JPH05208427A - 繊維強化樹脂製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ＦＷ法により成型した強化繊維を用いた繊維強
化樹脂を製造する。 【構成】中子にロービング、テープ、ヤーン、モノフィ
ラメントあるいはクロス形態の繊維をフィラメントワイ
ンディング法で巻き付けて繊維強化材を繊維予備成形体
を作製し、該繊維予備成形体を金型のキャビティ内にセ
ットして、反応射出成形(ＲＩＭ)を行って所要の形状の
成形品を得ることを特徴とする。屈曲にする必要がある
時は上記繊維予備成形体を屈曲してキャビティ１０内に
セットする。中子に繊維を巻き付ける時に未反応モノマ
ーの重合を阻害しない浸漬液あるいは収束剤つ浸けてか
ら巻き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂製品の製
造方法に関し、詳しくは、フィラメントワインディング
法（以下、ＦＷ法と略す）で成型した繊維を強化繊維と
し、ＲＩＭナイロンやシクロペンタジエン等の樹脂をマ
トリクス樹脂として、反応射出成形により繊維強化樹脂
製品を製造する方法に関し、特に、屈曲形状の管等の従
来のフィラメイトワインディング法で成形が困難であっ
た繊維強化樹脂製品を得ることが出来るようにするもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＦＷ法で成型した繊維を強化繊維
とする繊維強化樹脂製品を製造する場合、通常、繊維を
マンドレルに巻く前に、未硬化の樹脂を繊維に含浸さ
せ、この繊維を連続的に供給して、回転しながら軸線方
向に移動するマンドレルに巻き付けて、マンドレルの外
周面全体に均一に繊維を巻き付け、このマンドレルに巻
つけた状態のまま硬化させ、その後、マンドレルから引
き抜いて繊維強化樹脂成形品を得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方法で
は、必要とする成形品の形状が屈曲形状である場合、マ
ンドレルも屈曲形状としておく必要がある。よって、こ
の屈曲形状のマンドレルに繊維を巻き付ける際に、直管
等の軸対称形状に巻く場合と違って、屈曲管形状の中心
軸と回転軸とが一致しないために、巻き方が非常に複雑
となる。上記方法として、例えば、屈曲管形状に巻く繊
維の位置を計算し、その数値データをもとにＦＷ機の動
きをコンピュータに制御させて成型する方法が提案され
ている。(特開平１−１６８４３２〜１６８４３６号公
報)

【０００４】しかしながら、上記した従来の方法では、
マンドレルやアイ(繊維ロールから引き出される繊維と
中子の間に配置され、繊維を穴に通して、繊維方向を規
制すると共に複数本の繊維を１本にまとめる作用を行う
繊維通し手段)を複雑に連動させる機能を備えたＦＷ機
を必要とすると共に、コンピュータ等が大型化して、複
雑な設備が必要となる。

【０００５】さらに、仮に、屈曲管形状のマンドレルの
外周面に繊維を均一に巻き付けたとしても、マンドレル
に巻き付けた状態のままで硬化している屈曲管形状の成
形品をマンドレルから引き抜くことが困難で、製品形状
によっては引き出しが出来ない場合が多い。

【０００６】また、従来のように、繊維をＦＷする前
に、前以て樹脂に含浸させる方法では、反応射出成形に
用いる樹脂、例えば、ＲＩＭナイロンやシクロペンタジ
エンをマトリクス樹脂として用いることが出来なかっ
た。

【０００７】上記した問題に対して、ＦＷした強化繊維
を用いて反応射出成形で成型品を製造する場合、樹脂を
全く含浸させない代わりに収束剤に繊維を含浸した後、
マンドレルにワインディングして繊維予備成形体(プリ
フォーム)を形成し、マンドレルより引き抜いたプリフ
ォームを反応射出成形用金型内にセットし、該金型内に
ＲＩＭ樹脂を射出して繊維強化樹脂製品を得る方法が提
案されている。

【０００８】上記方法においては、マンドレルに巻き付
けた後およびマンドレルから引き出す時に、繊維に収束
剤を含浸させていることにより、繊維相互間に結合力を
働かせて、ワインディングした繊維がばらけて設計した
配向からずれることが防止される。

【０００９】しかしながら、一般に用いられいる上記収
束剤の成分はエポキシやポリエステル等であり、これら
は反応射出成形に用いる未反応モノマーの重合を阻害す
ることが知られている。即ち、重合を阻害する化合物
は、触媒と反応してその活性を奪うような化合物であっ
て、未反応モノマーがＲＩＭナイロンの場合、下記の化
合物によって重合を阻害される。

【００１０】下記の活性水素を有する化合物 ・水、アルコール等の水酸基を有する化合物 ・アミノ基を有する化合物 ・カルボキシル基(酸無水物基)を含む化合物 ハロゲン化合物、特に、脂肪族付加ハロゲン化合物 耐アルカリ性に劣る化合物、例えば、ポリエステル、
ポリカーボネート、ポリウレタン等。これらの化合物は
分解等により活性水素を生成する 従来、収束剤として使用されているエポキシやポリエス
テルは上記またはに該当する。

【００１１】このように、従来一般に用いられている収
束剤は、反応射出成形に用いる強化繊維の収束剤として
使用できない場合が多く、その結果、ＦＷで予備成形し
たプレフォームを反応射出成形の金型にセットして反応
射出成形で繊維強化樹脂製品を得ることは極めて困難で
あった。

【００１２】しかしながら、ＦＷ法により強化繊維を成
型した場合、任意の複数の繊維を用いることが出来ると
共に、任意の角度で任意の量だけ巻き付けることが出
来、強化繊維の制御を的確に出来る利点がある。かつ、
マンドレルに巻き付けた状態で硬化しないため、強化繊
維をマンドレルに直管状に巻き付けた後に屈曲管形状と
することが出来ると共にその他の種々の形状とすること
が可能となる。よって、ＲＩＭナイロンを含め、各種の
ＲＩＭ樹脂を用いて、ＦＷ法で成型した繊維予備成形体
を反応射出成形金型にセットして、成形品を得ることが
出来るようにすることが強く要望されている。

【００１３】本発明は上記した要望を達成するものであ
り、従来のように前以て繊維に含浸させる方法では使用
困難であった樹脂、即ち、反応射出成形に用いるＲＩＭ
ナイロンやシクロペンタジエン等の樹脂をマトリクス樹
脂として用いられるようにして、これら樹脂の特性を備
えた繊維強化樹脂製品を提供出来るようにするものであ
る。さらに、直管以外の屈曲管形状の成形品あるいはそ
の他の形状の成形品をＦＷで成型した繊維を強化繊維と
して用いて、製造出来るようにすることを目的とするも
のである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、未硬化の樹脂を含浸せずに、繊維ロール
からロービング、テープ、ヤーン、モノフィラメントあ
るいはクロス形態の繊維を送り出して、フィラメントワ
インディング法で、マンドレルにかぶせたチューブある
いは中実体からなる中子に巻き付けて、繊維予備成形体
を形成し、ついで、チューブの場合はマンドレルから脱
型して強化繊維をチューブに巻き付けた形態からなる繊
維予備成形体、あるいは強化繊維を中実体に巻き付けた
形態からなる繊維予備成形体を、金型のキャビティ内に
セットし、金型内で反応射出成形(ＲＩＭ)を行って所要
の形状の成形品を得ることを特徴とする繊維強化樹脂製
品の製造方法を提供するものである。

【００１５】上記中子となるチューブあるいは中実体は
可撓性を有するものから形成することが好ましく、これ
ら可撓性を有する中実体あるいはチューブに繊維を巻き
付けた後、チューブの場合はマンドレルより脱型し、該
可撓性チューブあるいは中実体を金型のキャビティの形
状に沿うように所要の形状、例えば、屈曲等の賦形を与
えながら、金型のキャビティ内にセットし、キャビティ
内に未反応溶液を注入して反応射出成形法により成形
し、よって、任意の形状を有する繊維強化樹脂製品を得
ることが出来るようにしている。

【００１６】また、上記中子にＦＷ法で巻き付ける繊維
は、中子に巻き付ける前に、水または有機溶媒あるいは
その混合物からなる浸漬液に浸漬している。この浸漬に
より、ロールより引き出してアイを通して中子に巻き付
ける過程において、アイの部分での摩擦を減少させて、
繊維にほつれが生じることが出来ると共に、中子に巻き
付ける最中にも繊維は濡れている状態であるため、繊維
間での結束力が生じてばらけるのが防止出来る。よっ
て、繊維を設計した配向状態に保持して、金型内にセッ
トすることが出来る。

【００１７】上記有機溶媒はメタノール、四塩化炭素、
クロロホルム、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、
トルエン、１，２−ジククロエタン、メタノール、エタ
ノール、イソブロパノール、テトラヒドロフラン、１，
４−ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエ
チルエーテルから選択される。

【００１８】上記水または有機溶媒またはそれらの混合
物からなる浸漬液は、反応射出成形に供する際には蒸発
して、繊維上に残留していない。よって、反応射出成形
時に反応触媒の活性を低下させて重合阻害を起こす恐れ
はない。

【００１９】上記浸漬液に代えて、水可溶性ナイロン、
アルコール可溶性ナイロン、または水およびアルコール
可溶性ナイロンの水またはアルコール溶液に浸漬させた
後、中子に巻き付けることが好ましい。この可溶性ナイ
ロンの溶液に浸漬した場合にも、繊維を中子に巻き付け
る際に収束剤の役割を果たしてバラバラになることが防
止できると共に、乾燥後は、中子に巻き付けた状態で容
易に折り曲げることが出来る。

【００２０】最も好ましくは、水またはアルコールに可
溶なナイロンを上記浸漬液に溶解し、この液にロールか
ら引き出した繊維を浸けた後、アイを通して中子に巻き
付けることである。上記液に浸けると、浸漬液が蒸発し
た後もナイロンが繊維上に残留して、繊維を相互に結合
することが出来、ワインディングした後に繊維がばらけ
るのを確実に防止することが出来る。

【００２１】上記可溶性ナイロンを使用する場合、好適
な浸漬液として、水、メタノール、エタノールあるいは
これらの混合物が挙げられる。市販されている可溶性ナ
イロンとしては、東レ社製ＡＱナイロンや帝国化学産業
社製トレジンがある。

【００２２】上記のように、中子に繊維をＦＷ法で巻き
付けた状態で、金型のキャビティ内にセットしてマトリ
クス樹脂を含浸させて成形するが、この時、注入樹脂が
低粘度のモノマーで、金型内で重合させるＲＩＭ製法を
用いているため、繊維に対する樹脂の浸透性を良好とす
ることが出来る。

【００２３】上記ＦＷ法により強化繊維として用いる繊
維は、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化
ケイ素繊維、スチール繊維、アモルファス金属繊維、有
機繊維及び／またはそれらの混合物が好適に用いられ
る。

【００２４】上記反応射出成形法またはレジントランス
ファーモールディングに用いる樹脂は、ＲＩＭナイロ
ン、シクロペンタジエン、エポキシ、ウレタンあるいは
ポリエステル等が好適に用いられる。例えば、ＲＩＭナ
イロンである場合、金型内に重合触媒と重合開始剤とを
含む溶融したラクタム類を注入し、これを加熱によりポ
リアミド重合とするモノマーキャスティング法により成
形される。

【００２５】上記モノマーであるω−ラクタム類として
は、α−ピロリドン、α−ピペリドン、ω−エナントラ
クタム、ε−カプロラクタム、ω−カプリロラクタム、
ω−ペラルゴノラクタム、ω−デカノラクタム、ω−ウ
ンデカノラクタム、ω−ラウロラクタム、あるいはこれ
らのｃ−アルキル置換−ω−ラクタム、並びにこれらの
二種以上のω−ラクタムの混合物があげられる。また、
ω−ラクタムは必要に応じて改良成分(ソフト成分)を含
むことができる。該ソフト成分は分子中に使用する開始
剤と反応する官能基を有し、しかも、Ｔｇの低い化合物
で、通常の官能基を有するポリエーテルや液状ポリブタ
ジエンなどが使用される。

【００２６】上記ω−ラクタム類として使用される市販
の原料としては、宇部興産(株)会社のＵＢＥナイロン
(ＵＸ−２１)等がある。これはアルカリ触媒とカプロラ
クタムからなるＡ成分と、ソフト成分を含むプレポリマ
ーとカプロラクタムからなるＢ成分とから構成されてい
る。

【００２７】上記重合触媒としては、水素化ナトリウム
が好ましいが、その他のナトリウム、カリウム、水素化
リチウム等の公知のω−ラクタムの重合触媒を使用する
ことが出来る。その添加量はω−ラクタムに対して０.
１〜０.５モル％の範囲が好ましい。

【００２８】また、重合開始剤(活性剤)としては、Ｎ−
アセチル−ε−カプロラクタムが用いられるが、その他
のトリアリルイソシアヌレート、Ｎ−置換エチレンイミ
ン誘導体、１.１’−カルボニルビスアジリジン、オキ
サゾリン誘導体、２− (Ｎ−フェニルベンズイミドイ
ル)アセトアニリド、２−Ｎ−モリホリノ−シクロヘキ
セン−１.３−ジカルボキサニリド等や公知のイソシア
ナート、カルボジイミド等の化合物を用いることが出来
る。上記重合開始剤の添加量はω−ラクタムの量に対し
て０.０５〜１.０モル％の範囲内にあることが好まし
い。

【００２９】マトリクス樹脂としてシクロペンタジエン
樹脂を用いる場合、該シクロペンタジエン樹脂となる重
合性モノマーとしては、ジシクロペンタジエンのほか、
ジヒドロジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエ
ン、テトラシクロペンタジエン、シクロペンタジエン−
メチルシクロペンタジエン共二重体等が用いられる。

【００３０】上記シクロペンタジエン樹脂の重合触媒と
しては、タングステン、モリブデン、タンタル等のハロ
ゲン化物、オキシハロゲン化物、酸化物、有機アンモニ
ウム塩等が好適に用いられる。重合開始剤としては、周
期率表第Ｉ族〜第ＩＩＩ族の金属のアルキル化物を中心
とする有機金属化合物、アルコール、フェノール等の酸
素含有化合物等が好適に用いられる。

【００３１】さらに、上記重合触媒および活性剤(重合
開始剤)を含む溶液は、重合反応が非常に速く開始され
るので、成形用金型に充分に流れ込まない間に硬化が起
こることがあるため、活性調節剤としてアルキレングリ
コールまたはポリアルキレングリコールから選ばれるグ
リコール化合物のモノエーテルおよび／またはモノエス
テルが好適に用いられる。

【００３２】上記金型への射出成形に際しては、金型温
度を通常４０〜１３０℃の範囲とし、通常１〜５分間重
合反応を行っている。

【００３３】上記マンドレルにかぶせる可撓性チューブ
としては、ナイロン、セロファン、ゴム、ポリエステ
ル、ポリエーテルケトン等のチューブ状のものが用いら
れる。また、中実体は、繊維予備成形体とした後に曲げ
を要する場合にはウレタンフォーム等の弾性体より形成
することが好ましい。ただし、曲げ等の変形を要しない
場合は、板材や金属材等の剛性を有するものが使用出来
る。

【００３４】

【作用】本発明に係わる製造方法では、中子に強化繊維
をＦＷ法でワインディングして形成した繊維予備成形体
を金型内に配置して成形するため、中子を所要形状に撓
ませることにより、あるいは中子がマンドレルにかぶせ
るチューブではなく、中実体の場合は、予め所要の形状
としておくと、直管以外の曲管等の任意の形状を有する
繊維強化樹脂製品を製造することが出来る。

【００３５】また、繊維を中子にワインディングする際
に、繊維がばらけるのを防止するために使用する浸漬液
あるいは収束剤として、反応射出成形時に未反応モノマ
ーの重合を阻害しないものを用いているため、反応射出
成形により繊維強化樹脂成形品を製造することが出来
る。

【００３６】特に、上記浸漬液あるいは収束剤あるいは
それらの混合液に浸けると、ＦＷ時に繊維がバラバラに
なることなく中子に対して所定の位置に所定の角度で巻
き付けを行うことが出来ると共に、巻き付けして乾燥し
た後、繊維を手で容易に折り曲げることが可能で、よっ
て、屈曲した形状の金型のキャビティ内に容易にセット
することが出来る。そのため、屈曲形状にＦＷするため
の複雑な治具や装置を不要とすることが出来る。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本発明に係わる下記の第１実施例から第３実施例
はいずれも図１に示す工程からなる。即ち、図１(Ａ)に
示すように、マンドレル１に可撓性チューブ２からなる
中子をかぶせた状態としている。上記マンドレル１を、
周知のＦＷ機と同様に、駆動手段(図示せず)により回転
作動および軸線方向へ直線往復作動させる。尚、マンド
レル１側を強制駆動せずに、繊維巻き付け側を回転およ
び直線往復作動させるようにしても良い。

【００３８】一方、所要の繊維３をそのロール４から引
き出し、アイ７、テンションロール８を通して後、アル
コール可溶性ナイロンのアルコール溶液５を貯溜してい
る容器６を通して浸漬して、繊維３を上記可撓性チュー
ブ２の外周面に巻き付けていく。

【００３９】繊維３の所定の巻き付けが終了して繊維予
備成形体(レイアップ)Ｒを作製した後、図１(Ｂ)に示す
ように、可撓性チューブ２および繊維３からなるレイア
ップＲをマンドレル１から引き抜く。レイアップＲは繊
維３が従来の未硬化樹脂を浸漬していた場合に生じる硬
化が発生しておらず、かつ、浸漬したアルコール可溶性
ナイロンは乾燥後に容易に折り曲げることが出来るた
め、レイアップＲは折り曲げることが可能な状態となっ
ている。

【００４０】図１(Ｃ)に示すように、金型９のキャビテ
ィ１０の形状(Ｕ型)に沿うように、可撓性チューブ２に
繊維３を巻付けているレイアップＲを手で屈曲して、キ
ャビティ１０内にセットする。

【００４１】ついで、図１(Ｄ)に示すように、金型９の
上下型９Ａ，９Ｂの型締を行い、可撓性チューブ２内に
エアを注入した状態で、注入口１１より反応射出成形す
る樹脂の未反応溶液をキャビティ１０内に充填し、重合
反応を生じさせて成形する。

【００４２】数分後に硬化した後、金型を離型し、図１
(Ｅ)に示すキャビティ形状(Ｕ型の屈曲管形状)の繊維強
化樹脂製品２０を取り出す。

【００４３】上記工程からなる第１実施例では、直管形
状の直径１４mmのＳＵＳ製のマンドレル１に内径１５.
３mmの６６ナイロン製チューブ２を通し、幅３８mmのガ
ラスペーパー(日本バイリーン社製 ＥＰＭ４０２５)を
マンドレル１の軸方向に対して６０°の角度でＦＷ法に
より上記チューブ２にスパイラルに巻き付けた。さら
に、その上に、炭素繊維ロービング(東邦レーヨン社製
ＨＴＡ−７−１２０００)を、アルコール可溶性ナイロ
ン(東レ製 ＡＱナイロンＫ８０）の０.５％メタノール
溶液に浸漬した後、マンドレル１の軸方向に対して２０
°の角度でＦＷ法により巻き付けた。該ロービングのテ
ンションは２００ｇとした。さらに、上記炭素繊維ロー
ビングの上に上記ガラスペーパーを６０°の角度でスパ
イラルに巻き付けた。上記のようにして、チューブ２に
ガラスペーパー、炭素繊維ロービング、ガラスペーパー
を順次積層状態に巻き付けた繊維予備成形体(レイアッ
プ)Ｒを作製した。

【００４４】ついで、レイアップＲをマンドレル１から
引き抜いた。これを断面が直径１８.５mmの円で、曲率
半径９.１cmをもつＵ字型パイプの金型９のキャビティ
１０内にセットした。その際、未硬化樹脂を含浸させて
いないレイアップＲは容易にキャビティ１０に沿い、簡
単にセットすることが出来た。

【００４５】キャビティ内を真空ポンプで減圧しなが
ら、金型温度を１５０℃に昇温し、かつ、可撓性チュー
ブ２の内部に内圧をかけながら、宇部興産社製ＲＩＭナ
イロンＵＸ−２１を圧力をかけて注入し、反応射出成形
(ＲＩＭ)により成形した。具体的には、所要量のＲＩＭ
ナイロンを２つの容器に分けて入れ、一方には重合触媒
を、他方には重合開始剤と活性調整剤と添加し、２種類
の安定した反応溶液を調整している。この２種類の反応
溶液を２液反応射出成形装置のキミシングヘッドで瞬間
的に混合させ、混合液を直ちに上記金型のキャビティ内
に注入した。注入された混合液はキャビティ内に配置し
たレイアップに含浸しながら反応を生じ、１〜５分間重
合反応をおこなって、混合液が硬化した。硬化後、金型
を開いて成形された製品を取り出した。

【００４６】上記した工程により、ガラスペーパーおよ
び炭素繊維をＦＷしたレイアップにより補強され、マト
リクス樹脂をナイロンとした繊維強化樹脂製のＵ字型の
パイプを得ることが出来た。

【００４７】第２実施例では、金型に注入する反応射出
成形樹脂として、シクロペンタジエン(帝人ハーキュレ
ス社製 ＭＥＴＴＯＮ)を用いた。他のＦＷする強化繊維
およびＵ字パイプ金型を用いて成形する工程等は全て第
１実施例と同一であるため、説明を省略する。

【００４８】第３実施例では、ＦＷする繊維として、幅
３０mmの炭素繊維平織テープを用い、マンドレルの軸線
方向に対して４５°の角度で巻き付けてレイアップを作
製した。上記ＦＷする繊維の種類を変えた以外は第１実
施例と同一であるため、説明を省略する。

【００４９】第４実施例では、第１実施例と同様に図１
(Ａ)、(Ｂ)に示す工程でレイアップＲを作製し、このレ
イアップＲを図２に示すテニスラケット形状の金型９の
キャビティ１０にセットした。即ち、屈曲部側を円弧形
状になるように折り曲げると共に、両先端側を互いに隣
接させてテニスラケットのシャフト部となるようにセッ
トした。以後の工程は第１実施例と同一であるため、説
明を省略する。

【００５０】上記工程により、ガラスペーパーおよび炭
素繊維をＦＷ法によりレイアップした強化繊維を用い、
マトリクス樹脂をナイロンを用いているため、衝撃吸収
性および振動減衰特製に優れたテニスラケットを作製す
ることが出来た。

【００５１】第５実施例は、図３(Ａ)に示すように、中
子２'として断面直径２０mmの円柱形状のウレタンフォ
ームを用いており、該中子２'に対して、図１(Ａ)に示
す方法と同様な方法で、可溶性ナイロンに浸漬した炭素
繊維ロービングを中子の軸線方向に対して２０°の角度
で巻き付けてレイアップＲを作製した。これを図３(Ｂ)
に示すように、金型９の円柱形状のキャビティ１０内に
セットした。以後の工程は以外は第１実施例と同様であ
るため、説明を省略する。

【００５２】上記成形品は、中心部にウレタンフォーム
の芯部を備え、その外周に炭素繊維ロービングが積層さ
れ、マトリクス樹脂をＲＩＭナイロンとした中実な円柱
形状の繊維強化樹脂製品となった。

【００５３】第６実施例では、中子として、図４(Ａ)に
示すように、断面寸法が１３mm×６８mmの平板状のラワ
ン板材２''を用いており、該中子となる板材２''を、図
１(Ａ)と同様な方法で可溶性ナイロンの溶液に浸漬した
炭素繊維ロービングをＦＷ法により巻き付けてレイアッ
プＲを作製した。その際、平板状のラワン板材２''は回
転軸線Ｌに対して軸対称となっているため、ＦＷ時に問
題は生じなかった。上記ラワン板材２''に炭素繊維ロー
ビングを巻き付けた状態のままのレイアップＲを、図４
(Ｂ)に示すように、平板形状のキャビティ１０を有する
金型９のキャビティ内にセットした。以後の工程は第１
実施例と同一であるため、説明を省略する。

【００５４】上記した第６実施例の成形品は、図４(Ｃ)
に示すように、中心部にラワン板材２''を芯材として備
え、その外周に炭素繊維ロービングを繊維強化材とし、
マトリクス樹脂をナイロンとした繊維強化樹脂層を固着
した２種類の素材を組み合わせた平板状の製品となっ
た。

【００５５】第７実施例では、中子に巻き付ける繊維を
可溶性ナイロンに浸漬する代わりに、エタノールからな
る浸漬液に浸けた。即ち、図１(Ａ)において、容器６内
にエタノールからなる浸漬液を貯溜しておき、ボビンか
ら引き出した繊維をアイ７、テンションロール８を通し
た後、マンドレル１にかぶせたチューブ２に巻き付け
た。

【００５６】具体的には、東邦レーヨン社製炭素繊維ロ
ービングＨＴＡ−１２Ｋ−Ｎ００を用いて、直径１６mm
の金属製マンドルにかぶせたチューブ２に巻付角度３８
°で巻き付けた。上記のように、エタノールに浸漬して
いるため、巻付時にアイ７の部分でほつれが発生せず、
かつ、巻付後もエタノールで濡れているため、繊維のば
らけは生じなかった。巻付終了後、チューブと共にマン
ドルより抜き出してレイアップを作成し、該レイアップ
を図３と同様な直管成形金型内にセットし、マトリクス
樹脂として宇部興産社製ナイロンＲＩＭ ＵＸ２１を用
いて、反応射出成形によって、外径１８.５mm、肉厚１.
５mmの直管パイプを成形した。

【００５７】第８実施例は、容器６に東レ社製ＡＱナイ
ロンＫ８０を０.５wt％溶解したメタノールを貯溜して
おり、該液にボビンより引き出した繊維、即ち、東邦レ
ーヨン社製炭素繊維ロービングＨＴＡ−３Ｋ−Ｎ００を
浸漬した後、アイ７、テンションロール８を通して第７
実施例と同一のマンドルにかぶせたチューブに巻き付け
た。上記繊維を浸漬する液を代えているだけで、第７実
施例と同一であるため、説明を省略する。

【００５８】上記第８実施例では、中子のチューブに巻
き付けた後もメタノールで濡れているので、繊維はばら
けなかった。さらに、メタノールが蒸発してしまった後
も、アルコール可溶性ナイロンが繊維を結合しているの
で、繊維のばらけは生じなかった。

【００５９】第９実施例は、繊維として旭ファイバーグ
ラス社製ガラスロービンググラスロンＴ−３０を用いて
おり、他のは第７実施例と同一であるため、説明を省略
する。 該第９実施例においても、ボビンから巻出した
ロービングをメタノールに浸漬しているので、アイの部
分で繊維にほつれは発生せず、また、巻付後もエタノー
ルで濡れているので、繊維のばらけは生じなかった。

【００６０】尚、本発明に係わる製造方法においては、
中子として中実体を用いる場合は、ＦＷ後にマンドレル
の引き抜きを考慮する必要がないため、例えば、図５
(Ａ)，(Ｂ)，(Ｃ)に示すような複雑な形状としておくこ
とも可能であり、その際、該形状が軸対称であれはＦＷ
を容易に行うことが出来る。さらに、中実体の形状を金
型のキャビティ内にセット出来る形状としておれば、中
実体は弾性を有する必要はなく剛体より形成することが
出来る。かつ、中実体を芯材として用いるため、中実体
の素材を種々に変えることにより、繊維強化樹脂と各種
の素材を組み合わせた成形品を得ることが出来る。

【００６１】

【実験例１】本発明に係わるＦＷ法によりレイアップし
た補強繊維を金型内にセットして反応射出成形で製造し
た繊維強化樹脂製品の曲げ弾性率と、従来の繊維ブレー
ドを金型のキャビティ内にセットし、反応射出成形によ
り製造した繊維強化樹脂製品との曲げ弾性率とを比較し
た。テストピースは、本発明の実施例では上記第１実施
例の製品の直線部を切り出したものであり、比較例も同
様な直線部の切り出し部分からなる。

【００６２】上記テストピースはいずれも、外径１８.
５mm、肉厚１.５mm、長さ４２cmの直管からなり、上記
テストピースに対して、サンプル支持長さ３０cmで、該
サンプル支持部の中心より左右５cmをあけた位置に曲げ
スピード２５mm／分で４点曲げテストを行った。その結
果は下記の表１に示す通りである。

【００６３】

【表１】 曲げ弾性率 kgf/mm² 繊維含有率 Vf(％) 実施例 ５３３０ ６０〜６５ 比較例 ５２７０ ５５〜６５

【００６４】上記表１より明らかなように、比較例と略
同程度の弾性率を示した。また、比重から計算した繊維
含有率も略同等の値を示した。

【００６５】

【実験例２】本発明の製造方法によるボビンから引き出
した繊維を浸漬液に浸けた第７実施例と、浸漬液につけ
ない比較例を作成して、繊維のもつれ、ばらけ状態を比
較した。即ち、比較例として、東邦レーヨン社製炭素繊
維ロービングＨＴＡ−１２Ｋ−Ｎ００を用いてＦＷを行
った。ボビンから引き出したロービングをエタノールに
浸漬していないほかは、実施例７と同一とした。比較例
ではロービングにはサイジングがなされていないので、
アイ部分でのほつれが激しく、ＦＷ中にもロービングが
切断する事故がしばしば発生した。中子に巻き付けた後
も、繊維間の結合力がないので、配列が乱れた。

【００６６】さらに、上記比較例と実施例７とより、実
験例１と同一のテストピースを設けて、同一条件下で４
点曲げテストを行い、曲げ特性を評価した。上記テスト
結果は下記の表２に示す通りであった。

【００６７】

【表２】 曲げ弾性率(kgf/mm²) 曲げ強度(kgf/mm²) 試験本数 実施例７ ２４００〜２６７０ ２６.０〜２９.３ ３ 比較例 １９６０〜２５５０ １５.０〜２１.５ ３

【００６８】上記表２より明らかなように、比較例では
繊維の切断やほつれによって強度の低下が大きく、ま
た、繊維配列が乱れているため、物性が安定せず、ばら
つきが大きかった。これに対して実施例７は曲げ弾性率
および曲げ強度とも比較例より大きく、かつ、物性が安
定してばらつきが少なかった。尚、上記実験例２に記載
していないが、実施例８、９も実施例７と同等の物性を
示した。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係わる製造方法によれば、中子に繊維をＦＷ法で巻き
付けて形成した繊維予備成形体(レイアップ)を金型内に
セットして、反応射出成形法で成形するため、直管形状
のみならず、屈曲形状その他の任意の形状の繊維強化樹
脂製品を製造することが出来る。また、ＦＷ法で繊維予
備成型体を設けるため、ＦＷ法を用いた場合の利点、即
ち、任意の複数の繊維を用いることが出来ると共に、任
意の角度で任意の量だけ巻き付けることが出来、強化繊
維の制御を的確に出来る利点がある。さらに、中子の形
状をＦＷ時には回転軸線が一定の直線となるように設定
しているため、従来屈曲形状に中子にＦＷする場合に必
要とされた複雑で大型の軸や装置を不要とすることが出
来る。

【００７０】また、本発明の製造方法では、ロールある
いはホビンから引き出す繊維を、水あるいは有機溶媒あ
るいはこれらの混合物からなる浸漬液に浸けた後、アイ
を通して中子に巻き付けているため、アイ通過部分で繊
維が摩擦によりほつれることがなく、かつ、中子に巻き
付けられる繊維はぬれているために、ばらけることがな
く、設計通りの角度で巻き付けることが出来る。しか
も、上記浸漬液は、反応射出成形時に未反応モノマーの
重合を阻害することがなく、よって、ＲＩＭ樹脂をマト
リクス樹脂とする繊維強化樹脂製品をＦＷ法で成形した
繊維予備成形体を用いて製造することが可能となる。

【００７１】さらに、ＦＷしてレイアップした強化繊維
を金型のキャビティ内に予め配置して樹脂成形するた
め、マトリクス樹脂の種類を選択することが可能とな
り、特に、レイアップした強化繊維に対して浸透性が良
く、かつ、耐衝撃性、振動減衰性、および耐熱性等のす
ぐれた特性を有するＲＩＭナイロンやシクロペンタジエ
ンをマトリクス樹脂として用いることができる利点を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 (Ａ)〜(Ｅ)は本発明に係わる製造工程を示す
概略図である。

【図２】 第４実施例の金型と該金型にセットするレイ
アップを示す斜視図である。

【図３】 (Ａ)，(Ｂ)は第５実施例の工程を示す概略図
である。

【図４】 (Ａ)〜(Ｃ)は第６実施例の工程を示す概略図
である。

【図５】 (Ａ)〜(Ｃ)は中子の変形例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ マンドレル ２ 中子となる可撓性チューブ ３ 繊維 ９ 金型 １０ キャビティ Ｒ レイアップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 77:00 105:08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中子にロービング、テープ、ヤーン、モ
   ノフィラメントあるいはクロス形態の繊維をフィラメン
   トワインディング法で巻き付けて繊維予備成形体を設
   け、この中子とワインディングした繊維からなる繊維予
   備成形体を金型のキャビティ内にセットして、反応射出
   成形(ＲＩＭ)を行って所要の形状の成形品を得ることを
   特徴とする繊維強化樹脂製品の製造方法。
2. 【請求項２】 上記反応射出成形に用いるＲＩＭ樹脂が
   ナイロン、シクロペンタジエンまたはエポキシからなる
   請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 上記中子にフィラメントワインディング
   法に用いて巻き付ける強化繊維は、中子にワインディン
   グ前に、水または有機溶媒またはその混合液に浸漬する
   ことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方
   法。
4. 【請求項４】 上記中子にフィラメントワインディング
   法を用いて巻き付ける強化繊維は、中子にワインディン
   グ前に、可溶性ナイロンの溶液に浸漬することを特徴と
   する請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の方法。