(57)【要約】【課題】寸法精度に優れ、外観品位の高い引抜成形品を、より高い成形速度で生産性よく製造することのできる引抜成形方法を提供すること。【解決手段】連続的に給糸した補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた基材を、加熱した引抜成形用金型空間に挿通するとともに、基材に張力を加えて引き抜くことにより、繊維強化樹脂を成形する引抜成形方法であって、金型空間内での基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分より、成形方向に垂直な金型空間の断面の面積を、基材入口側金型空間における対応する断面の面積より大きくすること、好ましくは１倍を超え１．１倍以下とすることを特徴とする、引抜成形品の製造方法。【選択図】図２
2009066912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に給糸した補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた基材を、加熱した引抜成形用金型空間に挿通するとともに、基材に張力を加えて引き抜くことにより、繊維強化樹脂を成形する引抜成形方法であって、金型空間内での基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分より、成形方向に垂直な金型空間の断面の面積を、基材入口側金型空間における対応する断面の面積より大きくすることを特徴とする、引抜成形品の製造方法。
【請求項２】
前記基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分における成形方向に垂直な金型空間の断面の面積を、さらに、前記基材入口側金型空間の対応する断面の面積の１．１倍以下とする、請求項１に記載の引抜成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、土木建築用補強材、スポーツ用品等に用いる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の引抜成形品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、引抜成形品の製造方法としては、一般に、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸した未硬化の補強繊維材料を、成形方向に垂直な金型空間の断面形状が入口から出口まで一定である引抜成形用金型空間を通過させつつ、加熱、硬化の工程を経て賦形させ、引抜成形する方法が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしこの方法では、基材中の熱硬化性樹脂の反応に伴う粘度上昇および体積増加に起因する、基材と金型空間の表面との摩擦により引抜抵抗が増大し、一定の速度以上には増速できない、あるいは硬化後の基材表面と金型空間表面との擦れにより外観品位を損なうという問題があった。また、増大した引抜抵抗に対応するためには引抜力の高い大型の設備が必要であり、この場合、高額の設備投資が必要となる。
【０００４】
上記問題に対し、金型を成形方向に短くし、繊維基材に含浸させた熱硬化性樹脂を未硬化あるいは半硬化状態で金型外に引き抜き、後硬化工程により硬化を完了させる方法もあるが（例えば、特許文献２参照）、成形品断面の縦横比が著しく小さい（若しくは大きい）場合、賦形が十分に行なわれないために基材に反り、ねじれ等の変形が生じ、目的とする断面形状が維持できないという問題がある。さらには賦形が十分に行なわれないため、必要な寸法精度が得られずまた外観品位も劣るという問題がある。
【０００５】
外観品位向上のため、引抜成形用金型空間の成形方向に垂直な断面を、入口から出口側にかけて多段階に拡大し、その段差部分に熱硬化性樹脂の注入口を設けた金型を用いた成形方法もあるが（例えば、特許文献３参照）、この場合、金型空間断面積の増加分熱硬化性樹脂が充填されるため、引抜抵抗を低下させることはできず、一定の速度以上には増速できないという問題がある。また基材表面に樹脂層が形成されることから成形品の重量が増加し、基材中の補強繊維含有率を一定以上に増加できないという問題があった。
【特許文献１】特願昭６３−１８９３８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２７２６３号公報
【特許文献３】特願平７−３３６６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記のような従来方法の問題点を解決し、寸法精度に優れ、外観品位の高い引抜成形品を、より高い成形速度で生産性よく製造することのできる引抜成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）連続的に給糸した補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた基材を、加熱した引抜成形用金型空間に挿通するとともに、基材に張力を加えて引き抜くことにより、繊維強化樹脂を成形する引抜成形方法であって、金型空間内での基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分より、成形方向に垂直な金型空間の断面の面積を、基材入口側金型空間における対応する断面の面積より大きくすることを特徴とする、引抜成形品の製造方法。
【０００８】
（２）前記基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分における成形方向に垂直な金型空間の断面の面積を、さらに、前記基材入口側金型空間の対応する断面の面積の１．１倍以下とする、前記（１）に記載の引抜成形品の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連続的に給糸した補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて基材とし、基材を加熱した引抜成形用金型空間に挿通するとともに、基材に張力を加えて引き抜くことにより、繊維強化樹脂を成形する引抜成形方法にあって、金型空間内での基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分より、基材出口側金型空間における基材引抜方向に垂直な断面積を、基材入口側金型空間における対応する断面積より大きくすることにより、基材と金型面との摩擦による引抜抵抗の上昇を抑えるだけでなく、基材が硬化後に金型内面との摩擦より外観品位を損なうこともなく、成形方向に垂直な断面形状の均一なＦＲＰ帯板状部材を、より高い成形速度で生産性よく提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、連続的に給糸した補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた基材を、加熱した引抜成形用金型空間に挿通するとともに、基材に張力を加えて引き抜くことにより、繊維強化樹脂を成形する引抜成形方法に関するものである。本発明に用いられる補強繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維等の高強度、高弾性率補強繊維や、これらの組合せからなる、ロービング、クロス、マット、不織布等が挙げられ、これらは単独でも使用できるし、併用しても良い。また、本発明において、補強繊維に含浸させる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等が好適に用いられる。
【００１１】
そして、本発明は、連続的に給糸された前記補強繊維に前記熱硬化性樹脂を含浸させた基材を、例えば図１に図示されるような金型（引抜成形用金型）の内部の空間に挿通し、その内部で熱硬化性樹脂を加熱、硬化（反応）させて、基材に張力を加えて金型から引き抜くことにより繊維強化樹脂を成形する方法である。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明で用いられる金型の引抜成形方向の断面図である。本発明で用いられる成形金型の金型空間は、成形時、基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部分より入口側の金型空間（Ｌ１）、および出口側の金型空間（Ｌ２）より構成される。図２は、上記金型を用いた引抜成形方法を説明する図である。
【００１４】
Ｌ１とＬ２の境界が、基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０％未満の位置にある場合、基材表面が未硬化の状態で基材と金型空間の表面の間に空隙ができることになり、賦形が十分に行なわれず成形品の外観品位を著しく損なう、あるいは未硬化の基材が体積膨張し、成形品内部にボイドが発生する可能性がある。またＬ１とＬ２の境界が、熱硬化性樹脂の反応率が８０％を超える位置にあるとき、熱硬化性樹脂の粘度あるいは体積が最大となる部分で成形金型と基材表面の摩擦が生じ、引抜抵抗の低減効果は得られない。
【００１５】
なお熱硬化性樹脂の反応率は、次式より算出できる。
【００１６】
α＝（Ｑ／Ｑ０）×１００
ここで、α：反応率［％］、Ｑ：αとなるまでの発熱量、Ｑ０：反応終了までの総発熱量である。
【００１７】
Ｌ１およびＬ２の境界は、不連続的に変化すると、断面積差部分に、金型と基材表面の摩擦によるスケールが溜まりやすく、成形品の外観を損なう原因となる可能性があるため、テーパ状に断面の面積が増加することが好ましい。また、Ｌ２部の断面積Ｔ２は、Ｌ１部の断面積Ｔ１に対し、断面積比Ｔ２／Ｔ１が１倍を超え１．１倍以内であることが好ましい。
【００１８】
Ｔ２／Ｔ１が１倍以下のとき、本発明の引抜抵抗の低減効果は得られず、その一方で、１．１倍を超えると、半硬化の基材と金型空間の表面に過剰な空隙が生じるため、賦形が十分に行なわれず、得られる引抜成形品の断面形状が変形する問題が生じる可能性があるからである。
【００１９】
金型空間の断面形状は、通常の引抜成形と同様に必要とする成形品の断面形状によって決めればよく、特に限定されるものではない。例えば、円形、楕円形、多角形、台形、日形、目形、アルファベットの文字、漢字、平仮名、カタカナ等の一筆文字等が挙げられる。
【００２０】
成形金型の材質としては、スチール、アルミニウム、ＺＡＳ等を使用することができるが、なかでも耐熱性、耐磨耗性、耐久性、表面平滑性に優れる、内面にメッキ処理をしたスチール製が好ましい。
【００２１】
本発明は、以下に詳述する成形方法が、生産性に優れる上に得られる成形品の外観品位を維持できる点から好ましい。
【００２２】
すなわち、本発明は、成形品を形成する金型空間の断面形状が、成形方向に対し基材中の熱硬化性樹脂の反応率が５０〜８０％となる部位より大きくなり、かつその断面積の増加率が１倍を超える、好ましくは１倍を超え１．１倍以下である金型を用いて引抜成形品を製造する。まず、連続的に給糸した補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて基材とし、基材を加熱した引抜成形用金型空間に挿通するとともに、基材に張力を加えて引抜成形品を得る。なお、金型空間は所定温度に保持する。この場合、金型温度は、熱硬化性樹脂の種類によっても異なるが、通常１００℃以上、好ましくは１１０〜２００℃に設定する。ここで金型温度が１００℃未満であると熱硬化性樹脂が反応率５０〜８０％となるまでの熱量を基材に供給するのにより長い通過時間が必要となり、また金型温度が２００℃を超えると、熱硬化性樹脂の急激な反応により基材中にボイドが発生するため好ましくない。
【００２３】
なお、本発明で規定する熱硬化性樹脂の反応率は、例えば、以下のとおりに測定する。
【００２４】
（Ａ）発熱量Ｑ、反応終了までの総発熱量Ｑ０
熱硬化性樹脂を含浸させた基材と一緒に熱電対を流し、金型空間内での樹脂温度の変化を追跡する。横軸を引抜成形方向に対応する金型入口からの位置、縦軸を樹脂温度としたプロファイルにおいて、樹脂温度がレベルオフする位置までのプロファイルを積分すると樹脂の総発熱量Ｑ０が、任意の位置までのプロファイルを積分すると、その位置に達するまでの発熱量Ｑが得られる。
【００２５】
（Ｂ）熱硬化性樹脂の反応率α
上記（Ａ）で求められた、任意の位置までの発熱量Ｑと反応終了までの総発熱量Ｑ０から、
α＝（Ｑ／Ｑ０）×１００
より、熱硬化性樹脂の反応率α［％］の金型の引抜成形方向の分布を求める。
【００２６】
そして、本発明では、このようにして求められたαが５０〜８０％となる、金型の引抜成形方向のある箇所を特定した時に、成形方向に垂直な金型空間の断面の面積が、基材入口側金型空間における対応する断面の面積より大きくなっていることが重要である。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明が実施例に記載の態様に限定される訳ではない。
【００２８】
（実施例１）
繊維基材として、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−２４ｋのストランド（平均単糸径：７μｍ、単糸数：２４，０００本）１２０本を用いた。未硬化の熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂に硬化剤（無水フタル酸誘導体）が混合されたものを用いた。
【００２９】
図２に示すように、繊維基材を、上記の硬化剤が混合された未硬化の熱硬化性樹脂に浸漬させ、余剰の樹脂を掻き取った後、成形方向の中央部を１８０℃に保持した金型空間を通過させつつ加熱・硬化させて、連続的に０．５ｍ／分の速度で引き抜いた。金型としては、全長を６００ｍｍ、金型空間高さを１．５ｍｍ、金型空間幅を１００ｍｍとし、基材入口から４００ｍｍの位置より入口から４８０ｍｍの位置まで、傾斜角０．０７°のテーパ状に断面形状を変化させ、入口から４８０ｍｍでの金型空間の断面形状を、高さ１．６ｍｍ、幅１００ｍｍとし、出口側金型空間の断面積を入口側金型空間の断面積の１．０７倍とした。なお、熱硬化性樹脂の反応率を確認するために、基材中と一緒に熱電対を流して熱硬化性樹脂の発熱量を追跡し反応率を求めたところ、基材入口側より４００ｍｍの位置の金型空間で熱硬化性樹脂の反応率は５０％、４８０ｍｍでの反応率は８０％であることを確認することができた。
【００３０】
このときの引抜抵抗は５００〜６００ｋｇであり、ＦＲＰ部材の外観、形状ともに良好であった。
【００３１】
また、上記方法により成形されたＦＲＰ部材について、ＪＩＳ−Ｋ７０７３（１９８８）に準拠して引張試験を行ったところ、引張強度は３３１８ＭＰａ、引張弾性率は１６９ＧＰａであった。
【００３２】
（比較例１）
繊維基材として、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−２４ｋのストランド（平均単糸径：７μｍ、単糸数：２４，０００本）１２０本を用いた。未硬化の熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂に硬化剤（無水フタル酸誘導体）が混合されたものを用いた。
【００３３】
次に、繊維基材を、上記の硬化剤が混合された未硬化の熱硬化性樹脂に浸漬させ、余剰の樹脂を掻き取った後、成形方向の中央部を１８０℃に保持した金型空間を通過させつつ加熱・硬化させて、連続的に０．５ｍ／分の速度で引き抜いた。金型としては、全長を６００ｍｍ、金型空間高さが１．５ｍｍ、金型空間幅が１００ｍｍであり、基材入口側から出口側まで金型空間の成形方向に垂直な断面形状が一定である金型を用いた。
【００３４】
このとき、引抜抵抗は１２００〜１８００ｋｇであり、成形されたＦＲＰ部材の表面は金型との摩擦により著しい外観不良を生じた。
【００３５】
また、上記方法により成形されたＦＲＰ部材について、ＪＩＳ−Ｋ７０７３（１９８８）に準拠して引張試験を行ったところ、引張強度は３２９５ＭＰａ、引張弾性率は１６５ＧＰａであった。
【００３６】
次に、基材を上記金型空間に通過させつつ加熱・硬化させ、連続的に０．３ｍ／分の速度で引き抜いた。
【００３７】
このとき、引抜抵抗は７００〜８００ｋｇであり、成形されたＦＲＰ部材の外観は良好であった。但し、成形速度を０．５ｍ／分から０．３ｍ／分に下げたため、引抜成形品の生産性は悪化している。
【００３８】
また、上記方法により成形されたＦＲＰ部材について、ＪＩＳ−Ｋ７０７３（１９８８）に準拠して引張試験を行ったところ、引張強度は３２５２ＭＰａ、引張弾性率は１７１ＧＰａであった。
【００３９】
（比較例２）
繊維基材として、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−２４ｋのストランド（平均単糸径：７μｍ、単糸数：２４，０００本）１２０本を用いた。未硬化熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂に硬化剤（無水フタル酸誘導体）が混合されたものを用いた。
【００４０】
次に、繊維基材を、上記の硬化剤が混合された未硬化熱硬化性樹脂に浸漬させ、余剰の樹脂を掻き取った後、成形方向の中央部を１８０℃に保持した金型空間を通過させつつ加熱・硬化させて、連続的に０．５ｍ／分の速度で引き抜いた。金型としては、全長を６００ｍｍ、基材入口の金型空間の高さを１．５ｍｍ、幅を１００ｍｍ、基材出口の金型空間の高さを１．４ｍｍ、幅を１００ｍｍとし、基材入口側より出口側まで、傾斜角０．０１°のテーパ状に断面形状を変化させたものを用いた。このときの引抜抵抗は４００〜５００ｋｇであり、ＦＲＰ部材は表面に凹凸があり、内部にもボイドが認められた。
【００４１】
また、上記方法により成形されたＦＲＰ部材について、ＪＩＳ−Ｋ７０７３（１９８８）に準拠して引張試験を行ったところ、引張強度は２９８７ＭＰａ、引張弾性率は１６６ＧＰａとなり、引張強度は実施例に比べ１０％低い値となった。
【００４２】
（比較例３）
繊維基材として、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−２４ｋのストランド（平均単糸径：７μｍ、単糸数：２４，０００本）１２０を本用いた。未硬化熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂に硬化剤（無水フタル酸誘導体）が混合されたものを用いた。
【００４３】
次に、繊維基材を、上記の硬化剤が混合された未硬化熱硬化性樹脂に浸漬させ、余剰の樹脂を掻き取った後、成形方向の中央部を１８０℃に保持した金型空間を通過させつつ加熱・硬化させて、連続的に０．５ｍ／分の速度で引き抜いた。金型としては、全長を６００ｍｍ、基材入口の金型空間の高さを１．５ｍｍ、幅を１００ｍｍとし、基材入口から４８０ｍｍの位置より入口から６００ｍｍの位置まで、金型空間の断面形状を傾斜角０．０５°のテーパ状に増加させ、基材出口の金型空間の高さを１．６ｍｍ、幅を１００ｍｍとした。このときの引抜抵抗は７００〜９００ｋｇであり、ＦＲＰ部材の表面は金型との摩擦により外観不良を生じた。
【００４４】
また、上記方法により成形されたＦＲＰ部材について、ＪＩＳ−Ｋ７０７３（１９８８）に準拠して引張試験を行ったところ、引張強度は３３２９ＭＰａ、引張弾性率は１６８ＧＰａであった。
【００４５】
これらの比較例の結果を表１にまとめて示した。
【００４６】
【表１】
2009066912.tif 000003
【００４７】
表１から明らかなように、本発明の実施例の場合には、比較例に比べて成形時の引抜抵抗値は減少し、外観形状が良好な成形品をより高い速度で成形することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のＦＲＰ成形用金型の成形方向の断面図である。
【図２】引抜成形の工程図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  金型
２  補強繊維
３  樹脂含浸浴
４  樹脂含浸繊維基材
５  余剰樹脂掻取り装置
６  成形品
Ｌ１  入口側金型空間
Ｌ２  出口側金型空間
Ｔ１  入口側金型空間の成形方向に垂直な断面形状
Ｔ２  出口側金型空間の成形方向に垂直な断面形状
ＭＤ  成形方向
【図１】
2009066912.tif 000004
【図２】
2009066912.tif 000005