JPH0767751B2 - 繊維強化プラスチックスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はファイバークロスにレ
ジンを含浸させるようにした繊維強化プラスチックス
（以下、単にＦＲＰという）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰは、ガラスファイバー等のファイ
バークロスにエポキシ樹脂等の合成樹脂を含浸させて製
造されるものである。そして、一般には前記ファイバー
クロスを金型内にセットして同金型内をほぼ真空にし、
前記合成樹脂をファイバークロスに含浸させるという方
法が行われている。この場合、たとえほぼ真空の金型内
で含浸を行っても合成樹脂内あるいはファイバー間にボ
イド（気泡）が混入されるおそれがある。当然、ボイド
の混入はＦＲＰの電気特性等の低下の原因になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来は金型
内の真空度を可能な限り高くするための手段を講じた
り、合成樹脂の含浸に時間をかけたりしていた。従っ
て、従来のＦＲＰの製造方法においては、製造設備が複
雑になったり、製造に時間がかかったりするという問題
があった。

【０００４】以上の目的を達成するため、請求項１の発
明では、ファイバークロス等を成形金型内にセットし、
このファイバークロス等に液状のレジンを毛細管現象を
利用して含浸させる方法において、毛細管現象によりフ
ァイバークロス上を上昇するレジン液面の初期の上昇速
度の０．５〜２．５倍の上昇速度をもって成形金型内の
レジン液面を上昇させるようにした。

【０００５】

【作用】従って、この発明では、ファイバークロスの細
隙の毛細管現象による該細隙内でのレジン液面が均一に
上昇し、クロス内にボイドが発生することはない。この
ため、金型内の真空度がそれほど高くなくても、あるい
は時間をかけなくても、ボイドのないレジンの含浸を行
うことが出来る。

【０００６】

【実施例】以下、この発明を具体化した実施例を図１〜
図６に基づいて詳細に説明する。一般に、ファイバーク
ロスは、５〜２０μの単繊維を５０〜８００本集束しヤ
ーンを構成する。そして、このヤーンを織機にかけてク
ロスに加工される。含浸に用いるこれらのファイバーク
ロスはレジンとの接着性、含浸性を考慮して表面処理が
なされるのが一般的である。

【０００７】従って、表面処理剤の種類、含浸させる樹
脂の種類及び粘度等により、ファイバークロスに対する
レジンの含浸性は変化する。このため発明者は、毛細管
現象に基づくレジン含浸性の試験を行い、図３〜図５の
試験結果を得た。そこで、この試験と、その結果につい
て説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、大気圧の下で
シャーレ（図示せず）にファイバークロスよりなる各試
料４を立設保持するとともに、同シャーレ内にエポキシ
樹脂液５（粘度：２０ｃｐｏｉｓｅ）を所定深さまで流
し込み、毛細管現象を観察した試験結果を示している。
ここで、図３（ａ）の試料４はポリエステルファイバー
からなる平織りクロス、図３（ｂ）の試料はガラスファ
イバーからなる平織りクロス、図３（ｃ）の試料はガラ
スファイバーからなる目抜き平織りクロスである。

【０００８】これによると、各試料４共にシャーレ内の
レジン液面から上方の約５ｍｍまではクロス内にボイド
６の形成が見られない。この理由は、毛細管現象でファ
イバークロスの細間を上昇するレジンのスピードは、ク
ロスを形成するヤーン内とヤーン間とでは異なるもの
の、シャーレ内のレジン液面近傍ではそのスピード差が
少ないため、レジンの上昇速度が比較的均一になり、か
つレジンが毛細管現象の作用だけで上昇するため、クロ
ス上の空気は押し上げられるのみで、クロス上には滞留
しないためであると考えられる。

【０００９】一方、シャーレ内のレジン液面から５ｍｍ
以上の部位ではボイドが形成された状態でファイバーク
ロスにレジンが含浸されている。これは上昇するに従っ
て、ヤーン内の上昇速度とヤーン間の上昇速度との差が
大きくなるため、これに伴って、早く上昇したレジンが
未含浸部分を取り囲み、ここに気泡が閉じ込められると
考えられる。また、図３（ａ）（ｂ）の試料のボイドは
小さく、同図（ｃ）の試料のボイドは大きい。これは、
目抜き平織りは平織りに比べヤーン間の空間が大きいた
め、この大きな空間では特にレジンの毛細管現象による
上昇速度が遅くなり、大きな気泡が閉じ込められ易くな
るためであると考えられる。

【００１０】この試験結果からクロスの種類に影響され
ること無く、毛細管現象によりレジンをファイバークロ
スに含浸させた場合には、シャーレ内のレジン液面から
上方５ｍｍ以内ではボイドが発生しないことを確認し
た。また、図４，図５は、図３に示した試験条件と同様
の試験を行い、毛細管現象により上昇するエポキシ樹脂
液面の上昇高さと時間との関係を表したものである。図
４，図５は、ポリエステルよりなるファイバークロス及
びガラスよりなるファイバークロスにエポキシ樹脂液を
含浸させ、１０分経過するまでのエポキシ樹脂液の含浸
する毛管レジン液面の上昇高さを示すとともに、各試料
における初期の毛管レジン液面の上昇速度を求めたもの
である。

【００１１】さらに、発明者は、大気圧の下でガラス製
シリンダに長さ１０ｃｍの各試料を立てて保持し、毛細
管現象により上昇するエポキシ樹脂液面と、流し込んだ
エポキシ樹脂液のシリンダ内のレジン液面との差が生じ
ないようにエポキシ樹脂を流し込む試験を行った。この
結果、長さ１０ｃｍの各試料のいずれにもボイドを発生
すること無くレジンが含浸されることを確認した。

【００１２】以上の試験から、 Ａ 毛細管現象のみによる含浸では、シャーレ又はシリ
ンダ内のレジン液面から上方５ｍｍ以下ではファイバー
クロス内にボイドを生じることがない。 Ｂ 毛細管現象によるレジンの含浸（毛管レジン液面の
上昇）速度に合わせて、シャーレ又はシリンダ内のレジ
ン液面を上昇させるとファイバークロス内にボイドを生
じることがない。

【００１３】以下、この知見に基づいた実施例を図１，
図２により説明する。図１は成形金型１１と、芯材１２
と、この成形金型１１及び芯材１２により成形されたＦ
ＲＰ１３とを示す。成形金型１１は、円筒部１４と、そ
の下部及び上部に螺合された下キャップ１５及び上キャ
ップ１６とからなる。この成形金型１１は図示しない加
熱装置内に立設される。下キャップ１５には、レジンを
注入するための注入管１７が、上キャップ１６には空気
を排出するための排気管１８が接続されている。両キャ
ップ１５、１６の内側中心には芯材１８の端部を収納す
る凹部１９、２０がそれぞれ形成されている。

【００１４】注入管１７にはレジンを送り出すためのレ
ジンタンク２１が連結され、また排気管１８には真空ポ
ンプ２２の吸入側が連結されている。レジンタンク２１
内には液状の熱硬化性エポキシ樹脂からなるレジンが貯
留される。また、レジンタンク２１にはレジンに混入さ
れた空気を排出するための真空ポンプ２３と、レジンの
撹拌装置２４が設けられている。前記注入管１７の中間
にはチューブポンプ２５が配置され、レジンを成形金型
１１内に一定量ずつ供給可能としている。また、排気管
１８の途中には、成形金型１１からオーバーフローした
レジンを補集する溜２６が配置されている。３２〜３６
はバルブである。

【００１５】次に、前記のように構成された装置により
ＦＲＰを製造する方法について説明する。まず、円筒状
の芯材１２の外周にこれより幅の狭い長尺のクロス３１
を所定数巻付ける。このクロス３１としては、ポリエス
テルファイバークロスやガラスファイバークロスが用い
られる。このクロス３１は、厚さ０．２１ミリメート
ル、質量２０６グラム平方センチメートルの平織りガラ
スファイバーで、表面処理はシランカップリング処理し
たものである。

【００１６】次に、このように形成されたコア４１は、
図１に示すように、上下のキャップ１５、１６の凹部１
９、２０に芯材１２の上下両端部がそれぞれ嵌め込まれ
ることにより、成型金型１１内に立設されてセットされ
る。以上のようにしたら、バルブ３５が閉じた状態で真
空ポンプ２２が駆動されて、成形金型内の空気が排出さ
れるとともに、図示しない加熱装置により成形金型１１
が加熱される。また、レジンタンク２１内に液状レジン
が溜められた状態で、撹拌装置２４及び真空ポンプ２３
が駆動されて、レジンが真空撹拌脱泡される。真空撹拌
脱泡終了後にバルブ３２が閉じられ撹拌装置２４及び真
空ポンプ２３が停止され、バルブ３４及びバルブ３６が
開けられる。

【００１７】次いで、チューブポンプ２５が駆動されて
所定量の液状レジンが成形金型１１内に供給される。成
型金型１１内に液状レジンが充填された後、チューブポ
ンプ２５を停止してバルブ３４、３６を閉じる。そし
て、真空ポンプ２２が停止され、バルブ３５が開放さ
れ、この状態で液状レジンが硬化される。十分に熱硬化
された後、上キャップ１６を取り外し、コア４１を成形
金型１１から取り出して、ボイドの有無を調べた。

【００１８】上記した方法により、試料１〜試料３の含
浸試験を行った。その各試料は、図６に示す通りであ
る。ここで、供給されるレジンはエポキシ樹脂の分子量
の異なるジグリシジルエーテル型樹脂を混合して粘度を
調整し、これに酸無水物硬化剤を加えたものを含浸樹脂
とした。また、初期の毛細管上昇速度は、図５のデータ
を求めた場合と同様にして、各試料の毛細管上昇高さと
経過時間との関係から求めた。

【００１９】また、含浸された各試料１〜３を観察し、
ボイドの存在を調査した。この結果、成形金型内のレジ
ン液面上昇速度（Ｂ）と初期の毛細管レジン液面の上昇
速度（Ａ）との比Ｂ／Ａが３．０の試料１，９では、筒
状のボイドが発生していた。また比Ｂ／Ａが０．５未満
の試料５，１３では球状のボイドが発生していた。一
方、比Ｂ／Ａが０．５〜３．０未満の範囲にある試料２
〜４，６〜８，１０〜１２では、ボイドの発生が見られ
なかった。

【００２０】これから、クロス中を毛管現象により上昇
する毛管液面の上昇速度の０．５〜３．０の範囲内の上
昇速度をもってレジン液面を上昇した試料試料２〜４，
６〜８，１０〜１２では、ボイドを発生させること無く
含浸できることが判明した。この実施例では、レジン含
浸の際に成形金型１１内を真空とした例を示したが、必
ずしも真空とする必要はなく、上キャップ１４の上部に
エア抜きを設ける構成としてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明では、成形金型内を可及的に真空にする複雑な構成の
手段を設けなくても、ファイバークロスに対して合成樹
脂をボイドが生じることなく短時間で含浸させることが
可能になるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】クロスを装着した状態の成形金型の断面図であ
る。

【図２】製造装置の管路図である。

【図３】レジンの含浸状態を示す説明図である。

【図４】毛細管現象により上昇するレジン液面と時間と
の関係を示す表図である。

【図５】毛細管現象により上昇するレジン液面と時間と
の関係を示すグラフ図である。

【図６】試料の含浸試験を示す表図である。

【符号の説明】

１１ 成形金型 １３ ＦＲＰ ３１ クロス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファイバークロスを成形金型内にセット
   し、このファイバークロスに液状のレジンを毛細管現象
   を利用して含浸させる方法において、毛細管現象により
   ファイバークロスの細隙を上昇するレジン毛管液面の初
   期の上昇速度の０．５〜２．５倍の上昇速度をもって成
   形金型内のレジン液面を上昇させることを特徴とする繊
   維強化プラスチックスの製造方法。