JP2005193587A

JP2005193587A - Ｒｔｍ成形方法

Info

Publication number: JP2005193587A
Application number: JP2004003955A
Authority: JP
Inventors: Shunei Sekido; 俊英関戸; Akihiko Kitano; 彰彦北野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】
従来のＦＲＰ成形法では製造することが困難であった表面に気泡が無いかまたは極めて少ないことにより優れた表面意匠性をもち、また強化繊維基材の層間においてもボイドが無いかまたは極めて少ないことにより優れた機械的性質と品質とを有するＦＲＰ成形品を容易に安定して成形できるＲＴＭ成形方法を提供する。
【解決手段】
成形型のキャビティー内に、プリフォーム化された強化繊維基材を配置し、樹脂注入口から反応性樹脂を加圧しながら注入して前記強化繊維基材に樹脂含浸後、加熱硬化させる繊維強化樹脂部材のＲＴＭ成形方法において、前記反応性樹脂の前記キャビティー内への注入速度を、前記反応性樹脂の単位時間流量（Ｑ：CC／min）とキャビティーの投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ：CC／min・ｍ²）が、６０＜Ｑ／Ｓ＜５５０となる範囲内で注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）部材を成形する際に用いるレジン・トランスファー・モールディング法（以下、ＲＴＭ成形法という。）において、最適な成形条件を設けることによって、表面意匠性の良好なＦＲＰ部材を短時間で高効率に成形するＲＴＭ成形方法の改良に関する。

従来より、軽量化を目的として、連続強化繊維を使ったＦＲＰ製自動車部材のＲＴＭ成形方法が盛んに研究開発されている。

ところで、上記ＲＴＭ成形法に用いる成形型には、縦割れ型と横割れ型とがあるが、縦割れ型（射出成形型に多い）は、重力の影響で樹脂の流れが一定化し易く、型内の気泡は上昇して抜けやすいことから、成形品の表面品位上問題となるボイドやピットの発生が非常に少ないと言うメリットがある反面、金型内への強化繊維基材のセット、即ち成形型のキャビティ面への基材の乱れ無き配置と型面への固定が難しく、且つ多大の時間を要することから生産性が低いという大きな問題がある。一方、横割れ型、即ち成形型が上下型の構成では、前記の強化繊維基材の型面へのセットは比較的容易で且つセット時間も短時間で出来る利点がある反面、一般的な樹脂の注入方法、即ち０．２〜１．０ＭＰaの圧力で加圧し、格別流速をコントロールしないで樹脂注入した場合は、樹脂が圧力に応じた流速で型内に流入して行き、比較的短時間で型内に樹脂が充填されるが、強化繊維基材が樹脂流れで乱れたり、流速が早くて不均一な流れが生じて成形品の表面にボイドやピットが多数発生することが起きる。

このような状況下、従来の技術においては、キャビティ内に樹脂を均一にボイドレスの状態で注入するため、キャビティ内の少なくとも一部位に樹脂拡散媒体を配置し、キャビティ内での部分的な樹脂の流動不良や含浸不良を解消する技術が提案されているが（例えば特許文献１）、樹脂の流動条件が考慮されていないために十分でない。特に、成形時間を短縮したり大面積の成形品を短時間で成形するために、樹脂の吐出圧力が０．５ＭＰa以上の高圧で（従って、高速で）樹脂注入する必要がある場合は、基材（特に、平織物）の織り組織の乱れが生じ易く、また高速で樹脂が型内を流動するため基材の微妙な厚み斑や構成の違いにより流動抵抗が流動領域内でばらつくため、均一な流れを保てないことから、部分的に「流れの先回り」などが生じて大きなボイドが発生することがある。更にまた、実施に該基材部分に樹脂は流れて来てはいるが、流れが速いことから例えば織物の織り目にあった気体が抜ける間が無く滞留してしまい、ピットとして表面に欠点を発生させる場合がある。この様な意匠性に係わる外観品位の低下をもたらす従来の成形条件や成形プロセスでは、成形時間の短縮化のための高速注入を行いながら、高い表面品位を確保することは出来ない。成形品のサイズが大きくなればなるほど、どうしても高速樹脂注入することから、この様な外観品位上の欠点は発生しやすい。

この様な意匠性に係わるボイドやピットの発生には、樹脂の流動状態が大きく影響することから、強化繊維基材の密度、つまり目付量も重要な因子にになる。つまり、１層当たりの強化繊維の目付量は樹脂の流動抵抗や気泡の抜け易さに影響を与えるため、樹脂流動条件に応じた適正な目付量を設定する必要がある。この目付の適正化には単に表面品位の面ばかりでなく、プリフォームの作業性や強度利用率等の観点からも設定する必要がある。即ち、目付が大きすぎて基材の剛性が高くなると型面に強化繊維基材が沿い難くて立体形状への賦形が難しくなりプリフォーム化に多大の作業時間が掛かったり、その際に基材乱れを生じてＦＲＰ成形品の力学特性が低下する事態を招くことがある。即ち、効率的な生産を行うためには、生産条件（成形サイズ、成形条件など）に合った目付量がある。

また、成形条件の中で、特に温度や樹脂注入圧力も表面品位に与える影響度は大きい。注入する樹脂温度は高いと粘度が下がって流動性が上がり、基材への樹脂含浸性は良いが、粘度上昇率が高くなって急激に流動性が悪化し、成形品が大きい場合は樹脂の流動が途中から減速し、未含浸をもたらす場合がある。どうにか全域に樹脂流動しても、粘度が高くなった領域では、未含浸には至らなくてもボイドやピットが多発することがある。一方、金型温度に斑があったり、成形中に変化したりすると型内に残っていた微小な気泡同士が接触して、ボイドやピットに発展する大きな気泡に成長することがある。

また、圧力も適度であることが必要である。高過ぎてキャビティー内で体積膨張して気泡を発生させたり、低過ぎて残存気泡を小さく圧縮出来ない場合がある。

また、反応性樹脂から硬化過程で反応ガスが生じたり、既に樹脂中に内包していた微細なガス（気泡）が時間と共に成長して大きくなり、ボイドやピットに成長することもあるので、樹脂が基材に含浸した後は出来るだけ早く、速やかに硬化する方がよい。

該反応性樹脂の材料特性が成形効率に与える影響度は非常に高く、例えば硬化剤の種類によっては樹脂の反応の初期に反応速度が最大となり、時間が経過する従って反応速度が低下し、その為に硬化に要する時間が長くなる場合がある。これに対して、成形型の温度を上昇させて硬化時間を短縮しようとすると、今度は初期の粘度上昇が過大となり、樹脂注入・流動時に粘度が過度に上昇して、果てはゲル化してしまい、成形が途中で停止して未含浸部分を生じる場合もある。

この様に、ＦＲＰ成形（特に、ＲＴＭ成形方法）では、成形サイズ（面積）に応じた成形条件や材料特性が存在し、適正な条件で成形しないと品質面、特に表面品位の点で問題を生じ易いと言える。
特開２００２−１９２５３５号公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、強化繊維基材の型内への配置が容易で、短時間でセットが可能な横割り型（上下型）を用いたＲＴＭ成形方法において、ボイドやピットが殆ど生じていない表面意匠性の高い成形品を、効率よく短時間で成形（製造）できるＲＴＭ成形方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、成形型のキャビティー内に、プリフォーム化された強化繊維基材を配置し、樹脂注入口から反応性樹脂を加圧しながら注入して前記強化繊維基材に樹脂含浸後、加熱硬化させる繊維強化樹脂部材のＲＴＭ成形方法において、前記反応性樹脂の前記キャビティー内への注入速度を、前記反応性樹脂の単位時間流量（Ｑ：CC／min）とキャビティーの投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ：CC／min・ｍ²）が、
６０＜Ｑ／Ｓ＜５５０
となる範囲内で注入することを特徴とするＲＴＭ成形方法である。

この場合、上記キャビティー内を減圧した状態で、反応性樹脂を加圧しながら、樹脂を注入することが好ましい。また、反応性樹脂の単位時間流量（Ｑ：CC／min）と、キャビティーの投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ：CC／min・ｍ²）と、該反応性樹脂の加圧力（Ｐ：ＭＰa）との積（（Ｑ／Ｓ）×Ｐ：CC・ＭＰa／min・ｍ²）が、
２０≦（Ｑ／Ｓ）×Ｐ≦４００
の範囲内の条件で樹脂を注入することが好ましい。そして、反応性樹脂の加圧力は、０．２〜０．８ＭＰａの範囲内にすることが好ましく、時間と共に変動させるのがより好ましい。加熱温度は６０〜１６０℃の範囲の一定温度下で注入し、３〜３０分の範囲内で硬化させることが好ましい。

本発明の方法に用いる強化繊維基材の構成繊維は、目付けが１５０〜５００ｇ／ｍ²の範囲内の炭素繊維を用いるのが好ましく、樹脂はアルコールを硬化成分とするエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。得られた繊維強化樹脂部材は、その厚みが１ｍｍ以上のものである。この得られた成形品は主として自動車の意匠部材に用いることができる。

本発明のＲＴＭ成形方法によれば、従来のＲＴＭ成形条件では困難であった意匠面である表面にボイドやピットなどの欠陥が発生することのない成形品を効率よく短時間で安定的に成形出来る。従って、表面品位が良い成形品を高サイクルで量産できる。

以下、本発明のＲＴＭ成形方法の最良の実施形態を説明する。

本発明のＲＴＭ成形方法を実施することによって得られるＦＲＰ部材とは、強化繊維により強化されている樹脂を指し、強化繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、金属繊維、窒化珪素繊維などの無機繊維や、ポリアミド系合成繊維、ポリオレフィン系合成繊維、ポリエステル系合成繊維、ポリフェニルスルフォン系合成繊維、ポリベンゾオキサジン系合成繊維、アセテート、アクリロニトリル系合成繊維、モダクリル繊維、ポリ塩化ビニル系合成繊維、ポリ塩化ビニリデン系合成繊維、ポリビニルアルコール系合成繊維、ポリウレタン繊維、ポリクラール繊維、タンパク−アクリロニトリル共重合系繊維、フッ素系繊維、ポリグリコール酸繊維、フェノール繊維、パラ系アラミド繊維などの有機繊維等の中から単種、あるいは複数種選ぶことができる。これら強化繊維は、織布状、不織布状、マット状、短繊維状など各種形態を採りうる。中でも、自動車用外板など意匠部材に適する繊維としては、高強度・高剛性である炭素繊維やガラス繊維が挙げられ、
また、本発明で使用する強化繊維基材とは、例えば樹脂の含浸されていない強化繊維を指し、その形態としては、不織布やマット、ニット材料、チョップ度ファイバーなどの短繊維状の均質形態が好ましい。更、これらとインサート部品との組み合わせ等が挙げられ、その用途により使い分けられる。前記インサート部品とは、例えばスチールやアルミニウムなどの金属板や、金属柱、金属ボルト、ナット、ヒンジなどの接合用の金属、アルミハニカムコア、あるいはポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノール、アクリルなどの高分子材料からなるフォーム材やゴム質材、木質材等が挙げられ、主として、釘が効くことや、ネジが立てられる等の接合を目的としたインサート部品、中空構造で軽量化を目的としたインサート部品、振動時の減衰を目的としたインサート部品などが多く用いられる。

更にまた、本発明の強化繊維には、繊維の一部に次述する樹脂が既に含浸された状態（プリプレグ、セミプレグ、部分含浸プリプレグなど呼ばれる状態）である場合も含まれる。

本発明のＲＴＭ成形方法で使用する樹脂としては、粘度が低く強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を形成するＲＩＭ用（Resin Injection Molding）モノマーなどが好適である。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、グアナミン樹脂、また、ビスマレイド・トリアジン樹脂等のポリイミド樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリジアリルフタレート樹脂、さらにメラニン樹脂やユリア樹脂やアミノ樹脂等が挙げられる。

また、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１などのポリアミド、またはこれらポリアミドの共重合ポリアミド、また、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラートなどのポリエステル、またはこれらポリエステルの共重合ポリエステル、さらにポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリオレフィンなど、更にまた、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマーなどに代表される熱可塑性エラストマー等が挙げられる。

また、上記の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴムから選ばれた複数をブレンドした樹脂を用いることもできる。中でも好ましい樹脂として、自動車用外板部材の意匠性に影響を与える成形時の熱収縮を抑える観点から、エポキシ樹脂が挙げられる。

一般的に複合材料用エポキシ樹脂としては、主剤として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、グリジシルアミン型エポキシ樹脂が用いられる。一方、硬化剤としては、ジシアンジアミドにジクロロフェニルジメチル尿素を組み合わせた硬化剤系が作業性、物性等のバランスに優れている点で好適に使用されている。しかし、特に限定されるものではなく、ジアミノジフェニルスルホン、芳香族ジアミン、酸無水物ポリアミドなども使用できる。また、樹脂と前述の強化繊維の比率は、重量比率で２０：８０〜７０：３０の範囲内が外板として適当な剛性を保持する点で好ましい。その中でもＦＲＰ構造体の熱収縮を低減させ、クラックの発生を抑えるという点から、エポキシ樹脂または熱可塑性樹脂やゴム成分などを配合した変性エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂がより適している。

次に図面を参照しながら発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明のＲＴＭ成形方法を実施するための成形設備の全体概略図である。成形金型２は上型と下型からなり、金型昇降装置１に取り付けられる。下型に直接強化繊維基材を、または事前に成形型に収まりやすいように強化繊維基材を製品形状に賦形したプリフォーム基材を設置し、上型を閉じる。成形型の材質としてはＦＲＰ、鋳鋼、構造用炭素鋼、アルミニウム合金、亜鉛合金、ニッケル電鋳、銅電鋳があげられる。量産には、剛性、耐熱性、作業性の面から構造用炭素鋼が好適である。

成形型には任意に複数の樹脂注入口８ａに繋がる樹脂注入流路１３、排出口８ｂに繋がる排出路１４を設けた。樹脂注入流路１３、排出路１４は各々カプラを介して注入口８ａ、排出口８ｂに接続されている。樹脂注入流路１３には樹脂注入装置３が接続されている。樹脂注入装置３は主剤タンク５、硬化剤タンク６にそれぞれ主剤・硬化剤を収容し、それぞれのタンクは加温、真空脱泡できる機構を備えている。樹脂注入時にはそれぞれのタンクから加圧装置１２により樹脂を樹脂注入流路１３に向かって押し流す。加圧装置１２は、シリンジポンプ１２ａ、、１２ｂを用いており、該シリンジを同時に押し出すことで定量性も確保することが２液混合により硬化する樹脂には好ましい。混合ユニット４で混合され、樹脂注入流路１３に至る。排出路１４は真空ポンプ７ａあるいは加圧ポンプ７ｂへの樹脂の流入を防ぐために、樹脂トラップ１５に接続される。

なお、注入口８ａの数や位置は成形型の形状や寸法、１型内で同時に成形する成形品の数量などによって異なるが、注入口８ａはできるだけ少ないことが好ましい。これは樹脂注入装置３からの注入用流路１３を注入口８ａに接続する箇所が増えて注入作業が繁雑になることを防ぐためである。

樹脂注入流路１３の材料は十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。チューブには口径５〜３０ｍｍのものを用い、樹脂の注入圧力に耐えるために１．０ＭＰａ以上の耐圧性、樹脂硬化時の温度に耐えるために１００℃以上の耐熱性が必要となり、厚みが２mm程度の”テフロン（登録商標）”製チューブが好適である。但し、”テフロン”以外にも、比較的安価なポリエチレンチューブやスチール、アルミ等の金属管であってもよい。

また、排出口８ｂの数や位置は成形型の形状や寸法、１型内で同時に成形する成形品の数量などによって異なるが、排出口もできるだけ少ないことが好ましい。

更にまた、排出口８ｂは、型内に残留する気体が抜けやすいように注入口８ａよりも気体が浮動し易い方向である高い位置に設置されることが好ましい。

排出路１４の材料は、供給路１３と同様に十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。排出路１４としてはスチール、アルミ等の金属管、あるいはポリエチレン、”テフロン”等のプラスチック製のチューブが挙げられるが、直径５〜１０ｍｍ、厚み１〜２ｍｍの”テフロン”製チューブが作業性の面からより好適である。

樹脂注入時の樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に設置する注入バルブ２１や排出バルブ２２は、バイスグリップ等により、直接作業者により流路を挟むことで全域開閉や口径を変化させることができる。また、バイスグリップのハンドル部分にアクチュエータを設置して自動化することや、またバイスグリップの代わりに電磁バルブやエアーオペレーションバルブを用いる等したバルブ開閉装置を適用することが出来る。そして、このバルブ開閉装置と事前にバルブの開度情報を入力した記憶装置を接続することで、より精度の高い開閉を行うことも好適である。さらに、排出バルブ２２は、単なる開閉の２値ではなく、流路の径を変化（ボールバルブの開度調節）させることも可能である。

樹脂の加圧は、シリンジポンプなどによる加圧方法によれば定量性も得られる。樹脂の注入圧は０．１〜１．０ＭＰａの範囲で用いるのが好ましい。ここで樹脂の注入圧とは、加圧装置１２により加圧される最大圧力を指し、図１の注入圧力計３１で表示させる圧力を表す。

最終的に樹脂が型内の基材に完全に含浸され排出路１４まで到達したら排出路１４を閉じ、その後暫く注入圧で型内を保圧してから注入用流路も閉じて樹脂注入を終了する。成形型は温水循環式の温調機２６によって加温されており、これにより樹脂を硬化させる。尚、型内樹脂圧とは、型内圧力計３２の圧力を表す。

上述の様なＲＴＭ成形設備（成形システム）によってＲＴＭ成形を行い、外観品位に優れ、所定の力学特性を有する高品質のＦＲＰ成形品を安定的に得るためには、
強化繊維基材の裁断、積層、プリフォーム化、型へのレイアップなどの事前準備の適正化と共に、樹脂注入、含浸、硬化までの成形条件が非常に重要であり、特に生産性（生産の効率化）を考慮した生産条件を適正に設定する必要がある。

その為には、既に指摘しているような「樹脂注入圧力」、「成形温度」や「樹脂流速」、「樹脂の温度特性」等が、反応性樹脂の特性を十分考慮した上で、成形寸法に相応した適正な値に設定される必要がある。特に、本特許では生産効率を考慮して流動性が良い反面、短時間でゲル化し、直ぐに硬化する反応性樹脂材料を対象としているため、高速流動含浸が必要となる。

しかし、樹脂圧力を上げ、流速を早めて注入すると、先に述べたように基材の乱れや表層にボイドやピットが生じやすい。従って、単純に流速を早めては前述のような外観品位に問題を生じるため、被含浸基材に対する適正な樹脂流速、即ち該基材の面積に相応した流量を設定する必要がある。

そこで、後述する実施例では、実際の成形対象部材である自動車外板部材の寸法（面積）に対し、樹脂注入流量を可変して外観品位（意匠面の表面品位）を評価してみた。即ち、０．４〜２．４ｍ²の６種類のＲＴＭ成形型を用いて、樹脂の注入圧力を変えて注入（吐出）速度を１０通り変えて試作成形した。

用いた基材は、東レ（株）製炭素繊維”トレカ”クロス（ＣＫ６２４３Ｃ：Ｔ７００−１２Ｋ、目付：３００ｇ／ｍ²、面積：１．０ｍ²／ply）を４ply積層し、約１１０℃に加熱された平面板成形用金型に配置し、金型を密閉した後、一方から圧力が０．５ＭＰａの反応性エポキシ樹脂を加圧注入しながら他方から真空吸引した。樹脂が全体に流動し含浸した後に真空吸引を停止し、樹脂注入圧力で数１０秒保圧した後に、所定の時間（約１０分間）だけ加熱硬化させて金型より成形品を脱型し、厚さ約１．４ｍｍのＣＦＲＰ製平板を得た。

次の表１は、上記成形品の外観を評価した結果である。

なお、表中の枠内下段の数値は、注入樹脂の流量（Ｑ：CC／min）と被成形品の投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ）
の値である。また、評価結果は以下の区分で表示している。

○○：外観上全く欠陥がなく、極めて意匠性に優れる。

○ ：外観上に問題はなく、製品化が可能な意匠性レベル。

△ ：表面に微少なボイドやピットが見られるが、研磨すると製品化は可能。

× ：表面のボイドやピットの数量やサイズが修復困難なレベル。

尚、上記評価用試作に用いた反応性樹脂は、本発明が生産効率化を狙う為に適用対象としている図２に示すような粘度−時間特性を有する高流動性で且つ高速硬化型のエポキシ樹脂である。詳しくは、主剤のエポキシ樹脂が東都化成（株）製”エピトート”ＹＤ１２８の「ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル」に、３級アミンの「２−メチルイミダゾール」とアルコール類の「グリセリン」と「１,２−エタンジオール」の混合成分をなす。

即ち、１００℃の環境下で、樹脂流動開始後約８分でゲル化し脱型可能なレベルまで硬化する様な高速硬化樹脂である。

表１より分かるように、製品化可能なレベルである「○〜○○」は、上記Ｑ／Ｓ値が
６０＜Ｑ／Ｓ＜５５０
の範囲内であると言える。

更に、表１の条件において、表面品位を評価する因子である上記Ｑ／Ｓ値に吐出圧力Ｐを乗じた結果が表２である。

この表２より判る様に、製品化可能なレベルである「○〜○○」は、上記（Ｑ／Ｓ）×Ｐの値が、
２０＜（Ｑ／Ｓ）×Ｐ＜４００
の範囲内が好ましい。

次に本発明の実施例を前述の図面を参照しながら説明する。

本発明に係わるＲＴＭ成形条件で成形する一例として実施したＲＴＭ成形装置の全体図を図１に、成形に用いた樹脂の成形温度における粘度−時間特性について図２に示す。注入口８ａ、排出口８ｂをそれぞれ１箇所ずつ有する金属型２（上型、下型とも：長さ２０００ｍｍ、幅１８００ｍｍ、高さ５００ｍｍ）に、東レ（株）製炭素繊維”トレカ”クロス（ＣＯ７３７３Ｂ：Ｔ３００Ｂ−３Ｋ、目付：１９２ｇ／ｍ²、面積：２．１ｍ²／ply）を６ply積層（０／９０°；３ply、±４５°；３ply）し、予め自動車のボンネットフードの形状にプリフォーム化した状態で下型のキャビティ面に配置し、金型昇降機１にて上型を閉じて完全密閉した。上型は金型昇降機１にて２ＭＰaで加圧されている。また、上型、下型とも温調機２６によって１００℃に一定に加温されている。

注入口８ａには樹脂注入用流路１３を接続し、排出口８ｂには排出路１４を接続した。注入用流路１３、排出路１４ともに直径１６ｍｍ、厚さ２ｍｍの”テフロン”製チューブを使用した。排出路１４には樹脂が真空ポンプ７ａまで流入するのを防ぐため、途中に樹脂トラップ１５を設けた。

型内の密閉を保つため、シール材（Ｏ-リング）をキャビティ面の外周に配置している。上型を閉じることで、型の内部が樹脂注入用流路１３と排出路１４以外に連通していないことが理想的である。しかし、実質的には完全な密閉は困難であり、たとえば、樹脂注入路１３に配置される注入バルブ２１を閉鎖し、排出バルブ２２を開口した状態で真空圧力計（記載略）の圧力をモニターし、ここでは真空ポンプ７ａ停止後１０秒間０．０１ＭＰａを保持できた状態であれば成形上問題ないとして密閉の状態を確認した。

排出口８ｂから真空ポンプ７ａで排出し、型内圧力を０．０１ＭＰａ以下となったことを該真空圧力計により確認した後、加圧装置１２により樹脂の注入を開始する。加圧装置１２は、シリンジポンプ１２ａ、１２ｂを用いており、樹脂注入時にはタンク側への樹脂の逆流を防ぐように構成されている。樹脂は主剤としてエピコート８２８（油化シェルエポキシ社製、エポキシ樹脂）、硬化剤は東レブレンドのＴＲ−Ｃ３５Ｈ（イミダゾール誘導体）を混合して得た液状エポキシ樹脂を使用した。成形温度１００℃におけるこのエポキシ樹脂の粘度−時間特性、詳しくはエポキシ樹脂組成物の粘度変化を樹脂の硬化プロファイル追跡の指標として用いられるキュアインデックス値を図２に示す。グラフよりこの樹脂は約８分でガラス転移点（Ｔg）が１００℃を上回り、脱型が可能な状態に達する。

樹脂注入装置３では事前に主剤５、硬化剤６を攪拌しながら４０℃で加温し、所定の粘度まで降下させ、かつ真空ポンプ７で脱泡を行った。

樹脂注入の初期は樹脂混合ユニット４内の空気、ホース内の空気が入るため型内には流さずに図示しない分岐路から廃棄した。加圧装置のシリンジポンプ１２ａ、１２ｂの吐出条件は２００CC／ストロークに設定した。吐出時の注入樹脂圧を０．６ＭＰaに設定すると、樹脂注入流量（Ｑ：CC／min）とキャビティーの投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ）は、約２００（CC／min・ｍ²）である。最初の樹脂を廃棄した後、注入用流路１３に設置した注入圧力計３１によって注入樹脂圧（０．６ＭＰa）を確認して注入バルブ２１を開け、型内に樹脂を注入する。注入開始時は、排出路１４は開口状態とした。樹脂の強化繊維基材への含浸促進と、気泡を効率的に除去するための操作として排出バルブ２２の開閉を３回、バイスグリップを用いて行った。

完全に樹脂注入含浸が終了した後、排出バルブ２２を閉鎖し、その後３０秒間樹脂圧０．６ＭＰaで保圧したのち、１２分間加熱保持した後金型から成形品を取り出した。

約２ｍ²のボンネットフードの形状をなす成形品の全域の外観を評価したが、ボイドやピットが全くなく、極めて意匠性に富む良品であった。

本発明のＲＴＭ成形方法は、主として自動車用外板部材としてのパネル部材をはじめとする意匠部材の製造分野に好適に用いることができる。ここで自動車用外板部材とは、自動車やトラックにおけるドアパネルやフード、ルーフ、トランクリッド、フェンダー、スポイラー、サイドスカート、フロントスカート、マッドガード、ドアインナーパネル等のいわゆるパネル部材であり、他の関連パネル部材としては鉄道車両におけるドア、サイドパネル、内装パネルなどのパネル類、クレーンなどがある。しかし、本発明はこれらにとどまらず自動車分野以外の建設機械のカバー類、建築における仕切板、パーティシャン、ドアパネル、遮蔽板等、スポーツにおけるサーフィンボード、スケートボード、自転車部品などの外側にあって、意匠性が求められる部材の製造分野にも適用することができる。

本発明のＲＴＭ成形方法を実施するための成形装置の概略全体図である。本発明の実施例での評価用試作に用いた反応性樹脂の特性図である。

符号の説明

１金型昇降装置
２成形金型
３樹脂注入装置
４混合ユニット
５主剤タンク
６硬化剤タンク
７ａ真空ポンプ
７ｂ加圧ポンプ
８ａ注入口
８ｂ排出口
９油圧ユニット
１０油圧ポンプ
１１油圧シリンダー
１２加圧装置（シリンジポンプ）
１３樹脂注入流路
１４排出路
１５樹脂トラップ
２０強化繊維基材
２１注入バルブ
２２排出バルブ
２４真空ポンプ
２６金型温調機
３１注入圧力計
３２型内圧力計

Claims

成形型のキャビティー内に、プリフォーム化された強化繊維基材を配置し、樹脂注入口から反応性樹脂を加圧しながら注入して前記強化繊維基材に樹脂含浸後、加熱硬化させる繊維強化樹脂部材のＲＴＭ成形方法において、前記反応性樹脂の前記キャビティー内への注入速度を、前記反応性樹脂の単位時間流量（Ｑ：CC／min）とキャビティーの投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ：CC／min・ｍ²）が、
６０＜Ｑ／Ｓ＜５５０
となる範囲内で注入することを特徴とするＲＴＭ成形方法。
キャビティー内を減圧した状態で、反応性樹脂を加圧しながら、樹脂を注入することを特徴とする請求項１に記載のＲＴＭ成形方法。
反応性樹脂の単位時間流量（Ｑ：CC／min）と、キャビティーの投影面積（Ｓ：ｍ²）との比（Ｑ／Ｓ：CC／min・ｍ²）と、該反応性樹脂の加圧力（Ｐ：ＭＰa）との積（（Ｑ／Ｓ）×Ｐ：CC・ＭＰa／min・ｍ²）が、
２０≦（Ｑ／Ｓ）×Ｐ≦４００
の範囲内の条件で樹脂を注入することを特徴とする請求項１または２に記載のＲＴＭ成形方法。
反応性樹脂の加圧力が、０．２〜０．８ＭＰａの範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
反応性樹脂を、加熱温度が６０〜１６０℃の範囲の一定温度下で、かつ３〜３０分の範囲内で硬化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
強化繊維基材を構成する繊維は、目付けが１５０〜５００ｇ／ｍ²の範囲内の炭素繊維を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
反応性樹脂は、アルコールを硬化成分とするエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
反応性樹脂の加圧圧力を、時間と共に変動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
得られる繊維強化樹脂部材の厚みは、１ｍｍ以上のものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
得られた繊維強化樹脂部材は、自動車の意匠部材であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。