JPH0361515A - 繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形方法 - 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） 本発明は合成樹脂の成形方法に係り、特に繊維強化熱可
塑性合成樹脂のシート状プリプレグ材を用いてのプレス
成形方法に関するものである。

（従来技術） 繊維強化合成樹脂は、いわゆるチーラードマテリアルと
呼ばれ、種々の用途において金属材料よりも優れた性能
を発揮する。

すなわち金属材料と比較した場合 ■比弾性率、比強度が高い。

■軽、薄、短、小に適する。

■破壊靭性および耐衝撃性が大きい。

■不連続性、異方性の積極的活用によって最適設計がで
きる。

など数々のメリットがあり、航空、宇宙産業をはじめと
して舟艇、船舶、自動車、スポーツ関連等に急速に普及
しつつある。

繊維強化合成樹脂として、従来の熱硬化性合成樹脂に代
って熱可塑性合成樹脂を連続繊維に含浸させたシート状
繊維強化熱可塑性合成樹脂である、いわゆるスタンパブ
ルシートが最近開発された。

スタンパブルシートとして繊維が一方向に配向したいわ
ゆる一方向プリプレグ材を利用しての従米の成形法を第
７図〜第１Ｏ図に示す。

第７図に示すように、複数枚の一方向ブリプレグシート
Ｉを所定の繊維配向が得られるよう各々方向を定めて積
み重ね、エツジ部を電気ごてで密着したり、或はプレス
機を利用して熱圧着したりして、第８図に示すようなラ
ミネート材２を得るラミネート材２は第９図に示すよう
に、搬送コンベア３によって熱風式或は赤外線式のよう
な加熱ＩＰ４の中に送られ、所定の成形温度、例えばＰ
ＰＳ樹脂をマトリックス材とする場合で３１６〜３４３
℃程度に加熱される。

所定温度に加熱されたラミネート材２を加熱炉４から取
り出し、第１０図に示すように高速型締めプレスに装着
された１３０〜１５０’Ｃの金型５にすみやかにセット
しプレス成形する。

成形条件は、型締め速度を８　、５〜２１　ｃｔａ／ｓ
ｅｃとし、型締め時間を製品形状や肉厚にもよるが数秒
から数分、肉厚９開以下の場合で１〜３分とし。

圧力を１４０〜４２０ｋｇ／ｃ＋＊”とする。

（発明が解決しようとする課題） 前記したような成形法において問題となるのは、３００
℃以上に加熱されたラミネート材を金型ヘセットするた
めの取Ｉ及いである。

すなわち、ラミネート材を加熱炉から取り出すと直ちに
冷却が始まるので数秒程度ですみゃかに金型にセットし
なければならないが、ラミネート材は前記したように高
温に加熱されていてしかも変形し易いのでこの取扱いは
容易でない。

このため、ラミネート材を金型にセットする迄の時間が
長くなり、この間に冷却も進むので金型にセットされる
ラミネート材温度にバラツキが生じ、成形条件のバラツ
キに起因する成形品の欠陥と樹脂の結晶化度のバラツキ
に起因する物性上のバラツキとを生じる。

すなわち、金型にセットされたラミネート材温度のバラ
ツキは賦形性のバラツキとなり、平板状のラミネート材
から急速プレスする場合には“しわ”ボイド”等の製品
欠陥が生じる原因となり、マトリックス材として結晶性
樹脂を利用している場合には、冷却速度のバラツキが結
晶化度のバラツキをもたらし、その結果、成形品の基本
的性能である物理、化学的性能のバラツキをもたらす。

また、結晶化度の管理に関連し、成形後直ちに急冷し結
晶化か進むのを防ぐことら望まれるが、成形品を成形作
業終了直後に取り出し冷却することは未だ変形し易いの
で不可能であり、−刃金型内で急冷することは、金型の
再加熱が必要となったりして熱エネルギー的にかなりの
無駄が生じる。

さらに、成形作業の自動化を考える上で、加熱されたラ
ミネート材をロボットで金型ヘセットさせるとしても、
ハンドリング時における強度や弾性率にバラツキのある
ものを取扱うことは作業の不確実さを招くこととなる。

本発明は、前記したような従来技術の欠点を解消し、良
好な成形品が容易に得られ、しかも自動化をも行うこと
ができるようなシート状のｗ＆維強化熱可塑性合成樹脂
に対する成形法を提供することを目的に創案されたもの
である。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、繊維強化熱可塑性合成樹脂のプリプ
レグ材を用いてのプレス成形方法であって、先ず、アル
ミニウム、鉄等の展延性に富んだ金属板材の絞り加工に
より予備成形用型を形成し、次いで、この予備成形用型
に所定枚数のシート状プリプレグ材を挟持した状態で加
熱を行って予備成形し、Ｒ？！ｔに、本成形用型を用い
てプレス成形することを特徴とし、さらに予備成形品を
予備成形用型に挟持した状態でプレス成形することをも
特徴とするものである。

（作用） 本発明は前記したように構成され、金属板材の予備成形
用型によって予備成形された予備成形品を本成形用型へ
のセットのために取扱うので、この取扱は極めて容易で
すみゃかに金型へのセットが行える。

このため、金型へのセット時に冷却が進むことは殆ど無
くなり、冷却速度のバラツキにともなう結晶化度のバラ
ツキによる物性上の問題が解消することは勿論、成形条
件のバラツキが解消され、さ＾に予＃Ｉ膚幾、Ｐ！Ｉま
ｌυ弓、ν最隷治什２−替治士ｈプいることも加わって
、急速プレスを行っても“しｂ”、“ボイド”等の製品
欠陥が発生しない良好な成形品が得られる。

また、予備成形品を予備成形用型に挟持した状態でプレ
ス成形する場合には、成形終了後直ちに金型から取り出
して急冷させることができるので、徐冷にともなう結晶
化を容易に阻止でき、予備成形品及びプレス成形品をロ
ボットで取扱うことも容易であるので、成形作業の自動
化を容易に行えるようになる。

（実施例） 本発明の実施例について第１図〜第６図により説明する
。

第１図の６は繊維が一方向に配向した一方向プリブレグ
材であり、＠維の方向を定めて必要な大きさに切るとと
もに、繊維方向を考えての所定位置に取付穴７を設ける
。

第２図に示されるのは、予備成形用型８であり、これは
超塑性アルミニウム板や鉄板のような展延性に富んだ金
属板を絞り加工することにより形成されたもので、所定
の位置に取付穴９が設けられている。

第３図はプリプレグ材を予備成形用型にセットする状態
を示した乙のであり、ＩＯは予備成形用型を支持するた
めの互に平行な２本の支柱１１が立てられた基板であり
、この基板１０上に予備成形用下型８ａを取付穴９を支
柱ＩＩに挿入して位置決めして先ず載置し、続いてプリ
プレグ材シート６を取付穴７を支柱１１に挿入して位置
決めしつつ所定枚数積み重ね、最後にこの積み重ねられ
たプリプレグ材シート６の上に予備成形用上型８ｂを取
付穴９を支柱１■こ挿入し位置決めして載置してセット
を終え一つの予備成形ユニットが形成される。

このようにプリプレグ材シート６を所定の繊維配向方向
を持つように積層し、これを予備成形用下型８ａと上型
８ｂとで挟持して形成した予備成形ユニットを第４図に
示すように、加熱炉１４に入れてマトリックス材に応じ
て所定の条件で加熱して予備成形を行う。

この際第４図に示すように、搬送コンベアー１２に所定
間隔で支柱１３を立設し、この支柱１３を利用して予備
成形ユニットを成形することもできる。

予備成形か終了すると、第５図に示すように予備成形品
１５を予備成形用下型８ａと上型８ｂとで挟持した状態
で本成形用型１６にすみやかにセットし、所定の条件で
プレス成形する。

成形が終了したならば直ちに第６図に示すように予備成
形用下型８ａと上型８ｂとに挟持した状態で成形品Ｉ７
を金型１６から取り出し、必要に応じて急冷のための処
理層に投入する。

以上説明した実施例では、予備成形品を予備成形用型に
挟持した状態で本成形を行っているが、本成形の直前に
予備成形品を予備成形用型から離して本成形を行っても
良い。

（効果） 前記実施例に示した成形法にしたがって実際に成形を行
いその効果を検討した結果を次に示す。

ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹脂をマ
トリックス材とずろ炭素繊維プリプレグ材（化成ファイ
バーライト社、ＡＰＣ２、密度１．６ｇ／ｃ１、炭素繊
維体積分率６１％、炭素繊維重量分率６８％、樹脂含存
量３２％）の厚さ０．１２５開のシートを所定の大きさ
に切断するとともに、［０，４５，９０、−４５］５（
７）Ｉａｆｆｌ配向で積層できるよう第１図における取
付穴を設ける。

予備成形用型 厚さ２　、０　ａ＋ｏ＋の超塑性アルミニウムシート（
神戸製鋼所、ＫＳ７４７５）を高密度コンクリート型を
用い、５１０〜５２０℃、４ｋｇ／ｃｍ’で空気圧成形
し、予備成形用型の下型と上型を多数組揃える。

予備成形ユニット 予備成形用型の下型と上型との間に各々の繊維配向を持
ったＡＰＣ２シートを４層シンメトリ−合計８枚積層す
る。

上且灰艶 ４５０℃の熱風循環炉中でプリプレグ材が４００℃とな
るまで加熱する。

プリプレグ材は加熱にともなって軟化し、上型の自重で
徐々に軽い圧縮を受は型の形状に賦形された予備成形品
が形成される。

プレス成形 予備成形品を予備成形用型に挟持した状態で本成形用型
にセットし、２０〜２５ｋｇ／ｃｍ”の圧力で約１分間
加圧して成形する。

亀遣 プレス成形終了直後に成形品を予備成形用型に挟持した
状態で本成形用型から取り出し水冷する。

以上のような成形作業において、予備成形品の本成形用
型へのセットは約２秒で行うことができ、この間の予備
成形品の温度低下は殆ど検出できなかった。

また、プレス成形終了直後の成形品の温度は３９０℃で
あり、成形中の温度低下も殆ど無く、これにより“しわ
”、“ボイド”等の製品欠陥がなく、しかも結晶化も殆
ど進んでいない成形品が得られた。

さらに、成形品は成形終了直後に急冷を容易に行えたの
で結晶化を完全に防ぐことができた。

なお、本成形用の型は、超塑性アルミニウム板を利用し
て空気圧成形を行う際の型と同様に高密度コンクリート
型を用いた。

これは、マスターモデルに型材用のコンクリートを流し
込み、硬化させるだけで簡単に製作でき、熱伝導が悪い
ため、型の予熱を行っていないにもかかわらず成形中の
成形材の温度低下が予想以上に少なかった。

以上のように本発明は、成形作業を極めて円滑に進めさ
せ、良好な成形品が得られるとともに、成形作業の自動
化をも可能とするような繊維強化熱可塑性合成樹脂の成
形法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の実施例を示す図、第７図〜第
１Ｏ図は従来例を示す図である。 ６・・・プリプレグ材、８・・・予備成形用型、１５・
・・予備成形品、１６・・・本成形用型 第 図 第 図 第 図 第 ７ 図 第 図 第 ０ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維強化熱可塑性合成樹脂のシート状プリプレグ
   材を用いてのプレス成形方法であって、先ず、アルミニ
   ウム、鉄等の展延性に富んだ金属板材の絞り加工により
   予備成形用型を形成し、次いでこの予備成形用型に所定
   枚数のシート状プリプレグ材を挟持した状態で加熱を行
   って予備成形し、最後に本成形用型を用いてプレス成形
   することを特徴とする繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形
   方法。
2. （２）予備成形品を予備成形用型に挟持した状態でプレ
   ス成形することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形方法。