JPH07144369A

JPH07144369A - 繊維強化樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH07144369A
Application number: JP5295556A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ishii; 正裕石居; Hajime Naito; 一内藤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】成形体長手方向とは異なる方向に補強部材を
有する、すなわちいわゆるリブ補強形状の強度部材を有
する、機械的強度に優れた繊維強化樹脂成形体を、連続
生産により生産効率よく製造し得る方法を提供する。【構成】本発明の製造方法は、熱硬化性樹脂が含浸さ
れた連続繊維３００を、上下で一対と成された２組の金
型２０７、２０９の上下各部材の閉合により挟持し加熱
硬化しつつ、引取り方向へ移動し、その後金型の上下各
部材が拡開して、連続的に繊維強化樹脂を引き取る。各
金型の下部材に形成された凹部に、補強部材２０６を配
置した後、上下各部材を閉合し、繊維強化樹脂と補強部
材の両者を加熱して、これら両者を接合するとともに硬
化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度な成形体を高生
産性で得ることのできる、繊維強化樹脂成形体の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】引抜成形等連続成形において、２基のグ
リッパーが交互に、成形体を担持して引き取り方向に引
き抜いた後、成形体を開放して元の引き取り位置に戻る
往復運動を繰り返す引抜機構は知られている（例えば、
特開平１−２３７１３０号公報参照）。また、成形体の
引き取り方向にプレスを配置し、プレス時には引き取り
機を停止し、隔動により引き取る方法は知られている
（例えば、特開昭６３−３９３２２号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の機構では、硬化した成形体を単に連続移動するだけ
であるので、成形体は長手方向に単一断面のものしか得
られない。また上記後者の方法では、プレス成形時は製
造ラインが停止するので、実質的には連続ではなく、生
産性に問題があった。

【０００４】本発明の目的は、成形体長手方向とは異な
る方向に補強部材を有する、すなわちいわゆるリブ補強
形状の強度部材を有する、機械的強度に優れた繊維強化
樹脂成形体を、連続生産により生産効率よく製造し得る
方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化樹脂成
形体の製造方法は、熱硬化性樹脂が含浸された連続繊維
を、上下で一対と成された金型の上下各部材の閉合によ
り挟持し加熱硬化しつつ、引取り方向への所定距離の移
動後、金型の上下各部材を拡開させる方法によって、成
形体長手方向とは異なる方向に補強部材を有する繊維強
化樹脂成形体を製造するにあたり、上下一対の金型を少
なくとも２組用いて、それぞれの金型に、前記一連の閉
合、所定距離の移動、および拡開工程を繰り返し行わし
め、連続的に繊維強化樹脂を引き取り、かつ、各金型の
上下部材のうち少なくとも一方は、所望形状の補強部材
を嵌合し得る凹部が形成されたものであり、この凹部に
補強部材を配置した後、金型の上下各部材を閉合し、繊
維強化樹脂と補強部材の両者を加熱して、これら両者を
接合するとともに硬化することを特徴とするものであ
る。

【０００６】以下、本発明の製造方法について詳しく説
明する。

【０００７】連続強化繊維としては、使用される熱硬化
性樹脂の硬化工程の温度において安定な繊維が用いられ
る。具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、シリコン・チ
タン・炭素繊維、ボロン繊維、微細な金属繊維などの無
機繊維、アラミド繊維、エコノール繊維、ポリエステル
繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチ
レン繊維、ビニロン繊維などの有機繊維を挙げることが
できる。またモノフィラメントの直径は１〜５０μｍが
好ましい。

【０００８】また連続繊維の形態としては、多数本のフ
ィラメントを集束したロービング、フィラメント束のス
トランドを、２次元ランダムに配してバインダーにより
接着したコンティニアスストランドマット、ストランド
束を渦巻（スワール）状に配してバインダーにより結合
したスワールマット、ロービングを平織り、朱子織り等
した、ロービングクロス等が単独もしくは組み合わせて
用いられる。

【０００９】本発明において用いられる熱硬化性樹脂と
しては、特に限定されないが、具体的には、不飽和ポリ
エステル樹脂、ビニルエステル（エポキシアクリレー
ト）樹脂、エポキシ樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、
ポリイミド樹脂等が挙げられる。以上の熱硬化性樹脂の
内、成形速度が速い点、経済的に安価な点等より不飽和
ポリエステル樹脂が、最も好適に用いられる。

【００１０】熱硬化性樹脂と強化繊維の割合は、繊維強
化樹脂成形体の必要とする物性により適宜決定される
が、樹脂１００重量部に対して強化繊維が５０〜５００
重量部であるのが好ましい。強化繊維が５０重量部未満
であると成形体の機械的強度が十分でなく、５００重量
部を超えると強化繊維が樹脂中に均一に分散した成形体
が得にくくボイド等の発生により、成形体強度が極端に
低下する。

【００１１】また上記樹脂に安定剤、滑剤、加工助剤、
可塑剤、着色剤のような添加剤及び炭酸カルシウム、金
属酸化物等の充填材等が配合されてもよい。

【００１２】これらの熱硬化性樹脂組成物を強化繊維に
含浸させる方法としては、通常の方法、すなわち樹脂槽
中に強化繊維を通す方法、強化繊維が通された金型中に
樹脂を注入する方法等のいずれでもよい。また、樹脂の
粘度がやや高く、繊維に含浸し難い場合には、開始剤の
分解しない程度の温度にまで加温して、樹脂の粘度を低
くしてもよい。

【００１３】また本発明において、繊維強化樹脂と接合
される補強部材の材質については特に制限はないが、繊
維強化樹脂とともに加熱して接合同時硬化するために
は、補強部材の繊維強化樹脂との接合面は少なくとも、
連続強化繊維に含浸させる樹脂と同じ樹脂によるものが
好ましい。また、より高強度の成形体を得るために、補
強部材も繊維による補強がなさていた方が好ましい。こ
の補強部材の成形方法は、通常のシートモールディング
コンパウンド（ＳＭＣ）、バルクモールディングコンパ
ウンド（ＢＭＣ）、ＭＭＤ等の繊維強化熱硬化性樹脂成
形体の成形方法が用いられる。

【００１４】本発明で用いられる上下一対の金型は、上
下各部材の閉合により繊維強化樹脂を挟持し得るように
形成されており、繊維強化樹脂成形体本体の所望の形状
に合致するように、上下各部材の閉合面は、平面状であ
っても曲面状であっても、また一部平面状であっても良
い。そして、上下部材の少なくとも一方は、所望形状の
補強部材を嵌合し得る凹部が形成されたものである。ま
た、金型は繊維強化樹脂と補強部材の両者を加熱する手
段を備えたものである。加熱温度は、開始剤の分解温度
以上である。また、成形材料を硬化させる方法として、
高周波加熱や、光硬化の手法を用いても良い。

【００１５】以下、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造
方法に用いて好適な装置および工程について、図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の製造方法に用いる装
置の概略を示す図である。以下の説明において、前とは
図１の右方向をいうものとする。

【００１６】図１において、連続強化繊維束(F201)、連
続強化繊維マット(f202)は、便宜上それぞれ２本、２枚
のみが図示されているが、実際には必要に応じ多数の強
化繊維束、マットが並列に用いられる。

【００１７】この装置は、一方向に引き揃えられた状態
で配されてなる強化繊維のための強化繊維束(F201)のた
めのロービングスタンド(201) と、平面上ランダムな状
態で配されてなる強化繊維のためのコンティニアススト
ランドマット(f202)を巻戻すための巻戻しロール(202)
と、熱硬化性樹脂含浸用注入含浸金型(205) と、２組の
上下一対の金型(207および209)、すなわち１組の上部材
(207a)および下部材(207b)と、他の１組の上部材(209a)
および下部材(209b)と、後硬化炉(210) と、成形体を一
定長さに切断するカッター(211) とを備えている。

【００１８】熱硬化性樹脂含浸用注入含浸金型(205)
は、加温用ヒーター及び冷却水熱媒水が通ずるジャケッ
トを備え、金型ほぼ中央部には樹脂タンク(208) から熱
硬化性樹脂組成物を注入するための注入孔(204) が形成
されているものである。また、後硬化炉(210) は、高周
波により樹脂の未硬化部分を加熱し硬化するためのもの
である。

【００１９】上下一対の金型(207) は、上部材(207a)の
閉合面は平面状であり、一方下部材(207b)には角棒状の
補強部材(206) を嵌合し得る凹部が形成され、この凹部
に補強部材(206) を配置して、上部材(207a)と下部材(2
07b)とが閉合できるように成されている（図２参照）。
金型(209) の上部材(209a)および下部材(209b)について
も同様である。これら上部材(207a)(209a)および下部材
(207b)(209b)は、それぞれヒーターを備え、樹脂および
補強部材を加熱接合硬化できるようにされている。ま
た、２組の金型（上部材(207a)と下部材(207b)からなる
(207) 、および上部材(209a)と下部材(209b)からなる(2
09) ）は、交互に、一連の閉合、所定距離の移動、およ
び拡開工程を繰り返し行うものである。

【００２０】上記構成の装置を用いて以下のように、本
発明の方法を実施することができる。ロービングスタン
ド(201) 、および巻戻しロール(202) から、交互に引き
取り工程を繰り返す金型(207) および(209) の駆動によ
り繰り出された、強化繊維束(F201)、コンティニアスス
トランドマット(f202)は、適宜ガイド(203) を経由して
注入金型(205) 中に導かれる。ここで熱硬化性樹脂組成
物をタンク(208) より注入孔(204) を経由して注入する
ことにより、強化繊維中に樹脂組成物を含浸させる。

【００２１】この際含浸させるために熱硬化性樹脂組成
物を低粘度化する必要がある場合には、注入孔付近を加
温し金型先端部分を冷却する。また本実施例において
は、樹脂を含浸させるために注入含浸を用いたが、樹脂
槽中に強化繊維を浸漬し含浸させる方法を用いても良
い。

【００２２】注入含浸金型を経た樹脂含浸連続強化繊維
(300) は、注入含浸金型吐出口形状に略適合した平板形
状に引揃えられているが、金型(207) または(209) に導
入され、これらにより補強部材(206) とともに加圧賦型
される。この場合、成形体の断面形状が単純な半円、矩
型等の場合には予備賦型ガイドは要しないが、複雑形状
や大形状の場合には、含浸金型吐出から金型に至るまで
の間に、予備賦型ガイドを設けることが好ましい。

【００２３】また、図１においては、補強部材(206)
は、金型の下部材(207b)(209b)に配置するが、金型の上
部材(207a)(209a)に配置する場合には、通常行われるエ
ア吸引、スライドピン接合等の方法が用いられて良い。

【００２４】平板形状の樹脂含浸連続強化繊維は、金型
の下部材(207b)(209b)の凹部形状に合致するように形成
された補強部材(206) と共に挾持される。補強部材(20
6) の凹部への供給方法は、人手により供給しても良い
が、通常のインサート成形に用いられる、インサート供
給ロボット等が好適に用いられる。この際金型(207) お
よび(209) は、組成物の開始剤の分解温度以上に加熱さ
れているので、繊維強化樹脂と補強部材とを共に接合硬
化する。このようにして補強部材一体連続繊維は、以下
のように交互に引き取り工程を繰り返す２組の金型によ
り右方向に引き取られる。

【００２５】すなわち、繊維強化樹脂と補強部材とを一
定時間挾持し右方向に移動した１組の金型(207) は、拡
開し、硬化した補強部材一体化成形体を解離する。そし
て金型上下部材(207a)(207b)は、再び下部材(207b)中に
補強部材(206) を配置し所定位置に戻る。さらに続けて
閉合挾持、引き取り、硬化を繰り返す。一方金型上下金
型(209a)(209b)も、同様に閉合挾持、引き取り、硬化、
拡開、解離、補強部材配置を繰り返す。この金型部材(2
07a)(207b)と金型部材(209a)(209b)の工程の間隔は、金
型部材(209a)(209b)が挾持、引き取り、硬化している間
には、金型部材(209a)(209b)は拡開、補強部材配置を行
い、金型部材(209a)(209b)が拡開、補強部材配置をして
いる間には、金型部材(209a)(209b)は挾持、引き取り、
硬化を行い、成形体が一定速度で連続的に機械方向に移
動するようにする。

【００２６】次に、２組の金型の経時的動きを図４に基
づいて説明する。図４の「あ」〜「き」に示す順に、成
形体を右方向に移送している。

【００２７】先ず「あ」の時点では、上部材(207a)と下
部材(207b)が、下部材(207b)の凹部に補強部材(206）
を配置して成形材料を挟持し右方向に移動中である。こ
の時金型部材(209a)(209b)は、下部材(209b)の凹部に補
強部材(206）を配置して拡開し静置している。

【００２８】「い」の時点は、金型部材(207a)(207b)が
上下に拡開し始める直前の状態であって金型(209a)(209
b)が成形材料を担持した後右方向に移動し始める。

【００２９】「う」の時点では、金型部材(209a)(209b)
が右側の拡開位置に移動する間に、金型部材(207a)(207
b)が拡開し左側の閉合位置にまで戻る直前である。

【００３０】「え」の時点では、下部材(207b)の凹部に
新たに補強材(206）を配置し終り、金型部材(207a)(2
07b)は補強部材(206）と共に樹脂含浸連続強化繊維を
閉合し、金型部材(209a)(209b)は拡開位置にくる。

【００３１】「お」の時点では、金型部材(207a)(207b)
が(206）と樹脂含浸連続強化繊維を挟持して右方向に
移動し、この間に金型(209) が閉合位置にまで戻り、新
たな補強部材(206）をその凹部に配置して拡開して準
備している。

【００３２】「か」の時点では、金型部材(207a)(207b)
が拡開位置にくる直前に、金型部材(209a)(209b)が閉合
し、右方向に移動し始める。

【００３３】「き」の時点では、金型部材(209a)(209b)
が成形材料を挟持して右方向に移動する間に、金型部材
(207a)(207b)は新たな補強部材をその凹部に配置し閉合
位置で準備をしている。

【００３４】以上のような経時サイクルを繰り返すこと
により、逐次補強部材を樹脂含浸連続強化繊維に接合す
るとともに硬化成形しつつ、引き取りを行う。

【００３５】また、以上のサイクルで得られた補強部材
一体化樹脂成形体のうち、金型に挟持されずに未硬化の
まま残った部分を、高周波加熱領域(210) 中を通過させ
る（図１参照）ことにより硬化させ、連続成形体とす
る。次にこの連続成形体をカッター(211) により切断し
て、一定長さの繊維強化樹脂成形体成形体(214) を得
る。

【００３６】

【作用】本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法によれ
ば、上下一対の金型を少なくとも２組用いて、それぞれ
の金型に、一連の閉合、所定距離の移動、および拡開工
程を繰り返し行わしめ、連続的に繊維強化樹脂を引き取
り、かつ、各金型の上下部材のうち少なくとも一方は、
所望形状の補強部材を嵌合し得る凹部が形成されたもの
であり、この凹部に補強部材を配置した後、金型の上下
各部材を閉合し、繊維強化樹脂と補強部材の両者を加熱
して、これら両者を接合するとともに硬化するので、従
来バッチ方式のプレスでしか得られなかった、成形体長
手方向とは異なる方向に補強部材を有する繊維強化樹脂
成形体を連続して製造することができる。

【００３７】

【実施例】

［実施例１］上記成形体製造方法により、次のように成
形体を製造した。

【００３８】熱硬化性樹脂組成物としては、無水マレイ
ン酸、プロピレングリコール、イソフタル酸の３成分共
重合体に、スチレン：ジアリルフタレート＝１：１混合
モノマー溶剤が全体の４５重量％となるように加えた不
飽和ポリエステル樹脂１００重量部に、ｔ−ブチルパー
ベンゾエート１重量部を加えたもの（以下、樹脂組成物
Ａとする）を用いた。

【００３９】強化繊維(F201)としては、４４５０tex の
ＧＦロービング２５０本、マット材(f201)としては目付
け量４５０ｇ／ｍ²、幅５００ｍｍのコンティニアスス
トランドマットを表裏最外層となるように２枚使用し
た。６０℃に保温された注入金型(205) に導かれた繊維
材料に上記樹脂組成物を、注入タンク(208) より注入孔
(204) を経て、全体ガラス含有量が４０wt％（樹脂１０
０重量部に対し強化繊維１５０重量部）程度となるよう
に供給した。また上記金型(205) の出口付近を冷却水で
冷却し、金型より引き取られる成形材料の温度が、室温
程度となるようにした。

【００４０】このように調整された繊維強化樹脂成形材
料を、図２に示す角棒状補強部材(206) が凹部に配置さ
れた賦形金型(207)(209)の上下部材(207a)(207b)および
(209a)(209b)で挾持し、２ｍ／ｍｉｎの速度で図１の右
方向に実質的に連続して引き取った。金型(207)(209)
は、各々０．５ｍ間隔で往復するようにした。この際金
型(207)(209)を１４５℃に加熱し、繊維強化樹脂成形材
料と補強部材とを接合するとともに硬化させた。また金
型(207)(209)を通過後、未硬化の部分を最終的に硬化さ
せるために、マイクロ波により加熱し未硬化部分が残ら
ないようにした。このようにして図３に示す形状の成形
体(214) を得た。

【００４１】尚、上記角棒状補強部材(206) は、先に示
した繊維強化樹脂成形材料のための樹脂組成物Ａ１００
重量部に対し、炭酸カルシウム１００重量部、フィラメ
ント径１０μｍ長さ１インチのガラス繊維３０重量部を
均一に混合したものを、１５０℃、１００Kg／cm²で５
分間圧縮成形することにより得た。

【００４２】この成形体を長手方向に１．５ｍ切り出
し、スパン間１ｍで曲げ試験を行ったところ、耐荷重は
３２ｋｇｆであった。このように成形体の強度は十分で
あった。

【００４３】［比較例１］マトリックス樹脂、強化繊維
は実施例１と同様にして、補強部材を有しない平板形状
の成形体を、実施例１と同じ方法で成形した。すなわ
ち、実施例１の金型下部材(207b)および(209b)を用いな
いで、上部材(207a)および(209a)と同形状のものを下部
材として用いた。

【００４４】この場合、成形体本体の厚みを実施例１の
ものと同じにすると、曲げ耐荷重は２３ｋｇｆであり、
強度不十分であった。実施例１と同様の強度とするため
には、厚みを１．２倍にする必要があった。

【００４５】また実施例１と同形状の成形体１．５ｍ長
を、同じ樹脂と強化繊維により、補強部材のインサート
とマッチドメタルダイによりバッチ式プレスで成形し
た。この場合、生産時間が２倍必要であり、成形体長手
方向繊維が乱れて、縦方向強度の低下したものになっ
た。

【００４６】［実施例２］熱硬化性樹脂としては、無水
マレイン酸、ネオペンチルグリコール、無水フタル酸の
３成分共重合体に、スチレンが全体の４０重量％となる
ように加えた不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に、
ｔ−ブチルパーベンゾエート１重量部を加えたもの（以
下、樹脂組成物Ｂとする）を用いた。

【００４７】強化繊維(F201)としては、４４５０tex の
ＧＦロービング３５０本、マット材(f201)としては目付
け量４５０ｇ／ｍ²、幅７１０ｍｍのコンティニアスス
トランドマットを表裏最外層となるように２枚使用し
た。６０℃に保温した注入金型(205) に上記樹脂組成物
を、注入タンク(208) から注入孔(204) を経て、全体ガ
ラス含有量が４０wt％（樹脂１００重量部に対し強化繊
維１５０重量部）程度となるように供給した。

【００４８】また、この実施例においては、図２に示す
実施例１の賦形金型を用いないで、図５に示す形状の上
部材(212a)および下部材(212b)からなる１対の賦形金型
(212) を２組用いた。補強部材(213) は、Ｕ字形状であ
る。また、補強部材(213) は、先に示した繊維強化樹脂
成形材料のための樹脂組成物Ｂ１００重量部に対し、炭
酸カルシウム１００重量部、フィラメント径１０μｍ長
さ１インチのガラス繊維３０重量部を均一に混合したも
のを、１５０℃、１００Kg／cm²で５分間圧縮成形する
ことにより得た。

【００４９】その他は、実施例１と同様にして、図６に
示す横断面Ｕ字形状の成形体(215)を得た。

【００５０】上記成形体１ｍの端部を封止して、６号硅
砂を上端部まで詰めた際の上端の拡開度は、１．８ｍｍ
であった。このように成形体の強度は十分であった。

【００５１】［比較例２］マトリックス樹脂、強化繊維
は実施例２と同様にして、補強部材を有しない横断面Ｕ
字形状の成形体を、実施例２と同じ方法で成形した。す
なわち、実施例２の凹部が形成された金型下部材(212b)
を用いないで、凹部が形成されていない以外は(212b)と
同形状のものを下部材として用いた。

【００５２】この場合、成形体本体の厚みを実施例２の
ものと同じにすると、６号硅砂を上端部まで詰めた際の
上端の拡開度は、３．１ｍｍであり強度不十分であっ
た。実施例２と同等の拡開度にするためには、厚みを２
倍にする必要があった。

【００５３】また実施例２と同形状の成形体１．５ｍ長
を、同じ樹脂と強化繊維により、補強部材のインサート
とマッチドメタルダイによりバッチ式プレスで成形し
た。この場合、生産時間が２倍必要であり、成形体長手
方向繊維が乱れて、縦方向強度の低下したものになっ
た。

【００５４】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法
によれば、従来バッチ方式のプレスでしか得られなかっ
た、成形体長手方向とは異なる方向に補強部材を有する
繊維強化樹脂成形体を連続して製造することができ、強
度剛性に優れ、かつ軽量である成形体を連続して生産性
良く得ることができる。

【００５５】本発明の製造方法により得られる成形体
は、例えば、セメント材料に替わるＵ字溝や、スラブ屋
根材等に有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に用いる装置例の概略を示す
図である。

【図２】上下１対の金型、および補強部材の例を示す斜
視図である。

【図３】図２の金型を用いて成形された成形体の斜視図
である。

【図４】２組の金型の逐次閉合移動拡開の様子を示す図
である。

【図５】上下１対の金型、および補強部材の変形例を示
す斜視図である。

【図６】図５の金型を用いて成形された成形体の斜視図
である。

【符号の説明】

(201) ：強化繊維束のためのロービングスタンド (202) ：コンティニアスストリンドマットを巻戻すため
の巻戻しロール (F201)：連続強化繊維束 (f201)：連続強化繊維マット (203) ：ガイド (206) ：補強部材 (207)(209)：金型 (207a)(209a)：金型上部材 (207b)(209b)：金型下部材 (210) ：後硬化炉 (211) ：カッター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱硬化性樹脂が含浸された連続繊維を、
上下で一対と成された金型の上下各部材の閉合により挟
持し加熱硬化しつつ、引取り方向への所定距離の移動
後、金型の上下各部材を拡開させる方法によって、成形
体長手方向とは異なる方向に補強部材を有する繊維強化
樹脂成形体を製造するにあたり、上下一対の金型を少なくとも２組用いて、それぞれの金
型に、前記一連の閉合、所定距離の移動、および拡開工
程を繰り返し行わしめ、連続的に繊維強化樹脂を引き取
り、かつ、各金型の上下部材のうち少なくとも一方は、所望形状の
補強部材を嵌合し得る凹部が形成されたものであり、こ
の凹部に補強部材を配置した後、金型の上下各部材を閉
合し、繊維強化樹脂と補強部材の両者を加熱して、これ
ら両者を接合するとともに硬化することを特徴とする、
繊維強化樹脂成形体の製造方法。