プリフォームの製造方法及び繊維強化樹脂成形品の製造方法 |
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申请号 | JP2013552039 | 申请日 | 2013-10-30 | 公开(公告)号 | JP5668874B2 | 公开(公告)日 | 2015-02-12 |
申请人 | 三菱レイヨン株式会社; | 发明人 | 佳秀 柿本; 佳秀 柿本; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | プリフォームを製造する方法であって、 賦形面と前記賦形面の少なくとも一部を構成する分離可能部とを有するプリフォーム型と、シート状のプリプレグとを準備し、 前記プリフォーム型を用いて前記プリプレグを賦形したのち、前記プリフォーム型から前記分離可能部とともにプリフォームを取り外す、プリフォームの製造方法。 前記分離可能部として、前記分離可能部を除く前記プリフォーム型の材質と異なる材質を用いる請求項1に記載のプリフォームの製造方法。 前記プリフォーム型が、一対の型からなる請求項1または2に記載のプリフォームの製造方法。 前記一対の型のうち一方のみが前記分離可能部を有する請求項3に記載のプリフォームの製造方法。 前記一対の型のそれぞれが、その賦形面の少なくとも一部に前記分離可能部を有する請求項3に記載のプリフォームの製造方法。 前記分離可能部の材質として、金属または樹脂組成物を用いる請求項1〜5のいずれか一項に記載のプリフォームの製造方法。 前記分離可能部の材質として、熱硬化性樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料を用いる請求項6に記載のプリフォームの製造方法。 前記分離可能部の厚みが0.5〜10.0mmである請求項6または7に記載のプリフォームの製造方法。 請求項1〜8のいずれか一項に記載のプリフォームの製造方法によって前記分離可能部に固定された前記プリフォームを得て、 前記分離可能部に固定された前記プリフォームを冷却した後で、前記分離可能部と前記プリフォームとを分離し、 圧縮成形装置によって前記プリフォームを成形することで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の製造方法。 前記分離可能部と前記プリフォームとを分離する前に、前記分離可能部の外縁部に沿って前記プリフォームを切断する工程をさらに有する請求項9に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。 請求項1〜8のいずれか一項に記載のプリフォームの製造方法によって前記分離可能部に固定された前記プリフォームを得て、 圧縮成形装置によって前記分離可能部と前記プリフォームとを一体成形することで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の製造方法。 圧縮成形装置によって前記プリフォームを成形する前に、前記分離可能部の外縁部に沿って前記プリフォームを切断する工程をさらに有する請求項 11に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。 |
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说明书全文 | この発明は、シート状のプリプレグを所定形状に賦形して得られるプリフォームを製造する方法に関する。 また、本発明は、上記の製造方法で得られたプリフォームから繊維強化樹脂成形品を製造する方法に関する。 従来、例えば強化繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させて形成されるシート状のプリプレグを成形型内で加熱、加圧することで、繊維強化樹脂成形品を製造する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 上記繊維強化樹脂成形品が曲面を含む三次元形状を有するような場合には、所望の繊維強化樹脂成形品を得る本成形の前に、シート状のプリプレグを最終成形品の形状を考慮した所定形状に賦形し、プリフォームを製造する技術も知られている。 所望のプリフォームを得る方法として、以下のような方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 また、シワの発生を抑制するために、パターンカットシートの外周の一部に延長部分を設けたプリプレグを複数枚積層し、プリフォーム成形機に設置した張力付与手段により張力を付与しながら賦形して、賦形後にその延長部分を切除して所望のプリフォームを得る方法も知られている(例えば、特許文献4参照)。 しかしながら、タックが強いプリプレグまたは粘度の低い樹脂をマトリックスとするプリプレグを賦形したプリフォームを、プリフォーム型から形状が保持されるように取り出すためには、プリフォーム型を冷却することでプリフォームを冷却したり、プリフォーム型上のプリフォームに長い時間空気を吹き付けるなどして十分にプリフォームを冷却したりする必要があった。 プリフォームを冷却するのに要する時間が長いと、それだけプリフォームの製造に時間が掛かり、効率が大きく低下する。 また、賦形後のプリプレグの冷却が不十分な状態でプリフォームをプリフォーム型から取り外そうとすると、プリフォームの形状を大きく乱してしまう。 従って、プリフォームの形状精度が大きく低下する問題があった。 また、張力を付与しながら賦形した複雑な形状のプリフォームの場合には、賦形後のプリプレグの延長部分を所定の形状通りに切除するのに時間がかかる、及びプリフォームの寸法精度が低下する。 本発明の第一態様に係るプリフォームの製造方法は、賦形面と前記賦形面の少なくとも一部を構成する分離可能部とを有するプリフォーム型と、シート状のプリプレグとを準備し、前記プリフォーム型を用いて前記プリプレグを賦形したのち、前記プリフォーム型から前記分離可能部とともにプリフォームを取り外す。 上記本発明の第一態様に係るプリフォームの製造方法では、プリフォーム型からプリフォームを取り外す際に、分離可能部とともにプリフォームを取り出せるのでプリフォームの形状及び寸法精度を良好にでき、しかも、プリフォームを取り出す前にプリフォームを冷却する工程を省略することができる。 従って、プリフォームを効率良く製作できる。 さらに、上記本発明の態様に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法では、上記第一態様に係るプリフォームの製造方法を用いて得られたプリフォームから強度、外観、及び量産時の繰り返し安定性に優れた繊維強化樹脂成形品を製造することができる。 本発明のプリフォームの製造方法における第一の実施形態例について説明する。 (プリプレグの配置) 図1では、プリフォーム型として、一対の型が用いられ、上型に雌型10、下型に雄型20を用いているがこれに限定されず、雌型10と雄型20との配置が反対になっていてもよい。 また、雌型10と雄型20とのどちらか一方が固定型でもう一方が可動型であってもよいし、両方とも可動型であってもよい。 本実施形態に係るプリフォームの製造方法に用いることができるプリフォーム型の材質は金属、ケミカルウッドなどプリプレグをプリフォームに賦形させることができれば特に制限はないが、材料が安価であること、及び加工が容易であることからケミカルウッドであることが好ましい。 (プリフォーム型の分離可能部) また前記プリフォーム型として、一対の型で構成されるプリフォーム型を用いる場合、プリフォーム型の分離可能部30は、型開きが容易にでき、プリプレグ40の形状を保持させる観点から一対の型の少なくともどちらか一方に具備されていればよい。 また、一対の型の両方が分離可能部30を具備していれば、一対の型で構成されるプリフォーム型からの脱型をより容易に行うことができる。 プリフォーム型の分離可能部30の材質としては、プリプレグ40をプリフォームの形状に賦形する温度で変形しない金属、または、熱硬化性樹脂組成物もしくは熱可塑性樹脂組成物等の樹脂組成物が使用できる。 比強度・比剛性が高く、より大型のプリフォームの製造に対応できること、及び製造が容易であることから、分離可能部30の材質が熱硬化性樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料であることがより好ましい。 前記繊維強化複合材料からなる分離可能部を製造する方法としては、強化繊維が一方向に引き揃えられたUDプリプレグ(一方向プリプレグ)もしくは強化繊維が製織された織物プリプレグを所定の形状に賦形して硬化する方法、または強化繊維の各種織物、マット、もしくはノンクリンプファブリックなどを所定の形状に賦形した後に樹脂組成物を含浸して硬化させる方法などが挙げられるが、特に限定されない。 所望の形状に合わせて分離可能部の製造方法を適宜選択すればよい。 前記繊維強化複合材料に用いることができる強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエステル繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、及びナイロン繊維などが挙げられるが、物性及びコストの観点から、ガラス繊維が好ましい。 前記繊維強化複合材料に用いることができる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、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、及びベンゾオキサジン樹脂などが挙げられるが、物性及びコストの観点から不飽和ポリエステル樹脂が好ましい。 熱硬化性樹脂中には、硬化剤、離型剤、脱泡剤、紫外線吸収剤、及び充填材などの各種添加剤などが含まれてもよい。 プリフォーム型の分離可能部30の厚みとしては、0.5〜10.0mmであることが好ましく、より好ましくは1.0〜5.0mmである。 分離可能部の厚さが0.5mm未満であると、薄すぎてプリフォームの形状を保持することが困難となる可能性があり、10.0mmを超えると、特に大型形状を賦形するとき等、分離可能部30が重たくなり、取り扱いが困難となると考えられる。 (プリプレグ) プリプレグ40の材質は、強化繊維が一方向に引き揃えられたUDプリプレグであってもよいし、強化繊維が製織された織物プリプレグであってもよい。 プリプレグ40の形状は得ようとするプリフォームの形状に応じて適宜選択し、切り出し(パターンカット)すればよい。 本実施形態に係るプリフォームの製造方法に用いることができるプリプレグ40に用いることができる強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエステル繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、及びナイロン繊維などが挙げられる。 これらの中でも比強度および比弾性に優れることから、炭素繊維が好ましい。 本実施形態に係るプリフォームの製造方法に用いることができるプリプレグ40に用いることができる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、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、及びベンゾオキサジン樹脂などが挙げられる。 これらの中でも、硬化後の強度を高くできることから、エポキシ樹脂が好ましい。 さらに、必要に応じて硬化剤、離型剤、脱泡剤、紫外線吸収剤、及び充填材などの各種添加剤などが含まれてもよい。 本実施形態に係るプリフォームの製造方法に用いることができるプリプレグ40は、一枚(一層)のプリプレグを複数枚積層したプリプレグ積層体を用いることもできる。 積層体に積層する枚数としては2〜30枚であることが好ましい。 プリプレグ40の積層枚数が2枚以上であれば、充分な強度の成形品を得ることができる。 また、30枚以下であれば、積層のコストを抑えることができる。 また、積層する際には、各プリプレグに含まれる強化繊維の向きをさまざまに組み合わせることもできる。 (以下、「プリプレグ積層体」のことも説明の便宜上、「プリプレグ」という。) (プリプレグの予熱) (賦形) (プリフォームの取り外し) 本発明の第2の実施形態に係るプリフォームの製造方法は、プリプレグを賦形する方法として、賦形面の少なくとも一部に分離可能部を有するプリフォーム型に所定温度のプリプレグを配置した後、プリプレグをゴム膜で覆い、真空引きを用いて大気圧でゴム膜をプリプレグとプリフォーム型に押し付けて、ゴム膜とプリフォーム型の間に挟まれたプリプレグを賦形する方法を採用する。 具体的には、例えば、プリフォーム型に分離可能部30を有する雌型10を用いて、その上にプリプレグ40を配置し、必要に応じてプリプレグ40を加熱した後、図6に示すように、ゴム膜70でプリプレグ40を覆い、ゴム膜70と雌型10との間の空間を真空引きすることで、大気圧でゴム膜70が雌型10に押し付けられ、ゴム膜70と雌型10との間に配置されるプリプレグ40が賦形される。 賦形されたプリプレグ40は、賦形後の形状を乱すことなく、分離可能部30に固定された状態で容易に取り外すことができる。 また本発明の第3の実施形態に係るプリフォームの製造方法について説明する。 第1の実施形態例では、プリフォーム型がプリプレグを狭圧のみによって賦形する。 しかしながら深絞り形状などでシワの発生を抑制する必要があるときは、パターンカットしたプリプレグの外周の一部に延長部分を設けて、その延長部分にプリフォーム成形機に設置した張力付与装置により張力を付与しながら、プリフォーム型がプリプレグを挟んで圧力をかけることによりプリプレグを賦形して、シワの発生を回避することができる。 その後、前述の延長部分を切除して所望の形状のプリフォームを得ることができる。 この第3の実施形態例においても、図7に示すように、プリフォーム型の少なくとも一方を賦形面の少なくとも一部に分離可能部30を有するプリフォーム型を用い下型の上に、部分的に延長部分が設けられたプリプレグ40を配置する。 このプリプレグ40の延長部分を、プリフォーム成形機に設置した張力付与装置60により把持した状態で、加熱機50で加熱して、張力付与装置60により緊張させた状態でプリフォーム型を閉じてプリプレグ40を挟んで圧力をかけることによりプリプレグ40を賦形する。 その後、張力付与装置60がプリプレグ40に与える張力を解除して、プリフォーム型を開いて、プリフォーム型から賦形されたプリプレグ40を分離可能部30に固定された状態で取り出す。 プリフォームと分離可能部30とが一体の状態であれば、図8に示すように、プリプレグ40の延長部分41を分離可能部30の外縁部に沿って切除できる。 従って、プリフォームが複雑な形状であっても寸法精度が高いプリフォームを得ることが可能である。 また、図9に示すように、プリフォーム型の賦形面が全て分離可能部30である場合には、どのようなタック及び柔らかさを有するプリプレグにおいても、プリプレグの冷却時間を待つことなく容易に型開きが可能である。 また分離可能部30に固定された状態でプリプレグ40を取り外すことが出来るため、賦形済みの形状を乱すことなく、プリフォーム成形装置から取り外すことも容易である。 以上説明したいずれの実施形態に係るプリフォームの製造方法においても、得られたプリフォームは、金型で圧縮成形を行う直前まで、分離可能部30で形状を保持しながら冷却できる。 このように十分に冷却されたプリフォームは分離可能部30から容易に分離することができ、かつ、高い形状精度を保ったまま圧縮成形に用いることができる。 このように本発明のプリフォームの製造方法では、プリフォームの形状及び寸法精度を良好にでき、しかも製作効率に優れる。 以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。 ただし、本発明は実施例に限定されない。 得られた賦形後のプリプレグ40を圧縮成形装置で圧縮成形する直前まで分離可能部30といっしょに冷却して、その後分離可能部30と賦形後のプリプレグ40とを分離した。 分離は容易で、分離された賦形後のプリプレグは形状精度が良好なプリフォームであった。 (実施例2) (実施例3) (実施例4) (比較例1) (比較例2) (比較例3) 10 雌型 20 雄型 30 分離可能部 40 プリプレグ 41 プリプレグの延長部分(余剰部分) |