JP5832718B2 - プリプレグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリプレグの製造方法に関する。

従来の製造方法では、図３に示すように、重ね合せ体が前段の含浸ロールａ、ａ'で処理されると、補強繊維や樹脂担持シートに同伴して巻き込まれた空気が、担持シートを構成するシートｂ、ｂ'とブリプレグｃとの間に集められ、後段の含浸ロールｅ、ｅ'との間に大きな空気溜りｄを形成する。かかる空気溜りｄが形成されると、その部分で、シートｂ、ｂ’が皺となり、後に剥ぎ取るシートｂまたはｂ’を再利用できないばかりか、空気溜りｄの部分では、補強繊維への樹脂の移行が不十分であり、樹脂の含浸むらを生ずる問題点があった。またさらには皺の跡がプリプレグに転写されてその部分は欠点となってしまっていた。
これを解決するために特許文献１、２には、複数の含浸ロール対の間に空気溜まり防止ロール、空気溜まり防止板を設け、空気溜まりの原因となる空気を補強繊維や樹脂担持シートに同伴した空気をプリプレグとシートとの間に分散することが提案されていた。

特開昭６０−１７１１０７号公報 特開２００６−１９２５７２号公報

しかしながら、根本的に空気溜まりを防止し、補強繊維への樹脂含浸むら、外観欠点の発生を防止することはできなかった。

上記目的を達成する本発明は、
シート状補強繊維の少なくとも一方の面に、樹脂組成物を担持したシートを樹脂組成物がシート状補強繊維に接触するように重ね合せ、重ね合せ体の移送方向に多段に設けた含浸ロールで、重ね合せ体を、加熱、加圧して樹脂組成物を補強繊維に転移、含浸するプリプレグの製造方法において、
含浸ロール直前の重ね合せ体に生じる空気溜まりを、樹脂組成物を担持したシートに設けた、重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みから排出する、ブリプレグの製造方法である。

上記発明において、
（１）重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みが、樹脂組成物を担持したシートの幅方向に並んでいること、
（２）重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みを、樹脂組成物を担持したシートの巻き出し直後に行うこと
（３）重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みが、樹脂組成物を担持したシートの幅方向に並んでいる切り込み列を、カッター刃が樹脂組成物を担持したシートの幅方向に並んでなるカッター刃アレイにより設けることが好ましい。

本発明によれば、根本的に空気溜まりを防止し、補強繊維への樹脂含浸むら、皺転写によるプリプレグの外観欠点の発生を防止することができる。

図１は、本願発明のプリプレグの製造方法に用いるプリプレグ製造装置を示す概要側面図である。 図２（Ａ）は、カッター刃により樹脂組成物を担持したシートに切り込みが入れられていないときの概要側面図である。図２（Ｂ）は、カッター刃により樹脂組成物を担持したシートに切り込みが入れられているときの概要側面図である。 図３は、従来のプリプレグ製造方法における空気溜り発生状況を示す部分側面図である。 図４はカッター刃を並べて設置したカッター刃アレイを樹脂担持シートの面に直角方向のカッター刃アレイ側から見た概要図面である。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づき説明する。

「補強繊維の供給」
図１において、ストランド形態の補強繊維１はパツケージ２からガイドロール５を介して互いに並行かつシート状に引き揃えて供給される。

本発明において使用される補強繊維１は炭素繊維、ガラス繊維、例えばポリアラミド繊維等の有機高弾性繊維、シリコンカーバイド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維等の高強度、高弾性繊維であり、通常ではストランドの形態で使用される。もっとも、この発明においては、マットや織物などのシート形態にあらかじめ加工したものを使用することも可能である。

かかる補強繊維は、ただ一種のものを使用しても良いし、例えば炭素繊維とガラス繊維、炭素繊維と有機高弾性繊維のように、二種以上の繊維を、幅方向に交互に種類を変えて規則的に又は不規則的に使用しても良い。

「樹脂担持シートの供給」
一方、下面樹脂担持シート３は、ロール４から供給され、ガイドロール５を介してシート状補強繊維の下面に下側樹脂担持シート３の樹脂面側がまず重ね合される。

次に、ロール６から、同様にガイドロール５、５を介して上側樹脂担持シート７が供給され、シート状補強繊維の上面側に上側樹脂担持シート７の樹脂面側が重ね合されて重ね合せ体８が形成される。もっとも、この発明においては、上記２枚の樹脂担持シート３、７のうち、いずれか一方を、樹脂を担持していないシートとしてもよいものである。

又、上側および下側樹脂担持シート７および３のベ一スとなるシートは、厚さ０．０５〜０．２ｍｍ程度のクラフト紙、ロール紙、グラシン紙等の片面又は両面に、クレー、澱粉、ポリエチレン、ポリビニルアルコール等に目止剤の塗布層を設け、更にその各塗布層の上にシリコーン系、又は非シリコーン系の離型剤、好ましくはポリジメチルシロキサンとポリジメチルハイドロジエンシロキサンとの縮合反応型、又は付加反応型シリコーンからなる離型剤を塗布したものであることが好ましい。

樹脂担持シートに担持する樹脂組成物は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化型樹脂組成物が好ましいが、熱硬化性樹脂に限定されるものではなく熱可塑性樹脂である場合も本発明の技術は問題なく使用できる。

樹脂組成物の担持量は、最終的に得られるプリプレグの樹脂含有量が２０〜７０質量％、好ましくは３０〜５０質量％になるように調整される。なお、シートヘの樹脂組成物の担持は塗布により行うのが好ましい。

上記シートは、いわゆるプリプレグ製造に普通に使用される離型紙であり、プリプレグにあって、プリプレグの製造中にはシートとプリプレグとの間の空気を均一にならし（後述）、補強繊維の配列が乱れるのを防止すると共に、プリプレグを吸湿から保護している。

図１には、図示されていないが、樹脂担持シートに担持された樹脂組成物の上にさらに薄い樹脂フィルム（ポリエチレン製、など）を被せてロール４、６として巻き取っておくことが好ましい。この薄い樹脂フィルムは、シート状補強繊維と重ね合わせられる前に剥ぎ取られる。後述する重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みは、薄い樹脂フィルムの剥ぎ取り前に、薄い樹脂フィルム側から入れるのが、シートの切りくずを樹脂組成物に混入させる虞が少なくなり好ましい。

「樹脂含浸」
本発明においては、次に重ね合せ体は、含浸ロールに供給され、加熱、加圧されて、樹脂が補強繊維に転移、含浸される。

ここで含浸ロールは、重ね合せ体８の移送方向において多段、例えば第１図に示すように２段、９，９および１０、１０として設けられている。

含浸ロールは、ストランド形態の補強繊維の押し広げとそれに対する樹脂の含浸を行うもので、各含浸ロールを構成する２個一対のロールのうちの少なくとも一方が４０〜２５０℃、好ましくは６０〜１８０℃に加熱されている。又、加圧力は線圧として１ｃｍあたり数キログラムである。

なお、本発明においては、含浸ロールを３段または４段以上設けても良い。

「プリプレグの巻き取り」
得られた一方向性プリプレグ１５は上側樹脂担持シート７を構成するシート２１がガイドロール５を介してロール１６として剥ぎ取られ、次でその後に必要に応じて、トップフィルム（ポリエチレン製などの薄いフィルム）がトップフィルム供給ロール１７からガイドロール５を介して供給され、シート２１の剥ぎ取られた面に貼り合せられ、トップフィルム貼り合せロール１９，１９で必要に応じて加圧、加熱された後にロール２０として巻き取られる。

得られた一方向性ブリプレグ１５は、厚さ０．０２〜１ｍｍ、好ましくは０．０３〜０．５ｍｍであり、３０〜８０質量％、好ましくは５０〜７０質量％の補強繊維を含んでいる。

このあと、含浸ロール直前の重ね合せ体に生じる空気溜まりを、樹脂組成物を担持したシートに設けた、重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みから排出することについて説明する。

「切り込み」
プリプレグの製造においては、樹脂担持シートから樹脂組成物がシート状補強繊維に含浸していく際に、シート状補強繊維に含まれていた空気が押し出され樹脂担持シートに空気溜りが発生する。この空気溜りが大きくなりすぎると含浸ロールで挟まれた際に樹脂担持シートに皺が発生し、それがプリプレグに転写してプリプレグの外観欠点となる。また空気溜りの部分では樹脂含浸にむらが発生することが懸念される。本発明では樹脂担持シートに重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みをカッター刃５１により設けることにより、空気溜りを解消するものである。

ここで、本発明に用いるカッター刃５１は、樹脂組成物を担持したシートに切り込みを入れられるものであればよく、特に限定しないが、カッター刃の厚みが厚すぎると切り込みが太くなり、樹脂組成物が工程中に切り込みから染み出して含浸ロールを汚したりするので好ましくない。また厚みが薄すぎると切り込みが波打ち、切り屑が多量に発生してプリプレグに付着するので好ましくない。カッター刃の厚みとしては０．２ｍｍ−０．６ｍｍが好ましく、０．３−０．５ｍｍは更に好ましい。ここで切り込みというのは、樹脂組成物を担持したシートの厚み方向に貫通しており、そのシートの厚み方向には、実質的に広がりのないものである。

またカッター刃と樹脂担持シートのなす角度が小さすぎると切り屑が多く発生して好ましくない。またなす角度が９０度を超えるとカッター刃による樹脂担持シートの押さえ込みが利かなくなるので切り込みが安定せず好ましくない。カッター刃と樹脂担持シートのなす角度は３０度―９０度が好ましく、４５度―７５度は更に好ましい。

また樹脂担持シートの樹脂組成物を保護する為に薄い樹脂フィルムを用いる場合は、カッター刃は樹脂フィルム側から樹脂担持シートに切り込みを入れるのが好ましい。樹脂フィルムと反対側から切り込みを入れると切り屑が多く発生したり、樹脂フィルムを剥がす際に樹脂担持シートの樹脂組成物が剥がした樹脂フィルムに付着したりする恐れがあるからである。

本発明で用いるカッター刃５１としては、先端を鋭利に加工した薄い板であればよく、市販のカッター刃を使用する必要はない。しかし、先端から順に折ることで新たな刃を使用することのできる、折る刃式カッターが最も好ましく用いられる。

重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みは、空気溜りが発生した箇所にだけ入れるだけで十分である。その場合は手動で空気溜りが発生している箇所の周辺に切り込みを入れる。ただし、実際には空気溜りの発生箇所を特定することが難しく、また稼動中に一本一本手動で切り込みを入れると切り込みの入った箇所が長くなってしまうので、図４に示すようなカッター刃を複数本並べて固定した治具（カッター刃アレイ）を用い、幅方向に同時に切り込みを入れることが好ましい。この場合空気溜りの発生箇所が予めおおよその見当がつくときは、例えば中央付近に空気溜りが多く発生すると見当がつくときは、中央付近に多くのカッター刃を並べることが好ましい。ただしカッター刃の間隔が小さすぎると樹脂担持シートの破損の恐れがあり、またこの間隔が大きすぎると空気溜りの解消効果が得られにくい。カッター刃の間隔としては１０ｍｍ−１００ｍｍが好ましく、２０ｍｍ−６０ｍｍは更に好ましい。

切り込みの長さは、長すぎると樹脂担持シートの破損の恐れがあり、また樹脂担持シートを再利用する場合には、この切り込みは欠点となって再利用が難しいので好ましくない。また逆に短すぎると空気溜りの解消効果が得られ難い。切り込みの長さの好ましい範囲としては１０ｃｍ−１００ｃｍであり、２０ｃｍ−８０ｃｍは更に好ましく、３０ｃｍ−６０ｃｍは特に好ましい。

切り込みを入れるタイミングとしては樹脂担持シートを巻き出した直後が好ましい。特に樹脂担持シートが薄い樹脂フィルムを有する場合には樹脂フィルムを剥がす前の方が好ましい。樹脂フィルムを剥がした後ではカッター刃に樹脂担持シートの樹脂組成物が付着して樹脂担持シートが破損するなどの不具合が発生することがあるからである。従って本発明は、樹脂担持シートが薄い樹脂フィルムを有した状態で巻かれており、巻き出し直後にカッター刃により切り込みを入れ、その後樹脂フィルムを剥がすことが好ましい。
含浸ロール直前の重ね合せ体に空気溜まりが生じていることを感知したら、図２（Ａ）のカッター刃アレイ５０を回転軸５３の周りに矢印方向に図２（Ｂ）の位置まで回転させ、樹脂組成物を担持したシートに重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みを入れる。その後、カッター刃アレイ５０を回転軸５３の周りに逆に回転させ、元の位置戻す。切り込みが空気溜まりの位置に達すると、樹脂組成物を担持したシートにかけられた張力により切り込みから空気溜まりの空気が排出される。

１ 補強繊維
３ 下側樹脂担持シート
７ 上側樹脂担持シート
８ 重ね合せ体
９ 含浸ロール
１０ 含浸ロール
５０ カッター刃アレイ（複数のカッター刃が担持シートの幅方向に並んで設置されている。）
５１ カッター刃
５２ カッター刃固定具
５３ 回転軸

Claims (4)

1. シート状補強繊維の少なくとも一方の面に、樹脂組成物を担持したシートを樹脂組成物がシート状補強繊維に接触するように重ね合せ、重ね合せ体の移送方向に多段に設けた含浸ロールで、重ね合せ体を、加熱、加圧して樹脂組成物を補強繊維に転移、含浸するプリプレグの製造方法において、
   含浸ロール直前の重ね合せ体に生じる空気溜まりを、樹脂組成物を担持したシートに設けた、重ね合せ体の移送方向に平行な、長さ１０ｃｍ−１００ｃｍの切り込みから排出する、ブリプレグの製造方法。
   
2. 重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みが、樹脂組成物を担持したシートの幅方向に並んでいる、請求項１記載のプリプレグの製造方法。
3. 重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みを、樹脂組成物を担持したシートの巻き出し直後に行う、請求項１または２記載のプリプレグの製造方法。
4. 重ね合せ体の移送方向に平行な切り込みが、樹脂組成物を担持したシートの幅方向に並んでいる切り込み列を、カッター刃が樹脂組成物を担持したシートの幅方向に並んでなるカッター刃アレイにより設ける、請求項２記載のプリプレグの製造方法。