(57)【要約】【課題】容易に中子の圧力を制御し、中空形状の繊維強化プラスチック成形体を効率的かつ経済的に製造する。【解決手段】熱可塑性の固形物を含む中子の周囲に、熱硬化性樹脂と繊維とを含むプリプレグを配置した成形前駆体を、成形用金型により加熱圧縮成形した後、前記熱可塑性の固形物を排出することにより中空形状の繊維強化プラスチック成形体を得る、繊維強化プラスチック成形体の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性の固形物を含む中子の周囲に、熱硬化性樹脂と繊維とを含むプリプレグを配置した成形前駆体を、成形用金型により加熱圧縮成形した後、前記熱可塑性の固形物を排出することにより中空形状の繊維強化プラスチック成形体を得る、繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項２】
前記成形前駆体の中子の体積が、前記中空形状の中空部の体積以下である、請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項３】
前記熱可塑性の固形物が、粒状の樹脂あるいは粉状の樹脂である、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項４】
前記熱可塑性の固形物に、凹凸加工、穴開け加工および溝加工の少なくとも１つが施されている、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項５】
前記熱可塑性の固形物の内部に空隙が存在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項６】
前記熱可塑性の固形物がワックスである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチック成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空形状、Ｕ字状等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）成形体は、航空機の胴体や翼等の大型ものものから、自転車のフレーム、テニスラケット、釣竿やゴルフシャフト等の小型のものまで幅広く利用されている。
【０００３】
中空形状、Ｕ字状等の繊維強化プラスチック成形体の製造方法としては、繊維（フィラメント）に樹脂を含浸させたプリプレグを中子の周囲に配置して成形を行った後に、前記中子を取り除く方法が知られている。
例えば、ワックス製成形型にＦＲＰ材を積層し、成形硬化後、ワックス製成形型を溶融除去する方法が提案されている（特許文献１）。
また、合成ワックスで中子を作製する工程と、前記中子の外面全体にプリプレグを貼付し、貼付したプリプレグにワックス排出孔を形成する工程と、中子とプリプレグを加熱し、プリプレグを熱硬化させつつ、溶融した合成ワックスをワックス排出孔から排出して繊維強化プラスチック成形体を得る工程と、を有する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００４】
さらに、繊維強化材と熱硬化性樹脂とを含むプリプレグを、中実なマンドレル材料の周囲に配置する工程と、前記プリプレグを硬化させて繊維強化プラスチック成形体を形成する工程と、前記繊維強化プラスチック成形体のガラス転移温度よりも低い温度で前記マンドレル材料を溶融させて液体材料とする工程と、前記液体材料を排出する工程と、前記繊維強化プラスチック成形体を冷却する工程と、を有する方法が提案されている（特許文献３）。
また、変形容易な中空体からなるマンドレルに流体を封入し、マンドレルの周囲に網目状に連続した樹脂含浸繊維束を巻きつけた後、加熱された成形型で拘束しながらマンドレルの内圧を高めて上記の樹脂を硬化させる方法が提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−７１２７号公報
【特許文献２】特開２００７−３０７８５３号公報
【特許文献３】特表２０１４−５３４９１４号公報
【特許文献４】特開昭６２−５８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法では、常温硬化で成形を行うため、硬化時間が長くなり、生産効率の低下を招く。また、ワックス表層に直接ハンドレイアップを行うため、ワックス溶融除去後、フィラメント間にワックスが残留する可能性がある。
特許文献２の方法では、プリプレグを硬化させつつ中子を溶融させて除去するため、工程数が少ない。しかし、プリプレグの硬化が充分に進む前に中子の一部が除去されやすく、特に大型の繊維強化プラスチック成形体の場合に形状が安定せず、また成形体にボイド等の空隙が生じることがある。そのため、高品質な繊維強化プラスチック成形体を効率的に得ることが難しく、経済的にも不利である。
【０００７】
さらに、特許文献３の方法では、特に上型と下型を備える成形用金型等の型締め時の圧力が一方向にかかりやすい場合に、マンドレル材料に均一に圧力が加わり難く、立ち面（金型キャビティ底部から上方向に延びる面）のボイドや角部の欠け等の成形不良が生じやすい。
また、特許文献４の方法では、マンドレル内に空気等のガスを封入するため、成形圧力が低くなりやすく、立ち面や角部では成形不良が生じやすい。
【０００８】
本発明は、容易に中子の圧力を制御することができ、中空形状の繊維強化プラスチック成形体を効率的かつ経済的に製造できる繊維強化プラスチック成形体の製造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】
【０００９】
本発明は、以下の構成を有する。
[１] 熱可塑性の固形物を含む中子の周囲に、熱硬化性樹脂と繊維とを含むプリプレグを配置した成形前駆体を、成形用金型により加熱圧縮成形した後、前記熱可塑性の固形物を排出することにより中空形状の繊維強化プラスチック成形体を得る、繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[２] 前記成形前駆体の中子の体積が、前記中空形状の中空部の体積以下である、[１]に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[３] 前記熱可塑性の固形物が、粒状の樹脂あるいは粉状の樹脂である、[１]又は [２]に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[４] 前記熱可塑性の固形物に、凹凸加工、穴開け加工および溝加工の少なくとも１つが施されている、[１]又は [２]に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[５] 前記熱可塑性の固形物の内部に空隙が存在する、[１]〜[４]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
[６] 前記熱可塑性の固形物がワックスである、[１]〜[５]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法によれば、容易に中子の圧力を制御することができ、中空形状の繊維強化プラスチック成形体を効率的かつ経済的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法における加熱圧縮成形の一例を示した模式断面図である。
【図２Ａ】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法における熱可塑性の固形物としてのワックスを内包する繊維強化プラスチック成形体が得られた状態を示した模式断面図である。
【図２Ｂ】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法において得られたワックスを内包する繊維強化プラスチック成形体にワックスを排出するための排出口を形成した状態を示した模式断面図である。
【図２Ｃ】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法において得られたワックスを内包する繊維強化プラスチック成形体に形成された排出口を介してワックスを排出した後の状態を示した模式断面図である。
【図３】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法における熱可塑性の固形物の形状の一例を示した模式図である。
【図４】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法における熱可塑性の固形物の形状の一例を示した模式図である。
【図５】本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法における熱可塑性の固形物の形状の一例を示した模式図である。
【図６】本発明の実施例および比較例における、中子の内圧の経時変化挙動を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法は、熱可塑性の固形物を含む中子の周囲に、熱硬化性樹脂と繊維とを含むプリプレグを配置した成形前駆体を、成形用金型により加熱圧縮成形した後、前記熱可塑性の固形物を排出することにより中空形状の繊維強化プラスチック成形体を得る方法である。
【００１３】
本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法によって得られる繊維強化プラスチック成形体は、繊維強化プラスチックからなる外層を有する中空形状の成形品である。
本発明で用いる熱可塑性の固形物は、中空形状や断面Ｕ字状等の繊維強化プラスチック成形体を製造する際に用いる中子としての機能を有するものである。また、本発明で用いる熱可塑性の固形物は、常温（２０℃）に代表される加熱加圧成形前の雰囲気温度下では可塑性を示さないが、加熱圧縮成型時には軟化又は溶融し、自由に変形する性質を持つ物質から構成されるものである。
この熱可塑性の固形物は、加熱圧縮成形後、例えば、成形体の熱変形温度以下、かつ熱可塑性の固形物の融点以上の温度とすることで、得られた成形体から容易に除去することができる。
【００１４】
この熱可塑性の固形物を構成する物質としては、例えば、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂、スズ、インジウム等のような低融点金属、はんだ、ウッド合金、ローズ合金、リポヴィッツ合金、ニュートン合金等のような易融合金、低融点ガラス、ワックス等が挙げられる。これらの中でも、プリプレグの成形温度以下の融点を有することができるとともに、所望の形状への加工が容易であり、かつ密度が低く、上記の成形前駆体を軽量化できる点から、ワックスを使用することが好ましい。
【００１５】
このワックスとしては、パラフィンワックス等のような天然ワックス、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス等のような合成ワックスを適宜選択して使用することができる。ワックスとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。ワックスとしては、比較的低温で溶けるロストワックス鋳造（ｌｏｓｔ−ｗａｘ  ｃａｓｔｉｎｇ）用ワックスを使用することが好ましい。ロストワックス鋳造用ワックスを使用することにより、本発明の繊維強化プラスチック成形体の成形後のワックスの除去が容易となる傾向にある。
これらワックスは、その融点（Ｔｍ）が、プリプレグの成形温度（Ｔｆ）に対して、Ｔｆ−６０≦Ｔｍ≦Ｔｆの関係にあることが好ましい。融点Ｔｍが前記範囲内であれば、成形不良が生じることを抑制でき、外観に優れた繊維強化プラスチック成形体が得られる。融点Ｔｍを好ましくはＴｆ−６０以上、より好ましくはＴｆ−５０以上、さらに好ましくはＴｆ−４０以上とすることによって、加熱圧縮成形前にはワックスが軟化し難く、中子の形状が安定するため、加熱圧縮成形前にプリプレグにシワが生じて繊維強化プラスチック成形体の外観が低下することを抑制できる。融点Ｔｍを好ましくはＴｆ以下、より好ましくはＴｆ−１０以下、さらに好ましくはＴｆ−２０以下とすることによって、加熱圧縮成形時にワックスが溶融して中子の内圧が高まりやすく、成形不良を抑制しやすい。
【００１６】
本発明に用いる熱可塑性の固形物を含む中子の体積は、成形後の中空形状の中空部の体積以下とすることが好ましい。繊維強化プラスチック成形体の成形前駆体を加熱圧縮する際に、熱可塑性の固形物が温度上昇により体積膨張して、中子の内圧が高まる。熱可塑性の固形物の体積膨張が大きく、中子の内圧が過大となって、成形不良が生じる可能性がある場合には、予め熱可塑性の固形物の体積を、成形後の中空形状の中空部の体積より小さくしておき、中子の内圧を制御する。熱可塑性の固形物の体積は、熱可塑性の固形物の各種材料選定や成形温度の条件により、適宜変更される。
【００１７】
熱可塑性の固形物の体積を小さくする方法としては、熱可塑性の固形物を粒状の樹脂あるいは粉状の樹脂とする方法、熱可塑性の固形物に、凹凸加工、穴開け加工および溝加工の少なくとも１つを施す方法、熱可塑性の固形物の内部に空隙を形成する方法が好ましい。これらの方法は、目的とする中子の内圧に応じて適宜選択される。また、熱可塑性の固形物の体積が、成形後の中空形状の中空部の体積と同じ場合であっても、熱可塑性の固形物の体積を小さくする方法を適用することにより、中子の内圧の上昇挙動を、前記の方法を適用しない場合と異なるようにすることが可能である。
【００１８】
以下、本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法の一例について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図の寸法等は一例であって、本発明は各図に示したものに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１９】
本実施形態の繊維強化プラスチック成形体の製造方法は、下記の成形工程を有し、さらに、下記のワックス等に代表される熱可塑性の固形物の排出工程を有する。
本実施形態の繊維強化プラスチック成形体の製造方法では、熱可塑性の固形物としてワックスを使用する場合を例示する。また、本実施形態の繊維強化プラスチック成形体の製造方法では、中子が、ワックスと、ワックスを包囲するバリア層とからなる場合を例示する。
成形工程：図１に示すように、ワックス１をバリア層２内に収容した中子３の周囲にプリプレグ４を配置した成形前駆体５を、成形用金型１０によりワックス１の少なくとも一部を溶融させつつ加熱圧縮成形する。
熱可塑性の固形物の排出工程：図２Ａ〜図２Ｃに示すように、成形工程後で得られた繊維強化プラスチック成形体６からワックス１を排出する。
この例は、パイプ等に用いられる四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を製造するものである。
【００２０】
（成形工程）
図１は、成形用金型１０の長さ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
本実施形態の成形工程では、まず、図１に示すように、ワックス１をバリア層２内に収容した中子３の周囲にプリプレグ４を配置した成形前駆体５を、成形用金型１０により加熱圧縮成形する。これにより、プリプレグ４が硬化して、図２Ａに示すように、中子３を内包する繊維強化プラスチック成形体６が得られる。なお、中子３の周囲にプリプレグ４を配置する際には、中子３の外面に添って（中子３の外形形状に添って）プリプレグ４を配置する。
【００２１】
中子３を形成する方法は、特に限定されない。中子３を形成する方法としては、例えば、事前に型で所定の形状に成形したワックス１を、バリア層２を形成するフィルムで覆い、該フィルムの端部同士を接着するか熱融着してバリア層２を形成し、バリア層２内にワックス１を密封して中子３とする方法が挙げられる。また、シュリンクチューブ内に予め所定の形状に成形したワックス１を入れ、該シュリンクチューブを熱収縮させてワックス１に密着させるとともに、該シュリンクチューブの両端部を熱融着して密封することによりバリア層２を形成して、中子３とする方法を採用してもよい。シュリンクチューブを用いる方法は、バリア層２がワックス１の形状に添い易く、容易に密封できる点で有利である。また、所定の形状にブロー成形して得たバリア層２内にワックスを溶融させて充填し、バリア層２の開口部を熱融着して密封し、中子３を形成してもよい。
あるいは、バリア層２となる液体ゴムをワックス１の周囲全面に塗布し、その液体ゴムを乾燥させてバリア層２とし、中子３を形成してもよい。さらに別の方法として、液体ゴムをワックス１の周囲全面に塗布した後、その液体ゴムの塗布面に繊維補強材となる不織布を貼り付け、さらに不織布に液体ゴムを塗布して、液体ゴムと不織布からなるバリア層２を形成し、中子３を形成する方法を採用してもよい。
【００２２】
プリプレグ４は、繊維と熱硬化性樹脂とを含む成形用複合材料である。プリプレグ４としては、例えば、繊維を一方向に引き揃えたＵＤ（ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）材、繊維を製織したクロス材、繊維からなる不織布や繊維をチョップしたＳＭＣ（ｓｈｅｅｔ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）等の繊維強化材に、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のプリプレグが挙げられる。
繊維としては、特に限定されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維等が挙げられる。これらのうち、繊維強化プラスチック成形体６に求められる形状安定性、機械的強度等の性能が発現し易いという観点から、炭素繊維が好ましい。繊維としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２３】
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、フェノール樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
また、プリプレグ４全質量に対する熱硬化性樹脂の含有量（以下、「樹脂含有量」という）は、１５〜５０質量％が好ましく、２０〜４５質量％がより好ましく、２５〜４０質量％がさらに好ましい。樹脂含有量が、１５質量％以上であれば、繊維と熱硬化性樹脂との接着性を充分に確保することができる。一方、樹脂含有量が、５０質量％以下であれば、繊維強化プラスチック成形体６の難燃性がより向上する。
【００２５】
プリプレグ４は、必要に応じて、繊維及び熱硬化性樹脂以外の任意成分（添加剤）を含んでいてもよい。そのような任意成分の例としては、例えば、難燃剤（例えば、リン含有エポキシ樹脂や赤燐、ホスファゼン化合物、リン酸塩類、リン酸エステル類等）、シリコーンオイル、湿潤分散剤、消泡剤、脱泡剤、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド、エステル類、パラフィン類等の離型剤、結晶質シリカ、溶融シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナ、炭酸カルシウム、タルク、硫酸バリウム等の粉体やガラス繊維、炭素繊維等の無機充填剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シランカップリング剤等が挙げられる。
また、プリプレグ４全質量に対する任意成分の含有量は、０〜２５質量％が好ましく、１〜２０質量％がより好ましく、１〜１５質量％がさらに好ましい。
【００２６】
成形前駆体５の形態は、特に限定されず、例えば、２枚のシート状のプリプレグ４で中子３全体を包み込むように配置した形態が挙げられる。
【００２７】
この例の成形用金型１０は、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を製造するためのものであり、下型１２と上型１４とを備える。下型１２の上面側には凹部１２ａが形成されている。上型１４の下面側には、下型１２の凹部１２ａに嵌まり込む凸部１４ａが形成されている。成形用金型１０においては、下型１２と上型１４とを近接させて型締めすることで、内部に目的の繊維強化プラスチック成形体６の形状と相補的な形状のキャビティ（凹部１２ａと凸部１４ａによって形成される空間）が形成される。
【００２８】
成形用金型１０は開閉機構を備えていれば充分であり、高圧プレス機を採用していなくてもよい。つまり、下型１２と上型１４とを互いに近接させて型締めした段階では、成形前駆体５にかかる圧力は必ずしも充分に高くなくてもよい。型締めの段階で成形前駆体５にかかる圧力が不充分であっても、後述するように加熱圧縮成形時にワックス１が溶融して中子３の内圧が高まることで、成形前駆体５に充分な圧力がかかる。そのため、成形不良が起きることを抑制でき、寸法精度の高い繊維強化プラスチック成形体６が得られる。
【００２９】
成形前駆体５を成形用金型１０で加熱圧縮成形する方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。中子３の周囲にプリプレグ４を配置して成形前駆体５を形成した後、成形前駆体５を、室温にて成形用金型１０のキャビティ形状と略同じ形状に予備賦形して、プリフォームとする。次いで、予め加熱した成形用金型１０の下型１２の凹部１２ａ内に成形前駆体５（プリフォーム）を載置し、成形用金型１０を型締めして加熱圧縮成形し、プリプレグ４を硬化させる。
【００３０】
なお、加熱圧縮成形方法は、前記方法に限定されない。例えば、以下のＲＴＭ（レジントランスファー成形）法を採用してもよい。具体的には、中子３の周囲に、プリプレグの代わりに、熱硬化性樹脂を含浸していない繊維強化材（ファブリック）を配置し、下型１２の凹部１２ａ内に中子３と繊維強化材を載置し、成形用金型１０を型締めする。次いで、成形用金型１０内に未硬化の熱硬化性樹脂を注入し、繊維強化材に熱硬化性樹脂を含浸させた後、成形用金型１０を加熱硬化して成形体６を得る。
【００３１】
本発明においては、成形温度以下で溶融する熱可塑性の固形物を中子に使用することが好ましい。このようにすれば、中子においてバリア層内に収容した熱可塑性の固形物の少なくとも一部を溶融させつつ成形前駆体を加熱圧縮成形することができる。
この例では、成形用金型１０の熱がプリプレグ４に伝わり、さらにバリア層２を介してワックス１にも伝わることで、ワックス１の少なくとも一部が溶融する。
【００３２】
ワックス１は加熱により膨張し、さらに溶融時に大きく膨張するため、加熱圧縮成形時には中子３の内圧が高まる。また、バリア層２内で溶融状態となったワックス１は流動するため、中子３全体で内圧が均一になる。中子３の内圧が均一になることで、加熱圧縮成形において、プリプレグ４には成形用金型１０の下型１２と上型１４とを閉じる上下方向以外の方向にも圧力が均一にかかる。
【００３３】
中子３ではワックス１がバリア層２に収容されているため、溶融したワックス１がプリプレグ４の外側に漏れ出すことが抑制されている。また、バリア層２は可撓性を有し伸延できるため、ワックス１の流動に伴う中子３の外形形状の変形を許容できる。そのため、ワックス１の膨張により内圧が高まると中子３が広がる。これにより、仮に中子３とその周囲に配置したプリプレグ４との間に空隙が形成されていても、中子３の変形によって該空隙が埋められる。また、成形用金型１０内の隅部において成形面とプリプレグ４との間に空隙が形成されていたとしても、中子３の変形（膨張）に伴ってプリプレグ４が成形面に押し付けられることで該空隙が埋められる。このように、プリプレグ４が中子３と成形用金型１０の成形面に隙間なくしっかりと密着するため、成形不良が生じることが抑制される。これにより、特に立ち面の曲がりやシワ、ボイド等が生じ難くなり、所定の肉厚を有する寸法精度の高い繊維強化プラスチック成形体６が得られる。角部が直角の繊維強化プラスチック成形体６を製造する場合も、成形用金型１０の隅部にプリプレグ４が充分に満たされ、該角部が成形用金型１０の成形面に沿って高い精度で直角になる。
【００３４】
加熱圧縮成形時に、成形用金型１０の型締め圧力よりもワックス１の膨張に起因する中子３の内圧が大きくなり過ぎると、成形用金型１０が開くことになる。また、中子３の内圧が過大になるとバリア層２の破損や、プリプレグ４の繊維の目開きの原因となり、成形不良につながる。その対策として、予めワックス１の体積を、成形後の中空形状の中空部の体積より小さくしておき、体積膨張による中子３の内圧を制御する。予め小さくしておくワックス１の体積は、成形時に膨張したワックス１の体積と中空部の体積が同等になるようにしておくことが好ましい。
【００３５】
図３には、ワックス１の体積を減らす方法の一つとして、直方体状のワックス１に穴開け加工を施した例を示す。ここでは、ワックス１に、その高さ方向（下型１２と上型１４とを閉じる上下方向）に貫通する２つの貫通穴１ａを、ワックス１の縦方向（ワックス１の上面１ｂおよび下面１ｃの長辺方向）に等間隔に形成した場合を示す。貫通穴１ａは、ワックス１の上面１ｂおよび下面１ｃに開口部を有する。また、貫通穴１ａの開口部は、ワックス１の上面１ｂおよび下面１ｃにて、等間隔に配置されている。この例では、成形時の加熱により、表層から溶融したワックス１は、貫通穴１ａに流れ込み、ワックス１が中実の場合と比較して中子３の内部におけるワックス１の体積が減るため、中子３の内圧の上昇が抑制される。また、貫通穴１ａの直径、数、深さ等を適宜調整することにより、中子３の内圧の上昇挙動を制御することが可能になる。
【００３６】
図４には、ワックス１の体積を減らす方法の一つとして、直方体状のワックス１の表層に溝加工を施した例を示す。ここでは、ワックス１の表層（上面１ｂ側の層）に、ワックス１の縦方向（ワックス１の上面１ｂおよび下面１ｃの長辺方向）の全長に延在する２つの溝１ｄを、ワックス１の横方向（ワックス１の上面１ｂおよび下面１ｃの短辺方向）に等間隔に形成した場合を示す。溝１ｄは、ワックス１の縦方向と垂直な断面において、上面１ｂから下面１ｃ側に窪む凹状をなしている。この例では、成形時の加熱により、表層から溶融したワックス１は、溝１ｄに流れ込み、ワックス１が中実の場合と比較して中子３の内部におけるワックス１の体積が減るため、成形開始初期の中子３の内圧の上昇を抑えることができる。溝１ｄの形状、大きさ（幅、深さ）、数等を適宜調整することにより、中子３の内圧の上昇挙動を制御することが可能になる。
【００３７】
図５には、ワックス１の体積を減らす方法の一つとして、直方体状のワックス１の内部に空間１ｅを形成した例を示す。ここでは、ワックス１の内部に空間１ｅを形成した場合を示す。空間１ｅは直方体状をなしている。この例では、成形時の加熱により、ワックス１の溶融が進んだ際、ワックス１が中実の場合と比較して中子３の内部におけるワックス１の体積が減るため、中子３の内圧の上昇を抑えることができる。空間１ｅの位置、形状、大きさ、数等を適宜調整することにより、中子３の内圧の上昇挙動を制御することが可能になる。
【００３８】
加熱圧縮成形においては、ワックス１の一部のみを溶融させてもよく、全体を溶融させてもよい。ワックス１は、成形用金型１０からの熱伝導により溶融する。ワックス１は熱伝導率が低いため、特に中子３の容積が大きく、成形時間が短い場合には、ワックス１の表層のみが溶融する。
加熱圧縮成形における成形サイクルを向上させるには、プリプレグ４を効率良く加熱する必要がある。中子３のワックス１を溶融させるために熱が消費されるほど、プリプレグ４の温度を上げるのに時間を要する。成形サイクルの向上の点では、加熱圧縮成形においてワックス１の表層のみを溶融させることが好ましい。また、ワックス１の表層のみを溶融させる場合は、仮に溶融したワックス１がバリア層２から漏れ出すことがあったとしも、溶融している量が少量である。よって、成形用金型１０から漏れ出したワックス１は急激に冷却されて固化するため、ワックス１の漏れ出しによる悪影響を最小限にできる。
【００３９】
（熱可塑性の固形物の排出工程）
成形工程後で得られた繊維強化プラスチック成形体６からワックス１を排出する。ワックス１を排出する方法としては、加熱圧縮成形後において、繊維強化プラスチック成形体６の熱変形温度以下、かつワックス１の融点以上の温度で、ワックス１を繊維強化プラスチック成形体６の外部に排出する方法が好ましい。具体的には、ワックス１の融点＋２０度以上の温度にすれば、排出が促進されるため好ましい。
具体的には、例えば、図２Ｂに示すように、繊維強化プラスチック成形体６に排出孔７を形成した後、繊維強化プラスチック成形体６を、その熱変形温度以下で、かつワックス１の融点以上に加熱する。これにより、図２Ｃに示すように、溶融したワックス１が排出孔７から繊維強化プラスチック成形体６の外部に排出される。ワックス１を溶融させることで排出孔７が小径であっても、ワックス１を排出させることができる。
【００４０】
繊維強化プラスチック成形体６に排出孔７を形成する方法としては、特に限定されず、例えば、ドリル加工、ホールソー加工等が挙げられる。
中子３及び繊維強化プラスチック成形体６を加熱する方法としては、特に限定されず、例えば、オーブン加熱、赤外線加熱等が挙げられる。
【００４１】
この例のように長尺な繊維強化プラスチック成形体６の場合には、製品の品質に悪影響がない範囲で、繊維強化プラスチック成形体６に排出孔７に加えてエアブロー孔をさらに設け、エアブロー孔を通じてエアブローを行って排出孔７からのワックス１の排出を促進してもよい。また、中子３内に予め紐を配置しておき、ワックス１の排出時に紐を引き出すことにより、ワックス１の排出を促すこともできる。
繊維強化プラスチック成形体６内のバリア層２は、必要に応じて引き出してもよく、そのまま繊維強化プラスチック成形体６内に残してもよい。
【００４２】
以上説明した本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法においては、ワックス等に代表される熱可塑性の固形物を含む中子を用いて加熱圧縮成形を行う。圧縮成形時に熱可塑性の固形物の少なくとも一部を溶融させることにより、中子の内圧を充分に高めることができるため、中子とプリプレグの間や、プリプレグと成形用金型の成形面の間に空隙が存在した状態でプリプレグの硬化が進行することを抑制できる。また、熱可塑性の固形物を含む中子の体積を、成形後の中空形状の中空部の体積以下とすることにより、中子の内圧を制御することができる。加熱圧縮成形前には熱可塑性の固形物が軟化し難く中子の形状が安定するため、加熱圧縮成形前にプリプレグにシワが生じることは少なく、繊維強化プラスチック成形体にもシワができることを抑制できる。このように、大型の繊維強化プラスチック成形体であっても成形不良が生じることを抑制でき、外観に優れた中空形状の繊維強化プラスチック成形体を効率的かつ経済的に製造することができる。
【００４３】
なお、本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法は、前記した方法には限定されない。例えば、前記した方法は、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体を製造する方法であったが、断面Ｕ字状の繊維強化プラスチック成形体を製造する方法であってもよい。この場合は、中子の一部が露出し、それ以外の部分がプリプレグで覆われた成形前駆体を形成し、中子の一部が成形用金型の成形面に接する状態で加熱圧縮成形を行う。また、ワックス等に代表される熱可塑性の固形物の排出においては、繊維強化プラスチック成形体に排出孔を設ける必要はない。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
【００４５】
［中子の内圧、ワックスの表面温度及び中心温度］
加熱圧縮成形における中子の内圧は、下金型端面と面位置が同じになるように圧電圧力センサーを取り付け、測定した。また、中子内のワックスの表面温度及び中心温度は、熱電対により測定した。
【００４６】
［実施例１］
ワックス１として合成ワックス（製品名「Ｆｉｌｅ−Ａ−Ｗａｘ  Ｇｒｅｅｎ」、Ｆｒｅｅｍａｎ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ＆  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ社製、融点Ｔｍ：１１７℃、密度：０．９ｇ／ｃｍ３）を用い、このワックス１をポリオレフィン製のシュリンクチューブ（厚み：１５μｍ；融点Ｔｂ：１４５℃）内に入れ、該シュリンクチューブを熱収縮させてワックス１に密着させるとともに、該シュリンクチューブの両端部を熱融着して密封することにより、シュリンクチューブからなるバリア層２を形成して中子３を作製した。
ワックス１の形状を、縦１００ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ２４ｍｍの直方体とした。また、図３と同様の向きに、ワックス１に直径６ｍｍの貫通穴１ａを均等な間隔で１８カ所形成した。これにより、穴開け加工前に対して、ワックス１の重量を１０％程度減らした。
次いで、プリプレグ４として、炭素繊維からなる繊維強化材にエポキシ樹脂を含浸したプリプレグ（三菱レイヨン社製、製品名「ＴＲ３１１０  ３６０ＧＭＰ」；樹脂含有率：４０質量％）を用い、該プリプレグ２枚を中子３の周囲全体を覆うように配置した後、成形用金型１０のキャビティ形状と略同形状に、室温にて予備賦形して成形前駆体５（プリフォーム）を得た。
次いで、成形用金型１０の下型１２の凹部１２ａ内に成形前駆体５を配置して成形用金型１０を型締めした。型締めから型開きまでの平均成形温度を１４０℃、成形時間を５分として加熱圧縮成形を実施して、中子３を内包する繊維強化プラスチック成形体６を作製した。
次いで、ドリル加工により、繊維強化プラスチック成形体６にワックス排出用の排出孔７（直径：１０ｍｍ）を形成した。
次いで、オーブン加熱により中子３及び繊維強化プラスチック成形体６を１３０℃に加熱し、ワックス１を溶融させて排出孔７から排出し、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を得た。
【００４７】
［実施例２］
ワックス１の形状を、縦１００ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ２４ｍｍの直方体の上面１ｂおよび下面１ｃに、図４と同様の向きに、幅５ｍｍ、深さ４ｍｍの溝１ｄを均等な間隔で３つずつ形成したものとした。これにより、溝加工前に対して、ワックス１の重量を１０％程度減らしたこと以外は実施例１と同様にして、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を得た。
【００４８】
［実施例３］
ワックス１を、次のように形成した。縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ２４ｍｍの直方体のワックスに、その側面から中心部に向かい、かつ直方体の上面および下面と平行に、縦３０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの穴を形成し、穴開け加工前に対して、１０％程度重量を減らした、中空形状のワックスを２つ用意した。次いで、その中空形状のワックスにおける穴を形成した面（穴の開口部が存在する面）同士を溶着させて、図５に示すような、内部に空間１ｅを有するワックス１を形成した。このワックス１を使用したこと以外は実施例１と同様にして、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を得た。
【００４９】
［実施例４］
ワックス１に形成する貫通穴１ａの数を９カ所とし、穴開け加工前に対して、ワックス１の重量を５％程度減らしたこと以外は実施例１と同様にして、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を得た。
【００５０】
［比較例１］
ワックス１の形状を、縦１００ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ２４ｍｍの中実な直方体としたこと以外は実施例１と同様にして、四角筒状の繊維強化プラスチック成形体６を得た。
【００５１】
図６に型締めから型開きまでの成形時間５分間における、中子の内圧の経時変化挙動を示した。縦軸は、成形開始の金型を閉じた際の圧力を初期圧力として、測定圧力を初期圧力で割った値を示している。各実施例、比較例を比較したところ、比較例１に対し、実施例１〜４のいずれの場合も、緩やかな上昇カーブとなった。また、実施例４は、実施例１と比較例１の間の上昇挙動を示し、中子の内圧の上昇挙動を制御することができた。
【符号の説明】
【００５２】
１  ワックス（熱可塑性の固形物）
２  バリア層
３  中子
４  プリプレグ
５  成形前駆体
６  繊維強化プラスチック成形体
７  排出孔
１０  成形用金型
１２  下型
１４  上型
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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