JPH06155595A - 中空状繊維強化樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な外形状の筒状の中空品を繊維強化樹脂
より内圧成形するに好適な方法を提供する。 【構成】 繊維強化樹脂の成形素材１０をシリコンゴム
チューブ１１に被覆して所定型内に配置し、シリコンゴ
ムチューブの内側に窒素ガスを注入することにより、シ
リコンゴムチューブを膨張させ、成形素材を型内面に押
圧する。大きく膨張する部分のシリコンゴムチューブの
肉厚を大きくした偏肉状チューブを用いることにより、
シリコンゴムチューブの割れや破損を招くことなく、複
雑な外形状の中空成形品１５が得られる。シリコンゴム
チューブの肉厚部分において成形素材を蛇腹状に弛ませ
て被覆すると、所定の繊維配向を有し、肉厚の均等な成
形品が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中空状繊維強化樹脂成形
品の製造方法に関し、詳しくは、改良された内圧成形法
による中空状繊維強化樹脂成形品の製造方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）は、エポキ
シ、ポリエステルのような熱硬化性樹脂や、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等
の熱可塑性樹脂のマトリックス材と、ガラス繊維、炭素
繊維、アラミッド繊維等の強化繊維からなるものであ
り、軽量で且つ強度特性に優れるため、航空宇宙産業か
ら建築、スポーツ用品のような身近な製品に至るまで、
幅広い分野において利用されている。

【０００３】ＦＲＰを管状ないし中空状に成形する方法
としては、遠心成形法、プルトルージョン成形法、フィ
ラメントワインディング成形法等が知られている。

【０００４】遠心成形法は、回転する円筒体の内面に、
この円筒体内に同心的に配備されたローラから繊維を巻
き付け、この繊維にマトリックス用の樹脂を噴霧して含
浸させた後、硬化させる方法であるが、比較的径が大き
く、単純な形状の製品しか製造できず、しかも装置が大
掛かりとなって製造コストが高くなる等の欠点を有す
る。

【０００５】プルトルージョン成形法は、樹脂を強化繊
維基材に含浸させた後、金型を利用して引き抜き、樹脂
を固化或いは硬化させて成形品を得る方法であるが、一
様の断面の真直パイプしか製造できず、設備費も嵩む等
の欠点を有する。

【０００６】フィラメントワインディング成形法は、樹
脂を含浸した繊維をマンドレルに巻き付け、樹脂が固化
或いは硬化した後にマンドレルを引き抜く方法であり、
長繊維の比率を高めることができるので比較的高強度の
中空体が得られる。しかしながら、軸対称の製品しか製
造することができず、また設備費も嵩む等の欠点を有す
る。

【０００７】また、これらの成形法においては、マトリ
ックスとして熱硬化性樹脂を用いることが想定されてお
り、マトリックスが熱可塑性樹脂である場合には適用が
困難であった。

【０００８】このような事情により、マトリックス樹脂
が熱硬化性であっても熱可塑性であっても適用可能であ
り、容易にパイプ状の繊維強化樹脂製品を成形すること
のできる方法として、内圧成形法と呼ばれる方法が開発
されるに至った。

【０００９】内圧成形法は、金型キャビティ内に筒状の
成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金
型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、内
圧を付与するための手段によって次のような方法に分類
される。 （ア）耐熱性に優れると共に熱膨張率の高い材料、例え
ば合成ゴムや四弗化樹脂からなるコアに、筒状の成形素
材を巻き付けて、金型キャビティ内に配置し、加熱によ
りコアが熱膨張する際の圧力をもって、成形素材を金型
内面に押し付けて成形する方法。 （イ）ナイロンやシリコンゴムのような、可撓性があり
しかも耐熱性に優れた材料で形成した袋に、筒状の成形
素材を巻き付け、或いは、芯金を用いて予備成形した成
形素材の中心にこの袋を配置したものを、金型キャビテ
ィ内に配備し、袋内に圧搾空気のような加圧流体を送り
込んで袋を膨張させ、成形素材を金型内面に押し付けて
成形する方法。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の内圧
成形法によるときは、成形素材に対する加圧力は、コア
素材の熱膨張や加圧流体による袋の膨張に依存し、加圧
力を局部的に調節することができない。このため、単純
なパイプ形状に成形する場合は良いが、複雑な形状の中
空体を成形しようとすると、成形素材の受ける加圧力が
各部分において不均等となり、均一な肉厚の成形品とす
ることができないという問題点を有していた。

【００１１】また、得ようとする成形品の複雑形状に応
じてコアや袋が局部的に過度に膨張し、この部分でコア
や袋が破損、破裂するおそれがあった。

【００１２】更に、型内に円筒形状に配備された成形素
材を内圧成形によって複雑な断面形状の製品に成形しよ
うとすると、大きく膨張変形される領域においては、成
形素材において所定の角度を持って配向されていた補強
用繊維が一方向に向いてしまって、本来の補強効果が得
られなくなると共に、マトリックス樹脂も一方向に伸び
てしまい、成形品が部分的に薄くなったり穴があいたり
することがあった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、従来の
内圧成形法を改良し、複雑形状のものであっても不都合
なく成形することができる中空状繊維強化樹脂成形品の
製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】この目的を達成するための本発明方法は、
可撓性が良好で且つ耐熱性に優れた材料よりなる筒体
に、繊維強化樹脂よりなる成形素材を外挿配備し、筒体
に内圧を加えて膨張させることにより成形素材を型内面
に押圧し、固化或いは硬化して中空状繊維強化樹脂成形
品を製造する方法において、筒体として、成形しようと
する中空状繊維強化樹脂成形品の形状に応じて部分的に
異なる肉厚を有する偏肉状筒体を用いることを特徴とす
る。

【００１５】偏肉状筒体は、その内面側において凹凸状
に偏肉化されたものとすることが好ましい。

【００１６】この方法の実施において、偏肉状筒体の肉
厚部分を取り巻く領域において成形素材を蛇腹状に弛ま
せて配備することが好ましい。

【００１７】

【作用】シリコンゴム等の可撓性が良好で且つ耐熱性に
優れた材料よりなる筒体が、成形しようとする中空状繊
維強化樹脂成形品の形状に応じて部分的に異なる肉厚を
有する偏肉状筒体とされる。すなわち、成形素材を大き
く変形させるために筒体の膨張変形量を大きくする必要
がある部分を肉厚とすることにより、内圧成形時におけ
る筒体の割れや破損が防止される。

【００１８】偏肉状筒体の大きな肉厚部分を取り巻く領
域において、成形素材が蛇腹状に弛んで配備される場合
には、内圧成形時における成形素材の伸びが全般に亙っ
て略均等化されるので、均一な肉厚を有しボイド等の欠
陥もない良質な成形品が得られる。

【００１９】

【実施例】本実施例は、マトリックス樹脂としてのナイ
ロン樹脂連続繊維に強化繊維としての連続炭素繊維が５
０重量％混繊され製組されて得られるＮｙ６／ＣＦ丸打
ちブレード材を成形素材とし、これを、拡径された中央
部を有する中空体に成形しようとするものである。

【００２０】図１ないし図３は本実施例で用いた成形装
置の型締め状態を示す。アルミ合金製の上型１及び下型
２は、上記成形しようとする中空体形状の外形に対応す
るキャビティ３を規定するように構成されている。すな
わち、上型１及び下型２の中央部には、成形品における
拡径部に対応する凹部１ａ及び２ａが形成されている。

【００２１】上型１及び下型２の両端には、ボルト４、
４、５、５にて閉塞板６、７が取り付けられ、キャビテ
ィ３を気密状態に封止形成する。閉塞板６、７の内面側
中央には、キャビティ３に向けて突出するハブ軸８、９
が一体的に形成されている。一方のハブ軸８は中空状と
され、外方延長部８ａの開口端において窒素ガス供給源
（図示せず）と接続される。

【００２２】成形素材１０は、シリコンゴム（信越化学
工業社製、ＫＥ−１３００Ｔ）よりなるチューブ１１の
回りを被覆するように３層に積層して巻き付けられる。
成形素材１０を巻き付けるに際しては、予め、シリコン
系の剥離剤（信越化学工業社製、ＫＦ９６５）がチュー
ブ１１の外周面に塗布される。また、成形素材１０の成
形後の伸縮等を考慮して、その繊維方向が適切な配向性
を有するように留意する。

【００２３】本実施例において、チューブ１１は、その
内周面側の中央部において厚肉化されている。そして、
成形素材１０は、チューブ１１の厚肉化された中央部の
領域において、蛇腹状に弛んだ状態で巻き付けられてい
る。

【００２４】成形素材を回りに被覆せしめたチューブ１
１は、閉塞板６、７のハブ軸８、９に外挿され、バンド
１２、１２により緊締される。

【００２５】キャビティ３の周囲には、キャビティ３に
開口する冷却パイプ１３、及び熱電対１５によって加熱
される加熱体１４が、それぞれ複数埋設されている。

【００２６】このような成形装置を用い、加熱体１４に
より型の内部温度を２４０℃に加熱する。一般に、型の
内部温度が２４０℃に上昇した後１０〜１５分程度で、
型内の成形素材も同温度に到達したものと考えることが
できるので、この時間経過の後、窒素ガス供給源から供
給される加圧用の窒素ガスを、中空ハブ軸８を介してキ
ャビティ３内に注入し、キャビティ３内を４ｋｇ／ｃｍ
^２の圧力条件に３０分間保持する。

【００２７】この内圧付与により、チューブ１１は外方
に膨張するので、その外周面に巻かれている成形素材１
０も徐々に膨張し、図４の状態を経て、成形素材１０が
型内面に密着される図５の状態が得られる。

【００２８】このようにして内圧成形を行った後、冷却
パイプ１３を介してキャビティ３内に冷却水を注入して
型を１００℃以下に冷却し、型を開いて、固化した成形
品を型から取り出す。成形品の内部に残るチューブ１１
の外周面は凹凸のない平滑面であるから、チューブ１１
から成形品を引き抜くことは容易である。残されたチュ
ーブ１１は再使用することができる。

【００２９】このようにして、図６に示されるような成
形品１５が得られる。本実施例によれば、チューブ１１
の厚肉化された中央部の外周領域に巻き付けられた部分
の成形素材１０を予め蛇腹状に弛ませているため、図５
に示されるように、内圧成形時に成形素材１０が型内面
の凹部１ａ、１ｂに押し付けられた状態において、成形
素材１０の弛みが除去され、全体に均等な肉厚の成形品
１５が得られる。

【００３０】偏肉状、例えば本実施例で用いたように厚
肉化された中央部を有するチューブ１１を製作するに
は、専用の型を準備してインジェクション成形によるこ
とができるが、小ロットの場合には、コスト的に不利で
あるので、注型で製作することが好ましい。

【００３１】図７〜図９は、注型による偏肉状チューブ
の製作要領を示す。製作すべきチューブの内面形状に対
応するマスターモデル１６及び１７を作り、塩化ビニル
管よりなる円筒形型枠１８の中に、同心状に対向配置す
る（図７）。この後、シリコンゴム（信越化学工業社
製、ＫＥ−１３００Ｔ）の主剤と硬化剤とを混ぜ合わせ
て真空脱冷したものを、型枠１８内に注入する（図
８）。シリコンゴムが硬化した後、型枠１８を外し、マ
スターモデル１６及び１７をそれぞれ上方及び下方に引
き抜いて、所望の偏肉状形状を有するチューブ１１が得
られる（図９）。

【００３２】本発明の構成は、以上説明した実施例に限
定されることなく、さまざまな変形態様をとることが可
能である。例えば、成形素材の加熱に当たって、型内に
加熱体を埋設する型内蔵加熱体方式を採用したが、高温
炉内に型を入れて加熱する外部加熱方式を採用しても良
い。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、成形素材を被覆せしめ
るチューブが、内圧成形時に大きく伸びる部分が肉厚と
された偏肉状に形成されるため、複雑な形状を有する製
品を成形する場合であっても、チューブが薄肉化するこ
とによる割れや損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置構成の一例を
型締め状態として概略的に示す断面図である。

【図２】図１中II−II線による断面図である。

【図３】この装置の型締め状態を示す部分拡大断面図で
ある。

【図４】この装置の加圧途中の状態を示す部分拡大断面
図である。

【図５】この装置の加圧後の状態を示す部分拡大断面図
である。

【図６】この装置によって成形される成形品を示す斜視
図である。

【図７】この装置に用いられるチューブを注型によって
製作する工程の第１段階を概略的に示す斜視図である。

【図８】この装置に用いられるチューブを注型によって
製作する工程の第２段階を概略的に示す斜視図である。

【図９】この装置に用いられるチューブを注型によって
製作する工程の第３段階を概略的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 上型 ２ 下型 ３ キャビティ ４ ボルト ５ ボルト ６ 閉塞板 ７ 閉塞板 ８ ハブ軸 ９ ハブ軸 １０ 成形素材 １１ チューブ １２ バンド １３ 冷却パイプ １４ 加熱体 １５ 成形品 １６ マスターモデル １７ マスターモデル １８ 型枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 喜義 東京都中央区京橋三丁目一番一号 蛇の目 ミシン工業株式会社内 (72)発明者 北洞 俊明 滋賀県大津市竪田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 林原 幹也 滋賀県大津市竪田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性が良好で且つ耐熱性に優れた材
   料よりなる筒体に、繊維強化樹脂よりなる成形素材を外
   挿配備し、筒体に内圧を加えて膨張させることにより成
   形素材を型内面に押圧し、固化或いは硬化して中空状繊
   維強化樹脂成形品を製造する方法において、前記筒体と
   して、成形しようとする中空状繊維強化樹脂成形品の形
   状に応じて部分的に異なる肉厚を有する偏肉状筒体を用
   いることを特徴とする中空状繊維強化樹脂成形品の製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記偏肉状筒体が、その内面側におい
   て凹凸状に偏肉化されたものであることを特徴とする請
   求項１の中空状繊維強化樹脂成形品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記偏肉状筒体の肉厚部分を取り巻く
   領域において、前記成形素材が蛇腹状に弛んで配備され
   ることを特徴とする請求項１の中空状繊維強化樹脂成形
   品の製造方法。