JP2016179598A - 繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体を簡便な設備で成形できる方法を提供する。
【解決手段】繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法であって、繊維強化熱可塑性樹脂を片面型の上に配置する工程と、前記繊維強化熱可塑性樹脂の上に面状発熱体を重ねる工程と、前記成形体と前記面状発熱体とを耐熱性バギング材で覆って耐熱性シール材でシールする工程と、前記耐熱性バギング材と前記片面型との間の空気を排出して真空状態にする工程と、前記面状発熱体により前記繊維強化熱可塑性樹脂を加熱する工程と、一定時間経過後に冷却する工程とを含む成形方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば繊維強化熱可塑性樹脂からなる自動車用部品を簡便な設備で成形できる方法に関する。

近年、自動車等の構造部品への繊維強化複合材料の適用が盛んに検討されている。例えば自動車のボンネット部品やルーフ部品は、炭素繊維複合材料などの繊維強化熱硬化性樹脂を用いて、オートクレーブ成形やレジントランスファーモールディング成形などの成形方法で成形されている。

しかし、これらの成形方法は、樹脂の硬化に時間を要するため成形時間が長くなることから、自動車部品の中でも少量生産されるレーシングカーやスーパーカー向けの部品に対して適用されてきたものの、年間数万台以上が生産される量産車向けの部品に対しては成形コストもかかるため適用するのが困難である。

また、繊維強化熱硬化性樹脂は一度硬化させると成形前の樹脂の状態に戻すことが困難であることから、材料のリサイクル性の観点からも量産車向けの部品へ適用するには課題が多いのが実状である。

そこで、これらの課題を解決するため、成形時間が短くリサイクルしやすい繊維強化熱可塑性樹脂を用いた成形体やその成形方法の検討が進められている。

例えば、繊維強化熱可塑性複合材料を雄型または雌型のオープンモールドに積層し、耐熱性バッグ材でオープンモールド全体を覆った後、バッグ材とオープンモールドの間の空気を排出することにより、バッグ材によって繊維強化熱可塑性複合材料をオープンモールドに密着させた状態で、加熱し、成形する加熱真空バッグ成形方法が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、耐熱性バッグ材でオープンモールド全体を覆うことは、自動車部品のように大きな成形体の場合には容易ではない。さらに、加熱源として熱風循環オーブンを用いると、成形体の大きさや数量に合せてオーブンを準備する必要があるので高コストになる問題がある。また、加熱源としてオープンモールドに設けた電気ヒータを用いると、型を所定の温度条件となるように急速に昇降温するための設備費が必要となる問題がある。

一方で、加熱源としてフレキシブルな面状発熱体を用いることも提案されており、比較的簡便に成形することが可能であるが、面状発熱体がバッグ材のオープンモールドとは反対側の表面に設置されているため、バッグ材が断熱材となってしまい所定の温度条件を得ることできないという問題がある。さらに、成形体が複雑形状である場合には、単に面状発熱体がバッグ材のオープンモールドとは反対側の表面に設置されるのみであるから、面状発熱体と成形体との間に間隙が生じやすく、温度斑が生じてしまうという問題がある。

特開２００４−２７６４７１号公報

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点を払拭するために、繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体を簡便な設備で成形できる方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法は、繊維強化熱可塑性樹脂を片面型の上に配置する工程と、前記繊維強化熱可塑性樹脂の上に面状発熱体を重ねる工程と、前記成形体と前記面状発熱体とを耐熱性バギング材で覆って耐熱性シール材でシールする工程と、前記耐熱性バギング材と前記片面型との間の空気を排出して真空状態にする工程と、前記面状発熱体により前記繊維強化熱可塑性樹脂を加熱する工程と、一定時間経過後に冷却する工程と、を含むことを特徴とする方法からなる。

このような本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法においては、繊維強化熱可塑性樹脂の上に面状発熱体を重ねて、成形体と面状発熱体とを一緒に耐熱性バギング材で覆っているため、繊維強化熱可塑性樹脂を所定の温度条件とすることができる。さらには、複雑形状を有する成形体であっても、繊維強化熱可塑性樹脂と面状発熱体が一緒に片面型に密着されるため、温度斑が生じにくく、高寸法精度で高品質な成形体を得ることができる。

上記本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法においては、片面型の材質は断熱材料から形成されることが、面状発熱体による熱が奪われにくいので好ましい。

上記本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法においては、面状発熱体が可とう性を有する材料からなることが、複雑形状を有する成形体であっても面状発熱体がその形状に合せて変形できるため、温度斑も生じにくいため、好ましい。可とう性を有する材料であれば特に限定されないが、繊維強化熱可塑性樹脂に密着させる場合に離型処理する必要がないシリコンゴムなどが挙げられる。

上記本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法において、強化繊維の形態としては特に限定されず、一方向連続繊維や織物、不連続マットなど、あるいはこれらの組み合わせを使用できるが、本発明においては、繊維強化熱可塑性樹脂の上に面状発熱体を重ねて、成形体と面状発熱体とを一緒に耐熱性バギング材で覆って耐熱シール材でシールし、耐熱バギング材と片面型との間の空気を排出して真空状態にするため、あらゆる方向から加圧された状態にあることから、熱可塑性樹脂の融点まで加熱しても溶融した熱可塑性樹脂が流れ出にくく、強化繊維も乱れにくい。そのため、一般的には繊維乱れを生じやすい一方向連続繊維に好適に用いることができる。

また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法において、強化繊維としては特に限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維など、あるいはこれらの組み合わせを使用できるが、自動車部品に要求される軽量で高強度、高剛性な性能を実現できる観点から炭素繊維を用いることが好ましい。

また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法においては、熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、自動車用部品に要求される強度、剛性、耐熱性の観点から、ポリアミド系樹脂であることが好ましい。

このように、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法によれば、熱風循環オーブン等の大きな設備を整える必要もなく比較的簡便で低コストに成形することができる。また、複雑な形状を有する成形体であっても高寸法精度で高品質に成形することができる。さらには、熱可塑性樹脂を用いていることから、熱硬化性樹脂に比べて成形時間を短縮することができ、リサイクル性にも優れるため、例えば自動車部品の量産に好適である。

本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の製造装置を示す概略断面図である。 従来の繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の製造装置を示す概略断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら従来技術と対比して説明する。

図１は、本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂２からなる成形体の製造装置１を示す概略断面図を示している。本実施態様では、繊維強化熱可塑性樹脂２を作業台３の上に設置した片面型４の上に配置し、繊維強化熱可塑性樹脂２の上に面状発熱体５を重ね、耐熱性バギング材６で覆って耐熱性シール材７でシールし、耐熱性バギング材６、片面型４および作業台３で囲まれる空間の空気を真空ポンプ８にて排出して真空状態とし、面状発熱体５により加熱し、一定時間経過後に冷却する成形方法が示されている。

ここで真空状態としては、耐熱性バギング材６によって、繊維強化熱可塑性樹脂２と面状発熱体５とを片面型４に密着できる程度でよく、１００〜１００ｋＰａの低真空状態でよい。

加熱時の温度としては、繊維強化熱可塑性樹脂２に用いられる熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ（℃）に対して（Ｔｍ−１０）℃から（Ｔｍ＋１０）℃までの範囲内に調整するのが好ましい。（Ｔｍ−１０）℃より低いと、熱可塑性樹脂が十分に溶融しないので繊維強化熱可塑性樹脂２からなる成形体の寸法精度が悪化する。また、（Ｔｍ＋１０）℃より高いと、溶融した熱可塑性樹脂の粘度が低くなりすぎて、熱可塑性樹脂が流れやすく樹脂バリが多発するおそれがある。加熱時の温度を、（Ｔｍ−１０）℃からＴｍの範囲内に調整すると、繊維強化熱可塑性樹脂２からなる成形体の寸法精度を確保するのに十分な溶融状態にあり、かつ樹脂バリを抑制することもできるのでより好ましい。そして、必要な寸法精度を確保するため上述の温度にて一定時間保持した後に、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ近傍まで温度を下げると脱型しやすい。

耐熱性バギング材６および耐熱性シール材７としては、繊維強化熱可塑性樹脂２に用いられる熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ（℃）に耐えうる程度の耐熱性を有する材料からなるのが好ましい。例えば、シリコン系、合成ゴム系、フッ素系のものが挙げられる。

片面型４は、断熱材料から形成されるのが、面状発熱体５による熱が奪われにくいので好ましい。材質は断熱材料であれば特に限定されないが、入手性や機械加工性の観点から、木質材料、石膏材料、樹脂材料などが挙げられる。また、片面型４の表面は、成形体を脱型しやすいように離型処理しておくのが好ましい。さらに、後加工しやすいように、トリムラインのケガキを設けておいてもよい。

面状発熱体５は、例えばシリコンゴムなど可とう性を有する材料からなることが、成形体が複雑形状を有する場合でも面状発熱体５がその形状に合せて変形できるため、温度斑も生じにくく好ましい。さらに面状発熱体５に用いられる伝熱線としては、一般的なニクロム線とすることもできるし、高強度な炭素繊維を用いた伝熱線とすることもできる。炭素繊維は、熱容量が鋼等の金属系材料に比べると大きいことから設定温度に対して変動しにくいので好ましい。

繊維強化熱可塑性樹脂２に用いられる強化繊維の形態としては特に限定されず、一方向連続繊維や織物、不連続マットなど、あるいはこれらの組み合わせを使用できるが、本発明の成形方法によれば、熱可塑性樹脂の融点Ｔｍまで加熱しても強化繊維が乱れにくいため、一般的には繊維乱れを生じやすい一方向連続繊維に好適に用いることができる。

繊維強化熱可塑性樹脂２に用いられる強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維など、あるいはこれらの組み合わせを使用できるが、自動車部品に要求される軽量で高強度、高剛性な性能を実現できる観点から炭素繊維を用いることが好ましい。

また、繊維強化熱可塑性樹脂２に用いられる樹脂としては、自動車用部品に要求される強度、剛性、耐熱性の観点から、ポリアミド系樹脂であることが好ましいが、熱可塑性樹脂であれば特に限定されない。

一方、図２は、従来技術による繊維強化熱可塑性樹脂１２からなる成形体の製造装置１１を示す概略断面図を示しており、面状発熱体１５がバッグ材１６のオープンモールド１４とは反対側の表面に設置されるため、バッグ材１６が断熱材となって所定の温度状態を得ることできないという不具合が生じる。

さらに、繊維強化熱可塑性樹脂１２からなる成形体が複雑形状である場合には、単に面状発熱体１５がバッグ材１６のオープンモールド１４とは反対側の表面に配置されるのみであるから、面状発熱体１５と繊維強化熱可塑性樹脂１２との間に間隙が生じやすく、温度斑が生じてしまう。

上述の実施態様は、あくまで例示であって、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成のすべてを含むものである。

本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法は、軽量化等を目標とするあらゆる自動車部品に適用できるほか、航空機や船舶用の大型部品にも安価な設備で適用できるし、ノート型パソコン筐体等の電子機器用部品にも好適である。

１、１１ 製造装置
２、１２ 繊維強化熱可塑性樹脂
３ 作業台
４、１４ 片面型
５、１５ 面状発熱体
６、１６ 耐熱性バギング材
７、１７ 耐熱性シール材
８、１８ 真空ポンプ

Claims (6)

1. 繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法であって、前記繊維強化熱可塑性樹脂を片面型の上に配置する工程と、前記繊維強化熱可塑性樹脂の上に面状発熱体を重ねる工程と、前記成形体と前記面状発熱体とを耐熱性バギング材で覆って耐熱性シール材でシールする工程と、前記耐熱性バギング材と前記片面型との間の空気を排出して真空状態にする工程と、前記面状発熱体により前記繊維強化熱可塑性樹脂を加熱する工程と、一定時間経過後に冷却する工程と、を含むことを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体の成形方法。
2. 前記片面型が断熱材料から形成される、請求項１に記載の繊維強化樹脂からなる成形体の成形方法。
3. 前記面状発熱体が、可とう性を有する材料からなる、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂からなる成形体の成形方法。
4. 前記繊維の形態が一方向連続繊維である、請求項１から３のいずれかに記載の繊維強化樹脂からなる成形体シートの成形方法。
5. 前記繊維が炭素繊維である、請求項１から４のいずれかに記載の繊維強化樹脂からなる成形体の成形方法。
6. 前記樹脂がポリアミド系樹脂である、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂からなる成形体の成形方法。

Images