JPH03503866A - モールディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明はモールディング方法に関し、特に硬化性樹脂からモールディングする 方法に関する。

樹脂移動（ｔｒａｎｓｆｅｒ）モールディング方法として知られる複合合成物を モールディングする通常の方法は、例えばガラス、カーボン又はアラミドのごと き強化ファイバーの構造物（ｓｔｒｕｃｔｕｒ）を金型に入れ、かつ液体樹脂を 当該金型に注入して前記強化構造物全体に浸透するようにすることである。かく して該樹脂は硬化して良好な機械特性及び比較的低重量の樹脂／ファイバー合成 物を得る。最終的機械特性は強化７アイバーのタイプか使用する樹脂に依存する 。樹脂注入機から金型内の樹脂を７アイバ一内部に移動するための従来の装置に ついては添付図面第１図に図示されている。樹脂注入機からのノスルは金型の注 入管接続口に締め具で固定されており、加圧された樹脂は前記注入機から供給さ れ、前記接続口に８いて強化ファイバーに入る。単数の接続口以上のものか大き いモールディングでは使用可能であるが、この場合供給ンステムにおいて樹脂硬 化としての問題を提起し、硬化樹脂を除去するための手段を必要とする。

最近、例えば発泡性樹脂物質挿入の使用と共に強化ファイバーの複合形態の組み 合わせを可能とする方法の導入によってもたらされ樹脂移動のモールディング方 法においてモールディングの可能とされる複雑性か非常に要望されている。サイ クル時間は通常極めて長く、かつ樹脂硬化における限度といった点で複雑性の度 合いは流量を制限するものであり、その他の多様性についても主要な制限を与え ている。

ポリマー　マトリックスでのファイバーの複合構造体は低重量及び強力な溶液と いったことを数多くのエンジニアリング問題面において提供するものであり、そ の適用は急速に増加しており、特に軍事面とか、自動車及び航空機工業において 然りである。複合体、代表的にはサーモセット又は熱可塑性ポリマー　マトリッ クスでのガラス又はカーボンファイバーは、スティールに比肩しうる抗張力を有 し、スティールの２０％から２５％の範囲であり、かつ低モジュラスを有する。

面積（ａｒｅａ）の第２のモーメントのより高い値を得るためにセクションサイ ズを増大することによって補正しなければならないという技術者が直面する主要 な問題の一つは低モジュラスである。スチールに比肩しうるか又はこれと同等な 硬化性を有する必要がしばしば増大しており、このことは複合体に、多くの場合 、三次元構造を必要とする。

複合三次元光三体のものは、技術者が製品の構造要求に合致するために使用しな ければならないものである。しかしながら、これらは必要とされる長期のサイク ル時間の故に技術的には容易に製造されるものでなく、又必然的に高価なものと なる。

従って、複合構造体の製造においてサイクル時間を短縮しかつ費用を軽減する複 合体に適用可能なモールディング方法の改良が望まれている。

本願発明は前記改良方法を提供するものである。

本願発明は特許請求の範囲第１項に記載の複合合成体をモールディングする方法 を提供するものである。

樹脂不浸透性コア（ｃｏｒｅ）内にギヤラリ−（ｇａｌ　１ｅｒｙ）の使用で以 て、金型形状によって必要とされるいずれのところにも単一の樹脂注入ノズルの 使用ムこより樹脂を導入可能となる。該注入ノズルはコア内の単数のギヤラリ− 又は複数のキ七ラリ−の一つに挿入することが望ましい。しばしば前記コアを包 囲する層は　皮膚　の形状をなす。この場合、ノズルはギヤラリ−内に成型され る物体の　皮膚　を通して挿入されるのが望ましい。注入サイクル完了の際、ノ ズルは樹脂硬化以前に撤去し注入管接続口はふさがれる。本願発明によれば、極 めて複雑な構造のものを製造可能であり、かつサイクル時間を短縮しうる。

通常、前記コアの主要な機能は前記　皮膚　を一定の間隔に離すことであり、か つ樹脂か各皮膚間の空間を充填することを防止することである。金型を閉じた時 に付加される力に耐え、かつ樹脂の注入圧力にも耐えうる物質が一般的に適当で ある。かくして、コアは、比較的厚いモールディングに使用され、かつ通常クロ ーズドセル発泡（ｃｌｏｓｅｄ　ｃｅｌｌ　ｆｏａｍ−ｅｄ）樹脂物質、例えば 軽量及び安価の点から発泡性ポリウレタン、又はポリエステルである。しかしな がら、その他のしつくい、木材、蝋及びこれらと類似のものでもよい。蝋のごと きコア物質は熔解させることでモールディング後撤去可能である。加圧可能な中 空ポリマーコアは、燃料タンクのごときモールディング構成体を複合合成物内に 提供しうる。

しかしながら、当該合成物が比較的薄く、前記目的を必要としない場合には、フ ァーギヤラリ−は単−又は同じ物でよい。すなわち、該こあはファイバ一層での 単−又は複数のギヤラリ−を明確にするためにのみ存在する。　前期の記載は　 樹脂　に関するものであるか、本願発明の方法は、例えばセラミンク７アイハー か金型内に含まれ、熔融金属が核セラミ７り７アイハーを含むキャビティ内に注 入される金属マトリックス複合体といった他の型のモールディング複合合成物に も同じく適用されうる。樹脂なる用語はこのようにも解釈されるべきである。

追加的に又は択一的に複数のギヤラリ−の使用については、皮膚部分を形成する ファイバーになされうる。これらは物理的ギヤラリ−であり、例えばファイバ一 層に挿入されるチューブ、又は該層を貫通する穴は前期７アイパ一層を実際に織 る際に組み入れられうる。例えば、横糸又は縦糸用の粗紡糸は主要な粗紡糸より は極めて小さく樹脂を導くギヤラリ−として作用する空間を再び装丁ことになる 。しかしながら、特に後者の場合、金型コアにて形成されたギヤラリ−に加えて このようなギヤラリ−を使用することが好ましい。モールディング条件に基づい て、前記空隙又はギヤラリは保全性を維持することを保証することは関連する強 固性としての複合物質を強化するために使用するファイバーの特性である。成形 圧力の度合及び、金型内に７アイバーがトラ／プ（ｔｒａｐ）されていることは 前記特性を増大させる。

構成部材として考えられる複合体製品、構成体に代わり得て重量比に対して高強 度を有する複合体製品を製造するためには、下記規準が通常満足されることにな る。これらは強化ファイバーは長いものであり、好ましくは連続したものであり 、ファイバーのオリエンテーシミンが可能であり、かつ好ましくは、複合体の成 形された部分の重量が６０％の範囲又はそれ以上であり、ファイバー密度が高い ものである。前記のものを得るためには、ファイバーを極めて強固に金型内に詰 め込む必要がある。このことはかなり樹脂流量を制限し、強化７アイハーの通常 レベルでは前記流量間の空隙は事実上極めて小さいので毛管現象と考えられる。

このことは前記空隙は毛管現象に適応される流動体の法則に支配される場合であ る。簡単に言えば、このことは表面張力はファイバ一層を介してもポリマーを圧 入するための圧力よりもより重要なことを意味し、従ってこれらは流動体の割合 をコントロールするものである。

チューブの内径が小さい場合は、チューブ内で流体に適応可能な力は極めて小さ く、０に近いことが解る。こうしたことは付与された力が圧力時間面積の関数で あり、面積は直系の二乗でもって減少するので直径が減少すると面積はより早く 減少する。流量に対する粘性抵抗は下記のとおりである。

付与されたＰ土表面張力Ｐ−粘性抵抗Ｐ付与されたＰが小さい場合、即ち有効直 径が小さい場合はこれを無視してもよい。

Ｖは流体粘度、Ｔは表面張力、θは接触角、ｄはチューブの直径、１はチューブ の長さ、μは粘度である。■については下記の等式となる。

Ｔ、ｄ及び１は常数なので、樹脂の流量粘性はチューブの粘度及び長さに反比例 する６ｊｆｒ与の物質に対する粘度を低下させる際には制限がある。ポリマーの 場合は、加熱は粘度を減少させるが限られた範囲のみである。従って、流体粘／ ｆｖか出来るだけ高く保たれる場合は、チューブの長さ１は最小のものにされな ければならない。ファイバ一層内でチューブの長さを最小のものに保ち得るのは 本願発明の方法におけるギヤラリ−の条件である。

更に下記事項が考慮されるべきである。樹脂注入ノズルがファイバー強化層と接 触する場合、ノズルの帯域内に突出するファイバ一層内の毛管現象帯域のみが有 効に流動性物質をファイバー内に移動し得る。ファイバー積層の特性の故に、該 積層内に入る流体の大部分はノズルの周囲で前記毛管現象を通して流入する。従 って、流体が前記ファイバー積層に入る際に浸透する円形ラインかあり、該ライ ンの長さがノズル帯域よりもより重要となる。下記に詳述する形態のギヤラリ− を使用する本願発明の方法においては、複数の浸透ラインは極めて長いものが有 効である。このことは上述の記載から明らかなように７アイバ一構造体内への流 体の流量比を増大する。成形される複合体の全般に互って樹脂を導入するために 使用されるギヤラリ−は油管流量条件に付随する流量比に関する制限を回避する ため十分に大きなシメンジョンをもたねばならず、かくして極めて短縮されたサ イクル時間で複合３次元物体の製造を可能とする迅速な態様で複合物体に樹脂を 導入することを可能とする。更に本願発明の方法においては高圧使用を必要とし ない。前述の記載から明らかなように、高圧によるも細管流量条件が存在する場 合でのサイクル時間を十分に短縮することは不可能である。更に高圧は大きな金 型及び補助設備を必要とするのでモールディング費用を増大させる。代表的に言 って、本願発明の方法は６バー（ｂａｒ）以下のもので、しはしは３バー以下の 圧力を使用する。

以下、本願発明を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は従来の樹脂移動モールディングに使用する金型の概略断面図である。

第２図は本願発明の方法を実施するために使用する金型の概略断面図である。

第３図は本願発明の方法により製造される複合形状の物体の概略図。

第４図は本願発明の他の実施例を示す金型の部分概略図。

第５図はギヤラリ−の異なるタイプを示す金型の部分概略図。

添付図面、特に第２図及び８３図において、第２図に示される形状のものを製造 する金型ｌＯは１６において分割された上下の金型１２．１４及び単一の注入口 １８からなる。例えば、クローズド発泡性樹脂物質の樹脂不浸透コア２０は、従 来のモールディング方法と類似の態様で最終複合体における“皮膚”を形成する ガラス、炭素又はケブラー（ｋｅｙｌａｒ）のごとき強化７アイノ＼−で囲まれ た金型空隙内に配置される。しかしながら、本願発明では前記コア２０は上方皮 膚２４と下方皮膚２６との間においてその中央部に空隙又はギヤラリ−２２を具 備する。

注入ノズル２８は、ギヤラリ−２２内へ注入口１８を介して配設される。ギヤラ リ−２２内への樹脂注入は同時に上下皮膚２４．２６間に均等に注入かつ配分さ れることか保証され得る。分割ライン１６の回り黍こ配設された側方排気口（図 示せず）は樹脂によって排出された空気が金型空隙から排出され得るためのもの である。

コア２０内のギヤラリ−２２を具備することの便利性は、樹脂か同時に上下皮膚 ２４．２６に導入されることを保証し、かつ樹脂が実質的に金型の幅又は半径に 皮膚を通って流れる最小の長さを短縮する。更に、ギセラリー幡はノズル外径よ りも大きく、かつ１つの場合番こ代わって７アイハ一層内への２つの出口かある ので浸透ラインは約４因子でもって力）なり増加する。かくしてファイ／入一層 内に注入される樹脂は４倍の速度でなされる。従って、本願発明の方法及び巣− の注入ノズル２８を使用することで２つの注入ノズルを具備し、その１つか金型 のいづれかの側に設けられた従来の樹脂移動モールディング方法に使用されて費 用及び操作の複雑性を増大するものよりも遥かに改良されたものとなる。サイク ル時間を更に短縮することを望む場合は、追加のギヤラリ−１例えば第５図に示 すものを使用可能である。樹脂移動率の改良は従来方法で達成し得たよりもより 大きい。

樹脂注入が完了した場合はノズル１８は撤去され、注入管接続口１８がふさがれ た後、樹脂は硬化され又は硬化可能となる。従来方法による物体のディモールデ ィングは該物体を外観上従来の金型で製造したものと殆ど区別し得ないものであ り、かつ注入時間はギヤラリ−が設けられていない場合よりもかなり短縮された 。

第３図において、従来方法では成形することが困難又は不可能な比較的複雑な形 状の成形製品が示されている。該製品３０は単一の発泡コア３２及び外部皮膚３ ４からなる。該コア３２はそれに連結する単一の垂直ギヤラリ−３６と４つの水 平ギヤラリ−３８をもつ。該ギヤラリ−３６，３８は、該ギヤラリ−３６内へ設 置された単一注入ノズルから出た樹脂が金型の遠隔部分に供給されてＩＩＩｔ脂 の均一かつ迅速な注入が可能となることを保証するものである。注入後ギヤラリ −３６，３８内で硬化する樹脂には不利益はない。なぜなら該樹脂はギヤラリ− 内で又は次のモールディングエ徨に先立って清浄化する必要のある該製品の外側 に供給されたラン（ｒｕｎ）において硬化する樹脂であるからである。

本願発明の方法での１つの顕著な利点は極めて安価でギヤラリ−システムの最適 条件での成形を見いだすことを可能としたことである。従来の金型に８いては、 成形される形が樹脂の単一注入Ｖ接続口に対してあまりに複雑であ−るーと追加 の接続口が切断される又は外側のラン又はギヤラリ−が金型内へ切断するかしな ければならないことを決定するべきである。勿論、このことは時間を使い、もし 最適条件か見いだされる曲にいくつかの形状についての実験がなさしねばならな い場合は特に経費がかかる。本願発明の方法によると、ギヤラリ−は極めて蘭単 にして、迅速かつ安価な操作であるプラスチック物質発泡コア内のカットが必要 なだけである。かくして最適条件の形状を迅速かつ安価に見いだし得る。

“タグチ“方として知られているギヤラリ−設計に適応出来る最も効果的な設計 についての経験的統計技術か利用可能である。本願発明の方法は形状における変 化が迅速かつ安価に作られるのでこうしたアプローチが可能となる。ギヤラリ− 網状組織はコンピューターでモデル化され該流量特徴は最適条件設計に到達する ためにシユミレートされることか可能である。

ギヤラリ−なる用語を本明細書で使用してきたが樹脂流量流路が必ずしもコア内 にすべて封入される必要はない。かくして、ギヤラリ−のいくつか又はその全て は金型コアの表面に存在し皮膚を構成下る強化ファイバーによって結合可能であ る。かかる形態を第５図に示す。この場合、ギヤラリ−は皮膚部分かギヤラリ− 内へ偏らないか又は曲がらない程度に狭いことか好ましい。使用された７アイハ ーの硬さが狭いキャ／プを架情することを可能にする。ギヤラリ−は金型内より もむしろコア内に形成されるので本願発明の利点が得られ得る。かかる表面ギヤ ラリ−は相互に連結しているチャンネルの７アン王たはウェブの形態か有利であ り１つ又はそれ以上の内部ギヤラリ−に連結される。第５図に示した形態のギヤ ラリ−は樹脂が該物体内に分散することを可能とし、−万同時に該樹脂が該ファ イバー構造体に侵入するように浸透ラインを具備する。

該構造体の織布に組入れられｔ：各ギヤラリ−は１司−特性をもつ。

第４図において、単一のギヤラリ−４０かファイバ一層２４内に効果的に形成さ れる実施例が示されている。この場合、該ギヤラリ−４０は各端ともその長さに そって該ファイバ一層内へ樹脂が分散できるように一連の出口４０を有する筒状 コアからなる。

本願発明の方法は樹脂移動モールディングに関して記載してきたけれども、より 広範な適応性がありセント可能な組成物を特定帯域にのみ限定しかつ散布する内 部コアを用いる全てのモールディング方法にも使用可能である。本願方法はかか る適用のみに限定されるものではなく、本願発明の方法は欧州特許公告番号０１ ４７０５０号において特許請求されＩ；物体を製造するのに特に有効である。

実施例 上記欧州特許に基づき、マンホールカバーを成形目的で、公称容積６００ｒａｍ Ｘ６００ｉｍＸ７６．５ｍｍの金型を使用した。この場合、該最終カバーの組成 物部分の約６２重量％に成形するためにガラスファイバーで包囲されたクローズ ドセルポリフレタン泡の１３のコアが設置された。

中心のコアは第２図で示したものと類似のギヤラリ−を具備肱樹脂は該金型の上 部及び下部表面へ同時に入るように該ギヤラリ−内へ注入された。１０７２ｇの イソフタル酸ポリエステル樹脂か４０℃の温度で７分間以上に互って注入された 。硬化かつディモールディング後、マンホールカバーとしての使用に必要な重量 を保持出来る強力かつ完全な製品が得られた。該製品は従来方法の使用での実際 的なモールディング時間では製造不可能であった。もしギヤラリ−網状組織か拡 大されたならば、該中央ギヤラリ−から導かれるコア２０の頂部及び低部各面の ４つの表面ギヤラリ−を具備することにより、注入時間は更に減少し約２分とな る。

本願発明の方法は、樹脂注入による比較的複雑な形状のものを製造する場合、蘭 単にしてかつ比較的経費がかからず迅速な方法を提供するものである。

国際調査報告 国際調査報告 ＧＢ　８８００４９８ ＳＡ　　　　２３０５９

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．樹脂（上記において規定した）で注入されるファイバーを含有する層と、コ ア又はファイバー層において、単数又は複数のギャラリーを具備し、かつ該ギャ ラリー内に入口からノズルを挿入することで前記ギャラリー内に直接樹脂を注入 するコア部分とを具備し、前記層のすべての部分に樹脂を迅速に送達した後、該 ノズルを撤去して前記樹脂が硬化又は硬化可能となる前に前記入口をふさぐこと からなる構造用部財として使用される複合合成物をモールディングする方法。
2. ２．前記コアが不浸透性発泡プラスチック物質樹脂である請求項第１項に記載の 方法。
3. ３．少なくとも一つのギャラリーが前記コアである請求項第２項に記載の方法。
4. ４．少なくとも一つのギャラリーが前記層のファイバーに設けられている請求項 第１項及至第３項に記載の方法。
5. ５．前記ギャラリーがモールディングコアの表面にあり一つの皮膚を構成する強 化ファイバー層に結合された請求項第１項及至第４項に記載の方法。
6. ６．前記層中のファイバーがガラス、炭素、アラミド又は類似のものからなる請 求項第１項及至第５項に記載の方法。
7. ７．前記コアはクローズドセル発泡ポリエステル又はポリウレタンプラスチック 物質からなる請求項第１項及至第６項に記載の方法。
8. ８．製造された組成物の成形された部分のファイバーの濃度が少なくとも６０重 量％である請求項第１項及至第７項に記載の方法。
9. ９．前記ファイバーが長く、好ましくは連続的である請求項第１項及至第８項に 記載の方法。
10. １０．前記ギャラリーは前記層中へ一つの又は複数の線の浸透である請求項第１ 項及至第９項に記載の方法。