JP2000043173A

JP2000043173A - コア材とそれを用いたｆｒｐ構造体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000043173A
Application number: JP10217025A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kondo; 敏行近藤; Shunei Sekido; 俊英関戸
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ＦＲＰ構造体の成形を全体としてより安価に
効率よく行うことができるＦＲＰ構造体およびその製造
方法とそれに用いるコア材を提供する。【解決手段】溝付きコア材の少なくとも片面に強化繊
維基材を配置し、全体をバッグ基材で覆った後バッグ基
材で覆われた内部を真空状態にし、樹脂を注入して該樹
脂を前記コア材の溝を介して前記強化繊維基材の面方向
に拡散させつつ強化繊維基材の厚み方向に含浸してＦＲ
Ｐ構造体を一発成形するに際し、前記コア材として、溝
がコア材の成形と同時に形成されたコア材を用いること
を特徴とするＦＲＰ構造体の製造方法、およびそれに用
いるコア材、そのコア材を用いたＦＲＰ構造体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コア材とそれを用
いたＦＲＰ構造体およびその製造方法に関し、とくにコ
ア材の製造を含めたＦＲＰ構造体製造の全体コストを低
減できるとともにＦＲＰ構造体の製造を効率よく行うこ
とができ、しかも成形時の樹脂の流れを最適化可能な、
コア材とそれを用いたＦＲＰ構造体およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽量で高強度な素材として、ＦＲＰ（繊
維強化プラスチック）が各種産業分野で注目されてお
り、中でもＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、
その優れた機械特性等から注目されている。

【０００３】このＦＲＰは、比較的大型の部材に成形す
る場合には、ＦＲＰのスキン材と軽量のコア材との組み
合わせ構造、とくにコア材の両面にＦＲＰスキン板を配
置したサンドイッチ構造を採ることがある。このような
構成により、大型でありながら軽量で、必要な強度、剛
性を備えたＦＲＰ構造体が得られる。

【０００４】また、未だ出願未公開の段階であるが、本
出願人により、上記のような比較的大型のＦＲＰ構造体
の成形を効率よく行うために、溝付きコア材の少なくと
も片面に強化繊維基材を配置し、全体をバッグ基材で覆
った後バッグ基材で覆われた内部を真空状態にし、樹脂
を注入して該樹脂をコア材の溝を介して強化繊維基材の
面方向に拡散させつつ強化繊維基材の厚み方向に含浸し
てＦＲＰ構造体を一発成形する方法を提案している（た
とえば、特願平９−３４０６９４号、特願平９−３４０
６９５号）。

【０００５】このような一発成形においては、コア材、
たとえば発泡体からなるコア材には、成形時に樹脂の流
路となる溝が形成されているが、この溝は、コア材を矩
形等の所定形状に成形した後（あるいは作製した後）、
機械加工等によって所定のパターンとなるように形成さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の如く
コア材形成後に溝を後加工する方法では、その後加工に
労力と費用がかかり、コア材の数が多い場合には、ＦＲ
Ｐ構造体の製造全体に占めるコア材の加工時間と加工費
用が極めて大きくなり、ひいてはＦＲＰ構造体の製造コ
ストを増大させることとなっていた。

【０００７】また、コア材の溝を機械加工により後加工
する場合、加工機の機能に限界があるため、形成すべき
溝のパターンも限定される。そのため、複雑なパターン
や任意の自由なパターンの溝を形成することができない
ことがあり、ＦＲＰ構造体成形時の最適な樹脂の流路パ
ターンが得られないことがある。このコア材の溝パター
ンは、均質なＦＲＰ構造体を効率よく成形するために重
要な要件となり、溝パターンの最適化によって、より優
れた特性のＦＲＰ構造体を効率よく一発成形できるよう
になる。

【０００８】そこで本発明の課題は、ＦＲＰ構造体の一
発成形を全体としてより低コストでかつ効率よく行うこ
とのできる、ＦＲＰ構造体の製造方法およびその方法に
用いるコア材並びにそのコア材を用いたＦＲＰ構造体を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＦＲＰ構造体の製造方法は、溝付きコア材
の少なくとも片面に強化繊維基材を配置し、全体をバッ
グ基材で覆った後バッグ基材で覆われた内部を真空状態
にし、樹脂を注入して該樹脂を前記コア材の溝を介して
前記強化繊維基材の面方向に拡散させつつ強化繊維基材
の厚み方向に含浸してＦＲＰ構造体を一発成形するに際
し、前記コア材として、溝がコア材の成形と同時に形成
されたコア材を用いることを特徴とする方法からなる。

【００１０】また、本発明に係るコア材は、溝付きコア
材の少なくとも片面に強化繊維基材を配置し、樹脂によ
り一体化されたＦＲＰ構造体の成形に用いられるコア材
であって、溝がコア材の成形と同時に形成されているこ
とを特徴とするものからなる。

【００１１】また、本発明に係るコア材は、溝付きコア
材の少なくとも片面に強化繊維基材を配置し、樹脂によ
り一体化されたＦＲＰ構造体の成形に用いられるコア材
であって、該コア材の溝表面が主にスキン層であること
を特徴とするものからなる。すなわち、コア材の溝は、
その全部あるいは少なくとも一部が、後加工によって形
成されるものではなく、コア材の成形と同時に形成され
るものであるから、溝表面がコア材の材質によるスキン
層として形成され、空孔等が表面に現れない滑らかな面
に形成される。溝表面におけるスキン層の面積比率は、
好ましくは５０％以上であり、より好ましくは９０％以
上である。

【００１２】上記のようなコア材は、軽量性の点から、
発泡体からなることが好ましく、発泡体からなる、所定
の溝パターンを有する成形型内で発泡させることによ
り、所望の溝を有するコア材が容易に効率よく成形され
る。また、所定の凸型パターンを有する押型でホットプ
レスにより所定の溝パターンを形成したコア材としても
よい。

【００１３】上記のようなコア材を用いて上記方法によ
りＦＲＰ構造体を製造する場合、コア材の溝は、コア材
自身の成形時に実質的に同時に成形されるので、機械加
工等により後加工する必要がなくなり、所定の溝パター
ンを有するコア材が安価に効率よく製作される。しか
も、溝表面を容易にスキン層に形成できる。したがっ
て、多数のコア材を使用する場合にあっても、コア材の
製作時間と費用は少なくて済み、究極的には、ＦＲＰ構
造体の製造全体でみた場合、その製造時間と費用が大幅
に低減される。

【００１４】また、コア材の溝は成形によって形成され
るので、溝パターンには実質的に制約がなくなり、成形
型に所望の溝パターンさえ形成しておけば、実質的に任
意のあらゆるパターンが自由に設定可能となる。したが
って、一発成形により製造するＦＲＰ構造体に応じて、
成形時の最適な樹脂の流路パターンが得られることにな
る。その結果、ＦＲＰ構造体の成形の効率化はもちろん
のこと、より均質な、かつ機械特性により優れたＦＲＰ
構造体が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に
おいて対象とするＦＲＰ構造体は、コア材と、該コア材
の少なくとも片面に配置されたＦＲＰ板とを有するもの
である。必要に応じて、たとえば、コア材の少なくとも
一端部に配置されるＦＲＰ製の補強部材を備えていても
よい。このＦＲＰ板と補強部材は、強化繊維とマトリッ
クス樹脂とを含む複合材料である。これらＦＲＰ材の強
化繊維としては、炭素繊維の織物、マット、ストランド
や、ガラス繊維の織物、マット、ロービングを単独ある
いは混合して使用することが好ましい。特に軽量化効果
を最大限に発揮するためには炭素繊維の使用が好まし
い。そして、その炭素繊維も、炭素繊維糸１本のフィラ
メント数が通常の１０，０００本未満のものではなく、
１０，０００〜３００，０００本の範囲、より好ましく
は５０，０００〜１５０，０００本の範囲にあるトウ状
の炭素繊維フィラメント糸を使用する方が、樹脂の含浸
性、強化繊維基材としての取扱い性、さらには強化繊維
基材の経済性において、より優れるため、好ましい。ま
たＦＲＰ構造体の表面に炭素繊維の織物を配置すると、
表面の意匠性が高められ、より好ましい。また、必要に
応じて、あるいは要求される機械特性等に応じて、強化
繊維の層を複数層に積層して強化繊維基材を形成し、そ
の強化繊維基材に樹脂を含浸する。積層する強化繊維層
には、一方向に引き揃えた繊維層や織物層を適宜積層で
き、その繊維配向方向も、要求される強度の方向に応じ
て適宜選択できる。

【００１６】ＦＲＰの樹脂としては、エポキシ、不飽和
ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬
化性樹脂が、成形性・コストの点で好ましい。ただし、
ナイロンやＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹
脂と熱可塑性樹脂の混合樹脂も使用可能である。

【００１７】なお、ＦＲＰの樹脂を無機材料に換えた複
合材料、すなわち、繊維強化無機材料は、とくに耐火材
への応用などに好ましい。したがって、繊維強化無機材
料の板状物を用いた繊維強化無機材料の構造体は、かか
る観点から好ましいものである。好ましい無機材料の例
としては、セメント、モルタル、コンクリートやアルカ
リ珪酸塩、石膏などが挙げられる。とくにセメントやモ
ルタルがより好ましい。

【００１８】コア材としては、発泡体や木材等を使用で
きるが、軽量化の点で発泡体が好ましい。発泡体の材質
としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、シリコンなどを用い、そ
の比重は０．０２から０．２の間で選択することが好ま
しい。比重が０．０２未満のものを用いると、十分な強
度が得られなくなる恐れが生じる。また、比重が０．２
を超えると、強度は高くなるが、重量が嵩み軽量化とい
う目的に反するものになってしまう。

【００１９】コア材の表面の溝は、たとえば、断面積の
異なる少なくとも２種の溝であることが好ましく、さら
に好ましくは、断面積０．５〜１０ｃｍ²の溝と、それ
に繋がるそれよりも断面積の小さな溝との少なくとも２
種からなるものである。

【００２０】ＦＲＰ構造体においては、ＦＲＰ板の体積
繊維含有率が３５％以上６５％以下であり、ボイド率が
５％以下であることが好ましく、より好ましくは、体積
繊維含有率が４０％以上５５％以下、ボイド率が３％以
下である。このような高体積繊維含有率、および低ボイ
ド率は、溝付きコア材と上記一発成形により容易に達成
される。

【００２１】本発明においては、ＦＲＰ構造体は、真空
バッグ法による一発成形法によって成形される。この一
発成形の例を図１に示す。図１では、サンドイッチ構造
を有するＦＲＰ構造体の成形について説明する。

【００２２】図１に示す方法においては、型２１内に、
発泡体等からなるコア材２２が配置されるとともに、少
なくともその両面に強化繊維基材２３が配置される。コ
ア材２２は、本実施態様では複数の分割構成とされ、複
数のコア材２２が平面的にみて縦横に配列されている。
配列されたコア材２２の列の端部は、上記強化繊維基材
２３がコア材２２を包み込むように配置されてもよい
し、図１に示すように、コ字状のキャップ状強化繊維基
材２８を配置してもよい。

【００２３】各コア材２２はたとえば図２に示すように
構成されており、樹脂の通り道となる大溝２４と、該大
溝２４から分岐した多数の小溝２５を有している。この
大溝２４および小溝２５を介して樹脂が強化繊維基材２
３の面方向に拡散されつつ、拡散された樹脂が強化繊維
基材２３の厚み方向に基材２３に含浸される。この実施
態様では、コア材２２自身に、溝部分により、樹脂を基
材面方向に拡散するための拡散路を付与してあるが、こ
の構造とともに、別部材からなる、樹脂を強化繊維基材
の面方向に拡散するシート状の媒体を設けてもよい。こ
の媒体は、強化繊維基材２３の上面側に、あるいは上下
両面側に配置することができる。媒体の構造は特に限定
されないが、図２に示したと同様の溝構造を有するシー
ト状部材、あるいは縦横に溝を有するシート状部材、さ
らには網状部材等から構成できる。

【００２４】そして図２に示した実施態様では、コア材
２２の両側部（または四辺部）に切り欠き凹部２６が形
成されており、該切り欠き凹部２６に図１に示すように
断面コ字状のリブ用補強部材を形成するための強化繊維
基材２７が配置されている。パネルの中央部ではこのリ
ブを形成するコ字状強化繊維基材２７同士が突き合わさ
れており、配列されたコア材２２の端部部分では、コ字
状のキャップ用強化繊維基材２８が配置されており、こ
れらがコア材２２とともに、両面に配置した強化繊維基
材２３で覆われている。但し、配列されたコア材２２の
端部部分を強化繊維基材２３で覆うようにする場合等に
は、該端部部分のコ字状のキャップ状強化繊維基材２８
は必ずしも設ける必要はない。

【００２５】上記強化繊維基材２３の型の上面側が、バ
ッグ基材、たとえばバッグフイルム２９で覆われ、内部
が真空ポンプ３０による吸引によって真空状態にされ
る。次いで、バルブ３１を開いて、液状の樹脂３２が上
記真空状態に保たれた型２１内に注入される。注入は、
多孔質材等からなるエッジブリーザ３３を介して行わ
れ、ポンプ３０への吸引も同様のエッジブリーザ３４を
介して行われる。樹脂の注入位置、真空吸引位置、エッ
ジブリーザは３３、３４の設置位置は、適宜変更でき
る。たとえば、ＦＲＰ構造体の中央部から樹脂を注入す
るようにすることもできる。また、本実施態様では、強
化繊維基材２３の上面を直接バッグフイルム２９で覆う
ようにしたが、必要に応じて、間に成形後に剥離される
離型資材（図示略）を介装してもよい。上記実施態様で
は、バッグフイルム２９自身が離型資材の機能を備えて
いる。必要に応じて設ける離型資材としては、樹脂は通
過できるが硬化後に剥がされＦＲＰ構造体から取り除く
ことが可能な離型資材（たとえば、ナイロン製タフタ織
物シートなど）が好ましい。さらにまた、バッグフイル
ム２９と強化繊維基材２３の型の上面側との間に、鉄板
等の剛性板を配置してもよい。

【００２６】注入された樹脂は、前述の如く、コア材２
２の大溝２４、小溝２５に沿って強化繊維基材２３の表
面の面方向に速やかに拡散しつつ、強化繊維基材２３の
厚み方向に徐々に含浸される。このとき同時に、リブや
キャップを形成するコ字状強化繊維基材２７、２８にも
樹脂が含浸され、リブやキャップが一体に成形される。
含浸された樹脂が、常温で、場合によっては加熱によっ
て硬化され、ＦＲＰ構造体が完成する。硬化後にバッグ
フイルム２９が取り除かれ、硬化したＦＲＰ構造体が型
２１から取り出される。このように、ＦＲＰ構造体が一
発成形される。

【００２７】上記成形において、コア材に設けられた溝
は、成形の際の樹脂の通り道となる。この溝は、今ま
で、コア材本体を形成した後に、機械加工による後加工
で形成されていたが、本発明においては、コア材本体の
成形と実質的に同時に成形により形成される。

【００２８】コア材が軽量な樹脂からなる場合には、コ
ア材の成形型に予め所望の溝パターンを形成しておき、
その型内に樹脂を注入することにより、コア材の成形と
同時に所定パターンの溝が成形される。

【００２９】コア材が発泡体からなる場合には、コア材
の成形型に予め所望の溝パターンを形成しておき、発泡
剤を含む樹脂等が型内に注入され、型内で発泡させるこ
とにより、所定パターンの溝を有する発泡体からなるコ
ア材が一発で成形される。

【００３０】したがって、溝形成のための後加工が不必
要になり、溝付きコア材の製作時間と費用が大幅に低減
される。これは、ＦＲＰ構造体の製造全体でみた場合に
も、ＦＲＰ構造体の製造時間とコストの両方の大幅な低
減につながる。とくに、比較的大型のＦＲＰ構造体の製
造、使用するコア材の数の多いＦＲＰ構造体の製造の場
合に効果が大きい。

【００３１】また、溝がコア材自身とともに成形により
形成されるので、実質的にあらゆる溝パターンが自由に
かつ容易に形成される。したがって、ＦＲＰ構造体成形
の際の樹脂の流路パターンが容易に最適化され、均質
で、部分的にも全体的にも特性の優れたＦＲＰ構造体が
得られる。

【００３２】このコア材の溝パターンの最適化は、製造
すべきＦＲＰ構造体等に応じて適宜決めればよい。図３
に、コア材の溝パターン部の各種例を示す。もちろん、
図３に示したパターン以外の、任意の溝パターンとする
ことができる。

【００３３】図３（イ）は、前述の図２に示したコア材
と同等の溝パターンを有するコア材１を示しており、大
溝（メイン溝）２の両側に実質的に直角方向に複数の小
溝（サブ溝）３が分岐されたパターンを示している。

【００３４】図３（ロ）は、大溝２に対し小溝４が斜め
方向に分岐し、かつ、互いに平行に延びるパターンを有
するコア材５を示している。

【００３５】図３（ハ）は、大溝２の両側に、山形形状
の小溝６が連通したパターンを有するコア材７を示して
いる。

【００３６】図３（ニ）は、複数の溝８が波状に延びる
ように形成されたパターンを有するコア材９を示してい
る。

【００３７】図３（ホ）は、溝１０が直交格子状に形成
されたパターンを有するコア材１１を示している。

【００３８】図３（ヘ）は、溝１２が斜め格子状に形成
されたパターンを有するコア材１３を示している。

【００３９】このように、コア材の溝は、成形によって
形成することにより、実質的に任意のパターンに形成さ
れ、製造すべきＦＲＰ構造体等に応じて、成形の際の樹
脂流路パターンが最適化される。

【００４０】また、コア材が発泡体の場合には、図４に
示すように、成形前の発泡体コア材１６に対し、所定の
凸型パターン１５ａを有する押型１５をホットプレスを
用いて押し付け、所定の溝パターン１７ａを形成して所
望のコア材１７を成形するようにしてもよい。この方法
によっても、コア材１７に最適な溝パターン１７ａを、
機械加工の制限を受けることなく、形成することが可能
である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコア材、
ＦＲＰ構造体、その製造方法によれば、コア材の溝をコ
ア材自身の成形と同時に形成するようにしたので、コア
材の製作、準備を含めたＦＲＰ構造体の製造全体につい
てみて、ＦＲＰ構造体をより安価にかつ効率よく一発成
形することができる。

【００４２】また、コア材の溝を容易に最適化できるの
で、ＦＲＰ構造体成形の際の樹脂の流路パターンを最適
化でき、より均質で特性に優れたＦＲＰ構造体を一発成
形できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＦＲＰ構造体の一発成形方法の一
例を示す概略構成図である。

【図２】図１の方法で用いられるコア材の拡大斜視図で
ある。

【図３】コア材の溝パターンの各種例を示すコア材の溝
パターン部の平面図である。

【図４】コア材の別の成形例を示す概略側面図である。

【符号の説明】

１、５、７、９、１１、１３コア材２、３、４、６、８、１０、１２溝１５ホットプレス押型１５ａ凸型パターン１６加工前の発泡体（コア材）１７加工後のコア材１７ａ溝パターン２１型２２コア材２３強化繊維基材２４、２５溝２７、２８コ字状強化繊維基材２９バッグフイルム（バッグ基材）３０真空ポンプ３１バルブ３２樹脂３３、３４エッジブリーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｃ 44/00 Ｂ３２Ｂ 3/02 Ｂ３２Ｂ 1/06 5/18 3/02 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｌ 5/18 67/22 // Ｂ２９Ｋ 105:04 105:08 307:04 Ｂ２９Ｌ 9:00 Ｆターム(参考） 4F100 AD11A AD11C AD11H AE01A AE01C AE06A AE06C AK04B AK07B AK12B AK15B AK33A AK33C AK44A AK44C AK51B AK52B AK53A AK53C BA03 BA06 BA10A BA10C BA13 DB05 DC11B DC14B DC15B DG01A DG01C DG01H DH02A DH02C DJ01B EC051 EC182 EH312 EJ591 JL02 YY00A YY00C YY00H 4F204 AA04 AA11 AA13 AA15 AA31 AA33 AA37 AA39 AA41 AC03 AD02 AD05 AD16 AD17 AG02 AG03 EA05 EB01 EB13 EB24 EK09 EK17 EK19 4F205 AA04 AA11 AA13 AA15 AA31 AA33 AA37 AA39 AA41 AC03 AD02 AD05 AD16 AD17 AG02 AG03 GA15 GB01 GB13 GB26 GC06 GD07 GF30 HB01 HC05 HC16 HC17 4F212 AA04 AA11 AA13 AA15 AA31 AA33 AA37 AA39 AA41 AC03 AD02 AD05 AD16 AD17 AG02 AG03 UA13 UB01 UG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溝付きコア材の少なくとも片面に強化繊
維基材を配置し、全体をバッグ基材で覆った後バッグ基
材で覆われた内部を真空状態にし、樹脂を注入して該樹
脂を前記コア材の溝を介して前記強化繊維基材の面方向
に拡散させつつ強化繊維基材の厚み方向に含浸してＦＲ
Ｐ構造体を一発成形するに際し、前記コア材として、溝
がコア材の成形と同時に形成されたコア材を用いること
を特徴とする、ＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項２】前記コア材が発泡体からなる、請求項１
のＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項３】前記コア材が、所定の溝パターンを有す
る成形型内での発泡により成形される、請求項２のＦＲ
Ｐ構造体の製造方法。
【請求項４】溝付きコア材の少なくとも片面に強化繊
維基材を配置し、樹脂により一体化されたＦＲＰ構造体
の成形に用いられるコア材であって、溝がコア材の成形
と同時に形成されていることを特徴とするコア材。
【請求項５】溝付きコア材の少なくとも片面に強化繊
維基材を配置し、樹脂により一体化されたＦＲＰ構造体
の成形に用いられるコア材であって、該コア材の溝表面
が主にスキン層であることを特徴とするコア材。
【請求項６】発泡体からなる、請求項４または５のコ
ア材。
【請求項７】所定の溝パターンを有する成形型内での
発泡により成形されている、請求項６のコア材。
【請求項８】所定の凸型パターンを有する押型でホッ
トプレスにより溝パターンが形成されている、請求項６
のコア材。
【請求項９】請求項１ないし３のいずれかに記載の方
法により製造されたＦＲＰ構造体。
【請求項１０】請求項４ないし８のいずれかに記載の
コア材を用いて成形されたＦＲＰ構造体。
【請求項１１】コア材の表面に断面積の異なる少なく
とも２種の溝が形成されている、請求項１０のＦＲＰ構
造体。
【請求項１２】ＦＲＰ層の体積繊維含有率が３５％以
上６５％以下であり、ボイド率が５％以下である、請求
項１０または１１のＦＲＰ構造体。
【請求項１３】ＦＲＰ構造体の強化繊維として、１本
当たりのフィラメント数が１０，０００〜３００，００
０本の範囲にある炭素繊維を用いることを特徴とする、
請求項１０ないし１２のいずれかに記載のＦＲＰ構造
体。
【請求項１４】請求項４ないし８のいずれかに記載の
コア材と、該コア材の少なくとも片面に配置された繊維
強化無機材料物とからなる繊維強化無機材料の構造体。