JPH03208610A - 中空製品の成形方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、特に複雑形状の中空製品の製造に適した、樹
脂または繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなる中空製品の戒
形方法に関する。

［従来の技術］ 従来、樹脂製の中空製品は、押出成形、射出成形、注型
成形等により、またＦＲＰ製中空製品はハンドレイアッ
プ法やフィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法と
いう）等により製造されている。

これらのうち、押出成形を除くいずれの戒形法も、芯材
に樹脂またはＦＲＰを被覆した後、芯材を引き抜く方法
であるが、押出成形を含めて複雑形状物の戒形は極めて
困難であった。このため、複雑形状物の製造においては
、芯材を除去せずに芯材と一体としたまま中空製品を使
用する場合さえある。

複雑形状物の成形が可能な方法として、芯材に低融点金
属を使用し、賦形後に芯材を融解して除去することも提
案されているが、操作が煩雑であり、生産性に劣るとい
う難点がある。

また、変形可能な樹脂製芯材を利用して中空製品を成形
することも知られている。例えば、特開昭６１−　２５
３９号および同６２−１９４３８号公報には、可撓性の
筒状物を芯材として使用し、内部に流体を注入して芯材
を膨張させた状態で樹脂含浸繊維を巻付け、次いで流体
を除去して芯材を縮径させて除去することからなる、Ｆ
Ｗ法によるＦＲＰ管の製造方法が提案されている。特開
昭６２−１６７０３２号には、弾性変形可能な芯材を利
用した同様な方法によるＦＲＰ円筒体の製造方法が開示
されている。

しかし、上述した従来の樹脂芯材を利用する成形方法は
、芯材の膨張力が小さいため、断面が円形ないし異形の
管状体ないし筒状体といった単純な形状物の成形にしか
適用できず、複雑形状物の戒形には適していない。また
、芯材の膨張状態でＦＷ法により樹脂含浸繊維を巻き付
ける際、繊維の張力に打ち勝つにはかなり高強度の芯材
を用いる必要があり、そのため芯材の膨張には高圧が必
要となり、操作およびコスト面で不利である。

特開昭６４−６３１１７号には、屈曲自在で形状保持性
を有する芯材に耐熱性のエラストマーを被覆した複数部
材を連結してなる多岐管成形用中子を所望形状に変形さ
せ、金型に挿入し、樹脂を中子表面に被覆した後、中子
を引き抜くことからなる、樹脂製多岐管の製造方法が開
示されている。しかし、この方法は中子の強度が弱＜Ｆ
Ｗ法が適用できない上、中子が複数部材からなり、製造
工程が複雑となる。また、樹脂の被覆後の中子の引抜き
も、中子が収縮しないため、中子の厚さによっては困難
となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、複雑形状物の成形にも容易に利用でき
、かつ煩雑な操作を必要とせず、生産性および経済的に
有利な中空製品の成形方法を提供することである。

［課題を解決するための千段］ 本発明者らは、上記目的を達戒する手段として形状記憶
樹脂の利用に着目した。

形状記憶樹脂とは、室温においては加えられた変形形状
を固定しており、高温にすると変形前の形状に回復する
性質を持つ熱可塑性樹脂をいい、このような性質を示す
樹脂として、これまでにポリノルボルネン、トランスボ
リイソブレン、スチレン・ブタジエン共重合体、ポリウ
レタン系、ポリエステル系などが知られている。このよ
うな形状記憶樹脂は、形状記憶合金が７％程度の変形し
か回復できないのに比し、４００〜５００％の大変形で
も形状回復できるという特徴を持つ。

本発明者らは、戒形用芯材に形状記憶樹脂を用いると、
複雑な形状の中空製品であっても、その形状回復特性を
活用して成形完了後に容易に芯材を除去でき、上記目的
が達威できることを見出した。すなわち、形状記憶樹脂
からなる芯材を、本来の形状（記憶させた形状）より数
倍大きな、成形したい所望の形状に変形させて固定する
。この芯材に樹脂あるいはＦＲＰを被覆し、樹脂の硬化
後に加熱により芯材の本来の形状を回復させて芯材を除
去するのである。

ここに、本発明の要旨は、成形すべき中空製品の中空部
より小なる形状を予め記憶させておいた形状記憶樹脂よ
りなる中空芯材に、加温下に内圧を加えて膨張させるこ
とにより所望形状に戒形し、この所望形状を保持した芯
材に樹脂または樹脂含浸繊維を被覆し、次いで、（ａ）
芯材の形状回復温度を下回る温度で樹脂を硬化させ、次
いで芯材を形状回復温度以上に加熱することにより芯材
を記憶させた元の形状に収縮させて除去するか、あるい
は（ロ）芯材に液体内圧をかけながら形状回復温度以上
で樹脂を硬化させ、次いで内圧を除去して芯材を記憶さ
せた元の収縮形状に回復させて除去することを特徴とす
る、樹脂または繊維強化樹脂からなる中空製品の成形方
法にある。

［作用］ 以下、本発明の構威と作用について詳しく説明する。

本発明において、芯材に使われる形状記憶樹脂は特に制
限を受けるものではなく、形状回復後に成形物から除去
できる程度に変形可能なものであれば、あらゆる形状記
憶樹脂を用いることができる。例えば、ポリノルボルネ
ン、トランスポリイソプレン、スチレン・プタジエン共
重合体、ポリウレタン系、ポリエステル系などの既存の
形状記憶樹脂、ならびに今後開発される形状記憶樹脂を
使うことができる。

これらの形状記憶樹脂を単独で用いてもよいが、強度や
戒形性を改良するために、変形性は多少低下するが、汎
用樹脂とのポリマーアロイを用いてもよい。

また、ＦＷ法により成形する時は、繊維の締め付け張力
を受けるため、樹脂強度の高いものが好ましい。この目
的には、例えばポリエステルやポリノルボルネン等の高
強度樹脂が好適である。

形状記憶樹脂（ボリマーアロイを含む）は、まず適当な
戒形法で、所望の中空成形物から容易に除去できるよう
、成形すべき所望成形形状の中空部より小なる形状の中
空体に成形して、中空芯材を形成する。この戒形は、押
出、射出、注型などの慣用の溶融成形法により行うこと
ができる。

次いで、この中空芯材を、加温下に内圧をかけながら膨
張させて、製造すべき中空製品の内部形状に合致した所
望の形状に成形する。この所望形状への膨張・成形は、
所望形状の金型（半割形状などの複数分割型の組合わせ
材）の中で行うことができる。溶融成形により製造され
た中空芯材をこの金型の中に置き、加温しつつ芯材の内
部に流体を圧大して内圧をかけることにより芯材を金型
に密着するまで膨張させた後、内圧をかけた状態で冷却
することにより、所望の膨張形状を固定する。

加温は、溶融温度より２０゜Ｃ低い温度以下が適当であ
り、形状回復温度を超えると変形し易いため、形状回復
温度より１０〜３０℃高い温度が好ましい。

加温の方法は、金型を外部加熱することもできるが、内
圧をかける流体を加温することにより芯材を加温するこ
とが好都合である。内圧をかける流体には特に制限はな
く、空気、蒸気、水、油などの不活性な気体または液体
′を適宜利用することができる。形状記憶樹脂は、高温
では弾性率が急激に低下するため、高々２０〜３０ｋｇ
／ｃ１ｉ１程度までの低い内圧で数倍にも容易に膨張さ
せることができる。

冷却は、金型への放熱を利用してもよいし、あるいは内
圧をかける流体を、圧力を保持しながら徐々に高温流体
から低温流体に置換させる方法も可能である。冷却され
ると、形状記憶樹脂の弾性率は回復するので、高強度の
膨張形状に固定された芯材が得られる。

こうして製造すべき中空製品の形状に成形された芯材に
、戒形すべき樹脂または樹脂含浸繊維を被覆する。この
被覆方法としては、例えば、金型と芯材とを組合わせて
注型する方法、ハンドレイアップ法、ＦＷ法などが可能
である。所望の厚みの樹脂被覆が可能である限り、任意
の被覆方法を採用することができる。

樹脂または樹脂含浸繊維を被覆した後、常温あるいは芯
材形状記憶樹脂の形状回復温度より低い温度での加温下
に被覆材樹脂を硬化させる。この硬化は、樹脂系に適し
た方法で、自然硬化、熱硬化、あるいは紫外線や電子線
の照射により行うことができる。この段階での硬化は完
全に行う必要はなく、芯材を除去しても樹脂の自立性が
保持できる程度まで不完全に硬化させただけでもよい。

こうして被覆材樹脂が硬化した後、芯材を形状回復温度
以上に加熱して、元の形状に復元させる。

必要であれば、この加熱を樹脂が完全に硬化するまで続
けることができる。元の形状は成形物に比べて非常に小
さいので、戒形物から容易に除去できる。また、突起形
状が残っていても、加温状態で引張れば、芯材は加温状
態ではゴム弾性を示すため容易に変形して引き抜くこと
ができる。従って、芯材の除去は、冷却前の芯材が軟化
状態にある間に行うことが好ましい。除去した芯材は、
再び内圧をかけ膨張成形することにより、再使用可能で
ある。

被覆材樹脂が熱硬化性樹脂であり、樹脂の硬化に芯材の
形状回復温度以上の加熱が必要な場合には、芯材の内部
に水、油などの液状流体により内圧をかけた状態で芯材
の形状回復温度以上の樹脂硬化温度に樹脂を加熱するこ
とにより、芯材を形状回復させることなく樹脂を熱硬化
させることができる。ガス流体では、この加熱中に起こ
る芯材樹脂の復元力に十分に抗することが難しい。この
場合には、熱硬化後に、芯材の形状回復温度以上の加熱
を保持したまま内圧を除去すると、芯材は元の形状に復
元して収縮するので、上と同様に除去することができる
。

本発明の方法は、各種の熱硬化性あるいは紫外線もしく
は電子線硬化性の樹脂の戒形に利用でき、樹脂の種類は
特に制限されない。樹脂には、硬化剤、離型剤、顔料、
染料その他の慣用の添加剤を配合することができる。Ｆ
ＲＰの成形の場合、繊維としてはガラス繊維の他に、炭
素繊維、アラξド繊維などの他の強化繊維も利用できる
。

添付の第１図〜第６図に、本発明の戒形方法の概要を示
す。

１１ 第１図〜第５図は製造工程を順を追って断面図で示した
ものである、第６図は成形すべき所望の分岐管の斜視図
である。

まず、第１図に示す如く、芯材として形状記憶樹脂製の
分岐管２を、半割りした分岐管金型１に挿入し、金型１
を閉じ合わせる。形状記憶樹脂製分岐管２は、押出戒形
で成形した樹脂管を融着接合することにより作製できる
。

この形状記憶樹脂製分岐管２を、金型１内で加温しつつ
分岐管に適当な流体により内圧を加えて、第２図に示す
ように分岐管２が金型１に密着するまで膨張させる。内
圧を維持してこの膨張状態を保ったまま冷却することに
より、第２図に示す芯材分岐管２の膨張した形状を固定
する。

この後、金型１より膨張固定された芯材２を取り出し、
第３図に示す如く被覆材樹脂３を被覆する。被覆材樹脂
を適当な手段で硬化させた後、再び加熱して芯材２を元
の状態に戻し（第４図）、小さくなった芯材を引き抜い
て除去することにより、所望の分岐管形状の成形物３が
得られる（第１２ ５図）。

ここで、芯材２となる形状記憶樹脂と、戒形物３を構戒
する被覆材樹脂とは、非接着性であることが要求される
。この両者が接着性を有する場合には、膨張した芯材に
被覆材樹脂を被覆する前に、芯材表面に離型材を塗布も
しくは被覆しておく。

離型材としては、シリコーンオイル、フッ素樹脂などの
公知の材料を利用できる。

［実施例］ 本発明を実施例により具体的に説嘴するが、本発明はこ
れらによって限定されるものでないことはいうまでもな
い。

実嵐囲土 押出戒形により成形した外径２６ｍ、内径２０ｍｍの形
状記憶ポリエステル（日本ゼオン製、裔品名ゼオンシェ
イブルＡ−８０、形状回復温度８０℃）製のｌ 樹脂管を、第ｌ図に２で示した断面形状の分岐管になる
ように融着接合して、芯材分岐管を作製した。

この芯材分岐管を、内径５０ｍ＋の分岐管形状の金型（
第１図に１で示したもの、半割り形状を閉し合わせるこ
とにより構ｔｃ）に挿入し、形状記憶樹脂分岐管に９０
℃の熱湯を注入して、２０ｋｇ／ｄの内圧を負荷すると
同時に加温した。芯材分岐管は外径５０ａに膨張し、金
型と同形状に変形した。この内圧を保持しながら、熱湯
を水と置換していくことにより芯材を冷却して、芯材の
膨張形状を固定した。

次に、金型を分割して膨張した芯材分岐管を取り出し、
この芯材表面にビニルエステル累のコンチュニアスマッ
ト（ガラス繊維強化樹脂）をハンドレイアップにより５
ｇ厚に被覆した。常温で９０分間放置して樹脂を硬化さ
せた後、被覆した芯材を９０゜Ｃのオーブンに入れ、加
熱を開始した。芯材は間もなく元の形状を回復して、第
４図に示す如くに収縮した。このまま２時間加熱を続け
、被覆材を完全に硬化させた後、９０゜Ｃのままで芯材
を引き抜いた。芯材の分岐部分は容易に変形して、簡単
に除去することができた。

失旌奥主 実施例１と同様の方法で、第７図に示す戒形物に相応し
た膨張形状となるように芯材を膨張変形させ、膨張形状
を固定した。使用した芯材樹脂はポリノルボルネン系形
状記憶樹脂（Ｂ本ゼオン製、商品名ノーソレックス、形
状回復温度４０℃）であり、芯材の初期形状は、外径１
１０ｍｍ，内径１００　ａｍ、長さ３００　ｍｍの片側
端面が閉鎖した管状体であった。

この初期形状の芯材を、半割り型の金型に入れ、６０゜
Ｃの熱湯により５　ｋｇ／ｃＪの内圧で膨張させ、外径
２００１１１Ｊ長さ３００　ａｍの第７図に示すような
円筒容器形状に成形した。

冷却後、膨張した芯材の表面に５軸制御のＦＷ成形機で
不飽和ポリエステル樹脂含浸ガラス繊維を厚み１０ｍｍ
になるように被覆した。常温で６０分間乾燥した後、芯
材内部に５　ｋｇ／ｄの内圧を油圧によりかけながら８
０゜Ｃに３０分間加熱し、樹脂を完全に硬化させた。芯
材内部の油を除去した後、さらに９０℃に加熱すると、
芯材はすぐに元の形状に回復し、成形物の開口部から容
易に引き抜くことができた。

１５ ［発明の効果］ 本発明の方法によれば、形状記憶樹脂の形状回復挙動お
よび高温時の弾性率の急激な低下を利用することにより
、従来技術では難しかった樹脂あるいはＦＲＰ製の複雑
形状の中空製品が容易に成形できる。また、芯材は繰り
返し使用することができるため、生産性を損なうことも
ない。さらに、芯材樹脂の膨張変形は、加温による低弾
性率状態で行うため、低内圧で変形可能であり、変形後
に冷却して膨張形状を固定した後は、高弾性率に戻り、
高強度を発現することができるので、繊維による張力に
打ち勝ちＦＷ法に対する芯材としても十分な強度のもの
を、従来より低い内圧で得ることができる。また、成形
物の硬化後、芯材は加熱により簡単に元の非常に小さい
形状に戻るため、得られた戒形物からの芯材の引抜きも
非常に容易である。

このように本発明の方法は、複雑形状物の成形にも利用
できるにもかかわらず、操作が簡単で経済的であるとい
う特長を有し、産業上極めて有用１６ である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、本発明方法の工程を示す断面図、 第６図は、本発明により成形された中空分岐管の略式斜
視図、および 第７図は、本発明の他の実施例により成形された中空容
器の斜視図である。 １　金型、　　２　形状記憶樹脂製芯材、３　成形物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形すべき中空製品の中空部より小なる形状を予
   め記憶させておいた形状記憶樹脂よりなる中空芯材に加
   温下に内圧を加えて膨張させることにより所望形状に成
   形し、この所望形状を保持した芯材に樹脂または樹脂含
   浸繊維を被覆し、芯材の形状回復温度を下回る温度で樹
   脂を硬化させ、次いで芯材を形状回復温度以上に加熱す
   ることにより芯材を記憶させた元の形状に収縮させて除
   去することを特徴とする、樹脂または繊維強化樹脂から
   なる中空製品の成形方法。
2. （２）成形すべき中空製品の中空部より小なる形状を予
   め記憶させておいた形状記憶樹脂よりなる中空芯材に加
   温下に内圧を加えて膨張させることにより所望形状に成
   形し、この所望形状を保持した芯材に樹脂または樹脂含
   浸繊維を被覆し、芯材に液体内圧をかけながら形状回復
   温度以上で樹脂を硬化させ、次いで内圧を除去して芯材
   を記憶させた元の収縮形状に回復させて除去することを
   特徴とする、樹脂または繊維強化樹脂からなる中空製品
   の成形方法。