JP6890844B2 - 高分子複合材料の拡繊織物およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、材料を可塑性の状態下で成型するものであり、特に高分子複合材料である拡繊織物の可塑性の状態下での成型に関するものである。

従来の熱硬化拡繊紗は、製造過程中に用いられる熱硬化高分子予浸材における熱硬化性樹脂が常温状態で粘り気があることから、予浸材を巻き取る際にべとつくことを防ぐため、表面に剥離シートで覆っておくので、後からこの予浸材を使用する時に、またその剥離シートを剥がす必要があり、さらに、引き続き製造過程中に熱硬化性樹脂が硬化することを防ぐために、低温状態に保持しなければならない。尚、この方法によれば、予浸材を加熱硬化させることから、べとつかなくなるものの、互いに直接に付着させることもできなくなることから、再度含浸させたり、可塑性材料を添加したりしなけらば積み重ねて加圧成形することができないので、生産性に不向きである。

また、従来の熱可塑性拡繊紗は、寸法の安定性に劣るので、生産に適していない。

ほかにも、現在の業界では、幅がさらに広く厚さがさらに薄い拡繊紗の要望があるので、いかに拡繊織物の原料の厚さを薄く、幅を広くするかが現在の製造方法における課題であった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、低い目付け重量と低い樹脂の含有量を有し、かつ取り扱いやすい拡繊紗を使って製織された、厚さがより薄くて品質がより向上した高分子複合材料の拡繊織物を提供することにある。

熱可塑性高分子化合物を基材とする拡繊紗で製織された高分子複合材料の拡繊織物であって、単一方向に揃えた多数本の繊維を含み、前記拡繊紗の目付け重量が７０ｇ／ｍ^２〜１６０ｇ／ｍ^２であり、前記拡繊紗の幅が１００ｃｍ以下であり、前記拡繊紗の樹脂の含有量が３０％〜５０％であることを特徴とする高分子複合材料の拡繊織物。

前記拡繊紗の目付け重量が７０ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

前記拡繊紗の樹脂の含有量が３２％〜４７％であることが好ましい。

単一方向に揃えた繊維を、加熱された拡繊棒に送って通過させて拡繊させる拡繊ステップと、前記拡繊済みの繊維を、粘度が２０００〜３００００ｃｐｓでの熱可塑性樹脂に浸して予浸材を形成する含浸ステップと、前記形成された予浸材を焼いて乾燥して定型する定型ステップと、前記乾燥した予浸材を、繊維の方向に沿って裁断して帯状の拡繊紗を形成する裁断ステップと、前記裁断された拡繊紗を製織して、さらに短時間加熱して定型する製織ステップと、を含むことを特徴とする。

前記拡繊ステップにおいて、前記拡繊棒の温度が８０℃〜１２０℃であることが好ましい。

前記拡繊ステップにおいて、前記繊維と水平面との角度が１０°〜７０°であることが好ましい。

前記裁断ステップの手順は、まず、乾燥した複数枚の予浸材を、所要の異なる角度に積み重ねて加圧し、さらに裁断して帯状の拡繊紗を形成することが好ましい。

前記製織ステップにおける加熱温度は、ガラス転移温度より高いことが好ましい。

本発明が提供した技術手段には、以下のメリットを有する。

１．本発明に係る拡繊紗が低い目付け重量と低い樹脂の含有量の特徴を持つことで、厚さを低減させると共に、幅を広げることができるので、この拡繊紗を使って製織された高分子複合材料の拡繊織物は、厚さをより薄くする目的を達成できる。

２．本発明は、熱可塑性高分子化合物を予浸材の基材とするが、予浸材は定型ステップで焼いた後すでに乾燥の状態となっていることから、べたつかないので、裁断作業がしやすく、更に、その後の工程においても、常温の状態で生産することができることから、材料が取り扱いやすく、作業効率を高められるので、製造コストの低減を達成できる。

３．本発明に係る高分子複合材料の拡繊織物を製造する時は、異なる方向の応力要求に応じて、複数枚の予浸材を所要の異なる角度に積み重ねて加圧してから裁断および製織し、それによれば、従来技術と比べると、再度含浸したり、可塑性材料を添加したりする必要がなく、完成後、短時間加熱するだけで定型させることができると共に、織物の図柄を維持することもできるので、製織における設計自由度や作業の利便性を向上させることができる。

４．拡繊ステップにおいては、単一方向に揃えた強化繊維に対して拡繊作業を行い、それぞれの繊維を拡繊する際に、隣接する繊維同士を当接させて互いの移動を制限することで、拡繊する時の寸法の均一性を向上させ、製品の目付け重量をより均一にし、拡繊紗の厚さに対するハンドリング性を高めることで、拡繊紗の厚さをさらに低減させるので、製織された本発明の高分子複合材料の拡繊織物の厚さをより薄くできる。

５．含浸ステップにおいて、拡繊された繊維を、熱可塑性高分子化合物である基材の内に均一に含浸させて高分子複合材料の拡繊織物を得る。

６．本発明は、前述した製造方法の改善によって完成させた高分子複合材料の予浸材の幅は、１００ｃｍとすることが可能であることから、裁断時に、より多く本数の帯状の拡繊紗が得られる。故に、高分子複合材料の拡繊織物の生産量を増やせる上、裁断時における繊維の保全性を高め、誤差を低減させることができるので、高分子複合材料の拡繊織物の品質向上を図ることができる。

７．本発明に係る高分子複合材料の拡繊織物の製造方法は、現在市販されている設備に適用できるので、現有の設備を大幅に移設したり、変更しなくても、製品の品質を向上させる目的を達成する。

本発明に係る予浸材の断面の模式図である。 本発明に係る製造方法のフローチャートである。 乾燥した予浸材を裁断して帯状になった複数本の拡繊紗を巻き取る状態を示す模式図である。 本発明に係る拡繊織物である。 本発明に係る他の拡繊織物である。

本発明の技術特徴及び実用的な効果を深く理解できるように、且つ発明の内容に従って実現できるように、図面に示す好ましい実施形態によって、以下のとおり詳細に説明する。

図２に示すように、本発明に係る高分子複合材料の拡繊織物の製造方法は、拡繊ステップＳ１と、含浸ステップＳ２と、定型ステップＳ３と、裁断ステップＳ４と、製織ステップＳ５と、を含む。

そのうち拡繊ステップＳ１においては、単一方向に揃えた複数本の繊維１０を、加熱した拡繊棒に送り通過させ、該拡繊棒の張力によって、該繊維１０を所要の幅の寸法に至るまで拡繊させ、拡繊後、該複数本の繊維１０を、単一方向に揃えた繊維からなる単一の平面に形成する。尚、ここでの前記複数本の繊維１０は、炭素繊維やガラス繊維などの任意の強化繊維であってもよく、ここでの前記拡繊棒の温度は、８０℃〜１２０℃であり、前記繊維と水平面との角度は１０°〜７０°であることが好ましい。

前記含浸ステップＳ２においては、前記拡繊された繊維１０を基材２０に浸して予浸材とする。また、前記基材２０は、熱可塑性樹脂であり、該熱可塑性樹脂が高流動性の特徴を持つことにより、該拡繊された繊維１０を充分に含浸させる。尚、本発明の好適な実施例では、前記熱可塑性樹脂の粘度は、２０００〜３００００ｃｐｓであることが好ましい。

前記定型ステップＳ３においては、前記形成された予浸材を焼いて乾燥させる。尚、このステップにおいては、予浸材を整経ビームに巻き取っておき、後の工程を行う際に使用する。

前記裁断ステップＳ４においては、前記乾燥された予浸材を所要の寸法によって繊維の方向に沿って一本以上の帯状の拡繊紗に裁断する。尚、このステップにおいては、該乾燥された複数枚の予浸材を所要の異なる角度に積み重ねて加圧してから、さらに所要の寸法によって一本以上の帯状の拡繊紗に裁断することもできる。

図３では、図面の左側が乾燥済みの予浸材が巻き取られた材料であり、該材料を左から右に向かって裁断して、複数本の帯状の拡繊紗とする。尚、ここでの乾燥済みの予浸材の最大幅Ｗは、１００ｃｍであり、裁断された各帯状の拡繊紗の予浸材の幅Ｌは、少なくとも０.５ｃｍである。

前記製織ステップＳ５においては、前記裁断された拡繊紗を設計の要望に応じて製織作業を行い、さらに短時間で加熱させることで織物の図柄を維持させることにより、本発明の高分子複合材料の拡繊織物を完成させる。尚、ここでのステップにおける定型加熱の温度はガラス転移温度より高い。

図１は、前記乾燥された予浸材の断面を顕微鏡で観察した状態を示すものであり、その中の白い点は、各繊維１０の断面であり、色がやや薄く、また、該複数本の繊維１０の間に分布するのが基材２０であり、図１の上部と下部における黒い部分が観測しやすくするために添加したエポキシ樹脂である。尚、図１では、前記基材２０が前記複数本の繊維１０の内部に充分に含浸されていることが分かる。

図４は、前記拡繊紗に色を付け、さらに該拡繊紗を縦横交互に編み込んで形成した高分子複合材料の拡繊織物を示すものである。

図５は、裁断された予浸材を設計によって製織した高分子複合材料の拡繊織物を示すものである。

本発明に係る製造方法によって作られた高分子複合材料の拡繊織物は、拡繊紗により製織されるものであり、該拡繊紗は、以下に示す特徴を含む。つまり、複数本の繊維１０と基材２０とを含み、該複数本の繊維１０を単一方向に揃える。尚、前記各繊維は、炭素繊維やガラス繊維などの任意の強化繊維であってもよく、基材２０は熱可塑性樹脂である。また、該拡繊紗の目付け重量は、７０ｇ／ｍ^２〜１６０ｇ／ｍ^２であり、樹脂の含有量は、３０％〜５０％であり、幅は、１００ｃｍである。

より好ましくは、前記拡繊紗の目付け重量が７０ｇ／ｍ^２〜１６０ｇ／ｍ^２であり、樹脂の含有量が３２％〜４７％であり、この状態で作られた製品は、予浸材の厚さを最も有効に低減させることができると共に、安定した歩留まりが得られるので、本発明に係る高分子複合材料の拡繊織物の品質を向上させることができる。

本発明に係る拡繊紗が低い目付け重量と低い樹脂の含有量の特徴を持つことで、厚さを低減させると共に、幅を広げることができるので、この拡繊紗を使って製織された高分子複合材料の拡繊織物は、厚さをより薄くする目的を達成できる。

熱硬化高分子化合物を基材とする予浸材は、常温下の樹脂がべたつく問題を防ぐため、剥離シートを使用する必要があり、また、低温環境を維持しながら引き続き製造工程を行う面倒もある。それに比べ、本発明は、熱可塑性高分子化合物を予浸材の基材とするが、予浸材は定型ステップで焼いた後すでに乾燥の状態となっていることから、べたつかないので、裁断作業がしやすく、更に、その後の工程においても、常温で生産することができることから、材料が取り扱いやすく、作業効率を高められるので、製造コストの低減を達成できる。

本発明に係る高分子複合材料の拡繊織物を製造する時は、異なる方向の応力要求に応じて、複数枚の予浸材を所要の異なる角度に積み重ねて加圧してから裁断および製織し、それによれば、従来技術と比べると、再度含浸したり、可塑性材料を添加したりする必要がなく、完成後、短時間加熱するだけで定型させることができると共に、織物の図柄を維持することもできるので、製織における設計自由度や作業の利便性を向上させることができる。

拡繊ステップＳ１においては、単一方向に揃えた強化繊維に対して拡繊作業を行い、それぞれの繊維を拡繊する際に、隣接する繊維同士を当接させて互いの移動を制限することで、拡繊された製品の幅と目付け重量を均一とし、製織された本発明の高分子複合材料の拡繊織物の厚を調整可能とする。

含浸ステップＳ２において、拡繊された繊維を、熱可塑性高分子化合物である基材の内に均一に含浸させて、高分子複合材料の拡繊織物を得る。

本発明は、前述した製造方法の改善によって完成させた高分子複合材料の予浸材の幅は、１００ｃｍとすることが可能であることから、裁断時に、より多く本数の帯状の拡繊紗が得られる。故に、高分子複合材料の拡繊織物の生産量を増やせる上、裁断時における繊維の保全性を高め、誤差を低減させることができるので、高分子複合材料の拡繊織物の品質向上を図ることができる。

本発明に係る高分子複合材料の拡繊織物の製造方法は、現在市販されている設備に適用できるので、現有の設備を大幅に移設したり、変更しなくても、製品の品質を向上させる目的を達成する。

以上の説明は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明に対して何ら限定を行うものではない。本発明について、比較的好ましい実施形態をもって上記のとおり開示したが、これは本発明を限定するものではなく、すべての当業者が、本発明の技術構想を逸脱しない範囲において、本発明の技術の本質に基づいて上記の実施形態に対して行ういかなる簡単な修正、変更及び修飾も、依然としてすべて本発明の技術構想の範囲内にある。

１０ 繊維
２０ 基材
３０ 観察しやすいために添加されたエポキシ樹脂
Ｓ１ 拡繊ステップ
Ｓ２ 含浸ステップ
Ｓ３ 定型ステップ
Ｓ４ 裁断ステップ
Ｓ５ 製織ステップ
Ｗ 最大幅
Ｌ 裁断された拡繊紗の幅

Claims (4)

1. 目付け重量が７０ｇ／ｍ ^２ 〜１６０ｇ／ｍ ^２ であり、幅が１００ｃｍ以下であり、樹脂の含有量が３０％〜５０％である拡繊紗で製織された高分子複合材料の拡繊織物の製造方法であって、
   単一方向に揃えた繊維を、加熱された拡繊棒に送って通過させて拡繊させる拡繊ステップと、
   前記拡繊済みの繊維を、粘度が２０００〜３００００ｃｐｓでの熱可塑性樹脂に浸して予浸材を形成する含浸ステップと、
   前記形成された予浸材を焼いて乾燥して定型する定型ステップと、
   前記乾燥した予浸材を、繊維の方向に沿って裁断して帯状の拡繊紗を形成する裁断ステップと、
   前記裁断された拡繊紗を製織して、さらに加熱して定型する製織ステップと、を含むことを特徴とする高分子複合材料の拡繊織物の製造方法。
2. 前記拡繊ステップにおいて、前記拡繊棒の温度が８０℃〜１２０℃であることを特徴とする請求項１に記載の高分子複合材料の拡繊織物の製造方法。
3. 前記裁断ステップの手順は、まず、乾燥した複数枚の予浸材を、所要の異なる角度に積み重ねて加圧し、さらにいずれかの予浸材の繊維の方向に沿って裁断して帯状の拡繊紗を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の高分子複合材料の拡繊織物の製造方法。
4. 前記製織ステップにおける加熱温度は、ガラス転移温度より高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の高分子複合材料の拡繊織物の製造方法。

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