JPH04176611A

JPH04176611A - 繊維強化複合材からなる成形用型

Info

Publication number: JPH04176611A
Application number: JP30673590A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Furukawa; 古河　康雄; Masa Okita; 大北　雅; Hiroyuki Tsuruta; 鶴田　弘之
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1992-06-24
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: JP2992938B2

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、プラスチックの成形に用いられる繊維強化複
合材（ＦＲＰ）製の成形用型に関するものである。更に
詳しくは、金属被覆炭素繊維を強化材とした繊維強化樹
脂複合材製の成形用型に関するものである。

〔背景技術及び従来技術〕

従来、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のプラスチックを
成形するには、金属製の金型が多く用いられてきた。こ
の金型は、型の寸法精度が高く耐久性に優れている反面
、重量が大きく取扱が困難であり、また、金型の製造に
高度の技術を要するため、高価であった。更に、樹脂成
形物との熱膨張率か違うために、成形物の精度を、所定
の物に仕上げるには、高度の技術を必要とした。

最近は、この金型に代わる型として、ＦＲＰ製の成形用
型が採用されるようになった。

この成形用型は、木型や石膏型の母型に成形中間素材（
例えばプリプレグ）をレイアップし、樹脂を硬化するこ
とによって製造されている。

このＦＲＰ製の成形用型の強化材繊維とじては、ガラス
繊維、炭素繊維等が使われており、特に、炭素繊維織物
を使用した成形用型は特開昭８０−２２２１０号公報に
て提案されている。

この提案の成形用型は、強化材繊維として炭素繊維を用
いているため、剛性、耐久性に優れ、また、組織が織物
であるため母型に対するドレープ性に優れている。

更に、炭素繊維を強化材繊維とした場合、寸法安定性が
良く成形用型としての品質にも優れている。

このＦＲＰ製の成形用型は、通常次のようにして製造さ
れる。即ち、木型又は石膏型の母型に離型材を塗布した
後、ゲルコー十層を形成させ、次いて、成形素材（強化
材繊維及び樹脂組成物）、をレイアップし、更に、離型
クロス、ブリーダークロスを載せ、真空バック成形を行
う。

このような成形においては、母型成形の容易性から母型
の材質として石膏が多く使われるが、石膏は１００℃以
上の温度での使用が困難であるため、これより低温で硬
化する樹脂組成物が使われる。

通常、成形用型には、熱膨張率が低く、寸法精度が高い
ことか要求されるが、前記提案されている、炭素繊維を
強化材とした成形用型は、熱膨張率が低く、寸法精度か
高い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

通常の型による成形においては、レイアップ・加熱成形
・脱型の間に加熱・冷却か繰り返されるため、成形用型
としては熱伝導性が高いことが要求される。熱伝導率を
高くすることにより、成形用型の一使用サイクルを短縮
し生産効率を高めることができる。

しかし、炭素繊維を強化材とした成形用型は、金属製金
型に比較して、熱伝導性が低いという問題点を有してい
る。

本発明は、ＦＲＰ製成形用型の熱伝導性を高めんとする
ものである。

〔発明の構成及び作用〕

本発明は下記の通りである。

（１）金属被覆炭素繊維を強化材とした繊維強化樹脂複
合材からなる成形用型。

（２）強化材が金属被覆炭素繊維織物を含むものである
請求項（１）の成形用型。

（３）強化材が金属被覆炭素繊維チョツプドストランド
を含むものである請求項（１）の成形用型。

（４）強化材が金属被覆炭素繊維ミルドファイバーを含
むものである請求項（１）の成形用型。

（５）成形用型の表面層における強化材が金属被覆炭素
繊維不織布である請求項（１）の成形用型。

本発明の成形用型は、炭素繊維の持つ、軽量性、寸法安
定性、耐熱性、耐熱膨脹性、剛性、強度に加えて、高い
熱伝導性を有する。

成形用型の製造において強化材である金属被覆炭素繊維
は、プリプレグで使用するのが好適である。

本発明において金属被覆炭素繊維とは、炭素繊維の外層
に銀、銅、ニッケル、これらの合金などからなる金属層
を有する繊維である。

この金属被覆炭素繊維における金属層の厚さは、炭素繊
維の太さによって変わるが、炭素繊維の直径５〜ＩＯμ
庁の場合には０１〜１．０μｍである。

このような金属被覆炭素繊維は、市場において容易に入
手することができる。金属被覆炭素繊維の熱伝導性は、
金属層の厚さによって、指数関数的に高くなるから、金
属層の厚さを増加させることによって、目的に応し必要
な高い熱伝導性の成形用型とすることができる。

ここで金属被覆炭素繊維の基材となる炭素繊維は、ポリ
アクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素
繊維等であり、特に制限はされない。炭素繊維としては
、高強度タイプ炭素繊維よりも、いわゆる、黒鉛繊維と
称される高弾性タイプ炭素繊維の方が熱伝導性が高く、
好ましい場合がある。

この金属被覆炭素繊維はイオンブレーティング、電気メ
ツキ、無電解メツキにより得ることができ、これらの製
造法は特公昭５９−１７８０号、同５９−４４３８１号
、同４５−３１５４６号、特開昭４８−４７４３７号、
同５ｇ−４７４３７号、同５８−１６９５３２号、同５
９−１００７３２号、同６０−１１９２６９号等の各公
報、及び、ＵＳＰ４，０４８，０４２、Ｇ　Ｂ　１，２
１５００２などの特許明細書にて既に広く知られている
。

強化材である金属被覆炭素繊維の形態は、長繊維からな
る織物、短繊維の不織布、一方向配列体、チョツプドス
トランド、ミルドファイバーなど、何れも適用できるが
、強度の点からは織物か好適であり、ドレープ性の点か
らは短繊維のマット（不織布）か適している。従って、
この両者を組合せてレイアップするのがよい。

レイアップに際して不織布が成形用型の表面層になるよ
うに積層するのが、表面平滑性の点から好ましい。

金属被覆炭素繊維のマット（不織布）は、特開昭６０−
８８１９８号公報、同６１〜２２５３９８号公報等によ
って知られている。

織物組織は、朱子織、手織又は一方向性織物が用いられ
る。織物に用いられる金属被覆炭素繊維の長繊維束の構
成本数は、成形物の表面平滑性のためには少ない方がよ
く、強度、生産性の点からは多い方がよい。このため、
母型に積層の際、最内層（成形用型の表面）に構成本数
の少ない織物を配し、外層に構成本数の多い織物を配す
るのがよい。

金属被覆炭素繊維の長繊維束の構成本数に関しては、１
００〜２４０００フイラメントのものか多く使用される
。特に、１０００〜１２０００フイラメントのものが主
として用いられ、成形用型の表面には、前記の通り、例
えば１００フイラメントのような構成本数の繊維束から
なる織物、又は不織布を配するのが好ましい。

本発明の成形用型の製造に際しては、金属被覆炭素繊維
を強化材とした金属被覆炭素繊維プリプレグを経て製造
することが好ましい。

ここで金属被覆炭素繊維プリプレグとは、金属被覆炭素
繊維の織物、不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたもので
ある。

強化材の形態がチョツプドストランド、ミルドファイバ
ーである場合は、スタンピング成形、注型成形によって
成形することができる。

特に、成形用型の表面には、金属被覆炭素繊維プリプレ
グのみでなく、炭素繊維不織布プリプレグをも配したハ
イブリット構造とすることもてきる。

このような場合、表面の平滑性の高い成形用型とするこ
とができ、しかも、成形用型の殆んどが金属被覆炭素繊
維プリプレグにて構成されているため、成形用型の熱的
性質に金属被覆炭素繊維の特性を生かすことができる。

プリプレグのマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂
、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド
樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂な
どが用いられるが、特にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂
、ビスマレイミド樹脂又はこれらの混合物が好適に用い
られる。

エポキシ樹脂の場合、樹脂成分としては、フェノール・
ノボラック系エポキシ樹脂、クレゾール・ノボラック系
エポキシ樹脂、テトラグリシシールアミン、トリグリシ
シールアミン等の多官能エポキシ樹脂などが挙げられ、
硬化剤成分としては、アミド系硬化剤、イミダゾール系
硬化剤、酸無水物系硬化剤などが挙げられる。

硬化剤とともに硬化促進剤が使用される。

ポリイミド樹脂プリプレグの製造は、特開昭５７−６１
０２７号公報等によって、また、ビスマレイミド樹脂プ
リプレグの製造は、特開昭５９−２１０９３１号公報等
によって知られている。

好ましくは、エポキシ樹脂とポリイミド樹脂、ビスマレ
イミド樹脂等との組み合わせて使用する。金属被覆炭素
繊維プリプレグの製造には、溶剤法、ホットメルト法の
何れも採用できる。

プリプレグにおける樹脂含有量は、２０〜５０重量％が
適当である。プリプレグの樹脂含有量が５０重量％を超
えると、成形用型の耐久性が低下し、２０重量％に満た
ないと、強度が低くなる。

成形用型の表面に当たるプリプレグには、樹脂リッチの
プリプレグを配するのがよい。

また、エポキシ樹脂と金属粉体の併用も好ましく、この
場合金属粉体の平均粒径は、４０μｌ程度又はそれ以下
が好ましい。

このプリプレグを用いた成形用型の成形には、既知の方
法が採用される。例えば、石膏マスター等の母型の表面
をエポキシ樹脂等でコーティングして表面仕上をし、更
に、離型剤を塗布し、次いで、ゲルコート剤を塗布する
。ゲルコート剤は、数回繰り返し塗布するのがよい。

ゲルコート剤が塗布された母型表面に、金属被覆炭素繊
維プリプレグを積層する。積層は、成形用型の表面層か
ら順に積層する。積層する量は、目的とする成形用型の
用途に応じ所望の剛性・強度になるよう調整される。更
に、必要により積層間に加熱・冷却用の配管をしレイア
ップを完了する。

金属被覆炭素繊維を強化材とした場合、炭素繊維を強化
材にした場合に比較し、剛性が高く、この結果、積層厚
さを薄くすることができる。

このため、加熱・冷却用の配管は必ずしも必要としない
。加熱には、通電による炭素繊維の抵抗加熱を利用する
ことができる。

積層後、真空バック成形をする。成形条件は、マトリッ
クス樹脂の種類、成形方法によって定まるが、エポキシ
樹脂をマトリックスとし真空バック成形をする場合、５
トール（Ｔｏｒｒ）以上の真空下、８０〜１２０℃の温
度でプレキュア−を行い、常温にまで冷却して後、常圧
に戻す。更に、１３０〜２３０℃でアフターキュアーを
行い、成形を完了する。

〔発明の効果〕

本発明によると、金属被覆炭素繊維を強化材としたこと
により、炭素繊維を強化材とした場合に比較して、成形
用型の熱伝導率が４〜１０倍も高く、このため、この成
形用型を用いての成形サイクルを短縮することができ、
成形時の生産効率を高めることができるとともに、型の
均一な加熱が可能なため、均一な硬化反応を行うことが
できる。

更に、金属被覆炭素繊維は、炭素繊維に比較して、剛性
が高く、成形用型の肉厚を薄くすることができるため、
加熱・冷却を速やかに行うことができ、加えて、成形サ
イクルを短縮することができる。

しかも、金属被覆炭素繊維は、芯成分が炭素繊維である
ため、耐熱性、寸法安定性、強度、剛性を有する。また
、金属被覆炭素繊維を用いた成形用型の重量増加は、炭
素繊維を用いた場合の１．１−１．８倍程度にとどまる
。

〔実施例〕

実施例１下記組成Ａ−Ｃからなるエポキシ樹脂組成物を３５重量
％含浸した、ニッケル被覆炭素繊維平織物プリプレグを
準備した。

Ａ：テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（チバ
・ガイギー社製ＭＹ　７２０）　８０重量部Ｂ：クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂２０重量部Ｃ：３弗化硼素系硬化剤　　　　　　５重量部このプリ
プレグを、１０枚積層して平板の成形物を成形した。

比較のために、ニッケル被覆していない炭素繊維で同様
の成形物を成形した。

両者の成形物について、熱膨張率、熱伝導率を測定した
結果、熱膨張率は、両者間等であったが、熱伝導率は、
ニッケル被覆炭素繊維からの成形物が、ニッケル被覆し
ていない炭素繊維の成形物に比較して約９倍であった。

実施例２下記組成Ａ及びＢからなるエポキシ樹脂に、ニッケル被
覆炭素繊維ミルドファイバー（平均繊維長１６０μ■）
を１５重量％混合した成形材料を準備した。

Ａニトリグリシジルパラアミノフェノール型エポキシ樹
脂　　　　　　１００重量部Ｂ：脂環式アミン系硬化剤　　３５重量部この成形材料
を注型して、１０ｍｍ厚さの平板を作製した。

比較のために、ニッケル被覆していない炭素繊維で同様
の平板を作製した。

両者の平板について、熱膨張率、熱伝導率を測定した結
果、熱膨張率は、両者間等であったか、熱伝導率は、ニ
ッケル被覆炭素繊維からの成形物（平板）か、ニッケル
被覆していない炭素繊維の成形物（平板）に比較して約
３倍であった。

特許出願人　　東邦レーヨ）林式会社代理人弁理士　　　土　居　三　部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属被覆炭素繊維を強化材とした繊維強化樹脂複
合材からなる成形用型。
（２）強化材が金属被覆炭素繊維織物を含むものである
請求項（１）の成形用型。
（３）強化材が金属被覆炭素繊維チョップドストランド
を含むものである請求項（１）の成形用型。
（４）強化材が金属被覆炭素繊維ミルドファイバーを含
むものである請求項（１）の成形用型。
（５）成形用型の表面層における強化材が金属被覆炭素
繊維不織布である請求項（１）の成形用型。