JPH01285315A - 繊維補強樹脂成形体の連続賦形方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、繊維補強樹脂成形体の連続賦形方法及びその
方法を実施するのに適切な装置に関する。

［従来の技術］ 従来、平面形状を有するｍ雄補強樹脂成形体を連続的に
一定形状の断面を有する異形成形品に賦形する方法とし
ては、鋼管を製造する方法として広く採用されているロ
ールフォーミング法に準じた方法が知られている。即ち
、複数対の一連の異形断面を有する成形ロール間を連続
的に通すことにより、加熱された上記成形体を徐々に目
的とする断面形状に迄曲げ加工し１次いで目的とする断
面形状と同一の断面を有する複数体のロール間を通過さ
せながら加圧冷却することにより賦形しようとするもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記方法では加圧冷却をロール間で行う
為、該成形体が対を形成するロール間に挾まれている間
は加圧されるが、該ロールを離脱すると該成形体は開放
状態、即ち無圧となる為。

該成形体のスプリングバックにより材料中の空気が十分
に脱泡できず得られる異形成形品の機械強度が大幅に低
下する等の欠点がある。

そこで本発明の目的は、従来の賦形法と比較して材料中
の空気が十分脱泡でき、得られる異形成形品の機械強度
を大幅に向上し得る賦形方法及びその装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記目的を達成するため、鋭意検討を重ね
た結果、本発明を完成するに至ったものである。

即ち、ｍ雄補強樹脂成形体の連続賦形方法は、平面形状
を有する繊維補強樹脂成形体を一定形状の断面を有する
異形成形品に加熱圧縮賦形する方法において、該成形体
を断続的に移動せしめ、該成形体が停止している間に異
形断面を有する上下金型間で加熱圧縮賦形し１次いで加
圧冷却せしめることを特徴とする。また本発明は上記方
法において、加熱圧縮賦形前に繊維補強樹脂成形体を予
熱する、或いは加熱圧縮賦形前にｍ！！補強樹脂成形体
を予備賦形する、或いはまた上記成形体の同一部分が少
なくとも２回以上加熱圧縮賦形及び加圧冷却されること
を特徴とする。

また本発明の繊維補強樹脂成形体の連続賦形装置は、繊
維補強樹脂成形体を予熱するための予熱部と加熱圧縮賦
形のための異形断面形状を有する上下金型及び圧縮冷却
のための異形断面形状を有する上下金型とを具備するこ
とを特徴とする。また本発明は上記装置においてｍＩｓ
補強樹脂成形体の予備賦形部を予熱部に具備する、或い
は加熱圧縮賦形のための異形断面形状を有する上下金型
と加圧冷却のための異形断面形状を有する上下金型とが
隣接されている、或いはまた加熱圧縮賦形機構と加圧冷
却機構とを同一上下金型内に有することを特徴とする。

［発明の構成］ 以下、本発明について詳説する。

本発明で用いる賦形材料としては、連続ｍ雄を一方向に
引揃えたｇ１維シートに熱可塑性樹脂を含浸させた一方
向繊維強化樹脂シート（以下、ｕＤプリプレグという）
、平織、朱子織、綾織等の織布に上記樹脂を含浸させた
多方向ｍｒａ強化樹脂シート（以下、織布プリプレグと
いう）、マット等の不織布に含浸させた不織布プリプレ
グがある。上記プリプレグは単独で、或いは組合せて所
望する繊維配向、厚みとなる様に積層し、或いは加熱圧
縮成形して、本発明のｍ雄補強樹脂成形体を得ることが
できる。特に本発明の連続賦形の前に加熱圧縮成形する
ことはプリプレグ間に存在する空気の脱気が可能となり
得られる賦形成形品の物性向上の面から好ましい。

上記加熱圧縮成形する方法としては、例えば特願昭８１
−２０７８１８号に示すような方法が挙げられる。即ち
、上記プリプレグを積層しなから寸動移動する上下ベル
ト間に送り１次いで当該ベルト間に挾んだ状態で予熱、
加熱圧縮成形、圧縮冷却して実際上連続的に成形する方
法である。このような方法と組合せることによりプリプ
レグを連続的に積層、成形、賦形することが可能となる
。

本発明で用いるｍ！ｉとしては、ガラスｍＭ、炭素＃ａ
雄、アラミド繊維（登録商標「ケブラー」等）等の合成
樹脂ｍ雄、炭化ケイ素＃ａ雄等の無機繊維、チタン繊維
、ポロン繊維、ステンレス等の金属繊維等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。

一方、熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリ塩化
ビニル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロ
ン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフオン
、ポリサルフォン。

ポリエーテルイミド（商標ｒＵＬＴＥＭ　Ｊ等）、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
等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

上記積層されたプリプレグ、又は加熱圧縮成形して一体
化された賦形材料は、先ず予熱部へ送られ予熱されるこ
とが好ましい、予熱温度は熱可塑性樹脂のガラス転移点
以上に設定されるのが一般的である。予熱された賦形材
料は次いでそのまま、或いは当該予熱部で加熱圧縮賦形
された後、加熱圧縮賦形のための異形断面を有する上下
金型内に送られ加熱圧縮賦形が開始される。予備賦形の
方法としては、連続的に複数対の一連の異形断面を有す
る予備賦形ロール間を通し、加熱された上記賦形材料を
徐々に目的とする断面形状に迄曲げ加工する所謂ロール
フォーミング法が挙げられる。

上記上下金型は当該賦形材料が移動している間は開いて
おり、当該材料が停止すると同時に当該上下金型が閉じ
、加熱圧縮賦形を行うものである。従って当該材料は駆
動により移動するものである。この−回の移動量を調節
することにより当該材料の同一部分を所望する回数だけ
加熱圧縮賦形することが可能となる。

従って該金型内で一回の加熱圧縮賦形を受けた後１次の
加圧冷却工程に送られてもよし）が、該賦形材料の脱泡
の面からは、複数回同一個所を加熱圧縮することが好ま
しい。

尚、賦形材料の移動は１例えば予熱部内に設けられたロ
ール及び／若しくは加圧冷却金型出口に設けられた引取
ロールによって行われるが、当該駆動は当該ロールの駆
動時間、停止時間を例えば後述する様にタイマー制御す
ることによって達せられる。

加熱温度は熱可塑性樹脂のガラス転移点、好ましくは軟
化点以上であり、脱泡の面からは高温側が一般に好まし
いが、金型からの離型性を考慮して各樹脂毎に実験的に
決定されるべきである。

尚、金型に対して運転前、若しくは運転中に離型剤で処
理することは賦形材料の上下金型からの離型性向上の面
から特に好ましい。

又、加圧力については脱泡の面からは高圧が望ましいが
軟化樹脂の流動による繊維配向の乱れを考慮しなければ
ならない、従って賦形材料中の繊維含有率によって実験
的に決定することが望ましいが、一般に繊維含有率が高
くなるに従い高圧に設定することが可能となる。

加熱圧縮賦形された賦形材料は圧縮冷却用金型へ送られ
、１回若しくは複数回圧縮冷却されることにより、実際
上連続的に繊維補強樹脂成形体を得ることができる。

冷却温度は熱可塑性樹脂のガラス転移点未満に設定する
ことが好ましい、ガラス転移点を越える温度での脱型で
は一般に賦形品のソリ、賦形品表面に気泡が残る等の問
題を生じるからである。

又、加圧力は前記加熱加圧賦形時の加圧力とは別に単独
に設定してもよいが、通常同圧力に設定されている。

尚、上記加熱圧縮賦形金型及び加圧冷却金型内に例えば
ノックアウトピン等を付設することは賦形品の金型から
の離脱に対して特に有効である。

該ノックアウトピンは、加圧時は金型内に納まっており
金型が開くと同時にピンが金型面から突出することによ
り機能するものであるから、該ピンの動きは金型の動き
と連動させるべきである。このようなビンの動きは例え
ばスプリング、空気圧等によって達せられるが、特に空
気圧の場合、例えばエアシリンダーの作動を金型の開閉
と連動することにより可能となる。

次に本発明の詳細を添付図面に示す代表的な実施例に基
き説明する。

第１図は本発明の一実施態様を示す概略側面図であり、
同図に示す如く本発明を実施するための連続賦形装置は
賦形材料Ｍを供給するためのガイドロール１を有する供
給部Ａ、賦形材料を移送するためのガイドロール２と予
備賦形するための複数対の予備賦形ロール３と予熱する
ための遠赤外線ヒーター（図示せず）とを有する予熱部
Ｂ、加熱圧縮賦形金型４と圧縮冷却金型５と油圧ユニッ
ト６とを有する圧縮賦形部Ｃ及び賦形後の成形品を引取
るための引取ロール７を有する引取部りにより構成され
る。

賦形材料Ｍは供給部Ａのガイドロール１間を経由して予
熱部Ｂへ送られる。予熱部Ｂに入ると熱可塑性樹脂のガ
ラス転移点以上、好ましくは軟化点以上に加熱された賦
形材料Ｍは第２図に示す様な複数対の予備賦形ロール３
間を通過する際、各々のロール対３−（１）〜（５）の
形状に順次予備賦形がなされる。

第２図に示す各ロール対３−（１）〜（５）の間隔は賦
形材料の厚みに合せて調整できる様に構成される。又１
例えばエアシリンダー等を用いることにより加圧下で賦
形材料を予備賦形することも可能である。上記ニップ圧
力は賦形材料を予備賦形するに足る圧力であれば十分で
あり、実験的に決定されるべきである。

このようにして予備賦形された賦形材料は次に圧縮賦形
部Ｃの加熱圧縮賦形金型４に送られ油圧ユニット６によ
り圧縮賦形される。金型の加熱温度はヒーター又は蒸気
等によって熱可塑性樹脂のガラス転移点以上に保たれる
ことが好ましい。

一方、加熱圧縮賦形された当該部分は次いで圧縮冷却金
型５に送られ、油圧ユニット６により熱可塑性樹脂のガ
ラス転移点未満まで圧縮冷却される。冷却方法としては
空冷、水冷、スチーム冷却等の冷奴を用いる方式が採用
される。

油圧ユニット６は加熱加圧成形と併用する形となってい
るが、勿論加熱加圧成形及び圧縮冷却各々別個に油圧二
ニア）を設け、単独に加圧力を設定することも可能であ
る。加圧力は０．１〜５００　ｋｇ／ａｍ″が好ましい
。

本発明において賦形材料の移送は供給部Ａ内のガイドロ
ール１．予熱部内のガイドロール２．予備賦形ロール群
３、引取部り内の引取ロール７のいずれかのロール若し
くはこれらを組合せたロール群を駆動移動することによ
り行われる。

従って、当該賦形材料は駆動移動されるものである。即
ち、圧縮賦形部Ｃにおいて加熱圧縮賦形金型４．及び圧
縮冷却金型５が閉じる直前にその駆動を停止し、一定時
間賦形し１両金型が開くと同時にその駆動を再開し、当
該動作を繰り返すことにより実際上連続的に賦形材料を
移動するものである。上記駆動駆動の制御は、例えば上
記ロール駆動用及び圧縮賦形用の２つのタイマーにより
行うことができる。即ち、ロール駆動用タイマーにより
一定時間賦形材料が移動し、当該タイマーが切れると同
時に圧縮賦形用タイマーが作動し、一定時間圧縮賦形し
て当該タイマーが切れる。それと同時に再びロール駆動
用タイマーが作動し、賦形材料の移動を再開する。尚、
上記方式は一例であり、これに限定されず、マイクロコ
ンピュータを用いて自動制御することもできる。

本発明で用いるロールのうち予熱部Ｂ内に存在するガイ
ドロール、予備賦形ロール及び圧縮賦形部Ｃの加熱圧縮
賦形金型４、圧縮冷却金型５の表面は樹脂との離型性を
考慮することが好ましい。

従ってこれらの表面は鏡面仕上げをするか、若しくは適
当な離型処理を行うことが望まれる。具体的にはロール
表面にテフロン加工を施すか、若しくはイミド樹脂（宇
部興産社製ｒＵＰｉＬＥＸ　ｔｌＢＥ　Ｕワニス」等）
等を焼き付ける等の処理を行うが、その選択に際しては
賦形温度を考慮する必要がある。

又、適当な離型剤、例えばＦＲＥＫＯＴＥ　（米国ＦＲ
ＥＫＯＴＥ社製）等を運転前又は運転中に塗布すること
も可能である。

本実施例において、加熱圧縮成形金型４、圧縮冷却金型
５には、第３図に示すノックアウトビンを設けることが
好ましく１例えば当該ノックアウトビンを該金型の長さ
方向に複数対設けることは賦形材料の該金型からの離脱
を容易ならしめ好ましい、当該ノックアウトピンは該金
型が閉じている時は金型内に収められているが、該金型
が開くと同時に該金型から突出し、賦形材料を該金型か
ら離脱する様機能する。

同図においては、例えばノックアウトビンを下金型に有
する場合、金型が開くと同時にエアシリンダー（図示せ
ず）によって押板３１を経由して押棒３２が移動し、こ
れによりノックアウトビン３３が上昇して賦形材料を該
金型から離脱する。一方。

金星が閉じると同時にエアシリンダーは退き、スプリン
グ３４及び賦形材料による押し下げ力により、押＄３２
、ノックアウトビン３３、押板３１は尤の位誼に戻るこ
とによって機能する。

又、ノックアウトビンを上金型に有する場合、金型が閉
じている時は賦形材料の押し上げ力によってノックアウ
トビン３５は押し上げられているが、金型が開くと同時
にスプリング３Ｂの力により賦形材料を押し下げ、該金
型から離脱させるものである。

尚、上記の方法は一例であり、これらに限定されるもの
ではない。

又、上記加熱圧縮賦形金型両端のうち、予熱部側の端を
丸くする（Ｒをとる）ことは賦形材料の移動を容易なら
しめ好ましい。

加熱圧縮賦形金型４と圧縮冷却金型５は各々別個の金型
対により構成することもできる。この場合、加熱圧縮成
形された当該部分が圧縮冷却金型５に移動するまでに温
度低下をきたさないように加熱圧縮賦形金型４と圧縮冷
却金型５を隣接させることが好ましい。

また第４図に示すように一対の上下金型内を複数個の温
度区分に分け、温度制御することにより加熱、冷却の両
機能を具備させることも可能である。同図において、Ｔ
−１〜Ｔ−１６は温度区分を表す記号である０例えば予
熱部Ｂを？−１〜丁−８に分け、Ｔ−１を２００℃、？
−２を２１０℃、Ｔ−３を２２０℃、Ｔ−４〜丁づを２
３０℃、〒−８を２４０℃に各々温度調節する様にして
もよく、そして予備賦形後、加熱圧縮賦形部ＣＩを７−
９〜丁−１２に分は各々を２００°Ｃに温度調節し、次
いで圧縮冷却部Ｃ２をＴ−１３〜Ｔ−１８に分は各々を
１００℃に温度調節することもできる。

本発明においては、賦形材料の同一部分を複数回圧縮成
形することができるが、その回数は賦形材料の移動時間
、即ち賦形材料移動タイマーを調整することにより決定
される。即ち、加熱圧縮賦形金型長さをｌ　（ａｍ）、
賦形材料の移動速度をＳ　（ａｍ／秒）、賦形材料の移
動時間をＴ（秒）とすれば、成形回数Ｎはｌ／　（ＳΦ
Ｔ）で表される。

又、−回の圧縮成形時間は圧縮成形タイマーを調整する
ことにより決定される。

尚、加熱圧縮成形回数及び時間は圧縮冷却回数及び時間
と異っていてもよく、この場合、加熱圧縮成形金型４と
圧縮冷却金型５との長さを変える等の手段を用いればよ
い。

以上、述べた様に賦形材料な駆動により移動させること
により、賦形材料は実際上連続的に予熱、予備賦形、加
熱圧縮賦形、圧縮冷却され、連続的に一定形状の断面を
有する異形成形品に賦形することができる。

尚、予備賦形ロールの断面形状、加熱圧縮賦形金型、圧
縮冷却金型の断面形状を変えることにより、例えばアン
グル、チャンネルの様な異形断面に賦形できることは熱
論である。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により説明する。

実施例１ 第１図に示した装置の各部の仕様及び条件を以下のよう
にした。

駆動ロール： 予熱部内のガイドロール２．予備賦形ロール３、引取部
内の引取ロール７ 駆動ロールの周速： ５Ｃ腸／秒 予熱部加熱方式： 遠赤外線ヒーターにより第４図のように８区分で温度調
節 加熱圧縮賦形金型、圧縮冷却金型： 長さ１００ｃ■の一対の上下金型を各々４分割して温度
調節することにより、同−金型内に加熱圧縮賦形部と圧
縮冷却部を形成させた。尚、加熱方式はシーズヒーター
によって行った・ 尚、上記予熱部、加熱圧縮賦形部、圧縮冷却部の各々の
温度区分は第４図に示す様にした。

ポリカーボネート樹脂を４０容量％含み、平織炭素繊維
織で強化した平板状の厚み２１の積層成形品、即ち賦形
材料Ｍを供給部Ａのガイドロールｌを経由して予熱部Ｂ
内に導入した。導入された賦形材料ＭはＴ−１−７−３
が１８０℃に温度調節された予熱部Ｂで予熱される０次
いでａ−ル駆動用タイマーを１秒に設定した駆動ロール
群によって移動し、Ｔ−４〜？−８が２００°Ｃに加熱
された予熱部Ｂ内で加熱されながら第２図に示す様な予
備賦形ロールで予備賦形された０次いで予Ｉｉｌ賦形さ
れた賦形材料はＴ−９〜Ｔ−１２が１８０℃に加熱され
た加熱圧縮賦形部Ｃ１に送られ、圧縮賦形タイマー３０
秒、賦形圧力２０ｋｇ／ｃｒｎ’に調節された油圧ユニ
ット６によって加熱賦形された。

次いで加熱賦形後、Ｔ−１３〜丁−１６が５０″Ｃに温
度調節された圧縮冷却部Ｃ２へ送られ、上記ユニット６
により圧縮冷却後、引取ロール７で引取って第５図に示
す様な異形断面を有する賦形品を得た。

上記各部の設定条件における加熱圧縮賦形部Ｃ１並びに
圧縮冷却部Ｃ２各々での賦形材料の滞留時間Ｔ及び加圧
回数Ｎを次式により求めた。

滞留時間Ｔ＝　（ａＸｂ）／　（ｃＸｄ）加圧回数Ｎ＝
ａ／（ｃＸｄ） ここでａ＝加熱圧縮賦形部（圧縮冷却部）長さｂ＝圧縮
成形タイマー設定値 Ｃ＝駆動ロールの周速 ｄ＝ロール駆動時間 その結果、滞留時間、加圧回数は各々５分、１０回であ
った。又、得られた賦形品の曲げ強度保持率、曲げ弾性
率保持率（賦形材料の曲げ強度、曲げ弾性率を　１００
とした時の賦形品の曲げ強度、曲げ弾性率の相対百分率
）を求めた結果、各々８５％、９０％であった。又、賦
形品中の空隙率を測定した所、　３．１％であった。尚
、空隙率とは賦形品の比重及び繊維の重量含有率から求
めた値である。

比較例 実施例１で用いた賦形材料を第６図に示す装置を用いて
第５図に示す異形断面を有する賦形品を得た。即ち、遠
赤外線ヒーターによって２００℃に温度調節された予熱
部６０内に上記賦形材料を導入した。ガイドロール６１
上で予熱された該賦形材料は、次いで１８０℃に温度調
節された賦形部６２に第６図に示す様に配置された賦形
ロール間を通過して賦形された。該賦形ロールは第２図
に示す断面形状を有するものを使用した。又、賦形圧力
は線圧２０ｋｇ／ｃ層であった。ここで線圧とは賦形材
料単位輻当りの力を示す０次いで賦形後、冷却ロール間
を線圧２０ｋｇ／ａｍの加圧子通過して５０℃まで冷却
され賦形品を得た。

賦形品の曲げ強度保持率２曲げ弾性率を求めた所、各々
７０％、８０％と実施例１と比較して低い値となった。

又、空隙率を求めた所、８％と高い値を示した。

実施例２ 一方向炭素繊維／ポリカーボネート樹脂プリプレグをＦ
１１維方向が表層からＯ℃／９０℃１０℃／８０℃１０
℃／９０℃１０℃１０℃／９０℃１０℃／８０℃１０℃
／９０℃１０℃の順に積層成形したｍ雄含有容量％が６
０％の平板を賦形材料として用いた以外は全て実施例１
と同様に処理して賦形品を得た０曲げ強度保持率、曲げ
弾性率を求めた所。

各々８７％、９２％であった。

実施例３〜６ 実施例１で用いた装置において、表１に示す樹脂及び強
化ｇＪ、１１ａ織布の組合せによる平板を表１に示す条
件で実施例１と同様にして賦形品を得た。

表１に示す様に実施例１〜３は加圧回数の賦形品物性に
及ぼす影響を示すものであるが、加圧回数の多い方が曲
げ強度保持率、曲げ弾性率保持率とも高い結果を得た。

又、実施例５及び６は他の熱可塑性樹脂及びｍｉｓ織布
の組合せによる賦形を行ったものであるが、何れも良好
な結果を得た。

〔発明の効果］ 本発明によれば、賦形時の脱泡が従来技術と比較して十
分な為、得られる賦形品の機械強度が大幅に向上し得る
という効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す概略側面図、第２図
は予備賦形ロールの断面図、第３図は加熱圧縮賦形金型
、圧縮冷却金型及びノックアウトピンの一例を示す断面
図、第４図は予熱部、加熱圧縮賦形部及び圧線冷却部を
複数個の温度区分に分けた状態を示す概略側面図、第５
図は本発明で得られる賦形品の一例を示す断面図、第６
図は従来技術の一実施態様を示す概略側面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平面形状を有する繊維補強樹脂成形体を一定形状の
   断面を有する異形成形品に加熱圧縮賦形する方法におい
   て、該成形体を断続的に移動せしめ、該成形体が停止し
   ている間に異形断面を有する上下金型間で加熱圧縮賦形
   し、次いで加圧冷却せしめることを特徴とする繊維補強
   樹脂成形体の連続賦形方法。 ２、加熱圧縮賦形前に繊維補強樹脂成形体を予熱するこ
   とを特徴とする請求項１記載の繊維補強樹脂成形体の連
   続賦形方法。 ３、加熱圧縮賦形前に繊維補強樹脂成形体を予備賦形す
   ることを特徴とする請求項２記載の繊維補強樹脂成形体
   の連続賦形方法。 ４、上記成形体の同一部分が少なくとも２回以上加熱圧
   縮賦形及び加圧冷却されることを特徴とする請求項１、
   ２又は３記載の繊維補強樹脂成形体の連続賦形方法。 ５、繊維補強樹脂成形体を予熱するための予熱部と加熱
   圧縮賦形のための異形断面形状を有する上下金型及び圧
   縮冷却のための異形断面形状を有する上下金型とを具備
   することを特徴とする繊維補強樹脂成形体の連続賦形装
   置。 ６、繊維補強樹脂成形体の予備賦形部を予熱部に具備す
   ることを特徴とする請求項５記載の繊維補強樹脂成形体
   の連続賦形装置。 ７、加熱圧縮賦形のための異形断面形状を有する上下金
   型と加圧冷却のための異形断面形状を有する上下金型と
   が隣接されていることを特徴とする請求項５又は６記載
   の繊維補強樹脂成形体の連続賦形装置。 ８、加熱圧縮賦形機構と加圧冷却機構とを同一上下金型
   内に有することを特徴とする請求項５、６又は７記載の
   繊維補強樹脂成形体の連続賦形装置。