JP2011104862A

JP2011104862A - Ｆｒｐサンドイッチパネルの製造方法およびｆｒｐサンドイッチパネル

Info

Publication number: JP2011104862A
Application number: JP2009262063A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamada; 直樹山田
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】外観や表面特性が優れた高品質のＦＲＰサンドイッチパネルを安価に製造することができるＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法を提供する。
【解決手段】ＦＲＰサンドイッチパネル１０をＶＡＲＴＭ成形法により成形する際に、パネル構成部材として、強化繊維材１、芯材２、強化繊維材３を型面上にドライ積層する段階で、この積層体の少なくとも一方の表皮面に予め形成された表皮形成材４をドライ積層し、熱硬化性樹脂の含浸により積層体と表皮形成材とを一体構造にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法およびその製造方法によるＦＲＰサンドイッチパネルに関し、特に、ＶＡＲＴＭ（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding：真空補助樹脂含浸）成形法を用いてＦＲＰサンドイッチパネルを成形する際に、サンドイッチパネルの最外層における表皮形成材を一体構造で成形するようにしたＦＲＰサンドイッチパネルの表面形成方法に関する。

ＦＲＰサンドイッチパネルは、芯材の両面に強化繊維材を配置して樹脂含浸により一体化させた構造のものであり、舟艇、鉄道車両、プラント設備、建物、航空機など様々な分野において広く利用されている。そして、長さが３ｍ以上の大型のものは一般にＶＡＲＴＭ法で成形されている。

このようなＦＲＰサンドイッチパネルの構造やＶＡＲＴＭ成形法などを用いた製造方法については、例えば、特許文献１〜３に開示されている。
特許文献１には、芯材とＦＲＰ製表面材との間に樹脂の粘度を調整して含浸した布帛を介在させたＦＲＰ製パネルが開示されている。
特許文献２には、意匠面側のＦＲＰ層の強化繊維基材とコア材との間に、樹脂拡散媒体を配置したＦＲＰ構造体およびその製造方法が開示されている。
特許文献３には、芯材の一方側の面に樹脂拡散溝と、溝底から他面側へ貫通する樹脂流動孔を設けたコア材を用いるＦＲＰ構造体およびその製造方法が開示されている。

また、従来のＶＡＲＴＭ成形によるＦＲＰサンドイッチパネルの製法は、平らな成形定盤の上に積層設置されたドライ状態の強化繊維布と芯材全体をフィルムで覆って周囲をシールし、真空に近い状態でワンショットでパネル全体を樹脂含浸させるもので、ボイドが少ない高品質のＦＲＰサンドイッチパネルを効率良く製作することができる。
この製法では、真空パック内に樹脂を吸い込んで含浸させるために低粘度のビニルエステル樹脂やポリエステル樹脂などが使用される。
また、この製法で出来上がったＦＲＰ材質の単位体積に占める樹脂の割合は低くなる。これは、ドライな強化繊維布を真空パックの中で圧縮した状態で樹脂をしみ込ませるので、繊維間の空隙が非常に少なくなるためである。強化繊維の含有率は高いので軽量で高強度な製品を得る上で好ましいものの、耐水性や耐食性といったプラスチック母材そのものが持つ特性に対しては機能低下が懸念される。

特開２００４−２７６４６１号公報特開２００３−１１８０１９号公報特開２００２−８６５７９号公報

従来のＶＡＲＴＭ成形法やＶＡＲＴＭ成形法によるサンドイッチ成形品には以下に示すような課題があった。
（１）ＶＡＲＴＭ成形法では、繊維含有率の高い高強度な製品となるが、その表面近くでは繊維が型ないしフィルム直下のピールプライなどに接した状態であるので、耐水性や耐食性を確保するための十分な厚さの樹脂層を形成することはできない。このため、耐水性や耐食性が必要なタンク内壁などにはガラスマットなどを使って手積み成形し、更に樹脂分の多い層を形成する必要がある。但し、製品の上に手積みしたものは型面とは違って平滑さや光沢性などが劣ることとなる。
（２）大型のサンドイッチ成形では、定尺幅の強化繊維の布を用いる場合、強度の連続性を確保するために複数の布をラップさせて並べる必要がある。こうしたもののサンドイッチ成形品は型面側は型面同等の平滑さが得られるが、成形面（型面と反対の面）では布のラップによる凹凸が生じて、平滑にならない。
（３）型面にゲルコート層を形成してサンドイッチ構造を製作することもできるが、この方法ではゲルコート層を形成して硬化させてからドライ繊維布を積層することになるので、時間や工数がかかる。また、成形面側にゲルコート層を形成することはできない。
（４）サンドイッチ表面の耐候性や外観を向上させるために高耐候性のＦＲＰ板や化粧板などを貼付させることも考えられるが、広い面積にわたって接着する際に接着部にボイドが混入したり、接着むらが生じたりするし、手間がかかる。

本発明は、前述のような課題に鑑みてなされたもので、外観や表面特性が優れた高品質のＦＲＰサンドイッチパネルを安価に製造することができるＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法およびそれによるＦＲＰサンドイッチパネルを提供することを目的とする。

本発明に係るＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法は、ＦＲＰサンドイッチパネルをＶＡＲＴＭ成形法により成形する際に、パネル構成部材として、強化繊維材、芯材、強化繊維材を型面上にドライ積層する段階で、この積層体の少なくとも一方の表皮面に予め形成された表皮形成材をドライ積層し、熱硬化性樹脂の含浸により積層体と表皮形成材とを一体構造にすることを特徴とする。

このように、予め形成した表皮形成材を配置してＶＡＲＴＭ成形することにより、ＦＲＰサンドイッチパネルの平滑性や耐候性などの表面改質を簡単に行うことができる。
また、ＶＡＲＴＭ成形の工程で表皮形成材を接着してしまうので、新たに表皮形成材を貼り付ける工程を省略することができる上に、接着部にボイドや剥離が発生しない高品質な接着ができる。
従来のようにＦＲＰサンドイッチ構造体を形成してから表面を塗ったり、意匠となる化粧板等を貼り付けたりするものではなく、本発明のＦＲＰサンドイッチパネルの製作と同時に平滑で見栄えのよい表面を形成することができる。

また、本発明のＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法においては、表皮形成材として、市販のＦＲＰ製平板またはプラスチック製平板を用いる。
これにより、表面特性に優れたＦＲＰサンドイッチパネルを安価に製造することができる。

また、本発明のＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法においては、特性の異なる材料からなる表皮形成材がＦＲＰサンドイッチパネルの両面に配置されているものである。
したがって、ＦＲＰサンドイッチパネルの両面を使用目的に応じた特性に容易に変更できるので設計自由度度が高いものである。

本発明に係るＦＲＰサンドイッチパネルは、芯材の両面に強化繊維材が配置され、更に少なくとも一方の強化繊維材と表皮形成材とが平滑面を形成するように、上記のいずれかの製造方法により製造されたことを特徴とする。
本発明のＦＲＰサンドイッチパネルは、従来のＦＲＰサンドイッチパネルに比べて、平滑性に優れ、かつ、表皮形成材の接着部にボイドや接着むらがほとんどないパネルであるという特徴がある。

以上のように、本発明によれば、外観や表面特性が優れた高品質のＦＲＰサンドイッチパネルを安価に製造することができる。

本発明の実施の形態１に係るＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法の一例を示す概念図である。実施の形態１に係るＦＲＰサンドイッチパネルに用いる芯材の外観図である。従来のＦＲＰサンドイッチ構造体の断面図である。従来のＦＲＰサンドイッチパネルの断面図である。本発明のＦＲＰサンドイッチパネルの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法の一例を示す概念図、図２は、このＦＲＰサンドイッチパネルに用いる芯材の外観図である。
本実施の形態に係るＦＲＰサンドイッチパネル１０の製造に使用するＶＡＲＴＭ成形法について、図１を参照しながら説明する。
まず、定盤型５０の上に、ＦＲＰサンドイッチパネル１０の構成要素となる繊維布１（強化繊維材）、芯材２、繊維布３（強化繊維材）をこの順にドライ状態で積層（ドライ積層）する。その際、型面側および／または成形面側（型面と反対側の面）に、予め形成された表皮形成材４をドライ積層しておく。表皮形成材４は、図示のように両方の面に配置してもよいし、どちらか一方の面に配置してもよい。特に、一方の面に配置する場合は、高い平面度を確保できる型面５１上に表皮形成材４を配置することが好ましい。
なお、図１に示す例では、型面側の表皮形成材４、繊維布１、芯材２、繊維布３、成形面側の表皮形成材４をこの順にドライ積層している。なお、強化繊維材としては、ＧＦ（ガラス繊維）やＣＦ（炭素繊維）、ＡＦ（アラミド繊維）などが使用される。

芯材２は、ここでは図２に示すように、両面（型面側と成形面側）に樹脂流通用の溝加工が施されたものを使用している。樹脂流通用の溝２１は、縦横に設けてあり、樹脂含浸時に、樹脂が各面の一方側から他方側に向けて万遍に流動するように設けられている。なお、芯材２の材質としては、軽量なプラスチックフォームやバルサ材などが使用されるが、特に材質について限定するものではない。

次に、上記のように各部材１〜４がドライ積層された積層体の周囲をシール材５２で囲むとともに、その積層体全体をシール材５２を介してパッキングフィルム５３で覆う。そして、パッキングフィルム５３を通して、一方の端部側に型面側樹脂供給チューブ５４および成形面側樹脂供給チューブ５５を挿入し、他方の端部側には真空発生装置（図示せず）に接続された脱気用チューブ５６を挿入する。
そして、脱気用チューブ５６を通じてパッキングフィルム５３内部の空気を吸引し減圧するとともに、型面側樹脂供給チューブ５４および成形面側樹脂供給チューブ５５より熱硬化性樹脂を供給する。これにより、積層体は圧縮作用を受けながら熱硬化性樹脂が含浸していく。熱硬化性樹脂としては、ビニルエステルや不飽和ポリエステル、エポキシなどが用いられる。

減圧下で型面側および成形面側に熱硬化性樹脂を供給することにより、それぞれの面に供給された熱硬化性樹脂は芯材２の各面に設けられた樹脂流通用溝２１を流れて芯材２の各面に沿って一方の端部から他方の端部に向かって拡散し、かつ芯材２の板厚方向に浸透していく。更に、型面側に供給された熱硬化性樹脂は芯材２の型面側に積層された繊維布１に浸透していくとともに、型面側に設けられた表皮形成材４に対しその積層面全面にわたって熱硬化性樹脂が均一に行き渡る。成形面側の熱硬化性樹脂も同様に、芯材２の成形面側に積層された繊維布３に浸透していくとともに、成形面側の表皮形成材４に対しその積層面全面にわたって熱硬化性樹脂が均一に行き渡る。したがって、表皮形成材４が広い面積のものであっても熱硬化性樹脂が樹脂むらもなく均一に行き渡る。
このようにして積層体全体に熱硬化性樹脂を含浸させた後は熱硬化性樹脂を硬化させる。これによって、ＦＲＰサンドイッチ構造体上に、耐水性や耐食性など表面性能に優れた表皮成形材４が一体化されたＦＲＰサンドイッチパネルが出来上がる。

以上のように、本実施の形態に係るＦＲＰサンドイッチパネル１０は、ＦＲＰサンドイッチパネル１０をＶＡＲＴＭ成形法により成形する際に、パネル構成部材のドライ積層段階で、型面側および／または成形面側（型面と反対側の面）に表皮形成材４をドライ積層しておき、樹脂含浸時に表皮形成材４を当該積層体と一体化させて硬化して製作するものである。

ＶＡＲＴＭ成形法で作った従来のＦＲＰサンドイッチ構造体１００の特徴は、図３に示すように、型面側は定盤面に接していたために凹凸のない平面であるのに対し、成形面（定盤と反対側の面）はフィルムでパッキングされていた面であるので、繊維布３の重なりによる凹凸があることである。
そして、従来法では、図４に示すように、成形硬化したＦＲＰサンドイッチ構造体１００に接着剤１０１を用いて表皮形成材４を接着してＦＲＰサンドイッチパネル２００を製作していたので、表皮形成材４の接着作業に多くの時間、手間がかかっていた。
また、表皮形成材４の接着の際に、広い面にわたって接着面に気泡を混入させずに接着することはまず不可能に近く、表皮形成材４が透明ないし半透明の場合、その気泡が見えるため欠陥品扱いとされかねないものであった。
また、表皮形成材４の周囲にはＦＲＰサンドイッチ構造体１００の面との間に段差が生じ、一体感の無い外観となっていた。

一方、本発明の製造方法で作製したＦＲＰサンドイッチパネル１０は、図５に示すように、ＶＡＲＴＭ成形時のドライ積層工程で表皮形成材４を並べるだけであり、接着はＶＡＲＴＭ成形する際の樹脂により接着され、ＦＲＰサンドイッチ構造体と一体構造となるものである。このため、接着の時間や手間が省ける上に表皮形成材４とＦＲＰサンドイッチ構造体のＦＲＰ層との間に気泡がほとんど存在しない完璧な接着ができる。
また、成形面側に置いた表皮形成材４は繊維布３のラップで生ずる凹凸をカバーして、平滑な面が得られる。
更に、表皮形成材４の周囲は型面側では段差が無く、成形面側でもなだらかな斜面となるＦＲＰサンドイッチ構造体のＦＲＰ層に埋没した一体構造となり、優れた外観を呈するものとなる。

また、型面側の表皮形成材４と、成形面側の表皮形成材４とは特性の異なる材料とすることができる。この場合、例えば型面側の表皮形成材４は耐候性に優れた材料とし、成形面側の表皮形成材４は耐食性や耐水性に優れた材料とし、いずれも板厚をそれほど厚くしなくても所望の特性を保持することができる。

なお、ヨットやボートなど、雌型を用いて成形する製品では型面にゲルコート層を形成して製品をつくることにより平滑な表面が形成できる。

本発明のその他の実施形態としては以下のようなものが上げられる。
（１）表皮形成材として市販の平板（ＦＲＰ製平板やプラスチック製平板等）を用いた製品とする。
この場合は、平滑性、耐候性、着色などが高品質で簡単に安価に行うことができる。
（２）表皮形成材に代えて太陽光パネルを配置する。
サンドイッチ構造と一体成形による工数低減が可能となる。
（３）表皮形成材に代えて板ガラスを配置する。
表面硬度や平滑性が向上する。
（４）表皮形成材に代えて外観改良のためのプラスチック製化粧板、ポスターなどを用いた製品とする。
新たな外観や意匠を付与することができる。
（５）表皮形成材に代えて大理石薄板を用いる。
建築資材の軽量化、高強度化、断熱性付与を図ることができる。

１繊維布（強化繊維材）
２芯材
３繊維布（強化繊維材）
４表皮形成材
１０ＦＲＰサンドイッチパネル
２１樹脂流通用の溝
５０定盤型
５１型面
５２シール材
５３パッキングフィルム
５４型面側樹脂供給チューブ
５５成形面側樹脂供給チューブ
５６脱気用チューブ

Claims

ＦＲＰサンドイッチパネルをＶＡＲＴＭ成形法により成形する際に、パネル構成部材として、強化繊維材、芯材、強化繊維材を型面上にドライ積層する段階で、この積層体の少なくとも一方の表皮面に予め形成された表皮形成材をドライ積層し、熱硬化性樹脂の含浸により積層体と表皮形成材とを一体化させたことを特徴とするＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法。
表皮形成材として、市販のＦＲＰ製平板またはプラスチック製平板を用いることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法。
特性の異なる材料からなる表皮形成材がＦＲＰサンドイッチパネルの両面に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法。
芯材の両面に強化繊維材が配置され、更に少なくとも一方の強化繊維材と表皮形成材とが平滑面を形成するように、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするＦＲＰサンドイッチパネル。