JPH0691768A - フィラメントワインディング法による繊維強化樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィラメントワインディング法による繊維強
化樹脂成形品の製法において、フィードアイを高速でト
ラバースさせ、それにより生産性を上げる。 【構成】 ベンド型のマンドレル１０の回転軸１２に対
して垂直な軸の回りに環状の回転体３０を設け、この回
転体の内側にフィードアイ５０を取り付ける。熱硬化性
樹脂含浸ガラス繊維ロービング６０を回転体の後方から
フィードアイに通し、マンドレルに引っ掛けた状態でマ
ンドレルとともに回転体を回転させて、フィードアイを
マンドレルの回転軸の方向にトラバースさせ、マンドレ
ルの外周に熱硬化性樹脂含浸ガラス繊維ロービングを巻
き付けて積層する。その後、常法により、樹脂を熱硬化
させ脱型してベンド型の管継手を得る。この方法は、ピ
ニオンラックなどを用いる従来方法に較べて、フィード
アイの駆動機構が異なり、フィードアイを高速でトラバ
ースさせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フィラメントワイン
ディング法により、管継手等の繊維強化樹脂成形品を製
造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィラメントワインディング法による繊
維強化樹脂成形品は、一般にマンドレルを回転させなが
らこのマンドレルの外周に硬化性樹脂含浸繊維を、例え
ばヘリカル状に巻き付けて積層し、樹脂を硬化させ脱型
することにより製造される。

【０００３】この場合、マンドレルの外周に硬化性樹脂
含浸繊維を、例えばヘリカル状に巻き付けて積層するに
は、トラバース台にフィードアイを取付け、これをピニ
オンラックやボールネジなどを用いてマンドレルの回転
軸の方向にトラバース（往復運動）させる方法が、広く
行われている（例えば、特公平１−３８６６５号公報及
び特開昭６４−４５６２５号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにピニオンラ
ックやボールネジなどを用いてフィードアイをトラバー
スさせる方法は、その駆動機構からいって、どうしても
マンドレルの回転速度に対してフィードアイの移動速度
が遅く、このフィードアイの移動速度が律速となって、
あまり生産性を上げることができないという問題があ
る。

【０００５】この発明は、上記の問題を解決するもの
で、その目的とするところは、フィードアイを高速でト
ラバースさせ、それにより生産性を上げることのできる
フィラメントワインディング法による繊維強化樹脂成形
品の製造方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明では、マンドレルを回転させながらこのマ
ンドレルの外周に硬化性樹脂含浸繊維を巻き付けて積層
し、樹脂を硬化させ脱型して繊維強化樹脂成形品を製造
する方法において、マンドレルの回転軸に対してほぼ垂
直な軸を中心として回転可能な回転体を設け、この回転
体の一部にフィードアイを取り付け、回転体を回転させ
ることによりフィードアイをマンドレルの回転軸の方向
にトラバースさせ、フィラメントワイン法により繊維強
化樹脂成形品を製造する。

【０００６】これを、図面を参照しながら詳細に説明す
る。図１は、この発明方法の一例を示す一部切欠斜視図
である。図において、１０はマンドレル、２０はマンド
レルの取付装置、３０は環状の回転体、４０は回転体の
駆動モーター（サーボモーター）、５０はフィードア
イ、６０は硬化性樹脂含浸繊維である。

【０００７】マンドレル１０には、その両端に曲り軸１
１が取り付けられ、この曲り軸１１によって、マンドレ
ル１０が取付装置２０にセットされて、回転軸１２の回
りに回転可能になされている。なお、マンドレル１０の
回転速度は、一般にコンピューター等により制御され
る。

【０００８】また、マンドレル１０は、一般に金属や合
成樹脂等で作られ、積層された樹脂含浸繊維の硬化後
に、分割、変形、溶融等の公知の手段により脱型できる
ようになされている。このマンドレル１０の形状及び寸
法は、製造する繊維強化樹脂成形品の形状及び寸法に応
じて適宜設定される。

【０００９】製造する繊維強化樹脂成形品としては、例
えばベンド型、エルボ型、チーズ型、ソケット型の管継
手が挙げられる。図１では、マンドレル１０として、ベ
ンド型の管継手を製造するためのマンドレルを示してい
る。

【００１０】環状の回転体３０の直径方向には取付板３
１が架設され、この取付板３１の中央に、回転軸３２が
軸受３３により軸着されている。この回転軸３２は、マ
ンドレル１０の回転軸に対してほぼ垂直に取り付けられ
ている。このようにして、回転体３０は、マンドレル１
０の回転軸に対してほぼ垂直な軸を中心として回転可能
になされている。

【００１１】回転体３０の直径は、マンドレル１０の長
さと同等もしくはそれ以上になされているのが好まし
い。

【００１２】また、回転体３０の外周及び駆動モーター
４０のプーリー４１には、タイミングベルト４２が架け
渡され、このプーリー４１を駆動モーターで回転させ、
それにより環状の回転体３０が回転されるようになされ
ている。なお、回転体３０の回転速度は、一般にコンピ
ューター等により制御される。

【００１３】さらに、回転体３０内に架設された取付板
３１の一端部には、フィードアイ５０が取り付けられて
いる。このフィードアイ５０は、図に示すような慣用の
ドーナツ状のフィードアイ等が使用される。

【００１４】フィードアイ５０は、上例のように取付板
３１を介して、回転体３０の一部にに取り付ける以外
に、回転体３０の内壁に直接取り付けてもよい。また、
回転体３０の外壁に直接取り付けることもできる。

【００１５】また、タイミングベルト４２は、上例のよ
うに回転体３０の外周に架け渡す以外に、回転体３０の
回転軸３２に別にプーリーを取り付け、これにタイミン
グベルト４２を架け渡すようにしてもよい。

【００１６】この発明において、使用する強化繊維とし
ては、特に限定されるものではないが、ガラス繊維、炭
素繊維等の無機繊維、或いはアラミド繊維、ポリエチレ
ンテレフタレート繊維等の有機繊維が挙げられる。特
に、ガラス繊維からなるロービングもしくはクロステー
プ（ロービングを、例えば井桁状に織ったもので、織り
方や幅は特に限定されない）が好適に用いられる。

【００１７】硬化性樹脂含浸繊維は、強化繊維に硬化性
樹脂が含浸されたものであり、強化繊維１００重量部に
対し、硬化性樹脂が５０〜２００重量部含浸されている
のが好ましい。

【００１８】硬化性樹脂としては、従来公知の熱硬化性
樹脂が使用され、特に不飽和ポリエステル樹脂やエポキ
シ樹脂が好適に使用される。また、場合によっては、光
硬化性樹脂が用いられる。

【００１９】そして、上記硬化性樹脂には、一般に硬化
剤や硬化促進剤が添加される。これ等の硬化剤や硬化促
進剤は、従来公知のものが使用されてよく、熱硬化剤と
しては、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、
ベンゾイルパーオキサド等が挙げられ、硬化促進剤とし
ては、例えば、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸マンガ
ン、ジメチルアニリン等が挙げられる。

【００２０】また、硬化性樹脂には、必要に応じて、コ
ロイドシリカ、ガラスバルーン、炭酸カルシウム、タル
ク等の充填剤をはじめ、その他の公知の添加剤が添加さ
れていてもよく、例えば上記の充填剤を添加する場合、
その添加量は硬化性樹脂１００重量部に対し、０．５〜
５０重量部が好ましい。

【００２１】繊維強化樹脂成形品、例えばベンド型の管
継手を製造するを製造するには、マンドレル１０を、曲
り軸１１によりマンドレルの取付装置２０にセットす
る。そして、硬化性樹脂含浸繊維ロービングのような硬
化性樹脂含浸繊維６０を回転体３０の後方からフィード
アイ５０に通し、マンドレル１０に引っ掛けた状態で、
マンドレル１０及び回転体３０を予め定められたプログ
ラムによって回転させると、硬化性樹脂含浸繊維６０は
引き揃えられた状態で、フィードアイ５０によりテープ
状に収束されてマンドレル１０の外周に、所望のパター
ンで巻き付けられる。

【００２２】なお、回転体３０には、上記の回転作動の
ほか、フィードアイ５０がマンドレル１０の回転軸を含
む水平面上で首振りを行う回動作動を付加するほうが好
ましい。さらに、回転体３０には、フィードアイ５０が
マンドレル１０に対して接近離反する移動作動及びフィ
ードアイ３５が上下に動く移動作動を付加するほうが好
ましい。

【００２３】このような回動作動や移動作動を付加する
と、特にチーズ型のような管継手を製造する場合に、フ
ィードアイ３５の向きを樹脂含浸繊維６０の送り出す方
向に常にうまく揃えることができ、マンドレルの外周に
巻き付けられるテープ状に収束された硬化性樹脂含浸繊
維の幅が狭くなったり、捩れて紐状になったりすること
が防止できる。

【００２４】このようにして、硬化性樹脂含浸繊維を一
定の厚さにマンドレルの外周に積層した後、これを取付
装置２０から取り外し、加熱炉に入れて樹脂を熱硬化さ
せ、端面部の繊維強化樹脂層を切断除去する。その後、
分割、変形、溶融等の公知の手段により脱型する。こう
して、管継手などの繊維強化樹脂成形品が製造される。

【００２５】

【作用】このように、マンドレルの回転軸に対してほぼ
垂直な軸を中心に回転可能な回転体を設け、この回転体
の一部にフィードアイを取り付け、回転体を回転させる
ことによりフィードアイをマンドレルの回転軸の方向に
トラバースさせると、フィードアイは回転体の回転に伴
って円運動を行い、その結果としてフィードアイはマン
ドレルの回転軸の方向にトラバースされることになる。

【００２６】そして、上記の回転体を用いてフィードア
イをトラバース（往復運動、好ましくは直線的往復運
動）させる方法は、ピニオンラックやボールネジなどを
用いてフィードアイをトラバースさせる従来方法に較
べ、その駆動機構の違いにより、フィードアイの移動速
度を著しく速くすることができる。

【００２７】

【実施例】以下に、この発明の実施例及び比較例を示
す。実施例１ 先ず、図１に示すように、ガラス繊維ロービング（番手
２２２０ｇ／ km ）を１０本引き揃え、これに熱硬化性
エポキシ樹脂液を含浸させて、ガラス繊維ロービングの
含有量が約６０容量％の熱硬化性樹脂含浸繊維ロービン
グ６０を調製した。

【００２８】熱硬化性エポキシ樹脂液は、エポキシ樹脂
（ＬＹ−５５６：日本チバガイギー社製）１００重量部
と硬化剤（ＨＹ−９１７：日本チバガイギー社製）９０
重量部と硬化促進剤（ＤＹ−０７０：日本チバガイギー
社製）０．５重量部とからなる。

【００２９】次いで、この１０本の熱硬化性樹脂含浸繊
維ロービング６０を、引き揃えた状態でフィードアイ５
０に通して幅が約４５mmに収束し、組立分解可能に形成
されたベンド型のマンドレル１０を回転させるととも
に、フィードアイ５０を取り付けた回転体３０を回転さ
せることにより、フィードアイ５０をマンドレル１０の
回転軸１２の方向にトラバースさせた。

【００３０】こうして、熱硬化性樹脂含浸繊維ロービン
グ６０をマンドレル１０の外周に±６０°のヘリカル状
に巻き付け、さらに９０°の円周巻きを付加して、この
マンドレル１０の外周に熱硬化性樹脂含浸繊維ロービン
グ６０を積層した。

【００３１】その後、熱硬化性樹脂含浸繊維ロービング
６０が積層されたマンドレル１０を、１３０℃で２時間
加熱硬化させ、両端部の樹脂硬化繊維層を切断除去した
後脱型して、厚さ３mm、内径１５０mm、長さ３５０mm
（左右対称部の一方のみの長さ）、角度４５°のベンド
型の繊維強化樹脂管継手を製造した。

【００３２】なお、マンドレル１０の外周に熱硬化性樹
脂含浸繊維ロービング６０を巻き付けるに際し、得られ
る管継手にウイーピングが起こらないように、予め熱硬
化性の軟質不飽和ポリエステル樹脂液〔ポリマール６３
２０Ｆ（イソ系）：武田薬品社製〕をマンドレルの外周
に塗布した。

【００３３】この場合、環状の回転体３０は比較的速い
速度で回転させることができ、マンドレル１０の外周に
熱硬化性樹脂含浸繊維ロービング６０を巻き付けるに要
した時間は８分であった。また、得られたベンド型管継
手は、４０ kｇ／cm² の水圧試験でで破壊せず、充分な
強度を保持していた。実施例２ 図１に示すように、ガラス繊維ロービング（番手２２２
０ｇ／ km ）を１０本引き揃え、これに熱硬化性不飽和
ポリエステル樹脂液を含浸させて、ガラス繊維ロービン
グの含有量が約６０容量％の熱硬化性樹脂含浸繊維ロー
ビングを調製した。

【００３４】熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂液は、不
飽和ポリエステル〔エスターＲ２３５（オルソ系）：三
井東圧社製〕１００重量部と硬化剤（カヤメックＭ：化
薬アクゾ社製）０．６重量部と硬化促進剤（コバルト６
重量％含有）０．５重量部とからなる。

【００３５】次いで、この１０本の熱硬化性樹脂含浸繊
維ロービングを引き揃えた状態でフィードアイに通して
幅を約４５mmに収束し、組立分解可能に形成されたチー
ズ型のマンドレルを回転させるとともに、フィードアイ
を取り付けた回転体を回転させることにより、フィード
アイをマンドレルの主管軸の回転軸の方向にトラバース
させ、次いで、枝管軸の回転軸の方向にトラバースさせ
た。

【００３６】こうして、熱硬化性樹脂含浸繊維ロービン
グをマンドレルの外周に±２０°と±７０°のヘリカル
状に巻き付け、さらに９０°の円周巻きを付加して、こ
のマンドレルの外周に熱硬化性樹脂含浸繊維ロービング
を積層した。

【００３７】その後、熱硬化性樹脂含浸繊維ロービング
が積層されたマンドレルを、８０℃で１時間加熱硬化さ
せ、両端部の樹脂硬化繊維層を切断除去した後脱型し
て、厚さ３mm、内径１５０mm、主管部長さ１５０mm、枝
管部長さ７５mmのチーズ型の繊維強化樹脂管継手を製造
した。

【００３８】なお、マンドレルの外周に樹脂含浸繊維ロ
ービングを巻き付けるに際し、得られる管継手にウイー
ピングが起こらないように、予め熱硬化性の軟質不飽和
ポリエステル樹脂〔ポリマール６３２０Ｆ（イソ系）：
武田薬品社製〕をマンドレルの外周に塗布した。

【００３９】この場合、回転体は比較的速い速度で回転
させることができ、マンドレルの外周に熱硬化性樹脂含
浸繊維ロービングを巻き付けるに要した時間は１５分で
あった。また、得られたチーズ型管継手は、４０ kｇ／
cm² の水圧試験で破壊せず、充分な強度を保持してい
た。

【００４０】比較例１ 実施例１において、回転体を用いてフィードアイをマン
ドレルの回転軸の方向にトラバースさせる方法に替え
て、ボールネジを用いてフィードアイをマンドレルの回
転軸の方向にトラバースさせる従来方法を使用した。そ
れ以外は実施例１と同様に行った。

【００４１】この場合、フィードアイの移動速度は、駆
動機構の面から実施例１のように速くすることができ
ず、マンドレルの外周に熱硬化性樹脂含浸繊維ロービン
グを巻き付けるに要した時間は約２５分であった。

【００４２】比較例２ 実施例２において、回転体を用いてフィードアイをマン
ドレルの回転軸の方向にトラバースさせる方法に替え
て、ボールネジを用いてフィードアイをマンドレルの回
転軸の方向にトラバースさせる従来方法を使用した。そ
れ以外は実施例１と同様に行った。

【００４３】この場合、フィードアイの移動速度は、駆
動機構の面から実施例１のように速くすることができ
ず、マンドレルの外周に熱硬化性樹脂含浸繊維ロービン
グを巻き付けるに要した時間は約４０分であった。

【００４４】

【発明の効果】この発明は、上述のように構成されてい
おり、特にマンドレルの回転軸に対してほぼ垂直な軸を
中心として回転可能な回転体を設け、この回転体の一部
にフィードアイを取り付け、回転体を回転させることに
よりフィードアイをマンドレルの回転軸の方向にトラバ
ースさせるものであり、それによりフィードアイを高速
でトラバースさせることができる。

【００４５】それゆえ、この発明方法によれば、マンド
レルの外周に硬化性樹脂含浸繊維を高速で巻き付けるこ
とができ、ピニオンラックやボールネジなどを用いてフ
ィードアイをトラバースさせる従来方法に較べ、繊維強
化樹脂成形品の生産性を著しく向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法の一例を示す一部切欠斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ マンドレル １２ マンドレルの回転軸 ３０ 環状の回転体 ５０ フィードアイ ６０ 硬化性樹脂含浸繊維

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンドレルを回転させながらこのマンド
   レルの外周に硬化性樹脂含浸繊維を巻き付けて積層し、
   樹脂を硬化させ脱型して繊維強化樹脂成形品を製造する
   方法において、マンドレルの回転軸に対してほぼ垂直な
   軸を中心として回転可能な回転体を設け、この回転体の
   一部にフィードアイを取り付け、回転体を回転させるこ
   とによりフィードアイをマンドレルの回転軸の方向にト
   ラバースさせることを特徴とするフィラメントワインデ
   ィング法による繊維強化樹脂成形品の製造方法。