特許 6145440 プリプレグ成形品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6145440

(24)【登録日】2017年5月19日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】プリプレグ成形品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 11/16 20060101AFI20170607BHJP

   B32B 5/28 20060101ALI20170607BHJP

   B32B 37/00 20060101ALI20170607BHJP

   B29K 105/06 20060101ALN20170607BHJP

【ＦＩ】

   B29B11/16

   B32B5/28 A

   B32B37/00

   B29K105:06

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-218255(P2014-218255)

(22)【出願日】2014年10月27日

(65)【公開番号】特開2016-83839(P2016-83839A)

(43)【公開日】2016年5月19日

【審査請求日】2016年7月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】303044642

【氏名又は名称】株式会社 サン・テクトロ

(74)【代理人】

【識別番号】100105175

【弁理士】

【氏名又は名称】山広 宗則

(74)【代理人】

【識別番号】100105197

【弁理士】

【氏名又は名称】岩本 牧子

(74)【代理人】

【識別番号】100194478

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 文彦

(72)【発明者】

【氏名】羽生 芳史

【審査官】 福井 弘子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２７７３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０００９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１０１３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２０７６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１３７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５４０２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１０１２７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−０５６９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９６６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１０１１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ １１／１６

Ｂ２９Ｂ １５／０８−１５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４−５／１０

Ｃ０８Ｊ ５／２４

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｂ２９Ｋ １０５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグを一枚あるいは複数枚重ねたものを型成形してプリプレグ成形品を製造する方法であって、
前記プリプレグを一枚あるいは複数枚重ねたものを１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さの金属箔で上下から挟むとともに前記プリプレグに対してそれぞれ離散的に超音波融着して一体化するサンド工程と、
前記一体化されたプリプレグを金型にセットして加熱加圧処理を施す型成形工程と、
前記加熱加圧処理後に前記金型から取り出された前記プリプレグの上下面に接着された前記金属箔を前記プリプレグから剥がす剥離工程を、備えることを特徴にするプリプレグ成形品の製造方法。

【請求項2】

前記サンド工程において、前記金属箔の面積を前記プリプレグの面積よりも大きくして、前記金属箔の端部を前記プリプレグの外方に突出させた状態で前記プリプレグを上下から挟むことを特徴とする請求項１に記載のプリプレグ成形品の製造方法。

【請求項3】

前記サンド工程において、前記熱可塑性樹脂の融点よりも低い融点のワックスを、前記金属箔と前記プリプレグとの間に挿入することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリプレグ成形品の製造方法。

【請求項4】

前記金属箔は、ステンレス箔もしくはニッケル箔であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のプリプレグ成形品の製造方法。

【請求項5】

前記熱可塑性樹脂は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のプリプレグ成形品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プリプレグを型成形してプリプレグ成形品を製造する方法に関し、特に金型に対する離型性に関するものである

【背景技術】

【0002】

図５に示すように、プリプレグ１０を複数枚、例えば５枚重ねたものを金型１００の上型１０１と下型１０２間にセットとして加熱、加圧することによって、図６に示すような皿状のプリプレグ成形品１を製造することが一般的に知られている。

【0003】

ここで、熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグ１０を複数枚重ねたものを金型１００で型成形した場合、金型１００から外すときの離型性が問題になる。通常は、プリプレグ１０をセットする前に金型１００の上型１０１と下型１０２に、あるいは下型１０２だけに離型剤をスプレーで塗布することによって容易に離型させることが行われている。
しかし、熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）のなかでも、特にＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）などといった接着性が高い、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックをマトリクス樹脂として使用した場合、型成形後に、プリプレグ１０が金型１００、特に下型１０２から外れ難く、無理に外そうとすると成形品や金型１００に損傷が生じる場合もある。

【0004】

なお、プリプレグ１０と重なり合う側にクレーコート層を有する離型紙、例えばシリコーン系の離型剤が用いられた上質紙，クラフト紙，グラシン紙，パーチメント紙からなるものを使用することでしわの発生を防止するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２２１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、プリプレグ１０をロール間で挟みながら加熱及び加圧処理を施すものであり金型にセットするものではないので、金型からの離型性は問題とならない。またスーパーエンジニアリングプラスチックは溶融温度が高いため耐熱性の問題もある

【0007】

そこで、本発明の目的とするところは、金型からの離型性に優れ品質劣化を防止しうるプリプレグ成形品の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明のプリプレグ成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグ（１０）を一枚あるいは複数枚重ねたものを型成形してプリプレグ成形品（１）を製造する方法であって、
前記プリプレグ（１０）を一枚あるいは複数枚重ねたものを１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さの金属箔（２０）で上下から挟むとともに前記プリプレグ（１０）に対してそれぞれ離散的に超音波融着して一体化するサンド工程と、
前記一体化されたプリプレグ（１０）を前記金型（１００）にセットして加熱加圧処理を施す型成形工程と、
前記加熱加圧処理後に前記金型（１００）から取り出された前記プリプレグ（１０）の上下面に接着された前記金属箔（２０）を前記プリプレグ（１０）から剥がす剥離工程を、備えることを特徴にする。
なお、ここでいうプリプレグ（１０）には、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に半含浸させてなる、いわゆるセミプレグも含まれることを意味する。

【0010】

また本発明は、前記サンド工程において、前記金属箔（２０）の面積を前記プリプレグ（１０）の面積よりも大きくして、前記金属箔（２０）の端部を前記プリプレグ（１０）の外方に突出させた状態で前記プリプレグを上下から挟むことを特徴とする。

【0011】

また本発明は、前記サンド工程において、前記熱可塑性樹脂の融点よりも低い融点のワックス（３０）を、前記金属箔（２０）と前記プリプレグ（１０）との間に挿入することを特徴とする。

【0012】

また本発明は、前記金属箔（２０）は、ステンレス箔もしくはニッケル箔であることを特徴とする。

【0013】

また本発明は、前記熱可塑性樹脂は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）であることを特徴とする。

【0014】

なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。

【発明の効果】

【0015】

本発明のプリプレグ成形品の製造方法によれば、単体あるいは複数枚重ねられたプリプレグを金属箔で上下から挟んだものを金型にセットして加熱加圧による型成形を行うので、金属同士の接触により金型からプリプレグを容易に取り出すことができる。特に、接着性の高い樹脂、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグが金型に対して直接接触しないため離型が簡単である。

【0016】

しかも、金属箔は１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さのものであるので、変形しやすく金型でプレスしたときでも形状に倣い易い。さらに、上下の金属箔はそれぞれプリプレグの上下面に対して離散的に超音波融着することにより一体化されているので、金型から取り出された成形品から金属箔を剥がすときのピール角度を高くとれるため、接着性の高い樹脂、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグでも容易にしかもきれいに剥がすことが可能である。
なお、金属箔の厚みは１０μｍより薄膜になると剥離時に破れが生じる恐れがあるので１０μｍ以上であることが好ましく、また金属箔の厚みが３００μｍを超えるとプレス時の変形に追従することが困難で離型も困難になることがあるので３００μｍ以下であることが好ましい。

【0017】

また、本発明では、金属箔としてステンレス箔もしくはニッケル箔を使用したので、強度性及び加工性に優れる。

【0018】

また、本発明によれば、金属箔の面積をプリプレグの面積よりも大きくして、金属箔の端部をプリプレグの外方に突出させた状態でプリプレグを上下から挟むようにしたので、金属箔の端部を作業者の手などで掴みながらプリプレグから金属箔を容易に剥がすことができる。

【0019】

また、本発明によれば、熱可塑性樹脂の融点よりも低い融点のワックスを、金属箔とプリプレグとの間に挿入した状態でプリプレグを挟み込むようにしたので、金型から取り出されたプリプレグから金属箔をさらに容易に剥がすことができる。

【0020】

なお、本発明のプリプレグ成形品の製造方法のように、プリプレグを１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さの金属箔で上下から挟むとともにプリプレグに対して離散的に超音波融着して一体化したものを金型で型成形することによって、金型からの離型性を向上させて成形品の品質劣化を防止するようにした点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係るプリプレグ成形品の製造方法におけるサンド工程でプリプレグがステンレス箔で挟み込まれた状態を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るプリプレグ成形品の製造方法におけるサンド工程でプリプレグがステンレス箔で挟み込まれた状態を示す平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るプリプレグ成形品の製造方法における剥離工程でプリプレグからステンレス箔を剥がす状態を示す断面図である。

【図4】本発明の別の実施形態に係るプリプレグ成形品の製造方法におけるサンド工程でプリプレグがステンレス箔で挟み込まれた状態を示す断面図である。

【図5】従来例に係るプリプレグ成形品の製造方法を示す断面図である。

【図6】製造されたプリプレグ成形品を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図面を参照して本発明の実施形態に係るプリプレグ成形品の製造方法について説明する。
本実施形態では、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグ１０を複数枚（Ｎ枚、ここでは５枚とした）、重ねたものを図５で示したような金型１００を使用することで型成形して、図６で示したようなプリプレグ成形品１を製造するものである。ここでは、熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）のなかでも、特にＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）などといった接着性が高い、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックをマトリクス樹脂として使用したプリプレグ１０を重ねている。
なお、本実施形態でいうプリプレグ１０には、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に半含浸させてなる、いわゆるセミプレグも含まれる。

【0023】

このプリプレグ成形品の製造方法は、以下に説明するように、サンド工程と、型成形工程と、剥離工程を備えている。

【0024】

（サンド工程）
最初に行われるサンド工程では、図１に示すように、プリプレグ１０を５枚重ねたものを金属箔２０として使用されるステンレス箔２０で上下から挟むとともに、図２に示すように、プリプレグ１０に対してステンレス箔２０をそれぞれ超音波融着して一体化させる。
ステンレス箔２０の面積は、プリプレグ１０の面積よりも大きくしてあり、ステンレス箔２０の端部をプリプレグ１０の外方に突出させた状態でプリプレグ１０を上下から挟むようにしている。

【0025】

また、本実施形態では、ステンレス箔２０による被膜の厚さとしては１００μｍのものを使用している。ステンレス箔２０の厚みは１０μｍより薄膜になると剥離時に破れが生じる恐れがあるので１０μｍ以上であることが好ましく、またステンレス箔２０の厚みが３００μｍを超える厚膜となるとプレス時の変形に追従することが困難でしかも離型も困難になることがあるので３００μｍ以下であることが好ましい。

【0026】

超音波融着は、超音波熱融着又は超音波溶着とも呼ばれ、微細な超音波振動と加圧力によってプリプレグ１０を構成する熱可塑性樹脂（ここでは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン））を瞬時に溶融してステンレス箔２０に対して接合するもので、複数の超音波融着点１５が離散的に形成されている。

【0027】

なお、ここでは、金属箔２０として強度性及び加工性に優れるステンレス箔を使用したが、これにかえて、例えば、ニッケル箔，マグネシウム箔，チタン箔などを使用することもできる。

【0028】

（型成形工程）
次に行われる型成形工程では、５枚のプリプレグ１０を上下からステンレス箔２０で挟み込み超音波融着によって一体化されたプリプレグ１０を、図５で示したような金型１００の上型１０１と下型１０２の間にセットした後、下型１０２に対して上型１０１を押し込み加熱加圧処理を施す。

【0029】

（剥離工程）
そして、剥離工程では、加熱加圧処理後に金型１００から取り出されたプリプレグ１０を冷却した後に、プリプレグ１０の上下面に接着されたステンレス箔２０を、作業者の手によってプリプレグ１０から剥がしていく。なお、工具や剥離装置を利用してプリプレグ１０からステンレス箔２０を剥がすこともできる。
特にステンレス箔２０は薄いため変形しやすくプレスしたときでも形状に倣うとともに、図３に示すように、ピール角度を９０度位に高くとることができるので、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）といった接着性の高い樹脂でも容易に剥離することができる。

【0030】

このとき、ステンレス箔２０の面積をプリプレグ１０の面積よりも大きくしてステンレス箔２０の端部をプリプレグ１０の外方に突出させた状態でプリプレグを上下から挟んでいるのでステンレス箔２０の端部を作業者の手で掴み易い。

【0031】

以上のように、サンド工程，型成形工程，剥離工程をこの順で行い工程が終了すると、図６に示すような、プリプレグ成形品１が完成する。

【0032】

このようなプリプレグ成形品の製造方法によれば、複数枚重ねられたプリプレグ１０をステンレス箔２０で上下から挟んだものを金型１００にセットして加熱加圧による型成形を行うので、金属同士が接触し、プリプレグ１０自体が金型１００に対して直接接触しないため、金型１００からプリプレグ１０を容易に取り出すことができる。

【0033】

しかも、ステンレス箔２０は１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さのもの（ここでは１００μｍのものを使用）であるので、変形しやすく金型１００でプレスしたときでも形状に倣いい易い。
さらに、上下のステンレス箔２０はそれぞれプリプレグ１０の上下面に対して離散的に超音波融着することにより一体化されているので、金型１００から取り出されたプリプレグ１０からステンレス箔２０を剥がすときのピール角度を高くとれるため、接着性の高い樹脂、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）をマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグ１０でも容易にしかもきれいに剥がすことが可能である。

【0034】

なお、図４に示すように、上述したサンド工程において、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）の融点よりも低い融点のワックス（ＷＡＸ）３０を、ステンレス箔２０とプリプレグ１０との間に挿入することもできる。
このようにステンレス箔２０とプリプレグ１０との間にワックス３０を介在させることにより、金型１００から取り出されたプリプレグ１０からステンレス箔２０をさらに容易に剥がすことができる。

【0035】

ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）の融点よりも低い融点で分解するワックス３０としては、例えば、パラフィン型のワックスやマイクロクリスタルワックス等があげられる。また、植物由来のカルナバワックス，キャンデリラワックス，木蝋，米ぬか蝋などを使用することもできる。

【0036】

なお、本発明の実施形態では、金属箔２０としてステンレス箔をプリプレグ１０の上面及び下面に対して離散的に超音波融着することにより一体化させたが、これにかえて静電気を利用してステンレス箔２０をプリプレグ１０に接着させることもできる。
これによっても、プリプレグ１０からステンレス箔２０を容易に剥がすことができる。

【0037】

また、熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）のなかでも、特にＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）などといった接着性が高い、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックをマトリクス樹脂として使用した場合について説明したが、熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）として、ＰＡ（ナイロン），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＥＩ（ポリエーテルイミド），ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＡＩ（ポリアミドイミド），ＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド），ＰＥＳ，ＰＳＵ，ＬＣＰ，ＰＡＲ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ，ＰＦＡ，ＰＣＴＦＥ，ＥＴＦＥ，ＥＣＴＦＥ，ＰＶＤＦ，ＰＶＦ，ＰＥＴ（ポリエーテルテフタレート）などをマトリクス樹脂としてシート状繊維基材に含浸させてなるプリプレグ１０から成形品を製造する場合にも同様に適用することができる。

【0038】

また、本実施形態では、複数枚（５枚）重ねられたプリプレグ１０をステンレス箔２０で上下から挟んだものを金型１００でプレスするようにしたが、プリプレグ１０を１枚（単体）のものを上下からステンレス箔２０で挟み込んだものを金型１００でプレスし、型成形処理後にプリプレグ１０からステンレス箔２０を剥がすものにも適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ プリプレグ成形品
１０ プリプレグ
１５ 超音波融着点
２０ 金属箔（ステンレス箔）
３０ ワックス
１００ 金型
１０１ 上型
１０２ 下型

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】