JPH0563286B2 - - Google Patents

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、いわゆるテーラードマテ
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つて最適
設計ができる。

など数々のメリツトがあり、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
樹脂に代つ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
来の成形法を第７図〜第１０図に示す。

第７図に示すように、複数枚の一方向プリプレ
グシート１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によつて熱風式或は赤外線式のような加
熱炉４の中に送られ、所定の成形温度、例えば
PPS樹脂をマトリツ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℃の金型５にすみ
やかにセツトしプレス成形する。

成形条件は、型締め速度を8.5〜21cm／sec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９mm以下の場合で１〜３分とし、
圧力を140〜420Kg／cm²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
へセツトするための取扱いである。

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やかに
金型にセツ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ツトする迄
の時間が長くなり、この間に冷却も進むので金型
にセツ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、金型にセツ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、
マトリツ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
急冷し結晶化が進むのを防ぐことも望まれるが、
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、一方金型
内で急冷することは、金型の再加熱が必要となつ
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ツトで金型へセツトさ
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繊維強
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つ
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つて
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
予備成形用型によつて予備成形された予備成形品
を本成形用型へのセツトのために取扱うので、こ
の取扱は極めて容易ですみやかに金型へのセツト
が行える。

このため、金型へのセツ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、
さらに予備成形品はほとんど最終形状に賦形され
ていることも加わつて、急速プレスを行つても
“しわ”、“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ツトで取扱うこ
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
リプレグ材であり、繊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ツト
する状態を示したものであり、１０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１１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８
ｂを取付穴９を支柱１１に挿入し位置決めして載
置してセツトを終え一つの予備成形ユニツトが形
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
形ユニツトを第４図に示すように、加熱炉１４に
入れてマトリツ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１
２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ツトを成形することもで
きる。

予備成形が終了すると、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
ツトし、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１７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つているが、
本成形の直前に予備成形品を予備成形用型から離
して本成形を行つても良い。

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

プリプレグ材シート PEEK（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹
脂をマトリツクス材とする炭素繊維プリプレグ材
（化成フアイバーライト社、APC2、密度1.6g／
cm³、炭素繊維体積分率61％、炭素繊維重量分率68
％、樹脂含有量32％）の厚さ0.125mmのシートを
所定の大きさに切断するとともに、［0.45、90、−
45］ｓの繊維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2.0mm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／cm²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。

予備成形ユニツト 予備成形用型の下型と上型との間に各々の繊維
配向を持つたAPC2シートを４層シンメトリー、
合計８枚積層する。

予備成形 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つて軟化し、上型
の自重で徐々に軽い圧縮を受け型の形状に賦形さ
れた予備成形品が形成される。

プレス成型 予備成形品を予備成形用型に挟持した状態で本
成形用型にセツトし、20〜25Kg／cm²の圧力で約１
分間加圧して成形する。

急 冷 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
本成形用型へのセツトは約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
きなかつた。

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、型の予熱を行つていない
にもかかわらず成形中の成形材の温度低下が予想
以上に少なかつた。

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１０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、１
５……予備成形品、１６……本成形用型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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つて、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つて予備成形
   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 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。