JPH07329199A - 繊維強化複合材円筒状成形物 - Google Patents

繊維強化複合材円筒状成形物

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JPH07329199A
JPH07329199A JP6145764A JP14576494A JPH07329199A JP H07329199 A JPH07329199 A JP H07329199A JP 6145764 A JP6145764 A JP 6145764A JP 14576494 A JP14576494 A JP 14576494A JP H07329199 A JPH07329199 A JP H07329199A
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fiber
longitudinal direction
layer
carbon fiber
molding
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Kenichi Aoyanagi
健一 青柳
Hiroshi Onoda
央 小野田
Hidetoshi Takagi
秀敏 高木
Tetsushi Ikeda
哲史 池田
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Nippon Oil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量で剛性が高く、撓みの小さい繊維強化複
合材円筒状成形物を提供する。 【構成】 一方向性プリプレグシートを各層の繊維の巻
角度が長手方向に対して0°、90°、40〜50°お
よび−40°〜−50°の4通りのパターンで芯金に巻
取って加熱硬化して成形した繊維強化複合材円筒状成形
物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化複合材円筒状成
形物に関する。
【0002】
【従来の技術】シート状プリプレグを幾層か積層させた
後、この積層物を芯金に巻回したまま加圧加熱成形し、
芯金を除去して円筒状成形物を得る方法(シートローリ
ング法)を用いて製作した円筒状成形物では、繊維の巻
角度が長手方向に対して0°および90°であるものが
一般的であった。0°は曲げ剛性を上げ、撓みを少なく
するためであり、90°は圧下によって潰れないように
形状を保持するためである。しかしながら、この円筒状
成形物を外径に対して十分なスパンを得られない部位に
使用した場合、繊維の弾性率から予想される剛性が得ら
れず大きな撓みを生じる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軽量
で剛性が高く、撓みの小さい繊維強化複合材円筒状成形
物を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は繊維の巻角
度を工夫することによって、本発明に至った。すなわ
ち、本発明は、一方向性プリプレグシートを各層の繊維
の巻角度が長手方向に対して0°、90°、40〜50
°および−40〜−50°の4通りのパターンで芯金に
巻取って加熱硬化して成形した繊維強化複合材円筒状成
形物に関する。
【0005】本発明では繊維強化複合材円筒状成形物の
繊維を長手方向に対して0°、90°配向した繊維層以
外に、さらに40〜50°および−40〜−50°配向
した繊維層を一定の比率で配向させ、高剛性で撓みの少
ない円筒状成形物を得たものである。
【0006】ここで、長手方向0°、40〜50°およ
び−40〜−50°に配向させる一方向性プリプレグシ
ートに使用する強化繊維としては、繊維の引張弾性率が
400〜900GPa、好ましくは550〜900GP
a、さらに好ましくは650〜900GPa、最も好ま
しくは750〜900GPaであればどんな強化繊維で
も単独あるいは混合して使用することができる。強化繊
維として例えばピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、
ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ベリリウ
ム繊維、タングステン繊維等が挙げられ、特にピッチ系
炭素繊維を用いることが好ましい。
【0007】また、長手方向90°に配向させる一方向
性プリプレグシートに使用する強化繊維としては、繊維
の引張弾性率が50〜900GPa、好ましくは200
〜540GPaであればどんな強化繊維でも単独あるい
は混合して使用することができる。強化繊維の種類とし
て例えばピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、レーヨ
ン系炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維、ベリリウム繊維、タングステン繊維、アラミド繊
維、ガラス繊維等が挙げられ、特にPAN系、レーヨン
系あるいはピッチ系炭素繊維を用いることが好ましい。
【0008】さらに、一方向性プリプレグシートのマト
リックス樹脂としては公知のものを使用でき、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ
イミド樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、特に
エポキシ樹脂が好ましく用いられる。
【0009】一方向性プリプレグシートを長手方向に対
して配向させながら一層ずつテーパーのある芯金あるい
はテーパーのない芯金に、特に好ましくはテーパーのな
い芯金に巻取り、円筒状成形物を製造する。巻取り方法
は特に制限されるものではないが手で巻取っても、3本
ロールを使用して中央のロール(芯金)に巻取っても、
あるいはローリングテーブルを使用して巻取っても良
い。
【0010】一方向性プリプレグシートの総積層数は特
に制限はないが通常5〜200層、好ましくは8〜70
層積層される。長手方向に対して配向した積層パターン
は、特に制限はないが、長手方向に40〜50°および
−40〜−50°に配向させた一方向性プリプレグシー
トは隣接させることが目的とする剛性を得るために特に
好ましい。
【0011】積層させた一方向性プリプレグシートの長
手方向に対する繊維配向厚さ比率は特に制限されるもの
ではないが、特に0°に配向した層が50〜90%、9
0°に配向した層が5〜35%、40〜50°に配向さ
せた層が2〜20%、−40〜−50°に配向させた層
が2〜20%の組成比であると円筒状成形物にしたとき
に良好な剛性を得ることができる。
【0012】また、成形後の円筒表面の加工精度を向上
させるため、一方向性プリプレグシートの最外層(円筒
状成形物にしたとき外側になる層)の上に、さらに0.
5〜1mmの厚さでクロス状プリプレグシートを形成
し、クロス層の0.2〜0.9mmを削ることも好まし
く用いられる。クロス状プリプレグシートの織り方の形
態としては特に制限はないが、通常、平織、朱子織、あ
や織等が用いられる。
【0013】上記一方向性プリプレグシートを芯金に巻
回した後、セロハンテープ、ポリプロピレン樹脂テープ
あるいはポリエステル樹脂テープを巻き付け通常50〜
300℃、好ましくは70〜200℃の条件で1分以
上、好ましくは1時間以上加熱硬化して、繊維強化複合
材円筒状成形物を製造することができる。また、加熱硬
化は常圧あるいはオートクレープ中で100kgf/c
2までの範囲で加圧しながら行っても良い。
【0014】繊維強化複合材円筒状成形物の総厚み、長
さおよび直径は特に制限はないが、総厚みは通常0.5
〜50mm、好ましくは2〜10mmのものが製造さ
れ、長さは通常1cm〜10m、好ましくは50cm〜
5m、直径は通常1cm〜10m、好ましくは5cm〜
3mのものが製造できる。
【0015】本発明で得られる円筒状成形物は、平行な
円筒状であっても、テーパーがあっても良いが、特にテ
ーパーのない平行な円筒状成形物の製造に適する。
【0016】例えば、本発明の繊維強化複合材円筒状成
形物は、印刷機のガイドロールやゴムロール、フィルム
搬送ロールおよび製紙ロール等の軽量・低慣性、高剛
性、低可撓性、耐食性、耐摩耗性、高成形加工性を要求
される産業用ローラ、航空機設備用治具やスリングシャ
フト等の軽量、高剛性、低振れ、高振動特性、耐摩耗
性、高成形加工性が要求されるスリング治具およびカイ
ト骨、天体望遠鏡等の軽量、高剛性、高弾性率、高ねじ
り特性、高成形加工性、低熱膨張率を要求されるスポー
ツ、レジャー用品等に利用することができるが、特に産
業用ローラとして好ましく用いられる。
【0017】
【実施例】以下に実施例を示すが、この実施例によって
本発明は何ら制限を受けるものではない。
【0018】実施例1〜6および比較例1〜5 繊維強化複合材円筒状成形物の形状および使用したプリ
プレグは以下の通りである。
【0019】外形:φ100mm 内径:φ88(肉厚5.9〜6mm) 全長:1700mm プリプレグA:引張弾性率690GPaのピッチ系炭素
繊維(商品名:XN70、日本石油(株)製)にエポキ
シ樹脂を含浸させた一方向性プリプレグシート プリプレグB:引張弾性率230GPaのPAN系炭素
繊維(商品名:T300、東レ(株)製)にエポキシ樹
脂を含浸させた一方向性プリプレグシート
【0020】また、各繊維強化複合材円筒状成形物を以
下に示す条件で曲げ試験により中央部の変位量(μm)
を測定した。 スパン:1700mm 荷重幅:1600mm 荷重:1560N
【0021】一方向に引き揃えた炭素繊維にエポキシ樹
脂を含浸させたシート状プリプレグAあるいはプリプレ
グBを各層毎に炭素繊維の方向が長手方向に対して0
°、90°、45°および−45°の4通り、または0
°および90°の2通りに配向させながら一層ずつ3本
ロールの芯金に巻回し、層の厚さおよび配向の角度の異
なる11〜19層を積層した。このとき0°、45°お
よび−45°の層にはプリプレグAを用い、90°の層
にはプリプレグBを用いた。積層パターンは、表1〜6
に実施例1〜6および比較例1〜5としてまとめた。
【0022】芯金にプリプレグを全て巻取った後、形状
を保持するためにポリプロピレン樹脂製延伸テープ(商
品名:ミレファン、三菱レーヨン(株)製)を用いてテ
ーピングし、加熱炉中で常圧、130℃、1時間加熱硬
化させた後、ポリプロピレンテープを除去し、さらに芯
金を抜き取って繊維強化複合材円筒状成形物を製造し
た。
【0023】このようにして得られた円筒状成形物を曲
げ試験にかけた結果を表1〜6にまとめたが、実施例1
〜6のように各層を長手方向に対して90°、0°、4
5°および−45°に配向させた繊維強化複合材円筒状
成形物は、比較例1〜5のように長手方向に対して90
°および0°に配向させた繊維強化複合材円筒状成形物
に比べ撓みが少なくなった。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の繊維強化
複合材円筒状成形物は、各層の繊維の巻角度を長手方向
に対して0°、90°、40〜50°および−40〜−
50°の4通りに配向させることで、軽量、高剛性で撓
みが少ない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B29K 63:00 105:10 B29L 23:00 (72)発明者 池田 哲史 神奈川県横浜市中区千鳥町8番地日本石油 株式会社中央技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方向性プリプレグシートを各層の繊維
    の巻角度が長手方向に対して0°、90°、40〜50
    °および−40°〜−50°の4通りのパターンで芯金
    に巻取って加熱硬化して成形した繊維強化複合材円筒状
    成形物。
JP6145764A 1994-06-06 1994-06-06 繊維強化複合材円筒状成形物 Pending JPH07329199A (ja)

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JP6145764A JPH07329199A (ja) 1994-06-06 1994-06-06 繊維強化複合材円筒状成形物
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DE69515556T DE69515556T2 (de) 1994-06-06 1995-06-02 Gegenstand aus faserverstärktem Verbundwerkstoff in Form eines Zylinders
EP95108508A EP0686482B1 (en) 1994-06-06 1995-06-02 Fiber reinforced composite article having cylindrical form

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