JP2005163223A - 強化繊維束の開繊方法および開繊装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】強化繊維束の開繊を、より高速で、かつ、開繊斑や平滑性不良部位の発生を防止しながら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。
【解決手段】連続的に走行する強化繊維束を、強化繊維束幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行方向に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させ、かつ前記強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面に気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊する強化繊維束の開繊方法。
【選択図】図1
【解決手段】連続的に走行する強化繊維束を、強化繊維束幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行方向に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させ、かつ前記強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面に気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊する強化繊維束の開繊方法。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば一方向性プリプレグを製造するのに好適な、強化繊維束の開繊方法及び開繊装置に関する。
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。
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)、流走中の繊維束を所要のオーバーフィード量に保ちながら交差方向に気流を通過せしめ、弓なりに緊張する気流通過部位において繊維束の構成フィラメントを幅方向に解き分けて当該繊維束を展舒させたり(たとえば、特許文献2参照)、中空管の長手軸線方向に等間隔で多数のノズルを備えた開繊バーを繊維束の進行方向に対してジグザグ状をなして配列し、ノズルより空気を繊維束に吹き付けたり(たとえば、特許文献3参照)、繊維束の搬送方向に対して開繊装置の上流もしくは下流側で気体を噴射させることで開繊効果を高めたりすることによって行われている(たとえば、特許文献4参照)。
しかしながら、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る従来の方法は、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、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、ケバ欠点の多い品位の低いものとなる。
また、流走中の繊維束を所要のオーバーフィード量に保ちながら交差方向に気流を通過せしめ、弓なりに緊張する気流通過部位において繊維束の構成フィラメントを幅方向に解き分けて当該繊維束を展舒させる従来の方法は、特に数十本、時には数百本の繊維束を連続的にシート状にする一方向性プリプレグの製造工程に適用する場合は複数本の繊維束を1セットの製造装置で所要のオーバーフィード量に連続的に保つことは実質的に困難であり、複数本の繊維束間でオーバーフィード量に差異が出た場合に開繊斑によるプリプレグの割れ欠点や平滑性不良部位が発生する可能性がある。
また、中空管の長手軸線方向に等間隔で多数のノズルを備えた開繊バーを繊維束の進行方向に対してジグザグ状をなして配列し、ノズルより空気を繊維束に吹き付けたりする従来の方法は、繊維束をシゴき繊維束の張力が高まった状態で空気を繊維束に吹き付けるため、繊維束の開繊が十分でなく、特に繊維束の走行速度を上げた場合や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場合に開繊能力が不足し、プリプレグの割れ欠点や平滑性不良部位が発生する可能性がある。
さらに、繊維束の搬送方向に対して開繊装置の上流もしくは下流側で気体を噴射させることで開繊効果を高めたりする従来の方法は、開繊による張力変動が生じている状態で気体を繊維束に噴射させるため、開繊斑が起こり繊維束の開繊が十分でなく、特に繊維束にかかる張力変動を低減させるため、ダンサーローラーを使用した場合、繊維束の張力が高まり繊維束の開繊能力が低下し、プリプレグの割れ欠点や平滑性不良部位が発生する可能性がある。
当然、上記のような欠点の多い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。
特開昭56−43435号公報
特許第3049225号公報
特開平5−247716号公報
特開2001−262443号公報
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、開繊斑や単繊維切れ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ことにある。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
(1)連続的に走行する強化繊維束を、強化繊維幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行面に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させる、かつ前記強化繊維束走行面の両面から気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊する強化繊維束の開繊方法。
(1)連続的に走行する強化繊維束を、強化繊維幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行面に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させる、かつ前記強化繊維束走行面の両面から気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊する強化繊維束の開繊方法。
(2)一方向に平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前記(1)に記載の強化繊維束の開繊方法。
(3)強化繊維束を単繊維1000本あたり0.01〜1Nの張力範囲で開繊する前記(1)または(2)に記載の強化繊維束の開繊方法。
(4)前記横振動付与ロールを、周波数1〜20Hz、振幅1〜30mmの範囲内で振動させる前記(1)〜(3)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
(5)前記縦振動付与ロールを、周波数10〜30Hz、振幅1〜5mmの範囲内で振動させる前記(1)〜(4)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
(6)強化繊維束に吹き付ける気流の温度が20〜180℃、風速が0.1〜20m/secである前記(1)〜(5)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
(7)内径5〜30mmの気体噴射口径を有する気流を吹き付ける気体噴射装置を強化繊維束の走行方向に対して幅方向に千鳥状に配置させてなる請求項1〜6のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
(8)強化繊維束が炭素繊維束である前記(1)〜(7)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
(9)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前記(8)に記載の強化繊維束の開繊方法。
(10)連続的に走行する強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、該ロール軸方向に振動する横振動付与ロールおよび/または強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、強化繊維束の走行面に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させる開繊域を有する強化繊維束の開繊手段の該開繊域において、前記交差方向の強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面とに気流を吹き付ける気体噴射装置を設けてなる強化繊維束の開繊装置。
(11)前記横振動ロールおよび/または縦振動ロールが、ロール円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請求項10に記載の強化繊維束の開繊装置。
(12)前記横振動付与ロールおよび/または縦振動付与ロールと対をなす自由回転ロールが設けられてなる前記(10)または(11)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊装置。
(13)前記自由回転ロールが、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前記(12)に記載の強化繊維束の開繊装置。
(14)前記強化繊維束が炭素繊維束からなり、前記開繊域における炭素繊維束を50〜180℃の範囲内の温度に保つことができる、加熱手段を設けてなる前記(10)〜(13)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊装置。
(15)前記強化繊維束が炭素繊維束からなり、該炭素繊維束の交差方向から吹き付ける気体噴射装置が、気流温度20〜180℃、風速0.1〜20m/secの範囲内で吹き付けるものである前記(10)〜(14)のいずれかに記載の強化繊維束の開繊装置。
(16)前記(1)〜(9)のいずれかに記載の方法または前記(10)〜(15)のいずれかに記載の装置によって製造される強化繊維シート。
(17)前記(16)に記載の強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸する一方向性プリプレグの製造方法。
(18)前記(17)に記載の方法によって製造される一方向性プリプレグ。
本発明は、連続的に走行する強化繊維束の幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行面に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させ、かつ前記強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面に気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊するので、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。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明は、連続的に走行する強化繊維束を、強化繊維束幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行面に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させ、かつ前記強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面に気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊する強化繊維束の開繊方法を提供する。
強化繊維シートを得るような場合は、一方向に平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。
強化繊維束は単繊維1000本あたり0.01〜1Nの張力範囲で開繊するのが好ましい。
また、通常、横振動付与ロールは周波数1〜20Hz、振幅1〜30mmの範囲内で振動させ、縦振動付与ロールは周波数10〜30Hz、振幅1〜5mmの範囲内で振動させ、強化繊維束に吹き付ける気流は、内径5〜30mmの気体噴射装置より、温度20〜180℃、風速が0.1〜20m/secの範囲内で気流を吹き付けるのが好ましい。
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。
本発明は、また、上述した目的を達成するために、
連続的に走行する強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、該ロール軸方向に振動する横振動付与ロールおよび/または強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、強化繊維束の走行方向面に交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させる開繊域を有する強化繊維束の開繊手段の該開繊域において、前記交差方向の強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面とに気流を吹き付ける気体噴射装置を設けてなる強化繊維束の開繊装置を提供する。
連続的に走行する強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、該ロール軸方向に振動する横振動付与ロールおよび/または強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、強化繊維束の走行方向面に交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させる開繊域を有する強化繊維束の開繊手段の該開繊域において、前記交差方向の強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面とに気流を吹き付ける気体噴射装置を設けてなる強化繊維束の開繊装置を提供する。
開繊装置には、それに対応して強化繊維束を50〜180℃の範囲内に加熱する手段が設けられているのが好ましく、また、横振動付与ロールは周波数1〜30回/秒、振幅1〜30mmの範囲内で振動せしめられ、縦振動付与ロールは周波数10〜30Hz、振幅1〜5mmの範囲内で振動せしめられ、強化繊維束に吹き付ける気流の温度は20〜180℃、風速は0.1〜20m/secの範囲内で吹き付けせしめるのが好ましい。
また、横振動付与ロールや縦振動付与ロールには、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。
さらに、強化繊維束の走行方向に関して縦振動付与ロールよりも上流側には、横振動付与ロールが配置されているのが好ましい。
上述の横振動付与ロールや縦振動付与ロール、自由回転ロールは、ロール円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く、また、 ロール軸方向に延びる凸部を有するラダーロールの凸高さ(t)を、ロール半径(r)に対して、r(1/COS(θ/2)−1)を超える高さとし、隣接する凸間とロール軸とのなす角度(θ)を10〜50°になるようにロール円周方向に等配設定することが好ましい。
さらに、強化繊維束の走行方向に関して縦振動付与ロールよりも上流側には、エアー開繊ノズルなどの気体噴射装置が配置されているのが好ましい。さらに、強化繊維束の走行方向に関して、エアー開繊ノズルなどの気体噴射装置よりも上流側に横振動付与ロールが配置されているのが好ましい。
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。
以下、さらに図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
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、張力検出ロール3、コーム4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、開繊手段10に導かれる。
横振動付与ロールと対をなす自由回転するガイドロール5を通過した強化繊維束1、1、・・・は、次いで横振動付与ロール6に導かれ、横振動付与ロール6により横振動を付与された後、横振動付与ロール6の下流側で縦振動付与ロール8との間の開繊域に設置した強化繊維束の走行面に対して交差する方向の気流吹き出し口7から吹き付ける気流により幅方向に解き分けられ、さらに、縦振動付与ロールと対をなす自由回転するガイドローラ5を介して縦振動付与ロール8に導かれ、縦振動付与ロール8により縦振動を付与されて強化繊維シート11となる。
なお、開繊手段10の下部には強化繊維束1、1、・・・を加熱するヒータ9が設けられている。
開繊手段10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1本の、図示しない横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付与ロール6を有する。また、横振動付与ロール6の下流側には、この例では1個の図示しない気流発生源から送られてきた気流を強化繊維束1、1、・・・に強化繊維束の走行面に対して交差する上下方向から吹き付ける吹き出し口7を有する気体噴出装置により強化繊維束を挟むように気体を吹き付け、ぶつけることで、気体が強化繊維束の幅方向に流れ、強化繊維束を幅方向に解き分けて開繊することができる。さらに、この例では1本の、図示しない縦加振源によってロール上下方向(強化繊維束の走行方向に対して交差する方向)に振動せしめられる縦振動付与ロール8を有する。
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、張力検出ロール3、コーム4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開繊手段10に導かれる。
開繊手段10に導かれた強化繊維束1、1、・・・は、ヒータ9によって所望の温度に保たれながら、横振動付与ロール6によって、この例ではロール軸方向に横振動を付与されるとともに、気流吹き出し口7から吹き付けられる気流により解き分けられ、さらに、縦振動付与ロール8によって、この例ではロール上下方向に付与される縦振動によって開繊、拡幅され、もはや繊維束の体をなさない強化繊維シート11となる。なお、開繊の際の張力は、強化繊維束の単繊維1000本あたり0.01〜1Nの範囲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が生じやすくなる。
横振動ロール付与6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。
また、縦振動付与ロール8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。横振動付与ロール6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。
さらに、強化繊維束に吹き付ける気流の風速は0.1〜20m/secであれば強化繊維束が均一に解き分けられて開繊され好ましい。風速が20m/secを超えると、複数本の強化繊維束の走行糸道の制御が困難になりプリプレグにした場合に幅方向の繊維目付が不均一になったり、ワレ欠点の原因となる可能性がある。
ここで、強化繊維束に吹き付ける気流の温度は20〜180℃であれば好ましく、繊維強化束に付着したサイジング剤が適度に軟化し、良好な開繊性が得られる。180℃を超えると、サイジング剤が変質したり、場合によっては減量することがあり、単繊維切れや毛羽発生の原因につながる可能性がある。
また、気流吹き出し口7の形状は特に規定しないが、一方向に引き揃えた繊維強化束の幅方向に筒状ノズルを千鳥状に配置することで、強化繊維束を効果的に開繊することができる。
炭素繊維束を開繊する場合には、ヒータ9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。
開繊手段10の自由回転ロールであるガイドロール5および振動付与ロール6、8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。
上述のガイドロール5および振動付与ロール6、8は、ロール円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は、ロール凸部の高さ(t)をロール半径(r)に対して、r(1/COS(θ/2)−1)を超える高さとすることによって、強化繊維束をロール表面に接触させないようにし、強化繊維の損傷を防ぐことができる。また、隣接する凸間とロール軸とのなす角度(θ)は、小さすぎると凸部へ接する強化繊維束の曲率が小さく平ロールを使用したのと同様になり、また、大きくすると凸部の曲率が大きくなり、強化繊維束の単糸切れ、および毛羽が発生する問題が生じやすくなるので、角度(θ)は5〜50°程度としておくことが好ましい。
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、アラミド繊維束などが好ましく適用できる。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することができるが、通常は、少なくとも10本の強化繊維束に対して適用する。
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、拡幅の幅が小さくなって多くの横振動付与ロールや縦振動付与ロールが必要になり、広い設置スペースも必要になってくるので、3〜20m/分程度とするのが好ましい。
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2に示すように、図1に示した開繊装置によって得られる強化繊維シート11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11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11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。
(実施例1)
図1に示した装置を用い、強化繊維束として、平均単繊維径7μm、単繊維数12,000本、繊度0.8kg/mの炭素繊維束(東レ株式会社製トレカ(登録商標)T700SC−12K)を用い、その100本を10mmピッチで一方向に並列するように引き揃え、8m/分の速度で図1に示した装置に供給した。供給時の単繊維1,000本あたりの張力は0.5Nに設定した。
図1に示した装置を用い、強化繊維束として、平均単繊維径7μm、単繊維数12,000本、繊度0.8kg/mの炭素繊維束(東レ株式会社製トレカ(登録商標)T700SC−12K)を用い、その100本を10mmピッチで一方向に並列するように引き揃え、8m/分の速度で図1に示した装置に供給した。供給時の単繊維1,000本あたりの張力は0.5Nに設定した。
横振動付与ロール6としては直径30mm、表面粗さ10Sの梨地表面に加工されている硬質クロムメッキロールを用い、それを振幅10mm、振動数10Hzでロール軸方向に振動させた。
気流吹き出し口7は強化繊維束の幅方向にノズル径20mm、千鳥状に50本幅方向配置し、50℃の気流を連続的に5m/secの風速で強化繊維束に直交する方向(上下方向)から吹き付けた。
縦振動付与ロール8としては直径50mm、表面粗さ10Sの梨地表面に加工されている硬質クロムメッキロールを用い、それを振幅2mm、振動数20Hzで上下方向に振動させた。
ヒータ9としては赤外線ヒータを用い、ヒータ9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温度である。
得られた炭素繊維シートは、幅1000mm、目付が80g/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1.7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、同様の炭素繊維束を69本を14.5mmピッチで一方向に並列するように引き揃え、8m/分の速度で図1に示した装置に供給した。
実施例1において、同様の炭素繊維束を69本を14.5mmピッチで一方向に並列するように引き揃え、8m/分の速度で図1に示した装置に供給した。
得られた炭素繊維シートは、幅1000mm、目付が55g/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2.4倍の幅に開繊、拡幅されていた。
(実施例3)
実施例1で得られた強化繊維シートを、図2に示した装置に供給し、一方向性プリプレグを製造した。離型紙としては、一面にBステージのエポキシ樹脂を幅1,000mmで塗布したものを用いた。また、ヒータによる加熱温度は120℃とし、含浸ロールの線圧は1,000kg/1,000mm幅とした。
実施例1で得られた強化繊維シートを、図2に示した装置に供給し、一方向性プリプレグを製造した。離型紙としては、一面にBステージのエポキシ樹脂を幅1,000mmで塗布したものを用いた。また、ヒータによる加熱温度は120℃とし、含浸ロールの線圧は1,000kg/1,000mm幅とした。
得られた一方向性プリプレグは、炭素繊維の体積含有率が70%、目付が143g/m2であり、ワレや平滑性不良部分等は認められなかった。
(比較例1)
実施例1において、気流吹き出し口7を除去した。
実施例1において、気流吹き出し口7を除去した。
得られた炭素繊維シートは、幅1000mm、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1.7倍であったが所々に強化繊維束の形態が残存していた。また、実施例3と同様にして得た一方向性プリプレグには、連続したワレが認められた。
(比較例2)
実施例2において、振動付与ロールの代わりに無振動の同型ロールを設置した。
実施例2において、振動付与ロールの代わりに無振動の同型ロールを設置した。
得られた炭素繊維シートは、幅1000mm、目付が55g/m2で開繊の程度は開繊前の炭素繊維束の幅からみて約2.0倍であったが、炭素繊維束間の拡がりバラツキが大きかった。また、実施例3と同様にして得た一方向性プリプレグには、多数の連続したワレが認められた。
1:強化繊維束
2:引揃えロール
3:張力検知ロール
4:コーム
5:自由回転ロール
6:横振動付与ロール
7:気流吹き付けノズル
8:縦振動付与ロール
9:ヒーター
10:開繊手段
11:強化繊維シート
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
r:ロールの半径
θ:凸間の角度
t:凸部の高さ
2:引揃えロール
3:張力検知ロール
4:コーム
5:自由回転ロール
6:横振動付与ロール
7:気流吹き付けノズル
8:縦振動付与ロール
9:ヒーター
10:開繊手段
11:強化繊維シート
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
r:ロールの半径
θ:凸間の角度
t:凸部の高さ
Claims (18)
- 連続的に走行する強化繊維束を、強化繊維束幅方向に振動する横振動付与ロール、および/または強化繊維束の走行面に対して交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させ、かつ前記強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面に気流を吹き付け、強化繊維束を解き分けて開繊する強化繊維束の開繊方法。
- 一方向に平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請求項1に記載の強化繊維束の開繊方法。
- 強化繊維束を単繊維1000本あたり0.01〜1Nの張力範囲で開繊する請求項1または2に記載の強化繊維束の開繊方法。
- 前記横振動付与ロールを、周波数1〜20Hz、振幅1〜30mmの範囲内で振動させる請求項1〜3のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
- 前記縦振動付与ロールを、周波数10〜30Hz、振幅1〜5mmの範囲内で振動させる請求項1〜4のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
- 強化繊維束に吹き付ける気流の温度が20〜180℃、風速が0.1〜20m/secである請求項1〜5のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
- 内径5〜30mmの気体噴射口径を有する気流を吹き付ける気体噴射装置を強化繊維束の走行方向に対して幅方向に千鳥状に配置させてなる請求項1〜6のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
- 強化繊維束が炭素繊維束である請求項1〜7のいずれかに記載の強化繊維束の開繊方法。
- 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請求項8に記載の強化繊維束の開繊方法。
- 連続的に走行する強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、該ロール軸方向に振動する横振動付与ロールおよび/または強化繊維束走行面の幅方向と平行方向にロール軸を有し、強化繊維束の走行方向面に交差する方向に振動する縦振動付与ロールを用いて開繊させる開繊域を有する強化繊維束の開繊手段の該開繊域において、前記交差方向の強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面とに気流を吹き付ける気体噴射装置を設けてなる強化繊維束の開繊装置。
- 前記横振動付与ロールおよび/または縦振動付与ロールが、ロール円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請求項10に記載の強化繊維束の開繊装置。
- 前記横振動付与ロールおよび/または縦振動付与ロールと対をなす自由回転ロールが設けられてなる請求項10または11のいずれかに記載の強化繊維束の開繊装置。
- 前記自由回転ロールが、ロール円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請求項12に記載の強化繊維束の開繊装置。
- 前記強化繊維束を50〜180℃の範囲内の温度に保つことができる、加熱手段を設けてなる請求項10〜13のいずれかに記載の強化繊維束の開繊装置。
- 前記強化繊維束走行面の一方側の面と他方側の面とから吹き付ける気体噴射装置が、気流温度20〜180℃、風速0.1〜20m/secの範囲内で吹き付けるものである請求項10〜14のいずれかに記載の強化繊維束の開繊装置。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の方法または請求項10〜15のいずれかに記載の装置によって製造される強化繊維シート。
- 請求項16に記載の強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸する一方向性プリプレグの製造方法。
- 請求項17に記載の方法により製造される一方向性プリプレグ。
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