WO2020149402A1 - 複合材料成形物製造用成形型および複合材料成形物の製造方法 - Google Patents

複合材料成形物製造用成形型および複合材料成形物の製造方法 Download PDF

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WO2020149402A1
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WO
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composite material
coating
mold
release agent
release
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PCT/JP2020/001515
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English (en)
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佐名 俊一
承道 小笠原
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川崎重工業株式会社
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    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing

Definitions

  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molding die used for producing a composite material molded product and a method for producing a composite material molded product, and in particular, it is possible to realize good mold release properties and to obtain a good composite material molded product.
  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molding die for producing a composite material molded article that can realize surface quality, and a method for producing a composite material molded article.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • a prepreg a fibrous material is impregnated with a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition which is a matrix material to obtain a semi-cured state
  • a prepreg a fibrous material is impregnated with a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition which is a matrix material to obtain a semi-cured state
  • the laminated body is placed in a cavity in a molding die, and the laminated body is generally molded by heating and pressurizing the molding die.
  • a mold release agent is usually applied to the molding surface in order to satisfactorily demold the composite material molded product.
  • molding and demolding can be performed several to several tens of times.
  • high safety and reliability are required. Therefore, if the composite material molded product is an aircraft part, a molding die is prepared every time the composite material molded product (aircraft component) is molded and released. It is necessary to clean (wash) the molding surface of and apply the release agent.
  • a skin panel of a fuselage portion of an aircraft is cited as a composite material molded article, and a cylindrical mandrel is cited as a molding die.
  • a mold release agent is applied to the surface in preparation for the next work. .. If the mold surface cleaning (washing) and mold release agent application are combined into a mold release process, if the mold release process for the mold is insufficient, the aircraft part as a composite material molded product is properly demolded. Can't do it. Aircraft parts that cannot be properly demolded cannot achieve the required quality and will be discarded.
  • the composite material molded product is an aircraft part
  • performing mold release processing every time the aircraft part is demolded makes the manufacturing process of the aircraft part extremely complicated.
  • one mold release treatment is required for several times to several tens of demolding, but in the aircraft field, the parts to be manufactured are expensive and produced. Since it is necessary to maintain the tact time, it is necessary to apply the release agent for each demolding, so that the number of steps is increased by the amount of the coating work.
  • applying a release agent for each release requires purchasing an amount of release agent according to the frequency of use. Therefore, it also leads to an increase in manufacturing cost.
  • the mold release agent is deposited on the molding surface by repeatedly applying the mold release agent for each mold release.
  • the mold release agent When molding any molded product with a molding die regardless of the composite material molded product, in general, if the mold release agent is excessively applied to the molding surface, the mold release agent accumulates and the molding surface becomes dirty. It is known to cause The accumulation of the release agent may affect the dimensional accuracy of the molded product, the surface quality of the molded product, the appearance of the molded product, etc., and therefore periodic cleaning work is required.
  • the quality requirements are higher than general composite material molded products, so even a small amount of mold release agent may affect the aircraft parts. For example, if the smoothness of the molding surface is reduced due to the accumulation of the release agent, the surface roughness of the obtained aircraft part is reduced.
  • the release agent deposited on the molding surface is transferred to the surface of the aircraft part.
  • the release agent interferes with ultrasonic inspection of the aircraft component.
  • the release agent is transferred to the surface of the aircraft part, it also affects the coating of the aircraft part. Therefore, it is necessary to clean or clean the surface of the aircraft part to remove the release agent before ultrasonic inspection or painting.
  • the amount of release agent applied is reduced to reduce the amount of release agent deposited, the releasability of aircraft parts may be affected. As described above, it is difficult to reduce the coating amount of the release agent because the aircraft parts are disposed of if they are not properly demolded. Therefore, it is necessary to apply a sufficient release agent to the molding surface after each use, and it is necessary to polish and clean the molding surface before the quality of the aircraft part is adversely affected. As a result, the number of man-hours increases not only for the release agent application operation but also for the cleaning operation.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and realizes good demolding with a mold release agent, avoids the execution of mold release treatment for each mold release, and further releases the mold release agent. It is an object of the present invention to provide a molding die for producing a composite material molded article, which is capable of suppressing the deposition of
  • a molding die for producing a composite material molded article according to the present invention in order to solve the above-mentioned problems, is composed of at least a resin composition and a fiber material, and in producing a composite material molded article, the above-mentioned fiber material is A molding die used for molding a laminate of a prepreg impregnated with a resin composition, comprising a mold member having a molding surface that defines an outer surface shape of the laminate, the molding surface being the molding surface. And a release agent layer formed by applying a release agent on the release coating.
  • a method for producing a composite material molded article according to the present invention is a method for producing a composite material molded article, which comprises at least a resin composition and a fiber material, in order to solve the above-mentioned problems, wherein the fiber is The molding surface defining the outer surface shape of the laminate of the prepreg in which the resin composition is impregnated with a material is coated with a release coating, and the release coating is further coated with a release agent. A mold release agent layer is formed, and the laminate is molded in a state where the outer surface of the laminate is in close contact with the mold release agent layer.
  • a mold release coating is formed on the molding surface in advance, and a mold release agent layer is further formed on the mold release coating. That is, the mold surface of the mold is double-coated with the release coating and the release agent layer.
  • the release coating is basically formed only once, it is possible to avoid performing the release treatment for each release.
  • a mold for producing a composite material molded article that realizes good mold release with a mold release agent avoids the execution of mold release treatment for each mold release, and can also suppress the accumulation of mold release agent Obtainable.
  • the composite material molding can realize good demolding by the mold release agent, avoid the execution of the mold release treatment for each mold release, and further suppress the accumulation of the mold release agent. It is possible to provide a molding die for manufacturing a product.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of a molding die according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic process drawing showing an example of a method for manufacturing the molding die shown in FIG. 1A
  • 2A and 2B are schematic perspective views showing a representative example of a molding die according to another embodiment of the present invention
  • 3A is a schematic partial cross-sectional view showing another example of the molding die shown in FIG. 1A
  • FIG. 3B is a schematic diagram showing a state in which the upper mold release coating is partially peeled off in the molding die shown in FIG. 3A.
  • molding die for manufacturing a composite material molded article according to the present disclosure
  • the composite material molded product according to the present disclosure is at least composed of a resin composition and a fiber material, and is manufactured by molding a laminate of prepregs obtained by impregnating a fiber material with the resin composition with a molding die. ..
  • an aircraft part is cited as a typical example of a composite material molded product.
  • Representative examples of aircraft parts include skins, beams, frames, stringers, clips and the like.
  • the cross-sectional shape of the long member such as the beam, the frame and the stringer may be Z type, C type, L type, hat type ( ⁇ type) or the like.
  • the specific types of the resin composition and the fiber material forming the composite material layer are not particularly limited, and materials applicable to aircraft parts can be appropriately selected and used.
  • the resin composition should just contain the resin material which can be used as a matrix material (base material) which supports a fiber material (base material of a composite material molded article).
  • Specific resin materials include thermosetting resins and thermoplastic resins.
  • thermosetting resin is not particularly limited, but representative examples include epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, phenol resin, cyanate ester resin, polyimide resin, polyamide resin, and the like. These thermosetting resins may be used alone or in combination of two or more. Further, the more specific chemical structure of these thermosetting resins is not particularly limited, and may be a polymer in which various known monomers are polymerized, or a copolymer in which a plurality of monomers are polymerized. .. Further, the average molecular weight, the structures of the main chain and the side chains, etc. are not particularly limited.
  • thermoplastic resin is not particularly limited, but engineering plastics such as polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), and polyether imide (PEI) are preferable particularly in the field of aircraft parts. Used for.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyether ether ketone
  • PEI polyether imide
  • the specific chemical structure of these thermoplastic resins is not particularly limited, and may be a polymer in which various known monomers are polymerized, or a copolymer in which a plurality of monomers are polymerized. Further, the average molecular weight, the structures of the main chain and the side chains, etc. are not particularly limited.
  • the matrix material of the composite material may be composed of only the thermosetting resin or the thermoplastic resin described above (that is, the matrix material may be only a known resin material), but a known curing agent or curing accelerator. , A reinforcing material or a filler other than the fiber material, and other known additives may be included.
  • the specific type and composition of additives such as curing agent and curing accelerator are not particularly limited, and known types and compositions can be preferably used.
  • the matrix material may be a thermosetting resin composition containing a thermosetting resin and other components, or a thermoplastic resin composition containing a thermoplastic resin and other components.
  • the composite material may be a “thermosetting type” composed of a fiber material and a thermosetting resin or a thermosetting resin composition, or a fiber material and a thermoplastic resin or a thermosetting resin. It may be a “thermoplastic type” composed of a thermoplastic resin composition.
  • the fibrous material is not particularly limited as long as it can realize good physical properties (strength, etc.) as a base material of the composite material molded article, and examples thereof include carbon fiber, polyester fiber, and PBO (polyparaffin). Examples thereof include phenylenebenzobisoxazole) fiber, boron fiber, aramid fiber, glass fiber, silica fiber (quartz fiber), silicon carbide (SiC) fiber and nylon fiber. Only one kind of these fiber materials may be used, or two or more kinds thereof may be appropriately combined and used. Among these, carbon fiber is particularly preferably used in the field of aircraft.
  • the usage form of the fibrous material is not particularly limited, but typically, it may be composed of a braid, a woven fabric, a knitted fabric, a non-woven fabric, or the like.
  • a prepreg laminate obtained by impregnating a fiber material with a resin composition is molded by a molding die.
  • a prepreg is a sheet body that is semi-cured by impregnating a base material made of a fiber material with a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition.
  • the specific configuration of the prepreg is not particularly limited.
  • the specific structure of the laminated body formed by laminating the prepregs is not particularly limited.
  • the shape of the prepreg, the number of laminated prepregs, the laminating direction of the prepregs, and the like can be appropriately set according to the shape, application, type, etc. of the composite material molded product (aircraft component or the like) to be manufactured.
  • the laminated body may include material layers other than the prepreg (composite material layer). That is, the composite material molded product according to the present disclosure may include a material other than the composite material.
  • a resin layer formed of a resin (or resin composition) having extensibility may be laminated on the surface of the laminate. By heat-pressing and molding a laminate including such a resin layer, a composite material molded product having a resin layer formed on its surface can be manufactured.
  • the resin layer on the surface include those for the purpose of imparting machinability (for example, for preventing the occurrence of burrs or flakes at the time of punching) or for improving the appearance of the composite material molded article, but in particular, Not limited.
  • the laminated body may include a metal mesh layer or a metal foil as another material layer.
  • a copper mesh layer may be laminated on the surface of the laminate.
  • a composite material molded product having a copper mesh on its surface can be produced by heat-pressing a laminate containing a copper mesh layer. If the composite molding is an aircraft part, the copper mesh layer can be used for lightning protection measures for aircraft parts.
  • the specific type or use of the metal mesh layer or metal foil is not particularly limited.
  • the molding die for manufacturing a composite material molded product according to the present disclosure is used for molding a laminate of prepregs when manufacturing the above-mentioned composite material molded product.
  • the specific shape of the molding die is not particularly limited and is appropriately set depending on the type of the composite material molded product to be manufactured, for example, an aircraft part, but in the present disclosure, the molding surface of the molding die covers the molding surface. And a release agent layer formed by applying a release agent on the release coating. That is, the mold surface of the mold is double-coated with a mold release coating and a mold release agent layer.
  • FIG. 1A illustrates a beam molding die 10A that is an example of a molding die according to the present disclosure.
  • the beam manufactured by this beam forming die 10A is an aircraft part that constitutes a frame member of an aircraft.
  • the beam forming die 10A shown in FIG. 1A includes a forming die main body 11A schematically illustrated in a rectangular parallelepiped shape (square pillar shape) in the drawing, and a release coating 12 formed on a surface (forming surface) of the forming die main body 11A.
  • a release agent layer 13 laminated on the release coating 12 is provided.
  • FIG. 1A for convenience of illustration, a part of the release agent layer 13 on the outermost surface (a side edge portion on one end side of the molding die body 11A) is peeled off and a part of the release coating 12 is exposed. It is schematically illustrated as follows. Further, for convenience of illustration, in FIGS. 1A and 1B, the release coating 12 is illustrated by being painted in black and the release agent layer 13 is shown as a white layer in order to clarify the distinction from the release agent layer 13. However, it goes without saying that the colors of the release coating 12 and the release agent layer 13 are not limited to this.
  • FIG. 1B is a process diagram schematically showing a manufacturing method (or a preparation method for molding) of the beam molding die 10A shown in FIG. 1A.
  • the manufacturing method (preparation method) of the beam molding die 10A is schematically illustrated in three stages. In each of the stages, a perspective view of the molding die body 11A is shown on the left side of the figure, and a schematic partial cross-sectional view of a part of the surface of the molding die body 11A is shown on the right side of the figure. ..
  • FIG. 1B illustrates the mold body 11A at the time when the mold release coating 12 is not formed.
  • the molding surface of the mold body 11A ( The surface) is uncoated.
  • the middle part of FIG. 1B illustrates a state in which the mold release coating 12 is formed on the molding surface of the mold body 11A.
  • the release coating 12 has only one layer, but two or more layers may be laminated as described later.
  • the method for forming the release coating 12 is not particularly limited, and various known forming methods according to various conditions such as the material of the release coating 12 can be preferably used.
  • FIG. 1B illustrates a state in which a mold release agent layer 13 is further applied onto the mold release coating 12 on the molding surface of the mold body 11A.
  • a state in which a release agent is applied (coated) is schematically shown using a brush.
  • the release agent layer 13 is shown in white in order to clarify the distinction from the release coating 12.
  • the method of applying the release agent is not limited to the method using a brush as shown in FIG. 1B, and various known application methods suitable for various conditions such as the material of the release agent are preferably used. be able to.
  • the mold release coating 12 is laminated on the lower side of the molding surface of the mold body 11A, and the mold release agent layer 13 is laminated thereon. , Double coating is performed.
  • the specific type of the molding die to which the double coating of the present disclosure can be applied is not limited to the beam molding die 10A as shown in FIG. 1A, but can be applied to various known molding dies.
  • a frame molding die 10B shown in FIG. 2A, a skin molding die 10C for molding a body skin or a wing skin shown in FIG. 2B, and the like. can be mentioned.
  • the mold body 11B is curved according to the shape of the frame, and the molding surface (surface) includes a step.
  • the molding surface of the molding body 11B has a plurality of steps for manufacturing a Z-shaped frame, and the double coating described above is applied to this molding surface.
  • the frame manufactured by the frame molding die 10B is an aircraft component that constitutes a skeleton member of the aircraft, similar to the beam manufactured by the beam molding die 10A.
  • the molding surface (surface) of the molding die main body 11C is a concave curved surface according to the shape of the skin.
  • the curved surface may be a curved surface such as a partial cylindrical surface or the like, or a quadric surface such as a partial spherical surface, as long as the curved surface is in conformity with the shape of the skin.
  • the curved surface (molding surface) is subjected to the above-mentioned double coating.
  • the skin manufactured by the skin mold 10C is an aircraft component that constitutes the fuselage or wing of an aircraft.
  • the molding die to which the double coating of the present disclosure can be applied is not limited to the molding die for manufacturing aircraft parts, and can also be applied to the molding mold for manufacturing other components.
  • the double coating of the present disclosure can be particularly suitably applied to a mold for producing a molded product, such as an aircraft part, which requires higher quality than general composite material molded products.
  • the molding die only needs to have a molding surface that defines the outer surface shape of the laminated body, but when the molding die is composed of a plurality of members, at least the molding die It suffices if a mold member having a surface is included.
  • a mold member having a surface is included.
  • the molding die is composed of only a male die and a female die
  • the outer surface of the male die is the molding surface
  • the inner surface of the female die is the molding surface.
  • the molding die has a lid member in addition to the male die and the female die, and this lid member is a member for simply sealing the cavity formed by these die members, Does not have a molding surface. In such a case, the lid member does not correspond to the mold member.
  • the release coating 12 formed directly on the molding surface may be a coating layer for the molding surface, which is composed of a solid material having releasability.
  • the solid material having releasability include non-carbon resin materials such as silicone resin and fluororesin, but are not particularly limited.
  • non-carbon-based resin material does not mean that the material is not limited to a resin material containing no carbon atom, but that the element exhibiting releasability is a non-carbon-based element.
  • the silicone resin examples include methyl silicone resin, methylphenyl silicone resin, phenyl silicone resin, alkyd modified silicone resin, polyester modified silicone resin, urethane modified silicone resin, epoxy modified silicone resin, and acrylic modified silicone resin.
  • methyl silicone resin methylphenyl silicone resin
  • phenyl silicone resin phenyl silicone resin
  • alkyd modified silicone resin polyester modified silicone resin
  • urethane modified silicone resin epoxy modified silicone resin
  • acrylic modified silicone resin acrylic modified silicone resin.
  • fluororesin examples include tetrafluoroethylene (PTEF), tetrafluoroethylene/perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene.
  • PTEF tetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene/perfluoroalkoxyethylene copolymer
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • tetrafluoroethylene Hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene/ethylene copolymer (ETFE), ethylenechlorotrifluoroethylene/ethylene copolymer (ECTFE) and the like can be mentioned, but not particularly limited.
  • the release coating 12 may contain a non-carbon resin material such as a silicone resin or a fluororesin as a component exhibiting releasability, but contains these non-carbon resin materials as main components (at least non-carbon). (Made of a resin material). However, if the release coating 12 is formed of the resin material alone, the durability of the coating layer may be deteriorated. Therefore, a durable base material may be used instead of the resin material.
  • a non-carbon resin material such as a silicone resin or a fluororesin as a component exhibiting releasability
  • a typical example of the durable base material used for the release coating 12 is an inorganic material such as a glass material or a ceramic material.
  • the glass-based material is used as a coating material (glass coating) for general surface protection, it can be preferably used in the present disclosure.
  • a typical glass coating is formed by applying a silane compound such as polysilazane, organopolysiloxane, or low-molecular-weight silane and curing it by reacting with water to form a strong coating layer containing silica as a main component.
  • a silane compound such as polysilazane, organopolysiloxane, or low-molecular-weight silane
  • particles of a non-carbon resin material such as a silicone resin or a fluororesin are mixed in advance with a silane compound as a raw material, and the particles are applied and cured to form a glass coating.
  • a release coating 12 containing silicone resin particles or fluororesin particles can be formed in the base material.
  • the release coating 12 includes at least a non-carbon resin material that does not have a durable base material (resin-based coating) and a durable base material. At least two kinds of non-carbon resin material particles dispersed (base material main component coating) can be mentioned.
  • the non-carbon resin material is a silicone resin
  • a silicone resin main component coating containing a silicone resin as a main component and various additives as necessary and a glass coating as a base material is used.
  • the non-carbon resin material is a fluororesin
  • a fluororesin main component coating containing a fluororesin as a main component and various additives as necessary, and a fluororesin main component coating as a base material A base material main component fluororesin coating containing fluororesin particles in the base material can be mentioned.
  • the glass coating itself may impart releasability.
  • a fluorinated silane compound modified with fluorine to the silane compound used to form the glass coating and curing it, it is possible to impart releasability to the glass coating without containing the non-carbon resin material. It is possible to
  • the release coating 12 is not limited to the silicone resin coating, the fluororesin coating, the glass coating having releasability, etc., as long as it is made of a solid material having releasability and can cover the molding surface. However, it may be made of other materials. For example, depending on the material of the laminate (prepreg), a general resin material (carbon-based resin material) may be used for the release coating 12 as long as it can exhibit releasability.
  • a general resin material carbon-based resin material
  • the release agent layer 13 coated on the release coating 12 is not repelled on the surface of the release coating 12 when a semi-solid or liquid release agent is applied to the surface of the release coating 12 described above. Any coating film that entirely covers the release coating 12 may be used. Therefore, various conditions such as the type of the release agent and the thickness of the release agent layer 13 are not particularly limited.
  • the release agent since the release coating 12 has releasability, the release agent may be at least composed of a material having an affinity with a specific material of the release coating 12. More specifically, a release agent using the same type or similar material as the main component of the release coating 12 or the material exhibiting releasability may be selected.
  • the release coating 12 is a silicone resin coating
  • a silicone release agent may be used as the release agent.
  • the release coating 12 is a fluororesin coating
  • a fluorine-based release agent may be used as the release agent.
  • the release coating 12 is a glass coating having releasability
  • a release agent having an element that causes releasability in the molecular structure may be used.
  • the glass coating using the fluorinated silane compound is mentioned. Therefore, in this case, the release agent may be a fluorine-based release agent.
  • the release coating 12 may also be colored. By coloring the release coating 12, it is possible to confirm that the release coating 12 is satisfactorily covered on the molding surface, and the release coating 12 may become thin or peel off due to repeated demolding. Even if it occurs, it can be easily confirmed.
  • the release coating 12 has a silicone resin or a fluororesin as a main component (the release coating 12 is substantially composed of a silicone resin or a fluororesin), these resins have an affinity with other materials. Is low (so good mold release effect can be achieved). Therefore, the colorant may not be sufficiently mixed and diffused in the resin, and the release coating 12 may not be colored well.
  • the release coating 12 has a base material such as a glass coating and contains silicone resin particles or fluororesin particles in the base material, a colorant may be added to the base material. In the case of glass coating, a colorant may be added to the silane compound and cured. Thereby, the release coating 12 can be easily colored.
  • the specific color for coloring the release coating 12 is not particularly limited as long as it is a color different from the molding surface of the mold member, and it is preferable to select a color that makes it easy to grasp the decrease in thickness or peeling. do it.
  • the molding surface since the mold member is generally made of metal, the molding surface has a metallic luster, although it depends on the surface condition. Since the metallic luster reflects light, it can be regarded as a color close to “white”. In this case, “black” or a “dark color” close to “black”, that is, a color having low lightness may be selected. Alternatively, since “white” is an achromatic color, a color with higher saturation may be selected.
  • the color of the release coating 12 is different in lightness and saturation from the color of the molding surface, is less likely to be discolored, and is easy to disperse in a substrate or the like at a lower cost. May be selected appropriately.
  • the release coating 12 may be a single layer as illustrated in the beam forming mold 10A shown in FIG. 1A or 1B, but may be composed of a plurality of layers.
  • FIG. 3A shows another example of a schematic partial cross-sectional view of the beam molding die 10A shown in FIG. 1A.
  • the first mold release coating 12a is laminated on the surface (molding surface) of the mold body 11A, and the second mold release coating 12b is further laminated on the upper side of the first mold release coating 12a. There is.
  • the release coating 12 has a two-layer structure including the first release coating 12a and the second release coating 12b.
  • the release agent layer 13 is laminated on the upper side of the two-layered release coating 12.
  • the release agent layer 13 is laminated further on the upper side of the second release coating 12b on the upper side.
  • the release coating 12 may be composed of three or more layers.
  • the layers forming the release coating 12 may be colored with different colors.
  • the first release coating 12a which is a lower layer (a layer that directly covers the molding surface), has a high chroma color (for example, a reddish color).
  • the second release coating 12b which is an upper layer (a layer which is coated on the lower layer and on which the release agent layer 13 is formed) and which has a low lightness (for example, black or a color close to black). ).
  • the beam is repeatedly demolded from the molding surface.
  • the release agent layer 13 is formed of a semi-solid or liquid release agent, even if the release agent layer 13 becomes thin or partly peels off at the time of releasing from the mold, it is applied again (coating). You can repeat.
  • the release coating 12 is also thinned or partially peeled due to repeated demolding, the release coating 12 cannot be easily reformed like the release agent layer 13. Therefore, by grasping the thinning or peeling of the release coating 12, it is possible to manage the good demolding of the composite material molded article.
  • the upper second release coating 12b is colored with a black color
  • the lower first release coating 12a is colored with a red color.
  • FIG. 3B shows schematically in FIG. 3B, even if the release coating 12 is partially peeled off by repeated demolding, the molding surface that was initially a black color (the color of the second release coating 12b) , A reddish color (color of the first release coating 12a) is generated. This allows the user to visually confirm wear or peeling of the release coating 12.
  • the release agent layer 13 on the second release coating 12b is omitted for convenience of description.
  • the molding die for manufacturing a composite material molded product according to the present disclosure includes at least the resin composition and the fiber material, and when the composite material molded product is manufactured, the fiber material is impregnated with the resin composition.
  • a mold for use in molding a laminated body of the prepreg comprising a mold member having a molding surface that defines the outer surface shape of the laminated body, and the molding surface having a mold coating for covering the molding surface. And a release agent layer formed by applying a release agent on the release coating.
  • a method for producing a composite material molded article according to the present disclosure is a method for producing a composite material molded article, which is composed of at least a resin composition and a fiber material, wherein the fiber material is impregnated with the resin composition.
  • the molding surface that defines the outer surface shape of the prepreg laminate is coated with a release coating, and a release agent layer is formed on the release coating by applying a release agent.
  • the laminate is molded with the outer surface of the laminate in close contact with the release agent layer.
  • a mold release coating is formed on the molding surface in advance, and a mold release agent layer is further formed on the mold release coating. That is, the mold surface of the mold is double-coated with the release coating and the release agent layer.
  • the release coating is basically formed only once, it is possible to avoid performing the release treatment for each release.
  • a mold for producing a composite material molded article that realizes good mold release with a mold release agent avoids the execution of mold release treatment for each mold release, and can also suppress the accumulation of mold release agent Obtainable.
  • Example 1 A commercially available silicone resin-based mold release coating is formed on the molding surface of the beam mold (mold member), and a commercially available silicone-based mold release agent 1 is applied onto the silicone resin coating to release the mold. Layers were formed. Using this mold, a beam as a composite material molded product was molded and demolded 10 times or more. The formation of the release coating and the application of the release agent layer were performed only the first time, and it was possible to satisfactorily shape and release all the beams without the need to reapply the release agent layer.
  • Example 2 A beam as a composite material molded article was molded in the same manner as in Example 1 except that a commercially available silicone-based mold release agent 2 was used instead of the silicone-based mold release agent 1 as the mold release agent layer. The mold was removed 10 times or more. The formation of the release coating and the application of the release agent layer were performed only the first time, and it was possible to satisfactorily shape and release all the beams without the need to reapply the release agent layer.
  • the release coating and the release agent layer are double-coated, it is considered that the release agent layer acts as a protective film for the release coating, and the re-formation of the release coating can be avoided or suppressed. Also, with double coating, the frequency of re-coating the release agent layer can be significantly reduced. In the above-described embodiment, since the mold release can be performed at least 10 times, the frequency of applying the release agent layer can be reduced to at least 1/10. In this way, since the re-formation of both the release coating and the release agent layer can be avoided or suppressed, the cost of the release treatment can be favorably reduced. Moreover, since the frequency of applying the release agent layer can be reduced, the amount of the release agent layer deposited on the molding surface can be reduced.
  • the release coating is difficult to peel off and the release agent layer is less likely to deposit, so the released release coating may mix into the composite material molded product or the release agent layer may form on the composite material molded product. It is possible to avoid or suppress the risk of transfer. Thereby, the product quality of the obtained composite material molded article can be made good.
  • the molding die for manufacturing a composite material molded product according to the present disclosure is composed of at least a resin composition and a fiber material, and when the composite material molded product is manufactured, the fiber material is impregnated with the resin composition.
  • a mold member used for molding a laminate of the prepreg the mold member having a molding surface that defines an outer surface shape of the laminate, the molding surface including a mold release coating that covers the mold surface, and the mold release. Any structure may be used as long as it has a release agent layer formed by applying a release agent on the coating.
  • a mold release coating is formed on the molding surface in advance, and a mold release agent layer is further formed on the mold release coating. That is, the mold surface of the mold is double-coated with the release coating and the release agent layer.
  • the release coating is basically formed only once, it is possible to avoid performing the release treatment for each release.
  • a mold for producing a composite material molded article that realizes good mold release with a mold release agent avoids the execution of mold release treatment for each mold release, and can also suppress the accumulation of mold release agent Obtainable.
  • the release agent may be at least composed of a material having an affinity for the release coating.
  • the release coating may include a non-carbon resin material.
  • the release coating is a silicone resin coating which is a non-carbon resin material, and the release agent is a silicone release agent. It may be.
  • the silicone resin coating may have a configuration in which a glass coating is used as a base material and silicone resin particles are contained in the base material.
  • the release coating is a fluorocarbon resin coating which is a non-carbon resin material, and the release agent is a fluorine-based release agent. It may be.
  • the fluororesin coating may be configured such that the glass coating serves as a base material and the base material contains fluororesin particles.
  • the release coating may be colored.
  • a plurality of the release coatings may be laminated and each layer may be colored with a different color.
  • the resin composition may be a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition.
  • the composite material molded product may be a component for aircraft.
  • a method for producing a composite material molded article according to the present disclosure is a method for producing a composite material molded article, which is composed of at least a resin composition and a fiber material, wherein the fiber material is impregnated with the resin composition.
  • the molding surface that defines the outer surface shape of the laminate is coated with a mold release coating, and a mold release agent layer is formed on the mold release coating by further applying a mold release agent.
  • the laminate may be formed in a state where the outer surface of the laminate is in close contact with the release agent layer.
  • the present invention can be widely and suitably used in the field of producing molded composite materials, particularly when the molded composite material is required to have higher quality than general ones such as aircraft parts. ..
  • 10A Mold for beam (mold for manufacturing composite material molded product)
  • 10B Mold for frame (mold for manufacturing composite material molded product)
  • 10C Mold for skin (mold for manufacturing composite material molded product)
  • 11A Mold main body (mold member)
  • 11B Mold main body (mold member)
  • 11C Mold main body (mold member)

Landscapes

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Abstract

複合材料成形物製造用成形型は、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する際に用いられる。当該複合材料成形物は、繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を前記成形型により成形する。当該成形型は、積層体の外面形状を規定する成形面を有する型部材を備えている。当該型部材の成形面は、当該成形面を被覆する離型コーティングと、当該離型コーティング上に離型剤を塗布することにより形成される離型剤層と、を有する。

Description

複合材料成形物製造用成形型および複合材料成形物の製造方法
 本発明は、複合材料成形物を製造するために用いられる成形型、および複合材料成形物を製造する方法に関し、特に、良好な離型性を実現できるとともに、得られる複合材料成形物において良好な表面品質を実現できる、複合材料成形物製造用成形型、および、複合材料成形物の製造方法に関する。
 近年、これまで金属材料が用いられてきた分野において、繊維強化樹脂複合材料(以下、適宜「複合材料」と略す。)が広く用いられるようになっている。例えば、強化繊維として炭素繊維を用い、これにエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸させて成形した炭素繊維強化型の材料(炭素繊維強化プラスチック;CFRP)は、金属材料よりも軽量であることに加え、より高強度である。それゆえ、航空宇宙分野、スポーツ用品分野、産業機械分野、自動車分野、自転車分野等の幅広い分野において、CFRP等の複合材料製の成形物(複合材料成形物)が採用されるようになっている。
 複合材料成形物の製造方法(あるいは成形方法)としては、代表的には、プリプレグ(繊維材料にマトリクス材料である熱硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物を含浸させて半硬化状態としたもの)を所望の形状に合わせて積層して積層体を形成し、この積層体を成形型内のキャビティに配置し、一般的には加熱および加圧することにより当該積層体を成形し、成形型から複合材料成形物を脱型する方法が挙げられる。
 ここで、成形型に対しては、通常、複合材料成形物を良好に脱型するために、成形面に離型剤が塗布される。複合材料成形物の種類によっては、成形面に一度離型剤を塗布すれば数回~数十回の成形および脱型が可能である。しかしながら、特に航空機分野では、高い安全性および信頼性が要求されるため、複合材料成形物が航空機部品であれば、複合材料成形物(航空機部品)を成形して脱型するごとに、成形型の成形面を清掃(洗浄)して離型剤を塗布する必要性がある。
 例えば、特許文献1には、複合材料成形物として、航空機の胴体部分のスキンパネルが挙げられ、成形型として円筒状のマンドレルが挙げられている。マンドレルから複合材料成形物(スキンパネル)を脱型した後には、成形型の表面(成形面)に付着した異物を除去するとともに、次回の作業に備えて表面に離型剤を塗布している。成形面の清掃(洗浄)および離型剤の塗布をまとめて離型処理とすれば、成形型に対する離型処理が不十分であると、複合材料成形物としての航空機部品を適切に脱型することができなくなる。適切に脱型できなかった航空機部品は要求される品質を実現できず廃棄することになる。
米国特許第9409361号明細書
 従来のように、複合材料成形物が航空機部品である場合に、航空機部品を脱型する毎に成形型に離型処理を実施することは、当該航空機部品の製造工程を非常に煩雑化させる。前記のように、航空機分野以外の複合材料成形物の製造では、数回から数十回の脱型に対して離型処理は1回で済むが、航空機分野では、製造する部品が高価で生産タクトを維持する必要性から、毎回の脱型に対して離型剤を塗布する必要があるので、塗布作業の分だけ工数が増加する。また、脱型毎に離型剤を塗布するということは、その使用頻度に合わせた量の離型剤を購入する必要がある。そのため、製造コストの増加にもつながる。
 さらに、本発明者らの鋭意検討によれば、脱型毎に離型剤を繰り返し塗布することで、成形面に離型剤が堆積することも明らかとなった。
 複合材料成形物にかかわらず何らかの成形物を成形型で成形する際には、一般的には、離型剤を成形面に過剰に塗布すると、当該離型剤が堆積して成形面の汚れ等の原因になることが知られている。離型剤の堆積は、成形物の寸法精度、成形物の表面品質、成形物の外観等に影響を及ぼすおそれがあるため、定期的な清掃作業が必要になる。
 複合材料成形物が航空機部品である場合、一般的な複合材料成形物に比較して品質に要求される水準が高いため、わずかな離型剤の堆積でも航空機部品に影響が生じるおそれがある。例えば、離型剤の堆積により成形面の平滑度が低下すると、得られる航空機部品の面粗度が低下する。
 また、成形面に堆積した離型剤が航空機部品の表面に転写されることが本発明者らの検討によって明らかとなった。航空機部品の表面に離型剤が転写されると、当該離型剤により航空機部品の超音波検査が妨げられる。さらに、航空機部品の表面に離型剤が転写されると当該航空機部品の塗装にも影響を及ぼす。そのため、超音波検査または塗装の前には、航空機部品の表面を洗浄または清掃して離型剤を除去することが必要になる。
 ここで、離型剤の堆積量を減少させるために離型剤の塗布量を少なくすると、航空機部品の脱型性に影響が生じるおそれがある。前記の通り、航空機部品が適切に脱型されなければ廃棄処分になるため、離型剤の塗布量を少なくすることは難しい。そのため、使用毎に十分な離型剤を成形面に塗布する必要があり、また、航空機部品の品質に悪影響を及ぼす前に成形面を研磨清掃する必要が生じる。これにより、離型剤の塗布作業だけでなく清掃作業の分も工数が増加する。
 本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、離型剤による良好な脱型を実現するとともに、脱型毎の離型処理の実施を回避し、さらには離型剤の堆積も抑制可能とする複合材料成形物製造用成形型を提供することを目的とする。
 本発明に係る複合材料成形物製造用成形型は、前記の課題を解決するために、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する際に、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を成形するために用いられる成形型であって、前記積層体の外面形状を規定する成形面を有する型部材を備え、前記成形面は、当該成形面を被覆する離型コーティングと、当該離型コーティング上に離型剤を塗布することにより形成される離型剤層と、を有する構成である。
 また、本発明に係る複合材料成形物の製造方法は、前記の課題を解決するために、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する方法であって、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体の外面形状を規定する成形面には、離型コーティングが被覆され、当該離型コーティング上には、さらに、離型剤を塗布することにより離型剤層が形成されており、前記積層体の外面が、前記離型剤層に密接した状態で、当該積層体を成形する構成である。
 前記構成によれば、成形面に予め離型コーティングを形成し、さらに当該離型コーティングの上に離型剤層が形成されている。つまり、成形型の成形面に対して、離型コーティングと離型剤層とのダブルコーティングを施す。このダブルコーティングにより、良好な脱型性を維持しつつ、脱型毎に離型剤を塗布する必要がなくなるため離型剤を塗布する頻度を低減することができ、さらには離型剤の堆積も十分に抑制することができる。離型コーティングの形成は基本的に1回のみでよいので、脱型毎の離型処理の実施を回避することができる。これにより、離型剤による良好な脱型を実現するとともに、脱型毎の離型処理の実施を回避し、さらには離型剤の堆積も抑制可能とする複合材料成形物製造用成形型を得ることができる。
 本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
 本発明では、以上の構成により、離型剤による良好な脱型を実現するとともに、脱型毎の離型処理の実施を回避し、さらには離型剤の堆積も抑制可能とする複合材料成形物製造用成形型を提供することができる、という効果を奏する。
図1Aは本発明の実施の形態に係る成形型の一例を示す模式的斜視図であり、図1Bは、図1Aに示す成形型の製造方法の一例を示す模式的工程図である。 図2Aおよび図2Bは、本発明が他の実施の形態に係る成形型の代表例を示す模式的斜視図である。 図3Aは、図1Aに示す成形型の他の例を示す模式的部分断面図であり、図3Bは、図3Aに示す成形型において上層の離型コーティングが部分的に剥離した状態を示す模式的部分断面図である。
 以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
 [複合材料成形物]
 まず、本開示に係る複合材料成形物製造用成形型(以下、適宜「成形型」と略す。)で製造される複合材料成形物の一例について具体的に説明する。
 本開示に係る複合材料成形物は、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成されるものであり、繊維材料に樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を成形型により成形することにより製造される。本開示では、複合材料成形物の代表的な一例として航空機部品を挙げる。航空機部品の代表的な一例としては、スキン、ビーム、フレーム、ストリンガ、クリップ等を挙げることができる。また、ビーム、フレーム、ストリンガ等の長尺部材の断面形状は、Z型、C型、L型、ハット型(Ω型)等を挙げることができる。
 本開示において、複合材料層を構成する樹脂組成物および繊維材料の具体的な種類は特に限定されず、航空機用部品に適用可能な材料を適宜選択して用いることができる。樹脂組成物は、繊維材料(複合材料成形物の基材)を支持するマトリクス材(母材)として使用可能な樹脂材料を含有していればよい。具体的な樹脂材料としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とが挙げられる。
 熱硬化性樹脂の具体的な種類は特に限定されないが、代表的には、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これら熱硬化性樹脂は単独種で用いられてもよいし、複数種が組み合わせられて用いられもよい。また、これら熱硬化性樹脂のより具体的な化学構造も特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。
 また、熱可塑性樹脂の具体的な種類も特に限定されないが、特に航空機用部品の分野では、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド(PEI)等のエンジニアリングプラスチックが好適に用いられる。これら熱可塑性樹脂もより具体的な化学構造は特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。
 複合材料のマトリクス材は、前述した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のみで構成されてもよい(すなわちマトリクス材は公知の樹脂材料のみであってもよい)が、公知の硬化剤、硬化促進剤、繊維材料以外の補強材または充填材、その他公知の添加剤を含んでいてもよい。硬化剤、硬化促進剤等の添加剤の具体的な種類、組成等についても特に限定されず、公知の種類または組成のものを好適に用いることができる。
 つまり、本開示においては、マトリクス材は、熱硬化性樹脂および他の成分を含有する熱硬化性樹脂組成物、あるいは、熱可塑性樹脂および他の成分を含有する熱可塑性樹脂組成物であってもよい。したがって、本開示においては、複合材料は、繊維材料と熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂組成物とで構成される「熱硬化型」であってもよいし、繊維材料と熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂組成物とで構成される「熱可塑型」であってもよい。
 繊維材料は、複合材料成形物の基材として良好な物性(強度等)を実現できるものであれば、その具体的な種類は特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ポリエステル繊維、PBO(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、シリカ繊維(石英繊維)、炭化ケイ素(SiC)繊維、ナイロン繊維、等を挙げることができる。これら繊維材料は、1種類のみが用いられてもよいし2種類以上が適宜組み合わせて用いられてもよい。これらの中でも、特に航空機分野では炭素繊維が好適に用いられる。また、繊維材料の使用形態は特に限定されないが、代表的には、組物、織物、編物、不織布等で構成されればよい。
 本開示に係る複合材料成形物は、繊維材料に樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を成形型により成形する。プリプレグは、繊維材料で構成される基材に熱硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物を含浸させて半硬化状態としたシート体である。プリプレグの具体的な構成は特に限定されない。また、プリプレグを積層して形成される積層体の具体的な構成も特に限定されない。例えば、プリプレグの形状、プリプレグの積層枚数、プリプレグの積層方向等については、製造対象の複合材料成形物(航空機部品等)の形状、用途、種類等に応じて適宜設定することができる。
 また、積層体には、プリプレグ(複合材料層)以外の他の材料層が含まれてもよい。つまり、本開示に係る複合材料成形物は、複合材料以外の他の材料を含んでもよい。例えば、積層体の表面には、伸展性を有する樹脂(または樹脂組成物)により形成された樹脂層が積層されてもよい。このような樹脂層を含む積層体を加熱加圧成形することで、表面に樹脂層が形成された複合材料成形物を製造することができる。表面の樹脂層としては、機械加工性を付与する(例えば穴開け時にバリまたはささくれ等の発生を防止する)目的、あるいは、複合材料成形物の外観を向上する目的のものが挙げられるが、特に限定されない。
 また、積層体には、他の材料層として金属メッシュ層あるいは金属箔が含まれてもよい。例えば、積層体の表面には、銅メッシュ層が積層されてもよい。銅メッシュ層を含む積層体を加熱加圧成形することで、表面に銅メッシュを備える複合材料成形物を製造することができる。複合材料成形物が航空機部品である場合、銅メッシュ層は、航空機部品の耐雷保護対策に用いることができる。なお、金属メッシュ層または金属箔の具体的な種類または用途については特に限定されない。
 [複合材料成形物製造用成形型]
 本開示に係る複合材料成形物製造用成形型は、前述した複合材料成形物を製造する際に、プリプレグの積層体を成形するために用いられる。成形型の具体的な形状は特に限定されず、製造対象である複合材料成形物、例えば航空機部品の種類によって適宜設定されるが、本開示においては、成形型の成形面は、成形面を被覆する離型コーティングと、当該離型コーティング上に離型剤を塗布することにより形成される離型剤層と、を有する。すなわち、成形型の成形面には離型コーティングおよび離型剤層がダブルコーティングされている。
 本開示に係る成形型の一例について、図1Aおよび図1Bを参照して具体的に説明する。図1Aには、本開示に係る成形型の一例であるビーム用成形型10Aを例示している。このビーム用成形型10Aで製造されるビームは航空機の骨格部材を構成する航空機部品である。図1Aに示すビーム用成形型10Aは、図中直方体状(四角柱状)で概略図示する成形型本体11Aと、この成形型本体11Aの表面(成形面)に形成される離型コーティング12と、この離型コーティング12の上に積層される離型剤層13とを備えている。
 なお、図1Aでは、図示の便宜上、最表面の離型剤層13の一部(成形型本体11Aの一方の端部側の辺縁部)が剥離して離型コーティング12の一部が露出しているように模式的に図示している。また、図示の便宜上、図1Aおよび図1Bでは、離型剤層13との区別を明確化するために離型コーティング12は黒く塗りつぶして図示し、離型剤層13は白い層として図示しているが、離型コーティング12および離型剤層13の色彩はこれに限定されないことは言うまでもない。
 図1Bは、図1Aに示すビーム用成形型10Aの製造方法(あるいは成形に際しての準備方法)を模式的に示す工程図である。図1Bでは、ビーム用成形型10Aの製造方法(準備方法)を3段階に模式化している。各段階のいずれにおいても、図中左側には成形型本体11Aの斜視図を示しており、図中右側には成形型本体11Aの表面の一部を模式化した部分断面図として図示している。
 図1B上段は、離型コーティング12が形成されない時点の成形型本体11Aを図示しており、図中左側の斜視図においても図中右側の部分断面図においても、成形型本体11Aの成形面(表面)には何も被覆されていない。図1B中段は、成形型本体11Aの成形面に離型コーティング12が形成された状態を図示しており、前記の通り、図中左側の成形型本体11Aの斜視図では離型コーティング12を便宜上黒く図示している。図中右側の部分断面図では、離型コーティング12は1層のみであるが、後述するように2層以上が積層されてもよい。離型コーティング12の形成方法は特に限定されず、当該離型コーティング12の材質等の諸条件に応じた公知の様々な形成方法を好適に用いることができる。
 図1B下段は、成形型本体11Aの成形面の離型コーティング12上にさらに離型剤層13を塗布した状態を図示している。図中左側の成形型本体11Aの斜視図では離型剤を塗布(塗工)している状態を、刷毛を用いて模式的に示している。また、前記の通り、離型コーティング12との区別を明確化するために、離型剤層13を白く図示している。なお、離型剤の塗布方法(塗工方法)は図1Bに示すような刷毛による方法に限定されず、離型剤の材質等の諸条件に応じた公知の様々な塗布方法を好適に用いることができる。これにより、図1B下段右側の部分断面図に示すように、成形型本体11Aの成形面には、下側に離型コーティング12が積層され、その上に離型剤層13が積層されるという、ダブルコーティングが行われる。
 本開示のダブルコーティングが適用可能な成形型の具体的な種類は、図1Aに示すようなビーム用成形型10Aに限定されず、公知の種々の成形型に適用することが可能である。具体的には、本開示に係る成形型の他の例としては、図2Aに示すフレーム用成形型10B、または、図2Bに示す胴体スキンまたは翼スキンを成形するためのスキン用成形型10C等を挙げることができる。
 図2Aに示すフレーム用成形型10Bでは、フレームの形状に応じて成形型本体11Bが湾曲するとともにその成形面(表面)は段差が含まれている。図2Aに示すフレーム用成形型10Bでは、成形型本体11Bの成形面は、Z型のフレームを製造するために複数の段差を有しており、この成形面に前述したダブルコーティングが施されている。フレーム用成形型10Bで製造されるフレームは、ビーム用成形型10Aで製造されるビームと同様に航空機の骨格部材を構成する航空機部品である。
 図2Bに示すスキン用成形型10Cは、スキンの形状に応じて成形型本体11Cの成形面(表面)は凹状の湾曲面となっている。この湾曲面は、スキンの形状に応じたものであればよく、例えば、部分円筒面等のような一次曲面であってもよいし、部分球面等のような二次曲面であってもよい。図2Bに示すフレーム用成形型10Cでは、この湾曲面(成形面)に前述したダブルコーティングが施されている。スキン用成形型10Cで製造されるスキンは航空機の胴体または翼を構成する航空機部品である。
 なお、図2Aに示すフレーム用成形型10Bおよび図2Bに示すスキン用成形型10Cのいずれにおいても、図示の便宜上、成形面には離型剤層13のみを示しているが、実際には、フレーム用成形型10Bおよびスキン用成形型10Cの成形面のいずれにも前述したダブルコーティングが施される。それゆえ、図示しないが、図2Aおよび図2Bのいずれにおいても、離型剤層13の下側に少なくとも1層の離型コーティング12が形成されている。
 なお、本開示のダブルコーティングが適用可能な成形型は、航空機部品を製造するための成形型に限定されず、他の部品を製造する成形型にも適用可能であることはいうまでもない。ただし、本開示のダブルコーティングは、航空機部品のように、一般的な複合材料成形物よりも高い品質が要求されるような成形物を製造する成形型に特に好適に適用することができる。
 本開示においては、成形型は、積層体の外面形状を規定する成形面を有していればよいが、成形型が複数の部材で構成されている場合には、成形型には、少なくとも成形面を有する型部材が含まれていればよい。例えば、成形型が雄型および雌型のみで構成されている場合には、雄型の外表面が成形面であり雌型の内表面が成形面であるので、これら雄型および雌型のいずれも「型部材」に該当する。これに対して、成形型が、雄型および雌型に加えて蓋部材を有しており、この蓋部材が、これら型部材で構成されるキャビティを単に封止するための部材であれば必ずしも成形面を有さない。このような場合は、蓋部材は型部材に該当しない。
 成形面に直接形成される離型コーティング12は、離型性を有する固形材料で構成される、成形面の被覆層であればよい。離型性を有する固形材料としては、シリコーン樹脂またはフッ素樹脂等の非炭素系樹脂材料を挙げることができるが、特に限定されない。なお、ここでいう非炭素系樹脂材料とは、炭素原子を含まない樹脂材料に限定されるという意味ではなく、離型性を発揮する元素が非炭素系元素であるという意味である。
 シリコーン樹脂としては、具体的には、例えば、メチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂、アルキッド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、ウレタン変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂等を挙げることができるが、特に限定されない。これらシリコーン樹脂は通常1種類のみを用いるが、複数種類を混合してポリマーアロイを形成することが可能であれば、2種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
 フッ素樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン(PTEF)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、エチレンクロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)等を挙げることができるが、特に限定されない。これらフッ素樹脂は通常1種類のみを用いるが、複数種類を混合してポリマーアロイを形成することが可能であれば、2種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
 離型コーティング12は、離型性を発揮する成分としてシリコーン樹脂またはフッ素樹脂等の非炭素系樹脂材料を含有していればよいが、これら非炭素系樹脂材料を主成分とする(少なくとも非炭素系樹脂材料で構成される)ものであってもよい。ただし、樹脂材料単独で離型コーティング12を形成すると、被覆層としての耐久性が低下する場合があるので、樹脂材料以外に耐久性を有する基材を用いてもよい。
 離型コーティング12に用いられる耐久性を有する基材の代表例としては、ガラス系材料またはセラミック材料等の無機系材料を挙げることができる。特に、ガラス系材料は、一般的な表面保護用途のコーティング材(ガラスコーティング)として用いられているため、本開示においても好適に用いることができる。
 代表的なガラスコーティングは、ポリシラザン、オルガノポリシロキサン、低分子シラン等のシラン化合物を塗工して水分と反応させることにより硬化させ、シリカを主成分とする強固な被覆層として形成される。本開示においては、原料となるシラン化合物に対して、シリコーン樹脂またはフッ素樹脂等の非炭素系樹脂材料の粒子を予め混合しておき、これを塗工して硬化させることにより、ガラスコーティングを基材として、当該基材中にシリコーン樹脂粒子またはフッ素樹脂粒子を含有する離型コーティング12を形成することができる。
 したがって、本開示においては、離型コーティング12としては、少なくとも非炭素系樹脂材料から構成され、耐久性を有する基材を有さないもの(樹脂主成分コーティング)と、耐久性を有する基材に非炭素系樹脂材料の粒子が分散したもの(基材主成分コーティング)との少なくとも2種類を挙げることができる。
 例えば、非炭素系樹脂材料がシリコーン樹脂である場合には、シリコーン樹脂を主成分として必要に応じて種々の添加剤を含有する、シリコーン樹脂主成分コーティングと、ガラスコーティングを基材とし、当該基材中にシリコーン樹脂粒子を含有する、基材主成分シリコーン樹脂コーティングとを挙げることができる。同様に、非炭素系樹脂材料がフッ素樹脂である場合には、フッ素樹脂を主成分として必要に応じて種々の添加剤を含有する、フッ素樹脂主成分コーティングと、ガラスコーティングを基材とし、当該基材中にフッ素樹脂粒子を含有する、基材主成分フッ素樹脂コーティングとを挙げることができる。
 なお、本開示では、例えば、ガラスコーティングそのものが離型性を付与するものであってもよい。例えば、ガラスコーティングを形成する際のシラン化合物に、フッ素で修飾したフッ化シラン化合物を含有させ、これを硬化させることにより、非炭素系樹脂材料を含有せずにガラスコーティングに離型性を付与することが可能である。
 また、離型コーティング12は、前述したシリコーン樹脂コーティング、フッ素樹脂コーティング、あるいは離型性を有するガラスコーティング等に限定されず、離型性を有する固形材料で構成され成形面を被覆できるものであれば、他の材料で構成されてもよい。例えば、積層体(プリプレグ)の材質によっては、離型性を発揮できるのであれば一般的な樹脂材料(炭素系樹脂材料)を離型コーティング12に用いてもよい。
 離型コーティング12に被覆される離型剤層13は、半固形または液状の離型剤を前述した離型コーティング12の表面に塗工したときに、当該離型コーティング12の表面で弾かれずに、全体的に当該離型コーティング12を被覆する塗膜であればよい。それゆえ、離型剤の種類、離型剤層13の厚さ等の諸条件については特に限定されない。一般的には、離型コーティング12が離型性を有することから、離型剤は、離型コーティング12の具体的な材料と親和性を有する材料から少なくとも構成されればよい。より具体的には、離型コーティング12の主成分あるいは離型性を発揮する材料と同種または同系の材料を用いた離型剤を選択すればよい。
 例えば、離型コーティング12がシリコーン樹脂コーティングであれば、離型剤としてはシリコーン系離型剤を用いればよい。あるいは、離型コーティング12がフッ素樹脂コーティングであれば、離型剤としてはフッ素系離型剤を用いればよい。また、離型コーティング12が離型性を有するガラスコーティングであれば、離型性の要因となる元素を分子構造中に有する離型剤を用いればよい。前述した例では、フッ化シラン化合物を用いたガラスコーティングを挙げたので、この場合には、離型剤はフッ素系離型剤を用いればよい。
 また、離型コーティング12は着色されてもよい。離型コーティング12を着色することで、成形面上を離型コーティング12が良好に被覆されていることを確認できるとともに、脱型の繰り返しで離型コーティング12が薄くなったり剥離したりする事態が発生しても容易に確認することができる。
 ここで、離型コーティング12がシリコーン樹脂またはフッ素樹脂を主成分とする(離型コーティング12が実質的にシリコーン樹脂またはフッ素樹脂で構成されている)場合、これら樹脂は他の材質との親和性が低い(そのため良好な離型作用を発揮できる)。そのため、着色剤が樹脂に十分に混合拡散できず、離型コーティング12を良好に着色できないおそれがある。一方、離型コーティング12がガラスコーティング等の基材を有し、当該基材中にシリコーン樹脂粒子またはフッ素樹脂粒子を含有する場合には、基材に対して着色剤を添加すればよい。ガラスコーティングの場合には、シラン化合物に着色剤を添加して硬化させればよい。これにより離型コーティング12を着色しやすくすることができる。
 離型コーティング12を着色する際の具体的な色は特に限定されず、型部材の成形面と異なる色であればよく、好ましくは、厚さの低下または剥離が把握しやすいような色を選択すればよい。例えば、型部材は一般的に金属製であるため、その表面状態にもよるが、成形面は金属光沢を有する。金属光沢は光を反射するため「白」に近似する色と見なすことができる。この場合、「黒」または「黒」に近い「濃い色」すなわち明度の低い色を選択すればよい。あるいは、「白」は無彩色であるため、より彩度の高い色を選択してもよい。
 離型コーティング12を着色する着色剤の種類によっては、成形時の加熱または加圧等により退色する可能性があり、また、高い彩度の着色剤にはより高価なものが存在する。これらの条件を考慮すると、離型コーティング12の色は、成形面の色に対して明度および彩度が相対的に異なり、退色しにくく、かつ、より低コストで基材等に分散しやすいものを適宜選択すればよい。
 ここで、本開示においては、離型コーティング12は、図1Aまたは図1Bに示すビーム用成形型10Aで例示するように単層であってもよいが、複数層で構成されてもよい。例えば、図3Aには、図1Aに示すビーム用成形型10Aの模式的な部分断面図の他の例を図示している。この図3Aに示す構成では、成形型本体11Aの表面(成形面)に第一離型コーティング12aが積層され、この第一離型コーティング12aの上側にさらに第二離型コーティング12bが積層されている。
 したがって、図3Aに示す例では、離型コーティング12は、第一離型コーティング12aおよび第二離型コーティング12bの2層構成となっている。離型剤層13は、2層構成の離型コーティング12の上側に積層されている。図3Aに示す例では、上側の第二離型コーティング12bのさらに上側に離型剤層13が積層されている。なお、図示しないが、離型コーティング12は3層以上で構成されてもよい。
 このように離型コーティング12が複数層で構成されているときには、当該離型コーティング12を構成する各層は異なる色で着色されてもよい。例えば、離型コーティング12が図3Aに示すような2層であるときに、下層(成形面上を直接被覆する層)である第一離型コーティング12aを高い彩度の色(例えば赤系の色)で着色し、上層(下層の上に被覆され、その上に離型剤層13が形成される層)である第二離型コーティング12bを低い明度の色(例えば黒または黒に近い色)で着色してもよい。
 例えばビーム用成形型10Aを用いて、航空機用部品であるビーム(複合材料成形物)を繰り返し製造する際には、成形面からビームの脱型を繰り返すことになる。このとき、離型剤層13は半固形または液状の離型剤で形成されるため、脱型時に離型剤層13が薄くなったり部分的に剥離したりしても再度塗布(塗工)を繰り返せばよい。一方、脱型の繰り返しにより離型コーティング12も薄くなったり部分的に剥離したりしたときには、離型コーティング12は、離型剤層13のように容易に再形成できない。そのため、離型コーティング12の薄層化または剥離を把握することにより、複合材料成形物の良好な脱型を管理することができる。
 そこで、例えば前記のように、上層の第二離型コーティング12bを黒系の色で着色し、下層の第一離型コーティング12aを赤系の色で着色する。図3Bに模式的に示すように、脱型の繰り返しで離型コーティング12が部分的に剥離したとしても、当初は黒系の色(第二離型コーティング12bの色)であった成形面に、赤系の色(第一離型コーティング12aの色)の部分が生じることになる。これにより、使用者は、目視によって離型コーティング12の摩耗または剥離を確認することができる。なお、図3Bでは、説明の便宜上、第二離型コーティング12b上の離型剤層13の図示を省略している。
 このように、本開示に係る複合材料成形物製造用成形型は、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する際に、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を成形するために用いられる成形型であって、積層体の外面形状を規定する成形面を有する型部材を備え、成形面には、当該成形面を被覆する離型コーティングと、当該離型コーティング上に離型剤を塗布することにより形成される離型剤層と、を有する構成である。
 また、本開示に係る複合材料成形物の製造方法は、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する方法であって、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体の外面形状を規定する成形面には、離型コーティングが被覆され、当該離型コーティング上には、さらに、離型剤を塗布することにより離型剤層が形成されており、積層体の外面が、離型剤層に密接した状態で、当該積層体を成形する構成である。
 前記構成によれば、成形面に予め離型コーティングを形成し、さらに当該離型コーティングの上に離型剤層が形成されている。つまり、成形型の成形面に対して、離型コーティングと離型剤層とのダブルコーティングを施す。このダブルコーティングにより、良好な脱型性を維持しつつ、脱型毎に離型剤を塗布する必要がなくなるため離型剤を塗布する頻度を低減することができ、さらには離型剤の堆積も十分に抑制することができる。離型コーティングの形成は基本的に1回のみでよいので、脱型毎の離型処理の実施を回避することができる。これにより、離型剤による良好な脱型を実現するとともに、脱型毎の離型処理の実施を回避し、さらには離型剤の堆積も抑制可能とする複合材料成形物製造用成形型を得ることができる。
 本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。
 (実施例1)
 ビーム用成形型(型部材)の成形面に、市販のシリコーン樹脂系の離型コーティングを形成するとともに、当該シリコーン樹脂コーティングの上に、市販のシリコーン系離型剤1を塗布して離型剤層を形成した。この成形型を用いて、複合材料成形物としてのビームを成形して10回以上脱型した。離型コーティングの形成および離型剤層の塗布は初回のみで、離型剤層の再塗布も必要なく全てのビームを良好に成形して脱型することができた。
 (実施例2)
 離型剤層として、シリコーン系離型剤1に代えて、市販の他のシリコーン系離型剤2を用いた以外は実施例1と同様にして、複合材料成形物としてのビームを成形して10回以上脱型した。離型コーティングの形成および離型剤層の塗布は初回のみで、離型剤層の再塗布も必要なく全てのビームを良好に成形して脱型することができた。
 (比較例1)
 ビーム用成形型の成形面に離型コーティングを形成せずに、シリコーン系離型剤1を塗布して離型剤層のみを形成した。この成形型を用いて、複合材料成形物としてのビームを成形して脱型したが、3~5回程度の成形で良好な脱型ができなくなった。また、毎回離型剤層を塗布して脱型を繰り返すと、成形面に堆積した離型剤層がビームの表面に転写されてしまい、ビームの表面祖度が低下するほか、非破壊検査時に超音波透過がうまくできずにサンディングによる離型剤の除去が必要であった。
 (比較例2)
 ビーム用成形型の成形面に離型コーティングとしてシリコーン樹脂コーティングのみを形成し、離型剤層は形成しなかった。この成形型を用いて、複合材料成形物としてのビームを成形して脱型したが、脱型を30回繰り返すと、離型コーティングの一部に剥がれが発生し再コーティングが必要になった。また、離型コーティングの劣化時期が予測できないため、離型コーティングが剥離したときにはビームに混入してしまい、ビーム(複合材料成形物)の品質を低下させた。
 (実施例および比較例の対比)
 実施例および比較例の対比から、離型コーティングの上に同系材料の離型剤を塗布することにより、成形面に離型コーティングおよび離型剤層のダブルコートを実現することができる。離型コーティングと離型剤との具体的な親和性については特に限定されないものの、前記の通り、離型コーティングおよび離型剤が同系材料(いずれもシリコーン系)であることが好ましい。
 また、離型コーティングおよび離型剤層のダブルコートであれば、離型剤層が離型コーティングの保護膜として作用すると考えられ、離型コーティングの再形成を回避または抑制することができる。また、ダブルコートであれば、離型剤層を再塗布する頻度を大幅に低下することができる。前述した実施例では、少なくとも10回の脱型が可能であるため、離型剤層を塗布する頻度を少なくとも1/10に低減することが可能である。このように離型コーティングも離型剤層も再形成を回避または抑制できるので、離型処理のコストを良好に低減することができる。また、離型剤層を塗布する頻度を低減できることから、成形面における離型剤層の堆積量を少なくすることができる。
 さらに、ダブルコートであれば、離型コーティングが剥離しにくく、離型剤層が堆積しにくいので、剥離した離型コーティングが複合材料成形物に混入したり離型剤層が複合材料成形物に転写されたりするおそれを回避または抑制することができる。これにより、得られる複合材料成形物の製品品質を良好なものとすることができる。
 このように本開示に係る複合材料成形物製造用成形型は、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する際に、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を成形するために用いられ、前記積層体の外面形状を規定する成形面を有する型部材を備え、前記成形面は、当該成形面を被覆する離型コーティングと、当該離型コーティング上に離型剤を塗布することにより形成される離型剤層と、を有す構成であればよい。
 前記構成によれば、成形面に予め離型コーティングを形成し、さらに当該離型コーティングの上に離型剤層が形成されている。つまり、成形型の成形面に対して、離型コーティングと離型剤層とのダブルコーティングを施す。このダブルコーティングにより、良好な脱型性を維持しつつ、脱型毎に離型剤を塗布する必要がなくなるため離型剤を塗布する頻度を低減することができ、さらには離型剤の堆積も十分に抑制することができる。離型コーティングの形成は基本的に1回のみでよいので、脱型毎の離型処理の実施を回避することができる。これにより、離型剤による良好な脱型を実現するとともに、脱型毎の離型処理の実施を回避し、さらには離型剤の堆積も抑制可能とする複合材料成形物製造用成形型を得ることができる。
 前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記離型剤は、前記離型コーティングと親和性を有する材料から少なくとも構成されてもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記離型コーティングが、非炭素系樹脂材料を含有する構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記離型コーティングが、非炭素系樹脂材料であるシリコーン樹脂コーティングであり、前記離型剤が、シリコーン系離型剤である構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記シリコーン樹脂コーティングが、ガラスコーティングを基材とし、当該基材中にシリコーン樹脂粒子を含有するものである構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記離型コーティングが、非炭素系樹脂材料であるフッ素樹脂コーティングであり、前記離型剤が、フッ素系離型剤である構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記フッ素樹脂コーティングが、ガラスコーティングを基材とし、当該基材中にフッ素樹脂粒子を含有するものである構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記離型コーティングが着色されている構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記離型コーティングは複数積層され、それぞれの層は異なる色で着色されている構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記樹脂組成物が、熱硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物である構成であってもよい。
 また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記複合材料成形物が航空機用部品である構成であってもよい。
 本開示に係る複合材料成形物の製造方法は、樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する方法であって、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体の外面形状を規定する成形面には、離型コーティングが被覆され、当該離型コーティング上には、さらに、離型剤を塗布することにより離型剤層が形成されており、前記積層体の外面が、前記離型剤層に密接した状態で、当該積層体を成形する構成であればよい。
 上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
 本発明は、複合材料成形物を製造する分野、特に、複合材料成形物が航空機部品等のように、一般的なものよりも高い品質が要求されるような場合に広く好適に用いることができる。
10A:ビーム用成形型(複合材料成形物製造用成形型)
10B:フレーム用成形型(複合材料成形物製造用成形型)
10C:スキン用成形型(複合材料成形物製造用成形型)
11A:成形型本体(型部材)
11B:成形型本体(型部材)
11C:成形型本体(型部材)
12:離型コーティング
12a:第一離型コーティング
12b:第二離型コーティング
13:離型剤層
 

Claims (12)

  1.  樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する際に、前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体を成形するために用いられる成形型であって、
     前記積層体の外面形状を規定する成形面を有する型部材を備え、
     前記成形面は、当該成形面を被覆する離型コーティングと、当該離型コーティング上に離型剤を塗布することにより形成される離型剤層と、を有する、
    複合材料成形物製造用成形型。
  2.  前記離型剤は、前記離型コーティングと親和性を有する材料から少なくとも構成される、
    請求項1に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  3.  前記離型コーティングが、非炭素系樹脂材料を含有する、
    請求項1または2に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  4.  前記離型コーティングが、非炭素系樹脂材料であるシリコーン樹脂コーティングであり、
     前記離型剤が、シリコーン系離型剤である、
    請求項3に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  5.  前記シリコーン樹脂コーティングが、ガラスコーティングを基材とし、当該基材中にシリコーン樹脂粒子を含有するものである、
    請求項4に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  6.  前記離型コーティングが、非炭素系樹脂材料であるフッ素樹脂コーティングであり、
     前記離型剤が、フッ素系離型剤である、
    請求項3に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  7.  前記フッ素樹脂コーティングが、ガラスコーティングを基材とし、当該基材中にフッ素樹脂粒子を含有するものである、
    請求項6に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  8.  前記離型コーティングが着色されている、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  9.  前記離型コーティングは複数積層され、それぞれの層は異なる色で着色されている、
    請求項8に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  10.  前記樹脂組成物が、熱硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物である、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  11.  前記複合材料成形物が航空機用部品である、
    請求項1から9のいずれか1項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
  12.  樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される、複合材料成形物を製造する方法であって、
     前記繊維材料に前記樹脂組成物を含浸させたプリプレグの積層体の外面形状を規定する成形面には、離型コーティングが被覆され、
     当該離型コーティング上には、さらに、離型剤を塗布することにより離型剤層が形成されており、
     前記積層体の外面が、前記離型剤層に密接した状態で、当該積層体を成形する、
    複合材料成形物の製造方法。
     
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