JP5266637B2 - ロービング、ロービングパッケージ、繊維強化樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数本のストランドが巻き取られたケーキから解舒された前記ストランドを複数本束ねて合糸したロービング、ロービングパッケージ、繊維強化樹脂成形体の製造方法に関する。

一般に、ガラス繊維ロービングは、ブッシングを通して紡糸して、ガラス繊維フィラメントを複数本束ねてストランドとし、ケーキに巻取り、このストランドを合糸することで形成している。そして、このロービングは、巻き取られてロービングパッケージとなり、例えば、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）成形や、スプレーアップ成形用の強化繊維基材として利用されている。

近年、ロービングは、このストランドを２〜４本の分割ストランドとして１つのケーキに巻き取り、単数又は複数個のケーキから解舒した各分割ストランドを複数本束ねて分割ストランド束とし、更に、この分割ストランド束を複数本束ねて合糸することで形成するようになった。このようにして分割ストランドからロービングを作製することにより、ブッシングが大型化しても、ケーキの個数を減らすことができ、紡糸工程や合糸工程での作業性を向上させることができるようになった。なお、このように１つのケーキに複数本巻き付けられるストランドを、以下「分割ストランド」という。

ところが、分割ストランドとしてケーキに巻き取ると、分割ストランド同士が所々接着して、分割ストランドをケーキから解舒した際ループを生じる。このため、分割ストランドを合糸したロービングを用いて繊維強化樹脂成形体を製造する際に、このロービングを巻き取ったロービングパッケージを一方端面が底面となるように縦置きにすると、ロービングパッケージの底面にループが挟まって押し潰されるため、ロービングパッケージからロービングが引き出されないという問題があった。

このため、従来のロービングは、ロービングを作製する際、分割ストランドが巻き取られた複数のケーキを直列に配置し、ケーキの内側から分割ストランドを解舒して前段のケーキの中を貫通させ、この分割ストランドを前段のケーキから解舒された分割ストランドで撚ることで、ロービングの束の中にループを押さえ込み、ロービングからループがはみ出さないようにしていた。（例えば特許文献１）。
特許第３７４３０９８号公報

しかし、上記のロービングでは、ロービングがロービングパッケージの底面に引っ掛かるという問題は解決するものの、分割ストランド間の接着箇所は依然存在するため、ロービングパッケージからロービングを引き抜く際やロービングパッケージから引き抜いたロービングを切断等する際に、分割ストランド間の接着により生ずるループが引っ掛かり、ロービングの解舒不良が発生するというおそれがあった。また、切断されたロービングのうち接着箇所を含む分割ストランドは、接着した分割ストランドの本数分の太さになる。このため、切断により分散された分割ストランドに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂成形体を作製した際、切断された分割ストランドの太さが不均一となって分割ストランドが十分に分散されないため、繊維強化樹脂成形体の表面平滑性が十分でないという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、解舒不良を低減すると共に繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることができるロービングを提供することを目的とする。

本発明に係るロービングは、２〜４本のストランドが巻き付けられたケーキから複数本を束ねて解舒したストランドを複数本束ねて合糸したロービングであって、ストランドは、それぞれ１０〜１５０ｔｅｘであり、ロービングは、２〜２０本のストランドが撚られてストランド束に形成されると共に、ストランド束が２〜１００本合糸してなり、ロービングは、分割率が９９％以上で、ストランド間の接着箇所がロービングの長さ１００ｍ当たり１箇所以下であり、かつ、ロービングは、ロービングの撚りを解いて水平に張設した際に、張設されるストランドから最下方に垂れるストランドまでの垂巾が、ロービングの長さ１０ｍ当たり２０ｃｍ以下であることを特徴とする。

このロービングによれば、ストランド間の接着により生ずるループが非常に少なくなくなるため、このループによるロービングの引っ掛かりを低減することができる。例えば、ロービングが巻き取られたロービングパッケージからロービングを引き抜く際や、ロービングパッケージから引き抜いたロービングを切断等する際に、ロービングの解舒（引き抜き）不良を低減することができる。更に、繊維強化樹脂成形体を作製するためにロービングを切断しても、この切断されたロービングには殆どストランドの接着箇所が存在しないため、切断により分散されたストランドを樹脂で含浸させて繊維強化樹脂成形体を作製する際に、切断されたストランドがほぼ均一の太さとなって十分に分散され、繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることができる。
ここでいう垂巾とは、ロービングの撚りを解いて各ストランドをばらけさせると共にストランド間に接着箇所があればこの接着箇所を分離させて、ロービングの両端を水平方向に張設し、最も下方に垂れたストランドまでの垂れ下がり巾をいう。このロービングによれば、ストランド間の接着により生ずる各ストランドにおける長さの相異幅を小さくすることができるため、ループの発生を低減することができ、このループによるロービングの解舒不良を低減することができる。
また、このロービングによれば、ループが生じたとしても、束ねられるロービングの中にループを押さえ込むことができるので、ロービングの解舒不良を低減することができ、作業性を一層向上させることができる。なお、ストランド束のストランドが２０本を超過すると、上述した垂巾が２０ｃｍを超えることがある。また、１００本を超過するストランド束を、単に合糸してロービングにすると、後述する成形工程での作業性が低下してしまうことがある。
また、このロービングによれば、細いストランドによりロービングを構成するため、繊維強化樹脂を成形する際に、樹脂の含浸性を向上させることができ、表面平滑性に優れた成形体を得ることができる。

さらに、ロービングは、１０００〜８０００のｔｅｘであることが好ましい。このｔｅｘ番手のロービングであれば、成形体の作製時の作業性を向上させることができる。

本発明に係るロービングパッケージは、上記何れかのロービングが１０〜３００ｋｇに巻き取られたものであることを特徴とする。このロービングパッケージによれば、用途に応じて最適な形態でロービングパッケージを構成することができる。

また、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、上記ロービングパッケージからロービングを引き出す引出工程と、引き出したロービングを５〜５０ｍｍに切断する切断工程と、切断したロービングに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂成形体に成形する成形工程と、を有することを特徴とする。

この繊維強化樹脂成形体の製造方法によれば、接着箇所及びこの接着箇所により生ずるループが少ないロービングにより繊維強化樹脂成形体を製造することができるため、ループによる引っ掛かりを低減することができると共に、切断工程において切断されたロービングは、ほぼ均一の太さのストランドとなって十分に拡散されるため、成形工程において成形される繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることができる。
また、本発明に係るロービングパッケージの製造方法は、複数本のガラス繊維フィラメントにより構成される２〜４本の分割ストランドをそれぞれ別々のトラバース装置を通して、別の経路で綾振りしながら互いに接着しないように巻取り芯に巻き取ってケーキを形成し、巻取り芯を取り除いたケーキを直列に２〜１０列、並列に２〜１００列配置し、直列に配置されたケーキの内側からそれぞれの分割ストランドを束にして解舒し、後段のケーキから解舒した分割ストランドの束を前段のケーキの内周側に挿入し、後段のケーキから解舒された分割ストランドの束を前段のケーキから解舒された分割ストランド束により撚られるように束ねて分割ストランド束とし、各列の最終段のケーキから引き出された各分割ストランド束を一つに束ねて合糸してロービングとし、当該ロービングを巻き取ることを特徴とする。

本発明に係るロービング、ロービングパッケージ、繊維強化樹脂成形体の製造方法によれば、解舒不良を低減すると共に繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることができる。

以下、本発明に係るロービング、ロービングパッケージ、及び繊維強化樹脂成形体の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロービングパッケージを製造する装置を示す概略断面図、図２は、ケーキに複数本のストランドを分割ストランドとして巻き取らせる方法を示す図、図３は、分割ストランドを巻き取ったケーキの形状例を示すケーキの断面図、図４は、図１におけるケーキの配列例を示す図、図５は、図２のケーキからストランド（分割ストランド）を解舒した際の図４における各分割ストランド束の構成を示す図、図６は、図５における各分割ストランド束を示す図である。

本実施形態に係るロービング１は、繊維強化樹脂成形体の強化繊維基材となるものである。図１に示すように、ロービング１は、分割ストランド３が２〜２０本束ねられて分割ストランド束７０となり、更にこの分割ストランド束７０が２〜１００本束ねられて合糸されたもので、１０００〜８０００ｔｅｘ番手のものである。

そして、ロービングパッケージ６は、このロービング１が張力付与装置５によって張力が与えられて１０〜３００ｋｇに巻き取られたものである。

分割ストランド３は、複数本のガラス繊維フィラメント（不図示）により構成されており、それぞれ１０〜１５０ｔｅｘに形成されており、図２に示すように、２本の分割ストランド３は互いに接触しないように別の経路で綾振りされてケーキ４に巻き取られている。具体的には、例えば、分割ストランド３を、ケーキ４の巻取り軸に対して平行に往復運動する別々のトラバース装置（不図示）にそれぞれ通し、綾振りしながら巻取り芯４１に巻取ってケーキ４を形成する。この際、それぞれの綾振りの周期は同一であることが望ましい。ケーキ４の巻き形状は如何なる形状であってもよく、図３（ａ）に示すような巻取り端面がテーパ状のダブルテーパ形状や、図３（ｂ）に示すような巻取り端面に段差がある側面が平面状のスクエアエンドチーズ形状としてもよい。

ダブルテーパ形状に巻き取れば、分割ストランド３の断面を均一にでき、スクエアエンドチーズ形状に巻き取れば、巻き量を大きくすることができる。なお、図２では２本のストランドが分割ストランド３としてケーキに巻き取られているが、２〜４本のストランドを分割ストランドとして巻き取るのが好ましい。

そして、このケーキ４に巻き取られる分割ストランド３同士の接着箇所が１００ｍあたり１箇所以下となっている。

このように分割ストランド３が巻き取られたケーキ４は、図４に示すように、巻取り芯４１が取り除かれた状態で、直列に２〜２０個配置されると共に並列に２〜１００個配置されている。図４では、説明し易くするために、直列に４列、並列に３列配置されるように示しているが、直列に２〜１０列、並列に２〜５０列に配置されるのが好ましい。

図４及び図５に示すように、直列に配置されるケーキ４（４ａ〜４ｄ）からは、巻取り芯４１が取り除かれたケーキの内周側からそれぞれ２〜４本の分割ストランド３が束になって分割ストランド束となり解舒される。そして、後段のケーキ４から解舒された分割ストランド束は、前段のケーキ４の内周側に挿入されて、この前段のケーキ４から解舒された分割ストランド束と共に束ねられる。

具体的には、１段目のケーキ４ａから解舒された分割ストランド３ａ、３ｂは、分割ストランド束７１となり、２段目のケーキ４ｂの内周側に挿入され、ケーキ４ｂから解舒された分割ストランド３ｃ、３ｄと共に束ねられて分割ストランド束７２となる。このとき、分割ストランド３ｂは、図６（ａ）に示すように、分割ストランド３ａの周りを周回するように解舒されるため、分割ストランド束７１は、分割ストランド３ａに対して分割ストランド３ｂがケーキ４ａの円周長毎に撚られている。さらに、図６（ｂ）に示すように、分割ストランド束７２は、分割ストランド束７１に対して分割ストランド３ｃ、３ｄがケーキ４ｂの円周長毎に撚られている。

以下同様に、分割ストランド束７２は、ケーキ４ｃの内周側に挿入されて、ケーキ４ｃから解舒された分割ストランド束により撚られるように束ねられて、分割ストランド束７３となる。分割ストランド束７３は、ケーキ４ｄの内周側に挿入されて、ケーキ４ｄから解舒された分割ストランド束により撚られるように束ねられて、分割ストランド束７０となる。なお、ケーキ４の取り扱い性を考慮して、ケーキ４の平均円周長を約０．５〜１．５ｍとしている。このため、分割ストランド束７０は、分割ストランドによりそれぞれ約０．５〜１．５ｍに１回の割合で撚られている。

このように、各列の最終段のケーキ４ｄから引き出される各分割ストランド束７０は、一つに束ねられて合糸され、１本の１０００〜８０００ｔｅｘのロービング１となる。そして、このロービング１を１０〜３００ｋｇになるまで巻き取ることで、ロービングパッケージ６が形成される。

なお、ロービングパッケージ６に巻き取られるロービング１は、各分割ストランド３間の接着箇所が１００ｍあたり１箇所以下となっている。

ロービングパッケージ６を用いたＳＭＣ成形により繊維強化樹脂成形体を製造する場合は、ロービングパッケージ６からロービング１を解舒し（引出工程）、ロービング１を５〜５０ｍｍ程度の長さに切断する（切断工程）。そして、樹脂、硬化剤、増粘剤、内部離型剤、充填材などを混合した樹脂ペーストをロービング１の切断により分散された分割ストランド３に含浸させて両面をシート状のフィルムで被覆し、所定の温度条件で加熱し増粘させて、所望の形状に成形する（成形工程）。

また、ロービングパッケージ６を用いたスプレーアップ成形により繊維強化樹脂成形体を製造する場合は、スプレーアップ機（不図示）により、ロービングパッケージ６からロービング１を解舒し（引出工程）、ロービング１を５〜５０ｍｍ程度の長さに切断しながら（切断工程）、この切断により分散された分割ストランド３と樹脂とを同時に成形型に吹き付けることでロービング１に樹脂を含浸させて、この成形型の形状に成形する（成形工程）。

以上説明したように、本発明に係るロービング１によれば、分割ストランド３間の接着により生ずるループが無いに等しいほど少なくなくなるため、ロービングパッケージ６からロービング１を解舒する際や、ロービングパッケージ６から解舒されたロービング１を切断等する際に、ロービング１及び分割ストランド３の解舒不良を低減することができる。更に、繊維強化樹脂成形体を作製するためにロービング１を切断しても、この切断されたロービング１には殆ど分割ストランド３同士の接着箇所が存在しないため、切断により分散された分割ストランド３を樹脂で含浸させて繊維強化樹脂成形体を作製する際に、切断されたロービング１がほぼ均一の太さの分割ストランド３となって十分に分散され、繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることができる。

また、図７に示すように、このロービング１によれば、ロービング１の撚りを解いて水平に張設した際に、張設されるストランド３１から最下方に垂れるストランド３２までの垂巾αが、前記ロービングの長さ１０ｍ当たり２０ｃｍ以下となる。そのため、分割ストランド３間の接着により生ずる各分割ストランド３における長さの相異幅を小さくすることができ、ループの発生を低減することができると共に、このループによるロービング１の解舒不良を低減することができる。

また、このロービング１によれば、分割ストランド束７０が撚数０．５〜１．５回／ｍで撚られているため、もしループが生じたとしても、束ねられるロービング１の中にループを押さえ込むことができるので、ロービング１の解舒不良を低減することができる。

また、このロービング１によれば、番手が１０〜１５０ｔｅｘの細い分割ストランド３により構成されているため、繊維強化樹脂成形体を作製する際に、樹脂の含浸性を向上させることができ、表面平滑性に優れた成形体を得ることができる。

本発明に係るロービングパッケージによれば、用途に応じて最適な形態（長さや重量など）でロービングパッケージを構成することができる。

本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法によれば、接着箇所及びこの接着箇所により生ずるループが少ないロービング１により繊維強化樹脂成形体を製造することができるため、引出工程や切断工程においてループの引っ掛かりを低減することができると共に、切断工程において切断されたロービング１は、ほぼ均一の太さの分割ストランド３となって十分に拡散されるため、成形工程において成形される繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることができる。更に、ロービング１の切断により分散された分割ストランド３の太さが均一になるため、繊維強化樹脂成形体に成形される分割ストランド３が十分に拡散され、繊維強化樹脂成形体における強度のバラツキを抑えることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、ケーキ４の数や配置、ストランド２の番手、ロービングパッケージ６の重量などを具体的に示して説明したが、解舒不良を低減するとの目的から逸脱しない範囲で、用途等に応じて適宜変更してもよい。

また、上記実施例においては、複数の分割ストランド束７０を単に束ねて合糸するように説明したが、例えば、複数の分割ストランド束７０を撚りながら束ねて合糸してもよい。

２本の６０ｔｅｘの分割ストランド３をそれぞれ別のトラバース装置によって綾振りさせながら夫々のトラバースの綾振り周期を同一にして巻き取ってケーキ４を作製した。このケーキ４を図１に示すように直列に４個、並列に１０個並べ、各ケーキ４から解舒された分割ストランド３を合糸して、本実施形態に係る４８００ｔｅｘのロービング１のロービングパッケージ６を作製した。また、比較例として、２本の分割ストランド３を１つのトラバース装置によって綾振りさせながら巻き取ってケーキを作製し、その他は本実施形態に係るロービング１の作製と同様にして、比較例であるロービング１０のロービングパッケージを作製した。

これらのロービングパッケージから分割ストランドを解舒し、分割ストランド間の接着箇所を測定したところ、ロービング１は全く接着箇所がなく、接着箇所は１００ｍあたり１箇所以下のロービング１を得ることができた。ロービング１０は、１ｍあたり１５〜２０個の接着箇所が確認できた。さらに、図７に示すように、これらのロービングにおける１０ｍあたりの垂巾を計測した。具体的には、まず、これらのロービングを１０ｍ取り出し、ロービングの撚りを全て解いて各分割ストランドをばらけさせた。なお、この場合、分割ストランド間に接着箇所があればこの接着箇所を分離させて計測した。そして、ばらけさせた各ストランドの両端位置を揃えて水平方向に張設し、水平方向に張設される分割ストランド３１から、最も下方に垂れる分割ストランド３２までの垂巾αを計測した。

その結果、ロービング１０では、垂巾が１０ｍあたり４０〜１００ｃｍ程度になったのに対し、ロービング１では、垂巾αが１０ｍあたり１５ｃｍとなり、２０ｃｍ以下に抑えられた。

この結果からも分かるように、ロービング１の接着箇所が極めて少ないため、分割ストランド３間の接着により生ずる各分割ストランド３における長さの相異幅を小さくすることができ、ループの発生を低減することができると共に、このループによるロービング１の解舒不良を低減することができることが明らかとなった。

また、ロービング１とロービング１０とを用いて繊維強化樹脂成形体を製造する場合において、切断工程により各ロービングを２．５ｃｍの長さに切断して分散させた状態について観測した。

その結果、比較例のロービング１０では、図９に示すように、２本の分割ストランドが接着された接着分割ストランド８ｂがあり、１本の分割ストランドで構成される分割ストランド８ａの割合である分割率は８５％程度となった。これに対し、本実施形態に係るロービング１では、図８に示すように、２本の分割ストランドが接着された接着分割ストランドは殆ど見られず、分割率は９９％以上となり、分割ストランドがほぼ完全に分散させることができた。

なお、ここでいう分割率とは、ロービングを２．５ｃｍの長さとなるように５箇所で切断し、それぞれ切り出されたロービングから分散させた分割ストランドの本数を実測し、下式により算出した値をいう。
分割率＝Ｓ／（Ｒ×Ｎ）×１００ （％）
Ｓ：ストランドの実測本数の平均値
Ｒ：ケーキ１個当たりの分割ストランドの本数
Ｎ：合糸するためのケーキの個数

この結果からも分かるように、ロービング１では分割ストランド３間の接着点が殆ど無くなるため、ロービング１の解舒不良を低減すると共に、樹脂含浸性及び繊維強化樹脂成形体の表面平滑性を向上させることが明らかとなった。

本発明の実施形態に係るロービングパッケージを製造する装置を示す概略断面図である。 ケーキに複数本のストランドを分割ストランドとして巻き取らせる方法を示す図である。 分割ストランドを巻き取ったケーキの形状例を示すケーキの断面図である。 図１におけるケーキの配列例を示す図である。 図２のケーキから分割ストランドを解舒した際の図４における各分割ストランドの構成を示す図である。 図５における各分割ストランド束を示す図である。 ロービングを各分割ストランドにばらけさせて水平方向に張設した状態を示した図である。 ロービングが切断されて分割ストランドが分散した状態を示す図である。 比較例のロービングが切断されて分割ストランドが分散した状態を示す図である。

符号の説明

１…ロービング、３…分割ストランド、４…ケーキ、６…ロービングパッケージ、７０…分割ストランド束。

Claims (5)

1. ２〜４本のストランドが巻き付けられたケーキから複数本を束ねて解舒した前記ストランドを複数本束ねて合糸したロービングであって、
   前記ストランドは、それぞれ１０〜１５０ｔｅｘであり、
   前記ロービングは、２〜２０本の前記ストランドが撚られてストランド束に形成されると共に、前記ストランド束が２〜１００本合糸してなり、
   前記ロービングは、分割率が９９％以上で、前記ストランド間の接着箇所が前記ロービングの長さ１００ｍ当たり１箇所以下であり、
   かつ、前記ロービングは、前記ロービングの撚りを解いて水平に張設した際に、張設される前記ストランドから最下方に垂れる前記ストランドまでの垂巾が、前記ロービングの長さ１０ｍ当たり２０ｃｍ以下であることを特徴とするロービング。
2. 前記ロービングは、１０００〜８０００ｔｅｘであることを特徴とする請求項１に記載のロービング。
3. 請求項１又は２に記載のロービングが１０〜３００ｋｇに巻き取られたものであることを特徴とするロービングパッケージ。
4. 請求項３に記載のロービングパッケージから前記ロービングを引き出す引出工程と、
   前記引き出したロービングを５〜５０ｍｍに切断する切断工程と、
   前記切断したロービングに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂成形体に成形する成形工程と、を有することを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。
5. 複数本のガラス繊維フィラメントにより構成される２〜４本の分割ストランドをそれぞれ別々のトラバース装置を通して、別の経路で綾振りしながら互いに接着しないように巻取り芯に巻き取ってケーキを形成し、
   前記巻取り芯を取り除いた前記ケーキを直列に２〜１０列、並列に２〜１００列配置し、
   直列に配置された前記ケーキの内側からそれぞれの分割ストランドを束にして解舒し、後段のケーキから解舒した分割ストランドの束を前段のケーキの内周側に挿入し、後段のケーキから解舒された分割ストランドの束を前段のケーキから解舒された分割ストランド束により撚られるように束ねて分割ストランド束とし、各列の最終段のケーキから引き出された各分割ストランド束を一つに束ねて合糸してロービングとし、当該ロービングを巻き取ることを特徴とするロービングパッケージの製造方法。

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