JPH10156982A

JPH10156982A - 繊維強化複合成形体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10156982A
Application number: JP9167616A
Authority: JP
Inventors: Toru Watanabe; 徹渡辺; Atsuo Asano; 充生浅野; Shigehiro Matsuno; 繁宏松野; Naoyuki Kondo; 尚之近藤
Original assignee: Ube Nitto Kasei Co Ltd
Current assignee: Ube Exsymo Co Ltd
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1998-06-16
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP3786502B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大型の繊維強化複合成形体において、肉厚を
薄くしても強度、剛性を維持することができ、軽量化、
省資源化を図ることができるとともに断面形状の変形が
少ない三層構造の繊維強化複合成形体を提供する。【解決手段】補強用長繊維を熱硬化性樹脂で一体的に
結着してなる中間層２００でそれぞれの外周が被覆され
た複数の熱可塑性樹脂からなる中空状中芯１００が左右
あるいは上下に添設され、これらの外周を熱可塑性樹脂
からなる外層３００で被覆一体化してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば繊維強化複
合成形体およびその製造方法に関し、より詳細には、軽
量で強度が高く、寸法精度の優れた構造用部材として使
用するのに好適な繊維強化複合成形体、並びに、これを
高速度、かつ効率よく製造することができる製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設または土木工事におけるコンクリー
ト型枠の組立には、端太材と称する支持材が使用されて
いる。この端太材としては、鋼製、アルミ製のものが一
般的であるが、重量が重く、発錆し、コンクリートが付
着しやすいといった課題があるため、軽量で強度が高く
耐食性に優れたＦＲＰ製のパイプが一部で使用されてい
る。

【０００３】また、柱、支柱、フェンス、足場材等の各
種構造物の構造用部材として、引抜き成形によるＦＲＰ
製中空部材が使用されるようになってきており、一辺あ
るいは直径が６０ｍｍを越える大型の断面形状のものが
使用されている。このような大型の断面形状のＦＲＰを
引抜き成形する場合、硬化金型を使用する引抜き成形で
は金型が大型で複雑となり、引抜き抵抗が非常に大きく
なるため、大型の引取機を必要とするとともに金型強度
を上げる必要があり、金型コストが嵩むという課題があ
る。加えて、引取速度も１ｍ／ｍｉｎ以下と遅いという
課題もある。

【０００４】ＦＲＰ製のパイプとして、熱可塑性樹脂製
の内層管材（以下、中芯と称する）、ＦＲＰ製の中間
層、熱可塑性樹脂製の外層被覆の三層構造よりなる角パ
イプ（例えば、宇部日東化成株式会社製の商品名「コン
ポーズ」）がある。このような三層構造よりなる角パイ
プは、硬化金型を使用せず、中芯および外層被覆により
形状を維持して硬化するため硬化成形速度を早くでき、
また、金型代などの部品コストが大幅に削減できるため
経済的である等といった利点がある。この角パイプは、
一辺が５０〜６０ｍｍのほぼ矩形の断面形状をなしてい
るが、一辺の寸法が比較的大きいので、圧縮強度、曲げ
強度を維持するために、中間層の肉厚、中芯の肉厚が厚
くなっている。このため、重量を軽減した意義が没却さ
れるだけでなく、省資源、経済性の面からも改良すべき
点があるほか、中空部の寸法精度が不十分であるといっ
た課題もある。

【０００５】さらに、一辺の寸法が６０ｍｍを超えて大
きくなると、上述したように、中芯の肉厚、中間層の肉
厚を厚くせざるをえないが、この場合には、断面形状が
変形しやすいという問題が生じることから、これを抑え
るためにさらに中芯を厚くする必要がある。これは、中
間層の肉厚が厚くなると、ＦＲＰの硬化発熱が大きくな
る結果、中芯の強度が低下して変形し易くなるからであ
り、また、硬化収縮も大きくなり、辺部が凸状または凹
状に変形し易くなるからである。

【０００６】また、上記硬化発熱と硬化収縮のほかに次
のような変形要因もある。すなわち、液状熱硬化性樹脂
を含浸した補強長繊維よりなる中間層が賦形ノズルから
出るとき、既に冷却固化した中芯の辺部の反発力（賦形
ノズルの通過中に熱硬化性樹脂を絞り出すための通過抵
抗、圧力により変形するが、この圧力が解放されるため
に生じる）によって中間層の角部は変形が少ないが辺部
が外側へ凸状に膨らむことになる。一辺の長さが大きく
なるほどこの傾向は顕著になり、一辺の長さが６０ｍｍ
程度までの角パイプの場合は、上記のような変形を見込
んで賦形ノズルの内面を凹状に湾曲させることで変形を
解消することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一辺の
長さがさらに大きくなると、上記変形も大きくなり、そ
の解消が困難となる。断面形状が円形である場合には、
上記のような原因で生じる変形は少ないが、中空部の直
径が大きくなると強度を維持するために１０ｍｍを越え
るような中間層の厚みとする必要が生じ、重量増加を招
く。断面形状が長方形であると、長辺の変形は特に大き
くなり、長辺（巾）／短辺（高さ）比が大きくなるほ
ど、特に長辺／短辺比が１．５／１を越えると変形量が
大きくなり、賦形ノズルの湾曲による修正が困難とな
る。建築・土木工事用の足場材としては、厚み２０〜６
０ｍｍ程度、巾２００〜３００ｍｍ程度のＦＲＰ中空材
が使用されるのが一般的であるが、巾６０ｍｍを超える
と以上のような変形が大きくなり、強度の低下を招くと
ともに、保管運搬時における段積み重ねの安定性が悪化
するという課題がある。

【０００８】また、長辺／短辺の比が１．５／１を越え
ると、圧縮強度も低下する。これは、巾方向で若干の変
形があると、応力集中のため中間ＦＲＰ層に縦割れが生
じやすくなるためであり、また中央部に集中荷重がかか
りやすくなるためである。この場合、ガラスクロス、ガ
ラスマット等を使用して補強用長繊維を巾方向にも配置
することで改善することができるが、長手方向の剛性が
低下するとともに、工程増、目付増を招きコストアップ
につながる。また、上下左右の外周部以外に、長手方向
に上下のＦＲＰ面を連結するＦＲＰよりなる脚部を複数
配した梯子状の断面形状とする方法も考えられるが、硬
化金型を使用する場合には、金型がさらに複雑となり、
また、引抜き抵抗も極端に大きくなる。角形の大型断面
の場合には、ＦＲＰ脚部を十文字にした田型、あるいは
三角形断面の中空部としたトラス構造等が強度、寸法精
度を向上し、軽量化する方法として考えられるが、同様
の理由で工業的に生産できる方法がなかった。

【０００９】本発明は、一辺あるいは直径が６０ｍｍを
越える大型の繊維強化複合成形体において、強度、寸法
精度に優れ、かつ、軽量で工業的に高能率で生産できる
ものがなかった点に着目してなされたもので、肉厚を薄
くしても強度、剛性を維持することができ、軽量化、省
資源化を図ることができるとともに断面形状の変形が少
ない三層構造の繊維強化複合成形体とその製造方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）以上の目的を達成するため、本発明のうち請求項
１に記載の発明は、多角形あるいは円形等の任意の断面
形状を有する熱可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯
（内層管材）が左右、上下あるいは斜めに添設され、該
複数の中芯が補強用長繊維を熱硬化性樹脂で一体的に結
着してなる中間層で連結一体化され、さらに該中間層の
外周が熱可塑性樹脂からなる外層で被覆一体化されてな
ることを特徴とするものである。

【００１１】本発明によれば、複数の中芯の間にも熱硬
化性樹脂からなる中間層が形成されてこれが脚部となる
ため、巾・高さの比が１．５／１を越えた断面長方形で
あっても、また肉厚を薄くしても、強度、剛性が高く中
央部に集中荷重がかかっても変形しづらい。また、肉厚
を薄くすることができる結果、製造コストを低下させる
ことができる。さらには、中間層内の補強用繊維は熱可
塑性樹脂製の外層によって被覆されているため、補強用
繊維が外部に浮き出すこともなく美観の優れたパイプ状
物となる。

【００１２】また、本発明において、中芯は、要求され
る性能、用途によりその形状が適宜決定される。ここ
で、請求項にいう任意の断面形状とは、正方形、長方
形、台形、平行四辺形、三角形、六角形等の多角形形
状、および真円、楕円等はもちろん、弓形、扇形等を含
む。

【００１３】（２）本発明のうち請求項２に記載の発明
は、前記中間層の肉厚が、前記中芯の肉厚の０．５〜３
倍であり、または前記外層の肉厚の０．５〜３倍である
ことを特徴とする。本発明によれば、中空部を有する繊
維強化複合体全体としては、例えば一辺が６０ｍｍの大
型であっても、中芯を主体とするユニットの寸法は一辺
が６０ｍｍ以下となるため、変形が小さく強度も維持で
きる。また、中間層の肉厚を外層の肉厚の０．５〜３倍
程度に薄くしても、強度を維持できる。

【００１４】中間層の肉厚は、繊維強化複合体の全体寸
法から任意に選択できるが、０．５〜４ｍｍ程度とする
ことが望ましい。中間層の肉厚が外層の肉厚より薄い
と、強度を維持することができないか、もしくは中芯の
寸法公差の影響を受けやすく、また、賦形（絞り成形）
時の抵抗が大きくなり成形を安定して行うことができな
い。また、外層の肉厚の４倍を越えても、強度、剛性の
向上は小さく、硬化収縮と硬化発熱が大きくなり、形状
精度の低下を招くとともに、重量増加を招くのでの好ま
しくない。

【００１５】なお、中芯の中空部は、一辺（長辺あるい
は短辺）または直径（長径あるいは短径）が２〜５０ｍ
ｍであることが好ましい。２ｍｍ未満とすると形状が複
雑となるし、軽量化の効果が小さくコストアップを招
く。一方、５０ｍｍを越えると中空部が大きくなって変
形が大きくなり、強度低下を招く。

【００１６】また、中芯の肉厚は、１〜２ｍｍ程度で全
体としてほぼ同一とする。１ｍｍ未満では剛性が不足し
て変形し易くなる反面、２ｍｍを越えると重量増加、コ
ストアップを招くからである。部位によって中芯の肉厚
が異なっていると、成型時に変形を来すおそれがある。

【００１７】（３）本発明のうち請求項３に記載の発明
は、前記中芯および外層の少なくともいずれかを形成す
る熱可塑性樹脂が、ＰＳ、ＡＳ、ＡＥＳ、ＡＡＳ、ＡＢ
Ｓ等のスチレン系樹脂の中から選択されるいずれかであ
り、前記中間層を形成する熱硬化性樹脂が、スチレンモ
ノマーを架橋成分として含む不飽和ポリエステルあるい
はビニルエステル樹脂であることを特徴とする。

【００１８】中芯、中間層、外層を強固に接着させるた
めには、相互に相溶性を有する材料を選択することが好
ましく、中間層を構成する熱硬化性樹脂（マトリックス
樹脂）としては、スチレン系不飽和ポリエステル樹脂を
用いることがコスト、物性のバランスがよく好適であ
る。また、中芯または外層を形成する熱可塑性樹脂とし
ては、ＰＳ、ＡＳ、ＡＥＳ、ＡＡＳ、ＡＢＳ、スチレン
変性ＰＰＥ、ＰＭＭＡ、ＰＣ等、およびこれらを任意に
組み合わせたもの、または他の熱可塑性樹脂（ＰＢＴ、
ＰＡ、ＰＰ等）とのアロイ樹脂が挙げられる。特に、Ｐ
Ｓ、ＡＳ、ＡＥＳ、ＡＡＳ、ＡＢＳは、スチレン系不飽
和ポリエステル樹脂との接着性が良好で、最終成形物の
強度を向上することができ、コスト、物性のバランスが
よいため好適である。

【００１９】（４）本発明のうち請求項４に記載の発明
は、前記中芯の隅部に位置する中間層を他の部位より肉
厚に形成してなることを特徴とする。この発明によれ
ば、中間層の圧縮強さ、曲げ破壊強さ、曲げ剛性といっ
た機械的強度が向上するとともに、辺部の変形（凹み）
を防止することができる。

【００２０】（５）本発明のうち請求項５に記載の方法
発明は、熱可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯を連続
的に押出成形し、あるいは既に押出成形されて熱可塑性
樹脂からなる複数の中空状中芯を連続供給するととも
に、熱硬化性樹脂を含浸した複数の補強用長繊維束を繊
維束ごとに絞り成形しつつそれぞれの中芯の外周に添設
して中間層を成形した後、該中間層で被覆された複数の
中芯を左右、上下あるいは斜めに添設して絞り成形し、
これらの外周を熱可塑性樹脂で被覆一体化して外層を成
形し、冷却した後、前記中間層を加熱硬化することを特
徴とするものである。

【００２１】この発明によれば、複数の中芯の間に熱硬
化性樹脂からなる中間層が形成されてこれを脚部とする
ことができるため、強度、剛性が高く中央部に集中荷重
がかかっても変形しづらい三層構造の繊維強化複合成形
体を容易に形成することができる。

【００２２】（６）本発明のうち請求項６に記載の発明
は、熱可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯を連続的に
押出成形し、あるいは既に押出成形されて熱可塑性樹脂
からなる複数の中空状中芯を連続供給して該中芯を左
右、上下あるいは斜めに添設するとともに、熱硬化性樹
脂を含浸した複数の補強用長繊維束を繊維束ごとに絞り
成形しつつ前記中芯の外周および中芯間に添設しながら
絞り成形することで中間層を成形した後、該中間層で被
覆された複数の中芯の外周を熱可塑性樹脂で被覆一体化
して外層を成形し、冷却した後、前記中間層を加熱硬化
することを特徴とする。

【００２３】この発明によれば、脚部に添設される繊維
束を減らすことができるため、中芯の間隔を狭くするこ
とができるし、添設方向に長い絞り成形ノズルを採用す
ることができるので、この場合、外形を平滑に成形する
ことができる。

【００２４】（７）本発明のうち請求項７に記載の発明
は、前記中間層の肉厚が、前記中芯の肉厚の０．５〜３
倍であり、または前記外層の肉厚の０．５〜３倍となる
ように成形することを特徴とする。

【００２５】この発明によれば、従来の製造装置を大き
く変更することなく、中間層で被覆された複数の中芯を
左右あるいは上下に添設するだけで、一辺が６０ｍｍ以
上の大型の繊維強化複合成形体において、肉厚を薄くし
ても強度、剛性を維持することができ、軽量化、省資源
化を図ることができるとともに断面形状の変形が少ない
三層構造の繊維強化複合成形体を製造することができ
る。しかも、複数の中芯を添設して一体化する際に絞り
成形をしても、その前段階で予め絞り成形がなされてい
るため、一体化時における圧力を減らすことができ、中
芯の変形を抑えることができる。

【００２６】（８）本発明のうち請求項８に記載の発明
は、前記熱硬化性樹脂を含浸した複数の補強用長繊維束
は、繊維束ごとに絞り成形する際において、前記複数の
中芯の間に形成される脚部に位置するものの絞り率を他
の部位のそれよりも高めて該脚部のＧＣを高く設定する
ことを特徴とする。

【００２７】この発明によれば、脚部の機械的強度を高
めることができるため、最終絞り成形時における変形を
抑えることができる。また、最終絞り成形時には、外周
に位置する繊維束のみが絞り成形されやすく脚部に位置
する繊維束は絞り成形されにくいが、この発明によれ
ば、最終的なガラス繊維含有率（ガラスコンテント；以
下、ＧＣと略す）を全体で均一にすることができる。こ
こで、脚部のＧＣは、例えば、他の部位における絞り率
を、最終ＧＣの９０〜９５％としたとき、最終ＧＣの９
５〜１００％とする。

【００２８】（９）本発明のうち請求項９に記載の発明
は、前記中空状中芯が、当該中芯の引取方向に対して放
物線を描くように左右あるいは上下に添設されることを
特徴とする。この発明によれば、連続的な引取動作をき
わめて円滑に行うことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００３０】《実施例１》図１（ａ）は本発明にかかる
繊維強化複合成形体の連続製造装置を示している。

【００３１】ＡＢＳ樹脂（宇部サイコン株式会社製Ｙ６
７２Ｂ）等のＰＳ系熱可塑性樹脂を押出機１より複数本
同時に成形して連続的に押出し、マンドレルを使用した
内径サイジングあるいは真空サイジングによる外径サイ
ジング槽２により、肉厚１．４ｍｍ、外形寸法２６．９
×２５．４ｍｍの中空で断面が四角形の管材（目付け１
３５ｇ／ｍ）を成形して中芯とし、これを二本添設した
状態で引取機３により図中右方向へ引き取る。

【００３２】一方、補強用長繊維としてガラスロービン
グ（日東紡績株式会社製のＲＳ−４４０ＲＲ−５２６）
４を含浸槽５に通過させて不飽和ポリエステル樹脂を含
浸させ、分散ガイド、複数の絞りノズル（ダイス）６を
順に通過させて絞り成形しつつ前記中芯の外周の所定位
置に添設する。

【００３３】中芯は、その周囲に配置された分散ガイ
ド、絞りノズルにより、所定の形状、および所定のＧＣ
となるまで不飽和ポリエステル樹脂が絞り込まれる。絞
りノズルは、上流側から順に、図２（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示す形態のもの等が配置される。

【００３４】図２（ａ）は、二つの中芯を左右に添設す
るよう案内するほぼ四角形状のガイド２０と、ガラス繊
維束を中芯の辺部に対向して添設させつつこれを絞り込
むための長方形状のノズル２１と、ガラス繊維束を中芯
の角部に対向して添設させつつこれを絞り込むための円
形状のノズル２２とを備える。同図では、二つの中芯の
間に位置して脚部を成形するためのノズルは左右二列に
なっている。このとき、最終成形物の外周部に位置する
ガラス繊維のＧＣを設定値の９０〜９５％、中芯の間に
位置する脚部のガラス繊維のＧＣを設定値の９５〜１０
０％としておく。同図（ｂ）は、それぞれの中芯の外周
部にガラス繊維束を一体化するためのほぼ四角形状のノ
ズル２３を示している。

【００３５】そして、同図（ｃ）はほぼ四角形状のノズ
ル２４を示し、ノズル２４は、ガラス繊維全体を最終絞
り率（１００％）となるまで絞り成形しながらこれらを
一つのユニットに一体化する。このように、一体化され
る前に脚部の絞り率を高く設定しておくことにより、一
体化される際における最終成型品の脚部ＧＣの絞り不足
によるＧＣの低下を防ぎ、最終的なＧＣを全体的に均一
化できる。

【００３６】なお、ガラス繊維束単体での絞り成形と、
中芯との一体化時における絞り成形は、いずれも連続的
に行われるとともに、絞り込みも徐々に行われる。これ
により、二つの中芯の間隔を急激に変化させることがな
いので、抵抗が小さくかつ変形も小さく、連続成形が可
能となる。また、中空状中芯は、当該中芯の引取方向
（中心軸方向）に対して、当該中芯の中央線の描く形状
である放物線（二次曲線）を描くように左右に添設され
る。これにより、引取抵抗を減らして変形を防止するこ
とができる。

【００３７】次いで、最終ノズルを通過させ、外層押出
機７によりＡＢＳ樹脂を円形状に押出し、滑りサイジン
グプレート（ダイ）８を用いて冷却し、形状を整える。
その後、熱湯硬化槽９等を通過させることにより未硬化
樹脂を硬化して中間層を形成する。なお、不飽和ポリエ
ステル樹脂は、ＢＰＯ系の過酸化物硬化剤を用いて硬化
することが好ましい。

【００３８】そして、冷却水槽１０を通過し、引取機１
１によって引き取られる成形体はカッター１２により所
定長に切断される。

【００３９】最終的に得られた繊維強化複合体は、図３
に示されるように、中芯１００、中間層２００、外層３
００の三層構造からなる、全体が巾６０ｍｍ、高さ３０
ｍｍの矩形状であり、外層の肉厚は１ｍｍ、単位重量は
１０８０ｇ／ｍであった。また、中芯１００の隅部に位
置する中間層２００は、他の部位より肉厚となってい
る。

【００４０】ここで、曲げ剛性および曲げ強さは、島津
製作所株式会社製のオートグラフＩＳ−２０００を用
い、スパン１０００ｍｍにて３点曲げ試験を行い、次の
計算式により求めたところ、曲げ剛性は１．９４×１０
⁸ｋｇ・ｍｍ²、曲げ強さは６５０ｋｇであった。な
お、クロスヘッドスピードは２０ｍｍ／ｍｉｎとした。曲げ剛性ＥＩ＝（Ｗ・Ｌ³）／（４８・δ）但し、Ｗ：荷重、Ｌ：スパン、δ：たわみである。

【００４１】また、ミネベア株式会社製の万能試験機Ｔ
ＣＭ−５０００Ｃを用い、サンプル長５０ｍｍにて平板
圧縮試験を行い、巾６０ｍｍの方向と高さ３０ｍｍの方
向のそれぞれについて圧縮強さを測定したところ、圧縮
強さは巾６０ｍｍの方向で１５１０ｋｇであった。

【００４２】さらに、二つの中芯に対し、縦方向および
横方向について中央部と角部における内寸法を測定した
ところ、その差の最大値は、縦方向では０．２５ｍｍ、
横方向では０．２ｍｍであった。

【００４３】なお、本発明において、中芯の断面形状は
断面三角形等の矩形や、円形とすることもできるし、中
芯の添設方法も左右のみでなく上下にしたり、上下およ
び左右にすることもできる。中芯を上下および左右の田
の字型に一体化する場合には、最終成形体の上下面と脚
部（側面および中央の十字状部）を中芯とは別個に絞り
成形することが好ましい。

【００４４】《実施例２》最終成形体の外形寸法を実施
例１と同じく６０ｍｍ×３０ｍｍ、外層の肉厚を１ｍ
ｍ、中間層の肉厚を２ｍｍ（脚部の肉厚も２ｍｍ）とし
た。中芯の外形寸法を２５．９ｍｍ×２４．０ｍｍ、そ
の肉厚を１．４ｍｍとした。中芯間の脚部の肉厚が実施
例１と同様に若干厚くなったが、軽量性、剛性、寸法精
度、強度に優れた繊維強化複合体を得ることができた。

【００４５】《実施例３》外形寸法を実施例１，２と同
じく６０ｍｍ×３０ｍｍとしたが、外層の肉厚を０．７
ｍｍ、中間層の肉厚は外周部および脚部ともに１．３ｍ
ｍとした。中芯の外形寸法を２７．４ｍｍ×２６．０ｍ
ｍとし、その肉厚を１．４ｍｍとした。中芯の周囲を囲
む未硬化状不飽和ポリエステル樹脂含浸ガラス繊維層の
肉厚は、均一なことが絞り成形時の圧力を均一化し、変
形を防ぐために好ましいが、上記実施例１および２で
は、中芯間の脚部の中間層の肉厚が両端部の肉厚よりも
大きくなっている。これを防いで両端部と同一にするた
めには、中央脚部に相当する部分の中間層の肉厚を外周
部に相当する部位の肉厚より小さくする必要があるが、
肉厚が薄くなり絞り成形圧力が上がって圧力バランスが
とれないため、中芯の位置に変動をきたすおそれがあ
る。

【００４６】そこで、本実施例では、図４（ａ）に示す
ように、二つの中芯を左右に添設した状態で、不飽和ポ
リエステル樹脂を含浸したガラス繊維束を最終成形物の
外周部および中芯の間に位置する脚部に添設して絞り成
形した後、同図（ｂ）に示すように、全体を絞り成形し
て一体化する。この場合、（ａ）の段階において、外周
部のＧＣを設定値の９０〜９５％としておくのに対し、
脚部のＧＣを設定値の９５〜１００％に設定することに
より、一体化時における変形を防止することができる。
また、同図では、最終成形体の上下に位置する絞り成形
用のノズルが添設方向に長い長方形となっている。

【００４７】《実施例４》外層の肉厚を０．７ｍｍ、中
間層の肉厚を２ｍｍ、中芯の外形寸法を２６．３×２
４．６ｍｍとした。実施例３と同様に中間層の肉厚が均
一で中空部の歪みの少ない繊維強化複合体が得られた。

【００４８】《実施例５》実施例３と同じ中芯、中間
層、外層の肉厚にて外形寸法を５ｍｍ大きくした（６５
ｍｍ×３５ｍｍ）繊維強化複合体を実施例３と同様に作
成した。また、中芯の外形寸法を２９．９ｍｍ×３１．
０ｍｍとした。実施例３と同様に中間層の肉厚が均一で
中空部の歪みが少ない繊維強化複合体を得た。高さを３
５ｍｍとしているため、曲げ剛性（単位重量あたりの曲
げ剛性）も良好である。

【００４９】《実施例６》実施例１と同様に、中間層の
肉厚を２．５ｍｍ（外層の肉厚１ｍｍ、中芯の肉厚１．
４ｍｍより大きい）とした。

【００５０】《実施例７》中芯の肉厚を１ｍｍとした。

【００５１】《実施例８》実施例３の中間層の肉厚を
２．５ｍｍとし、外層の肉厚を０．７ｍｍとした。

【００５２】《比較例１》外形寸法５３ｍｍ×２３ｍｍ
の中芯を使用して、脚部のない繊維強化複合体を製造し
た。分散ガイド、絞りノズルは、脚部に相当する孔部は
なく、中芯の案内孔は１つであるが、実施例１と同様に
設計した。脚部がないため、中間層の肉厚のむらおよび
中芯の中空部の歪みが非常に大きい。

【００５３】《実施例１〜８と比較例の結果の対照》以
上の実施例１〜８、比較例について、その物性および各
部寸法の測定結果を表１および表２に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】但し、中芯の肉厚、外形寸法は複合成形前
の単体での平均値である。また、中間層の肉厚は外周部
の平均値およびその変動範囲と、脚部の肉厚の平均値と
その変動範囲とで示している。

【００５７】《実施例９》以上の実施例では、中芯を二
本添設してなる繊維強化複合体とその製造法について説
明したが、以下の実施例では、中芯を三本以上の多数本
とした繊維強化複合体とその製造方法について説明す
る。

【００５８】本実施例では、図１（ａ）において、ＡＢ
Ｓ樹脂（宇部サイコン株式会社製Ｙ６７２Ｂ）を押出機
１より５本同時に連続的に押出し、マンドレルを使用し
た内径サイジングにて、肉厚１．５ｍｍ、外形寸法３
７．６×３０（内形寸法３４．６×２７）ｍｍの長方形
断面（長辺（巾）／短辺（高さ）比は１．３８）を有す
る管材（２２５ｇ／ｍ）を成形して中芯とし、５本の中
芯を引取機３にて連続的に供給する。

【００５９】一方、補強用長繊維として日東紡績株式会
社製のガラスロービング（ＲＳ−４４０ＲＲ−５２６）
４２６本を含浸槽５に通過させて不飽和ポリエステル樹
脂（日本ユピカ株式会社製のユピカ３４６４を７５部、
同社製の低収縮化剤Ａ−０２を２５部、化薬アクゾ製の
カドックスＢＣＨ−５０を４部、同社製のカヤブチルＢ
を０．５部）を含浸させ、分散ガイド、絞りノズルを通
過させて、不飽和ポリエステル含浸ガラス繊維束にて５
本の中芯をそれぞれ囲繞した後、一体化した。

【００６０】本実施例で用いられる絞りノズルは、図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される形態および配置をし
ている。まず、図５（ａ）に示すように、五本の中芯を
左右に添設した状態で、不飽和ポリエステル含浸ガラス
繊維束を最終成形物の外周部および中芯の間に位置する
脚部に添設して絞り成形した後、同図（ｂ）に示すよう
にそれぞれの中芯ごとに絞り成形して一体化し、さらに
同図（Ｃ）のように全体を絞り成形して一体化する。こ
の場合、ＧＣは（ａ）の段階で設定ＧＣに対して９１
％、（ｂ）で９６％、（ｃ）で１００％とする。

【００６１】最終絞りノズルを通過した後、口部形状が
楕円形（３００×１２０ｍｍ）の口金より、ＡＢＳ樹脂
（宇部サイコン株式会社製サイコラックＧＳＥ．４５
０）を押出し被覆する。その後、硬化層にて９５℃にて
硬化し（硬化槽長は１２ｍ）、引取機にて引き取った。
この際、引取速度は１．８ｍ／ｍｉｎとした。８０℃の
乾燥炉にて４８時間後硬化することにより最終的に得ら
れた繊維強化複合体は、図６に示される形態となり、外
形寸法が２００×３６ｍｍ、目付けが４０４０ｇ／ｍと
なった。中間層２００の厚みは、脚部２００Ａで２．０
ｍｍ、両側面部２００Ｂで１．０ｍｍ、上下面部２００
Ｃで２．０ｍｍとなった。

【００６２】圧縮強度を評価したところ良好な値を示
し、中空部の変形も小さかった。

【００６３】《比較例２》実施例９のように外形寸法２
００×３６ｍｍにて脚部のないものは製造できないの
で、６０×３０ｍｍの外形寸法、５７×２７ｍｍの内形
寸法を有する断面長方形の１本の中芯と、含浸槽にて不
飽和ポリエステル樹脂を含浸したガラスロービング（Ｓ
−４４０，ＲＲ−５２６）からなる中間層（厚み２．０
ｍｍ）と、熱可塑性樹脂からなる外層（厚み１．０ｍ
ｍ）の三層構造よりなり、外形寸法が６６×３６ｍｍ
（したがって、高さが実施例９と同じ）の繊維強化複合
体を得た（図７を参照）。製造方法は、実施例９と同様
である。なお、中芯の中空部の長辺（巾）／短辺（高
さ）比は２．１１／１、すなわち１．５／１以上となっ
ている。このようにしてなる繊維強化複合体は、中空部
の変形、特に、長辺の変形、凹みが大きかった。

【００６４】実施例９と比較例２の結果を表３に示す。

【００６５】

【表３】同表において、圧縮強度は、繊維強化複合体を長さ５０
ｍｍに切断し、１．０ｍｍ／ｍｉｎの速度で平板圧縮試
験を行い、圧縮破壊時の荷重をサンプルの表面積で除し
た。ここで、実施例９の表面積は５０×２００ｍｍ²、
比較例１の表面積は５０×６６ｍｍ²である。

【００６６】実施例９では、中空部の寸法比が１．２８
と１に近いことに加え、寸法自体も３０ｍｍ程度と小さ
くなっているため、中空部の変形がほとんどなく、強度
が高い。また、軽量性にも優れている。

【００６７】また、実施例９で使用した分散ガイド、絞
りノズルを使用し、最終絞りノズルを交換し、分散ガイ
ド、絞りノズルの位置を左右に移動することで、中芯を
４本とした１６０．４×３６ｍｍの断面寸法をもつ繊維
強化複合体を、大きな設備変更を伴わないで製造するこ
とができる。さらに、中芯を３本とした１２０．６×３
６ｍｍの断面寸法の複合体については、両側面部に位置
する中芯を使用しないで中央側に位置する３本を使用す
ることで、大きな設備変更を伴うことなく、絞り成形部
分を使用することができる。被覆ダイスほかの設備につ
いても、大きな変更を伴わないで、品種の切替えに容易
に対応することができる。

【００６８】《実施例１０》図８に示されるように、外
形寸法６０×６０ｍｍ、外層厚み１．０ｍｍ、中間層外
形寸法５８×５８ｍｍ、中芯外形寸法２６．２５×２
６．２５ｍｍ（厚み１．５ｍｍ）の断面田型の繊維強化
複合体を製造した。ＡＢＳ樹脂（宇部サイコン株式会社
製のＹ６７２Ｂ）を使用して２６．２５×２６．２５ｍ
ｍ、厚み１．５ｍｍ（目付１５０ｇ／ｍ）を角形のマン
ドレルを使用して押出成形し、これを７ｍにカットして
中芯とし、この中芯を４本づつピンチローラにて上下２
段に分けて供給した。

【００６９】一方、補強用長繊維として、ガラスロービ
ング２３２本を上部含浸槽、下部含浸槽（ともに図示し
ない）に分けてこれに不飽和ポリエステル樹脂を含浸
し、図９（ａ）に示すように、４本の中芯用ガイド孔３
０の周囲に多数の分散ガイド孔３１を配置して中芯の周
囲に添設した。なお、上部含浸槽で不飽和ポリエステル
樹脂が含浸されたガラスロービング用の分散ガイド孔に
×印を付した。

【００７０】さらに、図９（ｂ）のような分散ガイドを
経て同図（ｃ）のような絞りノズルにて所定ＧＣまで絞
り込んだ後、一括して同図（ｄ）の絞りノズル３５にて
一体化し、外周部の中間層ＦＲＰを所定ＧＣに絞り込ん
だ。ここで、図９（ｃ）の絞りノズル孔３３，３４で
は、外周部３３はＧＣ５３vol ％（設定ＧＣ比９５％）
まで、外周部以外の脚部３４（十字部および外周部との
間の角部に相当する部分）は５６％（設定ＧＣ比１００
％）とした。このようにすることで、脚部の中間層の厚
みを設定値にできるとともに、外周部の中間層ＦＲＰの
絞り込み圧力により、中芯と中間層との一体化ができ
る。その後、リング状の吐出口部を有する被覆ダイス
（図示しない）により被覆厚み１ｍｍにて被覆し、滑り
サイジングノズルにより水冷サイジングした後、９５℃
の熱湯硬化槽で硬化した。引取速度は１．５ｍ／ｍｉｎ
とした。８０℃の乾燥炉にて４８時間後硬化した後、圧
縮試験を実施した。

【００７１】その結果、中空部は全く変形のない正方形
状を示し、良好な形状精度と強度が得られた。

【００７２】《比較例３》図１０に示されるように、外
形寸法６０×６０ｍｍ、外層厚み１．０ｍｍ、中間層外
形寸法５８×５８ｍｍ、中芯外形寸法５３×５３ｍｍ
（厚み１．５ｍｍ）の断面正方形の三層パイプ型繊維強
化複合体を製造した。中芯をマンドレルにて連続成形
し、ガラスロービング２１６本に不飽和ポリエステル樹
脂を含浸し、分散ガイドにて中芯の周囲に添設した後、
正方形状の各辺の中央部を凸状に変形させた絞りノズル
を用いて、所定ＧＣ（５６vol ％）に絞り成形した。そ
して、上記実施例１０と同様に被覆厚み１ｍｍにてＡＢ
Ｓ樹脂を被覆し、同様にして水冷サイジング後、硬化し
た。後硬化後に圧縮試験を実施した。中空部は各辺の中
央部が若干内側（中心側）に凹んだ形状となり、中間層
の厚みにばらつき（最大・最小の差で０．５ｍｍ）が見
られた。

【００７３】《実施例１１》図１１に示されるように、
外形寸法６０×６０ｍｍ、外層厚み１．０ｍｍ、中間層
外形寸法５８×５８ｍｍのトラス構造のハニカム型繊維
強化複合体を、断面形状が直角三角形（各辺の寸法は約
２２，２２，３２ｍｍ）の中芯を使用して製造した。な
お、中間層の厚みは、外周部を２ｍｍ、それ以外の脚部
を１．５ｍｍとした。また、中芯の厚みを１．０ｍｍと
した。中芯は、マンドレルを使用して押出成形し、７ｍ
長にカットした後、上段、下段の二つのグループに分け
て４本づつ供給した（図１２（ａ））。ガラスロービン
グ３０８本を３つのグループに分け、３つの含浸槽を使
用して含浸した。

【００７４】分散ガイドおよび絞りノズルは、上流側か
ら順に、図１２（ａ）〜（ｆ）に示すような形態および
配置をしている。まず、中芯用ガイド孔４０の間に多数
の分散ガイド４１が水平に配置され（ａ）、中芯用ガイ
ド孔４０が徐々に近接するに従って分散ガイド４２が＋
４５゜方向および−４５゜方向に傾斜配置され（ｂ）、
さらに中芯用ガイド孔４０が近接するに従って上下の分
散ガイド孔４３，４４によりガラスロービングが導入さ
れ（ｃ）、最終分散ガイド４５により最終位置がほぼ決
定された後（ｄ）、絞りノズル（ｅ）により不飽和ポリ
エステル樹脂の絞り込みが行われ、最終絞りノズル
（ｆ）により最終絞り込みが行われて一体化される。な
お、分散ガイド孔のうち、中央部およびコーナー部に位
置することとなるガラスロービングをガイドするものを
黒く図示した。

【００７５】一体化前には外周部のＦＲＰは設定ＧＣ比
９５％に、これ以外の脚部は１００％まで絞り込んだ。
その後、実施例１０と同一のノズルを使用して、被覆厚
み１ｍｍにてＡＢＳ樹脂を被覆した後、同様に水冷サイ
ジングし、硬化した。引取速度は１．５ｍ／ｍｉｎとし
た。中空部の変形もなく、８０℃で４８時間後硬化した
後の圧縮強度も優れていた。

【００７６】実施例１０，１１と比較例３の結果を表４
に示す。

【００７７】

【表４】

【００７８】《実施例１２》図１３に示されるように、
外形寸法が８０．６×２７．８ｍｍで、中間層の外形寸
法が７９．２×２６．４ｍｍ、中間層の厚みが１．５ｍ
ｍの断面トラス構造のハニカム型繊維強化複合体を製造
した。ほぼ正三角形の中芯Ａを４本、これを二等分した
直角三角形の中芯Ｂを２本の計６本を正逆配置した。Ａ
ＢＳ樹脂（宇部サイコン株式会社製のＹ６７２Ｂ）を使
用し、真空サイジング水槽とサイジングノズルを使用
し、外形サイジング方式により冷却サイジング成形した
後、約１５ｍにカットしたものを中芯とし、これをピン
チローラにて供給した。

【００７９】図１（ｂ）に示されるように、上中下三段
の含浸槽５ａ，５ｂ，５ｃを使用し、それぞれの含浸槽
から中間層の上下面部、脚部、側面部に相当する部分の
ガラス繊維を図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す分散
ガイドおよび絞りノズルに導入した。まず、中央部の含
浸槽より脚部のガラス繊維を引き出して分散ガイドで配
置し（６ａ）、その後、上下含浸槽より上下面を形成す
るガラス繊維を引き出して分散ガイドで配置する方法と
した（６ｂ）。

【００８０】ガラス繊維の絞り込みは、斜め６０゜の部
分は一体化前にＧＣで設定値の１００％（５６vol ％）
まで絞り、上下側面部は設定値の９５％（５３vol ％）
まで絞りノズルで絞り成形した。一体化時のＧＣ設定は
５６vol ％とした。

【００８１】《実施例１３》図１５に示されるように、
中心角６０゜の扇形の中芯を６本使用し、外形６０φ、
外層厚み０．７ｍｍ、中間層厚み１．５ｍｍ、中芯厚み
１．３ｍｍの円形パイプを作成した。真空サイジング方
式により外形サイジングにて押出成形して中芯とした。
中芯の供給は、上下二段に分け、含浸槽は上中下の三段
を使用した。製造は、図１６（ａ）〜（ｆ）に示すよう
に行い、一体化前に中心部分のガラス繊維をＧＣ１００
％に絞り込み成形することは、他の実施例と同様の設定
とした（１００％、５６vol ％）。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は、本発明にかかる繊維強化複合
成形体の製造装置を示す概略図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例１による分散ガ
イドおよび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【図３】実施例１により最終的に得られた繊維強化複合
体の側面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、実施例３による分散ガイドお
よび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例９による分散ガ
イドおよび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【図６】実施例９により最終的に得られた繊維強化複合
体の側面図である。

【図７】比較例２により最終的に得られた繊維強化複合
体の側面図である。

【図８】実施例１０により最終的に得られた繊維強化複
合体の側面図である。

【図９】（ａ）〜（ｆ）は、実施例１０による分散ガイ
ドおよび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【図１０】比較例３により最終的に得られた繊維強化複
合体の側面図である。

【図１１】実施例１１により最終的に得られた繊維強化
複合体の側面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｆ）は、実施例１１による分散ガ
イドおよび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【図１３】実施例１２により最終的に得られた繊維強化
複合体の側面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例１２による分
散ガイドおよび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【図１５】実施例１３により最終的に得られる繊維強化
複合体の側面図である。

【図１６】（ａ）〜（ｆ）は、実施例１３による分散ガ
イドおよび絞りノズルの形態を示す正面図である。

【符号の説明】

１００中芯２００中間層３００外層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｌ 9/12 Ｂ２９Ｃ 67/18 // Ｂ２９Ｋ 101:10 105:08 (72)発明者近藤尚之岐阜県岐阜市藪田西２−１−１宇部日東化成株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多角形あるいは円形等の任意の断面形状
を有する熱可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯が左
右、上下あるいは斜めに添設され、該複数の中芯が補強
用長繊維を熱硬化性樹脂で一体的に結着してなる中間層
で連結一体化され、さらに該中間層の外周が熱可塑性樹
脂からなる外層で被覆一体化されてなることを特徴とす
る繊維強化複合成形体。
【請求項２】前記中間層の肉厚が、前記中芯の肉厚の
０．５〜３倍であり、または前記外層の肉厚の０．５〜
３倍であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化
複合成形体。
【請求項３】前記中芯および外層の少なくともいずれ
かを形成する熱可塑性樹脂が、ＰＳ、ＡＳ、ＡＥＳ、Ａ
ＡＳ、ＡＢＳ等のスチレン系樹脂の中から選択されるい
ずれかであり、前記中間層を形成する熱硬化性樹脂が、
スチレンをモノマーを架橋成分として含む不飽和ポリエ
ステルあるいはビニルエステル樹脂であることを特徴と
する請求項１または２に記載の繊維強化複合成形体。
【請求項４】前記中芯の隅部に位置する中間層を他の
部位より肉厚に形成してなることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の繊維強化複合成形体。
【請求項５】熱可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯
を連続的に押出成形し、あるいは既に押出成形された熱
可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯を連続供給すると
ともに、熱硬化性樹脂で一体的に結着した複数の補強用
長繊維束を繊維束ごとに絞り成形しつつそれぞれの中芯
の外周に添設して中間層を成形した後、該中間層で被覆
された複数の中芯を左右、上下あるいは斜めに添設して
絞り成形し、これらの外周を熱可塑性樹脂で被覆一体化
して外層を成形し、冷却した後、前記中間層を加熱硬化
することを特徴とする繊維強化複合成形体の製造方法。
【請求項６】熱可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯
を連続的に押出成形し、あるいは既に押出成形された熱
可塑性樹脂からなる複数の中空状中芯を連続供給して該
中芯を左右、上下あるいは斜めに添設するとともに、熱
硬化性樹脂を含浸した複数の補強用長繊維束を繊維束ご
とに絞り成形しつつ前記中芯の外周および中芯間に添設
しながら絞り成形することで中間層を成形した後、該中
間層で被覆された複数の中芯の外周を熱可塑性樹脂で被
覆一体化して外層を成形し、冷却した後、前記中間層を
加熱硬化することを特徴とする繊維強化複合成形体の製
造方法。
【請求項７】前記中間層の肉厚が、前記中芯の肉厚の
０．５〜３倍であり、または前記外層の肉厚の０．５〜
３倍となるように成形することを特徴とする請求項５ま
たは６に記載の繊維強化複合成形体の製造方法。
【請求項８】前記熱硬化性樹脂を含浸した複数の補強
用長繊維束は、繊維束ごとに絞り成形する際において、
前記複数の中芯の間に形成される脚部に位置するものの
絞り率を他の部位のそれよりも高めて該脚部のガラス繊
維含有率を高く設定することを特徴とする請求項５ない
し７のいずれかに記載の繊維強化複合成形体の製造方
法。
【請求項９】前記中空状中芯は、当該中芯の引取方向
に対して放物線を描くように左右あるいは上下に添設さ
れることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記
載の繊維強化複合成形体の製造方法。