JP2009165999A - 高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルム成形工程における樹脂の過剰な粘度上昇を回避すると共に、フィルム塗工精度を良好に維持し、更にはフィルム成形工程に要する人手を最小限に抑えることを可能にした高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法を提供する。
【解決手段】 室温での粘度が１０，０００Ｐａ・ｓ以上１，０００，０００Ｐａ・ｓ以下である高粘度の熱硬化性樹脂Ｒを加熱混合後に連続体Ｒ１に成形した状態で冷却して保管し、その後、連続体Ｒ１を樹脂フィーダ１５に連続的に供給し、該樹脂フィーダ１５により連続体Ｒ１を加熱して軟化させた熱硬化性樹脂Ｒをロール式塗工機２０に連続的に供給し、該ロール式塗工機２０により離型性シート２５上に熱硬化性樹脂ＲからなるフィルムＲ２を成形する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高粘度の熱硬化性樹脂からフィルムを成形する方法に関し、更に詳しくは、フィルム成形工程における樹脂の過剰な粘度上昇を回避すると共に、フィルム塗工精度を良好に維持し、更にはフィルム成形工程に要する人手を最小限に抑えることを可能にした高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法に関する。

繊維強化複合材料を成形する際に使用されるプリプレグは、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させることによって製造される。そして、マトリックス樹脂を強化繊維に含浸させる方法として、マトリックス樹脂のフィルムを強化繊維のシートに貼り合わせ、そのマトリックス樹脂を加熱することで強化繊維に含浸させるホットメルト法が一般的に用いられている。

プリプレグに使用される熱硬化性樹脂をフィルム化する方法としては様々な塗工方法があるが、塗工時の粘度が１０Ｐａ・ｓを超えるような高粘度の熱硬化性樹脂の場合には、リバースロール式塗工機以外に有効な方式が見当たらないのが現状である（例えば、特許文献１参照）。リバースロール式塗工機を用いてフィルムを成形する場合、ロール上に加熱された樹脂を溜め、即ち、ロール上に樹脂ダムを形成し、その樹脂を一定ギャップのロール間に通すことによりフィルム化を行う。熱硬化性樹脂の場合、塗工機上での熱履歴を最小限にするため、樹脂ダムでの備蓄量を可及的に少なくすることが必要である。しかしながら、塗工時の粘度が１０Ｐａ・ｓを超える高粘度の熱硬化性樹脂の場合、リバースロールへの樹脂付着量が多くなるため、所謂ペンシルバンク状態での塗工は不可能であり、それなりの樹脂量（例えば、３〜４ｋｇ以上）を樹脂バンクに確保する必要がある。また、バンク内の樹脂温度が大きく変動することは樹脂粘度を変動させることであり、フィルム塗工精度を低下させることに繋がる。

そのため、従来はオーブンや加熱ミキサー等で予備加熱した大量の樹脂を少量ずつロール上の樹脂ダムに供給する手法が採用されている。ところが、このような方式では以下の問題がある。

（１）予備加熱時点から樹脂が数時間単位の熱履歴を形成することになるため、樹脂の増粘が生じ、一定厚さのフィルム成形を長時間維持することができない。

（２）予備加熱時間が長いことから、予備加熱時の加熱温度を低めに設定する必要があり、予備加熱時の加熱温度を塗工温度と同じにすることができない。そのため、樹脂ダムへの樹脂補給によりダム内の樹脂温度及び樹脂粘度が変動し、塗工精度が低下する。

（３）予備加熱を行う樹脂を少量に細分化した場合、予備加熱作業や取り出し補給作業を行うための人手が必要となる。また、熱硬化性樹脂は室温で固くとも粘着性（タック）が高く、一般の熱可塑性エンジニアリングプラスチックのようにペレット等の形態に細分化して保管することができない。そのため、細分化した樹脂は個別に包装する等の処置が必要となり、そこでも人手を要する。
特開２００６−３２６３９０号公報

本発明の目的は、フィルム成形工程における樹脂の過剰な粘度上昇を回避すると共に、フィルム塗工精度を良好に維持し、更にはフィルム成形工程における人手を最小限に抑えることを可能にした高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法は、室温での粘度が１０，０００Ｐａ・ｓ以上１，０００，０００Ｐａ・ｓ以下である高粘度の熱硬化性樹脂を加熱混合後に連続体に成形した状態で冷却して保管し、その後、前記連続体を樹脂フィーダに連続的に供給し、該樹脂フィーダにより前記連続体を加熱して軟化させた前記熱硬化性樹脂をロール式塗工機に連続的に供給し、該ロール式塗工機により離型性シート上に前記熱硬化性樹脂からなるフィルムを成形することを特徴とするものである。

本発明では、高粘度の熱硬化性樹脂を加熱混合後に連続体に成形した状態で一旦冷却して保管し、その後、連続体を樹脂フィーダに連続的に供給し、該樹脂フィーダにより連続体を加熱して軟化させた熱硬化性樹脂をロール式塗工機に連続的に供給することにより、以下の作用効果を奏する。

（１）オーブン等による長時間の予備加熱工程が無くなり、樹脂の熱履歴は実質的に塗工機上での加熱のみに等しいレベルになる。これにより、フィルム成形工程における樹脂の過剰な粘度上昇を回避し、延いては、一定厚さのフィルム成形を長時間維持することが可能になる。

（２）樹脂フィーダによる加熱温度を塗工機による加熱温度に可及的に近づけた上で樹脂を塗工機に供給することが可能であるので、樹脂ダム内の樹脂温度及び樹脂粘度を一定に保持し、フィルム塗工精度を良好に維持することができる。

（３）樹脂を連続体として取り扱うので、樹脂を少量に細分化するための人手が不要でり、また、細分化した樹脂を用いてオーブン等で予備加熱作業を繰り返し行うための人手も不要であるので、フィルム成形工程における人手を最小限に抑えることができる。

本発明において、熱硬化性樹脂は少なくともエポキシ構造又はウレタン構造を有する主剤とその硬化剤を含む配合物であることが好ましい。これら熱硬化性樹脂について、上述のような優れた作用効果を享受することができる。

熱硬化性樹脂を連続体に成形した状態で冷却して保管するに際し、熱硬化性樹脂をリボン状の連続体に引き延ばし、該リボン状の連続体を冷却して両面離型性シートと共にリールで巻き取った状態で保管することが好ましい。その際、連続体の幅は１０ｍｍ〜１５０ｍｍで、厚さは１ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂からなる連続体の取り扱いが容易になる。

連続体の保管温度は−２５℃以上５０℃未満であることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂を連続体の状態で保管する際に硬化反応が進むのを防止することできる。

樹脂フィーダとしては、加熱型スクリューフィーダを用いることが好ましい。このような加熱型スクリューフィーダは、連続体を樹脂供給源とし、所定の温度まで加熱した樹脂を所定の割合で塗工機に供給するのに適している。

樹脂フィーダによる加熱温度は５０℃以上１３０℃以下であることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂の硬化反応を抑えながら、その樹脂を適度に軟化させることができる。また、樹脂フィーダによる加熱温度とロール式塗工機による加熱温度との差は１０℃以下であることが好ましい。これにより、樹脂ダム内の樹脂温度及び樹脂粘度を一定に保持することができる。

樹脂フィーダによる加熱時間は１分以上３０分以下であることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂の硬化反応を抑えながら、その樹脂を適度に軟化させることができる。また、樹脂フィーダによる樹脂供給量は１０ｇ／分以上２０００ｇ／分以下であることが好ましい。これにより、樹脂フィーダの樹脂供給量をロール式塗工機の塗工能力に対応させることができる。

本発明によれば、高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形工程を含むプリプレグの製造方法が提供される。即ち、本発明のプリプレグの製造方法は、上述した高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法により得られた熱硬化性樹脂のフィルムを強化繊維のシートに貼り合わせ、前記熱硬化性樹脂を前記強化繊維に含浸させることを特徴とするものである。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明で使用される高粘度の熱硬化性樹脂は、室温（２３℃）での粘度が１０，０００Ｐａ・ｓ以上１，０００，０００Ｐａ・ｓ以下のものである。ここで言う粘度とは、動的粘弾性分析法により測定された粘度である。

上記熱硬化性樹脂は、その種類が特に限定されるものではないが、少なくともエポキシ構造又はウレタン構造を有する主剤とその硬化剤を含む配合物を使用することができる。この場合、熱硬化性樹脂は主剤及び硬化剤を含む最終配合物であるが、必要に応じて、主剤及び硬化剤の他に、有機添加剤又は無機添加剤を配合することができる。これら有機添加剤及び無機添加剤の種類は特に限定されるものではない。

図１は本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法で使用される連続体の成形装置を例示するものである。図１において、両面離型性シート１（例えば、両面離型紙）を供給するためのリール２と両面離型性シート１を巻き取るためのリール３との間には、ガイドロール４、成形台５、冷却器６、ガイドロール８が順次配置されている。冷却器６は、冷却プレート、冷却管又は冷却室等から構成され、必要に応じて増設することができる。成形台５の上方には、連続体の寸法に対応する吐出口と該吐出口よりも大きな投入口を備えた樹脂排出器９が配設されている。高粘度の熱硬化性樹脂Ｒは混合容器１０内で少なくとも主剤及び硬化剤を含む最終配合物として加熱混合された後に樹脂排出器９に投入される。

ここで、連続体の成形工程について説明する。図１に示すように、リール２から巻き解かれた両面離型性シート１の先端部をリール３に取り付け、このリール３により両面離型性シート１を連続的に巻き取るようにする。一方、混合容器１０から加熱混合後の熱硬化性樹脂Ｒを樹脂排出器９に投入すると、両面離型性シート１上には熱硬化性樹脂Ｒからなるリボン状の連続体Ｒ１が成形される。リボン状の連続体Ｒ１は綺麗な形状に成形する必要はないが、その取り扱いを容易にするために、幅を１０ｍｍ〜１５０ｍｍとし、厚さを１ｍｍ〜２５ｍｍとすることが望ましい。連続体Ｒ１は両面離型性シート１と共に移動し、冷却器６で冷却された後、両面離型性シート１と共にリール３によって巻き取られる。室温で粘度が１０，０００Ｐａ・ｓ以上である熱硬化性樹脂Ｒは実質的に半固形状態又は固形状態であるため、リール３による巻き取り状態での保管が可能である。連続体Ｒ１の保管温度は−２５℃以上５０℃未満とする。これにより、熱硬化性樹脂Ｒを連続体Ｒ１の状態で保管する際に硬化反応が進むのを防止することできる。

図２は本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法で使用される樹脂供給装置を例示するものである。図２において、リール３から両面離型性シート１と共に巻き解かれたリボン状の連続体Ｒ１はガイドロール１１〜１３に案内されて加熱式スクリューフィーダ１４（樹脂フィーダ）に連続的に供給されるようになっている。一方、両面離型性シート１はガイドロール１１，１２に案内されてリール１５によって巻き取られるようになっている。加熱式スクリューフィーダ１４は、連続体Ｒ１をシリンダ内に投入するための投入口と、シリンダ内に配置されたスクリューと、シリンダ内の樹脂を加熱するための加熱手段と、シリンダの先端側に設けられた排出口とを備えたものであるが、その具体的な構造は特に限定されるものではない。

ここで、樹脂供給工程について説明する。図２に示すように、リール３から巻き解かれたリボン状の連続体Ｒ１を加熱式スクリューフィーダ１４に連続的に供給する。加熱式スクリューフィーダ１４は、連続体Ｒ１を加熱して軟化させた熱硬化性樹脂Ｒを排出口から連続的に排出する。加熱式スクリューフィーダ１４において、熱硬化性樹脂Ｒは塗工に必要な粘度（例えば、１０Ｐａ・ｓ〜２００Ｐａ・ｓ）となる温度まで短時間で加熱され、そのままロール式塗工機に対して定量的に供給される。

加熱式スクリューフィーダ１４による加熱温度は５０℃以上１３０℃以下とする。これにより、熱硬化性樹脂Ｒの硬化反応を抑えながら、その樹脂Ｒを適度に軟化させることができる。また、加熱式スクリューフィーダ１４による加熱温度と次工程のロール式塗工機による加熱温度との差は１０℃以下であることが好ましい。これにより、樹脂ダム内の樹脂温度及び樹脂粘度を一定に保持することができる。

加熱式スクリューフィーダ１４による加熱時間は１分以上３０分以下とする。これにより、熱硬化性樹脂Ｒの硬化反応を抑えながら、その樹脂Ｒを適度に軟化させることができる。特に、加熱式スクリューフィーダ１４による加熱時間が３０分を超えると、加熱式スクリューフィーダ１４を使用することによるメリットが少なくなる。また、加熱式スクリューフィーダ１４による樹脂供給量は１０ｇ／分以上２０００ｇ／分以下とする。これにより、加熱式スクリューフィーダ１４の樹脂供給量を一般的なロール式塗工機の塗工能力に対応させることができる。また、加熱式スクリューフィーダ１４では、スクリューの回転速度に基づいて単位時間当たりの樹脂供給量を任意に調整することが可能である。

図３は本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法で使用されるリバースロール式塗工機を例示するものである。図３に示すように、このリバースロール式塗工機２０は、コーティングロール２１、剪断ロール２２、バックロール２３を備えている。ロール２１〜２３は回転軸が互いに平行になるように配設され、隣り合うロール２１，２２間及び隣り合うロール２１，２３間にそれぞれ所定のギャップが形成されている。ロール２１〜２３は同一方向に回転し、ロール２１，２２上に樹脂Ｒのバンクを形成するようになっている。また、ロール２１〜２３はいずれも加熱手段を内蔵しており、樹脂Ｒを任意の設定温度で加熱するようになっている。一方、リール２４から巻き解かれた両面離型性シート２５（例えば、両面離型紙）は、コーティングロール２１とバックロール２３との間を通過し、リール２６によって巻き取られるようになっている。なお、前述の加熱式スクリューフィーダ１４は排出口が樹脂バンクの上方に位置するように配置される。

ここで、フィルム成形工程について説明する。図３に示すように、加熱式スクリューフィーダ１４により連続体Ｒ１を加熱して軟化させた熱硬化性樹脂Ｒをリバースロール式塗工機２０のロール２１，２２上に連続的に供給する。これらロール２１，２２間を通過した熱硬化性樹脂Ｒはコーティングロール２１の表面に貼り付き、両面離型性シート２５上に転写される。これにより、両面離型性シート２５上に熱硬化性樹脂ＲからなるフィルムＲ２が成形される。このフィルムＲ２は離型性シート２５と共にリール２６によって巻き取られる。

上述した高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法によれば、高粘度の熱硬化性樹脂Ｒを加熱混合後に連続体Ｒ１に成形した状態で一旦冷却して保管し、その後、連続体Ｒ１を加熱式スクリューフィーダ１４に連続的に供給し、該加熱式スクリューフィーダ１４により連続体Ｒ１を加熱して軟化させた熱硬化性樹脂Ｒをリバースロール式塗工機２０に連続的に供給することにより、従来のようなオーブンや加熱ミキサーによる予備加熱工程を行う場合とは異なって、以下のような作用効果を得ることができる。

即ちに、オーブン等による長時間の予備加熱工程が無くなり、樹脂Ｒの熱履歴は実質的にリバースロール式塗工機２０上での加熱のみに等しいレベルになる。そのため、フィルム成形工程における樹脂Ｒの過剰な粘度上昇を回避し、延いては、一定厚さのフィルム成形を長時間維持することが可能になる。つまり、樹脂Ｒの粘度が予備加熱等に起因して過剰に上昇するとリバースロール式塗工機２０でのギャップ調整が困難になり、長時間にわたってフィルム厚さを一定にすることが困難になるが、そのような不都合を解消することができる。

また、加熱式スクリューフィーダ１４による加熱温度をリバースロール式塗工機２０による加熱温度に可及的に近づけた上で樹脂Ｒをリバースロール式塗工機２０に供給することが可能であるので、樹脂ダム内の樹脂温度及び樹脂粘度を一定に保持し、フィルム塗工精度を良好に維持することができる。

更に、樹脂Ｒを連続体Ｒ１として取り扱うので、樹脂を少量に細分化するための人手が不要でり、また、細分化した樹脂を用いてオーブン等で予備加熱作業を繰り返し行うための人手も不要である。そのため、フィルム成形工程における人手を最小限に抑えることができる。

プリプレグを製造する場合、上述の成形方法により得られた熱硬化性樹脂ＲからなるフィルムＲ２を強化繊維のシートに貼り合わせ、その熱硬化性樹脂Ｒを強化繊維に含浸させるようにすれば良い。即ち、熱硬化性樹脂ＲからなるフィルムＲ２を用いてホットメルト式のプリプレグ製造方法を実施すれば良い。

上述した実施形態では、ロール式塗工機として、リバースロール式塗工機を使用しているが、他のロール式塗工機を用いることも可能である。但し、高粘度熱硬化性樹脂フィルムを成形する場合にはリバースロール式塗工機を使用することが好ましい。

樹脂フィーダとしては、加熱式スクリューフィーダを用いることが好ましいが、加熱手段を備えた他の樹脂フィーダを用いることも可能である。つまり、樹脂フィーダは熱硬化性樹脂の連続体を連続的に受け入れ、その連続体を短時間で加熱してロール式塗工機に連続的に供給可能にする構成であれば良い。

本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法で使用される連続体の成形装置の一例を示す側面図である。 本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法で使用されるリバースロール式塗工機への樹脂供給装置の一例を示す側面図である。 本発明の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法で使用されるリバースロール式塗工機の一例を示す側面図である。

符号の説明

１，２５ 両面離型性シート
２，３，１５，２４，２６ リール
４，８，１１，１２，１３ ガイドロール
５ 成形台
６ 冷却器
９ 樹脂排出器
１０ 混合容器
１４ 加熱式スクリューフィーダ（樹脂フィーダ）
２０ リバースロール式塗工機
２１ コーティングロール
２２ 剪断ロール
２３ バックロール
Ｒ 熱硬化性樹脂
Ｒ１ 連続体
Ｒ２ フィルム

Claims (11)

1. 室温での粘度が１０，０００Ｐａ・ｓ以上１，０００，０００Ｐａ・ｓ以下である高粘度の熱硬化性樹脂を加熱混合後に連続体に成形した状態で冷却して保管し、その後、前記連続体を樹脂フィーダに連続的に供給し、該樹脂フィーダにより前記連続体を加熱して軟化させた前記熱硬化性樹脂をロール式塗工機に連続的に供給し、該ロール式塗工機により離型性シート上に前記熱硬化性樹脂からなるフィルムを成形することを特徴とする高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
2. 前記熱硬化性樹脂が少なくともエポキシ構造又はウレタン構造を有する主剤とその硬化剤を含む配合物であることを特徴とする請求項１に記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
3. 前記熱硬化性樹脂を連続体に成形した状態で冷却して保管するに際し、前記熱硬化性樹脂をリボン状の連続体に引き延ばし、該リボン状の連続体を冷却して両面離型性シートと共にリールで巻き取った状態で保管することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
4. 前記連続体の幅が１０ｍｍ〜１５０ｍｍで、厚さが１ｍｍ〜２５ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
5. 前記連続体の保管温度が−２５℃以上５０℃未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
6. 前記樹脂フィーダが加熱型スクリューフィーダであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
7. 前記樹脂フィーダによる加熱温度が５０℃以上１３０℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
8. 前記樹脂フィーダによる加熱温度と前記ロール式塗工機による加熱温度との差が１０℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
9. 前記樹脂フィーダによる加熱時間が１分以上３０分以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
10. 前記樹脂フィーダによる樹脂供給量が１０ｇ／分以上２０００ｇ／分以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の高粘度熱硬化性樹脂フィルムの成形方法により得られた前記熱硬化性樹脂のフィルムを強化繊維のシートに貼り合わせ、前記熱硬化性樹脂を前記強化繊維に含浸させることを特徴とするプリプレグの製造方法。

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