(57)【要約】  【課題】コア材内部へのマトリクス樹脂の含浸を防ぐことで、軽量かつ表面品位に優れたＦＲＰ成形品を提供する。  【解決手段】コア材の周囲に配置した強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させてなるＦＲＰ成形品において、コア材１の表面をフィルム２で被覆することでマトリクス樹脂とコア材の接触を遮断し、マトリクス樹脂を高圧で注入した場合や低密度のコア材を用いてもコア材内部へマトリクス樹脂が含浸することのないＦＲＰ成形品を提供する。  【選択図】図１
2005067021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア材と、該コア材の少なくとも片面に積層された強化繊維樹脂スキン層とからなるＦＲＰ成形品において、前記コア材とスキン層との間に、前記コア材表面の少なくとも一部を被覆するフィルムを介在させたことを特徴とするＦＲＰ成形品。
【請求項２】
前記フィルムで被覆した範囲が前記コア材の表面全面であることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項３】
前記フィルムの端部にシール材を施したことを特徴とする請求項１または２に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項４】
前記フィルムが、少なくともＦＲＰ成形品を構成するマトリクス樹脂と接する面にコロナ処理が施されているものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ成形品。
【請求項５】
前記コア材が、フォームコア発泡体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ成形品。
【請求項６】
前記フォームコア発泡体が、硬質ポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求項５に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項７】
コア材の表面の少なくとも一部をフィルムで被覆し、さらにその周囲に強化繊維基材を配置した後、ＲＴＭ法により前記強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸させることを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ成形品（繊維強化樹脂成形品）の改良に関し、特に成形の際に比較的高圧でマトリクス樹脂を注入した場合や低密度のコア材を使用した場合でも、該樹脂がコア材内部に含浸することのない、軽量で表面品位に優れるＦＲＰ成形品およびその製造方法に関する。本発明のＦＲＰ成形品は、例えば自動車、航空機等の輸送機器に代表される、軽量かつ外観品位に比較的高い意匠性が要求される産業用部材に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来のＦＲＰ成形品では、コア材の周囲に配置された強化繊維へマトリクス樹脂を含浸させる際に、該コア材の内部にまでマトリクス樹脂が含浸してしまうことが多く見られた。この現象は、注入発泡により得られたコア材の場合には、コア材端部や厚みが薄い部分等の該コアを形成する発泡セル組織が不均一で弱い部分や発泡セル組織が破泡した部分において顕著であり、その結果、ＦＲＰ成形品として本来必要のないマトリクス樹脂が製品に含まれるために重量が増加してしまうという問題や、マトリクス樹脂含浸部分で局所的に樹脂量が増加することによる樹脂の発熱や硬化収縮の影響でＦＲＰ成形品表面の平滑性が損なわれ、表面品位が悪化し、表面意匠性が求められる商品としての価値が低下するという問題があった。
【０００３】
従来のコア材内部へのマトリクス樹脂含浸を防ぐ技術では、発泡ポリウレタンコアの表面に薄い樹脂層を形成した後、それを繊維基材とともに型内にセットし、ＦＲＰ用マトリクス樹脂液を注入することでマトリクス樹脂がコアへ浸透することを防止している（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この方法では、コア材表面に形成する樹脂層の厚さを均一にすることが難しいため樹脂層表面に凹凸が生じてしまい、その凹凸によりＦＲＰ成形品の表面品位が悪化するという問題があった。さらに、樹脂層の塗布時に樹脂層を形成する樹脂自体がコア材に含浸してしまい、軽量性や表面品位を悪化させるという問題や、樹脂層の厚みが０．０５〜０．５ｍｍ程度と厚くそれ自体の重量により軽量メリットが損なわれるという問題があった。
【０００４】
上記コア材へのマトリクス樹脂の含浸を低減するために、高密度のコア材を用いるなどの方法があるが、特にマトリクス樹脂を高圧で注入した場合においてはマトリクス樹脂の遮断性が充分でなく、さらに高密度のコア材を使用することでＦＲＰ成形品の重量が増加してしまい、ＦＲＰ成形品の大きな特徴の一つである軽量メリットが損なわれてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平５−１４７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記のような問題に鑑みて、特に成形の際に比較的高圧でマトリクス樹脂を注入した場合や低密度のコア材を使用した場合でも、マトリクス樹脂がコア材内部へ含浸していない、軽量かつ表面品位に優れるＦＲＰ成形品およびその製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を達成するため、本発明のＦＲＰ成形品は下記の構成からなる。
【０００７】
すなわち、ＦＲＰ成形品において、
（１）コア材と、該コア材の少なくとも片面に積層された強化繊維樹脂スキン層とからなるＦＲＰ成形品において、前記コア材とスキン層との間に、前記コア材表面の少なくとも一部を被覆するフィルムを介在させたことを特徴とするＦＲＰ成形品である。
（２）前記フィルムで被覆した範囲が前記コア材の表面全面であることを特徴とするＦＲＰ成形品である。
（３）前記フィルムの端部にシール材を施したことを特徴とするＦＲＰ成形品である。
（４）前記フィルムが、少なくともＦＲＰ成形品を構成するマトリクス樹脂と接する面にコロナ処理が施されているものであることを特徴とするＦＲＰ成形品である。
（５）前記コア材が、フォームコア発泡体であることを特徴とするＦＲＰ成形品である。
（６）前記フォームコア発泡体が、硬質ポリウレタン発泡体であることを特徴とするＦＲＰ成形品である。
【０００８】
また、前記課題を達成するため、本発明のＦＲＰ成形品の製造方法は、コア材の表面の少なくとも一部をフィルムで被覆し、さらにその周囲に強化繊維基材を配置した後、ＲＴＭ法により前記強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＦＲＰ成形品は、その製造の際にコア材の表面をフィルムで被覆することにより、コア材の密度が低い場合やマトリクス樹脂を高圧で注入した場合であっても、コア材内部にマトリクス樹脂が含浸することがなく、その結果、従来品に比べて軽量で表面品位に優れ、商品価値が高いという特徴を有している。よって、例えば自動車、航空機等の輸送機器に代表される、軽量かつ外観品位に比較的高い意匠性が要求される産業用部材に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ成形品の構成を示す斜視部分断面図である。図１において、１はコア材を示す。本発明におけるコア材は、いわゆるＦＲＰ成形品においてマトリクス樹脂が含浸されたＦＲＰ層３である強化繊維樹脂スキン層とコア材とから構成されたサンドイッチ構造の芯材となるものである。コア材の表面には、全面に強化繊維樹脂スキン層が配置されていてもよいし、表面に強化繊維樹脂スキン層が配置されておらず、ＦＲＰ成形品の表面にコア材が露出していてもよい。
【００１２】
コア材１としては、例えば木質コアなどを用いることもできるが、ＦＲＰ成形品を軽量なものとするためには、フォームコア発泡体からなるコア材であることが望ましい。
【００１３】
発泡体の材質としては、特に限定されるものではなく、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリイミド、ポリウレタン等の樹脂発泡体を用いることができるが、取り扱い性、物性、コスト面に優れ、さらにマトリクス樹脂の圧力によって潰れない程度の強度を有することから、見かけ密度が０．０２５ｇ／ｃｍ3以上である硬質ポリウレタン発泡体が最も好適に使用される。
【００１４】
コア材の形状は、ブロックから切り出す、あるいは削り出す場合や、任意の形状に作られた注入発泡型に混合撹拌した発泡材原液を注入し、型内部で発泡させる場合などによって得られ、複雑形状のコア材を使用する場合には後者を用いると効率よく生産することができる。
【００１５】
コア材１の表面の少なくとも一部を被覆するフィルム２の材質は特に限定されず、例えばナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン等を用いることができるが、耐熱温度がマトリクス樹脂硬化時の最高温度を上回っていなければ、ＦＲＰ層３を形成するためのマトリクス樹脂がフィルム２の内面に進入してコア材１と接触し、コア材１の内部へ含浸してしまうことがあるので注意が必要である。フィルム２の表面は、空気中、窒素中、炭酸ガス中などでコロナ放電による表面処理、いわゆるコロナ処理が施されたものであることが好ましい。少なくとも、ＦＲＰ成形品を構成するマトリクス樹脂と接する側の面にコロナ処理を施したフィルムを使用すると、マトリクス樹脂とフィルム２の接着性が向上するためＦＲＰ層３とフィルム２が強固に接着し、実質的にＦＲＰ層３とフィルム２を一体構造とすることができる。
【００１６】
フィルム厚さは、薄い方がＦＲＰ成形品の表面品位を低下させることが少ないが、薄過ぎると作業性が悪化するため３〜５０μｍ程度であることが好ましく、１０〜３０μｍであることがより好ましい。また例えば吸湿性の少ないフィルムを選択することで、コア材が吸湿するのを防ぐ効果を期待することもできる。
【００１７】
フィルムはコア材との間に生じる空隙が小さくなるよう、コア材表面が曲面となっている部分では、余剰部分のフィルムを折り畳んだり、あるいはフィルムに切り込みを入れ余剰部分を重ね合わせて被覆されることが有効である。このときコア材あるいはコア材と接触するフィルム面に粘着成分を塗布すると、コア材とフィルムの位置決めが容易になり作業性が向上する。またあらかじめ粘着成分をコーティングしたフィルムを用いても同様に作業性が向上する。
【００１８】
フィルムへ切り込みを入れた部分やフィルムの端部では、例えば糊、接着樹脂などの粘着成分からなるシール材でフィルム同士を貼り合わせたり、あるいは図２に示すように、フィルム２ａとフィルム２ｂの端部を重ね合わせるか、あるいは突き合わせ、シール材として、糊、接着樹脂などを塗布した粘着テープ４を貼り付けて被覆すると、マトリクス樹脂がコア材１へ含浸するのを防ぐことができる。シール材の成分は特に限定されるものではないが、マトリクス樹脂が硬化する時の発熱を考慮して、アクリル系、シリコーン系などの耐熱性を有するものを用いることが好ましい。粘着テープを用いる場合の基材フィルムも特に限定されるものではないが、ポリエステル、ナイロン等の耐熱性を有するものを用いることが好ましい。あるいは、熱融着樹脂などからなるテープを用いて加熱融着して被覆しても、マトリクス樹脂がフィルム２ａとフィルム２ｂの継ぎ目から浸透して、コア材１に含浸するのを防ぐことができる。熱融着樹脂は特に限定しないが、例えばポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、変性ポリオレフィン系およびその共重合体、変性体、アイオノマーなどの市販のものを用いることができ、ポリアミド系、変性ポリオレフィン系のものは特に好ましく用いることができる。
【００１９】
コア材表面の全面をフィルムで被覆すれば該コア材とマトリクス樹脂を完全に遮断することができコア材へマトリクス樹脂が含浸するのを効果的に防ぐことができる。また、コア材を形成する組織が弱くマトリクス樹脂が含浸しやすい部分のみを選択的にフィルムで被覆すれば作業効率が向上する。また、熱収縮性のフィルムを用い、コア材表面全周に該フィルムを配置した後、該フィルムに熱風を当てる、あるいは該フィルムを高温環境下にさらすことで該フィルムを収縮させ、コア材に対して該フィルムを密着させる方法も有効である。さらには、袋状に加工したフィルムをコア材全体を覆うようにかぶせ、吸引口以外を密閉した後に該フィルム内を真空吸引してコア材全体に密着させ、しかる後に吸引口を封止し該コア材への密着を維持させることも有効である。
【００２０】
強化繊維はフィルムで被覆されたコア材の周囲に適宜配置される。配置の形態、積層構成は特に限定されるものではない。使用される強化繊維も限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、これらを併用した強化繊維などが用いられる。
【００２１】
マトリクス樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂、さらにはこれらの混合樹脂等が使用できる。
【００２２】
強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸させる方法は、特に限定されないが、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が好ましく用いられる。ＲＴＭ法を用いるとマトリクス樹脂を高圧で注入することができ、その結果マトリクス樹脂が未含浸の部分や表面の気泡がなく、表面品位が優れたＦＲＰ成形品を効率良く製造することができる。
【００２３】
次に、本発明に係るＦＲＰ成形品をＲＴＭ法により成型するために好ましい実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ成形品の製造方法を実施する成形装置の概略断面図である。
【００２４】
図において、まずコア材１の表面をフィルム２で被覆し、さらに周囲に強化繊維基材５を配置した後、上型６ａおよび下型６ｂから構成される金型６のキャビティ７に収容する。次に該キャビティ７を下型６ｂに取り付けられているシール８によって密閉状態に保つ。次に該型内の密閉状態を保ちながら真空源９に接続することでキャビティ内を減圧する。  しかる後に注入コック１０を開き、液状のマトリクス樹脂１１を加圧注入し、キャビティ７内に配置された強化繊維基材５内に含浸させる。次に強化繊維基材５に含浸したマトリクス樹脂１１を適当な温度で硬化させることで、ＦＲＰ成形品が得られる。
【実施例】
【００２５】
＜実施例＞
まず図１に示すように、反応触媒として適量の水を含むポリオールとイソシアネートの２液を１：１の比率で混合撹拌して注入発泡型内で発泡させた、６００ｍｍ×２００ｍｍ×２０ｍｍの板形状をした硬質ポリウレタン発泡体（見かけ比重０．１６ｇ／ｃｍ３）をコア材１とし、その表面全面を、フィルム表面のうち一方の面にコロナ処理を施した厚さ１５μｍのナイロンフィルム（ユニチカ（株）製二軸延伸ナイロンフィルム“エンブレム”ＯＮＢＣ−１５）２で被覆した。この際、コロナ処理を施された面が外面となるように被覆した。このとき板形状の上面側と下面側それぞれ１枚のフィルムを用い、２枚のフィルムが合わさる部分にはポリエステル粘着テープを貼り付け、隙間が生じることを防いだ。  また、板形状の端面では適宜フィルムを折り畳んだり余剰部分を切り取り、フィルムが重なる部分や隙間が生じる部分には、同様にポリエステル粘着テープを貼り付けてフィルムに隙間が生じることを防いだ。
【００２６】
次にフィルムで被覆した硬質ポリウレタン発泡体の表面全面に、炭素繊維（東レ（株）製“トレカ”Ｔ３００―３Ｋ糸）を用いた目付１９０ｇ／ｍ2の炭素繊維平織物を３プライ積層して配置し、図３の製造装置に示す上下の金型６ａ、６ｂから構成される成形型のキャビティ７内に収容した。
【００２７】
その後、成形型内を減圧し、液状のエポキシ樹脂を０．６ＭＰａの圧力をかけて成形型内に注入、強化繊維基材に含浸させ、型内で硬化させることでＦＲＰ成形品を製作した。  
【００２８】
結果得られたＦＲＰ成形品の重量は、約９００ｇであった。またＦＲＰ成形品の表面にはマトリクス樹脂量が過剰となった場合に発生する表面のざらつき等がなく、表面品位に優れたものであった。
【００２９】
本ＦＲＰ成形品を切断し断面を観察すると、その断面は図４に見られるように、ＦＲＰ層にのみマトリクス樹脂が含浸しており、コア材１へはマトリクス樹脂が全く含浸していなかった。また、フィルム２はマトリクス樹脂に強く接着しており、ＦＲＰ層３と一体化していた。
【００３０】
＜比較例＞
実施例に対して、硬質ポリウレタン発泡体を用いたコア材の表面をフィルムで被覆しなかったこと以外は同じ方法でＦＲＰ成形品を製作した。その結果得られたＦＲＰ成形品の重量は約１１５０ｇであり、フィルムで被覆した場合の重量より約２８％も増加していた。また、ＦＲＰ成形品の表面には、部分的にざらざらとした部分があり表面品位が悪く、商品意匠性としては充分ではなかった。
【００３１】
比較例の方法で得られたＦＲＰ成形品を切断し断面を観察すると、その断面は図５に見られるように、本来ＦＲＰ層３にのみ含浸しているべきマトリクス樹脂が、コア材１の表面から内部に向けて含浸した樹脂含浸層１２を有していることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のＦＲＰ成形品は、例えば自動車、航空機等の輸送機器に代表される、軽量かつ外観品位に比較的高い意匠性が要求される産業用部材に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ成形品の構成を示す斜視部分の断面図である。
【図２】本発明の一実施態様に係るフィルム端部のシール方法を示す部分の断面図である。
【図３】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ成形品の製造方法を実施する成形装置の概略断面図である。
【図４】本発明の実施例で製造されたＦＲＰ成形品の繊維の形状を示す部分断面写真である。
【図５】比較例で製造されたＦＲＰ成形品の繊維の形状を示す部分断面写真である。
【符号の説明】
【００３４】
１：コア材
２：フィルム
３：ＦＲＰ層
４：粘着テープ
５：強化繊維基材
６：金型
６ａ：上型
６ｂ：下型
７：キャビティ
８：シール
９：真空源
１０：注入コック
１１：マトリクス樹脂
１２：樹脂含浸層
【図１】
2005067021.tif 000003
【図２】
2005067021.tif 000004
【図３】
2005067021.tif 000005
【図４】
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【図５】
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