(57)【要約】【課題】樹脂トランスファー成形法を用いたサンドイッチ積層板の製造方法において、繊維強化材に対する樹脂の含浸性を良くし、ボイドの少ないサンドイッチ積層板を製造する方法を提供すること。【解決手段】繊維強化材、発泡コア、繊維強化材の順に積層されたサンドイッチ積層板の製造方法において、発泡コアとして、その両面に樹脂注入路と樹脂排出路を交互に且つ互いに実質的に平行に設けたものを用い、熱硬化性樹脂を、樹脂注入路から注入し樹脂排出路から排出することにより、繊維強化材に含浸せしめることを特徴とする方法。【選択図】図１
2007261212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材、発泡コア、繊維強化材を下型の一面上に順次積重し、これらの上にバギングフィルム又は上型を重ねると共に気密にシール又は型締めし、下型とバギングフィルム又は上型との間を排気して、樹脂トランスファー成形法により熱硬化性樹脂を注入して硬化させるサンドイッチ積層板の製造方法において、発泡コアとして、その両面に樹脂注入路と樹脂排出路を交互に且つ互いに実質的に平行に設けたものを用い、熱硬化性樹脂を樹脂注入路から注入し樹脂排出路から排出することにより、繊維強化材に含浸せしめることを特徴とするサンドイッチ積層板の製造方法。
【請求項２】
発泡コアの両面に設けた樹脂注入路と樹脂排出路が、それぞれ幅が０．５〜５ｍｍ、深さが１〜５ｍｍ、ピッチ（溝の間隔）が２０〜１００ｍｍの溝である請求項１記載のサンドイッチ積層板の製造方法。
【請求項３】
樹脂注入路と樹脂排出路は、それぞれ樹脂注入口と樹脂排出口につながっていることを特徴とする請求項１又は２記載のサンドイッチ積層板の製造方法。
【請求項４】
発泡コアの少なくとも一つの面に、基材を積層したものを用いる請求項１〜３のいずれか１項記載のサンドイッチ積層板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂トランスファー成形法を用いたサンドイッチ積層板の製造方法に関する。更に詳細には、発泡コア材として、その表面に樹脂注入路と樹脂排出路を形成したものを用いることによって、樹脂の含浸性を改良したサンドイッチ積層板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンドイッチ積層板は、２枚の表面板で軽量の芯材を挟んで樹脂で一体構造化した複合材である。そして、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を表面板とするサンドイッチ積層板は、軽量で大きな曲げ剛性が得られることから、航空機、船舶、建材などの多くの用途に用いられている。繊維強化樹脂を表面板とするサンドイッチ積層板は、通常、樹脂トランスファー成形法により製造される。サンドイッチ積層板は、コア材や繊維強化材を型に敷設した後、型のキャビティーに樹脂を注入して繊維強化材に樹脂を含浸させ硬化させることにより得ることができる。型のキャビティーに注入する樹脂は、一般的に粘度が高く、樹脂の繊維強化材中への拡散速度が遅い。このため、樹脂の注入には長時間を要しており、これは目的とする成形品が大型になるほど顕著となる。
【０００３】
従来、樹脂の拡散速度を高めて注入時間を短縮する方法として、型に溝を形成する方法、樹脂流動基材（メディア）を用いる方法、溝加工や貫通穴加工をしたコア材を用いる方法がある。これらの方法はいずれも樹脂の流路を確保することにより樹脂の拡散速度を向上させ、樹脂の注入に要する時間を短縮するものである。例えば、特開２００１−６２９３２号公報には、溝を形成した型と樹脂流動基材を用いる方法が記載されている。溝を形成した型上に繊維強化材、コア材、繊維強化材を順に積層し、更に樹脂流動基材を重ね、積層した材料と樹脂流動基材とをバギングフィルムで覆って内部を減圧した後、溝と樹脂流動基材とから樹脂を注入することによりサンドイッチ積層板を製造する。
【０００４】
この方法のように、溝を形成した型を用いる方法は、型を製造するコストが非常に高いものとなる。また、樹脂流動基材を用いる方法は、次のような問題がある。樹脂流動基材は網状のシートで、型に敷設した積層板材料に重ねて配置して使用されるが、製造後に軽量化のため取り除かれ廃棄される。樹脂流動基材を用いる方法は、製造後に樹脂流動基材を取り除く必要があり樹脂流動基材を再利用できないことから積層板の製造コストが高く、またそれ自体が廃棄物となる問題がある。更に、これらの方法により得られた積層板の表面には、型に形成した溝や樹脂流動基材の凹凸を転写した樹脂の突起物が形成される。ピールクロスを用いることにより、樹脂の突起物をある程度除去することは可能であるが、より製造コストの高いものとなるうえ、意匠性の高い平滑な表面とすることは困難である。
【特許文献１】特開２００１−６２９３２号公報
【０００５】
溝や貫通孔を形成したコア材を用いる方法は、樹脂流動基材や溝を形成した型等を必要とせず、比較的低コストでサンドイッチ積層板を製造することができる。しかしながら、樹脂の繊維強化材に対する均一な含浸性や、樹脂の流動性は必ずしも十分ではなく、一段の改良が望まれていた。
【特許文献２】特表２０００−５０１６５９号公報
【特許文献３】特開２００２−８６５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、樹脂トランスファー成形法を用いたサンドイッチ積層板の製造方法において、繊維強化材に対する樹脂の含浸性を良くし、ボイドの少ないサンドイッチ積層板を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、繊維強化材、発泡コア、繊維強化材を下型の一面上に順次積重し、これらの上にバギングフィルム又は上型を重ねると共に気密にシール又は型締めし、下型とバギングフィルム又は上型との間を排気して、樹脂トランスファー成形法により熱硬化性樹脂を注入して硬化させるサンドイッチ積層板の製造方法において、発泡コアとして、その両面に樹脂注入路と樹脂排出路を交互に且つ互いに実質的に平行に設けたものを用い、熱硬化性樹脂を樹脂注入路から注入し樹脂排出路から排出することにより、繊維強化材に含浸せしめることを特徴とするサンドイッチ積層板の製造方法によって達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、工業的に有利な樹脂トランスファー成形法によって、繊維強化材に対する樹脂の含浸性が良く、従って、ボイドの少ないサンドイッチ積層板が得られる。また、本発明においては、樹脂流動基材等を用いる必要がないので、廃棄物が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、繊維強化材、発泡コア、繊維強化材を下型の一面上に順次積重し、これらの上にバギングフィルム又は上型を重ねると共に気密にシール又は型締めし、下型とバギングフィルム又は上型との間を排気して、樹脂トランスファー成形法により熱硬化性樹脂を注入して硬化させるサンドイッチ積層板の製造方法において、発泡コアとして、その両面に樹脂注入路と樹脂排出路を交互に且つ互いに実質的に平行に設けたものを用い、熱硬化性樹脂を樹脂注入路から注入し樹脂排出路から排出することにより、繊維強化材に含浸せしめることを特徴とするものである。樹脂注入路と樹脂排出路は、それぞれ樹脂注入側と樹脂排出側に開口している必要がある。特に、樹脂注入路と樹脂排出路が、それぞれ樹脂注入口と樹脂排出口につながっているものが好ましい（図２参照）。
【００１０】
本発明のごとく樹脂注入路と樹脂排出路を交互に設けると、樹脂の拡散速度が速くなるだけでなく、樹脂注入路と樹脂排出路の間隔を調節することによって、繊維強化材への樹脂の含浸速度を調節することも可能である。また、樹脂注入路と樹脂排出路は交互に設けられており、注入側の溝は排出口まで直接にはつながっていないので、樹脂は必ず繊維強化材を通過してから排出溝に移動することになり、樹脂の未含浸が生じることもない。
【００１１】
発泡コアとしては、その材質や大きさに特に限定はない。例えば、ウレタンフォーム、塩化ビニルフォーム、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、ポリスチレンフォームが例示できる。コア材の厚さは、サンドイッチパネルの用途等により適宜選択されるが、通常、５〜２００ｍｍ程度のものが好ましい。なお、本発明において発泡コアの両面とは、繊維強化材に接している二つの表面を意味する。
【００１２】
本発明においては、発泡コアの両面に樹脂注入路と樹脂排出路が交互に且つ互いに実質的に平行に設けられる。樹脂注入路と樹脂排出路としては、樹脂が流入・排出できる溝である限り特に限定はないが、溝としては、樹脂注入路と樹脂排出路として交互に且つ互いに実質的に平行に設けられた、それぞれの幅が０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍ、深さが１〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍ、ピッチ（溝の間隔）が２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜５０ｍｍのものが適当である。発泡コアに形成される溝の、長さ方向に直角断面の形状は特に制限されず、Ｕ字状、Ｖ字状等であっても良く、また、かかる溝は任意の方法・手段で形成することができる。例えば、発泡コアの両面に、樹脂注入路と樹脂排出路を機械加工によって形成しても良い。あるいは、型内発泡で発泡コアを作製する際、コア作製型に設けた凸形状を転写して形成らせても良い。
【００１３】
本発明において、「樹脂注入路と樹脂排出路を交互に且つ互いに実質的に平行に設ける」とは、発泡コア上に形成された溝が、発泡コア上でお互いに交差あるいは接触しないことを意味する。目的とする成形品の形状によっては、平行に形成された溝の部分にボルト、ナット等が位置し、その部分を避けて溝を形成する必要がある場合がある。かかる場合にはボルト、ナット等の位置で溝が蛇行することになるが、このようなものも、本発明においては、実質的に平行であると定義する。また、成形品の形状の関係上、厳密な意味では一部が平行な溝になっていないが、但し、コア上では溝が交差することはないような状態のものも、本発明の実質的な平行に含まれる。
【００１４】
本発明においては、発泡コアの両面の樹脂注入路と樹脂排出路が、それぞれ注入路同士、排出路同士で直径１．０〜５．０ｍｍの孔で貫通されていても良い。かかる場合には、樹脂の流動性が、発泡コアの両面でより均一化される。発泡コアに貫通孔を形成する場合、貫通孔は発泡コアに対して厚さ方向に貫通していればよいが、概ね垂直であることが好ましい。貫通孔は１ｍ２あたり６００〜１６００個程度形成することが好ましい。また、発泡コアの両面に形成する溝の幅、深さ、ピッチは前記の範囲内であれば必ずしも同じ形状、本数である必要はないが、樹脂の拡散速度を、発泡コアの両面で同程度とするためには、同等のものを形成することが好ましい。
【００１５】
本発明においては、発泡コアの少なくとも一つの面に、基材を積層したものを用いるのも好ましい。基材としては、繊維強化材が発泡コアの溝に落ち込まないような剛軟度を有するものであれば、どのような材質のものであってもよいが、発泡コアや繊維強化材と一体化させるため、使用する樹脂や発泡コア、繊維強化材との密着性が高い材質が好ましい。具体的には、熱可塑性樹脂やガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等の強化繊維からなる不織布又は網状シートなどが例示できる。かかる基材を挿入しておくと、繊維強化材の平滑性に対するコア材の溝の影響を減少することができ、表面平滑性に優れたサンドイッチパネルを得ることができる。
【００１６】
本発明において用いられる繊維強化材としては、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、通常の繊維強化材に用いる材料が使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。繊維強化材の形態としては特に制限されず、織物又は不織布等が利用できる。織物としては、強化繊維フィラメントの束（強化繊維ストランド）を使用した織物を挙げることができ、例えば、経糸と緯糸に強化繊維ストランドを使用した平織物、綾織物、繻子織物等、あるいは一軸織物、多軸織物等を挙げることができる。織物を形成する強化繊維ストランドは、繊維径４〜８μｍのモノフィラメントを一束あたり５００〜２４，０００本とすることが好ましい。なお、一軸織物とは、互いに平行に並んだ強化繊維ストランドをナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。多軸織物とは、互いに平行に並んだ強化繊維ストランドを角度を変えて積層してナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。
【００１７】
繊維強化材として織物を使用する場合には、複数の織物を互いに角度を変えて積層してもよい。繊維強化材はそれ自体が強化繊維の配向が面対称のものを用いるか、あるいは複数の繊維強化材を強化繊維の配向が面対称となるように組み合わせて積層し使用することが好ましい。面対称の繊維強化材あるいは積層して面対称とした繊維強化材を用いることにより、積層板とした際に表面板の反りを防止できる。織物の厚さは積層板の用途により適宜選択するものであり特に制限はないが、通常０．２〜５．０ｍｍ程度とすることが好ましい。繊維強化材の目付は、使用する繊維強化材により異なるが、炭素繊維の場合には発泡コア片面当り３００〜５，０００ｇ／ｍ２程度が好ましく、３００〜２，０００ｇ／ｍ２程度がより好ましい。
【００１８】
本発明において用いられる熱硬化性樹脂としては、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あり、これらの熱硬化性樹脂を適宜量配合したものでも良い。これらの樹脂のうち、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂組成物、ビニルエステル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。
【００１９】
以下、図を参照して、本発明のサンドイッチ積層板の製造方法の一例について説明する。
図１は、下型とバギングフィルムを用いた、樹脂トランスファー成形法を示している。シリコーンワックス等の公知の離型剤を用いて離型処理した下型１上に、繊維強化材２、発泡コア３、繊維強化材２からなる積層材料を順次積重する。発泡コアには両面に所定の幅、深さを有する樹脂注入路４と樹脂排出路５が所定のピッチで形成してある。
【００２０】
その後、バギングフィルム６を重ねて配置し、バギングフィルム６の周縁をシーラント７を用いて下型１と気密にシールし、積層材料を密封する。シーラント７及びこれを用いるシール方法自体は公知のものである。バギングフィルム６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。更に、バギングフィルム６の形状も特に制限されず、型や目的とする成形品の形状により適宜選択して用いることができる。
【００２１】
図２は、発泡コア３の表面に交互に且つ互いに平行に設けられた、樹脂注入路４と樹脂排出路５の状態を示している。バギングフィルム６を用いて積層材料を密封した後、下型１とバギングフィルム６間の気体を排気して減圧にし（図１参照）、型の一端に設けた樹脂注入口（図２のＡ）から樹脂を注入する。注入した樹脂は、発泡コア両表面に形成した樹脂注入路４と樹脂排出路５を通って繊維強化材２全体に拡散し、過剰なものは樹脂排出口（図２のＢ）から排出される。
【００２２】
注入する樹脂は加熱等により注入時の粘度を０．０１〜１Ｐａ・ｓとすることが好ましい。また、樹脂の注入は、樹脂の注入時間を短縮し、低い射出圧力で樹脂を注入することができるため下型１とバギングフィルム６間の気体を排気しながら行うことが好ましい。あるいは、効率よく樹脂を繊維強化材２に含浸させるため、下型１とバギングフィルム６間の気体を排気するとともに、バギングフィルム６の外部側から繊維強化材側に向かって加圧しても良い。この場合、加圧圧力は０．０１〜０．５ＭＰａとすることが好ましい。その後、オーブン等を用いて型とバギングフィルムごと全体を加熱することにより、繊維強化材２に含浸した樹脂を硬化させる。加熱温度は６０〜２００℃が好ましい。加熱時においても、下型１とバギングフィルム６間の気体を排気しながら行うことが好ましい。
【００２３】
図１において、発泡コアの少なくとも一つの面に、基材を積層したものを用いるのも好ましい。基材としては、繊維強化材が発泡コアの溝に落ち込まないような剛軟度を有するものであれば、どのような材質のものであってもよい。かかる基材を挿入しておくと、繊維強化材の平滑性に対するコア材の溝の影響を減少することができ、表面平滑性に優れたサンドイッチパネルを得ることができる。あるいはまた、成形品を取出す際の離型性を高める目的で、繊維強化材２上にはピールクロス等を重ねてもよい。
【００２４】
図１においては、下型１とバギングフィルム６を用いる例を示したが、本発明においては金型、ＦＲＰ型等の剛性を有する分割型を用いてもよい。剛性を有する分割型を用いた場合も、上記と同様の操作を行うことによりサンドイッチ積層板を製造することができる。
【実施例１】
【００２５】
炭素繊維ＵＴ５００−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した平織物I（ＣＦ目付３８０ｇ／ｍ２、ストランド幅４．５ｍｍ）を幅１，０００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍにカットした。断面が正方形の溝（幅２．０ｍｍ、深さ２．０ｍｍ、ピッチ４０ｍｍ）を両面に、図２に示した様な状態に彫ったアクリル発泡コア（幅１，０００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を用意し、離型処理を施したアルミ板上に織物Iを２ｐｌｙを積層し、次に、交互溝付きコアを積層し、その上に、織物Iを２ｐｌｙを積層した。次いで、このアルミ板に、シーラントテープと樹脂注入用及び排出用のホースを配置し、積層した材料全体をバギングフィルム（エアテック社製）で覆い密封した。
【００２６】
樹脂注入用ホースの口を閉じた後、樹脂排出用ホースから真空ポンプでバギングフィルム内を真空にした。続いてアルミ板を８０℃に加温し、キャビティー内を５ｔｏｒｒ以下に減圧した後、樹脂注入口を通して、真空系内へ混合樹脂（ＥＰ-８０７：１００質量部とジェファーミンＴ-４０３：４５質量部の混合物で、６０℃に加温し樹脂注入前に混合を行ったもの）の注入を行った。注入した混合樹脂が基材に含浸した状態で、８０℃で２時間保持し、樹脂を硬化させ、サンドイッチ積層板を得た。得られた積層板は樹脂の未含浸部分がなく、また、表面ボイドも無く品位の高いものであった。
【実施例２】
【００２７】
図３に示した様な離型処理を施した金型の下型８に、幅１，０００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍにカットした平織物Iを２ｐｌｙ積層し、次に、実施例１の交互溝付きコアを積層し、その上に、幅１，０００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍにカットした織物Iを２ｐｌｙを積層した。次いで、上型９を型締めし、樹脂注入口１０に注入用ホースを設置し、樹脂排出口１１に排出用ホースを設置した。図４は、下型８に敷設された織物I（基材）２とコア３
の状態を示す断面図である。１２はＯリングである。
【００２８】
樹脂注入用ホースの口を閉じた後、樹脂排出用ホースから真空ポンプで金型内を真空にした。続いて金型を８０℃に加温し、キャビティー内を５ｔｏｒｒ以下に減圧した後、樹脂注入口１０を通して、真空系内へ混合樹脂（ＥＰ８０７：１００質量部とジェファーミンＴ-４０３：４５質量部の混合物で、６０℃に加温し樹脂注入前に混合を行ったもの）の注入を行った。注入した混合樹脂が基材に含浸した状態で、８０℃で２時間保持した。樹脂を硬化させた後、脱型し、サンドイッチ積層板を得た。得られた積層板は樹脂の未含浸部分がなく、また、表面ボイドも無く品位の高いものであった。
【００２９】
［比較例１］
断面が正方形の溝（幅２．０ｍｍ、深さ２．０ｍｍ、ピッチ４０ｍｍ）をアクリル発泡コア３（幅１，０００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍ、厚み１０ｍｍ）の両面に、図５に示した様な連続状態に彫ったコアを準備した以外は、実施例１と同様にしてサンドイッチ積層板を得た。得られた積層板は樹脂の未含浸部分が数箇所発生し、品位は悪い結果であった。
【００３０】
［比較例２］
断面が正方形の溝（幅２．０ｍｍ、深さ２．０ｍｍ、ピッチ４０ｍｍ）をアクリル発泡コア３（幅１，０００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍ、厚み１０ｍｍ）両面に、図５に示した様な連続状態に彫ったコアを準備した以外は、実施例２と同様にしてサンドイッチ積層板を得た。得られた積層板は樹脂の未含浸部分が数箇所発生し、品位は悪い結果であった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のサンドイッチ積層板の製造方法の一例を説明する図である。
【図２】本発明に用いられる発泡コア表面の、樹脂注入路と樹脂排出路の状態を説明する図である。
【図３】本発明のサンドイッチ積層板の金型による製造方法の一例を説明する図である。
【図４】図３の金型の下型の断面の状態を示す図である。
【図５】比較例として用いた発泡コア表面の、樹脂注入路と樹脂排出路の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  下型
２  繊維強化材
３  発泡コア
４  樹脂注入路
５  樹脂排出路
６  バギングフィルム  
７  シーラント
８  金型の下型
９  金型の上型
１０ 
金型の樹脂注入口
１１ 
金型の樹脂排出口
１２ 
Ｏリング
【図１】
2007261212.tif 000003
【図２】
2007261212.tif 000004
【図３】
2007261212.tif 000005
【図４】
2007261212.tif 000006
【図５】
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