(57)【要約】【課題】大型な設備を必要とせずに従来の繊維強化熱硬化エポキシ樹脂成形品と遜色のない機械的特性を有する繊維強化光硬化樹脂成形品を短時間で製造することが可能な製造装置を提供する。【解決手段】強化繊維にラジカル重合型の光硬化性樹脂を含浸させた光硬化性樹脂含浸強化繊維に光を照射して繊維強化光硬化樹脂成形品を製造する装置であって、光透過性型と、前記光透過性型の主面に配置され、前記光硬化性樹脂含浸強化繊維が収納される密閉空間を形成するため光透過性バッグと、前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた真空排気手段と、前記光透過性型および前記光透過性バッグの側にそれぞれ配置された光源とを具備したことを特徴とする。【選択図】    図１
2004148732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維にラジカル重合型の光硬化性樹脂を含浸させた光硬化性樹脂含浸強化繊維に光を照射して繊維強化光硬化樹脂成形品を製造する装置であって、
光透過性型と、
前記光透過性型の主面に配置され、前記光硬化性樹脂含浸強化繊維が収納される密閉空間を形成するため光透過性バッグと、
前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた真空排気手段と、
前記光透過性型および前記光透過性バッグの側にそれぞれ配置された光源と
を具備したことを特徴とする繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置。
【請求項２】
強化繊維にラジカル重合型の光硬化性樹脂を含浸させ、光を照射して繊維強化光硬化樹脂成形品を製造する装置であって、
光透過性型と、
前記光透過性型の主面に配置され、前記強化繊維が収納されると共に、前記光硬化性樹脂が注入される密閉空間を形成するため光透過性バッグと、
前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた光硬化性樹脂の注入手段と、
前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた真空排気手段と、
前記光透過性型および前記光透過性バッグの側にそれぞれ配置された光源と
を具備したことを特徴とする繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、繊維強化プラスチックはガラスのような強化繊維の積層物等に熱硬化性樹脂を含浸した熱硬化性樹脂含浸強化繊維を金属型や耐熱性の樹脂型にセットし、熱硬化させることにより製造されている。
【０００３】
しかしながら、このような繊維強化プラスチックの製造にはオートクレーブ、硬化炉等の大型設備が必要になる問題があった。
【０００４】
一方、光硬化性樹脂は反応機構の相違によってラジカル重合型とカチオン重合型に大別されるが、紫外線のエネルギーを利用したラジカル重合型が主流になっている。ラジカル重合型の光硬化性樹脂は、硬化速度が速いという長所を有するものの、酸素による硬化阻害が生じる。このため、ラジカル重合型の光硬化性樹脂の用途が制限されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大型な設備を必要とせずに従来の繊維強化熱硬化エポキシ樹脂成形品と遜色のない機械的特性を有する繊維強化光硬化樹脂成形品を短時間で製造することが可能な製造装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置は、強化繊維にラジカル重合型の光硬化性樹脂を含浸させた光硬化性樹脂含浸強化繊維に光を照射して繊維強化光硬化樹脂成形品を製造する装置であって、
光透過性型と、
前記光透過性型の主面に配置され、前記光硬化性樹脂含浸強化繊維が収納される密閉空間を形成するため光透過性バッグと、
前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた真空排気手段と、
前記光透過性型および前記光透過性バッグの側にそれぞれ配置された光源と
を具備したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る別の繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置は、強化繊維にラジカル重合型の光硬化性樹脂を含浸させ、光を照射して繊維強化光硬化樹脂成形品を製造する装置であって、
光透過性型と、
前記光透過性型の主面に配置され、前記強化繊維が収納されると共に、前記光硬化性樹脂が注入される密閉空間を形成するため光透過性バッグと、
前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた光硬化性樹脂の注入手段と、
前記光透過性バッグに前記密閉空間と連通するように取り付けられた真空排気手段と、
前記光透過性型および前記光透過性バッグの側にそれぞれ配置された光源と
を具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置を図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係る繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置を示す概略図である。
【００１０】
図１中の１は、例えばポリカーボネートからなる板状の光透過性型である。例えばポリアクリル樹脂フィルムからなる光透過性バッグ２は、前記光透過性型１の主面にその主面周囲に接着された枠状シーラント材３を介して取り付けられ、前記光透過性型１と光透過性バッグ２の間に光硬化性樹脂含浸強化繊維を収納するための密閉空間４を形成している。
【００１１】
排気管５は、前記光透過性バッグ２の端部に支持部材６を介して前記密閉空間４と連通するように取り付けられている。図示しない真空ポンプは、前記排気管５に連結されている。エッジブリーダ７は、前記密閉空間４内にその中に収納される光硬化性樹脂含浸強化繊維を押圧・固定するために配置されている。
【００１２】
２つの光源、例えばメタルハライドランプ８、９は前記光透過性型１および前記光透過性バッグ２にそれぞれ対向するように配置されている。
【００１３】
なお、前記光透過性型１はポリカーボネートに代えてガラス、またはポリアクリル樹脂等の他の光透過性プラスチックから作ってもよい。
【００１４】
前記光透過性バッグ２は、ポリアクリル樹脂フィルムに代えて別の光透過性プラスチックフィルムから作ってもよい。
【００１５】
前記光源は、メタルハライドランプに代えてハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ等を用いてもよい。
【００１６】
次に、前述した図１に示す製造装置を用いて繊維強化光硬化樹脂成形品の製造を説明する。
【００１７】
まず、強化繊維にラジカル重合型の光硬化性樹脂を含浸させた光硬化性樹脂含浸強化繊維を作製する。この光硬化性樹脂含浸強化繊維１０を光透過性型１上に下部離型紙１１を介してセットする。つづいて、エッジブリーダ７により前記光硬化性樹脂含浸強化繊維１０の上面周辺を押圧、固定した後、前記光硬化性樹脂含浸強化繊維１０上面に上部離型紙１２を配置する。ひきつづき、光透過性バッグ２を前記光透過性型１の主面にその主面周囲に接着された枠状シーラント材３を介して取り付け、前記光透過性型１と光透過性バッグ２の間に形成された密閉空間４に前記下部離型紙１１、光硬化性樹脂含浸強化繊維１０および上部離型紙１２を収納する。
【００１８】
次いで、図示しない真空ポンプを作動して前記密閉空間４内の空気を前記バッグ２の端部に支持部材６を介して取り付けられた排気管５を通して排気する。前記密閉空間４内の空気がほぼ全量排気された時点で２つのメタルハライドランプ８，９を点灯して前記光透過性型１および前記光透過性バッグ２を通して紫外線を光硬化性樹脂含浸強化繊維１０の上下面に照射する。このとき、光硬化性樹脂含浸強化繊維１０が収納される密閉空間４は空気が排気された酸素フリーの雰囲気で、その光硬化性樹脂含浸強化繊維１０の光硬化性樹脂が光硬化されて繊維強化光硬化樹脂成形品が製造される。
【００１９】
この後、前記密閉空間４内を大気圧に戻し、前記光透過性バッグ２を取り除き、繊維強化光硬化樹脂成形品を上下の離型紙１２，１１と共に取り出した後、これら離型紙１２，１１を剥離して繊維強化光硬化樹脂成形品を取り出す。
【００２０】
前記強化繊維としては、例えばガラス繊維またはガラス繊維からなる織布、不織布を用いることができる。
【００２１】
前記ラジカル重合型の光硬化性樹脂は、ａ）エステル、エーテルアクルレート、ウレタンアクルレート、エポキシアクリレート、アミノ樹脂アクリレート、アクリル樹脂アクリレート、不飽和ポリエステルなどの光重合性プレポリマー（オリゴマー）；ｂ）２−エチルヘキシルアクリレートのような一官能性、ネオペンチルグリコールジアクリレートのようなニ官能性、メリメチロールプロパントリアクリレートのような多官能性などの光重合成希釈剤（モノマー）；およびｃ）ベンゾエーテル系などの光重合開始剤を主たる成分とする。
【００２２】
以上、第１実施形態の製造装置によれば光透過性型１と光透過性バッグ２の間に形成された密閉空間４に光硬化性樹脂含浸強化繊維をセットした状態でその中の空気を排気して酸素フリーの雰囲気で、光源である２つのメタルハライドランプ８，９からの紫外線照射により前記光硬化性樹脂含浸強化繊維のラジカル重合型の光硬化性樹脂を光硬化することができる。その結果、ラジカル重合型の光硬化性樹脂を酸素による光硬化反応阻害を受けることなく、安定かつ短時間で硬化できるため、繊維強化熱硬化エポキシ樹脂成形品と遜色のない引張特性、曲げ特性を有する繊維強化光硬化樹脂成形品を製造することができる。
【００２３】
また、第１実施形態の製造装置はオートクレーブ、硬化炉等の大型設備が不要であるため、小型化、低コスト化を実現できる。
【００２４】
（実施例１）
まず、ガラスクロス（鐘紡社製商品名；ＫＳ１５８１）を６層重ね、このガラスクロス積層物をラジカル重合型の光硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂（昭和高分子社製商品名；ＬＣ−７２０）に浸漬して含浸させ、ガラスクロス：ビニルエステル樹脂の重量比率が６０：４０のビニルエステル樹脂含浸ガラスクロス積層物を作製した。
【００２５】
次いで、前述した図１に示す製造装置を用い、前記ビニルエステル樹脂含浸ガラスクロス積層物を２枚の剥離紙に挟んで光透過性型１と光透過性バッグ２の間に形成した密閉空間４内に収納し、図示しない真空ポンプを作動して前記密閉空間４内の空気を前記バッグ２の端部に支持部材６を介して取り付けられた排気管５を通して排気し、前記密閉空間４内の空気がほぼ全量排気された時点で２つのメタルハライドランプ８，９を点灯して前記光透過性型１および前記光透過性バッグ２を通して紫外線をビニルエステル樹脂含浸ガラスクロス積層物の上下面に１０分間照射することにより６層ガラスクロス強化ビニルエステル樹脂成形品を製造した。
【００２６】
得られた実施例１の６層ガラスクロス強化ビニルエステル樹脂成形品をＪＩＳＫ７０５４の引張試験に従って引張強度およびこの引張強度から計算される引張弾性率を求めた。その結果、実施例１の成形品は引張強度が２４．５ｋｇｆ／ｍｍ２、引張弾性率が１７００ｋｇｆ／ｍｍ２の値を示し、６層ガラスクロス強化熱硬化エポキシ樹脂成形品の引張強度が２５．６ｋｇｆ／ｍｍ２、引張弾性率が１９００ｋｇｆ／ｍｍ２と遜色のない引張特性を有することが確認された。
【００２７】
（実施例２）
ガラスクロス（鐘紡社製商品名；ＫＳ１５８１）を８層重ね、このガラスクロス積層物をラジカル重合型の光硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂（昭和高分子社製商品名；ＬＣ−７２０）に浸漬して含浸させて作製したガラスクロス：ビニルエステル樹脂の重量比率が６０：４０のビニルエステル樹脂含浸ガラスクロス積層物を用い、かつ２つのメタルハライドランプ８，９からの紫外線の照射時間を１０分間にした以外、実施例１と同様な方法により８層ガラスクロス強化ビニルエステル樹脂成形品を製造した。
【００２８】
得られた実施例２の８層ガラスクロス強化ビニルエステル樹脂成形品をＡＳＴＭＤ７９０の曲げ試験に従って曲げ強度およびこの曲げ強度から計算される曲げ弾性率を求めた。その結果、実施例２の成形品は曲げ強度が２１．４ｋｇｆ／ｍｍ２、曲げ弾性率が１７５０ｋｇｆ／ｍｍ２の値を示し、８層ガラスクロス強化熱硬化エポキシ樹脂成形品の曲げ強度が２４．３ｋｇｆ／ｍｍ２、曲げ弾性率が１８００ｋｇｆ／ｍｍ２と遜色のない曲げ特性を有することが確認された。
【００２９】
（実施例３）
まず、ガラスクロス（鐘紡社製商品名；ＫＳ１５８１）を６層重ね、このガラスクロス積層物をラジカル重合型の光硬化性樹脂であるエポキシ樹脂（ダウ・ケミカル社製商品名；ＵＶＲ−６１１０）に浸漬して含浸させ、ガラスクロス：エポキシ樹脂の重量比率が６０：４０のエポキシ樹脂含浸ガラスクロス積層物を作製した。
【００３０】
次いで、前述した図１に示す製造装置を用い、前記エポキシ樹脂含浸ガラスクロス積層物を２枚の剥離紙に挟んで光透過性型１と光透過性バッグ２の間に形成した密閉空間４内に収納し、図示しない真空ポンプを作動して前記密閉空間４内の空気を前記バッグ２の端部に支持部材６を介して取り付けられた排気管５を通して排気し、前記密閉空間４内の空気がほぼ全量排気された時点で２つのメタルハライドランプ８，９を点灯して前記光透過性型１および前記光透過性バッグ２を通して紫外線をビニルエステル樹脂含浸ガラスクロス積層物の上下面に３分間照射することにより６層ガラスクロス強化エポキシ樹脂成形品を製造した。
【００３１】
得られた実施例２の６層ガラスクロス強化エポキシ樹脂成形品をＪＩＳＫ７０５４の引張試験に従って引張強度およびこの引張強度から計算される引張弾性率を求めた。その結果、実施例３の成形品は引張強度が２３．５ｋｇｆ／ｍｍ２、引張弾性率が１７００ｋｇｆ／ｍｍ２の値を示し、６層ガラスクロス強化熱硬化エポキシ樹脂成形品の引張強度が２５．６ｋｇｆ／ｍｍ２、引張弾性率が１９００ｋｇｆ／ｍｍ２と遜色のない引張特性を有することが確認された。
【００３２】
（実施例４）
ガラスクロス（鐘紡社製商品名；ＫＳ１５８１）を８層重ね、このガラスクロス積層物をラジカル重合型の光硬化性樹脂であるエポキシ樹脂（ダウ・ケミカル社製商品名；ＵＶＲ−６１１０）に浸漬して含浸させて作製したガラスクロス：エポキシ樹脂の重量比率が６０：４０のエポキシ樹脂含浸ガラスクロス積層物を用い、かつ２つのメタルハライドランプ８，９からの紫外線の照射時間を３分間にした以外、実施例１と同様な方法により８層ガラスクロス強化エポキシ樹脂成形品を製造した。
【００３３】
得られた実施例４の８層ガラスクロス強化エポキシ樹脂成形品をＡＳＴＭＤ７９０の曲げ試験に従って曲げ強度およびこの曲げ強度から計算される曲げ弾性率を求めた。その結果、実施例４の成形品は曲げ強度が２４．６ｋｇｆ／ｍｍ２、曲げ弾性率が１７５０ｋｇｆ／ｍｍ２の値を示し、８層ガラスクロス強化熱硬化エポキシ樹脂成形品の曲げ強度が２４．３ｋｇｆ／ｍｍ２、曲げ弾性率が１８００ｋｇｆ／ｍｍ２と遜色のない曲げ特性を有することが確認された。
【００３４】
（第２実施形態）
図２は、この第２実施形態に係る繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置を示す概略図である。
【００３５】
図２中の２１は、主面に凹部２２を有する例えばポリカーボネートからなるブロック状の光透過性型である。例えばポリアクリル樹脂フィルムからなる光透過性バッグ２３は、前記光透過性型２１の主面および凹部２２に沿ってその主面周囲に接着された枠状シーラント材２４を介して取り付けられ、前記光透過性型２１と光透過性バッグ２３の間に密閉空間２５を形成している。
【００３６】
排気管２６は、前記光透過性バッグ２３の右端部に前記密閉空間２５と連通するように取り付けられている。図示しない真空ポンプは、前記排気管２６に連結されている。ラジカル重合型の光硬化性樹脂が収容されたタンク２７はその底部に注入管２８が連結され、この注入管２８は前記光透過性バッグ２３の左端部に前記密閉空間２５と連通するように取り付けられている。バルブ２９は、前記注入管２８に介装されている。
【００３７】
２つの光源、例えばメタルハライドランプ３０、３１は前記光透過性型２１および前記光透過性バッグ２３にそれぞれ対向するように配置されている。
【００３８】
なお、前記光透過性型２１はポリカーボネートに代えてガラス、またはポリアクリル樹脂等の他の光透過性プラスチックから作ってもよい。前記光透過性型の形状は凹部を有するブロック状に限らず、凸部を有するブロック状、平板状にしてもよい。
【００３９】
前記光透過性バッグ２３は、ポリアクリル樹脂フィルムに代えて別の光透過性プラスチックフィルムから作ってもよい。
【００４０】
前記光源は、メタルハライドランプに代えてハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ等を用いてもよい。
【００４１】
次に、前述した図２に示す製造装置を用いて繊維強化光硬化樹脂成形品の製造を説明する。
【００４２】
まず、光透過性型２１の凹部２２内に強化繊維３２を任意の層重ねてセットする。つづいて、光透過性バッグ２３を前記光透過性型２１の主面および凹部２２内面に沿ってその主面周囲に接着された枠状シーラント材２４を介して取り付け、前記光透過性型２１と光透過性バッグ２３の間に形成された密閉空間２５に前記強化繊維３２を収納する。
【００４３】
次いで、図示しない真空ポンプを作動して前記密閉空間２５内の空気を排気管２６を通して排気する。前記密閉空間２５内の空気がほぼ全量排気された時点で注入管２８のバルブ２９を開き、タンク２７内に収容されたラジカル重合型の光硬化性樹脂を注入管２８を通して前記密閉空間２５に注入して光硬化性樹脂を前記強化繊維３２に含浸させることにより前記密閉空間２５内に光硬化性樹脂含浸強化繊維を作製する。つづいて、２つのメタルハライドランプ３０，３１を点灯して前記光透過性型２１および前記光透過性バッグ２３を通して紫外線を光硬化性樹脂含浸強化繊維の上下面に照射する。このとき、光硬化性樹脂含浸強化繊維が収納される密閉空間２５は空気が排気された酸素フリーの雰囲気で、その光硬化性樹脂含浸強化繊維の光硬化性樹脂が硬化されて繊維強化光硬化樹脂成形品が製造される。
【００４４】
この後、前記光透過性バッグ２３を取り除き、繊維強化光硬化樹脂成形品を前記光透過性型２１から取り出す。
【００４５】
前記強化繊維および前記ラジカル重合型の光硬化性樹脂は、前記第１実施形態で説明したのと同様なものを用いることができる。
【００４６】
以上、第２実施形態の製造装置によれば光透過性型２１と光透過性バッグ２３の間に形成された密閉空間２５に強化繊維３２をセットした状態でその中の空気を排気し、その密閉空間２５内にタンク２９、注入管２８からラジカル重合型の光硬化性樹脂を注入することにより前記密閉空間２５内に光硬化性樹脂含浸強化繊維を形成でき、この後の２つのメタルハライドランプ３０，３１からの紫外線照射において前記密閉空間２５が酸素フリーの雰囲気で光硬化性樹脂含浸強化繊維のラジカル重合型の光硬化性樹脂を硬化できる。その結果、ラジカル重合型の光硬化性樹脂を酸素による光硬化反応阻害を受けることなく、安定かつ短時間で硬化できるため、繊維強化熱硬化エポキシ樹脂成形品と遜色のない引張特性、曲げ特性を有する繊維強化光硬化樹脂成形品を量産的に製造することができる。
【００４７】
また、第２実施形態の製造装置はオートクレーブ、硬化炉等の大型設備が不要であるため、小型化、低コスト化を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、大型な設備を必要とせずに従来の繊維強化熱硬化エポキシ樹脂成形品と遜色のない引張特性、曲げ特性のような機械的特性を有する繊維強化光硬化樹脂成形品を短時間で製造することが可能な製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置を示す概略図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る繊維強化光硬化樹脂成形品の製造装置を示す概略図。
【符号の説明】
１，２１…光透過性型、
２，２３…光透過性バッグ、
４，２５…密閉空間、
５，２６…排気管、
８，９，３０，３１…光源（メタルハライドランプ）、
１０…光硬化性樹脂含浸強化繊維、
２７…タンク、
２８…注入管、
３２…強化繊維。
【図１】
2004148732.tif 000003
【図２】
2004148732.tif 000004