JPH04812B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維強化複合材料（以下FRPとい
う）成形品の製造方法に係るものである。

（従来の技術） FRPの成形法には、ハンドレイアツプ法やレ
ジンインジエクシヨン法等種々あるが、最近は成
形時間がより短かく、しかも美しい外観と高い強
度の得られる方法が望まれるようになつてきた。
従来この要求に近い方法として、型内に強化繊維
を任意の方向に配置させ、常温硬化の液状樹脂を
型内に注入し繊維に含浸させ硬化させるレジンイ
ンジエクシヨン法があつた。しかしこの方法は液
状の樹脂と硬化剤を混合機で適量混合し、混合機
のノズルから型の注入孔に圧入するため、加圧状
態のままで硬化させるとノズル部の樹脂が硬化し
てしまい作業性が悪かつた。また硬化しないうち
にノズル部をはずすと、型内の樹脂の圧力保持が
できなくなりボイドが発生しやすくなり美しい外
観と高い強度が得られなかつた。

また、成形時間については注入圧力が２〜５
Kg／cm²と低いため含浸に時間がかかり、長い硬化
時間が必要であつた。そのため成形時間を短かく
できなかつた。

成形時間を短かくできる成形法には、射出成形
法、トランスフアー成形法、SMC法、BMC法等
がある。しかしこれらは強化繊維を流動させるた
め、長繊維が使用できず、また流動により繊維が
配向するため、任意方向に高い強度を得ることが
できなかつた。

そこで金型のキヤビテイーにあらかじめ強化繊
維を配置させ、樹脂を10Kg／cm²以上の高圧で注入
し、強化繊維に含浸させる方法が提案されたが、
成形品の形状が板状や棒状の様な単純形状でない
場合、パーテイング面が曲面になり、注入樹脂が
パーテイング面からもれやすくキヤビテイー内の
圧力保持ができずボイドが発生し、高い強度や美
しい外観が得られにくかつた。また、形状の複雑
な物を成形する場合、正確なキヤビテイー形状を
持ち、パーテイング面から樹脂のもれにくい精密
な金型を作製するには非常にコストがかかつた。
精密な金型でも成形するにつれ、強化繊維やバリ
などにより曲面のパーテイング面から樹脂がもれ
やすくなり成形性が低下した。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は短かい成形時間で、高い強度と美しい
外観を持つ製品が、安価な金型を使用して得られ
る、FRP成形品の製造方法を提供するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明はパーテイング面が曲面である金型の外
側にパーテイング面が平面である金型を設けて、
一対の金型を形成し、金型のキヤビテイー内にあ
らかじめ強化繊維を配置させ、型を締めた後、樹
脂を圧入し強化繊維に含浸させ、熱硬化させて
FRPを成形することを特徴とするもので、この
方法は、複雑形状で、外観が美しく、高い強度を
持ち最適設計の成形品を、安価な鋳型金型を使用
しても短時間で成形できることを可能にした。

（作用） FRP成形品には各種の形状があるため、型成
形する場合ほとんどが複雑なキヤビテイー形状と
曲面のパーテイング面を持つた金型が必要にな
る。従来の射出成形法のように金型を締めてか
ら、強化繊維入り材料を注入する場合曲面のパー
テイング面からのもれは、材料の流動抵抗が大き
いためあまり問題にならなかつた。しかし本発明
のように強化繊維をあらかじめ型内に配置してか
ら金型を締め、そこに数ポアズの低粘度樹脂を圧
入していく場合必ず曲面のパーテイング面から樹
脂もれが生じ成形品にボイドが発生しやすかつ
た。たとえ精密で高価な金型を使用して初めはも
れが少なくても、パーテイング面に強化繊維やバ
リがはさまり凹凸ができてくるため樹脂もれが生
じてきた。

しかしパーテイング面の形状は成形品の形状に
より限定されてくるため、自由に形状を変えるこ
とによるもれの防止はできなかつた。ところで樹
脂もれを最も少なくできるパーテイング面の形状
は平面である。そこでパーテイング面が曲面であ
る金型の外側に、パーテイング面が平面である金
型を設けて、一対の金型を形成し型締め力が外側
の平面パーテイング部に加わる形状にすることを
発明した。これにより内側の曲面パーテイング部
から樹脂もれが生じても外側の平面パーテイング
部で樹脂もれが防止でき、キヤビテイー内の圧力
保持が可能になり、ボイドの発生が減少し、強度
と外観の向上がはかれるようになつた。ところで
成形品の形状キヤビテイーをもつ金型は、モデル
形状からならい加工や機械加工などで作製する
が、非常に長い加工時間がかかり高価になつた。
しかし本方法では外型の平面パーテイング部で樹
脂もれを防止するため、キヤビテイーをもつ金型
は鋳型可能な金属でよい。すなわちマスターモデ
ルを反転した安価な鋳型が使用できる。鋳型用金
属にはアルミ合金、アルミ、亜鉛を主とした合金
であるZAS型、ベリリウム合金、鋳鉄等種々あ
るが、用途に応じいずれも使用できる。外型は各
種の金属が使用可能であるが、加工性、硬さ、価
格等から考え鉄が最も良い。内型にアルミ合金や
ZAS型のように硬度の低い金属を使用した場合、
それを外側の鉄型に挿入し、一対の金型にするこ
とにより、大きい型締力を加えても外型で力を受
けるため、軟かい内型の変形をおさえることがで
きる。また内型が硬い鋳鉄のような場合は、外型
に挿入せずに、外側に平面パーテイング面を設け
るだけでも良い。

キヤビテイー内に配置させる強化繊維の形態は
ロービング、クロス、マツト、編組不織布、また
は短繊維等でこれらを組合せたものでもよい。種
類はカーボン繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維、
SiC繊維、ボロン繊維、アモルフアス繊維、金属
繊維、有機繊維等でこれらを組合せてもよい。ま
たあらかじめ強化繊維のみを配置しても良いが、
強化繊維を軽量芯体の周囲を覆つて設けたものを
キヤビテイー内に配置させても良い。その場合、
成形品の軽量化がはかれる。軽量芯体は樹脂の発
泡体、中空微小バルーンの樹脂硬化物や金属の中
空体等が適している。これら強化繊維を金型のキ
ヤビテイー内に配置させ、金型を締めた後、キヤ
ビテイー内に樹脂を圧入し繊維に含浸させる。

樹脂は加熱した金型の熱により粘度が低下する
が、この時の最低粘度は10ポアズ以下が含浸性が
向上し望ましい。使用する樹脂は、熱硬化性樹脂
たとえばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フエノール樹脂、またはジアリルフタレート
樹脂等である。注入圧力は高い方が含浸性が向上
するため10Kg／cm²が望ましい。繊維に含浸した樹
脂は金型の熱により硬化させる。注入後数分で樹
脂が硬化するよう配合比率を決定する。脱型後、
金型面と同程度の美しい外観を持つた成形品が得
られる。

本発明の成形法は従来のほとんどのFRP成形
品の成形に適用できるが、特に軽量化と高い強度
及び美しい外観が要求される成形品に向いてい
る。たとえばFRPゴルフヘツド、FRPテニスラ
ケツト、FRPスキー板等の重量、剛性、強度、
形状に制約があり、美しい外観を要求されるスポ
ーツ用品や複雑な形状、美しい外観、軽量化、お
よび高い強度を要求される種々の成形品の製造に
適している。

（実施例） 次にFRPゴルフヘツドを本発明の製造方法で
成形した実施例を示す。

第１図は軽量芯体にカーボン繊維を巻いて成形
するカーボン繊維プラスチツク製ゴルフヘツドの
製造法を示す断面説明図である。まずゴルフヘツ
ド成形品の形状より全体に４mm小さい芯体１を硬
質発泡ウレタンで成形した。重量は40ｇとした。
そしてこの芯体にカーボン繊維ロービング２を巻
きつけた。カーボン繊維はPAN系高強度系で
6000フイラメントのロービングを使用し、全体の
厚さが約４mm、重量が60ｇになるようにした。こ
れをゴルフヘツドの形状をしたキヤビテイー３を
有する金型４，５，６，７に入れ金型を締めた。
金型４，５はゴルフヘツドのマスターモデルから
反転して鋳型法で作製したZAS製の金型である。
金型４，５は複雑な曲面のパーテイング面を有し
ている。そして金型４，５は、平面のパーテイン
グ面を有する鉄製の金型６，７に挿入してある。
金型は棒ヒータ８で140℃に加熱しておき、脱型
のため離型剤を塗布した。

注入したエポキシ樹脂１０はビスフエノール系
エポキシ樹脂である。硬化剤は酸無水物系とし
た。エポキシ樹脂を硬化剤、および触媒と配合
し、加熱室９に入れ、プランジヤー１２でゲート
１１からキヤビテイー内に圧入した。注入圧力は
30Kg／cm²とし、加圧時間は８分とした。樹脂は常
温で液状であり140℃での粘度は1Poiseである。
圧入中金型からの樹脂もれはほとんどなく、樹脂
はカーボン繊維に十分含浸し、硬化中圧力が保持
され加圧状態で硬化させた。脱型後、ボイドがな
く外観の美しいカーボンゴルフヘツドが得られ
た。

また10個の成形品の平均重量は175ｇであつた。

脱型後加熱室とゲート部に少し樹脂硬化物が残
つたが簡単に取り除くことができ、すぐに次の成
形が可能であつた。また成形したゴルフヘツドを
圧縮試験機で圧縮試験した。ヘツドのネツク部を
上にして平行板にはさみ、ネツク部に荷重を加え
た所1200Kgでネツク部にクラツクが入つた。そし
て同一形状の180ｇのゴルフヘツドを測定した結
果430Kgでクラツクが発生し、カーボンゴルフヘ
ツドの約1/3の強度であつた。

次に比較例として、ゴルフヘツドのマスターモ
デルから反転して鋳型法で作製したZAS製の金
型４，５のみで成形した。それを第２図に示す。
その他の成形条件は実施例と同一にした。樹脂の
圧入中金型のパーテイング面の曲面部から樹脂も
れが生じ、硬化中の圧力保持が不十分であつた。
脱型後、成形品にボイドが生じやすく、なかなか
外観の美しいカーボンゴルフヘツドが得られなか
つた。そして10個の成形品の平均重量は172ｇで
あつた。特に樹脂もれが多かつた場合、外観にボ
イドが多く発生し、重量が軽くなつた。また
ZAS型は50回の成形でパーテイング面のキヤビ
テイ側が少し変形した。

（発明の効果） 本発明の製造方法によりカーボンゴルフヘツド
を成形した結果、パーテイング面が曲面である金
型の外側にパーテイング面が平面である金型を設
けた一対の金型を使用して成形した場合、パーテ
イング面が曲面である金型を使用して成形したの
に比べ、金型のパーテイング面から樹脂がもれに
くいため、ボイドがなく美しい外観を持ち強度の
高い成形品が得られ、型の耐久性も向上すること
がわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はカーボンゴルフヘツドの製
造方法を示す断面説明図である。 符号の説明、１……芯体、２……カーボン繊
維、３……キヤビテイー、４……ZAS製上型、
５……ZAS製下型、６……鉄製上型、７……鉄
製下型、８……棒ヒータ、９……加熱室、１０…
…樹脂、１１……ゲート、１２……プランジヤ
ー、１３……可動盤、１４……固定盤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パーテイング面が曲面である金型の外側にパ
   ーテイング面が平面である金型を設けて一対の金
   型を形成し、金型のキヤビテイー内にあらかじめ
   強化繊維を配置させ金型を締めた後、樹脂を圧入
   し強化繊維に含浸させ、熱硬化させることを特徴
   とするFRP成形品の製造方法。 ２ パーテイング面が曲面である金型が、鋳造可
   能な金属である特許請求の範囲第１項記載の
   FRP成形品の製造方法。 ３ パーテイング面が平面である金型が、鉄製で
   ある特許請求の範囲第１項記載のFRP成形品の
   製造方法。 ４ 強化繊維が軽量芯体の周囲を覆つている形態
   である特許請求の範囲第１項記載のFRP成形品
   の製造方法。