(57)【要約】【課題】成形型内に配置された強化繊維に熱可塑性樹脂を十分に含浸することができる成形体の製造方法を提供する。【解決手段】  繊維強化樹脂からなる成形体を製造方法は、成形型２０内に、強化繊維１１を配置する配置工程Ｓ１と、熱可塑性樹脂のモノマーに、触媒を含む第１の混合物Ａを、成形型２０に形成された第１の注入口２４から、成形型２０内に注入し、強化繊維１１に含浸する第１の注入工程Ｓ２と、第１の注入工程Ｓ２後、第２の混合物Ｂを、第１の注入口２４とは異なる位置において成形型２０に形成された第２の注入口２５から、成形型２０内に注入することにより充填し、第１の混合物Ａに第２の混合物Ｂを接触させる第２の注入工程Ｓ３と、を少なくとも含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂からなる成形体を製造する方法であって、
成形型内に、前記強化繊維を配置する工程と、
前記熱可塑性樹脂のモノマーに触媒を含む第１の混合物、および、前記熱可塑性樹脂のモノマーに前記触媒と接触することにより前記モノマーの重合反応が開始する開始剤を含む第２の混合物のうち、一方の混合物を、前記成形型に形成された第１の注入口から、前記成形型内に注入し、前記強化繊維に含浸する第１の注入工程と、
前記第１の注入工程後、前記第１の混合物および前記第２の混合物のうち、他方の混合物を、前記第１の注入口とは異なる位置において前記成形型に形成された第２の注入口から、前記成形型内に注入することにより充填し、前記一方の混合物に前記他方の混合物を接触させて、前記モノマーを重合反応させる第２の注入工程と、を少なくとも含むことを特徴とする成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
繊維強化樹脂からなる成形体を製造する成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂からなる成形体を製造する際に、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が利用されることがある。このＲＴＭ法では、強化繊維を成形型内に配置した後、成形型内に熱可塑性樹脂を注入することにより、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸するものである。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、成形型内に、強化繊維を配置した状態で、熱可塑性樹脂のモノマーに触媒を含む第１の混合物と、熱可塑性樹脂のモノマーの重合反応が開始する開始剤を含む第２の混合物とを混合した後、この混合物を、成形型内に注入する成形体の製造方法が提案されている。
【０００４】
この製造方法では、第１の混合物の触媒と、第２の混合物の開始剤が接触することにより、成形型内に注入される前に、モノマーの重合反応が開始して熱可塑性樹脂（ポリマー）となり、この熱可塑性樹脂が、成形型内に注入される。成形型内に注入された熱可塑性樹脂は、成形型内に配置された強化繊維に含浸される。このようにして、繊維強化樹脂からなる成形体が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０９５７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示す製造方法の如く、成形型内に注入される前に、モノマーの重合反応が開始して熱可塑樹脂（ポリマー）となると、熱可塑性樹脂の粘度が高くなってしまい、成形型内の強化繊維に熱可塑性樹脂が均一に含浸できないことがあった。この結果、成形された成形体の強化繊維に樹脂の含浸不良が発生することがあった。
【０００７】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、成形型内に配置された強化繊維に熱可塑性樹脂を均一に含浸することができる成形体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を鑑みて、本発明に係る成形体の製造方法は、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂からなる成形体を製造する製造方法であって、成形型内に、前記強化繊維を配置する工程と、前記熱可塑性樹脂のモノマーに触媒を含む第１の混合物、および、前記熱可塑性樹脂のモノマーに前記触媒と接触することにより前記モノマーの重合反応が開始する開始剤を含む第２の混合物のうち、一方の混合物を、前記成形型に形成された第１の注入口から、前記成形型内に注入し、前記強化繊維に含浸する第１の注入工程と、前記第１の注入工程後、前記第１の混合物および前記第２の混合物のうち、他方の混合物を、前記第１の注入口とは異なる位置において前記成形型に形成された第２の注入口から、前記成形型内に注入することにより充填し、前記一方の混合物に前記他方の混合物を接触させて、前記モノマーを重合反応させる第２の注入工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の混合物および第２の混合物のいずれか一方を、第１の注入工程で注入するので、粘度の低いノマー状態で、これを強化繊維に十分に含浸することができる。これにより、第２の注入工程において、他方の混合物を注入すると、一方の混合物および他方の混合物に含まれる触媒と開始剤とが接触し、成形型内の熱可塑性樹脂のモノマーの重合反応が開始し、モノマーがポリマーとなる。
【００１０】
このように、これまでは、成形型内に注入する前に、第１の混合物と第２の混合物を混合すると、重合反応が開始し、混合物である熱可塑性樹脂の粘度が高まるところ、本発明では、モノマーの状態（粘度の低い状態）で、これを成形型内の強化繊維に含浸する。この結果、熱可塑性樹脂の含浸不良を抑えることができる。
【００１１】
さらに、本発明では、第１の注入口と第２の注入口とは、成形型の異なる位置に形成されているので、第２の注入口から注入される第２の混合物を、すでに成形型に注入された第１の混合物に接触する前に、成形型内に注入し、これを充填し易い。
【００１２】
特に、第２の注入口を複数設ければ、重合反応により、熱可塑性樹脂の粘度が上昇する前に、成形型内に、第２の混合物を充填することができるので、含浸不良を抑えることができる。
【００１３】
さらに、第１の注入口から注入される一方の混合物の下流となる位置に、第２の注入口を形成すれば、第１および第２の混合物の熱可塑性樹脂のモノマーが強化繊維に十分含浸されたのち、モノマーの重合反応を開始させ、ポリマーにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る成形体の製造方法を説明するための成形装置の模式的概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成形体の製造方法のフロー図である。
【図３】図２に示す製造方法において、モノマーまたはポリマーの粘度の変化を説明するための図である。
【図４】従来の成形体の製造装置を説明するための成形装置の模式的概念図である。
【図５】図１に示す変形例に係る製造装置の模式的概念図である。
【図６】実施例および比較例に係る試験体の曲げ強度の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
１．成形装置１について
まず、本実施形態の成形体を成形するための成形装置１を、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る成形体の製造方法を説明するための成形装置の模式的概念図である。
【００１７】
本実施形態では、図１に示すように、成形装置１は、ＲＴＭ法により、成形体を製造する装置である。成形装置１は、成形型２０と、後述する第１の混合物Ａを成形型２０に注入（射出）する第１の注入装置３１と、後述する第２の混合物Ｂを成形型２０に注入（射出）する第２の注入装置３２、３２とを備えている。
【００１８】
成形型２０は、上型２１と下型２２により構成され、中子２６を挿入した状態で、これらを型締めすることにより、成形体の形状に応じたキャビティ２３が形成される。成形型２０のキャビティ２３には、第１の混合物Ａが注入される第１の注入口２４が形成されている。第１の注入口２４には、第１の注入装置３１が連通している。なお、本実施形態では、中子２６により中空の成形体を成形するが、成形体の形状は、たとえば平板などの板状の成形体であってもよく、この場合には、中子を用いずに、成形体の形状に応じて成形型２０のキャビティ２３の形状が設定される。
【００１９】
さらに、成形型２０には、第１の注入口２４とは異なる位置に、第２の注入口２５、２５が形成されている。第２の注入口２５、２５には、第２の注入装置３２が連通している。したがって、第１の混合物Ａと異なる位置からキャビティ２３に第２の混合物Ｂを注入することができる。
【００２０】
２．成形体の製造方法について
以下に、図１に示す成形装置１を用いた成形体の成形方法を、図２および図３を参照しながら以下に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る成形体の製造方法のフロー図である。図３は、図２に示す製造方法において、熱可塑性樹脂の粘度の変化を説明するための図である。
【００２１】
本発明では、図２に示すように、ＲＴＭ法により、成形体を成形する。具体的には、強化繊維１１を成形型２０内に配置した状態で、成形型２０内に熱可塑性樹脂を注入し、強化繊維１１に熱可塑性樹脂を含浸する。これにより、繊維強化樹脂からなる成形体を製造する。
【００２２】
２−１．配置工程Ｓ１について
まず、配置工程Ｓ１を行う。この工程では、成形型２０の上型２１と下型２２とにより形成されたキャビティ２３内に、強化繊維１１を配置する。具体的には、強化繊維１１を中子２６の表面に配置した状態で、上型２１と下型２２とを型締めし、キャビティ２３内に、強化繊維１１を配置する。
【００２３】
強化繊維１１としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維からなる織布、不織布などいずれであってもよく、織布である場合には、その織り方としては、平織、綾織、朱子織などを挙げることができる。
【００２４】
２−２．第１の注入工程Ｓ２について
第１の注入工程Ｓ２では、第１の混合物Ａおよび第２の混合物Ｂのうち、第１の混合物Ａを成形型２０内に注入し、これを強化繊維１１に含浸する。具体的には、本実施形態では、図１および図３に示すように、時刻Ｔ１において、第１の注入口２４から成形型２０内に第１の混合物Ａの注入を開始し、時刻Ｔ２までの間に、第１の注入口２４から第１の混合物Ａを注入することで、第１の混合物Ａを強化繊維１１に含浸する。
【００２５】
ここで、第１の混合物Ａは、熱可塑性樹脂のモノマーに触媒を含む混合物であり、第２の混合物Ｂは、熱可塑性樹脂のモノマーに前記触媒と接触することによりモノマーの重合反応が開始する開始剤を含む混合物である。
【００２６】
本実施形態では、熱可塑性樹脂として、ナイロン系樹脂またはアクリル系樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂のモノマーとしては、たとえば、ナイロン６のモノマーである、たとえば、ε−カプロラクタムを挙げることができる。ε−カプロラクタムを成形型に注入する際には、ε−カプロラクタムは、重合反応が開始する温度まで加熱する。
【００２７】
触媒としては、たとえば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらの金属の水素化物、酸化物、水酸化物、炭酸塩、カルボン酸塩、アルキル化物、アルコキシド、及び、グリニャール試薬からなる群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。一方、開始剤（助触媒）としては、イソシアネート、アシルラクタム、カルバミドラクタム、イソシアヌレート誘導体、酸ハライド、尿素誘導体等を挙げることができる。
【００２８】
このようにして、本実施形態では、第１の注入工程Ｓ２において、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、重合反応前の熱可塑性樹脂のモノマーを成形型２０内に注入するので、粘度の低い熱可塑性樹脂のモノマーを、強化繊維１１に含浸することができる。
【００２９】
２−３．第２の注入工程Ｓ３について
第２の注入工程Ｓ３では、第１の注入工程Ｓ２後、第１の混合物Ａおよび第２の混合物Ｂのうち、第２の混合物Ｂを、第１の注入口２４とは異なる位置において成形型２０に形成された第２の注入口２５、２５から、成形型２０内に注入する。これにより、成形型２０内に第２の混合物Ｂを充填し、第１の混合物Ａに第２の混合物Ｂを接触させる。なお、第２の混合物Ｂも、重合反応が開始する温度まで加熱されているが、必要に応じて、この温度まで、成形型２０を加熱してもよい。たとえば、重合反応が開始する温度が、９０℃である場合、それよりも高温条件（たとえば、１４０〜１７０℃）で、成形型２０を加熱する。
【００３０】
具体的には、本実施形態では、図１および図３に示すように、第１の混合物Ａの注入が完了した時刻Ｔ２において、第２の注入口２５から成形型２０内に第２の混合物Ｂの注入を開始し、時刻Ｔ３まで、第２の注入口２５から第２の混合物Ｂを注入する。これにより、成形型２０のキャビティ２３の残りの空間に第２の混合物Ｂが充填され、第１の混合物Ａに第２の混合物Ｂが接触する。
【００３１】
この接触により、時刻Ｔ３において、第１の混合物Ａの触媒と、第２の混合物Ｂの開始剤とが接触し、第１の混合物Ａおよび第２の混合物Ｂの熱可塑性樹脂のモノマーが重合反応して熱可塑性樹脂ポリマーとなり、熱可塑性樹脂の粘度が上昇し、時刻Ｔ４で重合反応が完了する。
【００３２】
本実施形態によれば、第１の混合物Ａを、第１の注入工程Ｓ２で注入するので、粘度の低い熱可塑性樹脂のモノマー状態で、これを強化繊維１１に十分に含浸することができる。これにより、第２の注入工程Ｓ３において、第２の混合物Ｂを注入すると、第１の混合物Ａと第２の混合物Ｂに含まれる触媒および開始剤が接触し、成形型２０内の熱可塑性樹脂のモノマーの重合反応が開始し、モノマーがポリマーとなる。
【００３３】
２−４．型開き工程Ｓ４について
型開き工程Ｓ４では、時刻Ｔ４で重合反応が完了した後、成形型２０の上型２１と下型２２とを型開きし、成形型２０内から、成形体を取り除く。得られた成形体には、従来の製造方法で作製されたものとは異なり、熱可塑性樹脂の含浸不良がほとんどない。
【００３４】
ここで、従来では、図４および図３の一点鎖線に示すように、成形型２０内に注入する前に、第１の混合物Ａと第２の混合物Ｂを混合部３５で混合するので、成形型２０内に注入される前に、モノマーの重合反応が開始する。これにより、モノマーが熱可塑性樹脂となって、その粘度が高くなる。この結果、熱可塑性樹脂の含浸不良が発生する可能性が高かった。
【００３５】
しかしながら、本実施形態では、熱可塑性樹脂のモノマーの状態（粘度の低い状態）で、これを成形型内の強化繊維に含浸した後、このモノマーを重合反応させてポリマーとする。これにより、成形体における熱可塑性樹脂の含浸不良を抑えることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、第１の注入口２４と第２の注入口２５とは、成形型２０の異なる位置に形成されているので、第２の注入口２５から注入される第２の混合物Ｂは、すでに成形型２０に注入された第１の混合物Ａに接触する前に、成形型内に注入することができる。
【００３７】
特に、第１の注入口２４から注入される第１の混合物Ａの下流となる位置に、第２の注入口２５を形成すれば、第１および第２の混合物Ａ、Ｂのモノマーが強化繊維に十分含浸された後、モノマーの重合反応を開始させ、ポリマーにすることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、第１の混合物Ａを第１の注入工程Ｓ２において注入し、第２の混合物Ｂを第２の注入工程Ｓ３において注入したが、第１の注入工程Ｓ２において、第２の混合物Ｂを注入し、第２の注入工程Ｓ３において、第１の混合物Ａを注入してもよい。この場合、第１の注入装置３１から第２の混合物Ｂを注入し、第２の注入装置３２から第１の混合物Ａを注入する。
【００３９】
さらに、本実施形態では、成形型２０に第２の混合物Ｂの第２の注入口２５を２つ設けたが、たとえば、図５に示すように、第２の注入口２５は、１つであってもよく、３以上であってもよい。第２の注入口２５を複数設けることにより第２の注入口２５から、強化繊維により均一にモノマーを含浸することができる。
【実施例】
【００４０】
以下に、本発明を実施例により説明する。
【００４１】
＜実施例＞
図１に示す成形装置を用いて、熱可塑性樹脂としてナイロン６に、強化繊維として炭素繊維を含浸した成形体を製造した。ナイロン６のモノマーとして、ε−カプロラクタムを準備した。次に、溶融したε−カプロラクタムに、触媒として、ナトリウム塩触媒を混合して、第１の混合物を作製し、溶融したε−カプロラクタムに、開始剤として、アミン系の開始剤を混合して、第２の混合物を作製した。
【００４２】
次に、成形型内に、配置工程において炭素繊維を配置した後、第１の注入工程において、第１の混合物を注入して、強化繊維に第１の混合物を含浸させた。次に、第２の注入工程において、第２の混合物を注入して充填し、成形型内で、第１の混合物と第２の混合物とを接触さて、ε−カプロラクタムの重合反応を開始させた。なお、このとき、成形型内に注入する第１および第２の混合物の温度を８０℃〜９５℃の範囲に設定した。この温度範囲は、ε−カプロラクタムの重合反応が開始する温度以上である。重合反応が開始してから、重合反応が完了するまで、型締め状態を保持し、その後、型開きをすることにより、成形体を得た。
【００４３】
＜比較例＞
実施例と同じようにして、成形体を製造した。実施例と相違する点は、図４に示す成形装置を用いて、第１の混合物と、第２の混合物を混合し、ε−カプロラクタムの重合反応を開始させたものを、成形型内に注入し、成形型内の強化繊維に含浸した点である。
【００４４】
（曲げ強度試験）
実施例に係る成形体と比較例に係る成形体とから、試験体を作製し、曲げ試験を行った。この結果を図６に示す。
【００４５】
図６に示すように、実施例の試験体は、比較例の試験体に比べて、曲げ強度が高かった。上述した如く、実施例の場合には、第１の混合物と、第２の混合物とを、成形型内に異なるタイミングで注入したことにより、より粘度の低いε−カプロラクタム（モノマー）が強化繊維に略含浸された後、重合反応が開始したと考えられる。
【００４６】
一方、比較例では、成形型に注入する前に、第１の混合物と、第２の混合物とに含まれるε−カプロラクタム（モノマー）が重合反応し、粘度が高くなったため、強化繊維に含浸不良が発生したと考えられる。このような結果、実施例の試験体の方が、ナイロン６の含浸不良がないため、比較例のものに比べて、曲げ強度が高くなったと考えられる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１：成形装置、２０：成形型、２４：第１の注入口、２５：第２の注入口、Ａ：第１の混合物、Ｂ：第２の混合物、３１：第１の注入装置、３２：第２の注入装置、Ｓ１：配置工程、Ｓ２：第１の注入工程、Ｓ３：第２の注入工程、Ｓ４：型開き工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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