JP2004250570A - 一方向プリプレグの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決課題】幅方向における強化繊維の目付の均一性が高く、ＦＲＰの特性を向上させることができる一方向プリプレグの製造方法を提供する。
【解決手段】強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に加熱、加圧下に樹脂を含浸して一方向性プリプレグを製造する際に、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくする。
【選択図】 図２
【解決手段】強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に加熱、加圧下に樹脂を含浸して一方向性プリプレグを製造する際に、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向プリプレグの製造方法に関する。
【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）の成形に一方向プリプレグが用いられる。そのような一方向プリプレグは、たとえば、炭素繊維糸条等の複数本の強化繊維糸条を等ピッチで一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に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が引揃え体側を向くように重ね合わせ、重ね合せ体を加熱、加圧して離型紙上のマトリクス樹脂を強化繊維糸条に転移、含浸することによって製造されている（たとえば、特許文献１参照）。いわゆるホットメルト法と呼ばれる方法である。樹脂の含浸に先だって引揃え体をロール等に緊張下に接触させて強化繊維糸条を開繊、拡幅し、強化繊維シートとする場合もある（たとえば、特許文献２参照）。いずれの場合も、得られる一方向プリプレグの強化繊維の目付に斑があると、当然、成形されるＦＲＰの強度、その他の特性は不均一なものとなる。すなわち、強化繊維の目付の均一性は、ＦＲＰの特性を左右する。
【０００３】
ところで、一方向プリプレグにおける強化繊維の目付は、両側端部分において低くなりやすい。これは、マトリクス樹脂の含浸に際して強化繊維糸条の引揃え体を加熱、加圧したとき、幅方向中央部分における強化繊維糸条は隣り合う強化繊維糸条同士が互いの動きを規制し合っているが、両側端部分においてはそのような規制力が弱いために、強化繊維糸条が、あたかも土手が崩れるように外方に向かって移動してしまうからである。マトリクス樹脂の含浸に先立ってロール等を用いて強化繊維糸条を開繊、拡幅する場合も同様であり、両側端部分は中央部分にくらべて開繊、拡幅が進む結果、やはり強化繊維の目付が低下してくる。これを防止するために、開繊、拡幅により得られる強化繊維シートを、ロール軸方向両端部をロール軸方向中央部に向かう下りの傾斜面として構成してなる、全体として鼓形のロールに接触させ、両側端部の強化繊維を中央部に向かって押し戻すように移動させることも提案されている（たとえば、特許文献３参照）。しかしながら、一旦開繊、拡幅した後に再び狭幅化すると、両側端縁付近に極端に厚みをもった部分ができやすい。
【０００４】
このような、両側端部分における強化繊維の目付が他の部分にくらべて低くなる傾向は、強化繊維の目付の高い（厚みが大きい）、いわゆる高目付プリプレグと呼ばれる一方向プリプレグにおいて特に起こりやすい。目付を高くしようとすればするほど（厚みを大きくしようとすればするほど）、強化繊維糸条の重なりが多くなるからである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２２７８４０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２００２−２３５２５７号公報
【０００８】
【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、幅方向における強化繊維の目付の均一性が高く、ＦＲＰの特性を向上させることができる一方向プリプレグの製造方法を提供するにある。
【０００９】
【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、強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に加熱、加圧下に樹脂を含浸して一方向性プリプレグを製造する際に、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくすることを特徴とする一方向プリプレグの製造方法を提供する。
【００１０】
上記において、引揃え体の両側端部分における１０本以下の強化繊維糸条について引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくするのが好ましい。また、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれの１／４〜３／４倍の範囲内で小さくするのも好ましい。さらに、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを引揃え体の端縁側ほど小さくするのも好ましい。また、樹脂を含浸する前に強化繊維糸条を開繊、拡幅するのも好ましいことである。
【００１１】
本発明によれば、強化繊維の体積含有率が少なくとも６０％であり、各側端部１００ｍｍ幅の部分における強化繊維の目付が全幅方向における強化繊維の目付の１００±５％の範囲内にあるような一方向プリプレグが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を実施する装置の一例を示すもので、複数個のパッケージ１、１、・・・から繰り出される複数本の強化繊維糸条２、２、・・・は、自由回転する引揃えロール３、３、コーム４を経て一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えられ、引揃え体５となる。
【００１３】
コーム４は、図２に示すように、強化繊維糸条２、２、・・・の引揃え体５の両側端部分Ｅにあって強化繊維糸条２、２、・・・の走行方向に対して斜めに配されたコーム４１片と、引揃え体５の両側端部分Ｅを除く部分（以下、本明細書において中央部分Ｃという）において強化繊維糸条２、２、・・・の走行方向に対して直交するように配されたコーム４２片とを有する（この図２では、一側端部分と中央部分の一部のみが示されている）。コーム片４１は、コーム台４１ａと、このコーム台４１ａ上に等ピッチで立設された複数本の櫛刃４１ｂとを有している。同様に、コーム片４２は、コーム台４２ａと、このコーム台４２ａ上に等ピッチで立設された複数本の櫛刃４２ｂとを有している。櫛刃の立設ピッチはコーム片４１とコーム片４２とで等しいが、強化繊維糸条２、２、・・・の走行方向（図１において左方から右方に向かう方向）に対してコーム片４２は直交するように配され、一方、コーム片４１は斜めに配されているため、強化繊維糸条２、２、・・・の引揃え体５をみると、両側端部分Ｅにおける強化繊維糸条２、２、・・・の引揃えピッチは、中央部分Ｃにおける強化繊維糸条２、２、・・・のそれよりも小さくなっている。
【００１４】
再び図１を参照するに、強化繊維糸条２、２、・・・の引揃え体５の上下面には、導入ロール６、６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７、７がその樹脂塗布面が引揃え体５側を向くように重ね合わされ、ヒータ８で予熱された後、加熱された含浸ロール９、９間に通され、引揃え体を構成している強化繊維糸条の押し拡げと離型紙７、７上のマトリクス樹脂の強化繊維糸条への転移、含浸とが行われる。これにより一方向プリプレグが得られるが、マトリクス樹脂の転移、含浸後は、上側の離型紙７を剥ぎ取り、下側の離型紙７ごとロール状に巻き取り、一方向プリプレグのロール体１０とする。マトリクス樹脂が含浸される際、強化繊維糸条の引揃え体が含浸ロールで加圧され、強化繊維糸条の移動が起こるが、引揃え体の両側端部分における、隣接する強化繊維糸条同士による拘束力が小さいために端縁に向かって移動しやすい強化繊維糸条の引揃えピッチを中央部分におけるそれよりも小さくしているために、一方向プリプレグの両側端部分における強化繊維の目付が中央部分に比べて低くなるのを防止することができる。
【００１５】
図３は、図２に示したものとは異なる形態のコームを示すものである。このコーム４は、両側端部分Ｅに配するコーム片４１がわん曲している。わん曲に沿ってみたとき、複数本の櫛刃４１ｂの立設ピッチは等しいものの、両側端部分Ｅにおける強化繊維糸条２、２、・・・の引揃えピッチは、コーム片４１がわん曲しているおかげで引揃え体５の端縁側ほど小さい。このように、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを、連続的ないし段階的に引揃え体の端縁側ほど小さくすることもできる。このようなコームの採用は、端縁側の強化繊維糸条ほど外方に向かって移動しやすいことを考えるとき、一方向プリプレグの両側端部分における強化繊維の目付が低くなるのを防止するうえで有効であるといえる。
【００１６】
上記において、強化繊維糸条は、炭素繊維糸条、ガラス繊維糸条、アラミド繊維糸条のような高強度、高弾性率繊維の糸条である。なかでも、比強度、比弾性率に優れたＦＲＰを得ることができる炭素繊維糸条であるのが好ましい。そのような炭素繊維糸条としては、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、単繊維数が１，０００〜１００，０００本程度のものを用いることができる。
【００１７】
コームは、図２、図３に示したようなものに限らない。たとえば、櫛刃に代えてコーム台に溝を設けることであってもよい。ただ、強化繊維糸条が擦過によって切れたり毛羽を発生したりしないよう、格別の注意を払う必要がある。そういう意味では、図２、図３に示した形態における櫛刃をロールで構成したり、発生した毛羽が櫛刃等に蓄積されるのを防止するために、コームを櫛刃等の立設方向に振動させる（往復動させる）のも好ましい。
【００１８】
引揃え体の両側端部分おけるどの程度の強化繊維糸条について引揃えピッチを中央部分のそれよりも小さくするかは、強化繊維糸条の本数や太さ、引揃えピッチ、マトリクス樹脂の含浸時における含浸ロールによる加圧力等、いろいろな要因によって異なるものの、通常は、１０本以下でよい。
【００１９】
また、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを中央部分におけるそれよりもどの程度小さくするかは、これもまた、強化繊維糸条の本数や太さ、引揃えピッチ、マトリクス樹脂の含浸時における含浸ロールによる加圧力等によって異なるものの、通常は、中央部分における引揃えピッチの１／４〜３／４倍とする。２／３〜１／３倍の範囲とすればなおよい。
【００２０】
さらに、一方向プリプレグの幅方向における強化繊維の目付の斑をより小さくしたり、マトリクス樹脂の含浸性を向上させたりする目的で、図１におけるコーム４と導入ロール６、６との間に開繊装置を設け、マトリクス樹脂の含浸前に引揃え体を構成している強化繊維糸条を開繊、拡幅するのも好ましい。
【００２１】
図４は、そのような開繊装置の一例を示すもので、強化繊維糸条の引揃え体５は、導入ロール１１を介して開繊手段１２に導かれる。開繊手段１２は、引揃え体５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振動ロール１２ａ、１２ａを有する。また、各振動ロール１２ａ、１２ａには対をなして自由回転ロール１２ｂ、１２ｂが設けられている。また、開繊手段１２の下方には、ヒータ１３が設けられている。
【００２２】
このような開繊装置によれば、引揃え体５を構成している強化繊維糸条は、ヒータ１３によって所望の温度に保たれながら、振動ロール１２ａおよび自由回転ロール１２ｂとの共同作用によって開繊、拡幅される。このとき、自由回転ロール１２ｂは、振動ロール１２ａによる強化繊維糸条のロール軸方向への移動に関して支点のように作用する。そして、強化繊維糸条は、開繊、拡幅された後は、もはや糸条の体をなさない強化繊維シート１４となり、この強化繊維シート１４にマトリクス樹脂が含浸される。なお、ヒータ１３は必須のものではないが、強化繊維糸条が炭素繊維糸条である場合、炭素繊維糸条には、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、炭素繊維糸条を開繊する場合には、ヒータ１３を設け、炭素繊維糸条を５０〜１８０℃程度の温度に保ちながら開繊するのが好ましい。また、振動ロールは、強化繊維糸条の種類や太さ、走行速度等にもよるが、周波数１〜２０Ｈｚ、振幅１〜３０ｍｍ程度の範囲内でロール軸方向に振動させるとよい。
【００２３】
本発明によれば、強化繊維の体積含有率が少なくとも６０％であり、各側端部１００ｍｍ幅の部分における強化繊維の目付が全幅方向における強化繊維の目付の１００±５％の範囲内にあるような、幅方向における強化繊維の目付の均一性の高い一方向プリプレグを得ることができる。
【００２４】
本発明は、強化繊維の目付が１００ｇ／ｍ２の以上であるような高目付の一方向プリプレグ（厚みの大きい一方向プリプレグ）を製造する場合に特に好適である。目付を高くしようとすればするほど強化繊維糸条の重なりが大きくなり、両側端部分において重なりがくずれやすくなってその部分における強化繊維の目付が低下しやすいからである。換言すれば、パッケージから引き出された強化繊維糸条の糸幅に対し、一方向プリプレグ中における各強化繊維糸条の糸幅（得られる一方向プリプレグの幅を導入した強化繊維糸条の本数で割り返した値）が小さいものであれば、両側端部分における強化繊維の目付の低下を抑制できる効果が顕著であるということである。
【００２５】
【実施例および比較例】
実施例１：
図１、図２に示した装置を用いて一方向プリプレグを製造した。強化繊維糸条としては、１８８本の、平均単繊維径７μｍ、単繊維数１２，０００本、引張強度４．９ＧＰａ、引張弾性率２３０ＧＰａの炭素繊維糸条（繊度：０．８ｇ／ｍ、糸条幅：６．５ｍｍ）を用いた。また、マトリクス樹脂としては、下記の組成からなるエポキシ樹脂組成物を用いた。
【００２６】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ２０重量部
（油化シェルエポキシ（株）製“エピコート”８２８）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ３０重量部
（油化シェルエポキシ（株）製“エピコート”１００１）
フェノールノボラック型エポキシ樹脂 ５０重量部
（油化シェルエポキシ（株）製“エピコート”１５４）
ポリビニルホルマール １０重量部
（電気化学工業（株）製“デンカホルマール”＃２００）
３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア １０重量部
（保土ヶ谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）
１８８本の炭素繊維糸条は、中央部分においては１６８本を５．３２ｍｍピッチで引き揃えた。また、右側端部分および左側端部分においては、それぞれ１０本を４．００ｍｍピッチ、すなわち、中央部分におけるピッチの約３／４のピッチで引き揃えた。さらに、ヒータ８による炭素繊維糸条の加熱温度は９０℃、含浸ロール９、９の加熱温度は１３０℃、線圧は３ｋｇ／ｃｍとした。
【００２７】
得られた一方向プリプレグは、幅１、０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００２８】
全幅方向における炭素繊維の目付：１４９．７ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４５．８ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４６．７ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の９７．４％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは９７．７％であった。
【００２９】
上記一方向プリプレグを用い、内径が１０ｍｍ、長さが１，０００ｍｍの、内層が３層の±４５°層、外層が３層の０°層の層構成を有するＦＲＰ管を成形した。成形は、外径１０ｍｍのステンレス製マンドレルを用い、これに一方向プリプレグを上記層構成になるように巻き付け、さらにその上にラッピングテープを巻き付け、１３０℃で２時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させた後、マンドレルを抜き取ることによった。得られたＦＲＰ管の外径のばらつきをＮ数１０として測定した。また、ＦＲＰ管から長さ４００ｍｍの試験片を切り出し、「ゴルフクラブシャフトの認定基準及び基準確認方法」（製品安全協会編、通商産業大臣承認５産第２０８７号、１９９３年）に基づき、Ｎ数を１０として３点曲げ試験をした。支点間距離は３００ｍｍとし、中央荷重にて破壊時の荷重を測定した。試験結果を以下に示す。
【００３０】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２２％
破壊荷重 ：１，３２０Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．８％
また、上記一方向プリプレグの両側端部分１００ｍｍの部分を切除し、中央部分８００ｍｍの部分を用いて同様にＦＲＰ管を作り、同様に試験した。試験結果を以下に示す。
【００３１】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２５％
破壊荷重 ：１，３３０Ｎ
破壊荷重のばらつき：５．２％
実施例２：
実施例１において、１８８本の炭素繊維糸条を、中央部分においては１８０本を５．３２ｍｍピッチで引き揃え、また、右側端部分および左側端部分においては、それぞれ４本を３．５６ｍｍピッチ、すなわち、中央部分におけるピッチの約２／３のピッチで引き揃えた。
【００３２】
得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００３３】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０．２ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４９．７ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４８．８ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の９９．７％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは９９．１％であった。
【００３４】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００３５】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１８％
破壊荷重 ：１，３０５Ｎ
破壊荷重のばらつき：５．２％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００３６】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１７％
破壊荷重 ：１，３２０Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．８％
実施例３：
実施例１において、コームを図３に示したものに代えた。その結果、１８８本の炭素繊維糸条は、中央部分においては１７８本が５．３２ｍｍピッチで引き揃えられ、また、右側端部分および左側端部分においては、それぞれ５本が、内側から端縁側に向かって順に４．００ｍｍ（中央部分のピッチの約３／４）、３．５６ｍｍ（同約２／３）、２．６６ｍｍ（同１／２）、１．７６ｍｍ（同約１／３）、１．３３ｍｍ（同１／４）のピッチで引き揃えられた。
【００３７】
得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００３８】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０５ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０９ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０７ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の１００．３％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは１００．１％であった。
【００３９】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４０】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１７％
破壊荷重 ：１，３４０Ｎ
破壊荷重のばらつき：３．３％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４１】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１６％
破壊荷重 ：１，３５０Ｎ
破壊荷重のばらつき：３．１％
実施例４：
実施例１において、コーム４と導入ロール６、６との間に図４に示した開繊装置を付加した。振動ロール１２ａ、１２ａは、周波数１０Ｈｚ、振幅１０ｍｍで振動させた。また、ヒータ１３による炭素繊維糸条の加熱温度は１８０℃とした。さらに、開繊装置の出側における張力は単繊維１，０００本あたり２００ｇとした。
【００４２】
得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００４３】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０．０ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０．５ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０．１ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の１００．３％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは１００．１％であった。
【００４４】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４５】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２４％
破壊荷重 ：１，３１５Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．８％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４６】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２１％
破壊荷重 ：１，３３５Ｎ
破壊荷重のばらつき：３．７％
比較例１：
実施例１において、すべての炭素繊維糸条を５．０５ｍｍの等ピッチで引き揃えた。得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００４７】
全幅方向における炭素繊維の目付：１４９．２ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１３８．４ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１３９．８ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の９２．８％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは９３．７％であった。
【００４８】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４９】
外径の平均値 ：１１．８ｍｍ
外径のばらつき ：５．７％
破壊荷重 ：１，１９０Ｎ
破壊荷重のばらつき：１２．１％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００５０】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．３２％
破壊荷重 ：１，３４５Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．６％
比較例２：
実施例４において、すべての炭素繊維糸条を４．７８ｍｍの等ピッチで引き揃えた。得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００５１】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０．１ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１２６．３ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１２８．１ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の８４．２％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは８５．４％であった。
【００５２】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００５３】
外径の平均値 ：１１．２ｍｍ
外径のばらつき ：７．４％
破壊荷重 ：１，０８５Ｎ
破壊荷重のばらつき：１９．５％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００５４】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２９％
破壊荷重 ：１，３２０Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．３％
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、強化繊維糸条の引揃え体の両側端部分における引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくするので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、幅方向における強化繊維の目付の均一性が高く、ＦＲＰの特性を向上させることができる一方向プリプレグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る方法を実施する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コームの概略平面図である。
【図３】図１に示した装置で用いる別のコームの概略平面図である。
【図４】図１に示した装置で用いる開繊装置の概略正面図である。
【符号の説明】
１：パッケージ
２：強化繊維糸条
３：引揃えロール
４：コーム
４１：子コーム
４１ａ：コーム台
４１ｂ：櫛刃
４２：子コーム
４２ａ：コーム台
４２ｂ：櫛刃
５：強化繊維糸条の引揃え体
６：導入ロール
７：マトリクス樹脂を塗布した離型紙
８：ヒータ
９：含浸ロール
１０：一方向プリプレグのロール体
１１：導入ロール
１２：開繊手段
１２ａ：振動ロール
１２ｂ：自由回転ロール
１３：ヒータ
１４：強化繊維シート
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向プリプレグの製造方法に関する。
【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）の成形に一方向プリプレグが用いられる。そのような一方向プリプレグは、たとえば、炭素繊維糸条等の複数本の強化繊維糸条を等ピッチで一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に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が引揃え体側を向くように重ね合わせ、重ね合せ体を加熱、加圧して離型紙上のマトリクス樹脂を強化繊維糸条に転移、含浸することによって製造されている（たとえば、特許文献１参照）。いわゆるホットメルト法と呼ばれる方法である。樹脂の含浸に先だって引揃え体をロール等に緊張下に接触させて強化繊維糸条を開繊、拡幅し、強化繊維シートとする場合もある（たとえば、特許文献２参照）。いずれの場合も、得られる一方向プリプレグの強化繊維の目付に斑があると、当然、成形されるＦＲＰの強度、その他の特性は不均一なものとなる。すなわち、強化繊維の目付の均一性は、ＦＲＰの特性を左右する。
【０００３】
ところで、一方向プリプレグにおける強化繊維の目付は、両側端部分において低くなりやすい。これは、マトリクス樹脂の含浸に際して強化繊維糸条の引揃え体を加熱、加圧したとき、幅方向中央部分における強化繊維糸条は隣り合う強化繊維糸条同士が互いの動きを規制し合っているが、両側端部分においてはそのような規制力が弱いために、強化繊維糸条が、あたかも土手が崩れるように外方に向かって移動してしまうからである。マトリクス樹脂の含浸に先立ってロール等を用いて強化繊維糸条を開繊、拡幅する場合も同様であり、両側端部分は中央部分にくらべて開繊、拡幅が進む結果、やはり強化繊維の目付が低下してくる。これを防止するために、開繊、拡幅により得られる強化繊維シートを、ロール軸方向両端部をロール軸方向中央部に向かう下りの傾斜面として構成してなる、全体として鼓形のロールに接触させ、両側端部の強化繊維を中央部に向かって押し戻すように移動させることも提案されている（たとえば、特許文献３参照）。しかしながら、一旦開繊、拡幅した後に再び狭幅化すると、両側端縁付近に極端に厚みをもった部分ができやすい。
【０００４】
このような、両側端部分における強化繊維の目付が他の部分にくらべて低くなる傾向は、強化繊維の目付の高い（厚みが大きい）、いわゆる高目付プリプレグと呼ばれる一方向プリプレグにおいて特に起こりやすい。目付を高くしようとすればするほど（厚みを大きくしようとすればするほど）、強化繊維糸条の重なりが多くなるからである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２２７８４０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２００２−２３５２５７号公報
【０００８】
【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、幅方向における強化繊維の目付の均一性が高く、ＦＲＰの特性を向上させることができる一方向プリプレグの製造方法を提供するにある。
【０００９】
【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、強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に加熱、加圧下に樹脂を含浸して一方向性プリプレグを製造する際に、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくすることを特徴とする一方向プリプレグの製造方法を提供する。
【００１０】
上記において、引揃え体の両側端部分における１０本以下の強化繊維糸条について引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくするのが好ましい。また、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれの１／４〜３／４倍の範囲内で小さくするのも好ましい。さらに、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを引揃え体の端縁側ほど小さくするのも好ましい。また、樹脂を含浸する前に強化繊維糸条を開繊、拡幅するのも好ましいことである。
【００１１】
本発明によれば、強化繊維の体積含有率が少なくとも６０％であり、各側端部１００ｍｍ幅の部分における強化繊維の目付が全幅方向における強化繊維の目付の１００±５％の範囲内にあるような一方向プリプレグが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を実施する装置の一例を示すもので、複数個のパッケージ１、１、・・・から繰り出される複数本の強化繊維糸条２、２、・・・は、自由回転する引揃えロール３、３、コーム４を経て一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えられ、引揃え体５となる。
【００１３】
コーム４は、図２に示すように、強化繊維糸条２、２、・・・の引揃え体５の両側端部分Ｅにあって強化繊維糸条２、２、・・・の走行方向に対して斜めに配されたコーム４１片と、引揃え体５の両側端部分Ｅを除く部分（以下、本明細書において中央部分Ｃという）において強化繊維糸条２、２、・・・の走行方向に対して直交するように配されたコーム４２片とを有する（この図２では、一側端部分と中央部分の一部のみが示されている）。コーム片４１は、コーム台４１ａと、このコーム台４１ａ上に等ピッチで立設された複数本の櫛刃４１ｂとを有している。同様に、コーム片４２は、コーム台４２ａと、このコーム台４２ａ上に等ピッチで立設された複数本の櫛刃４２ｂとを有している。櫛刃の立設ピッチはコーム片４１とコーム片４２とで等しいが、強化繊維糸条２、２、・・・の走行方向（図１において左方から右方に向かう方向）に対してコーム片４２は直交するように配され、一方、コーム片４１は斜めに配されているため、強化繊維糸条２、２、・・・の引揃え体５をみると、両側端部分Ｅにおける強化繊維糸条２、２、・・・の引揃えピッチは、中央部分Ｃにおける強化繊維糸条２、２、・・・のそれよりも小さくなっている。
【００１４】
再び図１を参照するに、強化繊維糸条２、２、・・・の引揃え体５の上下面には、導入ロール６、６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７、７がその樹脂塗布面が引揃え体５側を向くように重ね合わされ、ヒータ８で予熱された後、加熱された含浸ロール９、９間に通され、引揃え体を構成している強化繊維糸条の押し拡げと離型紙７、７上のマトリクス樹脂の強化繊維糸条への転移、含浸とが行われる。これにより一方向プリプレグが得られるが、マトリクス樹脂の転移、含浸後は、上側の離型紙７を剥ぎ取り、下側の離型紙７ごとロール状に巻き取り、一方向プリプレグのロール体１０とする。マトリクス樹脂が含浸される際、強化繊維糸条の引揃え体が含浸ロールで加圧され、強化繊維糸条の移動が起こるが、引揃え体の両側端部分における、隣接する強化繊維糸条同士による拘束力が小さいために端縁に向かって移動しやすい強化繊維糸条の引揃えピッチを中央部分におけるそれよりも小さくしているために、一方向プリプレグの両側端部分における強化繊維の目付が中央部分に比べて低くなるのを防止することができる。
【００１５】
図３は、図２に示したものとは異なる形態のコームを示すものである。このコーム４は、両側端部分Ｅに配するコーム片４１がわん曲している。わん曲に沿ってみたとき、複数本の櫛刃４１ｂの立設ピッチは等しいものの、両側端部分Ｅにおける強化繊維糸条２、２、・・・の引揃えピッチは、コーム片４１がわん曲しているおかげで引揃え体５の端縁側ほど小さい。このように、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを、連続的ないし段階的に引揃え体の端縁側ほど小さくすることもできる。このようなコームの採用は、端縁側の強化繊維糸条ほど外方に向かって移動しやすいことを考えるとき、一方向プリプレグの両側端部分における強化繊維の目付が低くなるのを防止するうえで有効であるといえる。
【００１６】
上記において、強化繊維糸条は、炭素繊維糸条、ガラス繊維糸条、アラミド繊維糸条のような高強度、高弾性率繊維の糸条である。なかでも、比強度、比弾性率に優れたＦＲＰを得ることができる炭素繊維糸条であるのが好ましい。そのような炭素繊維糸条としては、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、単繊維数が１，０００〜１００，０００本程度のものを用いることができる。
【００１７】
コームは、図２、図３に示したようなものに限らない。たとえば、櫛刃に代えてコーム台に溝を設けることであってもよい。ただ、強化繊維糸条が擦過によって切れたり毛羽を発生したりしないよう、格別の注意を払う必要がある。そういう意味では、図２、図３に示した形態における櫛刃をロールで構成したり、発生した毛羽が櫛刃等に蓄積されるのを防止するために、コームを櫛刃等の立設方向に振動させる（往復動させる）のも好ましい。
【００１８】
引揃え体の両側端部分おけるどの程度の強化繊維糸条について引揃えピッチを中央部分のそれよりも小さくするかは、強化繊維糸条の本数や太さ、引揃えピッチ、マトリクス樹脂の含浸時における含浸ロールによる加圧力等、いろいろな要因によって異なるものの、通常は、１０本以下でよい。
【００１９】
また、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを中央部分におけるそれよりもどの程度小さくするかは、これもまた、強化繊維糸条の本数や太さ、引揃えピッチ、マトリクス樹脂の含浸時における含浸ロールによる加圧力等によって異なるものの、通常は、中央部分における引揃えピッチの１／４〜３／４倍とする。２／３〜１／３倍の範囲とすればなおよい。
【００２０】
さらに、一方向プリプレグの幅方向における強化繊維の目付の斑をより小さくしたり、マトリクス樹脂の含浸性を向上させたりする目的で、図１におけるコーム４と導入ロール６、６との間に開繊装置を設け、マトリクス樹脂の含浸前に引揃え体を構成している強化繊維糸条を開繊、拡幅するのも好ましい。
【００２１】
図４は、そのような開繊装置の一例を示すもので、強化繊維糸条の引揃え体５は、導入ロール１１を介して開繊手段１２に導かれる。開繊手段１２は、引揃え体５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振動ロール１２ａ、１２ａを有する。また、各振動ロール１２ａ、１２ａには対をなして自由回転ロール１２ｂ、１２ｂが設けられている。また、開繊手段１２の下方には、ヒータ１３が設けられている。
【００２２】
このような開繊装置によれば、引揃え体５を構成している強化繊維糸条は、ヒータ１３によって所望の温度に保たれながら、振動ロール１２ａおよび自由回転ロール１２ｂとの共同作用によって開繊、拡幅される。このとき、自由回転ロール１２ｂは、振動ロール１２ａによる強化繊維糸条のロール軸方向への移動に関して支点のように作用する。そして、強化繊維糸条は、開繊、拡幅された後は、もはや糸条の体をなさない強化繊維シート１４となり、この強化繊維シート１４にマトリクス樹脂が含浸される。なお、ヒータ１３は必須のものではないが、強化繊維糸条が炭素繊維糸条である場合、炭素繊維糸条には、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、炭素繊維糸条を開繊する場合には、ヒータ１３を設け、炭素繊維糸条を５０〜１８０℃程度の温度に保ちながら開繊するのが好ましい。また、振動ロールは、強化繊維糸条の種類や太さ、走行速度等にもよるが、周波数１〜２０Ｈｚ、振幅１〜３０ｍｍ程度の範囲内でロール軸方向に振動させるとよい。
【００２３】
本発明によれば、強化繊維の体積含有率が少なくとも６０％であり、各側端部１００ｍｍ幅の部分における強化繊維の目付が全幅方向における強化繊維の目付の１００±５％の範囲内にあるような、幅方向における強化繊維の目付の均一性の高い一方向プリプレグを得ることができる。
【００２４】
本発明は、強化繊維の目付が１００ｇ／ｍ２の以上であるような高目付の一方向プリプレグ（厚みの大きい一方向プリプレグ）を製造する場合に特に好適である。目付を高くしようとすればするほど強化繊維糸条の重なりが大きくなり、両側端部分において重なりがくずれやすくなってその部分における強化繊維の目付が低下しやすいからである。換言すれば、パッケージから引き出された強化繊維糸条の糸幅に対し、一方向プリプレグ中における各強化繊維糸条の糸幅（得られる一方向プリプレグの幅を導入した強化繊維糸条の本数で割り返した値）が小さいものであれば、両側端部分における強化繊維の目付の低下を抑制できる効果が顕著であるということである。
【００２５】
【実施例および比較例】
実施例１：
図１、図２に示した装置を用いて一方向プリプレグを製造した。強化繊維糸条としては、１８８本の、平均単繊維径７μｍ、単繊維数１２，０００本、引張強度４．９ＧＰａ、引張弾性率２３０ＧＰａの炭素繊維糸条（繊度：０．８ｇ／ｍ、糸条幅：６．５ｍｍ）を用いた。また、マトリクス樹脂としては、下記の組成からなるエポキシ樹脂組成物を用いた。
【００２６】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ２０重量部
（油化シェルエポキシ（株）製“エピコート”８２８）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ３０重量部
（油化シェルエポキシ（株）製“エピコート”１００１）
フェノールノボラック型エポキシ樹脂 ５０重量部
（油化シェルエポキシ（株）製“エピコート”１５４）
ポリビニルホルマール １０重量部
（電気化学工業（株）製“デンカホルマール”＃２００）
３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア １０重量部
（保土ヶ谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）
１８８本の炭素繊維糸条は、中央部分においては１６８本を５．３２ｍｍピッチで引き揃えた。また、右側端部分および左側端部分においては、それぞれ１０本を４．００ｍｍピッチ、すなわち、中央部分におけるピッチの約３／４のピッチで引き揃えた。さらに、ヒータ８による炭素繊維糸条の加熱温度は９０℃、含浸ロール９、９の加熱温度は１３０℃、線圧は３ｋｇ／ｃｍとした。
【００２７】
得られた一方向プリプレグは、幅１、０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００２８】
全幅方向における炭素繊維の目付：１４９．７ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４５．８ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４６．７ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の９７．４％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは９７．７％であった。
【００２９】
上記一方向プリプレグを用い、内径が１０ｍｍ、長さが１，０００ｍｍの、内層が３層の±４５°層、外層が３層の０°層の層構成を有するＦＲＰ管を成形した。成形は、外径１０ｍｍのステンレス製マンドレルを用い、これに一方向プリプレグを上記層構成になるように巻き付け、さらにその上にラッピングテープを巻き付け、１３０℃で２時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させた後、マンドレルを抜き取ることによった。得られたＦＲＰ管の外径のばらつきをＮ数１０として測定した。また、ＦＲＰ管から長さ４００ｍｍの試験片を切り出し、「ゴルフクラブシャフトの認定基準及び基準確認方法」（製品安全協会編、通商産業大臣承認５産第２０８７号、１９９３年）に基づき、Ｎ数を１０として３点曲げ試験をした。支点間距離は３００ｍｍとし、中央荷重にて破壊時の荷重を測定した。試験結果を以下に示す。
【００３０】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２２％
破壊荷重 ：１，３２０Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．８％
また、上記一方向プリプレグの両側端部分１００ｍｍの部分を切除し、中央部分８００ｍｍの部分を用いて同様にＦＲＰ管を作り、同様に試験した。試験結果を以下に示す。
【００３１】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２５％
破壊荷重 ：１，３３０Ｎ
破壊荷重のばらつき：５．２％
実施例２：
実施例１において、１８８本の炭素繊維糸条を、中央部分においては１８０本を５．３２ｍｍピッチで引き揃え、また、右側端部分および左側端部分においては、それぞれ４本を３．５６ｍｍピッチ、すなわち、中央部分におけるピッチの約２／３のピッチで引き揃えた。
【００３２】
得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００３３】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０．２ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４９．７ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１４８．８ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の９９．７％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは９９．１％であった。
【００３４】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００３５】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１８％
破壊荷重 ：１，３０５Ｎ
破壊荷重のばらつき：５．２％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００３６】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１７％
破壊荷重 ：１，３２０Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．８％
実施例３：
実施例１において、コームを図３に示したものに代えた。その結果、１８８本の炭素繊維糸条は、中央部分においては１７８本が５．３２ｍｍピッチで引き揃えられ、また、右側端部分および左側端部分においては、それぞれ５本が、内側から端縁側に向かって順に４．００ｍｍ（中央部分のピッチの約３／４）、３．５６ｍｍ（同約２／３）、２．６６ｍｍ（同１／２）、１．７６ｍｍ（同約１／３）、１．３３ｍｍ（同１／４）のピッチで引き揃えられた。
【００３７】
得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００３８】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０５ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０９ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０７ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の１００．３％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは１００．１％であった。
【００３９】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４０】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１７％
破壊荷重 ：１，３４０Ｎ
破壊荷重のばらつき：３．３％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４１】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．１６％
破壊荷重 ：１，３５０Ｎ
破壊荷重のばらつき：３．１％
実施例４：
実施例１において、コーム４と導入ロール６、６との間に図４に示した開繊装置を付加した。振動ロール１２ａ、１２ａは、周波数１０Ｈｚ、振幅１０ｍｍで振動させた。また、ヒータ１３による炭素繊維糸条の加熱温度は１８０℃とした。さらに、開繊装置の出側における張力は単繊維１，０００本あたり２００ｇとした。
【００４２】
得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００４３】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０．０ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０．５ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１５０．１ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の１００．３％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは１００．１％であった。
【００４４】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４５】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２４％
破壊荷重 ：１，３１５Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．８％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４６】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２１％
破壊荷重 ：１，３３５Ｎ
破壊荷重のばらつき：３．７％
比較例１：
実施例１において、すべての炭素繊維糸条を５．０５ｍｍの等ピッチで引き揃えた。得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００４７】
全幅方向における炭素繊維の目付：１４９．２ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１３８．４ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１３９．８ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の９２．８％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは９３．７％であった。
【００４８】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００４９】
外径の平均値 ：１１．８ｍｍ
外径のばらつき ：５．７％
破壊荷重 ：１，１９０Ｎ
破壊荷重のばらつき：１２．１％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００５０】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．３２％
破壊荷重 ：１，３４５Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．６％
比較例２：
実施例４において、すべての炭素繊維糸条を４．７８ｍｍの等ピッチで引き揃えた。得られた一方向プリプレグは、幅１，０００ｍｍ、炭素繊維の体積含有率は７６％であり、目付は以下のとおりであった。
【００５１】
全幅方向における炭素繊維の目付：１５０．１ｇ／ｍ２
右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１２６．３ｇ／ｍ２
左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付：１２８．１ｇ／ｍ２
すなわち、右側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付は、全幅方向における炭素繊維の目付の８４．２％であり、左側端部１００ｍｍ幅の部分における炭素繊維の目付のそれは８５．４％であった。
【００５２】
また、上記一方向プリプレグを用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００５３】
外径の平均値 ：１１．２ｍｍ
外径のばらつき ：７．４％
破壊荷重 ：１，０８５Ｎ
破壊荷重のばらつき：１９．５％
また、中央部分８００ｍｍの部分を用いて実施例１と同様にＦＲＰ管を成形し、実施例１と同様に試験した結果は以下のとおりであった。
【００５４】
外径の平均値 ：１２．６ｍｍ
外径のばらつき ：０．２９％
破壊荷重 ：１，３２０Ｎ
破壊荷重のばらつき：４．３％
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、強化繊維糸条の引揃え体の両側端部分における引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくするので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、幅方向における強化繊維の目付の均一性が高く、ＦＲＰの特性を向上させることができる一方向プリプレグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る方法を実施する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コームの概略平面図である。
【図３】図１に示した装置で用いる別のコームの概略平面図である。
【図４】図１に示した装置で用いる開繊装置の概略正面図である。
【符号の説明】
１：パッケージ
２：強化繊維糸条
３：引揃えロール
４：コーム
４１：子コーム
４１ａ：コーム台
４１ｂ：櫛刃
４２：子コーム
４２ａ：コーム台
４２ｂ：櫛刃
５：強化繊維糸条の引揃え体
６：導入ロール
７：マトリクス樹脂を塗布した離型紙
８：ヒータ
９：含浸ロール
１０：一方向プリプレグのロール体
１１：導入ロール
１２：開繊手段
１２ａ：振動ロール
１２ｂ：自由回転ロール
１３：ヒータ
１４：強化繊維シート
Claims (7)
- 強化繊維糸条を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる引揃え体に加熱、加圧下に樹脂を含浸して一方向性プリプレグを製造する際に、引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくすることを特徴とする一方向プリプレグの製造方法。
- 引揃え体の両側端部分における１０本以下の強化繊維糸条について引揃えピッチを他の部分におけるそれよりも小さくする、請求項１に記載の一方向プリプレグの製造方法。
- 引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを他の部分におけるそれの１／４〜３／４倍の範囲内で小さくする、請求項１または２に記載の一方向プリプレグの製造方法。
- 引揃え体の両側端部分における強化繊維糸条の引揃えピッチを引揃え体の端縁側ほど小さくする、請求項１〜３のいずれかに記載の一方向プリプレグの製造方法。
- 樹脂を含浸する前に強化繊維糸条を開繊、拡幅する、請求項１〜４のいずれかに記載の一方向プリプレグの製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の方法を用いて製造され、かつ、強化繊維の体積含有率が少なくとも６０％であることを特徴とする一方向プリプレグ。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の方法を用いて製造され、かつ、各側端部１００ｍｍ幅の部分における強化繊維の目付が全幅方向における強化繊維の目付の１００±５％の範囲内にあることを特徴とする一方向プリプレグ。
Priority Applications (1)
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2003
- 2003-02-20 JP JP2003042306A patent/JP2004250570A/ja active Pending
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