JPS6215339B2 - - 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
円板を任意の形状に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る。 またフライホイール等の用途を考えた場合、単
なる平面中空円板よりもむしろ径方向すなわち
FWの肉厚方向に順次肉厚の異なつた形状が適切
でこういつた場合研削等機械加工による仕上段階
が必要となつてくるが、この様な場合機械加工を
出来得るかぎり抑えた、理想的には機械加工の必
要のない素材の提供が望まれている。 こうした用途としてのFW成形品は近年ますま
す重要な課題となつているもののFW成形品は、 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
維のすべりが生じ易く、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け
が下可能になる、 肉厚方向に順次異なつた曲面を有する形状に
成形するのが困難である、 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、
曲面形状の成形方法の３点が問題を複雑化して
いることに気が付いた。 すなわち樹脂を含浸した繊維束を金型表面に巻
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け層数を増す
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したがつて積算され、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、外層部分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
含浸した繊維束を金型に巻付ける際、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
的に採用されているが、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
困難となつていた。 また、繊維のすべ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
い形状では上記巻付時に余剰の樹脂分をとり除く
ことは物理的にも更に難しくなる。 更に、径方向に肉厚分布をもつた中空円板また
は傾斜付の中空円板の場合、巻付け自体が難し
く、巻付けられたとしても所望の形状への成形性
が困難である。 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および巻付けられる
金型の軸方向のVfについて着目し本発明を完成
するに至つたのである。 即ち繊維に樹脂を連続的に含浸して金型表面に
巻付けるウエツトワインデイング法において、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、金型表面に巻付けるにあたり、
金型に側板を設け該側板を側板間距離よりも大な
る半径の側板とし、金型表面と側板とで形成され
る間隙に該繊維束を巻付け、更に側板をとり除き
用意した所望の形状の金型に挿着するかまたは側
板をそのまゝ用いて側板間方向に圧縮成形即ち圧
縮、成形硬化す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、層間に亀烈のない、
周方向にしわの発生しない設計巻付角を維持し
た、またFWの際の肉厚方向に任意の形状の厚肉
品の製作を可能としたものである。 以下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、湧出する樹脂分をとり除
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を通して金型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、Vfの低下をな
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
sinα＝Ｒ／Ro（たゞしα：巻付け角、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、薄肉巻
付品はともかく厚肉巻付品の場合は前述の如く、
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、巻付繊維束の
滑りが生じ易くなる。 そこで本発明に於いては更に第３図に示すよう
に金型側面に側面間距離Ｙよりも大なる半径Ｘの
側板（フランジ）を設け、巻付けられる際にかか
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％を越える）ときには肉厚化
するにつれてVfが低下し、しわが発生し易くな
る、しかし調整したときは上記問題点が解消す
る。 なお側板は巻付けられる繊維張力によつてたわ
みの生じないように設計する必要があり、その最
大たわみ量は側板に使用する素材の弾性率に反比
例するため、作業性を考えた場合、金属材料は勿
論比較弾性率の高い繊維強化プラスチツクスを用
いることも有効である。 巻付けられる繊維中の樹脂含有量を調整するこ
とと、側面に側板を設けられた金型を用いること
とを必須条件としてFW法により巻付けられた繊
維は、それだけで十分にVfが均一でかなり高い
ものが得られるものの、例えば製品形状が巻付け
の肉厚方向に曲面形状を有するといつた複雑なも
のさらに側板間距離が極めて短いものについては
巻付けが困難であるという問題を解決すること又
Vfを高めより高性能のFW巻付品を得ること、又
さらに円筒もしくは中空円板の内径と外径との同
軸度を向上させることについて種々検討した結
果、上記FW巻付品を用いてこれを側板を用いて
側板間方向に圧縮成形するか、または側板をとり
除き用意した所望の形状の金型に挿着した側板間
方向に圧縮し成形することにより上記問題点につ
いても解決が可能となつた。 即ち第３図に示す金型表面に巻取られた繊維に
対して、これを第３図の側板を用いてそのまゝ圧
縮成形するか、第４図に示すように上型５、下型
６、芯出し棒７、スペーサー８を用いた圧縮成形
型を用い側板間方向に圧縮成形する。 このことによつてさらにVfの高いFW巻付品が
得られると同時に、側板間距離の短い換言すれば
薄肉円板の成形に際しても所望の肉厚もしくはそ
れよりも長い側板間距離を与えてFWし、これを
所望の肉厚のスペーサーを用いて圧縮成形すれば
よい訳であるから非常に簡単に薄肉円板の成形も
可能となる。 また曲面をもつた形状に成形する場合も側板に
曲面を与えてFWする場合、曲率の大きい部分で
はFWのみのときは曲率に沿つて均一に巻付ける
ことは困難となり、ひいてはこれがしわの発生等
を招来することになるため、平板の側板を用いて
これにFWするかまたは所望の曲率に類似した曲
率をもつた或いは傾斜した側板を用いてこれに
FWし所望の形状をもつた側板で圧縮成形するこ
とにより任意形状の円筒或いは円板の成形が可能
となる。 また巻付けられた繊維を圧縮成形する際に繊維
のみだれを生じさせる場合もあり液体窒素等で一
旦樹脂を固化してから圧縮成形するか、または熱
等により樹脂を半硬化状態とした所謂プリプレグ
を作成したのち圧縮成形すれば移動の際の繊維の
みだれもなくスムーズに移動が可能となる。 すなわち本発明の骨子は、 FWの際に巻付けられる繊維に含有される樹
脂量を調整し、 この繊維を側板を有する金型表面と側板間に
巻付け、 巻付け終了後、側板間方向に側板を用いて或
いは任意の形状を有する金型で圧縮成形するこ
とであり、いずれの条件が欠如しても良好な
FW品は得られない。 また圧縮成形をすることにより、内外径の同軸
度は極めてよく例えば第４図に示す中心に孔を有
する円板を成形する際FWのみの場合と、FW後
圧縮成形した場合とは第１表に示す如くVfの均
一化、同軸度、偏肉度の均一化が計られ極めて工
業的に有利な製品を提供することが可能となる。
また樹脂の硬化は圧縮した状態で常温ないし加温
することにより達成される。 なお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

【表】

【表】 熱可塑樹脂でもよく、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に含浸して得られ
るものであり、また本発明は具体例に示した金型
形状に限定されないことは言うまでもない。

【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図本発明のFM法に用いられる金型の断面図、
第４図は本発明のFW法に用いられる圧縮成形型
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、５…上型、６…下型、７…芯出し
棒、８…スペーサー、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巻付ける
   ウエツトワインデイング法に於いて、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、金型表面に巻付けるにあたり、金型に
   側板を設け該側板を側板間距離よりも大なる半径
   の側板とし、金型表面と側板とで形成される間隙
   に該繊維束を巻付け、更に側板をとり除かずにそ
   のまゝ側板を用いて側板間方向に圧縮成形するか
   又は側板を取り除き用意した所望の形状の金型に
   挿着し側板間方向に圧縮成形することを特徴とす
   る繊維強化プラスチツクスの製造方法。 ２ 側板が平板であつて且つ巻付け後平板を取り
   除き曲面を有する金型中に挿入し、これを圧縮成
   形することによつて曲面を有する形状に成形する
   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 側板が曲面板であつてこの曲面板間方向に圧
   縮成形する特許請求の範囲第１項記載の繊維強化
   プラスチツクスの製造方法。 ４ 側板が曲面板であつて且つ巻付後曲面板を取
   り除き上記曲面板に類似した金型中に挿着し圧縮
   成形する特許請求の範囲第１項記載の繊維強化プ
   ラスチツクスの製造方法。 ５ 側板間と金型表面との間隙に繊維を巻付けた
   後側板を取り除かない状態で液体窒素等の低温下
   で樹脂を固化した後圧縮成形する特許請求の範囲
   第１項、第２項、第３項又は第４項記載の繊維強
   化プラスチツクスの製造方法。 ６ 側板間と金型表面との間隙に繊維を巻き付け
   た後側板を取り除かない状態で熱を加え樹脂を半
   硬化状態とした後圧縮成形する特許請求の範囲第
   １項、第２項、第３項、又は第４項記載の繊維強
   化プラスチツクスの製造方法。