(57)【要約】【課題】  ガラス長繊維強化合成樹脂丸棒は、金型ダイスの中を引き抜きながら成形材料を移動し、その間に加熱加圧して成形されている．金型ダイス通過中に成形を完了させなければならないために成形時間が短く耐熱性その他の品質面でも樹脂の選択に制約があった．そこで金型ダイスを使わないで、生産効率に優れた高品質な丸棒を成形する方法の開発を課題として取りあげた．【解決手段】  成形材料を熱収縮性のフイルムや布で被覆し丸棒状に予備成形した状態で加熱し、このとき発生する収縮力を利用して丸棒を成形する．この加熱は鉄鋼管内で行い、圧縮気体を熱媒体とする事によって高品質な丸棒を成形する．鉄鋼管内は遠赤外線塗料を塗布し丸棒の内部まで十分に加熱できるようにした．【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス長繊維ロービングと熱硬化性のエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を主成分とする成形材料に、熱収縮性の熱化塑性樹脂フイルム単独または天然繊維布あるいは合成繊維布をその上に併用して被覆し、丸棒状の形状に予備成形する．これを加熱しエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を硬化させて丸棒状の成形品を得る成形法．
【請求項２】
請求項１の丸棒状に予備成形された成形材料を、両端を緊張した状態で円筒状の鉄鋼管の中に入れて固定し、鉄鋼管両端の開口部を密閉する．この鉄鋼管の内部に成形材料の成形に適した温度と圧力の高温高圧の気体を導入し、成形材料に含まれるエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を硬化させて丸棒状の成形品を得る成形法．
【請求項３】
請求項２の鉄鋼管の内面は遠赤外線塗料を塗布してあり、この鉄鋼管を用いて請求項２による丸棒状の成形品を得る成形法．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ガラス長繊維ロービング（以下  ロービング）と熱硬化性のエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を主成分とする成形材料を用いて丸棒を成形するための成形法に関する．
【背景技術】
【０００２】  従来のガラス長繊維強化合成樹脂丸棒（以下  丸棒）は引き抜き成形によって成形されている．（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）すなわち丸棒は所要量のロービングを引き揃えて熱硬化性のエポキシ樹脂あるいはポリエステル樹脂の浴に浸漬し、加熱された金型ダイスの中を引き抜きながら通過させ加圧し成形している．その引き抜き速度は、０．１ないし０．２ｍ／ｍｉｎである．
【特許文献１】特許公開２０００−３１３７９６
【非特許文献１】日立化成工業株式会社技術資料  ポリマーがいし「タフロッド」参考文献８  門谷健蔵  ポリマがいし  ｐ．１５  Ｏｃｔ．０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  引き抜き成形は、高温の金型ダイスの中を熱硬化性の成形材料を引き抜きながら通過させ加熱加圧して行う．熱硬化性樹脂の成形は、その樹脂配合に適した硬化温度および硬化時間と成形に適した圧力が必要である．しかし引き抜き成形の場合は、金型ダイスの通過抵抗が大きくなるので成形圧力を十分に加えることが難しい．この結果丸棒の内部に気泡や空隙が残り易い．また成形材料の内部温度を硬化温度まで上昇させ、十分な硬化時間を確保するためには金型ダイスの通過距離を大きくするとよいが通過抵抗も増加し、これも限界がある．このようなことから、現在丸棒の引き抜き成形速度は０．１ないし０．２ｍ／ｍｉｎという低速度となっている．また丸棒の樹脂含率も、金型ダイスを通過するときに樹脂が絞られるために３０％以上にすることは困難である．このために丸棒の特性が低下する．これを改善するために使用される樹脂も極めて特殊な物となっている．（前記特許文献１参照）【０００４】  本発明は、汎用性のある樹脂を用い、その樹脂に適した硬化温度および硬化時間と圧力を加えて丸棒を高品質で効率的に成形する事を課題とする．樹脂含率についても３０％以上の範囲まで拡大し、丸棒の耐熱性などの性能向上をはかる事を課題とした．
【課題を解決するための手段】
【０００５】  引き抜き成形では、成形材料が金型ダイスの中を引き抜き操作によって通過することにより加熱加圧され成形が行われる．本発明では、金型ダイスの代わりに成形材料を熱収縮性の熱可塑性樹脂フイルム（以下  フイルム）で丸棒状に被覆したのち加熱して丸棒を成形する．加熱とともにフイルムは収縮し成形材料に圧力を与えることになり成形が行われる．フイルムの熱による収縮力を補完するため、このフイルムの上を天然繊維布（以下  布）や合成繊維布（以下  布）で被覆すると成形材料に加わる圧力は更に増加し良い結果が得られる．フイルムや布で被覆され丸棒状に予備成形された成形材料は加熱によって成形材料に含まれる熱硬化性樹脂が硬化し成形される．この加熱は、加熱用の炉やオートクレーブのような現在一般的に加熱用として用いられている装置を使って行う事が出来るほか、本発明では形状が丸棒という細長い特長を活かして、鉄鋼管の中で加熱することを考案した．この時、管内を高圧状態として加圧しながら成形を行う事が可能となる．この鉄鋼管によって相当長い丸棒も成形できる道が開けた．また鉄鋼管の内面に遠赤外線塗料を塗布して成形品の内部まで均一に速く加熱することが容易となった．【０００６】  ここで使用されるロービングは、従来引き抜き成形で丸棒用に使用されているものをそのまま使用できる．最も普通に使用されているのは、フイラメント径１０ないし２２μｍのＥガラスロービングである．このロービングは使用される樹脂と接着信頼性を高めるためにシランカップリング剤が用いられる．これはロービングに予め塗布してある場合もあるが、多くは樹脂に添加される．
ロービングに塗布するエポキシ樹脂および不飽和ポリエステル樹脂も従来引き抜き成形で用いてきたものをそのまま使用できる．このほか本発明の成形法は幅広い硬化条件に対応可能なので、従来使えなかった汎用樹脂や硬化時間の長い樹脂も使用可能となる．引き抜き成形では、成形機の条件に適した樹脂だけ使えることが出来たが、本発明によるフイルムおよび布の収縮力を利用する成形法では、樹脂の硬化特性に適した成形条件を選択する事が可能となる．このために丸棒の品質設計は自由度が大きくなる．たとえばエポキシ樹脂については、ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ビニルエステル型エポキシ樹脂やビスマレイミド変性エポキシ樹脂も使用可能である．硬化剤なども各種の物質が広く使えるようになる．不飽和ポリエステル樹脂ではジアリルフタレート樹脂のような芳香族ポリエステル樹脂も使用可能である．【０００７】  熱収縮性のフイルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニル樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、セルローズ系樹脂、ビニリデン系樹脂、飽和ポリエステル樹脂などが使用できる．フイルムの形態としては、テープ状あるいはチューブ状の形で使用する．その厚さは、０．０１ないし２ｍｍのものが使用できる．【０００８】  ロービングと樹脂からなる成形材料を丸棒状に予備成形するために熱収縮性のフイルムを被覆する方法は、（１）テープ状のフイルムを丸棒と平行に巻き被覆する方法（２）テープ状のフイルムを丸棒と斜行して巻き被覆する方法（３）チューブ状のフイル厶では成形材料をチューブの中に引き込むことによって被覆する．
いずれの場合も被覆したフイルムが緊張状態となるように張力を調整すると成形材料は丸棒の形となり予備成形品となる．さらにこの丸棒状の予備成形品は、その長軸を中心として接触圧のもとに回転させると良い円形が得られる．成形後の丸棒が正確な形状を要求される時は、成形後にセンタレスグラインダあるいは旋盤などを用いて機械加工仕上げを行う．【０００９】  フイル厶で予備成形された丸棒は、つぎの加熱硬化の工程でフイルムが収縮し成形材料を締めつけて加圧する．しかし熱可塑性樹脂は温度が上昇すると弾性率が低下し、この締めつけ圧力は小さい．そこでこのフイルムの上から更に木綿、麻、絹等の天然繊維布を巻いて締めつけ圧力を補うことが出来る．これらの布は、テープ状の物で斜行巻きにするのが良い．これらの布はいずれも熱収縮性を有するので丸棒の締めつけには好都合である．温度上昇時の弾性率の低下も少ない．天然繊維布の代わりにＰＥＴなどの合成繊維布も使用可能である．【００１０】  予備成形をされた丸棒状のフイルムや布で被覆された成形材料は、つぎに加熱して硬化させる．加熱の方法は、従来一般的に行われている加熱方法をそのまま採用できる．すなわち一定の温度に調整された箱型あるいはトンネル型の炉やオートクレーブなどが利用される．オートクレーブでは加熱と同時に加圧も出来る．しかしこれらの加熱方法では、長い丸棒には不便である．そこで加熱方法について検討を行った結果、鉄鋼管の中に丸棒状の予備成形品を緊張状態で挿入し、鉄鋼管の開口部を密閉し加熱する事によって長い丸棒でも直線を維持して加熱硬化することが出来た．加熱の方法は、鉄鋼管の中に高温の気体を導入するとともに鉄鋼管を外部からも加熱する．鉄鋼管の内壁に遠赤外線塗料を塗布すれば、丸棒の内部まで熱がとおり均一な加熱がなされる．また丸棒の直線度を正確に出すには、加熱のとき丸棒を垂直に両端を緊張状態に保って行うとよい．現在の引き抜き成形では内部に熱が伝わり難く４４ｍｍ径の丸棒までしか出来ないが本発明の方法では１００ｍｍ径の丸棒まで成形が可能である．さらに鉄鋼管は内部を高圧にする事が可能なので丸棒を加圧成形することも容易である．鉄鋼管はガス管や水道管などの鉄管やステンレス鋼管が使用可能である．鉄鋼管の長さは一般的に３ｍが標準となっているが、複数の鉄鋼管を連結する事によって長さを延長する事が可能である．加熱温度および加熱時間は、成形材料に使われた樹脂の硬化特性をもとに決められるが、加熱温度は５０ないし２５０℃、加熱時間は１時間以内で殆どの樹脂の成形を完了させることが出来る．丸棒１本の加熱硬化に要する時間は長いが、多数の丸棒を並列して加熱硬化作業ができるので引き抜き成形法よりも効率良く生産できる．たとえば引き抜き成形速度０．２ｍ／ｍｉｎのとき１時間あたりの生産量は１２ｍである．これにたいし本発明の方法では３ｍの鉄鋼管４本以上の生産を行えば良いことになる．本発明の成形法は引き抜き成形に比べて、少なくとも十倍以上の生産効率を上げる事も難しくない．
加熱硬化された丸棒は、被覆材であるフイルムや布を剥がし所定の寸法に仕上げて製品とする．フイルムは離型性に優れているので剥離面も平滑な表面状態となる．【００１１】  丸棒の径は、引き抜き成形では金型ダイスの径によって決まる．本発明の方法では、仕込んだ材料の単位長さ辺りの重量によって丸棒の径は決定される事が実験により分かった．丸棒の内部に空隙が極めて少なく、丸棒の比重はロービングと樹脂の比重の加重平均として計算が可能であり、丸棒の径は自由に設計できる特長がある．
【発明の効果】
【００１２】  本発明の丸棒の成形は、加熱加圧を金型ダイスではなく熱収縮性のフイルム単独または布を併用して丸棒状の予備成形品を被覆し、これを加熱したときに発生する収縮力を利用している．加熱も金型ダイスからの伝熱ではなく丸棒の周囲の温度を調整する事によって行う．加熱媒体である気体は高圧にする事が容易で加熱加圧が樹脂の硬化特性に合わせて行える．遠赤外線加熱による内部加熱も可能である．この加熱作業は複数の鉄鋼管を用いて併行して行えるので多量の丸棒の加熱加圧を同時に行える．これらの点は従来の引き抜き成形による時は不可能であった．また金型ダイスを使わないので、成形時に樹脂を絞られる事が無く、実験では２８ないし４０％の範囲で丸棒の樹脂分を調整できた．この結果、引き抜き成形による丸棒では１２０℃以上の熱処理を行うと亀裂を生じ易いという欠陥が、本発明の丸棒では完全に改善された．【００１３】  金型ダイスではインサートを入れる事は難しかった．本発明の成形法ではフイルムや布の被覆に障害とならない程度のインサートを丸棒に入れる事ができる．たとえば部分的に径を大きくしたり簡単な異形品を成形できるようになる．インサートはロービングのプリプレグや成形品が適している．金属部品なども可能である．【００１４】  加熱加圧条件を樹脂の硬化特性に合わせて最適となるようにできるので、樹脂の選択肢が広がり引き抜き成形法では使用不可能な樹脂配合が使用可能となる．また汎用的な樹脂を使えるので、価格の点も有利になる．
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  本発明の丸棒は、つぎの成形工程を経るのが最良である．
（１）ロービングおよび所要の樹脂を調整する．この工程は、引き抜き成形法とほぼおなじ内容となる．前項で述べた様に樹脂が引き抜き成形に比べて多様化することや丸棒の径が樹脂含率から計算されてロービングの準備がなされる事が主な相違点である．
（２）ロービングに樹脂を塗布する．これは樹脂浴にロービングを浸漬して行う．浸漬中にロービングは、凹凸のあるロールでしごかれ開繊される．開繊が不充分のときは、ロービングの境界線が残り丸棒に亀裂などのはいる原因となる．樹脂は無溶剤系のものが用いられるが、溶剤系のものも使用可能である．このときは後工程で乾燥する必要がある．樹脂を塗布したロービングは、つぎに所要の樹脂量に付着量を調整される．これは絞りローラで樹脂を絞って行われる．絞りロールの表面は樹脂量を調整するために凹凸状に加工してあるものが多く使われる．この凹凸はロービングを構成するガラス繊維の開繊を行う効果もある，絞りロールを通過した樹脂を塗布したロービングは平板状に潰れているので成形ロールで丸棒状に成形する．このときロービングの境界線が残らないように加圧方向を工夫する必要がある．
（３）樹脂量を調整され丸棒状に予備成形されたロービングは、熱収縮性のフイルムで被覆する．被覆の方法は斜行状にフイルムを巻きつけるのが自動化に適している．このほか平行巻き法やチューブ内に引き込んで被覆する方法があるが斜行巻きが最も機械化が容易である．この工程には、包装機械として汎用化されている長尺品用ストレッチング包装機を応用できる．フイルムの上に布を被覆する方法もフイルムと同じ方法で斜行巻きにして被覆する．被覆の表面から樹脂が浸出しないように気密を保つことが重要である．被覆した予備成形品の両端部も成形材料が露出しない様に袋状のフイルムを被せるなどの方法で気密を保つようにする．
（４）フイルムおよび布で被覆された丸棒状の予備成形品は、所定の長さに切断し切断端をクランプする．切断端は前項に記載したように気密を保つ必要がある．予備成形品はクランプを緊張した状態で鉄鋼管の中に誘導して固定する．つぎに鉄鋼管の両開口部を密閉する．鉄鋼管の径は丸棒の径より２倍以上大きくする．管の内部は予めセラミック系の遠赤外線塗料が塗布してある．鉄鋼管は垂直に保持され、所定の温度および圧力の圧縮空気が管の中に送りこまれる．鉄鋼管の周囲も高温に保たれ内部の温度維持をはかる．注意しなければならないのは、エポキシ樹脂および不飽和ポリエステル樹脂は硬化時に発熱するので、丸棒の中心部の温度が異常に高くなる事である．その場合は実施例１のように２段階に温度を変えて加熱する．
（５）所定の条件の加熱加圧を終えた丸棒は、冷却されたのち鉄鋼管から取りだし被覆してあるフイルムや布を剥がし、長さや径を所定の寸法に仕上げて丸棒とする．
以上が本発明を実施するための最良の形態である．つぎに具体的な実施例について説明する．
【実施例】
【００１６】  （実施例１）ロービング（韓国フアイバー社製  ＥＲＳ２３１０  アミノシラン処理）をエポキシ樹脂（シエル社製  ヱピコート８２８  ９７部、  Ｄｉｃｙ  ２．７部、ＢＤＭＡ  ０．３部）に浸漬し樹脂を含浸させる．ピッチ２ｍｍのネジ山状の凹凸を有する絞りロールを用いてロービング１００部に対し樹脂４５部となるように樹脂含率を調整する．ロービングのＴＥＸは２３１０なので１ｍあたりでは２．３１ｇとなり、樹脂は１．０３９５ｇ合計３．３４９５ｇとなる．いっぽう径１０ｍｍ長さ１ｍの丸棒の重量は、１６９ｇとなった．この計算から丸棒は５０束のロービングを引き揃えて行った．樹脂を含浸したロービングは、その先端から幅５０ｍｍ厚さ３０μｍのＰＥＴフイルムを斜行状に巻きつける．フイル厶は２０ｍｍずつ重なり合う様に包帯状に巻いた．その上から幅５０ｍｍの１１号木綿キャンバス製のテープを斜行状に巻きつけた．丸棒の両端はフイルムおよび木綿キャンバス製テープを約５０ｍｍ長くしておき、そこをクランプする．クランプした両端をスプリングで緊張した状態で内径２５ミリ長さ１．３ｍのガス管の内部に挿入する．このガス管の内部は予め遠赤外線塗料（日本ファインコーテイングス社製  ニッペキノコート２１）が塗布してある．丸棒がガス管の中心に固定される様にスプリングを管の両端に固定する．その後、ガス管は開口部を密閉する．ガス管は垂直に保持した状態とし、ガス管の中に温度１３０℃  圧力０．５ＭＰａの圧縮空気を注入する．この温度で２０分間おき、つぎに温度１８０度の圧縮空気に置きかえる．この温度で３０分加熱をつづける．ガス管の外面は、保温のために面上発熱体を巻きつけ内部の温度が下がらないようにする．この後内部の圧力を常圧に下げ、丸棒の表面温度が約６０℃まで冷風を送って冷却する．６０℃以下になったらガス管から成形品を取りだし、フイルムおよび木綿キャンバス製テープを剥がして径１０ｍｍの丸棒を得た．この丸棒は、ＩＥＣ１１０９の染料液透過試験で染料の透過は全く無かった．また１２０℃で３時間の加熱処理を行っても断面に亀裂を生じる事はなかった．【００１７】（実施例２）実施例１のエポキシ樹脂の代わりに、不飽和ポリエステル樹脂（武田薬品製ポリマール６３１１  ９０部、スチレン１０部、ＢＰＯ  １部）をロービングに含浸し加熱温度１５０℃  圧力０．２ＭＰａで２０分加熱し丸棒を成形した．この丸棒も染料液浸透試験で浸透は見られなかった．