JP2017154330A - 強化繊維中に樹脂を含浸させる装置および強化繊維中に樹脂を含浸させる方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 設備が大がかりなものではなく、均一に強化繊維中に樹脂を含浸せしめることが可能であり、強化繊維と樹脂の移動速度を上昇させ、生産性の向上が可能であるプリプレグの製造装置および方法が求められていた。【解決手段】 強化繊維と樹脂が移動する方向と直交するように、且つ前記方向に所定間隔で複数のしごき刃を配置し、隣接する２本のしごき刃の一方のしごき刃の上方を前記強化繊維と樹脂が通過するとともに他方のしごき刃の下方を前記強化繊維と樹脂が通過するような強化繊維と樹脂の走行位置とし、前記しごき刃の少なくとも１つが１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動する、強化繊維中に樹脂を含浸させる装置。【選択図】 図１

Description

この発明は、炭素繊維やガラス繊維に代表される強化繊維に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグを製造する装置および強化繊維中に樹脂を含浸させる方法に関する。

近年、航空機、スポーツレジャー、自動車等の産業用途において、強化繊維複合材料が幅広く用いられている。この強化繊維複合材料はプリプレグと呼ばれる強化繊維中に樹脂を含浸させた中間基材を元にして、該プリプレグを重ねたり、貼りあわせたりし、その後加圧や加熱を行い、賦形することにより成形品を得る。しかしながら、効率的に強化繊維中に樹脂を含浸せしめることは難しい。

例えば、特許文献１には多数のしごき棒によって強化繊維中に樹脂を含浸せしめる装置が開示されている。しかしながらこの方法では、しごき棒の数が多数必要となるために、装置が長大なものになるという問題点があった。また熱可塑性樹脂を含浸せしめる場合には加熱ヒーターを配置する必要があるが、特許文献１の装置では、多数のしごき棒を覆うような長大な加熱ヒーターが必要となる。

強化繊維中に熱可塑性樹脂を含浸せしめる場合には、特許文献２には、含浸ロールを強化繊維と樹脂の進行方向と直交方向に振動する方法が開示されている。しかしながらこの方法によると、ロールで加圧しながら、該ロールを横に移動するために、均一に圧力を与えることが困難であるという問題点があった。そのために広幅のプリプレグを製造することが困難である。

特許第５１４０７０７号公報 特表２０１４−５１３６３８号公報

以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、設備が大がかりなものではなく、均一に強化繊維中に樹脂を含浸せしめることが可能であり、強化繊維と樹脂の移動速度を上昇させ、生産性の向上が可能であるプリプレグの製造装置および方法を提供することである。

上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、強化繊維および樹脂を振動させたしごき刃にかけることにより課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明の要旨は、以下の（１）〜（１０）に存する。

（１） 強化繊維と樹脂が移動する方向と直交するように、且つ前記方向に所定間隔で複数のしごき刃を配置し、隣接する２本のしごき刃の一方のしごき刃の上方を前記強化繊維と樹脂が通過するとともに他方のしごき刃の下方を前記強化繊維と樹脂が通過するような強化繊維と樹脂の走行位置とし、前記しごき刃の少なくとも１つが１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動する、強化繊維中に樹脂を含浸させる装置。
（２） 超音波発生装置により前記しごき刃が振動する、上記（１）に記載の強化繊維中に樹脂を含浸させる装置。
（３） 強化繊維と樹脂を、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動するしごき刃にかけて強化繊維中に樹脂を含浸させる方法。
（４） 前記強化繊維と樹脂を、前記しごき刃に対して直交するように移動させる、上記（３）に記載の方法。
（５） 超音波発生装置により前記しごき刃を振動させる、上記（３）または（４）に記載の方法。
（６） 前記強化繊維が連続繊維であり、繊維の配向方向に強化繊維と樹脂を移動させる、上記（３）から（５）のいずれかに記載の方法。
（７） 前記強化繊維と樹脂を、一定の範囲の張力を維持しつつ一定の範囲の速度で連続的に移動させる、上記（３）から（６）のいずれかに記載の方法。
（８） 前記強化繊維と樹脂が、強化繊維に樹脂を塗布したものである、上記（３）から（７）のいずれかに記載の方法。
（９） 前記強化繊維と樹脂が、強化繊維に樹脂シートを重ねたものである、上記（３）から（７）のいずれかに記載の方法。
（１０） 前記強化繊維と樹脂が、予め強化繊維に樹脂を固着させた未含浸のプリプレグである、上記（３）から（７）のいずれかに記載の方法。

本発明によれば、しごき刃を振動させるため、含浸が極めて良好であり、そのためにしごき刃の数を減らすことができて設備が簡便なものになる。また圧力も必要でないために、均一に含浸ができ、生産速度を上げることが可能である。

また本発明によれば、しごき刃を通過する前の強化繊維と樹脂は、互いに接触していればよく、フィルム状の樹脂で強化繊維を挟み込んだもの、強化繊維に樹脂を塗工したもの、また未含浸部分が多いプリプレグなどが利用できる。

本発明に係る繊維強化プラスチック用樹脂含浸装置の実施形態を説明する図である。 本発明に係る繊維強化プラスチック用樹脂含浸装置の実施形態を説明する図である。 本発明に係る繊維強化プラスチック用樹脂含浸装置の実施形態を説明する図である。 本発明に係るしごき刃と超音波発生装置を説明する図である。

本発明における強化繊維および樹脂については、それぞれ特に限定されるものではなく、通常の繊維強化樹脂プラスチックの原料として使用しうるものを使用することができる。強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維等が挙げられ、また樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ樹脂などの熱可塑性樹脂、またエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化樹脂等が利用可能である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る繊維強化プラスチック用樹脂含浸装置の第１の実施形態の概要を示す図である。クリール１より巻きだされた強化繊維２は開繊装置３を通して平板状に開繊される。次いでダイ４より押し出された樹脂を支持ロール５上部で開繊された強化繊維に塗工する。その後ヒーター６で加熱した後に、複数の超音波発生装置８を備えたしごき刃７の間を、一定の範囲の速度と一定の範囲の張力で通すことにより、樹脂を含浸せしめる。その後冷却ロール９で冷却し巻き取り装置１０によりロール状に巻き取る。

［第２の実施形態］
第１の実施形態と同様であるが、樹脂を塗工するのではなく、フィルムロール１１より巻きだされた樹脂フィルム１２を用い、強化繊維を挟み込んでニップロール１３で固定する。それ以外は第１の実施形態と同様である。

［第３の実施形態］
あらかじめ樹脂を固着させた未含浸のプリプレグ１４を準備し、それを加熱し、複数のしごき刃を通して、巻き取る。

本発明の強化繊維中に樹脂を含浸させる装置は、強化繊維と樹脂が移動する方向と直交するように、且つ前記移動方向に所定間隔で複数のしごき刃を配置している。隣接する２本のしごき刃の一方のしごき刃の上方を前記強化繊維と樹脂が通過し、また、他方のしごき刃の下方を前記強化繊維と樹脂が通過するように、強化繊維と樹脂の走行位置が設定されている。しごき刃の少なくとも１つは、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動する。しごき刃にこの振動機能を付することにより、含浸が極めて良好であり、そのためにしごき刃の数を減らすことができて設備が簡便なものになる。

前記しごき刃の振動は、振動の均一性の観点から、超音波発生装置により振動させることが好ましい。

本発明のもう一つの形態として、強化繊維と樹脂を、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動するしごき刃にかけて強化繊維中に樹脂を含浸させる方法が挙げられる。

前記強化繊維と樹脂としては、［１］強化繊維に樹脂を塗布したもの、［２］強化繊維に樹脂シートを重ねたもの、［３］予め強化繊維に樹脂を固着させた未含浸のプリプレグ、等が挙げられる。

前記強化繊維と樹脂は、しごき刃に対して直交するように移動させる。強化繊維と樹脂は、一定の範囲の張力を維持しつつ一定の範囲の速度で連続的に移動させることが好ましい。強化繊維が連続繊維である場合は、繊維の配向方向に強化繊維と樹脂を移動させる。

１：クリール
２：強化繊維
３：開繊装置
４：ダイ塗工装置
５：支持ロール
６：加熱装置
７：しごき刃
８：超音波発生装置
９：冷却ロール
１０：巻き取り装置
１１：フィルムロール
１２：樹脂フィルム
１３：ニップロール
１４：未含浸プリプレグ

Claims (10)

1. 強化繊維と樹脂が移動する方向と直交するように、且つ前記方向に所定間隔で複数のしごき刃を配置し、隣接する２本のしごき刃の一方のしごき刃の上方を前記強化繊維と樹脂が通過するとともに他方のしごき刃の下方を前記強化繊維と樹脂が通過するような強化繊維と樹脂の走行位置とし、前記しごき刃の少なくとも１つが１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動する、強化繊維中に樹脂を含浸させる装置。
2. 超音波発生装置により前記しごき刃が振動する、請求項１に記載の強化繊維中に樹脂を含浸させる装置。
3. 強化繊維と樹脂を、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下で振動するしごき刃にかけて強化繊維中に樹脂を含浸させる方法。
4. 前記強化繊維と樹脂を、前記しごき刃に対して直交するように移動させる、請求項３に記載の方法。
5. 超音波発生装置により前記しごき刃を振動させる、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記強化繊維が連続繊維であり、繊維の配向方向に強化繊維と樹脂を移動させる、請求項３から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記強化繊維と樹脂を、一定の範囲の張力を維持しつつ一定の範囲の速度で連続的に移動させる、請求項３から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記強化繊維と樹脂が、強化繊維に樹脂を塗布したものである、請求項３から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記強化繊維と樹脂が、強化繊維に樹脂シートを重ねたものである、請求項３から７のいずれかに記載の方法。
10. 前記強化繊維と樹脂が、予め強化繊維に樹脂を固着させた未含浸のプリプレグである、請求項３から７のいずれかに記載の方法。