JP4015415B2 - プリプレグの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維と熱硬化性樹脂とからなる繊維強化複合材は、軽量で優れた機械特性を有することから、釣竿、ゴルフシャフト等のスポーツレジャー用部材、航空機、自動車、船舶、建築物等の部材として広く用いられている。
かかる繊維強化複合材は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の強化繊維に含浸させ、半硬化状態とした、シート状等の繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグを複数積層させた後、加熱、加圧し、プリプレグを硬化することにより製造されている。なお、本明細書では、「繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグ」のことを単にプリプレグと称す。
【０００３】
一般に、プリプレグは、プリプレグを担持シートにより担持した担持シート付きプリプレグの形態で製造されている。以下、図２に基づいて、従来のプリプレグの製造装置について簡単に説明する。
図２に示す従来のプリプレグの製造装置は、炭素繊維等の強化繊維若しくは強化繊維の織物等を供給するクリール１０１と、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シートを供給する巻出しロール１０３、１０４と、所定の温度に加熱されたニップロール１０５〜１０７と、巻出しロール１０３から供給された担持シートを巻取る巻取りロール１０８と、製造された担持シート付きプリプレグを巻取る巻取りロール１０９とを具備して構成されている。
【０００４】
かかる構成の製造装置によれば、以下のようにして、担持シート付きプリプレグが製造される。
すなわち、クリール１０１から供給された強化繊維１１０は、コーム１０２により一方向に揃えられ、開繊手段（図示略）により開繊された後、第１のニップロール１０５に供給される。
同時に、第１のニップロール１０５には、巻出しロール１０３、１０４から、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート１２０、１３０が供給され、ニップロール１０５を構成する一対のロール間において、強化繊維１１０は、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート１２０、１３０により挟持され、積層体１１１が形成される。なお、積層体１１１は形成されると同時に、第１のニップロール１０５により加熱及び加圧される。さらに、積層体１１１は、第２、第３のニップロール１０６、１０７により順次、加熱及び加圧される。
【０００５】
このように、積層体１１１を複数のニップロール１０５〜１０７により加熱及び加圧し、熱硬化性樹脂を強化繊維１１０に含浸させることにより、プリプレグが生成される。次いで、巻出しロール１０３から供給された担持シートのみを剥離し、巻取りロール１０８により巻取り、担持シート付きプリプレグ１１２を得た後、これを巻取りロール１０９により巻取ることにより、担持シート付きプリプレグ１１２が製造される。
【０００６】
なお、本明細書では、強化繊維の織物等の強化繊維束も含めて、単に「強化繊維」と称す。
【０００７】
しかしながら、上記従来のプリプレグの製造装置を用いた場合には、積層体がニップロールに接する時間が短いことに起因して、積層体が十分に加熱されないままニップロールを通過し、樹脂の含浸が不十分となる恐れがあった。
そこで、かかる問題を解決するために、図３に示すように、第１のニップロール１０５と第２のニップロール１０６との間に熱板１４０を配置し、プリプレグを生成する前に熱板１４０上を通過させることにより、積層体１１１を予熱することが提案されている。また、熱板１４０を設ける代わりに、赤外加熱ヒータ（図示略）を配置し、赤外加熱ヒータから赤外線を照射することにより、積層体１１１を予熱することも提案されている。
このように、プリプレグを生成する前に、熱板若しくは赤外加熱ヒータにより積層体を予熱することにより、樹脂の含浸をより確実に行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリプレグを生成する前に積層体を予熱する予熱手段として、熱板、赤外加熱ヒータのいずれを採用した場合においても、予熱によって、積層体を構成する樹脂が軟化するため、開繊手段により開繊させたにもかかわらず、開繊幅が狭くなり、所望の繊維目付のプリプレグが得られない恐れがあった。
【０００９】
また、予熱手段として熱板を採用した場合には、積層体の片面側からのみ加熱を行うため、他方の面側まで十分に予熱されない恐れがあった。また、生産効率の向上を図るために、積層体の搬送速度を大きくした場合には、熱板に対して積層体が押し付けられる力が弱まり、熱板と積層体との密着性が低下するため、熱板による予熱効率が一層低下し、予熱が不十分となる恐れがあった。そのため、十分な予熱を行うためには、熱板の長さを長くし、積層体の熱板への接触時間を長くする必要があり、生産性が低下するという問題があった。
また、予熱手段として赤外加熱ヒータを採用した場合には、赤外線により積層体全体を加熱するため、効率良く予熱することができるものの、非接触で加熱を行うため、温度制御が難しく、安定してプリプレグを製造することが困難となる恐れがあった。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、予熱を行う際に、開繊幅が狭くなることを防止し、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することが可能な手段を提供することを第一の目的とする。また、生産性を低下させることなく、安定して予熱を行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造することが可能な手段を提供することを第二の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するべく検討を行った結果、以下のプリプレグの製造方法を発明するに到った。
本発明のプリプレグの製造方法は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの製造方法において、片面に熱硬化性樹脂を塗布した一対の担持シートで強化繊維を挟持して、積層体を形成する工程と、
前記積層体を複数の加熱部材により加熱する工程であり、それらの加熱部材は、隣接する加熱部材が前記積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する前記加熱部材間を通過する時の前記積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように配置され、張力をかけながら前記積層体の両面を交互に加熱する工程と、
前記積層体を加熱、加圧することにより、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、プリプレグを生成する工程とを有することを特徴とするプリプレグの製造方法。
そして、片面に熱硬化性樹脂を塗布した一対の担持シートで強化繊維を挟持して、積層体を形成する積層体形成手段と、前記積層体に張力をかけながら、前記積層体の両面を交互に加熱する加熱手段と、前記積層体を加熱、加圧することにより、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、プリプレグを生成するプリプレグ生成手段とを具備することを特徴とする装置により好適に実施可能である。
【００１２】
すなわち、本発明のプリプレグの製造方法においては、プリプレグ生成手段によりプリプレグを生成する前に、加熱手段（予熱手段）により、積層体に張力をかけながら、積層体の予熱を行うことを特徴としている。
かかる構成とすることにより、予熱を行う際には、強化繊維がその延在方向に引っ張られた状態となるので、予熱により樹脂が軟化しても、各繊維の動きが拘束され、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
【００１３】
また、本発明のプリプレグの製造方法を好適に実施可能な前記装置において、前記加熱手段は、前記積層体に接して加熱を行う複数の加熱部材を具備し、前記複数の加熱部材は、隣接する前記加熱部材が前記積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する前記加熱部材間を通過する時の前記積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、配置されていることが好ましい。
【００１４】
加熱手段を、積層体に接して加熱を行う複数の加熱部材により構成すると共に、隣接する加熱部材間を通過する時の積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、複数の加熱部材を配置することにより、積層体が隣接する加熱部材の存在により引っ張られた状態となる。また、積層体は各加熱部材と接する際に加熱されるので、積層体に張力をかけながら、積層体の予熱を行うことができる。
【００１５】
また、隣接する加熱部材が積層体の異なる面に接するように、複数の加熱部材を配置する構成としているので、積層体の両面を複数の加熱部材により交互に加熱することができる。また、積層体は張力がかかった状態で加熱部材に接するため、加熱部材に対して積層体が押し付けられた状態を維持することができる。したがって、積層体の搬送速度を大きくしたとしても、積層体と加熱部材との密着性が低下する恐れがない。
このように、積層体を両面側から加熱することに加えて、加熱部材に対して積層体が押し付けられる力が低下する恐れがないので、加熱部材による積層体の予熱を安定して行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造することができる。また、予熱効率を向上することができるので、樹脂含有率を低くした場合においても、短時間で予熱を終了することができ、生産性にも優れている。また、積層体を加熱部材に接触させて予熱を行うため、予熱を行う際の加熱温度についても簡易に制御することができ、安定してプリプレグを製造することができる。
【００１６】
さらに、本発明者は、積層体の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができる結果、樹脂の含浸速度を著しく向上させることができ、プリプレグの生産効率を著しく向上できると共に、プリプレグ生成手段の構造を簡略化できることを見出した。具体的には、プリプレグ生成手段としてはニップロール等が用いられているが、本発明者は、ニップロール等の数を少なくしても、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造できることを見出した。
【００１７】
また、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力は、積層体にかかる張力の指標であり、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力が高い（あるいは低い）ということは、積層体にかかる張力が高い（あるいは低い）ことに相当するが、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力が０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2であることが好ましい。
本発明者は、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力がこの範囲となるように、積層体に張力をかけながら予熱を行うことにより、上記の効果、すなわち、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができるという効果、及び積層体の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができるという効果を安定して得ることができることを見出した。
【００１８】
また、前記加熱部材の前記積層体と接する面が曲面であることが好ましい。このように、加熱部材の積層体と接する面を曲面とすることにより、隣接する加熱部材間における積層体の搬送を滑らかに行うことができるので、好適である。
【００２０】
本発明のプリプレグの製造方法は、積層体に張力をかけながら、積層体を加熱する工程を有するものであるので、予熱を行う際に、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施形態について説明する。
（プリプレグの製造装置）
図１に基づいて、本発明に係る一実施形態のプリプレグの製造装置、及びこの製造装置を用いたプリプレグの製造方法について説明する。
本実施形態のプリプレグの製造装置は、炭素繊維等の強化繊維を供給するクリール（強化繊維供給手段）１と、クリール１から供給された強化繊維を一方向に揃えるためのコーム２と、片面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が塗布された離型紙等の担持シートを供給する巻出しロール３、４と、所定の温度に加熱されたニップロール５〜７と、巻出しロール３から供給された担持シートを巻取る巻取りロール８と、製造された担持シート付きプリプレグを巻取る巻取りロール９とを具備して構成されている。
【００２２】
さらに、本実施形態のプリプレグの製造装置には、第１のニップロール５と第２のニップロール６との間に、第１のニップロール５において生成された積層体の予熱を行う加熱手段（予熱手段）４０が設けられており、本実施形態のプリプレグの製造装置においては、この加熱手段４０を備えている点が特徴的なものとなっている。
【００２３】
なお、本実施形態では、便宜上、積層体から見て、巻取りロール８により巻取る担持シートを供給する巻出しロール３側を「上側」、もう一方の担持シートを供給する巻出しロール４側を「下側」として説明するが、上下の構成は逆であっても構わない。
【００２４】
本実施形態のプリプレグの製造装置において、クリール１から供給された強化繊維１０は、コーム２により一方向に揃えられ、開繊手段（図示略）により開繊された後、第１のニップロール５に供給される。また、巻出しロール３から供給され、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０は、第１のニップロール５を構成する上側のロールに供給され、巻出しロール４から供給され、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート３０は、第１のニップロール５を構成する下側のロールに供給される。そして、ニップロール５を構成する一対のロール間において、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０、３０により強化繊維１０を挟持した積層体１１が形成される。
【００２５】
なお、このとき、熱硬化性樹脂が塗布された側の面が強化繊維１０側に位置するように、熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０、３０が第１のニップロール５に供給されるようになっている。このように、巻出しロール３、４、第１のニップロール５により、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０、３０により強化繊維１０を挟持した積層体１１を形成する積層体形成手段５０が構成されている。
【００２６】
また、第１のニップロール５において形成された積層体１１は、加熱手段４０により予熱された後、さらに、第２、第３のニップロール６、７を順次通過するように構成されているが、ニップロール５〜７は熱硬化性樹脂の軟化点以上の所定の温度に加熱されているので、ニップロール５〜７を通過する際に、積層体１１は加熱及び加圧される。これによって、熱硬化性樹脂を強化繊維１０に含浸させ、プリプレグが生成されるようになっている。このように、本実施形態では、ニップロール５〜７によりプリプレグ生成手段６０が構成されている。
なお、ニップロール５〜７の加熱温度は、用いる熱硬化性樹脂の種類により異なるが、例えば、７０〜１３０℃に設定される。また、ニップロール５〜７から積層体１１にかかる線圧は、例えば、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ（１〜５ｔ／ｍ）に設定される。
【００２７】
次に、剥離手段（図示略）により、巻出しロール３から供給された担持シートのみを剥離し、巻取りロール８により巻取ることにより、担持シート付きプリプレグ１２を得た後、これを巻取りロール９により巻取ることにより、担持シート付きプリプレグ１２が製造される。
【００２８】
以下、第１のニップロール５と第２のニップロール６との間に設けられた加熱手段４０の構造について詳述する。
加熱手段４０は、互いに離間配置され、所定の温度に加熱された３個の円柱状の第１〜第３の加熱ロール（加熱部材）４１〜４３により構成されており、積層体１１はこれら加熱ロール４１〜４３に接するように搬送されて加熱されるようになっている。なお、十分な予熱効果を得るためには、加熱ロール４１〜４３の加熱温度がニップロール５〜７と同等以上に設定されていることが好ましい。また、加熱ロール４１〜４３は積層体１１の動きに合わせて自由に回動するものであっても良いし、駆動手段に接続され、所定の周速度で回動されるものであっても良い。また、回動せずに、完全固定されたものであっても良い。但し、積層体１１の搬送を滑らかに行うためには、完全固定されたものよりは、回動可能なものであることが好ましい。
【００２９】
また、図示するように、加熱ロール４１〜４３は、ニップロール５〜７を構成する下側のロールと平行に配置されているが、積層体１１は、図示左側から奇数番目の第１、第３の加熱ロール４１、４３の上端部側を通過し、偶数番目の第２の加熱ロール４２の下端部側を通過するように構成されている。換言すれば、加熱ロール４１〜４３は、隣接する加熱ロール４１〜４３が積層体１１の異なる面に接するように配置されており、図示左側から奇数番目の第１、第３の加熱ロール４１、４３は積層体１１の下面に接し、偶数番目の第２の加熱ロール４２は積層体１１の上面に接するように構成されている。そして、積層体１１の両面を加熱ロール４１〜４３により交互に加熱できるようになっている。
【００３０】
さらに、隣接する加熱ロール４１〜４３間を通過する時の積層体１１の進行方向がその直前の進行方向と異なるように構成されている。具体的には、第１の加熱ロール４１に接するまでの積層体１１の進行方向は水平方向である。これに対して、第１、第２の加熱ロール４１、４２間を通過する積層体１１の進行方向は、第１の加熱ロール４１の上端部側から第２の加熱ロール４２の下端部側に向かう方向となるので、図示右下がりの方向となっている。また、同様に、第２、第３の加熱ロール４２、４３間を通過する積層体１１の進行方向は、第２の加熱ロール４２の下端部側から第３の加熱ロール４３の上端部側に向かう方向となるので、図示右上がりの方向となっている。
【００３１】
このように、隣接する加熱ロール４１〜４３が積層体１１の異なる面に接し、かつ、隣接する加熱ロール４１〜４３間を通過する時の積層体１１の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、加熱ロール４１〜４３を配置することにより、積層体１１が隣接する加熱ロール４１〜４３の存在により引っ張られた状態となるので、積層体１１に張力をかけながら、予熱を行うことができる。
ここで、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる圧力は、積層体１１にかかる張力の指標となるが、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる圧力が０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2であることが好ましい。なお、各加熱ロール４１〜４３の対向側には、加熱ロール４１〜４３と共に積層体１１を挟持する対向ロールが配置されていないので、積層体１１が加熱ロール４１〜４３に押し付けられる力は、一対のロールで積層体１１を挟持して加圧するニップロール５〜７から受ける力よりは、はるかに小さいものである。
【００３２】
本実施形態のプリプレグの製造装置は以上のように構成されており、本実施形態のプリプレグの製造装置では、プリプレグ生成手段６０によりプリプレグを生成する前に、加熱手段（予熱手段）４０により、張力をかけながら、積層体１１を予熱することを特徴としている。そのため、予熱を行う際に、強化繊維がその延在方向に引っ張られた状態となるので、予熱により樹脂が軟化しても、各繊維の動きが拘束され、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、積層体１１の予熱を行う加熱手段４０を３個の加熱ロール４１〜４３により構成する共に、隣接する加熱ロール４１〜４３が積層体１１の異なる面に接するように、加熱ロール４１〜４３を配置する構成としているので、積層体１１の両面を加熱ロール４１〜４３により交互に加熱することができる。また、積層体１１は張力がかかった状態で加熱ロール４１〜４３に接するため、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられた状態を維持することができる。したがって、積層体１１の搬送速度を大きくしたとしても、積層体１１と加熱ロール４１〜４３との密着性が低下する恐れがない。
【００３４】
このように、積層体１１を両面側から加熱することに加えて、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる力が低下する恐れがないので、加熱ロール４１〜４３による積層体１１の予熱を安定して行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造することができる。また、予熱効率を向上することができるので、樹脂含有率を低くした場合においても、短時間で予熱を終了することができ、生産性にも優れている。また、積層体１１を加熱ロール４１〜４３に接触させて予熱を行うため、予熱を行う際の加熱温度についても簡易に制御することができ、安定してプリプレグを製造することができる。
【００３５】
さらに、本実施形態のプリプレグの製造装置を用いることにより、積層体１１の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができる結果、樹脂の含浸速度を著しく向上させることができ、プリプレグの生産効率を著しく向上できると共に、加熱手段４０の後に設けるニップロールの数を少なくすることができ、プリプレグ生成手段６０の構造の簡略化を図ることができる。
【００３６】
また、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる圧力を０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2の範囲となるように、積層体１１の予熱を行うことにより、上記の効果、すなわち、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができるという効果、及び積層体１１の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができるという効果を安定して得ることができる。
【００３７】
なお、積層体１１が押し付けられる圧力が０．０１ｋｇ／ｃｍ2未満の場合には、積層体１１にかかる張力が小さくなりすぎ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができない恐れがある。また、積層体１１と加熱ロール４１〜４３との密着性が低下し、加熱ロール４１〜４３による積層体１１の予熱を安定して行うことができない恐れがあると共に、予熱効率が低下する恐れもある。
また、積層体１１が押し付けられる圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ2超の場合には、担持シートに張力がかかりすぎる結果、製造後に担持シートに収縮が発生し、プリプレグ表面の平滑性が低下する恐れがある。
【００３８】
また、本実施形態では、加熱手段４０を円柱状の加熱ロール４１〜４３により構成したが、加熱ロール４１〜４３の積層体１１と接する面は曲面であるため、隣接する加熱部材４１〜４３間における積層体１１の搬送を滑らかに行うことができ、好適である。
なお、加熱手段４０を構成する加熱部材としては、円柱状の加熱ロールに限定されるものではなく、半円柱状の加熱部材など、積層体１１と接する面が曲面であれば、いかなる加熱部材を用いても良い。また、積層体１１の搬送に支障がなければ、加熱部材の積層体１１と接する面は曲面である必要もない。
また、加熱部材の配置位置や個数についても適宜設計することが可能であり、隣接する加熱部材が積層体１１の異なる面に接し、かつ、隣接する加熱部材間を通過する時の積層体１１の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、複数の加熱部材を配置すれば、本実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００３９】
また、本発明は、かかる構成の加熱手段４０に限定されるものではなく、少なくとも積層体１１に張力をかけながら予熱を行うことが可能な構成とすれば良く、かかる構成とすることにより、少なくとも、予熱を行う際に、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができるという効果を得ることができる。
【００４０】
また、本実施形態のプリプレグの製造方法によれば、本実施形態のプリプレグの製造装置と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。以下の実施例、比較例において、強化繊維として炭素繊維、担持シートとして離型紙を用い、製造装置を変えてプリプレグの製造を行った。なお、以下の実施例、比較例において、特に明記していない条件については、すべて共通とした。
【００４２】
（実施例１）
図１に示したプリプレグの製造装置（以下、装置１という。）を用い、繊維目付が１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有率が２５質量％の炭素繊維プリプレグを製造した。製造条件は以下に示す通りとした。なお、第１〜第３の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力を測定した結果も合わせて示す。
第１のニップロールの加熱温度：７０℃
第２のニップロールの加熱温度：１１０℃
第３のニップロールの加熱温度：１１０℃
第１のニップロールから積層体にかかる線圧：１．０ｔ／ｍ
第２のニップロールから積層体にかかる線圧：１．５ｔ／ｍ
第３のニップロールから積層体にかかる線圧：１．５ｔ／ｍ
第１〜第３の加熱ロールの加熱温度：１１０℃
積層体の第１の加熱ロールへの接触時間：０．８秒
積層体の第２の加熱ロールへの接触時間：１．６秒
積層体の第３の加熱ロールへの接触時間：０．８秒
第１の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力：０．０９ｋｇ／ｃｍ２
第２の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力：０．０４５ｋｇ／ｃｍ２
第３の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力：０．０９ｋｇ／ｃｍ２
【００４３】
（比較例１）
図２に示した従来のプリプレグの製造装置（以下、装置２という。）を用い、繊維目付が１５０ｇ／ｍ2、樹脂含有率が２５質量％の炭素繊維プリプレグを製造した。なお、装置２は、第１のニップロールと第２のニップロールとの間に、積層体の予熱を行う加熱手段が設けられていない以外は、装置１と全く同様の構造を有するものであるが、ニップロールの加熱温度、ニップロールから積層体にかかる線圧は実施例１と同様とした。
【００４４】
（比較例２）
図３に示した従来のプリプレグの製造装置（以下、装置３という。）を用い、繊維目付が１５０ｇ／ｍ2、樹脂含有率が２５質量％の炭素繊維プリプレグを製造した。なお、装置３は、第１のニップロールと第２のニップロールとの間に、積層体の予熱を行う熱板が設けられている以外は、装置１と全く同様の構造を有するものであるが、熱板の長さは３ｍ、熱板の加熱温度は１００℃とした。また、ニップロールの加熱温度、ニップロールから積層体にかかる線圧は実施例１と同様とした。
【００４５】
（実施例２）
樹脂含有率を３５質量％とした以外は実施例１と同様にして、装置１を用い、炭素繊維プリプレグを製造した。
（比較例３）
樹脂含有率を３５質量％とした以外は比較例１と同様にして、装置２を用い、炭素繊維プリプレグを製造した。
（比較例４）
樹脂含有率を３５質量％とした以外は比較例２と同様にして、装置３を用い、炭素繊維プリプレグを製造した。
【００４６】
（プリプレグの評価）
各実施例、比較例において、第２、第３のニップロール通過後のプリプレグに対して、以下のようにして樹脂の含浸状態の評価を行った。
プリプレグの製造が定常状態となった後、装置を止め、第２、第３のニップロール通過後の積層体をそれぞれ取り出した。次いで、各積層体から一方の離型紙を剥離し、１枚の離型紙によりプリプレグを担持した離型紙付きプリプレグとした後、これを、直径１０ｃｍのパイプの外周に沿って、プリプレグ側がパイプ側になるように、繊維方向に１周巻き付けた。この状態を１０秒間保持した後、プリプレグを水平な状態に戻し、プリプレグの表面を肉眼で観察した。なお、評価面積は０．１ｍ2とした。
樹脂の含浸が不十分な場合には、プリプレグ内に微細な気泡が残った状態となるので、このように、パイプの外周に沿って曲げた場合、気泡が押し出され、気泡が形成された部分が盛り上がった状態となる。この盛り上がった部分のことを「繊維浮き」と称す。繊維浮きの発生状態から、下記基準に基づいて、樹脂の含浸状態を評価した。
＜樹脂の含浸状態＞
○：繊維浮きがほとんどなく、樹脂の含浸が完了している。
△：部分的に小さい繊維浮きがあり、樹脂の含浸がやや不十分である。
×：全体に渡って大きな繊維浮きがあり、樹脂の含浸が全く不十分である。
【００４７】
（結果）
樹脂含有率を２５質量％とした実施例１、比較例１、２において、得られた結果を表１に示す。また、樹脂含有率を３５質量％とした実施例２、比較例３、４において、得られた結果を表２に示す。なお、表１、表２には、用いた装置、及び、製造したプリプレグの炭素繊維目付、樹脂含有率についても合わせて示している。
樹脂含有率が高い程、また、通過させたニップロールの数が多い程、樹脂を含浸させやすいが、表１、表２に示すように、本発明の装置１を用い、樹脂含有率を２５質量％、３５質量％とした実施例１、２では、第２のニップロール通過後においても、繊維浮きがほとんどなく、樹脂の含浸が完了していることが判明した。すなわち、本発明の装置１を用いた場合には、樹脂含有率を２５質量％と低くしても、計２個のニップロール（第１、第２のニップロール）を通過させるだけで、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを製造できることが判明した。
【００４８】
これに対して、積層体を予熱する加熱手段を具備しない従来の装置２を用い、樹脂含有率を２５質量％とした比較例１では、第３のニップロール通過後においても、樹脂の含浸が全く不十分であった。また、同じ装置２を用い、樹脂の含有率を３５質量％と多くした比較例３では、比較例１に比較して結果が多少良くなっているものの、第２のニップロール通過後では、樹脂の含浸が全く不十分であり、第３のニップロール通過後においても、樹脂の含浸がやや不十分であった。換言すれば、積層体の予熱を行わない場合には、樹脂の含浸を十分に行うためには、少なくとも４個以上のニップロールを配置させる必要があることが判明した。
【００４９】
また、積層体を予熱する加熱手段として熱板を備えた従来の装置３を用い、樹脂含有率を２５質量％とした比較例２では、積層体を予熱する加熱手段を具備しない装置２を用いた比較例１に比較すると、結果が良くなっているものの、第２、第３のニップロール通過後のいずれにおいても、樹脂の含浸はやや不十分であった。また、同じ装置３を用い、樹脂の含有率を３５質量％と多くした比較例４では、比較例２に比較して結果が良くなっており、第３のニップロール通過後には樹脂の含浸が完了していたものの、第２のニップロール通過後の樹脂の含浸はやや不十分であった。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
以上の結果から、本発明により、樹脂の含浸効率を著しく向上することができるので、樹脂含有率を低くしても、少ない数のニップロールで樹脂を含浸させることができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを効率良く、かつ安定して製造することができることが判明した。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のプリプレグの製造方法によれば、プリプレグを生成する前に、張力をかけながら、積層体を予熱する構成を採用しているので、予熱を行う際に、強化繊維の開繊幅が狭くなることを防止し、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
また、本発明において、加熱手段を、積層体に接して加熱を行う複数の加熱部材により構成すると共に、隣接する加熱部材が積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する加熱部材間を通過する時の積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、複数の加熱部材を配置することが好ましく、かかる構成とすることにより、生産性を低下させることなく、安定して予熱を行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを効率良く、かつ安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る一実施形態のプリプレグの製造装置を示す概略図である。
【図２】 図２は、従来のプリプレグの製造装置を示す概略図である。
【図３】 図３は、従来のプリプレグの製造装置のその他の構造例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 強化繊維
２０ 熱硬化性樹脂を塗布した担持シート
３０ 熱硬化性樹脂を塗布した担持シート
１１ 積層体
１２ 担持シート付きプリプレグ
１ クリール（強化繊維供給手段）
２ コーム
３、４ 巻出しロール
５、６、７ ニップロール
８、９ 巻取りロール
４０ 加熱手段（予熱手段）
４１、４２、４３ 加熱ロール（加熱部材）
５０ 積層体形成手段
６０ プリプレグ生成手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維と熱硬化性樹脂とからなる繊維強化複合材は、軽量で優れた機械特性を有することから、釣竿、ゴルフシャフト等のスポーツレジャー用部材、航空機、自動車、船舶、建築物等の部材として広く用いられている。
かかる繊維強化複合材は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の強化繊維に含浸させ、半硬化状態とした、シート状等の繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグを複数積層させた後、加熱、加圧し、プリプレグを硬化することにより製造されている。なお、本明細書では、「繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグ」のことを単にプリプレグと称す。
【０００３】
一般に、プリプレグは、プリプレグを担持シートにより担持した担持シート付きプリプレグの形態で製造されている。以下、図２に基づいて、従来のプリプレグの製造装置について簡単に説明する。
図２に示す従来のプリプレグの製造装置は、炭素繊維等の強化繊維若しくは強化繊維の織物等を供給するクリール１０１と、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シートを供給する巻出しロール１０３、１０４と、所定の温度に加熱されたニップロール１０５〜１０７と、巻出しロール１０３から供給された担持シートを巻取る巻取りロール１０８と、製造された担持シート付きプリプレグを巻取る巻取りロール１０９とを具備して構成されている。
【０００４】
かかる構成の製造装置によれば、以下のようにして、担持シート付きプリプレグが製造される。
すなわち、クリール１０１から供給された強化繊維１１０は、コーム１０２により一方向に揃えられ、開繊手段（図示略）により開繊された後、第１のニップロール１０５に供給される。
同時に、第１のニップロール１０５には、巻出しロール１０３、１０４から、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート１２０、１３０が供給され、ニップロール１０５を構成する一対のロール間において、強化繊維１１０は、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート１２０、１３０により挟持され、積層体１１１が形成される。なお、積層体１１１は形成されると同時に、第１のニップロール１０５により加熱及び加圧される。さらに、積層体１１１は、第２、第３のニップロール１０６、１０７により順次、加熱及び加圧される。
【０００５】
このように、積層体１１１を複数のニップロール１０５〜１０７により加熱及び加圧し、熱硬化性樹脂を強化繊維１１０に含浸させることにより、プリプレグが生成される。次いで、巻出しロール１０３から供給された担持シートのみを剥離し、巻取りロール１０８により巻取り、担持シート付きプリプレグ１１２を得た後、これを巻取りロール１０９により巻取ることにより、担持シート付きプリプレグ１１２が製造される。
【０００６】
なお、本明細書では、強化繊維の織物等の強化繊維束も含めて、単に「強化繊維」と称す。
【０００７】
しかしながら、上記従来のプリプレグの製造装置を用いた場合には、積層体がニップロールに接する時間が短いことに起因して、積層体が十分に加熱されないままニップロールを通過し、樹脂の含浸が不十分となる恐れがあった。
そこで、かかる問題を解決するために、図３に示すように、第１のニップロール１０５と第２のニップロール１０６との間に熱板１４０を配置し、プリプレグを生成する前に熱板１４０上を通過させることにより、積層体１１１を予熱することが提案されている。また、熱板１４０を設ける代わりに、赤外加熱ヒータ（図示略）を配置し、赤外加熱ヒータから赤外線を照射することにより、積層体１１１を予熱することも提案されている。
このように、プリプレグを生成する前に、熱板若しくは赤外加熱ヒータにより積層体を予熱することにより、樹脂の含浸をより確実に行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリプレグを生成する前に積層体を予熱する予熱手段として、熱板、赤外加熱ヒータのいずれを採用した場合においても、予熱によって、積層体を構成する樹脂が軟化するため、開繊手段により開繊させたにもかかわらず、開繊幅が狭くなり、所望の繊維目付のプリプレグが得られない恐れがあった。
【０００９】
また、予熱手段として熱板を採用した場合には、積層体の片面側からのみ加熱を行うため、他方の面側まで十分に予熱されない恐れがあった。また、生産効率の向上を図るために、積層体の搬送速度を大きくした場合には、熱板に対して積層体が押し付けられる力が弱まり、熱板と積層体との密着性が低下するため、熱板による予熱効率が一層低下し、予熱が不十分となる恐れがあった。そのため、十分な予熱を行うためには、熱板の長さを長くし、積層体の熱板への接触時間を長くする必要があり、生産性が低下するという問題があった。
また、予熱手段として赤外加熱ヒータを採用した場合には、赤外線により積層体全体を加熱するため、効率良く予熱することができるものの、非接触で加熱を行うため、温度制御が難しく、安定してプリプレグを製造することが困難となる恐れがあった。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、予熱を行う際に、開繊幅が狭くなることを防止し、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することが可能な手段を提供することを第一の目的とする。また、生産性を低下させることなく、安定して予熱を行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造することが可能な手段を提供することを第二の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するべく検討を行った結果、以下のプリプレグの製造方法を発明するに到った。
本発明のプリプレグの製造方法は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの製造方法において、片面に熱硬化性樹脂を塗布した一対の担持シートで強化繊維を挟持して、積層体を形成する工程と、
前記積層体を複数の加熱部材により加熱する工程であり、それらの加熱部材は、隣接する加熱部材が前記積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する前記加熱部材間を通過する時の前記積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように配置され、張力をかけながら前記積層体の両面を交互に加熱する工程と、
前記積層体を加熱、加圧することにより、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、プリプレグを生成する工程とを有することを特徴とするプリプレグの製造方法。
そして、片面に熱硬化性樹脂を塗布した一対の担持シートで強化繊維を挟持して、積層体を形成する積層体形成手段と、前記積層体に張力をかけながら、前記積層体の両面を交互に加熱する加熱手段と、前記積層体を加熱、加圧することにより、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、プリプレグを生成するプリプレグ生成手段とを具備することを特徴とする装置により好適に実施可能である。
【００１２】
すなわち、本発明のプリプレグの製造方法においては、プリプレグ生成手段によりプリプレグを生成する前に、加熱手段（予熱手段）により、積層体に張力をかけながら、積層体の予熱を行うことを特徴としている。
かかる構成とすることにより、予熱を行う際には、強化繊維がその延在方向に引っ張られた状態となるので、予熱により樹脂が軟化しても、各繊維の動きが拘束され、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
【００１３】
また、本発明のプリプレグの製造方法を好適に実施可能な前記装置において、前記加熱手段は、前記積層体に接して加熱を行う複数の加熱部材を具備し、前記複数の加熱部材は、隣接する前記加熱部材が前記積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する前記加熱部材間を通過する時の前記積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、配置されていることが好ましい。
【００１４】
加熱手段を、積層体に接して加熱を行う複数の加熱部材により構成すると共に、隣接する加熱部材間を通過する時の積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、複数の加熱部材を配置することにより、積層体が隣接する加熱部材の存在により引っ張られた状態となる。また、積層体は各加熱部材と接する際に加熱されるので、積層体に張力をかけながら、積層体の予熱を行うことができる。
【００１５】
また、隣接する加熱部材が積層体の異なる面に接するように、複数の加熱部材を配置する構成としているので、積層体の両面を複数の加熱部材により交互に加熱することができる。また、積層体は張力がかかった状態で加熱部材に接するため、加熱部材に対して積層体が押し付けられた状態を維持することができる。したがって、積層体の搬送速度を大きくしたとしても、積層体と加熱部材との密着性が低下する恐れがない。
このように、積層体を両面側から加熱することに加えて、加熱部材に対して積層体が押し付けられる力が低下する恐れがないので、加熱部材による積層体の予熱を安定して行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造することができる。また、予熱効率を向上することができるので、樹脂含有率を低くした場合においても、短時間で予熱を終了することができ、生産性にも優れている。また、積層体を加熱部材に接触させて予熱を行うため、予熱を行う際の加熱温度についても簡易に制御することができ、安定してプリプレグを製造することができる。
【００１６】
さらに、本発明者は、積層体の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができる結果、樹脂の含浸速度を著しく向上させることができ、プリプレグの生産効率を著しく向上できると共に、プリプレグ生成手段の構造を簡略化できることを見出した。具体的には、プリプレグ生成手段としてはニップロール等が用いられているが、本発明者は、ニップロール等の数を少なくしても、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造できることを見出した。
【００１７】
また、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力は、積層体にかかる張力の指標であり、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力が高い（あるいは低い）ということは、積層体にかかる張力が高い（あるいは低い）ことに相当するが、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力が０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2であることが好ましい。
本発明者は、加熱部材に対して積層体が押し付けられる圧力がこの範囲となるように、積層体に張力をかけながら予熱を行うことにより、上記の効果、すなわち、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができるという効果、及び積層体の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができるという効果を安定して得ることができることを見出した。
【００１８】
また、前記加熱部材の前記積層体と接する面が曲面であることが好ましい。このように、加熱部材の積層体と接する面を曲面とすることにより、隣接する加熱部材間における積層体の搬送を滑らかに行うことができるので、好適である。
【００２０】
本発明のプリプレグの製造方法は、積層体に張力をかけながら、積層体を加熱する工程を有するものであるので、予熱を行う際に、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施形態について説明する。
（プリプレグの製造装置）
図１に基づいて、本発明に係る一実施形態のプリプレグの製造装置、及びこの製造装置を用いたプリプレグの製造方法について説明する。
本実施形態のプリプレグの製造装置は、炭素繊維等の強化繊維を供給するクリール（強化繊維供給手段）１と、クリール１から供給された強化繊維を一方向に揃えるためのコーム２と、片面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が塗布された離型紙等の担持シートを供給する巻出しロール３、４と、所定の温度に加熱されたニップロール５〜７と、巻出しロール３から供給された担持シートを巻取る巻取りロール８と、製造された担持シート付きプリプレグを巻取る巻取りロール９とを具備して構成されている。
【００２２】
さらに、本実施形態のプリプレグの製造装置には、第１のニップロール５と第２のニップロール６との間に、第１のニップロール５において生成された積層体の予熱を行う加熱手段（予熱手段）４０が設けられており、本実施形態のプリプレグの製造装置においては、この加熱手段４０を備えている点が特徴的なものとなっている。
【００２３】
なお、本実施形態では、便宜上、積層体から見て、巻取りロール８により巻取る担持シートを供給する巻出しロール３側を「上側」、もう一方の担持シートを供給する巻出しロール４側を「下側」として説明するが、上下の構成は逆であっても構わない。
【００２４】
本実施形態のプリプレグの製造装置において、クリール１から供給された強化繊維１０は、コーム２により一方向に揃えられ、開繊手段（図示略）により開繊された後、第１のニップロール５に供給される。また、巻出しロール３から供給され、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０は、第１のニップロール５を構成する上側のロールに供給され、巻出しロール４から供給され、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート３０は、第１のニップロール５を構成する下側のロールに供給される。そして、ニップロール５を構成する一対のロール間において、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０、３０により強化繊維１０を挟持した積層体１１が形成される。
【００２５】
なお、このとき、熱硬化性樹脂が塗布された側の面が強化繊維１０側に位置するように、熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０、３０が第１のニップロール５に供給されるようになっている。このように、巻出しロール３、４、第１のニップロール５により、片面に熱硬化性樹脂が塗布された担持シート２０、３０により強化繊維１０を挟持した積層体１１を形成する積層体形成手段５０が構成されている。
【００２６】
また、第１のニップロール５において形成された積層体１１は、加熱手段４０により予熱された後、さらに、第２、第３のニップロール６、７を順次通過するように構成されているが、ニップロール５〜７は熱硬化性樹脂の軟化点以上の所定の温度に加熱されているので、ニップロール５〜７を通過する際に、積層体１１は加熱及び加圧される。これによって、熱硬化性樹脂を強化繊維１０に含浸させ、プリプレグが生成されるようになっている。このように、本実施形態では、ニップロール５〜７によりプリプレグ生成手段６０が構成されている。
なお、ニップロール５〜７の加熱温度は、用いる熱硬化性樹脂の種類により異なるが、例えば、７０〜１３０℃に設定される。また、ニップロール５〜７から積層体１１にかかる線圧は、例えば、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ（１〜５ｔ／ｍ）に設定される。
【００２７】
次に、剥離手段（図示略）により、巻出しロール３から供給された担持シートのみを剥離し、巻取りロール８により巻取ることにより、担持シート付きプリプレグ１２を得た後、これを巻取りロール９により巻取ることにより、担持シート付きプリプレグ１２が製造される。
【００２８】
以下、第１のニップロール５と第２のニップロール６との間に設けられた加熱手段４０の構造について詳述する。
加熱手段４０は、互いに離間配置され、所定の温度に加熱された３個の円柱状の第１〜第３の加熱ロール（加熱部材）４１〜４３により構成されており、積層体１１はこれら加熱ロール４１〜４３に接するように搬送されて加熱されるようになっている。なお、十分な予熱効果を得るためには、加熱ロール４１〜４３の加熱温度がニップロール５〜７と同等以上に設定されていることが好ましい。また、加熱ロール４１〜４３は積層体１１の動きに合わせて自由に回動するものであっても良いし、駆動手段に接続され、所定の周速度で回動されるものであっても良い。また、回動せずに、完全固定されたものであっても良い。但し、積層体１１の搬送を滑らかに行うためには、完全固定されたものよりは、回動可能なものであることが好ましい。
【００２９】
また、図示するように、加熱ロール４１〜４３は、ニップロール５〜７を構成する下側のロールと平行に配置されているが、積層体１１は、図示左側から奇数番目の第１、第３の加熱ロール４１、４３の上端部側を通過し、偶数番目の第２の加熱ロール４２の下端部側を通過するように構成されている。換言すれば、加熱ロール４１〜４３は、隣接する加熱ロール４１〜４３が積層体１１の異なる面に接するように配置されており、図示左側から奇数番目の第１、第３の加熱ロール４１、４３は積層体１１の下面に接し、偶数番目の第２の加熱ロール４２は積層体１１の上面に接するように構成されている。そして、積層体１１の両面を加熱ロール４１〜４３により交互に加熱できるようになっている。
【００３０】
さらに、隣接する加熱ロール４１〜４３間を通過する時の積層体１１の進行方向がその直前の進行方向と異なるように構成されている。具体的には、第１の加熱ロール４１に接するまでの積層体１１の進行方向は水平方向である。これに対して、第１、第２の加熱ロール４１、４２間を通過する積層体１１の進行方向は、第１の加熱ロール４１の上端部側から第２の加熱ロール４２の下端部側に向かう方向となるので、図示右下がりの方向となっている。また、同様に、第２、第３の加熱ロール４２、４３間を通過する積層体１１の進行方向は、第２の加熱ロール４２の下端部側から第３の加熱ロール４３の上端部側に向かう方向となるので、図示右上がりの方向となっている。
【００３１】
このように、隣接する加熱ロール４１〜４３が積層体１１の異なる面に接し、かつ、隣接する加熱ロール４１〜４３間を通過する時の積層体１１の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、加熱ロール４１〜４３を配置することにより、積層体１１が隣接する加熱ロール４１〜４３の存在により引っ張られた状態となるので、積層体１１に張力をかけながら、予熱を行うことができる。
ここで、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる圧力は、積層体１１にかかる張力の指標となるが、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる圧力が０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2であることが好ましい。なお、各加熱ロール４１〜４３の対向側には、加熱ロール４１〜４３と共に積層体１１を挟持する対向ロールが配置されていないので、積層体１１が加熱ロール４１〜４３に押し付けられる力は、一対のロールで積層体１１を挟持して加圧するニップロール５〜７から受ける力よりは、はるかに小さいものである。
【００３２】
本実施形態のプリプレグの製造装置は以上のように構成されており、本実施形態のプリプレグの製造装置では、プリプレグ生成手段６０によりプリプレグを生成する前に、加熱手段（予熱手段）４０により、張力をかけながら、積層体１１を予熱することを特徴としている。そのため、予熱を行う際に、強化繊維がその延在方向に引っ張られた状態となるので、予熱により樹脂が軟化しても、各繊維の動きが拘束され、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、積層体１１の予熱を行う加熱手段４０を３個の加熱ロール４１〜４３により構成する共に、隣接する加熱ロール４１〜４３が積層体１１の異なる面に接するように、加熱ロール４１〜４３を配置する構成としているので、積層体１１の両面を加熱ロール４１〜４３により交互に加熱することができる。また、積層体１１は張力がかかった状態で加熱ロール４１〜４３に接するため、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられた状態を維持することができる。したがって、積層体１１の搬送速度を大きくしたとしても、積層体１１と加熱ロール４１〜４３との密着性が低下する恐れがない。
【００３４】
このように、積層体１１を両面側から加熱することに加えて、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる力が低下する恐れがないので、加熱ロール４１〜４３による積層体１１の予熱を安定して行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを安定して製造することができる。また、予熱効率を向上することができるので、樹脂含有率を低くした場合においても、短時間で予熱を終了することができ、生産性にも優れている。また、積層体１１を加熱ロール４１〜４３に接触させて予熱を行うため、予熱を行う際の加熱温度についても簡易に制御することができ、安定してプリプレグを製造することができる。
【００３５】
さらに、本実施形態のプリプレグの製造装置を用いることにより、積層体１１の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができる結果、樹脂の含浸速度を著しく向上させることができ、プリプレグの生産効率を著しく向上できると共に、加熱手段４０の後に設けるニップロールの数を少なくすることができ、プリプレグ生成手段６０の構造の簡略化を図ることができる。
【００３６】
また、加熱ロール４１〜４３に対して積層体１１が押し付けられる圧力を０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2の範囲となるように、積層体１１の予熱を行うことにより、上記の効果、すなわち、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができるという効果、及び積層体１１の予熱を安定して行うことができると共に、予熱効率を向上することができるという効果を安定して得ることができる。
【００３７】
なお、積層体１１が押し付けられる圧力が０．０１ｋｇ／ｃｍ2未満の場合には、積層体１１にかかる張力が小さくなりすぎ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができない恐れがある。また、積層体１１と加熱ロール４１〜４３との密着性が低下し、加熱ロール４１〜４３による積層体１１の予熱を安定して行うことができない恐れがあると共に、予熱効率が低下する恐れもある。
また、積層体１１が押し付けられる圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ2超の場合には、担持シートに張力がかかりすぎる結果、製造後に担持シートに収縮が発生し、プリプレグ表面の平滑性が低下する恐れがある。
【００３８】
また、本実施形態では、加熱手段４０を円柱状の加熱ロール４１〜４３により構成したが、加熱ロール４１〜４３の積層体１１と接する面は曲面であるため、隣接する加熱部材４１〜４３間における積層体１１の搬送を滑らかに行うことができ、好適である。
なお、加熱手段４０を構成する加熱部材としては、円柱状の加熱ロールに限定されるものではなく、半円柱状の加熱部材など、積層体１１と接する面が曲面であれば、いかなる加熱部材を用いても良い。また、積層体１１の搬送に支障がなければ、加熱部材の積層体１１と接する面は曲面である必要もない。
また、加熱部材の配置位置や個数についても適宜設計することが可能であり、隣接する加熱部材が積層体１１の異なる面に接し、かつ、隣接する加熱部材間を通過する時の積層体１１の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、複数の加熱部材を配置すれば、本実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００３９】
また、本発明は、かかる構成の加熱手段４０に限定されるものではなく、少なくとも積層体１１に張力をかけながら予熱を行うことが可能な構成とすれば良く、かかる構成とすることにより、少なくとも、予熱を行う際に、開繊幅が狭くなることを防止することができ、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができるという効果を得ることができる。
【００４０】
また、本実施形態のプリプレグの製造方法によれば、本実施形態のプリプレグの製造装置と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。以下の実施例、比較例において、強化繊維として炭素繊維、担持シートとして離型紙を用い、製造装置を変えてプリプレグの製造を行った。なお、以下の実施例、比較例において、特に明記していない条件については、すべて共通とした。
【００４２】
（実施例１）
図１に示したプリプレグの製造装置（以下、装置１という。）を用い、繊維目付が１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有率が２５質量％の炭素繊維プリプレグを製造した。製造条件は以下に示す通りとした。なお、第１〜第３の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力を測定した結果も合わせて示す。
第１のニップロールの加熱温度：７０℃
第２のニップロールの加熱温度：１１０℃
第３のニップロールの加熱温度：１１０℃
第１のニップロールから積層体にかかる線圧：１．０ｔ／ｍ
第２のニップロールから積層体にかかる線圧：１．５ｔ／ｍ
第３のニップロールから積層体にかかる線圧：１．５ｔ／ｍ
第１〜第３の加熱ロールの加熱温度：１１０℃
積層体の第１の加熱ロールへの接触時間：０．８秒
積層体の第２の加熱ロールへの接触時間：１．６秒
積層体の第３の加熱ロールへの接触時間：０．８秒
第１の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力：０．０９ｋｇ／ｃｍ２
第２の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力：０．０４５ｋｇ／ｃｍ２
第３の加熱ロールに積層体が押し付けられる圧力：０．０９ｋｇ／ｃｍ２
【００４３】
（比較例１）
図２に示した従来のプリプレグの製造装置（以下、装置２という。）を用い、繊維目付が１５０ｇ／ｍ2、樹脂含有率が２５質量％の炭素繊維プリプレグを製造した。なお、装置２は、第１のニップロールと第２のニップロールとの間に、積層体の予熱を行う加熱手段が設けられていない以外は、装置１と全く同様の構造を有するものであるが、ニップロールの加熱温度、ニップロールから積層体にかかる線圧は実施例１と同様とした。
【００４４】
（比較例２）
図３に示した従来のプリプレグの製造装置（以下、装置３という。）を用い、繊維目付が１５０ｇ／ｍ2、樹脂含有率が２５質量％の炭素繊維プリプレグを製造した。なお、装置３は、第１のニップロールと第２のニップロールとの間に、積層体の予熱を行う熱板が設けられている以外は、装置１と全く同様の構造を有するものであるが、熱板の長さは３ｍ、熱板の加熱温度は１００℃とした。また、ニップロールの加熱温度、ニップロールから積層体にかかる線圧は実施例１と同様とした。
【００４５】
（実施例２）
樹脂含有率を３５質量％とした以外は実施例１と同様にして、装置１を用い、炭素繊維プリプレグを製造した。
（比較例３）
樹脂含有率を３５質量％とした以外は比較例１と同様にして、装置２を用い、炭素繊維プリプレグを製造した。
（比較例４）
樹脂含有率を３５質量％とした以外は比較例２と同様にして、装置３を用い、炭素繊維プリプレグを製造した。
【００４６】
（プリプレグの評価）
各実施例、比較例において、第２、第３のニップロール通過後のプリプレグに対して、以下のようにして樹脂の含浸状態の評価を行った。
プリプレグの製造が定常状態となった後、装置を止め、第２、第３のニップロール通過後の積層体をそれぞれ取り出した。次いで、各積層体から一方の離型紙を剥離し、１枚の離型紙によりプリプレグを担持した離型紙付きプリプレグとした後、これを、直径１０ｃｍのパイプの外周に沿って、プリプレグ側がパイプ側になるように、繊維方向に１周巻き付けた。この状態を１０秒間保持した後、プリプレグを水平な状態に戻し、プリプレグの表面を肉眼で観察した。なお、評価面積は０．１ｍ2とした。
樹脂の含浸が不十分な場合には、プリプレグ内に微細な気泡が残った状態となるので、このように、パイプの外周に沿って曲げた場合、気泡が押し出され、気泡が形成された部分が盛り上がった状態となる。この盛り上がった部分のことを「繊維浮き」と称す。繊維浮きの発生状態から、下記基準に基づいて、樹脂の含浸状態を評価した。
＜樹脂の含浸状態＞
○：繊維浮きがほとんどなく、樹脂の含浸が完了している。
△：部分的に小さい繊維浮きがあり、樹脂の含浸がやや不十分である。
×：全体に渡って大きな繊維浮きがあり、樹脂の含浸が全く不十分である。
【００４７】
（結果）
樹脂含有率を２５質量％とした実施例１、比較例１、２において、得られた結果を表１に示す。また、樹脂含有率を３５質量％とした実施例２、比較例３、４において、得られた結果を表２に示す。なお、表１、表２には、用いた装置、及び、製造したプリプレグの炭素繊維目付、樹脂含有率についても合わせて示している。
樹脂含有率が高い程、また、通過させたニップロールの数が多い程、樹脂を含浸させやすいが、表１、表２に示すように、本発明の装置１を用い、樹脂含有率を２５質量％、３５質量％とした実施例１、２では、第２のニップロール通過後においても、繊維浮きがほとんどなく、樹脂の含浸が完了していることが判明した。すなわち、本発明の装置１を用いた場合には、樹脂含有率を２５質量％と低くしても、計２個のニップロール（第１、第２のニップロール）を通過させるだけで、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを製造できることが判明した。
【００４８】
これに対して、積層体を予熱する加熱手段を具備しない従来の装置２を用い、樹脂含有率を２５質量％とした比較例１では、第３のニップロール通過後においても、樹脂の含浸が全く不十分であった。また、同じ装置２を用い、樹脂の含有率を３５質量％と多くした比較例３では、比較例１に比較して結果が多少良くなっているものの、第２のニップロール通過後では、樹脂の含浸が全く不十分であり、第３のニップロール通過後においても、樹脂の含浸がやや不十分であった。換言すれば、積層体の予熱を行わない場合には、樹脂の含浸を十分に行うためには、少なくとも４個以上のニップロールを配置させる必要があることが判明した。
【００４９】
また、積層体を予熱する加熱手段として熱板を備えた従来の装置３を用い、樹脂含有率を２５質量％とした比較例２では、積層体を予熱する加熱手段を具備しない装置２を用いた比較例１に比較すると、結果が良くなっているものの、第２、第３のニップロール通過後のいずれにおいても、樹脂の含浸はやや不十分であった。また、同じ装置３を用い、樹脂の含有率を３５質量％と多くした比較例４では、比較例２に比較して結果が良くなっており、第３のニップロール通過後には樹脂の含浸が完了していたものの、第２のニップロール通過後の樹脂の含浸はやや不十分であった。
【００５０】
【表１】
【表２】
以上の結果から、本発明により、樹脂の含浸効率を著しく向上することができるので、樹脂含有率を低くしても、少ない数のニップロールで樹脂を含浸させることができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを効率良く、かつ安定して製造することができることが判明した。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のプリプレグの製造方法によれば、プリプレグを生成する前に、張力をかけながら、積層体を予熱する構成を採用しているので、予熱を行う際に、強化繊維の開繊幅が狭くなることを防止し、所望の繊維目付のプリプレグを安定して製造することができる。
また、本発明において、加熱手段を、積層体に接して加熱を行う複数の加熱部材により構成すると共に、隣接する加熱部材が積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する加熱部材間を通過する時の積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように、複数の加熱部材を配置することが好ましく、かかる構成とすることにより、生産性を低下させることなく、安定して予熱を行うことができ、樹脂の含浸状態が良好なプリプレグを効率良く、かつ安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る一実施形態のプリプレグの製造装置を示す概略図である。
【図２】 図２は、従来のプリプレグの製造装置を示す概略図である。
【図３】 図３は、従来のプリプレグの製造装置のその他の構造例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 強化繊維
２０ 熱硬化性樹脂を塗布した担持シート
３０ 熱硬化性樹脂を塗布した担持シート
１１ 積層体
１２ 担持シート付きプリプレグ
１ クリール（強化繊維供給手段）
２ コーム
３、４ 巻出しロール
５、６、７ ニップロール
８、９ 巻取りロール
４０ 加熱手段（予熱手段）
４１、４２、４３ 加熱ロール（加熱部材）
５０ 積層体形成手段
６０ プリプレグ生成手段
Claims (2)
- 強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグの製造方法において、
片面に熱硬化性樹脂を塗布した一対の担持シートで強化繊維を挟持して、積層体を形成する工程と、
前記積層体を複数の加熱部材により加熱する工程であり、それらの加熱部材は、隣接する加熱部材が前記積層体の異なる面に接し、かつ、隣接する前記加熱部材間を通過する時の前記積層体の進行方向がその直前の進行方向と異なるように配置され、張力をかけながら前記積層体の両面を交互に加熱する工程と、
前記積層体を加熱、加圧することにより、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、プリプレグを生成する工程とを有することを特徴とするプリプレグの製造方法。 - 前記加熱部材の前記積層体と接する面が曲面である請求項１に記載のプリプレグの製造方法。
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