JPH0563287B2 - - 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プリプレグ材シートに対
しての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、単位重量当たりの剛性及
び機械的強度であるところの比剛性及び比強度が
金属材料に比べて優れ、また、ある程度仕様に合
わせた特性の材料を設計できるので、いわゆるテ
ーラドマテリアルと呼ばれ、航空、宇宙産業を始
めとして、舟艇、船舶、自動車、スポーツ用品等
に急速に普及した。

従来の繊維強化熱可塑性合成樹脂は、熱硬化性
合成樹脂をベースとして形成されていたが、最近
は、高性能の熱可塑性合成樹脂が多数開発された
こともあつて熱可塑性合成樹脂をベースとしたも
のも開発されるようになつた。

繊維強化熱可塑性合成樹脂として、連続繊維に
熱可塑性合成樹脂を含浸させたシート状繊維強化
熱可塑性合成樹脂、すなわち、FRTRシートが、
プレス成形用のいわゆるスタンパブルシートとし
て開発された。

このFRTPシートとして、最近、ICI社から
Aromatic Polymer CompositeとしてPEEK（ポ
リエーテルエーテルケトン）樹脂を炭素繊維で強
化したシート材APC−２が開発叛された。

PEEK樹脂は、耐熱、耐スチーム、耐薬品耐放
射線、難撚性等に優れていて、電線被覆、コンピ
ユータ用ラツピングワイヤ、航空機用のコネクタ
やエンジン周辺部品、原子力発電用コネクタ、熱
水ポンプ等種々の用途で利用されていることか
ら、このPEEK樹脂をベースにしたFRTPも広い
用途が期待される。

従来のFRTPシートの成形は、所定の成形温度
に加熱した成形体シートを加熱された型にセツト
してプレスするホツトプレス成形や、成形材シー
トがセツトされた型の配備された加圧室内を所定
温度に加熱した後、圧搾空気を導入し成形材シー
トを型に倣わせて押圧する空圧成形により行なわ
れていた。

これらの成形の場合、成形体は、成形後型内で
自然冷却された後取り出されていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、成形体が型内での自然冷却によ
り徐冷されると、PEEK樹脂のような結晶性合成
樹脂の場合は結晶化度が高まるとともにその程度
もばらついて、靭性や耐衝撃性が低下するととも
に物性がばらつくこととなる。

特に、PEEK樹脂のように400℃と高温で形成
される樹脂の場合は、冷却に時間がかかるのでこ
の傾向が強い。

すなわち、結晶性合成樹脂は、成形後の冷却速
度によつて結晶化度がばらつき、例えば、冷却速
度が10℃／分以下で徐冷されると結晶化度が高ま
つて靭性が低くなり、逆に、冷却速度が700℃／
分と急冷されると結晶化度が低くなつて機械的強
度、剛性、耐薬品性等が低くなる。

したがつて、結晶性の合成樹脂の成形体の物性
を安定させるためには、成形後の冷却速度を厳密
にコントロールし、結晶化度を最適にコントロー
ルすることが必要となるが、前記したように成形
体を型内で自然冷却したのではこれは困難であ
る。

このため、結晶性合成樹脂をベースとする成形
体の場合には成形終了直後に急冷して一旦結晶化
度の低い状態とした後、200〜300℃−20分程度の
アニーリングを行つて所定の結晶化度に戻すよう
に調整することが好ましい。

しかしながら、PEEK樹脂のように、400℃程
度と極めて高温での成形体を成形終了直後に型か
ら取り出して水冷等によつて急冷させる作業を行
うことは大変であり、しかも、この急冷作業の際
に成形体が変形してしまうという問題もあつた。

本発明は、前記したような従来技術の欠点を解
消して、成形体の成形直後の急冷作業を成形体を
変形させることなく容易に行うことのできる、繊
維強化熱可塑性合成樹脂のシート状成形材に対す
る成形方法を提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、所定枚数の繊維強化熱可塑
性合成樹脂プリプレグ材シートを積層した積層シ
ートを両面から展延性に富んだ金属シートで挟持
し成形体シートとし、この成形材シートを加熱室
内に配備された加圧室内で成形型を基に圧搾空気
により加圧成形し、この成形体を成形直後に加圧
室内に配備されたノズルから冷媒を噴射して冷却
することを特徴とする繊維強化熱可塑性合成樹脂
の成形方法である。

（作用） 本発明は前記したように構成され、成形体は、
成形直後に冷媒の噴射によつて効率良く急冷され
るので成形体の結晶化度は極めて低くなり、しか
もこの冷却は成形体に対する局部的なものである
ので加熱室内は殆ど室温が下がることがなく短い
成形サイクルで成形を行え、さらに、合成樹脂シ
ートは両面が金属シートで挾まれて成形及び冷却
されるので、成形の際に強化用の繊維の配向が乱
れたり損傷したりすることがなく良好に成形さ
れ、また、冷却の際に高圧力の冷媒が噴射されて
も成形体は変形しない。

（実施例） 本発明の実施例として、先ず、成形材シートを
空圧成形により成形する装置を第１図により説明
する。

第１図において、１は熱風が循環する加熱室で
あり、この加熱室１内に加圧室２が配備されてい
る。

加圧室２は、下面が開口し、この開口の周囲に
フランジ部４を持ち所定の位置に固定された上室
３と、上面の上室３の開口と対向した位置が開口
し、この開口の周囲にフランジ部６を持ちプラン
ジヤーロツド１０により上下動自在の下室５とに
２分されている。

下室２には、排気口７が設けられ、セラミツク
スのような通気性材料で形成された成形型８がキ
ヤビテイ部９を開口に臨ませて収納されている。

１１が、FRTPのプリプレグ材シートを所定枚
数重ね合わせた積層シート１２を上下に両面から
展延性に富んだ金属シート１３で挾んだ成形材シ
ートで、この成形体シート１１は、加圧室２の上
室３と下室５との間に、プランジヤーロツド１０
の押圧によつて上下両面の開口の周囲に設けたフ
ランジ部４及び６に周辺部が挾まれてセツトされ
る。

１４は、加圧成形用の圧搾空気と冷却用の冷媒
とを加圧室２の上室３内に噴出するための噴射管
で、この噴射管１４は、コンプレツサーバルブ１
７を介してコンプレツサー１６と水道バルブ１９
を介して水道管２０とにつながる気液混合器１８
につながつている。

１５は、加圧室２の上室３内を必要に応じて排
気するための排気バルブ２１を介して大気に解放
される排気管である。

次に、以上のように構成される成形装置による
成形の手順を説明する。

先ず第２図に示すように、加熱室１は成形材の
ベースであるPEEK樹脂の成形温度である400℃
に加熱され、加圧室２は、下室５が下降して開か
れた状態となつており、下室５の成形型８上に
400℃に予熱した成形材シート１１を載置する。

成形材シート１１の積層シート１２は、第３図
に示すように、PEEK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、APC−２、密度1.6g／cm³、炭素繊維体積分率
61％、樹脂含有率32％）の厚さ0.125mmのシート
２２を繊維配向を45℃づつずらしての４枚重ねと
し、この２組み合計８枚重ねとしたものであり、
この積層シート１２を両面から挾む金属シート１
３は、厚さ0.8mmの超塑性アルミニウムシート
（スカイアルミ社、A7475）である。

次に第４図に示すように、加圧室２は、プラン
ジヤーロツド１０の作動によつて下室５を上昇さ
せ、成形材シート１１を下室５と上室３との間に
開口の周囲に設けたフランジ部で周辺部を挾んで
セツトし、コンプレツサーバルブ１７は開き、水
道バルブ１９と排気バルブ２１は閉じた状態とし
てコンプレツサー１６を作動させ気液混合器１８
を経て噴射管１４から６Kgｆ／cm²程度の圧力の圧
搾空気を噴出させ成形材シート１１に対する加圧
を行う。

これにより、所定の成形温度に加熱されている
積層シート１２は、成形型８のキヤビテイー９に
倣つて徐々に変形して行き、この際、この積層シ
ート１２を両面から挾む金属シート１３も展延性
に優れた超塑性アルミニウムシートであるのでと
もに変形して行き、積層シート１２の繊維の配向
が変形によつて乱れるのを防ぐ。

また、成形材シート１１が変形すると、成形型
８が通気性を持つたセラミツクス型であるので、
キヤビテイ９内の空気は成形材シート１１の変形
にともなう押圧力によつて下室５に設けた排気口
７を通じて成形型８の外に排出され、成形材シー
ト１１は、圧搾空気の加圧力によつて一層変形し
易くなり、最終的にはキヤビテイ９に密着しキヤ
ビテイに完全に倣つた形状に賦形され、この状態
で所定時間の加圧を続け成形体を形成する。

次に、前記したようにして成形された成形体の
冷却を行うため水道バルブ１９と排気バルブ２１
とを開く。

これにより、加圧室２内は、上室３内の加圧用
の排搾空気が拝気管１５から大気中に排出され大
気圧に戻るとともに、第５図に示すように、混合
器１８で水と圧搾空気とを混合させた冷媒が、噴
射管１４から成形体２３に向かつて噴射された後
排気管１５から排出され、成形体２３の冷却が行
われる。

この冷却の際の冷媒の噴射量は、水量300c.c.／
分、圧搾空気量294Nl／分であり、噴射管１４か
らの噴射量のほうが排気管１５からの排気量より
も多くなつているので、成形体２３は加圧されつ
つ冷却されていることとなる。

成形体２３は、積層シート１２が賦形された成
形品２４の表面を金属シート１３が賦形された金
属カバー２５で覆つているので、冷媒が直接成形
品２４の表面に噴射されることはないので、冷媒
の噴射圧力によつて成形品２４の表面が変形する
ことはない。

また、冷媒としては、前記した水ミストを含む
圧搾空気の他に、断熱膨張空気や水シヤワー等の
利用も考えられる。

以上のようにして成形体２３の冷却が終わる
と、コンプレツサーバルブ１７、水道バルブ１９
及び排気バルブ２１を閉じ、第６図に示すよう
に、プランジヤーロツド１０の作動によつて加圧
室２の下室５を下降させ成形体２３を成形型８か
ら取り出し、次ぎの結晶化度を再調整するための
アニーリング処理に移る。

（効果） 第７図は、本発明の冷却効果を示し、黒丸実線
で示されるＡが本発明の急冷を行つた場合の成形
品の冷却曲線、白丸点線で示されるＢが比較例と
して成形品を室温で自然冷却した場合の冷却曲線
である。

この図から明らかなように、本発明による前記
実施例に示したような条件で冷却を行つた場合の
冷却速度は、5200℃／分と極めて速く、400℃の
成形品を４〜５秒の極めて短い時間で常温まで冷
却でき、成形体の成形品の表面は金属カバーで覆
われているものの、この金属カバーは熱伝導性の
良いアルミニウムシートでできているので成形品
の冷却速度には殆ど影響しない。

この結果、成形品は結晶化が殆ど進んでいない
状態で成形型から取り出され、後のアニーリング
処理によつて最適な結晶化度が実現できる。

さらに、成形体は冷却時間が短く成形終了直後
に成形型から取り出せ、しかも冷却は、成形体に
対する局部的なものであるとともに時間も短いの
で加熱室の温度低下は殆どなく、したがつて加熱
室の温度調整のための時間も必要でないので、成
形イクルが極めて短くなる。

以上のように、本発明は、熱可塑性合成樹脂、
特に、結晶性の熱可塑性合成樹脂をベースとする
シート状繊維強化熱可塑性合成樹脂成形材に対
し、結晶化度を調整し物性上のバラツキのない良
好な成形品を容易に成形できる成形法を提供する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に利用する成形装置を示す図、
第２図は装置に成形材をセツトする状態を示す
図、第３図はプリプレグ材シートを積層し積層シ
ートを形成する状態を示す図、第４図は成形状態
を示す図、第５図は成形体の冷却状態を示す図、
第６図は成形体の取り出し状態を示す図、第７図
は冷却効果を示す図である。 １……加熱室、２……加圧室、８……成形型、
１１……成形材シート、１２……積層シート、１
３……金属シート、１４……圧搾空気並びに冷媒
噴射管、１６……コンプレツサー、１８……気液
混合器、２０……水道管、２３……成形体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定枚数の繊維強化熱可塑性合成樹脂プリプ
   レ材シートを積層した積層シートを両面から展延
   性に富んだ金属シートで挟持し成形材シートと
   し、この成形材シートを加熱室内に配備された加
   圧室内で成形型を基に圧搾空気により加圧成形
   し、この成形体を成形直後に加圧室内に配備され
   たノズルから冷媒を噴射して冷却することを特徴
   とする繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形方法。