JP2006130873A - Ｆｒｐサンドイッチ成形物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 心材のスニップ先端部の樹脂溜まりや強化繊維布の皺などの発生を防ぐことができ、良好な端部形状を有するＦＲＰサンドイッチ成形物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 ２つの繊維強化表皮材１、２と、これらの繊維強化表皮材１、２の間に介在された心材３と、この心材３のスニップ先端部に配置された樹脂含浸性の充填材４とを有し、樹脂が含浸されて先端部は前記２つの繊維強化表皮材を重ね合わせた積層部５とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 ２つの繊維強化表皮材１、２と、これらの繊維強化表皮材１、２の間に介在された心材３と、この心材３のスニップ先端部に配置された樹脂含浸性の充填材４とを有し、樹脂が含浸されて先端部は前記２つの繊維強化表皮材を重ね合わせた積層部５とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ＦＲＰサンドイッチ成形物及びその製造方法に関し、特にＦＲＰサンドイッチ成形物の端末部の構造及びその端末部の処理方法に関する。
従来のサンドイッチパネルの端部構造については、図５に示すようなものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。図５に示す４つのタイプは、いずれも端末部をテーパ状に形成する方法であり、（ａ）は上下２つの表皮材２１、２２の間に介在される心材２３の端部にテーパを設けたもの、（ｂ）は例えばハニカム状のアルミニウムからなる心材２３の端部のコアをつぶし、この部分に接着剤２４を充填してテーパ部に成形したもの、（ｃ）は心材２３の端部に三角形状のフォーム２５を入れて成形したもの、（ｄ）は硬質発泡材２６等を用いて心材２３の端部にテーパを設けたものである。
また、上述のように心材の端部をテーパ状や曲面状に先細りに形成する、つまり心材端部をスニップする場合の端部角は一般的に２０〜４５度程度することが多い。
また、上述のように心材の端部をテーパ状や曲面状に先細りに形成する、つまり心材端部をスニップする場合の端部角は一般的に２０〜４５度程度することが多い。
宮入浩夫著「サンドイッチ構造の基礎」日刊工業新聞社出版、1999年1月29日、ｐ276−277
しかしながら、ガラス繊維布や炭素繊維布などの強化材をサンドイッチ心材のスニップ端部などの角部に密着させようとする場合、必ず曲率を伴った屈曲変形をするため、心材の端部に存在する角部に密着できず、無理に密着させようとすると、強化繊維布に皺やつっぱりが生じて、凸部では樹脂の含浸不足、凹部では樹脂溜まりなどの欠陥が生じることがある。
特に、ドライの強化繊維布を積層して真空バッグで覆って真空状態にして樹脂を含浸させる真空補助含浸成形を行う際は、ドライ状態の強化繊維布を重ねてから真空バッグフィルムで覆い、内部を真空にして型に密着させる際、強化繊維布の層間に存在していた空隙がなくなる際に皺が発生しやすい。
また、スニップ先端部に樹脂溜まりが存在すると、応力が発生した際にその樹脂部分に亀裂が生じやすくなり、発生した亀裂の先端での応力集中部が起点となって強化繊維布の層間に亀裂が進展しやすくなるなど、構造物の強度が低下する。
また、心材の端部を滑らかな曲面形状とするためにパテを使うこともあるが、真空含浸補助成形法を採用する場合には、パテなどドライな強化繊維布に染み込んでしまう物質は使用できない。
特に、ドライの強化繊維布を積層して真空バッグで覆って真空状態にして樹脂を含浸させる真空補助含浸成形を行う際は、ドライ状態の強化繊維布を重ねてから真空バッグフィルムで覆い、内部を真空にして型に密着させる際、強化繊維布の層間に存在していた空隙がなくなる際に皺が発生しやすい。
また、スニップ先端部に樹脂溜まりが存在すると、応力が発生した際にその樹脂部分に亀裂が生じやすくなり、発生した亀裂の先端での応力集中部が起点となって強化繊維布の層間に亀裂が進展しやすくなるなど、構造物の強度が低下する。
また、心材の端部を滑らかな曲面形状とするためにパテを使うこともあるが、真空含浸補助成形法を採用する場合には、パテなどドライな強化繊維布に染み込んでしまう物質は使用できない。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、心材のスニップ先端部の樹脂溜まりや強化繊維布の皺などの発生を防ぐことができ、良好な端部形状を有するＦＲＰサンドイッチ成形物及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るＦＲＰサンドイッチ成形物は、２つの繊維強化表皮材と、これらの繊維強化表皮材の間に介在された心材と、この心材のスニップ先端部に配置された樹脂含浸性の充填材とを有し、樹脂が含浸されて先端部は前記２つの繊維強化表皮材を重ね合わせた積層部となっているものである。
また、本発明のＦＲＰサンドイッチ成形物は、前記２つの繊維強化表皮材のうち、一方または両方の繊維強化表皮材は端部が曲面形状またはテーパ部を含む曲面形状に形成されて前記積層部に連続しているものである。
また、前記充填材は、不織布を用いて略三角形断面に形成されていることが好ましい。
また、本発明に係るＦＲＰサンドイッチ成形物の製造方法は、成形型の成形部に、被成形物として、下面側の繊維強化表皮材、テーパ状の端部を有する心材、該心材のスニップ先端部に配置される充填材、および上面側の繊維強化表皮材を載置し、前記被成形物を第１の真空フィルムで覆い、前記心材のスニップ先端部に対応する屈曲部上に前記第１の真空フィルム上から通気性を有する柔軟な押し当て材をあてがい、さらに前記第１の真空フィルムおよび押し当て材上を第２の真空フィルムで二重に覆い、前記第１の真空フィルムの内部および前記第１の真空フィルムと第２の真空フィルムの間を脱気し、この脱気の過程で前記成形部に樹脂を注入することにより前記被成形物に樹脂を含浸させるものである。
また、本発明のＦＲＰサンドイッチ成形物の製造方法においては、前記押し当て材に、砂袋を用いるのが好ましい。
本発明によれば、心材のスニップ先端部に樹脂含浸性の充填材を配置したので、該スニップ先端部に樹脂溜まりが発生することがなく、また繊維強化布を用いた繊維強化表皮材に生じやすい皺の発生も防ぐことが可能となる。また、本ＦＲＰサンドイッチ成形物の端部形状を滑らかな曲面に形成することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のＦＲＰサンドイッチ成形物の断面図である。図２は心材のスニップ先端部に配置される充填材の例を示す説明図、図３は本発明のＦＲＰサンドイッチ成形物の製造方法を示す工程図である。
図１において、このＦＲＰサンドイッチ成形物１０は、２つの繊維強化表皮材１、２と、これらの繊維強化表皮材１、２の間に介在された心材３と、心材３のスニップ先端部に配置された樹脂含浸性の充填材４とを有し、樹脂含浸により成形されており、先端部は、一方の繊維強化表皮材１と他方の繊維強化表皮材２が上下両面を重ね合わせて接着された積層部５となっている。また、心材３の端部角θは一般に２０〜４５度程度にされる。
このＦＲＰサンドイッチ成形物１０の端部は滑らかな曲面形状、または図１のようにテーパ部を含む曲面形状に形成される。すなわち、この例では、上面側の繊維強化表皮材１は、平坦な平面部１ａから丸みを帯びた角部１ｂ、およびテーパ部１ｃを介して所要の曲率をもつ屈曲部１ｄに連続し、さらに平坦な平面部１ｅへと続いて、この平面部１ｅにおいて下面側の平坦な繊維強化表皮材２と積層部５を形成する構成となっている。なお、下面側の繊維強化表皮材２も曲面形状またはテーパ部を含む曲面形状に形成することができる。
このような良好な、ＦＲＰサンドイッチ成形物１０の端部形状に形成するために、心材３の端部は、テーパ状に形成され、さらに上部の角部は丸みをつけた（あるいは成形時に押圧して丸みをつける）滑らかな曲面に形成される。心材３としては、バルサ材や塩化ビニル発泡材、ウレタン発泡材などのプラスチックフォーム等が用いられる。
このような良好な、ＦＲＰサンドイッチ成形物１０の端部形状に形成するために、心材３の端部は、テーパ状に形成され、さらに上部の角部は丸みをつけた（あるいは成形時に押圧して丸みをつける）滑らかな曲面に形成される。心材３としては、バルサ材や塩化ビニル発泡材、ウレタン発泡材などのプラスチックフォーム等が用いられる。
心材３のスニップ先端部に設置される樹脂含浸性の充填材４は、例えばポリエステル短繊維による不織布にガラスマイクロバルーンを混在させてなる心材用素材（商品名「コアマット」と呼ばれる不織布）などを使用して、例えば図２に示すように、断面がほぼ三角形状に形成されたものを用意する。そしてこれを真空含浸補助成形の際に三角形の頂部が図１において下向きになるように心材３のスニップ先端部に設置する。なお、充填材４は、樹脂含浸性で軟質のものであれば特に材料は限定されるものではなく、プラスチックフォーム等でもよい。
図２（ａ）は、幅の異なる複数枚（ここでは３枚）の上記コアマットのシート４ａ、４ｂ、４ｃを用いて、接着により三角形断面（山形状）に形成したものである。この場合、各シートの厚さは同じでもよいし、異なっていてもよい。図２（ｂ）は、一枚のコアマットのシート４ａを折り畳んで接着により三角形断面（山形状）に形成したものである。もちろん、充填材４として、（ｃ）のようにあらかじめ三角形断面に成形したプラスチック発泡材や不織布等の成形品を用いてもよい。そして、これらのシートや成形品からなる充填材４を上述のように真空含浸補助成形の際に三角形の頂部が図１において下向きとなるようにスニップ先端部に設置する。真空含浸補助成形の際、樹脂がこの充填材４に浸透したときに心材厚さ方向の圧縮変形が生じてスニップ先端部に存在する三角形状の空隙を充填材４が埋め、上下の繊維強化表皮材１と２を充填材４を介して強固に接合する。したがって、心材３の先端部は充填材４により鋭角な三角形状に形成され、かつ心材先端部の樹脂溜まりの発生を防ぐことができる。
このＦＲＰサンドイッチ成形物１０は、上述のように構成されているので、端部を滑らかな曲面形状（テーパ部を含む曲面形状）に形成することができるとともに、心材３のスニップ先端部に樹脂含浸性の充填材４を設置することによって、スニップ先端部を鋭角な形状に形成することでき、かつ充填材４を介して上下の繊維強化表皮材１と２を強固に接合することができる。したがって、スニップ先端部に従来のような樹脂溜まりを生じることがないので、応力がかかった場合でもスニップ先端部に亀裂などを生じることがなく、強度の更なる向上を達成することができる。
このような樹脂含浸性の充填材４が無い場合には、図４（ａ）に示すように心材３のスニップ先端部が欠けたりして樹脂溜まりが生じることがあり、そうなると心材端部に応力がかかった場合に樹脂溜まり部に作用する応力集中により亀裂が生じ、次第にこの亀裂が進展してＦＲＰサンドイッチ成形物の強度が低下する。また、上部の角部に適当な丸みがないと樹脂の含浸不足が生じたりして角部で繊維強化表皮材１の厚みが薄くなることもある。また、真空含浸補助成形の際に図４（ｂ）のようにスニップ先端部や上部の角部において繊維強化表皮材１に皺などが生じて外形形状が著しく損なわれる。
次に、図３の工程図に基づいて、本発明のＦＲＰサンドイッチ成形物１０の製造方法を説明する。
（ａ）まず、成形型５０の成形部上に、下面側の繊維強化表皮材２として複数枚の強化繊維布を重ねて載置する。もちろん強化繊維布は一枚でもよいものであり、厚みや強度を出すためには複数枚使用するのが普通である。
なお、成形型５０の材質は、鋼、ＦＲＰ、木材などであり、特に限定されない。強化繊維布は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの織物やマットが使用される。
なお、成形型５０の材質は、鋼、ＦＲＰ、木材などであり、特に限定されない。強化繊維布は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの織物やマットが使用される。
（ｂ）次に、上記の下面側強化繊維布２の上に、端部をテーパ状に形成した心材３と、心材３のスニップ先端部に上述のように製作した三角形断面の不織布からなる充填材４を載置する。
（ｃ）ついで、これらの心材３及び充填材４を覆うように、複数枚の上面側強化繊維布（上面側の繊維強化表皮材）１を載置する。もちろん上面側強化繊維布１も上述の下面側繊維強化布２と同様に一枚でもよいものである。材質についても同じでもよいし、異なっていてもよい。いずれにしても上下の強化繊維布１、２の枚数、材質の組み合わせは任意である。
（ｄ）ついで、第１の真空フィルム５１で被成形物（上面側強化繊維布１、心材３、充填材４、及び下面側強化繊維布２からなる成形対象物）の全体を覆い、第１の真空フィルム５１の周辺部を第１のシール材５２でシールする。そして、樹脂供給ホース５３と第１の脱気ホース５４を第１の真空フィルム５１の内部に挿入する。樹脂供給ホース５３と第１の脱気ホース５４は、それぞれ第１のシール材５２を貫通（貫通部はシールする）して挿入する。
（ｅ）ついで、スニップ先端部に対応する屈曲部に、例えば砂袋のごとき柔軟な通気性のある押し当て材５５をあてがった後に、第２の真空フィルム５６で第１の真空フィルム５１上を二重に覆い、第２の真空フィルム５６の周辺部を第２のシール材５７でシールする。そして、第２の脱気ホース５８を第１、第２のシール材５２、５７を貫通（少なくとも外側の第２のシール材５７の貫通部はシールする）させて第１の真空フィルム５１と第２の真空フィルム５６の間に挿入する。
以上の準備段階が終了した後、図示しないブロワにより第１、第２の脱気ホース５４、５８から吸引脱気すると、第１、第２の二重の真空フィルム５１、５６がほぼ大気圧で成形型５０に押し付けられる。また、この脱気過程において、樹脂供給ホース５３から適宜の樹脂を成形部に注入する。注入された樹脂は、被成形物の全体に浸透し含浸される。なお、注入樹脂としては、被成形物のマトリックス樹脂となるものであり、主に、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等の熱硬化性樹脂が用いられる。
また、スニップ先端部に対応する屈曲部上に第２の真空フィルム５６上から、砂袋のごとき通気性を有する柔軟な押し当て材５５を設置することにより、スニップ先端部を所望の曲率の曲面に容易に形成することができる。砂袋はコスト的に安価にでき、かつ長いものも簡単につくることができる。砂袋の砂の代わりにビーズ等の小粒子を入れたものでもよい。
また、三角形断面を有する樹脂含浸性の充填材４をスニップ先端部に設置することにより、スニップ先端部に樹脂溜まりを生じることがなく、さらにこの充填材４により皺発生の原因となる上面側強化繊維布１の余分な長さを吸収するため、屈曲部の皺発生が抑制され、屈曲部を滑らかな曲面に形成することができる。
また、三角形断面を有する樹脂含浸性の充填材４をスニップ先端部に設置することにより、スニップ先端部に樹脂溜まりを生じることがなく、さらにこの充填材４により皺発生の原因となる上面側強化繊維布１の余分な長さを吸収するため、屈曲部の皺発生が抑制され、屈曲部を滑らかな曲面に形成することができる。
（ｆ）注入樹脂の硬化後に、第１、第２の真空フィルム５１、５６を剥がして製品すなわち本ＦＲＰサンドイッチ成形物１０を脱型する。本ＦＲＰサンドイッチ成形物１０は、この例では両端部に繊維強化表皮材１と２の積層部５を有しており、そしてきわめて良好な端部形状となっている。
１ 繊維強化表皮材
２ 繊維強化表皮材
３ 心材
４ 充填材
５ 積層部
１０ ＦＲＰサンドイッチ成形物
５０ 成形型
５１ 第１の真空フィルム
５２ 第１のシール材
５３ 樹脂供給ホース
５４ 第１の脱気ホース
５５ 押し当て材
５６ 第２の真空フィルム
５７ 第２のシール材
５８ 第２の脱気ホース
２ 繊維強化表皮材
３ 心材
４ 充填材
５ 積層部
１０ ＦＲＰサンドイッチ成形物
５０ 成形型
５１ 第１の真空フィルム
５２ 第１のシール材
５３ 樹脂供給ホース
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５５ 押し当て材
５６ 第２の真空フィルム
５７ 第２のシール材
５８ 第２の脱気ホース
Claims (5)
- ２つの繊維強化表皮材と、これらの繊維強化表皮材の間に介在された心材と、この心材のスニップ先端部に配置された樹脂含浸性の充填材とを有し、樹脂が含浸されて先端部は前記２つの繊維強化表皮材を重ね合わせた積層部となっていることを特徴とするＦＲＰサンドイッチ成形物。
- 前記２つの繊維強化表皮材のうち、一方または両方の繊維強化表皮材は端部が曲面形状またはテーパ部を含む曲面形状に形成されて前記積層部に連続していることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰサンドイッチ成形物。
- 前記充填材は、不織布を用いて略三角形断面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰサンドイッチ成形物。
- 成形型の成形部に、被成形物として、下面側の繊維強化表皮材、テーパ状の端部を有する心材、該心材のスニップ先端部に配置される充填材、および上面側の繊維強化表皮材を載置し、前記被成形物を第１の真空フィルムで覆い、前記心材のスニップ先端部に対応する屈曲部上に前記第１の真空フィルム上から通気性を有する柔軟な押し当て材をあてがい、さらに前記第１の真空フィルムおよび押し当て材上を第２の真空フィルムで二重に覆い、前記第１の真空フィルムの内部および前記第１の真空フィルムと第２の真空フィルムの間を脱気し、この脱気の過程で前記成形部に樹脂を注入することにより前記被成形物に樹脂を含浸させることを特徴とするＦＲＰサンドイッチ成形物の製造方法。
- 前記押し当て材に、砂袋を用いることを特徴とする請求項４記載のＦＲＰサンドイッチ成形物の製造方法。
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