JPH06287834A - 成形用交織スリーブ及びそれを用いた管状成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続繊維により補強された熱可塑性樹脂の管
状成形体を製造するに際し、ドレープ性に優れ、積層作
業が容易で、材料の設計自由度が高く、成形時にマトリ
ツクス樹脂の補強繊維に対する含浸の良い成形用基材を
提供すること、及びこの基材を用いた管状成型体を提供
すること。 【構成】 補強用連続繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸を筒
状にブレーディングしてなるスリーブであって、補強用
連続繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸とが交互に配列されて
おり、補強用連続繊維糸同志だけでも、それぞれが交互
に上下を繰り返しながら、交差している成形用交織スリ
ーブ、及び補強用連続繊維糸と熱可塑性樹脂からなる管
状成形体であって、少なくとも１層の補強用連続繊維糸
層を有し、該繊維糸層においては、前記補強用連続繊維
糸が、右回り方向と左回り方向の両方向に螺旋状に存在
し、かつ、両方向の繊維糸同志が交互に上下を繰り返し
ながら、交差している管状成形体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維補強熱可塑性樹脂
からなる管状成形体を成形するのに好適な成形材料に関
し、特に補強用繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸からなり、
筒状にブレーディングされたスリーブに関し、更にはそ
のスリーブから成形される管状成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を
マトリックスとし、連続繊維で補強されたパイプ等の管
状成形体については、各種の成形法が提案されている。
例えば、 一方向に引き揃えた補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸
させ、いわゆるプリプレグ材料とし、このプリプレグを
芯棒に巻き付け、加熱加圧して成形する方法。 あらかじめ熱可塑性樹脂を含浸させた薄いシート材
を芯棒に巻き付け、ポリイミドテープをその上に巻き付
け、加熱する際のポリイミドテープの収縮力により、圧
をかけ成形する方法。 補強繊維と熱可塑性樹脂繊維を、繊維の状態で撚り
合わせたり、コミングルするなどにより、繊維の状態で
混合し、これを芯棒に巻き付ける際に、加熱して熱可塑
性樹脂を溶融し、熱ローラーなどで脱泡しながらフィラ
メントワインディングにより成型する方法。 補強繊維のみからなるスリーブ材料と熱可塑性樹脂
のフィルム状のチューブを交互に被せ、この内側にシリ
コンチューブをセットし、この材料を加熱した後、チュ
ーブ内に窒素又は空気を圧入し、材料内側より加圧して
成形する方法。

【０００３】しかし、これらの方法にも次のような問題
がある。については、樹脂の流動性が良すぎるため、
補強繊維の体積含有率のコントロールが難しい、又、プ
リプレグのドレープ性に乏しいため、作業性が悪い。更
に、積層構成が複雑で、積層工程に比較的長時間を要
し、得られた管状成形体もマトリックスが熱硬化性樹脂
のため硬くて脆い。は熱可塑性樹脂を含浸させた薄い
シート材のドレープ性が悪いため、作業性が良くない。
又、圧力コントロールが難しく、従って、含浸不良によ
るボイドが発生しやすい。は工程が多く、得られた成
形品のコストが高い。は補強繊維同志の交点が多く、
含浸不良によるボイドが発生しやすい。又、成形体中に
樹脂だまりができやすく、材料の均一性に乏しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、連続繊維により補強された熱可塑性樹脂の管状成形
体を製造するにさいし、ドレープ性に優れ、従って、積
層作業が容易で、又、材料の設計自由度が高く、成形時
にマトリックス樹脂の補強繊維に対する含浸性の良い成
形用基材を得ることである。本発明の第二の目的は、曲
げやねじりなどの強度特性に優れ、且つ、耐衝撃性や振
動減衰性に優れた管状成形体を得ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的を解
決するために、本願発明者等は、補強用連続繊維糸と熱
可塑性樹脂繊維糸を筒状にブレーディングしてなるスリ
ーブであって、補強用連続繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸
とが交互に配列されており、補強用連続繊維糸同志だけ
でも、それぞれが交互に上下を繰り返しながら、交差し
ている成形用交織スリーブを管状成形体の成形用基材と
して用いることを見出だした。又、第二の発明を解決す
るために、本願発明者等は、補強用連続繊維糸と熱可塑
性樹脂からなる管状成形体において、少なくとも１層の
補強用連続繊維糸層を有し、該繊維糸層においては、前
記補強用連続繊維糸が、右回り方向と左回り方向の両方
向に螺旋状に存在し、かつ、両方向の繊維糸同志が交互
に上下を繰り返しながら、交差している管状成形体とす
ることにより解決可能であることを見出だした。

【０００６】本発明の要旨は、第一の発明で、補強繊維
と熱可塑性樹脂繊維とを別々に用い、図１に示すような
組織でブレーディングした成形用交織スリーブであり、
第二の発明は、この交織スリーブを少なくとも一層用い
た管状成形体である。本発明を更に詳しく説明すると、
熱可塑性樹脂繊維は、通常の方法で溶融紡糸して得られ
るフィラメント径５〜１００ミクロン程度の繊維をマル
チフィラメント糸の形態で使用する。勿論、これに限定
されるものではなく、モノフィラメントやフィルムをス
リットしたスリットヤーンの形態でも良く、繊維状態の
ものでブレーディング機にかかるものであれば、いずれ
も使用可能である。熱可塑性樹脂繊維の種類としては、
ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカー
ボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリエーテルエーテルケトン等が使用できる。
補強繊維としては、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミ
ド繊維やアルミナ繊維などのフィラメント径が３〜５０
ミクロン程度の繊維をマルチフィラメント糸の形態で使
用する。これらの補強繊維と熱可塑性樹脂繊維との使用
割合は、補強繊維が３０〜７０ｖｏｌ％程度になること
が望ましい。この発明の一実施態様を図１により説明す
る。交織スリーブ１において、補強繊維２は、補強繊維
４と熱可塑性樹脂繊維５の上をとうり、ついで補強繊維
６と熱可塑性樹脂繊維７の下を潜る。又、熱可塑性樹脂
繊維３は、補強繊維４の下を潜り、ついで熱可塑性樹脂
繊維５と補強繊維６の上をとうり、その後熱可塑性樹脂
繊維７の下を潜る。この様なパターンの繰り返しにより
ブレーデイングすると、図１に示すような組織のスリー
ブが得られる。

【０００７】具体的なブレーディング方法は、あらかじ
め製紐管に巻取った熱可塑性樹脂繊維と補強繊維を、ブ
レーディング機の右回り、左回りの管差しのそれぞれ
に、熱可塑性樹脂繊維と補強繊維が交互になるように仕
掛けを行い、編み込んでいく。この様にして製造された
スリーブ成形材料は、加熱加圧成形すると熱可塑性樹脂
繊維だけが溶融され、補強繊維に含浸されて材料中のマ
トリックスとなる。この時、補強繊維は溶融せずに残
り、図１のように右回り方向、左回り方向に均等に編み
込まれた状態で、補強材の役割を果たす。

【０００８】又、本材料を使用した管状成形体の成形は
次のようにして行う。まず、所定の形状をした芯棒に、
本材料を被覆する。必要な枚数を被覆した後、芯棒を抜
き、シリコーン等の内圧用チューブをセットする。この
セットしたものを所定の金型にいれ、加熱しながら内圧
用チューブに窒素もしくは空気等を注入し、加圧する。
圧力は５〜２０ｋｇ／ｃｍ² 程度、温度は、使用するマ
トリックス樹脂の融点より３０〜５０℃程度高い温度が
適当である。その後、金型を冷却し成形物を取り出す。
本発明の管状成形体は、本発明の交織スリーブを少なく
とも一層用いることにより成形されるが、好ましくは複
数枚のスリーブを積層し、加熱加圧により成形されるこ
とが望ましい。この時、成形体の使用目的に応じて、ス
リーブ層間に補強繊維を引き揃えたプリプレグや織物を
配置しても良い。

【０００９】

【作用】本発明の成形材料は、非常にシンプルな筒状の
スリーブの形態であり、且つ、ドライプリプレグの状態
であるため、フレキシブルで取り扱いやすい。例えば芯
棒に被覆する作業等も簡単に行うことができ、又、スリ
ーブを積層後芯棒を抜いて、内圧用チューブをセットす
る作業も容易に行うことができる。又、本発明の成形材
料は、ブレーディングされた状態で、プリプレグ（いわ
ゆるドライプリプレグ）の状態になっているため、成形
材料としてみた場合、安価な成形材料ということができ
る。更に、使用糸の選択や、打ち込み本数、角度等の点
で設計の自由度が高い。

【００１０】本発明の成形材料は、補強繊維と熱可塑性
樹脂繊維とが、交互に並んでいるため、補強繊維に対す
る溶融した熱可塑性樹脂の含浸が行われやすい。又、補
強繊維同志それぞれが交互に上下を繰り返しながら、交
差しているいるため、加圧成形時の溶融樹脂の流動によ
っても、補強繊維の乱れが起こりにくい。更に、スリー
ブの右回り方向、左回り方向に、均等に補強繊維が配さ
れているため、成形体の強度のバラツキや方向性が少な
く、成形体の変形も起こりにくい。本発明の管状成形体
は、補強繊維が連続であり、且つ、両方向に均等に配さ
れており、又、マトリックス樹脂の未含浸部がほとんど
ないため、機械的特性に優れた特徴を有する。更に、マ
トリックス樹脂が熱可塑性樹脂であるため、強靱で耐衝
撃性に優れ、振動減衰性も良いという特性を有する。本
発明の管状成形体は、上記した理由から、高度の機械的
特性を必要とされるゴルフのシャフトやスキーのストッ
ク等のパイプ状成形品や、テニス、バドミントン等のラ
ケットに好適である。

【００１１】

【実施例】

［実施例１］ 補強繊維 ３Ｋカーボン繊維（Ｔ−３００：東レ
（株）） フィラメント数 …… ３０００本 フィラメント径 …… ７ミクロン 糸番手 …… １９８ｔｅｘ 熱可塑性樹脂繊維 ナイロン６（１０２２Ｂ：宇部
興産（株）） フィラメント数 …… ３６本 フィラメント径 …… ６４ミクロン 糸番手 …… １１５ｔｅｘ ブレーディング 打ち数 …… ９６ 角度 …… ４５゜ スリーブ直径 …… ２２ｍｍ ブレーディングは左右回り共に、補強用連続繊維と熱可
塑性樹脂繊維の製紐管をそれぞれ１本おきに管差しにし
かけて行った。

【００１２】［実施例２］円柱状の形状をした芯棒に、
実施例１で得られたスリーブを４ｐｌｙ被覆積層する。
その後、芯棒を抜き、シリコーン等の内圧用チューブを
セットする。シリコンチューブの一方は止め栓をし、も
う一方は窒素ガスボンベに接続するための金具に取り付
ける。その後、これを金型にセットし、加熱しながら内
圧用チューブに窒素ガスを注入し、加圧する。温度は２
５０℃で、２０分間、圧力１０ｋｇ／ｃｍ² で成形し
た。得られたパイプ成形体の、 厚さ …… ０．９ｍｍ 補強繊維の体積含有率 …… ５４％ であった。

【００１３】［比較例１］一方向に引き揃えられたカー
ボン繊維（Ｔ−３００：東レ（株））にエポキシ樹脂を
含浸させた、いわゆるプリプレグ状の材料を、成形パイ
プの長さ方向に対し、カーボン繊維が４５°になるよう
にカットし、これを４５°及び１３５°となるように交
互に４ｐｌｙ積層する。この材料を芯棒付きのシリコン
チューブに巻き付け、シリコンチューブの一方は止め栓
をし、一方は、窒素ガスボンベに接続するための金具に
取り付ける。その後、これを加熱しながら内圧用チュー
ブに窒素ガスを注入し、加圧する。温度は、１８０℃
で、２０分間、圧力１０ｋｇ／ｃｍ² で成形した。使用
したプリプレグは、 カーボン繊維ＵＤプリプレグ（東レ（株） Ｐ３０５１
−２２；エポキシ樹脂／Ｔ−３００） 得られたパイプ成形体の、 厚さ …… ０．８５ｍｍ 補強繊維の体積含有率 …… ５５％ であった。実施例２及び比較例１で得られたパイプの曲
げ強さと捩じれ強度を測定した。結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【発明の効果】本願第一の発明の交織スリーブは、成形
工程の作業性に優れ、機械特性の良い管状成形体を得る
ことができる。又、本願第二の発明の管状成形体は、機
械特性のバラツキや方向性が少なく、成形品の変形も起
こりにくい。更にマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であ
るため、靱性や耐衝撃性に優れた成形品を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の交織スリーブの組織の一例を示す。

【符号の説明】

１．交織スリーブ ２，４，６．補強繊維糸 ３，５，７．，熱可塑性樹脂繊維糸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補強用連続繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸
   を筒状にブレーディングしてなるスリーブであって、補
   強用連続繊維糸と熱可塑性樹脂繊維糸とが交互に配列さ
   れており、補強用連続繊維糸同志だけでも、それぞれが
   交互に上下を繰り返しながら、交差していることを特徴
   とする成形用交織スリーブ。
2. 【請求項２】 補強用連続繊維糸と熱可塑性樹脂からな
   る管状成形体において、少なくとも１層の補強用連続繊
   維糸層を有し、該繊維糸層においては、前記補強用連続
   繊維糸が、右回り方向と左回り方向の両方向に螺旋状に
   存在し、かつ、両方向の繊維糸同志が交互に上下を繰り
   返しながら、交差していることを特徴とする管状成形
   体。