(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維基材を配置した型内に熱硬化性樹脂を注入して加熱硬化した後、脱型してＦＲＰ成形品を得るＲＴＭ成形方法において、前記熱硬化性樹脂としてポリアミン硬化型エポキシ樹脂を用い、該熱硬化性樹脂の注入温度と硬化温度との関係が下記条件を満足するように成形することを特徴とするＲＴＭ成形方法。
０℃≦Ｔｃ−Ｔｉ≦２０℃
（ここで、Ｔｃは熱硬化性樹脂の硬化温度であり、硬化時の型の温度として規定され、Ｔｉは熱硬化性樹脂の注入温度であり、注入時の型の温度として規定される。）
【請求項２】
強化繊維基材を型内に配置する時から成形品を脱型する時まで、型の温度の変化を２０℃以内に抑える、請求項１のＲＴＭ成形方法。
【請求項３】
前記注入温度に１０分保持したときの粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下の熱硬化性樹脂を用いる、請求項１または２のＲＴＭ成形方法。
【請求項４】
前記硬化温度における硬化に要する時間が０．５〜２．５時間の熱硬化性樹脂を用いる、請求項１〜３のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂の硬化温度が６０℃以上である、請求項１〜４のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項６】
両面成形型を用い、前記熱硬化性樹脂を注入するときに型内を減圧する、請求項１〜５のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項７】
片面成形型上に強化繊維基材を配置した後成形型の成形面全体をバッグ材で覆い、前記熱硬化性樹脂を注入するときにバッグ材で覆われた型内を減圧する、請求項１〜５のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項８】
強化繊維基材の面方向に注入樹脂を拡散させる樹脂拡散媒体を用いる、請求項１〜７のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形方法に関し、とくに、短い成形サイクルで優れた品質のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）成形品を得ることができるようにしたＲＴＭ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ、とくにＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）は、軽量で高い機械特性を発揮できる複合材料であり、各種分野に使用されている。ＦＲＰの代表的な成形方法の一つとして、ＲＴＭ成形方法が知られている。ＲＴＭ成形方法は、型内に強化繊維基材を配置し、その型内に熱硬化性樹脂を注入して樹脂を強化繊維基材に含浸させた後、樹脂を加熱硬化し、硬化後に脱型してＦＲＰ成形品を得る方法である。樹脂の注入に関しては、型内を減圧（真空吸引）し、注入樹脂槽側との差圧によって型内に樹脂を注入する方法や、単に型内に樹脂を加圧注入する方法などが知られている。
【０００３】
このようなＲＴＭ成形方法において、とくに繰り返し成形を行う場合、つまり、大量生産を行う場合には、成形サイクルが長いという問題がある。すなわち、成形を繰り返し行う場合、その中の１回の成形に要する時間が長いという問題があり、大量生産における生産性を向上し製造コストを低減するために、品質を維持しつつ成形サイクルを短縮することが要求されている。
【０００４】
熱硬化性樹脂を用いた複合材料の成形においては、一般に成形品の耐熱性と樹脂硬化温度との間に相関関係があり、成形後の成形品の耐熱性を確保するために、成形時の樹脂の硬化温度を室温よりも高い温度、好ましくは６０℃以上の温度で硬化したいという要請がある。
【０００５】
ところが、樹脂の硬化温度を高く設定すると、通常、室温やそれよりも若干高い温度に設定されている樹脂の注入温度との差が大きくなるので、成形を繰り返し行う場合、樹脂注入温度から樹脂硬化温度への昇温のための時間および樹脂硬化温度から次の成形のための樹脂注入温度への降温のための時間が長くかかり、成形サイクルが長くなって生産性が低下するという問題が生じる。
【０００６】
また、熱硬化性樹脂は時間の経過とともに粘度が上昇するが、その上昇速度は温度が高いほど速い。したがって、上記の成形サイクルに関する問題に対処するために、単に樹脂注入温度を上げるだけでは、注入温度を高く設定した分、樹脂の粘度の上昇速度が速くなり、注入後比較的短時間のうちに、樹脂の粘度が拡散や含浸が行われにくい高い粘度（たとえば、５００ｍＰａ・ｓを越える粘度）に到達してしまい、樹脂含浸不良が生じるおそれがある。高温にしても粘度上昇が遅い樹脂も存在するが、そのような樹脂では反応速度も遅いので、樹脂注入温度を硬化温度に近い高温域に設定できたとしても、硬化時間が長いため、結局、生産性を向上することができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記のような従来のＲＴＭ成形方法における種々の問題点に着目し、とくに、良好な成形品質を確保しつつ、成形サイクルを大幅に短縮可能で、大量生産に好適な生産性に優れたＲＴＭ成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＲＴＭ成形方法は、強化繊維基材を配置した型内に熱硬化性樹脂を注入して加熱硬化した後、脱型してＦＲＰ成形品を得るＲＴＭ成形方法において、前記熱硬化性樹脂としてポリアミン硬化型エポキシ樹脂を用い、該熱硬化性樹脂の注入温度と硬化温度との関係が下記条件を満足するように成形することを特徴とする方法からなる。
０℃≦Ｔｃ−Ｔｉ≦２０℃
ここで、Ｔｃは熱硬化性樹脂の硬化温度であり、硬化時の型の温度として規定され、Ｔｉは熱硬化性樹脂の注入温度であり、注入時の型の温度として規定される。
【０００９】
このＲＴＭ成形方法においては、とくに、強化繊維基材を型内に配置する時から成形品を脱型する時までの間にわたって、型の温度の変化を２０℃以内に抑えることが好ましい。
【００１０】
また、上記樹脂注入温度に１０分保持したときの粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下であれば、注入樹脂の良好な拡散性と含浸性を確保でき、そのような粘度に少なくとも１０分保持できることにより、含浸不良が発生することを確実に防止できる。
【００１２】
また、本発明において使用する熱硬化性樹脂としては、硬化温度における硬化に要する時間が０．５〜２．５時間の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂を用いることにより、樹脂硬化時間を短く抑えて、成形サイクル全体の時間短縮に寄与させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係るＲＴＭ成形方法においては、前述したような成形品の耐熱性を確保するために、熱硬化性樹脂の硬化温度は６０℃以上であることが好ましい。
【００１４】
ＲＴＭ成形方法としては、両面成形型を用い、熱硬化性樹脂を注入するときに型内を減圧する方法や、片面成形型上に強化繊維基材を配置した後成形型の成形面全体をバッグ材で覆い、熱硬化性樹脂を注入するときにバッグ材で覆われた型内を減圧する方法を用いることができる。また、注入樹脂の拡散性を確保するために、強化繊維基材の面方向に注入樹脂を拡散させる樹脂拡散媒体を用いることもできる。
【００１５】
上記のような本発明に係るＲＴＭ成形方法においては、型内への熱硬化性樹脂の注入温度と、注入樹脂の硬化温度との差が２０℃以内とされるので、注入温度から硬化温度への昇温時間および硬化温度から次の成形のための注入温度への降温時間が、従来の大きな温度差があった場合に比べ、大幅に短縮され、それによって成形サイクルが大幅に短縮される。
【００１６】
そして、用いる熱硬化性樹脂としては、注入温度が高くなっても、比較的長時間低粘度に保つことができ、かつ、硬化温度に昇温後には、比較的速い硬化速度（速い反応時間）を確保できる特別な樹脂、とくに、ポリアミン硬化型エポキシ樹脂が使用されるので、低粘度による十分に良好な含浸性と、短い硬化時間とが、相反することなく、両方とも確保される。したがって、成形サイクルの短縮が達成されるとともに、成形品の優れた品質も同時に確保されることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明に係るＲＴＭ成形方法は、強化繊維基材を型内に配置し、その型内に熱硬化性樹脂を注入し、注入された樹脂を強化繊維基材に対して拡散させるとともに含浸させ、しかる後に熱硬化性樹脂を加熱により硬化させ、樹脂硬化後に、脱型してＦＲＰ成形品を得るＲＴＭ成形方法である。そして、樹脂の注入温度Ｔｉと硬化温度Ｔｃとの関係が、
０℃≦Ｔｃ−Ｔｉ≦２０℃
を満足するように成形される。すなわち、注入温度Ｔｉと硬化温度Ｔｃとの差を２０℃以内として加熱硬化される。
【００１８】
この樹脂の注入温度Ｔｉと硬化温度Ｔｃとの関係を、型温度の昇降温のプロファイルとして表すと、たとえば図１に示すようになる。図１には、従来方法による昇降温プロファイル（図１（ａ））と、本発明方法による昇降温プロファイル（図１（ｂ））とを比較して示す。図１（ａ）に示す従来方法においては、強化繊維基材配置／樹脂注入時の区間Ａにおける温度と樹脂硬化時の区間Ｂにおける温度との差が４０℃程度あるので、注入温度から硬化温度への昇温、および、硬化温度から脱型Ｃを行う時の温度（繰り返し成形においては、一般に、次の成形のための注入温度に等しい温度で脱型）への降温に要する時間が長く、そのため成形サイクルは比較的長くなっている。これに対し図１（ｂ）に示す本発明方法においては、注入温度Ｔｉと硬化温度Ｔｃとの差が２０℃以内（図示例では１０℃程度）とされているので、昇降温に要する時間が大幅に短縮され、それによって成形サイクルも大幅に短縮されている。成形サイクルが短縮される結果、成形を繰り返し行う大量生産において、生産性が著しく向上される。
【００１９】
また、本発明においては、図１（ａ）と図１（ｂ）の比較からわかるように、結果的に、比較的高い温度で樹脂注入が行われることになるが、後述するように、特別な樹脂、とくにポリアミン硬化型エポキシ樹脂を用いることにより、比較的高温で樹脂注入しても、その間に樹脂の粘度が急速に上昇しないようにすることが可能である。つまり、樹脂の粘度を、比較的長時間、含浸不良が生じないだけの低粘度領域に維持することが可能になる。その結果、含浸不良等の発生しない、成形品の優れた品質も同時に確保されることになる。
【００２０】
【実施例】
以下に、成形方法のより具体的な例を含めて、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１
図２は、本発明の実施例１に係るＲＴＭ成形方法を示している。図２においては、金属製の上型１と下型２の両面成形型によって、内部にキャビティ３が成形されている。上型１、下型２内には、型加熱用の熱媒流路４、５がそれぞれ内蔵されている。
【００２１】
型面上に離型剤を塗布し、予め熱媒流路５に温水を流して７５℃に加熱した下型成形面上に強化繊維基材６（東レ（株）製、炭素繊維織物：”トレカ”Ｔ３００×２００ｇ／ｍ2 ×８ｐｌｙ）をレイアップした。その上に、離型用織布７（ナイロン製タフタ）と樹脂拡散媒体８（＃２００メッシュのポリエチレン製網状体）を配置した。
【００２２】
下型２と同様に、予め７５℃に加熱した上型１を下型２上にガイドピンに沿って押圧して固定状態を保持し、型締めした。
【００２３】
キャビティ３の幅方向に形成された台形状の溝である減圧吸引部９に連通した吸引口より、バルブ１０、真空トラップ１１（樹脂の真空ポンプへの流入を阻止するためのトラップ）を介して真空ポンプ１２により真空吸引した。
【００２４】
キャビティ３内が１０ｔｏｒｒ以下に達した後、真空吸引用溝である上記減圧吸引部９と基材６が配置された成形部分を介して対比関係にある位置に、該減圧吸引部９と同様に幅方向に形成された台形状の溝である樹脂注入部１３に連通する樹脂注入ラインのバルブ１４を開いて、タンク１５に貯蔵されていた樹脂１６を大気圧でキャビティ３内に流入させた。真空吸引ライン上のバルブ１０は開いたままで真空吸引を続行した。樹脂及び真空シールは、型面上の全周にわたって配置したＯリング１７で行った。
【００２５】
ここで用いた熱硬化性樹脂１６は、東レ（株）製ポリアミン硬化型エポキシ樹脂：ＴＲ−Ｃ３２であり、粘度特性は表１に示した通りである。表１に示したデータは、東機産業（株）製Ｅ型粘度計：ＴＶＥ−３０型を用いて、７０℃及び８０℃における粘度変化を測定したものであり、それぞれの温度における粘度の経時変化をグラフ化すると図３に示すようになる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
大気圧で加圧された樹脂１６は、一旦幅方向に溝が形成された樹脂注入部１３に到達して充満した後、キャビティ３との連通路である上下型の間隙で形成されたフィルムゲート１８（隙間＝約０．５ｍｍ）を通ってキャビティ３内に到達する。その後、基材６より流動抵抗が遙かに低い樹脂拡散媒体８に流れ込む。そして、その樹脂拡散媒体８内を主体に樹脂は流れながら、少しずつ厚み方向の基材６内に含浸して行き、やがて幅方向に溝が形成された減圧吸引部９に到達する。その後、真空吸引ライン上に樹脂が見えだした時点で樹脂注入ラインのバルブ１４を閉鎖し、樹脂注入をストップした。樹脂注入開始から真空吸引ライン上に樹脂が見えるまでの時間は約１５分であり、その１５分間に型温度を８５℃に昇温させた。
【００２８】
また、上記成形型を用いて上述とは異なる以下の様な成形方法での試作を行った。即ち、先ず上記基材の量を上述より１．３倍に増加させた。その為に樹脂流動抵抗が高くなり樹脂流動・含浸に時間を要することから、樹脂注入ラインに樹脂加圧装置（図２には記載せず）を連結し、真空吸引ライン上のバルブ１０を閉鎖した状態で、該樹脂加圧装置で樹脂を圧力約３ｋｇ／ｍ2 に加圧して樹脂を注入含浸した。この時は、樹脂加圧注入時に型温度を既に８５℃に予め昇温していた。
【００２９】
上記何れの場合でも、樹脂がキャビティ３内に充満し、型温度が８５℃の状態で基材６内に含浸したまま約１．５時間保持した。該樹脂はやがて型からの加熱により脱型可能なまでに硬化した。
【００３０】
樹脂が硬化した後、上型１を上昇させて下型２から離型して成形品を型内より脱型させた。この場合、型温度は１０℃降温して７５℃（次の成形サイクルにおける樹脂注入時温度と同じ温度）に戻した。
【００３１】
何れの場合共、脱型した成形品は自動車部材であるフェンダーであり、表面状態は光沢があり、全くボイドやピンホールなどは見られない良品であった。
【００３２】
このように、熱硬化性樹脂の注入温度（７５℃）と硬化温度（８５℃）との差を１０℃（つまり、２０℃以内）としたので、成形サイクルを大幅に短縮でき、しかも比較的高い樹脂注入温度とすることにより、樹脂の良好な含浸性を維持でき、ＦＲＰ製品の良好な品質を得ることができた。
【００３３】
実施例２
本実施例では、片面型として下型２１を用い、上型は用いずにシート状のバッグ材２２で覆った。金属製の下型２１には、型加熱用の熱媒流路２３を形成されている。離型剤を型面上に塗布し、温水が通った熱媒流路２３によって型温度は約７０℃に加熱した。
【００３４】
その型面上に強化繊維基材２４（東レ（株）製、炭素繊維織物：”トレカ”Ｔ７００×３００ｇ／ｍ2 ×２ｐｌｙ）をレイアップした。更にその上にアクリル系のフォームコア材２５（厚さ：１０ｍｍ）を配置した後、その上に強化繊維基材２４（東レ（株）製、炭素繊維織物：”トレカ”Ｔ７００×３００ｇ／ｍ2 ×２ｐｌｙ）を配置した。そして、その上には、該フォームコア材２５と外寸が殆ど同一で厚さが３ｍｍのＦＲＰ製押圧板２６を載せ、下型表面の全体をナイロン製バッグ材２２で覆った。そのバッグ材２２と下型２１とのシールは、粘着性シール材で行った。更に、該バッグ材２２の上にヒータ線を内蔵したシリコン製ラバーヒータ２８を被せた。なお、上記フォームコア材２５には上下面共に、樹脂流入路用としての細溝（幅１．５ｍｍ×深さ３ｍｍ）を樹脂注入部２９から減圧吸引部３０方向に加工してある。
【００３５】
キャビティ３１の幅方向に形成された台形状の溝である減圧吸引部３０に連通した吸引口よりバルブ３２、真空トラップ３３を介して真空ポンプ３４によって真空吸引した。このときよりラバーヒータ２８を７０℃に昇温開始した。そして、キャビティ３１内が６ｔｏｒｒ以下に達した後、真空吸引用溝である上記減圧吸引部３０と基材２４が配置された成形部分を介して対比関係にある位置に、該減圧吸引部３０と同様に幅方向に形成された台形状の溝である樹脂注入部２９に連通する樹脂注入ラインのバルブ３５を開いてタンク３６に貯蔵された樹脂３７を大気圧でキャビティ３１内に流入させた。真空吸引ライン上のバルブ３２は開いたままで、真空吸引し続けた。なお、樹脂及び真空シールは、型面上の全周に連通したＯリング２７で行った。また、ここで用いた熱硬化性樹脂３７は、東レ（株）製ポリアミン硬化型エポキシ樹脂：ＴＲ−Ｃ３２である。
【００３６】
大気圧で加圧された樹脂３７は、前記図２記載の実施例１と同様に一旦樹脂注入部２９に到達し充満した後、キャビティ３１から延長して樹脂注入部２９まで配置された基材２４内を通ってキャビティ３１内に達する。但し、上記基材の延長部分には樹脂抵抗を下げる為に図２記載の樹脂拡散媒体を基材の上に配置した（図４では省略）。その後、基材２４より流動抵抗が遙かに低いコア材２５に形成された上記細溝内に流れ込む。そして樹脂３９は、コア材２５の上下面の細溝内を中心に流れながら少しずつ厚み方向の基材２４内に含浸していき、やがて減圧吸引部３０に到達する。その後、真空吸引ライン上に樹脂が見えだした時点で樹脂注入ラインのバルブ３５を閉鎖し、樹脂注入をストップした。
【００３７】
上記樹脂がキャビティ３１内に充満し、基材２４内に含浸した状態で約２時間保持した。該樹脂はやがて加熱により硬化した。
【００３８】
樹脂が硬化した後、下型２１からラバーヒータ２８とバッグ材２２を剥奪して成形品を型内より脱型させた。この場合、型温度は７０℃に保持したままであり、全く降温しなかった。つまり、樹脂注入温度と硬化温度との差を０とした。したがって、成形サイクルは大幅に短縮された。
【００３９】
脱型した成形品は自動車部材であるボンネット・フードである。意匠面は成形型の平滑性をそのまま転写して光沢があり、塗装無しで基材の織物の織り目が外面に現われ、それによって商品価値を高めることができた。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＴＭ成形方法によれば、熱硬化性樹脂の注入温度と硬化温度との差を２０℃以内とすることにより、成形サイクルを大幅に短縮し、生産性を大幅に高めることができる。
【００４１】
また、熱硬化性樹脂として、特別の樹脂、とくにポリアミン硬化型エポキシ樹脂を用いることで、比較的高温での樹脂注入を可能とし、注入時における樹脂含浸性を良好に維持して、最終的に得られる成形品の品質を向上することが可能となる。
【００４２】
このような本発明に係るＲＴＭ成形方法は、とくに大量生産が要求されるものや、比較的大型の成形品を繰り返し成形することが要求されるものに好適である。たとえば、各種自動車用部材（フード、ルーフ、フェンダー、トランクリッド、バンパーなど）や、ヘリコプター用部材（ブレード、キャビンなど）、航空機用部材（一次構造部材：ウィング、リブ、キャビン、スパーなど、および、二次構造部材：フェアリング、コントロール、サーフェスなど）、風車用部材（ブレード、リブ、継手部材など）の成形に用いて好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の成形サイクルを従来方法と比較して示した、型温と経過時間との関係図である。
【図２】本発明の実施例１に係るＲＴＭ成形方法を示す概略構成図である。
【図３】実施例に用いた熱硬化性樹脂の粘度特性図である。
【図４】本発明の実施例２に係るＲＴＭ成形方法を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  上型
２、２１  下型
３、３１  キャビティ
４、５、２３  熱媒流路
６、２４  強化繊維基材
７  離型用織布
８  樹脂拡散媒体
９、３０  減圧吸引部
１０、１４、３２、３５  バルブ
１１、３３  真空トラップ
１２、３４  真空ポンプ
１３、２９  樹脂注入部
１５、３６  タンク
１６、３７  熱硬化性樹脂
１７、２７  シール用Ｏリング
２２  バッグ材
２５  コア材
２６  押圧板
２８  ラバーヒータ
【図１】
0004752147.tif 000003
【図２】
0004752147.tif 000004
【図３】
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【図４】
0004752147.tif 000006