CN112272603A - 涂液含浸增强纤维织物、片状一体物、预浸料坯、预浸料坯带及纤维增强复合材料的制造方法 - Google Patents

涂液含浸增强纤维织物、片状一体物、预浸料坯、预浸料坯带及纤维增强复合材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及将涂液赋予至增强纤维织物的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其课题在于提供下述涂液含浸增强纤维织物的制造方法,即使在行进速度快时,也能够在所产生的绒毛不堵塞的情况下连续行进,并且能够使涂液高效地含浸于增强纤维织物,本发明为涂液含浸增强纤维织物1b的制造方法,其是使增强纤维织物1a沿实质上竖直方向向下从贮存有涂液2的涂布部20的内部通过、从而将涂液2赋予至增强纤维织物1a的制造方法,其主旨在于,涂布部20具备彼此连通的贮液部和狭窄部,贮液部具有截面积沿着增强纤维织物1a的行进方向连续减少的部分,狭窄部具有狭缝状的截面,并且具有比贮液部上表面小的截面积,贮液部中的截面积连续减少的部分的竖直方向高度为10mm以上。

Description

涂液含浸增强纤维织物、片状一体物、预浸料坯、预浸料坯带 及纤维增强复合材料的制造方法
技术领域
本发明涉及涂液含浸增强纤维织物及片状一体物的制造方法,尤其涉及将涂液均匀地含浸于增强纤维织物的方法。
背景技术
利用增强纤维将包含热塑性树脂、热固性树脂的基体树脂进行补强而成的纤维增强复合材料(FRP)在航空·航天用材料、汽车材料、产业用材料、压力容器、建筑材料、壳体、医疗用途、运动用途等各种领域中使用。特别是在需要高的力学特性和轻质性的情况下,优选广泛使用碳纤维增强复合材料(CFRP)。另一方面,在与力学特性、轻质性相比优先考虑成本的情况下,有时使用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)。FRP是将基体树脂含浸于增强纤维束而得到中间基材,并将其层叠、成型,在使用热固性树脂的情况下进一步使其热固化,从而制造由FRP形成的部件。上述用途中,多为平面状物或将其弯折的形态的材料,作为FRP的中间基材,从制作部件时的层叠效率、成型性的观点考虑,与一维的线束状物、粗砂状物相比,二维的片状物被更广泛地使用。
作为二维的片状中间基材,广泛使用在使增强纤维单向排列而成的UD基材、由增强纤维形成的机织物等中含浸基体树脂而得到的预浸料坯。特别是在优先考虑FRP的力学特性的情况下,经常使用UD基材。另一方面,在制作复杂形状的FRP的情况下,经常使用赋形性优异、有形状追随性的机织物。
作为预浸料坯的制造方法之一的热熔法是下述方法:将基体树脂熔融后,涂覆于脱模纸上,将其夹在UD基材、机织物等的上表面、下表面之间,制作层叠结构后,利用热和压力使基体树脂含浸于UD基材、机织物的内部。本方法存在工序数多、并且生产速度也无法提高、成本高的问题。
作为含浸的高效化,例如有专利文献1这样的方案。该方案为下述方法:将玻璃纤维熔融纺丝,并将其集束而制成线束状物、粗砂状物,使所得到的线束状物、粗砂状物从具有充满了热塑性树脂的圆锥状流路的贮液部中通过。
另一方面,专利文献2中记载了在片状物的两面同时形成涂膜的方法,该方法中,为了防止涂膜形成时的片状物的摇动,使片状物从网幅导引器(web guide)中通过,然后,用管型刮刀进行涂布。
另外,专利文献3中记载了在使增强纤维束从充满热塑性树脂的集流管中通过、并从模具中抽出的拉挤成型法中,用超声波使模具振动,提高含浸性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开WO2001/028951小册子
专利文献2:日本专利第3252278号说明书
专利文献3:日本特开平1-178412号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,就专利文献1的方法而言,仅能够制造线束状物、粗砂状物,无法应用于作为本发明的对象的、作为二维片状中间基材的预浸料坯的制造。另外,专利文献1中,为了提高含浸效率,使热塑性树脂的流体碰触到线束状增强纤维束侧面、粗砂状增强纤维束侧面而在圆锥状流路内主动地产生紊流。认为其意图在于扰乱增强纤维束的一部分排列而使基体树脂流入,但若将该构思应用于机织物,认为会使机织物的平面性紊乱或者形状变形,从而不仅预浸料坯的品位降低,而且FRP的力学特性也降低。
另外,就专利文献2所公开的技术而言,认为由于涂布树脂之前的网幅导引器处的摩擦而产生绒毛,预浸料坯的品位变差,并且机织物的长时间行进性有限。另外,专利文献2的技术为树脂的涂布,含浸并非其意图所在。
就专利文献3的技术而言,认为在涂布树脂之前机织物从细的通路通过,从而容易产生绒毛,并且其被带入集流管、模具中,因此模具中容易发生绒毛的堵塞,机织物的长时间行进性有限。
如此,尚未确立向机织物等织物形状高效地赋予涂液的方法、特别是高效地制造作为二维片状中间基材的预浸料坯的方法。
本发明的课题涉及涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其提供下述涂液含浸增强纤维织物及片状一体物的制造方法,所述制造方法抑制绒毛产生,并且能够在不发生绒毛堵塞的情况下连续生产,此外使涂液高效地含浸于增强纤维织物中,能够实现生产速度的高速化。
用于解决课题的手段
解决上述课题的本发明的涂液含浸增强纤维织物的制造方法是使增强纤维织物沿实质上竖直方向向下从贮存有涂液的涂布部的内部通过、从而将涂液赋予至增强纤维织物的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,上述涂布部具备彼此连通的贮液部和狭窄部,上述贮液部具有截面积沿着增强纤维织物的行进方向连续减少的部分,上述狭窄部具有狭缝状的截面,并且具有比贮液部上表面小的截面积,贮液部中的截面积连续减少的部分的竖直方向高度为10mm以上。
另外,本发明的片状一体物的制造方法是利用上述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法得到涂液含浸增强纤维织物,向得到的涂液含浸增强纤维织物的至少一面赋予脱模片而制成片状一体物,然后收取片状一体物的、片状一体物的制造方法。
另外,本发明的预浸料坯带的制造方法是利用上述的预浸料坯的制造方法得到预浸料坯、然后将预浸料坯分切的预浸料坯带的制造方法。
此外,本发明的纤维增强复合材料的制造方法是利用上述的制造方法得到预浸料坯或预浸料坯带,然后使预浸料坯或使预浸料坯带固化的、纤维增强复合材料的制造方法。
发明的效果
根据本发明的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,能够大幅抑制、防止由绒毛导致的堵塞。此外,能够使增强纤维织物连续且高速地行进,赋予了涂液的增强纤维织物的生产率提高。
此外,能够得到均匀地含浸有涂液的增强纤维织物。
附图说明
[图1]是示出本发明的一个实施方式涉及的涂液含浸增强纤维织物的制造方法及涂布装置的概略横截面图。
[图2]是将图1中的涂布部20的部分放大的详细横截面图。
[图3]是从图2的A方向观察图2中的涂布部20的仰视图。
[图4a]是对从图2的B方向观察图2中的涂布部20时的涂布部内部的结构进行说明的截面图。
[图4b]是表示图4a中的间隙26中的涂液2的流动的截面图。
[图5]是表示宽度规制机构的设置例的图
[图6]是与图2不同的实施方式的涂布部20b的详细横截面图。
[图7]是与图6不同的实施方式的涂布部20c的详细横截面图。
[图8]是与图6不同的实施方式的涂布部20d的详细横截面图。
[图9]是与图6不同的实施方式的涂布部20e的详细横截面图。
[图10]是与本发明不同的实施方式的涂布部30的详细横截面图。
[图11]是示出作为本发明的实施方式的一例的在贮液部内具备杆的方式的图。
[图12]是示出使用了本发明的预浸料坯制造工序·装置的例子的概略图。
[图13]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的例子的概略图。
[图14]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的例子的概略图。
[图15]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的例子的概略图。
[图16]是示出本发明的一个实施方式涉及的将多个涂液含浸增强纤维织物层叠的方式的例子的图。
[图17]是示出本发明的一个实施方式涉及的具备多个涂布部的方式的例子的图。
[图18]是示出本发明的一个实施方式涉及的具备多个涂布部的另一方式的例子的图。
[图19]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的例子的概略图。
[图20]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的例子的概略图。
[图21]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的概略图。
[图22]是使用了本发明的另一预浸料坯制造工序·装置的概略图。
具体实施方式
基于附图对本发明的优选实施方式进行说明。需要说明的是,以下的说明是对发明的实施方式进行例示,本发明并非解释成限定于此,可以在不脱离本发明的目的、效果的范围内进行各种变更。
<涂液含浸增强纤维织物的制造方法及涂布装置的概略>
首先,利用图1来记述本发明的涂液含浸增强纤维织物的制造方法的概略。图1是示出本发明的一个实施方式涉及的涂液含浸增强纤维织物的制造方法及装置的概略截面图。涂布装置100具备:作为行进机构的搬送辊13、14,其使增强纤维织物1a沿着实质上竖直方向的向下方向Z行进;和作为涂布机构的涂布部20,其设置在搬送辊13、14之间,且储留有涂液2。另外,在涂布装置100的前后可以具备:将增强纤维织物1a退绕的供给装置11;拉出增强纤维织物1的夹持辊12;和涂液含浸增强纤维织物1b的卷绕装置15,另外,虽然未图示,但涂布装置100中具备涂液的供给装置。此外,也可以根据需要具备供给脱模片3的脱模片供给装置16。
<增强纤维织物>
此处,作为增强纤维,可示例碳纤维、玻璃纤维、金属纤维、金属氧化物纤维、金属氮化物纤维、有机纤维(芳族聚酰胺纤维、聚苯并噁唑纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、由纤维素或其衍生物形成的纤维等)等,从FRP的力学特性、轻质性的观点考虑,优选使用碳纤维。
本发明中所称的增强纤维织物是指将增强纤维以多轴排列或随机地配置而片材化所得到的织物。即,其自身具有作为片材的形状。具体而言,除机织物、针织物等外,还可举出使增强纤维以二维多轴配置而成的物品、无纺布、毡、纸等使增强纤维无规取向而成的物品。在该情况下,增强纤维也可以利用使用粘结剂的结合、以及交织、熔敷、熔接等方法而片材化。作为机织物,除了平纹织物、斜纹织物、缎纹织物的基本织物组织外,还可以采用无卷曲机织物、斜交结构(日文:バイアス構造)、交络织物、多轴机织物、多重机织物等。对于组合了斜交结构和UD结构的机织物、即由沿增强纤维织物的行进方向排列的纤维束和与其大致线对称地倾斜交叉的2系列纤维束构成的机织物而言,不仅通过UD结构来抑制因涂布·含浸工序中的拉伸而产生的机织物的变形,而且还兼具基于斜交结构的准各向同性,是优选的形态。另外,多重机织物具有能够对机织物上表面/下表面、以及机织物内部的结构·特性分别进行设计的优点。针织物中,考虑到涂布·含浸工序中的形态稳定性,优选经编,也可以使用作为筒状编织物的编织体(braid)。
增强纤维织物的厚度没有特别限制,根据目的而考虑需要的FRP性能和涂布工序的稳定性来确定即可。考虑到狭窄部处的通过性,优选为1mm以下,更优选为0.3mm以下。
就增强纤维织物而言,可以从市场获得或制作与目的相符的合适的增强纤维织物,其一例如下所示。作为机织物,例如,可举出东丽(株)制“Torayca(注册商标)”布的C06142、C06347B、C05642等、HEXCEL公司制“HexForce(注册商标)”织物、“PrimeTex(注册商标)”的84、G0801、XAGP282P、43195、G0939、G0803、43364、XSGP196P、SGP203CS、XC1400、48200、48287、46150、“Injectex(注册商标)”织物的GB201、G0986、G0926等、作为碳纤维与玻璃纤维的混合机织物的G1088、G0874、G0973、43743等、作为芳族聚酰胺纤维机织物的20796、21263、作为Quartz机织物的610、593等。作为无纺布·毡·纸,例如,可举出东丽(株)制“Torayca(注册商标)”毡B030、B050、BV03等、Oribest公司制“Carbolight(注册商标)”的CEO-030、CBP-030、ZX-020等。
需要说明的是,在拉出增强纤维织物时,优选对悬挂有增强纤维织物的卷的线轴架赋予张力控制机构。
<增强纤维织物的平滑化>
本发明中,通过使增强纤维织物的表面平滑性提高,能够提高涂布部中的涂液的涂布量的均匀性。因此,可以在对增强纤维织物进行平滑化处理后导入至涂布部。平滑化处理法没有特别限制,可示例物理性按压对置辊等具有平滑面的部件的方法等。物理性按压具有平滑面的部件的方法简便,并且不易使增强纤维的排列紊乱,因此优选。更具体而言,可以使用压延加工等。
<增强纤维织物的预热>
另外,本发明中,若将增强纤维织物加热后导入至涂布部,则可抑制涂液的温度降低,提高涂液的粘度均匀性,因此优选。增强纤维织物优选加热至涂液温度附近,作为用于此的加热手段,可以使用空气加热、红外线加热、远红外线加热、激光加热、接触加热、热介质加热(蒸气等)等多种手段。其中,红外线加热的装置简便,并且能够直接对增强纤维织物加热,从而即使行进速度快也能够高效地加热至所期望的温度,因此优选。
<涂液>
本发明中使用的涂液可以根据赋予目的而适当选择,例如在应用于预浸料坯的制造的情况下,可以使用基体树脂的涂液。由本发明得到的涂布有基体树脂的涂液含浸增强纤维织物成为在增强纤维织物中含浸有基体树脂的状态,可以直接以片状预浸料坯的形式层叠、成型而得到由FRP形成的部件。含浸度可以通过涂布部的设计、涂布以后的追加含浸来控制。作为基体树脂,可以根据用途而适当选择,通常使用热塑性树脂、热固性树脂。基体树脂可以是加热而熔融的熔融树脂,也可以是室温下为液态的基体树脂。另外,也可以使用溶剂而制成溶液、清漆。
作为基体树脂,可以使用热塑性树脂、热固性树脂、光固性树脂等FRP中通常使用的树脂。另外,这些基体树脂只要于室温为液体即可直接使用,若于室温为固体、粘稠液体,则可以加热使其低粘度化、或者熔融而制成熔液来使用,也可以溶解于溶剂中制成溶液、清漆来使用。
作为热塑性树脂,可以使用在主链中具有选自碳·碳键、酰胺键、酰亚胺键、酯键、醚键、碳酸酯键、氨基甲酸酯键、脲键、硫醚键、砜键、咪唑键、羰基键中的键的聚合物。具体而言,可示例聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚酰胺(PA)、芳族聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯并咪唑(PBI)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚酰胺酰亚胺(PAI)等。在航空器用途等要求耐热性的领域中,优选PPS、PES、PI、PEI、PSU、PEEK、PEKK、PAEK等。另一方面,在产业用途、汽车用途等中,为了提高成型效率,优选聚丙烯(PP)等聚烯烃PA、聚酯、PPS等。这些热塑性树脂可以为聚合物,为了实现低粘度、低温涂布,可以使用低聚物、单体。当然,这些热塑性树脂可以根据目的进行共聚,也可以将各种热塑性树脂混合而以聚合物混合物或聚合物合金的形式使用。
作为热固性树脂,可举出环氧树脂、马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、具有乙炔末端的树脂、具有乙烯基末端的树脂、具有烯丙基末端的树脂、具有纳迪克酸末端的树脂、具有氰酸酯末端的树脂。这些热固性树脂通常可以与固化剂、固化催化剂组合使用。另外,也可以将这些热固性树脂适当混合使用。
作为适合于本发明的热固性树脂,从耐热性、耐化学品性、力学特性优异的方面考虑,优选使用环氧树脂。特别优选以胺类、酚类、具有碳·碳双键的化合物为前体的环氧树脂。具体而言,作为以胺类为前体的环氧树脂,可以举出四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、三缩水甘油基对氨基苯酚、三缩水甘油基间氨基苯酚、三缩水甘油基氨基甲酚的各种异构体,作为以酚类为前体的环氧树脂,可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、苯酚Novolac型环氧树脂、甲酚Novolac型环氧树脂,作为以具有碳·碳双键的化合物为前体的环氧树脂,可举出脂环式环氧树脂等,但不限于此。另外,也可以使用将这些环氧树脂溴化而得到的溴化环氧树脂。以四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷所代表的芳香族胺为前体的环氧树脂的耐热性良好、与增强纤维的粘接性良好,因而最适合于本发明。
热固性树脂优选与固化剂组合使用。例如在环氧树脂的情况下,固化剂只要是具有可与环氧基反应的活性基团的化合物即可以使用。优选地,具有氨基、酸酐基、叠氮基的化合物是适合的。具体而言,双氰胺、二氨基二苯砜的各种异构体、氨基苯甲酸酯类是适合的。具体说明的话,双氰胺由于预浸料坯的保存性优异,因此可优选使用。另外,二氨基二苯砜的各种异构体可提供耐热性良好的固化物,因此最适合于本发明。作为氨基苯甲酸酯类,优选使用三亚甲基二醇二对氨基苯甲酸酯、新戊二醇二对氨基苯甲酸酯,与二氨基二苯基砜相比,虽然耐热性较差,但拉伸强度优异,因而可根据用途选择使用。另外,当然也可以根据需要使用固化催化剂。另外,从提高涂液的适用期的意义上考虑,也可以并用能够与固化剂、固化催化剂形成络合物的络合剂。
另外,本发明中,还优选在热固性树脂中混合热塑性树脂来使用。与单独使用热固性树脂的情况相比,热固性树脂与热塑性树脂的混合物可提供良好的结果。其原因在于,热固性树脂通常具有较脆的缺点,但能够利用高压釜进行低压成型;与之相对,热塑性树脂通常具有强韧的优点,但难以利用高压釜进行低压成型,两者显示出二律背反的特性,因此通过将它们混合使用,能够获得物性与成型性的平衡。混合使用的情况下,从使预浸料坯固化而成的FRP的力学特性的观点考虑,优选含有多于50质量%的热固性树脂。
<聚合物粒子>
另外,本发明中,使用包含聚合物粒子的涂液时,能够提高所得到的CFRP的韧性、耐冲击性,是优选的。此时,若聚合物粒子的玻璃化转变温度(Tg)或熔点(Tm)比涂液温度高20℃以上,则在涂液中容易保持聚合物粒子的形态,是优选的。聚合物粒子的Tg可以使用温度调制DSC在以下的条件下进行测定。作为温度调制DSC装置,优选TA Instrments公司制造的Q1000等,可以在氮气气氛下以高纯度铟校正后使用。测定条件可以如下设定:升温速度为2℃/分钟、温度调制条件为周期60秒、振幅1℃。可以从由此得到的总热流中分离可逆成分,将阶梯状信号的中点的温度作为Tg。
另外,Tm可以利用通常的DSC以10℃/分钟的升温速度进行测定,将相当于熔解的峰状信号的峰顶温度作为Tm。
另外,作为聚合物粒子,优选不溶于涂液,作为这样的聚合物粒子,例如,可以参考WO2009/142231小册子的记载等而使用适当的聚合物粒子。更具体而言,可以优选使用聚酰胺、聚酰亚胺,最优选聚酰胺,由于其优异的韧性,因此能够大幅提高耐冲击性。作为聚酰胺,可优选使用尼龙12、尼龙11、尼龙6、尼龙66、尼龙6/12共聚物、日本特开平01-104624号公报的实施例1记载的利用环氧化合物进行了半IPN(高分子互穿网络结构)化的尼龙(半IPN尼龙)等。作为该热塑性树脂粒子的形状,可以为球状粒子,也可以为非球状粒子,另外还可以为多孔质粒子,球状粒子不会使树脂的流动特性降低,因此在本发明的制造方法中特别优选。另外,若为球状,则不存在应力集中的起点、提供高的耐冲击性,从这些方面考虑也是优选的方式。
作为聚酰胺粒子的市售品,可以使用SP-500、SP-10、TR-1、TR-2、842P-48、842P-80(以上为东丽(株)制)、“Orgasol(注册商标)”1002D、2001UD、2001EXD、2002D、3202D、3501D,3502D、(以上为Arkema(株)制)、“Grilamid(注册商标)”TR90(Emser Werke(株)公司制)、“TROGAMID(注册商标)”CX7323、CX9701、CX9704(Degussa(株)公司制)等。这些聚酰胺粒子可以单独使用也可以并用多种。
另外,为了使CFRP的层间树脂层高韧性化,优选将聚合物粒子保留在层间树脂层中。因此,聚合物粒子的数均粒径优选为5~50μm的范围,更优选为7~40μm的范围,进一步优选为10~30μm的范围。通过使数均粒径为5μm以上,粒子不会侵入增强纤维束中,能够保留在所得到的纤维增强复合材料的层间树脂层中。通过使数均粒径为50μm以下,能够优化预浸料坯表面的基体树脂层的厚度,进而在所得到的CFRP中,能够优化纤维质量含有率。
<涂液粘度>
作为本发明中使用的涂液,优选从工序通过性·稳定性的观点考虑选择最佳粘度。具体而言,使粘度为1~60Pa·s的范围时,能够抑制狭窄部出口处的液体滴落并且能够提高增强纤维织物的高速行进性、稳定行进性,是优选的。此处,粘度是指以3.14s-1的应变速度于贮液部中的涂液温度所测定的粘度。作为测定装置,可以使用平行圆盘型、锥型等的粘弹性测定装置。涂液的粘度更优选为10~30Pa·s。
<涂布工序>
参照图1进行说明,将涂布装置100中的涂液2赋予至增强纤维织物1a的方法中,利用夹持辊12将增强纤维织物1a拉出,使增强纤维织物1a沿实质上竖直方向的向下方向Z从涂布部20通过,在增强纤维织物1a的两面赋予涂液2。由此,能够得到涂液含浸增强纤维织物1b。
进而,可以根据需要在涂液含浸增强纤维织物1b的至少一面赋予脱模片3,利用卷绕装置15,将涂液含浸增强纤维织物1b和脱模片3同时卷绕。特别是,在即使赋予至涂液含浸增强纤维织物1b的涂液2到达搬送辊14,涂液2的一部分或全部也存在于涂液含浸增强纤维织物1b表面并且流动性、粘合性高的情况下,通过脱模片3,也能够防止涂液含浸增强纤维织物1b表面的涂液2的一部分转印到搬送辊14上。此外,还能够防止涂液含浸增强纤维织物1b彼此的粘接,使后续工序中的操作变得容易。作为脱模片,只要可发挥出上述效果即可,没有特别限制,例如,除了脱模纸外,还可举出在有机聚合物膜表面涂布脱模剂而成的脱模片等。
接着,利用图2~4对涂液2向增强纤维织物1a的赋予工序进行详述。图2是将图1中的涂布部20放大的详细横截面图。涂布部20具有隔开规定的间隙D而对置的壁面部件21a、21b,在壁面部件21a、21b之间形成有:贮液部22,其截面积沿着竖直方向的向下方向Z(即增强纤维织物的行进方向)连续减少;和狭缝状的狭窄部23,其位于贮液部22的下方(增强纤维织物1a的搬出侧),具有比贮液部22的上表面(增强纤维织物1a的导入侧)的截面积小的截面积。图2中,增强纤维织物1a沿纸面的进深方向排列。
涂布部20中,导入至贮液部22的增强纤维织物1a伴随其周围的涂液2而沿着竖直方向的向下方向Z行进。此时,贮液部22的截面积朝向竖直方向的向下方向Z(增强纤维织物1a的行进方向)减少,伴随的涂液2逐渐被压缩,随着朝向贮液部22的下部,涂液2的压力增大。贮液部22的下部的压力变高时,上述伴随液流难以进一步向下部流动,而沿壁面部件21a、21b方向流动,然后被壁面部件21a、21b阻碍而向上方流动。结果,在贮液部22内,形成沿着增强纤维织物1a的平面和壁面部件21a、21b壁面的循环流T。由此,即使增强纤维织物1a将绒毛带入贮液部22,绒毛也会沿着循环流T运动,无法接近液压大的贮液部22下部、狭窄部23。进而,如下文所述,气泡附着于绒毛,由此绒毛自循环流T移动至上方,在贮液部22的上部液面附近通过。因此,不仅可防止绒毛堵塞在贮液部22的下部及狭窄部23,还能够从贮液部22的上部液面容易地回收滞留的绒毛。此外,在使增强纤维织物1a以高速行进的情况下,上述液压进一步增大,因此绒毛的排除效果进一步提高。结果,能够更高速地对增强纤维织物1a赋予涂液2,生产率大幅提高。
另外,通过上述增大的液压,具有使涂液2容易含浸于增强纤维织物1a的内部的效果。其基于下述性质(达西定律):涂液含浸于增强纤维束这样的多孔质体时,其含浸度因涂液的压力而增大。关于这一点,在使增强纤维织物1a以更高速行进的情况下,液压也进一步增大,能够进一步提高含浸效果。需要说明的是,涂液2通过与残留于增强纤维织物1a内部的气泡进行气/液置换而含浸,气泡在上述的液压和浮力的作用下从增强纤维织物1a内部的间隙穿过,沿着与增强纤维织物的面平行的方向(竖直方向朝上)排出。此时,气泡以不会将含浸进来的涂液2推开的方式被排出,因此还具有不阻碍含浸的效果。另外,气泡的一部分从增强纤维织物1a的表面向面外方向(法线方向)排出,该气泡也在上述的液压和浮力的作用下迅速沿竖直方向向上被排除,因此不会滞留在含浸效果高的贮液部22的下部,还具有高效地进行气泡排出的效果。通过这些效果,能够使涂液2高效地含浸于增强纤维织物1a中,结果,能够得到均匀地含浸有涂液2的高品质的涂液含浸增强纤维织物1b。
此时,截面积连续减少的竖直方向高度H(参见图6~9)为10mm以上。由此,贮液部22的截面积连续减少的区域22a(其是伴随增强纤维织物1a的涂液2受到压缩作用的区间)的长度被确保,能够使在贮液部22的下部产生的液压充分地增大。结果,在液压的作用下,防止绒毛堵塞在狭窄部23,另外,还能够获得涂液2在液压的作用下含浸于增强纤维织物1a的效果。需要说明的是,图2中,贮液部22整体成为截面积连续减少的区域。另外,就图2所示的方式而言,可获得大的循环流T区域,因此能够更有效地抑制绒毛堵塞在狭窄部。上述的截面积连续减少的竖直方向高度H优选为50mm以上。作为竖直方向高度H的上限,没有特别限制,若考虑到装置重量、装置大小的增大,为200mm左右以下是实用的。
进而,在上述增大的液压作用下,增强纤维织物1a自动调心至间隙D的中央,增强纤维织物1a不会直接与贮液部22、狭窄部23的壁面摩擦,还具有抑制此处的绒毛产生的效果。其原因在于,在增强纤维织物1a因干扰等而接近间隙D的某一侧的情况下,在接近的一侧,涂液2被挤入更狭窄的间隙而被压缩,因此在接近的一侧,液压进一步增大,从而将增强纤维织物1a挤回间隙D的中央。
狭窄部23设计为截面积比贮液部22的上表面小。由图2、图4可理解,主要通过使增强纤维织物所形成的近似平面的垂线方向的长度小、即部件间的间隔窄,从而使截面积减小。其原因在于,如上所述,通过在狭窄部提高液压,获得含浸、自动调心效果。另外,从增强纤维织物1a的行进性、涂液2的流动控制的观点考虑,优选使狭窄部23的最上部的面的截面形状与贮液部22的最下部的面的截面形状一致,但也可以根据需要使狭窄部23稍大。
此处,在图2的涂布部20中,增强纤维织物1a沿着完全朝向竖直方向的向下方向Z(与水平面成90度)行进,但不限于此,只要在可得到上述的绒毛回收、气泡的排出效果、增强纤维织物1a能够稳定地连续行进的范围内沿实质上竖直方向向下即可。
另外,赋予至增强纤维织物1a的涂液2的总量可以通过狭窄部23的间隙D来控制,例如,在想要使赋予至增强纤维织物1a的涂液2的总量多(想要使单位面积重量大)的情况下,以扩大间隙D的方式设置壁面部件21a、21b即可。
图3为从图2的A方向观察涂布部20的仰视图。涂布部20中,设置有用于防止涂液2从增强纤维织物1a的排列方向两端漏出的侧板部件24a、24b,在由壁面部件21a、21b和侧壁部件24a、24b包围而成的空间内形成有狭窄部23的出口25。此处,出口25呈狭缝状,截面长宽比(图3的Y/D)根据想要赋予涂液2的增强纤维织物1a的形状进行设定即可。
图4a是对从B方向观察涂布部20时的涂布部内部的结构进行说明的截面图。
图4b示出了间隙26中的涂液2的流动。间隙26大时,涂液2中沿R方向产生涡流。由于该涡流R在贮液部22的下部成为朝向外侧的流动(Ra),因此在使增强纤维织物的端部变形的情况下、特别是在增强纤维织物为机织物的情况下,增强纤维间的间隔扩大,因而在制成涂液含浸增强纤维织物时,可能发生增强纤维的排列不均。另一方面,在贮液部22的上部,成为朝向内侧的流动(Rb),因此增强纤维织物1a沿宽度方向被压缩,有时其端部会折断。
因此,本发明中,优选进行减小间隙26的宽度规制、抑制端部处涡流的产生。具体而言,优选以下述方式构成:贮液部22的宽度L、即侧板部件24a与24b的间隔L与在狭窄部23的正下方测得的增强纤维织物的宽度W满足以下的关系。
L≤W+10(mm)
由此,可抑制端部处的涡流产生,能够抑制增强纤维织物1a的端部处的变形、折断,能够得到增强纤维在涂液含浸增强纤维织物1b的整个宽度(W)上均匀地排列、高品位且稳定性高的涂液含浸增强纤维织物1b。此外,在将该技术应用于预浸料坯的情况下,不仅能够提高预浸料坯的品位、品质,还能够提高使用其而得到的FRP的力学特性、品质。L与W的关系更优选为L≤W+2(mm)时,能够进一步抑制增强纤维织物的端部处的变形、折断。
另外,从提高涂液含浸增强纤维织物1b的宽度方向尺寸的均匀性的观点考虑,优选将L的下限调节为W-5(mm)以上。
需要说明的是,从抑制由贮液部22下部的高液压导致的涡流R产生的观点考虑,该宽度规制优选至少在贮液部22的下部(图4a的G的位置)进行。进而,该宽度规制更优选在贮液部22的整个范围内进行时,能够基本完全地抑制涡流R的产生,结果,能够基本完全地抑制增强纤维织物的端部处的变形、折断。
另外,从上述间隙26的涡流抑制的观点考虑,上述宽度规制可以仅在贮液部22进行,但从抑制对涂液含浸增强纤维织物1b的侧面赋予过量的涂液2的观点考虑,优选在狭窄部23也同样地进行宽度规制。
<宽度规制机构>
上文中示出了侧板部件24a、24b承担宽度规制的情况,但也可以如图5所示在侧壁部件24a、24b之间设置宽度规制机构27a、27b,利用该机构进行宽度规制。由此,能够自由地变更被宽度规制机构所规制的宽度,从而能够利用一个涂布部制造各种宽度的涂液含浸增强纤维织物,从该观点考虑是优选的。此处,狭窄部正下方的增强纤维织物的宽度(W)与在该宽度规制机构下端被宽度规制机构所规制的宽度(L2)的关系优选为L2≤W+10(mm),更优选为L2≤W+2(mm)。另外,从提高涂液含浸增强纤维织物1b的宽度方向尺寸的均匀性的观点考虑,优选将L2的下限调节为W-5(mm)以上。对宽度规制机构的形状及材质没有特别限制,为板状的衬套时简便,是优选的。另外,通过在上部、即接近液面的部位具有比壁面部件21a、21b的间隔小的宽度(参见图5。在“从Z方向观察的图”中,是指宽度规制机构的上下方向的长度),能够使其不妨碍涂液的水平方向的流动,是优选的。另一方面,从宽度规制机构的中间部至下部形成沿着涂布部的内部形状的形状时,能够抑制涂液在贮液部的滞留,能够抑制涂液的劣化,因此优选。从该意义上考虑,宽度规制机构优选插入至狭窄部23。图5中,作为宽度规制机构,示出了板状衬套的例子,示出了从衬套的中间起下部沿着贮液部22的锥形插入至狭窄部23的示例。图5中示出了L2从液面至出口为恒定的例子,但也可以在实现宽度规制机构目的的范围内根据部位变更规制的宽度。宽度规制机构可以利用任意方法固定于涂布部20,在板状衬套的情况下,通过在上下方向上在多个部位固定,能够抑制由高液压导致的板状衬套的变形引起的规制宽度的变动。例如,上部使用撑杆、下部插入涂布部时,容易利用宽度规制机构进行宽度的规制,是优选的。
<贮液部的形状>
如上文中详细说明的那样,本发明中,重要的是,通过在贮液部22使截面积沿增强纤维织物的行进方向连续减少而在增强纤维织物的行进方向上增大液压,此处,所谓截面积沿增强纤维织物的行进方向连续减少,只要能够在行进方向上连续地增大液压即可,对其形状没有特别限制。在贮液部的横截面图中,也可以为锥状(直线状)、或者如喇叭状等那样显示出曲线的形态。另外,截面积减少部可以在贮液部全长上连续,只要在可得到本发明的目的、效果的范围内,也可以在一部分中包含截面积不减少的部分、或相反地放大的部分。关于这些情况,以下,在图6~9中举出例子进行详述。
图6为与图2不同的实施方式的涂布部20b的详细横截面图。除了构成贮液部22的壁面部件21c、21d的形状不同以外,与图2的涂布部20相同。如图6的涂布部20b那样,贮液部22可以分为截面积沿着竖直方向的向下方向Z连续减少的区域22a、和截面积不减少的区域22b。此时,如上所述,截面积连续减少的竖直方向高度H为10mm以上、优选为50mm以上时,能够使防绒毛堵塞和含浸效果提高。
此处,如图2的涂布部20、图6的涂布部20b所示,使贮液部22的截面积连续减少的区域22a为锥状的情况下,锥体的张角θ优选较小,具体而言,优选为锐角(90°以下)。由此,能够在贮液部22的截面积连续减少的区域22a(锥部)提高涂液2的压缩效果,容易得到高液压。
图7为与图6不同的实施方式的涂布部20c的详细横截面图。除了构成贮液部22的壁面部件21e、21f的形状为2段锥状以外,与图6的涂布部20b相同。如此,可以使贮液部22的截面积连续减少的区域22a由2段以上的多段锥部构成。此时,从提高上述压缩效果的观点考虑,优选使最接近狭窄部23的锥部的张角θ为锐角。另外,在该情况下,还优选使贮液部22的截面积连续减少的区域22a的高度H为10mm以上。进一步优选的截面积连续减少的竖直方向高度H为50mm以上。通过如图7那样使贮液部22的截面积连续减少的区域22a为多段的锥部,能够在维持贮液部22中可贮存的涂液2的体积的同时进一步减少最接近狭窄部23的锥部的角度θ。由此,在贮液部22的下部产生的液压进一步升高,能够进一步提高绒毛的排除效果、涂液2的含浸效果。
图8为与图6不同的实施方式的涂布部20d的详细横截面图。除了构成贮液部22的壁面部件21g、21h的形状为阶梯状以外,与图6的涂布部20b相同。如此,若在贮液部22的最下部存在截面积连续减少的区域22a,可获得作为本发明目的的液压增大效果,因此在贮液部22的其他部分也可以包含截面积断续地减少的区域22c。通过使贮液部22为图8这样的形状,能够在维持截面积连续减少的区域22a的形状的同时扩大贮液部22的进深B、增大可贮存的涂液2的体积。结果,即使在无法连续地向涂布部20d供给涂液2的情况下,也能够长时间持续地对增强纤维织物1a赋予涂液2,涂液含浸增强纤维织物1b的生产率进一步提高。
图9为与图6不同的实施方式的涂布部20e的详细横截面图。除了构成贮液部22的壁面部件21i、21j的形状为喇叭状(曲线状)以外,与图6的涂布部20b相同。在图6的涂布部20b中,贮液部22的截面积连续减少的区域22a为锥状(直线状),但不限于此,例如也可以如图9那样为喇叭状(曲线状)。其中,优选贮液部22的下部与狭窄部23的上部平滑地连接。其原因在于,贮液部22的下部与狭窄部23的上部的边界存在高低差时,增强纤维织物1a会挂在高低差处,可能在该部分产生绒毛。另外,在如此使贮液部22的截面积连续减少的区域为喇叭状的情况下,优选使贮液部22的截面积连续减少的区域22a的最下部的假想切线的张角θ为锐角。
需要说明的是,上文中举出截面积平滑地减少的例子并进行了说明,但只要不损害本发明的目的,本发明中贮液部的截面积并非必须平滑地减少。
图10为与本发明不同的实施方式的涂布部30的详细横截面图。不同于本发明的实施方式,图10的贮液部32为下述构成:不包含截面积沿着竖直方向的向下方向Z连续减少的区域,截面积在贮液部32与狭窄部23的边界33处不连续地急剧减少。因此,增强纤维织物1a容易堵塞。
另外,也可以通过在涂布部内使增强纤维织物与多条杆接触来提高含浸效果。图11中示出了使用3条杆(35a、35b及35c)的例子,杆的根数越多,增强纤维织物与杆的接触长度越长、接触角越大,越能够提高含浸度。图11的例子中,能够使含浸度为90%以上。需要说明的是,该含浸效果的提高手段可以组合多种而使用。
<行进机构>
作为用于搬送增强纤维织物、本发明的涂液含浸增强纤维织物的行进机构,可优选使用已知的辊等。本发明中,增强纤维织物沿竖直向下方向搬送,因此优选以夹着涂布部的方式在上下配置辊。
另外,本发明中,为了抑制增强纤维的排列紊乱、起绒,优选增强纤维织物的行进路径尽量为直线状。另外,在作为涂液含浸增强纤维织物与脱模片的层叠体的片状一体物的搬送工序中,若具有弯曲部,则有时会由于内层与外层的周长差而产生褶皱,因此优选片状一体物的行进路径也尽量为直线状。从该观点考虑,在片状一体物的行进路径中,优选使用夹持辊。
使用S形辊和夹持辊中的何种可以根据制造条件、制造物的特性来适当选择。
<高张力收取装置>
本发明中,优选在涂布部的工序下游配置用于将涂液含浸增强纤维织物从涂布部拉出的高张力收取装置。其原因在于,在涂布部,增强纤维织物与涂液之间产生高摩擦力、剪切应力,因此,为了克服该力而将涂液含浸增强纤维织物拉出,优选在工序下游产生高的收取张力。作为高张力收取装置,可以使用夹持辊、S形辊等,任一种辊均可以通过提高辊与涂液含浸增强纤维织物之间的摩擦力而防止滑动、实现稳定的行进。为此,优选在辊表面配置摩擦系数高的材料、或者提高夹持压力、涂液含浸增强纤维织物向S形辊的挤压压力。从防止滑动的观点考虑,S形辊能够容易地通过辊径、接触长度等来控制摩擦力,是优选的。
<脱模片供给装置、卷绕器>
在使用本发明的预浸料坯、FRP的制造中,可以适当使用脱模片供给装置、卷绕器,作为这样的脱模片供给装置、卷绕器,可以使用已知的装置,从片的稳定行进的观点考虑,均优选具备能够将退绕张力或卷绕张力反馈于退绕速度或卷绕速度的机构。
<追加含浸>
为了调节至所期望的含浸度,也可以在本发明中进一步组合在涂布后另行使用含浸装置进一步提高含浸度的手段。此处,为了与涂布部处的含浸区分,将涂布后追加的含浸称为追加含浸、将用于追加含浸的装置称为追加含浸装置。对于作为追加含浸装置使用的装置没有特别限制,可以根据目的从已知的装置中适当选择。例如,可以如日本特开2011-132389号公报、WO2015/060299小册子所记载的那样,利用加热板对涂液含浸增强纤维织物进行预热,使涂液含浸增强纤维织物上的树脂充分软化后,仍然通过使用由经加热的夹持辊进行加压的装置来实施含浸。用于预热的加热板温度、夹持辊表面温度、夹持辊的线压、夹持辊的直径·数量可以按照成为所期望的含浸度的方式进行适当选择。另外,也可以使用WO2010/150022小册子所记载这样的预浸料坯片以S字型行进的“S形盘绕辊”。本发明中,将“S形盘绕辊”简称为“S形辊”。在WO2010/150022小册子的图1中,记载了预浸料坯片以S字型行进的例子,但只要可进行含浸,也可以按照U字型、V型或Λ型的方式对片与辊的接触长度进行调节。另外,在提高含浸压而提高含浸度的情况下,也可以附加对置的接触辊。此外,也可以如WO2015/076981小册子的图4所记载的那样,通过与“S形盘绕辊”相对地配置传送带来提高含浸效率,实现预浸料坯的制造速度的高速化。另外,也可以如WO2017/068159小册子、日本特开2016-203397号公报等中记载的那样,在含浸前对预浸料坯赋予超声波,使预浸料坯急速升温,由此提高含浸效率。另外,也可以如日本特开2017-154330号公报记载的那样,使用超声波产生装置使多个“减薄刃”发生振动的含浸装置。另外,也可以如日本特开2013-22868号公报所记载的那样将预浸料坯折叠来进行含浸。
<简易追加含浸>
上文中示出了应用现有的追加含浸装置的例子,但在涂布部正下方有时涂液含浸增强纤维织物的温度仍然较高,在这样的情况下,若在离开涂布部后未经过太长时间的阶段施加追加含浸操作,则能够省略或简化用于将涂液含浸增强纤维织物再升温的加热板等加热装置,还能够将含浸装置大幅简化·小型化。将这样位于涂布部正下方的含浸装置称为简易追加含浸装置。作为简易追加含浸装置,可以使用加热夹持辊、加热S形辊,与通常的含浸装置相比,能够减少辊径、设定压力、预浸料坯与辊的接触长度,不仅能够使装置小型化,而且能够减少耗电等,是优选的。
另外,在涂液含浸增强纤维织物进入简易追加含浸装置之前,若对涂液含浸增强纤维织物赋予脱模片,则预浸料坯的行进性提高,是优选的。图15中示出了组装有简易追加含浸装置的涂液含浸增强纤维织物的制造装置的一例。
<涂液含浸增强纤维织物>
由本发明的制造方法得到的涂液含浸增强纤维织物中,涂液的含浸度优选为10%以上。就涂液的含浸度而言,可以将采集的涂液含浸增强纤维织物撕裂,通过目视确认内部有无含浸。更定量地,含浸度低时,可以利用剥离法(作为标准,含浸率小于80%)进行评价,含浸度高时(作为标准,含浸率为80%以上),可以利用涂液含浸增强纤维织物的吸水率进行评价。就剥离法而言,用粘合带夹住所采集的预浸料坯,将其剥离,将附着有基体树脂的增强纤维与未附着基体树脂的增强纤维分离。然后,将附着有基体树脂的增强纤维的质量相对于所投入的增强纤维片整体的质量而言的比率作为基于剥离法的基体树脂的含浸率。吸水率按照日本特表2016-510077号公报中记载的方法进行评价。
<预浸料坯宽度>
作为FRP的前体之一的预浸料坯为由本发明得到的涂液含浸增强纤维织物的一种形态,因此,作为将本发明应用于FRP用途的情况,以下将涂液含浸增强纤维织物称为预浸料坯来进行说明。
对预浸料坯的宽度没有特别限制,可以是宽度为几十cm~2m左右的宽幅,也可以是宽度为几mm~几十mm的带状,可以根据用途来选择宽度。近年来,为了实现预浸料坯的层叠工序高效化,广泛使用将窄幅预浸料坯、预浸料坯带自动层叠的被称为ATL(AutomatedTape Laying)、AFP(Automated Fiber Placement)的装置,也优选适合于该装置的宽度。ATL中多使用宽度为约7.5cm、约15cm、约30cm左右的窄幅预浸料坯,AFP中多使用约3mm~约25mm左右的预浸料坯带。
对得到所期望的宽度的预浸料坯的方法没有特别限制,可以使用将宽度1m~2m左右的宽幅预浸料坯分切成窄幅的方法。另外,为了将分切工序简化或省略,也可以对本发明中使用的涂布部的宽度进行调节使其从最开始就达到所期望的宽度。例如,在制造ATL用的30cm宽度的窄幅预浸料坯的情况下,与之相应地调节涂布部出口的宽度即可。另外,为了高效地对其进行制造,优选使制品宽度为30cm来进行制造,使该制造装置多个并列时,可以使用相同行进装置·搬送装置、各种辊、卷绕器来制造多个生产线的预浸料坯。图17中,作为一例,示出了将5个涂布部在并列方向上连结的例子。此时,5片增强纤维织物416可以从各自独立的5个增强纤维预热装置420、涂布部430通过而得到5张预浸料坯471,也可以将增强纤维预热装置420、涂布部430在并列方向上一体化。该情况下,在涂布部430中独立地具备5个宽度规制机构、涂布部出口宽度即可。
<分切>
预浸料坯的分切方法没有特别限制,可以使用已知的分切装置。可以先将预浸料坯卷绕、然后重新设置于分切装置中进行分切,为了实现高效化,也可以不先将预浸料坯卷绕而从预浸料坯制作工序后连续地配置分切工序。另外,分切工序可以直接将1m以上的宽幅预浸料坯分切成所期望的宽度,也可以先切割、细分成30cm左右的窄幅预浸料坯后,再将其分切成所期望的宽度。
需要说明的是,对于上述的窄幅预浸料坯、预浸料坯带,在使多个涂布部并列的情况下,可以各自独立地供给脱模片,也可以供给1片宽幅脱模片,也可以在其上层叠多张预浸料坯。可以将以这样的方式得到的预浸料坯的宽度方向的端部切掉,供给至ATL、AFP的装置。该情况下,由于切掉的端部的大部分成为脱模片,因此能够减少附着在分切切割刀上的涂液成分(CFRP的情况下为树脂成分),还具有能够延长分切切割刀的清洁周期这样的优点。
<本发明的变形方式(variation)及应用方式>
本发明中,使用多个涂布部,能够实现制造工序的进一步高效化、高功能化。
例如,可以按照使多片涂液含浸增强纤维织物层叠的方式配置多个涂布部。图16中,作为一例,示出了使用2个涂布部进行涂液含浸增强纤维织物的层叠的方式的例子。从第1涂布部431和第2涂布部432拉出的2片涂液含浸增强纤维织物471经过转向辊445,借助其下方的层叠辊447,与脱模片446一同层叠。若使脱模片位于涂液含浸增强纤维织物与转向辊之间,则能够抑制涂液含浸增强纤维织物贴附在夹持辊上,能够使行进稳定化,是优选的。图16中,示例了使脱模片446在2个转向辊445上环行的装置。需要说明的是,转向辊也可以由实施了脱模处理的转向杆等来代替。图16中,高张力收取装置444可以在涂液含浸增强纤维织物471的层叠后配置,当然也可以在层叠前进行配置。
通过制成这样的层叠型的涂液含浸增强纤维织物,从而能够实现预浸料坯层叠的高效化,例如在制作厚的FRP的情况下有效。另外,通过将薄预浸料坯多层层叠,可期待FRP的韧性、耐冲击性提高,通过应用本制造方法,能够高效地得到薄的多层层叠预浸料坯。此外,通过将不同种类的预浸料坯容易地层叠,能够容易地得到附加了功能性的异质结合预浸料坯。在该情况下,能够改变增强纤维的种类、纤度、长丝数、力学物性、纤维表面特性等。另外,就涂液(预浸料坯的情况下为树脂)而言,也可以使用不同的涂液。例如,可以将厚度不同的预浸料坯、力学物性不同的预浸料坯层叠而制成异质结合预浸料坯。另外,通过在第1涂布部赋予力学物性优异的树脂,在第2涂布部赋予粘性优异的树脂,并将它们层叠,从而能够容易地得到可同时实现力学物性和粘性的预浸料坯。另外,相反地,也可以在表面配置无粘性的树脂。另外,通过在第1涂布部施加无粒子的树脂,在第2涂布部赋予含有粒子的树脂,从而还能够容易地得到表面具有粒子的预浸料坯。
作为另一方式,如图17中所示例,可以使涂布部相对于增强纤维织物的行进方向并列多个,也即,使多个涂布部在增强纤维织物的宽度方向上并列。由此,能够使窄幅、带状的涂液含浸增强纤维织物的制造高效化。另外,若在各涂布部中变更增强纤维、涂液,还能够得到在宽度方向上性质不同的涂液含浸增强纤维织物。
另外,作为另一方式,可以使多个涂布部相对于增强纤维织物的行进方向串联地配置。图18中,作为一例,示出了使2个涂布部串联配置的例子。从使增强纤维织物416的行进稳定化的观点考虑,优选在第1涂布部431与第2涂布部432之间配置高张力收取装置448,也可以根据涂布条件、工序下游的收取条件而省略高张力收取装置448。另外,使脱模片位于从涂布部拉出的涂液含浸增强纤维织物与高张力收取装置之间时,能够抑制涂液含浸增强纤维织物贴附在夹持辊上,能够使行进稳定化,是优选的。图18中,示例了使高张力收取装置448为夹持辊、并且使脱模片446在2个辊上环行的装置。
通过设定为这样的串联型配置,能够在涂液含浸增强纤维织物的厚度方向上改变涂液种类。另外,即使是相同种类的涂液,也可以通过根据涂布部改变涂布条件来提高行进稳定性、高速行进性等。例如,在第1涂布部赋予力学物性优异的树脂,在第2涂布部赋予粘性优异的树脂,将它们层叠,由此能够容易地得到可同时实现力学物性和粘性的预浸料坯。另外,相反地,也可以在表面配置无粘性的树脂。另外,也可以在第1涂布部赋予无粒子的树脂,在第2涂布部赋予含有粒子的树脂,由此能够容易地得到在表面具有粒子的预浸料坯。
以上示出了几种对多个涂布部进行配置的方式,对于涂布部的数量没有特别限制,可以根据目的进行各种应用。另外,当然也可以将这些配置进行复合。此外,涂布部的各种尺寸·形状、涂布条件(温度等)也可以混合使用。
如上所述,本发明的制造方法是不仅能够实现制造高效化·稳定化,还能够实现制品的高性能化·功能化并且扩张性也优异的制造方法。
<涂液供给机构>
本发明中,在涂布部内贮存有涂液,但由于涂布的进行,适当补充涂液是优选的。对于将涂液供给至涂布部的机构没有特别限制,可以使用已知的装置。涂液连续地供给至涂布部时,不会扰乱涂布部的上部液面,能够使增强纤维织物的行进稳定化,是优选的。例如,可以从贮存涂液的槽以自重为驱动力进行供给,或者使用泵等连续地供给。作为泵,可以根据涂液的性质适当使用齿轮泵、管式泵、压力泵等。另外,在涂液于室温为固体的情况下,优选在贮存层上部具有熔化器。另外,也可以使用连续挤出机等。另外,就涂液供给量而言,优选具有能够根据涂布量连续供给的机构,以使涂液的涂布部上部的液面尽量恒定。为此,可以考虑例如对液面高度、涂布部质量等进行监测、并将其反馈给供给装置这样的机构。
<在线监测>
另外,为了监测涂布量,优选具有能够对涂布量进行在线监测的机构。对于在线监测方法,也没有特别限制,可以使用已知的在线监测方法。例如,作为测量厚度的装置,例如可以使用β射线计等。该情况下,可以对增强纤维织物厚度和涂液含浸增强纤维织物的厚度进行测量,对其差值进行分析,由此估算涂布量。在线监测的涂布量能够立即反馈给涂布部,并用于涂布部的温度、狭窄部23的间隙D(参见图2)的调节。涂布量监测当然也可以作为缺陷监测来使用。作为厚度测量位置,例如就图12中而言,可以在转向辊419附近测量增强纤维织物416的厚度,在涂布部430至转向辊441之间对涂液含浸增强纤维织物的厚度进行测量。另外,还优选进行使用红外线、近红外线、相机(图像分析)等的在线缺陷监测。
本发明中使用的涂布装置具有使增强纤维织物沿实质上竖直方向向下行进的行进机构、和涂布机构,上述涂布机构可在其内部贮存涂液,还具备彼此连通的贮液部和狭窄部,上述贮液部具有截面积沿着增强纤维织物的行进方向连续减少的部分,上述狭窄部具有狭缝状的截面,并且具有比贮液部上表面小的截面积。
以下,关于作为涂液含浸增强纤维织物的一个方式的预浸料坯的例子,具体举出使用该涂布装置的预浸料坯的制造例来更详细地说明本发明。需要说明的是,以下为示例,本发明并不解释为限定于以下所说明的方式。
图12为使用本发明的预浸料坯的制造工序·装置的例子的概略图。增强纤维织物卷412悬挂于线轴架411上,增强纤维织物416被夹持辊413拉出,向上方引导。此时,利用赋予至线轴架的制动机构,能够以一定张力将增强纤维织物416拉出。需要说明的是,图12中,仅描绘了1根增强纤维织物卷412,但实际上可以为多个。然后,经过平滑化装置418,经过转向辊419,朝向竖直下方搬送。需要说明的是,平滑化装置418也可以根据目的而适当省略,可以不配置装置。增强纤维织物416从转向辊419朝向竖直下方行进,经过增强纤维预热装置420、涂布部430,到达转向辊441。涂布部430可以在实现本发明目的的范围内采用任意的涂布部形状。例如,可举出图2、图6~图9这样的形状。另外,根据需要,也可以如图5这样具有衬套。此外,也可以如图11那样在涂布部内具有杆。图12中,将从脱模片(上)供给装置442退绕的脱模片446在转向辊441上层叠于涂液含浸增强纤维织物(该情况下为预浸料坯471),能够制成片状一体物。进而,能够将从脱模片(下)供给装置443退绕的脱模片446插入至上述片状一体物的下表面。此处,脱模片可以使用脱模纸、脱模膜等。利用高张力收取装置444,能够将其收取。图12中,作为高张力收取装置444,描绘了夹持辊。然后,片状一体物经过具有加热板451和加热夹持辊452的追加含浸装置450,被冷却装置461冷却,然后,被收取装置462收取,将上侧的脱模片446剥离后,用卷绕器464进行卷绕,能够得到作为制品的由预浸料坯/脱模片形成的片状一体物472。从转向辊441至卷绕器464,片状一体物基本以直线状搬送,因此能够抑制褶皱的产生。需要说明的是,图12中,省略了涂液供给装置、在线监测装置的描绘。
图13为使用本发明的预浸料坯的制造工序·装置的另一例的概略图。图13中,将增强纤维织物416从线轴架411拉出,直接以直线状搬送至平滑化装置418,然后将增强纤维织物416导向上方,这一点与图12不同。通过设定为这样的构成,无需在上方设置装置,能够大幅简化支架等的设置。
图14为使用本发明的预浸料坯的制造工序·装置的另一例的概略图。图14中,在台阶上设置线轴架411,使增强纤维织物416的行进路径进一步直线化。
图15为使用本发明的预浸料坯的制造工序·装置的另一例的概略图。代替图12中所示的通常的追加含浸装置,示出使用简易追加含浸装置的例子。图15中,简易追加含浸装置453设置在涂布部430的正下方,因此,涂液含浸增强纤维织物471在高温状态下被导至简易追加含浸装置453,因此能够使含浸装置简化·小型化。图15中,作为一例,描绘了加热夹持辊454,但根据目的,当然也可以为小型的加热S形辊。使用简易追加含浸装置时,还具有能够使预浸料坯制造装置整体非常紧凑的优点。
图19为使用本发明的预浸料坯的制造工序·装置的另一例的概略图。图19中,描绘了使用高张力收取S形辊449作为高张力收取装置、使用2辊-2组(合计4个)的“S形盘绕辊”型的加热S形辊455作为追加含浸装置的例子,但辊数当然可以根据目的而增减。另外,图19中,还描绘了用于提高含浸效果的接触辊456,但当然也可以根据目的而省略。
图20为使用本发明的预浸料坯的制造工序·装置的另一例的概略图。该例子中,示出了将“S形盘绕辊”型的加热S形辊与高张力收取装置并用的例子。具有能够使预浸料坯制造装置整体非常紧凑的优点。
本发明能够提供在航空·航天用材料、汽车材料、产业用材料、压力容器、建筑材料、壳体、医疗用途、运动用途等各种领域中可同时实现轻质性和高力学特性的优异材料,也可以用于制造使FRP中间基材表面、FRP表面具有功能性的表面材料(Surfacingmaterial)。
作为现有已知的表面材料,可示例以下的材料。国际公开WO2007/127032小册子中公开了具有耐紫外线性及耐磨耗特性的表面材料。其是将包含脂环式环氧树脂、热固化树脂、固化剂及/或固化催化剂、填充剂、颜料、流动调节剂的基体树脂膜与载体(聚酯毡)层压并一体化而成的。另外,国际公开WO2011/075344小册子、国际公开WO2013/086063小册子、国际公开WO2014/088866小册子、国际公开WO2017/095810小册子中公开了具有具备耐紫外线性的层和导电层(为了具备导电能力,利用金属箔、金属织物等)的表面材料。此外,国际公开WO2010/093598小册子、国际公开WO2013/086063小册子公开了下述例子:设置为了具有导电能力而含有银薄片、银纳米线、碳纳米管(CNT)、导电性炭黑、银被膜玻璃球等的层。另外,国际公开WO2017/112766小册子中公开了为了进一步提高自模具(模型)的脱模性而层压有脱模片的表面材料。
上述现有技术中,由于均是使载体(由有机聚合物纤维形成的机织物、无纺布、由玻璃纤维形成的机织物、无纺布等)、具有功能性的基体树脂膜与导电层(金属箔、金属织物等)层压并一体化,因此制造工艺繁杂,但若使用本技术,则能够使表面材料的制造高效化。
例如图1中,使用载体(由有机聚合物纤维形成的机织物、无纺布、由玻璃纤维形成的机织物、无纺布等)作为增强纤维织物1a、并使用参考国际公开WO2007/127032小册子、国际公开WO2010/093598小册子、国际公开WO2013/086063小册子的记载的树脂作为涂液2所含的树脂时,能够极简便地制造表面材料作为涂液含浸增强纤维1b。此时,脱模片3可根据需要使用,也可以使用经导电化处理的脱模片。
另外,为了制造导电性表面材料,例如在图21中,使用上述小册子中记载的载体(由有机聚合物纤维形成的机织物、无纺布、由玻璃纤维形成的机织物、无纺布等)作为增强纤维织物416,并将上述小册子记载的导电层(金属箔、金属织物等)配置于脱模片(下)供给装置443,由此能够得到导电性表面材料。另外,也可以如图16那样将载体和导电层引导至其他的涂布部431、432,赋予基体树脂后。在工序下游将其层叠。另外,也可以将增强纤维织物和作为导电层的金属箔、经导电处理的脱模片引导至一个涂布部,赋予基体树脂,从而一体地得到导电性表面材料。
另外,在图21、图16中,在脱模片(上)供给装置442上配置脱模片时,能够得到具有导电性并且具有脱模性的表面材料。
以下,记载更具体的例子。
作为成为表面材料的载体的增强纤维织物,从使表面材料尽可能薄的观点考虑,单位面积重量优选为5~50g/m2,更优选为10~30g/m2
作为基体树脂,从耐紫外线性、耐磨耗性的观点考虑,可以使用国际公开WO2007/127032小册子中记载的这样的脂环式环氧树脂,另外,出于调节涂液粘度的目的,可以适当使用其预聚物。另外,为了对基体树脂赋予触变性,可以使涂液中含有二氧化硅、各种陶瓷微粒等。此外,从提高设计性的方面考虑,优选使用各种颜料。
基体树脂中,从进一步附加含浸性的观点考虑,可以使用国际公开WO2013/086063小册子中记载的这样的树脂,此外,从附加、提高导电性的观点考虑,可以使用国际公开WO2010/093598小册子、国际公开WO2013/086063小册子中记载的这样的树脂。另外,也可以使用国际公开WO2011/075344小册子、国际公开WO2014/088866小册子、国际公开WO2017/095810小册子中记载的这样的树脂。
如上文所述,通过利用本发明,能够得到表面材料,但本发明的应用范围不限于上述的例子,可以根据目的设计、选择载体、基体树脂、导电层、脱模片等。
实施例
<增强纤维织物>
·碳纤维机织物1(东丽制“Torayca(注册商标)”布C6343B)
碳纤维:“Torayca(注册商标)”T300B(3K))
织物组织:平纹组织
经向密度:12.5根/25mm,纬向密度:12.5根/25mm
单位面积重量:198g/m2,厚度:0.23mm
·碳纤维机织物2(东丽制“Torayca(注册商标)”布CK6273C)
碳纤维:“Torayca(注册商标)”T700S(12K)
织物组织:平纹组织
经向密度:3根/25mm,纬向密度:3根/25mm
单位面积重量:192g/m2,厚度:0.21mm。
<涂液>
·热固性环氧树脂组合物1(涂液A):
其为环氧树脂(芳香族胺型环氧树脂+双酚型环氧树脂的混合物)、固化剂(二氨基二苯基砜)、聚醚砜的混合物,不含有聚合物粒子。使用TA Instruments公司制ARES-G2,以0.5Hz的测定频率、1.5℃/分钟的升温速度对该热固性环氧树脂1的粘度进行测定,结果75℃时为50Pa·s,90℃时为15Pa·s,105℃时为4Pa·s。
·热固性环氧树脂组合物2(涂液B):
使用下述组合物:在环氧树脂(芳香族胺型环氧树脂+双酚型环氧树脂的混合物)、固化剂(二氨基二苯基砜)、聚醚砜的混合物中,添加作为聚合物粒子的日本特开2011-162619号公报的实施例中记载的“粒子3”(Tg=150℃),使得将树脂组合物整体的质量设为100质量%时该颗粒3为13质量%。
使用TA Instruments公司制ARES-G2,以0.5Hz的测定频率、1.5℃/分钟的升温速度对该热固性环氧树脂2的粘度进行测定,结果,75℃时为118Pa·s,90℃时为32Pa·s,105℃时为10Pa·s。
<预浸料坯制造装置>图21记载的装置(需要说明的是,省略描绘树脂供给部)。
<涂布部>图7的方式的涂布部20c型(贮液部22为2段锥状)
就涂布部20c而言,形成贮液部22及狭窄部23的壁面部件21e、21f使用不锈钢制块体,另外,侧板部件24a、24b使用不锈钢制的板。此外,为了对涂液进行加热,在壁面部件21e、21f及侧板部件24a、24b的外周粘贴片式加热器(plate heater),用热电偶进行温度测量,同时调节涂液的温度及粘度。另外,增强纤维织物416的行进方向为竖直方向向下,贮液部22为2段锥状,只要没有特别说明,上部锥体张角为17°、下部锥体张角为7°且锥体高度(即H)为50mm。另外,作为宽度规制机构,具备图5中记载这样的与涂布部内部形状契合的板状衬套27,进而自由地变更该板状衬套的设置位置,以使得能够适当调节L2。L2为300mm时,狭窄部23的宽度Y为300mm。只要没有特别说明,狭窄部23的间隙D为0.3mm。在该情况下,出口狭缝的长宽比为1500。另外,为了不从狭窄部出口漏出涂液,在狭窄部出口下表面将衬套的外侧封闭后使用。
就预浸料坯的制作而言,利用夹持辊413将增强纤维织物416拉出,先向上方引导。然后,增强纤维织物416经过转向辊419,沿竖直向下方向搬送,在增强纤维预热装置420中被加热至涂布部温度以上,向涂布部430引导,涂布涂液。然后,将涂液含浸增强纤维织物(预浸料坯)471从涂布部430拉出,在转向辊441上与上侧脱模片446(该情况下为脱模纸)层叠,用高张力收取S形辊449进行收取。然后,向高张力收取S形辊449的上部辊供给下侧脱模片446(该情况下为脱模纸),形成用脱模纸夹持预浸料坯而成的片状一体物。进而,将其导入具备加热板451和加热夹持辊452的追加含浸装置450中,根据情况进行追加含浸。然后,经过冷却装置461,将上侧脱模纸剥离,对片状一体物472进行卷绕。
[实施例1]
使用涂液A作为涂液,使用2个板状衬套作为宽度规制机构,使它们的下端间的距离L2为300mm,作为增强纤维织物,使用切成300mm宽度的碳纤维机织物1,制作了300mm宽度的预浸料坯。其中,该实施例1中,未使用追加含浸装置450的加热板451、加热夹持辊454,未进行追加含浸。需要说明的是,贮液部的涂液温度为90℃(相当于15Pa·s)。另外,增强纤维织物、预浸料坯的行进速度为10m/分钟。将此时的各种稳定行进评价项目、含浸度示于表1。为了对增强纤维织物的涂液赋予部处的行进稳定性(连续生产率)进行评价,连续行进30分钟,将没有绒毛堵塞·断丝的情况作为“良好”(good),将绒毛堵塞、断丝的情况作为“不良”(bad)。另外,为了对得到的涂液含浸增强纤维织物的涂液的赋予状态(涂液的赋予性)进行评价,对涂液含浸增强纤维织物的表面进行目视确认,将表面被涂液润湿的情况作为“良好”,将未润湿的情况作为“不良”。此外,为了调查涂液向增强纤维织物的含浸性,在涂布装置正下方快速地取得涂液含浸增强纤维织物,对涂液的含浸性(impregnating property)进行目视确认。将涂液含浸增强纤维织物内部的纤维也被涂液润湿的情况作为含浸性良好“good”,将仅涂液含浸增强纤维织物表面附近的纤维被涂液润湿的情况作为含浸性不良“bad”。
此外,为了评价绒毛堵塞的征兆,在30分钟及60分钟的连续行进后将涂布部拆开,对壁面部件21的接液面进行目视观察,调查绒毛的有无。将连续行进后在狭窄部23的附近附着有绒毛的情况作为绒毛防止性“差”(Poor),将连续行进后在距离狭窄部23远的部分(贮液部22的上部附近)附着有绒毛的情况作为绒毛防止性“合格”(Fair),将连续行进后在壁面部件21的接液面未附着绒毛的情况作为绒毛防止性“良好”(good),评价绒毛防止性。
另外,按下述方式对预浸料坯的宽度方向上的单位面积重量均匀性进行评价。将实施例1中得到的宽度300mm的预浸料坯沿宽度方向在右端部、中央、左端部切出100mm见方,各自用3个实验样品(n=3)测定预浸料坯的质量、碳纤维的质量。碳纤维的质量以利用溶剂将树脂从预浸料坯溶出后的残渣来测定。由此,分别算出各采样位置的平均值,对各采样位置的平均值彼此进行比较,结果碳纤维、树脂均限于±2质量%的范围内,单位面积重量均匀性优异。
[表1]
Figure BDA0002810099670000331
[实施例2]
除了使涂布部的锥体高度为10mm以外,与实施例1同样地进行涂布,结果显示出优异的行进稳定性。
[比较例1]
除了使涂布部的锥体高度为5mm以外,与实施例1同样地进行涂布,行进开始数分钟时,增强纤维织物在涂布部堵塞,无法行进。然后,将涂布部20拆开,结果在狭窄部23堵塞了绒毛。
[比较例2]
作为涂布部,使用图10所示的与本发明不同的、贮液部不具有连续截面减少部的涂布部,与实施例1同样地进行涂布,增强纤维织物立即在涂布部堵塞,无法行进。然后,将涂布部30拆开,结果在狭窄部23堵塞了绒毛。
[实施例3、4]
对宽度规制机构的下端间距离L2进行变更,使“L2-W”为10mm(实施例3)、20mm(实施例4),除此以外,与实施例1同样地进行涂液含浸增强纤维织物的制作。“L2-W”为0mm的实施例1中,得到的涂液含浸增强纤维织物端部未观察到变形、折断,为良好的形态(优异(Excellent)),但就“L2-W”为10mm的实施例3而言,虽然不成为问题,但观察到些许端部的折断、变形(良好)。就“L2-W”为20mm的实施例4而言,虽然不成为问题,但观察到端部的折断(合格),也观察到若干端部的变形(良好)。
[表2]
Figure BDA0002810099670000351
[实施例5]
除了使用涂液B作为涂液以外,与实施例1同样地进行涂液含浸增强纤维织物的制作。此时,行进稳定性为“良好”,但60分钟连续行进后的绒毛防止性是“合格”。
[实施例6]
除了使涂液温度为105℃以外,与实施例5同样地进行涂液含浸增强纤维织物的制作。此时,行进稳定性为“良好”,60分钟连续行进后的绒毛防止性也为“良好”。
[实施例7]
除了使增强纤维织物为碳纤维机织物2以外,与实施例1同样地进行涂液含浸增强纤维织物的制作。此时,行进稳定性为“良好”,60分钟连续行进后的绒毛防止性也为“良好”。
[实施例8]
除了使具备加热板451和加热夹持辊452的追加含浸装置450运转而使用以外,与实施例7同样地在增强纤维织物中进行涂液A的含浸,接着将其导入追加含浸机装置450中,参考日本特开2011-132389号公报的记载在管线内(inline)进行追加含浸。对得到的预浸料坯的由毛细管现象引起的吸水率进行调查,结果为4%以下,是作为预浸料坯充分的含浸度。需要说明的是,就吸水率的测定而言,按照日本特表2016-510077号公报中记载的方法,将预浸料坯切成10cm×10cm,将其1条边以5mm在水中浸渍5分钟,根据此时的质量变化进行计算。
[实施例9、参考例1]
将实施例8中得到的预浸料坯层叠6层,使用高压釜以180℃、6kgf/cm2(0.588MPa)的条件固化2小时,得到了CFRP(实施例9)。得到的CFRP的经丝方向上的拉伸强度为850MPa,具有适合作为航空·航天用的结构材料的机械特性。
另外,使用实施例7中使用的碳纤维机织物2及涂液A,利用现有的热熔法,在预浸料坯的行进速度为4m/分钟的条件下制作了通常的预浸料坯。该预浸料坯的吸水率为4%以下,是充分的含浸度。使用高压釜,使该预浸料坯在180℃、6kgf/cm2(0.588MPa)的条件下固化2小时,得到的CFRP的经丝方向上的拉伸强度为840MPa(参考例1)。
需要说明的是,CFRP拉伸强度利用与WO2011/118106小册子中记载的方法同样的方法进行测定、并使用将预浸料坯中的增强纤维的体积%标准化为53.8%而得到的值。
[实施例10]
增强纤维织物:单位面积重量为12g/m2的聚酯无纺布
基体树脂:脂环式环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、酸酐系固化剂、三苯基膦、二氧化硅粒子的混合物
预浸料坯制造装置:图21记载的预浸料坯制造装置(需要说明的是,省略描绘树脂供给部)
涂布部:与实施例1同样,图7的方式的涂布部20c型(贮液部22为2段锥状,上部锥体的张角为90°且锥体高度(即H)为40mm,下部锥体的张角为60°且锥体高度为15mm)。另外,作为宽度规制机构,具备图5中记载这样的与涂布部内部形状契合的板状衬套27,狭窄部23的宽度Y与L2(300mm)相同,为300mm(L-W=0,L2-W=0)。狭窄部23的间隙D为0.3mm(出口狭缝的长宽比为1000)。另外,为了不从狭窄部出口漏出涂液,在狭窄部出口下表面将衬套的外侧封闭后而使用。
使用上述的材料、装置,以3m/分钟的行进速度制作了300mm宽度的预浸料坯。需要说明的是,本实施例中,未使用追加含浸装置。
此时的连续行进性为“良好”,绒毛防止性(60分钟)为“良好”,涂液的赋予性(目视)为“良好”,含浸性(目视)为“良好”,端部的变形、折断也“良好”。
[实施例11]
增强纤维织物:单位面积重量为48g/m2的玻璃纤维机织物
涂液:向基体树脂(脂环式环氧树脂、双酚A型环氧树脂、固态橡胶、Novolac环氧树脂、双氰胺、苯基二甲基脲、氧化铝、二氧化硅粒子的混合物)中加入作为溶剂的MEK而得到的物质。
预浸料坯制造装置:图22中记载的预浸料坯制造装置(需要说明的是,省略描绘树脂供给部)
涂布部:与实施例1同样,图7的方式的涂布部20c型(贮液部22为2段锥状,上部锥体的张角为90°且锥体高度(即H)为40mm,下部锥体的张角为60°且锥体高度为15mm)。另外,作为宽度规制机构,具备图5中记载这样的与涂布部内部形状契合的板状衬套27,狭窄部23的宽度Y与L2(300mm)相同,为300mm(L-W=0,L2-W=0)。只要没有特别说明,狭窄部23的间隙D为0.3mm(出口狭缝的长宽比为1000)。另外,为了不从狭窄部出口漏出涂液,在狭窄部出口下表面将衬套的外侧封闭后使用。
使用上述的材料、装置,以3m/分钟的行进速度制作了300mm宽度的预浸料坯。
此时的连续行进性为“良好”,绒毛防止性(60分钟)为“良好”,涂液的赋予性(目视)为“良好”,含浸性(目视)为“良好”,端部的变形、折断也为“良好”。
产业上的可利用能性
由本发明的制造方法得到的涂液含浸增强纤维织物可以作为以CFRP为代表的FRP而广泛地应用于航空·航天用途、汽车·火车·船舶等的结构材料、内部装饰材料、压力容器、产业材料用途、运动材料用途、医疗设备用途、壳体用途、土木·建筑用途等。
附图标记说明
1a 增强纤维织物
1b 涂液含浸增强纤维织物
2 涂液
3 脱模片
11 供给装置
12 夹持辊
13、14 搬送辊
15 卷绕装置
16 脱模片供给装置
20 涂布部
20b 另一实施方式的涂布部
20c 另一实施方式的涂布部
20d 另一实施方式的涂布部
20e 另一实施方式的涂布部
21a、21b 壁面部件
21c、21d 另一形状的壁面部件
21e、21f 另一形状的壁面部件
21g、21h 另一形状的壁面部件
21i、21j 另一形状的壁面部件
22 贮液部
22a 贮液部中截面积连续减少的区域
22b 贮液部中截面积未减少的区域
22c 贮液部中截面积断续地减少的区域
23 狭窄部
24a、24b 侧板部件
25 出口
26 间隙
30 比较例1的涂布部
31a、31b 比较例1的壁面部件
32 比较例1的贮液部
33 比较例1的贮液部中截面积断续地减少的区域
35a、35b、35c 杆
100 涂布装置
B 贮液部22的进深
C 至贮液部22的上部液面的高度
D 狭窄部的间隙
G 实施宽度规制的位置
H 贮液部22的截面积连续减少的竖直方向高度
L 贮液部22的宽度
L2 宽度规制机构下端中由宽度规制机构所规制的宽度
R、Ra、Rb 涡流
T 循环流
W 在狭窄部23的正下方所测定的涂液含浸增强纤维织物1b的宽度
Y 狭窄部23的宽度
Z 增强纤维织物1a的行进方向(竖直方向向下)
θ 锥部的张角
411 线轴架
412 增强纤维织物卷
413 夹持辊
416 增强纤维织物
418 平滑化装置
419 转向辊
420 增强纤维预热装置
430 涂布部
431 第1涂布部
432 第2涂布部
441 转向辊
442 脱模片(上)供给装置
443 脱模片(下)供给装置
444 高张力收取装置
445 转向辊
446 脱模片
447 层叠辊
448 高张力收取装置
449 高张力收取S形辊
450 追加含浸装置
451 加热板
452 加热夹持辊
453 简易追加含浸装置
454 加热夹持辊
455 加热S形辊
456 接触辊
461 冷却装置
462 收取装置
463 脱模片(上)卷绕装置
464 卷绕器
471 预浸料坯(涂液含浸增强纤维织物)
472 预浸料坯/脱模片(片状一体物)
480 干燥腔

Claims (14)

1.涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其是使增强纤维织物沿实质上竖直方向向下从贮存有涂液的涂布部的内部通过、从而将涂液赋予至增强纤维织物的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,
所述涂布部具备彼此连通的贮液部和狭窄部,
所述贮液部具有截面积沿着增强纤维织物的行进方向连续减少的部分,
所述狭窄部具有狭缝状的截面,并且具有比贮液部上表面小的截面积,
贮液部中的截面积连续减少的部分的竖直方向高度为10mm以上。
2.如权利要求1所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其中,贮液部的在增强纤维的排列方向上的下部宽度L、与狭窄部正下方的增强纤维织物的宽度W满足L≤W+10(mm)。
3.如权利要求1或2所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其中,在贮液部内具备用于规制增强纤维织物的宽度的宽度规制机构,狭窄部正下方的增强纤维织物的宽度(W)与在所述宽度规制机构下端由宽度规制机构规制的宽度(L2)的关系满足L2≤W+10(mm)。
4.如权利要求3所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其中,在所述贮液部及狭窄部的整个区域具备所述宽度规制机构。
5.如权利要求1~4中任一项所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其中,以3.14s-1的应变速度所测定的涂液的粘度为1~60Pa·s。
6.如权利要求1~5中任一项所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其中,涂液包含热固性树脂。
7.如权利要求1~6中任一项所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其特征在于,使用包含聚合物粒子的涂液,并且,在使涂布部内的所述涂液的温度比构成所述聚合物粒子的树脂的玻璃化转变温度(Tg)或熔点(Tm)低20℃以上的状态下,将涂液赋予至增强纤维织物。
8.如权利要求1~7中任一项所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法,其中,将增强纤维织物加热之后导入至贮液部。
9.片状一体物的制造方法,其中,利用权利要求1~8中任一项所述的涂液含浸增强纤维织物的制造方法得到涂液含浸增强纤维织物,向得到的涂液含浸增强纤维织物的至少一面赋予脱模片而制成片状一体物,然后收取片状一体物。
10.如权利要求9所述的片状一体物的制造方法,其中,在形成片状一体物之后进行追加含浸。
11.如权利要求1~10中任一项所述的片状一体物的制造方法,其中,所述片状一体物为预浸料坯。
12.预浸料坯带的制造方法,其中,利用权利要求11所述的片状一体物的制造方法得到预浸料坯,然后将预浸料坯分切。
13.纤维增强复合材料的制造方法,其中,利用权利要求11所述的片状一体物的制造方法得到预浸料坯,然后使预浸料坯固化。
14.纤维增强复合材料的制造方法,其中,利用权利要求12所述的预浸料坯带的制造方法得到预浸料坯带,然后使预浸料坯带固化。
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