(57)【要約】【課題】真空バッグ成形による成形を行ってもボイドが発生せず、成形品の物性の低下を防止することができる中空成形品の製造方法を提供する。【解決手段】中空型のキャビティ内面に熱硬化性樹脂フィルムと繊維強化材シートとを貼り合わせたセミ含浸プリプレグ、又は繊維強化材と熱硬化性樹脂フィルムとを敷設し、次いで敷設したセミ含浸プリプレグ等にバッグを重ねて当該バッグ周縁を型に直接気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、加熱することによりセミ含浸プリプレグを硬化させる中空成形品の製造方法。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空型のキャビティ内面に熱硬化性樹脂フィルムと繊維強化材シートとを貼り合わせたセミ含浸プリプレグを敷設し、次いで敷設したセミ含浸プリプレグ上にバッグを重ねて当該バッグ周縁を型に直接気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、加熱することによりセミ含浸プリプレグを硬化させる中空成形品の製造方法。
【請求項２】
中空型のキャビティ内面に熱硬化性樹脂フィルムと繊維強化材シートとを貼り合わせたセミ含浸プリプレグを敷設し、次いで敷設したセミ含浸プリプレグ上にバッグを重ねて中空型の外面をバッグで被覆し、キャビティ内面に敷設したセミ含浸プリプレグ上に重ねたバッグ周縁を型の外面を被覆したバッグに気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、加熱することによりセミ含浸プリプレグを硬化させる中空成形品の製造方法。
【請求項３】
中空型のキャビティ内面に繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを敷設し、次いで敷設した繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルム上にバッグを重ねて当該バッグ周縁を型に直接気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを加熱する中空成形品の製造方法。
【請求項４】
中空型のキャビティ内面に繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを敷設し、次いで敷設した繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルム上にバッグを重ねて中空型の外面をバッグで被覆し、キャビティ内面に敷設した繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルム上に重ねたバッグ周縁を型の外面を被覆したバッグに気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを加熱する中空成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空型のキャビティ内面に熱硬化性樹脂フィルムと繊維強化材シートとを貼り合わせたセミ含浸プリプレグ又は繊維強化材シートと熱硬化性樹脂フィルムとを敷設し、バッグを用いて密封した後、真空バッグ成形法により加熱硬化させる中空成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリプレグは、繊維強化材に熱硬化性樹脂を含浸し、手作業で容易に取扱うことができる程度に硬化反応を進めた成形材料である。主として、炭素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維などの繊維強化材とエポキシ系の樹脂を用いて構成したプリプレグが用いられている。
【０００３】
プリプレグの成形は、型の内面に敷設した複数枚のプリプレグを加圧下で加熱硬化させることにより行う。プリプレグはその構造から表面にタックがあり、積層する際にプリプレグ間にエアーを噛み込む。このため、外部から十分加圧することなく大気圧で加圧成形を行う真空バッグ成形の場合には、得られる成形品中にはエアーの残存によるボイドが発生し、成形品の物性が低下してしまうという問題がある。従って、プリプレグの成形は、プレス成形やオートクレーブ成形等を行って、プリプレグ間に噛み込んだエアーを強制的に抜くことが必要である。
【０００４】
中空成形品の製造においては、エアーを強制的に抜く成形法として加圧バッグ成形やオートクレーブ成形が用いられる。しかし、加圧バッグ成形で成形を行うと、型の内側にセットしたチューブ等の膨張に伴って型に内側から大きな圧力がかかるため、加圧しても変形、破損しない高剛性の型が必要となる。特に型割り数が２型以上になると、更に高剛性の型および高剛性の型締め構造が必要となる。このため、型の大型化、重量増加が避けられず、作業性の悪さ及び型や製品の高価格化を招くという問題がある。オートクレーブ成形を用いた場合には、オートクレーブ内で加圧を行う必要があるため、得られる成形品の大きさが制限され、大型の成形品は一体成形を行うことが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外部から機械的に加圧することのない真空バッグ成形による成形を行ってもボイドが発生せず、成形品の物性の低下を防止することができる中空成形品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】
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、後述するセミ含浸プリプレグ、又は繊維強化材シートと熱硬化性樹脂フィルムとを成形材料として用いる場合、真空バッグ成形を行ってもボイドが発生せず、大型の中空成形品であっても一体成形できることを見出し本発明を完成するに到った。
【０００７】
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。
【０００８】
〔１〕　中空型のキャビティ内面に熱硬化性樹脂フィルムと繊維強化材シートとを貼り合わせたセミ含浸プリプレグを敷設し、次いで敷設したセミ含浸プリプレグ上にバッグを重ねて当該バッグ周縁を型に直接気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、加熱することによりセミ含浸プリプレグを硬化させる中空成形品の製造方法。
【０００９】
〔２〕　中空型のキャビティ内面に熱硬化性樹脂フィルムと繊維強化材シートとを貼り合わせたセミ含浸プリプレグを敷設し、次いで敷設したセミ含浸プリプレグ上にバッグを重ねて中空型の外面をバッグで被覆し、キャビティ内面に敷設したセミ含浸プリプレグ上に重ねたバッグ周縁を型の外面を被覆したバッグに気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、加熱することによりセミ含浸プリプレグを硬化させる中空成形品の製造方法。
【００１０】
〔３〕　中空型のキャビティ内面に繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを敷設し、次いで敷設した繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルム上にバッグを重ねて当該バッグ周縁を型に直接気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを加熱する中空成形品の製造方法。
【００１１】
〔４〕　中空型のキャビティ内面に繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを敷設し、次いで敷設した繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルム上にバッグを重ねて中空型の外面をバッグで被覆し、キャビティ内面に敷設した繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルム上に重ねたバッグ周縁を型の外面を被覆したバッグに気密にシールしてバッグと中空型との間を排気し、繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムを加熱する中空成形品の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明で用いられるセミ含浸プリプレグの一例を示す概略図である。セミ含浸プリプレグ１００は、熱硬化性樹脂フィルム１６に繊維強化材シート１２及び１４を貼着してなる。図４は熱硬化性樹脂フィルムの両面に繊維強化材シートを積重して貼着した場合を示すが、片面のみ積重してもよい。
【００１３】
繊維強化材シート１２及び１４は、熱硬化性樹脂フィルム１６の樹脂が含浸した樹脂含浸層１８及び樹脂が含浸していない未含浸層２０からなる。セミ含浸プリプレグ１００は表面までは樹脂が含浸しておらず、プリプレグの表面にタックが生じることがない。
【００１４】
繊維強化材シートとしては、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プリプレグに用いる強化繊維が使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。また、これらの繊維強化材シートの形態は、一方向に引き揃えたもの又は多方向に引き揃えたもの、織物、編物、不織布等の任意の加工品が利用できる。
【００１５】
繊維強化材シートの目付は１枚当り２００〜３０００ｇ／ｍ２が好ましく、４００〜２０００ｇ／ｍ２がより好ましい。
【００１６】
繊維強化材シート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、中空成形品とした際に成形品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、通常のプレプリグ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】
熱硬化性樹脂の硬化温度は、６０〜１８０℃となるよう調製することが好ましく、７０〜１３０℃に調製することがより好ましい。また、熱硬化性樹脂フィルムに用いる樹脂の粘度は、加熱時に０．１〜１０Ｐａ・ｓに粘度減少するものを用いることが好ましい。
【００２２】
熱硬化性樹脂フィルムの樹脂量は、セミ含浸プリプレグ全重量に対して３５〜５５％とすることが好ましい。
【００２３】
本発明の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の片面又は両面に繊維強化材シートを積重し、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。繊維強化材シート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、繊維強化材シートの厚さの５〜５０％の含浸とすることが好ましい。
【００２４】
本発明で用いられるセミ含浸プリプレグは、熱硬化性樹脂フィルムの取扱い性を高めるため、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。この熱硬化性樹脂フィルムの少なくとも一面に繊維強化材シートを貼着することにより、キャリアを使用したセミ含浸プリプレグを製造できる。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。
【００２５】
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、セミ含浸プリプレグ全重量に対する樹脂の含有量を高めることができる。
【００２６】
以下、図１を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
まず、中空型を構成する分割型１及び３で形成するキャビティ内面に沿って、所要の厚さまでセミ含浸プリプレグ５を敷設する。
【００２８】
セミ含浸プリプレグを敷設後、プリプレグからしみ出した余分な樹脂を吸収したり、成形品を取出す際の離型性を高める目的で、必要により更にピールクロス、ブレザークロス等を重ねてもよい。
【００２９】
また、成形物表面のボイド、ピンホールを減らすため、成形物表面にマット、不織布等を使用し、一体化して成形品とすることもできる。
【００３０】
その後、バッグ７をセミ含浸プリプレグ等に重ねて配置してバッグ７の周縁を中空型の各分割型１及び３と気密にシールし、密封する。密封後、中空型の各分割型１及び３内面とバッグ７間の気体を排気して減圧にする。
【００３１】
なお、図１に示すように中空型として分割型を用いた場合には、バッグを気密にシールする前に、型の位置決め、型締めを行う。
【００３２】
バッグのシールは、セミ含浸プリプレグが減圧により型に密着するように行うことができればよい。例えば、バッグ７をシーラント１１で型に直接シールする（図１（ａ）及び（ｂ））方法、型の外面にバッグ９’を配置して、内側のバッグ７’と外側のバッグ９’とをシーラント１１’で気密にシールする方法（図２（ａ）及び（ｂ））等を例示できる。図２に示すように型の内外から全体をバッグで覆う方法は、型を貫通する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。中空型の外面に配置するバッグは内面に配置したバッグの一部を外側に折返してもよいが、他のバッグを併用してもよい。また、図３に示すように両端２箇所の貫通孔を有する中空型及び筒状バッグを用いる場合は、バッグを型の一端で折り返してシールしてもよい。
【００３３】
これらのバッグの形状は特に限定されないが、製造する中空成形品の形状に合わせて筒状、袋状等の形状を有するチューブ、バッグ等とした場合には簡単にシールすることができ好ましい。バッグの材質は特に制限されず、通常用いられる公知のものを使用することができる。
【００３４】
その後、バッグで密封されたセミ含浸プリプレグをオーブンで加熱することにより中空成形品を得る。オーブンで加熱を行うことにより、セミ含浸プリプレグを構成する熱硬化性樹脂フィルムの樹脂を繊維強化材シートに十分含浸させ、硬化させて中空成形品とすることができる。オーブンでの加熱温度は６０〜１８０℃が好ましい。また、オーブンで処理を行う際には、中空型とバッグ間の気体を排気した後又は排気しながら処理を行うことが好ましい。
【００３５】
中空成形品を成形後、軽量化のため内部のバッグを取り除くことが好ましい。しかし、内部にバッグを残留させておいてもよい場合はこの限りではない。
【００３６】
本発明の中空成形品の製造方法は、真空バッグ成形法を用いているので、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。また、成形型に強い圧力がかからないため、型の型割り数も２型以上に増やすことができ、複雑形状の中空成形品を一体で成形することが可能である。
【００３７】
なお、製品肉厚の厚い製品を製造する場合、発泡コアを内部に挿入し、サンドイッチ構造としてもよい。発泡コアとしては、ウレタンフォーム、塩化ビニルフォーム、ポリスチレンフォーム、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等を用いることができる。
【００３８】
発泡コアを用いた中空成形品を製造は、まず図６に示すように、型３２、３３にセミ含浸プリプレグ３５、発泡コア３６、セミ含浸プリプレグ３４を順に敷設する。その後、図３に示すバッグ構成で密閉し、上記の条件で成形する。
【００３９】
上記例においては、セミ含浸プリプレグを用いた中空成形品の製造方法について示したが、本発明においては、セミ含浸プリプレグに代えて、繊維強化材シートと熱硬化性樹脂フィルムとを使用してもよい。この場合には、中空型の内面に繊維強化材シートと熱硬化性樹脂フィルムを交互に積層してもよいし、熱硬化性樹脂フィルムの両面を繊維強化材シートで挟んでサンドイッチ構造とし積層してもよい。繊維強化材シート及び熱硬化性樹脂フィルムは、上述のセミ含浸プリプレグに用いられるものと同様とする。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００４１】
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１０００ｇ／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。
【００４２】
キャリア付き樹脂フィルムの両面に、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）と（〔−４５／＋４５／０〕：ＣＦ目付６００ｇ／ｍ２）とを７０℃に加熱した加熱ローラーで、圧力　０．０１ＭＰａで、２ｍ／分の速度で貼りあわせ、［０／＋４５／−４５〕／樹脂フィルム／〔−４５／＋４５／０〕の樹脂フィルムに対し面対称であるセミ含浸プリプレグを得た。
【００４３】
図５に示す離型処理をした板圧５ｍｍの中空成形用ＦＲＰ樹脂製型を用い、型２２、２３のキャビティ内面に上記樹脂フィルムに対し面対称であるセミ含浸プリプレグ２５（〔０／＋４５／−４５〕／樹脂フィルム／〔−４５／＋４５／０〕）を積層し、その上にピールクロス３３を重ねた。その後、ナイロンバッグ２７（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）を挿入して型締めを行った。その後、型全体をナイロンバッグ２９（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）で覆い、内側のバッグ２７と外側のバッグ２９をシーラントテープ３０、３１でシールし、バッグ内を真空ポンプで減圧した。硬化炉内で１３０℃で２時間、真空ポンプで減圧しながらセミ含浸プリプレグを加熱硬化し、中空成形品を得た。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の中空成形品の製造方法は、表面にタックを生じないセミ含浸プリプレグ又は繊維強化材シートと熱硬化性樹脂フィルムとを使用する。このため真空バッグ成形を行っても従来のプリプレグのようなボイドを生じることがなく、高品位の中空成形品が得られる。本発明によれば、オートクレーブ成形を行うことが不可能な大型の成形品であっても一体成形を行うことができる。また、成形型に強い圧力がかからないため、比較的剛性の低いＦＲＰ製の型を用いることができる。更に型の型割り数も２型以上に増やすことができ、複雑形状の中空成形品を一体成形品として得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】型の内側にバッグを配置して型にシールした状態の型の縦断面図（ａ）、及び横断面図（ｂ）である。
【図２】型の内側及び外側にバッグを配置してシールした状態の型の縦断面図（ａ）、及び横断面図（ｂ）である。
【図３】バッグを型の一端で折り返してシールした状態の型の縦断面図（ａ）、及び横断面図（ｂ）である。
【図４】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５】実施例１で用いた型の縦断面図（ａ）、及び横断面図（ｂ）である。
【図６】型に発泡コアを敷設しバッグをシールした状態の型の縦断面図（ａ）、及び横断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１、１’、３、３’、１１、１３、２２、２３、３２、３３　　型
５、５’、１５、２５、３４、３５、１００　　セミ含浸プリプレグ
７、７’、９’、１７、２７、２９、３７　　バッグ
１０、１０’、２１、３０、３１、４０　　シーラント
１２、１４　　繊維強化材シート
１６　　熱硬化性樹脂フィルム
１８　　樹脂含浸層
２０　　未含浸層
３３　　ピールクロス
３６　　発泡コア
【図１】
2004058608.tif 000002
【図２】
2004058608.tif 000003
【図３】
2004058608.tif 000004
【図４】
2004058608.tif 000005
【図５】
2004058608.tif 000006
【図６】
2004058608.tif 000007