(57)【要約】【課題】凸部の側面の全体に強化材である長繊維が存在し、かつ凸部の頭頂部の周縁に欠損部分が発生することがない繊維強化プラスチック成形品の製造方法を提供する。【解決手段】長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを上型と下型からなる金型の下型１上に配置した後、金型を閉じて圧縮成形し、頭頂部が平面である凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法において、凸部に対応する下型１の凸部３の側面５に配置されるファブリックプリプレグ１３（プリプレグ）を、その一部が下型１の凸部３の頭頂部４に乗るように配置する。【選択図】        図１
2004291265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを上型と下型からなる金型内に配置した後、金型を閉じて圧縮成形し、頭頂部が平面である凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法であって、
前記凸部に対応する下型の凸部の側面に配置されるプリプレグを、その一部分が対応する下型の凸部の頭頂部に乗るように配置することを特徴とする繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項２】
下型の凸部の側面に配置されるプリプレグの、下型の凸部の頭頂部に乗る部分は、下型の凸部の頭頂部の縁から中心に向かう長さが縁から中心までの長さの２．５％以上１００％未満であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項３】
下型の凸部の側面に配置されるプリプレグが、ファブリックプリプレグであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項４】
前記ファブリックプリプレグが、バイアスクロスのプリプレグであることを特徴とする請求項３記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項５】
下型の凸部の側面に配置されるプリプレグが、バイアス層を構成する積層プリプレグであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項６】
プリプレグの長繊維が、炭素繊維であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか一項に記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項７】
頭頂部が平面である凸部を有し、この凸部の側面部全体に長繊維が存在する繊維強化プラスチック成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリプレグを用いた圧縮成形によって、凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを上型と下型からなる金型内に配置した後、金型を閉じて圧縮成形し、凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
また、最近では、下型上に、２５ｍｍ〜５０ｍｍ程度の短繊維と熱硬化性樹脂からなるシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）、一方向に引き揃えられた長繊維に熱硬化性樹脂を含浸した一方向プリプレグ、および長繊維の織物に熱硬化性樹脂を含浸したファブリックプリプレグを順次積層した後、金型を閉じて圧縮成形し、凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造することが行われている。以下、この製造方法の一例を、具体的に説明する。
【０００４】
まず、図５に示すように、下型１の表面に、シートモールディングコンパウンド１１を配置し、凸部３以外のシートモールディングコンパウンド１１上に一方向プリプレグ１２を配置し、凸部３のシートモールディングコンパウンド１１上にファブリックプリプレグ１３を配置し、さらに、一方向プリプレグ１２上にファブリックプリプレグ１３を配置する。
【０００５】
次いで、金型を閉じ、下型１および上型２によってＳＭＣおよびプリプレグを加熱しながらプレスして、いったん熱硬化性樹脂を軟化させ、ＳＭＣおよびプリプレグを一体化させる。圧縮成形後、金型を開き、図６に示すような、シートモールディングコンパウンド１１、一方向プリプレグ１２およびファブリックプリプレグ１３が一体、硬化した凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を得る。
【０００６】
しかしながら、この製造方法においては、圧縮成形前のＳＭＣおよびプリプレグはかさ高く、金型内面とは同じ寸法ではないため、圧縮成形時にずれやすく、金型内で正確な位置決めを行いＳＭＣおよびプリプレグを配置することは困難という問題があった。
【０００７】
また、このような繊維強化プラスチック成形品においては、切断、穴開け等の加工のしやすさ、意匠性の観点から、最も上層側に長繊維の織物が配置される。したがって、製造の際には、ファブリックプリプレグ１３が最も上層に配置される。
しかしながら、圧縮成形時に、凸部３に配置されたファブリックプリプレグ１３の長繊維の織物が凸部３の外方に向かって引っ張られてしまうと、長繊維は炭素繊維やガラス繊維といった伸びの少ないものであるため、凸部３の頭頂部４の周縁において、長繊維の織物が下型側に沈み込んだり、長繊維が切れてしまったりすることがあった。
【０００８】
長繊維の織物が下型側に沈み込んだり、長繊維が切れてしまったりした部分には、強化材である繊維が存在せず、樹脂のみが存在する樹脂溜まりが形成されてしまう。この樹脂溜まりは、繊維が存在しないため強度が低く、欠けやすいため、凸部３の頭頂部４の周縁にヒケと呼ばれる、図６に示すような欠損部分１５ができやすかった。
【０００９】
なお、凸部を有する繊維強化プラスチック成形品においては、凸部の頭頂部は他の部品との接続部分となることが多く、この部分に必ずしも長繊維の織物が存在していなくてもよい。よって、凸部３の頭頂部４の周縁に欠損部分を生じさせないために、図７に示すように、凸部３の側面５のみに帯状のファブリックプリプレグ１３を１周させて配置することが考えられる。
しかしながら、帯状のファブリックプリプレグ１３を凸部３の側面５に配置した場合では、金型を閉じる際に、凸部３の側面５に配置されたファブリックプリプレグ１３が、凸部３の外方に向かってずれ落ちてしまいやすい。ファブリックプリプレグ１３がずれ落ちたまま圧縮成形を行うと、図８に示すように、凸部３の頭頂部４に近い側面５に、長繊維の織物が存在しない部分が生じてしまう。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６１−４３４５０号公報
【特許文献２】
特開昭６１−４３４５１号公報
【特許文献３】
特開昭６１−４３４５２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、凸部の側面の全体に強化材である長繊維が存在し、かつ凸部の頭頂部の周縁に欠損部分が発生することがない繊維強化プラスチック成形品の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを上型と下型からなる金型内に配置した後、金型を閉じて圧縮成形し、頭頂部が平面である凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法であって、前記凸部に対応する下型の凸部の側面に配置されるプリプレグを、その一部分が対応する下型の凸部の頭頂部に乗るように配置することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法においては、下型の凸部の側面に配置されるプリプレグの、下型の凸部の頭頂部に乗る部分は、下型の凸部の頭頂部の縁から中心に向かう長さが縁から中心までの長さの２．５％以上１００％未満であることが望ましい。
また、下型の凸部の側面に配置されるプリプレグは、ファブリックプリプレグであることが望ましい。
また、前記ファブリックプリプレグは、バイアスクロスのプリプレグであることが望ましい。
また、下型の凸部の側面に配置されるプリプレグは、バイアス層を構成する積層プリプレグであることが望ましい。
また、プリプレグの長繊維は、炭素繊維であることが望ましい。
また、本発明の繊維強化プラスチック成形品は、頭頂部が平面である凸部を有し、この凸部の側面部全体に長繊維が存在するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法の一例について詳細に説明する。
まず、図１に示すように、下型１の表面に、シートモールディングコンパウンド１１（以下、ＳＭＣとも記す）を配置し、凸部３以外のシートモールディングコンパウンド１１上に一方向プリプレグ１２を配置する。
【００１５】
ついで、凸部３の側面５のシートモールディングコンパウンド１１上に帯状のファブリックプリプレグ１３を、ファブリックプリプレグ１３の一部が凸部３の頭頂部４に乗るように１周させて配置する。
さらに、一方向プリプレグ１２上にファブリックプリプレグ１３を配置する。
【００１６】
次いで、金型を閉じ、下型１および上型２によってＳＭＣおよびプリプレグを加熱しながらプレスして、いったん熱硬化性樹脂を軟化させ、ＳＭＣおよびプリプレグを一体化させる。圧縮成形後、金型を開き、図２に示すような、シートモールディングコンパウンド１１、一方向プリプレグ１２およびファブリックプリプレグ１３が一体、硬化した凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を得る。
【００１７】
シートモールディングコンパウンド１１は、長繊維を２５ｍｍ〜５０ｍｍの長さに切断して均一に配置し、熱硬化性樹脂をこの配置を乱さないように含浸させ、これを加熱して熱硬化性樹脂にべとつきがなくなる程度まで粘度を増加させた状態のシートである。
一方向プリプレグ１２は、一方向に引き揃えられた長繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたものである。
【００１８】
ファブリックプリプレグ１３は、長繊維の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたものである。織物の組織としては、例えば、平織、綾織、朱子織などが挙げられる。
なお、本発明においては、用途によっては、凸部３の側面５に配置されるプリプレグとして、ファブリックプリプレグ１３の代わりに、一方向プリプレグや複数の一方向プリプレグを積層した、バイアス層を構成する積層プリプレグなどを用いてもよい。
【００１９】
凸部３の側面５に配置されるファブリックプリプレグ１３の織物としては、タテ、ヨコ方向への伸びがよいバイアスクロスが好ましい。ここで、バイアスクロスとは、平織の織物を斜め（例えば４５゜）に裁断することによって得られる、経糸、緯糸が斜めに傾いている織物である。すなわち、凸部３の側面５は、頭頂部４付近と底部付近とでは、外周の長さが異なるが、伸びのよいバイアスクロスのプリプレグを用いれば、凸部３の側面５にプリプレグをきれいに沿わせて配置することができる。
【００２０】
プリプレグの長繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、ステンレススチール繊維などが挙げられる。中でも、圧縮成形の際に繊維が切れやすく、成形品にヒケなどができやすい炭素繊維を用いる場合に、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は好適である。
【００２１】
熱硬化性樹脂としては、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、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。長繊維として炭素繊維を用いる場合は、炭素繊維との接着性の点で、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好適に用いられる。
【００２２】
凸部３の側面５に配置されるファブリックプリプレグ１３の、頭頂部４に乗る部分は、図３および図４に示すように、頭頂部４の縁６から中心７に向かう長さｂが、縁６から中心７までの長さａの２．５％以上１００％未満であることが好ましい。長さｂが、長さａの２．５％未満では、金型を閉じる際に、側面５に配置されたファブリックプリプレグ１３が、凸部３の外方に向かってずれ落ちてしまいやすい。一方、長さｂが、長さａの１００％以上では、頭頂部４をファブリックプリプレグ１３ですべて覆うため、金型内面の寸法と予め準備した材料の大きさが一致していない場合、片側の角部がファブリックを引っ張ってしまい、反対側の角部周縁形状の欠損が出来て好ましくない。ここで、頭頂部４の形状が、円、楕円、長方形以外の不定形の場合、頭頂部４の中心７は、頭頂部４の重心とする。
【００２３】
本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、凸部３の側面５の傾斜θが４０〜８９゜のときに、特に好適である。すなわち、傾斜θが４０゜以上の場合、凸部３の側面５に配置されるファブリックプリプレグ１３は、凸部３の外方に向かってずれ落ちやすくなるが、本発明はこれを防ぐことができる。
また、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、凸部３の頭頂部４４と側面５との境目の角が面取りされている場合にも適用できる。この場合の頭頂部４の範囲は、面取りされた部分を除く平面部分とする。
【００２４】
以上説明したような繊維強化プラスチック成形品の製造方法にあっては、下型１の凸部３の側面５に配置されるファブリックプリプレグ１３を、その一部が下型１の凸部３の頭頂部４に乗るように配置しているので、金型を閉じる際に、凸部３の側面５に配置されたファブリックプリプレグ１３が、凸部３の外方に向かってずれ落ちることがない。よって、凸部３の側面５の全体に強化材である長繊維が存在する繊維強化プラスチック成形品を得ることができる。
【００２５】
また、以上説明したような繊維強化プラスチック成形品の製造方法にあっては、１枚のファブリックプリプレグ１３で下型１の凸部３全体を覆っていないので、圧縮成形時に織物の長繊維に張力がかからず、凸部３の頭頂部４の周縁において、長繊維の織物が下型側に沈み込んだり、長繊維が切れてしまったりすることがない。よって、凸部３の頭頂部４の周縁に欠損部分が発生することがない。
【００２６】
なお、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを上型と下型からなる金型内に配置した後、金型を閉じて圧縮成形し、頭頂部が平面である凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法において、前記凸部に対応する下型の凸部の側面に配置されるプリプレグを、その一部が対応する下型の凸部の頭頂部に乗るように配置する方法であればよく、上述の形態例に限定はされない。
【００２７】
本発明の製造方法で得られた繊維強化プラスチック成形品は、オイルパン、カムカバー、スポイラー取り付け部、バンパー、トレーなどの自動車部品；内壁、内装カバー、トレーなどの鉄道車両部品；一般機器カバー、ハウジング等の軽量化、高強度かが求められている部品であって、頭頂部が平面である凸部を有する部品に好適である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は実施例によって制限されるものではない。
金型としては、図１に示すような下型１に凸部３を有する、上下一対の金型を用いた。凸部３の頭頂部４の縁６から中心７までの長さａは、４０ｍｍであった。
【００２９】
シートモールディングコンパウンドとしては、クアンタム社ＡＭＣ＃８５９０ＢＫを用いた。また、一方向プリプレグとしては、三菱レイヨン社製ＴＲ３９０Ｅ１２５Ｓを用いた。また、ファブリックプリプレグとしては、三菱レイヨン社製ＴＲ３１１０−３９０ＧＭＰを用いた。
【００３０】
まず、図１に示すように、下型１の表面に、シートモールディングコンパウンド１１を配置し、凸部３以外のシートモールディングコンパウンド１１上に一方向プリプレグ１２を配置した。
ついで、凸部３の側面５のシートモールディングコンパウンド１１上に帯状のファブリックプリプレグ１３を、ファブリックプリプレグ１３の一部が凸部３の頭頂部４に乗るように１周させて配置した。
ここで、凸部３の側面５に配置されるファブリックプリプレグ１３の、頭頂部４の縁６から中心７に向かう長さｂは、長さａの３０％となるように、１０〜１５ｍｍとした。
さらに、一方向プリプレグ１２上にファブリックプリプレグ１３を配置した。
【００３１】
次いで、金型を閉じ、下型１および上型２によってＳＭＣおよびプリプレグを１３０℃で加熱しながら８０ｋｇ／ｃｍ２  の圧力で５分間プレスして、ＳＭＣおよびプリプレグを一体硬化させた。圧縮成形後、金型を開き、図２に示すような、シートモールディングコンパウンド１１、一方向プリプレグ１２およびファブリックプリプレグ１３が一体硬化した凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を得た。
この繊維強化プラスチック成形品の凸部の側面は、ファブリックプリプレグ１３に由来するバイアスクロスに完全に覆われていた。また、凸部の周縁には欠損部分は発生していなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを上型と下型からなる金型内に配置した後、金型を閉じて圧縮成形し、頭頂部が平面である凸部を有する繊維強化プラスチック成形品を製造する方法において、前記凸部に対応する下型の凸部の側面に配置されるプリプレグを、その一部が対応する下型の凸部の頭頂部に乗るように配置する方法であるので、凸部の側面の全体に強化材である長繊維が存在し、かつ凸部の頭頂部の周縁に欠損部分が発生することがない繊維強化プラスチック成形品を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法において、下型の凸部の側面に配置されるプリプレグの、下型の凸部の頭頂部の縁から中心に向かう長さが縁から中心までの長さの２．５％以上１００％未満とされていれば、凸部の側面における長繊維のずれを確実に防止できる。
また、下型の凸部の側面に配置されるプリプレグが、バイアスクロスのプリプレグであれば、凸部の側面にプリプレグをきれいに沿わせて配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法に従って、下型上にプリプレグを配置した状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の繊維強化プラスチック成形品の製造方法によって得られた成形品を示す概略断面図である。
【図３】下型上にプリプレグを配置した状態を示す上面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】従来の繊維強化プラスチック成形品の製造方法に従って、下型上にプリプレグを配置した状態を示す概略断面図である。
【図６】従来の繊維強化プラスチック成形品の製造方法によって得られた成形品を示す概略断面図である。
【図７】従来の繊維強化プラスチック成形品の製造方法に従って、下型上にプリプレグを配置した状態を示す概略断面図である。
【図８】従来の繊維強化プラスチック成形品の製造方法によって得られた成形品を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  下型
２  上型
３  凸部
４  凸部の頭頂部
５  側面
６  縁
７  頭頂部中心
１３  ファブリックプリプレグ（プリプレグ）
【図１】
2004291265.tif 000003
【図２】
2004291265.tif 000004
【図３】
2004291265.tif 000005
【図４】
2004291265.tif 000006
【図５】
2004291265.tif 000007
【図６】
2004291265.tif 000008
【図７】
2004291265.tif 000009
【図８】
2004291265.tif 000010