(57)【要約】【課題】軽量かつ高強度、高剛性の積層板の製造方法を提供する。この方法によれば、容易に曲面形状のハニカム積層板を製造できる。【解決手段】繊維質補強材２、４、熱硬化性樹脂フィルム６、８及び繊維からなる芯材１０を型１４に積重し、更にバッグ１２を重ねて当該バッグ周縁を型に気密にシールする。その後バッグと型との間を排気することにより芯材を圧縮し、加熱することにより溶融した熱硬化性樹脂フィルムを繊維質補強材及び芯材に含浸させた後、バッグと型の間に気体を送りこんで芯材の形状を復元させ、この状態で樹脂を加熱硬化させて積層板を製造する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルム及び繊維からなる芯材を型の一面上に積重し、これらの上にバッグを重ねると共に当該バッグ周縁を型に気密にシールし、次いでバッグと型との間を排気することにより芯材を圧縮した状態で加熱して溶融した熱硬化性樹脂フィルムを繊維質補強材及び芯材に含浸させた後、バッグと型の間に気体を送りこんで芯材の形状を復元させた状態で含浸させた樹脂を加熱硬化させる積層板の製造方法。
【請求項２】
繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルム及び繊維からなる芯材を型の一面上に積重し、これらの上に一のバッグを重ねると共に当該バッグ周縁を型の他面を被覆した他のバッグに気密にシールし、次いでバッグと型との間を排気することにより芯材を圧縮した状態で加熱して溶融した熱硬化性樹脂フィルムを繊維質補強材及び芯材に含浸させた後、バッグと型の間に気体を送りこんで芯材の形状を復元させた状態で含浸させた樹脂を加熱硬化させる積層板の製造方法。
【請求項３】
繊維質補強材が炭素繊維織物であって、芯材が三次元配向繊維材である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
芯材がハニカム形状の編織物である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項５】
積層板が曲面形状を有するものである請求項１又は２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、型に積重した繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルム及び繊維からなる芯材をバッグを用いて密封し、バッグと型との間の真空度を調整して芯材の圧縮、復元を行って熱硬化性樹脂を含浸させる積層板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サンドイッチパネル等の積層板は、表面板や芯材等を耐衝撃、耐食、耐摩耗などそれぞれの使用目的に応じて選択し、積層して一体構造にした複合構造材で、非常に多くの用途に採用されている。
【０００３】
特に、ハニカム積層板は、軽量で、高剛性などの優れた機械的特性を有することから、航空機、船舶などの構造体や建材などに広く使用されている。ハニカム基材としては、アルミ箔からなるアルミハニカム、強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）ハニカム、耐火性を目的としてアラミド繊維の不織布にフェノール樹脂を含浸させたアラミドハニカム等が用いられている。
【０００４】
曲面形状のハニカム積層板を製造する場合においては、通常は樹脂が硬化した状態のＦＲＰハニカムを所定の曲面形状に変形したり、あるいは所定の曲面に沿うようにハニカム基材を機械で切削するなどした後表面板で挟むことにより製造している。ハニカム基材はそのままでは変形させること自体が困難である。一方、切削して曲面へ加工する場合は、材料ロスが大きく、コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、軽量で、高強度、高剛性の積層板を容易に製造することができ、特にハニカム積層板であっても容易に曲面形状の積層板を製造することができる積層板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【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。
【０００７】
〔１〕　繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルム及び繊維からなる芯材を型の一面上に積重し、これらの上にバッグを重ねると共に当該バッグ周縁を型に気密にシールし、次いでバッグと型との間を排気することにより芯材を圧縮した状態で加熱して溶融した熱硬化性樹脂フィルムを繊維質補強材及び芯材に含浸させた後、バッグと型の間に気体を送りこんで芯材の形状を復元させた状態で含浸させた樹脂を加熱硬化させる積層板の製造方法。
【０００８】
〔２〕　繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルム及び繊維からなる芯材を型の一面上に積重し、これらの上に一のバッグを重ねると共に当該バッグ周縁を型の他面を被覆した他のバッグに気密にシールし、次いでバッグと型との間を排気することにより芯材を圧縮した状態で加熱して溶融した熱硬化性樹脂フィルムを繊維質補強材及び芯材に含浸させた後、バッグと型の間に気体を送りこんで芯材の形状を復元させた状態で含浸させた樹脂を加熱硬化させる積層板の製造方法。
【０００９】
〔３〕　繊維質補強材が炭素繊維織物であって、芯材が三次元配向繊維材である〔１〕又は〔２〕に記載の製造方法。
【００１０】
〔４〕　芯材がハニカム形状の編織物である〔１〕又は〔２〕に記載の製造方法。
【００１１】
〔５〕　積層板が曲面形状を有するものである〔１〕又は〔２〕に記載の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明の製造方法について説明する。
【００１３】
本発明の積層板の製造方法は、まず型１４上に、繊維質補強材４、熱硬化性樹脂フィルム８、繊維からなる芯材１０、熱硬化性樹脂６、繊維補強材２を順次積重する。
【００１４】
本発明で用いる繊維質補強材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。中でも、強度、弾性率の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維は、アクリル系、ピッチ系、レーヨン系などいずれの由来であっても良い。またその形態としては特に限定されず、例えば一方向に引き揃えた長繊維、不織布、織物、編物等を挙げることができるが、織物とすることが好ましい。
【００１５】
繊維質補強材の目付は２００〜３０００ｇ／ｍ２が好ましく、４００〜２０００ｇ／ｍ２がより好ましい。
【００１６】
繊維質補強材として織物を用いる場合はいずれの織形式のものでもよいが、面対称の織物を用いることが好ましい。又は、面対称でない織物を複数積重し面対称に積層できる織物が好ましい。面対称の織物あるいは積重して面対称とした織物を用いることにより、積層板の反りを防止できる。
【００１７】
面対称の織物又は積重して面対称とすることができる織物としては、多軸織物を挙げることができる。多軸織物とは、一方向に引き揃えたシート状の繊維強化材を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。
【００１８】
面対称の多軸織物の例としては、〔＋４５／−４５／−４５／＋４５〕、〔０／＋４５／−４５／−４５／＋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〔＋４５／−４５〕及び〔−４５／＋４５〕、〔０／＋４５／−４５〕及び〔−４５／＋４５／０〕、〔＋４５／０／−４５／９０〕及び〔９０／−４５／０／＋４５〕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これらに限定されず、任意の角度とすることができる。
【００１９】
多軸織物の厚さは、用途により適宜選択するものであるが、通常０．２〜３ｍｍが好ましい。
【００２０】
熱硬化性樹脂フィルムに用いる樹脂は、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、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を挙げることができる。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。中でもエポキシ樹脂、フェノール樹脂が好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていてもよい。
【００２１】
熱硬化性樹脂フィルムの厚さは芯材等の厚さや製造する積層板の使用目的により異なるが、一般的には後述するように芯材を復元した際に、芯材の当初の空隙に近い空隙を再現できるような樹脂量とすることにより、より軽量で剛性の高い積層板が得られる。具体的には、積層板の繊維体積含有率として３０〜６０％になるようにフィルム厚さを調整することが好ましい。
【００２２】
また、熱硬化性樹脂フィルムの取扱い性を高めるため、熱硬化性樹脂フィルムにキャリアを使用することが好ましい。キャリアの片面又は両面に樹脂を塗布した熱硬化性樹脂フィルムは保形性が付与され取扱い性に優れる。キャリアとしては、ガラス繊維シート、炭素繊維シート、アラミド繊維シート、ポリエチレンフィルム、セルロース繊維シートを用いることができる。
【００２３】
なお、キャリアを使用した熱硬化性樹脂フィルムは２枚以上を重ねてもよい。複数層のキャリアとすることにより、樹脂の含有量を高めることができる。
【００２４】
更に、繊維からなる芯材としては、例えばガラス繊維で作られたパラビーム（商品名：パラビーム社製）等が使用できる。
【００２５】
芯材に用いる繊維としては特に制限されず公知のものが使用できるが、有機繊維が好ましく、ポリエステル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアミド等を挙げることができる。これらの繊維を芯材として用いる際の形態としては、特に限定されず、不織布、織物、編物等とすることができる。
【００２６】
軽量かつ高剛性の積層板を得ることを目的とする場合には、芯材として特にセル壁の剛性が高い三次元に配向した繊維材を用いることが好ましく、柱状の開放セルを多数有する芯材を用いることが更に好ましい。中でも、編織物の編織技術を駆使して、多角形の柱状貫通孔を編織物全表面に形成したハニカム形状の編織物を用いることが好ましい。
【００２７】
この場合、編織物の厚さは、用途により適宜選択するものであるが、通常５〜１００ｍｍが好ましい。
【００２８】
前記積層した各材料上にバッグ１２を重ねて配置し、バッグ１２の周縁を型１４と気密にシールし、密封する（図１（ａ））。
【００２９】
バッグの材質は、通常用いられる公知のものを使用することができる。更に、バッグの形状としては特に制限されず、型や目的とする積層板の形状によりシート状、袋状等の形状を適宜選択して用いることができる。また、バッグのシールは、減圧により芯材が圧縮されて芯材及び繊維質補強材が型に密着するように行うことができればよい。
【００３０】
バッグを用いて繊維質補強材等を密封した後、型１４とバッグ１２間の気体を排気して減圧にする（図１（ｂ））。型とバッグ間を減圧にすることにより、芯材１０は圧縮され、繊維質補強材２、４、熱硬化性樹脂フィルム６、８とともに型１４に密着する。更に、芯材が圧縮された状態でオーブン等を用いて加熱することにより、熱硬化性樹脂フィルム６及び８を溶融させ、芯材１０及び繊維質補強材２、４に熱硬化性樹脂を含浸させる。加熱温度は８０〜２００℃が好ましい。また、加熱を行う際には、型１４とバッグ１２間の気体を排気しながら行うことが好ましい。
【００３１】
芯材としてセル構造を有するものを用いた場合には、芯材の圧縮は芯材の空隙が構成するセルが潰れる程度まで行うことが好ましい。
【００３２】
その後、型１４とバッグ１２間に気体を送りこんで芯材１０の形状を復元させ、この状態で含浸させた樹脂を加熱硬化させて硬化表皮層４ａ、硬化芯材層１０ａ、硬化表皮層２ａとすることにより積層板を製造する（図１（ｃ））。
【００３３】
芯材の形状を復元させる場合には必ずしも圧縮前の状態まで完全に復元させる必要はないが、軽量の積層板を得るためには、極力芯材を復元させることが好ましい。
【００３４】
本発明の製造方法は、大気圧を利用して加圧を行うので型に強い圧力がかからず、成形用型としては、金型のほか、ＦＲＰ樹脂製等の比較的剛性の低い型を用いることができる。
【００３５】
本例においては、繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルム、芯材を上記のように積重したが、これに限られず積重する順序、枚数等は積層板の使用目的により決定できる。芯材に熱硬化性樹脂が含浸しやすいように芯材に隣接して熱硬化性樹脂フィルムを積重することが好ましい。更にシールする方法としては、例えば、図１に示すようにバッグをシーラントで型にシールする方法、前記各材料を積重した型を袋状のバッグに挿入しバッグ周縁を型にシールする方法、前記各材料上に重ねて配置した一のバッグと型の他面に配置した他のバッグをシーラントで気密にシールする方法等を例示できる。型全体をバッグで覆いバッグ同士をシールする方法は、治具取付け孔があって型に直接シールしても密封できない場合や、中空型が通気性材料で形成されている場合等に特に有効である。
【００３６】
本発明においては、繊維質補強材、熱硬化性樹脂フィルムに代えて、熱硬化性樹脂フィルムと繊維質補強材とを貼着したセミ含浸プリプレグを用いてもよい。
【００３７】
図２は、本発明で用いるセミ含浸プリプレグの一例を示す概略図である。このセミ含浸プリプレグ１００は、熱硬化性樹脂フィルム２０の片面に繊維質補強材２２を貼着してなる。熱硬化性樹脂フィルム及び繊維質補強材は、上記と同様のものを使用する。セミ含浸プリプレグとして上記熱硬化性樹脂フィルム２０の片面に繊維質補強材２２を貼着したもの以外に熱硬化性樹脂フィルムの両面に繊維質補強材を貼着したものを使用することもできる。図２に示すように熱硬化性樹脂フィルムの片面のみに繊維質補強材を貼着したセミ含浸プリプレグは、積層板を製造する際に熱硬化性樹脂を芯材に含浸させやすいため好ましい。
【００３８】
繊維質補強材２２は、熱硬化性樹脂フィルム２０の樹脂が含浸した樹脂含浸層２４及び樹脂が含浸していない未含浸層２６からなる。繊維質補強材２２の表面までは樹脂が含浸しておらず、繊維質補強材２２表面にタックが生じることがない。
【００３９】
セミ含浸プリプレグの製造方法は、熱硬化性樹脂フィルムに繊維質補強材を積重し、０．０１〜０．５ＭＰａで加圧下、室温〜１００℃で０．１〜５分間加熱することにより製造することができる。繊維質補強材への熱硬化性樹脂フィルムの樹脂の含浸は、プリプレグ表面まで樹脂が含浸しない程度であれば良いが、繊維質補強材の厚さの０〜７０％が好ましく、５〜５５％とすることがより好ましい。
【００４０】
本発明により製造することができるハニカム形状の編織物を芯材として用いた積層板の一例の一部切欠斜視図を図３に示す。
【００４１】
硬化表皮層３０及び３２は、繊維質補強材と、繊維質補強材に含浸させ硬化させた熱硬化性樹脂とからなる。硬化芯材層３４は、芯材として用いたハニカム形状の編織物と、編織物に含浸させ硬化させた熱硬化性樹脂とからなる。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００４３】
実施例１
エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）を８０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン社製）を２０質量部、ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン社製）を５質量部、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルユリア（保士谷化学工業社製）を５質量部計量し、７０℃でロールミルで混錬し、樹脂組成物を得た。　その後、７０℃でドクターブレード法により樹脂目付１５００ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製し、樹脂フィルムの片面にガラス織物ＷＰ０３（日東紡績社製）を貼り付け、キャリア付き樹脂フィルムを得た。
【００４４】
離型処理をした平らなアルミ板の上に、炭素繊維ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した多軸織物（〔０／＋４５／−４５〕：ＣＦ目付　６００ｇ／ｍ２）を積層し、その上に上記１５００ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを積層し、その上に芯材のパラビーム　８５０８６（蝶理社製）を積層した。更にパラビームの上に上記１５００ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを積層し、その上に多軸織物（〔−４５／＋４５／０〕：ＣＦ目付６００ｇ／ｍ２）を積層した。その後、積層した材料全体をナイロンバッグ（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）で覆い、型とナイロンバッグをシーラントテープでシールし、バッグ内を真空ポンプで減圧した。
【００４５】
その後、硬化炉内で８０℃で３０分、真空ポンプで減圧しながら炭素繊維強化材と芯材に樹脂を含浸させた。その後、硬化炉の温度を１３０℃に上昇させ、バッグ内の真空を解除し、芯材を復元させながら１３０℃で２時間、加熱硬化し、ハニカム積層板を得た。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量で、高強度、高剛性の積層板を容易に製造することができる。特に、ハニカム積層板とする場合であっても、曲面形状の積層板を得ることができる。
【００４７】
また、本発明の製造方法は大気圧を利用して加圧を行うため型に強い圧力がかからず、比較的剛性の低いＦＲＰ製の型を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層板の製造方法の一例を示すフロー図で、（ａ）は積層板材料をバッグと型との間にシールした状態を示す断面図、（ｂ）は芯材を圧縮した状態を示す断面図、（ｃ）は樹脂を含浸させ芯材の形状を復元した状態を示す断面図である。
【図２】本発明で用いるセミ含浸プリプレグの一例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明において得られるハニカム積層板の一例を示す一部切欠斜視図である。
【符号の説明】
２、４、２２　　繊維質補強材
２ａ、４ａ、３０、３２　　硬化表皮層
６、８、２０　　熱硬化性樹脂フィルム
１０　　芯材
１０ａ、３４　　硬化芯材層
１２　　バッグ
１４　　型
１６　　シーラント
２４　　樹脂含浸層
２６　　未含浸層
１００　　セミ含浸プリプレグ
【図１】
2004058609.tif 000003
【図２】
2004058609.tif 000004
【図３】
2004058609.tif 000005