JP3698268B2 - Frp筒体の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、FRP(繊維強化プラスチック)筒体の製造方法および製造装置に関し、とくに、フィラメントワインディング成形法によるFRP筒体の製造方法および製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
強化繊維束をマンドレルに巻き付けてFRP筒体を製造する、いわゆるフィラメントワインディング成形法と呼ばれる方法が知られている。このフィラメントワインディング成形法においては、通常、樹脂含浸バスで強化繊維束に樹脂を含浸し、樹脂含浸強化繊維束を回転中のマンドレルに所定の角度で巻きつけていく。樹脂含浸バスとマンドレルとの間には、樹脂含浸強化繊維束を案内するために、ガイドローラが複数設けられている。
【0003】
ところが、このような成形法においては、未硬化、未固化の樹脂が粘着性をもっているため、樹脂を含浸した強化繊維束が各ガイドローラで案内される際、該ガイドローラに巻き付くことがある。巻き付きが生じると、生産を中断しなければならないばかりか、その復旧に多大な手間と時間を要し、生産性を大幅に低下させることになる。
【0004】
そこで本発明は、このような問題点に着目し、強化繊維束のガイドローラへの巻き付きが生じない、FRP筒体のフィラメントワインディング成形法およびその装置を提供し、生産性を大幅に高めることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この目的に沿う本発明のFRP筒体の製造方法は、強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてFRP筒体を製造するに際し、マンドレル直前の強化繊維束案内手段とマンドレルとの間で、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与した後、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上に巻き付けることを特徴とする方法からなる。
【0011】
また、本発明に係るFRP筒体の製造装置は、強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてFRP筒体を製造する装置において、マンドレル直前の強化繊維束の案内手段とマンドレルとの間に、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与する手段を設けるとともに、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上へと送る構成としたことを特徴とするものからなる。
【0012】
樹脂付与手段としては、前述の如く、たとえばギヤポンプ等により加圧押し出しされる樹脂が流延する面(たとえば案内溝面)を有する手段、樹脂を吐出するノズル手段、樹脂スプレイ手段、表面に樹脂が塗布されたロール、樹脂滴下手段、等を用いることができる。
【0013】
【作用】
このようなFRP筒体の製造方法および製造装置においては、強化繊維束がマンドレルへと送られる際、上記樹脂付与手段に至るまでは強化繊維束には樹脂が付与されておらず、マンドレル直前にて樹脂付与手段により樹脂が付与される。そして、樹脂が付与された強化繊維束は、他のガイド手段等に触れることなく、マンドレル上に巻き付けられていく。したがって、従来方法のように、樹脂含浸強化繊維束がガイドローラに案内されることはなく、強化繊維束は、ガイドローラに案内される段階では樹脂を含まないので、粘着性は有しておらず、該粘着性に起因する強化繊維束のガイドローラへの巻き付きは生じない。その結果、強化繊維束の安定した搬送状態が維持され、巻き付きに伴う生産性の低下が防止される。
【0014】
【実施例】
以下に、本発明のFRP筒体の製造方法および製造装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。
図1ないし図3は、本発明の一実施例に係るFRP筒体の製造装置を示している。図1において、1は、強化繊維糸(例えば炭素繊維糸)を巻いたボビン2を多数設置したクリールスタンドを示している。クリールスタンド1の各ボビン2から繰り出された強化繊維糸3は、所定本数引き揃えられて強化繊維束4とされ、セパレートロール5へと送られる。強化繊維としては、炭素繊維に限らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を使用することが可能であり、これらを併用することも可能である。
【0015】
セパレートロール5は、本実施例では、実質的に水平方向に延びる一対のフリー回転ロール6a、6bと、その下流側の、実質的に上下方向に延びる一対のフリー回転ロール7a、7bと、からなっている。このセパレートロール5により、概ね所定断面形状に引き揃えられた強化繊維束4は、フリー回転ローラからなるガイドロール8を介してフィードローラ9へと送られる。
【0016】
本実施例では、フィードローラ9は、強化繊維束4の送り方向に配列された一対のローラ9a、9bからなっている。一対のローラ9a、9bは、ブラケット10に回転自在に支持されており、ブラケット10は、キャリッジスタンド11に回転自在に支持されたシリンダ12上に固定されている。強化繊維束4は、シリンダ12の中空部12aを挿通された後、一対のフィードローラ9a、9bを介して、マンドレル13上へと送られるようになっている。フィードローラ9a、9bは、シリンダ12、キャリッジスタンド11とともに、マンドレル13の回転軸に沿う方向に移動されるようになっている。
【0017】
マンドレル13は、マンドレル回転駆動手段14により、所定の回転速度で回転駆動される。マンドレル回転駆動手段14は、たとえばモータ、あるいはモータと減速機との組合せ等からなっている。強化繊維束4は、マンドレル13上に所定の角度で所定の層数巻き付けられていく。
【0018】
マンドレル13直前の強化繊維束4の案内手段であるフィードローラ9bとマンドレル13との間には、走行中の強化繊維束4に樹脂を付与する手段15が設けられている。
【0019】
この樹脂付与手段15は、本実施例では、樹脂16を収容した樹脂槽17と、樹脂槽17中の樹脂16を定量的に汲み上げ所定流量で吐出するギヤポンプ18と、ギヤポンプ18により加圧押し出しされる樹脂16が流延される横断面コ字状の溝19を有する樹脂供給部材20とからなる。ギヤポンプ18からの樹脂16は、部材20に設けられた略スリット状の孔21から溝19の底面上に、ガイド溝22により主として強化繊維束4の走行方向下流側に流延されるようになっている。この流延された樹脂16上を強化繊維束4が、その幅を溝19の両側面によって規制されながら、走行し、強化繊維束4に樹脂16が付与されるようになっている。
【0020】
なお、上記強化繊維束4に付与されるマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。
【0021】
上記のように構成された実施例装置においては、クリールスタンド1から送り出されてきた強化繊維糸3が、複数本引き揃えられて強化繊維束4が形成される。強化繊維束4は、セパレートロール5を通過した後、ガイドロール8、フィードローラ9a、9bを介してマンドレル13上に巻き付けられていく。このマンドレル13上への巻き付けの直前に、樹脂付与手段15により走行中の強化繊維束4に樹脂16が付与される。
【0022】
強化繊維束4には、樹脂付与手段15に至るまでは樹脂は付与されないので、途中のガイドロール、つまり、ガイドロール8やフィードローラ9a、9bに、樹脂の粘着性に起因して強化繊維束4が巻き付くことはない。また、樹脂16が付与された後には、ガイドロールに触れることなくマンドレル13に巻き付けられる。したがって、強化繊維束4の巻き付きに伴うトラブルの発生はなく、安定した所望の生産状態が継続される。
【0031】
なお、上記のフィラメントワインディング成形においては、樹脂を付与した強化繊維束4をマンドレル13に巻き付ける際に、樹脂の温度を下げてその粘度を上げることが好ましい。樹脂の粘度が低いと、巻き込みボイド(気泡)がある場合、それを押し出しにくいが、粘度を上げて巻き付け、径方向に圧力を加えることにより、容易にそのようなボイドが外部に排出されるようになり、品質が向上する。
【0032】
すなわち、熱硬化性樹脂においては、未硬化の状態では、一般に図4に示すような特性を有する。樹脂を強化繊維束に付与して含浸させるには、適正な粘度にするため温度をコントロールするが、概して低粘度に設定される。次いで成形のため樹脂を硬化させる場合には、温度を上げて矢印Bで示すように粘度を高めるが、上記においては、ボイド排出のため、矢印Cで示すように一旦温度を下げ、粘度を上げるのである。温度を下げるには、マンドレルへの巻き付け直前に樹脂含浸強化繊維束4に冷風を吹き付ければよい。また、注水による冷却も可能である。
【0033】
また、フィラメントワインディング成形法においては、所定径のマンドレル13上に樹脂含浸強化繊維束4を巻き付けていくので、形成されるFRP筒体は、内径律則で成形される。FRP筒体は、現実には、外径の仕上り径が所定の径となるように要求されることが多い。これを達成するために、図5に示すような方法が挙げられる。
【0034】
すなわち、マンドレル13上に形成された樹脂未硬化状態のFRP筒体71の外表面に、複数のローラ72(図示例では3本)からなる組合せローラを、それぞれFRP筒体71の表面上に径方向に押圧しながら、FRP筒体71の回転軸に沿う方向に走行させる。このとき、マンドレル13およびFRP筒体71は矢印方向に回転しているので、FRP筒体71の周方向には、FRP筒体71の外表面と各ローラ72の表面との間には滑りが生じる。各ローラ72は、自身の回転軸を含む断面でみたとき、FRP筒体71の目標成形外径(目標仕上げ径)に相当する円弧面を有している。
【0035】
このように組合せローラ72を押しつけることにより、未硬化状態のFRP筒体71の樹脂が絞られ、押圧力およびFRP筒体71表面上の走行回数を調整することにより、外径律則の成形が可能となり、正確に目標とする外径仕上げ寸法が得られるようになる。また、ローラ72の押圧により、たとえ巻き込みボイドがあったとしても排出され、成形されるFRP筒体71の強度が向上し、品質が向上する。
【0036】
なお、ローラ72の表面仕上状態は、鏡面仕上および梨地仕上のいずれでもよいが、切断糸等がローラ表面にもっていかれにくい点で、梨地仕上がより好ましい。
【0037】
さらに、図6に示すように、FRP筒体71の目標仕上径に相当する内径を有するリング73を、たとえばキャリッジスタンド11と一体的に走行させることもできる。樹脂含浸強化繊維束4は、リング73に対し所定の角度を保ちながら接しつつ、マンドレル13に巻き付けられていく。樹脂含浸強化繊維束4は、リング73により樹脂が絞られながら巻き付けられていくとともに、空気の巻き込みが抑えられる。また、成形されつつある未硬化のFRP筒体71の外径が目標径近くになると、部分的に目標径をオーバーした部分が生じたとしても、その部分はリング73によって絞られ目標径に納められるので、最終的に外径律則の成形が可能となり、目標とする仕上げ径が正確に得られる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マンドレル直前に設けられた樹脂付与手段に至るまでは強化繊維束に樹脂を付与せず、マンドレル上への巻き付け直前位置で強化繊維束に初めて樹脂を付与するようにしたので、樹脂付与手段に至るまでのガイドロールへの強化繊維束の巻き付きを確実に防止することができ、FRP筒体の生産性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係るFRP筒体の製造装置の概略構成図である。
【図2】 図1の装置の樹脂付与手段部分の拡大概略構成図である。
【図3】 図2の装置の拡大部分斜視図である。
【図4】 未硬化状態の熱硬化性樹脂の温度と粘度との関係図である。
【図5】 マンドレル上での好ましいFRP筒体成形法を示す概略縦断面図である。
【図6】 マンドレル上での別の好ましいFRP筒体成形法を示す部分概略斜視図である。
【符号の説明】
1 クリールスタンド
2 ボビン
3 強化繊維糸
4 強化繊維束
5、6a、6b、7a、7b セパレートロール
8 ガイドロール
9、9a、9b フィードローラ
10 ブラケット
11 キャリッジスタンド
12 シリンダ
12a 中空部
13 マンドレル
14 マンドレル回転駆動手段
15 樹脂付与手段
16 樹脂
17 樹脂槽
18 ギヤポンプ
19 溝
20 樹脂供給部材
21 孔
22 ガイド溝
71 FRP筒体
72 ローラ
73 リング
Claims (2)
- 強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてFRP筒体を製造するに際し、マンドレル直前の強化繊維束案内手段とマンドレルとの間で、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与した後、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上に巻き付けることを特徴とする、FRP筒体の製造方法。
- 強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてFRP筒体を製造する装置において、マンドレル直前の強化繊維束の案内手段とマンドレルとの間に、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与する手段を設けるとともに、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上へと送る構成としたことを特徴とする、FRP筒体の製造装置。
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JP26636194A JP3698268B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | Frp筒体の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP26636194A JP3698268B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | Frp筒体の製造方法および製造装置 |
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JPH08103967A JPH08103967A (ja) | 1996-04-23 |
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ID=17429882
Family Applications (1)
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JP26636194A Expired - Lifetime JP3698268B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | Frp筒体の製造方法および製造装置 |
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