(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型の繊維強化プラスチック成形品を製造する方法において、複数の強化繊維織布からなるプリフォームを作製し、熱硬化性樹脂を型内で含浸した後に、硬化率10〜40％の半硬化状態になるまで熱処理することにより少なくとも１つの第一の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも１つの第二の繊維強化プラスチック部材とを作製し、前記第一の繊維強化プラスチック部材を、前記第二の繊維強化プラスチック部材と密着させた状態で熱処理し、前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させることにより前記第一及び第二の繊維強化プラスチック部材を一体化することを特徴とする繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項２】
大型の繊維強化プラスチック成形品を製造する方法において、複数の強化繊維織布からなるプリフォームを作製し、熱硬化性樹脂を型内で含浸した後に、硬化率10〜40％の半硬化状態になるまで熱処理することにより少なくとも１つの第一の繊維強化プラスチック部材を作製し、複数のプリプレグシートを積層することにより第二の繊維強化プラスチック部材を作製し、前記第一の繊維強化プラスチック部材を前記第二の繊維強化プラスチック部材と密着させた状態で熱処理し、前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させることにより前記第一及び第二の繊維強化プラスチック部材を一体化することを特徴とする繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法において、前記第二の繊維強化プラスチック部材が半硬化状態であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法において、前記第二の繊維強化プラスチック部材が未硬化状態であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法において、前記強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維及びガラス繊維からなる群から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形品の製造方法において、前記熱硬化性樹脂はエポキシ系及び／又はビスマレイミド系熱硬化性樹脂であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック成形品を簡単且つ効率よく製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
繊維強化プラスチックは軽量かつ高強度を有するために、自動車や航空機の構造部材等に広く使用されている。
【０００３】
複雑形状の繊維強化プラスチック成形品を製造する場合には複数の繊維強化プラスチック部品を組み合わせる必要があるが、そのような繊維強化プラスチック成形品の製造方法として、レジンインジェクション成形方法、レジントランスファー成形方法等が挙げられる。これらの方法はドライな強化繊維に後から樹脂を注入して繊維強化プラスチックを製造する方法であり、生産効率に優れている。しかし、樹脂を含浸するために大型の成形品や特殊形状の成形品では含浸に時間がかかり、製品中にボイドが残ったりするという問題がある。
【０００４】
一方、強化繊維からなる織布にあらかじめ熱硬化性樹脂を含浸させたもの（いわゆる「プリプレグシート」）を用いた成形方法では、成形工程が主としてマニュアル作業になるため生産性が低く、製造コストが高いという問題がある。また、より複雑な形状の成形品を製造するにはそれぞれ成形した部品を接着やボルト、リベット等で組み立てなければならない。
【０００５】
従って本発明の目的は、上記問題点を解消し、接着剤やボルト、リベット等を必要とせず、簡単で効率的に繊維強化プラスチック成形品を製造する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、繊維強化プラスチック成形品を構成する少なくとも１つの繊維強化プラスチック部材を型内で半硬化状態まで熱処理した後、他の繊維強化プラスチック部材と密着させて熱処理することにより、簡単で効率よく信頼性の高い繊維強化プラスチック成形品を製造できることを発見し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明の第一の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、複数の強化繊維織布からなるプリフォームを作製し、熱硬化性樹脂を型内で含浸した後に、硬化率10〜40％の半硬化状態になるまで熱処理することにより少なくとも１つの第一の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも１つの第二の繊維強化プラスチック部材とを作製し、前記第一の繊維強化プラスチック部材を、前記第二の繊維強化プラスチック部材と密着させた状態で熱処理し、前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させることにより前記第一及び第二の繊維強化プラスチック部材を一体化することを特徴とする。
本発明の第二の繊維強化プラスチック成形品の製造方法は、複数の強化繊維織布からなるプリフォームを作製し、熱硬化性樹脂を型内で含浸した後に、硬化率10〜40％の半硬化状態になるまで熱処理することにより少なくとも１つの第一の繊維強化プラスチック部材を作製し、複数のプリプレグシートを積層することにより第二の繊維強化プラスチック部材を作製し、前記第一の繊維強化プラスチック部材を前記第二の繊維強化プラスチック部材と密着させた状態で熱処理し、前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させることにより前記第一及び第二の繊維強化プラスチック部材を一体化することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の方法で製造する繊維強化プラスチック成形品は、半硬化状態に熱処理した少なくとも１つの第一の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも１つの第二の繊維強化プラスチック部材とからなる。
【０００９】
[1] 半硬化状態の繊維強化プラスチック部材
第一の繊維強化プラスチック部材は強化繊維に熱硬化性樹脂を型内で含浸させ、熱処理により半硬化状態にしたものである。第二の繊維強化プラスチック部材を半硬化状態のものとする場合、強化繊維に熱硬化性樹脂を型内で含浸させ、熱処理により半硬化状態にしたもの又はプリプレグを熱処理により半硬化状態にしたものとすることができる。
【００１０】
(1) 強化繊維
本発明に使用する強化繊維しては、炭素繊維、アラミド繊維及びガラス繊維のいずれか又はそれらの混織であるのが好ましい。強化繊維の直径は３〜200 μｍ程度が好ましい。強化繊維は織布の状態で使用し、複数の強化繊維織布を積層するのが好ましい。熱硬化性樹脂を型内で含浸する前に、強化繊維の一体的な形状を保持するために、ステッチング、部分接着等を施すのが好ましい。又はこの代わりに形状に合った３次元織布を使用できる。図１は、複数の強化繊維をステッチングによりＴ字状に一体化した例を示す。この実施例では、強化繊維の織布をＴ字状に一体化したもの（プリフォーム１）は、垂直部１ａ及び水平部１ｂからなり、各部の端部付近でステッチ２により形状が維持されている。
【００１１】
(2) 熱硬化性樹脂
プリフォーム１に含浸させる熱硬化性樹脂としては、エポキシ系及び／又はビスマレイミド系の熱硬化性樹脂が好ましい。エポキシ系熱硬化性樹脂の市販品として、３Ｍ社製のPR-500等が挙げられ、またビスマレイミド系熱硬化性樹脂の市販品として、ＣＹＴＥＣ社製の5250-4-RTM等が挙げられる。
【００１２】
プリフォーム１は、レジントランスファー成形方法等により熱硬化性樹脂で含浸する。詳細には、まずプリフォーム１を金型のキャビティー内に配置し、型締めした後、熱硬化性樹脂を注入して含浸させる。強化繊維と熱硬化性樹脂との比は、体積で40／60〜60／40の範囲であるのが好ましい。強化繊維／熱硬化性樹脂の重量比が40／60未満であると、得られる繊維強化プラスチック成形品の機械的強度が十分でなく、また60／40を超えると、樹脂含浸が困難で、繊維強化プラスチック成形品を一体的に保持するのが困難となる。
【００１３】
(3) 熱処理
熱硬化性樹脂で含浸したプリフォーム１を半硬化状態になるまで熱処理する。熱処理条件は、一般に熱硬化性樹脂が半硬化状態となるように設定する。ここで「半硬化状態」とは、室温では熱硬化性樹脂が固体状で粘着性がなく、取り扱いが容易であるが、さらに熱処理すると熱硬化性樹脂は再流動化した後完全に硬化する状態を言う。半硬化状態とするには、繊維強化プラスチック部材中の熱硬化性樹脂の硬化率（全熱硬化性樹脂に対する硬化した樹脂の割合）を10〜40％にする。硬化率が10％未満では十分に固形ではなく、また粘着性があるために取扱が容易でない。一方硬化率が40％を超えると、後の硬化工程において他の繊維強化プラスチック部材との接着が不十分になり、成形体の剥離強度が低下する。
【００１４】
半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を得るためには、エポキシ系熱硬化性樹脂の場合には、120 〜130 ℃で80〜120 分間又は130 〜140 ℃で30〜60分間熱処理するのが好ましく、またビスマレイミド系熱硬化性樹脂の場合には、115 〜125 ℃で60〜90分間又は135 〜145 ℃で30〜60分間熱処理するのが好ましい。
【００１５】
図２は図１のプリフォーム１から得られた半硬化状態の繊維強化プラスチック部材４の例を示す。このようにして得られる半硬化状態の繊維強化プラスチック部材４は、室温付近では固体状で粘着性がなく、取り扱いが容易で保存安定性もよい。
【００１６】
[2] 繊維強化プラスチック成形品
(1) 繊維強化プラスチック部材の組合せ
本発明では、少なくとも１つの半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を少なくとも１つの他の繊維強化プラスチック部材と一体化するが、繊維強化プラスチック部材の組合せ例は以下の通りである。
▲１▼一体化する全ての繊維強化プラスチック部材が、強化繊維に熱硬化性樹脂を型内で含浸させた後熱処理により半硬化状態にしたものである。
▲２▼少なくとも１つの半硬化状態の繊維強化プラスチック部材と、少なくとも１つの強化繊維プリプレグとを組合せる。ここで強化繊維プリプレグとは、あらかじめ熱硬化性樹脂で含浸した強化繊維織布の積層体であり、熱処理により熱硬化性樹脂が半硬化状態になっていてもよい。
【００１７】
(2) 製造方法
図３は、本発明の一実施例として、それぞれ板状及びＴ字状の半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を接合する例を示す。定盤10上に載置された板状の繊維強化プラスチック部材（板状部材）12の周囲にシール材14を敷設するとともに、板状部材12の所定の位置にＴ字状の繊維強化プラスチック部材（Ｔ字状部材）４を配置する。Ｔ字状部材４の形くずれを防止するために、Ｔ字状部材４のＬ字部に適当な治具18を配置する。板状部材12及びＴ字状部材４の全体を覆うように、上から真空引き口（図示せず）を有するバギングフィルム20を被覆し、シール材14と接着する。バギングフィルム20としては、ナイロンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム等の耐熱性フィルムが好ましい。また、シール材14としては、ブチルゴム系のものやシリコンゴム系のもの等を使用することができる。シール材14は、シート状あるいはテープ状として用いるのが好ましい。
【００１８】
真空引きによりバギングフィルム20内を減圧し、板状部材12とＴ字状部材４とを密着させる。この状態で180 〜190 ℃で120 〜150 分間熱処理する。この熱処理により、板状部材12及びＴ字状部材４中の半硬化状態の熱硬化性樹脂が再流動化し、両者は完全に一体化する。
【００１９】
以上、本発明の製造方法を説明したが、本発明はそれに限定されず、本発明の趣旨を変更しない限り種々の変更を加えることができる。例えば、熱硬化性樹脂であるビスマレイミド等の耐熱性を向上させるために、繊維強化プラスチック成形品に220 〜240 ℃で４〜６時間アフターキュアーを行っても良い。
【００２０】
【実施例】
本発明を以下の実施例及び比較例により詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２１】
実施例１
まず、図１に示すようにＴ字状に炭素繊維織布を積層し、端部付近をステッチングして、プリフォーム１を作成した。炭素繊維織布の積層枚数は、垂直部が12枚（内８枚が一方向性材）で、底部が12枚（内８枚が一方向性材）であった。プリフォーム１を金型に入れ、120 〜135 ℃でエポキシ系熱硬化性樹脂PR-500（３Ｍ社製）を注入し、プリフォーム１に含浸させた。
【００２２】
エポキシ系熱硬化性樹脂を型内で含浸したプリフォーム１を135 〜140 ℃で45分間加熱し、熱硬化性樹脂の硬化率が30％になるように熱処理を行った。なお、熱硬化性樹脂の硬化率はＤＳＣ熱分析法より求めた。得られたＴ字状の繊維強化プラスチック部材４を室温まで冷やすと、固体状で一体化しており、表面に粘着性は全くなかった。
【００２３】
炭素繊維織布にエポキシ系熱硬化性樹脂PR-500を馴染ませたプリプレグシートを４枚積層した板状繊維強化プラスチック部材12を作成した。Ｔ字状部材４と板状部材12とを図３に示す配置で組み合わせ、Ｔ字状部材４のＬ字状部分に治具18を配置した後で、全体をバギングフィルム20で覆った。この状態でオートクレーブ内に入れ、バギングフィルム20内を減圧しながら180 ℃で２時間熱処理を行い、繊維強化プラスチック成形品22を製造した（図４）。
【００２４】
得られた繊維強化プラスチック成形品22は強固に一体化しており、Ｔ字状部材４と板状部材12との剥離強度は、各部材の破断強度と同程度であった。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の方法によれば、少なくとも１つの半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を含む複数の繊維強化プラスチック部材を熱処理して一体成形品を製造するので、接着剤やボルト、リベット等を必要とせず、また得られた成形品は機械的強度に関して高い信頼性を有する。本発明の方法によれば、複雑な形状の繊維強化プラスチック成形品でも単純な形状の半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を組み合わせることにより簡単に製造できるで、製造コストの低減化及び高効率化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例により製造した強化繊維からなるプリフォームを示す概略断面図である。
【図２】図１のプリフォームから得られたＴ字状の半硬化状態の繊維強化プラスチック部材を示す概略斜視図である。
【図３】図２の繊維強化プラスチック部材とプリプレグシートの積層板とを一体的に接合する方法を示す概略断面図である。
【図４】図３の方法により得られた繊維強化プラスチック成形品を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１・・・プリフォーム
２・・・ステッチ
４・・・半硬化状態の繊維強化プラスチック部材
12・・・板状の繊維強化プラスチック部材（プリプレグシート積層体）
14・・・シール材
18・・・治具
20・・・バギングフィルム
22・・・繊維強化プラスチック成形品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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