JP2000238140A - Ｆｒｐ筒状体およびその製造方法 - Google Patents

Ｆｒｐ筒状体およびその製造方法

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JP2000238140A JP11038754A JP3875499A JP2000238140A JP 2000238140 A JP2000238140 A JP 2000238140A JP 11038754 A JP11038754 A JP 11038754A JP 3875499 A JP3875499 A JP 3875499A JP 2000238140 A JP2000238140 A JP 2000238140A
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reinforcing fiber
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Shunei Sekido
俊英 関戸
Fumiaki Kishi
文昭 貴志
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長尺物、大径物であっても容易に成形でき、
かつ製造コストが比較的安価な、ＦＲＰ筒状体およびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 筒状芯体と、該筒状芯体の外周上に配置
されたＦＲＰ層とを有するＦＲＰ筒状体であって、前記
ＦＲＰ層が筒状芯体と樹脂により一体化されていること
を特徴とするＦＲＰ筒状体、および筒状芯体の外周に樹
脂拡散媒体を配置し、その外周に強化繊維基材を配置
し、全体をバッグ基材で覆った後バッグ基材で覆われた
内部を真空状態にし、樹脂を注入して前記樹脂拡散媒体
の面方向に拡散させるとともに前記強化繊維基材に含浸
させることを特徴とする、ＦＲＰ筒状体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＰ筒状体およ
びその製造方法に関し、とくに、安価に製造でき、長尺
の、あるいは大径のものも容易に成形可能なＦＲＰ筒状
体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽量で高強度な素材として、ＦＲＰ（繊
維強化プラスチック）が各種産業分野で注目されてお
り、中でもＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、
その優れた機械特性等から注目されている。
【０００３】このようなＦＲＰを用いて筒状体を成形す
る場合には、通常、フィラメントワインディング法やプ
リプレグを用いる方法が採用されている。
【０００４】フィラメントワインディング法によりＦＲ
Ｐ筒状体を成形する場合、通常、マンドレルを巻取装置
に装着し、マンドレル上に強化繊維を巻き付けていく
が、マンドレルが両端支持されるため、成形可能な筒状
体の長さには限界があり、長尺のＦＲＰ筒状体を成形す
るのは困難である。
【０００５】また、プリプレグを芯体上に巻き付ける方
法もあるが、巻き付けたプリプレグを加熱炉で加熱して
硬化させる必要があるため、やはり成形できる長さに限
界があり、長尺のＦＲＰ筒状体を成形するのは困難であ
る。また、プリプレグ成形あるいは準備工程、それを巻
き付ける工程、加熱硬化工程が必要となるため、製造コ
ストが高くなるという問題がある。さらに、プリプレグ
は一般にべたついた性状を有しているので、作業性が悪
いという問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、長尺物、大径物であっても容易に成形でき、かつ製
造コストが比較的安価な、ＦＲＰ筒状体およびその製造
方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＦＲＰ筒状体は、筒状芯体と、該筒状芯体
の外周上に配置されたＦＲＰ層とを有するＦＲＰ筒状体
であって、前記ＦＲＰ層が筒状芯体と樹脂により一体化
されていることを特徴とするものからなる。
【０００８】このようなＦＲＰ筒状体においては、上記
筒状芯体とＦＲＰ層との間に、成形時に樹脂を拡散させ
るための樹脂拡散媒体が介在されており、成形後にも樹
脂拡散媒体をそのまま残した構造とすることができる。
【０００９】また、本発明に係るＦＲＰ筒状体は、筒状
芯体の外周上にＦＲＰ層を配置して形成したＦＲＰ筒状
体であって、前記筒状芯体が脱芯されていることを特徴
とするものからなる。
【００１０】上記のようなＦＲＰ筒状体において、ＦＲ
Ｐ層は、筒状のコア材の内外両面にＦＲＰ層を配したサ
ンドイッチ構造を有するものに構成できる。この場合、
コア材が樹脂拡散用の溝を有していることが好ましい。
また、コア材としては、軽量化のために発泡体からなる
ことが好ましい。
【００１１】本発明に係るＦＲＰ筒状体の製造方法は、
筒状芯体の外周に樹脂拡散媒体を配置し、その外周に強
化繊維基材を配置し、全体をバッグ基材で覆った後バッ
グ基材で覆われた内部を真空状態にし、樹脂を注入して
前記樹脂拡散媒体の面方向に拡散させるとともに前記強
化繊維基材に含浸させることを特徴とする方法からな
る。
【００１２】また、本発明に係るＦＲＰ筒状体の製造方
法は、筒状芯体の外周に、第１の強化繊維基材、樹脂拡
散用の溝を有する筒状のコア材、第２の強化繊維基材を
この順に配置し、全体をバッグ基材で覆った後バッグ基
材で覆われた内部を真空状態にし、前記コア材の溝内に
樹脂を注入してコア材の面方向に拡散させるとともに第
１、第２の強化繊維基材に含浸させることを特徴とする
方法からなる。この方法においても、筒状芯体の外周と
第１の強化繊維基材との間に樹脂拡散媒体を介装し、注
入樹脂を樹脂拡散媒体の面方向にも拡散させるとともに
第１の強化繊維基材により確実に含浸させることができ
る。
【００１３】また、更なる軽量化の要求等に縒り、ＦＲ
Ｐ成形後筒状芯体を脱芯する必要がある場合には、該芯
体と強化繊維基材、とくに第１の強化繊維基材との間
に、ナイロン製織布などの離型性剥離基材を成形前に介
装しておき、成形後に該剥離基材とともに筒状芯体を脱
芯することができる。
【００１４】このような本発明に係るＦＲＰ筒状体およ
びその製造方法においては、筒状芯体の外周に、ＦＲＰ
層を構成する強化繊維基材を配置し、樹脂拡散媒体等に
より注入樹脂を拡散させるとともに強化繊維基材に含浸
させることにより、所望の、筒状芯体とＦＲＰ層とが樹
脂で一体化されたＦＲＰ筒状体が成形される。この成形
においては、筒状芯体自身が支持体となるので、別途大
がかりな成形装置が不要であり、かつ、長さや径に実質
的に制限が無くなる。したがって、長尺のものや、外形
１ｍ以上もの大径のものまで容易に製造される。
【００１５】また、剥離基材を用いて成形後に筒状芯体
を脱芯することもでき、より軽量のＦＲＰ筒状体を得る
ことができる。
【００１６】また、成形は実質的に一工程で済み、極め
て簡単になることから、製造コストも大幅に低減され
る。
【００１７】したがって、長尺の、あるいは大径のＦＲ
Ｐ筒状体が、容易にかつ安価に製造される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の一実施態様に係るＦＲＰ筒状体を示している。本実施
態様では、ＦＲＰ筒状体１は、筒状芯体２と、その外周
上に配置されたＦＲＰ層３と、筒状芯体２とＦＲＰ層３
との間に介装された樹脂拡散媒体４とからなり、筒状芯
体２とＦＲＰ層３が樹脂により一体化されている。
【００１９】筒状芯体２は、樹脂からなるもの、ＦＲＰ
からなるもののいずれでもよい。樹脂拡散媒体４は、た
とえば網状体からなり、成形時に樹脂を面方向に拡散さ
せることができるとともに、強化繊維基材に含浸させる
ことができるものである。
【００２０】したがって、このようなＦＲＰ筒状体１
は、たとえば図２に示すように製造される。図２に示す
ように、筒状芯体２の外周に樹脂拡散媒体４を配置し、
その外周に強化繊維基材５を配置し、全体をバッグ基材
６（たとえばバッグフィルム）で覆った後バッグ基材６
で覆われた内部を吸引して真空状態（減圧状態）にし、
樹脂を注入して樹脂拡散媒体４の面方向に拡散させると
ともに強化繊維基材５に含浸させる方法で、含浸後に樹
脂を硬化させてＦＲＰ層３と筒状芯体２とを一体化す
る。筒状芯体２は、そのままＦＲＰ筒状体１の一部とし
て一体的に残される。
【００２１】上記網状体等からなる樹脂拡散媒体４の代
りに、筒状芯体２の外周に樹脂拡散用の溝を形成し、該
溝に樹脂拡散媒体の機能をもたせることもできる。たと
えば図３に示すように、筒状芯体１１の外周に、長手方
向に延びる大溝１２と、周方向に延びる小溝１３を刻設
し、大溝１２の端部から樹脂を注入して樹脂を拡散させ
つつ強化繊維基材に含浸させることができる。
【００２２】また、本発明においては、ＦＲＰ筒状体の
ＦＲＰ含有層をサンドイッチ構造を有するものに構成す
ることもできる。たとえば図４に示すように、筒状芯体
２１の外周に配置されるＦＲＰ含有層２２を、筒状のコ
ア材２３の内外両面にＦＲＰ層２４ａ、２４ｂを配した
サンドイッチ構造とし、このＦＲＰ層２２を樹脂により
筒状芯体２１と一体化した構造に構成できる。ＦＲＰ層
２２と筒状芯体２１との間には、前述したような樹脂拡
散媒体を介在させてもよいし、筒状芯体２１の外周に樹
脂拡散用の溝を刻設しておいてもよい。
【００２３】コア材２３には、たとえば図５に示すよう
に樹脂拡散用の溝を刻設しておくことが好ましい。図５
に示す例では、コア材２３の外面に、長手方向に延びる
大溝２５と、周方向に延びる小溝２６が刻設されてお
り、大溝２５の端部から樹脂が注入されて拡散させつ
つ、強化繊維基材に含浸される。このような溝２５、２
６は、コア材２３の内面にも設けておくことが好まし
い。
【００２４】上記大溝２５は、円周上に少なくとも１箇
所、望ましくは反対側にもう１箇所あるとよいが、大径
化するにしたがって増してもよい。
【００２５】このようなサンドイッチ構造のＦＲＰ層２
２を有するＦＲＰ筒状体２７もまた、前述と同様の方法
により製造できる。たとえば図６に示すように、筒状芯
体２１の外周に、第１の強化繊維基材２８ａ、樹脂拡散
用の溝を有する筒状のコア材２３、第２の強化繊維基材
２８ｂをこの順に配置し、全体をバッグ基材２９で覆っ
た後バッグ基材２９で覆われた内部を真空状態にし、大
溝２５の端部から樹脂を注入して拡散させつつ強化繊維
基材２８ａ、２８ｂに含浸させる方法で、含浸後に樹脂
を硬化させてＦＲＰ層２２と筒状芯体２１とを一体化す
る。
【００２６】また、図１、２、４、６において、筒状芯
体と（第１）強化繊維基材との間にマトリックス樹脂に
対して離型性を有する剥離可能な織布（図示略）等から
なる離型基材を介装しておくことによって、ＦＲＰ成形
後に該織布を離型させるとともに、該筒状芯体をＦＲＰ
筒状成形体から脱芯することができ、それによって、前
記筒状芯体をＦＲＰ筒状体と一体化したものよりも、更
に軽量化が果たせられる。
【００２７】上記のようなＦＲＰ筒状体におけるＦＲＰ
層の強化繊維としては、炭素繊維の一方向材、織物、マ
ット、ストランドや、ガラス繊維の一方向材、織物、マ
ット、ロービングを単独あるいは混合して使用すること
が好ましい。特に軽量化効果を最大限に発揮するために
は炭素繊維の使用が好ましい。そして、その炭素繊維
も、炭素繊維糸１本のフィラメント数が通常の１０，０
００本未満のものではなく、１０，０００〜３００，０
００本の範囲、より好ましくは５０，０００〜１５０，
０００本の範囲にあるトウ状の炭素繊維フィラメント糸
を使用する方が、樹脂の含浸性、強化繊維基材としての
取扱い性、さらには強化繊維基材の経済性において、よ
り優れるため、好ましい。またＦＲＰ筒状体の表面に炭
素繊維の織物を配置すると、表面の意匠性が高められ、
より好ましい。また、必要に応じて、あるいは要求され
る機械特性等に応じて、強化繊維の層を複数層に積層し
て強化繊維基材を形成し、その強化繊維基材に樹脂を含
浸する。積層する強化繊維層には、一方向に引き揃えた
繊維層や織物層を適宜積層でき、その繊維配向方向も、
要求される強度の方向に応じて適宜選択できる。
【００２８】ＦＲＰの樹脂としては、エポキシ、不飽和
ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬
化性樹脂が、成形性・コストの点で好ましい。ただし、
ナイロンやＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹
脂と熱可塑性樹脂の混合樹脂も使用可能である。
【００２９】コア材としては、発泡体や木材等を使用で
き、軽量化の点で発泡体が好ましい。発泡体の材質とし
ては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリイミド、ＰＶＣ、シリコンなどを用
い、その比重は０．０２から０．２の間で選択すること
が好ましい。ＦＲＰ筒状体の要求特性、使用する樹脂の
種類などによって、コア材の材質、比重を選ぶことがで
きる。比重が０．０２未満のものを用いると、十分な強
度が得られなくなる恐れが生じる。また、比重が０．２
を超えると、強度は高くなるが、重量が嵩み軽量化とい
う目的に反するものになってしまう。
【００３０】上述のような本発明に係るＦＲＰ筒状体お
よびその製造方法においては、筒状芯体２、２１の上に
樹脂を構成する強化繊維基材を配置して成形でき、筒状
芯体２、２１を特別の成形装置に装着する必要がないの
で、長さや径に制限がなく、長尺ものや大径のＦＲＰ筒
状体を容易に製造することが可能となる。また、このよ
うに準備したものに樹脂を注入、含浸、硬化させるだけ
でよいから、実質的に一工程で済み、極めて簡単にかつ
安価に所望のＦＲＰ筒状体が製造される。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＦＲＰ筒
状体およびその製造方法によれば、長さや径に実質的に
制限がなくなり、長尺物、大径物のＦＲＰ筒状体にあっ
ても、容易にかつ安価に成形できる。また、格別の成形
装置を必要としないから、この面からも所望のＦＲＰ筒
状体を容易にかつ安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ筒状体の部分
斜視図である。
【図２】図１のＦＲＰ筒状体の製造方法を示す斜視図で
ある。
【図３】別のＦＲＰ筒状体の製造方法を示す筒状芯体の
斜視図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ筒状体の部
分斜視図である。
【図５】図４のＦＲＰ筒状体のコア材の斜視図である。
【図６】図４のＦＲＰ筒状体の製造方法を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
１、２７ ＦＲＰ筒状体 ２、１１、２１ 筒状芯体 ３ ＦＲＰ層 ４ 樹脂拡散媒体 ５ 強化繊維基材 ６、２９ バッグ基材 １２ 大溝 １３ 小溝 ２２ ＦＲＰ層 ２３ コア材 ２４ａ、２４ｂ ＦＲＰ層 ２５ 大溝 ２６ 小溝 ２８ａ 第１の強化繊維基材 ２８ｂ 第２の強化繊維基材
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Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 筒状芯体と、該筒状芯体の外周上に配置
    されたＦＲＰ層とを有するＦＲＰ筒状体であって、前記
    ＦＲＰ層が筒状芯体と樹脂により一体化されていること
    を特徴とするＦＲＰ筒状体。
  2. 【請求項２】 前記筒状芯体とＦＲＰ層との間に樹脂拡
    散媒体が介在している、請求項１のＦＲＰ筒状体。
  3. 【請求項３】 筒状芯体の外周上にＦＲＰ層を配置して
    形成したＦＲＰ筒状体であって、前記筒状芯体が脱芯さ
    れていることを特徴とするＦＲＰ筒状体。
  4. 【請求項４】 前記ＦＲＰ層が、筒状のコア材の内外両
    面にＦＲＰ層を配したサンドイッチ構造を有している、
    請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ筒状体。
  5. 【請求項５】 前記コア材が樹脂拡散用の溝を有する、
    請求項４のＦＲＰ筒状体。
  6. 【請求項６】 前記コア材に設けた溝が、前記筒状体の
    長手方向に延びる大溝と、周方向に延びる小溝とに形成
    されていることを特徴とする、請求項５のＦＲＰ筒状
    体。
  7. 【請求項７】 前記コア材が発泡体からなる、請求項４
    〜６のいずれかに記載のＦＲＰ筒状体。
  8. 【請求項８】 筒状芯体の外周に樹脂拡散媒体を配置
    し、その外周に強化繊維基材を配置し、全体をバッグ基
    材で覆った後バッグ基材で覆われた内部を真空状態に
    し、樹脂を注入して前記樹脂拡散媒体の面方向に拡散さ
    せるとともに前記強化繊維基材に含浸させることを特徴
    とする、ＦＲＰ筒状体の製造方法。
  9. 【請求項９】 筒状芯体の外周と強化繊維基材との間に
    離型性を有する離型基材を介装し、該離型基材をＦＲＰ
    成形後に筒状芯体とともにＦＲＰ筒状体から剥離させる
    ことを特徴とする、請求項８のＦＲＰ筒状体の製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 筒状芯体の外周に、第１の強化繊維基
    材、樹脂拡散用の溝を有する筒状のコア材、第２の強化
    繊維基材をこの順に配置し、全体をバッグ基材で覆った
    後バッグ基材で覆われた内部を真空状態にし、前記コア
    材の溝内に樹脂を注入してコア材の面方向に拡散させる
    とともに第１、第２の強化繊維基材に含浸させることを
    特徴とする、ＦＲＰ筒状体の製造方法。
  11. 【請求項１１】 筒状芯体の外周と第１の強化繊維基材
    との間に離型性を有する離型基材を介装し、該離型基材
    をＦＲＰ成形後に筒状芯体とともにＦＲＰ筒状体から剥
    離させることを特徴とする、請求項１０のＦＲＰ筒状体
    の製造方法。
  12. 【請求項１２】 筒状芯体の外周と第１の強化繊維基材
    との間に樹脂拡散媒体を介装し、注入樹脂を樹脂拡散媒
    体の面方向にも拡散させるとともに第１の強化繊維基材
    に含浸させる、請求項１０または１１のＦＲＰ筒状体の
    製造方法。
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