JPH0571371B2 - - 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形成方法に係り、特に繊維
強化熱可塑性合成樹脂のプリプレグ材シートを用
いてのプレス成形方法に関するものである。

〔従来の技術〕

繊維強化合成樹脂は、単位重量当たりの機械的
強度に優れ、ある程度仕様に合わせた特性の材料
を設計できるもので、いわゆるテーラードマテリ
アルと呼ばれ、航空・宇宙産業をはじめとし舟
艇、船舶、自動車、スポーツ関連等に急速に普及
しつつある。

繊維強化合成樹脂のベースとしては従来は熱硬
化性合成樹脂が主に利用されていたが、最近、熱
可塑性合成樹脂を連続繊維に含浸させたシート状
繊維強化合成樹脂であるいわゆるスタンパブルシ
ートが開発された。

従来のスタンパブルシートを利用しての成形方
法について第４図〜第７図により説明する。

スタンパブルシートの成形は第４図に示すよう
なホツトプレス成形装置により行われており、１
は型締用油圧シリンダー、２は補強板、３は水冷
却管８の埋設された隔熱冷却板、４は断熱材、５
は水冷却管７及びカートリツジヒータ６を埋設し
た加熱冷却板である。

したがつて、この装置を用いての成形は、加熱
された加熱冷却板４に成形用の型の下型及び上型
を各々取り付け、型締用油圧シリンダー１による
所定圧力での型締めにより行われ、成形後加熱冷
却板４を冷却し成形品の取出しを行う。

スタンパブルシートとして、例えばPEEK（ポ
リエーテル・エーテル・ケトン）樹脂をベース樹
脂とし繊維が一方向に配向したところの一方向プ
リプレグ材を用いての成形の場合は、第５図に示
すように一方向プリプレグシート９を所定の繊維
方向が得られるよう各々方向を定めて複数枚積み
重ね、この樹脂にはタツク性がないので、エツジ
部を電気ごてで融着したり、或は、プレス機で熱
圧着したりして第６図に示すようなラミネート材
１０を先ず成形する。

次いで、ラミネート材１０を加熱炉で所定の成
形温度、例えばPEEK樹脂の場合は400℃程度に
予熱した後、第７図に示すように第４図の成形装
置の加熱冷却板に装着され200℃程度に加熱され
た金型１１の下型１２上に載せ上型１３で20Kg／
cm²前後の圧力で成形する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したような従来の成形方法において、先ず
問題となるのは400℃という高温に加熱されたラ
ミネート材を金型にセツトするための取り扱いで
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速やかに金
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でしかも変形し易く取り
扱いが容易でないので、これは困難であつた。こ
の結果、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が進み、金型にセツト
されたラミネート材には、外周部の温度が中心部
の温度より低くなり温度のバラツキが生じる。

金型にセツトされたラミネート材が温度のバラ
ツキを持つと、材料内に部分的な賦形性のバラツ
キが生じ、これは、しわ、ボイドといつた製品欠
陥を発生させ機械的強度のバラツキの原因とな
る。

また、ベース樹脂としてPEEKのような結晶性
樹脂を用いている場合には、材料の部分的冷却速
度のバラツキは結晶化度のバラツキとなつて、物
理・化学両特性のバラツキとなる。

本発明は、前記したような従来技術の欠点を解
消し、しわ、ボイドのような製品欠陥と結晶化度
のバラツキの発生を防ぐことのできるシート状の
繊維強化熱可塑性合成樹脂の成形方法を提供する
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、アルミニウム、鉄等の展延
性に富んだ金属材料の絞り加工により製品形状を
模写した上下２枚の予備成形型に所定枚数の繊維
強化熱可塑性合成樹脂のプリプレグ材シートを挾
持し加熱を行い予備成形する工程と、前記予備成
形工程により予備成形されたプリプレグ材シート
を予備成形型に挾持した状態で本成形型の下型に
セツトし予備成形型の周辺部を耐熱シートで覆
い、下型の予備成形型の周辺部に設けた吸気溝か
ら予備成形型内を真空排気しつつ上型による加圧
により本成形する工程とより成ることを特徴とす
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、プリプレグ
材シートを金属板材の予備成形型にて予備成形
し、そのまま予備成形型ごと本成形型にセツトす
るので、取り扱いが容易で非常に速やかに本成形
型へのセツトが行える。

このため、本成形の際にプリプレグ材シートの
冷却は殆ど進んでいないので温度のバラツキがな
く、結晶化度のバラツキがなくなつて結晶化度に
起因する物性上の問題がなくなる。

また、温度のバラツキがなくなることにより部
分的な賦形性のバラツキもなくなり、さらに、予
備成形品は殆ど最終形状に賦形されていること及
び成形は真空排気状態で行われることが加わつ
て、しわやボイドのような成形条件に起因する製
品欠陥の発生もなくなる。

〔実施例〕

本発明の実施例について第１図〜第３図により
説明するが、成形装置は第４図に示すものが用い
られる。

なお、本実施例の本成形においては、後に説明
するように本成形型に予熱及び冷却を必要としな
いので、第４図のホツトプレス装置から加熱及び
冷却装置を省略した単なるプレス装置を利用して
も何ら支障がないことは言うまでもないことであ
る。

第１図に示すのは、予備成形型１４であり、こ
れは製品形状を模写した下型１５と上型１６との
２枚の型より成つている。

予備成形型１４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の絞り加工によ
り形成される。

具体的には、厚さ2.00mmの超塑性アルミニウム
シート（神戸製鋼所，KS7475）を製品形状を模
写した高密度コンクリート型にて510〜520℃、４
Kg／cm²で空気圧成形して形成する。

第２図は、前記予備成形型１４にプリプレグ材
シート９を挾持させる状態を示す図であり、下型
１５上にプリプレグ材シート９を所定の繊維配向
として複数枚積み重ね、その上に上型１６を載せ
下型１５とをクリツプ等で挾む。

このように、プリプレグ材シート９を挾持した
予備成形型１４が加熱炉で加熱されると、プリプ
レグ材シート９が軟化し徐々に予備成形型１４に
倣つて賦形されていき予備成形される。

この予備成形の具体的条件について説明する
と、プリプレグ材シート９としては、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1.6
Kg／cm³，炭素繊維体積分率61％，樹脂含有率32
％）の厚さ1.125mmのシートを用い、このシート
の繊維配向を45゜ずつずらしての４枚重ねを２組
合計８枚を予備成形型１４に挾持させ、400℃の
加熱炉で約40分加熱した。

第３図は、本成形を行う状態を示す図である。
前記したようにして予備成形が終わると、予備成
形されたプリプレグ材シート９を予備成形型１４
に挾持させたまま本成形型１７の下型１８に速や
かにセツトする。

下型１８の周辺部には吸気溝２０が設けられて
いて、0.2mm程度の厚さのポリイミドフイルムの
ような耐熱性シート２２でセツトされた予備成形
型１４の周辺部を覆うと、予備成形型１４内は、
吸気溝２０につながる吸気穴２１からの吸気によ
つて真空排気できる状態となる。

この場合、図に示すように予備成形型１４の上
型１６を下型１５よりもやや大きくしておくと、
真空排気の際に耐熱シート２２が吸気溝２０に密
着せず、予備成形型１４の真空排気が妨げられな
いので好都合である。

したがつて、前記したような予備成形型１４内
を真空排気できる状態とし真空ポンプを作動させ
真空排気を行いつつ本成形型１７の上型１９で20
〜25Kg／cm²の圧力で約１分間加圧成形する。

このようにして本成形が終わつたなら、直ちに
本成形型１７を開いて、本成形されたプリプレグ
材シート９を予備成形型１４に挾持したまま取り
出し水冷すると、プリプレグ材シート９の結晶化
は殆ど進むことはない。

なお、本成形型１７としては、超塑性アルミニ
ウム材を用いて空気圧成形により予備成形型１４
を形成する際のと同様の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たけで簡単に製作で
き、しかも、熱伝導度が悪いので、型の予熱を行
つていなくても予備成形されたプリプレグ材シー
トの温度を殆ど低下させない。

前記したような方法で成形した成形品の断面を
観察しボイドの発生率を調べた結果によると、中
心部の面積ボイド率が0.2〜0.3％であるのに対し
て、本来はボイドの発生し易い外周部の面積ボイ
ド率は0.1〜0.2％と僅かではあるが低くなつてい
て、真空排気の効果が認められていた。

〔効果〕

本発明は前記したような構成及び作用のもので
あり、予備成形後本成形に移るのに２秒程度しか
かからないので加熱されたプリプレグ材シートの
温度が殆ど低下しない内に本成形を行え、さら
に、本成形が真空排気状態で行われることや、成
形品の水冷が行われることも加わつて、結晶の促
進が原因となる物性の低下及びボイドのような成
形欠陥が原因となる機械的強度の低下のない良好
な製品の得られるシート状の繊維強化熱可塑性合
成樹脂の成形方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示す図で、
第１図は予備成形型を示す図、第２図は予備成形
型の状態を示す図、第３図は本成形の状態を示す
図であり、第４図はホツトプレス成形装置を示す
図、第５図〜第７図は従来例を示す図で、第５図
はプリプレグ材シートを示す図、第６図はラミネ
ート材を示す図、第７図はプレス成形状態を示す
図である。 ９…プリプレグ材シート、１４…予備成形型、
１７…本成形型、１８…下型、２０…吸気溝、２
２…耐熱シート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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製品形状を模写した上下２枚
   の予備成形型に所定枚数の繊維強化熱可塑性合成
   樹脂のプリプレグ材シートを挾持し加熱を行い予
   備成形する工程と、前記予備成形工程により予備
   成形されたプリプレグ材シートを予備成形型に挾
   持した状態で本成形型の下型にセツトし予備成形
   型の周辺部を耐熱シートで覆い、下型の予備成形
   型の周辺部に設けた吸気溝から予備成形型内を真
   空排気しつつ上型による加圧により本成形する工
   程とより成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。