(57)【要約】      （修正有）【課題】強化繊維基材に液状樹脂を注入した際に、樹脂発泡体からなるコアの内部に液状樹脂が含浸されるのを防止し、軽量性に優れたＦＲＰ被覆構造体の製造方法を提供する。【解決手段】反応性組成物をモールド内で発泡させて樹脂発泡体を成形するモールド成形によって、高密度のスキン層と低密度の内部層を有するコア２を製造する。そして、そのコア２を強化繊維基材で被覆し、強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させることによってＦＲＰ皮膜４を形成する。従って、強化繊維基材に液状樹脂を注入する際に、高密度のスキン層によって、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを防ぐことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂発泡体からなるコアがＦＲＰ皮膜で被覆されたＦＲＰ被覆構造体を製造する方法において、
反応性組成物をモールド内で発泡させて前記樹脂発泡体を成形し、高密度のスキン層と低密度の内部層を有する前記コアを製造する工程と、
該コアを強化繊維基材で被覆し、該強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させて前記ＦＲＰ皮膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とするＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項２】
前記コア製造工程では、
前記樹脂発泡体に前記液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項３】
前記コア製造工程では、
前記樹脂発泡体を前記モールドから脱型した後に、前記樹脂発泡体のバリ取りを行い、前記樹脂発泡体のバリ取りされた箇所に前記塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載のＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項４】
樹脂発泡体からなるコアがＦＲＰ皮膜で被覆されたＦＲＰ被覆構造体を製造する方法において、
モールドの成形面に液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布する工程と、
反応性組成物を前記モールド内で発泡させて前記樹脂発泡体を成形し、高密度のスキン層と低密度の内部層とを有し、前記スキン層の外面が前記塗料の塗膜で覆われた前記コアを製造する工程と、
該コアを強化繊維基材で被覆し、該強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させて前記ＦＲＰ皮膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とするＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項５】
前記コアの圧縮強度が、０．１ＭＰａから２．０ＭＰａとなるように前記反応性組成物の発泡条件を設定したことを特徴とする請求項４に記載のＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項６】
前記コアの前記内部層の密度が、０．０５ｇ／ｃｍ３から０．５ｇ／ｃｍ３となるように前記反応性組成物の発泡条件を設定したことを特徴とする請求項４に記載のＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項７】
前記反応性組成物は、少なくともポリオール類、芳香族ポリイソシアネート類、助剤を含み、
前記樹脂発泡体は、前記反応性組成物を反応させて形成された硬質ウレタンであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のＦＲＰ被覆構造体の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１から請求項７のいずれか一つに記載のＦＲＰ被覆構造体の製造方法により製造されたことを特徴とするＦＲＰ被覆構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用部品や自動車用部品等に好適に用いられるＦＲＰ被覆構造体の製造方法及びＦＲＰ被覆構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）は、軽量、高剛性、高強度の素材であり、金属材料の代替品として注目されており、航空機、自動車、船舶、ゴルフクラブ等に広く用いられている。
【０００３】
そして、例えば自動車の車体フレームのような比較的大型の部材に形成する場合には、図３に示すように、軽量のコア１０１をＦＲＰ皮膜１０２で被覆したＦＲＰ被覆構造体１００とし、大型でありながら軽量で、必要な強度及び剛性を備えたＦＲＰ被覆構造体１００を得ている。
【０００４】
コア１０１には、アルミニウム合金等の金属材料からなるハニカム材や、プラスチックの樹脂発泡体が用いられており、特に樹脂発泡体は、軽量で耐食性に優れ、かつ様々な形状に加工が容易であることから、好ましく用いられている。
【０００５】
従来、ＦＲＰ被膜１０２の製造方法には、強化繊維基材に未硬化のマトリックス樹脂である液状樹脂を含浸させた中間体、いわゆるプリプレグを用意し、このプリプレグをコア１０１に積層して、加熱硬化させる方法が広く用いられていた。ところが、プリプレグは、生産に要する労働力、熱エネルギー、設備投資が多く必要であり、また、管理保管が煩雑であることから、コスト的に優れているとはいえなかった。
【０００６】
これに対して、強化繊維基材に熱硬化性あるいは熱可塑性の液状樹脂を注入して加熱成形するＲＴＭ法等の液状樹脂注入成形法が開発されている。しかしながら、液状樹脂注入成形法の場合、液状樹脂の注入圧が高いと、強化繊維基材のみならず、コア１０１のセル内にまで液状樹脂が浸入して、ＦＲＰ被覆構造体１００の重量が増加し、また、液状樹脂の注入量が増大してコスト高になるなどの問題があった。
【０００７】
このような問題に対して、不浸透性の遮蔽フィルムをコアに接着し、コアとＦＲＰ被膜との間に介在させて一体に成形し、液状樹脂がコアに含浸されるのを防止する方法（特許文献１を参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示されるように、不浸透性の遮蔽フィルムをコアに接着してコアとＦＲＰ被膜との間に介在させる方法の場合、遮蔽フィルムを接着及び介在させる工程が別途必要であり、工程数が増加し、生産性が低く、コスト高を招来するおそれがある。
【００１０】
また、遮蔽フィルムは、コアに接着してその表面を覆った際にしわが発生して、ＦＲＰ被膜の外形が変形し、ＦＲＰ被覆構造体の寸法形状を均一にすることが困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液状樹脂のコア内への浸入を防ぎ、軽量性に優れたＦＲＰ被覆構造体の製造方法及びその製造方法により製造されたＦＲＰ被覆構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明のＦＲＰ被覆構造体の製造方法では、反応性組成物をモールド内で発泡させて樹脂発泡体を成形するモールド成形によって、高密度のスキン層と低密度の内部層を有するコアを製造する。
【００１３】
そして、そのコアを強化繊維基材で被覆し、強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させることによってＦＲＰ皮膜を形成する。従って、高密度のスキン層によって、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを防ぐことができる。
【００１４】
従って、従来と比較して、コアに遮蔽フィルムを接着してコアとＦＲＰ皮膜との間に介在させる工程を省略することができ、生産性の向上を図り、製造コストを低減できる。そして、従来の遮蔽フィルムのしわに起因した外形状の変形も防ぐことができ、ＦＲＰ被覆構造体の寸法精度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明では、樹脂発泡体に液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布してもよい。これによれば、樹脂発泡体の表面に、液状樹脂の通過を阻止する塗料の塗膜を形成することができ、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを確実に防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明では、樹脂発泡体をモールドから脱型した後に、樹脂発泡体のバリ取りを行い、その樹脂発泡体のバリ取りされた部位に、液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布してもよい。これによれば、バリ取りによって高密度のスキン層が破壊された場合に、かかる部位を通過して低密度の内部層に液状樹脂が含浸するのを防ぐことができる。
【００１７】
本発明のＦＲＰ被覆構造体の製造方法では、予めモールドの成形面に液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布し、その後で反応性組成物をモールド内で発泡させて樹脂発泡体をモールド成形するインモールドコートを行い、高密度のスキン層と低密度の内部層を有し、さらにスキン層の外面が塗料の塗膜で覆われたコアを製造する。
【００１８】
そして、そのコアを強化繊維基材で被覆し、強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させることによってＦＲＰ皮膜を形成する。従って、高密度のスキン層と、そのスキン層の外面を覆う塗膜によって、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを防ぐことができる。
【００１９】
特に、インモールドコートを行うことによって、モールド成形特有のセル荒れを防ぎ、高密度のスキン層を貫通して低密度の内部層と外部との間を連通する、いわゆるオープンセルが形成されるのを防ぐことができ、液状樹脂の内部層への含浸を効果的に防ぐことができる。
【００２０】
また、従来のコアとＦＲＰ皮膜との間に遮蔽フィルムを介在させる工程を省略することができ、生産性の向上を図り、製造コストを低減できる。そして、従来の遮蔽フィルムのしわに起因した外形状の変形も防ぐことができ、ＦＲＰ被覆構造体の寸法精度を向上させることができる。
【００２１】
そして、コアの圧縮強度が、０．１ＭＰａから２．０ＭＰａとなるように反応性組成物の発泡条件を設定し、コアの内部層の密度が、０．０５ｇ／ｃｍ３から０．５ｇ／ｃｍ３となるように反応性組成物の発泡条件を設定することが好ましい。
【００２２】
そして、反応性組成物は、少なくともポリオール類、芳香族ポリイソシアネート類、助剤を含み、樹脂発泡体は、反応性組成物を反応させて形成された硬質ウレタンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ＦＲＰ被覆構造体を製造する際に、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを防ぐことができる。従って、液状樹脂のコアへの浸入による重量増加を防止するとともに、液状樹脂の注入量の増大を防ぐことができる。また、従来のコアとＦＲＰ皮膜との間に遮蔽フィルムを介在させる工程を省略することができ、生産性の向上を図り、製造コストを低減できる。そして、従来の遮蔽フィルムのしわに起因した外形状の変形も防ぐことができ、ＦＲＰ被覆構造体の寸法精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＦＲＰ被覆構造体の構成を説明する断面図。
【図２】図１のＡ部を拡大した図。
【図３】従来技術を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の製造方法では、反応性組成物をモールド内で発泡させて樹脂発泡体を成形し、高密度のスキン層と低密度の内部層を有するコアを製造する工程と、コアを強化繊維基材で被覆し、強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させてＦＲＰ皮膜を形成する工程とを含む。
【００２６】
反応性組成物をモールド内で発泡させると、高密度のスキン層と低密度の内部層を有する樹脂発泡体を形成することができる。従って、この樹脂発泡体をコアとしてＦＲＰ被覆構造体を製造すべく、例えばＲＴＭ法やＶＡＲＴＭ法によって強化繊維基材に液状樹脂を注入した場合に、高密度のスキン層で液状樹脂の浸入を遮断し、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを防ぐことができる。従って、液状樹脂のコアへの含浸による重量増大を防ぎ、また、液状樹脂の注入量を適切な量として材料コストの高騰を抑制できる。
【００２７】
そして、従来と比較して、コアに遮蔽フィルムを接着してコアとＦＲＰ皮膜との間に介在させる工程を省略することができるので、生産性の向上を図り、製造コストを低減できる。そして、従来の遮蔽フィルムのしわに起因した外形状の変形も防ぐことができ、ＦＲＰ被覆構造体の寸法精度を向上させることができる。
【００２８】
反応性組成物は、少なくともポリオール類と、芳香族ポリイソシアネート類と、助剤を含み、樹脂発泡体は、反応性組成物をモールド内で反応及び発泡させることによって得られる硬質ウレタンからなる。助剤には、触媒、整泡剤、発泡剤である水等が含まれている。
【００２９】
（ポリオール類）
ポリエーテルポリオールとしては、多価アルコール、糖類、フェノール類、フェノール誘導体、芳香族アミンなどにアルキレンオキサイドを付加して得られるものであり、例えばグリセリン、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリストール、シュークロース、ソルビトール、ノボラック、ノニルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、トレリンジアミン、ジフェニルメタンジアミンなどの単独または２種類以上にアルキレンオキサイドを付加して得られる。
【００３０】
（イソシアネート類）
イソシアネート基を複数有する化合物であって、具体的には、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、トリフェニルメタントリイソシアネート、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）などの芳香族ポリイソシアネート類、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環族ポリイソシアネート類、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）などの脂肪族ポリイソシアネート類、またはこれらとポリオールとの反応による遊離イソシアネートプレポリマー類、カルボジイミド変性ポリイソシアネート類などの変性ポリイソシアネート類、さらにはこれらの混合ポリイソシアネートなどが用いられる。これらのうち、トリレンジイソシアネート及びその誘導体、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートおよびその誘導体が好ましく、これらを混合して使用することもできる。
【００３１】
（触媒）
ヌレート化触媒として公知のものを使用することができる。例えば、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム塩、ナフテン酸鉛、オクチル酸鉛などのカルボン酸金属塩、ナトリウムエトキシドなどのアルコラート化合物、カリウムフェノキシドなどのフェノラート化合物、アセチルアセトン金属塩などの金属錯化合物、１，３，５−トリス（ジメチルアミノプロピル）ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジンなどのトリアジン類、３級アミンのカルボン酸塩などの４級アンモニウム化合物、２−エチルアジリジンなどのアジリジン類や２，４，６−トリスアミノメチルフェノール、１，５−ジアザ−ビシクロ［４．３．０］ノネン−５、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−ウンデセン−７などのアミン系化合物が挙げられる。また、アミン触媒を併用することも可能であり、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルメチレンジアミン及びジメチルアミノエタノールなどが挙げられる。
【００３２】
（整泡剤）
線状または分枝ポリエーテル−シロキサン共重合体を用いることができ、例えばポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどのポリオキシアルキレン共重合体が挙げられる。
【００３３】
強化繊維基材は、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維からなる織布、不織布、編布、あるいは強化繊維を並行に配向させたシートを相互に配向方向が異なるように積層してステッチで一体化した多軸ステッチ基材などが用いられる。
【００３４】
液状樹脂には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂など、マトリックス樹脂として一般的な熱硬化性樹脂が用いられる。また、熱硬化性樹脂の代わりに、熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００３５】
そして、本発明では、樹脂発泡体に液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布してもよい。これにより、樹脂発泡体の表面に、液状樹脂の通過を阻止する塗料の塗膜を形成することができ、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを確実に防ぐことができる。
【００３６】
塗料には、例えばポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂が用いられ、樹脂発泡体への塗布は、塗料を噴霧するスプレー方式や、塗料バス内に貯留された塗料の中に樹脂発泡体を没入させるディッピング方式によって行われる。
【００３７】
また、本発明では、樹脂発泡体をモールドから脱型した後に、樹脂発泡体のバリ取りを行い、その樹脂発泡体のバリ取りされた部位に、液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布してもよい。樹脂発泡体をモールド成形すると、割型の合わせ目に沿って樹脂発泡体にバリが形成されることがある。そして、このバリを取り除く際に、高密度のスキン層を破壊するおそれがあり、かかる部位を通過して低密度の内部層に液状樹脂が含浸することが懸念される。
【００３８】
そこで、樹脂発泡体のバリ取りされた部位に補修材として塗料を塗布して塗膜を形成する。これにより、バリ取りによって破壊された部位を塗料で埋めて補修し、かかる部位を通過して低密度の内部層に液状樹脂が浸入するのを防ぐことができる。
【００３９】
また、本発明では、予めモールドの成形面に液状樹脂の通過を阻止する塗料を塗布し、その後で反応性組成物をモールド内で発泡させて樹脂発泡体をモールド成形するインモールドコートを行い、高密度のスキン層と低密度の内部層を有し、さらにスキン層の外面が塗料の塗膜で覆われたコアを製造し、そのコアを強化繊維基材で被覆して、強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させることによってＦＲＰ皮膜を形成することとしてもよい。
【００４０】
これによれば、スキン層と塗膜を同時処理で形成することができ、より少ない工程数で高機能のコアを得ることができ、高密度のスキン層と、そのスキン層の外面を覆う塗膜の両方によって、液状樹脂が低密度の内部層に含浸されるのを防ぐことができる。
【００４１】
また、インモールドコートによって、モールド成形特有のセル荒れを防ぎ、高密度のスキン層を貫通して低密度の内部層と外部との間を連通する、いわゆるオープンセルが樹脂発泡体の外表面に形成されるのを防止し、液状樹脂の内部層への含浸を効果的に防ぐことができる。また、インモールドコートを行うことによって、モールドの合わせ目を塗料で埋めることができ、樹脂発泡体のバリの発生量を低減することができる。
【００４２】
従って、本発明のＦＲＰ被覆構造体の製造方法によれば、液状樹脂のコア内への浸入を阻止でき、軽量性に優れたＦＲＰ被覆構造体を得ることができる。
【００４３】
［実施例］
以下、本発明の実施例について説明する。
図１は、ＦＲＰ被覆構造体１の構成を説明する断面図、図２は、図１のＡ部を拡大した図である。本発明の製造方法により製造されるＦＲＰ被覆構造体１は、例えば自動車の車体フレームのような比較的大型の部材であり、図１に示すように、樹脂発泡体からなるコア２がＦＲＰ皮膜４で被覆された構造を有する。
【００４４】
コア２は、反応性組成物をモールド内で発泡させた硬質ウレタンの樹脂発泡体からなり、図２に示すように、高密度のスキン層１２と低密度の内部層１１を有する。高密度のスキン層１２は、低密度の内部層１１を外部から隔絶するようにその外側を覆っている。そして、コア２の外表面は、液状樹脂の通過を阻止する塗料の塗膜３によって覆われている。
【００４５】
ＦＲＰ皮膜４は、強化繊維基材とマトリックス樹脂とからなり、強化繊維基材に液状のマトリックス樹脂が含浸されて、加熱硬化することによって形成されている。マトリックス樹脂は、液状状態でＲＴＭ法により強化繊維基材に注入される。
【００４６】
表１は、ＦＲＰ被覆構造体１の製造に用いられる材料の詳細を示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
上記構成を有するＦＲＰ被覆構造体１を製造するには、まず、図示していない予め４５℃から５０℃に加熱されたモールドの成形面に離型材２３を塗布し、次いでインモールドコート用の塗料２４を塗布する。そして、型締めした後に、素原料２１を１００部と素原料２２を２４０部とを専用の注入機を用いてモールド内に注入し、モールド内で反応性組成物として反応させて発泡させる。モールドは、加温手段によって加温されてその温度が４５℃から５０℃に維持されており、反応性組成物の反応が好適に行われるように設定されている。
【００４９】
そして、所定のキュア時間が経過した後に型開きして、樹脂発泡体をモールドから脱型し、樹脂発泡体にバリ取り加工を施す。そして、バリ取りされた部位に補修材２５を塗布して塗膜３を補修する。上記作業によって、高密度のスキン層１２と低密度の内部層１１を有するとともにスキン層１２の外面が塗料２４の塗膜３で覆われたコア２が製造される。
【００５０】
次に、コア２が強化繊維基材で覆われる。強化繊維基材は、強化繊維である炭素繊維を織って組織されたものであり、図示していないブレーダ機によってコア２に巻装されて、コア２の外周面全面を被覆する。
【００５１】
そして、強化繊維基材に液状樹脂を注入して加熱硬化させる。ここでは、コア２と強化繊維基材が、コア２の外周面に強化繊維基材が巻装された状態で成形型のキャビティ内に収容されて、型締めされ、キャビティ内に液状樹脂であるエポキシ樹脂が注入されて強化繊維基材に含浸される。それから、ヒータによって成形型内で加熱硬化させる。これにより、ＦＲＰ皮膜４が形成されて、ＦＲＰ被覆構造体１が得られる。
【００５２】
液状樹脂には２液混合タイプのエポキシ樹脂を用いた。そして、コア２に対する樹脂の含浸性を評価した結果、コア２への含浸が認められず、含浸が適切に防止されているとの結果が得られた。
【００５３】
コア２は、その外表面を塗膜３で覆うことによって強度が向上されている。従って、塗膜３で被覆しない場合と比較して、内部層１１の密度を小さくすることができる。本実施例では、内部層１１は、０．０５ｇ／ｃｍ３から０．５ｇ／ｃｍ３の密度を有するように設定されている。そして、コア２は、０．１ＭＰａから２．０ＭＰａの圧縮強度を有する。
【００５４】
以上、本発明の実施例について図を用いて詳述したが、本発明は上述の実施例の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１  ＦＲＰ被覆構造体
２  コア
３  塗膜
４  ＦＲＰ皮膜
１１  内部層
１２  スキン層
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010221502.tif 000006