JPH0413138B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化樹脂製品の製造方法に関す
る。とくに、本発明は、凹面と凸面とが組み合わ
せられた複雑な表面形状の繊維強化樹脂製品の成
形に適したものであるが、そのような用途に限定
されるものではない。

〔従来技術〕

従来、繊維強化樹脂製品の成形方法として、真
空バツグ成形方法やオートクレーブ成形方法が知
られている。これらの方法は、剛性の成形型の成
形面上に樹脂含浸繊維を配置し、それを真空バツ
グにより包んで、流体圧力により樹脂含浸繊維を
成形型の面に押しつけながら、加熱成形するもの
である。これら公知の方法は、従来の両面型を使
用するホツトプレス成形方法と異なり、剛性の成
形型は片方のみですむ点で経済的であり、しかも
流体圧力が成形品に均一に作用するため、製品に
損傷や表面欠陥、内部ボイドなどを生じる恐れが
少ない、という利点があり、とくに複雑な形状で
薄く広い面積を持つ製品の成形において有利であ
る、と認識されている。しかし、これらの方法で
は、真空バツグに使用される薄い樹脂フイルムの
皺が製品に転写されるため、製品品質を低下させ
る、という欠点がある。

そこで、この欠点を防止するために、樹脂フイ
ルムと製品との間に加圧型を配置する方法が開発
されている。この加圧型としては、金属板などの
剛性体を使用する方法と、成形ゴムなどの弾性体
を使用する方法とがある。一般に、平板状の単純
な形状のばあいには金属板が使用され、曲面を有
する複雑な形状のばあいには弾性体の加圧型が使
用されている。この方法においては、剛性の型を
使用すると、未硬化の樹脂を含浸した繊維を加圧
型の上に積層するのには便利であるが、流体圧力
を均一に製品に作用させることができず、曲面部
や隅部で加圧が不十分になる、という問題を生ず
る。弾性の加圧型を使用すると、均一な加圧とい
う点では有利であるが、常温で未硬化の樹脂を含
浸した繊維を型上に積層するのが困難になる。

常温で樹脂含浸繊維の積層が容易に遂行でき、
樹脂の硬化温度では積層された樹脂含浸繊維に圧
力を均一に作用させることができる加圧型を使用
する方法として、特公昭33−6087号公報に開示さ
れたものがある。この方法は、塩化ビニールのよ
うな熱可塑性樹脂により形成した中空の芯型に樹
脂含浸繊維を巻きつけ、これを外型の中に配置し
て芯型内部に圧力流体を導入しながら加熱するも
のである。この方法は、圧力容器などの容器を製
造するために開発されたものであつて、複雑な表
面形状のパネル状製品を製造することはできな
い。また、特公昭60−206618号公報には、可撓性
バツグとして超弾性合金薄膜を使用することが教
示されており、この方法では、薄膜は常温で剛性
を有するので、樹脂含浸繊維の積層を比較的便利
に行うことができる。しかし、この方法では、フ
イラメントワインデイングにより樹脂含浸繊維の
積層を行うことができず、積層工程が煩雑にな
る。

フイラメントワインデイングは、樹脂含浸繊維
を芯型に巻きつけたのち、この巻きつけられた未
硬化樹脂含浸繊維を切り開いて芯型から剥がし、
剛性の成形型上に置いて加圧成形するものである
が、繊維層の積層工程が省力化できる利点がある
反面、成形型での成形時に繊維配向が乱れ易い、
という欠点がある。すなわち、芯型は、通常円筒
形であり、芯型から剥がし易くするために、芯型
上にプラスチツクフイルムを被覆し、その上に樹
脂含浸繊維が巻きつけられる。芯型上に巻きつけ
られた繊維を芯型から剥がすとき、および剥がし
た繊維層からプラスチツクフイルムを剥がすとき
のいずれにおいても、繊維が弛んだり、繊維間に
〓間が生じたり、繊維層に皺を生じたりする。さ
らに、巻きつけられた繊維層は、連続するロービ
ングを使用する斜め方向と円周方向の巻きつけ層
と一方向に引き揃えられたシート状の繊維からな
る軸方向繊維層とが適当に組み合わせられた構成
であり、成形型上での成形時に繊維間にずれを生
じることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明は、従来の真空バツグ法やオー
トクレーブ法におけるバツグを構成するフイルム
の皺が製品に転写されるという問題を解消するも
のである。また、本発明は、バツグを構成するフ
イルムの皺が製品に転写される問題を解消するた
めに従来採用されている加圧型において、該加圧
型を剛性体としたばあいの、均一な加圧が出来な
いという問題、および該加圧型を弾性体としたば
あいの、樹脂含浸繊維の積層が不便であるという
問題を解消するものである。さらに、本発明は、
フイラメントワインデイング法により樹脂含浸繊
維を積層し、パネル状に成形するさいに、積層繊
維に弛みや皺が発生するという従来の方法の問題
を解決するものである。

すなわち、本発明は、フイラメントワインデイ
ング法により樹脂含浸繊維を積層でき、しかも繊
維層にずれや弛み、皺などを生じることがなく、
複雑な形状の成形も容易に行うことができる繊維
強化樹脂製品の成形方法を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、加圧型
として、常温では剛性を有し、樹脂の硬化温度で
は可塑性を示すシート状材料により形成した型を
使用する。加圧型は、該シート材料を筒形に形成
した一体構造でも、あるいは複数の型を回転軸回
りに筒形に組み合わせた構成のものでもよい。こ
の加圧型の回りに樹脂含浸繊維を巻きつけて樹脂
含浸繊維組成物を形成し、樹脂が未硬化の状態で
樹脂含浸繊維組成物を、加圧型が一体構造のばあ
いには該加圧型とともに、加圧型が複数のものを
組み合わせた構成のばあいには該加圧型の合わせ
面に沿つて切断して、少なくとも２つの、切断さ
れた加圧型上に切断された組成物を有する粗成形
品を形成し、この粗成形品を成形型の成形面の上
に、該組成物が成形型の成形面に面するように配
置し、加圧型の側から流体圧力を作用させながら
樹脂の硬化温度まで加熱して、成形を行う。

製品が凹面と凸面の組み合わせからなる外面形
状を有するばあいには、加圧型をその製品形状に
合致する形状にすれば、フイラメントワインデイ
ング法により樹脂含浸繊維を形状に巻きつけたと
き、凹面に対応する部分では繊維層を型面に沿わ
せて配置することができない。このばあいには、
凹面部分に対応する加圧型面は平坦面とし、成形
型による成形時にこの凹面が形成されるようにす
る。

加圧型の材料は、熱硬化性樹脂の硬化温度にお
いて可塑性を示す、常温では剛性の各種熱可塑性
樹脂材料のうちから適当なものを選ぶことができ
る。たとえばポリカーボネートは、熱変形温度が
140℃前後であり、この温度域に適した熱硬化性
樹脂製品の成形のための加圧型の材料として採用
できる。また、この温度域より低い温度域で硬化
する不飽和ポリエステルのような樹脂製品のばあ
いには、熱変形温度が90℃前後であるアクリル系
のABS樹脂が適当である。さらに高温で硬化す
るエポキシ樹脂製品のばあいには、熱変形温度が
180℃前後であるナイロン６樹脂が適当である。
加圧型の材料として適している熱可塑性硬質樹脂
はこの他にも多種市販されているので、それらの
うちから用途に応じて適当に選択することができ
る。

加圧型の厚さは、材料にもよるが、常温での積
層作業の容易さ、樹脂の硬化温度での撓みの程度
および加圧型としての成形の容易さなどを考慮し
て決定することが望ましい。一般には、１ないし
３mm程度が適当である。加圧型の成形は、熱変形
温度以上の雰囲気で公知の方法により流体圧力を
用いて行うのがよい。この成形のためのマスタ型
には、剛性の強化樹脂製のものを使用することが
できる。

また、加圧型には超塑性合金板を用いることも
できる。超塑性合金では78％Zn−22％Alが最適
で、この合金は多用されているエポキシ樹脂の硬
化温度の180℃において約200％の伸び率を有して
おり、常温での剛性と熱硬化樹脂の硬化温度での
可塑性とを共有している。型の厚みは熱可塑性樹
脂の場合の半分以下で良い。

〔作用〕

本発明の方法によれば、積層された繊維は、加
圧型とともに成形型に移されるので、その間に繊
維層にずれや皺を生じることがない。そして、加
圧型は、樹脂の硬化温度で塑性を示すので、液体
圧力は該加圧型を介して組成物に均一に伝達され
ることになり、製品内部にボイドなどの欠陥を生
じる恐れがなくなる。製品が凹面と凸面を有する
形状のばあいには、加圧型は、凹面に対応する部
分で平坦な形状に形成されるが、粗成形品を成形
型により成形するばあいには、繊維層は周辺で切
断されているので、成形時にすべりを生じ、成形
型の成形面に沿つて凹面が形成される。

〔実施例〕

第１図ないし第４図は、本発明の第一実施例を
示す成形方法の斜視図である。先ず第１図におい
て、回転軸１ａを有するマンドレル２に、薄肉筒
型の熱可塑性材料製加圧型１が取りつけられる。
次いで、第２図に示すように、回転軸１ａにより
マンドレル２およびその上の加圧型１を回転させ
ながら、加圧型１の外周に熱硬化製樹脂を含浸し
た繊維３を巻きつける。この繊維の巻きつけは、
通常のフイラメントワインデイング法によればよ
い。所定層の繊維３が型１ａ状に巻きつけられた
のち、繊維３は、加圧型１とともに切断線４に沿
つて２つに切断される。この切断により、切断さ
れた加圧型上に切断された繊維層が配置された粗
成形品６が形成される。

この粗成形品６は、所要の成形面５ａを有する
成形型５上に移される。このとき、粗成形品６の
繊維層が成形型５の成形面５ａに接する用に配置
する。次いで、通常の真空バツグ法やオートクレ
ーブ法により、加熱成形を行う。流体圧力は粗成
形品の加圧型の側から繊維層に作用し、繊維層は
成形型５の成形面５ａに流体圧力により押しつけ
られ、成形される。加熱成形においては、加圧型
は塑性を呈し、流体圧力は均一に製品に作用する
ようになる。繊維に含浸された樹脂が硬化して成
形が終了したのち、成形品７は第４図に示すよう
に加圧型から剥がされる。なお、必要な場合は、
加圧型を硬化後脱型せずに成形品の片面に接着し
たままにして耐食、耐磨耗などの表面保護層とし
て活用することもできる。このためには、予め加
圧型に対する離型処理を施しておかねば良い。ま
た、第４図に示すように、最終製品が凸面７ａと
凹面７ｂを有するばあいには、凹面７ｂに対応す
る加圧型１の部分８は、凹面形状にせず、ほぼ平
坦な形状とする。この形状により、加圧型１上に
繊維３を緊密に巻きつけることができる。

第５図ないし第９図は、本発明の第二実施例を
示すもので、加圧型１１は、矩形断面の筒形に形
成され、該加圧型１１を回転させながら、フイラ
メントワインデイング法により熱硬化性樹脂を含
浸した繊維１３を加圧型１１の回りに巻きつける
ことにより、繊維組成物１３ａを形成する。この
繊維組成物は、加圧型１１とともに切断線４に沿
つて切断される。

切断された繊維組成物１３ａと切断された加圧
型１１ａとからなる一対の粗成形品１４は、その
背中部を互いに接するようにして合わせられ、剛
性の成形型１５の中に配置される。成形型１５は
一対の平板状の型部品からなり、この型部品は、
成形面を形成する凹部１５ａを有する。粗成形品
１４は、そのフランジ１４ａが型１５の凹部１５
ａ内に位置するように配置される。次いで、第７
図に示すように、互いに合わせられた粗成形品１
４を真空バツグ１６により包んで、真空バツグの
外側から流体圧力を作用させながら加熱成形を行
う。このとき、真空バツグ１６と成形型１５との
間にシール材１７を配置して、真空バツク１６の
内部の空気を排除し、真空バツグ１６内を低圧に
維持する。

加熱成形の終了後に、第８図に示すように、成
形型１５を開いて製品１８を切断された加圧型１
１ａから剥がすことにより、第９図に示す形断
面の樹脂含浸繊維成形品１８が得られる。

第１０図ないし第１２図は、本発明のさらに他
の実施例を示すもので、第１０図に示すような回
転軸２１を有するマンドレル２０上に、第１１図
に示すように、両側から一対の加圧型２２を配置
し、回転軸２１によりマンドレル２０および加圧
型２２を回転させながら、熱硬化性樹脂を含浸し
た繊維２３を所定量だけ巻きつけて、繊維組成物
２３ａを形成する。そして、この繊維組成物２３
ａを加圧型２２の合わせ部２４に沿つて切断し、
加圧型２２上に切断された繊維組成物が配置され
た粗成形品を形成する。その後は、前例における
と同様に、流体圧力で加圧しながら加熱成形を行
う。

第１３図は、さらに別の実施例を示すもので、
加圧型３１上に繊維組成物３３が配置された粗成
形品３２を配置するに際し、加圧型３１と成形型
３５との間にシール３６を配置し、加圧型３１と
成形型３５との間の低圧にして、加熱成形を行う
ことにより、繊維強化樹脂製品が得られる。

第１４図および第１５図は、一対の樹脂含浸繊
維層４０の間に軽量の芯材４１が配置されたサン
ドイツチ構造の組成物４２を成形型４５により成
形する例を示すものである。図には加圧型は省略
してあるが、勿論上側の繊維層４０の上に加圧型
が配置される。

〔効果〕

本発明においては、常温で剛性を有し、繊維に
含浸された熱硬化性樹脂の硬化温度では塑性を示
す加圧型を使用し、しかも該加圧型のまわりに樹
脂含浸繊維を巻きつけた後、該樹脂の層を切断し
て加圧型の上に樹脂含浸繊維塑性物が配置された
粗成形品とし、この粗成形品を成形型に移して加
熱成形を行うので、樹脂層の巻きつけが容易であ
り、かつ粗成形品を成形型に移すときに繊維にず
れや皺を生じる恐れがない。さらに成形温度で塑
性を示す加圧型を通して加圧するので、流体圧力
を均一に繊維塑性物に作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例におけ
る工程を順に示す斜視図、第４図は第１図ないし
第３図の方法により得られた製品を示す斜視図、
第５図ないし第８図は本発明の他の実施例の工程
を順に示す断面図、第９図は第５図乃至第８図の
工程により得られる製品を示す斜視図、第１０図
ないし第１２図は本発明の他の実施例の工程を順
に示す斜視図、第１３図はさらに他の実施例にお
ける加熱成形工程を示す断面図、第１４図および
第１５図は本発明の他の実施例を示す断面図であ
る。 １……加圧型、１ａ……回転軸、２……マンド
レル、３……樹脂含浸繊維、５……成形型、６…
…粗成形品、７……製品。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常温で剛性を有し熱硬化樹脂の硬化温度で可
   塑性を示すシート状材料により筒形に形成された
   熱可塑性加圧型の外面に、未硬化の熱硬化性樹脂
   を含浸した繊維材料を巻きつけて樹脂含浸繊維組
   成物を形成する工程と、前記組成物と加圧型とを
   組み合わせた状態で、該組成物と加圧型の両方を
   軸方向に切断して、少なくとも２組の、切断され
   た加圧型上に切断された組成物を有する粗成形品
   を形成する工程と、前記粗成形品を、片側に成形
   面を有する剛性の成形型上に、前記粗成形品の組
   成物が前記成形型の成形面に面するように配置す
   る工程と、前記粗成形品の加圧型の外から流体圧
   力を加えながら該粗成形品を樹脂の硬化温度に加
   熱する工程とからなる、繊維強化樹脂製品の成形
   方法。 ２ 前記筒形の加圧型は、凹面を有しない形状で
   あり、前記成形型の成形面は凹面と凸面とをゆう
   する形状であり、表面に凹面と凸面とを有する繊
   維強化樹脂製品が成形される前記第１項の成形方
   法。 ３ 加圧型の周辺部において前記加圧型と成形型
   の成形面との間をシールして、前記成形型と前記
   加圧型との間の圧力を抜き低圧状態にする工程を
   含む前記第１項または第２項の成形方法。 ４ 前記加圧型が超塑性合金により構成された前
   記第１項または第２項の成形方法。 ５ 前記加圧型には離型処理を施さず、前記加圧
   型は前記組成物に接着される前記第１項または第
   ２項の成形方法。 ６ 前記組成物は表面層間に軽量芯材を含むサン
   ドイツチ構造を有する前記第１項または第２項の
   成形方法。 ７ 常温で剛性を有し熱硬化樹脂の硬化温度で可
   塑性を示すシート状材料により形成された複数の
   熱可塑性加圧型を回転軸の回りに筒形に配置し、
   この筒形に配置された加圧型の外面に、未硬化の
   熱硬化性樹脂を含浸した繊維材料を巻きつけて樹
   脂含浸繊維組成物を形成する工程と、前記組成物
   と加圧型とを組み合わせた状態で、該加圧型の合
   わせ部に沿つて前記組成物を軸方向に切断して、
   少なくとも２種の、それぞれの加圧型上に切断さ
   れた組成物を有する粗成形品を形成する工程と、
   前記粗成形品を、片側に成形面を有する剛性の成
   形型上に、前記粗成形品の組成物が前記成形型の
   成形面に面するように配置する工程と、前記粗成
   形品の加圧型の外から流体圧力を加えながら該粗
   成形品を樹脂の硬化温度に加熱する工程とからな
   る、繊維強化樹脂製品の成形方法。