(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のフィラメントから成る所定厚さで所定幅の帯状の糸を使用し、これに樹脂液を付着してフィラメントから成る帯状の糸の長さ方向に垂直な断面形状が丸くなるように成型し、貫通した穴を形成したことを特徴とするＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸。
【請求項２】
所々を潰して節を設け、所定の長さごとに穴を閉じた請求項１記載のＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸。
【請求項３】
外周面に細かい粒を付着した請求項１、又は請求項２記載のＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸。
【請求項４】
多数のフィラメントで構成されるチューブ状の糸を成型する方法において、多数のフィラメントから成る所定厚さで所定幅の帯状の糸を樹脂液付着回転ロールに接触させて移動することで樹脂液を付着し、該帯状糸はロール表面に密着して回転するが、ある位置にてロール表面から離れ、この際、該帯状糸の両側部は遅く離れると共に中央部が早く離れることで両側部は一部湾曲し、その後、引っ張られることで一段と丸まり、遂に両側端が突き合わされて、帯状糸の長さ方向に垂直な断面形状が丸くなるように成型されることを特徴とするＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸の成型方法。
【請求項５】
丸く成型した後に多量の細かい粒を外表面に付着した請求項４記載のＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸の成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多数のフィラメントで構成したチューブ状の糸及びその成型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のボディや航空機などに繊維強化プラスチックを使用する場合が多い。例えば、ガラス繊維、カーボン繊維など強化繊維のトウで織ったクロスに、ナイロン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂をマトリクスとして溶融含浸せしめたプリプレグは、輸送機器、スポーツ用具などの製造に用いられている。
【０００３】
しかし、このプリプレグは平板状のものであって変形させにくいため、成形の自由度が低く、また、強化繊維のトウ内部への樹脂の含浸が不十分になりやすいという問題もあり、そこで近年は、強化繊維とマトリクスとなる熱可塑性樹脂の繊維とを用いて、これらを混紡し、混紡トウとしたものをクロスに織ったプリプレグが用いられるようになっている。このプリプレグは、変形が容易で成形の自由度が高く、また、型に装填して熱圧を加えるとき、マトリクス繊維は溶融したその場で強化繊維のトウに含浸されるので、ＦＲＴＰの均質性も高くなる。
【０００４】
特開平６−３２２１５９号に係る「シート状ＦＲＴＰプリプレグの製法」は、強化繊維と熱可塑性樹脂からなるマトリクス繊維とを開繊しながら混合し、これにバインダーの溶液を含浸し、これをリボン状の混紡トウにまとめたうえでドラムワインドしてシート状に広げ、これによって形成されたシートを部分的に加熱融着してその繊維配列を固定し、シート状ＦＲＴＰプリプレグを製造するものである。
【０００５】
シート状ＦＲＴＰプリプレグを製造するに際して、トウの織成が不要であり安価に製造できる。また、繊維が一方向に配向しかつ空気層が排除されているので作業性が良好である。強化繊維とマトリクス繊維とが隣接しているのでマトリクスの含浸が均一に行われ、物性と均質性に優れたＦＲＴＰ製品が得られる。
【０００６】
このようにして製造されたＦＲＴＰ製品は物性と均質性に優れた高強度のシート状ＦＲＴＰプリプレグとなるが、ここで使用される糸はガラス繊維やカーボン繊維などの強化繊維とマトリクス繊維とを開繊しながら混合し、これにバインダー溶液を含浸したものである。従って、ＦＲＴＰプリプレグの強度は高くても従来の繊維強化プラスチック部材に比較して軽く出来ない。
【特許文献１】特開平６−３２２１５９号に係る「シート状ＦＲＴＰプリプレグの製法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように従来の繊維強化プラスチック部材には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、軽くて強度の高い繊維強化プラスチックを製造する為の補強繊維となるＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸を提供する。並びに該ＦＲＰプリプレグ用のチューブ状の糸の成型方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るチューブ状の糸は多数のフィラメントから成り、所定厚さと幅を有す帯状の糸を丸めてチューブ状に成型したものである。従って内部は空洞化した穴を有している。ところで、このチューブ状の糸の製造方法は、多数のフィラメントから成る所定厚さで所定幅の帯状の糸に樹脂を付着して丸められる。すなわち、帯状の糸を樹脂液付着回転ロールに接触させて移動させることで樹脂液を付着するが、帯状の糸を適度な張力で引くならば樹脂液付着回転ロールから離れると共に丸まって成型される。
【０００９】
そして、このチューブ状の糸は乾燥・固化されて巻取り器に巻き取られる。ところで、本発明のチューブ状の糸の所々に(一般には一定ピッチで)潰されて節を設けることもある。さらに、チューブ状の糸の外周に細かい粒を付着する場合もある。この粒の付着はチューブ状の糸として成型される工程の後に該粒の付着工程を設けることで行われる。
【００１０】
そして、チューブ状の糸を構成するフィラメントの材質はガラスフィラメント、炭素フィラメント、その他、高分子フィラメントなどが用いられる。又チューブ状の糸の外周面に付着する粒はガラス粒、炭素粒などで材質は限定しないことにする。さらに、帯状の糸を丸めてチューブ状の糸に成型する場合の樹脂液は接着性のあるものであればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のチューブ状の糸は内部が空洞化されて穴を有す糸であり、その為にチューブ状の糸の見かけの比重は非常に小さくなり、比重を１以下にすることも可能である。そして、上記チューブ状の糸を構成しているフィラメントはガラス繊維やカーボン繊維などの強化繊維が用いられることで、非常に高い引っ張り強度が得られる。そこで、該チューブ状の糸を補強材として用いて成形される強化プラスチック部材は軽くて強い強度を得ることが出来る。
【００１２】
そして、本発明のチューブ状の糸は帯状の糸を丸めて成型することが出来るが、該帯状の糸を樹脂液付着回転ロールに接触して移動させることで樹脂液を付着し、帯状の糸を適度な張力で引くことで樹脂液付着回転ロールから離れると共に丸まって成型される。すなわち、帯状の糸とロール表面との間に作用する樹脂液の表面張力と帯状の糸に作用する張力のバランスを利用することで丸く成型できる。
【実施例】
【００１３】
図１は本発明に係るチューブ状の糸を示している実施例であり、同図の１はチューブ状の糸、２はガラス球(中空)を表している。チューブ状の糸１は内部が空洞化した穴３を有し、その外周面４には多量の細かいガラス球２，２・・が付着して外周面４を被覆している。ここで、チューブ状の糸１は一部潰れて変形することで、その外形が円形ではなく、同じく穴３も円形断面に限るものではない。
【００１４】
上記チューブ状の糸は多数のガラスフィラメント１１で構成され、所定厚さで所定幅の帯状の糸を丸めてチューブ状の糸１に成型されている。例えば、１０μｍ程度の太さのガラスフィラメント約４２００本を使用して帯状にした糸である。図２はこの帯状の糸１２を表している。
【００１５】
図３は帯状の糸１２をチューブ状の糸に成型する為の成型装置を表している実施例である。同図の１３は給糸ロール、１４は樹脂液を入れた槽、１５は樹脂液付着回転ロール、１６はガラス球付着器、１７は乾燥器、１８は巻取りロールをそれぞれ表している。上記給糸ロール１３には開繊された帯状の糸１２が巻付いており、給糸ロール１３から帯状の糸１２が供給される。
【００１６】
給糸ロール１３から供給された帯状の糸１２は樹脂液付着回転ロール１５の上を移動することで帯状の糸１２には樹脂液が付着する。槽１４には樹脂液２６が満たされており、樹脂液付着回転ロール１５の下側一部はこの樹脂液２６に浸かって回転し、その為にロール表面２０に付着した樹脂液２６は帯状の糸１２に付着する。そして樹脂液２６が付着した帯状の糸１２は樹脂液付着回転ロール１５から離れると共にチューブ状の糸１９に丸まって成型される。
【００１７】
帯状の糸１２は巻取りロール１８にて引っ張られるが、樹脂液付着回転ロール１５に接触して樹脂液が付着した帯状の糸１２は、樹脂液付着回転ロール１５になじんだ状態で樹脂液付着回転ロール１５と共に回転してある程度巻き込まれる。しかし、帯状の糸１２には所定の張力が付勢されている為に、ある程度巻き込まれた位置で樹脂液付着回転ロール１５のロール表面２０から離れる。
【００１８】
帯状の糸１２は樹脂液付着回転ロール１５の回転に巻き込まれ、所定の位置でロール表面２０から離れるときに帯状の糸の張力と樹脂液との表面張力とのバランスで丸められて中空となる。そして、帯状の糸１２の両側端は樹脂液２６にて接着される。
【００１９】
図４は帯状の糸１２がチューブ状の糸に成型される各工程の断面図を表しているが、(ａ)は平坦な帯状の糸の断面拡大図、(ｂ)は帯状の糸が僅かに湾曲した場合の断面拡大図、(ｃ)は丸く湾曲した場合の断面拡大図、(ｄ)は丸まってチューブ状の糸と成った断面拡大図をそれぞれ表している。帯状の糸１２はロール表面２０に密着して回転するが、ある位置にてロール表面２０から離れるが、帯状の糸１２の両側部２１，２１は遅く離れ、中央部２２は早く離れる。その為に、図４(ｂ)に示すように湾曲する。
【００２０】
そして、さらに引っ張られることで一段と丸まって図４(ｃ)のようになり、遂には両側端が突き合わされて図４(ｄ)に示すようにチューブ状の糸１に成型される。チューブ状の糸１はガラス球付着器１６にて多量の細かいガラス球２，２・・が外周面に付着する。本発明ではガラス球２，２・・の付着方法は限定しないが、エアーにて吹付けることで外周面４に塗布されている樹脂液２６に付着することが出来る。
【００２１】
外周面４にガラス球２，２・・が付着したチューブ状の糸１は乾燥器１７を通過して乾燥される。図５は乾燥器１７の中心部をチューブ状の糸１が通過する場合を表しているが、乾燥器１７は内側に鉄管２３を、外側には保温材２４を有しており、鉄管２３と保温材２４との間にはヒータ２５が介在している。従って、ヒータ２５から発せられる熱は鉄管２３を加熱して中心部を移動する中空糸１を乾燥することが出来る。そして、乾燥したチューブ状の糸１は巻取りロール１８に巻き取られる。
【００２２】
このように成型されたチューブ状の糸１はその内部が連続した穴３となっている。従って、太さの割には軽い糸であるが、多数のガラスファイバー１１，１１・・にて構成しているために、その引張り強度は非常に高い。しかし、穴３は外力の作用で潰れることがあり、穴３が潰れるならば太さに対しての重さは大きくなってしまう。
【００２３】
そこで、本発明ではチューブ状の糸１の所々を潰して節２７，２７・・を形成する。節２７を設けることで節２７，２７・・に挟まれて形成している穴３は潰れることはない。すなわちエアーが漏れないためにチューブ状の糸１の外形が崩れることはない。従って、各節２７，２７・・で挟まれた穴３は閉じた空間となってエアーが漏れることはなく、チューブ状の糸１は潰れない。図６はチューブ状の糸１の所々を潰して穴３を閉じた場合であり、上記乾燥工程の前に加熱した工具を押圧することでチューブ状の糸１は潰されて内面が固着する。
【００２４】
ところで、本発明では樹脂液付着回転ロール１５の上を該ロールの回転と共に帯状の糸１２が移動することで、帯状の糸１２に樹脂液２６を付着し、樹脂液付着回転ロール１５に僅かに巻付いてから離れることで、本発明のチューブ状の糸１に成型される。しかし、この成型条件は樹脂液付着回転ロール１５の回転速度並びに樹脂液２６の濃度に影響される。一般には樹脂液付着回転ロール１５の回転速度が遅い場合には丸く成型され難く、樹脂液濃度が低いほど丸く成型され難い。
【００２５】
従って、樹脂液濃度を高くすると共に樹脂液付着回転ロール１５の回転速度を高めることで丸まってチューブ状の糸１に成型され易くなる。このように、チューブ状の糸１は樹脂成形部材の補強材として使用されるが、樹脂成形部材は軽くて高い強度を得ることが出来る。そしてチューブ状の糸１を補強材として用いた樹脂の成形部材はその比重を１以下とすることも可能であり、例えばボートの構成部材として利用することで底に穴があいても沈むことのないボートを構成することが可能となる。勿論、その他の各分野への利用価値も高く、自動車のバンパーなどの構成部材、航空機などへの応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る中空糸を示す実施例。
【図２】開繊した平坦な帯状の糸。
【図３】中空糸の成型装置の具体例。
【図４】帯状の糸が丸まる各工程の断面図。
【図５】乾燥器の断面図。
【図６】所々を潰して閉じた穴を形成した中空糸。
【符号の説明】
【００２７】
１  チューブ状の糸
２  ガラス球
３  穴
４  外周面
11  ガラスフィラメント
12  帯状の糸
13  給糸ロール
14  槽
15  樹脂液付着回転ロール
16  ガラス球付着器
17  乾燥器
18  巻取りロール
20  ロール表面
21  側部
22  中央部
23  鉄管
24  保温材
25  ヒータ
26  樹脂液
27  節
【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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