JP2921327B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂用プリプレグリボンおよびプリプレグ - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂用プリプレグリボンおよびプリプレグ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂
用のプリプレグリボン、およびこれを用いて織ったプリ
プレグに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス繊維、カーボン繊維などのトウを
強化繊維とし、これに熱可塑性樹脂をマトリクスとして
溶融含浸せしめた繊維強化熱可塑性樹脂用のプリプレグ
は、輸送機器、スポーツ用具などの製造に用いられてい
る。しかし、このプリプレグは、熱圧を加えるまでは屈
曲など賦形の自由度が低く、不便である。そこで近年
は、強化繊維のトウを用い、室温でも賦形性が高い繊維
強化熱可塑性樹脂用のプリプレグが各種開発され用いら
れるようになった。その例を図６の概略図に示す。図６
（ａ）（ｂ）は、マトリクスとなる樹脂からなる繊維の
トウを用い、これと強化繊維のトウとを複合したプリプ
レグの例である。図６（ａ）は、強化繊維６１のトウ６
２と樹脂繊維６３のトウ６４とをより合わせたプリプレ
グである。図６（ｂ）は、強化繊維のトウと樹脂繊維の
トウとをそれぞれ開繊して混合し、強化繊維６１と樹脂
繊維６３とからなる混紡トウを形成したプリプレグであ
る。また図６（ｃ）は、樹脂繊維を用いないプリプレグ
の一例であって、強化繊維６１のトウの中にマトリクス
樹脂の粉末６５を包含させたものである。これらのプリ
プレグは、室温で柔軟性があり、型に装填して熱圧を加
えると、樹脂繊維６３または樹脂粉末６５が溶融し、溶
融した樹脂が、強化繊維のトウ６２の繊維間隙を充填す
る。これを冷却すれば、繊維強化熱可塑性樹脂製品が得
られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
プリプレグにはそれぞれ問題があった。図６（ａ）に示
した、強化繊維のトウ６２と樹脂繊維のトウ６４とをよ
り合わせたものは、図７（ａ）にその断面を示すよう
に、強化繊維のトウ６２と樹脂繊維のトウ６４とがとも
に太い円形の断面形状に形成されているために、これら
がより合わされたプリプレグは、目的とする製品の厚み
にくらべ、かなり厚いものとなる。また、これに熱圧を
加えたとき、図７（ｂ）に示すように、溶融した樹脂６
６が強化繊維のトウ６２の心部まで十分に浸透できず、
その心部に、樹脂が含浸されないボイド６７が生ずる可
能性がある。図６（ｂ）に示した、強化繊維と樹脂繊維
との混紡トウからなるプリプレグの場合は、上記の問題
はないものの、それぞれの繊維のトウを解繊し、均一に
混合することが実際上むずかしく、また混紡の過程で、
強化繊維６１は応力と摩擦を受けるので、傷つきやす
い。図６（ｃ）に示した、強化繊維のトウ６２の中に樹
脂の粉末６５を包含させてなるプリプレグの場合は、樹
脂粉末６５を包含する工程で、やはり強化繊維６１は応
力と摩擦を受け、傷つきやすいばかりでなく、プリプレ
グ中の樹脂の含有量が安定しない。本発明は上記の問題
を解決するためになされたものであって、その目的は、
層が薄く、かつマトリクス樹脂が強化繊維に含浸しやす
いプリプレグを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、厚み１．
０ｍｍ以下のリボン状をなす強化繊維のトウと、これと
同幅のリボン状をなすマトリクス樹脂の層とを重ね、こ
れを長さ方向に１〜３０ｃｍの間隔を隔てて部分的に融
着してなるプリプレグリボン、またはこのプリプレグリ
ボンを用いて織ったプリプレグによって解決できる。
【０００５】
【作用】請求項１のプリプレグリボンの作用を説明する
ために、その一実施例の断面を図５（ａ）に示す。図５
（ａ）において、プリプレグリボン１は、厚み１．０ｍ
ｍ以下のリボン状をなす強化繊維のトウ３と、これと同
幅のリボン状をなすマトリクス樹脂の層（以下「樹脂
層」という）４とが重ねられている。このプリプレグリ
ボンは、断面が円形をなすトウを用いた従来のプリプレ
グ（図７（ａ）参照）にくらべ、強化繊維のトウ３も樹
脂層４も厚みが薄い。従って、これらが重ねられたプリ
プレグリボンの厚みも薄い。しかも、双方が同幅に重ね
合わされているので、これに熱圧を加えると、マトリク
ス樹脂は速やかに、かつムラなく溶融し、図５（ｂ）に
示すように、溶融した樹脂６は、短い浸透距離を流動し
て、薄いリボン状の強化繊維のトウ３に速やかに、かつ
均一に含浸する。この強化繊維のトウ３と樹脂層４と
は、図１の接合部５，５’で示すように、長さ方向に１
〜３０ｃｍの間隔を隔てて部分的に融着されているの
で、プリプレグリボンの取り扱い中に、双方がずれたり
離れたりすることはない。請求項２のプリプレグは、上
記のプリプレグリボンを用いて織ったものであるので、
これを用いれば平面のみならず、曲面、中空体など、任
意の面をなす成形物が成形できる。このとき、目的に応
じて織り形態が変わっても、強化繊維と樹脂層とは、接
合部５，５’によってずれることなく重なっているの
で、熱圧を加えたとき、クロスの形態にかかわらず常に
安定した含浸状態が得られる。また、請求項３のプリプ
レグは、上記のプリプレグを２層以上積層し、各層を１
〜３０ｃｍの間隔を隔てて部分的に融着したものである
ので、１層当りの厚みが従来のトウをより合わせたプリ
プレグより薄く、従ってこれを用いて製品を成形するに
際して、従来のプリプレグに比し、厚みが同一ならより
多層化でき、また層数が同一ならより薄くできるなど、
製品設計の自由度が高くなる。
【０００６】
【実施例】次に、図面によって本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１）図１（ａ）は、請求項１記載のプリプレグ
リボンの実施例を示している。このプリプレグリボン１
は、強化繊維２，２’，…からなるトウ３と、樹脂層４
とが重ねられて構成されている。このトウ３は、例えば
ガラス繊維、カーボン繊維、ケブラー繊維など、強化繊
維を断面円形に束ねた通常のトウを、ロールなどで押圧
して偏平に広げ、リボン状に成形したものであって、そ
の厚みｔは１．０ｍｍ以下とされる。厚みｔが１．０ｍ
ｍを越えると、マトリクス樹脂が強化繊維を含浸しにく
くなり好ましくない。
【０００７】樹脂層４は、繊維強化熱可塑性樹脂製品に
おいてマトリクスとなる樹脂からなるリボン状の層であ
って、その形態は、フィルム、不織布、織布、繊維束な
ど、リボン状の層に成形できるものであればいずれでも
よい。不織布、織布、繊維束などの形態のものであれ
ば、このプリプレグリボンは柔軟性が高いので賦形性に
優れ、成形に便利である。この樹脂層４は、その幅ｗが
トウ３の幅と等しくされている。その厚みは特に限定さ
れないが、この樹脂層４をなす樹脂の量が、繊維強化熱
可塑性樹脂製品におけるＶｆ値（補強材の容積含有率）
の要求を満足するように設定される。
【０００８】この強化繊維のトウ３と樹脂層４とは、そ
れぞれの側端部が一致するように重ねられている。そし
て、取り扱い中に双方がずれたり離れたりしないよう
に、これらは、接合部５，５’で示すように、長さ方向
に１〜３０ｃｍ間隔で融着されている。
【０００９】（実施例２）図１（ｂ）は、プリプレグリ
ボンの他の実施例を示している。この例では強化繊維の
トウ３が、これと同幅のリボン状をなす２枚の樹脂層
４，４’に挟まれて重ねられている。そして、この３層
が接合部５，５’においてそれぞれ接合されている。こ
の例における樹脂層４，４’の厚みは、この双方の樹脂
層をなす樹脂の合計量が、繊維強化熱可塑性樹脂製品に
おけるＶｆ値の要求を満足するように設定される。図１
（ｂ）に示した構成のプリプレグリボンは、取り扱い中
に強化繊維を損傷することがないので、好ましい実施例
である。
【００１０】実施例１および２のプリプレグリボンにお
いて、樹脂層４（および４’）をなす樹脂は、繊維強化
熱可塑性樹脂製品におけるマトリクスをなすものであっ
て、通常この分野に使用されている樹脂がいずれも使用
可能である。その例としては、例えば、ナイロン、ポリ
アミド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリエーテルイミド、液晶ポリマーなどを挙げるこ
とができる。
【００１１】実施例１および２のプリプレグリボンは、
例えばホットプレスなどによって熱圧を加えると、樹脂
層４（および４’）が溶融し、溶融樹脂がトウ３中に浸
透し、強化繊維２，２’，…の間隙を充填してマトリク
スを形成する。トウ３の厚みが１．０ｍｍ以下と薄く、
樹脂層４，４’の幅がトウ３のそれと等しくされ、かつ
樹脂層の合計厚みがＶｆ値の要求を満足するように設定
されているので、溶融樹脂は過不足なく速やかに、かつ
均一に含浸し、ボイドを生ずることがない。
【００１２】上記実施例１および２のプリプレグリボン
は、いずれも、従来のトウをより合わせたプリプレグリ
ボンにくらべ、厚みが著しく薄く、また、熱圧を加える
とき、速やかにかつ安定した含浸状態が得られる。ま
た、トウを開繊し混紡する必要もないので製造が容易で
ある。
【００１３】図２（ａ）（ｂ）は、いずれも請求項２記
載のプリプレグの実施例を示している。 （実施例３）図２（ａ）に示すプリプレグ１０は、実施
例１または２に示したプリプレグリボン１をそれぞれ経
糸、緯糸として用い、平織りに織ったものである。この
プリプレグ１０は、常温で柔軟性があるので賦形性に優
れ、また、型に装填して熱圧を加えると、プリプレグリ
ボンの場合と同様に、樹脂が強化繊維のトウに速やか
に、かつ均一に含浸し、均質性の高い繊維強化熱可塑性
樹脂製品が得られる。
【００１４】（実施例４）図２（ｂ）は、実施例３とは
織り形態の異なるプリプレグの実施例を示している。こ
の例のプリプレグ１０は、実施例１または２のプリプレ
グリボン１を用いて袋織りに織ったものである。得られ
たプリプレグ１０は管状の中空体であって、室温で屈曲
することができる。このプリプレグに熱圧を加えると、
管状の繊維強化熱可塑性樹脂製品が得られる。この場合
の熱圧成形は、例えば図３に示す方法で行うことができ
る。
【００１５】図３において、まず、管状のプリプレグ１
０の中空部にエラストマーのチューブ１１を挿入し、チ
ューブの一端１２を封止し、他端１３を圧力流体のコネ
クタに接続する。この状態でプリプレグ１０をダイ１４
に装填し、ダイ１４を加熱するとともに、チューブ１１
に圧縮空気などの圧力流体を導入してこれを膨張せし
め、プリプレグ１０を型面に押圧する。これによって、
樹脂は強化繊維のトウに均一に含浸し、均質性の高い管
状の繊維強化熱可塑性樹脂製品が得られる。
【００１６】実施例３および４に示すように、織り形態
が異なっても、このプリプレグは賦形性に優れ、かつ、
成形された製品中では常に安定した含浸状態が得られ
る。
【００１７】図４（ａ）（ｂ）は、いずれも請求項３記
載のプリプレグの実施例を示している。 （実施例５）図４（ａ）のプリプレグ２０は平布状のも
のであり、実施例３に示した平織りのプリプレグ１０を
２枚以上、例えば図４（ａ）の符号１０a ，１０b ，１
０cで示すように３枚積層し、互いにずれたり離れたり
しないように、１〜３０ｃｍ間隔でスポット融着２１を
施してある。このプリプレグ２０において、各プリプレ
グ１０の糸方向は一定である必要はなく、例えばプリプ
レグ１０a ，１０c の糸方向に対して、中間に介在する
プリプレグ１０b がバイアスに配置されていてもよい。
これによって、製品の抗張力の、面方向による偏りが改
善される。このプリプレグ２０は、従来の、トウをより
合わせた同一層数のプリプレグにくらべ、厚みが薄い。
これを用いた繊維強化熱可塑性樹脂製品の成形は、実施
例３のプリプレグ１０の場合と同様に行うことができ、
得られた製品は均質性が高い。
【００１８】（実施例６）図４（ｂ）は、プリプレグの
他の実施例を示している。このプリプレグ２０は管状の
ものであって、実施例３に示した袋織りのプリプレグ１
０d ，１０e ，…が２層以上積層されて形成されてい
る。これらのプリプレグは、順次密着して嵌入し得るよ
うに、それぞれの口径が変えられている。このプリプレ
グ２０は、１層当りの厚みが、従来のトウをより合わせ
たプリプレグより薄いので、従来のものと同じ厚みであ
りながら、層数が増やされている。このプリプレグ２０
による繊維強化熱可塑性樹脂製品の成形は、実施例３の
場合と同様に、例えば図３に示した方法で行うことがで
きる。具体的には、例えばマトリクス樹脂がナイロンで
ある場合、図３のエラストマーチューブ１１を１０ｋｇ
／ｃｍ2 に加圧し、ダイ１４を２７０℃に３０分間加熱
して成形する。
【００１９】実施例５および６から明らかなように、こ
れらのプリプレグは、従来のプリプレグに比べ、１層当
りの厚みが薄いので、層数が同一ならより薄く、厚みが
同一ならより多層化することができる。
【００２０】
【発明の効果】請求項１のプリプレグリボンは、厚み
１．０ｍｍ以下のリボン状をなす強化繊維のトウと、こ
れと同幅のリボン状をなすマトリクス樹脂の層とを重
ね、これを長さ方向に１〜３０ｃｍの間隔を隔てて部分
的に融着してなるものであるので、厚みが薄く、これに
熱圧を加えるとき、溶融したマトリクス樹脂は強化繊維
のトウに速やかにかつ均一に含浸し、ボイドを生じな
い。請求項２のプリプレグは、上記のプリプレグリボン
を用いて織ったものであるので、これに熱圧を加えると
き、織物の形態にかかわらず安定した含浸状態が得られ
る。従って、平面、曲面、中空体など各種面構成の、均
質性の高い繊維強化熱可塑性樹脂製品が製造できる。請
求項３のプリプレグは、上記のプリプレグを２層以上積
層し、各層を１〜３０ｃｍの間隔を隔てて部分的に融着
したものであるので、１層当りの厚みが従来のプリプレ
グより薄く、従って同一層数ならより薄く、また同一厚
みならより多層にすることができ、製品設計の自由度が
高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）（ｂ）は、それぞれ請求項１のプリプ
レグリボンの実施例を示す斜視図である。
【図２】 （ａ）（ｂ）は、それぞれ請求項２のプリプ
レグの実施例を示す斜視図である。
【図３】 管状のプリプレグから繊維強化熱可塑性樹脂
製品を成形する工程の一例を示す斜視図である。
【図４】 （ａ）（ｂ）は、それぞれ請求項３のプリプ
レグの実施例を示す斜視図である。
【図５】 本発明のプリプレグリボンにおけるマトリク
ス樹脂の含浸過程を示す断面図である。
【図６】 従来のプリプレグの構成を示す概略図であ
る。
【図７】 従来のプリプレグの一例におけるマトリクス
樹脂の含浸過程を示す断面図である。
【符号の説明】
１…プリプレグリボン、２…強化繊維、３…トウ、４…
樹脂層、５…接合部、１０…プリプレグ、２０…プリプ
レグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−85337（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−115935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182907（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−78943（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−254848（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C08J 5/04 - 5/24 B29B 11/16 B32B 27/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 厚み１．０ｍｍ以下のリボン状をなす強
    化繊維のトウと、これと同幅のリボン状をなすマトリク
    ス樹脂の層とを重ね、これを長さ方向に１〜３０ｃｍの
    間隔を隔てて部分的に融着してなる繊維強化熱可塑性樹
    脂用プリプレグリボン。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂用
    プリプレグリボンを用いて織った繊維強化熱可塑性樹脂
    用プリプレグ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の繊維強化熱可塑性樹脂用
    プリプレグを２層以上積層し、各層を１〜３０ｃｍの間
    隔を隔てて部分的に融着してなる繊維強化熱可塑性樹脂
    用プリプレグ。
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