JPH04286629A - 繊維強化合成樹脂複合体の成形方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、芯材層とこれを被包す
る繊維強化合成樹脂層とからなる高剛性の繊維強化合成
樹脂複合体の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、繊維強化合成樹脂成形体の成形方
法としては、種々の方法が知られているが、その内引抜
成形方法は連続成形が可能であり、種々の断面形状を呈
する長尺体を能率よく生産することが出来るので注目さ
れている。

【０００３】特に、引抜成形方法により成形体を成形し
た場合、引き抜き方向と、これに対して直角方向との強
度差が大きく、成形体の用途が制限されるので、芯材層
とその外層に繊維強化合成樹脂層を形成してなる複合体
とし、このときの芯材に等方体を用いてこの欠点を解消
するようにした成形方法が汎用されており、この方法に
よれば、強度の方向性が改善されるのみならず、芯材と
外層用の樹脂や繊維の材料の種類、各層の厚さ、等を種
々組み合わせることにより、上記断面形状を任意に設定
できる引抜成形方法の特徴と相まって、強度、重量、そ
の他の諸物性の好みのものを得ることが可能となり、用
途に応じた合理的な諸特性を具備したものが容易に得ら
れるという点で優れた技術である。

【０００４】ところが、金型内の成形通路において成形
材料を硬化させる為の熱量は、専ら金型からの伝熱に頼
っていた。従って、加熱硬化区間での成形材料の温度分
布についてみると、金型に接する部分が最も高く、以下
内部にいくに従って次第に低くなり、芯材に接する部分
が最も低くなるという高低差のある温度分布になるので
ある。

【０００５】従って、樹脂の硬化現象は、これに対応し
た金型に接する部分から進行し、芯材と接する部分の硬
化がもっとも遅れることになり、この外層部における樹
脂の硬化速度の不均一の為、芯材と繊維強化合成樹脂層
との界面に、硬化収縮による樹脂の含浸不良が起こり、
その結果、ボイド、巣等が発生して芯材層と繊維強化合
成樹脂層との密着性が劣り、強度低下を来すと言う問題
があり、又、芯材と接する部分の硬化を充分にする為に
成形速度を出来るだけ低速に維持しようとすると、繊維
強化合成樹脂層の厚みが厚くなればなる程成形速度が低
下し、期待する生産速度が得られないという問題もあっ
た。そして、この問題は芯材が中実体であっても中空体
であっても同じように発生するのである。

【０００６】そこで、この問題を解決する為に、従来種
々研究がされているが、その一つとして特開昭６３−３
５３３２号公報には、金属材料を芯材とし、その外周囲
に繊維強化合成樹脂層を形成した構造の複合体の引抜成
形方法について記載されている。この方法によれば、成
形方向に二個の金型を配置し、熱硬化性樹脂を含浸した
強化繊維と共に送りこまれた金属材料からなる芯材が、
先に通過する金型内で高周波により誘導加熱せしめられ
、次いで後で通過する金型によって、該金型からの伝熱
により強化繊維が加熱硬化せしめられるので、熱硬化性
樹脂を含浸した強化繊維が、金属製芯材と接する面と金
型の内壁面に接する面との温度差は、殆ど無い状態にす
ることができ、従って、この外層部である熱硬化性樹脂
の硬化速度の均一化が得られ、不均一に原因する品質の
劣化や生産速度の低下を防止できると言う点で注目され
る技術である。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来
技術は電磁誘導を利用した加熱方法である為、芯材が金
属に限られるという制約があり、金属以外のものでは採
用出来ないと言う問題があった。

【０００８】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、金属は無論のこと金属以外のものでも内部加熱によ
り芯材を加熱することが可能であり、強化繊維の芯材と
接する部分の硬化の遅れを防ぎ、もって芯材と繊維強化
合成樹脂層との密着性がよく、且つ生産性を犠牲にする
ことのない成形方法を提供することを目的としてなさた
ものである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明は、金型として、比
較的低温に維持された第一の金型と、比較的高温に維持
された第二の金型とを成形方向に向けてこの順に配置し
、芯材として、管状体にしてその中空内部に予め比較的
低温で硬化する未硬化の熱硬化性樹脂を充填したマンド
レルの複数個が成形方向に間隔を隔てて配置されたもの
を使用し、先ず第一の金型内にこの芯材を移送して加熱
し、次いでその外周囲に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊
維を導きつつ第二の金型に移送して加熱硬化し、得られ
た複合体を芯材のマンドレルの挿入されていない箇所で
切断し、芯材中よりマンドレルを取り出すことを特徴と
する繊維強化合成樹脂複合体の成形方法をその要旨とす
るものである。

【００１０】本発明の芯材を形成する素材としては、金
属、セラミック、各種合成樹脂、繊維強化合成樹脂、こ
れら合成樹脂の発泡体等その材質は特に限定されないが
、中空品であることが必要である。

【００１１】本発明の繊維強化合成樹脂層に用いる強化
繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維等のロ
ービングやチョップドストランドマット、クロスマット
、ラミマットなどが挙げられ、これらのロービングやマ
ットを、それぞれ単独で或いは両方を重ねて用いること
が出来る。

【００１２】本発明の繊維強化合成樹脂層に用いる樹脂
の種類としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。本発明に於
いて、金型として比較的低温に維持された第一の金型と
しては、この金型で加熱する芯材及びその中に挿入され
るマンドレル内の熱硬化性樹脂によって、実験的にその
寸法、加熱方法等が設定され得るのであるが、通常ニク
ロム線等を金型の壁内に埋設して加熱源とし、５０〜８
０℃に温度調節して使用する。

【００１３】本発明に於いて使用するところの、芯材の
中にほぼ定尺にしてその内部に比較的低温で硬化する熱
硬化性樹脂を充填したマンドレルとしては、芯材の中空
内部の形状に対応した形状のものが当然使用され、例え
ば、芯材の内径が３０ｍｍの円管の場合、２８ｍｍの径
のものを使用し、その材質としてはアルミニウム、ジュ
ラルミン等の軽量金属が適当であり、その長さも成形す
る複合体の定尺よりも２／３〜５／６程度短くしたもの
を使用する。そして、後述するように、マンドレル内に
低温硬化型の不飽和ポリエステル樹脂を充填した後、こ
れを密閉する必要があるので、前部又は後部の壁は着脱
自在の蓋体とした構造のものを使用するのが好ましい。

【００１４】又、この中に充填する比較的低温で硬化す
る熱硬化性樹脂としては、例えば、ジ−ベンゾイルパー
オキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパ
ーオキシ２エチルヘキサノエイト、ｔ−ブチルパーオキ
シネオデカノエイト等の過酸化物（一般に中温開始剤と
称される）が添加された不飽和ポリエステル樹脂が挙げ
られる。

【００１５】もっとも一般的なものは、例えば硬化剤と
してメチルエチルケトンパーオキサイドと、硬化促進剤
としてナフテン酸コバルトが添加された不飽和ポリエス
テル樹脂が挙げられる。

【００１６】又、上述のようにして低温硬化型の不飽和
ポリエステル樹脂を充填したマンドレルの複数個を、芯
材の中空内部に挿入する方法としては、予め芯材の中に
所定間隔を隔てて、順次マンドレルを挿入したものを用
いてもよいが、芯材が長いと挿入し難いという問題があ
り、又、挿入出来たとしても芯材の移送中にその間隔が
変動する恐れもあるので、例えば合成樹脂発泡体等の易
切断性素材からなり、マンドレルと同型で短尺のものを
スペーサとして、マンドレルと交互に挿入したものを用
いるのが好ましい。

【００１７】本発明に於いて使用するところの、比較的
高温に維持された第二の金型としては、特に限定はなく
、従来引抜成形方法において使用されている金型が採用
でき、熱源も電熱やオイル等の熱媒体の他、赤外線や高
周波を利用した加熱方法等が挙げられ、これらの熱源に
より通常１００〜２００℃に温度調節して使用する。

【００１８】そして、強化繊維に含浸させる比較的高温
で硬化する樹脂としては、例えば、ジクミルパーオキサ
イド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエイト、ジ−ｔ−ブ
チルパーオキサイド等（一般に高温開始剤と称される）
が添加された不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂が挙げられる。

【００１９】本発明に於いては、その他は従来知られて
いる引抜成形方法がその儘採用可能であり、上述のよう
な芯材を先ず第一の金型の成形通路内を通過させ、次い
で、その外周囲にこれを被包する熱硬化性樹脂を含浸し
た強化繊維を導きつつ第二の金型の成形通路内を通過さ
せ、加熱硬化させて引き抜き、複合体として引き出した
後、上記各マンドレルの間をカッターで切断し定尺とし
た後、複合体からマンドレルを取り出せばよい。成形速
度は、通常０．１〜２ｍ／分を出すことが可能である。

【００２０】

【作用】本発明は、金型として比較的低温に維持された
第一の金型と、比較的高温に維持された第二の金型とを
成形方向に向けてこの順に配置し、芯材として管状体を
使用すると共に、この芯材の中に、内部に比較的低温で
硬化する未硬化の熱硬化性樹脂を充填したマンドレルの
複数個を、成形方向に間隔を隔てて配置したものを使用
し、各金型により加熱硬化して得られた複合体を、芯材
のマンドレルの挿入されていない箇所で切断し、芯材中
よりマンドレルを取り出すようにしたので、マンドレル
内の比較的低温で硬化する熱硬化性樹脂が、第一の金型
内を通過するときにその金型により加熱されて硬化し、
その反応熱でマンドレル自体が加熱され、その外周囲に
導かれた樹脂を含浸した強化繊維は、芯材と共に第二の
金型内の成形通路に導入され、その金型のみならず芯材
によっても加熱されて硬化するので、成形材料が加熱硬
化区間で受ける厚み方向の温度分布において、成形金型
の壁面から受ける温度と、芯材と接する部分から受ける
温度との温度差が少なくなる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明繊維強化合成樹脂複合体の
成形方法を実施する場合の成形工程の一例を示す概略説
明図である。

【００２２】図１に於いて、１は繊維強化合成樹脂製の
円管からなる芯材であり、この中空内部には、アルミ合
金からなる同じく円管状のマンドレル２の複数個が成形
方向に向け間隔を隔てて配置されている。３はマンドレ
ル２の内部に封入された比較的低温で硬化する未硬化の
不飽和ポリエステル樹脂である。４は比較的低温に維持
された第一の金型であって、その内部には成形通路が設
けられ、図示しない加熱源により加熱するようになって
いる。５、５・・は整列装置（ガイド板）であって、図
示しないボビンから巻き出されたガラスロービング６、
６・・の配列を整えながら、液状の熱硬化性樹脂を注入
した樹脂液槽７、７に導いたり、芯材１の外周囲に導い
たりする装置である。８は比較的高温に維持された第二
の金型であって、その内部には同じく成形通路が設けら
れ、図示しない加熱源により加熱するようになっている
。９は引取装置、１０は矢印方向に上下するカッターで
ある。

【００２３】このような装置により、先ず芯材１を連続
的に成形方向に移送しつつ第一の金型４内を通過させる
。この工程により芯材１内のマンドレル３は内部の比較
的低温で硬化する未硬化の熱硬化性樹脂が加熱硬化され
、熱硬化性樹脂３’となる。そして芯材１自体も金型か
ら加熱されるが、このときの反応熱によりマンドレル２
は昇温し、この反応熱は持続性があるので、第二の金型
に送られる迄に芯材１をも加熱することとなり、その表
面温度が低下することはない。

【００２４】次に、樹脂液槽７、７により、熱硬化性樹
脂を含浸したガラスロービング６、６・・の多数本が整
列装置５、５・・によりその配列を整えられて、芯材１
の外周囲に導かれ、第二の金型８に送られる。ここでは
、強化繊維等の成形材料はその成形通路の壁面からの伝
熱によって加熱されると共に、既に加熱されている芯材
１からの伝熱によっても加熱され、樹脂が硬化せしめら
れる。かくして、加熱硬化せしめられた成形材料は、引
取装置９により引き取られ、カッター１０により定尺に
切断される。得られたものは、芯材層１１とその外周囲
に形成された熱硬化性樹脂層１２とが強固に一体となさ
れた二層構造の複合体を形成しており、又、逐次得られ
る各複合体内には、その芯材層の中にマンドレルが装入
されているので、これを取り出せば成形作業は終了する
。尚、各使用済のマンドレルは、中身の入替えにより再
使用可能とすることができる。

【００２５】実験例 図１に示した成形装置を用い、以下に示す構成に基づい
て複合体の成形を行った。又この実験例を、従来方法、
即ちマンドレルを使用しないで行った場合と比較した。 １）成形材料とマンドレル ■．芯材＝２３００番のガラス繊維と，、樹脂として不
飽和ポリエステル樹脂を用い、フィラメントワィンディ
ング法により製造した円管で、一本が３０ｍｍ（内径）
×２ｍｍ（厚み）×２ｍ（長さ）の寸法のもの■．マン
ドレル＝アルミ合金製で一本が２５ｍｍ（内径）×２ｍ
ｍ（厚み）×１．８ｍ（長さ）の寸法の円管であり、一
端には比較的低温で硬化する樹脂を充填する為の開閉蓋
が設けられている ■．マンドレル内に注入した熱硬化性樹脂＝比較的低温
で硬化する不飽和ポリエステル樹脂＝メチルエチルケト
ンパーオキサイド系硬化剤が添加されたもの（三井東圧
社製「エスター２３５」） ■．強化繊維＝４５００番のガラスロービング（旭ファ
イバー社製）及び４５０番のコンティニアスマット（旭
ファイバー社製） ■．強化繊維に含浸した熱硬化製樹脂＝比較的高温で硬
化する不飽和ポリエステル樹脂＝硬化剤としてビス−（
４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネ
ートが添加されたもの（日本ユピカ社製「３５１２」） ２）成形装置 図１に示すような装置を使用し、且つ叙上のような成形
材料とマンドレルとを用いて、先ずマンドレルに比較的
低温で硬化する不飽和ポリエステル樹脂を６００ｇ入れ
、これを予め芯材の中空内部に挿入し、次いで８０℃に
設定した第一の金型に挿入して加熱反応させた。このと
きの芯材の表面温度は１１５℃であった。次に、このよ
うにして予め加熱された芯材の周囲に１００本のガラス
ロービングを導きつつ、更に最外層にコンティニアスマ
ットを配するようにしてこれらからなる強化繊維を、芯
材と共に１５０℃に設定した長さ９００ｍｍの第二の金
型に送り込み加熱硬化させた。このときの成形速度は５
０ｃｍ／分であり、採取した試験片での芯材層と繊維強
化合成樹脂層との界面の密着強度は０．７３Ｋｇ／ｍｍ
２であった。

【００２６】比較例 生産方式として、マンドレルを用いなかったこと以外は
、実験例１と同様にして同様の成形速度で成形し、得ら
れた試験片について界面の密着強度を測定したところ、
０．２Ｋｇ／ｍｍ２であった。尚、密着強度はＡＳＴＭ
Ｃ２７３−６１に準拠して測定した。

【００２７】

【発明の効果】本発明成形方法は、金型として比較的低
温に維持された第一の金型と、比較的高温に維持された
第二の金型とを成形方向に向けてこの順に配置し、芯材
として管状体を使用すると共に、この芯材の中に、内部
に比較的低温で硬化する未硬化の熱硬化性樹脂を充填し
たマンドレルの複数個を、成形方向に間隔を隔てて配置
したものを使用し、各金型により加熱硬化して得られた
複合体を、芯材のマンドレルの挿入されていない箇所で
切断し、芯材中よりマンドレルを取り出すようにしたの
で、マンドレル内の比較的低温で硬化する熱硬化性樹脂
が、第一の金型内を通過するときにその金型により加熱
されて硬化し、その反応熱でマンドレル自体が加熱され
、ひいてはその芯材も加熱された状態に維持され、その
外周囲に導かれた強化繊維は、芯材と共に第二の金型内
の成形通路に導入されるが、芯材と接する強化繊維は、
成形金型の壁面と接する強化繊維と同様に加熱されるこ
ととなり、成形材料が加熱硬化区間で受ける厚み方向で
の温度分布において、成形金型の壁面から受ける温度と
、芯材と接する部分から受ける温度との温度差が少なく
なる。従って、樹脂の硬化現象はこれに対応して金型に
接する部分のみならず、芯材と接する部分からも進行し
、硬化時間がそれだけ早くなると共に、強化樹脂の厚み
方向各深度における硬化速度が均一化され、芯材と繊維
強化合成樹脂層との界面に、硬化収縮による樹脂の含浸
不良が起こらず、品質に優れたものが速やかに、安定し
て得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の繊維強化合成樹脂複合体の成形方
法を実施する場合の成形工程の一例を示す概略説明図で
ある。

【符号の説明】

１　　芯材 ２　　マンドレル ３　　比較的低温で硬化する熱硬化製樹脂４　　第一の
金型 ６　　強化繊維 ７　　比較的高温で硬化する熱硬化性樹脂液槽８　　第
二の金型 ９　　引取装置 １０　　カッター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金型として、比較的低温に維持された
   第一の金型と、比較的高温に維持された第二の金型とを
   成形方向に向けてこの順に配置し、芯材として、管状体
   にしてその中空内部に予め比較的低温で硬化する未硬化
   の熱硬化性樹脂を充填したマンドレルの複数個が成形方
   向に間隔を隔てて配置されたものを使用し、先ず第一の
   金型内にこの芯材を移送して加熱し、次いでその外周囲
   に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を導きつつ第二の金
   型に移送して加熱硬化し、得られた複合体を芯材のマン
   ドレルの挿入されていない箇所で切断し、芯材中よりマ
   ンドレルを取り出すことを特徴とする繊維強化合成樹脂
   複合体の成形方法。