JP3876276B2

JP3876276B2 - Thermoplastic resin prepreg sheet material manufacturing apparatus and method

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Publication number: JP3876276B2
Application number: JP2001390525A
Authority: JP
Inventors: 和正川邊; 肇大浦; 達二岡; 卓文吉川
Original assignee: Fukui Prefecture
Current assignee: Fukui Prefecture
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP2003181832A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長繊維で強化された熱可塑性樹脂複合材料を製造する際に使用される、長繊維による熱可塑性樹脂プリプレグシート材を連続して製造するための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料は、その優れた靭性、成形性、貯蔵安定性、リサイクル性などから、付加価値ある材料として注目されている。
【０００３】
繊維強化された熱可塑性樹脂による複合材料成型品は、基本的には、繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸した熱可塑性樹脂プリプレグシート材を用い、このシートを必要枚数積層して所定の形状に成形することにより得られる。従って、繊維束中に熱可塑性樹脂が均一含浸した厚み精度の良い熱可塑性樹脂プリプレグシート材を製造することは、品質の良い熱可塑性複合材料成形品を得る上で重要な技術になる。
【０００４】
従来、熱可塑性樹脂プリプレグシート材を連続して製造する方法として、ロールを用いる方法、熱板プレス法を用いる方法、ダブルベルト法を用いる方法などが挙げられる。
【０００５】
（１）ロールを用いる方法
強化繊維束中に熱可塑性樹脂を含浸させる方法としてロールを利用した次の２つの方法がある。
【０００６】
第１の方法は、図１９に示すように、シート状になった強化繊維束９００と熱可塑性樹脂９０２を重ね合わせた被成形材９１２の搬送路の上下に加圧ロール９０４と加熱用ヒータ９０６を配し、その上下一対のロール９０４間を被成形材９１２が一対の離型シート９０８に挟まれた状態で通過して、この上下にある一対のロール９０４による加圧されつつ加熱ヒータ９０６の加熱により、強化繊維束９００中に熱可塑性樹脂９０２を連続的に含浸させて、プリプレグシート材９１０を製造するものである。
【０００７】
第２の方法は、図２０に示すように、シート状になった強化繊維束９００と熱可塑性樹脂９０２を重ね合わせた被成形材９１２を一対の離型シート９０８に挟んだ後、ロール９０４に沿わせながら引っ張り、その張力により被成形材９１２をロール９０４に押さえ付け、強化繊維束９００中に熱可塑性樹脂９０２を含浸させる方法が知られている。
【０００８】
（２）熱板プレス法を用いる方法
熱板プレス法とは、図２１に示すように、一対の離型処理したスチールシート、または、フッ素熱可塑性樹脂シート材のような離型性に優れる熱可塑性樹脂シート材をキャリアシート９１４（搬送用シート）として、このキャリアシート９１４の間にシート状の熱可塑性樹脂９０２と強化繊維束９００を挟み込み、これを加熱されている熱板のプレス部９１６間に送り込んで所定時間加圧後、熱可塑性樹脂９０２を強化繊維束９００中に含浸させてプリプレグシート材９１０を得る方法である。
【０００９】
（３）ダブルベルト法を用いる方法
ダブルベルト法とは、図２２に示すように、一対のエンドレスのスチールベルト９１８がキャリアシートとなって、このスチールベルト９１８間にシート状の熱可塑性樹脂９０２と強化繊維束９００を連続的に送り込み、スチールベルト９１８間で挟んだ状態で移動させつつ加熱しながら加圧成形を行って熱可塑性樹脂９０２を強化繊維束９００中に含浸させてプリプレグシート材９１０を得る方法である。
【００１０】
スチールベルト９１８とプリプレグシート材９１０の離型に対しては、スチールベルト９１８に離型剤を直接塗布して、離型効果をもたせる。
【００１１】
なお、一対の離型性に優れる熱可塑性樹脂シート材を使用して、この離型シート材の間に熱可塑性樹脂９０２と強化繊維束９００を挟み込んでスチールベルト９１８間に送り込む方法もある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、強化繊維束中に熱可塑性樹脂がどのように含浸するかを解析した文献が発明者によって提案されている（福井県工業技術センター平成１２年度研究報告書Ｎｏ．１７「熱可塑性樹脂プリプレグ装置を開発するための熱可塑性樹脂含浸シュミレーション」、川邉和正他著）。
【００１３】
この文献によると、強化繊維と熱可塑性樹脂が複合化し一体構造になる過程は、（１）強化繊維が外圧（プレス圧）によって圧密化される過程、（２）強化繊維間へ熱可塑性樹脂が含浸する過程、（３）その含浸後、熱可塑性樹脂中に繊維が拡散する融合の過程、以上３つの過程を経ると考えている。
【００１４】
そして、強化繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸する過程が成型品の良し悪し、成型時間に大きな影響を与えるとして、この含浸過程について簡単なモデル化を行い、基礎的な含浸理論式を導出している。
【００１５】
この理論式よれば、（１）強化繊維束の厚みが薄くなる、（２）成型圧力が高くなる、（３）熱可塑性樹脂の溶融粘度が低くなる、ときに強化繊維束中への熱可塑性樹脂の含浸時間が短くなることがわかる。
【００１６】
しかし、熱可塑性樹脂は溶融粘度が高いため、強化繊維束の厚みが開繊などにより非常に薄い状態になったとしても、含浸そして融合の過程を終了し繊維と熱可塑性樹脂が一体化するまでには１秒前後の時間を必要とすると考えられる。
【００１７】
以上のことを考慮して上記で説明した従来方法の問題点を下記に指摘する。
【００１８】
（１）図１９によるロール法の問題点
第１に、加圧保持時間が上下一対のロール９０４に挟まれている時間のみであるため、この時間は一瞬であり、含浸過程を十分に得ることができない。
【００１９】
第２に、加圧力を高くしよとするとき、ロール径は大きくしなければロール９０４が加圧力により変形してしまう。また、ロール径を大きくすると加熱が難しくなり、高温状態にすることが困難であり、または、エネルギーコストが高くなるという問題点がある。
【００２０】
従って、本方法は熱硬化性熱可塑性樹脂も含めた低粘度の熱可塑性樹脂を含浸する場合に向く方法であり、種々の熱可塑性樹脂をマトリックスとする場合には向かない。
【００２１】
（２）図２０によるロール法の問題点
ロール９０４に接触するため加圧時間は長くできる。しかし、加圧力（Ｐ）は素材を引っ張る力Ｔとロール半径ｒとの間に、Ｐ＝Ｔ／ｒという関係がある。すなわち、加圧力を高めるためには被成形材９１２の引っ張り張力を高めるか、ロール径を小さくしなければならない。被成形材９１２の引っ張り張力を高めた場合、ロール９０４はその力に抵抗するためにロール径を大きくしなければならないが、逆に加圧力を小さくすることとなる。よって、この方法を用いた場合、大きな加圧力を得ることができず、強化繊維束９００中への熱可塑性樹脂含浸時間が長くなってしまい、含浸不足が生じる問題点がある。
【００２２】
従って、本方法は熱硬化性熱可塑性樹脂９０２も含めた低粘度の熱可塑性樹脂を含浸する場合に向く方法であり、種々の熱可塑性樹脂をマトリックスとする場合には向かない。
【００２３】
（３）図２１による熱板プレス法の問題点
図２１からもわかるように、一対の離型フイルムに挟まれた熱可塑性樹脂９０２と強化繊維束９００は熱板のプレス部９１６に搬送され、この部分で、ある時間、加熱・加圧される。
【００２４】
このとき、プレス部９１６の搬入口手前側では、被成形材９１２に加熱温度は加わるが加圧が加わらない状態となる。このため、熱可塑性樹脂９０２が熱膨張したり、また、供給される熱可塑性樹脂９０２の形態がフイルムである場合、製法上、延伸が若干なりとも行われているので、熱収縮したりする。従って、この部分では、繊維の配向が乱れたり、また、幅方向に段がついた状態になったりする問題点が生じる。
【００２５】
また、生産性を考慮して、プレス部９１６を大型化すると、プレス面の面精度を得ることが難しくなる。このため、被成形材９１２に対し、均一な加圧を加えることができず、含浸不足、厚み差を生じる問題点がある。
【００２６】
（４）図２２によるダブルスチールベルト法の問題点
厚みが１ｍｍ以上もあるステンレスのエンドレススチールベルト９１８を使用すること、加熱、加圧ゾーンはオイルを用いた方式を採用するため、加熱加圧時にオイル漏れが生じない機構を使用することなどにより、設備が大型化し、導入コスト、ランニングコストが大変かかるという問題点がある。
【００２７】
そこで、本発明は、次のことを目的とする。
【００２８】
第１には、被成形材に対し、十分な加熱と加圧を加えることができ、第２に、成形温度が高く、溶融粘度が高い熱可塑性樹脂に対しても成形が可能であり、第３に、連続したプリプレグシート材を製造するにあたり、熱可塑性樹脂が均一に十分含浸した、一定厚みで、そして幅方向に段筋などがついていないプリプレグシートを製造でき、第４に、設備の低コスト化、導入コスト、ランニングコストを低コストにする発明を提供する。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置であって、少なくともシート状の熱可塑性樹脂と強化繊維束とを含むシート状の被成型材が走行する搬送路の上側に加熱機構付き上ブロック部を所定間隔を開けて前記搬送路に沿って複数配し、前記搬送路の下側に加熱機構付き下ブロック部を所定間隔を開けて前記搬送路に沿って複数配し、かつ、前記上ブロック部と前記下ブロック部とが上下に対をなし、前記上ブロック部、または、前記下ブロック部の少なくともどちらか一方を上下に移動させ、かつ、前記ブロック部毎に加圧力を与えることができるプレス手段を配し、前記複数の上ブロック部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の上クッション部を配し、前記複数の上クッション部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の上加圧部を前記上クッション部と重なるように配し、前記複数の下ブロック部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の下クッション部を配し、前記複数の下クッション部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の下加圧部を前記上クッション部と重なるように配し、前記被成型材を間欠走行させる走行手段を設け、前記走行手段によって前記被成型材が所定時間停止中に、前記複数の上下ブロック部の中の少なくとも一対の上下ブロック部と前記上下クッション部と前記上下加圧部を介して前記プレス手段によって、前記被成型材を上下から加熱しながら加圧する加熱加圧工程と、前記プレス手段により前記上ブロック部が所定時間上昇したとき、または、前記下ブロック部が所定時間下降したときに、前記被成型材を前記搬送路に沿って所定長さ走行させる走行工程とを繰り返し行う制御手段を設けたことを特徴とする熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３０】
請求項２の発明は、隣接する前記上ブロック部と前記下ブロック部の加熱温度を異なる温度に設定することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３１】
請求項３の発明は、隣接する前記プレス手段の加圧力を異なる加圧力に設定することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３２】
請求項４の発明は、前記複数の上ブロック部と前記複数の下ブロック部の加熱温度を前記被成型材の搬入口側から順番に高く設定する予備加熱区間と、前記予備加熱区間の次に位置する区間であって、前記複数の上ブロック部と前記複数の下ブロック部の加熱温度を最高の加熱温度に設定する本加熱区間と、前記本加熱区間の次に位置する区間であって、前記複数の上ブロック部と前記複数の下ブロック部の加熱温度を前記被成型材の搬入口側から順番に低く設定する冷却区間と、を有することを特徴とする請求項１から３の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３３】
請求項５の発明は、前記制御手段は、前記本加熱区間における前記プレス手段によって前記上ブロック部が下降させて前記被成型材に加圧力を与えた後に、前記被成型材の搬入口側に向かって１つづつ順番に前記プレス手段によって前記上ブロック部を下降させて前記被成型材に加圧力を与えることを特徴とする請求項４記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３４】
請求項６の発明は、前記上クッション部と前記加圧部は、前記上ブロック部と共に上昇することを特徴とする請求項１から５の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３５】
請求項７の発明は、前記上クッション部と前記加圧部は、前記上ブロック部と共に上昇しないことを特徴とする請求項１から５の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３６】
請求項８の発明は、前記制御手段は、前記本加熱区間及び前記冷却区間にある前記上ブロック部が上昇したときには、前記予備加熱区間にある前記上ブロック部及び前記上クッション部と前記加圧部は下降したまま前記被成型材に接触させつつ、前記被成型材を前記搬送路に沿って所定長さ走行させることを特徴とする請求項３から５の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３７】
請求項９の発明は、前記上下クッション部が、膨張黒鉛シート、フッ素シート、または、シリコンシートであることを特徴とする請求項１から８の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３８】
請求項１０の発明は、前記上下加圧部が、Ｃ／Ｃコンポジット、鉄板、または、ステンレス板であることを特徴とする請求項１から９の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００３９】
請求項１１の発明は、耐熱性と離型性を有する搬送シートを前記被成型材の両面に配することを特徴とする請求項１から１０の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００４０】
請求項１２の発明は、前記上ブロック部が上昇したときに前記熱可塑性樹脂プリプレグシート材を搬出口側へ引き出す方向にテンションを加え、前記上ブロック部が下降したときにバックテンションを加えるアキューム手段を配したことを特徴とする請求項１から１１の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００４１】
請求項１３の発明は、前記上ブロック部が上昇したときに前記搬送シートを搬出口側へ引き出す方向にテンションを加え、前記上ブロック部が下降したときにバックテンションを加えるアキューム手段を配したことを特徴とする請求項１１または１２記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造装置である。
【００４２】
請求項１４の発明は、熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法であって、少なくともシート状の熱可塑性樹脂と強化繊維束とを含むシート状の被成型材が走行する搬送路の上側に加熱機構付き上ブロック部を所定間隔を開けて前記搬送路に沿って複数配し、前記搬送路の下側に加熱機構付き下ブロック部を所定間隔を開けて前記搬送路に沿って複数配し、かつ、前記上ブロック部と前記下ブロック部とが上下に対をなし、前記上ブロック部、または、前記下ブロック部の少なくともどちらか一方を上下に移動させ、かつ、前記ブロック部毎に加圧力を与えることができるプレス手段を配し、前記複数の上ブロック部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の上クッション部を配し、前記複数の上クッション部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の上加圧部を前記上クッション部と重なるように配し、前記複数の下ブロック部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の下クッション部を配し、前記複数の下クッション部と前記搬送路の間であって、前記搬送路に沿って一枚のシート状の下加圧部を前記上クッション部と重なるように配し、前記被成型材を間欠走行させる走行手段を設け、前記走行手段によって前記被成型材が所定時間停止中に、前記複数の上下ブロック部の中の少なくとも一対の上下ブロック部と前記上下クッション部と前記上下加圧部を介して前記プレス手段によって、前記被成型材を上下から加熱しながら加圧する加熱加圧工程と、前記プレス手段により前記上ブロック部が所定時間上昇したとき、または、前記下ブロック部が所定時間下降したときに、前記被成型材を前記搬送路に沿って所定長さ走行させる走行工程とを繰り返し行うことを特徴とする熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４３】
請求項１５の発明は、隣接する前記上ブロック部と前記下ブロック部の加熱温度を異なる温度に設定することを特徴とする請求項１４記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４４】
請求項１６の発明は、隣接する前記プレス手段の加圧力を異なる加圧力に設定することを特徴とする請求項１４記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４５】
請求項１７の発明は、前記複数の上ブロック部と前記複数の下ブロック部の加熱温度を前記被成型材の搬入口側から順番に高く設定する予備加熱区間と、前記予備加熱区間の次に位置する区間であって、前記複数の上ブロック部と前記複数の下ブロック部の加熱温度を最高の加熱温度に設定する本加熱区間と、前記本加熱区間の次に位置する区間であって、前記複数の上ブロック部と前記複数の下ブロック部の加熱温度を前記被成型材の搬入口側から順番に低く設定する冷却区間と、を有することを特徴とする請求項１４から１６の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４６】
請求項１８の発明は、前記本加熱区間における前記プレス手段によって前記上ブロック部が下降させて前記被成型材に加圧力を与えた後に、前記被成型材の搬入口側に向かって１つづつ順番に前記プレス手段によって前記上ブロック部を下降させて前記被成型材に加圧力を与えることを特徴とする請求項１７記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４７】
請求項１９の発明は、前記上クッション部と前記加圧部は、前記上ブロック部と共に上昇することを特徴とする請求項１４から１８の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４８】
請求項２０の発明は、前記上クッション部と前記加圧部は、前記上ブロック部と共に上昇しないことを特徴とする請求項１４から１８の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００４９】
請求項２１の発明は、前記本加熱区間及び前記冷却区間にある前記上ブロック部が上昇したときには、前記予備加熱区間にある前記上ブロック部及び前記上クッション部と前記加圧部は下降したまま前記被成型材に接触させつつ、前記被成型材を前記搬送路に沿って所定長さ走行させることを特徴とする請求項１６から１８の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００５０】
請求項２２の発明は、前記上下クッション部が、膨張黒鉛シート、フッ素シート、または、シリコンシートであることを特徴とする請求項１４から２１の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００５１】
請求項２３の発明は、前記上下加圧部が、Ｃ／Ｃコンポジット、鉄板、または、ステンレス板であることを特徴とする請求項１４から２２の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００５２】
請求項２４の発明は、耐熱性と離型性を有する搬送シートを前記被成型材の両面に配することを特徴とする請求項１４から２３の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００５３】
請求項２５の発明は、前記上ブロック部が上昇したときに前記熱可塑性樹脂プリプレグシート材を搬出口側へ引き出す方向にテンションを加え、前記上ブロック部が下降したときにバックテンションを加えることを特徴とする請求項１４から２４の少なくとも一項に記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００５４】
請求項２６の発明は、前記上ブロック部が上昇したときに前記搬送シートを搬出口側へ引き出す方向にテンションを加え、前記上ブロック部が下降したときにバックテンションを加えることを特徴とする請求項２４または２５記載の熱可塑性樹脂プリプレグシート材の製造方法である。
【００５５】
【作用】
請求項１，１４の発明について説明する。
【００５６】
シート状の被成型材を搬送路に沿って間欠走行させ、この間欠走行の停止中に一対のクッション部と加圧部そして上下ブロック部を介してプレス手段によって被成型材の上下から加熱しながら加圧して成型する。
【００５７】
このため、ブロック部を使用することから直接的に平面で素早く加熱できること、そして油圧シリンダーによるプレス手段を用いていることから平面に大きな加圧力を与えることができる。
【００５８】
また、停止時間を自由に制御できるため、強化繊維束中への熱可塑性樹脂の含浸及び融合を十分に行うだけの時間を作ることができる。
【００５９】
これにより、種々の熱可塑性樹脂を強化繊維束中に均一に含浸させることが可能となる。特に、従来の方法では難しかった、または装置コストが高くついた、耐熱性がある溶融粘度の高い熱可塑性樹脂によるプリプレグシート材及び厚みの薄いプリプレグシート材の製造に関しては、品質よく、かつコスト安く製造できる。
【００６０】
プレス手段により上下に移動することと被成型材に加圧力を与えることができる上ブロック部と下ブロック部とを一対とする加熱加圧機構部を複数台配することにより、予備加熱・加圧、本加熱・加圧そして冷却加熱・加圧を行うことができる。そして、その加熱温度、加圧温度を自由に設定できることから熱可塑性樹脂の特性に応じた温度分布、加圧分布ができ、効率の良い熱可塑性樹脂含浸を達成できる。特に上下一対のブロック部をある大きさで作り、それを隣接させて複数配することから、ある程度の急激な温度分布、加圧分布を作ることができるので、コンパクトで低コストな装置製作が可能となる。
【００６１】
また、上下クッション部、及び、上下加圧部を設けていることにより、隣接する上下ブロック部の隙間で生じる加熱、加圧が行われない影響を緩和する。特に、被成型材に対し、段スジのようなものを生じることを防止する。
【００６２】
上下一対のクッション部により、ブロック部の平面精度がなくても、被成型材に均一な加圧力を与えることが可能となる。
【００６３】
請求項５，１８の発明について説明する。
【００６４】
本加熱区間において強化繊維束中に熱可塑性樹脂を十分に含浸させるが、このとき、強化繊維束中の空隙にある空気を外側に押し出す必要がある。強化繊維束に沿って搬入口からと、シートの幅方向に沿って両側部からの２方向から空気が抜けると十分に考えられるが、更に、その空気抜けの効果を高めるため、予備加熱区間において、本加熱区間の上下ブロック部に隣接している上ブロック部から搬入口に向かって順番に１つずつ上ブロック部を下降させ、被成型材を加圧することを行う。これにより、搬入口側から空気が抜ける効果が高くなる。
【００６５】
請求項８，２１の発明について説明する。
【００６６】
上加圧部及び上クッション部は、場合によっては上昇させない。上ブロック部が上昇したときに、被成型材を挟んだ一対の搬送シート（離型シート）をある時間ある一定長さだけ引っ張って移動させる。このとき、搬送シートも被成型材も加熱された状態にあるため、急激な引っ張りにより、搬送シート及び被成型材にしわが入る可能性がある。従って、上加圧部を上昇させずに、搬送シートに接触させた状態にし微少な加圧力を加えることにより、搬送シート及び被成型材にしわが入ることを防止することができる。
【００６７】
請求項９，２２の発明について説明する。
【００６８】
上下クッション部として、特に、膨張黒鉛シートが適している。膨張黒鉛シートとは、例えば、天然鱗状黒鉛を精選後、濃硫酸と酸化剤の混酸液により酸処理を行なったものを、高温急加熱により膨張させ、圧延成形によりシート状に賦形する方法などにより得られる。シート厚みは０．２ｍｍから１．５mmの範囲であり、何枚か積層することにより任意の厚みにすることができる。そして、膨張黒鉛シートの特徴は、耐冷熱性に優れ、柔軟性と圧縮復元性があることである。膨張黒鉛シートは、非酸化雰囲気中では約−１７５℃から約３２００℃の範囲で使用可能である。熱可塑性樹脂の成形温度が最高でも約４５０℃前後であることを考えれば耐熱性は十分にある。また、膨張黒鉛シートの原料となる黒鉛は熱膨張係数が大変小さく高温下での寸法変化が非常に小さい、形態安定性に優れた材料という特徴も持つ。さらに、柔軟性、圧縮復元特性から繰り返しの加圧に対しても、常に加圧面には均一な加圧分布を施すことができる。
【００６９】
請求項１０，２３の発明について説明する。
【００７０】
上下加圧部として、特に、Ｃ／Ｃコンポジットが適している。Ｃ／Ｃコンポジットは炭素繊維と炭素マトリックスからなる複合材料で、比強度、比弾性率が高く、耐熱性、耐衝撃性に優れ、熱膨張が小さく、そして熱伝導性が良いなどの特徴を持つ。これらの特徴から、４５０℃前後の成型温度が加わっても、Ｃ／Ｃコンポジットによる加圧部は反るなどの変形を生じることがなく、板状の形態を維持することができる。また、熱伝導性も良いため、ブロック部の温度を被成型材に素早く伝え、被成型材を加熱することができる。さらに、圧縮強度、耐衝撃性が高いことから、ブロック部から受ける、繰り返しの加圧力に対しても十分に耐えることができ、被成型材を均一な面圧で加圧することができる。
【００７１】
請求項１２，１３，２５，２６の発明について説明する。
【００７２】
被成型材の移動を止め加圧を行い、加圧をしないときに被成型材を移動させる。よって、生産量を考慮すると被成型材の移動はなるべく短時間で行う必要がある。瞬間的に搬送シート及び被成型材を引っ張り、そして止めると、その惰性で、強化繊維束、熱可塑性樹脂（フイルム）そして搬送シートが必要以上に引っ張り出されることがある。この点を防止するため、供給される強化繊維束、熱可塑性樹脂（フイルム）及び搬送シートにはバックテンションをかけ、必要以上に引っ張り出されるのを防止する機構を付与する。
【００７３】
また、成型後の搬送シート及び成型されたプリプレグ材は、引取りロールからある長さだけ出てきて、紙管などのロールに巻き上げられる。このとき引取りロールから出てくる量が多かったり（長かったり）、瞬間的であったりすると、巻き上げが追いつかずに搬送シート及びプリプレグシート材がだぶる可能性がある。だぶったシートの巻き上げは巻き乱れの原因となる。よって、引取りロールから瞬間的に出てくるシートをだぶつかせることなく、常に一定の張力をかけた状態にするために、アキューム機構を取り付ける。
【００７４】
【発明を実施するための形態】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例を図１から図６に基づいて説明する。
【００７５】
図１は、本実施例のプリプレグシート材１００の製造装置１０の説明図である。
【００７６】
（１）プリプレグシート材１００の構造
まず、このプリプレグシート材１００の構造について説明する。
【００７７】
シート状のプリプレグシート材１００は、図３に示すように、シート状（長尺状）の上側の熱可塑性樹脂シート（以下、上側樹脂シートという）１０２と、シート状の中側の熱可塑性樹脂シート（以下、中側樹脂シートという）１０４と、シート状の下側の熱可塑性樹脂シート（以下、下側樹脂シートという）１０６との間に、それぞれ炭素繊維より成る強化繊維１０８の束と強化繊維１１０の束を挟んで積層し、この積層した上側樹脂シート１０２、強化繊維１０８、中側樹脂シート１０４、強化繊維１１０、下側樹脂シート１０６（以下、プリプレグシート材１００ができるまでの状態であって、かつ、これらをまとめて示すときは、被成形材１１２という）を加熱及び加圧して、図５に示すようなシート状のプリプレグシート材１００となるものである。
【００７８】
そして、この製造装置１０は、このシート状のプリプレグシート材１００を製造するものである。
【００７９】
（２）製造装置１０の構造
以下、図面に基づいて製造装置１０の構造について説明する。
【００８０】
この製造装置１０は、被成型材１１２の上方及び下方に上下一対の上ブロック部１２と、下ブロック部１４とが、所定間隔をおいて複数配列されている。この上下一対の上ブロック部１２と下ブロック部１４は、それぞれ搬送路に向かって上エアシリンダ１６と下エアシリンダ１８によって移動するものであり、上ブロック部１２と下ブロック部１４との間に挟まれた物が加圧される。また、上ブロック部１２と下ブロック部１４には不図示の棒ヒータが内蔵され、加圧面が所定温度まで加熱される。
【００８１】
この上ブロック部１２と下ブロック部１４とは、上記したように複数配列されているが、本実施例では、例えば、入口側から３つの上下ブロック部１２，１４が予備加熱を行うものであり、４番目から８番目の上下ブロック部１２，１４は本加熱を行うものであり、９番目から１１番目の上下ブロック部１２，１４は冷却を行うものである。
【００８２】
上ブロック部１２と搬送路との間には、上クッション部２０が配されている。この上クッション部２０は、１番目の上ブロック部１２から１１番目の上ブロック部１２まで、連続して配されたシート状のものである。この上クッション部２０は、所定の張力で吊された状態となっている。
【００８３】
また、下ブロック部１４と搬送路との間にも下クッション部２２が配されている。この下クッション部２２は、所定の張力で吊された状態となっている。なお、下クッション部２２は、張力をかけず下ブロック部１４の上に載置しておいてもよい。
【００８４】
さらに、上クッション部２０と搬送路との間には、Ｃ／Ｃコンポジット（カーボン・カーボン複合材）よりなるシート状の上加圧部２４が配されている。この上加圧部２４は、所定の張力で吊された状態となっている。
【００８５】
搬送路と下クッション部２２との間には、シート状の下加圧部２６が配されている。この下加圧部２６は、所定の張力で吊された状態となっている。なお、下加圧部２６は、張力をかけず下クッション部２２の上に載置しておいてもよい。
【００８６】
上下クッション部２０，２２として、特に、膨張黒鉛シートが適している。膨張黒鉛シートとは、例えば、天然鱗状黒鉛を精選後、濃硫酸と酸化剤の混酸液により酸処理を行なったものを、高温急加熱により膨張させ、圧延成形によりシート状に賦形する方法などにより得られる。シート厚みは０．２ｍｍから１．５mmの範囲であり、何枚か積層することにより任意の厚みにすることができる。そして、膨張黒鉛シートの特徴は、耐冷熱性に優れ、柔軟性と圧縮復元性があることである。膨張黒鉛シートは、非酸化雰囲気中では約−１７５℃から約３２００℃の範囲で使用可能である。熱可塑性樹脂の成形温度が最高でも約４５０℃前後であることを考えれば耐熱性は十分にある。また、膨張黒鉛シートの原料となる黒鉛は熱膨張係数が大変小さく高温下での寸法変化が非常に小さい、形態安定性に優れた材料という特徴も持つ。さらに、柔軟性、圧縮復元特性から繰り返しの加圧に対しても、常に加圧面には均一な加圧分布を施すことができる。
【００８７】
上下加圧部２４，２６として、特に、Ｃ／Ｃコンポジットが適している。Ｃ／Ｃコンポジットは炭素繊維と炭素マトリックスからなる複合材料で、比強度、比弾性率が高く、耐熱性、耐衝撃性に優れ、熱膨張が小さく、そして熱伝導性が良いなどの特徴を持つ。これらの特徴から、４５０℃前後の成型温度が加わっても、Ｃ／Ｃコンポジットによる上下加圧部２４，２６は反るなどの変形を生じることがなく、板状の形態を維持することができる。また、熱伝導性も良いため、ブロック部の温度を被成型材に素早く伝え、被成型材１１２を加熱することができる。さらに、圧縮強度、耐衝撃性が高いことから、ブロック部から受ける、繰り返しの加圧力に対しても十分に耐えることができ、被成型材を均一な面圧で加圧することができる。
【００８８】
図３及び図５に示すように、上クッション部２０と上加圧部２４とは、上ブロック部１２の両側から下方に突出している一対の腕部５６，５８によって一定の隙間を介して支持されている。この一対の腕部５６，５８により、上ブロック１２が上方に移動した場合に、それと共に上クッション部２０と上加圧部２４も上方に移動する。
【００８９】
下クッション部２２と下加圧部２６も、下ブロック部１４の両側から上方に突出している一対の腕部６０，６２によって支持されており、下ブロック部１２の移動と共に下クッション部２２と下加圧部２６が下方に移動する。
【００９０】
製造装置１０の搬入口側には、上側樹脂シート１０２を巻回したロール２８、中側樹脂シート１０４を巻回したロール３０、下側樹脂シート１０６を巻回したロール３２が配され、また、強化繊維１０８と強化繊維１１０を巻回した糸巻き部３４，３６も配されている。さらに、被成型材１１２の上下面に張り付けられる離型性の上搬送シート４２と、下搬送シート４４とを、それぞれ巻回したロール４６，４８が配されている。
【００９１】
糸巻き部３４，３６からの強化繊維１０８，１１０は複数の案内ロール３８を経て搬入口付近にある上下一対の搬入ロール４０，４１に至り、ロール２８，３０，３２から各樹脂シート１０２，１０４，１０６も搬入ロール４０，４１に至り、ロール４６，４８から上搬送シート４２と下搬送シート４４が搬入ロール４０，４１に至る。
【００９２】
搬送路の中では、図２，３に示すように、上方から上搬送シート４２、上側樹脂シート１０２、強化繊維１０８、中側の樹脂シート１０４、強化繊維１１０、下側の搬送シート１０６、下搬送シート４４の積層構造となった被成型材１１２が搬送される。
【００９３】
一方、製造装置１０の搬出口側には、上下一対の搬出ロール５０，５２が配され、シート状のプリプレグシート材１００から上下一対の搬送シート４２，４６を離型させて回収する回収ロール６４，６６が配され、製造されたプリプレグシート材１００を巻き取るロール５４が配されている。
【００９４】
ロール２８，３０，３２，糸巻き部３４，糸巻き部３６，案内ロール３８，上下一対の搬入ロール４０，４１及び上下一対の搬出ロール５０，５２、回収ロール６４，６６及びロール５４を、パソコンよりなる制御部７０によって間欠的に回転させることにより、被成型材１１２（プリプレグシート材１００）は間欠走行され、移動及び停止を繰り返すことにより搬入口側から搬出口側に走行するものである。
【００９５】
図６は、縦軸を加熱温度、横軸を上下ブロック部１２，１４のプレス番号を示している。ここで、プレス番号とは、複数ある上下ブロック部１２，１４を区別するために搬入口側から順番に番号を付けたものであり、図１においては丸数字１〜１１で示している。
【００９６】
図６に示すように、制御部７０によって、プレス番号１の上下ブロック部１２，１４は１００℃に加熱され、プレス番号２の上下ブロック部１２，１４は２００℃に加熱され、プレス番号３の上下ブロック部１２，１４は３００℃に加熱されており、本加熱を行うプレス番号４〜８の上下ブロック部１２，１４は、４５０℃まで順番に加熱され、冷却を行うプレス番号９の上下ブロック部１２，１４は３００℃に加熱され、プレス番号１０の上下ブロック部１２，１４は２００℃に加熱され、プレス番号１１の上下ブロック部１２，１４は１００℃に加熱されている。
【００９７】
そして、プレス番号１〜１１の上下ブロック部１２，１４を移動させる上下エアーシリンダの加圧は制御部７０によって制御され、プレス番号１〜１１の上下ブロック部１２，１４の加圧値は、全て等しくすることもできるし（例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２）、また、個々に加圧値を変化させることもできる。
【００９８】
なお、隣接している上下ブロック部１２，１４の加熱温度、加圧値を変化させても、互いに上下ブロック部１２，１４は独立しているために、互いの熱や圧力が影響を及ぼすことがない。したがって、被成型材１１２への加熱温度、加圧値を変化させることができる。
【００９９】
（３）プリプレグシート材１００の製造工程
以下、上記構成の製造装置１０を用いてプリプレグシート材１００の製造工程について説明する。
【０１００】
上記で説明した被成型材１１２が上下一対の搬入ロール４０，４１を経て、間欠走行で搬送路に搬入される。
【０１０１】
制御部７０は、走行が停止させた状態で、１番目から１１番目の全ての上下ブロック部１２，１４を被成型材１１２に向かって移動させて加熱及び加圧して予備加熱、本加熱、冷却を行う。
【０１０２】
ここで、図６に示すように、プレス番号１〜３が、予備加熱を予備加熱区間であり、プレス番号４〜８が、本加熱を本加熱区間であり、プレス番号９〜１１が、冷却を冷却区間である。
【０１０３】
制御部７０は、所定時間の加熱及び加圧が終了すると、所定長さの分だけ被成型材１１２を走行させて再び停止させ、上下ブロック部１２，１４で加熱及び加圧を行う。
【０１０４】
例えば、本加熱における被成型材１１２について詳しく説明する。
【０１０５】
予備加熱が行われた状態で、被成型材１１２は上下ブロック部１２，１４によって加熱及び加圧されて薄くする。
【０１０６】
この場合に、上下クッション部２０，２２を介されているため、上下ブロック部１２，１４の加圧面からの加圧が均等に上下加圧部２４，２６にかかり、その均等にかかった加圧がそのまま被成型材１１２にかかることとなる。
【０１０７】
また、上下ブロック部１２，１４は、例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧し、４５０℃に加熱されているために、その熱が被成形材１１２に伝わり、図５に示すように、強化繊維１０８，１１０の間に熱可塑性樹脂が含浸する。特に、この加圧時間を自由に調整できるため、この加圧時間を１秒以上（例えば、３秒）で加圧し続けると、強化繊維１０８，１１０の間に１０００Ｐ以上の粘度の高い熱可塑性樹脂でも確実に含浸される。
【０１０８】
さらに、隣接する上ブロック部１２，１２との間には隙間（例えば、５ｍｍ）存在し、隣接する下ブロック部１４，１４との間にも同じく隙間が存在する。この隙間は、上ブロック部１２と下ブロック部１４が熱膨張するために、その寸法誤差を考慮したものである。しかしながら、シート状の上加圧部２４と下加圧部２６を介して被成型材１１２が押圧されるため、この隙間の部分でもこの上下加圧部２４，２６によって押圧されるため、隙間による被加圧部分が発生することがなく、走行方向に沿ってもまんべんなく被成型材１１２は加圧される。
【０１０９】
予備加熱及び冷却においても同様に上下ブロック部１２，１４によって加圧及び加熱することが可能となる。
【０１１０】
以上により、シート状の被成型材１１２を連続して加圧及び加熱することにより、プリプレグシート材１００を製造することができる。
【０１１１】
なお、上記構成のプリプレグシート材１００としては、上側樹脂シート１０２、中側樹脂シート１０４、下側樹脂シート１０６及び強化繊維１０８，１１０を積層させたものであるが、これ以外の積層構造の被成型材であってもよく、少なくとも強化繊維束の中に熱可塑性樹脂を含浸させる構造のものであれば良い。
【０１１２】
（第２の実施例）
以下、図７〜図１５を用いて第２の実施例のプリプレグシート材１００の製造装置１０について説明する。
【０１１３】
（１）製造装置１０の構造
図７は、第２の実施例の製造装置１０の構造図である。
【０１１４】
図８は、上ブロック部１２の拡大構造図である。
【０１１５】
図９は、搬送路における拡大縦断面図である。
【０１１６】
以下、第１の実施例の製造装置１０と本実施例の製造装置１０と異なる点について説明する。
【０１１７】
（１−１）第１の異なる点
第１の異なる点は、図７に示すように、複数の下ブロック部１４が、固定台６８に固定されており、上下動しない点である。
【０１１８】
（１−２）第２の異なる点
第２の異なる点は、上ブロック部１２と下ブロック部１４の構造にある。
【０１１９】
すなわち、図８に示すように、上ブロック部１２は、油圧シリンダ７１によって上下動し、上ブロック部との間に断熱材７２が配されている。
【０１２０】
また、予備加熱区間における上ブロック部１２には、棒ヒータ７４が２本内蔵され、本加熱区間における上ブロック部１２には３本の棒ヒータ７４が配されている。冷却区間の上ブロック部１４は冷却パイプ７６が内蔵され、この冷却パイプ７６内部を冷却水が流れている。
【０１２１】
この構成の上ブロック部１２であると、断熱材７２を有することにより、上ブロック部１２からの熱が油圧シリンダ７２に伝達されることがない。
【０１２２】
また、棒ヒータ７４の数を本加熱区間の方が予備加熱区間よりも多くすることにより、本加熱区間の加熱温度を高くすることができる。
【０１２３】
さらに、冷却区間における上ブロック部内部に冷却水を流通させることにより、冷却能力を促進させることができる。
【０１２４】
なお、下ブロック部１４においても上ブロック部１２と同様に、棒ヒータ７４及び冷却パイプ７６がそれぞれ設けられ、断熱材７２を介して固定台６８に固定されている。
【０１２５】
（１−３）第３の異なる点
第３の異なる点は、図９に示すように、上ブロック部１２と上クッション部２０と上加圧部２４の取り付け構造及び下ブロック部１４と下クッション部２２と下加圧部２６の取り付け構造にある。
【０１２６】
下ブロック部１４の両側部には、左右一対のＬ字型アングル材である支持部７８が突出し、これら左右一対の支持部７８からビスよりなる第１突部８０と第２突部８２が立設されている。下ブロック部１４に下クッション部２２が配置され、その上に下加圧部２６が配置されている。下加圧部２６の両側部には、第１突部８０と第２突部８２が貫通できる貫通孔が配置され、左右一対の第１突部には、バネ８４が挿通されて、上加圧部２４を支持している。この上加圧部２４は、上クッション部２０を上プレス部１２とで挟む構造となっている。
【０１２７】
上記のような構造であると、上プレス部１２が上昇しているときは、図９（ａ）に示すように、バネ８４によって上加圧部２４と上クッション部２０が支持されている。
【０１２８】
図９（ｂ）に示すように、上プレス部１２がバネ８４の弾性力に反して押し下げられると、上加圧部２４と上クッション部２０と上プレス部１２が接触した状態で押し下げられ、かつ、下プレス部１４と下クッション部２２と下加圧部２６も接触した状態で、被成型材１１２を加圧する。
【０１２９】
そして、この構造により、バネ８４は貫通孔８６を通って、支持部７８と上加圧部２４に間で縮められた状態になるので、被成型材１１２が薄くても充分に加圧することができる。
【０１３０】
そして、この第２の実施例の製造装置１０を用いて、プリプレグシート材１００を製造する５種類の製造工程について順番にて説明する。
【０１３１】
（２）第１種類の製造工程
以下、第２の実施例の製造装置１０を用いてプリプレグシート材１００の第１種類の製造工程について図１０，１１に基づいて説明する。
【０１３２】
図１１は、予備加熱区間、本加熱区間、冷却区間における予備加熱及び予備加圧、本加熱及び予備加圧、冷却及び冷却加圧を示すグラフである。なお、グラフの横軸におけるプレス番号とは、図７における各上下ブロック部１２，１４に対応した丸数字に示す番号である。
【０１３３】
図１０に示すように、第１種類の製造工程としては、第１の実施例の製造工程と同じであり、シート上の被成型材１１２を搬送路に沿って間欠走行させ（図１０の下図）、この間欠走行の停止中に上下一対のクッション部２０，２２と上下一対の加圧部２４，２６及び上下一対のブロック部１２，１４を介して被成型材１１２の上下から加熱しながら加圧して成型する（図１０の上図）。すなわち、図１１のグラフに示すように、各上下プレス部１２，１４によって加熱及び加圧を行うものである。
【０１３４】
この場合に、上下ブロック部１２，１４を使用することから直接的に平面で素早く加熱することができ、油圧シリンダ７１による平面に大きな加圧力を与えることができる。
【０１３５】
停止時間を自由に制御できることから、強化繊維１０８，１１０への熱可塑性樹脂の含浸及び融合を充分に行える時間を作り出すことができる。
【０１３６】
上下ブロック部１２，１４を複数台配することにより、予備加熱区間、本加熱区間、冷却区間を形成することができる。その加熱温度、加圧値を自由に設定できることから熱可塑性樹脂の特性に応じた温度分布、加圧分布ができ、効率の良い樹脂含浸を達成することができる。
【０１３７】
特に、上下一対のブロック部１２，１４を所定の大きさで作り、それを隣接させて複数配することから、ある程度の急激な温度分布及び加圧分布を作ることができるので、コンパクトで低コストな製造装置１０が可能となる。
【０１３８】
上下一対のクッション部２０，２２及び加圧部２４，２６を設けていることにより、隣接する上下ブロック部１２，１４の隙間で生じる加熱及び加圧が行われていない影響を緩和することができ、特に、被成型材１１２に対し、段筋のようなものを生じることを防止することができる。
【０１３９】
上下一対のクッション部２０，２２により、上下ブロック部１２，１４の平面精度が無くても、被成型材１１２に均一な加圧力を与えることが可能となる。
【０１４０】
なお、加圧力や加熱温度の実際の温度については、下記で説明する実験例において記載する。
【０１４１】
（３）第２種類の製造工程
第２種類の製造工程について、図１２に基づいて説明する。
【０１４２】
図１２は、第２の実施例における第２種類の製造工程の説明図である。図１２（１）の丸数字は、上ブロック部１２を特定するプレス番号である。
【０１４３】
第１種類の製造工程では、被成型材１１０の走行の際には、上ブロック部１２をすべて上昇させたが、第２種類の製造工程においては、順番に上ブロック部１２を上下動させるものである。
【０１４４】
本加熱区間において、強化繊維束中に熱可塑性樹脂を充分に含浸させる必要があるが、このときに強化繊維束中の空隙にある空気を外側に押し出す必要がある。強化繊維束に沿って搬入口からと、樹脂シートの両側部からの２方向から空気が抜ければ充分であると考えられる。しかし、さらに、その空気抜けの効果を高めるため、予備加熱区間において、本加熱区間の上ブロック部１２に隣接している上ブロック部１２から搬入口の方に向かって順番に１つずつ上ブロック部１０を下降させて、被成型材１１２を加圧することによって、搬入口側からの空気が抜ける効果が高くなる。
【０１４５】
これを実現するために、図１２に示すように、油圧シリンダ７１のストローク差を利用して、上ブロック部１２が搬入口側に向かって順番に１つずつ下降するものである。この方法であると機械的な設定になるため、設定がしやすく、また、誤動作がおきにくいという効果がある。
【０１４６】
図１２に基づいて、第２種類の製造工程についてさらに詳しく説明する。
【０１４７】
図１２（１）に示すように、予備加熱区間、本加熱区間ともに加圧状態にある。
【０１４８】
図１２（２）に示すように、全ての上ブロック部１２を上クッション部２０と上加圧部２４とともに上昇させる。
【０１４９】
図１２（３）に示すように、予備加熱区間におけるプレス番号１〜３の上ブロック部１２を油圧シリンダ７１のストローク差を利用してさらに上昇させ、上クッション部２０と上押圧部２４から離した状態とする。
【０１５０】
図１２（４）に示すように、プレス番号１から３に向かって上ブロック部１２を順番に階段状に上げるように設定する。
【０１５１】
図１２（５）に示すように、搬送路上に沿って被成形材１１２を所定長さ移動させる。
【０１５２】
図１２（６）に示すように、本加熱区間の上ブロック部１２を下降させて被成形材１１２を加圧する。この場合に、上記したように被成形材１１２の内部の空気は被成形材１１２の両側部に向かって空気が抜けるだけでなく、搬入口側に向かっても抜ける構造となる。
【０１５３】
図１２（７）に示すように、プレス番号３の上ブロック部１２を下降させて被成被成形材１１２を加圧する。すると、空気はさらに搬入口側に抜けることとなる。
【０１５４】
図１２（８）に示すように、さらにプレス番号２から１の順番で上ブロック部１２を下降させて、空気が抜けるようにする。
【０１５５】
これによって、上記したように被成形材１１２から空気を完全に抜くことができる。
【０１５６】
（４）第３種類の製造工程
図１３に基づいて第３種類の製造工程について説明する。
【０１５７】
図１３は、第２の実施例における第３種類の製造工程の説明図である。図１３（１）の丸数字は、上ブロック部１２を特定するプレス番号である。
【０１５８】
第３種類の製造工程も第２種類の製造工程と同様に被成形材１１２から空気を抜くことができるような製造工程を示している。
【０１５９】
図１３（１）に示すように、予備加熱区間及び本加熱区間における上ブロック部１２を下降させて加圧状態であることを示している。
【０１６０】
図１３（２）に示すように、予備加熱区間及び本加熱区間の上ブロック部１２を全て上昇させる。そして、被成型材１１２を走行する。
【０１６１】
図１３（３）に示すように、被成型材１１２を停止させるとともに、本加熱区間における上ブロック部１２を下降させて被成型材１１２を加圧する。このときに、被成型材１１２からは、空気が両側部からだけでなく、搬入口側に向かっても抜けることとなる。
【０１６２】
図１３（４）に示すように、予備加熱区間におけるプレス番号３の上ブロック部１２を下降させて被成型材１１２を加圧し、空気をさらに搬入口側に押し出す。
【０１６３】
図１３（５）に示すように、順番に予備加熱区間にあるプレス番号２、次に、プレス番号１の上ブロック部１２を下降させて空気を搬入口側に押し出す。
【０１６４】
第２種類の製造工程においては、一度、予備加熱区間の上ブロック部１２を上昇させるために、時間的なロスが生じる可能性があるが、第３種類の製造工程においては、予備加熱区間の上ブロック部１２を本加熱区間の上ブロック部１２と同じだけ上昇させればよいので、時間的なロスが発生しない。
【０１６５】
（５）第４種類の製造工程
図１４に基づいて第４種類の製造工程に説明する。
【０１６６】
第４種類の製造工程と第１の工程の異なる点は、第１種類の製造工程では上ブロック部１２と共に上加圧部２４と上クッション部２０を上昇させたが、本実施例では上クッション部２０と上加圧部２４を上昇させない点にある。
【０１６７】
すなわち、上ブロック部１２が上昇したときに、被成型材１１２を挟んだ一対の搬送シート４２，４４を、所定時間、一定の長さだけ引っ張り移動させる。このとき、搬送シート４２，４４も被成形材１１２も加圧された状態にあるため、急激な引っ張りにより両者にしわが入る可能性がある。それを防止するために、上加圧部２４を上昇させずに、搬送シート４２に接触させた状態にして微少な加圧力を加えることにより搬送シート４２，４４及び被成形材１１２にしわが入ることを防止することができる。
【０１６８】
（６）第５種類の製造工程
第５種類の製造工程について、図１５に基づいて説明する。
【０１６９】
第５種類の製造工程においては、予備加熱区間における上ブロック部１２を上昇させず、本加圧区間及び冷却区間における上ブロック部１２のみを上昇させることにより、被成形材１１２に加圧力を与えた状態で搬送シート４２，４４及び被成型材１１２を移動させる。
【０１７０】
予備加熱区間で熱可塑性樹脂が溶融し始めるが、熱可塑性樹脂が延伸フィルムである場合、加熱により温度がその熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上となると、熱可塑性樹脂を構成する分子の移動が始まり、延伸フィルムが熱収縮を始める。これが強化繊維の配向を乱す原因となる。
【０１７１】
そのため、強化繊維は供給時にバックテンションを掛けて引っ張った状態としているが、強化繊維の配向がより乱れないようにするために、熱可塑性樹脂の形態が延伸フィルムから溶融樹脂となるまでの間、つまり、予備加熱区間においては常に加圧力をかけることによって、強化繊維の配向の乱れを防止することができる。
【０１７２】
なお、上ブロック部１２の厚みを変化させることにより加圧力を替えることができる。
【０１７３】
（第３の実施例）
第３の実施例について、図１６に基づいて説明する。
【０１７４】
製造装置１０においては、被成型材１１２の移動を停止させ加圧を行い、加圧をしないときに被成型材１１２を移動させる。
【０１７５】
従って、生産量を考慮すると、被成型材１１２の移動はなるべく短時間で行う必要がある。そのため、瞬間的に搬送シート４２，４４及び被成型材１１２を引っ張り、そして停止させると、その惰性で強化繊維束や熱可塑性樹脂フィルム及び搬送シート４２，４４が必要以上に引っ張り出されることとなる。
【０１７６】
すなわち、成型後の搬送シート４２，４４及び成型されたプリプレグシート材１００は、それぞれ回収ロール６４，６６、そして巻き取りロール５４に巻き上げられる。このとき、搬出ロール５０，５２から出てくる量が多かったり瞬間的であったりすると、回収ロール６４，６６、そして、巻き取りロール５４における巻き上げが追いつかずに搬送シート４２，４４及びプリプレグシート材１００がだぶる可能性がある。このだぶったシートの巻き上げは巻き乱れの原因となる。
【０１７７】
従って、搬出ロール５０，５２から瞬間的に出てくるシートをだぶらせることなく、常に一定の張力を掛けた状態にする必要がある。
【０１７８】
上記２つの問題点を解決するために、第３の実施例では、図１６に示すように、製造装置１０の搬出口側にアキューム装置９０を設けている。
【０１７９】
このアキューム装置９０について説明する。
【０１８０】
まず、プリプレグシート材１００に対してテンションをかける構造としては、３つのロール９２，９４，９６にシート上のプリプレグシート材１００が掛け渡されるように走行させ、中央のロール９４を上下動させることによってテンションを掛けている。すなわち、中央のロール９４の重さにより、テンションが掛けられる。そして、上ブロック部１２が上昇して、プリプレグシート材１００が、瞬間的にたくさん搬出されても、図１６の下図に示すように、中央のロール９４が下降して、余分な量を吸収するために、ロール９６と巻き取りロール５４の間のテンションは一定のために、確実に巻き取ることができる。一方、上ブロック部１２が下降して、プリプレグシート材１００が搬出されないときに、図１６の上図に示すように、ロール９６と巻き取りロール５４の間のテンションは一定に保持しつつ、中央のロール９４が次第に上昇して、余分な量を送るため、確実に巻き取ることができる。
【０１８１】
搬送シート４２に対してテンションをかける構造としては、回収ロール６４と搬出ロール５０の間にエアシリンダ９８によって移動するロール９９を設け、このロール９９が搬出シート４２を常に一定の力で押圧することで、テンションが掛けられる。
【０１８２】
そして、上ブロック部１２が上昇し、搬送シート４２が瞬間的に排出されても、ロール９９がエアシリンダ９８によって搬送シート４２を常に押し付けているために、搬出ロール５０と回収ロール６４の間での搬送シート４２のだぶつきが防止され、常にテンションのかかった状態で搬送シート４２を回収ロール６４に回収することができる。
【０１８３】
また、下方の搬出シート４４においても同様にエアシリンダ９８によってロール９９が移動する構造が設けられている。
【０１８４】
（第３の実施例の変更例）
上記第３の実施例では、搬出口側にアキューム装置９０を設けてもよい。
【０１８５】
この場合には、供給された強化繊維束、熱可塑性樹脂フィルム及び搬送シート４２，４４に、テンションをかけて必要以上に引っ張り出されるのを防止することができる。
【０１８６】
また、アキューム装置９０を搬入口側と搬出口側の両方に設けてもよい。
【０１８７】
（第４の実施例）
図１７に基づいて、第４の実施例について説明する。
【０１８８】
第１の実施例及び第２の実施例では、予備加熱区間、本加熱区間、冷却区間の３つの区間共に、本発明の製造装置１０を使用した。
【０１８９】
しかし、本実施例では、製造装置１０に代えて、図１７に示すように、冷却区間のみ冷却ロール８８を使用しても良い。
【０１９０】
（第５の実施例）
図１８に基づいて、第５の実施例について説明する。
【０１９１】
第５の実施例では、本加熱区間のみ本発明の製造装置１０を使用し、冷却区間では、冷却ロール８８を使用し、予備加熱区間においては、上下一対の加熱ヒータ８９，８９の間をロール９１に掛け渡しながら走行させても良い。
【０１９２】
（第６の実施例）
上記は、上ブロック部１２と下ブロック部１４を共に上下動させる実施例と、
上ブロック部１２を上下動させ、下ブロック部１４を固定する実施例を説明したが、次のような実施例でもよい。
【０１９３】
すなわち、下ブロック部１４を上下動させ、上ブロック部１２を固定する実施例でもよい。
【０１９４】
また、上ブロック部１２を上下動させ、下ブロック部１４を固定する組み合わせと、下ブロック部１４を上下動させ、上ブロック部１２を固定する組み合わせを交互に配置してもよい。
【０１９５】
（実験結果）
以下、第２の実施例の製造装置１０によってプリプレグシート材１００を製造した実験結果について説明する。
【０１９６】
（１）実験例１
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号の方法により、幅２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に１５本並べた、目付４０ｇ／ｍ^２の、幅３００ｍｍの一方向シートを使用した。
【０１９７】
熱可塑性樹脂として、ポリエーテルイミド熱可塑性樹脂フイルム（スペリオＵＴ、幅３００ｍｍ、厚み１０μｍ、三菱樹脂株式会社製）を使用した。
【０１９８】
強化繊維シートと熱可塑性樹脂フイルムの供給は、下側から順に、フイルム、繊維シート、フイルム、繊維シート、フイルムの５層とした。また、搬送シートつまり離型シートにはポリイミド樹脂フイルム（ユーピレックス−Ｓ、幅４００ｍｍ、厚み７５μｍ、宇部興産株式会社製）を使用した。
【０１９９】
上下ブロック部１２，１４の大きさは、幅４５０ｍｍ、長さ１００ｍｍで、隙間約５ｍｍ開けて７ブロック並べた。最初の３ブロックが予備加熱・加圧、その次の１ブロックが本加熱・加圧、最後の３ブロックが冷却・加圧である。
【０２００】
上下クッション部２０，２２には、膨張黒鉛シート（ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ、幅４５０ｍｍ、長さ７５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、東洋炭素株式会社製）を使用、加圧部としてＣ／Ｃコンポジットの板材（幅４５０ｍｍ、長さ７５０ｍｍ、厚み２ｍｍ、株式会社アクロス製）を使用した。
【０２０１】
上下ブロック部１２，１４の加熱・加圧条件は図２３の通りである。
【０２０２】
加工速度は、停止時間つまり加圧時間が２秒で、シートの移動速度は１秒間で９０ｍｍ進むとした。つまり、１分間で１．８ｍ製造できる加工速度である。
【０２０３】
約２０分間稼働し、３６ｍの熱可塑性樹脂プリプレグシート材を製造した。
【０２０４】
その結果、厚み約０．０８ｍｍ、繊維体積含有量（Ｖｆ）約６０％の熱可塑性樹脂プリプレグシート材１００が試作できた。
【０２０５】
プリプレグシート材１００の断面を顕微鏡により観察したところ繊維が均一に分散した、熱可塑性樹脂の含浸性が良好な状態が確認できた。また、繊維の配向乱れがなかった。
【０２０６】
（２）実験例２
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号の方法により、幅２０ｍｍに連続開繊した後、この開繊糸を経糸、緯糸に使用して特許２９８３５３１号公報により、幅３２０ｍｍ、目付８０ｇ／ｍ^２の平織物に製織したものを使用した。
【０２０７】
熱可塑性樹脂として、ナイロン６樹脂フイルム（エンブレムＯＮ−１５、幅３２０ｍｍ、厚み１５μｍ、ユニチカ株式会社製）を使用した。
【０２０８】
開繊糸織物と熱可塑性樹脂フイルムの供給は、フイルム、開繊糸織物、フイルムのサンドイッチ構成とした。また、搬送シートつまり離型シートにはガラスクロス補強フッ素シート（チューコーフローＧタイプファブリック、ＦＧＦ−５００−４、幅４００ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、中興化成工業株式会社製）を使用した。
【０２０９】
上下ブロック部１２，１４の大きさは、幅４５０ｍｍ、長さ１００ｍｍで、隙間約５ｍｍ開けて７ブロック並べた。最初の３ブロックが予備加熱・加圧、その次の１ブロックが本加熱・加圧、最後の３ブロックが冷却・加圧である。
【０２１０】
上下クッション部２０，２２には、膨張黒鉛シート（ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ、幅４５０ｍｍ、長さ７５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、東洋炭素株式会社製）を使用、加圧部としてステンレス板（幅４５０ｍｍ、長さ７５０ｍｍ、厚み２ｍｍ）を使用した。
【０２１１】
上下ブロック部１２，１４の加熱・加圧条件は図２４の通りである。
【０２１２】
加工速度は、停止時間つまり加圧時間が５秒で、シートの移動速度は１秒間で９０ｍｍ進むとした。つまり、１分間で０．９ｍ製造できる加工速度である。
【０２１３】
約３０分間稼働し、２７ｍの熱可塑性樹脂プリプレグシート材を製造した。
【０２１４】
その結果、厚み約０．０８ｍｍ、繊維体積含有量（Ｖｆ）約６０％の熱可塑性樹脂プリプレグシート材１００が試作できた。
【０２１５】
プリプレグシート材１００の断面を顕微鏡により観察したところ繊維が均一に分散した、熱可塑性樹脂の含浸性が良好な状態が確認できた。
【０２１６】
（３）実験例３
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号の方法により、幅２５ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に１２本並べた、目付３２ｇ／ｍ^２の、幅３００ｍｍの一方向シートを使用した。
【０２１７】
熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン熱可塑性樹脂フイルム（スミライトＦＳ−１１００Ｃ、幅３００ｍｍ、厚み２５μｍ、住友ベークライト株式会社製）を使用した。
【０２１８】
強化繊維シートと熱可塑性樹脂フイルムの供給は、繊維シート、フイルム、繊維シートのサンドイッチ構成とした。また、搬送シートつまり離型シートにはポリイミド熱可塑性樹脂フイルム（ユーピレックス−Ｓ、幅４００ｍｍ、厚み７５μｍ、宇部興産株式会社製）を使用した。
【０２１９】
上下ブロック部１２，１４の大きさは、幅４５０ｍｍ、長さ１００ｍｍで、隙間約５ｍｍ開けて７ブロック並べた。最初の３ブロックが予備加熱・加圧、その次の１ブロックが本加熱・加圧、最後の３ブロックが冷却・加圧である。
【０２２０】
上下クッション部２０，２２には、膨張黒鉛シート（ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ、幅４５０ｍｍ、長さ７５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、東洋炭素株式会社製）を使用、加圧部としてＣ／Ｃコンポジットの板材（幅４５０ｍｍ、長さ７５０ｍｍ、厚み２ｍｍ、株式会社アクロス製）を使用した。
【０２２１】
上下ブロック部１２，１４の加熱・加圧条件は図２５の通りである。
【０２２２】
加工速度は、停止時間つまり加圧時間が３秒で、シートの移動速度は１秒間で９０ｍｍ進むとした。つまり、１分間で１．３５ｍ製造できる加工速度である。
【０２２３】
約２０分間稼働し、２７ｍの熱可塑性樹脂プリプレグシート材１００を製造した。
【０２２４】
その結果、厚み約０．０６５ｍｍ、繊維体積含有量（Ｖｆ）約６０％の熱可塑性樹脂プリプレグシート材１００が試作できた。
【０２２５】
プリプレグシート材１００の表面観察したところ、熱可塑性樹脂が繊維間から抜けた含浸性の良いプリプレグシート材に成型できた。また、繊維配向の乱れもなかった。
【０２２６】
（４）比較例
実験例２において、加圧時間を変えた場合を行った。
【０２２７】
加工速度を、停止時間つまり加圧時間が２秒で、シートの移動速度は１秒間で９０ｍｍ進むとした。つまり、１分間で１．８ｍ製造できる加工速度である。
【０２２８】
実験例２では加圧時間を５秒としていたので、その時間を３秒縮めた加圧時間とした。
【０２２９】
他の条件は、実験例２と全く同じである。
【０２３０】
約３０分間稼働し、２７ｍの熱可塑性樹脂プリプレグシート材を製造した。
【０２３１】
その結果、厚み約０．１ｍｍの熱可塑性樹脂プリプレグシート材が試作できた。表面のみの観察では熱可塑性樹脂が含浸しているように見えるが、経糸と緯糸が簡単に分離し、経糸と緯糸の交差する内部にまで熱可塑性樹脂がきれいに含浸していないことが確認された。実際、プリプレグシート材の断面を顕微鏡により観察したところ、上下の表面部分は繊維が均一に分散し熱可塑性樹脂が含浸していることが確認できたが、内部の方は熱可塑性樹脂が未含浸の部分もあり、繊維が集合した部分も観察された。
【０２３２】
以上の実験例、比較例からわかるように、加圧時間を十分に確保することにより、含浸が良好な、品質の良い熱可塑性樹脂プリプレグシート材を製造することが可能となる。
【０２３３】
【発明の効果】
本発明により、耐熱性熱可塑性樹脂（高粘度熱可塑性樹脂）によるプリプレグシート材の製造、及び薄物プリプレグシート材の製造が可能となる。
【０２３４】
また、従来のダブルスチールベルト式の装置に比べ、導入コスト、ランニングコストなどが低価格となる。
【０２３５】
さらに、加工速度においても、加圧力を高める、本加熱区間を長くするなどを行うことにより、速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す製造装置の構造図である。
【図２】加圧してない状態の上ブロック部と下ブロック部の側面から見た拡大図である。
【図３】同じく正面から見た縦断面図である。
【図４】上ブロック部と下ブロック部の加圧及び加熱した状態の側面から見た図である。
【図５】同じく正面から見た縦断面図である。
【図６】各上ブロック部と下ブロック部の加熱温度を示したグラフである。
【図７】第２の実施例の製造装置の構造図である。
【図８】第２の実施例における上ブロック部の構造図である。
【図９】第２の実施例における搬送路付近の縦断面図である。
【図１０】第２の実施例における第１種類の製造工程を示す図である。
【図１１】第２の実施例における第１種類の製造工程におけるプレス番号と加圧力及び加圧温度の関係を示すグラフである。
【図１２】第２の実施例における第２種類の製造工程の説明図である。
【図１３】第２の実施例における第３種類の製造工程の説明図である。
【図１４】第２の実施例における第４種類の製造工程の説明図である。
【図１５】第２の実施例における第５種類の製造工程の説明図である。
【図１６】第３の実施例の説明図である。
【図１７】第４の実施例の製造装置の構造図である。
【図１８】第５の実施例の製造装置の構造図である。
【図１９】ロール含浸法の第１の方法を説明する説明図である。
【図２０】従来のロール含浸法の第２の方法を説明する説明図である。
【図２１】従来の熱板プレス法を説明する説明図である。
【図２２】従来のダブルベルト法を説明する説明図である。
【図２３】実験例１における条件データを示す図である。
【図２４】実験例２における条件データを示す図である。
【図２５】実験例３における条件データを示す図である。
【符号の説明】
１０製造装置
１２上ブロック部
１４下ブロック部
１６上エアシリンダ
１８下エアシリンダ
２０上クッション部
２２下クッション部
２４上加圧部
２６下加圧部
１００プリプレグシート材
１１２被成型材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for continuously producing a thermoplastic resin prepreg sheet material made of long fibers, which is used when producing a thermoplastic resin composite material reinforced with long fibers.
[0002]
[Prior art]
A fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin as a matrix is attracting attention as a value-added material because of its excellent toughness, moldability, storage stability, recyclability, and the like.
[0003]
A composite material molded product of a fiber reinforced thermoplastic resin is basically a thermoplastic resin prepreg sheet material impregnated with a thermoplastic resin in a fiber bundle, and a required number of sheets are laminated to a predetermined shape. Obtained by molding. Therefore, manufacturing a thermoplastic resin prepreg sheet material with high thickness accuracy in which a thermoplastic resin is uniformly impregnated in a fiber bundle is an important technique for obtaining a high-quality thermoplastic composite material molded article.
[0004]
Conventionally, methods for continuously producing a thermoplastic resin prepreg sheet material include a method using a roll, a method using a hot plate press method, a method using a double belt method, and the like.
[0005]
(1) Method using a roll
There are the following two methods using a roll as a method of impregnating a thermoplastic fiber into a reinforcing fiber bundle.
[0006]
In the first method, as shown in FIG. 19, a pressure roll 904 and a heater 906 are provided above and below a conveying path of a molding material 912 in which a sheet-like reinforcing fiber bundle 900 and a thermoplastic resin 902 are overlapped. The material 912 passes between the pair of upper and lower rolls 904 while being sandwiched between the pair of release sheets 908, and the heater 906 is pressed while being pressed by the pair of upper and lower rolls 904. The prepreg sheet material 910 is manufactured by continuously impregnating the thermoplastic fiber 902 into the reinforcing fiber bundle 900 by heating.
[0007]
In the second method, as shown in FIG. 20, a sheet-shaped reinforcing fiber bundle 900 and a molding material 912 obtained by superposing a thermoplastic resin 902 are sandwiched between a pair of release sheets 908, and then placed on a roll 904. There is known a method in which a material 912 is pressed against a roll 904 by the tension while being stretched, and the reinforcing fiber bundle 900 is impregnated with a thermoplastic resin 902.
[0008]
(2) Method using hot plate press method
As shown in FIG. 21, the hot plate pressing method uses a pair of release-treated steel sheets or a thermoplastic resin sheet material having excellent releasability such as a fluorine thermoplastic resin sheet material as a carrier sheet 914 (conveyance). Sheet-like thermoplastic resin 902 and reinforcing fiber bundle 900 are sandwiched between the carrier sheet 914 as a sheet for use as a sheet, and the sheet is sent between the heated hot plate presses 916 and pressed for a predetermined time. In this method, the reinforced fiber bundle 900 is impregnated with a plastic resin 902 to obtain a prepreg sheet material 910.
[0009]
(3) Method using the double belt method
In the double belt method, as shown in FIG. 22, a pair of endless steel belts 918 serves as a carrier sheet, and a sheet-like thermoplastic resin 902 and a reinforcing fiber bundle 900 are continuously fed between the steel belts 918. This is a method of obtaining a prepreg sheet material 910 by impregnating a thermoplastic fiber 902 into a reinforcing fiber bundle 900 by performing pressure molding while heating while moving while sandwiched between steel belts 918.
[0010]
For release of the steel belt 918 and the prepreg sheet material 910, a release agent is directly applied to the steel belt 918 to provide a release effect.
[0011]
In addition, there is a method in which a pair of thermoplastic resin sheet materials having excellent releasability is used, and the thermoplastic resin 902 and the reinforcing fiber bundle 900 are sandwiched between the release sheet materials and fed between the steel belts 918.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the literature which analyzed how a thermoplastic resin impregnates in a reinforced fiber bundle is proposed by the inventor (Fukui Industrial Technology Center 2000 research report No.17 "Thermoplastic resin prepreg apparatus. "Thermoplastic resin impregnation simulation for developing", Kazumasa Kawamata et al.).
[0013]
According to this document, the process in which the reinforced fiber and the thermoplastic resin are combined to form an integral structure is (1) the process in which the reinforced fiber is consolidated by external pressure (press pressure), The process of impregnation, (3) after the impregnation, the process of fusion in which fibers diffuse into the thermoplastic resin, the above three processes are considered.
[0014]
Then, assuming that the process of impregnating the reinforcing fiber bundle with the thermoplastic resin affects the quality of the molded product and has a great influence on the molding time, a simple modeling of this impregnation process is performed, and a basic impregnation theoretical formula is derived. ing.
[0015]
According to this theoretical formula, (1) the thickness of the reinforcing fiber bundle is reduced, (2) the molding pressure is increased, (3) the melt viscosity of the thermoplastic resin is lowered, and sometimes the thermoplasticity into the reinforcing fiber bundle It can be seen that the resin impregnation time is shortened.
[0016]
However, since the thermoplastic resin has a high melt viscosity, even if the thickness of the reinforcing fiber bundle becomes very thin due to fiber opening or the like, the impregnation and fusion process is completed until the fiber and the thermoplastic resin are integrated. It is thought that time of around 1 second is required for.
[0017]
Considering the above, the problems of the conventional method described above are pointed out below.
[0018]
(1) Problems with the roll method according to FIG.
First, since the pressure holding time is only the time between the pair of upper and lower rolls 904, this time is instantaneous, and the impregnation process cannot be sufficiently obtained.
[0019]
Second, when increasing the pressure, the roll 904 is deformed by the pressure unless the roll diameter is increased. Further, when the roll diameter is increased, heating becomes difficult, and it is difficult to achieve a high temperature state, or there is a problem that energy cost increases.
[0020]
Therefore, this method is suitable when impregnating a low-viscosity thermoplastic resin including a thermosetting thermoplastic resin, and is not suitable when various thermoplastic resins are used as a matrix.
[0021]
(2) Problems with the roll method according to FIG.
The pressurization time can be increased because of contact with the roll 904. However, the pressure (P) has a relationship of P = T / r between the force T for pulling the material and the roll radius r. That is, in order to increase the pressing force, it is necessary to increase the tensile tension of the molding material 912 or reduce the roll diameter. When the tensile tension of the molding material 912 is increased, the roll 904 has to increase the roll diameter in order to resist the force, but conversely, the applied pressure is reduced. Therefore, when this method is used, there is a problem that a large pressure cannot be obtained, the time for impregnation of the thermoplastic resin into the reinforcing fiber bundle 900 becomes long, and the impregnation is insufficient.
[0022]
Therefore, this method is suitable when impregnating a low-viscosity thermoplastic resin including the thermosetting thermoplastic resin 902, and is not suitable when using various thermoplastic resins as a matrix.
[0023]
(3) Problems with the hot plate press method shown in FIG.
As can be seen from FIG. 21, the thermoplastic resin 902 and the reinforcing fiber bundle 900 sandwiched between the pair of release films are conveyed to the press section 916 of the hot plate and heated and pressed for a certain period of time in this portion. .
[0024]
At this time, a heating temperature is applied to the molding material 912 but no pressure is applied to the front side of the press portion 916 at the carry-in entrance. For this reason, when the thermoplastic resin 902 expands thermally, or when the form of the supplied thermoplastic resin 902 is a film, the film is thermally contracted because the film is stretched somewhat. Therefore, in this portion, there arises a problem that the fiber orientation is disturbed and a step is formed in the width direction.
[0025]
Further, if the press part 916 is enlarged in consideration of productivity, it becomes difficult to obtain the surface accuracy of the press surface. For this reason, there is a problem that uniform pressure cannot be applied to the molding material 912, resulting in insufficient impregnation and a thickness difference.
[0026]
(4) Problems of the double steel belt method shown in FIG.
By using a stainless steel endless steel belt 918 having a thickness of 1 mm or more, a heating and pressurizing zone adopts a system using oil, by using a mechanism that does not cause oil leakage during heating and pressurization, etc. There is a problem that the equipment becomes large and the introduction cost and running cost are very high.
[0027]
Therefore, the present invention has the following objects.
[0028]
First, sufficient heating and pressurization can be applied to the material to be molded, and second, molding is possible even for a thermoplastic resin having a high molding temperature and a high melt viscosity. 3. When manufacturing a continuous prepreg sheet material, it is possible to manufacture a prepreg sheet that is uniformly and sufficiently impregnated with a thermoplastic resin and has no constant streaks in the width direction. An invention for reducing costs, introduction costs, and running costs is provided.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 is an apparatus for manufacturing a thermoplastic resin prepreg sheet material, wherein a heating mechanism is provided above a conveying path on which a sheet-shaped molding material including at least a sheet-shaped thermoplastic resin and a reinforcing fiber bundle travels. With the upper block part Plural along the transport path with a predetermined interval A lower block with a heating mechanism on the lower side of the conveying path. Plural along the transport path with a predetermined interval Arrange And the upper block part and the lower block part make a pair up and down, Moving at least one of the upper block part or the lower block part up and down; and For each block part A press means capable of applying a pressing force, plural Between the upper block part and the transport path, along the transport path One piece Arrange the seat-like upper cushion, plural Between the upper cushion part and the transport path, along the transport path One piece The upper pressurizing part of the sheet To overlap the upper cushion Arranged, said plural Between the lower block and the transport path, along the transport path One piece Place the seat-like lower cushion part, plural Between the lower cushion part and the transport path, along the transport path One piece The sheet-shaped lower pressure part To overlap the upper cushion And providing a traveling means for intermittently traveling the material to be molded, while the material to be molded is stopped for a predetermined time by the traveling means, At least a pair of the plurality of upper and lower block portions A heating and pressing step of pressing the material to be molded from above and below by the pressing means through the upper and lower block portions, the upper and lower cushion portions, and the upper and lower pressure portions, and the upper block portion is predetermined by the pressing means. When the time rises or when the lower block part falls for a predetermined time, there is provided a control means for repeatedly performing a traveling process for causing the molding material to travel a predetermined length along the conveyance path. It is the manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material to do.
[0030]
Claim 2 According to the invention, the heating temperatures of the adjacent upper block portion and the lower block portion are set to different temperatures. 1 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0031]
Claim 3 According to the invention, the pressing force of the adjacent pressing means is set to a different pressing force. 1 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0032]
Claim 4 The invention is characterized in that the heating temperature of the plurality of upper block parts and the plurality of lower block parts is set higher in order from the carry-in side of the molding material, and the section located next to the preheating section A heating section for setting a heating temperature of the plurality of upper block sections and the plurality of lower block sections to a maximum heating temperature; a section positioned next to the heating section; The cooling section for setting the heating temperature of the upper block portion and the plurality of lower block portions to be sequentially lower from the carry-in side of the molding material. At least one of 1 to 3 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0033]
Claim 5 According to the invention, the control means is configured such that the upper block portion is lowered by the pressing means in the main heating section to apply pressure to the material to be molded, and then 1 toward the inlet of the material to be molded. 5. The thermoplastic resin prepreg sheet material manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the pressing means lowers the upper block portion sequentially to apply pressure to the material to be molded.
[0034]
Claim 6 The present invention is characterized in that the upper cushion part and the pressure part rise together with the upper block part. At least one of 1 to 5 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0035]
Claim 7 The invention according to claim 1, wherein the upper cushion part and the pressure part do not rise together with the upper block part. At least one of 1 to 5 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0036]
Claim 8 In the invention, when the upper block portion in the main heating section and the cooling section is raised, the upper block portion, the upper cushion portion, and the pressure portion in the preliminary heating section are lowered. The said molding material is made to drive | work a predetermined length along the said conveyance path, making it contact with the said molding material as it is. At least one of 3 to 5 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0037]
Claim 9 According to the invention, the upper and lower cushion portions are an expanded graphite sheet, a fluorine sheet, or a silicon sheet. The apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 1 to 8, is there.
[0038]
Claim 10 According to the invention, the vertical pressurizing part is a C / C composite, an iron plate, or a stainless steel plate. At least one of 1 to 9 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0039]
Claim 11 The invention according to claim 2, wherein a conveying sheet having heat resistance and releasability is disposed on both surfaces of the molding material. At least one of 1 to 10 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0040]
Claim 12 According to the invention, there is provided an accumulating means for applying tension in a direction in which the thermoplastic resin prepreg sheet material is pulled out to the carry-out side when the upper block portion is raised, and applying back tension when the upper block portion is lowered. Claims At least one of 1 to 11 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0041]
Claim 13 The invention is characterized in that an accumulating means is provided that applies tension in a direction in which the transport sheet is pulled out toward the carry-out side when the upper block portion is raised, and applies back tension when the upper block portion is lowered. Claims 11 or 12 It is a manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0042]
Claim 14 The present invention relates to a method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material, wherein an upper block with a heating mechanism is provided above a conveying path on which a sheet-shaped molding material including at least a sheet-shaped thermoplastic resin and a reinforcing fiber bundle travels. Part Plural along the transport path with a predetermined interval A lower block with a heating mechanism on the lower side of the conveying path. Plural along the transport path with a predetermined interval Arrange And the upper block part and the lower block part make a pair up and down, Moving at least one of the upper block part or the lower block part up and down; and For each block part A press means capable of applying a pressing force, plural Between the upper block part and the transport path, along the transport path One piece Arrange the seat-like upper cushion, plural Between the upper cushion part and the transport path, along the transport path One piece The upper pressurizing part of the sheet To overlap the upper cushion Arranged, said plural Between the lower block and the transport path, along the transport path One piece Place the seat-like lower cushion part, plural Between the lower cushion part and the transport path, along the transport path One piece The sheet-shaped lower pressure part To overlap the upper cushion And providing a traveling means for intermittently traveling the material to be molded, while the material to be molded is stopped for a predetermined time by the traveling means, At least a pair of the plurality of upper and lower block portions A heating and pressing step of pressing the material to be molded from above and below by the pressing means through the upper and lower block portions, the upper and lower cushion portions, and the upper and lower pressure portions, and the upper block portion is predetermined by the pressing means. A thermoplastic resin prepreg characterized in that when the time rises or when the lower block part moves down for a predetermined time, a running step of causing the molding material to run for a predetermined length along the conveyance path is repeated. It is a manufacturing method of a sheet material.
[0043]
Claim 15 According to the invention, the heating temperatures of the adjacent upper block portion and the lower block portion are set to different temperatures. 14 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0044]
Claim 16 According to the invention, the pressing force of the adjacent pressing means is set to a different pressing force. 14 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0045]
Claim 17 According to the present invention, a preheating section in which heating temperatures of the plurality of upper block sections and the plurality of lower block sections are sequentially set higher from a carry-in side of the molding material, and a section positioned next to the preheating section A heating section for setting a heating temperature of the plurality of upper block sections and the plurality of lower block sections to a maximum heating temperature; a section positioned next to the heating section; The cooling section which sets the heating temperature of an upper block part and a plurality of lower block parts low in order from the entrance side of the molding material, It has at least one of Claims 14-16 characterized by things. This is a method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material.
[0046]
Claim 18 According to the invention, after the upper block portion is lowered by the pressing means in the main heating section to apply pressure to the material to be molded, the above-mentioned one by one toward the carry-in port side of the material to be molded. The pressurizing unit lowers the upper block portion to apply pressure to the material to be molded. 17 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0047]
Claim 19 The invention according to claim 14 is the method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 18, wherein the upper cushion part and the pressure part rise together with the upper block part. .
[0048]
Claim 20 The invention according to claim 1, wherein the upper cushion part and the pressure part do not rise together with the upper block part. At least one of 14 to 18 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0049]
Claim 21 In the invention, when the upper block portion in the main heating section and the cooling section is raised, the upper block portion, the upper cushion portion, and the pressurizing portion in the preheating section are lowered and the formation is performed. The said molding material is made to drive | work a predetermined length along the said conveyance path, making it contact with a mold material. At least one of 16 to 18 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0050]
Claim 22 According to the invention, the upper and lower cushion portions are an expanded graphite sheet, a fluorine sheet, or a silicon sheet. At least one of 14 to 21 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0051]
Claim 23 According to the present invention, the vertical pressurizing part is a C / C composite, an iron plate, or a stainless steel plate. At least one of 14 to 22 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0052]
Claim 24 The invention according to claim 2, wherein a conveying sheet having heat resistance and releasability is disposed on both surfaces of the molding material. At least one of 14 to 23 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0053]
Claim 25 The invention is characterized in that a tension is applied in a direction in which the thermoplastic resin prepreg sheet material is pulled out to the carry-out side when the upper block portion is raised, and a back tension is added when the upper block portion is lowered. Claim At least one of 14 to 24 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0054]
Claim 26 The present invention is characterized in that a tension is applied in a direction in which the transport sheet is pulled out to the carry-out side when the upper block portion is raised, and a back tension is applied when the upper block portion is lowered. 24 or 25 It is a manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material of description.
[0055]
[Operation]
Claim 1, 14 The invention will be described.
[0056]
A sheet-like material to be molded is intermittently traveled along the conveying path, and while the intermittent travel is stopped, while being heated from above and below the material to be molded by a press means via a pair of cushion parts, a pressure part and an upper and lower block part Press to mold.
[0057]
For this reason, it can be quickly heated directly on the flat surface by using the block portion, and a large pressing force can be applied to the flat surface by using the press means by the hydraulic cylinder.
[0058]
In addition, since the stop time can be freely controlled, a time sufficient to sufficiently impregnate and fuse the thermoplastic resin into the reinforcing fiber bundle can be made.
[0059]
Thereby, it becomes possible to uniformly impregnate the reinforcing fiber bundle with various thermoplastic resins. In particular, with respect to the production of a prepreg sheet material and a thin prepreg sheet material made of a heat-resistant thermoplastic resin having a high melt viscosity, which is difficult with conventional methods or has high equipment costs, the quality is low and the cost is low. Can be manufactured.
[0060]
Preheating and pressurization by arranging a plurality of heating and pressurizing mechanism units that are paired with an upper block and a lower block that can move up and down by pressing means and apply pressure to the material to be molded The main heating / pressurization and the cooling heating / pressurization can be performed. And since the heating temperature and pressurization temperature can be set freely, the temperature distribution and pressurization distribution according to the characteristic of a thermoplastic resin can be performed, and efficient thermoplastic resin impregnation can be achieved. In particular, since a pair of upper and lower blocks are made in a certain size, and a plurality of blocks are arranged adjacent to each other, a certain degree of temperature distribution and pressure distribution can be created, making it possible to manufacture compact and low-cost equipment. It becomes.
[0061]
Moreover, by providing the upper and lower cushion part and the upper and lower pressure part, the influence that the heating and pressurization generated in the gap between the adjacent upper and lower block parts is not performed is mitigated. In particular, it is possible to prevent a streak from being formed on the material to be molded.
[0062]
The pair of upper and lower cushion portions makes it possible to apply a uniform applied pressure to the material to be molded without the flatness of the block portion.
[0063]
Claim 5,18 The invention will be described.
[0064]
In the main heating section, the reinforcing fiber bundle is sufficiently impregnated with the thermoplastic resin. At this time, it is necessary to push out the air in the voids in the reinforcing fiber bundle to the outside. It is considered that air escapes from the carry-in entrance along the bundle of reinforcing fibers and from two directions from both sides along the width direction of the sheet, but in order to further enhance the effect of the air escape, Then, the upper block part is lowered one by one in order from the upper block part adjacent to the upper and lower block parts in the main heating section toward the carry-in entrance, and the material to be molded is pressurized. Thereby, the effect that air escapes from the carry-in entrance side becomes high.
[0065]
Claim 8, 21 The invention will be described.
[0066]
The upper pressurizing part and the upper cushion part are not raised in some cases. When the upper block portion is raised, the pair of conveying sheets (release sheets) sandwiching the material to be molded are pulled and moved by a certain length for a certain period of time. At this time, since the conveyance sheet and the material to be molded are both heated, there is a possibility that wrinkles are formed on the conveyance sheet and the material to be molded by sudden pulling. Therefore, it is possible to prevent wrinkles from being formed on the transport sheet and the material to be molded by applying a slight pressure to the transport sheet in a state where the upper pressurizing unit is not raised.
[0067]
Claim 9, 22 The invention will be described.
[0068]
An expanded graphite sheet is particularly suitable as the upper and lower cushion portions. The expanded graphite sheet is, for example, a method in which natural scaly graphite is carefully selected and then acid-treated with a mixed acid solution of concentrated sulfuric acid and an oxidizing agent, expanded by high-temperature rapid heating, and shaped into a sheet by rolling. Is obtained. The sheet thickness is in the range of 0.2 mm to 1.5 mm, and an arbitrary thickness can be obtained by stacking several sheets. And the characteristic of an expanded graphite sheet is that it is excellent in cold-heat resistance, and has a softness | flexibility and compression recovery property. The expanded graphite sheet can be used in a range of about −175 ° C. to about 3200 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. Considering that the molding temperature of the thermoplastic resin is about 450 ° C. at the maximum, the heat resistance is sufficient. In addition, graphite as a raw material for the expanded graphite sheet is also characterized by a material having a very low thermal expansion coefficient and a very small dimensional change at high temperatures, and excellent in shape stability. Furthermore, a uniform pressure distribution can always be applied to the pressing surface even with repeated pressing due to flexibility and compression recovery characteristics.
[0069]
Claim 10, 23 The invention will be described.
[0070]
A C / C composite is particularly suitable as the vertical pressurizing part. C / C composite is a composite material consisting of carbon fiber and carbon matrix. It has high specific strength, high specific modulus, excellent heat resistance and impact resistance, low thermal expansion, and good thermal conductivity. . From these characteristics, even when a molding temperature of around 450 ° C. is applied, the pressurizing portion by the C / C composite does not undergo deformation such as warping, and the plate-like form can be maintained. Moreover, since heat conductivity is also good, the temperature of a block part can be quickly transmitted to a molding material, and a molding material can be heated. Furthermore, since the compressive strength and impact resistance are high, it can sufficiently withstand repeated pressure applied from the block portion, and the material to be molded can be pressed with a uniform surface pressure.
[0071]
Claim 12, 13, 25, 26 The invention will be described.
[0072]
The movement of the molding material is stopped and pressure is applied, and the molding material is moved when pressure is not applied. Therefore, considering the production amount, it is necessary to move the molding material in as short a time as possible. If the conveying sheet and the material to be molded are pulled and stopped instantaneously, the reinforcing fiber bundle, the thermoplastic resin (film) and the conveying sheet may be pulled out more than necessary due to its inertia. In order to prevent this point, a back tension is applied to the supplied reinforcing fiber bundle, the thermoplastic resin (film), and the transport sheet to provide a mechanism for preventing the fiber from being pulled out more than necessary.
[0073]
Further, the molded transport sheet and the molded prepreg material come out from the take-up roll by a certain length and are wound up on a roll such as a paper tube. At this time, if the amount coming out of the take-up roll is large (long) or momentary, there is a possibility that the conveyance sheet and the prepreg sheet material are spilled without catching up. Rolling up a loose sheet causes turbulence. Therefore, an accumulator mechanism is attached in order to always apply a constant tension without causing the sheet that comes out of the take-up roll to instantaneously hit.
[0074]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0075]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing apparatus 10 for a prepreg sheet material 100 according to this embodiment.
[0076]
(1) Structure of prepreg sheet material 100
First, the structure of the prepreg sheet material 100 will be described.
[0077]
As shown in FIG. 3, the sheet-like prepreg sheet material 100 includes a sheet-like (long-like) upper thermoplastic resin sheet (hereinafter referred to as an upper resin sheet) 102 and a sheet-like middle-side thermoplastic resin. Between a sheet (hereinafter referred to as an intermediate resin sheet) 104 and a lower thermoplastic resin sheet (hereinafter referred to as a lower resin sheet) 106, a bundle of reinforcing fibers 108 made of carbon fibers and reinforcement The bundles of fibers 110 are stacked and the upper resin sheet 102, the reinforcing fibers 108, the middle resin sheet 104, the reinforcing fibers 110, and the lower resin sheet 106 (hereinafter, until the prepreg sheet material 100 is formed) are stacked. And when these are shown collectively, it will be called the to-be-molded material 112), and a sheet-like prepreg sheet material 100 as shown in FIG. It become one.
[0078]
And this manufacturing apparatus 10 manufactures this sheet-like prepreg sheet material 100.
[0079]
(2) Structure of the manufacturing apparatus 10
Hereinafter, the structure of the manufacturing apparatus 10 will be described with reference to the drawings.
[0080]
In the manufacturing apparatus 10, a plurality of upper and lower upper block portions 12 and a plurality of lower block portions 14 are arranged above and below the molding material 112 at a predetermined interval. The upper block portion 12 and the lower block portion 14 of the upper and lower pairs are moved by the upper air cylinder 16 and the lower air cylinder 18 toward the conveyance path, respectively, and between the upper block portion 12 and the lower block portion 14. The sandwiched object is pressurized. Further, a bar heater (not shown) is built in the upper block portion 12 and the lower block portion 14, and the pressure surface is heated to a predetermined temperature.
[0081]
A plurality of the upper block portion 12 and the lower block portion 14 are arranged as described above. In this embodiment, for example, the three upper and lower block portions 12 and 14 perform preliminary heating from the entrance side. The fourth to eighth upper and lower block parts 12 and 14 perform main heating, and the ninth to eleventh upper and lower block parts 12 and 14 perform cooling.
[0082]
An upper cushion portion 20 is disposed between the upper block portion 12 and the conveyance path. This upper cushion part 20 is a sheet-like thing continuously arranged from the first upper block part 12 to the eleventh upper block part 12. The upper cushion portion 20 is suspended with a predetermined tension.
[0083]
A lower cushion portion 22 is also disposed between the lower block portion 14 and the conveyance path. The lower cushion portion 22 is suspended with a predetermined tension. Note that the lower cushion portion 22 may be placed on the lower block portion 14 without applying tension.
[0084]
Further, a sheet-like upper pressurizing portion 24 made of a C / C composite (carbon / carbon composite material) is disposed between the upper cushion portion 20 and the conveyance path. The upper pressurizing unit 24 is suspended by a predetermined tension.
[0085]
A sheet-like lower pressurizing unit 26 is disposed between the conveyance path and the lower cushion unit 22. The lower pressurizing unit 26 is suspended with a predetermined tension. The lower pressurizing unit 26 may be placed on the lower cushion unit 22 without applying tension.
[0086]
As the upper and lower cushion portions 20 and 22, in particular, an expanded graphite sheet is suitable. The expanded graphite sheet is, for example, a method in which natural scaly graphite is carefully selected and acid-treated with a mixed acid solution of concentrated sulfuric acid and an oxidizing agent, and then expanded by high-temperature rapid heating and shaped into a sheet by rolling. Is obtained. The sheet thickness is in the range of 0.2 mm to 1.5 mm, and an arbitrary thickness can be obtained by stacking several sheets. And the characteristic of an expanded graphite sheet is that it is excellent in cold-heat resistance, and has a softness | flexibility and compression recovery property. The expanded graphite sheet can be used in a range of about −175 ° C. to about 3200 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. Considering that the molding temperature of the thermoplastic resin is about 450 ° C. at the maximum, the heat resistance is sufficient. In addition, graphite as a raw material for the expanded graphite sheet is also characterized by a material having a very low thermal expansion coefficient and a very small dimensional change at high temperatures, and excellent in shape stability. Furthermore, a uniform pressure distribution can always be applied to the pressing surface even with repeated pressing due to flexibility and compression recovery characteristics.
[0087]
A C / C composite is particularly suitable as the vertical pressurizing units 24 and 26. C / C composite is a composite material consisting of carbon fiber and carbon matrix. It has high specific strength, high specific modulus, excellent heat resistance and impact resistance, low thermal expansion, and good thermal conductivity. . From these characteristics, even when a molding temperature of about 450 ° C. is applied, the vertical pressurizing parts 24 and 26 by the C / C composite are not deformed such as warping and can maintain a plate-like form. . Moreover, since heat conductivity is also good, the temperature of a block part can be quickly transmitted to a molding material, and the molding material 112 can be heated. Furthermore, since the compressive strength and impact resistance are high, it can sufficiently withstand repeated pressure applied from the block portion, and the material to be molded can be pressed with a uniform surface pressure.
[0088]
As shown in FIGS. 3 and 5, the upper cushion portion 20 and the upper pressurizing portion 24 are supported by a pair of arm portions 56 and 58 projecting downward from both sides of the upper block portion 12 through a certain gap. Has been. When the upper block 12 moves upward by the pair of arm portions 56 and 58, the upper cushion portion 20 and the upper pressurizing portion 24 also move upward.
[0089]
The lower cushion portion 22 and the lower pressure portion 26 are also supported by a pair of arm portions 60 and 62 projecting upward from both sides of the lower block portion 14, and the lower cushion portion 22 and the lower pressure portion 26 are moved along with the movement of the lower block portion 12. The pressure unit 26 moves downward.
[0090]
A roll 28 around which the upper resin sheet 102 is wound, a roll 30 around which the middle resin sheet 104 is wound, and a roll 32 around which the lower resin sheet 106 is wound are disposed on the carry-in side of the manufacturing apparatus 10. The thread winding portions 34 and 36 around which the reinforcing fiber 108 and the reinforcing fiber 110 are wound are also arranged. Furthermore, rolls 46 and 48 are respectively wound around a releasable upper transport sheet 42 and a lower transport sheet 44 that are attached to the upper and lower surfaces of the molding material 112.
[0091]
The reinforcing fibers 108 and 110 from the thread winding portions 34 and 36 pass through a plurality of guide rolls 38 to reach a pair of upper and lower carry-in rolls 40 and 41 in the vicinity of the carry-in entrance. 106 also reaches the carry-in rolls 40 and 41, and the upper conveyance sheet 42 and the lower conveyance sheet 44 reach the carry-in rolls 40 and 41 from the rolls 46 and 48.
[0092]
In the conveyance path, as shown in FIGS. 2 and 3, the upper conveyance sheet 42, the upper resin sheet 102, the reinforcing fiber 108, the middle resin sheet 104, the reinforcing fiber 110, the lower conveyance sheet 106, the lower conveyance sheet from above. The molding material 112 having a laminated structure of the conveyance sheet 44 is conveyed.
[0093]
On the other hand, a pair of upper and lower carry-out rolls 50 and 52 are arranged on the carry-out side of the manufacturing apparatus 10, and a collection roll 64 that separates and collects the pair of upper and lower transport sheets 42 and 46 from the sheet-like prepreg sheet material 100. , 66 and a roll 54 for winding the manufactured prepreg sheet material 100.
[0094]
The rolls 28, 30, 32, the thread winding section 34, the thread winding section 36, the guide roll 38, the pair of upper and lower carry-in rolls 40, 41, the pair of upper and lower carry-out rolls 50, 52, the collection rolls 64, 66, and the roll 54 are composed of a personal computer. By being rotated intermittently by the control unit 70, the molding material 112 (prepreg sheet material 100) travels intermittently, and travels from the carry-in side to the carry-out side by repeating movement and stop.
[0095]
In FIG. 6, the vertical axis represents the heating temperature, and the horizontal axis represents the press numbers of the upper and lower block portions 12 and 14. Here, the press number is a number assigned in order from the carry-in side in order to distinguish a plurality of upper and lower block portions 12 and 14, and is indicated by circle numbers 1 to 11 in FIG.
[0096]
As shown in FIG. 6, the upper and lower block parts 12 and 14 of the press number 1 are heated to 100 ° C. by the control unit 70, and the upper and lower block parts 12 and 14 of the press number 2 are heated to 200 ° C. The upper and lower block portions 12 and 14 are heated to 300 ° C., and the upper and lower block portions 12 and 14 of press numbers 4 to 8 for performing the main heating are sequentially heated up to 450 ° C. and cooled to the upper and lower block portions of the press number 9 for cooling. The parts 12 and 14 are heated to 300 ° C., the upper and lower block parts 12 and 14 of the press number 10 are heated to 200 ° C., and the upper and lower block parts 12 and 14 of the press number 11 are heated to 100 ° C.
[0097]
The pressurization of the upper and lower air cylinders for moving the upper and lower block portions 12 and 14 of the press numbers 1 to 11 is controlled by the control unit 70, and the pressurization values of the upper and lower block portions 12 and 14 of the press numbers 1 to 11 are all Can be equal (for example, 100 kgf / cm ² ) In addition, the pressure value can be changed individually.
[0098]
Even if the heating temperature and pressure value of the adjacent upper and lower block portions 12 and 14 are changed, the upper and lower block portions 12 and 14 are independent from each other, so that the heat and pressure of each other influence each other. There is no. Therefore, the heating temperature and pressurization value for the material 112 can be changed.
[0099]
(3) Manufacturing process of prepreg sheet material 100
Hereinafter, the manufacturing process of the prepreg sheet material 100 is demonstrated using the manufacturing apparatus 10 of the said structure.
[0100]
The molding material 112 described above is carried into the conveyance path by intermittent travel through a pair of upper and lower carry-in rolls 40 and 41.
[0101]
The control unit 70 moves all the first to eleventh upper and lower block units 12 and 14 toward the molding material 112 in a state where traveling is stopped, and heats and pressurizes them to perform preliminary heating, main heating, and cooling. I do.
[0102]
Here, as shown in FIG. 6, press numbers 1 to 3 are preheating for the preheating section, press numbers 4 to 8 are the main heating for the main heating section, and press numbers 9 to 11 are for cooling. Is a cooling section.
[0103]
When the heating and pressurization for a predetermined time is completed, the control unit 70 causes the molding material 112 to run for a predetermined length, stops it again, and heats and pressurizes the upper and lower block units 12 and 14.
[0104]
For example, the molding material 112 in the main heating will be described in detail.
[0105]
In a state where the preheating is performed, the molding material 112 is heated and pressurized by the upper and lower block portions 12 and 14 to be thinned.
[0106]
In this case, since the upper and lower cushion portions 20 and 22 are interposed, pressurization from the pressurization surfaces of the upper and lower block portions 12 and 14 is equally applied to the upper and lower pressurization portions 24 and 26, and the equal pressure is applied. Is applied to the material 112 as it is.
[0107]
The upper and lower block parts 12 and 14 are, for example, 100 kgf / cm. ² Since the pressure is applied and heated to 450 ° C., the heat is transferred to the molding material 112, and the thermoplastic resin is impregnated between the reinforcing fibers 108 and 110 as shown in FIG. In particular, since this pressurization time can be freely adjusted, if the pressurization time is kept pressurized for 1 second or longer (for example, 3 seconds), a thermoplastic resin having a high viscosity of 1000 P or higher between the reinforcing fibers 108 and 110. But it is definitely impregnated.
[0108]
Further, there is a gap (for example, 5 mm) between the adjacent upper block portions 12 and 12, and there is also a gap between the adjacent lower block portions 14 and 14. This gap takes into account the dimensional error because the upper block portion 12 and the lower block portion 14 are thermally expanded. However, since the material to be molded 112 is pressed through the sheet-like upper pressurizing unit 24 and the lower pressurizing unit 26, the gaps are also pressed by the upper and lower pressurizing units 24 and 26. The portion to be pressed does not occur, and the material to be molded 112 is pressed evenly along the traveling direction.
[0109]
Similarly, in the preheating and cooling, the upper and lower block parts 12 and 14 can be pressurized and heated.
[0110]
As described above, the prepreg sheet material 100 can be manufactured by continuously pressing and heating the sheet-like molding material 112.
[0111]
The prepreg sheet material 100 having the above-described structure is formed by laminating the upper resin sheet 102, the middle resin sheet 104, the lower resin sheet 106, and the reinforcing fibers 108 and 110. It may be a molding material, and may have a structure in which at least a reinforcing fiber bundle is impregnated with a thermoplastic resin.
[0112]
(Second embodiment)
Hereinafter, the manufacturing apparatus 10 for the prepreg sheet material 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0113]
(1) Structure of the manufacturing apparatus 10
FIG. 7 is a structural diagram of the manufacturing apparatus 10 of the second embodiment.
[0114]
FIG. 8 is an enlarged structural diagram of the upper block portion 12.
[0115]
FIG. 9 is an enlarged longitudinal sectional view of the conveyance path.
[0116]
Hereinafter, differences between the manufacturing apparatus 10 of the first embodiment and the manufacturing apparatus 10 of the present embodiment will be described.
[0117]
(1-1) First different point
As shown in FIG. 7, the first difference is that the plurality of lower block portions 14 are fixed to a fixed base 68 and do not move up and down.
[0118]
(1-2) Second difference
The second difference is the structure of the upper block portion 12 and the lower block portion 14.
[0119]
That is, as shown in FIG. 8, the upper block portion 12 is moved up and down by a hydraulic cylinder 71, and a heat insulating material 72 is disposed between the upper block portion 12 and the upper block portion.
[0120]
Further, two bar heaters 74 are built in the upper block section 12 in the preheating section, and three bar heaters 74 are arranged in the upper block section 12 in the main heating section. A cooling pipe 76 is built in the upper block portion 14 of the cooling section, and cooling water flows through the cooling pipe 76.
[0121]
With the upper block portion 12 having this configuration, the heat from the upper block portion 12 is not transmitted to the hydraulic cylinder 72 by having the heat insulating material 72.
[0122]
Further, the heating temperature in the main heating section can be increased by increasing the number of bar heaters 74 in the main heating section than in the preheating section.
[0123]
Furthermore, the cooling capacity can be promoted by circulating the cooling water inside the upper block portion in the cooling section.
[0124]
In the lower block portion 14, similarly to the upper block portion 12, a bar heater 74 and a cooling pipe 76 are provided, and are fixed to the fixed base 68 via a heat insulating material 72.
[0125]
(1-3) Third different point
As shown in FIG. 9, the third different point is the attachment structure of the upper block portion 12, the upper cushion portion 20, and the upper pressure portion 24 and the attachment of the lower block portion 14, the lower cushion portion 22, and the lower pressure portion 26. In the structure.
[0126]
A pair of left and right support portions 78 that are L-shaped angle members project from both sides of the lower block portion 14, and a first protrusion 80 and a second protrusion 82 made of screws stand up from the pair of left and right support portions 78. It is installed. The lower cushion part 22 is arrange | positioned at the lower block part 14, and the lower pressurization part 26 is arrange | positioned on it. A through-hole through which the first protrusion 80 and the second protrusion 82 can pass is disposed on both sides of the lower pressurizing part 26, and a spring 84 is inserted into the pair of left and right first protrusions. The pressure part 24 is supported. The upper pressurizing portion 24 has a structure in which the upper cushion portion 20 is sandwiched between the upper press portion 12.
[0127]
With the above structure, when the upper press part 12 is raised, the upper pressurizing part 24 and the upper cushion part 20 are supported by the spring 84 as shown in FIG.
[0128]
As shown in FIG. 9B, when the upper press portion 12 is pushed down against the elastic force of the spring 84, the upper press portion 24, the upper cushion portion 20, and the upper press portion 12 are pushed down, And the to-be-molded material 112 is pressurized in the state which the lower press part 14, the lower cushion part 22, and the lower pressurization part 26 also contacted.
[0129]
With this structure, the spring 84 passes through the through-hole 86 and is compressed between the support portion 78 and the upper pressure portion 24, so that the spring 84 can be sufficiently pressurized even if the molding material 112 is thin. it can.
[0130]
And using the manufacturing apparatus 10 of this 2nd Example, five types of manufacturing processes which manufacture the prepreg sheet material 100 are demonstrated in order.
[0131]
(2) First type manufacturing process
Hereinafter, the 1st type manufacturing process of the prepreg sheet material 100 using the manufacturing apparatus 10 of 2nd Example is demonstrated based on FIG.
[0132]
FIG. 11 is a graph showing preheating and prepressurization, main heating and prepressurization, cooling and cooling pressurization in the preheating section, the main heating section, and the cooling section. Note that the press number on the horizontal axis of the graph is a number indicated by a circled number corresponding to each of the upper and lower block portions 12 and 14 in FIG.
[0133]
As shown in FIG. 10, the first type of manufacturing process is the same as the manufacturing process of the first embodiment, and the material to be molded 112 on the sheet is intermittently run along the conveyance path (the lower diagram of FIG. 10). While the intermittent running is stopped, heating is performed while heating the material 112 from above and below via the pair of upper and lower cushion portions 20 and 22, the pair of upper and lower pressure portions 24 and 26, and the pair of upper and lower block portions 12 and 14. Press to mold (upper view of FIG. 10). That is, as shown in the graph of FIG. 11, heating and pressurization are performed by the upper and lower press sections 12 and 14.
[0134]
In this case, since the upper and lower block portions 12 and 14 are used, heating can be performed directly and quickly on a flat surface, and a large pressing force can be applied to the flat surface by the hydraulic cylinder 71.
[0135]
Since the stop time can be freely controlled, it is possible to create a time in which the reinforcing fibers 108 and 110 can be sufficiently impregnated and fused with the thermoplastic resin.
[0136]
By arranging a plurality of the upper and lower block portions 12, 14, a preheating section, a main heating section, and a cooling section can be formed. Since the heating temperature and pressurization value can be set freely, temperature distribution and pressurization distribution according to the characteristics of the thermoplastic resin can be achieved, and efficient resin impregnation can be achieved.
[0137]
In particular, a pair of upper and lower block parts 12 and 14 are made with a predetermined size, and a plurality of them are arranged adjacent to each other, so that a certain degree of rapid temperature distribution and pressure distribution can be made. A simple manufacturing apparatus 10 is possible.
[0138]
By providing the pair of upper and lower cushion portions 20 and 22 and the pressurizing portions 24 and 26, it is possible to mitigate the influence of heating and pressurization occurring in the gap between the adjacent upper and lower block portions 12 and 14. In particular, it is possible to prevent a stepped streak from being generated for the material to be molded 112.
[0139]
The pair of upper and lower cushion portions 20 and 22 makes it possible to apply a uniform pressure to the material to be molded 112 even without the planar accuracy of the upper and lower block portions 12 and 14.
[0140]
In addition, about the actual temperature of a pressurizing force and heating temperature, it describes in the experiment example demonstrated below.
[0141]
(3) Second type manufacturing process
The second type of manufacturing process will be described with reference to FIG.
[0142]
FIG. 12 is an explanatory diagram of the second type of manufacturing process in the second embodiment. The circled numbers in FIG. 12 (1) are press numbers that identify the upper block portion 12.
[0143]
In the first type of manufacturing process, the upper block portion 12 is all raised when the molding material 110 travels. However, in the second type of manufacturing process, the upper block portion 12 is moved up and down in order. It is.
[0144]
In this heating section, it is necessary to sufficiently impregnate the reinforcing fiber bundle with the thermoplastic resin. At this time, it is necessary to push out the air in the voids in the reinforcing fiber bundle to the outside. It is considered sufficient if air escapes from the carry-in entrance along the reinforcing fiber bundle and from two directions from both sides of the resin sheet. However, in order to further enhance the effect of the air escape, in the preheating section, the upper blocks one by one in order from the upper block section 12 adjacent to the upper block section 12 of the main heating section toward the carry-in port. By lowering the portion 10 and pressurizing the molding material 112, the effect that air from the carry-in side is released is enhanced.
[0145]
In order to realize this, as shown in FIG. 12, the upper block portion 12 is lowered one by one in order toward the carry-in port side by utilizing the stroke difference of the hydraulic cylinder 71. This method is mechanically set, so that it is easy to set and malfunctions are less likely to occur.
[0146]
Based on FIG. 12, the second type of manufacturing process will be described in more detail.
[0147]
As shown in FIG. 12 (1), both the preheating section and the main heating section are in a pressurized state.
[0148]
As shown in FIG. 12 (2), all the upper block parts 12 are raised together with the upper cushion part 20 and the upper pressure part 24.
[0149]
As shown in FIG. 12 (3), the upper block portion 12 of the press numbers 1 to 3 in the preheating section is further raised using the stroke difference of the hydraulic cylinder 71, and separated from the upper cushion portion 20 and the upper pressing portion 24. It will be in the state.
[0150]
As shown in FIG. 12 (4), the upper block 12 is set so as to be raised stepwise in order from the press numbers 1 to 3.
[0151]
As shown in FIG. 12 (5), the molding material 112 is moved by a predetermined length along the conveyance path.
[0152]
As shown in FIG. 12 (6), the upper block 12 of the main heating section is lowered to pressurize the molding material 112. In this case, as described above, the air inside the molding material 112 not only escapes toward both sides of the molding material 112 but also escapes toward the carry-in port side.
[0153]
As shown in FIG. 12 (7), the upper block 12 of the press number 3 is lowered to pressurize the workpiece material 112. Then, the air further escapes to the carry-in entrance side.
[0154]
As shown in FIG. 12 (8), the upper block 12 is further lowered in the order of press numbers 2 to 1 so that air can escape.
[0155]
As a result, the air can be completely removed from the material 112 as described above.
[0156]
(4) Third type of manufacturing process
A third type of manufacturing process will be described with reference to FIG.
[0157]
FIG. 13 is an explanatory diagram of a third type of manufacturing process in the second embodiment. The circled numbers in FIG. 13 (1) are press numbers that specify the upper block portion 12.
[0158]
Similarly to the second type of manufacturing process, the third type of manufacturing process also shows a manufacturing process in which air can be extracted from the molding material 112.
[0159]
As shown in FIG. 13 (1), the upper block part 12 in the preliminary heating section and the main heating section is lowered to show that it is in a pressurized state.
[0160]
As shown in FIG. 13 (2), all the upper block sections 12 of the preheating section and the main heating section are raised. Then, the material 112 is run.
[0161]
As shown in FIG. 13 (3), the molding material 112 is stopped and the upper block portion 12 in the main heating section is lowered to pressurize the molding material 112. At this time, air escapes from the material to be molded 112 not only from both sides but also toward the carry-in port.
[0162]
As shown in FIG. 13 (4), the upper block portion 12 of the press number 3 in the preheating section is lowered to pressurize the material 112, and air is further pushed out to the carry-in side.
[0163]
As shown in FIG. 13 (5), press number 2 in the preheating section in turn, and then the upper block portion 12 of press number 1 is lowered to push out air to the carry-in side.
[0164]
In the second type of manufacturing process, there is a possibility that a time loss may occur in order to raise the upper block portion 12 once in the preheating section. However, in the third type of manufacturing process, the preheating section Since the upper block part 12 has only to be raised as much as the upper block part 12 in the main heating section, no time loss occurs.
[0165]
(5) Fourth type manufacturing process
The fourth type of manufacturing process will be described with reference to FIG.
[0166]
The difference between the fourth type of manufacturing process and the first step is that, in the first type of manufacturing process, the upper pressing part 24 and the upper cushion part 20 are raised together with the upper block part 12, but in the present embodiment, the upper cushion part is raised. This is because the part 20 and the upper pressure part 24 are not raised.
[0167]
That is, when the upper block 12 is raised, the pair of transport sheets 42 and 44 sandwiching the molding material 112 is pulled and moved by a certain length for a predetermined time. At this time, since both the conveying sheets 42 and 44 and the molding material 112 are in a pressurized state, there is a possibility that both of them are wrinkled by sudden pulling. In order to prevent this, the conveying sheets 42 and 44 and the molding material 112 are wrinkled by applying a slight pressurizing force while keeping the upper pressurizing unit 24 in contact with the conveying sheet 42. Can be prevented.
[0168]
(6) Fifth type manufacturing process
The fifth type of manufacturing process will be described with reference to FIG.
[0169]
In the fifth type of manufacturing process, the upper block part 12 in the preheating section is not raised, and only the upper block part 12 in the main pressurization section and the cooling section is raised, thereby applying pressure to the material 112. In this state, the conveying sheets 42 and 44 and the molding material 112 are moved.
[0170]
The thermoplastic resin starts to melt in the preheating section, but when the thermoplastic resin is a stretched film, the movement of the molecules constituting the thermoplastic resin begins when the temperature exceeds the glass transition temperature of the thermoplastic resin by heating. The stretched film begins to shrink. This causes a disturbance in the orientation of the reinforcing fibers.
[0171]
Therefore, the reinforcing fiber is in a state pulled by applying a back tension at the time of supply, but in order to prevent the orientation of the reinforcing fiber from being disturbed more, until the form of the thermoplastic resin becomes a molten resin from the stretched film, That is, it is possible to prevent disorder of the orientation of the reinforcing fibers by always applying pressure in the preheating section.
[0172]
Note that the pressure can be changed by changing the thickness of the upper block portion 12.
[0173]
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG.
[0174]
In the manufacturing apparatus 10, the movement of the molding material 112 is stopped and pressure is applied, and the molding material 112 is moved when pressure is not applied.
[0175]
Therefore, considering the production amount, it is necessary to move the molding material 112 in as short a time as possible. Therefore, if the conveyance sheets 42 and 44 and the molding material 112 are instantaneously pulled and stopped, the reinforcing fiber bundle, the thermoplastic resin film, and the conveyance sheets 42 and 44 are pulled out more than necessary due to the inertia. .
[0176]
That is, the formed conveyance sheets 42 and 44 and the molded prepreg sheet material 100 are wound up on the collecting rolls 64 and 66 and the winding roll 54, respectively. At this time, if the amount coming out from the carry-out rolls 50 and 52 is large or instantaneous, the conveyance sheets 42 and 44 and the prepreg sheet material cannot catch up with the collection rolls 64 and 66 and the take-up roll 54. There is a possibility that 100 will be covered. This rolling up of the loose sheet causes turbulence.
[0177]
Therefore, it is necessary to always apply a constant tension without stagnation of the sheet that is instantaneously ejected from the unloading rolls 50 and 52.
[0178]
In order to solve the above two problems, in the third embodiment, an accumulator device 90 is provided on the carry-out side of the manufacturing apparatus 10 as shown in FIG.
[0179]
The accumulator 90 will be described.
[0180]
First, as a structure for applying tension to the prepreg sheet material 100, the prepreg sheet material 100 on the sheet is run over the three rolls 92, 94, and 96, and the central roll 94 is moved up and down. Tension is applied by. That is, tension is applied by the weight of the central roll 94. And even if the upper block part 12 rises and many prepreg sheet materials 100 are carried out instantaneously, as shown in the lower figure of FIG. 16, the center roll 94 descends and absorbs an excessive amount. Therefore, since the tension between the roll 96 and the take-up roll 54 is constant, it can be reliably taken up. On the other hand, when the upper block 12 is lowered and the prepreg sheet material 100 is not carried out, the tension between the roll 96 and the take-up roll 54 is kept constant as shown in the upper diagram of FIG. Since the roll 94 is gradually raised and an excessive amount is sent, the roll 94 can be reliably wound.
[0181]
As a structure for applying tension to the conveyance sheet 42, a roll 99 that is moved by an air cylinder 98 is provided between the collection roll 64 and the carry-out roll 50, and the roll 99 always presses the carry-out sheet 42 with a constant force. Then tension is applied.
[0182]
Even when the upper block portion 12 is raised and the transport sheet 42 is instantaneously discharged, the roll 99 always presses the transport sheet 42 by the air cylinder 98, and therefore, between the unloading roll 50 and the collection roll 64. Therefore, the conveyance sheet 42 can be collected on the collection roll 64 in a state where tension is always applied.
[0183]
Similarly, the lower carry-out sheet 44 is provided with a structure in which the roll 99 is moved by the air cylinder 98.
[0184]
(Modification of the third embodiment)
In the third embodiment, an accumulator device 90 may be provided on the carry-out side.
[0185]
In this case, it is possible to prevent the supplied reinforcing fiber bundle, the thermoplastic resin film, and the transport sheets 42 and 44 from being pulled more than necessary by applying tension.
[0186]
Further, the accumulator device 90 may be provided on both the carry-in side and the carry-out side.
[0187]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0188]
In the first embodiment and the second embodiment, the manufacturing apparatus 10 of the present invention is used in the three sections of the preheating section, the main heating section, and the cooling section.
[0189]
However, in this embodiment, instead of the manufacturing apparatus 10, as shown in FIG. 17, a cooling roll 88 may be used only in the cooling section.
[0190]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0191]
In the fifth embodiment, the manufacturing apparatus 10 of the present invention is used only in the main heating section, the cooling roll 88 is used in the cooling section, and the roll between the pair of upper and lower heaters 89, 89 is used in the preheating section. You may make it run, running over 91.
[0192]
(Sixth embodiment)
The above is an embodiment in which the upper block portion 12 and the lower block portion 14 are moved up and down together,
Although the embodiment in which the upper block portion 12 is moved up and down and the lower block portion 14 is fixed has been described, the following embodiments may be used.
[0193]
That is, an embodiment in which the lower block portion 14 is moved up and down to fix the upper block portion 12 may be used.
[0194]
Further, a combination in which the upper block portion 12 is moved up and down to fix the lower block portion 14 and a combination in which the lower block portion 14 is moved up and down to fix the upper block portion 12 may be alternately arranged.
[0195]
(Experimental result)
Hereinafter, experimental results of manufacturing the prepreg sheet material 100 by the manufacturing apparatus 10 of the second embodiment will be described.
[0196]
(1) Experimental example 1
Carbon fiber bundles 12K (Pyrofil TR50S, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) as reinforcing fiber bundles were continuously opened to a width of 20 mm by the method of Japanese Patent No. 3064019, and 15 opened fiber bundles were arranged in the width direction. 40 g / m ² A unidirectional sheet having a width of 300 mm was used.
[0197]
As the thermoplastic resin, a polyetherimide thermoplastic resin film (Superio UT, width 300 mm, thickness 10 μm, manufactured by Mitsubishi Plastics, Inc.) was used.
[0198]
The reinforcing fiber sheet and the thermoplastic resin film were supplied in five layers in order from the bottom: film, fiber sheet, film, fiber sheet, and film. In addition, a polyimide resin film (Upilex-S, width 400 mm, thickness 75 μm, manufactured by Ube Industries, Ltd.) was used for the transport sheet, that is, the release sheet.
[0199]
The size of the upper and lower block portions 12, 14 was 450 mm wide and 100 mm long, and 7 blocks were arranged with a gap of about 5 mm. The first three blocks are preheating / pressurizing, the next one block is main heating / pressurizing, and the last three blocks are cooling / pressurizing.
[0200]
Expanded graphite sheets (PERMA-FOIL, width 450 mm, length 750 mm, thickness 0.5 mm, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) are used for the upper and lower cushion portions 20 and 22, and a C / C composite plate (width) is used as the pressing portion. 450 mm, length 750 mm, thickness 2 mm, manufactured by Acros Corporation) was used.
[0201]
The heating and pressurizing conditions for the upper and lower block portions 12 and 14 are as shown in FIG.
[0202]
The processing speed was a stop time, that is, a pressurization time of 2 seconds, and the sheet moving speed was advanced by 90 mm in 1 second. That is, it is the processing speed which can manufacture 1.8m in 1 minute.
[0203]
The operation was continued for about 20 minutes to produce a 36 m thermoplastic resin prepreg sheet material.
[0204]
As a result, a thermoplastic resin prepreg sheet material 100 having a thickness of about 0.08 mm and a fiber volume content (Vf) of about 60% could be prototyped.
[0205]
When the cross section of the prepreg sheet material 100 was observed with a microscope, it was confirmed that the fibers were evenly dispersed and the thermoplastic resin was well impregnated. Moreover, there was no disorder of fiber orientation.
[0206]
(2) Experimental example 2
A carbon fiber bundle 12K (Pyrofil TR50S, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) as a reinforcing fiber bundle is continuously opened to a width of 20 mm by the method of Patent No. 3064019, and then this spread yarn is used for warp and weft patent No. 2983531 According to the official gazette, the width is 320 mm and the weight is 80 g / m ² What was woven into a plain woven fabric was used.
[0207]
As the thermoplastic resin, a nylon 6 resin film (Emblem ON-15, width 320 mm, thickness 15 μm, manufactured by Unitika Ltd.) was used.
[0208]
The supply of the spread yarn fabric and the thermoplastic resin film was a sandwich configuration of the film, the spread yarn fabric and the film. Further, a glass cloth reinforced fluorine sheet (Chuco Flow G type fabric, FGF-500-4, width 400 mm, thickness 0.1 mm, manufactured by Chuko Kasei Kogyo Co., Ltd.) was used as the transport sheet, that is, the release sheet.
[0209]
The size of the upper and lower block portions 12, 14 was 450 mm wide and 100 mm long, and 7 blocks were arranged with a gap of about 5 mm. The first three blocks are preheating / pressurizing, the next one block is main heating / pressurizing, and the last three blocks are cooling / pressurizing.
[0210]
For the upper and lower cushion parts 20 and 22, expanded graphite sheets (PERMA-FOIL, width 450 mm, length 750 mm, thickness 0.5 mm, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) are used, and a stainless plate (width 450 mm, length) is used as the pressure part. 750 mm, thickness 2 mm).
[0211]
The heating and pressurizing conditions of the upper and lower block portions 12 and 14 are as shown in FIG.
[0212]
The processing speed was a stop time, that is, a pressurization time of 5 seconds, and the sheet moving speed was advanced by 90 mm in 1 second. That is, it is the processing speed which can manufacture 0.9m in 1 minute.
[0213]
It was operated for about 30 minutes to produce a 27 m thermoplastic resin prepreg sheet material.
[0214]
As a result, a thermoplastic resin prepreg sheet material 100 having a thickness of about 0.08 mm and a fiber volume content (Vf) of about 60% could be prototyped.
[0215]
When the cross section of the prepreg sheet material 100 was observed with a microscope, it was confirmed that the fibers were evenly dispersed and the thermoplastic resin was well impregnated.
[0216]
(3) Experimental example 3
Carbon fiber bundles 12K (Pyrofil TR50S, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) as reinforcing fiber bundles were continuously opened to a width of 25 mm by the method of Japanese Patent No. 3064019, and 12 opened fiber bundles were arranged in the width direction. 32g / m ² A unidirectional sheet having a width of 300 mm was used.
[0217]
A polyether ether ketone thermoplastic resin film (Sumilite FS-1100C, width 300 mm, thickness 25 μm, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was used as the thermoplastic resin.
[0218]
The reinforcing fiber sheet and the thermoplastic resin film were supplied in a sandwich configuration of a fiber sheet, a film, and a fiber sheet. A polyimide thermoplastic resin film (Upilex-S, width 400 mm, thickness 75 μm, manufactured by Ube Industries Co., Ltd.) was used for the conveying sheet, that is, the release sheet.
[0219]
The size of the upper and lower block portions 12, 14 was 450 mm wide and 100 mm long, and 7 blocks were arranged with a gap of about 5 mm. The first three blocks are preheating / pressurizing, the next one block is main heating / pressurizing, and the last three blocks are cooling / pressurizing.
[0220]
Expanded graphite sheets (PERMA-FOIL, width 450 mm, length 750 mm, thickness 0.5 mm, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) are used for the upper and lower cushion portions 20 and 22, and a C / C composite plate (width) is used as the pressing portion. 450 mm, length 750 mm, thickness 2 mm, manufactured by Acros Corporation) was used.
[0221]
The heating and pressurizing conditions for the upper and lower block portions 12 and 14 are as shown in FIG.
[0222]
The processing speed was set to a stop time, that is, a pressurization time of 3 seconds, and the sheet moving speed was advanced by 90 mm in 1 second. That is, it is the processing speed which can manufacture 1.35m in 1 minute.
[0223]
The operation was continued for about 20 minutes, and a 27 m thermoplastic resin prepreg sheet material 100 was produced.
[0224]
As a result, a thermoplastic resin prepreg sheet material 100 having a thickness of about 0.065 mm and a fiber volume content (Vf) of about 60% could be prototyped.
[0225]
When the surface of the prepreg sheet material 100 was observed, the thermoplastic resin was able to be molded into a prepreg sheet material with good impregnation property that was removed from between the fibers. Moreover, there was no disorder of fiber orientation.
[0226]
(4) Comparative example
In Experimental Example 2, the case where the pressurization time was changed was performed.
[0227]
The processing speed was set to a stop time, that is, a pressurization time of 2 seconds, and the sheet moving speed was advanced by 90 mm in 1 second. That is, it is the processing speed which can manufacture 1.8m in 1 minute.
[0228]
In Experimental Example 2, since the pressurization time was 5 seconds, the pressurization time was shortened by 3 seconds.
[0229]
Other conditions are exactly the same as in Experimental Example 2.
[0230]
It was operated for about 30 minutes to produce a 27 m thermoplastic resin prepreg sheet material.
[0231]
As a result, a thermoplastic resin prepreg sheet material having a thickness of about 0.1 mm could be prototyped. Although it seems that the thermoplastic resin is impregnated only by observing the surface, it was confirmed that the warp and the weft were easily separated and the thermoplastic resin was not impregnated cleanly into the inside where the warp and the weft intersect. . Actually, when the cross section of the prepreg sheet material was observed with a microscope, it was confirmed that the fibers were uniformly dispersed and the thermoplastic resin was impregnated on the upper and lower surface portions, but the inner side was not impregnated with the thermoplastic resin There was also a part where fibers were gathered.
[0232]
As can be seen from the above experimental examples and comparative examples, it is possible to produce a high-quality thermoplastic resin prepreg sheet material with good impregnation by ensuring a sufficient pressing time.
[0233]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to produce a prepreg sheet material using a heat-resistant thermoplastic resin (high viscosity thermoplastic resin) and a thin prepreg sheet material.
[0234]
In addition, the introduction cost, running cost, etc. are lower than conventional double steel belt type devices.
[0235]
Further, the processing speed can be increased by increasing the pressing force or lengthening the main heating section.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of a manufacturing apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view seen from the side of the upper block portion and the lower block portion in a state where no pressure is applied.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view similarly seen from the front.
FIG. 4 is a side view of the upper block portion and the lower block portion when they are pressurized and heated.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view similarly seen from the front.
FIG. 6 is a graph showing the heating temperature of each upper block part and lower block part.
FIG. 7 is a structural diagram of a manufacturing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 8 is a structural diagram of an upper block portion in a second embodiment.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a conveyance path in a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a first type of manufacturing process in the second embodiment.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the press number, the pressing force, and the pressurizing temperature in the first type of manufacturing process in the second embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a second type of manufacturing process in the second embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a third type of manufacturing process in the second embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a fourth type of manufacturing process in the second embodiment.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a fifth type of manufacturing process in the second embodiment.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a third embodiment.
FIG. 17 is a structural diagram of a manufacturing apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 18 is a structural diagram of a manufacturing apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining a first method of a roll impregnation method.
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining a second method of the conventional roll impregnation method.
FIG. 21 is an explanatory view for explaining a conventional hot plate pressing method.
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining a conventional double belt method.
FIG. 23 is a diagram showing condition data in Experimental Example 1;
24 is a diagram showing condition data in Experimental Example 2. FIG.
25 is a diagram showing condition data in Experimental Example 3. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Manufacturing equipment
12 Upper block
14 Lower block
16 Upper air cylinder
18 Lower air cylinder
20 Upper cushion
22 Lower cushion part
24 Upper pressure part
26 Lower pressure part
100 prepreg sheet material
112 Molded material

Claims

An apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material,
A plurality of upper block portions with a heating mechanism are arranged along the conveyance path above the conveyance path on which the sheet-shaped molding material including at least the sheet-shaped thermoplastic resin and the reinforcing fiber bundle travels , along the conveyance path ,
A plurality of lower block portions with a heating mechanism are arranged along the transport path at a predetermined interval below the transport path , and the upper block section and the lower block section are paired up and down,
The upper block part, or at least one of the lower block part is moved up and down, and a pressing means that can apply pressure to each block part is arranged,
Between the plurality of upper block portions and the conveyance path, and a single sheet-like upper cushion portion is arranged along the conveyance path,
Arranged between the plurality of upper cushion portions and the transport path so as to overlap the upper cushion portion with a single sheet-like upper pressure portion along the transport path,
Between the plurality of lower block portions and the conveyance path, along the conveyance path, a single sheet-like lower cushion portion is arranged,
Arranged between the plurality of lower cushion portions and the conveyance path so as to overlap the upper cushion portion with a sheet-like lower pressure portion along the conveyance path,
A traveling means for intermittently traveling the material to be molded is provided,
While the material to be molded is stopped for a predetermined time by the traveling means, the pressing means passes through at least a pair of the upper and lower block parts, the upper and lower cushion parts, and the upper and lower pressure parts in the plurality of upper and lower block parts. When the upper block part is raised for a predetermined time by the pressing means, and when the upper block part is lowered for a predetermined time by the pressing means, or when the lower block part is lowered for a predetermined time, An apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material, comprising: a control unit that repeatedly performs a traveling process of traveling a predetermined length along the conveying path.

The upper block portion and the apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to claim 1, wherein the set temperature of the heating temperature different of the lower block portion adjacent.

It is set to a pressure different pressure producing apparatus of a thermoplastic resin prepreg sheet material according to claim 1, wherein said pressing means adjacent.

A preheating section for setting the heating temperatures of the plurality of upper block portions and the plurality of lower block portions in order from the inlet side of the molding material;
A main heating section which is a section located next to the preheating section and sets the heating temperature of the plurality of upper block portions and the plurality of lower block portions to the highest heating temperature;
A section located next to the main heating section, and a cooling section in which the heating temperatures of the plurality of upper block portions and the plurality of lower block portions are sequentially set lower from the carry-in side of the molding material;
The apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 1 to 3 .

The control means includes
After the upper block portion is lowered by the pressing means in the main heating section to apply pressure to the material to be molded, the pressing means sequentially in turn toward the carry-in side of the material to be molded. The apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to claim 4, wherein the upper block portion is lowered to apply pressure to the material to be molded.

The said upper cushion part and the said pressurization part raise with the said upper block part. The manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material as described in at least 1 to 5 characterized by the above-mentioned.

The said upper cushion part and the said pressurization part do not raise with the said upper block part. The manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material as described in at least one of Claim 1 to 5 characterized by the above-mentioned.

The control means includes
When the upper block portion in the main heating section and the cooling section rises, the upper block portion, the upper cushion portion, and the pressure portion in the preliminary heating section are brought into contact with the material to be molded while being lowered. The apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 3 to 5 , wherein the material to be molded is caused to travel a predetermined length along the conveyance path.

The apparatus for manufacturing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 1 to 8, wherein the upper and lower cushion portions are an expanded graphite sheet, a fluorine sheet, or a silicon sheet.

The said up-and-down pressurization part is a C / C composite, an iron plate, or a stainless steel board. The manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material as described in at least one of Claim 1 to 9 characterized by the above-mentioned.

The apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 1 to 10, wherein a conveying sheet having heat resistance and releasability is disposed on both surfaces of the material to be molded.

An accumulator is provided that applies tension in a direction in which the thermoplastic resin prepreg sheet material is pulled out to the carry-out side when the upper block portion is raised, and applies back tension when the upper block portion is lowered. The apparatus for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 1 to 11 .

Claim 11, wherein said conveying sheet tension to the pulling direction in the ejection port side added, that the upper block portion is arranged accumulating means for applying back tension when lowered when the upper block portion rises Or the manufacturing apparatus of the thermoplastic resin prepreg sheet material of 12 .

A method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material,
A plurality of upper block portions with a heating mechanism are arranged along the conveyance path above the conveyance path on which the sheet-shaped molding material including at least the sheet-shaped thermoplastic resin and the reinforcing fiber bundle travels , along the conveyance path ,
A plurality of lower block portions with a heating mechanism are arranged along the transport path at a predetermined interval below the transport path , and the upper block section and the lower block section are paired up and down,
The upper block part, or at least one of the lower block part is moved up and down, and a pressing means that can apply pressure to each block part is arranged,
Between the plurality of upper block portions and the conveyance path, and a single sheet-like upper cushion portion is arranged along the conveyance path,
Arranged between the plurality of upper cushion portions and the transport path so as to overlap the upper cushion portion with a single sheet-like upper pressure portion along the transport path,
Between the plurality of lower block portions and the conveyance path, along the conveyance path, a single sheet-like lower cushion portion is arranged,
Arranged between the plurality of lower cushion portions and the conveyance path so as to overlap the upper cushion portion with a sheet-like lower pressure portion along the conveyance path,
A traveling means for intermittently traveling the material to be molded is provided,
While the material to be molded is stopped for a predetermined time by the traveling means, the pressing means passes through at least a pair of the upper and lower block parts, the upper and lower cushion parts, and the upper and lower pressure parts in the plurality of upper and lower block parts. When the upper block part is raised for a predetermined time by the pressing means, and when the upper block part is lowered for a predetermined time by the pressing means, or when the lower block part is lowered for a predetermined time, The method of manufacturing a thermoplastic resin prepreg sheet material is characterized by repeatedly performing a traveling process of traveling a predetermined length along the conveying path.

The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to claim 14 , wherein heating temperatures of the adjacent upper block portion and the lower block portion are set to different temperatures.

The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to claim 14, wherein the pressing force of the adjacent pressing means is set to a different pressing force.

A preheating section for setting the heating temperatures of the plurality of upper block portions and the plurality of lower block portions in order from the inlet side of the molding material;
A main heating section which is a section located next to the preheating section and sets the heating temperature of the plurality of upper block portions and the plurality of lower block portions to the highest heating temperature;
A section located next to the main heating section, and a cooling section in which the heating temperatures of the plurality of upper block portions and the plurality of lower block portions are sequentially set lower from the carry-in side of the molding material;
The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 16, wherein:

After the upper block portion is lowered by the pressing means in the main heating section to apply pressure to the material to be molded, the pressing means sequentially in turn toward the carry-in side of the material to be molded. The manufacturing method of the thermoplastic resin prepreg sheet material according to claim 17, wherein the upper block portion is lowered to apply pressure to the material to be molded.

The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 18, wherein the upper cushion part and the pressure part rise together with the upper block part.

The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 18, wherein the upper cushion part and the pressure part do not rise together with the upper block part.

When the upper block portion in the main heating section and the cooling section rises, the upper block portion, the upper cushion portion, and the pressure portion in the preliminary heating section are brought into contact with the material to be molded while being lowered. The method of manufacturing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 16 to 18 , wherein the molding material is caused to travel a predetermined length along the conveyance path.

The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 21, wherein the upper and lower cushion portions are an expanded graphite sheet, a fluorine sheet, or a silicon sheet.

The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 22, wherein the vertical pressurizing part is a C / C composite, an iron plate, or a stainless steel plate.

24. The method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of claims 14 to 23, wherein a conveying sheet having heat resistance and releasability is disposed on both surfaces of the material to be molded.

The thermoplastic resin prepreg sheet tension to the pulling direction in the ejection port side in addition to when the upper block portion rises from claim 14, wherein the addition of back tension when the upper block portion is lowered 24. A method for producing a thermoplastic resin prepreg sheet material according to at least one of 24 .

26. The heat according to claim 24 or 25 , wherein tension is applied in a direction in which the transport sheet is pulled out toward a carry-out side when the upper block portion is raised, and back tension is applied when the upper block portion is lowered. A method for producing a plastic resin prepreg sheet material.