JP2017137383A - プリプレグ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】品質性能に優れたプリプレグの成形品を製造する方法を提供すること。
【解決手段】シート状に加工した熱可塑性フィルム１０と、サイジング剤が塗布された炭素繊維織物２０を複数枚積層した積層物をフィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するもので、熱可塑性フィルム１０には複数の穴１１が開けられるとともに、積層物の最上位及び最下位に熱可塑性フィルム１０Ａ，１０Ｄを配置した後、上部及び下部に、上下両面に無数の突起物３１が形成された耐熱性を有する離型紙３０を設けてプレスし、プレス時にサイジング剤から発生したガスを熱可塑性フィルム１０に開けられた穴１１及び離型紙３０に形成された突起物３１の間を通してプレス成形機から外部に逃がすようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性フィルムと炭素繊維織物を交互に複数枚積層した積層物をフィルムスタッキング法により加熱溶融してプリプレグの成形品を製造するプリプレグ製造方法に関するものである。

プリプレグ（樹脂含浸量を抑えたいわゆるセミプレグも含まれる）の製造方法としてフィルムスタッキング法による製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
これは、通常、シート状に加工した熱可塑性フィルムと炭素繊維織物を複数枚積層したものをプレス成形機により高温に加熱・加圧し溶融させてプリプレグの成形品を製造するものである。

特開２００７−１３８３６１号公報

しかしながら、一般的に炭素繊維織物には上下表面にサイジング剤（エポキシ系のものが多く使用される）が塗布されているため、上述したフィルムスタッキング法でプリプレグの成形品を製造する場合、熱可塑性フィルムの溶融温度がサイジング剤の分解温度よりも高いと製造中にサイジング剤が分解してガス化してしまう。
このガスは、従来方法の場合、逃げ道はないため熱可塑性フィルムと炭素繊維織物の間に残ってボイド（空隙）になる危険性がある。

このようなボイドが発生した部位では、炭素繊維織物と熱可塑性フィルムが密着していないため完成したプリプレグの成形品の性能特性が悪くなるという問題があった。

一方、プレス成形機によって加熱・加圧処理を行った後、完成したプリプレグの成形品を金型から容易に離型するため熱可塑性フィルムと炭素繊維織物を複数枚積層したものの上下両面に離型紙を貼り付けることが知られているが、離型紙を貼り付けるとさらに前記サイジング剤が分解したガスを閉じ込めることになってしまう。

そこで、本発明の目的とするところは、品質性能に優れたプリプレグの成形品を製造する方法を提供することにある。
また、他の目的は、プリプレグの成形品の離型性を向上させることにある。

上記の目的を達成するために、本発明のプリプレグ製造方法は、シート状に加工した熱可塑性フィルム（１０）と、サイジング剤が上下両面に塗布された炭素繊維織物（２０）を交互に複数枚積層した積層物をプレス成形機によりプレスして加熱溶融させるフィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するプリプレグ製造方法であって、
前記熱可塑性フィルム（１０）には上下に貫通する複数の穴（１１）が開けられるとともに、前記積層物の最上位及び最下位に前記熱可塑性フィルム（１０Ａ，１０Ｄ）を配置した後、前記プレス成形機によりプレスし、
前記プレス時に前記サイジング剤から発生したガスを前記熱可塑性フィルム（１０）に開けられた穴（１１）を通して前記プレス成形機から外部に逃がすようにしたことを特徴とする。

また、本発明のプリプレグ製造方法は、シート状に加工した熱可塑性フィルム（１０）と、サイジング剤が上下両面に塗布された炭素繊維織物（２０）を交互に複数枚積層した積層物をプレス成形機によりプレスして加熱溶融させるフィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するプリプレグ製造方法であって、
前記熱可塑性フィルム（１０）には上下に貫通する複数の穴（１１）が開けられるとともに、前記積層物の最上位及び最下位に前記熱可塑性フィルム（１０Ａ，１０Ｄ）を配置した後、
前記最上位の熱可塑性フィルム（１０Ａ）の上部及び前記最下位の熱可塑性フィルム（１０Ｄ）の下部に、上下両面に無数の突起物（３１）が形成された耐熱性を有する離型紙（３０）を設けて前記プレス成形機によりプレスし、
前記プレス時に前記サイジング剤から発生したガスを前記熱可塑性フィルム（１０）に開けられた穴（１１）及び前記離型紙（３０）に形成された突起物（３１）の間を通して前記プレス成形機から外部に逃がすようにしたことを特徴とする。

なお、本発明でいうプリプレグには炭素繊維織物（２０）に対する樹脂含浸量を抑えたいわゆるセミプレグも含まれることを意味する。

また、本発明は、前記離型紙（３０）に形成された突起物（３１）は、数ミクロン単位の突出量であることを特徴とする。

また、本発明は、前記離型紙（３０）に形成された突起物（３１）は、前記熱可塑性フィルム（１０）が溶融したときの溶融樹脂（１５）との接触角（θ）を１８０゜（度）近くにする程度に突出量，間隔及び形状が設定されてなることを特徴とする。

なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。

本発明によれば、シート状に加工した熱可塑性フィルムには複数の穴が開けられ、フィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するときに、炭素繊維織物に塗布されたサイジング剤から発生したガスは、熱可塑性フィルムに開けられた穴を通してプレス成形機から外部に逃がされ、炭素繊維織物と熱可塑性フィルムの間に閉じ込められることは防止されるので、ボイド（空隙）が発生することが抑制される。
これによって、品質性能に優れたプリプレグの成形品を製造することができる。

また本発明によれば、最上位の熱可塑性フィルムの上部及び最下位の熱可塑性フィルムの下部には離型紙が設けられているのでプレス成形機によって加熱・加圧処理を行った後、完成したプリプレグの成形品を金型から容易に離型することができる。
このとき、離型紙の上下両面には無数の突起物が形成されているので、プレス時にサイジング剤から発生したガスが離型紙によって閉じ込められることは避けられ、ガスは、熱可塑性フィルムに開けられた穴及び離型紙に形成された突起物の間を通してプレス成形機から外部に逃がされる。
このように離型紙を設けた場合であってもボイド（空隙）が発生することを抑制することができる。

しかも、本発明によれば、離型紙に形成された突起物を数ミクロン単位の突出量とするので、熱可塑性フィルムから溶融した樹脂は離型紙に対して高い撥水性を示すようになるので金型から離型紙を剥がし易い。また、ガスの逃がし道となる突起物間の凹部を溶融樹脂で濡らすことも防止されるのでガスを外界に確実に逃がすことができる。
特に、離型紙に形成された突起物の突出量，間隔及び形状を、溶融樹脂との接触角を１８０゜（度）近くにする程度に設定することで、溶融樹脂は離型紙に対して超撥水性を示すようになるのでより好ましい。

なお、本発明のプリプレグ製造方法のように、熱可塑性フィルムに複数の穴を開けたり、さらには離型紙の表面に無数の突起物を形成したりして、プレス時に炭素繊維織物に塗布されたサイジング剤から発生したガスをプレス成形機から外部に逃がすようにしたことは、従来、まったく知られたものではない。

本発明の実施形態に係るプリプレグ製造方法を示すもので、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の一枚の熱可塑シートを示すもので、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の熱可塑シートと炭素繊維織物を交互に積層した状態を示すもので、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の離型紙に対して撥水性を示す溶融樹脂を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る別のプリプレグ製造方法を示すもので、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。

図１乃至図４を参照して本発明の実施形態に係るプリプレグ製造方法について説明する。

本発明の実施形態に係るプリプレグ製造方法は、シート状に加工した熱可塑性フィルム（熱可塑シート）１０と、サイジング剤（図示しない）が上下両面に塗布された炭素繊維織物２０を交互に複数枚積層した積層物をプレス成形機（図示しない）によりプレスして加熱溶融させるフィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するものである。なお、ここでいうプリプレグには、樹脂含浸量を抑えたいわゆるセミプレグも含まれる。

図２及び図３に示すように、それぞれの熱可塑性フィルム１０Ａ（１０）には上下に貫通する複数の穴（空気穴）１１が開けられている。穴１１は等間隔で設けられているが、これに限定されるものではなく、ランダムであってもよい。

ここでは、４枚の穴あきの熱可塑性フィルム１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの間に３枚の炭素繊維織物２０が挟み込まれるようにして上下方向に積層される。よって、積層物の最上位には、熱可塑性フィルム１０Ａが配置され、積層物の最下位には、熱可塑性フィルム１０Ｄが配置されている。
また、４枚の熱可塑性フィルム１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに形成された穴１１の位置は同一であるので、これらを重ねたとき穴１１は、図３に示すように上下方向に一致するが、穴１１の位置は、熱可塑性フィルム１０毎に異なるようにしてもよい。

炭素繊維織物２０に塗布されたサイジング剤は、熱可塑性フィルム１０に対してすべりが生じることを防止して安定した状態で積層するために使用され、サイジング剤としては、一般的にエポキシ系のものが使用される。
また、熱可塑性フィルム１０の溶融温度はサイジング剤の分解温度よりも高く、プレス時に熱可塑性フィルム１０が溶融するときにはサイジング剤は分解してガス化している。

次に、最上位の熱可塑性フィルム１０Ａの上部及び最下位の熱可塑性フィルム１０Ｄの下部には、離型紙３０を設けている。
この離型紙３０は耐熱性に優れその上下両面には、図１及び図４に示すように、無数の突起物３１が等間隔で形成されている。突起物３１は、円柱状で数ミクロン単位の突出量Ｔである。また、突出量Ｔより、隣接する突起物３１間の凹部３２の水平方向の幅Ｌの方を広くしている。
そして、ここでは、突起物３１の突出量，間隔及び形状を、図４に示すように、熱可塑性フィルム１０が溶融したときの溶融樹脂１５との接触角を１８０゜（度）近くにする程度に設定している。

そして、図１に示したような、離型紙３０，熱可塑性フィルム１０，炭素繊維織物２０からなる積層物をプレス成形機の金型にセットした後、プレスして加熱溶融させる。
このときサイジング剤から発生するガスを熱可塑性フィルム１０に開けられた穴１１及び離型紙３０に形成された突起物３１の間を通してプレス成形機から外部に逃がすようにしている。
このようにして、金型の形状に対応したプリプレグの完成品が成形される。

このような製造方法によれば、シート状に加工した熱可塑性フィルム１０には複数の穴１１が開けられ、フィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するときに、炭素繊維織物２０に塗布されたサイジング剤から発生したガスは、熱可塑性フィルム１０に開けられた穴１１を通してプレス成形機から外部に逃がされ、炭素繊維織物２０と熱可塑性フィルム１０の間に閉じ込められることは防止されるので、ボイド（空隙）が発生することが抑制される。

また、最上位の熱可塑性フィルム１０Ａの上部及び最下位の熱可塑性フィルム１０Ｂの下部には離型紙３０がそれぞれ設けられているのでプレス成形機によって加熱・加圧処理を行った後、完成したプリプレグの成形品を金型から容易に離型することができる。
このとき、離型紙３０の上下両面には無数の突起物３１が形成されているので、プレス時にサイジング剤から発生したガスが離型紙３０によって閉じ込められることは避けられ、ガスは、熱可塑性フィルム１０に開けられた穴１１及び離型紙３０に形成された突起物３１の間を通してプレス成形機から外部に逃がされる。
このように離型紙３０を設けた場合であってもボイド（空隙）が発生することを抑制することができる。

しかも、離型紙３０に形成された突起物３１を数ミクロン単位の突出量とするので、熱可塑性フィルム１０から溶融した樹脂１５は離型紙３０に対して高い撥水性を示すようになるので金型から離型紙を剥がし易い。また、ガスの逃がし道となる突起物３１間の凹部を溶融樹脂１５で濡らすことも防止されるのでガスを外界に確実に逃がすことができる。
特に、離型紙３０に形成された突起物３１の突出量，間隔及び形状を、溶融樹脂１５との接触角θを１８０゜（度）近くする程度に設定することで、溶融樹脂１５は離型紙３０に対して超撥水性を示すようになるのでより好ましい。

なお、ここでは、最上位の熱可塑性フィルム１０Ａの上部及び最下位の熱可塑性フィルム１０Ｄの下部に無数の突起物３１が形成された離型紙３０を設けてプレス後に、金型からの離型を容易にするようにしたが、図５に示すように、離型紙３０を設けないようにすることもできる。
これによれば、離型性については多少の難点はあるものの、上下に貫通する複数の穴１１が形成された熱可塑性フィルム１０を使用することでプレス時にサイジング剤から発生したガスを熱可塑性フィルム１０に開けられた穴１１を通して外部に逃がし、その結果、ボイド（空隙）の発生を抑制することができるので有効である。

１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ） 熱可塑性フィルム（熱可塑シート）
１１ 穴
１５ 溶融樹脂
２０ 炭素繊維織物
３０ 離型紙
３１ 突起物
３２ 凹部
θ 接触角

Claims (4)

1. シート状に加工した熱可塑性フィルムと、サイジング剤が上下両面に塗布された炭素繊維織物を交互に複数枚積層した積層物をプレス成形機によりプレスして加熱溶融させるフィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するプリプレグ製造方法であって、
   前記熱可塑性フィルムには上下に貫通する複数の穴が開けられるとともに、前記積層物の最上位及び最下位に前記熱可塑性フィルムを配置した後、前記プレス成形機によりプレスし、
   前記プレス時に前記サイジング剤から発生したガスを前記熱可塑性フィルムに開けられた穴を通して前記プレス成形機から外部に逃がすようにしたことを特徴とするプリプレグ製造方法。
2. シート状に加工した熱可塑性フィルムと、サイジング剤が上下両面に塗布された炭素繊維織物を交互に複数枚積層した積層物をプレス成形機によりプレスして加熱溶融させるフィルムスタッキング法によりプリプレグの成形品を製造するプリプレグ製造方法であって、
   前記熱可塑性フィルムには上下に貫通する複数の穴が開けられるとともに、前記積層物の最上位及び最下位に前記熱可塑性フィルムを配置した後、
   前記最上位の熱可塑性フィルムの上部及び前記最下位の熱可塑性フィルムの下部に、上下両面に無数の突起物が形成された耐熱性を有する離型紙を設けて前記プレス成形機によりプレスし、
   前記プレス時に前記サイジング剤から発生したガスを前記熱可塑性フィルムに開けられた穴及び前記離型紙に形成された突起物の間を通して前記プレス成形機から外部に逃がすようにしたことを特徴とするプリプレグ製造方法。
3. 前記離型紙に形成された突起物は、数ミクロン単位の突出量であることを特徴とする請求項２に記載のプリプレグ製造方法。
4. 前記離型紙に形成された突起物は、前記熱可塑性フィルムが溶融したときの溶融樹脂との接触角を１８０゜（度）近くにする程度に突出量，間隔及び形状が設定されてなることを特徴とする請求項２又は３に記載のプリプレグ製造方法。