JPH04201240A - 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、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湿式のテープ状物を、マンド
レルの外周に巻付けて積層し加熱硬化させる方法が、広
く知られている。

また、熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロービング繊
維からなる乾式のテープ状プリプレグを、マンドレルの
外周に巻付けて積層し加熱硬化させる方法も知られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） このような従来方法にあっては、主として加熱硬化の際
に、マンドレルに巻付けられたテープ状物中の樹脂液、
或いは加熱により一時的に粘度が低くなったテープ状プ
リプレグ中の半硬化の樹脂が上層部へと移動し、下層部
のロービング繊維中には樹脂が少な（なり、所謂樹脂枯
れが起こる。その結果、成形体の下層部にはクラックや
ボイドが発生し、機械的強度の低下や内圧がかかるよう
な用途ではウィービング（発汗）が生しるという問題が
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、所謂樹脂枯れがなく、機械的強度の低下や
ウィービングが生じない物性の良好な繊維強化樹脂成形
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し隼５、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
ープ状プリプレグと、上記樹脂液よりも低い温度で硬化
する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とを、上下に重ね合せるか或いは平
行に並べ、これをマンドレルの外周に巻付けて積層し加
熱硬化させることを特徴とし、そのことにより上記の目
的が達成される。

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、或いはアラミド繊維、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。

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及び
必要に応じて硬化促進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、０．１〜３０ポ
アズが好ましい。

上記の熱硬化性樹脂液のうち、テープ状物にに用いられ
る熱硬化性樹脂液としては、テープ状プリプレグに用い
られる熱硬化性樹脂液よりも低い温度で硬化する熱硬化
性樹脂液が用いられる。テープ状物に用いられる熱硬化
性樹脂液は、一般に約４０〜１００°Ｃの温度で硬化す
るものが好ましい。また、テープ状プリプレグに用いら
れる熱硬化性樹脂液は、一般に約１．２０〜２００°Ｃ
の温度で硬化するものが好ましい。

ここで、テープ状プリプレグとは、多数のロービング繊
維に熱硬化性樹脂液を含浸させ、これを加熱して樹脂液
を半硬化（Ｂステージを僅かに超えたところまで硬化を
進める）させた乾式のものを指す。また、テープ状物と
は、多数のロービング繊維に熱硬化性樹脂液を含浸させ
たもので半硬化させていない湿式のものと、プリプレグ
のような乾式のものとの両方を指す。

しかし、テープ状物として、プリプレグのような乾式の
ものを用いる場合は、貯蔵中に硬化しやすく低温硬化性
のものが作りにくい。それゆえ、テープ状物としては湿
式のものが好ましい。

そして、上記熱硬化性樹脂液は、テープ状プリプレグ及
びテープ状物中のロービング繊維が、一般に１０〜７０
容量％、好ましくは５０〜６０容量％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容量％
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１０容量％を下回ると成形体の機械的強度が低下
する。

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、炭素繊維ロービングやガラス繊維ロービ
ング等のロービング繊維１１．１２．１３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比較的低温で熱
硬化する熱硬化性樹脂液が入れられた含浸槽２０に導入
され、ここで含浸ローラー２１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本から数十本が使用される。この
多数のロービング繊維は並列に引き揃えられて含浸槽２
０に導入され、引き続いてデリバリ−アイ４０に導入さ
れ、そこで配列された多数のロービング繊維に熱硬化性
樹脂液が均一に含浸された湿式のテープ状に形成される
。

ｌＯはその湿式のテープ状物である。

この際、比較的高温で熱硬化する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乾式のテープ状プ
リプレグ３０が、巻重体３１から繰り出され、デリバリ
−アイ４０に下方から導入される。そして、デリバリ−
アイ４０を通過中に、第２図に示すようにテープ状プリ
プレグ３０の上にテープ状物１０が重ね合される。この
ように、テープ状プリプレグ３０の上にテープ状物１０
を重ね合わせるのが好ましいが、逆にテープ状物１０の
上にテープ状プリプレグ３０を重ね合わせてもよい。

テープ状プリプレグ３０とテープ状物１０とが上下に重
ね合された材料は、ガイド５０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６０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加熱硬化され、
最後にマンドレル６０から離型される。

このようにして、テープ状プリプレグ３０による強化樹
脂層と、テープ状物１０による強化樹脂層とが、交互に
多重に積層された繊維強化樹脂成形体が製造される。

本発明は、上述の製造方法のほかに、デリバリ−アイ４
０を通過中に、第３図に示すように乾式のテープ状プリ
プレグ３０と湿式のテープ状物１０とを平行に並べ、こ
れをマンドレルの外周に巻付けて積層し加熱硬化させる
方法も含まれる。

この場合、テープ状プリプレグ３０とテープ状物１０と
は同じ幅に形成し、これを両方の合計幅の半分が重なり
合うように、例えばバイブ状のマンドレル６０の外周に
ヘリカル状に巻付けるのが好ましい。

このように両方の合計幅の半分が重なり合うように巻き
付けると、テープ状プリプレグ３０とテープ状物１０と
を上下に重ね合わせ、これをマンドレルの外周に巻付け
て製造したものと同様に、テープ状プリプレグ３０によ
る強化樹脂層と、テープ状物１０による強化樹脂層とが
、交互に多重に積層された繊維強化樹脂成形体が製造さ
れる。

なお、この場合、テープ状プリプレグ３０とテープ状物
１０とは完全に上下に重ね合わされることなく、少なく
とも一部分が重ね合わされるようにマンドレルの外周に
巻付けて積層してもよい。

（作用） 本発明方法によれば、テープ状プリプレグ３０とテープ
状物１０とが交互に重ね合わされ、テープ状物１０の硬
化温度が低いので、先ずこのテープ状物１０が半硬化の
テープ状プリプレグ３０により遮られた状態で熱硬化し
、次いでその間の半硬化のテープ状プリプレグ３０が、
硬化したテープ状物１０により遮られた状態で熱硬化す
る。それゆえ、テープ状物１０及びテープ状プリプレグ
３０の中の樹脂が加熱中に上層部へと移動するのが防止
され、下層部の樹脂層れが防止される。

また、乾式のテープ状プリプレグ３０は、樹脂が半硬化
しているので取扱いやすく、これに湿式のテープ状物が
重ね合されたものも取扱いやすくなり、巻回操作が容易
となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を示す。

裏旌拠上 炭素繊維ロービング（繊維径約９μ、番手１２ｋ）の１
０本を引き揃え、これに不飽和ポリエステル樹脂（４０
８吐日本ユビカ社製）１００重量部とと硬化剤（パーブ
チルＺ：日本油脂社製）０．５重量部とからなる熱硬化
性樹脂液（硬化温度約１８０°Ｃ）を含浸させ、これを
約８０°Ｃで１０分間加熱して半硬化させ、厚さ約０．
３　ａｍ、約４０ｍｍ幅の乾式のテープ状プリプレグを
用意した。なお、炭素繊維ロービングの含有量は約６０
容量％であった。

先ず、第１図に示すように炭素繊維ロービング（繊維径
約９μ、番手１２ｋ）の１０本を引き揃えて含浸槽に導
入し、これに不飽和ポリエステル樹脂（３４６４：日本
ユピカ社製＞　　１００　＠置部と硬化剤（パーブチル
ＮＤ：日本油脂社製）０．５重量部とからなる熱硬化性
樹脂液（硬化温度約７０″Ｃ）を含浸させ、引き続いて
デリバリ−アイに導入して、厚さ約０．３　ｍｍ、約４
０ｍｍ幅の湿式のテープ状物（硬化温度約７０℃）を形
成した。なお、炭素繊維ロービングの送り速度は１０ｍ
１分、炭素繊維ロービングの含有量は約６０重量％であ
った。

この際、予め用意しておいた前記乾式のテープ状プリプ
レグをデリバリ−アイに下方から導入し、デリバリ−ア
イを通過中に、第２図に示すようにテープ状プリプレグ
の上にテープ状物を重ね合わせた。

次いで、このテープ状プリプレグとテープ状物との重ね
合わせ材料を、パイプ状のマンドレルの外周に４０往復
させて約５４度のヘリカル状に巻付けて積層し、これを
加熱炉に通し先ず約７゜°Ｃで１５分間加熱してテープ
状物を熱硬化させ、引き続き約１８０″Ｃで１２０分間
加熱してテープ状プリプレグを熱硬化させた。その後、
マンドレルから離型し、内径６０ｎｍ、外径６５ｍｍの
パイプを製造した。

このパイプは、最内層のテープ状プリプレグによる強化
樹脂層と、その上のテープ状物による強化樹脂層とが交
互に多重に積層され、ロービング繊維が全層にほぼ均一
に分散され強固に接着されていた。この試験片の内部に
水圧をがけていき、試験片が破壊する１２０　ｋｇ／ｃ
ｍ２の水圧をかけても、破壊するまでの間でウィービン
グ（水の滲み出し）は全く発生しなかった。

１施±１ 実施例１において、デリバリ−アイを通過中に、第３図
に示すように約４０ｍｍ幅の乾式のテープ状プリプレグ
と約４０ｍｍ幅の湿式のテープ状物とを平行に並べ、こ
れを両方の合計幅の半分が重なり合うように、パイプ状
のマンドレルの外周に４０往復させて約５４．８度のヘ
リカル状に巻付けて積層した。それ以外は実施例１と同
様に行った。

製造されたパイプは、最内層のテープ状プリプレグによ
る強化樹脂層と、その上のテープ状物による強化樹脂層
とが交互に多重に積層され、ロービング繊維が全層にほ
ぼ均一に分散され強固に接着されていた。この試験片の
内部に水圧をかけていき、破壊するまでの間で試験片が
破壊する水圧１２０　ｋｇ７ｃｍ＋２をがけても、破壊
するまでの間でウィービング（水の滲み出し）は全く発
生しなかった。

北較± 実施例１において、乾式のテープ状プリプレグに替えて
、実施例１で用いた湿式のテープ状物と同じ湿式のテー
プ状物を用いた。それ以外は実施例１と同様に行った。

この場合、湿式のテープ状物が、上下に重ね合わされる
ことになる。

製造されたパイプは、テープ状物による強化樹脂層が多
重に積層され、内層寄りの部分には樹脂が少なく、樹脂
括れが起こっていた。この試験片は、内部に水圧８０ｋ
ｇ／ｃｍ２をがけると、ウィービング（水の滲み出し）
が発生して破壊した。

（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に
よれば、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プリプレグと、上記樹脂液よりも
低い温度で硬化する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とが交互に積層され
、この硬化温度の差異により、加熱硬化の際に下層部か
ら上層部への樹脂の移動が確実に防止され、所謂樹脂括
れが防止され、クランクやボイドの発生がなくなる。

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、従来方法により得られる繊維強化樹脂成形体に較
べ、機械的強度が高く、しかも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。

【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１、第２図は
テープ状プリプレグとテープ状物とを上下に重ね合わせ
た状態を示す一部切欠斜視図、第３図はテープ状プリプ
レグとテープ状物とを平行に並べた状態を示す一部切欠
斜視図である。 ＩＯ・・・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、１１〜１３・・・多数のロ
ービング繊維、２０・・・熱硬化性樹脂液の含浸槽、３
０・・・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プリプレグ、４０・・・デリバリ
−アイ、５０・・・ガイド、６０・・・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
   からなるテープ状プリプレグと、上記樹脂液よりも低い
   温度で硬化する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とを上下に重ね合わせ、
   これをマンドレルの外周に巻付けて積層し加熱硬化させ
   ることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。 ２、熱硬化性樹脂液を含浸させた多数のロービング繊維
   からなるテープ状プリプレグと、上記樹脂液よりも低い
   温度で硬化する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とを平行に並べ、これを
   マンドレルの外周に巻付けて積層し加熱硬化させること
   を特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。