JP2803272B2 - プリプレグの製造方法 - Google Patents

プリプレグの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、繊維強化複合材料の成形に用いられるシー
ト状プリプレグの製造方法に関し、とくにクロスのプリ
プレグの製造に用いて最適な方法に関する。
[従来の技術] 繊維強化複合材料の成形に用いられるシート状プリプ
レグは、従来たとえば第3図に示すように、一面側に全
く同じ樹脂(たとえばB−ステージの熱硬化性樹脂)を
担持した2枚の離型シート1、3間にシート状に配列さ
れた強化繊維2を挟持し、加熱手段(加熱板)4、プレ
スロール5で加熱、加圧し強化繊維2に樹脂を転移、含
浸させてプリプレグ6を作成し、一方の離型シート3を
剥離してプリプレグ6を他方の離型シート1とともにロ
ール状に巻取る方法によって製造されている。このよう
な方法で製造されたプリプレグは、使用時にその片面か
ら離型シートが剥離され、必要に応じて複数枚同方向又
は異方向に積層され、繊維強化複合材料の成形に供され
る。
上記のようなプリプレグ製造方法においては、樹脂含
浸のための加圧に、上下一対のロール(プレスロール
5)が使用されるが、このプレスロールは、加圧の線圧
を上げるために、通常、一方(通常上側)のロール5aが
小径ロール、他方のロール5bがそれよりも径の大きな大
径ロールに構成される。そして、樹脂含浸を促進するた
めに、通常大径ロール5bは加熱ロール、たとえばヒータ
埋設ロールとされ、プレスロール5の位置では加熱と加
圧が同時に行われる。
[発明が解決しようとする課題] ところが、上記のようなプリプレグ製造工程では、プ
レスロールの位置において以下のような問題が生じるこ
とがある。
強化繊維2と樹脂担持離型シート1、3との重ね合せ
体は、プレスロールの位置でも加熱されるが、大径ロー
ル5b側のみ加熱ロールとされるので、この位置で上下面
の加熱量が相当異なり、下側の離型シート1に担持され
ている樹脂の方が高温になり、上下の樹脂に粘度差が生
じる。たとえ小径ロール5aも加熱ロールに構成されたと
しても、大径ロール5bとの接触面積の差から、やはり上
下の担持樹脂間に温度差が生じ、それに伴って粘度差が
生じる。このような粘度差が生じると、強化繊維2への
樹脂含浸速度が異なってしまうので、プリプレグ厚み方
向、平行方向に含浸むらが生じるおそれがある。
一般に、樹脂が低粘度である程強化繊維への含浸性は
向上し、樹脂を低粘度にするためには、樹脂の温度を上
げればよいが、温度を上げすぎると樹脂の硬化が進みす
ぎ、形成されたプリプレグのタック性(べとつき)、ド
レープ性(形状に沿いやすい性質)が損われるため、樹
脂の加熱温度は適切な温度に抑えられなければならな
い。しかし、大径ロール5bによる加熱温度を抑えて離型
シート1側の担持樹脂温度をある適当な温度に抑える
と、小径ロール5a側の離型シート3の担持樹脂温度はそ
れよりも相当低い温度となるので、前述の如き粘度差が
生じるとともに、離型シート3担持樹脂の含浸性が悪く
なる。逆に、離型シート3側の担持樹脂が丁度よい温
度、粘度になるように加熱すると、大径ロール5b側の離
型シート1担持樹脂の温度が高くなりすぎ、低粘度にな
りすぎる。樹脂温度が高くなりすぎることにより、上述
の如くタック性、ドレープ性が損われるが、その他に
も、低粘度になりすぎることにより以下のような大きな
問題が生じる。
第4図に示すように、大径ロール5b側にある樹脂7
は、小径ロール5a側にある樹脂よりも加熱の度合が高く
低粘度になるので、強化繊維2、樹脂担持離型シート
1、3の重ね合せ体が大径ロール5b、小径ロール5a間で
プレスされる際に、大径ロール5b側にあった樹脂が絞り
出され、両ロールのニップ点直前部位に樹脂溜り8が発
生する。このような樹脂溜り8が生じると、強化繊維2
が望ましくない方向に押しやられ(第4図では上方に湾
曲され)、シート状に配列されている強化繊維2が乱れ
てしまい、プリプレグの物性の低下、不均一化を招くこ
とになる。
本発明は、上述の如き問題点に着目し、シート状強化
繊維の両面側から離型シート担持樹脂を同程度に良好に
かつ均一に含浸させること、および、大径プレスロール
側に発生又は発生しやすい樹脂溜りを問題のない程度に
最小限に抑えることを技術的課題とし、該課題の達成に
より、プリプレグ、とくにクロスのプリプレグの物性の
均一化、品位の向上をはかることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この目的に沿う本発明のプリプレグの製造方法は、シ
ート状強化繊維の各面に、一面に樹脂を担持した離型シ
ートを該一面側においてそれぞれ重ね合せ、該重ね合せ
体を、小径ロールと大径ロールとからなり、かつ少なく
とも大径ロールが加熱ロールであるプレスロール間に通
して加熱、加圧することにより、前記樹脂をシート状強
化繊維にその両面側から転移、含浸させるプリプレグの
製造方法において、前記プレスロールによる加熱、加圧
時における樹脂の粘度が前記シート状強化繊維の両面側
で実質的に等しくなるよう、前記大径ロール側に位置す
る離型シート上の樹脂の粘度を、前記小径ロール側に位
置する離型シート上の樹脂の粘度よりも高くしておく方
法から成る。
つまり、本発明においては、両離型シート上の樹脂に
粘度差が与えられ、大径プレスロール側に位置する離型
シート上の樹脂の方が高粘度になっていて、プレスロー
ルによる加熱、加圧時に両樹脂の粘度が実質的に等しく
なるものである。
[作用] このような方法においては、大径ロール側樹脂の方が
加熱量が大きく、小径ロール側樹脂に比べて高温になる
としても、前者の粘度が後者のそれよりも高く設定され
ているので、プレスロールによる加熱、加圧位置では、
強化繊維両面側の樹脂の粘度を実質的に等しい粘度にす
ることができる。粘度が実質的に等しくなると、強化繊
維両面側からの樹脂含浸速度(含浸の度合)も実質的に
等しくなり、均一な樹脂含浸が達成される。そしてこの
実質的に等しくなる樹脂の粘度を、樹脂温度との関係に
おいて、タック性、ドレープ性を損わずに、強化繊維へ
の浸透に最適な粘度となるようにすることにより、強化
繊維の両面側から、ともに、最も望ましい状態で樹脂を
含浸させることが可能になる。
また、プレスロールによる加熱、加圧位置にて、強化
繊維両面側の樹脂の粘度を実質的に等しくできるので、
容易に、小径ロール側からの樹脂含浸性を損うことな
く、大径ロール側における樹脂溜りの発生を最小限に抑
えることができる。したがって、樹脂溜りによる強化繊
維配列の乱れの発生は容易に防止され、作製されるプリ
プレグの物性が均一化されるとともにその品位が向上さ
れる。
[実 施 例] 以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して
説明する。
第1図および第2図は、本発明の一実施例に係るプリ
プレグの製造方法を示している。図において11はシート
状に配列された強化繊維、12、13は一面(強化繊維側)
に樹脂14a、14bを担持している離型シートをそれぞれ示
している。
第1図において、上下の離型シート12、13がロール1
5、16から巻き出され、ガイドロール17、18で方向転換
されるとともに、シート状強化繊維11の上下に重ね合せ
られる。該重ね合せ体が上下のヒータ加熱板19、20で加
熱された後、3段のプレスロール21に通され、上下から
加圧されて離型シートに担持されていた樹脂14a、14bが
強化繊維11に転移、含浸され、プリプレグ22が形成され
る。3段のプレスロール21は、各段それぞれ、一対のロ
ール23、24、25、26、27、28から構成され、上側のロー
ル23、25、27が小径のロール、下側のロール24、26、28
が大径のロールに構成されている。そして、各大径ロー
ル24、26、28は、それぞれヒータ29a、29b、29cが埋設
された加熱ロールとされ、各ヒータはヒータ制御装置3
0、ヒータ電源31へと接続されている。
本発明における強化繊維は、炭素繊維、黒鉛繊維、有
機高弾性率繊維(例えばアラミド繊維等)、炭化ケイ素
繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、タングステンカーバ
イド繊維、ガラス繊維等の高強度、高弾性率繊維であ
る。このような強化繊維は、同じプリプレグについてた
だ1種類のものを使用してもよいし、異なる種類の強化
繊維を併用してもよい。この強化繊維がシート状に配列
される。通常、比強度、比弾性率が高いことを要求され
る用途には単一方向プリプレグが最も適しているが、長
繊維マットや織物などのシート形態にあらかじめ加工し
たものを使用することもできる。
本発明で用いられる離型シートは、離型紙、たとえば
厚み0.05〜0.2mm程度のクラフト紙、ロール紙、グラシ
ン紙などの紙の両面に、クレー、澱粉、ポリエチレン、
ポリビニルアルコールなどの目止剤の塗布層を設け、さ
らにその各塗布層の上にシリコーン系または非シリコー
ン系の離型剤、好ましくはポリジメチルシロキサンとポ
リジメチルハイドロジエンシロキサンとの縮合反応型ま
たは付加反応型シリコーンからなる離型剤を塗布したよ
うなものである。コロナ放電処理などによって離型性を
付与した合成樹脂フィルムや、離型剤を塗布した合成樹
脂フィルムを使用することもできる(たとえばポリエチ
レンフィルム、ポリプロピレンフィルム等)。
離型シート12および離型シート13に担持される樹脂14
a、14bとして、熱硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂と熱可塑
性樹脂を混合した樹脂が挙げられる。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。
また、プリプレグ作成に適した熱硬化性樹脂としてエ
ポキシ樹脂が用いられる。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躯体とするエ
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
リシジルアミノフレゾールの各種異性体、ウェノール類
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
をブロム化したブロム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、前述の如きプリ
プレグ作成に最も適している。これらエポキシ樹脂はエ
ポキシ硬化剤と組合せて、好ましく用いられる。エポキ
シ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。
さらに、上記の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。混合される熱可塑性樹脂
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
合を有する熱可塑性樹脂であり、より好ましくは、ポリ
アクリレート、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエステ
ル、ポリカーボナート、ポリフェニレンスルフィド、ポ
リベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルイミ
ド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテ
ルエーテルケトンのようなエンジニアニングプラスチッ
クに属する熱可塑性樹脂の一群である。特に、ポリイミ
ド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテル
スルホン、ポリエーテルエーテルケトンは耐熱性に優れ
るので最適である。
上記のような樹脂の中から、離型シート12、13に担持
されるべき樹脂が選ばれるこの担持樹脂は、プレスロー
ル21による加熱、加圧前において、大径ロール側に位置
する離型シート13上の樹脂14bの粘度が、小径ロール側
に位置する離型シート12に上の樹脂14aの粘度よりも高
くなるように選択される。すなわち、プレスロールによ
る加熱、加圧位置における各樹脂14a、14bの粘度が実質
的に等しくなるような選択である。このような選択は、
樹脂の種類、組成や、樹脂担持離型シートを保存してお
くときの樹脂粘度の経時変化を考慮するなどして、容易
に行うことができる。
このような樹脂粘度設定により、各対プレスロール2
3、24あるいは25、26又は27、28の位置で上下の樹脂14
a、14bに対し必然的に加熱量差が生じるとしても、両樹
脂14a、14bの粘度を実質的に等しい粘度とすることがで
き、各樹脂14a、14bへの熱履歴をプリプレグとしてのタ
ック性、ドレープ性を損わないものに確保しつつ、強化
繊維11の両面側から極めて均一に樹脂を含浸させること
ができる。
また、大径ロール側に位置する樹脂14bが強化繊維へ
の含浸に最適な粘度に制御されることから、各大径ロー
ル24、26、28直前位置において、樹脂溜りの発生は抑え
られるか、たとえ発生したとしても問題の生じない程度
に最小限に抑えれる。したがって、シート状強化繊維11
の配列の乱れの発生が防止される。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明のプリプレグの製造方法
によるときは、大径プレスロール、小径プレスロールそ
れぞれの側に位置する離型シート上の樹脂に粘度差をも
たせ、プレスロールによる加熱、加圧位置にて両担持樹
脂の粘度差が実質的に無くなるようにするとともに、容
易に該位置での両担持樹脂の粘度が強化繊維への含浸に
最適な粘度となるよう加熱量を制御できるようにしたの
で、強化繊維の両面側から樹脂を均一に含浸させること
ができ、かつ、大径ロール直前の樹脂溜りの発生を問題
のない程度に最小限に抑えてシート状強化繊維の配列の
乱れの発生を防止することができる。その結果、極めて
均一な物性の高品位のプリプレグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプリプレグの製造方法を実施するため
のプリプレグ製造装置の概略側面図、 第2図は第1図の工程におけるプレスロール部およびそ
の近傍の拡大側面図、 第3図は従来のプリプレグ製造工程の概略側面図、 第4図は第3図の工程におけるプレスロール部の拡大縦
断面図、 である。 11……強化繊維 12、13……離型シート 14a、14b……担持樹脂 19、20……ヒータ 21……プレスロール 22……プリプレグ 23、25、27……小径ロール 24、26、28……大径ロール 29a、29b、29c……ヒータ 30……ヒータ制御装置 31……ヒータ電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29B 11/16,15/08 - 15/14 C08J 5/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シート状強化繊維の各面に、一面に樹脂を
    担持した離型シートを該一面側においてそれぞれ重ね合
    せ、該重ね合せ体を、小径ロールと大径ロールとからな
    り、かつ少なくとも大径ロールが加熱ロールであるプレ
    スロール間に通して加熱、加圧することにより、前記樹
    脂をシート状強化繊維にその両面側から転移、含浸させ
    るプリプレグの製造方法において、前記プレスロールに
    よる加熱、加圧時における樹脂の粘度が前記シート状強
    化繊維の両面側で実質的に等しくなるよう、前記大径ロ
    ール側に位置する離型シート上の樹脂の粘度を、前記小
    径ロール側に位置する離型シート上の樹脂の粘度よりも
    高くしておくことを特徴とする、プリプレグの製造方
    法。
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