JPH044140B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は補強材を加えることにより単に長さ方
向のみならず、断面方向にも十分な補強効果を充
分に発揮させることが可能である、引抜き成形加
工によつて得られる複合材料及びその製造方法に
係るものである。 従来開発されてきた引抜き加工法による熱硬化
性、或いは熱可塑性樹脂を用いた引抜き成形加工
物は一般に樹脂のみ成形加工材とするものが主流
をなしてきた。又、強度の高い成形加工物を得る
場合には引抜き加工装置の樹脂投入部に補強材を
並行挿入するか、もしくは補強材に予め樹脂を含
浸させ、直接成形ダイスに導入熱処理して硬化成
形する方法を取つている。然るに補強材として短
繊維状物を用いて得られた引抜き成形加工物は、
樹脂のみを用いて得られた成形加工物と同様にそ
の強度物性は方向性のないいわゆる等方性のもの
であるが、その強度は未だ十分なものとは言えな
い。一方、通常よく用いられるガラス繊維、全芳
香族ポリアミド繊維、炭素繊維の如くフイラメン
ト糸条のトウを複数本用いて、引抜き方向にトウ
が配列するように供給して引抜き成形加工するこ
とにより得られたものはその長軸方向の強度は十
分に改良されたものとなるがその断面方向の強度
はほとんど改良されていない。 上記の如く引抜き軸方向の補強は補強繊維の連
続体を引抜き加工装置に導入し樹脂と複合化する
ことによつて容易になされるがその断面方向に対
する補強は皆無に等しく、例えば該方法によつて
得られたパイプ成形物はその潰し強度は極めて低
い値を示す。この様な次点を解消すべく引抜き軸
に対して断面方向（引抜き軸以外の全ての方向、
以下同じ）に補強材が同時に配列する方法も検討
され例えば織物を加工装置に導入する手段が検討
されている。しかし、かかる手段によつて平板、
角材の如く補強材が互に平行に配向すればよい場
合には問題ないが、補強織物を例えば中実又は中
空パイプ状物に成形加工する場合には、その軸に
対して断面方向には補強織物が平面状のものであ
る限り、必らず補強織物の端が存在するようにな
り、断面方向の補強材が不連続部を生じ、かかる
個所の補強効果が低くなることが欠点となつてい
る。 本発明者等は、上記の如き欠点のない、引抜き
加工に於ける補強効果を単に引抜き加工成形物の
軸に対してのみならず、軸に対する断面方向に対
しても連続的に補強材を配向せしめることにより
十分な補強効果を発揮させ得た引抜き成形加工物
を得ることを目的として検討した結果本発明を完
成した。その要旨とするところは引抜き成形加工
物の引抜き軸に対する断面方向に補強材となる補
強繊維トウを引抜き成形時、引抜き軸方向に供給
した補強繊維の導入と同時にその断面方向にも配
向せしめたものとすることにより、その目的を達
成し得たものである。本発明の特記すべきことは
かかる断面方向に配向した補強繊維トウは、複数
本のトウが互いに交絡しながら組織体となつて配
向せしめ得ている点にある。かかる補強繊維トウ
の配向交絡により成形物の引抜き軸方向の補強は
勿論のこと、断面方向の補強も十分に達せられる
こととなり従来開発されてきた複合材料（以下
FRPと称する）製引抜き成形加工物に較べて極
めて高い強度物性を有する製品を得ることが可能
となる。 次に図に従つて本発明を詳細に説明する。第１
図は、従来開発されてきた編組体であり、この編
組体は相反する２方向に配列した複数本の糸が交
絡しながら組織体を構成しており第１図に示す如
く中空状を通常は呈する。 第２図は本発明の引抜き成形加工物の部分展開
部を含む斜視図であり中空パイプ状物を示すもの
である。同図に於て３はパイプ状物の最内層でマ
トリツクス樹脂によつて構成される。４はパイプ
状物を引抜き成形加工する際その軸方向に配列さ
れた補強用繊維トウの配向状態を示すものであ
り、最内層の樹脂層をその軸方向に覆つてパイプ
状物の軸方向に補強効果を発揮する。次に第１図
に示した如き軸に対する断面方向に補強用繊維ト
ウ１，２が互に交絡して最内層３及び軸方向補強
材層４を被覆しながら連続的に斜交配列されかつ
交絡して組織体を形成しながら断面方向の補強を
行わしめる。５は、かかる補強層を樹脂で覆うこ
とによつて最外層を形成するものである。かかる
複合材料から成るパイプ状物は図からも明らかの
如く引抜き軸方向のみならず断面方向に対しても
補強がなされ、しかもその方向の補強材は、組織
体を形成し、互に連続していることから、均一で
強固な補強となる。尚、本図は説明上各層が分離
した如く示されているが実際は樹脂層３，５は互
につながつている。 第３図は従来用いられてきた引抜き成形加工装
置の例を示すものである。成形材としては熱硬化
性樹脂を使用する場合の加工方法及び装置を示し
たものであり、補強繊維トウＡはボビン６より複
数本が同時に供給されガイド７，７′及び８を経
て熱硬化性樹脂の未硬化液の槽に導入されトウＡ
は回転ローラー１０により樹脂液９を充分含浸さ
れた後ガイド１１を経て成形硬化装置に到る。成
形硬化装置の入口前には成形する断面形状に応じ
て均一に断面に対してトウが分布する如く供給さ
れるべくガイド穴１２の位置が決定される。該ガ
イド１２を通過したトウは成形硬化用ダイス１３
に投入されトウと含浸された樹脂液とが適当なる
比率でダイス内に一定時間滞在し加熱ヒーター１
４によつてダイス１３を加熱、トウと共に移動す
る樹脂液を暫時硬化せしめる。そしてダイス１３
内を通過して外部に出たところでは完全に硬化が
終了し、成形加工物１５がプラー１６，１６′に
把接され引抜かれかかる操作を連続的に行わしめ
る。かくして得られた通常の成形加工物は第４図
の如く樹脂による最内層３、次いで中層に補強用
トウ４が引抜き軸方向に配列し、最外層を再び樹
脂５にて覆う構成となる。尤も補強用トウを導入
した成形加工物は必らずしも明確に第４図に示す
如く相分離したものではなく、要は断面に補強用
トウが引抜き軸に平行に混入配列された状態を形
成するものである。 次に第２図に示す如く本発明による複合材料引
抜き成形物を得る方法及び装置例を説明する。第
５図にその方法及び装置例を示すが、図に於て補
強用トウＡはボビン６より解糸されてガイド７，
７′及び８を経て熱硬化性樹脂の未硬化液槽に導
入され、回転ローラー１０によつてトウＡに樹脂
液９が含浸される。かくの如き樹脂液を含浸した
トウは、ガイド１１を経てガイド穴１２に到る。
このガイド穴１２は引抜き加工する成形物の断面
形状に応じて断面に均一にトウが分布する様に配
置される。樹脂含浸トウは、これら配置されたガ
イド穴１２を通過した後成形硬化用ダイス１３に
導入されヒーター１４によつて加熱された該ダイ
ス１３内に於て成形硬化され外部ヘプラー１６，
１６′により引抜かれて成形加工物２２となる。
本発明の特徴となる断面方向の補強は、第５図に
於て補強用トウが樹脂を含浸され成形加工ダイス
１３に入る前にこれら補強用トウの外部を覆う様
に断面方向の補強を行うべく編組体を形成せしめ
んとするものであり、同図に於て編組機構の基板
１７，１７′上を補強用トウＢ，B′を巻いたボビ
ン１９，１９′が装填されキヤリアー１８，１
８′が蛇行しながらトウを解糸、キヤリアーが互
に蛇行絡み合うことによつて編組体を形成する。
この場合、編組体の直径は編組点に於ける巻付け
棒２０の直径によつて規制される。よつてダイス
１３によつて形成される補強用トウの中空断面の
周長を考慮し、巻付け棒２０の直径を設定すれば
よい。又、編組点は巻付け棒２０上に編組固定ガ
イド２１，２１′を取付けると、編組が円滑にで
きる。かくして引抜き軸方向の補強用トウＡと断
面方向の補強用トウＢ，B′とがダイス１３に入
る前に積層される。この場合、断面方向の補強用
トウＢ，B′には樹脂を含浸させなくてもダイス
に導入された際、引抜き軸に平行なる補強用トウ
Ａに含浸された樹脂を一部受入れて含浸され同時
に硬化させることが可能である。又、かかる含浸
が不十分と見做される場合には、補強用トウＢ，
B′に予め編組の構成に支障をきたさない程度に
未硬化樹脂を含浸させるか、或いは編組後ダイス
１３との間で含浸せしめてもよい。 上記の方法及び装置によると、第２図に示す如
き引抜き軸に対する補強は勿論のこと、断面方向
にも編組体により編組糸は互に斜行しているが、
それらの分力により十分なる補強効果が得られ
る。又、熱可塑性樹脂を使用する場合には樹脂の
トウがダイスへの導入前に於ける含浸を特に必要
とせず、加熱押出し機により樹脂を熔融、引続き
ダイス内で樹脂の熔融、含浸処理をなさしめるこ
とが可能である。 実施例 第５図に示す如き引抜き成形化工機に編組機構
を取付け36本のキヤリアを組入れた。又、加工物
の形状を中空パイプとなすべく、内径25mm、外径
33mm寸法のパイプ形状を呈するダイスを取付け
た。供給する補強材には炭素繊維トウ（直径約
8μ6000本をまとめたもの）、樹脂にはポリエステ
ル系の熱硬化型樹脂の未硬化液（イソフタル酸タ
イプ不飽和ポリエステル100部、BPO1部、炭酸
カルシウム10部、ステアリン酸亜鉛１部配合液）
を樹脂槽に投入した。引抜き軸に平行な補強用ト
ウはクリールにボビン60本を乗せ、一方、編組機
構によりキヤリアー36本に対応するボビンに同じ
炭素繊維トウを捲付けた。 次に引抜き軸に平行配列させるトウ60本を各ガ
イドを通して樹脂槽に浸漬、引続いてダイスに導
き、同時に編組機構より供給されたトウも引揃え
てダイスを通過させた。一方、ダイスの温度を
130℃に又、プラーの引抜き速度を0.5ｍ／分に設
定、トウの端部をまとめてプラーに結束した。又
編組機構は各キヤリアーの基板上での蛇行回転数
を14回／分に設定することにより、ほぼ内側に存
在するトウを被覆するようにした。 上記工程及び条件にて引抜き成形加工を行い、
一方同じダイスを使用し、編組体のない通常の引
抜き加工法にて引抜き軸のみの補強をなした同寸
法の中空パイプ状成形物を夫々得た。これら中空
パイプ状成形物の引抜き軸方向の引張破断強度及
び軸に対して90°方向の潰し破壊強度を測定し、
その結果を下表に示す。

【表】 表から明らかな如く引抜き軸方向の引張破断強
度は両パイプとも殆んど差はないが、パイプの潰
し破壊強度は、断面方向に於て、本発明による補
強を行つたものの方が飛躍的に向上していること
が判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は編組体の糸配向を示す斜視図であり、
第２図は本発明の引抜き成形加工物の部分展開部
を示す斜視図であり、第３図は、従来用いられて
きた引抜き成形加工を示す工程図を、第４図は、
第３図に示した方法によつて得られた引抜き成形
加工物の部分展開部を含む斜視図であり、第５図
は、本発明の引抜き成形加工物を得る際の工程図
の一例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 引抜き成形加工物の引抜き軸に平行に配向し
   た補強材の外層部を複数本の連続した同種又は異
   種の補強材が取囲む如く、かつ、互に交絡し合つ
   て前記補強材を被覆して成る熱可塑性もしくは熱
   硬化性樹脂をマトリツクスとする複合材料の引抜
   き成形加工物。 ２ 引抜き成形加工に於て、引抜き軸に平行に配
   向した補強材の外層部に複数本の連続した同種又
   は異種の補強材を前記補強材を取囲む如く、かつ
   互に交絡させながら供給して被覆せしめ、かかる
   配向状態にて熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂をマ
   トリツクスを含浸して引抜き成形加工装置に導
   き、複合材料の成形加工物を得る方法。