JPH0832417B2 - Frp製型 - Google Patents

Frp製型

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JPH0832417B2
JPH0832417B2 JP24036088A JP24036088A JPH0832417B2 JP H0832417 B2 JPH0832417 B2 JP H0832417B2 JP 24036088 A JP24036088 A JP 24036088A JP 24036088 A JP24036088 A JP 24036088A JP H0832417 B2 JPH0832417 B2 JP H0832417B2
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frp
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resin
fiber
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博靖 小川
和廣 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔従来分野〕 本発明は、面状発熱体を内部に埋設したFRP製型に関
するものである。
〔従来技術及び問題点〕
従来、ハンドレイアップやスプレーアップ成形法のよ
うなオープンモールドには、FRP製型(樹脂型)が用い
られている。この樹脂型には、表面をゲルコート処理し
たガラス繊維マットやガラス繊維クロスをポリエステル
樹脂にて賦形した型が一般的に用いられている。オープ
ンモールド成形では、この樹脂型の上にガラス樹脂マッ
トやガラス繊維クロスを配置し、ポリエステル樹脂等の
熱硬化性樹脂を含浸せしめ、硬化、賦形をしている。し
かし、樹脂型自体は、発熱する機能を有していないた
め、通常では、室温にて樹脂の硬化を行うことが多い。
このため、特に寒冷期においては、樹脂の硬化に長時間
を要した。また、成形品は、見掛け上は硬化しているも
のの完全硬化に至っておらず、しばしば品質上の問題が
発生している。
上記の問題点を解決するため、硬化炉の中に樹脂型ご
と投入し加熱硬化する方法が行われている。しかし、こ
の場合、高価な硬化炉を必要とするのみならず、特に成
形物の寸法が大型の場合、硬化炉への移動は容易ではな
かった。
〔発明の目的〕
本発明者らは、面状発熱体を型内部に埋設したFRP製
型において、発熱体を発熱させた際に、型自体が熱膨脹
による変形を生じることがなく、その結果として、成形
品に反りや引けを発生させず寸法精度の高い成形物を与
える樹脂型について鋭意研究をした。
本発明は、前記従来技術における難点を克服したFRP
製型を提供すること、即ち、樹脂型の内部に面状発熱体
を埋設し、樹脂型の繊維強化材に炭素繊維を使用するこ
とにより、発熱時の反りや引けなどの変形がなく、ひい
ては、寸法精度の高い成形物を製造することのできるFR
P製型を提供するとを目的とする。
〔発明の構成〕
本発明は次の構成からなる。
(1)強化材の少なくとも1つが炭素繊維材料であるFR
P製樹脂型であって、該FRP製樹脂型内に、繊維長1〜50
mmで且つ炭素繊維自体の炭素含有量が75〜89重量%であ
る炭素繊維の短繊維を含む抄紙した紙からなる面状発熱
体が埋設されていることを特徴とするFRP製樹脂型。
本発明の好適な実施態様は、次のとおりである。
(イ)面状発熱体の面積固有抵抗が1〜103Ωである請
求項(1)記載のFRP製型。
(ロ)面状発熱体の発熱素子が炭素繊維の短繊維を含む
炭素繊維紙からなる請求項(1)記載のFRP製型。
本発明にかかるFRP製型における強化材は、ガラス繊
維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、シリカ繊
維等である。
ここに炭素繊維は、アクリロニトリル系繊維、ピッチ
繊維、レーヨン繊維等を原料として得られる公知の繊維
であり、通常、炭素含有量が75重量%以上であって、引
張り強さ200kgf/mm2以上、引張り弾性率10×103kgf/mm2
以上の繊維である。特に、引張り強さ300kgf/mm2以上、
引張り弾性率20×103kgf/mm2以上のものが、発熱時の変
形を起しにくいので好ましい。
例えば、引張り弾性率20×103kgf/mm2以上の炭素繊維
の熱膨脹係数は1×10-6/℃以下であるので、とりわけ
効果的である。ポリアクリロニトリル系炭素繊維では、
弾性率24×103kgf/mm2前後の高強度グレード、弾性率30
×103kgf/mm2前後の中弾性グレード、弾性率35×103kgf
/mm2以上の高弾性グレードがある。これらグレード品
は、FRP製型の繊維強化材とするに際し、型の要求特性
に応じて当然使い分けが可能であり、場合によってはグ
レードの異なる2種類以上の炭素繊維を使用することも
可能である。また、ガラス繊維マットやガラス繊維クロ
スとの併用や、それ以外の強化材(アラミド繊維、アル
ミナ繊維、シリカ繊維等)との併用も可能である。
本発明における面状発熱体は、面積固有抵抗が1〜10
3Ωであるものが望ましい。
ここで面積固有抵抗とは以下の式で求められる。
本発明における面状発熱体に使用される炭素繊維は、
炭素含有量が75〜89重量%であり、炭素含有量が75重量
%未満の場合、大面積の面状発熱体が得にくく、89重量
%より高いと、炭素繊維を発熱体に用いた場合に、温度
の上昇と共に導電率が高くなる(または、比抵抗が減少
する)という現象がみられなくなり、このような発熱体
では昇温速度が遅くなり、急速加熱ができないからであ
る。
炭素繊維含有発熱素子は、炭素繊維を1〜50mmにカッ
トした短繊維を紙状にしたものが使用される。場合によ
っては、炭素繊維短繊維と、有機繊維短繊維(例えばセ
ルロースパルプや、ポリビニルアルコール、ポリアミ
ド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の
短繊維)とを湿式又は乾式で抄紙したペーパーや、これ
ら短繊維からなる目付1〜100g/m2の不織布が使用され
る。100℃を超える高温域で使用する場合は、ガラス繊
維等の非電気伝導性の無機繊維やアラミド繊維等の耐熱
繊維が好適である。
面状発熱体を埋設する場合、発熱素子も、また、FRP
製型の繊維強化材に使用する炭素繊維も共に電気伝導性
材料であるので、発熱素子と炭素繊維の間に電気絶縁層
を配置する必要がある。電気絶縁材料としては、通常使
用されている材料、即ちプラスチックス、ゴム、セラミ
ックス、FRP材料等の使用が可能であるが、樹脂型本来
の機能、即ち堅牢性、耐久性、耐熱性、寸法安定性を損
なうものであってはならない。かかる観点においては、
ガラス繊維マットやガラス繊維クロスを介在させ、FRP
製型本体と同時に成形することが好ましい。
本発明にかかるFRP製型の1例を図面によって説明す
る。本発明の型を使用するに当っての通電方法は、面状
発熱体素子に、導電性金属箔及び導電性塗料を導電端子
として所望の発熱面積に応じて両端に配置して、接着又
は塗布して固定し、これに通電する。導電端子の間隔
は、必要に応じて適宜選ばれる。
第1図は、本発明のFRP製型を作成するための母型の
例を示す。第2図は、第1図の母型を用いて作製したFR
P製型の断面図を示す。第2図において、樹脂型の表面
は、1のゲルコート層からなり、2、3の炭素繊維クロ
スからなるFRP製型基材と4の炭素繊維紙からなる発熱
素子の間には5、6のガラス繊維クロスからなるFRPの
電気絶縁層を介在させている。発熱体の両端に銅箔、銀
ペースト等の電極材7を配し、通電し発熱させる。場合
によっては、8の温度検知センサーを樹脂型内部に埋設
させ発熱体の温度制御を行う。
FRP製型の樹脂としては、不飽和ポリエステル系、ビ
ニルエステル系の樹脂が主に使用されるが、高温用に
は、エポキシ系、ビスマレイミド係、ポリイミド系の熱
硬化性樹脂が使用可能である。
〔発明の効果〕
本発明のFRP樹脂型においては、面状発熱体に使用す
る炭素繊維の炭素含有量が75〜89重量%であるので、一
般に炭素繊維と言われているものの炭素含有量(90〜99
重量%)に比べて、大幅にその炭素含有量が少ない。こ
のような炭素含有量の違いにより、本発明のFRP製樹脂
型に使用される面状発熱体は、通電すると面状発熱体の
温度が上がるに従って導電率が増加し、そのため通常の
炭素繊維の炭素含有率90〜99重量%のものに比べて昇温
速度が早く、急速にFRP製樹脂型の温度が上昇するとい
う効果を有する。このため、成形に要する時間を短縮で
き生産性を高める利点がある。
本発明のFRP製樹脂型は繊維長1〜50mmで且つ炭素繊
維の短繊維を主体とした紙からなる面状発熱体を型内部
に有するため、面状発熱体自体の目付が均一で且つその
繊維方向が等方性であり、したがって、発熱が極めて均
一であり、本発明のFRP製樹脂型を用いて製造した製品
の仕上りが非常に良好である。
従来、FRP製型を内部より発熱させる方法として、樹
脂型の内部にニクロム線等の発熱線を配する方法があ
る。しかし、この場合、発熱体が線状であり、樹脂型自
体の熱伝導特性が低いため、樹脂型を均一に加熱するこ
とは困難である。このような樹脂型の温度むらは、製品
表面の仕上り不良を引き起こす。また、従来のFRP製型
では、強化繊維としてガラス繊維が使用されているた
め、熱膨脹係数が高く、型の温度上昇に伴ない型自体の
変形が大であった。このことは、成形品の仕上り寸法精
度にも悪影響を及ぼし、著しい場合は、反りや引けを引
き起こした。本発明にかかるFRP製型は、発熱が極めて
均一であり、樹脂型に炭素繊維という熱膨脹係数が極め
て低い強化繊維を使用するので、温度上昇時にも型の変
形が少なく、製品の仕上りが非常に良好である。さら
に、本発明の型を使用すると、発熱機構を有しない従来
の樹脂型を使用する場合と比べ、樹脂の硬化をより短時
間で行うことができる。このことは、特に、寒冷期にお
いて効果的である。しかも、本発明の型によれば、昇掛
上は硬化しているものの完全硬化に至っていないという
従来技術にみる品質上の問題点を解消することができ
る。従来、このような問題点を解決するためには硬化炉
を必要とし、特に成形品が大型の場合、硬化炉の設備費
用は高価なものであった。本発明のFRP製型を使用する
ことにより、硬化炉を必要としないのみならず、成形品
を直接樹脂型より加熱するので大幅なエネルギーコスト
の削減が可能となる。
〔実施例及び比較例〕
例中の「部」、「%」は、特に記載のない限り重量基
準である。
実施例1 (型の製造) ポリアクリロニトリル系繊維から得た炭素繊維(炭素
含有量85%、引張り強さ250kgf/mm2、引張弾性率13×10
3kgf/mm2)の5mmカットした繊維25部とセルロースパル
プ75部とを混抄した目付40g/m2のペーパーを面状発熱体
の素子とした。この素子の面積固有抵抗は、10Ωであっ
た。長さ1000mm、幅1000mmの発熱素子の両端に、厚さ30
μm、幅10mmの銅箔を導電性接着剤にて固定し、通電用
の電極とした。
第1図に示した寸法の母型に、ゲルコート、炭素繊維
クロス〔東邦レーヨン(株)製W−3101〕3層、ガラス
繊維クロス〔鐘紡(株)製KS−1581〕1層、上記の発熱
素子、ガラス繊維クロス〔鐘紡(株)製KS−1581〕1
層、炭素繊維クロス〔東邦レーヨン(株)製W−3101〕
3層、の順序でビニルエステル樹脂〔昭和高分子(株)
製リポキシRS−7030〕100部、硬化触媒〔日本油脂化学
(株)製パーロイルL〕2部を混合した樹脂の体積含有
量が50容量%となるよう含浸させながら積層した。引続
き、全体をポリプロピレンフィルムにて密閉しフィルム
内を730mmHgの減圧下に保持した状態で、80℃、4時間
の硬化条件にて、所謂、真空バッグ成形法によりFRP製
型を作製した。このとき、FRP製型の仕上り厚さは1.9mm
であった。
(型の使用) この型に通常のハンドレイアップ法にて、不飽和ポリ
エステル樹脂〔昭和高分子(株)製リゴラック150HRBQT
−2〕100部と硬化触媒メチルエチルケトンパーオキシ
ド1.5部と硬化促進剤ナフテン酸コバルト0.5部を混合し
た樹脂をガラス繊維マットに含浸かつ脱泡させ、厚さ2m
mとなるよう積層した。この際、ガラスマットと樹脂の
組成比は、マット30%に対し樹脂70%であった。続い
て、型内部に埋設した発熱素子に通電し、型の表面温度
を30℃に保った。このとき、外気温度は3〜5℃であっ
た。型の表面温度が30℃に達してから20分経過後の成形
物表面硬度は米国Barber−Colmann社製タイプGYZ J934
−1の硬度測定器による硬さ指数が40に達していた。こ
の時点にて、発熱素子への通電を止め、室温にて放冷し
た。続いて、成形物を型より取外し、その開口部の寸法
を測定したところ648mmであった。また、ガラスマット
の積層終了後から脱型までの所要時間は40分であった。
比較例1(面状発熱体を埋設しない例) 実施例1において面状発熱体を埋設しない以外は、実
施例1と同様にして樹脂型を作製した。この樹脂型の上
に、実施例1と同様にして、2mm厚さにガラスマットを
積層して4〜6℃の室温下に放置し成形を行った(この
場合は当然のことながら通電なし。)。2時間経過した
時点において、成形物の表面硬度を測定したところ22で
あり、硬化が不十分であった。
比較例2〔強化材として炭素繊維材料を使用しない例〕 (型の製造) 第1図に示した寸法の母型に、ゲルコート、ガラス繊
維クロス〔鐘紡(株)製KS−1581〕4層、実施例1の発
熱素子、ガラス繊維クロス〔鐘紡(株)製KS−1581〕4
層、の順序でビニルエステル樹脂〔昭和高分子(株)製
リポキシRS−7030〕100部、硬化触媒〔日本油脂化学
(株)製パーロイルL〕2部を混合した樹脂の体積含有
量が50容量%となるよう含浸させながら積層した。引続
き、全体をポリプロピレンフィルムにて密閉しフィルム
内を730mmHgの減圧下に保持した状態で、80℃、4時間
の硬化条件にて、所謂、真空バッグ成形法によりFRRP製
型を作製した。このとき、FRP製型の仕上り厚さは1.9mm
であった。
(型の使用) この樹脂型の上に、実施例1と同様にして、2mm厚さ
にガラスマットを積層した。続いて、型内部に埋設した
発熱素子に通電し、型の表面温度を30℃に保った。この
とき、外気温度は4〜7℃であった。型の表面温度が30
℃に達してから20分経過後の成形物表面硬度は40に達し
ていた。この時点にて、発熱素子への通電を止め、室温
にて放冷した。続いて、型より取外し、その開口部の寸
法を測定したところ、672mmと、所望の寸法である650mm
から大きく外れた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のFRP製型を作製するための母型の例
を示す。 第2図は、第1図の母型を用いて作製したFRP製型の断
面図を示す。 第3図は、第2図の丸枠Aに囲まれた断面部の拡大図で
ある。 第2図及び第3図において、1〜8は下記の意味であ
る。 1:ゲルコート層 2:炭素繊維クロスからなるFRP製型基材 3:炭素繊維クロスからなるFRP製型基材 4:発熱素子 5:ガラス繊維クロスからなる電気絶縁層 6:ガラス繊維クロスからなる電気絶縁層 7:電極 8:温度検知センサー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強化材の少なくとも1つが炭素繊維材料で
    あるFRP製樹脂型であって、該FRP製樹脂型内に、繊維長
    1〜50mmで且つ炭素繊維自体の炭素含有量が75〜89重量
    %である炭素繊維の短繊維を含む抄紙した紙からなる面
    状発熱体が埋設されていることを特徴とするFRP製樹脂
    型。
JP24036088A 1988-09-26 1988-09-26 Frp製型 Expired - Lifetime JPH0832417B2 (ja)

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