JP2002120296A - 長繊維強化樹脂成形体の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間運転しても型を解体する必要がなく、
且つ、繊維と樹脂の比率を容易に制御することのできる
とともに、高比率の繊維にも樹脂を十分に且つ均一に含
浸することのできる長繊維強化樹脂成形体の製造方法及
びその製造装置を提供する。 【解決手段】 連続的に進行する長繊維束を、樹脂含浸
空間３に略充満した状態で導入しつつ、進行方向に一定
速度で引き取りながら、長繊維束の進行方向に対して交
差するように、上記長繊維束に向けて樹脂原液を吐出し
て長繊維束に含浸させた含浸体を、断面積が一定で断面
形状が連続的に変化されている含浸体通路３１内を通過
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長繊維強化樹脂成
形体の製造方法及びその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、長繊維強化樹脂成形体を製造する
装置としては、例えば、特開平１０−１１９１４１号公
報には、図３に示されるような装置が提案されている。
この装置は、柱状部分とその下方の錐状部分を有する内
型９１及び内型９１の周囲の外型９２と型間の間隙によ
り、樹脂原液含浸空間が構成されている。

【０００３】樹脂原液含浸空間には、型間間隙上端部の
輪状繊維導入口９３、その下部の繊維を下部に送るため
の筒状間隙９４、筒状間隙９４の下部の樹脂原液溜まり
用兼樹脂原液含浸用輪状間隙９５、間隙９５へ樹脂原液
を送り込むための注入管端部９６、樹脂原液含浸繊維を
間隙９５から下部へ送り込むための輪状樹脂原液溜まり
出口９７が設けられ、さらに、内型９１の錐状部分の先
端９９方向に向かって厚みが漸増するように外型９２に
取り巻かれた間隙９８が設けられている。

【０００４】この装置を用い、繊維が繊維導入口９３に
輪状に送り込まれ、筒状間隙９４を通して輪状間隙９５
内に上方向に導かれると、輪状間隙９５では、溜まって
いる樹脂原液が、繊維に含浸され、次いで、下の出口９
７から樹脂原液含浸繊維として引き抜かれる。引き抜か
れた樹脂原液含浸繊維の樹脂原液を硬化させることによ
り、長繊維強化樹脂成形体が得られる。

【０００５】従って、この装置によれば、繊維は、注入
管端部９６から供給される最新の樹脂原液に接触し、且
つ、繊維とともに間隙９５内に入り込んだ空気が繊維導
入口９３を上部から外部に通り抜けるため、樹脂原液含
浸繊維内に粗大気泡を取り込まず成形不良を起こし難
い、という利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置には以下のような問題がある。

【０００７】１）樹脂原液として、通常、熱硬化性樹脂
組成物が用いられるが、長期間の製造に供すると、間隙
９５に付着した樹脂が硬化して堆積し、間隙９５を閉塞
するので、短期間で運転を停止しなければならず、ま
た、間隙９５内の清掃が必要となるが、運転を停止した
だけでは清掃は困難であり、その度に、内型９１と外型
９２、及び注入管とを解体せねばならず、手間がかかっ
ていた。

【０００８】２）輪状間隙９５で溜まっている樹脂原液
が繊維に含浸されるため、得られる長繊維強化樹脂成形
体の繊維と樹脂の比率を制御することが困難であった。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決し、長期間運
転しても型を解体する必要がなく、且つ、繊維と樹脂の
比率を容易に制御することのできるとともに、高比率の
繊維にも樹脂を十分に且つ均一に含浸することのできる
長繊維強化樹脂成形体の製造方法及びその製造装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の長繊維強化樹脂
成形体の製造方法（以下、「本発明の製造方法」とい
う）は、連続的に進行する長繊維束を、樹脂含浸空間に
略充満した状態で導入しつつ、進行方向に一定速度で引
き取りながら、長繊維束の進行方向に対して交差するよ
うに、上記長繊維束に向けて樹脂原液を吐出して長繊維
束に含浸させた含浸体を、断面積が一定で断面形状が連
続的に変化されている含浸体通路内を通過させるもので
ある。

【００１１】本発明の製造方法において用いられる長繊
維束を構成する長繊維としては、ストランドをバインダ
ーで軽くくっつけてあるひも状のもの（ロービング、ヤ
ーン）、チョップトストランドを無定方向に積み重ねて
シート状にしたもの（マット）、ヤーンを織ったもの
（クロス）、ロービングを織ったもの（ロービングクロ
ス）などがあげられる。中でも、樹脂原液の含浸のし易
さ、成形のし易さ、得られる成形体の機械的物性等か
ら、ロービングが好ましい。

【００１２】上記ストランドを構成するフィラメントと
しては、モノフィラメントであってもよいし、フィブリ
ル（髭状に繊維が突き出たもの）化繊維であってもよ
い。長繊維束を構成する繊維の材質も特に限定されず、
ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維（合成繊維、天然繊
維）等が用いられる。なかでも、ガラス繊維や炭素繊維
が強化効果が大きく好ましい。また、上記合成繊維の素
材としては、例えば、ビニロン、ポリアミド、ポリエス
テル、ポリオレフィン、レイヨン等が用いられる。

【００１３】本発明の製造方法において用いられる樹脂
原液とは、硬化前の熱硬化性樹脂組成物又は溶融された
熱可塑性樹脂組成物（樹脂単独であってもよい）をい
う。

【００１４】上記熱硬化性樹脂組成物を構成する熱硬化
性樹脂としては特に限定されず、例えば、ウレタン系樹
脂、フェノール系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、尿
素系樹脂、エポキシ系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂
等が挙げられる。中でもウレタン系樹脂が耐久性及び機
械的強度の点からより好ましい。

【００１５】上記熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑
性樹脂としても特に限定されるものではなく、例えば、
スチレン系樹脂等があげられる。

【００１６】上記発泡性樹脂原液には、必要に応じて、
発泡剤が配合されてもよい。上記発泡剤としては特に限
定されず、熱分解型の発泡剤であってもよいし、フロン
等の溶剤型発泡剤であってもよい。また、熱硬化性樹脂
としてウレタン系樹脂を用いる場合には、水であっても
よい。

【００１７】上記発泡性樹脂原液には、さらに必要に応
じて、触媒、整泡剤、着色剤、架橋剤、充填材、紫外線
吸収剤、酸化防止剤、難燃剤等の配合剤が配合されても
よい。

【００１８】上記樹脂原液の溶融時の粘度は、高すぎる
と長繊維束に含浸しずらくなるので、１０，０００ｃｐ
ｓ以下のものが好ましく、さらに好ましくは３，０００
ｃｐｓ以下である。

【００１９】本発明の製造方法において、樹脂含浸空間
とは、長繊維束に樹脂を含浸させるため、長繊維束を通
過させる空間をいい、樹脂含浸空間に略充満した状態と
は、長繊維束が樹脂含浸空間を通過するときに、樹脂含
浸空間の壁に接触しなければ通過できない程度に充満さ
れた状態をいい、樹脂含浸空間の形状、目的とする製品
の強度、使用される繊維の弾性率等によっても異なる
が、例えば樹脂含浸空間の形状が管状の場合、見かけ容
積で４０〜１００％を長繊維束が占めるのが好ましく、
さらに好ましくは６０〜１００％である。このようにす
ることにより、樹脂原液が長繊維束と接触せずに流出す
ることを防止し、より高い繊維含量を有する成形体を得
ることができる。なお、繊維として、ガラス繊維、炭素
繊維等の高弾性率の繊維を使用する場合には、４０〜９
０％を長繊維束が占めるのが好ましく、さらに好ましく
は６０〜９０％である。

【００２０】上記樹脂含浸空間の断面形状は特に限定さ
れず、円形、矩形、楕円形や、所謂異形形状であっても
よいが、樹脂含浸空間に供給する樹脂原液が樹脂含浸空
間全体に均一に浸透されるためには輪状又は枠状である
ことが好ましい。

【００２１】本発明の製造方法においては、上記長繊維
束を、進行方向に一定速度で引き取りながら、長繊維束
の進行方向に対して交差するように、上記長繊維束に向
けて樹脂原液を吐出する。この場合、必要に応じて、樹
脂原液が含浸された長繊維束を引っ張るために、真断面
積比で４０％以下の空隙が生じるように、供給する長繊
維束及び樹脂原液の量を調整しておいてもよい。長繊維
束を進行方向に引っ張る速度は、特に限定されないが、
後述する樹脂原液を供給する速度を確保するためには、
０．１ｍ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。

【００２２】上記樹脂原液を供給する速度は、長繊維束
に含浸するためには、高速の方が好ましいが、速すぎる
と繊維束を切断する蓋然性が高くなり、また装置上の制
約から０．３〜２００ｍ／ｓｅｃが好ましい。この場
合、単に樹脂原液を供給する速度を高速にする方法と、
樹脂原液を供給する速度は抑え、成形空間の断面積当た
りの幅を小さくし、且つ、樹脂原液の吐出口を多数設け
る方法とがあり、前者の場合には、樹脂原液を供給する
速度は、５〜２００ｍ／ｓｅｃがさらに好ましいのに対
し、後者の場合には、０．３〜２００ｍ／ｓｅｃであれ
ば、十分に樹脂原液を長繊維束に含浸することができ
る。

【００２３】上記樹脂原液は、例えば、ノズル出口から
長繊維束の略中心部に供給される。上記ノズル出口（樹
脂原液吐出部）の形状は、上記樹脂原液を供給する速度
が確保されるためには、複数個の孔やスリットが、円周
状に、均等に設けられたものが好ましい。

【００２４】本発明の製造方法において、樹脂原液を長
繊維束に含浸させた含浸体を、断面積が一定で断面形状
が連続的に変化されている含浸体通路内を通過させる。
上記含浸体通路内の断面形状は、例えば、円形→楕円形
（横長）→円形→楕円形（縦長）→円形というように変
化されてゆく。

【００２５】請求項２記載の長繊維強化樹脂成形体の製
造装置（以下、「本発明の製造装置」という）は、連続
的に進行する長繊維束に樹脂原液を含浸する樹脂含浸空
間と、長繊維束の進行方向に対して交差するように、上
記長繊維束に向けて樹脂原液を吐出する樹脂原液吐出口
と、樹脂原液を長繊維束に含浸させた含浸体を通過さ
せ、断面積が一定で断面形状が連続的に変化されている
含浸体通路と、上記長繊維束を進行方向に一定速度で引
き取る引取機とからなる。

【００２６】（作用）本発明の製造方法は、連続的に進
行する長繊維束を、樹脂含浸空間に略充満した状態で導
入しつつ、進行方向に一定速度で引き取りながら、長繊
維束の進行方向に対して交差するように、上記長繊維束
に向けて樹脂原液を吐出して長繊維束に含浸させるもの
であり、樹脂溜まりを設ける必要がないので、運転を停
止する際に型を解体する必要がなく、且つ、繊維と樹脂
の比率を容易に制御することができるとともに、長繊維
束に樹脂原液を含浸させた含浸体を、断面積が一定で断
面形状が連続的に変化されている含浸体通路内を通過さ
せるものであるから、高比率の繊維にも樹脂を十分に且
つ均一に含浸することができる。

【００２７】本発明の製造装置は、連続的に進行する長
繊維束に樹脂原液を含浸する樹脂含浸空間と、長繊維束
の進行方向に対して交差するように、上記長繊維束に向
けて樹脂原液を吐出する樹脂原液吐出口と、樹脂原液を
長繊維束に含浸させた含浸体を通過させ、断面積が一定
で断面形状が連続的に変化されている含浸体通路と、上
記長繊維束を進行方向に一定速度で引き取る引取機とか
らなるから、本発明の製造方法に好適に使用できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の製造
装置の一例を示す断面図である。図１において、３は樹
脂含浸空間、３１は含浸体通路、４１は樹脂原液吐出口
である。

【００２９】図１に示すように、本発明の製造装置に
は、外型１と内型２との間に設けられ、連続的に進行す
る長繊維束に樹脂原液を含浸する樹脂含浸空間３が設け
られ、内型２の内部には樹脂原液通路４が設けられてい
る。樹脂原液通路４の先端部には、長繊維束の進行方向
（図１中矢印方向）に対して交差するように、上記長繊
維束に向けて樹脂原液を吐出する樹脂原液吐出口４１が
設けられている。

【００３０】上記樹脂含浸空間３の先端部は、樹脂原液
を長繊維束に含浸させた含浸体を通過させ、断面積が一
定で断面形状が連続的に変化されている含浸体通路３１
・・・３１となり、引取機（図示せず）により、上記長
繊維束が進行方向に一定速度で引き取られるようになさ
れている。

【００３１】図２は、図１に示した含浸体通路の断面図
であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図及びＥ−Ｅ断面図、
（ｂ）はＢ−Ｂ断面図及びＤ−Ｄ断面図、（ｃ）はＣ−
Ｃ断面図である。図１、２に示すように含浸体通路３１
内の断面形状は、断面積が一定のまま、円形（Ａ−Ａ断
面）→楕円形（横長：Ｂ−Ｂ断面）→円形→楕円形（縦
長：Ｃ−Ｃ断面）→円形→楕円形（横長：Ｄ−Ｄ断面）
→円形（Ｅ−Ｅ断面）というように変化されている。

【００３２】次いで、本発明の製造方法の一例を図１を
参照しつつ説明する。本発明の製造方法においては、ま
ず、連続的に進行する長繊維束（例えばロービング）
を、上記樹脂含浸空間３に略充満した状態で導入し、引
取機（図示せず）により、進行方向に一定速度で引き取
る。一方で、樹脂原液（例えば、ジフェニルメタン-4,
4'-ジイソシアネート、ポリエーテルポリオール、及び
水からなるポリウレタン原液）を樹脂原液通路４に供給
し、長繊維束の進行方向（図１中矢印方向）に対して交
差するように、上記長繊維束に向けて樹脂原液吐出口４
１から樹脂原液を吐出して長繊維束に含浸させる。

【００３３】上記含浸体を、断面積が一定で断面形状が
連続的に変化されている含浸体通路内を通過させる解体
する必要がなく、且つ、繊維と樹脂の比率を容易に制御
することができるとともに、長繊維束に樹脂原液を含浸
させた含浸体を、断面積が一定で断面形状が連続的に変
化されている含浸体通路内３１を通過させる。

【００３４】含浸体通路内３１を通過した含浸体は、外
型１より排出され、所定の温度に加熱されたエンドレス
ベルト（図示せず）により導入され、硬化される。硬化
された成形体は、引取機（図示せず）により一定速度で
引き取られて製品となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の製造方法は、上述の如き構成と
なされているので、運転を停止する際に型を解体する必
要がなく、且つ、繊維と樹脂の比率を容易に制御するこ
とができるとともに、高比率の繊維にも樹脂を十分に且
つ均一に含浸することができる。

【００３６】本発明の製造装置は、上述の如き構成とな
されているので、本発明の製造方法に好適に使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置の一例を示す断面図である。

【図２】図１に示した含浸体通路の断面図であり、
（ａ）はＡ−Ａ断面図及びＥ−Ｅ断面図、（ｂ）はＢ−
Ｂ断面図及びＤ−Ｄ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図３】従来の長繊維強化樹脂発泡体の製造装置の一例
を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

３ 樹脂含浸空間 ３１ 含浸体通路 ４１ 樹脂原液吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F205 AC05 AD16 AG14 HA05 HA27 HA33 HA34 HA37 HA47 HB02 HF05 HF23 HK31 HM02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続的に進行する長繊維束を、樹脂含浸
   空間に略充満した状態で導入しつつ、進行方向に一定速
   度で引き取りながら、長繊維束の進行方向に対して交差
   するように、上記長繊維束に向けて樹脂原液を吐出して
   長繊維束に含浸させた含浸体を、断面積が一定で断面形
   状が連続的に変化されている含浸体通路内を通過させる
   ことを特徴とする長繊維強化樹脂成形体の製造方法。
2. 【請求項２】 連続的に進行する長繊維束に樹脂原液を
   含浸する樹脂含浸空間と、長繊維束の進行方向に対して
   交差するように、上記長繊維束に向けて樹脂原液を吐出
   する樹脂原液吐出口と、樹脂原液を長繊維束に含浸させ
   た含浸体を通過させ、断面積が一定で断面形状が連続的
   に変化されている含浸体通路と、上記長繊維束を進行方
   向に一定速度で引き取る引取機とからなることを特徴と
   する長繊維強化樹脂成形体の製造装置。