JPH06206262A - 繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法 - Google Patents
繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法Info
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- JPH06206262A JPH06206262A JP4353792A JP35379292A JPH06206262A JP H06206262 A JPH06206262 A JP H06206262A JP 4353792 A JP4353792 A JP 4353792A JP 35379292 A JP35379292 A JP 35379292A JP H06206262 A JPH06206262 A JP H06206262A
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Abstract
材料の引抜成形方法を提供する。 【構成】 繊維をフラン樹脂(liquid fura
n resin)に含浸、抽出し、その後穴(sque
eze orifice)を通過させ、余分の樹脂およ
び空気を除去し、加熱金形(pultrusion d
ie)にて硬化を行い、繊維強化フラン樹脂複合材料の
引抜成形方法による製品を完成する。含浸過程において
は15〜35℃、樹脂粘度は500〜3000cpsに
保ち、繊維強化フラン複合樹脂の物性を増進するため
に、100〜200℃で2〜18時間のポストキュア処
理を施す。
Description
ン樹脂複合材料の引抜成形方法に関する。
l Technical Conference, R
einforced Plastics/Compos
ites Division,The Society
of the Plastics Industr
y,Inc. に発表した“Fiberglass R
einforced Furan Composite
s−An Unique,Combination o
f Properties”の論文中、改良されたフラ
ン樹脂および新しい触媒が発表され、これらの材料を積
層し、強化ガラス繊維複合材料としている。この樹脂−
触媒系統は優良な加工特性(Processing C
haracteristics)を有し、積層製品とポ
リエステル樹脂の利用製品は、類似の物理性質を有する
が、積層製品は抗化学性抗化学性(Chemical
Resistance)、抗熱変形性(Heat De
stortion)、抗燃焼性(Flame Resi
stance)及び低い発煙量(Low Smoke
Emission)により優れている。
年にAnnual Technical Confer
ence, Reinforced Plastics
/Composites Division,The
Society of the Plastics I
ndustry,Inc. に発表した“HighTe
mperature and Combustion
Properties of Furan Compo
sites”の論文中、ガラス繊維/フラン樹脂複合材
料の高温下の抗化学性、抗燃焼性が発表されており、こ
れら複合材料はプレプレッグ(Prepreg)および
手工補強(Hand Lay−up)により生成した積
層品である。
nual Technical Conferenc
e,Reinforced Plastics/Com
posites Division, The Soc
iety of the Plastics Indu
stry,Inc.に発表した“Furfuryl A
lcohol Resin Systems for
Hand Lay−Upand Spray−Up F
abrication”の論文中、手工積層あるいはス
プレー(Spray−Up)操作によるガラス繊維/フ
ラン樹脂の複合材料積層製品のフラン樹脂および触媒系
統が掲載されている。
るChemimal Engineering Pro
gress(Vol.70,No 1,1974)に発
表の“Polyester and Furfuryl
Alcohol Resins For Corro
sion Control”の論文中には、ポリエステ
ル樹脂およびフラン樹脂を使用した繊維強化複合材料が
紹介されている。それには、スプレー(Spray−U
p)を繊維巻き上げ(Filament Windin
g)と組合せたスプレー巻き上げ技術(Spray W
inder Technique)、塑造(Moldi
ng)および積層(Laminating)が含まれ
る。
cal Engineerの1978年4月号に発表の
論文“Glass Fibre Reinforced
Furane Resins”には、ガラス繊維強化
フラン樹脂複合材料の腐触コントロール(Corros
ion Control)上の用途が紹介され、手工積
層(Hand Lay−Up),繊維巻き上げ(Fil
ament Winding)を含めた製造方法が紹介
されている。
発明者は、米国特許第4,873,128号において繊
維強化フェノール樹脂複合材料の引抜成形方法に関し、
フェノール樹脂に含浸中の温度を45〜65℃に保つこ
とで、適性な粘度を得ている。
かるように、繊維強化フラン樹脂複合材料は、優秀な物
理性質を有し、特に高温下にて優秀な抗化学性、抗燃焼
性を有している。しかしながら、従来は、生産効率の高
い連続式繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法と
いう試みは成されていなかった。本発明の目的は、生産
効率が高く、優秀な物理性質を有した製品を作る繊維強
化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法を提供することで
ある。
フラン樹脂は、適量の触媒のフルフリルアルコールプレ
ポリマー(furfuryl alcohol pre
polymer)を含有している。触媒にはP−トルエ
ンスルホ酸、無水マレイン酸または燐酸が用いられる
が、そのうちP−トルエンスルホ酸の触媒力が一番強
い。P−トルエンスルホ酸の含有量は、フルフリルアル
コールプレポリマーの0.05〜2.5重量%である
が、なかでも含有量が0.5〜1.5%のとき、比較的
良い結果を得ている。無水マレイン酸または燐酸を触媒
として用いる場合には、含有量を増やすかまたは金型の
温度を上げなければならない。この液体フラン樹脂は含
浸温度の下で8時間程度の加工に適当な含浸時間(po
t life)を有する。そして150cm/分という
高速で加熱金型を通過させ、硬化成形がなされる。ま
た、本発明の成形品の物理性質を上げるために、引抜成
形製品に対し、100〜220℃で2〜18時間ポスト
キュア処理を行ってもよい。ポストキュア処理温度が高
くなるほどポストキュア処理時間は短くなる。また、引
抜成形時間が速くなるほど、ポストキュア処理にかかる
時間は長くなる。
媒を均等に混合させることでより良い結果を得る。すな
わち、含浸前に、フルフリルアルコールプレポリマーと
適量のP−トルエンスルホ酸(p−Toluene S
ulfonic Acid)を触媒としてフルフリルア
ルコールプレポリマーの0.05〜2.5重量%混合す
る(なかでも含有量が0.3〜1.5重量%のとき、比
較的良い結果を得ている)。そして35〜70℃にて4
〜6時間反応させ、粘度を300〜400pcsとし、
その後冰浴方式にて混合物を冷却して含浸温度にする。
このとき粘度は500−800pcsにまで上がる。、
ここで再び0.05−2.5重量%のP−トルエンスル
ホ酸(なかでも含有量が0.5〜1.5重量%のとき、
比較的良い結果を得ている)を上記反応物に均等に混合
する。なお、本発明の粘度の数値は、別に説明がある場
合を除き、ASTM D2393方法をもってBroo
kfield粘度計にて測定したものである。また、触
媒には無水マレイン酸(Maleic Anhydri
d)あるいは燐酸も適合するが、P−トルエンスルホ酸
の触媒力がこれらよりも強い。上記のように触媒を等
量、再混合することでP−トルエンスルホ酸触媒の活性
が強まる。触媒として無水マレイン酸や燐酸を使用する
と単体が反応してプレポリマーとなる時間が長くなるた
め、触媒の量を増やすか反応温度を高くする等の調整が
必要である。
下に、室温は25℃に保つとよく、この温度の下で、含
浸フラン樹脂の粘度は500〜2000pcsであり、
なかでも800〜1500pcsのときよい結果が得ら
れる。含浸フラン樹脂が含浸槽に放置されるほど粘度が
高くなる。たとえば、フラン樹脂に対し、1.5重量%
のP−トルエンスルホ酸を混合した場合、25℃におい
てその粘度は最初880cpsであるが、2時間後には
1400cps、4時間後には2000cpsに上昇す
る。また、含浸フラン樹脂が含浸槽に放置されるほど粘
度が高くなる。たとえば、フラン樹脂に対し、1.0重
量%のP−トルエンスルホ酸を混合した場合、25℃で
その粘度は最初620cpsであるが、4時間後には7
50cps、8時間後には940cpsに上昇する。以
上の例より、本発明の含浸フラン樹脂を含浸槽に放置し
た場合も、充分な安定性を有していること、すなわち充
分な加工適用時間(pot life)を有しているこ
とがわかる。
束、線、縄、布、マットレス等連続形補強繊維がすべて
含まれるが、通常採用されている材質は、ガラス繊維、
炭素繊維、アラミド繊維、あるいはハイブリッド繊維等
有機と無機の繊維である。
間が短くなるほど高くなり、金型内の樹脂の温度は10
〜20℃であるが製品のサイズと形状も金型の温度設計
に大いに影響する。本発明の一つの実施例として、長さ
82cm、幅1.27cm、高さ0.219cmの両片
対称式金型を使用したとき、金型にはその引抜進行方向
に三段の不同温度の加熱区を形成する。この三段の不同
温度加熱区中、第二段の温度を最も高く、180〜22
5℃とするが、190〜215℃である場合に特によい
結果が得られる。第一段すなわち金型入口に近い所は、
150〜180℃とするが、160〜170℃である場
合に特によい結果が得られる。第三段は170〜220
℃とするが、180〜215℃である場合に特によい結
果が得られる。
マー/触媒系統は高い反応性を有し、フルフリルアルコ
ールプレポリマーはすでに高い温度まで架橋されている
ので、上述の金型の温度にて、100cm/分の速度で
引抜成形を行うことができる。樹脂に副生された水が少
ない程、引抜成形操作には有利であるため、金型入口部
分の第一段の温度設計は100℃以上となっており、完
全に水を追い出す。また第三段の温度は、第二段よりも
低く保ち、引抜成形製品内部に含有された水分が金型出
口で蒸発、膨張することを防ぐ。本発明の引抜成形方法
による製品にさらにポストキュア処理を施すと、製品の
物理性質、機械性質を上げることができる。ポストキュ
ア処理の温度と時間は一般的に反比例の関係にある。す
なわち、ポストキュア温度が高くなる程、必要なポスト
キュア時間は短くなる。ポストキュア処理に適した温度
と時間は、100〜220℃で2〜18時間であるが、
そのうち200℃で6時間程度がよい結果を得られる。
機充填物(filler)を選択的に添加することもで
きる。これは例えば、滑石粉、炭酸カルシウムまたはけ
い素であり、一般的に樹脂の1〜15重量%である。
て説明する。
(2)5gおよび成分(3)10gは、攪拌したのち成
分(1)に混合する。50℃にて30分の架橋時間の
後、さらに成分(2)1gおよび成分(3)2gを加
え、50℃にて3時間半の架橋時間の後(このとき粘度
は300cps)、急速に1時間の冶浴冷却を行う。そ
の後さらに成分(2)9gおよび成分(3)18gを混
合して含浸樹脂に加え、均等に攪拌する(25℃、粘度
400〜600cps)。
分80%、粘度(25℃)30〜70cps、比重(2
5℃)1.15〜1.17。 (2)は日本純薬工業株式会社製、試薬級、分子量19
0.21、溶点104〜107℃。 (3)は試薬級、純度99.5体積%以上。
る。PPG CO.製のガラス繊維764−NT−21
8を16本、含浸槽に含浸させながら通過させる。ガラ
ス繊維の比重は2.54、一本繊維の直径は13.1μ
m、引張強度は1621.5Mpa、長さ82cm、幅
1.27cm、高さ0.219cmの穴を持つ金型両側
に電熱板を設けた両片対称電熱式金型に導入され、三段
式で金型の加熱を制御するが、そのうち第一段と第三段
の加熱区の長さは15cm、第二段の加熱区の長さは4
0cmである。
7.5体積%。数々の通過速度金型温度で得られた製品
の曲げ強度および曲げモジュラスは下記表2に示されて
いる。曲げ強度の測定は、ASTM D790により行
った。
0cm/分の製品(繊維含有量約57.5体積%)に下
記の表3に示される条件でポストキュア処理を行う。ポ
ストキュア処理後の製品の曲げ強度は表3中に示され
る。
0℃で6時間行った場合に高い物性が得られる。すなわ
ち、ポストキュア処理により本発明の製品の機械性質
(引張強度および曲げ強度)が高められることが明らか
である。
浸槽内に入れ室温25℃に維持する。TOHO社製の2
2、24、25および27本の炭素繊維HTA−120
00を含浸槽に含浸させながら通過させる。炭素繊維の
比重は1.77、一本繊維の直径は7μm、引張強度は
2870.4Mpa)を、穴より金型に導入する。金型
の三段の温度区分は、165℃、215℃、210℃
で、通過速度は70cm/分である。上述の引抜成形方
法により、炭素繊維の含有量の異なる製品を作り、AS
TN D790により曲げ強度の測定を行い、ASTN
D3039により引張強度の測定を行うが、結果は下
記の表4に示される。
湾長興化工公司製、比重2.71、平均粒径2.12μ
m)を充填剤としてそれぞれ加え、均一に攪拌後、含浸
槽内に入れ、25℃に保つ。PPG会社製の764−N
T−218ガラス繊維15本を含浸槽に含浸し、穴より
金型に導入する。金型の三段の温度は、165℃、21
5℃、210℃であり、通過速度は100cm/分であ
る。滑石粉の含有量が異なる引抜成形製品の曲げ強度の
測定をASTM D790で行い、ASTM D303
9にて引張強度の測定を行う。結果は下記表5に示され
る。
とき、物性は増強されるが、添加量を100gにすると
却って物性は低くなっている。これは、樹詣系統の酸性
が充填剤を加えたために低くなり、触媒の触媒効果が低
くなったためである。このため、充填剤を多く含有する
引抜成形の複合材料を使用する場合には、P−トルエン
スルホ酸の含有量も多くするあるいは金型温度を高くし
て、高強度、高充填剤含有量の引抜成形複合材料とす
る。
マー/触媒系統は高い反応性を有し、フルフリルアルコ
ールプレポリマーはすでに高い温度まで架橋されている
ので、上述の金型の温度にて、100cm/分の速度で
引抜成形を行うことができる。樹脂に副生された水が少
ない程、引抜成形操作には有利であるため、金型入口部
分の第一段の温度設計は100℃以上となっており、完
全に水を追い出す。また第三段の温度は、第二段よりも
低く保ち、引抜成形製品内部に含有された水分が金型出
口で蒸発、膨張することを防ぐ。本発明の引抜成形方法
による製品にさらにポストキュア処理を施すと、製品の
物理性質、機械性質を上げることができる。ポストキュ
ア処理の温度と時間は一般的に反比例の関係にある。す
なわち、ポストキュア温度が高くなる程、必要なポスト
キュア時間は短くなる。ポストキュア処理に適した温度
と時間は、100〜220℃で2〜18時間であるが、
そのうち200℃で6時間程度がよい結果を得られる。
機充填物(filler)を選択的に添加することもで
きる。これは例えば、滑石粉、炭酸カルシウムまたはけ
い素であり、一般的に樹脂の1〜15重量%である無機
充填物を上記の比率で添加することにより、より繊維強
化フラン樹脂複合材料の引抜成形の製品に高い物理特性
を持たせることができる。。
Claims (11)
- 【請求項1】 連続繊維を15℃〜35℃に加熱された
液体フラン樹脂(liquid furan resi
n)の粘度を500〜3000cpsの範囲に維持させ
ながら含浸させ、得られた含浸物を穴(squeeze
orifice)を通過させて樹脂内の残留空気を除
去し、加熱金型に導入して硬化させるが、該加熱金型に
は三段の加熱区を設け、第一段の温度は150〜180
℃、第二段の温度は180〜225℃、第三段の温度は
170〜220℃の間であり、第二段の温度は他の二段
の温度よりも約5〜50℃高いことを特徴とする繊維強
化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項2】 請求項1のフラン樹脂は、フルフリルア
ルコールプレポリマーおよび触媒を含有し、触媒はフル
フリルアルコールプレポリマーの0.05〜2.5重量
%であり、含浸開始時には500〜800cpsの粘度
を有することを特徴とする請求項1に記載の繊維強化フ
ラン樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項3】 フルフリルアルコールプレポリマーの架
橋は、0.05〜2.5重量%の触媒をフルフリルアル
コールモノマーに加え、30〜70℃にて架橋し、それ
により得られる反応混合物の粘度は300〜400cp
sであることを特徴とする請求項2に記載の繊維強化フ
ラン樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項4】 請求項2の触媒は、P−トルエンスルホ
酸、無水マレイン酸、および燐酸の中より選択すること
を特徴とする請求項2に記載の繊維強化フラン樹脂複合
材料の引抜成形方法。 - 【請求項5】 請求項3の触媒は、P−トルエンスルホ
酸、無水マレイン酸、および燐酸の中より選択すること
を特徴とする請求項3に記載の繊維強化フラン樹脂複合
材料の引抜成形方法。 - 【請求項6】 繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形
製品は、ポストキュア処理を行ってもよい請求項1に記
載の繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項7】 請求項6のポストキュア処理は、100
〜220℃の温度下で複合材料製品を2〜18時間加熱
することを特徴とする請求項1に記載の繊維強化フラン
樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項8】 請求項1の繊維材質は、ガラス繊維、炭
素繊維、アラミド繊維、ハイブリッド繊維あるいはその
他の有機、無機繊錐であることを特徴とする請求項1に
記載の繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項9】 請求項1の繊維強化フラン樹脂複合材料
の金型通過速度は150cm/分までに高めることがで
きる請求項1に記載の繊維強化フラン樹脂複合材料の引
抜成形方法。 - 【請求項10】 請求項1のフラン樹脂は、無機充填物
を含有することもできる請求項1に記載の繊維強化フラ
ン樹脂複合材料の引抜成形方法。 - 【請求項11】 請求項10の無機充填物は、樹脂重量
の1〜15%であり、滑石粉、炭酸カルシウム、けい素
あるいはその他類似物であることを特徴とする請求項1
0に記載の繊維強化フラン樹脂複合材料の引抜成形方
法。
Priority Applications (5)
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US07/965,864 US5587034A (en) | 1992-10-22 | 1992-10-23 | Process for pultruding fiber reinforced furan composites |
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Applications Claiming Priority (5)
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JPH0767753B2 JPH0767753B2 (ja) | 1995-07-26 |
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ID=27511637
Family Applications (1)
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JP (1) | JPH0767753B2 (ja) |
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