(57)【要約】【課題】  本発明はこのような外観上の欠点が生ずることなく繊維強化樹脂製中空成形体を製造することができる方法を提供する。【解決手段】  強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグであって、前記熱硬化性樹脂を硬化深度５〜１０％に予備硬化させたプリプレグの複数枚を可撓性中空芯材の周囲に積層状態で巻きつけ、冷却してプリフォームを形成後、このプリフォームを加温して軟化させた状態で金型内に入れ、前記芯材に空気を圧入しながら加熱して前記プリプレグを硬化させ、最後に芯材を取り除く。【選択図】      図４
2006001074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグであって、前記熱硬化性樹脂を硬化深度５〜１０％に予備硬化させたプリプレグの複数枚を可撓性中空芯材の周囲に積層状態で巻きつけ、冷却してプリフォームを形成後、このプリフォームを加温して軟化させた状態で金型内に入れ、前記芯材に空気を圧入しながら加熱して前記プリプレグを硬化させ、最後に芯材を取り除くことを特徴とする、繊維強化樹脂製中空成形体の製造方法。
【請求項２】
可撓性シートと、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグであって、前記熱硬化性樹脂を硬化深度５〜１０％に予備硬化させたプリプレグの複数枚とを芯材の周囲に積層状態で巻きつけ、冷却して可撓性シートの中空チューブとプリフォームを形成し、芯材を取り除き、このプリフォームを加温して軟化させた状態で金型内に入れ、前記中空チューブに空気を圧入しながら加熱して前記プリプレグを硬化させ、最後に中空チューブを取り除くことを特徴とする、繊維強化樹脂製中空成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂製中空成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は様々な構造体に用いられており、例えばこの繊維強化樹脂製の中空成形体は、ゴルフクラブシャフト、テニスラケットフレーム等のスポーツ用品や、シートフレーム等の自動車部品に用いられている。
【０００３】
このような繊維強化樹脂製中空成形体は、従来、マンドレルとよばれる芯材の周囲に、プリプレグと称される未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維シートを積層して巻きつけ、プリプレグの熱硬化性樹脂を硬化させ、マンドレルを抜き取ることによって製造されている。
【０００４】
上記の方法では直線状の中空成形体は製造できるが、円弧状に湾曲しているような形状の成形体を製造することはできない。そこで、プリプレグを可撓性中空部材の周囲に巻きつけ、このプリプレグを予熱して熱硬化性樹脂の粘度を低下させ、このプリプレグを金型内にセットし、中空部材に圧力空気を送入しつつ熱硬化性樹脂を硬化させ、最後に中空部材を抜き取る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１９３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような方法で成形体を製造する場合、金型にセットする際においてプリプレグは未硬化であるため、所定形状に形作る際に簡単に断面がくずれ、型締め時において金型の上型と下型の間の型割り面にて強化繊維のピンチング、すなわち繊維の噛み込みが発生してしまう。すると、得られた成形体において、型割り面に相当するその中央面に筋状のバリが生ずる。このような強化繊維のピンチングを防ぐため、金型の上型と下型の各々に強化繊維を配置しておき、可撓性中空部材を内装するように配し、硬化させることが考えられるが、この場合には、強化繊維のピンチングは防ぐことができるものの、型割り面において繊維の継ぎ手が目視できるようになる。
【０００７】
このようなバリもしくは継ぎ目は外観上好ましくなく、本発明はこのような外観上の欠点が生ずることなく繊維強化樹脂製中空成形体を製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグであって、前記熱硬化性樹脂を硬化深度５〜１０％に予備硬化させたプリプレグの複数枚を可撓性中空芯材の周囲に積層状態で巻きつけ、冷却してプリフォームを形成後、このプリフォームを加温して軟化させた状態で金型内に入れ、前記芯材に空気を圧入しながら加熱して前記プリプレグを硬化させ、最後に芯材を取り除くことを特徴とする、繊維強化樹脂製中空成形体の製造方法が提供される。
【０００９】
上記課題を解決するために２番目の発明によれば、可撓性シートと、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグであって、前記熱硬化性樹脂を硬化深度５〜１０％に予備硬化させたプリプレグの複数枚とを芯材の周囲に積層状態で巻きつけ、冷却して可撓性シートの中空チューブとプリフォームを形成し、芯材を取り除き、このプリフォームを加温して軟化させた状態で金型内に入れ、前記中空チューブに空気を圧入しながら加熱して前記プリプレグを硬化させ、最後に中空チューブを取り除くことを特徴とする、繊維強化樹脂製中空成形体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、あらかじめ所定の硬化深度まで予備硬化させたプリプレグを用いて成形を行うことにより、金型の型締め時において強化繊維の断面崩れを防止することができ、その結果、ピンチングを防止することができる。また、繊維の継ぎ目は１箇所のみにすることができ、この継ぎ目を得られる成形体の任意の部位に設定することができる。さらに、プリフォームの形成時に可撓性シートの中空チューブを同時に成形することにより、あらかじめ中空部材を製造して内装することの手間及びコストを廃止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を説明する。まず図１に示すように、芯材１の周囲にプリプレグ２を所定の厚みとなるよう複数枚、積層状態で巻きつけ、冷却してプリフォームを形成する。このプリプレグは強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなるものであり、繊維強化樹脂において一般に用いられているものを用いることができる。
【００１２】
強化繊維としては、一般に高性能強化繊維として用いられる繊維を使用することができ、例えばカーボン繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、アルミな繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。これらの強化繊維は、長繊維又は短繊維のいずれであってもよく、またこれらを２種以上混合してもよい。強化繊維の形状や配列についても限定されず、例えば単一方向、ランダム方向、シート状、マット状、クロス状、組みひも状等のいずれの形状、配列であってもよい。
【００１３】
熱硬化性樹脂としては、繊維強化樹脂において一般に用いられているもの、例えばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられるが、これらのうち特にエポキシ樹脂が好ましい。またエポキシ樹脂中に、エポキシ樹脂用の硬化剤を含ませてもよい。この硬化剤としては、エポキシ基と反応することができる活性基を有する化合物であればよく、例えばアミン類、酸無水物類、イミダゾール類等が知られている。
【００１４】
芯材１は、可撓性中空体であり、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコンゴム等のチューブを用いることができる。しかしながら、このような芯材はあらかじめ製造しておく必要がある。そこで、図２に示すように、芯材１とプリプレグ２の間に可撓性シート３を配置し、この可撓性シート３とプリプレグ２を芯材１の周囲に巻きつけることによって、プリフォームの形成の際に中空チューブを同時に成形することが好ましい。この際、芯材１は、例えば金属製の従来より用いられているマンドレル等を用いることができる。また可撓性シートとしては、テフロンゴム、シリコンゴム、ナイロン樹脂、テフロン樹脂等を用いることができる。
【００１５】
本発明においては、プリプレグにおける熱硬化性樹脂をあらかじめ所定の温度で、硬化深度が５〜１０％となるように熱処理を加えておくことを特徴とする。この熱処理温度は、使用する樹脂、硬化剤、加熱時間等によって異なるが、一般には８０〜１２０℃である。なお、この硬化深度とは未硬化プリプレグ状態を深度０％とし、樹脂の誘電特性の変化から計測した値である。
【００１６】
こうして形成したプリフォームを図３に示す。このプリフォーム４において、可撓性芯材または可撓性シート３より形成された中空チューブの両端には空気圧入用のノズル５が埋設されている。
【００１７】
このプリフォーム４を加温し、軟化させた状態で湾曲させ、図４に示すように、所定の断面形状を有する下型６に入れる。この軟化させるための加熱温度は、熱硬化性樹脂が軟化するが硬化しない温度であり、樹脂によって異なるが一般に６０〜１００℃である。
【００１８】
次いで、図５に示すように下型６上に上型７をセットし、ノズル５を介して空気を圧入しながら加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させて成形体を得る。この加熱温度は熱硬化性樹脂が十分に硬化する温度であり、一般に１３０〜１８０℃である。最後に、可撓性中空芯材１もしくは中空チューブ３を除去することにより、中空成形体が得られる。
【実施例】
【００１９】
カーボン／エポキシプリプレグ（東邦テナックス社製、W3101/Q-112J）を原反のまま、一部に誘電特性センサー（NETZSCH-Geratebau社製、IDEX-Midcon）を貼り付け、80℃の加熱炉に入れ、予備加熱を行った。この予備加熱時に、プリプレグの誘電特性をMicrodielectrometer（N ETZSCH-Geratebau社製、Eumetric system III）を用いて測定し、樹脂粘度、硬化深度（Cure Index）を測定した。硬化深度測定に際しては、あらかじめ同じ測定システム、同じ材料を用いた急加温徐冷による100％硬化実験で得られたデータから測定パラメータを抽出し、同装置上で補正してある。
【００２０】
上記処理において、硬化深度が10％になった時点で加温を停止し、急冷し、硬化反応を止めた。熱処理開始から80分、樹脂到達温度は84℃であった。
【００２１】
こうして予備硬化させたプリプレグを適宜裁断し、８層重ね合わせた後、片面上に厚さ152μｍのＰＴＦＥフィルム（AIRTEC社製、TOOLTEC CS5）を貼り付けた。このプリプレグを、所定の断面形状の芯材の周囲にＰＴＦＥフィルムがこの芯材と接するように、約60℃に加温して巻きつけ、室温まで冷却し、24時間放置し、芯材を取り除き、ＰＴＦＥフィルムの両端を絞り、かつ径10mmのアルミパイプを挿入し目止めを行って、プリフォームを得た。
【００２２】
このプリフォームを、所定の形状をなす下型に、約60℃に加温しながらキャビティに沿うように変形させながら投入した。次いで上型をセットし、アルミパイプを介してまず２５日間室温で放置し、再度130℃に加熱すると、樹脂粘度が高くなり、流動性が低下した。この傾向は硬化深度が高いほど顕著であった。その結果、下型へのセットが困難であった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の工程を示す図である。
【図２】本発明の工程を示す図である。
【図３】本発明の工程を示す図である。
【図４】プリフォームを示す斜視図である。
【図５】本発明の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    芯材
２    プリプレグ
３    可撓性シート
４    プリフォーム
５    ノズル
６    下型
７    上型
【図１】
2006001074.tif 000003
【図２】
2006001074.tif 000004
【図３】
2006001074.tif 000005
【図４】
2006001074.tif 000006
【図５】
2006001074.tif 000007