JPS61132671A - 繊維ストランドに樹脂を含浸させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 入 産業上の利用分野 本発明は、繊維強化プラスティックに間し、更に詳しく
は、繊維に樹脂を含浸させる方法および装置に関する。

従来の技術 繊維強化可塑性樹脂素材は、様々な物品の成型に用いら
れている。これらの素材は、シート状複合材料（ＳＭＣ
）、様々な配合のバルク成形複合材料の形態でありうる
し、場合によっては、ＳＭＣの重畳体と組合わされた樹
脂含浸繊維ストランドなどをも含む、当業技術では、そ
の他にも多くの素材構成が知られている。典型的には、
これらの素材は、二つの加熱ダイス間で、樹脂が硬化す
るのに十分な時間にわたり加熱加圧されて成形される０
次いで、ダイスが開かれて、成型品が取り出される。　
　　　　　　　　　　　　　　　　　−一般に、高品質
の成形部品は、繊維に樹脂が均一に含浸されており、空
気や他の夾雑物の混入が、出来るだけ少ない素材から成
形することができる。

下記の特許は、網羅的ではないが、補強繊維に樹脂を含
浸させる公知技術の代表例のリストである。　　　　　
　　　　　− 米国特許第４．’２２０，４６９号（カーリ−等）米国
特許第４，２２０，４９７号（カーリ−）米国特許第４
，２９４，４９０号（ウェルフェル）米国特許第４．２
９４．６３９号（ウェルフェル等）米国特許第４，３７
６７４９号（ウェルフェル）これらの特許は、補強繊維
に樹脂を含浸させるのに「開放浴」を用いる方法を開示
している。これらの開放浴方式は、一般に、樹脂を無蓋
の檜に保持するのが特徴である。繊維が槽内に導入され
、一つ以上のロッドによって、かなりの角度で曲げられ
、そのロッドはａｍス１〜ランドを樹脂中に浸した状態
に維持し、その間に繊維ストランドが樹脂洛中から引き
出される。

発明が解決しようとする問題点 上述のごとき開放浴方式には、幾つかの欠点がある。一
つの欠点は、操作中に空気が樹脂中に導入され易いと言
うことである。導入された空気は、各ストランドの繊維
間に拘束されて残留する。上述のごとく、素材中に拘束
された空気は、仕上がり成形部品の品質を損なうｌ放浴
方式の他の問題点は、繊維が開放浴の出口の方向にひか
れる際に、出口側に向かって樹脂の波動を生ぜしめるこ
とである。従って、開放′浴中に導入された繊維が、樹
脂洛中に浸されず、繊維に樹脂が実際に含浸されている
・時間を調整することが困難となることである。繊維か
すその他の夾雑物の除去などの際に、従来の開放浴を用
いたとき、樹脂特性の調整が困難な場合がある。加うる
に、公知の開放洛中では、ＩＲ維にかなりな曲げを午え
るので、グラファイトやガラスなどの折れ易い繊維をは
つれさせる傾向がある。はつれた繊維は、樹脂洛中の夾
雑物に加わって、成型品における繊維の構造上の完全性
を損なう。

当該技術の熟達者には、工業的に一般に用いられている
開放浴方式の他の問題点が良く知られている。

問題点を解決するための手段 本発明の方法においては、樹脂は；実質的に閉鎖された
容器内を循環せしめられており、その容器内をｍ維スト
ランドが通過させられて、樹脂が含浸される。′ストラ
ンドは容器内をほぼ真っ直ぐに引っ張られる。繊維は容
器の内部に横方向に延長する複数のバーを横切ってスト
ランドが移動する間に押し広げられる。このようにして
、繊維に樹脂が均一に含浸させられ、その間、従来技術
の方式における上述の開運の幾つかをもたらしていた空
気の導入および繊維の曲げをできる限り少なくさせる。

本発明の好適な実施例では、頂壁と底壁とそれらの間に
中空の内部領域を有する実質的に閉鎖された容器を有す
る。その容器の一側に入り口が形成されて、その入り口
を通じてストランドが導入される。容器の反対側に出口
が段けられて、それによってストランドは内部領域をほ
ぼ真っ直ぐに通過することが出来る。容器の内部に樹脂
を循環させる手段が設けられ、またストランドの繊維を
押し広げる手段が設けへれて、その間にストランドは循
環している樹脂中に浸される。

゛　作　用 開放浴方式と比べて、閏頭浴を用いることにより、樹脂
浴の一端部から空気を含まない樹脂を収り出し、他方の
端部から送り込むのに循環ポンプを用いることができる
。開示された実施例やは、樹脂は閉鎖浴から貯蔵タンク
内に抜き取られ、そのタンク内で混入している空気が上
昇させられ、一方、空気を含まない樹脂がタンクの底か
らポンプで送り出されてｍｓ浴の中に供給されうる０本
発明の閉鎖浴方式は、従来方式において経験された樹脂
の波動の発生をも実質的に回避する。その結果、比較的
筒車な制御態様で繊維に樹脂を含浸させることができる
０例えば、循環システムに配合樹脂を連続的もしくは間
欠的に供給することにより、粘度が（時間とともに）上
昇するような場合などには、樹脂特性のｖ４１１．ｌ！
／ｌｉＪ単にできる。繊維が閉鎖浴内を真っ直ぐに引っ
張られるので、繊維の曲がり角度が小さくなり、従って
、繊維のほつれの量も少なくなる１ｗｉ環システムにス
クリーンもしくはフィルターを用いることによって、夾
雑物は容易に除去できる。

本発明のその他の利点は、当該技術の熟達者には、以下
の記載並びに図面を参照することにより、明らかとなろ
う。

実　　施　　例 装置Ｗ１０は、繊維ストランド１２に樹脂を含浸させる
よう設計されており、それにより樹脂が含浸されたスト
ランドが仕上がり品成形用に供給される素材として用い
うる。各ストランド１２は複数の繊維フィラメントを含
んでいる。繊維はなんであっても良く５例えば、ポリイ
ミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、天然繊
維、及び金属繊維などである０本発明にとって好ましい
繊維は、ガラス繊維、及び炭素繊維である。その理由は
、これらの繊維が高い強度特性を示すからである。最適
な素材は、ガラス繊維であることが判った。しかしなが
ら、その繊維素材が高い強度を与え、また含浸浴内で引
っ張られる時に必要な完全性を有する限り、如何なる繊
維材料であっても良い、　　　　− 同様に樹脂も、形成されるべき複合物品に必要な結合力
および強度が得られる限り如何なる樹脂であっても良い
、Ａ盟約な樹脂としては、ポリアミド、ポリアラミド（
ｐｏｌｙａｒａｍｉｄｓ）”’、ノヴアラク（ｎ。

ｖａｌａａｓ）、及びアルキド樹脂などである８本発明
に適した材料としては、ビニルエステル、エポキシ樹脂
、ポリウレタン、及びポリエステルなどがある。

好適な樹脂材料は、熱硬化性ポリエステル樹脂であって
、これらの材料は高強度の複合材が得られ、また複合材
の加熱加圧成形中にそれらの樹脂が硬化するに先立って
妥当な貯蔵期間がある。

ストランド１２は、樹脂含浸装置１０内に適当な方法に
よって供給され得る。典型的な方法では、ストランドは
パッケイジ１４からロッド１６及び櫛１８を介して供給
され、装２１０の反対側にある回転部材２０の作用によ
って装置１０を通過させられ、ロッド２１の介添えによ
って回転部材の回りに部分的に巻かれる。得られた樹脂
含浸繊維は、複合材料の成形用の様々な素材の製造に用
いうる。

装置１０は、蝶番２８により頂壁２４と底壁２６とを有
する含浸室２２を持っている。使用中には、頂！！２４
と底！１１２６とは互いに閉じられて、第１図および第
３図に示したように、実質的に閉鎮容器を形成する。頂
壁と底壁との向かい合う表面には凹部が形成されており
、それによってそれらが閉じられたとき含浸室にえぐら
れた内部空間２９を形成する。入り口３０が含浸室の一
側に形成されており、それを通してストランド１２が導
入される。出口３２が含浸室の反対側に形成されており
、それはストランド１２がほぼ直線状に内　　′部空間
２９を通過しうるように配置されている。

頂壁２４及び底壁２６から交互に延長している複数の三
角バーがストランド１２の移動経路に沿って設けられて
いる。第２図及び第３図において最も良く分かるように
三角バー３４．３６．３８および４０は頂！１２４から
下方に向かって延長しており、それらの頂点は内部領域
２９の中心線当たりまで延長している。同様に、三角バ
ー４２．４４および４６は、底Ｒ２６から上方に向かっ
て、しかし三角バー３４〜４０と横方向に離隔して延長
している。三角バー３４〜４６の両端部は、関連するＵ
字形通路から離隔しており、それらのＵ字形通路は概括
的に４８で示されている。樹脂は、スロット５０に開口
している入り口５１を介して内部Ｗ４域２９内に導入さ
れ、内部領域を通ってスロット５２及び出口５３を介し
て循環される。

端部シール５４及び５６は、樹脂を内部傾城２９内に止
どめて置くのにｍいられている。各シールハ可視性の、
ワイパープレイド５８よりなり、ワイパープレイドは成
形されたシート状金属カバー６０←よって適所に把持さ
れている。プレイド５８は、潤滑性がありまた化学的な
デグラデイションに対する耐性があ゛るテフロンプラス
ティック製とするのが良い。

第１図を参照して、受は皿６２が出口近くに設けられて
おり、ストランド１２が含浸室２２から出て来る時にス
トランドからの過剰な樹脂を回収する。ｌｔ密な分屋を
持った計量オリフィス６６が設けられて、各繊維ストラ
ンド上の適正樹脂量を計量する。オリフィス６６および
出口３２におけるワイパーシール３２から流れる樹脂は
貯蔵タンク６８内に排出される。それに加えて、循環す
る樹脂は出口５３からホース７０によって貯蔵タンク６
８に運ばれる。循環樹脂の流速およびタンク６８の容積
は、含浸室２２から出てくる樹脂が、その中に混入した
空気をタンクの上方に移行させ樹脂ｉｙ−ら除去するの
に十分な時間にわたってタン７６８内に貯留させうるよ
うに選ばれる。このようにして、樹脂は実質的に開鎖ル
ープシステム内を循環させられ、ストランド１２に含浸
させるために、含浸室２２内にポンプ給送される前に取
り込まれた空気を樹脂から除去する。７６で模式的に示
された網のようなフィルタを循環システム中に設けて、
樹脂からごみなどの夾雑物を除去するのが良い、フィル
タ７６は定期的に取り外して洗浄することができる。含
浸しつ２２は、温度調節して処理中に樹脂を最適温度に
保つようにするのが良い０例えば、含浸室にヒーター７
８を設けて、樹脂を加熱する。

操作にあたって、含浸室２２の頂壁２４が開かｔむて、
繊維ストランド１２が櫛１８に通され、含浸室２′２を
横切り、計量オリフィス６６に通され、回転部材２０に
巻き什けられる。ｇｔｓは、調箇埼能になっており、ス
トランド１２が含浸室２２を通過するときストランドが
いつも緊張した状態に維持されるようにするのが良い、
頂！ｉ！２４が閉じられて、ポンプ７２が作動され、含
浸室の内部領域２９内に樹脂を循環させる。含浸加工は
、回転部材２０及び他の装置が連続した原料繊維ストラ
ンドを引っ張り始めた時に開始される。

第３図から最も良く判るように、三角バー３４〜４６は
繊維ストランド１２と僅かに接触している。三角バー３
４〜４６は、各ストランドにおける個々の繊維を押し広
げるのに十分な距離だけ、ストランドの常態的な移動経
路からストランド１２を変位させる。繊維の曲げは、出
来るだけ少なくして、繊維のほつれを防止するが、一方
では国々のｉｕｉを押し広げて樹脂がそれらに均等に含
浸されるようにするのが良いことが判った０例えば、ク
ロムめっきスチールやタングステンカーバイドなどのよ
うな比較的硬い材料で作られた滑らかなパーを用いるこ
とにより、この機能が良好に達成されうる。三角バー３
４〜４６は、ストランド１２を０．６３５ｃｍ＜０．２
５インチ）を越えて変位させないこと、・更に好ましく
は、０．１５２４ｃｍ（０，０６０インチ）以下の変位
を与えるのが良い。

樹脂の循環を調節して、含浸室２２の内部領域２８の全
体を樹脂が常に満たしているようにする。

本発明の閉鎖室構造は、出口３２に向かって波動を生ぜ
しめる間２を排除し、従って：ｌ！Ｊｌ！された時間に
互って常に繊維を樹脂中に浸しておくことができる。含
浸された繊維ストランドは含浸室２２から出て、計量オ
リフィス６６が繊維上に残留する樹脂の適正量を確保す
るよう最終的に制御する。

得られた繊維は、例えば加圧成形技術によって複合物品
を成形する際などに用いられる素材を形成するのに様々
なｍＷで用いられうる。

以上に本発明を一つの実施例に関して説明してきたが、
当該技術の熟達者には、本件出願の明細書及び図面を参
照することにより、様々な変形が有り得ることが理解さ
れよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好適な実施例による装置の斜視図で
あり、 第２図は、閉鎖浴構造の斜視図であって、内部の部品を
示すために頂壁が開かれた状態で示されており、 第３図は、第２図の閑鎮ｉ６椹造の頂壁が閉じられた状
態での断面部分図である。 符号の説明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］実質的に閉鎖された容器の内部に樹脂を含浸させ
   、 該容器の内部でほぼ真っ直ぐにストラン ドを引っ張り、 該容器の内部に横方向に延長する複数の バーを横切って各ストランドを移動させることにより、
   樹脂中にある間に繊維を押し広げて、空気の捕捉および
   繊維の曲げを出来るだけ少なくしながら、ストランドに
   樹脂を均一に含浸させることを特徴とする、 繊維ストランドに樹脂を含浸させる方法。 ［２］特許請求の範囲第１項記載の方法において、 上記バーが、該容器内におけるストラン ドの常態的な直線状移動経路を０．６３５ｃｍ以下の寸
   法だけ妨げていることを特徴とする、 繊維ストランドに樹脂を含浸させる方法。 ［３］特許請求の範囲第１項記載の方法において、 樹脂が容器から流出させられ、空気を除 去されて、空気が除去された樹脂が容器の内部にポンプ
   給送されることを特徴とする、 繊維ストランドに樹脂を含浸させる方法。 ［４］特許請求の範囲第１項記載の方法において、 樹脂内に混入する夾雑物を除去するため に樹脂をろ過する事を特徴とする、 繊維ストランドに樹脂を含浸させる方法。 ［５］頂壁と底壁とによってそれらの間に中空の内部領
   域を形成している実質的に閉鎖された容器であって、該
   容器の一側の入り口を通してストランドが導入され、該
   容器の内部を殆ど真っ直ぐに通過した後反対側の出口か
   ら出てゆくようになっている上記容器と、 該容器の内部に樹脂を循環させるための 第１の手段と、 循環されている樹脂中にストランドの繊 維をくぐらせている間に、ストランドの繊維を押し広げ
   るための、該容器の内部に設けた第２の手段と、を有し
   、 空気の捕捉と繊維の曲げを少なく保ちな がら、ストランドに樹脂を均一に含浸させることを特徴
   とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［６］特許請求の範囲第５項記載の装置において、 上記第２の手段が横方向に延長する複数 のバーであり、それらのバーがストランドの常態的な直
   線状移動経路を０．６３５ｃｍ以下の寸法だけ妨げてい
   ることを特徴とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［７］特許請求の範囲第７項記載の装置において、 上記容器が頂壁と底壁とを枢軸的に結合 する手段を有することを特徴とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［８］特許請求の範囲第６項記載の装置において、 上記バーがストランドの移動経路に沿っ て容器の頂壁と底壁とから交互に延長していることを特
   徴とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［９］特許請求の範囲第８項記載の装置において、 上記バーが頂点を持った三角形の断面形 状を有し、ストランドがバーの頂点と接触するようにな
   っていることを特徴とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［１０］特許請求の範囲第１０項記載の装置において、
   上記第１の手段が、 容器の内部領域から樹脂が流出させる出 口と、 樹脂から空気を除去するために、該出口 に接続された第３の手段と、 該第３の手段から空気を除去した樹脂を 該容器の入り口に送り出して容器の内部領域に樹脂を供
   給するポンプ手段と、を有することを特徴とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［１１］特許請求の範囲第５項記載の装置において、 該容器の出口に近接して配置されており、 樹脂を含浸させたストランドを通過させる複数の計量オ
   リフィスと、 該計量オリフィスの直下に配置されてお り、過剰な樹脂を収集するための収集手段と、該貯蔵タ
   ンクの底部と該入り口との間に 接続されており、該容器に除去された樹脂を供給するた
   めのポンプと、を有することを特徴とする、繊維のスト
   ランドに樹脂を含浸させる装 置。 ［１２］特許請求の範囲第１１項記載の装置において、 循環される樹脂から夾雑物を除去するた めのろ過手段を有することを特徴とする、 繊維のストランドに樹脂を含浸させる装 置。