JP6619789B2 - トウプリプレグの製造装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
フィラメント・ワインディング工法は、補強繊維を金型に巻回する直前にフィラメントを樹脂槽(Resin Bath)を通過させて含浸させる湿式巻き(Wet Winding)工法と、トウプリプレグを用いた乾式巻き(Dry Winding)工法と、を適用することができる。
直接コーティング工程は、別途のフィルム化工程又はプリプレグ化工程がなく、補強繊維を熱溶融している樹脂に直接当接させて含浸させてトウプリプレグを製造する工程であって、作業時間が短時間ですみ、且つ補強繊維の糸切れを最小化できるというコーティング技術である。
また、前記第2ローラーとの間に繊維が通過できるギャップを形成する第3ローラーを更に含み、前記第3ローラーの表面材料は、前記第1ローラーの表面材料と同じ材料からなることを特徴とするトウプリプレグの製造装置を提供する。
また、前記繊維の入射角を設定する段階は、0°〜30°の入射角が選択されることを特徴とするトウプリプレグの製造方法を提供する。
また、前記樹脂をコーティングする段階は、相異なる材質の第1ローラーと第2ローラーとの間のギャップに樹脂が供給されることによって、前記ギャップを通過する繊維に樹脂がコーティングされることを特徴とするトウプリプレグの製造方法を提供する。
また、コーティングされた樹脂を冷却して巻き取る段階を更に含むことを特徴とするトウプリプレグの製造方法を提供する。
第1に、第1、2ローラーと第2、3ローラーとの間の間隔が相互に独立しているため、低樹脂含量のトウプリプレグを生産する時は、先ず第1及び第2ローラー間の間隔を広くして十分な量の樹脂を炭素繊維の一本一本にコーティングした後、第2、3コーティングローラーで所望の樹脂含量を絞り出すことで、低樹脂含量であっても含浸度の高いトウプリプレグを生産することができる。
本発明は、トウプリプレグを製造するためのものであって、炭素繊維に樹脂を含浸することを土台とする。但し、本発明の要旨を不明にしない範囲内で他の繊維に樹脂を含浸してもよい。
図1は、本発明の好ましい実施例によるトウプリプレグの製造装置を示す図面である。
図1に示すように、本発明の好ましい実施例によるトウプリプレグの製造装置は、樹脂を供給するための繊維供給区域、供給された繊維に樹脂を含浸する樹脂含浸区域、樹脂を含浸した繊維を冷却して形態を完成させる冷却区域、及び巻回されたトウプリプレグを完成させる巻回区域に分けられる。
図2に示すように、クリール101からほぐされた炭素繊維がスプレッディング(spreading)されることなく、直ちに樹脂のコーティング及び含浸のための樹脂含浸区域に入れられた場合には、表面の炭素繊維だけが樹脂にコーティングされやすい。
図2に示すように、スプレッディングローラー103を移動させることによって炭素繊維の入射角を調節し、それによって炭素繊維に印加される張力を調節することができる。
F2=F1/sinα(0≦α<90°)
具体的には、繊維に印加される張力が低いほど、炭素繊維が2つのコーティングローラーの間を通過する時に樹脂と共に容易に押さえられて広がるようになって繊維の間に樹脂を均一に含浸させることができる。一方、炭素繊維に印加される張力を高めるほど、繊維が容易には広がらず、繊維をコーティングする樹脂の量が減り、それによって低樹脂含量の製品を生産することができる。
一方、スプレッディングローラー103によりスプレッディングされた炭素繊維は、その後端に位置する第1ローラー104a及び第2ローラー104bを含む2つ以上のコーティングローラー104を通過する。
図3aは、本発明の好ましい実施例によるコーティングローラーの構成を示す図面であり、図3bは他の実施例によるコーティングローラーの構成を示す図面である。
例えば、図3a及び図3bに示すように、コーティングローラーの配列は、金属−ゴム−金属又はゴム−金属−ゴムであることが好ましく、生産性を考慮して加熱時間を短縮するために、金属−ゴム−金属ローラーが更に好ましい。
下記表1は炭素繊維に対する入射角を調節することによってトウプリプレグの樹脂含量が変わることが確認できるデータである。
前記炭素繊維を、80℃に加熱した第1ローラー(金属)と第2ローラー(ゴム)との間を通過させた。この際、2つのコーティングローラー間の間隔は、炭素繊維の一本一本に十分に樹脂がコーティングされるように0.2mmに設定した。
102a,102b,102c ガイドローラー
103 スプレッディングローラー
104 コーティングローラー
104a 第1ローラー
104b 第2ローラー
104c 第3ローラー
105 移送ユニット
106 ヒータ
107a〜107d 冷却ローラー
108 巻取機
109 制御機
Claims (19)
- 供給される繊維の入射角を調節して供給される繊維に印加される張力を調節するスプレッディングローラーと、
前記スプレッディングローラーから供給される繊維に樹脂をコーティングできるように、前記繊維が通過するギャップをもって回転しながら、前記ギャップを介して樹脂を供給される第1ローラー及び第2ローラーを含む少なくとも2つのコーティングローラーと、
前記スプレッディングローラーを移動させて供給される繊維の入射角を調節するための移送ユニットと,
前記移送ユニットを調整してスプレッディングローラーの位置を調節するための制御機とを含み、前記スプレッディングローラーによって供給される繊維に印加される張力を調節して樹脂含浸量を調節することを特徴とするトウプリプレグの製造装置。 - 前記スプレッディングローラーは、前記第1ローラー及び前記第2ローラーのギャップに繊維が垂直に供給される第1位置、及び所定の最大入射角を形成できる第2位置の間で移動可能なように構成され、所定の位置に固定されることを特徴とする請求項1に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記スプレッディングローラーは、繊維の入射角を0°乃至30°に調節できることを特徴とする請求項1に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記第1ローラー及び第2ローラーは、相異なる材質からなり、前記第1ローラー又は前記第2ローラーはその表面が弾性材料からなるローラーであることを特徴とする請求項1に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記弾性材料からなるローラー以外の他のローラーは、その表面が非弾性材料からなることを特徴とする請求項4に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記第2ローラーとの間に繊維が通過できるギャップを形成する第3ローラーを更に含み、前記第3ローラーの表面材料は、前記第1ローラーの表面材料と同じ材料からなることを特徴とする請求項4に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記第1ローラー及び前記第3ローラーの表面材料は、ゴムであり、前記第2ローラーの表面材料が金属であることを特徴とする請求項6に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記第1ローラー及び前記第3ローラーの表面材料は、金属であり、前記第2ローラーの表面材料がゴムであることを特徴とする請求項6に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記第1ローラーと前記第2ローラーとの間のギャップは、前記第2ローラーと前記第3ローラーとの間のギャップよりも大きいことを特徴とする請求項6に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記制御機は、繊維の入射角と樹脂含量がマッチングしているデータのデータテーブルを有し、前記繊維の入射角は、前記データテーブルによって決定されるか、又は直接入力可能であることを特徴とする請求項1に記載のトウプリプレグの製造装置。
- 前記スプレッディングローラー側に繊維を供給できるように繊維が巻回されたクリールと、
前記クリールと前記スプレッディングローラーとの間に設置されて繊維の供給をガイドするガイドローラーと、を更に含むことを特徴とする請求項1に記載のトウプリプレグの製造装置。 - 前記コーティングローラーを通過した繊維を加熱するためのヒータと、
前記ヒータを通過した繊維を冷却する冷却ローラーと、
前記冷却ローラーを通過した繊維を巻く巻取機と、を更に含むことを特徴とする請求項1に記載のトウプリプレグの製造装置。 - 供給される繊維の入射角を調節して供給される繊維に印加される張力を調節するスプレッディングローラーから供給される繊維に樹脂をコーティングできるように、前記繊維が通過するギャップをもって回転しながら、前記ギャップを介して樹脂を供給される第1ローラー及び第2ローラーを含む少なくとも2つのコーティングローラーに供給される繊維の入射角を設定する段階と、
前記スプレッディングローラーを移動させて供給される繊維の入射角を調節するための移送ユニットにより設定された入射角に前記スプレッディングローラーを移動させる段階と、
制御機は前記移送ユニットを調整してスプレッディングローラーの位置を調節し、前記スプレッディングローラーによって供給される繊維に印加される張力を調節して樹脂含浸量を調節し、
前記コーティングローラー側に繊維を供給し、供給された繊維に連続的に樹脂をコーティングする段階と、を含むことを特徴とするトウプリプレグの製造方法。 - 前記繊維の入射角を設定する段階は、0°乃至30°の入射角が選択されることを特徴とする請求項13に記載のトウプリプレグの製造方法。
- 前記繊維の入射角を設定する段階は、制御機に樹脂含量が入力される段階を含み、前記制御機は、前記繊維の入射角と樹脂含量とがマッチングしているデータテーブルのデータに基づき前記繊維の入射角を決定することを特徴とする請求項13に記載のトウプリプレグの製造方法。
- 前記樹脂をコーティングする段階は、相異なる材質の第1ローラーと第2ローラーとの間のギャップに樹脂が供給されることによって、前記ギャップを通過する繊維に樹脂がコーティングされることを特徴とする請求項13に記載のトウプリプレグの製造方法。
- 相異なる材質を有する前記第2ローラーと第3ローラーとの間のギャップにコーティングされた樹脂を通過させることによって、コーティングされた樹脂の一部を除去して樹脂の含量を低減させる段階を更に含むことを特徴とする請求項16に記載のトウプリプレグの製造方法。
- コーティングされた樹脂を加熱する段階を更に含むことを特徴とする請求項13に記載のトウプリプレグの製造方法。
- コーティングされた樹脂を冷却して巻き取る段階を更に含むことを特徴とする請求項13に記載のトウプリプレグの製造方法。
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