(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型上に強化繊維基材層を形成し、
注入樹脂の拡散を促進する樹脂拡散ネットを前記強化繊維基材層の上層に敷設し、
前記樹脂拡散ネットの上に、強化繊維基材層に樹脂注入するための注入管を配設し、
これらの強化繊維基材層、樹脂拡散ネットおよび注入管をバッグフィルムによって前記成形型上に気密に被覆するとともに、このバッグフィルム内を減圧する減圧源に接続された減圧ホースを前記強化繊維基材層の周囲に配設して、
真空吸引による減圧環境下で樹脂注入を行い、前記強化繊維基材層に注入樹脂を含浸させて得る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法であって、
前記減圧ホースを、前記強化繊維基材層の辺縁部から距離を設けて配設し、
前記強化繊維基材層と樹脂拡散ネットとの間には、成形品とバッグフィルムとの離型性を高める離型シートを介装しており、
この離型シートで、前記強化繊維基材層の表面と側面とを覆うとともに、該離型シートの端部を前記減圧ホースの外周に巻き付けるように配設して該減圧ホースの外周までも覆い、
前記減圧ホースとバッグフィルムとの間に前記離型シートの端部を挟み込んだ状態で該バッグフィルム内を減圧し、前記強化繊維基材層の辺縁部とバッグフィルムとの間および前記減圧ホースとバッグフィルムとの間に空気の通り道を形成することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量で高強度な素材として繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が各種産業分野で注目されており、中でも炭素繊維強化プラスチックはその優れた機械特性等から多用されつつある。そして、このような繊維強化プラスチックは、従来ハンドレイアップ成形法により形成されることが多かったが、比較的大型の成形品を製造するには好ましくなく、コストがかかるとともに、製造中にスチレン等が揮散する問題等もあって、近年では真空吸引による減圧環境下で成形を行う真空注入成形法が採用されつつある。
【０００３】
この種の真空注入成形法については、例えば特許文献１にその基本的な技術が開示されており、成形型に繊維レイアップ層を配置し、この上に樹脂分配用の注入管を配設してバッグフィルムで包被するとともに、その周囲をシールして、真空吸引されたバッグフィルム内に未硬化の樹脂を注入して硬化させることにより成形品を得る構成とされている。
【特許文献１】特開平１０−５０４５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の真空注入成形法は、各種の成形法の中でも薄肉の成形品を製造するのに適した技術であるので、ある程度厚みのある成形品や比較的大型の成形品を製造する場合には、前記従来の成形法では繊維レイアップ層に注入樹脂を均一に拡散させて、良好に含浸させることが困難となる。
【０００５】
そこで、このような場合には、より真空圧を大きくしたり、樹脂分配用の注入管の配置本数を変えたりするなど、成形するものの大きさや形状に合わせて、注入樹脂を均一に拡散させるための試行錯誤を繰り返し、これにより品質の確保を図っていかなければならず、作業者の熟練度によるところが大きかった。
【０００６】
また、前記のように成形する成形品の厚みや大きさが大きくなるほど、樹脂注入や真空吸引、注入樹脂の硬化に要する時間が長くなることは避けられず、効率よく最短の成形時間で成形品を得られるような方法を確立することが求められていた。
【０００７】
本発明は、上記のような事情にかんがみてなされたものであり、成形に要する作業時間の短縮化を図り、特に、最短の樹脂注入時間で強化繊維のもつ利点を十分に発揮した良質の成形品を、作業者の熟練度によることなく得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本発明は、成形型上に強化繊維基材層を形成し、注入樹脂の拡散を促進する樹脂拡散ネットを前記強化繊維基材層の上層に敷設し、前記樹脂拡散ネットの上に、強化繊維基材層に樹脂注入するための注入管を配設し、これらの強化繊維基材層、樹脂拡散ネットおよび注入管をバッグフィルムによって前記成形型上に気密に被覆するとともに、このバッグフィルム内を減圧する減圧源に接続された減圧ホースを前記強化繊維基材層の周囲に配設して、真空吸引による減圧環境下で樹脂注入を行い、前記強化繊維基材層に注入樹脂を含浸させて得る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法であって、前記減圧ホースを、前記強化繊維基材層の辺縁部から距離を設けて配設し、前記強化繊維基材層と樹脂拡散ネットとの間には、成形品とバッグフィルムとの離型性を高める離型シートを介装しており、この離型シートで、前記強化繊維基材層の表面と側面とを覆うとともに、該離型シートの端部を前記減圧ホースの外周に巻き付けるように配設して該減圧ホースの外周までも覆い、前記減圧ホースとバッグフィルムとの間に前記離型シートの端部を挟み込んだ状態で該バッグフィルム内を減圧し、前記強化繊維基材層の辺縁部とバッグフィルムとの間および前記減圧ホースとバッグフィルムとの間に空気の通り道を形成することを特徴とする。
【００１０】
このような発明により、離型シートのもつ通気性を利用して、減圧ホースによる空気の排気を円滑に行うことができる。これにより、バッグフィルム内の全体を均一に真空吸引して、成形部内を良好な真空状態とすることができ、注入樹脂の流動性を高めて含浸不良を生じることなく、樹脂注入に要する時間も短縮することができる。
【００１７】
なお、注入樹脂としては、低粘度であれば特に限定されるものではなく、ビニルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。また、現行の樹脂の中では最も低粘度かつ高強度という理由から、ビニルエステル樹脂が好適である。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように構成される本発明の繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法によれば、注入樹脂を均一に拡散・含浸させて、成形品における樹脂の未含浸部位の発生を抑えつつ、効率よく良質な成形品を得ることができる。また、本発明によれば、成形に要する作業時間の短縮化を図って、特に、樹脂注入に要する時間を最短に抑えつつ、作業者の熟練度によらずとも、強化繊維のもつ利点を十分に発揮した成形品を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法を実施するための最良の形態について実施例を示して説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明に係る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法の実施例１について、図１〜図３を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、実施例１の繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法を模式的に示す上面視概略図、図２および図３は前記成形方法における部分断面図である。
【００２２】
本実施例の繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法においては、まず成形型１の上にシート状の強化繊維基材を一枚または複数枚、交互に敷設して、適宜の厚みを有する強化繊維基材層２を形成する。敷設する強化繊維基材には、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの繊維からなる織物または不織布等が用いられる。
【００２３】
次に、強化繊維基材層２を形成した成形型１の上に、離型シート（ピールプライ）３を重ねて敷設する。この離型シート３は、注入した樹脂が硬化した後、成形品の表面側を被覆している後述のバッグフィルム６との離型性を高めるものであり、注入樹脂に対して非接着性の材料からなるシート材であることが好ましい。
【００２４】
次に、離型シート３の上に樹脂拡散ネット４を重ねて敷設する。樹脂拡散ネット４は、注入樹脂の拡散を促進するものであり、注入樹脂を強化繊維基材層２に偏りなく含浸させる樹脂流動抵抗の低い網目状のシート材を用いる。
【００２５】
樹脂拡散ネット４は強化繊維基材層２の表面の大きさに対して適宜寸法だけ小さいものが好ましく、強化繊維基材層２の四周の辺縁部よりも内側に配設される。
【００２６】
この樹脂拡散ネット４の上には、樹脂注入を行う注入管５を配設する。この注入管５としては、例えば断面中空の多孔導管や、長尺帯状部材を螺旋状に巻回して管状に形成した導管などが好ましく、粘着材料やシールテープ等を用いて固定する。
【００２７】
このとき、強化繊維基材層２に対して注入樹脂を迅速に、かつ満遍なく均一に拡散させるために、注入管５を樹脂拡散ネット４上に一定方向に配設する。この注入管５の配設方向としては、例えば強化繊維基材層２に長辺と短辺とある場合には、注入管５を長辺方向に配設することによって、樹脂が強化繊維基材層２に流入する方向（注入管５の管軸方向に対して直交する方向）を短辺方向に設定し、流入に要する距離および含浸時間を短くする。
【００２８】
続いて、これらの離型シート３、樹脂拡散ネット４、および注入管５を配設した成形型１を、バッグフィルム６で気密に被覆する。バッグフィルム６は、気密性および可撓性を有する合成樹脂製のフィルム材であれば特に限定されないが、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣ、ポリプロピレン等のフィルム材が利用できる。
【００２９】
そして、成形型１の周縁部において、粘着材料やシールテープなどのシール材８を用いてバッグフィルム６を成形型１の表面に固着する。これにより、成形型１とバッグフィルム６との間を、気密かつ密閉された成形部として構成する。
【００３０】
また、このように被覆するバッグフィルム６内において、強化繊維基材層２の周囲には減圧ホース７を配設している。減圧ホース７は、真空ポンプ等の減圧源に接続してあり、成形部内の空気を排気して所定の真空度まで減圧するものである。前記のバッグフィルム６は、この減圧ホース７の外側までを覆ってその内側を気密に保つように配設されている。
【００３１】
樹脂注入にあたっては、減圧ホース７によりバッグフィルム６内（成形部内）を減圧し、真空状態にする。かかる真空吸引による減圧環境下で、注入管５から未硬化の樹脂を注入し、成形部内に拡散させる。この注入樹脂としては、例えば、低粘度系のビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が好ましい。注入樹脂は、樹脂拡散ネット４の上面の注入管５から成形部内に拡散される。
【００３２】
本実施例においては、強化繊維基材層２と樹脂拡散ネット４との間に介装している離型シート３を、そのシート端部が少なくとも減圧ホース７に接するように配設することが好ましい。
【００３３】
図２では、離型シート３の端部が減圧ホース７の外周を覆うように離型シート３の大きさを選択し、成形型１に配設している。こうすることで、強化繊維基材層２の周囲において、減圧ホース７とバッグフィルム６との間には離型シート３が挟み込まれることになる。
【００３４】
バッグフィルム６は、当然、通気性がないため、減圧ホース７の周囲にあると空気の流れを阻害してしまいやすい。このため、例えば離型シート３を強化繊維基材層２とほぼ同寸の大きさにして強化繊維基材層２の表面に積層する場合や、強化繊維基材層２の厚み分だけ大きくして強化繊維基材層２の側面（厚さ）までを覆うように配設する場合など、離型シート３が減圧ホース７に接していない構成で成形を行うと、バッグフィルム６が減圧ホース７に密着することになる。
【００３５】
これに対し、減圧ホース７とバッグフィルム６との間に離型シート３を介装しておくことで、離型シート３のもつ通気性を利用して、減圧ホース７による空気の排気を円滑に行うことが可能となる。
【００３６】
したがって、図２に例示するように減圧ホース７の外周に巻き付けるように離型シート３を配設した場合には、成形型１と、強化繊維基材層２の辺縁部や減圧ホース７との間に空気の通り道が形成される。これにより、成形部内の真空吸引を容易にすることができ、効率よく減圧することができる。
【００３７】
また、図３に例示するように、離型シート３の端部を、減圧ホース７の下部に敷き込むようにして配設してもよい。いずれの場合にも、成形部全体を均一に真空吸引することが可能になり、これにより注入樹脂の流動性を高めることができ、樹脂注入に要する時間を短縮することができる。
【００３８】
樹脂注入後、成形部内に拡散した樹脂は、前記真空吸引によって強化繊維基材層２に含浸する。かかる真空吸引は、少なくとも強化繊維基材への樹脂含浸が完了するまで続けることが好ましい。そして、所定の加熱、あるいは放置による室温への冷却等によって注入樹脂を硬化させる。成形部内において注入樹脂が硬化することにより、強化繊維基材層と樹脂とが一体化し、成形品が得られる。成形型１から固化した成形品を脱型した後は、成形品の縁をトリミングして所望の成形品を得ることができる。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の参考例について図４〜図６を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において前記実施例１と同様の構成となるものについては、説明が重複するのを避け、同符号を用いてその詳細な説明を省略するものとする。
【００４０】
図４は、参考例の繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法を模式的に示す上面視概略図である。
【００４１】
図４に示すように、成形型１上には、強化繊維基材層２を形成し、この強化繊維基材層２の周囲には図示しない減圧源（真空ポンプ）に接続した減圧ホース７を配設する。さらに、強化繊維基材層２の上には離型シート（３）を配設しており、その上に注入樹脂の拡散を促進する樹脂拡散ネット４を敷設している。また、樹脂拡散ネット４の上には、強化繊維基材層２に樹脂注入するための注入管５を配設している。
【００４２】
さらに、これらの強化繊維基材層２、離型シート、樹脂拡散ネット４および注入管５をバッグフィルム６によって成形型１上に気密に被覆する。樹脂注入にあたっては、減圧ホース７によりバッグフィルム６内（成形部内）を減圧し、真空状態にする。そして、かかる真空吸引による減圧環境下で、注入管５から未硬化の樹脂を注入し、成形部内に拡散させる。
【００４３】
ここで、成形部内を減圧する圧力は、０．０３５ＭＰａ以上となるように真空吸引される。図５は、真空吸引時の成形部内の圧力を変化させたときの注入樹脂の含浸状態の評価と樹脂注入に要した時間の比較表であり、図６は、樹脂注入に要した時間と成形部内の圧力との関係を示すグラフである。
【００４４】
これらの樹脂注入に要する時間の評価は、ガラスロービングクロス、およびガラスチョップストランドマットを積層して構成した強化繊維基材層２を用いて行い、その強化繊維基材層２の厚さを１０ｍｍ、一辺の大きさＷを３４６ｍｍの正方形状としてすべて共通のものにより実施した。ガラスロービングクロスは、ガラス繊維フィラメントを集束したガラスストランドを引き揃えて形成したロービングを横糸として織物に構成された繊維基材である。また、ガラスチョップストランドマットは、ガラス繊維フィラメントを集束したガラスストランドを所定の長さに切断し、面内に配向させて形成されている。
【００４５】
強化繊維基材層２の周囲に配設する減圧ホース７には８ｍｍの管径のものを選択した。また、注入管５は樹脂拡散ネット４の中央部であって、注入管５の配設方向に平行な樹脂拡散ネット４の両辺縁部までの距離が均等となる位置に１本配設した。
【００４６】
注入樹脂には、硬化剤が１％、硬化促進剤（ナフテン酸コバルト）が０．８０％含まれたビニルエステル樹脂を用いた。また、室温は２３℃、注入樹脂の温度は２０℃とした。
【００４７】
図５，６に示すように、成形部内を減圧する圧力を０．０２ＭＰａとしたときと、０．０３ＭＰａとしたときには、減圧不足のため強化繊維基材層２への注入樹脂の含浸状態が悪く、未含浸部位が発生した。また、圧力が０．０２ＭＰａでは注入樹脂の含浸が進まずに樹脂注入を終えることができず、０．０３ＭＰａでは樹脂注入に４５分を要した。
【００４８】
これに対し、成形部内を減圧する圧力を０．０４ＭＰａ、０．０５ＭＰａとしたときには、いずれも注入樹脂の含浸状態が良好であり、樹脂注入に要した時間は２５分以下であった。さらに、成形部内を減圧する圧力を０．０６ＭＰａとしたときには、良好な含浸状態であるとともに樹脂注入に要する時間を１９分とすることができ、最短時間で樹脂注入を完了させることができた。
【００４９】
成形部内を減圧する圧力を０．０７ＭＰａ以上に設定したときも、注入樹脂の含浸状態および樹脂注入に要する時間に好ましい結果が得られたが、減圧する圧力が大きいため真空吸引により樹脂を真空ポンプ付近まで吸い込んでしまうおそれがあり、成形部内を減圧する最適な圧力環境は０．０６ＭＰａであることが確認できた。
【００５０】
したがって、成形部内を減圧する圧力を０．０３５〜０．０６Ｐａの範囲に管理することが求められ、これにより、短時間で効率よく、良質な成形品を得ることができる。
【実施例３】
【００５１】
次に、本発明の他の参考例について図７〜図９を参照しつつ説明する。なお、以下の説明においても、前記実施例１と同様の構成となるものについては、説明が重複するのを避け、同符号を用いてその詳細な説明を省略するものとする。
【００５２】
図７は、参考例の繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法を模式的に示す上面視概略図である。
【００５３】
図７に示すように、成形型１上には、強化繊維基材層２を形成し、この強化繊維基材層２の周囲には減圧源（真空ポンプ）に接続した減圧ホース７を、強化繊維基材層２の辺縁部との距離Ｌを保って配設する。さらに、強化繊維基材層２の上層には、離型シート（３）、および注入樹脂の拡散を促進する樹脂拡散ネット４を順に敷設する。また、樹脂拡散ネット４の上には、強化繊維基材層２に樹脂注入するための注入管５を配設する。
【００５４】
さらに、これらの強化繊維基材層２、樹脂拡散ネット４および注入管５をバッグフィルム６によって成形型１上に気密に被覆する。樹脂注入にあたっては、減圧ホース７によりバッグフィルム６内（成形部内）を減圧し、真空状態にする。そして、かかる真空吸引による減圧環境下で、注入管５から未硬化の樹脂を注入し、成形部内に拡散させる。
【００５５】
本実施例においては、成形型１上における強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離Ｌを５０ｍｍ以上となるように構成している。
【００５６】
図８は、強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離Ｌを０ｍｍ〜１５０ｍｍまで変化させたときの注入樹脂の含浸状態の評価と樹脂注入に要した時間の比較表であり、図９は、樹脂注入に要した時間と強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離との関係を示すグラフである。
【００５７】
これらの樹脂注入に要する時間の評価は、ガラスロービングクロス、およびガラスチョップストランドマットを積層して構成した強化繊維基材層２を用い、その強化繊維基材層２の厚さを１０ｍｍ、強化繊維基材層２の一辺の大きさＷを３４６ｍｍの正方形状としてすべて共通のものにより実施した。ガラスロービングクロスは、ガラス繊維フィラメントを集束したガラスストランドを引き揃えて形成したロービングを横糸として織物に構成された繊維基材である。また、ガラスチョップストランドマットは、ガラス繊維フィラメントを集束したガラスストランドを所定の長さに切断し、面内に配向させて形成されている。
【００５８】
強化繊維基材層２の周囲に配設する減圧ホース７には８ｍｍの管径のものを選択した。また、注入管５は樹脂拡散ネット４の中央部であって、注入管５の配設方向に平行な樹脂拡散ネット４の両辺縁部までの距離が均等となる位置に１本配設した。
【００５９】
注入樹脂には、硬化剤が１％、硬化促進剤（ナフテン酸コバルト）が０．８０％含まれたビニルエステル樹脂を用いた。また、室温は２４℃、注入樹脂の温度は２２℃とした。
【００６０】
図８，９に示すように、強化繊維基材層２と減圧ホース７とが接した状態で両者を配設した場合は、強化繊維基材層２への注入樹脂の含浸状態が悪く、未含浸部位が発生した。また、強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離Ｌを２０ｍｍとした場合には、一部に注入樹脂の未含浸部位を生じ、樹脂注入に５０分を要した。
【００６１】
これに対し、強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離Ｌを４０ｍｍとしたとき、樹脂注入に４８分要したものの、樹脂の含浸状態は良好となった。さらに距離Ｌを大きくして、６０ｍｍとしたときには樹脂の含浸状態が良好であるとともに樹脂注入に要する時間も３５分と短縮され、距離Ｌを８０ｍｍとした場合には樹脂注入を３０分で完了させることができた。
【００６２】
また、強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離Ｌを８０ｍｍよりもさらに大きくしたときにも、良好な含浸状態が得られ注入時間も短縮されたが、距離Ｌが大きくなるのに比例して、成形型も大型化するため、１００ｍｍ程度までの距離Ｌとすることが現実的である。
【００６３】
したがって、強化繊維基材層２の辺縁部から減圧ホース７までの距離Ｌを５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に管理することが求められ、最適距離が８０ｍｍであり、これによって、短時間で効率よく、良質な成形品を得ることが可能となる。
【００６４】
以上説明したように、本発明に係る真空注入成形方法をとることにより、樹脂注入に要する時間を短く管理しつつ、注入樹脂の良好な含浸状態が得られ、作業者の熟練度によらずに高品質の繊維強化樹脂成形品を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、短時間で高品質の繊維強化樹脂成形品を成形するのに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法の実施例１を示す上面視概略図である。
【図２】実施例１の成形方法を模式的に示す部分断面図である。
【図３】実施例１の成形方法の参考例を模式的に示す部分断面図である。
【図４】本発明に係る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法の参考例を示す上面視概略図である。
【図５】前記参考例において、真空吸引時の成形部内の圧力を変化させたときの注入樹脂の含浸状態の評価と樹脂注入に要した時間の比較表である。
【図６】前記参考例において、樹脂注入に要した時間と成形部内の圧力との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る繊維強化樹脂成形品の真空注入成形方法の他の参考例を示す上面視概略図である。
【図８】前記参考例において、強化繊維基材層の辺縁部から減圧ホースまでの距離を変化させたときの注入樹脂の含浸状態の評価と樹脂注入に要した時間の比較表である。
【図９】前記参考例において、樹脂注入に要した時間と強化繊維基材層の辺縁部から減圧ホースまでの距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１    成形型
２    強化繊維基材層
３    離型シート
４    樹脂拡散ネット
５    注入管
６    バッグフィルム
７    減圧ホース
８    シール材
【図１】
0005129931.tif 000002
【図２】
0005129931.tif 000003
【図３】
0005129931.tif 000004
【図４】
0005129931.tif 000005
【図５】
0005129931.tif 000006
【図６】
0005129931.tif 000007
【図７】
0005129931.tif 000008
【図８】
0005129931.tif 000009
【図９】
0005129931.tif 000010