グラスファイバースプレーレイアッププロセス

スプレーアップは、空気圧ガンから短いガラスのストランドを吹き付けてグラスファイバー製品を作るチョップ法としても知られています。この方法は、完成品の片面が見えない場合や、中程度の強度要件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のディンギーは、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 プロセスとは大きく異なります。違いは、繊維と樹脂材料を型に塗布する方法にあります。スプレーアップは、樹脂と強化材を再利用可能な型にスプレーするオープン モールディング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 ガンからの複合ストリームで同時に「チョップ」することもできます。作業者はスプレーアップをロールで広げて積層体を圧縮します。次に、木材、フォーム、またはその他のコア材料を追加し、2 番目のスプレーアップ層で積層体の間にコアを埋め込みます。その後、部品を硬化、冷却し、型から取り出します。

用途には、少量から中量のカスタム部品の製造が含まれます。浴槽、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的用途の一部です。

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のロービングも使用できます。連続ストランド マット、織物、およびさまざまな種類のコア材料が、必要に応じて手作業で埋め込まれます。このプロセスでの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ています。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、木材、GRP、およびその他の材料は、プロトタイプ作成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。シャワー浴槽を作るには、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）製の片面雌型がヨットの船体を作るのに使用されます。金型の外殻は、木製のフレームで補強されています。金型は、雄型パターンを反転して作られます。同じ金型を使用して、いくつかの異なる船体サイズを作ることができます。金型の長さは、窓、通気口、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くしたり長くしたりします。

処理手順は、ハンドレイアップの手順と非常によく似ています。このプロセスでは、まず離型剤を型に塗布し、次にゲルコートの層を塗布します。ゲルコートは、硬化するまで 2 時間放置します。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、入ってくる連続ロービング (1 本以上のロービング) を所定の長さに切り刻み、樹脂/触媒混合物に押し込みます。樹脂/触媒の混合は、ガンの内部 (ガン混合) またはガンのすぐ前で行うことができます。ガン混合では、ガン内で樹脂と触媒が完全に混合されるため、作業者の健康被害の懸念を最小限に抑えることができます。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、より制御された噴霧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、油圧を使用して特殊なノズルから樹脂を噴射し、樹脂の流れを小さな液滴に分解して強化材で飽和させます。空気噴霧式スプレー ガン システムでは、加圧空気を使用して樹脂を噴射します。

材料を型に吹き付けたら、ブラシまたはローラーを使用して閉じ込められた空気を除去し、繊維の濡れをよくします。性能要件に応じて、ファブリック層または連続ストランド マットをラミネートに追加します。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、部品は型から取り出され、仕上げと構造の要件についてテストされます。

1. 型はワックスが塗られ、磨かれているため、簡単に取り外すことができます。
2. 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、硬化するまで待ってから再度塗布します。通常、ゲルコートは 2 層使用します。
3. バリアコートは、ゲルコートを通した繊維プリントや表面の粗さを防ぐために塗布されます。
4. 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。
5. 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。
6. 樹脂にワックス状の添加剤を加えることで、ラミネート時のスチレン排出量を 20% 削減します。
7. スプレーガンにはグラスファイバーチョッパーが取り付けられています。
8. 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。
9. 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。
10. 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作成します。コーナーと半径のカバー範囲もチェックされます。
11. 部品はオーブンで硬化され、室温まで冷却されます。
12. 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。
13. 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。
14. 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。

^{[2] [3]}

• 小型部品から大型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。

• 構造上の要件が高い部品の製造には適していません。
• 繊維の体積分率と厚さを制御することは困難です。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主な懸念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で良好な表面仕上げや寸法制御が得られません。

グラスファイバー樹脂プラスチック製造に携わる従業員は、積層作業における高濃度スチレン、スプレーブースや研削エリアにおける騒音、研削作業による粉塵など、さまざまな危険にさらされています。[1]

• 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。Pp 21–100。テイラーアンドフランシスグループ。CRCプレス。2002