JPH06155590A - 連続繊維補強熱可塑性樹脂成形用スリーブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マトリックスが熱可塑性樹脂で、補強繊維が
連続繊維である繊維補強中空体の成形材料に関し、補強
繊維への未含浸部が少なく、且つ高強度、高靱性を有す
る中空体を成形可能とする繊維補強熱可塑性樹脂成形用
スリーブを提供することを目的とする。 【構成】 補強用連続繊維からなる糸３と熱可塑性樹脂
繊維からなる糸２を筒状にブレーディングしたスリーブ
１であって、補強用連続繊維同志が交差しないよう一方
向のみに配列されている連続繊維補強熱可塑性樹脂成形
用スリーブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維補強熱可塑性樹脂
の中空筒状成形品（以下中空体という）を成形するため
に用いるのに好適な成形材料に関し、更に詳しくは、熱
可塑性樹脂繊維と補強用連続繊維とによって筒状に形成
された連続繊維補強熱可塑性樹脂成形用スリーブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、熱可塑性樹脂をマトリックス
とし、連続繊維で補強されたパイプ等の中空体が多用さ
れており、その成形方法としては、次のようなものが知
られている。

【０００３】 予め補強用連続繊維に樹脂を含浸させ
て形成した薄いシート材を成形材料とし、その成形材料
を芯棒に巻付け、ポリイミドテープをその上に巻付け、
加熱することにより、ポリイミドテープの収縮力による
圧をかけ成形する。

【０００４】 補強用連続繊維と熱可塑性樹脂繊維を
一緒に織り込んだ交織織物を成形材料とし、その成形材
料を芯棒に巻付け、それを金型に入れ、加熱加圧して成
形する。

【０００５】 補強用連続繊維と熱可塑性樹脂繊維
を、繊維の状態で撚り合わせたり、コミングルしたり、
また、補強用連続繊維のフィラメント間に熱可塑性樹脂
のパウダーをしみ込ませたパウダープレプレグにする等
して成形材料を作り、その成形材料を、熱可塑性樹脂が
溶融するよう加熱した芯棒に巻付け、加熱されたローラ
等で脱泡しながらフィラメントワインディングにより成
形する。

【０００６】 補強用連続繊維と熱可塑性樹脂繊維
を、繊維の状態で撚り合わせたり、コミングルしたり、
また、補強繊維のフィラメント間に熱可塑性樹脂のパウ
ダーをしみ込ませたパウダープレプレグにする等し、こ
れを筒状の組紐（丸打組物）を形成するように組んで即
ちブレーディングしてスリーブを作るか、或いは、補強
用連続繊維の糸と熱可塑性樹脂繊維の糸を交互に配置し
てブレーディングすることによりスリーブを作り、その
組紐状のスリーブを成形材料とし、その内側にシリコー
ンチューブ等をセットし、金型内において内圧成形する
（例えば、ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ９２／１２８４７号
公報参照）。

【０００７】しかし、これらの従来方法にはいずれにも
問題があり、満足できるものではなかった。すなわち、
の方法では、樹脂を含浸させたシート材が硬く、芯棒
に対する巻付けが困難であった。の方法では交織織物
を芯棒に巻き付ける際に目曲がりを生じやすく、やはり
巻付けが困難であった。また、交織織物は補強用連続繊
維同志が交差し、交点部を有しているので、樹脂粘度の
高い熱可塑性樹脂マトリックスでは、補強用連続繊維同
志の交点部に未含浸部が残ることがあった。の方法で
は、補強用連続繊維と熱可塑性樹脂繊維を撚り合せた
り、コミングルしたりする作業や、パウダープレプレグ
を作る作業が困難であり、しかも、成形がフィラメント
ワインディングであるので、直線状の製品しかできなか
った。の方法でも、補強用連続繊維と熱可塑性樹脂繊
維を撚り合せたり、コミングルしたりする作業や、パウ
ダープレプレグを作る作業が困難であった。また、スリ
ーブ内には補強用連続繊維同志の交点部が存在している
ため、その交点部に未含浸部が残ることがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のいろ
いろな成形材料の問題点を解消せんとするもので、繊維
補強の中空体を成形する材料のうち、最終成形物から考
えて最も適当な材料と思われるスリーブを採用し、その
欠点である未含浸部の発生を防止し、且つ安価に製造可
能な成形材料である連続繊維補強熱可塑性樹脂成形用ス
リーブを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、補強用連続繊
維からなる糸と熱可塑性樹脂繊維からなる糸を筒状にブ
レーディングしてなるスリーブであって、前記補強用連
続繊維は、補強用連続繊維同志が交差しないよう一方向
のみに配列されていることを特徴とする連続繊維補強熱
可塑性樹脂成形用スリーブを要旨とする。

【００１０】本発明において使用される熱可塑性樹脂繊
維の糸としては、通常、熱可塑性樹脂を通常の方法で溶
融紡糸して得られるフィラメント径５〜１００ミクロン
程度のマルチフィラメント糸の形態のものが使用され
る。勿論、モノフィラメントやフィルムをスリットした
スリットヤーンの形態であってもよく、所謂糸状のもの
で製紐機（ブレーディング装置）にかかるものならば使
用できる。

【００１１】補強用連続繊維の糸としては、カーボンフ
ァイバー、ガラスファイバー、アラミドファイバーや、
アルミナファイバー等のフィラメント径３〜５０ミクロ
ン程度の、通常マルチフィラメント糸の形態のものが使
用される。

【００１２】これらの補強用連続繊維と熱可塑性樹脂繊
維との使用割合は、補強用連続繊維が３０〜７０体積％
程度になるようにすることが好ましい。

【００１３】ブレーディングにより作られたスリーブを
構成する糸は、Ｓ撚り方向に配列されたものと、それに
交差するＺ撚り方向に配列されたものがあるが、本発明
では、補強用連続繊維をそのいずれか一方のみに配列し
ている。従って、補強用連続繊維はスリーブ内で一方向
のみに互いに平行に配列され、補強用連続繊維同志で交
差することはない。熱可塑性樹脂繊維は、そのすべてを
補強用連続繊維と交差する方向に配列してもよいし、或
いは一部が補強用連続繊維と同じ方向になるように配列
してもよい。

【００１４】スリーブを構成する糸の組み組織は特に限
定されるものではないが、その１例を図１により説明す
る。図１は本発明の一実施態様によるスリーブ１を構成
する糸の配列を示すもので、右上がり方向に配列された
糸２が熱可塑性樹脂繊維で、左上がり方向に配列された
糸３が補強用連続繊維で構成されている。熱可塑性樹脂
繊維の１本の糸２ａは補強用連続繊維の隣接した２本の
糸３ａ、３ｂの下を潜り、次いで隣接した２本の糸３
ｃ、３ｄの上を通る。また、熱可塑性樹脂繊維の糸２ａ
に隣接した糸２ｂは、補強用連続繊維の隣接した２本の
糸３ｂ、３ｃの下を潜り、次いで隣接した２本の糸３
ｄ、３ｅの上を通る。複数本の熱可塑性樹脂繊維の糸２
と補強用連続繊維の糸３とがこの様なパターンの繰り返
しでブレーディングされることにより、筒状のスリーブ
１が形成されている。

【００１５】具体的なブレーディング方法は次の様に行
う。予め、製紐管に巻き取った熱可塑性樹脂繊維の糸と
補強用連続繊維の糸とを、それぞれグループに分け、製
紐機の右周りの管差しには補強用連続繊維の糸、左周り
の管差しには熱可塑性樹脂繊維の糸といったように仕掛
けを行う。どちらのグループをどちらの管差しに掛ける
かは、製造しようとする製品によって決めれば良く、特
に決められたものではない。それらの糸を用いてブレー
ディングすることにより、筒状のスリーブ１を製造でき
る。

【００１６】本発明のスリーブは、それを単体で或いは
積層して加熱、加圧することにより、熱可塑性樹脂繊維
のみが溶融し、補強用連続繊維に含浸したマトリックス
となり、補強用連続繊維で強化された熱可塑性樹脂中空
体を形成する。ここで、各層のスリーブ内の補強用連続
繊維は成形された中空体を一方向に且つ交点を生じない
で形で強化した形となる。このため、補強用連続繊維が
交点部を有する織物構造を持っていた場合には、補強用
連続繊維が交点部と交点部の間で厚み方向に屈曲した状
態となるが、本発明ではこのような補強用連続繊維の屈
曲が生じることがなく平坦に並んだ状態となっている。
なお、スリーブの積層の際に、補強用連続繊維の方向が
交差するように積層することにより、成形体全体として
は、二方向に強化した形とすることができる。

【００１７】本発明のスリーブを用いた成形方法として
は、従来知られている中空体の成形方法を適宜使用すれ
ばよい。以下に、本発明のスリーブを用いた成形方法の
１例を説明する。使用するスリーブとして、補強用連続
繊維が例えば図１に示すように左上がり方向に入ったも
のと、それに交差する方向（右上がり方向）に入ったも
のの２種類を用意しておく。まず、所定の形状をした芯
棒に、複数のスリーブを積層してかぶせる。その際、補
強用連続繊維の方向が交差するように、２種類のスリー
ブを交互に配置してゆく。スリーブの積層数は成形品に
要求される肉厚を考慮して定めるが、通常、偶数とする
ことが好ましい。

【００１８】所定数のスリーブを芯棒上に積層した後、
芯棒を抜き、シリコーン等の内圧用チューブをセットす
る。このセットを所定の金型に入れ、加熱しながら内圧
用チューブにて加圧する。加圧は、２〜５Ｋｇ／ｃｍ²
程度、温度は使用する樹脂の融点より３０〜５０°Ｃ程
度高い温度が適当である。これにより、熱可塑性樹脂繊
維が溶融し、補強用連続繊維に含浸する。その後、金型
を冷却して樹脂を固化した後、成形物を取り出す。かく
して、連続繊維で補強された熱可塑性樹脂の中空体が成
形される。

【００１９】

【作用】本発明の連続繊維補強熱可塑性樹脂成形用スリ
ーブは、繊維をブレーディングして構成した筒状のもの
であるので、フレキシブルで取り扱いやすく、また、筒
状であるので成形工程において芯棒等に取り付ける作業
がきわめて容易である。そのスリーブを構成するそれぞ
れの糸は、補強用連続繊維のみ或いは熱可塑性樹脂繊維
のみで構成されるため、ブレーディングに先立って補強
用連続繊維と熱可塑性樹脂繊維とを撚り合わせたり、コ
ミングルしたりするという困難な作業を必要とせず、こ
のため、安価に製造可能である。

【００２０】このスリーブを加熱加圧して成形すると、
熱可塑性樹脂が溶融して補強用連続繊維に含浸し、連続
繊維で補強された中空体を得ることができる。その際、
一つのスリーブ内では補強用連続繊維が、補強用連続繊
維同志の交点を持たない一方向性であるので、交点部に
生じがちな未含浸部の発生が少ない。更に補強用連続繊
維が一方向に並んでいて交差しておらず、従って織物構
造を持っていないので、補強用連続繊維に屈曲が生じる
ことがない。このため、複数のスリーブを積層して成形
した際、補強用連続繊維がきれいに層状にならんだ形状
となり、補強用連続繊維間に大きい樹脂溜まりが生じる
ことが少ない。かくして、連続繊維による補強効果が大
きく且つ外観の良い成形物が得られる。

【００２１】本発明のスリーブによって成形された中空
成形体は、高強度、高靱性、適度な弾力性等を要求され
る用途に好適であり、例えば、テニスラケット、ゴルフ
シャフト等の運動用具や釣竿等に用いることが好まし
い。

【００２２】

【実施例】 実施例１ 次の条件にて、６Ｋカーボンファイバー／ナイロン６の
一方向性スリーブを作成した。 （１）使用材料 熱可塑性樹脂繊維 材質 ナイロン６ フィラメント数 ３６本 フィラメント径 ８４ミクロン 糸番手 ２３０ＴＥＸ（２３０ｇ／１０００
ｍ） 補強用連続繊維 材質 ６Ｋカーボンファイバー フィラメント数 ６０００本 フィラメント径 ７ミクロン 糸番手 ３９２ＴＥＸ（３９２ｇ／１０００
ｍ） （２）ブレーディング 打ち数： ６４ 角度 ： ３０° スリーブ直径： ２２ｍｍ ブレーディング：カーボンファイバーを右周りの管差し
に、ナイロン繊維を左周りの管差しに仕掛ける。

【００２３】実施例２ 次の条件にて、ＥＣＧ３７ １／０グラスファイバー／
ナイロン６の一方向性スリーブを作成した。 （１）使用材料 熱可塑性樹脂繊維 材質 ナイロン６ フィラメント数 ２４本 フィラメント径 ５０ミクロン 糸番手 ５４ＴＥＸ 補強用連続繊維 材質 ＥＣＧ３７ １／０グラスファイバ
ー フィラメント数 ８００本 フィラメント径 ９ミクロン 糸番手 １３５ＴＥＸ （２）ブレーディング 打ち数： ９６ 角度 ： ３０° スリーブ直径： １０ｍｍ ブレーディング：グラスファイバーを右周りの管差し
に、ナイロン繊維を左周りの管差しに仕掛ける。

【００２４】比較例１ 次の条件にて、６Ｋカーボンファイバー／ナイロン６
の、補強用連続繊維同志が交点部を持つスリーブを作成
した。 （１）使用材料 熱可塑性樹脂繊維 実施例１と同じ （ナイロン６） 補強用連続繊維 実施例１と同じ （６Ｋカーボンファイバー） （２）ブレーディング 打ち数、角度、スリーブ直径は、実施例１と同じ。ブレ
ーディングは、左右周り共、補強用連続繊維と熱可塑性
樹脂繊維の製紐管をそれぞれ一本おきに管差しに仕掛け
る。

【００２５】比較例２ 次の条件にて、３Ｋカーボンファイバー／ナイロン６
の、補強用連続繊維同志が交点部を持つスリーブを作成
した。 （１）使用材料 熱可塑性樹脂繊維 材質 ナイロン６ フィラメント数 ３６本 フィラメント径 ６０ミクロン 糸番手 １１５ＴＥＸ 補強用連続繊維 材質 ３Ｋカーボンファイバー フィラメント数 ３０００本 フィラメント径 ７ミクロン 糸番手 １９８ＴＥＸ （２）ブレーディング 打ち数： ９６ 角度 ： ３０° スリーブ直径： ２０ｍｍ ブレーディング：比較例１と同じ。

【００２６】以上のように作成したスリーブにそれぞ
れ、グラスファイバー、カーボンファイバーにあった処
理を施し、次のように成形し比較テストを行った。

【００２７】スリーブを１ヶ所、０°の長さ方向（スリ
ーブの軸線方向）に沿って切り開く。比較例１、２の場
合、これを所定の枚数、同一方向に揃えて積層し、温度
２６０°Ｃ、圧力５Ｋｇ／ｃｍ² で成形する。また、実
施例１、２の場合、補強用連続繊維が０°方向軸に関し
て左右３０°の角度をなすように所定の枚数を交互に積
層し、最後の一枚は最初の一枚と同じ方向になるように
し（成形品のそりを防ぐため）、成形する。成形条件は
比較例と同じである。

【００２８】このようにして得た成形品（テストピー
ス）を評価した結果を表１に示す。なお、ボイド率の測
定法は、ＪＩＳ Ｋ ７０５３による。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から良く分かるように、実施例の成形
品は比較例に比べ、ボイド率が小さく、未含浸部が大幅
に減少している。また、実施例１と比較例１との比較か
ら良く分かるように、材質、仕様ともに同じ熱可塑性樹
脂繊維及び補強用連続繊維を用いたスリーブであるにも
かかわらず、実施例１では曲げ強さが大幅に向上してい
る。

【００３１】また、実施例１のスリーブを用いて成形し
たテストピースと比較例１のスリーブを用いて成形した
テストピースの断面（補強用連続繊維に直角な断面）を
顕微鏡で観察したところ、実施例１のテストピースで
は、図２に示すように、補強用連続繊維の糸５が偏平な
形状で整然とならんでおり、それらの間にわずかな樹脂
溜り６が見られるのみであった。これに対し、比較例１
のテストピースでは、図３に示すように、補強用連続繊
維の糸５が不規則な形に変形しており、且つ大きい樹脂
溜り７が存在していた。この原因は、実施例１では補強
用連続繊維が交差せず、一方向に整然とならんでいるの
に対し、比較例１では補強用連続繊維が交差し厚み方向
に屈曲しているためと思われる。また、これらの配列が
強度に影響しているものと考えられる。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のスリー
ブは、補強用連続繊維からなる糸と熱可塑性樹脂繊維か
らなる糸とをブレーディングしてなるスリーブであるの
で、安価に製造可能であり、且つ柔軟な筒状体であるの
で、中空体の成形に使用した際の取り扱い性が良く、更
に、補強用連続繊維は、補強用連続繊維同志で交差しな
いよう一方向に配列されているので、含浸しにくい交点
部がなく、含浸性が良好で性能が顕著に改善された中空
成形体を得ることができる等の効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスリーブの一部を拡大
して示す概略平面図

【図２】実施例１のスリーブを用いて成形したテストピ
ースを、補強用連続繊維に直角に切断し、その断面を顕
微鏡で拡大して見た状態を示す断面図

【図３】比較例１のスリーブを用いて成形したテストピ
ースを、補強用連続繊維に直角に切断し、その断面を顕
微鏡で拡大して見た状態を示す断面図

【符号の説明】

１ スリーブ ２、２ａ、２ｂ 熱可塑性樹脂繊維の糸 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ 補強用連続繊維の
糸 ５ 補強用連続繊維の糸 ６、７ 樹脂溜り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補強用連続繊維からなる糸と熱可塑性樹
   脂繊維からなる糸を筒状にブレーディングしてなるスリ
   ーブであって、前記補強用連続繊維は、補強用連続繊維
   同志が交差しないよう一方向のみに配列されていること
   を特徴とする連続繊維補強熱可塑性樹脂成形用スリー
   ブ。