JPH0317664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は繊維強化熱硬化性樹脂（以下、FRP
と略す）製筒状成形物の製造装置に関するもので
ある。 従来、FRP製筒状成形物の製造法は、筒状型
の外側に成形するフイラメントワインデイング法
（FW法）とこれとは逆に筒状型の内側で遠心力
を利用して整形する遠心成形法が知られている。 FW法は古くから広範囲に採用された方法では
あるが、材料の歩留り、作業環境、ボイドの発生
のし易さ、繊維強化材の単一方向性等の欠点を有
する。 一方、遠心成形法は一般に強化材と樹脂とを均
一に混合するために、例えば直径２ｍの円筒体を
成形する際の回転数を60回転／分以上、即ち重力
の約４倍以上の遠心力が生じるような回転速度で
実施されており、成形された管状成形物がボイド
の存在が少なく、外周寸法が一定に生産でき、し
かも外観が美麗であり、また材料の飛散が少ない
ため材料歩留りに優れ作業環境もよいという利点
がある。しかし、この遠心成形法は高速回転させ
るため、多大なエネルギーを必要とし、しかも型
自体の精度、強度をより厳密にしなければならな
い欠点がある。又、致命的な欠陥として供給され
た繊維強化材が円周方向に並んでしまうため、成
形物が軸方向と周方向との強度化に於いて著しく
異なり、即ち一般に1/2〜1/3となり強度バランス
の悪いものとなることである。更に、回転数や繊
維強化材、主としてガラス繊維と液状の樹脂の比
重差によりそれぞれの二層に分離してしまうとい
う恐れが残る。 かかる欠陥を改良するために、特開昭54−
111577号では型に対してFRP成形用材料供給部
を相対的に移動できるように設置し、１〜４回
転／分（周速５〜10ｍ／分）で型を回転させ、型
の中心軸線と平行にかつその中心軸線より下げら
れた押圧ロールを設置し、又、円筒状型の回転と
押圧ロールの回転とを駆動部よりチエーンホイー
ルを用いて同じ回転速度に調節して成形し、しか
も押圧ロール上部にはエアーシリンダーを設置し
てエア圧力によりロールを上下動させ、すなわち
押圧したり、押圧を解除したりして調節しながら
供給材料を押圧含浸させて成形する方法が提案さ
れている。この方法は従来の遠心成形法に比較し
て小さい重力源で、しかも簡単な型体で成型で
き、更に材料強度に方向性によるバラツキが少な
い点では非常に優れた筒状成形物を与れる製造法
である。 しかし、この成形方法は完全に型体と押圧ロー
ルの回転速度を同一にして行わなければならず不
都合な点がある。即ち、完全に同調して回転させ
ることは実際上型体と押圧ロールとの直径が異な
り、しかも円筒体内径が段々と小さくなるため非
常に困難であり、微妙な回転速度のいずれで型内
面の供給材料がダンゴ状になつたり、ささくれだ
つたりしてしまう、特に内径1.5〜３ｍで周速度
10ｍ／分以上の場合、問題となり易い。このよう
な場合、エアーシリンダーを上昇させダンゴ状の
部分を一担回避し、再度ロールで押圧するという
手段がとられる。この方法で押圧したり、解除し
たりして成形するのでは操作が面倒で生産効率が
悪く、加えて均一な肉厚の成形物が得がたい。
又、この方法で型体寸法が変ると、その都度型体
と押圧ロールの回転速度を同一にするための調節
が必要になり、さらにエアーシリンダーを用いて
押圧含浸しているため繊維強化材の含有量、外気
温等の影響による樹脂粘度のわずかなバラツキで
押圧力の調整が必要となるが、上記要因の変化に
即応して加圧条件を変えていくことは生産上極め
て困難である。更にまた押圧力の動力源は空気圧
を用いるために機構的にも複雑で、かつチエーン
ホイールを用いて押圧ロールを型に同調させてい
るので成形終了時の清掃が非常に困難となる。そ
のまま放置したのでは樹脂が硬化し、その後の製
造ができなくなる。 本発明者等は小さい遠心力で回転する、すなわ
ち１〜30回転／分、周速度0.5〜200ｍ／分の低速
回転で成形でき、かつ成形材料中の含有空気泡を
取り除き、軸方向／周方向の強度比が一定で肉厚
が均一であり、しかも簡単な装置でFRP製筒状
成形物を成形する方法を鋭意研究した結果、上記
条件を満足する製造装置を見い出すに至つた。 即ち、本発明は、ローラー５を介してモーター
４により重力の２倍より小さい遠心力が生じる速
度で回転する成形用筒状型体Ａ、型体Ａを載せた
可動台車Ｇ、繊維強化材供給装置Ｄ、液状熱硬化
性樹脂供給装置Ｅ、及び軸棒３１がクランク２９
の軸受３０に嵌合し、クランク２９に接続するシ
リンダー２０からなり、自重で押圧する押圧ロー
ルＦからなることを特徴とする筒状成形物の製造
装置を提供する。 本発明で用いられる筒状の型体Ａは回転軸方向
に沿つて少なくとも二ツ割にでき、外側で締付け
ボルトによつて閉じることができるものが好まし
く、通常その断面が円、楕円、多角形およびこれ
らの部分的に欠けたものである。この型の材質は
金属、木、プラスチツク、石等であるが、とりわ
け金属が好ましい。又、この型体Ａの大きさは特
に制限はないが、型内面で成形することと成形物
の運搬を考慮して通常内径１〜４ｍ、長さ１〜10
ｍ程度である。勿論径や長さを上記範囲以外にす
ることもできる。 本発明に於ては上記型体Ａの内側に繊維強化材
および液状熱硬化性樹脂の供給装置Ｄ及びＥが置
かれ、その供給装置が前後に自在に移動するか、
又はかかる供給部が固定されて型自体が前後に移
動するように設計される。 又、本発明での型体Ａはモーター４で駆動され
る複数個のローラー５によつて回転される。その
際の回転速度は重力の２倍より小さい遠心力が生
じる速度が選択され、好ましくは重力の1.2倍以
下、最適には重力より小さい遠心力が生じる速度
である。 一般に、回転体に於ける壁面での遠心力はＦ＝
mγω²により求められる。この場合、Ｆは遠心
力、ｍは単位質量、γは回転体の半径、ωは角速
度である。仮に２ｍの内径の円筒型を60回転／分
の速度で回転させてFRP製円筒成形物を作製す
る際の成形物の１cm³単位に働く遠心力は成形材料
の比重を約1.8とすると7.24ｇ・cm／s²となり、こ
れに対して重力がＦ＝mα……（注：αは加速度）
で計算され、1.8ｇ・cm／s²となることから重力
の約４倍となる。この場合、遠心力が重力の２倍
となるには回転数が42回転／分、周速度266ｍ／
分程度である。尚、本発明者らの実験によれば、
一般的な遠心成形法に於いては供給した成形材が
型体より落下しないようにするには重力の２倍を
越える、好ましくは４倍以上の遠心力が必要であ
り、遠心力がそれより少ないと成形材料を壁体に
押圧することが難しくなる。 上述から、本発明の型体は内径によつて変わる
ため必ずしも正確ではないが、１〜30回転／分、
好ましくは１〜18回転／分、より好ましくは１〜
15回転／分程度の回転速度、或いは周速度0.5〜
300ｍ／分で回転される。 本発明で用いられる繊維強化材はガラス繊維、
炭素繊維、アラミド繊維（デユポン社製、ケブラ
ー繊維）等の公知の繊維強化材を挙げることがで
き、特にガラス繊維が好ましい。かかる強化材は
マツト状、ロービング状、ロービングを適当な長
さに切断したチヨツプ状のもの等が使用され、そ
れらの組合せで使用することも可能である。又、
本発明での強化材の使用量は通常、成形物中10〜
80重量％、好ましくは15〜60重量％、より好まし
くは20〜50重量％となる量が適当である。 本発明で用いられる液状熱硬化性樹脂として
は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フ
エノール樹脂、ビニルエステル樹脂等の公知の液
状熱硬化性樹脂が挙げられ、特に不飽和ポリエス
テル樹脂が好ましい。この不飽和ポリエステル脂
肪を用いる場合には、触媒として過酸化物等およ
び硬化促進剤として金属塩、アミン等を併用して
硬化する方法が好ましい。かかる触媒および硬化
促進剤は型内面の繊維強化材上に樹脂とは別々
に、又は予め混合されて供給されても良い。 又、液状熱硬化樹脂は繊維強化材への含浸性、
たれ現象等から粘度が重要となる。即ち、樹脂粘
度が低過ぎる場合は成形物が白化したり、たれ現
象が生じやすく、逆に高過ぎる場合には含浸性が
悪く、そのため成形材料をローラーで押圧しても
型面に附着せず落下してしまい成形できなくな
る。このような点からかかる樹脂の粘度は通常、
0.5〜20ポイズ／25℃（ブルツク・フイールド粘
度）、好ましくは1.0〜15ポイズ／25℃、更に好ま
しくは２〜10ポイズから適宜選択される。 本発明の製造装置に於いて、重要な工程は成形
材料の表面を、自在に回転する押圧ロールＦの自
重で押圧して液状熱硬化性樹脂を繊維強化材に含
浸せしめる工程である。この工程は、特開昭54−
111577号に示される如き径が大幅に異る型体と押
圧ロールとをチエーンホイール等を用いて強制的
に回転速度を同一にさせ、含浸脱泡を行なう工程
とは全く異なる。すなわち、本発明では第５図の
様に押圧ロールＦが自在に回転する様な機構であ
る。この際、押圧ロールＦは前後の適当な幅で自
由に移動できるように少くとも１個のクランク２
９によるか、適当な幅で可動する軸棒３１による
か、又はそれらの組合せによつて調節されるのが
望ましい。かかるロールが成形材料を押圧する際
には押圧ロールはその回転が人為的に操作されず
に、型体の回転に同調しながらも成形材料の抵抗
等による回転速度の変調に対応できる。 本発明に於いては成形材料中の液状硬化性樹脂
を繊維強化材に十分含浸させるのに押圧ロールＦ
の自重が採用される。勿論、押圧ロールＦの自由
な回転を妨げない範囲で多少の荷重を掛けること
は差しつかえないが、荷重が大き過ぎるか、ロー
ルＦ自信の重さが大となると、型体の回転速度が
遅いためロールＦが成形材料中に沈み込んで樹脂
がしぼり出されて樹脂含量の低い成形物となるの
で好ましくない。又、逆に押圧ロールＦの重さが
小さいと樹脂の含浸が不十分となり、成形材料中
に空気泡が残り型面より該材料が落下し成形でき
なくなる。そのため、本発明で用いられる押圧ロ
ールＦは通常、長さ10〜100cm、好ましくは30〜
70cmのものであり、その自重としてロールＦの長
さ１cm当り20ｇ〜600ｇ、好ましくは50〜400ｇ、
更には好ましくは80〜300ｇの荷重、すなわち押
圧力が成形材料面にかかるものが適する。かかる
ロールで樹脂の含浸、空気泡の脱泡を効率よく達
成させるために、本発明に於いては上記ロールＦ
を適当な間隔で３本以上用いた法が良い。 上記押圧ロールＦの形状としては、その長さは
上記の如くであるが、成形物の長さに対応して適
宜変えることができ、又、その径は型体の内径よ
り小さく、型体中で自在に回転できる寸法であれ
ばよく、通常直径５〜40cmが適当である。又、押
圧時成形材料と接触するロールＦ外周面には溝が
有つた方が良く、その溝の形状はロールＦ軸方向
に直線状、螺旋状、碁盤目状等自由に選択でき、
その深さも自由に選択できる。更に、押圧ロール
Ｆはその外周面に網目状のネツトが被覆されたも
のでも良い。 本発明で用いられるロールＦの材質は上記押圧
力が生じ得るものであればよく、例えば鉄、アル
ミニウム、ステンレス、銅、木、プラスチツク等
の公知のものが挙げられ、これらを組合せたもの
であつても差しつかえない。尚、ロールＦ内部は
空どうであつてもなくてもいずれでもよい。 次いで、本発明の製造法の例を図面により説明
する。 第１図に示される如き、成形用型体Ａがモータ
ー４の回転を伝えるローラー５によつて回転さ
れ、その内部に押圧ロールＦ、成形材料供給部等
を有する往復摺動体Ｃが片持式梁体Ｂに沿つて前
後に移動できる装置が用いられる。又は、第３図
に示される如き、成形材料供給部および押圧ロー
ルの取付け部Ｉが片持式梁体Ｂに沿つて移動せず
に固定され、且つ成形用型体Ａが回転し、同時に
形成が進むにつれて自走モーター制御盤１５によ
つてコントロールされた型移動用モーター１１に
よつて前後に移動することができる装置が用いら
れる。 型体Ａ中で、先づ繊維強化材受入れ口７から入
つた強化材が強化材カツター８によつて裁断され
て型内面に落下され、次いで液状熱硬化性樹脂供
給装置Ｅから樹脂および触媒等が強化材上に供給
される。その後押圧ロールＦが成形材料上を押圧
していく。 その際、押圧ロールＦは、第５図に示される如
き押圧ロール軸受３０およびクランク２９によつ
て遊びが生じるようになつている。 型体Ａ又は往復摺動体Ｃが成形が進むにつれて
移動して成形物が形成され、液状熱硬化性樹脂の
硬化後に筒状物が作製され、その後、型体Ａの締
付けボルト２，３がはずされ、型体Ａが二ツ割に
開かれて形成された筒状成形物が取り出される。 本発明の製造装置によれば、得られる筒状成形
物がFRP製であるが、更にプラスチツク発泡体、
レジンコンクリート等が供給できるようにして二
層、三層（サンドイツチ状）等の多層形状の筒状
成形物の成形も可能である。 本発明により得られる筒状成形物は樹脂の含浸
むらがなく、繊維強化材が均一に分散しているた
め強度に優れたものであり、タンク、浄化槽、サ
イロ等の筒状容器として用いることができる。 実施例 内径２ｍ、長さ６ｍの型体を用いて第１，２，
４および５図の如き製造装置によりFRP製筒状
成形物を得た。 先づ、６回転／分（周速度37.7ｍ／分）の速度
で回転する鉄製型の表面にガラスロービングSP
−３（旭フアイバーグラス社製）を50mm長さに切
断して4.5Kg／分の割合で供給し、次いで予め硬
化促進剤として６重量％のナフテン酸コバルト
（大日本インキ化学社製）を0.4重量％混合した粘
度６ポイズ／25℃の不飽和ポリエステル樹脂液
（ポリライトFG−104、大日本インキ化学社製）
と、触媒としての55重量％MEKPO（日本油脂社
製）を1.5重量％混合した粘度５ポイズ／25℃の
不飽和ポリエステル樹脂液（同上）とを別々に調
整し、各々をポンプを用いて２インチ径の導管を
通して５Kg／分の割合でガラス繊維の上に供給し
た。 その後に、長さ50cm、直径15cm、重量11.5Kgで
あり、円周方向に溝が設けられたステンレス製押
圧ロールで押圧した。その際、押圧ロールはほぼ
10cmのロール間隔で３本用い、各押圧ロールの自
重による押圧力は約230ｇ／cmであつた。 尚、ガラス繊維、樹脂等の供給部および押圧ロ
ールが取り付けられた往復摺動体は型回転軸に沿
つて30cm／分の速度で移動させた。 得られた筒状成形物は長さ６ｍ、直径2.0ｍ、
肉厚８mmのものであつた。このものから軸方向、
円周方向の試片を切り出し、強度を測定した。そ
の結果は表−１に示す。又、本成形物の空どう率
も測定し、表−２に示す。 比較例 １ 内径２ｍ、長さ４ｍの回転型を有する遠心成形
機（ハルトマン社製Ｖ−1.8−2.5−100型）を使
用し、型回転数90回転／分、周速度565.2ｍ／分、
実施例と同様の樹脂液およびガラス繊維の供給速
度をそれぞれ22Kg／分、9.8Kg／分で成形して肉
厚８mm、長さ４ｍのFRP製筒状成形物を得た。
実施例と同様に試験し、その結果を表−１に示し
た。 比較例 ２ 押圧ロールを型と同調して回転するように変え
た以外実施例と同様の装置を用いてFRP製筒状
成形物を得た。型回転数、樹脂液およびガラス繊
維の種類および供給量等の条件は実施例と同様に
したが、成形中押圧ロール部分で成形材料がダン
ゴ状になり、度々該ロールを成形材料から離して
行つた。このため、効率が非常に悪く、実施例と
同様の成形物を製造するのに時間が多く要した。
得られた成形物の物性を表−１に示す。又、この
成形物の空どう率を測定し、表−２に示す。

【表】

【表】

【表】 試験例 実施例および比較例２に於いて、樹脂およびガ
ラス繊維の供給量を調節して各肉厚３mm、直径２
ｍ、長さ３ｍのFRP製筒状成形物を成形した。
これらの成形物の前後をFRPで水漏れしないよ
うに蓋をし、水道水が流入するようにした。次い
で、水道水を導入して水圧を上げ、水漏れについ
て試験した。その結果を表−３に示す。

【表】 た部分である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明にかかる成形物の製造装置の一例
を示し、第１図は成形材料供給部、押圧ロール等
が装備された往復摺動体が片持式梁体に沿つて移
動し得る成形装置の縦断面正面図であり、第２図
は第１図の装置の側面図、第３図は成形材料供給
部、押圧ロール等が移動せず、型体が可動し得る
成形装置の縦断面正面図であり、第４図は押圧ロ
ールが取り付けられた部分の正面図であり、第５
図は第４図の部分側面図である。 記、Ａ……成形用型体、Ｂ……片時式梁体、Ｃ
……往復摺動体、Ｄ……繊維強化材供給装置、Ｅ
……液状熱硬化性樹脂供給装置、Ｆ……押圧ロー
ル、Ｇ……型体架台部、Ｈ……成形材料供給部お
よび押圧ロールの取付け部、Ｉ……レール、１…
…蝶着部、２……締付けボルト、３……締付けボ
ルト、４……モーター、５……ローラー、６……
支持体、７……繊維強化材受入れ口、８……強化
材カツター、９……繊維強化材落下口、１０……
型内面、１１……型回転モーター、１２……型回
転用減速機、１３……型移動用モーター、１４…
…型移動用減速機、１５……自走モーター制御
盤、１６……軸受ベアリング、１７……トラバー
ス用ウオームギア、１８……強化材カツター駆動
モーター、１９……樹脂供給ノズル、２０……エ
アーシリンダー、２１……片持式梁体端面、２２
……強化材切断樹脂製押えローラー、２３……繊
維強化材、２４……強化材抜け防止用鉄製押えロ
ーラー、２５……強化材切断用エアシリンダー、
２６……強化材切断用回転プーリー、２７……モ
ーター、２８……樹脂供給ノズル、２９……クラ
ンク、３０……押圧ロール軸受、３１……押圧ロ
ール軸棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ローラー５を介してモーター４により重力の
   ２倍より小さい遠心力が生じる速度で回転する成
   形用筒状型体Ａ、 型体Ａを載せた可動台車Ｇ、 繊維強化材供給装置Ｄ、 液状熱硬化性樹脂供給装置Ｅ、及び 軸棒３１がクランク２９の軸受３０に嵌合し、
   クランク２９に接続するシリンダー２０からな
   り、自重で押圧する押圧ロールＦからなることを
   特徴とする筒状成形物の製造装置。