JP2006248758A - Winder of twisted continuous fiber bundle package for manufacturing long-fiber reinforced resin structure, twisted continuous fiber bundle package and method of manufacturing long-fiber reinforced resin structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撚りのない連続繊維束を用いた長繊維強化樹脂構造物の製造方法、それに使用する予め逆撚りがかけられた連続繊維束パッケージ、該パッケージを製造するための巻取り装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a long fiber reinforced resin structure using a continuous fiber bundle without twisting, a continuous fiber bundle package subjected to reverse twisting for use therein, and a winding device for producing the package.
熱可塑性樹脂を連続繊維で補強した長尺の繊維強化樹脂構造物は、短繊維で補強されたものに比べてはるかに優れた力学的物性を有し、またこれを切断してペレット状等の成形材料とすることもできるなどの利点があるため、近年、特に期待されている。かかる長尺の繊維強化熱可塑性樹脂構造物は一般に連続した強化用繊維束をクロスヘッド押出機を通して引きながら熱可塑性樹脂を含浸した後、ダイを通して引き抜いたり（ＵＳＰ３９９３７２６号明細書）、連続した強化用繊維束を引きながら溶融熱可塑性樹脂に浸漬して樹脂を含浸させた後、ダイを通して引き抜いたり（特開昭５７−１８１８５２号公報）する、いわゆるプルトルージョン法によって製造されており、所望により任意の長さに切断される。 A long fiber reinforced resin structure reinforced with continuous fibers of thermoplastic resin has much better mechanical properties than those reinforced with short fibers. Since there is an advantage that it can be used as a molding material, it has been particularly expected in recent years. Such long fiber reinforced thermoplastic resin structures are generally impregnated with a thermoplastic resin while drawing a continuous reinforcing fiber bundle through a crosshead extruder, and then drawn through a die (USP 3993726) or for continuous reinforcement. It is manufactured by a so-called pultrusion method in which a fiber bundle is drawn and immersed in a molten thermoplastic resin to impregnate the resin, and then drawn through a die (Japanese Patent Laid-Open No. 57-181852). Cut to length.
一方、熱硬化性樹脂を用い、これを連続繊維で強化した構造物もガラスロービング等の繊維に未硬化樹脂を被覆した後、張力を加えながら回転する枠に巻き付けた後に硬化させるいわゆるフィラメントワインディング法や、半硬化状態のプリプレグにするプリフォーミング法、更に異形断面に成形した後完全硬化させるプルトルージョン法など特殊な方法で種々の強化物が製造されている。 On the other hand, a so-called filament winding method in which a thermosetting resin is used and a structure reinforced with continuous fibers is coated with an uncured resin on a fiber such as glass roving and then wound around a rotating frame while applying tension. Various reinforcements are manufactured by special methods such as a pre-forming method for forming a semi-cured prepreg, and a pultrusion method for forming a semi-cured cross-section and then completely curing the prepreg.
かかる繊維強化樹脂構造物の製造において、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれを用いた場合にも、連続繊維束にマトリックス樹脂が十分に含浸していることが必要であり、またマトリックス樹脂を均一に含浸させることは、機械的な特性はもちろんのこと、製品の外観上からも重要である。このため、一般には集束された繊維束を張力下テンションバーあるいはロールを通過させることにより開繊して溶融状態あるいは液状の樹脂を含浸させる方法がとられるが、この際、繊維束に撚りがあることは不十分な開繊とこれに伴う不均一な含浸を引き起こすもとになるものであり、また繊維束の開繊工程などにおいて繊維の破断を引き起こす原因にもなるものであり、このような撚りの発生は避けなければならない。 In the production of such a fiber reinforced resin structure, it is necessary that the continuous resin bundle is sufficiently impregnated with the matrix resin when either a thermoplastic resin or a thermosetting resin is used. Uniform impregnation is important not only for mechanical properties but also for the appearance of the product. For this reason, generally, a method is used in which the bundle of bundles is opened by passing it through a tension bar or roll under tension and impregnated with a molten or liquid resin. This is the cause of insufficient fiber opening and the resulting uneven impregnation, and also causes fiber breakage in the fiber bundle opening process, etc. Twisting should be avoided.
ところで、上記のような繊維強化樹脂構造物の製造において、通常使用される強化繊維束は、直径４〜２５μｍのガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、鉱物繊維、有機繊維などのモノフィラメントが適当なサイジング剤で集束され偏平化されたいわゆる連続繊維束パッケージ（ロービングパッケージとも言われる）等として供給される。 By the way, in the manufacture of the fiber reinforced resin structure as described above, the reinforced fiber bundle that is usually used is sized appropriately with monofilaments such as glass fiber, carbon fiber, metal fiber, mineral fiber, and organic fiber having a diameter of 4 to 25 μm. It is supplied as a so-called continuous fiber bundle package (also referred to as a roving package) or the like that is converged and flattened with an agent.
かかるパッケージから繊維束を取り出し樹脂を含浸させるにあたり、パッケージから繊維束を取り出す方法としては、外取り法と内取り法の２つの方法がある。外取り法はパッケージを回転させながらパッケージ外周側から繊維束を取り出す方法であり、繊維束に撚りがかからない利点はあるが、パッケージ自体を回転させるため取り出した繊維束にかかる負担が大きくなり、繊維の破断による毛羽立ちが起こりやすいという問題がある。また取り出される繊維束がパッケージから離れる際に繊維の一部がパッケージ側に残り易く、解舒性が悪いという欠点も有する。 In taking out the fiber bundle from such a package and impregnating the resin with it, there are two methods for taking out the fiber bundle from the package, namely, an outside method and an inside method. The outside method is a method of taking out the fiber bundle from the outer periphery side of the package while rotating the package, and there is an advantage that the fiber bundle is not twisted. However, since the package itself is rotated, the burden on the taken out fiber bundle becomes large, and the fiber There is a problem that fluffing is liable to occur due to breakage. Further, when the fiber bundle to be taken out leaves the package, some of the fibers are likely to remain on the package side, and there is a disadvantage that the unwinding property is poor.
これに対し内取り法はパッケージ内周側から繊維束を取り出す方法であり、取り出した繊維束にかかる負担が軽く、かつ荷崩れおよび汚染防止を兼ねた保護カバーが使用できるため作業性が良い方法とされている。また解舒性も良好である。しかしながら、パッケージを固定させて内周側から繊維束を取り出していくと、繊維束をパッケージ内周に沿って一巻き取り出す毎に必ず一回の撚りが繊維束に加わるという短所を伴う。このように繊維束に撚りが生じることは、前述したように、長繊維強化樹脂構造物の製造において、繊維束の不十分な開繊とこれに伴う樹脂の不十分かつ不均一な含浸の原因になり、また開繊工程等における繊維の破断とこれによる毛羽立ちの原因にもなる。 On the other hand, the inside-out method is a method for taking out the fiber bundle from the inner peripheral side of the package, and the workability is good because the load applied to the taken-out fiber bundle is light and a protective cover that also serves to prevent load collapse and contamination can be used. It is said that. The unwinding property is also good. However, when the package is fixed and the fiber bundle is taken out from the inner circumference side, there is a disadvantage that a twist is always added to the fiber bundle every time the fiber bundle is taken out along the inner circumference of the package. As described above, the twisting of the fiber bundle is caused by insufficient fiber opening of the fiber bundle and accompanying insufficient and non-uniform impregnation of the resin in the production of the long fiber reinforced resin structure. Moreover, it becomes a cause of fiber breakage and fuzz caused by the fiber opening process.
かかる内取り法において、繊維束の撚りを解消させる方法として特開平５−８４８３８号公報には、装置フレームに回転可能に支承されたテーブルと、テーブル中央部に突設された案内ロールと、案内ロールにかかる繊維束の張力を検出するために案内ロールに設けられた張力センサと張力センサで検出した信号に基づいてテーブルを回転させる回転駆動手段を有してなる装置を用い、無心円筒状に巻き取られた強化繊維の内周から円筒外へ巻き出す際して繊維束に生じる張力を検出し、その検出信号に基づいてテーブルを繊維束巻き戻し方向とは逆方向に断続的もしくは連続的に回転させながら連続的に繊維束の取り出しを行う方法が記載されている。（特許文献１参照。）
しかし、該技術は、採用する装置が複雑であり、また複数の筒状繊維束から連続的に取り出す方法とするには改善の余地があった。
In this interior arrangement method, Japanese Patent Laid-Open No. 5-84838 discloses a method of eliminating twisting of a fiber bundle, a table rotatably supported on an apparatus frame, a guide roll protruding from the center of the table, and a guide In order to detect the tension of the fiber bundle applied to the roll, a tension sensor provided on the guide roll and a device having a rotation driving means for rotating the table based on the signal detected by the tension sensor are used to form a centerless cylindrical shape. The tension generated in the fiber bundle when the wound reinforcing fiber is unwound from the inner circumference to the outside of the cylinder is detected, and based on the detection signal, the table is intermittently or continuously in the direction opposite to the fiber bundle unwinding direction. Describes a method of continuously taking out a fiber bundle while rotating it. (See Patent Document 1.)
However, this technique has a complicated apparatus to be employed, and there is room for improvement in a method for continuously taking out a plurality of cylindrical fiber bundles.
さらに内取り法において、繊維束の撚りを解消させる方法として特開平７−２０５３１７号公報には、予め一の筒状繊維束パッケージの末端と次に繊維束を取り出す筒状繊維束パッケージの先端とを連結し、前記連結した複数の円筒状繊維束パッケージを回転体に固定し、繊維束の取り出し速度に応じた速度で、かつ取り出し繊維束に生じる撚りを解消する方向に、前記回転体を回転させながら繊維束を取り出す連続的取り出し方法が開示されている。（特許文献２参照。）
しかし、該技術では、パッケージ毎の繊維束の微妙な長さの違いから、連続して製造しているうちに繊維束の径のばらつきが生じ、適切な回転速度がパッケージ毎に異なるため、十分に開繊しないパッケージができるという問題がある。特に、早くに消費したパッケージを繋いだ時には、解舒終了間近のパッケージと混在することとなり、開繊不良が顕著となる。
Further, in the interior arrangement method, as a method for eliminating the twist of the fiber bundle, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-205317 describes in advance the end of one tubular fiber bundle package and the tip of the tubular fiber bundle package from which the fiber bundle is next taken out. And connecting the plurality of connected cylindrical fiber bundle packages to the rotating body, and rotating the rotating body in a direction corresponding to the take-out speed of the fiber bundle and in a direction to eliminate the twist generated in the take-out fiber bundle. A continuous extraction method is disclosed in which a fiber bundle is extracted while the fiber bundle is removed. (See Patent Document 2.)
However, in this technology, due to the subtle difference in the fiber bundle length for each package, the fiber bundle diameter varies during continuous production, and the appropriate rotation speed differs for each package. There is a problem that a package that cannot be opened is formed. In particular, when a package that has been consumed early is connected, it will be mixed with a package that is nearing the end of unwinding, and the opening failure becomes noticeable.
また、特開平１０−２９１８３２号公報には、第１のストランドの１本乃至複数本と、第１のストランドに比べて番手の小さい第２のストランドの複数本が合糸され、筒状に回巻きされてなるガラスロービングであって、このガラスロービングを使用する際の回巻体内層からの解舒方向と、このガラスロービングを製造する際の第１のストランドの半分以上及び／又は第２のストランドの半分以上のケーキ内層からの解舒方向が逆方向であることを特徴とするガラスロービングが開示されている。
しかし、この技術では、ケーキ（本発明ではパッケージという。）とガラスロービング（本発明ではロービングを連続繊維束という。）の巻き径を調整した上で、ケーキ製造時の撚りを管理する必要があり、通常、所望の撚りが掛けられた連続繊維束パッケージが得られない。
Japanese Patent Laid-Open No. 10-291832 discloses that one or more first strands and a plurality of second strands having a smaller count than the first strand are combined and wound in a cylindrical shape. Wrapped glass roving, the unwinding direction from the wound inner layer when using this glass roving, more than half of the first strand when producing this glass roving and / or the second The glass roving characterized by the unwinding direction from the cake inner layer of more than half of the strand being reverse is disclosed.
However, with this technique, it is necessary to control the twist during cake production after adjusting the winding diameter of the cake (referred to as a package in the present invention) and glass roving (referred to as continuous fiber bundle in the present invention). Normally, a continuous fiber bundle package with a desired twist is not obtained.
本発明は、樹脂含浸装置に繊維束を供給し、これに樹脂を均一に含浸させて高強度かつ安定した物性の繊維強化樹脂構造物を、連続的に製造することである。 The present invention is to continuously manufacture a fiber reinforced resin structure having high strength and stable physical properties by supplying a fiber bundle to a resin impregnation apparatus and uniformly impregnating the fiber bundle with the fiber bundle.
本発明者は、鋭意検討した結果、固定された連続繊維束パッケージから内取り式に繊維束を引き出すと繊維束に撚りがかかることから、予め、相当分の逆撚りをかけた連続繊維束パッケージを使用すれば、最終的に撚りのない繊維束を供給して樹脂を含浸できることを見出だし、本発明を完成させるに至った。 As a result of diligent study, the present inventor has found that when a fiber bundle is pulled out from a fixed continuous fiber bundle package in an internal manner, the fiber bundle is twisted. As a result, it was found that a fiber bundle without twist can be finally supplied to impregnate the resin, and the present invention has been completed.
即ち、本発明の第１は、長繊維強化樹脂構造物製造用であり、撚りがかけられた連続繊維束を筒状のパッケージとして巻取る巻取り装置であり、
軸方向に往復動可能で回転しない柱状の巻取り芯（４）、
該巻取り芯（４）の軸（4a）と同軸に設けられ、巻取り芯（４）の周りを回転可能な孔空き盤（２）、及び
該孔空き盤（２）の一方の面（2s）上に設けられ、該一方の面（2s）に直角に自転軸（3a）を有し、該孔空き盤（２）に対して自転可能な案内装置（３）
からなり、
撚りのない連続繊維束を案内装置（３）に供給し、該孔空き盤（２）を巻取り芯（４）の周りに回転させ、案内装置（３）を、該孔空き盤（２）が１回転する間に該孔空き盤（２）の回転方向と逆方向に実質的に１回、自転させながら、案内装置（３）から出た連続繊維束を柱状巻取り芯（４）に巻取り、撚りがかけられた連続繊維束パッケージを製造することを特徴とする巻取り装置を提供する。
本発明の第２は、撚りのない連続繊維束が供給された案内装置（３）の自転が孔空き盤（２）の回転によって生じる本発明の第１記載の巻取り装置を提供する。
本発明の第３は、巻取り後、柱状巻取り芯（４）が抜き取られ、内取り式に連続繊維束が引出せる本発明の第１又は２に記載の巻取り装置を提供する。
本発明の第４は、長繊維強化樹脂構造物製造用の連続繊維束パッケージであり、予め所望の撚りがかけられた連続繊維束パッケージを提供する。
本発明の第５は、連続繊維束パッケージが筒状であり、連続繊維束が筒の軸の周りに１回巻かれる毎に実質的に１回の撚りがかけられるように巻かれている本発明の第４に記載の連続繊維束パッケージを提供する。
本発明の第６は、内取り式に巻かれている本発明の第４又は５に記載の連続繊維束パッケージを提供する。
本発明の第７は、本発明の第１〜３のいずれか１項に記載の連続繊維束パッケージの巻取り装置により得られた本発明の第４〜６のいずれか１項に記載の連続繊維束パッケージを提供する。
本発明の第８は、長繊維強化樹脂構造物製造用の筒状連続繊維束パッケージであって、該筒状連続繊維束パッケージが、予め、連続繊維束が筒の軸の周りに１回巻かれる毎に実質的に１回の撚りがかけられるように巻かれており、該撚りのかけられる方向が連続繊維束パッケージを固定して連続繊維束を内取り式に引出した場合に、撚りがなくなるような方向である該筒状連続繊維束パッケージを使用して、該筒状連続繊維束パッケージから連続繊維束を内取り式に引出し、撚りが実質的にない連続繊維束に樹脂を含浸させる長繊維強化樹脂構造物の製造方法を提供する。
本発明の第９は、該筒状連続繊維束パッケージが本発明の第７に記載の連続繊維束パッケージである本発明の第８に記載の製造方法を提供する。
本発明の第１０は、本発明の第７に記載の連続繊維束パッケージを用い、予め、一の連続繊維束パッケージの繊維束末端と他の一の連続繊維束パッケージの繊維束の先端とを連結して、繊維束を引出す本発明の第８又は９に記載の製造方法を提供する。
本発明の第１１は、長繊維強化樹脂構造物の製造中に、連続繊維束パッケージの繊維束末端と他の一つの連続繊維束パッケージの繊維束の先端とを連結する本発明の第１０記載の製造方法を提供する。
本発明の第１２は、連結がエアースプライシングにより行われる本発明の第１０又は１１に記載の製造方法を提供する。
That is, the first of the present invention is a winder for winding a continuous fiber bundle that is twisted as a cylindrical package, for producing a long fiber reinforced resin structure.
A columnar winding core (4) that can reciprocate in the axial direction and does not rotate,
A perforated disk (2) provided coaxially with the axis (4a) of the winding core (4) and rotatable around the winding core (4), and one surface of the perforated disk (2) ( 2s), a guide device (3) having a rotation axis (3a) perpendicular to the one surface (2s) and capable of rotating relative to the perforated disc (2)
Consists of
A continuous fiber bundle without twist is supplied to the guide device (3), the perforated disc (2) is rotated around the winding core (4), and the guide device (3) is turned into the perforated disc (2). The continuous fiber bundle from the guide device (3) is rotated into the columnar winding core (4) while rotating substantially once in the direction opposite to the rotation direction of the perforated disc (2) during one rotation of There is provided a winding device for manufacturing a continuous fiber bundle package which is wound and twisted.
A second aspect of the present invention provides the winding device according to the first aspect of the present invention, in which the rotation of the guide device (3) supplied with a continuous fiber bundle without twist is caused by the rotation of the perforated disc (2).
According to a third aspect of the present invention, there is provided the winding device according to the first or second aspect of the present invention, wherein after the winding, the columnar winding core (4) is pulled out and the continuous fiber bundle can be drawn out in an internal manner.
A fourth aspect of the present invention is a continuous fiber bundle package for producing a long fiber reinforced resin structure, and provides a continuous fiber bundle package preliminarily subjected to a desired twist.
A fifth aspect of the present invention is a book in which the continuous fiber bundle package has a cylindrical shape and is wound so that the continuous fiber bundle is substantially twisted once every time the continuous fiber bundle is wound around the axis of the cylinder. A continuous fiber bundle package according to the fourth aspect of the invention is provided.
A sixth aspect of the present invention provides the continuous fiber bundle package according to the fourth or fifth aspect of the present invention, which is wound in an internal manner.
The seventh aspect of the present invention is the continuous state according to any one of the fourth to sixth aspects of the present invention obtained by the winding device for the continuous fiber bundle package according to any one of the first to third aspects of the present invention. A fiber bundle package is provided.
An eighth aspect of the present invention is a cylindrical continuous fiber bundle package for producing a long fiber reinforced resin structure, and the cylindrical continuous fiber bundle package is previously wound once around the axis of the cylinder. When it is wound, it is wound so that substantially one twist is applied, and when the continuous fiber bundle package is fixed and the continuous fiber bundle is drawn out in an internal manner, the twist is applied. Using the cylindrical continuous fiber bundle package in such a direction that it disappears, the continuous fiber bundle is drawn out from the cylindrical continuous fiber bundle package in an internal manner, and the continuous fiber bundle substantially free of twist is impregnated with resin. A method for producing a long fiber reinforced resin structure is provided.
A ninth aspect of the present invention provides the manufacturing method according to the eighth aspect of the present invention, wherein the cylindrical continuous fiber bundle package is the continuous fiber bundle package according to the seventh aspect of the present invention.
According to a tenth aspect of the present invention, the continuous fiber bundle package according to the seventh aspect of the present invention is used, and a fiber bundle end of one continuous fiber bundle package and a tip of a fiber bundle of another continuous fiber bundle package are preliminarily used. The manufacturing method according to the eighth or ninth aspect of the present invention is provided, in which the fiber bundles are drawn out.
The eleventh aspect of the present invention is the tenth aspect of the present invention in which the fiber bundle end of the continuous fiber bundle package and the tip of the fiber bundle of another continuous fiber bundle package are connected during the production of the long fiber reinforced resin structure. A manufacturing method is provided.
A twelfth aspect of the present invention provides the manufacturing method according to the tenth or eleventh aspect of the present invention, wherein the connection is performed by air splicing.
本発明によれば、経済的で運転の容易な巻取り装置により、逆撚りをかけた連続繊維束パッケージが得られ、これを使用して、樹脂含浸装置に撚りのない繊維束を供給し、機械的物性に優れ、表面状態等も良い長繊維強化樹脂構造物を効率よく、長時間製造することが可能である。 According to the present invention, an economical and easy-to-operate winding device provides a continuous fiber bundle package subjected to reverse twisting, and using this, a fiber bundle without twist is supplied to a resin impregnation device, It is possible to efficiently produce a long fiber reinforced resin structure having excellent mechanical properties and a good surface condition for a long time.
撚りがかけられた筒状連続繊維束パッケージを製造するための巻取り装置
図１は、本発明に係る、長繊維強化樹脂構造物製造用の撚りがかけられた筒状連続繊維束パッケージを製造するための巻取り装置Ａの一例である。
図１において、４は巻取り芯であり、撚りがかけられた連続繊維束パッケージの柱状の巻取り芯である。柱状は円柱状でも角柱状でもよいが、好ましくは円柱状である。巻取り芯４の形状に応じて筒状連続繊維束パッケージも円筒状や角筒状となるが、好ましくは円筒状である。巻取り芯４は該柱状の巻取り芯の軸4a方向に往復動可能であり、連続繊維束を巻取り芯４上に規則的に配列させて巻取ることができる。なお、撚りがかけられた連続繊維束パッケージが得られた後、巻取り芯４は、そのままでもよいが、内取り式に繊維を引き出す場合には、取り除かれる。
２は孔空き盤であり、巻取り芯４の軸4aと同軸に設けられ、巻取り芯４の周りに回転可能であり、円盤でも四角形などの多角形の盤でもよいし、盤でなく柱状であってもよいが、本発明ではこれらを含めて孔空き盤という。
３は案内装置であり、孔空き盤２の面2s上に設けられ、該面2sに直角に自転軸3aを有し、該孔空き盤２に対して自転可能であり、孔空き盤２を巻取り芯４の周りで１回転させる間に、孔空き盤２の回転に伴って、例えば、図３に示すように撚りのない連続繊維束が巻かれたパッケージ２１から撚りのない連続繊維ｆ0が案内装置３に供給される。撚りのない連続繊維ｆ0が供給された案内装置３は該孔空き盤２の回転方向と逆方向に実質的に１回自転して元の位置に戻るようにすると、原理的に、１回の撚りがかかる。しかし、孔空き盤２を巻取り芯４の周りで１回転させる際に、案内装置３は多少回転むらが生じる場合もあるので、１０％以下、好ましくは１％以下の回転誤差を生じても、本発明の目的のために実質的に使用可能である。
Winding device for producing a twisted tubular continuous fiber bundle package FIG. 1 shows a twisted tubular continuous fiber bundle package for producing a long fiber reinforced resin structure according to the present invention. It is an example of the winding device A for doing.
In FIG. 1, 4 is a winding core, which is a columnar winding core of a continuous fiber bundle package that is twisted. The columnar shape may be a columnar shape or a prismatic shape, but is preferably a columnar shape. Depending on the shape of the winding core 4, the cylindrical continuous fiber bundle package is also cylindrical or rectangular, but is preferably cylindrical. The winding core 4 can reciprocate in the direction of the axis 4a of the columnar winding core, and a continuous fiber bundle can be regularly arranged on the winding core 4 and wound. In addition, after the twisted continuous fiber bundle package is obtained, the winding core 4 may be left as it is, but is removed when the fiber is drawn out in an interior manner.
2 is a perforated disk, which is provided coaxially with the axis 4a of the winding core 4 and can be rotated around the winding core 4, and may be a disk or a polygonal disk such as a square, or a column instead of a disk. However, in the present invention, these are referred to as perforated discs.
3 is a guide device provided on the surface 2s of the perforated disk 2 and having a rotation axis 3a perpendicular to the surface 2s and capable of rotating with respect to the perforated disk 2. During one rotation around the winding core 4, as the perforated disc 2 rotates, for example, a continuous fiber f without twist from a package 21 wound with a continuous fiber bundle without twist as shown in FIG. 0 is supplied to the guide device 3. In principle, when the guide device 3 to which the continuous fiber f 0 without twist is supplied is rotated once in the direction opposite to the rotation direction of the perforated disc 2 and returned to the original position, once in principle. It takes a twist. However, when the perforated disc 2 is rotated once around the winding core 4, the guide device 3 may be somewhat uneven in rotation, so that even if a rotation error of 10% or less, preferably 1% or less occurs. Can be substantially used for the purposes of the present invention.
案内装置３は、一例として、図１に示すように、小円盤3b、小円盤3b上に固定的に設けられた支軸3d及び支軸3dに固定的に設けられたガイド、例えばピンチロール対、3cからなり、小円盤3bがベアリングなどを介して孔空き盤２に対して自由回転可能になるようにしたものでもよい。また、他の一例として、図示しないが、小円盤3bを設けず、ガイド3cの付いた軸3dのみが孔空き盤２に対して自由回転可能になるようにしたものでもよい。 For example, as shown in FIG. 1, the guide device 3 includes a small disk 3b, a support shaft 3d fixedly provided on the small disk 3b, and a guide fixed to the support shaft 3d, for example, a pair of pinch rolls. 3c, and the small disk 3b can be freely rotated with respect to the perforated disk 2 via a bearing or the like. As another example, although not illustrated, the small disk 3b may not be provided, and only the shaft 3d with the guide 3c may be freely rotatable with respect to the perforated disk 2.
なお、本発明に係る巻取り装置は、長繊維強化樹脂構造物製造用の撚りがかけられた筒状連続繊維束パッケージを製造するための巻取り装置であり、実質的に１回の撚りがかかればよいのであるが、必要に応じて、上記案内装置３を自転軸3aの周りに所望の速度で回転させることにより、任意の周期の撚りをかけることができる。
案内装置３を所望の速度で回転させる場合には、単に孔空き盤２によって、自然に自転する他に、自転軸3aを強制回転させるためのモーターなどが設けられる。
The winding device according to the present invention is a winding device for manufacturing a twisted cylindrical continuous fiber bundle package for manufacturing a long fiber reinforced resin structure. However, if necessary, the guide device 3 can be twisted at an arbitrary period by rotating the guide device 3 around the rotation shaft 3a at a desired speed.
When the guide device 3 is rotated at a desired speed, a motor for forcibly rotating the rotation shaft 3a is provided in addition to the natural rotation by the perforated disc 2.
撚りがかけられた連続繊維束パッケージの製造
上記図１に示す巻取り装置を使用した撚りがかけられた連続繊維束パッケージの製造方法を説明する。
図示していない連続繊維束製造装置から供給される、あるいは巻き芯に巻かれたケーキから供給される、撚りなしの連続繊維束f0が方向転換用ガイド５等により、案内装置３に供給される。
巻取り芯４は軸方向に往復動可能で回転しない状態におかれており、孔空き盤２を巻取り芯４の周囲で、例えば矢印の向きに回転させる。孔空き盤２の１回転に伴い、案内装置３から供給された連続繊維束には１回の撚りがかけられ、撚りのかけられた連続繊維束f-1として巻取り芯４上に巻かれ、所望量の連続繊維束が巻かれて芯有り連続繊維束パッケージとなる。該芯有り連続繊維束パッケージから巻取り芯４を取り去ることにより、内取り式に連続繊維束が引出せる筒状繊維束パッケージ１が得られる。必要に応じて、巻取りの際にテンション調節を行ってもよい。
Production of Twisted Continuous Fiber Bundle Package A method for producing a twisted continuous fiber bundle package using the winding device shown in FIG. 1 will be described.
An untwisted continuous fiber bundle f 0 supplied from a continuous fiber bundle manufacturing device (not shown) or supplied from a cake wound around a winding core is supplied to the guide device 3 by the direction changing guide 5 or the like. The
The winding core 4 is in a state where it can reciprocate in the axial direction and does not rotate, and the perforated disc 2 is rotated around the winding core 4 in the direction of an arrow, for example. As the perforated disc 2 rotates once, the continuous fiber bundle supplied from the guide device 3 is twisted once and wound on the winding core 4 as a twisted continuous fiber bundle f- 1 . A desired amount of continuous fiber bundles are wound into a continuous fiber bundle package with a core. By removing the winding core 4 from the continuous fiber bundle package with a core, a cylindrical fiber bundle package 1 from which the continuous fiber bundle can be drawn out in an internal manner is obtained. If necessary, tension adjustment may be performed during winding.
長繊維強化樹脂構造物の製造
本発明では、例えば図２に示す装置を用いて、長繊維強化樹脂構造物を製造する。
上記のようにして得られた連続繊維束パッケージ１を、供給台７上に連続繊維束パッケージ１が回転しないように固定する。該固定された連続繊維束パッケージ１から連続繊維束を内取り式に引出すと、撚りが戻されて、撚りのない連続繊維束６が得られるので、これを例えば、開繊装置８などで開繊した後、クロスヘッドダイ式の樹脂含浸装置１０に供給し、賦形ダイから樹脂含浸連続繊維束１１として引き抜き、所望の温度に冷却して、長繊維強化樹脂構造物を得る。
Production of Long Fiber Reinforced Resin Structure In the present invention, a long fiber reinforced resin structure is produced using, for example, the apparatus shown in FIG.
The continuous fiber bundle package 1 obtained as described above is fixed on the supply base 7 so that the continuous fiber bundle package 1 does not rotate. When the continuous fiber bundle is pulled out from the fixed continuous fiber bundle package 1 in an internal manner, the twist is returned and a continuous fiber bundle 6 without twist is obtained. After fiber finishing, it is supplied to a cross-head die type resin impregnation apparatus 10, pulled out as a resin-impregnated continuous fiber bundle 11 from the shaping die, and cooled to a desired temperature to obtain a long fiber reinforced resin structure.
本発明において用いられる繊維束の繊維の種類としては、特に制約はなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、鉱物繊維、超高分子量ポリエチレンや芳香族ポリアミド繊維等の有機物繊維がいずれも使用できる。これらの繊維は、公知の表面処理剤（集束剤）で処理したものであってもよい。 The type of fiber of the fiber bundle used in the present invention is not particularly limited, and for example, any of organic fibers such as glass fiber, carbon fiber, metal fiber, mineral fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene and aromatic polyamide fiber can be used. . These fibers may be treated with a known surface treatment agent (sizing agent).
本発明において、前記含浸に用いられる樹脂としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用可能であり、熱可塑性樹脂としては例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２等のポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド等のその他の熱可塑性樹脂およびこれらの組み合わせが使用できる。また熱硬化性樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリウレタン等、あるいはこれらのプレポリマー等が挙げられる。特に得られる長繊維強化樹脂構造物の成形加工が容易な点で熱可塑性樹脂を用いて含浸したものが好ましく、またそのための含浸法としては、操作性の点で含浸ダイ、特にクロスヘッドダイを用いるのが好ましい。 In the present invention, the resin used for the impregnation can be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Examples of the thermoplastic resin include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. , Nylon 6, Nylon 66, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 610, Nylon 612 and other polyamides, polyacetal, polycarbonate, thermoplastic polyurethane, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyether ketone, polyether amide, polyether imide Other thermoplastic resins such as and combinations thereof can be used. Examples of the thermosetting resin include unsaturated polyester, epoxy resin, thermosetting polyurethane, and prepolymers thereof. In particular, the long fiber reinforced resin structure obtained is preferably impregnated with a thermoplastic resin in terms of ease of molding, and as an impregnation method therefor, an impregnation die, particularly a crosshead die, is used in terms of operability. It is preferable to use it.
次に、樹脂の含浸された連続繊維は、通常賦形ダイ等を通すことにより所望の形状、例えばストランド、棒状、リボン状、テープ状、シート状、板状、あるいは特殊形状等に整えられ、引取ロールを用いて引き取られる。引取った長繊維強化樹脂構造物は、そのままの形で、あるいは任意の長さに切断して、例えばペレット等として、成形あるいは他の加工に供することができる。 Next, the continuous fiber impregnated with resin is usually adjusted to a desired shape, for example, a strand, a rod shape, a ribbon shape, a tape shape, a sheet shape, a plate shape, or a special shape by passing a shaping die or the like, Taken over using a take-up roll. The taken-up long fiber reinforced resin structure can be used for molding or other processing as it is, for example, as a pellet or the like after being cut into an arbitrary length.
固定される連続繊維束パッケージの数は複数であってもよく、その場合、それらの筒状繊維束パッケージは、繊維束が取り出される順に、予め、通常筒状繊維束パッケージの外周表面にある繊維束末端と次の取り出しを行う通常筒状繊維束パッケージの内周面にある先端とを連結した状態で固定台に固定される。この連結方法としては、取り出しにより切断しない程度の連結強度を有することが必要であることはいうまでもない。特に長繊維強化樹脂構造物を製造する場合には、通常、取り出された連続繊維を後方から引きながらテンションバーを通過させて開繊し、クロスヘッドダイにより樹脂を含浸させるのであるから、これらの工程を通過する際に切断しない連結強度が必要である。
このような繊維束の連結方法としては、公知の方法が採用される。このような方法としては、例えば特開昭５１−１９８４３号公報に記載の圧縮気流を用いて重ね合わせた両繊維束端に抱絡を起こさせるスプライシングエアー方法が挙げられる。これに用いられる装置は、通常エアースプライサーとして知られている。
スプライシングエアー方法はエアージェットの当て方により「接線エアージェット方式」と「直接エアージェット方式」の２通りに大別されるが、本発明においては何れであってもよい。また、本発明においては、使用するエアースプライサーの機種に特に制約はないが、繊維束の端部のスプライシング部分の長さを調節するためのハサミ、エアージェットの吐出圧力および吐出時間の調節機構等を備えた機種が好ましい。
The number of continuous fiber bundle packages to be fixed may be plural. In this case, the cylindrical fiber bundle packages are preliminarily arranged in advance in the order in which the fiber bundles are taken out. The bundle end is fixed to a fixed base in a state where the bundle end and the tip on the inner peripheral surface of the normal cylindrical fiber bundle package to be taken out are connected. It goes without saying that this connection method needs to have a connection strength that does not cause disconnection by removal. In particular, when producing a long fiber reinforced resin structure, the drawn continuous fibers are usually opened by passing through a tension bar while pulling from the rear, and the resin is impregnated with a crosshead die. The connection strength which does not cut | disconnect when passing a process is required.
As a method for connecting such fiber bundles, a known method is employed. As such a method, for example, there is a splicing air method in which entanglement is caused at both ends of the bundles of fibers bundled using a compressed air flow described in JP-A-51-19843. The device used for this is usually known as an air splicer.
There are two types of splicing air methods, “tangential air jet method” and “direct air jet method”, depending on how the air jet is applied, but any method may be used in the present invention. Further, in the present invention, there is no particular restriction on the type of air splicer to be used, but scissors for adjusting the length of the splicing portion at the end of the fiber bundle, a mechanism for adjusting the discharge pressure and discharge time of the air jet, etc. A model equipped with is preferable.
（実施例）
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to this.
（実施例１）
繊維径１７μｍのガラスフィラメント４０００本からなる、予めサイジング処理されたケーキ巻き状の連続繊維束を自由回転させながら、外周から繊維ロービングを解舒し、撚りのない連続繊維束f0を図１の装置に供給して、１周に付き１回の撚りをかけながら、撚りのかけられた連続繊維束f-1を芯４へ巻き取り、筒状繊維束パッケージ１を得た。詳細には、テンションロール５で、撚りのない連続繊維束f0に弛みが無いようにテンションをかけながら、ガイド、例えばロール対、3cを通して、そのガイド3cは孔空き盤２が１周する間に１回自転をすることにより、連続繊維束に１回の撚りをかけ、撚りのかけられた連続繊維束f-1が巻き取られて、筒状の連続繊維束パッケージ１が得られる。
上記で得られた撚りのかかった筒状連続繊維束パッケージ１の１個を、図２（ａ）に示すような供給台７上に固定された固定用格納具１２に収納し、該筒状連続繊維束パッケージ１から内取り式に繊維束を引き出すことにより、撚りが戻されて撚りのない繊維束を、図２（ｂ）に示した樹脂含浸装置１０に供給して、溶融した変性ポリプロピレン樹脂を含浸させた。なお、固定用格納具１２は、連続繊維束パッケージ１を締め付けずに、供給台７に固定するものである。
詳細には、上記筒状連続繊維束パッケージ１を回転させずに、内周から繊維を引き出し、テンションロールで繊維束が幅１３〜１５ｍｍに開繊されるようにテンションをかけ、樹脂含浸装置１０としてのクロスヘッドダイに導いた。
二軸の押出機９にて溶融した変性ポリプロピレン樹脂は樹脂供給口から供給され、クロスヘッドダイ内で溶融樹脂と合流し含浸させた。賦形ダイを通して引き抜き、樹脂含量５０重量％となるように賦形し、冷却装置により冷却し、引き取り装置にて引きながらペレタイザーに送られ、およそペレット長さ１１ｍｍになるようにカッティングした。
Example 1
While rotating a pre-sized cake-wrapped continuous fiber bundle composed of 4000 glass filaments having a fiber diameter of 17 μm while freely rotating, the fiber roving is unwound from the outer periphery, and the continuous fiber bundle f 0 without twist is shown in FIG. The twisted continuous fiber bundle f -1 was wound around the core 4 while being twisted once per turn and supplied to the apparatus to obtain a cylindrical fiber bundle package 1. In detail, while applying tension so that the continuous fiber bundle f 0 without twist is not slackened with the tension roll 5, the guide 3c passes through the guide 3c, for example, the roll pair 3c, while the perforated disc 2 makes one round. , The continuous fiber bundle is twisted once, and the twisted continuous fiber bundle f- 1 is wound up, whereby the cylindrical continuous fiber bundle package 1 is obtained.
One of the twisted cylindrical continuous fiber bundle packages 1 obtained as described above is stored in a fixing storage 12 fixed on a supply base 7 as shown in FIG. By pulling out the fiber bundle from the continuous fiber bundle package 1 in a take-off manner, the untwisted and untwisted fiber bundle is supplied to the resin impregnation apparatus 10 shown in FIG. The resin was impregnated. The fixing storage 12 is for fixing the continuous fiber bundle package 1 to the supply base 7 without tightening.
Specifically, without rotating the cylindrical continuous fiber bundle package 1, the fiber is pulled out from the inner periphery, and tension is applied so that the fiber bundle is opened to a width of 13 to 15 mm with a tension roll. Led to a crosshead die.
The modified polypropylene resin melted by the biaxial extruder 9 was supplied from the resin supply port, and merged with the molten resin and impregnated in the crosshead die. It was drawn through a shaping die, shaped so as to have a resin content of 50% by weight, cooled by a cooling device, sent to a pelletizer while being drawn by a take-up device, and cut to a pellet length of about 11 mm.
（比較例１）
図２（ａ）に示す供給台に、撚りのかかっていない筒状連続繊維束パッケージを使用した以外は実施例１と同様にしてペレットを製造した。
(Comparative Example 1)
Pellets were produced in the same manner as in Example 1 except that a non-twisted cylindrical continuous fiber bundle package was used for the supply base shown in FIG.
実施例１では、繊維の切り替え要員は１名で、切替のための停止をすることなく、連続した製造が可能であった。
比較例１では、繊維束に逆撚りが掛けられていないため、繊維束の外周を固定して、内取りで繊維を取り出すと、運転開始から１分以内に、取り出されてから樹脂含浸装置に供給されるまでの部分の繊維ロービングに無数の撚りが発生して、樹脂含浸装置中で繊維束を開繊することが困難になり、それにより樹脂含浸が不十分となった。
In Example 1, there was one person for switching fibers, and continuous production was possible without stopping for switching.
In Comparative Example 1, since the fiber bundle is not subjected to reverse twisting, when the outer periphery of the fiber bundle is fixed and the fiber is taken out by internal arrangement, the fiber bundle is taken out to the resin impregnation apparatus within 1 minute from the start of operation. An infinite number of twists occurred in the fiber roving in the portion until being supplied, and it was difficult to open the fiber bundle in the resin impregnation apparatus, and the resin impregnation was insufficient.
（実施例２）
実施例１で得られた、撚りのかけられた連続繊維束パッケージ１の３個を、図２（ｃ）に示すように、エアースプライサーにより直列につないだ連続繊維束２０系列（図２（ｃ）では図を簡略化するため２系列のみ示している。また、各連続繊維束パッケージ１は自転しないように実施例１と同様にして固定してある。）を、図２（ｂ）に示した樹脂含浸装置１０に供給して、溶融した変性ポリプロピレン樹脂を含浸した。
詳細には、上記連続繊維束パッケージ１は回転させずに、内周から繊維を引き、テンションロールで繊維ロービングが幅１３〜１５ｍｍに開繊するようにテンションをかけ、樹脂含浸装置１０としてのクロスヘッドダイに導いた。
二軸の押出機９にて溶融した変性ポリプロピレン樹脂は樹脂供給口から供給され、クロスヘッドダイ内で溶融樹脂と合流し含浸させた。賦形ダイを通して引き抜き、樹脂含量５０重量％となるように賦形し、冷却装置により冷却し、引き取り装置にて引きながらペレタイザーに送られ、およそペレット長さ１１ｍｍになるようにカッティングした。
３個目の筒状繊維束パッケージ１の連続繊維束が無くなる前に、更に３個直列の上記ケーキ巻き状の繊維ロービングにエアースプライサーを使用して繊維を繋ぎ、運転を続行した。クロスヘッドダイにかけられた筒状繊維束パッケージ１は２０系列で、１０ｍ／分の引き取り速度で実施した。繊維の切り替え要員は１名で余裕のある運転が続行された。
(Example 2)
As shown in FIG. 2 (c), three continuous fiber bundle packages 1 obtained in Example 1 were connected in series by an air splicer (FIG. 2 (c). 2), only two lines are shown for the sake of simplicity, and each continuous fiber bundle package 1 is fixed in the same manner as in Example 1 so as not to rotate.) Is shown in FIG. Was supplied to the resin impregnation apparatus 10 and impregnated with the molten modified polypropylene resin.
Specifically, the continuous fiber bundle package 1 does not rotate, pulls the fibers from the inner periphery, and tensions the fiber roving with a tension roll so that the fiber roving is opened to a width of 13 to 15 mm. Led to the head die.
The modified polypropylene resin melted by the biaxial extruder 9 was supplied from the resin supply port, and merged with the molten resin and impregnated in the crosshead die. It was drawn through a shaping die, shaped so as to have a resin content of 50% by weight, cooled by a cooling device, sent to a pelletizer while being drawn by a take-up device, and cut to a pellet length of about 11 mm.
Before the continuous fiber bundle of the third cylindrical fiber bundle package 1 was lost, fibers were connected to the cake roving fiber roving in series of three pieces using an air splicer, and the operation was continued. The cylindrical fiber bundle package 1 hung on the crosshead die was implemented in 20 series at a take-up speed of 10 m / min. One person who switched fibers was able to continue operation with plenty of room.
（比較例２）
従来のように、撚りのかかっていない筒状連続繊維束パッケージを使用し、筒状連続繊維束パッケージを自転可能にして、外取り式で取出し、樹脂含浸装置１０に供給した以外は実施例１と同様に行った。
筒状連続繊維束パッケージの切替時には、運転を停止して、該筒状連続繊維束パッケージの末端と次の筒状連続繊維束パッケージの取出し開始部分を、エアースプライサーにより連結するために、運転を停止する必要があった。これにより、生産性が低下し、また運転停止・開始時に不良品が発生した。
(Comparative Example 2)
Example 1 except that a cylindrical continuous fiber bundle package that is not twisted is used as in the prior art, the cylindrical continuous fiber bundle package is made to be able to rotate, is taken out in a detached manner, and is supplied to the resin impregnation apparatus 10. As well as.
At the time of switching the cylindrical continuous fiber bundle package, the operation is stopped, and the end of the cylindrical continuous fiber bundle package is connected to the take-out start portion of the next cylindrical continuous fiber bundle package by an air splicer. There was a need to stop. As a result, productivity was reduced, and defective products were generated at the time of shutdown and start.
１ （撚りのかけられた繊維束の）筒状繊維束パッケージ
２ 孔空き盤
2s （孔空き盤の）面
３ 案内装置
3a （案内装置の）自転軸
3b 小円盤
3c ガイド（例えばピンチロール対）
3d 支軸
４ 巻取り芯
4a （巻取り芯の）軸
５ 方向転換用ガイド
６ （クロスヘッドダイに供給する撚りのない）連続繊維束
７ （筒状繊維束パッケージ１の）供給台
８ 開繊装置
９ （熱可塑性樹脂の）押出機
１０ 樹脂含浸装置
１１ 樹脂含浸連続繊維束
１２ 固定用格納具
２１ 撚りのない連続繊維束が巻かれたパッケージ
Ａ 巻取り装置
f-1 撚りのかけられた連続繊維束
f0 （巻取り装置に供給する）撚りのない連続繊維束
1 Cylindrical fiber bundle package (of twisted fiber bundles) 2 Perforated disc
2s (perforated disc) surface 3 Guide device
3a Rotating shaft (of guide device)
3b small disk
3c guide (eg pinch roll pair)
3d Spindle 4 Winding core
4a (winding core) shaft 5 direction change guide 6 (no twist to be fed to the crosshead die) continuous fiber bundle 7 (cylinder fiber bundle package 1) supply stand 8 opening device 9 (thermoplastic resin ) Extruder 10 Resin impregnation device 11 Resin impregnated continuous fiber bundle 12 Fixing holder 21 Package in which continuous fiber bundle without twist is wound A Winding device
f- 1 twisted continuous fiber bundle
f 0 Continuous fiber bundle without twist (supplied to the winding device)
Claims (12)
軸方向に往復動可能で回転しない柱状の巻取り芯（４）、
該巻取り芯（４）の軸（4a）と同軸に設けられ、巻取り芯（４）の周りを回転可能な孔空き盤（２）、及び
該孔空き盤（２）の一方の面（2s）上に設けられ、該一方の面（2s）に直角に自転軸（3a）を有し、該孔空き盤（２）に対して自転可能な案内装置（３）
からなり、
撚りのない連続繊維束を案内装置（３）に供給し、該孔空き盤（２）を巻取り芯（４）の周りに回転させ、案内装置（３）を、該孔空き盤（２）が１回転する間に該孔空き盤（２）の回転方向と逆方向に実質的に１回、自転させながら、案内装置（３）から出た連続繊維束を柱状巻取り芯（４）に巻取り、撚りがかけられた連続繊維束パッケージを製造することを特徴とする巻取り装置。 A winding device for producing a long fiber reinforced resin structure and winding a twisted continuous fiber bundle as a cylindrical package;
A columnar winding core (4) that can reciprocate in the axial direction and does not rotate,
A perforated disk (2) provided coaxially with the axis (4a) of the winding core (4) and rotatable around the winding core (4), and one surface of the perforated disk (2) ( 2s), a guide device (3) having a rotation axis (3a) perpendicular to the one surface (2s) and capable of rotating relative to the perforated disc (2)
Consists of
A continuous fiber bundle without twist is supplied to the guide device (3), the perforated disc (2) is rotated around the winding core (4), and the guide device (3) is turned into the perforated disc (2). The continuous fiber bundle from the guide device (3) is rotated into the columnar winding core (4) while rotating substantially once in the direction opposite to the rotation direction of the perforated disc (2) during one rotation of A winding device for manufacturing a continuous fiber bundle package wound and twisted.
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