JPH05220745A - 繊維に樹脂を含浸させた複合材料の製造方法、その装置及び製造された複合材料 - Google Patents

繊維に樹脂を含浸させた複合材料の製造方法、その装置及び製造された複合材料

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JPH05220745A
JPH05220745A JP4302624A JP30262492A JPH05220745A JP H05220745 A JPH05220745 A JP H05220745A JP 4302624 A JP4302624 A JP 4302624A JP 30262492 A JP30262492 A JP 30262492A JP H05220745 A JPH05220745 A JP H05220745A
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resin
fiber
fibers
coating
chamber
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Raju Shivprasad Dave
ラジユ・シブプラサド・デイブ
Conrad Ferdinand Fingerson
コンラド・フアーデイナンド・フインガーソン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 引抜成形に適用し、低コスト且つより高い製
造速度でより高品質の複合体を得ることが可能な樹脂含
浸繊維複合材料の製造方法及び装置。 【構成】 複合材料（２０）の製造方法及び装置は、繊
維（１０２）に樹脂（１０４）を含浸させる。含浸チャ
ンバ（３８）内でインジェクタ（２４）及び／又は（３
４）から圧力下で樹脂を射出する。チャンバ（３８）
は、チャンバに沿って圧力ヘッドが増加するようにテー
パ状部分を有する。その後、プレダイ（３７）及び最終
ダイ（３９）を有し得るダイ（４８）内にコーティング
を射出する。こうしてコーティング（１０６）を繊維
（１０２）及び樹脂（１０４）上に射出させ、ダイ（４
８）から離れる前に複合体を硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂複合材料
の製造装置及び方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の引抜成形方法によると、繊維
にコーティングを塗布するために、液体又は溶融樹脂を
収容する開放浴に連続フィラメント又は繊維（例えばガ
ラス又は炭素繊維）を通す方法が典型的である。その
後、樹脂含浸繊維を加熱ダイに通して引き抜き、成形及
び硬化させ、繊維を結合する。引き抜き機を通過後、形
成された部分プロフィルを使用可能なセグメントに切断
する。開放浴を使用する引抜成形方法は、樹脂硬化が不
良であるため、ボイドが形成されたり、表面品質が不良
であるなどいくつかの欠点がある。開放浴は運転速度及
び使用可能な樹脂の型をも制限する。更に、開放浴は有
害な煙や大量の未使用樹脂の廃棄といった安全性の問題
もある。
【０００３】米国特許第４６３５４３２号及びヨーロッ
パ特許第ＥＰＯ ０３８４０６３号に記載されているよ
うな反応射出成形（ＲＩＭ）引抜成形を使用する従来技
術の方法は、ある種のシステムの浴及びコーティング槽
方法をある程度改善できる。しかしながら、これらの方
法は本発明の装置及び方法により解決されるような欠点
も有する。
【０００４】繊維に樹脂を含浸させる以外に、引抜成形
した複合体を引抜成形ダイ内に維持しながら該複合体の
周囲にコーティングを設けることがしばしば望ましい。
十分なコーティングを設けないと、外側の樹脂が浸食、
日光及び風の環境過程や化学的攻撃により劣化する恐れ
がある。その結果、繊維が露出して弱化又は切断され、
複合体全体が弱化する場合もある。更に、部分表面仕上
げ又は外観が悪化し、繊維の露出面積が狭いために、そ
の部分が取り扱いにくいという欠点もある。
【０００５】Ｆｕｗａ名義の米国特許第４３９４３３８
号には、ダイの通過前にコーティングする方法が示され
ている。しかしながら、Ｆｕｗａの特許はフィラメント
を含浸させるために依然として開放樹脂浴が必要であ
り、開放浴に結び付けられる全問題及び制限を伴う。開
放浴を使用するＦｕｗａの特許では塗布されるコーティ
ングと下位の樹脂との比を正確に測定することができな
いので、このような引抜成形複合体の表面に沿って筋が
できたり、コーティングの厚さにむらができたりする可
能性がある。
【０００６】成形方法の一部としてダイの内側でコーテ
ィングを塗布し、ダイに粘着しない種々の型のコーティ
ングを使用することが可能な繊維強化樹脂複合材料を形
成する方法が必要とされている。種々の横断面を有する
製品を製造できるように繊維の形状を制御すると共に、
複合材料をより高品質にするように適切なコーティング
を提供する引抜成形方法も必要とされている。本発明
は、引抜成形方法に関連する上記及び他の問題に対処す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、複合材料を
製造するために繊維を強化する樹脂の含浸及びコーティ
ングを改善するものである。引抜成形に使用される本発
明の方法は、低コスト且つより高い製造速度でより高品
質の複合体を得ることができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従って製造され
る引抜成形複合体は、いずれも当業者に周知のポリマー
樹脂成分と強化成分とから形成される。ポリマー樹脂成
分（以下、樹脂と呼称する）は熱硬化性樹脂又は熱可塑
性樹脂であり得る。樹脂成分は、硬化ポリマーもしくは
より高分子量のポリマーを形成するために硬化度もしく
は重合度の高いポリマー、プレポリマー、オリゴマーも
しくはモノマー型材料、又はポリマー樹脂成分を形成す
るために引抜成形装置で混合後に別々の成分が重合する
反応射出成形（ＲＩＭ）型多成分系であり得る。硬化ポ
リマーもしくは高分子量ポリマーを形成するために硬化
度もしくは重合度の高い樹脂成分を、以下の文中では樹
脂形成材料と呼称する。熱硬化性樹脂系の例は、フェノ
ール、不飽和ポリエステル、エポキシド等を含む。熱可
塑性樹脂の例は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ
アミド、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、ポリ
ウレタン、ポリ尿素等を含む。ＲＩＭ引抜成形型樹脂
は、より高いライン速度が必要な場合に有用である。
【０００９】強化成分は、フィラメント、繊維、ストラ
ンド、ヤーン、束、コード、織物マット、不織マット等
の形態であり得、以下、これらを個々に繊維と総称す
る。繊維はガラス、炭素、ホウ素、セラミック、金属、
ポリマー等であり得る。繊維は未処理でもよいし、樹脂
成分の結合又は引抜成形複合体の他の特性を改善するた
めの物質で処理又はサイジングしてもよい。
【００１０】引抜成形複合体では、樹脂成分を樹脂マト
リックス又はマトリックスと呼称する場合もある。引抜
成形複合体は、引抜成形工程の一部として引抜成形装置
でポリマー又はポリマー形成材料の１層以上（以下コー
ティングと呼称する）でコーティングされ得る。コーテ
ィングは樹脂と同一組成でもよいし、異なる組成でもよ
い。数層のコーティングを使用する場合、層は同一でも
異なってもよい。当業者に周知のように、コーティング
は樹脂に対する親和性を有しており且つ樹脂に接着すべ
きであり、多層を使用する場合にはあらゆるコーティン
グ層に接着すべきである。
【００１１】樹脂、繊維及びコーティングの選択は広範
囲であり、引抜成形複合体の特定の最終用途に依存す
る。このような選択は当業者に周知である。
【００１２】本発明の１実施態様によると、繊維を樹脂
含浸チャンバに通す前に加熱する。加熱後、樹脂形成化
合物をコーティングする前に繊維を相互に密接に圧縮す
る。樹脂を圧力下に繊維上に射出する。繊維を加熱する
と、樹脂含浸は十分且つ迅速に行われる。樹脂の射出は
更に、含浸を強化し及び／又は樹脂コアを形成するよう
に繊維束の外側の周囲又は束の中心を通って樹脂を射出
することにより制御することができる。更にこの射出方
法を用いると、反応時間が短いために従来は不可能であ
った種々の樹脂型を使用することができる。
【００１３】含浸後、繊維樹脂束をややテーパ状の通路
内に推進させる。束の圧縮により、圧力ヘッドが生じ
る。圧力ヘッドは含浸及びコーティングチャンバの残部
と、ダイもしくはプレダイ部材及び最終ダイ部材を有す
る２部分ダイとを通って連続し、又は複合材料がダイを
完全に通過する前又は通過中にコーティングを塗布でき
るように、装置は２つのダイを備えてもよい。テーパ状
チャンバ後、ダイから出る前に繊維及び樹脂束にコーテ
ィングを射出するためのスペースを提供するようにダイ
寸法はやや拡大させてもよい。寸法を拡大すると、ダイ
から出る前により厚いコーティングを塗布することがで
きる。
【００１４】ダイの残部を通過後、テーパ内での繊維及
び樹脂の圧縮による圧力増加の結果、コーティングはダ
イに沿って推進されるので、コーティングはダイに接着
しない。従って、絶えず洗浄したり、ダイで潤滑油を使
用する必要がない。このコーティング方法は更に、ダイ
の通過後に硬化した複合体にコーティングが接着しない
ために従来は不可能であった種々の型のコーティングを
使用することができる。
【００１５】
【実施例】本発明を特徴付ける以上及び他の種々の新規
利点及び特徴は、特許請求の範囲に特に指摘される。し
かしながら、本発明とその利点及び本発明を使用するこ
とにより得られる目的をよりよく理解するためには、添
付図面及び本発明の好適実施態様に関する以下の記載を
参照されたい。
【００１６】尚、複数の図面で対応するエレメントには
類似の参照符号を付した。
【００１７】図１は、複合材料を製造するための含浸及
びコーティング装置２０を示す。含浸及びコーティング
装置２０は、複合材料を得るように繊維及び樹脂で種々
の操作を実施するための多数のチャンバを含む。繊維１
０２は、図面に横方向矢印により示すように装置に沿っ
て移動する。種々のチャンバに加えて、ヒータ２２は含
浸及びコーティング装置２０に入る前に繊維を加熱す
る。樹脂及びコーティングインジェクタ２４及び２６は
夫々、引抜成形工程の種々の段階で樹脂及びコーティン
グを射出する。樹脂含浸及びコーティング装置２０は図
３により明瞭に示すように、繊維が圧縮チャンバ２８に
入った後、樹脂含浸チャンバ３８へ、次にプレダイ部材
３７を含み得るダイ４８の前又は該ダイに沿う所定の点
に配置されたコーティングチャンバ４６に移動するよう
に構成されている。
【００１８】圧縮チャンバ２８において、繊維は図２及
び図３に示すようにマンドレル３２の周囲に所定間隔で
配置されたオリフィス３６に入り、これを通過する。更
に、真空ライン２７は、含浸を促進し且つ空洞率を減ら
すために過剰のガスを吸引し得る。樹脂含浸チャンバ３
８において、樹脂インジェクタ２４はマンドレル３２と
共にその入口端部に配置されている。更に追加的に、図
６に示すようにマンドレル樹脂インジェクタ３４が配置
され得る。含浸チャンバ３８はチャンバの長さに沿った
テーパ状の壁４０を有する。壁４０は、チャンバを通過
する繊維及び樹脂を制限するように機械加工又は他の方
法で成形されている。
【００１９】１実施態様によると、含浸チャンバ３８の
テーパ状部分の通過後、樹脂及び繊維はダイ４８の第１
の部分（以下、プレダイ３７と呼称する）に入る。プレ
ダイ３７は最終部分形状を形成し、樹脂及び繊維の熱を
維持するか又は更に加熱する。プレダイ３７は、ダイの
第２の部分（以下、最終又は出口ダイ３９と呼称する）
よりもやや小さいか又は同一の横断面積を有し得る。プ
レダイ３７と出口ダイ３９との相対長さは一定でなく、
種々の樹脂及びコーティング材料のプロセス条件と部分
寸法及び形状とにより決定される。プレダイ３７及び最
終ダイ３９の典型的な全長は７５〜１２５ｃｍである。
プレダイ加熱及び／又は硬化は更に熱、誘電手段、マイ
クロ波又は他の方法で達せられる。
【００２０】第２の実施態様によると、含浸チャンバ３
８後、引抜成形方法はダイ４８の一部であり得るコーテ
ィングチャンバ４６に進行する。コーティングチャンバ
４６は、後述するように繊維及び樹脂束の周囲にコーテ
ィングを塗布するコーティングインジェクタ２６を有す
る。１実施態様によるとインジェクタ２６の先端４４
は、チャンバを通過する樹脂及び繊維束の周囲に均一な
コーティングが配置されるように、又は均一なコーティ
ング厚さを得るために均一なスペーシング及び圧力を使
用できるように形成されている。コーティング後、複合
材料を最終ダイ３９に通すことにより引抜成形方法は進
行する。図示するプレダイ３７及び最終ダイ３９は円形
断面構造を有するが、種々の複合体形状を形成するよう
に他の形状も選択できる。引抜成形材料は、引抜成形装
置と共に使用される種々の型の引抜機のいずれか１種に
よりダイを通って引き抜かれる。その後、複合体を切断
して複合材料セグメントを形成し、複合体を更に再成形
及び二次成形するように処理してもよい。
【００２１】含浸及びコーティング工程 図１に示すように、含浸及びコーティング装置２０の通
過前に、繊維１０２はヒータ２２により予熱され得る。
繊維はガラス繊維、ポリマー繊維、炭素繊維、金属繊維
又はセラミック繊維のような任意数の材料であり得る。
含浸及びコーティング装置２０に導入後、繊維１０２
は、図２に示すような等間隔に配置されたパターンにガ
ラス繊維１０２を分配する環状構造に配置されたオリフ
ィス３６を通過する。オリフィス３６は、中心ギャップ
を形成するように浮動マンドレル３２の周囲の環状パタ
ーンに繊維を分配し、中心ギャップは同時に樹脂が充填
される。含浸前に繊維１０２を相互に所定間隔に離隔維
持することにより、各繊維１０２はより迅速且つ十分に
加熱される。樹脂含浸前の繊維の予熱とそれに続く圧縮
中に、繊維１０２を所定間隔に配置するために他の方法
も使用できる。更に、繊維の代わりにマット又は他の適
切な材料も樹脂含浸強化繊維として使用できる。繊維間
スペーシング及び予熱の結果、より完全な樹脂含浸及び
より迅速な処理が可能である。図４に示すように、繊維
１０２が圧縮チャンバ２８を通過するにつれて、繊維は
出口に到達するまでより緊密に集合される。マンドレル
３２は、繊維を環状パターンに維持するようにチャンバ
２８の中心を通って伸延している。
【００２２】圧縮チャンバ２８を通過後、繊維１０２は
樹脂含浸チャンバ３８に入る。繊維１０２は圧縮チャン
バ２８を通過するにつれて緊密に詰め合わされて移送さ
れ、含浸チャンバ３８を加圧するようにシール３０（繊
維シール）を形成する。繊維１０２がマンドレル３２の
周囲に緊密に充填され、圧縮チャンバ２８の壁と繊維１
０２との間に繊維シール３０を形成するとも考えられ
る。
【００２３】図５〜図７に示すように、繊維１０２は、
含浸チャンバ３８に導入後に種々の方法で送給され得る
樹脂材料で含浸される。繊維１０２は含浸チャンバ３８
に導入後は緊密に集合されて繊維シール３０を形成する
が、チャンバはインジェクタ２４で幅が広くなり、樹脂
１０４を繊維１０２と接触させるためのスペースを提供
する。樹脂の量が少なすぎると樹脂の欠乏部分ができ、
樹脂の量が多すぎると過度に逆流し繊維入口から樹脂が
流出するので、樹脂１０４の量は調節しなければならな
い。図５に示すように、樹脂１０４はチャンバ３８の側
部でインジェクタ２４から繊維１０２全体に射出され得
る。複数のインジェクタ２４をチャンバ３８の周囲に所
定間隔で配置してもよいし、単一インジェクタを使用し
てもよい。樹脂１０４は繊維１０２に含浸して繊維樹脂
束を形成し、繊維樹脂束は含浸チャンバ３８のテーパ状
部分に沿って進行する。好適実施態様によると繊維１０
２は予熱されているので、十分な含浸が非常に迅速に行
われ、製造速度を増加する。樹脂１０４は射出されてい
るので、射出直前に予熱し、樹脂成分が分離しないよう
に撹拌してもよい。射出の結果として、樹脂形成系の成
分の混合後に空気との反応又は迅速な反応時間により開
放浴には不適切な樹脂を使用することができる。
【００２４】図６に示すように、樹脂は更に、マンドレ
ル３２の先端のインジェクタ３４から繊維塊１０２の中
心に射出され得る。こうして樹脂１０４は繊維の中心に
射出され、ほぼ径方向に流れ、繊維１０２に含浸する。
マンドレルインジェクタ３４から樹脂１０４を射出する
と、複合体１００中に樹脂コア１０８が形成され得る。
図９に示すように、いずれの場合も同一の繊維体積分率
であると仮定すると、繊維１０２は、強化強度がコア部
分全体に伸延する繊維１０２を有する同一複合体よりも
大きくなるように、環状構造に配置される。その後、複
合体１００はコーティング１０６を塗布され得る。
【００２５】この構造は多数の利点を提供し、例えば樹
脂は典型的には繊維１０２よりも廉価であるので、樹脂
充填コアは、全体的に分散した繊維を有する複合体１０
０よりも廉価になり、複合体の費用をできるだけ節約す
ることができる。
【００２６】含浸チャンバ３８の周囲又はマンドレル３
２からの射出以外に、繊維１０２は、マンドレルインジ
ェクタ３４と周囲に所定間隔で配置されたインジェクタ
２４との組み合わせから送給される樹脂１０４により含
浸され得る。こうして、樹脂が繊維１０２の内外両方か
ら送給されるのでより多量を含浸させることができる。
【００２７】図７に示すように、樹脂含浸チャンバ３８
の壁４０はチャンバの一部に沿ってややテーパ状であ
る。壁４０がテーパ状であるため、樹脂１０４及び繊維
１０２がチャンバの漸減する横断面積に沿って進行する
につれて繊維及び樹脂束は圧力ヘッドを形成する。壁４
０がテーパ状であるため、圧力の増大により繊維の含浸
は改善される。繊維及び樹脂１０２及び１０４の横断面
も減少する。減少の結果、圧力が生じて繊維を団結さ
せ、実質的にボイドのない部分が形成される。テーパ状
の壁は、プレダイ３７の通過前に繊維及び樹脂１０２，
１０４を予備成形することができるので、プレダイ３７
及び最終ダイ３９の通過前でさえも樹脂及び繊維１０
２，１０４の成形及び分配を制御することができる。
【００２８】含浸チャンバ３８において、樹脂１０４は
予め加熱された繊維１０２に塗布される。こうして樹脂
１０４は加熱され、樹脂はテーパ状部分を通過後に高温
点を通過するので発熱反応が生じる。発熱反応により樹
脂１０４は硬化し、ダイ４８を離れると、複合体が得ら
れる。
【００２９】圧力が高いほど良好な湿潤、即ち繊維１０
２の良好な被覆が得られ、品質を損なわずにより速い速
度が得られる。加圧含浸を使用すると、より良好な含浸
が得られるのみならず、著しく迅速に実施される。従っ
てこの方法を使用すると、不飽和ポリエステル樹脂を使
用する長さ１２５ｃｍのダイで、１６５ｃｍ／分以上の
運転速度が得られ、このような速度は標準引抜成形方法
の典型的な速度の２〜３倍である。この方法で迅速反応
ＲＩＭ樹脂を用いると更に高い運転速度に達することが
でき、これに対して開放浴引抜成形方法では、樹脂混合
物の個々の成分の混合後に迅速に反応する多成分樹脂混
合物を使用することができない。迅速反応時間を有する
樹脂の非限定的な例は、ポリオレフィン、ポリエステ
ル、ポリカプロラクトン、ポリアミド、ポリウレタン及
びポリ尿素を形成する系である。圧力ヘッド及び繊維の
加熱と、それによって形成される毛管作用とにより、よ
り高度の湿潤及び含浸が大部分で達せられる。
【００３０】テーパの程度は、適正な圧力と、壁４０と
樹脂１０４との間の正しい相乗作用とに達するために重
要である。テーパは非常に漸進的であり、樹脂射出点を
数ｃｍ通過するまで開始されない。テーパは、樹脂１０
４をチャンバに沿って推進する０〜７０×１０6ダイン
／ｃｍ2ゲージの圧力を維持しながら含浸チャンバ３８
内の壁４０に沿って樹脂をやや逆流させるように設定さ
れなければならない。含浸チャンバ３８の入口が広い
と、樹脂は逆流のためのスペースを有すると共に良好な
湿潤に達することができる。圧力は樹脂をチャンバに沿
って推進させ、壁４０への樹脂の接着を最小にするの
で、より高い処理速度が得られる。樹脂１０４の逆流に
対する抵抗は繊維樹脂束中よりも壁４０のほうが小さい
ので、チャンバ３８の面積が減少しても樹脂含有度の高
い表面が維持される。
【００３１】図１０及び図１１は、インジェクタを移動
させるのでなく圧縮チャンバ２８内に外方向に伸延する
一定間隔に配置された複数の突出部５２を有するマンド
レル５０の別の実施態様を示す。突出部５２は繊維中へ
の樹脂の流入を反復させるのを支援する。図１２に示す
ように、繊維への樹脂の流入を反復させるために圧縮チ
ャンバの壁にも突出部５４を配置することができる。更
に、繊維進行方向に逆流している過剰の樹脂はポート２
９を通って排出され得る。ポート２９は真空ライン２７
と樹脂インジェクタ２４との間に配置されている。
【００３２】図１１に示すように、マンドレル５０は樹
脂の内部再循環ループ５６を形成するように構成され得
る。内部循環ループ５６は、マンドレル５０の先端から
径方向通路６０を通って突出部５２間に通じる通路５８
を有する。マンドレル５０の端部の上の圧力は、突出部
５２間のより広い部分の圧力よりも高い。従って、樹脂
は通路５８内に吸引され且つ通路６０を通って排出され
る。その際に繊維は図１１に連続樹脂ループを形成する
矢印に沿って樹脂を吸引する。
【００３３】図１２に示すように、外部再循環ループ６
４も使用できる。外部ループ６４を使用すると、圧縮チ
ャンバ２８の壁の突出部５４間のより高い樹脂圧力から
復帰する通路６６が形成される。樹脂は通路６６を通っ
て逆流し、繊維と共に移送される。
【００３４】図８に示すように、樹脂及び繊維束１０
２，１０４はコーティング１０６を塗布され得る。コー
ティングインジェクタ２６の先端４４は束の外部をコー
ティングする。含浸チャンバ３８の壁と外側樹脂との間
の相乗作用により、コーティングされるべき表面は、コ
ーティングチャンバ４６に入る前に繊維１０２を包囲す
る樹脂を有する。コーティングを塗布する点より後の最
終ダイ３９の寸法を拡大し、繊維及び樹脂束に塗布すべ
き適切なコーティング１０６のためのスペースを繊維樹
脂束の周囲に設けてもよい。コーティング１０６の厚さ
は千分の数ミリメートル程度でもよいし、２分の１セン
チメートルに達してもよく、狭い範囲のコーティング厚
さを有する従来技術に比較して広範囲である。従って繊
維の被覆をより広範囲になし得、劣化の影響が減り、繊
維１０２が摩耗する可能性が少ないので、厚くし、複合
構造１００の全体の品質を改善することができる。コー
ティング層１０６は、テーパ状壁４０からの圧力下で含
浸チャンバ３８及びプレダイ３７を離れる繊維及び樹脂
１０２，１０４に接着する。
【００３５】装置を時々停止する必要があるので、樹脂
がチャンバの内側で硬化して除去しにくくならないよう
に、樹脂を除去するためにチャンバを洗浄することが必
要である。樹脂又はコーティングを種々のチャンバから
除去し易くするために、図１３に示すようなフラッシン
グ構成を使用することができる。フラッシング構成を使
用する場合には、樹脂又はコーティングをインジェクタ
及びチャンバから除去し、チャンバ内に残留する樹脂又
はコーティングを除去できるようにフラッシング溶媒の
入口を配置する。第１の実施態様によると、フラッシン
グ物質は、インジェクタの対向側に配置された入口６０
から導入され、点線の矢印により示すように出口として
も機能するこの入口から排出される。第２の実施態様に
よると、入口の対向側に出口６２が配置されており、入
口又は出口のいずれか一方がインジェクタであり得るの
で、フラッシングはチャンバのみならずインジェクタを
も通って行われる。第３の実施態様によると、フラッシ
ング物質は入口６０から導入され、樹脂及び繊維の一般
方向に対して逆流し、チャンバを洗浄して出口６４から
排出される。更に出口は、チャンバ及びインジェクタを
フラッシングできるように樹脂又はコーティングインジ
ェクタであり得る。フラッシング構成は、装置全体を十
分に清浄化するように、出口が入口と同一とか、入口と
対向側又は入口の上流に配置された入口及び出口の組み
合わせとかを含み得る。
【００３６】樹脂インジェクタ２４とコーティングイン
ジェクタ２６との両方を備えることにより、樹脂１０４
及びコーティング１０６の量を正確に制御するとができ
る。多成分反応樹脂形成系の混合とコーティング１０６
及び樹脂１０４の計量を使用して樹脂量及びコーティン
グ厚さを調節することができる。この調節により、樹脂
繊維束と種々のチャンバの壁との間にシールを形成する
ことができる。形成されたシールは、樹脂及びコーティ
ングが如何なる表面にも接着しないように圧力ヘッドを
加えることができる。
【００３７】内側コアを提供する本発明の方法は、複合
体１００の横断面積を変えることもできる。図９に示す
ように、繊維１０２と樹脂１０４の分布、コーティング
１０６の厚さ及び樹脂コア１０８の寸法は、種々の複合
体１００に適応できる。本発明は更に、三角形、矩形、
Ｉビーム、Ｊ字、Ｌ字のような円形以外の形状を形成す
ることもでき、別のダイを使用することにより他の形状
を形成することもできる。このような組成の相違によ
り、異なるコア及びコーティング構造を特定できるよう
に品質を複合体に割り当てることができる。従来の浴型
の引抜成形方法は複合体の横断面を通って繊維、樹脂コ
ア及びコーティングの分布を制御することができない。
更に、従来は任意の時点でコーティングすることは困難
であり、複合体がダイを離れるまでコーティングを塗布
することはできなかった。本発明によると、繊維分布及
び樹脂コア寸法のスペーシングを変えるだけでなく、コ
ーティング１０６の厚さ及び性質に従って複合体を変化
させることもできる。適合性コーティング１０６を使用
することにより、本発明は従来技術の方法と同様にダイ
を通過後に複合体の二次コーティング又は電気めっきも
可能である。
【００３８】
【実験例】含浸に影響する条件及び速度を以下のパラメ
ータ：Ａi＝含浸チャンバの入口の横断面積、Ａf＝含浸
チャンバのテーパの出口の横断面積、Ｌ＝テーパの長
さ、Ｎ＝テーパにおける樹脂の平均粘度、Ｋ＝テーパに
おける繊維の平均透過率、Ｖ＝引抜成形速度として表す
と、漸進テーパの出口の圧力Ｐは式：Ｐ＝（Ａi−Ａf）
／（Ａi＋Ａf）・（Ｎ／Ｋ）ＬＶにより与えられる。
【００３９】図１〜図８に示すような装置を使用し、Ａ
f＝０．６７８７ｃｍ2、Ａi＝１．０９５６ｃｍ2、Ｎ＝
３ポアズ、Ｋ＝２．９×１０-6ｃｍ2、Ｖ＝２．７９４
ｃｍ／秒（６６ｉｎ／分）、Ｌ＝１２．０７ｃｍ、従っ
て圧力＝８．１２５１×１０6ダイン／ｃｍ2（１１７．
８ｐｓｉ）の条件下で、直径１６μｍの複数の一方向ガ
ラス繊維及び不飽和ポリエステル樹脂から第１の固体複
合体１００を作成し、直径１６μｍの一方向ガラス繊維
及び樹脂を形成するナイロン６から第２の複合体を作成
した。
【００４０】圧力は事実上相当の強さであり、含浸を改
善し、チャンバ及びダイ壁に樹脂及び／又はコーティン
グが接着するのを妨げる。実施例の条件は、従来技術の
方法の２〜３倍の製造速度をも提供する。含浸領域にお
いてガラスの容量％は約３８％であり、テーパを通過し
てボイドを除去後に百分率は５８％に増加した。
【００４１】以上、本発明の多くの特徴及び利点と本発
明の構造及び機能を詳細に説明したが、以上の説明は例
示に過ぎず、特許請求の範囲に記載する広義の意味で示
される程度まで本発明の原理内で細部、特に形状、寸法
及び部分の構成などを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従う樹脂含浸及びコーティング
装置の斜視図である。
【図２】図１の樹脂含浸及びコーティング装置の繊維入
口の端面図である。
【図３】図２の３−３線における樹脂含浸及びコーティ
ング装置の縦断面図である。
【図４】図１の樹脂含浸及びコーティング装置の繊維圧
縮チャンバの縦断面図である。
【図５】繊維及び樹脂を模式的に示した図１の引抜成形
装置の樹脂インジェクタ及び樹脂含浸チャンバの縦断面
図である。
【図６】樹脂がマンドレルから射出された状態を示す図
５の樹脂含浸チャンバの縦断面図である。
【図７】繊維及び樹脂束を模式的に示した図１の樹脂含
浸及びコーティング装置のテーパ状含浸チャンバの縦断
面図である。
【図８】樹脂及び繊維束とコーティング材料とを模式的
に示した図１の樹脂含浸及びコーティング装置のコーテ
ィングチャンバの縦断面図である。
【図９】本発明の原理に従って作成された樹脂コアを有
する被覆複合体の横断面図である。
【図１０】射出チャンバの別の実施態様の縦断面図であ
る。
【図１１】突出部を有する図１０のマンドレルの拡大縦
断面図である。
【図１２】射出チャンバの別の実施態様の縦断面図であ
る。
【図１３】射出チャンバの種々のフラッシング構成の縦
断面図である。
【符号の説明】
２０ 複合材料 ２４，３４ インジェクタ ３７ プレダイ ３８ 含浸チャンバ ３９ 最終ダイ ４８ ダイ １０２ 繊維 １０４ 樹脂 １０６ コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コンラド・フアーデイナンド・フインガー ソン アメリカ合衆国、ミネソタ・55923、チヤ ーフイールド、ウイノナ・ストリート・ 604

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）繊維を圧縮する段階と、（ｂ）繊
    維の間に樹脂形成系を射出し、繊維樹脂束を形成する段
    階と、（ｃ）横断面積の減少する通路内に樹脂及び繊維
    を移送し、繊維樹脂束に圧力を加える段階とを含むこと
    を特徴とする、繊維に樹脂を含浸させた複合材料の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 圧縮前に繊維を予熱する段階を更に含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 樹脂を繊維の中心に配置されたマンドレ
    ルから射出することを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 繊維が、マンドレルの周囲にある複数の
    オリフィスを通過することを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 射出した樹脂が、環状の繊維樹脂束によ
    り包囲された樹脂コアを形成することを特徴とする請求
    項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 繊維樹脂束が、テーパ状通路を通り圧力
    ヘッドを形成することを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 ０〜７０×１０6ダイン／ｃｍ2ゲージの
    圧力で樹脂を射出することを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 樹脂形成系が熱可塑性又は熱硬化性樹脂
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 繊維樹脂束にコーティングを塗布する段
    階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 繊維及び樹脂を通過させることにより
    複合材料を形成するための装置であって、（ａ）繊維を
    圧縮してシールを形成するための繊維圧縮手段と、
    （ｂ）繊維に樹脂を含浸させて繊維及び樹脂束を形成す
    るための樹脂適用手段と、（ｃ）繊維及び樹脂塊に外側
    コーティングを塗布するためのコーティング手段と、
    （ｄ）コーティングした繊維樹脂塊を成形するためのダ
    イ手段とを含むことを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 繊維圧縮手段が、所定の間隔で環状パ
    ターンに配置された複数のオリフィスを含むことを特徴
    とする請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 樹脂送給量及びコーティング材料送給
    量を調節するための手段を更に備えていることを特徴と
    する請求項１０に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 圧縮手段が更に、繊維間に伸延するマ
    ンドレルを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】 マンドレルを通して樹脂を導入するた
    めの手段を更に備えることを特徴とする請求項１３に記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】 マンドレルが、樹脂含浸を促進するた
    めにマンドレルに沿って所定の間隔で配置された複数の
    突出部を有することを特徴とする請求項１０に記載の装
    置。
  16. 【請求項１６】 繊維圧縮手段が圧縮チャンバを含んで
    おり、該圧縮チャンバがチャンバ壁に沿って配置された
    突出部を有しており、該突出部がチャンバ内に伸延して
    いることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 繊維圧縮手段が更に、圧縮手段からガ
    スを除去するための真空手段を含むことを特徴とする請
    求項１０に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 繊維中に樹脂を再循環させるための樹
    脂再循環手段を更に備えていることを特徴とする請求項
    １０に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 繊維に樹脂を含浸させて繊維樹脂束を
    形成するための含浸装置であって、（ａ）繊維樹脂束の
    出口に向かって傾斜したテーパ部分を有する含浸チャン
    バと、（ｂ）樹脂形成材料を含浸チャンバ内に射出する
    ための樹脂射出手段と、（ｃ）樹脂を含浸チャンバから
    逆流させないためのシール手段とを備えていることを特
    徴とする装置。
  20. 【請求項２０】 含浸チャンバの樹脂射出手段とダイの
    出口との間に配置されたコーティングアプリケータを有
    するコーティング手段を更に備えていることを特徴とす
    る請求項１９に記載の含浸装置。
  21. 【請求項２１】 含浸チャンバの樹脂射出手段に近接し
    て面積の拡大した領域を更に備えていることを特徴とす
    る請求項１９に記載の含浸装置。
  22. 【請求項２２】 含浸前に繊維を予熱するための加熱手
    段を更に備えていることを特徴とする請求項１９に記載
    の含浸装置。
  23. 【請求項２３】 含浸チャンバから樹脂をフラッシング
    するためのフラッシング手段を更に備えていることを特
    徴とする請求項１９に記載の含浸装置。
  24. 【請求項２４】 繊維に樹脂を含浸させ、且つ樹脂及び
    繊維にコーティングを塗布するための方法であって、
    （ａ）含浸チャンバの第１の端部に繊維シールを形成す
    る段階と、（ｂ）繊維シール形成後に繊維内に樹脂を射
    出する段階と、（ｃ）繊維及び樹脂にコーティングを塗
    布する段階と、（ｄ）コーティングがダイ出口から流出
    しないように、繊維及び樹脂のコーティング後にダイに
    シールを形成する段階とを含むことを特徴とする方法。
  25. 【請求項２５】 含浸チャンバの出口端部に第２のシー
    ルを形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項２
    ４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 第２のシールが、チャンバの小横断面
    に係合する繊維及び樹脂により形成されることを特徴と
    する請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 含浸チャンバの第１の端部に複数の繊
    維シールを形成することを特徴とする請求項２４に記載
    の方法。
  28. 【請求項２８】 コーティングが熱可塑性又は熱硬化性
    樹脂を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 繊維束内の樹脂が硬化又は部分的に硬
    化するに従って、コーティングが繊維樹脂束に塗布され
    ることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 （ａ）樹脂形成系を射出して樹脂コア
    を形成する段階と、（ｂ）樹脂コアを繊維で包囲する段
    階と、（ｃ）繊維に樹脂形成系を含浸させる段階とによ
    り形成される繊維樹脂形成系複合材料。
  31. 【請求項３１】 繊維及び樹脂の周囲に塗布されたコー
    ティングを更に含むことを特徴とする請求項３０に記載
    の複合材料。
  32. 【請求項３２】 （ａ）繊維を圧縮して含浸チャンバの
    入口に繊維シールを形成する段階と、（ｂ）含浸チャン
    バで繊維に含浸させて繊維樹脂束を形成し、繊維樹脂束
    をコーティングチャンバに移送する段階と、（ｃ）繊維
    樹脂束をコーティングする段階とを含むことを特徴とす
    る、繊維に樹脂形成系を含浸させるための方法。
  33. 【請求項３３】 圧縮と含浸との間に繊維シールを形成
    する段階を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載
    の方法。
  34. 【請求項３４】 含浸チャンバとコーティングチャンバ
    との間にシールを形成する段階を更に含むことを特徴と
    する請求項３２に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 含浸チャンバとコーティングチャンバ
    との間のシールが、含浸チャンバのテーパ部分と係合す
    る繊維樹脂束により形成されることを特徴とする請求項
    ３４に記載の方法。
JP4302624A 1991-11-13 1992-11-12 繊維に樹脂を含浸させた複合材料の製造方法、その装置及び製造された複合材料 Pending JPH05220745A (ja)

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