(57)【要約】【課題】引抜き成形によってジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を製造し、得られた成形品を用いた複合補強部材を得る。【解決手段】強化繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させ、賦形ノズルを通して引抜き、硬化域に引抜き方向に沿って複数本のピンを所定間隔を置いて２列に整列させ、該２列のピンが相互にジグザグとなるように配列して２列のピンを移動させ、賦形ノズルを２列のピンと相対的に引抜き方向に直交する方向に往復動させて強化繊維束を含む熱硬化性樹脂を２列のピンに交互に掛けて硬化させてジグザグ形状の引抜き成形体を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維が成形品総重量に対して５０〜８０重量％含有され、該強化繊維が軸方向に連続して延在する引抜き成形品であって、長さ方向に沿って複数の屈曲部を有するジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品。
【請求項２】
屈曲部が所定間隔をおいて連続して形成されており、屈曲部の屈曲角度が５０°±２０°の範囲である請求項１に記載のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品。
【請求項３】
請求項２に記載のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品の屈曲部の外側片側又は両側に接して直線状の補強部材を結合してなるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を有する複合補強部材。
【請求項４】
２枚の平面状の補強材の間に、請求項２に記載のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品の複数本を、該各屈曲部が平面状の補強部材と接するよう縦方向に並列させ、接合点においてジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を平面状の補強材と結合してなるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を有する複合補強部材。
【請求項５】
２枚の格子状の補強部材の間に、請求項２に記載のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品の複数本を、該各屈曲部が該補強部材の格子の交点と接するよう縦方向に並列させ、接合点においてジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を格子状の補強部材と結合してなるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を有する複合補強部材。
【請求項６】
強化繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させ、賦形ノズルを通して引抜き、熱硬化性樹脂を硬化域で硬化させ、長尺の成形体を得る引抜き成形体の製造方法において、硬化域において、引抜き方向に沿って複数本のピンを所定間隔を置いて２列に整列させ、該２列のピンが相互にジグザグとなるように配列して２列のピンを移動させ、賦形ノズルを２列のピンと相対的に引抜き方向に直交する方向に往復動させて、強化繊維束を含む熱硬化性樹脂を２列のピンに交互に掛けて硬化させることを特徴とする、ジグザグ形状の引抜き成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、引抜き成形によってジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を製造し、得られた製品を各種分野で利用可能とする発明に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、棒状や、パイプ状の長尺の繊維強化樹脂は、引抜き成形によって成形されることが多い。引抜き成形品は、軸方向に強化繊維を高密度に延在させることができ、特に軸方向の強度が優れている。しかしながら引き抜き成形品は一般的に直線状であって、直線以外の形状に直接成形することは困難であった。
【０００３】
熱硬化性樹脂を含浸させた連続繊維群をロッド状に集束して半硬化状態で巻き付け治具に巻き付け硬化させて、不要部分を切断除去する引き抜き成形品（特許文献１参照。）が知られているが、このものはバッチ式で硬化させるため作業性が悪い。また、線膨張係数の異なる少なくとも２種類の繊維を用いて引き抜き成形によって長手方向に曲がった成形品を得ることも試みられているが、このような方法では、得られる成形品の曲率に制約がある。（特許文献２参照。）本出願人は、複数の縦筋繊維束に熱硬化性樹脂を含浸し、ラックとピニオンとの噛み合いによる往復動により捩りながら該縦筋繊維束を引き出し、その交差部に成形された繊維強化プラスチック製ロッドを間隔を置いて送り込み格子状にして硬化する発明をなした。（特許文献３参照。）
【特許文献１】特開平２−２５５３２３号（第１頁、特許請求の範囲１及び第３図）
【特許文献２】特公平３−４７１８１号（第１頁、２欄２〜７行）
【特許文献３】特開公報第３２８４８００号（第１頁、特許請求の範囲２及び第１，３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、繊維強化樹脂は強度と剛性に優れ耐用性もあり、補強材としてきわめて広範で有用な用途を有するものであるが、工業的生産に最も適した引抜き成形によっては直線状、もしくは幾分の曲率を有する繊維強化樹脂成形品しか得られていない。本発明は、ガラス繊維等の繊維束に樹脂と硬化剤を含浸せしめて硬化する段階において、複数のピンを設けたベルトコンベア上において型付け・硬化をすることにより、連続引抜き成形によってジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を効率よく製造し、更にこのようにして得られたジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を用いて様々な形状のＦＲＰ製複合補強部材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の方法は、強化繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させ、賦形ノズルを通して引抜き、熱硬化性樹脂を硬化域で硬化させ、長尺の成形体を得る引抜き成形体の製造方法において、硬化域において、引抜き方向に沿って複数本のピンを所定間隔を置いて２列に整列させ、該２列のピンが相互にジグザグとなるように配列して２列のピンを移動させ、賦形ノズルを２列のピンと相対的に引抜き方向に直交する方向に往復動させて強化繊維束を含む熱硬化性樹脂を２列のピンに交互に掛けて硬化させるジグザグ形状の引抜き成形体の製造方法である。
【０００６】
本発明の方法によれば、屈曲部を有し、軸方向に強化繊維が延在する引抜き成形によって製造されるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品が得られる。
このジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品は、強化繊維が成形品総重量に対して５０〜８０重量％含有され、該強化繊維が軸方向に連続して延在する引抜き成形品であって、屈曲部が所定間隔をおいて連続して形成されており、屈曲部の屈曲角度が好ましくは５０°±２０°の範囲である。
この、所定間隔をおいて連続して屈曲部が形成され、屈曲部の屈曲角度が５０°±２０°の範囲であるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品は、屈曲部に接する外側片側又は両側において、直線状の補強材を結合してなるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を有する平面状の複合補強部材とすることができ、また、複数本のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品の該各屈曲部に接する外方片側又は外方両側において、平面状の補強部材を結合することによって、立体状の複合補強部材とすることができる。
【０００７】
更に、複数本のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品の該各屈曲部に接する外方片側又は外方両側において、格子状の補強部材の交点を該各屈曲部に結合することにより、空間が大きく、軽量で強度に優れた複合補強部材とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、連続して効率よく棒状のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品が得られる。この棒状のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品は、他の補強部材、特に繊維強化樹脂成形品等と組み合わせることにより、様々な形状のＦＲＰ製補強材が得られる。ジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品は、軸方向に連続して強化繊維が延在しているため、複合補強部材とした場合、縦、横、斜め、いずれの方向からの圧力にも耐える強度を有する。ＦＲＰ製補強材は、補強材の軽量化、耐錆性などの点に優れており、鋼材に代わる建造物の補強材、パネルの補強材、水周りのすのこ、コンクリート打設のためのプレキャスト床材等の補強材として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明で用いるマトリックス樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ又はフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、補強基材は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維等であり、これらは繊維束（ロービング）として使用するが、このものとクロス、チョップストランンドマットを補強、縦割れ防止のため組み合わせて使用することもできる。軸方向に連続して延在する強化繊維の成形品に対する含有量は５０〜８０重量％である。繊維束（ロービング）の軸方向に延在する強化繊維は、棒状成形品の径、屈曲角度等を考慮して任意に選択設定できるが、好ましくは番手１０００〜１００００ｔｅｘ、フィラメント径、７〜５０μｍの繊維束が使用でき、この繊維束を任意の本数合糸して用いる。
【００１０】
本発明のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を製造する方法は、強化繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させ、賦成ノズルを通して引き抜き、熱硬化性樹脂をベルトコンベア上に供給する。引き抜き方向に沿って移動するベルト上には、複数本のピンを２列に直立し、各列のピンを半ピッチ分引き抜き方向にずらして２列のピンがジグザグとなるように配列し、ベルトが硬化炉を通過するように設ける。強化繊維束を含浸した熱硬化性樹脂のベルトコンベア上への供給は、賦形ノズルを、移動するベルト上の２列のピンと相対的に直交する方向に往復動させて強化繊維束を含む熱硬化性樹脂を２列のピンに交互に掛け、硬化炉においてピンにジグザグとなるように掛けられた状態で硬化させる。  
【００１１】
製造工程を模式的に示した図１によって、製造工程を更に詳細に説明する。
繊維束１は、含浸槽２においてポリエステル樹脂等を含浸させ、賦形装置３に設けたノズル４（図示せず）を通ってベルトコンベア５上に供給される。ベルトコンベア５の上面には、図２に示すように一つのノズルに対し、ピンの列の間の間隔をＸ、各列のピンのピッチＹとして互い違いに２列にピン６が設けられている。賦形装置３は、このピン６の間を縫うように所定の位置で往復運動をし、それぞれのピン６の外側をノズル４が通り、不飽和ポリエステル樹脂等を含浸させた繊維束１をピン６に順次引掛ける。
【００１２】
この工程を更に図３（ａ）〜（ｄ）によって説明する。この図においては賦形装置３は同一場所で往復運動をしている。（ａ）では、賦形装置３がピンＰ５に繊維束１を引っ掛け、ピンＰ６に移動中である。（ｂ）で賦形装置３はピンＰ６に繊維束１を引っ掛け、ピンＰ７に移動するところであり、（ｃ）では、ピンＰ８に移動中であり、（ｄ）において、賦形装置３はピンＰ８に繊維束１を引っ掛け、ピンＰ９がくるのを待っている状態を示す。ベルトコンベア５上に設けられるピンの大きさは、使用する繊維束との関連もあり、適宜定めることができるが、実用上、ピンの直径は、５〜２０ｍｍ、高さ１０〜５０ｍｍのものを使用することが好ましい。２列のピンの間隔と列のピンのピッチ、ベルトコンベアーの移動速度は、成形品の形状、生産性を考慮して適宜定めることができる。
【００１３】
賦形装置３の概略を図４に示す。ノズル４の孔の形状は、樹脂を含浸した繊維束のロービングが賦形装置３の往復運動により左右に振られるので、通常の引き抜き成形用の賦形ノズルとは異なり、開口部が広がっていることが好ましく、また、場合によっては、賦形装置前でロービングがピンに接触しないように、ノズルを図４（ａ），（ｂ）に示すように曲げた状態にすることができる。賦形装置３の往復運動機構としては、エアーシリンダーの他、油圧シリンダー、スクリュー、ベルト、チェーン等任意の手段で往復動させることができる。
【００１４】
ベルトコンベア５の上面にジグザグ状に掛けられた樹脂を含有した繊維束１は、硬化炉７を通過する間に硬化し、硬化したジグザグ形状の成形品はベルトコンベアからはずれ、カッター８によって所定の長さに切断される。硬化ゾーンの長さは適宜設定でき、加熱硬化温度は１００〜１８０℃の間で設定される。加熱時間の好ましい範囲は、２〜１０分である。
【００１５】
尚、上記では、ベルトコンベア上に、１組の相互にジグザグに配列された２列のピンを設ける装置と方法について説明したが、本発明では、２列のピンを１組として複数組のピンをベルトコンベア上に設け、各組のピンにそれぞれ繊維束を供給する複数のノズルを同時に往復動して、複数本の、ジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を同時に得ることができる。
【００１６】
図５（ａ）は、ジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品１１の屈曲部１２を示す側面図であり、屈曲角度αは、引抜き速度に関連する生産性、製品の強度等を考慮すると、５０°±２０°の範囲の角度であることが好ましい。即ち、屈曲角度αが小さく、３０°以下になると引抜きの速度が落ち、生産性上好ましくない。また、屈曲角度αが大きく、７０°以上になると加圧に対して屈曲角度を維持することが難しくなり、他の部材と結合して複合補強部材としても、潰し強度に劣るものとなって好ましくない。
【００１７】
図５（ｂ）に示すように直線状の同一素材又は他の樹脂、金属等の直線状補強部材１３を図５（ｂ）のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品１１の屈曲部１２の外側の片側又は両側に接着、ビス止め、緊締等任意の手段で取り付けることによって複合補強部材とし、使用時の幅方向への曲げ強度、押圧強度を高めることができる。更に、図示していないが、線状補強材１３を平面状の補強部材に変え、２枚の平面状の補強部材の間に、ジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品１１の複数本を該各屈曲部１２が平面状の補強部材と接するよう縦方向に並列させ、接合点においてジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品１１を平面状の補強部材と結合してサンドイッチ状の複合補強部材とすれば、軽量で、しかも広い面積を補強する曲げ強度、押圧強度に優れた補強部材が得られる。特に、本発明の補強部材は、厚さ方向に強化繊維が斜めに配置されるため、厚さ方向に対して優れた強度を有する。
【００１８】
また、図５（ｃ）に示すように、本発明で得られるジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品１１を立てて複数並行に配置し、格子状の同一素材又は他の樹脂の成形体、金属格子等格子状補強部材１４の格子交点１５をジグザグ形状の棒状の繊維強化樹脂成形品１１の屈曲部１２の外側に適宜接着剤を用いて接着、ビス止め、緊締等任意の手段で取り付けて複合補強部材とすることができる。
尚、図５（ｃ）においては、図面における棒状繊維強化樹脂成形品１１の下側の屈曲部１２の外側に取り付ける格子状補強材の記載を省略しているが、片面のみでなく、２枚の格子状補強部材１４の間にジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品１１を配置することが好ましい。
格子状部材として、先に本出願人の発明した前記特許第３２８４８００号に記載の繊維強化プラスチック製筋繊維束と繊維強化プラスチック製ロッドとから構成される格子状補強基材を格子状補強部材として使用すれば、縦、横、斜めの全ての方向に強化繊維が配置されているので、強度的に極めて優れたものであり、しかも組み合わせにより、任意の形状、大きさの直方体の補強部材として使用する事ができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明について実施例により具体的に説明するが、本発明はこの範囲に限定されるものではない。
番手４４００ｔｅｘ、フィラメント径２５μｍのガラス繊維束、１５束を合糸し、ガラスロービングとした。ガラスロービングを不飽和ポリエステル樹脂（大日本インキ化学工業（株）製、商品名ポリライトＨＮ−１３１）１００重量部、硬化剤（日本油脂（株）製、商品名パーキュアＨＯ）１重量部よりなる樹脂に含浸させ、以下の方法により引き抜き成形を行った。引抜き成形に使用した装置の要部を図６、図７、図８に示す。
【００２０】
本実施例においては、樹脂を含浸したガラス繊維束を供給するノズル孔を５個設けると共に、ベルトコンベア上に５本のピンを１組としてベルトコンベアの進行方向に対して直角の方向に列をなすように並べ、５本組のピンをベルトコンベア上に２列配置し、それぞれの列を引き抜き方向に対して半ピッチ分だけずらし、同時に５本のジグザグ形状の成形品が得られるようにしてある。
樹脂を含浸したガラス繊維束１０１は、図６に示すように賦形装置１０３からベルトコンベア１０５上に設けたピン１０６に掛けられる。図７に示すように、エアーシリンダー１０９によって往復動される賦形装置１０３には５本のノズル１０４（図示せず）が設けられ、５本のピン１０６に同時にガラス繊維束１０１が供給される。ベルトコンベア１０５上に設けられた５組のピンの配列を図８に示す。ガラス繊維束は、図７に示された賦形装置１０３の右端のノズルから図８においてピンＰ１０１の最上端のピンからピンＰ１０２の最上端のピン、ピンＰ１０２の最上端のピンからピンＰ１０３の最上端のピンへと掛けられ、同時に他の４本のノズルから同様にしてガラス繊維束がそれぞれピンに掛けられることにより、同時に５本のジグザグ形状の棒状成形品がベルトコンベア上に形成され、図１に示すような工程によって成形品が得られる。
【００２１】
不飽和ポリエステル樹脂を含浸したガラスロービングを、内径φ８ｍｍの孔を有する賦形ノズルを通し、樹脂含浸ガラスロービングの先端を引き出しピンに取り付けて引き抜き成形を開始した。ピンの直径φ８ｍｍ、ピンの高さ３０ｍｍ、ピンＰ１０１とピンＰ１０２の引抜き方向に直角方向の間隔Ｘが１９０ｍｍ、ピンＰ１０１とピンＰ１０３等各列のピンの引抜き方向でのピッチＹが２００ｍｍ、賦形装置の往復運動幅２２０ｍｍ、即ち、各ピンの中心線から外側へ１５ｍｍの幅で往復運動をした。硬化ゾーンの長さは４ｍ、加熱硬化温度１５０℃、引抜き速度１ｍ／分で、ガラス含有率７０重量％のジグザグ形状の引抜き成形品を得、長さ６ｍに切断した。成形品の直径は、ほぼ賦形装置のノズル直径と同一で、平均直径８ｍｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の棒状のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品は、他の繊維強化樹脂成形品等の補強部材と組み合わせることにより、様々な形状のＦＲＰ製複合補強材が得られ、縦、横、斜めの全ての方向に強化繊維を配置することが可能であり、強度的に極めて優れたものである。しかも立方体の補強部材として使用すれば、補強材内に大きな空間を有し、補強材の軽量化、耐錆性などの点に優れ、鋼材に代わる建造物の補強材、パネルの補強材、水周りの簀の子、コンクリート打設のためのプレキャスト床材等の補強材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を製造する工程を示す説明図である。
【図２】図１のベルトコンベア上のピンの配列を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図２のベルトコンベア上のピンに樹脂含浸繊維基材を掛ける工程を示す説明図である。
【図４】（ａ）はノズルの一例を示す正面図、（ｂ）は、側面図である。
【図５】（ａ）は、本発明のジグザグ形状の棒状繊維強化樹脂成形品を示す図、（ｂ）は、（ａ）の成形品に２本の棒状補強部材を結合してなる補強材を示す図、（ｃ）は、複数本の（ａ）の成形品に、格子状の補強部材を格子状の補強部材の交点において結合する状態を示す説明図である。
【図６】複数本のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を同時に製造する工程の一部を示す説明図である。
【図７】複数本のジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品を同時に製造する工程の一部を示す説明図である。
【図８】図７のベルトコンベア上のピンの配列を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１０１  繊維束
２，１０２  含浸槽
３，１０３  賦形装置
４，１０４  ノズル
５，１０５  ベルトコンベア
６，１０６  ピン
７  硬化炉
８  カッター
１１  ジグザグ形状の繊維強化樹脂成形品
１２  屈曲部
１３  直線状補強部材
１４  格子状補強部材
１５  格子交点
１０９  エアーシリンダー
α  屈曲角度
Ｐ１〜Ｐ１０，Ｐ１０１〜Ｐ１１０  ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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