JPH04284225A - 繊維補強樹脂複合材料の成形方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維補強樹脂複合材料
の成形方法に関し、特に、オートクレーブ内で加熱、加
圧を行うことによって成形するオートクレーブ成形に関
する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を用いた繊維補強樹脂複合
材料は、高強度、耐熱性等の利点から、最近航空分野を
始め、スポーツ、レジャーなど、さまざまな分野に利用
されつつある。そして、その成形には、熱可塑性樹脂と
補強繊維とを含んだ成形材料（例えば、熱可塑性樹脂繊
維と補強繊維とからなる織物或いは不織布、熱可塑性樹
脂繊維の織物やマット、熱可塑性樹脂シート、補強繊維
の織物やマット等を適当に積層したもの）を、加圧、加
熱し、熱溶融により樹脂を溶融し、補強繊維に含浸させ
、その後冷却するという方法を用いている。具体的な成
形方法は、熱可塑性樹脂複合材料の開発にも伴っていろ
いろ開発されているが、一般的には、高圧、高温、更に
、真空を用いたオートクレーブによる成形が中心であり
、この特徴としては、複雑な形状物が得られるところに
もある。

【０００３】従来のオートクレーブ成形は、図４に示す
ように、所定形状の成形面１ａを有する金属製の型１に
、直接若しくは離型材フィルムを介して成形材料２を乗
せ、その上に直接若しくは離型材フイルムを介して、ガ
ラスクロス、ガラスマット等の第一保護材３、ガラスク
ロス、ガラスマット等の第二保護材４を配置し、更にそ
の上にバギングシート５をかぶせ、周囲をガム状のシー
ラントテープ６によって密封し、これをオートクレーブ
内にセットし、バギングシート５に連結した真空引きホ
ース７を介して内部を真空に吸引し、かつオートクレー
ブ内を高温、高圧とすることにより、バギングシート５
に加わる圧力によって成形材料２を型１の成形面１ａに
押し付けるという方法を採っている。このオートクレー
ブ成形において、バギングシート５内を真空に保つこと
は重要な要素であり、そのため、成形のためのバギング
は特に大切であり、成形中のバギング破壊を防止するた
め、型のエッジ部や成形材料の上に、ガラスクロス、ガ
ラスマット等の第一保護材３、第二保護材４を配置して
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オート
クレーブによる上記バギング方法を用いて成形する場合
、成形材料２の上面は柔軟な第二保護材４、バギングシ
ート５等によって覆われているだけであるので、オート
クレーブ内の圧力がバギングシート５に均一に作用して
も、成形材料２の表面の凹凸を平坦にならす効果はあま
りなく、成形物の型に接する側の面は平滑にできるとし
ても、バギングシート側の面は平滑にできない。このた
め、成形物の両面に平滑さを要求される製品を製造でき
ないという問題があった。なお、製品の片面のみに平滑
さが要求される場合には、その面が型の成形面によって
成形されるよう型を設計すればよいが、形状によっては
、成形性が悪くなる場合があるという問題が生じる。

【０００５】また、従来のオートクレーブ成形方法では
、柔軟なバギングシート５を介して成形材料２を型１の
成形面１ａに押し付け、その成形面に合致する形状とす
るものであるが、補強繊維を含んだ成形材料は一般に伸
びにくいため、図４に示すように角部１ｂを有する雌型
や或いは曲率半径の小さい凹曲面を有する雌型を用いて
成形物を成形する場合、成形材料をその角部や凹曲面に
正確に押し付けて所定の形状にすることができず、従っ
て製品に対する賦形性が悪いという問題があった。例え
ば、図４に示す型１を使用した場合、図５に示すように
、バギングシート５に圧力が加わると、成形材料２がま
ず成形面１ａの平坦面に押し付けられ、その後角部１ｂ
にも押し付けられようとするが、成形材料２は伸びにく
いため、図示のように円弧状となるのみであり、このた
め、製品の角部が大きい曲率半径の円弧状となっしまい
、製品の外観が悪くなっていた。しかも、その角部では
、成形材料に対する押圧力が不足するため、樹脂の含浸
が不十分であり、補強繊維が浮き出てしまうという問題
もあった。

【０００６】これらの問題を解決するには、成形材料の
両面に、雄型、雌型の二つの金型を配置するように構成
すればよいが、その場合、金型は高価であるので、コス
トが高くなる。更に、雄型、雌型の向かい合った成形面
を全く同じ形状にしないと成形物の厚さが均一にならず
、しかも、成形物にかかる圧力が不均一になるため、樹
脂の含浸性や脱泡の程度にも差がでる。これを避けるに
は、雄型、雌型の成形面の加工精度を上げる必要があり
、金型の製造コストが一層高くなる。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、オートクレーブ成形を利用しながら、低コストで
表面平滑な成形物を成形することができ、しかも、成形
物に対する賦形性に優れ、所望形状の成形物を得ること
の可能な繊維補強樹脂複合材料の成形方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、成形材料をオートクレーブ成形する前に、
そのオートクレーブ成形に使用する金型等の型（以下主
型という）に、オートクレーブ成形可能な板材をセット
しオートクレーブ成形することにより前記主型と対にな
る補助型を作成し、次いで、前記主型に、成形材料をセ
ットし、その上に前記補助型を配置した後、バギングを
行い、オートクレーブ成形するように構成したものであ
る。

【０００９】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明
する。図１（ａ）において、まず、オートクレーブ成形
に使用する主型１を用意する。この主型１は、図４に示
す従来の型１と同一のものであり、製品の外面を成形す
るための成形面１ａを備えている。主型１は通常、ステ
ンレス等の金属により作られる。成形面１ａには適当な
離型処理を施すことが好ましい。なお、図面では主型１
として、凹形状の成形面１ａを有する雌型を示している
が、本発明はこれに限らず凸面状の成形面を有する雄型
を使用してもよい。

【００１０】次に、この主型１に、オートクレーブ成形
可能な板材１０をセットし、オートクレーブ成形する。 すなわち、主型１の成形面１ａ上に板材１０を乗せ、そ
の上に、ガラスクロス、ガラスマット等の第一保護材３
、ガラスクロス、ガラスマット等の第二保護材４を配置
し、更にその上にバギングシート５をかぶせ、周囲をガ
ム状のシーラントテープ６によって密封し、これをオー
トクレーブ内にセットし、バギングシート５に連結した
真空引きホース７を介して内部を真空に吸引し、かつオ
ートクレーブ内を高温、高圧とすることにより、バギン
グシート５に加わる圧力によって板材１０を型１の成形
面１ａに押し付け、成形する。これにより、図１（ｂ）
に示すように、板材１０は、主型１の成形面１ａに沿っ
た形状となり、これを外すと、図１（ｃ）に示すように
、主型１の成形面１ａと同一形状の成形面１０ａを備え
た補助型１０Ａとなる。

【００１１】ここで補助型を形成するために使用する板
材１０としては、オートクレーブ成形によって主型１の
形状に成形できる材料が使用され、具体的には、アルミ
板が好適である。その厚さとしては、０．５〜３．０ｍ
ｍ位のものが好ましく、更に好ましくは、１．０〜２．
０ｍｍである。厚さが０．５ｍｍよりも小さいと変形し
やすくなるため、再使用ができず経済的でない。また、
３．０ｍｍよりも大きくなると、成形が難しくなり、か
つコストが高くなる。このため、上述の範囲が好ましい
。アルミ板に対するオートクレーブ成形条件としては、
通常、温度が３００〜３５０°Ｃ程度、圧力が１０〜１
５ｋｇ／ｃｍ２　、好ましくは、１２〜１４ｋｇ／ｃｍ
２　程度が使用される。板材１０の主型１に面する表面
にも離型処理を施すことが好ましい。

【００１２】オートクレーブ成形に使用するバギングシ
ート５としては、耐圧性、耐熱性を有するシートやフィ
ルムが使用され、具体的には、ポリイミドフィルム、ア
ラミドフィルム、ポリエステルフィルム等を用いること
ができる。このうち、ポリイミドフィルムが高温に耐え
るので好ましい。

【００１３】次に、図１（ｄ）に示すように、主型１の
上に、成形材料（樹脂複合材料）２を乗せ、その上に、
補助型１０Ａ、ガラスクロス、ガラスマット等の第一保
護材３、ガラスクロス、ガラスマット等の第二保護材４
を配置し、更にその上にバギングシート５をかぶせ、周
囲をガム状のシーラントテープ６によって密封し、これ
をオートクレーブ内にセットし、バギングシート５に連
結した真空引きホース７を介して内部を真空に吸引し、
かつオートクレーブ内を樹脂の成形条件に合った高温、
高圧とする。これにより、バギングシート５に加わる圧
力によって、補助型１０Ａが成形材料２を型１の成形面
１ａに押し付け、成形が行われる。この時、成形材料２
はその両面を同一形状の成形面１ａ、１０ａではさまれ
るので、確実に成形面と同一形状となり、しかも厚みが
均一となっている。このため、樹脂が全体に均一に含浸
し、ボイドのないかつ所望形状の成形物が得られる。ま
た、成形物両面が剛性を有する成形面１ａ、１０ａによ
って押されるので、成形材料２をセットした際に凹凸が
あっても、その凸部がまず成形面１ａ、１０ａによって
押され、樹脂が左右に流れるので、極めて平滑な表面が
得られる。

【００１４】ここで使用する成形材料２としては、従来
のオートクレーブ成形に使用しうる任意のものを使用で
きる。例えば、熱可塑性樹脂繊維と補強繊維とからなる
織物或いは不織布、熱可塑性樹脂繊維の織物やマット、
熱可塑性樹脂シート、補強繊維の織物やマット等を適当
に積層したものを使用できる。また、熱可塑性樹脂に限
らず、熱硬化性樹脂を使用することも可能であり、補強
繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを用いても
よい。オートクレーブ成形において、オートクレーブ内
は空気としておいてもよいが、特に高温を使用する場合
には、オートクレーブ内に不活性ガスを充填しておくこ
とが好ましい。

【００１５】なお、以上の説明では、成形材料２が主型
１と補助型１０Ａとに直接接触するようにしているが、
これに代えて成形材料２の両面或いは片面に離型フィル
ムを配置してもよい。ただし、離型フィルムを用いる場
合には、その離型フィルムにしわがよりやすく、そのし
わによって成形物表面の平滑さが損なわれる恐れがある
ので、離型フィルムは用いない方が望ましい。また、成
形材料２と補助型１０Ａとの間に、ブリーダークロスと
してガラスクロスを入れてもよい。その場合には、その
ガラスクロスの表面粗さが成形物表面に転写されること
があるので、補助型１０Ａを直接接触させる場合に比べ
ると若干表面の平滑さは低下する。

【００１６】

【作用】以上のように、本発明では、主型１を用い、板
材１０をオートクレーブ成形することにより、補助型１
０Ａを作成しているので、主型１の成形面１ａと同じ形
状の成形面１０ａを持った補助型１０Ａを短時間で安価
に製造することができる。そして、この補助型１０Ａと
主型１を用いて成形材料をオートクレーブ成形するもの
であるので、成形材料２が主型１の成形面１ａに補助型
１０Ａによって確実に押し付けられ、成形物の賦形性が
向上する。また、その成形材料２が主型１の成形面１ａ
と補助型１０Ａの成形面１０ａとによって均一厚さには
さみ付けられ、オートクレーブ内の圧力が補助型全面に
均一にかかることから、成形物内部においても、樹脂が
全域均等に含浸させられたボイドのない良好な成形物を
得ることができる。

【００１７】また、成形材料２の両面が、剛性のある成
形面１ａ、１０ａで押されるので、表面の凹凸を平滑に
ならすことができ、両面が平滑な製品を得ることができ
る。更に、補助型１０Ａを使用したことにより、バギン
グシート５の下に配置する保護材の厚みを薄くすること
も可能となる。

【００１８】

【実施例】実施例１ 図２（ａ）、（ｂ）に示す断面形状の主型１を用意した
。この主型１の成形面１ａは正方形であり、各部寸法は
、Ｌ１　：５０ｃｍ、Ｌ２　：３５ｃｍ、Ｌ３　：３０
ｃｍ、Ｄ：５ｃｍ、Ｒ：３ｍｍである。次に、図１（ａ
）に示すように、その主型１に板材１０として正方形の
アルミ板（一辺：４８ｃｍ、厚さ：３ｍｍ、アルミ材質
：Ａ５０５２Ｐ）をセットし、更にその上に第一保護材
３、第二保護材４を介してバギングシート５をかぶせ、
オートクレーブに入れてオートクレーブ成形を行った。 その時の条件は、温度：３５０°Ｃ、圧力：１４ｋｇ／
ｃｍ２　、加圧時間：６０分である。これにより、図１
（ｃ）に示す補助型１０Ａを得た。

【００１９】次に、図１（ｄ）に示すように、主型１と
補助型１０Ａとの間に、成形材料２をセットし、その上
に第二保護材４としてガラスクロス（０５タイプ）を６
プライ積層し、全体をバギングシート５をかぶせ、オー
トクレーブ成形を行った。ここで使用した成形材料２は
、次に示す組成のＥガラス繊維糸とポリエーテルイミド
糸との平織り交織布（日東紡績株式会社、ＴＥＸＸＥＳ
　　ＣＷＥ　　１５２１）を、１７プライしたものであ
る。 　　交織布組成 　　■経糸　　　　Ｅ−ガラス繊維糸（ＥＣＧ３７　　
１／０）＋ポリエーテルイミド糸　　　　番手　　　　
　　　　１３５Ｔｅｘ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　９０Ｔｅｘ　　　　密
度　　　　両糸合わせて　　２０本／２５ｍｍ　　■緯
糸　　　　Ｅ−ガラス繊維糸（ＥＣＧ３７　　１／０）
＋ポリエーテルイミド糸　　　　番手　　　　　　　　
１３５Ｔｅｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　９０Ｔｅｘ　　　　密度　　　
　両糸合わせて　　１８本／２５ｍｍ　　■交織布の厚
さ　　　　０．２１ｍｍ　　■交織布の樹脂分　　　　
４５ｗｔ％オートクレーブ成形条件は、温度：３６０°
Ｃ、圧力：１４ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間：４０分である
。このオートクレーブ成形により、板厚３．４ｍｍの成
形物を得ることができた。

【００２０】実施例２ 長径５５ｃｍ、短径３０ｃｍ、最大高さ３．５ｃｍのた
まご型の凸面を有する主型を用意し、この主型を用いて
アルミ板（長径６０ｃｍ、短径３５ｃｍ、厚さ２ｍｍ、
アルミ材質：Ａ５０５２Ｐ）に実施例１と同一条件でオ
ートクレーブ成形し、補助型を作成した。これらの主型
及び補助型の間に、実施例１と同一の成形材料をセット
し、実施例１と同一条件でオートクレーブ成形した。こ
れにより、板厚３．４ｍｍの成形物を得ることができた
。

【００２１】比較例１ 実施例１に用いたものと同じ主型１に、実施例１と同じ
成形材料２をセットし、その上に図４に示すように、第
二保護材４としてガラスクロス（０５タイプ）を１２プ
ライ積層し、その上にバギングシート５をかぶせ、実施
例１と同一条件でオートクレーブ成形した。その結果、
板厚３．４ｍｍの成形物を得ることができた。

【００２２】比較例２ 比較例１と同じ主型と成形材料を使用し、第二保護材４
としてガラスマットを使用し、比較例１と同一条件でオ
ートクレーブ成形した。その結果、板厚３．４ｍｍの成
形物を得ることができた。

【００２３】以上の実施例１、２及び比較例１、２で得
た成形物の外観を観察したところ、実施例１、実施例２
では主型の成形面に合致した形状となっていたが、比較
例１、２ではいずれも、角部の形状が悪かった。すなわ
ち、比較例１で得た成形品は、図３（ａ）に示すような
断面形状となっており、その成形品１２の底部両端の角
部１２ａの断面は、曲率半径Ｒ′が約１０ｍｍ程度の丸
みがついており、しかもその部分では補強繊維の浮き出
しが生じていた。更に、図３（ｂ）に示す角部１２ｂは
、更に曲率半径が大きく、約３０ｍｍ程度の球面状とな
っており、外観が悪くなっていた。比較例２の成形物も
同様である。

【００２４】更に、実施例１、２及び比較例１、２で得
た成形物の表面を観察したところ、実施例１、実施例２
については、表裏共に平滑な成形物が得られたが、比較
例１、比較例２については、補強繊維による凹凸が表面
に現れており、平滑性が悪かった。また、これらの成形
物の平滑性を、ミツトヨ株式会社製のサーフテスト２０
１を用いて測定したところ、その優位差は、　　　　　
　実施例１　　＝　　実施例２　　＞　　比較例１　　
＞　　比較例２　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　５μ以下　　　　１０〜３０μ　　３０〜１００μ
であった。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、オー
トクレーブ成形に使用する主型に、オートクレーブ成形
可能な板材をセットしオートクレーブ成形することによ
り前記主型と対になる補助型を作成し、次いで、前記主
型に、成形材料をセットし、その上に前記補助型を配置
した後、バギングを行い、オートクレーブ成形すること
を特徴とするものであるので、主型の成形面と同じ形状
の成形面を持った補助型を短時間で安価に製造すること
ができ、その補助型と主型を用いて樹脂複合材料をオー
トクレーブ成形することにより、賦形性が向上し、所望
形状の成形物を得ることができる。しかも、成形時には
成形材料を全面に渡って均一に且つ同一厚さにはさみ付
けることができ、樹脂が全域均等に含浸させられたボイ
ドのない良好な成形物を得ることができ、表面平滑な製
品を得ることができるという効果も有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の
成形方法の手順を説明する概略断面図

【図２】（ａ）は実施例１に用いた主型の断面図（ｂ）
はその平面図

【図３】（ａ）は比較例１で得た成形物の断面図（ｂ）
はその平面図

【図４】従来のオートクレーブ成形を行う際のバギング
された状態を示す概略断面図

【図５】従来のオートクレーブ成形において、バギング
シートに圧力を加えて成形する状態を示す要部の概略断
面図

【符号の説明】

１　　型又は主型 １ａ　　成形面 ２　　成形材料 ３　　第一保護材 ４　　第二保護材 ５　　バギングシート ６　　シーラントテープ ７　　真空引きホース １０　　板材 １０Ａ　　補助型 １０ａ　　成形面 １２　　成形物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　繊維補強樹脂複合材料のオートクレー
   ブ成形に使用する主型に、オートクレーブ成形可能な板
   材をセットしオートクレーブ成形することにより前記主
   型と対になる補助型を作成し、次いで、前記主型に、成
   形材料をセットし、その上に前記補助型を配置した後、
   バギングを行い、オートクレーブ成形することを特徴と
   する繊維補強樹脂複合材料の成形方法。
2. 【請求項２】　　前記補助型を構成する板材が、厚さ０
   ．５〜３ｍｍのアルミ板であることを特徴とする請求項
   １記載の繊維補強樹脂複合材料の成形方法。