JP2005289067A - 繊維強化樹脂製円筒状成形物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な設備や工程を伴わずに繊維強化樹脂製円筒状成形物を得る。
【解決手段】 熱硬化性樹脂の基地中に繊維シートを円筒面に沿って含み、未硬化の熱硬化性樹脂液を用いて遠心力成形されてなる繊維強化樹脂製円筒状成形物である。さらに、この成形物はクロスとマットの両方の繊維シートを含む。また、繊維シートを中空丸棒状に巻いて成形型の内部へ装入後、成形型を回転して遠心力により繊維シートを成形型の内面へ付着させた後、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入して遠心力成形する製造方法である。熱硬化性樹脂液の注入は案内梁又は支持管にて支持された注入管により行なう。また、内面に繊維シートを付着させた成形型の回転を停止して未硬化の熱硬化性樹脂液を注入後、成形型を回転して遠心力成形する。中空丸棒状に巻いた繊維シートを成形型内へ装入するときは、巻き方向を回転により外周側から開いて成形型内面に展開する方向にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は未硬化の熱硬化性樹脂液を用い、遠心力により成形した繊維強化樹脂（以下ＦＲＰと略記する）製円筒状成形物及びその製造方法に関するものである。

ＦＲＰ製円筒状成形物には、繊維強化材に未硬化の熱硬化性樹脂液を含浸させながら円筒状芯型の上に巻き重ねて成形する外巻き法によるものと、繊維強化材と未硬化の熱硬化性樹脂液を回転する成形型内へ入れて成形するもの等がある。

非特許文献１は、通常一般的に用いられている外巻き法のフィラメントワインディング法とハンドレイアップ法について記載している。フィラメントワインディング法はガラス等の連続繊維束を未硬化の熱硬化性樹脂液に浸しながら円筒状芯型の上に巻き重ねる方法である。ハンドレイアップ法はガラス等の繊維シートを円筒状芯型の上に巻き、ローラで押えて未硬化の熱硬化性樹脂液を浸透させながら芯型の上に巻き重ねる方法である。

特許文献１は、遠心力によるＦＲＰ管の成形方法及びその装置について記載している。特に第２欄〜第３欄、第１２欄の記載を要約すると、その成形方法は、マンドレル芯の外表面上にて繊維強化材の筒又は管を編み、マンドレル芯ごと遠心力成形型の内部へ挿入した後、マンドレル芯のみを抜き取り、繊維強化材の筒又は管編物を遠心力成形型の内面に残す。次に、熱硬化性樹脂液を貯溜槽から導管を経由して遠心力成形型の両端位置に設けたノズルへ圧力供給する。遠心力成形型内へ注入された熱硬化性樹脂液は、遠心力により成形型の内周面に沿って均等に分布するとともに、繊維強化材の部分にも浸透して熱硬化し、ＦＲＰ管を完成する。貯溜槽は洗滌や樹脂液の充填に便利なように配置及び設計されている。また、図面の第７シート（ＦＩＧ．１２、ＦＩＧ．１３）には、遠心力成形型及びその両端部位置に設けたノズルから熱硬化性樹脂液を注入する構造を示している。

特許文献２は、強化繊維布と熱可塑性樹脂シートとの積層体を熱可塑性樹脂シートが外側になるように心金に巻回し、この心金を積層体とともに鋳型内に挿入し、心金と鋳型を互いに逆回転して、前記積層体を心金から巻戻しながら前記強化繊維布が外側になるように鋳型内周面に巻移し、次いで積層体を加熱して熱可塑性樹脂シートを溶解しながら遠心力成形したのち冷却する複合材料管の成形法について記載している。そして、樹脂液を最初から使用する遠心力成形法に比べて複合樹脂管を効率的に成形することができるとしている。

特許文献３は、樹脂素材と触媒を混合したものと、樹脂素材と促進剤を混合したものとを回転中の型枠内に個別にしかも同一箇所に向かって噴射するとともに、ガラスロービングを所要長に切断しながら上記噴射位置に気圧により散布し、かつ上記噴射位置及び散布位置と型枠とを相対的に型枠の軸線方向に移動する遠心力によるＦＲＰ管の成形方法及びその装置について記載している。そして、遠心力により、型枠の全長に亘り同一圧力で加圧されるので、樹脂とガラスチョップドストランドとの間に微細な空隙も残留せず、質が緻密でかつ同一肉厚のＦＲＰ管を成形できる効果があるとしている。

特許文献４は、低速回転する円筒状型の内壁に、先ず硝子繊維製短繊維を落下し、その短繊維層の流れの上に熱硬化性樹脂と触媒との混合組成物、熱硬化性樹脂と硬化促進剤との混合組成物の２種の熱硬化性樹脂組成物を吐出させ、樹脂繊維混合体を作り、次いで該円筒状型の中心軸線方向に何れも平行して該円筒状型内に回転自在に設けられ、外周に凹凸面のある複数のローラで該樹脂と繊維混合体を該型体の表面上に押圧し、該樹脂と繊維混合体に含浸された前記２種の熱硬化性樹脂組成物を該ローラ面による押圧及び押圧解除を繰り返す作用でよく混合させるＦＲＰ製円筒体の低速回転式成形方法について記載している。そして、遠心力成形では、円筒状型が高速回転するため強化用繊維が大体円周方向に並んでしまい、成形された管の母線方向の強度が出ないが、この方法によると、低速回転のため強化用短繊維をアトランダムの方向に向けて合成樹脂液中に混在できるので、従来の遠心力成形品に比べて極めて高い強度が得られるとしている。

米国特許第３１１２５３０号明細書 特開昭５７−１６３５２９号公報 特公昭４５−２３４２８号公報 特公昭５９−１４３２７号公報 ＦＲＰ構造設計便覧、強化プラスチック協会、平成６年９月３０日、第３２２頁及び第３６１頁

通常一般的に用いられている非特許文献１記載の外巻き法で製造した円筒状成形物は、その外表面が繊維形状若しくは巻き形状のまま出来上がるので、凹凸のある製品となり、外径寸法にばらつきがある。また、繊維束又は繊維シートを少量づつ巻き重ねながら成形するため製造に時間を要する、長い成形物を製造する場合は完成後に円筒状芯型が抜き取り難くなる、未硬化の樹脂液の過多により樹脂液が垂れ落ちたり、製品端部の切り捨て部分が大きかったりして原材料のロスが大きい等の問題点がある。さらに、円筒状芯型の外周面上にて成形する作業であって、成形体から有機性ガスを周囲に放散するので、このガスを捕集する設備が大掛かりであると言う問題点もある。

上記外巻き法の問題点を解決するには、遠心力成形法を用いると効果があると予想される。特許文献１では、繊維強化材を用いて遠心力により成形するが、繊維強化材を製作する手段とそれを成形型の内面に付着させる手段が複雑である。すなわち、先ずマンドレル芯の外表面上にて繊維強化材の筒又は管を編み、マンドレル芯ごと遠心力成形型の内部へ挿入した後マンドレル芯のみを抜き取り、繊維強化材の筒又は管の編物を遠心力成形型の内面に配置する。そして、遠心力成形型の他にマンドレル芯を必要とする。これらにより、作業及び設備が複雑である。

特許文献２では、強化繊維布を用いて遠心力により成形するが、熱可塑性樹脂シートを用いるため、熱可塑性樹脂シートを加熱溶解する作業及び設備を必要とする。また、心金に巻回した強化繊維布と熱可塑性樹脂シートとの積層体を成形型内に挿入して、心金と鋳型を互いに逆回転するが、比較的口径が小さくて長い円筒状成形物を製造する場合に、小さい内径の成形型内にこれらの部品を挿入して、逆回転させる機構を設けるのは難しいと思われる。

特許文献３では、未硬化の熱硬化性樹脂液を用いて遠心力成形するが、熱硬化性樹脂液とともに長繊維を所要長さに切断しながら成形型内に供給して繊維材強化する。そして、成形型内へガラスロービング切断繊維を散布する管と２種類の樹脂液を供給する管を必要とし、これらの管を比較的口径が小さくて長い成形型内へ装入するのは難しいと思われる。また、長繊維のガラスロービングを切断しながら圧縮空気で送給する等の付帯設備が必要になってくる。また、特許文献４に記載のように、成形時の高速回転により繊維材が大体円周方向に並ぶので、成形物の長さ方向強度の出ないことが心配される。

特許文献４では、遠心力成形法ではなく低速回転成形法であって、硝子繊維製短繊維と熱硬化性樹脂組成物を円筒状型の内面に落下又は吐出させ、外周に凹凸面のある複数のローラで樹脂と繊維の混合体を押圧及び押圧解除を繰り返して成形するが、複数のローラその他を有する大きな装備を成形型の内側へ挿入するため、直径が大きい成形物にしか適用できない。

本発明は、上述の各問題点をなくし、外径寸法の仕上がり精度がよく、円筒状芯型を必要とせず、その結果手間のかかる芯型抜き取り作業がなく、原材料のロスがなく、有機性ガスの捕集設備が大規模にならず、しかも繊維が円周方向に並ぶ傾向のない緻密質のＦＲＰ製円筒状成形物、及び、複雑な作業や設備を必要とせずに、長い成形物にも適用できる遠心力成形方法を提供するものである。

本発明を図面に基づいて説明する。図１は本発明によるＦＲＰ製円筒状成形物実施例の回転軸に直角方向の断面図、図２は同じく回転軸方向の断面図であり、長さ方向は平行鎖線により部分的に省略して示す。図３は図１の回転軸に直角方向断面の部分拡大図、図４は図２の回転軸方向断面の部分拡大図である。図３及び図４において、強化用繊維シートのクロスの断面は波線と黒丸の組合せ図形、強化用繊維シートのマットの断面は波線のみの図形により便宜的に示す。

図５は本発明による強化用繊維シートを中空丸棒状に巻いて成形型の内部へ装入したときの状態を示す回転軸に直角方向の断面図である。図６は本発明による強化用繊維シートを中空丸棒状に巻いて成形型の内部へ装入したときの他の状態を示す回転軸に直角方向の断面図である。これらの図において、強化用繊維シートの断面は渦線により示す。図７は本発明による実施例装置の正面図、図８は図７の注入管支持部分の拡大正面図、図９は同じく回転軸に直角方向の拡大断面図である。

図１０は本発明による他の実施例装置の正面図である。図１１は図１０の注入管と支持管部分を拡大した回転軸に直角方向の断面図である。図１２は同じく回転軸方向の断面図であり、長さ方向は平行鎖線により部分的に省略して示す。図１３は本発明によるさらに他の実施例過程を示す正面図であり、成形型の部分は断面にて示す。図１４は図１３の成形型部分の回転軸に直角方向の拡大断面図である。なお、本発明はこれら図１乃至図１４の実施例図に限るものではなく、本発明要件を満たすものであれば、他の実施態様であっても同様効果がある。

本発明の第１発明は、熱硬化性樹脂の基地中に円筒面に沿って強化用繊維シートを含有し、未硬化の熱硬化性樹脂液を用いて遠心力により成形されてなるＦＲＰ製円筒状成形物である。

第１発明において、熱硬化性樹脂は、液状の樹脂原料に硬化剤、硬化促進剤等を任意に添加調合し、所定時間経過して硬化するＦＲＰ製品の成形に一般的に用いられている熱硬化性樹脂である。強化用繊維シートは、ガラス繊維その他ＦＲＰ製品に一般的に用いられている繊維材料をあらかじめシート状に加工したもので、長繊維を織ってクロス（布）に加工したもの、或いは短繊維を織らずにマット（不織布）に加工したものを総称する。

図１及び図２のように、第１発明のＦＲＰ製円筒状成形物１は、遠心力により成形されたもので、未硬化の熱硬化性樹脂液が強化用繊維シートの部分にまで浸透して、外周面側が熱硬化性樹脂の基地中に強化用繊維シートを円筒面に沿って含んだ繊維強化層１２にてなり、最内周面側が強化用繊維シートを含まない熱硬化性樹脂層１３にてなる複合構造をしている。そして、繊維強化層１２により強さを、熱硬化性樹脂層１３によりその樹脂本来の耐食性等を発揮する。

繊維強化層１２は、用いる強化用繊維シートの種類と数を適宜選定して任意強さにできる。熱硬化性樹脂層１３は、遠心力成形の特徴として形成される層であって、用いる熱硬化性樹脂材料を適宜選定して任意材質にできる。これら繊維強化層１２の強さと熱硬化性樹脂層１３の材質を組み合わせることにより、種々の用途に供用できる複合構造のＦＲＰ製円筒状成形物１が得られる。また、成形作業時に発生する有機性ガスは、前記従来の外巻き法のように周囲に放散せず、成形型内部に閉じ込められるので、これを成形型端部から吸引捕集することにより、小規模設備で作業環境が浄化できる。

第２発明はクロスとマットの両方の強化用繊維シートを含有してなる第１発明のＦＲＰ製円筒状成形物である。

すなわち、図１及び図２の繊維強化層１２の部分にクロスとマットの両方の強化用繊維シートを含んだＦＲＰ製円筒状成形物である。断面をさらに部分拡大し、クロスとマットを交互に重ね合せた例を図３及び図４に示す。これらの図において、クロス２１は波線と黒丸の組合せ図形、マット２２は波線のみの図形により便宜的に示す。内周面１４側の部分は強化用繊維シートを含まない熱硬化性樹脂層１３である。

通常、クロスは長繊維を束ねて平織りしてあるので、長繊維方向の強さが最も向上する。マットは短繊維を無方向に配置してあるので、均等に各方向の強さを向上する。これら両方の強化用繊維シートを併用することにより、ＦＲＰ製円筒状成形物のクロスの繊維方向のみに偏らず、他の方向の強さも向上できる。また、マットがクロスとクロスの間に挟まれることにより、マットがクロス織り目の凹部に入り込んでクロスとクロスの繋ぎ役をして、層間剥離を防止する効果もある。

第３発明は、強化用繊維シートを中空丸棒状に巻いて成形型の内部へ装入後、成形型を回転して遠心力により強化用繊維シートを成形型の内面へ付着させた後、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入して遠心力により成形するＦＲＰ製円筒状成形物の製造方法である。

図５のように、強化用繊維シート２を中空丸棒状に巻いて成形型３の内部へ装入すると、当初は巻かれた状態の強化用繊維シート２と成形型３の内面との間に大きな隙間ができている。しかし、成形型３の例えば矢印Ｔ方向への回転と遠心力により、巻かれた状態の強化用繊維シート２は自動的に巻き解されて成形型３の内面へ付着するようになる。付着させた後は、任意の手段により未硬化の熱硬化性樹脂液を注入して遠心力により成形する。

上記方法により、成形型３の内面に強化用繊維シートを付着させると、ＦＲＰ製円筒状成形物の全周及び全長に繊維材を均等に分布させることができる。注入された未硬化の熱硬化性樹脂液は、遠心力により強化用繊維シートの部分にまで浸透して濡らし、熱硬化性樹脂の基地中に強化用繊維が混在した形態になる。そして、介在しやすい空気や発生したガスの気泡は遠心力分離作用により成形物の内周面側へ移動の後排除されやすくなる。また、強化用繊維は予めシート状に加工されているので、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入しても、成形型の回転により繊維材が円周方向に並ぶという不具合がなくなる。こうして完成したＦＲＰ製円筒状成形物は、図１及び図２のように、その外周面側は熱硬化性樹脂の基地中に強化用繊維シートが混在した繊維強化層１２にてなり、最内周面側は熱硬化性樹脂層１３にてなる複合構造となる。

前記の各特許文献では強化用繊維を樹脂中に含ませるための装置を夫々用いている。本第３発明の方法は、このような装置を特に必要とせず、中空丸棒状に巻いた強化用繊維シート２を成形型３の内部へ装入して回転するだけで、成形型３内面へ自然に付着させ、熱硬化性樹脂中に含ませることができる。成形型３内面に強化用繊維シート２を半径方向に重ねる数は、最初に強化用繊維シートの素材を裁断するときの寸法により決める。強化用繊維シート２を中空丸棒状に巻くのは、例えば丸棒状のものを芯にして手巻き作業で行なえるので、特別な装置を必要としない。

また、強化用繊維シート２は単一種類のシートだけではなく、異種類のシートを重ね合せて巻くことにより、異種類のシートが混在するＦＲＰ製円筒状成形物となる。重ね合わせは、強化用繊維シートを成形型３へ装入したときの外周側になる図６のシート２３を下に置き、その上に内周側になる図６のシート２５を置く。このとき、外周側シート巻き終り端２４を内周側シート巻き終り端２６よりも突出するように置いて巻き始めるのが好ましく、巻き始め端部分及び巻き終り端部分の重なり段差を目立たなくできる。

第４発明は、成形型内部の回転軸線方向に非回転の案内梁を挿通して設け、案内梁には成形型の回転軸線方向へ移動自在の支持枠を掛け、支持枠により注入管を回転軸線方向へ移動自在に支持し、注入管から未硬化の熱硬化性樹脂液を注入する第３発明のＦＲＰ製円筒状成形物の製造方法である。

すなわち、図７乃至図９の実施例装置のように、成形型３内部の回転軸線方向に非回転の案内梁４３を挿通して設け、案内梁４３には成形型３の回転軸線方向へ移動自在の支持枠４６を掛け、支持枠４６により未硬化の熱硬化性樹脂液注入管４を成形型３内部の回転軸線方向へ移動自在に支持して注入する第３発明の製造方法である。図７において、成形型３の内面に付着させた強化用繊維シートは、相対的に薄い層になり不明瞭なため割愛した。また、支持枠４６も相対的に小さいので図７においては割愛した。

図７の実施例装置において、成形型３はユニバーサルジョイント６１を介してモータ６に連結されており、モータ６の駆動により回転する。成形型３の支承ローラ６２は、成形型３のローラ当接部３１の外周を三点支承（図示せず）しており、成形型３の回転に従動する。短くて軽量の成形型の場合は、駆動側（モータ６側）の支承ローラを省いてもよい。

非回転の案内梁４３の先端側４４は、成形型３の駆動側端部３２の軸心部に設けた軸受３４により支持され、成形型３の回転に対して自由になっており、回転しない。案内梁４３の他端側４５は、取付け台４７に着脱可能に固定されている。案内梁４３が長くて撓むような場合は、案内梁４３に張力を加える等により撓みを軽減する。案内梁４３の断面は、本実施例では矩形であるが、その機能を果たすものであれば、他の断面形状でもよい。

未硬化の熱硬化性樹脂液は注入管４の先端４１の開口から成形型３内へ注入する。注入管４の他端４２は樹脂タンク４８に接続してある。樹脂タンク４８には未硬化の熱硬化性樹脂液が入れてあり、圧縮空気により樹脂タンク４８内を加圧して、樹脂液を注入管４へ送る。

案内梁４３には回転軸線方向へ移動自在の支持枠４６を掛け、支持枠４６にて注入管４を回転軸線方向に所定間隔で支持する。成形型３内への未硬化の熱硬化性樹脂液注入は、注入管４を案内梁４３に沿って回転軸線方向へ移動しながら行なう。注入管４の移動は、注入管４の他端側４２を接続した樹脂タンク４８を載置してある台車４９を回転軸線方向へ移動して行なう。

第４発明においては、成形型３の内部に非回転の案内梁４３を挿通して設けているので、注入管が撓んで不具合が生じるような長い円筒状成形物を製造する場合に適している。また、図７では示していないが、成形型３の駆動側端部３２に、成形型３内へ外部から空気が入るように流通構造を設け、注入管４の挿入側端部３３の外側に吸引装置を配置すると、成形時に発生する有機性ガスを捕集できるので、作業環境の浄化に効果がある。

第５発明は、支持管の内部を移動自在に貫通する注入管の先端を支持管の先端よりさらに突出するように伸ばして成形型の内部へ挿入し、注入管から未硬化の熱硬化性樹脂液を注入する第３発明のＦＲＰ製円筒状成形物の製造方法である。

すなわち、図１０乃至図１２の実施例装置のように、支持管５４の内部を貫通する注入管５の先端５１が支持管５４の先端５５よりさらに突出するように伸ばして成形型３の内部へ挿入し、注入管５の先端５１から未硬化の熱硬化性樹脂液を注入する。

図１０において、未硬化の熱硬化性樹脂液の注入に関連する部品以外の成形型３、モータ６、支承ローラ６２、その他付帯部品は前記第４発明の実施例装置と同じ構成であり、同じ符号で示す。図１０においても、成形型３の内面に付着させた強化用繊維シートは、相対的に薄い層になり不明瞭なため割愛した。

支持管５４は、注入管５を支持するためのもので、容易に撓まない材料を用い、その外側端部５６は取付台５７に強固に固定してある。取付台５７は、支持管の先端５５の成形型３内部への挿入と取出しができるよう、成形型３の回転軸線方向に往復移動できる。

注入管５は単独でも支持管５４の内部を自由に往復移動できる。注入管５の先端５１部の往復異動は、注入管５の単独移動と、注入管５と支持管５４と取付台５６とからなる注入部全体の移動とにより行なう。未硬化の熱硬化性樹脂液の供給は、矢印Ｒの方向に、注入管５の外側端５２より行なう。外側端５２は樹脂送給管（図示せず）と接続し、樹脂送給管の他端側は樹脂タンク（図示せず）に接続する。樹脂タンクには未硬化の熱硬化性樹脂液が入れてあり、圧縮空気により樹脂タンク内を加圧して、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入管５へ送る。

図１１及び図１２において、注入管５と支持管５４との間に注入管５へ固定したライナ５３を設け、注入管５と支持管５４との間の遊びを調節する。ライナ５３を固定した注入管５は支持管５４の内部から抜き取ることができる。

第５発明においては、注入管５が支持管５４内部を貫通する構造をしているので、回転軸方向に直角の断面形状が小さく、成形型３の内部空間に余裕ができる。また、支持管５４が注入管５を支持しているので、注入管５の先端５１の下方への撓みが軽減される。このため、比較的口径の小さいＦＲＰ製円筒状成形物を製造する場合にも適している。さらに図１０の実施例装置では、注入管５及び支持管５４の成形型３への挿入が端部３３側からのみである。しかし、成形型をベルトにより回転させる方式（前記特許文献１参照）、或いは支承ローラにより回転させる方式（前記特許文献３参照）等にすると、成形型の両端部から注入管及び支持管を挿入できるようになるので、特に長いＦＲＰ製円筒状成形物の製造に適するようになる。

第６発明は、強化用繊維シートを成形型の内面に付着させた後、成形型の回転を停止して未硬化の熱硬化性樹脂液を注入し、熱硬化性樹脂液を成形型内に溜めた後回転して遠心力により成形する第３発明のＦＲＰ製円筒状成形物の製造方法である。

すなわち、前記第３発明乃至第５発明と同様にして、強化用繊維シートを成形型の内面に付着させた後、成形型の回転を一旦停止する。そして、図１３及び図１４のように、停止状態の時に未硬化の熱硬化性樹脂液１５を注入して、成形型３内の底部の全長に亘って溜める。その後再び回転して、熱硬化性樹脂液を遠心力により全周に分布させて成形する。

図１３及び図１４において、成形型３、モータ６、支承ローラ６２、その他付帯部品は前記第４発明及び第５発明の実施例装置と同じ構成である。停止状態時の未硬化熱硬化性樹脂液の注入は、例えば前記第５発明実施例装置（図１０乃至図１２）の注入管５のみを伸ばして成形型３内へ挿入し、回転軸方向へ移動させながら行なう。注入完了後は、注入管を直ちに成形型３内から抜き取る。図１３においても、成形型３の内面に付着させた強化用繊維シートは、相対的に薄い層になり不明瞭なため割愛した。

第６発明においては、成形型３が停止しているので、注入管の先端が撓んで成形型３内面に付着した強化用繊維シート２７と接触しても支障がなく、安心できる。また、成形型３を回転させながら熱硬化性樹脂液を注入するのではなく、注入が完了してから回転させるので、作業が簡素化して安定する。

第７発明は、中空丸棒状に巻いた強化用繊維シートの巻き方向を回転により外周側から開いて成形型の内面に展開する方向にして、強化用繊維シートを成形型内へ装入する第３発明乃至第６発明のいずれかのＦＲＰ製円筒状成形物の製造方法である。

図５又は図６において、成形型３が矢印Ｔ方向へ回転する場合、この回転方向に対して、中空丸棒状に巻いた強化用繊維シート２、又は２３と２５の巻き方向を同図のようにして装入する。こうすることにより、強化用繊維シート２、又は２３と２５は回転により外周側から開いて成形型３の内面に展開し、成形型の内面へ強く付着し易くなる。

本発明により、前記発明が解決しようとする課題で述べた問題点が夫々解決される。そして、本発明のＦＲＰ製円筒状成形物は、外径寸法の仕上がり精度がよく、空気や発生したガスの気泡介在が少なく緻密質で、外周側が強さを確保した繊維強化層で最内周側が耐食性等を有する熱硬化性樹脂層からなる複合構造になる。これら繊維強化層の強さと熱硬化性樹脂層の材質を組み合わせると、種々の用途に供用できる複合構造のＦＲＰ製円筒状成形物が得られる。また、成形作業時に発生する有機性ガスを捕集しやすくなり、作業環境が浄化しやすくなる。

さらに、本発明のＦＲＰ製円筒状成形物の製造方法によると、強化用繊維シートを中空丸棒状に巻いて成形型の内部へ装入するだけで、成形型の回転と遠心力により、強化用繊維シートを自動的に巻き解して成形型の内面へ付着させることができる。そして、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入することにより、繊維強化層が形成されるので、複雑な作業や設備を必要としない。また、本発明の熱硬化性樹脂液注入方法により、比較的口径が小さくて長いＦＲＰ製円筒状成形物の製造にも適している。

図７乃至図９に示す実施例装置を用い、外径１０ｃｍ×長さ３ｍのＦＲＰ製円筒状成形物を試作した。まず、図６の外周側の強化用繊維シート２３に相当する幅９５ｃｍ×長さ３ｍに裁断した市販の強化用ガラス繊維クロス（ロービングクロス）の上に、内周側の強化用繊維シート２５に相当する幅９５ｃｍ×長さ３ｍに裁断した市販の強化用ガラス繊維マット（チョップストランドマット）を置き、ガラス繊維クロスの巻き端２４がガラス繊維マットの巻き端２６よりも３ｃｍ突出するように重ね合わせた。次に、内周側になる他端から幅方向に巻き始めて長さ３ｍの中空丸棒状にした。

このように巻いた繊維シート２３と２５は、予め内面に市販の離型剤（ワックス）を塗布した成形型３の中へ、図６のように、矢印Ｔ方向の回転により外周側から開いて成形型３の内面に展開する方向になるようにして装入した。次に、回転数１０５０ｒｐｍで成形型３を回転して、強化用ガラス繊維シートを成形型３の内面に付着させ、成形型３の内面上に強化用ガラス繊維シートのクロスとマットを交互に６重に重ねて付着させた。

成形型３の回転を一旦停止した後、注入管４を掛けた案内梁４３を成形型３の内部へ挿通した。案内梁４３は、先端側４４を成形型の駆動側端部３２の軸芯部に設けた軸受３４に支持させ、他端側４５を取付け台４７に固定した。

一方、市販の熱硬化性樹脂原料液（ビニールエステル系樹脂）５．０ｋｇに、市販の硬化剤２％、硬化促進剤０．４％等を添加して樹脂タンク４８へ入れた。圧縮空気により樹脂タンク４８内を加圧して、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入管４へ送り、注入管の先端４１から成形型３内へ注入できるようにした。

その後、成形型３を回転数９５０ｒｐｍで回転して、注入管の先端４１を成形型駆動側端部３２近くの位置から注入管挿入側端部３３側へ向けて移動させながら、未硬化の熱硬化性樹脂液を成形型３の内部へ注入した。注入完了後は、未硬化の熱硬化性樹脂液が硬化するまでの６０分間回転を維持した。一方、注入管４は注入完了後直ちに成形型３の内部から引き出し、樹脂タンク４８と注入管４からなる未硬化の熱硬化性樹脂液流通経路を溶剤（アセトン）により洗滌した。

得られた外径１０ｃｍ×長さ３ｍのＦＲＰ製円筒状成形物は、外周面まで熱硬化性樹脂が十分に浸透し、外周面及び内周面ともに滑らかであった。外周側からの肉眼観察により、熱硬化性樹脂中に強化用ガラス繊維クロス（ロービングクロス）の存在している様子が分った。肉厚は全長にわたって均等に約５ｍｍであった。そして、外周側から約３．７ｍｍまでは熱硬化性樹脂の基地中にガラス繊維が混在する強化層にてなり、さらにその内周側は熱硬化性樹脂層にてなる複合構造になっていた。また、支障となるようなガス等による大きな気泡はみられず、緻密質に成形されていることが分った。

図１０乃至図１２に示す実施例装置を用い、外径１１ｃｍ×長さ３ｍの黒色ＦＲＰ製円筒状成形物を試作した。図６の外周側シート２３相当の幅１００ｃｍ×長さ３ｍに裁断したガラス繊維クロスの上に、同じ寸法に裁断した内周側シート２５相当のガラス繊維マットを置き、ガラス繊維クロスの巻き端２４がガラス繊維マットの巻き端２６よりも３ｃｍ突出するように重ね合わせた。次に、内周側になる他端から幅方向に巻き始めて長さ３ｍの中空丸棒状にした。この中空丸棒状巻いたシートの表面には、さらに表面被覆用の幅４０ｃｍ×長さ３ｍに裁断した市販のサーフェイスマット（ガラス繊維フィラメントマット）を同じ方向に巻いた。

このように巻いたガラス繊維シート２３と２５は、予め内面に離型剤を塗布した成形型３の中へ、実施例１と同様に、図６にて示す方向になるように装入した。次に、成形型３を回転数１１００ｒｐｍで回転して、ガラス繊維シートを成形型３の内面に付着させた後、回転を一旦停止した。こうして、成形型３の内面上にガラス繊維シートのクロスとマットを交互に６重に重ねて付着させた。その後、注入管の先端５１が成形型駆動側端部３２近くの位置になるよう、注入管５と支持管５４と取付台５７とからなる注入部全体を移動させるとともに、注入管５を単独で移動させて、成形型３の内部へ挿入した。

一方、熱硬化性樹脂原料液４．９ｋｇに、硬化剤２％、硬化促進剤０．５％、黒色着色剤３％等を添加して樹脂タンク（図示せず）へ入れた。圧縮空気により樹脂タンク（図示せず）内を加圧して、未硬化の熱硬化性樹脂液を樹脂送給管（図示せず）を経由して注入管５へ送り、注入管の先端５１から成形型３内へ注入できるようにした。

その後、成形型３を回転数１１００ｒｐｍで回転して、注入管の先端５１を成形型駆動側端部３２近くの位置から注入管挿入側端部３３側へ向けて移動させながら、未硬化の熱硬化性樹脂液を成形型３の内部へ注入した。注入完了後は、未硬化の熱硬化性樹脂液が硬化するまでの６０分間回転を維持した。一方、注入管５は注入完了後直ちに成形型３の内部から引き出し、樹脂タンク（図示せず）、樹脂送給管（図示せず）、注入管５からなる未硬化の熱硬化性樹脂液流通経路を溶剤により洗滌した。

得られた外径１１ｃｍ×長さ３ｍの黒色ＦＲＰ製円筒状成形物は外周面及び内周面ともに滑らかで良好であった。肉厚は全長にわたって均等に約５ｍｍであり、外周側から約４ｍｍまでは黒色の熱硬化性樹脂の基地中にガラス繊維が混在する強化層にてなり、さらにその内周側は黒色の熱硬化性樹脂層にてなる複合構造になっていた。

図１３及び図１４に示す実施例の方法で、外径１１ｃｍ×長さ６ｍのＦＲＰ製円筒状成形物を試作した。この実施例においては、長さが異なる点を除いて成形型３とその回転駆動系は実施例１及び実施例２で用いた装置と同じ構成である。図６の外周側シート２３相当の幅１００ｃｍ×長さ６ｍに裁断したガラス繊維クロスの上に、同じ寸法に裁断した内周側シート２５相当のガラス繊維マットを置き、ガラス繊維クロスの巻き端２４がガラス繊維マットの巻き端２６よりも３ｃｍ突出するように重ね合わせた。次に、内周側になる他端から幅方向に巻き始めて長さ６ｍの中空丸棒状にした。この中空丸棒状巻いたシートの表面には、さらに表面被覆用の幅４０ｃｍ×長さ６ｍに裁断したサーフェイスマットを同じ方向に巻いた。

このように巻いたガラス繊維シート２３と２５は、予め内面に離型剤を塗布した成形型３の中へ、実施例１及び実施例２と同様に、図６にて示す方向になるように装入した。次に、成形型３を回転数１１００ｒｐｍで回転して、ガラス繊維シートを成形型３の内面に付着させた後、回転を一旦停止した。こうして、成形型３の内面上にガラス繊維シートのクロスとマットを交互に６重に重ねて付着させた。

図１３及び図１４は、強化用繊維シート２７（図１４）を付着させた後、成形型３の回転を停止し、未硬化の熱硬化性樹脂液１５を注入して、成形型３内の底部全長に亘って溜めた状態を示す。熱硬化性樹脂液１５は、原料液１０ｋｇに硬化剤２％、硬化促進剤０．５％等を添加したものである。熱硬化性樹脂液１５の注入は、実施例２の注入管５（図１０乃至図１２）のみを伸ばして成形型３の内部へ挿入し、注入管の先端５１を駆動側端部３２近くの位置から挿入側端部３３近くの位置まで移動させながら行なった。

注入完了後、注入管５は直ちに成形型３の内部から抜き出し、樹脂タンク（図示せず）、樹脂送給管（図示せず）、注入管５からなる未硬化の熱硬化性樹脂液流通経路を溶剤により洗滌した。成形型３は、低速で回転して成形型３の内面に付着している強化用繊維シート２７の全表面を底部に溜った熱硬化性樹脂液１５により濡らした後、回転数１１００ｒｐｍで回転して、未硬化の熱硬化性樹脂液が硬化するまでの６０分間回転を維持した。

得られた外径１１ｃｍ×長さ６ｍのＦＲＰ製円筒状成形物は、実施例２と同様に、外周面及び内周面ともに滑らかで良好であった。肉厚は全長にわたって均等に約５ｍｍであり、外周側から約４ｍｍまでは熱硬化性樹脂の基地中にガラス繊維が混在する強化層にてなり、さらにその内周側は熱硬化性樹脂層にてなる複合構造になっていた。

このＦＲＰ製円筒状成形物から試験片を採取して強さ試験を行なった結果は、軸方向引張強さ１８４ＭＰａ、軸方向曲げ強さ２９５ＭＰａ、周方向引張強さ１７２ＭＰａであった。一方、従来のハンドレイアップ法とフィラメントワインディング法を併用して製作した内径１０ｃｍ、肉厚約５ｍｍのＦＲＰ製円筒状成形物は、軸方向引張強さ８０〜１２０ＭＰａ、軸方向曲げ強さ１００〜１５０ＭＰａ、周方向引張強さ２００〜２５０ＭＰａである。これらの比較により、本発明によるＦＲＰ製円筒状成形物は十分満足できる強さを有することが分かった。

ＦＲＰ製円筒状成形物実施例の回転軸直角方向断面図 ＦＲＰ製円筒状成形物実施例の回転軸方向の断面図 ＦＲＰ製円筒状成形物実施例の回転軸直角方向部分拡大断面図 ＦＲＰ製円筒状成形物実施例の回転軸方向部分拡大断面図 中空丸棒状に巻いた繊維シートを成形型内部へ装入した状態の回転軸直角方向断面図 中空丸棒状に巻いた繊維シートを成形型内部へ装入した他の状態の回転軸直角方向断面図 実施例装置の正面図 実施例装置の注入管支持部分の拡大正面図 実施例装置の注入管支持部分の回転軸直角方向拡大断面図 他の実施例装置の正面図 他の実施例装置の注入管と支持管部分の回転軸直角方向拡大断面図 他の実施例装置の注入管と支持管部分の回転軸方向拡大断面図 さらに他の実施例過程を示す正面図 さらに他の実施例過程を示す成形型部分の回転軸直角方向拡大断面図

符号の説明

１ ；ＦＲＰ製円筒状成形物 １１；外周面
１２；繊維強化層 １３；熱硬化性樹脂層
１４；内周面 １５；熱硬化性樹脂液
２ ；強化用繊維シート ２１；クロス
２２；マット ２３；外周側シート
２４；外周側シート巻き終り端 ２５；内周側シート
２６；内周側シート巻き終り端 ２７；強化用繊維シート
３ ；成形型 ３１；ローラ当接部
３２；駆動側端部 ３３；挿入側端部
３４；軸受
４ ；未硬化の熱硬化性樹脂液注入管 ４１；注入管の先端
４２；注入管の他端側 ４３；案内梁
４４；案内梁の先端側 ４５；案内梁の他端側
４６；支持枠 ４７；取付け台
４８；樹脂タンク ４９；台車
５ ；注入管 ５１；注入管の先端
５２；注入管の外側端 ５３；ライナ
５４；支持管 ５５；支持管の先端
５６；支持管の外側端部 ５７；取付台
６ ；モータ ６１；ユニバーサルジョイント
６２；支承ローラ
矢印Ｒ；熱硬化性樹脂液の供給方向 矢印Ｔ；成形型の回転方向

Claims (7)

1. 熱硬化性樹脂の基地中に円筒面に沿って強化用繊維シートを含有し、未硬化の熱硬化性樹脂液を用いて遠心力により成形されてなる繊維強化樹脂製円筒状成形物。
2. クロスとマットの両方の強化用繊維シートを含有してなる請求項１に記載の繊維強化樹脂製円筒状成形物。
3. 強化用繊維シートを中空丸棒状に巻いて成形型の内部へ装入後、成形型を回転して遠心力により強化用繊維シートを成形型の内面へ付着させた後、未硬化の熱硬化性樹脂液を注入して遠心力により成形する繊維強化樹脂製円筒状成形物の製造方法。
4. 成形型内部の回転軸線方向に非回転の案内梁を挿通して設け、案内梁には成形型の回転軸線方向へ移動自在の支持枠を掛け、支持枠により注入管を回転軸線方向へ移動自在に支持し、注入管から未硬化の熱硬化性樹脂液を注入する請求項３記載の繊維強化樹脂製円筒状成形物の製造方法。
5. 支持管の内部を移動自在に貫通する注入管の先端を支持管の先端よりさらに突出するように伸ばして成形型の内部へ挿入し、注入管から未硬化の熱硬化性樹脂液を注入する請求項３記載の繊維強化樹脂製円筒状成形物の製造方法。
6. 強化用繊維シートを成形型の内面に付着させた後、成形型の回転を停止して未硬化の熱硬化性樹脂液を注入し、熱硬化性樹脂液を成形型内に溜めた後回転して遠心力により成形する請求項３記載の繊維強化樹脂製円筒状成形物の製造方法。
7. 中空丸棒状に巻いた強化用繊維シートの巻き方向を回転により外周側から開いて成形型の内面に展開する方向にして、強化用繊維シートを成形型内へ装入する請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の繊維強化樹脂製円筒状成形物の製造方法。

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