JPH08150665A - 複合構造材の製造方法 - Google Patents

複合構造材の製造方法

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JPH08150665A
JPH08150665A JP6297377A JP29737794A JPH08150665A JP H08150665 A JPH08150665 A JP H08150665A JP 6297377 A JP6297377 A JP 6297377A JP 29737794 A JP29737794 A JP 29737794A JP H08150665 A JPH08150665 A JP H08150665A
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JP
Japan
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resin
structural material
composite structural
fiber layer
mold
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JP6297377A
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English (en)
Inventor
Ryoji Ose
良治 小瀬
Koichi Suzuki
浩一 鈴木
Shozo Watabe
省三 渡部
Yoshiyasu Ishikawa
善康 石川
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複合構造材の製造において、巻着した繊維層
内に樹脂を短時間、且つ空洞が生じることなく、含浸さ
せたり、高密度に巻着した繊維層内に樹脂を含浸させる
ことができるようにする。 【構成】 型1内にセットされる繊維層3と型製品部8
との間にわずかな隙間14を設け、樹脂が繊維層3の全
長にわたって流動した後に加圧して樹脂層3内部に樹脂
を含浸、硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維材料と樹脂とを複
合してなる複合構造材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の複合構造材は、芯材の表
面にポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリア
ミド繊維等を用いて編組法、フィラメントワインディン
グ法、スパイラル巻法等の巻着法によって繊維層を形成
するか、あるいは上記繊維の織物あるいは編み物あるい
は不織布等のシート状形成物を裁断後巻着して繊維層を
形成した後、芯材及び繊維層を型の中にセットし、樹脂
注入口から樹脂を注入して繊維層内に含浸せしめ硬化さ
せて製造する方法が一般的に採られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法にあっ
ては、複雑な形状の成形品を得られる利点がある一方、
樹脂注入口から構造材の製品末端部まで繊維層内部を樹
脂を流動させて含浸させる方法であることから、繊維の
充填率を高めた場合は樹脂の流動抵抗が大きくなって含
浸させるのに時間がかかり、硬化速度の早い樹脂を用い
たり、型温度を高くして硬化時間を早めることができな
い欠点があり、更に繊維の含有率を高めた場合、ついに
は含浸不能になる欠点があった。また、含浸時間を短く
するためや、含浸可能にするために樹脂注入口を複数個
設ける方法が用いられる場合があるが、その場合には複
数個の樹脂注入口から流動してきた樹脂の合流部に型内
の空気が集まり複合材中に空洞ができたり、十分な強
度、外観が得られない欠点や複数個の樹脂注入口を仕上
げる工数が必要になる欠点があった。また、繊維の含有
率を高めた場合、樹脂の流動抵抗に逆らって流動、含浸
させるべく樹脂の注入圧力を高めると樹脂の注入圧力に
よって繊維が動いてしまい繊維分布が不均一になってし
まう問題点があり、さらには、樹脂の注入圧力を高くす
るために大規模な注入装置を必要とし、多額の設備費用
を必要とする等の問題点があった。
【0004】本発明は、簡単に繊維含有率の高い複合構
造材を得ることができる製造方法を提供することを目的
としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、芯材の表面にポリエステル繊維、ガラス
繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維等を用いて編組法、フ
ィラメントワインディング法、スパイラル巻法等の巻着
法によって繊維層を形成するか、又は上記繊維の織物、
編み物、不織布等のシート状形成物を裁断後巻着して繊
維層を形成したのち、前記芯材及び繊維層を型の中にセ
ットし、樹脂を含浸、硬化せしめて複合構造材を得る製
造方法において、前記型中における製品部が前記繊維層
の外形寸法より大きめの型を用いて繊維層と型との間に
隙間を設けて樹脂を含浸させるようにしたものである。
【0006】
【作用】上記のように繊維層と型との間に隙間を設けて
樹脂を含浸させることにより、樹脂は隙間を通って貫通
するため、貫通時間が短縮される。
【0007】
【実施例】以下実施例について図1及び図2を参照して
説明する。図1は試作に用いた設備概要の正面断面図、
図2は図1における中央側面断面側である。この設備の
概要について説明すると、図において、1は金型、2は
芯材、3は芯材2の表面に組巻した繊維層、4は樹脂注
入口で、注入機5で主剤と硬化剤とが混合された樹脂が
ホース6を通じて注入されるようになっている。7は金
型製品部8を減圧するための減圧ポンプで金型製品部8
に樹脂が含浸するのを助け、また、非含浸部が発生する
のを防止する役目を果たす。そして、金型製品部8の減
圧時の圧力は減圧ポンプ配管の途中にセットした圧力計
9で測定し、また、減圧ポンプ7と金型製品部8とはバ
ルブ10により遮断できるようになっている。11は金
型温度調節機で、金型の温度を金型内部にセットした熱
電対12で検知し、金型内部にセットした発熱体13に
より金型温度を所定の温度に保つ。14が、繊維層3と
金型製品部8との間に設けた隙間である。さらに15は
減圧ポンプ7の減圧口で、樹脂注入口4から注入された
樹脂は金型製品部8を流動した後減圧口15から溢れ出
る構造になっている。
【0008】次に、図1及び図2に概要を示した設備を
用いての試作結果を表1に示す。なお、試作において
は、すべての試作No.に共通の試作条件として表2に
示す条件で行った。 試作No.1(比較例) 組巻品繊維層3の繊維含有率が55体積%になるように
繊維をきつく組巻した。組巻品繊維層3の外径は14.
0φmmで、その組巻品を金型製品部8の径が14.0
φmmの金型にセットした。なお、組巻品は直径約7μ
φの細い繊維を多数束ねた繊維束を組巻しているため可
撓性があり、組巻品繊維層3の外径は厳密には測定が難
しいが金型製品部8にセットするのがきつく、隙間14
は生じない径であった。また減圧ポンプ7を使用し繊維
層3内の空気は脱気した後に樹脂を注入した。樹脂はエ
ポキシ樹脂を用い、エポキシ樹脂は温度を高くするほど
粘度が低下し含浸しやすくなることから、金型温度を1
30℃に設定して樹脂を注入したが組巻部の繊維含有率
が55体積%と非常に高いため樹脂の流動抵抗が極めて
高く、含浸時間を長く必要とし、含浸する前に増粘、硬
化してしまい含浸不可であった。 試作No.2(比較例) 試作No.1の結果から、含浸時間が長くても増粘、硬
化しないように金型温度を110℃に下げたが、試作N
o.1同様に含浸不可であった。 試作No.3(比較例) さらに金型温度をさげて100℃にすると、40分で樹
脂貫通することができた。ここで樹脂貫通とは減圧口1
5から樹脂が流れ出すことを言い、40分かかっての樹
脂貫通後、バルブ10を閉めて繊維層3の内部に樹脂が
含浸するように10分間加圧を継続し、形状保持可能で
金型製品部8から取り出し可能な程度まで硬化した時点
で金型を開き、製品を取り出したがその硬化に要する時
間はおおよそ90分を要した。次に、取り出した製品を
切断し断面を調べたところ、繊維が密に重なりあってい
る部分に樹脂が含浸していない空洞部分があり良好な製
品は得られなかった。すなわち、試作No.3では賦形
するのに、樹脂貫通所要時間40分、加圧時間10分、
硬化所要時間90分の合計140分の長時間を要し、且
つ良好な製品が得られず生産に値するものではなかっ
た。 試作No.4(実施例) そこで、図1及び図2に示す金型製品部8の径を14.
4φmmに大きくして、繊維層3の外径との間に0.2
mmの隙間14を設けるようにし、金型温度130℃で
含浸させたところ、樹脂は隙間14を通って貫通するた
めわずか1分で貫通することができた。樹脂貫通後、バ
ルブ10を閉めて5分間加圧した。この加圧する目的は
樹脂貫通のみであると樹脂は隙間14のみを流動し、繊
維層3内部への含浸が不十分であるために繊維層3内部
への含浸を十分に行なわせるためのものである。この実
施例では、金型温度を130℃にしてあるため樹脂粘度
が低く含浸しやすいことから加圧時間を5分にした。ま
た金型温度を130℃にしてあるため樹脂の硬化が早く
10分で取り出し可能であった。取り出した製品を切断
し断面を調べたところ、繊維が密に重なりあっている部
分にも十分含浸しており空洞部分はみられず良好な製品
であった。すなわち、試作No.4では、賦形するのに
樹脂貫通所要時間1分、加圧時間5分、硬化所要時間1
0分の合計16分で賦形可能で、且つ良好な製品が得ら
れ、隙間14を設けることによって、繊維含有率が高く
良好な製品を短時間で得られることを確認することがで
きた。 試作No.5(比較例) 繊維含有率を40%に下げて試作を行なったが、金型温
度が130℃では試作No.1、2と同様に含浸不可で
あった。 試作No.6(比較例) 金型温度を100℃で成形すると空洞もなく良好に含浸
した成形品を得ることができたが、硬化所要時間は90
分と長時間を要した。試作No.3と同じ金型温度、加
圧時間で空洞がなく含浸できるのは、繊維含有率が低
く、樹脂粘度が高くても繊維層3の内部に樹脂が入り込
み易いことによると考えられる。 試作No.7,8(比較例) さらに、減圧ポンプ7による減圧の効果を確認するため
に、試作を行ったが両方の試作においても空洞が見られ
減圧の効果を確認できた。
【0009】以上の実施例で示した隙間を設ける複合構
造材の製造方法では、隙間部分は樹脂の多い樹脂リッチ
層が生じる。この樹脂リッチ層が不要な場合には樹脂リ
ッチ層を切削除去すればよい。切削はその層に繊維層が
ないために容易であり切削工具の摩耗も少なく切削可能
である。特に、ゴルフシャフトや釣竿のように繊維含有
率を高くして剛性等の強度を持たせ、かつ軽量である必
要がある製品には有効である。また、以上の実施例では
繊維状の充填材を用いた例で説明したが、形状が繊維状
に限定されないことは言うまでもなく、また、以上の実
施例ではエポキシ樹脂を用いたが、ポリエステル樹脂等
他の熱硬化性樹脂も同様な方法で用い得るのは言うまで
もない。なお、熱可塑性樹脂を用いる場合でも、金型温
度を昇温して樹脂を含浸させた後に金型を冷却して硬化
させるか、冷却した金型製品部中に樹脂を速やかに注入
する等の方法によって賦形可能である。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【発明の効果】以上、実施例で説明したように、本発明
によると、繊維含有率の高い複合構造材を短い時間で得
ることができる。また、樹脂が隙間を貫通した後に繊維
層内に含浸することから樹脂注入口が少なくて広い面積
の構造物を得ることができ、樹脂注入口の仕上げ工数を
少なくすることができる。さらに細長い構造物の途中に
樹脂注入口を設けることなく端部側から樹脂を貫通、含
浸さすことによって、構造物の途中に樹脂注入口付近に
生じる成形ひずみの無い製品を得ることができるので、
ゴルフシャフトや釣竿等細長い構造物の製造に最適であ
る。さらに、実施例では金型を用いたが樹脂の注入圧力
が低くても含浸できることから樹脂製等の型を用いるこ
とができ型費用を安価に済ますことができる。また、注
入圧力が低くても含浸できることから樹脂注入圧力によ
って繊維が動いたりすることがなく繊維分布の均一な良
好な構造物を得ることができる。また、注入圧力が低く
ても含浸できることから安価な設備費用で済ますことが
できる。さらに、表面に樹脂リッチ層が得られることか
ら、樹脂を透明あるいは半透明な材質を用いて製造した
場合、樹脂リッチ層を通して繊維層を見ることができ、
深みのある高級な外観の製品を得ることができる。ま
た、充填材に炭素繊維のように導電性の材料を用いるこ
とにより、内面では導電性を有し、表面は絶縁した製品
を得ることができ、OA機器等の電磁波シールドハウジ
ング等に有効である。さらに、表面の樹脂リッチ層を容
易に切削除去することができ、繊維含有率の高い製品を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による製造方法に用いた試作設備の正面
断面図である。
【図2】図1の中央側面断面図である。
【符号の説明】
1…金型 2…芯材 3…繊維層 4…樹脂注入口 5…注入機 6…ホース 7…減圧ポンプ 8…金型製品部 9…圧力計 10…バルブ 11…金型温度調節機 12…熱電対 13…発熱体 14…隙間 15…減圧口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 善康 茨城県下館市大字五所宮1150番地 日立化 成工業株式会社結城工場内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芯材の表面にポリエステル繊維、ガラス
    繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維等を用いて編組法、フ
    ィラメントワインディング法、スパイラル巻法等の巻着
    法によって繊維層を形成するか、又は上記繊維の織物、
    編み物、不織布等のシート状形成物を裁断後巻着して繊
    維層を形成したのち、前記芯材及び繊維層を型の中にセ
    ットし、樹脂を含浸、硬化せしめて複合構造材を得る製
    造方法において、前記型中における製品部が前記繊維層
    の外形寸法より大きめの型を用いて繊維層と型との間に
    隙間を設けて樹脂を含浸させるようにしたことを特徴と
    する複合構造材の製造方法。
  2. 【請求項2】 型中における製品部が繊維層の外形寸法
    より大きめの型を用いて繊維層と型との間に隙間を設け
    て樹脂を含浸、硬化した後、繊維層と型との間の隙間部
    分に生じる樹脂リッチ層を切削除去するものである請求
    項1記載の複合構造材の製造方法。
  3. 【請求項3】 樹脂が熱硬化性樹脂である請求項1又は
    2記載の複合構造材の製造方法。
  4. 【請求項4】 樹脂が熱可塑性樹脂である請求項1又は
    2記載の複合構造材の製造方法。
  5. 【請求項5】 樹脂を含浸、硬化した後、芯材を除去す
    るものである請求項1又は2記載の複合構造材の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 樹脂を含浸、硬化した後、芯材を除去せ
    ずに構造材の一部とするものである請求項1又は2記載
    の複合構造材の製造方法。
  7. 【請求項7】 樹脂を含浸、硬化した後の繊維層の繊維
    含有率が45体積%〜75体積%である請求項1又は2
    記載の複合構造材の製造方法。
  8. 【請求項8】 管状体をなす複合構造材である請求項1
    又は2記載の複合構造材の製造方法。
  9. 【請求項9】 ゴルフシャフト又は釣竿とした複合構造
    材である請求項2、3、4、5、6又は7記載の複合構
    造材の製造方法。
  10. 【請求項10】 ゴルフクラブのヘッドとした複合構造
    材である請求項6記載の複合構造材の製造方法。
  11. 【請求項11】 OA機器等の電磁波シールド用ハウジ
    ングとした複合構造材である請求項1記載の複合構造材
    の製造方法。
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Cited By (5)

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