JP2000211037A

JP2000211037A - エネルギ―線照射型連続成形装置および繊維強化プラスチック管状成形体

Info

Publication number: JP2000211037A
Application number: JP11016415A
Authority: JP
Inventors: Noriya Hayashi; 宣也林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ＦＲＰ管の製造において、繊維を密に含有し
て優れた強度等の特性を有する成形体を製造できるとと
もに、加工費等の費用が少なくて済み、短時間に容易に
成形体を製造できる装置および成形体材料を提供する。【解決手段】連続する強化繊維材を供給する繊維供給
部と、光重合性樹脂および光重合開始剤系を含有する樹
脂組成物を含浸させる樹脂含浸槽を有する樹脂供給部
と、マンドレルの周囲に該繊維を巻きつけるワインディ
ング装置と、エネルギー線照射装置を有する樹脂硬化部
と、引き取り装置とを備えたエネルギー線硬化型連続成
形装置、並びに、繊維材料に光重合性樹脂および光重合
開始剤系を含有する樹脂組成物を含浸して光硬化させ、
管状の単層構造または多層構造を形成させた繊維強化プ
ラスチック管状成形体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギー線照射
型連続成形装置およびエネルギー線硬化型繊維強化プラ
スチック管状成形体に関し、さらに詳しくは、繊維強化
プラスチック（ＦＲＰ）や炭素繊維強化プラスチック
（ＣＦＲＰ：以下、ＦＲＰに含めて記載する場合があ
る。）による管状成形体の連続成形方法・装置におい
て、エネルギー線照射を用いる成形装置、およびエネル
ギー線照射による硬化作用により製造されるＦＲＰ管状
成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰとは、連続繊維からなる繊維強化
型プラスティックであり、硬さはセラミック並で、金属
並の強度があり、重さは金属材料の約１／８程度であ
る。弾性率は鉄の約３〜４倍程度と優れる。このような
ＦＲＰあるいはＣＦＲＰ（炭素繊維強化型プラスチッ
ク）の成形体においては、その断面積中にどれだけ繊維
を密に詰めることができるかが、従来からの重要な研究
課題であった。一般に、ＦＲＰを構成する樹脂と繊維と
では、その強度において大きな差があり、繊維の強度が
圧倒的に大きい。よって、樹脂の性能が向上したとして
も、強度やその他の性能については、繊維自体の性能が
製品に影響するので、繊維をどれだけ密に含有できるか
によって、その性能が決定されることになる。すなわ
ち、繊維の本数がそのＦＲＰの強度となるのである。し
たがって、単純に繊維の割合が強度を決定するので、繊
維だけでできれば強度には優れるが、管状等の成形体の
形状にはならないので、相互の繊維を接着させる意味か
らも樹脂が必要である。そして、ＦＲＰに用いる繊維の
織り方、撚り方によっても、いろいろな種類がある。以
下、通常のＦＲＰ管の製法を説明する。

【０００３】図２に示すように、ＦＲＰ管においては、
一般に、繊維系の太い材料であるロービング１２（クロ
ス材等）が基材的な部分であり、管の強度的や肉厚を確
保する役割を有する。繊維材料としてクロス材の場合に
は、素材となっているファイバー部分（細い径）があ
る。繊維材料としては、クロス材の他、マット２材等も
任意に選択して用いられる。これらの繊維材料は、通
常、中型（マンドレル）６に巻き付けられて、ＦＲＰ管
として成形される。マンドレル６は回転しており、これ
に繊維を当てて巻いていくと径が太くなる。太くなった
ら先の方に送っていき、斜めに巻き付けながら進んでい
く形態にする（図２参照）。通常、図２に示すように、
成形装置の中央の予備成形部には、ワインディング装置
７（ロービング横巻き装置）およびマットガイド８等が
設けられ、これらは軸方向に沿って往復可能なトラバー
ス型であり、装置レールの上を往復する動きをする。繊
維材料を回転して巻き付ける場合、糸を出す供給部分は
動かないので、巻き付ける部分が動かないと巻き付けが
できないからである。

【０００４】ＦＲＰ管を製造する際には、巻き角が／／
／／の様な一方向のみの平行ではなく、最終的に／／／
／と＼＼＼＼とを均等に巻き付け××××の様に両方向
に同じ巻角を持つ方が、管としての強度を均一・バラン
スを取るためにはより良いが、実際には要求強度やコス
ト等の点から／／／／または××××のどちらの形態も
存在する。また、繊維材料にはテンションがかかってい
るので、質の良いものを製造するには、外延部分（ヘッ
ド部分）を動かすようにする。よって、ＦＲＰ管製造で
は、ワインディング装置７等が移動することによって、
巻き角をコントロールして、かつ、連続で成形して製造
する。送り出しによって連続して製造されるので、移動
装置の行き来の速度を制御することが必要になり、逆に
言えば、スピードをコントロールすれば通常の固定巻き
の場合と同様に、双方の巻き角を有するものができる。
巻かれている繊維材料等は、往復する間に先に進むの
で、徐々に段階的に厚みが増してくる。一層目の厚み、
二層目の厚み、三層目の厚み等、ある程度送り出して製
造すれば、一定の往復により、平均的な厚みをもった管
状成形体ができる。なお、マンドレル６は固定されてい
る。

【０００５】そして、上述したような予備成形の後、従
来は加熱のみによる硬化部、切断（加工）等の各工程を
経てＦＲＰ管が製造されてきた。つまり、ＦＲＰ管の製
造では、上記のような方法により樹脂に含浸させた繊維
材料を、可動タイプのワインディング装置７にもってい
き、マンドレル６に巻き付ける。巻き付けたものは、硬
化、後硬化させて、引き取り装置によって引き取られ、
切断されるのが一連の工程の流れである。

【０００６】このようなＦＲＰの製造においては、従来
から連続成形方法・装置を使用してきたが、マトリクス
樹脂には熱硬化樹脂を使用し、上記硬化部には加熱炉を
用いて熱硬化させていた。しかしながら、このような従
来の方法では、マトリクス樹脂には熱硬化樹脂を使用し
ているため、硬化には加熱工程および加熱炉が必要不可
欠であり、以下のような問題点があった。加熱工程に時間がかかり、材料費や加工費が高価であ
り、連続成形をしても利点を生かしきれない。一般に、設備(加熱炉)が大型で費用および場所を必要
とする。エネルギー効率が悪く、ランニングコストが高い。熱硬化型マトリクス樹脂のため、加熱時の粘度変化に
より含浸状態の保持が困難であり、残留溶媒でボイドの
発生等の問題が生じてしまう。

【０００７】すなわち、ＦＲＰ管の製造では種々の理由
から材料費や加工費が高くなってしまっていた。このこ
とから、加工費等が少なくて済むような成形体を開発す
ることが待望されており、それによれば製品も安く提供
できる。ＦＲＰにおいて加工費が高い理由の１つは、そ
の加工する際の熱硬化に長時間を有するため、管の送り
出しをゆっくりと行わなければならないからである。こ
こで、送り出し速度を速くして、急激に温度を上昇させ
て硬化させてしまうと、繊維が密に詰まらずに、得られ
るＦＲＰ成形体が粗密な製品になってしまう。

【０００８】したがって、高密度のＦＲＰを製造するに
は、徐々に温度上昇させていくような、慎重な温度制御
が必要になっていた。そのため、従来では硬化させるた
めの加熱時間約２〜３時間必要であり、送りスピードを
遅くしなければならず、量産性が低かった。常温硬化も
可能であるが極めて長い工程が必要とされていた。そし
て、品質の観点から、繊維が密な良好な成形体を造るに
は、硬化前、液状のものが良く、粘性の高い材料では繊
維が密なものを製造するのは困難であった。

【０００９】一方、近年、UV硬化樹脂に代表されるエネ
ルギー線硬化樹脂は様々な分野・用途に使用されている
が、かかる樹脂は一定量以上のエネルギー線が照射され
た部位のみを硬化する。そして、ＵＶに代表されるエネ
ルギー線は、樹脂を透過する過程で減衰するので樹脂の
深部まで到達し難いか、あるいはエネルギー線と同等の
波長を吸収する物質等によって減衰や吸収が大きい等の
特性を有する。従って、光硬化樹脂は、エネルギー線の
到達する表層数μm〜mmのみしか硬化せず、深部は未硬
化のため厚肉材への適用が困難か又は不可能という問
題、また、エネルギー線の透過障害となるフィラー等を
含有する樹脂の場合、容易に硬化阻害が発生し硬化不能
に陥るという問題等を有していた。これらのことから、
利用範囲もフォトレジスト、コーティング、塗料、接着
剤、ワニス等の分野に限定されていた。かかる問題点の
解決策の代表的な例としては、高UV硬化性樹脂(三菱レ
イヨン株式会社、活性エネルギー線硬化性組成物、特開
平8-283388号公報)やUV・加熱併用硬化型樹脂(旭電化工
業株式会社:オプトマーKSシリーズ、日立化成工業株式
会社:ラデキュア、東洋紡績:UE樹脂、特公昭61-38023号
公報等)等がある。

【００１０】しかしながら、高UV硬化性樹脂は、フィラ
ー等によりエネルギー線がブロックされた場合、硬化不
能に陥るという問題点は依然として残っていた。また、
UV照射後加熱するUV・加熱併用型樹脂は、エネルギー線
による硬化能力は従来の光硬化樹脂レベルであり、厚肉
硬化やフィラー含有硬化の問題点は何等解決されておら
ず、かかる問題点には光硬化後(表層のみ)に行う加熱に
よる熱硬化で対応しており、かかる問題点を解決できて
いないのが現状であった。仮に、上述のエネルギー線遮
蔽性物質を含有したりエネルギー線の減衰、吸収が大き
い厚肉の樹脂を迅速に硬化出来る技術が確立できた場
合、従来利用分野だけでなく、かかる光硬化樹脂の問題
点によりこれまで適用不可能だった様々な他分野への適
用が可能であるが、その1つとして熱硬化性あるいは熱
可塑性樹脂が大部分を占めるFRP、特にCFRP用マトリク
ス樹脂が挙げられる。ＦＲＰ特にＣＦＲＰを成形する場
合の問題点としては、温度制御が複雑で硬化に長時間を
要するため加工コストが高いこと、大型FRPを硬化させ
る際には大型の加熱炉を必要とすること、常温下で短時
間に硬化可能な樹脂の場合は成形に長時間を要する大型
FRPに使用できないこと、樹脂粘度の温度変化により樹
脂含浸状態が変化し、成形が困難であること、残留溶剤
により樹脂硬化時にボイドが発生し成形晶の品質が低下
すること等がある。

【００１１】最近、かかる問題点の解決策としてマトリ
クス樹脂への光硬化樹脂の利用が注目されている。かか
るマトリクス樹脂硬化方法の代表的な例としては、特に
ロックタイトコーポレイションのUV硬化と加熱硬化を併
用したフィラメントワインディング成形法(ロックタイ
トコーポレイション、繊維/樹脂組成物及びその調製
法、特表平7-507836号公報)を挙げることができる。し
かしながら、かかる組成物を用いたFRPの成形法は、樹
脂を含浸した未硬化のFRPにUVを照射して表面を硬化並
びに内部を極度に増粘(ゲル化)させ、形状並びに含浸状
態の保持をある程度可能とさせた後、加熱により完全に
硬化させるものである。従って、従来の勲可塑性あるい
は熱硬化性樹脂による製造方法と比較して樹脂粘度の温
度変化が極めて微小で且つ含浸後のハンドリングが容易
であるが、完全硬化には加熱硬化過程が必要であるた
め、加熱硬化に要する光熱費や作業時間等による加工コ
ストの問題や硬化完了に長時間を要する問題、更に大型
FRPの成形には大型の加熱炉が必要な点などは未解決で
ある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、ＦＲＰ管の製造において、繊維を密に含有
して優れた強度等の特性を有する成形体を製造できると
ともに、加工費等の費用が少なくて済み、短時間に容易
に成形体を製造できる装置および成形体材料を開発すべ
く、鋭意検討した。その結果、本発明者らは、エネルギ
ー線硬化型樹脂組成物を、繊維材料に含浸させて硬化す
る新しい方法および装置によって、かかる問題点が解決
されることを見い出した。本発明は、かかる見地より完
成されたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、連
続する繊維材料を供給する繊維供給部と、光重合性樹脂
および光重合開始剤系を含有する樹脂組成物を含浸させ
る樹脂含浸槽を有する樹脂供給部と、マンドレルの周囲
に該繊維を巻きつけるワインディング装置と、エネルギ
ー線照射装置を有する樹脂硬化部と、引き取り装置と、
を備えたエネルギー線照射型連続成形装置を提供する。
ここで、上記ワインディング装置は、軸方向に沿って往
復可能なトラバース型の装置であることが好ましい。上
記樹脂硬化部においては、マンドレルの内部にエネルギ
ー線照射装置を有する態様、あるいは、マンドレルの外
部にエネルギー線照射装置を有する態様が好適に挙げら
れる。また、上記マンドレル又は樹脂含浸槽には、予熱
装置を設けることができ、上記樹脂硬化部においては、
外型ダイが設けられていることが好ましい。また、本発
明の繊維強化プラスチック管状成形体は、繊維材料に、
光重合性樹脂および光重合開始剤系を含有するエネルギ
ー線硬化型樹脂組成物を含浸して光硬化させ、管状の単
層構造を形成させたものであり、あるいは、少なくとも
２以上の形状を有する繊維材料に、光重合性樹脂および
光重合開始剤系を含有するエネルギー線硬化型樹脂組成
物を含浸して光硬化させ、管状の多層構造を形成させた
成形体を提供するものである。

【００１４】本発明によれば、紫外線(UV)、電子線(E
B)、赤外線、熱線、レーザー光線(エキシマ、アルゴ
ン、CO₂等)可視光線、太陽光線、X線等に代表されるエ
ネルギー線により、樹脂組成物中のエネルギー線を遮蔽
する遮蔽物質(エネルギー線遮蔽物質)の有無に関わら
ず、管厚の厚いものでも硬化可能な樹脂組成物をFRP特
にCFRPのマトリクス樹脂として用いることで、強化繊維
の種類や管厚・種類に関係なくFRP又はCFRPのエネルギ
ー線硬化を可能にし、この特徴を生かして連続成形を可
能にして、従来技術にないFRP管及ぴCFRP管の連続成形
性、易成形性、短時閥成形、生産性向上、低加工コスト
化、低設備費、低ランニングコスト化等を可能にする。

【００１５】そして、これらを可能にするための本発明
に用いられるエネルギー線硬化型樹脂組成物としては、
エネルギーを付与又はエネルギー線を照射した際、これ
らとは別に硬化に有効なエネルギーを樹脂内部に自己発
生させる樹脂組成物、更に硬化に有効なエネルギーを樹
脂内部に連続的に自己発生させる樹脂組成物、これら硬
化に有効なエネルギーとして熱エネルギーを樹脂内部に
自己発生或いは連続的に自己発生させる樹脂組成物、こ
れら熱エネルギーとして硬化反応熱を積極的に発生或い
は連鎖反応的に硬化反応させて連続的に自己発生させる
樹脂組成物、これら一連の硬化反応に、カチオン、ラジ
カル、アニオンを利用する樹脂組成物、樹脂内部にカチ
オンと硬化反応熱を積極的に発生或いは連続的に自己発
生させる樹脂組成物等が挙げられる。以下、本発明につ
いて、詳細に説明する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、ＦＲＰ管連続成形装置
において、エネルギー線硬化タイプの成形装置等を提供
する。本発明によれば、成形時間が著しく短縮され、コ
スト的にも安く、優れた強度等を有するＦＲＰ管・ＣＦ
ＲＰ管が得られる。また、工場の装置が小型化（コンパ
クト化）でき、ランニングコストも安い。そして、本発
明の好ましい実施の形態によれば、連続で多層構造の管
を製造できる。例えば、内部がマット材で外部がクロス
材の場合などのように、種々の繊維材料で、多層に構成
できる。以下、本発明の繊維強化プラスチック管状成型
体の製造方法とともに、本発明のＦＲＰ管連続成形装置
について説明する。

【００１７】実施の形態（その１）図１に、本発明の成形装置の好ましい実施の形態を模式
的に示す。図１の形態では、繊維供給部として、炭素繊
維，炭素テープ，炭素クロスまたは炭素ロービング等の
供給ロール１から、繊維材料をガイド４に通じて引き取
る。次いで、該繊維材料に、光重合性樹脂および光重合
開始剤系を含有する樹脂組成物を含浸させるため、樹脂
含浸槽５である樹脂供給部を通す。また、他の繊維供給
部である炭素マットまたはクロス等のマット２からも繊
維材料を引き取り、樹脂で満たされた樹脂含浸槽５中を
通す。なお、樹脂含浸槽５に含浸させる方法の他、樹脂
組成物を上側もしくは下側から噴き付ける方法等も採用
できる。樹脂含浸槽５の直後には、ローラー６を設け
て、余分な樹脂組成物を繊維材料から絞り取る。これ
は、樹脂含浸槽５を通ったクロス等は、樹脂を必要以上
に含有しており、それを硬化させて密な成形体を造るに
は、樹脂が少ない状態にした後に硬化させなければなら
ない。よって、エネルギー線照射前には、ロールによっ
て余分な樹脂を排除し、樹脂を絞ることが好ましい。

【００１８】これらの工程を経た複数の繊維材料は、固
定されたマンドレル６の周囲に巻き付けられる。ワイン
ディング装置７，マットガイド８あるいは予備成形ガイ
ド９等の可動部分については、基本的には、従来のワイ
ンディング装置等をそのまま用いることができる。但
し、本発明の装置では、予備成形部のＣ部分について
は、図５に示すような離型剤塗布や内径ライニング・コ
ーティング工程を経るような機構を、必要に応じて設け
ることができる。ここで、図５中、左側には離型剤塗布
手段が示されており、好ましくは温度調節機能付きのマ
ンドレルヒーター２１が設けられ、次いで離型剤塗布手
段２２，乾燥炉２３が備えられている。図５中、右側に
はパイプ内径ライニング・コーティング機構が示されて
おり、管内部に腐食しにくい層を形成するような場合に
有効である。ここでは、ＵＶ光照射あるいは熱乾燥等に
よるパイプ内径のライニング・コーティング装置２４、
および、ＵＶ照射装置もしくは加熱乾燥炉２３が備えら
れている。ＵＶ照射装置が備えられる場合には、図５
（ｂ）のように、マンドレル６の外側近傍に、ＵＶラン
プ１４が取り付けられる。

【００１９】本発明の連続成形装置においては、上記ワ
インディング装置等の予備成形部に続く樹脂硬化部が、
従来の機構とは大きく異なる。従来の装置では、この硬
化手段において加熱炉を用いるが、本発明では、例えば
ＵＶ光や可視光等の照射光源を有するエネルギー線照射
装置を用いる。このＦＲＰ硬化する工程で用いられるエ
ネルギー線照射装置としては、後述するエネルギー線硬
化タイプの樹脂組成物を硬化できる種々の照射装置が適
用可能であり、特に限定ものではないが、例えば以下の
Ａ機構（図３）またはＢ機構（図４）の装置が好適に用
いられる。

【００２０】図３のＡ機構では、マンドレル６の内部に
ＵＶランプ１４が設けられており、ＵＶ透過素材１５を
通して管の内部から照射し、ＦＲＰ管を内側から硬化し
ていく特徴を有する。図４のＢ機構では、マンドレル６
の外部にＵＶランプが１４設けられおり、ＵＶ透過素材
１５を通して管の外部から照射し、ＦＲＰ管を外側から
硬化していく特徴を有する。

【００２１】これらの形態ではいずれも、外型（ダイ）
１３がマンドレル６の外側に配置されている。ダイ１３
がある場合には、管をトンネル状態で押さえつけながら
硬化させるので、硬化部におけるＦＲＰの形状性、表面
性、安定性を持たせるのに有効である。但し、照射装置
であるＵＶランプの配置は、これ以外にも種々の形態が
考えられる。

【００２２】このような本発明によれば、樹脂が硬化す
るための時間が極めて短くなる。硬化条件として、照射
距離、温調等を行うことによって、より効果的な連鎖的
硬化作用を起こすことができる。そして、図３および図
４のいずれの形態においても、樹脂組成物が硬化した後
は、マンドレルの型は不要なので、マンドレル片端１９
が設けられている。パイプ形状になった後には、最終的
な硬化を行うために、必要に応じて再度、ＵＶランプ１
４によるエネルギー照射を行うことが有効である。この
後照射は、必要に応じて行われ、例えば塗装や化粧を施
した外部を硬化させる場合等に照射することが効果的で
ある。

【００２３】このように本発明によれば、硬化工程を短
くできる利点があり、従来の加熱のみによる装置のよう
に、硬化させるための長い硬化工程は必要とされない。
そして、照射と同時に硬化が始まるので、従来のような
時間がかからずに、繊維材料が密なＦＲＰ管が成形でき
る。具体的には、単位面積当たり、約５分間の照射で十
分に硬化するため、例えば３ｍの長さのランプを設ける
等によって、一層効率的な硬化が可能となる。

【００２４】本発明の連続成形装置では、上記エネルギ
ー線照射装置を有する樹脂硬化部の後に、引き取り装置
１０および切断装置１１等が設けられている。図１にお
いて、成形体の引き抜きは、引き抜き装置１０によって
行われる。一方、複数のクロスやマット等を重ねて多層
構造の管を成形する場合、供給ロール１や樹脂含浸槽５
は必要なだけ直列、並列に並べることもできる。

【００２５】実施の形態（その２）本発明のエネルギー線硬化型連続成形装置は、連続する
強化繊維材を供給する繊維供給部と、光重合性樹脂およ
び光重合開始剤系を含有する樹脂組成物を含浸させる樹
脂含浸槽を有する樹脂供給部と、マンドレルの周囲に該
繊維を巻きつけるワインディング装置と、エネルギー線
照射装置を有する樹脂硬化部と、引き取り装置と、を備
えたを装置である。ここで、本発明では、上記実施の形
態（その１）のような構成が好ましい一例であるが、強
度に優れた繊維材料が密なＦＲＰ成形体を得るという本
発明の目的の範囲内で、幾つかの他の機構も適用でき
る。

【００２６】具体的には、例えばエネルギー線照射前の
マンドレル又は樹脂含浸槽等に予熱装置を設け、予熱温
度が硬化開始近傍にまで達していれば、硬化・成形に有
利であり、さらに好ましい態様の１つである。予熱機構
を使用する場合には、照射前では例えば送りのローラー
やガイド部分等、マンドレルでは例えば予備成形部や照
射前に外型（ダイ）１３部分等に、予めある程度、予備
加熱しておくことが好ましい。例えば、ダイを用いる場
合には、硬化前に予め、管内部に接するマンドレル６お
よび管外部に接するダイ１３を共に加熱して、予熱レベ
ルの温調を行うことにより、効率的に成形が可能であ
る。

【００２７】また、樹脂含浸槽に予熱機構を設けて、予
め一定温度に温度調節した樹脂組成物を、マトリクス樹
脂として含浸させることも有効である。本発明で用いら
れる樹脂系は、連鎖反応型なので、熱を加えると、樹脂
組成物自体が発熱して、徐々に硬化していく傾向にあ
る。最初に、エネルギー線を照射すると、エネルギー照
射量（ジュール）は積算されるので、そこは反応（硬
化）して、樹脂の温度は上昇していく。そして、一定の
温度を超えると、熱硬化（パターン）樹脂自体の反応に
なるので、硬化速度が変化するのである。すなわち、第
一に、予熱をしておくということは、一定の温度に達っ
して熱硬化するまでの時間を短縮できる利点がある。硬
化が始まる前（熱反応する前）の時間を短くできるの
で、硬化反応を迅速に開始できる。また、第二に、成形
の周囲の温度が上昇していれば、樹脂組成物が硬化し
て、樹脂自体がエネルギーを自己発生して熱を発する際
に、すぐに、周囲をさらなる一定の温度にまで熱するこ
とができ、硬化時間そのものが極端に短くなる。そし
て、硬化が始まった後（熱硬化反応開始後）の時間も短
くでき、硬化反応を迅速に進行させられる。

【００２８】予熱温度としては、下記実施の形態（その
３）の樹脂組成物では、しきい値が約１００℃（８０〜
１２０℃）程度なので、これより低い温度である必要が
ある。但し、この温度に近い範囲では、摩擦等によって
も、ある程度の熱がでるために、装置内で硬化が開始し
てしまうおそれがあり、これらを回避するには、通常約
６０℃程度の予熱が好ましい。

【００２９】実施の形態（その３）本発明の繊維強化プラスチック管状成形体は、繊維材料
に、光重合性樹脂および光重合開始剤系を含有する樹脂
組成物を配合して光硬化させ、管状の単層または多層構
造を形成させたことを特徴とする。本発明の成形体の組
成比は、特に限定されるものではないが、強化繊維含有
率が高いほど高強度かつ高弾性の成形体が得られるた
め、通常、強化繊維４０体積％以上、可能であれば６０
体積％以上の割合で含まれることが好ましい。例えば、
炭素繊維材料６０体積％に対して、樹脂組成物４０％の
割合において、エネルギー線照射により硬化して成形体
となる。これに対し、樹脂組成物が２０体積％未満で
は、樹脂が持つ特有の連鎖反応が発生しにくい、樹脂含
有量が繊維細密充填時以下となりボイド等を含むように
なる等により、迅速かつ確実な硬化が困難となり良好な
成形体を得難くなるため好ましくない。上述したよう
に、上記組成比の範囲内においては、繊維の組成比を多
くした場合、得られる成形体は強度が極めて高くなり、
一方、樹脂を多く配合した場合、軟らかくなる。ここで
は先ず、本発明の成形体に含まれる樹脂組成物について
説明する。

【００３０】本発明で用いられる樹脂組成物（連鎖硬化
樹脂）には、カチオン系光重合開始剤系および光重合性
樹脂が含まれる。ここで、光重合性樹脂はオリゴマーと
も表現されるが、特に、カチオン系光重合性ポリマー又
は光重合性エポキシポリマーの適用が好ましい。この種
の光重合性ポリマーの具体例としては、脂環式エポキ
シ、グリシジルエーテル型エポキシ、エポキシ化ポリオ
レフィン、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル
アクリレート、ビニルエーテル化合物等が挙げられる。
また、上記光重合性樹脂には、カチオン系光重合性モノ
マーや光重合性エポキシモノマーが含まれていてもよ
く、そのような光重合性モノマーの具体例としてはエポ
キシモノマー、アクリルモノマー、ビニルエーテル、環
状エ一テル等が挙げられる。そして、上記具体例の中で
も光重合性樹脂としては、光重合性脂環式エポキシポリ
マーや光重合性脂環式エポキシモノマーを含有すること
が好ましく、光重合性脂環式ポリマーとしては、特に脂
環式エポキシ樹脂として3,4−エポキシシクロヘキシル
メチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレー
トが好ましい。

【００３１】また、上記光重合開始剤系には、少なくと
も２成分からなる光重合開始剤が用いられ、光重合開始
剤としては、カチオン系光・熱重合開始剤又はカチオン
系光重合開始剤が含まれる。そして、具体的には、カチ
オン系光重合開始剤としてアリール系スルホニウム塩タ
イプ(トリアリールスルホニウム塩等の光開始剤)の少な
くとも一種と、カチオン系光・熱重合開始剤としてスル
ホニウム塩の少なくとも一種と、を含む少なくとも２成
分からなる光重合開始剤系が好適に用いられる。

【００３２】本発明における樹脂組成物の好ましい混合
比は、光重合性樹脂（光重合性のオリゴマーやモノマ
ー)１００重量部に対し、少なくとも２成分からなる光
重合開始剤系(反応触媒系)成分が0.5〜6.0重量部、より
好ましくは1.5〜3.5重量部で、且つ、光重合開始剤系成
分を構成する光・熱重合開始剤／光重合開始剤の重量比
が1〜4、より好ましくは1.3〜3.5である。少なくとも２
成分からなる光重合開始剤の割合が0.5重量部未満で
は、その光重合開始の効果が殆どなく、全体に対する量
が少ないためそのものが機能しにくい。一方、6.0重量
部を超えても光硬化機能そのものは変わらず、コストの
面等からも6.0重量部以下が好ましい。また、カチオン
系光・熱重合開始剤／カチオン系光重合開始剤の重量比
が1より小さいと、硬化初期の発熱が得られにくく、本
発明の特徴である硬化機能が発揮しにくいため樹脂表面
のみの硬化となりので好ましくない。一方、この重量比
が4を超えると硬化特性、特にその発熱特性が異常に高
まるため急激な発熱硬化により樹脂が発泡するという問
題が生じて好ましくない。

【００３３】エネルギー線硬化型樹脂組成物の混合パタ
ーンとしては、本発明の範囲内であれば特に限定される
ことなく用いられるが、具体的には、以下のような樹脂
組成物が好ましい態様として挙げられる（〜）。こ
れらは、いずれも本発明の好ましい実施の形態であり、
容易かつ迅速に硬化するという特性を有しており、本発
明で用いられる樹脂組成物の基本形である。

【００３４】セロキサイド2021P(ダイセル化学工業
(株)製:脂環式エポキシ樹脂;3,4一シクロヘキシルメチ
ル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)10
0重量部に対し、サンエイドSI-80L(三新化学(株)製:カ
チオン系光・熱重合開始剤)1.75重量部、DAICAT11(ダイ
セル化学工業(株)製:カチオン系光重合開始剤;アリール
系スルホニウム塩)0.75重量部を混合したもの、セロキサイド2021P(ダイセル化学工業(株)製:脂環式
エポキシ樹脂;3,4一シクロヘキシルメチル−3,4−エポ
キシシクロヘキサンカルボキシレート)50重量部に対
し、エピコート828(油化シェルエポキシ(株)製:ビスフ
ェノールA型エポキシ)50重量部、サンエイドSI-80L(三
新化学(株)製:カチオン系光・熱重合開始剤)1.75重量
部、DAICAT11(ダイセル化学工業(株)製:カチオン系光重
合開始剤;アリール系スルホニウム塩)0.75重量部を混合
したもの、

【００３５】セロキサイド2021P(ダイセル化学工業
(株)製:脂環式エポキシ樹脂;3,4−シクロヘキシルメチ
ル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)10
0重量部に対し、サンエイドSI-80L(三新化学(株)製:カ
チオン系光・熱重合開始剤)1.50重量部、DAICAT11(ダイ
セル化学工業(株)製:カチオン系光重合開始剤;アリール
系スルホニウム塩)０.50重量部、4,4'−ビス[ジ(β−ヒ
ドロキシエトキシ)フェニルスルフォニオ]フェニルスル
フィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート０.50重
量部、2−ブチニルテトラメチレンスルホニウムヘキサ
フルオロアンチモネート0.50重量部を混合したもの、な
どが好適な組成物に挙げられる。

【００３６】上記の樹脂組成物に硬化可能な範囲で添加
することのできる添加剤としては、エネルギー線遮蔽性
物質〔例えば無機フィラー、金属粉等の遮断性物質〕、
及び各種フィラー、有機成分、光増感剤、反応性希釈
剤、先鋭感剤等慣用される添加剤を一種以上添加するこ
とができる。

【００３７】上述した組成からなる本発明の成形体は、
上記樹脂組成物を含有しているので、熱または光によっ
て硬化し、あるいは熱および光の両方によっても硬化す
る。硬化に際しては、連鎖反応型であり、外部からのエ
ネルギーとともに、樹脂組成物内部で自己発生する別の
エネルギーによって硬化が進行する。したがって、エネ
ルギー線の照射の仕方によって、硬化の仕方の変化して
くるが、従来の熱硬化型の組成物に比較すると格段に速
く硬化が進行する。また、エネルギー線照射の際に熱を
与えれば（例えば１２０℃程度）、さらに容易に硬化を
制御することができる。

【００３８】硬化条件として、具体的には、光源、時間
等が変化する。樹脂組成物に対し、エネルギー線を照射
する際には、硬化時の加熱条件を適宜最適な条件に変更
できる。また、硬化前に、樹脂組成物を予備加熱してお
き、その後、エネルギー線を照射して成形することも可
能である。予備加熱した場合には、より短時間(通常の
約1/2〜2/3)で硬化可能となる利点がある。エネルギー
線として、紫外光（ＵＶ）を用いて照射を実施の際、例
えば以下のような必要条件を満たすことにより、ＵＶ照
射による硬化ができる。硬化条件：ランプ種類:メタルハライドランプ、ランプ強度:１２
０Ｗ／ｃｍランプ長:２５０ｍｍ、雰囲気・温度・圧力：空気中・
室温・大気圧照射距離:２０ｃｍ、照射時間：５分間［５分間で硬
化完了]

【００３９】また、本発明の管状成形体が多層構造の場
合には、最外層と内部層とを別の形態の繊維としてする
ことにより、コストダウンを図ることや良好な外観の成
形体を得ること等ができる。そして、本発明の管状成形
体は、密に繊維材料が充填されるので、極めて優れた強
度等の物性を有し、また、上記成形装置を用いることに
より連続成形等も可能なので、コスト的にも有利であ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、ＦＲＰ管及ぴＣＦＲＰ管マト
リクス樹脂に、エネルギー線により樹脂組成物中のエネ
ルギー線遮蔽物質の有無に関わらず硬化可能で管厚の厚
いものでも硬化可能な樹脂組成物は熱硬化樹脂を使用
し、エネルギー線により硬化させることで、従来のよう
な加熱工程および加熱炉が不用となり、以下のような問
題点も解決する。加熱工程が不用で且つ短時間(数分レベル)で硬化可能
であり、連続成形の利点を最大にいかせ、ＦＲＰ管およ
びＣＦＲＰ管の成形体の生産性が著しく向上する。エネルギー線照射（ＵＶランプ等）設備が小型であ
り、費用と場所を最小限に留めることができる。エネルギー効率が良く、ランニングコストが安い。エネルギー線硬化のため含浸状態の保持が容易で溶媒
を使用しない。等の優れた利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る連続成形装置の一例を表
す概略構成図である。

【図２】図２は、連続成形装置の概略構成の一例を表す
模式図である。

【図３】図３は、本発明に係る連続成形装置の硬化工程
に用いられる硬化手段の一例を示す構成図である。

【図４】図４は、本発明に係る連続成形装置の硬化工程
に用いられる硬化手段の他の一例を示す構成図である。

【図５】図５は、本発明に係る連続成形装置において、
予備成形部Ｃに用いることができる機構の一例を示す構
成図である。

【符号の説明】

１供給ロール２マット３架台４ガイド５樹脂含浸槽６マンドレル７ワインディング装置８マットガイド９予備成形ガイド１０引き取り装置１１切断装置１２ロービング１３外型（ダイ）１４ＵＶランプ１５ＵＶ透過素材１６排気装置１７塗装・コーティング装置１８，２５ＵＶ照射装置または加熱乾燥炉１９マンドレル片端２０ＵＶ照射装置２１マンドレルヒーター２２離型剤塗布手段２３乾燥炉２４パイプ内径のライニング・コーティング装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｌ 23:00 Ｆターム(参考） 4F203 AA44 AB04 AD16 AD35 AG08 DA02 DB01 DB11 DC07 DE06 DF01 DF02 DF05 DF41 DJ05 DJ13 DK01 DL01 4F205 AA44 AB04 AD16 AD35 AG08 HA02 HA06 HA23 HA33 HA37 HA46 HB01 HC02 HC10 HE06 HK02 HK05 HK08 HK10 HK23 HM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続する繊維材料を供給する繊維供給部
と、光重合性樹脂および光重合開始剤系を含有するエネ
ルギー線硬化型樹脂組成物を含浸させる樹脂含浸槽を有
する樹脂供給部と、マンドレルの周囲に該繊維を巻きつ
けるワインディング装置と、エネルギー線照射装置を有
する樹脂硬化部と、引き取り装置と、を備えたことを特
徴とするエネルギー線照射型連続成形装置。
【請求項２】上記ワインディング装置が、軸方向に沿
って往復可能なトラバース型の装置であることを特徴と
する請求項１記載のエネルギー線照射型連続成形装置。
【請求項３】上記樹脂硬化部において、マンドレルの
内部にエネルギー線照射装置を有することを特徴とする
請求項１記載のエネルギー線照射型連続成形装置。
【請求項４】上記樹脂硬化部において、マンドレルの
外部にエネルギー線照射装置を有することを特徴とする
請求項１記載のエネルギー線照射型連続成形装置。
【請求項５】上記マンドレル又は樹脂含浸槽に予熱装
置を設けたことを特徴とする請求項１記載のエネルギー
線照射型連続成形装置。
【請求項６】上記樹脂硬化部において、外型ダイを設
けたことを特徴とする請求項１記載のエネルギー線照射
型連続成形装置。
【請求項７】繊維材料に、光重合性樹脂および光重合
開始剤系を含有するエネルギー線硬化型樹脂組成物を含
浸して光硬化させ、管状の単層構造を形成させたことを
特徴とする繊維強化プラスチック管状成形体。
【請求項８】少なくとも２以上の形状を有する繊維材
料に、光重合性樹脂および光重合開始剤系を含有するエ
ネルギー線硬化型樹脂組成物を含浸して光硬化させ、管
状の多層構造を形成させたことを特徴とする繊維強化プ
ラスチック管状成形体。