JP2006022471A - Fiber-reinforced sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束などの強化繊維束を用いた二軸の繊維補強シートに関するものである。 The present invention relates to a biaxial fiber reinforced sheet using reinforcing fiber bundles such as carbon fiber bundles, glass fiber bundles, and aramid fiber bundles.
(繊維補強シートの内容)
従来より、繊維補強シートとしては、次のようなものが提案されている。
(Content of fiber reinforced sheet)
Conventionally, the following is proposed as a fiber reinforced sheet.
(1)一方向繊維補強シート
一方向繊維補強シートとは、繊維束を一方向に引き揃え並べたシートのことである。これは、単純な作業により得られるシートであるが、一方向のみの強化となるため、種々の方向に同様な強度特性を得る等方性が得られないという問題点がある。
(1) Unidirectional fiber reinforced sheet A unidirectional fiber reinforced sheet is a sheet in which fiber bundles are aligned in one direction. Although this is a sheet obtained by a simple operation, there is a problem that it is impossible to obtain isotropy for obtaining similar strength characteristics in various directions because it is strengthened only in one direction.
積層により等方性を得るが、積層シートの大きさが限られているため、広範囲への適用が難しいという問題点がある。また、積層作業が繁雑であるという問題点がある。 Although isotropic properties are obtained by lamination, there is a problem that application to a wide range is difficult because the size of the laminated sheet is limited. In addition, there is a problem that the laminating work is complicated.
一方向に並べられていることから繊維束のみでシートを形成することが難しいという問題点がある。 Since they are arranged in one direction, there is a problem that it is difficult to form a sheet with only fiber bundles.
(2)二軸繊維補強シート
二軸繊維補強シートとは、織物や編物よりなるシートである。これは、補強方向が縦糸方向と横糸方向にある。つまり、0°と90°方向に補強するものである。
(2) Biaxial fiber reinforced sheet A biaxial fiber reinforced sheet is a sheet | seat which consists of a textile fabric or a knitted fabric. This is because the reinforcing directions are the warp direction and the weft direction. That is, reinforcement is performed in the directions of 0 ° and 90 °.
そのために、織りや編み工程を得るための材料コストが上がるという問題点がある。 Therefore, there is a problem that the material cost for obtaining the weaving or knitting process increases.
繊維のみでシートとして存在可能であるが、等方性に欠けるという問題点がある。 Although it can exist as a sheet only with fibers, there is a problem of lack of isotropy.
積層により等方性を得ることができるが、積層時に積層角度を考慮した積層になる。また、積層シートの大きさが限られているため、広範囲への適用が難しいという問題点がある。さらに、積層作業が繁雑であるという問題点がある。 Isotropicity can be obtained by stacking, but the stacking takes into account the stacking angle when stacking. Moreover, since the size of the laminated sheet is limited, there is a problem that application to a wide range is difficult. Furthermore, there is a problem that the laminating work is complicated.
(3)多軸繊維補強シート(三軸織物、多軸補強ステッチ基材)
三軸織物とは、0°、60°、120°方向に繊維が挿入した織物である。
(3) Multiaxial fiber reinforced sheet (triaxial woven fabric, multiaxial reinforced stitch base material)
A triaxial fabric is a fabric in which fibers are inserted in directions of 0 °, 60 °, and 120 °.
そのために、織工程があるため材料コストが上がるという問題点があるが、等方性は向上している。 Therefore, there is a problem that the material cost increases due to the weaving process, but the isotropic property is improved.
しかし、織組織の点から、糸の間の空間が広くでき、繊維リッチな部分と樹脂リッチな部分に分かれてしまうという問題点がある。 However, from the viewpoint of the woven structure, there is a problem that the space between the yarns can be widened and the fiber-rich portion and the resin-rich portion are separated.
多軸補強ステッチ基材とは、0°、+45°、−45°、90°方向に繊維を配向した後、ステッチ糸で補強用繊維を一体化させたシートである。四方向に補強されるため、等方性は向上している。また、製造装置によっては、さらに多くの角度(例えば、+30°、−30°、+60°、−30°)の配向を施せるものがある。 The multiaxial reinforcing stitch base material is a sheet in which fibers are oriented in the directions of 0 °, + 45 °, −45 °, and 90 °, and then reinforcing fibers are integrated with stitch yarns. Isotropicity is improved because it is reinforced in four directions. Some manufacturing apparatuses can perform orientation at more angles (for example, + 30 °, −30 °, + 60 °, −30 °).
しかし、製造装置が大型化であるために、設備が高価になるという問題点がある。 However, there is a problem that equipment is expensive because the manufacturing apparatus is large.
ステッチ糸の存在により樹脂の含浸性が問題となる。特に、熱可塑性樹脂をマトリックスとする場合は、含浸性、相性に問題点がある。 The presence of the stitch yarn causes a problem of resin impregnation. In particular, when a thermoplastic resin is used as a matrix, there are problems in impregnation and compatibility.
積層角度を容易に変更できないという問題点がある。 There is a problem that the stacking angle cannot be easily changed.
繊維を配向させる時に、シートの両端部で針に繊維を引っ掛ける方式を用いるため、開繊糸などを使用した場合に、シートの両端部で繊維幅が極端に変化し狭まってしまうという問題点がある。 When orienting the fibers, because the fiber is hooked on the needles at both ends of the sheet, the fiber width changes extremely at both ends of the sheet and narrows when using spread fibers. is there.
針で引っ掛ける方式のため、樹脂の含浸したシート材などは使用できないという問題点がある。 There is a problem that a sheet material impregnated with resin cannot be used because it is hooked with a needle.
(繊維補強シートの製造装置)
上記のような多軸繊維補強シートの製造装置としては、従来より例えば次のような発明が提案されている。
(Fiber-reinforced sheet manufacturing equipment)
For example, the following invention has been proposed as a manufacturing apparatus for the above-described multiaxial fiber reinforced sheet.
(1)第1の従来発明
第1の従来発明は、多軸ステッチ基材を開繊糸により製造する方法と装置に関するものである(特許文献1参照)。
(1) First Conventional Invention The first conventional invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a multiaxial stitch base material by a spread yarn (see Patent Document 1).
この第1の従来発明は、両端部の針構造は同じであり、開繊糸の幅が狭まるという問題点がある。 This first conventional invention has the problem that the needle structure at both ends is the same, and the width of the spread yarn is narrowed.
また、前記したように樹脂の含浸したシートを使用することができないという問題点がある。 Further, as described above, there is a problem that a sheet impregnated with resin cannot be used.
(2)第2の従来発明
第2の従来発明は、開繊糸の使用を考慮したものである(特許文献2参照)。
(2) Second Conventional Invention The second conventional invention considers the use of a spread yarn (see Patent Document 2).
この第2の従来発明は、両端部に針を使用せず、シートを切断して貼り合わせるものである。 In the second conventional invention, sheets are cut and bonded together without using needles at both ends.
そのため、この従来発明により0°と90°方向以外に繊維補強されたシート材を製造することが可能となるが、この製造装置は大型であり設備コストがかかるという問題点がある。 Therefore, according to this conventional invention, it is possible to manufacture a sheet material reinforced with fibers other than the directions of 0 ° and 90 °. However, this manufacturing apparatus has a problem that it is large in size and requires equipment cost.
両端部でシートを切断する工程を踏まえてシートの挿入を行うため、加工速度を速くすることが困難であり、シートコストを安くできないという問題点がある。 Since the sheet is inserted in consideration of the process of cutting the sheet at both ends, it is difficult to increase the processing speed and the sheet cost cannot be reduced.
(3)第3の従来発明
第3の従来発明は、±θ°方向の補強シートを作り、かつ、+θ°方向の繊維シートと−θ°方向の繊維シート層がばらけないように固定糸を採用しているものである(特許文献3参照)。
(3) Third Conventional Invention The third conventional invention is a fixed yarn that makes a reinforcing sheet in the ± θ ° direction and prevents the fiber sheet in the + θ ° direction and the fiber sheet layer in the −θ ° direction from separating. (See Patent Document 3).
第3の従来発明は、開繊糸またはプリプレグシートを供給する繊維シートに使用することができないという問題点がある。 The 3rd conventional invention has a problem that it cannot be used for the fiber sheet which supplies an open yarn or a prepreg sheet.
供給ボビンがシートの両耳部で90°旋回する方法を用いているため、この方法を用いると、供給する繊維がシートの場合にシート幅が変形してしまうという問題点がある。
上記のように繊維補強シートにおいては、次の課題がある。 As described above, the fiber reinforced sheet has the following problems.
第1の課題は、材料コストを下げることである。すなわち、炭素繊維束などは太繊度になる程価格が安くなるが、樹脂の含浸性が悪くなるという問題点がある。また、織物に使用すると織糸の屈曲が大きくなり強度特性が低減するという問題点がある。 The first problem is to reduce the material cost. In other words, the carbon fiber bundle has a problem that the price becomes lower as the fineness becomes larger, but the impregnation property of the resin becomes worse. Further, when used in a woven fabric, there is a problem that the bending of the woven yarn becomes large and the strength characteristics are reduced.
第2の課題は、疑似等方性の問題である。すなわち、繊維の補強方向を増やし、シートのどの方向においても強度特性が略同じになるようにすることである。但し、単純に繊維を種々の角度に積層したシートでは、複合材料板材になった時に板材のそり、曲がりなどの変形を生じてしまうという問題点がある。このため、シートの長手方向およびシートの厚み方向での対称性などを考慮した繊維の積層が重要となる。 The second problem is a pseudo-isotropic problem. That is, the reinforcing direction of the fibers is increased so that the strength characteristics are substantially the same in any direction of the sheet. However, in a sheet in which fibers are simply laminated at various angles, there is a problem that deformation such as warpage or bending of the plate material occurs when it becomes a composite plate material. For this reason, fiber lamination considering the symmetry in the longitudinal direction of the sheet and the thickness direction of the sheet is important.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、次のような提案を行う。 In view of the above problems, the present invention makes the following proposal.
第1の目的は、0°と90°以外の方向の二軸方向を補強した繊維補強シートであって、その二軸方向は繊維補強シートの長手方向に対し対称方向であるものを提供することである。 The first object is to provide a fiber reinforced sheet reinforced in biaxial directions other than 0 ° and 90 °, the biaxial direction being symmetrical with respect to the longitudinal direction of the fiber reinforced sheet. It is.
すなわち、これにより、種々の方向に繊維補強された疑似等方性の大型複合材料板を得ることが容易となる。また、その積層順序を厚み方向で対称とすれば、積層板としてのそりや曲がりも容易になくせる板材を得ることができる。 That is, this makes it easy to obtain a pseudo-isotropic large composite material plate reinforced with fibers in various directions. Further, if the stacking order is symmetric in the thickness direction, it is possible to obtain a plate material that can easily eliminate warpage and bending as a stacked plate.
第2の目的は、太繊度の繊維束の使用を可能とするものを提供することである。すなわち、太繊維度の繊維束は開繊によりシート化して使用することができ、材料コストの低減を実現できる。 The second object is to provide a fiber bundle that enables the use of a fiber bundle having a large fineness. That is, a thick fiber bundle can be used in the form of a sheet by opening, and material costs can be reduced.
第3の目的は、樹脂含浸したシート材の使用を可能とするものを提供することである。特に、熱可塑性樹脂などの複合材料成形品の開発も行えるものを提供する。 A third object is to provide a sheet material that can be used with a resin-impregnated sheet material. In particular, the present invention provides a product capable of developing a composite material molded product such as a thermoplastic resin.
第4の目的は、製造方法として両耳部でのシート幅変化をなくし、これにより、樹脂含浸したシートなどの製造も可能となるものを提供することである。 A fourth object of the present invention is to provide a manufacturing method that eliminates the change in sheet width at both ears, thereby enabling the manufacture of a resin-impregnated sheet or the like.
第5の目的は、両耳部は固定されるため、繊維束がばらけず、かつ、ステッチ糸なしにシートとして存在させることができるものを提供することである。 A fifth object is to provide a device in which both ear portions are fixed, so that the fiber bundle does not disperse and can exist as a sheet without stitch yarn.
請求項1に係る発明は、繊維補強シートであって、前記繊維補強シートの長手方向に対して、繊維束を一方向に引き揃え配列した少なくとも1枚の繊維シートを所定角度θ°(但し、0°<θ°<90°である)の傾きを持たせて重なるように順番に折り返して前記繊維シートを螺旋状に巻き付け、前記長手方向に対して繊維シートの方向が+θ°よりなる第1繊維シート層と前記長手方向に対して繊維シートの方向が−θ°よりなる第2繊維シート層の二層から構成することを特徴とする繊維補強シートである。
The invention according to
請求項2に係る発明は、前記第1繊維シート層と前記第2繊維シート層とが密着していることを特徴とする請求項1記載の繊維補強シートである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記繊維補強シートの両耳部に位置する前記第1繊維シート層と前記第2繊維シート層とが接着剤によって接着されて固定されていることを特徴とする請求項1または2記載の繊維補強シートである。
The invention according to
請求項4に係る発明は、前記繊維シートを構成する繊維束が、幅広く薄い状態に連続開繊した繊維束である開繊糸であることを特徴とする請求項1から3の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。 The invention according to claim 4 is characterized in that at least one of the fiber bundles constituting the fiber sheet is a spread yarn that is a fiber bundle continuously opened in a wide and thin state. The fiber-reinforced sheet according to item.
請求項5に係る発明は、前記繊維シートが、熱融着糸、または、目止め剤を付着させた繊維束よりなることを特徴とする請求項1から4の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。
The invention according to
請求項6に係る発明は、前記繊維シートが、熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグシートであることを特徴とする請求項1から4の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。
The invention according to
請求項7に係る発明は、前記繊維シートが、熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグシートであることを特徴とする請求項1から4の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。
The invention according to claim 7 is the fiber reinforced sheet according to at least one of
請求項8に係る発明は、前記第1繊維シート層と前記第2繊維シート層とが、加圧処理または加熱しながら加圧処理を行うことにより接着されていることを特徴とする請求項5から7の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。
The invention according to
請求項9に係る発明は、15°=<θ°=<75°であることを特徴とする請求項1から8の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。
The invention according to claim 9 is the fiber reinforced sheet according to at least one of
請求項10に係る発明は、前記繊維シートが、複数枚並べられた状態で折り返されていることを特徴とする請求項1から9の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シートである。
The invention according to
本発明の繊維補強シートであると、繊維束の配向方向が±θ°方向であり、この繊維補強シートを用いれば、疑似等方性があり、かつ、厚み方向において対称積層となるので大型複合板材が実現することができる。 In the fiber reinforced sheet of the present invention, the orientation direction of the fiber bundle is ± θ ° direction, and if this fiber reinforced sheet is used, there is a quasi-isotropic property, and the laminate is symmetrically laminated in the thickness direction. A plate material can be realized.
(繊維補強シートの構成)
以下、本発明の繊維補強シート1について、図1及び図2に基づいて説明する。
(Configuration of fiber reinforced sheet)
Hereinafter, the fiber reinforced
図1は、本実施例の繊維補強シート1の平面図であり、図2はその縦断面図である。
FIG. 1 is a plan view of a fiber reinforced
繊維補強シート1は、繊維束2を一方向に引き揃えた繊維シート3を、この繊維補強シート1の長手方向に対して所定角度θ°(以下、巻き付け角度θという)の傾きをもたせて重ねるように順番に折り返して螺旋状に巻き付け、繊維シート3の方向が+θ°よりなる第1繊維シート層4と、繊維シート3の方向が−θ°よりなる第2繊維シート層5の二層から構成されたものであり、繊維補強シート1の両耳部には、第1繊維シート層4と第2繊維シート層5とを接着するための両面接着テープ6、6が存在している。
The
ここで、巻き付け角度θ°としては、0°<θ°<90°であり、好適には15°=<θ°=<75°である。なお、θ°=0°の場合には繊維補強シート1の長手方向になり、90°の場合には幅方向となる。
Here, the winding angle θ ° is 0 ° <θ ° <90 °, and preferably 15 ° = <θ ° = <75 °. In addition, it becomes the longitudinal direction of the fiber reinforced
この繊維補強シート1を用いると、疑似等方性があり、かつ、厚み方向において対称積層となるので、大型複合板材を実現することができる。
When this fiber reinforced
以下、この繊維補強シート1を製造するための製造装置についての各実施例を説明していく。
Hereinafter, each Example about the manufacturing apparatus for manufacturing this fiber reinforced
(第1の実施例)
第1の実施例の製造装置10について、図3から図8に基づいて説明する。
(First embodiment)
A
図3は、本実施例の製造装置10によって製造される繊維補強シート1の構造であり、図4は、製造装置10の斜視図である。
FIG. 3 is a structure of the fiber reinforced
(1)製造装置10の構造
図4〜7に基づいて、製造装置10の構造について説明する。
(1) Structure of
図4は、製造装置10の斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of the
まず、本明細書においての座標系について定義しておく。図4において、繊維補強シート1の長手方向をZ軸方向、繊維補強シートの幅方向をX軸方向、幅方向に対して直交する方向をY軸方向と設定する。
First, the coordinate system in this specification is defined. In FIG. 4, the longitudinal direction of the fiber reinforced
図4に示すように、繊維補強シート1の両耳部の位置に相当する個所に、左右一対の折り返しガイド部12が互いに平行にZ軸に沿って設けられている。
As shown in FIG. 4, a pair of left and right
まず、左側の折り返しガイド部12について図5も参照して説明する。
First, the left
折り返しガイド部12は、直線状の断面長方形の筒体であり、その内部に中空部14を有している。
The
折り返しガイド部12の前面及び後面に沿って両面接着テープ16,18が下方へ供給されるように、折り返しガイド部12の上部には一対のテープ供給ロール20,22がそれぞれ配されている。このテープ供給ロール20,22は、トルク制御モータTM4,TM4によって一定のトルクによって回転する。
A pair of tape supply rolls 20 and 22 are disposed on the upper part of the
折り返しガイド部12の上方には、両面接着テープ16,18から離れた2枚の離型紙24,26を回収するための離型紙回収ロール28が配されている。この離型紙回収ロール28は、トルク制御モータTM3によって回転する。
A release
ここで、両面接着テープ16,18の動きについて説明すると、折り返しガイド部12の前面及び後面に沿ってそれぞれ供給されるが、この時に折り返しガイド部12と接する面は離型紙24,26が存在しているため、両面接着テープ16,18が折り返しガイド部12に接着することがない。折り返しガイド部12の下端の位置にくると、離型紙24,26が上方に折り返され中空部14を通って離型紙回収ロール28に回収される。一方、離型紙24,26が剥がれた両面接着テープ16,18の面は互いに接着され、接着面が両側に露出した一枚の両面接着テープ6となる。
Here, the movement of the double-sided
右側の折り返しガイド部12についても同様の構造となっている。
The right folded
一対の折り返しガイド部12の外方には、繊維束2を一方向に引き揃え配列したシート供給ロール30が配されている(図7参照)。このシート供給ロール30は、トルク制御モータTM1によって回転する。このシート供給ロール30の回転軸は、繊維補強シート1の長手方向、すなわち、Z軸に対して対してθ°の傾きをもって配されている。
A
トルク制御モータTM1及びシート供給ロール30を一体にして、一対の折り返しガイド部12の外周において、X−Y平面に平行に回転可能なように積層回転装置32が設けられている。
A
この積層回転装置32は、リング状のリングギア34から外方に腕部材36が突出し、この腕部材36の先端に角度θ°をもってトルク制御モータTM1が配され、このトルク制御モータTM1の回転軸にシート供給ロール30の回転軸が接続されている。
In this laminated
リングギア34は、ギア38を介して回転スピード制御モータSM2によってZ軸と平行な軸を中心にして回転する。
The
積層回転装置32の下方には、完成した繊維補強シート1を走行させるための一対の走行ロール40,42が設けられている。この走行ロール42は、回転スピード制御モータSM1によって回転する。
A pair of traveling
この走行ロール40,42の下方には、繊維補強シート1を回収するためのシート回収ロール44が配され、このシート回収ロール44はトルク制御モータTM2によって回転する。
A
図6は、製造装置10のブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of the
コンピュータよりなる制御部46によって回転スピード制御モータSM1,SM2及びトルク制御モータTM1,TM2,2個のTM3,4個のTM4が接続され、それぞれ回転スピード及びトルクが制御されている。
A rotational speed control motors SM1 and SM2 and torque control motors TM1 and TM2, two TM3 and four TM4 are connected by a
また、制御部46を操作するための操作部48が設けられている。
An
(2)製造装置10の動作状態
上記で説明した製造装置10を用いて、図3に示す繊維補強シート1を製造する工程について説明する。
(2) Operational state of the
(2−1)第1工程
リングギア34を一定速度で回転させて、シート供給ロール30から、繊維シート3をθ°の傾きをもって引き出す。
(2-1) First Step The
(2−2)第2工程
リングギア34を一定速度で回転させて、引き出した繊維シート3を、例えば右側の折り返しガイド部12の位置で折り返す。この場合に、折り返しガイド部12の下端から突出している両面接着テープ6に接着するように折り返す。この折り返しは、積層回転装置32のリングギア34を回転させると、折り返すことができる。繊維シート3を折り返すと、両面接着テープ6の両面に接着する。
(2-2) Second Step The
また、ここで重要なことは、折り返しガイド部12によって繊維シート3を折り返すために、太繊度の繊維束でも折り返すことができる。すなわち、太繊維度の繊維束は開繊によりシート化しているが、折り返しガイド部12に沿って折り返すことができる。
In addition, what is important here is that the
(2−3)第3工程
リングギア34を一定速度で回転させて、右側の折り返しガイド部12で折り返した繊維シート3をシート供給ロール30から引き出しつつ+θ°の傾きをもって右側の折り返しガイド部12から左側の折り返しガイド部12に向かって引き出す。これによって第1繊維シート層4が形成できる。
(2-3) Third Step While rotating the
(2−4)第4工程
リングギア34を一定速度で回転させて、第1繊維シート層4を左側の折り返しガイド部12で折り返す。この折り返しによって、左側の両面接着テープ6に接着される。
(2-4) Fourth Step The
(2−5)第5工程
リングギア34を一定速度で回転させて、折り返した第1繊維シート層4を、左側の折り返しガイド部12から右側の折り返しガイド部12に向かってシート供給ロール30によって引き出しながら、第2繊維シート層5を形成する。
(2-5) Fifth Step The
(2−6)第6工程
リングギア34を一定速度で回転させて、第2繊維シート層5を右側の折り返しガイド部12で折り返す。右側の折り返しガイド部12で第2繊維シート層5を折り返すとその内側は右側の両面接着テープ6によって接着される。そして、第2工程と同様に第1繊維シート層4を形成する。
(2-6) Sixth Step The
以下同様にして、第2工程から第6工程を1サイクルとして、このサイクルを繰り返して、一対の折り返しガイド部12に繊維シート3を巻き付け角度θ°の傾きをもって螺旋状に巻き付けて、図3に示すような繊維補強シート1を製造する。
Similarly, the second to sixth steps are defined as one cycle, and this cycle is repeated to wind the
製造した繊維補強シート1は、一対の走行ロール40,42によって引っ張られつつ、シート回収ロール44によって回収される。
The manufactured fiber reinforced
この製造工程において、積層回転装置32が回転スピート制御モータSM2によって回転する回転速度と、一対の走行ロール40,42を回転させる回転スピート制御モータSM1の回転速度を合致させ、また、両面接着テープ16,18を供給するトルク制御モータTM3,TM4のトルクが、第1繊維シート層4と第2繊維シート層5を積層して引っ張られるテンションに合わす必要があり、さらに、シート回収ロール44を走行させるトルク制御モータTM2のトルクは、その積層される繊維補強シート1の回転スピートとテンションに合わせる。この調整は、制御部46によって行う。そして、弛みがないように制御する。
In this manufacturing process, the rotational speed of the laminated
具体的には、回転スピード制御モータSM2の回転により積層シート3が1回転する間に、回転スピード制御モータSM1の回転は、繊維補強シート1をL(1回転分の巻取り長さ)だけ送るように制御する。
Specifically, while the
ここで、積層回転装置32の1回転分の巻取り長さLと、図3に示す繊維シート3の幅Bとの関係は、
L=B/sinθ
であり、繊維補強シート1の幅Wとの関係は、
W=B/(2×cosθ)
である。
Here, the relationship between the winding length L for one rotation of the
L = B / sin θ
And the relationship with the width W of the fiber reinforced
W = B / (2 × cos θ)
It is.
(第1の実施例の変更例)
第1の実施例では、繊維シート3を供給するものとして図7に示すようにシート供給ロール30を使用したが、図8に示すように、繊維束2を巻回したボビン31を複数個配列させて、繊維シート3として供給する構造であってもよい。
(Modification of the first embodiment)
In the first embodiment, the
(第2の実施例)
第2の実施例の製造装置100について、図9に基づいて説明する。
(Second embodiment)
A manufacturing apparatus 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
本実施例と第1の実施例の異なる点は、一対の走行ロール40,42からの繊維補強シート1をさらに加熱及び加圧するところにある。
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the fiber reinforced
具体的には、一対の走行ロール40,42の部分で、繊維補強シート1の両面に離型フィルム50,52を配し、繊維補強シート1に積層する。
Specifically, the
積層した離型フィルム50,52を介して、複数の加熱加圧ロール54で両面から加圧及び加熱する。
A plurality of heating and
両面接着テープ6、6が存在している繊維補強シート1の両耳部64,64を、一対のカッター56,58で切断して、その両耳部64,64を切断した繊維補強シート1を離型フィルム50,52と共にシート回収ロール44で回収する。
The both ends 64, 64 of the fiber reinforced
離型フィルム50,52は、トルク制御モータTM5に接続されたフィルム供給ロール60,62によって供給される。
The
切断された両耳部64,64は、両耳部回収ロール66,66によって回収される。なお、この両耳部回収ロール66,66はトルク制御モータTM7によってそれぞれ回転する。
The cut both
この製造装置100で製造する繊維補強シート1としては、目止め剤やプリプレグシートよりなるものである。詳しくは、下記の実験例で説明する。
The fiber reinforced
(第3の実施例)
第3の実施例の製造装置200について、図10に基づいて説明する。
(Third embodiment)
A
第1の実施例及び第2の実施例の製造装置10,100では、積層回転装置32を回転させる構造であったが、本実施例の製造装置200では、シート供給ロール30をθ°の傾きをもって固定し、一対の折り返しガイド部12,12及び一対の走行ロール40,42及びシート回収ロール44を円盤状の円盤ギア68の上に設け、この円盤ギア68を回転スピード制御モータSM2によって回転させることによって、シート供給ロール30に対し相対回転させ、繊維補強シート1を製造する。
In the
(第4の実施例)
第1の実施例から第3の実施例では、1枚の繊維シート1を折り返して第1繊維シート層4と第2繊維シート層5を形成して繊維補強シート1を製造したが、本実施例では、図11に示すように、2枚の繊維シート3−1、3−2を交互に順次折り返しながら、第1繊維シート層4と第2繊維シート層5を形成し、繊維補強シート1を製造する。
(Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, the fiber reinforced
この場合に、1回転分の巻取り長さLは、
L=(B1+B2)/sinθ
であり、繊維補強シート1の幅Wは、
(B1+B2)/(2×cosθ)
となる。
In this case, the winding length L for one rotation is
L = (B1 + B2) / sin θ
The width W of the fiber reinforced
(B1 + B2) / (2 × cos θ)
It becomes.
なお、B1は、1枚目の繊維シート3−1の幅であり、B2は2枚目の繊維シート3−2の幅を表している。 B1 is the width of the first fiber sheet 3-1, and B2 is the width of the second fiber sheet 3-2.
(第5の実施例)
第4の実施例では2枚の繊維シート3−1,3−2を交互に順次折り返して巻く構造を示したが、これに限らず3枚以上の繊維シート3を順次折り返して繊維補強シート1を製造してもよい。
(Fifth embodiment)
In the fourth embodiment, a structure in which the two fiber sheets 3-1 and 3-2 are alternately folded and wound alternately is shown. However, the present invention is not limited to this, and the fiber reinforced
図12は、4枚の繊維シート3−1,3−2,3−3,3−4を使用して繊維補強シート1を製造した場合の概略図である。
FIG. 12 is a schematic view when the fiber reinforced
この4枚の繊維シート3を巻く場合の概略図が図13に示し、図13は、製造装置10を上面から概略的に説明した図である。すなわち、X−Y平面を見た図面である。
FIG. 13 shows a schematic diagram when the four
一対の折り返しガイド部12、12を中心として、4本のシート供給ロール30が存在し、それぞれ45°毎に配置されている。そして、これら4本のシート供給ロール30を、順番に同じ回転速度で一対の折り返しガイド部12、12の周囲を回転させることにより、図12に示すような繊維補強シート1を製造することができる。
Four sheet supply rolls 30 exist around the pair of
ここで、n枚の繊維シート3を用いた場合の繊維補強シート1の幅Wと、1サイクルの工程で製造される繊維補強シート1の長さLは次のように表すことができる。
なお、Bkは繊維シート1のk番目(1=<k=<n)の幅を意味しており、θは巻き付け角度である。
Bk means the k-th (1 = <k = <n) width of the
(実験例)
以下、上記で説明した各実施例の製造装置10,100を用いて繊維補強シート1を実験的に製造した場合について順番に説明する。
(Experimental example)
Hereinafter, the case where the fiber reinforced
(1)実験例1
(1−1)実験条件
強化繊維束として炭素繊維束12K(パイロフィルTR50S、三菱レイヨン株式会社製)を特許第3064019号公報に記載された方法により、幅20mmに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に23本並べた目付40g/m2の幅460mmの一方向シートを作成して、それを繊維シートとした。
(1) Experimental example 1
(1-1) Experimental conditions A fiber obtained by continuously opening a carbon fiber bundle 12K (Pyrofil TR50S, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) as a reinforcing fiber bundle to a width of 20 mm by the method described in Japanese Patent No. 3064019. A unidirectional sheet having a weight of 40 g / m 2 and a width of 460 mm was prepared by arranging 23 bundles in the width direction, and this was used as a fiber sheet.
第1の実施例の製造装置10を用いた。
The
巻き付け角度θ°は45°に設定し、幅325mmの±45°方向の繊維補強シートを作成することを試みた。なお、両面接着テープに幅18mmのものを使用した。 The winding angle θ ° was set to 45 °, and an attempt was made to create a fiber reinforced sheet having a width of 325 mm and a direction of ± 45 °. A double-sided adhesive tape with a width of 18 mm was used.
繊維シートが1回転する間に、約650mmの±45°方向の繊維補強シートを巻き取るように設定した。なお、繊維シートが1回転する時間は10秒とした(加工速度約3.9m/分に設定された)。 While the fiber sheet was rotated once, the fiber reinforced sheet of about 650 mm in the ± 45 ° direction was set to be wound. The time for one rotation of the fiber sheet was 10 seconds (the processing speed was set to about 3.9 m / min).
製造された±45°方向の繊維補強シートを巻き取るときに幅400mmの離型紙とともに巻き取り(離型紙供給装置は図示していない)、製品の品質が損なわれないようにした。 When the manufactured fiber reinforced sheet in the direction of ± 45 ° was wound, it was wound up with a release paper having a width of 400 mm (a release paper supply device is not shown) so that the quality of the product was not impaired.
(1−2)実験結果
幅325mmの±45°方向の繊維補強シートを約30m製造した。
(1-2) Experimental Results A fiber reinforced sheet having a width of 325 mm and a direction of ± 45 ° was produced by about 30 m.
各繊維束が緊張した状態で、繊維束としてのたるみも生じていなかった。 In the state where each fiber bundle was in tension, there was no sagging as a fiber bundle.
繊維補強シートの両端部が両面接着テープで固定されていること、また離型紙とともに繊維補強シートを巻き取ったことから、繊維束のばらけがなく、繊維補強シートとしての形態安定性も良好であった。 Since both ends of the fiber reinforced sheet are fixed with a double-sided adhesive tape, and the fiber reinforced sheet is wound together with the release paper, there is no dispersion of the fiber bundle and the shape stability as a fiber reinforced sheet is also good. It was.
繊維束間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。 There were almost no gaps between the fiber bundles, and the quality was good.
(2)実験例2
(2−1)実験条件
繊維シートとして、一方向強化のプリプレグシート(三菱レイヨン株式会社製)を使用した。このプリプレグシートは炭素繊維束(パイロフィルTR50S、三菱レイヨン株式会社製)を一方向に並べ、エポキシ樹脂を含浸させたものである。プリプレグシートの仕様は、炭素繊維束の目付54g/m2、樹脂量(wt)37.5%、厚み0.057mmである。
(2) Experimental example 2
(2-1) Experimental conditions A unidirectionally strengthened prepreg sheet (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) was used as the fiber sheet. This prepreg sheet has carbon fiber bundles (Pyrofil TR50S, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) arranged in one direction and impregnated with an epoxy resin. The specifications of the prepreg sheet are a carbon fiber bundle basis weight of 54 g / m 2 , a resin amount (wt) of 37.5%, and a thickness of 0.057 mm.
このプリプレグシートを幅554mmにカットしたものを繊維シートとして使用した。 What cut this prepreg sheet into width 554mm was used as a fiber sheet.
第1の実施例の製造装置10を用いた。
The
巻き付け角度θ°は30°に設定し、幅320mmの±30°方向の繊維補強シートを作成することを試みた。なお、両面接着テープには幅18mmのものを使用した。 The winding angle θ ° was set to 30 °, and an attempt was made to create a fiber reinforced sheet having a width of 320 mm and a direction of ± 30 °. A double-sided adhesive tape having a width of 18 mm was used.
繊維シートが1回転する間に、約1108mmの±30°方向の繊維補強シートを巻き取るように設定した。 While the fiber sheet was rotated once, the fiber reinforced sheet of about 1108 mm in the ± 30 ° direction was set to be wound.
繊維シートが1回転する時間は20秒とした(加工速度約3.32m/分に設定された)。 The time for one rotation of the fiber sheet was 20 seconds (the processing speed was set to about 3.32 m / min).
製造された±30°方向の繊維補強シートを巻き取るときに幅400mmの離型紙とともに巻き取り(離型紙供給装置は図示していない)、製品の品質が損なわれないようにした。 When the produced fiber reinforced sheet in the direction of ± 30 ° was wound, it was wound up with a release paper having a width of 400 mm (a release paper supply device is not shown) so that the quality of the product was not impaired.
(2−2)実験結果
幅320mmの±30°方向の繊維補強シートを約10m製造した。
(2-2) Experimental results A fiber reinforced sheet having a width of 320 mm and a direction of ± 30 ° was produced by about 10 m.
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。 There was no sagging or wrinkle on the prepreg sheet.
プリプレグシートにタック性があるため、走行ロールの加圧力により、+30°方向のプリプレグシートと−30°方向のプリプレグシートが接着した。つまり、繊維補強シートの両耳部が両面接着テープで固定されるだけでなく、+30°方向のプリプレグシートと−30°方向のプリプレグシートシート全体が接着し、一体化した繊維補強シートとなった。 Since the prepreg sheet has tackiness, the prepreg sheet in the + 30 ° direction and the prepreg sheet in the −30 ° direction were bonded to each other by the pressure applied by the traveling roll. That is, not only the both ears of the fiber reinforced sheet are fixed with the double-sided adhesive tape, but also the prepreg sheet in the + 30 ° direction and the entire prepreg sheet sheet in the −30 ° direction are bonded to form an integrated fiber reinforced sheet. .
プリプレグシート(繊維シート)間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。 There was almost no gap between prepreg sheets (fiber sheets), and the quality was good.
(3)実験例3
(3−1)実験条件
強化繊維束として炭素繊維束12K(パイロフィルTR50S、三菱レイヨン株式会社製)を特許第3064019号公報の記載の方法により、幅20mmに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に15本並べた目付40g/m2の幅300mmの一方向シートを作成した。
(3) Experimental example 3
(3-1) Experimental conditions A fiber bundle obtained by continuously opening a carbon fiber bundle 12K (Pyrofil TR50S, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) as a reinforcing fiber bundle to a width of 20 mm by the method described in Japanese Patent No. 3064019. A unidirectional sheet having a basis weight of 40 g / m 2 and a width of 300 mm was prepared by arranging 15 pieces in the width direction.
熱可塑性樹脂として、ナイロン6樹脂フィルム(エンブレムON−15、幅320mm、厚み15μm、ユニチカ株式会社製)を使用した。
As the thermoplastic resin, a
一方向繊維シートと熱可塑性樹脂フィルムを、下側から順に、樹脂フィルム、一方向繊維シート、樹脂フィルム、一方向繊維シート、樹脂フィルムの5層に配置し、このシートに、連続して加熱しながら加圧する処理を行い、厚み約0.093mm、Vf(繊維体積含有量)約50%の熱可塑性樹脂プリプレグシートを作成した。 A unidirectional fiber sheet and a thermoplastic resin film are arranged in five layers of a resin film, a unidirectional fiber sheet, a resin film, a unidirectional fiber sheet, and a resin film in order from the bottom, and this sheet is continuously heated. A thermoplastic resin prepreg sheet having a thickness of about 0.093 mm and a Vf (fiber volume content) of about 50% was prepared.
この熱可塑性プリプレグシートを幅226mmにカットして、繊維シートとした。繊維シートは2本用意した。 This thermoplastic prepreg sheet was cut into a width of 226 mm to obtain a fiber sheet. Two fiber sheets were prepared.
第4の実施例の方法を用いた。すなわち、繊維シートの供給は図11に示すように対角線上に配置して2本用意した。 The method of the fourth example was used. That is, two fiber sheets were prepared by arranging them diagonally as shown in FIG.
巻き付け角度θ°は45°に設定し、幅320mmの±45°方向の繊維補強シートを作成することを試みた。 The winding angle θ ° was set to 45 °, and an attempt was made to create a fiber reinforced sheet with a width of 320 mm in the ± 45 ° direction.
両面接着テープには幅18mmのものを使用した。 A double-sided adhesive tape having a width of 18 mm was used.
繊維シートが1回転する間に、約640mmの±45°方向の繊維補強シートを巻き取るように設定した。なお、繊維シートが1回転する時間は20秒とした(加工速度約1.92m/分に設定された)。 While the fiber sheet was rotated once, it was set to wind up a fiber reinforced sheet of about 640 mm in the ± 45 ° direction. The time for one rotation of the fiber sheet was 20 seconds (the processing speed was set to about 1.92 m / min).
製造された±45°方向の繊維補強シートを巻き取るときに幅400mmの離型フィルム(ガラスクロス補強フッ素シート:チューコーフローGタイプファブリック、FGF−500−4、幅400mm、厚み0.1mm、中興化成工業株式会社製)とともに巻き取り(離型紙供給装置は図示していない)、製品の品質が損なわれないようにした。 Release film having a width of 400 mm when winding the manufactured fiber reinforced sheet in the direction of ± 45 ° (glass cloth reinforced fluorine sheet: Chuko Flow G type fabric, FGF-500-4, width 400 mm, thickness 0.1 mm, Chuko Take-up with Kasei Kogyo Co., Ltd. (release paper feeder is not shown) so that the quality of the product is not impaired.
(3−2)実験結果
幅320mmの±45°方向の繊維補強シートを約20m製造した。
(3-2) Experimental results A fiber reinforced sheet having a width of 320 mm and a direction of ± 45 ° was produced by about 20 m.
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。 There was no sagging or wrinkle on the prepreg sheet.
繊維補強シートの両耳部が両面接着テープで固定されていること、また離型フィルムとともに繊維補強シートを巻き取ったことから、繊維補強シートとしての形態安定性も良好であった。 Since both ear portions of the fiber reinforced sheet were fixed with a double-sided adhesive tape, and the fiber reinforced sheet was wound together with the release film, the form stability as the fiber reinforced sheet was also good.
繊維シート間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。 There were almost no gaps between the fiber sheets, and the quality was good.
(4)実験例4
(4−1)実験条件
実験例3で作成した、熱可塑性樹脂プリプレグシートによる±45°方向の繊維補強シートに対し、加熱しながら加圧処理する方法を行った。すなわち、第2の実施例の製造装置を用いた。
(4) Experimental example 4
(4-1) Experimental conditions A method of pressurizing the fiber reinforced sheets in the ± 45 ° direction by the thermoplastic resin prepreg sheet prepared in Experimental Example 3 while heating was performed. That is, the manufacturing apparatus of the second embodiment was used.
±45°方向の繊維補強シートを離型フィルムごと引き出し(離型フィルムの上に±θ°方向の繊維補強シートがのっている状態で引き出す)、その上面つまり±45°方向の繊維補強シートの上側に離型フィルム(実験例3で使用したものと同じ)を重ね合わせる。その後、ロール式の加熱加圧装置(第2の実施例の製造装置100を参照)にて、一対の離型フィルムに挟まれた±45°方向の繊維補強シートを約250℃に加熱しながら加圧する処理を行った。 Pull out the fiber reinforced sheet in the ± 45 ° direction together with the release film (with the fiber reinforced sheet in the ± θ ° direction on the release film), and its upper surface, that is, the fiber reinforced sheet in the ± 45 ° direction. A release film (same as that used in Experimental Example 3) is superimposed on the upper side of the film. Then, while heating the fiber reinforced sheet in the direction of ± 45 ° sandwiched between the pair of release films to about 250 ° C. with a roll-type heating and pressurizing device (see the manufacturing apparatus 100 of the second embodiment). The pressurizing process was performed.
そして、両耳部を約25mmずつカットし、離型フィルムを剥離して、±45°方向の繊維補強シートを約10m巻き取った。 And both ear | edge parts were cut about 25 mm at a time, the release film was peeled, and the fiber reinforcement sheet | seat of +/- 45 degrees direction was wound up about 10m.
(4−2)実験結果
幅270mmの±45°方向の繊維補強シートを得た。
(4-2) Experimental result A fiber reinforced sheet having a width of 270 mm and a direction of ± 45 ° was obtained.
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。 There was no sagging or wrinkle on the prepreg sheet.
+45°方向の繊維シートと−45°方向の繊維シートが接着し、一体化した繊維補強シートとなった。 The fiber sheet in the + 45 ° direction and the fiber sheet in the −45 ° direction were bonded to form an integrated fiber reinforced sheet.
プリプレグシート(繊維シート)間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。 There was almost no gap between prepreg sheets (fiber sheets), and the quality was good.
1 繊維補強シート
2 繊維束
3 繊維シート
4 第1繊維シート層
5 第2繊維シート層
6 両面接着テープ
10 製造装置
12 折り返しガイド部
14 中空部
16,18 両面接着テープ
24,26 離型紙
28 離型紙回収ロール
30 シート供給ロール
32 積層回転装置
34 リングギア
36 腕部材
38 ギア
40,42 走行ロール
44 シート回収ロール
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記繊維補強シートの長手方向に対して、繊維束を一方向に引き揃え配列した少なくとも1枚の繊維シートを所定角度θ°(但し、0°<θ°<90°である)の傾きを持たせて重なるように順番に折り返して前記繊維シートを螺旋状に巻き付け、
前記長手方向に対して繊維シートの方向が+θ°よりなる第1繊維シート層と前記長手方向に対して繊維シートの方向が−θ°よりなる第2繊維シート層の二層から構成する
ことを特徴とする繊維補強シート。 A fiber reinforced sheet,
At least one fiber sheet in which fiber bundles are aligned in one direction with respect to the longitudinal direction of the fiber reinforced sheet has an inclination of a predetermined angle θ ° (where 0 ° <θ ° <90 °). Folded in order to overlap and wound the fiber sheet spirally,
The first fiber sheet layer having a fiber sheet direction of + θ ° with respect to the longitudinal direction and the second fiber sheet layer having a fiber sheet direction of −θ ° with respect to the longitudinal direction. Characteristic fiber reinforced sheet.
ことを特徴とする請求項1記載の繊維補強シート。 The fiber reinforced sheet according to claim 1, wherein the first fiber sheet layer and the second fiber sheet layer are in close contact.
ことを特徴とする請求項1または2記載の繊維補強シート。 The fiber reinforcement according to claim 1 or 2, wherein the first fiber sheet layer and the second fiber sheet layer located at both ears of the fiber reinforcement sheet are bonded and fixed by an adhesive. Sheet.
幅広く薄い状態に連続開繊した繊維束である開繊糸である
ことを特徴とする請求項1から3の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。 The fiber bundle constituting the fiber sheet is
The fiber-reinforced sheet according to at least one of claims 1 to 3, wherein the fiber-reinforced sheet is a spread yarn which is a fiber bundle continuously opened in a wide and thin state.
熱融着糸、または、目止め剤を付着させた繊維束よりなる
ことを特徴とする請求項1から4の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。 The fiber sheet is
The fiber-reinforced sheet according to at least one of claims 1 to 4, wherein the fiber-reinforced sheet is made of a heat-bonding yarn or a fiber bundle to which a sealing agent is attached.
熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグシートである
ことを特徴とする請求項1から4の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。 The fiber sheet is
The fiber reinforced sheet according to at least one of claims 1 to 4, wherein the fiber reinforced sheet is a prepreg sheet impregnated with a thermoplastic resin.
熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグシートである
ことを特徴とする請求項1から4の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。 The fiber sheet is
The fiber-reinforced sheet according to at least one of claims 1 to 4, wherein the fiber-reinforced sheet is a prepreg sheet impregnated with a thermosetting resin.
加圧処理または加熱しながら加圧処理を行うことにより接着されている
ことを特徴とする請求項5から7の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。 The first fiber sheet layer and the second fiber sheet layer are
The fiber reinforced sheet according to at least one of claims 5 to 7, wherein the fiber reinforced sheet is bonded by pressure treatment or pressure treatment while heating.
ことを特徴とする請求項1から8の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。 The fiber-reinforced sheet according to claim 1, wherein 15 ° = <θ ° = <75 °.
ことを特徴とする請求項1から9の中で少なくとも一項に記載の繊維補強シート。
The fiber reinforced sheet according to at least one of claims 1 to 9, wherein a plurality of the fiber sheets are folded in a state of being arranged.
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