JP6883827B2 - プリプレグ連続製造装置およびその方法 - Google Patents
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Description
ホットメルト法は、マトリックス樹脂を塗布した離型紙の間にシート状の繊維性基材を挟み、これらを重ね合わせた状態で加熱してマトリックス樹脂を低粘度化させることで、繊維性基材にマトリックス樹脂を含浸させる方法である。
一方、溶剤法は、マトリックス樹脂に溶剤を添加して樹脂粘度を低下させ、これを繊維性基材に含浸させた後に乾燥機等を用いて溶剤を蒸発させる方法である。
第1工程は、離型紙または離型フィルム53の上に、マトリックス樹脂55を薄いフィルム状に塗布し、そのマトリックス樹脂55の上に別の離型紙または離型フィルム53を被せて樹脂フィルム50を作製する工程である。樹脂フィルム50は2枚の離型紙または離型フィルム53でマトリックス樹脂55を挟んだ構成となっており、ロール56に巻き取られている。樹脂フィルム50の膜厚は、プリプレグ52におけるマトリックス樹脂55の必要量に応じて調整されている。
第2工程では、まず2ロールの樹脂フィルム50の繊維性基材54に対向する側の離型紙または離型フィルム53を剥離し、その樹脂フィルム50で繊維性基材54を挟んで貼り付ける。その後に、それをホットプレート61で加熱し、マトリックス樹脂55を低粘度化させる。続いてローラ62で加熱及び加圧することにより、マトリックス樹脂55が繊維性基材54に含浸し、プリプレグ52が完成する。
一対の前記加温ローラの周面へ向けて離型シートを巻き戻し得る一対の離型シートリールと、
一対の前記離型シートの間へ布を巻き戻し得る布用リールと、
一対の前記加温ローラの隙間に位置するギャップ部上であって一対の前記離型シートの間に溜まるようにマトリックス樹脂を供給する樹脂供給装置と、を備え、
前記加温ローラは、それぞれ前記ギャップ部における該加温ローラの周面が上方から下方へ移動するように回転し、前記ギャップ部を上方から下方へ通過する前記離型シート、前記布、及び前記マトリックス樹脂を重ね合わせた状態で下方へ押し出し、
前記布に付着する前記マトリックス樹脂の付着量は、一対の前記加温ローラの間隔を変動させることによって制御される、プリプレグ連続製造装置が提供される。
前記布の両面に離型シートを配置し、
前記布及び1対の前記離型シートを1対の加温ローラの隙間に位置するギャップ部に通して重ね合わせ、かつ前記加温ローラの前記ギャップ部上であって一対の前記離型シートの間に溜まるように前記マトリックス樹脂を供給し、
1対の前記加温ローラの間隔を調整することにより前記マトリックス樹脂の付着量を制御する、プリプレグ連続製造方法が提供される。
また、本発明は、連続する1工程でプリプレグが製造可能であるため、生産性および製造作業性を向上させることができる。
図2は、第1実施形態のプリプレグ連続製造装置1の説明図である。本実施形態は、布4の片面にマトリックス樹脂5を付着させる実施形態である。
プリプレグ連続製造装置1(以下、連続製造装置1)は、マトリックス樹脂5を使用して、ホットメルト法の連続した1工程でプリプレグ10を製造する装置である。連続製造装置1は、一対の加温ローラ2、一対の離型シートリール13、布用リール14、及び樹脂供給装置8を備えている。
この連続製造装置1を使用する際は、2枚の離型シート3と、布4と、マトリックス樹脂5とを一対の加温ローラ2の間の隙間に位置するギャップ部2bに投入する。これにより連続製造装置1は、布4にマトリックス樹脂5が付着し、その両面が離型シート3で覆われているものを一度に製造することができる。
また、例えば、室温や低温で粘度が高いマトリックス樹脂5を使用する場合の加温ローラ2は、マトリックス樹脂5の粘度が0.5Pa・s以上かつ100Pa・s以下になるまで加温可能であることが好ましい。
このとき、ギャップ部上のマトリックス樹脂5の粘度は、0.5Pa・s以上かつ10Pa・s以下であることが特に好ましい。ギャップ部上のマトリックス樹脂5の粘度が10Pa・s以下であることが特に好ましいのは、10Pa・sより粘度が大きいと、加温ローラ2で下方に送り出すのに時間がかかり、プリプレグ10の生産性が低下するためである。
離型シート3は、布4およびマトリックス樹脂5を両面からはさみ込んで使用する膜状の人工物である。連続製造装置1には、離型シート3が一対(2ロール)使用される。この図のように、離型シート3は、1つの加温ローラ2に一枚ずつ配置され、加温ローラ2のギャップ部2bを上下に通る。
本実施形態の布4は、炭素繊維やガラス繊維等の無機物から成る繊維あるいはアラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維を互いに絡ませシート状に形成した繊維性基材であってもよい。布4は、各種の織物、ノン・クリンプ・ファブリック(NCF)、編物、又は圧縮ウールやフェルト生地のような不織物であってもよく、繊維が一方向に配列され、引き揃えられただけのものは含まない。本実施形態の連続製造装置1は、布4が、一方の離型シート3を間に挟んで、一方の加温ローラ2の周面2cの一部に巻き付くように設置されている。これにより、連続製造装置1は、布4の片面のみにマトリックス樹脂5を付着させることができる。
マトリックス樹脂5を2つの加温ローラ2の間のギャップ部2bに溜め、そこに布4を通す連続製造装置1の構成により、単に容器に溜めたマトリックス樹脂5に布4を通すよりも、加温ローラ2の回転で強制的かつ積極的に布4へのマトリックス樹脂5の含浸を促すことができる。
また、この構成により、加温ローラ2を回転させることで、離型シート3を、(1)製造ラインの進行速度に追従させて、(2)2本の加温ローラ2に沿わせる形で、(3)テンションを負荷しながらギャップ部2bへ供給させることができる。その結果、ギャップ部2bの清掃が不要なため、単に容器に溜めたマトリックス樹脂5に布4を通すよりも、メンテナンス性に優れている。
その上、単に容器に溜めたマトリックス樹脂5に布4を通す場合は、マトリックス樹脂5の付着量を調整できないのに対し、本実施形態の連続製造装置1は、加温ローラ2のローラギャップの幅(ギャップ部2bの間隔6(図3を参照))で調整するため、容易に調整することができる。
例えば厚さ計7は、加温ローラ2の直後に配置され、ギャップ部2bから押し出されたシートを上下に挟み、一方からX線やβ線を照射し、他方でそのX線又はβ線を受光するものであってもよい。その場合、厚さ計7は、例えば測定対象を透過するX線やβ線の減衰量から単位面積あたりの質量を測定し、密度を掛けることで、測定対象の厚さを算出するものであってもよい。これにより厚さ計7は、2枚の離型シート3と布4とマトリックス樹脂5が重ね合わされた状態の単位面積当たりの質量を測定する。
なお、厚さ計7の計測値に基づく1対の加温ローラ2の間隔6の調整は、手動で行ってもよい。
このようにして、連続製造装置1は、厚さ計7の計測値に基づいて1対の加温ローラ2の間隔6を、手動で、あるいは制御装置16で自動的に、調整することができる。
巻取装置18は、完成したプリプレグ10を紙管の上に巻き取る装置である。巻取装置18は、EPCセンサー等端部を揃える機能を備えていることが好ましい。
この図に示すように、ギャップ部2bには、加温ローラ2の軸方向におけるマトリックス樹脂5の付着範囲の両端部に、加温ローラ2の形状に沿って設けられたガイド9を設けることが好ましい。これにより、マトリックス樹脂5の付着範囲を、両ガイド9の間に限定することができる。
このとき、L1を一対のガイド9の内側間の距離、L2をガイド9の外側間の距離、W1を布4,4’の幅、W2を離型シート3の幅とした場合、以下の式1かつ式2が成り立つことが好ましい。式1を満たすことにより、布4がガイド9に折れて挟まるのを確実に防ぐことができるので、マトリックス樹脂5を布4に幅方向に均一に付着させることができる。また、式2を満たすことで、マトリックス樹脂5を離型シート3で確実に挟むので、加温ローラ2にマトリックス樹脂5が付着するのを防ぐことができる。
L1>W1 ・・・(式1)
L2≦W2 ・・・(式2)
また、マトリックス樹脂5の付着工程と、含浸工程を連続して行うことで、プリプレグ10を製造可能であるため、生産性および製造作業性を向上させることができる。
さらに連続製造装置1は、布4を、ギャップ部2bの上方に溜められたマトリックス樹脂5に潜らせることで布4にマトリックス樹脂5を付着させる。そのため本実施形態の連続製造装置1は、常温(例えば15〜25℃)や低温(例えば0℃以上15℃未満)で粘度が低いために樹脂フィルム50が製造できず従来のホットメルト法に適さなかったマトリックス樹脂5でも、プリプレグ10の製造に使用できる。
また、プリプレグ10の全長にわたり必ず厚さ計7を通るので、プリプレグ10のロール全体に渡る樹脂含有量を計測することができる。
図2に記載したように、布4の両面に離型シート3を配置し、布4及び1対の離型シート3を1対の加温ローラ2の隙間に位置するギャップ部2bに通して重ね合わせる。それに加えて、加温ローラ2のギャップ部2bで布4と離型シート3の間にマトリックス樹脂5を供給する。
これにより、厚さ計7の計測値をギャップ部2bの間隔6にフィードバックすることができる。
本実施形態のプリプレグ連続製造方法による効果は、本実施形態の連続製造装置1の効果と同様である。
図4は、第2実施形態の連続製造装置1の説明図である。本実施形態の連続製造装置1は、マトリックス樹脂5を、布4の両面から付着させる実施形態である。そのためこの連続製造装置1は、布4のギャップ部2bに入る際の角度が第1実施形態とは異なる。
具体的に、本実施形態の連続製造装置1は、布4がギャップ部2bへ向けて延びるルートを、ギャップ部上に溜まったマトリックス樹脂5の中で布4と両離型シート3との間に隙間が生じる角度に固定する基材用ローラ14aを備える。この点で本実施形態の連続製造装置1は、第1実施形態のそれとは異なる。これにより、布4が、一方の加温ローラ2に巻き付けられずに、一対の離型シート3の間でギャップ部2bを上下に通過する。ギャップ部2bを通過する布4は、鉛直に延びていることが好ましい。これにより、両離型シート3と布4との間に隙間ができ、そこにマトリックス樹脂5が入るため、布4の両面に一度にマトリックス樹脂5を付着させることができる。そして、布4の両面のマトリックス樹脂5に離型シート3が貼り付けられたものが、ギャップ部2bの下方から押し出される。
図5は、第2実施形態の加温ローラ2の斜視図である。本実施形態の樹脂供給装置8は、この図のように、一対の離型シート3と布4の間にマトリックス樹脂5を投入する際には、布4の表面側と裏面側の両方に、それぞれマトリックス樹脂5を投入することが好ましい。これにより、マトリックス樹脂の粘度が高くても、マトリックス樹脂5を、布4の表面側と裏面側から付着させることができ、その結果、下流に位置する含浸ローラで、マトリックス樹脂5を布4の内部まで含浸させることができる。
その他の本実施形態の連続製造装置1の構成及び効果は、第1実施形態のそれらと同様である。
その他の本実施形態のプリプレグ連続製造方法及びその効果は、第1実施形態のそれらと同様である。
1.低粘度タイプのエポキシ樹脂
(実施例1−1)
本実施例の連続製造装置1では、布4としてはノン・クリンプ・ファブリックを、離型シート3としては離型フィルムを、マトリックス樹脂5としては低粘度タイプのエポキシ樹脂を、それぞれ使用した。
炭素繊維の配向角が+45°/90°/−45°で構成され、ステッチ糸が編みこまれた目付900g/m2のノン・クリンプ・ファブリックと、室温粘度9Pa・sのエポキシ樹脂およびエンボス加工が施されたポリエチレン素材の離型フィルムを使用した。加温ローラ2、ホットプレート11および含浸ローラ12を25℃で、図2のように、加温ローラ上の布4に片面側からマトリックス樹脂5を付着させた。
厚さ計7で樹脂含有率が36±2wt%となるよう加温ローラ間のギャップ部2bの間隔6を制御してプリプレグ10を製造した結果、マトリックス樹脂5の供給面から布4の裏面までマトリックス樹脂5が含浸したプリプレグ10が得られた。
本実施例の連続製造装置1では、布4としてはノン・クリンプ・ファブリックを、離型シート3としては離型フィルムを、マトリックス樹脂5としては低粘度タイプのエポキシ樹脂を、それぞれ使用した。
炭素繊維の配向角が+45°/90°/−45°で構成され、ステッチ糸が編みこまれた目付450g/m2のノン・クリンプ・ファブリックと、室温粘度9Pa・sのエポキシ樹脂およびエンボス加工が施されたポリエチレン素材の離型フィルムを使用した。加温ローラ2、ホットプレート11および含浸ローラ12を25℃で、図2のように、加温ローラ上の布4に片面側からマトリックス樹脂5を付着させた。
厚さ計7で樹脂含有率が36±2wt%となるよう加温ローラ間のギャップ部2bの間隔6を制御してプリプレグ10を製造した結果、マトリックス樹脂5の供給面から布4の裏面までマトリックス樹脂5が含浸したプリプレグ10が得られた。
(実施例2−1)
本実施例の連続製造装置1では、布4としてはノン・クリンプ・ファブリックを、離型シート3としては離型紙を、マトリックス樹脂5としては高粘度タイプのエポキシ樹脂配合物を、それぞれ使用した。
炭素繊維の配向角が+45°/−45°で構成され、ステッチ糸が編みこまれた目付530g/m2のノン・クリンプ・ファブリックと、室温で100,000Pa・s、80℃で5Pa・sのエポキシ樹脂配合物および離型紙を使用した。加温ローラ2、ホットプレート11および含浸ローラ12を80℃とすることでマトリックス樹脂5の粘度を下げ、図4のように、加温ローラ上の布4に両面側からマトリックス樹脂5を付着させた。
厚さ計7で樹脂含有率が38±2wt%となるよう加温ローラ間のギャップ部2bの間隔6を制御してプリプレグ10を製造した結果、従来のホットメルト法で製造した場合と同等な含浸状態を有するプリプレグ10が得られた。
本実施例の連続製造装置1では、布4としては炭素繊維織物を、離型シート3としては離型紙を、マトリックス樹脂5としては高粘度タイプのエポキシ樹脂配合物を、それぞれ使用した。
目付200g/m2の平織の炭素繊維織物と、室温で100,000Pa・s、80℃で5Pa・sのエポキシ樹脂配合物および離型紙を使用した。加温ローラ2、ホットプレート11および含浸ローラ12を80℃とすることでマトリックス樹脂5の粘度を下げ、図4のように、加温ローラ上の布4に両面側からマトリックス樹脂5を付着させた。
厚さ計7で樹脂含有率が38±2wt%となるよう加温ローラ間のギャップ部2bの間隔6を制御してプリプレグ10を製造した結果、従来のホットメルト法で製造した場合と同等な含浸状態を有するプリプレグ10が得られた。
本実施例の連続製造装置1では、布4としては8枚朱子織のガラスクロスを、離型シート3としては離型紙を、マトリックス樹脂5としては高粘度タイプのエポキシ樹脂配合物を、それぞれ使用した。
目付300g/m2の8枚朱子織のガラスクロスと、室温で100,000Pa・s、80℃で5Pa・sのエポキシ樹脂配合物および離型紙を使用した。加温ローラ2、ホットプレート11および含浸ローラ12を80℃とすることでマトリックス樹脂5の粘度を下げ、図4のように、加温ローラ上の布4に両面側からマトリックス樹脂5を付着させた。
厚さ計7で樹脂含有率が35±2wt%となるよう加温ローラ間のギャップ部2bの間隔6を制御してプリプレグ10を製造した結果、従来のホットメルト法で製造した場合と同等な含浸状態を有するプリプレグ10が得られた。
また、本発明は、連続する1工程でプリプレグ10が製造可能であるため、生産性および製造作業性を向上させることができる。
さらに、本発明によれば、布4を、ギャップ部2bの上方に溜められたマトリックス樹脂5に潜らせることで布4にマトリックス樹脂5を付着させる。これにより本発明では、常温や低温で粘度が低いために樹脂フィルム50が製造できず、従来のホットメルト法に適さなかったマトリックス樹脂5でも、プリプレグ10の製造に使用することができる。
また、必ず厚さ計7を通るので、プリプレグ10のロール全体に渡る樹脂含有量を計測することができる。
2 加温ローラ、2a 回転軸、2b ギャップ部、2c 周面、2d モータ、
3 離型シート、4,4’ 布、5 マトリックス樹脂、6 間隔、
7 厚さ計、8 樹脂供給装置、8a 樹脂タンク、8b ポンプ、
9 ガイド、10 プリプレグ、11 ホットプレート、12 含浸ローラ、
13 離型シートリール、14 布用リール、14a 基材用ローラ、
15 アクチュエータ、16 制御装置、17 駆動ローラ、18 巻取装置、
19 冷却プレート、50 樹脂フィルム、52 プリプレグ、
53 離型紙または離型フィルム、54 繊維性基材、
55 マトリックス樹脂、56 ロール、
61 ホットプレート、62 ローラ
Claims (7)
- 互いに隣接し水平かつ平行に延びる回転軸を中心として回転する一対の加温ローラと、
一対の前記加温ローラの周面へ向けて離型シートを巻き戻し得る一対の離型シートリールと、
一対の前記離型シートの間へ布を巻き戻し得る布用リールと、
一対の前記加温ローラの隙間に位置するギャップ部上であって一対の前記離型シートの間に溜まるようにマトリックス樹脂を供給する樹脂供給装置と、を備え、
前記加温ローラは、それぞれ前記ギャップ部における該加温ローラの周面が上方から下方へ移動するように回転し、前記ギャップ部を上方から下方へ通過する前記離型シート、前記布、及び前記マトリックス樹脂を重ね合わせた状態で下方へ押し出し、
前記布に付着する前記マトリックス樹脂の付着量は、一対の前記加温ローラの間隔を変動させることによって制御され、
1対の前記加温ローラの下流側に厚さ計を備え、
前記厚さ計の計測値により1対の前記加温ローラの間隔を調整する、プリプレグ連続製造装置。 - 前記布が前記ギャップ部へ向けて延びるルートを、前記ギャップ部上に溜まった前記マトリックス樹脂の中で前記布と両離型シートとの間に隙間が生じる角度に固定する基材用ローラを備える、請求項1に記載のプリプレグ連続製造装置。
- 1対の前記加温ローラの下流側に位置し、前記マトリックス樹脂が付着した前記布を加圧及び加熱のいずれか一方又は両方を行い、前記マトリックス樹脂を前記布の表面から内部まで含浸させる1対の含浸ローラと、
前記布の内部まで前記マトリックス樹脂が含浸したプリプレグを挟み一定の速度で移動させる一対の駆動ローラと、
完成した前記プリプレグを巻き取る巻取装置と、を備える、請求項1または2に記載のプリプレグ連続製造装置。 - 布にマトリックス樹脂が付着したプリプレグ連続製造方法であって、
前記布の両面に離型シートを配置し、
前記布及び1対の前記離型シートを1対の加温ローラの隙間に位置するギャップ部に通して重ね合わせ、かつ前記加温ローラの前記ギャップ部上であって一対の前記離型シートの間に溜まるように前記マトリックス樹脂を供給し、
1対の前記加温ローラの間隔を調整することにより前記マトリックス樹脂の付着量を制御し、
1対の前記加温ローラの下流側に厚さ計を設置し、該厚さ計の計測値により1対の前記加温ローラの間隔を調整する、プリプレグ連続製造方法。 - 前記布を、前記ギャップ部上に溜まった前記マトリックス樹脂の中で両離型シートとの間に隙間が生じるように前記ギャップ部を通過させ、前記布の両面に前記マトリックス樹脂を付着させる、請求項4に記載のプリプレグ連続製造方法。
- 前記布を、一方の前記加温ローラの周面に巻き付いた離型シート上に重ねて巻き付かせ
た状態で前記ギャップ部を通過させ、前記布の片面に前記マトリックス樹脂を付着させる、請求項4に記載のプリプレグ連続製造方法。 - 前記ギャップ部上の前記マトリックス樹脂の粘度は、0.5Pa・s以上かつ100Pa・s以下である、請求項4〜6のうちの何れか一項に記載のプリプレグ連続製造方法。
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