JPH0330014B2 - - Google Patents

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JPH0330014B2
JPH0330014B2 JP58224925A JP22492583A JPH0330014B2 JP H0330014 B2 JPH0330014 B2 JP H0330014B2 JP 58224925 A JP58224925 A JP 58224925A JP 22492583 A JP22492583 A JP 22492583A JP H0330014 B2 JPH0330014 B2 JP H0330014B2
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resin
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/122Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
    • B29B15/125Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex by dipping

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は自動車の懸架用ばねとして用いられる
FRP板ばねとその製造方法に関する。 FRP(繊維強化合成樹脂)において強化繊維と
して長手方向に沿う連続繊維を用いる場合、ロー
ビング束から強化繊維を繰り出しつつ、樹脂を収
容した樹脂槽を通過させて型に導びき、加熱成形
するのが一般的な成形方法である。例えば周知の
フイラメントワインデイング法では、一般に巻き
速度が20〜60m/分で、かつ樹脂槽内の樹脂の粘
度は5〜20ポイズ(poise)になつている。 しかし上記成形速度および樹脂粘度では空気を
巻き込み易いことからFRP中の気泡の量が多く、
場合によつては5〜10%の空洞率となることがあ
る。これが一因となつて曲げ強さが悪化し、耐久
性能が低下するという問題を生じる。しかし従来
では、例えば車両用板ばねのように強度が要求さ
れる部材にFRPを応用することが少なく、従つ
て空洞率が大きくとも外観が損なわれたり静的強
度が著しく低下しない限り、使用に供されてい
る。 しかしながら、近年、特に車両の軽量化を図る
上でFRPを懸架用ばねに用いることが強く望ま
れており、曲げ強さだけでなく耐久性能に優れた
FRP板ばねの開発が進められている。 例えば米国特許明細書第3530212号では、自動
車の懸架用ばねとして実用に耐える性能を有する
FRP板ばねの製造法の一例として、エポキシ樹
脂とアミン系硬化剤を用い、予めBステージ(半
硬化状態)にしたのち成形硬化させるようにし、
空洞率を低めるようにしている。この製造方法に
よれば、極限強さが140Kgf/mm2以上(20×104 psi
上)でかつ空洞率は3%以下に押えることがで
き、63Kgf/mm2(9×104psi)の疲労試験で50万回
に耐える板ばねが得られるとしている。 しかしながら上記方法で使用しているアミン系
硬化剤は毒性があり作業環境などの点で問題があ
るとともに、硬化が早過ぎ、従つてポツトライフ
(樹脂を取換える時間)も短かい。このため、ア
ミン系硬化剤を用いた上記公知例では一旦半硬化
状態であるBステージにした後、成形硬化させる
といつた余計な工程を必要としている。しかも極
限強さが140Kgf/mm2以上とかなり高いにもかかわ
らず疲れ強さが最大応力63Kgf/mm2で50万回と比較
的低いという問題もある。 本発明は上記事情にもとづきなされたものでそ
の目的とするところは、曲げ強さが比較的低くと
も自動車用FRP板ばねとして実用上充分な疲れ
強さを発揮することができ、しかもアミン系硬化
剤を用いることなく製造することのできるFRP
板ばねとその製造方法を提供することにある。 本発明のFRP板ばねは、エポキシ樹脂と酸無
水物系硬化剤またはビニルエステル樹脂と有機過
酸化物を混合しかつ充填剤を加えた樹脂組成を主
成分とするマトリツクス樹脂と、この樹脂中に繊
維の容積率が46ないし59%となるように含有され
かつ板ばねの長手方向に連続する強化繊維とから
なり、しかも曲げ強さを120Kgf/mm2以下で95Kgf/
mm2以上とし、かつ上記樹脂に混入した気泡の空洞
率を2%以下にしたことを特徴とする。 そして上記FRP板ばねを得るに、エポキシ樹
脂と酸無水物系硬化剤、またはビニルエステル樹
脂と有機過酸化物を混合し、更に充填剤を加えた
樹脂組成を主成分とする硬化前の樹脂を、その粘
度が1ポイズ以下となるように加熱した状態で樹
脂槽に収容し、かつこの樹脂に強化繊維が5秒以
上漬かるように樹脂槽を通過させたのち、強化繊
維の容積率が46ないし59%となるような樹脂含有
量で加熱成形することによつて、曲げ強さが95Kg
f/mm2から120Kgf/mm2の範囲にありかつ空洞率が2
%以下のFRP板ばねを得るようにしたことを特
徴とする。 以下に本発明の一実施例について説明する。第
1図は本発明方法を実施するための装置の一例を
示しており、図中1は樹脂槽であつて、この樹脂
槽1には、硬化前のマトリツクス樹脂の一例とし
て、例えばエポキシ樹脂と、硬化剤としてテトラ
ヒドロ無水フタル酸などの酸無水物系硬化剤、そ
して硬化促進剤として2エチル−4メチル−イミ
ダゾールを混合した樹脂2が収容されるようにな
つている。そして上記樹脂槽1は、図示しない加
熱手段によつて内部の樹脂2を加熱できるように
なつている。 また、3はロービング束であり、ガラス繊維あ
るいはカーボン繊維、あるいは有機繊維など周知
の連続繊維を束ねた強化繊維3aを繰り出すよう
になつている。この強化繊維3aは上記樹脂槽1
を通過することにより樹脂を含浸し、型4に巻き
取られ、加熱硬化されるようになつている。この
型4は、周知のフイラメントワインデイング法に
用いるマンドレルであつてもよいし、あるいはプ
ルフオーミング法に用いる成形型、その他の型で
あつてもよい。 上記装置を用いて本発明のFRP板ばねを製造
するには、樹脂槽1を加熱して樹脂2の温度を上
昇させ、その粘度が1ポイズ(poise)以下とな
るように調整する。そして、この樹脂槽1を通過
する強化繊維3aが5秒以上樹脂2に漬かるよう
にし、樹脂槽1の長さLを巻き速度との関連で予
め設定しておく。樹脂を含浸させる時間を5秒以
上確保するには従来の樹脂槽に比べて樹脂槽を長
くするのがよい。そして好ましくは15秒以内で樹
脂槽1を通過するようにする。 以上のように樹脂粘度を1ポイズ以下とした樹
脂2に5秒以上漬けたのち、繊維の容積率が46〜
59%となるように余分な樹脂を除く。そして型4
に巻き取り、加熱硬化させることによつて空洞率
が2%以下でかつ曲げ強さが120Kgf/mm2のFRP板
を得ることができる。 次表1に示す試料は上記実施例と同種の樹脂
【表】 以上のように曲げ強さが120Kgf/mm2以下でかつ
空洞率が2%以下のFRP板ばねは、曲げ強さの
点では前述した米国特許明細書第3530212号に記
載のもの(140Kgf/mm2)に劣るが、疲れ強さの点
ではこの公知例が63Kgf/mm2(50万回)であるのに
対し本発明品では65Kgf/mm2で50万回以上未破損で
あり、自動車用ばねとして優れた性能を発揮して
いる。 なお、上記製造方法において樹脂粘度を2ポイ
ズ以上にした場合、または樹脂に漬ける時間を5
秒未満とした場合、いずれも空洞率が3%以上と
なつてしまい疲れ強さが著しく低下する。このた
め、樹脂槽1内の樹脂の粘度は1ポイズ以下にし
かつ樹脂に漬ける時間は少なくとも5秒間は必要
である。 上記製造方法によれば、疲れ強さの優れた
FRP板ばねが得られるのは勿論のこと、特殊な
アミン系硬化剤を使用せずに済むから取扱いが容
易であり、作業環境が悪化することもない。しか
も酸無水物系硬化剤を用いたのでポツトライフ
(樹脂を取扱える時間)も長くとれ、アミン系硬
化剤の場合のようなBステージという余計な工程
を省くことができる。 なお本発明を実施するに当つては、上記実施例
以外の樹脂として、ビニルエステル樹脂と有機過
酸化物を混合し、更に充填材としてたとえば炭酸
カルシウム等の増量剤、ポリエチレン等の収縮防
止剤などを加えたものを用いてもよい。この場合
も上記実施例と同様に樹脂槽内の樹脂が1ポイズ
以下となるように加熱しかつ5秒以上樹脂に漬
け、強化繊維の容積率が46〜59%となるように成
形することによつて、曲げ強さが120Kgf/mm2以下
でかつ空洞率が2%以下の板ばねを得ることがで
き、車両懸架用ばねとして優れた疲れ強さを発揮
させることができる。なおこれら各実施例におい
て強化繊維の容積率が46%未満では所定の曲げ強
さを満足することができず、また59%を超えると
繊維相互の接着性が悪くなるなどにより強度が低
下するため、強化繊維の容積率は上記範囲に限定
する必要がある。 また、強化繊維の容積率を上記の範囲46〜59%
に限定したことに伴い、次に述べる理由によつて
板ばねの曲げ強さの下限値が95Kgf/mm2に限定され
る。 例えばガラス繊維が用いられた場合、市販のガ
ラス繊維の弾性率7500Kgf/mm2と、樹脂の弾性率
300Kgf/mm2とから、繊維の容積率が46%の場合の
板ばね全体として弾性率Eは、 E=7500×0.46+300×0.54=3612Kgf/mm2 で表される。 また、繊維の容積率が59%の場合には、 E=7500×0.59+300×0.41=4548Kgf/mm2 である。 弾性率Eと、応力σと、ひずみεとの間には、
σ=E・εなる関係があるから、ひずみεは、 ε=σ/E …式 で表される。 この板ばねの使用可能なひずみεの範囲(曲げ
応力の上限:120Kgf/mm2)は、繊維の容積率が46
%の場合には、前記式により、 ε=120/3612=0.0332である。 繊維の容積率が59%の場合は、 ε=120/4548=0.0264となる。すなわち、ε
=0.0264〜0.0332の範囲で使用可能である。 従つて、弾性率の下限である3612Kgf/mm2と、ひ
ずみの下限である0.0264のいずれも下回らないよ
うな曲げ強さの下限値は、 σnio=Enio×εnio=3612×0.0264=95Kgf/mm2とな
る。 一方、繊維にカーボンが用いられた場合、市販
されているカーボン繊維の弾性率23500Kgf/mm2と、
樹脂の弾性率300Kgf/mm2とから、繊維の容積率が
46%の場合の板ばね全体としての弾性率Eは、 E=23500×0.46+300×0.54 =10972Kgf/mm2 である。 また、繊維の容積率が59%の場合に
は、 E=25300×0.56+300×0.41 =13988Kgf/mm2 となる。 繊維の容積率が46%の場合、 ε=120/10972=0.011 繊維の容積率が59%の場合には、 ε=120/13988=0.0086である。すなわち、ε
=0.011〜0.0086の範囲で使用可能である。 従つて弾性率の下限値である10972Kgf/mm2と、
ひずみの下限値である0.0086のいずれも下回らな
いための曲げ強さの下限値は、 σnio=10972×0.0086=94.4Kgf/mm2である。 有機繊維(例えばアラミド繊維)が用いられた
場合、繊維の弾性率13000Kgf/mm2と、樹脂の弾性
率300Kgf/mm2とにより、繊維の容積率が46%の場
合には、 E=13000×0.46+300×0.54 =6142Kgf/mm2 である。 また、繊維の容積率が59%の場合には、 E=13000×0.59+300×0.41 =7793Kgf/mm2 となる。 繊維の容積率が46%の場合のひずみεは、式
により、 ε=120/6142=0.0195 繊維の容積率が59%の場合のひずみεは、 ε=120/7793=0.0154である。 従つて、曲げ強さの下限値は σnio=6142×0.0154=95Kgf/mm2である。 上述したように、繊維の種類にかかわらず、ば
ねとしての使用に耐えるには下限値95Kgf/mm2を守
ればよい。 以上説明したように本発明によれば、曲げ強さ
を120Kgf/mm2以下に押えかつ空洞率を2%以下と
することによつて、比較的低い曲げ強さであつて
も車両懸架用ばねとして実用に充分耐え得る
FRP板ばねを提供することができる。しかも上
記のように比較的低い曲げ強さである為、毒性の
強いアミン系硬化剤を用いずとも毒性の少ない通
常の硬化剤を用いて簡単な工程でFRP板ばねを
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施する装置の一例を示
す概略図である。 1…樹脂槽、2…樹脂、3…ロービング束、3
a…強化繊維、4…型。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 エポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤またはビニ
    ルエステル樹脂と有機過酸化物を混合しかつ充填
    剤を加えた樹脂組成を主成分とするマトリツクス
    樹脂と、この樹脂中に繊維の容積率が46ないし59
    %となるように含有されかつ板ばねの長手方向に
    連続する強化繊維とからなり、しかも曲げ強さを
    120Kgf/mm2以下で95Kgf/mm2以上とし、かつ上記樹
    脂に混入した気泡の空洞率を2%以下にしたこと
    を特徴とするFRP板ばね。 2 エポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤、またはビ
    ニルエステル樹脂と有機過酸化物を混合し、更に
    充填剤を加えた樹脂組成を主成分とする硬化前の
    樹脂を、その粘度が1ポイズ以下となるように加
    熱した状態で樹脂槽に収容し、かつこの樹脂に強
    化繊維が5秒以上漬かるように樹脂槽を通過させ
    たのち、強化繊維の容積率が46ないし59%となる
    ような樹脂含有量で加熱成形することにより、曲
    げ強さが95Kgf/mm2から120Kgf/mm2の範囲にありか
    つ気泡の空洞率が2%以下のFRP板ばねを得る
    ことを特徴とするFRP板ばねの製造方法。
JP58224925A 1983-11-29 1983-11-29 Frp板ばねとその製造方法 Granted JPS60116933A (ja)

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