(57)【要約】【課題】比較的大きな三次元面状体に対しても、樹脂注入から含浸・硬化までの成形工程を、高速で実施し、かつ、従来問題となっていた製品外観や高価な型費を抑制し、製品コストの低減をはかることが可能なＲＴＭ成形方法を提供すること。【解決手段】複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材を配設し、型締めした後、樹脂を注入して成形するＲＴＭ成形法において、厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムおよび、樹脂流路用メディアを前記成形型と前記強化繊維基材の間の少なくとも１面に配置することを特徴とするＲＴＭ成形方法。【選択図】図１
2009090646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材を配設し、型締めした後、樹脂を注入して成形するＲＴＭ成形法において、厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムおよび、樹脂流路用メディアを前記成形型と前記強化繊維基材の間の少なくとも１面に配置することを特徴とするＲＴＭ成形方法。
【請求項２】
前記強化繊維基材が、面形状を有する請求項１に記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項３】
前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと、前記樹脂流路用メディアからなる中間部材を複数の型で狭圧してシールする、請求項１に記載のＲＴＭ成形法。
【請求項４】
前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと前記成形型の間に樹脂流路用メディアを配置する、請求項１〜３のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項５】
前記成形型の少なくとも１の型に、強化繊維基材に対して実質的に全周にわたって延びる樹脂排出溝が設けられている型を用い、樹脂排出口まで樹脂流路用メディアを配置する、請求項４に記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項６】
成形型からの樹脂排出に樹脂排出用部材を用い、樹脂注入に樹脂注入用部材を用いる、請求項１〜５のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項７】
樹脂排出用部材を前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと前記成形型、または、前記樹脂流路用メディアと前記成形型で狭圧してシールする、請求項１〜６のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項８】
樹脂注入用部材を前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと前記成形型、または、前記樹脂流路用メディアと前記成形型で狭圧してシールする、請求項１〜７のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項９】
前記中間部材と成形型との間に用いる樹脂流路用メディアの厚みが０．２〜１ｍｍの範囲内である、請求項１〜８のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項１０】
前記フィルムの厚みが０．０５〜１ｍｍの範囲内である、請求項１〜９のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）を成形するためのＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形方法に関し、特に、中間部材を用いた高速成形の表面品位向上を可能にするＲＴＭ成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ、特にＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）は軽量、かつ高い機械的特性を有する複合材料として様々な分野で利用されている。ＦＲＰ成形方法の一つとして、型に強化繊維織物の積層基材等からなる強化繊維基材を載置し、型閉めの後、型内を減圧して液状樹脂を注入し、加熱硬化させるＲＴＭ成形方法が知られている。この方法は、プリプレグ成形のように予め、強化繊維基材に樹脂を含浸させた中間材料を用いることなく、強化繊維基材を直接型に入れ、型内で樹脂含浸をさせることから低コストの成形に用いられている。また、より成形コストを抑える手段としては、従来、型内で賦形させてあった強化繊維基材を、あらかじめ上下の賦形型で挟み込むことで、成形型に設置する前に事前に強化繊維基材にある程度の形状賦形する外段取り法も提案されている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、このような方法では型への基材配置に要する時間短縮は可能であるが、樹脂注入に要する時間がかかること、流動する樹脂量を大きく設定することが困難であることから、大型品のＲＴＭ成形が困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、複数の型の間に、厚み方向に貫通する樹脂流路を成形する中間部材を配設し、該中間部材を介して、樹脂を強化繊維基材に対して複数の箇所からほぼ同時に注入するＲＴＭ成形が提案されている（たとえば、特許文献２）。この方法によると、比較的大きな三次元面状体に対しても、樹脂注入から含浸・硬化までの成形工程を、樹脂が流れない領域を生じさせること無く、高速で成形することができる。
【０００５】
この中間部材を用いたＲＴＭ成形方法は、中間部材に樹脂流路用溝および基材方向へ貫通孔を形成することで、樹脂注入時にはこれを樹脂流路として使用することで樹脂を基材に高速分配し含浸させることが可能となる。しかしながら、樹脂硬化後には樹脂流路用溝、および貫通孔に樹脂の塊が残ることから、成形品の重量増加を招いたり、当該塊の樹脂収縮の影響により成形品の表面に凹凸等の外観不良が現れたりする問題があった。また、中間部材を金属製とし、再利用可能な中間部材が高価になること、また成形には、中間部材専用の型昇降装置といった特別な設備を必要とすることから、高価な設備費用が必要であった。さらには中間部材に付着した樹脂の除去に時間がかかるといった問題があった。
【０００６】
そこで、安価な中間部材として、複数の貫通孔を設けた樹脂製の多孔板や樹脂製フィルムを使用する方法も提案されているが、この場合、一方の型に樹脂通路用の溝を設けなければならないため、型加工コストが増大化していた。また、溝を設けない場合には、上記中間部材と一方の型との間に隙間を形成することが必要であるが、隙間調整が困難で、プロセスが安定しない等の問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３０５７１９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記のような現状に鑑み、比較的大きな三次元面状体に対しても、樹脂注入から含浸・硬化までの成形工程を、高速で実施し、かつ、従来問題となっていた製品外観や高価な型費を抑制し、製品コストの低減をはかることが可能なＲＴＭ成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するための本発明は、以下の（１）〜（１０）の方法からなる。すなわち、
（１）複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材を配設し、型締めした後、樹脂を注入して成形するＲＴＭ成形法において、厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムおよび、樹脂流路用メディアを前記成形型と前記強化繊維基材の間の少なくとも１面に配置することを特徴とするＲＴＭ成形方法。
【０００９】
（２）前記強化繊維基材が面形状を有する、請求項１に記載のＲＴＭ成形方法。
【００１０】
（３）前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと、前記樹脂流路用メディアからなる中間部材を、複数の型で狭圧してシールする、（１）に記載のＲＴＭ成形法
（４）前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと前記成形型の間に樹脂流路用メディアを配置する（１）〜（３）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【００１１】
（５）前記成形型の少なくとも１の型に、強化繊維基材に対して実質的に全周にわたって延びる樹脂排出溝が設けられている型を用い、樹脂排出口まで樹脂流路用メディアを配置する（４）に記載のＲＴＭ成形方法。
【００１２】
（６）成形型からの樹脂排出に樹脂排出用部材を用い、樹脂注入に樹脂注入用部材を用いる、（１）〜（５）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【００１３】
（７）樹脂排出用部材を前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと前記成形型、または、前記樹脂流路用メディアと前記成形型で狭圧してシールする、（１）〜（６）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【００１４】
（８）樹脂注入用部材を前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムと前記成形型、または、前記樹脂流路用メディアと前記成形型で狭圧してシールする、（１）〜（７）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【００１５】
（９）前記中間部材と成形型との間に用いる樹脂流路用メディアの厚みが０．２〜１ｍｍの範囲内である（１）〜（８）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
（１０）前記フィルムの厚みが０．０５〜１ｍｍの範囲内である、（１）〜（９）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
である。ここで、樹脂流路用メディアとは、樹脂注入時、面方向への樹脂流動しやすいものであり、面方向への流動抵抗が低ければ良く、たとえば、網目状に織られた織布等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＲＴＭ成形方法によれば、基材と型（少なくとも一方の型）の間に、中間部材として、樹脂フィルムを配置し、該樹脂フィルムと型の間に樹脂流路用メディアを挟むことで微小隙間（たとえば、０．２ｍｍ〜１ｍｍ）を保つことができる。この隙間は流動抵抗が低いことから、注入した樹脂は、その隙間の領域に一気に広がり、樹脂溜りを形成ながら樹脂フィルムの穴を通じて、強化繊維基材方向に注入される。この結果、樹脂フィルムに設けられた複数の穴からほぼ同時かつ均等に、強化繊維基材に樹脂を含浸させることができる。
【００１７】
さらに、中間部材としては、樹脂フィルムおよび樹脂流路用メディアを併用したことにより、薄くすることができる。この結果、貫通孔に残る樹脂の塊が格段に小さくなったことで、できあがった成形品の表面への影響が小さくなり表面品位の向上が可能になる。さらには、成形品重量を軽くすることができる。
【００１８】
一方、コスト面では安価な中間部材を用いることによって毎回交換することが可能となり、従来必要としていた中間部材の清掃作業を行う必要が無く、成形タクトが短縮される。また、設備投資の面では、軽量な中間部材を用いることから、特別な金型昇降装置の必要は無くなること、さらに樹脂流路用メディアを用いることで、樹脂通路用の溝を型に加工する必要が無くなること等の効果が得られ、安価に製品を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
本発明は、例えば、本発明のＲＴＭ成形方法に用いられる装置に関する、図１の成形型（上型）１、成形型（下型）２のような複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材５を配設し、型締めした後、樹脂を注入して成形するＲＴＭ成形方法である。ここで言う成形型のキャビティ部とは、図２のキャビティ部１３のように、強化繊維基材５を配置するため、成形品形状に加工された樹脂排出溝６に囲われた部分を意味する。
【００２１】
本発明は、このキャビティ部１３に強化繊維基材を配設するに際し、厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルムおよび、樹脂流路用メディアを前記成形型と前記強化繊維基材５の間の少なくとも１面に配置することを必須とする。
【００２２】
本発明に用いられる、厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルム３とは、図１の貫通孔１１のようにフィルムの表から裏に貫通した部分を有するフィルムを意味する。かかるフィルムの貫通した部分を通じて樹脂を注入する必要があるため、貫通した部分がフィルム全面の０．２％以上の面積を占めていることが好ましく、できあがった成形品との離型性および表面への影響を考慮すると、貫通した部分の形状は、円状であり、均等に繊維基材に樹脂が含浸できる配置であることが好ましい。ここで、用いられるフィルム３としては、入手、加工の容易さから、合成樹脂などの工業材料からなる樹脂フィルムであることが好ましい。樹脂フィルムに用いられる樹脂としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ナイロン６、テフロン（登録商標）などの熱可塑樹脂等が挙げられ、中でも、耐熱性、離型性の優れたポリプロピレンフィルムがより好ましい。
また、フィルム表面に樹脂との離型性を向上させるために離型剤を塗布しコーティング処理を行うことも可能である。
【００２３】
更に本発明で用いるフィルムの厚みとしては、０．０５〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。フィルム厚みが１ｍｍを上回ると、予め形状への賦形を行う場合に、小さいＲ形状への沿い性が悪くなったり、フィルムを離型した後の樹脂貫通穴痕ができ易く、外観性が悪くなる。また厚みが０．０５ｍｍを下回ると、フィルムに剛性が低いことにより、移送中に剥げたり、樹脂注入圧で変形し外観が悪くなることがある。
【００２４】
本発明に用いられる樹脂流路用メディア４とは、樹脂を注入した後に樹脂を保持するための空間が確保された部材を意味する。かかる目的を達成できるのであればその形状を問わないが、例えば、図１の４のようなメッシュ状のシートであれば、中間部材の厚みを薄くすることが可能であり、流動抵抗が低いことから、注入した樹脂が、その隙間の領域に一気に広がり、樹脂溜りを形成ながら樹脂フィルムの穴を通じて、強化繊維基材方向に注入できるという点で好ましい。
本発明のＲＴＭ成形法は、前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルム３と、前記樹脂流路用メディア４を、前記成形型１，２と強化繊維基材５の間の少なくとも１面に配置することを必須とする。かかる配置を有することにより、フィルム３に設けられた複数の穴から、ほぼ同時かつ均等に、強化繊維基材に樹脂を含浸させるという効果が得られるからである。
【００２５】
本発明の強化繊維基材５に用いられる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素高強度合成繊維等を用いることができ、特に、炭素繊維が好ましい。強化繊維基材の形態は特に限定されず、一方向シートや織物等を採用でき、通常、これらを複数枚積層して基材を形成し、必要に応じて事前に賦形したプリフォームの形態で用いることができる。
【００２６】
特に、強化繊維基材が面形状、すなわち、積層厚みよりも繊維方向に広がりを見せる形状を有する場合、繊維方向と平行して中間部材を配置することによって、繊維強化基材への樹脂供給が広範囲に行われる。その結果、強化繊維基材の積層厚み方向への樹脂含浸が迅速に行われる、という効果が得られるので好ましい。
【００２７】
また、本発明は、前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルム３と、前記樹脂流路用メディア４からなる中間部材を、成形型（上型)１と成形型（下型）２で挟み、圧力を掛けることによって中間部材１２と成形型１，２を密着させることが好ましい。こうすることで、前記樹脂流路用メディア４は、前記厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルム３と前記成形型の間に挟まれる形となる。すなわち、中間部材１２と成形型１，２を密着させることにより、樹脂流路を形成し、厚み方向に貫通する樹脂流路から確実に強化繊維基材５へ樹脂を供給することができるとともに、成形型から樹脂を漏れる事を防ぐ効果が得られるので好ましい。
【００２８】
さらに、本発明は、成形型（下型）２のように、強化繊維基材５を配置した際に全周にわたって延びる樹脂排出溝６が設けられた成形型が望ましい。中間部材１２を通って強化繊維基材５へ含浸した樹脂は、樹脂で強化繊維基材５を満たす過程で発生する過剰樹脂は、樹脂排出溝６に流れ出る。樹脂排出溝６を全周にわたって設けることによって、どこからでも過剰樹脂を排出することができるので好ましい。
【００２９】
本発明は、中間部材１２と成形型１，２の間に配置される樹脂流路用メディア４の厚みを０．２〜１ｍｍの範囲にすることで注入した樹脂は、その隙間の領域に一気に広がり、樹脂溜りを形成しながら樹脂フィルムの穴を通じて、強化繊維基材５方向に注入されるので好ましい。この結果、樹脂フィルムに設けられた複数の穴からほぼ同時かつ均等に、強化繊維基材に樹脂を含浸させることができる。
【００３０】
もし、樹脂流路用メディア４の厚みが０．２ｍｍを下回ると、樹脂の流動性が低下し、樹脂含浸に要する時間が長くなることが、また樹脂流路用メディア４の厚みが１ｍｍを超えると、樹脂溜りを形成する樹脂量が多くなり、製品コストが高くなったり、樹脂溜りの蓄熱反応が起こりやすくなることから外観状態が不良になる等の不具合を生じる。
【００３１】
本発明に係るＲＴＭ成形方法で使用する樹脂としては、粘度が低く強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を形成するＲＩＭ用（Resin Injection Molding）モノマーなどが好適である。熱硬化性樹脂としては、たとえば、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、グアナミン樹脂、また、ビスマレイド・トリアジン樹脂等のポリイミド樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリジアリルフタレート樹脂、さらにメラミン樹脂、ユリア樹脂やアミノ樹脂等が挙げられる。
【００３２】
また、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１などのポリアミド、またはこれらポリアミドの共重合ポリアミド、また、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラートなどポリエステル、またはこれらポリエステルの共重合ポリエステル、さらにポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルルイミド、ポリオレフィンなど、さらにまた、ポリエルテルエラストマー、ポリアミドエラストマーなどに代表される熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００３３】
また、上記の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴムから選ばれた複数をブレンドした樹脂を用いることもできる。
【００３４】
中でも好ましい樹脂として、自動車用外板部材の意匠性に影響を与える成形時の熱収縮を抑える観点から、エポキシ樹脂が挙げられる。
【００３５】
一般的に、複合材料用エポキシ樹脂としては、主剤として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂が用いられる。一方、硬化剤としては、ジシアンジアミドにジクロロフェニルジメチル尿素を組み合わせた硬化剤系が作業性、物性等のバランスに優れている点で好適に使用されている。しかし、特に限定されるものではなく、ジアミノジフェニルスルホン、芳香族ジアミン、酸無水物ポリアミドなども使用できる。また、樹脂と前述の強化繊維の比率は、重量比率で２０：８０〜７０：３０の範囲内が外板として適当な剛性を保持する点で好ましい。その中でも、ＦＲＰ構造体の熱収縮を低減させ、クラックの発生を抑えるという点から、エポキシ樹脂または熱可塑性樹脂やゴム成分などを配合した変性エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ジシクロペタジエン樹脂がより適している。
【００３６】
また、本発明に係る方法においては、繊維強化樹脂とコア材との積層構造を有する繊維強化樹脂構造体を成形する際にも適用できる。たとえば、コア材の両側に繊維強化樹脂層を配置したサンドイッチ構造を挙げることができる。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、軽量化のためには発泡材やハニカム材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、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。ハニカム材の材質としては特に限定されず、たとえば、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。
【００３７】
以下、図面を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形方法について示してものである。図１において、成形型は、上型１と、下型２から成り、その間に強化繊維基材５と中間部材１２を配置し、樹脂注入用部材９と樹脂排出用部材１０を挟み込む構造となっている。
【００３９】
中間部材１２は成形品となる範囲に対して複数の貫通孔１１が加工されている、樹脂フィルム３と樹脂流路用メディア４から構成されており、上型１と樹脂フィルム３の間に樹脂流路用メディア４を配置する。
【００４０】
図２は、図１における成形概略図のＡ−Ａ’部での断面を表わしている。下型２のキャビティ部には強化繊維基材５を配置し、その上に樹脂フィルム３が樹脂排出溝６を覆うように配置されている。さらにその上には、キャビティとほぼ同寸の樹脂流路用メディア４を配置し、その上方から上型１を閉じる構造となっている。下型２の強化繊維基材５を配置したキャビティの外周部には樹脂排出溝６（ランナー）が加工されており、樹脂排出溝６の外側周囲にはシール用Ｏ−リング７が設置されており、上型１と下型２を閉じることで型内と型外を密閉する構造となっている。
【００４１】
上型１と樹脂フィルム３との間には、金属製パイプまたは樹脂チューブから構成された樹脂注入用部材９を挟み込むように配置し、下型２に設置されている弾性体等からなるシール材８ａとシール用Ｏ−リング７によって上型１、下型２を閉じることで型内の上部が密閉される。同じく金属製パイプまたは樹脂チューブから構成された樹脂排出用部材１０は、樹脂フィルム３と下型２との間に挟み込むように配置し、シール用Ｏ−リング７と下型２に設置されている弾性体等からなるシール材８ｂとシール用Ｏ−リング７によって上型１、下型２を閉じることで型内の下部が密閉される。
【００４２】
このように構成された上型１、下型２および中間部材１２を用いた成形では、樹脂注入用部材９から注入された樹脂は、まず、樹脂流路用メディア４を伝い、樹脂フィルム３の面に沿う方向へ迅速に流動し、樹脂流路用メディア４によって確保された空間に行き渡る。次に、樹脂フィルム３に設けられた複数の貫通孔１１を通じて、複数箇所から実質的にほぼ同時に強化繊維基材５に注入されるので、強化繊維基材５の広い領域にわたって樹脂が良好にかつ迅速に含浸されていく。また、余分な樹脂および残留気体は、樹脂排出溝６から、樹脂排出用部材１０を通って、型外へと排出される。その結果、樹脂が行き渡らない部分の発生が防止されるとともに、樹脂注入、含浸時間が大幅に短縮され、表面状態の良好な成形品の高速成形が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のＲＴＭ成形方法に用いられる装置の概略図である。
【図２】図１の成形方法に用いられる装置のＡ−Ａ’断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：成形型（上型）
２：成形型（下型）
３：厚み方向に貫通する樹脂流路を有するフィルム
４：樹脂流路用メディア
５：強化繊維基材
６：樹脂排出溝
７：Ｏ−リング
８ａ：シール材
８ｂ：シール材
９：樹脂注入用部材
１０：樹脂排出用部材
１１：貫通孔
１２：中間部材
１３：キャビティ部
【図１】
2009090646.tif 000003
【図２】
2009090646.tif 000004