WO2008018493A1 - Appareil de formation rtm et procédé de formation rtm - Google Patents

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Hiroshi Mizuno
Koichi Hasegawa
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Description

明 細 書
RTM成形装置及び RTM成形方法
技術分野
[0001] 本発明は、繊維強化プラスチック（以下、 FRPという）製構造体を成形する際に用い られる Resin Transfer Molding (特許請求の範囲及び明細書中で、 RTMという） 成形装置及び RTM成形方法に関し、特に、 CCP (連鎖硬化型の樹脂組成物）を用 V、ることにより、成形される FRP成形体の繊維体積含有率（特許請求の範囲及び明 細書中で Vfと略称する）を向上させ、より強度、軽量性に優れた成形体を得ることが 可能な RTM成形装置及び RTM成形方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、 UV硬化樹脂に代表されるエネルギー線硬化樹脂は様々な分野 ·用途に使 用されている力 力、かる樹脂は一定量以上のエネルギー線が照射された部位のみを 硬化するという特徴を有する。一方 UVに代表されるエネルギー線は、樹脂を透過す る過程で減衰するので、樹脂の深部まで到達し難いか、又は、エネルギー線と同等 の波長を吸収する物質等によって減衰や吸収が大きい等の特徴を有する。
したがって、光硬化樹脂は、エネルギー線の到達する表層数 m〜数 mmのみし か硬化せず、深部は未硬化のため厚肉材への適用が困難力、、又は不可能という問 題や、エネルギー線の透過障害となるフイラ一等を含有する樹脂の場合、容易に硬 化阻害が発生し硬化不能に陥るという問題を有し、利用範囲もフォトレジスト、コーテ イング、塗料、接着剤、ワニス等の分野が中心であった。
[0003] 力、かる問題点の解決策の代表的な例としては、高 UV硬化性樹脂（三菱レイヨン株 式会社、活性エネルギー線硬化性組成物、特許文献 1 :特開平 8— 283388号公報 )や υν·加熱併用硬化型樹脂（旭電化工業株式会社:ォプトマ一 KSシリーズ、 日立 化成工業株式会社:ラデキュア、東洋紡績: UE樹脂、特許文献 2 :特公昭 61— 380 23号公報等）等がある。しかし、高 UV硬化性樹脂は、フイラ一等によりエネルギー線 がブロックされた場合硬化不能に陥るとレ、う問題点は依然として残る。また UV照射 後加熱する υν·加熱併用型樹脂は、エネルギー線による硬化能力は従来の光硬化 樹脂レベルであり、厚肉硬化ゃフイラ一含有硬化の問題点は何等解決されておらず 、かかる問題点には光硬化後（表層のみ）に行う加熱による熱硬化で対応しており、 力、かる問題点を実質的に解決できていないのが現状である。
[0004] 上述のエネルギー線遮蔽性物質を含有し、エネルギー線の減衰、吸収が大きい厚 肉の樹脂を迅速に硬化出来る技術が確立できた場合、従来利用分野だけでなぐか 力、る光硬化樹脂の問題点によりこれまで適用不可能だった様々な他分野への適用 が可能であるが、その 1つとして FRP、特に CFRPマトリクス樹脂への適用が挙げられ 従来、 FRPには種々の加工方法や製造方法が用いられている力 マトリクス樹脂と しては熱硬化性あるいは熱可塑性樹脂が大部分を占める。 FRP特に CFRPを成形 する場合の問題点としては、温度制御が複雑で硬化に長時間を要するため加工コス トが高いこと、大型 FRPを硬化させる際には大型の加熱炉を必要とすること、常温下 で短時間に硬化可能な樹脂の場合は成形に長時間を要する大型 FRPに使用でき ないこと、樹脂粘度の温度変化により樹脂含浸状態が変化し、成形が困難であること 、残留溶剤により樹脂硬化時にボイドが発生し成形品の品質が低下すること等がある
〇
[0005] 最近、力、かる問題点の解決策としてマトリクス樹脂への光硬化樹脂の利用が注目さ れている。力、かるマトリクス樹脂硬化方法の代表的な例としては特にロックタイトコーポ レイシヨンの UV硬化と加熱硬化を併用したフィラメントワインデイング成形法（ロックタ イトコーポレイシヨン、繊維/樹脂組成物及びその調製法、特許文献 3： 特表平 7— 507836号公報）を例示することができる。し力もながら、力、かる組成物を用いた FRP の成形法は、樹脂を含浸した未硬化の FRPに UVを照射して表面を硬化並びに内 部を極度に増粘 (ゲル化）させ、形状並びに含浸状態の保持をある程度可能とさせた 後、加熱により完全に硬化させるものである。
したがって、従来の熱可塑性あるいは熱硬化性樹脂による製造方法と比較して樹 脂粘度の温度変化が極めて微小で、かつ含浸後のハンドリングが容易である力 完 全硬化には加熱硬化過程が必要であるため、加熱硬化に要する光熱費や作業時間 等による加工コストの問題や硬化完了に長時間を要する問題、さらに大型 FRPの成 形には大型の加熱炉が必要な点などは未解決である。
[0006] そこで、本発明者らは上記した従来のエネルギー線硬化樹脂の欠点、及び FRP特 に CFRPの欠点に鑑み、エネルギー線遮蔽物含有厚肉樹脂のエネルギー線硬化、 及び FRP、特に CFRPのエネルギー線硬化について鋭意研究し、エネルギー線の 遮蔽性が極めて高い物質、例えばカーボン、炭素繊維（CF)、金属、その他無機フィ ラー等を包含する樹脂系、例えば炭素繊維強化複合材 (CFRP)、カーボン/金属 物/無機物含有樹脂等にお!/、ても、エネルギー線硬化を可能にする新規樹脂硬化 方法とその組成物、成形物、及び成形方法として、連鎖硬化型の樹脂組成物に係る 技術を開発した (特許文献 4：特開平 11 193322号公報、特許文献 5：特開 2001 — 89639号公報）。
特許文献 1 :特開平 8— 283388号公報
特許文献 2：特公昭 61— 38023号公報
特許文献 3：特表平 7— 507836号公報
特許文献 4：特開平 11 193322号公報
特許文献 5：特開 2001— 89639号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかしながら、このような樹脂組成物を用いても、成形される FRP成形体の繊維体 積含有率 (Vf)を上昇させると、連鎖硬化が進まな!/、こと力 Sあると!/、うことが判明した。 そこで本発明者らは、特願 2005— 216690号にて、次のような RTM成形方法に 係る発明を提供した。なお、この発明は、本出願時点で公知ではなぐ本発明に対す る先行技術をなすものではなレ、。
[0008] 力、かる発明においては、成形型内に強化繊維材を配置し、該成形型内に連通する 樹脂注入ラインと吸引ラインを設け、該成形型内を吸引により減圧するとともに樹脂 組成物を成形型内に注入し強化繊維材に含浸させて FRP成形体を成形する RTM 成形方法において、上記樹脂組成物が連鎖硬化型の樹脂組成物であり、該樹脂組 成物の硬化開始後、連鎖硬化する該樹脂組成物の硬化先端部分での硬化開始後 1 0秒以内の最高温度を、含浸後、硬化前の樹脂組成物の温度に対し、 50°C以上上 昇させるようにし、 Vf41 %以上で樹脂組成物を連鎖硬化させるようにしたことを特徴 としている。
[0009] また、かかる発明においては、成形型内に強化繊維材を配置し、該成形型内に連 通する樹脂注入ラインと吸引ラインを設け、該成形型内を吸引により減圧するとともに 樹脂組成物を成形型内に注入し強化繊維材に含浸させて FRP成形体を成形する R TM成形方法において、上記樹脂組成物が連鎖硬化型の樹脂組成物であり、該樹 脂組成物の硬化開始後、連鎖硬化する該樹脂組成物の硬化先端部分での硬化開 始後 10秒以内の最高温度を、該樹脂組成物の熱硬化開始温度以上となるように上 昇させ、 Vf41 %以上で樹脂組成物を連鎖硬化させるようにしたことを特徴としている
[0010] そして、力、かる発明による RTM成形方法では、
(1)成形型内に設けた樹脂溜まりに上記樹脂組成物を保持し、該樹脂溜まりの樹 脂を硬化させることにより、該樹脂組成物の硬化直後の温度を上昇させるようにする こと力 Sでさる。
(2)上記注入ライン及び/又は吸引ラインに設けたエネルギー線照射窓から上記 樹脂組成物にエネルギー線を照射し、該樹脂組成物の連鎖硬化を開始させ、さらに 上記樹脂溜まりに保持された樹脂組成物を硬化させ、該樹脂組成物の硬化直後の 温度を上昇させるようにすること力 Sできる。また、上記強化繊維材をカーボン繊維とし 、該カーボン繊維を通電加熱することにより樹脂組成物の硬化直後の温度を上昇さ せるようにすることあでさる、等の ¾]果が得られる。
[0011] しかしながら、力、かる発明においては、上記のような顕著な効果を奏する一方で、さ らに次のような解決すべき課題を抱えている。
すなわち、力、かる発明においては、 CCP (連鎖硬化型の樹脂組成物）を単純に RT M (Resin Transfer Molding)成形に適用しているため、 FRP成形体が大型で V f値 (繊維体積含有率）が高 Vfの FRPでは、場合によりカーボン繊維への通電が必要 になることや、良好な樹脂の含浸性を保持するのに困難な場合があり、このため高 Vf でも連鎖硬化性に制約がなぐ良好な樹脂含浸性を可能とすることが、さらに望まれ てた。 [[00001122]] 本本発発明明はは、、上上記記事事情情にに鑑鑑みみててななさされれたたももののでで、、強強度度、、軽軽量量性性にに優優れれかかつつ安安定定ししたた 品品質質ををそそななええたた成成形形体体をを得得るるここととがが可可能能なな RRTTMM成成形形装装置置及及びび RRTTMM成成形形方方法法をを提提 供供すするるここととをを目目的的ととすするる。。
課課題題をを解解決決すするるたためめのの手手段段
[[00001133]] 上上記記目目的的をを達達成成すするるたためめにに、、本本発発明明はは、、成成形形型型内内にに強強化化繊繊維維材材かかららななるる被被成成形形体体 をを配配置置しし、、該該成成形形型型内内にに連連通通すするる樹樹脂脂注注入入ラライインンとと吸吸引引ラライインンととをを設設けけ、、該該成成形形型型内内 をを、、上上記記吸吸引引ラライインンをを通通ししててのの吸吸引引にによよりり減減圧圧すするるととととももにに、、樹樹脂脂組組成成物物をを成成形形型型内内 にに注注入入しし上上記記被被成成形形体体にに含含浸浸ささせせてて FFRRPP成成形形体体をを成成形形すするるよよううにに構構成成さされれたた RRTTMM 成成形形装装置置ででああっってて、、上上記記樹樹脂脂組組成成物物をを CCCCPP ((連連鎖鎖硬硬化化型型のの樹樹脂脂組組成成物物））でで構構成成しし、、 上上記記被被成成形形体体のの外外側側にに隣隣接接ししてて上上記記 CCCCPPをを含含むむ CCCCPP分分担担層層をを配配置置しし、、好好ままししくくはは 上上記記 CCCCPP分分担担層層とと上上記記成成形形型型ととのの間間にに上上記記 CCCCPP分分担担層層側側かからら上上記記成成形形型型側側へへのの 熱熱伝伝導導をを抑抑制制すするる熱熱伝伝導導抑抑制制手手段段をを配配置置しし、、上上記記 CCCCPP分分担担層層とと熱熱伝伝導導抑抑制制手手段段とと はは上上記記 CCCCPPのの硬硬化化特特性性とと該該 CCCCPPかからら外外部部へへのの放放熱熱特特性性ととにによよりり定定ままるる VV服服界界値値にに ななるるよよううなな組組みみ合合わわせせににてて設設けけらられれ、、上上記記被被成成形形体体とと上上記記 CCCCPP分分担担層層ととのの間間にに該該被被 成成形形体体をを分分離離すするる成成形形体体分分離離手手段段をを配配置置ししたた。。
[[00001144]] そそししてて、、本本発発明明ににおおいいてて、、具具体体的的ににはは次次ののよよううにに構構成成すするるののがが好好ままししいい。。
((11))上上記記被被成成形形体体のの外外側側にに上上記記成成形形体体分分離離手手段段、、 CCCCPP分分担担層層、、及及びび熱熱伝伝導導抑抑制制 手手段段をを層層状状にに配配置置ししててななるる成成形形層層体体をを構構成成しし、、該該成成形形層層体体をを内内蔵蔵すするる上上記記成成形形型型 にに、、樹樹脂脂溜溜ままりり設設けけるる。。
((22))上上記記 CCCCPP分分担担層層はは、、上上記記被被成成形形体体のの両両外外側側とと上上記記熱熱伝伝導導抑抑制制手手段段ととのの間間にに 上上記記被被成成形形体体のの長長手手方方向向にに沿沿っってて上上記記樹樹脂脂注注入入ラライインン力力、、らら導導入入さされれたた上上記記 CCCCPPがが
Figure imgf000007_0001
((33))上上記記熱熱伝伝導導抑抑制制手手段段をを熱熱伝伝導導率率がが 00.. 33WW// ((mm--KK))以以下下のの断断熱熱材材でで構構成成すするる
(4)上記 CCPジャケットの被成形体側の面を多孔面とする。
(5)上記 CCPジャケットと上記被成形体との間に金網を含む多孔板を介装する。 また、本発明は、別の形態で、成形型内に強化繊維材からなる被成形体を配置し、 該成形型内に連通する樹脂注入ラインと吸引ラインとを設け、該成形型内を、上記吸 引ラインを通しての吸引により減圧するとともに、樹脂組成物を成形型内に注入し上 記被成形体に含浸させて FRP成形体を成形するように構成された RTM成形装置で あって、上記樹脂組成物を CCPで構成し、上記被成形体、及び該被成形体の片側 若しくは両外側に隣接して配置され該被成形体に沿って上記樹脂注入ライン力 導 入された上記 CCPが充填される CCPジャケット、及び該 CCPジャケットと上記成形型 との間に配置され上記 CCPジャケット側から上記成形型側への熱伝導を抑制する熱 伝導抑制手段、及び上記被成形体と上記 CCPジャケットとの間に配置されて該被成 形体を分離する成形体分離手段により上記被成形体の長手方向に延びる成形層体 を構成し、該成形層体の CCP入口側を上記樹脂注入ラインに接続するとともに該成 形層体の反入口側を上記吸引ラインに接続し、上記 CCPジャケットと熱伝導抑制手 段とは上記 CCPの硬化特性と該 CCPから外部への放熱特性とにより定まる Vf限界 値になるような組み合わせにて設けて!/、る。
[0016] また、本発明は別の側面で、本発明に係る RTM成形装置を用いて成形体を製造 する RTM成形方法である。
またさらに、本発明は別の側面で、本発明に係る RTM成形方法により成形された 成形体である。
発明の効果
[0017] 本発明によれば、強度、軽量性に優れかつ安定した品質をそなえた成形体を得る ことができる RTM成形装置及び RTM成形方法が提供される。
[0018] すなわち、本発明によれば、被成形体の片側若しくは両外側に隣接して好ましくは CCPジャケットからなる CCP分担層を配置し、この両側の CCP分担層のそれぞれと 成形型との間に熱伝導抑制手段を配置して Vf値を一定値以上に保持した上で、か 力、る CCP分担層と熱伝導抑制手段とを CCPの硬化特性と該 CCPから外部への放熱 特性とにより定まる Vf限界値になるような組み合わせにて設けることにより、被成形体 の全長に亘つて Vf値を常時適正値に保持し、 CCPの被成形体への含浸を行ない、 かつ硬化させることができる。
[0019] 本発明の好適な実施の形態によれば、該被成形体の両外側に被成形体に沿って 配置された CCPジャケットからなる CCP分担層に樹脂注入ラインから所要の供給パ ターンで CCPを注入するとともに、該 CCP分担層の終端部（反入口側）において吸 引ラインから CCP分担層（CCPジャケット）内を吸引することで、 CCP分担層からの C CPを、樹脂ジャケット若しくは上記多孔板を通して被成形体に含浸 'させることができ る。かつ、それとともに、一方で、上記 CCP分担層（CCPジャケット）の両外側に配置 した熱伝導抑制手段（木材を含む断熱材）によって CCP分担層（CCPジャケット）か ら成形型内への放熱を抑制することにより、被成形体の全長に亘つて温度降下を生 ずることなぐかつ CCP注入量と熱伝導抑制手段の熱伝導機能との調整によって温 度過昇を生ずることなぐ CCP分担層からの CCPを含む被成形体を硬化（連鎖硬化
)させること力 Sでさる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の実施形態に係る RTM成形装置における被成形体の長手方向に沿う 断面図を含む全体構成図である。
[図 2]図 1の A— A線断面を長手方向展開した図である。
[図 3]CCPジャケットを説明する平面図 [ (a) ]及び断面図 [ (b) ]である。
符号の説明
[0021] la 成形上型
lb 成形下型
3 CCP (連鎖硬化型の樹脂組成物）ジャケット
4 断熱材 (熱伝導抑制手段）
5 被成形体 (強化繊維材）
7 離型シート
8 樹脂注入ライン
8a, 11 開閉弁
9 吸引ライン
12 エネルギー線注入窓
13 アルミニウムブロック
15 加圧容器
16 樹脂槽 17 温度センサ
20 制御装置
21 樹脂流量計
28 多孔板
30 成形層体
30a 上部水平部
30b 垂直部
30c 下部水平部
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下に、本発明に係る RTM成形装置及び RTM成形方法につ!/、て、その実施の 形態を参照しながらさらに詳細に説明する。
図 1は本発明の実施形態に係る RTM成形装置における被成形体の幅方向に沿う 断面図を含む全体構成図である。すなわち、被成形体は、図 1の紙面に対し垂直方 向に延びる形態となっている。図 2は図 1の A— A線断面図であり、被成形体の長手 方向に対し垂直に切断し、かつ上下を切り取って示した部分断面図である。すなわ ち、図 2では、上下方向（図中 L)が成形体の長手方向である。
[0023] 図;!〜 2において、ベースとなる成形型は、成形上型 laと成形下型 lbとにより構成 され、該成形上型 laと成形下型 lbとの間に詳細を後述する成形層体 30が挟持され ている。 6, 6は上記成形上型 laと成形下型 lbとの合せ面をシールするシール材で ある。なお、被成形体の長手方向を図 2の Lで示す上下方向としている。本来、成形 上型 laを成形右型、成形下型 lbを成形左型のように指称すべきであるが、型を呼ぶ 慣習に反するので、各々上下で指称している。
成形型の上側 (被成形体の長手方向で見て上側）であって成形層体 30の吸引ライ ン側上端には、図示しない樹脂溜まりが形成されている。該樹脂溜まりは、吸引空間 を兼ねている。
成形型の下端には樹脂注入口 14aが開設され、該樹脂注入口 14aには銅製のチ ユーブ (他の材料でもよい）からなる樹脂注入ライン 8が接続されている。また、成形層 体 30の樹脂注入ライン側下端にも、図示しない樹脂溜まりが形成されている。該樹 脂溜まりは、成形層体 30の下端において樹脂を注入可能とするために設けられる。 すなわち、成形層体 30の下端を成形上型 laと成形下型 lbとで閉塞してしまわない ようにするために設けられて!/、る。
[0024] 上記樹脂注入ライン 8は、加圧容器 15内に設置された樹脂槽 16に接続され、及び 樹脂注入ライン 8を開閉する開閉弁 8aが設けられている。
なお、本実施の形態では、樹脂を注入する際、加圧容器 15内を加圧することとして いる。しかし、樹脂槽から樹脂注入ポンプで注入する装置形態とすることもできる。
[0025] 9は図示しな!/、真空ポンプに接続される銅製のチューブ（他の材料でもよ!/、）からな る吸引ラインで、吸引口 15aを介して樹脂溜まり（吸引空間）に連通されている。 11は 該吸引ライン 9を開閉する開閉弁である。
吸引ライン 9には、エネルギー線透過窓 12を備えたアルミニウムブロック 13が設け られている。該アルミニウムブロック 13は略立方体形状で構成され、ガラスがはめ込 まれたエネルギー透過窓 12をそなえている。また、該アルミニウムブロック 13内には 樹脂溜まりが形成される。
[0026] 上記アルミニウムからなるアルミニウムブロック 13は、樹脂溜まりを形成しエネルギ 一線透過窓 12を設けることができれば、アルミニウムに限定されることなく他の素材 に
代えること力 Sできる。
なお、このアルミニウムブロック 13は、樹脂注入ライン 8側に設けることもできる。 また、上記加圧容器 15から開閉弁 11に至るまで、密封構造が形成される。
[0027] 上記成形層体 30は、図 1のように、水平部 30a、水平部 30c、及び該垂直部 30bに より構成され、幅方向で見て、断面「くの字」状（断面 Z形状ともいう）に形成されている
[0028] 上記成形層体 30の長手方向の断面形状を示す図 2において、 5はたとえば強化繊 維の織物を積層した平板状の強化繊維材からなる被成形体である。該被成形体 5の 強化繊維材として採用される強化繊維の材質としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊 維、ァラミド繊維等が挙げられる。
3 , 3は該被成形体の両外側に隣接して配置され該被成形体に沿って上記樹脂注 入ラインから導入された樹脂組成物である CCP (連鎖硬化型の樹脂組成物）が充填
Figure imgf000012_0001
[0029] 該 CCPジャケット 3には、前述の通り樹脂を多量に包含可能な様々な部材構成を 採用すること力でさる。
図 3にその一形態を示す。図 3 (a)は、このような CCPジャケット 3の平面図である。 この図 3 (a)は、概念的なものである。さらに図 3 (b)は、図 3 (a)の B— B線による断面 図である。
CCPジャケット 3は、注入される樹脂の流れる方向に走る縦壁 301と、上面フィルム 302と、下面フィルム 303とにより構成され、互いに隣接する複数の溝を備える。
[0030] CCPジャケット 3は、板状でダンボールと同様の断面構造を有するポリカーボネート 製のプラスチックダンボールや中空シート（商品名例：ツインパネル (宇部日東化成（ 株））と呼ばれる素材を用いることができる。勿論、ジャケットの材質は耐熱性や剛性 が高い木材、セラミック、金属等であればより好ましい。すなわち、 CCPジャケット 3の 例としては、断面がダンボール断面形状等の中空の板材、ハニカム構造材、樹脂網 や金網等の各種メッシュ材、各種波板材等の各種のものを用いることができる。
[0031] 図 3 (a)、 (b)は概念的なものであり、 CCPジャケット 3は、被成形体 5の形状に合わ せ、溝の形態を整合させることができる。例えば、弓状に湾曲する被成形体では、そ の湾曲に沿って溝が形成されるようにする。
CCPジャケットを構成する素材としては、断面が各種波板形状や中空形状等が好 適である。かかる中空形態の材料の場合、その溝を熱電対等の測定器具等の設置 用通路としても禾 IJ用すること力 Sできる。
そして、被成形体 5側のフィルム（上側か下側の一方）には、直径;!〜 2mm程度の 細孔 304がそれぞれの溝に沿って約 l〜2cm間隔で穿設されている。
[0032] また、 CCPジャケットの板厚については、 CCPの硬化特性と外部への放熱特性をも とにした Vfの適正値から決定される。多くは 0. 5mm〜20mm程度、好ましくは lmm 〜； 10mm程度、より好ましくは 2mm〜6mm程度である。 0. 5mmより薄い場合は設 置が困難で周囲への放熱の割合が大きぐ 20mm以上の場合は樹脂材料の無駄が 多くなりコストアップにつながりやすい。 さらに、図 2に示すように、上記被成形体 5と CCPジャケット 3, 3との間の被成形体 5 側には、離型シート 7, 7を介在させている。離型シート 7, 7は、 3TLL、ピールプライ 等から構成されている。離型シート 7, 7は、被成形体 5と CCPジャケット 3, 3とを分離 するためのものである。
離型シート 7, 7の外側には、必要に応じてパンチングメタル、金網等からなる多孔 板 28, 28が配置される。
そして、上記 CCPジャケット 3, 3の両外側と上記成形上型 laと成形下型 lbとの間 には上記 CCPジャケット 3, 3側から上記成形上型 la及び成形下型 lb側への熱伝導 を抑制する熱伝導抑制手段を構成する断熱材 4, 4がテフロン (登録商標）シート 90, 90を介して配置されている。
[0033] この断熱材 4, 4は樹脂の連鎖硬化を促進するため、低コストで断熱性の大きい木 材が好適であるが、後述するような上記被成形体 5の温度制御をするため、熱伝導 率を変えた材料を選択使用することができる。
すなわち、この断熱材 4, 4としては、熱伝導率が 0. 3W/ (m'K)以下、好ましくは 0. 2W/ (m.K)以下、さらに好ましくは 0. lW/ (m.K)以下の材料が好適である。 かかる断熱材の例としては、前記した木材、断熱ボード、発泡ボード等があるがこれ に限定されるものではない。
[0034] そして、本発明では、上記 CCPジャケット 3, 3と断熱材 4, 4を用いた熱伝導抑制手 段とは、上記 CCPの後述するような硬化特性と、該 CCPジャケット 3, 3から断熱材 4, 4を用いた熱伝導抑制手段を通しての外部への放熱特性とにより定まる Vf限界値（ 成形される FRP成形体である被成形体 5の繊維体積含有率）までの Vf値で CCPを 硬化させることを可能とする手段である。すなわち、例えば 43%までの Vf値であれば 硬化させることを可能とした設定であれば、それ以下の Vf値であれば CCPが十分硬 化するように熱伝導抑制手段が機能するように設定する。
[0035] 本発明に係る RTM成形装置に採用されて、上記 CCPジャケット 3, 3に充填される マトリックス樹脂である CCP (連鎖硬化型の樹脂組成物）は、 UV (紫外線)等のエネ ルギ一線により硬化を開始し、硬化の際、 自己の硬化反応熱をも利用した連鎖硬化 を伴って硬化する樹脂組成物である。 すなわち、上記 CCPでは、エネルギー線をいつたん照射すると、照射された部位で 硬化が起こり、次にこの硬化発熱により連鎖硬化に移行する。これによつて、ェネル ギ一線の到達の有無や遮蔽物等に無関係に硬化が可能であるため、エネルギー線 の届かない深部にまで、すみやかに硬化をする挙動を示す。例えば、板厚 lcmの C FRPを 3分で硬化可能である。
[0036] このような CCPとしては、特開平 11— 193322号公報に記載されたカチオン系光熱重合開始剤系成分と、カチオン系光重合開始剤との重量比を特定割合で含む樹 脂組成物を採用することができる。この樹脂組成物は、例えば、板厚 lcmの CFRPを 3分で硬化可能である。
上記特開平 11— 193322号公報に記載された樹脂組成物では、脂環式エポキシ 、グリシジルエーテル型エポキシ、エポキシ化ポリオレフイン等の光重合性エポキシポ リマー、及びビュルエーテル化合物からなる群から選ばれた光重合性樹脂 100重量 部に対し、少なくとも 2成分からなる光重合開始剤系成分を 0. 6〜5重量部含み、該 光重合開始剤系成分を構成するカチオン系光 '熱重合開始剤系成分と、カチオン系 光重合開始剤との重量比が、カチオン系光 ·熱重合開始剤系成分/力チオン系光 重合開始剤として、；!〜 4であるように配合した樹脂組成物が特に優れている。
なお、光 ·熱重合開始剤とは、光及び熱の双方で重合を開始させる重合開始剤で ある。
なおまた、重合開始剤としては、光と熱の双方で重合開始可能なもの、いずれか一 方で重合開始するものといった範疇がある（特開平 7— 300504号公報、段落 0002
)。
[0037] また、特開 2001— 89639に記載された連鎖硬化型の樹脂組成物も採用すること ができる。この特開 2001— 89639に記載された連鎖硬化型の樹脂組成物では、光 重合開始剤成分特定の鉄 アレン系化合物を用い、硬化剤成分と反応可能な光重 合性樹脂成分 lmolに対し、該硬化剤成分を 0. ；!〜 1. 4molの比率で配合し、これ によって連鎖硬化を起こさせるようにしている。また、特定のスルホ二ゥム塩を用い、 硬化剤成分と反応可能な光重合性樹脂成分 lmolに対し、該硬化剤成分が 0. ；!〜 1 . 4molの比率であり、樹脂組成物中の上記光重合開始剤成分以外の他成分の総重 量 100重量部に対し、該光重合開始剤成分を 0.；!〜 6. 0重量部の比率で配合し、 これによつて UV光（紫外線)を照射して連鎖硬化を起こさせるようにしている。
[0038] また、米国特許第 6, 245, 827 B1号公報に記載されたエレメンテイス社製の樹 脂組成物も採用することができる。この樹脂組成物は、光重合樹脂として脂環式ェポ キシ、ビュルエーテル又はこれらにエポキシポリオレフインを混合したものを採用し、 さらに、少なくとも一の有機過酸化物熱重合開始剤にカチオン系光重合開始剤を配 合し、 α—ヒドロキシケトンを増感剤として含んでいる。この樹脂組成物も同様に連鎖 硬化を起こす。
また、他にマトリックス樹脂としては、上記したメカニズムで連鎖硬化が進行する、例 えば、ビュルエーテル系樹脂組成物、グリシドール含有系樹脂組成物、ォキセタン系 樹脂組成物、及びラジカル系組成とした他のエレメンテイス社製の樹脂組成物等を 挙げること力 Sでさる。
[0039] なお、図 1において、 17は熱電対等からなる温度センサで、上記被成形体 5又は上 記 CCPジャケット 3, 3の被成形体 5への近接部に、上記樹脂注入ライン 8に接続され る入口側から上記吸弓 Iライン 9に接続される反入口側に亘って一定間隔（ 1例として 5 cm程度の間隔）で以つて取付けられて上記被成形体 5の温度を検出する。
21は上記樹脂注入ライン 8に設けられた樹脂流量計で、上記 CCPジャケット 3, 3 に注入される CCPの注入流量を検出する。
20は制御手段で、上記各温度センサ 17からの成形体温度検出値及び上記樹脂 流量計 21からの CCPの注入流量が入力される。これら成形体温度検出値を計測し 、製品ごとに関しすることにより、品質の安定性を維持することができる。さらに CCP 注入流量検出値に基づき、上記 CCPジャケット 3, 3に注入される CCPの流入が適 正に行われるようにコントローノレする。
[0040] 以上のように構成された RTM成形装置において、上記のように構成された被成形 体 5を含む成形層体 30を、上記成形上型 laと成形下型 lbとの間に挟持して合せ面 をシール材 6, 6で流体密にシールする。
次いで、まず、加圧容器内の樹脂槽に脱泡した CCPをセットし、樹脂注入ライン 8 の開閉弁 8aを閉じて加圧容器内から開閉弁 8aまでをゆっくりと真空にする（十分に 減圧する）。吸引ラインの開閉弁 11を開放し、図示しない真空ポンプによって吸引ラ イン 9の真空引きを行なう。型内の真空がとれた後（十分に減圧された後）、加圧容器 内を常圧ないし数気圧に加圧して樹脂注入ライン 8の開閉弁 8a及び吸引ラインの開 閉弁 11を開放し、加圧容器 15内の樹脂槽 16に貯えられた CCP (連鎖硬化型の樹 脂組成物）が流出し、樹脂注入ライン 8を経て CCPジャケット 3, 3に注入され、ここに 充填される。
[0041] 該 CCPジャケット 3, 3内に充填された CCPは、上述した溝を流れ、該溝を覆うフィ ルムに穿設した細孔から流出し、（図 2に示される多孔板 28, 28及び)離型シート 7, 7を通して被成形体 5に浸透し、該被成形体 5は CCPが含浸された状態となる。 そして、成形体層 30の上端の樹脂溜まりに樹脂が蓄積され、アルミユウムブロック 1 2内にも樹脂が蓄積される。
上記 CCPジャケット 3, 3内に CCPが充填されたことを計測した流量等により確認し た後に、開閉弁 11を閉じ、加圧容器内を例えば 6気圧程度に加圧し、さらに樹脂を 圧入し、樹脂の含浸性やボイドレスへの品質を高め、真空ポンプを停止し、被成形体 5への CCP含浸動作を終了する。
[0042] 上記 CCPを硬化させるためには、上記アルミニウムブロック 13のエネルギー線透過 窓 12からエネルギー線を照射する。 UV硬化型の樹脂組成物の場合には、紫外線 を照射する。これによつて、 CCPが連鎖硬化を開始する。連鎖硬化を開始させるため には、各種エネルギー線の利用が考えられる力 例えば、アルミニウムブロック 13や 銅管の一部を加熱することも勿論有効である。
上記アルミニウムブロック 13内には樹脂溜まりが形成されており、ここで UV等により 硬化が開始するとこれにより連鎖硬化に移行するそして、樹脂注入ライン 8内の樹脂 組成物が順次連鎖硬化しながら、硬化現象が進行し、樹脂溜まり 14まで進行する。 該樹脂溜まり 14には、 CCPのみが存在する。そこで、すみやかに連鎖硬化が進行し 、これによつて断面「くの字」状の成形層体 30内の吸引側から入口側の全長に亘っ て連鎖硬化が進行する。
なお、ここで下側に設けた注入ライン側の樹脂溜まりに熱電対を設け、この熱電対 が連鎖硬化による発熱を感知した際に、注入ライン側の弁 8aを閉じるようにすることも できる。これによつて加圧容器内の残存樹脂が連鎖硬化することを防ぐことができる。 なお、加圧容器を連鎖硬化終了まで 6気圧程度まで加圧し続けることもでき、そのよう な実施の形態では、注入ライン側の樹脂溜まりの上記熱電対を監視し、連鎖硬化終 了直前まで、成形層体 30内を加圧し、樹脂の良好な含浸状態を保つことができる。
[0043] 上記 CCPの硬化開始後、連鎖硬化する該 CCPの硬化先端部分での硬化開始後 1 0秒以内、好ましくは 5秒以内、さらに好ましくは 3秒以内の最高温度を、含浸後硬化 前の樹脂組成物の温度に対し、 50°C以上上昇させるようにする。 50°C以上の温度 差を得れば、連鎖硬化が進行することを、本発明者らは確認している。また、該温度 差は、好ましくは 70°C以上、さらに好ましくは 100°C以上である。なお、かかる温度差 を維持することにより、樹脂注入等の硬化前成形作業に必要な時間内において、作 業上好ましレ、樹脂性状 (例えば樹脂粘度)を維持すること力 Sできる。
なお、連鎖硬化進行時の硬化先端部分の温度上昇の傾きは、 300°C/min以上、 より好ましくは 600°C/min以上、更に好ましくは 1000°C/min以上であることが好 適である。
[0044] また、上記 CCPの硬化開始後、連鎖硬化する該 CCPの硬化先端部分での硬化開 始後 10秒以内、好ましくは 5秒以内、さらに好ましくは 3秒以内の最高温度を、該樹 脂組成物の熱硬化開始温度以上となるように上昇させるようにしても同様の目的を達 成すること力 Sできる。なお、ここで熱硬化開始温度に加え、好ましくは 20°C以上となる ように上昇させること力 S好適である。なおまた、ここで熱硬化開始温度に加え、さらに 好ましくは 50°C以上となるように上昇させることが好適である。熱硬化開始温度とは、 DSC (示差走査熱量計)測定 (昇温速度 10°C/min)での硬化開始温度（on set値 )と硬化終了温度（on set値)で規定される熱硬化開始温度である。
[0045] 該 CCPの強化繊維材として炭素繊維を採用した場合、上記 Vf41 %以上になると、 連鎖硬化型の樹脂といえども十分な硬化が困難となる。本実施形態においては樹脂 溜まり 14を設けること及び樹脂ジャケット 3により、連鎖硬化を継続する環境を維持す ること力 Sでさる。
本発明に係る成形装置では、 Vf4；!〜 70%でも十分に連鎖硬化が進行する。
[0046] 本実施形態に係る RTM成形装置は以上のように構成されており、かかる実施形態 によれば、成形上型 la及び成形下型 lb内に配置された強化繊維材からなる被成形 体 5の長手方向に沿って、該被成形体 5の両外側に隣接して CCP (連鎖硬化型の樹 脂組成物）を充填してなる CCPジャケット 3, 3を配置し、上記両側の CCPジャケット 3 , 3のそれぞれと上記成形上型 la及び成形下型 lbとの間に上記 CCPジャケット 3, 3 側から成形型 la, lb側への熱伝導を抑制する断熱材 4, 4等の熱伝導抑制手段を 配置し、さらに上記 CCPジャケット 3, 3と上記被成形体 5との間にパンチングメタル、 金網等の多孔板 28, 28を介装した。
これによつて、まず、該被成形体 5の両外側に被成形体 5の長手方向に沿って配置 された CCPジャケット 3, 3に樹脂注入ライン 8から所要の供給パターンで CCPを注入 するとともに該 CCPジャケット 3, 3の終端部において吸引ライン 9から CCPジャケット 3, 3内を吸引する CCPジャケット 3, 3からの CCPを、上記多孔板 28, 28を通して被 成形体 5に含浸させることができる。
[0047] 一方で、上記 CCPジャケット 3, 3の両外側に配置した断熱材 4, 4等の熱伝導抑制 手段によって CCPジャケット 3, 3から成形型 la, lb内への放熱を抑制することにより 、被成形体 5の全長に亘つて温度降下を生ずることなぐかつ断熱材 4, 4等の熱伝 導抑制手段の熱伝導機能との調整によって温度過昇を生ずることなぐ適切に被成 形体を連鎖硬化させることができる。
産業上の利用可能性
[0048] 本発明では、繊維強化プラスチック（以下、 FRPという）製構造体を成形する際に用 いられる Resin Transfer Molding (特許請求の範囲及び明細書中で、 RTMとい う）成形装置及び RTM成形方法について、特に、 CCP (連鎖硬化型の樹脂組成物） を用いることにより、成形される FRP成形体の繊維体積含有率を向上させ、より強度 、軽量性に優れた成形体を得ることを可能とする。

Claims

請求の範囲
[1] 成形型内に強化繊維材からなる被成形体を配置し、該成形型内に連通する樹脂 注入ラインと吸引ラインとを設け、該成形型内を、上記吸引ラインを通しての吸引によ り減圧するとともに、樹脂組成物を成形型内に注入し上記被成形体に含浸させて FR P成形体を成形するように構成された RTM成形装置であって、上記樹脂組成物が C CPであり、
上記被成形体の外側に隣接して配置され、上記 CCPを含む CCP分担層であって 、上記 CCPの硬化特性と該 CCPから外部への放熱特性とにより定まる Vf限界値を 備えるような構成にて設けられた CCP分担層と、
上記被成形体と上記 CCP分担層との間に配置され、該被成形体を分離する成形 体分離手段とを含む RTM成形装置。
[2] 成形型内に強化繊維材からなる被成形体を配置し、該成形型内に連通する樹脂 注入ラインと吸引ラインとを設け、該成形型内を、上記吸引ラインを通しての吸引によ り減圧するとともに、樹脂組成物を成形型内に注入し上記被成形体に含浸させて FR P成形体を成形するように構成された RTM成形装置であって、上記樹脂組成物が C CPであり、
上記被成形体の外側に隣接して配置された上記 CCPを含む CCP分担層と、 上記 CCP分担層と上記成形型との間に配置され、上記 CCP分担層側から上記成 形型側への熱伝導を抑制する熱伝導抑制手段と、
上記被成形体と上記 CCP分担層との間に配置され、該被成形体を分離する成形 体分離手段とを含み、
上記 CCP分担層と熱伝導抑制手段とは上記 CCPの硬化特性と該 CCPから外部 への放熱特性とにより定まる Vf限界値を備えるように組み合わせにて設けられた RTM成形装置。
[3] 上記被成形体の外側に上記成形体分離手段、 CCP分担層、及び熱伝導抑制手 段を層状に配置してなる成形層体と、
該成形層体を内蔵する上記成形型に設けられた樹脂溜まりと
を含む請求項 1又は 2に記載の RTM成形装置。
[4] 上記 CCP分担層として、上記被成形体の片側若しくは両外側に上記樹脂注入ライ ンから導入された上記 CCPが充填される CCPジャケットを含む請求項 1又は 2に記 載の RTM成形装置。
[5] 上記熱伝導抑制手段を熱伝導率が 0. 3W/ (m'K)以下の断熱材で構成した請 求項 2に記載の RTM成形装置。
[6] 上記 CCPジャケットの被成形体側の面が多孔面であることを特徴とする請求項 4に 記載の RTM成形装置。
[7] 上記 CCPジャケットと上記被成形体との間に金網を含む多孔板を介装した請求項
4に記載の RTM成形装置。
[8] 成形型内に強化繊維材からなる被成形体を配置し、該成形型内に連通する樹脂 注入ラインと吸引ラインとを設け、該成形型内を、上記吸引ラインを通しての吸引によ り減圧するとともに、樹脂組成物を成形型内に注入し上記被成形体に含浸させて FR
P成形体を成形するように構成された RTM成形装置であって、上記樹脂組成物が C
CPであり、
上記被成形体、及び該被成形体の片側若しくは両外側に隣接して配置され該被 成形体に沿って上記樹脂注入ラインから導入された上記 CCPが充填される CCPジ ャケッ卜と、
該 CCPジャケットと上記成形型との間に配置され上記 CCPジャケット側から上記成 形型側への熱伝導を抑制する熱伝導抑制手段と、
上記被成形体と上記 CCPジャケットとの間に配置されて該被成形体を分離する成 形体分離手段により構成された上記被成形体の長手方向に延びる成形層体とを含 み、
該成形層体の CCP入口側を上記樹脂注入ラインに接続するとともに該成形層体の 反入口側を上記吸引ラインに接続し、上記 CCPジャケットと熱伝導抑制手段とは上 記 CCPの硬化特性と該 CCPから外部への放熱特性とにより定まる Vf限界値になる ような組み合わせにて設けられた RTM成形装置。
[9] 請求項;!〜 8のいずれかに記載の RTM成形装置を用いて成形体を成形する RTM 成形方法。 [10] 請求項 9に記載の RTM成形方法により成形された成形体。
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