JPH08108444A

JPH08108444A - 構造反応射出成形装置及び構造反応射出成形方法

Info

Publication number: JPH08108444A
Application number: JP26612794A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sato; 和幸佐藤; Toru Kaneko; 徹金子
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1996-04-30
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP3513718B2

Abstract

(57)【要約】【目的】成形型内に配置した強化繊維を押し退けるこ
となく、速やかに樹脂を注入でき、真空を利用した構造
反応射出成形において、成形型内を高真空にすることが
でき、しかも繊維中に樹脂を十分に含浸させることがで
き、成形品にボイド等を発生しない構造反応射出成形装
置及び構造反応射出成形方法を提供する。【構成】構造反応射出成形用の成形型１０のキャビテ
ィ空間内に予め強化繊維（プリフォーム）を配置し、型
締めを行い、成形型１０のキャビティ空間を真空引き
し、成形型１０の真空経路を閉止してから、成形型１０
のキャビティ空間に液状樹脂を注入し、その後、成形型
１０の注入口から不活性ガスを前記成形型１０のキャビ
ティに注入して樹脂を加圧し、その加圧を保持したまま
で樹脂を加熱硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は構造反応射出成形装置及
び成形方法に関し、特に強度、耐久性、耐衝撃性が求め
られる一般構造材、建築用材、自動車用材、防具、スポ
ーツ用品等の成形に好適な構造反応射出成形装置及び構
造反応射出成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、成形品の強度、剛性を大幅に向上
させる成形方法として、ガラス繊維、炭素繊維等の強化
繊維マット、織物、組紐等からなる強化繊維を型内にセ
ットして射出成形を行う構造反応射出成形が知られてい
る。

【０００３】この構造反応射出成形では、例えば、２液
原料を成形型に取り付けたミキシングヘッド（衝突混合
装置）で混合し、ただちに成形型内に射出する方法や、
また、前記衝突混合装置では混合不能な極端に混合比の
異なる樹脂を用いる場合には、スタテックミクサーや、
ダイナミックミキサーで樹脂を混合しつつ、成形型内に
樹脂を射出する方法がとられていた。

【０００４】前記従来の衝突混合装置で混合した樹脂を
そのまま成形型内に射出すると、衝突混合に必要な射出
速度が大であるため、射出樹脂の圧力は大きなものとな
る。このように樹脂の射出速度、圧力が大きいと、成形
型内に配置した強化繊維が抵抗として働き、繊維中に樹
脂が浸透せず、また樹脂が強化繊維を押し退けてしまう
ため、設計どうりに繊維を配向させることが不可能にな
る。このため、特開平５−１０４５５０号公報のように
衝突混合装置と成形型の間に圧力調整容器を介設して射
出圧力を調整している例がある。

【０００５】また、前記従来のスタテイックミキサーや
ダイナミックミキサーを用いて樹脂を混合しつつ射出す
る場合でも、その射出速度は強化繊維が抵抗となるため
あまり早くできない。無理に早く射出するとミキサーに
かかる圧力が大になり、定量ポンプに影響を及ぼして混
合比が狂ったり、ダイナミックミキサーではミキサーの
シャフトシールから樹脂が漏れたりするトラブルが発生
する。このためこのような方法では射出圧力が上がり過
ぎないようにゆっくりと注入する必要があり、このため
成形時間も必然的に長くなるため、生産性が向上しない
問題がある。

【０００６】これらの構造反応射出成形に対して、混合
した樹脂を、真空の力で成形型内に注入する方法（ＶＡ
ＲＩ：Vacuum Assisted Resin Injection ）は、上記の
２つの方法のような問題点は少なく、強化繊維を押し退
けることなく、速やかに樹脂を注入できる方法であるこ
とが知られている（例えば、特開昭５９−１０１１６６
号公報、特開平４−１８９３７３号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の真空を利用した構造反応射出成形は、真空引きしつ
つ樹脂注入を行うため、樹脂中に存在していた細かい気
泡が減圧により拡大したり、また、例えば、不飽和ポリ
エステル樹脂等に含まれるスチレン等の溶剤成分が減圧
下のため蒸発したり、エポキシ樹脂の硬化剤として使用
されるアミン類等が減圧下のため発泡したりして、成形
品にボイドが発生するという問題があった。

【０００８】そこで本発明は、成形型内に配置した強化
繊維を押し退けることなく、速やかに樹脂を注入でき、
真空を利用した構造反応射出成形において、１０ｍｍＨ
ｇ以下の高真空にすることができ、しかも繊維中に樹脂
を十分に含浸させることができ、成形品にボイド等の不
良の発生のない構造反応射出成形装置及び構造反応射出
成形方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明の構造反応射出成形用成形型は、上型、
下型からなる一対の成形型であり、該成形型の合わせ面
側に該成形型内部を高真空に保つための真空シール部材
が設けられ、該真空シール部材より内側の領域にキャビ
テイ空間、注入口及び排出口が形成され、且つ該注入口
の先端部及び排出口の先端部は管用テーパネジで外部と
連結されることにより、成形型内部が高真空の気密状態
となる機能を有することを特徴とする。

【００１０】また、本発明の構造反応射出成形用成形型
は、金属製の外枠と該外枠内に嵌合される樹脂型からな
る簡易型で構成されていてもよく、このような簡易型に
おいては、金属製の外枠の合わせ面に真空シール部材が
設けられ、該真空シール部材より内側の金属製の外枠の
領域に注入口及び排出口が配置され、一対の樹脂型によ
りキャビティが形成されていることを特徴とする。

【００１１】さらにまた、本発明の構造反応射出成形用
成形型において、注入口及び排出口はテーパ状となって
いることを特徴とする。

【００１２】本発明の構造反応射出成形装置は、（１）
温度が調整可能な樹脂受けポット、圧空源、三方弁、注
入口と排出口を有する構造反応射出成形用成形型、及び
真空ポンプを有し、（２）前記三方弁は、前記樹脂受け
ポットからの樹脂供給ライン、前記圧空源からの圧縮ガ
ス供給ライン、及び樹脂あるいは加圧された不活性ガス
を前記構造反応射出成形用成形型のキャビティへ供給す
るための樹脂・圧縮ガス供給ラインと連結されており、
（３）前記構造反応射出成形用成形型は、その注入口に
前記樹脂・圧縮ガス供給ラインが連結され、その排出口
に真空引きラインが連結されており、（４）前記真空ポ
ンプは、前記真空引きラインの末端に、真空経路を封止
するための排気バルブを介して配置されることを特徴と
する。

【００１３】本発明の構造反応射出成形方法は、（１）
構造反応射出成形用成形型のキャビティ内に予め強化繊
維（プリフォーム）を配置し、（２）型締めを行い、
（３）前記構造反応射出成形用成形型のキャビティを真
空引きし、（４）前記構造反応射出成形用成形型の真空
経路を閉止してから、前記構造反応射出成形用成形型の
キャビティに液状樹脂を注入し、（５）その後、注入口
から不活性ガスを前記構造反応射出成形用成形型のキャ
ビティに注入して樹脂を加圧し、その加圧を保持したま
まで樹脂を加熱硬化させることを特徴とする。

【００１４】本発明の構造反応射出成形方法に使用され
る強化繊維には炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、
高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維等
が好適に使用される。

【００１５】また、本発明の構造反応射出成形方法に使
用される液状樹脂にはエポキシ樹脂、ビニルエステル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、架橋ポリエステルアミド
（ＣＰレジン）樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド
樹脂、ウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、ポリイソシアヌ
レート樹脂、ＲＩＭナイロン樹脂、ジシクロペンタジエ
ン樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂等が好適に使用され
る。

【００１６】また、本発明の構造反応射出成形方法に使
用される不活性ガスは、実質的には使用する樹脂に硬化
障害を発生させない気体であれば問題なく使用できる。
例えば、ジシクロペンタジエン樹脂を使用する場合は酸
素が含まれると硬化障害を起こすので、不活性ガスには
窒素等を使用する必要があるが、エポキシ樹脂、ＣＰレ
ジン等を使用する場合は除湿したクリーンエアで十分で
ある。

【００１７】

【作用】１０ｍｍＨｇ以下の高真空の成形型のキャビテ
ィに注入された樹脂は、樹脂中に存在していた細かい気
泡が減圧となるため拡大したり、また、樹脂の溶剤成分
が減圧下のため蒸発したり、エポキシ樹脂の硬化剤とし
て使用されるアミン類等が減圧下のため発泡したりする
が、本発明では、樹脂の注入後に、不活性ガスをさらに
注入口より注入してキャビティ内を加圧し、樹脂が硬化
する間、加圧状態を保持しているので、樹脂中に存在す
る気泡が縮小され、溶剤の揮発成分等は再度樹脂中に溶
解してボイドが解消される。

【００１８】この不活性ガスによる加圧は熱硬化性樹脂
の成形収縮による成形品のヒケ防止にも有効であり、硬
化収縮で樹脂体積が減少した分を補充する働きがある。
これは、硬化収縮により樹脂体積が減少した分の樹脂
が、不活性ガスにより加圧された樹脂・圧縮ガス供給ラ
インから供給されるため、成形品にヒケが発生すること
を防止できるためである。

【００１９】この不活性ガスによる加圧は注入口から行
うことが効果的である。その理由は排出口側の樹脂は最
も熱履歴を受けているため、最初に硬化が始まる部分で
あり、この部分に加圧してもこの部分の樹脂が硬化した
後は、加圧作用が働かないからである。この注入口の付
近の樹脂硬化を遅らせて、キャビティ内が硬化するまで
不活性ガスによる加圧を働かせたまま成形するために
は、成形型に温度勾配を設けて注入口付近を他の部分よ
り低温にすることが有効である。

【００２０】本発明の構造反応射出成形用成形型及び構
造反応射出成形装置は、上記の構成を有するので、成形
型内が完全にシールされており、真空引きを１０ｍｍＨ
ｇ以下の高真空に確実に行うことができ、真空経路を閉
止しても、キャビティ内を高真空（実用的には、５〜１
０ｍｍＨｇ程度）に保つことができる。このため、成形
型内に樹脂を注入する際には、樹脂流入圧を比較的小さ
い状態で行うことが可能であるので、キャビティ内に予
め配置した強化繊維（プリフォーム）を押し退けること
なく、しかも速やかに樹脂を注入することができるの
で、生産性が向上する。

【００２１】なお、本発明の構造反応射出成形方法にお
いて、真空経路を閉止してから樹脂を注入する理由は、
樹脂中の気泡の拡大を招かずに注入するためである。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕図１は本発明の構造反応射出成形装置の概
略図である。図１において、１は、温度が調整可能な樹
脂受けポット、２は不活性ガスの圧縮ガスを供給するた
めの圧空源であり、樹脂受けポット１から供給される樹
脂を搬送する樹脂供給ライン４、及び圧空源２から供給
される圧縮ガスを搬送する圧縮ガス供給ライン８が、三
方弁３に連結されている。なお、前記樹脂供給ライン４
の途中に樹脂の供給のオン・オフを行う樹脂供給バルブ
６が設けられている。その樹脂供給ライン４は途中で分
岐しており、一方は三方弁３に連結されているが、他方
は、樹脂を排出するための樹脂排出ライン５となってそ
の途中に樹脂排出バルブ７が設けられている。

【００２３】この三方弁３にはさらに、樹脂又は圧縮ガ
スを供給するための樹脂・圧縮ガス供給ライン９が連結
されており、この樹脂・圧縮ガス供給ライン９は、成形
型１０に連結されている。１１は真空ポンプであり、成
形型１０に連結された真空引きライン１２を通じて真空
引きが行われる。この真空引きライン１２の途中には、
真空経路を閉止するための排気バルブ１３が設けられて
いる。

【００２４】図２は、本実施例１の構造反応射出成形装
置に使用される成形型の１例を示す概略図であり、上型
１４、下型１５を有し、この両型の間にキャビテイ１６
が形成されている。上型１４、下型１５の合わせ面側
に、成形型内部を高真空に保つためのＯリング等の真空
シール部材１７が設けられている。この真空シール部材
１７は、キャビティ１６、キャビティ１６内に樹脂又は
圧縮ガスを注入するための注入口１９、及びキャビティ
１６から樹脂を排出するための排出口２０の領域を１０
ｍｍＨｇ以下の高真空に保つように配置されている。こ
の注入口１９及び排出口２０の形状はいずれもテーパコ
ーン形の穴とその先端が管用テーパめねじ２１から形成
されており、管用テーパおねじを有する管用継手によ
り、樹脂・圧縮ガス供給ラインや真空引きライン等の配
管が連結される。この成形型には成形型内部を加熱する
ための、電気ヒータが内蔵されたヒータ穴１８又は熱媒
が通過するヒータ穴１８が設けられている。

【００２５】図３に、管用テーパめねじ２１が形成され
たこの注入口１９又は排出口２０の形状を示す。

【００２６】次に、本実施例１の構造反応射出成形装置
を用いて、ゴルフウッドヘッドを成形する方法を図１〜
３に基づいて説明する。ゴルフウッドヘッド形状のキャ
ビテイ１６を備えた、図２に示す成形型内に、ウレタン
コアに炭素繊維織物（東邦レーヨン（株）製、Ｗ−３１
０１：商品名）を積層したプリフォームを配置して上型
１４、下型１５を締め、９０°回転させて注入口１９が
下側に、排出口２０が上側になるように配置した。つい
で、注入口１９には樹脂受けポット１から通ずる樹脂・
圧縮ガス供給ライン９の配管を、排出口２０には真空ポ
ンプ１１へつながる真空引きライン１２の配管を管用継
手により接続した。

【００２７】上記のようにセットされた構造反応射出成
形装置に対して、最初に樹脂供給バルブ６及び樹脂排出
バルブ７を閉じ、三方弁３を樹脂側にし、排気バルブ１
３を開けて真空ポンプ１１を作動させて成形型１０の中
を減圧した。次に樹脂受けポット１に硬化触媒混合済み
のＣＰレジン（商品名：武田薬品工業（株）製）をダイ
ナミックミキサーから注入した。その後、排気バルブ１
３を閉じてから、樹脂供給バルブ６を開けて樹脂を成形
型１０内に注入した。注入終了後、三方弁３を圧空源２
側に切り替えて不活性ガスにより成形型１０内を加圧
し、加圧状態を保持したまま樹脂を硬化させた。樹脂受
けポット１に残った樹脂は樹脂排出バルブ７を開けて排
出した。硬化終了後、成形型１０を開けて成形品を得
た。

【００２８】得られた成形品は、表面にも内部にもボイ
ド等がなく、表面状態も光沢のある良好なものであっ
た。また、強化繊維はプリフォームを作製した位置のま
まで成形されていた。成形品のＣＦＲＰ部分の繊維含有
率を測定したところ５５％であった。また、この時の成
形型内の温度は１３０℃であり、硬化時間は樹脂注入開
始から５分であった。

【００２９】〔実施例２〕図４は、成形型の材料として
樹脂を用いた、本実施例２で使用される構造反応射出成
形装置の成形用簡易型の概略図である。

【００３０】この成形用簡易型は、金属製の外枠４２
と、該外枠４２内に嵌合される樹脂型４３からなる上型
３４と、この上型３４と対をなし同様に構成される下型
３５によりキャビティ３６を形成している。金属製の外
枠４２の合わせ面に真空シール部材３７が設けられてい
る。その真空シール部材３７より内側の金属製の外枠４
２の領域に、キャビティ３６内に樹脂又は圧縮ガスを注
入するための注入口３９及びキャビティ３６から樹脂を
排出するための排出口４０が配置され、前記一対の樹脂
型によりキャビティが形成されており、前記真空シール
部材３７により、キャビティ３６、注入口３９、及び排
出口４０の領域を１０ｍｍＨｇ以下の高真空に保つこと
ができる。

【００３１】この注入口３９及び排出口４０は、いずれ
もテーパコーン形の穴とその先端が管用テーパめねじ４
１から構成されており、管用テーパおねじを有する管用
継手により、樹脂・圧縮ガス供給ラインや真空引きライ
ン等の配管が連結される。この成形用簡易型には成形型
内部を加熱するための、電気ヒータを内蔵したヒータ穴
３８又は熱媒が通過するヒータ穴３８が設けられてい
る。

【００３２】次に、本実施例２の構造反応射出成形装置
を用いて、ゴルフウッドヘッドを成形する方法を説明す
る。なお、構造反応射出成形装置の全体の装置構成は、
図１に示したものと同一である。ゴルフウッドヘッド形
状のキャビテイを備えた、図４に示す成形用簡易型内
に、ウレタンコアに炭素繊維織物（東邦レーヨン（株）
製、Ｗ−３１０１：商品名）を積層したプリフォームを
配置して上型３４、下型３５を締め、９０°回転させて
注入口３９が下側に、排出口４０が上側になるように配
置した。ついで注入口３９には、樹脂受けポットからの
樹脂供給ラインの配管を、排出口４０には真空ポンプへ
つながる真空引きラインの配管を配管継手により接続し
た。

【００３３】成形用樹脂として硬化剤混合済みのエポキ
シ樹脂（ダウケミカル社製、ＴＡＣＴＩＸ１３８）を用
いた以外は、前記実施例１と同様にして構造反応射出成
形を行った。

【００３４】得られた成形品は表面にも内部にもボイド
等がなく、表面状態も光沢のある良好なものであった。
また、強化繊維はプリフォームを作製した位置のままで
成形されていた。成形品のＣＦＲＰ部分の繊維含有率を
測定したところ５５％であった。また、この時の成形用
簡易型内の温度は８０℃であり、硬化時間は樹脂注入開
始から３０分であった。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、特に、構造反応射出成
形用成形型内の真空引きの後に、液状樹脂を注入し、そ
の後に注入口から不活性ガスを用いて型内を加圧し、そ
の不活性ガスによる加圧を保持したまま樹脂を加熱硬化
させているので、成形品にボイド等の不良が発生しな
い。

【００３６】本発明によれば、構造反応射出成形用成形
型内を１０ｍｍＨｇ以下の高真空状態とすることがで
き、その後に樹脂の注入を行っているので、樹脂の射出
圧力を小さいものとすることができ、そのため、構造反
応射出成形用成形型内に配置した強化繊維が樹脂の射出
圧力によりずらされることなく、設計通りに成形がで
き、しかも速やかに樹脂を注入することができるので、
生産性が向上する。

【００３７】さらに、本発明によれば、構造反応射出成
形用成形型内を１０ｍｍＨｇ以下の高真空状態とするこ
とができることと、その後、樹脂を注入した後、不活性
ガスで加圧状態を保持したまま硬化させてボイド等の不
良の発生を防止できることが相まって、成形品中の繊維
含有率を高めることが可能となり、得られた成形品の機
械的強度を増大させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構造反応射出成形装置の概略図であ
る。

【図２】実施例１の構造反応射出成形装置に使用される
成形型の１例を示す概略図である。

【図３】管用テーパめねじが形成された注入口又は排出
口の形状を示す。

【図４】成形型の材料として樹脂を用いた、実施例２で
使用される構造反応射出成形装置の成形用簡易型の概略
図である。

【符号の説明】

１樹脂受けポット２圧空源３三方弁４樹脂供給ライン５樹脂排出ライン６樹脂供給バルブ７樹脂排出バルブ８圧縮ガス供給ライン９樹脂・圧縮ガス供給ライン１０成形型１１真空ポンプ１２真空引きライン１３排気バルブ１４，３４上型１５，３５下型１６，３６キャビティ１７，３７真空シール部材１８，３８ヒータ穴１９，３９注入口２０，４０排出口２１，４１管用テーパめねじ４２外枠４３樹脂型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上型、下型からなる一対の成形型であ
り、該成形型の合わせ面側に該成形型内部を高真空に保
つための真空シール部材が設けられ、該真空シール部材
より内側の領域にキャビテイ空間、樹脂又は圧縮ガスを
受け入れるための注入口、及び樹脂を排出するための排
出口が形成され、且つ該注入口の先端部及び排出口の先
端部は管用テーパネジが設けられることにより、外部配
管と連結可能であり、成形型内部が高真空の気密状態と
なることが可能であることを特徴とする構造反応射出成
形用成形型。
【請求項２】前記構造反応射出成形用成形型は、金属
製の外枠と該外枠内に嵌合される樹脂型からなり、前記
金属製の外枠の合わせ面に真空シール部材が設けられ、
該真空シール部材より内側の金属製の外枠の領域に注入
口及び排出口が配置され、一対の前記樹脂型によりキャ
ビティが形成されていることを特徴とする請求項１記載
の構造反応射出成形用成形型。
【請求項３】前記構造反応射出成形用成形型におい
て、注入口及び排出口はテーパ状となっていることを特
徴とする請求項１又は２記載の構造反応射出成形用成形
型。
【請求項４】（１）温度が調整可能な樹脂受けポッ
ト、圧空源、三方弁、注入口と排出口を有する構造反応
射出成形用成形型、及び真空ポンプを有し、（２）前記三方弁は、前記樹脂受けポットからの樹脂供
給ライン、前記圧空源からの圧縮ガス供給ライン、及び
樹脂あるいは加圧された不活性ガスを前記構造反応射出
成形用成形型のキャビティへ供給するための樹脂・圧縮
ガス供給ラインと連結されており、（３）前記構造反応射出成形用成形型は、その注入口に
前記樹脂・圧縮ガス供給ラインが連結され、その排出口
に真空引きラインが連結されており、（４）前記真空ポンプは、前記真空引きラインの末端
に、真空経路を封止するための排気バルブを介して配置
されることを特徴とする構造反応射出成形装置。
【請求項５】請求項４記載の構造反応射出成形装置に
おいて、構造反応射出成形用成形型が、請求項１、２又
は３記載の構造反応射出成形用成形型であることを特徴
とする構造反応射出成形装置。
【請求項６】（１）構造反応射出成形用成形型のキャ
ビティ内に予め強化繊維（プリフォーム）を配置し、（２）型締めを行い、（３）前記キャビティを真空引きし、（４）構造反応射出成形用成形型の真空経路を閉止して
から、該キャビティに液状樹脂を注入し、（５）その後、構造反応射出成形用成形型の注入口から
不活性ガスを該キャビティに注入して樹脂を加圧し、そ
の加圧を保持したままで樹脂を加熱硬化させることを特
徴とする構造反応射出成形方法。
【請求項７】請求項６記載の構造反応射出成形方法に
おいて、構造反応射出成形用成形型のキャビティ内に予
め強化繊維（プリフォーム）を配置する方法は、請求項
１、２又は３記載の構造反応射出成形用成形型を使用し
て行うことを特徴とする構造反応射出成形方法。
【請求項８】前記不活性ガスを構造反応射出成形用成
形型の注入口からキャビティに注入して樹脂を加圧する
際には、該注入口付近を他の部分より低温に保っておく
ことを特徴とする請求項６又は７記載の構造反応射出成
形方法。