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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024100069
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 70/42 20060101AFI20240719BHJP
B29C 70/16 20060101ALI20240719BHJP
B29C 43/56 20060101ALI20240719BHJP
B29C 43/20 20060101ALI20240719BHJP
B29K 101/10 20060101ALN20240719BHJP
B29K 105/08 20060101ALN20240719BHJP
【ＦＩ】
B29C70/42
B29C70/16
B29C43/56
B29C43/20
B29K101:10
B29K105:08
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023003783
(22)【出願日】2023-01-13
(71)【出願人】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100142309
【弁理士】
【氏名又は名称】君塚 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】池田 和久
【テーマコード（参考）】
4F204
4F205
【Ｆターム（参考）】
4F204AA36
4F204AC03
4F204AD05
4F204AD08
4F204AD16
4F204AF01
4F204AG03
4F204AG05
4F204AM28
4F204AR13
4F204FA01
4F204FB01
4F204FB13
4F204FF05
4F204FG09
4F204FN11
4F204FN15
4F204FN17
4F205AA36
4F205AC03
4F205AD05
4F205AD08
4F205AD16
4F205AF01
4F205AG03
4F205AG05
4F205AM28
4F205AR13
4F205HA08
4F205HA14
4F205HA27
4F205HA33
4F205HA37
4F205HA45
4F205HB01
4F205HB13
4F205HC17
4F205HF05
4F205HK03
4F205HK04
4F205HK05
4F205HM13
4F205HT16
4F205HT26
4F205HT29
(57)【要約】
【課題】本発明は、プライマー塗装したＣＦＲＰ物品の製造に好適に用い得る、ＣＦＲＰ物品の粉体インモールド塗装技法を提供することを主たる目的とする。
【解決手段】一態様に係る塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法は、熱硬化性の炭素繊維プリプレグを真空脱気下で粉体塗料の層を介して非鏡面表面に押し付けながら熱硬化させることを含む。他の態様に係る塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法は、上型２０Ｕと下型２０Ｌとからなり成形面２８Ｕに非鏡面部２９が設けられた成形型を閉じることにより形成される閉空間を真空脱気しながら、上型２０Ｕと下型２０Ｌを互いに近づけ合わせて、その中に置かれた炭素繊維プリプレグを粉体塗料の層と共に加圧することを少なくとも含む。
【選択図】図５
【解決手段】一態様に係る塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法は、熱硬化性の炭素繊維プリプレグを真空脱気下で粉体塗料の層を介して非鏡面表面に押し付けながら熱硬化させることを含む。他の態様に係る塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法は、上型２０Ｕと下型２０Ｌとからなり成形面２８Ｕに非鏡面部２９が設けられた成形型を閉じることにより形成される閉空間を真空脱気しながら、上型２０Ｕと下型２０Ｌを互いに近づけ合わせて、その中に置かれた炭素繊維プリプレグを粉体塗料の層と共に加圧することを少なくとも含む。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱硬化性の炭素繊維プリプレグを真空脱気下で粉体塗料の層を介して非鏡面表面に押し付けながら熱硬化させることを含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
【請求項2】
前記非鏡面表面の算術平均粗さが２．５μｍ以上、好ましくは２．７５μｍ以上である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項3】
上型と下型とからなり成形面に非鏡面部が設けられた成形型を準備することと、
前記成形型を成形温度に保持することと、
前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成することと、
前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置くことと、
前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧すること、
を含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
前記成形型を成形温度に保持することと、
前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成することと、
前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置くことと、
前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧すること、
を含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
【請求項4】
前記非鏡面部において前記成形面の算術平均粗さが２．５μｍ以上、好ましくは２．７５μｍ以上である、請求項３に記載の製造方法。
【請求項5】
前記真空脱気により前記閉空間の真空圧が－０．１ＭＰａ以下とされる、請求項３または４に記載の製造方法。
【請求項6】
前記粉体塗料がプライマー塗料である、請求項１～５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項7】
請求項６に記載の製造方法を用いてプライマー塗装されたＣＦＲＰ物品を製造することと、
前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品に上塗り塗装することと、
を含む、多層塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品に上塗り塗装することと、
を含む、多層塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
【請求項8】
前記上塗り塗装が焼付塗装を含む、請求項７に記載の製造方法。
【請求項9】
前記焼付塗装では、塗布された塗料が１００℃以上の温度で乾燥される、請求項８に記載の製造方法。
【請求項10】
前記上塗り塗装の前に、前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品のプライマー塗膜を研磨してその表面を平坦化する、請求項７～９のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として、塗装されたＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガラス繊維入り不飽和ポリエステル樹脂シートから樹脂物品をプレス成形するときに、粉体塗料を用いたインモールド塗装によって成形と同時にプライマー塗装を行った後、プライマー塗装された樹脂物品に仕上げ塗装を施した例がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭５８－１１０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、プライマー塗装したＣＦＲＰ物品の製造に好適に用い得る、ＣＦＲＰ物品の粉体インモールド塗装技法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法であって、熱硬化性の炭素繊維プリプレグを真空脱気下で粉体塗料の層を介して非鏡面表面に押し付けながら熱硬化させることを含む、方法が提供される。
【0006】
本発明の他の一態様によれば、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法であって、上型と下型とからなり成形面に非鏡面部が設けられた成形型を準備することと、前記成形型を成形温度に保持することと、前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成することと、前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置くことと、前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧すること、を含む製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0007】
プライマー塗装したＣＦＲＰ物品の製造に好適に用い得る、ＣＦＲＰ物品の粉体インモールド塗装技法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明のいくつかの実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。図面における寸法比は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは異なる場合がある。また、図面において同一の構成については同じ符号を用いて示し、重複する構成について説明を省略することがある。
【0010】
１．プレス成形装置
実施形態に係る製造方法による、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造は、好ましくはプレス成形装置を用いて行うことができる。
図１は典型的なプレス成形装置の構成を示す模式図である。図１を参照すると、プレス成形装置１は、プレス機１０と、成形型２０と、真空ポンプ３０とを有している。
プレス機１０は、メインフレーム１１と、メインフレーム１１の下部に固定されたボルスター１２と、垂直方向に昇降可能なスライド１３と、スライド１３を昇降させる昇降機構１４とからなる。
成形型２０は、ボルスター１２の上面に固定された下型２０Ｌと、スライド１３の下面に固定された上型２０Ｕとからなる。
実施形態に係る製造方法による、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造は、好ましくはプレス成形装置を用いて行うことができる。
図１は典型的なプレス成形装置の構成を示す模式図である。図１を参照すると、プレス成形装置１は、プレス機１０と、成形型２０と、真空ポンプ３０とを有している。
プレス機１０は、メインフレーム１１と、メインフレーム１１の下部に固定されたボルスター１２と、垂直方向に昇降可能なスライド１３と、スライド１３を昇降させる昇降機構１４とからなる。
成形型２０は、ボルスター１２の上面に固定された下型２０Ｌと、スライド１３の下面に固定された上型２０Ｕとからなる。
【0011】
図２に示すように、下型２０Ｌは、垂直な外周面を有する凸部２１を有し、更に、凸部２１の外周に沿って配置され、外周面を凸部２１と共有する環状凸部２２を有している。凸部２１には、その外周面を一周するシールリング２３が設けられている。上型２０Ｕは、下型２０Ｌの凸部２１とシールリング２３を介して篏合可能な凹部２４を有し、更に、凹部２４の外周に沿って配置され、外周面を凹部２４と共有する環状凹部２５を有している。下型２０Ｌの環状凸部２２と上型２０Ｕの環状凹部２５は篏合可能である。
【0012】
スライド１３を下降させて下型２０Ｌの凸部２１と上型２０Ｕの凹部２４を篏合させたとき、図３に示すように、上型２０Ｕと下型２０Ｌの間に閉空間２６が形成される。
閉空間２６はシールリング２３の作用によって気密となるので、上型２０Ｕに設けられた孔を通して閉空間２６に接続された真空ポンプ３０を作動させることにより、真空脱気することができる。
閉空間２６はシールリング２３の作用によって気密となるので、上型２０Ｕに設けられた孔を通して閉空間２６に接続された真空ポンプ３０を作動させることにより、真空脱気することができる。
【0013】
スライド１３を更に下降させて、環状凸部２２と環状凹部２５を篏合させたとき、図４に示すように、環状凸部２２の内側壁面と環状凹部２５の内側壁面との間で形成されるシアエッジを有する成形キャビティ２７が形成される。
成形キャビティ２７の内部に露出する下型２０Ｌと上型２０Ｕの各表面２８Ｌ、２８Ｕが成形面である。
成形キャビティ２７の内部に露出する下型２０Ｌと上型２０Ｕの各表面２８Ｌ、２８Ｕが成形面である。
【0014】
上型２０Ｕと下型２０Ｌのそれぞれには、例えば蒸気ヒーター、オイルヒーターまたは電熱ヒーターであってもよいヒーター（図示せず）が内蔵され、成形型２０の温度を熱硬化性の炭素繊維プリプレグを硬化させるのに適した温度範囲（例えば１２０℃～１８０℃）内の任意の温度に保持することが可能とされる。
【0015】
２．塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法
好適な実施形態に係る、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法は、次のステップを含む。
上型と下型とからなり成形面に非鏡面部が設けられた成形型を準備する第一ステップ。
前記成形型を成形温度に保持する第二ステップ。
前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成する第三ステップ。
前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置く第四ステップ。
前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧する第五ステップ。
好適な実施形態に係る、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法は、次のステップを含む。
上型と下型とからなり成形面に非鏡面部が設けられた成形型を準備する第一ステップ。
前記成形型を成形温度に保持する第二ステップ。
前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成する第三ステップ。
前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置く第四ステップ。
前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧する第五ステップ。
【0016】
上記の好適な実施形態に係る方法を、図１～図４に示すプレス成形装置を用いる場合を例に説明すると次の通りである。
（１）第一ステップ
第一ステップで準備される成形型の一例を図５に示す。成形型２０は上型２０Ｕと下型２０Ｌとからなり、上型２０Ｕの成形面２８Ｕ全体を非鏡面部２９が占める一方、下型２０Ｌには非鏡面部が設けられていない。非鏡面部２９は、後の第三ステップで粉体塗料の層が形成される領域の全体が非鏡面部に含まれるように設けることが望ましい。
（１）第一ステップ
第一ステップで準備される成形型の一例を図５に示す。成形型２０は上型２０Ｕと下型２０Ｌとからなり、上型２０Ｕの成形面２８Ｕ全体を非鏡面部２９が占める一方、下型２０Ｌには非鏡面部が設けられていない。非鏡面部２９は、後の第三ステップで粉体塗料の層が形成される領域の全体が非鏡面部に含まれるように設けることが望ましい。
【0017】
非鏡面部２９における成形面２８Ｕの算術平均粗さＲａは好ましくは２．５μｍ以上、より好ましくは２．８μｍ以上である。
【0018】
成形面の算術平均粗さＲａは、接触式粗さ測定機を用いて下記条件にて測定される値である。
算出規格：ＩＳＯ－９７規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：８．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定レンジ：±６４．０μｍ、測定速度：０．６ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：ガウシアン、傾斜補正：最小二乗直線補正、移動速度および戻り速度：３．０ｍｍ／ｓ。
算出規格：ＩＳＯ－９７規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：８．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定レンジ：±６４．０μｍ、測定速度：０．６ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：ガウシアン、傾斜補正：最小二乗直線補正、移動速度および戻り速度：３．０ｍｍ／ｓ。
【0019】
成形面に非鏡面部を設ける方法に限定はなく、金型製造において従来から用いられている艶消し仕上げまたはシボ加工の技法を適宜用いることができる。具体的な方法の例には、エッチング、ブラスト、粗研磨およびヘアライン加工が含まれるが、これらに限定されない。
【0020】
（２）第二ステップ
第二ステップでは、成形型２０が成形温度に保持される。
第二ステップは、通常、第三ステップ以降のステップより前に開始され、少なくとも第五ステップにおいて熱硬化性の炭素繊維プリプレグの硬化が完了するまで継続される。言い換えれば、第三ステップ以降のステップが行われる前に、成形型２０は成形温度まで加熱され、かつ、少なくとも第五ステップが終了するまでの間、成形型２０は成形温度に保持される。
第二ステップでは、成形型２０が成形温度に保持される。
第二ステップは、通常、第三ステップ以降のステップより前に開始され、少なくとも第五ステップにおいて熱硬化性の炭素繊維プリプレグの硬化が完了するまで継続される。言い換えれば、第三ステップ以降のステップが行われる前に、成形型２０は成形温度まで加熱され、かつ、少なくとも第五ステップが終了するまでの間、成形型２０は成形温度に保持される。
【0021】
成形温度は、熱硬化性のプリプレグを所望する時間内に硬化させることが可能な温度に設定される。成形温度が高い程、熱硬化性のプリプレグを十分に硬化させるのに必要な時間は短くなるため、連続成形する場合の成形サイクルは短縮される。ただし、脱型時に硬化物（ＣＦＲＰ物品）が変形しないためには、成形温度は、プリプレグが硬化した後におけるマトリックス樹脂のガラス転移点より低いことが好ましい。
成形温度は、通常１２０～１８０℃の範囲内で、上記事項を考慮して設定すればよい。
成形温度は、通常１２０～１８０℃の範囲内で、上記事項を考慮して設定すればよい。
【0022】
（３）第三ステップ
第三ステップでは、図６に示すように、成形型２０の成形面２８Ｕに設けられた非鏡面部２９に、熱硬化性の粉体塗料の層２が形成される。
好ましい熱硬化性の粉体塗料は、ＰＩＭＣ（粉体インモールド塗装）用の粉体塗料である。ＰＩＭＣ用の粉体塗料については、例えば、特開昭５９－９１１５７号公報、特開平１－１５８０８０号公報などを参照することができる。
市販のＰＩＭＣ用粉体塗料は、例えば、Ｔｉｇｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ．から入手することができる。
第三ステップでは、図６に示すように、成形型２０の成形面２８Ｕに設けられた非鏡面部２９に、熱硬化性の粉体塗料の層２が形成される。
好ましい熱硬化性の粉体塗料は、ＰＩＭＣ（粉体インモールド塗装）用の粉体塗料である。ＰＩＭＣ用の粉体塗料については、例えば、特開昭５９－９１１５７号公報、特開平１－１５８０８０号公報などを参照することができる。
市販のＰＩＭＣ用粉体塗料は、例えば、Ｔｉｇｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ．から入手することができる。
【0023】
図６に示す例のように、上型の成形面２８Ｕに粉体塗料の層２を形成するときは、静電粉体塗装法が好ましく用いられる。この方法は、均一塗布の観点からも好ましいので、他の例において、下型の成形面に熱硬化性の粉体塗料の層を形成する場合にも、好ましく用い得る。
成形面に熱硬化性の粉体塗料の層を形成する方法は静電粉体塗装法に限定されるものではなく、他の例において、下型の成形面にこの層を形成するときには、篩を用いて手作業で粉体塗料を該成形面にふりかける方法も採用し得る。
成形面に熱硬化性の粉体塗料の層を形成する方法は静電粉体塗装法に限定されるものではなく、他の例において、下型の成形面にこの層を形成するときには、篩を用いて手作業で粉体塗料を該成形面にふりかける方法も採用し得る。
【0024】
（４）第四ステップ
第四ステップでは、図７に示すように、成形型２０を閉じることにより形成される閉空間２６の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３を置く。より詳しく言えば、成形型２０を開いた状態で下型２０Ｌの成形面２８Ｌ上に熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３を置き、その後で成形型２０を閉じることにより閉空間２６を形成する。
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３は、正味形状や略正味形状にプリフォームされていてもよい。
第四ステップでは、図７に示すように、成形型２０を閉じることにより形成される閉空間２６の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３を置く。より詳しく言えば、成形型２０を開いた状態で下型２０Ｌの成形面２８Ｌ上に熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３を置き、その後で成形型２０を閉じることにより閉空間２６を形成する。
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３は、正味形状や略正味形状にプリフォームされていてもよい。
【0025】
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）物品の製造に用いられる中間材料であり、炭素繊維からなる繊維補強材を熱硬化性樹脂マトリックスで含浸させたものである。
【0026】
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３の例は、ＵＤプリプレグ、織物プリプレグ、トウプリプレグおよびシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）を含む。
ＵＤプリプレグの繊維補強材は、ＵＤシートである。織物プリプレグの繊維補強材である織物の組織の例は平織、綾織および朱子織を含む。織物プリプレグの繊維補強材はノンクリンプ織物であってもよい。ＳＭＣの繊維補強材は、チョップド繊維束をばら撒くことにより形成されるランダムマットである。
ＵＤプリプレグの繊維補強材は、ＵＤシートである。織物プリプレグの繊維補強材である織物の組織の例は平織、綾織および朱子織を含む。織物プリプレグの繊維補強材はノンクリンプ織物であってもよい。ＳＭＣの繊維補強材は、チョップド繊維束をばら撒くことにより形成されるランダムマットである。
【0027】
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３に含まれる熱硬化性樹脂マトリックスは、熱硬化性樹脂と硬化剤を含む組成物であり、必要に応じて硬化剤の他にも様々な添加剤が配合され得る。かかる添加剤の例には、限定するものではないが、増粘剤、反応性希釈剤、低収縮剤、難燃剤、消泡剤、脱泡剤、離型剤、粒子状フィラー、着色剤およびシランカップリング剤が含まれる。
熱硬化性樹脂の例には、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂［エポキシ（メタ）アクリレート樹脂とも呼ばれる］、（メタ）アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂およびフェノール樹脂が含まれるが、これらに限定されるものではない。２種以上の熱硬化性を混合して用いることも可能である。
熱硬化性樹脂の例には、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂［エポキシ（メタ）アクリレート樹脂とも呼ばれる］、（メタ）アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂およびフェノール樹脂が含まれるが、これらに限定されるものではない。２種以上の熱硬化性を混合して用いることも可能である。
【0028】
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３は、複数枚の炭素繊維プリプレグを含むプリプレグ集合体であってもよく、その場合、プリプレグ集合体は同種の炭素繊維プリプレグのみを含んでもよいし、２種以上の炭素プリプレグを含んでもよい。
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３は、同種または異種のプリプレグの積層体を含んでもよい。複数枚のＵＤプリプレグを積層するときは、要求に応じて、クロスプライまたはアングルプライを採用してもよい。
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３がプリプレグの積層体を含むときは、閉空間２６の中に置く前に、真空バギングによって脱気することが望ましい。
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３は、同種または異種のプリプレグの積層体を含んでもよい。複数枚のＵＤプリプレグを積層するときは、要求に応じて、クロスプライまたはアングルプライを採用してもよい。
熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３がプリプレグの積層体を含むときは、閉空間２６の中に置く前に、真空バギングによって脱気することが望ましい。
【0029】
（５）第五ステップ
第五ステップでは、熱硬化性の炭素繊維プリプレグが置かれた閉空間を真空脱気しながら上型と下型を互いに近づけ合わせて、炭素繊維プリプレグを粉体塗料の層と共に加圧する。
成形温度に保持された成形型内で加圧されることによって、熱硬化性の炭素繊維プリプレグが硬化する。加圧時間は、硬化が完了するのに十分な時間に設定される。加圧が継続される間、成形型の温度は成形温度に保持される。
第五ステップでは、熱硬化性の炭素繊維プリプレグが置かれた閉空間を真空脱気しながら上型と下型を互いに近づけ合わせて、炭素繊維プリプレグを粉体塗料の層と共に加圧する。
成形温度に保持された成形型内で加圧されることによって、熱硬化性の炭素繊維プリプレグが硬化する。加圧時間は、硬化が完了するのに十分な時間に設定される。加圧が継続される間、成形型の温度は成形温度に保持される。
【0030】
図８に示すように、上型２０Ｕと下型２０Ｌとが互いに近づいて下型２０Ｌの環状凸部２２と上型２０Ｕの環状凹部２５が篏合すると、シアエッジを有する成形キャビティ２７が形成される。シアエッジで大きな圧力損失が発生するために、成形キャビティ２７の脱気効率は低い。
そこで、好ましくは、シアエッジが形成される前に閉空間２６が十分に真空脱気されるように、上型２０Ｕの下降速度を小さくしてもよいし、それに代えて、あるいはそれに加えて、シアエッジが形成される前に上型２０Ｕの下降を一時的に停止させて閉空間２６を真空脱気することができる。
シアエッジが形成されないタイプの成形型を用いる場合には、これらの配慮は不要である。
真空脱気したときの閉空間２６の真空圧は好ましくは－０．１ＭＰａ以下である。
そこで、好ましくは、シアエッジが形成される前に閉空間２６が十分に真空脱気されるように、上型２０Ｕの下降速度を小さくしてもよいし、それに代えて、あるいはそれに加えて、シアエッジが形成される前に上型２０Ｕの下降を一時的に停止させて閉空間２６を真空脱気することができる。
シアエッジが形成されないタイプの成形型を用いる場合には、これらの配慮は不要である。
真空脱気したときの閉空間２６の真空圧は好ましくは－０．１ＭＰａ以下である。
【0031】
第五ステップにおける成形圧は、好ましくは３～１０ＭＰａの範囲内である。成形圧は、プレス機の押圧力を成形キャビティの垂直投影面積で除算することにより得られる値として定義される。
【0032】
第五ステップの終了後、図９に示すように成形型２０が開かれ、塗装されたＣＦＲＰ物品４が取り出される。
塗装されたＣＦＲＰ物品４は、熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３が硬化してなるＣＦＲＰ部３Ｃと、その表面に固着した塗膜２Ｃとからなる。塗膜２Ｃは、熱硬化性の粉体塗料の層２がゲル化を経て硬化することにより形成される。
ＣＦＲＰ物品４を取り出すときに成形型２０の温度を変更する必要はない。通常、成形型２０の温度は、次の成形サイクルが開始されるまで成形温度に保持される。
塗装されたＣＦＲＰ物品４は、熱硬化性の炭素繊維プリプレグ３が硬化してなるＣＦＲＰ部３Ｃと、その表面に固着した塗膜２Ｃとからなる。塗膜２Ｃは、熱硬化性の粉体塗料の層２がゲル化を経て硬化することにより形成される。
ＣＦＲＰ物品４を取り出すときに成形型２０の温度を変更する必要はない。通常、成形型２０の温度は、次の成形サイクルが開始されるまで成形温度に保持される。
【0033】
３．上塗り塗装
実施形態に係る製造方法で使用される熱硬化性の粉体塗料は、好ましくはプライマー塗料である。すなわち、実施形態に係る方法で製造される塗装されたＣＦＲＰ物品は、好ましくは、プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品である。
プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品は、多層塗装されたＣＦＲＰ物品の製造における中間製品であり、更に上塗り塗装することにより完成品となる。
プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品を実施形態に係る製造方法で製造する場合、通常は、上塗り塗装工程に進む前に、プライマー塗膜を研磨して表面を平坦化する。上塗り工程では、プライマー塗膜の上に着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜が形成される。
実施形態に係る製造方法で使用される熱硬化性の粉体塗料は、好ましくはプライマー塗料である。すなわち、実施形態に係る方法で製造される塗装されたＣＦＲＰ物品は、好ましくは、プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品である。
プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品は、多層塗装されたＣＦＲＰ物品の製造における中間製品であり、更に上塗り塗装することにより完成品となる。
プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品を実施形態に係る製造方法で製造する場合、通常は、上塗り塗装工程に進む前に、プライマー塗膜を研磨して表面を平坦化する。上塗り工程では、プライマー塗膜の上に着色塗膜を含む少なくともひとつの塗膜が形成される。
【0034】
上塗り工程で形成される塗膜は、好ましくは焼付塗膜であり、塗布した塗料を８０℃以上、典型的には１００℃以上の温度で乾燥させることにより形成される。
上塗り工程で形成される塗膜は、着色塗膜と、その上に形成されるクリヤ塗膜を含み得る。クリヤ塗膜は、トップコートとして形成され得る。
上塗り工程で形成される塗膜は、着色塗膜と、その下に形成される下塗り塗膜を含み得る。
上塗り工程で複数の塗膜を重ねて形成する場合、好ましくは、複数の塗料がウェットオンウェットで重ね塗りされた後、１工程で同時に焼付けられる。
上塗り工程で形成される塗膜は、着色塗膜と、その上に形成されるクリヤ塗膜を含み得る。クリヤ塗膜は、トップコートとして形成され得る。
上塗り工程で形成される塗膜は、着色塗膜と、その下に形成される下塗り塗膜を含み得る。
上塗り工程で複数の塗膜を重ねて形成する場合、好ましくは、複数の塗料がウェットオンウェットで重ね塗りされた後、１工程で同時に焼付けられる。
【0035】
４．実験結果
本発明者等が行った実験の結果を以下に記す。
実験で使用した材料は次の通りである。
離型フィルムＦ１：両面が算術平均粗さ２．７５μｍの梨地面であるフッ素樹脂フィルム（ＡＧＣ株式会社製 アフレックス２５ＭＷ ＮＴ１２００）。
離型フィルムＦ２：両面が算術平均粗さ０．０５μｍの鏡面であるフッ素樹脂フィルム（ＡＧＣ株式会社製 アフレックス２５Ｎ ＮＴ１２００）。
本発明者等が行った実験の結果を以下に記す。
実験で使用した材料は次の通りである。
離型フィルムＦ１：両面が算術平均粗さ２．７５μｍの梨地面であるフッ素樹脂フィルム（ＡＧＣ株式会社製 アフレックス２５ＭＷ ＮＴ１２００）。
離型フィルムＦ２：両面が算術平均粗さ０．０５μｍの鏡面であるフッ素樹脂フィルム（ＡＧＣ株式会社製 アフレックス２５Ｎ ＮＴ１２００）。
【0036】
離型剤：ＣＦＲＰ成形用に市販されている、フッ素化合物とワックスを含有する水ベースの外部離型剤（株式会社ネオス製 フリリース６５）。
粉体プライマー塗料：Ｔｉｇｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ．製 Ｔｉｇｅｒ Ｄｒｙｌａｃ ２６１／１００１３ ＰＩＭＣ Ｅｐｏｘｙ Ｐｒｉｍｅｒ。
ＵＤプリプレグ：熱硬化性で厚さ０．２ｍｍのＵＤプリプレグ（三菱ケミカル株式会社製 ＴＲ３６１Ｅ２５０Ｓ）。
粉体プライマー塗料：Ｔｉｇｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ．製 Ｔｉｇｅｒ Ｄｒｙｌａｃ ２６１／１００１３ ＰＩＭＣ Ｅｐｏｘｙ Ｐｒｉｍｅｒ。
ＵＤプリプレグ：熱硬化性で厚さ０．２ｍｍのＵＤプリプレグ（三菱ケミカル株式会社製 ＴＲ３６１Ｅ２５０Ｓ）。
【0037】
離型フィルムＦ１、Ｆ２の算術平均粗さは、接触式粗さ測定機（株式会社東京精密製 サーフコム１４００－ＬＣＤ）を用いて次の条件にてそれぞれ測定した。
算出規格：ＩＳＯ－９７規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：８．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定レンジ：±６４．０μｍ、測定速度：０．６ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：ガウシアン、傾斜補正：最小二乗直線補正、移動速度および戻り速度：３．０ｍｍ／ｓ。
後述するＣＦＲＰ板表面の算術平均粗さ測定も、同じ測定機と測定条件を用いて行った。
算出規格：ＩＳＯ－９７規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：８．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定レンジ：±６４．０μｍ、測定速度：０．６ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：ガウシアン、傾斜補正：最小二乗直線補正、移動速度および戻り速度：３．０ｍｍ／ｓ。
後述するＣＦＲＰ板表面の算術平均粗さ測定も、同じ測定機と測定条件を用いて行った。
【0038】
（１）実験１
以下に記す手順で、厚さが２ｍｍで３００ｍｍ×３００ｍｍの矩形表面を有し、該矩形表面の一方がプライマー塗装されたＣＦＲＰ板を成形した。
図１０に示す構造を有する成形型４０を油圧プレス機に装着してなるプレス成形装置を準備した。
成形型４０はシールリング４３を介して篏合可能な下型４０Ｌと上型４０Ｕを有しており、下型４０Ｌにはその外周面を一周するシールリング４３が設けられた。下型４０Ｌには外周に沿って環状凸部４２が設けられ、その環状凸部４２と篏合し得る環状凹部４５が上型４０Ｕに設けられた。
以下に記す手順で、厚さが２ｍｍで３００ｍｍ×３００ｍｍの矩形表面を有し、該矩形表面の一方がプライマー塗装されたＣＦＲＰ板を成形した。
図１０に示す構造を有する成形型４０を油圧プレス機に装着してなるプレス成形装置を準備した。
成形型４０はシールリング４３を介して篏合可能な下型４０Ｌと上型４０Ｕを有しており、下型４０Ｌにはその外周面を一周するシールリング４３が設けられた。下型４０Ｌには外周に沿って環状凸部４２が設けられ、その環状凸部４２と篏合し得る環状凹部４５が上型４０Ｕに設けられた。
【0039】
下型４０Ｌと上型４０Ｕを篏合させると閉空間が形成され、その内部を真空脱気できるように環状凹部４５内に孔が設けられ、真空ポンプ５０に接続された。
下型４０Ｌの環状凸部４２と上型４０Ｕの環状凹部４５を篏合させると、シアエッジを有する板状の成形キャビティが形成された。シアエッジは環状凸部４２の内側壁面と環状凹部４５の内側壁面との間で形成され、ギャップは０．０５～０．１ｍｍであった。成形キャビティは、それぞれ３００ｍｍ×３００ｍｍの矩形である底面と上面を有し、その高さは１ｍｍから６ｍｍの間で可変であった。
成形型の母材は炭素鋼Ｓ５５Ｃで、成形面は硬質クロムメッキ処理された鏡面であった。
下型４０Ｌの環状凸部４２と上型４０Ｕの環状凹部４５を篏合させると、シアエッジを有する板状の成形キャビティが形成された。シアエッジは環状凸部４２の内側壁面と環状凹部４５の内側壁面との間で形成され、ギャップは０．０５～０．１ｍｍであった。成形キャビティは、それぞれ３００ｍｍ×３００ｍｍの矩形である底面と上面を有し、その高さは１ｍｍから６ｍｍの間で可変であった。
成形型の母材は炭素鋼Ｓ５５Ｃで、成形面は硬質クロムメッキ処理された鏡面であった。
【0040】
成形型を加熱し、その温度が１４０±４℃の範囲内で安定化したことを確認した。次いで、下型４０Ｌの環状凸部４２の内側壁面の、成形時にシアエッジの形成に与る部分を耐熱テープでマスキングするとともに、２９８ｍｍ角に裁断した離型フィルムＦ１を下型４０Ｌの成形面４８Ｌ上に載置した。更に、上型４０Ｕの成形面４８Ｕに離型剤を塗布した。
次いで、下型４０Ｌの成形面４８Ｌ上に置いた離型フィルムＦ１の表面に約５０ｇの粉体プライマー塗料を、篩を用いて手早く散布した。散布が終了したら直ちに、下型４０Ｌの環状凸部４２に貼った耐熱テープのマスキングを全て剥がした。
次いで、下型４０Ｌの成形面４８Ｌ上に置いた離型フィルムＦ１の表面に約５０ｇの粉体プライマー塗料を、篩を用いて手早く散布した。散布が終了したら直ちに、下型４０Ｌの環状凸部４２に貼った耐熱テープのマスキングを全て剥がした。
【0041】
粉体プライマー塗料の散布終了から１分後、粉体プライマー塗料が散布された離型フィルムＦ１の上にプリプレグ積層体を載置し、成形型４０を閉じてプレス成形を行った。プリプレグ積層体は、２９８ｍｍ角に裁断したＵＤプリプレグを１０枚重ねたクロスプライ積層体であり、予め真空バギングにより層間の脱気を行ってから使用した。
プレス成形条件は、成形圧４ＭＰａ、加圧時間６００ｓｅｃとした。
成形型を閉じることで形成される閉空間の真空脱気は、シアエッジが形成される前に開始した。型閉じ速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとしたところ、シアエッジが形成される前に閉空間内の真空圧は－０．１ＭＰａに到達した。真空ポンプの動作は、成形圧が４ＭＰａに達するまで継続させた。
プレス成形条件は、成形圧４ＭＰａ、加圧時間６００ｓｅｃとした。
成形型を閉じることで形成される閉空間の真空脱気は、シアエッジが形成される前に開始した。型閉じ速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとしたところ、シアエッジが形成される前に閉空間内の真空圧は－０．１ＭＰａに到達した。真空ポンプの動作は、成形圧が４ＭＰａに達するまで継続させた。
【0042】
上記手順で成形したＣＦＲＰ板のプライマー塗装面、すなわち粉体プライマー塗料により形成されたプライマー塗膜が形成された側の表面の、算術平均粗さを測定したところ、１．５２μｍであった。測定位置は板の縁から５０ｍｍ以上離し、塗装面の直下における炭素繊維の配向方向と測定方向を平行とした。
【0043】
成形したＣＦＲＰ板の中央部から、縦横が１５０ｍｍ×７０ｍｍの試験片を切り出し、そのプライマー塗装面側に以下の手順で上塗り塗装を施した。
（i）試験片のプライマー塗装面全体を＃６００サンドペーパーで手研磨した後、イソプロピルアルコールを染み込ませた布でプライマー塗膜表面を擦って研磨カスを除去した。
（ii）（i）に続いて、試験片のプライマー塗装面にポリウレタンブラック塗料とポリウレタンクリアー塗料を、スプレーガンを用いてこの順に塗布し、１００℃のオーブン内で１時間乾燥させた。
上記手順で形成された上塗り塗膜の表面を観察した結果、目視で確認できる膨れはひとつも見つからなかった。
（i）試験片のプライマー塗装面全体を＃６００サンドペーパーで手研磨した後、イソプロピルアルコールを染み込ませた布でプライマー塗膜表面を擦って研磨カスを除去した。
（ii）（i）に続いて、試験片のプライマー塗装面にポリウレタンブラック塗料とポリウレタンクリアー塗料を、スプレーガンを用いてこの順に塗布し、１００℃のオーブン内で１時間乾燥させた。
上記手順で形成された上塗り塗膜の表面を観察した結果、目視で確認できる膨れはひとつも見つからなかった。
【0044】
（２）実験２
離型フィルムＦ１に代えて離型フィルムＦ２を用いたこと以外は実験１と同様にして片面がプライマー塗装されたＣＦＲＰ板を成形し、そのプライマー塗装面の算術平均粗さを測定したところ、０．０８μｍであった。
更に、実験１と同様にして、このＣＦＲＰ板の中央部から縦横が１５０ｍｍ×７０ｍｍの試験片を切り出し、そのプライマー塗装面側に上塗り塗装を施した。
形成された上塗り塗膜の表面を観察した結果、直径１００μｍ以上のものを含む、目視で確認できる膨れが１０個以上観察された。
離型フィルムＦ１に代えて離型フィルムＦ２を用いたこと以外は実験１と同様にして片面がプライマー塗装されたＣＦＲＰ板を成形し、そのプライマー塗装面の算術平均粗さを測定したところ、０．０８μｍであった。
更に、実験１と同様にして、このＣＦＲＰ板の中央部から縦横が１５０ｍｍ×７０ｍｍの試験片を切り出し、そのプライマー塗装面側に上塗り塗装を施した。
形成された上塗り塗膜の表面を観察した結果、直径１００μｍ以上のものを含む、目視で確認できる膨れが１０個以上観察された。
【0045】
５．実施形態のまとめ
本発明の好ましい実施形態には以下が含まれるが、限定するものではない。
（実施形態１）熱硬化性の炭素繊維プリプレグを真空脱気下で粉体塗料の層を介して非鏡面表面に押し付けながら熱硬化させることを含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
（実施形態２）前記非鏡面表面の算術平均粗さが２．５μｍ以上、好ましくは２．７５μｍ以上である、実施形態１に係る製造方法。
（実施形態３）
上型と下型とからなり成形面に非鏡面部が設けられた成形型を準備することと、前記成形型を成形温度に保持することと、前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成することと、前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置くことと、前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧すること、を含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
（実施形態４）前記非鏡面部において前記成形面の算術平均粗さが２．５μｍ以上、好ましくは２．７５μｍ以上である、実施形態３に係る製造方法。
（実施形態５）前記真空脱気により前記閉空間の真空圧が－０．１ＭＰａ以下とされる、実施形態３または４に係る製造方法。
（実施形態６）前記粉体塗料がプライマー塗料である、実施形態１～５のいずれかに係る製造方法。
（実施形態７）実施形態６に係る製造方法を用いてプライマー塗装されたＣＦＲＰ物品を製造することと、前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品に上塗り塗装することとを含む、多層塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
（実施形態８）前記上塗り塗装が焼付塗装を含む、実施形態７に係る製造方法。
（実施形態９）前記焼付塗装では、塗布された塗料が１００℃以上の温度で乾燥される、実施形態８に係る製造方法。
（実施形態１０）前記上塗り塗装の前に、前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品のプライマー塗膜を研磨してその表面を平坦化する、実施形態７～９のいずれかに係る製造方法。
本発明の好ましい実施形態には以下が含まれるが、限定するものではない。
（実施形態１）熱硬化性の炭素繊維プリプレグを真空脱気下で粉体塗料の層を介して非鏡面表面に押し付けながら熱硬化させることを含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
（実施形態２）前記非鏡面表面の算術平均粗さが２．５μｍ以上、好ましくは２．７５μｍ以上である、実施形態１に係る製造方法。
（実施形態３）
上型と下型とからなり成形面に非鏡面部が設けられた成形型を準備することと、前記成形型を成形温度に保持することと、前記非鏡面部に熱硬化性の粉体塗料の層を形成することと、前記成形型を閉じることにより形成される閉空間の中に熱硬化性の炭素繊維プリプレグを置くことと、前記閉空間を真空脱気しながら前記上型と前記下型を互いに近づけ合わせて、その中に置かれた前記炭素繊維プリプレグを前記粉体塗料の層と共に加圧すること、を含む、塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
（実施形態４）前記非鏡面部において前記成形面の算術平均粗さが２．５μｍ以上、好ましくは２．７５μｍ以上である、実施形態３に係る製造方法。
（実施形態５）前記真空脱気により前記閉空間の真空圧が－０．１ＭＰａ以下とされる、実施形態３または４に係る製造方法。
（実施形態６）前記粉体塗料がプライマー塗料である、実施形態１～５のいずれかに係る製造方法。
（実施形態７）実施形態６に係る製造方法を用いてプライマー塗装されたＣＦＲＰ物品を製造することと、前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品に上塗り塗装することとを含む、多層塗装されたＣＦＲＰ物品の製造方法。
（実施形態８）前記上塗り塗装が焼付塗装を含む、実施形態７に係る製造方法。
（実施形態９）前記焼付塗装では、塗布された塗料が１００℃以上の温度で乾燥される、実施形態８に係る製造方法。
（実施形態１０）前記上塗り塗装の前に、前記プライマー塗装されたＣＦＲＰ物品のプライマー塗膜を研磨してその表面を平坦化する、実施形態７～９のいずれかに係る製造方法。
【0046】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の効果が奏される範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
インモールド塗装法を用いてプライマー塗装を行うことは、上塗り塗装されたＣＦＲＰ物品を効率よく製造するうえで有用である。
【符号の説明】
【0048】
１ プレス成形装置
２ 粉体塗料の層
３ 炭素繊維プリプレグ
１０ プレス機
１１ メインフレーム
１２ ボルスター
１３ スライド
２０ 成形型
２０Ｌ 下型
２０Ｕ 上型
２１ 凸部
２２ 環状凸部
２３ シールリング
２４ 凹部
２５ 環状凹部
２６ 閉空間
２７ 成形キャビティ
２８Ｌ、２８Ｕ 成形面
２９ 非鏡面部
３０ 真空ポンプ
４０Ｌ 下型
４０Ｕ 上型
４２ 環状凸部
４３ シールリング
４５ 環状凹部
４８Ｌ、４８Ｕ 成形面
５０ 真空ポンプ
２ 粉体塗料の層
３ 炭素繊維プリプレグ
１０ プレス機
１１ メインフレーム
１２ ボルスター
１３ スライド
２０ 成形型
２０Ｌ 下型
２０Ｕ 上型
２１ 凸部
２２ 環状凸部
２３ シールリング
２４ 凹部
２５ 環状凹部
２６ 閉空間
２７ 成形キャビティ
２８Ｌ、２８Ｕ 成形面
２９ 非鏡面部
３０ 真空ポンプ
４０Ｌ 下型
４０Ｕ 上型
４２ 環状凸部
４３ シールリング
４５ 環状凹部
４８Ｌ、４８Ｕ 成形面
５０ 真空ポンプ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】