JP2005153428A - プリフォーム製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰプリフォーム製品を適宜形状に保持した状態のものとして成形することができ、これを極めて省力的に製造することを可能になしたプリフォームの製造方法を提供すること。
【解決手段】軸線に対する組角度が±θ°の組糸４と、軸線に対する角度が０°の中央糸５とを選択的に組み合わせて組織体とするＦＲＰ組織体によるプリフォームの製造方法であって、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材１１に対して、予め熱可塑性繊維素材１２を合糸した合糸繊維束１３をブレイダー装置にセットし、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のＦＲＰ組織体を製造するブレイディング工程と、前記チューブ状に製造されたＦＲＰ組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程とからなることを特徴とするプリフォームの製造方法。
【選択図】図１

Description

この発明は、ブレイダー装置を用いて炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材をブレイディング処理してなる繊維強化プラスチック(fiber reinforced plastics :以下、 ＦＲＰという）製の組織体の製造に係るものであり、特に、このＦＲＰ組織体によってプリフォームを成形するためのプリフォームの製造方法に関するものである。

周知のように、ＦＲＰは、炭素繊維あるいはガラス繊維などの繊維素材を種々のプラスチックのマトリックスでかためて成形した複合材料であり、軽量で且つ強度が高いという特性を有するＦＲＰ組成物構造材として開発されており、多産業分野において利用されてきている。このＦＲＰ組成物は、炭素繊維あるいはガラス繊維などの繊維素材をブレイダー装置にセットし、ブレイディング処理によってマンドレルのまわりにチューブ状の組織体として製造される。従来、このチューブ状に製造されたＦＲＰ組織体によってプリフォームを成形する場合、製造されたチューブ状ＦＲＰ組織体をマンドレルから抜き取り、例えば、当該チューブ状ＦＲＰ組織体を径方向に密着させ、ステッチング加工処理によって形状を保持させるか、あるいはまた、当該ＦＲＰ組織体に熱可塑性パウダーを含浸ないしは付着させた後、加熱加圧処理によって形状を保持させていた。

しかしながら、上記する従来の方法によれば、ブレイディング処理後に、ステッチング加工処理あるいは熱可塑性パウダーの含浸ないしは塗布並びにその加熱加圧処理などの極めて煩雑な形状保持工程を必要とするなどの点において、多くの問題点を有するものであった。

さらにまた、従来、ＦＲＰプリフォームを成形するための製造方法に関して、特許文献１に記載の管状体連続成形システムが知られている。この特許文献１に記載のシステムは、組紐にマトリックス樹脂を含浸させて、マンドレルの周囲に組成された組紐を加熱することにより、組紐を構成する糸条のマトリックス樹脂を溶融させるとともに所定の断面形状に成形硬化させて管状体を連続的に成形するようにしたものである。この特許文献１の記載によれば、成形すべきプリフォームの形状に符合する形状のマンドレルを準備しておく必要があり、専ら、準備されたマンドレルの形状に対応する管状のプリフォームのみを成形するものにすぎない。

特開平７−９５９７号公報（要約、図９）

そこで、この発明は、上記する従来技術の問題点を解消すべくなしたものであって、特に重要な要素は、ＦＲＰ組織体によるＦＲＰプリフォーム製品を適宜形状に保持した状態のものとして成形することができ、これを極めて省力的に製造することを可能になしたプリフォームの製造方法を提供することにある。

この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、軸線に対する角度が０°の中央糸とを選択的に組み合わせて組織体とするＦＲＰ組織体によるプリフォームの製造方法であって、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、予め熱可塑性繊維素材を合糸した合糸繊維束をブレイダー装置にセットし、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のＦＲＰ組織体を製造するブレイディング工程と、前記チューブ状に製造されたＦＲＰ組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程とからなるプリフォームの製造方法を構成するものである。

さらに、この発明において請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプリフォーム製造方法であって、前記炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を沿わせて合糸繊維束としたことを特徴とするものである。

さらにまた、この発明において請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプリフォーム製造方法であって、前記炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を巻き付けて合糸繊維束としたことを特徴とすものである。

この発明になるプリフォーム製造方法によれば、ブレイディング工程に供される炭素繊維あるいはガラス繊維などのＦＲＰ用の繊維素材に、予め熱可塑性繊維を合糸しておき、この合糸された糸によってマンドレルのまわりにチューブ状のＦＲＰ組織体を製造し、これをマンドレルから抜き取った後、チューブ状に製造されたＦＲＰ組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程を含むものからなっているので、簡単な作業で極めて省力的に、適宜形状のＦＲＰによるプリフォーム製品を製造することができるという作用効果を奏するものである。

以下、この発明になるプリフォームの製造方法について、図面に示す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明になるプリフォームの製造方法において、ブレイディング工程により得られるＦＲＰ組織体の形態を示す概略的な斜視図である。図２は、この発明になるプリフォームの製造方法に用いられる合糸繊維束の実施例を示すものであって、図２Ａは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を沿わせて合糸繊維束とした例を示す概略的な斜視図、図２Ｂは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を巻き付けて合糸繊維束とした例を示す概略的な斜視図である。

一方、図３は、この発明になるプリフォームの製造方法における製造工程を図示するものであり、図３Ａは、マンドレルから抜き取ったチューブ状のＦＲＰ組織体の形態を示す概略的な斜視図、図３Ｂは、このチューブ状のＦＲＰ組織体に対する熱融着工程の状況を示す概略的な横断面図、図３Ｃおよび図３Ｄは、この発明になるプリフォームの製造方法において製造されるプリフォームの異なる形態を示す概略的な横断面図である。さらに、図４は、この発明になるプリフォームの製造方法において、ＦＲＰ組織体を製造するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。

この発明において、最も重要な要素は、ブレイディング工程において用いる糸として、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材１１に対して、予め熱可塑性繊維素材１２を合糸した合糸繊維束１３を適用する点にある。前記合糸繊維束１３は、図２Ａに示すように、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材１１に対して、少なくとも１本の熱可塑性繊維素材１２を沿わせたものとして準備されるか、あるいは、図２Ｂに示すように、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材１１に対して、少なくとも１本の熱可塑性繊維素材１２を巻き付けたものとして準備される。

前記熱可塑性繊維素材１２は、前記ブレイディング工程後の、後述する熱融着工程において、加熱により熱融着する性質の繊維素材であり、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などであり、これらは、マルチフィラメント糸あるいは紡績糸によって構成されるものである。

この発明では、上記する合糸繊維束１３により、軸線に対する組角度が±θ°の組糸Ｙ、Ｙ（４、４）と、軸線に対する角度が０°の中央糸ｙ（５）とが構成され、それぞれがブレイダー装置にセットされ、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のＦＲＰ組織体を製造する。

この発明になるＦＲＰ組織体の製造に用いられる多連式ブレイダー装置の一構成例について説明する。図４において、多連式ブレイダー装置は、マンドレル自動供給装置（図示せず）と、縦型の複数のブレイダーユニットＢＲと、振れ防止具Ｏｓと、プリフォーム自動取出し装置Ｐｕとを、図中右側から順番に直列に配置してある。前記ブレイダーユニットＢＲは、図４に示すように、マンドレルＭのまわりに組紐組織層２を形成するための組糸Ｙ（４、４）および中央糸ｙ（５）を繰り出すものである。

前記ブレイダーユニットＢＲは、マンドレルＭが通過する中心孔２１ａを有し且つ中心孔２１ａの外側に形成した波形の環状軌道（図示せず）の２条を有する垂直な軌道面２１と、これら環状軌道に案内されて相互に逆方向へ走行する２群の多数のボビンキャリアー２２と、軌道面２１から立設したボビンスタンドと、軌道面２１の環状軌道に囲まれた中心から立設した複数本の中央糸供給用の筒体２３とを備えている。

前記ボビンキャリアー２２は、前記マンドレルＭの表面で組角度±θ°で斜め交差する組糸Ｙ、Ｙ（４、４）を繰り出すものであり、組糸Ｙを巻いた組糸用ボビンＢがセットされる。前記ボビンスタンドは、マンドレルＭの表面にマンドレルの長手方向に沿わせて中央糸ｙ（５）を繰り出すためのものであり、中央糸ｙを巻いた中央糸用ボビンｂがセットされる。

マンドレルＭは、図４中、右側のチャック（図示せず）で一定速度でおくられながら、表面に複数本の組糸Ｙ、Ｙが交差するように巻き付けられ、これに中央糸ｙが組み合わされ組紐組織層２が形成される。

前記振れ防止具Ｏｓは、相互に接近する方向へ押圧された振れ防止ローラ２７、２７の二組を備えている。この振れ防止具Ｏｓは、各組のローラ２７、２７でマンドレルＭの蛇行を防止するものである。前記プリフォーム自動取出し装置Ｐｕは、振れ防止具Ｏｓを出たマンドレルＭの先端を把持しつつ、マンドレルＭを前方へ引き出すためのチャック２８を備えている。

次いで、この発明になる組紐組織体の基本的構造について、図１に示す基本的な構成例にもとづいて詳細に説明する。図１に示す基本組織体１は、この発明の基本構成を特徴付けるべく、円筒状（パイプ状）組成体を、１層の組物層２に組成した概略図であって、本来は、当該組物層を複数層積層状に組織して組紐組織体１０を組成するものである。

図１に示す基本的な構成例において、前記組物層２は、軸線に対する組角度が±θ°の組糸４、４と、軸線に対する角度が０°の中央糸５によって組織されるものである。これらの組糸４、４と中央糸５とは、図４に示すように、マンドレルＭ（中実体の場合はマンドレルを用いない）のまわりに選択的に組み合わされ、マンドレルＭに沿って組紐組織体１０として製造される。この発明において、前記組糸４、４と中央糸５とは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材１１に対して、予め熱可塑性繊維素材１２を合糸した合糸繊維束１３によって構成されているものである。

この発明になるＦＲＰプリフォームの製造方法は、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材１１に対して、予め熱可塑性繊維素材１２を合糸した合糸繊維束１３をブレイダー装置ＢＲにセットし、ブレイディングによって組紐組織体１０を製造するブレイディング工程と、前記チューブ状に製造されたＦＲＰ組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程とからなっている。

図３に基づいて、熱融着工程について説明する。前記ブレイディング工程において製造された組紐組織体１０は、前記マンドレルＭから抜き取られ、チューブ状のＦＲＰ組織体として形成される。このチューブ状のＦＲＰ組織体は、熱源手段ＨＭにより、径方向に密着変形され、密着された部分に加えられる熱によって前記熱可塑性繊維１２が溶けて所望の形状に保持され、図３Ｃあるいは図３Ｄに例示するような所望の形態のプリフォームＰＦ１あるいはＰＦ２を得る。

図１は、この発明になるプリフォームの製造方法において、ブレイディング工程により得られるＦＲＰ組織体の形態を示す概略的な斜視図である。 図２は、この発明になるプリフォームの製造方法に用いられる合糸繊維束の実施例を示すものであって、図２Ａは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を沿わせて合糸繊維束とした例を示す概略的な斜視図、図２Ｂは、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を巻き付けて合糸繊維束とした例を示す概略的な斜視図である。 図３は、この発明になるプリフォームの製造方法における製造工程を図示するものであり、図３Ａは、マンドレルから抜き取ったチューブ状のＦＲＰ組織体の形態を示す概略的な斜視図、図３Ｂは、このチューブ状のＦＲＰ組織体に対する熱融着工程の状況を示す概略的な横断面図、図３Ｃおよび図３Ｄは、この発明になるプリフォームの製造方法において製造されるプリフォームの異なる形態を示す概略的な横断面図である。 図４は、この発明になるプリフォームの製造方法において、ＦＲＰ組織体を製造するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。

符号の説明

１ 基本組織体
２ 組物層
４、４ 軸線に対する組角度が±θ°の組糸
５ 軸線に対する角度が０°の中央糸
１０ 組紐組織体
１１ ＦＲＰ用繊維素材
１２ 熱可塑性繊維素材
１３ 合糸繊維束
ＢＲ ブレイダーユニット
ＲＡ ラッピング装置
Ｙ 組糸
ｙ 中央糸
Ｂ 組糸用ボビン
ｂ 中央糸用ボビン
Ｍ マンドレル
ＰＦ１、ＰＦ２ 成形されたプリフォーム

Claims (3)

1. 軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、軸線に対する角度が０°の中央糸とを選択的に組み合わせて組織体とするＦＲＰ組織体によるプリフォームの製造方法であって、炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、予め熱可塑性繊維素材を合糸した合糸繊維束をブレイダー装置にセットし、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のＦＲＰ組織体を製造するブレイディング工程と、前記チューブ状に製造されたＦＲＰ組織体を径方向に密着して変形し、密着された部分に熱を加えて融着して形状保持する熱融着工程とからなることを特徴とするプリフォーム製造方法。
2. 前記炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を沿わせて合糸繊維束としたことを特徴とする請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
3. 前記炭素繊維あるいはガラス繊維等のＦＲＰ用繊維素材に対して、熱可塑性繊維素材を巻き付けて合糸繊維束としたことを特徴とする請求項１に記載のプリフォーム製造方法。

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