(57)【要約】【課題】ＲＴＭ成形法によって、特に大型の、パイプ形状ないし中空状のＦＲＰ製中空部材を一体的に成形する方法を提供すること。【解決手段】金型の上型と下型に繊維強化材料を敷設し、次いで、上型と下型の間にフィルムバッグを挟みこんで上型と下型を型締めし、その後、フィルムバッグに圧力を加えて繊維強化材料を金型形状に密着させつつ、又は密着させた後、金型内部とフィルムバッグの間に樹脂を導入して繊維強化材料に樹脂を含浸させ、更に、必要に応じて硬化せしめる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の上型と下型に繊維強化材料を敷設し、次いで、上型と下型の間にフィルムバッグを挟みこんで上型と下型を型締めし、その後、フィルムバッグに圧力を加えて繊維強化材料を金型形状に密着させつつ、又は密着させた後、金型内部とフィルムバッグの間に樹脂を導入して繊維強化材料に樹脂を含浸させ、更に、必要に応じて硬化せしめることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の樹脂トランスファー成形法。
【請求項２】
樹脂の導入が、金型内部とフィルムバッグの間を減圧にしながら行われる請求項１記載のＦＲＰ製中空部材の樹脂トランスファー成形法。
【請求項３】
繊維強化材料が、織物又は多軸織物の積層体である請求項１又は２記載のＦＲＰ製中空部材の樹脂トランスファー成形法。
【請求項４】
樹脂が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である請求項１〜３記載のＦＲＰ製中空部材の樹脂トランスファー成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ製の中空部材の成形方法、更に詳しくは、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法によってＦＲＰ製中空部材を一体成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から風力発電を含む一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
ＦＲＰをパイプ形状ないし中空状の中空部材に成形する方法としては、遠心成形法、プルトルージョン成形法、フィラメントワインディング成形法、内圧成形法等が知られている。遠心成形法は、回転する円筒体の内面に、この円筒体内に同心的に配備されたローラから繊維を巻き付け、この繊維にマトリックス用の樹脂を噴霧して含浸させた後、硬化させる方法であり、比較的径が大きく、単純な形状の製品を製造するのに適している。プルトルージョン成形法は、樹脂を強化繊維基材に含浸させた後、金型を利用して引き抜き、樹脂を固化或いは硬化させて成形品を得る方法であり、一様の断面の真直ぐなパイプの製造に用いられる。フィラメントワインディング成形法は、樹脂を含浸した繊維をマンドレルに巻き付け、樹脂が固化或いは硬化した後にマンドレルを引き抜く方法であり、長繊維の比率を高めることができるので比較的高強度で、軸対称の中空体を製造するのに用いられる。内圧成形法は、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、マトリックス樹脂が熱硬化性であっても熱可塑性であっても適用可能であり、通常の中空管状のＦＲＰ製品を成形するのに適している。
【特許文献１】特開平６−１５５５９５号公報
【０００４】
以上の様に、各種成形法の中でも内圧成形法は、中空管状体を成形するのに広く用いられる便利な方法である。そして、内圧成形法でＦＲＰ製品を成形するには、通常、プリプレグを用い、金型キャビティ内に中空管状に配置したプリプレグの内部に、膨張性を有するバッグやチューブ等を入れる。次いで、圧縮空気等を用いてバッグやチューブ等をふくらませ、型の内側から圧力をかけてプリプレグを型の内壁面に押しつけ、この状態でプリプレグを加熱硬化させ成形を行う加圧バッグ成形法が用いられている。しかしながら、上記のような従来の加圧バッグ成形法によって製造することができる中空管状成形品は、パイプ等の形状が比較的簡単で小型のものに限られ、例えば、風力発電の風車ブレードの様な大型のものを一体成形により製造することはできなかった。
【０００５】
一方、ＦＲＰの一般的な成形方法としては、プリプレグを用いるオートクレーブ法、引抜成形法、真空バッグ成形法、ＲＴＭ成形法等があるが、例えば、風力発電の風車ブレードの様な大型の中空部材は、先ず、これらの方法で、ブレードの表裏部分を別々の部品として成形した後、表裏の部品を接着あるいは機械的に接合する等の手段で、最終的に中空部材としてのブレードに組立てるという方法を用いている。しかし、この方法は作業性、生産性が悪いという問題があった。
【特許文献２】特開２００２−１３７３０７号公報
【０００６】
また、サンドイッチ構造の風車ブレードを、ＲＴＭ成形法を応用して一体成形で得ることも提案されているが、この風車ブレードは、成形法自体が複雑であるという欠点がある（特許文献３）。
【特許文献３】特開２００３−３１４４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ＲＴＭ成形法によって、特に大型の、パイプ形状ないし中空状のＦＲＰ製中空部材を一体的に成形する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、金型の上型と下型に繊維強化材料を敷設し、次いで、上型と下型の間にフィルムバッグを挟みこんで上型と下型を型締めし、その後、フィルムバッグに圧力を加えて繊維強化材料を金型形状に密着させつつ、又は密着させた後、金型内部とフィルムバッグの間に樹脂を導入して繊維強化材料に樹脂を含浸させ、更に、必要に応じて硬化せしめることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、風力発電の風車ブレードの様な大型のＦＲＰ製中空部材を、容易に一体的に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明における金型は、アルミやステンレス等の金属製のものや、ＦＲＰ等のプラスティック製のものでも良い。本発明において金型の上型と下型に敷設される繊維強化材料に関しては、特に制限はい。炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維強化材料は、平織、綾織、朱子織等の織物、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物、あるいは、編物や不織布等の形状にして用いるのが便利である。繊維強化材料の目付は１枚当り２００〜８００ｇ／ｍ２が好ましい。
【００１１】
本発明においては、金型の上型と下型に繊維強化材料を敷設し、上型と下型の間にフィルムバッグを挟みこんで上型と下型を型締めし、その後、フィルムバッグに圧力を加えて繊維強化材料を金型形状に密着させる。かかる操作は、いわゆる内圧成形法として知られている。内圧成形法とは、一般には、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法である。
【００１２】
本発明においては、ナイロンやシリコンゴムのような、可撓性があり且つ耐熱性に優れた材料で形成したフィルムバッグを、繊維強化材料を敷設した金型の上型と下型の間に挟みこみ、そして、上型と下型を型締めする。その後、フィルムバッグに圧力を加えて、繊維強化材料を金型形状に密着させるという手法を採る。圧力を加える方法としては、バッグ内に圧縮空気のような加圧流体を送り込んでバッグを膨張させ、成形素材を金型内面に押し付ける方法でも良く、あるいは、金型内部とフィルムバッグの間を減圧にすることによって、フィルムバッグに相対的に高い圧力が付与された状態にする方法でも良い。また、例えば、複数のバッグを用いる方法とか、加圧流体として加熱媒体を用いる方法でも良い。
【００１３】
次いで、本発明においては、繊維強化材料を金型形状に密着させつつ、又は密着させた後、金型内部とフィルムバッグの間に樹脂を導入して繊維強化材料に樹脂を含浸させる。樹脂の導入・含浸方法は特に制限されるものではなく、いわゆるＲＴＭ成形方法において知られた手段を採用することが出来る。樹脂の注入孔から加圧下に注入しても良く、あるいは、上型と下型との間の金型内部を排気しつつ、樹脂を導入し繊維強化材料に含浸させても良い。本発明においては、樹脂の注入時間を短縮し低い射出圧力で樹脂を注入することができることから、金型内部とフィルムバッグの間を減圧にしながら樹脂を導入するのが好ましい。更に効率よく樹脂を行き渡らせ繊維強化材料に含浸させるため、金型とフィルムバッグ間の気体を、樹脂排出口から排気すると共に、フィルムバッグの内部から繊維強化材料側に向かって加圧しても良い。この場合、加圧圧力は０．０１〜０．５ＭＰａとすることが好ましい。
【００１４】
本発明において用いられる樹脂としても特に制限はなく、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を単独で用いることも、あるいは、適当に併用することもできる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、２種以上併用しても良い。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていてもよい。
【００１５】
樹脂と繊維強化材料との割合は、目的とする中空部材によるが、通常、繊維体積含有率として３０〜７０％になるように調整するのが適当である。
【００１６】
樹脂の導入を容易にするために、上型と繊維強化材料との間及び／若しくは下型と繊維強化材料との間に、例えば、プラスティック製のネットからなる、樹脂の導入拡散を助けるための、樹脂流動基材を配置して用いるのも好ましい。樹脂流動基材に用いる糸の材質としては、通常用いられるナイロン、ポリエステル等のほか、炭素繊維、アラミド繊維等の強化繊維を用いることもできる。強化繊維を用いた樹脂流動基材は、成形後樹脂流動基材を除去することなく成形品の一部とする場合に、成形品の強度を高めることができ極めて有用である。
【００１７】
繊維強化材料に樹脂を導入した後、樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、金型を、例えば、オートクレーブに入れ、所定温度に加熱して樹脂が硬化せしめられる。あるいは、金型内部に組み込まれたヒーターで、内部加熱して硬化せしめても良い。そして、脱型して本発明のＦＲＰ製の中空部材が得られる。注入した樹脂を硬化させる際においても、金型とフィルムバッグ間の気体を排気しながら行うことが好ましい。以下、実施例により本発明を説明する。
【実施例】
【００１８】
図１に本発明の実施態様の一例を示した。図１は、金型（アルミ製）１の上型２と下型３が密着された状態を示している。金型１のキャビティ内面に、炭素繊維織物４が敷設されている。そして、上型２と下型３の間で敷設された織物４の内部５には、ナイロン製のフィルムバッグ６が挟み込まれている。フィルムバッグ６に１ＭＰａの圧空を導入し、繊維強化材料である炭素繊維織物４を金型１の形状に密着させた。
【００１９】
金型の上型２と下型３を型締めした後、金型の内部５を型の一端側に形成した樹脂排出口（図示せず）から排気して減圧にし、型の他端側に形成した樹脂注入口（図示せず）から樹脂を注入する。注入した樹脂は、繊維強化材料である炭素繊維織物４中を通って樹脂排出口に向かって移動すると共に、炭素繊維織物４全体に含浸せしめられた。樹脂としては、リポキシＲ−８０２を１００質量部、パーメックＮ（日本油脂社製）を１．０質量部、６％ナフテン酸コバルト（関東化学社製）を０．５質量部混合した混合液を２５℃雰囲気下で注入した。
【００２０】
次いで、金型１の内部のヒーターで８０℃、２時間熱処理して、樹脂を加熱硬化させた。その後、脱型し、フィルムバッグ６を取り除いて、中空のＦＲＰ製部材を得た。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の成形法によれば、大型の成形品であっても容易に、歩留まり良く成形することができる。また、製造時間も短かく、一体成形であるので、大型成形品を低コストで製造でき、産業上の利用価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施態様の一つを説明する図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  金型
２  上型
３  下型
４  繊維強化材料である炭素繊維織物
５  内部
６  フィルムバッグ
【図１】
2006150614.tif 000003