グラスファイバースプレーレイアッププロセス
スプレーアップ法は、空気圧ガンから短いガラス繊維を吹き付けることでグラスファイバー製品を製造するチョップ法とも呼ばれます。この方法は、完成品の片面が見えない場合や、中程度の強度で大量の製品を安価かつ迅速に製造する必要がある場合によく使用されます。[ 1 ]コルベットのフェンダーやボートディンギーは、この方法で製造されるのが一般的です。
これはハンドレイアップ工法とは大きく異なります。その違いは、繊維と樹脂材料を金型に塗布する方法にあります。スプレーアップ工法は、樹脂と強化材を再利用可能な金型にスプレーするオープンモールディング方式の複合材製造プロセスです。樹脂とガラスは別々に塗布することも、チョッパーガンから同時に「チョップ」して流し込むこともできます。作業者はスプレーアップ材をロールで伸ばして積層体を圧縮します。その後、木材、発泡材、その他のコア材を追加し、スプレーアップ材の二次層でコア材を積層体の間に埋め込みます。その後、部品は硬化・冷却され、金型から取り出されます。
アプリケーション
用途としては、少量から中量のカスタムパーツの製造が挙げられます。浴槽、スイミングプール、船体、貯蔵タンク、ダクトおよび空調設備、家具部品などが、このプロセスの商業用途の一部です。
基本材料
このプロセスで使用される基本的な強化材はガラス繊維ロービングで、長さ 10 ～ 40 mm に切断されてから金型に塗布されます。機械的特性を向上させるために、織物と短繊維層の組み合わせが使用されます。最も一般的な材料タイプは E ガラスですが、カーボンやケブラーロービングも使用できます。連続ストランド マット、織物、およびさまざまなタイプのコア材料が、必要に応じて手作業で埋め込まれます。このプロセスにおける強化材の重量分率は、通常、部品の総重量の 20 ～ 40% です。スプレーアップ プロセスで使用される最も一般的な樹脂システムは、汎用または DCDPポリエステルです。イソフタル酸ポリエステルやビニル エステル樹脂も使用されることがあります。ポットライフが 30 ～ 40 分の高速反応樹脂が一般的です。樹脂には、多くの場合、大量の充填剤が含まれます。最も一般的な充填剤は、炭酸カルシウムとアルミニウム三水和物です。充填剤入り樹脂システムでは、充填剤が強化材の一部を置き換えます。重量の5～25％の充填剤が使用されます。
鋼鉄、木材、GRP、その他の材料は、試作用の金型材料として使用されます。金型は、雄型または雌型にすることができます。シャワーバスタブの製造には、雄型が使用されます。ボート業界では、FRP (繊維強化プラスチック) 製の片面雌型を使用してヨットの船体が作成されます。型の外側のシェルは、木製のフレームで補強されています。型は、雄型パターンを反転して作成されます。同じ金型を使用して、いくつかの異なる船体サイズを作成できます。金型の長さは、窓、通気孔、プロペラシャフトトンネルなどのインサートや金型二次部品を使用して短縮または延長されます。
処理要件
処理手順はハンドレイアップと非常に似ています。このプロセスでは、まず離型剤を型に塗布し、次にゲルコートを塗布します。ゲルコートは硬化するまで2時間放置されます。ゲルコートが硬化したら、スプレーガンを使用して繊維樹脂混合物を型の表面に塗布します。スプレーガンは、投入された連続ロービング（1本または複数本）を所定の長さに切断し、樹脂/触媒混合物に押し込みます。樹脂/触媒の混合は、ガン内部（ガンミキシング）またはガンのすぐ前で行うことができます。ガンミキシングは、ガン内部で樹脂と触媒を完全に混合するため、作業者の健康被害への懸念を最小限に抑えるのに適しています。もう1つのタイプでは、触媒は2つの側面ノズルから樹脂エンベロープに噴霧されます。エアレススプレーガンは、より制御されたスプレーパターンと揮発性物質の放出の低減を実現できるため、人気が高まっています。エアレスシステムでは、油圧を用いて特殊なノズルから樹脂を吐出し、樹脂の流れを小さな液滴に分解します。液滴は強化材で飽和します。一方、エアアトマイズスプレーガンシステムでは、加圧空気を用いて樹脂を吐出します。
材料を金型に吹き付けた後、ブラシまたはローラーを用いて、閉じ込められた空気を除去し、繊維の濡れ性を確保します。性能要件に応じて、織物層または連続ストランドマットを積層体に追加します。樹脂の硬化は室温で行われます。樹脂の硬化には、樹脂の配合に応じて2～4時間かかります。硬化後、部品を金型から取り出し、仕上げおよび構造要件について試験を行います。
製造工程
- 型はワックスが塗られて磨かれており、簡単に取り外すことができます。
- ゲルコート（滑らかで硬いポリエステル樹脂コーティング）を金型表面に塗布し、硬化させてから再塗布します。通常、ゲルコートは2回塗り重ねます。
- バリアコートは、ゲルコートを通したファイバープリントや表面の荒れを防ぐために塗布されます。
- バリアコートはオーブンで硬化され、室温まで冷却されます。
- 硬化後、高せん断混合ユニットを使用して炭酸カルシウムとアルミニウム三水和物充填剤が追加されます。
- ワックス状の添加剤を樹脂に加えることで、ラミネート時のスチレン排出量を 20% 削減します。
- スプレーガンにグラスファイバーチョッパーが取り付けられています。
- 次に、触媒、樹脂、グラスファイバーの混合物を扇状に均等に噴霧し、均一に塗布します。
- 各層を塗布した後、ローラーを使用して圧縮し、閉じ込められた空気を除去します。
- 必要に応じて、木材、フォーム、またはハニカムコアをラミネートに埋め込み、サンドイッチ構造を形成します。また、コーナーと半径のカバー範囲も確認します。
- 部品はオーブンで硬化され、室温まで冷却されます。
- 型が取り外され、次の製造サイクルに向けてワックスがけと研磨の準備が整います。
- 仕上げは、余分なグラスファイバーの端をトリミングし、必要に応じて穴を開けることで行われます。
- 部品は品質管理担当者によって評価された後、梱包および出荷前に重量が測定され、構造がチェックされ、表面仕上げが検査されます。
利点
- 小さな部品から大きな部品まで製造できる非常に経済的なプロセスです。
- 低コストのツールと低コストの材料システムを活用します。
- 少量から中量の部品に適しています。
制限事項
- 構造上の要件が高い部品の製造には適していません。
- 繊維の体積率と厚さを制御することは困難であり、これらのパラメータはオペレーターのスキルに大きく依存します。
- オープンモールドの性質上、スチレンの放出が懸念されます。
- このプロセスにより、片面は良好な表面仕上げとなり、もう片面は粗い表面仕上げとなります。
- このプロセスは、寸法精度とプロセスの再現性が最優先事項となる部品には適していません。スプレーアッププロセスでは、製品の両面またはすべての面において良好な表面仕上げや寸法制御が得られません。
危険
グラスファイバー樹脂プラスチック製造に従事する従業員は、積層作業における高濃度のスチレン、スプレーブースや研削エリアにおける騒音、研削作業からの粉塵など、複数の危険にさらされています。[1]
参考文献
- ^ Forbes Aird (1996). 『グラスファイバーと複合材料：自動車レースと船舶用途向け高性能非金属材料愛好家向けガイド』ペンギン社. pp. 91–. ISBN 978-1-55788-239-4。
- ^複合材料製造：材料、製品、プロセスエンジニアリング 著者：サンジェイ・マズムダー
- ^マズムダール、サンジェイ（2001年12月27日）『複合材料製造：材料、製品、プロセスエンジニアリング』CRCプレス、ISBN 9781420041989。
出典
- マズムダール、サンジェイ・K.複合材料製造：材料、製品、プロセスエンジニアリング. 21～100ページ. テイラー・アンド・フランシス・グループ. CRCプレス. 2002
