(57)【要約】【課題】断面が異形のＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易に、且つ均質な成形体として得る方法を提供することにある。【解決手段】断面異形のＦＲＰ製中空部材を成形するに際し、（１）断面が円形のマンドレルにプリプレグを巻回し、その後マンドレルを引き抜いてプリプレグの中空部材を作成し、（２）該プリプレグの中空部材の中空部分に圧力バッグを挿入し、（３）該圧力バッグが挿入された中空部材を、中空部材の異形状に対応した形状を有する金型であって異形部に補充用のプリプレグを配置した金型内に設置し、（４）次いで、内圧成形法により成形することによって、均質な断面異形のＦＲＰ製中空部材が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面異形のＦＲＰ製中空部材を成形するに際し、（１）断面が円形のマンドレルにプリプレグを巻回し、その後マンドレルを引き抜いてプリプレグの中空部材を作成し、（２）該プリプレグの中空部材の中空部分に圧力バッグを挿入し、（３）該圧力バッグが挿入された中空部材を、中空部材の異形状に対応した形状を有する金型であって異形部に補充用のプリプレグを配置した金型内に設置し、（４）次いで、内圧成形法により成形することを特徴とする断面異形のＦＲＰ製中空部材の成形法。
【請求項２】
補充用のプリプレグが、一方向配列繊維強化材からなるプリプレグである請求項１記載の断面異形のＦＲＰ製中空部材の成形法。
【請求項３】
一方向配列繊維強化材からなるプリプレグが、その繊維軸方向を中空部材の軸方向と一致させて配置したものである請求項２記載の断面異形のＦＲＰ製中空部材の成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ製中空部材の成形法、更に詳しくは、断面異形のＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により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を管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】
内圧成形法で中空管状の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、パイプ等の形状が簡単なものに限られ、複雑な形状、例えば、外側断面が異形の中空管状体を成形する場合には、成形体の肉厚が１ｍｍ程度以上になると、プリプレグの剛性のため金型の形状に沿いにくくなる、従って、所望の形状のものが得られないという問題がある。
【特許文献２】特開２００３−３３４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、複雑な形状、特に断面が異形のＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易に、且つ均質な成形体として得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】
【０００６】
即ち、本発明は、断面異形のＦＲＰ製中空部材を成形するに際し、（１）断面が円形のマンドレルにプリプレグを巻回し、その後マンドレルを引き抜いてプリプレグの中空部材を作成し、（２）該プリプレグの中空部材の中空部分に圧力バッグを挿入し、（３）該圧力バッグが挿入された中空部材を、中空部材の異形状に対応した形状を有する金型であって異形部に補充用のプリプレグを配置した金型内に設置し、（４）次いで、内圧成形法により成形することを特徴とする断面異形のＦＲＰ製中空部材の成形法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基本的に従来公知の内圧成形法を用いて、均質な、断面異形のＦＲＰ製中空部材を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明において、断面異形のＦＲＰ製中空部材とは、中空部材の部材部分の外側断面が異形、即ち、多角形状の中空部材を意味するが、多角形状としては角部を有する典型的な多角形状だけでなく、角部がＲ状になっているものも含む。例えば、外側断面が正方形なら、四角が直角のものだけでなく、四角が丸みを帯びたもの、即ち、Ｒ状になっているものでも良い。また、中空部の形状はどの様なものでもかまわない。断面が円形のマンドレルは、これにプリプレグを巻き付けて中空の部材を作るためのものであり、断面は、ほぼ円形のもの、例えば、楕円形のものでもかまわない。
【０００９】
本発明においては、断面が円形（ほぼ円形のものも含む）のマンドレルにプリプレグを巻き付け、その後マンドレルを引き抜いてプリプレグの中空部材を作成するが、巻き付けるプリプレグは一枚であっても、複数積層してもかまわない。巻き付けたものの直径は、金型の内周より若干小さくするのが良い。
【００１０】
次いで、得られたプリプレグの中空部材の中空部分に圧力バッグを挿入し、この圧力バッグが挿入された中空部材を、金型内に設置し、内圧成形することによりＦＲＰ製中空部材が得られる。本発明においては、この際、目的とする断面異形の中空部材の外表面の異形状に対応した形状を有する金型を用いるのは当然であるが、金型の異形部、即ち、多角形状の角部（角部がＲ状になっているものも含む）に、補充用のプリプレグを配置しておくことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、プリプレグとしては後述のものを用いることができるが、補充用のプリプレグとしては、一方向配列繊維強化材からなるプリプレグ、あるいは、それと他のプリプレグとを組合わせたものが好ましい。また、かかる一方向配列繊維強化材からなるプリプレグを、その繊維軸方向が中空部材の軸方向と一致させるようにして金型の異形部に配置するのが好ましい。補充用のプリプレグは一枚であっても、複数積層して配置しても良い。
【００１２】
本発明における内圧成形法とは、公知の成形方法であり、金型キャビティ内に筒状のプリプレグ等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を意味する。例えば、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圧力バッグに、プリプレグ等の成形素材を筒状に巻き付け、あるいは、芯金（マンドレル）を用いて予備成形した成形素材の中心にこの圧力バッグを挿入・配置したものを、金型キャビティ内に設置し、圧力バッグ内に加圧媒体を送り込んで圧力バッグを膨張させ、成形素材を金型内面に押し付けて加熱成形する方法である。本発明においては、後者の方法でプリプレグの中空部材が作成される。
【００１３】
ＦＲＰは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸・硬化させて得られるものであるが、本発明においては、用いられる繊維強化材やマトリックス樹脂に関しては特に制限はい。繊維強化材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等が挙げられる。
【００１４】
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。
【００１５】
繊維強化材は、通常、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、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等の形で用いられる。
【００１６】
プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くした成形中間材である。本発明の中空部材を形成するプリプレグの繊維強化材の形態については特に制限はないが、補充用のプリプレグとしては、一軸織物や多軸織物等の一方向配列繊維強化材からなるプリプレグ、あるいは、それらと他のプリプレグとの組合せが好ましい。
【００１７】
本発明による成形法の例を、ＦＲＰ製の断面が四角形（角部がＲ状になっている）の中空管状体を成形する場合の例で説明する。図１の（イ）は金型等の断面を示し、１は上型と下型が合わさった金型を、２は金型の内部に設置されたプリプレグの中空部材を示す。プリプレグの中空部材２は、断面が円形のマンドレルにプリプレグを巻回し、その後マンドレルを引き抜いて形成されたものである。３は金型の異形部で、４は異形部に配置された補充用のプリプレグを示している。図１の（イ）の状態で、プリプレグの中空部材の中空部分５に圧力バッグが挿入される。
【００１８】
その状態は、図２で示されている。図２において、１は金型、２はプリプレグ、７は、例えば、ナイロンバッグの様な圧力バッグを示している。中空部材の中空部分５に圧力バッグ７を挿入した後は、公知の内圧成形法によって成形を行うことができる。具体的には、例えば、圧力バッグに圧縮空気を導入し、プリプレグの中空部材２を金型１の内面に圧着させる。この際、プリプレグの剛性のために、金型の異形部３の形状に沿わせることは困難であるが、図１の（イ）では、その異形部３に補充用のプリプレグ４が配置され、プリプレグの中空部材２が沿い易い様に調整されている。その後、金型１を硬化炉等（図示せず）に入れて加熱し、図１の（ロ）の形状の、断面異形のＦＲＰ製中空部材６が得られる。
【００１９】
以下、実施例により本発明を説明する。
【実施例】
【００２０】
図１の（ロ）に示した断面が四角形（正方形）状のＦＲＰ製中空部材を成形するため、先ず炭素繊維のプリプレグの中空部材を作成した。断面が円形のマンドレルに、プリプレグを巻き付け、その後マンドレルを引き抜いてプリプレグの中空部材を作成した。このプリプレグの中空部材の中空部分にナイロン製の圧力バッグを挿入し、圧力バッグが挿入された中空部材を、図１の（イ）に示した断面形状の金型の中に設置し型締めを行った。
【００２１】
金型の四角の異形部には、補充用のプリプレグとして、一方向配列炭素繊維強化材及び炭素繊維クロス材からなるプリプレグを配置した。この際、一方向配列繊維強化材からなるプリプレグの、繊維軸方向が中空部材の軸方向と一致するように配置した。次いで、金型を硬化炉に入れ、内圧成形法により成形した。即ち、圧力バッグ内に圧縮空気（４ｋｇ／ｃｍ２）を導入し、硬化炉の温度を１３０℃で２時間維持して加熱硬化せしめ、その後冷却、脱形して断面が図１の（ロ）に示した形状を有するＦＲＰ製中空部材を得た。
【００２２】
得られたＦＲＰ製中空部材の機械的性能は非常に優れたものであった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の成形法の説明図である。
【図２】本発明における内圧成形法の説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  金型
２  金型の内部に設置されたプリプレグの中空部材
３  金型の異形部
４  補充用のプリプレグ
５  プリプレグの中空部材の中空部分
６  断面異形のＦＲＰ製中空部材
７  圧力バッグ
【図１】
2006123475.tif 000003
【図２】
2006123475.tif 000004