JPH04115930A - 熱可塑性樹脂マトリックスによるフィラメントワインド成形法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本願は繊維強化プラスチックのフィラメントワインド成
形法に関し、特にマトリックスとして熱可塑性樹脂を使
用するフィラメントワインド成形法に関する。

〔従来の技術〕

フィラメントワインド成形法は、各種繊維強化プラスチ
ックの成形方法のなかで、強化用繊維の性能を活用する
手段として非常に有効であるため、成形物の強度に対す
る要求が厳しい分野の用途に広く利用されている。

例えば、大型の成形物では、ミサイルや宇宙船のケーシ
ングから、中型の圧力容器、更には小型のカップリング
等に及ぶ広い範囲の構造物や製品がフィラメントワイン
ド法グ法で成形製造されている。

フィラメントワインド法は、一般にガラス繊維やカーボ
ン繊維にエポキシ樹脂を含浸し、これをマンドレルに巻
き付けた後、オープンに入れてキュアし、固化せしめ、
マンドレルを引き抜いて、コンポジット成形物が得られ
る。

近時、今まで使用の中心であったエポキシ樹脂、不飽和
ポリテステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に
代ってマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂が使われ始
めてきている。

これはエンジニアリングプラスチック、ないしスーパー
エンジニアリングプラスチックと呼ばれる熱可塑性樹脂
は、熱硬化性樹脂と比較すると、靭性が高く、その結果
、耐衝撃性や耐疲労性に優れ、特にスーパーエンジニア
リングプラスチックは耐熱性も高いためコンポジットと
しての特性が優れているためである。

しかし、熱可塑性樹脂は、成形加工時には常温で液体で
ある熱硬化性樹脂と異なり、既に樹脂化しているため、
常温で強化用繊維に含浸することは不可能である。

このため、いろいろな方法が提案されているが必ずしも
良い方法であるとは言へない。

例えば、カーボン繊維にポリエーテルエーテルケトン（
ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂の粉末をまぶしたものをマ
ンドレルに巻き付けつつ、同時に、巻き付（点を局部的
に加熱して、樹脂を溶融し、フィラメントワインド成形
物を得る方法や、熱可塑性樹脂を繊維化して、これを強
化用繊維と混合したものを常温でマンドレルに巻きつけ
た上、これをオーブンに入れて樹脂の溶融点以上に加熱
することによってフィラメントワインド成形物を得る方
法とかである。

しかし、これらの方法は、特に熔融温度の高いＰＥＥＫ
などのスーパーエンジニアリングプラスチックでは、４
００°Ｃというような高温が要求されるため、エネルギ
ーコストが高くなるとか、大型のものが難かしい等の問
題があり、又、樹脂の含浸の点からみてかならずしも最
良の方法とは言えないのである。

又、もう一つの方法は、溶剤に溶ける性質をもった樹脂
を溶剤にとかし、この溶液に強化用繊維を含浸し、ただ
ちにマンドレルに巻き付けて乾燥することによってフィ
ラメントワインド成形物を得る方法である。これはそれ
ほどの高温を必要とせず実用的な方法であると考えられ
るが、例えば、実用的な溶剤である塩化メチレンやアセ
トンのような低沸点の溶剤を用いる場合、溶液の濃度が
溶剤の蒸発によって変化してしまうのを避けれらす、均
質なフィラメントワインド成形物を得るのが困難である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本願は、熱可塑性樹脂特にエンジニアリングプラスチッ
クないしスーパーエンジニアリングプラスチックと呼ば
れる熱可塑性樹脂をマトリックスとするフィラメントワ
インド成形物を従来法と比較して成形コストの低廉な、
且つ、比較的簡単な方法で、大型成形物の成形を可能と
し、しかも均質な成形物を得ることを課題とするもので
ある。

［課題を解決するための手段〕 本願発明者は、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維
強化プラスチックのフィラメントワインド成形法に於て
、熱可塑性樹脂繊維と強化用繊維とを混線または引き揃
え、この複合繊維をマンドレルに巻き付ける時点ないし
その前後に、前記熱可塑性樹脂繊維の溶剤を複合繊維に
スプレーすることによって、樹脂繊維を溶解せしめた後
、溶剤を乾燥除去することにより、成形物を得る方法で
前記課題の解決が可能であることを見出した。

〔作　用〕

本願にマトリックスとして使用される熱可塑性樹脂は繊
維形状として使用される。

本願方法を第１図により具体的に説明する。強化用繊維
２及び熱可塑性樹脂繊維４は、夫々のスプール３．５か
ら引きだされ、ガイド９で引き揃えられる。引き揃えら
れた複合繊維は、回転するマンドレル１に巻きとられる
。この複合繊維の巻き付けられる時点で、又はその前後
で、溶剤を噴霧装置８から複合繊維に対しスプレーする
。溶剤をスプレーされた複合繊維中の熱可塑性樹脂繊維
は、溶解された状態で強化用繊維と共にマンドレル１上
に巻き付けられる。このようにして巻きつけられたマン
ドレル１は所定量の複合繊維を巻き付けられた段階で、
フィラメントワインデング機から外されて乾燥機中で乾
燥、溶剤を除去される。

冷却後、マンドレルを抜取ることにより、熱可塑性樹脂
をマトリックスとするフィラメントワインド法によるコ
ンポジット成形物が得られる。

上記したように、強化用繊維は、溶解された状態になっ
ている熱可塑性樹脂と共に回転するマンドレルに巻き取
られる。張力のかけられた状態でマンドレルに巻き取ら
れるため、マンドレル又は、すでに巻き取られた層に対
し密着性良く巻きとられる。又、溶剤によって溶解状態
にある熱可塑性樹脂は、強化用繊維のフィラメント間に
含浸される。このようにして得られた成形物はマトリッ
クス樹脂と強化用繊維とがほぼ均質に存在するため機械
的特性のすぐれたコンポジット成形物となる。

又、比較的低沸点の溶剤を使用することにより、特別な
乾燥機を必要とせず、加工コストの低廉な実用的な方法
である。

本願で使用される熱可塑性樹脂としては、ポリエーテル
イミド、ポリカーボネート等比較的沸点の低い溶剤を有
するものが適する。又、強化用繊維としては、カーボン
繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエチレン
繊維等が使用できる。

本願で使用される繊維のヤーンテックスは１００〜５０
００テツクスの範囲のものが使用可能である。

あまり細いテックスのものは巻取効率が小さく、又、太
いテックスのものを使用する場合は、単に引き揃えるよ
りも、何等かの方法で混繊状態にして使用しなければ得
られた成形物が均質なものになりにくい。

又、強化用繊維と樹脂繊維との混合比は容積比で２０〜
８０％の範囲が好ましい。

本願で使用される溶剤はポリエーテルイミドの場合は塩
化メチレンが適し、ポリカーボネートの場合は、メチル
エチルケトンやアセトン等が適している。

〔実施例１〕 カーボン繊維（１１０テツクス）とポリエーテルイミド
（ゼネラルエレクトリックケミカル社製、商品名ウルテ
ム）を繊維化したもの（１１５テツクス）を引き揃え、
マンドレルに巻きつけるフィラメントワインド機に於て
、複合繊維束がマンドレル表面に接触する部分に塩化メ
チレンをスプレーしつつ巻取をおこなう。巻取完了後、
１００℃の乾燥機にて３０分間乾燥し、溶剤を除去した
。

冷却後、マンドレルを抜取り、均質で機械的特性にすぐ
れたフィラメントワインド成形物が得られた。

〔実施例２〕 ガラス繊維（２５０テツクス）にポリカーボネート繊維
（２００テツクス）を混繊したものを、フィラメントワ
インド機により、マンドレルに巻き付ける直前に、メチ
ルエチルケトンをスプレーし、巻取完了後、常温で６０
分間自然乾燥し、続いて１００°Ｃの乾燥機にて３０分
間乾燥し、溶剤を除去した。冷却後マンドレルを抜き取
り、均質で機械的特性にすぐれたフィラメントワインド
成形物が得られた。

〔発明の効果〕

本願発明のフィラメントワインド法を適用することによ
り、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いるフィ
ラメントワインド法に於て、成形コストの低廉な、且つ
比較的簡単な方法で、均質で機械的特性にすぐれたフィ
ラメントワインド成形物が得られることが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の実施例を示すものである。 １：マンドレル　　　　　６：溶剤タンク２：強化用繊
維　　　　　７：ポンプ ３：強化用繊維スプール　８：噴霧装置４：熱可塑性樹
脂繊維　　９ニガイド ５：熱可塑性樹脂繊維スプール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化プラスチッ
   クのフィラメントワインド成形法に於て、熱可塑性樹脂
   繊維と強化用繊維とを混繊または引き揃え、この複合繊
   維をマンドレルに巻き付ける時点、ないしその前後に、
   前記熱可塑性樹脂繊維の溶剤を複合繊維にスプレーする
   ことによって、樹脂繊維を溶解せしめた後、溶剤を乾燥
   除去することにより成形物を得ることを特徴とするフィ
   ラメントワインド成形法。