JPS6249843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化プラスチツクス（以下、単に
FRPという）成形品の新規な製法に関する。さ
らに詳しくは、ゲルコート層および芯材を有する
FRP成形品をレジンインジエクシヨン法（以
下、単にＲ／Ｉ法という）により製造する方法に
関する。

FRPは通常硬化性樹脂、触媒、各種添加剤お
よび補強繊維を組合わせた素材から成形される強
度の大きい構造材料であり、比較的軽量でしかも
多種多様な成形品を成形することが可能であるか
ら、自動車、船舶などから浴槽、浄化槽、さらに
は平板、波板にいたる広い分野で、なかでも比較
的形状の簡単なものに使用されている。

FRP成形の主な方法としてハンドレイアツプ
法、スプレーアツプ法、Ｒ／Ｉ法で代表される接
触圧成形法があり、こらの方法のうちハンドレイ
アツプ法およびスプレーアツプ法は比較的大型の
FRP成形品の製造に適しているが、作業能率が
わるくて成形サイクルが長いばかりでなく、硬化
性樹脂が硬化する際に生ずる大きな収縮のために
成形品の平面が平滑にならず、成形品の表面に補
強繊維が浮き出して外観不良の原因となつてい
る。

他方、マツチドダイ法、SMC法、BMC法など
のプレス成形法はハンドレイアツプ法、スプレー
アツプ法などの接触圧成形法にくらべて作業能率
がよく生産性の高い成形方法であるが、接触圧成
形法にくらべて設備費が高くつきまた成形できる
製品の大きさに限界があるばかりでなく、硬化性
樹脂の硬化時の収縮による成形品表面に補強繊維
が浮き出るという欠点が見受けられる。

このようなFRP成形品のなかにあつて、Ｒ／
Ｉ法はその他の接触圧成形法にくらべて生産性が
高く、また成形品の両面とも外観が比較的よいと
いう特徴があり、中程度の量産に適した成形法と
いえる。

Ｒ／Ｉ法は一般に雌雄一対のFRP製などの成
形型を用い、あらかじめガラス繊維などの補強繊
維のプリフオームを型内に入れ、型を閉じ、つい
で適切な位置に設置された注入孔より不飽和ポリ
エステル樹脂などの硬化性樹脂を圧入充てん後注
入孔に栓をし、低温（たとえば常温〜約50℃）で
硬化成形する方法であり、基本的な成形工程は、
(1)型の掃除および離型処理（ゲルコート層の形成
も行なうばあいあり）、(2)プリフオームの充てん
（芯材の充てんも含む）、(3)型閉め、(4)クランプ、
(5)硬化性樹脂の注入、(6)硬化、(7)型開き、(8)脱型
および(9)後処理（バリ加工、アフターキユアーな
ど）からなる。

しかしかかるＲ／Ｉ法は比較的形状が簡単な成
形品に限つて適用されているのが現状であり、形
状が複雑でしかも比較的大型の成形品で剛性が要
求されるものに適用されたことはなかつた。

しかるに本発明者は、形状が複雑でしかも比較
的大型のものとしてたとえば車体後部に荷台を有
しかつこの荷台を覆うリヤボデーを有する自動車
の各種車体部材をFRP製とすべく検討し、これ
らを前述のごときＲ／Ｉ法によつて成形すること
を試みた。

すなわち、第１図は前記自動車のボデーの斜視
図であり、１は鋼製のボデー本体であるが、たと
えばレフトサイドパネル２、ライトサイドパネル
３、リヤルーフ４、バツクドア５、フロントルー
フ６、サンルーフ７などの各部材のFRP化を試
みた。なお８および９はウインドオープニングで
ある。

以下、レフトサイドパネル２のFRP化を例に
とつて説明する。第２図はFRP製レフトサイド
パネル２を表方向から見た斜視図、第３図は裏方
向から見た斜視図、第４図は第２〜３図のＸ―Ｘ
線拡大断面図、第５図は第４図の円Ａ部の拡大図
である。図面において、１１はFRP層、１２は
ガラス繊維などの補強繊維のプリフオームであ
る。１３はレフトサイドパネル２の表に現われる
部分のFRP層１１の外側に設けられているゲル
コート層である。１４は強度、剛性が要求される
部位に配設される芯材である。

しかし前記のごときゲルコート層および芯材を
有するFRP成形品をＲ／Ｉ法で製造するばあい
にはつぎのごとき問題が発生することが判明し
た。

すなわち、芯材１４を挿入する部位では第５図
に示されるごとく芯材１４がFRP層１１でサン
ドウイツチされた構造となり、芯材１４の上下の
FRP層１１ａ，１１ｂが合して１つのFRP層１
１ｃになるが、芯材１４が存在する部分のFRP
層１１ａと芯材１４が存在しない部分のFRP層
１１ｃとが同一平面を形成する形成品をえようと
しても硬化後のFRP層の表面に段差Ｓが生じ
る。その原因は、Ｒ／Ｉ法による成形のばあいは
下型にゲルコート層１３を形成し、そのうえに補
強繊維のプリフオーム１２ａ、芯材１４および補
強繊維のプリフオーム１２ｂを順次セツトしたの
ち下型と上型を閉じ、硬化性樹脂を注入して成形
するのであるが、FRP層１１ａではプリフオー
ムが１層であり、一方FRP層１１ｃではプリフ
オームが２層であるから、FRP層１１ｃはFRP
層１１ａより厚く設定されていることにある。す
なわち第６図に示されるごとくFRP層１１ａお
よびFRP層１１ｃの硬化収縮はそれぞれそれら
の層の中心面１５ａおよび１５ｃを中心にして起
るが、FRP層１１ａよりFRP層１１ｃが厚く、
それらの硬化収縮の中心面１５ａと中心面１５ｃ
とがずれているためである。段差Ｓの大きさは中
心面１５ｃを基準にとると、式： Ｓ（mm）＝Ｘ／１００×（Ｔｃ−Ｔａ）／２ （式中、ＸはFRP層の硬化収縮率（％）、Taおよ
びTcはそれぞれ硬化収縮前のFRP層１１ａの厚
さ（mm）およびFRP層１１ｃの厚さ（mm）であ
る）で表わされる。

この段差Ｓを少なくするためにはFRP層１１
ａの厚さTaとFRP層１１ｃの厚さTcとの差をで
きるだけ小さく、好ましくはTa＝Tcに設定すれ
ばよいが、そうすると第７図に示されるごとく
FRP層１１ａと１１ｂが合してFRP層１１ｃと
なる部位の成形品の表面にヒケ１６が発生しやす
くなる。

これは２層のFRP層が合する部位では必然的
に補強繊維のプリフオーム１２ａ，１２ｂが存在
しない樹脂のリツチな部分が生じるが、その部分
には補強繊維が存在しないので、補強繊維で強化
された部分が２〜３％しか硬化収縮しないのに対
して５〜10％も収縮するためである。表面にヒケ
１６が発生した成形品は外観が重要視される車体
パネルなどとしては到底使用できない。さらに樹
脂のリツチな部分が生じると前記のごとく補強繊
維で強化された部分との硬化収縮率の差が大きい
ので、内部クラツクが発生し、その部位の強度が
低下する。

本発明者は、前記段差Ｓまたはヒケ１６の発生
を防止するためには第８図に示されるごとく芯材
として芯材の上下のFRP層１１ａおよび１１ｂ
が合してFRP層１１ｃとなる部位にヒレ部１４
ａを有する芯材１４を用いればよいことを見出し
て、さきに出願した（特願昭56−159761号参
照）。しかしてかかるヒレ部１４ａを有する芯材
１４を用いるばあいは、ヒレ部１４ａがFRP層
１１ｃの方向に突出しているので、FRP層１１
ａの厚さTaをFRP層１１ｃの厚さTcに近づけて
もヒケが発生する惧れがなく、したがつてFRP
層１１ａの厚さTaをFRP層１１ｃの厚さに極力
近づけることができ段差を極力小さくできる。し
かしながら、ヒレ部を有する芯材を後加工によつ
て製造するのは困難であり、特別の型をつくつて
所定の形状に成形することによつて製造する必要
があり、芯材の製造コストが大巾に上昇すという
問題がある。またヒレ部を有する芯材を用いるば
あいにも段差を肉眼観察ではわからない程度にす
るには、FRP層１１ａの厚さTaとFRP層１１ｃ
の厚さTcを １＞Ta／Tc＞２／３ にする必要があるが、この条件を満足するように
芯材の位置決めを行なうのは困難である。

つぎの問題は、第９図（第４図の円Ｂ部の拡大
図に相当する）に示されるごとく成形品表面にコ
ーナー部など複雑な形状を有する部分が存在する
ばあい、その部分のゲルコート層にクラツクが発
生しやすく、外観品質が損なわれることである。
補強繊維のプリオーム１２ａは長さが50mm程度の
短かいガラス繊維などをバインダーにより結着し
たものであるので、曲率半径が小さなコーナー部
位に合致した形状のものがえられがたく、また型
にこのプリオームをセツトするばあいに前記のご
とく精度がよくないので適正な位置からずれ、コ
ーナー部に樹脂のリツチな部分１７が生じること
になるが、前述のごとく樹脂のリツチな部分１７
の硬化収縮率は補強繊維の存在する部分にくらべ
て大きいから、該部分１７に内部クラツクが発生
し、この内部クラツクの発生に伴つてその部分の
ゲルコート層１３にクラツクが発生するのであ
る。

さらにゲルコート層１３のうえに補強繊維のプ
リフオーム１２ａ、芯材１４および補強繊維のプ
リフオーム１２ｂをこの順にセツトし、硬化性樹
脂を注入、硬化するＲ／Ｉ法においては一般に芯
材１４の位置決めが困難であり、所定位置より上
下、左右にずれやすいことである。芯材１４が所
定位置よりずれると樹脂のリツチな部分が生じや
すく、内部クラツクが発生し、機械的強度が低下
することになる。また芯材１４がポリウレタン発
泡体などのばあいは加熱によりセル中から炭酸ガ
スなどの気体が出てFRP層との境界に集中する
が、芯材１４のずれによりFRP層１１ａの厚さ
が小さくなるとFRP層１１ａが気体の圧力に耐
えきれず芯材１４から分離し、これが成形品表面
のフクレとなつて現われ、外観品質が損なわれる
という問題がある。

しかるに本発明者は、ゲルコート層および芯材
を有し、複雑な形状のFRP成形品をＲ／Ｉ法に
より製造する際の前述のごとき種々の問題点を解
決すべく鋭意研究を重ねた結果、まつたく新たな
Ｒ／Ｉ法の開発に成功した。

すなわち本発明は、ゲルコート層および芯材を
有するFRP成形品をＲ／Ｉにより製造するに際
して、成形型の一方にゲルコート層を形成し、該
ゲルコート層のうえに硬化性樹脂と補強繊維との
混合物の層を形成し、ついで芯材をセツトしたの
ち補強繊維の層状物をセツトし、そののち成形型
を閉じて硬化性樹脂を注入、硬化せしめることを
特徴とするFRP成形品の製法に関する。

つぎに図面を参照して本発明の方法を前述のレ
フトサイドパネル２の成形に適用するばあいを例
にとつて説明する。

第１０図はレフトサイドパネル２を成形する状
態を示す断面図であり、２１ａおよび２１ｂはそ
れぞれＲ／Ｉ法用のFRP層などの成形型の下型
および上型である。

本発明においては、まず下型２１ａにゲルコー
ト用の硬化性樹脂をスプレー塗布し、乾燥してゲ
ルコート層２２を形成する。

ついでゲルコート層２２上に硬化性樹脂と補強
繊維の混合物をハンドレイアツプ法またはスプレ
ーアツプ法によつて塗布して該混合物の層２３を
形成し、そのうえに芯材２４を載置してセツトし
たのち、混合物の層２３を予備硬化せしめる。つ
ぎに補強繊維のプリフオーム２５をセツトしたの
ち、上型２１ｂを合わせて閉じ、硬化性樹脂を注
入し、硬化せしめる。そののち型開き、脱型する
ことにより第１１図に示されるごとき成形品がえ
られる。第１１図において、２５は硬化性樹脂の
注入により形成されたFRP層である。

本発明においては、前述の第５〜７図に示され
る方法のごときゲルトコート層上にプリフオーム
をセツトし、そのうえに芯材をセツトし、さらに
そのうえにプリフオームをセツトし、そののち硬
化性樹脂を注入して一度に硬化せしめる方法と異
なり、まずゲルコート層２２上に形成した硬化性
樹脂と補強繊維の混合物の層２３を予備硬化した
のち、プリフオーム２５を有するFRP層２６と
ともに硬化しており、混合物層２３とFRP層２
６とはそれぞれ独立に硬化し、混合物層２３の硬
化収縮による厚さの変化はどの部位でもほぼ一定
であるから成形品表面に段差またはヒケが発生す
る惧れがない。そのため芯材２４としてヒレ部を
有する芯材を用いる必要はとくになく、切削加工
により形成した芯材が使用可能となる。前述のご
とくヒレ部を有する芯材は特別の型をつくつて成
形する必要があり、高価なものとなり、さらに成
形品を使用するばあいはFRP層との密着性をよ
くするため表面のスキン層を除去するためのサン
デイングや未反応成分を完全硬化させるためのア
フターキユアが必要であるが、切削加工による芯
材は安価であり、さらにサンデングやアフターキ
ユアも不要である。

また本発明においてゲルコート層２２上に形成
される混合物層２３は硬化性樹脂と補強繊維の均
一な混合物からなるFRP層であるから、第９図
に示されるごときコーナー部位において樹脂リツ
チ部分が発生する惧れがなく、したがつてその部
位におけるゲルコート層のクラツクの発生も防止
される。

さらに本発明においては、芯材２４のセツトは
混合物層２３のうえに載置することによつて行な
われるから、位置決めが容易であり、しかも芯材
２４をセツトしたのち、混合物層２３を予備硬化
することによつて芯材２４が固着されるから硬化
性樹脂の注入、硬化時に芯材２４がずれる惧れが
なく、芯材のズレによる樹脂リツチ部分の発生お
よびそれに起因する内部クラツクの発生が防止さ
れ、またゲルコート層２２と芯材２４の間の
FRP層〔混合物層２３〕の厚さを確保しやすい
から、成形品表面のフクレの発生が容易に防止さ
れる。

以上のごとく、本発明によるときは複雑な形状
を有し、初期および経時品質が要求されるFRP
成形品を安価に信頼性よく製造できるので、きわ
めて有利である。

本発明において、ゲルコート層２２、FRP層
２６などは従来のＲ／Ｉ法におけるものがいずれ
も用いられ、FRP層２６の形成に用いる硬化性
樹脂としては、たとえば不飽和ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、ウレタン―ポリエステル樹
脂、エポキシ―アクリレート樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂などがあげられ、とくに不飽和ポリエ
ステル樹脂が好ましく用いられる。不飽和ポリエ
ステル樹脂における不飽和ポリエステルとしては
エチレングリコール、プロピレングリコールなど
の多価アルコール成分と無水マレイン酸フマル
酸、これらとフタル酸の混合物などの多塩基酸成
分とを縮重合したものなどがあげられ、架橋用モ
ノマーとしてはスチレンなどがあげられ、硬化剤
としてはメチルエチルケトンパーオキサイド、ベ
ンゾイルパーオキサイド、シクロヘキサノンパー
オキサイド、クメンハイドロパーオキサイドなど
があげられる。その他ナフテン酸コバルト、ナフ
テン酸マンガン、オクトエ酸バナジウム、ナフテ
ン酸銅などの促進剤を適宜用いてもよい。

プリフオーム２５に用いる補強繊維としてはガ
ラス繊維、炭素繊維、石綿、セラミツクス繊維、
金属繊維などの無機繊維や動植物繊維、合成繊維
などの有機繊維があげられ、とくにガラス繊維が
好ましい。これら補強繊維はプリフオームの形態
以外の各種マツト、各種クロスなどの形態で使用
してもよい。

ゲルコート層２２の形成に用いる硬化性樹脂と
しては、たとえば不飽和ポリエステル樹脂が用い
られ、不飽和ポリエステルとしてはエチレングリ
コール、プロピレングリコールなどの多価アルコ
ール成分と無水マレイン酸、フマル酸、これらと
イソフタル酸との混合物などの多塩基酸成分とを
縮重合したものがあげられ、架橋用モノマー、硬
化剤などはFRP層２６用の不飽和ポリエステル
樹脂におけるものと同様なものが用いられる。ゲ
ルコート層２２の厚さは0.3〜0.6mm程度が好まし
く、外観の美しい成形品がえられる。

混合物層２３に用いられる硬化性樹脂としては
前記FRP層２６用のものと同様なものが用いら
れる。補強繊維としてもプリフオーム２５用のも
のと同様なものが用いられる。混合物層２３の厚
さはFRP層２６の厚さとも関連するものである
が、段差、ヒケ、フクレなどの外観不良を充分に
防止するためおよび機械的強度を確保する観点か
ら１mm以上であるのが好ましい。

芯材２４としては通常樹脂発泡体が用いられ、
樹脂発泡体としてはたとえばポリウレタン発泡
体、アクリル樹脂発泡体などがあげられる。

前記においては、本発明の方法を車体後部に荷
台を有しかつこの荷台を覆うリヤボデーを有する
自動車におけるレフトサイドパネル２の成形に適
用するばあいを例にとつて説明したが、本発明の
方法は同様にライトサイドパネル３、リヤルーフ
４、バツクドア５、フロントルーフ６、サンルー
フ７などの部材の成形にも適用できるものであ
り、さらにその他各種の自動車部品、浴槽などの
日常生活用品、ボートなどのレジヤー用品の成形
などにも適用しうるものである。

つぎに実施例および比較例をあげて本発明の方
法を説明する。

実施例 第２〜３図に示される形状を有するレフトサイ
ドパネル２を製造した。

プリフオーム型にガラス繊維（繊維径10μ、繊
維長径50mm）を不飽和ポリエステル樹脂（エチレ
ングリコール、無水マレイン酸および無水フタル
酸からえられた不飽和ポリエステル100部（重量
部、以下同様）、スチレン30部、メチルエチルケ
トンパーオキサイド１部からなるもの）とともに
吹付けてガラス繊維のプリフオーム２５を作製し
た。

FRP製の下型２１ａに不飽和ポリエステル樹
脂（エチレングリコール、無水マレイン酸および
イソフタル酸からえられた不飽和ポリエステル
100部、スチレン30部、メチルエチルケトンパー
オキサイド１部、ナフテン酸コバルト0.5部から
なるもの）をスプレー塗布して厚さ0.3mmのゲル
コート層２２を形成した。

えられたゲルコート層２２のうえにガラス繊維
含有量30重量％の不飽和ポリエステル樹脂をハン
ドレイアツプ法により硬化後の厚さが１mmとなる
ように塗布し、そのうえ硬質ポリウレタンフオー
ムを切削加工して作製した芯材２４を載置したの
ち前記混合物層２３を50℃で20分間予備硬化し
た。

ついで前記プリフオーム２５をセツトし、下型
２１ａと上型２１ｂを閉じ、注入孔より不飽和ポ
リエステル樹脂（プリフオームの作製に用いたも
のと同じもの）を６Kg／cm²の注入圧で注入し、30
分経過後離型し、70℃×3hrの条件でアフターキ
ユアーしてFRP製レフトサイドパネル２をえ
た。

えられた製品においてはヒケ、段差、クラツク
の発生はまつたく認められなかつた。

比較例 ゲルコート層２２のうえにプリフオーム（プリ
フオーム２５と同様にして作製したもの）、芯材
２４およびプリフオーム２５をこの順にセツト
し、硬化性樹脂を注入して硬化したほかは実施例
と同様にしてレフトサイドパネル２を作製した。
えられた製品においては芯材２４部分の表面に段
差が、コーナー部のゲルコート層２２にクラツク
の発生が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は車体後部に荷台を有しかつこの荷台を
覆うリヤ―ボデーを有する自動車のボデーの斜視
図、第２図および第３図はFRP製レフトサイド
パネルをそれぞれ表方向および裏方向から見た斜
視図、第４図は第２〜３図のＸ―Ｘ線拡大断面
図、第５図はFRP製成形品の表面に段差が生じ
た状態を示す部分断面図（第４図の円Ａ部の拡大
図に相当）、第６図は段差が生じる原因を説明す
る説明図、第７図はFRP製成形品の表面にヒケ
が生じた状態を示す部分断面図、第８図は芯材と
してヒレ部を有するものを用いたFRP成形品の
部分断面図、第９図はFRP層に樹脂リツチ部分
が生じた状態を示す部分断面図（第４図の円Ｂ部
の拡大図に相当する）、第１０図は本発明の方法
によりFRP成形品を成形する状態を示す部分断
面図、第１１図は本発明の方法によりえられる
FRP成形品を示す部分断面図である。 （図面の主要符号）、２１ａ：下型、２１ｂ：
上型、２２：ゲルコート層、２３：混合物層、２
４：芯材、２５：プリフオーム、２６：FRP
層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ゲルコート層および芯材を有する繊維強化プ
   ラスチツクス成形品をレジンインジエクシヨン法
   により製造するに際して、成形型の一方にゲルコ
   ート層を形成し、該ゲルコート層のうえに硬化性
   樹脂と補強繊維との混合物の層を形成し、ついで
   芯材をセツトしたのち補強繊維の層状物をセツト
   し、そののち成形型を閉じて硬化性樹脂を注入、
   硬化せしめることを特徴とする繊維強化プラスチ
   ツクス成形品の製法。