JP5625264B2 - 長繊維強化樹脂成形体とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、長繊維強化樹脂成形体とその製造方法に関する。

従来、炭素繊維などの長繊維を強化繊維として用いた長繊維強化樹脂成形体を製造する際には、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグが中間材として使用されている。このようなプリプレグとしては、具体的には、一方向に引きそろえられた長繊維に熱硬化性樹脂を含浸した一方向プリプレグ、長繊維の織物に熱硬化性樹脂を含浸したクロスプリプレグなどがある。
プリプレグを所望の形状に成形する方法としては、相対移動自在な上型と下型とを有する圧縮成形用型を使用して、加熱下で成形する圧縮成形法がある。
図６は、面状の長繊維強化樹脂成形体を製造するための従来の圧縮成形用型の一例を示す図である。図７は、図６の圧縮成形用型を用いて成形された面状の成形体を示す図である。図６の圧縮成形用型は、上型３１と下型３２とが上下に相対接近してキャビティ３３を形成し、キャビティ３３内でプリプレグを圧縮成形するようになっている（例えば特許文献１の図２参照。）。

このような圧縮成形用型３０では、上型３１と下型３２は、これらが上下に相対接近してキャビティ３３を形成した際に、キャビティ３３の外周縁部において上型３１と下型３２とが上下方向に延びるガス抜き用の間隔３４を形成しつつ、嵌合されるようになっている。この間隙３４は、通常、加熱により流動性が高くなった樹脂材料ははみ出さず、例えば熱硬化反応によりキャビティ３３内で発生したガスが抜ける程度の距離Ｃ’（例えば、０．０５〜０．１ｍｍ）に設定されている。このような間隙３４が形成される部分はシェアエッジ部と呼ばれている。

国際公開第０４／０４８４３５号パンフレット

しかしながら、図７に示すように、このような圧縮成形用型３０を用いて成形された成形体４０の縁部は、角部４１ａ、４１ｂを有する形状となる。
このような角部４１ａ、４１ｂを有する形状は、この成形体４０が人の手などに触れるものである場合には、角部４１ａ、４１ｂが怪我の原因となる可能性がある点や、角部４１ａ、４１ｂが製造時に欠損しやすい点などから、好適ではない。

このような問題を解決するために、成形体４０の角部４１ａ、４１ｂを切削加工などの後処理で削り落とし、丸めることも考えられるが、このような切削加工は非常に手間がかかり、生産性の点で問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、角部のない縁部を備え、物性や外観が良好で、生産性にも優れた長繊維強化樹脂成形体とその製造方法の提供を課題とする。

本発明の長繊維強化樹脂成形体は、縁部が充填材を内包し、かつ、前記縁部の端面が凸曲面状をなすように一体成形されている。
前記充填材は、ＳＭＣからなることが好ましい。
本発明の長繊維強化樹脂成形体としては、長繊維強化樹脂成形体本体の縁部に、前記充填材を備えた縁部材が一体化されている形態が好ましい。
その他には、縁部が前記充填材を内包するように巻き込まれている形態も例示できる。
本発明の長繊維強化樹脂成形体の製造方法は、縁部が充填材を内包するプリプレグを圧縮成形して、前記縁部の端面が凸曲面状である長繊維強化樹脂成形体を一体成形するものである。

本発明によれば、角部のない縁部を備え、物性や外観が良好で、生産性にも優れた長繊維強化樹脂成形体とその製造方法を提供できる。

第１実施形態例の長繊維強化樹脂成形体を示す部分断面図である。 図１の長繊維強化樹脂成形体の圧縮成形に好適に使用される圧縮成形用型の（ａ）部分縦断面図と、（ｂ）（ａ）の一部を拡大した拡大図である。 第２実施形態例の長繊維強化樹脂成形体を示す部分断面図である。 第３実施形態例の長繊維強化樹脂成形体を示す部分断面図である。 第４実施形態例の長繊維強化樹脂成形体を示す部分断面図である。 圧縮成形用型の一例を示す部分縦断面図である。 図６の圧縮成形型で成形された成形体の部分断面図である。

本発明の長繊維強化樹脂成形体は、縁部が充填材を内包し、かつ、この縁部を構成する端面が凸曲面状をなすように、一体成形（一括成形）されたものである。
ここで「充填材を内包する」とは、充填材が露出しないように被覆された状態のことを意味する。
以下本発明について、実施形態例を挙げて詳細に説明する。

［第１実施形態例］
図１は、第１実施形態例の長繊維強化樹脂成形体（以下、成形体という。）１０Ａについて、その縁部を含む要部を示した部分断面図である。
この例の成形体１０Ａは、面状に形成された長繊維強化樹脂成形体本体（以下、成形体本体という。）１１と、この成形体本体１１の縁部における一方の面１１ａに一体化された縁部材１２とを有して構成されている。成形体本体１１は、長繊維で熱硬化性樹脂が強化された長繊維強化樹脂からなっている。そして、縁部において、成形体本体１１と縁部材１２とで構成される端面１３は、凸曲面状に形成されている。
また、この例の縁部材１２は、充填材１２ａを備えるとともに、この充填材１２ａが露出しないように充填材１２ａの全周を覆う被覆材１２ｂを備えている。充填材１２ａはＳＭＣ（短繊維と熱硬化性樹脂からなるシートモールディングコンパウンド）からなり、被覆材１２ｂは、成形体本体１１と同じ種類の長繊維と同じ種類の熱硬化性樹脂とを備えた長繊維強化樹脂からなっている。

このような成形体１０Ａは、端面１３が凸曲面状に形成されているため、端面１３が平面状に形成されている場合のような角部が存在しない。そのため、この成形体１０Ａが人の手などに触れるものであっても、怪我の原因となる可能性が低く、製造時における角部の欠損も起こらない。
また、このような成形体１０Ａは、縁部が充填材１２ａを内包している。そのため、成形時の樹脂流れによって熱硬化性樹脂が過剰になり、強度が低下して欠けやすい傾向にある成形体本体１１の縁部を充填材１２ａで補強することができ、物性に優れた成形体１０Ａとすることができる。加えて、充填材１２ａは露出しないように内包されているため、樹脂流れが起こりやすいＳＭＣなどが充填材１２ａとして使用されている場合であっても、ＳＭＣ中の熱硬化性樹脂が成形時に成形体本体１１側へと移動してしまう現象を効果的に防ぐことができる。よって、このような樹脂流れに起因して、成形体本体１１の繊維配向が乱れて物性が変化してしまうという問題や、外観が低下するという問題を防止することができる。
また、このような成形体１０Ａは、後述の圧縮成形用型を使用した圧縮成形により、一体成形されたものであって、縁部を切削加工するなどの後処理工程や、成形体本体１１と縁部材１２とを別々に製造して接着剤で接着する工程などを必要としないため、少ない工程数で製造でき、生産性に優れる。

また、この例では、充填材１２ａが露出しないようにあらかじめ被覆材１２ｂで全周が覆われたうえで、縁部材１２が成形体本体１１に一体化されている。そのため、より効果的に上述の樹脂流れを防ぐことができる。加えて、成形体本体１１と縁部材１２との接着部分では、成形体本体１１と充填材１２ａではなく、成形体本体１１と被覆材１２ｂとが接着している。よって、成形体本体１１と被覆材１２ｂとを同じ種類の長繊維と同じ種類の熱硬化性樹脂とで構成することによって、成形体本体１１と縁部材１２との接着性も優れる。

この例の成形体１０Ａは、例えば次のようにして製造することができる。
まず、充填材用のＳＭＣと、被覆材用のシート状プリプレグとを用意する。ついで、シート状プリプレグでＳＭＣの全周を覆い、プリプレグ縁部材を製造する。一方、成形体本体用の面状のプリプレグ本体を用意し、このプリプレグ本体の縁部における一方の面にプリプレグ縁部材を配置して、縁部が充填材を内包するプリプレグを製造する。
ついで、このプリプレグを図２に示すような圧縮成形用型２０で圧縮成形する。
または、シート状プリプレグでＳＭＣの全周を覆ったものを圧縮成形型２０に装填後、引き続き、成形体本体用の面状のプリプレグ本体を圧縮成形型２０に装填することにより、縁部が充填材を内包するプリプレグを圧縮成形型２０内において製造し、これを引き続き圧縮成形してもよい。
圧縮成形の前には、予備成形と脱気とを行ってもよい。

この圧縮成形用型２０は、一対の型として上型２１と下型２２とを備え、この例では、下型２２に対して上型２１が鉛直方向に昇降することで、相対移動自在、すなわち相対接近または相対離間が可能とされている。上型２１と下型２２には、成形面２３、２４がそれぞれ形成され、上型２１と下型２２とが相対接近することにより、これら成形面２３、２４で囲まれたキャビティ２５が形成される。キャビティ２５内では、プリプレグが加熱されながら圧縮され、図１の成形体１０Ａが圧縮成形される。なお、この例では、プリプレグを加熱する手段は図示していない。

そして、この圧縮成形用型２０は、上型２１と下型２２とがそれぞれ対向面２１ａ、２２ａを有しており、上型２１と下型２２とが相対接近してキャビティ２５を形成した際には、この一対の対向面２１ａ、２２ａが対向するようになっている。
具体的には、この対向面２１ａ、２２ａは、相対移動の方向に対して垂直な面（この例では水平面）であり、キャビティ２５の外周縁部において、相対移動の方向に対して垂直方向（この例では水平方向）に延びる間隙２６を介して、互いに対向するように形成されている。対向面２１ａ、２２ａの間に形成された間隙２６は、プリプレグが加熱されて、プリプレグを構成する熱硬化性樹脂の流動性が高くなったとしてもはみ出さず、熱硬化反応などによりキャビティ２５内で発生したガスが抜ける程度の距離Ｃ（例えば、０．０５〜０．１ｍｍ）に設定されている。
なお、この例の圧縮成形用型２０では、間隙２６は、対向面２１ａ、２２ａにおいて水平方向に延びた後、垂下して、型外に通じるように形成されている。

圧縮成形では、まず、予め上型２１と下型２２とを所定の温度（成形温度）まで加熱しておく。ついで、プリプレグを下型２２の成形面２４上に配置した後、上型２１を下型２２の方に降下させて圧縮成形用型２０を型締めし、上型２１および下型２２により形成されるキャビティ２５内で、プリプレグを加熱しながら圧縮する。
こうして圧縮成形した後、上型２１を上昇させて圧縮成形型２０を型開きし、成形された成形体１０Ａを取り出す。
取り出された成形体１０Ａには、圧縮成形中に間隙２６の部分に熱硬化性樹脂がはみ出したことによるバリが形成されていることがあるが、その場合には、バリを落とすための研磨などを必要に応じて行う。
上型２１と下型２２の材質としては、圧縮成形時に溶融したり変形したりしないものであればよく、好ましくは金属が用いられるが、場合によっては樹脂であってもよい。
このような圧縮成形用型２０を使用することによって、縁部が充填材１２ａを内包し、かつ、凸曲面状であって角部のない端面１３を備えた図１のような成形体１０Ａを一体成形することができる。

成形体本体１１を構成する長繊維強化樹脂としては、一方向に引きそろえられた長繊維に熱硬化性樹脂を含浸した一方向プリプレグ、長繊維の織物に熱硬化性樹脂を含浸したクロスプリプレグなどから製造されるものが例示できる。成形体本体１１は、このようなプリプレグを適宜複数枚重ねた積層体から形成されてもよい。
長繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、ステンレススチール繊維等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

縁部材１２を構成する充填材１２ａとしては、成形性に優れるとともに、縁部をより効果的に補強できる点から、強化繊維として短繊維を用いたＳＭＣが好適であるが、例えば、強化繊維を含まない熱硬化性樹脂を使用してもよい。また、軽量な金属、樹脂が発泡剤により発泡した発泡体、プリフォームされた樹脂成形体などを使用してもよい。ＳＭＣを使用する場合には、成形体本体１１に使用された長繊維と同じ材質の短繊維と、成形体本体１１と同じ種類の熱硬化性樹脂とから構成されるものを使用することが好ましい。
充填材１２ａを被覆する被覆材１２ｂとしては、成形体本体１１と同じ種類の長繊維と熱硬化性樹脂とを備えたクロスプリプレグや、スクリムクロスプリプレグなどから製造される長繊維強化樹脂を使用すると、成形体本体１１との接着性が優れるとともに、充填材１２ａがＳＭＣ、熱硬化性樹脂などの場合にも、硬化前の熱硬化性樹脂が外側に漏れにくく好ましい。

［第２実施形態例］
図３は、第２実施形態例の成形体１０Ｂについて、その縁部を含む要部を示した部分断面図である。
この例の成形体１０Ｂの縁部材１２は、充填材１２ａが露出しないように、被覆材１２ｂが充填材１２ａを覆っているだけでなく、成形体本体１１の一方の面（縁部材１２が一体化された側の面）１１ａに沿って端面１３側とは反対側に延出し、この延出した延出部１２ｃも成形体本体１１の一方の面１１ａと接着している点で、第１実施形態例の成形体１０Ａと異なっている。
このような成形体１０Ｂによれば、延出部１２ｃの分だけ、第１実施形態例の成形体１０Ａよりも成形体本体１１と縁部材１２との接着面積が大きくなるため、成形体本体１１と縁部材１２とがより良好に接着する。
この成形体１０Ｂも、第１実施形態例の場合と同様の方法により、一体成形することができる。

［第３実施形態例］
図４は、第３実施形態例の成形体１０Ｃについて、その縁部を含む要部を示した部分断面図である。
この例の成形体１０Ｃの縁部材１２は、充填材１２ａが露出しないように、被覆材１２ｂが充填材１２ａを覆っている点では第１および第２実施形態例の成形体１０Ａ、１０Ｂと同様である。ただし、被覆材１２ｂが充填材１２ａの全周を覆っているのではなく、充填材１２ａにおいて成形体本体１１の一方の面１１ａとは接触していない非接触面のみを覆っている。そして、縁部材１２が成形体本体１１と一体化されることで、充填材１２ａが露出せず内包されるように構成されている点で、第１および第２実施形態例の成形体１０Ａ、１０Ｂとは異なっている。そして、被覆材１２ｂは、成形体本体１１の一方の面１１ａに沿って端面１３側とは反対側に延出するとともに、成形体本体１１の端面１３側にも延出し、これら延出した延出部１２ｃが成形体本体１１と接着することで、成形体本体１１と縁部材１２とが一体化されている。
この際、被覆材１２ｂと、この被覆材１２ｂと接着する成形体本体１１の表面とで、同じ種類のプリプレグが使用されていると、被覆材１２ｂの延出部１２ｃが成形体本体１１と良好に接着し、好適である。

この成形体１０Ｃも、第１および第２実施形態例の場合と同様の方法により、一体成形することができる。ただし、この例の場合には、シート状プリプレグでＳＭＣの全周を覆ったプリプレグ縁部材を製造する必要はなく、面状のプリプレグ本体の縁部における一方の面に、充填材用のＳＭＣを配置してから、これを覆うように被覆材用のシート状プリプレグを配置して、これを圧縮成形用型２０で圧縮成形すればよい。

［第４実施形態例］
図５は、第４実施形態例の成形体１０Ｄについて、その縁部を含む要部を示した部分断面図である。
この例の成形体１０Ｄは、成形体本体と充填材を有する縁部材とが一体化された構成ではなく、面状の成形体１４の縁部が充填材１２ａを内包するように巻き込まれている点で、第１〜３実施形態例の成形体１０Ａ〜１０Ｃと異なっている。
この例の成形体１０Ｄによれば、第１〜３実施形態例のように、被覆材１２ｂを使用する必要がないため、少ない材料で構成でき、コストを抑制することができる。
この成形体１０Ｄを製造する場合には、面状の長繊維強化樹脂からなるプリプレグを圧縮成形型２０内に配置し、さらにその縁部に充填材１２ａを配置し、充填材１２ａが露出しないように縁部を内側に巻き込んだ状態として、圧縮成形すればよい。

以上説明したように、各例の成形体１０Ａ〜１０Ｄによれば、端面１３が凸曲面状に形成されている。そのため、この成形体１０Ａ〜１０Ｄが人の手などに触れるものであっても、怪我の原因となる可能性が低く、製造時における角部の欠損も起こらない。
また、このような成形体１０Ａ〜１０Ｄは、縁部が充填材１２ａを内包している。そのため、強度が低下しやすい傾向にある縁部を充填材１２ａで補強することができ、物性に優れた成形体１０Ａ〜１０Ｄとすることができる。加えて、樹脂流れが起こりやすいＳＭＣなどが充填材１２ａとして使用されている場合であっても、ＳＭＣ中の熱硬化性樹脂の移動を防ぎ、物性変化や外観低下を抑制することができる。
また、このような成形体１０Ａ〜１０Ｄは、一体成形されたものであって、縁部１３を切削加工するなどの後処理工程や、成形体本体１１と縁部材１２とを別々に製造して接着剤で接着する工程などを必要としないため、少ない工程数で製造でき、生産性に優れる。
なお、成形体１０Ａ〜１０Ｄは、その縁部の全部、すなわち全周縁部が充填材を内包し、かつ、全周端面が凸曲面状をなすものであってもよいし、必要に応じて部分的に充填材を内包し、その部分を構成する端面が凸曲面状をなすものであってもよい。

１０Ａ〜１０Ｄ 長繊維強化樹脂成形体
１１ 長繊維強化樹脂成形体本体
１２ 縁部材
１２ａ 充填材
１２ｂ 被覆材
１２ｃ 延出部
１３ 端面
１４ 面状の成形体
２０ 圧縮成形用型
２１ 上型
２１ａ 対向面
２２ 下型
２２ａ 対向面
２３ 成形面
２４ 成形面
２５ キャビティ
２６ 間隙

Claims (2)

1. 縁部が充填材を内包し、かつ、前記縁部の端面が凸曲面状をなすように一体成形され、
   前記縁部が前記充填材を内包するように巻き込まれている面状の長繊維強化樹脂成形体であって、
   前記充填材が、ＳＭＣまたは熱硬化性樹脂からなる長繊維強化樹脂成形体。
2. 縁部が充填材を内包するように巻き込まれているプリプレグを圧縮成形して、前記縁部の端面が凸曲面状である面状の長繊維強化樹脂成形体を一体成形する長繊維強化樹脂成形体の製造方法であって、
   前記充填材が、ＳＭＣまたは熱硬化性樹脂からなる長繊維強化樹脂成形体の製造方法。

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