(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂繊維および強化繊維を含む織布および／または不織布を用いたＦＲＰ成型体の製造方法であって、
前記織布および／または不織布を多数層積み重ねた積層体を、前記熱可塑性樹脂繊維と同一の熱可塑性樹脂からなる袋で覆い、該袋内のエアーを吸引して除去した後に、前記積層体を加熱して成型を行うＦＲＰ成型体の製造方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂繊維および強化繊維を含む織布および／または不織布を用いたＦＲＰ製パイプの製造方法であって、
マンドレルの外周に巻き付けた前記織布および／または不織布からなる積層体を、前記熱可塑性樹脂繊維と同一の熱可塑性樹脂からなる袋で覆い、該袋内のエアーを吸引して除去した後に、前記積層体を加熱して成型を行うＦＲＰ製パイプの製造方法。
【請求項３】
熱可塑性樹脂繊維および強化繊維を含む織布および／または不織布を用いたＦＲＰ製パイプの製造方法であって、
前記織布および／または不織布をマンドレルの外周に巻き付けて積層体を得る積層工程と、
前記積層体を、前記熱可塑性樹脂繊維と同一の熱可塑性樹脂からなる袋で覆う包袋工程と、
前記袋内のエアーを吸引して前記積層体内のエアーを除去するエアー除去工程と、
前記エアーを除去した積層体を加熱して成型する成型工程と、
該成型後にマンドレルを抜き取るマンドレル抜取工程とを備えたＦＲＰ成型体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂を用いたＦＲＰ成型体およびＦＲＰ製パイプの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＦＲＰ成型体は、繊維材料に熱硬化性樹脂を含浸させて布帛状としたプリプレグの積層体を加熱すると共に加圧して得る。しかし、熱硬化性樹脂はリサイクルが困難であることから、熱可塑性樹脂を用いたＦＲＰ成型体が注目されている。
【０００３】
熱可塑性樹脂を用いた従来の成型方法は、インジェクション成型を行うに際し、予め樹脂に短繊維を混合することによりなされている。しかし、繊維を樹脂に混合する方法では、混入し得る繊維の長さが短いので、成型体の機械的性質が今一つ向上しないから、適用される成型体としては、大きな外力が作用しないような部材に限られていた。
【０００４】
そこで、熱可塑性樹脂繊維を用いたＦＲＰ成型体が注目されている。該ＦＲＰ成型体は、図３に示すように、熱可塑性樹脂繊維１０と強化繊維１１により、たとえば織布１を予め製造し、該織布１を、たとえば図４のマンドレル２の外周に多数層巻き付けて積層して積層体３を得、該積層体３を加圧および加熱することにより得られる。この従来の成型体は、熱可塑性樹脂を採用しているので、加熱して再溶融することにより、リサイクルが可能になる。また、図３の熱可塑性樹脂繊維１０および強化繊維１１により織布１を構成するので、強化繊維１１の長さを著しく長くすることができるから、機械的性質に優れた成型体を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、織布１を用いた製造方法では、織布１自体に多量の隙間が存在する。また、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂と異なり、常温では硬化した状態であるため、図４のように積層した際に、各層間４に多量の隙間が生じるのは避けられない。このようなことから、成型前の積層体３は、著しく嵩高なものとなり、そのため、金型内にセットすることが著しく困難となる。
【０００６】
また、成型の前後において、積層体３と成型体との嵩（外径）が著しく異なるので、加圧成型する際に熱可塑性樹脂繊維１０が溶融するのに伴って強化繊維１１の配向がばらけ、所期の機械的性質が得られない。また、織布１や層間４に存在するエアーが、成型後に残存し、そのため、成型体内部にボイド（気泡）が生じる原因となり、これが成型体の強度や信頼性を低下させる要因となる。
【０００７】
また、積層体３の内部にエアーが存在しているので、エアーが断熱材として作用するから、成型温度を高くする必要があり、また、エアーを除去するためには、成型圧力を大きく設定する必要が生じ、生産効率が低下する。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、かかる問題を解決し得るＦＲＰ成型体の製造方法およびＦＲＰ製パイプの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＦＲＰ成型体の製造方法は、熱可塑性樹脂繊維および強化繊維を含む織布および／または不織布を用い、前記織布および／または不織布を多数層積み重ねた積層体を袋で覆い、該袋内のエアーを吸引して除去した後に、前記積層体を加熱して成型を行う。
【００１０】
また、本発明のＦＲＰ製パイプの製造方法は、熱可塑性樹脂繊維および強化繊維を含む織布および／または不織布を用い、前記織布および／または不織布をマンドレルの外周に巻き付けて積層体を得、該積層体を袋で覆い、該袋内のエアーを吸引して除去した後に、前記積層体を加熱して成型を行う。
【００１１】
これらの発明によれば、積層体を袋で覆い、該袋内のエアーを吸引して除去するので、積層体の布の内部や層間のエアーが除去されるから、成型前の積層体がコンパクトになる。
【００１２】
本発明において、強化繊維とは、炭素繊維やガラス繊維の他に、通常のＦＲＰの製造に用いられる１種または２種以上の組合せからなる強化繊維を用いることができる。織布とは、織り、編み、組みなど種々の織り構造を有するものを含む。また、袋とは、内部のエアーを吸引して、層間のエアーや布帛内のエアーを除去する際に、気密性を保持できるものであればよく、筒状などの形状にしたものを用いることができる。また、マンドレルとは、芯材のことであって、たとえば、離型剤を塗った金属や種々の樹脂を用いることができ、中実棒または中空パイプ状のものを用いることができる。また、本発明の「成型体」とは、「ＦＲＰ製パイプ」を含む概念である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は第１実施形態を示す。
図１において、本ＦＲＰ製パイプの製造方法は、（ａ）の積層工程、（ｂ）の包袋工程、（ｃ）および（ｄ）のエアー除去工程、（ｅ）の成型工程、（ｆ）の取出工程および（ｅ）のマンドレル抜取工程などからなる。
【００１４】
（ａ）の積層工程では、図３の熱可塑性樹脂繊維１０および強化繊維１１からなる織布１を、図４のようにマンドレル２の外周に多数層巻き付けて、図１（ａ）の積層体３を得る。なお、巻き付ける布帛としては、織布１や不織布の他に、織布１と不織布の双方を混在させてもよい。
【００１５】
つぎに、（ｂ）の包袋工程では、積層体３を樹脂フィルムからなる袋５で覆う。なお、袋５は、織布１の熱可塑性樹脂繊維１０と同一の熱可塑性樹脂で形成する。
【００１６】
（ｃ）および（ｄ）のエアー除去工程では、真空ポンプで袋５内のエアーＡを吸引して、積層体３内のエアーを除去する。これにより、図３の織布１内のエアーＡや図４の層間４のエアーＡが除去されて図１（ｃ）の嵩高な積層体３が（ｄ）のようにコンパクトになる。この際、積層体３が径小となるのに伴って、強化繊維１１の配向が変化するが、熱可塑性樹脂繊維１０が溶融していないので、強化繊維１１がばらけないから、強化繊維１１の配向の乱れが生じにくい。したがって、所期の機械的性質を得やすい。
【００１７】
また、織布１や層間４のエアーＡが除去されるので、（ｇ）の成型体内部にボイトが生じにくいので、強度および信頼性が向上する。
【００１８】
（ｅ）の成型工程では、前記エアーＡを除去した積層体３を加熱炉７に投入して、積層体３を加熱した後、冷却する。この加熱により、熱可塑性樹脂繊維１０のみが溶融して、強化繊維１１および熱可塑性樹脂繊維１０が一体となる。冷却後、（ｆ）の取出工程のように成型体６を取り出した後、（ｅ）の抜取工程のように、マンドレル２を抜き取る。
【００１９】
ところで、前記実施形態では、（ｅ）の成型工程において加圧していないが、十分にエアーＡを除去しておれば、加圧しなくても、良好な成型体を得ることができる。しかし、本発明では、（ｅ）の成型工程において、（ｄ）の積層体３を金型内に充填して加圧下で加熱してもよい。あるいは、（ｄ）の積層体３の外周囲に熱収縮性の樹脂テープを該樹脂テープの幅方向の端部を互いに重ねながら螺旋状に巻き付けて、前記樹脂テープの収縮力により、積層体３の全周に加圧力を付加してもよい。なお、かかる樹脂テープとしては、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン等の熱収縮性の樹脂を用いることができる。
【００２０】
また、本発明は、パイプ以外のヘルメット等のＦＲＰ成型体に適用できる。その場合は、図２のように、織布１を多数層積み重ねる（ａ）の積層工程、（ｂ）の包袋工程、（ｃ）ないし（ｄ）のエアー除去工程、（ｅ）の成型工程および（ｆ）の取出工程を経て、成型体６Ａが得られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱可塑性樹脂繊維および強化繊維を含む織布および／または不織布を用いてＦＲＰ成型体を製造するので、強化繊維の長さを著しく長くすることができるから、機械的性質に優れ、かつ、リサイクル可能なＦＲＰ成型体を得ることができる。
【００２２】
特に、積層体を袋で覆い、該袋内のエアーを吸引して除去するので、織布等からなる積層体内部の層間のエアーや、織布等自体の隙間のエアーが除去されて、成型前の積層体がコンパクトになるから、成型が可能となる。
【００２３】
また、成型前にエアーを抜いて積層体をコンパクトにするから、熱可塑性樹脂繊維が溶融していないので、強化繊維の配向に乱れが生じにくい。したがって、所期の機械的性質を得易い。
また、積層体内のエアーが除去されるので、ＦＲＰ成型体内部にボイドが生じにくい。したがって、成型体の強度および信頼性が向上する。
【００２４】
更に、積層体内部にエアーが存在していないので、成型温度を不必要に高く設定する必要がない。また、成型時にエアーを逃がす必要がないから、必ずしも加圧する必要はないし、また、金型や熱収縮樹脂テープにより、加圧する場合にも、小さな加圧力でボイドの残分していない成型体を得ることができる。したがって、生産効率も向上する。
【００２５】
また、袋を熱可塑性樹脂繊維と同一の樹脂で構成するので、袋を成型後に除去する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＦＲＰ製パイプの製造方法を示す工程図である。
【図２】同第２実施形態にかかるＦＲＰ成型体の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明にかかる織布を示す平面図である。
【図４】織布をマンドレルに巻いていく状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１：織布
１０：熱可塑性樹脂繊維
１１：強化繊維
２：マンドレル
３：積層体
５：袋
６：成型体
Ａ：エアー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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