JPS63236628A - 繊維強化樹脂製品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化樹脂製品の製造方法に関する。とく
に、本発明は、凹面と凸面とが組み合わせられた複雑な
表面形状の繊維強化樹脂製品の成形に適したものである
が、そのような用途に限定されるものではない。

〔従来技術〕

従来、繊維強化樹脂製品の成形方法とし、て、真空バッ
グ成形方法やオートクレーブ成形方法が知られている。

これらの方法は、剛性の成形型の成形面上に樹脂含浸繊
維を配冒し、それを真空バッグにより包んで、流体圧力
により樹脂含浸繊維を成形型の面に押しつけながら、加
熱成形するものである。これら公知の方法は、従来の両
面型を使用するホットプレス成形方法と異なり、剛性の
成形型は片方のみですむ点で経済的であり、しかも流体
圧力が成形品に均一に作用するため、製品に損傷や表面
欠陥、内部ボイドなどを生じる恐れが少ない、という利
点があり、とくに複雑な形状で薄く広い面積を持つ製品
の成形において有利である、と認識されている。しかし
、これらの方法では、真空バッグに使用される薄い樹脂
フィルムの皺が製品に転写されるため、製品品質を低下
させる、という欠点がある。

そこで、この欠点を防止するために、樹脂フィルムと製
品との間に加圧型を配置する方法が開発されている。こ
の加圧型としては、金属板などの剛性体を使用する方法
と、成形ゴムなどの弾性体を使用する方法とがある。一
般に、平板状の単純な形状のばあいには金属板が使用さ
れ、曲面を有する複雑な形状のばあいには弾性体の加圧
型が使用されている。この方法においては、剛性の型を
使用すると、未硬化の樹脂を含浸した繊維を加圧型の上
に積層するのには便利であるが、流体圧力を均一に製品
に作用させることができず、曲面部や隅部で加圧が不十
分になる、という問題を生ずる。弾性の加圧型を使用す
ると、均一な加圧という点では有利であるが、常温で未
硬化の樹脂を含浸した繊維を型上に積層するのが困難に
なる。

常温で樹脂含浸繊維の積層が容易に遂行でき、樹脂の硬
化温度では積層された樹脂含浸繊維に圧力を均一に作用
させることができる加圧型を使用する方法として、特公
昭３３−６０８７号公報に開示されたものがある。この
方法は、塩化ビニールのような熱可ヴ性樹脂により形成
した中空の芯型に樹脂含浸繊維を巻きつけ、これを外型
の中に配置して芯型内部に圧力流体を導入しながら加熱
するものである。この方法は、圧力容器などの容器を製
造するために開発されたものであって、複雑な表面形状
のパネル状製品を製造することはできない。また、特公
昭６０−２０６６１８号公報には、可撓性バッグとして
超弾性合金薄膜を使用することが教示されており、この
方法では、薄膜は常温で剛性を有するので、樹脂含浸繊
維の積層を比較的便利に行うことができる。しかし、こ
の方法では、フィラメントワインディングにより樹脂含
浸繊維の積層を行うことができず、積層工程が煩雑にな
る。

フィラメントワインディングは、樹脂含浸繊維を芯型に
巻きつけたのち、この巻きつけられた未硬化樹脂含浸繊
維を切り開いて芯型から剥がし、剛性の成形型上に置い
て加圧成形するものであるが、繊維層の積層工程が省力
可できる利点がある反面、成形型での成形時に繊維配向
が乱れ易い、という欠点がある。すなわち、芯型は、通
常円筒形であり、芯型から剥がし易くするために、芯型
上にプラスチックフィルムを被覆し、その上に樹脂含浸
ｔａ維が巻きつげられる。芯型上に巻きつけられた繊維
を芯型から剥がすとき、および剥がした繊維層からプラ
スチックフィルムを剥がすときのいずれにおいても、繊
維が弛んだり、繊維間に隙間が生じたり、繊維層に皺を
生じたりする。さらに、巻きつけられた繊維層は、連続
するロービングを使用する斜め方向と円周方向の巻きつ
け層と一方向に引き揃えられたシート状のｍ維からなる
軸方向繊維層とが適当に組み合わせられた構成であり、
成形型上での成形時に繊維間にずれを生じることになる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明は、従来の真空バッグ法やオートクレー
ブ法におけるバッグを構成するフィルムの皺が製品に転
写されるという問題を解消するものである。また、本発
明は、バッグを構成するフィルムの皺が製品に転写され
る問題を解消するために従来採用されている加圧型にお
いて、該加圧型を剛性体としたばあいの、均一な加圧が
出来ないきいう問題、ふよび該加圧型を弾性体としたば
あいの、樹脂含浸繊維の積層が不便であるという問題を
解消するものである。さらに、本発明は、フィラメント
ワインディング法により樹脂含浸繊維を積層し、パネル
状に成形するさいに、積層繊維に弛みや皺が発生すると
いう従来の方法の問題を解決するものである。

すなわち、本発明は、フィラメントワインディング法に
より樹脂含浸ｍ維を積層でき、しかも繊維層にずれや弛
み、皺などを生じることがなく、複雑な形状の成形も容
易に行うことができる繊維強化樹脂製品の成形方法を提
供することを目的とする。　　・ 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため、本発明は、加圧型として、
常温では剛性を有し、樹脂の硬化温度では可塑性を示す
シート状材料により形成した型を使用する。加圧型は、
該シート材料を筒形に形成した一体構造でも、あるいは
複数の型を回転軸回りに筒形に組み合わせた構成のもの
でもよい。この加圧型の回りに樹脂含浸繊維を巻きつけ
て樹脂含浸繊維組成物を形成し、樹脂が未硬化の状態で
樹脂含浸繊維組成物を、加圧型が一体構造のばあいには
該加圧型とともに、加圧型が複数のものを組み合わせた
構成のばあいには該加圧型の合わせ面に沿って切断して
、少なくとも２つの、切断された加圧型上に切断された
組成物を有する粗成形品を形成し、この粗成形品を成形
型の成形面の上に、該組成物が成形型の成形面に面する
ように配置し、加圧型の側から流体圧力を作用させなが
ら樹脂の硬化温度まで加熱して、成形を行う。

製品が凹面と凸面の組み合わせからなる外面形状を有す
るばあいには、加圧型をその製品形状に合致する形状に
すれば、フィラメントワインディング法により樹脂含浸
繊維を型状に巻きつけたとき、凹面に対応する部分では
繊維層を型面に沿わせて配置することができない。この
ばあいには、凹面部分に対応する加圧型面は平坦面とし
、成形型による成形時にこの凹面が形成されるようにす
る。

加圧型の材料は、熱硬化性樹脂の硬化温度において可塑
性を示す、常温では剛性の各種熱可塑性樹脂材料のうち
から適当なものを選ぶことができる。たとえばポリカー
ボネートは、熱変形温度が１４０℃前後であり、この温
度域に適した熱硬化性樹脂製品の成形のための加圧型の
材料として採用できる。また、この温度域より低い温度
域で硬化する不飽和ポリエステルのような樹脂製品のば
あいには、熱変形温度が９０℃前後であるアクリル系の
ＡＢＳ樹脂が適当である。さらに高温で硬化するエポキ
シ樹脂製品のばあいには、熱変形温度が１８０℃前後で
あるナイロン６樹脂が適当である。加圧型の材料として
適している熱可塑性硬質樹脂はこの他にも多種市販され
ているので、それらのうちから用途に応じて適当ｊご選
択することができる。

加圧型の厚さは、材料にもよるが、常温での積層作業の
容易さ、樹脂の硬化温度での撓みの程度および加圧型と
しての成形の容易さなどを考慮して決定することが望ま
しい。一般には、１ないし３　ｍｍ程度が適当である。

加圧型の成形は、熱変形温度以上の雲囲気で公知の方法
により流体圧力を用いて行うのがよい。この成形のため
のマスク型には、剛性の強化樹脂製のものを使用するこ
とができる。

また、加圧型には超塑性合金板を用いることもできる。

超塑性合金では７８％Ｚｎ−２２％＾ｌが最適で、この
合金は多用されているエポキシ樹脂の硬化温度の１８０
℃において約２００％の伸び率を有しており、常温での
剛性と熱硬化樹脂の硬化温度での可塑性とを共有してい
る。型の厚みは熱可塑性樹脂の場合の半分以下で良い。

〔作　用〕

本発明の方法によれば、積層された繊維は、加圧型とと
もに成形型に移されるので、その間に繊維層にずれや皺
を生じることがない。そして、加圧型は、樹脂の硬化温
度で塑性を示すので、流体圧力は該加圧型を介して組成
物に均一に伝達されることになり、製品内部にボイドな
どの欠陥を生じる恐れがなくなる。製品が凹面と凸面を
有する形状のばあいには、加圧型は、凹面に対応する部
分で平坦な形状に形成されるが、粗成形品を成形型によ
り成形するばあいには、繊維層は周辺で切断されている
ので、成形時にすべりを生じ、成形型の成形面に沿って
凹面が形成される。

〔実施例〕

第１図ないし第４図は、本発明の第一実施例を示す成形
方法の斜視図である。先ず第１図において、回転軸１ａ
を有するマンドレル２に、薄肉筒型の熱可塑性材料製加
圧型１が取りつけられる。

次いで、第２図に示すように、回転軸１ａによりマンド
レル２およびその上の加圧型１を回転させながら、加圧
型１の外周に熱硬化製樹脂を含浸したｍ維３を巻きつけ
る。この繊維の巻きつけは、通常のフィラメントワイン
ディング法によればよい。所定層の繊維３が型ｌａ状に
巻きつけられたのち、繊維３は、加圧型１とともに切断
線４に沿って２つに切断される。この切断により、切断
された加圧型上に切断された繊維層が配置された粗成形
品６が形成される。

この粗成形品６は、所要の成形面５ａを有する成形型５
上に移される。このとき、粗成形品６の繊維層が成形型
５の成形面５ａに接する用に配置する。次いで、通常の
真空バッグ法やオートクレーブ法により、加熱成形を行
う。流体圧力は粗成形品の加圧型の側から繊維層に作用
し、繊維層は成形型５の成形面５ａに流体圧力により押
しつけられ、成形される。加熱成形においては、加圧型
は塑性を呈し、流体圧力は均一に製品に作用するように
なる。繊維に含浸された樹脂が硬化して成形が終了した
のち、成形品７は第４図に示すように加圧型から剥がさ
れる。なお、必要な場合は、加圧型を硬化後説型せずに
成形品の片面に接着したま＼にして耐食、耐摩粍などの
表面保護層として活用することもできる。このためには
、予め加圧型に対する離型処理を施しておかねば良い。

また、第４図に示すように、最終製品が凸面７ａと凹面
７ｂを有するばあいには、凹面７ｂに対応する加圧型１
の部分８は、凹面形状にせず、はぼ平坦な形状とする。

この形状により、加圧型１上に繊維３を緊密に巻きつけ
ることができる。

第５図ないし第９図は、本発明の第二実施例を示すもの
で、加圧型１１は、矩形断面の筒形に形成され、該加圧
型１１を回転させながら、フィラメントワインディング
法により熱硬化性樹脂を含浸した繊維１３を加圧型１１
の回りに巻きつけることにより、繊維組成物１３ａを形
成する。このｍ維組成物は、加圧型１１とともに切断線
４に沿って切断される。

切断された繊維組成物１３ａと切断された加圧型１１ａ
とからなる一対の粗成形品１４は、その背中部を互いに
接するようにして合わせられ、剛性の成形型１５の中に
配置される。成形型１５は一対の平板状の型部品からな
り、この型部品は、成形面を形成する凹部１５ａを有す
る。粗成形品１４は、そのフランジ１４ａが型１５の凹
部１５ａ内に位置するように配置される。次いで、第７
図に示すように、互いに合わせられた粗成形品１４を真
空バッグ１６により包んで、真空バッグの外側から流体
圧力を作用させながら加熱成形を行う。このとき、真空
バッグ１６と成形型１５との間にシール財１７を配置し
て、真空バッグ１６の内部の空気を排除し、真空バッグ
１６内を低圧に維祷する。

加熱成形の終了後に、第８図に示すように、成形型１５
を開いて製品１８を切断された加圧型１１ａから剥がす
ことにより、第９図に示す■形断面の樹脂含浸繊維成形
品１８が得られる。

第１０図ないし第１２図は、本発明のさらに他の実施例
を示すもので、第１０図に示すような回転軸２１を有す
るマンドレル２０上に、第１１図に示すように、両側か
ら一対の加圧型２２を配置し、回転軸２１によりマンド
レル２０および加圧型２２を回転させながら、熱硬化性
樹脂を含浸した繊維２３を所定量だけ巻きつけて、繊維
組成物２３ａを形成する。そして、この繊維組成物２３
ａを加圧型２２の合わせ部２４に沿って切断し、加圧型
２２上に切断された繊維組成物が配置された粗成形品を
形成する。その後は、前例におけると同様に、流体圧力
で加圧しながら加熱成形を行う。

第１３図は、さらに別の実施例を示すもので、加圧型３
１上に繊維組成物３３が配置された粗成形品３２を配置
するに際し、加圧型３１と成形型３５との間にシール３
６を配置し、加圧型３１と成形型３５との間を低圧にし
て、加熱成形を行うことにより、繊維強化樹脂製品が得
られる。

第１４図および第１５図は、一対の…指含浸礒維層４０
の間に軽量の芯材４１が配置されたサンドイッチ構造の
組成物４２を成形型４５により成形する例を示すもので
ある。図には加圧型は省略しであるが、勿論上側の繊維
層４０の上に加圧型が配置される。

〔効　果〕

本発明においては、常温で剛性を有し、繊維に含浸され
た熱硬化性樹脂の硬化温度では塑性を示す加圧型を使用
し、しかも該加圧型のまわりに樹脂含浸ｍ維を巻きつけ
た後、該樹脂の層を切断して加圧型の上に樹脂含浸繊維
塑性物が配置された粗成形品とし、この粗成形品を成形
型に移して加熱成形を行うので、樹脂層の巻きつけが容
易であり、かつ粗成形品を成形型に移すときに繊維にず
れや皺を生じる恐れがない。さらに成形温度で輩性を示
す加圧型を通して加圧するので、流体圧力を均一に繊維
塑性物に作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における工程を
順に示す斜視図、第４図は第１図ないし第３図の方法に
より得られた製品を示す斜視図、第５図ないし第８図は
本発明の他の実施例の工程を順に示す断面図、第９図は
第５図乃至第８図の工程により得られる製品を示す斜視
図、第１０図ないし第１２図は本発明の他の実施例の工
程を順に示す斜視図、第１３図はさらに他の実施例にお
ける加熱成形工程を示す断面図、第１４図および第１５
図は本発明の池の実施例を示す断面図である。 １・・・・加圧型、　　　１ａ・・・・回転軸、２・・
・・マンドレル、　３・・・・附脂含浸礒維、５・・・
・成形型、　６・・・・粗成形品、　７・・・・製品。 第９図 第１０図 第１Ｉ図 第１２図 第１３図 第１４図　　　　　　第１５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）常温で剛性を有し熱硬化樹脂の硬化温度で可塑性
   を示すシート状材料により筒形に形成された熱可塑性加
   圧型の外面に、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維材
   料を巻きつけて樹脂含浸繊維組成物を形成する工程と、
   前記組成物と加圧型とを組み合わせた状態で、該組成物
   と加圧型の両方を軸方向に切断して、少なくとも２組の
   、切断された加圧型上に切断された組成物を有する粗成
   形品を形成する工程と、前記粗成形品を、片側に成形面
   を有する剛性の成形型上に、前記粗成形品の組成物が前
   記成形型の成形面に面するように配置する工程と、前記
   粗成形品の加圧型の外から流体圧力を加えながら該粗成
   形品を樹脂の硬化温度に過熱する工程とからなる、繊維
   強化樹脂製品の成形方法。
2. （２）前記筒形の加圧型は、凹面を有しない形状であり
   、前記成形型の成形面は凹面と凸面とをゆうする形状で
   あり、表面に凹面と凸面とを有する繊維強化樹脂製品が
   成形される前記第（１）項の成形方法。
3. （３）加圧型の周辺部において前記加圧型と成形型の成
   形面との間をシールして、前記成形型と前記加圧型との
   間の圧力を抜き低圧状態にする工程を含む前記第（１）
   項または第（２）項の成形方法。
4. （４）前記加圧型が超塑性合金により構成された前記第
   （１）項または第（２）項の成形方法。
5. （５）前記加圧型には離型処理を施さず、前記加圧型は
   前記組成物に接着される前記第（１）項または第（２）
   項の成形方法。
6. （６）前記組成物は表面層間に軽量芯材を含むサンドイ
   ッチ構造を有する前記第（１）項または第（２）項の成
   形方法。
7. （７）常温で剛性を有し熱硬化樹脂の硬化温度で可塑性
   を示すシート状材料により形成された複数の熱可塑性加
   圧型を回転軸の回りに筒形に配置し、この筒形に配置さ
   れた加圧型の外面に、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した
   繊維材料を巻きつけて樹脂含浸繊維組成物を形成する工
   程と、前記組成物と加圧型とを組み合わせた状態で、該
   加圧型の合わせ部に沿って前記組成物を軸方向に切断し
   て、少なくとも２組の、それぞれの加圧型上に切断され
   た組成物を有する粗成形品を形成する工程と、前記粗成
   形品を、片側に成形面を有する剛性の成形型上に、前記
   粗成形品の組成物が前記成形型の成形面に面するように
   配置する工程と、前記粗成形品の加圧型の外から流体圧
   力を加えながら該粗成形品を樹脂の硬化温度に過熱する
   工程とからなる、繊維強化樹脂製品の成形方法。