JP6048730B2 - プリフォームの製造方法 - Google Patents
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Description
前記シート状のプリプレグを雄雌型のプレスする際に、シート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を加えながらシート状のプリプレグを雄雌型でプレスすることで賦形するプリフォームの製造方法にある。
(1)雌雄型の間に強化繊維とマトリックス樹脂を含むシート状のプリプレグを配置する。
(2)シート状のプリプレグの外延部の必要箇所をクランプで把持して、シート状のプリプレグに張力を付与させる。
(3)シート状のプリプレグに張力を付与したまま、加熱する。
(4)クランプの位置をプリフォーム型(雄雌型)がプレスする際に移動する方向に可動するようにしたのち、加熱したプリプレグをプリフォーム型でプレスして賦形させる。
(5)張力を除去し、クランプを外した後、プリフォーム型を開き、プリフォームを取り出す。
具体的にはまず、図1に示すようにプリフォーム型(雌型10及び雄型20)にプリプレグ30を配置する。
本実施形態例におけるプリフォーム型は、型を挟圧させたときにプリプレグ30を所望の形状に賦形できるようなプリフォーム型であれば、本発明のプリフォームの製造方法に用いることができる。
図1では、上型に雌型10、下型に雄型20を用いているが、それが反対になっていても構わないし、また、どちらか一方が固定型でもう一方が可動型であっても構わない。
プリフォーム型の材質は金属、ケミカルウッドなどプリプレグを賦形させることができるものであれば特に制限はないが、材料が安価であること、加工が容易であることからケミカルウッドであることが好ましい。
本発明のプリフォームの製造方法に用いることができるプリプレグ30の大きさは必要箇所をクランプできる程度に賦形後に得たい形状より大きければよい。また、プリプレグ30の形態は、強化繊維が一方向に引き揃えられたUDプリプレグであってもよいし、強化繊維が製織された織物プリプレグであってもよい。さらに、プリプレグ30の形状としては、例えば、三角形状、矩形状、菱形状等の多角形状、円形状、楕円形状、扇形状などが挙げられるが、所望の成形品に応じて適宜選択すればよい。
プリプレグ30に含まれるマトリックス樹脂中には、硬化剤、離型剤、脱泡剤、紫外線吸収剤、充填材などの各種添加剤などが含まれてもよい。
本発明のプリフォームの製造方法では、シート状のプリプレグを雄雌型のプレスする際に、シート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を付与させることが必要である。図2にその一例を示す。
本発明のプリフォームの製造方法では、シート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を付与させる際に、シート状のプリプレグの外延部を把持するクランプ41と、雄雌型のプレスする際にシート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を付与する張力付与機構42と、クランプの把持する位置をプレスする方向に可動できる位置可動機構43とを有する張力付与手段40を有することが好ましい。
プリプレグ30をクランプ41で把持させた後、雄雌型でプレスする際に、張力付与機構42を用いて、シート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を付与することが望ましい。
また図4に示すように、垂直方向より下方向に張力を付与する場合は、プリプレグ30が下方向に移動するため、賦形させたい形状によっては、雄雌型でプレスするために型で挟み込む前に、プリプレグと型が接触してしまう。その状態でプレスを行うと、形状が乱れてしまう恐れがある。
張力を付与する方式としては、エアシリンダー方式や巻きバネ方式などが挙げられるが、荷重を受けた際にスムーズに可動できる点から巻きバネ方式が望ましい。また、張力付与機構42により、プリプレグ30に付与する張力としては、0.1〜5.0kgであることが好ましい。
図5に示すように、クランプで把持する位置が固定されてしまう場合は、型でプレスする時にその位置でプリプレグが拘束されてしまうため、所望の形状までプリプレグを賦形させることができない。
クランプで把持する位置を可動させる方法としては、エアシリンダー方式や巻きバネ方式などが挙げられるが、荷重を受けた際にスムーズに可動できる点から巻きバネ方式が望ましい。図2では、張力付与手段40の自重を支えるよう巻きバネが配置さえており、雄雌型でプレスする時に受けた荷重に合わせてチャック位置が可動できるようになっている。
本発明のプリフォームの製造方法では、図6に示すように、プリプレグ30を加熱機50で加熱させることが好ましい。加熱機50は、賦形前にプリプレグ30を軟化させるために加熱するものである。加熱方式としては、例えば、熱風式、赤外線式などが挙げられるが、加熱時間を短縮できる点から赤外線式が好ましい。
ついで図8で示すように、張力を除去してクランプ41を外した後、雌型10を上昇させて、図9に示すように、雄型20から賦形されたプリプレグ30を取り出す。
このように、シート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって張力を付与させて、クランプ位置を雄雌型のプレス方向に可動できるようにすることで、雄雌型を閉じるまでの間、プリプレグに、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を加えることができる。その結果、プリフォームのシワ回避と所望形状への賦形の両立が可能となる。
(実施例1)
所望の成形機に対して、図1に示すように可動型として上型に雌型10を配置し、固定型として下型に雄型20を配置した。
次に、一方向に引き揃えた炭素繊維にエポキシ樹脂組成物を加熱含浸したUDプリプレグシートを所望の形状に裁断し、このプリプレグシートを炭素繊維の配向が0°と90°と交互になるように10枚積層してプリプレグ積層体を得た(以下、「プリプレグ積層体」のことも説明の便宜上、「プリプレグ」という。)のち、このプリプレグ30を雄型20の上に配置した。
その後、図2に示すように、プリプレグ30の外延部を張力付与手段40のクランプ41にて把持した。その後、張力付与機構42にてシート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を付与させた。このとき張力付与機構42に設置されている巻きバネを調整して、張力を2.0kgに設定した。
炭素繊維織物にエポキシ樹脂組成物を加熱含浸したクロスプリプレグシートを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でプリフォームを製作した。得られたプリフォームはシワなく所望の形状へ賦形されていた。
また、このプリフォームを実施例1と同様の方法で圧縮成形したところ、得られた成形品は強度、外観に優れており、また、成形時の安定性にも優れていた。
張力付与手段40を使用しないこと以外は、実施例1と同様の方法でプリフォームを製造した。得られたプリフォームにはシワが多発している状態であった。
また、このプリフォームを実施例1と同様の方法で圧縮成形したところ、得られた成形品は強度、外観が優れず、また、成形時の安定性にも欠けるものであった。
図3に示すように、張力付与機構42にて垂直方向より上方向に張力を付与させた以外は、実施例1と同様の方法でプリフォームを製造した。
その結果、雄雌型でプレスする際、型の移動を妨げる方向に荷重が加わり、所望の形状にプリプレグを賦形させることができなかった。このプリフォームを実施例1と同様の方法で圧縮成形したところ、得られた成形品は強度、外観が優れず、また、成形時の安定性にも欠けるものであった。
図4に示すように、張力付与機構42にて垂直方向より下方向に張力を付与させた以外は、実施例1と同様の方法でプリフォームを製造した。
その結果、雄雌型でプレスする前に、プリプレグと型が接触してしまい、その状態のまま雄雌型でプレスしたため、プリフォームの形状が大きく乱れてしまった。このプリフォームを実施例1と同様の方法で圧縮成形したところ、得られた成形品は強度、外観が優れず、また、成形時の安定性にも欠けるものであった。
図5に示すように、位置可動機構43を使用しないこと以外は、実施例1と同様の方法でプリフォームを製造した。得られたプリフォームにシワは回避されていたが、プリプレグが拘束されてしまい、所望の形状に賦形することができなかった。
このプリフォームを実施例1と同様の方法で圧縮成形したところ、得られた成形品は強度、外観が優れず、また、成形時の安定性にも欠けるものであった。
20 雄型
30 プリプレグ
40 張力付与手段
41 クランプ
42 張力付与機構
43 位置可動機構
50 加熱機
Claims (2)
- 立体形状を有する繊維強化樹脂成形品を得るべく、強化繊維とマトリックス樹脂を含むシート状のプリプレグを雄雌型でプレスすることで、プリフォームとするプリフォームの製造方法であって、
前記シート状のプリプレグを雄雌型のプレスする際に、シート状のプリプレグの中心部から外縁部に向かって、雄雌型でプレスする方向に対して垂直な方向に張力を加えながらシート状のプリプレグを雄雌型でプレスすることで賦形するプリフォームの製造方法。 - 前記雄雌型によるプレスが完了するまでの間、中心部から外縁部に向かって同じ方向に張力を加える請求項1に記載のプリフォームの製造方法。
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