JPH07195539A

JPH07195539A - マンドレル

Info

Publication number: JPH07195539A
Application number: JP5349222A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sato; 康彦佐藤; Masaya Hattori; 雅彌服部; Hiroshi Ikezawa; 広池澤
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】ＦＲＰ成形体用の帯状の繊維強化材積層体を
連続的に多角形状に成形する成形装置、即ち多角筒状の
ＦＲＰ成形体を連続的に成形するための長尺マンドレル
を提供する。【構成】マンドレルは、その長手方向の一方側に断面
外形が円形の導入部１２と、他方側に断面外形が四角形
の成形部１４と、その中間部に断面外形が徐々に円形か
ら四角形に移行する移行部１６とから構成されている。
導入部末端から移行部末端にかけて、フープワインディ
ングした積層体をマンドレルに密着させる。又、気泡を
追出す効果がある。積層体に万一しわができても、しわ
を伸ばす。成形部末端から金型内で成形体になると金型
の最後部近辺で成形体は僅かに収縮する。収縮した成形
体をスムーズに移動させるため、マンドレル成形部は始
端部より末端部にかけてやや細くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多角筒状のＦＲＰ成形
体を引抜き成形法によって連続的に成形するための長尺
マンドレルに関し、更に詳細にはそれぞれ樹脂組成物
（マトリックス、以下マトリックスと記す）を含浸させ
たガラスマットとロービング列からなる帯状の強化材積
層体を所望の多角筒状に連続的かつ円滑に成形できるマ
ンドレルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＦＲＰ成形体の連続引き抜き成形
法は、図８に示すような装置を使用して実施されてい
る。図８に示すように、従来のＦＲＰ成形体の連続引抜
き成形法では、強化材としてロービングを使用してお
り、ロービング・クリルＡからロービングを引き出し、
マトリックス含浸槽Ｃ内を走行させてマトリックスを含
浸させ、次いで形造り（賦形）するフォーミングガイド
Ｆを通し、更にロービング構造体を硬化型（金型）Ｇに
引き込んで硬化させる。硬化した成形体Ｈを引抜き装置
Ｉにより硬化型Ｇから引き出し、カッターＪで切断す
る。

【０００３】しかし、従来の連続引き抜き成形方法には
次のような問題点があった。まず、第１の問題として
は、従来の連続引き抜き成形方法より成形した成形体の
強度的な問題である。従来の連続引き抜き成形方法によ
る成形体は、表２に示すようにハンドレイアップ法又は
ＦＷ法により成形された成形体に比べて、機械的強度が
低いことであった。即ち、ロービングで強化されている
長手方向の引張強さ及び０°方向圧縮強さは、ほぼ同じ
程度の大きさであるが、９０°圧縮強さが低く、また、
成形体内部にクラックが発生している例が多いことであ
った。このため、従来の方法により成形した成形体は、
等方的に強度を必要とする構造用部材としては、不適当
であった。

【表２】

【０００４】第２の問題としては、従来の連続引き抜き
成形装置では長手方向断面の差し渡しで２０cm以上の大
型のチューブは成形することが技術的に困難であった。

【０００５】そこで、ガラスマットとロービング列とを
積層して等方向的に強度の高い積層体を強化材として使
用しようとする試みが研究されていて、例えばガラスマ
ットとロービング列とを積層した帯状の積層体を多角筒
状のＦＲＰ成形体に連続的に成形する成形装置が要望さ
れている。

【０００６】多角筒状のＦＲＰ形成体を連続的に引抜き
形成する方法として、特開昭６４−７５２２５号公報
は、繊維強化複合引抜成形品を製造するに当たり、繊維
強化材にマトリックスを含浸させた後、含浸ローラーに
より繊維強化材をマンドレル周囲に巻付け引抜き成形す
る方法を開示しているが、その成形型として円形導入部
と非円形の成形部からなる形状のマンドレルを使用して
おり、そのマンドレルの円形導入部の周長と非円形成形
部の周長とは同じであるとしている（同公報第５頁下右
欄第７行〜第６頁下左欄第５行）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の現状に鑑み、本
発明は、ＦＲＰ成形体用の帯状の繊維強化材積層体を連
続的に多角筒状に成形する成形型、即ち多角筒状のＦＲ
Ｐ成形体を連続的かつ効果的に成形するための長尺マン
ドレルを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るマンドレルは、多角筒状のＦＲＰ成形
体を引抜き成形法によって連続的に成形するためのマン
ドレルであって、その長手方向の一方側に設けられた断
面外形が円形の導入部と、他方側に設けられた断面外形
が多角形の成形部と、及び導入部と成形部との間に設け
られ、かつ断面外形が導入部の円形から成形部の多角形
に徐々に移行する移行部とからなり、前記成形部の中間
部は成形用金型に挿入され、その形状はＦＲＰ成形体の
内側形状に合致し、その周長はＦＲＰ成形体の内側周長
に等しく、かつ成形部の周長が、導入部の周長より長い
ことを特徴としている。

【０００９】好適には、後述するように、フープワンダ
ーによるロービングの巻き付けをより効果的にするた
め、マンドレル成形部の周長を導入部の周長よりも７〜
１２％長くする。それによって、導入部に巻き付けられ
たロービングが成形部で周方向に若干引張られ、その下
の繊維強化材積層体を成形部に密着させると共に、繊維
強化材積層体中に存在する気泡を追い出すことができ
る。

【００１０】本発明の望ましい実施態様では、導入部の
末端の周長は導入部で最も長く、移行部の末端の周長は
導入部の末端の周長より長く、成形部の末端の周長は成
形部の始端より短いことを特徴としている。更に、詳し
くは、導入部末端の周長が導入部の他の部分より１〜３
％長く、移行部の末端の周長が導入部の末端の周長より
６〜９％長く、成形部の末端の周長が成形部の始端の周
長より０．５〜１．５％短い。

【００１１】ここで、周長についての百分率は、〔（主
題の周長（〜の周長が）−比較の周長（〜の周長よ
り））／（比較の周長）〕×１００で表され、例えば導
入部末端の周長が導入部の他の部分より１〜３％長い言
う場合の百分率（％）は、〔（導入部末端の周長−導入
部の他の部分の周長）／（導入部の他の部分の周長）〕
×１００で表される。

【００１２】本明細書では、マンドレルとは、連続引き
抜き成形において帯状の繊維強化材積層体を縦沿えに密
着させて所望の多角形筒状体に成形する型を言う。マン
ドレルは、片持ち梁式により水平に導入部側で支持さ
れ、マンドレルの成形部は、通常、成形金型の中空部に
挿入される。金型の内面と成形部の外面とは、熱を与え
てマトリックスを硬化させつつ、協働してＦＲＰ成形体
を所望の多角筒状に成形する。

【００１３】本発明において、導入部の末端の周長を導
入部の他の部分より１〜３％大きくした理由は、導入部
に巻きついた強化材積層体のしわを伸ばす為である。１
％以下では、その効果がなく、しわを伸ばすことが出来
ない。また３％以上大きいと、引抜き抵抗が増大するか
らである。移行部の末端の周長を導入部の末端の周長よ
り６〜９％大きくした理由は、導入部でフープワインダ
ーを用いて巻きつけたロービングを成形部で周方向に若
干引っ張り、ロービングの撓みを取ると共に、その下に
ある繊維強化材積層体を成形部に密着させて、硬化時の
ボイド発生などを防ぐためである。９％よりも大きい
と、フープワインダーで巻きつけたロービングの周方向
の引張力が大きくなり、引抜き力が著しく増大するか、
或いは成形不能となるからである。また、６％以下で
は、その効果が乏しいからである。成形部の末端の周長
を成形部の始端より０．５〜１．５％小さくした理由
は、形成体が硬化時に若干収縮するためである。１．５
％よりも大きいと、形成品の設計寸法が得られ難くなる
からである。

【００１４】本発明のマンドレルは、いかなる積層構造
の繊維強化材積層体にも適用でき、またＦＲＰ成形体の
筒状の断面外形の形状のいかんを問わず適用できる。即
ち、三角形を含むいかなる形状の多角形にも適用でき
る。

【００１５】積層体の一例として、ロービング、ガラス
マットロービングクロスを使用できるが、ロービングと
は、ガラス繊維を集束したストランドを任意の番手にな
るように引き揃えたものや、ガラス繊維を直接引き揃え
たものであって、ＦＲＰ成形体の長手方向の引張強さを
増すために使用される強化材である。好ましいロービン
グは、１本当たり、ガラス繊維の本数が２０００〜４０
００本、その重量が２０００〜５０００g/kmである。
尚、本明細書で言うロービング列とは、複数本のロービ
ングを並列に引き揃えたものを言う。

【００１６】好ましいガラスマットとしては、ロービン
グ等の線状のガラス繊維強化材に対比する平面的に広が
りのある帯状のガラス繊維製強化材、例えばチョップド
ストランドマット、コンティニアストランドスマット、
ロービングクロス等を使用できる。例えば、チョップド
ストランドマットは、所定の長さに切断したストランド
をランダム方向に分散させて均一な厚みに積層し、結合
材によりマット状に成形したものである。チョップドス
トランドマットは、主にＦＲＰ成形体の９０°方向圧縮
強度及び面圧強さの向上に寄与する。チョップドストラ
ンドマットとしては、重量が３００〜７００g/m²、特に
６００〜７００g/m²のものが好適にＦＲＰ成形体の強化
材として使用される。好ましいロービングクロスは、所
定の繊維径、番手のロービングを織った平織りクロスで
ある。ロービングクロスは、主にＦＲＰ成形体の圧縮強
度及び面圧強さの向上に寄与する。ロービングクロスと
しては、重量が４００〜８００g/m²、特に６００〜８０
０g/m²のものが好適にＦＲＰ成形体の強化材として使用
される。

【００１７】ロービング及びガラスマットに含浸させる
マトリックスとは、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン
樹脂等の熱硬化性樹脂から選ばれる任意のＦＲＰ成形用
樹脂に充填剤、硬化剤、離型剤、低収縮剤、粘度低減
剤、脱泡剤等の副資材を適宜加えたものである。

【００１８】

【作用】本発明では、マトリックスを含浸させた帯状の
繊維強化材積層体を先ずマンドレルの導入部に縦沿えに
巻きつけてロービング列のロービング配列ピッチを維持
しつつ円筒状に成形し、次いでマンドレルの長手方向に
引っ張ってマンドレルの形状、特に移行部の形状に合わ
せて徐々に円筒状から多角筒状に変形させ、最終的に成
形部で所望の多角筒状の形状に成形する。

【００１９】本発明において、導入部と、移行部と、成
形部とからマンドレルを構成すること及び成形部周長を
導入部周長より長くした理由は以下による。第１には、
導入部周長と形成部周長とが同じの場合には、ロービン
グ列のロービング配列が維持できず、繊維強化材積層体
の構成が崩れるからである。第２には、繊維強化材積層
体をマンドレルに縦沿えに巻きつけて筒状にしたその上
から、引抜き方向とほぼ直角方向（円周方向）となるよ
うにロービングを巻きつけて繊維強化材積層体がばらけ
るのを防止すると共に、繊維強化材積層体を金型に挿入
しやすくするためにフープワインディングを行うが、こ
の際最初から成形部に繊維強化材積層体を巻きつけ、そ
こにフープワインディングを施すと、周長が等しい場合
は、角が締めつけられて、その部分の厚さが薄くなるば
かりでなく、引抜き力が著しく大きくなることである。

【００２０】ここで、フープワンダーによるロービング
の巻き付けをより効果的にするため、マンドレル導入部
末端から移行部にかけての周長を導入部の周長よりも３
〜８％長くする。それによって、導入部に巻き付けられ
たロービングが成形部で周方向に若干引張られ、その下
の繊維強化材積層体を成形部に密着させると共に、繊維
強化材積層体中に存在する気泡を追い出すことができ
る。従って、この場合、移行部は導入部から成形部に向
かって、導入部の円形断面から成形部の断面形状に変化
すると共に、断面の周長が若干大きくなる。

【００２１】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１はマンドレルの側面
図、図２は図１の矢視Ｉ−Ｉ′断面図、図３は矢視II−
II′の断面図、図４及び図５は矢視III −III ′の断面
図、図６はＦＲＰ成形体の横断面図、図７はマンドレル
の使用方法を説明する側面図である。

【００２２】本実施例のマンドレル１０は、図１に示す
ように、ＦＲＰ成形体を成形するための長尺の成形型で
あって、その一方側に設けられた横断面外形が円形であ
る導入部１２と、他方側に設けられた断面外形が四辺形
の成形部１４と、導入部１２と成形部１４との間に設け
られた断面外形が円形から四辺形に徐々に移行する移行
部１６とから構成されている。マンドレル１０は、図７
に示すように、導入部１２の端部で片持ち梁式に支持体
１８により水平に支持される。そのため、マンドレル１
０は、重量を軽くするために筒状に形成されていて、中
央が中空部になっている。表面は、平滑な面になるよう
に機械加工された後、メッキ仕上げされている。これに
より、樹脂を含浸した帯状の繊維強化材積層体が表面に
沿って滑らかに移動し成形されることができる。

【００２３】導入部１２は、図２に示すように、円筒形
の形状に形成されている。導入部１２の一方の端部は、
図７に示す支持体１８に連結される。成形部１４は、図
３に示すように、ＦＲＰ成形体の内側形状に合致する形
状を表面２０に備えた四角筒状に形成されている。成形
部１４の内面には、マトリックスを硬化させるための熱
を供給する発熱体２２が装着されている。また、本実施
例では、成形部１４を形成する４個の壁のうち少なくと
も１個の壁は、分離可能であるように、板状部材で形成
され、埋め込みボルト（図示せず）により組み立てられ
ている。

【００２４】図１に示す移行部１６は、導入部１２との
境界２４から成形部１４との境界２６までの部分で、そ
の断面形状は、実験或いは実績データにより円形から所
望の四辺形に最も移行し易い形状を設定する。本実施例
では、その断面外形は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及
び（ｄ）と図５（ｅ）及び（ｆ）に示すように連続的に
断面外形が円形から四辺形に徐々に移行する。図４及び
図５は、図１の矢視III −III ′近傍の断面図で、境界
２４から境界２６までの長さを８等分し、その等分線で
の断面外形の四半分を境界２４から境界２６に向かって
順次示したものである。

【００２５】本実施例のマンドレル１０の導入部１２、
移行部１６及び成形部１４の長さは、それぞれ２，３０
０mm、約４００mm及び１，２００mmである。その周長
は、表１に示す通りである。

【表１】表１において、Ａは導入部１２の始端、Ｂは導入部の中
間部、Ｃは導入部１２と移行部１６との境界２４、Ｄは
移行部１６と成形部１４との境界、Ｅは成形部１４の中
間部、及びＦは成形部１４の末端を示す。また、Ｌ₁及
びＬ₂は、それぞれ成形部１４の断面での高さ及び幅で
ある。

【００２６】以下に、マンドレル１０の使用方法を簡単
に説明する。図７に示すように、マンドレル１０の導入
部１２側で片持ち梁式で支持体１８によりマンドレル１
０を水平に支持し、成形部１４を金型Ｂの中空部に挿入
する。成形部１４と金型Ｂは、協働して成形部１４の外
面と金型Ｂの内面の間に、図６に示す所望のＦＲＰ成形
体Ａの断面と同じ形状、寸法の空間Ｃを形成する。

【００２７】マトリックスを含浸させた帯状の繊維強化
材積層体（図示せず）をガイド（図示せず）を介してマ
ンドレル１０の導入部１２に導入する。導入部１２の形
状に合わせて縦沿えに巻回し、円筒形に成形しつつマン
ドレル１０に沿って引抜き方向（長手方向）（図７では
矢印Ｘで表示）に引張り、移行部１６に沿って円筒形か
ら四角筒に変形しつつ成形部１４と金型Ｂとの間の空間
Ｃ中に通す。ここで、繊維強化材積層体を硬化させてＦ
ＲＰ成形体とする。

【００２８】本実施例では、成形部１４の周長は、表１
に示すように、導入部１２の周長の１．０８倍である。
よって、導入部１２で繊維強化材積層体に巻き付けられ
たフープ・ロービングが成形部１４に至るまでに周方向
に若干引張られるので、その下の繊維強化材積層体が成
形部１４に密着して正確に成形されると共に、繊維強化
材積層体中に存在する気泡が追い出される。また、成形
部１４の末端周長は、成形部１４の中間部の周長より短
いので、成形された成形体を容易にマンドレル１０から
引抜くことができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によるマンドレルは、成形部の周
長が導入部の周長より３〜８％長くなっている為に、ロ
ービング及びマット等の繊維強化材を用いて多積層にし
た場合に、導入部で繊維強化材積層体に巻き付けられた
フープ・ロービングが成形部で周方向に若干引張られる
ので、その下の繊維強化材積層体が成形部に密着して正
確に成形されると共に、繊維強化材積層体中に存在する
気泡が追い出される。また、繊維強化材積層体中のしわ
を除くことが出来る。又、成形部においても先端部より
末端部が周長において０．５％〜１．５％短くなってい
るために、金型内最後部近辺で硬化収縮させた成形体を
引き抜き易く、また同時に所望の目標規格サイズの成形
品を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルの側面図である。

【図２】図１の矢視Ｉ−Ｉ′断面図である。

【図３】図１の矢視II−II′の断面図である。

【図４】図４（ａ）から（ｄ）は、それぞれ図１の矢視
III −III ′の近傍の断面図である。

【図５】図５（ｅ）から（ｇ）は、図４に引き続く、図
１の矢視III −III ′の近傍の断面図である。

【図６】図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＦ
ＲＰ成形体の例の横断面図である。

【図７】マンドレルの使用方法を説明する側面図であ
る。

【符号の説明】

１０マンドレル１２導入部１４成形部１６移行部１８支持体２０成形部の表面２２発熱体２４、２６境界

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【手続補正書】

【提出日】平成６年２月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルの側面図である。

【図２】図１の矢視Ｉ−Ｉ′断面図である。

【図３】図１の矢視ＩＩ−ＩＩ′の断面図である。

【図４】図４（ａ）から（ｄ）は、それぞれ図１の矢視
ＩＩＩ−ＩＩＩ′の近傍の断面図である。

【図５】図５（ｅ）から（ｇ）は、図４に引き続く、図
１の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ′の近傍の断面図である。

【図７】マンドレルの使用方法を説明する側面図であ
る。

【図８】従来のＦＲＰ成形体の連続引抜き成形装置の例
を示すフローシートである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】追加

【補正内容】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多角筒状のＦＲＰ成形体を引抜き成形法
によって連続的に成形するためのマンドレルにおいて、その長手方向の一方側に設けられた断面外形が円形の導
入部と、他方側に設けられた断面外形が多角形の成形部
と、及び導入部と成形部との間に設けられ、かつ断面外
形が導入部の円形から成形部の多角形に徐々に移行する
移行部とからなるマンドレルであって、前記成形部の中間部は成形用金型に挿入され、その形状
はＦＲＰ成形体の内側形状に合致し、その周長はＦＲＰ
成形体内側の周長に等しく、かつ成形部の周長が、導入
部の周長より長いことを特徴とするマンドレル。
【請求項２】前記導入部の末端の周長が、導入部で最
も長く、前記移行部の末端の周長が導入部の末端の周長
より長く、前記成形部の末端の周長が成形部の始端より
短いことを特徴とする請求項１に記載のマンドレル。
【請求項３】前記導入部末端の周長が導入部の他の部
分より１〜３％長く、移行部の末端の周長が導入部の末
端の周長より６〜９％長く、成形部の末端の周長が成形
部の始端の周長より０．５〜１．５％短いことを特徴と
する請求項２に記載のマンドレル。