JPH04144722A - 繊維強化樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法に関するもの
であり、詳しくは、高い繊維含有率を有する繊維強化樹
脂成形体の製造方法に関するものである。さらに、本発
明方法は、成形体の表面平滑性を改善する方法としても
有効である。

［従来の技術］ 繊維強化樹脂複合材料が大型構造材の分野に使われるよ
うになってきて、軽量でしかも強度、剛性が高いこと、
すなわち比強度、比剛性が高いことが一段と重要になっ
てきた。これを達成するためには繊維含有率を高くする
ことが効果的である。

［発明が解決しようとする謀ＷＡｌ 繊維含有率を高くするには型の中に載置する繊維強化材
の量を増やせば良いのであるが、この場合型の中での樹
脂の流動性が低下し、大型の成形品が出来なかったり、
できてもボイドが多かったりして、良好な成形品が得ら
れにくい。

［課題を解決するための手段］ そこで本発明者等は、このような事情に鑑み、鋭意検討
した結果、成形用型のキャビティの中に繊維強化材を載
置し、型を閉じて樹脂を注入して硬化し、型を開いて成
形体を取り出す繊維強化樹脂成形体の製造に際して、キ
ャビティを密閉状態に保持したまま型を増し締めするこ
とにより注入、時の樹脂の流動性を高い状態に保ちつつ
繊維含有率の高い成形体を製造出来ることを見いだし、
本発明を完成した。すなわち、本発明の目的は、繊維含
有率の高い繊維強化樹脂成形体を製造する方法を提供す
るものである。さらに本発明の別の目的は繊維含有率が
高いのと同時に大型で表面平滑性の良好な成形体を得る
ことである。

そして、かかる目的は、 （１）成形用型のキャビティの中に繊維強化材を載置し
、上型と下型を閉じて樹脂を注入して硬化し、型を開い
て成形体を取り出す繊維強化樹脂成形体の製造方法にお
いて、完全に閉じた位置まで閉じることなくキャビティ
内を密閉状態に保持したまま樹脂を注入して硬化させ硬
化反応の進行に伴って両型の距離を徐々に小さくして硬
化反応の終了前に型を完全に閉じた位置にすることを特
徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法により、容易に
達成される。

以下に、本発明をより詳細に説明する。

本発明で言う繊維強化樹脂とは、繊維で強化された樹脂
であり、繊維としては、無機、有機から選ばれる材料か
らなり、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維
、ボロン繊維、珪素繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリ
エチレン繊維等が挙げられる。繊維の長さは、限定され
ないが、機械的強度を高くするためには、長い方が好ま
しい。

繊維強化材の形態としては、マット、織物、あるいはこ
れらの組み合わせたものが好ましく用いられる。

本発明で言うマトリックス樹脂とは、反応射出成形機に
よって成形可能な熱可塑性、熱硬化性、あるいはこれら
を組み合わせた樹脂である。これらの樹脂は、液状の樹
脂原料の形態で型の中に注入される。液状樹脂原料は混
合後ただちに型内に注入することが好ましい。液状樹脂
原料とは、前記樹脂の原料となる二液、あるいは三液性
のものであり、これらを衝突混合させて硬化させること
が出来る。樹脂原料の粘度は、型温や混合比に依存する
が、混合後、注入する時点で低いほど好適であり、具体
的には５０ｃｐ以下が好ましい。硬化速度は型内に充填
する時は遅く、充填が完了した後は速やかに硬化するこ
とが好ましい。具体的には、硬化時間として１０分以下
、好ましくは５分以下、より好ましくは３分以下がよい
。本発明の樹脂としては、エポキシ、ビニルエステル、
不飽和ポリエステル、フェノール、ビスマレイミド、ウ
レタン、ポリウレタン、ポリイソシアヌレート等の熱硬
化性樹脂、ポリアミド、ポリカーボネイト等の熱可塑性
樹脂の原料が挙げられる。また、ノルボルネン型重合性
モノマー、およびアリノ呟ビニル、アクリル、メタクリ
ル型の炭素−炭素二重結合を有するモノマー、オリゴマ
ーがら重合される熱硬化性樹脂も含まれる。これらの樹
脂に反応性希釈剤、触媒、内部離型剤等の添加物を適宜
添加してもよい。

次に、本発明の繊維強化樹脂成形体を製造する方法を説
明する。

型としては、金属製、樹脂製のいずれがを用いても良い
。型キャビティの表面は、研磨等により平滑に仕上げて
おくことが好ましい。これは、本発明方法に従って成形
体の表面平滑性を良好にする上で重要であり、また、成
形時の離型性を良くする上でも重要である。

型の中には、所定量の繊維強化材を所定の位置に載置す
る。繊維強化材は、マントのみ、繊維のみを一枚以上積
層して載置してもよいし、これらを適宜組み合わせて載
置してもよい。

この後、型を閉じるのであるが、まず繊維強化材が」ユ
型キャビティ面と下型キャビテイ面の両面に接し、しか
も樹脂の流動に際して該強化材が移動しない程度の位置
まで型を閉じる。通常この位置は、繊維の含有率にもよ
るが、型を完全に閉じた位置から成形体の厚さの２〜１
００％、好ましくは５〜５０％、より好ましくは１０〜
４０％離れた位置がよい。この時、上型と下型とは完全
に閉じた位置にはないにもかがわらず、キャビティの中
が密閉されていることが必要である。密閉する方法とし
てはパーティング面上の周辺部に粘度、パテ等の塑性変
形する物質を挾み込んだり、ゴム等の弾性変形する物質
を挟み込むことにより行われる。

この状態で、液状樹脂原料を注入する。密閉するために
型の間に挟み込んだ物質は、注入圧に耐えることが必要
である。液状樹脂原料としては、前記の熱硬化性樹脂、
熱可塑性樹脂、添加物、およびこれらを組み合わせたも
のの中から選ばれる。注入方法としては、反応射出成形
の常法により行い、温度、圧力等の操作条件は個々の樹
脂の性状、成形体の要求性能等により適宜決められる。

注入量は、成形する成形体の体積、繊維含有率等により
選定しうる。

型の温度は、成形に用いる樹脂の硬化温度により適宜決
められる。

注入が完了したら、硬化反応が始まるが、硬化反応の進
行に伴って両型の距離を小さくし硬化が完了する前の樹
脂の柔らかい段階で最終的な位置まで型を締める。この
時、段階的に締めても良いし、連続的に締めても良い。

締めるタイミング、速度等の操作条件は、樹脂の性質や
成形条件等に応じて適宜選定する。ここで重要なことは
、型の密閉性を維持しながら締めることである。密閉性
が損なわれると樹脂が型の外に漏れて出てきたり、成形
体の中にボイドが多く発生したりして好ましない。

注入段階で型を完全に閉じていない状態にしておくとこ
は、繊維の含有率のより低い状態で注入することになる
ので、流動性が良く、大型の成形体を成形するのに好適
である。型を締めることにより、繊維の含有率を高くす
ることが出来る。繊維含有率の上限としては、型締めに
より繊維が破断する限界であり、例えばコンティニュア
ス、ランダムガラスマット（旭ファイバーグラス社製“
Ｃ８Ｍ　８６００　”　）であれば体積含有率で約４５
％である。

繊維含有率の向上により成形体の機械的強度は向上する
。

また、樹脂の注入に際して、型を２０〜９０度の範囲で
傾斜させて下側から樹脂を注入することは、型内の繊維
層の中に存在する空気を効果的に排除できるため好まし
い。これらの空気が成形体の中に残留すると成形体の機
械的強度を損なう。したがって型締めを段階的または連
続的に行うことと型を傾斜させることを組み合わせるこ
とにより、成形体の機械的強度は著しく改善される。

さらに、型をタイミングよく段階的または連続的に締め
ることは、樹脂の硬化収縮に起因する表面平滑性の不良
を相殺する効果をも有し、好ましい。

型締めの最終的な位置において樹脂の硬化が完了したら
、型を開き、成形体を取り出す。

なお、本発明の製造方法により繊維含有率の高く表面平
滑性の良い成形体を得るに際しては、型キャビティの形
状が成形体表面にそのまま転写されるため、該キャビテ
ィ自体の表面平滑性が良いことが重要であることは言う
までもない。

［実施例］ 以下に本発明を実施例を用いて更に詳細に説明するが、
本発明はその要旨をこえない限り、実施例に限定される
ものではない。

実施例１ 型としては、盤面の大きさが、縦３００ｍｍ、横３００
ｍｍで、キャビティの深さ３ｍｍの金属製のものを用い
た。型キャビティの表面は研磨により＃６００に仕上げ
た。型の温度は上型、下型とも１２０°Ｃに保った。樹
脂原料としては、ビスフェノールＦ型ジグリシジルエー
テルとグリシジルメタクリレート（“’ＳＹモノマーＧ
″：阪本薬品社製）を重量比で５０対５０で混合したも
の（以下、Ａと略記）とメチル無水テトラヒドロフター
ル酸と２−エチル−４−メチル−イミダゾールと１．１
−ビス（ｔ−ブチル−オキシ）３゜３、５−　）リメチ
ルシクロヘキサン（“パーへキサ３Ｍ′”：日本油脂社
製ンを重量比で１０６対５対１で混合したもの（以下、
Ｂと略記）を用いた。繊維としては、縦２９５ｍｍ、横
２９５ｍｍで目付は量６００ｇ　／　ｍ”のガラス繊維
マットを用いた。

前記型の中に、前記のガラスマットを５枚重ねて配置し
、周辺部にパテを盛りつけて、約５　ｔｏｎの型締め力
で型を締めた。この時、上型と下型の間には０．５ｍｍ
程度の隙間があった。この後、樹脂原料（ＡおよびＢ）
を重量比で１０対９となるように反応射出成形機により
混合し、直ちに型内に注入した。型の内圧は約２　ｋｇ
　／　ａｍ２であった。注入の約１分後から型締め力を
徐々に上げ、約２分で型締め力は２０　ｔｏｎに達し、
型は完全に閉じた。この後、７分後に型を開き、成形体
を取り出した。

得られた成形体の表面の平滑性は前記型キャビティの表
面と同様にきわめて良好であり、樹脂の収縮による凹み
が見られなかった。また、繊維層の中への樹脂の含浸性
もきわめて良好であった。

成形体の曲げ強度は４２．０ｋｇ　／　ｍｍ２、曲げ弾
性率は１．７５０ｋｇ／ｍｍ２であった。

比較例１ 繊維強化材を載置し、型を最終的な位置まで完全に閉じ
た後樹脂を注入したこと以外は実施例１と同様にして成
形を行った。

得られた成形体には中央部分に繊維層が露出した未含浸
部があり、含浸した部分にも細かいボイドが多数見られ
た。成形体の表面には樹脂の硬化収縮に起因する凹みが
見られた。成形体の曲げ強度は３６．５ｋｇ　／　ｍｍ
２、曲げ弾性率は１，３４０ｋｇ　／　ｍｍ２であった
。

［発明の効果］ 本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法を用いることに
より、高強度、高弾性率で、しかも表面平滑性のきわめ
て良好な成形体を容易に得ることが出来る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形用型のキャビティの中に繊維強化材を載置し
   、上型と下型を閉じて樹脂を注入して硬化し、型を開い
   て成形体を取り出す繊維強化樹脂成形体の製造方法にお
   いて、上型と下型を完全に閉じた位置まで閉じることな
   くキャビティ内を密閉状態に保持したまま樹脂を注入し
   、硬化反応の進行に伴って両型の距離を徐々に小さくし
   て硬化反応の終了前に両型を完全に閉じた位置にするこ
   とを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。