JPH07205316A

JPH07205316A - Ｆｒｐ製管状体の製造装置および製造方法

Info

Publication number: JPH07205316A
Application number: JP6014102A
Authority: JP
Inventors: Yukitane Kimoto; 幸胤木本; Yasuyuki Toyoda; 靖之豊田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1994-01-13
Publication date: 1995-08-08
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JP3216855B2

Abstract

(57)【要約】【目的】樹脂含浸強化繊維束を適切に絞ることによ
り、繊維含有率が高く高い機械的特性を有し、かつボイ
ドがなく均一な特性のＦＲＰ製管状体を得る。【構成】樹脂含浸バス９からの樹脂含浸強化繊維束１
２をマンドレル１９上に巻き取るに際し、樹脂含浸バス
９とマンドレル１９との間に、それぞれ樹脂含浸強化繊
維束１２の走行方向と交差する方向に延び、かつ、互い
に交差する方向に延びる少なくとも２個の樹脂絞り手段
２２ａ、２２ｂを設けたＦＲＰ製管状体の製造装置およ
び製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＦＲＰ（繊維強化プ
ラスチック）製管状体の製造装置および製造方法に関
し、とくに、フィラメントワインディング成形法による
ＦＲＰ製管状体の製造装置および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂含浸バスで強化繊維束に樹脂を含浸
し、樹脂含浸強化繊維束を回転中のマンドレルに所定の
角度で巻きつけていく、いわゆるフィラメントワインデ
ィング成形法と呼ばれるＦＲＰ製管状体の製造方法が知
られている。この成形法においては、通常、樹脂含浸バ
スとマンドレルとの間には、樹脂含浸強化繊維束を案内
するために、複数の水平方向に延びるガイドローラが設
けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マンドレル上で成形さ
れるＦＲＰ製管状体に高い機械的特性を発揮させるため
には、強化繊維の体積含有率を極力上げることが好まし
い。また、成形されたＦＲＰ製管状体が全体にわたって
所定の物性を均一に発揮するためには、マンドレル上に
巻きつけられる樹脂含浸強化繊維束に、ボイド等を生じ
ることなく、樹脂が均一に含浸されていることが望まれ
る。

【０００４】ところが前述のような従来の製造方法にお
いては、樹脂含浸バスからの樹脂含浸強化繊維束は、単
に複数水平方向に延びるガイドローラによって案内され
るだけであるので、この部分で強化繊維の体積含有率や
樹脂の含浸状態を向上させることは困難である。したが
って、強化繊維の体積含有率は実質的に樹脂含浸バスの
性能によって左右され、それ以上に体積含有率を高める
ことが難しく、品質上の限界を生じることとなってい
た。また、樹脂含浸強化繊維束にボイド等が生じていた
場合には、それを十分に改善することが難しいので、ボ
イド等を含んだまま樹脂含浸強化繊維束がマンドレルに
巻きつけられていくおそれがあった。

【０００５】この発明の目的は、上記のような従来のフ
ィラメントワインディング成形法における問題点を解決
し、樹脂含浸強化繊維束の樹脂を適切に絞ることによ
り、ボイド等の含有を防止するとともに強化繊維の体積
含有率を大幅に高め、より高い機械的特性、より均一な
物性を有するＦＲＰ製管状体を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のＦＲＰ製管状体の製造装置は、樹脂含浸
バスからの樹脂含浸強化繊維束をマンドレル上に巻き取
ってＦＲＰ製管状体を製造する装置において、樹脂含浸
バスとマンドレルとの間に、樹脂含浸強化繊維束の走行
方向と交差する方向に延び、かつ、互いに交差する方向
に延びる少なくとも２個の樹脂絞り手段を設けたことを
特徴とするものから成る。

【０００７】上記樹脂絞り手段は、たとえば、樹脂含浸
強化繊維束を案内するロールと、その樹脂含浸強化繊維
束を挟んでロール上に押圧されるパッドとからなる。こ
のロールは、固定バーあるいは回転しないガイドとして
もよい。

【０００８】また、上記少なくとも２個の樹脂絞り手段
は互いに交差する方向に延びているのであるが、水平方
向に延びる樹脂絞り手段と、該樹脂絞り手段に隣接して
鉛直方向に延びる樹脂絞り手段とを含んでいることが好
ましい。

【０００９】また、本発明に係るＦＲＰ製管状体の製造
方法は、樹脂含浸バスからの樹脂含浸強化繊維束を、樹
脂含浸強化繊維束の走行方向と交差する方向に延び、か
つ、互いに交差する方向に延びる少なくとも２個の樹脂
絞り手段に通して該樹脂含浸強化繊維束の樹脂を絞った
後マンドレル上に巻き取ることを特徴とする方法からな
る。

【００１０】

【作用】このようなＦＲＰ製管状体の製造装置および製
造方法においては、少なくとも２個配設される樹脂絞り
手段はそれぞれ樹脂含浸強化繊維束の走行方向と交差す
る方向に延びており、各樹脂絞り手段にて、樹脂含浸強
化繊維束の樹脂が絞られる。そして、各樹脂絞り手段
は、互いに交差する方向に、たとえば一の樹脂絞り手段
が水平方向に、他の樹脂絞り手段が鉛直方向に、延びて
いるので、一の樹脂絞り手段によってある方向に樹脂が
絞られた樹脂含浸強化繊維束は、続いて別の樹脂絞り手
段によって、上記方向とは異なる方向、たとえば上記方
向と直角の方向に樹脂が絞られる。したがって、極めて
効果的かつ効率よく樹脂が絞られ、樹脂含浸強化繊維束
内にたとえボイドが発生していた場合にも、そのボイド
は確実に外部に押し出される。また、樹脂が効果的に絞
り取られることにより、強化繊維の体積含有率は大幅に
向上される。

【００１１】

【実施例】以下に、この発明のＦＲＰ製管状体の製造装
置および製造方法の望ましい実施例を、図面を参照して
説明する。図１および図２は、この発明の一実施例に係
るＦＲＰ製管状体の製造装置を示している。図１におい
て、１は、強化繊維糸（例えば炭素繊維糸）を巻いたボ
ビン２を多数設置したクリールスタンドを示している。
クリールスタンド１の各ボビン２から繰り出された強化
繊維糸３は、所定本数引き揃えられて強化繊維束４とさ
れ、セパレートロール５へと送られる。強化繊維として
は、炭素繊維に限らず、たとえばガラス繊維、アラミド
繊維等を使用することが可能であり、これらを併用する
ことも可能である。

【００１２】セパレートロール５は、本実施例では、実
質的に水平方向に延びる一対のフリー回転ロール６ａ、
６ｂと、その下流側の、実質的に上下方向に延びる一対
のフリー回転ロール７ａ、７ｂと、からなっている。こ
のセパレートロール５により、概ね所定断面形状に引き
揃えられた強化繊維束４は、フリー回転ローラからなる
ガイドロール８を介して樹脂含浸バス９へと導入され
る。

【００１３】樹脂含浸バス９内には、ＦＲＰ製管状体の
マトリクス樹脂となる、未硬化の樹脂１０が収容されて
いる。マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用するが、他
の樹脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネード、ポ
リエーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。

【００１４】樹脂含浸バス９内には、本実施例では、回
転駆動される、あるいは、フリー回転の、ローラ１１
ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられている。強化繊維束４
は、これら回転ローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ上を順次
案内され、バス９内で強化繊維束４に樹脂１０が含浸さ
れる。

【００１５】樹脂１０が含浸された強化繊維束、つまり
樹脂含浸強化繊維束１２は、ガイド手段により、フィー
ドローラ１４へと案内される。ガイド手段は、本実施例
では３本のガイドローラ１３ａ、１３ｂ、１３ｃからな
っており、樹脂含浸強化繊維束１２は、これらガイドロ
ーラ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ上を順に案内される。ガイ
ドローラ１３ｃは固定ガイドに構成してもよい。

【００１６】本実施例では、このガイドローラ１３ａ、
１３ｂを用いて、樹脂含浸バス９とマンドレル１９との
間に２個の樹脂絞り手段２２ａ、２２ｂが構成されてい
る。すなわち、樹脂絞り手段２２ａ、２２ｂは、ガイド
ローラ１３ａ、１３ｂ（フリー回転ロール、回転駆動ロ
ールのいずれでもよい）と、その上にそれぞれ設けられ
たパッド１５ａ、１５ｂとから構成されている。パッド
１５ａ、１５ｂは、ゴムやエラストマー等の弾性体から
なっており、樹脂含浸強化繊維束１２を挟んで各ガイド
ローラ１３ａ、１３ｂ上に押圧されている。このガイド
ローラ１３ａとパット１５ａで１組の樹脂絞り手段２２
ａが構成され、ガイドローラ１３ｂとパッド１５ｂで他
の樹脂絞り手段２２ｂが構成されている。ガイドローラ
１３ａとパッド１５ａは同一方向に延びており、ガイド
ローラ１３ｂとパッド１５ｂも同一方向に延びている。

【００１７】樹脂絞り手段２２ａと樹脂絞り手段２２ｂ
は、それぞれ樹脂含浸強化繊維束１２の走行方向と交差
する方向に延び、かつ互いに交差する方向、本実施例で
は実質的に互いに直交する方向に延びている。また本実
施例では、樹脂絞り手段２２ａは水平方向に延びてお
り、樹脂絞り手段２２ｂは鉛直方向に延びている。

【００１８】なお、上記実施例においては、樹脂絞り手
段２２ａ、２２ｂをガイドローラ１３ａ、１３ｂを用い
て構成したが、このロールに代えて、回転しない固定ガ
イド、あるいは固定バーとしてもよい。すなわち、固定
バー（あるいは固定ガイド）上に上記押圧用パッド１５
ａ、１５ｂを設け、その間に樹脂含浸強化繊維束１２を
通すようにしてもよい。樹脂絞り手段の配設姿勢は上記
実施例に準じればよい。

【００１９】また、上記実施例においては、樹脂絞り手
段を２個の樹脂絞り手段２２ａ、２２ｂから構成した
が、３個以上であってもよい。例えば、ガイドローラ１
３ｃの位置において同様の樹脂絞り手段を構成してもよ
い。

【００２０】さらには、本発明に関わる２段以上の樹脂
絞り手段の内、最もマンドレルに近いものを、垂直方向
に延びるように配置し、これに合わせ、ガイド１３ｃお
よびフィードローラ１４の標準位置を垂直方向にするこ
とも効果的である。

【００２１】マンドレル１９の回転速度とキャリッジス
タンド１７の移動速度の組合わせで、樹脂含浸された強
化繊維束をマンドレル１９へ巻付ける角度が決まる。そ
の角度と巻付け方向に合せて、フィードローラ１４は、
シリンダ１８によって傾きを与えられ、これによって、
糸ズレなどを起こさずに効率良く強化繊維を巻き付ける
ことができるようになる。このフィードローラ１４の傾
きは、フィードローラ１４の中心軸が鉛直方向と成す角
度を、巻付け角度と一致させておくのがよい。したがっ
て、巻付け角度が大きいほどフィードローラは水平に近
くなり、逆に、巻付け角度が小さいほどフィードローラ
は鉛直に近くなる。とくに、幾何学的な理由から、巻付
け角度が小さい方が、マンドレルへの巻付け制御が難し
いので、フィードロールなどの標準状態を、巻付け角度
が小さい場合に合わせておくのが効率的である。

【００２２】そこで、最もマンドレルに近い樹脂絞り手
段を、垂直方向に延びるように配置し、さらに、ガイド
１３およびフィードローラ１４の標準位置を垂直方向に
する。このようなガイドなどの構成にすることで、小さ
な巻付け角度（±２０°以下）で、マンドレルへ強化繊
維を巻付ける場合に、はじめから強化繊維束は垂直方向
に広がっているので、フィードローラの傾きで、僅かな
角度だけ偏向すれば済むことになる。つまり、もともと
水平方向に広がっている強化繊維束を、垂直方向近くま
で、大きな角度偏向させるよりも、はるかに容易に、そ
して安定して、マンドレルへ巻付けてゆくことができ
る。

【００２３】ガイドローラ１３ｃからの樹脂含浸強化繊
維束１２は、フィードローラ１４へと案内される。本実
施例では、フィードローラ１４は、樹脂含浸強化繊維束
１２の送り方向に配列された一対のローラ１４ａ、１４
ｂからなっている。一対のローラ１４ａ、１４ｂは、ブ
ラケット１６に回転自在に支持されており、ブラケット
１６は、キャリッジスタンド１７に回転自在に支持され
たシリンダ１８上に固定されている。樹脂含浸強化繊維
束１２は、シリンダ１８の中空部１８ａを挿通された
後、一対のフィードローラ１４ａ、１４ｂを介して、マ
ンドレル１９上へと送られるようになっている。フィー
ドローラ１４ａ、１４ｂは、シリンダ１８、キャリッジ
スタンド１７とともに、マンドレル１９の回転軸１９ａ
に沿う方向に移動されるようになっている。

【００２４】マンドレル１９は、マンドレル回転駆動手
段２０により、所定の回転速度で回転駆動される。マン
ドレル回転駆動手段２０は、たとえばモータ、あるいは
モータと減速機との組合せ等からなっている。マンドレ
ル１９上に所定の角度で所定の層数巻き付けられること
により、樹脂未硬化のＦＲＰ製管状体２１が形成され、
樹脂を硬化させることにより、ＦＲＰ製管状体２１の成
形品が得られる。

【００２５】上記のように構成された実施例装置におい
ては、クリールスタンド１から送り出されてきた強化繊
維糸１が、複数本引き揃えられて強化繊維束４が形成さ
れる。強化繊維束４は、セパレートロール５を通過した
後、ガイドロール８を介して樹脂含浸バス９内に導入さ
れる。樹脂含浸バス９内にて、強化繊維束４は、ローラ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ上を案内されつつ、樹脂１０が
含浸される。

【００２６】樹脂１０が含浸された強化繊維束１２は、
ガイドローラ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ上を順に案内され
る。樹脂含浸強化繊維束１２は、まず、ガイドローラ１
３ａ、パッド１５ａからなる樹脂絞り手段２２ａにより
樹脂が絞られ、つづいて、それと直角方向に、ガイドロ
ーラ１３ｂ、パッド１５ｂからなる樹脂絞り手段２２ｂ
により樹脂が絞られる。互いに直交する方向に順に押圧
されて樹脂が絞られるので、余分な樹脂が効率よく絞り
取られ、樹脂含浸強化繊維束１２における強化繊維の体
積含有率が大幅に向上される。また、樹脂含浸強化繊維
束１２内にボイドが生じている場合には、確実に押し出
される。したがって、ボイドのない、均一な樹脂含浸状
態で、しかも繊維体積含有率の極めて高い樹脂含浸強化
繊維束１２とされる。

【００２７】樹脂が絞られた樹脂含浸強化繊維束１２
は、ガイドローラ１３ｃ、さらに、シリンダ１８の中空
部１８ａを通してフィードローラ１４ａ、１４ｂへと送
られ、フィードローラ１４ｂからマンドレル１９上へと
送られ、安定した品質のＦＲＰ製管状体２１がマンドレ
ル１９上に形成される。

【００２８】なお、上記のフィラメントワインディング
成形においては、樹脂含浸強化繊維束１２をマンドレル
１９に巻き付ける際に、樹脂の温度を下げてその粘度を
上げることが好ましい。樹脂の粘度が低いと、もし依然
として巻き込みボイド（気泡）がある場合、それを押し
出しにくいが、粘度を上げて巻き付け、径方向に圧力を
加えることにより、容易にそのようなボイドが外部に排
出されるようになり、品質が向上する。

【００２９】すなわち、熱硬化性樹脂においては、未硬
化の状態では、一般に図３に示すような特性を有する。
樹脂を強化繊維束に含浸させるには、適正な粘度にする
ため温度をコントロールするが、概して低粘度に設定さ
れる。次いで成形のため樹脂を硬化させる場合には、温
度を上げて矢印Ｂで示すように粘度を高めるが、上記に
おいては、ボイド排出のため、矢印Ｃで示すように一旦
温度を下げ、粘度を上げるのである。温度を下げるに
は、マンドレルへの巻き付け直前に樹脂含浸強化繊維束
１２に冷風を吹き付ければよい。また、注水による冷却
も可能である。

【００３０】また、フィラメントワインディング成形法
においては、所定径のマンドレル１９上に樹脂含浸強化
繊維束１２を巻き付けていくので、形成されるＦＲＰ製
管状体２１は、内径律則で成形される。ＦＲＰ製管状体
２１は、現実には、外径の仕上り径が所定の径となるよ
うに要求されることが多い。これを達成するために、図
４に示すような方法が挙げられる。

【００３１】すなわち、マンドレル１９上に形成された
樹脂未硬化状態のＦＲＰ製管状体２１の外表面に、複数
のローラ３０（図示例では３本）からなる組合せローラ
を、それぞれＦＲＰ製管状体２１の表面上に径方向に押
圧しながら、ＦＲＰ製管状体２１の回転軸に沿う方向に
走行させる。このとき、マンドレル１９およびＦＲＰ製
管状体２１は矢印方向に回転しているので、ＦＲＰ製管
状体２１の周方向には、ＦＲＰ製管状体２１の外表面と
各ローラ３０の表面との間には滑りが生じる。各ローラ
３０は、自身の回転軸を含む断面でみたとき、ＦＲＰ製
管状体２１の目標成形外径（目標仕上げ径）に相当する
円弧面を有している。

【００３２】このように組合せローラ３０を押しつける
ことにより、未硬化状態のＦＲＰ製管状体２１の樹脂が
絞られ、押圧力およびＦＲＰ製管状体２１表面上の走行
回数を調整することにより、外径律則の成形が可能とな
り、正確に目標とする外径仕上げ寸法が得られるように
なる。また、ローラ３０の押圧により、たとえ巻き込み
ボイドがあったとしても排出され、成形されるＦＲＰ製
管状体２１の強度が向上し、品質が向上する。

【００３３】なお、ローラ３０の表面仕上状態は、鏡面
仕上および梨地仕上のいずれでもよいが、切断糸等がロ
ーラ表面にもっていかれにくい点で、梨地仕上がより好
ましい。

【００３４】さらに、図５に示すように、ＦＲＰ製管状
体２１の目標仕上径に相当する内径を有するリング４０
を、たとえばキャリッジスタンド１７と一体的に走行さ
せることもできる。樹脂含浸強化繊維束１２は、リング
４０に対し所定の角度を保ちながら接しつつ、マンドレ
ル１９に巻き付けられていく。樹脂含浸強化繊維束１２
は、リング４０により樹脂が絞られながら巻き付けられ
ていくとともに、空気の巻き込みが抑えられる。また、
成形されつつある未硬化のＦＲＰ製管状体２１の外径が
目標径近くになると、部分的に目標径をオーバーした部
分が生じたとしても、その部分はリング４０によって絞
られ目標径に納められるので、最終的に外径律則の成形
が可能となり、目標とする仕上げ径が正確に得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、互いに交差配置された樹脂絞り手段により、樹脂含
浸強化繊維束から効率よく樹脂を絞るようにしたので、
成形されるＦＲＰ製管状体に、ボイドのない均一な物性
および、繊維含有率が高く優れた機械的特性を付与でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＦＲＰ製管状体の製造
装置の概略構成図である。

【図２】図１の装置の樹脂絞り手段部の部分拡大斜視図
である。

【図３】未硬化状態の熱硬化性樹脂の温度と粘度との関
係図である。

【図４】マンドレル上での好ましいＦＲＰ製管状体成形
法を示す概略縦断面図である。

【図５】マンドレル上での別の好ましいＦＲＰ製管状体
成形法を示す部分概略斜視図である。

【符号の説明】

１クリールスタンド２ボビン３強化繊維糸４強化繊維束（樹脂含浸前）５、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂセパレートロール８ガイドロール９樹脂含浸バス１０樹脂１１ａ、１１ｂ、１１ｃローラ１２樹脂含浸強化繊維束１３ａ、１３ｂ、１３ｃガイドローラ１４、１４ａ、１４ｂフィードローラ１５ａ、１５ｂパッド１６ブラケット１７キャリッジスタンド１８シリンダ１８ａ中空部１９マンドレル１９ａマンドレルの回転軸２０回転駆動手段２１ＦＲＰ製管状体２２ａ、２２ｂ樹脂絞り手段３０ローラ４０リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 23:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂含浸バスからの樹脂含浸強化繊維束
をマンドレル上に巻き取ってＦＲＰ製管状体を製造する
装置において、樹脂含浸バスとマンドレルとの間に、樹
脂含浸強化繊維束の走行方向と交差する方向に延び、か
つ、互いに交差する方向に延びる少なくとも２個の樹脂
絞り手段を設けたことを特徴とする、ＦＲＰ製管状体の
製造装置。
【請求項２】前記樹脂絞り手段が、樹脂含浸強化繊維
束を案内するロールと、樹脂含浸強化繊維束を挟んでロ
ール上に押圧されるパッドとからなる、請求項１のＦＲ
Ｐ製管状体の製造装置。
【請求項３】前記樹脂絞り手段が、樹脂含浸強化繊維
束を案内する固定バーと、樹脂含浸強化繊維束を挟んで
固定バー上に押圧されるパッドとからなる、請求項１の
ＦＲＰ製管状体の製造装置。
【請求項４】前記少なくとも２個の樹脂絞り手段は、
水平方向に延びる樹脂絞り手段と、該樹脂絞り手段に隣
接して鉛直方向に延びる樹脂絞り手段とを含んでいる、
請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ製管状体の
製造装置。
【請求項５】樹脂含浸バスからの樹脂含浸強化繊維束
を、樹脂含浸強化繊維束の走行方向と交差する方向に延
び、かつ、互いに交差する方向に延びる少なくとも２個
の樹脂絞り手段に通して該樹脂含浸強化繊維束の樹脂を
絞った後マンドレル上に巻き取ることを特徴とする、Ｆ
ＲＰ製管状体の製造方法。