JPH01237130A - 長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明は、細長形状のハニカム構造体の表面に繊維強化
樹脂層が形成された長尺軽量の繊維強化複合樹脂引抜成
形品及びその製造法に関するものである。

本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品は矩
形断面形状を有した細長の形材として具体化され、軸方
向の引張力、圧縮力のみならず曲げ力にも十分に耐える
ことができ、例えば航空、宇宙、自動車、船舶、鉄道の
分野におけるフレ−ム、機械部品として、又土木、建築
分野における柱等の骨組構造材等、その他種々の分野に
おいて軽量構造材として使用することができる。

′　　　の　　　　　　び　　　　　　べ櫃従来、上記
種々の分野で長尺で且つ軽量の構造材が要求されており
、斯る構造材として従来炭素繊維、ガラス繊維等を強化
繊維とした繊維強化複合材料が提案されている。更に軽
量化を図るべく複合材料は中空パイプ状・に成形され、
更に軽量化を図るために中空パイプの肉厚は薄くされる
傾向にあるが、肉厚が薄くなるに徒って曲げ強度及び軸
方向に対し直角方向への圧縮強度（耐座屈性）が低下す
ることとなり、肉厚を薄くするにも限界があった。特に
、引抜き成形においては、金型内部並びに引取り部での
成形体の損傷等の問題が発生し、成形が困難であった。

本発明者等は、紙、プラスチック又は軽量金属材料にて
形成された細長形状の長尺ハニカム構造体から成る長尺
軽量補強材の外表面に薄肉の繊維強化樹脂層を形成する
ことにより、軸方向の引張強度、圧縮強度のみならず曲
げ強度及び軸方向に対し直角方向への圧縮強度（耐座屈
性）にも優れた長尺軽量の繊維強化複合樹脂成形品を実
現化し得、又斯る成形品は通常の引抜成形法（プルトル
ージョン）にて極めて好適に製造し得ることを見出した
。

又、斯る長尺ハニカム構造体は、成形品を引抜成形法に
て製造する際にマンドレルとして機能することができ、
従ってマンドレルを特別に用意する必要がなく、更に又
成形品の損傷もなく極めて効率よく且つ迅速に製造し得
るという利点があることが分かった。

本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものである。

発」Ｌの１ 本発明の目的は、軸方向の引張強度、圧縮強度のみなら
ず曲げ強度及び軸方向に対し直角方向への圧縮強度（耐
座屈性）に優れた、種々の分野で軽量構造材として使用
可能な矩形断面を有した長尺軽量の繊維強化複合樹脂引
抜成形品及びその製造法を提供することである。

本発明の他の目的は、特別にマンドレルを必要とするこ
となく、更に成形品の損傷もなく極めて効率よく、引抜
成形法にて長尺軽量の繊維強化複合樹脂引抜成形品及び
その製造法を提供することである。

口　　　　　　るため 上記諸口的は本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引
抜成形品及びその製造法によって達成される。要約すれ
ば本発明は、細長形状の軽量ハニカム構造体と、該軽量
ハニカム構造体の外周囲を全部又は部分的に囲包して形
成された繊維強化樹脂層とを具備することを特徴とする
長尺軽量ｔａ！１１強化複合樹脂引抜成形品である。ハ
ニカム構造体とｕ＆維強化樹脂層との間には接着層を介
在させることもできる。又、ハニカム構造体は紙、アラ
ミド等のプラスチック又は軽量金属材料にて形成され繊
維強化樹脂層の強化繊維は炭素ｍ１ｍ１、ガラス繊維又
はアラミド繊維であり、該ａ維に含浸されるマトリクス
樹脂はエポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル
等の熱硬化性樹脂、及びナイロン６、ナイロン６６、ポ
リカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンスル
ファイド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂とされる。

斯る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品は、（ａ）細
長形状のハニカム構造体を用意する工程；　（ｂ）必要
に応じて、前記ハニカム構造体の外周囲の全部又は部分
的に接着層を形成する工程；（ｃ）前記ハニカム構造体
に樹脂含浸ｌＩＩ雑を配置して所定の肉厚を有した繊維
強化樹脂層を形成する工程：次いで（ｄ）前記繊維強化
樹脂層を有した軽量補強材を金型へと引込んで所定の寸
法形状に賦形し、固化する工程；を有することを特徴と
する長尺軽量Ｆａｍ強化複合樹脂引抜成形品の製造法に
て好適に製造される。

支ムｊ 次に、本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形
品について更に詳しく説明する。

第１図には本発明に従った矩形断面を有した細長形状の
長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品が例示される９本
実施例によれば、本発明に係る長尺軽量ｔｉ＆維強化複
合樹脂引抜成形品ｌは、断面が矩形とされる細長形状の
長尺軽量補強材、つまりハニカム構造体２と、該ハニカ
ム構造体の外周囲を全部囲包して形成された繊維強化樹
脂層４とから成る。ハニカム構造体２は、例えばアルミ
ニウムにて製造された市販のＡＬＬ／８−５０５２−．
００２　（商品名：昭和飛行機工業株式会社製）等が好
適に使用可使である。ハこカム構造体としては、アルミ
ニウム以外の例えばジュラルミンのような軽金属、紙、
アラミド樹脂等のようなプラスチック等の軽材料で構成
することも可能である。

本発明に従えば、繊維強化樹脂層４は、ハニカム構造体
２の全外周囲に形成する必要はなく、第２図に図示され
るように、ハニカム構造体２を部分的に囲包して形成す
ることもできる。第２図の実施例では、１ａｔａ強化樹
脂層４は、圧縮強度を増大せしめるためにハニカム構造
体２の孔部開口部が位置している対向する二つの側面に
形成される。

又、本発明によると、後で説明するように、引抜成形時
にハニカム構造体の回りに適合される繊維強化樹脂層か
らの未だ硬化されていない流動性のある液体状のマトリ
クス樹脂がハニカム構造体の孔部開口部から内部へと進
入するのを防止するために製造時には該孔部開口部が、
第１図に図示されるように両側部に位置するように配置
するのが好ましい。

更には、第３図に図示するように、繊維強化樹脂層４を
形成するに先立ってハニカム構造体の孔部開口部にテー
プ状接着剤６を張付け、製造時にマトリクス樹脂がハニ
カム構造体の孔部開口部から内部へと進入するのを防止
することが好ましい、このとき、テープ状接着剤６とし
て、熱硬化型の粘着テープ或いは熱硬化型の粘着剤を両
面に塗布したテープを使用し、ハニカム構造体２と繊維
強化樹脂層４との間の接合強度を高め、結果的に繊維強
化複合樹脂引抜成形品ｌの曲げ、圧縮強度を向上せしめ
ることができる。斯るテープ状接着剤６としては、例え
ばＦＭ　　１２３−５　　アドヒーシブ　フィルム（商
品名、米国アメリカンシアナミド　カンパニー製）を好
適に使用することができる。

更に、本発明の他の実施例が第４Ａ図に図示される。つ
まり１本発明に係る長尺軽量のｍ維強化複合樹脂引抜成
形品１は、その繊維強化樹脂層４は軽量補強材２の全外
周囲を囲包して形成され、強化繊維を軸方向に整列して
形成される軸方向繊維層４ａと、強化Ｈ＆雄を軸線に対
し所定角度にて螺旋状に巻付けることにより形成される
ｌ！！旋状繊維層４ｂとを具備するように構成すること
もできる。又、軸方向繊維層４ａと螺旋状ｍ＊層４ｂと
は互い違いに複数層形成することができる。成形品の最
内層は図示されるように、軸方向繊維層４ａとすること
もできるが、又螺旋状繊維層４ｂとすることもできる。

更に、最外層は螺旋状繊維層４ｂとすることができるが
、第４Ａ図に図示されるように、該螺旋状ｍｉｓ層４ｂ
の上に軸方向繊維層４ａを形成するのが好ましい、この
理由は、成形品の最外層を軸方向繊維層４ａとすること
により成形品の連続製造に際し、円滑な運転が可能とな
るからである。

螺旋方向繊維層４ｂにおける軸線方向に対する巻付は角
度、及び各繊維Ｒ４ａ、４ｂにおける繊維の密度、層厚
さ等は任意に選択し得るが、−例を挙げれば、巻付は角
度は、４５°〜８０°とされ、繊維層４ａ、４ｂにおけ
る繊維含宥量は、体積％で５０〜６０％とされるのが好
適である。

又、ｖ１１維強化樹脂層４の強化繊維及びマトリクス樹
脂は任意のものを使用し得るが、強化繊維としては通常
、炭素繊維、ガラス繊維又はアラミド繊維が好適であり
、該ａｍに含浸されるマトリクス樹脂はエポキシ、不飽
和ポリエステル、ビニルエステル等の熱硬化性樹脂、及
びナイロン６、ナイロン６６、ポリカーボネート、ポリ
アセタール、ポリフェニレンスルファイド、ポリプロピ
レン等の熱可塑性樹脂とされる。マトリクス樹脂には、
所望に応じ、ＣａＣＯ３，マイカ、Ａ文（ＯＨ）３、タ
ルク等の充填剤と、更には耐熱性、耐候性を改良するた
めの添加剤及び着色剤等が添加される。繊維強化樹脂層
４における繊維含有績は、上述のように、体積％で５０
〜６０％とされるのが好適である。

更には、本実施例においても、第４Ｂ図に図示するよう
に、＃ｐＵ維強化樹脂層４、即ち、本実施例では最内層
である軸方向繊維層４ａを形成するに先立ってハニカム
構造体の孔部開口部にテープ状接着剤６を張付け、製造
時にマトリクス樹脂がハニカム構造体の孔部開口部から
内部へと進入するのを防止することが好ましい、又、こ
のとき、テープ状接着剤６として、Ｍ硬化型の粘着テー
プ或いは熱硬化型の粘着剤を両面に塗布したテープを使
用し、ハニカム構造体２と軸方向繊維層４ａとの間の接
合強度を高め、結果的にｍ雄強化複合樹脂引抜成形品ｌ
の曲げ、圧縮強度を安定して向上せしめることができる
。斯るテープ状接着剤６としては、−上述したように、
例えばＦＭ　　１２３−５　アドヒーシブ　フィルム（
商品名、米国アメリカン　シアナミド　カンパニー製）
を好適に使用することができ己。

テープ状接ＩｊＩ′１１１６から成る接着層は、繊４強
化複合樹脂引抜成形品１の曲げ、圧縮強度を向１−せし
める目的のためには、ハニカム構造体の孔部間「１部以
外の外周囲部分でもよく、更にはハニカム構造体の外周
囲全部にわたって設けることちり能である。

次に、本発明に係る長尺軽量ｍ維強化複合樹脂引Ｕ成形
品の製造法について説明する。

第５図を参照すると、細に形状のハニカム構造体２が連
続的に金型（ダイス）８へと供給される。必要に応じて
、ハニカム構造体２の外周囲の全部或いは部分的にテー
プ状接着剤６が接着される。一方、マトリクス樹脂が含
浸された強化ＦｉＡｍｆかハニカム構造体２の周囲へと
供給され、ハニカム構造体２と共に金型８へと引込まれ
、該金型にて繊維強化樹脂層４は所定の寸法形状に賦形
し、固化される。

Ｕ＆雄強化樹脂層４が複数の層、つまり軸方向繊維層４
ａ及び螺旋状繊維層４ｂから成っている場合には、ハニ
カム構造体２の上に樹脂含浸繊維を、必要に応じて接着
層６を介して、軸方向に配δするか又は螺旋方向に巻付
けて、所定の肉厚を有した第１の繊維層を形成し、該第
１の繊維層を固化するに先立って該繊維層の上に樹脂含
浸ｍ維を前記第１の繊維層とは異なる方向に配列するこ
とにより第２の繊ａ層を形成し、必要に応じて、前記工
程を所９回数繰り返し行ない、軸方向繊維層及び螺旋方
向繊維層から成る未硬化の繊維層積層体とされる繊維強
化樹脂層４が形成される。該繊維強化樹脂層４が形成さ
れたハニカム構造体２は、第５′Ａに図示するように、
金型８へと引込まれ、該金型にて繊維強化樹脂層４は所
定の寸法形状に賦形されそして固化される。

上記引抜成形は、通常のオーバーワイングーにて好適に
実施される。

次ニ、＊　−／＜　−ｒｙインダーを使用して第４図に
図示される本発明に係る炭素繊維強化複合樹脂引抜成形
品を製造する場合について第６図を参照して説明する。

第６図には上記矩形断面形状を有した炭素繊維強化複合
樹脂引抜成形品１を製造するための引抜成形機１０の一
実施例が示される０本実施例では、特に、第４図に図示
されるように、最内層より軸方向炭素繊維強化樹脂層４
ａ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂ、軸方向炭素繊維強
化樹脂層４ａ、螺旋状炭素Ｈ＆繊維強化樹脂層ｂ及び軸
方向炭素繊維強化樹脂層４ａから成る５層構成の炭素繊
維強化複合樹脂引抜成形品ｌが製造されるものとする。

本引抜成形機１０によれば、炭素ｍ雄１２が巻付けられ
た多数のクリール１４がクリールスタンド１６（１６ａ
、１６ｂ）に軸架される０本実施例では、クリールスタ
ンド１６は３基設けられ、第１のクリールスタンド１６
ａからのｌにＸｍＭｌ　１２ａはガイド板１８により樹
脂含浸槽２０へと導入され、マトリクス樹脂が含浸され
る。余分の樹脂が絞られた４！４詣含浸宝素繊維１２ａ
はガイド板２２によりオーバーワイングー２４に供給さ
れ、該オーバーワイングー２４に取付けられたマンドレ
ル、つまり本発明では細長形状のハニカム構造体２に対
し軸線方向に整列して縦添えされる（最内層となる軸方
向炭素ｔａ維強化樹脂層４ａの形成）、同時に、該オー
バーワインダー２４は該オーバーワインダー２４に搭載
された複数個のクリール２４ａから繰り出される炭素繊
維２４ｂが、Ｌ記縦添えされた軸方向炭素繊維強化樹脂
層４ａの上に所定の角度、例えば７０度の巻付は角度に
て巻付けられ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂが形成さ
れる。クリール２４ａからの炭素繊維にはマトリクス樹
脂は含浸されていないが、ハニカム構造体２に巻付けら
れたとき、下層の軸方向炭素繊維強化樹脂層及び次の工
程にて縦添えされる軸方向炭素繊維強化樹脂層からの余
剰マトリクス樹脂が含浸される。

第２及び第３のクリールスタンド１６ｂはクリールスタ
ンド１６ａを挟んで対称に配置され、同様に作動するた
めに、第６図では図面上、手前側のクリールスタンド１
６ｂのみを詳細に図示して説明し、他方のクリールスタ
ンド１６ｂの説明は省略する。クリールスタンド１６ｂ
からの炭素繊１１２ｂの中の一部のｍ維１２ｃはガイド
板２８により樹脂含浸槽３０へと導入され、マトリクス
樹脂が含浸される。余分の樹脂が絞られた樹脂含浸炭素
繊維１２ｃはガイド板３２．３４によりオーバーワイン
ダー３６に供給される。該樹脂含浸炭素繊維１２ｃは、
オーバーワインダ−２４，３６の中心部を貫通する、今
や軸線方向及び螺旋方向の２層の強化炭素繊維強化樹脂
層が形成されているハニカム構造体２に対し軸方向へと
供給され、螺旋状の炭素繊維２４ｂ上に縦添えされる（
２番目の軸方向炭素繊維強化樹脂層４ａの形成）、同時
に、該オーバーワインダー３６は該オーパーワインダー
３６に搭載された複数個のクリール３６ａから繰り出さ
れる炭素繊維３６ｂが、上記縦添えされた軸方向炭素繊
維強化樹脂層４ａの上に所定の角度、例えば７０度の巻
付は角度にて巻付けられ、螺旋状炭素繊維強化樹脂ｆｉ
４ｂが形成される。該オーバーワインダー３６は前記オ
ーバーワインダー２４とは逆方向に回転され、従ってオ
ーバーワインダー３６にて形成される螺旋状炭素繊維強
化樹脂層４ｂの巻付方向と、オーバーワインダー２４に
て形成された螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂの巻付方向
とは逆向きとなる。

クリール３６ａからの炭素ａｍにはマトリクス樹脂は含
浸されていないが、マンドレルに巻付けられたとき、下
層の軸方向炭素繊維強化樹脂層及び次の工程にて縦添え
される軸方向炭素繊維強化樹脂層からの余剰マトリクス
樹脂が含浸される。

前記螺旋状に巻付けられた炭素繊維３６ｂの上には、第
２のクリールスタンド１６ｂからの炭素譲雄１２ｂの残
余の繊Ｍ１１２ｄであって、ガイド板４０．４２により
樹脂含浸槽４４へと導入され、マトリクス樹脂が含浸さ
れ、次いで余分の樹脂が絞られ、ガイド板４６．４８に
より案内供給された樹１指含浸炭素繊維１２ｄが軸線方
向に整列して配置され、最外層の軸方向炭素繊維強化樹
脂層４ａが形成される。

このようにしてマンドレル２６上には軸方白炭Ｊ繊維強
化樹脂層４ａ及び螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂが所定
層だけ積層された炭素繊維強化樹脂層積層体５０が形成
される。

本実施例にて、ハニカム構造体２としてはアルミニウム
製のハニカム構造体（商品名：ＡＬ１／８−５０５２−
．００２．昭和飛行機工業株式会社製）を使用した。ハ
ニカム構造体２の外形状は１８Ｘ１Ｂｍｍであった。

強化繊維としては、線径７μｍ、強度３４０ｋｇ　／　
ｍ　ｒｎ’の炭素繊維を使用し、各樹脂含浸槽２０．３
０．４４にはマトリクス樹脂としてはエポキシ樹脂１０
０ｗｔ％と、充填剤として炭酸カルシウムを１０ｗｔ％
加えた樹脂液を１智して収容し、炭素ｍ雄に含浸させた
。

４二述のようにしてハニカム構造体２上に内側より樹脂
含浸炭素繊維から成る軸方向炭素ｍ雄強化樹脂層４ａ、
螺旋状炭素繊維強化樹脂層４）１、軸方向炭素繊維強化
樹脂層４ａ、螺旋状炭素繊維強化樹脂層４ｂ及び軸方向
炭素繊維強化樹脂層４ａの５層から構成される炭、［維
強化樹脂層積層体５０が形成される。

該ハニカム構造体？上に形成された炭素繊維強化樹脂層
５０は次いで、矩形断面形状を有した金型５２内へと引
入れられる。

このようにして、極めて好適に金型５２にて所定形状寸
法に賦形された繊維強化樹脂層５０は加熱装置！（図示
せず）を利用することにより固化（硬化）され、炭素繊
維強化複合樹脂引抜成形品ｌが形成される。金型５２の
下流側には引抜機５４及びカッター５６が配置され、該
炭素繊維強化複合樹脂引抜成形品ｌを抜取ると共に、該
炭素繊維強化複合樹脂引抜成形品ｌを所定長さにて切断
する。引抜機５４及びカッター５６の構造及び作用は当
業者には周知であるのでこれ以上の説明は省略する。

以上の構成とされる製造方法及び引抜成形機を使用して
、外形が２３Ｘ２３ｍｍ、各炭素繊維強化樹脂層の厚さ
は０．５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの矩形の炭素繊維強化樹
脂引抜成形品を１ｍ７分の速度にて製造することができ
た。

このようにして製造した引抜成形品１は十分に実用に適
した強度を有するものであった。

え貫ＬＡ」 以４―説明したように、本発明に従った長尺軽量繊維強
化複合樹脂引抜成形品は軸方向のみならず横方向圧縮及
び曲げに対する強度（耐座屈性）が従来の成形品に比較
し飛曜的に向トしたものとなり、又本発明による製造方
法によると断る繊維強化複合樹脂引抜成形品が極めて簡
単に且つ連続的に製造し得るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜
成形品の斜視図である。 ＠２図、第３図、第４Ａ図及び第４Ｂ図は、未発［！１
に係る長尺軽［［１強化複合樹脂引抜成形品の他の実施
例の断面図である。 第５図及び第６図は、本発明に従って長尺軽量＆ａ維強
化複合樹脂引抜成形品を製造する際の工程を説明する概
略説明図である。 １：繊維強化複合樹脂引抜成形品 ２：長尺軽量）＼ニカム構造体 ４：繊維強化樹脂層 ６・テープ状接着剤 ８．５２：金型 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）細長形状の軽量ハニカム構造体と、該軽量ハニカム
   構造体の外周囲を全部又は部分的に囲包して形成された
   繊維強化樹脂層とを具備することを特徴とする長尺軽量
   繊維強化複合樹脂引抜成形品。 ２）ハニカム構造体の外周囲は、全部又は部分的に接着
   層を介して繊維強化樹脂層に接合されて成る請求項１記
   載の長尺軽量繊維強化複合樹脂引抜成形品。 ３）（ａ）細長形状のハニカム構造体を用意する工程； （ｂ）必要に応じて、前記ハニカム構造体の外周囲の全
   部又は部分的に接着層を形成する工程； （ｃ）前記ハニカム構造体に樹脂含浸繊維を配置して所
   定の肉厚を有した繊維強化樹脂層を形成する工程；次い
   で （ｄ）前記繊維強化樹脂層を有した軽量補強材を金型へ
   と引込んで所定の寸法形状に賦形し、固化する工程； を有することを特徴とする長尺軽量繊維強化複合樹脂引
   抜成形品の製造法。