JPS61211005A - 樹脂含浸繊維強化成形材料及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、樹脂含浸繊維強化成形材料及びその製造方法
に関し、更に詳しくは、成形性と成形品強度とを同時に
改善し得る樹脂含浸繊維強化成形材料及びその製造方法
に係るものである。

［従来の技術］ 従来、樹脂含浸繊維強化組成物の製造方法の一つとして
（ｉ）例えば特公昭５Ｇ−１４７７５号公報、特公昭５
４−３０４２２号公報などで示されているように円筒状
マンドレルの軸線に対し任意角度の斜めに、且つ任意間
隔で平行にガラスロービングの巻きつけを行ない、この
第１回目の巻きつけ方向に対し、反対方向すなわち第１
回目の巻きつけ方向に対し交叉する方向に同要領で第２
回目の巻きつけを行ない、前記同様な操作で順に所定回
数繰り返し巻きっけを行ない、この巻きつけ工程中ある
いはその前又は後に前記ガラスロービングに樹脂を含浸
して半硬化状態での円筒状に形成されたプリプレグ（樹
脂含浸繊維強化成形材料）をマンドレルの軸方向に切開
してシート状のプリプレグとなし、このプリプレグを必
要枚数積み重ね、この積み重ねの際、各シート毎にガラ
スロービングの軸方向が同一方向にならないよう工夫し
て積み重ねるなどして任意厚さとしたのち、樹脂の流動
性を維持しながら、例えば小型ポート、モーターケース
、給油タンクなどの種々の成形型内で加熱加圧して任意
形状の繊維強化プラスチツク製品を得る方法がある。

このフィラメントワインディング法によるガラスロービ
ングのプリプレグの特徴はガラスロービングの繊維軸方
向に対しては伸びがないが、ガラスロービングが互いに
平行にら線巻きされている横巾方向には樹脂の流動性を
生かして自由に伸縮する。このため横巾方向には成形性
が優れており、プリプレグを積み重ねる際にガラスロー
ビングの軸線方向を任意方向に配置することにより三次
元方向の立体成形にもしわや破れのない成形が容易にで
きると云う特徴がある。

これに対し、従来から知られているもう一つの他の方法
によるプリプレグ、すなわち、（ｉ）製織されたヤーン
クロスを樹脂含浸させて任意厚さに積み重ね半硬化させ
たプリプレグがある。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記（ｉ）のフィラメントフィンディング法によるガラ
スロービングのプリプレグではロービングの長さ方向の
引張強度は強力であるが、横方向に対する強度は小さい
という問題点があり、また、（ｉ）の製織されたヤーン
クロスより得られたプリプレグは製織によってストラン
ドが互いに拘束されているため強度的には優れているが
、樹脂の流動性を利用して立体成形を行なうことについ
ては、しわを生じたり、部分的に厚さが異なるなどして
成形性に劣ると云う欠点があり、又、出発材料であるヤ
ーンクロスの巾寸法によってプリプレグの巾寸法の制限
があり、任意寸法の大型成形物には応じきれないと云う
欠点があった。

このように従来のプリプレグはそれぞれの欠点があり、
本発明者らはこれらの欠点を同時に改善したプリプレグ
の製造方法について鋭意研究を重ね、ついに本発明を成
功させたのである。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明によれ
ば。

（１）樹脂含浸された多数のヤーンテープが綾交叉する
とともに多層に積層され、かつ綾交叉部におけるヤーン
テープ間の交叉角が５〜８０度であることを特徴とする
樹脂含浸繊維強化成形材料、並びに （２）筒状マンドレルの軸線方向に対し６０〜８７．５
度の傾斜角に且つ任意間隔で平行にヤーンテープを巻き
つけ１次いで該ヤーンテープ群の巻き付け方向とは逆に
マンドレルの軸線方向に対し６０〜８７．５度の傾斜角
で任意間隔で平行にヤーンテープの巻きつけを行ない、
前記と同要領の操作を順に所定回数繰り返し綾巻きを行
なう工程と、この巻き工程中あるいは前又は後に前記ヤ
ーンテープに樹脂を含浸させる工程と、このように筒状
に形成された樹脂含浸繊維強化組成物をマンドレルの軸
方向に切開する工程よりなることを特徴とする樹脂含浸
繊維強化成形材料の製造方法 が提供される。

ここで、本発明の最も特徴とするところは、従来のフィ
ラメントワインディング法によるプリプレグがガラスロ
ービングなどのロービングの綾巻きによるものであるの
に対し、本発明のプリプレグはガラスヤーンテープなど
の製織された細巾布での綾巻きによるものであることの
違いにある。

このようにプリプレグを構成する繊維がロービングであ
るかヤーンテープであるかと云う単純な相違が強度と成
形性を同時に改善すると云う極めて重大な改善を達成さ
せたのである。

すなわち本発明に用いるヤーンテープは最初からヤーン
テープとして製織されたもの、ヤーンクロスのロール両
側端を切断した耳糸部、ヤーンクロスを積極的に細巾に
裁断したヤーンテープ又その際端糸のほつれを防止する
ためたとえば特開昭５９−１５５８３号に見られるよう
に裁断部に樹脂コーティングをほどこしたテープ、更に
はテープ状編組、九編組をつぶしてテープ状となしたも
の、筒状編ひも゛をつぶして（扁平にして）テープ状と
なしたものなどテープ状となしたものであればいずれの
方法によって得られたものでもかまわない。

テープ巾は、テープの厚み、重ね巻き厚さ、プリプレグ
の大きさ、樹脂の含有率、粘性（流動性）などプリプレ
グの製造条件によって任意に設計すれば良いが一般には
５〜１００■巾が妥当で１０〜３０ｍｍ巾が実用的であ
る。

また、このヤーンテープに使用される繊維としてはガラ
ス繊維が安価で実用性に優れているが、この他、アラミ
ド繊維、炭素繊維など従来使用されているプラスチック
補強用繊維などが使用される。これらのヤーンテープは
含浸樹脂とのカップリング効果を示すカップリング剤で
処理されているものが好ましい。

熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂が最も好適であるが、前記
繊維種別と同様に成形条件等によって不飽和ポリエステ
ル樹脂、ビニルエステル樹脂その他の熱硬化性樹脂を任
意に選択すればよい。

この場合、樹脂含浸繊維強化組成物の強化繊維と樹脂と
の容量比は、ガラス繊維と前記熱硬化性樹脂の場合、重
量比で５０〜７５％、好ましく、は８θ〜７０％の範囲
でガラス繊維が含まれていれば強度の優れた成形品が得
られる。

このように本発明ではヤーンテープを用いることによっ
て例えば製織されたヤーンテープの場合は、テープの長
手方向の繊維とこれに直角方向の繊維が製織されており
、編みひもの場合はテープの長手方向の繊維と横方向又
は斜め方向に伸びる繊維などが互いにからみ合って編み
込まれているため、個々のテープ自身は長さ方向にも横
方向にも強力で従来のロービングが長さ方向の引っ張り
強度は強力であるが、横方向に対する強度がないのに較
べ１強度改善は顕著である。

次にフィラメントワインディング法によって任意の間隔
で筒状マンドレルの軸線方向に対し８０〜８７．５度、
好ましくは８５〜８７．５度の傾斜角に平行に巻きつけ
た第１回目の巻きつけに対し反対方向に１マンドレルの
軸線方向に対し第２回目の巻きつけを８０〜８７．５度
の角度で巻きつけることによって、ヤーンテープの場合
は先ず１回目巻きっけ時のテープの長手方向繊維と、２
回目巻きっけ時のテープの長手方向繊維が８０〜５度の
角度で交叉すると同時に、両者のテープの横方向繊維は
８０〜５度の角度で交叉し、更に又、一方の長手方向繊
維と他方の横方向繊維はそれぞれ３０〜２．５度で交叉
することになる。

例えば第４図に示すように、下層の巻きつけバンドＩＡ
（ヤーンテープを何本かひきそろえたもの）に対し、上
層の巻きつけバンドＩＢの交叉角度θ１を３０度となる
よう交叉させた場合、バンドＩＡの繊維１ａ（ヤーンテ
ープのたて方向縁ｍ）とバンドＩＢの繊ｍ２ｂ（ヤーン
テープの横方向の繊ｍ）。

バンドＩＢの１ａｆｔｔ２ａ（ヤーンテープのたて方向
の繊維）とバンドＩＡの繊！１ｂ（ヤーンテープの横方
向の繊維）とはそれぞれ８０度で交叉することになる。

これが例えば丸編みひもや、丸編みひもを扁平にして用
いた場合、又は編みひもを切開してテープ状にしたもの
を用いた場合には更に複雑な繊維のからみとなり、従来
のロービングを用いた場合に較べ強力となる。

このように従来のロービングのフィラメントワインディ
ングによるプリプレグでは、長手方向繊維が単純交叉す
るのに対し１本発明のテープによる交叉の場合は、テー
プを形成する繊維が複雑にからみ合い交叉することによ
って横方向の強度は飛躍的に改善されることになる。

又、これらテープは樹脂含浸されているため従来のロー
ビングタイプと同様に樹脂の流動性を利用して、加圧成
形時の圧力によって巾方向にはテープ単位で自由に伸び
、強度と成形性を同時に兼ね備えたプリプレグとなるの
である。

従来クローピングのフィラメントワインディングによる
プリプレグシートは加圧成形の際ワインディング方向に
は伸びないが、マンドレルの軸方向（すなわちシート状
に展開する際カットする方向）には均一に広がるという
特長を持っていた。

しかしこれはロービングを何本か引そろえてバンド状に
した材料的特性であり、たて糸と横糸により繊維が固定
されたテープ状のプリプレグにおいても同様の効果が得
られるとは思いもよらぬ事であった。

しかしながら現実にはヤーンテープを何本かひきそろえ
てバンド状（通常は作業性を考慮し、５０〜１００■幅
が適当）にし、これを６０〜８７．５°の角度でフィラ
メントワインディングして得たプリプレグを使用し加圧
成形を行った頂金型へのチャージ面積５０〜１００％（
金型面積に対するプリプレグシートの面積、但しプリプ
レグはワインディング方向には加圧により広がらないの
で金型と同寸法のチャージが必要、したがってワインデ
ィング方向と直角方向（マンドレルの軸方向）へ５０〜
１００％チャージする事になる）で十分プリプレグは流
動し、均一な厚みの成形品が得られる。

（但し金型としては成形材料に圧がかけられるポジティ
ブタイプの金型である必要がある）本発明の成形材料に
おいて、成形性や強度の設計に際しては、例えばテープ
の材質、テープの製造方法、テープ厚さ、巾寸法、樹脂
含浸率、樹脂粘度、繊維重量比率など種々の条件を考慮
し、又、同方向に平行に巻きつける際のテープ間隔。

テープの重ね巻き比率、テープの交叉角度を任意に設計
すればよい。

更にまた成形型の寸法、形状、成形の難易度に応じてテ
ープ巻き厚さ、テープ巻き巾を決定し。

プリプレグの厚さ、積み重ね時のテープの配交角が決定
される。

以上は本発明の樹脂含浸繊維強化組成物についての強度
及び成形性の優秀さについて詳述したが、本発明の組成
物は更にもう一つの重要な改善点がある。

それは、縦方向、横方向ともに充分な強度を有するプリ
プレグ方法として従来からヤーンクロスの積層プリプレ
グがあったが、この方法によるプリプレグでは、ヤーン
クロスの織機中の制限を受け、この織機中以上の広巾寸
法のプリプレグを得ることは現実的には無理であった。

ところが、本発明の方法によればマンドレルを軸方向に
長くし、所要寸法のマンドレルに任意細巾のヤーンテー
プを、ら線巻きすることによってヤーンテープの巾に関
係なく、所要中のプリプレグを得ることができるのであ
る。すなわち、ヤーンクロスのプリプレグは織機中の制
約とともにプリプレグ装置１（通常１ｍ前後しか存在し
ない）の幅の制約をうけこれ以上の広巾寸法のプリプレ
グを得る事は不可ずをである。

本発明の方法によればマンドレルの径を大きくするかマ
ンドレルの長さ友長くする事も可能であるし、軸方向に
は加圧成形の際流動するので１〜１．５ｍ幅のプリプレ
グより２ｍ幅の成形品を得る事も可能である。

また、テープ交叉角度を鋭角にすることや、プリプレグ
を厚肉にすることによって、加圧成形時に巾方向を更に
大きく広げることができ、従来法では得られなかった広
巾で、しかも横方向繊維を持った強力なプリプレグが得
られるようになったのである。

［実施例］ 次に図面に示す実施例を挙げて本発明を説明する。

第１図は本発明の方法によるプリプレグの製造方法の１
例を示す斜視図であり、先ず、ガラスヤーンテープ１を
テープドラムから必要本数引き出し櫛形ガイド３を経て
引きそろえ、レジンバス４内で熱硬化性樹脂を含浸させ
る。

この際ヤーンテープｌが樹脂液に完全に浸漬され、テー
プ１内の気泡が脱泡されるようテープ押えローラー５で
テープｌを浸漬させる。樹脂含浸したガラスヤーンテー
プ１は綾振り装置７を介して円筒状マンドレル６に綾巻
きされる。

円筒状マンドレル６の軸方向に対し、テープｌのら線巻
き角度、ら線巻き間隔、テープの重なり巾寸法及びこれ
らテープ群に対し反対方向に所定の角度で交叉するよう
に巻きつける場合の交叉角度は１円筒状マンドレル６の
回転速度と、綾振り装置７の往復動速度などを任意に調
整することで決定される。

また、第１図ではヤーンテープｌが円筒形マンドレル６
にワインディングされる前に樹脂含浸させているが、こ
の方式では各部の櫛歯ガイドでヤーンテープ１の側辺部
が毛羽立ち損傷し、脱落した繊維くずがレジンバス内に
沈殿残留し、樹脂液の粘度を上昇させて粘度管理を困難
にするばかりか、脱落繊維との混練樹脂がヤーンテープ
に付着したままワインディングされ、部分的に強度劣化
のある組成物となるなどの欠点を生じる場合があり、そ
の改善策としてレジンバス４を円筒状マンドレル６の下
側に設けて円筒状マンドレル外周を浸漬させ、ワインデ
ィングの工程中又はワインディング後に樹脂含浸させる
方式を採用してもかまわない。

この他製織されたガラスヤーンを裁断したガラスヤーン
テープを使用する場合などは繊維のほつれを防止するた
め例えば特開昭５９−１５５８３号公報に示されている
ように、ポリエステル樹脂などでコーティングしたもの
を用いれば櫛歯ガイドなどでの繊維の脱落やほつれを大
巾に改善することができる。

綾振り装置７、櫛形テープガイド３等はヤーンテープの
種類、寸法、本数に応じて櫛歯の数、寸法、形状、間隔
が任意に設定されるが、ヤーンテープを損傷させないガ
イドとしなければならない。

第２図はガラスヤーンテープが円筒状マンドレルに巻き
とられた状態を示すもので行きのテープ（綾角度θ）と
帰りのテープ（綾角度θ′）とは逆方向に綾を形成し各
テープは互いに重なりあっている。

第３図は円筒状マンドレルに綾巻きされたヤーンテープ
からなる樹脂含浸繊維強化成形材料を円筒状マンドレル
の軸方向に添って、切開部位８をカッターナイフなどで
切開し、シートプリプレグ９（シート状の樹脂含浸繊維
強化成形材料）を得る方法を示すものである。

この際、円筒状マンドレルへの巻き厚さはマンドレルの
直径により異なるが、切開してシート状のプリプレグと
なした時にしわが発生しない厚みとすることが好ましい
。

第４図はシート状プリプレグの製織されたガラスヤーン
テープ及び該ガラスヤーンテープを構成する製織繊維の
配交状態を示す拡大図であり、このように任意角度で重
ね合せ綾配交された樹脂含浸ガラスヤーンテープ群から
なるプリプレグを必要枚数積み重ね、成形型内にて加圧
加熱して硬化させると繊維強化プラスチツク成形体が得
られるのである。

［実施例］ はつれ防止のため端部に樹脂コーティングをほどこした
幅１２ｍ＋膿からなるヤーンクロスを裁断して作成した
スリットテープ５本を、樹脂槽（エポキシ樹脂ＡＥＲ３
３１（旭化成工業ＫＫ品番名）１００部、酸無水物ＨＮ
　２２００　　＜日立化成品番〉７５部及び硬化促進剤
ＡＴＣ−３２部（ＡＣＩジャパン〉からなる）を通して
樹脂を含浸させスクイズロールにより樹脂量をガラスｔ
ａ！重量が６５％になるように調整し、バンド幅を６Ｃ
■としフィラメントワインディングマシーンにより直径
１３２ｃｍ、長さ１８０ｃｍのマンドレルに巻き取り、
軸方向にカットし、厚み５■のシートを作成した。この
シートを酸無水物の吸湿を防止するためフィルムでおお
い密封し、４０℃で８時間Ｂ−ステージ化を行なった後
４５ｃ■×５０ｃ履（ワインディング方向）に裁断し５
０ｃｍ角の金型でプレス成形を実施した。金型温度ば１
２０℃で１時間加熱を行なった。加圧条件は８０ｋｇ／
ｃ■２で行なった。

得られた板よりワインディング方向及びマンドレルの軸
方向の物性を測定した所次の値が得られた。

比較のために同一樹脂組成でロービングを含浸させ（日
本電気ガラス■社製ＥＲ２３１０−Ｆ　１８Ｂ　）、し
ぼり口（１，３ｍｍφ）を通してガラスコンテントを７
８重量％に調整し、これを２４水引そろえて６ｃ＋ｓ幅
のバンドにし、フィラメントワインディング法によりシ
ートを得、ヤーンテープの場合と同条件でプレス成形を
行ない成形板を作成し、これよりワインディング方向及
び軸方向の物性を断定した結果を下に示す。

曲げ強度物性（ＡＳＴＭ　Ｄ　７９０）［発明の効果］ 本発明の樹脂含浸繊維強化組成物は、樹脂含浸された多
数のヤーンテープが交叉角５〜６０度で交叉され、多層
に積層されているために、成形性が良いばかりではなく
、ヤーンテープを構成する繊維が複雑にからみ合い強度
の優れた成形品が得られる。また、本発明の製造方法に
よれば、マンドレルへのヤーンテープの所定角度での巻
きつけ、樹脂含浸により上記の優れた樹脂含浸繊維強化
組成物を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の実施の一例を示す斜視図、
第２図は、ヤーンテープが円筒状マンドレルに巻きつけ
られた状態を示す正面図、第３図は円筒状マンドレルに
巻きつけられたヤーンテープよりなる樹脂含浸繊維強化
組成物をマンドレルの軸方向に添って切開した状態を示
す概略斜視図、第４図はシート状プリプレグの製織され
たガラスヤーンテープ及び該ガラスヤーンテープを構成
する製織繊維の配向状態を示す拡大図（ヤーンテープは
パンＦ’ｌＡ、　ｔａにおいて複数本引きそろえられて
いる）である。 ｌ：ヤーンテープ ２：テープドラム ３：櫛形テープガイド ４ニレジンバス（樹脂浸漬槽） ５：テープ押えローラー ６：マンドレル ７：綾振り装置（綾振りアーム） ８：切開部位 ９：シート状プリプレグ ０２行きのテープ角 θ′：帰りのテープ角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂含浸された多数のヤーンテープが綾交叉する
   とともに多層に積層され、かつ綾交叉部におけるヤーン
   テープ間の交叉角が５〜６０度であることを特徴とする
   樹脂含浸繊維強化成形材料。
2. （２）筒状マンドレルの軸線方向に対し６０〜８７．５
   度の傾斜角に且つ任意間隔で平行にヤーンテープを巻き
   つけ、次いで該ヤーンテープ群の巻き付け方向とは逆に
   マンドレルの軸線方向に対し６０〜８７．５度の傾斜角
   で任意間隔で平行にヤーンテープの巻きつけを行ない、
   前記と同要領の操作を順に所定回数繰り返し綾巻きを行
   なう工程と、この巻き工程中あるいは前又は後に前記ヤ
   ーンテープに樹脂を含浸させる工程と、このように筒状
   に形成された樹脂含浸繊維強化組成物をマンドレルの軸
   方向に切開する工程よりなることを特徴とするシート状
   樹脂含浸繊維強化成形材料の製造方法。