(57)【要約】本発明は、製造効率が高く、高強度の繊維強化プラスチック成形体とその製造方法を提供することを目的としている。強化繊維束の構成繊維が１００００本以上であって、同強化繊維束の縦取り給糸時に付与される撚りの方向とは逆方向で撚り数がほぼ同一である撚りが付与され巻き取られた縦取り給糸用の強化繊維巻体を使用して、強化繊維を縦取り給糸し、繊維強化プラスチック成形体を製造する。得られた成形体に含まれる強化繊維の撚り数は実質的にゼロである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維巻体から強化繊維束を縦取り給糸して製造されてなる繊維強化プラスチック成形体にあって、
縦取り給糸用の前記強化繊維巻体に巻かれた強化繊維束が１００００本以上の構成繊維からなり、縦取り給糸時に付与される撚りの方向とは逆方向の撚りを有し、その撚り数もほぼ同一であり、
同プラスチック成形体に含まれる強化繊維束の撚り数が実質的にゼロであること、
を特徴とする繊維強化プラスチック成形体。
【請求項２】
強化繊維巻体から給糸される強化繊維束の幅Ｗが４．０（ｍｍ）以上である請求項１記載の繊維強化プラスチック成形体。
【請求項３】
強化繊維巻体から給糸される強化繊維束の幅Ｗが６．０（ｍｍ）以上である請求項１記載の繊維強化プラスチック成形体。
【請求項４】
前記強化繊維束の７トウ強度が４．０ＧＰａ以上、弾性率が２２０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体。
【請求項５】
強化繊維巻体から強化繊維束を縦取り給糸して繊維強化プラスチック成形体を製造する方法にあって、
前記強化繊維束が１００００本以上の単繊維から構成され、
縦取り給糸用の前記強化繊維巻体に巻かれる前記強化繊維に、縦取り給糸時に付与される撚りと撚り数がほぼ同一であって、給糸時に付与される撚り方向とは逆方向の撚りを付与することを含んでなることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項６】
強化繊維巻体から給糸される強化繊維束の幅Ｗを４．０（ｍｍ）以上とすることを含んでなる請求項５記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項７】
強化繊維巻体から給糸される強化繊維束の幅Ｗを６．０（ｍｍ）以上とすることを含んでなる請求項５記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項８】
前記強化繊維束のトウ強度を４．０ＧＰａ以上、弾性率を２２０ＧＰａ以上とすることを含んでなる請求項５〜６のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、軽量で且つ高強度の繊維強化プラスチック成形体に関し、特に、極めて高い強度が要求される圧力成形体、回転体及び石油輸送用パイプなどにも利用可能である繊維強化プラスチック成形体に関する。
背景技術
従来、高圧ガスの貯蔵タンクとして鋼鉄製の容器が用いられている。しかしながら、この鋼鉄製の貯蔵タンクはその材質が鋼鉄製であるがため重量が大きく、移動や輸送等に労力を費やすものであった。
例えば、気体燃料を用いる自動車の燃料貯蔵タンクに鋼鉄製の貯蔵タンクを用いる場合には、燃料消費量を減らすべく車体重量を小さくするために、燃料貯蔵タンクの重量をも軽量化することが求められている。或いは、例えば、消防士やスキューバダイビング用のエアタンク等の人間が担ぐような用途のガス貯蔵タンクでも、人間への負担を減らすために同タンクの軽量化が求められている。
そこで、高圧ガスの貯蔵タンクとして、従来の鋼鉄製のものに替えて、樹脂や金属製のライナーに繊維強化プラスチックを巻き付けて補強した貯蔵タンクが用いられるようになっている。この繊維強化プラスチックを用いた高圧ガスの貯蔵タンクは、ガスの高い充填圧力を維持しつつ軽量化がなされたものである。
また、フライホイール等のロータとしては古くから鋼鉄製の容器が用いられている。一般に貯蔵エネルギーは強度を密度で割った比強度に比例する。鋼と炭素繊維強化プラスチックの性能を比較し、下表に示す。
【表１】
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鋼鉄製ロータは炭素繊維強化プラスチック製ロータと比較すると、そのエネルギー貯蔵性能は１／３０程度である。特に鋼鉄製ロータを自動車等の移動用途に用いた場合には、寸法、重量ともに大きく不都合である。そのため、現在ではロータとして炭素繊維等の強化繊維を用いた繊維強化プラスチック材料が用いられるようになってきた。
また、石油輸送用パイプとしても古くから鋼鉄製のパイプが用いられる。原油は硫化水素や炭酸を含んでおりその輸送管は耐食性を必要とする。また、場合によっては石油が５０〜１００気圧の高圧な状態で噴出し、機械的耐久性を要する。
一般に鋼製のパイプは安価であるが、耐食性や機械的耐久性に問題があり、各種の防食処理や腐食部メンテナンスを必要とする。そのため、現在では石油輸送用パイプにも炭素繊維等の強化繊維を用いた繊維強化プラスチック材料が用いられるようになってきた。
かかる繊維強化プラスチックを用いた各種成形品を製造する工程において、強化繊維を巻き付けるための代表的な方法としては、フィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法という。）が挙げられる。この方法は、連続強化繊維に樹脂を塗布しながら、同繊維を鉄芯やプラスチックスライナーに巻き付け、樹脂を硬化させることにより成形体を製造する方法である。
このＦＷ法における繊維の給糸方式としては、図１に示すように、ボビンを縦に置き、その内側又は外側から繊維を縦取りで給糸する方式（以下、プル方式という。）や、図２に示すように、ボビンがクリールに横置きで支持され、一定のバックテンションを与えて、ボビンを回転させながら給糸する方式（以下、クリール方式という。）が一般的である。
これら給糸方式のうち、プル方式は、使用中の繊維の終端を次に使用する繊維の始端に予め連結しておくことができるため、糸替え時に製造を中断させることなく、連続的な製造が可能となり、生産性が良好である。その反面、縦取りで給糸する際に繊維に撚りが付与されてしまうことは否めず、この撚りにより強化繊維の強度が低下し、成形した圧力タンクもその強度が低下し、気体の充填圧力を低くせざるを得ないという問題があった。
こうした問題に対処するため、例えば特公平１−３３３４２号公報には、ガラス繊維を強化繊維とする縦取り給糸による繊維強化プラスチック成形体の製造方法が開示されている。この公報によれば、ガラス繊維として複数のストランドを平行に引揃えたロービングを、１回の巻付け長当り１回の割合で、撚りを与えながら円筒状に巻付けた巻体とし、この巻体からロービングを逆撚りの方向に引出し、引出されたロービングに液状の熱硬化樹脂を含浸させて、フィラメントワインディング法によりガラス繊維強化プラスチック成形体を得ている。
しかして、この公報に記載されたガラス繊維強化プラスチック成形体の製造技術が開発された時点で使われるガラス繊維束は、繊維強化プラスチック成形体に上述のごとき高強度が要求されていないことと、繊維束の構成繊維本数が少なくロービング断面が円形でもあったことから、たとえガラス繊維束に多少の撚りが加わったときの、プラスチック成形体の強度低下による支障は生じなかった。
しかるに、近年のごとく強化繊維として炭素繊維が多用されるようになり、しかも生産性を上げるため強化繊維束を構成する単繊維本数が、前述のガラス繊維強化プラスチック成形体の製造技術の開発時と比較すると、数万本と大幅に増加している。このように構成繊維の本数が多い繊維束は、上述のごとき巻体とされるまでに、偏平化してしまい、僅かな撚りが残っていても、その撚りの部分がテープを折り曲げたときと同様の折り曲げ形態をとり、或いはその撚りの部分で絞られて極端に細くなり、構成繊維同士に剪断力が作用して、繊維強化プラスチック成形体としての強度を極端に低下させてしまう。
一方のクリール方式では、給糸の際に繊維に撚りが付与されることはないため、気体の充填圧力を高くできるといった利点がある。しかしその反面、使用中の繊維の終端を次に使用する繊維の始端と予め連結させることができないため、糸替えのために製造を一時停止しなければならず、生産性が悪かった。
本発明は上述した問題を解決すべくなされたものであり、繊維強化プラスチック成形体の製造効率を低下させることなく製造でき、且つ高強度である繊維強化プラスチック成形体を提供することを目的としている。
発明の開示
かかる目的を達成するために、本発明は強化繊維巻体から強化繊維束を縦取り給糸して製造されてなる繊維強化プラスチック成形体にあって、縦取り給糸用の前記強化繊維巻体に巻かれた強化繊維束が１００００本以上の構成繊維からなり、縦取り給糸時に付与される撚りの方向とは逆方向の撚りを有し、その撚り数もほぼ同一であり、同プラスチック成形体に含まれる強化繊維束の撚り数が実質的にゼロであることを主な構成としている。
本発明の繊維強化プラスチック成形体を製造するには、先ず、縦取り給糸用の強化繊維巻体を準備する。この巻体に巻かれている強化繊維束の構成繊維の本数は１００００本以上である。このように構成繊維の本数が多くなると、この繊維束の断面を円形のまま以降の行程を通すと、所望の肉厚を有する繊維強化プラスチック成形体が得にくくなる。しかも、構成繊維の本数が多くなると円形断面を保持しにくくなり、必然的に長円形断面になりやすい。このような偏平断面化すると、僅かでも撚りが加わった場合には、その撚りの部分で構成繊維が広い領域にわたり極端に折れ曲がり、製造後の繊維強化プラスチック成形体の強度を局部的に大幅に低下させる。
そのため、前述のように構成繊維の本数が多い強化繊維束である場合には、特に縦取り方式による給糸後の繊維束には僅かな撚りもあってはならない。そこで、本発明に使われる強化繊維束の巻体は、縦取りによる給糸の際に必然的に付与される撚りとは逆方向で、撚り数がほぼ同一の撚りが付与されて巻き取られている。この巻体に付与されている撚り数は、０．１〜２（回／ターン）の範囲であることが好ましく、更に好ましくは、前記巻体には０．５〜１．５（回／ターン）の範囲で撚りを付与する。なお、この巻体に付与する撚りは、プル方式による給糸時に必然的に付与される撚り方向とは逆方向の撚りであることが重要であり、その撚り方向とは、繊維方向に対して時計回りのＳ方向もしくは反時計回りのＺ方向のいずれか一方向である。
かかる強化繊維巻体から強化繊維束を縦取りにより給糸し、更に同繊維束に樹脂を塗布してから、金属製又は樹脂製のライナーの表面に巻きつけた後、前記樹脂を硬化させて、例えば圧力タンクなどの繊維強化プラスチック成形体が製造される。
本発明にあっては、上述したように、給糸時に必然的に付与される撚りとは反対方向の撚りが予め付与された強化繊維巻体からプル方式で給糸しているため、この給糸によって、先に付与されている撚りとは逆方向の撚りが付与されて、先に付与された撚りが給糸時に解撚され、実質的に撚りのない状態で強化繊維束が供給される。このような方法で得られた本発明の繊維強化プラスチック成形体は、同プラスチック成形体に含まれる強化繊維束の撚り数が実質的にゼロである。そのため、前記成形体は強化繊維の特性が十分に機能し、高い強度を備えたものとなる。
なお、本発明では、給糸時に必然的に付与される撚りとは反対方向の撚りを予め付与した強化繊維巻体からプル方式で給糸しており、前記巻体に予め付与する撚り数と、給糸時に必然的に付与される撚り数とを制御することにより、成形体に含まれている強化繊維束の撚り数をゼロにすることは理論的に可能である。しかしながら、実際には得られた成形体に含まれる強化繊維束に若干の撚りが付与されていることもある。この本発明の成形体に含まれる強化繊維束の撚り数は、０〜１（回／ｍ）の範囲であることが好ましい。
この範囲の上限は、実際に製造された本発明の成形体の強化繊維束に現れる撚り数の最大値である。また、前記範囲の下限は、上述した横取り給糸により製造して得られた成形体に含まれる強化繊維束に存在する撚り数の上限である。本発明の成形体に含まれる強化繊維束の撚り数は、横取り給糸による成形体に含まれる強化繊維束の撚り数よりも大きいが、上述の範囲にあれば強化繊維の特性を十分に発揮でき、得られた成形体の強度も横取り給糸により製造された成形体と同等の強度が得られる。
しかも、上述したように強化繊維束を縦取り（プル方式）で給糸しているため、強化繊維巻体の終端を予め次の強化繊維巻体の始端に連結させて、糸替え時にも製造装置を停止したり減速させることなく、連続して製造が可能である。そのため、本発明の繊維強化プラスチック成形体を高効率で製造することができる。
なお、前記強化繊維巻体の強化繊維束に付与されている撚り数の測定方法は、前記巻体をクリール等にセットし、給糸時に撚りが入らないような条件で１０ターン分の繊維束を引き出した時の、前記繊維に生じている撚り数を５回測定し、その平均値で表わした。
また、本発明にあって上記強化繊維巻体から給糸される強化繊維束の幅Ｗが４．０（ｍｍ）以上であることが好ましく、６．０（ｍｍ）以上であることがより好ましい。本発明にあっては、強化繊維巻体から給糸される強化繊維束の断面形状は出来るだけ偏平であることが樹脂を均等に含浸しやすくなるばかりでなく、所望の肉厚の繊維強化プラスチック成形体が得やすいため好ましく、特に強化繊維束の幅Ｗが４．０（ｍｍ）より狭くなると、相対的に強化繊維束の厚みが増加し、樹脂の均等な含浸が期待できず、薄い肉厚の繊維強化プラスチック成形体が得にくくなる。
本発明で使用される強化繊維の材質は特に限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などを使用することができるが、特に、本件請求項２に係る発明では、前記強化繊維はトウ強度が４．０ＧＰａ以上、弾性率が２２０ＧＰａ以上であることを特徴としている。上記トウ強度及び弾性率を有する繊維を用いることにより、強度特性に優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。また、強化繊維の供給本数についても特に限定されるものではなく、１本でも複数本でもよい。更には、複数の種類の強化繊維を用いることもできる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適な実施形態について、具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。
（実施例１）
２４０００本の構成繊維からなる炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ、繊維幅６．０７ｍｍ、繊維厚み０．１８ｍｍ）に、予め繊維進行方向に対して時計回りに１（回／ターン）の撚りを付与して直径７６．２ｍｍの巻き芯に巻き取ったスプールを準備した。同スプールから巻き芯の紙管を崩して除去し、４軸制御のフィラメントワインデイング機を用いて、前記スプールの内側からトウを引き出して縦取り（プル方式）で給糸した。この時、給糸本数は５本であった。このプル方式による給糸時に、繊維方向に対し反時計回りに約１（回／ターン）の撚りが付与されるようにした。予め、各スプールの撚り数を５回測定したところ、平均０．９〜１．２（回／ターン）であった。
フィラメントワインディング機には直径φ３００ｍｍ、長さ８００ｍｍ、平均厚み４ｍｍのアルミライナーをセットし、炭素繊維トウにエポキシ樹脂（三菱レイヨン株式会社製：＃７００Ｂ）を塗布し、所定の積層構成、板厚で約１２ｍｍになるように巻き付けた。巻き付けたライナーを硬化炉に入れ１５０℃で３時間キュアしたのち、室温まで３時間で冷却し、炭素繊維強化プラスチック製タンクを得た。得られたタンクに含まれている強化繊維の撚り数の理論平均は、０．１５（回／ｍ）であり、実質的にゼロであった。
（比較例１−１）
炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を撚りを付与せずに通常の方法で巻き取ったスプールを、４軸制御のフィラメントワインデイング機にセットし、クリール方式で給糸した。この時、給糸本数は５本であった。実施例１と同様に、フィラメントワインディング機に直径φ３００ｍｍ、長さ８００ｍｍ、平均厚み４ｍｍのアルミライナーをセットし、炭素繊維のトウにエポキシ樹脂（三菱レイヨン株式会社製：＃７００Ｂ）を塗布し、巻き付け、硬化し、炭素繊維強化プラスチック製タンクを得た。得られたタンクに含まれている強化繊維には撚りが加わっていなかった。
（比較例１−２）
上記実施例１と同一のフィラメントワインデイング機を用い、炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を撚りを付与せずに通常の方法で直径７６．２ｍｍの巻き芯に巻き取ったスプールから、前記巻き芯の紙管を除去して床に載置し、前記スプールの内側からトウを引き出す、所謂プル方式で給糸した。このときの給糸本数は実施例１と同様、５本とした。更に、実施例１と同様に、フィラメントワインディング機に直径φ３００ｍｍ、長さ８００ｍｍ、平均厚み４ｍｍのアルミライナーをセットし、同様にエポキシ樹脂（三菱レイヨン株式会社製：＃７００Ｂ）を塗布し、巻き付け、硬化し、炭素繊維強化プラスチック製タンクを得た。得られたタンクに含まれている強化繊維トウの撚り数は、理論平均２．７（回／ｍ）であった。
上記実施例１及び比較例１−１，１−２の炭素繊維強化プラスチック製タンクを水圧破壊試験機にセットし、それぞれ３個を水圧で破裂させた時の破裂圧力を測定したところ、下記の結果を得た。
実施例１　　　：　１１６．３ＭＰａ
比較例１−１　：　１１８．１ＭＰａ
比較例１−２　：　　８６．２ＭＰａ
プル方式による給糸時に必然的に付与される撚りと反対方向の撚りが予め付与されているクリールを用い、プル方式により給糸して得られた実施例１のタンクは、クリール方式で給糸した比較例１−１のタンクと比較しても、同等の破裂圧力を備えており、比較例１−１のタンクに対する強度低下率も約２％にとどっている。これは、プル方式での給糸時に必然的に加わる撚りによって、予め付与された撚りが解撚され、強化繊維トウは実質的に無撚りの状態でライナーに巻き付けられ、得られたタンクに含まれている強化繊維に加わっている撚り数は０．１５（回／ｍ）と少なく同撚り数は実質的にゼロであり、前記強化繊維はその強度を十分に発揮でき、高強度なタンクが得られるものである。
これに対して、撚りが付与されていない通常のクリールからプル方式で給糸して得られた比較例１−２のタンクは、比較例１−１のタンクと比較して、約２７％もの強度低下を発生させることが判明した。これは、プル方式により給糸することにより、強化繊維トウは撚りが付与されてしまった状態で、同トウがライナーに巻きつけられる。得られたタンクに含まれている強化繊維トウに加わっていた撚り数も２．９（回／ｍ）と大きく、前記強化繊維はその強度を十分に発揮することができないため、強度低下を来すものである。
（実施例２）
炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）に、予め繊維進行方向に対して時計回りに１回転／ターンの撚りを付与して直径７６．２ｍｍの巻き芯に巻き取ったスプールを準備した。同スプールから巻き芯の紙管を崩して除去し、３軸制御のフィラメントワインデイング機を用いて、前記スプールの内側からトウを引き出して縦取り（プル方式）で給糸した。この時、給糸本数は５本であった。このプル方式による給糸時に、繊維方向に対し反時計回りに約１（回／ターン）の撚りが付与されるようにした。予め、各スプールの撚り数を５回測定したところ、平均０．９〜１．２（回／ターン）であった。
フィラメントワインディング機には直径φ３００ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼製マンドレルをセットし、炭素繊維のトウにエポキシ樹脂（三菱レイヨン株式会社製：＃７００Ｂ）を塗布し、周巻きのみの構成で板厚で約５０ｍｍになるように巻き付けた。繊維トウが巻き付けられたライナーを硬化炉に入れ１５０℃で３時間キュアしたのち、室温まで３時間で冷却し、炭素繊維強化プラスチック製ロータを得た。得られたロータに含まれる強化繊維トウの撚り数は理論平均で０．０６（回／ｍ）と実質的にゼロであった。
（比較例２−１）
実施例２と同一の炭素繊維のトウ（三菱レイヨン製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を撚りを付与せずに通常の方法で巻き取ったスプールを、３軸制御のフィラメントワインデイング機にセットし、クリール方式で給糸した。
この時、給糸本数は５本であった。実施例１と同様に、フィラメントワインディング機に直径φ３００ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼製マンドレルをセットし、炭素繊維トウにエポキシ樹脂（三菱レイヨン製：＃７００Ｂ）を塗布し、実施例２と同様に巻き付け、硬化し、炭素繊維強化プラスチック製ロータを得た。得られたロータに含まれる強化繊維のトウには撚りが加わっていなかった。
（比較例２−２）
上記実施例２と同一のフィラメントワインデイング機を用い、炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を撚りを付与せずに通常の方法で直径７６．２ｍｍの巻き芯に巻き取ったスプールから、同巻き芯の紙管を除去して床に載置し、前記スプールの内側からトウを引き出す、所謂プル方式で給糸した。このときの給糸本数は実施例２と同様、５本とした。更に、実施例２と同様に、フィラメントワインディング機に直径φ３００ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼製マンドレルをセットし、同様にエポキシ樹脂（三菱レイヨン株式会社製：＃７００Ｂ）を塗布し、巻き付け、硬化し、炭素繊維強化プラスチック製ロータを得た。得られたロータに含まれる強化繊維のトウには理論平均で３．１（回／ｍ）の撚りが加わっていた。
これら各ロータにアルミ製の軸付ハブを取り付けてタービン式回転破壊試験機にセットし、それぞれ３個を遠心力で破裂させた時の破裂圧力を測定したところ、下記の結果を得た。
実施例２　　　：　１１６×１０３ｒｐｍ
比較例２−１　：　１１８×１０３ｒｐｍ
比較例２−２　：　　８６×１０３ｒｐｍ
給糸時に撚りが付与されないクリール方式により、強化繊維のトウを給糸した比較例２−１のロータに対し、通常のスプールからプル方式により強化繊維を給糸した比較例２−２のロータは、約２７％もの強度低下を発生させることが判明した。
これは、強化繊維のトウをプル方式により給糸する際に必然的に撚りが付与されてしまい、強化繊維のトウは撚りが加わった状態でマンドレルに巻きつけられ、得られたロータでは強化繊維の強度特性が十分に発揮されなかったためである。
これに対し、プル方式での給糸時に付与される撚りとは逆方向の撚りが予め付与されているクリールから、強化繊維のトウをプル方式により給糸して製造された本発明のロータは、比較例２−１と比べても強度低下率が約２％にとどまり、十分は強度を備えたものであった。これは、予め逆方向の撚りが付与されたクリールを用いているため、プル給糸により給糸すれば、予め付与された撚りとは逆方向の撚りが付与され、先の撚りが解撚されて、強化繊維のトウは実質的に撚りのない状態でマンドレルに巻きつけられる。そのため、得られたロータは強化繊維のトウの強度特性が十分に発揮され、クリール方式で給糸された比較例２−１と同等の高速回転性能を示す。
（実施例３）
炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）に、予め繊維進行方向に対して時計回りに１回転／ターンの撚りを付与して直径７６．２ｍｍの巻き芯に巻き取ったスプールを準備した。同スプールから巻き芯の紙管を崩して除去し、３軸制御のフィラメントワインデイング機を用いて、前記スプールの内側からトウを引き出して縦取り（プル方式）で給糸した。この時、給糸本数は５本であった。このプル方式による給糸時に、繊維方向に対し反時計回りに約１（回／ターン）の撚りが付与されるようにした。予め、各スプールの撚り数を５回測定したところ、平均０．９〜１．２（回／ターン）であった。
フィラメントワインディング機には直径φ１００ｍｍ、長さ５，０００ｍｍの鋼製マンドレルをセットし、炭素繊維のトウにエポキシ樹脂（三菱レイヨン株式会社製：＃７００Ｂ）を塗布し、±６０°〜４５°のバイアス巻きで板厚で約５ｍｍになるように巻き付けた。巻き付けたライナーを硬化炉に入れ１５０℃で３時間キュアしたのち、室温まで３時間で冷却し、炭素繊維強化プラスチック製石油輸送用パイプを得た。得られたパイプに含まれる強化繊維のトウの撚り数は０．１１（回／ｍ）であり実質的にゼロであった。
（比較例３−１）
実施例３と同一の炭素繊維のトウ（三菱レイヨン製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を撚りを付与せずに通常の方法で巻き取ったスプールを３軸制御のフィラメントワインデイング機にセットし、クリール方式で給糸した。この時、給糸本数は５本であった。実施例３と同様に、フィラメントワインディング機には直径φ１００ｍｍ、長さ１５，０００ｍｍの鋼製マンドレルをセットし、炭素繊維のトウにエポキシ樹脂（三菱レイヨン製：＃７００Ｂ）を塗布して、実施例３と同一の条件で巻き付け、硬化し、炭素繊維強化プラスチック製石油輸送用パイプを得た。得られたパイプに含まれる強化繊維のトウには撚りが加わっていなかった。
（比較例３−２）
実施例３と同一の炭素繊維のトウ（三菱レイヨン製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を撚りを付与せずに通常の方法で直径７６．２ｍｍの巻き芯に巻き取ったスプールを、前記巻き芯の紙管を崩して除去し床に載置し、スプールの内側からトウを引き出す、所謂プル方式で給糸して石油輸送用パイプを成形した。給糸本数は５本とした。フィラメントワインディング機には直径φ１００ｍｍ，長さ５，０００ｍｍの鋼製マンドレルをセットし、実施例３と同じ条件でエポキシ樹脂（三菱レイヨン製：＃７００Ｂ）を塗布し、同様に巻き付け、硬化し、炭素繊維強化プラスチック製石油輸送用パイプを得た。得られたパイプに含まれる強化繊維のトウには、３．４（回／ｍ）の撚りが加わっていた。
これら石油輸送用パイプを水圧破壊試験機にセットし、それぞれ３個を内圧で破裂させた時の破裂圧力を測定したところ、下記の結果を得た。
実施例３　　　：　５１ＭＰａ
比較例３−１　：　５１ＭＰａ
比較例３−２　：　３７ＭＰａ
給糸時に撚りが付与されないクリール方式により、強化繊維のトウを給糸した比較例３−１の石油輸送用パイプに対し、通常のスプール（予め撚りが加えられていないスプール）からプル方式により強化繊維のトウを給糸した比較例３−２の石油輸送用パイプは、約２７％もの強度低下を発生させることが判明した。これは、比較例３−２のパイプは、強化繊維をプル方式により給糸する際に必然的に撚りが付与されてしまい、繊維トウは撚りが加わった状態でマンドレルに巻きつけられ、強化繊維の強度特性が十分に発揮されなかったためである。
これに対し、プル方式での給糸時に必然的に付与されてしまう撚りとは逆方向の撚りが予め付与されているクリールから、強化繊維のトウをプル方式により給糸して製造された実施例３の石油輸送用パイプは、比較例３−１のパイプと比べても強度低下は認められず、十分な強度を備えたものであった。これは、予め逆方向の撚りが付与されたクリールを用いているため、プル給糸により給糸する際に付与される撚りにより、先の撚りが解撚されて、強化繊維のトウは実質的に撚りのない状態でマンドレルに巻きつけられる。そのため、得られたパイプは強化繊維の強度特性が十分に発揮され、クリール方式で給糸された比較例３−１と同等の耐食性及び機械的耐久性能を示した。
上述の実施例１〜３の他に、同じ炭素繊維のトウ（三菱レイヨン株式会社製：パイロフィルＴＲＨ５０−ＡＬＡ−２４Ｋ）を使い、その幅Ｗを様々に変更した以外は、実施例１と同様の条件で炭素繊維強化プラスチック製タンクを得た。得られたタンクに含まれている強化繊維の撚り数は、全ての場合に実質的にゼロであったが、トウの幅が４．０（ｍｍ）より狭くなると、樹脂の含浸が均等になされておらず、強度の低下が見られた。トウの幅が４．０（ｍｍ）を越えると、所要の強度が得られるようになり、更に６．０（ｍｍ）を越えると十分な強度が得られることが判明した。
以上、説明したように、本発明の繊維強化プラスチック成形品は、プル方式により給糸しているため、製造効率が優れたものである。しかも、プル方式で給糸しても強化繊維は実質的に撚りの無い状態で供給されるため、得られた成形品は強化繊維の強度特性が十分に発揮され、優れた強度をもつものとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、プル方式の給糸方法の概念図である。
第２図は、クリール方式の給糸方法の概念図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2002036334.tif 000007
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