ＦＲＰ製中空部材の内圧成形法
【課題】内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易成形する方法を提供すること。
【解決手段】
ＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料、例えば、プリプレグと加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の内圧成形法。
【解決手段】
ＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料、例えば、プリプレグと加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の内圧成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ製中空部材の内圧成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、アラミド繊維等の強化繊維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。
【０００３】
ＦＲＰを管状ないし中空状の中空部材に成形する方法としては、遠心成形法、プルトルージョン成形法、フィラメントワインディング成形法、内圧成形法等が知られている。遠心成形法は、回転する円筒体の内面に、この円筒体内に同心的に配備されたローラから繊維を巻き付け、この繊維にマトリックス用の樹脂を噴霧して含浸させた後、硬化させる方法であり、比較的径が大きく、単純な形状の製品を製造するのに適している。プルトルージョン成形法は、樹脂を強化繊維基材に含浸させた後、金型を利用して引き抜き、樹脂を固化或いは硬化させて成形品を得る方法であり、一様の断面の真直ぐなパイプの製造に用いられる。フィラメントワインディング成形法は、樹脂を含浸した繊維をマンドレルに巻き付け、樹脂が固化或いは硬化した後にマンドレルを引き抜く方法であり、長繊維の比率を高めることができるので比較的高強度で、軸対称の中空体を製造するのに用いられる。内圧成形法は、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、マトリックス樹脂が熱硬化性であっても熱可塑性であっても適用可能であり、通常の中空管状のＦＲＰ製品を成形するのに適している。
【特許文献１】特開平６−１５５５９５号公報
【０００４】
内圧成形法で中空管状のＦＲＰ製品（中空部材）を成形するには、通常、プリプレグを用い、金型キャビティ内に中空管状に配置したプリプレグの内部に、膨張性を有するバッグやチューブ等を入れる。次いで、圧縮空気等を用いてバッグやチューブ等をふくらませ、型の内側から圧力をかけてプリプレグを型の内壁面に押しつけ、この状態でプリプレグを加熱硬化させ成形を行う加圧バッグ成形法が用いられている。しかしながら、上記のような従来の加圧バッグ成形法の場合には、中空部材の外表面は成形型に沿った精確な表面に成形されるが、内表面は必ずしも十分な精度に成形できないという問題があった。
【特許文献２】特開２００３−３３４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易成形する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】
即ち、本発明は、ＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の内圧成形法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基本的に従来公知の内圧成形法を用い、それに新たな手段を付加することにより、内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、内圧成形法において、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いるものであるが、ＦＲＰ製中空部材としては、特に制限はなく、中空の部材である限り中空部の形状はどの様なものでもかまわない。
【０００９】
本発明における内圧成形法とは、金型キャビティ内に、例えば、筒状にプリプレグ等の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法を意味する。例えば、ナイロンやシリコンゴムのような、可撓性があり且つ耐熱性に優れた材料で形成した加圧用バッグを、金型キャビティ内に敷設・配置したプリプレグの間に挿入し、又は加圧用バッグにプリプレグ等の成形素材を筒状に巻き付け、あるいは、芯金を用いて予備成形した成形素材の空間部分に加圧用バッグを配置したものを、金型キャビティ内に配備し、その後バッグ内に圧縮空気等の加圧媒体を送り込んでバッグを膨張させ、成形素材を金型内面に押し付けて加熱成形する方法である。あるいは、バッグ内には常圧の媒体を入れておき、金型を真空バッグ等で包み、真空バッグ内を減圧にすることによって、結果的にバッグを膨張させる方法でも良い。加熱には、通常、硬化炉、オートクレーブ、ホットプレス等が用いられる。
【００１０】
本発明において用いられる外表面の賦形用の成形型は、スチールやアルミ合金等の金属製の金型であっても、あるいはガラス繊維等のＦＲＰ製の金型であってもかまわない。そして、本発明における内表面の賦形用の補助型も、その材質は特に問わない。補助型の形状は、その内側からの加圧用バッグ等の圧力で、補助型の外側が、中空部材の内表面を賦形することができるような形状のものである限り、どのようなものでもかまわない。
【００１１】
本発明のＦＲＰ材料とは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸・硬化させて得られた複合材料であるが、本発明においては、用いられる繊維強化材やマトリックス樹脂に関しては特に制限はい。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、金属繊維等が挙げられる。好ましいのは、炭素繊維である。
【００１２】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、２種以上併用しても良い。
【００１３】
繊維強化材は、通常、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等の形で用いられる。
【００１４】
本発明においてＦＲＰ材料は、プリプレグの形態のものが好ましい。プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を調整して取り扱い性を良くした成形中間材である。本発明の中空部材を形成するプリプレグの繊維強化材の形態については特に制限はない。
【００１５】
本発明による成形法の一例を図を用いて説明する。図１（断面）の１は、中空部材の外表面の賦形用の成形型の上型、２は下型を示し、３は成形型のキャビティ内に敷設・配置されたプリプレグ、４は中空部材の内表面の賦形用の補助型（図の場合は２枚の押し板を示している）、５は２枚の押し板の間に挿入されている加圧用バッグを示す。
【００１６】
図１の状態で上型と下型を方締めし、以後は公知の内圧成形法によって成形を行うことができる。具体的には、例えば、圧力バッグに圧縮空気を導入し、補助型４を介してプリプレグ３を上型１及び下型２の内面に圧着させる。次いで、金型全体を加熱炉に入れて加熱成形し、その後、金型を取り出し冷却し脱型して成形品を得る。以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【００１７】
炭素繊維のプリプレグとして、炭素繊維ＨＴＡ３Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、３０００フィラメント）を経糸緯糸とした平織物（東邦テナックス社製、Ｗ−３１０１）に、汎用エポキシ樹脂を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％）。このプリプレグを５枚、積層パターンが（０／９０）、（±４５）、（３０／１２０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて、図１（断面）の成形型のキャビティ内に敷設・配置した。そして、図１に示したように２枚の押し板（補助型）４を介して、その内部の中空部分にナイロン製の圧力バッグを挿入し、圧力バッグが挿入された中空部材の材料を、図１に示したような状態で型締めを行った。
【００１８】
次いで、金型を硬化炉に入れ、内圧成形法により成形した。即ち、圧力バッグ内に圧縮空気（４ｋｇ／ｃｍ２）を導入し、硬化炉の温度を１３０℃で２時間維持して加熱硬化せしめた。その後冷却、脱形して内外表面が共に精確に成形されたＦＲＰ製中空部材を得た。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易に成形することができるので、その産業上のメリットは大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の内圧成形法の説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 中空部材の外表面の賦形用の成形型（金型）の上型
２ 中空部材の外表面の賦形用の成形型（金型）の下型
３ ＦＲＰ材料（プリプレグ）
４ 中空部材の内表面の賦形用の補助型
５ 加圧用バッグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ製中空部材の内圧成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、アラミド繊維等の強化繊維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。
【０００３】
ＦＲＰを管状ないし中空状の中空部材に成形する方法としては、遠心成形法、プルトルージョン成形法、フィラメントワインディング成形法、内圧成形法等が知られている。遠心成形法は、回転する円筒体の内面に、この円筒体内に同心的に配備されたローラから繊維を巻き付け、この繊維にマトリックス用の樹脂を噴霧して含浸させた後、硬化させる方法であり、比較的径が大きく、単純な形状の製品を製造するのに適している。プルトルージョン成形法は、樹脂を強化繊維基材に含浸させた後、金型を利用して引き抜き、樹脂を固化或いは硬化させて成形品を得る方法であり、一様の断面の真直ぐなパイプの製造に用いられる。フィラメントワインディング成形法は、樹脂を含浸した繊維をマンドレルに巻き付け、樹脂が固化或いは硬化した後にマンドレルを引き抜く方法であり、長繊維の比率を高めることができるので比較的高強度で、軸対称の中空体を製造するのに用いられる。内圧成形法は、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、マトリックス樹脂が熱硬化性であっても熱可塑性であっても適用可能であり、通常の中空管状のＦＲＰ製品を成形するのに適している。
【特許文献１】特開平６−１５５５９５号公報
【０００４】
内圧成形法で中空管状のＦＲＰ製品（中空部材）を成形するには、通常、プリプレグを用い、金型キャビティ内に中空管状に配置したプリプレグの内部に、膨張性を有するバッグやチューブ等を入れる。次いで、圧縮空気等を用いてバッグやチューブ等をふくらませ、型の内側から圧力をかけてプリプレグを型の内壁面に押しつけ、この状態でプリプレグを加熱硬化させ成形を行う加圧バッグ成形法が用いられている。しかしながら、上記のような従来の加圧バッグ成形法の場合には、中空部材の外表面は成形型に沿った精確な表面に成形されるが、内表面は必ずしも十分な精度に成形できないという問題があった。
【特許文献２】特開２００３−３３４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易成形する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】
即ち、本発明は、ＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の内圧成形法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基本的に従来公知の内圧成形法を用い、それに新たな手段を付加することにより、内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、内圧成形法において、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いるものであるが、ＦＲＰ製中空部材としては、特に制限はなく、中空の部材である限り中空部の形状はどの様なものでもかまわない。
【０００９】
本発明における内圧成形法とは、金型キャビティ内に、例えば、筒状にプリプレグ等の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法を意味する。例えば、ナイロンやシリコンゴムのような、可撓性があり且つ耐熱性に優れた材料で形成した加圧用バッグを、金型キャビティ内に敷設・配置したプリプレグの間に挿入し、又は加圧用バッグにプリプレグ等の成形素材を筒状に巻き付け、あるいは、芯金を用いて予備成形した成形素材の空間部分に加圧用バッグを配置したものを、金型キャビティ内に配備し、その後バッグ内に圧縮空気等の加圧媒体を送り込んでバッグを膨張させ、成形素材を金型内面に押し付けて加熱成形する方法である。あるいは、バッグ内には常圧の媒体を入れておき、金型を真空バッグ等で包み、真空バッグ内を減圧にすることによって、結果的にバッグを膨張させる方法でも良い。加熱には、通常、硬化炉、オートクレーブ、ホットプレス等が用いられる。
【００１０】
本発明において用いられる外表面の賦形用の成形型は、スチールやアルミ合金等の金属製の金型であっても、あるいはガラス繊維等のＦＲＰ製の金型であってもかまわない。そして、本発明における内表面の賦形用の補助型も、その材質は特に問わない。補助型の形状は、その内側からの加圧用バッグ等の圧力で、補助型の外側が、中空部材の内表面を賦形することができるような形状のものである限り、どのようなものでもかまわない。
【００１１】
本発明のＦＲＰ材料とは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸・硬化させて得られた複合材料であるが、本発明においては、用いられる繊維強化材やマトリックス樹脂に関しては特に制限はい。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、金属繊維等が挙げられる。好ましいのは、炭素繊維である。
【００１２】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、２種以上併用しても良い。
【００１３】
繊維強化材は、通常、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等の形で用いられる。
【００１４】
本発明においてＦＲＰ材料は、プリプレグの形態のものが好ましい。プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を調整して取り扱い性を良くした成形中間材である。本発明の中空部材を形成するプリプレグの繊維強化材の形態については特に制限はない。
【００１５】
本発明による成形法の一例を図を用いて説明する。図１（断面）の１は、中空部材の外表面の賦形用の成形型の上型、２は下型を示し、３は成形型のキャビティ内に敷設・配置されたプリプレグ、４は中空部材の内表面の賦形用の補助型（図の場合は２枚の押し板を示している）、５は２枚の押し板の間に挿入されている加圧用バッグを示す。
【００１６】
図１の状態で上型と下型を方締めし、以後は公知の内圧成形法によって成形を行うことができる。具体的には、例えば、圧力バッグに圧縮空気を導入し、補助型４を介してプリプレグ３を上型１及び下型２の内面に圧着させる。次いで、金型全体を加熱炉に入れて加熱成形し、その後、金型を取り出し冷却し脱型して成形品を得る。以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【００１７】
炭素繊維のプリプレグとして、炭素繊維ＨＴＡ３Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、３０００フィラメント）を経糸緯糸とした平織物（東邦テナックス社製、Ｗ−３１０１）に、汎用エポキシ樹脂を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％）。このプリプレグを５枚、積層パターンが（０／９０）、（±４５）、（３０／１２０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて、図１（断面）の成形型のキャビティ内に敷設・配置した。そして、図１に示したように２枚の押し板（補助型）４を介して、その内部の中空部分にナイロン製の圧力バッグを挿入し、圧力バッグが挿入された中空部材の材料を、図１に示したような状態で型締めを行った。
【００１８】
次いで、金型を硬化炉に入れ、内圧成形法により成形した。即ち、圧力バッグ内に圧縮空気（４ｋｇ／ｃｍ２）を導入し、硬化炉の温度を１３０℃で２時間維持して加熱硬化せしめた。その後冷却、脱形して内外表面が共に精確に成形されたＦＲＰ製中空部材を得た。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、内外共に精度のある表面を有するＦＲＰ製中空部材を、内圧成形法で容易に成形することができるので、その産業上のメリットは大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の内圧成形法の説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 中空部材の外表面の賦形用の成形型（金型）の上型
２ 中空部材の外表面の賦形用の成形型（金型）の下型
３ ＦＲＰ材料（プリプレグ）
４ 中空部材の内表面の賦形用の補助型
５ 加圧用バッグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の内圧成形法。
【請求項２】
ＦＲＰ材料が、プリプレグである請求項１記載のＦＲＰ製中空部材の内圧成形法。
【請求項１】
ＦＲＰ製中空部材を内圧成形法により成形するに際し、中空部材の外表面の賦形用の成形型に沿って敷設・配置されたＦＲＰ材料と加圧用バッグの間に、中空部材の内表面の賦形用の補助型を挿入して用いることを特徴とするＦＲＰ製中空部材の内圧成形法。
【請求項２】
ＦＲＰ材料が、プリプレグである請求項１記載のＦＲＰ製中空部材の内圧成形法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１８５８４８（Ｐ２００７−１８５８４８Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３８１（Ｐ２００６−５３８１）
【出願日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]