繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法
【課題】成形原反材を用い強度の強い成形品を形状自由度高くかつ効率よく３次元形状に賦形することができる繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法を提供する。
【解決手段】繊維強化樹脂成形品１００は、複数本の強化繊維束を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着された成形原反材１を裁断し積層した一対の積層成形材５によって熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを狭持し芯材として積層してなる。この様に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを積層することによって曲げ強度を向上し、軽く高強度の成形品を得ることができる。また織物基材３に要するコストを低減できる。
【解決手段】繊維強化樹脂成形品１００は、複数本の強化繊維束を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着された成形原反材１を裁断し積層した一対の積層成形材５によって熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを狭持し芯材として積層してなる。この様に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを積層することによって曲げ強度を向上し、軽く高強度の成形品を得ることができる。また織物基材３に要するコストを低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化炭素繊維とマトリクス樹脂とからなり、例えば、自動車や航空機などの繊維強化樹脂製部材を賦形型を使用して３次元形状に賦形して得られる繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭素繊維を強化繊維とする繊維強化樹脂の成形法として平板状の積層成形品を型上に配置し、金型内部を真空状態にして樹脂を注入し、前記平板状の積層成形品に樹脂を拡散、含浸させるレジントランスファーモールディング成形法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、このレジントランスファーモールディング成形法に用いるのに好適な３次元形状を有する平板状の積層成形品を、高精度、かつ自動的に製造することのできる賦形成形方法が開示された。
【０００４】
しかしこの特許文献１に開示された賦形成形方法は強化繊維と熱硬化性樹脂からなる平板状の積層成形品を用いるものであって、その成形性には限界があった。しかも一旦硬化後は熱で溶かすことも、溶剤に溶かすこともできずリサイクルできないという問題がある。
【０００５】
これに対し特許文献２には複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂材料を付着させた後に、該織物基材を構成する複数本の強化繊維束の相対位置に変動を与えることで、変形性に優れ複雑な形状に追従させることができ、かつ、その形状の保持性に優れる強化繊維織物を用いた平板積層成形品、繊維強化樹脂成形品、ならびにそれらの製造方法が開示された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２１１４４７号公報
【特許文献２】特開２００７−５６４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示された強化繊維織物を成形原反材として積層してなる積層成形材を溶融温度に加熱後、固化温度の成形型で圧縮する成型法では、熱可塑性樹脂を炭素繊維に完全に含侵させることが困難であり、十分な成形品強度が得られないという問題がある。
本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、成形原反材を用い強度の強い成形品を形状自由度高くかつ効率よく３次元形状に賦形して得られる繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂成形品は、複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材と前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層してなることを特徴とする。
積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層することによって織物基材に要するコストを低減できる。
【０００９】
前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有し、その熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置にに配置して積層することができる。
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材が製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４未満である場合は、十分な材料コスト低減効果が得られない。
可塑性樹脂を主成分とする成形材が製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の３／４を超える場合には、得られる繊維強化樹脂成形品の強度の低下が大きくなる。
【００１０】
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上１／２以下の肉厚であるのが望ましい。
それにより十分な材料コスト低減効果を得ることができ、しかも得られる繊維強化樹脂成形品の曲げ強度の低下は熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を増量材として用いない場合の１０〜２０％程度にとどめることができる。
以上の強化繊維束を炭素繊維束とすることによって、軽く高強度の成形品を得ることができる。
【００１１】
また本発明の賦形成形方法は、複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする。
本発明の賦形成形方法によって、成形型を熱可塑性樹脂を主成分とする成形材の溶融温度に加熱することによって熱可塑性樹脂を強化繊維に完全に含侵させて繊維積層によって強化して十分な成形品強度の熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を成形することが可能となる。しかも長い昇温時間によってサイクルタイムが過長になることを予熱することによって防止することができる。また積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層して成形することによって、熱可塑性樹脂を強化繊維に完全に含侵させるために要する時間を節減することができ、さらにサイクルタイムを短縮することができる。
【００１２】
また本発明の賦形成形方法は、複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程と、を行い平板形状の平板積層成形品を成形する工程と、前記平板積層成形品を所定の形状に裁断する工程と、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、前記平板積層成形品と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする。
炭素繊維間への熱可塑性樹脂の含浸には通常約５〜３０分の時間を要する。
しかし、本発明の賦形成形方法によって、事前に平板形状の積層成形材を準備することによって、その時間を削減して賦形成形の成形サイクルタイムを短縮することができる。
平板積層成形品と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層して成形することによって、必要とする平板積層成形品を節減することができる。
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有するものとし、製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置に前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を配置して、積層成形材若しくは平板積層成形品間に狭持して積層することによって、得られる繊維強化樹脂成形品の外観を積層成形材若しくは平板積層成形品を加圧して得られる興趣に富んだ外観とすることができる。
【００１３】
また成形型が製品部型と、製品部型の背面に蓄熱盤を備え、製品部型のヒ−タ−と、蓄熱盤からの熱伝導で製品部型の型温を昇温させることによって、蓄熱盤の存在により、製品部型の昇温が早くなり、製品部型のヒ−タ−の容量を低減することができる。
【００１４】
成形型を水冷却によって急冷することができ、成形型を冷却する冷却時間によってサイクルタイムが過長になることを防止することができる。また成形型の冷却後にエア−で水を抜き取り、成形型の昇温を開始することによって、エア−で水を除去することで、再度の昇温開始を早めることができ、さらに成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００１５】
積層成形材又は平板積層成形品を予熱すると共に予成型した後に成形型へ投入配置することにより、簡易に効率よく成形型へ投入配置することが可能となる。また積層成形材又は平板積層成形品を予成型した予成型品を準備しておくことによって、さらに成形効率を向上することができる。予成型の態様としては、例えば成形型への積層成形材又は平板積層成形品の投入配置部分の内側形状に沿う形状に積層成形材又は平板積層成形品を予熱すると共に絞り加工を行う。
【００１６】
予熱工程を、近赤外線で加熱し、遠赤外線温度センサ−で温度を検知し、近赤外線の強度を調整し所定の温度に昇温させる工程とすることによって、近赤外線で、予熱対象の分子を加熱し中芯まで加熱でき、また遠赤外線センサ−によって非接触で正確な温度を検知することができる。
【００１７】
近赤外線強度を、電圧の連続降下で調整し所定の温度に昇温させることによって近赤外線で、予熱対象の分子を加熱し、予熱対象を効率よく中芯まで加熱することができる。
【００１８】
積層成形材又は平板積層成形品を熱盤上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱することによって、積層成形材又は平板積層成形品の樹脂が熱盤に溶融接着することを防止することができる。
【００１９】
熱盤上に配置した積層成形材又は平板積層成形品を溶融させて耐熱部材で押圧して繊維間及び成形原反材の層間を溶融接着させ、その後耐熱部材を取り外す工程を含むことによって、耐熱部材から受ける押圧力によって繊維間及び成形原反材の層間を効率よく溶融接着し、さらに成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２０】
上部型と下部型とよりなる成形型によって積層成形材又は平板積層成形品を圧縮する工程を有し、下部型のブロックとこれに対抗する対抗型で挟みながら積層成形材を圧縮成形することによって、成形型へ投入した積層成形材又は平板積層成形品の移動を防止して精度の良い圧縮成形が可能となる。その結果、成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２１】
上部型のブロックと下部型のブロックとによって積層成形材又は平板積層成形品を挟持する工程と、上部型のブロックと下部型のブロックとによって挟持した積層成形材又は平板積層成形品を凹型へ移動して積層成形材又は平板積層成形品を絞り変形させる工程を有することによって、型の上下ブロックで挟んで凹へ移動し絞ることによって積層成形材又は平板積層成形品の移動を防止して効率よく精度の高い絞り加工が可能となり、複雑形状の成形品の成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２２】
上部型のブロックを下降し、下部型のブロックを押し上げて積層成形材又は平板積層成形品を挟持することによって、型移動の相対速度を向上して、成形サイクルタイムの更なる短縮が可能となる。
【００２３】
以上の本発明の賦形成形方法によって製造された繊維強化樹脂成形品は、高強度軽量で効率よく安価に製造でき、しかも複雑形状の附形も可能であることから、各種用途に適用が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法によれば、特に曲げ強度の強い繊維強化樹脂成形品を成形原反材を用いて形状自由度高くかつ効率よく３次元形状に賦形して低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（ａ）本発明の繊維強化樹脂成形品の製造に用いる成形原反材の概念図である。（ｂ）図１（ａ）に示す成形原反材を構成する織物基材の概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態の繊維強化樹脂成形品の断面模式図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法で用いる賦形成形装置の説明図である。
【図４】（ａ）本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法の一工程を示す説明図である。（ｂ）本発明の実施の形態の賦形成形方法の他の工程を示す説明図である。（ｃ）本発明の実施の形態の賦形成形方法のさらに他の工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法で用いる賦形成形装置の説明図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態の賦形成形方法で用いる賦形成形装置の説明図である。
【図７】本発明の実施例で製造した製品の写真である。
【図８】本発明の実施例で製造した他の製品の写真である。
【図９】本発明の実施例の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の繊維強化樹脂成形品は、図１（ａ）に示す成形原反材１を用い本発明の賦形成形方法によって効率よく製造される。
図１（ａ）に示すように、成形原反材１は、複数本の強化繊維束２を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着してなる。
【００２７】
織物基材３は、図１（ｂ）に示すように互いに平行となるよう一方向に引き揃えられた複数本の強化繊維束２を直交する二方向に織成してなる二方向性織物である。二方向性織物は、強化繊維束２間の相対位置の変化による変形がしやすく立体形状に変形しやすいこと、少ない枚数で力学的に擬似等方性を有する積層成形材を得やすい利点がある。
強化繊維束２は、炭素繊維束、黒鉛繊維束、ガラス繊維束、または、アラミド繊維束などを用いることができ、炭素繊維束であることが好ましい。炭素繊維束を用いることにより、最終製品である繊維強化樹脂成形品の力学特性を高いものとすることができる。
【００２８】
織物基材３の表面に付着している樹脂材料４は、織物基材３の層間を接着する作用を得ることができる熱可塑性樹脂を主成分とする。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミドなどがある。樹脂材料４が熱可塑性樹脂を主成分とするものとすることによって成形原反材１を積層して、立体形状へと変形させた後に織物基材３の層間を接着させる場合の取り扱い性が向上し、生産性が向上する。なお、主成分とは樹脂材料４を構成する成分の中で、その割合が最も多い成分である。
【００２９】
図２は本発明の一実施の形態の繊維強化樹脂成形品の断面模式図である。
この実施の形態の繊維強化樹脂成形品１００は、複数本の強化繊維束を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着された成形原反材１を裁断し積層した一対の積層成形材５によって熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを狭持し芯材として積層してなる。この様に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを積層することによって曲げ強度を向上し、軽く高強度の成形品を得ることができる。また織物基材３に要するコストを低減できる。
【００３０】
次に繊維強化樹脂成形品１００を製造するための本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法を図３を参照して詳述する。
先ず成形原反材１を積層し、予備積層成形型（図示せず）で予備圧縮成形した積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを予備加熱型６で予備加熱する。
予備加熱にあたっては上部より近赤外線放射装置７によって近赤外線で予備加熱型６内の熱盤８上に載置された積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを加熱し、遠赤外線温度センサ−（図示せず）で積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとの温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し所定の温度に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを昇温させる。
一方３次元形状を有する賦形型である成形型９を予熱して成形原反材１の溶融温度に昇温する。次に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを予熱された成形型９に収納し、成形型９によって積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを圧縮する。これによって織物基材３に付着している樹脂材料４を軟化して積層成形材５の層間を接着し、形状を保持させる。
その後成形型９を固化温度に急冷して型を開き離型する。以上の各工程によって成形原反材１を積層した積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを３次元形状に賦形する。
【００３１】
積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを加熱する温度は、樹脂材料４が軟化して積層成形材５の層間を接着させる温度である。積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとが加圧されながら加熱されることで、積層成形材５を構成する複数本の強化繊維束２を含む織物基材３が互いに強く押付けられ、軟化した樹脂材料４が対向する複数本の強化繊維束を含む織物基材を構成する強化繊維束の単糸の間に浸透する。次いで積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとが冷却されることにより、樹脂材料４は対向する複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着し、積層成形材５の層間を接着する。
【００３２】
この様に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを立体形状に変形させ層間を接着することにより、シワが無い立体形状の成形体を製造することができる。またこの成形体は積層成形材５の層間が接着されているために、剛性が高く形状保持性に優れており、取り扱いが効率よく行える。
【００３３】
成形型９は製品部型１０と、蓄熱盤１１とよりなり、製品部型１０に備えたヒ−タ−１２と蓄熱盤１１よりの熱伝導で成形型９の型温を昇温させる。また成形型９は水冷のための冷却通水経路１３を備え、成形型９は冷却通水経路１３に通水することによって急冷される。冷却通水経路１３はエア−を印加することによって効率的に水を抜き取り降下させることができる。すなわち成形型９の型温が所定の冷却温度に達した後、冷却通水経路１３における通水を止めエア−を印加することによって、成形型９の冷却を終了し、成形型９内の製品を取り出した後に、成形型９の再度の昇温を効率的に開始することができる。
【００３４】
次に本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法を図３、図４を参照して詳述する。
第二の実施の形態の賦形成形方法では正方形若しくは直方形の成形原反材１を複数用い、この各成形原反材１を、最上面の成形原反材１のみ織物基材３を上側として樹脂材料４が付着した面を下側にし、それ以外は織物基材３を下側として樹脂材料４が付着した面を上側にして積層し、その積層された積層成形材１４を第一の実施の形態と同様に圧縮成形して平板状の平板積層成形品１５とする。
次いで平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを成形型９に収納する前に予備加熱型６で予熱する。
予備加熱にあたっては上部より近赤外線放射装置７から放射される近赤外線によって平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとの温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し所定の温度に平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを昇温させる。
【００３５】
以上の近赤外線の強度は、近赤外線放射装置７への通電圧の連続降下で調整する。通電圧のＯＮ−ＯＦＦで近赤外線による加熱及びその停止を反復した場合には加熱対象の温度変化の脈動が大きく安定しない。これに対して近赤外線の強度を通電圧のＯＮ−ＯＦＦではなく電圧の連続降下で調整することによって、近赤外線が連続して照射されて温度変化に脈動が生じることはなく、加熱対象の温度を効率的に設定温度で安定させることができる。
また平板積層成形品１５は予備加熱型６内の熱盤８上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱する。これによって平板積層成形品１５の樹脂成分を近赤外線放射装置７によって効率よく軟化させることができる。
またその際、熱盤８上に配置した平板積層成形品１５を耐熱部材（図示せず）で押圧して軟化させ、その後耐熱部材を取り外して予熱するようにすることもできる。この様にすることによって平板積層成形品１５の予熱を効率よく行うことができる。
以上の様にして予熱された平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを第一の実施の形態と同様に予熱された成形型９に収納し、第一の実施の形態と同様にして圧縮成形する。
この第二の実施の形態は成形型９が正方形平板状若しくは直方形平板状の平板積層成形品１５を成形し、平板積層成形品１５を用いて最終製品の成形を行う点で第一の実施の形態の賦形成形方法と異なる。
【００３６】
次に本発明の第三の実施の形態の賦形成形方法を説明する。
第三の実施の形態の賦形成形方法では、積層成形材１４及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａ又は平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａの投入配置部分の成形型９内側形状に沿う形状に積層成形材１４及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａ又は平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを予熱すると共に予成型として絞り加工を行う点で第一の実施の形態及び第二の実施の形態床となる。第三の実施の形態の賦形成形方法では、積層成形材１４及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａ又は平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを成形型９へ簡易に効率よく投入配置することが可能となる。
【００３７】
次に本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法を図５を参照して詳述する。
この第四の実施の形態の賦形成形方法では、成形型９の製品部型１０を構成する上部型１６と下部型１７によって予熱された平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを圧縮するにあたって、下部型１７の中央部ブロック１７ａとこれに対抗する対抗型１８によって挟みながら平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを圧縮成形する。
【００３８】
さらに第五の実施の形態では図６に示すように平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを成形型９に投入し、上部型１６の中央部ブロック１６ａを下降し、下部型１７の中央部ブロック１７ａを押し上げて平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを挟持する。その上部型１６の中央部ブロック１６ａと下部型１７の中央部ブロック１７ａとによって挟持した平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを凹型１９へ移動して絞り変形させて圧縮成形する。
【実施例１】
【００３９】
二方向性織物基材３の一方の表面に、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主成分とする樹脂材料４が表面に付着した１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの正方形の成形原反材１を複数用意した。この各成形原反材１は正方形の辺の方向をそれぞれ０°、９０°方向としたときに、繊維軸方向が概ね０、９０°方向となるものとした。
この各成形原反材１を、最上面の強化繊維織物のみ樹脂材料４が付着した面を下側にし、それ以外は樹脂材料４が付着した面を上側にして積層した積層成形材１４を得た。
【００４０】
その積層成形材１４を熱盤８上に配置し、上部より近赤外線放射装置７によって近赤外線で積層成形材１４を加熱し、遠赤外線温度センサ−で積層成形材１４の温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し積層成形材１４を昇温させ予熱した。
近赤外線の強度は、近赤外線放射装置７への通電圧の連続降下で調整し、また積層成形材１４は熱盤８上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱した。
【００４１】
一方、製品部型１０と、蓄熱盤１１とよりなり、製品部型１０に備えたヒ−タ−１２と蓄熱盤１１よりの熱伝導で成形型９の型温を昇温させて予熱し、この予熱された成形型９に予熱した積層成形材１４を収納し、加圧しながら成形型９の提供する平板状の平板積層成形品形状に変形させた。その後、成形型９を冷却通水経路１３に通水することによって急冷し、さらに冷却通水経路１３にエア−を印加することによって効率的に水を抜き取り降下させ、冷却によって固化した平板積層成形品１５を得た。
表１に以上の各工程における温度、圧力、所要時間を示す。
【表１】
【００４２】
以上により得られた平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを熱盤８上に配置し、上部より近赤外線放射装置７によって近赤外線で平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａの温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し所定の温度に平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを昇温させ予熱した。近赤外線の強度は、近赤外線放射装置７への通電圧の連続降下で調整した。
また上部型１６と下部型１７とよりなる製品部型１０内側形状に沿う形状に平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａの絞り加工を行なった。
【００４３】
一方、上部型１６と下部型１７とよりなる製品部型１０に備えたヒ−タ−１２と蓄熱盤１１よりの熱伝導で上部型１６と下部型１７の型温を昇温させて予熱し、この予熱された上部型１６と下部型１７内側に予熱した平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを収納し、上部型１６の中央部ブロック１６ａと下部型１７の中央部ブロック１７ａとによって平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを挟持し、上部型１６の中央部ブロック１６ａと下部型１７の中央部ブロック１７ａとによって挟持した平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを凹型１９へ移動して平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを絞り変形させ、さらに平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを圧縮成形した。その後、成形型９を冷却通水経路１３に通水することによって急冷し、さらに冷却通水経路１３にエア−を印加することによって効率的に水を抜き取り降下させ、冷却によって固化し、図７に示す製品を得た。
【実施例２】
【００４４】
他は実施例１と同様にして、アクリル樹脂を主成分とする樹脂材料４が表面に付着した１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの正方形の成形原反材１を用いて、実施例１と同様の賦形成形を行った。
表２にその各工程における温度、圧力、所要時間を示す。
【表２】
【００４５】
得られた平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを用いて実施例１と同様に成型を行った。得られた製品を図８に示す。
各製品は図７、図８に示す様に何れの場合も表面性状が良好な３次元形状の皿状製品が得られた。
図９に実施例１，２の各工程及び使用／設備及び使用／型と、各工程における所要時間を示す。
図に示されるようにアクリル樹脂を主成分とする樹脂材料４を用いた場合で１１．５分、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主成分とする樹脂材料４を用いた場合で１３．５分のサイクルタイムでの製造が可能となった。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・成形原反材、２・・・強化繊維束、３・・・織物基材、４・・・樹脂材料、４ａ・・・熱可塑性樹脂を主成分とする成形材、５，１４・・・積層成形材、６・・・予備加熱型、７・・・近赤外線放射装置、９・・・成形型、１０・・・製品部型、１１・・・蓄熱盤、１３・・・冷却通水経路、１２・・・ヒ−タ−、１５・・・平板積層成形品、１７・・・下部型、１７ａ・・・下部型中央部ブロック、１６・・・上部型、１６ａ・・・上部型中央部ブロック、１８・・・対抗型、１９・・・凹型。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化炭素繊維とマトリクス樹脂とからなり、例えば、自動車や航空機などの繊維強化樹脂製部材を賦形型を使用して３次元形状に賦形して得られる繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭素繊維を強化繊維とする繊維強化樹脂の成形法として平板状の積層成形品を型上に配置し、金型内部を真空状態にして樹脂を注入し、前記平板状の積層成形品に樹脂を拡散、含浸させるレジントランスファーモールディング成形法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、このレジントランスファーモールディング成形法に用いるのに好適な３次元形状を有する平板状の積層成形品を、高精度、かつ自動的に製造することのできる賦形成形方法が開示された。
【０００４】
しかしこの特許文献１に開示された賦形成形方法は強化繊維と熱硬化性樹脂からなる平板状の積層成形品を用いるものであって、その成形性には限界があった。しかも一旦硬化後は熱で溶かすことも、溶剤に溶かすこともできずリサイクルできないという問題がある。
【０００５】
これに対し特許文献２には複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂材料を付着させた後に、該織物基材を構成する複数本の強化繊維束の相対位置に変動を与えることで、変形性に優れ複雑な形状に追従させることができ、かつ、その形状の保持性に優れる強化繊維織物を用いた平板積層成形品、繊維強化樹脂成形品、ならびにそれらの製造方法が開示された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２１１４４７号公報
【特許文献２】特開２００７−５６４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示された強化繊維織物を成形原反材として積層してなる積層成形材を溶融温度に加熱後、固化温度の成形型で圧縮する成型法では、熱可塑性樹脂を炭素繊維に完全に含侵させることが困難であり、十分な成形品強度が得られないという問題がある。
本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、成形原反材を用い強度の強い成形品を形状自由度高くかつ効率よく３次元形状に賦形して得られる繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂成形品は、複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材と前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層してなることを特徴とする。
積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層することによって織物基材に要するコストを低減できる。
【０００９】
前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有し、その熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置にに配置して積層することができる。
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材が製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４未満である場合は、十分な材料コスト低減効果が得られない。
可塑性樹脂を主成分とする成形材が製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の３／４を超える場合には、得られる繊維強化樹脂成形品の強度の低下が大きくなる。
【００１０】
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上１／２以下の肉厚であるのが望ましい。
それにより十分な材料コスト低減効果を得ることができ、しかも得られる繊維強化樹脂成形品の曲げ強度の低下は熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を増量材として用いない場合の１０〜２０％程度にとどめることができる。
以上の強化繊維束を炭素繊維束とすることによって、軽く高強度の成形品を得ることができる。
【００１１】
また本発明の賦形成形方法は、複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする。
本発明の賦形成形方法によって、成形型を熱可塑性樹脂を主成分とする成形材の溶融温度に加熱することによって熱可塑性樹脂を強化繊維に完全に含侵させて繊維積層によって強化して十分な成形品強度の熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を成形することが可能となる。しかも長い昇温時間によってサイクルタイムが過長になることを予熱することによって防止することができる。また積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層して成形することによって、熱可塑性樹脂を強化繊維に完全に含侵させるために要する時間を節減することができ、さらにサイクルタイムを短縮することができる。
【００１２】
また本発明の賦形成形方法は、複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程と、を行い平板形状の平板積層成形品を成形する工程と、前記平板積層成形品を所定の形状に裁断する工程と、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、前記平板積層成形品と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする。
炭素繊維間への熱可塑性樹脂の含浸には通常約５〜３０分の時間を要する。
しかし、本発明の賦形成形方法によって、事前に平板形状の積層成形材を準備することによって、その時間を削減して賦形成形の成形サイクルタイムを短縮することができる。
平板積層成形品と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層して成形することによって、必要とする平板積層成形品を節減することができる。
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有するものとし、製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置に前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を配置して、積層成形材若しくは平板積層成形品間に狭持して積層することによって、得られる繊維強化樹脂成形品の外観を積層成形材若しくは平板積層成形品を加圧して得られる興趣に富んだ外観とすることができる。
【００１３】
また成形型が製品部型と、製品部型の背面に蓄熱盤を備え、製品部型のヒ−タ−と、蓄熱盤からの熱伝導で製品部型の型温を昇温させることによって、蓄熱盤の存在により、製品部型の昇温が早くなり、製品部型のヒ−タ−の容量を低減することができる。
【００１４】
成形型を水冷却によって急冷することができ、成形型を冷却する冷却時間によってサイクルタイムが過長になることを防止することができる。また成形型の冷却後にエア−で水を抜き取り、成形型の昇温を開始することによって、エア−で水を除去することで、再度の昇温開始を早めることができ、さらに成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００１５】
積層成形材又は平板積層成形品を予熱すると共に予成型した後に成形型へ投入配置することにより、簡易に効率よく成形型へ投入配置することが可能となる。また積層成形材又は平板積層成形品を予成型した予成型品を準備しておくことによって、さらに成形効率を向上することができる。予成型の態様としては、例えば成形型への積層成形材又は平板積層成形品の投入配置部分の内側形状に沿う形状に積層成形材又は平板積層成形品を予熱すると共に絞り加工を行う。
【００１６】
予熱工程を、近赤外線で加熱し、遠赤外線温度センサ−で温度を検知し、近赤外線の強度を調整し所定の温度に昇温させる工程とすることによって、近赤外線で、予熱対象の分子を加熱し中芯まで加熱でき、また遠赤外線センサ−によって非接触で正確な温度を検知することができる。
【００１７】
近赤外線強度を、電圧の連続降下で調整し所定の温度に昇温させることによって近赤外線で、予熱対象の分子を加熱し、予熱対象を効率よく中芯まで加熱することができる。
【００１８】
積層成形材又は平板積層成形品を熱盤上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱することによって、積層成形材又は平板積層成形品の樹脂が熱盤に溶融接着することを防止することができる。
【００１９】
熱盤上に配置した積層成形材又は平板積層成形品を溶融させて耐熱部材で押圧して繊維間及び成形原反材の層間を溶融接着させ、その後耐熱部材を取り外す工程を含むことによって、耐熱部材から受ける押圧力によって繊維間及び成形原反材の層間を効率よく溶融接着し、さらに成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２０】
上部型と下部型とよりなる成形型によって積層成形材又は平板積層成形品を圧縮する工程を有し、下部型のブロックとこれに対抗する対抗型で挟みながら積層成形材を圧縮成形することによって、成形型へ投入した積層成形材又は平板積層成形品の移動を防止して精度の良い圧縮成形が可能となる。その結果、成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２１】
上部型のブロックと下部型のブロックとによって積層成形材又は平板積層成形品を挟持する工程と、上部型のブロックと下部型のブロックとによって挟持した積層成形材又は平板積層成形品を凹型へ移動して積層成形材又は平板積層成形品を絞り変形させる工程を有することによって、型の上下ブロックで挟んで凹へ移動し絞ることによって積層成形材又は平板積層成形品の移動を防止して効率よく精度の高い絞り加工が可能となり、複雑形状の成形品の成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２２】
上部型のブロックを下降し、下部型のブロックを押し上げて積層成形材又は平板積層成形品を挟持することによって、型移動の相対速度を向上して、成形サイクルタイムの更なる短縮が可能となる。
【００２３】
以上の本発明の賦形成形方法によって製造された繊維強化樹脂成形品は、高強度軽量で効率よく安価に製造でき、しかも複雑形状の附形も可能であることから、各種用途に適用が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る繊維強化樹脂成形品及び賦形成形方法によれば、特に曲げ強度の強い繊維強化樹脂成形品を成形原反材を用いて形状自由度高くかつ効率よく３次元形状に賦形して低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（ａ）本発明の繊維強化樹脂成形品の製造に用いる成形原反材の概念図である。（ｂ）図１（ａ）に示す成形原反材を構成する織物基材の概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態の繊維強化樹脂成形品の断面模式図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法で用いる賦形成形装置の説明図である。
【図４】（ａ）本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法の一工程を示す説明図である。（ｂ）本発明の実施の形態の賦形成形方法の他の工程を示す説明図である。（ｃ）本発明の実施の形態の賦形成形方法のさらに他の工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法で用いる賦形成形装置の説明図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態の賦形成形方法で用いる賦形成形装置の説明図である。
【図７】本発明の実施例で製造した製品の写真である。
【図８】本発明の実施例で製造した他の製品の写真である。
【図９】本発明の実施例の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の繊維強化樹脂成形品は、図１（ａ）に示す成形原反材１を用い本発明の賦形成形方法によって効率よく製造される。
図１（ａ）に示すように、成形原反材１は、複数本の強化繊維束２を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着してなる。
【００２７】
織物基材３は、図１（ｂ）に示すように互いに平行となるよう一方向に引き揃えられた複数本の強化繊維束２を直交する二方向に織成してなる二方向性織物である。二方向性織物は、強化繊維束２間の相対位置の変化による変形がしやすく立体形状に変形しやすいこと、少ない枚数で力学的に擬似等方性を有する積層成形材を得やすい利点がある。
強化繊維束２は、炭素繊維束、黒鉛繊維束、ガラス繊維束、または、アラミド繊維束などを用いることができ、炭素繊維束であることが好ましい。炭素繊維束を用いることにより、最終製品である繊維強化樹脂成形品の力学特性を高いものとすることができる。
【００２８】
織物基材３の表面に付着している樹脂材料４は、織物基材３の層間を接着する作用を得ることができる熱可塑性樹脂を主成分とする。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミドなどがある。樹脂材料４が熱可塑性樹脂を主成分とするものとすることによって成形原反材１を積層して、立体形状へと変形させた後に織物基材３の層間を接着させる場合の取り扱い性が向上し、生産性が向上する。なお、主成分とは樹脂材料４を構成する成分の中で、その割合が最も多い成分である。
【００２９】
図２は本発明の一実施の形態の繊維強化樹脂成形品の断面模式図である。
この実施の形態の繊維強化樹脂成形品１００は、複数本の強化繊維束を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着された成形原反材１を裁断し積層した一対の積層成形材５によって熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを狭持し芯材として積層してなる。この様に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを積層することによって曲げ強度を向上し、軽く高強度の成形品を得ることができる。また織物基材３に要するコストを低減できる。
【００３０】
次に繊維強化樹脂成形品１００を製造するための本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法を図３を参照して詳述する。
先ず成形原反材１を積層し、予備積層成形型（図示せず）で予備圧縮成形した積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを予備加熱型６で予備加熱する。
予備加熱にあたっては上部より近赤外線放射装置７によって近赤外線で予備加熱型６内の熱盤８上に載置された積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを加熱し、遠赤外線温度センサ−（図示せず）で積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとの温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し所定の温度に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを昇温させる。
一方３次元形状を有する賦形型である成形型９を予熱して成形原反材１の溶融温度に昇温する。次に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを予熱された成形型９に収納し、成形型９によって積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを圧縮する。これによって織物基材３に付着している樹脂材料４を軟化して積層成形材５の層間を接着し、形状を保持させる。
その後成形型９を固化温度に急冷して型を開き離型する。以上の各工程によって成形原反材１を積層した積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを３次元形状に賦形する。
【００３１】
積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを加熱する温度は、樹脂材料４が軟化して積層成形材５の層間を接着させる温度である。積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとが加圧されながら加熱されることで、積層成形材５を構成する複数本の強化繊維束２を含む織物基材３が互いに強く押付けられ、軟化した樹脂材料４が対向する複数本の強化繊維束を含む織物基材を構成する強化繊維束の単糸の間に浸透する。次いで積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとが冷却されることにより、樹脂材料４は対向する複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着し、積層成形材５の層間を接着する。
【００３２】
この様に積層成形材５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを立体形状に変形させ層間を接着することにより、シワが無い立体形状の成形体を製造することができる。またこの成形体は積層成形材５の層間が接着されているために、剛性が高く形状保持性に優れており、取り扱いが効率よく行える。
【００３３】
成形型９は製品部型１０と、蓄熱盤１１とよりなり、製品部型１０に備えたヒ−タ−１２と蓄熱盤１１よりの熱伝導で成形型９の型温を昇温させる。また成形型９は水冷のための冷却通水経路１３を備え、成形型９は冷却通水経路１３に通水することによって急冷される。冷却通水経路１３はエア−を印加することによって効率的に水を抜き取り降下させることができる。すなわち成形型９の型温が所定の冷却温度に達した後、冷却通水経路１３における通水を止めエア−を印加することによって、成形型９の冷却を終了し、成形型９内の製品を取り出した後に、成形型９の再度の昇温を効率的に開始することができる。
【００３４】
次に本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法を図３、図４を参照して詳述する。
第二の実施の形態の賦形成形方法では正方形若しくは直方形の成形原反材１を複数用い、この各成形原反材１を、最上面の成形原反材１のみ織物基材３を上側として樹脂材料４が付着した面を下側にし、それ以外は織物基材３を下側として樹脂材料４が付着した面を上側にして積層し、その積層された積層成形材１４を第一の実施の形態と同様に圧縮成形して平板状の平板積層成形品１５とする。
次いで平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを成形型９に収納する前に予備加熱型６で予熱する。
予備加熱にあたっては上部より近赤外線放射装置７から放射される近赤外線によって平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとの温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し所定の温度に平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを昇温させる。
【００３５】
以上の近赤外線の強度は、近赤外線放射装置７への通電圧の連続降下で調整する。通電圧のＯＮ−ＯＦＦで近赤外線による加熱及びその停止を反復した場合には加熱対象の温度変化の脈動が大きく安定しない。これに対して近赤外線の強度を通電圧のＯＮ−ＯＦＦではなく電圧の連続降下で調整することによって、近赤外線が連続して照射されて温度変化に脈動が生じることはなく、加熱対象の温度を効率的に設定温度で安定させることができる。
また平板積層成形品１５は予備加熱型６内の熱盤８上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱する。これによって平板積層成形品１５の樹脂成分を近赤外線放射装置７によって効率よく軟化させることができる。
またその際、熱盤８上に配置した平板積層成形品１５を耐熱部材（図示せず）で押圧して軟化させ、その後耐熱部材を取り外して予熱するようにすることもできる。この様にすることによって平板積層成形品１５の予熱を効率よく行うことができる。
以上の様にして予熱された平板積層成形品１５と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａとを第一の実施の形態と同様に予熱された成形型９に収納し、第一の実施の形態と同様にして圧縮成形する。
この第二の実施の形態は成形型９が正方形平板状若しくは直方形平板状の平板積層成形品１５を成形し、平板積層成形品１５を用いて最終製品の成形を行う点で第一の実施の形態の賦形成形方法と異なる。
【００３６】
次に本発明の第三の実施の形態の賦形成形方法を説明する。
第三の実施の形態の賦形成形方法では、積層成形材１４及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａ又は平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａの投入配置部分の成形型９内側形状に沿う形状に積層成形材１４及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａ又は平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを予熱すると共に予成型として絞り加工を行う点で第一の実施の形態及び第二の実施の形態床となる。第三の実施の形態の賦形成形方法では、積層成形材１４及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａ又は平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを成形型９へ簡易に効率よく投入配置することが可能となる。
【００３７】
次に本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法を図５を参照して詳述する。
この第四の実施の形態の賦形成形方法では、成形型９の製品部型１０を構成する上部型１６と下部型１７によって予熱された平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを圧縮するにあたって、下部型１７の中央部ブロック１７ａとこれに対抗する対抗型１８によって挟みながら平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを圧縮成形する。
【００３８】
さらに第五の実施の形態では図６に示すように平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを成形型９に投入し、上部型１６の中央部ブロック１６ａを下降し、下部型１７の中央部ブロック１７ａを押し上げて平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを挟持する。その上部型１６の中央部ブロック１６ａと下部型１７の中央部ブロック１７ａとによって挟持した平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを凹型１９へ移動して絞り変形させて圧縮成形する。
【実施例１】
【００３９】
二方向性織物基材３の一方の表面に、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主成分とする樹脂材料４が表面に付着した１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの正方形の成形原反材１を複数用意した。この各成形原反材１は正方形の辺の方向をそれぞれ０°、９０°方向としたときに、繊維軸方向が概ね０、９０°方向となるものとした。
この各成形原反材１を、最上面の強化繊維織物のみ樹脂材料４が付着した面を下側にし、それ以外は樹脂材料４が付着した面を上側にして積層した積層成形材１４を得た。
【００４０】
その積層成形材１４を熱盤８上に配置し、上部より近赤外線放射装置７によって近赤外線で積層成形材１４を加熱し、遠赤外線温度センサ−で積層成形材１４の温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し積層成形材１４を昇温させ予熱した。
近赤外線の強度は、近赤外線放射装置７への通電圧の連続降下で調整し、また積層成形材１４は熱盤８上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱した。
【００４１】
一方、製品部型１０と、蓄熱盤１１とよりなり、製品部型１０に備えたヒ−タ−１２と蓄熱盤１１よりの熱伝導で成形型９の型温を昇温させて予熱し、この予熱された成形型９に予熱した積層成形材１４を収納し、加圧しながら成形型９の提供する平板状の平板積層成形品形状に変形させた。その後、成形型９を冷却通水経路１３に通水することによって急冷し、さらに冷却通水経路１３にエア−を印加することによって効率的に水を抜き取り降下させ、冷却によって固化した平板積層成形品１５を得た。
表１に以上の各工程における温度、圧力、所要時間を示す。
【表１】
【００４２】
以上により得られた平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを熱盤８上に配置し、上部より近赤外線放射装置７によって近赤外線で平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａの温度を検知し、近赤外線放射装置７による近赤外線の強度を調整し所定の温度に平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを昇温させ予熱した。近赤外線の強度は、近赤外線放射装置７への通電圧の連続降下で調整した。
また上部型１６と下部型１７とよりなる製品部型１０内側形状に沿う形状に平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａの絞り加工を行なった。
【００４３】
一方、上部型１６と下部型１７とよりなる製品部型１０に備えたヒ−タ−１２と蓄熱盤１１よりの熱伝導で上部型１６と下部型１７の型温を昇温させて予熱し、この予熱された上部型１６と下部型１７内側に予熱した平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを収納し、上部型１６の中央部ブロック１６ａと下部型１７の中央部ブロック１７ａとによって平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを挟持し、上部型１６の中央部ブロック１６ａと下部型１７の中央部ブロック１７ａとによって挟持した平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを凹型１９へ移動して平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを絞り変形させ、さらに平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを圧縮成形した。その後、成形型９を冷却通水経路１３に通水することによって急冷し、さらに冷却通水経路１３にエア−を印加することによって効率的に水を抜き取り降下させ、冷却によって固化し、図７に示す製品を得た。
【実施例２】
【００４４】
他は実施例１と同様にして、アクリル樹脂を主成分とする樹脂材料４が表面に付着した１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの正方形の成形原反材１を用いて、実施例１と同様の賦形成形を行った。
表２にその各工程における温度、圧力、所要時間を示す。
【表２】
【００４５】
得られた平板積層成形品１５及び熱可塑性樹脂を主成分とする成形材４ａを用いて実施例１と同様に成型を行った。得られた製品を図８に示す。
各製品は図７、図８に示す様に何れの場合も表面性状が良好な３次元形状の皿状製品が得られた。
図９に実施例１，２の各工程及び使用／設備及び使用／型と、各工程における所要時間を示す。
図に示されるようにアクリル樹脂を主成分とする樹脂材料４を用いた場合で１１．５分、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主成分とする樹脂材料４を用いた場合で１３．５分のサイクルタイムでの製造が可能となった。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・成形原反材、２・・・強化繊維束、３・・・織物基材、４・・・樹脂材料、４ａ・・・熱可塑性樹脂を主成分とする成形材、５，１４・・・積層成形材、６・・・予備加熱型、７・・・近赤外線放射装置、９・・・成形型、１０・・・製品部型、１１・・・蓄熱盤、１３・・・冷却通水経路、１２・・・ヒ−タ−、１５・・・平板積層成形品、１７・・・下部型、１７ａ・・・下部型中央部ブロック、１６・・・上部型、１６ａ・・・上部型中央部ブロック、１８・・・対抗型、１９・・・凹型。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材と前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層してなることを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
【請求項２】
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有し、製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置に前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を配置して積層することを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂成形品。
【請求項３】
強化繊維束が炭素繊維束であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化樹脂成形品。
【請求項４】
複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする賦形成形方法。
【請求項５】
複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程と、を行い平板形状の平板積層成形品を成形する工程と、前記平板積層成形品を所定の形状に裁断する工程と、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、前記平板積層成形品と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする賦形成形方法。
【請求項６】
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有し、製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置に前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を配置して積層することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の賦形成形方法。
【請求項７】
成形型が製品部型と、製品部型の背面に蓄熱盤を備え、製品部型のヒ−タ−と、蓄熱盤からの熱伝導で製品部型の型温を昇温させることを特徴とする請求項４〜請求項３のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項８】
成形型の冷却が水冷であり、成形型の冷却後にエア−で水を抜き取り、成形型の昇温を開始することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項９】
積層成形材又は平板積層成形品を予熱すると共に予成型した後に成形型へ投入配置することを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項１０】
予熱工程が、近赤外線で加熱し、遠赤外線温度センサ−で温度を検知し、近赤外線の強度を調整し所定の温度に昇温させる工程である請求項４〜請求項９のいずれか一に記載の賦形成形方法。。
【請求項１１】
近赤外線強度を、電圧の連続降下で調整し所定の温度に昇温させることを特、することを特徴とする請求項１０記載の賦形成形方法。
【請求項１２】
積層成形材又は平板積層成形品を熱盤上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱することを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の賦形成形方法。
【請求項１３】
熱盤上に配置した積層成形材又は平板積層成形品を溶融させて耐熱部材で押圧して繊維間及び成形原反材の層間を溶融接着させ、その後耐熱部材を取り外す工程を含む請求項１０〜請求項１２のいずれか一記載の賦形成形方法。
【請求項１４】
上部型と下部型とよりなる成形型によって積層成形材又は平板積層成形品を圧縮する工程を有し、下部型のブロックとこれに対抗する対抗型で挟みながら積層成形材を圧縮成形することを特徴とする請求項４〜請求項１３のいずれか一記載の賦形成形方法。
【請求項１５】
上部型のブロックと下部型のブロックとによって積層成形材又は平板積層成形品を挟持する工程と、上部型のブロックと下部型のブロックとによって挟持した積層成形材又は平板積層成形品を凹型へ移動して積層成形材又は平板積層成形品を絞り変形させる工程を有することを特徴とする請求項１４記載の賦形成形方法。
【請求項１６】
上部型のブロックを下降し、下部型のブロックを押し上げて積層体を挟持する請求項１４又は請求項１５記載の賦形成形方法。
【請求項１７】
請求項４〜請求項１６記載のいずれか一記載の賦形成形方法によって製造された繊維強化樹脂成形品。
【請求項１】
複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材と前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層してなることを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
【請求項２】
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有し、製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置に前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を配置して積層することを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂成形品。
【請求項３】
強化繊維束が炭素繊維束であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化樹脂成形品。
【請求項４】
複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする賦形成形方法。
【請求項５】
複数本の強化繊維束を含む織物基材の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程と、を行い平板形状の平板積層成形品を成形する工程と、前記平板積層成形品を所定の形状に裁断する工程と、賦形をする成形型を溶融温度に昇温する工程と、前記平板積層成形品と熱可塑性樹脂を主成分とする成形材とを積層し予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有することを特徴とする賦形成形方法。
【請求項６】
熱可塑性樹脂を主成分とする成形材は製造する繊維強化樹脂成形品の肉厚の１／４以上３／４以下の肉厚を有し、製造する繊維強化樹脂成形品の中央部に相当する位置に前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材を配置して積層することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の賦形成形方法。
【請求項７】
成形型が製品部型と、製品部型の背面に蓄熱盤を備え、製品部型のヒ−タ−と、蓄熱盤からの熱伝導で製品部型の型温を昇温させることを特徴とする請求項４〜請求項３のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項８】
成形型の冷却が水冷であり、成形型の冷却後にエア−で水を抜き取り、成形型の昇温を開始することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項９】
積層成形材又は平板積層成形品を予熱すると共に予成型した後に成形型へ投入配置することを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項１０】
予熱工程が、近赤外線で加熱し、遠赤外線温度センサ−で温度を検知し、近赤外線の強度を調整し所定の温度に昇温させる工程である請求項４〜請求項９のいずれか一に記載の賦形成形方法。。
【請求項１１】
近赤外線強度を、電圧の連続降下で調整し所定の温度に昇温させることを特、することを特徴とする請求項１０記載の賦形成形方法。
【請求項１２】
積層成形材又は平板積層成形品を熱盤上に炭素繊維面を下向きとして配置して予熱することを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の賦形成形方法。
【請求項１３】
熱盤上に配置した積層成形材又は平板積層成形品を溶融させて耐熱部材で押圧して繊維間及び成形原反材の層間を溶融接着させ、その後耐熱部材を取り外す工程を含む請求項１０〜請求項１２のいずれか一記載の賦形成形方法。
【請求項１４】
上部型と下部型とよりなる成形型によって積層成形材又は平板積層成形品を圧縮する工程を有し、下部型のブロックとこれに対抗する対抗型で挟みながら積層成形材を圧縮成形することを特徴とする請求項４〜請求項１３のいずれか一記載の賦形成形方法。
【請求項１５】
上部型のブロックと下部型のブロックとによって積層成形材又は平板積層成形品を挟持する工程と、上部型のブロックと下部型のブロックとによって挟持した積層成形材又は平板積層成形品を凹型へ移動して積層成形材又は平板積層成形品を絞り変形させる工程を有することを特徴とする請求項１４記載の賦形成形方法。
【請求項１６】
上部型のブロックを下降し、下部型のブロックを押し上げて積層体を挟持する請求項１４又は請求項１５記載の賦形成形方法。
【請求項１７】
請求項４〜請求項１６記載のいずれか一記載の賦形成形方法によって製造された繊維強化樹脂成形品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６２１７（Ｐ２０１２−６２１７Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４３４０４（Ｐ２０１０−１４３４０４）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（３９１００６０８３）三光合成株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（３９１００６０８３）三光合成株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
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