JPH08183104A - 繊維補強樹脂製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂相の硬化を充分おこなわせ繊維補強樹脂
成形品本来の物性が発揮できる成形品とすることを目的
とする。 【構成】 硬化性樹脂と硬化剤とを含有させた長繊維を
適宜の形状の芯金に巻き付けるフィラメントワインデン
グ工程と、繊維補強に含有された硬化性樹脂を硬化剤で
硬化させて樹脂層を成形する硬化工程とからなる繊維補
強樹脂製品の製造方法において、該フィラメントワイン
デング工程は、長繊維を芯金に巻き付ける任意の段階
で、該長繊維に含有させた硬化性樹脂に対する硬化剤の
割合を増大させるか、フィラメントワインデング工程後
に、硬化剤を含浸させた空隙孔を有するテープで該フィ
ラメントワインデング成形体の外周を被覆する繊維補強
樹脂製品の製造方法。この方法により硬化剤の飛散がな
く充分に硬化された樹脂相が形成でき成形品の物性が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維補強樹脂製品の製
造方法、特にフィラメントワインディング成形体の製造
方法に関する。

【従来の技術】従来、炭素繊維、ガラス繊維などの補強
用長繊維に樹脂を含浸した後、補強用長繊維を所望の形
状の芯型に巻き付け、補強用長繊維に付着している樹脂
を硬化させて樹脂成形品とするフィラメントワインディ
ング成形法がある。この成形法に用いられる樹脂として
は繊維との接着性、材料の強度、コストなどのバランス
がとれたエポキシ樹脂が多用されている。このエポキシ
樹脂は、液状の主剤と硬化剤とを混合加熱すると硬化し
て樹脂となる材料である。このフィラメントワインディ
ングによる成形方法では、通常、樹脂を含有した補強用
長繊維を芯型に巻き付けて成形後に、成形体を硬化炉に
入れて加熱硬化させてエポキシ樹脂層を形成している。
この加熱硬化時に、補強用長繊維に含有させたエポキシ
樹脂液中の蒸気圧の高い硬化剤は、硬化反応に関与せず
硬化温度で蒸発して樹脂系から逃散し易い。そのため樹
脂層の硬化が充分進行せず、所望の樹脂物性が発現しな
い場合が多い。特に樹脂分子間の架橋反応が不充分とな
るため充分な熱間強度が得られないという不具合があ
る。このフィラメントワインディング成形法では、補強
用長繊維を連続的にエポキシ樹脂液に浸漬させながら芯
型に巻き付けるため、樹脂液は補強用長繊維に均一に付
着させるため常温で低粘度の液状であることが必要とさ
れる。このため使用される硬化剤は低沸点のものが好ま
れる。たとえば、酸無水物系硬化剤として多用される無
水メチルナジック酸は沸点が１２７℃と低く硬化開始温
度（１２５〜１３０℃）よりかなり低い温度（９０℃
〜）から蒸発が始まる。この硬化剤が揮発するという不
具合を解決する方法として、フィルム状のテープを硬化
処理前の成形品に巻き付けて、硬化剤の蒸発を防ぐこと
も可能であるが、芯型に補強用長繊維を巻き付ける際に
成形品の表面に絞り出された樹脂液により成形品の表面
が凹凸状となるため、後加工（たとえば、テープハクリ
工程）が必要となり生産性が悪くなる。さらに、補強用
長繊維を芯型に巻き付ける際に巻き込んだ空気などの発
散ができず成形品の内部に気泡として留まるため、成形
品の内部欠陥の原因となりやすい。

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、樹脂層の硬化を充分おこなわせ
繊維補強樹脂成形品の本来の物性が発現できる、繊維補
強樹脂製品とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】本願第１の発明の繊維補
強樹脂製品の製造方法は、硬化性樹脂と硬化剤とを含有
させた補強用長繊維を適宜の形状の芯金に巻き付けるフ
ィラメントワインディング工程と、繊維補強に含有され
た硬化性樹脂を硬化剤で硬化させて樹脂層を成形する硬
化工程とからなる繊維補強樹脂製品の製造方法におい
て、該フィラメントワインディング工程は、補強用長繊
維を芯金に巻き付ける任意の段階で、該補強用長繊維に
含有させた硬化性樹脂に対する硬化剤の割合を増大させ
ることを特徴とする。本願第２の発明の繊維補強樹脂製
品の製造方法は、硬化性樹脂と硬化剤とを含有させた補
強用長繊維を適宜の形状の芯金に巻き付けるフィラメン
トワインディング工程と、繊維補強に含有された硬化性
樹脂を硬化剤で硬化させて樹脂層を成形する硬化工程と
からなる繊維補強樹脂製品の製造方法において、該フィ
ラメントワインディング工程後に、硬化剤を含浸させた
空隙孔を有するテープで該フィラメントワインディング
成形体の外周を被覆することを特徴とする。

【作用】本発明の第１の方法では、補強用長繊維を芯金
に巻き付けるフィラメントワインディング工程の任意の
段階で、補強用長繊維に含有させる硬化性樹脂液中の硬
化樹脂に対する硬化剤の割合を増大させる。その結果、
繊維補強成形品の外側部位での含有樹脂液中の硬化剤量
が多くなり、成形品の外側部分の樹脂の硬化反応が速く
なる。そのため含有されている硬化剤が揮発性で、たと
え、一部が飛散したとしても硬化樹脂の硬化反応に関与
する硬化剤の相対量が多くなり硬化反応が急速に進行し
て樹脂層の強度を高めることができる。補強用長繊維へ
含浸させる硬化剤量を増大させるには、通常の樹脂液を
含有させた後の任意の段階、たとえば、成形体の表面部
分を形成する部分の繊維を硬化剤液に再浸漬させるか、
あるいは、樹脂含浸液を別途用意した濃度比率の異なる
樹脂液に変えるなどにより、補強用繊維に含有した樹脂
中の硬化剤比率を増大させることができる。この方法に
より、硬化加熱の際にも揮発性の硬化剤であっても、樹
脂の架橋に充分な硬化剤濃度を確保できる。その結果、
硬化後の繊維補強樹脂の成形品は、所望の物性を発現す
ることができる。本発明の第２の方法では、フィラメン
トワインディング工程終了後、予め硬化剤を含浸した空
隙孔を有するテープ（ナイロン、ポリエステルなどのエ
ポキシ硬化温度に耐えられかつ耐薬品性をもつ、たとえ
ば、合成繊維で織った布製耐熱テープなど）を成形品の
表面に巻き付けて被覆することにより成形品の表面部位
の硬化剤の濃度を高くして、積層繊維が含有する樹脂液
中の硬化剤量の不足による樹脂層が硬化不充分となるの
を防ぐことができる。その結果、硬化後の繊維補強樹脂
の成形品は、所望の物性を発現することができる。ここ
で空隙孔を有するテープとしては、たとえば、合成繊維
で織った布などの空隙孔を有するものが好ましく、成形
品にテープを巻き付けた時に成形品内部の余分な樹脂を
表面に均一に析出させると同時に、テープの空隙孔を樹
脂液が通過する際にテープ中に含まれる硬化剤と均一に
混合する効果がある。また、成形時に内部に残存した気
泡もテープの巻き付けにより表面に押し出されテープの
空隙孔を抜けて外部に飛散させることができる。また、
場合によっては、成形体を被覆したテープは、剥離する
ことなくそのまま成形品に組み込んで使用することがで
きる。したがって、本方法では、硬化剤液がテープに含
浸されて保持されるので、表面部位の硬化剤量の制御が
容易となりより高強度の成形品が得られる。また、空隙
孔を有するテープに硬化剤を含浸させる際に、水酸化ア
ルミニウム粉などの難燃剤を同時に分散させることによ
り、成形品の表面にのみ難燃剤を付着させて成形品の難
燃化を図ることも可能である。なお、この難燃剤は成形
品全体に分散させると成形品の強度が低下するが、表面
部のみであれば成形品の強度の低下を防いで難燃化を図
ることもできる。

【実施例】以下、実施例により具体的説明する。 （実施例） （フィラメントワインディング工程）補強用長繊維（ガ
ラス繊維または炭素繊維）の束であるロービングを引出
し樹脂液（未硬化のエポキシ樹脂（たとえば、エピコー
ト８２７、エピクロンなど）と硬化剤（たとえば、ＭＨ
ＡＣ、エピクロン１３５７０など）を、硬化剤との比率
（たとえばエピコート８２７；１００：ＭＨＡＣ；８８
の重量比））に含浸させた後、ガイドローラで繊維への
付着量（２０〜５０ｗｔ％対繊維重量）を制御しながら
円筒形状などの芯型に巻き付けて円筒状の積層成形品を
形成する。次いで空隙孔を有するナイロン織物状テープ
を上記の硬化剤液に浸漬させ（付着量１０〜１００重量
％対テープ重量）て硬化剤をテープに含浸させ、上記の
繊維積層樹脂成形品の表面に均一に巻き付ける。このテ
ープ巻きの際、繊維に付着していた気泡がテープの巻き
付けの加圧によりテープの空隙から飛散させることがで
きる。また、成形品表面に成形品内部から滲みだしてき
た未硬化の樹脂液がテープの隙間を通過する際に硬化剤
と接触して硬化剤濃度を高めて硬化速度を速めることが
できる。また、硬化速度を均一化するためテープの端部
を互いに重ね合わせてテープの厚さを一定にするように
成形体に巻き付けることもできる。 （硬化工程）テープを巻き付けた繊維積層樹脂成形品を
加熱硬化炉にいれ、１３０℃で２０分間加熱して樹脂を
硬化させた。比較例として、テープを成形品に巻き付け
ず、繊維積層樹脂成形品をそのまま加熱硬化炉で１３０
℃で１２０分間加熱して樹脂を硬化させた。実施例で得
られた成形品は、比較例の成形品の１．５倍の熱間強度
を有していた。また、上記の成形品への空隙孔を有する
テープ巻きの際に表面の硬化剤が均一となるように、テ
ープの厚み（含浸硬化剤量）を一定にするように巻き付
けることで硬化速度を均一にすることもできる。したが
って、空隙孔を有するテープを成形品に巻き付けること
で、内部に気泡などを含まず熱間強度の優れた高強度の
繊維補強樹脂成形品が得られた。 （実施例２）強化用長繊維のロービングを実施例１と同
じ樹脂液浴中を通してガイドローラで繊維への付着量
（２０〜５０ｗｔ％対繊維重量）を制御しながら円筒形
状などの芯型に巻き付けて円筒状の積層成形品形成す
る。強化用長繊維のロービングが成形品の最表面層を形
成する段階で、樹脂液浴の後方に硬化剤液浴（実施例１
のテープに含浸させた硬化剤液）を設けて強化用長繊維
に硬化剤を含浸させて成形体に巻きつけ表面層を形成す
る。この硬化剤液浴の追加工程により成形体表面層の硬
化剤濃度が高くなる。この硬化剤の表面濃度が高くなっ
た成形体は、実施例１と同じ条件の硬化工程で硬化させ
ると、実施例１と同様な熱間強度をもつ繊維補強樹脂成
形品が得られた。 （実施例３）強化用長繊維のロービングを実施例１と同
じ樹脂液浴中を通してガイドローラで繊維への付着量
（２０〜５０ｗｔ％対繊維重量）を制御しながら円筒形
状などの芯型に巻き付けて円筒状の積層成形品形成す
る。実施例２と異なり成形品とした後、成形品の表面に
硬化剤液をスプレー塗布ないしは刷毛塗りで硬化剤濃度
を高めた。このように、成形後に硬化剤液を成形品の表
面にスプレーなどで塗布して表面部位の硬化剤の濃度を
高めることができる。この成形体は、実施例１と同様な
条件で硬化処理をすると、同様に熱間強度の優れた繊維
補強樹脂成形品が得られた。

【発明の効果】本発明の第１の方法によれば、フィラメ
ントワインディング工程において補強用繊維を樹脂液に
浸漬しながら芯型に巻き付けている途中で、樹脂中硬化
剤の割合を増加させる。この結果、繊維積層成形品の表
面近傍の樹脂層の硬化剤の割合が高まり、揮発性の硬化
剤が加熱温度で一部が系外に飛散しても樹脂を硬化させ
るのに充分な硬化剤量を保持することが可能となる。し
たがって、樹脂硬化が正常に進行し所望の樹脂物性を得
ることができる。本発明の第２の方法によれば、フィラ
メントワインディング工程で成形した繊維積層成形品の
表面を、硬化剤を含浸した空隙孔を有するテープを巻き
付ける。この際成形時に内部側から表面側に滲みだして
きた樹脂が空隙孔を通ってテープの外側に滲みだしてく
る。この際テープに浸漬されている硬化剤が樹脂中に取
り込まれ表面近くの樹脂中の硬化剤の割合が増加する。
このため硬化剤の一部が飛散しても樹脂の硬化に必要な
硬化剤量を保持できると共に硬化速度も速くすることが
できる。また、成形時に成形品内部に残った気泡はテー
プを巻き付ける際に表面に押し出され表面のテープの空
隙孔を通って除去することができ、強度の優れた繊維補
強樹脂成形品を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 霜田 好司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬化性樹脂と硬化剤とを含有させた長繊維
   を適宜の形状の芯金に巻き付けるフィラメントワインデ
   ィング工程と、繊維補強に含有された硬化性樹脂を硬化
   剤で硬化させて樹脂層を成形する硬化工程とからなる繊
   維補強樹脂製品の製造方法において、 該フィラメントワインディング工程は、長繊維を芯金に
   巻き付ける任意の段階で、該長繊維に含有させた硬化性
   樹脂に対する硬化剤の割合を増大させることを特徴とす
   る繊維補強樹脂製品の製造方法。
2. 【請求項２】硬化性樹脂と硬化剤とを含有させた長繊維
   を適宜の形状の芯金に巻き付けるフィラメントワインデ
   ィング工程と、繊維補強に含有された硬化性樹脂を硬化
   剤で硬化させて樹脂層を成形する硬化工程とからなる繊
   維補強樹脂製品の製造方法において、 該フィラメントワインディング工程後に、硬化剤を含浸
   させた空隙孔を有するテープで該フィラメントワインデ
   ィング成形体の外周を被覆することを特徴とする繊維補
   強樹脂製品の製造方法。