JPH01166937A - 長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 −−の和 本発明は、円形断面を有した細長形状の補強材の表面に
繊維強化樹脂層が形成された長尺軽量の繊維強化複合樹
脂引抜成形品及びその製造法に関するものである。

本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品は円
形断面形状を有した細長の形材として具体化され、軸方
向の引張力、圧縮力のみならず曲げ力にも十分に耐える
ことができ、例えば航空、宇宙、自動車、船舶、鉄道の
分野におけるフレーム、機械部品として、又土木、建築
分野における柱等の骨組構造材等、その他種々の分野に
おいて軽３１）構造材として使用することができる。

−の七＝　−び［９，＋１″夫 従来、上記種々の分野で長尺で且つ軽量の構造材が要求
されており、斯る構造材として従来炭素繊維、カラス繊
維等を強化繊維とした繊維強化複合材料が提案されてい
る。更に軽量化を図るべく複合材料は中空パイプ状に成
形ぎれ、更に軽量化を図るために中空パイプの肉厚は薄
くされる傾向にあるが、肉厚が薄くなるに従って曲げ強
度及び軸方向に対し直角方向への圧縮強度（耐座屈性）
が低ドすることとなり、肉厚を薄くするにも限界があっ
た。特に、引抜き成形においては、金型内部並びに引取
り部での成形体の損傷等の問題が発生し、成形が困難で
あった。

本発明者等は、プラスチック発泡体にて形成された細長
形状の長尺補強材から成る長尺軽量補強材の外表面に薄
肉の繊維強化樹脂層を複ａ層、特に、強化繊維を軸方向
に整列して形成される軸方向繊維層と、強化繊維を軸線
に対し螺旋状に巻付けることにより形成される螺旋状繊
維層とを形成することにより、軸方向の引張強度、圧縮
強ＩＷのみならず曲げ強度及び軸方向に対し直角方向へ
の圧縮強度（耐座屈性）にも優れた長尺軽量の繊維強化
複合樹脂成形品を実現化し得、又斯る成形品は通常の引
抜成形法（プルトルージョン）にて極めて好適に製造し
得ることを見出した。

又、斯る長尺軽量補強材は、成形品を引抜成形法にて製
造する際にマンドレルとして機能することができ、従っ
てマンドレルを特別に用意する必要がなく、更に又成形
品の損傷もなく極めて効率よく且つ迅速に製造し得ると
いう利点があることが分かった。

本発明ば斯る新規な知見に基づきなされたものである。

灸」Ｌへ」ゴゲー 末完ＩＪＩの目的は、軸方向の引張強度、圧縮強度のみ
ならず曲げ強度及び軸方向に対し直角方向への圧縮強度
（耐座屈性）に優れた、種々の分野で軽１−構造材とし
て使用可能な円形断面を有した長尺軽ｊ正の繊維強化複
合樹脂引抜成形品及びその製ｗ法を提供することである
。

本発明の他の目的は、特別にマンドレルを必要とするこ
となく、更に成形品の損傷もなく極めて効率よく、引抜
成形法にて長尺軽量の繊維強化複合樹脂引抜成形品及び
その製造法を提供することである。

１占　　ｔ　るための 上記薄目的は本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引
抜成形品及びその製造法によって達成される。要約すれ
ば本発明は、円形断面を有した細長形状の軽量補強材と
、該軽量補強材の外周囲を囲包して形成された繊維強化
樹脂層とを具備し、該繊維強化樹脂層は、強化繊維を軸
方向に整列して形成される軸方向繊維層と、強化繊維を
軸線に対し螺旋状に巻付けることにより形成される螺旋
状繊維層とを有することを特徴とする長尺軽量繊維強化
複合樹脂引抜成形品である。前記軽量補強材は細長形状
のプラスチック発泡体とされ、又、好ましくは、軸方向
繊維層と螺旋状繊維層とは互い違いに複数層形成される
。

更に、繊維強化樹脂層の強化繊維は炭素繊維、ガラス繊
維又はアラミド繊維であり、該繊維に含浸されるマトリ
クス樹脂はエポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエス
テル等の熱硬化性樹脂、及びナイロン６、ナイロン６６
、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレン
スルファイド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂とされ
る。

斯る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品は、（ａ）円
形断面を有した細長形状の軽量補強材を用意する工程：
　（ｂ）前記軽量補強材の上に樹脂含浸繊維を軸方向に
配置するか又は螺旋方向に巻付けて、所定の肉厚を有し
た第１の繊維層を形成する工程：　（ｃ）前記第１の繊
！ｌ！ＩＪを固化するに先立って該繊維層の上に樹脂含
浸繊維を前記第１のｍ＃Ｉ層とは異なる方向に配列する
ことにより第２の繊維層を形成する工程：　（ｄ）必要
に応じて、前記（ｂ）、（ｃ）工程を所望回数繰り返し
行ない、軸方向繊維層及び螺旋方向繊維層から成る未硬
化繊維層積層体を形成する工程：次いで、（ｅ）前記未
硬化繊維層積層体を有した軽量補強材を金型へと引込ん
で所定の寸法形状に賦形し、固化する工程：を有するこ
とを特徴とする長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品の
製造法にて好適に製造し得る。

支亙遺 次に、本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形
品について更に詳しく説明する。

第１図には本発明に従った矩形断面を有した細長形状の
長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品が例示される８本
実施例によれば、本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹
脂引抜成形品１は、断面が円形とされる細長形状の長尺
軽量補強材２と、該補強材の外周囲を全部囲包して形成
された繊維強化樹脂層４とから成る。補強材２は、細長
形状のプラスチック発泡体とされ、硬質発泡ポリウレタ
ン、硬質発泡ポリスチレン等が好適である。

本発明に従えば、繊維強化樹脂層４は、第１図に図示さ
れるように、軽量補強材２の全外周囲を囲包して形成さ
れ、強化繊維を軸方向に整列して形成される軸方向繊維
層４ａと、強化繊維を軸線に対し所定角度にて螺旋状に
巻付けることにより形成される螺旋状繊維層４ｂとを具
備するように構成される。又、軸方向繊維層４ａと螺旋
状繊維層４ｂとは互い違いに複数層形成することができ
る。成形品の最内層は図示されるように軸方向繊維層４
ａとすることもできるし、又螺旋状繊維層４ｂとするこ
ともできる。更に、最外層は螺旋状＃ａ維雑居ｂとする
ことができるが、第２図に図示されるように、該螺旋状
ａ離層４ｂの上に軸方向繊維層４ａを形成するのが好ま
しい、この理由は、成形品の最外層を軸方向繊維層４ａ
とすることにより成形品の連続製造に際し、円滑な運転
が可能となるからである。

螺旋方向繊維層４ｂにおける軸線方向に対する巻付は角
度、及び各繊維層４ａ、４ｂにおける繊維の密度、層厚
さ等は任意に選択し得るが、−例を挙げれば１巻付は角
度は、４５°〜８００とされ１繊維層４ａ、４ｂにおけ
る繊維含有量は、体積％で５０〜６０％とされるのが好
適である。

又、繊維強化樹脂層４の強化繊維及びマトリクス樹脂は
任意のものを使用し得るが、強化繊維としては通常、炭
素ｍｍ、ガラス繊維又はアラミド繊維が好適であり、該
繊維に含浸されるマトリクス樹脂はエポキシ、不飽和ポ
リエステル、ビニルエステル等の熱硬化性樹脂、及びナ
イロン６、ナイロン６６、ポリカーボネート、ポリアセ
タール、ポリフェニレンスルファイド、ポリプロピレン
等の熱可塑性樹脂とされる。マトリクス樹脂には、所望
に応じ、ＣａＣＯ３，マイカ、ＡＪＩ（ＯＨ）３．タル
ク等の充填剤と、更には耐熱性、耐候性を改良するため
の添加剤及び着色剤等が添加される。繊維強化樹脂層４
における繊維含有量は、上述のように、体積％で５０〜
６０％とされるのが好適である。

次に、本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形
品の製造法について説明する。

概略説明すると、円形断面を有する細長形状の軽量補強
材２が連続的に金型（ダイス）へと供給される。一方、
マトリクス樹脂が含浸された強化繊維が補強材２の周囲
へと供給され、補強材２の上に強化繊維樹脂層４が形成
される。

このとき、強化繊維樹脂層４を形成するに際しては、補
強材２の上に樹脂含浸繊維を、軸方向に配置するか又は
螺旋方向に巻付けて、所定の肉厚を有した第１の！ｉＡ
維層雑居成し、該第１の繊維層を固化するに先立って該
繊維層の上に樹脂含浸繊維を前記第１の繊維層とは異な
る方向に配列することにより第２の繊維層を形成し、必
要に応じて、前記工程を所望回数繰り返し行ない、軸方
向繊維層及び螺旋方向ｍ雑居から成る未硬化ｍ離層積層
体４が形成される。該繊維層積層体が形成された補強材
２が金型８へと引込まれ、該金型にて強化繊維樹脂層４
は所定の寸法形状に賦形されそして固化される。

上記引抜成形は、通常のオーバーワイングーにて好適に
実施される。

次に、オーバーワイングーを使用して第３図に図示され
る本発明に係る炭素繊維強化複合樹脂引抜成形品を製造
する場合について第４図を参照して説明する。

第４図には上記円形断面形状を有した炭素繊維強化複合
樹脂引抜成形品ｌを製造するための引抜成形機ｌＯの一
実施例が示される０本実施例では、特に、第３図に図示
されるように、最内層より軸方向炭素繊維強化樹脂層４
ａ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂ、軸方向炭素繊維強
化樹脂層４ａ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂ及び軸方
向炭素繊維強化樹脂層４ａから成る５層構成の炭素繊維
強化複合樹脂引抜成形品ｌが製造されるものとする。

本引抜成形機ｌＯによれば、炭素繊維１２が巻付けられ
た多数のクリール１４がクリールスタンド１６　（１６
ａ、１６ｂ）に軸架される０本実施例では、クリールス
タンド１６は３基設けられ、第１のクリールスタンド１
６ａからの炭素繊維１２ａはガイド板１８により樹脂含
浸槽２０へと導入され、マトリクス樹脂が含浸される。

余分の樹脂が絞られた樹脂含浸繊維繊ｉｌｌ　ｌ　２　
ａはガイド板２２によりオーバーワイングー２４に供給
され、該オーバーワイング−２４に取付けられたマンド
レル、つまり本発明では円形断面を有した細長形状の軽
量補強材２に対し軸線方向に整列して縦添えされる（最
内層となる軸方向炭素繊維強化樹脂層４ａの形成）、同
時に、該オーバーワイング−２４は該オーバーワイング
ー２４に搭載された複数個のクリール２４ａから繰り出
される炭素繊維２４ｂが、上記縦添えされた軸方向炭素
１＠維強化樹脂層４ａの上に所定の角度、例えば７０度
の巻付は角度にて巻付けられ、螺旋状炭素繊維強化樹脂
層４ｂが形成される。クリール２４ａからの炭素繊維に
はマトリクス樹脂は含浸されていないが、軽量補強材２
に巻付けられたとき、下層の軸方向炭素繊維強化樹脂層
及び次の工程にて縦添えされる軸方向炭素繊維強化樹脂
層からの余剰マトリクス樹脂が含浸される。

第２及び第３のクリールスタンド１６ｂはクリールスタ
ンド１６ａを挟んで対称に配置され、同様に作動するた
めに、第４図では図面上、手前側のクリールスタンド１
６ｂのみを詳細に図示し説明し、他方のクリールスタン
ド１６ｂの説明は省略する。クリールスタンド１６ｂか
らの炭素繊維１２ｂの中の一部の繊維１２ｃはガイド板
２８により樹脂含浸槽３０へと導入され、マトリクス樹
脂が含浸される。余分の樹脂が絞られた樹脂含浸炭素繊
維１２ｃはガイド板３２．３４によりオーバーワイング
ー３６に供給される。該樹脂含浸炭素繊維１２ｃは、オ
ーバーワイングー２４．３６の中心部を貫通する、今や
軸線方向及び螺旋方向の２層の強化炭素繊維強化樹脂層
が形成されている軽量補強材２に対し軸方向へと供給さ
れ、螺旋状の炭素繊維２４ｂ上に縦添えされる（２番目
の軸方向炭素繊維強化樹脂層４ａの形成）、同時に、該
オーバーワイングー３６は該オーバーワイングー３６に
搭載された複数個のクリール３６ａから繰り出される炭
素繊維３６ｂが、上記縦添えされた軸方向炭素繊維強化
樹脂層４ａの上に所定の角度、例えば７０度の巻付は角
度にて巻付けられ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂが形
成され−る。該オーバーワイングー３６は前記オーバー
ワイングー２４とは逆方向に回転され、従ってオーバー
ワイングー３６にて形成される螺旋状炭素繊維強化樹脂
層４ｂの巻付方向と、オーバーワイングー２４にて形成
された螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂの巻付方向とは逆
向きと・なるｉクリール３６ａからの炭素繊維にはマト
リクス樹脂は含浸されていないが、マンドレルに巻付け
られたとき、下層の軸方向炭素繊維強化樹脂層及び次の
工程にて縦添えされる軸方向炭素＃ａ維強化樹脂層から
の余剰マトリクス樹脂が含浸される。

前記螺旋状に巻付けられた炭素縁！１３６ｂの上には、
第２のクリールスタンド１６ｂからの炭素ｆ１１維１２
ｂの残余の１１！１１２ｄであって、ガイド板４０．４
２により樹脂含浸槽４４へと導入され、マトリクス樹脂
が含浸され、次いで余分の樹脂が絞られ、ガイド板４６
．４８により案内供給された樹脂含浸炭素繊維１２ｄが
軸線方向に整列して配置され、最外層の軸方向炭素繊維
強化樹脂層４ａが形成される。

このようにして軽量補強材２上には軸方向炭素ｆａｍ強
化樹脂層４ａ及び螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂが所定
層だけ積層された炭素繊維強化樹脂層積層体５０が形成
される。

本実施例にて、軽量補強材２としては外径２０ｍｍの硬
質発泡ポリウレタンを使用した。

強化ｓｅａとしては、線径７　Ｊｌｍ　、強度３４０ｋ
ｇ　／　ｍ　ｒｎ’の炭素繊維を使用し、各樹脂含浸槽
２０．３０．４４にはマトリクス樹脂としてはエポキシ
樹脂１００ｗｔ％と、充填剤として炭酸カルシウムを１
０ｗｔ％加えた樹脂液を調製して収容し、炭素繊維に含
浸させた。

上述のようにして軽量補強材２上に内側より樹脂含浸炭
素繊維から成る軸方向炭素ａｍ強化樹脂層４ａ、螺旋状
炭素繊維強化樹脂層４ｂ、軸方向炭素繊維強化樹脂層４
ａ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂ及び軸方向炭素繊維
強化樹脂層４ａの５層から構成される炭素繊維強化樹脂
層積層体５０が形成される。

該軽量補強材２上に形成された炭素繊維強化樹脂層５０
は次いで、円形断面形状を有した金型５２内へと引入れ
られる。

このようにして、極めて好適に金型５２にて所定形状寸
法に賦形された繊維強化樹脂層５０は加熱装置（図示せ
ず）を利用することにより固化（硬化゛）され、炭素繊
維強化複合樹脂引抜成形品１が形成される。金型５２の
下流側には引抜機５４及びカッター５６が配置され、該
炭素繊維強化複合樹脂引抜成形品１を抜取ると共に、該
炭素繊維強化複合樹脂引抜成形品１を所定長さにて切断
する。引抜機５４及びカッター５６の構造及び作用は当
業者には周知であるのでこれ以上の説明は省略する。

以上の構成とされる製造方法及び引抜成形機を使用して
、外径が２７ｍｍ、各炭素繊維強化樹脂層の厚さが内層
より順に０．５．１．０，０゜５．１．０．０．５ｍｍ
の肉厚３．５ｍｍの炭素繊維強化樹脂引抜成形品を１ｍ
／ｓｅｃの速度にて製造することができた。

このようにして製造した引抜成形品ｌの強度は従来の成
形品に比較し優れていた。

兄」ＬＬ」Ｌ釆 以上説明したように、本発明に従った長尺軽量繊維゛強
化複合樹脂引抜成形品は軸方向のみならず横方向圧縮及
び曲げに対する強度（耐座屈性）が従来の成形品に比較
し飛躍的に向上したものとなり、又本発明による製造方
法によると斯るｍ＃Ｉ強化複合樹脂引抜成形品が極めて
簡単に且つ連続的に製造し得るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明に係る長尺軽量繊
維強化複合樹脂引抜成形品の実施例の断面図である。 第４図は、本発明に従って長尺軽量繊維強化複合樹脂引
抜成形品を製造する際の工程を説明する概略説明図であ
る。 １：繊維強化複合樹脂引抜成形品 ２：長尺軽量補強材 ４：繊維強化樹脂層 ５２二金型 しユニ」 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）円形断面を有した細長形状の軽量補強材と、該軽量
   補強材の外周囲を囲包して形成された繊維強化樹脂層と
   を具備し、該繊維強化樹脂層は、強化繊維を軸方向に整
   列して形成される軸方向繊維層と、強化繊維を軸線に対
   し螺旋状に巻付けることにより形成される螺旋状繊維層
   とを有することを特徴とする長尺軽量繊維強化複合樹脂
   引抜成形品。 ２）軽量補強材は細長形状のプラスチック発泡体である
   特許請求の範囲第１項記載の長尺軽量繊維強化複合樹脂
   引抜成形品。 ３）軸方向繊維層と螺旋状繊維層とは互い違いに複数層
   形成されて成る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品。 ４）成形品の最内層及び最外層は軸方向繊維層である特
   許請求の範囲第３項記載の長尺軽量繊維強化複合樹脂引
   抜成形品。 ５）繊維強化樹脂層の強化繊維は炭素繊維、ガラス繊維
   又はアラミド繊維であり、該繊維に含浸されるマトリク
   ス樹脂はエポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステ
   ル等の熱硬化性樹脂、及びナイロン６、ナイロン６６、
   ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフエニレンス
   ルフアイド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂である特
   許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかの項に記載の長
   尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品。 ６）（ａ）円形断面を有した細長形状の軽量補強材を用
   意する工程； （ｂ）前記軽量補強材の上に樹脂含浸繊維を軸方向に配
   置するか又は螺旋方向に巻付けて、所定の肉厚を有した
   第１の繊維層を形成する工程； （ｃ）前記第１の繊維層を固化するに先立つて該繊維層
   の上に樹脂含浸繊維を前記第１の繊維層とは異なる方向
   に配列することにより第２の繊維層を形成する工程； （ｄ）必要に応じて、前記（ｂ）、（ｃ）工程を所望回
   数繰り返し行ない、軸方向繊維層及び螺旋方向繊維層か
   ら成る未硬化繊維層積層体を形成する工程；次いで、 （ｅ）前記未硬化繊維層積層体を有した軽量補強材を金
   型へと引込んで所定の寸法形状に賦形し、固化する工程
   ； を有することを特徴とする長尺軽量繊維強化複合樹脂引
   抜成形品の製造法。 ７）第１の繊維層及び最外層の繊維層は軸方向繊維層で
   ある特許請求の範囲第６項記載の製造法。 ８）軽量補強材は細長形状のプラスチック発泡体である
   特許請求の範囲第６項又は第７項記載の製造法。 ９）繊維強化樹脂層の強化繊維は炭素繊維、ガラス繊維
   又はアラミド繊維であり、マトリクス樹脂はエポキシ、
   不飽和ポリエステル、ビニルエステル等の熱硬化性樹脂
   、及びナイロン６、ナイロン６６、ポリカーボネート、
   ポリアセタール、ポリフエニレンスルフアイド、ポリプ
   ロピレン等の熱可塑性樹脂である特許請求の範囲第６項
   〜第８項のいずれかの項に記載の製造法。