JPH0119335B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、炭素繊維強化プラスチツク（以下
CFRPと略称する）円筒の連続成形方法に関し、
特に大型宇宙構造体用部材として用いられるよう
な軽量、長尺で高い機械的強度を有するCFRP薄
肉円筒の連続成形にも適用できる方法に関するも
のである。

〔従来技術〕

熱硬化性樹脂を含浸してマトリクスとした繊維
強化プラスチツク（以下FRPと略称する）円筒
のような一定断面形状を有する長尺成形品の連続
成形方法としては引抜成形方法がよく知られてお
り、従来から強化材としてガラス繊維を用いた厚
肉の絶縁管や耐食管などの製造が実際に行なわれ
ている。

第１図は従来の引抜成形方法を説明する断面図
である。図において、１は熱硬化性樹脂を含浸し
た繊維集合体、２は芯金、３は引取り機構であ
り、この例ではローラ、４は加熱成形型すなわち
ホツトダイ、５はホツトダイ４入口の絞り部、６
は平たん部である。

次に成形方法について説明する。熱硬化性樹脂
を含浸した繊維集合体１を芯金２に巻付け、これ
を引取り機構３を矢印Ａの方向に回転させること
により矢印Ｂの方向に移動し、ホツトダイ４入口
の絞り部５で上記繊維集合体から余分な樹脂を除
去すると共に全体の外形を整え、平たん部６で硬
化を行ない円筒状の成形品を得る。

しかしながら、このような成形方法では、例え
ば大型宇宙構造体用部材として用いられるよう
な、強化繊維として炭素繊維を用いその比強度お
よび比弾性率の優位性を生かした軽量、薄肉の
CFRP長尺円筒の成形には充分対応できない。す
なわち、このような成形品には必要強度に対する
極限の軽量化が要求され、その為には薄肉化と成
形精度によるROM％（複合則による理論値に対
する成形品の強度保持率）の向上が必要である
が、従来の成形方法ではこのROM％に対する配
慮がなされていない。

従来の引抜成形方法は混肉品を対称としたもの
が主であり、余分の熱硬化性樹脂の除去量が多い
ため、例えば、絞り部５の絞り角度を大きくする
かあるいは多段絞りが行なわれている。このこと
は本来脆性を有する炭素繊維を折れやすくする。
また、絞り部５での逆張力を抑えるため熱硬化性
樹脂のゲル化がホツトダイ４の後半になるように
引抜き速度や温度を設定しており、このことは流
動状態での移動距離が長くなり繊維の配向乱れが
生じやすく、何れもROM％を低下させる原因と
なつていた。

〔発明の概要〕

この発明は以上のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、ホツトダイを樹脂
絞りゾーン、樹脂ゲル化ゾーン、および樹脂硬化
ゾーンの３個のゾーンで構成し、上記樹脂絞りゾ
ーンではゲル化が進行しないよう低温に、上記樹
脂ゲル化ゾーンではゲル化が進行し完了するよう
上記樹脂絞りゾーンより高い中温に、および上記
樹脂硬化ゾーンでは硬化が進行するよう上記樹脂
ゲル化ゾーンより高い高温にそれぞれ個別に温度
調節するようにすることにより、炭素繊維の折れ
や配向乱れに起因するROM％低下の少ない
CFRP円筒を連続的に得ることを目的としてい
る。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図をもとに説明す
る。第２図はこの発明の一実施例による方法を説
明する断面図、第３図は第２図の一部を拡大して
示す断面図である。図において、７は熱硬化性樹
脂（この例ではエポキシ樹脂）を含浸した炭素繊
維プリプレグであり、一般には、繊維を熱硬化性
樹脂槽（図示せず）に通して含浸させながら使用
する場合と、あらかじめ熱硬化性樹脂を含浸させ
たシート状もしくはテープ状のもの（プレプレ
グ）を用いる場合とがあるが、炭素繊維の場合
は、折れるのを極力抑えるために後者を用いるの
が好ましい。８は芯金、９は引取り機構、１０は
ホツトダイ、１１は樹脂絞りゾーン、１２は樹脂
ゲル化ゾーン、１３は樹脂硬化ゾーン、１４は樹
脂絞りゾーンの平たん部、１５は断熱用温度調節
機構である。

次に形成方法について説明する。熱硬化性樹脂
を含浸した炭素繊維プレプレグのテープまたはシ
ートを芯金８に巻付け、これを引取り機構９でつ
かんで矢印Ｃの方向に移動することにより、ホツ
トダイ１０を通して連続的に引抜く。ホツトダイ
１０は樹脂しぼりゾーン１１、樹脂ゲル化ゾーン
１２、樹脂硬化ゾーン１３の３個の円筒状のゾー
ンで構成され、各ゾーン１１，１２，１３はそれ
ぞれ個別に温度調節されている。しかも各ゾーン
１１，１２，１３は、後での分解掃除を容易にす
るため、円筒の軸に平行な断面方向に例えば２つ
に割れる合せ型構造になつている。

芯金８に巻付けられた炭素繊維プレプレグすな
わち繊維集合体７は樹脂絞りゾーン１１通過時に
所定の加熱により一旦流動状態に戻され、余分の
樹脂が絞り作用により除去されると共に、平たん
部１４で全体の外径が整えられ、さらに繊維が引
き揃えられ、次の樹脂ゲル化ゾーン１２に移動し
て行く。なお、樹脂絞りゾーン１１の絞り角度は
炭素繊維の折れを防ぐためかなり小さくなつてお
り、その角度は4゜〜6゜の範囲内であることが好ま
しい。この範囲は種々の検討結果から設定された
ものであり、6゜以上ではROM％の低下、4゜以下
では絞り効果の低下による逆張力の増加が顕著に
なるためである。また、樹脂絞りゾーン１１は、
含浸されている熱硬化性樹脂がほとんどゲル化を
起こすことが無く、しかも粘度が最低となるよう
な比較的低い温度（例えば90℃±10℃でありこの
例では90゜）に調節されているのに対し、次の樹
脂ゲル化ゾーン１２では極めて短時間、すなわち
例えば前半の短い移動距離でゲル化を進行させ完
了させるよう樹脂絞りゾーン１１より高い中温
（例えば140℃±20℃でありこの例では140℃）に
調節されており、しかもこれら両ゾーン１１，１
２の連結部は炭素繊維の折れを防ぐため密着した
形になつている。したがつて、この連結部での温
度差が約50℃〜100℃になり、ゾーン１１，１２
全体の温度調節だけでは不充分なため、樹脂絞り
ゾーン１１の平たん部１４に、例えば熱または冷
媒の循環路のような温度調節機構１５が組み込ま
れている。（矢印Ｄは熱および冷媒の流れる方向
を示す。）このため、絞りゾーン１１内でのゲル
化は起こり難く、万が一にもゲル化が生じてもそ
の範囲は平たん部１４にとどまり、逆張力の増加
には結びつかない。

樹脂絞りゾーン１１から樹脂ゲル化ゾーン１２
に移動して来た芯金８に巻付けられた繊維集合体
７の熱硬化性樹脂は、上述のように樹脂ゲル化ゾ
ーン１２が高温に設定されているため直ちにゲル
化を起こし、短時間すなわち前半の比較的短い移
動距離の間に一定のゲル化状態に達するため、そ
の後の繊維の配向乱れは起こり難い。したがつ
て、成形品の形状が変形しない程度までのゲル化
を樹脂ゲル化ゾーン１２で行なえば、後は熱のみ
の硬化を完全にさせるだけでよいので、樹脂硬化
ゾーン１３の径は成形品７の径すなわち樹脂ゲル
化ゾーン１２の径より若干オーバーサイズにする
ことができ、その結果接触抵抗による逆張力を低
く抑えることができる。なお、樹脂硬化ゾーン１
３の温度は硬化が進行するよう樹脂ゲル化ゾーン
１２より高い高温例えば160℃±20℃、この例で
は160℃に調節されている。

このように、上述の実施例によれば、樹脂絞り
ゾーン１１の絞り角度を4゜〜6゜と小さくし、樹脂
絞りゾーン１１と樹脂ゲル化ゾーン１２との間に
間隙を設けないで両者を連結することにより炭素
繊維の折れを極力抑えると共に、樹脂ゲル化ゾー
ン１２でのゲル化を前半の短かい移動距離で行な
わせることにより繊維の配向乱れを無くすること
ができる。これは、樹脂絞りゾーン１１と樹脂ゲ
ル化ゾーン１２との間に、ゾーン１１，１２全体
の温度調節機構（図示せず）の他に断熱用温度調
節機構を組み込むことにより、それぞれのゾーン
１１，１２が完全に独立して温度調節できるよう
にしたためで、樹脂絞りゾーン１１内でのゲル化
発生による逆張力の増加が無くなり、繊維の折れ
や配向乱れに起因するROM％低下の少ない
CFRP薄肉円筒を連続的に得ることができる。

なお、上記実施例では引取り機構９として第２
図に示すものについて説明したが、これに限ら
ず、例えば第１図に示すローラ３などの他のもの
であつてもよい。

また、熱硬化性樹脂の種類など場合によつては
断熱用温度調節機構１５が無くても上記実施例と
同様の効果を奏する。

また、上記実施例では接触抵抗による逆張力を
低く抑えるために樹脂硬化ゾーン１３の径を樹脂
ゲル化ゾーン１２の径より若干大きくした場合に
ついて説明したが、必ずしも大きくしなくてもか
なりのROM％の低下にはつながらない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ホツトダイ
を樹脂絞りゾーン、樹脂ゲル化ゾーン、および樹
脂硬化ゾーンの３個のゾーンで構成し、上記樹脂
絞りゾーンではゲル化が進行しないよう低温に、
上記樹脂ゲル化ゾーンではゲル化が進行し完了す
るよう上記樹脂絞りゾーンより高い中温に、およ
び上記樹脂硬化ゾーンでは硬化が進行するよう上
記樹脂ゲル化ゾーンより高い高温にそれぞれ個別
に温度調節するようにしたので、炭素繊維の折れ
や配向乱れに起因するROM％低下の少ない
CFRP円筒を連続的に得ることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の引抜成形方法を説明する断面
図、第２図はこの発明の一実施例による成形方法
を説明する断面図、第３図は第２図の一部を拡大
して示す断面図である。 図において、１は熱硬化性樹脂を含浸した繊維
集合体、２，８は芯金、３，９は引取り機構、
４，１０はホツトダイ、５は絞り部、６は平たん
部、７は炭素繊維プリプレグ、１１は樹脂絞りゾ
ーン、１２は樹脂ゲル化ゾーン、１３は樹脂硬化
ゾーンである。なお、図中同一符号は同一または
相当部分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維プレプレグ
   を芯金に巻付け、これをホツトダイを通して連続
   的に引抜いて連続成形するものにおいて、上記ホ
   ツトダイを樹脂絞りゾーン、樹脂ゲル化ゾーン、
   および樹脂硬化ゾーンの３個のゾーンで構成し、
   上記樹脂絞りゾーンではゲル化が進行しないよう
   低温に、上記樹脂ゲル化ゾーンではゲル化が進行
   し完了するよう上記樹脂絞りゾーンより高い中温
   に、および上記樹脂硬化ゾーンでは硬化が進行す
   るよう上記樹脂ゲル化ゾーンより高い高温にそれ
   ぞれ個別に温度調節することを特徴とする炭素繊
   維強化プラスチツク円筒の連続成形方法。 ２ 樹脂絞りゾーンの絞り角度が4゜〜6゜の範囲内
   であり、上記樹脂絞りゾーンと樹脂ゲル化ゾーン
   との間に断熱用温度調節機構を有している特許請
   求の範囲第１項記載の炭素繊維強化プラスチツク
   円筒の連続成形方法。 ３ 各ゾーンは芯金の軸に沿つて分離可能な合せ
   型構造となつている特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の炭素繊維強化プラスチツク円筒の連
   続成形方法。