【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向性プリプレグを製造するような場合に用いる強化繊維束の開繊方法および開繊装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の成形に一方向性プリプレグが用いられる。そのような一方向性プリプレグは、たとえば、複数本の、炭素繊維束等の強化繊維束を一方向に並行するように引き揃え、各強化繊維束を開繊、拡幅して強化繊維シートとした後、その強化繊維シートに、Ｂステージのエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を塗布した離型紙をその樹脂塗布面において重ね合わせ、離型紙上のマトリクス樹脂を強化繊維シートに転移、含浸することによって製造される。いわゆるホットメルト法と呼ばれる方法であるが、このとき強化繊維束の開繊の程度に斑があると、得られる一方向性プリプレグに割れができたり、割れができないまでも強化繊維の目付が不均一になったりする。その場合、当然、成形されるＦＲＰは特性の不均一なものとなる。すなわち、強化繊維束の開繊の良否は、一方向性プリプレグの特性、ひいてはＦＲＰの特性を左右する。
【０００３】
さて、そのような一方向性プリプレグの製造における強化繊維束の開繊は、従来、連続的に走行する、一方向に並行するように引き揃えられた強化繊維束を、柱軸方向に振動する円柱体に緊張下に接触させたり（たとえば、特許文献１参照）、強化繊維束の走行方向に沿って多段に設けた、ロール軸方向に振動する複数本の横振動ロールに緊張下に接触させたり（たとえば、特許文献２参照）、強化繊維束の走行方向に沿って多段に設けた、少なくとも１個が偏芯ロールである複数本のロールに緊張下に接触させたり（たとえば、特許文献３参照）、強化繊維束をもみほぐすように叩いたりすることによって行っている（たとえば、特許文献４参照）。
【０００４】
しかしながら、これら従来の方法は、いずれも、特に、強化繊維束を幅広く拡げて薄い強化繊維シートを得ようとすると、強化繊維束を円柱体や横振動ロール、偏芯ロール等に強く押し当てる必要があり、そのため、強化繊維束を構成している単繊維が切れたり毛羽が発生したりするという問題がある。かかる不都合は、強化繊維束が高弾性率のものである場合や、走行速度を増大させたような場合に特に顕著に現れる。また、強化繊維束をもみほぐすように叩くだけでは、十分な開繊効果が得られないばかりか、開繊の程度に大きな斑ができる。したがって、そのような強化繊維シートを用いて得られる一方向性プリプレグは、品位の低いものとなる。また、当然、そのような一方向性プリプレグによっては、均質で特性に優れたＦＲＰは得られない。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５６−４３４３５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−２９２２３８号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平７−２６８７５４号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開昭６２−１８４１７２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の上述した問題点を解決し、強化繊維束の開繊を、より高速で、かつ、単繊維切れや毛羽の発生を防止しながら、しかも、均一に行うことができる強化繊維束の開繊方法と開繊装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、連続的に走行する強化繊維束を加熱下に衝打した後、ロール軸方向に振動する横振動ロール、および／または、強化繊維束の走行方向に関して上下方向に振動する縦振動ロールを用いて開繊することを特徴とする強化繊維束の開繊方法を提供する。幅の広い強化繊維シートを得るような場合には、一方向に互いに並行するように引き揃えられた複数本の強化繊維束を開繊する。
【００１１】
強化繊維束は、加熱下に衝打するのが好ましく、また、１〜３０回／秒、変位の最大値が１〜３０ｍｍの範囲内になるように衝打するのが好ましい。
【００１２】
また、通常、横振動ロールは周波数１〜２０Ｈｚ、振幅１〜３０ｍｍの範囲内で振動させ、縦振動ロールは周波数１０〜３０Ｈｚ、振幅１〜５ｍｍの範囲内で振動させる。
【００１３】
さらに、強化繊維束として炭素繊維束を用いる場合には、炭素繊維束を５０〜１８０℃の範囲内の温度に保ちながら開繊するのが好ましい。
【００１４】
本発明は、また、上述した目的を達成するために、連続的に走行せしめられる強化繊維束の衝打手段と、強化繊維束の走行方向に関して衝打手段よりも下流側に設けた、ロール軸方向に振動する横振動ロール、および／または、強化繊維束の走行方向に関して上下方向に振動する縦振動ロールとを含んでいることを特徴とする強化繊維束の開繊装置を提供する。
【００１５】
衝打手段には、それに対応して強化繊維束の加熱手段が設けられているのが好ましく、また、衝打手段は、強化繊維束に当接するバーまたはロールを有し、それらバーまたはロールが強化繊維束に対して１〜３０回／秒、強化繊維束の変位の最大値が１〜３０ｍｍの範囲内になるように当接せしめられるのが好ましい。
【００１６】
また、通常、横振動ロールは周波数１〜２０Ｈｚ、振幅１〜３０ｍｍの範囲内で振動せしめられ、縦振動ロールは周波数１０〜３０Ｈｚ、振幅１〜５ｍｍの範囲内で振動せしめられる。
【００１７】
さらに、横振動ロールや縦振動ロールは、通常、それぞれ複数本設けられるが、隣り合う横振動ロール同士や縦振動ロール同士は、互いに逆位相になるように振動せしめるのが好ましい。
【００１８】
また、横振動ロールや縦振動ロールには、それらと対をなす自由回転ロールが設けられているのが好ましい。
【００１９】
さらに、強化繊維束の走行方向に関して横振動ロールよりも上流側には、撚り止めロールが配置されているのが好ましい。
【００２０】
上述の横振動ロールや縦振動ロール、自由回転ロール、撚り止めロールは、周方向に等配された、ロール軸方向に延びる凸部を有するラダーロールであるのが好ましい。
【００２１】
また、横振動ロールおよび縦振動ロールに対向する位置に強化繊維束の加熱手段が設けられているのも好ましい。
【００２２】
本発明の開繊方法や開繊装置によれば、薄く、かつ、均一な強化繊維シートをより高速で得ることができ、それにマトリクス樹脂を含浸することで一方向性プリプレグを製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一形態に係る強化繊維束の開繊装置を示すもので、図示しない多数個のパッケージから繰り出される多数本の強化繊維束１、１、・・・は、自由回転する引揃えロール２、２、コーム３を経て一方向に互いに並行するようにシート状に引き揃えられ、導入ロール４に導かれる。コーム３と導入ロール４との間には、強化繊維束１、１、・・・の衝打手段１０が設けられ、また、その衝打手段１０に対応して強化繊維束１、１、・・・を加熱するヒータ５が設けられている。
【００２４】
衝打手段１０としては、たとえば、図２に示すような、加振源１０ａによって矢印方向に往復動せしめられるバー１０ｂを備え、バー１０ｂの往復動によって強化繊維束を衝打するようにしたものや、図３に示すような、モータ等で駆動される回転軸１０ｃの周りに複数個のバー１０ｂを等配してなり、回転軸１０ｃが、好ましくは強化繊維束の走行方向と同一方向、たとえば矢印方向に回転せしめられることによってバー１０ｂが強化繊維束を衝打するようにしたもの等を用いることができる。バー１０ｂはロールであってもよい。
【００２５】
再び図１を参照するに、導入ロール４を通過した強化繊維束１、１、・・・は、開繊手段６に導かれ、開繊、拡幅されて強化繊維シート８となる。
【００２６】
開繊手段６は、強化繊維束１、１、・・・の走行方向（図面左方から右方に向かう方向）に沿って設けた、この例では２本の、図示しない加振源によってロール軸方向に振動せしめられる横振動ロール６ａ、６ａを有する。また、強化繊維束１、１、・・・の走行方向に関して横振動ロール６ａ、６ａの後方には、この例では２本の、図示しない加振源によって、強化繊維束１、１、・・・の走行方向に関して上下方向（図面上下方向）に振動せしめられる縦振動ロール６ｂ、６ｂが設けられている。さらに、横振動ロール６ａ、６ａにはそれらと対をなして自由回転ロール６ｃ、６ｃが、縦振動ロール６ｂ、６ｂにはそれらと対をなして自由回転ロール６ｄ、６ｄが、それぞれ設けられている。また、開繊手段６の下方には、ヒータ７が設けられている。
【００２７】
強化繊維束１、１、・・・の走行方向に関して開繊手段６の後方には、４本のパウダブレーキロール９、・・・９が設けられている。
【００２８】
さて、多数個のパッケージから繰り出される多数本の強化繊維束１、１、・・・は、自由回転する引揃えロール２、２、コーム３を経て一方向に互いに並行するようにシート状に引き揃えられ、さらにヒータ５によって予熱された後、導入ロール４を経て開繊手段６に導かれる。このとき、強化繊維束１、１、・・・は、ヒータ５による加熱下に衝打手段１０によって衝打され、もみほぐされる。
【００２９】
開繊手段６に導かれた強化繊維束１、１、・・・は、ヒータ７によって所望の温度に保たれながら、まず、横振動ロール６ａ、６ａおよび自由回転ロール６ｃ、６ｃによって開繊、拡幅された後、縦振動ロール６ｂ、６ｂおよび自由回転ロール６ｄ、６ｄによってさらに開繊、拡幅され、もはや繊維束の体をなさない強化繊維シート８となる。このとき、パウダブレーキロール９、・・・９は、開繊される強化繊維束１、１、・・・の張力を安定させるように作用する。なお、開繊の際の張力は、強化繊維の単繊維１，０００本あたり０．２〜１Ｎの範囲内となるようにするのが好ましい。張力があまり低すぎると開繊作用が低くなり、高すぎると単繊維切れや毛羽を生じやすくなる。
【００３０】
上記において、強化繊維束は、たとえば、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束のようなものである。なかでも、本発明は、比較的高弾性率で、単繊維切れや毛羽を生じやすい炭素繊維束を開繊する場合に好適である。炭素繊維束としては、たとえば、ポリアクリロニトリル系繊維やピッチ系繊維等を原料繊維とする、単繊維数１，０００〜１００，０００本のものを用いることができる。なお、本発明は、ただ１本の強化繊維束を開繊、拡幅する場合でも適用できるが、通常は、少なくとも１０本の強化繊維束に対して適用する。
【００３１】
強化繊維束の走行速度は、遅すぎると開繊、拡幅の効率が悪くなり、速すぎると開繊効果が低下し、また、横振動ロールや縦振動ロール等のロールの本数も多くなって設備費が上昇し、設置スペースの面でも不利であるので、３〜２０ｍ／分程度とするのが好ましい。
【００３２】
強化繊維束は、１〜３０回／秒、変位の最大値が１〜３０ｍｍの範囲内になるように衝打するのが好ましい。衝打の回数があまり少ないともみほぐし効果が不十分になることがあり、また、あまり多いと強化繊維束を傷付けることがある。同じ理由から、衝打時の変位の最大値は１〜３０ｍｍの範囲内とするのが好ましい。
【００３３】
ヒータ５やヒータ７は、必須のものではない。ただ、強化繊維束が炭素繊維束である場合、炭素繊維束には、通常、サイジング剤が付着せしめられていることから、そのまま衝打、開繊するよりも、加熱してサイジング剤を軟化せしめた状態で衝打、開繊するほうが高い開繊効果が得られる。そのため、炭素繊維束を開繊する場合には、炭素繊維束をヒータ５で５０〜１８０℃程度に予熱しながら衝打し、ヒータ７で５０〜１８０℃程度の温度に保ちながら開繊するのが好ましい。５０℃よりも低い温度ではサイジング剤の軟化が十分でないことがあり、１８０℃を超えると、サイジング剤が変質したり、ロール等との摩擦が大きくなって単繊維切れや毛羽を生ずることがある。
【００３４】
導入ロールは、一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えられた強化繊維束をその配列状態を乱さないように開繊手段に導入するためのものである。特に、強化繊維束に撚りがあると、導入ロールの表面で強化繊維束がロール軸方向に移動し、配列状態が乱れやすい。配列状態が乱れると、得られる強化繊維シートに割れができることがあり、その場合、均質な一方向性プリプレグを得られなくなる。
【００３５】
導入ロールとしては、外径が一様な自由回転ロールであってもよいが、ラダーロールを用いるのが好ましい。ラダーロールは、図４に示すように、ロール軸方向に延びるかまぼこ状の凸部１１ａを周方向に等配してなるもので、強化繊維束１が凸部１１ａによって把持され、その移動が防止される。凸部１１ａの高さは、等配個数や強化繊維束の巻付角にもよるが、隣接する凸部１１ａ間で強化繊維束１がロール表面に接触しないような高さとする。なお、等配個数は、図４における凸部１１ａの配角θが５〜５０°、好ましくは１０〜４０°になるようにするとよい。個数があまり多いと撚りを止める効果が小さくなり、また、あまり少ないと凸部における強化繊維束の接触角が大きくなって強化繊維束に単繊維切れや毛羽ができやすくなるからである。なお、自由回転ロールを用いる場合もそうであるが、ラダーロールの凸部の表面は、平滑すぎると強化繊維束との接触面積が大きくなって、たとえばサイジング剤の転写による単繊維の巻付きや単繊維切れが起こったりするようになり、また、あまり粗いと強化繊維束が傷ついて単繊維切れを生じやすくなるので、粗さが３〜２０Ｓ程度の梨地仕上げとしておくのが好ましい。
【００３６】
強化繊維束は、上述したように、まず、衝打手段によって衝打され、もみほぐされた後、横振動ロール、自由回転ロールによって開繊、拡幅され、さらに縦振動ロール、自由回転ロールによって開繊、拡幅される。この開繊、拡幅は、強化繊維束を構成している単繊維の、横振動ロールによるロール軸方向への移動と、縦振動ロールによる、強化繊維束の走行方向に関して上下方向への移動によって行われるが、このとき、横振動ロール、縦振動ロールと対をなす自由回転ロールは、単繊維の移動に対して支点のような作用する。もっとも、横振動ロールによる開繊、拡幅と、縦振動ロールによる開繊、拡幅とが必須であるわけではなく、開繊、拡幅の効果は劣るものの、いずれか一方のみを採用することもできる。また、まず、縦振動ロールによる開繊、拡幅を行い、次に横振動ロールによる開繊、拡幅を行うこともできるが、横振動ロールによる開繊、拡幅を行い、次に縦振動ロールによる開繊、拡幅を行う場合にくらべて開繊効果は劣る。なお、自由回転ロールは、必須のものではないが、これを設けると、上述したようにそれらが単繊維の移動に対して支点のように作用し、開繊効果が向上するようになる。
【００３７】
横振動ロールや縦振動ロールは、上述の例ではそれぞれ２本設けているが、強化繊維束の種類や太さ、振動の大きさ等にもよるものの、通常、それぞれ１〜５本程度、合わせて２〜１０本程度とする。あまり多く設けても開繊効果に大きな変わりはなく、むしろ、設備費が上昇するようになる。また、横振動ロールや縦振動ロールをそれぞれ複数本設ける場合、隣り合う横振動ロール同士、縦振動ロール同士が互いに逆位相になるように振動させると、開繊装置の振動を抑制できるので好ましい。なお、横振動ロール、縦振動ロール、自由回転ロールの本数が多い場合（段数が多い場合）、それらの間に強化繊維束を通しにくくなるので、横振動ロールおよび縦振動ロールか、自由回転ロールか、いずれか一方を昇降できるようにしておくのも好ましい。
【００３８】
横振動ロールや縦振動ロール、自由回転ロールは、外径が一様な自由回転ロールであってもよいが、やはり図４に示したようなラダーロールを用いるのが好ましい。
【００３９】
横振動ロールは、強化繊維束の種類や太さ、強化繊維束の走行速度等にもよるが、周波数１〜２０Ｈｚ、振幅１〜３０ｍｍ程度の範囲内で振動させる。通常は、振動数５〜１５Ｈｚ、振幅５〜２０ｍｍ程度とする。振動数や振幅があまり小さいと開繊作用が低くなり、また、あまり大きいと強化繊維束の擦過による単繊維切れや毛羽立ちが起こりやすくなるからである。
【００４０】
また、縦振動ロールは、これも強化繊維束の種類や太さ、強化繊維束の走行速度等にもよるが、周波数１０〜３０Ｈｚ、振幅１〜５ｍｍ程度の範囲内で振動させる。通常は、振動数１５〜２５Ｈｚ、振幅１〜３ｍｍ程度とする。横振動ロールと同様、振動数や振幅があまり小さいと開繊作用が低くなり、また、あまり大きいと強化繊維束の擦過による単繊維切れや毛羽立ちが起こりやすくなるからである。
【００４１】
さて、開繊によって得られた強化繊維シートは、それを一方向性プリプレグの製造装置に供することで一方向性プリプレグとすることができる。すなわち、たとえば、図５に示すように、図１〜４に示した開繊装置によって得られる強化繊維シート８の上下面に、導入ロール１２、１２を介して導入される、Ｂステージのエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等のマトリクス樹脂を塗布した離型紙１３、１３をその樹脂塗布面が強化繊維シート８側を向くように重ね合わせ、ヒータ１４で予熱した後、加熱された含浸ロール１５、１５間に通して離型紙１３、１３上のマトリクス樹脂を強化繊維シート８に転移、含浸する。すなわち、一方向性プリプレグとする。マトリクス樹脂の転移、含浸後は、引取ロール１６、１６を経て上側の離型紙１３を剥ぎ取り、下側の離型紙１３ごとロール状に巻き取り、一方向性プリプレグのロール体１７とする。この場合、強化繊維シートを構成する単繊維１，０００本あたりの張力を１〜５Ｎの範囲内とするのが好ましい。張力があまり低すぎると、マトリクス樹脂の転移、含浸の際に単繊維の配列が乱れることがあり、その場合、得られる一方向性プリプレグに割れができることがある。また、高すぎると、単繊維が張力によって元の強化繊維束の形態に戻ろうとして一方向強化繊維シートに割れができることがあり、その場合、やはり得られる一方向性プリプレグに割れができるようになる。また、マトリクス樹脂の含浸性も低下し、マトリクス樹脂の未含浸部分ができることがある。
【００４２】
【実施例および比較例】
実施例１：
図１に示した装置を用い、強化繊維束として、４５０本の、平均単繊維径７μｍ、単繊維数３，０００本の炭素繊維束（東レ株式会社製“トレカ”Ｍ４０ＪＢ−３Ｋ）を８ｍ／分の速度で走行させながら開繊、拡幅した。単繊維１，０００本あたりの張力は０．６Ｎに設定した。
【００４３】
衝打手段としては、図２に示したものを用い、１秒間あたり強化繊維束を８回、変位の最大値が１０ｍｍになるように衝打した。
【００４４】
ヒータ５、ヒータ７としては赤外線ヒータを用い、ヒータ５で炭素繊維束を８０℃に予熱し、ヒータ７では炭素繊維束が７７℃になるように加熱した。この７７℃という温度は、上記炭素繊維束に付着せしめられているサイジング剤の軟化点温度である。
【００４５】
導入ロールとしては、図４に示したようなラダーロールを用いた。なお、このラダーロールは、直径が３０ｍｍ、凸部の配角θが４５°、凸部の高さが１．５ｍｍであり、凸部の表面は粗さ１０Ｓの梨地表面に加工されている。
【００４６】
また、横振動ロールおよびそれと対をなす自由回転ロールとしては、それぞれ２本の、図４に示したようなラダーロールを用いた。このラダーロールは、直径が４０ｍｍ、凸部の配角θが３０°、凸部の高さが２ｍｍであり、凸部の表面は粗さ１０Ｓの梨地表面に加工されている。縦振動ロールおよびそれと対をなす自由回転ロールとしては、それぞれ２本の、図４に示したようなラダーロールを用いた。このラダーロールは、直径が３０ｍｍ、凸部の配角θが２２．５°、凸部の高さが２ｍｍであり、凸部の表面は粗さ１０Ｓの梨地表面に加工されている。そして、横振動ロールは周波数８Ｈｚ、振幅１０ｍｍで振動させ、縦振動ロールは周波数１５Ｈｚ、振幅２ｍｍで振動させた。
【００４７】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０４５ｍｍ、目付が４５ｇ／ｍ２で、元の炭素繊維束の形態は全くなく、開繊前の炭素繊維束の幅からみて約２．７倍の幅に開繊、拡幅されていた。
実施例２：
実施例１において、炭素繊維束の衝打を、１秒間あたり１５回、変位の最大値が１５ｍｍになるようにした。
【００４８】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０４ｍｍ、目付が４０ｇ／ｍ２で、元の炭素繊維束の形態は全くなく、開繊前の炭素繊維束の幅からみて約３．１倍の幅に開繊、拡幅されていた。
実施例３：
実施例１において、横振動ロールの周波数を１０Ｈｚ、振幅を１０ｍｍとし、縦振動ロールの周波数を２０Ｈｚ、振幅を２ｍｍとした。
【００４９】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０３５ｍｍ、目付が３５ｇ／ｍ２で、元の炭素繊維束の形態は全くなく、開繊前の炭素繊維束の幅からみて約３．５倍の幅に開繊、拡幅されていた。
実施例４：
実施例１において、それぞれ２本の縦振動ロールおよびそれと対をなす自由回転ロールを除去した。すなわち、それぞれ２本の横振動ロールおよびそれと対をなす自由回転ロールのみとした。
【００５０】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０８ｍｍ、目付が８０ｇ／ｍ２で、開繊の程度は開繊前の炭素繊維束の幅からみて約１．３倍であった。
実施例５：
実施例１において、それぞれ２本の横振動ロールおよびそれと対をなす自由回転ロールを除去した。すなわち、それぞれ２本の縦振動ロールおよびそれと対をなす自由回転ロールのみとした。
【００５１】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０８ｍｍ、目付が８０ｇ／ｍ２で、開繊の程度は開繊前の炭素繊維束の幅からみて約１．３倍であった。
実施例６：
実施例１で得られた炭素繊維シートを用い、図５に示した装置を用いて一方向性プリプレグを製造した。炭素繊維シートには、単繊維数１，０００本あたり３Ｎの張力が加わるようにした。
【００５２】
また、マトリクス樹脂としては、一液硬化型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製“エピコート”８２８：５０重量％、同社製ビスフェノールＡ型グリシジルエーテル“エピコート”１００１：４０重量％、ジシアンジアミド：３重量％および３（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素：７重量％の混合物）を用い、ヒータ１３による炭素繊維束の加熱温度は１５０℃とした。
【００５３】
得られた一方向性プリプレグは、厚みが０．０７ｍｍ、炭素繊維の体積含有率が７０％、目付が７０ｇ／ｍ２であり、割れ等は認められなかった。
実施例７：
実施例１において、炭素繊維束の走行速度を０．３ｍ／分、横振動ロールの周波数を１５Ｈｚ、振幅を１５ｍｍとした。
【００５４】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０３ｍｍ、目付が３０ｇ／ｍ２で、元の炭素繊維束の形態は全くなく、開繊前の炭素繊維束の幅からみて約４．４倍の幅に開繊、拡幅されていた。また、実施例６と同様にして得た一方向性プリプレグは、厚みが０．０５ｍｍ、炭素繊維の体積含有率が６０％、目付が５０ｇ／ｍ２であり、割れ等は認められなかった
比較例１：
実施例１において、衝打手段を除去した。得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０８ｍｍ、目付が８０ｇ／ｍ２で、開繊の程度は開繊前の炭素繊維束の幅からみて約１．３倍であったが、実施例６と同様にして得た一方向性プリプレグには、連続した割れが認められた。
比較例２：
実施例４において、衝打手段を除去した。すなわち、この方法は、上述した特開平１０−２９２２３８号公報（特許文献２）に記載される方法に対応するものである。
【００５５】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０９ｍｍ、目付が９０ｇ／ｍ２で、開繊の程度は開繊前の炭素繊維束の幅からみて約１．２倍であった。また、実施例６と同様にして得た一方向性プリプレグには、連続した割れが認められた。
比較例３：
実施例１において、すべての横振動ロール、縦振動ロール、自由回転ロールを除去するとともに、ヒータ５を除去した。すなわち、この方法は、上述した特開昭６２−１８４１７２号公報（特許文献４）に記載される方法に対応するものである。
【００５６】
得られた炭素繊維シートは、厚みが０．０９ｍｍ、目付が９０ｇ／ｍ２で、開繊の程度は開繊前の炭素繊維束の幅からみて約１．２倍であった。また、実施例６と同様にして得た一方向性プリプレグには、連続した割れが認められた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、連続的に走行する強化繊維束を衝打した後、ロール軸方向に振動する横振動ロール、および／または、強化繊維束の走行方向に関して上下方向に振動する縦振動ロールを用いて開繊するので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、強化繊維束の開繊、拡幅を、より高速で、かつ、単繊維切れや毛羽の発生を防止しながら、しかも、均一に行うことができる。そのため、本発明によって得られる強化繊維シートを用いれば、均質で品位に優れた一方向性プリプレグを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る開繊装置の概略正面図である。
【図２】図１に示した装置で用いる衝打手段の一例を示す概略正面図である。
【図３】図１に示した装置で用いる衝打手段の他の例を示す概略正面図である。
【図４】図１に示した開繊装置で用いる導入ロール、横振動ロール、縦振動ロール、自由回転ロールの一例を示す概略正面図である。
【図５】本発明が好ましく適用される一方向性プリプレグの製造装置の概略正面図である。
【符号の説明】
１：強化繊維束
２：引揃えロール
３：コーム
４：導入ロール
５：ヒータ
６：開繊手段
６ａ：横振動ロール
６ｂ：縦振動ロール
６ｃ：自由回転ロール
６ｄ：自由回転ロール
７：ヒータ
８：強化繊維シート
９：パウダブレーキロール
１０：衝打手段
１１：ラダーロール
１１ａ：凸部
１２：導入ロール
１３：離型紙
１４：ヒータ
１５：含浸ロール
１６：引取りロール
１７：一方向性プリプレグのロール体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for opening a reinforcing fiber bundle used for producing a unidirectional prepreg.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a unidirectional prepreg is used for molding FRP (fiber reinforced plastic). Such a unidirectional prepreg is, for example, a plurality of reinforcing fiber bundles such as carbon fiber bundles are aligned so as to be parallel in one direction, and each reinforcing fiber bundle is spread and widened to form a reinforcing fiber sheet. Thereafter, the reinforcing fiber sheet is manufactured by stacking release paper coated with a matrix resin such as B-stage epoxy resin on the resin-coated surface, and transferring and impregnating the matrix resin on the release paper to the reinforcing fiber sheet. You. This is a method called the so-called hot melt method. However, if the degree of opening of the reinforcing fiber bundle is uneven at this time, the obtained unidirectional prepreg may crack, or even if cracking is not possible, the weight of the reinforcing fiber is not sufficient. Or even. In that case, the molded FRP naturally has non-uniform characteristics. That is, the quality of the opening of the reinforcing fiber bundle affects the characteristics of the unidirectional prepreg, and thus the characteristics of the FRP.
[0003]
By the way, the opening of the reinforcing fiber bundle in the production of such a unidirectional prepreg is conventionally performed by continuously vibrating a reinforcing fiber bundle aligned in parallel in one direction by vibrating in a column axis direction. The cylindrical body is made to contact under tension (for example, see Patent Document 1), or is made to come into contact with a plurality of lateral vibrating rolls provided in multiple stages along the running direction of the reinforcing fiber bundle and vibrating in the roll axis direction. (For example, see Patent Document 2), or contact under tension with a plurality of rolls, at least one of which is an eccentric roll, provided in multiple stages along the running direction of the reinforcing fiber bundle (for example, Patent Document 3). (See, for example, Patent Document 4).
[0004]
However, all of these conventional methods require that the reinforcing fiber bundle be strongly pressed against a cylindrical body, a lateral vibrating roll, an eccentric roll, and the like, particularly when trying to obtain a thin reinforcing fiber sheet by widening the reinforcing fiber bundle. Therefore, there is a problem that the single fibers constituting the reinforcing fiber bundle are cut or fluff is generated. Such inconvenience is particularly remarkable when the reinforcing fiber bundle has a high elastic modulus or when the running speed is increased. Further, by simply tapping the reinforcing fiber bundle so as not to loosen, not only a sufficient opening effect cannot be obtained, but also a large unevenness in the degree of opening. Therefore, the quality of the unidirectional prepreg obtained using such a reinforcing fiber sheet is low. Also, naturally, such a unidirectional prepreg cannot provide a homogeneous and excellent FRP.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-56-43435 [0006]
[Patent Document 2]
JP-A-10-292238
[Patent Document 3]
JP-A-7-268754
[Patent Document 4]
JP-A-62-184172
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of the conventional technology, and to open a reinforcing fiber bundle at a higher speed and at the same time, while preventing the occurrence of single fiber breakage and fluff, and uniformly. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for opening a reinforcing fiber bundle which can be performed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention relates to a transverse vibrating roll that vibrates in a roll axis direction after a continuously running reinforcing fiber bundle is hit under heating and / or a running direction of the reinforcing fiber bundle. Provided is a method for opening a reinforcing fiber bundle, wherein opening is performed using a vertical vibration roll vibrating in a vertical direction. In order to obtain a wide reinforcing fiber sheet, a plurality of reinforcing fiber bundles arranged in parallel in one direction are opened.
[0011]
The reinforcing fiber bundle is preferably impacted while being heated, and is preferably impacted at a rate of 1 to 30 times / second and a maximum value of displacement within a range of 1 to 30 mm.
[0012]
Usually, the horizontal vibrating roll vibrates in the range of 1 to 20 Hz and the amplitude of 1 to 30 mm, and the vertical vibrating roll vibrates in the range of the frequency of 10 to 30 Hz and the amplitude of 1 to 5 mm.
[0013]
Further, when a carbon fiber bundle is used as the reinforcing fiber bundle, it is preferable to open the carbon fiber bundle while keeping the temperature within a range of 50 to 180 ° C.
[0014]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention also provides a means for striking a reinforcing fiber bundle continuously running, and a roll shaft provided downstream of the striking means with respect to the running direction of the reinforcing fiber bundle. The present invention provides a fiber opening device for reinforcing fiber bundles, comprising: a horizontal vibration roll vibrating in a direction, and / or a vertical vibration roll vibrating vertically in a running direction of the reinforcing fiber bundle.
[0015]
The striking means is preferably provided with a means for heating the reinforcing fiber bundle corresponding thereto, and the striking means has a bar or a roll in contact with the reinforcing fiber bundle, and the bar or roll is It is preferable to make contact with the reinforcing fiber bundle 1 to 30 times / second so that the maximum value of the displacement of the reinforcing fiber bundle is in the range of 1 to 30 mm.
[0016]
Usually, the horizontal vibrating roll is vibrated in a frequency range of 1 to 20 Hz and an amplitude of 1 to 30 mm, and the vertical vibrating roll is vibrated in a frequency range of 10 to 30 Hz and an amplitude of 1 to 5 mm.
[0017]
Further, a plurality of horizontal vibrating rolls and a plurality of vertical vibrating rolls are usually provided, respectively, and it is preferable that adjacent horizontal vibrating rolls and vertical vibrating rolls vibrate so as to have phases opposite to each other.
[0018]
Further, it is preferable that the horizontal vibration roll and the vertical vibration roll are provided with a free rotation roll that forms a pair with them.
[0019]
Further, it is preferable that a twist-preventing roll is disposed upstream of the lateral vibrating roll in the running direction of the reinforcing fiber bundle.
[0020]
The above-mentioned horizontal vibrating roll, vertical vibrating roll, free-rotation roll, and twist-preventing roll are preferably ladder rolls having projections extending equally in the circumferential direction and extending in the roll axis direction.
[0021]
It is also preferable that heating means for the reinforcing fiber bundle is provided at a position facing the horizontal vibration roll and the vertical vibration roll.
[0022]
According to the fiber-spreading method and fiber-spreading device of the present invention, a thin, uniform reinforcing fiber sheet can be obtained at a higher speed, and a unidirectional prepreg can be manufactured by impregnating the same with a matrix resin. .
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an apparatus for opening a reinforcing fiber bundle according to one embodiment of the present invention, in which a large number of reinforcing fiber bundles 1, 1,. The sheets are drawn in a sheet shape so as to be parallel to each other in one direction via the drawing rolls 2, 2 and the comb 3, and are guided to the introduction roll 4. .. Are provided between the comb 3 and the introduction roll 4, and the reinforcing fiber bundles 1, 1,. .. Is provided with a heater 5.
[0024]
The striking means 10 includes, for example, a bar 10b reciprocated in the direction of the arrow by a vibration source 10a as shown in FIG. 2, and the reinforcing fiber bundle is struck by the reciprocating motion of the bar 10b. Alternatively, as shown in FIG. 3, a plurality of bars 10b are equally arranged around a rotating shaft 10c driven by a motor or the like, and the rotating shaft 10c is preferably in the same direction as the running direction of the reinforcing fiber bundle, For example, it is possible to use a bar that is rotated in the direction of the arrow so that the bar 10b hits the reinforcing fiber bundle. The bar 10b may be a roll.
[0025]
Referring again to FIG. 1, the reinforcing fiber bundles 1, 1,... That have passed through the introduction roll 4 are guided to the fiber opening means 6, spread and widened to form the reinforcing fiber sheet 8.
[0026]
The fiber opening means 6 is provided along a running direction (a direction from the left to the right in the drawing) of the reinforcing fiber bundles 1, 1,..., And in this example, is rolled by two vibration sources (not shown). It has transverse vibrating rolls 6a, 6a vibrated in the axial direction. Further, in the running direction of the reinforcing fiber bundles 1, 1,..., Behind the lateral vibrating rolls 6a, 6a, in this example, two reinforcing sources (not shown) are used to control the reinforcing fiber bundles 1, 1,. The longitudinal vibration rolls 6b, 6b which are vibrated in the vertical direction (vertical direction in the drawing) with respect to the traveling direction are provided. Further, the horizontal vibrating rolls 6a, 6a are provided with free rotating rolls 6c, 6c in pairs with them, and the vertical vibrating rolls 6b, 6b are provided with free rotating rolls 6d, 6d in pairs with them. I have. A heater 7 is provided below the fiber opening means 6.
[0027]
In the running direction of the reinforcing fiber bundles 1, 1,..., Four powder brake rolls 9,.
[0028]
By the way, many reinforcing fiber bundles 1, 1,... Drawn out from many packages are drawn in a sheet shape so as to be parallel to each other in one direction via freely rotating drawing rolls 2, 2, and comb 3. After being aligned and further preheated by the heater 5, it is guided to the fiber opening means 6 via the introduction roll 4. At this time, the reinforcing fiber bundles 1, 1,... Are struck by the striking means 10 while being heated by the heater 5, and are loosened.
[0029]
The reinforcing fiber bundles 1, 1,... Guided to the fiber opening means 6 are first opened by horizontal vibrating rolls 6a, 6a and free rotating rolls 6c, 6c while being maintained at a desired temperature by a heater 7. After being widened, the fiber is further spread and widened by the longitudinal vibrating rolls 6b, 6b and the free rotating rolls 6d, 6d, and the reinforcing fiber sheet 8 no longer forms a fiber bundle. At this time, the powder brake rolls 9,... 9 act to stabilize the tension of the reinforcing fiber bundles 1, 1,. In addition, it is preferable that the tension at the time of fiber opening be in the range of 0.2 to 1 N per 1,000 single fibers of the reinforcing fibers. If the tension is too low, the fiber-opening action will be low, and if it is too high, breakage of single fibers and fluff will easily occur.
[0030]
In the above description, the reinforcing fiber bundle is, for example, a carbon fiber bundle, a glass fiber bundle, or an aramid fiber bundle. In particular, the present invention is suitable for opening a carbon fiber bundle having a relatively high elastic modulus and easily causing breakage of single fibers and fluff. As the carbon fiber bundle, for example, one having 1,000 to 100,000 single fibers using polyacrylonitrile fiber or pitch fiber as a raw material fiber can be used. The present invention can be applied to a case where only one reinforcing fiber bundle is opened and widened, but is usually applied to at least ten reinforcing fiber bundles.
[0031]
If the running speed of the reinforcing fiber bundle is too slow, the efficiency of fiber opening and widening becomes poor, and if it is too fast, the fiber opening effect is reduced, and the number of rolls such as horizontal vibrating rolls and vertical vibrating rolls increases. Since the cost increases and the installation space is disadvantageous, it is preferable to set the speed to about 3 to 20 m / min.
[0032]
The reinforcing fiber bundle is preferably struck so that the maximum value of the displacement is in the range of 1 to 30 mm / sec and the displacement is in the range of 1 to 30 mm. If the number of impacts is too small, the softening effect may be insufficient, and if too large, the reinforcing fiber bundle may be damaged. For the same reason, the maximum value of the displacement at the time of impact is preferably in the range of 1 to 30 mm.
[0033]
The heater 5 and the heater 7 are not essential. However, when the reinforcing fiber bundle is a carbon fiber bundle, since the sizing agent is usually attached to the carbon fiber bundle, the sizing agent is softened by heating rather than hitting and opening as it is. A higher opening effect can be obtained by hitting and opening the fiber in a folded state. Therefore, when opening the carbon fiber bundle, the carbon fiber bundle is impacted while being preheated to about 50 to 180 ° C. by the heater 5, and the carbon fiber bundle is opened while being maintained at a temperature of about 50 to 180 ° C. by the heater 7. Is preferred. If the temperature is lower than 50 ° C., the softening of the sizing agent may not be sufficient. If the temperature exceeds 180 ° C., the sizing agent may be deteriorated, friction with a roll or the like may increase, and a single fiber may break or fluff. .
[0034]
The introduction roll is for introducing the reinforcing fiber bundles arranged in parallel to each other in one direction in a sheet shape into the fiber opening means so as not to disturb the arrangement state. In particular, when the reinforcing fiber bundle is twisted, the reinforcing fiber bundle moves in the roll axis direction on the surface of the introduction roll, and the arrangement state is easily disturbed. When the arrangement state is disturbed, the obtained reinforcing fiber sheet may be cracked, and in that case, a uniform unidirectional prepreg cannot be obtained.
[0035]
The introduction roll may be a free rotation roll having a uniform outer diameter, but it is preferable to use a ladder roll. As shown in FIG. 4, the ladder roll is formed by equally arranging in a circumferential direction a convex section 11 a extending in the roll axis direction, and the reinforcing fiber bundle 1 is gripped by the convex section 11 a to prevent its movement. Is done. Although the height of the convex portions 11a depends on the number of evenly distributed portions and the winding angle of the reinforcing fiber bundle, the height is set so that the reinforcing fiber bundle 1 does not contact the roll surface between the adjacent convex portions 11a. In addition, it is good to make the arrangement | positioning angle (theta) of the convex part 11a in FIG. 4 into 5-50 degrees, Preferably it is 10-40 degrees. If the number is too large, the effect of stopping the twisting becomes small, and if the number is too small, the contact angle of the reinforcing fiber bundle at the convex portion becomes large and single fiber breakage or fluff is likely to occur in the reinforcing fiber bundle. The same applies to the case where a free-rotating roll is used. However, if the surface of the convex portion of the ladder roll is too smooth, the contact area with the reinforcing fiber bundle becomes large. Single fiber breakage may occur, and if it is too rough, the reinforcing fiber bundle is damaged and single fiber breakage is likely to occur. Therefore, it is preferable to use a satin finish having a roughness of about 3 to 20S.
[0036]
As described above, the reinforcing fiber bundle is first struck by the striking means, unraveled, spread and widened by the horizontal vibrating roll and the free rotating roll, and further opened by the longitudinal vibrating roll and the free rotating roll. The fibers are widened. The opening and widening are performed by moving the single fibers constituting the reinforcing fiber bundle in the roll axis direction by the lateral vibrating roll and moving the single fibers constituting the reinforcing fiber bundle in the vertical direction with respect to the running direction of the reinforcing fiber bundle by the vertical vibrating roll. At this time, at this time, the free rotating rolls, which are paired with the horizontal vibrating roll and the vertical vibrating roll, act like a fulcrum for the movement of the single fiber. However, the opening and widening by the horizontal vibrating roll and the opening and widening by the vertical vibrating roll are not indispensable, and only one of them can be employed although the effect of the opening and widening is inferior. It is also possible to first open and widen using a vertical vibrating roll, and then perform opening and widening with a horizontal vibrating roll. The opening effect is inferior to the case where the fiber and the widening are performed. In addition, the free rotation rolls are not essential, but if they are provided, as described above, they act as a fulcrum for the movement of the single fiber, and the opening effect is improved.
[0037]
In the above example, two horizontal vibration rolls and two vertical vibration rolls are provided. However, depending on the type and thickness of the reinforcing fiber bundle, the magnitude of vibration, and the like, usually, about 1 to 5 each are combined. About 2 to 10 pieces. Even if too many are provided, there is no significant change in the opening effect, but rather, the equipment cost will increase. When a plurality of horizontal vibrating rolls and a plurality of vertical vibrating rolls are provided, it is preferable to vibrate so that adjacent horizontal vibrating rolls and vertical vibrating rolls have opposite phases to each other because vibration of the fiber opening device can be suppressed. When the number of horizontal vibrating rolls, vertical vibrating rolls, and free rotating rolls is large (when the number of stages is large), it becomes difficult to pass the reinforcing fiber bundle between them. Alternatively, it is preferable that one of them can be moved up and down.
[0038]
The horizontal vibration roll, the vertical vibration roll, and the free rotation roll may be free rotation rolls having a uniform outer diameter, but it is also preferable to use a ladder roll as shown in FIG.
[0039]
The transverse vibration roll vibrates within a range of a frequency of about 1 to 20 Hz and an amplitude of about 1 to 30 mm, depending on the type and thickness of the reinforcing fiber bundle, the traveling speed of the reinforcing fiber bundle, and the like. Normally, the frequency is 5 to 15 Hz and the amplitude is 5 to 20 mm. If the frequency or the amplitude is too small, the opening action is reduced, and if it is too large, the single fiber breakage or fuzzing due to the abrasion of the reinforcing fiber bundle is likely to occur.
[0040]
The longitudinal vibrating roll vibrates at a frequency of about 10 to 30 Hz and an amplitude of about 1 to 5 mm, depending on the type and thickness of the reinforcing fiber bundle, the running speed of the reinforcing fiber bundle, and the like. Normally, the frequency is 15 to 25 Hz and the amplitude is about 1 to 3 mm. As in the case of the transverse vibration roll, if the frequency or amplitude is too small, the fiber opening action is reduced, and if it is too large, the single fiber breakage or fuzzing due to the abrasion of the reinforcing fiber bundle is likely to occur.
[0041]
Now, the reinforcing fiber sheet obtained by fiber opening can be made into a unidirectional prepreg by providing it to a device for producing a unidirectional prepreg. That is, for example, as shown in FIG. 5, a B-stage epoxy resin which is introduced via upper and lower surfaces of the reinforcing fiber sheet 8 obtained by the opening device shown in FIGS. Then, release papers 13, 13 coated with a matrix resin such as an unsaturated polyester resin are overlapped so that the resin-coated surface thereof faces the reinforcing fiber sheet 8, preheated by a heater 14, and then heated by impregnation rolls 15, 15. The matrix resin on the release papers 13 and 13 is transferred to and impregnated into the reinforcing fiber sheet 8 through the gap. That is, a unidirectional prepreg is used. After the transfer and impregnation of the matrix resin, the release paper 13 on the upper side is peeled off via the take-off rolls 16, and the lower release paper 13 is rolled up into a roll shape to form a unidirectional prepreg roll body 17. In this case, the tension per 1,000 single fibers constituting the reinforcing fiber sheet is preferably in the range of 1 to 5N. If the tension is too low, the arrangement of the single fibers may be disturbed during the transfer or impregnation of the matrix resin, in which case the resulting unidirectional prepreg may be cracked. On the other hand, if it is too high, the unidirectional reinforcing fiber sheet may crack in an attempt to return to the original reinforcing fiber bundle form by tension, and in this case, the resulting unidirectional prepreg may also crack. Become. In addition, the impregnating property of the matrix resin is reduced, and an unimpregnated portion of the matrix resin may be formed.
[0042]
[Examples and Comparative Examples]
Example 1
Using the apparatus shown in FIG. 1, as a reinforcing fiber bundle, 450 carbon fiber bundles having an average single fiber diameter of 7 μm and the number of single fibers of 3,000 (“Torayca” M40JB-3K manufactured by Toray Industries, Inc.) were 8 m / The fiber was spread and widened while running at the speed of minutes. The tension per 1,000 single fibers was set to 0.6N.
[0043]
As the impact means, the one shown in FIG. 2 was used, and the reinforcing fiber bundle was impacted eight times per second so that the maximum value of the displacement became 10 mm.
[0044]
Infrared heaters were used as the heaters 5 and 7, and the carbon fiber bundle was preheated to 80 ° C. by the heater 5, and the carbon fiber bundle was heated by the heater 7 to 77 ° C. The temperature of 77 ° C. is the softening point temperature of the sizing agent attached to the carbon fiber bundle.
[0045]
A ladder roll as shown in FIG. 4 was used as an introduction roll. The ladder roll has a diameter of 30 mm, an angle θ of the convex portion of 45 °, a height of the convex portion of 1.5 mm, and a surface of the convex portion processed into a satin surface having a roughness of 10S.
[0046]
In addition, two ladder rolls as shown in FIG. 4 were used as the lateral vibration roll and the free rotation roll forming a pair therewith. This ladder roll has a diameter of 40 mm, a projection angle θ of 30 °, a height of the protrusion of 2 mm, and a surface of the protrusion having a roughness of 10S. Two ladder rolls as shown in FIG. 4 were used as the longitudinal vibration roll and the free rotation roll forming a pair therewith. This ladder roll has a diameter of 30 mm, a projection angle θ of 22.5 °, a height of the projections of 2 mm, and a surface of the projections processed into a satin surface having a roughness of 10S. The horizontal vibrating roll was vibrated at a frequency of 8 Hz and an amplitude of 10 mm, and the vertical vibrating roll was vibrated at a frequency of 15 Hz and an amplitude of 2 mm.
[0047]
The obtained carbon fiber sheet had a thickness of 0.045 mm, a basis weight of 45 g / m 2 , had no form of the original carbon fiber bundle, and was about 2.7 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening. It was spread to width and widened.
Example 2:
In Example 1, the impact of the carbon fiber bundle was performed 15 times per second so that the maximum value of the displacement was 15 mm.
[0048]
The obtained carbon fiber sheet has a thickness of 0.04 mm, a basis weight of 40 g / m 2 , has no form of the original carbon fiber bundle, and is about 3.1 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening. It was spread to width and widened.
Example 3
In Example 1, the frequency of the horizontal vibrating roll was 10 Hz and the amplitude was 10 mm, and the frequency of the vertical vibrating roll was 20 Hz and the amplitude was 2 mm.
[0049]
The obtained carbon fiber sheet has a thickness of 0.035 mm, a basis weight of 35 g / m 2 , has no form of the original carbon fiber bundle, and is about 3.5 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening. It was spread to width and widened.
Example 4:
In Example 1, two longitudinal vibrating rolls and a free rotating roll paired with the two longitudinal vibrating rolls were removed. That is, only two transverse vibrating rolls and a free rotating roll paired with the two lateral vibrating rolls were used.
[0050]
The obtained carbon fiber sheet had a thickness of 0.08 mm, a basis weight of 80 g / m 2 , and the degree of spreading was about 1.3 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening.
Example 5:
In Example 1, two lateral vibrating rolls and a free rotating roll paired with the two lateral vibrating rolls were removed. That is, only two longitudinal vibration rolls and a free rotation roll paired with the two longitudinal vibration rolls were used.
[0051]
The obtained carbon fiber sheet had a thickness of 0.08 mm, a basis weight of 80 g / m 2 , and the degree of spreading was about 1.3 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening.
Example 6:
Using the carbon fiber sheet obtained in Example 1, a unidirectional prepreg was manufactured using the apparatus shown in FIG. A tension of 3 N was applied to the carbon fiber sheet per 1,000 single fibers.
[0052]
As the matrix resin, a one-component curable epoxy resin ("Epicoat" 828: 50% by weight manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd .; bisphenol A type glycidyl ether "Epicoat" 1001: 40% by weight; dicyandiamide: 3% by weight) % And 3 (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea: a mixture of 7% by weight), and the heating temperature of the carbon fiber bundle by the heater 13 was 150 ° C.
[0053]
The obtained unidirectional prepreg had a thickness of 0.07 mm, a volume content of carbon fibers of 70%, and a basis weight of 70 g / m 2 , and no cracks or the like were observed.
Example 7:
In Example 1, the traveling speed of the carbon fiber bundle was 0.3 m / min, the frequency of the lateral vibrating roll was 15 Hz, and the amplitude was 15 mm.
[0054]
The obtained carbon fiber sheet has a thickness of 0.03 mm, a basis weight of 30 g / m 2 , has no form of the original carbon fiber bundle, and is about 4.4 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening. It was spread to width and widened. The unidirectional prepreg obtained in the same manner as in Example 6 had a thickness of 0.05 mm, a volume content of carbon fibers of 60%, a basis weight of 50 g / m 2 , and no cracks were observed. Example 1:
In Example 1, the impact means was removed. The obtained carbon fiber sheet had a thickness of 0.08 mm, a basis weight of 80 g / m 2 , and the degree of spreading was about 1.3 times as large as the width of the carbon fiber bundle before spreading. In the unidirectional prepreg obtained in the same manner as in Example 6, continuous cracks were observed.
Comparative Example 2:
In Example 4, the impact means was removed. That is, this method corresponds to the method described in JP-A-10-292238 (Patent Document 2) described above.
[0055]
The obtained carbon fiber sheet had a thickness of 0.09 mm, a basis weight of 90 g / m 2 , and the degree of spreading was about 1.2 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening. In the unidirectional prepreg obtained in the same manner as in Example 6, continuous cracks were observed.
Comparative Example 3:
In Example 1, all the horizontal vibration rolls, the vertical vibration rolls, and the free rotation rolls were removed, and the heater 5 was removed. That is, this method corresponds to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-184172 (Patent Document 4).
[0056]
The obtained carbon fiber sheet had a thickness of 0.09 mm, a basis weight of 90 g / m 2 , and the degree of spreading was about 1.2 times as large as the width of the carbon fiber bundle before opening. In the unidirectional prepreg obtained in the same manner as in Example 6, continuous cracks were observed.
[0057]
【The invention's effect】
The present invention uses a lateral vibrating roll that vibrates in the roll axis direction after hitting a continuously running reinforcing fiber bundle and / or a vertical vibrating roll that vibrates vertically in the running direction of the reinforcing fiber bundle. Since the fiber is opened, as is clear from the comparison between the example and the comparative example, the opening and widening of the reinforcing fiber bundle are performed at a higher speed, and while preventing the generation of single fiber breakage and fluff, It can be performed uniformly. Therefore, the use of the reinforcing fiber sheet obtained by the present invention makes it possible to produce a unidirectional prepreg that is homogeneous and excellent in quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of a fiber opening device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view showing an example of an impact unit used in the apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic front view showing another example of the hitting means used in the apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic front view showing an example of an introduction roll, a horizontal vibration roll, a vertical vibration roll, and a free rotation roll used in the fiber opening device shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic front view of an apparatus for manufacturing a unidirectional prepreg to which the present invention is preferably applied.
[Explanation of symbols]
1: Reinforcing fiber bundle 2: Alignment roll 3: Comb 4: Introduction roll 5: Heater 6: Spreading means 6a: Horizontal vibration roll 6b: Vertical vibration roll 6c: Free rotation roll 6d: Free rotation roll 7: Heater 8: Reinforcing fiber sheet 9: Powder brake roll 10: Impact means 11: Ladder roll 11a: Convex part 12: Introducing roll 13: Release paper 14: Heater 15: Impregnating roll 16: Take-up roll 17: Unidirectional prepreg roll
