JP2001096635A - Molding method for frp tube - Google Patents
Molding method for frp tubeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＰ（fiber r
einforeced plastic：繊維強化プラスチック）チュー
ブの成形方法に関する。[0001] The present invention relates to an FRP (fiber r)
einforeced plastic: A method for forming tubes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】宇宙空間で用いられる例えば人工衛星の
展開アンテナの支持部材、あるいは民生用の道具、例え
ば釣り竿などに用いられるＦＲＰチューブは、図３に示
すようにして成形される。すなわち、金属の丸棒である
マンドレル１にＦＲＰプリプレグ（繊維に熱硬化型の樹
脂を含浸させたもの）を繊維方向が所定方向となるよう
に積層させ、さらにその外周に離型フィルム３を一定の
ピッチ、所定のテンションによって巻き付ける。そし
て、真空バッグをかけてオートクレーブ装置内で加熱加
圧することによってＦＲＰプリプレグ２を硬化させてチ
ューブを成形する。その後、離型フィルム３をはがし、
マンドレル１を引き抜くことによりＦＲＰチューブが成
形される。2. Description of the Related Art A support member for a deployment antenna of an artificial satellite, for example, used in outer space, or an FRP tube for a consumer tool, for example, a fishing rod, is formed as shown in FIG. That is, an FRP prepreg (a fiber impregnated with a thermosetting resin) is laminated on a mandrel 1 which is a metal round bar so that the fiber direction is in a predetermined direction, and a release film 3 is fixed on the outer periphery thereof. With a predetermined tension. Then, the FRP prepreg 2 is cured by heating and pressurizing in an autoclave apparatus with a vacuum bag, and a tube is formed. After that, peel off the release film 3,
By pulling out the mandrel 1, an FRP tube is formed.
【０００３】このように従来では、離型フィルム３を巻
き付けてオートクレーブ装置において加熱加圧すること
によりＦＲＰプリプレグ２を硬化させているために、チ
ューブ外形表面に離型フィルム３の巻き付け跡（テープ
巻き付け時のピッチのずれ）が残ってしまう。このため
従来では、離型フィルム３の巻き付け跡の段差を後加工
によって削って表面を滑らかにしたり、さらに塗装を施
すなどして外観を整えている。As described above, conventionally, since the release film 3 is wound and the FRP prepreg 2 is hardened by heating and pressurizing in an autoclave apparatus, the winding mark of the release film 3 on the outer surface of the tube (when the tape is wound). Pitch shift) remains. For this reason, in the related art, the step of the winding trace of the release film 3 is shaved by post-processing to smooth the surface, or the appearance is adjusted by further painting.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のＦ
ＲＰチューブの成形方法では次のような問題があった。
すなわち、離型フィルム３を巻き付けて加熱加圧するこ
とによってＦＲＰプリプレグ２を硬化成形しているた
め、前述したようにチューブ外周表面に離型フィルム３
の巻き付け跡が残ってしまい外観の品質が悪く、巻き付
け跡の段差を後加工によって削って表面を滑らかにする
などの工程が必要となっていた。However, the conventional F
The RP tube molding method has the following problems.
That is, since the FRP prepreg 2 is cured and formed by winding the release film 3 and applying heat and pressure, the release film 3 is formed on the outer peripheral surface of the tube as described above.
And the quality of the appearance was poor, and steps such as cutting the steps of the winding marks by post-processing to smooth the surface were necessary.
【０００５】また、テープ巻き付け跡の段差を削る工程
ではチューブ全体を均一にする必要があるが、この工程
があるということはキズなどの欠陥が発生する可能性が
あるということになる。特に、チューブを宇宙空間など
の環境が厳しい場所で使用する場合には、わずかなキズ
でも問題となってしまう。[0005] In addition, in the step of cutting the step of the tape winding trace, it is necessary to make the entire tube uniform. However, the presence of this step means that defects such as scratches may occur. In particular, when the tube is used in a place where the environment is severe, such as outer space, even a slight scratch may cause a problem.
【０００６】また、従来のＦＲＰチューブの成形方法で
は、前述のようにオートクレーブ装置において加熱加圧
を行なう必要があるので、オートクレーブ装置に入れる
前にも多くの工程が必要となっていた。Further, in the conventional method of forming an FRP tube, it is necessary to perform heating and pressurization in an autoclave apparatus as described above, so that many steps are required before the FRP tube is put into the autoclave apparatus.
【０００７】さらに、従来のＦＲＰチューブの成形方法
で用いられる離型フィルム３などの材料は１度しか使用
することができないので、ＦＲＰチューブを作成する量
に応じて必要となってしまう。Furthermore, since the material such as the release film 3 used in the conventional FRP tube molding method can be used only once, it is necessary according to the amount of the FRP tube to be produced.
【０００８】また、従来のＦＲＰチューブの成形方法に
おいて、肉厚のチューブを作成する場合には、マンドレ
ル１にチューブの肉厚に応じたプリプレグを積層させ
て、そのＦＲＰプリプレグ２に対して離型フィルム３を
巻き付けていかなければならない。しかし、厚みのある
ＦＲＰプリプレグ２に対して離型フィルム３を巻き付け
る場合には縒れが発生しやすく、肉厚になるほど均一な
チューブを成形することが困難となってしまう。In the conventional method of forming an FRP tube, when forming a thick tube, a prepreg corresponding to the thickness of the tube is laminated on the mandrel 1 and the FRP prepreg 2 is released from the mold. The film 3 must be wound. However, when the release film 3 is wound around the thick FRP prepreg 2, twisting is likely to occur, and it becomes more difficult to form a uniform tube as the thickness increases.
【０００９】本発明は前記のような事情を考慮してなさ
れたもので、チューブ成形後の外観の品質が良く、かつ
成形工程が少ないＦＲＰチューブの成形方法を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of forming an FRP tube having a good appearance after forming a tube and having a small number of forming steps.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状のパイ
プ内の中心部に空洞層が設けられるようにして金属より
も膨張率が高い材料を充填し、前記空洞層内にＦＲＰプ
リプレグをレイアップした金属マンドレルを挿入し、前
記ＦＲＰプリプレグの硬化温度まで熱を加えて前記材料
を膨張させて前記空洞層を埋めることでＦＲＰチューブ
を加圧成形することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a material having a higher expansion coefficient than metal is filled with a hollow layer provided in a central portion of a cylindrical pipe, and an FRP prepreg is filled in the hollow layer. The lay-up metal mandrel is inserted, and heat is applied to the curing temperature of the FRP prepreg to expand the material and fill the cavity layer to form the FRP tube under pressure.
【００１１】このような方法によれば、マンドレルにレ
イアップしたＦＲＰプリプレグに対して、円筒状のパイ
プ内の中心部に設けられた空洞層において、膨張率が高
い材料の膨張によって全体が均一な圧力によって加圧成
形される。According to such a method, in the hollow layer provided at the center of the cylindrical pipe with respect to the FRP prepreg laid up on the mandrel, the whole material having a high expansion coefficient is made uniform by the expansion of the material. It is molded under pressure.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本実施形態におけ
るＦＲＰチューブの成形方法によりＦＲＰチューブを成
形する過程を示す断面図、図２はＦＲＰチューブの成形
方法の工程を説明するためのフローチャートである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of forming an FRP tube by the method of forming an FRP tube in the present embodiment, and FIG. 2 is a flowchart for explaining steps of the method of forming an FRP tube.
【００１３】本実施形態におけるＦＲＰチューブの成形
方法では、成形するＦＲＰチューブに応じた長さを持つ
円筒状の金属パイプ１０内に、その中心部に空洞層１４
が設けられるようにして金属よりも膨張率が高い材料、
例えば樹脂１２を充填しておく（図１（ａ）参照）。こ
れは、例えば金属パイプ１０の中心部に空洞層１４に応
じた太さの円柱状の部材を挿入し、この部材の外周部と
金属パイプ１０との間に樹脂１２に充填した後に中心部
の部材を引き抜くことにより形成できる。In the method of forming an FRP tube according to the present embodiment, a hollow layer 14 is provided in the center of a cylindrical metal pipe 10 having a length corresponding to the FRP tube to be formed.
A material having a higher expansion coefficient than metal so that
For example, a resin 12 is filled (see FIG. 1A). For example, a cylindrical member having a thickness corresponding to the cavity layer 14 is inserted into the center of the metal pipe 10, and the space between the outer periphery of the member and the metal pipe 10 is filled into the resin 12, and then the center of the metal pipe 10 is filled. It can be formed by extracting the member.
【００１４】一方、金属マンドレル１６に対しては、Ｆ
ＲＰチューブ成形後に金属マンドレル１６が成形後のチ
ューブから抜けやすくするために離型剤を塗っておき
（図２、ステップＡ１）、これを炉に入れて焼き固めて
おく（ステップＡ２）。On the other hand, for the metal mandrel 16, F
After the RP tube is formed, a release agent is applied so that the metal mandrel 16 can be easily removed from the formed tube (FIG. 2, step A1), and this is put in a furnace and hardened (step A2).
【００１５】次に、離型剤が塗られた金属マンドレル１
６に対して、ＦＲＰプリプレグ１８（繊維に熱硬化型の
樹脂を含浸させたもの）を繊維方向が所定方向となるよ
うに積層する（ステップＡ３）。なお、以上のステップ
Ａ１〜Ａ３の工程は、従来のＦＲＰチューブの成形方法
における工程とほぼ同じである。Next, a metal mandrel 1 coated with a release agent
6 is laminated with an FRP prepreg 18 (fiber impregnated with a thermosetting resin) such that the fiber direction is a predetermined direction (step A3). The steps A1 to A3 are almost the same as the steps in the conventional FRP tube molding method.
【００１６】次に、ＦＲＰプリプレグ１８が設けられた
金属マンドレル１６を、先に説明した金属パイプ１０内
の樹脂１２によって形成された空洞層１４に、図１
（ａ）に示すようにして挿入する（ステップＡ４）。そ
して、ＦＲＰプリプレグ１８の含浸させた樹脂の硬化温
度まで、図１（ａ）に示す構成全体を加熱する（ステッ
プＡ５）。Next, the metal mandrel 16 provided with the FRP prepreg 18 is attached to the cavity layer 14 formed by the resin 12 in the metal pipe 10 described above with reference to FIG.
It is inserted as shown in (a) (step A4). Then, the entire configuration shown in FIG. 1A is heated to the curing temperature of the resin impregnated with the FRP prepreg 18 (step A5).
【００１７】これにより樹脂１２は、金属よりも膨張率
が高いために大きく膨張し、図１（ｂ）に示すように空
洞層１４を埋めていく。従って、金属マンドレル１６に
積層されたＦＲＰプリプレグ１８が樹脂１２の膨張によ
って加圧されていく。この際、金属パイプ１０が円筒形
とされているために、金属パイプ１０内に充填された樹
脂１２が加熱によって膨張した際に、ＦＲＰプリプレグ
１８に対して外周部全体に均一に加圧することになる。
これにより、ＦＲＰプリプレグ１８に対する樹脂１２の
膨張による加圧によりチューブが成形される。As a result, the resin 12 has a higher expansion coefficient than the metal, and therefore expands significantly, filling the cavity layer 14 as shown in FIG. 1B. Therefore, the FRP prepreg 18 laminated on the metal mandrel 16 is pressed by the expansion of the resin 12. At this time, since the metal pipe 10 has a cylindrical shape, when the resin 12 filled in the metal pipe 10 expands due to heating, it is necessary to uniformly press the entire outer peripheral portion against the FRP prepreg 18. Become.
Thus, the tube is formed by pressurizing the FRP prepreg 18 by the expansion of the resin 12.
【００１８】ＦＲＰプリプレグ１８に対する加圧が完了
すると、冷却されることにより樹脂１２が収縮して、図
１（ａ）に示すように空洞層１４がある状態に戻るた
め、チューブが外周部に成形されている金属マンドレル
１６を空洞層１４から取り出す（ステップＡ６）。さら
に、金属マンドレル１６をチューブから引き抜くことに
より、ＦＲＰチューブの成形が完了する（ステップＡ
７）。When the pressurization of the FRP prepreg 18 is completed, the resin 12 contracts by cooling and returns to the state where the hollow layer 14 exists as shown in FIG. The removed metal mandrel 16 is taken out of the cavity layer 14 (step A6). Further, the molding of the FRP tube is completed by pulling out the metal mandrel 16 from the tube (step A).
7).
【００１９】このようにして、本実施形態におけるＦＲ
Ｐチューブの成形方法では、ＦＲＰプリプレグ１８の外
周部に離型フィルムを巻き付ける工程がないため、従来
のような離型フィルムを巻き付けることにより形成され
ていたチューブ外周部の段差がでなくなり外観の品質が
向上される。このために、ＦＲＰチューブを成形した後
に、チューブ外周を研磨するといった後工程も不要であ
り、工程数を低減すると共に研磨作業によるキズの発生
なども回避することができる。また、チューブ外周部に
段差などがなく均一であることからチューブに対する応
力分布も均一となるので、宇宙空間などの過酷な環境に
おいても耐久性のある品質が得られる。As described above, the FR in this embodiment is
In the method of forming the P tube, since there is no step of winding the release film around the outer peripheral portion of the FRP prepreg 18, the step of the outer peripheral portion of the tube formed by winding the conventional release film is eliminated, and the quality of the appearance is reduced. Is improved. For this reason, a post-process of polishing the outer periphery of the tube after forming the FRP tube is not required, and the number of processes can be reduced, and generation of scratches due to the polishing operation can be avoided. In addition, since there is no step on the outer periphery of the tube and the tube is uniform, the stress distribution on the tube is also uniform, so that a durable quality can be obtained even in a severe environment such as outer space.
【００２０】さらに、樹脂１２がシリコーン系なのでＦ
ＲＰプリプレグ１８の外周部に離型フィルムを巻き付け
るなどの離型処理を行なうことなく成形後のチューブと
樹脂１２とを離すことができ、その分の工程を少なくす
ることができる。Further, since the resin 12 is of a silicone type, F
The molded tube and the resin 12 can be separated from each other without performing a release treatment such as winding a release film around the outer periphery of the RP prepreg 18, and the number of steps can be reduced.
【００２１】また、樹脂１２は耐熱性があるため、チュ
ーブの成形のために加熱され膨張された後に冷却される
ことによりチューブ成形前の状態に戻り、再度、チュー
ブ成形のために使用することができる。従って、チュー
ブ成形毎に樹脂１２を取り替えるといったことが不要と
なるので、金属パイプ１０内に空洞層１４が形成される
ように樹脂１２を充填させる作業が不要であり、またコ
ストダウンも可能となる。Further, since the resin 12 has heat resistance, it is heated and expanded for forming a tube, and then cooled to return to a state before the tube is formed, and is used again for forming the tube. it can. Therefore, it is not necessary to replace the resin 12 every time the tube is formed, so that the operation of filling the resin 12 so that the hollow layer 14 is formed in the metal pipe 10 is unnecessary, and the cost can be reduced. .
【００２２】また、本実施形態におけるＦＲＰチューブ
の成形方法では、オートクレーブ装置を使用しなくても
良いために、オートクレーブ装置を用いていた従来の方
法と比較して工程が簡易化でき、コストダウンが図られ
る。Further, in the method of forming an FRP tube according to the present embodiment, an autoclave device does not need to be used, so that the process can be simplified as compared with a conventional method using an autoclave device, and the cost can be reduced. It is planned.
【００２３】さらに、金属マンドレル１６に積層された
ＦＲＰプリプレグ１８に対して、樹脂１２の膨張によっ
て全体にわたって均一に加圧されるので、肉厚のチュー
ブであっても特別な作業を必要とすることなく容易に加
圧成形することが可能となる。Further, since the FRP prepreg 18 laminated on the metal mandrel 16 is uniformly pressed by the expansion of the resin 12, the special operation is required even for a thick tube. It is possible to easily perform pressure molding without any pressure.
【００２４】なお、前述した説明では、金属パイプ１０
内に膨張率の高い樹脂１２を空洞層１４が形成されるよ
うに充填するものと説明しているが、樹脂１２以外の他
の材料を用いることも可能である。すなわち、金属との
熱膨張差が十分に大きく、ＦＲＰプリプレグ１８の含浸
させた樹脂の硬化温度をかけた時の膨張によって、空洞
層１４が埋められる材料であれば良い。従って、金属マ
ンドレル１６を金属パイプ１０に挿入した時の空洞層１
４の幅（樹脂１２の表面とＦＲＰプリプレグ１８の表面
との距離）がどれくらい確保されるか、金属パイプ１０
内に充填される材料の量（すなわち金属パイプ１０の太
さ）がどれくらいかなどによっても使用可能な材料が決
定される。In the above description, the metal pipe 10
It is described that the resin 12 having a high expansion coefficient is filled therein so that the cavity layer 14 is formed. However, a material other than the resin 12 may be used. In other words, any material may be used as long as the material has a sufficiently large difference in thermal expansion from the metal and can fill the cavity layer 14 by expansion when the curing temperature of the resin impregnated with the FRP prepreg 18 is applied. Therefore, when the metal mandrel 16 is inserted into the metal pipe 10,
4 (the distance between the surface of the resin 12 and the surface of the FRP prepreg 18) is assured by the metal pipe 10
The usable material is determined by the amount of the material to be filled in the inside (that is, the thickness of the metal pipe 10).
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、マ
ンドレルにレイアップしたのＦＲＰプリプレグに対し
て、円筒状のパイプ内に充填された材料によって形成さ
れた中心部に設けられた空洞層において、膨張率が高い
材料の加熱による膨張によって外周部全体を均一な圧力
によって加圧成形することにより、チューブ成形後の外
観の品質を良くし、かつ成形工程を少なくすることがで
きる。As described in detail above, according to the present invention, a cavity provided in a central portion formed by a material filled in a cylindrical pipe for an FRP prepreg laid up on a mandrel. In the layer, the entire outer peripheral portion is pressure-formed with a uniform pressure by expansion of a material having a high expansion coefficient by heating, so that the quality of the appearance after tube forming can be improved and the number of forming steps can be reduced.
【図１】本実施形態におけるＦＲＰチューブの成形方法
によりＦＲＰチューブを成形する過程を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a process of forming an FRP tube by a method of forming an FRP tube according to an embodiment.
【図２】ＦＲＰチューブの成形方法の工程を説明するた
めのフローチャート。FIG. 2 is a flowchart for explaining steps of a method of forming an FRP tube.
【図３】従来のＦＲＰチューブの成形方法を説明するた
めの図。FIG. 3 is a view for explaining a conventional method of forming an FRP tube.
【符号の説明】 １０…金属パイプ １２…樹脂 １４…空洞層 １６…金属マンドレル １８…ＦＲＰプリプレグ[Description of Signs] 10 ... metal pipe 12 ... resin 14 ... cavity layer 16 ... metal mandrel 18 ... FRP prepreg
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 正治 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4F205 AD16 AG08 HA02 HA08 HA25 HA33 HA37 HA45 HB01 HC02 HF05 HF23 HK03 HK04 HK05 HK14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shoji Takeda 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 4F205 AD16 AG08 HA02 HA08 HA25 HA33 HA37 HA45 HB01 HC02 HF05 HF23 HK03 HK04 HK05 HK14
Claims (1)
けられるようにして金属よりも膨張率が高い材料を充填
し、前記空洞層内にＦＲＰ（fiber reinforeced plas
tic）プリプレグをプリプレグした金属マンドレルを挿
入し、前記ＦＲＰプリプレグの硬化温度まで熱を加えて
前記材料を膨張させて前記空洞層を埋めることでＦＲＰ
プリプレグを加圧成形することを特徴とするＦＲＰチュ
ーブの成形方法。1. A cylindrical pipe is filled with a material having a higher expansion coefficient than metal so that a hollow layer is provided at a central portion in a cylindrical pipe, and a fiber reinforeced plasma (FRP) is filled in the hollow layer.
tic) Insert a metal mandrel prepreg prepreg and apply heat to the curing temperature of the FRP prepreg to expand the material and fill the cavity layer
A method for forming an FRP tube, comprising pressure-forming a prepreg.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP27682699A JP3595213B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Method of forming FRP tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27682699A JP3595213B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Method of forming FRP tube |
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|---|---|
| JP2001096635A true JP2001096635A (en) | 2001-04-10 |
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ID=17574950
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|---|---|---|---|
| JP27682699A Expired - Fee Related JP3595213B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Method of forming FRP tube |
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|---|---|
| JP3595213B2 (en) | 2004-12-02 |
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