JPS6360738A

JPS6360738A - Ｆｒｐの成形方法

Info

Publication number: JPS6360738A
Application number: JP61205204A
Authority: JP
Inventors: Shunei Sekido; 俊英関戸; Masashi Ogasawara; 小笠原　正史
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1986-09-02
Publication date: 1988-03-16
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0741680B2

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、この構造のＦＲＰ　（繊維補強プラスチッ
クス）成形体は、大量の繊維を立体的に使用することが
できず、また、眉間剥離に対する砥抗か弱いために繊維
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（
ｖｒ　）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ＣＲＩ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／ｃｕ
ｔ〜数１０Ｋｇ／ｃｎｆ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　ｍＷ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１００　Ｋｇ／ｃｆ
ｆ１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。また
、高圧の射出成形を行う関係上、成形サイクルが一段と
低下し、非能率となる。

■　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、三
次元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。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５７−２０９００号公報
等で提案されている。

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の強度等に均一
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〕

本発明は、前記のＦＲＰの製造工程における三次元繊維
構造体を使用して補強すること、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、三次元補強繊維構造体の内部にまで均一に樹
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、補強繊維となる糸
条の表面に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層を形成
した糸条を三次元構造に！！！織する工程と、前記三次
元繊維構造体を加熱して前記樹脂層を溶融あるいは固化
すると共に、所定の形状に成形する工程とから成る前記
樹脂層をマトリックスとするＦＲＰの成形方法である。

即ち、本発明は、マトリックス、即ち補強される側の樹
脂がＦＲＰの内部にまで均一に充填され難い点を考慮し
、三次元繊維構造体を形成する補強繊維自体に前記樹脂
層を形成し、この樹脂層を成形工程において溶融させて
所定の形状のＦＲＰを成形するものである。

従って、マトリックスとなる樹脂は補強繊維ト共にＦＲ
Ｐ内に確実に充填されることになるのである。

本発明において、三次元製織する際の糸条としては、補
強繊維の表面にマトリックスとなる樹脂の層を含浸法に
より形成する方法と、ノズルを使用してこれよりマトリ
ックスとなる樹脂を補強繊維糸条に被覆しながら形成す
る方法がある。

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、ボロン繊維、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樹脂としては、半硬化状態の熱硬化
性樹脂が適している。これらはエポキシ樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール系樹脂等
である。

また、別のマトリックスとなる樹脂としては、熱可塑性
樹脂が使用される。これらは、ポリアミド系樹脂、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である。

三次元繊維構造体の製織方法は各種の方法を採用するこ
とができる。例えば、公知技術としては、特公昭５３−
４１４５号、米国特許第４３１２２６１号、特開昭５２
−１２３８２号等で提案された発明がある。

また、前記米国特許に記載された三次元製織装置におい
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、個々のボビンキャリヤに駆動力を与えた装置
を用いることができる。

前記のように補強繊維糸条の表面にマトリックスとなる
樹脂層を形成し、この糸条を使用して三次元繊維構造体
を形成し、これを所定の形状に成形するわけであるが、
前記三次元繊維構造体を加熱する手段としては、加熱ダ
イス内を通過させて連続的に引抜成形する方法や例えば
ホットプレス法、オートクレーブ法により加熱室内にお
いて加熱下に加圧する方法がある。

但し、必ずしも総ての補強繊維糸条にマトリックスとな
る樹脂層を形成しておく必要はない。

連続的な加熱方法においては、加熱工程の前段において
予熱工程を付加することも有利である。なお、マトリッ
クスとなる樹脂が熱可塑性樹脂で構成されている場合に
は、加熱後冷却して硬化させる方法を採用するのが良い
。

本発明によるＦＲＰ成形方法において、各工程における
各方法の選定にあたり、好ましい各方法の組み合せは、
次の３通りである。

（１）補強繊維の表面に半硬化熱硬化性樹脂（液状のよ
うな流動性は有しないが、完全には硬化していないとい
うような熱硬化性樹脂であって、かつシート状などの形
態形成性を有する樹脂）を含浸又は被覆した後三次元製
織を行い、加熱ダイスによって引抜き成形するかホット
プレスなどによる型成形する。

（２）　　補強繊維の表面に熱可塑性樹脂を含浸してテ
ープ化した後、三次元製織を行い、樹脂の融点以上に加
熱されたダイス内を通した直後に融点以下の加熱された
ローラにて成形する。又は、該製織後融点以上に加熱さ
れた金型にてホントプレス法等によって加圧し、冷却し
て成形する。

（３）補強繊維の表面に熱可塑性樹脂を押出しノズルを
用いて被覆した後三次元製織を行い、樹脂の融点以上に
加熱された金型にてホットプレス法などによって加圧し
、冷却して成形する。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

〔実施例−１〕　・・・・・・　（ＮＯ，１２）（第１
工程）第１図の如く、炭素繊維糸条（東し製、“トレカＴ−３
００”１２Ｋ）１を、下記の組成からなる工ポキシ系樹
脂２を槽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
に形成された樹脂２の層を２５上１重量％に調整して引
き取り、冷却後エポキシ樹脂被覆された炭素繊維をボビ
ン７上に巻取った。

浸漬浴は前記の如くエポキシ系樹脂であって、次の組成
を有しており、湯温は加熱器８によって７０℃に調節さ
れている。

浸漬浴の組成 ■米国のシェル化学社製の“エピコート８２８”　　　
　　　　　　　　　８２重量％■ジメチル・ジフェニル
スルホン１６％、■ヘキサヘドロフクル酸　　　　１％ ■ベンシルジメチルアミン　　　１％（第２工程）前記第１工程で製造された表面にエポキシ樹脂が含浸さ
れた炭素繊維糸条１を巻取ったボビン７を、第２図の米
国特許第４３１２２６１号明細書に記載されたトーシッ
ンレース方式の三次元’ＪＡ織装置９のボビンキャリヤ
１０上に搭載し、駆動装置１１．１２によって前記ボビ
ンキャリヤ１０を縦横の所定の経路にしたがって駆動し
て三次元繊維構造体１５を製造した。

なお、ボビン７を搭載したキャリヤ１０は、縦７行、横
２２列の三次元製織装置を使用した。

三次元繊維構造体１５は、断面寸法が８ｍｍＸ２２鶴の
矩形で、繊維体積含有率■、は４２．６％であった。

（第３工程）前記第２工程で得られた三次元繊維構造体１５を第３図
に示すような引抜成形装置によってＦＲＰ成形を行なっ
た。

即ち、フィードローラ１６を通った三次元繊維構造体１
５は、断面が徐々に縮小されたダイス１７で加熱され、
マトリックスとなるエポキシ系樹脂がゲル化して固化し
たのち、引取ローラ１８によってダイス１７から弘抜き
、更に、カッター１９によって所定の長さ１ｍに切断し
た。このとき、ダイス１７の加熱温度は１５０℃、引抜
き速度は１２ｃｍ／分であった。また、長さ１ｍに切断
されたＦＲＰは１３ａは更に１５０℃に加熱された硬化
炉により約２時間硬化仕上げした。

その結果、得られたＦＲＰ１５ａは断面が７鶴×２ＯＮ
′ｍの矩形で繊維体積含有率■、は５３．５％であった
。

〔実施例−２〕（第１工程）第４図に示す如く、補強繊維として直径φが２３．５μ
の単糸を２０００本集束させたガラス繊維からなる糸条
２０を、２８０℃に加熱されて溶融状態にあるナイロン
６２２を供給している被覆ノズル２１中を通過させ、ナ
イロン６２２を前記ガラス繊維糸条２０の表面に被覆し
た。続いて、常温の水２３を収容している槽２４中をガ
イドローラ２５を介して通過させて急冷して硬化させ、
ガイド２６を経由してボビン２７にナイロン６２２　被
ｉのガラス繊維糸条２０ａを巻取った。

（第２工程）次に、前記第１工程において表面にナイロン６２２が被
覆されているガラス繊維糸条２０ａを、総本数１２８本
を使用して特公昭５３−４１４５号公報に記載された三
次元製織装置を使用して第５図に示されている如く、経
糸Ａ、緯糸Ｂ、垂直系Ｃからなる三次元繊維構造体３０
を製織した。

なお、この構造体３０の繊維体積含有率Ｖ、は４７．６
％であった。

（第３工程）前記第２工程によって得られた熱可塑性樹脂（ナイロン
６）を被覆したガラス繊維糸条からなる三次元繊維構造
体３０を、第６図に示す如く断面がＬ型の空洞部３１を
有する上型３２と下型３３からなる金型内に充填し、２
００ｋｇ／ｃｔ！に加圧しながら２８０℃に加熱したの
ち冷却して硬化させた。

表面に樹脂層が被覆されたガラス繊維糸条からなる三次
元繊維構造体３０はＦＲＰ化されており、得られたＦＲ
Ｐは断面がＬ型で１８Ｘ１８Ｘ６ｎ１長さが３００１寵
であった。

この実施例で得られた断面がＬ型のＦＲＰはの繊維体積
含有率■、は５２．７％であった。

〔発明の効果〕

本発明は、補強繊維となる糸条の表面に樹脂層を形成す
る工程と、前記糸条を三次元構造に製織する工程と、前
記三次元繊維構造体を加熱して前記樹脂層を溶融或いは
固化し、所定の形状に成形する工程により前記樹脂層を
マトリックスとするＦＲＰを成形しているので、次の効
果を奏することができる。

（１）　　製織以前において補強繊維糸条にマ）　ＩＪ
ワックス付着しているために、製織時に糸条からケバの
発生がない。

（２）高繊維体積含有率で、厚物の三次元繊維構造体を
なすＦＲＰについても成形が容易に可能である。

（３）加熱ダイス、金型の形状によって任意の形状のＦ
ＲＰを成形することが可能である。

（４）三次元繊維構造体の内部にＦＲＰ成形以前に、既
にマトリックスとなる樹脂が充填されているので成形速
度が従来法に比較して著しく高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例を示すもので、含浸法により補強
繊維糸条の表面にマトリックス樹脂層を形成する工程の
概略図、第２図は三次元繊維構造体の製織装置の要部を
示す平面図、第３図は三次元繊維構造体の説明図、第４
図は金型成形方法の説明図である。第５図は第２の実施例を示すもので、被覆ノズルによっ
てマトリックス樹脂層を補強繊維表面に形成する工程の
概略図、第６図は二次元繊維構造体の説明図である。１・・・炭素繊維糸条（補゛強繊維）、２・・・エポキ
シ系樹脂（樹脂層形成用樹脂）、３・・・槽、６・・・
絞りローラ、７・・・ボビン、８・・・加熱器、９・・
・三次元製織装置、１０・・・ボビンキャリヤ、１１．
１２・・・駆動装置、１５・・・三次元製織体、１６・
・・フィードローラ、１７・・・ダイス、１８・・・引
取ローラ、１９・・・カッター、２０．２０ａ・・・ガ
ラス繊維糸条、２１・・・被覆ノズル、２２・・・ナイ
ロン６．２３・・・水、２４・・・槽、２５・・・ガイ
ドローラ、２６・・・ガイド、２７・・・ボビン、３０
・・・三次元繊維構造体、３２・・・上型、３３・・・
下型。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）補強繊維となる糸条の表面に樹脂層を形成する工
程と、前記樹脂層を形成した糸条を三次元構造に製織す
る工程と、前記三次元繊維構造体を加熱して前記樹脂層
を溶融あるいは固化すると共に、所定の形状に成形する
工程とから成る前記樹脂層をマトリックスとするＦＲＰ
の成形方法。
（２）三次元繊維構造体を加熱されたダイス内を通過さ
せて引抜成形することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のＦＲＰの成形方法。
（３）三次元繊維構造体をホットプレスによって加熱加
圧することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＦ
ＲＰの成形方法。
（４）補強繊維となる糸条の表面にマトリックスを構成
する樹脂層を浸漬により形成することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のＦＲＰの成形方法。
（５）補強繊維となる糸条の表面にマトリックスを構成
する樹脂層をノズルによる押出しにより形成することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＦＲＰの成形方
法。