JPH04163130A - 繊維強化樹脂成形体の製造方法 - 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） 本発明は、フィラメントワインディング法による繊維強
化樹脂成形体の製造方法に関する。

（従来の技術） フィラメントワインディング法による繊維強化樹脂成形
体の製造方法として、マンドレルに熱硬化性樹脂液を吹
付けると共に、これに多数のロービング繊維を巻付けて
積層し熱硬化させる方法は、広く知られている。

このような方法においては、強化繊維としてロービング
繊維を用いるため、樹脂の硬化時や成形体の使用時にフ
ィラメント間にクランクが発生しやすく、また層間で剥
離が生じやすい。

このような欠点を改善するために、熱硬化性樹脂液にチ
ョツプド短繊維を空中で混合し、これをマンドレルに吹
付ける方法、及びロービング繊維の一部をマンドレルに
向けて弛んだ状態でループ状に重なり合うように供給す
る方法が知られている（新高分子文庫２３ＦＲＰ成形の
実際２２９〜２３０頁及び特開昭５９−７６２２３号公
報参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような従来方法にあっては、マンドレル
上で樹脂液をロービング繊維に含浸させるので、樹脂液
の含浸が不充分となる。また、比重の異なる熱硬化性樹
脂液とチョツプド短繊維とを空中で混合するので、樹脂
と短繊維との分布が不均一となり、物性のばらつきが大
きくなる。

また、短繊維は樹脂の全層に亘って分散するので、各層
間に短繊維による緩衝作用が充分に発現せず、層間剥離
の改善が未だ充分でない。

さらに、樹脂液と短繊維との混合吹付は装置や複雑なロ
ービング繊維の供給装置を必要とするという欠点がある
。

本発明は、上記の問題を解決するもので、その目的とす
るところは、簡単な設備を用いて、ロービング繊維のモ
ノフィラメント間にまで樹脂液が充分に含浸し、しかも
物性のばらつきが少なく且つ眉間剥離のない繊維強化樹
脂成形体の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法のうち、請求項
１記載の発明は、熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロ
ービング繊維からなるテープ状物の少なくとも片面にチ
ョツプド短繊維を付着させ、これをマンドレルの外周に
巻付けて積層し熱硬化させることを特徴としている。請
求項２記載の発明は、上記１の発明において、テープ状
物が異種のロービング繊維で構成されていることを特徴
としている。

また、請求項３記載の発明は、熱硬化性樹脂液を含浸さ
せた多数のロービング繊維からなる少なくとも二枚のテ
ープ状物の層間にチョツプド短繊維を付着介在させ、こ
れをマンドレルの外周に巻付けて積層し熱硬化させるこ
とを特徴としている。請求項４記載の発明は、上記３の
発明において、少なくとも二枚のテープ状物が互いに異
種のロービング繊維で構成されていることを特徴として
いる。

本発明に用いるロービング繊維としては、連続するモノ
フィラメントの数百〜数千本から構成された繊維束で、
例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、金属繊維
等の無機繊維；アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリ
アミド繊維等の有機繊維が好適に用いられる。

モノフィラメントの直径は１〜５０μｍが好ましい。ま
た、モノフィラメントが収束剤により収束された状態の
繊維束を使用する場合には、収束剤の付着量が１重量％
以下が好ましく、さらに好ましくは０．５以下である。

収束剤の付着量が１重量％を上回ると、樹脂液のモノフ
ィラメント間への含浸性が低下する。

また、チョツプド短繊維としては、上記のようなロービ
ング繊維を、チョッパーロールで所望長さに切断した短
繊維が用いられ、その繊維の長さは一般に５〜５０錘が
好ましい。チョツプド短繊維の長さが５闘を下回ると応
力緩和作用が少なく、また５０世を上回ると均一に付着
しに（く　なる。

本発明に用いる熱硬化性樹脂液としては、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート
樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂に
、有機過酸化物、アミン系、酸無水物等の熱硬化剤を配
合してなる慣用の熱硬化性樹脂液が用いられる。樹脂液
の粘度は、１００〜５００ｃｐｓが好ましい。

熱硬化性樹脂液は、成形体中のロービング繊維が一般に
５〜７０重量％、好ましくは５０〜６０重　−量％とな
るようにロービング繊維に含浸させる。

ロービング繊維が７０重景％を上回ると樹脂が均一に含
浸した成形体が得にくくなり、逆に５重量％を下回ると
成形体の機械的強度が低下する。

また、チョツプド短繊維は、成形体中のチョツプド短繊
維が３〜２０重量％となるようにテープ状物に付着させ
るのが好ましい。チョツプド短繊維が２０重景％を上回
ると樹脂が均一に含浸した成形体を得にくくなり、逆に
３重量％を下回ると層間剥離が起こりやすくなる。

以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する
。

第１図は、本発明の一実施態様を示す説明図である。第
１図において、ガラスロービング等のロービング繊維１
１．１２．１３がボビンから繰り出される。この多数の
ロービング繊維１１．１２．１３は、不飽和ポリエステ
ル樹脂液等の熱硬化性樹脂液が入れられた含浸槽２１に
導入され、ここで、含浸ローラー２２により熱硬化性樹
脂液が適量含浸される。

上記のロービング繊維１１．１２．１３は、三本を図示
しているが実際には数十本が使用され、この多数のロー
ビング繊維が含浸槽２１に並列に引き揃えられて導入さ
れ、全体としてテープ状に形成される。１０はそのテー
プ状物である。

多数のロービング繊維１１．１２．１３は、ガラスロー
ビング等の同種のロービング繊維を使用する以外に、一
部を例えば弾性率の大きな炭素繊維等の異種のロービン
グ繊維で置き換えて、テープ状物１０を異種のロービン
グ繊維で構成してもよい。このように異種のロービング
繊維で構成すると、それぞれのロービング繊維の欠点を
異種のロービング繊維の長所で補うことができ、より強
靭な繊維強化樹脂成形体を得ることができる。

このようにして熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロー
ビング繊維からなるテープ状物１０が形成される。そし
て、このチー７°状物１０の上面にチョツプド短繊維１
４“を落下させて付着させる。このチョツプド短繊維１
４“は、ボビンから繰り出されるガラスロービング等の
ロービング繊維１４をチョッパーロール３１とゴムロー
ル３２とからなるロータリーチョッパーにより所望長さ
に切断して形成される。

チョツプド短繊維１４゛　は、テープ状物１０の上面の
みならず両面に付着させてもよい。両面に付着させる場
合は、テープ状物１０の両面にチョツプド短繊維１４゛
　を吹き付ける方法やテープ状物１０をチョツプド短繊
維１４゛の流動床に導入する方法が採用される。

このようにしてチョツプド短繊維を付着させたテープ状
物１０“は、ガイド４１を経て慣用のフィラメントワイ
ンディング法により、例えばパイプ状のマンドレル５１
の外周にヘリカル状に巻付けられ多重に積層され、その
後加熱硬化炉等に入れられ適温で熱硬化され、最後にマ
ンドレル５１から離型される。

かくして、第２図に断面で示すように、多数のロービン
グ繊維１１．１２．１３による強化樹脂層１０”とチョ
ツプド短繊維１４°による緩衝樹脂層１４”とが交互に
多重に積層されたパイプ状の繊維強化樹脂成形体が製造
される。

第３図は、本発明の別の実施態様を示す説明図である。

第３図においては、多数のロービング繊維１１．１２．
１３のほか多数のロービング繊維１５．１６．１７を使
用し、上下二枚のテープ状物１０．１０を形成し、チョ
ツプド短繊維１４゛　を付着させた下側のテープ状物ｌ
Ｏ°に上側のテープ状物ｌＯを重ねる。

このようにして二枚のテープ状物１０．１０の眉間にチ
ョツプド短繊維１４”を付着介在させる。

上記の点が第１図の実施態様と異なり、それ以外は第１
図の実施態様と同様であるので、説明を省略する。テー
プ状物１０．１０は二枚に限らずそれ以上のテープ状物
１０を使用し、それぞれのテープ状物１０の層間にチョ
ツプド短繊維１４’を付着介在させることができる。

このように少なくとも二枚のテープ状物１０．１０の眉
間にチョツプド短繊維１４°を付着介在させると、製造
中にチョツプド短繊維１４゛　が移動して部分的に不均
一に付着したり脱落したりすることが防止される。また
、−度に二枚以上のテープ状物１０．１０がマンドレル
に巻き付けられるので、生産性が向上する。

多数のロービング繊維１５．１６．１７は、多数のロー
ビング繊維１１．１２．１３と同じガラスロービング等
のロービング繊維を使用する以外に、例えば弾性率の大
きな炭素繊維等の異種のロービング繊維を使用し、すく
なくとも二枚のテープ状物１０を互いに異種のロービン
グ繊維で構成してもよい。このように異種のロービング
繊維で構成すると、それぞれのロービング繊維の欠点を
異種のロービング繊維の長所で補うことができ、より強
靭な繊維強化樹脂成形体を得ることができる。

かくして、第４図に断面で示すように、多数のロービン
グ繊維１１．１２．１３による強化樹脂層１０′”とチ
ョツプド短繊維１４゛　による緩衝樹脂層１４”とロー
ビング繊維１５．１６．１７による強化樹脂層１０”が
この順に多重に積層されたパイプ状の繊維強化樹脂成形
体が製造される。

（作用） 本発明方法によれば、多数のロービング繊維をマンドレ
ルの外周に巻付ける前に、この多数のロービング繊維に
熱硬化性樹脂液を含浸させるので、熱硬化性樹脂液をロ
ービング繊維に均一に含浸させることが容易である。ま
た、熱硬化性樹脂液が含浸された多数のロービング繊維
からなるテープ状物の面或いは層間に、チョツプド短繊
維を付着或いは付着介在させるので、チョツプド短繊維
をテープ状物のほぼ全面にムラなく分散させることがで
きる。

また、多数のロービング繊維による強化樹脂層の間に、
チョツプド短繊維による緩衝樹脂層が介在した繊維強化
樹脂成形体が得られる。このような緩衝樹脂層が介在す
ると、この緩衝樹脂層はランダムに配向したチョツプド
短繊維により弾性率が低くなっているので、成形体の内
部応力がこの緩衝樹脂層により良好に緩和される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を示す。

夫ｌ責ユ この実施例では第１図に示す方法により第２図に示すパ
イプ状の繊維強化樹脂成形体を製造した。

ガラスロービング（繊維径約１６μｍ、番手２２３０　
ｇ　／ｋｍ）の１０本を引き揃え、これにエポキシ樹脂
（ＬＹ−５５６：日本チバガイギー社製）と硬化剤（Ｈ
Ｙ−９１７：日本チバガイギー社製）と促進剤（ＤＹ−
０７０：日本チハガイギー社製）とからなる熱硬化性樹
脂液を含浸させ、約４０■幅のテープ状物を形成した。

ガラスロービングの送り速度は３０ｍ／分、ガラスロー
ビングの含有量は約５２重量％であった。

一方、ガラスロービング（繊維径約１６μｍ、番手１１
５０　ｇ　／ｋｍ）をロータリーチョッパーで約１３ｍ
の長さに切断し、このチョツプド短繊維を上記のテープ
状物の上面に落下させて全面に付着させた。チョツプド
短繊維の含有量は約１０重量％であった。

このようにしてチョツプド短繊維を付着させたテープ状
物を、パイプ状のマンドレルの外周に８往復させて約４
５度のヘリカル状に巻付けて積層し、これを加熱炉で約
１４０°Ｃで２時間加熱して硬化させた後、マンドレル
５１から離型し、内径６４ｍｍ、外径７０ｍｍのパイプ
を製造した。

このバイブは、ロービング繊維に樹脂が均一に含浸され
た強化樹脂層と、チョツプド短繊維がほぼ全面にムラな
く分散された緩衝樹脂層とが交互に積層されて強固に接
着されおり、試験片に強い応力（破壊に至る荷重２８４
　ｋｇ）をかけても眉間剥離は全（起こらなかった。ま
た、内部に強い水圧（破壊に至る水圧２３０　ｋｇ／ｃ
ｊ）をかけても、ウィービング（水の滲み出し）は全く
発生しなかった。

実施例） ガラスロービング（繊維径約１６μｍ、番手２２３０ｇ
／ｋｗｌ）と炭素繊維（繊維径約７μ鋼、番手８００　
ｇ／ｂ）とを交互に合計１０本引き揃え、これにエポキ
シ樹脂の熱硬化性樹脂液を含浸させてテープ状物を形成
した。それ以外は、実施例１と同様に行った。この場合
も、破壊荷重で層間剥離は全く起こらず、また破壊水圧
でウィービングも全く発生しなかった。

夫施■１ この実施例では第３図に示す方法により第４図に示すパ
イプ状の繊維強化樹脂成形体を製造した。

ガラスロービング（繊維径約１６μｍ、番手２２３０　
ｇ　／ｈ）の１０本を引き揃え、これにエポキシ樹脂（
ＬＹ−５５６：日本チバガイギー社製）と硬化剤（）Ｉ
Ｙ−９１７：日本チバガイギー社製）と促進剤（ＤＹ−
０７０：日本チバガイギー社製）とからなる熱硬化性樹
脂液を含浸させ、約４０ＩｌｌＩＩ１幅で上下二枚のテ
ープ状物を形成した。

下側のテープ状物の上面にロータリーチョッパーで切断
したチョツプド短繊維を落下させて全面に付着させ、そ
の上に上側のテープ状物を重ねて眉間にチョツプド短繊
維を付着介在させた。それ以外は、実施例１と同様に行
った。この場合も、破壊荷重で眉間剥離は全く起こらず
、また破壊水圧でウィービングも全く発生しなかった。

実施貝１ 上側のテープ状物を、炭素繊維（繊維径約７μｍ、番手
８００　ｇ／ｈ）を１０本引き揃え、これにエポキシ樹
脂の熱硬化性樹脂含浸させてなる約４Ｑｍｍ幅のテープ
状物に替えた。それ以外は、実施例３と同様に行った。

この場合も、破壊荷重で層間剥離は全く起こらず、また
破壊水圧ウィービングも全く発生しなかった。

（発明の効果） 上述の通り、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は
、熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロービング繊維か
らなるテープ状物の面或いは眉間にチョツプド短繊維を
付着或いは付着介在させ、これをマンドレルの外周に巻
付けて積層し熱硬化させるものであり、このような方法
によればロービング繊維のモノフィラメント間にまで樹
脂液が充分に含浸し、成形体の物性のばらつきが少なく
なる。また、強化樹脂層の間に均一に分散したチョツプ
ド短繊維による応力緩和作用で、成形体の層間剥離が確
実の防止される。

それゆえ、本発明方法により得られた繊維強化樹脂成形
体は、強靭で、しかも従来方法のように内面にウィービ
ング防止のための樹脂層を設けなくとも、ウィービング
の発生を防止することができるという利点がある。

また、従来方法のように樹脂液と短繊維との混合吹付は
装置や複雑なロービング繊維の供給装置は必要でなく、
従来方法に較べ製造設備が単純化されるという利点があ
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説明図、第２図は第
１図の方法により製造されたバイブ状成形体の断面図で
ある。第３図は本発明の別の実施態様を示す説明図、第
４図は第３図の方法により製造されたバイブ状成形体の
断面図である。 １０・・・熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロービン
グ繊維からなるテープ状物、１０’・・・チョツプド短
繊維が付着したテープ状物、１０”・・・多数のロービ
ング繊維による強化樹脂層、１４゛・・・チョツプド短
繊維、１４−・・チョツプド短繊維による緩衝樹脂層、
１１〜１７・・・多数のロービング繊維、２１．２４・
・・含浸槽、３１・・・チョッパーロール、４１・・・
ガイド、５１・・・マンドレル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロービング繊維
   からなるテープ状物の少なくとも片面にチョップド短繊
   維を付着させ、これをマンドレルの外周に巻付けて積層
   し熱硬化させることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の
   製造方法。 ２、テープ状物が異種のロービング繊維で構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂成形体
   の製造方法。 ３、熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロービング繊維
   からなる少なくとも二枚のテープ状物の層間にチョップ
   ド短繊維を付着介在させ、これをマンドレルの外周に巻
   付けて積層し熱硬化させることを特徴とする繊維強化樹
   脂成形体の製造方法。 ４、少なくとも二枚のテープ状物が互いに異種のロービ
   ング繊維で構成されていることを特徴とする請求項３記
   載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。