JPH0760851A - 繊維強化樹脂積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フィラメントワインディング法において、樹脂
含浸繊維束の巻き返しを、ピンを使用することなく安定
に行い得る繊維強化樹脂積層体の製造方法を提供する。 【構成】硬化性樹脂含浸繊維束を成形型上に、巻回と成
形型端部での巻き返しにより積層し、該積層体の樹脂を
硬化させ、該硬化体の端部を切断除去する方法におい
て、段部221を有する補助型２２を成形型端部２１に連
設し、その補助型２２のにおいて上記樹脂含浸繊維束の
巻き返しを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂製管状体、
例えば繊維強化樹脂製管継手の製造に使用する繊維強化
樹脂積層体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化樹脂製管状体の製造には、一般
にフィラメントワインディング法、即ち、成形型を回転
させ、硬化性樹脂含浸繊維材をフィ−ドアイに通過させ
たうえで成形型に連続的に巻き付け、フィ−ドアイをト
ラバ−スさせることにより成形型端での樹脂含浸繊維材
の巻き返しを行い、かくして硬化性樹脂含浸繊維材を複
数層にて巻回積層し、該積層体の樹脂を硬化後、成形体
を脱型する方法が使用されている。

【０００３】この場合、通常は成形型の両端に、型の軸
方向又は軸方向に垂直な方向にピンを植設し、樹脂含浸
繊維材の巻き返しをこのピンによる引っ掛けで行い、樹
脂の硬化後、脱型を行っている（特開昭６１−３７３２
号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、樹脂含
浸繊維材は成形型に均一に巻き付けるために帯状とさ
れ、その巾が相当に広くされることがあり、この場合、
上記垂直ピンの長さもその帯状巾に応じて長くする必要
があり、かかる長いピンでは、樹脂含浸繊維材の引っ掛
り位置の如何によっては、樹脂含浸繊維材の張力による
ピンの撓み量が大となって、樹脂含浸繊維材が外れ易
く、引っ掛り状態の不安定が懸念される。

【０００５】また、樹脂含浸繊維材の断面（帯状）がピ
ンの引っ掛り箇所において、縦向きになり、ピン近傍の
樹脂含浸繊維材部分が４５⁰捩じられ、樹脂含浸繊維材
の巻き付け角が小の場合、この捩じれ部分が相当に長く
なるので、成形品の機械的強度への悪影響が懸念され
る。

【０００６】本発明の目的は、フィラメントワインディ
ング法において、樹脂含浸繊維材の巻き返しを、ピンを
使用することなく安定に行い得る繊維強化樹脂積層体の
製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化樹脂積
層体の製造方法は、硬化性樹脂含浸繊維材を成形型上
に、巻回と成形型端部での巻き返しにより積層し、該積
層体の樹脂を硬化させ、該硬化体の端部を切断除去する
方法において、段部を有する補助型を成形型端部に連設
し、その補助型のにおいて上記樹脂含浸繊維材の巻き返
しを行うことを特徴とする構成である。

【０００８】以下図面を参照しつつ本発明の構成を説明
する。図１は本発明において使用する通常のフィラメン
トワインディング装置の概略を示し、ボビン１１から引
き出された繊維材が樹脂含浸槽１２に通され、更にフィ
−ドアイ１３により帯状に揃えられたうえで芯型１に巻
き付けられていき、この間、樹脂含浸繊維材の巻き付け
パタ−ンに応じた速度で、フィ−ドアイ１３が芯型１の
軸方向にトラバ−ス走行されると共に芯型１が回転され
る。

【０００９】図２は本発明により直線状管継手（ソケッ
ト）を製造する場合に使用する成形型を示している。図
２において、１は芯型である。２は成形型端部材を示
し、管継手の受口内面を形成する端部型本体２１に、端
部型本体２１の先端外径よりも小なる外径の段部221 を
有する補助型２２を一体に連設した構成であり、芯型１
の両端に装着してある。

【００１０】この端部型本体２１には、受口先端部内面
を形成するストレ−ト部211 とゴムリングが収容される
溝部212 と抜け止めリング213 が収容される溝部と挿口
先端が収容されるスリ−ブ部214 とが設けられている。
また、上記補助型２２には、上記ストレ−ト部211 と同
一外径の径大部222 が設けられ、この径大部222 におい
て端部型本体２１に一体化され、更に端板部223 が設け
られ、この端板部223の中央孔において芯型１の軸棒１
４に嵌着されている。３は芯型１の一端側の端板部223
の外周近傍に突設されたピンであり、複数本（通常、２
〜１０本の範囲）を周方向に等間隔を隔てて設けること
もできる。

【００１１】本発明により直線状管継手を製作するに
は、図１に示すフィラメントワインディング装置におい
て芯型１の両端に図２に示すように成形型端部材２，２
を装着し、フィ−ドアイ１３から硬化性樹脂含浸繊維材
を引き出し、これを芯型１の一端側の軸棒１４に巻着
し、次いで、芯型１を回転させると共にフィ−ドアイ１
３を芯型の他端側に向けて走行させていく。

【００１２】而して、樹脂含浸繊維材がまず成形型一端
側のピン３に引っ掛けられ、芯型１の回転につれて補助
型２２上に巻き上げられ、フィ−ドアイの走行に伴い順
次一端側の補助型２２⇒一端側の端部型本体２１⇒芯型
中央部⇒他端側の端部型本体２１⇒他端側の補助型２２
へと樹脂含浸繊維材が巻き付けられていき、他端側の補
助型に樹脂含浸繊維材が少なくとも一回巻き付けられる
と、フィ−ドアイの走行方向が反転され、成形型他端側
から一端側への巻き付けが進められていき、一端側に達
し、一端側の補助型に樹脂含浸繊維材が少なくとも一回
巻き付けられると、フィ−ドアイの走行方向が反転さ
れ、以後、上記の繰返しにより、所定積層数の巻き付け
が行われていく。この場合、各層の巻き付け角、従っ
て、フィ−ドアイの走行速度、または芯型の回転速度
は、製品に要求される機械的特性に応じて設定される。

【００１３】このようにして、成形型上に樹脂含浸繊維
材の所定量を巻回積層すれば、該積層体を成形型と共に
硬化炉に搬入し、積層体の樹脂を硬化させ、而るのち、
図３（硬化終了後の段階を示している）における端部型
本体２１と補助型２２との境界位置ａ−ａにおいて硬化
体４を成形型端部材２と共にダイアモンドカッタ−等で
切断し、次いで、切断片を芯型から除去し、硬化体の本
体を芯型１から脱型して受口内面に端部型本体を有する
繊維強化樹脂製直線状管継手を得る。

【００１４】上記樹脂含浸繊維材のワインディング段階
において、フィ−ドアイの走行方向の反転時に、補助型
２２にて樹脂含浸繊維材の巻き返しが行われる。この巻
き返し前の巻き付け角を−β⁰、巻き返し後の巻き付け
角を＋α⁰とする。この場合、巻き返し直後の樹脂含浸
繊維材を補助型２２の垂直段面（図２における224 )に
引っ掛け、樹脂含浸繊維材の張力をその引っ掛け箇所で
支えて、その張力が巻き返し点近傍の既に巻き付けられ
ている巻き付け角、−β⁰の繊維材に伝わるのを充分に
防止できるから、既に巻き付けた樹脂含浸繊維材の巻き
ずれを排除して巻き返しを安定に行うことができる。

【００１５】上記補助型２２の垂直段面224 での樹脂含
浸繊維材の引っ掛りに対しては、段面上端のコ−ナ(図
２における225 )が樹脂含浸繊維材の支点となるから、
このコ−ナと樹脂含浸繊維材との接触状態が引っ掛りの
安定性に大きく関与し、そのコ−ナにR1〜R10 のア−ル
を付すること、または、鋸歯状の凹凸を付けることが好
ましい。また、段部221 の径並びに長さは、成形肉厚に
よってもよるが、段部221 の径は径大部222 の外径より
半径で２〜１０ｍｍ程度小とすることが好ましく、長さ
は樹脂含浸繊維材の帯巾の０．５〜１．５倍程度とする
ことが好ましい。更に、段は１段以上とすることも可能
である。

【００１６】上記各層の樹脂含浸繊維材の巻き付け角
は、通常３０⁰〜９０⁰とされる。巻き付け角が３０⁰以
下の場合は、段部221を長くするか、巻き返し時に巻き
返す前の繊維を抑え込むように段部221での繊維の巻回
数を一周以上とすることが安全である。

【００１７】上記の例においては、成形型端部材２を硬
化体の端部内面に固着して管継手の受口内面の表面層に
使用しているが、成形型端部材を芯型端部に拡縮径可能
なセグメントで構成し（この場合の成形型端部材におい
ては、補助型と端部型本体とが一体とされる）、積層体
の硬化後、成形型端部材を縮径し、更に硬化体から芯型
を脱離し、而るのちに、硬化体端部を切断して繊維強化
樹脂製直線状管継手（ソケット）を得ることも可能であ
る。

【００１８】上記の例において、補助型を端部型本体に
一体にして設けているが次ぎに述べるように補助型と端
部型本体とを別体とすることもできる。図４は本発明の
製造方法により曲り管継手を製造する場合に使用する成
形型を示している。

【００１９】図４において、１は曲り芯型であり、中央
において分割可能にボルト１５で結着されている。２は
成形型端部材であり、端部型本体２１と該端部型本体２
１とは別部材の補助型２２とからなり、端部型本体２１
を芯型端部に装着し、補助型２２の中央孔を芯型１の軸
棒１４に挿着すると共に補助型２２の径大部222 を端部
型本体２１の先端に挿着し、補助型２２の段部221を端
部型本体２１の外部に位置させてある。３は補助型２２
の端板部223 の外周近傍に突設したピンであり、前記と
同様に複数本とすることもできる。

【００２０】本発明の製造方法により曲り管継手を製造
するには、上記直線状管継手の製造の場合と同様にし
て、芯型を回転させると共にフィ−ドアイを芯型に沿っ
て走行させ、フィ−ドアイからの樹脂含浸繊維材をフィ
−ドアイの走行に伴い順次一端側の補助型⇒一端側の端
部型本体⇒芯型中央部⇒他端側の端部型本体⇒他端側の
補助型へと巻き付けていき、他端側の補助型に樹脂含浸
繊維材を少なくとも一回巻き付けると、フィ−ドアイの
走行方向を反転させ、成形型他端側から一端側への巻き
付けを進めいき、一端側に達し、一端側の補助型に樹脂
含浸繊維材を少なくとも一回巻き付けると、フィ−ドア
イの走行方向を反転し、以後、上記の繰返しにより、所
定積層数の巻き付けを行っていく。このようにして、成
形型上に樹脂含浸繊維材の所定量を巻回積層すれば、該
積層体を成形型と共に硬化炉に搬入し、積層体の樹脂を
硬化させ、而るのち、図５（硬化終了後の状態を示して
いる）における端部型本体２１の先端位置ａ−ａにおい
て硬化体４を端部型本体２１と共に切断し、次いで、切
断片を芯型１から除去し、硬化体の本体から芯型１を脱
型して受口内面に端部型本体を有する繊維強化樹脂製曲
り管継手を得る。

【００２１】この例においては、補助型２２を端部型本
体２１と別体としてあるから、補助型の再利用が可能で
ある。この例においては、芯型が曲っているために、芯
型の回転に追従してフィ−ドアイを芯型に対し所定の巻
き付け位置に位置させるにはフィ−ドアイの移動を３軸
方向（Ｘ軸、Ｙ軸並びにＺ軸方向）に制御しなければな
らず、コンピュ−タ制御とすることが望ましい。

【００２２】上記の例において、端部型本体２１または
補助型２２を一体に有する成形型端部材２には、合成樹
脂の真空成形品、射出成形品或いはブロ−成形品を使用
することが好ましく、この場合、材質としては、ポリ塩
化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリルブ
タジエンスチレン、アクリル、ポリカ−ボネ−ト、ポリ
アミド等の熱可塑性樹脂、エポキシ、不飽和ポリエステ
ル等の熱硬化性樹脂、或いは、繊維、粒子等で強化され
た合成樹脂が使用される。その他、軟鋼、アルミニウ
ム、ステンレス等の比較的加工の容易な金属材の使用も
可能である。

【００２３】また、端部型本体と別体の補助型において
は、上記した熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、金属等の
他、コンクリ−ト等の無機材料の使用も可能であるが、
長期の再使用が可能なように、耐摩耗性、耐久性に優れ
た材質を使用することが望ましい。

【００２４】本発明において使用する繊維としては、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−ト繊維等の有機繊維が挙げられる。

【００２５】硬化性樹脂含浸繊維材における繊維と樹脂
との比は、通常、強化繊維１００重量部に対し硬化性樹
脂が５０〜２００重量部とされる。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、エポキシ樹脂、ビニ−ルエステル樹
脂、フェノ−ル樹脂等が好適に使用され、場合によって
は、光硬化性樹脂も使用される。これらの硬化性樹脂に
は、一般に硬化剤や硬化促進剤が添加される。これらの
硬化剤や硬化促進剤には、従来公知のものを使用でき、
熱硬化剤としては、例えば、メチルエチルケトンパ−オ
キサイド、ベンゾイルパ−オキサイド等が挙げられ、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。

【００２６】また、硬化性樹脂には、必要に応じて、コ
ロイダルシリカ、ガラスバル−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を添加
することもでき、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重量部とすることが好ましい。

【００２７】本発明によって製造される繊維強化樹脂積
層体としては、上記の管継手の他に、管、構造部材例え
ばプロペラシャフト等がある。

【００２８】

【作用】巻き返し直前の樹脂含浸繊維材の巻き付け角を
−β⁰とし、巻き返し直後の巻き付け角を＋α⁰として巻
き返しを行うものとする。而して、補助型近傍の端部型
本体部分に既に巻き付けられた樹脂含浸繊維材の巻き付
け角が−β⁰となり、補助型に樹脂含浸繊維材が少なく
とも一周巻き付けられたうえで巻き返しが行われて補助
型近傍の端部型本体部分に巻き付け角＋α⁰で巻き付け
が行われる。

【００２９】巻き返し前の巻き付け角−β⁰と巻き返し
後の巻き付け角＋α⁰との差（β⁰＋α⁰）が大の場合
（ヘリカル巻の場合）、巻き返し寸時での樹脂含浸繊維
材の引張り力が既に巻き付けられた巻き付け角−β⁰の
巻き付け繊維に伝達されると、その巻き付け繊維に巻き
くずれが生じるが、補助型に少なくとも一周巻き付けら
れた樹脂含浸繊維材においては、段部との引っ掛りのた
めに、巻き返し寸時での引張り力に対しずれを生じ難
く、従って、補助型近傍の型端部本体部分に既に巻き付
け角−β⁰で巻き付けられている巻き付け繊維材へのそ
の引張り力の伝達をよく防止でき、既に巻き付けられて
いる巻き付け繊維材の巻きずれを良好に防止できる。

【００３０】従って、樹脂含浸繊維材を所定通り整然と
巻き付けることができ、繊維の補強効果をよく発揮させ
ることができる。このことは次ぎの実施例品の耐圧試験
からも確認できる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。何れの実
施例においても、繊維材にはガラス繊維ロ−ビング（番
手2230g/km、)を１０本引き揃えたものを使用し、硬化
性樹脂には、不飽和ポリエステル（エスタ−Ｒ２３５：
三井東圧化学工業社製）１００重量部とメチルエチルケ
トンパ−オキサイド硬化剤（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重量部とからなる不飽和ポリエステル樹脂液
を使用した。また、樹脂含浸繊維材におけるガラス繊維
ロ−ビングの含有量は６０容量％とした。

【００３２】実施例１ 製品は前記した直線状管継手（ソケット）であり、口径
φ１５０ｍｍの水道管用であって、成形型端部材２には
図２に示すものを使用し（ブロ−成形による塩化ビニル
樹脂製）、補助型２２の段部221 の外径を１６７ｍｍ、
長さを２０ｍｍとした。フィ−ドアイで樹脂含浸繊維材
の巾を約４５ｍｍに収束し、巻き付け角が実質上９０⁰
の円周巻と巻き付け角±６０⁰のヘリカル巻きを既述し
た直線状管継手の製造例に従って施して積層体を得、こ
の積層体を加熱炉において８０℃で２時間加熱して樹脂
を硬化させ、既述した直線状管継手の製造例に従って硬
化体端部を切断除去し、脱型して直線状管継手を得た。

【００３３】この直線状管継手２０箇について、耐内圧
試験を行ったところ、全て静水圧４０kg/cm²に耐え、脈
動圧試験(０〜20kg/cm²)についても、水道用継手規格の
２万回をたやすく満足した。この実施例においては、巻
き始め段階での巻回を安定させるために、図２における
ピン３を使用している。

【００３４】実施例２ 製品は前記した曲り管継手（ベンド角は４５⁰）であ
り、口径φ１５０ｍｍの水道管用であって、成形型端部
材２には図４に示すものを使用し、端部型本体２１には
塩化ビニル樹脂のブロ−成形品を、補助型２２には、ア
ルミ製をそれぞれ使用し、補助型２２の段部221 の外径
を１００ｍｍ、長さを２０ｍｍとした。フィ−ドアイで
樹脂含浸繊維材の巾を約４５ｍｍに収束し、巻き付け角
が実質上９０⁰の円周巻と巻き付け角±５６⁰のヘリカル
巻きと再度の円周巻きを既述した曲り管継手の製造例に
従って施して積層体を得、この積層体を加熱炉において
８０℃で２時間加熱して樹脂を硬化させ、既述した曲り
管継手の製造例に従って硬化体端部を切断除去し、脱型
して曲り管継手を得た。

【００３５】この曲り管継手２０箇について、耐内圧試
験を行ったところ、全て静水圧４０kg/cm²に耐え、脈動
圧試験(０〜20kg/cm²)についても、水道用継手規格の２
万回をたやすく満足した。この実施例においても、巻き
始め段階での巻回を安定させるために、図４におけるピ
ン３を使用している。

【００３６】実施例３ 実施例２に対しピンを省略し、他は実施例２と同じにし
た。実施例２に比べ、製品の曲り管継手の受口先端部の
肉圧が周方向においてやや不均一となったが、製品の全
て（２０個）が静水圧４０kg/cm²に耐え、脈動圧試験
(０〜20kg/cm²)についても、水道用継手規格の２万回を
たやすく満足した。

【００３７】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂積層体の製造方法
は上述した通りの構成であり、樹脂含浸繊維材の巻き返
しをピンを使用することなく、繊維の巻きずれを排除し
て安定に行い得、ピン使用の場合に問題となる樹脂含浸
繊維材の巻き付け張力に基づくピンの撓みによる繊維の
掛け外れの危険性を回避でき、また巻き返し箇所におい
ても、帯状の樹脂含浸繊維材を水平な向きに保持して樹
脂含浸繊維材の捩じれを防止でき、良好な繊維配向で強
化繊維の補強効果を満足に発揮させ得る繊維強化樹脂製
品を良好な作業性で製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フィラメントワインディング装置を示す説明図
である。

【図２】本発明において使用する直線状管継手用成形型
の一例を示す説明図である。

【図３】本発明により直線状管継手を製作する場合の積
層体の硬化後の状態を示す説明図である。

【図４】本発明において使用する曲り管継手用成形型の
一例を示す説明図である。

【図５】本発明により曲り管継手を製作する場合の積層
体の硬化後の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 芯型 １１ 繊維供給用ボビン １２ 樹脂含浸槽 ２ 成形型端部材 ２１ 端部型本体 ２２ 補助型 ２２１ 段 ４ 硬化積層体

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２９Ｌ 31:24

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬化性樹脂含浸繊維材を成形型上に、巻回
   と成形型端部での巻き返しにより積層し、該積層体の樹
   脂を硬化させ、該硬化体の端部を切断除去する方法にお
   いて、段部を有する補助型を成形型端部に連設し、その
   補助型において上記樹脂含浸繊維材の巻き返しを行うこ
   とを特徴とする繊維強化樹脂積層体の製造方法。