JP2007015226A - 繊維強化樹脂製円筒体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内周面13に沿って強化用繊維シート11を配置し、水平配置された減圧状態の円筒状の成形型14内に、液状の熱硬化性樹脂10を入れて成形型14を回転し、遠心力によって成形型14の内周面13側へ熱硬化性樹脂10を均等分散させ、熱硬化性樹脂10を硬化させて成形する。ここで、熱硬化性樹脂10の硬化は、成形型14内に電磁波を照射して行う。
【選択図】 図1
Description
このFRP製円筒体の製造方法としては、強化用繊維材に液状の熱硬化性樹脂を含浸させながら、この強化用繊維材を円筒状の芯型の上に巻き重ねる外巻き法が、通常一般的に用いられている(例えば、非特許文献1参照)。
しかし、外巻き法で製造したFRP製円筒体は、その外表面が繊維形状又は巻き形状のまま出来上がるため、凹凸のある製品となって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ずつ巻き重ねながら成形するため、製造に時間を要し生産性が悪い。そして、特に長いFRP製円筒体を製造する場合は、巻き重ね終了後に芯型が抜き取りにくく、製造可能なFRP製円筒体の長さに限界がある。更に、過剰な熱硬化性樹脂の使用によって、不要な熱硬化性樹脂の垂れ落ちが生じる場合があるため、製造コストの増大を招く恐れがある。なお、FRP製円筒体の製造に際しては、熱硬化性樹脂の臭気が周囲に放散されるため、これを捕集する設備が必要となり、設備コストの増大を招く。
例えば、特許文献1には、遠心力によるFRP製円筒体の製造方法及びその装置が開示されている。この成形方法は、マンドレル芯の外表面上で強化用繊維材の筒又は管を編み、マンドレル芯ごと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、強化用繊維材の筒又は管の編物を成形型の内面に残す。次に、液状の熱硬化性樹脂液を成形型内へ供給し、その成形型を回転させることで、熱硬化性樹脂が遠心力により成形型の内周面側へ均等に分布すると共に、強化用繊維材の部分にも浸透して熱硬化し、FRP製円筒体を製造する。
また、特許文献2には、強化用繊維材と熱可塑性樹脂シートの積層体を熱可塑性樹脂シートが外側になるように芯金に巻回し、この芯金を積層体と共に成形型内に挿入して芯金と成形型を互いに逆回転し、積層体を芯金から巻き戻しながら強化用繊維材が外側になるように成形型の内周面に巻き移し、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成形した後、冷却してFRP製円筒体を製造する方法が開示されている。
特許文献2の方法でも、特許文献1の方法のように、成形型内に空気又は成形時に発生したガスが存在するため、製造したFRP製円筒体に気泡が介在し易く、緻密な製品を歩留り良く製造できない。また、熱硬化性樹脂の硬化に時間を要するため、製品の生産性が悪い。更に、熱可塑性樹脂シートを加熱溶解する作業と設備が必要となるため、製造コスト及び設備コストがかかり経済的でない。また、比較的内径が小さくて長いFRP製円筒体を製造する場合、小さい内径の成形型内に、芯金に巻回した強化用繊維材と熱可塑性樹脂シートとの積層体を挿入して逆回転させる機構を設けるのは難しい。
特に、請求項2記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、成形型を回転しながら、成形型の内周面側へ均等分散した熱硬化性樹脂に電磁波を照射するので、熱硬化性樹脂を内部から均一に加熱して硬化させることができ、寸法精度の高い製品をより短時間に製造できる。
請求項3及びこれに従属する請求項4〜10記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、円筒状の成形型を回転してその遠心力を用い、成形型の内周面側へ均等に分散させた液状の熱硬化性樹脂に電磁波を照射するので、外形寸法及び厚みが均一な製品をより短時間に製造できる。
請求項5記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、注入管の先端部と導波管の先端部とを接続するので、一体となった注入管と導波管を成形型の両側で支持する構成となり、特に注入管と導波管が細長くなった場合に、その撓みを抑制する効果が大きくなる。
請求項7記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、注入管を成形型の一方側から他方側へかけて移動させながら、注入管から成形型内へ熱硬化性樹脂を入れるので、例えば、成形型の長さが長くても、熱硬化性樹脂を成形型内の長手方向に渡って満遍なく入れることができる。これにより、注入管を移動させない場合と比較して、熱硬化性樹脂の均等分散に要する時間を短縮でき、繊維強化樹脂製円筒体の生産性を向上できる。
請求項8記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、導波管に真空ポンプが接続されているので、装置構成を簡単にでき、しかも外気の侵入箇所を少なくできる。
請求項9記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、成形型に装入した強化用繊維シートを、成形型の回転によりその内周面に沿って広げ密着させるので、手間がかからず作業性が良好である。
請求項10記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法は、樹脂に固形物を添加するので、遠心力により固形物が成形型の内周面側へ移動し、厚み方向に構成が異なる繊維強化樹脂製円筒体を容易に製造できる。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係る繊維強化樹脂製円筒体の製造方法における成形型内への強化用繊維シートの装入状況を示す説明図、図2は同繊維強化樹脂製円筒体の製造方法における成形型内での強化用繊維シートの配置状況を示す説明図、図3は同繊維強化樹脂製円筒体の製造方法における成形型内への熱硬化性樹脂の注入状況を示す説明図、図4(A)は同繊維強化樹脂製円筒体の製造方法に使用する導波管の断面図、(B)及び(C)はそれぞれ変形例に係る導波管及び注入管の断面図、図5は同繊維強化樹脂製円筒体の製造方法における成形型内への電磁波の照射状況を示す説明図、図6は同繊維強化樹脂製円筒体の製造方法により製造した繊維強化樹脂製円筒体の成形型内からの取出し状況を示す説明図、図7は同繊維強化樹脂製円筒体の製造方法により製造される繊維強化樹脂製円筒体の部分断面図である。
これら両方の繊維シートを併用することにより、FRP製円筒体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、マットを2枚のクロスの間に挟み込むことにより、マットがクロス織り目の凹部に入り込み、2枚のクロスの繋ぎ役をして、層間剥離を防止する効果もある。
そして、図1〜図3に示すように、この巻回された状態の繊維シート11を、予め内周面13に市販の離型剤(例えば、ワックス)を塗布した円筒状の成形型14の筒状部15内に装入して、筒状部15の両端部にOリング16、17を介して蓋18、19をする。この蓋18、19は共に円盤状となっており、更に蓋19は筒状部15の側面に接触する際に、筒状部15内に嵌入してその内周面13に接触する環状の突起部20を備えている。
この成形型14は水平配置されて、成形型14の外周面21に接触する複数の樹脂製ガイドローラ(図示しない)と複数の樹脂製駆動ローラ22(ここでは2個)を備える駆動手段23(例えば3点支持)により、回転させることができる。この駆動ローラ22の駆動源は、インバータ制御のモータ24である。
そして、図2に示すように、成形型14を、繊維シート11の軸心から巻いた方向(ここでは左回り)と同じ方向に、例えば500rpm以上3600rpm以下(ここでは1000rpm)程度、好ましくは500rpm以上2000rpm以下、更に好ましくは500rpm以上1300rpm以下で回転させる。このように、成形型14を繊維シート11が広がる方向に回転することで、巻回された状態の繊維シート11を、外側から開いて成形型14の内周面13に沿って密着させる。
この電磁波としては、例えば、マイクロ波が好ましいが、他の電磁波である紫外線、又はその波長に近い可視光線を使用することも可能である。なお、その周波数は、例えば、2GHz以上3GHz以下程度(ここでは2.45GHz)である。
また、樹脂は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、又はエポキシ樹脂を使用でき、これに樹脂の流動性を良好にする流動助剤(例えば、スチレン)を添加したものを使用できる。なお、樹脂原料に、例えば、硬化剤又は硬化促進剤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ものを使用することもできる。この樹脂の粘度は、例えば、100cP(センチポアズ)以上500cP以下程度である。これにより、樹脂の流動性を良好な状態に維持し、成形型14の内周面13側へより均等に樹脂を分散できる。
また、図3に示すように、注入管26は、液状の樹脂が流れるため、耐食性を備えるステンレスで構成されており、その先端部に開口部29が形成され、例えば圧縮空気を使用する注入ポンプ30によって供給される樹脂を開口部29を介して成形型14内に注入可能な構成となっている。
また、導波管25には真空ポンプ35が接続されている。
この導波管25と注入管26は、細長くなるに伴って撓み易くなるため、導波管25の先端部と注入管26の先端部とを接続することが好ましい。ここで、導波管25と注入管26を成形型14の両側からそれぞれ装入し、成形型14内で接続する場合には、導波管25と注入管26に相互に嵌め込み可能な嵌合部を設ける。また、導波管25と注入管26を成形型14の片側から装入する場合には、導波管25と注入管26を予め接合する。
これにより、接続(接合)された導波管25と注入管26が、成形型14の両側に配置されたベアリング34で支持されるため、導波管25と注入管26の撓みを抑制できる。このとき、導波管25と注入管26の外径を同一にすることが好ましい。
また、図4(C)に示すように、導波管39の内部に注入管40を軸心を合わせて配置し、二重構造となった装入管41を、成形型と軸心を合わせて成形型内に装入することもできる。
ここで、装入管が細長くなるに伴って撓み易くなるため、装入管を装入する側の反対側から、装入管を支持する案内梁を、成形型と軸心を合わせて成形型内に装入することもできる。
ここで、例えば、図5に示す状態になるように、電磁波発生装置28を載置した台車42を、成形型14内へ導波管25を装入する方向へ移動させ、一方、注入ポンプ30を載置した台車43を、成形型14内から注入管26を引き抜く方向へ移動させる。なお、各台車42、43は、同一レール(図示しない)上を走行するため、導波管25と注入管26の位置ずれを防止できる。
そして、真空ポンプ35を作動させ、導波管25を介して成形型14内の空気を吸引して減圧状態(真空度が、例えば、10-3Torr以上10Torr以下程度)にする。なお、成形型14内の真空度が目的値に達した後は、真空ポンプ35を停止してもよいが、連続的に作動させることが好ましい。
この樹脂の注入量は、製造するFRP製円筒体12の厚み及び長さに応じて決定され、例えば、成形型14内の1/4以上3/4以下の範囲内の高さまで樹脂を注入する。このように、成形型14を回転することなく樹脂を注入することで、樹脂の注入量を容易に確認できる。
なお、電磁波の照射の際には、台車42を停止してもよいが、成形型14の長手方向に繰り返し往復移動(例えば、隣り合う孔27の間隔以下の範囲で移動)させ、成形型14の長手方向に渡って電磁波をより均等に照射することも可能である。
養生が終了した後、成形型14の回転を停止し、各台車42、43を移動させて成形型14から導波管25と注入管26を引き抜く。そして、図6に示すように、成形型14の両側に配置された蓋18、19を外して、成形型14内のFRP製円筒体12を、成形型14の一方側に配置した油圧ジャッキ44により押し出す。
なお、油圧ジャッキ44を配置する側の蓋19は、前記したように、筒状部15内に嵌入してその内周面13に接触する突起部20を備えているため、筒状部15から蓋19を取外した際には、FRP製円筒体12の一方側の端面が筒状部15の一方側端面よりも筒状部15内へ引っ込んだ状態となっている。このため、油圧ジャッキ44の押圧ヘッド45を、筒状部15内に容易に装入でき、筒状部15内からのFRP製円筒体12の取り出し作業が容易になる。
しかし、樹脂に、予め顔料、金属、金属酸化物、及びセラミックスのいずれか1又は2以上の固形物を混合した場合には、成形型14の高速回転により発生する遠心力と、樹脂に混合した固形物の比重差により、図7に示すような厚み方向に構成が異なる繊維強化樹脂製円筒体(以下、FRP製円筒体ともいう)46を容易に製造できる。ここで、FRP製円筒体46の最も外側には、固形物を含有した耐候層が形成され、この耐候層の内側に長繊維の繊維シート(クロス)による強化層が形成され、更に、強化層の内側からFRP製円筒体46の内側表面へかけて短繊維の繊維シート(マット)による耐食層が形成されている。
なお、固形物として顔料(例えば、無機顔料又は有機顔料)を使用することで、製造するFRP製円筒体のデザイン性を向上でき、金属を使用することで強度を向上でき、金属酸化物(例えば、TiO2 )を使用することで例えば光触媒機能を付与でき、セラミックスを使用することで耐食性及び強度を向上できる。
以上のことから、従来よりも緻密で高品質な製品を、経済的により短時間で生産性よく製造できる。
また、前記実施の形態においては、減圧状態で成形型を高速回転させ、この成形型内の樹脂にマイクロ波を照射して加熱硬化させた場合について説明したが、場合によって常圧状態で成形型を高速回転させることもでき、樹脂にマイクロ波を照射することなく硬化剤の作用により硬化させることも、また成形型を高速回転させて成形型内の樹脂にマイクロ波を照射して加熱硬化させることも可能である。
更に、前記実施の形態においては、巻回された状態の強化用繊維シートを成形型内に装入する場合について説明したが、強化用繊維シートを、予め製品形状に応じた大きさに成形し、筒状の編状物に形成した後、成形型内に装入することも可能である。
Claims (10)
- 内周面に沿って強化用繊維シートを配置し、水平配置された減圧状態の円筒状の成形型内に、液状の熱硬化性樹脂を入れて該成形型を回転し、遠心力によって該成形型の内周面側へ前記熱硬化性樹脂を均等分散させ、前記熱硬化性樹脂を硬化させて成形することを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項1記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記熱硬化性樹脂の硬化は、前記成形型内に電磁波を照射して行うことを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 内周面に沿って強化用繊維シートを配置し、水平配置された円筒状の成形型内に、液状の熱硬化性樹脂を入れて該成形型を回転し、遠心力によって該成形型の内周面側へ前記熱硬化性樹脂を均等分散させて、前記成形型内に電磁波を照射し前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させて成形することを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項2及び3のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記熱硬化性樹脂を前記成形型内に供給する注入管と、前記電磁波を前記成形型内に照射する導波管を、前記成形型とそれぞれ軸心を合わせ、該成形型内にシール機構を介して装入することを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項4記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記注入管の先端部と前記導波管の先端部とは接続され、該注入管と該導波管の撓みを抑制することを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項2及び3のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記熱硬化性樹脂を前記成形型内に供給する注入管と、前記電磁波を前記成形型内に照射する導波管とを一体として、該成形型の片側から該成形型内にシール機構を介して装入することを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項4〜6のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記注入管を前記成形型の一方側から他方側へかけて移動させながら、前記注入管から前記成形型内へ前記熱硬化性樹脂を入れることを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項4〜7のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記導波管には真空ポンプが接続され、該導波管を介して前記成形型内の空気を吸引し減圧状態にすることを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記強化用繊維シートは巻回された状態で前記成形型内に装入され、該成形型を前記強化用繊維シートが広がる方向に回転して、該強化用繊維シートを前記成形型の内周面に密着させることを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂製円筒体の製造方法において、前記熱硬化性樹脂には、顔料、金属、金属酸化物、及びセラミックスのいずれか1又は2以上が混合されていることを特徴とする繊維強化樹脂製円筒体の製造方法。
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JP2017077685A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 住友ゴム工業株式会社 | 繊維強化樹脂成形体の製造方法 |
CN115139549A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-10-04 | 厦门双瑞风电科技有限公司 | 一种复合材料旋筒的成型方法、复合材料旋筒及船舶 |
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