JP2009028989A

JP2009028989A - 樹脂トランスファー成形法によるｆｒｐ成形品の一体化成形方法

Info

Publication number: JP2009028989A
Application number: JP2007194565A
Authority: JP
Inventors: Hironari Hata; 裕也秦; Kentaro Shima; 健太郎島
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材とから一体化ＦＲＰ成形品を得るための、簡単で合理的な成形方法を提供すること。
【解決手段】
繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材を、樹脂トランスファー成形法により二次成形し一体化ＦＲＰ成形品とするに際し、一つの成形型で該一体化ＦＲＰ成形品と該一次成形部材をそれぞれ独立に成形し得る成形型を用い、該一体化ＦＲＰ成形品を得るための二次成形と、次の二次成形で使用する該一次成形部材を得るための一次成形を、同時に行うことを特徴とする樹脂トランスファー成形法によるＦＲＰ成形品の一体化成形方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法による、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材からなるＦＲＰ成形品の一体化成形方法に関する。

繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維強化材とからなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。そして、その成形方法としては色々な方法・手段が知られているが、ＲＴＭ成形法は、特に多品種中量生産に適する成形法として注目されている。

樹脂トランスファー（以下、ＲＴＭと略称する場合もある）成形法においては、上型と下型からなる金型（成形型）内部に、繊維強化材を成形品形状に賦形したプリフォーム又はシート状の繊維強化材を配置し、金型を型締めした後、上型と下型が形成するキャビティ内を、金型の排出口から排出用ホースを介して排気し、一方、金型の注入口から注入用ホースを介して樹脂をキャビティ内に注入して繊維強化材に含浸せしめ、そして必要なら加熱、加圧して硬化させる方法がとられる。このようなＲＴＭ成形法は、従来幾つかの部品の組み立てによって製作していた複雑な製品を、一体的に成形することができるという特徴を有する（例えば、特許文献１と２参照）。
２００６−１５０６１４号公報２００７−７６３０７号公報

前記のごとくＲＴＭ成形法は、複雑なＦＲＰ成形品を、一体的に成形することができるので、例えば、繊維強化材とマトリックス樹脂と副資材を、ＲＴＭ成形法により成形し一体化ＦＲＰ成形品を得るのに便利である。副資材としては、例えば、成形品の釣合い又はバランスを取るためのおもりがあり、かかるおもりは、通常は、別な金型で成形加工して得られる（以下、一次成形部材という）。従って、かかる場合には、２種類の成形工程、即ち、一次成形部材を得るための成形工程（本発明においてはこれを一次成形という）と、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材を一体化成形する工程（本発明においてはこれを二次成形という）が必要であった。本発明者らは、かかる成形工程の簡略化・合理化について鋭意検討し、本発明に到達したものである。

本発明の課題は、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材とから一体化ＦＲＰ成形品を得るための、簡単で合理的な成形方法を提供することにある。

本発明の請求項１に記載された発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材を、樹脂トランスファー成形法により二次成形し一体化ＦＲＰ成形品とするに際し、一つの成形型で該一体化ＦＲＰ成形品と該一次成形部材をそれぞれ独立に成形し得る成形型を用い、該一体化ＦＲＰ成形品を得るための二次成形と、次の二次成形で使用する該一次成形部材を得るための一次成形を、同時に行うことを特徴とする樹脂トランスファー成形法によるＦＲＰ成形品の一体化成形方法である。

そして、請求項２記載の発明は、一次成形部材が、ＦＲＰ成形品のバランスを取るためのおもりとなるものであることを特徴とする請求項１記載の樹脂トランスファー成形法によるＦＲＰ成形品の一体化成形方法である。なお、本発明の成形方法においては、前記一次成形部材以外の副資材も併用されていても良い。

本発明によると、目的とするＦＲＰ成形品、即ち、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材とからなる成形品をＲＴＭ成形法により一体成形するに際し、次の成形で用いる一次成形部材が同時に得られるので、一次成形部材を別工程で成形する必要がなく、成形工程の合理化、簡便化が図れる。

本発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材を、ＲＴＭ成形法により二次成形し一体化ＦＲＰ成形品とするに際し、一つの成形型で該一体化ＦＲＰ成形品と該一次成形部材、例えば、ＦＲＰ成形品のバランスを取るためのおもりを、それぞれ独立に成形し得る成形型を用い、該一体化ＦＲＰ成形品を得るための二次成形と、次の二次成形で使用する該一次成形部材を得るための一次成形を、同時に行うことからなる成形方法である。本発明において一次成形部材とは、繊維強化材とマトリックス樹脂等とからＦＲＰ成形品を成形する場合に、副資材として同時に用いられる部材であって、同じくＲＴＭ成形法により得られた部材を意味する。具体的には、例えば、繊維強化材等とマトリックス樹脂とからなる、あるいはマトリックス樹脂のみからなる、成形品の釣合い又はバランスを取るためのおもりがあるが、これに限定されるものではない。

本発明で用いられるＲＴＭ成形法は、長繊維や短繊維からなる繊維強化材を、成形品形状に賦形したプリフォームあるいはシート状で、上型下型からなる金型（成形型）内部に配置し、金型を型締めした後、樹脂注入口から樹脂を減圧下に注入して繊維強化材に含浸させ、加熱硬化の後、金型を開いて脱型する成形方法である。いわゆるプリプレグが必要でなく、オートクレーブ法やハンドレイアップ法に比べて生産性が良く、両面の仕上がりの良い、品質の優れた成形品が得られるという特徴がある。

以下、本発明について図を用いて説明する。図１は、ＲＴＭ成形法で用いられる金型の下型１に、成形品形状に対応したキャビティ２が形成されている状態を示す部分図である。通常のＲＴＭ成形においては、図１に示したような金型の下型とそれに対応する上型を用いて、前記のごとき方法でＦＲＰ成形品の成形が行われる。即ち、上型と下型のキャビティ内表面にプリフォームあるいはシート状の繊維強化材を敷設し、その内部に、必要に応じて一次成形部材等を配置し、その後、樹脂注入口からマトリックス樹脂を減圧下に注入し、必要なら加熱して樹脂を硬化させ、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材等が一体化されたＦＲＰ成形品を得る。

前記のごとき通常のＲＴＭ成形法に対し、本発明では図２に示したような金型（下型）が用いられる。図２において、１と２は図１の場合と同様であるが、３は、一次成形部材を成形するためのキャビティを示している。一次成形部材を成形するためのキャビティ３は、最終目的の二次成形品（一体化ＦＲＰ成形品）を成形するためのキャビティ２と同じ金型に形成されている（図２では対応する上型は省略されている）。従って、キャビティ２で一体化ＦＲＰ成形品を成形する際に、キャビティ３にも同時に樹脂を注入し、必要なら加熱して樹脂を硬化させれば、キャビティ２で一体化ＦＲＰ成形品が得られると共に、キャビティ３では、次の成形工程で用いる一次成形部材が得られる。

本発明のＲＴＭ成形法で、ＦＲＰ成形品を成形するに際し用いられるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂があるが、好ましいのは熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を混合して用いることもできる。好ましい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、ビニルエステル樹脂が好ましい。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良い。

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、平織物、綾織物、朱子織物等、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。織物等の厚さは、成形品の用途により適宜選択するものであり、特に制限はない。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。

本発明のＲＴＭ成形法おいて用いられる金型（又は成形型）としては、特に制限はないが、剛性の高い金属の金型やＦＲＰ型等の金型が用いられる。上型・下型には、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後、繊維強化材を敷設・積層しても良い。また、成形品を取出す際の離型性を高める目的で、繊維強化材上にはピールクロス等を重ねても良い。以下、実施例により本発明を詳述する。

（１）金型
その下型を図２に示したような、一次成形部材を成形するためのキャビティ３と、最終目的の二次成形品（一体化ＦＲＰ成形品）を成形するためのキャビティ２が、同じ金型に形成された金型１を用いた（図２では対応する上型は省略されている）。

キャビティ２と３には、それぞれ樹脂注入口と排出口を設けた。それぞれの樹脂注入口と排出口にはプッシュワンを差し込み、金型内部までウレタン製ホースを挿入し、キャビティ内の減圧と、樹脂の注入・排出ができるようにした。キャビティ２と３は、金型に施された樹脂流路（溝）により、キャビティ２と同時にキャビティ３にも樹脂が入る構造となっている。

（２）基材
繊維強化材からなる基材には、日東紡社製のガラス繊維基材（汎用グレード）ＷＲ５７０−Ｂ１００Ｓ（目付５７０ｇ／ｍ^２相当）とＷＬＡ１８０Ｍ１１０Ｈ９７４（目付２００ｇ／ｍ^２相当）を用い、これらを重ねてキャビティ２に配置した。その上に一次成形部材（後述のキャビティ３で成形された幅×長さが３０ｍｍ×１１００ｍｍの樹脂のかたまり）と硬質発泡ウレタンコアを配置し、金型を閉じた。

（３）成形加工
樹脂注入口及び排出口にウレタン製ホースを差しこみ、樹脂注入口側のホースをクランプ等で閉じ、樹脂排出口側のホース端は真空ポンプにつないだ。真空ポンプを動作させ、キャビティ２と３を真空状態にした。その後、樹脂注入ホースの先端を樹脂タンクの中に差し込み、クランプを開放した。真空圧力を利用し、樹脂タンクからキャビティ２と３に樹脂が注入された。なお、樹脂としては、エポキシ樹脂であるアデカレジンＥＰ−４９０１（アデカ社製）を１００質量部と１，３−ＢＡＣ（三菱ガス化学社製）を２０質量部混合した混合液を用いた。キャビティ２と３に樹脂が十分充填された後、樹脂注入口側及び排出口側のホースをクランプ等で閉じた。キャビティ２と３は密閉状態となり、キャビティ２と３に注入された樹脂はその後硬化した。

（４）脱型
樹脂が十分硬化した後、金型を開放し脱型を行い、キャビティ２からは、繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材が一体化したＦＲＰ成形品が得られた。一方、キャビティ３からは、マトリックス樹脂のみからなる一次成形部材（幅×長さが３０ｍｍ×１１００ｍｍの樹脂のかたまり）が得られた。

図１は、通常のＲＴＭ成形法で用いる金型であって、下型に成形品形状に対応したキャビティが形成されている状態を示す部分図である。図２は、本発明で用いられる金型であって、下型に成形品形状に対応したキャビティの他に、一次成形部材を成形するためのキャビティが形成されている状態を示す部分図である。

符号の説明

１金型の下型
２成形品形状に対応したキャビティ
３一次成形部材を成形するためのキャビティ

Claims

繊維強化材とマトリックス樹脂と一次成形部材を、樹脂トランスファー成形法により二次成形し一体化ＦＲＰ成形品とするに際し、一つの成形型で該一体化ＦＲＰ成形品と該一次成形部材をそれぞれ独立に成形し得る成形型を用い、該一体化ＦＲＰ成形品を得るための二次成形と、次の二次成形で使用する該一次成形部材を得るための一次成形を、同時に行うことを特徴とする樹脂トランスファー成形法によるＦＲＰ成形品の一体化成形方法。
一次成形部材が、ＦＲＰ成形品のバランスを取るためのおもりとなるものであることを特徴とする請求項１記載の樹脂トランスファー成形法によるＦＲＰ成形品の一体化成形方法。