JP2000218710A - 繊維強化樹脂成形品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】長手方向だけでなく、長手方向軸の周方向の強
度が著しく強化され、曲げ弾性率に優れた繊維強化樹脂
成形品及びその製造方法を提供する。 【解決手段】熱硬化性樹脂中に多数の長尺繊維及び繊維
製長尺マットの少なくとも一方からなる強化繊維が長手
方向に沿って配設された繊維強化樹脂帯状体上に、その
長手方向の軸の周方向の少なくとも一部に連続強化材が
螺旋状に巻回され、該連続強化材が前記帯状体に接着さ
れている─維強化樹脂成形品である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化樹脂成形
品及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、木材に替えて建材等の構造材とし
て使用し得る機械的に優れた長繊維補強発泡体が種々提
案されており、例えば、特公昭４８─３０１３７号公報
に記載された方法により、長繊維が成形体の長手方向に
向って配向していると共に、発泡した樹脂の中に均等に
分散している状態のものが製造されている。

【０００３】しかし、このような長繊維補強発泡体は、
長繊維により長手方向のみが強化されたものであるので
異方性が著しく、長手方向と直行する方向に対する強度
が不十分であるという問題点があった。又、特公昭４８
─３０１３７号公報には、成形品の表面に、紙、フィル
ム、不織布等の表面被覆材を成形体表面に存在させるよ
うにすることが記載されている。しかし、このような表
面被覆材だけでは、長手方向を強化する補強繊維に比べ
て長手方向と直行する方向に対する強度がはるかに弱く
て不十分であるという問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の問題点を解消し、長手方向だけでなく、長手方
向軸の周方向の強度が著しく強化され、曲げ弾性率に優
れた繊維強化樹脂成形品及びその製造方法を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に記載の
発明（本発明１）は、熱硬化性樹脂中に多数の長尺繊維
及び繊維製長尺マットの少なくとも一方からなる強化繊
維が長手方向に沿って配設された繊維強化樹脂帯状体上
に、その長手方向の軸の周方向の少なくとも一部に連続
強化材が螺旋状に巻回され、該連続強化材が前記帯状体
に接着されている繊維強化樹脂成形品である。

【０００６】本願の請求項２に記載の発明（本発明２）
は、前記帯状体中に固体の充填材が分散されている本発
明１に記載の繊維強化樹脂成形品である。

【０００７】本願の請求項３に記載の発明（本発明３）
は、多数の長尺繊維及び繊維製長尺マットの少なくとも
一方からなる強化繊維を長手方向に進行させるともに熱
硬化性樹脂液を含浸させて繊維強化樹脂帯状体形成材を
形成する工程と、前記強化繊維上に、その長手方向の軸
の周方向の少なくとも一部に連続強化材を螺旋状に巻回
する工程と、前記帯状体形成材を硬化させる工程とから
なる繊維強化樹脂成形品の製造方法である。

【０００８】本願の請求項４に記載の発明（本発明４）
は、前記帯状体形成材中に固体の充填材が分散されてい
る本発明３に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法であ
る。

【０００９】本願の請求項５に記載の発明（本発明５）
は、前記連続強化材の巻状物を、前記強化繊維上の長手
方向の軸の外周に配置するとともに、該軸周りを周回さ
せるようにして、その連続強化材を前記強化繊維上の長
手方向の軸の周方向に巻回する本発明３又は本発明４に
記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法である。

【００１０】本発明において、長尺繊維としては、無機
又は有機の繊維から形成されたものであれば何でもよ
く、例えば、その形態としては、モノフィラメント、マ
ルチフィラメント、糸状物、紐状物等が挙げられ、繊維
としては、ガラス繊維、合成繊維、天然繊維等が挙げら
れる。本発明において、繊維製長尺マットとしては、短
繊維や前記の繊維を長尺マット状に加工したもの等が挙
げられる。本発明において、連続強化材としては、無機
又は有機の連続繊維をその繊維が長手方向に連続するよ
うに織ったり編んだりした帯状物や紐状物、モノフィラ
メント、マルチフィラメント、無機又は有機の連続した
高強度テープ等が挙げられる。

【００１１】本発明において、熱硬化性樹脂としては、
例えば、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポ
キシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等が使
用される。本発明において使用される熱硬化性樹脂液
は、上記熱硬化性樹脂を形成する前の未硬化化状態の原
料であって、発泡性でも非発泡性でもかまわない。熱硬
化性樹脂液中には、反応触媒が含まれており、更には、
増量剤としての固体の無機充填材や製品自身の切削屑、
難燃材、可塑剤、着色剤、架橋剤、安定剤、発泡剤、ガ
ラス短繊維等が混入されていても構わない。

【００１２】本発明において使用される固体の充填材と
しては、例えば、珪砂、珪石砂、フライアッシュ、ウワ
ラストナイト、クロマイトサイト、シラスバルーン、ガ
ラスバルーン、メサライト等の無機充填材、繊維強化樹
脂成形品の切削粉や粉砕品等が挙げられる。

【００１３】固体の充填材の混入量としては、体積比で
熱硬化性樹脂液１００に対して１００以下が好ましい。
１００を超えると熱硬化性樹脂液の粘度が上がりすぎ、
含浸が困難になり製品の品質にばらつきが生じ易い。熱
硬化性樹脂液の粘度は、固体の充填材を混入する場合に
はその充填材を含んだ状態で、含まない場合は液単独
で、２５℃にて１００〜３０，０００ｃｐｓが好まし
い。１００ｃｐｓより小さいと樹脂物性が弱くなり、３
０，０００ｃｐｓを超えると繊維中への含浸が難しくな
り製品の品質にばらつきが生じ易い。

【００１４】本発明において、繊維強化樹脂帯状芯材中
の熱硬化性樹脂とその中の長手方向に沿って配設される
強化繊維との比率は、重量比で樹脂１００に対して２０
〜４００が好ましい。２０未満であると、強化繊維中に
樹脂液を保持しにくく、４００を超えると、強化繊維中
に樹脂液が十分に含浸できず、得られる製品の品質にば
らつきを生じ易い。

【００１５】本発明において、繊維強化樹脂帯状芯材中
に配設される強化繊維と、強化繊維の周りに巻回される
連続強化材との比率は、重量比で、強化繊維１００に対
して、５〜３００が好ましい。５より少ないと、製品の
長手方向軸の周りの強度の寄与せず、３００を超えると
樹脂液を付着させるのが難しくなり得られる製品の品質
にばらつきを生じてしまう。

【００１６】強化繊維上の長手方向の軸の周方向への連
続強化材の螺旋状巻回の方向は、一方向であっても二方
向以上であっても構わないし、連続強化材は単数であっ
も複数であっても構わない。螺旋のピッチは、一定でも
よいし、一定でなくても構わない。

【００１７】多数の長尺繊維及び繊維製長尺マットから
なる強化繊維への熱硬化性樹脂液の含浸は、連続的に長
手方向に進行する強化繊維上に、熱硬化性樹脂液をふり
かけた後、進行方向と直交方向に往復運動する板や、ロ
ールを接触させるようにしてもよいし、又、強化繊維を
熱硬化性樹脂液の充填された含浸槽中に浸漬通過させる
ようにしてもよい。

【００１８】強化繊維の周りに連続強化材を螺旋状に巻
回するのは、強化繊維に熱硬化性樹脂液を含浸させる前
であってもよいし後であってもよい。強化繊維の周りに
連続強化材を螺旋状に巻回する際の巻付け強さは、熱硬
化性樹脂液が非発泡性の場合や連続強化材が伸縮性のあ
るものである場合には特に限定されないが、熱硬化性樹
脂液が発泡性で且つ連続的に同じ断面形状の製品を成形
する場合や、連続強化材が非伸縮性のもので且つ断面形
状にへこんだ部分がある製品を成形する場合には、所望
する製品の断面形状が連続的に得られるように余裕を持
たせて巻き付ける必要がある。

【００１９】

【作用】本発明１の繊維強化樹脂成形品は、熱硬化性樹
脂中に多数の長尺繊維及び繊維製長尺マットの少なくと
も一方からなる強化繊維が長手方向に沿って配設された
繊維強化樹脂帯状体上に、その長手方向の軸の周方向の
少なくとも一部に連続強化材が螺旋状に巻回され、該連
続強化材が前記帯状体に接着されていることにより、そ
の長手方向が強化繊維により強化されていると共に、長
手方向の軸の周方向も巻回された連続強化材により強化
されており、更に、この連続強化材は、長手方向に沿っ
て配設された強化繊維間を、その長手方向に直交する方
向に固定することになるので、実際の使用環境下での長
手方向の剪断強度、つまり長手方向の曲げに対する破断
強度が増加する。又、製品の表面に巻回された連続強化
材による跡形に基づく凹凸面が発現するので、この製品
に積層する外層部材のアンカー効果による密着力を発現
させることができる。

【００２０】本発明２の繊維強化樹脂成形品は、前記帯
状体中に固体の充填材が分散されていることにより、弾
性率の物性が向上する。特に製品が板状体である場合に
は、幅方向の曲げ弾性率も向上する。

【００２１】本発明３の繊維強化樹脂成形品の製造方法
は、多数の長尺繊維及び繊維製長尺マットの少なくとも
一方からなる強化繊維を長手方向に進行させるともに熱
硬化性樹脂液を含浸させて繊維強化樹脂帯状体形成材を
形成する工程と、前記強化繊維上に、その長手方向の軸
の周方向の少なくとも一部に連続強化材を螺旋状に巻回
する工程と、前記帯状体形成材を硬化させる工程とから
なることにより、本発明の繊維強化樹脂成形品を連続的
に生産性よく製造することができる。

【００２２】本発明４の繊維強化樹脂成形品の製造方法
は、前記帯状体形成材中に固体の充填材が分散されてい
ることにより、本発明２の繊維強化樹脂成形品を連続的
に生産性よく製造することができる。

【００２３】本発明５の繊維強化樹脂成形品の製造方法
は、前記連続強化材の巻状物を、前記強化繊維上の長手
方向の軸の外周に配置するとともに、該軸周りを周回さ
せるようにして、その連続強化材を前記強化繊維上の長
手方向の軸の周方向に巻回することにより、本発明の繊
維強化樹脂成形品を連続的に一層生産性よく製造するこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の繊維強化樹脂成
形品の一例を示す斜視図である。この繊維強化樹脂成形
品１は、繊維強化樹脂帯状体１１と連続強化材１２から
なる。繊維強化樹脂帯状体１１は、硬質ウレタン樹脂か
らなる熱硬化性樹脂１１１中に、多数の長尺ガラス繊維
からなる強化繊維１１２が長手方向に沿って配列すると
ともに均等に分散した状態にて埋設され硬化された構造
となっている。

【００２５】繊維強化樹脂帯状体１１上には、その長手
方向軸の周方向の全部に沿って、ガラス繊維のモノフィ
ラメントからなる連続強化材１２が螺旋状に巻回され、
該連続強化材１２が帯状体１１の熱硬化性樹脂１１１に
接着されている。

【００２６】図２は、本発明の繊維強化樹脂成形品の別
の例を示す斜視図である。この繊維強化樹脂成形品２
は、繊維強化樹脂帯状体２１と連続強化材２２，２３か
らなる。繊維強化樹脂帯状体２１は、硬質ウレタン樹脂
からなる熱硬化性樹脂２１１中に、チョップドガラス繊
維からなる繊維製長尺マット２１２が長手方向に沿って
埋設されている構造となっている。

【００２７】繊維強化樹脂帯状体２１上には、その長手
方向の軸の周方向の全部に沿って、ガラス繊維のモノフ
ィラメントからなる第１の連続強化材２２が螺旋状に巻
回されるとともに、同一の材料からなる第２の連続強化
材２３が、第１の連続強化材２２とは逆の傾斜をなすよ
うに巻回され、第１の連続強化材２２及び第２の連続強
化材２３が帯状体２１の熱硬化性樹脂２１１に接着され
ている。

【００２８】図３は、本発明の繊維強化樹脂成形品の更
に別の例を示す斜視図である。この繊維強化樹脂成形品
３は、繊維強化樹脂帯状体３１と連続強化材３２からな
る。繊維強化樹脂帯状体３１は、図１に示すものと同じ
であるので、対応する図番を付してその詳細な説明は省
略する。繊維強化樹脂帯状体３１上には、その長手方向
軸の周方向の全部に沿って、、ガラス繊維のマルチフィ
ラメントからなる連続強化材３２が巻回され、連続強化
材３２は帯状体３１の熱硬化性樹脂３１１に接着されて
いる。

【００２９】図４は、本発明の繊維強化樹脂成形品の更
に別の例を示す斜視図である。この繊維強化樹脂成形品
４では、硬質ウレタン樹脂からなる熱硬化性樹脂４１１
中に、更に固体の充填材４３が均一に分散するように配
設されていること以外は、図１に示すものと同じであ
る。

【００３０】図５は、本発明の繊維強化樹脂成形品の更
に別の例を示す斜視図である。この繊維強化樹脂成形品
５では、一端部以外の部分が、繊維強化樹脂帯状体５１
上に、その長手方向軸の周方向の一部に沿って、ガラス
繊維のフィラメントからなる連続強化材５２が螺旋状に
巻回されており、一端部５３はやや大径とされており、
この部分は硬質ウレタン樹脂からなる熱硬化性樹脂５３
１中に、多数の長尺ガラス繊維からなる強化繊維５３２
が長手方向に沿って配列するとともに均等に分散した状
態にて埋設され硬化されている。この部分には連続強化
材は巻回されていない。その他の構造は図１に示すもの
と同じである。

【００３１】以下、図１に示す繊維強化樹脂成形品１の
製造方法を、図６を参照して説明する。

【００３２】硬化炉６の入口手前には、帯状体形成材１
１′がその中を走行可能とされた円筒状の形状をなし、
その周方向（図中、矢印Ｂ方向）に回転可能とされた巻
回装置７が支持体８に支持されるようにして配設されて
いる。巻回装置７上には、連続強化材１２の巻回物を装
着できるようになっている。複数の連続強化材を用いる
必要がある場合には、適宜、複数の連続強化材の巻回物
を装着できるようになったものを用いる。回転装置７上
に、ガラス繊維のフィラメントからなる連続強化材１２
の巻回物９を装着する。

【００３３】多数の長尺ガラス繊維からなる強化繊維１
１１を長手方向（図中、矢印Ａ方向）に進行させるとも
に、硬質ウレタン樹脂液を含浸させて繊維強化樹脂帯状
体形成材１１′を形成しつつ、巻回装置７内を経て、硬
化炉６に導入するように走行させる。そして、硬化炉６
に入る手前にて、連続強化材１２の巻回物９を巻回装置
を回転させることにより、その連続強化材１２を帯状体
形成材１１′上の長手方向軸の周方向に沿って連続強化
材１２を螺旋状に巻回していく。このとき、帯状体形成
材１１′中の熱硬化性樹脂液が連続強化材１２に付着し
た状態となる。

【００３４】その後、これらの材料を硬化炉６内に導入
して帯状体形成材１１′の熱硬化性樹脂を硬化させる。
これより、熱硬化性樹脂が硬化して、図１に示すような
硬質ウレタン樹脂からなる熱硬化性樹脂１１１中に、多
数の長尺ガラス繊維からなる強化繊維１１２が長手方向
に沿って配列するとともに均等に分散した状態にて埋設
された構造の繊維強化樹脂帯状体１１が形成される。
又、繊維強化樹脂帯状体１１上に巻回された連続強化材
１２は付着した熱硬化性樹脂１１１を介して帯状体１１
は接着される。

【００３５】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。実施例１ 図６を参照して説明した方法に準じて、図１に示すよう
な構造の繊維強化樹脂成形品１を製造した。まず、多数
の長尺ガラス繊維からなる強化繊維１１１を長手方向に
進行させつつ、その上に触媒と発泡剤の水を含んだウレ
タン樹脂液をふりかけ、進行方向と直交方向に往復運動
する含浸板により摩擦することより強化繊維１１１中に
ウレタン樹脂液を含浸させて、繊維強化樹脂帯状体形成
材１１′を形成した。

【００３６】この帯状体形成材１１′上に、硬化炉６に
入る手前にて、連続強化材１２の巻回物９を巻回装置７
を回転させることにより、その連続強化材１２を帯状体
形成材１１′上の長手方向軸の周方向に沿って連続強化
材１２を螺旋状に巻回した。これを硬化炉６内に導入し
て帯状体形成材１１′の熱硬化性樹脂を硬化させて、長
手方向に配列された繊維強化樹脂帯状体１１上に、その
長手方向軸の周方向に沿って連続強化材１２を均一なピ
ッチで螺旋状に巻回し、連続強化材１２を前記帯状体１
１に接着した状態にて硬化した、厚み３０ｍｍ×幅２０
０ｍｍ、比重０．５の繊維強化樹脂成形体１を得た。

【００３７】尚、製品中の材料の割合は、熱硬化性樹脂
１００重量部に対して、長手方向に配列される強化繊維
９０重量部、長手方向軸の周方向に配列される連続強化
材１０重量部とした。得られた製品について、長手方向
の縦曲げ弾性率及び長手方向に直交する幅方向の横曲げ
弾性率を測定した。その結果を表１に示した。尚、曲げ
弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ６９０２に準じて測定した。

【００３８】実施例２ 触媒と発泡剤の水の他に３号珪砂を均一に分散させたウ
レタン樹脂液を用いて、図４に示すような、硬質ウレタ
ン樹脂からなる熱硬化性樹脂４１１中に、更に固体の充
填材４３が均一に分散するように配設されている繊維強
化樹脂成形品４を得た。尚、３号珪砂は、ウレタン樹脂
液１００重量部に対して、５０重量部となるように添加
した。得られた製品について、実施例１と同様に曲げ弾
性率を測定した。その結果を併せて表１に示した。

【００３９】比較例 連続強化材１２の巻回を行わなかったこと以外は実施例
と同様にして、その繊維強化樹脂帯状体のみからなる繊
維強化樹脂成形品を得た。得られた製品について、実施
例１と同様に曲げ弾性率を測定した。その結果を表１に
併せて示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１からも明らかなように、本発明の実施
例１，２の場合には、いずれも、横曲げ弾性率が著しく
向上している。又、実施例２の固体の充填材が分散され
たものは、特に横曲げ弾性率が高い。

【００４２】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂成形品は、上記の
ようにされているので、長手方向だけでなく、長手方向
軸の周方向の強度が著しく強化され、曲げ弾性率に優れ
ている。

【００４３】本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法
は、上記のようにされているので、本発明の繊維強化樹
脂成形品を連続的に生産性よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化樹脂成形品の一例を示す斜視
図である。

【図２】本発明の繊維強化樹脂成形品の別の例を示す斜
視図である。

【図３】本発明の繊維強化樹脂成形品の更に別の例を示
す斜視図である。

【図４】本発明の繊維強化樹脂成形品の更に別の例を示
す斜視図である。

【図５】本発明の繊維強化樹脂成形品の更に別の例を示
す斜視図である。

【図６】本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法の一例
を説明する斜視図である。

【符号の説明】

１，２，３，４，５ 繊維強化樹脂成形品 １１，２１，３１，４１，５１ 繊維強化樹脂帯状体 １２，２２，３２，４２，５２ 連続強化材 ５３ 固体の充填材 １１１，２１１，３１１，４１１，５１１ 熱硬化性樹
脂 １１２，２１２，３１２，４１２，５１２ 強化繊維

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂中に多数の長尺繊維及び繊
   維製長尺マットの少なくとも一方からなる強化繊維が長
   手方向に沿って配設された繊維強化樹脂帯状体上に、そ
   の長手方向の軸の周方向の少なくとも一部に連続強化材
   が螺旋状に巻回され、該連続強化材が前記帯状体に接着
   されていることを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
2. 【請求項２】 前記帯状体中に固体の充填材が分散され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂
   成形品。
3. 【請求項３】 多数の長尺繊維及び繊維製長尺マットの
   少なくとも一方からなる強化繊維を長手方向に進行させ
   るともに熱硬化性樹脂液を含浸させて繊維強化樹脂帯状
   体形成材を形成する工程と、前記強化繊維上に、その長
   手方向の軸の周方向の少なくとも一部に連続強化材を螺
   旋状に巻回する工程と、前記帯状体形成材を硬化させる
   工程とからなることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記帯状体形成材中に固体の充填材が分
   散されていることを特徴とする請求項３に記載の繊維強
   化樹脂成形品の製造方法。
5. 【請求項５】 前記連続強化材の巻状物を、前記強化繊
   維上の長手方向の軸の外周に配置するとともに、該軸周
   りを周回させるようにして、その連続強化材を前記強化
   繊維上の長手方向の軸の周方向に巻回することを特徴と
   する請求項３又は請求項４に記載の繊維強化樹脂成形品
   の製造方法。