トランスファー成形

トランスファー成形（英訳：transfer moulding）は、鋳造材料を金型に押し込む製造プロセスです。トランスファー成形は、金型が充填プランジャーに開放されているのではなく密閉されている点で圧縮成形とは異なり、寸法公差が大きく、環境への影響も少なくなります。^{[ 1 ] [ 2 ]}射出成形と比較すると、トランスファー成形ではより高い圧力を使用して金型キャビティを均一に充填します。これにより、より厚い強化繊維マトリックスを樹脂でより完全に飽和させることができます。^{[ 2 ]}さらに、射出成形とは異なり、トランスファー成形の鋳造材料は固体としてプロセスを開始できます。これにより、設備コストと時間依存性を削減できます。トランスファープロセスは、同等の射出成形プロセスよりも充填速度が遅くなる場合があります。^{[ 2 ]}

金型の内面はゲルコーティングされている場合があります。必要に応じて、金型にはまず強化繊維マトリックスまたはプリフォームが予め充填されます。^{[ 2 ]}トランスファー成形複合材の繊維含有量は、体積で最大 60% になります。充填材は、予熱された固体または液体です。これは、ポットと呼ばれるチャンバーに充填されます。ラムまたはプランジャーが、ポットから加熱された金型キャビティに材料を押し込みます。供給材料が最初は固体の場合、押し込み圧力と金型温度によって溶融します。スプルーチャネル、フローゲート、エジェクタピンなどの標準的な金型機能を使用できます。加熱された金型により、流れが液体のままになり、完全に充填されます。充填後、金型は最適な熱硬化のために制御された速度で冷却できます。

業界では、トランスファー成形というカテゴリーの中に様々なプロセスが存在する。これらのプロセスには重複する部分があり、それぞれの方法の違いは明確に定義されていない場合もある。

樹脂トランスファー成形

樹脂トランスファー成形（RTM）は、液状の熱硬化性樹脂を用いて、閉じた金型内に配置された繊維プリフォームを飽和させるプロセスです。このプロセスは汎用性が高く、繊維プリフォームに加えて、発泡体コアやその他の部品などの埋め込み物を含む製品を製造できます。 ^{[ 3 ]}

あらゆる種類の材料を商業的に生産する際には、欠陥を最小限に抑えることが重要です。トランスファー成形も例外ではありません。たとえば、トランスファー成形された部品のボイドは、強度と弾性率を著しく低下させます。^{[ 7 ]}また、鋭角な角の周りに繊維を使用した場合にも欠陥が発生する可能性があります。樹脂の流れによって、これらの角の外側に樹脂が豊富な領域が形成されることがあります。^{[ 8 ]}

圧力分布

トランスファー成形の最終製品に空隙が生じる原因はいくつかあります。一つは、金型に押し込まれる材料の圧力分布が不均一であることです。この場合、材料が折り畳まれて空隙が発生します。もう一つは、金型に事前に押し込まれる樹脂に空隙が存在することです。これは当然のことかもしれませんが、主な原因の一つです。これらの空隙を減らすには、樹脂を高圧で押し込むこと、繊維の分布を均一に保つこと、そして高品質で適切に脱気されたベース樹脂を使用することなどが挙げられます。

鋭い角

鋭角は、鋳造を含むすべての金型製造における問題点です。特にトランスファー成形では、角によって金型内に配置された繊維が破損し、角の内側に空隙が生じる可能性があります。この影響は、右側の図 3 に示されています。これらの設計における制限要因は、内側の角の半径です。^{[ 8 ]}この内側の半径の制限は、樹脂と繊維の選択によって異なりますが、経験則としては、半径は積層板の厚さの 3 ～ 5 倍です。^{[ 8 ]}

トランスファー成形に最も一般的に使用される材料は熱硬化性ポリマーです。このタイプのポリマーは成形や加工が容易ですが、硬化すると永久的な形状に固まります。^{[ 9 ]}単純な均質トランスファー成形部品の場合、部品はこのプラスチック基材から作られます。一方、樹脂トランスファー成形では、金型内に繊維を配置し、その後熱硬化性ポリマーを注入することで複合材料を作ることができます。^{[ 10 ]}

樹脂トランスファー成形では、ボイドやドライレジン（樹脂トランスファー成形の場合）と呼ばれる欠陥が発生する可能性があり、高粘度材料ではこれらの欠陥が悪化することがよくあります。これは、高粘度のプラスチックが薄い金型内を流れる際に、空いた部分を完全に通過できず、気泡が残ってしまうためです。繊維が存在する場所に気泡が残ると、「乾燥」領域が形成され、その乾燥領域内の繊維を通して荷重が伝達されなくなります。

プラスチックに使用される材料は、ポリウレタンやエポキシ樹脂であることが多い。これらはどちらも硬化前は柔らかく可鍛性があり、硬化後ははるかに硬くなる。繊維に使用される材料は多岐にわたるが、一般的な選択肢としては、炭素繊維やケブラー繊維、麻などの有機繊維などがある。^{[ 11 ]}