JP2009006495A - 繊維強化プラスチックパネルの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維補強基材の積層体に樹脂材料を含浸させる際、含浸状況を確実に把握できるようにした繊維強化プラスチックパネルの製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 繊維補強基材の積層体４を覆ったバキュームバッグ７の内側に樹脂材料Ｗを供給パイプ６を通じて供給する前に、積層体４の層間に電気容量センサ１０ａ、１０ｂとなる２本の導線を、互いが通電しない状態で間隔をあけて配置しておき、モールド１上でバキュームバッグ７の内側の空気を吸引しつつ、バキュームバッグ７の内側に樹脂材料Ｗを供給して積層体４に樹脂材料Ｗを含浸させる際に、電気容量センサ１０ａ、１０ｂとなる２本の導線間の電気容量を測定し、この測定した電気容量値に基づいて、含浸状況を判断する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、繊維強化プラスチックパネルの製造方法および製造装置に係わり、更に詳しくは繊維補強基材の積層体に樹脂材料を含浸させる際、含浸状況を確実に把握できるようにした繊維強化プラスチックパネルの製造方法および製造装置に関するものである。

近年、船舶の分野では大型船体の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネル化が進み、これに伴って大型の繊維強化プラスチックパネルが必要になってきた。繊維強化プラスチックパネル等の樹脂成型物を製造する方法は種々知られているが、オートクレーブ法による樹脂成型方法では、オートクレーブの大きさの制約があるため、十分に大きな繊維強化プラスチックパネルを製造することができない。

そこで、設備として大きさの制約が少なく、品質の向上やコスト低減も期待できる樹脂トランスファー成形法（ＲＴＭ）またはバキューム樹脂トランスファー成形法（ＶａＲＴＭ：Vacuum-assisted Resin Transfer Molding）による繊維強化プラスチックパネルの開発が進められている。このバキューム樹脂トランスファー成形法（ＶａＲＴＭ）は、常温プロセスで簡便に大型樹脂成型物を成型できる点で非常にメリットが大きく、風力発電機ブレード等の製造に適用されている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかしながら、この製造方法では、繊維補強基材を積層した積層体にモールド上で樹脂材料を含浸させる際に、積層体の内部や下部については目視では含浸状況を把握できないため、経験則等に基づいて含浸状況を判断しなければならないという問題があった。 そのため、室温等の環境によっては含浸状況の判断を誤り、樹脂材料の含浸が不十分な状態で硬化させて製造不良になるという問題があった。
特表２０００−５０１６５９号公報 特表２００１−５１０７４８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に着目して案出されたもので、その目的は、繊維補強基材の積層体に樹脂材料を含浸させる際、含浸状況を確実に把握できるようにした繊維強化プラスチックパネルの製造方法および製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の繊維強化プラスチックパネルの製造方法は、繊維補強基材を積層した積層体をモールド上に載置し、該積層体を覆ったカバー部材の内側の空気を吸引しつつ該カバー部材の内側に樹脂材料を供給して、積層体に前記樹脂材料を含浸させた後、該積層体を硬化させる繊維強化プラスチックパネルの製造方法において、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、前記積層体の所定の位置における電気容量を測定し、該測定した電気容量値に基づいて前記樹脂材料の積層体に対する含浸状況を判断するようにしたことを特徴とするものである。

ここで、前記積層体を覆ったカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に、積層体の所定の位置に複数本の導線を、互いが通電しない状態で間隔をあけて配置しておき、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、該複数本の導線の中、選択した２本の導線間の電気容量を測定することにより前記積層体の所定の位置における電気容量を測定することもできる。この際に、前記複数本の導線を格子状に配置し、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、該複数本の導線の中、交差する２本の導線、或いは平行する２本の導線を順次選択し、その選択した２本の導線間の電気容量を測定することにより前記積層体の所定の位置における電気容量を測定することもでき、前記積層体とカバー部材との間に樹脂流路媒体を配置し、該樹脂流路媒体に前記複数本の導線を配設することもできる。

或いは、前記モールドを導電材により形成するとともに、前記積層体を覆ったカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に、前記積層体の所定の位置に少なくとも１本の導線を、前記モールドと通電しない状態で間隔をあけて配置しておき、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、前記積層体の所定の位置に配置した少なくとも１本の導線と前記モールドとの間の電気容量を測定することにより前記積層体の所定の位置における電気容量を測定することもできる。この際に、前記導線を複数本、前記積層体を覆ったカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に互いが通電しない状態で間隔をあけて格子状に配置しておき、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、該複数本の導線の中、１本の導線を順次選択し、その選択した１本の導線と前記モールドとの間の電気容量を測定することもでき、前記積層体とカバー部材との間に樹脂流路媒体を配置し、該樹脂流路媒体に前記導線を配設することもできる。

また、本発明の繊維強化プラスチックパネルの製造装置は、繊維補強基材を積層した積層体を載置するモールドと、該モールド上の積層体を覆うカバー部材と、該積層体を覆うカバー部材の内側の空気を吸引する吸引手段と、該積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する樹脂供給手段とを備えた繊維強化プラスチックパネルの製造装置において、前記積層体の所定の位置に配置される電気容量センサと、該電気容量センサの検知データにより電気容量を測定する測定器と、該測定器により測定された電気容量値を表示するモニタリング装置とを設けたことを特徴とするものである。

ここで、前記電気容量センサを、前記積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に互いが通電しない状態で間隔をあけて前記積層体の所定の位置に配置される複数本の導線にすることもきる。或いは、前記モールドを導電材により形成するとともに、前記電気容量センサを、前記積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に、前記モールドと通電しない状態で間隔をあけて前記積層体の所定の位置に配置される少なくとも１本の導線にすることもできる。

また、前記導線を複数本とし、前記積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に互いが通電しない状態で格子状に配置することもできる。また、前記導線を、前記積層体とカバー部材との間に配置される樹脂流路媒体に配設することもできる。

本発明によれば、樹脂材料を積層体に含浸させる際に、積層体の所定の位置において、樹脂材料がその所定の位置に達したか否かによって値が変化する電気容量を測定し、この測定した電気容量値に基づいて樹脂材料の積層体に対する含浸状況を判断するようにしたので、目視できない積層体の内部や下部での樹脂材料の含浸状況を確実に把握することが可能になる。これにより、樹脂材料の含浸が不十分な状態の積層体を硬化させることを防止でき、高精度で品質の優れた繊維強化プラスチックパネルを製造することができる。

以下、添付図面に基づき本発明の繊維強化プラスチックパネルの製造方法および製造装置を説明する。

図１〜図３に例示するように、本発明の繊維強化プラスチックパネルの製造装置（以下、製造装置という）のモールド１上には、ゴム状弾性シート２が敷設され、このゴム状弾性シート２上に離型フィルム３ａを介してガラス繊維から成る複数枚の繊維補強基材４ａが積層された積層体４が載置されている。

モールド１は金属、或いはＦＲＰ、石膏等の非金属により形成される。ゴム状弾性シート２は敷設しなくてもよいが、金属製のモールド１を用いる場合にはゴム状弾性シート２を敷設することにより断熱効果および絶縁効果を得ることができる。

積層体４上には、離型フィルム３ｂ、樹脂流路媒体５及び樹脂材料Ｗ（主剤，硬化剤，促進剤）の供給チューブ６が順に配設され、これら全体を覆うカバー部材となるフィルム状のバキュームバッグ７が備わっている。バキュームバッグ７の周囲は、シールテープ８によりモールド１上に気密的に固定されている。バキュームバッグ７の内側には、供給チューブ６を通じて樹脂材料Ｗが供給される。積層体４の下部近傍には、ポンプに接続されバキュームバッグ７の内側の空気とともに樹脂材料Ｗを吸引して、これらをバキュームバッグ７の外部に排出させる吸引パイプ９ａ、９ｂが配置されている。

本発明では、繊維強化プラスチックパネルを製造する際、積層体４の上層から下層に至る全体に樹脂材料Ｗが均一に含浸されているか否かをモニタリングするために、積層体４の所定の位置に配置されて、バキュームバッグ７の外側まで延設される２本の導線から成る電気容量センサ１０ａ、１０ｂを有している。導線素材としては、銅線、ステンレス鋼繊維、炭素繊維等の電気抵抗が小さなものが好ましい。

この導線から成る電気容量センサ１０ａ、１０ｂは、樹脂材料Ｗをバキュームバッグ７の内側に供給する前に、互いが通電しない状態で間隔をあけて積層体４の層間に配設される。電気容量センサ１０ａ、１０ｂは、測定器１１（ＬＣＲメータ）に接続され、測定器１１はモニタリング装置１２に接続されている。

次に、本発明の繊維強化プラスチックパネルの製造方法について説明する。

まず、モールド１上に敷設したゴム状弾性シート２の上に、離型フィルム３ａを介在させて繊維補強基材４ａを積層した積層体４を載置する。この積層体４の所定の位置に電気容量センサ１０ａ、１０ｂを互いが通電しないように配置する。例えば、電気容量センサ１０ａ、１０ｂは、積層体４の下層部（例えば、繊維補強基材４ａの下から３層〜４層目）の層間に、導線の先端部の絶縁被覆を除去した長さ３０ｍｍ〜５０ｍｍの銅線露出部を、互いを３０ｍｍ程度の間隔をあけて挿入し、他方端部をモールド１の外部に延ばしておく。

電気容量センサ１０ａ、１０ｂは、樹脂材料Ｗをバキュームバッグ７の内側に供給する前に互いを通電しない状態で配設できれば、積層体４の所定の位置となる任意の位置に配設することができる。例えば、積層体４とゴム状弾性シート２との間に配設することもできる。積層体４の全体に樹脂材料Ｗが含浸したことを把握するには、なるべく積層体４の下層部に電気容量センサ１０ａ、１０ｂを配設することが好ましい。

次いで、積層体４上に、離型フィルム３ｂ、樹脂流路媒体５及び樹脂材料Ｗ（主剤，硬化剤，促進剤）の供給チューブ６を順に配設し、これら全体をバキュームバッグ７によって覆い、積層体４を略密閉空間に配置した状態にする。

次いで、吸引パイプ９ａ、９ｂを通じてバキュームバッグ７の内側の空気を吸引しつつ、供給チューブ６を通じて樹脂材料Ｗをバキュームバッグ７の内側に供給する。これにより、吸引パイプ９ａ、９ｂを通じて空気とともに樹脂材料Ｗが、バキュームバッグ７の内側から外側に排出され、これと同時に積層体４に樹脂材料Ｗが含浸されてゆく。

このように樹脂材料Ｗを積層体４に含浸させる過程において、電気容量センサ１０ａ、１０ｂの検知データに基づいて電気容量センサ１０ａ、１０ｂ間の電気容量を測定器１１によって測定し、この測定した電気容量値をモニタリング装置１２に表示する。

樹脂材料Ｗが電気容量センサ１０ａ、１０ｂを配置した位置まで達すると、電気容量センサ１０ａ、１０ｂ間の電気容量値が変化するので、モニタリング装置１２を監視することによって、樹脂材料Ｗの積層体４への含浸状況を把握することができる。

具体的な測定結果は、樹脂材料Ｗを積層体４に含浸させる過程での経過時間（Ｈ）と積層体４の所定の位置で測定した電気容量(Ｆ)との関係を示す図４のとおりである。このように、樹脂材料Ｗが電気容量センサ１０ａ、１０ｂまで到達すると電気容量が大きくなるので、測定した電気容量値に基づいて、樹脂材料Ｗの含浸状況を確実に把握することが可能になる。例えば、測定した電気容量値が予め設定した基準値よりも大きくなった場合に、積層体４におけるその所定の位置では、樹脂材料Ｗが積層体４に均一に含浸したと判断するようにする。

このように本発明では、目視することが不可能な積層体４の内部や下部であっても樹脂材料Ｗの含浸状況を確実に把握できるので、樹脂材料Ｗの含浸が不十分な状態の積層体を硬化させるような製造不良を防止できる。そのため、高精度で品質の優れた繊維強化プラスチックパネルを製造することができるようになる。また、樹脂材料Ｗのゲル化、硬化具合を電気容量の変化から判断することもできる。

尚、電気容量センサ１０ａ、１０ｂは、２本の導線に限らず、３本以上の導線にしてもよい。電気容量センサとして３本以上の導線を配置した場合は、これら複数本の導線の中、選択した２本の導線間の電気容量を測定する。これにより、積層体４の所定の位置における樹脂材料Ｗの含浸状況を把握することができる。

電気容量センサ１０ａ、１０ｂは、積層体４が硬化した後、積層体４から延出している位置で切断する。積層体４の内部に電気容量センサ１０ａ、１０ｂの一部が残存したままとなるが、繊維強化プラスチックパネルの性能、機能に特に影響を与えるものとはならない。

図５に製造装置の別の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜図３に例示した実施形態に対して電気容量センサ１０ａ、１０ｂのみを替えたものなので、その相違点のみを説明する。

この製造装置では、積層体４を覆うバキュームフィルム７の内側に樹脂材料Ｗを供給する前に複数本の導線が、互いが通電しない状態で格子状に積層体４の所定の位置に配置されている。これら複数本の導線が、電気容量センサ１０ａ〜１０ｈ（この実施形態では８本）になる。そして、樹脂材料Ｗを積層体４に含浸させる際に、これら複数本の導線の中、交差する２本の導線を順次選択し、その選択した２本の導線間の電気容量を測定する。この測定した電気容量値に基づいて、その交差する位置での樹脂材料Ｗの含浸状況を把握することができる。

この製造装置によれば、格子状に配置された導線の導線どうしが交差するすべての位置で電気容量を測定し、その測定した電気容量値に基づいて樹脂材料Ｗが含浸した部分（位置）、含浸していない部分（位置）を判断することができる。したがって、樹脂材料Ｗの含浸が不十分な部分（位置）を容易に特定することができる。

この実施形態では、格子状に配置された複数本の導線（電気容量センサ１０ａ〜１０ｈ）の中、平行する２本の導線を順次選択し、その選択した２本の導線間の電気容量を測定することもできる。この測定した電気容量値に基づいて、その平行する導線間での樹脂材料Ｗの含浸状況を把握することができる。

図６に製造装置のさらに別の実施形態を示す。この実施形態も、図１〜図３に例示した実施形態に対して電気容量センサ１０ａ、１０ｂのみを替えたものなので、その相違点のみを説明する。

この製造装置では、モールド１が金属等の導電材により形成され、モールド１と測定器１１とはリード線１３により接続されている。このモールド１は、一方の電気容量センサとして用いられる。また、積層体４を覆うバキュームフィルム７の内側に樹脂材料Ｗを供給する前に、モールド１と通電しない状態で間隔をあけて積層体４の所定の位置に導線が配置されている。この導線が他方の電気容量センサ１０ａ、１０ｂ（この実施形態では２本）となる。この実施形態では、モールド１を一方の電気容量センサとして用いるので、他方の電気容量センサ１０ａ、１０ｂとなる導線は、少なくも１本あればよい。電気容量センサとして複数本の導線を配置する場合は、樹脂材料Ｗを供給する前に互いが通電しない状態に配置する。

そして、樹脂材料Ｗを積層体４に含浸させる際に、積層体４の所定の位置に配置した導線から選択した１本の導線とモールド１との間の電気容量を測定する。この測定した電気容量値に基づいて、その交差する位置での樹脂材料Ｗの含浸状況を把握することができる。

この実施形態においても、図５に例示したように樹脂材料Ｗを供給する前に複数本の導線を、互いが通電しない状態で格子状に積層体４の所定の位置に配置し、これら導線を他方の電気容量センサとして用いることもできる。

図７に別の実施形態の製造装置を構成する樹脂流路媒体５を示す。この実施形態も、図１〜図３に例示した実施形態に対して電気容量センサ１０ａ、１０ｂのみを替えたものなので、その相違点のみを説明する。

この製造装置では、図２に示したように積層体４とバキュームフィルム７との間に配置される樹脂流路媒体５に複数本の導線を、互いが通電しないように平行に或いは交差するように配設している。例えば、樹脂流路媒体５の芯線を導線とする。この複数本の導線が電気容量センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとなる。

樹脂流路媒体５は、樹脂材料Ｗを積層体４に含浸させる際に、供給される樹脂材料Ｗの流れを円滑にする被覆部材であり、例えば、コンティニアスマット等を用いることができる。この実施形態によれば、樹脂流路媒体５を配置することで電気容量センサの配置が完了するので、作業を簡素化することができる。また、樹脂流路媒体５は、樹脂材料Ｗを積層体４に含浸させた後は、積層体４と分離させて除去する副資材なので、積層体４の内部に電気容量センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとして用いた導線が残存することもない。

本発明の繊維強化プラスチックパネルの製造装置の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図２の繊維補強基材を積層した積層体の拡大断面図である。 樹脂材料を積層体に含浸させる過程での積層体の所定の位置における電気容量(Ｆ)の経時変化を示すグラフ図である。 繊維強化プラスチックパネルの製造装置の別の実施形態を例示する概略構成図である。 繊維強化プラスチックパネルの製造装置の別の実施形態を例示する概略構成図である。 繊維強化プラスチックパネルの製造装置の別の実施形態を構成する樹脂流路媒体を例示する斜視図である。

符号の説明

１ モールド
２ ゴム状弾性シート
３ａ、３ｂ 離型フィルム
４ 積層体
４ａ 繊維補強基材
５ 樹脂流路媒体
６ 供給チューブ
７ バキュームバッグ
８ シールテープ
９ａ、９ｂ 吸引パイプ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、
１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ 電気容量センサ
１１ 測定器（ＬＣＲメータ）
１２ モニタリング装置
１３ リード線
Ｗ 樹脂材料

Claims (12)

1. 繊維補強基材を積層した積層体をモールド上に載置し、該積層体を覆ったカバー部材の内側の空気を吸引しつつ該カバー部材の内側に樹脂材料を供給して、積層体に前記樹脂材料を含浸させた後、該積層体を硬化させる繊維強化プラスチックパネルの製造方法において、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、前記積層体の所定の位置における電気容量を測定し、該測定した電気容量値に基づいて前記樹脂材料の積層体に対する含浸状況を判断するようにした繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
2. 前記積層体を覆ったカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に、積層体の所定の位置に複数本の導線を、互いが通電しない状態で間隔をあけて配置しておき、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、該複数本の導線の中、選択した２本の導線間の電気容量を測定することにより前記積層体の所定の位置における電気容量を測定する請求項１に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
3. 前記複数本の導線を格子状に配置し、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、該複数本の導線の中、交差する２本の導線、或いは平行する２本の導線を順次選択し、その選択した２本の導線間の電気容量を測定することにより前記積層体の所定の位置における電気容量を測定する請求項２に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
4. 前記積層体とカバー部材との間に樹脂流路媒体を配置し、該樹脂流路媒体に前記複数本の導線を配設した請求項２または３に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
5. 前記モールドを導電材により形成するとともに、前記積層体を覆ったカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に、前記積層体の所定の位置に少なくとも１本の導線を、前記モールドと通電しない状態で間隔をあけて配置しておき、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、前記積層体の所定の位置に配置した少なくとも１本の導線と前記モールドとの間の電気容量を測定することにより前記積層体の所定の位置における電気容量を測定する請求項１に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
6. 前記導線を複数本、前記積層体を覆ったカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に互いが通電しない状態で間隔をあけて格子状に配置しておき、前記樹脂材料を積層体に含浸させる際に、該複数本の導線の中、１本の導線を順次選択し、その選択した１本の導線と前記モールドとの間の電気容量を測定する請求項５に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
7. 前記積層体とカバー部材との間に樹脂流路媒体を配置し、該樹脂流路媒体に前記導線を配設した請求項５または６に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。
8. 繊維補強基材を積層した積層体を載置するモールドと、該モールド上の積層体を覆うカバー部材と、該積層体を覆うカバー部材の内側の空気を吸引する吸引手段と、該積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する樹脂供給手段とを備えた繊維強化プラスチックパネルの製造装置において、前記積層体の所定の位置に配置される電気容量センサと、該電気容量センサの検知データにより電気容量を測定する測定器と、該測定器により測定された電気容量値を表示するモニタリング装置とを設けた繊維強化プラスチックパネルの製造装置。
9. 前記電気容量センサが、前記積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に互いが通電しない状態で間隔をあけて前記積層体の所定の位置に配置される複数本の導線である請求項８に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造装置。
10. 前記モールドを導電材により形成するとともに、前記電気容量センサが、前記積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に、前記モールドと通電しない状態で間隔をあけて前記積層体の所定の位置に配置される少なくとも１本の導線である請求項８に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造装置。
11. 前記導線が複数本、前記積層体を覆うカバー部材の内側に樹脂材料を供給する前に互いが通電しない状態で格子状に配置されている請求項９または１０に記載の繊維強化プラスチックパネルの製造装置。
12. 前記導線が、前記積層体とカバー部材との間に配置される樹脂流路媒体に配設されたものである請求項９〜１１のいずれかに記載の繊維強化プラスチックパネルの製造方法。

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