JP3817050B2 - 繊維強化樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工木材等として使用される繊維強化樹脂成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
枕木や建築材として使用される人工木材（たとえば、積水化学工業社製、エスロンネオランバーＦＦＵ）等の繊維強化樹脂成形品は、多数のロールから引き出された長繊維束であるガラス繊維ロービングをテンションバーやテンションロール等にかけて所定のテンションを加えながら所定間隔に引き揃えられたロービング群としたのち、一方向に進行させ、進行途中で引き揃えられたロービング群の上方から液状の熱硬化性樹脂組成物を振りかけて、各ガラス繊維ロービングを構成するガラス繊維とガラス繊維との間に熱硬化性樹脂組成物を含浸させたのち、筒状の成形型内に導入し、熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに成形型の断面形状に成形する方法によって製造されている（特公昭５２−２４２１号公報、特開平３−８１１１６号公報等参照）。
【０００３】
しかし、得られた成形品は、長繊維が一方向（長手方向）に引き揃えられて分布しているため、長手方向の曲げ強度には優れているものの、幅方向の曲げ強度に問題がある。
また、各ロービングにテンションをかけて引き揃えると、ロールから引き出された時の撚り（ねじれ）によって、ロービングがどうしても引っ張り方向を長手方向とした円柱状に集束した状態になる。したがって、ロービングとロービングとの間にかなりの隙間がどうしても生じ、ロービング群上に振りかけられた熱硬化性樹脂組成物が、この隙間からこぼれ落ちてしまうため、原料ロスが大きいと言う問題もある。この問題は、製品断面の単位面積あたりの補強繊維使用量が少ない低比重品や薄板品を製造する際に特に顕著である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みて、幅方向の曲げ強度に優れるとともに、原料ロスの少ない繊維強化樹脂成形品の製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法（以下、「請求項１の製造方法」と称す）は、補強材となる長尺の多数の繊維束にテンションをかけて所定間隔に引き揃えながら一方向に進行させ、進行途中で引き揃えられた長繊維群の上方から液状の熱硬化性樹脂組成物を振りかけて、各長繊維群を構成する繊維と繊維との間に熱硬化性樹脂組成物を含浸させたのち、筒状の成形型内に導入し、熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに成形型の断面形状に成形する繊維強化樹脂成形品の製造方法において、前記多数の長繊維束のうち、一部の長繊維束のテンションを、他の長繊維束にかかるテンションの５０％以下にした状態で進行させるようにした。
【０００６】
一方、本発明の請求項２に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法（以下、「請求項２の製造方法」と記す）は、補強材となる多数の長尺の長繊維束を所定間隔に引き揃えながら一方向に進行させ、進行途中で引き揃えられた長繊維束群の上方から液状の熱硬化性樹脂組成物を振りかけて、各長繊維束を構成する繊維と繊維との間に熱硬化性樹脂組成物を含浸させたのち、筒状の成形型内に導入し、熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに成形型の断面形状に成形する繊維強化樹脂成形品の製造方法において、テンションが強いストランドと、テンションが弱いストランドとを混在させて形成した長繊維束を長繊維束群の少なくとも一部に用いるようにした。
【０００７】
上記請求項１および請求項２の製造方法において、使用される補強繊維としては、特に限定されず、たとえば、ガラス繊維、カーボン繊維、ビニロン、レーヨン等のセルロース繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、ポリウレタン樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【０００８】
熱硬化性樹脂組成物中には、上記のような樹脂以外に、触媒、整泡剤、発泡剤、発泡助剤、充填剤、補強短繊維、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、架橋剤、安定剤、可塑剤、難燃剤等を必要に応じて混合しても構わない。
【０００９】
充填剤としては、特に限定されないが、たとえは、炭酸カルシウム、タルク、木粉、水酸化アルミニウム、吸水性高分子、カーボンブラック、熱硬化性樹脂成形品の粉砕物等の粉体や粒状体が挙げられる。
因みに、充填剤として炭酸カルシウム、タルクや熱硬化性樹脂成形品の粉砕物等の安価なものを使用すると、安価で圧縮強度の大きい成形品を得ることができ、水酸化アルミニウムを使用すると、難燃性に富んだ成形品を得ることができ、カーボンブラックを使用すると、導電性を有する成形品を得ることができ、木粉を使用すると軽量な成形品を得ることができる。
【００１０】
液状の熱硬化性樹脂組成物の粘度は、特に限定されないが、１poise 以上１０００poise 以下が好ましい。
すなわち、熱硬化性樹脂組成物の粘度が、低すぎると、長繊維束に含浸した後、長繊維に保持されずに垂れて落ちてしまい、高すぎると、含浸させることが困難となる恐れがある。
【００１１】
請求項１の製造方法において、長繊維束にテンションをかける方法としては、特に限定されないが、熱硬化性樹脂組成物を振りかける手前の進行経路中にテンションバーやテンションローラを設けたり、長繊維束を一旦パイプなどの中空体中を通して摩擦抵抗によりテンションを発生する方法が挙げられる。また、テンションの強弱は、特に限定されないが、因みに、テンションバーを用いた場合、バー表面の一部の滑りを良くして抵抗を部分的に減らす方法、テンションバーの径を部分的に変える方法、テンションバーの間隔を部分的に変える方法等が挙げられる。一方、テンションローラを用いる場合は、ローラ径やローラでの屈曲角を変える方法等が挙げられる。他方、中空体を用いる方法では、中空体の内径を長繊維束毎に変える方法等が挙げられる。
【００１２】
各長繊維束にかけるテンションの大きさは、特に限定されないが、５kg以上１００kg以上が好ましい。すなわち、５kgを下回ると、テンションが低すぎて、長繊維束の蛇行が多く成りすぎて含浸の効率が下がり、１００kgを越えると、テンションが大きくなり、長繊維束が切断する恐れがある。
また、弱いテンションの強さは、特に限定されないが、他の長繊維束にかけるテンションの５０％以下の強さが好ましい。
【００１３】
弱いテンションをかける長繊維束の割合は、全体の５０％以下が好ましい。すなわち、５０％を越えると、長繊維束の蛇行が多くなりすぎて長繊維束を揉んで熱硬化性樹脂組成物を含浸させようとする場合、揉みによる剪断力が蛇行によって緩和され、含浸性が低下する恐れがある。
長繊維束の径は、特に限定されないが、２μｍ以上１００μｍ以上が好ましい。すなわち、長繊維束の径が細すぎると、熱硬化性樹脂組成物を含浸させる際に長繊維が切断されてしまい、太すぎると、長繊維の表面積が減少して、熱硬化性樹脂組成物との接着面積が減少して成形体の合成が低下する恐れがある。
【００１４】
長繊維と熱硬化性樹脂組成物との混合比率は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂組成物を１００重量部に対し、長繊維を２０重量部以上８０重量部以下とすることが好ましい。すなわち、長繊維が２０重量部を下回ると、長繊維の比率が少ないために、製品の剛性が不十分となり、８０重量部を越えると、長繊維束全体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させることができず、長繊維同士の密着性が悪く、製品の品質悪化を招く恐れがある。
【００１５】
請求項２の製造方法において、全長繊維束中の、テンションが強いストランドと、テンションが弱いストランドとを混在させて形成された長繊維束の割合や、テンションの強いストランドとテンションの弱いストランドとの割合、ストランドの種類等は、熱硬化性樹脂組成物と長繊維との混合割合、熱硬化性樹脂組成物の粘度、含浸工程の通過時間（含浸工程の設備長と成形スピードによる）等に応じて適宜選択することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１および図２は請求項１の製造方法の実施の形態をあらわしている。
【００１７】
図１に示すように、この製造方法は、サプライＳにセットされた多数のロール１から引き出された長繊維束としてのガラス繊維ロービング（以下、「ロービング」とのみ記す）１１をそれぞれパイプ２に通して等間隔に進行するようにしたのち、表面に滑り抵抗の小さい部分と大きい部分とを幅方向で交互に設けた２本のテンションバー３，３に屈曲するように引っかけて引き揃えてロービング群１２としたのち、このロービング群１２の上に熱硬化性樹脂組成物５１を吐出機５から吐出させて振りかけて、各ロービング１１に熱硬化性樹脂組成物５１を付着させる。
【００１８】
つぎに、この各ロービング１１に熱硬化性樹脂組成物５１が付着したロービング群１２を含浸台４と含浸板４１，４１との間に通し、含浸板４１，４１をロービング群１２の行方向に直交する方向に往復度させて各ロービング１１を揉んで、ロービング１１を構成するガラス繊維間に熱硬化性樹脂組成物５１を含浸させる。
【００１９】
そして、ガラス繊維間に熱硬化性樹脂組成物５１が含浸したロービング群１２を図２に示すように、４つの無端ベルト６１（図では３つしかあらわれていない）を組み合わせて四角筒状に形成された成形型６へ連続的に送り込み、成形型４内で成形するとともに、熱硬化性樹脂組成物５１を加熱し硬化させて、成形型４と同じ断面形状の成形品７を連続的に得るようになっている。
【００２０】
すなわち、この製造方法によれば、テンションバー３，３の表面に滑り抵抗の小さい部分と大きい部分とが幅方向で交互に設けられているので、滑り抵抗の小さい部分を通るロービング１１にかかるテンションが、滑り抵抗の大きい部分を通るロービング１１にかかるテンションより低くなる。
すなわち、滑り抵抗の大きな部分を通った高いテンションがかかったロービング１１は、略真っ直ぐ引き延ばされた状態で進行するが、滑り抵抗の小さい部分を通った低いテンションしかかかっていないロービング１１は蛇行しながら進行するようになっている。
【００２１】
したがって、ロービング１１とロービング１１との間隔が小さくなり、振りかけた熱硬化性樹脂組成物が隙間から下に落ちにくくなり、原料ロスを低減できる。
また、成形型６内でも一部が蛇行した状態で導入されるため、得られる成形品７は、隣接ロービング１１同士が長手方向に部分的にからみあって橋架け状態になり、幅方向の曲げ強度および引っ張り強度に優れたものとなる。
【００２２】
請求項１の製造方法は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、テンションバー３，３でのみでテンションの変化をつけるようにしているが、パイプ２の径を変えてパイプのみにしても構わない。
【００２３】
図３は請求項２の製造方法の実施の形態をあらわしている。
図３に示すように、この製造方法は、まず、サプライＳにセットされた多数のロール（図示せず）から、テンションの弱いガラス繊維ストランドおよびテンションの強いガラス繊維ストランドからなる異テンションロービング８１と、テンションが均一なガラス繊維ストランドからなる均一テンションロービング８２のをそれぞれ引出し、所望ピッチに引き揃えられたロービング群８とし、このロービング群８の上に熱硬化性樹脂組成物５１を吐出機５から吐出させて振りかけて、各ロービング８１，８２に熱硬化性樹脂組成物５１を付着させるようにした以外は、上記請求項１の製造方法と同様になっている。
【００２４】
この製造方法によれば、ロービング群８の一部に異テンションロービング８１を用いたので、異テンションロービング８１が、引き揃えられて進行する際にストランド単位で適当なバラケ、たるみを生じる。特にストランドのテンションの張り具合がストランド間で大きく異なるため、単繊維の直径、収束剤、あるいは、ストランドそれぞれの太さ（番手）を変えることによってのみでは得られない、大きなたるみが生じる。
【００２５】
すなわち、異テンションロービング８１は、引き揃えのためにテンションをかけても円柱状にならない。したがって、ロービング群８の隣接するロービング８１（８２）とロービング８２（８１）との隙間が少なくなり、ロービング群８上に熱硬化性樹脂組成物５１を振りかけた時に、ロービング群８の下方に流れ落ちる熱硬化性樹脂組成物５１の量が少なくなり、原料ロスを少なくすることができる。そして、ロービング群△上に十分な熱硬化性樹脂組成物５１が保持されたまま、含浸台４のところまでロービング群８が進行し、繊維間に揉みによって均一に含浸されるとともに、異テンションロービング８１中の弱いテンションのストランドが成形型６内での成形硬化時にフレキシブルに移動充填され、隣接するストランドと適当な絡みあいを起こす。したがって、緻密で幅方向の曲げ強度にも優れた成形品７を得ることができる。
【００２６】
請求項２の製造方法は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、異テンションロービング８１と均一テンションロービング８２とを用いるようにしていたが、異テンションロービング８１のみを長繊維束として使用するようにしても構わない。
【００２７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例をより詳しく説明する。
【００２８】
（実施例１）
繊維径が１２μｍの複数のガラス繊維ロービングを表面の滑り抵抗を幅方向で変化させた２本のテンションバーを通し、テンション５０kgのロービングが７０％、テンション１０kgのロービングが３０％からなるロービング群に、粘度が２０poise の発泡性ウレタン樹脂組成物をガラス繊維１００重量部に対して１００重量部の割合で含浸させたのち、ロービング群を厚さ１０mm、幅６００mmの成形型に導入して連続的に発泡性ウレタン樹脂組成物を発泡硬化させ、成形型の断面形状の成形品を得た。
【００２９】
（実施例２）
テンション１０kgのロービングをテンション２０kgにした以外は、実施例１と同様にして成形品を得た。
（実施例３）
テンション１０kgのロービングをテンション３０kgにした以外は、実施例１と同様にして成形品を得た。
【００３０】
（比較例１）
全てのロービングのテンションを５０kgにした以外は、実施例１と同様にして成形品を得た。
上記実施例１〜３で得られた成形品の幅方向の曲げ強度を測定し、その結果を表１に示した。
【００３１】
なお、各ロービングのテンションは、成形する前に予めロードセルでロービングを引っ張って測定した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
上記表１から、請求項１の製造方法によれば、幅方向の曲げ強度に優れた成形品を得ることがきることがよくわかる。
【００３４】
（実施例４，５および比較例２，３）
表２に示す２種類の均一テンションガラス繊維ロービングＡ，Ｂおよび１種類の異テンションガラス繊維ロービングＣと、２０poise の発泡ウレタン樹脂組成物とを表３に示す割合で用いるとともに、図３に示すようにして成形品を成形した。
【００３５】
そして、得られた成形品から、厚み２０mm、幅１００mm、長さ４００mmのサンプルを切取り、その実比重、横方向と長手方向の曲げ強度、圧縮強度、吸水量を測定するとともに、表面の外観、断面の外観を目視で調べその結果を併せて表3 に示した。
なお、各測定値は、試験数ｎ＝５の平均値で少数点以下を四捨五入したものである。また、表２中のテンションの欄において、均一は１０〜１２kgf/本、弱いは３〜６kgf/本、強いは１３〜１６kgf/本のテンションの強さをそれぞれあらわしている。
【００３６】
【表２】

【００３７】
【表３】

【００３８】
表３から、請求項２の製造方法によれば、得られる実比重が上がる、すなわち、原料ロスが少なくなること、熱硬化性樹脂液が均一に塗布され、穴あき等がなく緻密で幅方向の曲げ強度に優れた成形品を得られることがよくわかる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１および請求項２の製造方法は、以上のように構成されているので、製品断面の単位面積あたりの補強繊維使用量が少ない低比重品や薄板品であっても、幅方向の曲げ強度に優れる均質な繊維強化樹脂成形品を製造できる。また、原料ロスが少なく、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の製造方法に用いる製造装置の１例であって、その前半部分を簡略的にあらわす斜視図である。
【図２】図１の製造装置の後半部分を簡略的にあらわす斜視図である。
【図３】請求項２の製造方法に用いる製造装置の１例であって、その前半部分を簡略的にあらわす斜視図である。
【符号の説明】
３ テンションバー
４ 含浸台
４１ 含浸板
７ 成形品
８，１２ ロービング群（長繊維束群）
１１ ロービング（長繊維束）
５１ 熱硬化性樹脂組成物
８１ 異テンションロービング（テンションが強いストランドと、テンションが弱いストランドとを混在させて形成した長繊維束）
８２ 均一テンションロービング（長繊維束）

Claims (2)

1. 補強材となる長尺の多数の繊維束にテンションをかけて所定間隔に引き揃えながら一方向に進行させ、進行途中で引き揃えられた長繊維群の上方から液状の熱硬化性樹脂組成物を振りかけて、各長繊維群を構成する繊維と繊維との間に熱硬化性樹脂組成物を含浸させたのち、筒状の成形型内に導入し、熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに成形型の断面形状に成形する繊維強化樹脂成形品の製造方法において、前記多数の長繊維束のうち、一部の長繊維束のテンションを、他の長繊維束にかかるテンションの５０％以下にした状態で進行させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
2. 補強材となる長尺の多数の繊維束にテンションをかけて所定間隔に引き揃えながら一方向に進行させ、進行途中で引き揃えられた長繊維群の上方から液状の熱硬化性樹脂組成物を振りかけて、各長繊維群を構成する繊維と繊維との間に熱硬化性樹脂組成物を含浸させたのち、筒状の成形型内に導入し、熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに成形型の断面形状に成形する繊維強化樹脂成形品の製造方法において、テンションが強いストランドと、テンションが弱いストランドとを混在させて形成した長繊維束を長繊維束群の少なくとも一部に用いることを特徴とする特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。

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