JP4965295B2 - プリフォームおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＦＲＰ成形用の強化繊維基材からなるプリフォームの製造方法およびその方法により製造されたプリフォーム、並びにそのプリフォームを用いて成形されたＦＲＰ成形品に関する。

例えばドライの強化繊維基材を予め所定の形状に賦形し、賦形されたプリフォームにマトリックス樹脂を含浸させてＦＲＰを成形する方法は広く展開されており、成形方法としては、例えば、予め所定の形状に賦形されたプリフォームを型上や型内に配置してその上からシート状のバッグ材で覆い、内部を減圧して液状樹脂を注入、含浸させた後、樹脂を硬化させる、ＲＴＭ(Resin Transfer Molding)成形方法、とくに真空ＲＴＭ成形方法が知られている。

強化繊維基材を予め所定の形状に賦形するには、例えば、賦形型上に強化繊維基材を配置し、その上からシート状のバッグ材で覆って内部を減圧し、外部の大気圧をバッグ材にかけてバッグ材により強化繊維基材を賦形型に密着させて賦形する方法が知られている（例えば、特許文献１）。また、強化繊維基材を賦形型に皺等を発生させることなく密着させるために、賦形型にセットされた強化繊維基材の中央部を押さえ、その中央部から端部へち離隔する方向に向かって強化繊維基材を連続的に抑えていく方法も知られている（例えば、特許文献２）。
特開２００６−１２３４０４号公報 特開２００６−１８８７９１号公報

ところが、ＦＲＰ成形品が、例えば、リブ材を含む場合、そのリブ材には強度向上のため、平面部から隆起した凸形状のビード部が設けられることが多く、そのリブ材の成形のためには、強化繊維基材のプリフォームとしても、ビード部を有する形状に賦形される。このようなビード部を有するプリフォームを賦形する場合に、単に上記のように賦形型上に配置した強化繊維基材をバッグ材で覆って、内部減圧によってバッグ材により強化繊維基材を型上でのビード部（以下、型ビード部と称する。）を有する賦形型に押圧していくだけの方法では、型ビード部の頂点部から先に基材を押圧してしまうため、型ビード部間等に存在する凹部に対してはうまく賦形できず、基材が賦形型に沿わずにブリッジ状に突っ張ってしまうことがある。このように賦形されたプリフォームを用いてＦＲＰを成形すると、基材ブリッジ部が樹脂リッチになり、均一な物性の成形品が得られないおそれがある。また、型ビード部の頂点部から先に基材を押圧してしまうため、効率良く皺を端部側に逃がす力が働かず、プリフォームに皺が発生してしまうおそれもある。

皺の発生防止には、上記特許文献２に記載の方法が有効と考えられるが、この方法を採用したとしても、上記のようなビード部を有する場合には、型ビード部間等に存在する凹部位置では賦形型に密着させた賦形が困難であり、やはり基材にブリッジが発生して上記同様の問題が生じるおそれがある。

そこで本発明の課題は、とくに強化繊維基材を複数のビード部が配列されたプリフォームに賦形するに際し、強化繊維基材に皺やブリッジを発生させることなく、所定の形状に正確に効率よく賦形することが可能な、プリフォームの製造方法およびその方法により製造されたプリフォームを提供することにあり、本発明はさらにそのプリフォームを用いて成形されたＦＲＰ成形品も提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るプリフォームの製造方法は、平面部と、該平面部から隆起し所定方向に複数配列されたビード部とを有するＦＲＰを成形するためのプリフォームを製造する方法であって、
前記平面部に対応する形状の型平面部を有し、前記各ビード部に対応する形状の型ビード部が複数前記型平面部上に配列された賦形型上に、強化繊維基材を配置する工程と、
前記強化繊維基材を上からラバーシートで覆う工程と、
前記型ビード部の配列方向における略中央部にて型ビード部間に位置する型平面部部位に対応する中央位置において、前記ラバーシート上に錘を配置する工程と、
前記型ビード部の配列方向に前記中央位置の両側に位置する各型平面部部位に対応する各位置において、前記中央位置から離れる方向に、前記ラバーシート上に錘を所定数に至るまで先に配置した錘を残した状態で順次配置していく工程と、
所定数の錘を配置した後、前記ラバーシートで密閉された内部を減圧して該ラバーシートに前記強化繊維基材を前記賦形型に押し付ける押圧力を発生させ、該強化繊維基材を該賦形型に密着させて賦形する工程と、
を有し、前記各錘の前記ラバーシート上における平面形状が、前記各型ビード部の縁部に沿った部分を有する形状に形成されており、前記各錘が、型ビード部の縁部に対応する位置から型平面部の縁部に対応する位置まで延びていることを特徴とする方法からなる。

すなわち、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、プリフォームの各ビード部に対応する形状の型ビード部が型平面部上に配列された賦形型上に、強化繊維基材を配置されてラバーシートで覆われた状態で、複数の錘が順次ラバーシートに配置されるが、先ず、中央部の型ビード部間に位置する型平面部部位、つまり中央位置に配置され、その両側方向に、同様の型ビード部間に位置する型平面部部位に配置され、最終的に、所定数に至るまで順次配置されていく。所定数に至るまでとは、例えば、最終の型ビード部に隣接する型平面部部位に至るまでである。この方法では、分割された複数の錘によって、中央位置からその両側に向けて順次ラバーシートが基材方向に押圧されていき、それに伴って、強化繊維基材は、発生しようとする皺が型ビード部配列方向に（例えば、プリフォームや基材長手方向に）逃がされつつ、各型ビード部から、型ビード部間に位置する型平面部部位や型ビード部に隣接する型平面部部位に至る型部位に形状に沿って賦形型に密着するように押圧される。その結果、皺の発生が防止されつつ、かつ、型ビード部間等でのブリッジの発生が防止されつつ、強化繊維基材が所定の凹凸形状に賦形され、所定形状のビード部を有するプリフォームが精度良く形成されることになる。

この本発明に係るプリフォームの製造方法においては、上記各錘のラバーシート上における平面形状が、各型ビード部の縁部に沿った部分を有する形状に形成されている。これによって、強化繊維基材がラバーシートを介して、より的確に、各型ビード部の形状（輪郭）に沿って賦形型に押圧され、より精度の良いプリフォームの賦形が可能になる。各型ビード部の縁部の平面形状としては、例えば、トラック形状や、端部先細り形状に形成される。

また、上記各錘は、型ビード部の縁部に対応する位置から型平面部の縁部に対応する位置まで延びている。これにより、型ビード部周囲の、押圧されることが望ましい型平面部の実質的に全範囲にわたって、ラバーシートおよび強化繊維基材が錘によって押圧され、プリフォームがビード部と平面部の両方にわたって、所定形状に精度良く賦形される。

上記賦形工程には加熱工程（例えば、賦形型の加熱工程）を含めることができ、それによって賦形が容易化されるとともに、より短時間での賦形が可能となる。

上記強化繊維基材としては、一枚の基材から構成することも可能であるが、複数の基材が積層された強化繊維基材積層体からなることが好ましい。とくに、強化繊維基材積層体からなる場合にはブリッジが生じやすいので、本発明がとくに有効である。

また、強化繊維基材積層体からなる場合、複数の基材間に熱可塑性樹脂が点在されている形態も好ましい。点在された熱可塑性樹脂により、基材同士を接合（仮接合）できるので、型への搬送・賦形時に基材の配向角度のずれを防止できる。熱可塑性樹脂は、予め基材の少なくとも一面に点在させておき、その状態で基材同士を積層すればよい。

上記強化繊維基材としては、とくにドライの強化繊維織物を含んでいる形態を挙げることができる。また強化繊維基材の強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維、または炭素繊維などが好ましい。中でも、炭素繊維は比強度および比弾性率に優れ、耐吸水性に優れるのでより好ましい。

上記プリフォームとしては、上記平面部およびビード部に加え、平面部から折れ曲がって延びるフランジ部を有している形態を採ることができる。このフランジ部は、フランジ部自体が補強リブの役目を果たしたり、プリフォームがビード部を有するリブ材成形用のプリフォームである場合、そのリブ材を主成形品（主部材）に接合する際の接合部としての役目を果たすものである。

また、上記各型ビード部は、型ビード部の配列方向と交差する方向における各型ビード部の端部における幅が端縁にいくにつれ徐々に狭まる形状に形成されている形態を採ることができる。つまり、前述したようなトラック形状や、端部先細り形状に形成された形態である。

また、強化繊維基材の、型ビード部の配列方向と交差する方向における端部に、強化繊維基材の端縁から強化繊維基材内に向けて延びる切り込みが形成されている形態を採ることができる。この場合、型ビード部の配列方向と交差する方向において、型ビード部の端縁の位置と切り込み奥端の位置がオーバーラップしていることが好ましい。このような切り込みを形成しておくことにより、とくに上述の如く、型ビード部がトラック形状や、端部先細り形状に形成されている場合、基材賦形の際に型ビード部の端部では基材が局部的に引っ張られたり皺が発生する方向に縮められたりすることがあり得るが、このような局部的な基材の伸縮を切り込みで自然に吸収させることが可能になる。

本発明は、上記のような方法により製造されたプリフォームについても提供する。

前述の如く、プリフォームがＦＲＰ成形品のリブ材を成形するために用いられるものである場合、上記のような方法により製造されたプリフォームが特に有効である。

本発明はまた、このようなプリフォームを用い、ＲＴＭ成形方法（真空ＲＴＭ成形方法を含む）により成形されたＦＲＰ成形品についても提供する。

本発明に係るプリフォームの製造方法によれば、強化繊維基材を、平面部と複数のビード部を有する形状に、皺やブリッジを発生させることなく、精度良く賦形することが可能になり、所望のＦＲＰ成形用のプリフォームを確実に得ることができる。

このプリフォームを用いて成形されたＦＲＰは、樹脂リッチ部等の発生のない、均一な所望の物性を有することになる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施態様に係る、平面部と、該平面部から隆起し所定方向に複数配列されたビード部とを有するＦＲＰを成形するためのプリフォームの製造方法を示している。本方法においては、図１に示すような、上記平面部に対応する形状の型平面部２を有し、上記各ビード部に対応する形状の型ビード部１が複数、型平面部２上に配列された賦形型３が用いられる。この賦形型３上に、図２に示すように、強化繊維基材４（例えば、強化繊維基材積層体、とくに点在された熱可塑性樹脂により、基材同士が接合された強化繊維基材積層体、さらにはドライの強化繊維織物を含んでいる形態）が配置される。この強化繊維基材４が上からラバーシート５で覆われ、周囲がシール材６でシールされ、内部が密閉される。この内部に対しては、該内部を真空吸引により減圧できるように、例えば真空ポンプ７が接続されている。

この状態で、図３に示すように、先ず、型ビード部１の配列方向における略中央部にて型ビード部１間に位置する型平面部２部位に対応する中央位置Ａにおいて、ラバーシート５上に錘８が配置される。続いて、型ビード部１の配列方向に上記中央位置Ａの両側に位置する各型平面部２部位に対応する各位置Ｂ、Ｃにおいて錘８が配置され、さらに中央位置Ａから離れる方向に、ラバーシート５上に錘８が所定数に至るまで順次配置されていく。所定数の錘８が配置された後、ラバーシート５で密閉された内部が真空ポンプ７による吸引により減圧され、それによってラバーシート５上の大気圧とラバーシート５内の真空圧との差圧により、ラバーシート５に強化繊維基材４を賦形型３に押し付ける押圧力が発生され、該強化繊維基材４が該賦形型３に密着されて、強化繊維基材４がプリフォームとして賦形される。

上記錘８は、例えば図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように形成されている。本実施態様では、各錘８のラバーシート５上における平面形状が、各型ビード部１の縁部に沿った部分を有する形状（各型ビード部１の平面輪郭に沿った部分を有する形状）に形成されており、各型平面部２部位に対応する部位を押圧するための錘と端部型平面部２部位に対応する部位を押圧するための錘とを有している。より具体的には、本実施態様では各型ビード部１の平面形状がトラック形状に形成されているので、各錘８のラバーシート５上における平面形状も、このトラック形状の約半分に相当する形状部分を有する形状に形成されている。このような所定数の錘８により、型ビード部１周囲の、押圧されることが望ましい型平面部２の実質的に全範囲にわたって、ラバーシート５および強化繊維基材４が押圧可能となっている。

上記のように、錘８が中央位置Ａからその両側に向けて順次配置されていくことにより、皺が端部方向に逃がされつつ、ラバーシート５および強化繊維基材４が、各型ビード部１および各型平面部２部位に密着するように順次押圧されていく。とくに本実施態様では、各型ビード部１の形状（輪郭）に沿って順次賦形型３に押圧されていくので、ブリッジが生じることも防止され、正確に賦形型３の形状に沿った精度の良いプリフォームの賦形が可能になる。賦形に際しては、例えば、賦形型の加熱による加熱工程を含めることができ、それによって賦形が容易化されるとともに、より短時間での賦形が可能となる。

また、賦形すべきプリフォームが、例えば図５に示すように、ビード部１１、平面部１２に加え、プリフォームの長手方向または／および幅方向端部にフランジ部１３を有するプリフォーム１４の場合には、図６に示すように、強化繊維基材２１に、切り込み２２を形成しておくことが好ましい。これら切り込み２２は、型ビード部１の配列方向と交差する方向Ｘにおける強化繊維基材２１の端部に、強化繊維基材２１の端縁から強化繊維基材２１内に向けて延びるように形成される。そして、型ビード部１の配列方向と交差する方向Ｘにおいて、型ビード部１の端縁の位置Ｄ（つまり、強化繊維基材２１のビード相当部位２３の端縁の位置）と切り込み２２の奥端の位置Ｅがオーバーラップしていることが好ましい。このような切り込み２２を形成し、このような端縁位置関係としておくことにより、強化繊維基材２１が型ビード部１の形状に沿って絞られる際の局部的な伸縮方向の変形が切り込み２２によって自然に吸収される（切り込み２２の自在な形状変化によって自然に吸収される）。その結果、フランジ部１３を有するプリフォーム１４の場合にも、皺等の発生が確実に防止され、確実に所定形状への賦形が可能になる。

このような賦形により、図７に示すように、精度良くビード部３１、平面部３２、さらにはフランジ部３３が形成されたプリフォーム１４が製造されることになる。

本発明に係る方法により高精度に賦形されたプリフォームを用いることにより、とくにＲＴＭ成形方法（中でも、真空ＲＴＭ成形方法を含む）によって、樹脂リッチ部等を発生させずに均一な所望物性を有するＦＲＰ成形品が確実に成形されることになる。

本発明は、平面部とビード部を有するあらゆるプリフォームおよびそれを用いたＦＲＰの成形に適用でき、とくに、リブ材を成形するために用いられるプリフォームおよびそれを用いたＦＲＰの成形に好適なものである。

本発明の一実施態様に係るプリフォームの製造方法に用いられる賦形型の斜視図である。 図１の賦形型を用いたプリフォームの製造方法における一工程を示す概略構成図である。 図２の次の工程を示す概略構成図である。 図３の錘の形状例を示す全錘のラバーシート上における平面図（Ａ）および一つの錘のラバーシート上における拡大平面図（Ｂ）である。 プリフォームの形状例を示す概略断面図である。 切り込みを形成する場合の強化繊維基材の形状例を示す平面図である。 本発明により賦形されたプリフォームの形状例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 型ビード部
２ 型平面部
３ 賦形型
４ 強化繊維基材
５ ラバーシート
６ シール材
７ 真空ポンプ
８ 錘
１１ ビード部
１２ 平面部
１３ フランジ部
１４ プリフォーム
２１ 強化繊維基材
２２ 切り込み
３１ ビード部
３２ 平面部
３３ フランジ部
Ａ 中央位置
Ｂ、Ｃ 中央位置Ａの両側に位置する各型平面部部位に対応する位置
Ｄ 型ビード部の端縁の位置
Ｅ 切り込みの奥端位置
Ｘ 型ビード部の配列方向と交差する方向

Claims (12)

1. 平面部と、該平面部から隆起し所定方向に複数配列されたビード部とを有するＦＲＰを成形するためのプリフォームを製造する方法であって、
   前記平面部に対応する形状の型平面部を有し、前記各ビード部に対応する形状の型ビード部が複数前記型平面部上に配列された賦形型上に、強化繊維基材を配置する工程と、
   前記強化繊維基材を上からラバーシートで覆う工程と、
   前記型ビード部の配列方向における略中央部にて型ビード部間に位置する型平面部部位に対応する中央位置において、前記ラバーシート上に錘を配置する工程と、
   前記型ビード部の配列方向に前記中央位置の両側に位置する各型平面部部位に対応する各位置において、前記中央位置から離れる方向に、前記ラバーシート上に錘を所定数に至るまで先に配置した錘を残した状態で順次配置していく工程と、
   所定数の錘を配置した後、前記ラバーシートで密閉された内部を減圧して該ラバーシートに前記強化繊維基材を前記賦形型に押し付ける押圧力を発生させ、該強化繊維基材を該賦形型に密着させて賦形する工程と、
   を有し、前記各錘の前記ラバーシート上における平面形状が、前記各型ビード部の縁部に沿った部分を有する形状に形成されており、前記各錘が、型ビード部の縁部に対応する位置から型平面部の縁部に対応する位置まで延びていることを特徴とするプリフォームの製造方法。
2. 前記賦形工程が加熱工程を含む、請求項１に記載のプリフォームの製造方法。
3. 前記強化繊維基材が、複数の基材が積層された強化繊維基材積層体からなる、請求項１または２に記載のプリフォームの製造方法。
4. 前記複数の基材間に熱可塑性樹脂が点在されている、請求項３に記載のプリフォームの製造方法。
5. 前記強化繊維基材が、ドライの強化繊維織物を含んでいる、請求項１〜４のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
6. 前記プリフォームが、前記平面部およびビード部に加え、前記平面部から折れ曲がって延びるフランジ部を有している、請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
7. 前記各型ビード部が、前記型ビード部の配列方向と交差する方向における各型ビード部の端部における幅が端縁にいくにつれ徐々に狭まる形状に形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
8. 前記強化繊維基材の、前記型ビード部の配列方向と交差する方向における端部に、強化繊維基材の端縁から強化繊維基材内に向けて延びる切り込みが形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
9. 前記型ビード部の配列方向と交差する方向において、型ビード部の端縁の位置と前記切り込み奥端の位置がオーバーラップしている、請求項８に記載のプリフォームの製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の方法により製造されたプリフォーム。
11. ＦＲＰ成形品のリブ材を成形するために用いられる、請求項１０に記載のプリフォーム。
12. 請求項１０または１１のプリフォームを用い、ＲＴＭ成形方法により成形されたＦＲＰ成形品。

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