JP2017177805A - 樹脂含浸繊維束の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂樹脂含浸槽に貯えられた硬化剤成分としてアミン系硬化剤を使用しても、樹脂と水分の接触によって発生するアミンブラッシュ白化現象を抑制させることにより樹脂含浸ローラを用いて繊維束に含浸させる際、均一に含浸でき、樹脂含浸ムラを回避させる樹脂含浸繊維束の製造方法を提供するさらに、水分の削減範囲を樹脂含浸槽に限定することにより、従来の樹脂を含浸させる工程全体に不活性ガスを覆う設備に対して小型化設備した設備を提供する。
【解決手段】連続して送り出される樹脂未含浸の繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸繊維束の製造方法であって、含浸される樹脂を貯えた樹脂含浸槽と、前記樹脂含浸槽内の樹脂中に樹脂含浸ローラの一部を浸漬させた樹脂含浸設備を備え、送り出された前記繊維束に前記樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を少なくとも有し、前記樹脂含浸工程において、前記樹脂含浸槽の表層周辺における水分を削減する削減手段を有する樹脂含浸繊維束の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと称す:Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ Ｐｌａｓｔｉｃ）製容器等の製造に係る樹脂含浸繊維束の製造方法に関する。

繊維強化プラスチックは高強度、高弾性率などの優れた機械的特性を有しているため、自動車など一般産業用途などに広く使用されており、その成形方法も様々に開発されている。その中でもフィラメントワインディング成形法や引き抜き成形法などの樹脂を含浸させた連続した繊維を引きそろえて使用する成形方法は高強度の成形品を得るのに適している。

これらの成形方法において、製造開始時は、繊維束と液状の樹脂とが別々に用意され、製造過程で一体化した後、所望の形状に成形することが一般的である。この製造工程において、エポキシ樹脂と硬化剤を主成分とする液状の樹脂を樹脂含浸槽等の槽内に貯え、樹脂含浸ローラ等を用いて繊維束に含浸させ、その後樹脂を硬化させる。その際、樹脂含浸槽に貯えられた硬化剤成分としてアミン系硬化剤が用いられる場合がある。アミン系硬化剤として例えば、アミンやジアミンを基本とした脂肪族アミンを使用すると、水との接触により反応し、アミンブラッシュと呼ばれる固形物を析出する白化現象を生じる場合がある。そうすると含浸ローラ表面に固形物が付着して、含浸ローラ等を用いて繊維束に含浸させる際、均一な樹脂含浸を阻害し、樹脂含浸ムラを生じてしまう場合がある。

特許文献１（特開２００４−１６２０２４号公報）では、「溶融混練された熱可塑性樹脂が連続した繊維束に含浸される工程を含み、溶融混練工程において熱可塑性樹脂と不活性ガスとが、可塑化装置の材料供給口から、一定量の不活性ガスとともに熱可塑性樹脂が供給される長繊維強化熱可塑性樹脂組成物ペレットの製造方法」が記載され、「熱可塑性樹脂とともに同伴される酸素を抑制し、長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の劣化を抑える」効果が開示されている。

しかし、特許文献１の構成は、熱可塑性樹脂と不活性ガスとを共に供給することで酸素の同伴を回避することで樹脂劣化を抑制することができるが、加熱溶融される樹脂の酸素劣化を抑制することを目的とするものであり、繊維束に樹脂を含浸させる際の不活性ガスの導入方法についてはなんら触れられていない。

また、特許文献２（特許第２６６２８５３号公報）では、「繊維束に前記熱可塑性樹脂を含浸させる工程と、前記スクイズバーにより余分な樹脂を絞り取る工程とを、不活性ガス雰囲気下に行う」方法が記載され、「溶融した熱可塑性樹脂は酸化劣化を防止することができる」」効果が開示されている。

しかし、特許文献２の構成では、不活性ガス雰囲気槽は、熱可塑性樹脂中に繊維束を通過させて樹脂を含浸させる工程全体を不活性ガスで覆うため、不活性ガス雰囲気空間の大型化とその不活性ガス雰囲気状態を維持させるため大きな噴出力、さらには基材への損傷の問題が残る。

特開２００４−１６２０２４号公報 特許第２６６２８５３号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、樹脂含浸槽に貯えられた硬化剤成分としてアミン系硬化剤を使用しても、樹脂と水分の接触によって発生するアミンブラッシュ白化現象を抑制させることにより、樹脂含浸ローラを用いて繊維束に含浸させる際、均一に含浸でき、樹脂含浸ムラを回避させる樹脂含浸繊維束の製造方法を提供することを目的とする。

さらに、水分の削減範囲を樹脂含浸槽に限定することにより、従来の樹脂を含浸させる工程全体に不活性ガスを覆う設備に対して設備の小型化を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用するものである。すなわち、
［１］連続して送り出される樹脂未含浸の繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸繊維束の製造方法であって、含浸される樹脂を貯えた樹脂含浸槽と、前記樹脂含浸槽内の樹脂中に樹脂含浸ローラの一部を浸漬させた樹脂含浸設備を備え、送り出された前記繊維束に前記樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を少なくとも有し、前記樹脂含浸工程において、前記樹脂含浸槽の表層周辺における水分を削減する削減手段を有する樹脂含浸繊維束の製造方法。
［２］前記削減手段として、前記樹脂含浸槽の表層周辺に乾燥空気又は不活性ガスを供給する、または水を吸着する物質を配置する、［１］に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［３］前記樹脂含浸槽の表層に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出する［２］に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［４］前記樹脂含浸槽の表層と略平行に乾燥空気又は不活性ガスを流す［２］または［３］に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［５］前記樹脂含浸槽の上部に密閉カバーを配し、前記密閉カバーは前記樹脂含浸槽の表層と一定の空隙を設けるとともに、前記樹脂含浸ローラと一定の間隙を設けて配置する［１］〜［４］のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［６］前記密閉カバーを、前記樹脂含浸ローラの回転中心軸を通る水平線よりも下方に配置する［５］に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［７］前記密閉カバーと前記樹脂含浸ローラとの間に設けた一定の間隙から乾燥空気又は不活性ガスを前記樹脂含浸槽に向けて噴出させる［５］または［６］に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［８］前記密閉カバーもしくは前記樹脂含浸槽に、乾燥空気又は不活性ガスを噴出する噴出ノズルを接続し、前記密閉カバーと前記樹脂含浸槽の表層との空隙に乾燥空気又は不活性ガスを噴出させる［５］〜［７］のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［９］前記密閉カバーと前記樹脂含浸槽の表層との一定の空隙を減圧状態にする［５］〜［８］のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［１０］水を吸着する物質としてシリカゲルまたはゼオライトを用いる［１］に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
［１１］前記樹脂が、エポキシ樹脂［Ａ］と、アミン系硬化剤［Ｂ］とを少なくとも含むエポキシ樹脂組成物である［１］〜［１０］のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
である。

本発明によれば、アミン系硬化剤を使用した場合に水分との接触反応で発生するアミンブラッシュによる白化現象を抑制することにより、樹脂含浸ローラを用いて繊維束に含浸させる際、均一に含浸でき、樹脂含浸ムラを回避させることができる。さらに、水分の削減範囲を含浸される樹脂を貯えた樹脂含浸槽に限定することにより、従来の樹脂含浸装置に比べて設備の小型化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る樹脂含浸繊維束の製造方法を用いた製造フローの一例の全体構成を示す概略図である。 本発明に係る樹脂含浸部の概略図である。 樹脂含浸槽に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出させるノズルを設けた樹脂含浸設備の概略図である。 ミストヘッダーエアノズルの噴出状態を示す概略図である。 フルコーン型エアーノズルの噴出状態を示す概略図である。 フラットエアーノズルの噴出状態を示す概略図である。 ナイフジェットエアーノズルの噴出状態を示す概略図である。 樹脂含浸槽の樹脂の液面の表層と略平行に乾燥空気又は不活性ガスを噴出させるノズルを設けた樹脂含浸設備を示す概略図である。 樹脂含浸槽の上部に密閉カバーを配した樹脂含浸設備を示す概略図である。 樹脂含浸槽に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出させるノズルを設けた樹脂含浸設備を示す概略図である。 樹脂含浸槽内部に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出させるノズルを設けた樹脂含浸設備を示す概略図である。 密閉カバーが設けられた樹脂含浸槽を減圧するために減圧装置を設けた樹脂含浸設備を示す概略図である。 密閉カバーが設けられた樹脂含浸槽を減圧するために減圧装置と、樹脂含浸槽内部に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出させるノズルを設けた樹脂含浸設備を示す概略図である。

以下、本発明について図面を用いながら説明する。なお、図面に示した実施態様は本発明を示す一例であって、本発明はこれら図面の態様に限定されるものではない。

本発明は、連続して送り出される樹脂未含浸の繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸繊維束の製造方法であって、含浸される樹脂を貯えた樹脂含浸槽と、前記樹脂含浸槽内の樹脂中に樹脂含浸ローラの一部を浸漬させた樹脂含浸設備を備え、送り出された前記繊維束に前記樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を少なくとも有し、前記樹脂含浸工程において、前記樹脂含浸槽の表層周辺における水分を削減する削減手段を有する構成からなる。

本発明の実施形態に係る樹脂含浸繊維束の製造方法を用いた製造フロー１の一例を図１に示す。製造フロー１は、主として、繊維束送出工程を担う繊維束送出部１００、送り出された繊維束を案内する案内工程を担う繊維束案内部２００、繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を担う樹脂含浸部４００、および樹脂を含浸させた繊維束を巻き付ける巻付工程を担う繊維束巻付部３００が、この順で配置されている。

本発明において、アミンブラッシュが発生し樹脂含浸ムラを引き起こす樹脂含浸工程において、水分を削減する削減手段を有することが重要である。削減手段を設ける樹脂含浸部４００について、図２を用いて説明する。樹脂未含浸の繊維束１０３は、繊維束送りローラ４０３により一定の張力が付与されて、樹脂含浸ローラ４０２に送られ、繊維束１０３が樹脂含浸ローラ４０２と接触する。樹脂含浸ローラ４０２はその一部が、含浸される樹脂４０５を貯えた樹脂含浸槽内４０１の樹脂中に浸漬している。樹脂含浸ローラ４０２は繊維束１０３の搬送方向４０７と同方向の矢印４０６方向に回転する。樹脂が付着した回転する樹脂含浸ローラ４０２と繊維束１０３が接触することにより、樹脂４０５が繊維束１０３に含浸する。

ここで、本発明で使用する繊維束や樹脂について説明する。

本発明において用いられる繊維束としては、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維および炭化ケイ素繊維等が挙げられる。これらの強化繊維を２種以上混合して用いることも可能である。より高強度の成形品を得るために、炭素繊維を用いることが好ましい。

用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維を用いることが可能であるが、高強度を有する成形品を得られることからＪＩＳ Ｒ ７６０１（１９８６）に記載の方法によるストランド引張試験における引張弾性率が３〜８ＧＰａの炭素繊維が好ましい。

強化繊維の形態はボビンから引き出すことができれば、特に限定されるものではなく、クロスやロービングが用いられる。特に、高強度が要求される用途には、強化繊維が単一方向に引き揃えられたロービングを使用することが特に好ましい。

本発明で使用する樹脂としては、エポキシ樹脂［Ａ］と、アミン系硬化剤［Ｂ］とを含むエポキシ樹脂組成物であることが好ましい。また、硬化時間を短縮させるために、硬化触媒［Ｃ］を適宜加えることも可能である。

エポキシ樹脂［Ａ］は、分子中にエポキシ基を含む化合物をいう。かかるエポキシ樹脂としては、水酸基を複数有するフェノールから得られる芳香族グリシジルエーテル、水酸基を複数有するアルコールから得られる脂肪族グリシジルエーテル、アミンから得られるグリシジルアミン、カルボキシル基を複数有するカルボン酸から得られるグリシジルエステル、ジフェニルメタン骨格を有するビスフェノール、オキシラン環を有するエポキシ樹脂などがあげられる。

また、アミン系硬化剤［Ｂ］は、エポキシ樹脂を硬化させるために必要な成分である。アミン系硬化剤とは分子中に窒素原子を含み、エポキシ基と反応して硬化させる化合物をいう。かかる硬化剤としては、例えば、脂肪族アミン、テトラメチルグアニジン、イミダゾールまたはその誘導体、カルボン酸ヒドラジド類、３級アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミドまたはその誘導体等が挙げられる。また、酸無水物系硬化剤を使用しても良い。酸無水物系硬化剤ではアミンブラッシュは起こらないものの、水分との反応で劣化することが知られている。

本発明における、エポキシ樹脂と硬化剤の硬化反応を促進する硬化触媒［Ｃ］としては、ウレア類、イミダゾール類、ルイス酸触媒、有機リン化合物、三級アミン化合物およびそれらの塩類などなどが挙げられる。

上記のような成分を備えた樹脂を繊維束に含浸させて成形しようとする際、硬化剤成分であるアミン系硬化剤［Ｂ］として、例えばアミンやジアミンを基本とした脂肪族アミンを使用すると、水との接触により反応し、アミンブラッシュと呼ばれる白化現象を生じる場合がある。白化現象が生じた場合、樹脂含浸槽に蓄積した固形物が含浸ローラ表面に付着して、含浸ローラ等を用いて繊維束に含浸させる際、均一な含浸を阻害し、樹脂含浸ムラを生じてしまう場合がある。したがって、樹脂含浸ムラの原因となる樹脂含浸槽での固形物蓄積を防止するために、樹脂含浸工程に水分を削減する削減手段を有することが重要となる。

具体的な削減手段としては、樹脂含浸槽の表層周辺に乾燥空気又は不活性ガスを供給する、または水を吸着する物質を配置することが好ましい。

最初に、乾燥空気又は不活性ガスを供給する方法について説明する。

乾燥空気又は不活性ガスを供給する具体的な方法としては、樹脂槽含浸の表層に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出する構成を備えることが好ましい。乾燥空気又は不活性ガスを直接樹脂槽含浸の表層に向けて樹脂噴出させることで、樹脂と、水分とが接触反応することを回避することができる。

乾燥空気又は不活性ガスを直接樹脂含浸槽の表層に向けて噴出させる態様の一例を図３に示す。

噴出ポンプ４０８に接続された噴出ノズル４０９から、樹脂含浸槽の表層４１２の方向に向けて乾燥空気または不活性ガスを噴出させる。噴出方向４１０は噴出ノズル４０９の先端から樹脂含浸ローラ４０２の回転中心軸を通る水平線４１４に向かう方向に対して、樹脂含浸槽４０１内の樹脂４０５の液層の表層４１２に向けて噴出していることが好ましい。特に、噴出方向４１０を略鉛直方向に向けると、より効果的に水分を削減することができる。さらに、噴出ノズル４０９は、樹脂含浸ローラ４０２の一部が浸漬することで区切られた樹脂含浸槽４０１内の樹脂４０５の液層の表層４１２それぞれ（図３中では樹脂含浸ローラ４０２の左右それぞれ）に設けてもよい。

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が好ましく用いられる。乾燥空気は大気中の水分を吸着剤による除去、過熱／冷却サイクルによる除去などの方法を用いて作ることができる。

本発明における乾燥空気はＴｅｔｅｎｓ式を活用した（１）式で算出した水蒸気量が１８．０ｇ／ｍ^３以下であることが好ましい。水蒸気量が１８.０ｇ／ｍ^３以上だと、アミンブラッシュの抑制効果が少ない。
水蒸気量（ｇ／ｍ^３）＝２１７×ｅ／（ｔ（乾燥空気温度（℃）＋２７３．１５）×ＲＨ（乾燥空気の相対湿度（％））／１００ ・・・（１）
ｅ＝６．１１×１０＾（７．５×ｔ（乾燥空気温度（℃）／（２３７．３＋ｔ（乾燥空気温度（℃）））

噴出ノズル４０９の形態は特に限定されるものではなく、種々の形態を採用することができる。例えば、噴出ノズル４０９が樹脂含浸ローラ４０２の回転軸方向に沿って複数ライン状に配置させておくと、樹脂含浸槽４０１の表層４１２全体にわたって、均一に水分削除することができ好ましい。また、１つの噴出ノズル４０９に複数列の噴出口を設けてもよい。以下、図４〜図７に、噴出ノズル４０９の各種態様を例示する。

図４に示すミストヘッダーエアノズルは、ガス供給ライン５０１に送られた乾燥空気又は不活性ガスが、ライン状に並べられたミストヘッダーエアノズル５０２からミスト状に噴出（５０３）される。乾燥空気又は不活性ガスは樹脂一定の帯状の領域５０４に拡散させることができる。

また、図５に示すフルコーン型エアーノズルは、乾燥空気又は不活性ガスがフルコーン型エアーノズル５０５から円錐状に噴出（５０６）される。乾燥空気又は不活性ガスは樹脂一定の円状の領域５０７に拡散する。フルコーン型エアーノズルをライン状に複数並べると、広面積に乾燥空気又は不活性ガスを拡散させることができる。

さらに、図６に示すフラットエアーノズルは、乾燥空気又は不活性ガスがフラットエアーノズル５０８から三角状の狭い範囲に噴出（５０９）される。乾燥空気又は不活性ガスは樹脂一定の帯状の領域５１０に拡散する。拡散領域が狭いため、フラットエアーノズルをライン状に複数並べると、広面積に乾燥空気又は不活性ガスを拡散させることができる。

またさらに、図７に示すナイフジェットエアーノズルは、乾燥空気又は不活性ガスが、ナイフジェットエアーノズル５１１からナイフ状に噴出（５１２）される。乾燥空気又は不活性ガスは樹脂一定の帯状の領域５１３に拡散する。拡散領域が狭いため、ナイフジェットエアーノズルをライン状に複数並べると、広面積に乾燥空気又は不活性ガスを拡散させることができる。

フラットエアーノズル５０８やナイフジェットエアーノズル５１１は、乾燥空気又は不活性ガスが容易に拡散しない分、乾燥空気又は不活性ガスの噴出力を高めることができる。その結果、樹脂含浸槽４０１の表層周辺における水分を確実に削減する樹脂ことができる。

乾燥空気又は不活性ガスを直接樹脂含浸槽４０１の表層４１２に向けて噴出させる態様以外にも、図８に示すように、樹脂含浸槽４０１内の表層４１２と略平行に乾燥空気又は不活性ガスを噴出させて、表層４１２への水分を含む大気の流入を抑制するエアーカーテンを形成させる構成も好ましい態様である。この場合、噴出方向４１０は、噴出ノズル４０９の先端から樹脂含浸ローラ４０２の回転中心軸を通る水平線４１４に向かう方向に対して、略並行方向に向いていることが好ましい。噴出方向４１０を略並行方向に向けることにより効果的にエアーカーテンを形成することができる。図８では樹脂含浸ローラ４０２を挟んで一対の噴出ノズル４０９を対向配置しているが、これに限定されるものではなく、複数の噴出ノズル４０９を配置してもよい。

また、樹脂含浸槽４０１の上部に密閉カバー４１１を配置することも好ましい態様である。密閉カバー４１１は、図９に示すように、樹脂含浸槽４０１内の表層４１２との間に一定の空隙４１５を設けるとともに、樹脂含浸ローラ４０２と一定の間隙４１３を設けて配置する構成が好ましい。

樹脂含浸槽４０１の上部に密閉カバー４１１を配置することで、樹脂含浸槽４０１の密閉性を向上させることができ、樹脂含浸槽４０１の周囲にある水分を含んだ大気の流入を少なくできる。ここで、密閉カバー４１１の端部と樹脂含浸ローラ４０２とは、一定の間隙４１３を設けて配置することが好ましい。一定の間隙４１３を設けておくと、樹脂含浸ローラ４０２に塗布された樹脂４０５が接触せず、また、後述するように外部から樹脂含浸槽４０１内へ噴出ノズルから出す乾燥空気又は不活性ガスを噴出させる入口を確保することができる。一定の間隙４１３は５〜７０ｍｍが好ましい。５ｍｍｍ未満であると樹脂含浸ローラ４０２に塗布された樹脂４０５と接触する場合があり、７０ｍｍを超えると樹脂含浸槽４０１の内部の密閉性を確保することが困難になることがある。

またさらに、密閉カバー４１１は樹脂含浸ローラ４０２の回転中心軸を通る水平線４１４よりも下方に配置することが好ましい。このような配置が可能になると、繊維束送りローラ４０３を、より下方に配置することができ、繊維束１０３の樹脂含浸ローラ４０２への巻き付け角度を広げ、繊維束１０３と樹脂４０５の接触時間を長く確保することができる。その結果、安定的に繊維束１０３に樹脂４０５を付着させることができる。また、密閉カバー４１１にも繊維束１０３の通過孔を設ける必要がなくなり、通過孔周辺の密閉構造を新たに設けることが不要となり、繊維束１０３との接触による糸切れも防止できる。

また、図１０に示すように、密閉カバー４１１と樹脂含浸ローラ４０２との間に設けた一定の間隙４１３から、乾燥空気又は不活性ガスを樹脂含浸槽４０１内へ噴出させることも好ましい態様である。

樹脂含浸槽４０１を密閉カバー４１１で密閉させた状態で、乾燥空気又は不活性ガスを、密閉カバー４１１と樹脂含浸槽４０１内の表層４１２との間の一定の空隙４１５へ噴出させることで、一定の空隙４１５内に存在する水分をより効果的に削減することができる。

一定の空隙４１５へ乾燥空気又は不活性ガスを噴出する方法は特に限定されるものではなく、種々の形態を採用することができる。図１０に示すように、噴出ポンプ４０８から噴出ノズル４０９に送られた乾燥空気または不活性ガスを、一定の間隙４１３から樹脂含浸槽４０１に向けて噴出させることができる。

この時、噴出方向４１０は噴出ノズル４０９の先端から一定の間隙４１３の方向に向いていることが好ましい。直接的に一定の間隙４１３に乾燥空気または不活性ガスを噴出することにより、水分を効果的に削減できることができる。

また、乾燥空気又は不活性ガスを、一定の空隙４１５へ直接噴出させる構成も好ましい。この構成によると一定の空隙４１５内の水分をより効果的に削減することができる。例えば、図１１に示すように、一定の空隙４１５の領域に直接接続可能な樹脂含浸槽４０１の側面に噴出ノズル４０９を接続することもできるし、噴出ノズル４０９を密閉カバー４１１に接続しても良い。

また、密閉カバー４１１と樹脂含浸槽４０１内の表層４１２との間の一定の空隙４１５を減圧状態にすることも好ましい態様である。減圧状態とすることにより、一定の空隙４１５から水分を削減することができる。

ここで減圧状態とは、周囲の大気圧よりも小さい圧力に低下させることをいう。減圧状態は０〜９１２ｈＰａ（６８４ｍｍＨｇ）の範囲であることが好ましい。より好ましくは、真空（０〜１０２ｈＰａ）である。減圧手段は特に限定されるものではないが、図１２に示すように、真空ポンプ等の減圧装置４１６を密閉カバー４１１に接続して、一定の空隙４１５を減圧状態にし、水分を削減することができる。また、減圧装置４１６は樹脂含浸槽４０１に接続していても良い。

さらに、図１３に示すように、密閉カバー４１１と樹脂含浸槽４０１内の樹脂４０５の液層の表層４１２との間の一定の空隙４１５を減圧にした状態で、乾燥空気又は不活性ガスを供給することも好ましい態様である。減圧状態とした一定の空隙４１５に乾燥空気又は不活性ガスを供給することで、より効果的に一定の空隙４１５から水分を削減することができる。

以上説明したような、噴出ノズル４０９や密閉カバー４１１、減圧状態とすることを組み合わせることにより、水分の削減範囲が樹脂含浸槽４０１の表層４１２付近を均一かつ効率的に水分を削減可能とすることができ、樹脂含浸槽を含めた樹脂含浸繊維束の製造設備の小型化が達成できる。

次に、水を吸着する物質を配置する方法について説明する。

水を吸着する物質としては、シリカゲル若しくはゼオライトを用いることが好ましい。シリカゲルやゼオライトは多孔質構造を有することで、水分子の吸着効果が期待できる。特に、水分子を強く吸着するモレキュラーシーブを用いることが好ましい。

また、本発明において、水を吸着する物質を配置する場所は、密閉カバー４１１と樹脂含浸槽４０１内の表層４１２との間の一定の空隙４１５内であれば良い。樹脂４０５への混入防止を考慮すると、表層４１２と面する密閉カバー４１１の裏面に取り付けるのが好ましい。水を吸着する物質の密閉カバー４１１への固定方法は特に限定されるものではなく、水を吸着する物質の形態に応じて適宜選択することができる。

以下、実施例によって、本発明の一体化成形体およびその製造方法について具体的に説明するが、下記の実施例は本発明を何ら制限するものではない。

（１）エポキシ樹脂組成物
＜液状ビスフェノール型エポキシ樹脂［Ａ］＞
・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とブタンジオールジグリシジルエーテルの混合物、（“ARALDITE（登録商標）”LT1564 SP CI、ハンツマンジャパン（株）製）
＜アミン系硬化剤［Ｂ］＞
・シクロヘキシルアミン（“ARADUR（登録商標）”2954、ハンツマンジャパン（株）製）

（２）エポキシ樹脂組成物の調製
２０℃で、エポキシ樹脂[Ａ]、アミン系硬化剤[Ｂ]を１００：３５の重量比で混合し、樹脂組成物を得た。

（３）成形品の作製
フィラメントワインディング成形装置に、外径１７０ｍｍ、全長５００ｍｍの円筒のマンドレルを設置し、当該マンドレルに、強化繊維として東レ(株)製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋの糸束１本を引き揃え、それに上記樹脂組成物の入った樹脂を含浸させながら給糸した。マンドレルの軸方向に対して、±８８°の巻き角度で幅３００ｍｍの範囲に厚さ１５ｍｍで積層した。成形にかかった時間は６０分であった。

（４）樹脂含浸槽の構造
幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、深さ５０ｍｍの樹脂含浸槽に幅１００ｍｍ、外径１００ｍｍの樹脂含浸ローラをセットした。この含浸ローラに対して１０ｍｍの間隔を確保し樹脂含浸槽の全面を覆う密閉カバーを設置した。そして、樹脂含浸槽の側面に内部ガスを充填するノズルを１ライン取り付けた。また、内部の温度と湿度は樹脂含浸槽内に設置した温湿度計（“オンドトリ（登録商標）”ＴＲ−７１ｗｆ、（株）ティアンドティ製）で常時監視した。

（５）水蒸気量の計算
温湿度計（“オンドトリ（登録商標）”ＴＲ−７１ｗｆ、（株）ティアンドティ製）で得た温度、湿度を、前述した（１）式から水蒸気量を算出した。

（６）判定方法
以下の２つを満足した場合、アミンブラッシュが発生し樹脂含浸ムラが発生したと判断した。
１．成形中に樹脂含浸ローラ上に析出物および析出物由来のスジを目視で確認する。
２．樹脂付着量が５％以上減少した場合（具体的な測定方法は後述）。

前記アミンブラッシュが発生した後、成形品の作製を中断した。次いで、樹脂を含浸させた繊維束を２０ｍ巻取った時の重量と、あらかじめ取得した樹脂を含浸させていない繊維束の重量を用いて、以下（２）式に基づいて樹脂付着量を算出した。
樹脂付着量（％）＝（樹脂が付着した繊維束重量（ｇ）−繊維束重量（ｇ））／樹脂が付着した繊維束重量（ｇ）×１００・・・（２）

（７）評価
以下の実施例１〜５、比較例１、２を実施した。

(実施例１)
密閉カバーをセットし、密閉カバーと樹脂含浸槽の表層との間の一定の空隙に、露点０℃以下の乾燥空気を流量０．５L/ｍｉｎを流し続け、樹脂含浸槽内の水蒸気量を５．２ｇ／ｍ^３以下に保ち続けた。その結果、成形中にアミンブラッシュは確認できなかった。

(実施例２)
実施例１で使用した乾燥空気の代わりに窒素ガス（純度９９．５％）を使用し、密閉カバーをセットした一定の空隙に窒素ガスを流量０．３L/ｍｉｎを流し続け、水蒸気量を４．２ｇ／ｍ^３以下に保ち続けた以外は、実施例１と同様の条件で成形を行った。その結果、成形中にアミンブラッシュは確認できなかった。

(実施例３)
以下に示す樹脂を使用した以外は実施例１と同様の条件で成形を行った。その結果、成形中にアミンブラッシュは確認できなかった。
（１）エポキシ樹脂組成物
＜液状ビスフェノール型エポキシ樹脂［Ａ］＞
・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“ｊＥＲ（登録商標）”８２８、三菱化学（株）製）
＜アミン系硬化剤［Ｂ］＞
・ポリ（プロピレングリコール）ジアミン、イソホロンジアミン等の混合物（“ARADUR（登録商標）”３４８６ＢＤ、ハンツマンジャパン（株）製）
（２）エポキシ樹脂組成物の調製
２０℃で、エポキシ樹脂[Ａ]、アミン系硬化剤[Ｂ]を１００：３２の重量比で混合し、樹脂組成物を得た。

(実施例４)
実施例２で使用した窒素ガスを、実施例２と同じ条件で供給した以外は、実施例３と同様の条件で成形を行った。その結果、成形中にアミンブラッシュは確認できなかった。

(実施例５)
以下に示す樹脂含浸槽を用いて樹脂含浸槽内の水蒸気量を３．８ｇ／ｍ^３以外に保ち続けた以外は実施例１と同様の条件で成形を行った。その結果、成形中にアミンブラッシュは確認できなかった。
＜樹脂含浸槽の構造＞
幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、深さ５０ｍｍの樹脂含浸槽に幅１００ｍｍ、外径１００ｍｍの樹脂含浸ローラをセットし、樹脂含浸槽の全面を覆う密閉カバーの樹脂側に５０ｇシリカゲル（アズワン（株）製、型番ＡＳ０００５）を両面テープを用いて貼りつけた後、樹脂含浸ローラに対して１０ｍｍの間隔を確保し、樹脂含浸槽の全面を覆うように密閉カバーを設置した。また、内部の温度と湿度は、樹脂含浸槽内に設置した温湿度計（“オンドトリ（登録商標）”ＴＲ−７１ｗｆ、（株）ティアンドティ製）で常時監視した。

（比較例１）
密閉カバーをとり、乾燥空気を注入しなかった以外は実施例１と同様にした。試験片作製中の水蒸気量の最大値は１８．５ｇ／ｍ^３であった。成形開始から１０分後にアミンブラッシュが発生した。次いで、樹脂付着量を測定したところ成形品の作製前の５８％に対して、５０％となり樹脂付着量が低下した。

（比較例２）
密閉カバーをとり、乾燥空気を注入しなかった以外は実施例３と同様にした。試験片作製中の水蒸気量の最大値は１８．３ｇ／ｍ^３であった。成形開始から２０分後にアミンブラッシュが発生した。次いで、樹脂付着量を測定したところ成形品の作製前の５９％に対して、５２％となり樹脂付着量が低下した。

本発明の樹脂含浸繊維束の製造方法を用いた繊維強化複合材料は、フィラメントワインディング成形法や引き抜き成形法などの樹脂を含浸させた連続した繊維を引きそろえて使用する成形方法に適している。特に、スポーツ用途、航空機用途および一般産業用途に好適に用いられ、一般産業用途では、ドライブシャフト、圧力容器、フライホイール、製紙用ローラ、屋根材、ケーブル、補強筋、および補修補強材料等の土木・建築材料用途等に好適に用いられる。

１ 樹脂含浸繊維束の製造方法を用いた製造フローの全体構成
１００ 繊維束送出部
１０２（１０２ａ〜１０２ｂ） ボビン
１０３（１０３ａ〜１０３ｂ） 繊維束
１０４（１０４ａ〜１０４ｂ） クリールローラ
２００ 繊維束案内部
２０１ ガイドローラ
２０１ａ 第１のガイドローラ
２０１ｂ 第２のガイドローラ
２０１ｃ 第３のガイドローラ
３００ 繊維束巻付部
３０１ デリバリーアイ
３０２ マンドレル
４００ 樹脂含浸部
４０１ 樹脂含浸槽
４０２ 樹脂含浸ローラ
４０３ 繊維束送りローラ
４０５ 樹脂
４０６ 樹脂含浸ローラの回転方向
４０７ 繊維束１０３の搬送方向
４０８ 噴出ポンプ
４０９ 噴出ノズル
４１０ 噴出ノズル４０９からの樹脂の噴出方向
４１１ 密閉カバー
４１２ 樹脂４０５の表層
４１３ 密閉カバー４１１と樹脂含浸ローラ４０２の一定の間隙
４１４ 樹脂含浸ローラ４０２の回転中心軸を通る水平線
４１５ 樹脂含浸槽４０１内の樹脂４０５の表層４１２との間の一定の空隙
４１６ 減圧装置
５０１ ガス供給ライン
５０２ ミストヘッダーエアノズル
５０３ ミスト状に噴出したガス
５０４ ミスト状に噴出したガス５０３が拡散される領域
５０５ フルコーン型エアーノズル
５０６ 円錐状に噴出したガス
５０７ 円錐状に噴出したガス５０６が拡散される領域
５０８ フラットエアーノズル
５０９ 三角状の狭い範囲に噴出したガス
５１０ 三角状の狭い範囲に噴出したガス５０９が拡散される領域
５１１ ナイフジェットエアーノズル
５１２ ナイフ状に噴出したガス
５１３ ナイフ状に噴出したガス５１２が拡散される領域

Claims (11)

1. 連続して送り出される樹脂未含浸の繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸繊維束の製造方法であって、
   含浸される樹脂を貯えた樹脂含浸槽と、前記樹脂含浸槽内の樹脂中に樹脂含浸ローラの一部を浸漬させた樹脂含浸設備を備え、送り出された前記繊維束に前記樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を少なくとも有し、
   前記樹脂含浸工程において、前記樹脂含浸槽の表層周辺における水分を削減する削減手段を有する樹脂含浸繊維束の製造方法。
2. 前記削減手段として、前記樹脂含浸槽の表層周辺に乾燥空気又は不活性ガスを供給する、または水を吸着する物質を配置する、請求項１に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
3. 前記樹脂含浸槽の表層に向けて乾燥空気又は不活性ガスを噴出する請求項２に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
4. 前記樹脂含浸槽の表層と略平行に乾燥空気又は不活性ガスを流す請求項２または３に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
5. 前記樹脂含浸槽の上部に密閉カバーを配し、前記密閉カバーは前記樹脂含浸槽の表層と一定の空隙を設けるとともに、前記樹脂含浸ローラと一定の間隙を設けて配置する請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
6. 前記密閉カバーを、前記樹脂含浸ローラの回転中心軸を通る水平線よりも下方に配置する請求項５に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
7. 前記密閉カバーと前記樹脂含浸ローラとの間に設けた一定の間隙から乾燥空気又は不活性ガスを前記樹脂含浸槽に向けて噴出させる請求項５または６に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
8. 前記密閉カバーもしくは前記樹脂含浸槽に、乾燥空気又は不活性ガスを噴出する噴出ノズルを接続し、前記密閉カバーと前記樹脂含浸槽の表層との空隙に乾燥空気又は不活性ガスを噴出させる請求項５〜７のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
9. 前記密閉カバーと前記樹脂含浸槽の表層との一定の空隙を減圧状態にする請求項５〜８のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
10. 水を吸着する物質としてシリカゲルまたはゼオライトを用いる請求項１に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
11. 前記樹脂が、エポキシ樹脂［Ａ］と、アミン系硬化剤［Ｂ］とを少なくとも含むエポキシ樹脂組成物である請求項１〜１０のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。