賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品
【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賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品を提供する。
【解決手段】成形原反材１を積層し、予備積層成形型で予備圧縮成形した積層成形材５を予備加熱型６で近赤外線放射装置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を予熱し、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各工程によって成形原反材１を積層して３次元形状に賦形する。
【解決手段】成形原反材１を積層し、予備積層成形型で予備圧縮成形した積層成形材５を予備加熱型６で近赤外線放射装置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を予熱し、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各工程によって成形原反材１を積層して３次元形状に賦形する。
【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次元形状に賦形する賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品に関する。
【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次元形状に賦形することができる賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品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】
すなわち本発明の賦形成形方法は、複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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。
この本発明の賦形成形方法によって、成形型を熱可塑性樹脂材の溶融温度に加熱することによって熱可塑性樹脂を炭素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。
【０００９】
また上部型と下部型とからなる成形型による賦形成形工程では、温度上昇による膨張圧で上部型と下部型の分割部分から樹脂材料がはみ出しを起こす。積層成形材の樹脂材料は表面が先に溶融し、内部からの熱膨張によって、その表面の溶融部分の一部が金型合わせ目部分にはみ出す。このはみ出しは、フラッシュ、バリ、スピューとも呼ばれ、分割部分のはみ出し部に生じる線はパーティングライン、フラッシュラインと呼称される。
本発明の賦形成形方法でも、対策しない場合には、炭素繊維と熱可塑性樹脂成形材料の積層品を溶融温度で圧縮成形すると、型分割面より熱可塑性樹脂のみ流出し、肉厚が薄くなる問題が生じ得る。
【００１０】
そこで本発明の賦形成形方法によれば積層成形材に炭素繊維を用い、かつ炭素繊維を用いてはみ出し抑制部材を形成し、このはみ出し抑制部材を上部型と向き合う積層成形材の側面のはみ出しが発生する部位に載置する。すなわち型分割縁に成形材料を含む炭素繊維束を分割線に並行に配置して型締成形する工程を備える。
このはみ出し抑制部材によって上述したはみ出しは抑制される。またはみ出し抑制部材自体が積層成形材に用いたと同様に炭素繊維を用いてなるので、このはみ出し抑制部材を載置した部分は得られる成型品と一体化し、はみ出しのない均質な成型品が成型される。 すなわち型分割縁に炭素繊維束を分割線に並行に配置して型締成形すると、樹脂流出をせず、残留炭素繊維に樹脂が含侵し同材質として成形される。特に成形材料を含む炭素繊維束とすると、型に配置し易く、分割面における流出樹脂が炭素繊維束に含侵して、型開き時に炭素繊維単体の繊維屑の発生が少なくなる。
【００１１】
また本発明の賦形成形方法は、複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、平板積層成形品の上部型と向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材を載置する工程と、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。
【００１２】
はみ出し抑制部材を積層成形材及び／又は平板積層成形品の上下型の分割線に沿って配置することができる。
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。
【００１３】
成形型をエア−と蒸気を含む水冷却によって急冷することができ、成形型を熱可塑性樹脂材の固化温度に冷却する冷却時間を要して、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。
【００１４】
積層成形材及び／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。さらにはみ出し抑制部材を予熱することによって、さらに成形効率を向上することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明に係る賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の賦形成形方法で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３】（ａ）本発明の賦形成形方法で用いるはみ出し抑制部材の概念図である。（ｂ）図３（ａ）に示すはみ出し抑制部材の使用態様を示す概念図である。
【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。（ｄ）本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法の説明図である。
【図５】（ａ）本発明の賦形成形方法で用いる型構造の説明図である。（ｂ）本発明の賦形成形方法で用いる型構造の他の説明図である。
【図６】本発明の実施例で製造した製品の写真である。
【図７】本発明の実施例で製造した他の製品の写真である。
【図８】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】
【００２１】
本発明の賦形成形方法は、図１（ａ）に示す成形原反材１を用いて行う。図１（ａ）に示すように、成形原反材１は、複数本の炭素繊維束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。
【００２２】
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炭素繊維束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、炭素繊維束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。
炭素繊維束２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。
【００２３】
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。
【００２４】
以下に本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法を図２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を加熱し、遠赤外線温度センサ−（図示せず）で積層成形材５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を積層して３次元形状に賦形する。
【００２５】
積層成形材５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炭素繊維束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炭素繊維束を含む織物基材を構成する炭素繊維束の単糸の間に浸透する。次いで積層成形材５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炭素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。
【００２６】
この様に積層成形材５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。
【００２７】
成形型９は製品部型１０と、蓄熱盤１１とからなり、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。製品部型１０は上型１０ａと下型１０ｂとからなり上部型１０ａが下部型１０ｂに嵌入して型合わせされることによって製品の成型が行われる。また成形型９はエア−と蒸気を含む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。
【００２８】
さらに本発明の賦形成形方法は、図３（ａ）に示すはみ出し抑制部材ＣＦを用いて行う。このはみ出し抑制部材ＣＦは上部型１０ａの縁部にのみ対向して下部型１０ｂに載置した積層成形材５の縁部のみを被覆し得るように、上部型１０ａと下部型１０ｂとの型合わせ面の形状もしくは下部型１０ｂに載置する積層成形材５と一致する外形に形成される。本実施の形態でははみ出し抑制部材ＣＦは正方形状の下部型１０ｂに載置する積層成形材５縁部外形と一致する外形を有し、下部型１０ｂに載置する積層成形材５縁部内側の面部に対応する部分は空間部ＣＦｓとされてなる。
このはみ出し抑制部材ＣＦは炭素繊維束２を織物基材３を用いてなり、したがって積層成形材５の素材である炭素繊維をその素材とする。
【００２９】
本発明の賦形成形方法では図３（ｂ）に示すように、積層成形材５を予熱して成形型９へ投入配置する予熱工程の後に、下部型１０ｂに載置した積層成形材５の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置する工程を行う。その後、上部型１０ａと下部型１０ｂとが型合わせされることによって製品の成型が行われる。このように、はみ出し抑制部材ＣＦを載置しない場合には、上部型１０ａと下部型１０ｂの分割部分から成型課程における温度上昇による膨張圧で積層成形材５の表面の樹脂の溶融部分の一部が金型合わせ目部分にはみ出しバリを形成する。しかしはみ出し抑制部材ＣＦを載置することによって積層成形材５の表面の樹脂の溶融部分は、はみ出し抑制部材ＣＦに含浸され積層成形材５と一体化して成型され、バリの形成が最小化される。
【００３０】
次に本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法を図４（ａ）〜（ｃ）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。
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を成形する点で第一の実施の形態の賦形成形方法と異なる。
なお図４（ｂ）、（ｃ）に示すようにこの第二の実施の形態でも積層成形材１４を予熱して成形型９へ投入配置する予熱工程の後に、下部型１０ｂに載置した積層成形材１４の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置する工程を行う。
【００３１】
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又は平板積層成形品１５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又は平板積層成形品１５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又は平板積層成形品１５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。
【００３２】
次に本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法を図２、図４（ｄ）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、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。
先ず平板積層成形品１５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を加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５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を昇温させる。
なおこの第四の実施の形態でも平板積層成形品１５を予熱して成形型９へ投入配置する予熱工程の後に、下部型１０ｂに載置した平板積層成形品１５の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置する工程を行う。
【００３３】
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。
【実施例１】
【００３４】
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、最上面の炭素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。
【００３５】
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た。
【００３６】
一方、製品部型１０と、蓄熱盤１１とからなり、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、下部型１０ｂに載置した積層成形材１４の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置した。次に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】
【実施例２】
【００３７】
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】
【実施例３】
【００３８】
平板積層成形品１５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を加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５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とからなる製品部型１０内側形状に沿う形状に平板積層成形品１５の絞り加工を行なった。
【００３９】
一方、上部型１６と下部型１７とからなる製品部型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を収納した。さらに下部型１７に載置した平板積層成形品１５の上部型１６と向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置した。次いで上部型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を凹型１９へ移動して平板積層成形品１５を絞り変形させ、さらに平板積層成形品１５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６に示す製品を得た。
【００４０】
また同様の工程を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を用いて行った。得られた製品を図７に示す。
各製品は図６、図７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８に実施例３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】
【００４１】
１・・・成形原反材、２・・・炭素繊維束、３・・・織物基材、４・・・樹脂材料、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次元形状に賦形する賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品に関する。
【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次元形状に賦形することができる賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品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】
すなわち本発明の賦形成形方法は、複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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。
この本発明の賦形成形方法によって、成形型を熱可塑性樹脂材の溶融温度に加熱することによって熱可塑性樹脂を炭素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。
【０００９】
また上部型と下部型とからなる成形型による賦形成形工程では、温度上昇による膨張圧で上部型と下部型の分割部分から樹脂材料がはみ出しを起こす。積層成形材の樹脂材料は表面が先に溶融し、内部からの熱膨張によって、その表面の溶融部分の一部が金型合わせ目部分にはみ出す。このはみ出しは、フラッシュ、バリ、スピューとも呼ばれ、分割部分のはみ出し部に生じる線はパーティングライン、フラッシュラインと呼称される。
本発明の賦形成形方法でも、対策しない場合には、炭素繊維と熱可塑性樹脂成形材料の積層品を溶融温度で圧縮成形すると、型分割面より熱可塑性樹脂のみ流出し、肉厚が薄くなる問題が生じ得る。
【００１０】
そこで本発明の賦形成形方法によれば積層成形材に炭素繊維を用い、かつ炭素繊維を用いてはみ出し抑制部材を形成し、このはみ出し抑制部材を上部型と向き合う積層成形材の側面のはみ出しが発生する部位に載置する。すなわち型分割縁に成形材料を含む炭素繊維束を分割線に並行に配置して型締成形する工程を備える。
このはみ出し抑制部材によって上述したはみ出しは抑制される。またはみ出し抑制部材自体が積層成形材に用いたと同様に炭素繊維を用いてなるので、このはみ出し抑制部材を載置した部分は得られる成型品と一体化し、はみ出しのない均質な成型品が成型される。 すなわち型分割縁に炭素繊維束を分割線に並行に配置して型締成形すると、樹脂流出をせず、残留炭素繊維に樹脂が含侵し同材質として成形される。特に成形材料を含む炭素繊維束とすると、型に配置し易く、分割面における流出樹脂が炭素繊維束に含侵して、型開き時に炭素繊維単体の繊維屑の発生が少なくなる。
【００１１】
また本発明の賦形成形方法は、複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、平板積層成形品の上部型と向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材を載置する工程と、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。
【００１２】
はみ出し抑制部材を積層成形材及び／又は平板積層成形品の上下型の分割線に沿って配置することができる。
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。
【００１３】
成形型をエア−と蒸気を含む水冷却によって急冷することができ、成形型を熱可塑性樹脂材の固化温度に冷却する冷却時間を要して、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。
【００１４】
積層成形材及び／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。さらにはみ出し抑制部材を予熱することによって、さらに成形効率を向上することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明に係る賦形成形方法及び繊維強化樹脂成形品によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の賦形成形方法で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３】（ａ）本発明の賦形成形方法で用いるはみ出し抑制部材の概念図である。（ｂ）図３（ａ）に示すはみ出し抑制部材の使用態様を示す概念図である。
【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。（ｄ）本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法の説明図である。
【図５】（ａ）本発明の賦形成形方法で用いる型構造の説明図である。（ｂ）本発明の賦形成形方法で用いる型構造の他の説明図である。
【図６】本発明の実施例で製造した製品の写真である。
【図７】本発明の実施例で製造した他の製品の写真である。
【図８】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】
【００２１】
本発明の賦形成形方法は、図１（ａ）に示す成形原反材１を用いて行う。図１（ａ）に示すように、成形原反材１は、複数本の炭素繊維束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。
【００２２】
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炭素繊維束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、炭素繊維束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。
炭素繊維束２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。
【００２３】
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。
【００２４】
以下に本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法を図２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を加熱し、遠赤外線温度センサ−（図示せず）で積層成形材５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を積層して３次元形状に賦形する。
【００２５】
積層成形材５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炭素繊維束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炭素繊維束を含む織物基材を構成する炭素繊維束の単糸の間に浸透する。次いで積層成形材５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炭素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。
【００２６】
この様に積層成形材５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。
【００２７】
成形型９は製品部型１０と、蓄熱盤１１とからなり、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。製品部型１０は上型１０ａと下型１０ｂとからなり上部型１０ａが下部型１０ｂに嵌入して型合わせされることによって製品の成型が行われる。また成形型９はエア−と蒸気を含む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。
【００２８】
さらに本発明の賦形成形方法は、図３（ａ）に示すはみ出し抑制部材ＣＦを用いて行う。このはみ出し抑制部材ＣＦは上部型１０ａの縁部にのみ対向して下部型１０ｂに載置した積層成形材５の縁部のみを被覆し得るように、上部型１０ａと下部型１０ｂとの型合わせ面の形状もしくは下部型１０ｂに載置する積層成形材５と一致する外形に形成される。本実施の形態でははみ出し抑制部材ＣＦは正方形状の下部型１０ｂに載置する積層成形材５縁部外形と一致する外形を有し、下部型１０ｂに載置する積層成形材５縁部内側の面部に対応する部分は空間部ＣＦｓとされてなる。
このはみ出し抑制部材ＣＦは炭素繊維束２を織物基材３を用いてなり、したがって積層成形材５の素材である炭素繊維をその素材とする。
【００２９】
本発明の賦形成形方法では図３（ｂ）に示すように、積層成形材５を予熱して成形型９へ投入配置する予熱工程の後に、下部型１０ｂに載置した積層成形材５の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置する工程を行う。その後、上部型１０ａと下部型１０ｂとが型合わせされることによって製品の成型が行われる。このように、はみ出し抑制部材ＣＦを載置しない場合には、上部型１０ａと下部型１０ｂの分割部分から成型課程における温度上昇による膨張圧で積層成形材５の表面の樹脂の溶融部分の一部が金型合わせ目部分にはみ出しバリを形成する。しかしはみ出し抑制部材ＣＦを載置することによって積層成形材５の表面の樹脂の溶融部分は、はみ出し抑制部材ＣＦに含浸され積層成形材５と一体化して成型され、バリの形成が最小化される。
【００３０】
次に本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法を図４（ａ）〜（ｃ）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。
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を成形する点で第一の実施の形態の賦形成形方法と異なる。
なお図４（ｂ）、（ｃ）に示すようにこの第二の実施の形態でも積層成形材１４を予熱して成形型９へ投入配置する予熱工程の後に、下部型１０ｂに載置した積層成形材１４の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置する工程を行う。
【００３１】
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又は平板積層成形品１５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又は平板積層成形品１５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又は平板積層成形品１５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。
【００３２】
次に本発明の第四の実施の形態の賦形成形方法を図２、図４（ｄ）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、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。
先ず平板積層成形品１５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を加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５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を昇温させる。
なおこの第四の実施の形態でも平板積層成形品１５を予熱して成形型９へ投入配置する予熱工程の後に、下部型１０ｂに載置した平板積層成形品１５の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置する工程を行う。
【００３３】
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。
【実施例１】
【００３４】
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、最上面の炭素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。
【００３５】
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た。
【００３６】
一方、製品部型１０と、蓄熱盤１１とからなり、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、下部型１０ｂに載置した積層成形材１４の上部型１０ａと向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置した。次に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】
【実施例２】
【００３７】
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】
【実施例３】
【００３８】
平板積層成形品１５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を加熱し、遠赤外線温度センサ−で平板積層成形品１５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とからなる製品部型１０内側形状に沿う形状に平板積層成形品１５の絞り加工を行なった。
【００３９】
一方、上部型１６と下部型１７とからなる製品部型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を収納した。さらに下部型１７に載置した平板積層成形品１５の上部型１６と向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材ＣＦを載置した。次いで上部型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を凹型１９へ移動して平板積層成形品１５を絞り変形させ、さらに平板積層成形品１５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６に示す製品を得た。
【００４０】
また同様の工程を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を用いて行った。得られた製品を図７に示す。
各製品は図６、図７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８に実施例３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】
【００４１】
１・・・成形原反材、２・・・炭素繊維束、３・・・織物基材、４・・・樹脂材料、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】
複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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２】
複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、平板積層成形品の上部型と向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材を載置する工程と、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３】
はみ出し抑制部材が積層成形材及び／又は平板積層成形品の上下型の分割線に沿って配置される請求項１又は請求項２に記載の賦形成形方法。
【請求項４】
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１〜請求項３のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項５】
成形型の冷却がエア−と蒸気を含む水冷であり、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１〜請求項４のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項６】
積層成形材及び／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１〜請求項５のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項７】
はみ出し抑制部材を予熱することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項８】
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１〜請求項７のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項９】
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徴とする請求項８記載の賦形成形方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９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】
複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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２】
複数本の炭素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、加熱して複数本の炭素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、賦形をする上部型と下部型とからな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、上下型の分割線に沿って積層成形材が型と向き合う面に炭素繊維を束にしたはみ出し抑制部材を載置する工程と、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を予熱して成形型へ投入配置する予熱工程と、平板積層成形品の上部型と向き合う側面に炭素繊維によって形成したはみ出し抑制部材を載置する工程と、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３】
はみ出し抑制部材が積層成形材及び／又は平板積層成形品の上下型の分割線に沿って配置される請求項１又は請求項２に記載の賦形成形方法。
【請求項４】
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１〜請求項３のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項５】
成形型の冷却がエア−と蒸気を含む水冷であり、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１〜請求項４のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項６】
積層成形材及び／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１〜請求項５のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項７】
はみ出し抑制部材を予熱することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項８】
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１〜請求項７のいずれか一に記載の賦形成形方法。
【請求項９】
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徴とする請求項８記載の賦形成形方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９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８】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２４０１６（Ｐ２０１２−２２４０１６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４８８４（Ｐ２０１１−９４８８４）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【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１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（３９１００６０８３）三光合成株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
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