JPH081801A

JPH081801A - 成形金型

Info

Publication number: JPH081801A
Application number: JP6162600A
Authority: JP
Inventors: Ichizo Hara; 市造原; Yasuo Otsuka; 康男大塚; Masaya Hattori; 雅彌服部
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-01-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ＦＲＰ成形体用の筒状の繊維強化材積層体を
引抜き法により連続的に多角筒状に成形しつつ硬化させ
る成形金型を提供する。【構成】成形金型の入口から所定距離だけ中に入った
位置で、引抜き方向に直交する方向に延在する溝２４が
壁面の全周に沿って環状に設けられ、その溝底から成形
金型壁を貫通する貫通孔２６Ａ、Ｂが設けられている。
溝から成形金型の入口までの中空部壁面は、中空部横断
寸法が外方に拡大するようなテーパ面に形成されてい
る。中空部の長手方向に延在する角部を形成する壁面
は、該角部領域以外の壁面より僅かに内方に段状に隆起
している。成形金型の中空部を形成する壁面が、ＦＲＰ
成形体の隣合う長手方向に延在する角部に外接する位置
間で外方に膨れているように賦形されている。

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り連続的に成形する際に使用する
成形金型に関し、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略記する）を含浸させ
たガラスマットとロービング列からなる筒状の繊維強化
材積層体をマンドレルと協働して所望の多角筒状に連続
的に成形する際に使用する成形金型に関するものであ
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６に示すような装置を使用して実施されてい
る。図６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１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、ボイド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１】

【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以上で、
しかも９０°方向の圧縮強度が高く、９０°方向と０°
方向の圧縮強度の差が小さい大型のチューブを成形する
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、この試みに使用
できる成形金型、具体的には、マトリックスをそれぞれ
含浸させたガラスマットとロービング列とを積層してな
る筒状積層体を多角筒状のＦＲＰ成形体に連続的に成形
できる成形金型の実現が要望されている。

【０００６】ところで、特開昭６４−７５２２５号公
報、特開平２−１８２４３７号公報、同じく４−２８６
６２８号、４−３６９５２９号、５−１１１９６３号、
５−１５４９２７号及び５−３１８６０８号等の公報に
おいて、多角筒状のＦＲＰ形成体を連続的に引抜き形成
する方法或いは成形金型が開示されている。しかし、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、繊維強化材をマンドレルの周囲に巻付け引
抜き成形する方法を開示しているが、成形金型に関して
は具体的に開示を行っていない。また、前掲の特開平２
−１８２４３７号以下の公報も、要望されているような
成形金型に関して具体的な開示を行っていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した要望に鑑み、
本発明は、引抜き法により筒状の繊維強化材積層体を連
続的に多角筒状に成形しつつ硬化させて、ＦＲＰ成形体
を成形する成形金型を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段と作用】本発明者は、上記
目的を達成する成形金型を求めて研究と実験を重ねる過
程で、連続引抜き成形に伴う種々の問題を認識した。第
１の問題は、マトリックスを含浸した繊維強化材の積層
体からなる繊維強化材積層体（以下、簡単に積層体と略
称する）は、成形金型に導入される時点で、過剰なマト
リックスを含浸していることである。過剰なマトリック
スを含浸したままで成形すると、強化材含有率が小さく
なり、製品のＦＲＰ成形体の強度が低下する。第２の問
題は、成形に際し、積層体内に応力が発生して積層体を
変形させ、そのため角部を形成する部分が図７に示すよ
うに内方に湾曲しつつ外方に突出し、角部が所定形状以
上に凸状になることである。図７において、点線が角部
の所定形状であり、実線が実際に成形された角部の形状
であって、偏差δは、例えば、厚さ２０mmの平板の引抜
き成形において、約０．１mmである。第３の問題は、第
２の問題とも関連するが、成形に際し、積層体の面が図
８に示すように内方に湾曲し、ＦＲＰ成形体を所定形状
に成形することが難しいことである。図８において、点
線が面の所定形状であり、実線が実際に成形された面の
形状である。本発明者は、更に研究を積んで、以上の問
題を解決し、本発明を完成するに到った。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明に係る
成形金型は、ＦＲＰ成形体の外形に合致する壁面輪郭を
有する中空部を長手方向内側に備え、長手方向に沿って
中空部内にマンドレルを挿入し、前記中空部壁面とマン
ドレルとの間の間隙で前記ＦＲＰ成形体を引抜き成形法
により連続的に成形するようにした成形金型において、
成形金型の入口から所定距離だけ中に入った位置で、Ｆ
ＲＰ成形体の引抜き方向に交差する方向に延在する溝を
壁面の全周に沿って環状に設け、かつ溝底から成形金型
壁を貫通する貫通孔を設けたことを特徴としている。

【００１０】本発明では、かかる構成により、成形金型
内を通して積層体を引抜き中に、積層体に含浸している
過剰なマトリックスは、積層体から絞り出されて溝に溜
まり、更に貫通孔を介して外部に排出される。過剰なマ
トリックスを絞り出すことにより、強化材含有率が大き
くなりＦＲＰ成形体の強度が向上する。ここで、所定距
離とは、成形金型の長さ、マトリックスの性状により異
なるが、一般には５０mmから２００mmの範囲である。ま
た、溝の深さは、特に限定はないが、一般には１．５mm
から５mmの範囲にする。

【００１１】本発明の成形金型は、筒状積層体の積層構
造の如何を問わず、またＦＲＰ成形体の筒状断面の形状
の如何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。一般には、成形金型
は、上下からプラテンにより挟持されて適当な架台上に
固定される。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、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。

【００１２】本発明の望ましい実施態様では、溝から成
形金型の入口までの中空部壁面は、引抜き方向に直交す
る中空部横断寸法が外方に拡大するようなテーパ面に形
成されていることを特徴としている。本実施態様では、
かかる構成により、成形金型内への積層体の導入を容易
にすると共に引抜き方向に生じ易いシワの発生を防止す
る。また、反応しないまま未硬化で出口から出る過剰な
マトリックスを絞って入口に戻り易くしている。テーパ
面の勾配は、通常、６／１００〜９／１００の範囲であ
る。

【００１３】本発明の更に望ましい実施態様では、中空
部の長手方向に延在する角部を形成する壁面が、該角部
領域以外の壁面より僅かに内方に段状に隆起しているこ
とを特徴としている。本実施態様では、内方に隆起した
角部の壁面が、積層体の角部分を内方に押圧することに
より、成形に際し、積層体が変形して、角部を形成する
面が図７に示すように内方に湾曲し、そのため角部が所
定形状以上に凸状になると言う上述の第２の問題を解決
できる。

【００１４】本発明の更に望ましい実施態様では、成形
金型の中空部を形成する壁面が、ＦＲＰ成形体の隣合う
長手方向に延在する角部に外接する位置間で外方に膨れ
ているように賦形されていることを特徴としている。本
実施態様では、外方に膨張している壁面に合わせて積層
体を賦形することにより、積層体の面が図８に示すよう
に内方に湾曲し、ＦＲＰ成形体を所定形状に成形するこ
とが難しいと言う上述の第３の問題を解決できる。

【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】

【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（ａ）は成形金型の
一実施例の部分断面側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の
矢視Ｉ−Ｉ′の正面図である。本実施例の成形金型１０
は、マトリックスを含浸させた繊維強化材の積層体から
なる繊維強化材積層体（以下、単に積層体と略称する）
を所定の形状のＦＲＰ成形体に成形するための成形金型
であって、図１（ａ）に示すように、長さＬが１３００
mmの上型１２と下型１４の組合せから構成されている。
図１（ａ）では、積層体（図示せず）は、矢印Ｘの方向
に導入される。上型１２と下型１４とは、それぞれチャ
ンネル状に形成された部材であって、上下から両縁部で
突き合わされて（１６Ａ、１６Ｂ）内部に中空部１８を
形成している。また、両縁部の突き合わせ面１６Ａ、１
６Ｂでは、上型１２と下型１４とが正確に整合して、そ
の位置を維持するように、嵌め合い構造になっている。
中空部１８の壁面輪郭は、所望の多角筒状のＦＲＰ成形
体の外形輪郭に合致するように形成されている。本実施
例では、成形金型１０は、四角筒状のＦＲＰ成形体を成
形するためものであって、中空部１８の壁面輪郭は断面
で四角形になっている。中空部１８の寸法は、後述する
テーパ面に賦形された入口部を除いて、幅Ｗは２５０m
m、高さＨは２１３mmである。

【００１９】成形金型１０は、ＦＲＰ成形体の導入側か
ら順に寸法の比較的長い液相ゾーン、短いゲル化ゾーン
及び比較的短い固相ゾーンに大別できる。積層体に含浸
されたマトリックスは、液相ゾーンでは液相の状態であ
るが、成形金型１０からの熱供給により常温から加熱さ
れつつゲル化ゾーンに入り、ゲル化ゾーンで更に加熱さ
れて液相からゲル状態に移行し、更に硬化する。続い
て、固相ゾーンで内部反応により硬化しつつ反応熱を発
生して温度が上がる。

【００２０】本実施例では、マトリックスを硬化させる
ために必要な熱は、成形金型１０の内部に埋設された発
熱体２０から供給されている。これに代えて、成形金型
の外部から熱を供給することもできる。上型１２及び下
型１４にはそれぞれ長手方向に３か所に発熱体として所
謂ニクロム線（ニッケルクロム合金線）２０が埋設され
ている。また、温度計（図示せず）が適所に設けられて
おり、その計測温度に基づいて発熱体２０を自動制御し
て成形金型１０内の温度を所定温度に維持する温度制御
装置（図示せず）が設けてある。本実施例では、発熱体
として、電気抵抗コイルを使用しているが、これに代え
て、蒸気ジャケット、又は熱油ジャケットを使用するこ
ともできる。

【００２１】積層体の導入温度に無関係に成形金型内の
温度を所定温度に正確に維持するために、積層体が液相
ゾーンに導入される前に一旦一定の温度になるように積
層体を温度調整するのが望ましい。そのため、本実施例
では、成形金型１０の入口近傍には冷却用ジャケット２
２が上型１２と下型１４とを循環するように形成されて
いる。冷却水は、下型１４の冷却水入口（図示せず）か
ら下型１４の冷却水ジャケット２２に入り、上型１４の
冷却水出口（図示せず）から外部に排出される。積層体
が冷却用ジャケットを循環する冷却水により常に一定の
温度に冷却されるので、それ以後の温度制御が容易かつ
正確になると共にマトリックスが成形金型の入口で硬化
するのを防止する効果もある。

【００２２】更に、上型１２と下型１４の入口近傍（本
実施例では、入口から１００mm）に、ＦＲＰ成形体の引
抜き方向に直交する方向に延在する環状の溝２４と、そ
の溝底から成形金型壁を貫通して外部に連通する貫通孔
２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ設けてある。上型１２の入口
部分の側面断面を拡大して示す図２にあるように、溝２
４は、約１９〜２５mmの溝幅ｗと約１．５mmの深さｄの
長方形断面を備え、溝２４の溝底から成形金型壁を貫通
して外部に連通する貫通孔２６Ａが設けてある。以上の
構成により、成形金型１０内を通して積層体を引抜き中
に、積層体に含浸している過剰なマトリックスは、積層
体から絞り出されて溝２４に溜まり、更に貫通孔２６Ａ
を介して外部に排出される。過剰なマトリックスを絞り
出すことにより、強化材含有率が大きくなりＦＲＰ成形
体の強度が向上する。また、積層体の表面においてマト
リックスの含浸率が部分的に低い領域がある場合には、
溝２４に滞留するマトリックスが、積層体の表面に浸透
し、それによってＦＲＰ成形体の表面を平滑にすること
ができる。

【００２３】溝２４から成形金型１０の入口まで壁面
は、６／１００の勾配で中空部横断寸法が外に向かって
拡大するテーパ面２８に形成され、溝２４の向こう側か
ら出口までは、中空部１８が同じ横断面寸法になるよう
に形成されている。かかる構成により、成形金型１０内
への積層体の導入を容易にすると共に引抜き方向に生じ
易いシワを防止する。また、反応しないまま未硬化で出
口から出る過剰なマトリックスを絞って入口に戻り易く
している。本実施例では、更に積層体の導入を容易にす
るために、上型１２及び下型１４の入口端部には、図２
に示すように、曲率半径１６mmのアール２９が設けられ
ている。

【００２４】図３（ａ）に示すように、中空部の長手方
向に延在する角部３０には、ＦＲＰ成形体の形状に合わ
せた曲率半径２０mmのアールが設けてあり、かつ角部３
０を構成する壁面３２が、該角部領域以外の壁面３４よ
り内方に向かって（中空部の中央に向かって）僅かに段
状に隆起している。図３（ｂ）に示すように、段状に隆
起している高さｈは約０．５mm、段状に隆起している角
部３０の横幅ｓは約２０mmである。かかる構成により、
段状に隆起した角部３０が、積層体の所定形状以上に凸
状になろうとする角部分を内方に押圧し、ＦＲＰ成形体
を所定形状に成形することができる。

【００２５】中空部１８の各壁面は、図４（図４では簡
単のため上型１２のみ図示）に示すように、横断面中央
部において、幅方向の壁面３６及び高さ方向の壁面３８
がそれぞれΔ₁、Δ₂だけ外方に膨れているように賦形
されている。Δ₁及びΔ₂の値は、以下に示すように、
成形金型１０の長さ方向位置により僅かに異なってい
る。 Δ₁ Δ₂ 単位：mm 入口０．５０．４５溝２４の手前側０．４０．６溝２４の向こう側０．９５１．３出口０．９５１．３以上の構成により、内方に湾曲し易い積層体の面が外方
に膨張している壁面３６、３８に合わせて強制的に外方
に賦形されるので、ＦＲＰ成形体を所定形状に成形する
ことができる。

【００２６】図５（ａ）は成形金型１０を組み立て、そ
の中空部１８にマンドレルＭを挿入した状態を示す側面
図、図５（ｂ）は図５（ａ）の成形金型１０を矢視II−
II′での正面図である。成形金型１０の上型１２と下型
１４とは正確に整合された後、上プラテン４０と下プラ
テン４２とによって挟持されて架台（図示せず）上に固
定される。本実施例では、上プラテン４０と下プラテン
４２とはボルト結合４４により成形金型１０を挟持して
いる。次いで、マンドレルＭが所定の位置に挿入され
る。成形金型１０の中空部１８に挿入されたマンドレル
Ｍと成形金型１０の内側壁面とで形成する間隙断面は、
ＦＲＰ成形体の断面と同じ形状、寸法となる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、成形金型の入
口から所定距離だけ中に入った位置で、環状溝と、その
溝底から成形金型壁を貫通して外部に連通する貫通孔を
設けることにより、過剰なマトリックスを絞り出して強
化材含有率を高くし、ＦＲＰ成形体の強度を向上させる
ことができる。請求項２の発明によれば、中空部寸法が
外方に拡大するようなテーパ面に、溝から成形金型の入
口までの壁面を形成することにより、成形金型内への積
層体の導入を容易にすると共に引抜き方向に生じ易いシ
ワの発生を防止する。また、反応しないまま未硬化で出
口から出る過剰なマトリックスを絞って入口に戻り易く
しており、ＦＲＰ成形体強度の向上に寄与している。

【００２８】請求項３の発明によれば、中空部の長手方
向に延在する角部を形成する壁面が、該角部領域以外の
壁面より僅かに内方に段状に隆起していることにより、
外方に凸となり易い積層体の角部を内方に押圧し、所定
形状に成形できる。請求項４の発明によれば、成形金型
の中空部を形成する壁面が、ＦＲＰ成形体の隣合う長手
方向に延在する角部に外接する位置間で外方に膨れてい
るように賦形され、それにより内方に湾曲し易い積層体
の面が外方に膨らむので、積層体を所定形状に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は成形金型の一実施例の断面側面
図、及び図１（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ｉ−Ｉ′の正面
図である。

【図２】上型の入口部分の側面断面の拡大図である。

【図３】図３（ａ）は下型の角部を示す拡大部分斜視
図、図３（ｂ）は角部の隆起の寸法を示す説明図であ
る。

【図４】中空部を形成する壁面の膨れを示すための上型
の断面の拡大図である。

【図５】図５（ａ）は成形金型を組み立て、その中空部
にマンドレルを挿入した状態を示す側面図、図５（ｂ）
は図５（ａ）の成形金型を矢視II−II′での正面図であ
る。

【図６】従来のＦＲＰ成形体の連続引抜き装置の概略フ
ローシートである。

【図７】ＦＲＰ成形体の角部が凸状になることを説明す
る図である。

【図８】ＦＲＰ成形体の面が内方に湾曲することを説明
する図である。

【符号の説明】

１０成形金型の実施例１２上型１４下型１６上型及び下型の縁部の突き合わせ面１８中空部２０発熱体２２冷却水ジャケット２４溝２６貫通孔２８テーパ面２９アール３０角部３２角部の壁面３４角部領域以外の壁面３６幅方向の壁面３８高さ方向の壁面４０上プラテン４２下プラテン４４ボルト結合

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ２９Ｃ 33/76 8823−4Ｆ 70/52 // Ｂ２９Ｋ 101:10 309:08 Ｂ２９Ｌ 23:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＦＲＰ成形体の外形に合致する壁面輪郭
を有する中空部を長手方向内側に備え、長手方向に沿っ
て中空部内にマンドレルを挿入し、前記中空部壁面とマ
ンドレルとの間の間隙で前記ＦＲＰ成形体を引抜き成形
法により連続的に成形するようにした成形金型におい
て、前記成形金型の入口から所定距離だけ中に入った位置
で、ＦＲＰ成形体の引抜き方向に交差する方向に延在す
る溝を前記壁面の全周に沿って環状に設け、かつ溝底か
ら成形金型壁を貫通する貫通孔を設けたことを特徴とす
る成形金型。
【請求項２】前記溝から成形金型の入口までの中空部
壁面は、引抜き方向に直交する中空部横断寸法が外方に
拡大するようなテーパ面に形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の成形金型。
【請求項３】前記中空部の長手方向に延在する角部を
形成する壁面が、該角部領域以外の壁面より僅かに内方
に段状に隆起していることを特徴とする請求項１又は２
に記載の成形金型。
【請求項４】前記成形金型の中空部を形成する壁面
が、ＦＲＰ成形体の隣合う長手方向に延在する角部に外
接する位置間で外方に膨れているように賦形されている
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項
に記載の成形金型。