JP2897287B2 - 強化繊維束の拡開方法 - Google Patents

強化繊維束の拡開方法

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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、繊維強化プラスチック等の繊維強化複合材
料の成形に用いられるシート状プリプレグを製造するよ
うな際に、樹脂含浸前に強化繊維束を拡開する方法に関
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、たとえば多数の強化繊維繊維束をシート状に一
方向に引き揃え、該シート状強化繊維束に樹脂担持離型
シートを重ね合せて加圧、加熱し、樹脂を含浸させる方
法、あるいは上記強化繊維束を支持シートとともに適当
な溶媒で稀釈した樹脂溶液に浸漬し、引き上げ、加熱し
て溶媒を除去する方法によって製造されている。上記い
ずれの方法においても、樹脂を均一に含浸させ、かつ単
繊維が均一に配列され均一な物性のプリプレグを得るた
めには、樹脂含浸前に、シート状に配列された各強化繊
維束が極力拡開されていることが望ましい。
従来、強化繊維束の拡開は、プリプレグ製造工程の樹
脂含浸前において、たとえば第4図に示すような方法に
より行われていた。つまり、多数の強化繊維束101をシ
ート状に引き揃え、該強化繊維束101をたとえば断面円
形のストレートバー102、103、104上を張力をかけなが
ら通すことにより、各バー上で各繊維束を押し拡げる方
法によっていた。
[発明が解決しようとする課題] 上記のような従来の拡開方法において、拡開の程度を
高めるためには、各バー102、103、104上でシート状強
化繊維束101の張力を増大させる必要がある。しかしな
がら、プリプレグ作成用素材としての強化繊維束101
は、単繊維は相当剛性の高いものから成るので、各単繊
維同士の結束力は低く、長手方向に各単繊維が摺抜けや
すくなっている。そのため、強化繊維束101を所定の形
態に保つためには、大きな張力をかけてはならず、した
がって、拡開のためにシート状強化繊維束101に加える
ことのできる張力には限界があり、この限界のため拡開
が不十分となるおそれがあった。
本発明は、このような問題点に着目し、シート状強化
繊維束にかけられる張力が比較的低張力に抑えられる場
合にあっても、強化繊維束を十分に効果的に拡開できる
ようにす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用強化繊維束の拡開方法は、
シート状に一方向に引き揃えられた多数の強化繊維束
を、表面が凸曲面に形成され長手方向中央部程大径の曲
面バーに接触通過させることにより、通過するシート状
強化繊維束の全量についてそのシート幅を拡げつつ各強
化繊維束を拡開し、しかる後に、表面が凹曲面に形成さ
れ長手方向中央部程小径の曲面バーに接触通過させるこ
とにより、通過するシート状強化繊維束の全量について
そのシート幅を実質的に元のシート幅に戻す方法から成
る。
[作用] このような方法においては、シート状強化繊維束は、
その全量が、張力を加えられつつ、2本の曲面バー上を
順に接触通過する。シート状強化繊維束が長手方向中央
部程大径の曲面バー、つまり凸曲面表面のたいこ形状の
曲面バーを接触通過するとき、曲面バーの外周面形状に
より、シート状強化繊維束に加えられている張力によっ
てシート拡幅方向の力の成分が生じる。そのため、シー
ト状強化繊維束は、該曲面バー上の拡幅方向に滑りつつ
そのシート幅が拡げられ、該拡幅に伴って、各強化繊維
束が拡開される。シート状強化繊維束に加えられる張力
による拡開に、上記シート幅拡幅に伴う拡開作用が加わ
るので、張力自身は低くても、各強化繊維束は十分に拡
開される。
次にシート状強化繊維束は、長手方向中央部程小径の
曲面バー、つまり凹曲面表面のつづみ形状の曲面バーを
接触通過する。このとき、曲面バーの外周面形状によ
り、上記とは逆のシート幅を縮める方向の力が作用し、
強化繊維束のシート幅が元の幅に戻される。各強化繊維
束は先に十分に拡開されているので、この縮幅時に拡開
の程度が大きく損われることはない。
つまり、シート状強化繊維束の全量が一旦凸曲面を有
する曲面バーを通過してその上で拡幅され、しかる後
に、拡幅されたシート状強化繊維束の全量が凹曲面を有
する曲面バーを通過してその上で実質的に元のシート幅
に戻される。
[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、本発明の一実施例として、プ
リプレグ用強化繊維束の拡開方法を示しており、第1図
はプリプレグ製造工程全体、第2図はそのうちの強化繊
維束拡開部をそれぞれ示している。
図において、強化繊維束1は、多数のクリール2から
引き出され、シート状に一方向に引き揃えられ、ニップ
ロール3、4を通過した後、繊維束拡開用の3本のバー
5、6、7を、所定の張力をかけた緊張状態にて順次接
触通過される。3本のバー5、6、7は、断面円形のバ
ーからなり、シート状に引き揃えられた強化繊維束1を
挟むようにその上下両面側に交互に配置されている。
3本のバー5、6、7のうちバー5、6は、それぞれ
表面が曲面に形成されたバーからなる。曲面バー5は、
表面が凸曲面に形成され、長手方向中央部程大径に形成
されている。曲面バー6は、表面が凹曲面に形成され、
長手方向中央部程小径に形成されている。これら曲面バ
ー5、6の表面曲面の曲率は、各強化繊維束拡開の効果
からみて、5/1000〜100/1000程度が好ましい。
第2図に示すように、強化繊維束1が曲面バー5の接
触通過する際、曲面バー5の表面凸曲面形状により、シ
ート状強化繊維束1にはシート幅方向Aに拡幅力が生じ
る。この拡幅力により、シート状強化繊維束1のシート
幅が拡げられ、それに伴って個々の強化繊維束1が拡開
される。各強化繊維束1はバー長手方向に滑りながら拡
開されるが、曲面バー5の表面は滑らかに変化する凸曲
面であるので、シート状強化繊維束1は、シート幅方向
略均一に拡開される。拡幅、拡開されたシート状強化繊
維束1は、次に曲面バー6を接触通過する。曲面バー6
は凹曲面表面を有するので、曲面バー6上では、上記と
は逆にB方向に縮幅力が作用し、シート状強化繊維束1
のシート幅が実質的に元のシート幅に戻される。曲面バ
ー5により均一に拡開された後の縮幅であるから、シー
ト幅を縮めても各強化繊維束1の拡開の程度が大きく損
われることはなく、良好な拡開状態が実質的にそのまま
維持される。上記拡開は、曲面バー5、6の表面形状に
より生じるシート幅方向の力を利用するものであるか
ら、本質的に、シート状強化繊維束1に加える張力は低
くてよい。そして、3本目のバー7はストレートバーか
らなり、シート状強化繊維束1に加えられている張力に
よって各強化繊維束1の拡開がさらに進められ、シート
状強化繊維束1は後続の樹脂含浸工程に送られる。
なお、強化繊維束1には、サイジング剤が付与されて
いることが多いが、サイジング剤があると各強化繊維束
1が拡開されにくいので、サイジング剤を軟化させて拡
開されやすくするため、各バー5、6、7上で強化繊維
束1が加熱されることが望ましい。この加熱は、たとえ
ば第3図に示すように、各バー5、6、7にヒータ8、
9、10を埋設し、各ヒータにヒータ制御装置11を介して
ヒータ電源12を接続することにより、それぞれ最適な温
度に加熱することができる。サイジング剤を軟化させる
ための温度としては、50〜200℃、より好ましくは80〜1
50℃の範囲が好適である。
拡開により均一化されたシート状強化繊維1束(もっ
とも、もはや束とはいえないが)が、樹脂含浸工程に送
られる。本実施例では、樹脂担持離型シート13、14を用
いて樹脂含浸が行われているが、樹脂溶液に浸漬させる
方法でもよい。離型シート13、14は、ロール15、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、この位置でシート状の強化繊維束1の両面に重ね
合せられる。この重ね合せ体が本実施例では、ヒータ19
で加熱された後、3段のプレスロール20で両側から加圧
され、離型シート13、14に担持されていた樹脂が強化繊
維束1に転移、含浸される。樹脂含浸によりプリプレグ
12の形態となり、該プリプレグ21から一方の離型シート
13が剥離され、他方の離型シート14とともにプリプレグ
21がロール状に巻き取られる。
各バー5、6、7とくに曲面バー5、6によりシート
状強化繊維束1は均一にかつ十分に拡開されているの
で、樹脂含浸も均一にかつ十分に行われ、プリプレグ21
が得られる。
なお、本発明における強化繊維束は、長繊維からなる
強化繊維束で、炭素繊維、黒鉛繊維、有機高弾性率繊維
(アラミド繊維等)、炭化ケイ沿繊維、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、高弾性率繊維からなる。このような強化繊
維束は、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束を規則的に、
または不規則に並べて使用してもよい。この強化繊維束
が前記のようにシート状に配列される。
離型シート13および/又は離型シート14に担持される
樹脂としては、特に限定されないが、代表的なものとし
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。好ましい熱硬化性樹脂として、
エポキシ樹脂が挙げられる。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。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の強化繊維束の拡開方法
によるときは、表面凸曲面の曲面バーでシート幅を拡げ
るとともに各強化繊維束を低張力でもって均一にかつ十
分に拡開し、表面凹曲面の曲面バーでシート幅を実質的
に元の幅に戻しておくようにしたので、容易かつ効果的
に繊維束を拡開することができ、均一かつ十分に拡開さ
れたシート状強化繊維束に樹脂を均一にかつ十分に含浸
させれば、均一な高物性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図は本発明の一実施例に係る強化繊維束の拡開方法
を用いたプリプレグ製造工程全体の概略側面図、 第2図は第1図のプロセスの強化繊維束拡開部の拡大部
分平面図、 第3図は第2図の強化繊維束拡開部を加熱する場合の概
略構成図、 第4図は従来の強化繊維束拡開部の概略側面図、であ
る。 1……強化繊維束 2……クリール 3、4……ニップロール 5、6……曲面バー 7……バー 8、9、10……ヒータ 11……ヒータ制御装置 12……ヒータ電源 13、14……離型シート 19……ヒータ 20……プレスロール 21……プリプレグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−71229(JP,A) 特開 平1−280040(JP,A) 特公 昭31−6771(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) D02J 1/18 C08J 5/24 D04H 3/04 B65H 51/005

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シート状に一方向に引き揃えられた多数の
    強化繊維束を、表面が凸曲面に形成され長手方向中央部
    程大径の曲面バーに接触通過させることにより、通過す
    るシート状強化繊維束の全量についてそのシート幅を拡
    げつつ各強化繊維束を拡開し、しかる後に、表面が凹曲
    面に形成され長手方向中央部程小径の曲面バーに接触通
    過させることにより、通過するシート状強化繊維束の全
    量についてそのシート幅を実質的に元のシート幅に戻す
    ことを特徴とする強化繊維束の拡開方法。
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