JP4672280B2

JP4672280B2 - roll

Info

Publication number: JP4672280B2
Application number: JP2004122711A
Authority: JP
Inventors: 敏夫谷本
Original assignee: 敏夫谷本
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005305692A

Description

本発明は、繊維強化プラスチック予備成形品、繊維強化プラスチック材料、ロールに関する。 The present invention relates to a fiber reinforced plastic preform, a fiber reinforced plastic material, and a roll.

繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ）材料は、予備成形品であるプリプレグを複数積層して形成されている。そして、繊維強化プラスチック材料を構成するプリプレグは、マトリクス樹脂と、そのマトリクス樹脂を強化する繊維体とにより形成されている。プリプレグは、マトリクス樹脂として、たとえば、エポキシ樹脂を用いて形成され、繊維体として、たとえば、炭素繊維を用いて形成されている。 A fiber reinforced plastic (FRP) material is formed by laminating a plurality of prepregs which are preforms. And the prepreg which comprises a fiber reinforced plastic material is formed with the matrix resin and the fiber body which reinforces the matrix resin. The prepreg is formed using, for example, an epoxy resin as a matrix resin, and is formed using, for example, carbon fibers as a fiber body.

繊維強化プラスチック材料は、マトリクス樹脂が繊維体によって強化されているために、軽量であると共に高強度、高剛性であるなどの優れた特性を備えている。繊維強化プラスチック材料は、このような特性によって、運輸分野や航空宇宙分野など幅広い産業分野で構造材料として利用されている。 The fiber reinforced plastic material has excellent characteristics such as light weight, high strength and high rigidity because the matrix resin is reinforced by the fiber body. Due to such characteristics, fiber reinforced plastic materials are used as structural materials in a wide range of industrial fields such as transportation and aerospace.

特に、紙やプラスチックフィルムなどのシートを製造する分野においては、繊維強化プラスチック材料は、シートを搬送するためのガイドロールや、その搬送されたシートをロール状に巻取る際に巻取り体に接触して加圧するためのニップロールなどのロールに多用されている。ガイドロールやニップロールなどのロールは、搬送されるシートに対して追従性が良く、たわみがなく高速に回転することが要求されるため、慣性モーメントが小さい繊維強化プラスチック材料が、ロールの管状体を構成する材料として好適に用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平１１−４７８６６号公報 In particular, in the field of manufacturing sheets such as paper and plastic films, fiber reinforced plastic materials contact guide rolls for transporting sheets and rolls when the transported sheets are wound into rolls. Therefore, it is often used for a roll such as a nip roll for pressurization. Since rolls such as guide rolls and nip rolls are required to follow the conveyed sheet with good flexibility and rotate at high speed, a fiber-reinforced plastic material having a small moment of inertia It is suitably used as a constituent material (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-47866

しかしながら、繊維強化プラスチック材料をガイドロールやニップロールなどのロールに適用する場合においては、シートとの接触によってロールの表面が摩耗して慣性モーメントが変化し、搬送されるシートに対する追従性などが損なわれる場合がある。この場合、ロールの交換などのメンテナンスが必要になって製造時間のロスが生ずるため、製造効率が低下する。これは、耐摩耗性などの耐久性が、ロールの管状体を構成する繊維強化プラスチック材料において十分でないことに起因する。 However, when the fiber reinforced plastic material is applied to a roll such as a guide roll or a nip roll, the surface of the roll is worn by contact with the sheet and the moment of inertia changes, and the followability to the conveyed sheet is impaired. There is a case. In this case, maintenance such as replacement of rolls is required, resulting in a loss of manufacturing time, resulting in a reduction in manufacturing efficiency. This is because durability such as wear resistance is not sufficient in the fiber-reinforced plastic material constituting the tubular body of the roll.

したがって、本発明の目的は、耐摩耗性などの耐久性を向上することが可能な繊維強化プラスチック予備成形品、繊維強化プラスチック材料、ロールを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced plastic preform, a fiber-reinforced plastic material, and a roll that can improve durability such as wear resistance.

上記目的を達成するために、本発明の繊維強化プラスチック予備成形品は、繊維強化プラスチック材料を形成する繊維強化プラスチック予備成形品であって、プリプレグと、前記プリプレグの表面にセラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されるセラミック粒子層とを有する。 In order to achieve the above object, the fiber reinforced plastic preform of the present invention is a fiber reinforced plastic preform that forms a fiber reinforced plastic material, and ceramic particles are dispersed and fixed on the surface of the prepreg. And a ceramic particle layer formed.

本発明の繊維強化プラスチック予備成形品によれば、セラミック粒子層は、プリプレグの表面にセラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されており、プリプレグの表面を保護する。 According to the fiber-reinforced plastic preform of the present invention, the ceramic particle layer is formed by dispersing and fixing the ceramic particles on the surface of the prepreg, and protects the surface of the prepreg.

上記目的を達成するために、本発明の繊維強化プラスチック材料は、第１プリプレグと第２プリプレグとが積層され形成された繊維強化プラスチック材料であって、前記第１プリプレグと前記第２プリプレグとが対面する面に対して反対側になる表面の少なくとも一方に、セラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されているセラミック粒子表面層を有する。 In order to achieve the above object, the fiber reinforced plastic material of the present invention is a fiber reinforced plastic material formed by laminating a first prepreg and a second prepreg, wherein the first prepreg and the second prepreg It has a ceramic particle surface layer formed by dispersing and fixing ceramic particles on at least one surface opposite to the facing surface.

本発明の繊維強化プラスチック材料によれば、セラミック粒子表面層は、第１プリプレグと第２プリプレグとが対面する面に対して反対側になる表面の少なくとも一方に、セラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されており、第１プリプレグまたは第２プリプレグとの表面を保護する。 According to the fiber-reinforced plastic material of the present invention, the ceramic particle surface layer disperses and fixes the ceramic particles on at least one of the surfaces opposite to the surface where the first prepreg and the second prepreg face each other. It protects the surface with the first prepreg or the second prepreg.

上記目的を達成するために、本発明のロールは、プラスチック材料により形成されている管状体と、前記管状体の外周側の表面に、セラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されているセラミック粒子表面層とを有する。 In order to achieve the above object, the roll of the present invention comprises a tubular body formed of a plastic material and ceramic particles formed by dispersing and fixing the ceramic particles on the outer peripheral surface of the tubular body. And a surface layer.

本発明のロールによれば、セラミック粒子表面層は、管状体の外周側の表面に、セラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されており、管状体の外周側の表面を保護する。 According to the roll of the present invention, the ceramic particle surface layer is formed by dispersing and fixing the ceramic particles on the outer peripheral surface of the tubular body, and protects the outer peripheral surface of the tubular body.

本発明は、耐摩耗性などの耐久性を向上することが可能な繊維強化プラスチック予備成形品、繊維強化プラスチック材料、ロールを提供することができる。 The present invention can provide a fiber-reinforced plastic preform, a fiber-reinforced plastic material, and a roll that can improve durability such as wear resistance.

以下より、本発明にかかる実施形態の一例について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態の繊維強化プラスチック予備成形品１１を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a fiber-reinforced plastic preform 11 according to this embodiment.

図１に示すように、本実施形態の繊維強化プラスチック予備成形品１１は、プリプレグ２１と、セラミック粒子層３１とを有し、複数が積層されることによって繊維強化プラスチック材料を形成する。 As shown in FIG. 1, the fiber reinforced plastic preform 11 of this embodiment has a prepreg 21 and a ceramic particle layer 31, and forms a fiber reinforced plastic material by laminating a plurality.

プリプレグ２１は、シート状であり、マトリクス樹脂２２と、繊維体２３とを有する。本実施形態においては、プリプレグ２１として、ＰＹＲＯＦＩＬ＃３５０（三菱レーヨン（株）製）を用いている。 The prepreg 21 has a sheet shape and includes a matrix resin 22 and a fiber body 23. In the present embodiment, PYROFIL # 350 (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) is used as the prepreg 21.

マトリクス樹脂２２は、繊維強化プラスチック予備成形品１１の母材となり、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などのプラスチック材料によってシート状に構成されている。本実施形態においては、マトリクス樹脂２２として、たとえば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を半硬化状態で用いている。なお、マトリクス樹脂２２としては、エポキシ樹脂の他、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性樹脂が好適に用いることができる。 The matrix resin 22 becomes a base material of the fiber reinforced plastic preform 11 and is formed into a sheet shape by a plastic material such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin. In the present embodiment, for example, an epoxy resin that is a thermosetting resin is used as the matrix resin 22 in a semi-cured state. In addition to the epoxy resin, a thermosetting resin such as a phenol resin or an unsaturated polyester resin, or a thermoplastic resin such as nylon, polyetheretherketone, or polyphenylene sulfide can be suitably used as the matrix resin 22.

繊維体２３は、一方向に引き揃えられてマトリクス樹脂２２に含浸され配列されており、マトリクス樹脂２２の強度を強化している。本実施形態においては、繊維体２３として、カーボン繊維を用いている。なお、繊維体２３としては、カーボン繊維の他、ガラス繊維、ポリアミド繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維などを好適に用いることができる。 The fiber bodies 23 are aligned in one direction, impregnated and arranged in the matrix resin 22, and enhance the strength of the matrix resin 22. In the present embodiment, carbon fiber is used as the fiber body 23. In addition, as the fiber body 23, glass fiber, polyamide fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber, etc. other than carbon fiber can be used suitably.

セラミック粒子層３１は、プリプレグ２１の表面にセラミック粒子３２を分散させ固着させることにより形成されている。セラミック粒子層３１は、プリプレグ２１の表面を保護しており、繊維強化プラスチック材料に加工された後における耐摩耗性などの耐久性を向上する。セラミック粒子層３１を形成するセラミック粒子３２は、プリプレグ２１のマトリクス樹脂２２よりも熱伝導率が高いものが好適であり、特に、熱伝導率が常温（２３℃）で０．０１ｃａｌ．ｓ．℃以上が好適である。本実施形態においては、セラミック粒子層３１は、平均粒子径２００ｎｍの酸化アルミニウムをセラミック粒子３２として用いており、０．１６５ｍｇ／ｍ^２の付着量になるように形成されている。セラミック粒子３２としては、酸化アルミニウムの他、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、二酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化チタン、グラファイト、カーボンブラックなどが好適に用いることができる。なお、セラミック粒子３２の付着量としては、たとえば、０．１０〜０．３５ｍｇ／ｍ^２の範囲が好適である。本範囲よりも少ない場合においては、プリプレグ２１の表面に均一に分散して覆うことが困難になり、繊維強化プラスチック材料への加工後における耐摩耗性が十分でなくなる。また、本範囲より多い場合においては、セラミック粒子３２がプリプレグ２１に固着されにくくなり、表面層３１が剥離する場合がある。 The ceramic particle layer 31 is formed by dispersing and fixing the ceramic particles 32 on the surface of the prepreg 21. The ceramic particle layer 31 protects the surface of the prepreg 21 and improves durability such as wear resistance after being processed into a fiber reinforced plastic material. The ceramic particles 32 forming the ceramic particle layer 31 preferably have a higher thermal conductivity than the matrix resin 22 of the prepreg 21, and in particular, the thermal conductivity is 0.01 cal. At room temperature (23 ° C.). s. C. or higher is preferred. In the present embodiment, the ceramic particle layer 31 uses aluminum oxide having an average particle diameter of 200 nm as the ceramic particles 32, and is formed to have an adhesion amount of 0.165 mg / m ² . As the ceramic particles 32, in addition to aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, silicon dioxide, magnesium oxide, iron oxide, titanium oxide, graphite, carbon black, and the like can be suitably used. In addition, as an adhesion amount of the ceramic particle 32, the range of 0.10-0.35 mg / m < ² > is suitable, for example. When the amount is less than this range, it is difficult to uniformly disperse and cover the surface of the prepreg 21 and the wear resistance after processing into a fiber reinforced plastic material becomes insufficient. When the amount is larger than this range, the ceramic particles 32 are less likely to be fixed to the prepreg 21 and the surface layer 31 may be peeled off.

図２は、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２を示す構成図である。図２においては、繊維強化プラスチック材料１２のプリプレグ２１を構成する繊維体２３の配列方向を角度で示している。 FIG. 2 is a configuration diagram showing the fiber-reinforced plastic material 12 of the present embodiment. In FIG. 2, the arrangement direction of the fiber bodies 23 constituting the prepreg 21 of the fiber reinforced plastic material 12 is shown by an angle.

図２に示すように、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２は、第１から第８のプリプレグ２１ａ〜２１ｈと、セラミック粒子表面層３１ａと、第１から第７のセラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈとを有する。 As shown in FIG. 2, the fiber reinforced plastic material 12 of this embodiment includes first to eighth prepregs 21a to 21h, a ceramic particle surface layer 31a, and first to seventh ceramic particle intermediate layers 31b to 31h. And have.

ここで、セラミック粒子表面層３１ａと第１プリプレグ２１ａとは、第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａとして構成されており、図１に示した繊維強化プラスチック予備成形品１１と同様である。また、第１セラミック粒子中間層３１ｂと第２プリプレグ２１ｂとは、第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂとして構成されており、第２セラミック粒子中間層３１ｃと第３プリプレグ２１ｃとは、第３繊維強化プラスチック予備成形品１１ｃとして構成されている。また、第３セラミック粒子中間層３１ｄと第４プリプレグ２１ｄとは、第４繊維強化プラスチック予備成形品１１ｄとして構成されており、第４セラミック粒子中間層３１ｅと第５プリプレグ２１ｅとは、第５繊維強化プラスチック予備成形品１１ｅとして構成されている。また、第５セラミック粒子中間層３１ｆと第６プリプレグ２１ｆとは、第６繊維強化プラスチック予備成形品１１ｆとして構成されており、第６セラミック粒子中間層３１ｇと第７プリプレグ２１ｇとは、第７繊維強化プラスチック予備成形品１１ｇとして構成されており、第７セラミック粒子中間層３１ｈと第８プリプレグ２１ｈとは、第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ｈとして構成されている。第２から第８の繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂ〜１１ｈもまた、図１に示した繊維強化プラスチック予備成形品１１と同様であり、繊維強化プラスチック材料１２は、第１から第８の繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈが順次積層されて形成されている。 Here, the ceramic particle surface layer 31a and the first prepreg 21a are configured as a first fiber reinforced plastic preform 11a, which is the same as the fiber reinforced plastic preform 11 shown in FIG. Moreover, the 1st ceramic particle intermediate | middle layer 31b and the 2nd prepreg 21b are comprised as the 2nd fiber reinforced plastic preform 11b, and the 2nd ceramic particle intermediate | middle layer 31c and the 3rd prepreg 21c are 3rd fibers. It is configured as a reinforced plastic preform 11c. The third ceramic particle intermediate layer 31d and the fourth prepreg 21d are configured as a fourth fiber reinforced plastic preform 11d, and the fourth ceramic particle intermediate layer 31e and the fifth prepreg 21e include the fifth fiber. It is configured as a reinforced plastic preform 11e. The fifth ceramic particle intermediate layer 31f and the sixth prepreg 21f are configured as a sixth fiber-reinforced plastic preform 11f, and the sixth ceramic particle intermediate layer 31g and the seventh prepreg 21g include the seventh fiber. The seventh ceramic particle intermediate layer 31h and the eighth prepreg 21h are configured as an eighth fiber reinforced plastic preform 11h. The second to eighth fiber reinforced plastic preforms 11b to 11h are also the same as the fiber reinforced plastic preform 11 shown in FIG. 1, and the fiber reinforced plastic material 12 includes the first to eighth fiber reinforced plastics. Plastic preforms 11a to 11h are sequentially laminated.

繊維強化プラスチック材料１２は、繊維強化プラスチック予備成形品１１のセラミック粒子層３１が形成されている面と、セラミック粒子層３１が形成されている面に対して反対側の面とが対面し積層されて形成されている。 The fiber reinforced plastic material 12 is laminated with the surface of the fiber reinforced plastic preform 11 on which the ceramic particle layer 31 is formed and the surface opposite to the surface on which the ceramic particle layer 31 is formed facing each other. Is formed.

つまり、第１から第８のプリプレグ２１ａ〜２１ｈは、第１から第８の繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈの各プリプレグ２１に相当する。そして、第１から第８のプリプレグ２１ａ〜２１ｈは、図２に示すように、第１プリプレグ２１ａの繊維体２３の配列方向を０°とし、第１プリプレグ２１ａから第８プリプレグ２１ｈまでの順で、繊維体２３の配列方向が０°、＋４５°、−４５°、９０°、９０°、−４５°、＋４５°、０°になるようにして積層されている。 That is, the first to eighth prepregs 21a to 21h correspond to the prepregs 21 of the first to eighth fiber reinforced plastic preforms 11a to 11h. Then, as shown in FIG. 2, the first to eighth prepregs 21a to 21h are arranged in the order from the first prepreg 21a to the eighth prepreg 21h with the arrangement direction of the fiber bodies 23 of the first prepreg 21a being 0 °. The fiber bodies 23 are laminated so that the arrangement direction thereof is 0 °, + 45 °, −45 °, 90 °, 90 °, −45 °, + 45 °, and 0 °.

セラミック粒子表面層３１ａは、第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａのセラミック粒子層３１に相当し、第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａの第１プリプレグ２１ａと、第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂの第２プリプレグ２１ｂとが対面する面に対して反対側になる表面に、セラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されている。 The ceramic particle surface layer 31a corresponds to the ceramic particle layer 31 of the first fiber reinforced plastic preform 11a, and the first prepreg 21a of the first fiber reinforced plastic preform 11a and the second fiber reinforced plastic preform 11b. It is formed by dispersing and fixing ceramic particles on the surface opposite to the surface facing the second prepreg 21b.

第１から第７のセラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈは、上記のように、第２から第８の繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂ〜１１ｈの各セラミック粒子層３１に相当し、互いに対面するプリプレグの間に、セラミック粒子を分散させ固着させることにより形成されている。たとえば、第１セラミック粒子中間層３１ｂは、第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂのセラミック粒子層３１に相当し、第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａの第１プリプレグ２１ａと、第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂの第２プリプレグ１１ｂとが対面する間に形成されている。 As described above, the first to seventh ceramic particle intermediate layers 31b to 31h correspond to the ceramic particle layers 31 of the second to eighth fiber reinforced plastic preforms 11b to 11h, and are made of prepregs facing each other. It is formed by dispersing and fixing ceramic particles between them. For example, the first ceramic particle intermediate layer 31b corresponds to the ceramic particle layer 31 of the second fiber reinforced plastic preform 11b, and the first prepreg 21a of the first fiber reinforced plastic preform 11a and the second fiber reinforced plastic. It is formed while the second prepreg 11b of the preform 11b faces.

図３は、本実施形態のロール１３を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the roll 13 of the present embodiment.

図３に示すように、本実施形態のロール１３は、管状体４１と、セラミック粒子表面層４２と、回転軸４３とを有する。 As shown in FIG. 3, the roll 13 of this embodiment includes a tubular body 41, a ceramic particle surface layer 42, and a rotation shaft 43.

ここで、管状体４１とセラミック粒子表面層４２とは、図２に示す繊維強化プラスチック材料１２が管状に成形されることによって構成されており、ロール１３の管状体４１は、図２に示す繊維強化プラスチック材料１２の第１から第８のプリプレグ２１ａ〜２１ｈと、第１から第７のセラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈとに相当し、各セラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈの間にプラスチック材料を含むようにして形成されている。 Here, the tubular body 41 and the ceramic particle surface layer 42 are configured by forming the fiber-reinforced plastic material 12 shown in FIG. 2 into a tubular shape, and the tubular body 41 of the roll 13 is formed of the fiber shown in FIG. It corresponds to the first to eighth prepregs 21a to 21h of the reinforced plastic material 12 and the first to seventh ceramic particle intermediate layers 31b to 31h, and includes a plastic material between the ceramic particle intermediate layers 31b to 31h. Formed.

そして、ロール１３のセラミック粒子表面層４２は、繊維強化プラスチック材料１２のセラミック粒子表面層３１ａに相当し、前述の図２のように、第１プリプレグ２１ａと第２プリプレグ２１ｂとが対面する面に対して反対側になる第１プリプレグ２１ａの外周側の表面に形成されている。 And the ceramic particle surface layer 42 of the roll 13 is equivalent to the ceramic particle surface layer 31a of the fiber reinforced plastic material 12, and the first prepreg 21a and the second prepreg 21b face each other as shown in FIG. On the other hand, it is formed on the outer peripheral surface of the first prepreg 21a on the opposite side.

回転軸４３は、管状体４１の両端部に設けられている。回転軸４３は、たとえば、金属により構成されている。 The rotating shaft 43 is provided at both ends of the tubular body 41. The rotating shaft 43 is made of metal, for example.

つぎに、本実施形態の繊維強化プラスチック予備成形品１１と繊維強化プラスチック材料１２とロール１３との製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method of the fiber reinforced plastic preform 11, the fiber reinforced plastic material 12, and the roll 13 of this embodiment is demonstrated.

まず、繊維強化プラスチック予備成形品１１の製造方法について説明する。はじめに、エポキシ樹脂のマトリクス樹脂２２とカーボン繊維の繊維体２３とを有するプリプレグ２１（ＰＹＲＯＦＩＬ＃３５０（三菱レーヨン（株）製））を用意する。そして、そのプリプレグ２１の表面に、平均粒子径２００ｎｍの酸化アルミニウムのセラミック粒子３２を、０．１６５ｍｇ／ｍ^２の付着量で、厚さが均一に成るように散布する。プレプレグ２１の表面は粘着性を有しているため、その散布されたセラミック粒子３２はプレプレグ２１表面に固着される。このようにして、プリプレグ２１の表面にセラミック粒子層３１が形成されている繊維強化プラスチック予備成形品１１を形成する。本実施形態においては、この繊維強化プラスチック予備成形品１１を８枚分形成する。 First, the manufacturing method of the fiber reinforced plastic preform 11 will be described. First, a prepreg 21 (PYROFIL # 350 (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.)) having an epoxy resin matrix resin 22 and a carbon fiber fibrous body 23 is prepared. Then, ceramic particles 32 of aluminum oxide having an average particle diameter of 200 nm are dispersed on the surface of the prepreg 21 so as to have a uniform thickness with an adhesion amount of 0.165 mg / m ² . Since the surface of the prepreg 21 has adhesiveness, the dispersed ceramic particles 32 are fixed to the prepreg 21 surface. Thus, the fiber reinforced plastic preform 11 in which the ceramic particle layer 31 is formed on the surface of the prepreg 21 is formed. In the present embodiment, eight fiber-reinforced plastic preforms 11 are formed.

つぎに、繊維強化プラスチック材料１２の製造方法について説明する。はじめに、８枚の繊維強化プラスチック予備成形品１１を用意する。そして、繊維強化プラスチック予備成形品１１のセラミック粒子層３１が形成されている面と、セラミック粒子層３１が形成されている面に対して反対側の面とを対面させて積層する。 Next, a method for manufacturing the fiber reinforced plastic material 12 will be described. First, eight fiber-reinforced plastic preforms 11 are prepared. Then, the surface of the fiber-reinforced plastic preform 11 on which the ceramic particle layer 31 is formed and the surface opposite to the surface on which the ceramic particle layer 31 is formed face each other and are laminated.

たとえば、前述のように、セラミック粒子層３１が形成されていない第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａの面と、セラミック粒子層３１が形成されている第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂの面とを対面させて、第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａと第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂとを積層する。その後、セラミック粒子層３１が形成されていない第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂの面と、セラミック粒子層３１が形成されている第３繊維強化プラスチック予備成形品１１ｃの面とを対面させて、第２繊維強化プラスチック予備成形品１１ｂと第３繊維強化プラスチック予備成形品１１ｃとを積層する。このようにして、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈとを順次積層する。この時、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈの第１から第８のプリプレグ２１ａ〜２１ｈにおいて、第１プリプレグ２１ａの繊維体２３の配列方向を０°とし、第１プリプレグ２１ａから第８プリプレグ２１ｈまでの順で、各繊維体２３の配列方向を０°、＋４５°、−４５°、９０°、９０°、−４５°、＋４５°、０°になるようにして積層する。 For example, as described above, the surface of the first fiber reinforced plastic preform 11a on which the ceramic particle layer 31 is not formed, and the surface of the second fiber reinforced plastic preform 11b on which the ceramic particle layer 31 is formed. The first fiber reinforced plastic preform 11a and the second fiber reinforced plastic preform 11b are laminated. Thereafter, the surface of the second fiber reinforced plastic preform 11b on which the ceramic particle layer 31 is not formed and the surface of the third fiber reinforced plastic preform 11c on which the ceramic particle layer 31 is formed are faced, The second fiber reinforced plastic preform 11b and the third fiber reinforced plastic preform 11c are laminated. In this way, the first to eighth fiber reinforced plastic preforms 11a to 11h are sequentially laminated. At this time, in the first to eighth prepregs 21a to 21h of the first to eighth fiber reinforced plastic preforms 11a to 11h, the arrangement direction of the fiber bodies 23 of the first prepreg 21a is set to 0 °, and the first prepreg 21a To the eighth prepreg 21h, the fiber bodies 23 are laminated so that the arrangement direction of each fiber body 23 is 0 °, + 45 °, −45 °, 90 °, 90 °, −45 °, + 45 °, 0 °. .

そして、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈの積層体を加熱加圧処理して、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈの各プリプレグ２１ａ〜２１ｈのエポキシ樹脂を熱硬化させて、繊維強化プラスチック材料１２を形成する。本実施形態においては、真空雰囲気にて、２℃／ｍｉｎの昇温速度にて１３０℃になるまで加熱した後に０．４ＭＰａの圧力を印加し、１８０分間その状態を維持する。その後、４００ｍｉｎ後に４０℃になるように冷却する。 And the laminated body of the 1st-8th fiber reinforced plastic preform 11a-11h is heat-pressed, and the epoxy resin of each prepreg 21a-21h of the 1st-8th fiber reinforced plastic preform 11a-11h Is thermally cured to form the fiber reinforced plastic material 12. In this embodiment, after heating to 130 ° C. at a temperature increase rate of 2 ° C./min in a vacuum atmosphere, a pressure of 0.4 MPa is applied and the state is maintained for 180 minutes. Then, it cools so that it may become 40 degreeC after 400 min.

つぎに、ロール１３の製造方法について説明する。ここでは、前述の繊維強化プラスチック材料１２の場合と同様に、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈを用意し、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈを順次積層し積層体を形成する。 Below, the manufacturing method of the roll 13 is demonstrated. Here, as in the case of the fiber reinforced plastic material 12, the first to eighth fiber reinforced plastic preforms 11a to 11h are prepared, and the first to eighth fiber reinforced plastic preforms 11a to 11h are sequentially prepared. Laminate to form a laminate.

そして、第１から第８繊維強化プラスチック予備成形品１１ａ〜１１ｈの積層体を、管状に形成するための金型内に配置する。このとき、管状体の外周側の表面が第１繊維強化プラスチック予備成形品１１ａのセラミック粒子表面層３１ａになるように、金型内に配置する。そして、前述の繊維強化プラスチック材料１２の場合と同様に、加熱加圧処理して各プリプレグ２１ａ〜２１ｈのエポキシ樹脂を熱硬化させて、セラミック粒子表面層４２を外周側の表面に有する管状体４１を形成する。そして、管状体４１の両端部に回転軸４３を設置し、ロール１３を完成する。 And the laminated body of the 1st-8th fiber reinforced plastic preform 11a-11h is arrange | positioned in the metal mold | die for forming in a tubular shape. At this time, it arrange | positions in a metal mold | die so that the surface of the outer peripheral side of a tubular body may become the ceramic particle surface layer 31a of the 1st fiber reinforced plastic preform 11a. Then, as in the case of the fiber reinforced plastic material 12 described above, the tubular body 41 having the ceramic particle surface layer 42 on the outer peripheral surface is obtained by heat-pressing and thermosetting the epoxy resins of the prepregs 21a to 21h. Form. And the rotating shaft 43 is installed in the both ends of the tubular body 41, and the roll 13 is completed.

以下より、上記のように製造した繊維強化プラスチック材料１２とロール１３との耐摩耗性を評価するために、摩耗試験を実施した結果について説明する。 Hereinafter, the results of carrying out the wear test in order to evaluate the wear resistance of the fiber reinforced plastic material 12 and the roll 13 produced as described above will be described.

図４は、摩耗試験を説明するための図である。図４において、図４（ａ）は試験対象となるサンプル部分を示しており、図４（ｂ）は、摩耗試験を行うための摩耗試験機の概要を説明する図である。なお、摩耗試験機としては、ＴＲＩ−Ｓ２００Ｄ（高千穂精機（株）製）を用い、試験環境としては、２１℃，４０％ＲＨにて行っている。 FIG. 4 is a diagram for explaining the wear test. In FIG. 4, FIG. 4 (a) shows a sample portion to be tested, and FIG. 4 (b) is a diagram for explaining the outline of a wear test machine for performing a wear test. Note that TRI-S200D (manufactured by Takachiho Seiki Co., Ltd.) is used as the wear tester, and the test environment is 21 ° C. and 40% RH.

摩耗試験においては、図４（ａ）に示すように、サンプルホルダー１０１の面に試験サンプル１１１を設置する。本実施形態においては、前述の繊維強化プラスチック材料１２を５ｍｍ×５ｍｍになるように正方形に切断して試験サンプル１１１とする。そして、繊維強化プラスチック材料１２の試験サンプル１１１のセラミック粒子表面層３１ａ側が外側になるように、セラミック粒子表面層３１ａに対して反対側の面を、サンプルホルダー１０１の面（１４ｍｍ×１４ｍｍ）に設置する。 In the wear test, a test sample 111 is placed on the surface of the sample holder 101 as shown in FIG. In the present embodiment, the above-described fiber reinforced plastic material 12 is cut into a square so as to be 5 mm × 5 mm to be a test sample 111. Then, the surface opposite to the ceramic particle surface layer 31a is placed on the surface of the sample holder 101 (14 mm × 14 mm) so that the ceramic particle surface layer 31a side of the test sample 111 of the fiber reinforced plastic material 12 is outside. To do.

そして、図４（ｂ）に示すように、試験サンプル１１１のセラミック粒子表面層３１ａ側を、リング形状の相手部材１２１の面に押し付けて接触させる。本実施形態においては、相手部材１２１として１００Ｃｒ６鋼を用い、押付け力として１０Ｎとしている。そして、試験サンプル１１１が設置されたサンプルホルダー１０１を固定した状態で、リング形状の相手部材１２１を一定の回転速度にて回転させる。本実施形態においては、１ｍ／ｓの回転速度で６０時間接触させながら回転させて摩耗試験を行っている。 And as shown in FIG.4 (b), the ceramic particle surface layer 31a side of the test sample 111 is pressed against the surface of the ring-shaped other member 121, and is made to contact. In the present embodiment, 100Cr6 steel is used as the mating member 121, and the pressing force is 10N. Then, in a state where the sample holder 101 on which the test sample 111 is installed is fixed, the ring-shaped mating member 121 is rotated at a constant rotational speed. In the present embodiment, the wear test is performed by rotating while contacting at a rotational speed of 1 m / s for 60 hours.

なお、本実施形態との比較例として、セラミック粒子表面層３１がない場合についても、プリプレグ２１の表面を相手部材１２１に接触させ、同様にして、上記の摩耗試験を実施している。比較例としては、セラミック粒子表面層３１がないことを除いて、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２と同様に製造されたものを用いている。 As a comparative example with the present embodiment, even when the ceramic particle surface layer 31 is not provided, the wear test is performed in the same manner by bringing the surface of the prepreg 21 into contact with the mating member 121. As a comparative example, a material manufactured in the same manner as the fiber-reinforced plastic material 12 of the present embodiment is used except that the ceramic particle surface layer 31 is not provided.

図５と図６とは、本実施形態の摩耗試験の結果を示す図である。 5 and 6 are diagrams showing the results of the wear test of the present embodiment.

図５は、比摩耗率Ｗｓ（ｍｍ^３／Ｎｍ）と、摩耗時間ｔ（時間）との関係を示す図であり、縦軸が比摩耗率Ｗｓ、横軸が摩耗時間ｔである。図５においては、本実施形態の結果２０１と、比較例の結果２０２とを示している。ここで、比摩耗率とは、所定の摩耗時間における摩耗量を、摩耗速度と押し付け力とで割った値である。このため、比摩耗率は、値が大きい程、耐摩耗性が劣ることを意味している。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the specific wear rate Ws (mm ³ / Nm) and the wear time t (time), where the vertical axis represents the specific wear rate Ws and the horizontal axis represents the wear time t. In FIG. 5, the result 201 of this embodiment and the result 202 of a comparative example are shown. Here, the specific wear rate is a value obtained by dividing the wear amount in a predetermined wear time by the wear speed and the pressing force. For this reason, the specific wear rate means that wear resistance is inferior, so that a value is large.

図６は、本実施形態と比較例との試験面の３Ｄトポグラフィックマップ図である。図６において、図６（ａ）は比較例の試験前であり、図６（ｂ）は比較例の試験後である。また、図６（ｃ）は本実施形態の試験前であり、図６（ｄ）は本実施形態の試験後である。 FIG. 6 is a 3D topographic map of the test surface of this embodiment and the comparative example. 6, FIG. 6 (a) is before the test of the comparative example, and FIG. 6 (b) is after the test of the comparative example. FIG. 6C is before the test of the present embodiment, and FIG. 6D is after the test of the present embodiment.

図５に示すように、比摩耗率は、本実施形態の結果２０１の方が、比較例の結果２０２よりも低くなっている。また、図６に示すように、本実施形態は、試験後の表面が滑らかになっているのに対し、比較例は、試験後の表面に深い傷が発生し、表面が削り取られていることがわかる。 As shown in FIG. 5, the specific wear rate of the result 201 of this embodiment is lower than the result 202 of the comparative example. Further, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, the surface after the test is smooth, whereas in the comparative example, the surface after the test has deep scratches, and the surface is scraped off. I understand.

以上のように、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２およびロール１３は、表面にセラミック粒子表面層３１ａ，４２が形成されている。セラミック粒子表面層３１ａ，４２は、硬度が高いセラミック粒子３２からなり、第１プリプレグ２１ａにより形成されるプラスチック材料の表面を保護し、摩耗によって削り取られにくくなっている。このため、本実施形態は、耐摩耗性などの耐久性を向上させることができる。 As described above, the ceramic particle surface layers 31a and 42 are formed on the surface of the fiber-reinforced plastic material 12 and the roll 13 of the present embodiment. The ceramic particle surface layers 31a and 42 are made of ceramic particles 32 having high hardness, protect the surface of the plastic material formed by the first prepreg 21a, and are not easily scraped off by abrasion. For this reason, this embodiment can improve durability, such as abrasion resistance.

また、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２およびロール１３においてセラミック粒子表面層３１ａ，４２は、表面部分において第１プリプレグ２１ａにより形成されるプラスチック材料よりも熱伝導率が高いセラミック粒子３２を用いて形成されており、特に、熱伝導率が常温で０．０１ｃａｌ．ｓ．℃以上のもので形成されている。このため、本実施形態は、摩擦面で発生する熱が容易に表面で放熱されるため、耐摩耗性などの耐久性を向上することができる。 Further, in the fiber reinforced plastic material 12 and the roll 13 of the present embodiment, the ceramic particle surface layers 31a and 42 are made of ceramic particles 32 having higher thermal conductivity than the plastic material formed by the first prepreg 21a in the surface portion. In particular, the thermal conductivity is 0.01 cal. s. It is formed of a material having a temperature of ℃ For this reason, in this embodiment, since the heat generated on the friction surface is easily dissipated on the surface, durability such as wear resistance can be improved.

また、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２およびロール１３は、セラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈが各プリプレグ１１ａ〜１１ｈの界面部分に介在している。つまり、本実施形態の繊維強化プラスチック材料１２およびロール１３は、複数のプリプレグ１１ａ〜１１ｈのそれぞれの間にセラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈを有している。そして、セラミック粒子中間層３１ｂ〜３１ｈは、前述のセラミック粒子表面層３１ａと同様に、各プリプレグ１１ａ〜１１ｈよりも熱伝導率が高いセラミック粒子３２を用いて形成されており、特に、熱伝導率が常温で０．０１ｃａｌ．ｓ．℃以上のもので形成されている。このため、本実施形態は、摩耗によって表面が削り取られにくく、摩擦により表面で発生する熱が容易に表面で放熱されるため、耐摩耗性などの耐久性を向上することができる。 Further, in the fiber reinforced plastic material 12 and the roll 13 of the present embodiment, the ceramic particle intermediate layers 31b to 31h are interposed in the interface portions of the prepregs 11a to 11h. That is, the fiber reinforced plastic material 12 and the roll 13 of this embodiment have the ceramic particle intermediate layers 31b to 31h between the plurality of prepregs 11a to 11h. And the ceramic particle intermediate | middle layers 31b-31h are formed using the ceramic particle 32 whose heat conductivity is higher than each prepreg 11a-11h similarly to the above-mentioned ceramic particle surface layer 31a, and especially heat conductivity. Is 0.01 cal. s. It is formed of a material having a temperature of ℃ For this reason, in the present embodiment, the surface is hardly scraped off due to wear, and heat generated on the surface due to friction is easily radiated on the surface, so that durability such as wear resistance can be improved.

また、同様に、本実施形態の繊維強化プラスチック予備成形品１１は、プリプレグ２１の表面にセラミック粒子層３１が形成されているため、耐摩耗性を向上可能な繊維強化プラスチック材料１２およびロール１３を形成することができる。 Similarly, since the fiber reinforced plastic preform 11 of the present embodiment has the ceramic particle layer 31 formed on the surface of the prepreg 21, the fiber reinforced plastic material 12 and the roll 13 capable of improving the wear resistance are provided. Can be formed.

図１は、本発明にかかる実施形態の繊維強化プラスチック予備成形品を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a fiber-reinforced plastic preform according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明にかかる実施形態の繊維強化プラスチック材料を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a fiber-reinforced plastic material according to an embodiment of the present invention. 図３は、本発明にかかる実施形態のロールを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a roll according to an embodiment of the present invention. 図４は、本発明にかかる実施形態における摩耗試験を説明するための図である。FIG. 4 is a view for explaining a wear test in the embodiment according to the present invention. 図５は、本発明にかかる実施形態における比摩耗率と摩耗時間との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the specific wear rate and the wear time in the embodiment according to the present invention. 図６は、本発明にかかる実施形態と比較例との試験面の３Ｄトポグラフィックマップ図である。FIG. 6 is a 3D topographic map of the test surface of the embodiment according to the present invention and the comparative example.

Explanation of symbols

１１：繊維強化プラスチック予備成形品，
１１ａ〜１１ｈ：第１から第８の繊維強化プラスチック予備成形品，
１２：繊維強化プラスチック材料，
１３：ロール，
２１：プリプレグ，
２１ａ〜２１ｈ：第１から第８のプリプレグ，
２２：マトリクス樹脂，
２３：繊維体，
３１：セラミック粒子層，
３１ａ：セラミック粒子表面層，
３１ｂ〜３１ｈ：第１から第７のセラミック粒子中間層，
３２：セラミック粒子，
４１：管状体，
４２：セラミック粒子表面層，
４３：回転軸
11: Fiber reinforced plastic preform,
11a to 11h: 1st to 8th fiber reinforced plastic preforms,
12: Fiber reinforced plastic material,
13: Roll,
21: Prepreg,
21a to 21h: first to eighth prepregs,
22: Matrix resin,
23: fiber body,
31: Ceramic particle layer,
31a: Ceramic particle surface layer,
31b to 31h: first to seventh ceramic particle intermediate layers,
32: Ceramic particles,
41: tubular body,
42: Ceramic particle surface layer,
43: Rotating shaft

Claims

A tubular body formed of a plastic material;
A ceramic particle surface layer formed by dispersing and fixing ceramic particles on the outer peripheral surface of the tubular body;
Have
The plastic material forming the tubular body is a fiber reinforced plastic material formed by at least a first prepreg and a second prepreg, and the first prepreg is laminated on the outer peripheral side of the second prepreg,
The ceramic particle surface layer is formed so as to cover the outer peripheral surface of the first prepreg which is opposite to the surface where the first prepreg and the second prepreg face each other.
Between the first prepreg and the second prepreg facing each other, a ceramic particle intermediate layer formed by dispersing and fixing the ceramic particles is further provided,
roll.

The ceramic particles forming the ceramic particle surface layer is a roll according to a high thermal conductivity claim 1 than the plastic material forming the tubular body.

The ceramic particles forming the ceramic particle surface layer have a thermal conductivity of 0.01 cal. s. The roll according to claim 2 , which is at least ° C.

The ceramic particles of the ceramic particle surface layer, one of claims 1, which is formed by at least one of aluminum oxide and titanium oxide and silicon carbide and silicon nitride and boron nitride and silicon dioxide magnesium oxide and iron oxide 3 The roll according to crab.

The ceramic particles of the ceramic particle surface layer according to any one of claims 1-3, which is formed by at least one of aluminum oxide and silicon carbide and silicon nitride and boron nitride and silicon dioxide magnesium oxide and iron oxide Rolls.

The first prepreg and the second prepreg include a matrix resin and a fibrous body that reinforces the matrix resin,
The roll according to any one of claims 1 to 5 , wherein the fibrous body is formed of at least one of glass fiber, polyamide fiber, silicon carbide fiber, and carbon fiber.

The roll according to any one of claims 1 to 6 , wherein the ceramic particles forming the ceramic particle intermediate layer have higher thermal conductivity than the plastic material forming the tubular body.

The ceramic particles forming the ceramic particle intermediate layer have a thermal conductivity of 0.01 cal. s. The roll according to claim 7 , wherein the roll is at least ° C.