JPH085139B2 - Frp中空製品の製造方法 - Google Patents

Frp中空製品の製造方法

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JPH085139B2
JPH085139B2 JP1204886A JP20488689A JPH085139B2 JP H085139 B2 JPH085139 B2 JP H085139B2 JP 1204886 A JP1204886 A JP 1204886A JP 20488689 A JP20488689 A JP 20488689A JP H085139 B2 JPH085139 B2 JP H085139B2
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resin
impregnated
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reinforcing fibers
product
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和夫 諸橋
哲史 池田
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日本石油株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56Winding and joining, e.g. winding spirally
    • B29C53/58Winding and joining, e.g. winding spirally helically
    • B29C53/60Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels
    • B29C53/62Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels rotatable about the winding axis
    • B29C53/66Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels rotatable about the winding axis with axially movable winding feed member, e.g. lathe type winding
    • B29C53/665Coordinating the movements of the winding feed member and the mandrel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B29C70/521Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die and impregnating the reinforcement before the die
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2009/00Layered products

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はFRP製中空製品の製造方法に関するものであ
り、特に機械的物性に優れ、寸法精度の要求される長尺
のFRP製薄肉中空製品を引抜成形法により製造する方法
に関するものである。
[従来の技術] FRPの成形方法において、引抜成形法はパイプ、ロッ
ド、アングル等の一定断面形状を有する長尺製品を連続
的にかつ大量に製造する方法として知られている。
引抜成形法は、補強繊維を引き揃え、熱硬化性樹脂を
含浸させた後、一定の開口形状の金形を通すことにより
樹脂を硬化させるのが一般的な方法である。また、中空
の製品は所定形状のマンドレルを金型の内側に配置させ
ることにより得られる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような方法では、補強繊維は主に
長手方向にしか配置できないため、補強繊維に垂直方向
の強度は一般に低く、引抜成形法による製品の欠点とな
っており、特に薄肉中空製品での大きな問題点であっ
た。
近年、このような薄肉中空製品の問題点を改善するた
め、長手方向だけでなく、円周ワィンダーを用いて周方
向にも補強繊維を配置させることの可能な、引抜成形に
フィラメントワィンディング(F/W)を組み合わせたよ
うな方法が提案されている。このような引抜成形装置の
一例の概略図を第1図に示す。同図において、1a〜1dは
補強繊維、2a〜2dは樹脂混合物、3はマンドレル、4a〜
4bは円周ワィンダー、5a〜5bは周方向樹脂含浸補強繊維
層、5cは長手方向樹脂含浸補強繊維層、6は金型、7は
最終製品をそれぞれ示す。
しかし、このような方法においては、第1図に示すよ
うに装置の構造上5mを越えるような長尺のマンドレル3
が必要となり、そのためマンドレルのたわみ、振動等に
より高い寸法精度を有する薄肉中空製品を得ることは困
難であった。
このため、約2m単位の短いマンドレルを連結させ、製
品と等速度でマンドレルを移動させながら寸法精度の高
い薄肉中空パイプを成形する方法等も提案されているが
(特開昭61−199933号公報)、マンドレルの継目の所で
正確に製品を切断することが必要等、装置的に複雑にな
り実用的ではない。
本発明は前記課題を解消し、機械的物性に優れかつ高
い寸法精度を有する薄肉中空製品を得ることを可能とし
たFRP中空製品の製造方法を提供することを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意検討した結
果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は熱硬化性樹脂を含浸した補強繊維
を長手方向に引き揃え、マンドレルおよび金型でつくら
れる開口部を通すことにより薄肉の中空硬化物にした
後、この中空硬化物を芯材にしてさらに合成樹脂を含浸
した補強繊維を周方向および長手方向に配置させ、再び
金型を通すことによりFRP中空製品を製造する方法であ
る。
本発明における熱硬化性樹脂を含浸させた補強繊維が
長手方向に引き揃えられる工程において、補強繊維とし
ては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が用いられ
る。また、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル
樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられる。補
強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させる方法としては樹脂槽
中に補強繊維を導入する通常の方法で行うことができる
が、予め熱硬化性樹脂を含浸させたテープ等を用いても
よい。
このようにして熱硬化性樹脂を含浸させた補強繊維は
長手方向に引き揃えらえ、所定形状のマンドレルおよび
金型でつくられる開口部に導入され、加熱硬化される。
金型の温度は該熱硬化性樹脂の硬化温度以上に設定さ
れ、通常は120〜250℃に設定される。この開口部を通過
させて得られた薄肉中空硬化物の厚みは通常1〜5mm、
好ましくは1〜2mmであることが望ましい。1mm未満のと
きは、得られた中空硬化物の圧壊強度が低く、次の工程
において芯材として機能することが難しい。また、5mm
を越える厚みの中空硬化物をつくる場合は、硬化に要す
る時間が長くなり、ラインスピードを上げられず実用的
でない。また、中空硬化物の厚みを均一にして、最終製
品の寸法精度を高いものにするため、マンドレルの長さ
は必要以上に長くしないことが重要である。
次に、このようにして得られた薄肉中空硬化物を芯材
として合成樹脂を含浸した補強繊維を周方向および長手
方向に配置させる。この工程で用いられる補強繊維とし
ては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられ
る。合成樹脂としては熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
が用いられる。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエス
テル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ
る。また熱可塑性樹脂としてはポリアミド、液晶性芳香
族ポリアミド、ポリエステル、液晶性芳香族ポリエステ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネー
ト、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニ
レンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエ
ーテルケトン等を挙げることができる。補強繊維にこれ
ら合成樹脂を含浸させる方法としては樹脂槽中に補強繊
維を導入する通常の方法で行うことができるが、予め合
成樹脂を含浸させたテープ等を用いてもよい。
合成樹脂を含浸した補強繊維を周方向に配置させる方
法は、長手方向に対し所定角度で正逆両方向に巻き付け
る機能を有する円周ワィンダーを用いて行うことができ
る。周方向に配置させる補強繊維の角度は長手方向に対
し通常±10〜±80度、好ましくは±30〜±60度、より好
ましくは±45度となるように配置される。
このようにして、薄肉中空硬化物を芯材として合成樹
脂を含浸した補強繊維を周方向に配置させた後、続いて
その周囲に合成樹脂を含浸した補強繊維を長手方向に配
置させ、所定形状の金型で熱処理され、最終製品である
FRP中空製品が得られる。周方向に補強繊維を配置した
後、長手方向に補強繊維を配置させるのは、長手方向の
物性を向上させること以外に、周方向に配置させた補強
繊維が金型を通過する際、繊維配列が乱れるのを防止す
る効果があるためである。
金型における熱処理は熱硬化性樹脂を用いたときは該
熱硬化性樹脂の硬化温度以上で行い、通常は120〜250℃
で行う。熱可塑性樹脂を用いたときは該熱可塑性樹脂の
融点以上、通常は120〜350℃に加熱した後、冷却、固化
させる。
最終製品における断面積において占める割合は、芯材
となる薄肉中空硬化物の層が20〜40%、周方向に配置さ
れた補強繊維からなる層が20〜50%、最外層の長手方向
に配置された補強繊維からなる層が10〜60%の範囲にあ
ることが好ましい。
[発明の効果] 本発明の製造方法によれば、従来法に比べマンドレル
の長さを著しく短かくすることができる。従って、マン
ドレルのたわみ、振動等を生ぜず、高い寸法精度を有す
る薄肉中空製品が得られるばかりか、従来のFRP引抜成
形品に比べ、機械物性、特にねじり物性において優れて
いる。
[実施例] 以下に実施例等により本発明を説明するが、本発明は
これらに限定されるものではない。
実施例1 第2図は本発明に係わる装置の一例を示す概略図であ
り、同図において、4c〜4dは円周ワィンダー、8a〜8dは
補強繊維、9a〜9d樹脂混合物、10はマンドレル、11a〜1
1bは金型、12は中空硬化物、13,14は周方向樹脂含浸補
強繊維層、15は長手方向樹脂含浸補強繊維層、16は最終
製品をそれぞれ示す。
先ず、補強繊維8aとして強度350kgf/mm2、弾性率24tf
/mm2の炭素繊維を使用し、熱硬化性樹脂としてビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂、アミン系硬化剤、充填剤(炭
酸カルシウム)、内部離形剤を所定量加えた樹脂混合物
9aを調製し、炭素繊維8aに含浸させ長手方向に引き揃え
た補強繊維束を得た。
補強繊維束をマンドレル10および金型11aからつくら
れる開口部に導入し、内径32mm、厚み1.0mmの薄肉中空
硬化物12を得た。マンドレル10は全長1.5mm、金型11aは
長さ0.5mで、温度180℃に設定した。
得られた中空硬化物12を芯材として、円周ワィンダー
4cにより+45度の補強繊維(炭素繊維)8bと樹脂混合物
9aと同一組成の樹脂混合物9bからなる周方向樹脂含浸補
強繊維層13および円周ワィンダー4dにより−45度の補強
繊維(炭素繊維)8cと樹脂混合物9aと同一組成の樹脂混
合物9cからなる周方向樹脂含浸補強繊維層14を配置し、
さらに補強繊維(炭素繊維)8dと樹脂混合物9aと同一組
成の樹脂混合物9dからなる繊維束を長手方向に配置し長
手方向樹脂含浸補強繊維層15を形成した後、180℃に加
熱した長さ0.5mの金型11bに導入した。
得られた最終製品16は内径32mm、外径38mm、厚み3mm
の丸パイプで、薄肉中空硬化物12、補強繊維層13〜15の
厚みは各々1.0mm、0.5mm、0.5mm、1.0mmであった。
このようにして得られた最終製品の断面図を第3図に
示す。
また、得られたパイプねじり試験結果および寸法精度
測定結果を第1表に示す。
比較例1 実施例1において、円周ワィンダーを使用せず、すべ
て長手方向に補強繊維を配置し、実施例1で得られた最
終製品16と同一寸法の丸パイプを得て、実施例1と同様
の評価を行った。結果を第1表に示す。
比較例2 第1図に示した引抜成形装置を用いて、実施例1で得
られた最終製品16と同一構成の丸パイプを成形し、得ら
れたパイプについて実施例と同様の評価を行った。結果
を第1表に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は円周ワィンダーを設置した従来の引抜成形装置
の一例を示す概略図、 第2図は本発明に係わる装置の一例を示す概略図、そし
て、 第3図は本発明により得られる最終製品の断面図であ
る。 1a〜1d:補強繊維、 2a〜2d:樹脂混合物、 3:マンドレル、 4a〜4d:円周ワィンダー 5a〜5b:周方向樹脂含浸補強繊維層、 5c:長手方向樹脂含浸補強繊維層、 6:金型、7:最終製品、 8a〜8d:補強繊維、 9a〜9d:樹脂混合物、 10:マンドレル、11a,11b:金型、 12:中空硬化物、 13:周方向樹脂含浸補強繊維層(+45度層)、 14:周方向樹脂含浸補強繊維層(−45度層)、 15:長手方向樹脂含浸補強繊維層、 16:最終製品。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱硬化性樹脂を含浸した補強繊維を長手方
    向に引き揃え、マンドレルおよび金型でつくられる開口
    部を通すことにより薄肉の中空硬化物にした後、この中
    空硬化物を芯材にしてさらに合成樹脂を含浸した補強繊
    維を周方向および長手方向に配置させ、再び金型を通す
    ことによりFRP中空製品を製造する方法。
JP1204886A 1989-08-09 1989-08-09 Frp中空製品の製造方法 Expired - Lifetime JPH085139B2 (ja)

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EP19900308792 EP0412823A3 (en) 1989-08-09 1990-08-09 Method of manufacturing frp-made hollow products

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JPH0369344A JPH0369344A (ja) 1991-03-25
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