JP2020029016A - Manufacturing method for prepreg, prepreg tape and fiber-reinforced composite material, and manufacturing device for prepreg - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリプレグの製造方法に関し、特に、強化繊維シートにマトリックス樹脂を均一に含浸する方法、および装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a prepreg, and more particularly to a method and an apparatus for uniformly impregnating a reinforcing fiber sheet with a matrix resin.
熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含むマトリックス樹脂を強化繊維で補強した繊維強化複合材料(FRP)は、航空・宇宙用材料、自動車材料、産業用材料、圧力容器、建築材料、筐体、医療用途、スポーツ用途など様々な分野で用いられている。特に高い力学特性と軽量性が必要な場合には、炭素繊維強化複合材料(CFRP)が幅広く好適に用いられている。一方、力学特性や軽量性よりもコストが優先される場合にはガラス繊維強化複合材料(GFRP)が用いられる場合がある。FRPは強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸し中間基材を得、これを積層、成形し、さらに熱硬化性樹脂を用いた場合には熱硬化させて、FRPからなる部材を製造している。前記用途では平面状物やそれを折り曲げた形態のものが多く、FRPの中間基材としても1次元のストランドやロービング状物よりも、2次元のシート状物の方が部材を作製する際の積層効率や成形性の観点から幅広く使用されている。 Fiber reinforced composite material (FRP), which is a matrix resin containing thermoplastic resin and thermosetting resin reinforced with reinforcing fibers, is a material for aviation and space, automotive material, industrial material, pressure vessel, building material, housing, medical equipment. It is used in various fields such as applications and sports. Particularly when high mechanical properties and lightness are required, carbon fiber reinforced composite materials (CFRP) are widely and suitably used. On the other hand, when cost is prioritized over mechanical properties and light weight, a glass fiber reinforced composite material (GFRP) may be used. In the FRP, a reinforcing fiber bundle is impregnated with a matrix resin to obtain an intermediate substrate, which is laminated and molded, and when a thermosetting resin is used, is thermoset to produce a member made of FRP. In the above-mentioned applications, there are many planar objects and those obtained by bending the same, and the two-dimensional sheet-like material is more often used as an intermediate substrate of FRP than a one-dimensional strand or roving-like material when producing a member. It is widely used from the viewpoint of lamination efficiency and moldability.
また、最近、FRPからなる部材の生産効率を向上させるため、シート状中間基材の積層の機械化・自動化が推進されており、ここでは細幅テープ状中間基材が好適に使用されている。細幅テープ状中間基材は広幅シート状中間基材を所望の幅でスライスしたり、細幅の強化繊維シートに直接マトリックス樹脂を含浸させて得ることができる。 Recently, in order to improve the production efficiency of members made of FRP, mechanization and automation of lamination of sheet-like intermediate base materials have been promoted, and narrow tape-like intermediate base materials are preferably used here. The narrow tape-shaped intermediate substrate can be obtained by slicing a wide sheet-shaped intermediate substrate at a desired width, or by directly impregnating a narrow reinforcing fiber sheet with a matrix resin.
2次元のシート状中間基材としては、強化繊維を一方向に配列させた強化繊維シートにマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグが幅広く使用されている。プリプレグに用いる強化繊維シートとしては、強化繊維を一方向に配列させシート状としたUD基材や多方向に配列させた強化繊維ファブリックがある。特に力学特性が優先される場合にはUD基材が使用される場合が多い。 As a two-dimensional sheet-like intermediate base material, a prepreg obtained by impregnating a matrix resin into a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in one direction is widely used. As the reinforcing fiber sheet used for the prepreg, there is a UD base material in which reinforcing fibers are arranged in one direction to form a sheet, and a reinforcing fiber fabric in which the reinforcing fibers are arranged in multiple directions. Particularly when the mechanical properties are prioritized, the UD base material is often used.
プリプレグの製造方法の一つであるホットメルト法は、マトリックス樹脂を溶融した後、離型紙上にコーティングし、これを強化繊維シートの上面、下面でサンドイッチした積層構造を作製後、熱と圧力でマトリックス樹脂を強化繊維シート内部に含浸するものである。本方法は工程数が多く、また生産速度も上げられず、高コストとなる問題があった。 Hot-melt method, one of the prepreg manufacturing methods, is to melt the matrix resin, coat it on release paper, create a laminated structure sandwiched between the upper and lower surfaces of the reinforcing fiber sheet, and apply heat and pressure. The matrix resin is impregnated inside the reinforcing fiber sheet. This method has a problem that the number of steps is large, the production speed cannot be increased, and the cost is high.
含浸の効率化としては、例えば特許文献1のような提案があった。これはガラス繊維を溶融紡糸し、それを集束してストランドやロービング状としたものを熱可塑性樹脂を満たした円錐状の流路を有する液溜り部に通過させる方法であった。
For improving the efficiency of impregnation, for example, there has been a proposal as in
他方、シート状物の両面に同時に塗膜形成する方法が特許文献2に記載されているが、これは塗膜形成時のシート状物の揺らぎを防止するため、ウエブガイドにシート状物を通し、その後、パイプ型ドクターで塗工するものである。
On the other hand, a method for simultaneously forming a coating film on both sides of a sheet material is described in
熱可塑性樹脂を用いた帯状プリプレグの製造方法として、帯状強化繊維束を水平方向(横方向)に搬送し、ダイに通過させ、帯状強化繊維束に熱可塑性樹脂を付与・含浸する横型引き抜き方式(特許文献3、特許文献4など)が知られている。特許文献3には、テープ状強化繊維をクロスヘッド(特許文献3の図2)に通し、クロスヘッド内の直線状のダイ部直前で樹脂がテープ状強化繊維束に付与される。特許文献4には、複数の帯状強化繊維束を別々に溶融熱可塑樹脂が満たされたダイ内へ導入し、固定ガイド(例えばスクイーズバー)により、開繊、含浸、積層し、最終的に1枚のシート状プリプレグとしてダイから引き抜くことが記載されている。 As a method for producing a strip-shaped prepreg using a thermoplastic resin, a strip-type reinforcing fiber bundle is conveyed in a horizontal direction (horizontal direction), passed through a die, and a thermoplastic resin is applied to and impregnated into the strip-shaped reinforcing fiber bundle. Patent Literature 3, Patent Literature 4, etc.) are known. In Patent Document 3, a tape-like reinforcing fiber is passed through a crosshead (FIG. 2 of Patent Document 3), and a resin is applied to a tape-like reinforcing fiber bundle immediately before a linear die portion in the crosshead. Patent Document 4 discloses that a plurality of band-shaped reinforcing fiber bundles are separately introduced into a die filled with a molten thermoplastic resin, opened, impregnated, and laminated by a fixed guide (for example, a squeeze bar). It is described that the sheet-shaped prepreg is pulled out from a die.
しかしながら、特許文献1の方法ではストランドやロービング状物しか製造できず、本発明の対象とするシート状プリプレグの製造には適用できない。また、特許文献1では含浸効率を向上させるため、ストランドやロービング状強化繊維束側面に熱可塑性樹脂の流体を当て円錐状流路内で乱流を積極的に発生させている。これは強化繊維束の配列を一部乱してマトリックス樹脂を流入させることを意図していると考えられるが、この思想を一方向配列強化繊維束に適用すると、強化繊維束の配列が乱れ、プリプレグの品位が低下するばかりか、FRPの力学特性が低下してしまうと考えられる。
However, the method of
また、特許文献2におけるシート状物は、フィルム、布、紙、箔、パンチングプレート、網状シート材などであり、本発明の対象である強化繊維シートは意図されていない。仮に、炭素繊維からなる強化繊維シートに特許文献2の技術を適用した場合には、ウエブガイドでの擦過により毛羽が発生し、強化繊維シートが走行困難になると考えられる。また、特許文献2の技術は樹脂の塗工であり、含浸は意図されていない。
Further, the sheet-like material in
特許文献3の技術では、クロスヘッド内のダイ部の前部は樹脂が無い状態でテープ状強化繊維がスリット状のガイダーチップを通過するため、毛羽が詰まり易く、また毛羽を除去する機能も無いため、長時間連続走行させることは困難と考えられる。特に毛羽が発生し易い炭素繊維ではこの傾向が顕著になると考えられる。 In the technique of Patent Document 3, since the tape-like reinforcing fiber passes through the slit-shaped guider chip without resin at the front portion of the die portion in the crosshead, the fluff is easily clogged, and there is no function of removing the fluff. Therefore, it is considered difficult to continuously run for a long time. In particular, it is considered that this tendency is remarkable in carbon fibers in which fluff is easily generated.
また、特許文献4の方法では連続生産時に液溜り部に毛羽が滞留し易く、引き抜き部で毛羽が詰まり易い。特に、帯状強化繊維束を高速で連続走行させると、毛羽が詰まる頻度が非常に高まるため、非常に遅い速度でしか生産ができず、生産性が上がらない問題点があった。また、横型引き抜き方式の場合、ダイ部は液漏れ防止のため密閉する必要があり、連続生産中に毛羽を回収することも十分ではない。さらに、横型引き抜き方式においては、強化繊維シートの内部にマトリックス樹脂が含浸する際、帯状強化繊維束の内部に残留していた気泡は、浮力により強化繊維束の配向方向と直交する方向(帯状強化繊維束の厚み方向)に排出されるため、含浸してくるマトリックス樹脂を押しのけるようにして気泡の排出が進む。そのため、気泡の移動が液によって阻害される上に、マトリックス樹脂の含浸も気泡によって阻害されるため、含浸効率が悪いという問題点があった。なお、特許文献4では気泡をベントから排気することも提案されているが、ダイ出口付近のみであり、その効果は限定的と考えられる。 Further, in the method of Patent Document 4, fluff is likely to stay in the liquid pool portion during continuous production, and fluff is likely to be clogged in the withdrawn portion. In particular, when the band-shaped reinforcing fiber bundle is continuously run at a high speed, the frequency of clogging of the fluff is extremely increased, so that production can be performed only at a very low speed, and there is a problem that productivity is not improved. Further, in the case of the horizontal drawing method, it is necessary to seal the die portion to prevent liquid leakage, and it is not sufficient to collect fluff during continuous production. Furthermore, in the horizontal drawing method, when the matrix resin is impregnated inside the reinforcing fiber sheet, the air bubbles remaining inside the band-shaped reinforcing fiber bundle are buoyant to a direction orthogonal to the orientation direction of the reinforcing fiber bundle (band-shaped reinforcing fiber). Since the gas is discharged in the direction of the thickness of the fiber bundle (the thickness direction of the fiber bundle), the discharge of the bubbles proceeds as if the impregnated matrix resin is pushed away. Therefore, there is a problem that impregnation efficiency is poor because the movement of bubbles is inhibited by the liquid and the impregnation of the matrix resin is also inhibited by the bubbles. In addition, although patent document 4 proposes exhausting air bubbles from a vent, the effect is considered to be limited only in the vicinity of the die outlet.
このように、UD基材や強化繊維ファブリックなどの強化繊維シートへの効率的なマトリックス樹脂付与方法、特にUD基材を用いたシート状プリプレグの効率的な製造方法は未だ確立されていなかった。 As described above, an efficient method of applying a matrix resin to a reinforcing fiber sheet such as a UD base material or a reinforcing fiber fabric, particularly an efficient manufacturing method of a sheet prepreg using a UD base material, has not yet been established.
本発明の課題は、プリプレグの製造方法に関して、毛羽発生を抑制し、かつ毛羽が詰まることなく連続生産が可能であり、さらに強化繊維シートにマトリックス樹脂を効率よく含浸させ、生産速度の高速化が可能な、プリプレグの製造方法および製造装置を提供することにある。 An object of the present invention is to reduce the generation of fluff in the prepreg production method, to enable continuous production without clogging of fluff, and to impregnate the reinforcing fiber sheet with a matrix resin efficiently, thereby increasing the production speed. It is an object of the present invention to provide a prepreg manufacturing method and a manufacturing apparatus that are possible.
前記の課題を解決する本発明のプリプレグの製造方法は、マトリックス樹脂が貯留された塗布部の内部に、強化繊維を一方向に配列した強化繊維シートを、実質的に鉛直方向下向きに通過させてマトリックス樹脂を強化繊維シートに付与するプリプレグの製造方法であって、前記塗布部は互いに連通された液溜り部と狭窄部を備え、前記液溜り部は強化繊維シートの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部はスリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記塗布部に貯留するマトリックス樹脂の液面から1mm以上300mm以内の位置に備えられる部材に強化繊維シートを接触させながら走行させることを特徴とする。 The method for producing a prepreg of the present invention that solves the above-mentioned problem is that a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in one direction is passed substantially downward in a vertical direction inside an application portion in which a matrix resin is stored. A method for producing a prepreg for applying a matrix resin to a reinforcing fiber sheet, wherein the application section includes a liquid reservoir and a constriction that are communicated with each other, and the liquid reservoir has a cross-sectional area along a running direction of the reinforcing fiber sheet. Has a portion that continuously decreases, the constricted portion has a slit-shaped cross section, and has a cross-sectional area smaller than the upper surface of the liquid reservoir portion, and is 1 mm from the liquid level of the matrix resin stored in the application portion. It is characterized in that the reinforcing fiber sheet is made to travel while being in contact with a member provided at a position within 300 mm or more.
また、本発明のプリプレグテープの製造方法は、上記のプリプレグの製造方法により得られたプリプレグをスリットすることを特徴とする。 Further, a method of manufacturing a prepreg tape according to the present invention is characterized in that the prepreg obtained by the above-described method of manufacturing a prepreg is slit.
また、本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、上記のプリプレグの製造方法により得られたプリプレグまたは上記のプリプレグテープの製造方法により得られたプリプレグテープを硬化させることを特徴とする。 Further, the method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention is characterized in that the prepreg obtained by the above-described method for producing a prepreg or the prepreg tape obtained by the above-described method for producing a prepreg tape is cured.
また、本発明のプリプレグ製造装置は、強化繊維シートを実質的に鉛直方向下向きに走行させる走行機構と、強化繊維シートにマトリックス樹脂を付与してプリプレグを得る塗布機構を有するプリプレグ製造装置であって、前記塗布機構はその内部にマトリックス樹脂を貯留可能であり、さらに互いに連通された液溜り部と狭窄部を備えており、前記液溜り部は、シート状強化繊維束の走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部は、スリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記塗布部に貯留するマトリックス樹脂の液面から1mm以上300mm以内の位置に、強化繊維シートに接触させる部材を備えることを特徴とする。 Further, the prepreg manufacturing apparatus of the present invention is a prepreg manufacturing apparatus having a traveling mechanism for running the reinforcing fiber sheet substantially vertically downward, and a coating mechanism for applying a matrix resin to the reinforcing fiber sheet to obtain a prepreg. The coating mechanism is capable of storing a matrix resin therein, and further includes a liquid reservoir and a constriction which are communicated with each other, and the liquid reservoir is cut along the running direction of the sheet-like reinforcing fiber bundle. The constricted portion has a slit-shaped cross section, and has a cross-sectional area smaller than the upper surface of the liquid reservoir portion, and the liquid surface of the matrix resin stored in the application portion has an area having a continuously decreasing area. A member that comes into contact with the reinforcing fiber sheet at a position within 1 mm or more and 300 mm or less.
本発明のプリプレグの製造方法または本発明のプリプレグ製造装置を用いれば、毛羽による詰まりを大幅に抑制、防止できる。さらに、強化繊維シートを連続かつ高速で走行させることが可能となり、マトリックス樹脂を付与した強化繊維シートの生産性が向上するとともに均一にマトリックス樹脂が含浸した強化繊維シートを得ることが可能となる。 By using the prepreg manufacturing method of the present invention or the prepreg manufacturing apparatus of the present invention, clogging due to fluff can be significantly suppressed and prevented. Further, the reinforcing fiber sheet can be run continuously and at a high speed, and the productivity of the reinforcing fiber sheet provided with the matrix resin is improved, and the reinforcing fiber sheet uniformly impregnated with the matrix resin can be obtained.
本発明の望ましい実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は発明の実施形態を例示するものであり、本発明はこれに限定して解釈されるものではなく、本発明の目的・効果を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description exemplifies embodiments of the present invention, and the present invention is not construed as being limited thereto, and various modifications can be made without departing from the objects and effects of the present invention. .
<プリプレグの製造方法および製造装置の概略>
まず、図1により本発明のプリプレグの製造方法の概略を述べる。図1は本発明の一実施形態に係るプリプレグの製造方法および装置を示す概略断面図である。塗工装置100には、塗工装置100に強化繊維シート1aを搬送する搬送ロール13、強化繊維シートの走行方向を変える方向転換ロール17、強化繊維シート1aと接触し強化繊維シートを塗布部に鉛直方向下向きZに導く部材18、搬送ロール14を具備し、塗布機構であるマトリックス樹脂2が溜められた塗布部20が部材18と搬送ロール14の間に具備されている。また、塗工装置100の前後には、強化繊維1を巻き出す複数のクリール11と、巻き出された強化繊維1を一方向に配列した強化繊維シート1a(図1では紙面奥行き方向に配列)を得る配列装置12とプリプレグ1bの巻取り装置15を備えることができ、また、図示していないが塗工装置100にはマトリックス樹脂の供給装置が具備されている。さらに、必要に応じ、離型シート3を供給する離型シート供給装置16を備えることもできる。
<Outline of prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus>
First, the outline of the method for producing a prepreg of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a prepreg manufacturing method and apparatus according to one embodiment of the present invention. The
<強化繊維シート>
ここで、強化繊維1としては、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、金属酸化物繊維、金属窒化物繊維、有機繊維(アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維など)などを例示することができるが、炭素繊維を用いることがFRPの力学特性、軽量性の観点から好ましい。
<Reinforced fiber sheet>
Here, examples of the reinforcing
本発明で用いられる強化繊維シートとしては強化繊維を一方向に配列したUD基材や織物としての強化繊維ファブリックがあげられる。 Examples of the reinforcing fiber sheet used in the present invention include a UD substrate in which reinforcing fibers are arranged in one direction and a reinforcing fiber fabric as a woven fabric.
一方向に配列した強化繊維シートとは、複数本の強化繊維を一方向に面上で配列させたものを言う。すなわち、本発明の製造方法によれば、マトリックス樹脂の塗布後にはマトリックス樹脂が含浸されたシート状物であるプリプレグとして得られることから、強化繊維が配列された状態として便宜上強化繊維シートと称している。強化繊維が一方向に配列されたプリプレグは複合材料業界で「一方向材」や「UD材」と呼ばれているFRPの基材となるものである。ここで、強化繊維シートは厚み、幅には特に制限は無く、目的、用途に応じ適宜選択することができる。炭素繊維の場合には、通常、1,000本〜1,000,000本程度の単繊維がテープ状に集合したものを「トウ」と呼んでおり、このトウを配列させて強化繊維シートを得ることができるが、トウが厚み方向に積層されていても良い。なお、強化繊維シートは、その幅/厚みで定義されるアスペクト比は10以上であると、取り扱い易く好ましい。なお、本発明では、テープ状の「トウ」1本も強化繊維シートの一形態と解される。 The reinforcing fiber sheet arranged in one direction refers to a sheet in which a plurality of reinforcing fibers are arranged on a surface in one direction. That is, according to the production method of the present invention, after application of the matrix resin, it is obtained as a prepreg that is a sheet-like material impregnated with the matrix resin, and is referred to as a reinforcing fiber sheet for convenience as an array of reinforcing fibers. I have. A prepreg in which reinforcing fibers are arranged in one direction is a base material of FRP which is called “unidirectional material” or “UD material” in the composite material industry. Here, the thickness and width of the reinforcing fiber sheet are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the purpose and application. In the case of a carbon fiber, a fiber in which about 1,000 to about 1,000,000 single fibers are aggregated in a tape shape is called a "tow", and the tow is arranged to form a reinforcing fiber sheet. Although it can be obtained, tows may be laminated in the thickness direction. The reinforcing fiber sheet preferably has an aspect ratio defined by the width / thickness of 10 or more because it is easy to handle. In the present invention, one tape-shaped “toe” is also understood as one form of the reinforcing fiber sheet.
また、強化繊維シートを形成する方法は公知の方法を用いることができ、特に制限は無いが、単繊維をあらかじめ配列させた強化繊維束を形成し、この強化繊維束を更に配列させて強化繊維シートを形成させることが、工程効率化、配列均一化の観点から好ましい。例えば炭素繊維では、前記したようにテープ状の強化繊維束である「トウ」がボビンに巻かれているが、ここから引き出されたテープ状の強化繊維束を配列させて強化繊維シートを得ることができる。また、クリールにかけられたボビンから引き出された強化繊維束を整然と並べ、強化繊維シート中で強化繊維束の望ましくない重なりや折りたたみ、強化繊維束間の隙間を無くするための強化繊維配列機構を有することが好ましい。強化繊維配列機構としては公知のローラーやくし型配列装置などを用いることができる。また、予め配列した強化繊維シートを複数枚重ねることも強化繊維間の隙間を減じる観点から有用である。なお、クリールには強化繊維を引き出す際に張力制御機構が付与されていることが好ましい。張力制御機構としては、公知のものを使用可能であるが、ブレーキ機構などが挙げられる。また、糸道ガイドの調整などによっても張力を制御することができる。 The method for forming the reinforcing fiber sheet can be a known method, and is not particularly limited. A reinforcing fiber bundle in which single fibers are arranged in advance is formed, and the reinforcing fiber bundle is further arranged to form a reinforcing fiber. Forming a sheet is preferable from the viewpoints of process efficiency and uniform arrangement. For example, in carbon fiber, as described above, a `` toe '' which is a tape-shaped reinforcing fiber bundle is wound around a bobbin, and a reinforcing fiber sheet is obtained by arranging a tape-shaped reinforcing fiber bundle drawn out from this. Can be. It also has a reinforcing fiber arrangement mechanism for orderly arranging reinforcing fiber bundles drawn from creeled bobbins, eliminating undesirable overlapping and folding of reinforcing fiber bundles in reinforcing fiber sheets, and gaps between reinforcing fiber bundles. Is preferred. As the reinforcing fiber arranging mechanism, a known roller or comb-type arranging device can be used. It is also useful to stack a plurality of pre-arranged reinforcing fiber sheets from the viewpoint of reducing the gap between the reinforcing fibers. The creel is preferably provided with a tension control mechanism when drawing out the reinforcing fibers. As the tension control mechanism, a known mechanism can be used, and a brake mechanism or the like can be used. The tension can also be controlled by adjusting the thread guide.
また、本発明の強化繊維シートとしての強化繊維ファブリックとは、強化繊維を多軸で配列させる、またはランダム配置してシート化したものである。具体的には、織物や編物などの他、強化繊維を2次元で多軸配置したものや、不織布やマット、紙など強化繊維をランダム配向させたものを挙げることができる。この場合、強化繊維はバインダー付与、交絡、溶着、融着などの方法を利用してシート化することもできる。織物としては、平織、ツイル、サテンの基本織組織の他、ノンクリンプ織物やバイアス構造、絡み織、多軸織物、多重織物などを用いることができる。バイアス構造とUD基材を組み合わせた織物は、UD構造により塗布・含浸工程での引っ張りでの織物の変形を抑制するだけでなく、バイアス構造による擬似等方性も併せ持っており、好ましい形態である。また、多重織物では織物上面/下面、また織物内部の構造・特性をそれぞれ設計できる利点がある。編物では塗布・含浸工程での形態安定性を考慮すると経編が好ましいが、筒状編み物であるブレードを用いることもできる。 In addition, the reinforcing fiber fabric as the reinforcing fiber sheet of the present invention is a sheet in which reinforcing fibers are arranged in a multiaxial manner or randomly arranged. Specific examples thereof include those in which reinforcing fibers are two-dimensionally arranged in a multiaxial manner, and those in which reinforcing fibers such as a nonwoven fabric, a mat, and paper are randomly oriented, in addition to a woven fabric or a knitted fabric. In this case, the reinforcing fibers can be formed into a sheet using a method such as binder application, entanglement, welding, or fusion. As the woven fabric, a non-crimp woven fabric, a bias structure, an entangled woven fabric, a multiaxial woven fabric, a multiple woven fabric, or the like can be used in addition to the plain woven fabric, twill fabric, and satin woven fabric. The woven fabric combining the bias structure and the UD substrate not only suppresses the deformation of the woven fabric due to the tension in the coating / impregnation process due to the UD structure, but also has the pseudo-isotropy due to the bias structure, which is a preferable form. . In addition, the multi-layer fabric has an advantage that the structure / characteristics of the fabric upper / lower surface and the inside of the fabric can be individually designed. In the case of knitted fabrics, warp knitting is preferred in view of the form stability in the coating / impregnation step, but a blade which is a tubular knitted fabric can also be used.
強化繊維ファブリックの厚みは、本発明の効果が得られる範囲であれば特に制限は無く、必要とされるFRP性能と塗布工程の安定性を勘案して決めればよい。狭窄部の通過性を考慮すると、1mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.3mm以下である。 The thickness of the reinforcing fiber fabric is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, and may be determined in consideration of the required FRP performance and the stability of the coating process. In consideration of the permeability of the stenosis, it is preferably 1 mm or less, more preferably 0.3 mm or less.
強化繊維ファブリックは目的に応じた適切なものを市場から入手、作製可能であるが、その一例を下記する。織物としては、例えば、東レ(株)製“トレカ(登録商標)”クロスのC06142、C06347B、C05642等、HEXCEL社製“HexForce(登録商標)”Fabricsや“PrimeTex(登録商標)”の84、G0801、XAGP282P、43195、G0939、G0803、43364、XSGP196P、SGP203CS、XC1400、48200、48287、46150、“Injetex(登録商標)”FabricsのGB201、G0986、G0926等、炭素繊維とガラス繊維のハイブリッド織物であるG1088、G0874、G0973、43743等、アラミド繊維織物である20796、21263、Quartz織物である610、593等、が挙げられる。不織布・マット・紙としては、例えば、東レ(株)製“トレカ(登録商標)”マットB030、B050、BV03等やオリベスト社製“カーボライト(登録商標)”のCEO−030、CBP−030、ZX−020等が挙げられる。 A reinforcing fiber fabric suitable for the purpose can be obtained and manufactured from the market, and an example thereof will be described below. Examples of the woven fabric include “Toreca (registered trademark)” cloth C06142, C06347B, and C05642 manufactured by Toray Industries, Inc., and “HexForce (registered trademark)” Fabrics and “PrimeTex (registered trademark) 84, G0801 manufactured by HEXCEL. G108, which is a hybrid fabric of carbon fiber and glass fiber, such as GB201, G0986, G0926, etc. of carbon fiber and glass fiber. , G0874, G0973, 43743, etc., and 20796 and 21263 which are aramid fiber fabrics, and 610 and 593 which are Quartz fabrics. Examples of the nonwoven fabric, mat, and paper include “Torayca (registered trademark)” mats B030, B050, and BV03 manufactured by Toray Industries Co., Ltd. ZX-020 and the like.
<強化繊維シートの平滑化>
本発明においては、強化繊維シートの表面平滑性を高くすることで、塗布部での塗布量の均一性を向上させることができる。このため、強化繊維シートを平滑化処理した後、液溜り部に導くことが好ましい。平滑化処理法は特に制限は無いが、対向ロールなどで物理的に押しつける方法や空気流を用いて強化繊維を動かす方法などを例示できる。物理的に押しつける方法は簡便かつ、強化繊維の配列を乱しにくいため好ましい。より具体的にはカレンダー加工などを用いることができる。空気流を用いる方法は擦過が起こりにくいだけでなく、強化繊維シートを拡幅する効果もあり好ましい。
<Smoothing of reinforcing fiber sheet>
In the present invention, by increasing the surface smoothness of the reinforcing fiber sheet, it is possible to improve the uniformity of the application amount in the application section. For this reason, it is preferable to guide the reinforcing fiber sheet to the liquid pool after performing the smoothing treatment. The method of smoothing is not particularly limited, and examples thereof include a method of physically pressing with a facing roll or the like, and a method of moving a reinforcing fiber using an air flow. The physical pressing method is preferred because it is simple and does not easily disturb the arrangement of the reinforcing fibers. More specifically, calendering or the like can be used. The method using an air flow is preferable because it not only causes less abrasion but also has the effect of widening the reinforcing fiber sheet.
<強化繊維シートの拡幅>
また、本発明において、強化繊維シートを拡幅処理した後、液溜り部に導くことも、薄いプリプレグを効率的に製造できる観点から好ましい。拡幅処理方法は特に制限は無いが、機械的に振動を付与する方法、空気流により強化繊維束を拡げる方法などを例示できる。機械的に振動を付与する方法としては、例えば特開2015−22799号公報記載のように、振動するロールに強化繊維シートを接触させる方法がある。振動方向としては、強化繊維シートの進行方向をX軸とすると、Y軸方向(水平方向)、Z軸方向(垂直方向)の振動を与えることが好ましく、水平方向振動ロールと垂直方向振動ロールを組み合わせて用いることも好ましい。また振動ロール表面は複数の突起を設けておくと、ロールでの強化繊維の擦過を抑制でき、好ましい。空気流を用いる方法としては、例えば、SEN−I GAKKAISHI,vol.64,P−262−267(2008).記載の方法を用いることができる。
<Widening of reinforced fiber sheet>
In the present invention, it is also preferable to guide the reinforcing fiber sheet to the liquid pool after widening the reinforcing fiber sheet from the viewpoint of efficiently producing a thin prepreg. There is no particular limitation on the widening processing method, and examples thereof include a method of mechanically applying vibration and a method of expanding the reinforcing fiber bundle by an air flow. As a method of mechanically applying vibration, there is a method of bringing a reinforcing fiber sheet into contact with a vibrating roll as described in, for example, JP-A-2015-22799. As the vibration direction, when the traveling direction of the reinforcing fiber sheet is the X axis, it is preferable to apply vibrations in the Y axis direction (horizontal direction) and the Z axis direction (vertical direction). It is also preferable to use them in combination. It is preferable that a plurality of projections are provided on the surface of the vibrating roll, because the abrasion of the reinforcing fibers by the roll can be suppressed. As a method using an air flow, for example, SEN-IGAKKAISHI, vol. 64, P-262-267 (2008). The described method can be used.
<強化繊維シートの予熱>
また、本発明において、強化繊維シートを加熱した後、液溜り部に導くと、マトリックス樹脂の温度低下を抑制し、マトリックス樹脂の粘度均一性を向上させられるため好ましい。強化繊維シートはマトリックス樹脂温度近傍まで加熱されることが好ましいが、このための加熱手段としては、空気加熱、赤外線加熱、遠赤外線加熱、レーザー加熱、接触加熱、熱媒加熱(スチームなど)など多様な手段を用いることができる。中でも赤外線加熱は装置が簡便であり、また強化繊維シートシートを直接加熱できるため、走行速度が速くても所望の温度まで効率よく加熱が可能であり、好ましい。
<Preheating of reinforced fiber sheet>
Further, in the present invention, it is preferable that the reinforcing fiber sheet is heated and then guided to the liquid pool portion, because the temperature decrease of the matrix resin can be suppressed and the viscosity uniformity of the matrix resin can be improved. The reinforcing fiber sheet is preferably heated to a temperature close to the matrix resin temperature. Examples of heating means for this include air heating, infrared heating, far infrared heating, laser heating, contact heating, and heating medium heating (such as steam). Means can be used. Above all, infrared heating is preferable because the apparatus is simple and the reinforcing fiber sheet can be directly heated, so that it can be efficiently heated to a desired temperature even at a high running speed.
<強化繊維シートを接触させる部材>
本発明においては、マトリックス樹脂を貯留する塗布部に進入する直前の強化繊維シートを部材と接触させた後、強化繊維シートを塗布部内のマトリックス樹脂に導く。これにより、強化繊維シートの糸割れを抑制し、幅方向の目付の均一性が高いプリプレグを得ることができる。ここでいう糸割れとはマトリックス樹脂に進入する強化繊維シートのトウとトウの間に隙間が生じる現象や、プリプレグにおいて強化繊維がない部分のことを言う。マトリックス樹脂に進入する前の強化繊維シートに糸割れがあると、マトリックス樹脂塗布後のプリプレグにも糸割れがそのまま反映されることが多い。本発明では図1に示すように、強化繊維シート1aを部材18に接触させながら搬送することを特徴とする。
<Members that contact the reinforcing fiber sheet>
In the present invention, the reinforcing fiber sheet is brought into contact with the member immediately before entering the application section storing the matrix resin, and then the reinforcing fiber sheet is guided to the matrix resin in the application section. As a result, it is possible to suppress the yarn cracking of the reinforcing fiber sheet and obtain a prepreg having a high uniformity of the basis weight in the width direction. The term “yarn cracking” as used herein refers to a phenomenon in which a gap is formed between the tows of the reinforcing fiber sheet that enters the matrix resin, and a portion where there is no reinforcing fiber in the prepreg. If there is a yarn crack in the reinforcing fiber sheet before entering the matrix resin, the yarn crack is often directly reflected in the prepreg after application of the matrix resin. In the present invention, as shown in FIG. 1, the reinforcing
(部材の設置位置)
図2aにより部材18の設置位置について詳細に説明する。強化繊維シート1aを接触させる部材18は塗布部20に貯留するマトリックス樹脂2の液面から1mm以上300mm以内の位置に設置される。より具体的には図2aに示すように、部材18は塗布部に貯留するマトリックス樹脂2の液面27から部材18の下端19までの距離Eが1mm以上300mm以内となるよう設置される。これにより強化繊維シートの糸割れを抑制し、幅方向の目付均一性が高いプリプレグが得られるとともに、製造工程における作業性の確保も可能である。
(Position of installation of components)
An installation position of the
(部材)
強化繊維シート1aに接触させる部材18としては本発明の目的を達成させる範囲で種々のものを用いることができ、例えば板材、バー、ロールなどを例示できる。中でも固定バー、フリーロール、駆動ロールが好ましい。固定バーは安価で設置が容易であり、ロールへの毛羽巻きつきも抑制可能できる。フリーロール、駆動ロールは強化繊維シート1aと部材18との間の摩擦力を適切にすることができ、部材18への毛羽の堆積を抑制することもできる。なお、フリーロールとは、特に駆動機構やブレーキ機構を設けていないロールを意味する。駆動ロールとは、回転数や回転速度をモーターなどの駆動力を用い一定速度で回転させる機構を持つロールを意味する。部材18の材質としては、本発明の目的を達成させる範囲で種々のものを用いることができるが、剛性の高い金属であることが好ましく、ステンレスなどを好ましく例示できる。これにより変形を抑制することができる。また、部材18の内部は変形を抑制できる範囲で稠密である必要はなく、例えば内部が空洞のパイプ等でもよい。
(Element)
As the
(部材の断面形状)
強化繊維シート1aに接触させる部材18は表面に突起がない、すなわち部材18の断面形状は鋭利な角部がなく、滑らかな曲線で構成されていることが好ましい。このとき毛羽の堆積を抑制でき、毛羽が塗布部に持ち込まれることで生じる糸つまりなどを抑制することができる。部材18の断面形状としては、図2aに例示する円形、それ以外にも楕円形でもよい。
(Cross section of member)
The
(部材の表面粗さ)
強化繊維シート1aと接触する部分の部材18の表面粗さは1μm以上20μm以下であることが好ましい。これにより、強化繊維シート1aとの擦過により生じる毛羽を抑制でき、工程継続性を高められるとともに、プリプレグ品位改善効果が得られる。なお、ここでいう表面粗さとは、最大高さでありJIS B 0601(2001)に準じて測定される最大高さRzである。表面粗さは市販の表面粗さを測定可能な装置を用いて測定することができる。表面粗さを測定する装置の一例としては、ミツトヨ製表面粗さ測定器(SV−C4500S4やSJ−310)を用いて測定することができる。
(Surface roughness of member)
It is preferable that the surface roughness of the portion of the
(強化繊維シートと部材との接触長)
強化繊維シート1aと部材18との接触長は5mm以上200mm以下であることが好ましい。この範囲であるとき、部材と強化繊維シートの擦過による毛羽発生や部材18への毛羽の巻きつきを抑制できるとともに、設備をコンパクトに保ちながらプリプレグの品位向上効果を得やすい。強化繊維シート1aと部材18の接触長とは、より具体的には図2aに示すように強化繊維シート1aが部材18と接触する点28から強化繊維シート1aが部材18から離れる点29を結ぶ弧の長さである。
(Contact length between reinforcing fiber sheet and member)
The contact length between the reinforcing
なお、図1では強化繊維シート1aと部材18を接触させるため、方向転換ロール17を用いたが、例えば強化繊維予熱装置を設置しない場合や、強化繊維予熱装置がコンパクトである場合、図1aの搬送ロール13を部材18として用いることももちろん可能である。また、方向転換ロール17、部材18は加熱機構があっても良い。これにより強化繊維予熱装置により加熱された強化繊維シートとの接触により、強化繊維シートを冷ますことなく塗布部のマトリックス樹脂中に導くことができる。
In FIG. 1, the
<マトリックス樹脂>
本発明で用いるマトリックス樹脂は、付与する目的に応じ適宜選択することができるが、例えばシート状プリプレグの製造に適用する場合には、マトリックス樹脂のマトリックス樹脂を使用することができる。本発明により得られるマトリックス樹脂が塗工されたマトリックス樹脂含浸強化繊維シートは、強化繊維シートにマトリックス樹脂が含浸した状態となり、そのままシート状プリプレグとして積層、成形してFRPからなる部材を得ることができる。含浸度は、塗布部の設計や、塗布以降の追含浸により制御することができる。マトリックス樹脂としては、用途に応じ適宜選択可能であるが、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることが一般的である。マトリックス樹脂は、加熱し溶融させた溶融樹脂でも室温でマトリックス樹脂のものでも良い。また、溶媒を用いて溶液やワニス化したものでも良い。
<Matrix resin>
The matrix resin used in the present invention can be appropriately selected according to the purpose to be applied. For example, when applied to the production of a sheet-shaped prepreg, a matrix resin of the matrix resin can be used. The matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet coated with the matrix resin obtained by the present invention is in a state where the matrix resin is impregnated into the reinforced fiber sheet, and it is possible to obtain a member made of FRP by directly laminating and molding as a sheet-like prepreg. it can. The degree of impregnation can be controlled by the design of the application section and the additional impregnation after application. The matrix resin can be appropriately selected depending on the application, but it is common to use a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The matrix resin may be a molten resin heated and melted or a matrix resin at room temperature. Further, a solution or a varnish formed using a solvent may be used.
マトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などFRPに一般的に使用されるものを用いることができる。また、これらは室温で液体であればそのまま用いても良いし、室温で固体や粘稠液体であれば、加温して低粘度化する、あるいは溶融し融液として用いても良いし、溶媒に溶解し溶液やワニス化して用いても良い。 As the matrix resin, those generally used for FRP, such as a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a photocurable resin, can be used. Further, these may be used as they are if they are liquids at room temperature, or may be used as solids or viscous liquids at room temperature to reduce the viscosity by heating, or may be used as a melt by melting, or a solvent. May be used as a solution or varnish.
熱可塑性樹脂としては、主鎖に、炭素・炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合、カルボニル結合から選ばれる結合を有するポリマーを用いることができる。具体的には、ポリアクリレート、ポリオレフィン、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリアミドイミド(PAI)などを例示できる。航空機用途などの耐熱性が要求される分野では、PPS、PES、PI、PEI、PSU、PEEK、PEKK、PAEKなどが好適である。一方、産業用途や自動車用途などでは、成形効率を上げるため、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィンやPA、ポリエステル、PPSなどが好適である。これらはポリマーでも良いし、低粘度、低温塗布のため、オリゴマーやモノマーを用いても良い。もちろん、これらは目的に応じ、共重合されていても良いし、各種を混合しポリマーブレンド・アロイとして用いることもできる。 The thermoplastic resin is selected from a carbon-carbon bond, an amide bond, an imide bond, an ester bond, an ether bond, a carbonate bond, a urethane bond, a urea bond, a thioether bond, a sulfone bond, an imidazole bond, and a carbonyl bond in the main chain. A polymer having a bond can be used. Specifically, polyacrylate, polyolefin, polyamide (PA), aramid, polyester, polycarbonate (PC), polyphenylene sulfide (PPS), polybenzimidazole (PBI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSU), polyether sulfone (PES), polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyaryl ether ketone (PAEK), polyamide imide (PAI), etc. it can. In fields requiring heat resistance such as aircraft applications, PPS, PES, PI, PEI, PSU, PEEK, PEKK, PAEK, and the like are suitable. On the other hand, for industrial applications and automotive applications, polyolefins such as polypropylene (PP), PA, polyester, PPS, and the like are preferable in order to increase molding efficiency. These may be polymers or oligomers or monomers for low viscosity and low temperature coating. Of course, these may be copolymerized depending on the purpose, or may be used as a polymer blend alloy by mixing various types.
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アセチレン末端を有する樹脂、ビニル末端を有する樹脂、アリル末端を有する樹脂、ナジック酸末端を有する樹脂、シアン酸エステル末端を有する樹脂があげられる。これらは、一般に硬化剤や硬化触媒と組合せて用いることができる。また、適宜、これらの熱硬化性樹脂を混合して用いることも可能である。 Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a maleimide resin, a polyimide resin, a resin having an acetylene terminal, a resin having a vinyl terminal, a resin having an allyl terminal, a resin having a nadic acid terminal, and a resin having a cyanate ester terminal. Can be These can be generally used in combination with a curing agent or a curing catalyst. In addition, these thermosetting resins can be appropriately used in combination.
本発明に適した熱硬化性樹脂として、耐熱性、耐薬品性、力学特性に優れていることからエポキシ樹脂が好適に用いられる。特に、アミン類、フェノール類、炭素・炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。具体的には、アミン類を前駆体とするエポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−p−アミノフェノール、トリグリシジル−m−アミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体、フェノール類を前駆体とするエポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、炭素・炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂としては脂環式エポキシ樹脂等があげられるが、これに限定されない。またこれらのエポキシ樹脂をブロモ化したブロモ化エポキシ樹脂も用いられる。テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンに代表される芳香族アミンを前駆体とするエポキシ樹脂は耐熱性が良好で強化繊維との接着性が良好なため本発明に最も適している。 As a thermosetting resin suitable for the present invention, an epoxy resin is preferably used because of its excellent heat resistance, chemical resistance, and mechanical properties. In particular, an epoxy resin using an amine, a phenol, or a compound having a carbon-carbon double bond as a precursor is preferable. Specifically, various isomers of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, and triglycidylaminocresol, and phenols are used as epoxy resins having amines as precursors. Bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, a compound having a carbon-carbon double bond as a precursor Examples of the epoxy resin include, but are not limited to, alicyclic epoxy resins. Brominated epoxy resins obtained by brominating these epoxy resins are also used. An epoxy resin having an aromatic amine represented by tetraglycidyldiaminodiphenylmethane as a precursor has a good heat resistance and a good adhesion to a reinforcing fiber, and is most suitable for the present invention.
熱硬化性樹脂は硬化剤と組合せて、好ましく用いられる。例えばエポキシ樹脂の場合には、硬化剤はエポキシ基と反応しうる活性基を有する化合物であればこれを用いることができる。好ましくは、アミノ基、酸無水物基、アジド基を有する化合物が適している。具体的には、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体、アミノ安息香酸エステル類が適している。具体的に説明すると、ジシアンジアミドはプリプレグの保存性に優れるため好んで用いられる。またジアミノジフェニルスルホンの各種異性体は、耐熱性の良好な硬化物を与えるため本発明には最も適している。アミノ安息香酸エステル類としては、トリメチレングリコールジ−p−アミノベンゾエートやネオペンチルグリコールジ−p−アミノベンゾエートが好んで用いられ、ジアミノジフェニルスルホンに比較して、耐熱性に劣るものの、引張強度に優れるため、用途に応じて選択して用いられる。また、もちろん必要に応じ硬化触媒を用いることも可能である。また、マトリックス樹脂のポットライフを向上させる意味から、硬化剤や硬化触媒と錯体形成可能な錯化剤を併用することも可能である。 A thermosetting resin is preferably used in combination with a curing agent. For example, in the case of an epoxy resin, the curing agent may be a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group. Preferably, a compound having an amino group, an acid anhydride group, or an azide group is suitable. Specifically, dicyandiamide, various isomers of diaminodiphenylsulfone, and aminobenzoic acid esters are suitable. More specifically, dicyandiamide is preferably used because of its excellent prepreg preservability. Further, various isomers of diaminodiphenyl sulfone are most suitable for the present invention because they give cured products having good heat resistance. As the aminobenzoic acid esters, trimethylene glycol di-p-aminobenzoate and neopentyl glycol di-p-aminobenzoate are preferably used. Compared with diaminodiphenyl sulfone, the heat resistance is lower, but the tensile strength is lower. Because it is excellent, it is selected and used according to the application. It is also possible to use a curing catalyst if necessary. From the viewpoint of improving the pot life of the matrix resin, it is also possible to use a complexing agent capable of forming a complex with a curing agent or a curing catalyst.
また本発明では、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して用いることも好適である。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合物は、熱硬化性樹脂を単独で用いた場合より良好な結果を与える。これは、熱硬化性樹脂が、一般に脆い欠点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が可能であるのに対して、熱可塑性樹脂が、一般に強靭である利点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が困難であるという二律背反した特性を示すため、これらを混合して用いることで物性と成形性のバランスをとることができるためである。混合して用いる場合は、プリプレグを硬化させてなるFRPの力学特性の観点から熱硬化性樹脂を50質量%より多く含むことが好ましい。 In the present invention, it is also preferable to use a thermoplastic resin mixed with a thermosetting resin. A mixture of a thermosetting resin and a thermoplastic resin gives better results than using the thermosetting resin alone. This is because the thermosetting resin is generally capable of low pressure molding by an autoclave while having a brittle defect, whereas the thermoplastic resin is generally difficult to perform low pressure molding by an autoclave while having the advantage of being tough. This is because they exhibit a trade-off characteristic, that is, they can be used in combination to balance physical properties and moldability. When mixed and used, it is preferable to contain the thermosetting resin in an amount of more than 50% by mass from the viewpoint of the mechanical properties of the FRP obtained by curing the prepreg.
<ポリマー粒子>
また、本発明では、ポリマー粒子を含んだマトリックス樹脂を用いると、得られるCFRPの靱性や耐衝撃性を向上させることができ、好ましい。この時、ポリマー粒子のガラス転移温度(Tg)または融点(Tm)はマトリックス樹脂温度よりも20℃以上高くすると、マトリックス樹脂中でポリマー粒子の形態を保持し易く、好ましい。ポリマー粒子のTgは温度変調DSCを用い、以下の条件で測定することができる。温度変調DSC装置としては、TA Instrments社製 Q1000などが好適であり、窒素雰囲気下、高純度インジウムで校正して用いることができる。測定条件は、昇温速度は2℃/分、温度変調条件は周期60秒、振幅1℃とすることができる。これで得られた全熱流から可逆成分を分離し、階段状シグナルの中点の温度をTgとすることができる。
<Polymer particles>
Further, in the present invention, it is preferable to use a matrix resin containing polymer particles since the toughness and impact resistance of the obtained CFRP can be improved. At this time, it is preferable that the glass transition temperature (Tg) or the melting point (Tm) of the polymer particles be higher than the matrix resin temperature by 20 ° C. or more, because the shape of the polymer particles can be easily maintained in the matrix resin. The Tg of the polymer particles can be measured using a temperature-modulated DSC under the following conditions. As the temperature modulation DSC device, Q1000 manufactured by TA Instruments or the like is suitable, and it can be used after being calibrated with high-purity indium in a nitrogen atmosphere. The measurement conditions are as follows: the temperature rise rate is 2 ° C./min, and the temperature modulation condition is a cycle of 60 seconds and an amplitude of 1 ° C. The reversible component is separated from the total heat flow obtained in this way, and the temperature at the middle point of the step signal can be set to Tg.
また、Tmは通常のDSCで昇温速度10℃/分で測定し、融解に相当するピーク状シグナルのピークトップ温度をTmとすることができる。 In addition, Tm is measured by a normal DSC at a heating rate of 10 ° C./min, and the peak top temperature of a peak signal corresponding to melting can be defined as Tm.
また、ポリマー粒子としては、マトリックス樹脂に溶けないことが好ましく、このようなポリマー粒子としては、例えば、WO2009/142231パンフレット記載などを参照し、適切なものを用いることができる。より、具体的には、ポリアミドやポリイミドを好ましく用いることができ、優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上できる、ポリアミドは最も好ましい。ポリアミドとしてはポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6、ポリアミド66やポリアミド6/12共重合体、特開平01−104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物にてセミIPN(高分子相互侵入網目構造)化されたポリアミド(セミIPNポリアミド)などを好適に用いることができる。この熱可塑性樹脂粒子の形状としては、球状粒子でも非球状粒子でも、また多孔質粒子でもよいが、球状の方が樹脂の流動特性を低下させないため、本発明の製造法では特に好ましい。また、球状であれば応力集中の起点がなく、高い耐衝撃性を与えるという点でも好ましい態様である。
Further, it is preferable that the polymer particles do not dissolve in the matrix resin. As such polymer particles, for example, referring to WO 2009/142231 pamphlet and the like, appropriate ones can be used. More specifically, polyamide or polyimide can be preferably used, and polyamide, which can greatly improve impact resistance due to excellent toughness, is most preferable. As the polyamide, semi-IPN (polymer interpenetrating network structure) using
ポリアミド粒子の市販品としては、SP−500、SP−10、TR−1、TR−2、842P−48、842P−80(以上、東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”1002D、2001UD、2001EXD、2002D、3202D、3501D,3502D、(以上、アルケマ(株)製)、“グリルアミド(登録商標)”TR90(エムザベルケ(株)社製)、“TROGAMID(登録商標)”CX7323、CX9701、CX9704、(デグサ(株)社製)等を使用することができる。これらのポリアミド粒子は、単独で使用しても複数を併用してもよい。 Commercially available polyamide particles include SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80 (all manufactured by Toray Industries, Inc.) and "Orgasol (registered trademark)" 1002D. , 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (all manufactured by Arkema Co., Ltd.), "Grillamide (registered trademark)" TR90 (manufactured by Mazaverke Co., Ltd.), "TROGAMID (registered trademark)" CX7323, CX9701 , CX9704 (manufactured by Degussa Co., Ltd.) and the like can be used. These polyamide particles may be used alone or in combination of two or more.
また、CFRPの層間樹脂層を高靭性化するためには、ポリマー粒子を層間樹脂層に留めておくことが好ましい。そのため、ポリマー粒子の数平均粒径は5〜50μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは7〜40μmの範囲、さらに好ましくは10〜30μmの範囲である。数平均粒径を5μm以上とすることで、粒子が強化繊維の束の中に侵入せず、得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層に留まることができる。数平均粒径を50μm以下とすることで、プリプレグ表面のマトリックス樹脂層の厚みを適正化し、ひいては得られるCFRPにおいて、繊維質量含有率を適正化することができる。 Further, in order to increase the toughness of the CFRP interlayer resin layer, it is preferable to keep the polymer particles in the interlayer resin layer. Therefore, the number average particle size of the polymer particles is preferably in the range of 5 to 50 μm, more preferably in the range of 7 to 40 μm, and still more preferably in the range of 10 to 30 μm. By setting the number average particle diameter to 5 μm or more, the particles do not enter the bundle of the reinforcing fibers and can stay in the interlayer resin layer of the obtained fiber-reinforced composite material. By setting the number average particle size to 50 μm or less, the thickness of the matrix resin layer on the prepreg surface can be optimized, and thus, in the obtained CFRP, the fiber mass content can be optimized.
<マトリックス樹脂粘度>
本発明で用いるマトリックス樹脂としては、工程通過性・安定性の観点から最適な粘度を選択することが好ましい。具体的には、粘度を1〜60Pa・sの範囲とすると、狭窄部出口での液垂れを抑制するとともに強化繊維シートの高速走行性、安定走行性を向上させることができ、好ましい。ここで、粘度は歪み速度3.14s−1で液溜り部でのマトリックス樹脂温度で測定したものを言う。測定装置としては平行円盤型やコーン型などの粘弾性測定装置を用いることができる。マトリックス樹脂の粘度はより好ましくは10〜30Pa・sである。
<Matrix resin viscosity>
As the matrix resin used in the present invention, it is preferable to select an optimum viscosity from the viewpoint of processability and stability. Specifically, when the viscosity is in the range of 1 to 60 Pa · s, it is possible to suppress the liquid dripping at the outlet of the constriction portion and to improve the high-speed running property and the stable running property of the reinforcing fiber sheet, which is preferable. Here, the viscosity refers to a value measured at a strain rate of 3.14 s -1 at the matrix resin temperature in the liquid reservoir. As the measuring device, a viscoelasticity measuring device such as a parallel disk type or a cone type can be used. The viscosity of the matrix resin is more preferably from 10 to 30 Pa · s.
<塗布工程>
図1を参照して本発明における塗布工程について説明する。塗工装置100におけるマトリックス樹脂2を強化繊維シート1aに付与する方法は、クリール11から巻き出された複数本の強化繊維1を、配列装置12によって一方向(紙面奥行き方向)に配列して強化繊維シート1aを得た後、さらに方向転換ロール17で強化繊維シート1aの走行方向を変え、強化繊維シート1aを部材18に接触させた後、塗布部20に実質的に鉛直方向下向きZに通過させて、強化繊維シート1aの両面にマトリックス樹脂2を付与するものである。これにより、プリプレグ1bを得ることができる。
<Coating process>
The coating step in the present invention will be described with reference to FIG. The method of applying the
本発明において強化繊維シート1aを部材18に接触させる工程は、図2aに示すような工程とすることができる。強化繊維シート1aが塗布部20に貯留するマトリックス樹脂2の液面から1mm以上300mm以内の位置に部材18を設置し、強化繊維シート1aと部材18を接触させながら搬送する。部材18は塗布部20に貯留するマトリックス樹脂の液面27から部材18の下端である19までの距離Eを1mm以上300mm以内に設置し接触させる。距離Eをこの範囲とすることで、塗布部20進入前の強化繊維シート1aの糸割れを抑制することができ、品位良好で幅方向の目付均一性が高いプリプレグが得られるとともに、製造工程における作業性の確保も可能である。より糸割れ抑制効果を得るためには距離Eを短くすることが好ましい。
In the present invention, the step of bringing the reinforcing
部材18には板材、バー、ロールなどを用いることができる。中でも固定バー、フリーロール、駆動ロールが好ましい。固定バーは安価で設置が容易であり、ロールへの毛羽巻きつきも抑制可能できる。フリーロール、駆動ロールは強化繊維シート1aと部材18との間の摩擦力を適切にすることができ、部材18への毛羽の堆積を抑制することもできる。また、用いる部材としては表面に突起がない、すなわち部材18の断面形状には鋭利な角部がなく、滑らかな曲線で構成されていることが好ましい。このとき毛羽の発生を抑制し、工程継続性を高めることができる。図2aでは断面形状が円形の部材18を例示したが、楕円形のものでもよい。部材18の強化繊維シートが接触する部分の表面粗さは1μm以上20μm以下であることが好ましい。これにより、強化繊維1aと擦過することで生じる毛羽の発生を抑制しながら、強化繊維シート1aの糸割れを抑制することができ、結果としてプリプレグ品位の改善効果が得られる。なお、ここでいう表面粗さとは、最大高さでありJIS B 0601(2001)に準じて測定される最大高さRzである。表面粗さは市販の表面粗さを測定可能な装置を用いて測定することができる。表面粗さを測定する装置の一例としては、ミツトヨ製表面粗さ測定器(SV−C4500S4やSJ−310)を用いて測定することができる。
As the
さらに、強化繊維シート1aと部材18との接触長は5mm以上200mm以下であることが好ましい。この範囲であるとき、部材と強化繊維シートの擦過による毛羽発生抑制しつつ、プリプレグの品位向上効果を得やすい。強化繊維シート1aと部材18との接触長は部材18の断面形状が円形である図2aを用い詳述すると、強化繊維シート1aが部材18と接触する点28から強化繊維シート1aが部材18から離れる点29を結ぶ弧の長さである。なお、強化繊維シート1aと部材18の接触長を調整するには、部材18の大きさを変更したり、断面形状が円の部材であれば強化繊維シートと部材の接触角αを調整することや、方向転換ロール17の位置を変更することも可能である。
Further, the contact length between the reinforcing
図1では強化繊維シート1aと部材18を接触させるため、方向転換ロール17を用いたが、例えば強化繊維予熱装置がない場合や、強化繊維予熱装置がコンパクトである場合、図1aの搬送ロール13を部材18として用いることで本発明の目的を達成することももちろん可能である。また、方向転換ロール17、部材18は加熱機構を有していても良く、強化繊維予熱装置で強化繊維シートを加熱している場合は、方向転換ロール17と部材18との接触により強化繊維シートが冷めるのを抑制することができる。
In FIG. 1, the
さらに、必要に応じプリプレグ1bの少なくとも片面に離型シート3を付与し、巻取り装置15でマトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bと離型シート3を同時に巻き取ってもよい。特に、プリプレグ1bに付与されたマトリックス樹脂2が搬送ロール14に至っても、マトリックス樹脂2の一部または全部がプリプレグ1b表面に存在し、かつ流動性や粘着性が高い場合には、離型シート3により、プリプレグ1b表面のマトリックス樹脂2の一部が搬送ロール14に転写されるのを防ぐことができる。さらに、プリプレグ1b同士の接着も防ぐことができ、後工程での取り扱いが容易になる。離型シートとしては、前記効果を奏するものであれば特に制限は無いが、例えば、離型紙の他、有機ポリマーフィルム表面に離型剤を塗布したもの等を挙げることができる。
Further, if necessary, the release sheet 3 may be provided on at least one side of the
次に図2〜4により、強化繊維シート1aへのマトリックス樹脂2の付与工程について詳述する。図2は、図1における塗布部20を拡大した詳細横断面図である。塗布部20は、所定の隙間Dを開けて対向する壁面部材21a、21bを備え、壁面部材21a、21bの間には、鉛直方向下向きZ(すなわち強化繊維シートの走行方向)に断面積が連続的に減少する液溜り部22と、液溜り部22の下方(強化繊維シート1aの搬出側)に位置し、液溜り部22の上面(強化繊維シート1aの導入側)の断面積よりも小さい断面積を有するスリット状の狭窄部23が形成されている。図2において、強化繊維シート1aは、紙面の奥行き方向に配列されている。
Next, a process of applying the
塗布部20において、液溜り部22に導入された強化繊維シート1aは、その周囲のマトリックス樹脂2を随伴しながら、鉛直方向下向きZに走行する。その際、液溜り部22の断面積は鉛直方向下向きZ(強化繊維シート1aの走行方向)に向かって減少するため、随伴するマトリックス樹脂2は徐々に圧縮され、液溜り部22の下部に向かうにつれてマトリックス樹脂2の圧力が増大する。液溜り部22の下部の圧力が高くなると、前記随伴液流がそれ以上は下部に流動し難くなり、壁面部材21a、21b方向に流れ、その後、壁面部材21a、21bに阻まれ、上方へ流れるようになる。結果、液溜り部22内では強化繊維シート1aの平面と、壁面部材21a、21b壁面に沿った循環流Tを形成する。これにより、仮にシート状強化繊維1aが毛羽を液溜り部22に持ち込んだとしても毛羽は循環流Tに沿って運動し、液圧の大きな液溜り部22下部や狭窄部23に近づくことができない。さらに下で述べるとおり、気泡が毛羽に付着することにより毛羽が循環流Tから上方に移動し、液溜り部22の上部液面付近を通過する。そのため、毛羽が液溜り部22の下部および狭窄部23に詰まることが防止されるだけでなく、滞留する毛羽は液溜り部22の上部液面から容易に回収することも可能となる。さらに、強化繊維シート1aを高速で走行させた場合、前記の液圧はさらに増大するため、毛羽の排除効果がより高くなる。その結果、強化繊維シート1aにより高速でマトリックス樹脂2を付与することが可能となり、生産性が大きく向上する。
In the
また、前記の増大した液圧により、マトリックス樹脂2が強化繊維シート1aの内部に含浸しやすくなる効果がある。これは、強化繊維束のような多孔質体にマトリックス樹脂が含浸される際、その含浸度がマトリックス樹脂の圧力で増大する性質(ダルシーの法則)に基づく。これについても、強化繊維シート1aをより高速で走行させた場合、液圧がより増大することから、含浸効果をより高めることができる。なお、マトリックス樹脂2は強化繊維シート1aの内部に残留する気泡と気/液置換で含浸されるが、気泡は前記の液圧と浮力により強化繊維シート1aの内部の隙間を通って、繊維の配向方向(鉛直方向上向き)に排出される。このとき、気泡は含浸してくるマトリックス樹脂2を押しのけずに排出されるため、含浸を阻害しない効果もある。また、気泡の一部は強化繊維シート1aの表面から面外方向(法線方向)に排出されるが、この気泡も前記の液圧と浮力により速やかに鉛直方向上向きに排除されるため、含浸効果の高い液溜り部22の下部に留まらず、効率よく気泡の排出が進む効果もある。これらの効果により、強化繊維シート1aにマトリックス樹脂2を効率よく含浸させることが可能となり、その結果、マトリックス樹脂2が均一に含浸された高品質のマトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bを得ることが可能となる。
In addition, the increased liquid pressure has an effect that the
さらに、前記の増大した液圧により、強化繊維シート1aが隙間Dの中央に自動的に調心され、強化繊維シート1aが液溜り部22や狭窄部23の壁面に直接擦過せず、ここでの毛羽発生を抑制する効果もある。これは、外乱などにより強化繊維シート1aが隙間Dのどちらかに接近した場合、接近した側ではより狭い隙間にマトリックス樹脂2が押し込まれて圧縮されるため、接近した側で液圧がより増大し、強化繊維シート1aを隙間Dの中央に押し戻すためである。
Further, the reinforcing
狭窄部23は、液溜り部22の上面よりも断面積が小さく設計される。図2や図4から理解されるとおり専ら強化繊維シートによる疑似平面の垂線方向の長さが小さい、すなわち部材間の間隔が狭い、ことで断面積は小さくなる。これは、前記のように狭窄部で液圧を高くすることで、含浸や自動調心効果を得るためである。また、狭窄部23の最上部の面の断面形状は、液溜り部22の最下部の面の断面形状と一致させることが、強化繊維シート1aの走行性やマトリックス樹脂2の流れ制御の観点から好ましいが、必要に応じ狭窄部23の方を若干大きくしてもよい。
The
ここで、図2の塗布部20では、強化繊維シート1aが完全に鉛直方向下向きZ(水平面から90度)に走行しているが、これに限定されず、前記の毛羽回収、気泡の排出効果が得られ、強化繊維シート1aが安定して連続走行可能な範囲で、実質的に鉛直方向下向きであればよい。
Here, in the
また、強化繊維シート1aに付与されるマトリックス樹脂2の総量は、狭窄部23の隙間Dで制御可能であり、例えば、強化繊維シート1aに付与するマトリックス樹脂2の総量を多くしたい(目付を大きくしたい)場合は、隙間Dが広くなるよう、壁面部材21a、21bを設置すればよい。
Further, the total amount of the
図3は、塗布部20を、図2のAの方向から見た下面図である。塗布部20には、強化繊維シート1aの配列方向両端からマトリックス樹脂2が漏れるのを防ぐための側壁部材24a、24bが設けられており、壁面部材21a、21bと側壁部材24a、24bに囲われた空間に狭窄部23の出口25が形成されている。ここで、出口25はスリット状をしており、断面アスペクト比(図3のY/D)はマトリックス樹脂2を付与したい強化繊維シート1aの形状に合わせて設定すればよい。
FIG. 3 is a bottom view of the
図4aは塗布部20を、Bの方向から見た場合の塗布部内部の構造を説明する断面図である。なお、図を見やすくするため壁面部材21bは省略してあるほか、強化繊維シート1aは強化繊維1を、隙間を開けて配列しているように描画しているが、実際には強化繊維1を隙間無く配列することが、シート状プリプレグの品位、FRPの力学特性の観点から好ましい。
FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating the structure inside the coating unit when the
図4bは隙間26でのマトリックス樹脂2の流れを示している。隙間26が大きいとマトリックス樹脂2には、Rの向きに渦流れが発生する。この渦流れRは、液溜り部22の下部では外側に向かう流れ(Ra)となるため、強化繊維シートを引き裂いてしまう(シート状繊維束の割れが発生する)場合や強化繊維間の間隔を拡げてしまい、そのためにマトリックス樹脂含浸強化繊維シートとしたときに強化繊維の配列ムラを発生する可能性がある。一方、液溜り部22の上部では、内側に向かう流れ(Rb)となるため、強化繊維シート1aが幅方向に圧縮され、その端部が折れてしまう場合がある。特許文献2(特許第3252278号公報)に代表されるような、一体物のシート状基材(特にフィルム)にマトリックス樹脂を両面塗布する装置ではこのような隙間26での渦流れが発生しても品質への影響が少ないため、注意がされていなかった。
FIG. 4 b shows the flow of the
そこで、本発明においては、隙間26を小さくする幅規制を行い、端部での渦流れの発生を抑制することが好ましい。具体的には、液溜り部22の幅L、すなわち、側板部材24aと24bの間隔Lは、狭窄部23の直下で測定した強化繊維シートの幅Wと以下の関係を満たすよう構成することが好ましい。
L≦W+10(mm)
これにより、端部での渦流れ発生が抑制され、強化繊維シート1aの割れや端部折れを抑制でき、マトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bの全幅(W)にわたって均一に強化繊維1が配列された、高品位で安定性の高いマトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bを得ることができる。さらに、この技術をプリプレグに適用した場合には、プリプレグの品位、品質を向上させるのみならず、これを用いて得られるFRPの力学特性や品質を向上させることができる。LとWの関係はより好ましくは、L≦W+2(mm)とすると、さらに強化繊維シートの割れや端部折れを抑制することができる。
Therefore, in the present invention, it is preferable to restrict the width of the
L ≦ W + 10 (mm)
As a result, generation of vortex flow at the end is suppressed, cracking and end breakage of the reinforcing
また、Lの下限は、W−5(mm)以上となるよう調整することが、マトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bの幅方向寸法の均一性を向上させる観点から好ましい。
Further, it is preferable to adjust the lower limit of L to be not less than W-5 (mm) from the viewpoint of improving the uniformity of the dimension in the width direction of the matrix resin-impregnated reinforced
なお、この幅規制は、液溜り部22下部の高い液圧による渦流れR発生を抑制する観点から、少なくとも液溜り部22の下部(図4aのGの位置)で行うことが好ましい。さらに、この幅規制はより好ましくは、液溜り部22の全域で行うと、渦流れRの発生をほぼ完全に抑制することができ、その結果、強化繊維シートの割れや端部折れをほぼ完全に抑制することが可能となる。
Note that this width regulation is preferably performed at least at the lower part of the liquid reservoir 22 (the position G in FIG. 4A) from the viewpoint of suppressing the generation of the vortex R due to the high liquid pressure below the
また、前記幅規制は、前記隙間26の渦流れ抑制の観点からは、液溜り部22だけでもよいが、狭窄部23も同様に行うとマトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bの側面に過剰なマトリックス樹脂2が付与されることを抑制する観点から好ましい。
In addition, from the viewpoint of suppressing the vortex flow in the
<幅規制機構>
前記では幅規制を側壁部材24a、24bが担う場合を示したが、図5に示すように、側壁部材24a、24b間に幅規制機構27a、27bを設け、かかる機構で幅規制を行うこともできる。これにより、幅規制機構によって規制される幅を自在に変更可能とすることで一つの塗布部により、種々の幅のマトリックス樹脂含浸強化繊維シートを製造できる観点から好ましい。ここで、狭窄部の直下における強化繊維シートの幅(W)と該幅規制機構下端において幅規制機構により規制される幅(L2)との関係はL2≦W+10(mm)とすることが好ましく、より好ましくは、L2≦W+2(mm)である。また、L2の下限は、W−5(mm)以上となるよう調整することが、マトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bの幅方向寸法の均一性を向上させる観点から好ましい。幅規制機構の形状および材質に特に制限は無いが、板形状のブッシュであると簡便であり、好ましい。また、上部、すなわち液面に近い場所では壁面部材21a、21bとの間隔よりも小さい幅(図5参照。「Z方向からみた図」中、幅規制機構の上下方向の長さを指す)を有することで、マトリックス樹脂の水平方向の流れを妨げないようにでき、好ましい。一方、幅規制機構の中間部から下部にかけては塗布部の内部形状に沿った形状とすることが液溜り部でのマトリックス樹脂の滞留を抑制でき、マトリックス樹脂の劣化を抑制できることから好ましい。この意味から、幅規制機構は狭窄部23まで挿入されることが好ましい。図5は、幅規制機構として板形状ブッシュの例を示しているが、ブッシュの中間より下部が液溜り部22のテーパー形状に沿い、狭窄部23まで挿入される例を示している。図5にはL2が液面から出口まで一定の例を示しているが、幅規制機構の目的を達成する範囲で部位によって規制する幅を変更してもよい。幅規制機構は任意の方法で塗布部20に固定することができるが、板形状ブッシュの場合には、上下方向で複数の部位で固定することで、高液圧による板形状ブッシュの変形による規制幅の変動を抑制することができる。例えば、上部はステーを用い、下部は塗布部に差し込むようにすると、幅規制機構による幅の規制が容易であり、好ましい。
<Width regulation mechanism>
In the above description, the case where the
<液溜り部の形状>
前記で詳述したように、本発明においては、液溜り部22で強化繊維シートの走行方向に断面積が連続的に減少することで、強化繊維シートの走行方向に液圧を増大させることが重要であるが、ここで強化繊維シートの走行方向に断面積が連続的に減少するとは、走行方向に連続的に液圧を増大可能であれば、その形状には特に制限は無い。液溜り部の横断面図において、テーパー状(直線状)であったり、ラッパ状などのように曲線的な形態を示してもよい。また、断面積減少部は液溜り部全長にわたって連続してもよいし、本発明の目的、効果が得られる範囲であれば、一部に断面積が減少しない部分や逆に拡大する部分を含んでいてもよい。これらについて、以下に図6〜9で例を挙げて詳述する。
<Shape of liquid pool>
As described in detail above, in the present invention, the liquid pressure is increased in the running direction of the reinforcing fiber sheet by continuously decreasing the cross-sectional area in the running direction of the reinforcing fiber sheet in the
図6は、図2とは別の実施形態の塗布部20bの詳細横断面図である。液溜り部22を構成する壁面部材21c、21dの形状が異なる以外は、図2の塗布部20と同じである。図6の塗布部20bのように、液溜り部22が、鉛直方向下向きZに断面積が連続的に減少する領域22aと、断面積が減少しない領域22bに分かれていてもよい。このとき、断面積が連続的に減少する鉛直方向高さHは10mm以上であることが好ましい。さらに好ましい断面積が連続的に減少する鉛直方向高さHは50mm以上である。これにより、強化繊維シート1aによって随伴されたマトリックス樹脂2が、液溜まり部22の断面積が連続的に減少する領域22aで圧縮される距離が確保され、液溜り部22の下部で発生する液圧を十分に増大させることができる。その結果、液圧により毛羽が狭窄部23に詰まるのを防止し、また液圧によりマトリックス樹脂2が強化繊維シート1aに含浸する効果を得ることができる。
FIG. 6 is a detailed cross-sectional view of the
ここで、図2の塗布部20や図6の塗布部20bのように、液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22aをテーパー状とする場合、テーパーの開き角度θは小さい方が好ましく、具体的には鋭角(90°以下)にすることが好ましい。これにより、液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22a(テーパー部)でマトリックス樹脂2の圧縮効果を高め、高い液圧を得やすくすることができる。
Here, when the
図7は、図6とは別の実施形態の塗布部20cの詳細横断面図である。液溜り部22を構成する壁面部材21e、21fの形状が2段テーパー状となっている以外は、図6の塗布部20bと同じである。このように、液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22aを2段以上の多段テーパー部で構成してもよい。このとき、狭窄部23に最も近いテーパー部の開き角度θを鋭角にするのが、前記の圧縮効果を高める観点から好ましい。またこの場合も、液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22aの高さHを10mm以上にすることが好ましい。さらに好ましい断面積が連続的に減少する鉛直方向高さHは50mm以上である。図7のように液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22aを多段のテーパー部にすることで、液溜り部22に貯留できるマトリックス樹脂2の体積を維持しつつ、狭窄部23に最も近いテーパー部の角度θをより小さくすることができる。これにより液溜り部22の下部で発生する液圧がより高くなり、毛羽の排除効果やマトリックス樹脂2の含浸効果をさらに高めることが可能となる。
FIG. 7 is a detailed cross-sectional view of the
図8は、図6とは別の実施形態の塗布部20dの詳細横断面図である。液溜り部22を構成する壁面部材21g、21hの形状が階段状となっている以外は、図6の塗布部20bと同じである。このように、液溜り部22の最下部に断面積が連続的に減少する領域22aがあれば、本発明の目的である液圧の増大効果は得られるため、液溜り部22の他の部分に断面積が断続的に減少する領域22cを含んでいてもよい。液溜り部22を図8のような形状にすることで、断面積が連続的に減少する領域22aの形状を維持しつつ、液溜り部22の奥行きBを拡大して貯留できるマトリックス樹脂2の体積を大きくすることができる。その結果、塗布部20dにマトリックス樹脂2を連続して供給できない場合でも、長時間強化繊維シート1aにマトリックス樹脂2を付与し続けることが可能となり、マトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bの生産性がより向上する。
FIG. 8 is a detailed cross-sectional view of a
図9は、図6とは別の実施形態の塗布部20eの詳細横断面図である。液溜り部22を構成する壁面部材21i、21jの形状がラッパ状(曲線状)となっている以外は、図6の塗布部20bと同じである。図6の塗布部20bでは、液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22aはテーパー状(直線状)だが、これに限定されず、例えば図9のようにラッパ状(曲線状)でもよい。ただし、液溜り部22の下部と、狭窄部23の上部は滑らかに接続することが好ましい。これは、液溜り部22の下部と、狭窄部23の上部の境界に段差があると、強化繊維シート1aが段差に引っ掛かり、この部分で毛羽が発生する懸念があるためである。また、このように液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域をラッパ状とする場合は、液溜り部22の断面積が連続的に減少する領域22aの最下部における仮想接線の開き角度θを鋭角にするのが好ましい。
FIG. 9 is a detailed cross-sectional view of a
なお、上記は滑らかに断面積が減少する例をあげて説明したが、本発明の目的を損なわない限り、本発明において液溜まり部の断面積は必ずしも滑らかに減少しなくともよい。 In the above description, an example in which the cross-sectional area is smoothly reduced has been described. However, in the present invention, the cross-sectional area of the liquid reservoir does not necessarily have to be smoothly reduced unless the object of the present invention is impaired.
図10は本発明とは別の実施形態の塗布部30の詳細横断面図である。本発明の実施形態とは異なり、図10の液溜り部32は鉛直方向下向きZに断面積が連続的に減少する領域を含まず、狭窄部23との境界33で断面積が不連続で急激に減少する構成である。このため、強化繊維シート1aが詰まり易い。
FIG. 10 is a detailed cross-sectional view of a
また、塗布部内で強化繊維シートを複数本のバーに接触させることで含浸効果を向上させることも可能である。図11にバー(35a、35bおよび35c)を3本用いた例を示しているが、バーは本数が大きいほど、強化繊維シートとバーの接触長が長いほど、接触角が大きいほど、含浸率を向上させることができる。図11の例では含浸率を90%以上とすることが可能である。なお、係る含浸効果の向上手段は複数種を組み合わせて用いても良い。 In addition, it is also possible to improve the impregnation effect by bringing the reinforcing fiber sheet into contact with a plurality of bars in the application section. FIG. 11 shows an example in which three bars (35a, 35b and 35c) are used. The greater the number of bars, the longer the contact length between the reinforcing fiber sheet and the bars, the larger the contact angle, the greater the impregnation rate. Can be improved. In the example of FIG. 11, the impregnation rate can be 90% or more. The means for improving the impregnation effect may be used in combination of plural kinds.
<走行機構>
強化繊維シートや本発明のマトリックス樹脂含浸強化繊維シートを搬送するための走行機構としては、公知のローラー等を好適に用いることができる。本発明では強化繊維シートが鉛直下向きに搬送されるため、塗布部を挟んで上下にローラーを配置することが好ましい。
<Travel mechanism>
As a traveling mechanism for transporting the reinforcing fiber sheet or the matrix resin-impregnated reinforcing fiber sheet of the present invention, a known roller or the like can be suitably used. In the present invention, since the reinforcing fiber sheet is conveyed vertically downward, it is preferable to arrange rollers vertically above and below the application section.
また、本発明では、強化繊維の配列乱れや毛羽立ちを抑制するため、強化繊維シートの走行経路はなるべく直線状であることが好ましい。また、マトリックス樹脂含浸強化繊維シートと離型シートの積層体であるシート状一体物の搬送工程において、屈曲部を有すると、内層と外層の周長差による皺が発生する場合が有るため、シート状一体物の走行経路もなるべく直線状であることが好ましい。この観点からは、シート状一体物の走行経路中では、ニップロールを用いる方が好ましい。 In the present invention, it is preferable that the running path of the reinforcing fiber sheet is as linear as possible in order to suppress the arrangement disorder and the fluffing of the reinforcing fibers. Further, in the conveying step of the sheet-like integrated body which is a laminate of the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet and the release sheet, if there is a bent portion, wrinkles may occur due to a difference in circumference between the inner layer and the outer layer. It is preferable that the traveling path of the shape-integrated object is also as straight as possible. From this viewpoint, it is preferable to use a nip roll in the traveling path of the sheet-like integrated object.
S字ロールとニップロールのどちらを用いるかは、製造条件や製造物の特性に応じ、適宜選択することが可能である。 Whether to use the S-shaped roll or the nip roll can be appropriately selected according to the manufacturing conditions and the characteristics of the product.
<高張力引き取り装置>
本発明では、塗布部からマトリックス樹脂含浸強化繊維シートを引き出すための高張力引き取り装置を塗布部より工程下流に配置することが好ましい。これは、塗布部で、強化繊維シートとマトリックス樹脂の間で高い摩擦力、せん断応力が発生するため、それに打ち勝ってマトリックス樹脂含浸強化繊維シートを引き出すためには、工程下流で高い引き取り張力を発生させることが好ましいためである。高張力引き取り装置としては、ニップロールやS字ロールなどを用いることができるが、いずれもロールとマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの間の摩擦力を高めることで、スリップを防止し、安定した走行を可能とすることができる。このためには、摩擦係数の高い材料をロール表面に配したり、ニップ圧力やS字ロールへのマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの押し付け圧を高くすることが好ましい。スリップを防止する観点からは、S字ロールの方がロール径や接触長などで容易に摩擦力を制御でき、好ましい。
<High tension take-up device>
In the present invention, it is preferable that a high tension take-off device for pulling out the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet from the application section is disposed downstream of the application section in the process. This is because high frictional force and shear stress are generated between the reinforcing fiber sheet and the matrix resin at the application section, and high pulling tension is generated downstream in the process to overcome and draw out the matrix resin-impregnated reinforcing fiber sheet. This is because it is preferable to make them. A nip roll or S-shaped roll can be used as the high tension take-off device, but any of them can increase slipping force between the roll and the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet to prevent slip and enable stable running. It can be. For this purpose, it is preferable to arrange a material having a high coefficient of friction on the roll surface, or to increase the nip pressure or the pressing pressure of the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet on the S-shaped roll. From the viewpoint of preventing the slip, the S-shaped roll is preferable because the frictional force can be easily controlled by the roll diameter and the contact length.
<離型シート供給装置、ワインダー>
本発明を用いてのプリプレグやFRPの製造においては適宜離型シート供給装置やワインダーを用いることができ、そのようなものとしては公知のものを使用することができるが、いずれも巻き出し、あるいは巻き取り張力を巻き出しあるいは巻き取り速度にフィードバックできる機構を備えていることがシートの安定走行の観点から好ましい。
<Release sheet feeding device, winder>
In the production of a prepreg or FRP using the present invention, a release sheet feeding device or a winder can be used as appropriate, and as such a device, a known device can be used. It is preferable to provide a mechanism capable of feeding back the winding tension or feeding back the winding speed from the viewpoint of stable running of the sheet.
<追含浸>
所望の含浸度に調整するために、本発明にさらに塗布後に別途、含浸装置を用いて更に含浸度を高める手段を組み合わせることも可能である。ここでは、塗布部での含浸と区別するために、塗布後に追加で含浸することを追含浸、そのための装置を追含浸装置と称することとする。追含浸装置として用いられる装置には特に制限は無く、目的に応じて公知のものから適宜選択することができる。例えば、特開2011−132389号公報やWO2015/060299パンフレット記載のように、シート状炭素繊維束と樹脂の積層体を、熱板で予熱しシート状炭素繊維束上の樹脂を十分軟化させた後、やはり加熱されたニップロールで加圧する装置を用いることで含浸を進めることができる。予熱のための熱板温度やニップロール表面温度、ニップロールの線圧、ニップロールの直径・数は所望の含浸度になるように適宜選択することができる。また、WO2010/150022パンフレット記載のようなプリプレグシートがS字型に走行する“S−ラップロール”を用いることも可能である。本発明では“S−ラップロール”を単に“S字ロール”と称することとする。WO2010/150022パンフレット図1ではプリプレグシートがS字型に走行する例が記載されているが、含浸が可能であれば、U字型や、V型またはΛ型のようにシートとロールの接触長を調整してもよい。また、含浸圧を高め含浸度を上げる場合には、対向するコンタクトロールを付加することも可能である。さらにWO2015/076981パンフレット図4記載のように、“S−ラップロール”に対向してコンベヤーベルトを配することで含浸効率を向上させ、プリプレグの製造速度の高速化をはかることも可能である。また、WO2017/068159パンフレットや特開2016−203397号公報などに記載のように、含浸前にプリプレグに超音波を付与し、プリプレグを急速昇温することで、含浸効率を向上させることも可能である。また、特開2017−154330号公報記載のように、超音波発生装置で複数の“しごき刃”振動させる含浸装置を用いることも可能である。また、特開2013−22868号公報記載のようにプリプレグを折り畳んで含浸することも可能である。
<Addition impregnation>
In order to adjust the degree of impregnation to a desired degree, it is also possible to combine a means for further increasing the degree of impregnation using an impregnating apparatus separately after coating with the present invention. Here, in order to distinguish it from the impregnation in the application section, additional impregnation after application is referred to as additional impregnation, and an apparatus therefor is referred to as an additional impregnation apparatus. The device used as the additional impregnation device is not particularly limited, and can be appropriately selected from known devices according to the purpose. For example, as described in JP-A-2011-132389 and WO2015 / 060299, after laminating a sheet-like carbon fiber bundle and a resin with a hot plate and sufficiently softening the resin on the sheet-like carbon fiber bundle, The impregnation can also be advanced by using a device that presses with a heated nip roll. The temperature of the hot plate for preheating, the surface temperature of the nip roll, the linear pressure of the nip roll, and the diameter and number of the nip rolls can be appropriately selected so as to obtain a desired impregnation degree. It is also possible to use an “S-wrap roll” in which a prepreg sheet travels in an S-shape as described in WO 2010/150022 pamphlet. In the present invention, “S-wrap roll” is simply referred to as “S-shaped roll”. WO 2010/150022 Pamphlet FIG. 1 shows an example in which the prepreg sheet runs in an S-shape, but if impregnation is possible, the contact length between the sheet and the roll, such as a U-shape, V-shape or Λ-shape, is described. May be adjusted. When the impregnation pressure is increased to increase the degree of impregnation, it is also possible to add an opposing contact roll. Further, as shown in FIG. 4 of the pamphlet of WO2015 / 076981, it is possible to improve the impregnation efficiency by arranging the conveyor belt opposite to the “S-wrap roll”, thereby increasing the production speed of the prepreg. Further, as described in WO 2017/068159 pamphlet or JP-A-2006-20397, etc., it is possible to improve the impregnation efficiency by applying ultrasonic waves to the prepreg before impregnation and rapidly raising the temperature of the prepreg. is there. Further, as described in JP-A-2017-154330, it is also possible to use an impregnation device that vibrates a plurality of “ironing blades” with an ultrasonic generator. Further, it is also possible to fold and impregnate the prepreg as described in JP-A-2013-22868.
<簡易追含浸>
上記では、従来の追含浸装置を適用する例を示したが、塗布部直下では未だマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの温度が高い場合があり、そのような場合には塗布部を出て後、あまり時間が経っていない段階で追含浸操作を加えると、マトリックス樹脂含浸強化繊維シートを再昇温するための熱板などの加熱装置を省略あるいは簡略化し、含浸装置を大幅に簡略化・小型化することも可能である。このように塗布部直下に位置させる含浸装置を簡易追含浸装置と称することとする。簡易追含浸装置としては加熱ニップロールや加熱S字ロールを用いることができるが、通常の含浸装置に比較し、ロール径や設定圧力、プリプレグとロールの接触長を減じることができ、装置を小型化できるだけでなく消費電力なども減じることができ、好ましい。
<Simple additional impregnation>
In the above, an example in which the conventional additional impregnation apparatus is applied is shown, but the temperature of the matrix resin-impregnated reinforcing fiber sheet may still be high immediately below the application section, and in such a case, after leaving the application section, it is not so much. If the additional impregnation operation is performed before the time has passed, a heating device such as a hot plate for reheating the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet is omitted or simplified, and the impregnation device is greatly simplified and downsized. It is also possible. Such an impregnating device located immediately below the coating section is referred to as a simple additional impregnating device. As a simple additional impregnating device, a heating nip roll or a heated S-shaped roll can be used, but the roll diameter, the set pressure, and the contact length between the prepreg and the roll can be reduced as compared with a normal impregnating device, and the device can be downsized. This is preferable because power consumption can be reduced as much as possible.
また、マトリックス樹脂含浸強化繊維シートが簡易追含浸装置に入る前に、マトリックス樹脂含浸強化繊維シートに離形シートを付与すると、プリプレグの走行性が向上し好ましい。図15に簡易追含浸装置を組み込んだマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの製造装置の一例を示している。 It is preferable that a release sheet be provided to the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet before the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet enters the simple re-impregnation apparatus, because the running property of the prepreg is improved. FIG. 15 shows an example of an apparatus for manufacturing a matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet incorporating a simple additional impregnation apparatus.
<含浸率>
本発明の製造方法で得られるマトリックス樹脂含浸強化繊維シートにおいてマトリックス樹脂の含浸率は10%以上であることが望ましい。マトリックス樹脂の含浸率は、採取したマトリックス樹脂含浸強化繊維シートを裂き、内部を目視することで含浸の有無を確認することができ、より定量的には例えば剥離法で評価することが可能である。剥離法によるマトリックス樹脂の含浸率は以下のようにして測定することができる。すなわち、採取したマトリックス樹脂含浸強化繊維シートを粘着テープで挟み、これを剥離し、マトリックス樹脂が付着した強化繊維とマトリックス樹脂が付着していない強化繊維を分離する。そして、投入した強化繊維シート全体の質量に対するマトリックス樹脂が付着した強化繊維の質量の比率を剥離法によるマトリックス樹脂の含浸率とすることができる。
<Impregnation rate>
In the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet obtained by the production method of the present invention, the matrix resin impregnation ratio is desirably 10% or more. The impregnation rate of the matrix resin can be checked for the presence or absence of impregnation by tearing the collected matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet and visually observing the inside, and can be more quantitatively evaluated by, for example, a peeling method. . The impregnation rate of the matrix resin by the peeling method can be measured as follows. That is, the collected matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet is sandwiched between adhesive tapes and peeled off to separate the reinforced fibers with the matrix resin from the reinforced fibers without the matrix resin. Then, the ratio of the mass of the reinforcing fibers to which the matrix resin has adhered to the mass of the entire reinforcing fiber sheet put in can be taken as the impregnation rate of the matrix resin by the peeling method.
<プリプレグ幅>
FRPの前駆体の一種であるプリプレグは本発明で得られるマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの一形態であるため、本発明をFRP用途に適用する場合として、マトリックス樹脂含浸強化繊維シートをプリプレグと称して以下説明する。
<Prepreg width>
Since prepreg, which is a kind of precursor of FRP, is a form of matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet obtained in the present invention, when applying the present invention to FRP applications, the matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet is referred to as prepreg. This will be described below.
プリプレグの幅には、特に制限は無く、幅が数十cm〜2m程度の広幅でも良いし、幅数mm〜数十mmのテープ状でも良く、用途に応じ幅を選択することができる。近年では、プリプレグの積層工程を効率化するため、細幅プリプレグやプリプレグテープを自動積層していくATL(Automated Tape Laying)やAFP(Automated Fiber Placement)と呼ばれる装置が広く用いられるようになってきており、これに適合した幅とすることも好ましい。ATLでは幅が約7.5cm、約15cm、約30cm程度の細幅プリプレグが用いられることが多く、AFPでは約3mm〜約25mm程度のプリプレグテープが用いられることが多い。 The width of the prepreg is not particularly limited, and may be a wide width of about several tens cm to 2 m or a tape having a width of several mm to several tens mm. The width can be selected according to the application. In recent years, devices called ATL (Automated Tape Laying) or AFP (Automated Fiber Placement) for automatically laminating narrow prepregs and prepreg tapes have been widely used in order to increase the efficiency of the prepreg lamination process. Therefore, it is also preferable that the width is adjusted to this. ATL often uses a narrow prepreg having a width of about 7.5 cm, about 15 cm, or about 30 cm. AFP often uses a prepreg tape having a width of about 3 mm to about 25 mm.
所望の幅のプリプレグを得る方法には特に制限は無く、幅1m〜2m程度の広幅プリプレグを細幅にスリットする方法を用いることができる。また、スリット工程を簡略化あるいは省略するため、最初から所望の幅となるよう本発明で用いる塗布部の幅を調整することもできる。例えば、ATL用に30cm幅の細幅プリプレグを製造する場合には、塗布部出口の幅をそれに応じて調整すればよい。また、これを効率的に製造するためには、製品幅を30cmとして製造することが好ましく、係る製造装置を複数個並列させると、同一の走行装置・搬送装置、各種ロール、ワインダーを用いて複数ラインのプリプレグを製造することができる。図17には一例として、塗布部を5つ並列方向に連結した例を示している。この時、5枚の強化繊維シート416は、それぞれ独立した5つの強化繊維予熱装置420、塗布部430を通過し、5枚のプリプレグ471が得られるようにしても良いし、強化繊維予熱装置420、塗布部430は並列方向に一体化されていてもよい。この場合には、塗布部430中で幅規制機構、塗布部出口幅を独立に5つ備えればよい。
There is no particular limitation on a method of obtaining a prepreg having a desired width, and a method of slitting a wide prepreg having a width of about 1 m to 2 m into a narrow width can be used. Further, in order to simplify or omit the slitting step, the width of the coating portion used in the present invention can be adjusted so as to have a desired width from the beginning. For example, when manufacturing a narrow prepreg having a width of 30 cm for ATL, the width of the application section outlet may be adjusted accordingly. In addition, in order to manufacture this efficiently, it is preferable to manufacture the product with a product width of 30 cm. When a plurality of such manufacturing devices are arranged in parallel, the same traveling device / transport device, various rolls, and a winder are used. The prepreg of the line can be manufactured. FIG. 17 shows an example in which five application sections are connected in a parallel direction. At this time, the five reinforcing
また、プリプレグテープの場合には、テープ状の強化繊維束が1糸条〜3糸状程度で強化繊維シートを形成させ、これを所望のテープ幅が得られるように幅を調整した塗布部に通すことで得ることもできる。プリプレグテープの場合はテープ同士の横方向の重なりを制御する観点から、特にテープ幅の精度が求められる場合が多い。このため、塗布部出口幅をより厳密に管理することが好ましく、この場合には、前記のL、L2およびWが、L≦W+1mmおよび/またはL2≦W+1mm、の関係を満たすようすることが好ましい。 In the case of a prepreg tape, the tape-shaped reinforcing fiber bundle is formed into a reinforcing fiber sheet with about 1 to 3 yarns, and the reinforcing fiber sheet is passed through an application section whose width is adjusted so as to obtain a desired tape width. You can also get it. In the case of a prepreg tape, in particular, the accuracy of the tape width is often required from the viewpoint of controlling the lateral overlap between the tapes. For this reason, it is preferable to more strictly control the outlet width of the application section. In this case, it is preferable that the above L, L2, and W satisfy the relationship of L ≦ W + 1 mm and / or L2 ≦ W + 1 mm. .
<スリット>
プリプレグのスリット方法にも特に制限は無く、公知のスリット装置を用いることができる。プリプレグを一旦巻き取った後、改めてスリット装置に設置し、スリットを行っても良いし、効率化のため、プリプレグ一旦巻き取ることなくプリプレグ作製工程から連続してスリット工程を配置しても良い。また、スリット工程は1m以上の広幅プリプレグを直接、所望の幅にスリットしても良いし、一旦、30cm程度の細幅プリプレグにカット・小分けした後、これを改めて所望の幅にスリットしても良い。
<Slit>
The method of slitting the prepreg is not particularly limited, and a known slit device can be used. After winding the prepreg once, it may be installed in the slit device again to perform slitting, or for efficiency, a slitting step may be arranged continuously from the prepreg producing step without winding the prepreg once. Also, in the slitting step, a wide prepreg of 1 m or more may be directly slit to a desired width, or once cut and divided into narrow prepregs of about 30 cm, and then slit again to a desired width. good.
なお、上記の細幅プリプレグ、プリプレグテープを複数の塗布部を並列させた場合には、それぞれ独立に離型シートを供給しても良いし、1枚の広幅離型シートを供給し、これに複数枚のプリプレグを積層させても良い。このようにして得られるプリプレグの幅方向の端部を切り落とし、ATLやAFPの装置に供給することができる。この場合には切り落とす端部の大部分が離型シートとなるため、スリットカッター刃に付着するマトリックス樹脂成分(CFRPの場合には樹脂成分)を減じることができ、スリットカッター刃の清掃周期を延長できるというメリットもある。 In addition, when the above-mentioned narrow prepreg and prepreg tape are arranged in a plurality of coating portions in parallel, a release sheet may be supplied independently, or one wide release sheet may be supplied. A plurality of prepregs may be stacked. The end in the width direction of the prepreg thus obtained can be cut off and supplied to an ATL or AFP device. In this case, since most of the cut-off end is a release sheet, the matrix resin component (resin component in the case of CFRP) adhering to the slit cutter blade can be reduced, and the cleaning cycle of the slit cutter blade is extended. There is also an advantage that you can do it.
<マトリックス樹脂供給機構>
本発明において塗布部内にマトリックス樹脂は貯留されているが、塗工が進行するのでマトリックス樹脂を適宜補給することが好ましい。マトリックス樹脂を塗布部に供給する機構には特に制限は無く、公知の装置を使用することができる。マトリックス樹脂は連続的に塗布部に供給することが、塗布部の上部液面を乱さず、強化繊維シートの走行を安定化でき、好ましい。例えば、マトリックス樹脂を貯留する槽から自重を駆動力として供給したり、ポンプなどを用いて連続的に供給することができる。ポンプとしては、ギヤポンプやチューブポンプ、圧力ポンプなどマトリックス樹脂の性質に応じ適宜使用することができる。また、マトリックス樹脂が室温で固体の場合には、貯留層上部にメルターを備えておくことが好ましい。また、連続押し出し機などを用いることもできる。また、マトリックス樹脂供給量はマトリックス樹脂の塗布部上部の液面がなるべく一定となるよう、塗布量に応じ連続供給できる機構を備えることが好ましい。このためには、例えば液面高さや塗布部重量などをモニタリングし、それを供給装置にフィードバックするような機構が考えられる。
<Matrix resin supply mechanism>
In the present invention, the matrix resin is stored in the coating section, but it is preferable to appropriately supply the matrix resin because the coating proceeds. The mechanism for supplying the matrix resin to the application section is not particularly limited, and a known device can be used. It is preferable that the matrix resin be continuously supplied to the application section because the running of the reinforcing fiber sheet can be stabilized without disturbing the liquid level above the application section. For example, the self-weight can be supplied as a driving force from a tank storing the matrix resin, or can be supplied continuously using a pump or the like. As the pump, a gear pump, a tube pump, a pressure pump, or the like can be used as appropriate according to the properties of the matrix resin. When the matrix resin is solid at room temperature, it is preferable to provide a melter above the reservoir. Further, a continuous extruder or the like can be used. Further, it is preferable to provide a mechanism capable of continuously supplying the matrix resin in accordance with the applied amount so that the liquid level above the application portion of the matrix resin is as constant as possible. For this purpose, for example, a mechanism that monitors the liquid level, the weight of the application section, and the like and feeds it back to the supply device is conceivable.
<オンラインモニタリング>
また、塗布量のモニタリングのために、塗布量をオンラインモニタリングできる機構を備えることが好ましい。オンラインモニタリング方法についても特に制限は無く、公知のものを使用可能である。例えば、厚みを計測する装置として、例えばベータ線計などを用いることができる。この場合は、強化繊維シート厚みとマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの厚みを計測し、その差分を解析することで塗布量を見積もることが可能である。オンラインモニタリングされた塗布量は、直ぐに塗布部にフィードバックされ、塗布部の温度や狭窄部23の隙間D(図2参照)の調整に利用することができる。塗布量モニタリングは、もちろん欠点モニタリングとしても使用可能である。厚み計測位置としては、例えば図12で言えば、方向転換ロール419近傍で強化繊維シート416の厚みを計測し、塗布部430から方向転換ロール441の間でマトリックス樹脂含浸強化繊維シートの厚みを計測することができる。また、赤外線、近赤外線、カメラ(画像解析)などを用いたオンライン欠点モニタリングを行うことも好ましい。
<Online monitoring>
Further, it is preferable to provide a mechanism capable of online monitoring of the application amount for monitoring the application amount. The online monitoring method is not particularly limited, and a known method can be used. For example, as a device for measuring the thickness, for example, a beta-ray meter or the like can be used. In this case, it is possible to estimate the coating amount by measuring the thickness of the reinforcing fiber sheet and the thickness of the matrix resin-impregnated reinforcing fiber sheet and analyzing the difference. The application amount monitored online is immediately fed back to the application unit, and can be used for adjusting the temperature of the application unit and the gap D (see FIG. 2) of the
本発明のプリプレグ製造装置は、強化繊維が一方向に配列された強化繊維シートを実質的に鉛直方向下向きに走行させる走行機構と、塗布機構を有し、前記塗布機構はその内部にマトリックス樹脂を貯留可能であり、さらに互いに連通された液溜り部と狭窄部を備えており、前記液溜り部は、強化繊維シートの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部は、スリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記塗布部に貯留するマトリックス樹脂の液面から1mm以上300mm以内の位置で強化繊維シートを部材に接触させながら走行させるものである。 The prepreg manufacturing apparatus of the present invention has a traveling mechanism for causing a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in one direction to travel substantially vertically downward, and a coating mechanism, and the coating mechanism includes a matrix resin therein. It is storable, and further comprises a liquid reservoir and a constricted portion that are communicated with each other, wherein the liquid reservoir has a portion whose cross-sectional area decreases continuously along the running direction of the reinforcing fiber sheet, The constricted portion has a slit-shaped cross-section, has a cross-sectional area smaller than the upper surface of the liquid reservoir portion, and forms a reinforcing fiber sheet at a position of 1 mm or more and 300 mm or less from the liquid surface of the matrix resin stored in the application portion. The vehicle travels while contacting the vehicle.
以下では、プリプレグの製造例を具体的に挙げて本発明をより詳細に説明する。なお、以下は例示であり、本発明は以下に説明される態様に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with specific examples of prepreg production. Note that the following is an example, and the present invention is not construed as being limited to the embodiments described below.
図12は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の例の概略図である。複数個の強化繊維ボビン412はクリール411に掛けられ、方向転換ガイド413を経て、上方に引き出される。この時、クリールに付与されたブレーキ機構により一定張力で強化繊維束414を引き出すことができる。引き出された複数本の強化繊維束414は強化繊維配列装置415により整然と配列され、強化繊維シート416が形成される。なお、図12では強化繊維束は3糸条しか描画されていないが、実際には、2糸条〜数百糸条とすることができ、所望のプリプレグ幅、繊維目付とするよう調整可能である。その後、拡幅装置417、平滑化装置418を経て、方向転換ロール419を経て、鉛直下向きに搬送される。図12では、強化繊維配列装置415〜方向転換ロール419まで強化繊維シート416は装置間を直線状に搬送される。なお、拡幅装置417、平滑化装置418は、目的に応じ、適宜スキップすることもできるし、装置を配置しないこともできる。また、強化繊維配列装置415、拡幅装置417、平滑化装置418の配列順序は目的に応じ適宜変更することもできる。強化繊維シート416は方向転換ロール419から鉛直下向きに走行し、強化繊維予熱装置420を経た後、方向転換ロール421で走行方向を変え部材422と接触させる。強化繊維予熱装置420はスキップすることもできるし、装置を配置しないこともできる。
FIG. 12 is a schematic view of an example of a prepreg manufacturing process / apparatus using the present invention. The plurality of reinforcing
強化繊維シート1aと部材422を接触させる工程は、例えば図2aに示すような工程とすることができる。塗布部20の直上には部材18があり、強化繊維シート1aと部材18が接触するように強化繊維シートを搬送する。部材18は塗布部20に貯留するマトリックス樹脂2の液面27から部材18の下端である19までの距離Eを1mm以上300mm以内に設置し接触させる。Eをこの範囲とすることで、塗布部20進入前の強化繊維シート1aの糸割れを抑制することができ、品位良好で幅方向の目付均一性が高いプリプレグが得られ、製造工程における作業性の確保も可能である。より本発明の部材18による糸割れ抑制効果を得るためにはEを短くすることが好ましい。図2aの部材18として表面に突起がない部材すなわち断面形状には鋭利な角部がなく、滑らかな曲線で構成されていることが好ましい。このとき毛羽の発生を抑制でき、工程安定性を高めることができる。さらに部材18において強化繊維シートが接触する部分の表面粗さは1μm以上20μm以下であることが好ましい。これにより、強化繊維シート1aと擦過することで生じる毛羽による工程安定性を保ちながら、プリプレグ品位改善効果を得ることができる。なお、ここでいう表面粗さとは、最大高さであり、JIS B 0601(2001)に準じて測定される最大高さRzである。表面粗さは市販の表面粗さを測定可能な装置を用いて測定することができる。表面粗さを測定する装置の一例としては、ミツトヨ製表面粗さ測定器(SV−C4500S4やSJ−310)を用いて測定することができる。
The step of bringing the reinforcing
なお、部材18としては板材、バー、ロールなどを用いることができ、中でも固定バー、フリーロール、駆動ロールを用いることが好ましい。これにより毛羽の巻きつきを抑制できたり、強化繊維シート1aと部材18との間の摩擦力を適切にすることができ、毛羽が部材18へ堆積するのを抑制することもできる。
In addition, as the
強化繊維シート1aと部材18との接触長は問わないが、5mm以上200mm以下であることが好ましい。この範囲であるとき、部材と強化繊維シートの擦過による毛羽発生抑制し、設備をコンパクトに保ち、プリプレグの品位向上効果を得やすい。強化繊維シート1aと部材18との接触長とは図2a中の強化繊維シート1aが部材18と接触する点28から強化繊維シート1aが部材18から離れる点29を結ぶ弧の長さである。なお、部材としては強化繊維シート1aと部材18の接触長を調整するには、部材18の大きさを変更したり、強化繊維シートと部材の接触角αを調整することで調整が可能である。また、図12に示す方向転換ロール421の位置を変更することも可能である。
The contact length between the reinforcing
図1では強化繊維シート1aと部材18を接触させるため、方向転換ロール17を用いたが、例えば強化繊維シートの予熱がない場合や、強化繊維シート予熱装置がコンパクトである場合、図1aの搬送ロール13を部材18として用いることで本発明の目的を達成することももちろん可能である。また強化繊維シート1aを強化繊維シート予熱装置420を用いる場合は、方向転換ロール421や部材422の温度が加熱した強化繊維1aの表面温度よりも低い場合、強化繊維シート1aの表面温度を冷ましてしまうことがあるため、方向転換ロール421や部材422には加熱機構があってもよい。
In FIG. 1, the
部材422と接触した強化繊維シート1aは鉛直方向下向きに搬送され、塗布部430を経て方向転換ロール441に到達する。塗布部430は本発明の目的を達成する範囲で任意の塗布部形状を採用することができる。例えば、図2、図6〜図9のような形状が挙げられる。また、必要に応じ図5のようにブッシュを備えることもできる。さらに、図11のように、塗布部内にバーを備えることもできる。図12では、離型シート(上)供給装置442から巻き出された離型シート446を方向転換ロール441上でマトリックス樹脂含浸強化繊維シート、この場合はプリプレグ471に積層し、シート状一体物とすることができる。さらに、離型シート(下)供給装置443から巻き出された離型シート446を前記シート状一体物の下面に挿入することができる。ここでは、離型シートは離型紙や離型フィルムなどを用いることができる。これを高張力引取り装置444で引き取ることができる。図12では高張力引き取り装置444としてニップロールを描画している。その後、シート状一体物は熱板451と加熱ニップロール452を備えた追含浸装置450を経て、冷却装置461で冷却された後、引き取り装置462で引き取られ、上側の離型シート446を剥がした後、ワインダー464で巻き取り、製品となるプリプレグ/離型シートからなるシート状一体物472を得ることができる。方向転換ロール441からワインダー464までシート状一体物は基本直線状に搬送されるため、皺の発生を抑制することができる。なお、図12では、マトリックス樹脂供給装置、オンラインモニタリング装置の描画は省略してある。マトリックス樹脂供給装置を使用することで塗布部に貯留するマトリックス樹脂の液面高さを維持することができる。
The reinforcing
図13は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図13では、クリール411から強化繊維束414を引き出し、そのまま強化繊維配列装置415で強化繊維シート416を形成し、その後、拡幅装置417、平滑化装置418まで直線状に搬送され、その後、強化繊維シート416を上方に導く点が図12とは異なる。このような構成とすることで、上方に装置を設置することが不要となり、足場などの設置を大幅に簡略化することができる。
FIG. 13 is a schematic view of another example of a prepreg manufacturing process / apparatus using the present invention. In FIG. 13, the reinforcing
図14は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図14では、階上にクリール411を設置し、強化繊維シート416の走行経路を更に直線化している。
FIG. 14 is a schematic view of another example of a prepreg manufacturing process / apparatus using the present invention. In FIG. 14, a
図15は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図12で示した通常の追含浸装置の代わりに、簡易追含浸装置を用いた例を示している。図15においては、簡易追含浸装置453は塗布部430の直下に設置されているため、マトリックス樹脂含浸強化繊維シート471が高温状態で簡易追含浸装置453に導かれるため、含浸装置を簡略化・小型化できる。図15では、一例として加熱ニップロール454を描画しているが、目的によっては、もちろん小型の加熱S字ロールでも良い。簡易追含浸装置を用いるとプリプレグ製造装置全体を非常にコンパクトにすることができることもメリットである。
FIG. 15 is a schematic view of another example of a prepreg manufacturing process / apparatus using the present invention. An example in which a simple additional impregnation device is used instead of the ordinary additional impregnation device shown in FIG. 12 is shown. In FIG. 15, since the simple
図16は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図16では、高張力引き取り装置として高張力引取りS字ロール449、追含浸装置として “S−ラップロール”型の加熱S字ロール455を2ロール−2セット(合計4個)用いた例を描画しているが、ロール数は目的に応じ、もちろん増減できる。また、図16では含浸効果を高めるためのコンタクトロール456も描画しているが、目的により省略することももちろん可能である。
FIG. 16 is a schematic view of another example of a prepreg manufacturing process / apparatus using the present invention. FIG. 16 shows an example in which a high tension take-off S-shaped
図17は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。この例では“S−ラップロール”型の加熱S字ロールを高張力引き取り装置と兼用する例を示している。プリプレグ製造装置全体を非常にコンパクトにすることができるメリットがある。 FIG. 17 is a schematic view of another example of a prepreg manufacturing process / apparatus using the present invention. In this example, an example is shown in which a heated S-shaped roll of the "S-wrap roll" type is also used as a high tension take-up device. There is an advantage that the entire prepreg manufacturing apparatus can be made very compact.
<プリプレグ製造装置>
プリプレグ製造装置として図12記載の構成の装置(マトリックス樹脂供給装置は描画を省略)、強化繊維シートに部材を接触させる工程としては図2aに記載の構成を用いた。なお、拡幅装置417、平滑化装置418、追含浸装置450、冷却装置461は用いなかった。
<Prepreg manufacturing equipment>
As a prepreg manufacturing apparatus, an apparatus having the configuration shown in FIG. 12 (the drawing is omitted from the matrix resin supply apparatus), and a step shown in FIG. The widening
クリール411に掛けられた強化繊維ボビン412から強化繊維を引き出し、強化繊維配列装置415で強化繊維56糸条を幅方向に配列させ、強化繊維シート416を形成させた後、方向転換ロール419で強化繊維シートの搬送方向を水平方向から鉛直方向下向きに変え、強化繊維予熱装置420を通した後、強化繊維シート416が部材422と接触するよう方向転換ロール421で搬送方向を変え、部材422と接触した強化繊維シート416を鉛直方向下向きに塗布部430に進入させ、強化繊維シート416の両面にマトリックス樹脂を塗布し、プリプレグ471を得た。得られたプリプレグには離型シート(上)供給装置442と離型シート(下)供給装置443から離型シート446を巻き出し、ニップロール方式の高張力引取装置444で引き取った後、離型シート(上)巻取供給装置463で片面の離型シートを剥がし、プリプレグ/離型シート(シート状一体物)472を巻き取った。なお、プリプレグ/離型シート(シート状一体物)472製造中はマトリックス樹脂供給装置を用い、塗布部430に貯留するマトリックス樹脂の液面の高さが一定となるよう、マトリックス樹脂の供給を行った。
The reinforcing fibers are pulled out from the reinforcing
<強化繊維シートに接触させる部材>
強化繊維シートと部材を接触させる工程は図2aに示す構成で行った。強化繊維シート1aに接触させる部材18は材質をステンレス、表面粗さが6.3μm、断面形状が円形で直径が60mmのフリーロールを用いた。部材18は塗布部20に貯留したマトリックス樹脂の液面27から部材18の下端19までの距離Eを220mmとなるよう設置した。また強化繊維シート1aと部材18の接触長を25mmとなるよう折り返しロール17を設置した。なお、折り返しロール17は部材18と同じ材質、表面粗さ、断面形状、直径のフリーロールを用いた。なお、部材18の表面の粗さはJIS B 0601(2001)に準じて測定される最大高さRzを、ミツトヨ製表面粗さ測定器(SJ−310)を用いて測定した。
<Members contacting the reinforcing fiber sheet>
The step of bringing the member into contact with the reinforcing fiber sheet was performed with the configuration shown in FIG. 2A. As the
<塗布部>
塗布部としては、図7の形態の塗布部20cタイプの塗布部を用い、塗布部20cは、液溜り部22および狭窄部23を形成する壁面部材21e、21fにはステンレス製のブロックを用い、また側板部材24a、24bにはステンレス製のプレートを用いた。さらにマトリックス樹脂を加温するため、壁面部材21e、21fおよび側板部材24a、24bの外周にプレートヒーターを貼り付け、熱電対で温度測定を行いながら、マトリックス樹脂の温度および粘度を調整できるようにした。また、液溜り部での強化繊維シートの走行方向は鉛直方向下向き、液溜り部は2段テーパー状であるが、1段目テーパーは開き角度17°、テーパー高さ(すなわちH)は100mm、2段目テーパーは開き角度7°とした。また、幅規制機構として、図5記載のような塗布部内部形状に合わせた板形状ブッシュ27を備えており、L2を300mmとし、狭窄部の隙間Dは0.2mmとした。また、狭窄部出口からマトリックス樹脂が漏れないように、狭窄部出口面においてブッシュより外側は塞いだ。
<Coating part>
As the application unit, an application unit of the
以下、本実施例の詳細を示す。 Hereinafter, details of the present embodiment will be described.
<強化繊維>
プリプレグの作製には、強化繊維として炭素繊維(東レ製、“トレカ(登録商標)”T800S(24K))を56糸条用いた。
<Reinforcing fiber>
For the preparation of the prepreg, 56 yarns of carbon fibers ("Torayca (registered trademark)" T800S (24K) manufactured by Toray) were used as reinforcing fibers.
<マトリックス樹脂>
マトリックス樹脂A(熱硬化性エポキシ樹脂組成物):
エポキシ樹脂(芳香族アミン型エポキシ樹脂+ビスフェノール型エポキシ樹脂の混合物)、硬化剤(ジアミノジフェニルスルホン)、ポリエーテルスルホンの混合物である。この熱硬化性エポキシ樹脂1の粘度をTA Instruments社製ARES−G2を用いて、測定周波数0.5Hz、昇温速度1.5℃/分で測定したところ、90℃で15Pa・sであった。本実施例では90℃となるよう加熱したマトリックス樹脂Aを用いた。
<Matrix resin>
Matrix resin A (thermosetting epoxy resin composition):
It is a mixture of an epoxy resin (a mixture of an aromatic amine type epoxy resin and a bisphenol type epoxy resin), a curing agent (diaminodiphenyl sulfone), and a polyether sulfone. The viscosity of this thermosetting
<離型シート>
離型シートとしては幅350mmの離型紙を用いた。
<Release sheet>
Release paper having a width of 350 mm was used as the release sheet.
<搬送速度>
本実施例における強化繊維シート、プリプレグの走行速度は20m/分とした。
<Transport speed>
The running speed of the reinforcing fiber sheet and the prepreg in this example was 20 m / min.
<評価>
各評価は以下の示すとおり行い、「○」、「△」を合格、「×」を不合格とした。
<Evaluation>
Each evaluation was performed as shown below, and “○” and “△” were passed, and “×” was rejected.
<マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れ>
マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れは、強化繊維シートが塗布部のマトリックス樹脂に着液する際の強化繊維シートの幅方向の状態を図2aに示すUの方向から動画で撮影し判断した。より詳細には、塗布を開始し、搬送速度が20m/分に到達度、塗布部のマトリックス樹脂に着液する強化繊維シートを5分間動画で撮影した。撮影した動画を10秒間隔で静止画とし、30枚の画像とした。その画像から強化繊維シートの糸割れの幅を測定した。得られた画像を印刷し、強化繊維シートと糸割れの幅をノギスで測定し、強化繊維シート全幅300mmとしたときの糸割れ幅を算出した。画像から得られた、最大の糸割れ幅が1mm未満の場合「○」、1mm以上2mm未満の場合「△」、2mm以上の場合「×」とした。
<Yarn cracking of reinforced fiber sheet before matrix resin enters>
The yarn cracking of the reinforcing fiber sheet before the matrix resin enters is determined by photographing the widthwise state of the reinforcing fiber sheet when the reinforcing fiber sheet lands on the matrix resin in the application section from the direction of U shown in FIG. did. More specifically, the application was started, and the reinforcing fiber sheet to be applied to the matrix resin in the application section was photographed for 5 minutes with a moving image at a transport speed of 20 m / min. The captured moving images were taken as still images at intervals of 10 seconds, and 30 images were obtained. The width of the yarn crack of the reinforcing fiber sheet was measured from the image. The obtained image was printed, the width of the reinforcing fiber sheet and the width of the yarn crack was measured with a vernier caliper, and the width of the yarn crack when the total width of the reinforcing fiber sheet was 300 mm was calculated. When the maximum yarn crack width obtained from the image was less than 1 mm, it was evaluated as “○”, when it was 1 mm or more and less than 2 mm, “Δ”, and when it was 2 mm or more, it was “X”.
<プリプレグの糸割れ>
プリプレグの糸割れは、得られたプリプレグを10m分巻き出し、強化繊維がない糸割れの部分の最大幅をノギスで測定した。糸割れが2mm未満であるとき「○」、2mm以上のとき「×」とした。
<Yarn cracking of prepreg>
As for the yarn cracking of the prepreg, the obtained prepreg was unwound by 10 m, and the maximum width of the yarn cracking portion having no reinforcing fiber was measured with a vernier caliper. When the yarn crack was less than 2 mm, it was evaluated as “○”, and when it was 2 mm or more, it was evaluated as “X”.
<部在への毛羽巻きつき>
強化繊維シートに接触する部材に目視毛羽の巻きつきがなかったものを「○」、毛羽の巻きつきはあるが30分以上の連続塗布が可能であったものを「△」、巻きついた毛羽が強化繊維シートに付着し塗布部に持ち込まれ糸つまりを起こし塗布の継続が困難であったものを「×」とした。
<Fluff wrapped around the part>
“○” indicates that the member that comes into contact with the reinforcing fiber sheet has no visible fluff, and “△” indicates that the member has fluff but can be continuously applied for 30 minutes or more. Was adhered to the reinforcing fiber sheet and brought to the application section, causing thread clogging, and it was difficult to continue application.
[実施例1]
クリールに掛けられた強化繊維ボビンから強化繊維を引き出し、強化繊維配列装置で強化繊維56糸条を幅方向に配列させ、強化繊維シートを形成させた後、90℃となるよう加熱したマトリックス樹脂Aを貯留する塗布部に導き、マトリックス樹脂Aを塗布し離型シートを付与後、片面のみ離型シートを剥がし、プリプレグ/離型シート(シート状一体物)を巻き取った。マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れを評価したところ、1mm未満で「○」で合格、プリプレグの糸割れは2mm未満で「○」で合格であった。部材への毛羽巻きつきは目視見られず「○」で合格であった。
[Example 1]
A reinforcing fiber is drawn out from a reinforcing fiber bobbin hung on a creel, and a reinforcing fiber arranging device is used to arrange reinforcing fiber 56 yarns in the width direction to form a reinforcing fiber sheet. After applying the matrix resin A to give a release sheet, the release sheet was peeled off on only one side, and the prepreg / release sheet (sheet-like integrated body) was wound up. When the yarn cracking of the reinforcing fiber sheet before the matrix resin intrusion was evaluated, "で" was passed when the length was less than 1 mm, and "O" was passed when the prepreg was less than 2 mm. Fuzz wrapping around the member was not visually observed, and was evaluated as "O".
[実施例2]
強化繊維シートに接触させる部材の表面粗さを25μmとした以外は実施例1と同様にプリプレグ/離型シート(シート状一体物)を巻き取った。マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れを評価したところ、1mm以上2mm未満の場合「△」で合格、プリプレグの糸割れは2mm未満で「○」で合格であった。部材への毛羽巻きつきは見られたものの30分以上の連続塗布は可能であり「△」で合格であった。
[Example 2]
A prepreg / release sheet (sheet-like integrated body) was wound in the same manner as in Example 1 except that the surface roughness of the member to be brought into contact with the reinforcing fiber sheet was 25 μm. When the yarn cracking of the reinforcing fiber sheet before the matrix resin intrusion was evaluated, if it was 1 mm or more and less than 2 mm, the result was evaluated as “△”, and the yarn crack of the prepreg was less than 2 mm, and was evaluated as “○”. Although fluff wrapping was observed on the member, continuous application for 30 minutes or more was possible, and the test was evaluated as “Δ”.
[実施例3]
強化繊維シートと接触する部材のフリーロールの直径を200mmのものに変更し、強化繊維シートとフリーロールの接触角αが143°となるよう方向転換ロールを設置し強化繊維シートと部材の接触長を250mmとした以外は実施例1と同様にプリプレグ/離型シート(シート状一体物)を巻き取った。マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れを評価したところ、1mm未満で「○」で合格、プリプレグの糸割れは2mm未満で「○」で合格であった。部材への毛羽巻きつきは見られたものの30分以上の連続塗布は可能であり「△」で合格であった。
[Example 3]
The diameter of the free roll of the member that comes into contact with the reinforcing fiber sheet is changed to 200 mm, and a direction changing roll is installed so that the contact angle α between the reinforcing fiber sheet and the free roll becomes 143 °, and the contact length between the reinforcing fiber sheet and the member The prepreg / release sheet (sheet-like integrated material) was wound up in the same manner as in Example 1 except that the thickness was changed to 250 mm. When the yarn cracking of the reinforcing fiber sheet before the matrix resin intrusion was evaluated, "で" was passed when the length was less than 1 mm, and "O" was passed when the prepreg was less than 2 mm. Although fluff wrapping was observed on the member, continuous application for 30 minutes or more was possible, and the test was evaluated as “Δ”.
実施例1〜3により、強化繊維シートと接触する部材の表面粗さと部材との接触長を適切な範囲とすることで、部材への毛羽の巻きつきを抑制できることが分かった。 Examples 1 to 3 show that by setting the surface roughness of the member that comes into contact with the reinforcing fiber sheet and the contact length with the member in an appropriate range, it is possible to suppress the fluff winding around the member.
[実施例4]
強化繊維シートと接触する部材をフリーロールから駆動ロールに変更し、強化繊維シートの搬送速度と等速になるよう駆動ロールを回転させた以外は実施例1と同様にプリプレグ/離型シート(シート状一体物)を巻き取った。マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れを評価したところ、1mm未満で「○」で合格、プリプレグの糸割れは2mm未満で「○」で合格であった。部材への毛羽巻きつきは目視見られず「○」で合格であった。
[Example 4]
A prepreg / release sheet (sheet) was formed in the same manner as in Example 1 except that the member in contact with the reinforcing fiber sheet was changed from a free roll to a driving roll, and the driving roll was rotated so as to be at the same speed as the conveying speed of the reinforcing fiber sheet. Was wound up. When the yarn cracking of the reinforcing fiber sheet before the matrix resin intrusion was evaluated, "で" was passed when the length was less than 1 mm, and "O" was passed when the prepreg was less than 2 mm. Fuzz wrapping around the member was not visually observed, and was evaluated as "O".
[実施例5]
強化繊維シートと接触する部材をフリーロールから固定バーに変更した以外は実施例1と同様にプリプレグ/離型シート(シート状一体物)を巻き取った。マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れを評価したところ、1mm未満で「○」で合格、プリプレグの糸割れは2mm未満で「○」で合格であった。部材への毛羽巻きつきは目視見られず「○」で合格であった。
[Example 5]
A prepreg / release sheet (sheet-like integrated body) was wound up in the same manner as in Example 1 except that the member in contact with the reinforcing fiber sheet was changed from a free roll to a fixed bar. When the yarn cracking of the reinforcing fiber sheet before the matrix resin intrusion was evaluated, "で" was passed when the length was less than 1 mm, and "O" was passed when the prepreg was less than 2 mm. Fuzz wrapping around the member was not visually observed, and was evaluated as "O".
[比較例1]
塗布部20のマトリックス樹脂液面27から部材18の下端19までの距離Eを700mmとなるよう設置した以外は実施例1と同様にプリプレグ/離型シート(シート状一体物)を巻き取った。マトリックス樹脂進入前の強化繊維シートの糸割れを評価したところ、2mm以上で「×」で不合格、プリプレグの糸割れは2以上mmで「×」で不合格であった。
[Comparative Example 1]
A prepreg / release sheet (sheet-like integrated material) was wound in the same manner as in Example 1 except that the distance E from the matrix
実施例1と比較例1より、強化繊維シートの糸割れを抑制し、高品位なプリプレグを得るにはマトリックス樹脂の液面27から部材18の下端19までの距離Eを適切な距離に設定することが必要であることがわかった。
From Example 1 and Comparative Example 1, the distance E from the
なお、実施例1〜5で得られたプリプレグを剥離法により含浸度を評価したところ、含浸率は50%以上であった。なお、剥離法による含浸率は、採取したプリプレグを粘着テープで挟み、これを剥離し、マトリックス樹脂が付着した強化繊維とマトリックス樹脂が付着していない強化繊維を分離し、投入した強化繊維シート全体の質量に対するマトリックス樹脂が付着した強化繊維の質量の比率から計算した。 When the degree of impregnation of the prepregs obtained in Examples 1 to 5 was evaluated by a peeling method, the impregnation rate was 50% or more. The impregnation rate by the peeling method is as follows. The collected prepreg is sandwiched between adhesive tapes, peeled off, and the reinforcing fiber to which the matrix resin is attached and the reinforcing fiber to which the matrix resin is not attached are separated. Calculated from the ratio of the mass of the reinforcing fiber to which the matrix resin adhered to the mass of
また、実施例1〜5で得られたプリプレグをスリットし、幅7mmのプリプレグテープを得た。これらのプリプレグテープは含浸が十分進んでいるため、スリッターのカッター刃への樹脂の付着は少ないものであった。 The prepregs obtained in Examples 1 to 5 were slit to obtain a prepreg tape having a width of 7 mm. Since the impregnation of these prepreg tapes was sufficiently advanced, the adhesion of the resin to the cutter blade of the slitter was small.
さらに、実施例1〜5で得られたプリプレグを6層積層し、オートクレーブを用いて180℃6kgf/cm2(0.588MPa)で2時間硬化させることでCFRPを得た。引っ張り強度は2.9GPa程度であり、炭素繊維およびマトリックス樹脂Aを用い、従来のホットメルト法で作製したプリプレグを同様に積層、硬化させることで得たCFRPの引っ張り強度も2.9GPa程度と同程度であった。なお、CFRP引っ張り強度は、WO2011/118106パンフレットと同様に測定を行い、プリプレグ中の強化繊維の体積%を56.5%に規格化した値を用いた。 Further, six layers of the prepregs obtained in Examples 1 to 5 were laminated, and cured at 180 ° C. for 6 hours at 6 kgf / cm 2 (0.588 MPa) using an autoclave to obtain CFRP. The tensile strength is about 2.9 GPa, and the CFRP obtained by laminating and curing prepregs prepared by a conventional hot melt method using carbon fiber and matrix resin A in the same manner has the same tensile strength as about 2.9 GPa. It was about. The CFRP tensile strength was measured in the same manner as in WO2011 / 118106, and the value obtained by standardizing the volume% of the reinforcing fibers in the prepreg to 56.5% was used.
本発明の製造方法で得られるマトリックス樹脂含浸強化繊維シートは、CFRPに代表されるFRPとして、航空・宇宙用途や自動車・列車・船舶などの構造材や内装材、圧力容器、産業資材用途、スポーツ材料用途、医療機器用途、筐体用途、土木・建築用途など広く適用することができる。 The matrix resin-impregnated reinforced fiber sheet obtained by the production method of the present invention can be used as an FRP typified by CFRP, such as structural materials and interior materials for aerospace applications, automobiles, trains and ships, pressure vessels, industrial materials applications, and sports. It can be widely used for materials, medical equipment, housing, civil engineering and construction.
1 強化繊維
1a 強化繊維シート
1b マトリックス樹脂含浸強化繊維シート
2 マトリックス樹脂
3 離型シート
11 クリール
12 配列装置
13、14 搬送ロール
15 巻取り装置
16 離型シート供給装置
17 方向転換ロール
18 部材
19 部材下端
20 塗布部
20b 別の実施形態の塗布部
20c 別の実施形態の塗布部
20d 別の実施形態の塗布部
20e 別の実施形態の塗布部
21a、21b 壁面部材
21c、21d 別の形状の壁面部材
21e、21f 別の形状の壁面部材
21g、21h 別の形状の壁面部材
21i、21j 別の形状の壁面部材
22 液溜り部
22a 液溜り部のうち断面積が連続的に減少する領域
22b 液溜り部のうち断面積が減少しない領域
22c 液溜り部のうち断面積が断続的に減少する領域
23 狭窄部
24a、24b 側板部材
25 出口
26 隙間
27 塗布部に貯留するマトリックス樹脂2の液面27
28 強化繊維シート1aが部材18と接触する点
29 強化繊維シート1aが部材18から離れる点
30 本発明とは別の実施形態の塗布部
31a、31b 本発明とは別の実施形態の壁面部材
32 本発明とは別の実施形態の液溜り部
33 本発明とは別の実施形態の液溜り部のうち断面積が断続的に減少する領域
35a、35b、35c バー
100 塗工装置
B 液溜り部22の奥行き
C 液溜り部22の上部液面までの高さ
D 狭窄部の隙間
E 塗布部の壁面部材上端から部材18下端までの距離
G 幅規制を行う位置
H 液溜り部22の断面積が連続的に減少する鉛直方向高さ
L 液溜り部22の幅
R、Ra、Rb 渦流れ
T 循環流
U 強化繊維シートの撮影方向
W 狭窄部23の直下で測定したマトリックス樹脂含浸強化繊維シート1bの幅
Y 狭窄部23の幅
Z 強化繊維シート1aの走行方向(鉛直方向下向き)
θ テーパー部の開き角度
α 強化繊維シートと部材の接触角
411 クリール
412 強化繊維ボビン
413 方向転換ガイド
414 強化繊維束
415 強化繊維配列装置
416 強化繊維シート
417 拡幅装置
418 平滑化装置
419 方向転換ロール
420 強化繊維予熱装置
421 方向転換ロール
422 部材
430 塗布部
441 方向転換ロール
442 離型シート(上)供給装置
443 離型シート(下)供給装置
444 高張力引取り装置
445 方向転換ロール
446 離型シート
447 積層ロール
448 高張力引取り装置
449 高張力引取りS字ロール
450 追含浸装置
451 熱板
452 加熱ニップロール
453 簡易追含浸装置
454 加熱ニップロール
455 加熱S字ロール
456 コンタクトロール
461 冷却装置
462 引き取り装置
463 離型シート(上)巻取装置
464 ワインダー
471 プリプレグ(マトリックス樹脂含浸強化繊維シート)
472 プリプレグ/離型シート(シート状一体物)
REFERENCE SIGNS
28 The point where the reinforcing
θ Opening angle of taper portion α Contact angle between reinforcing fiber sheet and
472 Pre-preg / release sheet (sheet-like integrated product)
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