JPS61230925A - 中空繊維強化プラスチツクの製造方法 - 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】 １東よ五Ｕ旦１ この発明は、中空繊維強化プラスチックの製造方法に関
する。

炙米ＫＩ　　　・ 中空の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）　、たとえばＦ
ＲＰの容器や管などを製造する方法はいろいろある。た
とえば、特公昭５２−３５７０５号公報には、容器を製
造する方法として、容器の形状をしたガラス繊維のプリ
フォーム材を外型で囲み、またプリフォーム材の内部に
はゴムなどの可どう性材料からなる中空芯型を入れ、芯
型に水などの液体を入れ後に芯型と外型で形成される隙
間に樹脂を注入して上記プリフォーム材に含浸するか、
または樹脂注入後に芯型に液体を入れ、しかる後全体を
炉に入れて加熱し、樹脂が硬化した後外型を取り除き、
さらに液体を扱いて芯型を取り除く方法が記載されてい
る。管の製造は、樹脂を含浸した補強繊維材料をマンド
レルに巻回し、その巻回層の上に熱収縮性のテープを巻
回し、全体を炉に入れて加熱し、テープの熱収縮による
成形圧力を加えながら樹脂を硬化させた後取り出してマ
ンドレルを引き抜くのが一般的である。しかしながら、
これらの方法には以下において説明するような欠点があ
る。

すなわち、上記従来の方法は、いずれも、全体を炉に入
れて加熱するものである。そのため、熱効率が大変悪い
。また、炉内の温度分布にむらができやすいために樹脂
の硬化が一様に進まず、得られた中空ＦＲＰの特性にば
らつきができやすいという欠点もある。さらに、構造物
のような大型の中空ＦＲＰを製造しようとした場合、大
変大きな炉が必要になる。たとえば、航空機の胴体を製
造しようとした場合、長さや直径がともに数メートルに
も及ぶような巨大な炉が必要になる。それほど巨大な炉
はエネルギーコストが大変高く、設備的にも多額の投資
を必要とする。もちろん、炉の内容積が大きくなればな
るほど炉内温度分布のむらちできやすい。

日が　決しようとする間　１、 この発明の目的は、従来の方法の上記欠点を解決し、樹
脂の加熱を効率よく、しかも一様に行うことができ、特
性の優れた中空ＦＲＰを得ることができるばかりか、炉
を必要とせず、設備投資が大変少なくてすむ中空ＦＲＰ
の製造方法を提供するにある。　゛ ５１、を解決するための　段 上記目的を達成するために、この発明においては、樹脂
を含浸した補強繊維材料を、中空の芯型に、繊維軸が所
望の方向を向くように、かつ所望の厚みになるように巻
回する工程と、前記芯型内に熱媒を導入し、前記芯型の
内部から前記樹脂を加熱して硬化させる工程とを含む中
空ＦＲＰの製造方法が提供される。また、この発明にお
いては、樹脂を含浸した、または含浸していない補強繊
維材料を、中空の芯型に、繊維軸が所望の方向を向くよ
うに、かつ所望の厚みになるように巻回する工程と、そ
の巻回層に外型を被せる工程と、前記芯型と外型で形成
される隙間に樹脂を注入して前記補強繊維材料に含浸す
るとともに前記隙間を満たす工程と、前記芯型内に熱媒
を導入し、前記芯型の内部から前記樹脂を加熱して硬化
させる工程と、前記外型を取り除く工程とを含む中空Ｆ
ＲＰの製造方法が提供される。

この発明をさらに詳細に説明するに、この発明において
は、まず、内部に後述する熱媒を導入することができる
中空の芯型を用意する。この芯型は、通常、製造したい
中空ＦＲＰと同様の形状に作られている。たとえば、容
器を製造したい場合にはその容器形状に、また管を製造
したい場合には管状に作っておく。管状の芯型の場合、
その一端は開放されていても閉じられていてもよい。要
は、その中に熱媒を導入し、流すことができる形状であ
ればよい。芯型の材質は、たとえば圧力容器のように、
製造後も芯型を構成材料の一部としてそのまま残してお
きたい場合には金属を、また製造後に取り除きたい場合
には、ゴムなどの可とう性材料や金属などを使用するの
が好ましいが、特に限定するものではない。なお、芯型
は、通常、一様な肉厚を有するものとして準備されるが
、たとえば圧力容器を製造する場合、首部に相当する部
分を肉厚にしたものなど、所望の部分で厚みを変えたも
のを使用することも好ましい。

一方、補強繊維材料を用意する。この補強繊維材料は、
炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、有
機高弾性繊維（たとえば、ポリアラミド繊維）、炭化ケ
イ素繊維などの高強度、高弾性繊維のストランド、織物
、編組、マットなどである。織物や編組、マットなどの
、いわゆる布帛形態である場合、それらはシート状であ
ってもテープ状であってもよい。もっとも、この発明に
おいては、上述したような補強繊維材料のみならず、そ
れに樹脂を含浸したもの、つまりプリプレグを用いるこ
とができる。含浸する樹脂は、通常、エポキシ樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹
脂などの熱硬化性樹脂でおる。これらの熱硬化性樹脂は
、補強繊維材料に含浸された状態ではＢ−ステージであ
る。しかしながら、たとえばポリアミド樹脂などの熱可
塑性樹脂が補強ｌ！ｉ維材料への含浸可能な状態として
準備できるならば、そのような熱可塑性樹脂を含浸した
プリプレグを使用してもよい。

この発明においては、次に、上記芯型に上記補強繊維材
料またはそのプリプレグを巻回する。この巻回は、繊維
軸が所望の方向を向くように、かつ所望の巻厚、ひいて
は所望の肉厚の中空ＦＲＰが得られるように行う。これ
以後の工程には、以下に述べる２通りの方法がある。

ひとつは、補強繊維材料のプリプレグを使用する場合に
採用する方法である。この方法は、芯型上のプリプレグ
巻回層に、必要に応じて熱収縮性フィルムのテープを、
ら旋状に、かつ幅方向端が互いに少しづつ重なり合うよ
うに巻き付け、あるいは熱収縮性フィルムの筒を被せた
後、芯型内に熱媒、たとえば熱水、水蒸気、ポリオキシ
アルキレングリコールなどを導入し、芯型を介してプリ
プレグを加熱し、熱収縮性フィルムの収縮による成形圧
力を加えながら樹脂を硬化させる方法である。導入する
熱媒の温度は、樹脂の種類などによって異なるものの、
通常、５０〜２００℃である。

樹脂の硬化後、芯型はそのまま残しても、取り除いても
よい。芯型を取り除く場合、その内部に冷媒を導入する
と芯型が冷されて収縮し、取り除きやすくなる。

他のひとつは、樹脂を含浸していない補強繊維材料を使
用する場合であっても、そのプリプレグを使用する場合
であっても、いずれの場合においても採用することがで
きるもので、芯型上の巻回層に外型を被せ、これら芯型
と外型で形成される隙間に、好ましくは粘度が５０００
センチポアズ以下であるような樹脂を、好ましくは３〜
８ＫＣｌ／Ｃｍ２の圧力で注入して補強繊維材料に含浸
するとともに上記隙間を満たし、以下上記方法と同様に
芯型内に熱媒を導入して樹脂を硬化させ、しかる後外型
ダ取り除くものである。注入する樹脂は、プリプレグ用
樹脂として説明したものと同様のものでよい。また、プ
リプレグを使用する場合には、通常、それに使われてい
るものと同じ種類の樹脂を注入する。樹脂の注入を、芯
型と外型で形成される隙間を減圧しつつ、または減圧し
た後に行うようにすると、より一様な樹脂含浸が行える
ようになるので好ましい。外型は、通常、割型として準
備されるが、管のような単純な形状のものを得るような
場合には必ずしもそうする必要はない。また、脱型を容
易にするため、外型は芯型よりも熱膨張係数の大きな材
料で構成しておくのが好ましい。ざらに、外型を断熱材
で覆っておくと、よりエネルギーコストが安くなる。な
お、この場合もまた、樹脂の硬化後に芯型を取り除いて
もよいし、そのまま残しておいてもよい。また、芯型の
除去に際して冷媒を使用することもできる。

図面は、上述した後者の方法を実施している様子を圧力
容器を製造する場合について示すもので、圧力容器の形
状をした中空の芯型１上に、樹脂を含浸した、または含
浸していない補強繊維材料の巻回層２が形成され、その
上から２つ割の外型３．４が芯型１の芯軸方向から被せ
られている。芯型１には連結軸１１．１２が嵌着され、
それら連結軸１１．１２に嵌着したＯ−リング５．７に
よって外型３．４との間が封止されている。同様に、外
型３．４同士がＯ−リング６によって封止されている。

熱媒は、筒状の連結軸１２を通って芯型１の芯軸上に延
びる、軸方向に多数の熱媒噴射孔１３を穿孔した熱媒導
入管８によって芯型１内に導入され、芯型１内を環流し
た後熱媒導入管８と連結軸１２の間を通って芯型１外に
排出される。

樹脂は注入口９から注入される。注入口９は、より一様
な樹脂含浸を行うことができるように、外型４の下部に
設け、樹脂が芯型１と外型３．４で形成される隙間をそ
の下部から上部に向かって流れるようにしている。樹脂
注入前または注入時における上記隙間の減圧は、減圧吸
引口１０を介して行う。芯型１は樹脂硬化後もそのまま
残され、その周りに形成されたＦＲＰ層とともに圧力容
器を構成する。外型３．４は樹脂の硬化後に取り除く。

なお、この方法のように芯型１を横置状態で使用し、か
つ熱媒として熱水やポリオキシアルキレングリコールな
どの液体熱媒を使用する場合には、芯型１の芯軸を中心
にして、熱媒導入管８を除き、またはそれをも含む全体
を回転させながら樹脂の硬化を行うのが好ましい。そう
すると、芯型１、ひいては樹脂の加熱がより一様に行わ
れ、硬化がより一様に進むようになる。この場合には、
連結軸１２および／または熱媒導入管８と外部の駆動系
や熱媒供給源との結合を回転軸受などを介して行う必要
がある。

以下、実施例に基いてこの発明をざらに詳細に説明する
。

Ｘ度Ｖ 図面に示す方法によって、ガスボンベを製造した。

すなわち、ガスボンベの形状をした、厚み３ｍｍ１内径
７２ｍｍ、内容積０．８５リットルのアルミニウム合金
製中空芯型を用意した。また、外型として、２．５ｍｍ
の肉厚をもつステンレス製の２つ割金型を用意した。一
方、補強繊維材料として、東し株式会社製炭素繊維Ｔ−
３００（単糸径：約７μｍ、フィラメント数：６０００
本）を用意した。

次に、上記芯型の上に、上記炭素繊維を、その繊維軸が
芯型の芯軸に対して約１５°の方向になるように、かつ
厚みが約２ｍｍになるように巻き付けた。その上に、こ
んどは繊維軸が約６０’の方向を向くように、かつ約Ｑ
、３ｍｍの厚みになるように巻き付けた。ざらに、その
上にフープ巻、つまり芯軸に対して約９０’になるよう
に、かつ厚みが約２ｍｍになるように巻き付けた。

次に、芯型上の炭素繊維巻回層に外型を被せた。

これにより、芯型と外型の間に約４．５ｍｍの一様な隙
間が形成された。

次に、上記隙間を約ｉｍｍＨＣＪになるまで減圧した後
、その隙間に約４Ｋｇ／Ｃｍ２の圧力で樹脂を注入し、
満たした。樹脂は、油化シェルエポキシ株式会社製エポ
キシ樹脂“エピコート８２７　”１００重量部に、硬化
剤としてペトロケミカルズ株式会社製無水メチルナジッ
ク酸９０重量部および硬化触媒として四国化成株式会社
製２−エチル−４−メチルイミダゾール１重量部を混合
したものを使用した。

次に、熱媒導入管を除く全体を芯型の芯軸を中心にして
１分間に約６０回転の速度で回転させながら、熱媒導入
管から、熱媒として約１２０℃に加熱した水蒸気を導入
し、流し続けながら約３時間その状態を維持して樹脂を
硬化させた後外型を取り除き、ガスボンベを得た。

次に、上記ガスボンベについてその表面を顕微鏡で観察
したところ、仕上加工を全く必要としないほど平滑で、
ボイドなどの欠陥は認められなかった。また、水圧試験
をしたところ、約１４００ＫＯ／ｃｍ２の圧力まで耐え
、ガスボンベとして十分に使用に耐えるものであること
が確認された。

及豆二盈ス この発明は１、中空の芯型を使用し、芯型内に熱媒を導
入してその芯型上に形成した補強繊維材料と樹脂の層を
加熱し、樹脂を硬化させるから、全体を炉に入れて加熱
する上記従来の方法にくらべて熱効率が大変高い。しか
も、温度分布ができにくいから樹脂の加熱が一様に行わ
れ、特性の優れた中空ＦＲＰを得ることができる。また
、たとえば航空機の胴体のような大型の構造物を製造す
る場合でも、その全体を収容することができるほどの大
きな炉を必要としないからエネルギーコストが極めて安
く、しかも設備投資が少なくてすむ。

ざらに、外型を合わせ使用すると、外型の内面を平滑に
しておくことにより、表面が平滑で、仕上加工をあえて
必要としない中空ＦＲＰを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明に係るひとつの方法を実施している様
子を示す概略縦断面図である。 １：芯型 ２：、樹脂を含浸した、または含浸していない補強繊維
材料の巻回層 ３．４：外型 ５．６．７：０−リング ８：熱媒導入管 ９：樹脂注入口 １０：減圧吸引口 １１：、１２：連結軸 １３：熱媒噴射孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂を含浸した補強繊維材料を、中空の芯型に、
   繊維軸が所望の方向を向くように、かつ所望の厚みにな
   るように巻回する工程と、前記芯型内に熱媒を導入し、
   前記芯型の内部から前記樹脂を加熱して硬化させる工程
   とを含む中空繊維強化プラスチックの製造方法。
2. （２）樹脂を含浸した、または含浸していない補強繊維
   材料を、中空の芯型に、繊維軸が所望の方向を向くよう
   に、かつ所望の厚みになるように巻回する工程と、その
   巻回層に外型を被せる工程と、前記芯型と外型で形成さ
   れる隙間に樹脂を注入して前記補強繊維材料に含浸する
   とともに前記隙間を満たす工程と、前記芯型内に熱媒を
   導入し、前記芯型の内部から前記樹脂を加熱して硬化さ
   せる工程と、前記外型を取り除く工程とを含む中空繊維
   強化プラスチックの製造方法。