「CFRP成形用治具用の繰返し使用可能な 離型膜技術の開発」

2013年6月27日（木）16：00～16：30 （ＪＳＴ東京別館ホール 市ヶ谷にて）

岐阜大学 研究推進・社会連携機構 複合材料研究センター

深川 仁

東海国立３大学 新技術説明会

Development of the repeatable use release film generation technologies to the composite material tooling

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目次 はじめに

– 従来技術とその問題点 – 新技術の特徴・従来技術との比較 – 想定される用途 – 想定される業界 – 実用化に向けた課題 – 企業への期待 – 本技術に関する知的財産権 – 産学連携の経歴（任意）

CFRP成形用治具の離型処理技術の開発

カウルプレート

形状精度や表面仕上げを得るためツール面と反対側に乗せる板

①プリプレグ裁断

CFRPのオートクレーブ成型法

離型剤

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積層作業前に治工具表面に，有機溶剤系の離型剤を毎回塗布 ・作業環境が悪く，作業に手間がかかり，乾燥待ち時間と専用エリアが必要 ・塗り忘れ・ムラがあると不具合を生じるので，品質管理・現場管理上の重要工程

↓ CFRP製品増加で，成形型やカウルプレートにも，軽く熱膨張のないCFRPが必要 ↓ 離型処理の簡素化とカウルプレート長寿命化が課題となっている

バッグフィルム

カウルプレート

成形型（ツール面側）

従来技術とその問題点

現状の離型処理方法

○ 多くは有機溶剤系の処理を積層作業ごとに毎回行っている ・有機溶剤が多く使われ作業環境が悪い．水溶性も開発されたが課題が多い． ・離型材処理を誤ると，型耐久性が縮まり，以降のメインテナンス程度が決定される重要工程．成形型は使いこむほど離型性が良くなる傾向で，新しい型は離型性が悪い．離型処理は型の履歴によって変えねばならない． ・品質管理の上でも重要で，現場管理と手間・時間が多くかかる作業．

成形回数と離型処理の関係（フレコートの例）

成形回数 処理方法

基本処理 ①＃1500以上のサンドペーパー仕上げ ②極細コンパウンド仕上げ ③アセトン等で洗浄 ④フレコートＰＣＭで洗浄 ⑤フレコートＦＲＰ-ＮＣで８回処理

１～５ 毎成形ごとにフレコートＦＲＰを２回塗布

６～１０ 毎成形ごとにフレコートＦＲＰを１回塗布

１１～３０ ２回成形ごとにフレコートＦＲＰを１回塗布

３１～100 毎日成形終了後にフレコートＦＲＰを２回塗布

100以降 毎100回成型ごとに，極細コンパウンドによるバフがけ基本処理と同じフレコート処理，以降成形回数５回までは毎成形ごとにフレコートＦＲＰを２回塗布

出展：強化プラスチック材料入門 宮入裕夫・後藤卒土民著 日刊工業新聞社 ｐ79-80

bag film

vacuum

CFRP caul plate (tool)

CFRP

Layer of release agent

離型膜

Form block (tool) 成形型（治具）

CFRP prepreg lay up

(product part)

CFRP caul plate(tool) CFRP製ｶｳﾙﾌﾟﾚｰﾄ（治具）

Form block (tool)

Sectional view of caul plate

Sectional view of vacuum bag

Tool

Caul Plate

Caul Plate (CFRP)

3m

100mm Tool (Metal)

50mm Product parts（ＣＦＲＰ）

Caulplate（ＣＦＲＰ）

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実際の適用形状（参考）

毎回離型剤を塗らなくても，くり返し使える離型膜を内蔵させたい 目標：耐久性（30回以上）の離型膜成膜技術の開発

新技術の特徴・従来技術との比較 • 従来は、熱硬化系複合材料の積層成形前に，治工具（型やカウル

プレート）表面に，事前に有機溶剤系の離型剤を塗布していた

• CFRP製治工具表面に繰返し利用できる離型材を生成する技術開発を行ない、離型材料を毎回塗布する必要がなくなった。

• 従来は品質保持やＳＰＥＣ上の制約もあり、有機溶剤系の離型材の使用に限られていたが、ＣＦＲＰ製型の表面にＰＴＦＥ系材料の成膜貼り付けが可能となった。

• 本技術の適用により、毎回塗布する作業や乾燥時間、塗布専用エリアが不要となり、製造工程が数時間短縮され、職場環境も改善できるため、製造コストが約20％削減できると期待される。

各種離型材の処理機構の比較

出典：フッ素化学入門2010 基礎と応用の最前線 日本学術振興会 フッ素化学155委員会編 三京出版 ｐ363-364

主に界面剥離 層間剥離 層間剥離 （薄い乾性皮膜）

離型剤塗布法 現状 （油性）

離型剤塗布法 現状 （水性）

離型フィルム

本手法 ＜目標＞

離型性 ○ ◎ ◎ ◎

耐久性 × △ △ ○

作業性 △ × △ ◎

コスト △ △ ○ ○

曲面への対応 ○ ○ △ ○

対環境性 × ○ △ ○

◎：非常に優れる ○：普通 △：やや劣る ×：劣る

離型膜付きカウルプレートの製造フローチャート （転写法）フィルム貼付法

（焼付け法）

A ：PFA B: FEP

実験方法

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０： 積層・硬化・離型 30回実施 1. カウルプレート・供試体の表面観察 離型時の状態・感触確認

2. 接触角測定（純水使用） a: カウルプレート 離型面 b:カウルプレート 離型面外 c:供試体（テストプレート） 離型面 3. SEM-EDX （表面成分分析） -離型20回後の表面構造の観察 -供試体へのフッ素転写のチェック 4. Peel test ・1回目 30回目

引張応力試験

供試体

カウルプレート

離型試験の工程

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1：積層

3：オートクレーブ焼成

2：真空引き

4：AC硬化後

5 真空バッグ取外し 6 脱型直後（離型前） 7：離型後

Fig.4 Auto-clave curing profile (180℃×0.5MPa)

加熱 110℃×60分 180℃×90分 加圧 約0.5MPa＋真空引き

③焼成後，脱型前 ④脱型後

試験片：本手法のカウルプレート：90x55mm 従来品の離型剤塗布用プレート：90x55mm：2pｌy 製品想定CFRP：25x170mm（L字型）2pry 島津小型卓上試験機 EZ Test（EZ-L）

①積層（かまぼこ状アルミ治具使用） ②AC焼成（180ºC，0.5MPa，1.5hrs)

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ピール試験 試験片製作

曲面カウルプレート（C断面形状）の試作

PTFE PFA FEP など各種試作中 サイズ100mm長×130mm幅×40mm深さ

CFRP製品（左）とカウルプレート（右）

想定される用途 • 本技術の特徴を生かすためには、複合材料部品製造に適用することで、型準備・脱型作業短縮のメリットが大きいと考える。

• 有機溶剤による環境影響の改善効果も期待される。 • 達成できた離型機能に着目すると、各種工業分野への展開が可能と思われる。

• 航空機・自動車・風力発電用のCFRP部品製作 • CFRPプリプレグの製造工程のローラーなど • 建築物の撥水・除雪機能付き外表面

実用化に向けた課題

• オートクレーブ（180℃、5気圧）でのエポキシ成形、繰り返し離型30回まで確認済み。

• さらなる耐久性向上試験、微小傷の修理や面粗度向上、複雑形状への対応など課題がある。

• 今後、50回程度まで離型繰り返し実験データを取得し、実機適用できるレベルまで高める予定。

• 航空機メーカー採用に当たり、大手航空機メーカーのＳＰＥＣ認定作業が必要で、技術評価データの蓄積を図る計画。

候補技術の耐久性評価試験結果 及び 比較評価

CFRP成形用治具の離型処理技術の開発

離型処理候補技術 離型性 耐久性 作り易さ

製造コスト

総合評価

PTFE系

転写法 ◎⇒○ △（30回） ○ ○ ○

焼付法 ◎⇒○ ◎（30回） ○ △ ○

成果まとめ ①複数の離型処理技術を開発し，転写法と焼付け法が候補で残った

②転写法と焼付法は30回の耐久テストに耐え，離型性も良好であり，要素試験として成功した（特許１件申請中，論文1報 執筆中）

③今後はさらに耐久性を高め，曲面・複雑形状への対応性や製造コストを下げる工夫をして，実機適用できるまで改良を重ねる予定

企業への期待

• 未解決課題について、修理技術の開発や焼付け法の適用で、克服できると考える。

• 航空機以外の分野でＦＲＰ成形用の離型材料を開発したい企業、ＰＴＦＥ系皮膜の修理技術を持つ企業などあれば、共同研究を希望。

• 複合材料用成形治具の製造・開発企業、複合材料分野への展開を考えている企業には、本技術の導入を検討戴きたい。

本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ：成形用治具の製造方法 • 出願番号 ：PCT/JP2012/080962 • 出願人 ：岐阜大学 • 発明者 ：深川 仁、吉川康晴 他

産学連携の経歴

• 2010～2012年 東海広域ナノテクものづくりクラスター事業 にて、本技術を開発 • 2012年～ ㈱ヤシマ および 岐阜県工業技術研究所 と共同研究実施 • 2012年12月 口頭発表 プラスチック成型加工学会 • 2013年～ ぎふ技術革新センター運営協議会 研究助成事業採択、実用化研究を開始

要素開発

製品開発

量産技術

離型材料の開発ロードマップ

H22年度 H25年度 H26年度 H27年度 H24年度 H23年度

①ＰＴＦＥの膜 ②フッ素入りＤＬＣ膜 ③フッ素ＣＦＲＰ等の要素技術を開発

ＰＴＦＥ粒子の膜をＣＦＲＰ板上に貼り付ける基礎実験を実施

サイズの大型化，複雑化に対する実用化研究を進め，航空機メーカーの認証試験を目指す

現在

離型性膜 成膜技術の開発

試行研究

東海知クラ事業で３年間研究実施

実機適用・認証取得のための試験・評価 各要素技術による離型性能や表

面性状・耐久性能を分析・評価．

耐久性評価

サポイン事業、A-STEP等の活用

認証取得 企業との共同研究を募集

離型機能付き型の実用化研究

Ｈ24年度までに要素開発した技術

を，実用化するための機能向上や低コスト化の為の開発試作を行う

お問い合わせ先

岐阜大学 研究推進・社会連携機構

知財マネージャー 神谷英昭

（複合材料研究センター 深川 仁）

ＴＥＬ 058－293 － 3182

（058-293-2030）

ＦＡＸ 058－293 － 3346

（058-293-2030）

e-mail h_kamiya＠gifu-u.ac.jp

（fukagawa@gifu-u.ac.jp)