JP2019177612A - 繊維強化樹脂の成形方法と成形装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体１を上型３と下型４との間で加熱加圧成形して所要形状からなる繊維強化樹脂に成形する成形方法と装置とに関する。上記上型３と下型４との少なくともいずれか一方に可動部材４ａが設けられ、該可動部材４ａにこれを押圧する押圧機構が連動される。上型と下型とで上記素形体１の一部が加圧成形されるとともに、それよりも遅れて可動部材と上型又は下型とで上記素形体１の他部が加圧成形される。【効果】 素形体全体を一度に同時に加圧成形する場合に比較して、より複雑な形状を有した繊維強化樹脂を成形することが可能となる。【選択図】 図１

Description

本発明は繊維強化樹脂の成形方法と成形装置に関し、より詳しくは、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を加熱加圧成形して繊維強化樹脂とする成形方法と成形装置とに関する。

補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して素形体を作成し、当該素形体を加熱加圧成形することで上記補強繊維を含んだ繊維強化樹脂を成形する方法が知られ、上記素形体は成形装置の上型と下型との間でプレスされて、所要の形状からなる繊維強化樹脂へと成形されるようになっている（特許文献１、２）。

特開２０１６−１６５４１号公報 特開平１１−２２７０６１号公報

しかしながら従来周知の成形装置では、上記素形体を相対的に複雑な形状を有する繊維強化樹脂に成形することは困難であった。具体的には、平板状の素形体を箱形に成形する場合、素形体の中央部を押圧して箱の側壁を形成するようにすればよいが、素形体の流動性が悪く、十分な肉厚の側壁を形成することは困難であった。
また例えばＬ字状に作成した素形体を加圧成形してＬ字状の繊維強化樹脂を製造する場合には、Ｌ字状に屈曲した屈曲部を挟んだ各面をそれぞれ加圧成形することになるが、各面を加圧するとそれぞれの面を構成する材料が屈曲部で合流するようになり、その近辺にウエルドを形成するようになる。その結果、Ｌ字状の製品の屈曲部から破損しやすくなるという欠点があった。
本発明はそのような事情に鑑み、相対的に複雑な形状を有する繊維強化樹脂を成形することができ、また必要に応じてウエルドの形成位置を制御することが可能な繊維強化樹脂の成形方法と成形装置を提供するものである。

請求項１の発明は、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を加熱加圧成形する繊維強化樹脂の成形方法において、
上記素形体の一部を加圧して該一部を所要形状に成形するとともに、これよりも遅れて上記素形体の他部を加圧して該他部を所要形状に成形して、上記繊維強化樹脂を所要形状に成形することを特徴とするものである。
また請求項３の発明は、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を上型と下型とでプレスして所要形状を有する繊維強化樹脂に成形する繊維強化樹脂の成形装置において、
上記上型と下型との少なくともいずれか一方に可動部材を設けるとともに、該可動部材にこれを押圧する押圧機構を連動させ、上記上型と下型とで上記素形体の一部を加圧成形するとともに、可動部材と上型又は下型とで上記素形体の他部を加圧することを特徴とするものである。

いずれの発明においても、上記素形体の一部を加圧して該一部を所要形状に成形しながら、それよりも遅れて素形体の他部を加圧して該他部を所要形状に成形して、上記素形体全体を所要形状からなる繊維強化樹脂に成形することができるので、素形体全体を一度に同時に加圧成形して所要形状とする場合に比較して、より複雑な形状を有した繊維強化樹脂を得ることが可能となる。

本発明の第１実施例を示す断面図。 本発明の第２実施例を示す断面図。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、繊維強化樹脂の成形装置２は、上型３と下型４とを備えており、上型３は昇降部材５の下面に取り付けられている。
上記上型３及び下型４の形状は、成形すべき製品の形状に応じて種々の形状のものを選択使用することができるが、図示実施例では素材として幅の狭い立方体に近い直方体形状の素形体１を押し潰して、中央部に直方体形状の凹部１ａを有する幅の広い箱形の製品を成形するために、上型３の形状は直方体から構成されている。
上記昇降部材５は成形装置２を構成する図示しない押圧機構によって昇降されるようになっている。

上記昇降部材５には図示しない加熱手段が設けられており、該加熱手段によって上型３を加熱することにより該上型３を介して上記素形体１を加熱することができるようになっている。この加熱手段は、上型３自体に設けてもよい。
上記素形体１は、例えばフェノール樹脂といった熱硬化性樹脂と、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、セラミック繊維といった補強繊維とが配合されたものから構成されている。
そして上記素形体１の作成方法としては、上記補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して抄造シートを作成し、必要に応じて当該抄造シートを複数枚積層させた後、これを加熱加圧して上記樹脂が架橋されない程度に硬化させる方法が知られ、また、立体的に形成した空間内に上記混合液を投入して、立体的な形状を有する素形体を一度に作成する方法も採用することができる。

上記下型４は上型３よりも大きな直方体から構成されており、成形装置２の固定フレーム６に固定されている。上記固定フレーム６には図示しない加熱手段が設けられており、該加熱手段によって下型４の全体を加熱することにより上記素形体１に含まれる樹脂を加熱することができるようになっている。この加熱手段も、下型４自体に設けてもよい。
上記下型４はその内部に所要の容積を有する長方形状の成形空間７を有しており、該成形空間７は下型４に設けた上方空間７ａを介して下型４の上面に開口している。上記上型３の下方部分は上方空間７ａ内に昇降可能に密篏合されて、上方空間７ａ内に供給配置された素形体１を加熱加圧変形させることができるようになっている。
さらに上記成形空間７は、図１の左右方向と図１の紙面に垂直な前後方向の４方向に延びる側方空間７ｂを介して下型４の側面にそれぞれ開口しており、各側方空間７ｂ内に上記下型４の一部を構成する合計４つの可動部材４ａをそれぞれ摺動自在に密篏合させている。各可動部材４ａはそれぞれを押圧する図示しない押圧機構に連動されている。
また上記成形空間７内には、該成形空間７の底面中央部に、上述した凹部１ａを形成するために、直方体形状の固定部材４ｂを設けてある。

以上の構成において、上記素形体１は、内部の補強繊維が水平方向、すなわち補強繊維の向きを圧縮方向と直交する方向に配置して、かつ直方体形状の固定部材４ｂの中央部に、固定部材４ｂの長手方向と素形体１の長手方向とを揃えて供給載置される。この素形体１の各辺の長さは、加圧成形前には固定部材４ｂの各辺の長さよりも小さくなっている。またこの際には、各可動部材４ａは図１に示す後退位置に位置している。
上記素形体１が固定部材４ｂの中央部に供給されたら、昇降部材５によって上型３が下降され、その下面と固定部材４ｂの上面とで挟持される。これにより素形体１が昇降部材５ａに設けた加熱手段と固定フレーム６に設けた加熱手段とによって上型３および固定部材４ｂを介して加熱されるようになる。この際、素形体１を予め加熱した状態で固定部材４ｂ上に供給するようにしてもよく、それによって素形体１の加熱時間を短縮することができる。

上記素形体１が所要の温度に加熱されたら、上記上型３が高圧で下降されるようになり、それによって素形体１は押し潰され、素形体１を構成する補強繊維および樹脂の一部が固定部材４ｂの外周縁から成形空間７内に押し出されると同時に、上型３の下降に伴って固定部材４ｂの外周縁から成形空間７の底面に向けて押し出されるようになる。これにより平板状の素形体１の一部は、上型３の下面と固定部材４ｂの上面とで所要の形状に加熱加圧成形されることになる。
上型３の底面が側方空間７ｂの上面に一致する高さとなると、上型３の降下が停止され、次に各可動部材４ａが後退位置から前進されて、成形空間７内に押し出された補強繊維および樹脂が、可動部材４ａの各前面と固定部材４ｂの四方の側面との間で加圧成形されるようになる。つまり補強繊維および樹脂の一部は上型３の下面と固定部材４ｂの上面とで所要の形状に加熱加圧成形され、他の成形空間７内に押し出された補強繊維および樹脂の部分は、可動部材４ａの各前面と固定部材４ｂの四方の側面との間で加熱加圧成形されるようになる。
このようにして素材としての素形体１の全体を所要形状の箱形を有する繊維強化樹脂に成形したら、上記各可動部材４ａおよび上型３が元の後退位置に復帰され、成形空間７内から繊維強化樹脂が取り出される。

図２は本発明の第２実施例を示したもので、本実施例では素材としてのＬ字状の素形体１１をＬ字状の繊維強化樹脂に加熱加圧成形するようになっている。
本実施例の成形装置１２においては、上型１３は２つに分割されて一方の上型１３ａと他方の可動部材１３ｂとして構成されており、一方の上型１３ａが一方の昇降部材１５ａの下面に、また他方の可動部材１３ｂが他方の昇降部材１５ｂの下面にそれぞれ取り付けられている。
各昇降部材１５ａ、１５ｂは成形装置１２を構成する図示しない押圧機構によってそれぞれ独立して昇降されるようになっている。

下型１４は直方体形状に形成されて固定フレーム１６に固定されており、上面に開口した成形空間１７を有している。
この成形空間１７の底面は、上記製品としてのＬ字状の繊維強化樹脂の形状に合わせて、Ｌ字型の一方の面を形成するための傾斜面１７ａと他方の面を形成するための逆傾斜面１７ｂとに形成されている。
他方、上記上型１３ａと可動部材１３ｂはそれぞれ成形空間１７内に昇降自在に密篏合されており、かつ一方の上型１３ａの下面は上記一方の傾斜面１７ａに合わせて同一の傾斜面１３ａ’に形成してあり、他方の可動部材１３ｂの下面は上記他方の逆傾斜面１７ｂに合わせて同一の逆傾斜面１３ｂ’に形成してある。
上記各昇降部材１５ａ、１５ｂおよび固定フレーム１６には、上記第１実施例と同様に図示しない加熱手段を設けてある。

本実施例の場合、上記素形体１１を作成する際に、製品としてのＬ字状の繊維強化樹脂の形状を考慮して、抄造シートをＬ字状に積層してＬ字状の素形体１１を構成してある。
上記Ｌ字状の素形体１１は、該Ｌ字状の素形体１１の屈曲部とＬ字状の成形空間１７の屈曲部とが一致するようにして、かつ各屈曲部の中心を一致させて、上記成形空間１７の底面に供給載置される。この際には、素形体１１の各辺の長さは、成形空間１７の底面を構成する傾斜面１７ａ、１７ｂの各辺の長さよりも短くなっている。

上記素形体１１が成形空間１７内に供給されたら、両方の上型１３ａと可動部材１３ｂが同時に下降され、上型１３ａの下面の傾斜面１３ａ’と成形空間１７の一方の傾斜面１７ａとによってＬ字状の素形体１１の一方の面が挟持され、また可動部材１３ｂの下面の傾斜面１３ｂ’と成形空間１７の他方の傾斜面１７ｂとによってＬ字状の素形体１１の他方の面が挟持される。
これにより素形体１１が昇降部材１５ａ、１５ｂに設けた加熱手段と固定フレーム１６に設けた加熱手段とによって加熱されるようになる。

上記素形体１１が所要の温度に加熱されたら、先ず上型１３ａが高圧で下降され、それによって素形体１１の一部となる一方の面が押し潰され、上型１３ａの下面の傾斜面１３ａ’と成形空間１７の一方の傾斜面１７ａとの間で素形体１１に含まれる補強繊維と樹脂とが流動されてその空間を埋め尽くすと同時に、上記成形空間よりあふれた補強繊維と樹脂が他方の面側にも流動する。
上記上型１３ａが下降されると、該上型１３ａが下降端となるのと同時に、もしくはその寸前に可動部材１３ｂの下降が開始されて、素形体１１の他部となる他方の面を加熱加圧成形する。これにより所要の板厚の製品としてのＬ字状の繊維強化樹脂が得られることになる。

この際、上型１３ａに遅れて可動部材１３ｂを作動させているので、Ｌ字状の素形体１１の一方の面に含まれる補強繊維と樹脂が他方の面側に流動してから他方の面が圧縮されることになり、両方の面の補強繊維と樹脂の流動が相互にぶつかり合うことで生じるウエルドの位置を確実に他方の面側に位置制御することができる。
つまり、上型１３ａと可動部材１３ｂとを同時に作動させると、Ｌ字状の素形体１１の一方の面の補強繊維と樹脂の流れと他方の面の補強繊維と樹脂の流れとはＬ字状の素形体１１の屈曲部に集まりやすいので、その部分にウエルドが形成されやすくなり、その結果その部分の剛性が低下する恐れがある。
これに対し、特に上記他方の面側の剛性が一方の面側の剛性よりも小さくてよい製品の場合には、上述したようにウエルドを上述した他方の面側に形成することができるので、好ましい製品を製造することができる。
このようにして素材としての素形体１１を所要形状の繊維強化樹脂に成形したら、上記上型１３ａ、可動部材１３ｂが元の上昇位置に復帰され、成形空間１７内から繊維強化樹脂が取り出される。

なお、上記実施例では成形装置の上型側と下型側との双方に加熱手段を設けているが、いずれか一方に加熱手段を設けるようにしてもよく、或いは加熱された素形体１、１１を成形装置に供給するようにした場合には加熱手段を省略してもよい。

１、１１ 素形体 ２、１２ 成形装置
３、１３ａ上型 ４、１４ 下型
４ａ、１３ｂ 可動部材 ４ｂ 固定部材
５、１５ａ、１５ｂ 昇降部材（押圧機構） ６、１６ 固定フレーム
７、１７ 成形空間

Claims (4)

1. 補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を加熱加圧成形する繊維強化樹脂の成形方法において、
   上記素形体の一部を加圧して該一部を所要形状に成形するとともに、これよりも遅れて上記素形体の他部を加圧して該他部を所要形状に成形して、上記繊維強化樹脂を所要形状に成形することを特徴とする素形体の成形方法。
2. 上記素形体は、上型と下型とによって加圧成形される前に、該上型と下型とによって挟持されて、上型と下型との少なくともいずれか一方を加熱する加熱手段によって所要温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂の成形方法。
3. 補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を上型と下型とでプレスして所要形状を有する繊維強化樹脂に成形する繊維強化樹脂の成形装置において、
   上記上型と下型との少なくともいずれか一方に可動部材を設けるとともに、該可動部材にこれを押圧する押圧機構を連動させ、上記上型と下型とで上記素形体の一部を加圧成形するとともに、可動部材と上型又は下型とで上記素形体の他部を加圧することを特徴とする繊維強化樹脂の成形装置。
4. 上記上型と下型との少なくともいずれか一方を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の繊維強化樹脂の成形装置。

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