JP2004277479A

JP2004277479A - プリプレグの製造方法および製造装置

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Publication number: JP2004277479A
Application number: JP2003067799A
Authority: JP
Inventors: Tomo Sato; 朋佐藤; Naoki Iwasaki; 直樹岩崎; Daisaku Akase; 大策赤瀬
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【解決課題】端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができたり、皺ができたりするのを防止することができるプリプレグの製造方法と製造装置を提供する。
【解決手段】強化繊維シートの供給方向に関して転移、含浸手段の前後に、強化繊維シートの幅方向に延在するメジャー付バーと、このバー上を移動自在に設けた２個の指示ガイドとを有するシート規制手段を設け、マトリクス樹脂の転移、含浸の前後において強化繊維シートの幅と両端縁の位置とを測定し、それら幅および位置が所定の幅および位置になるよう規制する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の成形に用いるプリプレグを製造する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、ＦＲＰの成形にプリプレグが用いられる。そのようなプリプレグはいろいろな方法によって製造されるが、その一つに、いわゆるホットメルト法と呼ばれる方法がある。この方法は、連続的に供給される帯状の強化繊維シート（たとえば、多数本の強化繊維束を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えたもの）の片面または両面に、Ｂ−ステージのマトリクス樹脂を塗布した離型シートをそのマトリクス樹脂塗布面が強化繊維シート側を向くように重ね合わせ、重ね合わせ体を加熱、加圧して強化繊維シートに離型シート上のマトリクス樹脂を転移、含浸し、プリプレグとするものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このような方法においては、当然のことながら、強化繊維シートは、決められた経路を正しく走行するのが好ましいが、強化繊維シートに限らず、一般に帯状体を走行させると大なり小なり走行経路にずれを生ずる。しかるに、走行経路がずれると、強化繊維シートに離型シートのマトリクス樹脂塗布面が正しく重ね合わされなくなり、得られるプリプレグの端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができてしまう。そのため、従来は、強化繊維シートの端縁の位置をガイドバー等を用いて規制したり、離型シートの位置を巻出位置を変えることによって変更したりして強化繊維シートと離型シートのマトリクス樹脂塗布面とが正しく一致するように調整している。しかしながら、この調整は、作業者の感に頼っているため、調整に手間どったり、正確な調整を行えなかったりする。
【０００４】
また、強化繊維シートが多数本の強化繊維束を互いに並行するように一方向に引き揃えてなるものである場合には、マトリクス樹脂を転移、含浸する際に強化繊維束が移動しやすく、強化繊維束が移動すると強化繊維シートの幅が拡がるため、やはり端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができてしまう。同様のことは、薄いプリプレグを得ようとして強化繊維シートを開繊、拡幅する工程を付加した場合にも起こりやすい。
【０００５】
さらに、強化繊維シートが織物のような布帛である場合には、走行経路のずれが、マトリクス樹脂の未含浸部分を生ずることに加え、皺を生ずることもある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２２７８４０号公報
【０００７】
【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、強化繊維シートを離型シートのマトリクス樹脂塗布面と正しく重ね合わせることができ、得られるプリプレグの端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができたり、皺ができたりするのを防止することができるプリプレグの製造方法と製造装置を提供するにある。
【０００８】
【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、連続的に供給される帯状の強化繊維シートに、マトリクス樹脂を塗布してなる離型シートをそのマトリクス樹脂塗布面が強化繊維シート側を向くように重ね合わせ、重ね合わせ体を加熱、加圧して強化繊維シートに離型シート上のマトリクス樹脂を転移、含浸するプリプレグの製造方法において、強化繊維シートの供給方向に関してマトリクス樹脂の転移、含浸の前後において強化繊維シートの幅と両端縁の位置とを測定し、それら幅および位置が所定の幅および位置になるよう調整することを特徴とするプリプレグの製造方法を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するために、帯状の強化繊維シートを連続的に供給する手段と、マトリクス樹脂を塗布してなる離型シートをそのマトリクス樹脂塗布面が強化繊維シート側を向くように重ね合わせる手段と、重ね合わせ体を加熱、加圧して強化繊維シートに離型シート上のマトリクス樹脂を転移、含浸する手段とを有するプリプレグの製造装置において、強化繊維シートの供給方向に関して転移、含浸手段の前後に、強化繊維シートの幅方向に延在するメジャー付バーと、このバー上を移動自在に設けた２個の指示ガイドとを有するシート規制手段を設けたことを特徴とするプリプレグの製造装置を提供する。メジャーは、バーの長さ方向中央部を零点とし、その零点からバーの各端に向かって延びる目盛を有するのが好ましい。その場合、零点が装置の軸中心と一致しているのが好ましい。また、指示ガイドはバーまたはロールであるのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、一方向プリプレグを製造している様子を示すもので、多数個のパッケージ１、・・・から連続的に引き出される、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の高強度、高弾性率繊維からなる強化繊維束２、・・・は、引揃えロール３、コーム４を経て互いに並行かつシート状に引き揃えられ、強化繊維シート５となる。
【００１１】
強化繊維シート５には、導入ロール６、６を介して供給される、マトリクス樹脂（たとえば、Ｂ−ステージのエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂）を塗布してなる離型シート７、７がそのマトリクス樹脂塗布面が強化繊維シート５側を向くように上下から重ね合わされる。
【００１２】
強化繊維シート５と、離型シート７、７との重ね合わせ体は、ヒータ８によって予熱され、マトリクス樹脂の粘度が一旦低下せしめられた後、含浸ロール９、９に通され、加熱、加圧されて強化繊維束２、・・・の押し拡げと離型シート７、７上のマトリクス樹脂の強化繊維シート５への転移、含浸が行われる。すなわち、一方向プリプレグとなる。
【００１３】
マトリクス樹脂の転移、含浸の後は、プリプレグに皺等が発生して品位が損なわれることがないよう上側の離型シート７のみが剥ぎ取られ、下側の離型シート７ごと巻き取られてロール体１０となる。
【００１４】
さて、このような一方向プリプレグの製造工程において、強化繊維シートが決められた走行経路を正しく走行しなかったり、幅が拡がったりすると、強化繊維シートに離型シートのマトリクス樹脂塗布面が正しく重ね合わされなくなり、得られるプリプレグの端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができてしまう。そのため、本発明においては、強化繊維シートの供給方向に関してマトリクス樹脂の転移、含浸の前後において強化繊維シートの幅と両端縁の位置とを測定し、それら幅、位置が所定の幅、位置になるよう規制する。この規制は、図１において、強化繊維シート５の供給方向に関して含浸ロール９、９の前後にシート規制手段１１を設けることによって行う。
【００１５】
このシート規制手段１１は、図２に示すように、バー１１ａと、このバー１１ａ上を摺動自在に設けた２個の指示ガイド１１ｂ、１１ｂとを有している。バー１１ａ上には、バー１１ａの長さ方向中央部を零点とし、その零点から各端に向かって延びる目盛を有するメジャー１１ｃが設けられている。本発明においては、このようなシート規制手段１１を、強化繊維シート５の供給方向に関して含浸ロール９、９の前後に、かつ、バー１１ａが強化繊維シート５の幅方向になるように設置し、指示ガイド１１ｂ、１１ｂを強化繊維シート５の端縁の位置に合わせる。これにより、メジャー１１ｃの目盛を読みとることで強化繊維シート５の幅と両端縁の位置とを簡単に知ることができるようになり、強化繊維シート５の走行経路のずれや幅の拡がりの状態を簡単に知ることができるようになる。そして、走行経路のずれが確認されると、たとえば、引揃えロール３の位置を調整したり、コーム４の位置を調整したり、指示ガイド１１ｂの位置を調整したりして正しい走行経路に戻す。また、強化繊維シート５の幅に異常が見られる場合には、指示ガイド１１ｃの位置を調整するなどしてそれを修正する。これにより、強化繊維シート５に離型シート７、７のマトリクス樹脂塗布面が正しく重ね合わされなくなって得られるプリプレグの端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができるのを防止することができるようになる。また、走行経路を正しく修正することで得られるプリプレグに皺等が発生するのを防止することができるようになる。
【００１６】
上記において、シート規制手段を、メジャーの零点が、装置の軸中心（幅方向中心）と一致するように設置しておくと、強化繊維シートの幅や両端縁の位置の確認が一層容易になるので好ましい。また、指示ガイドは、強化繊維シートの端縁に接触させてもよく、させなくてもよいが、接触させると、上述したように、それ自身で、走行経路のずれや強化繊維シートの幅をも修正することができるようになる。接触させない場合には、たとえば、シート規制手段の近傍で、かつ、強化繊維シートの外方に、強化繊維シートの幅方向に移動自在なバーやロール等の規制手段を立設しておき、それを強化繊維シートの幅方向に動かし、端縁に接触させて走行経路のずれや幅を修正するようにする。なお、指示ガイドは、バーで構成してもよく、ロールで構成してもよい。
【００１７】
シート規制手段は、上述したように、強化繊維シートの供給方向に関してマトリクス樹脂の転移、含浸の前後、すなわち、含浸ロールの前後に設けることが必要であるが、たとえば、図１においてコーム４から導入ロール６、６までの距離が長い場合には、それらコーム４、導入ロール６、６間にさらにもう１個増設するようなこともできる。また、後述するように、コーム４と導入ロール６、６間に強化繊維束の開繊手段を設ける場合には、その開繊手段の前および／または後に付加するようなこともできる。
【００１８】
上記において、特に薄いプリプレグ、すなわち、強化繊維の目付の低いプリプレグを得たい場合には、図１におけるコーム４、導入ロール６、６間に強化繊維束の開繊手段を設置するのも好ましい。そのような開繊手段としては、よく知られているように、直径が一定の固定ガイドを用いるものや、太鼓形のロールを用いるものや、ロール軸方向に一定の周期で振動する横揺動ロールを用いるものや、ロール軸に対して直交する方向に一定の周期で振動する縦振動ロールを用いるものや、横振動ロールおよび／または縦振動ロールと無振動ロールとを組み合わせたもの等、いろいろなものがある。開繊手段を用いる場合には、上述したように、開繊手段の前および／または後にシート規制手段を設けるのも好ましい。また、それとは別の、強化繊維シートの幅を規制する、上述したバーやロール等の規制手段を設けることもできる。
【００１９】
なお、上記においては、強化繊維束を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えてなる強化繊維シートを用いる場合、すなわち、一方向プリプレグを製造する場合について説明したが、強化繊維シートは、強化繊維の織物や不織布、マット等の布帛であってもよいものである。
【００２０】
【実施例および比較例】
実施例１：
図１に示した装置を用いて一方向プリプレグを製造した。強化繊維束２としては、１８７本の、単繊維繊度が０．６７ｄｔｅｘ、単繊維数が１２，０００本、引張強度が４．９ＧＰａ、引張弾性率が２３５ＧＰａの炭素繊維束を用いた。また、離型シート７、７としては、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を目付が３５ｇ／ｍ^２、幅が１，００２ｍｍになるように塗布してなる離型紙を用いた。さらに、炭素繊維シートおよび離型紙の供給速度は７ｍ／分とした。
【００２１】
シート規制手段１１のメジャー１１ｃを見ながら、炭素繊維シートの幅がマトリクス樹脂の含浸の前後で１，０００ｍｍになるようにするとともに、炭素繊維シートの端縁の位置と離型紙７、７のマトリクス樹脂塗布面の端縁の位置とを合わせた後、マトリクス樹脂の含浸を行い、一方向プリプレグを１，０００ｍ製造した。
【００２２】
得られた一方向プリプレグの炭素繊維の目付は１５０ｇ／ｍ^２で、マトリクス樹脂の含有率は３２重量％であった。また、両端縁におけるマトリクス樹脂の未含浸部分は認められなかった。
実施例２：
実施例１において、強化繊維束２として、１３２本の、単繊維繊度が０．４２ｄｔｅｘ、単繊維数が１８，０００本、引張強度が５．７ＧＰａ、引張弾性率が２９４ＧＰａの炭素繊維束を用いるとともに、コーム４と導入ロール６、６との間に開繊手段を設けた。開繊手段としては、４本の、直径がそれぞれ３０ｍｍ、４０ｍｍ、４０ｍｍ、４０ｍｍで、かつ、２２３℃に加熱されるバーを、炭素繊維シートの供給方向に沿って、かつ、上下方向に千鳥になるように配置してなるものを用いた。
【００２３】
得られた一方向プリプレグの炭素繊維の目付は１００ｇ／ｍ^２で、マトリクス樹脂の含有率は３０重量％であった。また、両端縁におけるマトリクス樹脂の未含浸部分は認められなかった。
実施例３：
実施例１において、強化繊維束２として、単繊維繊度が０．６６ｄｔｅｘ、単繊維数が３，０００本、引張強度が３．８ＧＰａ、引張弾性率が２３５ＧＰａの炭素繊維束を経糸および緯糸とする、幅が１，０００ｍｍで、目付が２００ｇ／ｍ^２の織物を用いた。
【００２４】
得られた織物プリプレグの炭素繊維の目付は２００ｇ／ｍ^２で、マトリクス樹脂の含有率は３０重量％であった。また、皺がなく、両端縁におけるマトリクス樹脂の未含浸部分も認められなかった。
比較例１：
実施例１において、強化繊維束２として、１３２本の、単繊維繊度が０．４２ｄｔｅｘ、単繊維数が１８，０００本、引張強度が５．７ＧＰａ、引張弾性率が２９４ＧＰａの炭素繊維束を用いるとともに、シート規制手段１１、１１を除去した。
【００２５】
スタート時に巻尺を用いてコーム４の幅を１，０００ｍｍに調整するとともに、炭素繊維シートの端縁の位置と離型紙７、７のマトリクス樹脂塗布面の端縁の位置とを目分量で合わせた。
【００２６】
得られた一方向プリプレグの炭素繊維の目付は１００ｇ／ｍ^２で、マトリクス樹脂の含有率は２６重量％であった。また、長さ２００ｍにわたって両端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分が発生していた。
比較例２：
実施例２において、強化繊維束２として、２１８本の、単繊維繊度が０．４２ｄｔｅｘ、単繊維数が６，０００本、引張強度が５．７ＧＰａ、引張弾性率が２９４ＧＰａの炭素繊維束を用いるとともに、シート規制手段１１、１１を除去した。強化繊維シートの供給方向に関して開繊手段の前後には、バーからなる規制手段を設置した。
【００２７】
スタート時に巻尺を用いてコーム４の幅を１，０００ｍｍに調整するとともに、炭素繊維シート５端縁の位置と離型紙７、７のマトリクス樹脂塗布面の端縁の位置とを目分量で合わせた。
【００２８】
得られた一方向プリプレグの炭素繊維の目付は５５ｇ／ｍ^２で、マトリクス樹脂の含有率は３０重量％であった。また、片側のみ厚く、しかも、両端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分が発生していた。これは、コーム４の幅方向中心と規制手段の幅方向中心とを正しく一致させることができなかったためと思われる。
比較例３：
実施例３において、シート規制手段１１、１１を除去した。スタート時に巻尺を用いて織物の端縁の位置と離型紙７、７のマトリクス樹脂塗布面の端縁の位置とを目分量で合わせた。
【００２９】
得られた織物プリプレグの炭素繊維の目付は２００ｇ／ｍ^２で、マトリクス樹脂の含有率は３０重量％であった。また、皺が発生していた。これは、マトリクス樹脂の含浸の前後で織物の幅方向中心がずれたためであると思われる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、強化繊維シートの供給方向に関して転移、含浸手段の前後に、強化繊維シートの幅方向に延在するメジャー付バーと、このバー上を移動自在に設けた２個の指示ガイドとを有するシート規制手段を設け、マトリクス樹脂の転移、含浸の前後において強化繊維シートの幅と両端縁の位置とを測定し、それら幅および位置が所定の幅および位置になるよう規制するので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、強化繊維シートを離型シートのマトリクス樹脂塗布面と正しく重ね合わせることができ、得られるプリプレグの端縁にマトリクス樹脂の未含浸部分ができたり、皺ができたりするのを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るプリプレグの製造装置の概略正面図である。
【図２】図１に示したシート規制手段の概略斜視図である。
【符号の説明】
１：パッケージ
２：強化繊維束
３：引揃えロール
４：コーム
５：強化繊維シート
６：導入ロール
７：マトリクス樹脂を塗布した離型シート
８：ヒータ
９：含浸ロール
１０：プリプレグのロール体
１１：シート規制手段
１１ａ：バー
１１ｂ：規制ガイド
１１ｃ：メジャー

Claims

連続的に供給される帯状の強化繊維シートに、マトリクス樹脂を塗布してなる離型シートをそのマトリクス樹脂塗布面が強化繊維シート側を向くように重ね合わせ、重ね合わせ体を加熱、加圧して強化繊維シートに離型シート上のマトリクス樹脂を転移、含浸するプリプレグの製造方法において、強化繊維シートの供給方向に関してマトリクス樹脂の転移、含浸の前後において強化繊維シートの幅と両端縁の位置とを測定し、それら幅および位置が所定の幅および位置になるよう調整することを特徴とするプリプレグの製造方法。
帯状の強化繊維シートを連続的に供給する手段と、マトリクス樹脂を塗布してなる離型シートをそのマトリクス樹脂塗布面が強化繊維シート側を向くように重ね合わせる手段と、重ね合わせ体を加熱、加圧して強化繊維シートに離型シート上のマトリクス樹脂を転移、含浸する手段とを有するプリプレグの製造装置において、強化繊維シートの供給方向に関して転移、含浸手段の前後に、強化繊維シートの幅方向に延在するメジャー付バーと、このバー上を移動自在に設けた２個の指示ガイドとを有するシート規制手段を設けたことを特徴とするプリプレグの製造装置。
メジャーは、バーの長さ方向中央部を零点とし、その零点からバーの各端に向かって延びる目盛を有する、請求項２に記載のプリプレグの製造装置。
零点が装置の軸中心と一致している、請求項３に記載のプリプレグの製造装置。
指示ガイドがバーまたはロールである、請求項２〜４のいずれかに記載のプリプレグの製造装置。