JPS6215338B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化プラスチツクスの製造方法、
詳しくは繊維含有率の高い厚肉円筒もしくは中空
円板をウエツトワインデイング法により安易に製
造する方法に関する。 ウエツトワインデイング（以下FWと略記す
る）法による繊維強化プラスチツクスの成形は他
の方法に較べて繊維含有率（以下Vfと略記す
る）が高く、繊維の物性を最大限に活用できる方
法としてパイプ等種々の用途に応用されているも
のの、肉厚方向のVfを考えると最内層から順次
最外層へと徐々に低くなる傾向がみられ、外層部
分の強度を必要とする、例えば回転体等としての
用途には信頼性の見地からも、肉厚方向に一様な
高いVfをもつたFW成形品の出現が望まれてい
る。 またFW法による厚肉巻付品は例えばフライホ
イール、厚肉パイプといつたように近年重要な課
題となつているものの、 肉厚方向にVfが一様ではなく、外周部のVf
が低いため所定強度が得られない、 成形後に層間に亀烈が生じ易い、 周方向にしわが発生し所定強度が得られな
い、 肉厚を厚くしてゆくにしたがつて巻付時に繊
維のすべりが正じ易く、設計巻付角を維持でき
ないばかりかひいては型くずれを招来し巻付が
不可能になる、 といつた問題があり実用化への障害となつている
のが現状である。 そこで本発明者等は上記問題点について種々検
討した結果、余剰の樹脂分、繊維のすべりの
２点がこれらの現象を生ぜしめている点が気がつ
いた。 すなわち樹脂を含浸した繊維を金型に巻付ける
にしたがつて余剰の樹脂分が表層に湧出してくる
が、この余剰の樹脂分は巻付層数を増すにしたが
つて徐々に湧出するものであり、ために最外層に
向うにしたがつてVfは低下する傾向にある。 また、外層側の巻付繊維束の巻付張力は、内層
部では径方向の圧縮力および巻付繊維束を軸方向
に押し広げる力として伝達される。この力は巻付
繊維層が増大するにつれて積算され、繊維束は極
めて滑り易い状態となる。 以上２つの理由により、巻付繊維に滑りを生じ
外層部の周方向にしわが入つたり（主にの要
因）、成形後に成形品の層間に亀烈が生じたりす
る（主にの要因）。 余剰の樹脂分の影響をなくすためには、樹脂を
含浸した繊維を巻付ける際、湧出する余剰の樹脂
分をとり除きつつ、巻付ける方法が一般的であ
る。 しかしこの場合、余剰の樹脂分は徐々にしか湧
出せず、これを均等にとり除くことは極めて困難
であつた。 また繊維の滑りを無くすためには、金型両側面
に側板を設け、この側板で巻付繊維束を軸方向へ
押し広げる力を受けとめることが必要となるが、
厚肉円筒、特に中空円板といつた肉厚の小さな成
形品では上記巻付時に余剰の樹脂分をとり除くこ
とは物理的にも不可能となる。 ために本発明者等は巻付けられる繊維束中に含
有される樹脂量と金型の形状について着目し上記
問題点を解決するに至つたのである。すなわち繊
維に樹脂を連続的に含浸しながら金型表面に所定
形状に巻付けるウエツトワインデイング法におい
て金型に側板を設け金型表面と側板間に繊維束中
の樹脂含有量を25容量％以上、80容量％以下とし
た繊維束を巻付けることを特徴とする繊維強化プ
ラスチツクスの製造方法を提供することによつ
て、肉厚方向にVfを均一化し、層間に亀裂のな
い、周方向にしわの発生しない、又設計巻付角を
維持したFW法による薄肉品は勿論厚肉巻付品の
製作が可能となることを見出したのである。 以下に図面に基づき本発明を詳述する。 一般にFW法による巻付けは第１図に示すよう
にサプライ部１に設置された長繊維を含浸槽部２
にて樹脂含浸し、トラバース部３を通して金型４
に巻付けられる。この方法で、巻付けられる繊維
束中の樹脂含有量を80％以下に抑えることは前述
の如く、極めて難しい。したがつてこの際含浸槽
部２から金型４に至る経路にてダイス等を通すこ
とによつて繊維中に含まれる樹脂量を調整する方
法、また樹脂含浸した繊維をボビンに巻取り表面
に湧出する樹脂分をとき除いたのちこれをサプラ
イ部１に設置し、直接トラバース部３を通じて金
型４に巻付ける方法等を用いることによつて、繊
維束中の樹脂含有量を25容量％以上、80容量％以
下となるように調整する。25容量％未満にしたと
きは巻付ける際に繊維界面に十分に樹脂が行き渡
らず層間にボイドが生じ易く、また80容量％を越
える場合は余剰樹脂が多過ぎ側板を用いても繊維
のすべりをなくすことができない。 かくして本発明ではVfを調整された繊維を金
型に巻付ける訳であるが、一般にFW法に供せら
れる金型は第２図に示すようにストレート型（図
ａ）もしくは側面に繊維のすべりを緩和するため
sinαＲ／Ｒｏ（たゞしα：巻付角、Ro：金型中央半 径、Ｒ：金型端部半径）で求められるＲを半径と
した端部を設けられたもの（図ｂ）が一般的であ
る。 しかるにこういつた金型を用いた場合、前述の
如く、外層部の巻付張力により内層部では巻付け
た繊維束を軸方向に押し広げる力が働き、巻付繊
維束に滑りが生じ易くなる。 更に本発明に於いては第３図に示すように金型
側面に側板（フランジ）を設け、巻付けられる際
に下地にかかる応力を側板で受け持つ構造とし
た。この場合でも巻付けられる繊維中の樹脂の含
有量を調整しない（樹脂含有量が80容量％を越え
る）ときは厚肉品になるにつれてしわが発生し易
くなり又Vfの低下が生じる。しかし調整したと
きは上記問題点が解消する。 このように本発明は巻付けられる繊維中の樹脂
含有量を調整すること、金型側面に側板を設ける
ことの両者を必須条件とするものであつて、いず
れかが欠除すると良好な巻付品が得られない。 なお側板は巻付けられる繊維の張力によつて、
たわみの生じないように設ける必要があり、側板
の最大のたわみ量が0.2mm以上になると側板の効
果は認められず、繊維の落ち込み等によりVfの
低いしわのある巻付品しか得られない。 例えば側板の最大たわみ量δmaxは δmax＝αＰＸ^４／Ｅｈ^３ （こゝでα：応力係数、Ｐ：繊維の張力、Ｘ：
外半径、Ｅ：側板の弾性率、ｈ：側板の肉厚）に
よつて与えられるから内外径比＝0.5、Ｐ＝５
Kg、Ｘ＝250mm、Ｅ＝21000Kg／mm²としたときδ
max≦0.01mmとすればｈ≧255mm以上の肉厚をも
つた側板が必要となる。 従つて側板を金属とした場合金型の重量は極め
て重くなり作業性が悪くなることもあり、径が大
きくなつた場合には側板を比弾性率の高い材料を
用いることが良く、特にCFRP（炭素繊維強化プ
ラスチツクス）（比弾性率例えばCFRPクロス
板：36750Kg／mm²、鉄：2700Kg／mm²）を使用する
ことが好適である。 又本発明の効果は厚肉巻付品になる程顕著で、
側板の半径Ｘが金型側板間距離Ｙよりも大なる場
合にその効果は明瞭であつて、特に中空円板等の
作成には極めてすぐれた効果を発揮するものであ
る。更には金型の両側に側板を設けたことにより
自づと巻付角度は限定され、金型の軸方向に対し
て70゜以上であることが望ましい。 なお本発明に於いて樹脂の硬化は圧縮した状態
で常温ないし加温することによつて達成される。 又本発明に供せられる繊維強化プラスチツクス
とは、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
フエノール樹脂、ポリイミド樹脂、ヒダントイン
系樹脂等熱硬化性樹脂が巻付けの際の粘度の関係
から好適であるが粘度の調整を行なうことにより
熱可塑性樹脂でもよく、こういつた樹脂を、ガラ
ス繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、石綿
繊維、炭化けい素繊維等の長繊維等の長繊維に含
浸して得られるものであり、また本発明は具体例
として図面に示した金型形状に限定されるもので
ないことは言うまでもない。 以上の様な本発明による具体的実験例を示すと
第３図に示す形状の円周巻円板をエポキシ樹脂を
マトリツクスとして、炭素繊維を強化材として
FWした場合、第１表に示す如く、Vfの均一化が
計られ、またしわの発生がなくなるなど品質の向
上が顕著である。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なFW法の概略説明図、第２図
は一般的なFW法に用いられる金型の断面図、第
３図は本発明のFW法に用いられる金型の断面図
を夫々例示している。 １…サプライ部、２…含浸槽部、３…トラバー
ス、４…金型、Ｘ…側板半径、Ｙ…側板間距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 樹脂を含浸した繊維束を金型表面に所定形状
   に巻付けるウエツトワインデイング法に於いて、
   金型に側板を設け、金型表面と側板間に繊維束中
   の樹脂含有量を25容量％以上80容量％以下とした
   繊維束を巻付けることを特徴とする繊維強化プラ
   スチツクスの製造方法。 ２ 側板間の距離よりも側板半径の方が大きい特
   許請求の範囲第１項記載の繊維強化プラスチツク
   スの製造方法。 ３ 側板の最大たわみ量が0.2mm以下となるよう
   にした特許請求の範囲第１項又は第２項記載の繊
   維強化プラスチツクスの製造方法。 ４ 巻付け角度が金型の軸方向に対して70゜以上
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の繊
   維強化プラスチツクスの製造方法。 ５ 側板を炭素繊維強化プラスチツクスとした特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維強化プ
   ラスチツクスの製造方法。