(57)【要約】【課題】ピンホール等の欠点のない優れた表面品位を得ることが可能な繊維強化樹脂の製造方法を提供する。【解決手段】型のキャビティ内に強化繊維基材を配置し、該強化繊維基材の少なくとも片側の表面に樹脂拡散媒体層を配置し、該樹脂拡散媒体層を介して強化繊維基材に樹脂を注入して硬化させ、成形品の脱型後に該成形品から前記樹脂拡散媒体層を除去する繊維強化樹脂の製造方法であって、樹脂拡散媒体層として、樹脂含浸係数が１×１０-10ｍ2 以上で、かつ、強化繊維基材との樹脂含浸係数比が１．５〜１０の範囲内にある樹脂拡散媒体層を用いることを特徴とする繊維強化樹脂の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型のキャビティ内に強化繊維基材を配置し、該強化繊維基材の少なくとも片側の表面に樹脂拡散媒体層を配置し、該樹脂拡散媒体層を介して前記強化繊維基材に樹脂を注入して硬化させ、成形品の脱型後に該成形品から前記樹脂拡散媒体層を除去する繊維強化樹脂の製造方法であって、前記樹脂拡散媒体層として、樹脂含浸係数が１×１０-10ｍ2 以上で、かつ、前記強化繊維基材との樹脂含浸係数比が１．５〜１０の範囲内にある樹脂拡散媒体層を用いることを特徴とする繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項２】
前記強化繊維基材が、カバーファクターが９０％以上である少なくとも１枚の織物から構成されている、請求項１に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維基材の総厚みが２．５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項４】
前記強化繊維基材と前記樹脂拡散媒体層の間に中間層を配置し、樹脂硬化後に成形品から該中間層と前記樹脂拡散媒体層を除去する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂拡散媒体層の厚みが５０〜２０００μｍの範囲内にある、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂拡散媒体層への樹脂注入速度が２ｍ／分以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂（以下、「ＦＲＰ」と略称することもある。）の製造方法に関し、とくに、軽量性を確保しつつ、ピンホール等のない優れた表面品位を得ることが可能な繊維強化樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、型のキャビティ内に強化繊維基材を配置し、その上に樹脂拡散媒体層を配置し、その上から上型あるいはバッグ材で覆って、樹脂を加圧注入あるいは型内を減圧して真空圧により樹脂を注入する、いわゆるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形方法が知られている（例えば、特許文献１）。このようなＲＴＭ成形方法においては、樹脂の注入、硬化後に、ＦＲＰ成形品から樹脂拡散媒体層を除去するが、とくに真空成形の場合、樹脂の強化繊維基材への含浸を十分に良好に行えない場合があり、成形品の表面にピンホール等の樹脂含浸不良に起因する表面欠点、意匠性に関する欠陥が発生しやすいという問題がある。
【０００３】
このような問題に対し、樹脂拡散媒体層を、積層構成を有する強化繊維基材の厚み方向中央部に配置し、その樹脂拡散媒体層を通して樹脂注入、拡散を行わせることにより、樹脂の拡散、基材への含浸特性を向上し、成形品外観の意匠性を向上する方法が考えられる。
【０００４】
しかしながら、この基材の中央層として樹脂拡散媒体層を配置する方法では、成形品の中央部に、樹脂を含む樹脂拡散媒体層が残ることから、ＦＲＰ化による軽量化効果が期待したほど得られないという問題が残る。
【特許文献１】米国特許第５０５２９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、成形品の軽量性を十分に確保しつつ、ピンホール等の欠点のない優れた表面品位を得ることが可能な繊維強化樹脂の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法は、型のキャビティ内に強化繊維基材を配置し、該強化繊維基材の少なくとも片側の表面に樹脂拡散媒体層を配置し、該樹脂拡散媒体層を介して前記強化繊維基材に樹脂を注入して硬化させ、成形品の脱型後に該成形品から前記樹脂拡散媒体層を除去する繊維強化樹脂の製造方法であって、前記樹脂拡散媒体層として、樹脂含浸係数が１×１０-10ｍ2 以上で、かつ、前記強化繊維基材との樹脂含浸係数比が１．５〜１０の範囲内にある樹脂拡散媒体層を用いることを特徴とする方法からなる。
【０００７】
このような繊維強化樹脂の製造方法においては、まず、最外層として樹脂拡散媒体層が配置されるので、注入樹脂硬化後に成形品から樹脂拡散媒体層を容易に除去することができる。樹脂を含む樹脂拡散媒体層は成形品中には残らないので、ＦＲＰ成形品の所望の軽量性が容易に確保される。そして、樹脂拡散媒体層の樹脂含浸係数（詳細は、後述する。）が１×１０-10ｍ2 以上と高く設定されているので、樹脂拡散媒体層に注入された樹脂は樹脂拡散媒体層中を良好に拡散することができ、かつ、樹脂拡散媒体層の強化繊維基材との樹脂含浸係数比が１．５〜１０の範囲内とされているので、注入された樹脂は、樹脂拡散媒体層中を拡散しながらあるいは拡散した後に、拡散と強化繊維基材中への含浸とが適切にバランスされた状態にて、つまり、十分に拡散し得る条件とそこから円滑に強化繊維基材中へと含浸されていく条件とが両立された状態にて、均一な望ましい形態で強化繊維基材中に含浸されていくことになる。その結果、樹脂拡散媒体層除去後の成形品の表面では、ピンホール等の欠点のない優れた表面品位が得られる。
【０００８】
この本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法においては、上記強化繊維基材としては、カバーファクターが９０％以上である（つまり、カバーファクターが９０％〜１００％の範囲内にある）少なくとも１枚の織物から構成されている形態とすることができる。すなわち、通常、カバーファクターが高くなるにつれ、樹脂流動抵抗が大きくなって、樹脂拡散媒体層から強化繊維基材中への樹脂含浸が行われづらくなるが、本発明では基材への含浸直前に注入樹脂が良好に拡散されており、樹脂拡散媒体層と強化繊維基材の樹脂含浸係数が特定の比率でバランスされ両者の樹脂流動抵抗が良好にバランスされていることから、拡散だけが先行し基材への樹脂含浸が局部的に遅れたり、拡散が不十分で基材への樹脂含浸時に局部的に樹脂不足が生じたりする事態が回避され、含浸すべき領域全体にわたって良好な基材への樹脂含浸が行われるようになる。したがって、カバーファクターが高い強化繊維基材を使用する場合にあっても良好な樹脂含浸状態に保たれ、ピンホール等の欠点のない優れた成形品の表面品位が得られる。換言すれば、本発明に係る方法は、このようなカバーファクターが高い強化繊維基材を使用する場合に、とくに有効な方法である。一般的に、カバーファクターが高い強化繊維基材を使用すると、ＦＲＰ成形品のより高い機械特性が得られる。つまり、ＦＲＰ化による軽量性を確保しながら、目標とする高い機械特性が得られるようになる。
【０００９】
また、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法においては、強化繊維基材の総厚みが２．５ｍｍ以下であることが好ましい。このように強化繊維基材の総厚みを特定の厚み以下に抑えておくことにより、所望の樹脂含浸が基材の厚み方向全域にわたってより確実に行われるようになり、上記のようにカバーファクターが高い強化繊維基材を使用する場合にあっても、望ましい良好な樹脂含浸状態により確実に保たれるようになる。この２．５ｍｍという基材の総厚みの値は、比較的大きい面積を有する強化繊維基材の場合の、全領域にわたる良好な含浸を保証するための、厚み限界と認識することもできる。
【００１０】
また、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法においては、上記強化繊維基材と上記樹脂拡散媒体層の間に中間層を配置し、樹脂硬化後に成形品から該中間層と樹脂拡散媒体層をともに除去する形態を採用することも可能である。すなわち、樹脂硬化後の樹脂拡散媒体層の剥離除去用に、予め中間層を配置しておくのである。このような中間層を配置しておくと、中間層の材質や表面形態を適切に設定することにより、成形品から樹脂拡散媒体層を直接剥離除去する場合に比べ、より優れた成形品の表面品位を得ることが可能になるとともに、樹脂拡散媒体層の除去が一層容易になる。
【００１１】
また、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法においては、樹脂拡散媒体層の厚みが５０〜２０００μｍの範囲内にあることが好ましい。樹脂拡散媒体層は、注入樹脂中に存在するガスをプールする機能も果たすので、厚みが５０μｍ未満であると、このガスプール機能が不十分となるおそれがあり、厚みが２０００μｍを越えると、樹脂硬化後に除去される樹脂拡散媒体層とともに捨てられる樹脂の量が多くなりすぎるおそれがある。
【００１２】
さらに、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法においては、樹脂拡散媒体層への樹脂注入速度が２ｍ／分以下であることが好ましい。樹脂拡散媒体層中での樹脂拡散速度は、早くなりすぎる傾向があるので、樹脂注入速度を特定値以下に抑え樹脂拡散媒体層中での樹脂拡散速度を比較的低く抑えておくことにより、樹脂拡散速度と基材への樹脂含浸速度を適切にバランスさせることができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法によれば、樹脂硬化後に樹脂拡散媒体層を除去することによって成形品の軽量性を十分に確保しながら、成形品についてはピンホール等の欠点のない優れた表面品位を容易にかつ確実に得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂の製造方法を模式的に示しており、図１（Ａ）は、型のキャビティ内での各層の配置例を、図１（Ｂ）は、樹脂硬化後の樹脂拡散媒体層の除去時の例を、それぞれ示している。図１（Ａ）に示すように、本実施態様では、型のキャビティ内に強化繊維基材１が配置され、その少なくとも片側の表面に（本実施態様では片面上に）、中間層２（剥離を目的とする層であるので、ピールプライと呼ばれることもある。）が配置され、その上に、樹脂拡散媒体層３が配置される。強化繊維基材１は、例えば、カバーファクターが９０％以上である少なくとも１枚の強化繊維織物から構成されており、強化繊維基材１の総厚みは、例えば２．５ｍｍ以下とされている。また、樹脂拡散媒体層３の厚みは５０〜２０００μｍの範囲内とされている。このように積層配置された基材が、例えば図２に示すように、下型２３のキャビティ２１内に配置され、その周囲がシール材２２でシールされ、図示を省略した上型等が閉じられ、樹脂注入口２４からＦＲＰのマトリックス樹脂となるべき液状の樹脂が樹脂拡散媒体層３へと注入され、樹脂拡散媒体層３中で拡散されつつある樹脂および拡散された樹脂が、強化繊維基材１へと含浸される。この樹脂拡散媒体層３への樹脂注入速度は２ｍ／分以下とされている。樹脂排出口２５からは余剰の樹脂が排出される。樹脂が所定領域に充満された状態で樹脂が加熱、硬化される。樹脂注入、硬化後で、脱型後に、図１（Ｂ）に示すように、成形品４から、樹脂拡散媒体層３が中間層２とともに剥離、除去される。
【００１５】
上記樹脂拡散媒体層３としては、樹脂含浸係数が１×１０-10ｍ2 以上で、かつ、強化繊維基材１との樹脂含浸係数比が１．５〜１０の範囲内にある樹脂拡散媒体層３が用いられる。この樹脂含浸係数とは、以下の測定法により測定された値のことである。
【００１６】
樹脂の含浸過程において、基材に含浸する樹脂の挙動は下式に示すダルシー則に従うことが知られており、含浸速度は以下の式で得られる。
ｖ＝（Ｋ／μ）×（ΔＰ／ΔＬ）・・・（１）
ここで、ｖ（ｍ／ｓ）は含浸速度、Ｋ（ｍ2）は含浸係数、μは樹脂粘度（Ｐａ・ｓ）、ΔＰ（Ｐａ）／ΔＬ（ｍ）は単位長さ当たりの圧力勾配である。この式を時間ｔ（ｓ）で積分すれば、含浸係数は以下の式で得ることができる。
Ｋ＝（Ｌ×Ｌ×μ）／（２×Ｐ×ｔ）・・・（２）
ここで、Ｌ（ｍ）は樹脂注入口からフローフロント（流動樹脂の先端）までの距離である。（２）式から、樹脂注入口からフローフロントまでの距離とそこへの到達時間、樹脂粘度、成形圧力が分かれば、含浸係数が計算できる。よって含浸係数の測定は、一例として図２に示すような装置を用いて平板のような基本形状に対して含浸係数測定実験を行い、これらを測定することで含浸係数Ｋが測定できる。
【００１７】
本発明では樹脂含浸係数を測定する場合は、図３に示すような樹脂含浸係数測定装置１１を用い、該装置１１内をゲージ圧で-100kPaよりも真空度の高い圧力を保持することで、圧力ΔＰを100kPaとする。また測定においては、実際の樹脂を用いて、成形温度中で測定することが好ましいが、予め成形温度下での樹脂粘度が分かっていれば、その粘度に調整した液体、例えばシリコンオイルやエーテル系合成油等を用いて測定することもできる。なお、樹脂中入口からフローフロントまでの距離Ｌは、本発明では、５００mmとし、この時の樹脂の到達した時間ｔを1/100secまで測定可能なディジタル式のストップウオッチで計測する。更にこれら測定は、計３回行った平均値を用いて、樹脂含浸係数を算出する。図３において、１１は含浸係数測定装置、１２は樹脂タンク、１３は真空ポンプ、１４は基材、１５は注入口、１６は排出口を、それぞれ示している。
【００１８】
また、本発明における前記カバーファクターは、例えば次のように測定される。
ここでカバーファクターとは、単位面積あたりに占める繊維面積の割合のことを示し、基材が織布の場合、以下の手順で測定される。対象となる基材をコピー機等で拡大し、繊維束１０本辺りの縦寸法Ｙと横寸法Ｘを測定する。この時のコピー機での拡大は、繊維束１０本辺りの横寸法が１００±５mmになるように行い、0.01mmまで表示可能なノギスを用いて測定を行う。次にその１０本の各繊維束の幅を縦繊維に対しては、Ｘ／２のピッチで各繊維束３点の計３０点を、横方向の繊維に対しては、Ｙ／２のピッチで各繊維３点の計３０点を測定し、縦方向繊維幅平均値ｘと横方向繊維幅平均値ｙを算出する。そして、カバーファクターＣｆは以下の式で表される。
Ｃｆ＝｛Ｙ＊ｘ＋（Ｘ−ｘ）＊ｙ｝／（Ｘ＊Ｙ）
【００１９】
本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法においては、図１に示したように、最外層として樹脂拡散媒体層３が配置されるので、注入樹脂硬化後に成形品４から樹脂拡散媒体層３を容易に除去することができる。とくに図１に示した形態では、中間層２を介在させているので、この中間層２を介して、樹脂拡散媒体層３を一層容易に除去することができる。樹脂拡散媒体層３を除去する結果、樹脂を含む樹脂拡散媒体層３は成形品４中には残らないので、ＦＲＰ成形品４の所望の軽量性が容易に確保される。
【００２０】
また、樹脂拡散媒体層３の樹脂含浸係数が１×１０-10ｍ2 以上と高く設定されているので、樹脂拡散媒体層３に注入された樹脂は樹脂拡散媒体層３中を良好に拡散することができる。加えて、樹脂拡散媒体層３の強化繊維基材１との樹脂含浸係数比が１．５〜１０の範囲内とされているので、注入され拡散される樹脂は、拡散と強化繊維基材１中への含浸とが適切にバランスされた状態にて、均一な望ましい形態で強化繊維基材１中に含浸されていく。樹脂不足や樹脂過多のない良好な状態で樹脂が含浸され、その状態で樹脂が硬化され、樹脂硬化後に、中間層２とともに樹脂拡散媒体層３が除去されるので、ピンホール等の表面欠点のない優れた表面品位の成形品４が得られる。上記実施態様では、とくに中間層２の平滑性を高く設定しておくことにより、表面平滑性に優れた滑らかな美麗な成形品表面が得られる。
【００２１】
なお、本発明において繊維強化樹脂（ＦＲＰ）とは、強化繊維により強化された樹脂を指し、強化繊維としては、炭素繊維の他、例えば、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維を使用することも可能である。成形品の剛性等の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、コア材の少なくとも片面に強化繊維基材を配置した基材を採用することも可能であり、その場合のコア材としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためにはとくに発泡材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、例えば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。ハニカム材としては特に限定されず、例えばアルミニウム合金、紙、アラミドペーパー等を使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法は、強化繊維基材を用いるあらゆる繊維強化樹脂の製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂の製造方法を模式的に示す、各基材の積層体の概略断面図である。
【図２】本発明方法に用いる型としての下型の一例を示す概略斜視図である。
【図３】樹脂含浸係数測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  強化繊維基材
２  中間層
３  樹脂拡散媒体層
４  成形品
１１  含浸係数測定装置
１２  樹脂タンク
１３  真空ポンプ
１４  基材
１５  注入口
１６  排出口
２１  キャビティ
２２  シール材
２３  成形下型
２４  樹脂注入口
２５  樹脂排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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