JP6038309B2 - 繊維強化プラスチック、エレベータ用整風カバーおよび繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、繊維織物に樹脂が含浸された繊維強化プラスチック、繊維強化プラスチックから構成されたエレベータ用整風カバーおよび繊維強化プラスチックの製造方法に関する。

軽量で高強度な素材として繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が各種産業分野で注目されている。近年では、風車のブレード、航空機部品または船などの比較的大形の繊維強化プラスチック成形体を安価に製造する方法として、真空含浸成形法（ＶａＲＴＭ：Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）と呼ばれる製造方法が広く普及している。この真空含浸成形法は、オートクレーブ（圧力釜）などの大掛かりな設備が不要であること、大型構造物の一体成形が容易であること、および、有機溶剤の揮発が少なく、作業環境がよいことなどの特徴を有している。

従来、成形型の上に、繊維織物の間にインナーメディアが配置されるように複数の繊維織物と複数のインナーメディアとを交互に積層する繊維織物インナーメディア積層工程と、その後、最上層の繊維織物にピールプライを積層するピールプライ積層工程と、その後、ピールプライにフローメディアを積層するフローメディア積層工程と、真空ポンプの空気吸引口と樹脂タンクの樹脂注入口とを成形型に取り付け、全体をバギングフィルムで覆い、バギングフィルムの周囲をシーランドで成形型に接着する取付工程と、真空ポンプによる空気の吸引によってバギングフィルム内を真空状態にした後、樹脂タンクから樹脂を注入する真空含浸工程とを備えた繊維強化プラスチックの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２４８５５２号公報

しかしながら、この方法では、目的の繊維強化プラスチックを１つ製造する際に、所定の面積のピールプライ、フローメディアおよびバギングフィルムの一式を必要とし、樹脂が硬化した後に廃棄するため、製造効率が悪いという問題点があった。また、平面形状のピールプライ、フローメディアおよびバギングフィルムのそれぞれは、曲面形状にすることが難しく、その結果、繊維強化プラスチックの製造効率が悪いという問題点があった。

この発明は、製造効率を向上させることができる繊維強化プラスチックおよびその製造方法を提供するものである。

この発明に係る繊維強化プラスチックは、複数の層が同一の樹脂で互いに一体に形成されている繊維強化プラスチックであって、第１繊維織物と第１繊維織物に含浸された樹脂とを有した第１繊維強化プラスチック層と、樹脂拡散媒体と樹脂拡散媒体に含浸された樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチック層に重ねられた樹脂流動層と、第２繊維織物と第２繊維織物に含浸された樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチック層との間に樹脂流動層が配置されるように樹脂流動層に重ねられた第２繊維強化プラスチック層と、粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の無機フィラーと樹脂とを有し、樹脂流動層との間に第２繊維強化プラスチック層が配置されるように第２繊維強化プラスチック層に重ねられた無機フィラー層とを備え、樹脂拡散媒体は、第１繊維織物および第２繊維織物よりも目が粗く、かつ流動抵抗が小さい。

この発明に係る繊維強化プラスチックによれば、第１繊維織物と第１繊維織物に含浸された第１繊維織物用樹脂とを有した第１繊維強化プラスチック層と、樹脂拡散媒体と樹脂拡散媒体用樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチック層に重ねられた樹脂流動層と、第２繊維織物と第２繊維織物に含浸された第２繊維織物用樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチック層との間に樹脂流動層が配置されるように樹脂流動層に重ねられた第２繊維強化プラスチック層と、粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の無機フィラーと無機フィラー用樹脂とを有し、樹脂流動層との間に第２繊維強化プラスチック層が配置されるように第２繊維強化プラスチック層に重ねられた無機フィラー層とを備え、第１繊維織物用樹脂、樹脂拡散媒体用樹脂、第２繊維織物用樹脂および無機フィラー用樹脂のそれぞれは、互いに同一の組成で構成され、互いに一体に形成されているので、目的の繊維強化プラスチックを成形する際に、ピールプライ、フローメディアおよびバギングフィルムが不要となる。その結果、繊維強化プラスチックの製造効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチックを示す断面図である。 図１の第１繊維強化プラスチック層を示す拡大図である。 図１の樹脂流動層を示す拡大図である。 図１の無機フィラー層を示す拡大図である。 図１の第２繊維強化プラスチック層と無機フィラー層とを示す拡大図である。 図１の繊維強化プラスチックの製造方法における賦型工程を示す模式図である。 図１の繊維強化プラスチックの製造方法における付着工程を示す模式図である。 図１の繊維強化プラスチックの製造方法におけるバギング工程を示す模式図である。 図１の繊維強化プラスチックの製造方法における樹脂含浸工程を示す模式図である。 図１の繊維強化プラスチックの製造工程における脱型工程および除去工程を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチックの変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るエレベータ用整風カバーを示す斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチックを示す断面図である。図において、繊維強化プラスチック１は、第１繊維強化プラスチック層２と、樹脂流動層３と、第２繊維強化プラスチック層４と、無機フィラー層５とを備えている。樹脂流動層３は、第１繊維強化プラスチック層２に重ねられている。第２繊維強化プラスチック層４は、第１繊維強化プラスチック層２との間に樹脂流動層３が配置されるように樹脂流動層３に重ねられている。無機フィラー層５は、樹脂流動層３との間に第２繊維強化プラスチック層４が配置されるように第２繊維強化プラスチック層４に重ねられている。言い換えれば、第１繊維強化プラスチック層２、樹脂流動層３、第２繊維強化プラスチック層４および無機フィラー層５は、順に積層されている。

図２は図１の第１繊維強化プラスチック層２を示す拡大図である。第１繊維強化プラスチック層２は、第１繊維織物２１と、第１繊維織物２１に含浸された樹脂（第１繊維織物用樹脂）２２とを有している。第１繊維織物２１としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ザイロン繊維、ケプラー繊維などの織物が挙げられる。この例では、繊維径が７μｍである炭素繊維を用いている。第２繊維強化プラスチック層４は、第１繊維強化プラスチック層２と同様の構成となっており、第２繊維織物４１と、第２繊維織物４１に含浸された樹脂（第２繊維織物用樹脂）４２とを有している。

図３は図１の樹脂流動層３を示す拡大図である。樹脂流動層３は、インナーメディア（樹脂拡散媒体）３１と、インナーメディア３１に浸入した樹脂（樹脂拡散媒体用樹脂）３２とを有している。フローメディアは、樹脂を拡散するための副資材であり、繊維強化プラスチック１から除去・廃棄するので、材質は特に限定されないのに対して、インナーメディアは、同じく樹脂を拡散する機能を有しているとともに、製品中に強化基材として残り機能するため、インナーメディア３１としては、流動抵抗が小さいものであれば特に限定されないが、ナイロンなどの熱可塑性樹脂製よりも、強化繊維であるガラス繊維または炭素繊維の方が望ましい。

図４は図１の無機フィラー層５を示す拡大図である。無機フィラー層５は、複数の無機フィラー５１と、無機フィラー５１が入り込んだ樹脂（無機フィラー用樹脂）５２とを有している。無機フィラー５１としては、特に限定されるものではないが、炭酸カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどよりも、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモンまたはこれらの混合物などが難燃性の観点から望ましい。

無機フィラー５１の平均粒径は、第２繊維織物４１の糸径よりも大きい方が望ましい。無機フィラー５１の粒径が第２繊維織物４１の糸径よりも小さい場合には、後述するシリコーンバッグ６２（図８）が第２繊維織物４１に接することになる。一般的に、第２繊維織物４１の糸径は、１０μｍ以下であることから、無機フィラー５１の平均粒径は、第２繊維織物４１の糸径の２倍である２０μｍ以上であることが望ましい。

また、無機フィラー５１の平均粒径は、５０μｍ以下であることが望ましい。無機フィラー５１の粒径が５０μｍよりも大きい場合には、無機フィラー５１の自重によって、シリコーンバッグ６２（図７）から脱落してしまい、結果として、シリコーンバッグ６２が第２繊維織物４１に接する部分が増大してしまうからである。

この例では、無機フィラー５１として、平均粒径が２７μｍの水酸化アルミニウムを用いている。

樹脂２２、樹脂３２、樹脂４２および樹脂５２のそれぞれは、互いに同一の組成で構成され、互いに一体に形成されている。樹脂２２、樹脂３２、樹脂４２および樹脂５２としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などの低粘度の樹脂であれば特に限定されないが、常温で硬化可能なビニルエステル樹脂が望ましい。

図５は図１の第２繊維強化プラスチック層４と無機フィラー層５とを示す拡大図である。第２繊維織物４１は、無機フィラー層５に覆われており、露出していない。無機フィラー５１は、樹脂５２における第２繊維強化プラスチック層４側とは反対側にある表面５３から突出していない。

繊維強化プラスチック１を複数製造する場合、成形型を製造した後に、シリコーンバッグ６２を製造する工程を１回だけ行い、繊維強化プラスチック１を成形する工程を所定の回数だけ繰り返す。これらの構成についてそれぞれ説明する。まず、繊維強化プラスチック１の製造方法について説明する。まず、図６は図１の繊維強化プラスチック１の製造方法における賦型工程を示す模式図である。まず、テフロン（登録商標）コーティングで離型された成形型（アルミニウム製、厚み３ｍｍ）６１の上に、２枚の第１繊維織物２１を重ねる。積層方向は、繊維強化プラスチック１の厚さ方向である。次に、第１繊維織物２１の上にインナーメディア３１を重ねる。その後、インナーメディア３１の上に、２枚の第２繊維織物４１を重ねる。以上により賦型工程が終了する。

図７は図１の繊維強化プラスチック１の製造方法における付着工程を示す模式図である。賦型工程の後、所定の形状に形成されたシリコーンバッグ６２に無機フィラー５１を付着させる。具体的には、まず、スポンジ（図示せず）に無機フィラー５１を付着させ、このスポンジから無機フィラー５１をシリコーンバッグ６２に転写させる（付着工程）。シリコーンバッグ６２には曲面が形成されているが、シリコーンバッグ６２を構成するシリコーンは、異物（例えばほこりなど）を吸着させる性質を有しているので、接着剤、バインダーなどを用いることなく、シリコーンバッグ６２に無機フィラー５１を適度にかつ容易に付着させることができる。なお、成形型６１（図６）に無機フィラー５１を付着させることで、第１繊維強化プラスチック層２および第２繊維強化プラスチック層４の両方に無機フィラー層５を積層してもよい。

図８は図１の繊維強化プラスチック１の製造方法におけるバギング工程を示す模式図である。付着工程の後、真空ポンプの空気吸引口６３と樹脂タンクの樹脂注入口６４とを成形型６１に取り付け、無機フィラー５１が第２繊維織物４１に対向するように、シリコーンバッグ６２が成形型６１とともに、第１繊維織物２１、インナーメディア３１および第２繊維織物４１を覆う。次に、成形型６１とシリコーンバッグ６２との間から空気が漏れないように、シリコーンバッグ６２の周囲を成形型６１に密着させる（バギング工程）。シリコーンバッグ６２を成形型６１に密着させる方法としては、シーラントと呼ばれる粘着剤を用いることが一般的であるが、シリコーンバッグ６２を構成するシリコーンが離型性を有しているので、シーラントを用いて成形型６１とシリコーンバッグ６２との間を真空にすることは困難である。そこで、シリコーン接着剤を用いて、Ｏリング形状のシリコーン製のダム材６５を成形型６１に接着させておき、枠６６を用いて、シリコーンバッグ６２とダム材６５との密着を得ることが望ましい。

図９は図１の繊維強化プラスチック１の製造方法における樹脂含浸工程を示す模式図である。バギング工程の後、真空ポンプを駆動させて、成形型６１とシリコーンバッグ６２との間の密閉空間を真空状態にし、その後、樹脂タンクから樹脂１００（樹脂２２、樹脂３２、樹脂４２および樹脂５２）を成形型６１とシリコーンバッグ６２との間の密閉空間に注入する。成形型６１とシリコーンバッグ６２との間の密閉空間が真空状態となっているので、樹脂１００は流路抵抗が比較的小さいインナーメディア３１の全面に広がった後、第１繊維織物２１および第２繊維織物４１の厚さ方向、つまり、積層方向に浸入して、樹脂１００が第１繊維織物２１および第２繊維織物４１に含浸される（樹脂含浸工程）。このとき、目の粗いインナーメディア３１が樹脂注入口６４から空気吸引口６３まで繋がっていると、目の詰まった流動抵抗の高い第１繊維織物２１および第２繊維織物４１に樹脂１００が浸透しないので、空気吸引口６３付近のインナーメディア３１をカットする必要がある。

図１０は図１の繊維強化プラスチック１の製造工程における脱型工程および除去工程を示す模式図である。樹脂含浸工程の後、樹脂タンクからの樹脂１００の注入を停止し、さらに、１日だけ放置することによって、樹脂１００を硬化させて繊維強化プラスチック本体１１を形成する（硬化工程）。その後、シリコーンバッグ６２を成形型６１から取り出し、さらに、繊維強化プラスチック本体１１を成形型６１から取り出す（脱型工程）。その後、無機フィラー層５の表面５３（シリコーンバッグ６２に対向していた繊維強化プラスチック本体１１のバッグ面）の中で無機フィラー５１が突出している部分を研磨によって除去する（除去工程）。除去工程では、サンドペーパーを用いることができる。無機フィラー層５における無機フィラー５１が突出している部分には、樹脂５２が付着していないので、この突出部分を除去する必要がある。突出した無機フィラー５１の部分が除去されることによって、繊維強化プラスチック１が形成される。また、シリコーンバッグ６２の全体もしくは表面が離型性に優れたシリコーン樹脂で構成されているので、繊維強化プラスチック１を複数回成形する際に再利用が可能である。

次に、シリコーンバッグ６２の製造方法について説明する。まず、テフロンコーティングで離型された成形型６１の上に、第１繊維織物２１を２枚だけ積層する。その後、第１繊維織物２１の上にインナーメディア３１を重ねる。その後、インナーメディア３１の上に第２繊維織物４１を２枚だけ積層する。

次に、ピールプライ、バギングフィルムを第２繊維織物４１に重ね、空気吸引口６３と樹脂注入口６４を成形型６１に取り付け、さらに、シーランドを用いて、成形型６１にバギングフィルムを接着させる。

その後、不飽和ポリエステル樹脂を１００重量部、硬化剤を０．５重量部、硬化促進剤を０．５重量部だけ混合し、これを脱泡して、含浸用樹脂を製造する。

その後、真空ポンプを駆動して、バギングフィルムと成形型６１との間の密閉空間を真空状態にして、樹脂を樹脂注入口６４からバギングフィルムと成形型６１との間の密閉空間に注入して、樹脂を第１繊維織物２１および第２繊維織物４１に含浸させる。

含浸工程の後、樹脂の注入を停止し、室温で１日だけ放置した後、樹脂を硬化させる。

その後、ピールプライ、バギングフィルムを成形型６１から取り外し、さらに、繊維強化プラスチック本体１１を成形型６１から取り外す。繊維強化プラスチック本体１１をトリミングして、シリコーンバッグ６２を得るためのダミー材を形成する。

次に、２液型ＲＴＶゴムを混合し、脱泡する。その後、ダミー材を成形型６１の上に固定して、ダミー材の上に液状の２液型ＲＴＶゴムを垂らし、１日だけ放置することによって硬化させる。これにより、ダミー材の厚みだけオフセットされたシリコーンバッグ６２が製造される。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック１によれば、第１繊維織物２１と第１繊維織物２１に含浸された樹脂２２とを有した第１繊維強化プラスチック層２と、インナーメディア３１と樹脂３２とを有し、第１繊維強化プラスチック層２に重ねられた樹脂流動層３と、第２繊維織物４１と第２繊維織物４１に含浸された樹脂４２とを有し、第１繊維強化プラスチック層２との間に樹脂流動層３が配置されるように樹脂流動層３に重ねられた第２繊維強化プラスチック層４と、粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の無機フィラー５１と樹脂５２とを有し、樹脂流動層３との間に第２繊維強化プラスチック層４が配置されるように第２繊維強化プラスチック層４に重ねられた無機フィラー層５とを備え、樹脂２２、樹脂３２、樹脂４２および樹脂５２のそれぞれは、互いに同一の組成で構成され、互いに一体に形成されているので、目的の繊維強化プラスチックを成形する際に、ピールプライ、フローメディアおよびバギングフィルムが不要となる。その結果、繊維強化プラスチック１の製造効率を向上させることができる。

また、無機フィラー５１の粒径は、２０μｍ以上５０μｍ以下であるので、シリコーンバッグ６２が第２繊維織物４１に接してしまうことを防止することができるとともに、シリコーンバッグ６２から無機フィラー５１が自重によって脱落してしまうことを防止することができる。

また、無機フィラー５１は、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、または、これらの混合物であるので、無機フィラー５１を難燃性にすることができる。

また、この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック１の製造方法によれば、成形型６１に第１繊維織物２１を重ね、第１繊維織物２１にインナーメディア３１を重ね、インナーメディア３１に第２繊維織物４１を重ねる賦型工程と、シリコーンバッグ６２に無機フィラー５１を付着させる付着工程と、無機フィラー５１が第２繊維織物４１に対向するように、第１繊維織物２１、インナーメディア３１および第２繊維織物４１をシリコーンバッグ６２が成形型６１とともに覆うバギング工程と、インナーメディア３１を樹脂流路として液状の樹脂１００を第１繊維織物２１および第２繊維織物４１に含浸させる含浸工程と、含浸工程の後、樹脂１００を硬化させる硬化工程と、硬化工程の後、樹脂２２、３２、４２、５２によって一体成形された繊維強化プラスチック本体１１を成形型６１およびシリコーンバッグ６２から取り出す脱型工程と、脱型工程の後、シリコーンバッグ６２に対向していた繊維強化プラスチック本体１１の表面５３の中で無機フィラー５１が突出している部分を研磨によって除去する除去工程とを備えているので、繊維強化プラスチック１を製造する際に、ピールプライ、フローメディアおよびバギングフィルムが不要となる。その結果、繊維強化プラスチック１の製造効率を向上させることができる。また、第２繊維織物４１とシリコーンバッグ６２との間には、無機フィラー５１が存在するので、第２繊維織物４１とシリコーンバッグ６２との密着を防止することができ、第２繊維織物４１の全領域に樹脂４２を含浸させることができる。また、シリコーンバッグ６２に対向していた繊維強化プラスチック本体１１の表面５３の中で無機フィラー５１が突出している部分を研磨によって除去されるので、第２繊維織物４１の損傷を防止することができる。

なお、上記実施の形態１では、無機フィラー層５が露出する繊維強化プラスチック１の構成について説明したが、図１１に示すように、無機フィラー層５の表面５３に形成された塗膜７をさらに備えた繊維強化プラスチック１の構成であってもよい。塗膜７としては、ウレタン樹脂などを用いることができる。繊維織物４１として炭素繊維を用いた場合には、第２繊維強化プラスチック層４の面内の熱膨張率が約０ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、塗膜７の面内の熱膨張率は約６０ｐｐｍ／Ｋであるので、ヒートサイクル試験を実施すると、熱膨張率差によって、塗膜７にクラックが発生しやすくなるという課題がある。しかしながら、繊維強化プラスチック１は、塗膜７と第２繊維強化プラスチック層４の間に、面内の熱膨張率が３０ｐｐｍ／Ｋの無機フィラー層５が存在するので、塗膜７のクラック耐性を向上させることができる。また、無機フィラー層５が塗膜７の下地の役割を担うので、塗膜７に傷が発生した場合に、第２繊維織物４１が露出してしまうことを抑制することができる。本願出願人は、３０μｍの塗膜７を備えた繊維強化プラスチック１についてヒートサイクル試験（−４０℃〜＋８５℃、５００ｃｙｃ）を行ったところ、塗膜７にクラックなどの発生がなく、良好な結果を得ることができた。

実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２に係るエレベータ用整風カバーを示す斜視図である。エレベータのかごの上部には、エレベータ用整風カバー２００が取り付けられている。エレベータ用整風カバー２００は、繊維強化プラスチック１から構成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るエレベータ用整風カバー２００によれば、繊維強化プラスチック１から構成されているので、安価に製造することができる。

なお、各上記実施の形態では、２枚だけ積層した第１繊維織物２１、第２繊維織物４１を例に説明したが、２枚に限らず、１枚だけの第１繊維織物２１、第２繊維織物４１または３枚以上積層された第１繊維織物２１、第２繊維織物４１であってもよい。

Claims (4)

1. 複数の層が同一の樹脂で互いに一体に形成されている繊維強化プラスチックであって、
   第１繊維織物と前記第１繊維織物に含浸された前記樹脂とを有した第１繊維強化プラスチック層と、
   樹脂拡散媒体と前記樹脂拡散媒体に含浸された前記樹脂とを有し、前記第１繊維強化プラスチック層に重ねられた樹脂流動層と、
   第２繊維織物と前記第２繊維織物に含浸された前記樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチック層との間に前記樹脂流動層が配置されるように前記樹脂流動層に重ねられた第２繊維強化プラスチック層と、
   粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の無機フィラーと前記樹脂とを有し、前記樹脂流動層との間に前記第２繊維強化プラスチック層が配置されるように前記第２繊維強化プラスチック層に重ねられた無機フィラー層と
   を備え、
   前記樹脂拡散媒体は、前記第１繊維織物および前記第２繊維織物よりも目が粗く、かつ流動抵抗が小さい繊維強化プラスチック。
2. 前記無機フィラーは、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、または、これらの混合物である請求項１に記載の繊維強化プラスチック。
3. 請求項１または請求項２に記載の繊維強化プラスチックから構成されているエレベータ用整風カバー。
4. 成形型に第１繊維織物を重ね、前記第１繊維織物に樹脂拡散媒体を重ね、前記樹脂拡散媒体に第２繊維織物を重ねる賦型工程と、
   シリコーンバッグに無機フィラーを付着させる付着工程と、
   前記無機フィラーが前記第２繊維織物に対向するように、前記第１繊維織物、前記樹脂拡散媒体および前記第２繊維織物を前記シリコーンバッグが前記成形型とともに覆うバギング工程と、
   前記樹脂拡散媒体を樹脂流路として液状の樹脂を前記第１繊維織物および前記第２繊維織物に含浸させる含浸工程と、
   前記含浸工程の後、前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
   前記硬化工程の後、前記樹脂によって一体成形された繊維強化プラスチック本体を前記成形型および前記シリコーンバッグから取り出す脱型工程と、
   前記脱型工程の後、前記シリコーンバッグに対向していた前記繊維強化プラスチック本体のバッグ面の中で前記無機フィラーが突出している部分を研磨によって除去する除去工程と
   を備え、
   前記樹脂拡散媒体は、前記第１繊維織物および前記第２繊維織物よりも目が粗く、かつ流動抵抗が小さい繊維強化プラスチックの製造方法。

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