JPH05212812A - 複合成形品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 靱性に優れた熱可塑性樹脂をマトリックスと
して内外面に凹所欠陥がない均質な複合成形品を製造し
得る成形方法を提供する。 【構成】 フィラメントワインディング又はテープワイ
ンディングによりマトリックス樹脂Ａを合体した補強繊
維Ｂをマンドレル１に巻付けて筒状成形体１ａを形成し
た後、金型内で加圧し冷却固化させる複合成形品の成形
方法であり、前記補強繊維Ｂをマンドレル１に巻き始め
る前、及び、巻き終った後に、マトリックス樹脂Ａのみ
を前記マンドレル１に巻付け、このマトリックス樹脂Ａ
を前記筒状成形体１ａの内面部位及び外面部位に相隣接
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂をマトリ
ックスとして用いて、フィラメントワインディング法又
はテープワインディング法により複合成形品を成形する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）
からなる管状複合成形品の成形法として、フィラメント
ワインディング法が知られている。この方法で使用され
るマトリックス樹脂は、一般にエポキシ樹脂或いはポリ
イミド樹脂等の熱硬化性樹脂であり、それ自体低粘度の
液体であるか、固体であれば適当な溶媒或いは軽度の加
熱で溶解して低粘度の液体となるものであるので、熱硬
化性樹脂が入った液体槽内に補強繊維を通過させるだけ
でこれに熱硬化性樹脂を含浸させて容易にワインディン
グ用マンドレルに供給することができた。また、熱硬化
性樹脂が少しの加圧で簡単に流動して、成形された筒状
成形体の相隣接するプリプレグ（補強繊維にマトリック
ス樹脂を含浸させたもの）同士の間隙を埋めるので、内
外面が平滑な複合成形品を容易に得ることができた。

【０００３】しかしながら、このような熱硬化性樹脂を
マトリックスとして成形された複合成形品には、製品と
しての靱性が不足するという不都合があった。

【０００４】そこで、熱硬化性樹脂をマトリックスとす
る成形品の靱性不足を解消するために、熱可塑性樹脂を
マトリックスとすることが考えられた。

【０００５】従来、熱可塑性樹脂をマトリックスとする
複合成形品の成形方法として、例えば特開昭６２−２４
４６２２号公報に開示されたものがある。この方法は、
補強繊維にマトリックスとして熱可塑性樹脂を含浸させ
たプリプレグをマンドレルに所定角度で巻き付けるフィ
ラメントワインディングによって予備成形体を作り、こ
れをマトリックス樹脂の軟化温度以上に加熱し、この加
熱された予備成形体を金型内で加圧しながら冷却固化さ
せるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の複
合成形品の成形方法においては、従来常用されている熱
硬化性樹脂をマトリックスとする場合と異なり、熱可塑
性樹脂を融点又は軟化温度よりも充分高い温度に加熱し
てもきわめて高粘度の粘液状となるだけなので、金型加
圧してもフィラメントワインディングされた相隣接する
プリプレグ同士の間隙を充分に埋め得る程樹脂が流動せ
ず、マンドレルに接する成形品の内面や金型に接する外
面に、マトリックス樹脂のない谷状に陥没した部分を生
じ易い。このため、成形品の実用時に応力がかかると、
この部分が応力集中点となって強度を低下させる欠点が
ある。これが、従来、熱可塑性樹脂をマトリックスとし
たフィラメントワインディングによる複合成形品の成形
を困難なものとしていた。

【０００７】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたもので、靱性に優れた熱可塑性樹脂をマ
トリックスとして内外面に凹所欠陥がない均質な複合成
形品を製造し得る成形方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合成
形品の成形方法は、熱可塑性樹脂をマトリックスとして
使用し、フィラメントワインディング又はテープワイン
ディングによりマトリックス樹脂を合体した補強繊維を
マンドレルに巻き付けて筒状成形体を形成した後、金型
内で加圧し冷却固化させる複合成形品の成形方法であ
り、前記補強繊維をマンドレルに巻き始める前、及び、
巻き終った後に、マトリックス樹脂のみを前記マンドレ
ルに巻き付け、このマトリックス樹脂を前記筒状成形体
の内面部位及び外面部位に相隣接させるものである。

【０００９】

【作用】筒状成形体の内面部位及び外面部位にマトリッ
クス樹脂の多い層が生成し、この樹脂層の軟化流動によ
り筒状成形体の相隣接するプリプレグ同士の間隙が埋め
られる。このように形成された成形体を次の工程におい
て金型内で加圧することによって、間隙の埋込みをさら
に充分なものとするため、内外面が平滑な複合成形品が
得られる。

【００１０】

【実施例】まず、本発明方法の実施に用いられるフィラ
メントワインディング装置の一例の概要を図１により説
明する。

【００１１】図中１は熱可塑性樹脂繊維Ａ及び補強繊維
Ｂを巻き付け管状成形体１ａを得るためのマンドレルで
ある。２は遠赤外線ランプで、図示されない温度調節器
で制御され、マンドレル１に巻かれる熱可塑性樹脂繊維
Ａを融点以上に加熱し補強繊維Ｂに浸透固着させる。３
は遠赤外線ランプ２と同様の目的に用いられる熱風乾燥
器で、下記トラバースヘッドと同様に左右に往復移動す
る。４は熱可塑性樹脂繊維Ａ及び補強繊維Ｂをマンドレ
ル１に所定角度で巻き付けられるように導くトラバース
ヘッドで、左右方向へ往復移動する。５は熱可塑性樹脂
Ａを巻いたボビンであり、図示しない駆動機構で回転駆
動され、回転しながら熱可塑性樹脂繊維Ａを送り出し、
軸中心を通って導かれる強化繊維Ｂにからみ付ける。こ
の際、押え機構６，７によって糸の乱れを防止する。８
は補強繊維Ｂを巻いたボビンであり、回転押え機構９に
より回転を妨げて補強繊維Ｂに張力を与えながら、補強
繊維Ｂをマンドレル１に向けて送り出す。 （実施例１）上記の装置を使用し、下記のようにして管
状の複合成形品を成形した。

【００１２】表面ニッケルメッキをした後、研磨した外
径２５ｍｍ、長さ４００ｍｍの鉄製マンドレルに、厚さ
３０μｍのニッケル箔を端部が少し重ね巻きになるよう
に略１層巻き付けた。この上の離型処理として、シリコ
ン系離型材（商品名「プレコートＦＲＰ」）を吹き付け
乾燥した。これを図１のマンドレル１として用い、遠赤
外線ランプ２、又は遠赤外線ランプ２と熱風乾燥器３を
温度制御しながら、マンドレル１を１５０℃に予熱した
後、このマンドレル１上にポリアミド６６繊維のみをボ
ビン５より供給して略１層巻付け、次いで、２８０℃に
昇温加熱しながら、ボビン８よりの炭素繊維とこれにか
らませたボビン５よりのポリアミド６６繊維とを±４５
°の巻き角度で１層巻付けた。

【００１３】次いで、設定温度を２６０〜２７０℃に変
更して加熱しながら、肉厚１．５ｍｍになるまでフィラ
メントワインディングした。

【００１４】次いで、加熱を止め、ボビン５よりポリア
ミド６６繊維のみを送り出し略１層巻いた後、再度昇温
してポリアミド繊維を溶融させた。

【００１５】これにより、相隣接するプリプレグ同士の
間隙はポリアミド６６で埋められたが、表面にポリアミ
ド６６が盛り上りやや凹凸状になったので、次に、図示
しない金型内で成形体を加熱加圧してさらに表面の平滑
化を図った後、冷却固化させた。

【００１６】冷却後マンドレル１を引き抜き、ニッケル
箔を剥がして得られた管状の複合成形品の内面は、平滑
なニッケル箔の表面を転写して光沢を持つ平滑面であっ
た。また、金型面を転写した管状の複合成形品の外面も
同様であった。

【００１７】一方、ポリアミド６６繊維単独の巻付けを
省略して、炭素繊維とこれにからませたポリアミド６６
だけをフィラメントワインディングで成形した比較例で
は、所々炭素繊維にポリアミド６６の浸透が不十分で、
筋状の凹所欠陥が発生した。 （実施例２）実施例１と同様に準備したマンドレル１を
１５０℃に予熱した後、厚さ１００μｍのポリアミド６
フィルムを１層巻いた。次いで、温度を２５０〜２６０
℃に昇温しながら、ボビン８よりのガラス繊維とこれに
からませたボビン５よりのポリアミド６繊維とを±４５
°の巻き角度で１層巻いた。次いで、設定温度を２３０
〜２４０℃に変更して加熱しながら、肉厚２ｍｍになる
までフィラメントワインディングした。

【００１８】次いで、加熱を止め、厚さ１００μｍのポ
リアミド６フィルムを１層巻いた後、再度昇温してポリ
アミド６フィルムを溶融浸透させた。

【００１９】この後、表面をより平滑にするため、図示
しないシリコーン系熱収縮チューブを被せ、２４０℃に
加熱して熱収縮チューブの収縮により加圧した。得られ
た複合成形品は、ポリアミド６フィルム単独の巻付けを
省略して、ガラス繊維とこれにからませたポリアミド６
フイルム単独の巻付けを省略して、ガラス繊維とこれに
からませたポリアミド６繊維だけをフィラメントワイン
ディングして成形した比較例に比べ、内外面の平滑性が
極めて優れていた。

【００２０】上記のように本発明方法において、補強繊
維をマンドレルに巻付け始めるに先立ってマンドレルに
巻かれたマトリックス樹脂のみの層は、次いで巻かれて
マトリックス樹脂が合体した補強繊維（プリプレグ）の
間隙を埋めるのに不足するマトリックス樹脂の貯めの役
目をし、管状複合成形品の内面の平滑性を向上させるも
のである。さらに、所定肉厚までフィラメントワインデ
ィングした後に巻かれたマトリックス樹脂の層も同様
に、複合成形品の外面の平滑性を向上させるものであ
る。

【００２１】上記実施例では、補強繊維に熱可塑性樹脂
繊維をからませてマンドレルに送給しフィラメントワイ
ンディングした後、熱可塑性樹脂を加熱溶融させて前記
補強繊維に含浸させたものを示したが、このほか、補強
繊維に予め熱可塑性樹脂を含浸させてテープ状にしたも
の（プリプレグテープ）を用いてテープワインディング
を行なってもよく、或いは、補強繊維に熱可塑性樹脂粉
末を含浸させたものをフィラメントワインディングして
もよい。また、フィラメントワインディング又はテープ
ワインディングの前後に巻付ける熱可塑性樹脂も、繊維
状、フィルム状のもののほか、フィルムを細断したテー
プ状のものでもよい。

【００２２】また、上記実施例では、マトリックス樹脂
としてポリアミド６及びポリアミド６６を使用した例を
示したが、本発明方法において使用されるマトリックス
樹脂はこれらに限定されるものではなく、熱可塑性樹脂
で、繊維形態或いはフィルムやこれを細断したテープ形
態に出来るもの、若しくは粉末状に出来るものは、これ
ら単独でマンドレルに供給し得るので、使用することが
できる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
カーボネート、ポリアミドで他の化学式を持つもの、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、液晶樹脂
等を用い得る。補強繊維も、炭素繊維やガラス繊維だけ
でなく、他の無機繊維（例えばアルミナ繊維、アルミナ
シリカ繊維、炭化珪素繊維等）及び用いるマトリックス
樹脂より高い融点を有する有機繊維（例えば芳香族系ポ
リアミド繊維、液晶樹脂繊維、ポリエステル繊維等）が
使用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、熱可塑性樹脂を
マトリックスとして使用し、フィラメントワインディン
グ又はテープワインディングによりマトリックス樹脂を
合体した補強繊維をマンドレルに巻付けて筒状成形体を
形成した後、金型内で加圧し冷却固化させる複合成形品
の成形方法であり、前記補強繊維をマンドレルに巻き始
める前、及び、巻き終った後に、マトリックス樹脂のみ
を前記マンドレルに巻付け、このマトリックス樹脂を前
記筒状成形体の内面部位及び外面部位に相隣接させるか
ら、マトリックス樹脂でプリプレグ同士の間隙が埋めら
れ、金型内での加圧による平滑化と相俟って複合成形品
の内外面に谷状、筋状に陥没した部分が発生することは
ない。このため、内外面の平滑性を向上させることがで
きると共に、複合成形品に応力が負荷された場合に応力
集中点が生ぜず、これを起点とする破損が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に使用されるフィラメントワインデ
ィング装置の概要図である。

【符号の説明】

１ マンドル １ａ 管状成形体 Ａ 熱可塑性樹脂繊維 Ｂ 強化繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 23:22 4Ｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂をマトリックスとして使用
   し、フィラメントワインディング又はテープワインディ
   ングによりマトリックス樹脂を合体した補強繊維をマン
   ドレルに巻き付けて筒状成形体を形成した後、金型内で
   加圧し冷却固化させる複合成形品の成形方法であり、前
   記補強繊維をマンドレルに巻き始める前、及び、巻き終
   った後に、マトリックス樹脂のみを前記マンドレルに巻
   き付け、このマトリックス樹脂を前記筒状成形体の内面
   部位及び外面部位に相隣接させることを特徴とする複合
   成形品の成形方法。