(57)【要約】【課題】成形後に廃棄が必要なメディアを使用することなく樹脂を効率よく拡散することができる樹脂トランスファー成形法及びサンドイッチ積層板の製造方法を提供する。【解決手段】表面に樹脂拡散用溝８を有する繊維強化材１を型に敷設し、敷設した繊維強化材上にバギングフィルム７を重ねて当該バギングフィルム周縁を型に気密にシールしてバギングフィルムと型との間を排気し樹脂を注入する樹脂トランスファー成形法、及び表面に樹脂拡散用溝を有する繊維強化材、コア材を型の一面上に順次積重し、これらの上にバギングフィルムを重ねると共に当該バギングフィルム周縁を型に気密にシールしてバギングフィルムと型との間を排気した後、樹脂トランスファー成形法により樹脂を注入し硬化するサンドイッチ積層板の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型に敷設した繊維強化材上にバギングフィルムを重ねて当該バギングフィルム周縁を型に気密にシールしてバギングフィルムと型との間を排気し、樹脂を繊維強化材に注入する樹脂トランスファー成形法において、繊維強化材がその表面に樹脂拡散用溝を有することを特徴とする樹脂トランスファー成形法。
【請求項２】
下型に敷設した繊維強化材上に上型を重ねて型締めし、上型と下型との間を排気した後、樹脂を繊維強化材に注入する樹脂トランスファー成形法において、繊維強化材がその表面に樹脂拡散用溝を有することを特徴とする樹脂トランスファー成形法。
【請求項３】
型の一端側に設けた樹脂注入口から樹脂を注入すると共に型の他端側に設けた樹脂排出口から排気することにより繊維強化材に樹脂を含浸させる請求項１又は２に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項４】
型の一端側に設けた樹脂注入口から樹脂を注入すると共に型の他端側に設けた樹脂排出口から排気し、更にバギングフィルムを繊維強化材方向に加圧して繊維強化材に樹脂を含浸させる請求項１に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項５】
繊維強化材の樹脂拡散用溝が幅０．５〜５ｍｍ、深さ０．２〜２ｍｍ、ピッチ２〜２０ｍｍである請求項１又は２に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項６】
繊維強化材の樹脂拡散用溝が繊維強化材の一端から他端まで連続したものである請求項１又は２に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項７】
繊維強化材がその表面に織柄により樹脂拡散用溝を形成した一方向織物又は多軸織物である請求項１又は２に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項８】
繊維強化材がその表面に織柄により樹脂拡散用溝を形成した多軸織物であって、樹脂拡散用溝の形成方向が織物の長さ方向と一致する請求項１又は２に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項９】
注入時の樹脂の粘度が０．０１〜１Ｐａ・ｓである請求項１又は２に記載の樹脂トランスファー成形法。
【請求項１０】
繊維強化材、コア材、繊維強化材を下型の一面上に順次積重し、これらの上にバギングフィルム又は上型を重ねると共にバギングフィルム周縁を型に気密にシールし又は上型と下型とを型締めして、バギングフィルム又は上型と下型との間を排気した後、樹脂トランスファー成形法により樹脂を注入し硬化するサンドイッチ積層板の製造方法において、繊維強化材がその表面に樹脂拡散用溝を有することを特徴とするサンドイッチ積層板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂拡散用の溝を有する繊維強化材を用いた樹脂トランスファー成形法及びサンドイッチ積層板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂トランスファー成形法は、熱硬化性樹脂を用いた成形法の一種で、型のキャビティーに樹脂を注入して硬化させ成形品を得る成形法である。樹脂を注入する型としては一般的に剛性の高い金型が用いられるが、大型の成形品を目的とする場合には型の一部を柔軟性を有するバギングフィルムに置き換えて成形が行われている。
【０００３】
樹脂トランスファー成形法を用いて複合材料の成形を行うには、繊維強化材等の成形材料を型に敷設した後、型のキャビティーに樹脂を注入して繊維強化材に樹脂を含浸させ硬化させる。
【０００４】
樹脂の注入は、金型や成型品に無理な圧力がかからないため真空アシストを用いた低圧封入成形法が用いられる。金型が形成するキャビティーに樹脂を注入する場合には型が変形しないので容易に樹脂の注入を行うことができる。しかしながら、型とバギングフィルムで成形材料を密封して成形を行う場合には、型とバギングフィルム間を減圧するとバギングフィルムが成形材料に密着し、樹脂の拡散が妨げられる。樹脂の拡散が妨げられると樹脂の注入に長時間を要し、これは成形品が大型になるほど顕著になる。
【０００５】
このため、バギングフィルムを用いて複合材料を製造する場合、樹脂が拡散しやすいように樹脂拡散媒体（メディア）が用いられている。樹脂拡散媒体はメッシュ状のシートであり、成形材料を型に敷設した後成形材料上に重ねて敷設されるが、成形後、成形品の軽量化のため通常は取り除かれ廃棄される。このように、樹脂拡散媒体は樹脂を効率よく拡散させるために用いられているものの、成形後に取り除く必要があることからコストが高くなり、またそれ自体が廃棄物となるため環境問題の観点からも問題がある。
【０００６】
更に、樹脂トランスファー成形法によりサンドイッチ積層板を製造する場合にはコア材に溝加工や貫通穴加工をして樹脂を拡散させることが行われている。この方法によれば樹脂拡散媒体を使用しないため廃棄物の問題は生じないものの、コア材の加工費に伴うコストアップ、コア材の溝・貫通穴に樹脂が入り込み製品重量が重くなる問題、コア材に加工した溝や貫通穴が原因となって積層板表面に溝・貫通穴の形状が浮き出て意匠性が損なわれる問題がある。
【０００７】
なお、樹脂拡散媒体を用いずに樹脂の拡散を向上させる従来の技術としては、ポリウレタン等の発泡体やバルサ材からなるコア材の表面に溝を設けた樹脂トランスファー成形法（特許文献１及び２）が開示されている。この方法は表面に溝のネットワークを有するコア材を繊維強化材で被覆した部品を目的とする成形品に応じて配列した後、コア材の溝に樹脂を供給して繊維強化材に含浸させ最終成形品を得るものである。後述する本発明は繊維強化材自体が樹脂拡散用溝を有するものであり、これらの文献にはこの概念は全く記載されていない。
【０００８】
【特許文献１】
特表２０００−５０１６５９号公報（第２１頁、図１）
【特許文献２】
特表２００１−５１０７４８号公報（第１１頁、（００１７））
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、柔軟性を有するバギングフィルムを用いる場合であっても、成形後に廃棄が必要な樹脂拡散媒体を使用することなく樹脂を効率よく拡散することができる樹脂トランスファー成形法を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記樹脂トランスファー成形法を用いたサンドイッチ積層板の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、以下に記載するものである。
【００１１】
〔１〕  型に敷設した繊維強化材上にバギングフィルムを重ねて当該バギングフィルム周縁を型に気密にシールしてバギングフィルムと型との間を排気し、樹脂を繊維強化材に注入する樹脂トランスファー成形法において、繊維強化材がその表面に樹脂拡散用溝を有することを特徴とする樹脂トランスファー成形法。
【００１２】
〔２〕  下型に敷設した繊維強化材上に上型を重ねて型締めし、上型と下型との間を排気した後、樹脂を繊維強化材に注入する樹脂トランスファー成形法において、繊維強化材がその表面に樹脂拡散用溝を有することを特徴とする樹脂トランスファー成形法。
【００１３】
〔３〕  型の一端側に設けた樹脂注入口から樹脂を注入すると共に型の他端側に設けた樹脂排出口から排気することにより繊維強化材に樹脂を含浸させる〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００１４】
〔４〕  型の一端側に設けた樹脂注入口から樹脂を注入すると共に型の他端側に設けた樹脂排出口から排気し、更にバギングフィルムを繊維強化材方向に加圧して繊維強化材に樹脂を含浸させる〔１〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００１５】
〔５〕  繊維強化材の樹脂拡散用溝が幅０．５〜５ｍｍ、深さ０．２〜２ｍｍ、ピッチ２〜２０ｍｍである〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００１６】
〔６〕  繊維強化材の樹脂拡散用溝が繊維強化材の一端から他端まで連続したものである〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００１７】
〔７〕  繊維強化材がその表面に織柄により樹脂拡散用溝を形成した一方向織物又は多軸織物である〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００１８】
〔８〕  繊維強化材がその表面に織柄により樹脂拡散用溝を形成した多軸織物であって、樹脂拡散用溝の形成方向が織物の長さ方向と一致する〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００１９】
〔９〕  注入時の樹脂の粘度が０．０１〜１Ｐａ・ｓである〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂トランスファー成形法。
【００２０】
〔１０〕  繊維強化材、コア材、繊維強化材を下型の一面上に順次積重し、これらの上にバギングフィルム又は上型を重ねると共にバギングフィルム周縁を型に気密にシールし又は上型と下型とを型締めして、バギングフィルム又は上型と下型との間を排気した後、樹脂トランスファー成形法により樹脂を注入し硬化するサンドイッチ積層板の製造方法において、繊維強化材がその表面に樹脂拡散用溝を有することを特徴とするサンドイッチ積層板の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の樹脂トランスファー成形法及びサンドイッチ積層板の製造方法は、表面に樹脂拡散用溝を有する繊維強化材を使用することを特徴とする。
【００２２】
本発明に用いる繊維強化材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等の通常の繊維強化材に用いる材料が使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。
【００２３】
これらの繊維強化材の形態は、繊維強化材の表面に溝を有するもの、あるいは加工を行うことにより表面に溝を形成することができるものであれば特に制限されず、織物、不織布等が利用できる。
【００２４】
繊維強化材の形態としては、一端から他端まで連続した溝が形成されたものが好ましい。
【００２５】
本発明においては、繊維強化材として一方向織物、多軸織物を用いることが好ましい。これらの織物は表面の織柄を樹脂拡散用溝として利用することができる。また、これらの織物は織物を構成するストランドの太さ、間隔等を変えることにより容易に織柄にあらわれる溝の幅、深さ、ピッチ等を調製することができる。
【００２６】
なお、一方向織物とは、互いに平行に並んだ繊維強化材の束（ストランド）をナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。多軸織物とは、一方向に引き揃えた繊維強化材の束（ストランド）をシート状にして角度を変えて積層し、ナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。
【００２７】
本発明においては、繊維強化材として複数の一方向織物や多軸織物を組み合わせて使用することができる。また、樹脂拡散用溝を有していない他の織形式や不織布等の繊維強化材であっても、一方向織物、多軸織物と組み合わせることにより使用できる。
【００２８】
また、繊維強化材は表面に溝を有するものであればいずれを用いても良いが、それ自体が面対称のものを用いるか、あるいは複数の繊維強化材を面対称となるように組み合わせて積重し使用することが好ましい。面対称の繊維強化材あるいは積重して面対称とした繊維強化材を用いることにより、成形品とした際に成形品の反りを防止できる。
【００２９】
面対称の多軸織物の一例の概略図を図３に示す。この例では多軸織物３０は、ストランドの方向、即ち繊維の引き揃えた方向が織物の長さ方向に対して順に０°、＋４５°、−４５°、＋４５°、０°であり面対称になっている。多軸織物３０は、このように積層した５層の繊維強化材を厚さ方向にパンチングしてなる。
【００３０】
他の面対称の多軸織物の例としては、〔０／−４５／−４５／０〕、〔０／＋４５／−４５／−４５／＋４５／０〕、〔０／＋４５／９０／−４５／−４５／９０／＋４５／０〕等を挙げることができる。積重して面対称となる多軸織物の組合わせとしては、例えば〔０／−４５〕及び〔−４５／０〕、〔０／＋４５／−４５〕及び〔−４５／＋４５／０〕、〔０／＋４５／−４５／９０〕及び〔９０／−４５／＋４５／０〕等を挙げることができる。一方向に引き揃えた繊維強化材を積層する角度は０°、±４５°、９０°に限定されず、任意の角度とすることができる。
【００３１】
多軸織物の厚さは、成形品の用途により適宜選択するものであるが、通常０．２〜５ｍｍが好ましい。
【００３２】
多軸織物は、製造が容易であることから織柄により形成された樹脂拡散用溝の形成方向が織物の長さ方向と一致するものが好ましい。
【００３３】
繊維強化材の目付は１枚当り２００〜４０００ｇ／ｍ２が好ましく、４００〜２０００ｇ／ｍ２がより好ましい。
【００３４】
繊維強化材表面の樹脂拡散用溝は、幅０．５〜５ｍｍ、深さ０．２〜２ｍｍであって、互いに平行にピッチ２〜２０ｍｍで形成したものが好ましい。
【００３５】
本発明で用いる樹脂としては、通常成形品の製造に用いる熱硬化性樹脂が使用できる。具体的には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等が挙げられ、本発明においてはこれらの樹脂の混合物を使用することもできる。繊維強化複合材料を用途とする場合には、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂組成物、ビニルエステル樹脂組成物が好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤、充填剤等が含まれていてもよい。
【００３６】
熱硬化性樹脂は、加熱等により、樹脂注入時の粘度が０．０１〜１Ｐａ・ｓとなるものが好ましい。
【００３７】
以下、図１を参照して本発明の樹脂トランスファー成形法について説明する。
【００３８】
まず離型処理した型３上に、樹脂拡散用溝８を有する繊維強化材１を敷設する。繊維強化材１は、表面の樹脂拡散用溝８が樹脂を繊維強化材１全体に供給するように樹脂注入口側から樹脂排出口側まで溝が互いに平行に連続するように敷設することが好ましい。
【００３９】
敷設した繊維強化材１上にバギングフィルム７を重ねて配置し、バギングフィルム７の周縁を型３と気密にシールし、密封する（図１（ａ））。
【００４０】
バギングフィルム７の材質は特に制限されず、通常用いられる公知のもの、例えばシリコン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリイミド等を使用することができる。更に、バギングフィルムの形状としては特に制限されず、型や目的とする成形品の形状により適宜選択して用いることができる。
【００４１】
なお、本発明において、バギングフィルムはバッグフィルム、ゴムシート、ゴムバッグ等を包含するものとする。
【００４２】
バギングフィルム７を用いて繊維強化材１を密封した後、型３とバギングフィルム７間の気体を排気して減圧にし（図１（ｂ））、型の一端側に設けた樹脂注入口から樹脂を注入する。注入した樹脂は繊維強化材１表面の樹脂拡散用溝８を通って全体に拡散する。
【００４３】
樹脂の注入は、樹脂の注入時間を短縮し低い射出圧力で樹脂を注入することができることから、樹脂注入口に対して型の他端側に設けた樹脂排出口から型３とバギングフィルム７間を排気しながら行うことが好ましい。
【００４４】
更に効率よく樹脂を拡散させ繊維強化材に含浸させるため、型３とバギングフィルム７間の気体を樹脂排出口から排気すると共にバギングフィルム７の外部側から繊維強化材１側に向かって加圧しても良い。この場合、加圧圧力は０．０５〜０．５ＭＰａとすることが好ましい。
【００４５】
注入する樹脂の粘度は０．０１〜１Ｐａ・ｓとなるよう調製することが好ましい。
【００４６】
その後、オーブン等を用いて加熱することにより、繊維強化材１に樹脂を含浸させ、硬化させる（図１（ｃ））。得られた成形品は繊維強化材１に樹脂が含浸して硬化した樹脂含浸層９とその表面を覆う樹脂が硬化した樹脂層１１とからなる。
【００４７】
注入した樹脂を硬化させる際には、型３とバギングフィルム７間の気体を排気しながら行うことが好ましい。
【００４８】
バギングフィルムの柔軟性が高く繊維強化材１の樹脂拡散用溝８が十分な効果を発揮できない場合にはプレッシャープレートを用いてもよい。プレッシャープレートは繊維強化材１を敷設後、繊維強化材１上に載せて使用する。
【００４９】
また、バギングフィルムと繊維強化プラスチック成形品との離型性を高める目的で、必要により繊維強化材上１にピールクロス等を重ねてもよい。
【００５０】
次に、本発明のサンドイッチ積層板の製造方法について説明する。
【００５１】
離型処理した型１６上に、繊維強化材１２、コア材１７、繊維強化材１３を順次積重する（図２）。その後、バギングフィルムで積層材料を密封し上記の樹脂トランスファー成形法と同様にしてサンドイッチ積層板を製造する。
【００５２】
なお、図２においては繊維強化材１２、１３はそれぞれコア材に接していない面２０、２１に樹脂拡散用溝１４、１５を有しているが、コア材に接している面２２、２３に樹脂拡散用溝を有していても良い。本発明においては繊維強化材１２、１３のそれぞれが樹脂拡散用溝を有していることが好ましい。
【００５３】
コア材としては、ウレタンフォーム、塩化ビニルフォーム、ポリメタアクリルイミドフォーム、アクリルフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム等が例示できる。また、バルサ材も使用できる。
【００５４】
コア材の厚さはサンドイッチ積層板の用途により適宜選択するものであるが、通常３〜２００ｍｍが好ましい。
【００５５】
図１及び２においては型とバギングフィルムを用いる場合を示したが、本発明においては金型、ＦＲＰ型等の剛性を有する分割型を用いてもよい。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００５７】
実施例
炭素繊維ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した多軸織物▲１▼（〔０／＋４５／９０／−４５〕：ＣＦ目付  ６００ｇ／ｍ２）を幅５００ｍｍ、長さ５００ｍｍにカットした。多軸織物の０°層を下側にして離型処理したアルミ板の上に置いた。多軸織物▲２▼（〔−４５／９０／＋４５／０〕：ＣＦ目付  ６００ｇ／ｍ２）を幅５００ｍｍ、長さ５００ｍｍにカットし、積層した多軸織物▲１▼、▲２▼全体が面対称となるように多軸織物の０°層を上に向け、多軸織物▲１▼の上に積層した。その後、アルミ板にシーラントテープを配置し、樹脂注入用ホース及び樹脂排出用ホースを多軸織物▲２▼上に多軸織物の９０°方向に配置し、積層した材料全体をバギングフィルムで覆いシールした。樹脂注入用ホースの口を閉じ、樹脂排出用ホースから真空ポンプでバギングフィルム内を真空にした。次いで樹脂注入用ホースからリポキシＲ−８０２を１００質量％、パーメックＮ（日本油脂社製）を１．０質量％、６％ナフテン酸コバルト（関東化学社製）を０．５質量％混合した混合液を２５℃雰囲気下で注入し、硬化させた。樹脂注入用ホースから繊維強化材に注入した混合液は、多軸織物▲１▼、▲２▼の表面に形成された織柄にそって繊維強化材全体に行き渡り、樹脂欠けのない成形品が得られた。
【００５８】
比較例
離型処理したアルミ板の上に幅５００ｍｍ、長さ５００ｍｍにカットした東邦テナックス社製炭素繊維織物Ｗ−３１０１（平織物）を１０枚積層した。その後、アルミ板にシーラントテープを配置し、樹脂注入用ホース及び樹脂排出用ホースを炭素繊維織物上に配置し、積層した材料全体をバギングフィルムで覆いシールした。樹脂注入用ホースの口を閉じ、樹脂排出用ホースから真空ポンプでバギングフィルム内を真空にした。次いで樹脂注入用ホースからリポキシＲ−８０２を１００質量％、パーメックＮ（日本油脂社製）を１．０質量％、６％ナフテン酸コバルト（関東化学社製）を０．５質量％混合した混合液を２５℃雰囲気下で注入し、硬化させた。樹脂注入口より２００ｍｍまでの長さしか樹脂は含浸せず、良好な成形品は得られなかった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の樹脂トランスファー成形法は、表面に樹脂拡散用溝を有する繊維強化材を用いているので樹脂の拡散が良好である。成形後に廃棄が必要な樹脂拡散媒体を使用しないので廃棄物が生じず、コストを低減することができる。
【００６０】
また、本発明のサンドイッチ積層板の製造方法によれば、コア材に溝や貫通孔を加工する必要がないためこれらが原因となるコア材の加工費に伴うコストアップ、コア材の溝・貫通穴への樹脂染み込みによる成形品の重量アップ、積層板に溝・貫通穴の形状が浮き出て意匠性を損なう問題を解決した意匠性の高いサンドイッチ積層板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂トランスファー成形法の一例を示すフロー図で、（ａ）は繊維強化材をバギングフィルムと型との間にシールした状態を示す断面図、（ｂ）はバギングフィルムと型との間を減圧した状態を示す断面図、（ｃ）は繊維強化材に樹脂を含浸させた状態を示す断面図である。
【図２】本発明のサンドイッチ積層板の製造方法の一例を示す説明図で、積層板材料を型の一面上に敷設した状態を示す断面図である。
【図３】本発明に用いられる多軸織物の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１、１２、１３    繊維強化材
３、１６    型
５    シーラント
７    バギングフィルム
８、１４、１５    樹脂拡散用溝
９    樹脂含浸層
１１    樹脂層
１７    コア材
２０、２１、２２、２３    面
３０    多軸織物
【図１】
2004262084.tif 000003
【図２】
2004262084.tif 000004
【図３】
2004262084.tif 000005