KR101665842B1

KR101665842B1 - 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법 및 그의 성형 장치

Info

Publication number: KR101665842B1
Application number: KR1020147034833A
Authority: KR
Inventors: 츠네오 다카노; 유지 가제하야; 미츠시 니시무라
Original assignee: 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2016-10-12
Also published as: US20180229406A1; EP3109024B1; CN104349879B; EP3109024A1; JPWO2013187399A1; US20150183139A1; US10022898B2; CN104349879A; JP5929986B2; TW201521988A; US10434688B2; EP2860006A1; WO2013187399A1; EP2860006A4; EP2860006B1; TW201417994A; TWI504495B; KR20150013755A; TWI616297B; JP2015016694A

Abstract

섬유 강화 플라스틱의 성형 방법에 관한 것이다. 복수의 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백체에 수용하여 원하는 형상의 중자를 형성한다. 수지와 섬유를 포함하는 프리프레그의 내부에 상기 중자를 배치하고, 상기 중자를 수납한 상기 프리프레그를 성형용 금형 내부에 배치하여, 압축 성형한다. 이때, 상기 입자군이 다음 식(1)을 만족시키는 제 1 및 제 2 입자 (a), (b)를 포함하는 것이다.
1.1≤(Da/Db)≤2.0 …(1)
여기서, Da는 입자 (a)의 입자의 직경, Db는 입자 (b)의 입자의 직경이다. 상기 성형 방법에 의해, 성형용 금형에 의한 중공부를 갖는 성형품의 성형 시에, 가압 기체나 가압 유체를 이용하는 일 없이, 중자의 내압을 높여 중자의 외주 표면적을 변형시킬 수 있다.

Description

섬유 강화 플라스틱의 성형 방법 및 그의 성형 장치{METHOD FOR MOLDING FIBER-REINFORCED PLASTIC, AND MOLDING DEVICE FOR SAME}

본 발명은, 섬유에 수지를 함침시킨 프리프레그에 중자(中子)를 이용해 가열 가압을 행하여, 폐단면(閉斷面)을 갖는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastics)의 성형체를 제조하는 성형 방법과 그의 성형 장치에 관한 것이다.

폐단면을 갖는 섬유 강화 플라스틱의 성형체로서는, 항공기의 동체나 날개와 같은 대형의 성형체부터, 자전거의 프레임, 테니스 라켓, 낚싯대나 골프 샤프트 등의 소형의 성형체까지 폭넓게 응용되고 있다. 또한, 개단면(開斷面)을 갖는 섬유 강화 플라스틱의 성형체로서는 헬멧 등에 폭넓게 응용되고 있다.

폐단면을 형성하기 위한 중자로서는, 분말 입자군을 포장 필름으로 싸서 진공팩 포장을 행하여 소정 형상으로 형성한 중자나, 블로우 성형에 의해서 형성한 성형품을 사용한 중자 등이 이용되고 있다. 진공팩으로 포장한 분말 입자군을 원하는 형상으로 형성한 중자를 사용한 성형품의 성형 방법은, 예컨대 일본 특허공개 평2-238912호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다. 또한, 블로우 성형에 의해서 형성한 중자로서는, 예컨대 일본 특허공개 평7-100856호 공보(특허문헌 2)에 개시된 다층 플라스틱 성형품의 제조 방법에 의해 사용되고 있다.

특허문헌 1에 기재된 발명을 본 발명의 폐단면을 갖는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 성형 방법의 종래예 1로서, 도 12∼도 14에 기초하여 설명한다. 도 12는 성형용 금형(30)에 의해서 폐단면의 일 형태인 중공부(中空部)를 갖는 성형품을 제조하는 도중의 상태를 나타내고 있다. 즉, 예비 가열을 행하여 용융 상태에 있는 시트상의 하부 섬유 강화 열가소성 수지재(이하, 하부 FRTP라고 한다)(34)가 성형용 금형(30)의 하형(31) 상에 재치된다. 하부 FRTP(34)는 용융 상태에 있기 때문에, 하부 FRTP(34)는 자중(自重)으로 하형(31)의 오목부 내에 아래로 드리워져 가라앉은 상태가 되어 있다.

분말 입자군(33a)을 포장재(33b)로 감싸고, 진공팩 포장에 의해서 소정 형상으로 고형화한 중자(33)는 하부 FRTP(34)의 오목부에 재치되어 있다. 중자(33)를 재치한 하부 FRTP(34)의 상부에는, 가열하여 용융 상태에 있는 새로운 시트상의 상부 섬유 강화 열가소성 수지재(이하, 상부 FRTP라고 한다)(35)가 재치된다. 이 상태에서는, 중자(33)의 주위는 하부 FRTP(34)와 상부 FRTP(35)에 의해 둘러싸인 상태가 되어 있다.

이 상태로부터, 성형용 금형(30)의 상형(32)을 하강시켜, 하형(31)과의 사이에서 하부 FRTP(34)와 상부 FRTP(35)를 가열 경화하는 것에 의해, 중자(33)를 내부에 수납한 상태로 하부 FRTP(34)와 상부 FRTP(35)가 일체적으로 성형된다. 완성된 반(半)성형품으로부터 중자(33)를 배출하기 위해서, 반성형품에 중자(33)의 내부로 통하는 작은 구멍을 낸다. 반성형품에 구멍을 내면, 진공 패킹된 중자(33)의 분말 입자군(33a)에 공기가 들어가, 분말 입자군(33a) 사이의 결속이 느슨해진다.

그리고, 반성형품에 내어진 구멍을 통해서, 중자(33)를 구성하는 적어도 분말 입자군(33a)을 반성형품의 밖으로 배출하여 성형품이 완성된다. 이때, 분말 입자군(33a)을 포장하고 있는 포장재(33b)가 성형품에 대하여 박리성이 우수한 재료로 구성되어 있으면, 포장재(33b)도 성형품의 중공부를 남기고 떼어낼 수 있다.

특허문헌 2에 기재된 발명을 본 발명에 관련되는 종래예 2로서, 도 15를 이용하여 설명한다. 도 15는 블로우 성형에 의해서 성형된 중자(43)를 외층 형성의 성형용 금형(41a, 41b) 사이에 세팅한 상태를 나타내고 있다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 성형용 금형(41a, 41b)은 중자(43)를 수납 가능하게 하도록 구성되어 있고, 성형용 금형(41a, 41b)의 형 체결 시에는, 성형용 금형(41a, 41b)의 각 접합면(42a, 42b)과 중자(43) 사이에 용융 수지를 충전시키는 중공부로서의 캐비티가 형성된다.

캐비티 내에는, 압출기(44)로 가소화된 용융 수지(45)가 공급된다. 형 체결 상태에 있는 성형용 금형(41a, 41b)의 캐비티 내에 용융 수지(45)를 공급하는 것에 의해, 중자(43)에 용융 수지를 일체화시킨 중공부를 갖는 제품을 원하는 형상으로 성형할 수 있다. 그러나, 제품을 성형할 때에, 용융 수지의 온도에 대하여 중자(43)의 내열성이 낮은 경우나, 중자(43)의 두께가 얇은 경우에는, 부형 시에 중자(43)에 가해지는 압력에 의해서 중자(43)가 변형되어 버리는 경우가 있다. 또한, 중자(43)의 형상에 넓은 평탄 부분이 존재하고 있을 때는, 이 평탄 부분에 있어서 강성이 부족하기 때문에, 마찬가지로 중자(43)가 변형되어 버리는 경우가 있다.

중자(43)의 변형을 방지하기 위해서, 특허문헌 2에 기재된 발명에서는 중자(43)의 내압을 높일 수 있는 구성을 채용하고 있다. 그를 위한 구성으로서, 중자(43)의 내부에 연통하는 가압 유닛(46)이 설치되어 있고, 가압 유닛(46)으로부터 중자(43)의 내부로, 가압한 기체나 액체를 도입함으로써, 중자(43)의 내압을 증가시켜 변형을 방지하고 있다.

한편, 전술한 개단면을 갖는 섬유 강화 플라스틱 성형체의 성형 방법은, 예컨대 일본 특허 제4118685호 공보(특허문헌 3)에 개시되어 있다. 도 16은 이 특허문헌 3에 예시된 도면에 대응하고 있다. 이 성형 방법에 있어서는, 섬유 강화 플라스틱 재료(복합 레이업(layup))를, 섬유 강화 플라스틱 성형체의 형 캐비티를 형성하는 적어도 하나의 분리된 형 부분(57a, 57b) 사이에 배치한 형 조립체(57)를, 제 1 및 제 2 압력 챔버(51, 52)에 대향하여 붙박이 된 탄성적으로 변형 가능한 한쌍의 챔버벽(55, 55) 사이에 협지되도록 배치한다. 상기 제 1 및 제 2 압력 챔버(51, 52) 사이를 소정의 온도 및 압력까지 높여진 유체를 순환시킨다. 상기 한쌍의 형 부분(57a, 57b)은 통상의 성형에 있어서의 이른바 수형과 암형에 상당한다.

상기 형 조립체(57)는 제 1 및 제 2 압력 챔버(51, 52)의 각 챔버벽(55, 55)을 개재하여, 소요 온도와 압력으로 높여져 순환하는 유체에 의해 가열 가압된다. 이 가열 가압 시에, 상기 압력 챔버(51, 52)는 상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버벽(55, 55)을 배치한 상태를 유지하고, 상기 섬유 강화 플라스틱 재료를 형 부분(57a, 57b)을 개재하여 압축하고 경화시켜, 섬유 강화 플라스틱 구조체를 성형한다.

일본 특허공개 평2-238912호 공보 일본 특허공개 평7-100856호 공보 일본 특허 제4118685호 공보

[해결하려는 과제]

특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 하부 FRTP(34)와 상부 FRTP(35) 사이에 중자(33)를 협지한 상태로 상형(32)을 하강시켜, 하형(31)과 상형(32) 사이에서 하부 FRTP(34) 및 상부 FRTP(35)에 대하여 가압을 가한다. 그러나, 하형(31)의 오목부에 가라앉혀 하부 FRTP(34)에 형성한 오목부에, 중자(33)를 재치했을 때, 또한 중자(33)의 위로부터 상부 FRTP(35)를 씌웠을 때에, 하형(31)의 오목부에서의 모퉁이부와 하부 FRTP(34) 사이나, 중자(33)와 하부 FRTP(34) 및 상부 FRTP(35) 사이에 공극이 생긴다.

이 공극이 남아 있는 상태에서 상형(32)과 하형(31)에 의한 가열 가압이 행해지면, 중자(33)에 의해서 하부 FRTP(34) 및 상부 FRTP(35)를 내측으로부터 충분히 지지해 둘 수 없어, 특히 상형(32)이 이동하는 상하 방향과 동일한 방향을 따라 성형되는 하부 FRTP(34)의 부위, 즉 세로 부위에 있어서 두께의 변화나, 나아가서는 하부 FRTP(34)의 외표면 형상을 하형(31)의 오목부에서의 모퉁이부의 형상을 따른 형상으로 형성할 수 없고, 또한 외면에 주름이나, 상하 방향으로 좌굴된 형상으로 성형되어 버린다. 또는, 세로 부위에서의 길이 치수가 규정의 길이 치수보다도 짧은 길이 치수로 압축된 상태로 성형되어 버려, 제품의 치수 정밀도가 저하되어 버린다.

특히, 하부 FRTP(34) 및 상부 FRTP(35)가 장섬유를 이용한 장섬유 강화 수지 재료로 구성되어 있을 때에는, 중자(33)와 하부 FRTP(34) 및 상부 FRTP(35) 사이나, 상형(32) 및 하형(31)과 하부 FRTP(34) 및 상부 FRTP(35) 사이에 공극이 존재한 채로 가압 성형되면, 장섬유의 섬유 배향이 흐트러져 굴곡이 생겨 버려, 섬유 강화 플라스틱으로서의 강도의 저하, 성형품에 있어서의 외관의 악화를 초래하게 된다.

이들 과제를, 종래예 1의 구성을 모식적으로 나타낸 도 13, 도 14를 이용하여 더욱 상세히 설명한다. 도 13, 도 14에서는, 전술한 세로 부위를 부호 37로 나타내고 있다. 그리고, 내부에 중자(33)를 배치한 환상의 프리프레그(36)를 하형(31)에 형성한 오목부 내에 수용하고, 상형(32)을 하형(31)을 향해서 하강시킨 상태를 나타내고 있다.

한편, 도 14에서는, 도 13에 나타내는 프리프레그(36)의 구성에 있어서, 프리프레그(36)의 중앙부에 보강용 리브(39)를 설치한 구성을 나타내고 있지만, 다른 구성은 도 13과 마찬가지의 구성으로 되어 있다.

도 13, 도 14에 나타내는 바와 같이, 상형(32)과 하형(31) 사이에 프리프레그(36)를 협지해 가열 가압하는 것에 의해, 반성형품을 제조할 수 있다. 그리고, 완성된 반성형품에 구멍을 내어, 중자(33)를 구성하는 분말 입자군을 반성형품에 낸 구멍으로부터 밖으로 배출하는 것에 의해, 중공상의 성형품이 완성된다.

그러나, 하형(31)에 수납한 프리프레그(36)에 형성된 오목부 내에 중자(33)를 재치했을 때, 각부(角部)를 갖는 형상으로 반성형품을 부형하는 경우 등에서는, 중자(33)의 외표면과 프리프레그(36)의 내주면 사이에 공극이 생기기 쉽다. 특히, 성형용 금형에 프리프레그(36)를 원활하게 투입시키기 위해서, 성형용 금형과 프리프레그(36) 사이에 어느 정도의 공극을 설치하면, 성형면에서의 모퉁이부와 프리프레그(36) 사이에도 마찬가지의 공극이 생기기 쉬워진다.

여기서, 상형(32)을 하형(31)을 향해서 하강시켜, 프리프레그(36)를 가열 가압하고 있을 때에는, 상기 공극의 영향에 의해서, 프리프레그(36)에 있어서의 상하 방향의 세로 부위(37)에서 주름이나 구부러짐이 생기거나, 프리프레그(36)에 있어서의 외면측의 각부가, 원하는 직각 형상으로 형성되지 않고, 형 내의 프리프레그(36)가 미충전 상태로 되어, 성형품과 형의 성형면 사이에 공극이 형성되어 버린다.

특히, 중자(33)를 구성하는 분말 입자군의 사용량이 적을 때, 프리프레그(36)와 중자(33) 사이에도 공극이 형성되고, 프리프레그(36)에 있어서의 세로 부위(37)에 구부러짐이 생겨 버린다. 그리고, 도 13, 도 14에 나타낸 바와 같이, 세로 부위(37)의 일부가 중자(33)측으로 만곡한 형상으로 변형되게 된다. 더욱이, 중자(33)를 구성하는 분말 입자군의 유동성이 낮은 경우에는 변형의 영향이 현저해진다. 가령, 도 14에 나타내는 세로 부위(37)의 일부가 중자(33)측으로 만곡한 형상으로 변형되지 않는다고 해도, 세로 부위(37)에서의 길이 치수가 규정의 길이 치수보다도 짧은 길이 치수로 압축되어 버린다.

또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 보강용 리브(39)를 설치한 구성으로 한 경우는, 상형(32)과 하형(31)으로 프리프레그(36)를 가압했을 때에는, 리브(39)의 양측에서 중자(33)가 움직이기 때문에, 보다 만곡한 형상으로 변형되어 버리게 된다. 그리고, 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같은 변형 상태가 되면, 성형품으로서는 불량품이 되어 버린다.

특허문헌 1에 기재된 발명에 있어서, 불량품을 발생시키지 않도록 하기 위해서는, 프리프레그(36)와 중자(33) 사이에 공극이 형성되지 않도록, 프리프레그(36)의 프리포밍(preforming) 정밀도를 향상시키거나, 중자(33)의 형상이 원하는 형상으로 되도록 형성해 둘 것이 필요해진다. 그러나, 중자(33)를 구성하는 분말 입자군의 사용량을 정확히 측정하여 구성하고, 형상도 원하는 형상으로 형성해서, 프리프레그(36)를 중자(33)에 밀착시키고, 더욱이 프리프레그(36)의 외형 형상을 성형용 금형의 내면 형상을 따르게 하는 것은, 완전히 고정되어 있지 않은 분말 입자군이나 경화되어 있지 않은 프리프레그에서는 형상이 안정되지 않기 때문에, 다수의 수고를 필요로 하고 장시간을 필요로 하게 되어 버린다.

특허문헌 2 및 3에 기재된 발명에서는, 가압한 기체나 액체를 도입함으로써, 중자(43)나 챔버벽(55, 55)의 내압을 가압할 수 있다. 가압한 기체나 액체에서는, 임의의 한 점에서의 압력은 모든 방향에서 동일한 압력이 작용한다는 물리적 성질을 갖고 있다. 이 때문에, 내압을 높이기 위해서 가압된 기체나 액체의 일부가 중자(43)나 챔버벽(55, 55)으로부터 누출되면, 누출된 기체나 액체는 고속이고 고압인 제트류가 되고, 더욱이 고온 상태인 채로, 성형용 금형(41a, 41b)이나 압력 챔버(51, 52)의 간극으로부터 외부로 분출되어 버리게 된다. 이 경우, 특히 액체가 분출되면, 성형용 금형이나 압력 챔버의 주위에 큰 손해를 입히거나, 작업자의 안전성을 손상시킬지 모르기 때문에, 충분한 안전 대책을 강구한 설비가 필요해진다.

전술한 바와 같이, 특허문헌 1∼3에 기재된 발명에 의해 대표되는 종래의 폐단면 또는 개단면을 갖는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법 및 성형 장치에서는, 가열 가압 방법이 상이하지만, 모두 암수 한쌍의 금형(압력 챔버)이 사용되고, 그의 한쪽 또는 양쪽을 가압 방향으로 이동시키는 것에 의해, 한쌍의 금형 사이에 개장(介裝)된 프리프레그나 레이업재 등의 성형 재료를 가열 가압하고 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1 및 2에 의해서 개시된 발명과 같이, 통상은, 예컨대 가동형인 상형(32, 41b)의 개폐 동작에는 통상 소요 내압에 견딜 수 있는 유압 실린더가 사용되고, 그의 신축 거리가 제어되어, 성형 시에서의 상형 및 하형 사이의 간격을 일정하게 유지하고자 하고 있다. 그런데, 성형 시에서의 중자의 내압의 증가에 수반하여, 상형의 내면에 대한 프리프레그에 의한 압압력(押壓力)의 증가에 견뎌, 상형의 위치를 일정하게 유지하는 것, 즉 상형 및 하형 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 어려워지게 된다. 그 결과, 제품으로서의 성형품에 소정의 치수가 얻어지지 않고, 더욱이 그 치수의 편차도 많아, 수율의 저하로 이어진다.

또한, 이러한 성형에 사용되는 금형 자체의 제작 비용은 극히 높고, 더욱이 성형품의 형상을 변경할 때마다 금형의 변경을 할 수밖에 없기 때문에, 성형 비용에도 큰 영향을 미친다. 또한, 특히 개단면을 갖는 성형품에 있어서는, 외부 표면측에는 우수한 외관 정밀도가 요구되지만, 그의 내면측에서는 그 정도로 우수한 외관 정밀도가 요구되지 않는 경우도 많다.

본 발명은, 전술한 종래의 문제점을 해결함과 더불어, 성형용 금형에 의한 폐단면 또는 개단면을 갖는 성형품을 성형함에 있어서, 기체나 액체를 이용하는 일 없이 프리프레그(레이업재)에 대하여 압력을 균일하게 높일 수 있고, 더욱이 중자에 압력을 가해도, 또한 통상의 성형용 금형을 이용하는 경우여도, 중자를 구성하고 있는 매체의 일부가 성형용 금형으로부터 누출되는 것을 방지할 수 있고, 나아가서는 우수한 외관 정밀도를 가지는 캐비티가 요구되는 측의 성형형에는 통상의 성형형을 이용함과 더불어, 다소의 외관 정밀도의 저하가 허용되는 측의 성형형에는, 공용(共用)이 가능한 변경의 자유도가 높은 성형형을 이용하여 성형할 수 있는, 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

[과제의 해결 수단 및 효과]

본 발명의 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법의 제 1 기본 구성은, 복수의 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백(bag)체에 수용하여 원하는 형상의 중자를 형성하는 것, 수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 상기 중자의 주위에 배치하는 것, 상기 중자와 그의 주위에 배치된 상기 프리프레그를 성형용 금형의 상형과 하형 사이에 배치하는 것, 상기 성형용 금형을 형 체결하여 압축 성형하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법에 있다.

이러한 구성에 있어서, 상기 상형과 하형의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하는 것, 상기 상형 및 하형 사이의 캐비티를 향해서 출몰하는 압압 수단으로써, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하여 상기 중자 내의 내압을 높여 변형시키는 것, 및 상기 중자의 압압 변형에 의해, 상기 프리프레그와, 상기 금형 및 상기 중자 사이의 밀착성을 높이는 것을 포함하고 있는 것이 바람직하고, 상기 상형의 좌우 측부에 배치된 상기 금형 간격 유지 수단을 서로 접근하는 방향으로 소정량 이동시키는 것에 의해 상기 상형의 상방으로의 이동을 완전히 규제하는 것을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상형의 좌우 측면과 금형 간격 유지 수단의 맞닿음면을, 서로 쐐기상의 접동면(摺動面)에 형성할 수 있다.

또한, 상기 가요성 백체에 수용되는 입자군의 입경은 균일하게 하지 않는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 성형용 금형에 의한 압축 성형 후에 성형되는 성형품에 있어서, 상기 중자의 외주면의 일부를 압압한 부위를, 상기 성형품으로부터 상기 입자군을 배출하는 배출 구멍의 형성 부위로 하면 좋다. 적합하게는, 상기 성형용 금형의 내부에 로드(rod)를 삽입하여, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하는 것을 포함하고 있고, 상기 로드가 피스톤 로드인 것이 바람직하며, 상기 압축 성형 후에, 상기 로드의 삽입 위치를 통해서, 상기 입자군을 성형품의 외부로 배출하도록 하면 좋다.

또한, 상기 가요성 백체에 수용되는 입자군이 고강성 입자이며, 상기 입자군이 서로 입자 직경이 상이한 제 1 입자군 (a) 및 제 2 입자군 (b)를 포함하고, 상기 제 1 입자군 (a)의 직경 Da와 상기 제 2 입자군 (b)의 직경 Db의 비 Da/Db가 1.1 이상 2.0 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 가요성 백체에 수용된 입자군의 총량에 대한 제 2 입자군 (b)의 총량의 비율이 20∼60질량%의 범위인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 상기 상형과 하형의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하는 것, 상기 상형 및 하형 사이의 캐비티를 향해서 출몰하는 압압 수단으로써, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하여 상기 중자 내의 내압을 높여 변형시키는 것, 및 상기 중자의 압압 변형에 의해, 상기 프리프레그와 상기 금형 및 상기 중자 사이의 밀착성을 높이는 것을 포함하면 좋다. 또한, 상기 입자군이 φ0.1mm∼φ10mm의 고강성 입자로 이루어지는 것이 바람직하고, 특히 φ0.5mm∼φ2mm의 고강성 입자로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 고강성 입자의 굽힘 탄성률은 50000MPa 이상인 것이 바람직하고, 상기 고강성 입자에 세라믹 입자를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 상형과 하형의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하는 것, 상기 상형 및 하형 사이의 캐비티를 향해서 출몰하는 압압 수단으로써, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하여 상기 중자 내의 내압을 높여 변형시키는 것, 및 상기 중자의 압압 변형에 의해, 상기 프리프레그와, 상기 금형 및 상기 중자 사이의 밀착성을 높이는 것이 바람직하다.

또한, 이 제 2 기본 구성을 구비한 본 발명의 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법은, 성형품의 편측 표면을 성형하는 편측 캐비티를 갖는 편측 성형 금형과, 복수의 강체 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백체에 수용한 원하는 형상의 변형형 사이에, 수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 개장시키는 것, 상기 편측 성형 금형에 압압력을 가하여, 편측 성형 금형과 상기 변형형 사이에서 상기 프리프레그를 소정의 압압력으로 압압하는 것, 및 이 압압 시에 상기 편측 성형 금형에 의해 상기 프리프레그의 편측 표면을 성형함과 동시에, 상기 변형형 내부의 입자군의 유동에 따라, 상기 편측 캐비티의 형상을 모방하여 변형형을 변형시켜, 상기 프리프레그의 반대측 표면을 성형하는 것을 포함하고 있다.

당해 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법에 있어서, 바람직하게는 성형에 앞서 상기 변형형 내의 상기 입자군을 미리 가열해 두면 좋다. 또한, 상기 편측 성형 금형에 의한 압압에 더하여, 보조 압압 수단에 의해 상기 변형형의 외주면의 일부를 국부적으로 압압하는 것을 포함하면 좋고, 상기 보조 압압 수단이 상기 편측 성형 금형의 상기 캐비티 내를 향해서 출몰 자유로운 로드를 갖고, 이 로드로써 상기 변형형의 외주면의 일부를 압압 변형시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 입자군이 φ0.1mm∼φ10mm의 금속 입자로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 이 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법은 다음에 기재하는 성형 장치에 의해 효율적으로 실시된다.

즉, 섬유 강화 플라스틱의 성형 장치의 기본 구성은, 전술한 편측 성형 금형과,

상기 변형형과, 해당 변형형을 수용 재치하는 바닥면부, 그 바닥면부와 대향하여 소요 간격을 두고 배치되는 개방면부, 및 상기 바닥면부와 상기 개방면부 사이에 배치되는 측벽부를 갖는 하우징과, 상기 편측 성형 금형을 소요 압압력으로써 상기 변형형을 향해서 압압하는 제 1 압압 수단을 구비하고 있고, 상기 편측 성형 금형이, 금형 본체와 상기 하우징의 개방면부에 접접(摺接) 가능하게 밀착해서 끼워지는 밀착 끼움부를 갖고, 해당 밀착 끼움부의 상기 바닥면부에 대향하는 성형면에 상기 편측 캐비티를 가져 이루어지는, 섬유 강화 플라스틱의 성형 장치에 있다.

여기서, 상기 입자군이 φ0.1mm∼φ10mm의 금속 입자로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 하우징이, 그의 내부에 수용되는 상기 변형형을 향해서 진퇴하여, 해당 변형형을 국부적으로 압압 변형시키는 제 2 압압 수단을 가져 이루어지는 것이 바람직하다.

그런데, 본 발명의 제 1 기본 구성에 의하면, 복수의 입자를 포함하는 입자군을, 가요성 백체에 수용하여 원하는 형상으로 한 중자를 이용하고 있다. 더욱이, 성형용 금형에 의한 압축 성형 시에, 프리프레그를 개재해서 또는 프리프레그를 개재하지 않고서 중자의 일부 외표면을 압압함으로써, 중자의 외표면에 함몰을 형성하고, 중자의 내압을 강제적으로 높이고 있다. 그리고, 중자의 내압을 높임으로써, 중자를 구성하고 있는 입자 사이에 미끄러짐을 발생시켜, 중자를 변형시키고 있다. 중자를 구성하고 있는 입자군으로서 유동성을 갖는 입자를 사용함으로써, 중자의 외표면을 압압하여 외표면에 함몰을 형성하고 중자의 내압을 높이면, 입자군을 구성하는 입자가 이동하여, 중자 내에서의 입자군의 유동성과 압력 전달성이 향상된다. 또한, 입자군은, 중자의 외표면을 압압하는 것에 의해, 중자의 외표면에 함몰을 형성하고 중자의 내압을 높여 입자군을 구성하는 입자를 이동시킴과 동시에, 압축 성형 시의 압력을 높이는 것과 더불어, 형상과 치수 정밀도가 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

또한, 중자를 변형시킴으로써, 중자를 감싸고 있는 프리프레그와 중자 사이에 공극이 존재해도, 중자의 변형에 의해서 이 공극을 확실히 메울 수 있다. 또한, 특히 성형용 금형의 성형면에서의 모퉁이부와 프리프레그 사이에 공극이 형성되어 있었다고 해도, 중자의 변형에 의해서 프리프레그를 이 공극을 메우는 방향으로 이동시킬 수 있어, 상기 공극을 메울 수 있다.

중자의 변형에 의해서 프리프레그와 중자 사이에 형성되어 있는 공극은 중자에 의한 높은 내압에 의해서 찌그러지거나, 공극을 구성하고 있던 공기가 프리프레그를 통과하여 성형용 금형으로부터 대기 중으로 방출되게 된다. 공기가 프리프레그를 통과했을 때에 형성된 통로는, 공기가 통과한 후에는 용융되어 있는 프리프레그에 의해서 자동적으로 막아진다.

중자는 가요성 백체에 다수의 입자가 수용되어 구성되어 있다. 이 때문에, 중자의 외표면을 압압하여 외표면에 함몰을 형성하고 중자를 변형시켜도, 중자 내에서의 내부 압력은, 통상은 액체나 기체를 이용했을 때와 같이, 모든 부위에서 균일한 압력 상태로는 되지 않는다. 즉, 입자군에 대하여 압력을 가해도, 압력이 가해진 부위에서의 압력보다도 작은 압력이 다른 부위에서 생기게 된다. 여기서, 가해진 압력이 어떤 값을 초과하면, 입자군을 구성하는 입자 사이에서 미끄러짐이 생기게 된다.

그 때문에, 중자의 외표면을 압압했을 때에, 압압에 의해 중자의 외표면에 함몰이 형성된 부위에서 내부 압력이 크게 상승해도, 이 부위로부터 떨어진 중자의 외표면측에 있어서의 부위에서의 압력 상승은 함몰이 형성된 부위에서의 내부 압력보다도 낮아진다. 특히, 중자 내에서의 압력의 전달성, 입자군의 유동성은, 입자군을 구성하는 입자 표면의 거칠기, 입자 직경, 입자의 강성이 영향을 준다. 균일한 입자 직경 또는 동일한 강성을 가지는 입자로 이루어지는 입자군을 이용하면, 중자 내에서 입자군의 구성 입자는 가장 조밀하게 충전되게 되어, 입자군을 구성하는 입자의 유동성이 저해되고, 압력의 전달성이 손상된다. 따라서, 중자 내에서의 입자 직경의 분포 상황이나 입자 표면의 거칠기의 분포 상황을 고려하거나, 고강성의 입자와, 상이한 강성을 가지는, 예컨대 열가소성 수지의 입자를 조합한 입자군을 사용하는 것에 의해, 중자 내의 입자군을 구성하는 입자의 유동성과 압력 전달 성이 향상된다.

이와 같이 유동성과 압력 전달성이 향상되면, 압압에 의해 함몰이 형성된 부위로부터 떨어진 중자 내의 부위에서도, 입자군의 구성 입자의 미끄러짐에 의해서 중자가 변형된다. 이에 의해서, 프리프레그를 성형용 금형의 성형면을 따라 압압할 수 있고, 예컨대 전술한 바와 같은 세로 부위를 지지하고 있는 중자의 부위와 프리프레그 사이의 압력을 상승시킬 수 있다. 이에 의해, 상형과 하형에 의한 가압 시에 있어서, 전술한 바와 같은 세로 부위에서의 굴곡 변형을 확실히 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 성형 방법에 있어서, 중자에 수용하는 입자군으로서, 유동성을 갖는 고강성 입자 단독, 또는 이 고강성 입자와 수지 입자로 이루어지는 입자를 이용하는 것이 바람직하다.

고강성 입자로서는, 굽힘 탄성률이 50000MPa 이상인 높은 강성을 가지는, 알루미나, 지르코니아 등의 세라믹, 유리, 경질 내열 수지, 금속, 주물사 등을 이용할 수 있다. 특히, 세라믹으로 이루어지는 지르코니아, 석영을 이용한 경우에는, 이들 물질은 열 전도율이 낮기 때문에, 중자(4)의 입자군을 구성하는 입자로서는 적합한 재료로 된다.

수지 입자로서는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀, 아크릴, 나일론, 테플론(등록상표) 등의 각종 열가소성 수지나, 실리콘 등의 각종 엘라스토머를 이용할 수 있다. 특히, 굽힘 탄성률이 10∼3000MPa인 열가소성 수지를 이용한 경우에는, 강성 입자의 유동성과 전달성이 향상되기 때문에, 중자의 입자군으로서는 적합한 재료로 된다.

중자를 구성하고 있는 입자군에 유동성을 갖는 고강성 입자와 수지 입자를 사용함으로써, 중자의 외표면을 압압하여 외표면에 함몰을 형성하고 중자의 내압을 높이면, 수지 입자가 탄성 변형됨으로써 입자군을 구성하는 입자 사이의 미끄러짐이 생겨, 고강성 입자가 이동하고, 중자 내에서의 입자군의 유동성과 압력 전달성이 향상된다. 또한, 수지 입자는 중자의 일부 외표면을 압압하여 외표면에 함몰을 형성하고 중자의 내압을 높여 고강성 입자가 이동하고 나서, 입자군을 구성하는 입자가 이동하여, 압축 성형 시의 압력을 높임으로써 소성 변형되어 찌그러져, 형상과 치수 정밀도가 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

더욱이, 전술한 세로 부위에서의 세로 방향의 길이 치수가 규정의 길이 치수로 되도록, 상기 금형 간격 유지 수단으로써 성형용 금형의 형 체결 위치를 고정함으로써, 중자의 외표면과 프리프레그의 내면 사이에서의 압력의 높이를 유지해 둘 수 있다. 이에 의해서, 전술한 바와 같은 세로 부위에서의 세로 방향의 길이 치수가, 소정의 치수 이하로 압축되어 짧아져 버리는 것과 같은 사태의 발생을 회피할 수 있고, 프리프레그를 원하는 두께로 성형할 수 있다.

또한, 프리프레그의 외표면에서의 각부에, 예컨대 직각의 각부를 형성하는 경우에 있어서도, 각부를 성형하는 성형용 금형의 모퉁이부에까지 충분한 양의 프리프레그를 이동시킬 수 있기 때문에, 프리프레그의 외표면에서의 직각 등의 각부를 확실히 성형할 수 있다.

중자의 내압을 높이면, 입자군을 구성하는 각 입자는 전후 좌우 방향으로 미끄러짐을 발생시켜 이동하게 되지만, 각 입자군을 수용하고 있는 가요성 백체는 연전(延展) 가능한 재질로 구성되어 있다. 그 때문에, 연전 가능한 가요성 백체에 의해서, 각 입자군을 구성하는 입자의 이동에 수반하는 중자의 외형 형상의 변형을 허용할 수 있다. 가령, 중자의 가요성 백체가, 성형용 금형의 형 체결이나, 함몰을 형성할 때의 압압에 의해 백 내의 입자군에 의한 압압력이 상승되었을 때, 백체가 이들 압력에 맞서 입자군을 유지할 만큼의 강도가 없을 때는 입자군이 백체를 파단하는 경우가 있다. 그러나, 성형용 금형의 간극이 입자의 직경보다도 작으면, 입자가 파쇄되지 않는 한, 성형용 금형으로부터 누출되는 일은 일어나지 않는다.

중자의 외표면의 일부를 압압하는 수단으로서는, 성형용 금형의 성형면 내에 출몰 자유로운 로드를 이용하면 좋다. 성형용 금형의 성형면 내에 출몰 자유로운 로드를 이용하는 경우, 예컨대 로드로서 피스톤 로드를 이용할 수 있고, 이러한 압압 수단은 복수 부위에 설치할 수도 있다.

본 발명에서는, 중자의 외표면을 압압했을 때에, 프리프레그를 개재해서 또는 프리프레그를 개재하지 않고서 중자의 일부 외표면을 압압할 수 있다. 대략 평면 형상인 부위를 프리프레그를 개재해서 압압하는 경우에는, 프리프레그에 오목부가 형성된다. 볼록 형상인 부위를 프리프레그를 개재해서 압압하는 경우에는, 프리프레그는 평탄해진다. 이들 압압 부위인 오목부나 평탄부에, 또는 압압 부위 이외에, 성형품으로부터 중자를 구성하는 입자군을 배출하기 위한 배출 구멍을 설치할 수 있다.

또한, 프리프레그를 개재하지 않고서 중자의 일부 외표면을 직접 압압하는 경우에는, 프리프레그에 로드 등의 압압부의 단면 형상에 상당하는 형상의 구멍을 내어 두고, 반성형품의 성형 후에 로드로써 중자를 직접 압압한다. 이 반성형품의 구멍 위치로부터 가요성 백체를 찢어, 입자를 배출함과 더불어, 가요성 백체를 취출할 수 있다. 가요성 백체는 이형제를 도포하는 등의 이형 처리를 행하거나 또는 이중 포장으로 하는 것에 의해, 입자가 접하는 가요성 백체를 반성형품으로부터 제거하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 태양에 의하면, 상기 성형용 금형에 의한 형 체결 시 또는 가압 성형 시에, 상기 상형과 하형 사이의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하도록 하면 좋다. 당해 금형 간격 유지 수단은, 상기 상형의 좌우 측부에 배치하는 것, 및 상형의 좌우 측부에 배치된 상기 금형 간격 유지 수단을 서로 접근하는 방향으로 소정량 이동시키는 것에 의해 상기 상형의 상방으로의 이동을 완전히 규제하는 것을 포함하고 있다. 상형의 좌우 측면과 금형 간격 유지 수단의 맞닿음면이 상대적으로 쐐기형의 접동면으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성형용 금형에 의한 형 체결 시 또는 가압 성형 시에, 금형면에 대한 프리프레그에 의한 압압력은 증대되지만, 이 태양에 의하면, 상기 좌우 한쌍의 금형 간격 유지 수단을 접근 방향으로 소정의 거리를 수평으로 이동시키면, 그 도중에 상형에 맞닿아, 상형이 그 이상 상방으로 이동하는 것이 저지되고, 전술한 세로 부위에서의 상형과 하형 사이가 규정의 간격으로 유지된다. 이렇게 해서 성형용 금형의 형 체결 위치를 고정하고, 중자의 외주면과 프리프레그의 내면 사이에서의 압압력의 상승이 확보된다. 이에 의해서, 전술한 바와 같은 세로 부위에서의 세로 방향의 길이 치수가 소정의 치수 이하로 압축되어 짧아져 버리는 것과 같은 사태의 발생을 회피할 수 있고, 프리프레그를 원하는 두께로 성형할 수 있다. 이때, 상기 금형 간격 유지 수단이 없이, 상형의 상하 움직임을 유압 실린더만에 의해 제어하고자 하면, 중자의 확장에 의한 압력 상승이 규정 이상으로 되어, 상형을 실린더에 맞서 위로 이동시켜 버리고, 상하 금형 사이의 간격이 넓어져, 규정의 치수보다도 높이가 높은 제품이 제조되어 버린다.

이와 관련하여, 상기 금형 간격 유지 수단의 적합한 예로서는, 쐐기면을 채용하는 것이 바람직하다. 구체적인 태양에 의하면, 상형의 좌우 측면의 상단 숄더부를 외측을 향해서 하경사면에 형성하는 한편, 좌우 한쌍의 금형 간격 유지 수단의 대향면의 하단 각부를 동일하게 외측을 향해서 하경사면에 형성한다. 예컨대, 금형 간격 유지 수단을 접근 방향으로 수평 이동시켜, 상형과 금형 간격 유지 수단이 대면하는 경사면끼리가 맞닿은 후, 좌우의 금형 간격 유지 수단을 접근 방향으로 더 이동시키면, 그 이동량에 따라 금형 간격 유지 수단의 경사면이 상형의 경사면을 눌러, 상형을 하방으로 이동시킨다. 여기서, 좌우의 금형 간격 유지 수단을 정지시키면, 상형의 상방으로의 이동 한계 위치가 정해지고, 상형은 그 이상 상방으로의 이동이 규제된다. 그 때문에, 프리프레그를 개재해서 중자로부터 받는 상형의 캐비티면에 대한 압압력의 증가에 의해서도 상형은 상기 이동 한계 위치를 유지한다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 제 2 기본 구성, 특히 그의 가장 특징부를 이루는, 종래의 암수의 성형형 중, 그 한쪽의 성형형에 종래와 마찬가지의 강성이 있는 성형 금형(편측 금형이라고 한다)을 이용하고, 다른 쪽에 가요성이 풍부한 백체에, 높은 유동성을 가지는 다수의 입자체를 밀폐 형상으로 수용한 변형 가능한 변형형을 이용하는 구성을 채용할 수도 있다. 이 경우, 상기 변형형을 변형 자유롭게 지지하는 하우징을 준비한다. 이하의 설명에서는, 이 제 2 기본 구성을 구비한 본 발명에 대하여, 편측 금형을 상형으로 하고 변형형을 하형으로 하는 성형형을 대표예로 해서 설명한다.

상기 구성을 구비한 성형형에 의해, 섬유 강화 플라스틱의 성형을 행하기 위해서는, 우선 상기 하우징을 가열 가능하게 하고, 이 하우징의 바닥면부에 상기 변형형을 재치한다. 이때, 변형형의 가요성 백체에 수용되어 있는 입자체도 백체와 함께 미리 100℃∼200℃로 가열해 두면 좋다. 다음으로, 이 변형형 상에, 섬유 집합체의 단체(單體) 또는 적층체로 이루어지고 매트릭스 수지를 함침시킨 프리프레그를 재치한다. 계속해서, 소요 캐비티가 형성된 편측 금형의 내면을 프리프레그를 향해서, 이 금형을 하우징의 개구부에 밀착시켜 끼우고, 프리프레그를 압압하는 방향으로 소요 가중으로써 압압 이동시킨다.

이 압압 이동 시에, 프리프레그의 편측 금형측의 표면은 금형의 캐비티면에 의한 큰 압압력 하에서 소정의 형상으로 부형된다. 이때 동시에, 편측 금형과는 반대측의 프리프레그의 표면에 배치된 상기 변형형은, 이 변형형을 구성하는 가요성 백체가 하우징의 바닥면부 및 측벽부로 구속되고, 특히 바닥면부는 전체 면으로 넓어져, 그 이상은 변형되지 않는다. 한편, 프리프레그에 면하는 측의 변형형의 표면은, 상기 바닥면부 등으로부터의 반력(反力)을 받아, 프리프레그의 변형에 추종시키면서 백체 내의 입자체를 이동시켜 백체를 변형시켜 간다. 이때의 변형은 내부의 입자체가 프리프레그의 내부 응력을 균등하게 하는 방향으로 자동적으로 유동하는 것에 의해 이루어진다.

최종 단계에서는, 프리프레그의 편측 금형측의 표면은, 반(反)편측 금형측에 배치된 변형형의 반력도 받아서, 금형의 캐비티 형상으로 부형됨과 더불어, 그의 반대측의 변형형에 접하는 측의 표면은, 프리프레그의 금형측 표면 전체의 변형에 추종하여 변형되어, 변형형과 프리프레그 사이에 생겨 있는 모든 간극이 변형형의 변형에 기초해서 모두 메워지고, 편측 금형과 변형형 사이에 발생하는 프리프레그 내부의 균등한 응력에 대응하는 형상으로 부형된다.

이렇게 해서, 미리 계획된 수의 소정 형상을 갖는 성형품이 제조된 후, 상이한 형상과 구조를 가지는 다음의 새로운 성형품의 제조로 전환된다. 이때에는, 우선 새로운 편측 금형이 준비됨과 더불어, 앞서 사용된 편측 금형이 성형기로부터 벗겨져, 새로운 편측 금형과 교환된다. 이 교환에 있어서는, 상기 변형형의 교환은 불필요하다. 즉, 변형형은 교환되는 일 없이 이후의 성형에 그대로 사용된다. 이와 같이, 본 발명에 있어서는, 한쌍의 성형형 중 편측 금형만을 교환하면, 계속되는 차회의 새로운 형상과 구조를 가지는 성형품을 성형할 수 있게 된다. 이 성형의 전환 시에, 종래와 같이 새로운 형상을 구비한 한쌍의 금형을 준비할 필요는 없어지고, 단순히 단일의 편측 금형을 준비하는 것만으로, 새로운 형상 및 구조를 구비한 개단면을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 성형하는 것이 가능해진다.

그 결과, 성형에 필요한 성형형의 제작 비용은 반감되고, 성형품의 가격을 대폭 저감시킬 수 있다. 나아가서는, 압압 성형 시에 프리프레그의 금형측 표면과 반대측의 표면에는, 변형형의 내부 입자가 외력(압압력)에 의해 자유롭게 유동하기 때문에, 필요충분한 압압력을 남김없이 작용시킬 수 있고, 나아가서는 보조 압압 수단인, 예컨대 로드재를 사용하여, 변형형의 일부를 국부적으로 작용시켜, 변형형의 내압을 더욱 높이는 경우에도, 프리프레그에는 항상 면압이 작용하기 때문에, 프리프레그를 구성하는 섬유의 방향성에 영향을 주는 것과 같은 일이 없어, 섬유 방향에 중점이 두어지는 이 종류의 섬유 강화 프라스틱 제품의 성형에 있어서, 항상 고품질인 제품의 제조가 보증된다.

도 1은 제 1 기본 구성을 구비한 본 발명의 가압 성형 시를 나타내는 모식도이다.
도 2는 동 발명에 있어서의 프리프레그와 중자의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 중공부를 갖는 성형품을 제조하는 각 단계를 나타내는 모식도이다.
도 4는 동 발명의 다른 실시형태를 나타내는 가압 성형 시의 모식도이다.
도 5는 동 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 가압 성형 시의 모식도이다.
도 6은 동 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 가압 성형 시의 모식도이다.
도 7은 동 발명에 있어서의 금형 간격 유지 수단의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 8은 내압과 스트로크의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9는 동 실시형태에 있어서의 성형 개시 시의 금형, 변형형 및 프리프레그의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 10은 동 실시형태에 의한 성형 종료 시의 금형, 변형형 및 프리프레그의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 11은 동 발명의 다른 실시형태에 의한 성형 종료 시의 금형, 변형형 및 프리프레그의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 12는 종래예 1에 의한 중공부를 갖는 성형품의 성형 시에서의 성형 상태를 나타내는 설명도이다.
도 13은 도 12의 가압 성형 시를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 14는 도 13의 가압 성형 시에서의 다른 성형 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 15는 종래예 2에 의한 성형용 금형 사이에 중자를 세팅한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 16은 개단면을 갖는 성형품의 성형 시의 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를, 첨부 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 관계되는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법으로서는, 이하에 기술하는 성형용 금형, 중자 등의 구성 이외여도, 성형용 금형에 의한 가압 성형 중에 중자의 외주 표면적을 넓힐 수 있는 구성이면, 그들 구성에 대해서도 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다.

실시예

도 1에 나타내는 바와 같이, 중자(4)를 내포한 프리프레그(3)를 성형용 금형(15)의 내주면 형상과 대략 동일한 형상으로, 실온에서 부형한 프리폼을, 미리 가열한 성형용 금형(15)의 하형(1)에 형성한 오목부(1a) 내에 재치하고 있다.

프리프레그(3)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄화규소 섬유 등의 섬유에 미경화된 열경화성 수지를 함침시킨 시트상으로 형성해 둘 수 있다. 도시예에서는, 프리프레그(3)에서의 단면 형상이 환상으로 형성되어, 내부에 중자(4)를 개장하고 있다. 예컨대, 2장의 시트상의 프리프레그 사이에 중자(4)를 감싸도록 함으로써, 프리프레그(3)를 도시예와 같이 구성할 수 있다.

그리고, 성형용 금형(15)의 가열에 의해, 용융 상태가 되어 있는 프리프레그(3)를 성형용 금형(15) 내에서 가압 성형하는 것에 의해 경화시키고, 원하는 형상을 가진 섬유 강화 플라스틱(FRP)의 성형품을 제조할 수 있다. 열경화성 수지 대신에 열가소성 수지를 함침시킨 경우는, 프리프레그(3)를 미리 가열하여 부형한 프리폼을, 성형용 금형으로 가압 성형한 후 냉각하여, 원하는 형상의 FRP 성형품을 제조할 수 있다.

섬유에 함침시키는 열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 유레아 수지, 바이닐 에스터 수지, 불포화 폴리에스터, 폴리우레탄, 페놀 수지 등을 이용할 수 있고, 열가소성 수지로서는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 염화바이닐, 폴리아마이드 수지 등을 이용할 수 있다.

중자(4)는 가요성 백체(4b)에 입자군(4a)을 수용하여 구성하고 있다.

고강성 입자로서는, 굽힘 탄성률이 50000MPa 이상인 높은 강성을 가지는, 알루미나, 지르코니아 등의 세라믹, 유리, 경질 내열 수지, 금속, 주물사 등을 이용할 수 있다. 특히, 지르코니아, 석영으로 이루어지는 세라믹을 이용한 경우에는, 이들 물질은 열 전도율이 낮기 때문에, 중자(4)의 입자군(4a)을 구성하는 입자로서는 적합한 재료로 된다.

중자(4)의 형태 유지에 이용하는 가요성 백체(4b)로서는, 나일론제 필름, 폴리에틸렌제 필름, 불소 수지 필름, 실리콘 고무 등을 이용할 수 있다.

또한, 중자(4)의 입자군(4a)은 다음 식(1)을 만족시키는 입경비의 입자 (a), (b)를 이용한다. 이때, 입자군(4a)에 포함되는 입자 (b)의 총량의 비율이 20∼60질량%의 범위이면, 입자군(4a)의 유동성과 압력 전달성이 향상되어 적합한 입자군 구성으로 된다.

1.1≤(Da/Db)≤2.0 …(1)

여기서, Da는 입자 (a)의 입자 직경, Db는 입자 (b)의 입자 직경이다.

하형(1)에는 성형용 금형(15)의 캐비티 내에 출몰 자유로운 피스톤 로드(5a)를 구비한 실린더(5)가 설치되어 있다. 한편, 도 1에서는, 피스톤 로드(5a)를 접동시키기 위해서 작동 유체를 실린더(5)의 압력실에 공급하고 배출하는 배관의 도시를 생략하고 있다.

우선, 상형(2)과 하형(1)을 서로 근접하는 방향으로 이동시켜, 완전한 형 체결을 행하고, 하형(1)의 오목부(1a) 내에 재치한 프리프레그(3)를 가압 하에서 가열 경화시킬 수 있다. 이 단계에서는 압력은 높지 않고, 다음 단계의 피스톤 로드에 의해 압력을 높이기 때문에, 형 체결기로서는 형의 개폐 기구가 있으면 좋고, 고압 프레스기가 불필요해진다.

이때, 피스톤 로드(5a)를 성형용 금형(15)의 캐비티 내에 돌출시킴으로써, 프리프레그(3) 내에 개장되어 있는 중자(4)의 외표면에서의 일부 부위를 압압한다. 이 압압에 의해, 도 1에서 원으로 둘러싼 부위 A를 확대한 도 2에 나타내는 바와 같이, 전술한 바와 같은 상이한 입자 직경에서의 조합된 입자 구성을 가지는 입자군(4a)의 유동성이 향상되어, 중자(4) 내의 입자군(4a)에 미끄러짐이 생긴다. 이 입자군(4a)의 미끄러짐으로, 중자(4)의 외주 표면적을 넓히고, 특히 공극이 생기기 쉬운 프리프레그(3)의 내면에서의 네 모퉁이 부분이나, 오목부(1a)의 벽면을 따라 형성되는 세로 부위의 내면을 따른 영역에, 프리프레그(3)의 내면에 밀접시킬 수 있고, 구부러짐이나 주름이나 공극을 발생시키지 않고서 성형할 수 있어, 치수 정밀도가 높은 성형품을 얻을 수 있다.

중자(4)를 감싸고 있는 프리프레그(3)와 중자(4) 사이에 공극이 형성되어 있어도, 중자(4)의 외주 표면적을 넓힘으로써 내압이 높아져, 공극을 구성하고 있던 공기는 중자에 의한 높은 내압에 의해 찌그러지거나, 프리프레그(3)를 통과하여 성형용 금형(15)으로부터 대기 중으로 방출된다. 공기가 프리프레그(3)를 통과했을 때에 형성된 통로는, 공기가 통과한 후에는 용융되어 있는 프리프레그(3)에 의해서 저절로 막히게 된다.

또한, 성형용 금형(15)의 각부에 있어서, 성형용 금형(15)과 프리프레그(3) 사이에 공극이 존재하고 있는 경우여도, 외표면 형상을 넓힌 중자(4)로부터의 압압에 의해서 프리프레그(3)는 공극측으로 변형 이동된다. 그리고, 이 공극을 형성하고 있던 공기는 높은 내압에 의해 찌그러지거나, 성형용 금형(15)으로부터 대기 중으로 압출된다. 공기가 압출된 공극의 부분에는 프리프레그(3)가 이동하여, 성형용 금형(15)의 각부 형상을 따른 형상으로 형성된다. 이에 의해, 프리프레그(3)를 가열 가압하여 형성된 성형품은, 예컨대 각부가 정확히 직각으로 형성된 성형품이 된다.

한편, 실시형태의 설명에 이용하는 각 도면에 있어서, 가요성 백체(4b)를 알기 쉽게 하기 위해, 가요성 백체(4b)의 두께를 과장하여 두껍게 나타내고 있다. 실제로는, 가요성 백체(4b)는 1mm 두께 이하의 얇은 필름 형상으로 형성된다. 여기서는, 각파이프 형상의 성형품을 성형하는 구성에 대하여 설명을 행하고 있지만, 성형품으로서는, 폐단면을 갖는 다른 다양하고 복잡한 형상으로 성형할 수 있다.

폐단면에 가까운 형상으로서는, 단면 형상이 C자상인 형상 등이 있다. 예컨대, C자상의 단면 형상을 갖는 성형품을 형성하는 경우에는, 중자의 일부를 상형(2) 또는 하형(1)의 성형면에 직접 맞닿게 한 배치 구성으로 할 수 있다. 그리고, 성형면에 맞닿아 있지 않은 중자의 주위를 프리프레그(3)로 덮는 것에 의해, C자상의 단면 형상을 갖는 성형품을 성형할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 있어서의 폐단면으로서는, 각파이프 형상 등의 형상 이외에도, 예컨대 C자상의 단면 형상도 본원 발명에서의 폐단면에 포함된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 피스톤 로드(5a)로 중자(4)의 외표면의 일부를 압압하는 것에 의해, 프리프레그(3)의 외표면에는 오목부(6)가 형성되게 된다. 피스톤 로드(5a)로 중자(4)의 외표면을 압압하면, 중자(4) 내의 용적으로서는, 입자군(4a)의 용적에 돌입한 피스톤 로드(5a)의 용적이 강제적으로 더해진 상태가 된다. 그 결과로서, 중자(4) 내의 내압을 높일 수 있다.

중자(4)의 내압이 높아지는 것에 의해, 각 입자군(4a)은 상호 입자 사이에서 미끄러짐을 발생시켜 전후 좌우 방향으로 이동하게 된다. 그러나, 각 입자군(4a)을 수용하고 있는 가요성 백체(4b)는 진공팩 포장을 할 수 있는 것과 같은 변형이 되기 쉬운 재질로 구성되어 있기 때문에, 가요성 백체(4b)는 각 입자군(4a)의 이동을 실질적으로 제한하는 일 없이 연전시킬 수 있다. 이와 같이, 중자(4)의 내압을 높여, 입자군(4a)을 구성하는 입자 사이에서 미끄러짐을 발생시킬 수 있기 때문에, 중자(4)의 외주 표면적을 넓힐 수 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 중자(4)와 프리프레그(3) 사이의 공극을 없앨 수 있다.

더욱이, 중자(4)의 외표면 형상의 넓어짐으로서는, 공극이 생겨 있는 것과 같은 프리프레그(3)와의 사이에서의 압력이 낮은 부위에서 생기기 때문에, 공극을 없애면서 프리프레그(3)의 두께를 소정의 두께로 유지해 둘 수 있다.

이렇게 해서 성형용 금형(15)을 사용하여 압축함으로써, 소정의 두께를 갖고, 원하는 외표면 형상을 구비하여 내부에 중자를 수납한 프리프레그(3)의 반성형품이 가압 성형된다.

도 3(a)에는, 성형용 금형(15)에 의한 가압 성형이 종료된 반성형품(10a)을 성형용 금형(15)으로부터 취출한 상태를 나타내고 있다. 피스톤 로드(5a)로 압압한 프리프레그(3)의 부위에는 오목부(6)가 형성되어 있다.

도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 오목부(6)에 배출용 구멍(6a)을 내면, 이 구멍(6a)으로부터 가요성 백체(4b)에 수용되어 있는 입자군(4a)의 입자 (a) 및 입자 (b) 사이에 공기가 유입되고, 입자군(4a)을 구성하는 입자 사이의 결합 상태가 흐트러진다. 그리고, 결합 상태가 흐트러진 입자군(4a)을, 오목부(6)에 형성한 배출용 구멍(6a)으로부터 외부로 배출하여, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 중공부(10b)를 갖는 성형품(10)을 완성한다. 입자군(4a)을 수용하고 있던 가요성 백체(4b)로서, 성형품(10)에 대하여 박리성이 좋은 재료를 사용하거나, 또는 가요성 백체(4b)를 이중으로 구성해 두면, 입자군(4a)에 접하는 가요성 백체(4b)도 반성형품(10a)으로부터 떼어낼 수 있다.

이와 같이, 중자(4)와 프리프레그(3) 사이에 공극이 없는 상태로 프리프레그(3)에 대한 가압 성형을 실시할 수 있기 때문에, 성형품(10)으로서는 구부러짐이나 주름이 없는 원하는 두께로 원하는 외표면 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있다. 또한, 성형용 금형(15)을 닫은 상태에서 중자(4) 내의 내압이 낮은 경우여도, 피스톤 로드(5a)로부터 가한 압압력에 의해서 중자(4) 내의 내압을 높일 수 있기 때문에, 성형품(10)로서는 원하는 두께로 원하는 외표면 형상을 갖는 제품이 얻어진다.

(입자군의 유동성 평가)

상기 중자(4)의 입자군(4a)의 유동성 평가는 다음 방법으로 측정했다.

우선, 입자군(4a)의 유동성은 두께 30mm, 길이 300mm, 폭 100mm의 캐비티를 가지고 성형판의 (1) 중앙, (2) 중앙으로부터 길이 방향으로 65mm, 및 (3) 중앙으로부터 길이 방향으로 130mm인 각 위치의 중자의 외표면의 압력이 측정 가능한 금형을 이용하여, 금형 온도 140℃, 성형 압력 1.5MPa로 해서, 소정량의 샘플을 금형의 중앙에 충전하여, 민첩하게 형을 닫고, 계속해서 직경 38mm의 피스톤 로드로 상기 캐비티의 중앙의 중자의 외표면의 일부를 8.0MPa로 10mm 압압하고, 계속해서 성형 압력 5.0MPa까지 가압하여, 샘플의 압력 변화를 기록하고 압력 피크가 관측되면, 측정을 종료한다.

각 예에서 얻어진 입자군(4a)의 유동성은 상기, 중자(4)의 외표면의 압력이 측정 가능한 금형의, (1) 중앙, (2) 중앙으로부터 길이 방향으로 65mm, (3) 중앙으로부터 길이 방향으로 130mm의 3개소에서 측정한 표면의 압력 피크값을 하기 기준으로 평가했다.

○: 3개소의 표면의 압력 피크값의 범위가 10% 이하로 균일하게 내압이 걸려 있다.

×: 3개소의 표면의 압력 피크값의 범위가 10% 이상으로 균일하게 내압이 걸려 있지 않다.

(성형품의 외관 평가)

각 예에서 얻어진 중공 성형품의 외관은 육안에 의해 하기 기준으로 평가했다.

○: 성형품의 외면에 주름 등 결함이 없어 외관이 양호.

×: 성형품의 외면에 주름 등 결함이 있어 외관이 나쁨.

이하, 제 1 기본 구성을 구비한 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

도 1에 나타내는 바와 같이 입경비가 1.5인 지르코니아 입자의 혼합물(입자 (a): 직경 3mm, 입자 (b): 직경 2mm)이고, 지르코니아 입자의 혼합물에 포함되는 입자 (b)의 총량의 비율(입자 (b)의 혼합 비율)이 20질량%인 입자군을 나일론 필름으로 이루어지는 백체에 수용하여 중자를 제작했다. 탄소 섬유 강화 에폭시 수지 프리프레그(3)(미쓰비시레이온사(Mitsubishi Rayon Co., Ltd.)제, 제품명: TR3110 391IMU)를 5플라이(ply)로 상기 중자를 내포하고, 성형용 금형(15)의 내주면 형상과 대략 동일한 형상으로, 실온에서 프리폼했다. 미리 140℃로 가열한 성형용 금형(15)의 하형(1)의 캐비티면에 형성한 오목부(1a) 내에 프리폼을 재치하여, 상형(2)과 하형(1)을 완전히 형 체결하고, 계속해서 피스톤 로드(5a)로 중자(4)의 외표면의 일부를 8.0MPa로 압압했다. 10분 후, 형 열기를 행하고, 반성형품을 취출했다. 피스톤 로드에 의한 압압에 의해 형성된 오목부(6)(도 3(a))에 배출용 구멍을 내고, 지르코니아 입자(입자군(4a))를 배출용 구멍으로부터 외부로 배출하여(도 3(b)), 중공 성형품을 얻었다(도 3(c)).

(실시예 2∼4)

표 1에 나타내는, 중자(4)의 입자군(4a)에 포함되는 지르코니아 입자 (b)의 혼합 비율로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 중공 성형품을 얻었다(도 3(c)).

(비교예 1)

표 1에 나타내는, 중자(4)의 입자군(4a)에 포함되는 지르코니아 입자 (b)의 혼합 비율을 10질량%로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 중공 성형품을 얻었다(도 3(c)).

(비교예 2)

표 1에 나타내는, 입자 직경이 균일한 지르코니아 입자를 중자(4)의 입자군(4a)에 이용하는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 중공 성형품을 얻었다(도 3(c)).

표 1에 나타내는 바와 같이, 중자(4)의 입자군(4a)을 구성하는 입자에 지르코니아 입자를 이용하고, 그의 제 1 입자군 (a)의 직경 Da와 제 2 입자군 (b)의 직경 Db의 비(Da/Db)를 1.5로 하여, 입자군(4a)의 총량에 대한 제 2 입자군 (b)의 총량의 비율이 20∼50질량%인 입자군을 사용한 실시예 1∼4에 의한 제조 방법에서는, 입자군(4a)의 유동성과 압력 전달성이 향상되어, 얻어진 성형품의 치수 정밀도가 높고, 외면에 주름 등 결함이 없는 외관이 우수한 것이었다.

한편, 중자(4)의 입자군(4a)을 구성하는 입자에 지르코니아 입자를 이용하고, 그의 제 1 입자군 (a)의 직경 Da와 제 2 입자군 (b)의 직경 Db의 비(Da/Db)가 1.5이며, 입자군(4a)의 총량에 대한 제 2 입자군 (b)의 총량의 비율이 10질량%인 입자군을 사용한 비교예 1, 및 입자 직경이 균일한 직경인 지르코니아 입자를 사용한 비교예 2의 제조 방법에서는, 입자군(4a)을 구성하는 입자는 가장 높은 밀도로 충전되게 되어, 입자군을 구성하는 입자의 유동성이 저해되고, 압력의 전달성이 손상되며, 얻어진 성형품은 치수 정밀도가 저하되고, 외면에 주름 등 결함이 있어 양호한 외관을 얻을 수 없었다.

이하, 본 발명의 변형예에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 여기서, 이하에 기술하는 변형예에 의하면, 성형 시에 상형과 하형 사이의 간격을 넓히는 일 없이 일정한 간격이 유지되어, 소요 압력으로써 중자를 변형시킬 수 있다. 단, 본 발명에 따른 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법에 의하면, 이들 변형예에 한정되는 것은 아니다.

(변형예 1)

상형(2)과 하형(1) 사이를 형 체결 상태로 했을 때, 또는 상형(2)과 하형(1)에 의해 프리프레그(3)를 소정의 압력으로 가압하고 있는 가압 상태로 했을 때, 상형(2)과 하형(1)의 간격이 그 이상 넓어지지 않도록 한다. 그 때문에, 도시예에 의하면 상형(2)에 상하형(2, 1)의 간격을 일정하게 유지하는 금형 간격 유지 수단(20)이 설치되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 금형 간격 유지 수단(20)에는, 피스톤 로드(5a)로 중자(4)를 압압 변형시켰을 때에, 상형(2)에 대하여 프리프레그(3)의 변형에 의한 압압력의 증대로 상형(2)이 솟아오르지 않는 구성이 채용된다.

도 4 및 도 7(A)에 나타내는 예에서는, 상기 금형 간격 유지 수단(20)은, 상형(2)의 좌우 측면 상단부(도 4의 좌우 상단 숄더부)에 형성한 하경사면(2a, 2a)에 면 접촉 상태로 접접하는 쐐기면(21b, 21b)을 갖고, 상형(2)의 이동 방향(상하 방향)에 직교하는 방향(수평 방향)으로 접동 자유로운 좌우 한쌍의 누름 부재(21a, 21a)와, 이 누름 부재(21a, 21a)를 수평 방향으로 이동시켜 서로 접근 및 이간 방향으로 구동하는 도시하지 않는 구동부를 구비하고 있다. 좌우 한쌍의 누름 부재(21a, 21a)의 대향하는 쐐기면(21b, 21b)의 형상은, 도 7(A)에 나타내는 바와 같이, 마주하는 쐐기면(21b, 21b) 사이의 간격이 하방을 향해서 확개(擴開)되는 형상으로 되어 있다.

상형(2)과 하형(1)에 의한 형 체결 상태 또는 가압 상태에 있어서, 한쌍의 누름 부재(21a, 21a)를 상형(2)의 좌우 측면의 상단부에 형성된 하경사면을 향해서 접근하도록 수평으로 이동시키는 것에 의해, 상형(2)의 좌우 측면의 상단부에 형성한 하경사면(21a, 21a)과 쐐기면(21b, 21b)에 의한 쐐기 작용이 발휘된다. 여기서, 상기 누름 부재(21a)의 좌우 방향으로의 이동 정지 위치에 의해, 상하형(2, 1)의 상하 성형면 사이의 이간 거리가 정해지고, 상형(2)의 상방으로의 그 이상의 이동이 저지된다. 즉, 상형(2)과 하형(1) 사이의 간격이 상기 누름 부재(21a)의 정지 위치에 의해 정해지기 때문에, 그 정지 위치를 조정하는 것에 의해 상형(2)과 하형(1) 사이의 간격을 임의로 조정할 수 있다. 이 정지 위치가 정해지면, 가령 상형(2)에 하방으로부터 강대한 힘이 작용했다고 해도, 상형(2)은 부동 상태를 유지하고, 그 부동 위치가 확실히 유지되기 때문에, 치수 정밀도가 높은 성형품을 얻을 수 있다.

다음으로, 피스톤 로드(5a)에 의한 압압의 효과에 대하여, 이하의 가정 조건 하에 설명한다.

예컨대, 도 4에 나타내는 상형(2)에서 프리프레그(3)를 압압하는 압압면이 직사각형 형상이고, 압압면의 가로폭 W가 100mm 길이이고, 깊이가 300mm 길이라고 가정한다. 이때, 압압면의 면적으로서는 10cm×30cm=300cm²가 된다. 또한, 피스톤 로드(5a)의 직경을 φ38mm라고 가정하고, 실린더(5)의 실린더 직경을 φ130mm라고 가정한다. 그리고, 상형(2)을 압압하는 프레스 장치에서의 유압 실린더의 실린더 직경을 φ252mm로 한다.

이때, 상기 프레스 장치의 프레스압이 25kg/cm²라고 하면, 이때 상형(2)에 가할 수 있는 하중은 프레스압×유압 실린더의 면적=25kg/cm²×25.2cm×25.2cm×3.14/4=약 12.5ton이 된다. 그리고, 상기 프레스 장치에서의 프레스압이 25kg/cm²의 2배인 50kg/cm²일 때에는, 상형(2)에 가할 수 있는 하중은, 전술한 프레스압이 25kg/cm²일 때의 12.5ton의 배인 약 25ton을 가할 수 있다.

12.5ton의 하중을 상형(2)에 가하면, 상형(2)의 압압면에서 프리프레그(3)를 압압하고 있을 때의 단위 면적당 응력은 하중/(상형(2)의 압압 면적)=12,500kg/300cm²=약 42kg/cm²가 된다. 12.5ton의 2배인 25ton의 하중을 상형(2)에 가한 경우에는, 상형(2)의 압압면에서 프리프레그(3)를 압압하고 있을 때의 단위 면적당 응력으로서는, 12.5ton의 하중을 상형(2)에 가했을 때의 배인 약 84kg/cm²로 된다.

또한, φ130mm의 실린더(5)에서의 실린더압이 7kg/cm²라고 하면, 이때 피스톤 로드(5a)에 가할 수 있는 압압력은 실린더압×실린더(5)의 면적=7kg/cm²×13.0cm×13.0cm×3.14/4=약 929kg이 된다. 그리고, 피스톤 로드(5a)로 중자(4)를 압압할 때의 단위 면적당 응력은 압압력/피스톤 로드(5a)의 면적=929kg/3.8cm×3.8cm×3.14/4=약 82kg/cm²로 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 대형의 프레스 장치로 상형(2)을 압압하지 않아도, 소형의 프레스 장치와 중자(4)를 압압하는 실린더(5)에 의해, 대형의 프레스 장치를 이용한 경우와 마찬가지로, 성형용 금형(15)과 프리프레그(3) 사이 및 프리프레그(3)와 중자(4) 사이에 생겨 있던 공극을 배제할 수 있다.

이상에서는, 상형(2)에 하중을 가한 구성에 대하여 설명을 행했지만, 전술한 계산으로 나타낸 바와 같이 피스톤 로드(5a)에 의한 압압력으로도, 대형의 프레스 장치에서 발생시킨 응력과 대략 동일한 응력을 프리프레그(3)에 작용시킬 수 있다. 이 때문에, 성형용 금형(15)을 형 체결 상태로 한 후에, 피스톤 로드(5a)를 중자(4)에 작용시킨 경우여도 응력 I의 상태까지 응력을 높일 수 있다. 즉, 상형(2)에 12.5ton의 하중을 가한 후에 피스톤 로드(5a)를 작동시킨 경우여도, 성형용 금형(15)과 프리프레그(3) 사이 및 프리프레그(3)와 중자(4) 사이에 생겨 있던 공극을 없앨 수 있다.

본 발명에 있어서는, 전술한 바와 같이 상하형(2, 1)의 상하 간격을 일정하게 유지하기 때문에, 상형(2)에 금형 간격 유지 수단(20)을 설치하고 있다.

금형 간격 유지 수단(20)의 좌우 한쌍의 누름 부재(21a, 21a)를 상형(2)의 좌우 측면의 상단부에 형성된 하경사면(2a, 2a)을 향해서 접근하도록 수평으로 이동시키면, 상형(2)의 좌우 측면의 상단부에 형성한 하경사면(2a, 2a)과 쐐기면(21b, 21b)에 의한 쐐기 작용이 발휘된다. 여기서, 상기 누름 부재(21a)의 좌우 방향으로의 이동 정지 위치에 의해, 상하형(2, 1)의 상하 성형면 사이의 이간 거리가 정해지고, 상형(2)의 상방으로의 그 이상의 이동이 저지된다. 즉, 누름 부재(21a, 21a)의 접근 이동을 정지시키면, 가령 상형(2)에 대하여 하방으로부터 아무리 강대한 힘이 작용해도, 상형(2)은 그 이상 상방으로 이동하지 않고 부동 상태를 유지하여, 치수 정밀도가 높은 성형품을 얻을 수 있다.

한편, 전술한 설명에서는, 피스톤 로드(5a)를 하형(1)에 설치한 구성에 대하여 설명을 해왔지만, 피스톤 로드(5a)를 상형(2)에 설치한 구성을 채용할 수 있다. 이때, 피스톤 로드(5a)를 상형(2)측에 설치하고, 하형(1)을 토대 등의 위에 재치해서 이동을 규제하고 있다. 상형(2)은 여전히 상하로 움직일 수 있다. 그 때문에, 피스톤 로드(5a)로 중자(4)를 압압했을 때에 상형(2)이 솟아오르지 않도록 하기 위한 금형 간격 유지 수단(20)의 구성으로서, 도 1과 마찬가지의 구성을 채용할 수 있다.

(변형예 2)

도 5 및 도 7(B)를 이용하여, 본 발명에 관계되는 변형예 2를 설명한다. 상기 변형예 1에서는, 금형 간격 유지 수단(20)의 누름 부재로서, 단순히 경사진 쐐기면(21b, 21b)을 갖는 한쌍의 누름 부재(21a, 21a)를 이용한 예에 대하여 설명했지만, 변형예 2에서는, 금형 간격 유지 수단(20)으로, 톱니상의 쐐기면(22b, 22b)을 각각에 갖는 한쌍의 누름 부재(22a, 22a)를 이용하고 있다. 또한, 각 누름 부재(22a, 22a)에 형성된 톱니상의 쐐기면(22b, 22b)에 접접하기 때문에, 상형(2)의 양 단부에는 톱니상의 면이 각각 형성되어 있다.

다른 구성은, 실시예 1과 마찬가지의 구성을 구비하고 있고, 마찬가지의 구성 부재에 대해서는, 실시예 1에서 이용한 부재 부호와 동일한 부재 부호를 이용하는 것에 의해, 그 부재에 대한 설명은 생략한다.

도 7(B)에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 누름 부재(22a, 22a)에 형성된 톱니상의 쐐기면(22b, 22b)은 수평 방향으로 형성된 수평면(22c, 22c)과 이 수평면(22c, 22c)의 기단(基端)으로부터 연속해서 하경사하는 하경사면(22d, 22d)을 구비한 형상이 반복된 구성으로 되어 있다. 그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상형(2)이 하형(1)을 향해서 하강해서 프리프레그(3)에 대하여 미리 설정된 압력을 가하는 위치에 도달했을 때, 금형 간격 유지 수단(20)을 작동시켜 한쌍의 누름 부재(22a, 22a) 사이를 접근시키면, 상형(2)에 형성된 톱니상의 면 중 수평면과 각 누름 부재(22a, 22a)의 수평면(22c, 22c)이 면 접촉한다. 이에 의해서, 상형(2)이 상방으로 이동하는 것을 확실히 저지할 수 있다.

이 상태로부터 피스톤 로드(5a)를 작동시켜, 중자(4)를 피스톤 로드(5a)로 강제적으로 압압 변형시킬 수 있다. 즉, 피스톤 로드(5a)에 의한 압압에 의해 중자(4)를 변형시켜, 중자(4)와 프리프레그(3) 사이에 공극을 없앨 수 있다. 이에 의해서, 원하는 두께로 원하는 외주면 형상을 갖는 고품위의 성형품을 제조할 수 있도록, 프리프레그(3)를 가압 성형할 수 있다.

본 변형예 2에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 금형 간격 유지 수단(20)에, 톱니상의 쐐기면(22b, 22b)을 각각에 갖는 한쌍의 누름 부재(22a, 22a)를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 성형을 행했다. 형 열기를 행하여, 성형품을 취출하고, 피스톤 로드 압압에 의해 형성된 오목 함몰부(6)(도 3(a))에 배출용 구멍을 내어, 입자군(4a)을 배출용 구멍으로부터 외부로 배출하여(도 3(b)), 중공 성형품을 얻었다(도 3(c)). 이 성형품은 치수 정밀도가 높고, 외면에 주름 등 결함이 없는 외관이 우수한 것이었다.

(변형예 3)

도 6 및 도 7(C)를 이용하여, 본 발명에 관계되는 변형예 3의 구성에 대하여 설명한다. 변형예 1에서는, 금형 간격 유지 수단(20)으로서, 단순히 경사진 쐐기면(21b)을 갖는 한쌍의 누름 부재(21a, 21a)를 이용한 구성에 대하여 설명했지만, 변형예 3에서는, 금형 간격 유지 수단(20)으로서, 수평 방향으로 연장되는 하면에 상경사면을 형성한 쐐기부(23b, 23b)와, 그의 외측 단부로부터 수직 하방으로 연장되는 수직부(23f, 23f)를 갖는 한쌍의 누름 부재(23a, 23a)를 이용하고 있고, 한쪽 상형(2)의 좌우 양 단부를, 상기 한쌍의 누름 부재(23a, 23a)를 상기 양 단부에 맞닿게 했을 때, 각 누름 부재(23a, 23a)의 대향면이 밀접하는 면 형상으로 형성되어 있다.

이 변형예 3에서는, 상형(2)의 상부 캐비티면이 단순한 평면이 아니라 돌출부(8)를 형성한 구성으로 하고 있다.

다른 구성은, 변형예 1과 마찬가지의 구성으로 되어 있고, 마찬가지의 구성 부재에 대해서는, 실시예 1에서 이용한 부재 부호와 동일한 부재 부호를 이용하는 것에 의해, 그 부재에 대한 설명을 생략한다.

좌우 한쌍의 누름 부재(23a, 23a)에 형성된 쐐기부(23b, 23b)의 각각은, 도 7(C)에 나타내는 바와 같이, 상형(2)을 향해서 가로 방향으로 연장된 상경사면(23c)과 이 상경사면(23c)의 양단 가장자리측으로부터 상하로 연장되는 수직면(23d 및 23e)을 구비한 형상을 갖는 쐐기부(23b)와, 수직부(23f)로 이루어진다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상형(2)에 있어서의 좌우 양 단부의 경사면과 누름 부재(23a, 23a)의 상경사면(23c, 23c)이 면 접촉하는 것에 의해, 상형(2)의 상방으로의 이동을 확실히 저지해 둘 수 있다. 또한, 한쌍의 누름 부재(23a, 23a)를 서로 접근/이간하는 방향으로 접동시키는 것에 의해, 상형(2)을 하형(1)에 접근/이간 방향으로 이동시켜, 상형(2)과 하형(1)의 간격을 조정할 수 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 상형(2)을 하형(1)을 향해서 하강시켜 프리프레그(3)를 가압 성형할 때, 상형(2)에 설치한 돌출부(8)로 중자(4)를 강제적으로 압압한다. 그리고, 이 가압 상태는, 금형 간격 유지 수단(20)을 작동시켜 한쌍의 누름 부재(23a, 23a) 사이를 접근시키면, 상형(2)에 형성한 경사면과 각 누름 부재(23a, 23a)의 상경사면(23c, 23c)이 면 접촉하는 것에 의해, 상형(2)의 상방으로의 이동을 확실히 저지하여, 정위치에 유지시켜 놓을 수 있다.

이 상태로부터 피스톤 로드(5a)를 작동시켜, 중자(4)를 돌출부(8)와 피스톤 로드(5a) 사이에서 강제적으로 압압 변형시킨다. 이에 의해서, 이미 기술한 바와 같이, 중자(4)를 변형시켜, 중자(4)와 프리프레그(3) 사이의 공극을 없앨 수 있다. 이렇게 해서, 본 실시예에서도 원하는 두께로 원하는 외주면 형상을 갖는 고품위의 중공상의 강화 섬유 플라스틱 성형품을 제조할 수 있게 된다.

본 변형예 3에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상형(2)의 상부 캐비티면이 단순한 평면이 아니라 돌출부(8)를 형성한 구성이고, 금형 간격 유지 수단(20)으로, 가로 방향으로 연장되는 하면에 상경사면을 형성한 쐐기부(23b, 23b)와, 그의 외측 단부로부터 수직 하방으로 연장되는 수직부(23f, 23f)를 갖는 한쌍의 누름 부재(23a, 23a)를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 성형을 행했다. 형 열기를 행하여, 성형품을 취출하고, 피스톤 로드 압압에 의해 형성된 오목 함몰부(6)에 배출용 구멍을 내어, 입자군(4a)을 배출용 구멍으로부터 외부로 배출하여, 중공 성형품을 얻었다. 이 성형품은 치수 정밀도가 높고, 외면에 주름 등 결함이 없어 외관이 우수한 것이었다.

금형 간격 유지 수단(20)에 있어서의 한쌍의 누름 부재의 구성으로서는, 도 7에 나타낸 바와 같은 다양한 구성을 채용할 수 있다. 도 7(A)∼도 7(C)의 구성에 대해서는, 전술한 변형예 1∼3으로서 설명했지만, 도 2 및 도 7(B)에 나타낸 변형예 2의 누름 부재의 변형예를 도 7(D)로써 설명한다. 도 7(D)에 나타낸 한쌍의 누름 부재(24a, 24a)는, 쐐기면(24b, 24b)의 형상이 톱니상으로 형성되어 있지만, 변형예 2에서 나타낸 도 7(B)와 같은 한쪽 날의 톱니 형상이 아니라 양쪽 날의 톱니 형상으로 구성되어 있다. 이 예에서는, 도시를 생략하고 있지만, 상형(2)의 좌우 양 단부는 상기 쐐기면(24b, 24b)의 형상에 대응한 쐐기면이 형성되어 있다.

이러한 구성에 의해서, 금형 간격 유지 수단(20)을 작동시키면, 한쌍의 누름 부재(24a, 24a)에서의 쐐기면(24b, 24b)과 상형(2)의 양 단부에 형성된 쐐기면이 걸어맞추어져, 상형(2)의 상하 양방향으로의 이동을 완전히 저지하게 된다.

이하, 상기 제 2 기본 구성을 구비한 본 발명의 대표적인 실시형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 9 및 도 10은 이 실시형태인 섬유 강화 플라스틱 성형품의 성형 공정을 모식적으로 나타내고 있다. 이들 도면에 있어서, 부호 25는 하우징을 나타내고, 부호 26은 한쌍의 성형형의 한쪽인 편측 금형이고, 부호 27은 본 발명의 가장 특징으로 하는 다른 한쪽의 성형형인 변형 가능한 변형형을 나타내며, 부호 28은 성형 소재인 프리프레그를 나타내고 있다.

상기 하우징(25)은 주철로 이루어지고, 바닥면부(25a)와, 바닥면부(25a)의 가장자리부를 따라 세워 설치된 측벽부(25c)를 갖는 상자형 형상으로 되고, 그의 천판부(天板部)는 전체 면이 개구되어 개구부(25d)를 구성한다. 상기 편측 금형(26)은 통상의 성형용 금형과 동일한 재질로 작성되어 있고, 그의 성형면에는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 편면을 성형하는 캐비티(26a)를 갖고 있다.

상기 변형형(27)은 입자체(27a)를 가요성 소재로 이루어지는 백체(27b)에 밀폐 상태로 수용한 구성을 갖고, 외력에 의해 자유 자재로 변형 가능하게 되어 있다. 입자체(27a)로서는, 알루미나구(球)나 지르코니아구 등의 세라믹구나, 크롬강구, 카본강구나 스테인레스강구 등의 금속구가 사용된다. 그 중에서도 알루미나구와 금속구는 열전도성이 우수하기 때문에 적합하며, 카본강구가 특히 적합하다. 그의 치수는 φ0.1mm∼φ10mm인 것이 바람직하고, φ0.5mm∼φ2mm인 것이 변형형(27)의 미소 영역에서의 변형능을 확보하기 때문에, 특히 바람직하다. 이러한 입자체(27a)를 수용하는 백체(27b)에는, 나일론, 폴리에틸렌, 불소 수지, 실리콘 고무 등으로 이루어지는 필름이나 시트가 적합하게 사용된다.

상기 프리프레그(28)는, 시트상의 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄화규소 섬유 등의 섬유 집합체에, 미경화된 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 매트릭스 수지로서 함침시킨 것이다. 본 실시형태에 있어서는, 상기 프리프레그(28)로서 한 장의 큰 면적을 가지는 제 1 시트상 프리프레그(28a)의 하면 중앙부에, 작은 면적을 가지는 제 2 시트상 프리프레그(28b)를 적층하여 일체화한 프리프레그가 사용되고 있고, 이 프리프레그(28)를 상기 변형형(27)의 상면 중앙부에 재치한다. 여기서, 일반적으로 상기 섬유 집합체는 섬유에 방향성을 부여하는 것이 바람직하고, 예컨대 일방향으로 섬유를 평행하게 당겨 정렬한 시트상물, 일방향으로 정렬한 시트상물을 소요 각도(0°∼90°)의 범위 내에서 교차시켜 적층한 시트상물, 또는 다수의 섬유속을 날실로서 당겨 정렬하여, 그 날실에 소요 간격을 두고 씨실을 교착시켜 얻어지는, 이른바 일방향성 직물이나, 다수 개의 섬유속을 날실과 씨실에 사용하고, 양자를 교착시켜 얻어지는 이방향성 직물 등이 있다. 통상, 상기 섬유속은 다수의 필라멘트사(絲)로 구성된다.

그리고, 매트릭스 수지로서 열경화성 수지가 사용되는 경우는, 성형용 금형의 가열에 의해, 용융 상태가 되어 있는 프리프레그(28)를 하우징(25) 내에서 가열 가압하고 압압 성형하는 것에 의해 경화시켜, 원하는 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱의 성형품을 제조할 수 있다. 열경화성 수지 대신에 열가소성 수지를 함침시킨 경우는, 프리프레그(28)를 필요에 따라 미리 부형한 프리폼을 미리 가열하여 변형형(27) 상에 재치하고, 편측 금형(26)을 하강시켜 가압함과 더불어 냉각하여, 원하는 형상의 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제조할 수 있다.

이상의 구성에 있어서, 도 9 및 도 10에 나타내는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 성형하기 위해서는, 우선 편측 금형(26)을 하우징(25)의 개구부(25d)에 밀착해서 끼운 후, 하우징 바닥면부(25a)를 향해서 소요 가중을 걸면서 이동시킨다. 이 이동에 의해, 변형형(27) 상에 재치된 프리프레그(28)에 대하여 편측 금형(26)에 의한 압압력이 서서히 증가한다. 이 증가하는 압압력에 의해, 프리프레그(28)의 상면은 편측 금형(26)의 캐비티면(26a)을 따른 형상으로 부형된다. 더욱이, 이때 프리프레그(28)가 재치된 변형형(27)도 마찬가지의 압압력을 받아, 프리프레그(28)의 재치면을 변형시키면서 변형형(27) 자신이 변형된다. 이 변형형(27)의 변형은, 편측 금형(26)의 압압력과 하우징(25)의 바닥면으로부터 받는 반력으로, 편측 금형(26)과 하우징(25)의 내부에 형성된 간극 공간을 향해서 입자체(27a)를 유동시키는 것에 의해 이루어진다. 이렇게 해서 입자체(27a)의 유동을 이용하여 변형형(27)을 변형시키고, 최종적으로는 프리프레그(28)의 내부 응력은 균등화되어, 프리프레그(28)의 반(反)금형측의 형상은 상기 응력에 따른 형상으로 된다.

도 11은 본 발명의 다른 대표적인 실시형태를 나타내고 있다. 이 실시형태에 의하면, 하우징(25)의 바닥면부(25a)에는, 하우징(25)에 재치된 변형형(27)을 향해서 출몰 자유로운 본 발명의 보조 압압 수단의 일부에 상당하는 피스톤 로드(29a)를 구비한 실린더(29)가 설치되어 있다. 한편, 이 실시형태에 있어서, 도 9 및 도 10에 나타낸 상기 실시형태와 실질적으로 동일한 구성 부재에 대해서는 동일 부호 및 동일 명칭을 사용하고 있다. 도 11에 있어서, 피스톤 로드(29a)를 접동시키기 위해서 실린더(29)의 압력실에 작동 유체를 공급하고 배출하는 배관은 도시를 생략하고 있다. 이 피스톤 로드(29a)는, 예컨대 프리프레그(28)가 소형이고, 변형형(27)의 변형이 하우징(25)과 편측 금형(26) 사이의 구석구석까지 널리 퍼지지 않는 것과 같은 때, 실린더(29)를 작동시켜, 변형형(27)의 내압을 높이고 변형형의 용적을 늘리면서 프리프레그(28)에 균등한 압압력이 작용하도록 한다.

즉, 편측 금형(26)의 형 체결부(26b)가 하우징(25)의 형 체결부(25e)에 맞닿아도, 편측 금형(26)과 하우징(25)의 내부에 여전히 간극 공간이 남겨져 있을 때, 상기 실린더(29)를 작동시켜, 피스톤 로드(29a)를 변형형(27)을 향해서 신장시키고, 변형형(27)을 국부적으로 압압 변형시켜, 그의 내압을 증가시키고, 변형형(27)을 변형시키면서 입자체(27a)를 간극 공간을 향해서 유동시켜, 간극 공간을 메운다. 이 간극 공간을 구성하고 있던 공기는 변형형(27)의 내압과 입자체(27a)의 압압에 의해서 찌그러지거나, 프리프레그(28)를 통과하여 하우징(25)과 편측 금형(26)의 조그마한 간극으로부터 대기 중으로 방출된다. 공기가 프리프레그(25)를 빠져나갔을 때 형성된 공기 통로는, 공기가 통과한 후에 용융되어 있는 프리프레그(28)에 의해서 저절로 막히게 된다.

공기가 압출된 간극 공간에는 변형형(27)이 변형되면서 길어져, 편측 금형(26)의 모퉁이부 형상을 따른 형상으로 되고, 동시에 프리프레그(28)도 이것에 추종한다. 이에 의해, 프리프레그(28)를 가열 가압하여 형성한 성형품은 그의 외면측이 편측 금형(26)의 캐비티(26a)의 형상대로인 형상으로 성형되고, 그 반대측의 내면은 상기 캐비티(26a)의 형상에 기초하는 프리프레그(28)의 변형에 추종하는 형상으로 된다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 피스톤 로드(29a)로 변형형(27)의 외주면의 일부를 국부적으로 압압하는 것에 의해, 변형형(27)의 외주면에는 오목부가 형성되게 된다. 피스톤 로드(29a)에 의해 변형형(27)의 외주면을 압압하면, 변형형 내의 용적은 모든 입자체(27a)의 용적에 돌입한 피스톤 로드(29a)의 용적이 강제적으로 더해진 상태가 된다. 그 결과로서, 변형형(27)이 넓어짐을 보이며 변형됨과 동시에 변형형(27) 내의 내압을 높일 수 있다.

변형형(27)의 내압이 높아지는 것에 의해, 각 입자체(27a)는 상호의 입자체 사이에 미끄러짐이 생겨 전체 방향으로 이동하게 된다. 그러나, 각 입자체(27a)를 포장하고 있는 가요성 백체(27b)는 용이하게 변형되는 재질로 구성되어 있기 때문에, 백체(27b)는 각 입자체(27a)의 이동을 실질적으로 제한하지 않고서 연전할 수 있다.

이와 같이, 변형형(27)의 내압을 높이고, 입자체(27a) 사이에서의 미끄러짐을 생기게 할 수 있기 때문에, 변형형(27)의 외주 표면적을 넓힐 수 있고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 편측 금형(26)의 캐비티(26a)와 프리프레그(28) 사이의 공극을 없앨 수 있다. 더욱이, 변형형(27)의 외주면 형상의 넓어짐은, 간극 공간이 생겨 있는 것과 같은 편측 금형(26) 및 프리프레그(24) 사이에서의 압력이 낮은 부위에서 생기기 때문에, 그 간극 공간을 없애면서 프리프레그(28)의 두께를 균등화한다. 이렇게 해서, 소정의 두께를 갖고, 원하는 외주면 형상을 구비한 프리프레그(28)를 가압 성형할 수 있다.

1: 하형
1a: 하형에 형성된 오목부
2: 상형
2a: 하경사면
3: 프리프레그
4: 중자
4a: 입자군(입자)
4b: 가요성 백체
5: 실린더
5a: 피스톤 로드
6: 오목부
6a: 배출용 구멍
8: 돌출부
10: 성형품
10a: 반성형품
15: 성형용 금형
20: 금형 간격 유지 수단
21a: 누름 부재
21b: 쐐기면
22a: 누름 부재
22b: 쐐기면
22c: 수평면
22d: 하경사면
23a: 누름 부재
23b: 쐐기부
23c: 상경사면
23d, 23e: 수직면
23f: 수직부
24a: 누름 부재
24b: 쐐기면
25: 하우징
25a: 바닥면
25b: 수직 벽면
25c: 측벽부
25d: 개구부
25e: 형 체결부
26: 편측 금형
26a: 캐비티(면)
26b: 형 체결부
27: 변형형
27a: 입자체
27b: 백체
28: 프리프레그
28a, 28b: 제 1 및 제 2 시트상 프리프레그
29: 실린더
29a: 피스톤 로드
30: 성형용 금형
31: 하형
31a: 오목부
32: 상형
33: 중자
33a: 분말 입자군
33b: 포장재
34, 35: 섬유 강화 열가소성 수지재(FRTP)
36: 프리프레그
37: 세로 부위
39: 리브
41a, 41b: 성형용 금형
42a, 42b: 접합면
43: 중자
44: 압출기
45: 용융 수지
46: 가압 유닛
51, 52: 제 1 및 제 2 압력 챔버
55: 챔버벽
57: 형 조립체
57a, 57b: 형 부분

Claims

복수의 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백(bag)체에 수용하여 원하는 형상의 중자(中子)를 형성하는 것,
수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 상기 중자의 주위에 배치하는 것,
상기 중자와 그의 주위에 배치된 상기 프리프레그를 성형용 금형의 상형과 하형 사이에 배치하는 것,
상기 성형용 금형을 형 체결하여 압축 성형하는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법으로서,
상기 상형과 하형의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하는 것,
상기 상형 및 하형 사이의 캐비티를 향해서 출몰하는 압압(押壓) 수단으로써, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하여 상기 중자 내의 내압을 높여 변형시키는 것, 및
상기 중자의 압압 변형에 의해, 상기 프리프레그와, 상기 금형 및 상기 중자 사이의 밀착성을 높이는 것
을 추가로 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 상형의 좌우 측부에 배치된 상기 금형 간격 유지 수단을 서로 접근하는 방향으로 소정량 이동시키는 것에 의해 상기 상형의 상방으로의 이동을 완전히 규제하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 상형의 좌우 측면과 금형 간격 유지 수단의 맞닿음면을, 서로 쐐기상의 접동면(摺動面)에 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가요성 백체에 수용되는 입자군의 입경이 균일하지 않은 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 성형용 금형에 의한 압축 성형 후에 성형되는 성형품에 있어서, 상기 중자의 외주면의 일부를 압압한 부위를, 상기 성형품으로부터 상기 입자군을 배출하는 배출 구멍의 형성 부위로 하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
복수의 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백(bag)체에 수용하여 원하는 형상의 중자(中子)를 형성하는 것,
수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 상기 중자의 주위에 배치하는 것,
상기 중자와 그의 주위에 배치된 상기 프리프레그를 성형용 금형의 상형과 하형 사이에 배치하는 것,
상기 성형용 금형을 형 체결하여 압축 성형하는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법으로서,
상기 가요성 백체에 수용되는 입자군이 고강성 입자이며, 상기 입자군이 서로 입자 직경이 상이한 제 1 입자군 (a) 및 제 2 입자군 (b)를 포함하고,
상기 제 1 입자군 (a)의 직경 Da와 상기 제 2 입자군 (b)의 직경 Db의 비 Da/Db가 1.1 이상 2.0 이하인 것을 포함하고,
상기 가요성 백체에 수용된 입자군의 총량에 대한 제 2 입자군 (b)의 총량의 비율이 20∼60질량%의 범위인 것을 포함하며,
추가로, 상기 상형과 하형의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하는 것,
상기 상형 및 하형 사이의 캐비티를 향해서 출몰하는 압압 수단으로써, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하여 상기 중자 내의 내압을 높여 변형시키는 것, 및
상기 중자의 압압 변형에 의해, 상기 프리프레그와, 상기 금형 및 상기 중자 사이의 밀착성을 높이는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
삭제
삭제
제 7 항에 있어서,
상기 상형의 좌우 측부에 배치된 상기 금형 간격 유지 수단을 서로 접근하는 방향으로 소정량 이동시키는 것에 의해 상기 상형의 상방으로의 이동을 완전히 규제하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 상형의 좌우 측면과 금형 간격 유지 수단의 맞닿음면을, 서로 쐐기상의 접동면에 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 성형용 금형의 내부에 로드를 삽입하여, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 로드가 피스톤 로드인 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 압축 성형 후에, 상기 로드의 삽입 위치를 통해서, 상기 입자군을 성형품의 외부로 배출하는 것을 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
복수의 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백(bag)체에 수용하여 원하는 형상의 중자(中子)를 형성하는 것,
수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 상기 중자의 주위에 배치하는 것,
상기 중자와 그의 주위에 배치된 상기 프리프레그를 성형용 금형의 상형과 하형 사이에 배치하는 것,
상기 성형용 금형을 형 체결하여 압축 성형하는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법으로서,
상기 가요성 백체에 수용되는 입자군이 고강성 입자이며, 상기 입자군이 서로 입자 직경이 상이한 제 1 입자군 (a) 및 제 2 입자군 (b)를 포함하고,
상기 제 1 입자군 (a)의 직경 Da와 상기 제 2 입자군 (b)의 직경 Db의 비 Da/Db가 1.1 이상 2.0 이하인 것을 포함하고,
상기 고강성 입자의 굽힘 탄성률이 50000MPa 이상이고,
상기 고강성 입자가 세라믹 입자인 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
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복수의 입자를 포함하는 입자군을 가요성 백(bag)체에 수용하여 원하는 형상의 중자(中子)를 형성하는 것,
수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 상기 중자의 주위에 배치하는 것,
상기 중자와 그의 주위에 배치된 상기 프리프레그를 성형용 금형의 상형과 하형 사이에 배치하는 것,
상기 성형용 금형을 형 체결하여 압축 성형하는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법으로서,
상기 입자군이 고강성 입자와 수지 입자를 포함하고,
상기 수지 입자의 굽힘 탄성률이 10∼3000MPa이고,
추가로,
상기 상형과 하형의 간격이 넓어지지 않도록 금형 간격 유지 수단으로써 유지하는 것,
상기 상형 및 하형 사이의 캐비티를 향해서 출몰하는 압압 수단으로써, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하여 상기 중자 내의 내압을 높여 변형시키는 것, 및
상기 중자의 압압 변형에 의해, 상기 프리프레그와, 상기 금형 및 상기 중자 사이의 밀착성을 높이는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
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제 17 항에 있어서,
상기 수지 입자가 폴리올레핀 입자인 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
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제 17 항에 있어서,
상형의 좌우 측부에 배치된 상기 금형 간격 유지 수단을 서로 접근하는 방향으로 소정량 이동시키는 것에 의해 상기 상형의 상방으로의 이동을 완전히 규제하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 상형의 좌우 측면과 금형 간격 유지 수단의 맞닿음면을, 서로 쐐기상의 접동면에 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 성형용 금형의 내부에 로드를 삽입하여, 상기 중자의 외표면의 일부를 압압하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 로드가 피스톤 로드인 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 압축 성형 후에, 상기 로드의 삽입 위치를 통해서, 상기 입자군을 성형품의 외부로 배출하는 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 17 항, 제 19 항 및 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고강성 입자의 굽힘 탄성률이 50000MPa 이상인 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 고강성 입자가 세라믹 입자인 것을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
성형품의 편측 표면을 성형하는 편측 캐비티를 갖는 편측 성형 금형과, 복수의 고강성 입자를 포함하는 입자체를 가요성 백체에 수용한 원하는 형상의 변형형(型) 사이에, 수지와 섬유를 포함하는 프리프레그를 개장(介裝)시키는 것,
상기 편측 성형 금형에 압압력을 가하여, 편측 성형 금형과 상기 변형형 사이에서 상기 프리프레그를 소정의 압압력으로써 압압하는 것, 및
이 압압 시에 상기 편측 성형 금형에 의해 상기 프리프레그의 편측 표면을 성형함과 동시에, 상기 변형형 내부의 입자체의 유동에 따라, 상기 편측 캐비티의 형상을 모방하여 변형형을 변형시켜, 상기 프리프레그의 반대측 표면을 성형하는 것
을 포함하여 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 28 항에 있어서,
성형에 앞서 상기 변형형 내의 상기 입자체를 미리 가열해 두는 것을 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 편측 성형 금형에 의한 압압에 더하여, 보조 압압 수단에 의해 상기 변형형의 외주면의 일부를 국부적으로 압압하는 것을 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 30 항에 있어서,
상기 보조 압압 수단이 상기 편측 성형 금형의 상기 캐비티 내를 향해서 출몰 자유로운 로드를 갖고, 이 로드로써 상기 변형형의 외주면의 일부를 압압 변형시키는 것을 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자체가 φ0.1mm∼φ10mm의 금속 입자로 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법.
제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항의 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법에 사용하는 성형 장치로서,
상기 편측 성형 금형과,
상기 변형형과,
해당 변형형을 수용 재치하는 바닥면부, 그 바닥면부와 대향하여 소요 간격을 두고 배치되는 개방면부, 및 상기 바닥면부와 상기 개방면부 사이에 배치되는 측벽부를 갖는 하우징과,
상기 편측 성형 금형을 소요 압압력으로써 상기 변형형을 향해서 압압하는 제 1 압압 수단
을 구비하여 이루어지고,
상기 편측 성형 금형이, 금형 본체와 상기 하우징의 개방면부에 접접(摺接) 가능하게 밀착해서 끼워지는 밀착 끼움부를 갖고, 해당 밀착 끼움부의 상기 바닥면부에 대향하는 성형면에 상기 편측 캐비티를 가져 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 장치.
제 33 항에 있어서,
상기 입자체가 φ0.1mm∼φ10mm의 금속 입자로 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 장치.
제 33 항에 있어서,
상기 하우징이, 그의 내부에 수용되는 상기 변형형을 향해서 진퇴하여, 해당 변형형을 국부적으로 압압 변형시키는 제 2 압압 수단을 가져 이루어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형 장치.