JP5738061B2 - Ｆｒｐ構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、舟艇、プラント、太陽電池パネル、太陽熱発電パネル等のような大型のＦＲＰ構造体の製造方法及び製造装置に関するものである。

従来より、大型のＦＲＰ構造体の製造方法としては、ＶＡＲＴＭ（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding：真空補助含浸）成形法やＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
ＲＴＭ成形法は、一般に金属型などで形成した空洞に強化繊維布や心材等を配置しておき、これに樹脂を圧入して繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという）を製造する方法である。
一方、ＶＡＲＴＭ成形法は、上記のような空洞を形成した金型等を用いるのではなく、強化繊維布や心材等を配置した被成形物を真空フィルムで覆い閉鎖空間を形成するとともに、その閉鎖空間を真空状態にして、供給部の樹脂溜まりにかかる大気圧により樹脂を閉鎖空間内に注入する方法である。

上記のように、ＶＡＲＴＭ成形法では、成形型に樹脂の注入圧力がかからないので、大型でも成形型の構造強度を向上させる必要がなく、いわゆる手積み成形として用いられる従来のＦＲＰ成形型を用いることができる。
また、ＶＡＲＴＭ成形法は、クローズドモールド法であるので、大規模な成形でも有害なスチレンなど樹脂に含まれる揮発性有機物を空気中に発散することが極めて少ないのでクリーンな成形法である。
更に、この成形法は、ガラス繊維や炭素繊維などの強化材を織った布を成形型の上に積み重ねた後真空フィルムで覆い、周囲をシールして真空状態にした後樹脂を吸い上げて含浸させるので、ＦＲＰの品質管理で最も重要な強化繊維への樹脂含浸工程をかなり厳密に管理することができる。そのため、樹脂が過剰な領域や含浸が不十分な領域の発生や、更には気泡の混入なども防ぐことができるので、高品質なＦＲＰ構造体を安定して生産できるというメリットがある。
以上のような事情から、最近では大型のＦＲＰ構造体の製造にＶＡＲＴＭ成形法が利用されるようになってきている。

ＶＡＲＴＭ成形法を利用した従来の成形方法を図６に示す。図６は、例えばＦＲＰサンドイッチパネルを成形する場合を示す製造装置の概略上面図で、図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。また、図８は溝付き心材を示す斜視図である。
これらの図において、１は定盤のように表面が平坦な成形型、２は被成形体で、図８に示すように上下両面に樹脂が流れる溝３ａが縦横に設けられた心材（溝付き心材）３と、溝付き心材３の上下面に置かれた繊維強化布４ａ、４ｂとから構成されている。

そして、この被成形体２の上にピールプライ５（離型シート）を重ね、さらに樹脂タンク６に樹脂供給ホース７および開閉弁８を介して接続された樹脂供給用のスパイラルチューブ１０ａ、１０ｂを被成形体２の一方の辺の端縁部の上下にその辺と略平行に配置し、またこの被成形体２の対向する他方の辺の端縁部の上下には、真空ホース１１を介して真空ポンプ（図示せず）に接続された脱気用のスパイラルチューブ１２ａ、１２ｂを同じくその辺と略平行に配置する。その上で、全体を真空フィルム１３で覆い、周囲をシール部材１４で気密にシールする。

ついで、真空フィルム１３内の空気を脱気用スパイラルチューブ１２ａ、１２ｂを通じて吸引し、内部空間を真空状態にしながら樹脂タンク６内の液状の樹脂を樹脂供給用スパイラルチューブ１０ａ、１０ｂより供給する。すると、樹脂は溝付き心材３の溝３ａを縦横に流れて拡散し、被成形体２の上下両面の繊維強化布４ａ、４ｂに全面にわたって含浸する。その後、樹脂をゲル化、硬化させることで、溝付き心材３とその上下面の繊維強化布４ａ、４ｂとが一体に樹脂成形されたＦＲＰサンドイッチパネルを製造することができる。

特開平１１−２３５７７６号公報

鵜沢潔、「近年のＦＲＰ船建造のトピックから」、船艇技報、ｐ．２−７、２００９年４月発行、社団法人船艇協会

上記のように、従来のＶＡＲＴＭ成形法によるＦＲＰ構造体の製造方法は、例えば四辺形のサンドイッチパネルでは樹脂を供給する端縁から脱気ラインを設けた対向する端縁に向けて樹脂を含浸させるので、含浸距離（樹脂の行路長）に従って要する含浸時間が決まっているため、製造を早めることは難しいという問題があった。
また、樹脂の粘度が高いために含浸するのに時間がかかったり、ゲル化時間が短くて長い距離を含浸できない樹脂を適用することが難しいという問題もある。
さらにまた、含浸距離を短くするために、対向する両縁から樹脂を含浸させようとしても、両側から含浸してきた樹脂が出合う領域で樹脂が未含浸となったり、エアの存在により含浸不足となる欠陥領域の発生を防止できないといった問題もある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、含浸距離を短くして製造時間の短縮を図るとともに、樹脂の未含浸やボイド等のない高品質のＦＲＰ構造体を製造することができるＦＲＰ構造体の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法は、少なくとも一方の面に複数の樹脂流通溝を設けた心材と、前記心材の前記樹脂流通溝側の面に重ねて置かれた強化繊維布と、を有する被成形体を真空フィルムで気密に覆い、ＶＡＲＴＭ成形法により前記被成形体に樹脂を含浸してＦＲＰ構造体を製造する方法であって、
前記被成形体の対向する辺のそれぞれの端縁部に、当該辺と平行に樹脂供給部を配置し、
前記被成形体の一辺側に配置された前記樹脂供給部と前記被成形体の他辺側に配置された前記樹脂供給部との間の中間点を結んだ中間線に沿って、防水通気性の膜を有する布と通気手段とを有する脱気部を配置し、
前記脱気部により前記被成形体の前記中間線上から脱気しながら、両側の前記樹脂供給部より同時に樹脂を供給して樹脂含浸を進行させて成形することを特徴とするものである。

また、本発明のＦＲＰ構造体の製造方法においては、脱気部として、防水通気性の膜を有する布と通気手段とを有する脱気バッグを用いるものである。

また、複数の樹脂供給部として、螺旋状の樹脂供給用スリットを有するスパイラルチューブを用いるものである。

また、心材を突き合わせ、その突き合わせ部に沿って脱気部を延在させて、心材の下面の空気を逃がす径路を確保するものとする。

また、脱気部に貫通孔付きの心材を配して、貫通孔により心材の下面の空気を逃がす径路を確保するものとする。

また、本発明に係るＦＲＰ構造体の製造装置は、上記のＦＲＰ構造体の製造方法を実施するための製造装置であって、
前記被成形体の両側の端縁部に配置される前記樹脂供給部として、螺旋状の樹脂供給用スリットを有するスパイラルチューブを用い、
前記被成形体の前記中間線に沿って配置される前記脱気部として、防水通気性の膜を有する布と通気手段とを有する脱気バッグを用いるものである。

また、脱気バッグは、防水通気性の膜を有する布で通気手段を包囲した袋状に形成されているものである。

本発明によれば、被成形体の中心線上から脱気しながら両側の端縁部から樹脂を同時に供給するので、含浸距離が短くなるため、ＦＲＰ構造体の製造時間を大幅に短縮することができる。また、気体は通過させるが液体は通過させない防水通気性の膜で構成された脱気部を被成形体の中心線に沿って設けることにより中心線上から脱気することができ、未含浸領域や、ボイド、含浸不足領域等の発生を防止することができる。

本発明の実施の形態１におけるＦＲＰ構造体の製造装置の概略構成を示す上面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施の形態１の脱気部の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＦＲＰ構造体の製造装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態２の脱気部の拡大断面図である。 従来のＦＲＰ構造体の製造装置の概略構成を示す上面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 ＦＲＰ構造体に使用する溝付き心材の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるＦＲＰ構造体の製造装置の概略構成を示す上面図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。また、図３は脱気部の拡大断面図である。ここでは、一例として四辺形のＦＲＰサンドイッチパネルを製造する方法について説明する。
図において、１は定盤のように表面（成形面）が平坦な成形型、２は被成形体で、例えば、図８に示すように上下両面に樹脂が流れる溝（樹脂流通溝）３ａが縦横に設けられた心材（溝付き心材）３と、複数の溝付き心材３を突き合わせて上下面に重ねて置かれた１枚または複数枚の繊維強化布４ａ、４ｂとから構成されている。なお、成形型１の成形面は平坦な形状に限らず湾曲面とすることもできる。

上記のように構成された被成形体２を成形型１の上に置く。そして、この被成形体２をピールプライ５（離型シート）で覆い、さらに被成形体２の中心線に沿って脱気部９を配置し、また被成形体２の対向する辺の端縁部の上下に、樹脂供給部１０をその辺と略平行に配置する。樹脂供給部１０は、ここではスパイラルチューブ１０ａ、１０ｂで構成されている。スパイラルチューブ１０ａ、１０ｂは液状樹脂を貯留した樹脂タンク６に樹脂供給ホース７および開閉弁８を介して接続されている。なお、樹脂には、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。これらの樹脂は常温では液状であり、重合を開始させる硬化剤などを加えて所定の時間でゲル化させ硬化させる。

一方、被成形体２の中心線上には脱気部９がライン状又は帯状に配置される。脱気部９は、実施の形態１ではピールプライ５の上面に周囲をシールして設置されており、実施の形態２では、脱気バッグ９ａが設置されている。脱気バッグ９ａは、真空ホース１１を介して樹脂トラップを経て真空ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。

ここで、実施の形態１の脱気部９は、図３に示すように、空気等の気体は通過させるが水等の液体（樹脂）は通過させない半透過性膜を有する防水通気性の布９ｂと、この防水通気性布９ｂの上面に通気手段である脱気用スパイラルチューブ９ｃと通気層９ｄとで構成されている。実施の形態２の脱気部９は、図５に示すように、通気層９ｄとスパイラルチューブ９ｃとの全体を防水通気性布９ｂで包んで袋状にした脱気バッグ９ａで構成されている。脱気用スパイラルチューブ９ｃは上記の樹脂供給用スパイラルチューブ１０ａ、１０ｂと同様のものである。上記の真空ホース１１の一端はこの脱気用スパイラルチューブ９ｃに接続されている。
上記の防水通気性布９ｂとしては、例えばレインウェアなどの生地として用いられている商品名「ゴアテックス」（登録商標）をあげることができる。そして、この脱気バッグ９ａには、真空ホース１１が真空フィルム１３を貫通させて防水通気性布９ｂ上の通気層９ｄに接続され、さらに防水通気性布９ｂの周囲を例えば粘着テープ９ｆでピールプライ５上に接着し固定している。

樹脂供給部１０は、樹脂の流れ方向に対して直角の方向に延びるように配置された管形状のものであり、例えば、スパイラルチューブ１０ａ、１０ｂが好適に使用することができる。スパイラルチューブというのは、真空下でも扁平になり難いように、ある程度硬いプラスチック製の帯板を螺旋状に巻いて螺旋状のスリットをもつようにチューブ状に形成したものである。このようなスパイラルチューブの内部に樹脂を供給すると、樹脂が螺旋状のスリットを通じて平面的に拡散しながら流出する。なお、樹脂供給部１０としては、硬質の管体に多数の孔やスリット等を設けたものでもよい。
このような樹脂供給部１０を被成形体２の対向する辺のそれぞれの端縁部にその辺に略平行になるように設置する。そして、被成形体２の全体を真空フィルム１３で覆い周囲をシール部材１４でシールする。

そして、ＦＲＰサンドイッチパネルを成形するに際しては、上記脱気部９を通じて被成形体２の中心線上から脱気し真空フィルム１３の内部空間を真空状態にしながら、被成形体２の両側の端縁部に設けられた樹脂供給用スパイラルチューブ１０ａ、１０ｂから同時に樹脂を供給する。そうすると、被成形体２の端縁部のスパイラルチューブ１０ａ、１０ｂから供給された樹脂は、溝付き心材３の樹脂流通溝３ａを通じて繊維強化布４ａ及び４ｂに浸透しながら、被成形体２の中心部に向かって流れていく。その際の樹脂浸透部の先端ラインはスパイラルチューブ１０ａ、１０ｂに平行に近いラインとなっている。

被成形体２の中心線上には脱気部９ないし脱気バッグ９ａが設けられており、脱気部９ないし脱気バッグ９ａは上述のように空気等の気体は通過させるが水等の液体（樹脂）は通過させないように構成された防水通気性布９ｂと、この防水通気性布９ｂの上面に通気層９ｄとを設けたものであるので、被成形体２の両側から流れてきた樹脂は、中心線上で会合することになる。しかし、脱気部９ないし脱気バッグ９ａの防水通気性布９ｂのために、空気のみが吸引され、樹脂は吸引されないため、両側からの樹脂が会合する線上に未含浸領域や、ボイド、含浸不足領域等は生じない。また、脱気部９ないし脱気バッグ９ａは複数の溝付き心材３の突き合わせ部３ｂに沿って延在されているので、被成形体２の下面中心線上で会合した樹脂は、溝付き心材３の突き合わせ部３ｂの隙間を通じて上記脱気部９ないし脱気バッグ９ａにより吸引されるため、上記同様に、下面における樹脂の会合線上に未含浸領域や、ボイド、含浸不足領域等は生じない。

以上のように、本実施の形態によれば、次のような効果がある。
（１）例えば、四辺形の大型のパネルを成形する場合には、対向する長辺の両端縁部から同時に樹脂含浸を開始し、それら両端縁の中間線付近に脱気部９ないし脱気バッグ９ａを配置することにより、未含浸領域の発生を防止することができる。その結果、樹脂の含浸距離は従来法に比べて半分程度ですみ、また含浸に必要な時間は１／４程度となり、製造時間の大幅な短縮が図れる。ちなみに従来法では含浸距離は５ｍ程度であったが、本実施の形態では少なくともその２倍の１０ｍ以上にまで含浸距離を広げることが可能となる。
（２）含浸時間の短縮が図れる結果、粘度が高い樹脂や、ゲル化時間の短い樹脂を適用できるようになる。
（３）脱気ライン部分では心材の突き合わせ部を通して空気を吸引することができるので、被成形体２の下面に未含浸領域や、ボイド、含浸不足の領域が発生しない。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２におけるＦＲＰ構造体の製造装置の概略構成を示す断面図で、図５は実施の形態２の脱気部の拡大断面図である。
この実施の形態２では、溝付き心材３の突き合わせ部３ｂ付近にこの心材３を上下に貫通する貫通孔３ｃを設けた点と、脱気部９として、上述のように防水通気性の膜を有する布（防水通気性布）９ｂの中に通気メディア９ｅを包含する密閉された袋状の脱気バッグ９ａを構成した点が上記の実施の形態１と相違するだけである。また、この脱気バッグ９ａは、溝付き心材３の突き合わせ部３ｂに沿って心材３の貫通孔３ｃ上に載置されている。その他の構成は実施の形態１と同じであるので同一の符号を用いるものとする。

この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を有する上に、脱気部９として防水通気性布９ｂを配置した部分に貫通孔３ｃ付きの心材３を配したので、被成形体２の下面からの空気の通過経路を十分に確保できるため、未含浸領域や、ボイド、含浸不足の領域をより確実に防止することができるという効果が得られる。

なお、以上の実施の形態１、２では、心材３と繊維強化布４ａ、４ｂとからなるＦＲＰサンドイッチパネルを製造する例を説明したが、本発明は、サンドイッチ構造体だけでなく心材の片面に繊維強化布を設けたＦＲＰ構造体等にも広く適用することができる。この場合、心材には少なくとも一方の面に樹脂流通溝３ａが形成してあればよい。
また、パネル形状は平面だけでなく凸または凹状に湾曲した形状にも本発明を適用できる。

１ 成形型
２ 被成形体
３ 心材
３ａ 溝（樹脂流通溝）
３ｂ 突き合わせ部
３ｃ 貫通孔
４ａ、４ｂ 繊維強化布
５ ピールプライ
６ 樹脂タンク
７ 樹脂供給ホース
８ 開閉弁
９ 脱気部
９ａ 脱気バッグ
９ｂ 防水通気性布
９ｃ 脱気用スパイラルチューブ
９ｄ 通気層
９ｅ 通気メディア
９ｆ 粘着テープ
１０ 樹脂供給部
１０ａ、１０ｂ スパイラルチューブ
１１ 真空ホース
１２ａ、１２ｂ 脱気用スパイラルチューブ
１３ 真空フィルム
１４ シール部材

Claims (8)

1. 少なくとも一方の面に複数の樹脂流通溝を設けた心材と、
   前記心材の前記樹脂流通溝側の面に重ねて置かれた強化繊維布と、を有する被成形体を真空フィルムで気密に覆い、ＶＡＲＴＭ成形法により前記被成形体に樹脂を含浸してＦＲＰ構造体を製造する方法であって、
   前記被成形体の対向する辺のそれぞれの端縁部に、当該辺と平行に樹脂供給部を配置し、
   前記被成形体の一辺側に配置された前記樹脂供給部と前記被成形体の他辺側に配置された前記樹脂供給部との間の中間点を結んだ中間線に沿って、防水通気性の膜を有する布と通気手段とを有する脱気部を配置し、
   前記脱気部により前記被成形体の前記中間線上から脱気しながら、両側の前記樹脂供給部より同時に樹脂を供給して樹脂含浸を進行させて成形する
   ことを特徴とするＦＲＰ構造体の製造方法。
2. 前記脱気部として、防水通気性の膜を有する布と通気手段とを有する脱気バッグを用いることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
3. 前記複数の樹脂供給部として、螺旋状の樹脂供給用スリットを有するスパイラルチューブを用いることを特徴とする請求項１又は２記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
4. 前記心材を突き合わせ、その突き合わせ部に沿って前記脱気部を延在させて、前記心材の下面の空気を逃がす径路を確保することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
5. 前記脱気部に貫通孔付きの心材を配して、前記貫通孔により該心材の下面の空気を逃がす径路を確保することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
6. 前記被成形体が前記真空フィルムで気密に覆われる際、前記被成形体は、成形型と前記真空フィルムとで挟まれるように配置され、
   前記脱気部は、前記被成形体の前記真空フィルム側に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のＦＲＰ構造体の製造方法を実施するための製造装置であって、
   前記被成形体の両側の端縁部に配置される前記樹脂供給部として、螺旋状の樹脂供給用スリットを有するスパイラルチューブを用い、
   前記被成形体の前記中間線に沿って配置される前記脱気部として、防水通気性の膜を有する布と通気手段とを有する脱気バッグを用いる
   ことを特徴とするＦＲＰ構造体の製造装置。
8. 前記脱気バッグは、前記防水通気性の膜を有する布で前記通気手段を包囲した袋状に形成されていることを特徴とする請求項７記載のＦＲＰ構造体の製造装置。

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