JP6309496B2 - 樹脂含浸繊維束の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸繊維束の製造方法に関する。

一般に、強化シートでは、強化繊維束中に樹脂を含浸させ、樹脂と強化繊維とを一体化させることで、高い性能を発現している。

強化繊維束中に含浸される樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂等が挙げられる。高分子量の熱硬化性樹脂や、一般の熱可塑性樹脂の溶融粘度は高い。溶融粘度が高い樹脂を強化繊維束中に含浸させることは容易ではない。

溶融粘度が高い樹脂を強化繊維束中に含浸させる方法として、溶融した樹脂と強化繊維束とを接触させた積層体の状態で、高い圧力で長時間、積層体を圧縮することで、強化繊維束中に樹脂を含浸させる方法がある。

特許文献１に、ダブルベルトプレス方法が開示されている。この方法は、厚いステンレスベルトの間に材料を挟み、加熱後に、ベルトを移動させながらプレスする方法である。厚いステンレスベルトを用いているため、広い面積で、かつ、高い圧縮力で、材料を長時間にわたりプレスすることができる。

特開２０１４−２２１４９０号公報

上記ダブルベルトプレス方法は、実際に業界で広く認知されており、この方法を用いて製造される強化シートは多い。しかし、この方法に関しては、欠点が指摘されている。

一般に用いられるステンレスベルトの厚みは１ｍｍ以上であり、ステンレスベルトは厚い。例えば、工程中に、厚いステンレスベルトも加熱及び冷却しなければならい。厚いステンレスベルトの熱容量は大きいので、製造工程の加熱及び冷却費用が高くなる。一方で、薄いステンレスベルトを用いると、有効な圧縮ができない。

従来の樹脂含浸方法では上記のような問題があり、繊維束に樹脂を容易にかつ十分に含浸させることができる新たな方法を提供することには大きな利点がある。

本発明の目的は、繊維束に樹脂を容易にかつ十分に含浸させることができる樹脂含浸繊維束の製造方法を提供することである。

本発明の広い局面によれば、繊維束と前記繊維束の第１の表面に積層された第１の樹脂部とを有する積層体を、複数の加熱ロールに接触させながら搬送させ、前記繊維束に前記第１の樹脂部の樹脂を含浸させる工程を備え、前記複数の加熱ロールが、第１の加熱ロールと、前記第１の加熱ロールの次に前記積層体が接触する第２の加熱ロールとを含み、前記第２の加熱ロールの回転速度を前記第１の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、前記積層体に張力を発生させつつ、前記第１の加熱ロール及び前記第２の加熱ロールに前記積層体を接触させる、樹脂含浸繊維束の製造方法が提供される。

本発明のある特定の局面では、前記第２の加熱ロールの回転速度の前記第１の加熱ロールの回転速度に対する比を１．００１以上、１．０１０以下にする。

本発明のある特定の局面では、前記第１の加熱ロールに前記積層体の第１の表面を接触させ、前記第２の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面とは反対の第２の表面を接触させる。

本発明のある特定の局面では、前記第１の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変え、前記第２の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変える。

本発明のある特定の局面では、前記第１の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を４５度以上変え、前記第２の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を４５度以上変える。

本発明のある特定の局面では、前記複数の加熱ロールが、前記第２の加熱ロールの次に前記積層体が接触する第３の加熱ロールを含み、前記第３の加熱ロールの回転速度を前記第２の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、前記積層体に張力を発生させつつ、前記第３の加熱ロールに前記積層体を接触させる。

本発明のある特定の局面では、前記第３の加熱ロールの回転速度の前記第２の加熱ロールの回転速度に対する比を１．００１以上、１．０１０以下にする。

本発明のある特定の局面では、前記第１の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させ、前記第２の加熱ロールに前記積層体の前記第２の表面を接触させ、前記第３の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させる。

本発明のある特定の局面では、前記第３の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変える。

本発明のある特定の局面では、前記複数の加熱ロールが、前記第３の加熱ロールの次に前記積層体が接触する第４の加熱ロールを含み、前記第４の加熱ロールの回転速度を前記第３の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、前記積層体に張力を発生させつつ、前記第４の加熱ロールに前記積層体を接触させ、前記第１の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させ、前記第２の加熱ロールに前記積層体の前記第２の表面を接触させ、前記第３の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させ、前記第４の加熱ロールに前記積層体の前記第２の表面を接触させ、前記第４の加熱ロールの回転速度の前記第３の加熱ロールの回転速度に対する比を１．００１以上、１．０１０以下にし、前記第４の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変える。

本発明のある特定の局面では、前記積層体として、前記第１の樹脂部の前記繊維束側とは反対の表面側に配置された第１の離型シートを有する積層体を用いる。

本発明のある特定の局面では、前記積層体として、前記繊維束の前記第１の表面とは反対の第２の表面に積層されている第２の樹脂部を有する積層体を用い、前記繊維束に前記第１の樹脂部の樹脂及び前記第２の樹脂部の樹脂を含浸させる。

本発明のある特定の局面では、前記積層体として、前記第１の樹脂部の前記繊維束側とは反対の表面側に配置された第１の離型シートと、前記第２の樹脂部の前記繊維束側とは反対の表面側に配置された第２の離型シートとを有する積層体を用いる。

本発明のある特定の局面では、前記繊維束が、繊維間距離を広げているスペーサ粒子を含む。

本発明に係る樹脂含浸繊維束の製造方法は、繊維束と上記繊維束の第１の表面に積層された第１の樹脂部とを有する積層体を、複数の加熱ロールに接触させながら搬送させ、上記繊維束に上記第１の樹脂部の樹脂を含浸させる工程を備え、上記複数の加熱ロールが、第１の加熱ロールと、上記第１の加熱ロールの次に上記積層体が接触する第２の加熱ロールとを含み、上記第２の加熱ロールの回転速度を上記第１の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、上記積層体に張力を発生させつつ、上記第１の加熱ロール及び上記第２の加熱ロールに上記積層体を接触させるので、繊維束に樹脂を容易にかつ十分に含浸させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂含浸繊維束の製造方法における製造時の状態を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る樹脂含浸繊維束に用いられる積層体を示す断面図である。

以下、本発明の詳細を説明する。

本発明に係る樹脂含浸繊維束の製造方法では、繊維束と、上記繊維束の第１の表面に積層された第１の樹脂部とを有する積層体を用いる。本発明に係る樹脂含浸繊維束の製造方法は、上記積層体を複数の加熱ロールに接触させながら搬送させ、上記繊維束に上記第１の樹脂部の樹脂を含浸させる工程を備える。

本発明に係る樹脂含浸繊維束の製造方法では、上記複数の加熱ロールは、第１の加熱ロールと、上記第１の加熱ロールの次に上記積層体が接触する第２の加熱ロールとを含む。上記複数の加熱ロールは、上記第２の加熱ロールの次に上記積層体が接触する第３の加熱ロールを備えていてもよく、上記第３の加熱ロールの次に上記積層体が接触する第４の加熱ロールを備えていてもよく、上記第４の加熱ロールの次に上記積層体が接触する第５の加熱ロールを備えていてもよく、更に第ｎの加熱ロール（ｎは５以上の整数）の次に上記積層体が接触する第（ｎ＋１）の加熱ロールを備えていてもよい。

本発明に係る樹脂含浸繊維束の製造方法では、上記第２の加熱ロールの回転速度を上記第１の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、上記積層体に張力を発生させつつ、上記第１の加熱ロール及び上記第２の加熱ロールに上記積層体を接触させる。

本発明では、上記の構成が備えられているので、繊維束に樹脂を容易にかつ十分に含浸させることができる。本発明においては、繊維束と第１の樹脂部とを有する特定の積層体において、繊維束に樹脂を含浸させるために、上記の方法を採用している。一般に、繊維束に樹脂を含浸させることが困難なことがある。例えば、繊維束に高分子量の熱硬化性樹脂（例えば重量平均分子量５０００以上、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算）や熱可塑性樹脂を含浸させることが困難である。これに対して、本発明における上記の方法を採用することで、上記第１の加熱ロール及び上記第２の加熱ロールの回転速度差によって、加熱ロールに積層体を効果的に圧接させることができる。結果として、繊維束に樹脂を容易にかつ十分に含浸させることができる。

本発明では、速度の異なる複数の加熱ロールに積層体を接触させて搬送するだけという簡単な方法にて、積層体を加熱ロールに対して圧接させ、樹脂の含浸を促進することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明する。

先ず、本発明の一実施形態に係る樹脂含浸繊維束に用いられる積層体について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る樹脂含浸繊維束に用いられる積層体を示す断面図である。

図２に示す積層体２１は、繊維束２２と、繊維束２２の第１の表面に積層された第１の樹脂部２３と、繊維束２２の上記第１の表面とは反対の第２の表面に積層された第２の樹脂部２４とを有する。なお、第２の樹脂部２４は必須ではない。繊維束に樹脂を効率的に含浸させる観点、並びに樹脂含浸繊維束の強度を両面において高める観点からは、積層体は第２の樹脂部を有することが好ましい。

また、積層体２１は、第１の樹脂部２３の繊維束２２側とは反対の表面側に配置された第１の離型シート２５と、第２の樹脂部２４の繊維束２２側とは反対の表面側に配置された第２の離型シート２６とを有する。

なお、第１の離型シート２５は必須ではなく、第２の離型シート２６も必須ではない。積層体の取扱性を高めたり、ロール等の汚染を防いだり、繊維束に樹脂を効果的に含浸させたりする観点からは、積層体は、第１の離型シートを有することが好ましく、第２の離型シートを有することが好ましく、第１の離型シートと第２の離型シートとを有することがより好ましい。

また、第１の離型シートは、第１の樹脂部に積層されていてもよく、他の部材を介して第１の樹脂部に積層されていてもよい。第２の離型シートは、繊維束に積層されていてもよく、第２の樹脂部に積層されていてもよく、他の部材を介して、繊維束又は第２の樹脂部に積層されていてもよい。

また、図示しないが、繊維束２２は、繊維間距離を広げているスペーサ粒子を含む。スペーサ粒子は、繊維束２２における繊維に接している。スペーサ粒子は、スペーサ粒子が用いられていない場合と比べて、繊維間距離を広げている。

次に、本発明の一実施形態に係る樹脂含浸繊維束の製造方法を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂含浸繊維束の製造方法における製造時の状態を示す模式図である。

図１に示すように、第１の離型シート２５と、第１の樹脂部２３（溶融前の第１の樹脂シート）と、繊維束２２と、第２の樹脂部２４（溶融前の第２の樹脂シート）と、第２の離型シート２６とをそれぞれ搬送し、一体化させて、積層体２１を得る。図１では、搬送ロール３１の表面上で、積層体２１が得られている。本実施形態では、搬送ロール３１は、加熱ロールではない。

搬送ロール３１の下流側に、加熱ロール１と、加熱ロール２と、加熱ロール３と、加熱ロール４と、加熱ロール５と、加熱ロール６と、加熱ロール７と、加熱ロール８と、加熱ロール９と、加熱ロール１０とが上流側から下流側にかけて配置されている。これらの加熱ロール１〜１０は、隣接する加熱ロール同士で距離を隔てている。

加熱ロール１〜１０によって、上流側から下流側に向けて積層体２１が搬送される。加熱ロール１や加熱ロール２などによって、第１の樹脂部２３及び第２の樹脂部２４の樹脂が溶融する。積層体２１を、複数の加熱ロール１〜１０に接触させながら搬送させ、繊維束２２に第１の樹脂部２３の樹脂及び第２の樹脂部２４の樹脂を含浸させる。

本実施形態では、加熱ロール２と加熱ロール１との回転速度は同じであり、加熱ロール３の回転速度は加熱ロール２の回転速度よりも速く、加熱ロール４の回転速度は加熱ロール３の回転速度よりも速く、加熱ロール５の回転速度は加熱ロール４の回転速度よりも速く、加熱ロール６の回転速度は加熱ロール５の回転速度よりも速く、加熱ロール７の回転速度は加熱ロール６の回転速度よりも速く、加熱ロール８の回転速度は加熱ロール７の回転速度よりも速く、加熱ロール９の回転速度は加熱ロール８の回転速度よりも速く、加熱ロール１０の回転速度は加熱ロール９の回転速度よりも速い。連続する加熱ロール２〜１０において、回転速度を次第に速くしている。この結果、積層体２１が、加熱ロール１〜１０に対して、圧接された状態になり、第１の樹脂部２３の樹脂及び第２の樹脂部２４の樹脂が繊維束２２に含浸される。

加熱ロール２と加熱ロール１との回転速度は同じであるが、加熱ロール２の回転速度は加熱ロール１の回転速度よりも速くしてもよい。また、例えば、加熱ロール１０の回転速度は加熱ロール９の回転速度よりも速くなくてもよい。複数の加熱ロールは、上流側の加熱ロールの下流側に、上流側の加熱ロールよりも回転速度が遅い加熱ロールを含んでいてもよい。

本実施形態においては、加熱ロール２を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール３を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール４を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール５を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール６を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール７を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール８を上記第１の加熱ロールとしてもよく、加熱ロール９を上記第１の加熱ロールとしてもよい。さらには、加熱ロール１を上記第１の加熱ロールとしてもよい。

第２の加熱ロールの回転速度を第１の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、積層体に張力を発生させつつ、第１の加熱ロール及び第２の加熱ロールに積層体を接触させることができる。第３の加熱ロールの回転速度を第２の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、積層体に張力を発生させつつ、第３の加熱ロールに積層体を接触させることが好ましく、第４の加熱ロールの回転速度を第３の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、積層体に張力を発生させつつ、第４の加熱ロールに積層体を接触させることがより好ましく、第５の加熱ロールの回転速度を第４の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、積層体に張力を発生させつつ、第５の加熱ロールに積層体を接触させることが更に好ましく、第（ｎ＋１）の加熱ロール（ｎは５以上の整数）の回転速度を第ｎの加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、積層体に張力を発生させつつ、第（ｎ＋１）の加熱ロールに積層体を接触させることが特に好ましい。

少なくとも２個の連続する加熱ロール（隣接する加熱ロール）において、下流側の加熱ロールの回転速度を上流側の加熱ロールの回転速度よりも速くすればよい。少なくとも３個の連続する加熱ロールにおいて、下流側の加熱ロールの回転速度を上流側の加熱ロールの回転速度よりも速くすることが好ましく、少なくとも４個の連続する加熱ロールにおいて、下流側の加熱ロールの回転速度を上流側の加熱ロールの回転速度よりも速くすることがより好ましく、少なくとも５個の連続する加熱ロールにおいて、下流側の加熱ロールの回転速度を上流側の加熱ロールの回転速度よりも速くすることが更に好ましく、少なくともｎ＋１個（ｎは５以上の整数）の連続する加熱ロールにおいて、下流側の加熱ロールの回転速度を上流側の加熱ロールの回転速度よりも速くすることが特に好ましい。

ｎの上限は特に限定されない。ｎは２９以下であってもよく、１９以下であってもよく、９以下であってもよく、５以下であってもよい。

加熱ロールの数を多くすることで、加熱ロール全体で、加熱ロールに積層体を広い面積でかつ長時間接触させることができ、樹脂の含浸性をより一層高めることができる。

加熱ロールの全体の数は、３０以下であってもよく、２０以下であってもよく、１０以下であってもよい。

積層体の弛みを抑える観点、並びに積層体の張力を適度に高め、加熱ロールに積層体を適度に圧接させ、繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、第２の加熱ロールの回転速度の第１の加熱ロールの回転速度に対する比（回転速度比）、第３の加熱ロールの回転速度の第２の加熱ロールの回転速度に対する比（回転速度比）、第４の加熱ロールの回転速度の第３の加熱ロールの回転速度に対する比（回転速度比）、第５の加熱ロールの回転速度の第４の加熱ロールの回転速度に対する比（回転速度比）、第（ｎ＋１）の加熱ロール（ｎは５以上の整数）の回転速度の第ｎの加熱ロールの回転速度に対する比（回転速度比）はそれぞれ、好ましくは１を超え、より好ましくは１．００１以上である。加熱ロールに対する積層体の摩擦によって、繊維束が破損するのを防ぐ観点からは、上記回転速度比は、好ましくは１．０５０以下、より好ましくは１．０２０以下、更に好ましくは１．０１０以下である。

上記回転速度は、加熱ロールの表面の移動速度であり、積層体の搬送速度に影響する。

積層体の弛みを抑える観点、並びに積層体の張力を適度に高め、加熱ロールに積層体を適度に圧接させ、繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、上記第１の加熱ロールの回転速度は、好ましくは０．１ｍ／分以上、より好ましくは０．５ｍ／分以上である。加熱ロールに対する積層体の摩擦によって、繊維束が破損するのを防ぐ観点からは、上記第１の加熱ロールの回転速度は、好ましくは１０ｍ／分以下、より好ましくは５ｍ／分以下である。

繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、第１の加熱ロールによって積層体の流れ方向を変えることが好ましく、第２の加熱ロールによって積層体の流れ方向を変えることが好ましく、第３の加熱ロールによって積層体の流れ方向を変えることが好ましく、第４の加熱ロールによって積層体の流れ方向を変えることが好ましく、第５の加熱ロールによって積層体の流れ方向を変えることが好ましく、第（ｎ＋１）の加熱ロール（ｎは５以上の整数）によって積層体の流方向を変えることが好ましい。加熱ロールへの接触により積層体の流れ方向を変えることが好ましい。

繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、第１の加熱ロール、第２の加熱ロール、第３の加熱ロール、第４の加熱ロール、第５の加熱ロール、及び第（ｎ＋１）の加熱ロール（ｎは５以上の整数）のそれぞれによって、積層体の流れ方向を１０度以上変えることが好ましく、３０度以上変えることが好ましく、４５度以上変えることが好ましい。第１の加熱ロール、第２の加熱ロール、第３の加熱ロール、第４の加熱ロール、及び第（ｎ＋１）の加熱ロール（ｎは５以上の整数）のそれぞれによって、積層体の流れ方向を２７０度以下変えてもよく、２２５度以下変えてもよく、１８０度以下変えてもよい。

流れ方向の変わる角度は、１つの加熱ロールに対して、加熱ロールに接する前の積層体の流れ方向と、加熱ロールに接した後の積層体の流れ方向とのなす角度である。

繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、第１の加熱ロールに積層体の第１の表面を接触させ、第２の加熱ロールに積層体の第１の表面とは反対の第２の表面を接触させることが好ましい。繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、第１の加熱ロールに積層体の第１の表面を接触させる場合に、第２の加熱ロールに積層体の第２の表面を接触させることが好ましく、第３の加熱ロールに積層体の第１の表面を接触させることが好ましく、第４の加熱ロールに積層体の第２の表面を接触させることが好ましく、第５の加熱ロールに積層体の第１の表面を接触させることが好ましい。繊維束に樹脂を効果的に含浸させる観点からは、連続する複数の加熱ロールにおいて、積層体の第１の表面と第２の表面とを交互に接触させることが好ましい。特に、積層体が第１の樹脂部及び第２の樹脂部を有する場合に、連続する複数の加熱ロールにおいて、積層体の第１の表面と第２の表面とを交互に接触させることが好ましい。連続する複数の加熱ロールに対して、ジグザグ状に積層体を接触させることが好ましい。但し、連続する加熱ロールの全部又は一部において、積層体の第１の表面が連続して接触してもよく、積層体の第２の表面が連続して接触してもよい。

積層体２１においては、第１の離型シート２５側が積層体２１における第１の表面であってもよく、第１の離型シート２５側が積層体２１における第２の表面であってもよい。積層体２１において、第２の離型シート２６側が積層体２１における第１の表面であってもよく、第２の離型シート２６側が積層体２１における第２の表面であってもよい。

加熱ロール１０の下流において、積層体２１は、冷却ロール３２，３３により冷却される。冷却ロール３２，３３は一対のロールである。冷却ロール３２，３３間を積層体２１を通過させることで、積層体２１を効果的に冷却させることができる。冷却によって、溶融していた樹脂が固化し、樹脂含浸繊維束１１が得られる。なお、冷却方法として、冷却ロールを用いる方法以外の方法を用いてもよい。

本実施形態では、冷却ロール３２，３３の下流において、第１の離型シート２５及び第２の離型シート２６が剥離され、樹脂含浸繊維束１１が巻き取られている。この結果、第１の離型シート２５及び第２の離型シート２６を有さない樹脂含浸繊維束１１が得られている。

取扱性及び保護性を高める観点から、樹脂含浸繊維束１１は、第１の離型シート２５及び第２の離型シート２６により覆われた状態で、巻き取られてもよい。

また、本実施形態では、剥離された第１の離型シート２５及び第２の離型シート２６はそれぞれ別々に巻き取られている。巻き取られた第１の離型シート２５及び第２の離型シート２６は再使用されてもよい。

以下、積層体の構成材料の詳細について説明する。

（繊維束）
繊維束は、例えば、強化繊維束である。繊維束の弾性率、特に強化繊維束の弾性率は比較的高い。このため、連続する加熱ロールの微かな増速でも、繊維束に大きな応力を発生させることができる。この応力を用いて、溶融した樹脂と繊維束とを含む積層体が加熱ロールに対して押さえ付けられる。このため、樹脂の含浸が効率的に進行する。

繊維束の材料の具体例としては、ガラス繊維及び炭素繊維等が挙げられる。強度を高める観点から、繊維束の材料は、ガラス繊維又は炭素繊維であることが好ましい。

上記炭素繊維の好ましい例としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維等が挙げられる。上記ガラス繊維の好ましい例としては、Ｅガラス繊維等が挙げられる。

上記繊維束における平均繊維径は、好ましくは６μｍ以上、好ましくは２７μｍ以下である。上記平均繊維径は、任意の１０か所以上の繊維径（最大径）を平均することにより求められる。

上記繊維束における繊維の本数は特に限定されない。上記繊維束における繊維の本数は好ましくは１０００本以上、好ましくは５００００本以下である。上記繊維束の材料が炭素繊維である場合に、上記繊維束における繊維の本数は好ましくは１０００本以上、好ましくは５００００本以下である。上記繊維束の材料がガラス繊維である場合に、上記繊維束における繊維の本数は好ましくは１０００本以上、好ましくは２００００本以下である。

上記繊維束は、複数の繊維の束である。上記繊維束の形態は特に限定されない。上記繊維束は、ステッチ等により形成された繊維シートであってもよい。

繊維シートの性能の指標の１つとして、単位面積（通常は１ｍ角）あたりの重量があり、その性能は目付量として表現される。繊維シートにおける目付量は好ましくは１００ｇ／ｍ^２以上、好ましくは４００ｇ／ｍ^２以下である。目付量が上記下限以上であると、繊維束の強度がより一層高くなる。目付量が上記上限以下であると、樹脂の含浸性がより一層高くなる。

繊維束を構成する各繊維には張力が付与される。繊維に張力が付与されると、繊維間距離が狭くなる傾向がある。このため、繊維束は、繊維間距離を広げる処理がされていることが好ましい。上記繊維束は、繊維間距離を広げているスペーサ粒子を含むことが好ましい。このように繊維間距離を広げておくことで、繊維に高い張力が付与されても、繊維間の距離が予め広くされているので、樹脂の含浸が容易になる。また、繊維に張力が付与されても、繊維間距離が狭くなりにくい。

上記スペーサ粒子の材料は特に限定されない。上記スペーサ粒子の材料は、含浸時の温度や圧力でスペーサ粒子が過度に変形しない材料であることが好ましい。

上記スペーサ粒子の材料としては、ナフトキサジン樹脂が好ましい。ナフトキサジン樹脂は炭化しやすく、高い温度や圧力が付与された場合においても、過度に軟化しにくい。このため、繊維間距離が十分に確保され、樹脂の含浸性がより一層高くなる。

上記スペーサ粒子は、ナフトキサジン樹脂粒子又は無機粒子であることが好ましい。上記スペーサ粒子は、無機粒子であることが好ましく、金属粒子を除く無機粒子であることがより好ましい。上記無機粒子に関しては、コロイド状態の無機粒子分散液に、塩析などの処理を施し、粒子を凝集させ、スペーサとして適する大きさの粒子に調整してもよい。

（第１の樹脂部及び第２の樹脂部）
第１の樹脂部及び第２の樹脂部（単に樹脂部ともいう）の材料である樹脂は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であることが好ましく、熱可塑性樹脂であることが好ましい。

上記熱可塑性樹脂として、必要な加温条件下で適切な粘度となる熱可塑性樹脂が好ましい。上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、及びポリエステル樹脂等が挙げられる。上記ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂等が挙げられる。上記ポリアミド樹脂としては、脂肪族ポリアミド樹脂が挙げられ、具体的にはポリアミド６６、ポリアミド６、及びポリアミド１２等が挙げられる。上記ポリスチレン樹脂は、スチレン重合体樹脂、ＡＳ樹脂及びＡＢＳ樹脂等が挙げられる。上記ポリエステル樹脂としては、脂肪族ポリエステル樹脂が挙げられ、具体的にはポリ乳酸樹脂等が挙げられる。

諸物性に優れる観点、並びに樹脂の含浸性などを良好にする観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。

溶融前の樹脂部は、樹脂シートであることが好ましい。樹脂をシート状にする方法は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂を押出機に供給し、加熱溶融させた後に、コートハンガーダイ等を用いてシート状に押出し、冷却ロールで冷却することで、厚み精度に優れる樹脂シートを得ることができる。樹脂シート及び樹脂部の厚みは好ましくは５０μｍ以上、好ましくは２００μｍ以下である。樹脂シート及び樹脂部の厚みが上記下限以上であると、樹脂の含浸性がより一層高くなる。樹脂シート及び樹脂部の厚みが上記上限以下であると、樹脂が繊維束の性能を低下させにくい。

（第１の離型シート及び第２の離型シート）
第１の離型シート及び第２の離型シート（単に離型シートともいう）は、高温に加熱されても強度を有することが好ましい。上記離型シートの材料としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等が挙げられる。

上記離型シートの厚みは、好ましくは５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以下である。離型シートの厚みが上記下限以上であると、離型シートの強度がより一層高くなる。離型シートの厚みが上記上限以下であると、積層体の加熱効率及び冷却効率がより一層高くなり、加熱及び冷却費用がより一層抑えられる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。

（実施例１）
（１）繊維束
強化繊維束（台湾プラスチック社製「炭素繊維束ＴＣ３５−２４Ｋ」、繊維数２４０００本）を用いた。

（２）樹脂シート
コートハンガータイプのシート成形ダイが接続された単軸押出装置（φ４０ｍｍ）に、高密度ポリエチレン樹脂（プライムポリマー社製「Ｊ１０８」）を供給し、約２００℃で溶融混練し、シート状に押出し、冷却ロールにより冷却し、樹脂シート（厚み０．１ｍｍ）を作製した。

（３）離型シート
ＰＥＴシート（帝人デュポンフィルム社製「メリネックス」、厚み１００μｍ）を用いた。

（４）樹脂含浸繊維束の作製
図１に示すように、１０本の鉄製の加熱ロールが隣接した状態で配置された装置を用意した。１０本の加熱ロールは、ギアで連結し、一つのモーターを用いて駆動させた。ロールの直径を微かに変化させることで、それぞれのロールが、別々の速度で回転するように調整した。回転速度は、表１に記載した。１０本ロールは、熱風を直接あてることで加温し、加熱ロールの表面温度が２００℃となるように調整した。

離型シート、樹脂シート、強化繊維束、樹脂シート、離型シートをこの順に積層して、積層体を作製した。この積層体を図１に示すように、複数の加熱ロールに対して、ジグザグ状のパスラインで通した後に、モーターを駆動させて、加熱ロールに接触させながら、積層体を搬送した。各加熱ロールにて、積層体の流れ方向を４５度以上変えた。

加熱ロールは、微かに増速されているために、積層体には張力が付与され、積層体が各加熱ロールへと押し付けられている様子が観察された。

装置から排出された積層体を冷却ロールにて十分に冷却した後、離型シートを剥離して、強化繊維束に樹脂が含浸された樹脂含浸繊維束を得た。

なお、実施例１では、加熱ロール２が第１の加熱ロールに相当する。加熱ロール３〜１０は第２〜第９の加熱ロールに相当する。

（実施例２）
強化繊維束を以下の強化繊維束に変更したこと以外は実施例１と同様にして、樹脂含浸繊維束を得た。

エタノール（和光純薬工業社製「０５７−００４５６」）２０ｇ、１，５−ジヒドロキシナフタレン（和光純薬工業社製「０４８−０２３４２」）２．０ｇ、４０％メチルアミン水溶液（和光純薬工業社製「１３２−０１８５７」）１．０ｇ、及び３７％ホルムアルデヒド水溶液（和光純薬工業社製「０６４−００４０６」）２．０ｇをこの順番でビーカーに加え、攪拌することで溶液を調製した。次に、強化繊維束（台湾プラスチック社製「炭素繊維束ＴＣ３５−２４Ｋ」、繊維数２４０００本）に上記溶液を染み込ませ、ゴムローラー間でピンチすることにより、余分の溶液を炭素繊維束から排出させた。この炭素繊維束を２５℃で１時間放置し、溶媒であるエタノールをゆっくりと蒸発させた。次いで、炭素繊維束を１７０℃の熱風オーブン中に２０分おいて、加熱処理を行い、強化繊維束を得た。

得られた強化繊維束内を光学顕微鏡で観察すると、繊維間に直径が１μｍ〜１０μｍのスペーサ粒子が付着していた。この処理によって、炭素繊維の間に、スペーサ粒子の直径程度の隙間（スペース）が確保されていることを確認した。

（比較例１）
１０本の加熱ロールの回転速度を揃えるために、１０本の加熱ロールの直径のみを変更し、１０本の加熱ロールの直径を５０ｍｍに揃えたこと以外は実施例１と同様にして、樹脂含浸繊維束を得た。各加熱ロールは同速度で回転するために、繊維束には、実施例１ほど張力は付与されないと考えられる。

（評価）
引張試験：
島津製作所社製「オートグラフＡＢ−１０ＴＢ」を用いて、巾１０ｍｍ、スパン５０ｍｍの短冊状の樹脂含浸繊維束の繊維の延びる方向における引張強度を測定した。結果を下記の表１に示す。なお、引張速度は、５ｍｍ／分とした。

１０本の加熱ロールの回転速度及び得られた樹脂含浸繊維束の引張強度を下記の表１に示す。

上記表１に示す結果から、本発明の強化シートの製造方法によれば、微かに速度の異なる複数の加熱ロールに接触させながら、積層体を搬送するという簡単な方法にて、繊維束に樹脂を容易にかつ十分に含浸させることができ、結果として強度に優れた樹脂含浸繊維束が得られることがわかる。この場合は、ステンレスベルトのような熱容量の大きな搬送ベルトを用いていないため、樹脂含浸繊維束の製造工程における加熱及び冷却費用を低減できる。

また、本発明では、複数の加熱ロールが異なる速度で回転するために、繊維束に大きな張力が付与される可能性がある。繊維束が繊維間距離を広げているスペーサ粒子を含むことで、各繊維が強く張られた状態においても、繊維束への樹脂の含浸を促進することができ、結果として強度により一層優れた樹脂含浸繊維束が得られる。

１〜１０…加熱ロール
１１…樹脂含浸繊維束
２１…積層体
２２…繊維束
２３…第１の樹脂部
２４…第２の樹脂部
２５…第１の離型シート
２６…第２の離型シート
３１…搬送ロール
３２，３３…冷却ロール

Claims (13)

1. 繊維束と前記繊維束の第１の表面に積層された第１の樹脂部とを有する積層体を、複数の加熱ロールに接触させながら搬送させ、前記繊維束に前記第１の樹脂部の樹脂を含浸させる工程を備え、
   前記複数の加熱ロールが、第１の加熱ロールと、前記第１の加熱ロールの次に前記積層体が接触する第２の加熱ロールと、前記第２の加熱ロールの次に前記積層体が接触する第３の加熱ロールとを含み、
   前記第２の加熱ロールの回転速度を前記第１の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、前記積層体に張力を発生させつつ、前記第１の加熱ロール及び前記第２の加熱ロールに前記積層体を接触させ、前記第３の加熱ロールの回転速度を前記第２の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、前記積層体に張力を発生させつつ、前記第３の加熱ロールに前記積層体を接触させる、樹脂含浸繊維束の製造方法。
2. 前記第２の加熱ロールの回転速度の前記第１の加熱ロールの回転速度に対する比を１．００１以上、１．０１０以下にする、請求項１に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
3. 前記第１の加熱ロールに前記積層体の第１の表面を接触させ、前記第２の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面とは反対の第２の表面を接触させる、請求項１又は２に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
4. 前記第１の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変え、前記第２の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
5. 前記第１の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を４５度以上変え、前記第２の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を４５度以上変える、請求項４に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
6. 前記第３の加熱ロールの回転速度の前記第２の加熱ロールの回転速度に対する比を１．００１以上、１．０１０以下にする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
7. 前記第１の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させ、前記第２の加熱ロールに前記積層体の前記第２の表面を接触させ、前記第３の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
8. 前記第３の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
9. 前記複数の加熱ロールが、前記第３の加熱ロールの次に前記積層体が接触する第４の加熱ロールを含み、
   前記第４の加熱ロールの回転速度を前記第３の加熱ロールの回転速度よりも速くすることで、前記積層体に張力を発生させつつ、前記第４の加熱ロールに前記積層体を接触させ、
   前記第１の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させ、前記第２の加熱ロールに前記積層体の前記第２の表面を接触させ、前記第３の加熱ロールに前記積層体の前記第１の表面を接触させ、前記第４の加熱ロールに前記積層体の前記第２の表面を接触させ、
   前記第４の加熱ロールの回転速度の前記第３の加熱ロールの回転速度に対する比を１．００１以上、１．０１０以下にし、
   前記第４の加熱ロールによって前記積層体の流れ方向を変える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
10. 前記積層体として、前記第１の樹脂部の前記繊維束側とは反対の表面側に配置された第１の離型シートを有する積層体を用いる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
11. 前記積層体として、前記繊維束の前記第１の表面とは反対の第２の表面に積層されている第２の樹脂部を有する積層体を用い、
    前記繊維束に前記第１の樹脂部の樹脂及び前記第２の樹脂部の樹脂を含浸させる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
12. 前記積層体として、前記第１の樹脂部の前記繊維束側とは反対の表面側に配置された第１の離型シートと、前記第２の樹脂部の前記繊維束側とは反対の表面側に配置された第２の離型シートとを有する積層体を用いる、請求項１１に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。
13. 前記繊維束が、繊維間距離を広げているスペーサ粒子を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法。

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