各種配合
物質の酸化劣化を防止することが推奨される。

実験として、ポリプロピレン粉末７０１ｉ景部とガラス
繊維３０重量部からなる複合材料に１．０重量％の比率
となる様にＳｉＣを配合し、２２０ｍｍ＋　ｘ　１６０
ｍｍの円柱状予備成形材料を製造して１３ＭＨｚｘ３Ｋ
Ｗの高周波を照射した。このとき予備成形材料は僅か２
分で２６０℃まで昇温し、予備成形材料内部の温度分布
は±５℃という優れた均一性を示した。加熱された予備
成形材料１は次いて圧縮成形機により成形された。最終
成形品の機械強度は混練加熱した比較品を用いて成形し
たものに比べて、より高い値を示した。

次にＳｉＣの代りにカーボンブラックを配合し、２２０
＋＋＋ｍす　Ｘ１６０ｍｍ（重量＝２．２５Ｋｇ）とし
たものを１３ＭＨｚＸ６ＫＷの高周波加熱を行ったとこ
ろ、３分３０秒で２２０℃まで昇温し、このときの予備
成形材料内部の温度分布は±５℃であった。この高周波
加熱において、加熱時間（！＃位・分）とその時の塊状
予備成形材料中心部温度の関係を求めたところ、第３図
に示す様な結果が得られた。第３図に見られる様に、加
熱時間と中心部温度の間には正の１次関数が成立してお
り、本発明は非常に安定した制御性の良い加熱方法を提
供していることが分かる。従って例えば第１図に示す様
な装置を用いて塊状予備成形材料の加熱を行う方法を採
用する場合には、到達温度から割出して得られる加熱時
間を炉内通過時間として各予備成形材料の移動速度を設
定すれば良いことになる。

第２図は他の実施概念を示す説明図で、ポリプロピレン
６５重量部とガラス繊維３５瓜量部からなる複合材料に
１．０重量％の比率となる様にカーボンブラックを配合
し、３２０＋ｎｍすＸ２１０ｍｍの円柱状予備成形材料
を製造した。この成形体を第２図の左から右へベルト２
上を走行させ、赤外線ヒータ４、次いで高周波発振器３
ａ、３ｂにより高周波加熱（１３ＭＨｚＸ３ＫＷ）を行
う。そして上部極板を傾斜させた高周波発振器１３ａ。

１３ｂにより徐々に加熱効率を高める様に更に高周波加
熱（同上条件）を行い、最後に再び赤外線ヒータ４で上
部加熱を行った。このときは３分で２２０℃まで加熱さ
れ、予備成形材料内部の温度分布は±３℃であった。尚
口側の極板１３ａは上方のみを傾斜させたが、下方の極
板１３ｂを同様に傾斜させることもでき、通過する予備
成形材料のインピーダンスを変化させることにより、−
層微妙な加熱制御が可能となるのである。尚更に予備成
形材料を石英管等の中を通過させる方式を採用しても高
周波加熱は悪影響を受けることがない。

第４図は第１図の概念に基づいて設計された高周波加熱
装置の平面図、第５図は側面図であり、横７５向に５列
、縦方向に２段、合計１０列の通路４を設けると共に、
人口側には１０基（上下２段、各段５基）の装入用エア
シリンダ１１と各人口・＼ラダ１０内に１０個の塊状予
備成形材料を配若するための配列用シリンダ１２を上下
２段に各１基設ける。他方出口側には排出されて出口ヘ
ッダ２０に挿入された塊状予備成形材料１を順次排出す
る横方向排出シリンダ２１と長さ方向排出シリンダ２２
を夫々上下２段に１基ずつ設ける。

従って配列用シリンダ１２によって矢印Ａ方向へ人口ヘ
ッダ１０内に挿入された１０個の塊状予備成形材料１は
、１０個を１グループとして装入用シリンダ１１によっ
て高周波加熱炉４内に挿入され、高周波電極によって加
熱される。以下この操作を繰り返して後続の塊状予備成
形材料を順次装入するが、この装入によって矢印Ｂ方向
へ移動させられる先行の塊状予備成形材料はこの移行過
程中に所定時間の高周波加熱を受け、希望温度に到達し
た時点で１グループが一括して出口ヘッダ２０内に排出
される。そして次の排出が行なわれる迄に横方向シリン
ダ２１と長さ方向シリンダ２２の時間差連携プレーによ
って矢印０１次いでＤ方向に搬送されていく。こうして
１グループの塊状予備成形材料１が排出・搬送されると
、配列用シリンダ１２と装入用シリンダ１１の時間差連
携プレーによって新しいグループの１０個の塊状予備成
形材料が図の右側から装入され、その押出し力によって
左側にある最先端の塊状予備成形材料が押出される。以
下この操作を繰り返して行けば、塊状予備成形材料の加
熱が連続的に行なわれる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、プラスチック
材料と補強用繊維を含む塊状予備成形材料が短時間のう
ちに均一加熱されることとなり、補強用繊維の折損を招
かず、高強度のＦＲＰ成形体を効率良く製造できる様に
なった。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の加熱方法を実施する為の加熱装置
を概念的に示す説明図、第３図は加熱時間と到達温度の
関係を示すグラフ、第４図は加熱装置の具体例を示す平
面説明図、第５図は側面説明図である。 １・・・塊状予備成形材料 ３ａ、３ｂ、１３ａ、４３ｂ−・・高周波発振器第４図 Ｓ日 ノ」冨１− 度 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラスチック材料に補強用繊維を配合してなる複合材料
   の塊状予備成形材料を加熱する方法において、該塊状予
   備成形材料中に、誘電損失向上剤を配合すると共に、加
   熱手段として電極板を用いた高周波加熱方法を採用する
   ことを特徴とする繊維強化複合材料の加熱方法。