JP2006056180A

JP2006056180A - Mandrel for molding tubular resin molding

Info

Publication number: JP2006056180A
Application number: JP2004241970A
Authority: JP
Inventors: Teruo Takahashi; 照夫高橋; Tadaharu Kikuchi; 忠治菊池
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-03-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate removing core, in molding a resin molding using a mandrel. <P>SOLUTION: In the mandrel 1 wherein a sheet like resin material 10 to be subjected to a heat curing treatment is wound and mounted on the outer periphery of the mandrel to be subjected to the heat curing treatment, and the cured tubular resin molding 11 is removed, at least the outer peripheral part 2a of the mandrel for mounting is consisted of a metal material having a linear expansion coefficient of 15×10<SP>-6</SP>/K or more. Aluminum or an aluminum alloy is suitable as the metal material. The sheet like resin material is enlarged in diameter as the mandrel is heated and expanded, and is heated and cured as it is to be a resin molding. The mandrel returns to its original size when the heating is completed to form a small space between the mandrel and the resin molding, facilitating the removal of the resin molding from the core. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、複合材料等の成形に用いられる筒状樹脂成形体成形用マンドレルに関するものである。 The present invention relates to a cylindrical resin molded body molding mandrel used for molding composite materials and the like.

従来、Ｃ−ＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）などの筒状樹脂成形体を成形する方法として、シート状樹脂材をマンドレルに巻き付けて加熱硬化させる方法が知られている。この成形方法に用いられるマンドレルには、鉄製金型または樹脂製型が用いられている。
このマンドレルを用いた樹脂成形体の成形方法の一例を添付図を用いて説明する。 Conventionally, as a method for forming a cylindrical resin molded body such as C-FRP (carbon fiber reinforced resin), a method in which a sheet-shaped resin material is wound around a mandrel and heat-cured is known. For the mandrel used in this molding method, an iron mold or a resin mold is used.
An example of a method for molding a resin molded body using the mandrel will be described with reference to the accompanying drawings.

マンドレル１は、胴部２と軸部３とを有しており、サポート４に前記軸部３を載せた状態で回転ができる構造となっている。Ｃ−ＦＲＰの成形は、先ず、このマンドレル１を回転させながら、樹脂を含浸させた繊維の糸束、帯またはシートなどのシート状繊維含有樹脂材を巻き付ける。その後、熱硬化させ、成形されたＣ−ＦＲＰ成形体からマンドレル１を脱芯する。 The mandrel 1 has a body portion 2 and a shaft portion 3, and has a structure that can rotate while the shaft portion 3 is placed on a support 4. For forming C-FRP, first, a sheet-like fiber-containing resin material such as a fiber bundle impregnated with resin, a band, or a sheet is wound while rotating the mandrel 1. Thereafter, the mandrel 1 is removed from the molded C-FRP molded body by thermosetting.

しかし、従来のマンドレルでは、シート状繊維含有樹脂材を巻きつけ、加熱硬化させた後、マンドレルから引き抜く際（脱芯）に、大きな荷重が必要であったり、場合によっては若干のテーパをマンドレルに施す必要があるという欠点があった。さらに、マンドレルが鉄製である場合、マンドレルが重く、取り扱いに難点があった。 However, with a conventional mandrel, a sheet-like fiber-containing resin material is wrapped, heated and cured, and then a large load is required when pulling out from the mandrel (decentering). There was a drawback that it was necessary to apply. Furthermore, when the mandrel is made of iron, the mandrel is heavy and has a difficulty in handling.

この発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたものであり、第１に脱芯が容易なマンドレルを提供することを目的とする。さらに、第２には軽量化による取り扱い性の向上を目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and firstly an object thereof is to provide a mandrel that can be easily decentered. Furthermore, the second purpose is to improve handling by reducing the weight.

すなわち本発明の筒状樹脂成形体成形用マンドレルのうち請求項１記載の発明は、加熱硬化処理に供するシート状樹脂材を外周に周回装着して加熱硬化処理後に、硬化した筒状の樹脂成形体を抜き取るマンドレルであって、該マンドレルの少なくとも装着用外周部が、線膨張率で１５×１０^−６／Ｋ以上の金属材料で構成されていることを特徴とする。 That is, the invention according to claim 1 of the cylindrical mandrel molding mandrel of the present invention is a cylindrical resin molding that is cured after the heat curing treatment by mounting the sheet-shaped resin material to be subjected to the heat curing treatment around the outer periphery. A mandrel for extracting a body, wherein at least an outer periphery for mounting of the mandrel is made of a metal material having a linear expansion coefficient of 15 × 10 ⁻⁶ / K or more.

請求項２記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項１記載の発明において、前記金属材料が銅または銅合金であることを特徴とする。 The invention of a cylindrical resin molded body molding mandrel described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the metal material is copper or a copper alloy.

請求項３記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項１記載の発明において、前記マンドレルの少なくとも装着用外周部が、軽金属の金属材料で構成されていることを特徴とする。 The invention of a cylindrical resin molded body mandrel according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1, at least an outer periphery for mounting of the mandrel is made of a light metal material.

請求項４記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項３記載の発明において、前記軽金属の金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention of the mandrel for forming a cylindrical resin molded body according to the third aspect of the invention, the metal material of the light metal is aluminum or an aluminum alloy.

請求項５記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記シート状樹脂材が強化用繊維を含むものであることを特徴とする。 The invention of a cylindrical resin molded body mandrel according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to any of claims 1 to 4, the sheet-like resin material contains reinforcing fibers.

すなわち本発明によれば、少なくともマンドレルの装着用外周部が線膨張率の大きな金属材料で構成されているので、シート状樹脂材を周回装着して所定の時間と温度で加熱硬化させる際に、マンドレルの少なくとも外周部が熱により膨張し、それに追随した形でシート状樹脂材も径方向に膨張する。その後、熱硬化処理が終了し、降温すると、マンドレルの少なくとも装着用外周部は熱収縮によって元の寸法に戻る。一方、シート状樹脂材は、上記加熱硬化処理によって熱硬化するとともに、マンドレルの膨張によって膨張した寸法がほぼ維持される。すると筒状樹脂成形体とマンドレルとは、径方向に若干の隙間を有することになり、筒状樹脂成形体をマンドレルから引き抜く脱芯が容易になる。なお、該樹脂成形体は、筒状の形態を有するものであるが、ここで筒状とは、三角筒状、四角筒状、多角形筒状、円筒状、楕円筒状などの全てを含むものであり、特定の形状の筒形状に限定されるものではない。 That is, according to the present invention, since at least the outer periphery for mounting the mandrel is made of a metal material having a large linear expansion coefficient, when the sheet-shaped resin material is mounted around and heat-cured at a predetermined time and temperature, At least the outer peripheral portion of the mandrel expands due to heat, and the sheet-like resin material expands in the radial direction following the expansion. Thereafter, when the thermosetting process is completed and the temperature is lowered, at least the outer peripheral portion of the mandrel is returned to its original size by thermal contraction. On the other hand, the sheet-like resin material is thermally cured by the above-described heat-curing treatment, and the dimension expanded by the expansion of the mandrel is substantially maintained. Then, the cylindrical resin molded body and the mandrel have a slight gap in the radial direction, and it becomes easy to remove the cylindrical resin molded body from the mandrel. In addition, although this resin molding has a cylindrical form, a cylindrical form includes all, such as a triangular cylinder shape, a square cylinder shape, a polygonal cylinder shape, a cylindrical shape, and an elliptic cylinder shape here. However, the present invention is not limited to a specific cylindrical shape.

上記金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などが例示される。ここで、線膨張率の下限を１５×１０^−６／Ｋとしたのは、１５×１０^−６／Ｋ未満の線膨張率では、成形後に、成形体とマンドレルとの間に、脱芯が容易になる程の隙間を形成することが困難なためである。なお、上記金属材料の種別は例示であり、本発明としては上記に限定されるものではない。なお、線膨張率は、温度２０℃における数値を示すものである。 Examples of the metal material include aluminum, aluminum alloy, copper, and copper alloy. Here, the lower limit of the linear expansion coefficient is set to 15 × 10 ⁻⁶ / K because, when the linear expansion coefficient is less than 15 × 10 ⁻⁶ / K, there is no decentering between the molded body and the mandrel after molding. This is because it is difficult to form a gap as easily as possible. The types of the metal materials are examples, and the present invention is not limited to the above. The linear expansion coefficient indicates a numerical value at a temperature of 20 ° C.

また、さらに、上記金属材料を軽金属で構成すれば、マンドレルの軽量化がなされ、取り扱いが容易になる。該金属としては、上記線膨張率の条件も満たすものとして、アルミニウムまたはアルミニウム合金を例示することができる。 Furthermore, if the metal material is made of a light metal, the mandrel can be reduced in weight and handled easily. As the metal, aluminum or an aluminum alloy can be exemplified as the metal satisfying the condition of the linear expansion coefficient.

なお、上記線膨張率の条件や軽金属とされる金属材料は、少なくともシート状樹脂材が装着される外周部を構成するものであればよいが、マンドレル全体を該金属材料で構成するものであってもよい。また、マンドレルの胴部のみを上記金属材料で構成し、軸部を他の材料で構成することもできる。
また、シート状樹脂材は、糸束、帯、シートなどの形態を含むものである。また、該樹脂材を構成する樹脂の材料も熱硬化するものであればよく、本発明としては特定のものに限定されない。さらに、シート状樹脂材は、強化用繊維を含むものであってもよい。この場合、繊維をシート状にして、これに樹脂を含浸させることでシート状樹脂材とするものであってもよい。なお、繊維を含むシート状樹脂材は、樹脂に繊維を含浸させたものや、樹脂材と繊維材を積層し、加熱硬化時に繊維を樹脂材に含浸させるものでもよく、特定の成形方法に限定されない。要は、加熱硬化処理の結果としてシート状樹脂材に繊維が含まれるに至っているものであればよい。また、マンドレルの外周にシート状樹脂材を周回装着させる方法も特に限定されるものではなく、加熱硬化処理時にマンドレルの外周にシート状樹脂材が周回装着されている状態になっているものであればよい。 The linear expansion coefficient condition and the metal material used as a light metal may be any material as long as it constitutes at least the outer peripheral portion on which the sheet-like resin material is mounted, but the entire mandrel is composed of the metal material. May be. Moreover, only the trunk | drum of a mandrel can be comprised with the said metal material, and a axial part can also be comprised with another material.
The sheet-like resin material includes forms such as a yarn bundle, a band, and a sheet. Further, the resin material constituting the resin material may be any material that can be thermoset, and the present invention is not limited to a specific material. Furthermore, the sheet-like resin material may contain reinforcing fibers. In this case, the fiber may be formed into a sheet shape and impregnated with a resin to form a sheet-shaped resin material. In addition, the sheet-like resin material containing fibers may be a resin-impregnated fiber, a resin-fiber and fiber material laminated, and a resin material impregnated at the time of heat curing, and is limited to a specific molding method. Not. The point is that any fiber may be included in the sheet-like resin material as a result of the heat curing treatment. Further, there is no particular limitation on the method of circularly attaching the sheet-shaped resin material to the outer periphery of the mandrel, as long as the sheet-shaped resin material is circularly attached to the outer periphery of the mandrel during the heat curing process. That's fine.

以上のように、本発明によれば、加熱硬化処理に供するシート状樹脂材を外周に周回装着して加熱硬化処理後に、硬化した筒状の繊維強化樹脂成形体を引き抜くマンドレルであって、該マンドレルの少なくとも装着用外周部が、線膨張率で１５×１０^−６／Ｋ以上の金属材料で構成されているので、加熱硬化による成形後に、成形体を容易に脱芯することが可能になる。 As described above, according to the present invention, there is provided a mandrel for circularly attaching a sheet-shaped resin material to be subjected to a heat curing process to the outer periphery and extracting the cured cylindrical fiber-reinforced resin molded body after the heat curing process, Since at least the outer peripheral part for mounting of the mandrel is made of a metal material having a linear expansion coefficient of 15 × 10 ⁻⁶ / K or more, the molded body can be easily decentered after molding by heat curing. .

また、前記マンドレルの少なくとも装着用外周部を、さらに軽金属の金属材料で構成するものとすれば、マンドレルの軽量化が達成され、取り扱いが容易になる。 Further, if at least the mounting outer peripheral portion of the mandrel is made of a light metal material, the mandrel can be reduced in weight and easy to handle.

以下に、この発明の一実施形態を図１に基づいてついて説明する。
この実施形態のマンドレル１は、図３に示す従来のマンドレルと同様の形状を有しているが、その構成材料を従来とは異なりアルミニウム合金（例えばＪＩＳＡ５０８３合金、；線膨張率２４×１０^−６／Ｋ）製としている。すなわち、マンドレル１は、従来と同様に胴部２と軸部３とで構成されており、そのいずれもが線膨張率が高く、かつ軽金属であるアルミニウム合金で構成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The mandrel 1 of this embodiment has the same shape as the conventional mandrel shown in FIG. 3, but its constituent material is an aluminum alloy (for example, JIS A5083 alloy; linear expansion coefficient 24 × 10 ⁻⁶⁾ unlike the conventional one. / K). That is, the mandrel 1 is composed of a body portion 2 and a shaft portion 3 as in the prior art, both of which are composed of an aluminum alloy that has a high linear expansion coefficient and is a light metal.

次に、上記マンドレル１を用いて筒状樹脂成形体を成形する手順について説明する。
先ず、上記マンドレル１の胴部２の外周部２ａに、カーボンなどの繊維に樹脂を含浸させたシート状繊維含有樹脂材（本発明のシート状樹脂材に含まれる）１０を周回して装着する。この際の周回数は適宜定めることができる。 Next, a procedure for forming a cylindrical resin molded body using the mandrel 1 will be described.
First, a sheet-like fiber-containing resin material (included in the sheet-like resin material of the present invention) 10 in which a fiber such as carbon is impregnated with resin is circulated and attached to the outer peripheral portion 2a of the body portion 2 of the mandrel 1 . The number of laps at this time can be determined as appropriate.

シート状繊維含有樹脂材１０を装着したマンドレル１は、加熱炉５内に収容し、所定の温度（例えば１５０℃）、所定の時間（例えば１分）で加熱処理を行う。
該加熱処理に際しては、シート状繊維含有樹脂材１０の樹脂成分が次第に加熱硬化する。また、加熱による昇温によってマンドレル１は、熱膨張し、その外周寸法も拡大する。このマンドレル１の熱膨張によって前記シート状繊維含有樹脂材１０も強制的に拡径され、拡径された状態で熱硬化して成形体となる。加熱硬化処理が終了してマンドレル１が降温すると、温度低下に従って膨張していたマンドレル１は熱収縮し、常温では元の寸法に戻る。 The mandrel 1 equipped with the sheet-like fiber-containing resin material 10 is housed in a heating furnace 5 and subjected to heat treatment at a predetermined temperature (for example, 150 ° C.) and for a predetermined time (for example, 1 minute).
In the heat treatment, the resin component of the sheet-like fiber-containing resin material 10 is gradually heated and cured. Moreover, the mandrel 1 is thermally expanded by the temperature rise by heating, and the outer periphery dimension is also expanded. The thermal expansion of the mandrel 1 also forcibly expands the diameter of the sheet-like fiber-containing resin material 10, and thermosets in the expanded state to form a molded body. When the heat curing process is completed and the mandrel 1 cools down, the mandrel 1 that has expanded as the temperature drops shrinks and returns to its original dimensions at room temperature.

この状態のマンドレル１を図２に示す。マンドレル１は降温によって加熱時よりも収縮して元の寸法になっている。一方、シート状繊維含有樹脂材１０が加熱硬化することによって得られた筒状の繊維強化樹脂成形体１１（本発明の樹脂成形体に含まれる）は、熱膨張したマンドレル１によって拡径されたままの状態で硬化、成形されたものであり、加熱前よりも寸法が大きくなっている。このため、加熱終了後、温度が十分に低下した状態では、マンドレル１の外周面と、繊維強化樹脂成形体１１の内周面との間には、小隙間Ｇが形成されている。 The mandrel 1 in this state is shown in FIG. The mandrel 1 is contracted to its original size due to a temperature drop, as compared with the time of heating. On the other hand, the cylindrical fiber-reinforced resin molded body 11 (included in the resin molded body of the present invention) obtained by heat-curing the sheet-like fiber-containing resin material 10 was expanded in diameter by the thermally expanded mandrel 1. It is cured and molded as it is, and its dimensions are larger than before heating. For this reason, a small gap G is formed between the outer peripheral surface of the mandrel 1 and the inner peripheral surface of the fiber reinforced resin molded body 11 in a state where the temperature is sufficiently lowered after the heating.

上記繊維強化樹脂成形体１１をマンドレル１１から抜き取る（脱芯する）際に、両者間には、上記のように小隙間Ｇがあり、しかもマンドレル１１が軽量の材料で構成されていることから、脱芯作業を容易に行うことができ、脱芯に要する荷重も小さなもので足りることになる。
なお、この実施形態では、マンドレル全体が本願発明で規定する金属材料で構成されているものとしたが、胴部の外周部のみを上記金属材料で構成することができる。また、軽量化による取り扱いの容易性を重視しない場合には、線膨張率のみを考慮した材料選定を行うことも可能である。 When the fiber reinforced resin molded body 11 is extracted (decentered) from the mandrel 11, there is a small gap G between the two as described above, and the mandrel 11 is made of a lightweight material. The decentering operation can be easily performed, and a small load is required for decentering.
In this embodiment, the entire mandrel is made of the metal material defined in the present invention. However, only the outer peripheral portion of the body portion can be made of the metal material. In addition, when the ease of handling due to weight reduction is not emphasized, it is possible to select a material considering only the linear expansion coefficient.

本発明の一実施形態のマンドレルを用いた成形手順を示す図である。It is a figure which shows the shaping | molding procedure using the mandrel of one Embodiment of this invention. 同じく、加熱硬化処理後のマンドレルと樹脂成形体とを示す図である。Similarly, it is a figure which shows the mandrel and resin molding after a heat-hardening process. 従来のマンドレルの形態を示す図である。It is a figure which shows the form of the conventional mandrel.

Explanation of symbols

１マンドレル
２胴部
２ａ外周部
３軸部
５加熱炉
１０シート状繊維含有樹脂材
１１繊維強化樹脂成形体
Ｇ小隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mandrel 2 Body part 2a Outer peripheral part 3 Shaft part 5 Heating furnace 10 Sheet-like fiber containing resin material 11 Fiber reinforced resin molding G Small gap

Claims

A sheet-shaped resin material to be subjected to heat-curing treatment is circumferentially mounted on the outer periphery, and after the heat-curing process, a cured cylindrical resin molded body is extracted, and at least the mounting outer peripheral portion of the mandrel has a linear expansion coefficient. A mandrel for molding a cylindrical resin molded body, which is made of a metal material of 15 × 10 ⁻⁶ / K or more.

The mandrel for forming a cylindrical resin molded body according to claim 1, wherein the metal material is copper or a copper alloy.

The mandrel for forming a cylindrical resin molded body according to claim 1, wherein at least an outer peripheral portion for mounting of the mandrel is made of a light metal material.

The mandrel for molding a cylindrical resin molded body according to claim 3, wherein the light metal material is aluminum or an aluminum alloy.

The cylindrical resin molded body molding mandrel according to any one of claims 1 to 4, wherein the sheet-like resin material contains reinforcing fibers.