(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス樹脂の樹脂注入口を備えた下部金型のキャビティ内に、表面に離型処理を施したメッシュ材料を使用した透過率調整部材を配設した後、補強繊維基材を配置し、この下部金型に、空隙率40% 〜10% の多孔質物質から成る多孔質フイルターを備えた真空吸引パイプが接続した上部金型を気密的に嵌合し、前記キャビティ内を前記真空吸引パイプを介して吸引することにより負圧状態にし、この状態でマトリックス樹脂注入機に収容されているマトリックス樹脂を加圧空気により加圧しながら前記マトリックス樹脂の樹脂注入口からキャビティ内のメッシュ開孔率が１〜８０％のメッシュ材料から成る透過率調整部材を介して補強繊維基材にマトリックス樹脂を圧入させて含浸させ、この際、マトリックス樹脂の硬化反応時に発生する低分子量物質から成る副生成物や低粘度樹脂を前記多孔質フイルターにより選択しながら順次系外に除去し、その後、前記マトリックス樹脂を含浸させた補強繊維基材を加熱，加圧することにより複合材を成形する複合材の成形方法。
【請求項２】
前記マトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂であり、その樹脂粘度が、0.1Pa.s 以上1,000Pa.s 以下の粘稠樹脂を使用する請求項１に記載の複合材の成形方法。
【請求項３】
前記透過率調整部材が、ポリテトラフルオロエチレンをコートしたガラスクロスから成るメッシュ材料を使用する請求項１または２に記載の複合材の成形方法。
【請求項４】
前記補強繊維基材が、炭素繊維布またはガラス繊維布を使用する請求項１，２または３に記載の複合材の成形方法。
【請求項５】
マトリックス樹脂の樹脂注入口を備えた下部金型と、この下部金型に気密的に嵌合し、かつ空隙率40% 〜10% の多孔質物質から成る多孔質フイルターを備えた真空吸引パイプを接続した上部金型とから成り、前記下部金型のキャビティ内におけるマトリックス樹脂注入口側に、加圧注入されるマトリックス樹脂の圧力を均一にして補強繊維基材に含浸させる表面に離型処理を施し、かつメッシュ開孔率が１〜８０％のメッシュ材料から成る透過率調整部材を配設して成る複合材の成形用金型。
【請求項６】
前記透過率調整部材が、ポリテトラフルオロエチレンをコートしたガラスクロスから成るメッシュ材料を使用する請求項５に記載の複合材の成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複合材の成形方法及びその成形用金型に係わり、更に詳しくは簡単な方向と金型設備とにより、品質精度が高い樹脂材料の複合材を成形することが出来る複合材の成形方法及びその成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、補強繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させて所定の形状に成形する複合材料の成形方法としては、レジンインジェクション成形法（ＲＩＭ）や、レジントランスファー成形法（ＲＴＭ）は、簡便な樹脂成形方法として、車両の部品等の成形品の他、多種の部品の成形方法として用いられている。
【０００３】
レジントランスファー成形法（ＲＴＭ）としては、例えば、図３に示すように断面凹状のキャビティ１を備えた下部金型２と、この下部金型２に嵌合する上部金型３とで構成され、その前記キャビティ１内に、炭素繊維布等の補強繊維基材４を配置した後、上下金型２，３を嵌合させ、前記キャビティ１内を上部金型３に設けた真空吸引パイプ５により負圧状態にすると共に、マトリックス樹脂注入機６に収容された熱硬化性樹脂から成るマトリックス樹脂７を配管８を介して下部金型２の樹脂注入口２ａからキャビティ１内に圧入させて補強繊維基材４に含浸させる。
【０００４】
その後、上下金型２，３に設けた図示しない加熱手段による加熱，加圧によりマトリックス樹脂を加熱硬化し、複合材を成形するものである。なお、９はＯリング等のシール材を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなレジントランスファー成形法（ＲＴＭ）において、マトリックス樹脂としてポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂材料を用いて成形する場合に、当該トランスファー温度での樹脂粘度が著しく高い場合、上下金型２，３のキャビティ１内に配置されたプリフォームを樹脂注入口２ａから注入されるマトリックス樹脂の圧力と粘度とで乱してしまう問題があった。
【０００６】
特に、キャビティ１内に強固に固定化されていない二次元，三次元のプリフォームを用いた場合、樹脂注入口２ａ近傍の樹脂フローにより、内部の補強繊維基材４が乱れ、結果として、成形品に反りが生じたり、残留応力等の不均一性を引き起し、製品精度に問題が生していた。
このような補強繊維基材４の乱れを防止する手段として、例えば、三次元のプリフォームをキャビティ１内に強固に固定したり、またはマトリックス樹脂のトランスファー速度を低下させる方法が考えられるが、低コスト成形法としての利点が失われ、また生産性の向上を図ることが出来ないと言う問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、マトリックス樹脂のトランスファー速度を低下させることなく生産性の向上を図ることができ、成形品に反りを生じさせたり、残留応力等の不均一性を引き起すことなく、製品精度を高めることが出来る複合材の成形方法及びその成形用金型を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するため、複合材の成形方法としては、マトリックス樹脂の樹脂注入口を備えた下部金型のキャビティ内に、表面に離型処理を施したメッシュ材料を使用した透過率調整部材を配設した後、補強繊維基材を配置し、この下部金型に、空隙率40% 〜10% の多孔質物質から成る多孔質フイルターを備えた真空吸引パイプが接続した上部金型を気密的に嵌合し、前記キャビティ内を前記真空吸引パイプを介して吸引することにより負圧状態にし、この状態でマトリックス樹脂注入機に収容されているマトリックス樹脂を加圧空気により加圧しながら前記マトリックス樹脂の樹脂注入口からキャビティ内のメッシュ開孔率が１〜８０％のメッシュ材料から成る透過率調整部材を介して補強繊維基材にマトリックス樹脂を圧入させて含浸させ、この際、マトリックス樹脂の硬化反応時に発生する低分子量物質から成る副生成物や低粘度樹脂を前記多孔質フイルターにより選択しながら順次系外に除去し、その後、前記マトリックス樹脂を含浸させた補強繊維基材を加熱，加圧することにより複合材を成形することを要旨とするものである。
【０００９】
また、この発明の複合材の成形用金型としては、マトリックス樹脂の樹脂注入口を備えた下部金型と、この下部金型に気密的に嵌合し、かつ空隙率40% 〜10% の多孔質物質から成る多孔質フイルターを備えた真空吸引パイプを接続した上部金型とから成り、前記下部金型のキャビティ内におけるマトリックス樹脂注入口側に、加圧注入されるマトリックス樹脂の圧力を均一にして補強繊維基材に含浸させる表面に離型処理を施し、かつメッシュ開孔率が１〜８０％のメッシュ材料から成る透過率調整部材を配設したことを要旨とするものである。
【００１０】
この発明は上記のように構成したので、マトリックス樹脂の樹脂注入口から注入される高粘度の熱硬化性マトリックス樹脂は、メッシュ材料から成る透過率調整部材により透過圧力が分散されて均一となり、この熱硬化性マトリックス樹脂がキャビティ内の補強繊維基材に除々に含浸するので、補強繊維基材に乱れを生じさせることがなくなり、この結果、マトリックス樹脂のトランスファー速度を低下させることなく生産性の向上を図ることができ、成形品に反りを生じさせたり、残留応力等の不均一性を引き起すことなく、製品精度を高めることが出来るものである。
また、マトリックス樹脂の硬化反応時に発生する低分子量物質から成る副生成物や低粘度樹脂を前記多孔質フイルターにより選択しながら順次系外に除去し、その後、前記マトリックス樹脂を含浸させた補強繊維基材を加熱，加圧することにより製品精度の高い複合材を成形することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。
なお、従来例と同一構成要素は、同一符号を付して説明は省略する。
図１は、この発明の複合材成形方法に利用する成形用金型の断面図を示し、この成形用金型は、樹脂注入口２ａを備えた下部金型２と、この下部金型２に嵌合する真空吸引パイプ５が接続された上部金型３とで構成され、下部金型２のキャビティ１における樹脂注入口２ａ側には、メッシュ材料から成る透過率調整部材１１が水平に配設されている。
【００１２】
前記透過率調整部材１１は、ポリテトラフルオロエチレンをコートしたガラスクロス等のメッシュ材料を使用し、メッシュ開孔率は１〜８０％が好ましい。例えば、マトリックス樹脂７の注入圧力0．1MPa/cm２に対して、メッシュ開孔率を５０％程度にすることにより、透過圧力が分散されて均一となり、この熱硬化性のマトリックス樹脂７はキャビティ内の補強繊維基材４を乱すことなく含浸されるものである。
【００１３】
また、メッシュ材料の一つの開孔部位の長さがプリフォームのバンドル直径（メッシュ材料を束ねた筒状体の直径）よりも小さいものを用い、使用するマトリックス樹脂７との離型性を高めるために表面に離型処理を施したメッシュ材料を使用するものである。
前記上下金型２，３には、図示しない加熱手段が設けられ、下部金型２と上部金型３との嵌合部には、キャビティ１内の水密性及び気密性を保つためのＯリング等のシール材９が設けてある。
【００１４】
前記下部金型２のキャビティ１内に配設した透過率調整部材１１上には、炭素繊維布，ガラス繊維等の補強繊維基材４が配置され、この補強繊維基材４にはマトリックス樹脂注入機６に収容されている高粘稠のポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂から成るマトリックス樹脂７が配管８及び樹脂注入口２ａを介して含浸されるように構成されている。この熱硬化性樹脂から成るマトリックス樹脂７は、その樹脂粘度が、0.1Pa.s 以上1,000Pa.s 以下の粘稠樹脂を使用する。
【００１５】
前記上部金型３に接続された真空吸引パイプ５には、四フッ化エチレン，セラミック，グラファイト，通気性を有する超高分子量ポリエチレン等の多孔質物質から成る多孔質フィルター１０が設けられている。
例えば、粒子径３ミクロン粒度のポリテトラフルオロエチレン粒子（ＰＴＦＥ粒子）を用いて製作したＰＴＦＥ多孔質フィルターの場合、空隙率は４０％〜１０％の範囲が好ましく、更に好ましくは３５％〜１５％の範囲である。
【００１６】
空隙率が４０％以上であると、樹脂のフローが大きく多孔質フィルターとしての機能をはたさず、１０％以下であると低分子量物質等の除去が困難となるためである。なお、その他のフィルターの材料については、適宜最適な範囲を選択すれば良い。
次に、図２の成形フローチャートを参照しながらキャビティ１内を減圧して、マトリックス樹脂７を搬送しながら複合材を成形する方法について説明する。
【００１７】
まず、スタートでは、離型処理した上下金型２，３を準備し（ステップ▲１▼）、下部金型２のキャビティ１内の樹脂注入口２ａ近傍に、表面に離型処理を施したメッシュ材料から成る透過率調整部材１１を水平に配設する（ステップ▲２▼）。
次いで、透過率調整部材１１上に、炭素繊維布，ガラス繊維等の補強繊維基材４を配置すると共に、上部金型３に接続された真空吸引パイプ５には、四フッ化エチレン，セラミック，グラファイト，通気性を有する超高分子量ポリエチレン等の多孔質物質から成る多孔質フィルター１０を配置する（ステップ▲３▼，▲４▼）。
【００１８】
そして、下部金型２上に上部金型３を気密的に嵌合させ（ステップ▲５▼）、キャビティ１内を図示しない真空ポンプ等に接続された真空吸引パイプ５を介して吸引することにより負圧状態にし、この状態でマトリックス樹脂注入機６に収容されている高粘稠のポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂から成るマトリックス樹脂７を加圧空気により加圧しながら配管８及び樹脂注入口２ａを介してキャビティ１内に圧入させる（ステップ▲６▼）。
【００１９】
キャビティ１内に圧入された高粘稠のマトリックス樹脂７は、メッシュ材料から成る透過率調整部材１１により透過圧力が均一に分散されて補強繊維基材４に除々に含浸することになる。この結果、補強繊維基材４は、繊維の乱れがなく、またマトリックス樹脂７のトランスファー速度を低下させることなく生産性の向上を図ることができる。
【００２０】
また、上記補強繊維基材４にマトリックス樹脂７を含浸させる際、マトリックス樹脂７の硬化反応時に発生するガス，水，アルコール等の低分子量物質から成る副生成物や、低粘度樹脂を、真空吸引パイプ５に設けた多孔質フィルター１０によって選択しながら順次系外に除去する。その後、上下金型２，３によって加熱，加圧することにより複合材を成形することで、ボイド等を含まない品質精度の高い成形品を製造することが出来るものである。
【００２１】
以上のようにして、マトリックス樹脂７の含浸操作が終了したら、上下金型２，３を加熱させて、マトリックス樹脂７を加熱硬化させて複合材を成形するものである（ステップ▲８▼）。
【００２２】
以上のような方法により、補強繊維基材４にマトリックス樹脂７を含浸させる際に、マトリックス樹脂注入口２ａから注入される高粘度の熱硬化性マトリックス樹脂７は、メッシュ材料から成る透過率調整部材１１により透過圧力が分散されて均一となり、この熱硬化性マトリックス樹脂７がキャビティ１内の補強繊維基材４に除々に含浸するので、補強繊維基材４に乱れを生じさせることがなくなり、この結果、マトリックス樹脂のトランスファー速度を低下させることなく生産性の向上を図ることができ、成形品に反りを生じさせたり、残留応力等の不均一性を引き起すことなく、製品精度を高めることが出来るものである。
【００２３】
また、発生するガス，水，アルコール等の低分子量物質から成る副生成物や、配合溶剤を、上下金型２，３の外部に除去するので、複合材料の成形品にはボイド等を含まない品質精度の高い成形品を製造することが出来、また既存の設備を利用して簡便な方法で熟練者でなくても短時間に効率良く成形作業を行うことが出来るものである。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は、上記のように構成したので、マトリックス樹脂のトランスファー速度を低下させることなく生産性の向上を図ることができ、成形品に反りを生じさせたり、残留応力等の不均一性を引き起すことなく、製品精度を高めることが出来る効果がある。また離型処理したメッシュ材料から成る透過率調整部材を使用する場合には、金型からの脱型が容易となり、作業性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の複合材成形方法に利用する成形用金型の断面図である。
【図２】この発明の複合材の成形工程のフローチャート図である。
【図３】従来の複合材料の成形装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  キャビティ                    ２  下部金型
３  上部金型                      ４  補強繊維基材
５  真空吸引パイプ                ６  マトリックス樹脂注入機
７  マトリックス樹脂              ８  配管
９  シール材                    １０  多孔質フィルター
２ａ  樹脂注入口                  １１  透過率調整部材
【図１】
0003885848.tif 000002
【図２】
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【図３】
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