JPH05458A - Frp成形品の成形方法 - Google Patents

Frp成形品の成形方法

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JPH05458A
JPH05458A JP3177135A JP17713591A JPH05458A JP H05458 A JPH05458 A JP H05458A JP 3177135 A JP3177135 A JP 3177135A JP 17713591 A JP17713591 A JP 17713591A JP H05458 A JPH05458 A JP H05458A
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JP
Japan
Prior art keywords
fiber
thermoplastic resin
mandrel
tape
reinforcing fiber
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Pending
Application number
JP3177135A
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English (en)
Inventor
Fumio Saeki
文夫 佐伯
Minoru Morioka
穣 森岡
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Atsugi Unisia Corp
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Publication date
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Publication of JPH05458A publication Critical patent/JPH05458A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/80Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C53/8008Component parts, details or accessories; Auxiliary operations specially adapted for winding and joining
    • B29C53/8066Impregnating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/80Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C53/8008Component parts, details or accessories; Auxiliary operations specially adapted for winding and joining
    • B29C53/8016Storing, feeding or applying winding materials, e.g. reels, thread guides, tensioners
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
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    • B29C70/10Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィラメントワインディング法により成形で
きると共に、成形中、補強繊維と熱可塑性樹脂の割合を
適宜変更できるFRP成形品の成形方法を提供する。 【構成】 マンドレル1上に張力を印加された補強繊維
Bと、この補強繊維Bに絡まし保持された熱可塑性樹脂
の繊維又はテープAとを巻き付けた後、この熱可塑性樹
脂の繊維又はテープAを加熱溶融させて前記補強繊維B
に浸透させ、次いで、前記熱可塑性樹脂を冷却固化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、熱可塑性樹脂をマト
リックスとして用いてフィラメントワインディング法に
よりFRP(繊維強化プラスチック)成形品を成形する
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガラス繊維や炭素繊維の補強効果を活用
するFRP成形品の成形法としてフィラメントワインデ
ィング法が知られている。この方法で使用されるマトリ
ックス樹脂は一般にエポキシ樹脂或いはポリイミド樹脂
等の熱硬化性樹脂であり、それ自体液体であったり、固
体であれば適当な溶媒で溶解することができるものであ
ったから、熱硬化性樹脂が入った樹脂槽内に補強繊維を
通すだけで熱硬化性樹脂を含浸させてマンドレルに容易
に供給することができた。
【0003】しかし、これによって得られたFRP成形
品には靭性が不足するという不都合があった。
【0004】そこで、熱硬化性樹脂をマトリックスとし
たFRP成形品の靭性不足を改良するために熱可塑性樹
脂をマトリックスとすることが考えられるが、熱可塑性
樹脂はそれ自体が固体であり、しかもエンジニアリング
プラスチックという性能の優れた樹脂の場合は適当な溶
媒もなかったから、従来は、例えば特開昭62−244
622号公報に記載されているように、熱可塑性樹脂を
加熱溶融させて補強繊維に供給し加圧ローラ等で浸透さ
せることで含浸せしめることによりプリプレグ化してい
た。そして、これによって得られた繊維体をマンドレル
上に巻き付け等して予備成形体を作った後、この予備成
形体を熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱し、次いで加
圧しながら冷却してFRP成形品を成形していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな成形方法では、補強繊維と熱可塑性樹脂の割合がプ
リプレグ化時に決まっており、成形中に適宜変更できな
かった。
【0006】そこで、補強繊維に対する熱可塑性樹脂の
割合を適宜変更するために、熱可塑性樹脂の繊維或いは
フィルムより細幅に裁断されたテープ(以下単にテープ
という)を使用し、これを補強繊維と共にマンドレルに
巻き付ける方策が考えられるが、補強繊維に熱可塑性樹
脂を溶融浸透させるための加熱によって熱可塑性樹脂の
繊維又はテープが溶融切断してしまい、これをマンドレ
ル上に円滑に供給できなかった。また、熱可塑性樹脂の
繊維又はテープがマンドレルに巻き付けられる場所と加
熱場所を離すことも考えられるが、補強繊維に熱可塑性
樹脂を完全に溶融浸透させるために熱可塑性樹脂の繊維
又はテープがマンドレルに巻き付けられているところを
加熱することが好ましいから、前記の考えも採用できな
かった。
【0007】この発明は前記課題を解決するためになし
たもので、フィラメントワインディング法により成形で
きると共に、成形中、補強繊維と熱可塑性樹脂の割合を
適宜変更できるFRP成形品の成形方法を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の熱可塑性樹脂
をマトリックスとしたFRP成形品の成形方法は、マン
ドレル上に張力を印加された補強繊維と、この補強繊維
に絡まし保持された熱可塑性樹脂の繊維又はテープとを
巻き付けた後、この熱可塑性樹脂の繊維又はテープを加
熱溶融させて前記補強繊維に浸透させ、次いで、前記熱
可塑性樹脂を冷却固化させるものである。
【0009】この発明で使用される補強繊維としては、
ガラス繊維、炭素繊維或いはセラミック繊維等の無機繊
維だけでなく、マトリックス樹脂より高融点の有機繊維
(例えば芳香族ナイロン)でも良い。
【0010】また、この発明で使用される熱可塑性樹脂
としては、ポリアミド、ポリプチレンテレフタレート、
ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド(PP
S)等が考えられる。
【0011】
【作用】マンドレル上に補強繊維と共に熱可塑性樹脂の
繊維又はテープを当該補強繊維に絡まし保持させて供給
するから、熱可塑性樹脂の繊維又はテープの供給は途切
れることがない。
【0012】また、張力を印加した補強繊維に熱可塑性
樹脂の繊維又はテープを絡ませても、補強繊維は撚られ
ることがないから、マンドレルへの巻付け時、テープ状
に広がって紐状に巻かれることもない。
【0013】
【実施例】まずこの発明方法を実施する横形マンドレル
回転式パイプ製造機を実施例として図面により説明す
る。
【0014】図中1はマンドレルで、巻取り方向に回転
可能に図示しない軸受により支持されている。
【0015】2はトラバースヘッドで、マンドレル1に
沿って往復動可能に図示しないトラバースレールに取り
付けられている。このトラバースヘッド2には図示しな
い弾性ローラが取り付けられており、そのゴム弾性を利
用して後述する補強繊維Bの通過を妨げるようにしてい
る。
【0016】前記マンドレル1の回転及びトラバースヘ
ッド2の往復動は所定のワインディングパターンを描く
ように図示しない駆動及び制御装置により制御される。
【0017】3は熱可塑性樹脂の繊維又はテープAを巻
いた熱可塑性樹脂用ボビンで、マンドレル1及びトラバ
ースヘッド2に向かって延在する中心管軸4に装着され
て図示しない駆動装置により回転可能となっている。
【0018】熱可塑性樹脂用ボビン3のマンドレル1側
部にはフランジ5が設けられ、このフランジ5の外周部
には輪状のゴム弾性体6が巻き付けられ、フランジ5と
ゴム弾性体6との間には熱可塑性樹脂用ボビン3から巻
き戻された熱可塑性樹脂の繊維又はテープAが通されて
いる。そして、ゴム弾性体6のゴム弾性を利用して熱可
塑性樹脂用ボビン3からの自由な巻戻しを妨げ当該ボビ
ン3上の整列巻き状態を保持する。
【0019】7は補強繊維Bを巻いた強化繊維用ボビン
で、熱可塑性樹脂用ボビン3のマンドレル1側とは反対
側に中心管軸4とほぼ直角に設けられている。この補強
繊維用ボビン7には制動ディスク8がスプリング9によ
り押し付けられ、この制動ディスク8による制動によっ
て、マンドレル1により巻き取られて補強繊維用ボビン
7から巻き戻される補強繊維Bに張力を印加するように
なっている。尚、補強繊維Bに張力を印加する方法とし
て、スプリング力で制動ディスク8を補強繊維用ボビン
7に押し付ける例を示したが、流体摩擦を利用して補強
繊維用ボビン7の回転を制動するとか、或いは補強繊維
Bをテンションロールに通過させて当該補強繊維Bに直
接摩擦力を加える等の方法であっても良い。
【0020】10は熱風発生器で、前記トラバースヘッ
ド2と共にマンドレル1に沿って往復動可能に図示しな
いガイドレールに取り付けられている。
【0021】この熱風発生器10はマンドレル1の熱可
塑性樹脂の繊維又はテープAが巻き付けられる場所に向
かって熱風を吹き出して当該場所を加熱する。
【0022】11は遠赤外線ランプで、マンドレル1に
沿って設けられている。
【0023】この遠赤外線ランプ11はマンドレル1に
巻き付けられた熱可塑性樹脂の繊維又はテープAを前記
熱風発生器10と共にマンドレル1上で加熱溶融させて
補強繊維Bに浸透させるものであるから、熱風発生器1
0の能力が充分で、当該熱風発生器10だけで熱可塑性
樹脂の繊維又はテープAを溶融させることができれば遠
赤外線ランプ11はなくても良い。
【0024】以上のようなパイプ製造機を使用してこの
発明を実施する場合、まず補強繊維Bとして3000本
のフィラメントからなる炭素繊維を選んで補強繊維用ボ
ビン7をセットする。熱可塑性樹脂の繊維又はテープA
としてポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維(9
00デニール)を選んで熱可塑性樹脂用ボビン3をセッ
トする。
【0025】次いで、熱風発生器10と遠赤外線ランプ
11によりマンドレル1を予熱しながら、補強繊維用ボ
ビン7から補強繊維B(炭素繊維)を巻き戻して熱可塑
性樹脂用ボビン3の中心管軸4内を経てマンドレル1側
に引き出し、かつ、この補強繊維Bに、熱可塑性樹脂用
ボビン3から巻き戻してフランジ5とゴム弾性体6との
間に通した熱可塑性樹脂の繊維又はテープA(ポリフェ
ニレンサルファイド繊維)を絡ませた後、これらの熱可
塑性樹脂の繊維又はテープA及び補強繊維Bをトラバー
スヘッド2を経てマンドレル1側に引き出しマンドレル
1に巻き付け固定する。しかる後、マンドレル1を所定
速度で巻取り方向に回転させ、かつ、制動ディスク8で
補強繊維用ボビン7を制動することによって張力を印加
しながら補強繊維用ボビン7から補強繊維Bを巻き戻
し、かつ、熱可塑性樹脂用ボビン3から熱可塑性樹脂の
繊維又はテープAを前記強化繊維Bに絡まし保持させな
がら巻き戻すと共に、これらの熱可塑性樹脂の繊維又は
テープA及び補強繊維Bがマンドレル1に対して所定の
巻き角度になるようにトラバースヘッド2をマンドレル
1に沿って往復動させる。
【0026】これによって、マンドレル1に張力を印加
した補強繊維Bと、この補強繊維Bに絡まし保持させた
熱可塑性樹脂の繊維又はテープAとを巻き付けると共
に、熱風発生器10と遠赤外線ランプ11により熱可塑
性樹脂の繊維又はテープAを加熱溶融させて補強繊維B
に浸透させ含浸させる。しかる後、図示しない方法で熱
可塑性樹脂を冷却固化させる。
【0027】このように、マンドレル1上に補強繊維B
と共に熱可塑性樹脂の繊維又はテープAを当該補強繊維
Bに絡まし保持させて供給するから、熱可塑性樹脂の繊
維又はテープAの供給は途切れない。しかも、補強繊維
用ボビン7の回転量に対する熱可塑性樹脂用ボビン3の
回転量を調整することによって補強繊維Bと熱可塑性樹
脂の繊維又はテープAとの供給割合(体積比率)は変わ
る。
【0028】また、張力を印加した補強繊維Bに熱可塑
性樹脂の繊維又はテープAを絡ませても、補強繊維Bは
撚られることがないから、マンドレル1への巻付け時、
テープ状に広がって紐状に巻かれることもない。かかる
状態で、熱可塑性樹脂の繊維又はテープAをマンドレル
1上で補強繊維Bに加熱溶融、浸透させて含浸せしめた
後、前記熱可塑性樹脂を冷却固化させるから、従来のよ
うに冷却時の加圧を要することなく強度や表面平滑性を
有するFRP成形品が得られる。
【0029】尚、この実施例では、マンドレル1に対し
て補強繊維Bを巻き付けると共に、この補強繊維Bに絡
まし保持させながら熱可塑性樹脂の繊維又はテープAを
巻き付ける例について説明したが、補強繊維B及び熱可
塑性樹脂の繊維又はテープAをマンドレル1に直ちに巻
き付けるのではなく別のボビンに一旦巻き取っておき、
改めてこのボビンからマンドレル1に巻き付けても良
い。このような実施例もこの発明の範囲に属する。比較例1 熱可塑性樹脂用ボビン3からの巻戻しに際して当該ボ
ビン3の回転を止めた。この場合、熱可塑性樹脂の繊維
又はテープAは補強繊維Bに絡みつくことなく補強繊維
Bと共にマンドレル1に巻き付けられるが、熱可塑性樹
脂の繊維又はテープAが溶融切断してしまってマンドレ
ル1に円滑に供給できず、マンドレル1には補強繊維B
しか巻き付けられなくてフィラメントワインディングが
できなかった。比較例2 補強繊維Bとして炭素繊維に代えてガラス繊維(番手
1150)を使用し、マトリックス樹脂として熱可塑性
樹脂であるポリフェニレンサルファイド繊維に代えて熱
硬化性樹脂であるポリアミド樹脂のテープ(10mm幅×
25μm 厚)を使用した。この場合、ポリアミド樹脂を
ガラス繊維に絡ませた場合は実施例と同様にフィラメン
トワインディングが可能であったが、絡ませない場合は
比較例1と同様にポリアミド樹脂が溶融切断してしまっ
てマンドレル1に円滑に供給できず、フィラメントワイ
ンディングができなかった。尚、熱硬化性樹脂(ポリア
ミド樹脂)を使用している以上、フィラメントワインデ
ィングが可能であっても得られたFRP成形品の靭性不
足は依然残ることは言うまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上の通り、この発明は、マンドレル上
に補強繊維と共に熱可塑性樹脂の繊維又はテープを当該
補強繊維に絡まし保持させて供給するため、熱可塑性樹
脂の繊維又はテープの供給は途切れることがないから、
フィラメントワインディング法によりFRP成形品を成
形できるばかりでなく、成形中、補強繊維と熱可塑性樹
脂の繊維又はテープとの供給割合(体積比率)を適宜変
更できる。
【0031】また、張力を印加した補強繊維に熱可塑性
樹脂の繊維又はテープを絡ませても、補強繊維は撚られ
ることがないから、マンドレルへの巻付け時、テープ状
に広がって紐状に巻かれることもない。かかる状態で、
熱可塑性樹脂の繊維又はテープをマンドレル上で補強繊
維に加熱溶融、浸透させて含浸せしめた後、前記熱可塑
性樹脂を冷却固化させるから、従来のように冷却時の加
圧を要することなく強度や表面平滑性を有するFRP成
形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この考案の一実施例を概略的に示す側面図であ
る。
【符号の説明】
A 熱可塑性樹脂 B 補強繊維 1 マンドレル 10 熱風発生器 11 遠赤外線ランプ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 マンドレル上に張力を印加された補強繊
    維と、この補強繊維に絡まし保持された熱可塑性樹脂の
    繊維又はテープとを巻き付けた後、この熱可塑性樹脂の
    繊維又はテープを加熱溶融させて前記補強繊維に浸透さ
    せ、次いで、前記熱可塑性樹脂を冷却固化させることを
    特徴とするFRP成形品の成形方法。
JP3177135A 1991-06-21 1991-06-21 Frp成形品の成形方法 Pending JPH05458A (ja)

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JP3177135A JPH05458A (ja) 1991-06-21 1991-06-21 Frp成形品の成形方法

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JP (1) JPH05458A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016010904A (ja) * 2014-06-27 2016-01-21 村田機械株式会社 繊維構造体成形装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016010904A (ja) * 2014-06-27 2016-01-21 村田機械株式会社 繊維構造体成形装置

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