JPS6360711A - Ｆｒｐの成形方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は三次元繊維構造体の製造装置に関するものであ
る。

〔従来技術〕

金属あるいはプラスチックの成形体の補強手段として、
炭素繊維、ガラス繊維あるいは金属繊維等の高強力繊維
が使用されている。

従来一般に使用されているプラスチック成形体の補強手
段は、プラスチック材料中に補強繊維を平板状に積層し
た所謂プリプレグシートの積層によって一体構造をなす
方法であり、この配列構造のＦＲＰ成形体では大量の繊
維を立体的に使用することができず、眉間剥離に対する
抵抗が弱いために繊維の充填量に比較して補強効果があ
まり良くないと云う問題がある。

そこで、補強繊維を三次元の構造体に形成した後、これ
を金属あるいはプラスチック材料中に埋め込んで補強す
る方法が提案されている。

この三次元繊維構造体を形成する製織手段としては、例
えば米国特許第４３１２２６１号明細書に記載されてお
り、この製織手段はトーションレース方式と称するもの
である。このトーションレース方式は、多数のボビンを
移動平面内に配置し、ボビンに巻かれた糸条を解舒しな
がらボビン相互の位置を変えることにより糸条同志の絡
み合いによる三次元繊維構造体を形成するものである。

前記のように三次元繊維構造体を製造し、これを利用し
てプラスチック等を立体的に補強したＦＲＰを成形する
ことが可能となったのである。ところが、このＦＲＰの
成形方法においては次の各種の問題がある。

（１）　　三次元製織された繊維構造体の繊維体積含有
率（Ｖ、）が高い場合の問題点 補強繊維は三次元製織され、熱硬化性樹脂を使用して射
出成形（ＲＩ法、即ち、レジンインジェクション法）さ
れる訳であるが、この際の射出圧としては数Ｋｇ／ｃｄ
〜数１０にｇ／ｃｄが必要となり、次の問題がある。

■　高圧の射出圧を得る関係上、射出装置が著しく高価
となり、そのために設備費が増加する。

■　射出圧が高くなるにしたがい、補強繊維構造体に変
形が生ずる。この変形としては、繊維の曲がり、構造変
形、空隙の拡大等がある。

■　ＦＲＰの厚みの大きなもの（数１００　ｍ以上）に
ついては、製造が困難である。即ち、ＦＲＰの中心部ま
で完全に樹脂が達するまでには数１００Ｋｇ　／ｃｄ以
上の超高圧が必要となる。

しかし、超高圧となると前記■の問題を発生する。

■　前記■に記載した設備費の増加、射出条件の制約等
から、製造コストが大きい。

■　熱可塑性樹脂は溶融状態において高粘度であり、繊
維構造体の内部に均一に樹脂を充填することが困難であ
るため、結局、熱可塑性樹脂による三次元繊維構造体で
補強された良質のＦＲＰの成形が困難となる。

（２）三次元製織された補強繊維の繊維体積含有率が比
較的低い場合の問題点 三次元製織された補強繊維を樹脂浸漬槽内に浸漬して補
強繊維内に樹脂を含浸させ、これを硬化させる。

なお、この樹脂の含浸によるＦＲＰの製造方法について
は、例えば特開昭５９−２９８２９、特公昭５７−２０
９００号公報等がある。

しかし、前記ＦＲＰの製造方法においては次の問題があ
る。

■　高繊維体積含有率の三次元繊維構造体に対しては樹
脂を繊維の内部まで均一に充填することが困難であり、
良好な特性を有するＦＲＰを製造することができない。

■　樹脂付着量の制御ができず、ＦＲＰに均質性がない
。

■　樹脂の付着が不良になり易いためにボイドが発生し
、所定の強度を有するＦＲＰを製造することが困難とな
る。

〔発明の目的〕

前記した従来技術の問題点は、三次元繊維構造体を織成
した後にＦＲＰ　（繊維補強プラスチックス）のマトリ
ックス即ち、補強される側となる樹脂を射出成形ないし
は含浸することに基づくものであり、この問題点を解消
するためには前記工程を本質的に変更することが必要で
ある。

本発明は、特に、繊維体積含有率の大小に起因して発生
する各種の問題点を解消するものであって、補強繊維内
に均一にマトリックス樹脂が充填され、しかもＦＲＰの
製造が容易な成形方法を提供するものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するための本発明は、補強繊維と、熱可
塑性繊維を三じけっ繊維構造体に製織し、前記構造体を
加熱して溶融した前記熱可塑性繊維を補強繊維の構造体
内に含浸せしめてマトリックスとしたことを特徴とする
ＦＲＰの成形方法である。

換言すれば、補強繊維と熱可塑性繊維を用いてハイブリ
ッド三次元製織を行い、次にこの三次元繊維構造体を加
熱して熱可塑性繊維を溶融し、マトリックス化すること
によってＦＲＰとする方法である。

三次元製織工程においてマトリックスとなる熱可塑性繊
維を製織することによって三次元繊維構造体の全体ある
いは一部に熱可塑性繊維が分布されることとなるのであ
り、射出成形や含浸操作によるマトリックスの充填とは
本質的に異なるものである。

補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、シリコンカ
ーバイド繊維、ポロン繊維、有機高弾性繊維、ポリアミ
ド繊維等が使用される。

マトリックスとなる繊維は、加熱処理により溶融させる
関係上、熱可塑性繊維が必要であるが、これらは例えば
、ポリアミド系樹脂やアクリルニトリル、ブタジェン、
スチレン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂等
が使用される。

補強繊維はそれ自体で使用されるものと、補強繊維上に
マトリックスとなる熱可塑性樹脂を被覆したものが使用
されるが、後者の方が多く使用される。

また、この補強繊維上に行なわれる熱可塑性樹脂被覆は
、含浸法や押出しノズル成形法により、恰も電線被覆の
ようにして行う方法等がある。更に、補強繊維が金属繊
維の場合には溶融した熱可塑性樹脂を静電塗装により被
覆することも可能である。

三次元繊維構造体は、所望のＦＲＰ形状になった際に必
要とする位置に補強繊維を配置し、その他はマトリック
スとなる熱可塑性繊維とするのが良い。

三次元繊維構造体の製造方法としては、公知の方法、例
えば、特公昭５３−４１４５号、米国特許第４３１２２
６１号あるいは特開昭５２−１２３８２号等があるが、
これらの三次元製織方法は特に限定はしない。

その他、上記公知の三次元繊維構造体の製造装置におい
て、スライダを底面に設けたボビンキャリヤと、これを
支持する移動平面上に設けたステータとでリニヤモータ
を構成し、ボビンキャリヤ自体に駆動力を与えた装置を
用いることもできる。

三次元繊維構造体をＦＲＰ化するためには、三次元繊維
構造体を加熱して補強繊維上に形成されている熱可塑性
部分及び熱可塑性繊維を溶融することが必要である。

その手段としては、加熱ダイス内を通過させて連続的に
ＦＲＰを引抜き成形する方法や加熱室内で構造体を保持
する方法、例えば加熱された金型内において押圧するホ
ットプレス法やオートクレーブ法がある。

三次元繊維構造体を加熱する際にはＦＲＰの稠密化を図
るために、加熱と同時に加圧が必要である。これは溶融
した熱可塑性繊維あるいは熱可塑性樹脂を補強繊維側に
移動させるためである。

前記工程により加熱加圧されて形成されたＦＲＰは、直
ちに冷却工程によって冷却されて形態を維持することが
好ましい。

補強繊維側の被覆を構成する熱可塑性樹脂はマトリック
スの一部を形成するものであるが、これは熱可塑性繊維
と同種でも異種のものでも良いが、可能な限り同種のも
のを選定するのが良い。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

本実施例においてはＴ聖断面のＦＲＰを成形する工程に
ついて説明する。

（補強繊維の表面処理工程） 第１図の如く、炭素繊維（東し製、“トレカＴ−３００
”６Ｋ）１を、ナイロン６樹脂２を溶融し槽３内に収容
した浸漬浴中にガイドローラ４゜５を経由して通過させ
、絞りローラ６で炭素繊維１の表面に形成されたナイロ
ン６樹脂樹脂２の層を２５±１重量％に調整して引き取
り、ナイロン６樹脂被覆された炭素繊維１ａをボビン７
上に巻取った。

（三次元製織工程） 前記工程で製造された表面にナイロン６樹脂が被覆され
た炭素繊維１ａからなる補強繊維を１８０本、熱可塑性
繊維として４デニール、４０００フイラメントのナイロ
ン６繊維を４０本使用して特公昭５３−４１４５号公報
に示す装置によって、第２図にその断面を示す製織しや
すい矩形の三次元繊維構造体１０を製造した。

三次元繊維構造体１０は、炭素繊維１ａからなる経糸Ａ
と、炭素繊維１ａからなる緯糸Ｂと、炭素繊維１ａとナ
イロン６繊維からなる垂直系Ｃより構成されており、製
織後の炭素繊維１ａとナイロン６繊維が占有する繊維体
積含有率■、は４８．２％であった。

（加熱成形工程） 前記三次元製織工程において得られた矩形断面を有する
三次元繊維構造体１０を第３図に示す外型１１と押型１
２よりなる成形装置で加熱下に押圧してＴ型に成形した
。

外型１１は加熱装置１３によって熱可塑性樹脂を溶融す
る温度、即ちナイロン６樹脂が溶融する温度である２８
０℃に加熱されている。なお、ナイロン６樹脂の溶融粘
度は約１０００ポイズで、押型１２による加圧力は２０
０〜２５０ｋｇ／ｃａｌであった。

前記押型１２により三次元繊維構造体１０を押圧すると
、この構造体１０を形成している加熱可塑性繊維と補強
繊維の表面に付着されていた熱可塑性樹脂は溶融し、補
強繊維間に侵入して所定の形状のＦＲＰとなる。

得られたＴ聖断面を有するＦＲＰの繊維体積含有率Ｖ、
は、炭素繊維１ａに被覆されていたナイロン６樹脂も溶
融してマトリックスとなったため４０．５％となり、Ｔ
型の水平部分の厚さが６０１、長さが２５０　ｍｍ、垂
直部分の厚さが６０ｍ、長さが２５０鶴であった。また
、形成したＦＲＰには補強繊維の曲がりや、ボイドの発
生などは全くみられなかった。

〔発明の効果〕

本発明は、補強繊維と、熱可塑性繊維を三次元繊維構造
体に製織し、前記構造体を加熱して溶融した前記熱可塑
性繊維を補強繊維の構造体内に含浸せしめてマトリック
スとしたことを特徴とするＦＲＰの成形方法であり、下
記の効果を奏することができる。

（１）　　形成前の三次元繊維構造体は、補強繊維、好
ましくは表面に熱可塑性樹脂が被覆された補強繊維と、
マトリックスを構成する熱可塑性繊維より構成されてお
り、この三次元繊維構造体を加熱・押圧成形するので、
マトリックスの熱可塑性樹脂はＦＲＰの隅々まで充填さ
れている。

（２）高繊維体積含有率である上に、厚物の三次元繊維
構造体を補強繊維としたＦＲＰでも成形が比較的容易に
可能である。

（３）従来の射出成形法や樹脂含浸成形法に比較して、
成形速度が著しく早い。

（４）三次元製織時において、ＦＲＰ成形時には溶融し
てマトリックスとなる熱可塑性繊維の製織後の配置を設
計することによって、矩型断面などの製織しやすい形状
に複合繊維を三次元製織したのち、任意のＦＲＰ成形が
容易に可能である。

成形に際して、三次元繊維構造体を高周波等の非接触型
の予熱手段により予熱することにより更に成形速度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の実施例を示すものであって、第１図は補
強繊維の表面に熱可塑性樹脂筋を被覆する工程の概略図
、第２図は三次元繊維構造体の一例を示す断面図、第３
図は加熱、押圧してＦＲＰを成形する工程の概略図であ
る。 １．１ａ・・・炭素繊維、２・・・ナイロン６梼脂、３
・・・槽、４．５・・・ガイドローラ、６・・・絞りロ
ーラ、７・・・ボビン、１０・・・三次元繊維構造体、
Ａ・・・経糸、Ｂ・・・緯糸、Ｃ・・・垂直系、１１・
・・外型、１２・・・押型、１３・・・加熱装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 補強繊維と熱可塑性繊維を三次元繊維構造体に製織し、
   前記構造体を加熱して溶融した前記熱可塑性繊維を補強
   繊維の構造体内に含浸せしめてマトリックスとしたこと
   を特徴とするＦＲＰの成形方法。