(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型及び下型よりなる成形型を型開きし、各型キャビティの表面に皮膜用の樹脂を塗布して、成形体（１）の最外皮となる表層部（２）を形成し、次いで、前記表層部（２）に、マトリックス樹脂に強化繊維を混入した繊維強化樹脂を塗布して外層部（３）を形成し、この外層部（３）に、強化繊維を静電植毛法により、当該外層部（３）に対し投錨させて静電植毛部（５）を設け、更に型締めして、前記型キャビティ内に強化繊維を含まない樹脂を注入して内層部（４）を形成した後、前記成形型を型開きして、前記成形体（１）を離型してなることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記静電植毛部（５）を設けるにあたり、強化繊維を、前記外層部（３）の面に対し垂直方向に投錨させて静電植毛部（５）を設けることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法とこれにより製造された繊維強化樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂成形体は、軽量で耐食性に優れていることから、自動車のパネルや部品、各種機器のハウジングなど、比較的大型の製品に用いられている。従来の繊維強化ＲＩＭ（反応射出成型法）成形において、製品となる繊維強化樹脂成形体は、部位にかかわらずほぼ均質に強化繊維がマトリックス樹脂原料に分散し、一定の混合率で複合している。
【０００３】
このマトリックス樹脂原料は、強化繊維相互を結合して繊維の強度性能を発揮させ、また、マトリックス樹脂が繊維間を埋めて、形状を保持する。この場合、あらかじめ強化繊維を液状のマトリックス樹脂に混練しておくか、又は、マトリックス樹脂原料を注入する際に強化繊維を混入させている。いずれの場合も、強化繊維は、型への樹脂注入ゲートより上流で既にマトリックス樹脂と混合されている。これは、得られる製品中に繊維がほぼ一様に分布することを企図していることによる。
【０００４】
また、別の強化繊維としてマット状、編織物状、又はこれらを組み合わせたものをプリフォームしておき、あらかじめ型キャビティ内にセットしてから型締めし、マトリックス樹脂原料を注入する方法も知られている。
【０００５】
このような従来技術において、下記特許文献１は、上型及び下型よりなる成形型の型キャビティの中に繊維強化材を載置して型締めし、次いで上記型キャビティ内に液状のマトリックス用樹脂原料を注入し、これを硬化させた後型開きして成形体を取り出す繊維強化樹脂成形体の製造方法において、成形体の表面に空隙、しわ、ふくれ、クラック、ピンホール、ファイバーパターンなどの欠陥部がなく、表面平滑性に優れた繊維強化樹脂成形体を得ることを目的とする技術を提案している。
【０００６】
すなわち、特許文献１の技術は、型キャビティ内に注入された前記液状のマトリックス用樹脂原料の硬化進行中又は硬化完了後に、前記上型に設けた注入口より型キャビティ内に液状の被膜用樹脂原料を注入して、繊維強化樹脂成形体の表面に被膜用樹脂原料よりなる被膜層を形成させ、マトリックス用樹脂原料及び被膜層の硬化が完了した後、成形型を型開きして成形体を取り出して繊維強化樹脂成形体を得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１４７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術において、一般的にマトリックス樹脂原料に強化繊維を混入することで繊維の性能が付加され、樹脂成型体の強度、剛性は向上する利点を有する。しかし、強化繊維の比重はマトリックス樹脂と比較して大きいので、製品の強度、剛性は高くなる反面、製品重量が増すという不都合がある。
【０００９】
更に、強化繊維は、マトリックス樹脂原料混入時に互いに衝突する。すなわち、ここで生成された、繊維の混合された樹脂材料を型へ注入するとき、及び、続いて型キャビティの中での流動・充填時に、強化繊維は、互いに、また、型キャビティ内壁に、衝突する。
【００１０】
このように、製品の形状に沿うべく充填される際の急激な変局のために、強化繊維は折れ曲がり、破断する。更に強化繊維は、樹脂への混入前よりもその繊維長は短くなり、また、変形してしまう。加えて、型キャビティ内部での流動・充填の際には、繊維の分布、配向は安定せずに、製品の安定性を阻害する。この場合、強化繊維の非均一な充填で製品形状に歪が出ることもある。
【００１１】
また、強化繊維は、マトリックス樹脂に比べて高価であるため、強化繊維が製品（繊維強化樹脂成形体）にほぼ一様に分布したとしても、製品の構造上で強度、剛性を必要としない部位にまで強化繊維が充填されるので、費用対効果で劣ることとなる。
【００１２】
更に強化繊維の比重はマトリックス樹脂より大きいので、同等形状の同等機能製品の重量が増加してしまう。また、強化繊維が混入されたマトリックス樹脂は流動性が悪いので、これを補完するため製品を厚板にする必要がある。
【００１３】
製品成形時に強化繊維は型に衝突するが、強化繊維は攻撃性があり、型寿命を短くする。したがって、型材には金属材料が必要になり、よって型費が上昇し、ＲＩＭ成形における金型コストの廉価性といった特徴は失われてしまう。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、上記従来技術の欠点を除去するべく強化繊維を製品内部で効率的に配する成形方法を確立し、これにより、製品の強度、剛性の向上、軽量化とコストダウンを同時に実現することを目的とする。すなわち、本発明は、型を傷めることなく、したがって型寿命を長くし、樹脂型、簡易型でも成形を可能として、型費を節減、製品価格を下げることの可能な繊維強化樹脂成形体の製造方法及びこれにより製造された繊維強化樹脂成形体を提案するものである。
【００１５】
本願第１請求項に記載した発明は、上型及び下型よりなる成形型を型開きし、各型キャビティの表面に皮膜用の樹脂を塗布して、成形体（１）の最外皮となる表層部（２）を形成し、
次いで、前記表層部（２）に、マトリックス樹脂に強化繊維を混入した繊維強化樹脂を塗布して外層部（３）を形成し、
この外層部（３）に、強化繊維を静電植毛法により、当該外層部（３）に対し投錨させて静電植毛部（５）を設け、
更に型締めして、前記型キャビティ内に強化繊維を含まない樹脂を注入して内層部（４）を形成した後、前記成形型を型開きして、前記成形体（１）を離型してなることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法である。
【００１６】
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記静電植毛部（５）を設けるにあたり、強化繊維を、前記外層部（３）の面に対し垂直方向に投錨させて静電植毛部（５）を設けることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、成形体の最外皮となる表層部の上に、強化繊維を混入した繊維強化樹脂を塗布して外層部を形成し、その後、型締めして、型キャビティ内に強化繊維を含まない樹脂を注入して内層部を形成するので、すなわち、外層部だけ強化繊維を混入し、内層部は強化繊維を含まないで形成されるので、軽量化とコスト低減を図ることができる。
【００２０】
また、型キャビティ内に強化繊維を含まない樹脂を注入して内層部を形成するので、従来生じ得た型を傷めるようなことがなく、したがって型寿命を長くし、樹脂型、簡易型でも成形を可能として、型費を節減、製品価格を下げることが可能となる。また、内層部を形成する場合に、強度、剛性の保持の観点から、幾ばくかの強化繊維を含む樹脂を注入してしも、上記外層部および表層部が存在するので、型を傷めることがない。その意味で、本発明の「型キャビティ内に強化繊維を含まない樹脂を注入して内層部を形成し」は、成形体の大きさや、上型及び下型よりなる成形型の構造などに鑑みて、型を傷めることがない程度の強化繊維の混入を排斥するものではない。
更に静電植毛部では、強化繊維間に樹脂が含浸するように外層部と内層部の接触面が成形され、外層部と内層部が強固に接合される。これは注入樹脂に対してその接触面は極めて面積が大きく、すなわちアンカー効果が発揮される。また、外層部と内層部の接触面では強化繊維の配向方向をほぼ垂直に変化させた場合は、内層部に注入される樹脂には強化繊維を混入することなく結合力を高めうることにより、製品の強度・剛性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係り、繊維強化樹脂成形体を示す縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係り、繊維強化樹脂成形体を示す縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係り、繊維強化樹脂成形体を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。図１〜図３に示すように、本例の製造品たる繊維強化樹脂成形体１は、外側から内部にかけて、表層部２、外層部３、内層部４で構成される。本例では、表層部２は、ＡＢＳ、アクリル樹脂などの樹脂を塗布して形成される。外層部３は、前記表層部２で塗布したものと同種の樹脂、すなわちＡＢＳ、アクリル樹脂などをマトリックとして、これに強化繊維を混入した繊維強化樹脂を、当該表層部２に塗布して形成され、内層部４は、強化繊維を含まない樹脂を反応射出成型法（ＲＩＭ）で成形されている。もっとも、マトリックスとする樹脂は上述したものに限られずに適宜のものを用いることができ、また、表層部２の上に外層部３を形成するので、両者のマトリックス樹脂は相互に親和性のよいものを選択することが望ましい。尚、図１に示す実施例では、外層部３と内層部４との間に、静電植毛部５を設けている。
【００２３】
本例の製造方法に使用する型キャビティは、前記従来例のものと同様に、上型及び下型を型締めして型キャビティを形成する成形型が用いられる。尚、この成形型は、適宜のものが用いられるので、これらの図示を省略している。
【００２４】
以下、本例の製造方法を順次説明すると、まず、上型及び下型の型開きをして、あらかじめ型キャビティの表面にＡＢＳ、アクリル樹脂などの樹脂が塗布される。ここは成形品の表層部の最外皮にあたるもので、表面品質、塗装密着性、メッキ性を確保する。
【００２５】
次に、これらＡＢＳ、アクリル樹脂などをマトリックスとし強化繊維を混入した複合材料すなわち繊維強化樹脂を、前記表層部の上に重ねて塗布する。これにより、表層部２の上に、外層部３が形成される。
【００２６】
強化繊維には炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維、ナイロン繊維などを用いる。尚、ここでは繊維強化樹脂を何層か重ねてもよい。このとき強化繊維の量や配向を換えて複数層重ねてもよい。
【００２７】
また、マトリックス樹脂の塗布にはスプレーアップ法、静電塗装、刷毛塗りなどを利用する。塗布時の噴射圧力と方向、溶剤量などで繊維の配向をコントロールする。塗布は自動化して複雑性を保証し、製品の安定性を高めるようにするとよい。尚、製品表面に近い部分では、一般に繊維は型表面に添い配向されることが望ましい。このようにすることで、製品が通常受ける負荷の主応力方向に対して、効率的に強度、剛性を向上させることができる。
【００２８】
これらの塗布は複数の工程、又は、連続的に階層化された工程からなる。また、樹脂の種類を段階的に変えたり、樹脂と繊維の比率（繊維ゼロを含む）を段階的に変えたり、繊維の配向方向を段階的に変化させるなど、最適化することができる。
【００２９】
外層部でも最も中心部に近く内層部と接する部分では、図１に示すように、強化繊維方向を製品板厚に対して垂直に配向してなる静電植毛部５を設けることが望ましい。これは静電植毛法により繊維の配向をコントロールすることで実現できる。あらかじめ接着性樹脂をマトリックス樹脂層に塗布してから強化繊維を塗布面に垂直に投錨させる。強化繊維を固定させた後、複数層からなる外層部の工程が完了する。
【００３０】
その後、上型及び下型は型締めされ、反応射出成型（ＲＩＭ）の工程に移行する。この反応射出成型では、ウレタン或いはウレアなどの樹脂が注入される。つまり、強化繊維を含まない樹脂だけが注入され内層部が成形される。ここにおいて、あらかじめ塗布された外層部の繊維強化マトリックス樹脂と結合される。
【００３１】
植毛層では、強化繊維間に樹脂が含浸するように外層部と内層部の接触面が成形され、外層部と内層部が強固に接合される。これは注入樹脂に対してその接触面は極めて面積が大きく、すなわちアンカー効果が発揮される。このように外層部と内層部の接触面では強化繊維の配向方向をほぼ垂直に変化させることで、内層部に注入される樹脂には強化繊維を混入することなく結合力を高めることにより、製品の強度・剛性を維持することができる。
【００３２】
外層部を繊維強化樹脂とし、更に繊維配向コントロールして外層部と内層部の接合を強化できるので、内層部注入樹脂に発泡剤を混合し多孔質樹脂とすることもできる。多孔質を有する発泡成形品はソリッド成形品に比べて強度は劣るものの軽量で衝撃吸収特性に優れる。そして、アンカー効果により内外層の接合が強化されれば、製品の強度・剛性は外層部の繊維強化樹脂が主に担い、内層部の発泡率を高めることで一層の軽量化および低コスト化を実現できる。注入樹脂の注入時間はマトリックス樹脂との親和、結合が最大になる時間にコントロールされる。
【００３３】
一方、製品の強度・剛性を配慮して、必要最小限の強化繊維を混入した樹脂を注入して内層部を成形してもよい。いずれにしても外層部の繊維強化マトリックス樹脂と結合される。このように、本例の繊維強化樹脂成形体は、成形品の外層部（表層を除く）に強化繊維が混入されたマトリックス樹脂層（複数層）で覆い、内層部は強化繊維を最小限含んだＲＩＭ成形により成形された樹脂層で構成されるものであり、いわば階層構造をもった繊維強化樹脂成形体である。
【００３４】
本例の繊維強化樹脂成形体において、内層部の形成において、内層部樹脂を発泡させれば、多孔質樹脂成形体の多数の気泡が樹脂の使用量を削減し、軽量化とコスト低減が更に図れる。また、気泡生成をコントロールすることで、所望の製品強度・剛性を得ることができる。
【００３５】
このように、本例の製造方法によれば、従来のＲＩＭ成形の長所はそのまま保持でき、しかも、複雑形状や厚肉成形品の成形を容易化することができる。また、薄肉部から局所的な厚肉部など急激な板厚変化にも素早く樹脂が浸透し、ヒケを起こさないなど精度の高い成形品が容易に得られる。
【００３６】
また、本例の繊維強化樹脂成形体は、繊維強化ＲＩＭ成形樹脂製品において外層部が繊維で強化されている。そして、繊維の種類、配向を選択することができ、これによって、例えば厚肉部を大きくして、強度、剛性を高め得るなど、設計の自由度を増すことができる。
【００３７】
更に、内層部には軽量の樹脂を充填できるので重量を抑えることができる。また、注入樹脂を発泡させることも可能であるため、一層の軽量化とコストダウンを図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、繊維強化ハンドレイアップ、炭素繊維強化製品、熱可塑樹脂インジェクション製品では実現できなかった製品を一体化して実現し得るものとして好適である。
【符号の説明】
【００３９】
１    繊維強化樹脂成形体
２    表層部
３    外層部
４    内層部
５    静電植毛部
【図１】
0006609143.tif 000002
【図２】
0006609143.tif 000003
【図３】
0006609143.tif 000004